JP3208268B2 - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリクス
駆動方式を用いた反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、比較的表示容量の小さ
い電子式卓上型計算機やデジタル時計などは勿論のこ
と、表示容量の大きいワードプロセッサやパーソナルコ
ンピュータなどの表示装置として広く利用されている。

【０００３】液晶表示装置の表示方法は、表示装置に使
用される電極の形状によって、数字や記号などの簡単な
図形の表示に適したセグメント型表示と、任意の図形を
表示することが可能なマトリクス型表示とに分けられ
る。

【０００４】セグメント型表示の液晶表示装置の駆動方
式としては、たとえばデューティ駆動方式やスタティッ
ク駆動方式が用いられる。マトリクス型表示の液晶表示
装置の駆動方式としては、たとえばアクティブマトリク
ス駆動方式が用いられる。アクティブマトリクス駆動方
式は、マトリクス状に配列された画素に、スイッチング
素子と、必要であれば信号蓄積手段とを設け、画素に接
続された配線に与えられる信号を画素に個別的に供給／
遮断する。スイッチング素子には、たとえば薄膜トラン
ジスタ（Thin Film Transistor；以下「ＴＦＴ」と称す
る）、電界効果トランジスタ(Field Effect Transisto
r；以下「ＦＥＴ」と称する）などの三端子素子、また
はダイオードやＭＩＭ(Metal−Insulator−Metal）素子
などの二端子素子が用いられる。アクティブマトリクス
駆動方式をツイステッドネマティック（Twisted Nemati
c；以下「ＴＮ」と称する）型の液晶表示装置に用いた
場合、アクティブマトリクス駆動方式と異なる駆動方式
の液晶表示装置、たとえば単純マトリクス駆動方式の液
晶表示装置と比較して、コントラストの高い表示画面が
得られる。

【０００５】図１２は、従来技術における反射型の液晶
表示装置の簡略化した構成を示す断面図である。当該液
晶表示装置では、液晶パネル１を挟んで第１偏光板２と
第２偏光板３とが設けられる。また第２偏光板３の液晶
パネル１とは反対側には、反射板４が設けられる。第１
偏光板２の透過軸と第２偏光板３の透過軸とは、直交ま
たは平行に選ばれる。

【０００６】液晶パネル１は一対の基板部材５，６間
に、液晶分子軸の方向が液晶層の一方面から他方面にゆ
くに従って９０度ねじれているような、ＴＮ型の液晶層
７が挟持された構成を有する。図１３は、図１２の液晶
パネル１の１画素分の部分平面図である。二点鎖線１０
で示す領域は１画素の領域である。

【０００７】基板部材５は、基板１１の液晶層７側の一
方表面に、マトリクス状に配置された画素電極１２と、
互いに平行に配列される信号配線１３と、各画素電極１
２と信号配線１３とを接続するスイッチング素子である
ＭＩＭ素子１４とが設けられる。さらに、画素電極１
２、信号配線１３およびＭＩＭ素子１４を覆って、その
一方表面に図示しない配向膜が形成される構成を有す
る。

【０００８】図１４は、基板部材６の部分断面図であ
る。基板部材６は、基板１６の液晶層７側の一方表面
に、少なくとも画素電極１２と対向した領域であって、
信号配線１３とは直交する方向に帯状に設けられる対向
電極１７と、対向電極１７と平行に、対向電極１７の長
手方向の両端部にそれぞれ配列され、対向電極１７と接
続された走査配線１８とが設けられる。さらに、対向電
極１７および走査配線１８を覆って、その一方表面に図
示しない配向膜が設けられる構成を有する。

【０００９】第１および第２偏光板２，３の透過軸は、
たとえばポジ反射型では、各偏光板２，３側の基板部材
６，５が有する配向膜の配向処理方向とそれぞれ一致す
るように選ばれる。すなわち、第１および第２偏光板
２，３の透過軸は直交する。したがって、液晶パネル１
の１画素の、画素電極１２と対向電極１７とに電圧を印
加しない状態では、第１偏光板２側から入射した光は、
液晶パネル１内の液晶層７で液晶分子軸に沿って伝搬さ
れることで、９０度偏光方向を変えて、第２偏光板３を
通過する。そして反射板４で反射して、再び液晶パネル
１内に入射する。光は液晶パネル１内の液晶層７で再び
９０度偏光方向を変えて、第１偏光板２を通過して出射
する。

【００１０】液晶パネル１の電極に予め定められた大き
さの電圧を印加すると、電極間に電界が発生する。この
とき電界内に存在する液晶層７の液晶分子配列が変化
し、液晶分子軸が電界方向に沿うので、光の偏光方向を
変える旋光性が消失する。このとき第１偏光板２側から
入射した光の偏光方向は変化せず、第２偏光板３を通過
することができない。このため、光は反射板４で反射さ
れず、第１偏光板２側からは出射されない。したがっ
て、ポジ反射型の液晶表示装置では、電圧を印加しない
ときの表示画面の色、すなわち光を透過する状態である
白色と、電圧が印加されたときの表示画面の色、すなわ
ち光を遮断する状態である黒色によって表示が行われ
る。

【００１１】ＴＮ型の液晶表示装置において、表示画像
のコントラストが表示画面の視角方向に依存して変化す
ることを防ぐための技術が、特公平４−１４３２９に開
示されている。視角方向とは、利用者が表示画面を視る
方向であり、装置の表示面に対して垂直な方向から水平
な方向に傾けた角度で表す。前記公報による技術では、
液晶層７を形成する液晶材料の屈折率Δｎと液晶層７の
厚みｄとを、その積Δｎ・ｄが２１０ｎｍ〜６００ｎｍ
となるように選ぶ。

【００１２】また本件出願人は、特開昭５６−１３０７
１５で、多層型のＴＮ型液晶表示装置において、表示コ
ントラスト曲線の改良を行う技術を提案している。本技
術の液晶表示装置は、一対の偏光板の間に複数のＴＮ型
液晶パネルが、光の入射方向に対して積層されて介在さ
れる構成を有する。本技術では、一対の偏光板の透過軸
または透過軸に直交する方向を、前記偏光板に最近接し
た液晶パネル内の、偏光板側の基板部材に形成された配
向膜に最も近い液晶分子の長軸方向に対して３度〜１５
度、液晶層の螺旋角を減少させる方向にずらして配置し
ている。

