JP3294988B2

JP3294988B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3294988B2
Application number: JP07078996A
Authority: JP
Inventors: 浩三中村; 和彦津田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2002-06-24
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH09258219A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射された偏光を
反射板で反射することによって表示を行う反射型液晶表
示装置に関し、特に、電界効果複屈折モードの反射型液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型ＬＣＤ（液晶表示装置）に要求さ
れる性能の中で最も重要となるのは、周囲光をいかに有
効に活用できるかどうかである。現在、電卓、ワープロ
等に一般に用いられている表示モードは、２枚の偏光板
と、反射板とを組み合わせたＴＮ方式（ツイステッドネ
マティク）方式である。

【０００３】ところが、このような偏光板を２枚用いる
方式では、反射板で反射された楕円偏光（円偏光及び直
線偏光を含む）の互いに直交する２つの直線偏光成分の
内のいずれか一方の直線偏光成分が、反射板と液晶層と
の間に配置された偏光板によって吸収される。従って、
偏光板の吸収によるの光のロスがあるので、明るい表示
が得られない。

【０００４】階調表示が可能でしかも明るい表示が得ら
れる表示モードとして、１枚の偏光板を用いたＥＣＢ
（電界制御複屈折）モードの液晶表示装置が提案されて
いる（中村ほか：第１８回液晶討論会３Ｄ１１０）。

【０００５】このＥＣＢモードの反射型液晶表示装置の
動作原理を図１を参照しながら説明する。図１は、ＥＣ
Ｂモードの反射型液晶表示装置１０の機能モデル図であ
り、（ａ）は暗状態を、（ｂ）は明状態を表示している
場合をそれぞれ示す。

【０００６】ＥＣＢモードの反射型液晶表示装置１０
は、偏光板２、位相差板３、液晶層４、及び反射板５と
を備える。図１（ａ）に示す状態では、液晶層４と位相
差板３とのリタデーション△ｎ・ｄの和がλ／４に設定
されているので、矢符Ａ１に示すように入射し偏光板２
を透過した直線偏光は、液晶層４及び位相差板３を通過
すると、矢符Ａ２に示す回転方向の円偏光となる。この
円偏光は、反射板５によって反射され、矢符Ａ３に示す
ように、矢符Ａ２方向とは逆回りの円偏光となる。この
逆回り円偏光は、液晶層４と位相差板３とを通過する
と、入射時の直線偏光とは偏光方向が９０゜異なる直線
偏光となる。従って、この直線偏光は偏光板２を透過で
きないので、暗状態が表示される。

【０００７】一方、図１（ｂ）に示される状態では、液
晶層４と位相差板３とのリタデーション△ｎ・ｄの和が
０に設定されているので、偏光板２を透過した直線偏光
は、液晶層４及び位相差板３を通過しても偏光状態が維
持される。この直線偏光は、反射板５による反射されて
も偏光状態が変化しない。従って、反射された直線偏光
は、入射したときの偏光方向を維持しているので、偏光
板２を透過する。その結果、明状態が表示される。液晶
層４と位相差板３とのリタデーションΔｎ・ｄの和の値
は、液晶層４に電圧を印加することによって、液晶層の
リタデーション値を変化させることによって制御され
る。このようにして、ＥＣＢモードの反射型液晶表示装
置は、表示を実現することができる。

【０００８】特開平７−２１８９０６号公報は、入射し
た偏光の偏光状態が反射後も良好に維持する反射板を備
えることによって、コントラスト特性が向上した反射型
液晶表示装置を開示している。上記公報によると、スト
ークスパラメターで表した反射光の偏光度が５０％以上
となる反射板を用いることが好ましいとされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では、以下のような問題があった。

【００１０】一般に、反射型液晶表示装置は、液晶パネ
ルに入射する周辺光を利用するので、反射板の反射率は
広い範囲にわたってできるだけ高いことが好ましい。し
かしながら、鏡面を有する金属膜を用いると、正反射方
向でのみ反射率が高くなり、観察者の顔が表示面に写っ
たり、正反射方向以外では大変暗いという問題がある。

【００１１】一方、ペーパーホワイト性に優れた反射板
としては、ＭｇＯ粉末の標準白色板がある。しかしなが
ら、標準白色板は、拡散性が強すぎるため、ペーパーホ
ワイト性には優れるが、液晶層と組み合わせると多重反
射が起こって液晶層中に光が閉じ込められて暗かった
り、コントラストが低かったりという問題がある。

【００１２】また、上記の特開平７−２１８９０６号公
報に開示されている反射基板を用いたＥＣＢモードの液
晶表示装置は、表示特性の最適化が行われていないた
め、コントラストは高いものの、ペーパーホワイト性が
劣るという問題がある。

