JP3410665B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワードプロセッサ
やパーソナルコンピュータなどのＯＡ機器や、電子手帳
等の携帯情報機器、あるいは、液晶モニターを備えたカ
メラ一体型ＶＴＲ等に用いられる反射型液晶表示装置お
よび反射型と透過型と兼ね備えた液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイは、ＣＲＴ（ブラウン
管）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）とは異なり自
らは発光しないため、バックライトを液晶表示素子の背
面に設置して照明する透過型液晶表示装置が用いられて
いる。しかしながら、バックライトは通常液晶ディスプ
レイの全消費電力のうち５０％以上を消費するため、戸
外や常時携帯して使用する機会が多い携帯情報機器では
バックライトの代わりに反射板を設置し、周囲光のみで
表示を行う反射型液晶表示装置も実現されている。

【０００３】反射型液晶表示装置で用いられる表示モー
ドには、現在透過型で広く用いられているＴＮ（ツイス
テッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパーツイス
テッドネマティック）モードといった偏光板を利用する
タイプの他、偏光板を用いないために明るい表示が実現
できる相転移型ゲストホストモードも近年盛んに開発が
行われており、例えば特開平４−７５０２２号公報及び
特願平７−２２８３６５号に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、相転移
型ゲストホストモードは、液晶分子と色素を分散させた
液晶層において色素の光吸収を用いて表示を行なうため
コントラストが十分とれず、ＴＮ（ツイステッドネマテ
ィック）モード及びＳＴＮ（スーパーツイステッドネマ
ティック）モードといった偏光板を利用するタイプの液
晶表示装置に比べて表示品位は著しく悪くなる。

【０００５】また、平行配向若しくはツイスト配向の液
晶表示装置の場合には、液晶層の中心付近の液晶分子は
電圧印加時に基板面に対して垂直方向に傾くが、配向膜
表面付近の液晶分子は電圧を印加しても基板に対して垂
直にならないため液晶層の複屈折率は０には程遠く、電
圧印加時に黒表示を行う表示モードの場合、液晶層の複
屈折のため十分な黒が表示できず、十分なコントラスト
を得ることができない。

【０００６】ＴＮモード及びＳＴＮモードの液晶表示装
置も現在では輝度やコントラストの点で十分な表示品位
を有するとは言い難く、更なる高輝度化及びコントラス
トの向上等の表示品位の向上が求められている。また、
反射型液晶表示装置は、周囲の光が暗い場合に表示に用
いる反射光が低下し視認性が極端に低下するという欠点
を有し、一方透過型液晶表示装置はこれとは逆に周囲光
が非常に明るい晴天下等での視認性が低下する問題があ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、反射電極が形
成された反射領域と透明電極が形成された透過領域を有
する一方基板と対向電極が形成された他方基板を有し、
前記一方基板と前記他方基板の間に負の誘電率異方性を
示す液晶材料を用いた垂直配向液晶層が挟持された液晶
表示装置において、前記一方基板の前記液晶層とは反対
の面に設けられた第１の偏光板と、前記他方基板の前記
液晶層とは反対の面に設けられた第２の偏光板と、前記
第１の偏光板と前記液晶層の間に設けられた第１のλ／
４板と、前記第２の偏光板と前記液晶層の間に設けられ
た第２のλ／４板を有し、前記第１の偏光板及び第２の
偏光板の透過軸は同一方向に設定され、前記第１のλ／
４板と第２のλ／４板の遅延軸は、同一方向で、且つ前
記第１の偏光板及び第２の偏光板の透過軸に対して４５
°傾けた方向に設定されることを特徴とする。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】また本発明は、前記の第１の偏光板と第２
の偏光板の間に少なくとも１枚の光学補償層を有するこ
と、前記負の誘電率異方性を示す液晶材料にカイラル材
を添加すること、前記液晶層が９０°ツイストとなるよ
うに配向処理されていることを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】本発明の液晶表示装置によれば、周囲の光
が暗い場合はバックライトを用いて透過率の高い透明電
極８を透過する光を利用して表示する透過型液晶表示装
置として使用し、周囲光が明るい場合には、光反射率の
比較的高い膜で形成した反射電極３での反射光を利用し
て表示する反射型液晶表示装置として表示が可能とな
り、更に透過型と反射型とを併用しても完全な黒表示が
同時に行われることでコントラストの高い表示が可能と
なる。その説明を以下にする。