【００１３】またＴＮ型の透過型液晶表示装置におい
て、表示画面のコントラストが高く、かつ表示画面を明
るくする技術が特開平６−２８１９２７に開示されてい
る。本技術の液晶表示装置は、一対の偏光板間に、図１
２の反射型液晶表示装置に用いられているものと同様の
構成の、ＴＮ型液晶パネルが介在される構成を有する。
本装置は一対の偏光板のうち一方の偏光板から入射し、
液晶パネル内で偏光方向が変えられて、他方の偏光板を
通過する光によって表示を行う。本技術では、一対の偏
光板のうちの光出射側の他方偏光板を高偏光度偏光板と
し、光入射側の一方偏光板を低偏光度偏光板とする。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術で用
いられる液晶パネル１では、一方の基板部材６に形成さ
れる対向電極１７は、透明電極である、たとえばＩＴＯ
電極で実現される。走査配線１８としては、たとえばタ
ンタル（Ｔａ）やアルミニウム（Ａｌ）などの、比較的
配線抵抗の小さい金属配線が施されている。また、他方
基板部材上に形成される配線１３やＭＩＭ素子１４にも
また金属が用いられている。このように、金属のような
光を透過しない物質を基板１１，１６上に配置したこと
によって、この液晶パネル１を用いたＴＮ型液晶表示装
置は、透明電極だけで構成されるＴＮ型液晶表示装置と
比較して開口率が低下する。開口率とは、反射型液晶表
示装置の場合、前記装置の表示領域全面積に対する光を
透過する部分の面積の比を示す。光を透過する部分と
は、表示領域内の表示に寄与する部分、および同一基板
上の電極間の隙間など表示用電極が互いに対向していな
い部分である。

【００１５】前述した液晶表示装置では、入射光および
反射板で反射された反射光が、光を通過しない部分で妨
げられることによって、当該装置の透過率および反射率
が低下する。これによって、表示画面の明るさが低下
し、液晶表示装置の表示品位が劣化するという問題があ
る。

【００１６】液晶表示装置の開口率を上げる方法とし
て、スイッチング素子などのサイズの縮小、金属配線の
線幅の縮小が考えられるけれども、現行の加工技術の精
度では、サイズや線幅をさらに縮小すると、金属配線の
断線などが発生しやすくなる可能性がある。さらにスイ
ッチング素子の大きさを変更すると、素子容量と液晶容
量の比率など液晶パネルの設計に関する条件が変化して
しまうので、液晶パネル１の設計を大きく変更しなけれ
ばならないという問題がある。

【００１７】また、反射型の液晶表示装置では、外部か
ら入射した光は、一対の偏光板を２度通過する。１枚の
偏光板を通過した光の光量は、通過前の光と比較して光
量が半分以下に低下する。したがって、一対の偏光板を
１回通過しただけの光によって表示を行う透過型の液晶
表示装置と比較して、反射型の液晶表示装置から出射さ
れる光は弱く、その表示画面は暗くなる。さらにポジ反
射型の液晶表示装置は、表示面積の多くを占める背景の
色が、光を通過させている状態の白色である。前述のよ
うに、光量が低下した光によって表示を行うと、背景が
暗くなる。これによって表示画面全体が暗くなるため、
さらに表示品位が劣化する。したがって、透過型の液晶
表示装置と比較して、表示画面から出射される光量を多
くして、表示画面を明るくすることが求められている。
特開平６−２８１９２７で開示される従来技術は、透過
型の液晶表示装置に適用される技術であり、反射型の液
晶表示装置に対して実施するには不充分である。

【００１８】本発明の目的は、従来の反射型液晶表示装
置よりも、表示画面が明るい反射型液晶表示装置を提供
することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、透光性を有す
る一対の基板部材間にツイステッドネマティック型の液
晶層を挟持した液晶パネルが、一対の偏光板間に介在さ
れ、いずれか一方の偏光板の、液晶パネルとは反対側に
は、他方の偏光板側から入射した光を反射する反射板が
配置され、前記一対の基板部材のうちの一方基板部材
は、その液晶層側表面に、マトリクス状に配列され、透
光性を有する複数の画素電極と、前記複数の画素電極に
供給されるデータ信号が与えられ、互いに平行に配列さ
れた複数のデータ信号配線と、前記データ信号配線に与
えられたデータ信号を、画素電極に個別的に供給／遮断
する複数のスイッチング素子と、前記液晶層に最近接す
る配向膜とを有し、前記一対の基板部材のうちの他方基
板部材は、その液晶層側表面に、少なくとも前記複数の
画素電極に対向した領域に設けられ、透光性を有する対
向電極と、前記対向電極に供給される走査信号が与えら
れ、前記複数のデータ信号配線とは直交する方向に配列
された複数の走査信号配線と、前記液晶層に最近接する
配向膜とを有する反射型液晶表示装置において、前記他
方基板部材が有する複数の走査信号配線は、透光性を有
し、前記反射板は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波
長帯域内の光の反射率が６０％以上に選ばれ、かつ前記
波長帯域内の光の反射率の最大差が６％以内に選ばれて
いるとともに、アルミフィルムに銀を蒸着して形成され
ていることを特徴とする反射型液晶表示装置である。

【００２０】

【作用】本発明に従えば、反射型液晶表示装置におい
て、一対の偏光板間に介在される液晶パネルは、透光性
を有する一対の基板部材間にＴＮ型の液晶層が挟持され
ている構成を有する。一対の偏光板のうち、一方の偏光
板は光が入射／出射する表示画面側にある。また他方の
偏光板の液晶パネルとは反対側には、反射板が設けられ
ている。

【００２１】一対の基板部材の、一方基板部材の液晶層
側の表面に設けられた複数の画素電極は透光性を有し、
マトリクス状に配列される。各画素電極に与えられるデ
ータ信号は、互いに平行に配列されたデータ信号配線の
いずれかによって伝送される。前記データ信号は、各画
素電極と対応するデータ信号配線との間に設けられた複
数のスイッチング素子によって、各画素電極に個別的に
供給／遮断される。また、他方基板部材の液晶層側の表
面に設けられた複数の対向電極は透光性を有し、一方基
板部材の画素電極と対向している。各対向電極に与えら
れる走査信号は、前記データ信号配線と直交する方向に
配列され、透光性を有する複数の走査信号配線のいずれ
かによって伝送される。したがって、他方基板部材の光
が通過することができる領域は、走査信号配線が光を遮
断する物質で形成されている場合よりも大きくなる。