【００１３】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、コントラ
スト特性、ペーパーホワイト性に優れた反射型液晶表示
装置及び反射板を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、一対の基板と、該一対の基板の間に狭持された液晶
層と、一枚の偏光板と、反射層とを有する液晶表示装置
であって、該反射層と該偏光板とは、該液晶層の異なる
側に設けられ、該反射層は、光を反射する面が凹凸を有
し、該凹凸に対する接線の傾斜角度が２°未満である領
域の面積の該基板の面積に対する比率が２０％以上６０
％以下であり、前記液晶層の厚さが該反射層の凹凸によ
って変化しており、該液晶層の厚さの最小値をｄ_T、最
大値をｄ_Bとし、液晶層の厚さが（ｄ_T+ｄ_B）/２となる
位置に引かれる補助線によって凹凸を２分した際に、そ
の補助線より上にある凸部の断面積をＳ１、補助線より
下にある凹部の断面積をＳ２とし、光の振幅をＡ、光の
波長をλ、液晶分子の複屈折率をΔｎとした場合に、次
式によって求められる実効的な凹凸の高低差に起因する
リタデーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）が、３５ｎ
ｍ以下である、液晶表示装置。 Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）＝｛Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）｝Δｎｄ
_T−｛Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）｝Δｎｄ_B

【００１５】該液晶層は、電界効果複屈折モードで駆動
されることが好ましい。

【００１６】

【００１７】

【００１８】本発明による反射板は、光を反射するため
の基板であって、光を反射する面が凹凸を有し、該凹凸
に対する接線の傾斜角度が２°未満である領域の面積の
該基板の面積に対する比率が２０％以上６０％以下であ
り、そのことによって上記目的が達成される。

【００１９】本発明の反射基板は凹凸を有する反射面を
有し、この反射面は、凹凸に対する接線の傾斜角度が２
°未満である平坦部の面積が基板の面積に対する比率が
２０％以上６０％以下となっている。この平坦部はコン
トラストの向上に寄与し、凹凸部はペーパーホワイト性
の向上に寄与する。その結果、コントラスト特性、ペー
パーホワイト性に優れた反射型液晶表示装置を提供でき
る。

【００２０】さらに、凹凸による液晶層のリタデーショ
ンの変化分を４０ｎｍ以下にすることにより、実用的な
コントラスト３を達成できるとともに、ＥＣＢモードの
干渉色を利用して色純度に高いカラー表示を行うことが
できる。

【００２１】また、凹凸による液晶層の厚さの差を１μ
ｍ以下に設定することによって、捻れ角の大きいＳＴＮ
配向の液晶層を用いても、閾値特性のばらつきによる表
示品質の低下のない液晶表示装置を提供することができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。

【００２３】（ＥＣＢモードの反射型液晶表示装置の基
本構成）本発明によるＥＣＢモードの反射型液晶表示装
置（反射型ＬＣＤ）２０の断面図を図２に示す。この実
施例では、単純マトリク駆動されるＳＴＮ（スパーツイ
スティッドネマティック）型の液晶表示装置について説
明する。

【００２４】この反射型ＬＣＤ２０は、光の入射側か
ら、偏光板２２、位相差板２３及び液晶セル２０ａをこ
の順で有する。液晶セル２０ａは、上部基板２６と、下
部基板（反射基板）２５と、上部基板２６と下部基板２
５とに狭持された液晶層２４とを有している。上部基板
２４は、透明基板２７と、透明基板２７の液晶層２４側
の面に透明電極２８と配向膜２９とをこの順で有する。
また、下部基板２５は、透明基板３１の液晶層２４側の
面に、複数の突起部３２と、突起部３２を覆う高分子樹
脂層３３と、反射層３４と、配向膜３５とをこの順で有
する。突起部３２は、互いに高さが異なる大突起部３２
ａと小突起部３２ｂとを有している。

【００２５】本実施例では、反射層３４は、Ａｌで形成
されており、電極としても機能する。反射層３４と透明
電極２８は、それぞれストライプ状に配置された電極で
あり、反射層３４と透明電極２８とは、液層２４を介し
て互いに直交し、マトリク状の絵素を形成する。液晶層
２４としては、ＳＴＮ用の液晶材料（例えば、メルク社
製の商品名ＺＬＩ４４２７）を用いる。この反射型ＬＣ
Ｄ２０の偏光板２２、位相差板２３、液晶層２４及び反
射層３４は、それぞれ、図１の偏光板２、位相差板３、
液晶層４及び反射板５として機能する。液晶層２４とし
て、リタデーションがλ／４から０の間で変化する液晶
層を用いることによって、位相差板２３を省略すること
ができる。位相差板２３を設けることによって、反射光
の波長分散を低減することができるので、色純度の高い
表示が可能となる。また、位相差板２３によって、液晶
層２４の液晶分子の配向に起因する視角依存性を補償す
ることにより、広視野角の表示を提供することができ
る。