【００２５】一般に、透過反射両用型液晶表示装置に複
屈折を用いたノーマリブラック（以下ＮＢという）とノ
ーマリホワイト（以下ＮＷという）の表示モードがあ
る。ＮＷではセルギャップ変化に対して黒になる液晶層
への印加電圧が変化するのに対して、ＮＢではセルギャ
ップ変化に対して白になる液晶層への印加電圧が変化す
る。そのためＮＷではセルギャップ変化によりコントラ
スト比が著しく変化するため、高精度のセルギャップ制
御が必要となる。対して、ＮＢではセルギャップ変化に
よるコントラスト比の変化はほとんど発生せず、セルギ
ャップ制御に対するマージンが大きくなる。

【００２６】また、ＴＦＴ素子に欠陥が生じて画素電極
に印加されない場合に黒点となるので不良が目立たなく
なる。したがって、本発明によればＮＢの透過反射両用
型表示装置が生産技術面で効率良く製造されるので、ど
のような周囲光のもとでもコントラストの高い表示が容
易に実現できる。

【００２７】また、液晶層５の光の入射方向や視角方向
で発生する液晶分子の屈折率異方性に起因する影響を補
償するような光学補償層を設けることにより、液晶層５
の光の入射方向や視角方向で発生する屈折率異方性を補
償することができ、光の入射方向や視角方向に依存する
コントラストの低下を防止できる。

【００２８】また、負の誘電性異方性を示す液晶材料を
用いた垂直配向液晶層にカイラル材を添加し電圧印加時
に液晶分子を旋回させていることにより電圧印加時の液
晶分子の旋回を安定したものとすることができる。更に
上下基板のラビング方向を同一方向以外に施す場合、配
向処理の軌跡が同一方向でなくなるため筋目が目立ちに
くくなる。

【００２９】また、電圧印加時のディスクリネーション
防止のため基板に対し数度傾斜して配向させた場合に液
晶分子の傾斜方向にリターデーションが発生するが、基
板付近の液晶分子の傾斜した方向が上下の基板付近で互
いに９０°の角度をなしているため、発生するリターデ
ーションを打ち消すことができ、漏れ光が少ない黒表示
が得られる。

【００３０】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本発明の実施形態
１について図１を用いて説明する。基板１にＡｌ、Ｔａ
等の反射率の高い材料で反射電極３が形成され、基板２
に対向電極４が形成され、反射電極３と対向電極４の間
に負の誘電率異方性を示す液晶材料からなる液晶層５が
挟持されている。

【００３１】反射電極３及び対向電極４の液晶層５と接
する表面にはそれぞれ垂直配向性の配向膜（図示せず）
が形成されており、配向膜の塗布後、少なくとも一方の
配向膜にラビング等の配向処理を行っている。液晶層５
の液晶分子は垂直配向性の配向膜に対するラビング等の
配向処理により、基板面の垂直方向に対して０．１゜か
ら５゜程度のチルト角を持つ。

【００３２】液晶層５には負の誘電率異方性を示す液晶
材料が用いられているため、反射電極３と対向電極４の
間に電圧を印加すると、液晶分子が基板面と平行方向に
向かって傾く。ここで、反射電極３は液晶層５に電圧を
印加する電極として用いているが、反射電極と電極とは
別の膜、例えばＡｌの反射板とＩＴＯの透明電極の積層
構造としても良い。

【００３３】液晶層５の液晶材料として、Ｎｅ（異常光
に対する屈折率）＝１．５５４６、Ｎｏ（正常光に対す
る屈折率）＝１．４７７３、ΔＮ（Ｎｅ−Ｎｏ）＝０．
０７７３の屈折率異方性を有する液晶材料を用いた。基
板２の対向電極４が形成された側の反対の面にλ／４板
７が配置され、λ／４板７の遅延軸は、液晶層５に電圧
を印加した時の液晶分子の長軸方向に対して４５°傾け
るように配置されている。