【００２２】各電極に与えられる前記データ信号および
走査信号を用いて、画素電極と対向電極とに印加される
電圧の大きさを制御する。これによって、両電極間に存
在する液晶の分子配列を変更し、液晶層において旋光が
行われるか否かを切換えることができる。各基板部材の
液晶層側表面に存在する各電極、配線上に形成された配
向膜は、電極に電圧が印加されていない状態で、液晶層
内の基板部材に最近接した液晶分子の分子軸の方向を一
定方向に揃える。

【００２３】前記一対の偏光板の光の入射／出射側の偏
光板を通過して、一方方向に振動する光は、前記液晶パ
ネルに入射する。前記光は、画素電極と対向電極とに電
圧が印加されていない状態では９０度偏光方向が変えら
れて、前記電極に電圧が印加されていれば偏光方向は変
わらずそのまま、前記液晶パネルの反射板側の偏光板方
向から出射する。出射した光の偏光方向が反射板側の偏
光板の透過軸と一致していれば、出射した光は偏光板を
通過する。通過した光は、偏光板の液晶パネル側と反対
側に配設された反射板で反射され、再び反射板側の偏光
板を通過して、前記液晶パネルに入射する。この光は、
前記電極に電圧が印加されていなければ、液晶パネル内
で偏光方向が変えられ、光出射側の偏光板を通過して外
部に出射する。このときの表示画面は白色である。一
方、前記電極に電圧が印加されていればそのまま出射す
るが、反射板側の偏光板を通過することはできない。こ
のときの表示画面は黒色となる。

【００２４】液晶パネルの他方基板部材の光が通過でき
る領域は、従来の他方基板部材よりも大きいので、通過
する光を妨げる割合が減少する。これによって前記装置
全体の反射率を向上させることができる。さらに、前記
反射型液晶表示装置に備えられる反射板として、４００
ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長帯域内の光の反射率、す
なわち可視光線の領域内の光の反射率が６０％以上であ
り、かつ該波長帯域内の光の反射率の最大差が６％以内
である反射板が用いられる。これによって表示画面の明
るさを改善することができる。

【００２５】また本発明に従えば、前記一対の偏光板の
うち光の入射／出射側の偏光板である第１偏光板の偏光
度は、反射板側の偏光板である第２偏光板の偏光度より
も高く選ばれる。これによって表示画面を明るくするこ
とができる。

【００２６】さらにまた本発明に従えば、前記第１偏光
板に偏光度が９９．７％以上で単体透過率が４５％以上
のものを選び、前記第２偏光板は、その偏光度と第１偏
光板の偏光度との差が１％以上であるものを選ぶ。これ
によって表示画面をさらに明るくすることができる。

【００２７】さらにまた、前記液晶パネルは液晶層材料
の屈折率Δｎと液晶層の厚さｄとの積Δｎ・ｄが０．３
μｍ以上０．５μｍ以下の範囲内になるように設計され
る。これによって、ポジ反射型のＴＮ型液晶表示装置に
用いられる液晶パネルにおいて、電圧を印加していない
状態で表示画面から出射される光量が最も多く、かつ液
晶層が薄い液晶パネルを形成することができる。また前
記液晶パネルは、全表示領域に対する光が透過する領域
の割合、すなわち開口率が９２％以上となるように設計
する。これによって液晶パネルを通過する光の通過量が
増加し、表示画面の色調、特に明度を上げることができ
る。

【００２８】さらにまた本発明に従えば、前記反射板
は、アルミフィルムに銀を蒸着して形成されている。こ
れによって、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲
内の光の反射率が６０％でありかつ該波長範囲内の光の
反射率の最大差が６％以内である反射板が得られる。ア
ルミフィルムに銀蒸着を施して形成されている反射板を
液晶表示装置に備えさせることによって、反射型の液晶
表示装置の表示画面の明度Ｌ＊を５０以上に改善するこ
とができる。

【００２９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である液晶表示装
置２０の簡略化した構成を示す断面図である。図２は図
１の液晶表示装置２０のＡ−Ａ断面図である。図３は図
１の液晶表示装置２０のＢ−Ｂ断面図である。図４は図
３のＣ−Ｃ断面図である。

【００３０】液晶表示装置２０は、液晶パネル２１を一
対の偏光板２２，２３で挟み込んで構成される。また、
偏光板２３の液晶パネル２１とは反対側に、反射板２４
を設けた構成を有する。当該液晶表示装置２０は、偏光
板２２側を光の入射および出射面、すなわち表示画面側
とする。

【００３１】液晶パネル２１は、後述するように、基板
表面に電極や配向膜が設けられた基板部材２６，２７に
よって、液晶層２８が挟持された構成を有する。液晶層
２８は、たとえばネマティック型の液晶材料によって形
成される。

【００３２】液晶表示装置２０の反射板２４側に位置
し、ガラスなど透光性を有する材料で実現される基板３
１の液晶層２８側の一方表面には、絶縁層３２が形成さ
れる。その上に複数の画素電極３３、データ信号配線で
ある信号配線３４、およびスイッチング素子であるＭＩ
Ｍ素子３５が設けられる。複数の画素電極３３は透光性
を有するＩＴＯ（錫−インジウム酸化物）電極などで実
現され、マトリクス状に配置される。複数の信号配線３
４は、タンタルなど配線抵抗の小さい金属配線などで実
現され、互いに平行に間隔をあけて配列される。複数の
ＭＩＭ素子３５は、画素電極３３と同数用意され、信号
配線３４と画素電極３３とを接続し、信号配線３４を介
して伝送されるデータ信号を、各画素電極３３毎に個別
的に供給または遮断する。

【００３３】ＭＩＭ素子３５は、信号配線３４と接続さ
れタンタルなどの金属で実現される下部電極３６、陽極
酸化膜であり、たとえばＴａ₂Ｏ₅で実現される絶縁層３
７、画素電極３３に接続され、チタンなどの金属で実現
される上部電極３８が、下から順に積層されて形成され
る。