【００２６】反射層３４の材料は、Ａｌに限られず他の
金属材料を用いることもできるし、導電性を有さない反
射層を形成する場合には、反射層の上面に透明電極を別
途形成してもよい。また、液晶層の配向状態はＳＴＮ型
に限られず、電界の印加によってリタデーションが変化
する液晶層を広く利用することができる。

【００２７】次に、図３及び４を参照しながら下部基板
２５を説明する。図３は下部基板２５の上面図である。
下部基板２５は、透明基板３１上に樹脂からなる大突起
部３１ａおよび小突起部３１ｂがそれぞれ多数形成され
ている。大突起部３２ａおよび小突起部３２ｂの底部
（基板３１の表面）における直径Ｄ１、Ｄ２及び突起部
の間隔Ｄ３が異なる基板を作製する。Ｄ１及びＤ２は、
約３μｍから２０μｍの範囲にあることが好ましい。約
３μｍよりも小さいとフォトリソグラフィによる加工が
困難となる。また、約２０μｍを越えると凸部の高さが
高くなり、セル厚に与える影響が大きくなる。Ｄ３は、
後述する平坦部の面積比率が適切な範囲となるように設
定される。例えば、Ｄ３をＤ１及びＤ２の約１／３とす
ることによって、平坦部面積率を約７０％にすることが
できる。なお、後述するように、突起部を熱処理するこ
とによって、突起部の直径が大きくなるので、Ｄ３の下
限値は、フォトリソグラフィによって決まる下限値より
も小さくなり、約１．５μｍとなる。

【００２８】図４は、下部基板２５の製造行程を説明す
る断面図である。透明基板３１としては、厚さｔ１が、
例えば１．１ｍｍであるガラス基板（コーニング社製、
商品名７０５９）を用いた。図４（ａ）に示すように、
ガラス基板３１上に、例として東京応化社製、商品名Ｏ
ＦＰＲ８００の感光性材料を、５００ｒ．ｐ．ｍ〜３０
００ｒ．ｐ．ｍでスピンコートし、樹脂層４１を形成す
る。本実施例では、２５００ｒ．ｐ．ｍで３０秒間スピ
ンコートし、厚さｔ２が、例えば１．５μｍの樹脂層４
１を形成する。

【００２９】次に、樹脂層４１が成膜された基板を９０
℃の雰囲気中で３０分焼成し、続いて図４（ｂ）に示す
ように、大小２種類の円形の遮光部４２ａが多数形成さ
れたフォトマスク４２を配置して露光する。その後、例
として東京応化社製、商品名ＮＭＤ−３の２．３８％溶
液からなる現像液で現像を行い、図４（ｃ）に示すよう
にガラス基板３１の表面に、高さの異なる大突起４１ａ
および小突起４１ｂを形成した。この高さの異なる大突
起４１ａおよび小突起４１ｂは、露光時間と現像時間を
制御することにより実現できる。

【００３０】なお、フォトマスク４２は、図３に示す大
突起４１ａおよび小突起４１ｂの配列状態が得られる円
形の遮光部４２をランダムに配置された構成である。フ
ォトマスク４２の遮光部の直径は、大突起４１ａおよび
小突起４１ｂの直径に対応するように設けられている例
を図４（ｂ）に示したが、後に説明する図４（ｄ）の熱
処理工程における溶融による変形の程度を考慮して、マ
スクのパターン（Ｄ１，Ｄ２及びＤ３）を設定する必要
がある。典型的には、熱処理による変形（熱だれ）によ
って、突起部３２ａおよび３２ｂの直径Ｄ１及びＤ２
は、フォトマスクの遮光部の直径よりも約１から２割程
度増加する。また、異なる高さの突起部凸部を、図４
（ｂ）に示したように異なる大きさの遮光部４２ａを有
するフォトマスク４２を用いて、１つのフォトリソグラ
フィ工程で、形成しても良いし、それぞれ異なる大きさ
の遮光部を有する２枚のフォトマスクを用いて、フォト
リソグラフィ工程を２回行うことによって、形成しても
よい。ここでは、Ｄ１＝約１０μｍ、Ｄ２＝約８μｍ、
Ｄ３＝約２μｍの場合を示す。

【００３１】次に、大突起４１ａおよび小突起４１ｂが
形成されたガラス基板３１を２００℃で１時間加熱し、
図４（ｄ）に示すように突起４１ａ及び４１ｂの頂部を
若干程度溶融して円弧状にし、大突起部３２ａおよび小
突起部３２ｂを形成した。