【００３４】λ／４板７は直線偏光を円偏光に、円偏光
を直線偏光に変えるものである。λ／４板７は、基板２
の対向電極４が形成された側の反対の面に形成したが、
反射電極３と基板２の間に設けてもよい。

【００３５】また、λ／４板７は、基板面に貼り付けた
り、偏光板６と一体化したほうが製造コストを抑えるこ
とができる。次に、λ／４板７の基板２とは反対側の面
に偏光板６が設けられ、偏光板６の透過軸をλ／４板７
の遅延軸に対して４５゜傾けるように配置されている。

【００３６】図７（ａ）は実施形態１のアクティブマト
リクス基板の平面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）の
Ｆ−Ｆ断面の断面図を示す。このアクティブマトリクス
基板は、ゲート配線２１、データ配線２２、駆動素子２
３、ドレイン電極２４、補助容量電極２５、ゲート絶縁
膜２６、絶縁性基板２７、コンタクトホール２８、層間
絶縁膜２９、反射電極３０を備えている。

【００３７】補助容量電極２５は、ドレイン電極２４と
電気的に接続されており、ゲート絶縁膜２６を介して補
助容量配線３２と重畳し補助容量を形成している。コン
タクトホール２８は、反射３０と補助容量電極２５を接
続するために層間絶縁膜２９に設けられている。

【００３８】図１３を用いて実施形態１の液晶表示装置
における光の透過状態を説明する。図１３（ａ）は液晶
層に電圧が印加されていない黒表示の場合を示し、図１
３（ｂ）は液晶層に電圧が印加された白表示の場合を示
し、それぞれの図において左の領域に反射電極３が形成
されている。

【００３９】図１３（ａ）によって黒表示を説明する。
図１３（ａ）の上側から偏光板６表面から入った入射光
は、偏光板６を通った後偏光板の透過軸に一致した直線
偏光となり、λ／４板７に入射される。

【００４０】λ／４板７は、偏光板６の透過軸方向とλ
／４板７の遅延軸方向が４５°になるように配置されて
おり、λ／４板７を通過した光は円偏光になる。液晶層
５に電界を印加していない場合は、負の誘電率異方性を
示す液晶材料を用いた液晶層５は液晶分子が基板面から
ほぼ垂直に配向しており、入射する光に対する液晶層５
の屈折率異方性は極わずかであり、光が液晶層５を透過
することによって生じる位相差はほぼ０である。

【００４１】従って、λ／４板７を通過した円偏光の光
は、円偏光を崩さずに液晶層５を透過し、一方の基板１
上にある反射電極３にて反射される。反射された円偏光
の光は、液晶層５を基板２方向に透過していき、円偏光
のまま再びλ／４板７に入射される。

【００４２】λ／４板７に入射された円偏光はλ／４板
７を通過した後には、偏光板６の透過軸方向と直交する
方向の直線偏光になり、偏光板６に入射される。λ／４
板７を通過した直線偏光は、偏光板６の透過軸と直交す
る方向の直線偏光であり、偏光板６で吸収され透過しな
い。この様に、液晶層５に電圧を印加しない場合は黒表
示となる。

【００４３】次に図３（ｂ）によって白表示を説明す
る。図３（ｂ）は、液晶層５に電圧を印加する場合であ
り、λ／４板７を通過するまでは図３（ａ）同一であり
説明は省略する。

【００４４】液晶層５に電圧を印加すると、基板面から
垂直方向に配向していた液晶分子は基板面と水平方向に
傾き、液晶層５に入射したλ／４板７からの円偏光は、
液晶分子の複屈折により楕円偏光になり、反射電極３で
反射された後さらに液晶層５で偏光が変化し、λ／４板
７を通った後でも偏光板６の透過軸と直交する直線偏光
にはならず、偏光板６を通して光が透過する。