【００３４】画素電極３３などが形成された基板３１の
前記一方表面上に、配向膜３９が形成される。この配向
膜３９には、斜方蒸着やラビング処理などによって液晶
分子の分子軸を一方向に揃える配向処理が施されてい
る。基板３１、絶縁膜３２、画素電極３３、信号配線３
４、ＭＩＭ素子３５、および配向膜３９は、基板部材２
６を構成する。

【００３５】また液晶表示装置２０の表示画面側に位置
し、ガラスなどの透光性を有する材料で形成された基板
４１の液晶層２８側の一方表面には、絶縁層４２が形成
される。その上に、ＩＴＯ電極などの透光性を有する材
料で実現される帯状の走査電極４３が形成される。走査
電極４３は、基板部材２６の画素電極３３と対向する領
域に設けられるべき対向電極と、対向電極に走査信号を
伝送する走査信号配線とを一体化したものである。走査
電極４３は、画素電極３３と対向する位置であり、信号
配線３４と直交する方向に複数本形成される。走査電極
４３が形成された基板４１の前記一方表面には、配向膜
４４が形成され、配向処理が施される。基板４１、絶縁
膜４２、走査電極４３、および配向膜４４は、基板部材
２７を構成する。

【００３６】前記基板部材２６，２７を、電極等が形成
された各一方表面を互いに対向させ、間隔をあけて貼合
わせて、液晶パネルのセルを形成する。このセルの間隔
に液晶を注入することによって、前述した液晶パネル２
１が形成される。この液晶パネル２１の１画素の領域を
図２および図３に二点鎖線４６で示す。１画素に対応す
る画素電極３３と走査電極４３とに予め定められた電圧
を印加することによって、両電極３３，４３間に存在す
る液晶層２８の液晶分子軸の配列を変化させ、旋光性の
有無を切換えて表示を行う。

【００３７】図５は、図１の液晶表示装置２０の第１お
よび第２偏光板２２，２３の偏光軸と、基板部材２６，
２７の配向処理方向との関係を示す図である。

【００３８】矢符５１は、配向膜３９に最近接する液晶
分子の分子配向軸、すなわち反射板２４側の基板部材２
６の配向膜３９の配向処理方向であるラビング軸を示
す。矢符５２は、配向膜４４に最近接する液晶分子の分
子配向軸、すなわち表示画面側の基板部材２７の配向膜
４４のラビング軸を示す。矢符５３は、表示画面側であ
る第１偏光板２２の透過軸を示し、矢符５４は反射板２
４側である第２偏光板２３の透過軸を示す。

【００３９】前記分子配向軸５１および前記透過軸５３
は、参照符５５で示す液晶表示装置２０を真上から見た
ときの６時−１２時方向、すなわち正視角−反視角方向
を基準として、反時計回り方向に角度θ１だけ角変位し
た位置に設定される。前記分子配向軸５２および前記透
過軸５４は、前記６時−１２時方向５５を基準として、
時計回り方向に角度θ２だけ角変位した位置に設定され
る。本実施例では、前記角度θ１，θ２を共に４５度に
選ぶ。したがって、前記分子配向軸５１と、透過軸５３
とは平行に設定される。同様に、前記分子配向軸５２と
透過軸５４とは平行に設定される。

【００４０】前記分子配向軸５１と前記分子配向軸５２
との成す角を参照符ψで示す。本実施例では、角度ψは
９０度に選ばれる。これによって液晶分子のツイスト角
は９０度に調整される。したがって、画素電極３３と走
査電極４３とに電圧を印加しないときには、この液晶パ
ネル２１を通過する光は、分子配向軸に沿って偏光方向
が９０度ねじれる。

【００４１】本実施例のようなスイッチング素子を備え
たＴＮ型液晶パネルでは、スイッチング素子の容量およ
び抵抗と液晶層の容量および抵抗との関係、ならびに光
学設計上で液晶材料の屈折率Δｎを考慮する必要があ
る。

【００４２】図６は、図１の液晶表示装置２０の液晶パ
ネル２１の１画素の等価回路である。たとえばスイッチ
ング素子として二端子素子を用い、素子抵抗ＲＭの非線
形性を利用する液晶表示装置では、二端子素子の素子容
量ＣＭが液晶層の液晶容量ＣＬに対して大きくなると、
電圧を印加した画素以外にも電圧が印加されることがあ
る。これによって、画像のコントラストが低下するクロ
ストークが発生するなどの不都合が生じることがある。
二端子素子にＭＩＭ素子を用いた場合、良好な素子特性
を得るには、素子容量ＣＭと液晶容量ＣＬとの比を、１
対１０とすれば良いことが知られている。

【００４３】ここでＭＩＭ素子が、たとえば下部電極３
６がＴａで構成され、絶縁膜３７がＴａ₂Ｏ₅で構成さ
れ、上部電極３８がＴｉで構成される３層構造を有する
とき、Ｔａ₂Ｏ₅からなる絶縁膜の誘電率εｒを２４、当
該絶縁膜の膜厚を７００Å、ＭＩＭ素子の大きさを５μ
ｍ×５μｍとすると、このＭＩＭ素子の素子容量ＣＭは
０．０７６ｐＦである。このとき良好な素子特性を得る
には、液晶容量ＣＬを０．７６ｐＦとしなくてはならな
い。したがって前記ＭＩＭ素子を備え、たとえば画素の
ドットサイズが０．２５ｍｍ〜０．３ｍｍである液晶表
示装置では、液晶層の厚みｄを４μｍ〜１０μｍに設定
し、液晶材料としてその誘電率εｒが３〜１４であるも
のを選ぶ必要がある。

【００４４】前述した液晶表示装置では、液晶に高電圧
を保持する特性が必要とされるので、一般にフッ素系の
液晶が用いられる。フッ素系液晶の誘電率εｒは低いの
で、良好な素子特性が得られる液晶パネルを形成するに
は、液晶層の厚みｄを小さくする必要がある。またアク
ティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置では、応答速
度を大きくして、スイッチング素子の特性を生かすため
に、液晶層の厚みｄを薄くすることが必要とされる。