【００３２】次に、この状態のガラス基板３１上に、図
４（ｅ）に示すように、前記感光性樹脂材料と同一の材
料を１０００ｒ．ｐ．ｍ〜３０００ｒ．ｐ．ｍでスピン
コートする。本実施例では好適な２０００ｒ．ｐ．ｍで
スピンコートする。これにより、高分子樹脂層３３が、
各突起３２ａ、３２ｂの間の凹所を埋め、表面の比較的
穏やかでありかつ滑らかな曲面状をしている状態に形成
される。本実施例では前記感光性樹脂材料と同一の樹脂
を塗布したが、異なる種類のものでもかまわない。な
お、高分子樹脂層３３の表面に大突起部３２ａにより形
成された、なめらかな大突起の厚みｔ４は約１μｍであ
り、小突起部３２ｂにより形成された、なめらかな小突
起の厚みｔ５は約０．３μｍであった。次に、高分子樹
脂層３３の上に、アルミニウム、ニッケル、クロム、銀
または金などの金属薄膜を膜厚ｔ３、例えば０．０１〜
１．０μｍ程度に形成する。本実施例ではアルミニウム
をスパッタリングして、反射層３４を形成する。このよ
うにして得られた反射基板６０の表面の顕微鏡写真を図
６に示す。また、直径約１０μｍの円形の遮光部を有す
るフォトマスクと直径約５μｍの円形の遮光部を有する
フォトマスクとを用い、２回のホトリソグラフィ工程を
行うことによって得られた反射基板７０の顕微鏡写真を
図７に示す。

【００３３】なお、上述したように、大突起部３２ａお
よび小突起部３２ｂを平面的にランダムに配置し、さら
に大突起部３２ａおよび小突起部３２ｂの高さを変える
ことによって、入射光に対して同じ位相差を与える平坦
部を少なくできるので、反射層３４にて反射された光が
干渉して干渉色や縞模様が発生するのを防止することが
可能となり、均一で色純度の高い表示を行うことができ
る。なお、フォトマスク４２のパターンは上記の例に限
定されず、円形以外の形状でもよい。

【００３４】以上のようにして作製された下部基板２５
と公知の方法で作製された上部基板２６とに対し、以下
の処理を行う。まず、上部基板２６および下部基板２５
の各々の上に、ポリイミド樹脂からなる配向膜２９およ
び３５を形成し、２２０℃で１時間焼成する。本実施例
では、日産化学社製、商品名サンエバー１５０を用い
た。次に、液晶層２４の液晶分子を配向させるためのラ
ビング処理を行う。これにより最終的な配向膜２９およ
び３５が形成される。

【００３５】次に、上記ガラス基板３１、２７間を封止
するシール剤を、接着性シール材をスクリーン印刷する
ことによって形成する。

【００３６】このようにして形成された下部基板２５と
上部基板２６とを貼り合わせるに際し、下部基板２５に
直径５．５μｍのスペーサーを散布し、液晶層２４の膜
厚の規制を行う。続いて、下部基板２５と上部基板２６
とを対向し、前記シール材（例として直径６μｍのスペ
ーサーを混入した）で貼り合わせた後、下部基板２５と
上部基板２６との間に、液晶材料を真空注入することに
より、液晶層２４を形成する。本実施例では、下部基板
２５と上部基板２６との間で２４０°ツイストしたネマ
ティック液晶（例としてメルク社製、商品名ＺＬＩ４４
２７）を用いて、液晶層３４を形成する。

【００３７】本発明の反射型ＬＣＤは、後述するよう
に、反射層３３の表面形状が制御されており、優れたペ
ーパーホワイト性とコントラストを有する。以下に、本
発明による反射基板（下部基板）の構成について詳細に
説明する。

【００３８】（反射基板の平坦部の面積）上述した方法
を用いて、表面の形状の異なる種々の反射基板を作製し
た。得られた反射基板を用いて上記反射型液晶表示装置
を作製し、コントラストとペーパーホワイト性を評価し
た。

【００３９】反射基板の表面形状を表す指標として、平
坦部の面積を用いた。前述したように、鏡面を有する反
射板は正反射方向でのみ高いコントラストを実現する
が、ペーパーホワイト性に劣る。一方、標準白色板はペ
ーパーホワイト性に優れるが、暗くてコントラストが低
い。この反射特性の違いを生じさせる原因が、鏡面反射
板と標準白色板との表面形状の違いにあると考え、それ
らの形状の違いを平坦部の面積率として表すことができ
ると考えた。鏡面は平坦部面積率１００％、標準白色板
は平坦部面積率０％として表される。

【００４０】反射基板の平坦部の面積率の評価方法を図
５を参照しながら説明する。図５（ａ）は反射基板５０
の表面形状を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は、表
面プロファイルから求められる傾斜角度θを示す図であ
る。なお、反射基板の表面に、Ａｌからなる反射電極が
露出されている状態で、以下の観察・評価を行う。