【００４５】図７は、ノーマリブラック型の液晶表示装
置において、液晶材料の屈折率Δｎと液晶層の厚みｄと
の積Δｎ・ｄと、前記装置の透過率との関係を示すグラ
フである。ノーマリブラック型の液晶表示装置は、透過
軸が平行な一対の偏光板間にＴＮ型液晶パネル２１が介
在する構成を有し、電圧を印加しないときには、表示画
面が光を通過しない黒色になる表示方式である。前記装
置において電圧を印加しないときの透過率Ｔは、以下に
示すＧｏｏｃｈ−Ｔａｒｒｙの式で表される。

【００４６】

【数１】

【００４７】ここで、λは装置に入射した光の波長であ
る。図７中の実線６１は、波長４５０ｎｍの光、すなわ
ち青色光を入射した場合の透過率Ｔの変化を示す。実線
６２は、波長５５０ｎｍの光、すなわち緑色光を入射し
た場合の透過率Ｔの変化を示す。実線６３は、波長６５
０ｎｍ、すなわち赤色光を入射したときの透過率Ｔの変
化を示す。

【００４８】式（１）から、透過率Ｔが０となる条件
は、２ｄ・Δｎ／λが√３，√１５，√３５，…である
ことである。２ｄ・Δｎ／λが√３未満のときは、透過
率Ｔが急激に上昇、すなわち漏洩光が多くなり、表示画
面のコントラストが低下することが分かる。２ｄ・Δｎ
／λが√３のとき、透過率Ｔが０％になり、すなわち漏
洩光がなくなる。このとき、可視光線の波長領域におい
て、積Δｎ・ｄを０．３μｍ〜０．５μｍに選ぶこと
が、漏洩光が少なくなる条件であると知られている。こ
の条件を満たすような液晶表示装置の設計をファースト
・ミニマム設計と呼ぶ。またノーマリブラック型の液晶
表示装置で透過率Ｔが０％であることは、同じ液晶パネ
ルを用いたポジ反射型の液晶表示装置においては、電圧
を印加していない一定面積の表示画面から出射される光
の通過量が最も多いことを示す。すなわち表示画面が明
るくコントラストが良いことを示す。

【００４９】以上のことから、後述する測定に用いられ
る測定用液晶表示装置では、液晶材料にフッ素系の液晶
（メルク製ＺＬＩ−３０２１−０００）を用い、液晶分
子のツイスト角を９０度、液晶層の厚みｄを４．５μｍ
とした。また、表示画面を構成する画素のドットサイズ
を０．３ｍｍ×０．３ｍｍ、ＭＩＭ素子のサイズを５μ
ｍ×６μｍ、表示画面の画素数を３２０×２４０とし
た。

【００５０】図８は、従来技術の液晶表示装置の表示画
面の明度Ｌ＊の変化を製造工程に沿って測定した結果を
示すグラフである。参照符６６はスイッチング素子を配
設する液晶表示装置について、その製造工程における明
度Ｌ＊の変化を示し、参照符６７はスイッチング素子を
配設しない単純マトリクス型の液晶表示装置について、
その製造工程における明度Ｌ＊の変化を示す。

【００５１】スイッチング素子を配設する液晶表示装置
の製造工程では、まずガラスなどから成る透明な一対の
基板の一方表面にそれぞれ絶縁膜を形成する。この各基
板に反射板を組合わせて、表示画面に当たる部分の明度
Ｌ＊を測定した結果を参照符６９に示す。明度Ｌ＊はＣ
ＬＥ１９７６に定義されている心理計測量である。参照
符６９で示す明度Ｌ＊は、参照符６８で示す反射板のみ
で測定した明度Ｌ＊よりも低下している。

【００５２】次いで一方基板部材を構成する基板の絶縁
膜上に金属膜を堆積させ、これをエッチングなどでパタ
ーニングして、信号配線やスイッチング素子などを形成
する。スイッチング素子がたとえばＭＩＭ素子であるな
らば、まず導電体膜を堆積させパターニングして、ＭＩ
Ｍ素子の下部電極および信号配線を形成する。この上
に、下部電極を覆うように絶縁体膜を堆積させ、パター
ニングして、絶縁膜を形成する。最後に絶縁膜上に導電
体膜を堆積してパターニングし、ＭＩＭ素子の上部電極
を形成する。この一方基板と反射板とを組合わせたとき
の明度Ｌ＊を参照符７０に示す。次いでこの基板上にＩ
ＴＯ膜などを形成し、パターニングして、画素電極を形
成する。画素電極は前記上部電極の一部に重なるように
形成される。この基板と反射板とを組合わせたときの明
度Ｌ＊を参照符７１に示す。この一方表面に配向膜など
が形成され、液晶パネルの一方基板部材が形成される。
参照符６９〜７１に示すように、基板上にスイッチング
素子や画素電極などを形成する毎に、明度Ｌ＊が低下し
てゆくことが分かる。

【００５３】また液晶パネルの他方基板部材を構成する
基板の絶縁膜上にタンタルなどの金属膜を堆積させ、パ
ターニングすることによって走査配線を形成する。この
基板と反射板とを組合わせたときの明度Ｌ＊を参照符７
２で示す。次いでこの基板上にＩＴＯ膜などを形成し、
パターニングして対向電極を形成する。この基板と反射
板とを組合わせた明度Ｌ＊を参照符７３に示す。この一
方表面に配向膜などが形成されて、液晶パネルの他方基
板部材が形成される。参照符７２，７３に示すように、
基板上に走査配線や対向電極を形成する毎に、前記一方
基板部材と同様に、少しずつ明度Ｌ＊が低下してゆくこ
とが分かる。

【００５４】前述した一方基板部材と他方基板部材と
を、電極などが形成された一方表面を対向させて間隔を
あけて貼合わせ、液晶パネルのセルを形成する。このセ
ルと反射板とを組合わせたときの明度Ｌ＊を参照符７４
に示す。前記間隔に液晶を注入して液晶パネルを形成す
る。参照符７１，７３，７４の明度Ｌ＊から、基板を貼
合わせたことで明度Ｌ＊が大きく低下することが分か
る。