【００４１】まず、反射基板５０の表面を干渉顕微鏡を
用いて観察する。反射基板５０の表面の凸部の頂上を通
過するように、図５（ａ）の走査線５１に沿って顕微鏡
の視野中心を走査することによって、図５（ｂ）に示す
表面プロファイル５２が得られる。図５（ｂ）の横軸は
基板面内方向の位置を、縦軸は凹凸の高さをそれぞれ表
す。次に、この表面プロファイル５２の凹凸に対して接
線５３を引く。この接線５３と基板面（反射基板の２次
元の広がり方向によって規定される平面）との成す角を
傾斜角θと定義する。基板面内方向において、一定間隔
Ｘ₀で、凹凸に対して接線を引き、それぞれ傾斜角θを
求める。この傾斜角θが２°未満の点を平坦部と定義す
る。傾斜角θを測定する点は、典型的には、約０．１μ
ｍ毎（Ｘ₀＝約０．１μｍ）で１つの凸部に対して約１
００点測定する。傾斜角度θの測定は、１絵素全体の表
面プロファイルを測定してもよいし、基準的なプロファ
イルを有する領域を適宜選択し、その領域についてのみ
測定してもよい。上述した反射基板の作製方法は、再現
性よく凹凸を形成できるので、基準的なプロファイルを
有する領域をサンプリングすれば、１絵素全体の表面プ
ロファイルを測定する必要はない。このようにして得ら
れた傾斜角度θの測定結果から、傾斜角度θが２°未満
の測定点の数を全測定点の数で割ることによって、平坦
部面積率を算出した。

【００４２】図６及び図７に反射基板の具体例を示す。
図６（ａ）及び図７（ａ）は、反射基板の反射面の光学
顕微鏡写真であり、図６（ｂ）及び図７（ｂ）は、それ
ぞれの表面プロファイルを評価した結果を示すヒストグ
ラムである。図６の反射基板６０の平坦部面積率（図中
のグレーの部分）は約４０％で、図７の反射基板７０の
平坦部面積率（図中の白い部分）は約１２％であった。
なお、それぞれの顕微鏡写真は、１６６μｍｘ２５６μ
ｍの絵素の一部を観察した結果である。

【００４３】上述のようにして得られた種々の反射基板
を用いて、上記の反射型ＬＣＤ２０を作製し、ペーパー
ホワイト性及びコントラストを評価した結果を表１及び
図８にそれぞれ示す。ペーパーホワイト性の評価は複数
個の蛍光灯が存在する部屋内において目視で行い、コン
トラストは垂直入射時のコントラストをパワーメータを
用いて評価した。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１から明らかなように、平坦部面積率が
増加するにつれて、ペーパーホワイト性が低下する。平
坦部面積率が８０％を越えると、観察者の顔が表示面に
写るという現象が見られ、また全体的に暗い印象があっ
た。このことから、平坦部面積率は８０％以下、好まし
くは６０％以下であることが分かる。

【００４６】一方、図８から明らかなように、平坦部面
積率が高くなるとコントラストは上昇する傾向にある。
ペーパーホワイト性に優れている平坦部面積率２０％の
基板を用いた反射型ＬＣＤにおいても、コントラスト４
が得られることが分かる。反射型ＬＣＤのコントラスト
は２以上あれば表示が可能で、コントラストが３以上あ
れば実用的な使用に供せられる。これらの結果から分か
るように、平坦部面積率が２０〜６０％の反射基板を用
いた反射型ＬＣＤは、ペーパーホワイト性に優れるとと
もに、コントラスト比４以上の高品位の表示を行うこと
ができる。

【００４７】（凹凸の高低差とリタデーションとの関
係）ＥＣＢモードの干渉色を利用したカラー表示装置を
構成すると、液晶層のリターデーションのばらつきによ
って、反射率や色再現性（色純度）が低下するという問
題がある。そこで、凹凸（突起部）を有する反射基板に
おいて、コントラスト及び色純度の高い表示を得るため
の条件を検討した。

【００４８】図９は反射型ＬＣＤを模式的に示す図で、
反射基板の表面プロファイル９２と液晶層９４だけを示
している。表面プロファイル９２は、上述したように、
干渉顕微鏡を用いて測定できる。反射基板の表面プロフ
ァイル９２が凹凸を有するので、液晶層９４の厚さは、
それぞれ、最小値ｄ_T（反射基板の凸部の頂点位置に対
応）及び最大値ｄ_B（反射基板の凹部の底点位置に対
応）で表される異なる厚さを有する。なお、例えば図９
（ａ）のように、反射基板の表面プロファイル９２が高
さの異なる凸部を有し、液晶層が厚さｄ_T1及びｄ_T2を有
する場合は、これらの内の最小値を最小値ｄ_Tとする。
このように厚さにばらつきのある液晶層９４の実効的な
リタデーション及びこのような反射基板を使った反射型
ＬＣＤの反射率は以下のようにして求められる。