【００５５】スイッチング素子を形成しない液晶表示装
置、たとえば単純マトリクス形の液晶表示装置の製造工
程では、ガラスなどで実現される一対の基板のうち、一
方基板部材を構成する基板の一方表面上にＩＴＯ電極な
どの画素電極を形成する。この基板と反射板とを組合わ
せたときの明度Ｌ＊を参照符７８に示す。また他方基板
部材を構成する基板の一方表面上にＩＴＯ電極などの対
向電極を形成する。この基板と反射板とを組合わせたと
きの明度Ｌ＊を参照符７９に示す。これら各基板の一方
表面上に配向膜などを形成して液晶パネルの各基板部材
が形成される。この一方基板部材と他方基板部材とを、
電極などが形成された各一方表面を対向させ、間隔をあ
けて貼合わせて液晶パネルのセルを形成する。前記セル
と反射板とを組合わせたときの明度Ｌ＊を参照符８０に
示す。前記セルの間隔に液晶を注入して液晶パネルを形
成する。この液晶パネルと反射板とを組合わせたときの
明度Ｌ＊を参照符８１に示す。参照符７８〜８１に示す
ように、スイッチング素子などの金属配線が存在しな
い、すなわち開口率が大きい液晶表示装置は、基板を貼
合わせても明度Ｌ＊がほとんど低下しないことが分か
る。

【００５６】参照符７６および８２は、前述したスイッ
チング素子を含む液晶パネル、またはスイッチング素子
を含まない液晶パネルと反射板との間に、第２偏光板を
配置したときの明度Ｌ＊を示す。参照符７７および参照
符８３は、さらに表示画面側に第１偏光板を配置し、完
成された液晶表示装置の明度Ｌ＊を示す。どちらの液晶
表示装置も偏光板を組合わせることによって、明度Ｌ＊
が大きく低下することが分かる。したがって明度Ｌ＊が
低下する原因の１つは開口率が小さいからであると考え
られる。

【００５７】以上の結果を踏まえ、明度Ｌ＊の低下を極
力小さなものとするために、開口率の違いに基づく明度
Ｌ＊の変化、反射板の違いに基づく明度Ｌ＊の変化、ま
たは偏光板の違いに基づく明度Ｌ＊の変化を調べた。

【００５８】明度Ｌ＊の測定は、ＪＩＳ Ｚ ８７２２
の拡散照明／垂直受光方式に準拠し、正反射成分除去タ
イプの照明受光光学系を有する測定装置を用いて行っ
た。図９（１）は前記測定装置の簡略化した断面図であ
り、図９（２）は、当該測定装置の分光センサの分解斜
視図である。

【００５９】本測定装置では、光源１０１から発した光
をミキシングボックス１０２の内壁面で拡散反射させ、
図９（１）では下方に配置される液晶表示装置１０３の
表示画面に均一に拡散照明させる。表示画面から出射し
た出射光のうち、垂直方向の光はファイバ１０４を介し
て図示しない分光センサに導かれ、各波長毎に光の強度
が測定される。またミキシングボックス１０２内で拡散
された光が、ファイバ１０５を介して図示しない別の分
光センサに導かれて、各波長毎に光の強度が測定され
る。この測定結果は、前述した出射光の測定値の補正値
として用いられる。図９（２）の分光センサには上方か
ら測定される光が入射する。光はフィルタ１０６で光の
波長帯域が制限され、遮光板１０７を介して分光手段１
０８で各波長毎に分割された後、受光部１０９に入射す
る。受光部１０９では、各波長毎に入射した光の光強度
に比例した電流を出力する。

【００６０】本発明の測定では、ミノルタ株式会社製分
光測光計ＣＭ−１０００を用い、測定条件は２°視野、
Ｃ光源とした。Ｃ光源とは、青光の光を含む昼光とほぼ
同じ性質の光を発する光源であり、その光はＣＩＥ色度
座標上において、ｘ＝０．３１００６，ｙ＝０．３１６
１６で表される。

【００６１】図１０は、開口率の明度Ｌ＊との関係を示
すグラフである。縦軸は明度Ｌ＊である。横軸は開口率
であり、単位は「％」である。参照符８７で示す白丸
は、図１に示す本実施例の液晶表示装置２０の表示画面
の明度Ｌ＊の実測値である。参照符８６で示す白丸は、
図１２に示す従来技術の液晶表示装置の表示画面の明度
Ｌ＊の実測値である。前記２つの液晶表示装置の偏光板
の種類、軸角度および反射板は同一とした。第１偏光板
と第２偏光板との配置関係は、図５に示す状態とした。

【００６２】開口率と明度Ｌ＊との間には、実線８８で
示す比例関係が成立すると考えられる。明度Ｌ＊が５０
よりも小さいときは、表示画面が暗くなってしまうこと
が経験的に知られている。このグラフから、表示画面の
明度Ｌ＊を５０以上とするためには、参照符８９で示す
ように、開口率が９２％以上であることが必要であるこ
とが分かる。

【００６３】次に反射板の違いに基づく明度Ｌ＊の変化
を調べた。反射板はサンプルＡ〜Ｅの５種類を用いた。
サンプルＡは表示装置用として作られていない鏡面板で
あり、サンプルＢは白色板である。サンプルＣはポリエ
ステルマットフィルムにアルミニウム蒸着を施した反射
板（日東電工株式会社製）である。サンプルＤはアルミ
フィルムに銀蒸着を施した反射板である。サンプルＥは
アルミフィルムにアルミニウム蒸着を施した反射板（日
東電工株式会社製）である。表１はサンプルＡ〜Ｅの特
性を示す。

【００６４】

【表１】

【００６５】明度Ｌ＊および色度（ａ＊，ｂ＊）はＣＩ
Ｅ１９７６で定義された心理計測量である。また彩度Ｃ
＊は、次式で定義される。

【００６６】 Ｃ＊ ＝ √（ａ＊² ＋ｂ＊² ） …（２） また、図１１は反射板の反射率と光の波長との関係を示
すグラフである。縦軸は反射率、単位は「％」であり、
横軸は波長、単位は「ｎｍ」である。実線９１で示すグ
ラフはサンプルＡの反射率を示す。実線９２で示すグラ
フはサンプルＢの反射率を示す。実線９３で示すグラフ
はサンプルＣの反射率を示す。実線９４で示すグラフは
サンプルＤの反射率を示す。実線９５で示すグラフはサ
ンプルＥの反射率を示す。以上のような反射板を前述し
た測定用液晶表示装置に組み込み、表示画面の明度Ｌ＊
および色度（ａ＊，ｂ＊）を測定した。本測定では、第
１偏光板と第２偏光板の配置関係は図５に示す状態とし
た。また第１および第２偏光板の種類は反射板を変えて
も変更しないものとした。結果を表２に示す。