【００４９】上述したように、液晶層９４の厚さの最小
値をｄ_T、最大値をｄ_Bとし、凹凸の中間の位置（液晶層
９４の厚さが（ｄ_T+ｄ_B）/２となる位置）に補助線９５
を引き、その補助線９５によって２分される面積を求め
る。補助線９５より上にある部分の面積をＳ１、補助線
９５より下にある部分の面積をＳ２とすると、反射型Ｌ
ＣＤの反射率Ｒは、下記の（数１）で表される。以下の
数式中、Ａは光の振幅、λは光の波長、Δｎは液晶分子
の複屈折率をそれぞれ表す。

【００５０】

【数１】

【００５１】また、液晶層の実効的なリタデーションΔ
ｎｄ_Eは、下記の（数２）で表される。

【００５２】

【数２】

【００５３】さらに、実効的な凹凸の高低差に起因する
リタデーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）は、下記
（数３）で表される（上記（数２）の右辺の２項の差に
対応する）。なお、（ｄ _ET −ｄ _EB）は、符号を考慮せ
ず、特に断らない限り絶対値を表す。

【００５４】

【数３】

【００５５】なお、当然のことながら、上述の反射率お
よびリタデーションを求める方法は、図９（ａ）に示し
た表面プロファイル有する反射基板に限られない。図９
（ｂ）のように、凸部が高密度に形成された反射基板
や、図９（ｃ）のように凸部が低密度で形成された反射
基板に対しても適用できる。さらに、反射基板の表面プ
ロファイルの形状も図９に示したものに限られず、種々
の形状の表面プロファイルを有する反射基板について、
反射率およびリタデーションを求めることができる。例
えば、図４（ｃ）に示したような、矩形状の表面プロフ
ァイルを有する反射基板に対しても適用できる。

【００５６】図４を参照しながら上述した方法で、凹凸
の高低差の程度の異なる種々の反射基板を作製し、それ
らの反射基板を用いて、図２に示した構成のＥＣＢモー
ドの反射型液晶表示装置を作製した。得られたＥＣＢモ
ードの反射型ＬＣＤについて、（数２）で与えられる実
効リタデーションΔｎｄ_Eと反射率との関係を調べた結
果を図１０から１３に示す。図１０から１３のグラフに
おける横軸は反射型ＬＣＤからの反射光の波長で、縦軸
は反射率を示す。それぞれ、上記（数２）で表される液
晶層の実効リタデーションΔｎｄ_Eが３３０ｎｍ（図１
０）、３６０ｎｍ（図１１）、４７０ｎｍ（図１２）及
び５３０ｎｍ（図１３）の場合の結果を示す。また、そ
れぞれについて、実効的な凹凸の高低差に起因するリタ
デーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）が０ｎｍ（鏡面
反射板に相当）、３０ｎｍ、４０ｎｍ及び５０ｎｍの場
合の結果を示す。これらの図に示されるように、液晶層
のリタデーションの違いにより、反射率に波長分散（干
渉色）が生じる現象を利用することによって、ＥＣＢモ
ードのカラー表示装置を構成することができる。

【００５７】これらの図から明らかなように、液晶層の
実効リタデーション値Δｎｄ_Eが３３０ｎｍ、３６０ｎ
ｍ、４７０ｎｍ及び５３０ｎｍの全てにおいて、実効的
な凹凸の高低差によるリタデーションの変化分Δｎ（ｄ
_ET −ｄ _EB）が大きくなると、最大透過率（山）が低下
し、最低透過率（谷）が上昇する。従って、実効的な凹
凸の高低差によるリタデーションの変化分が大きすぎる
とコントラストが低下することが分かる。また、実効的
な凹凸の高低差によるリタデーションの変化分が大きく
なると、反射率の波長依存性（波長分散）の急峻さが低
下するので、反射光の色純度が低下することが分かる。

【００５８】上述の結果と、実効的な凹凸の高低差によ
るリタデーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）が１０ｎ
ｍ及び２０ｎｍの場合の結果とを合わせて、実効的な凹
凸の高低差によるリタデーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −
ｄ _EB）の大きさと反射光の波長分散との関係をまとめ
て、図１４に示す。図１４は、液晶層の実効リタデーシ
ョン値が３３０ｎｍ、３６０ｎｍ、４７０ｎｍ及び５３
０ｎｍの場合について、実効的な凹凸の高低差に起因す
るリタデーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）による反
射光の波長分散を示す色度図である。実効的な凹凸の高
低差によるリタデーションの変化分が大きくなるにつれ
て、全ての波長帯（３３０、３６０、４７０及び５３０
ｎｍ）において、反射光の色度が、色度図中央部の白点
（波長分散のない状態）に近づいている様子がわかる。
このことから、実効的な凹凸の高低差に起因するリタデ
ーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）が増大すると色純
度が低下し、干渉色を利用したカラー表示の色再現性が
低下することが分かる。