【００６７】

【表２】

【００６８】測定の結果、サンプルＥの明度Ｌ＊と比較
して、サンプルＤの明度Ｌ＊が５％大きい値となった。
サンプルＡ〜Ｃの明度Ｌ＊はサンプルＥよりも小さい値
となった。

【００６９】サンプルＡはサンプルＥと比較して反射率
は極めて低い。サンプルＢはサンプルＥと比較して反射
率は極めて高いけれども、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波
長帯域内での反射率の変動が極めて大きい。サンプルＣ
およびＤは、サンプルＥと比較して反射率が低い。サン
プルＤはサンプルＥと比較して前記波長帯域内での反射
率の変動が小さい。したがって、類似した特性を有する
サンプルＣ〜Ｅの反射板は、様々な波長の光が混在して
いる白色光などを反射する場合には、反射率の変動の小
さいサンプルＤの反射した光の明るさが最も大きくなる
と考えられる。

【００７０】したがってサンプルＤと同様の反射率の特
性、すなわち４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲で反射
率が６０％以上であり、かつ同範囲内で任意に選択した
２つの波長での反射率の差が６％以内であるような反射
率を有する反射板を用いることによって、液晶表示装置
の表示画面の明るさを向上させることができる。

【００７１】次いで、第１偏光板と第２偏光板の単体透
過率および偏光度をそれぞれ変化させたときの、表示画
面の明度Ｌ＊およびコントラスト比Ｃｏの変化を測定し
た結果を、表３および表４に示す。表３は明度Ｌ＊の測
定結果であり、表４はコントラスト比Ｃｏの測定結果で
ある。本測定は、前述した測定用液晶表示装置を用い、
第１偏光板および第２偏光板の単体透過率と偏光度をそ
れぞれ変更して組合わせ、その表示画面の明度Ｌ＊およ
びコントラスト比Ｃｏを測定する。

【００７２】

【表３】

【００７３】

【表４】

【００７４】第１偏光板にはサンプル１〜６の偏光板
を、第２偏光板にはサンプル１１〜１４の偏光板をそれ
ぞれ用いた。

【００７５】コントラスト比Ｃｏが２５以下となると、
表示画面の表示品位が低下することが経験的に知られて
いる。表４に示すコントラスト比Ｃｏの測定結果から、
コントラスト比Ｃｏが２５以上の値を示す偏光板の組合
わせは５種類であることがわかる。各組合わせは、第１
偏光板がサンプル１であり、第２偏光板がサンプル１２
〜１４のいずれかである場合、あるいは第１偏光板がサ
ンプル５であり、第２偏光板がサンプル１２、または１
４である場合である。

【００７６】また表３に示す明度Ｌ＊の測定結果から、
明度Ｌ＊が５０以上の値を示す偏光板の組合わせは１０
種類であることがわかる。各組合わせは、それぞれ第１
偏光板がサンプル１〜６のいずれかであり第２偏光板が
サンプル１２の場合、第１偏光板がサンプル１であり第
２偏光板がサンプル１４の場合、第１偏光板がサンプル
６であり第２偏光板がサンプル１４である場合、第１偏
光板がサンプル５であり第２偏光板がサンプル１４の場
合、第１偏光板がサンプル６であり第２偏光板がサンプ
ル１１である場合である。

【００７７】したがって、明度Ｌ＊の値が５０以上であ
り、かつコントラスト比Ｃｏの値が２５以上である偏光
板の組合わせ、すなわち良好な表示を行うことができる
偏光板の組合わせは、第１偏光板がサンプル１または４
であり、第２偏光板がサンプル１２または１４である場
合の４種類である。

【００７８】これによって、コントラスト比が２５以上
の値をとる偏光板の組合わせのほとんどは明度Ｌ＊が５
０以上の値をとることが分かる。逆に明度Ｌ＊が５０以
上の値をとる偏光板の組合わせにおいて、コントラスト
比Ｃｏが２５以上の大きな値をとるのは一部の組合わせ
だけであることが分かる。

【００７９】したがって第１偏光板の偏光度が第２偏光
板の偏光度よりも高いときに、良好な表示を行うことが
できると考えられる。そのような偏光板の組合わせで好
ましいのは、第１偏光板の偏光度が９９．７％以上、単
体透過率が４５％以上であり、かつ第２偏光板の偏光度
と第１偏光板の偏光度との差が１％以上である条件を満
たす偏光板の組合わせである。

【００８０】以上のように本実施例の反射型液晶表示装
置は、背景である表示画面の光を透過している領域の白
色部分が明るく、コントラスト比が大きい良好な表示を
行うことができる。

【００８１】本実施例ではスイッチング素子にＭＩＭ素
子を用いているけれども、他の二端子素子、たとえばバ
リスタを用いてもよい。またスイッチング素子に二端子
素子ではなくＴＦＴなどの三端子素子を用いても、従来
のＴＦＴを用いた反射型液晶表示装置よりも良好な表示
を行うことができる。

【００８２】また本実施例では、走査配線を含む走査電
極を形成する透明電極の例として、現在透明電極として
広く用いられているＩＴＯ電極を挙げている。ＩＴＯ電
極は配線抵抗が大きいので、本実施例の液晶表示装置よ
りも画面サイズ（４．７インチ）を大きくすると、信号
伝送に遅延が生じる可能性があるけれども、透光性を有
し、かつ配線抵抗の小さな透明電極を用いることができ
れば、画面サイズなどを自由に拡大することができる。

【００８３】さらにまた本実施例では白黒表示の液晶表
示装置について説明したけれども、本発明はカラーフィ
ルタなどを用いたカラー液晶表示装置においても本実施
例を適用することができる。この場合においても同様の
効果が得られる。