【００５９】また、図１５に実効的な凹凸の高低差に起
因するリタデーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）とコ
ントラストとの関係を示す。図１５から明らかなよう
に、実効的な凹凸の高低差に起因するリタデーションの
変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB ）が大きくなるにつれてコント
ラストが低下していることが分かる。この図から、実用
的なコントラスト３を得るためには、実効的な凹凸の高
低差に起因するリタデーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ
_EB）の値が４０ｎｍ以下であることが必要であり、３５
ｎｍ以下でコントラスト４以上が得られることが分か
る。色純度についても、実効的な凹凸の高低差に起因す
るリタデーションの変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）が４０ｎ
ｍ以下なら実用上問題なく、３５ｎｍ以下ならさらに色
純度の高い表示を提供することができる。

【００６０】（凹凸の高低差と閾値特性との関係）上記
実施例で示したＥＣＢモードの液晶表示装置で、液晶層
のツイスト配向の捻れ角を大きくすると、その電圧−反
射率特性における閾値が急峻になる。急峻な閾値特性を
有する液晶表示装置においては、液晶層の厚さのばらつ
きは、閾値電圧のばらつきとなり、表示品質を低下す
る。

【００６１】そこで、液晶層のツイスト配向の捻れ角の
大きいＳＴＮ型液晶表示装置に適用するための条件を検
討した。凹凸の高低差｜ｄ_T−ｄ_B｜が、０μｍ、０．５
μｍ及び１μｍの反射基板をそれぞれ用いた２４０°ツ
イストのＳＴＮ型液晶表示装置について、液晶材料の自
然ピッチＰ₀とセルギャップ（液晶層の厚さ）ｄとの比
（ｄ／Ｐ₀）と閾値特性の急峻性αとの関係を評価した
結果を図１６に示す。

【００６２】なお、急峻性αは、相対反射率が１０％に
達する電圧値Ｖ₁₀と９０％に達する電圧値Ｖ₉₀との比
（Ｖ₉₀／Ｖ₁₀）で定義した。

【００６３】例えば、反射型ＬＣＤを携帯用情報端末機
器に適用することを想定すると、１／２４０のデューテ
ィ比で単純マトリクス駆動できる必要があるので、閾値
特性の急峻性は、図１６中の右下がりの斜線で示した境
界領域（α＝約１．０６〜１．０７の範囲）よりも低い
値であることが好ましい。また、液晶分子の安定な配向
を得るためには、ｄ／Ｐ₀は、図１６中の左下がりの斜
線で示した境界領域（約０．４８〜０．５１の範囲）よ
りも小さい値であることが好ましい。それは以下の理由
による。ｄ／Ｐ₀が約０．６よりも大きくなると、液晶
分子の２４０°ツイスト配向が不安定となり、ストライ
プドメインが発生しやすくなり、その結果表示品質が低
下する。また、ｄ／Ｐ₀が約０．４２よりも小さくなる
と、６０°ツイスト配向が形成されやすくなるので好ま
しくない。従って、多少のセル厚ムラがあっても、液晶
分子の配向の安定性を考慮すれば、液晶材料の自然ピッ
チＰ₀とセルギャップｄとの比（ｄ／Ｐ₀）は約０．４８
〜０．５１の範囲にあることが好ましい。

【００６４】図１６から明らかなように、凹凸の高低差
｜ｄ_T−ｄ_B｜が大きくなると、急峻性が低下（図１６中
の上方にずれる）する。従って、急峻性と安定した配向
を実現させるためには、凹凸の高低差の程度として、約
１μｍ以下、より好ましくは、約０．５μｍ以下である
ことが分かる。また、図１６の点（△、○及び●）に対
応するＳＴＮ型液晶表示装置においては、ストライプド
メインや６０°ツイスト配向は見られなかった。

【００６５】なお、上記の閾値特性の問題は、捻れ角の
大きいＳＴＮ型液晶表示装置において顕著であり、例え
ば、平行配向モードの液晶表示装置では特に問題となら
ない。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、ペーパーホワイト性に
優れ、且つコントラストの高い反射型液晶表示装置が提
供される。さらに、色純度が高く、急峻は閾値特性を有
する反射型液晶表示装置が提供される。これらの反射型
液晶表示装置は、携帯用情報端末機器をはじめとする電
子機器に用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＣＢモードの反射型液晶表示装置の機能モデ
ル図である。