【００８４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、反射型液
晶表示装置は、一対の偏光板間にアクティブマトリクス
駆動方式で駆動されるＴＮ型の液晶パネルが介在され、
一方の偏光板の液晶パネルの反対側には、反射板が設け
られている。前記液晶パネルの他方基板部材上に設けら
れ、対向電極に走査信号を供給する複数の走査信号配線
は、透光性を有する。これによって、他方基板部材の光
が通過できる領域が、走査信号配線が光を遮断する物質
で形成されている従来の他方基板部材の前記領域より大
きくなる。

【００８５】したがって、この他方基板部材を含んで構
成されている液晶パネル全体の開口率が増加し、この液
晶パネルを通過する光の通過量が増加する。ゆえに、こ
の液晶パネルを含む反射型液晶表示装置の表示画面の明
るさを向上することができるので、表示品位を向上させ
ることができる。また、前記反射板として、４００ｎｍ
以上７００ｎｍ以下の波長帯域に波長が含まれる可視光
線の反射率が６０％以上であり、かつ前記波長帯域内で
反射率の変化が少なく、前記波長帯域内の光の反射率の
最大差が６％以内である反射板を選ぶ。これによって表
示画面の明るさをさらに向上することができ、表示品位
をより向上させることができる。さらにまた、この液晶
パネルの開口率を９２％以上とすることによって、表示
画面の明るさおよび色調、特に色調の明度を向上させる
ことができる。これによって、表示品位を向上させるこ
とができる。

【００８６】また本発明によれば、前記一対の偏光板の
うち、光入射および出射面側の第１偏光板の偏光度は、
反射板側の第２偏光板の偏光度よりも高く選ぶ。また第
１偏光板には偏光度が９９．７％以上、単体透過率が４
５％以上であるものを選び、第２偏光板には、その偏光
度と第１偏光板の偏光度との差が１％以上であるような
ものを選ぶ。これによって表示画面の明るさをさらに向
上することができ、表示品位をより向上させることがで
きる。さらにまた本発明によれば、前記液晶パネルは液
晶材料の屈折率Δｎと液晶層の厚さｄとの積Δｎ・ｄが
０．３μｍ以上０．５μｍ以下の範囲になるように設計
される。これによって、ポジ反射型のＴＮ型液晶表示装
置において、電極に電圧を印加しない状態で表示画面か
ら出射される光量が最も多く、かつ液晶層が薄いファー
ストミニマム設計の液晶パネルを形成することができ
る。したがって応答速度が大きく、アクティブマトリク
ス駆動方式に適した液晶パネルを形成することができ
る。

【００８７】また本発明によれば、前記反射板は、アル
ミフィルムに銀を蒸着して形成されている。アルミフィ
ルムに銀蒸着を施して形成されている反射板を備えてい
る反射型液晶表示装置は、表示画面の明度Ｌ＊が５０以
上になっているので、表示品位をより向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶表示装置２０の簡
略化した構成を示す断面図である。

【図２】図１の液晶表示装置２０のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図３】図１の液晶表示装置２０のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図４】図３の液晶表示装置２０のＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図５】図１の液晶表示装置２０の第１および第２偏光
板２２，２３の偏光軸と、基板部材２６，２７の配向処
理方向との関係を示す図である。

【図６】図１の液晶表示装置２０の液晶パネル２１の１
画素の等価回路である。

【図７】ノーマリブラック型の液晶表示装置における液
晶材料の屈折率Δｎと液晶層の厚さｄとの積Δｎ・ｄと
前記装置の透過率との関係を示すグラフである。

【図８】従来技術の液晶表示装置の製造工程毎の表示画
面の明度Ｌ＊の変化を示すグラフである。

【図９】明度Ｌ＊の測定に用いた測定装置の簡略化した
断面図および測定装置の分光センサの分解斜視図であ
る。

【図１０】液晶表示装置の表示画面の明度Ｌ＊と開口率
との関係を示すグラフである。

【図１１】反射板の反射率と光の波長との関係を示すグ
ラフである。

【図１２】従来技術の液晶表示装置の簡略化した構成を
示す断面図である。

【図１３】図１２の液晶表示装置の部分平面図である。

【図１４】図１２の液晶表示装置の他方基板部材の断面
図である。

【符号の説明】

２０ 液晶表示装置 ２１ 液晶パネル ２２ 第１偏光板 ２３ 第２偏光板 ２４ 反射板 ２６，２７ 基板部材 ２８ 液晶層 ３１，４１ 基板 ３２，４２ 絶縁膜 ３３ 画素電極 ３４ 信号配線 ３５ ＭＩＭ素子 ３９，４４ 配向膜 ４３ 走査電極 ４６ 画素領域

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性を有する一対の基板部材間にツイ
   ステッドネマティック型の液晶層を挟持した液晶パネル
   が、一対の偏光板間に介在され、いずれか一方の偏光板
   の、液晶パネルとは反対側には、他方の偏光板側から入
   射した光を反射する反射板が配置され、 前記一対の基板部材のうちの一方基板部材は、 その液晶層側表面に、マトリクス状に配列され、透光性
   を有する複数の画素電極と、 前記複数の画素電極に供給されるデータ信号が与えら
   れ、互いに平行に配列された複数のデータ信号配線と、 前記データ信号配線に与えられたデータ信号を、画素電
   極に個別的に供給／遮断する複数のスイッチング素子
   と、 前記液晶層に最近接する配向膜とを有し、 前記一対の基板部材のうちの他方基板部材は、 その液晶層側表面に、少なくとも前記複数の画素電極に
   対向した領域に設けられ、透光性を有する対向電極と、 前記対向電極に供給される走査信号が与えられ、前記複
   数のデータ信号配線とは直交する方向に配列された複数
   の走査信号配線と、 前記液晶層に最近接する配向膜とを有する反射型液晶表
   示装置において、 前記他方基板部材が有する複数の走査信号配線は、透光
   性を有し、 前記反射板は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長帯
   域内の光の反射率が６０％以上に選ばれ、かつ前記波長
   帯域内の光の反射率の最大差が６％以内に選ばれている
   とともに、アルミフィルムに銀を蒸着して形成されてい
   ることを特徴とする反射型液晶表示装置。