【図２】本発明によるＥＣＢモードの反射型液晶表示装
置２０の断面図である。

【図３】反射型液晶表示装置２０の下部基板２５の上面
図である。

【図４】反射型液晶表示装置２０の下部基板２５の製造
行程を説明する断面図である。

【図５】反射基板の平坦部面積率の評価方法を示す図で
ある。（ａ）は、反射基板の表面形状を模式的に示す図
であり、（ｂ）は、表面プロファイルから求められる傾
斜角度を示す図である。

【図６】反射基板基板を示す図である。（ａ）は、反射
基板の反射面の光学顕微鏡写真であり、（ｂ）は、それ
ぞれの表面プロファイルを評価した結果を示すヒストグ
ラムである。

【図７】反射基板基板を示す図であり、（ａ）は、反射
基板の反射面の光学顕微鏡写真であり、（ｂ）は、それ
ぞれの表面プロファイルを評価した結果を示すヒストグ
ラムである。

【図８】反射型液晶表示装置の平坦部面積率とコントラ
ストとの関係を示す図である。

【図９】反射型液晶表示装置を模式的に示す図である。

【図１０】液晶層の実効リタデーションと反射率との関
係を示すグラフである。

【図１１】液晶層の実効リタデーションと反射率との関
係を示すグラフである。

【図１２】液晶層の実効リタデーションと反射率との関
係を示すグラフである。

【図１３】液晶層の実効リタデーションと反射率との関
係を示すグラフである。

【図１４】実効的な凹凸の高低差の異なる反射基板によ
る反射光の波長分散を示す色度図である。

【図１５】反射基板の実効的な凹凸の高低差とコントラ
ストとの関係を示すグラフである。

【図１６】液晶材料の自然ピッチＰ₀とセルギャップｄ
との比（ｄ／Ｐ₀）と閾値特性の急峻性αとの関係を示
す図である。

【符号の説明】

２偏光板３位相差板４液晶層５反射板１０ＥＣＢモードの反射型液晶表示装置２０反射型ＬＣＤ２０ａ液晶セル２２偏光板２３位相差板２４液晶層２５下部基板（反射基板）２６上部基板２７透明基板２８透明電極２９、３５配向膜３１透明基板３２突起部３２ａ大突起部３２ｂ小突起部３３高分子樹脂層３４反射層（反射電極）４１樹脂層４１ａ大突起４１ｂ小突起４２フォトマスク４２ａ遮光部５０反射基板５１走査線５２表面プロファイル５３接線９２表面プロファイル９４液晶層９５補助線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−11711（ＪＰ，Ａ) 特開平３−223715（ＪＰ，Ａ) 特開平４−243226（ＪＰ，Ａ) 特開平５−232465（ＪＰ，Ａ) 特開平６−75238（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−156865（ＪＰ，Ａ) 特開平４−315129（ＪＰ，Ａ) 特開平５−323371（ＪＰ，Ａ) 特開平５−281533（ＪＰ，Ａ) 特開平４−267220（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−71081（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−79280（ＪＰ，Ａ) 特開平５−173158（ＪＰ，Ａ) 特開平７−218906（ＪＰ，Ａ) 特開平７−36030（ＪＰ，Ａ) 特開平６−175126（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335 520 G02F 1/1343 G02F 1/136

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板と、該一対の基板の間に狭持
された液晶層と、一枚の偏光板と、反射層とを有する液
晶表示装置であって、該反射層と該偏光板とは、該液晶層の異なる側に設けら
れ、該反射層は、光を反射する面が凹凸を有し、該凹凸に対
する接線の傾斜角度が２°未満である領域の面積の該基
板の面積に対する比率が２０％以上６０％以下であり、前記液晶層の厚さが該反射層の凹凸によって変化してお
り、該液晶層の厚さの最小値をｄ_T、最大値をｄ_Bとし、
液晶層の厚さが（ｄ_T+ｄ_B）/２となる位置に引かれる補
助線によって凹凸を２分した際に、その補助線より上に
ある凸部の断面積をＳ１、補助線より下にある凹部の断
面積をＳ２とし、光の振幅をＡ、光の波長をλ、液晶分
子の複屈折率をΔｎとした場合に、次式によって求めら
れる実効的な凹凸の高低差に起因するリタデーションの
変化分Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）が、３５ｎｍ以下である、液
晶表示装置。 Δｎ（ｄ _ET −ｄ _EB）＝｛Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）｝Δｎｄ
_T−｛Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）｝Δｎｄ_B
【請求項２】該液晶層は、電界効果複屈折モードで駆
動される請求項１に記載の液晶表示装置。