【００４５】この時の液晶層に印加される電圧を調整す
ることで、反射した後に偏光板６を透過できる光量を調
整することができ階調表示が可能になる。また、反射電
極３と対向電極４から液晶層５に電圧を印加し、液晶層
５の位相差が１／４波長条件になるように液晶分子の配
向状態を変化させると、λ／４板７を通った後の円偏光
は液晶層５を通過して反射電極３に達したときに偏光板
６の透過軸と直交する直線偏光になり、再び液晶層５を
通過して円偏光になった後にλ／４板７を通過し、偏光
板６の透過軸と平行な直線偏光になり、偏光板６を透過
する反射光は最大になる。

【００４６】従って、液晶層５に電圧が印加されていな
いときは、液晶層５に複屈折は無く黒表示が得られ、液
晶層５に電圧が印加するとその印加電圧によって光の透
過率が異なり階調表示が可能になる。

【００４７】図４に、実施形態１の液晶表示装置におい
て、液晶層のセルギャップをｄ＝３．５６μｍ、液晶層
の位相差をｄΔＮ＝０．２７５２としたときの反射型液
晶表示装置の垂直入射垂直受光時の分光反射率特性を示
す。ここで、図４は反射板単体に対しての垂直入射垂直
受光時の分光反射を１００としている。

【００４８】図４に示す様に、液晶層５に電圧を印加し
ていない暗表示と、電圧３．２５Ｖ印加時の明表示にお
いて、４００ｎｍから７００ｎｍの波長域全域で５０以
上という十分なコントラスト比が得られる。また、液晶
層５の印加電圧が３．２５Ｖの場合、約４０％の反射率
が得られ、これは用いている偏光板６の透過率とほぼ同
等であり、光の利用効率が高く反射型液晶表示装置に適
している。

【００４９】図５は、実施形態１において液晶層のセル
ギャップをｄ＝４．５μｍ、液晶層の位相差をｄΔＮ＝
０．３４７９としたときの反射型液晶表示装置の垂直入
射垂直受光時の分光反射率特性を示す。従って図５に分
光反射率特性を示す液晶のセルギャップをｄ＝４．５μ
ｍとした反射型液晶表示装置では、液晶層５に電圧を印
加していない暗表示と、電圧３Ｖ印加時の明表示におい
て、４００ｎｍから７００ｎｍの波長域全域で５０以上
という十分なコントラスト比が得られる。また、液晶層
５への印加電圧が３Ｖの場合に、セルギャップｄ＝３．
５６μｍの反射型液晶表示装置と同様に約４０％の反射
率が得られる。

【００５０】図６に実施形態１の反射型液晶表示装置の
垂直入射垂直受光時の波長５５０ｎｍでのセルギャップ
とコントラスト比の関係を示す。図６は、液晶の位相差
ｄΔｎが１／４波長条件を満たす電圧を印加して測定し
てる。図６に示すように、実施形態１の反射型表示装置
では、液晶層のセルギャップに関係無くコントラスト比
５００以上を維持している。

【００５１】よって、液晶層５に電圧を印加する場合
に、位相差ｄΔｎが１／４波長条件を満たす限りコント
ラスト比の低下無しで表示でき、セルギャップｄを任意
に設定することが可能である。

【００５２】図１２に、λ／４板７の遅延軸を偏光板６
の透過軸に４５°傾けた場合を０°とした場合の、λ／
４板７の遅延軸の角度のずれとコントラスト比の関係を
示す。ここで、λ／４板７の遅延軸の角度のずれが３°
以内ならば、コントラスト比５０以上が得られ、良好な
表示特性の反射型液晶表示装置を作ることができる。

【００５３】従って、偏光板とλ／４板の張り合わせに
おいて、λ／４板７の遅延軸と偏光板６の透過軸の角度
が設定値から少しずれても高いコントラストの表示装置
が得られる。ここで、図６、図７はパネルの表面反射の
影響を除去しているが、実際の使用時にはパネルの表面
反射の影響を無視することはできず、その場合のコント
ラスト比は２０程度であるが反射型液晶表示装置のコン
トラストとして良好な値となる。

【００５４】本実施形態で用いている垂直配向液晶材料
を用いた液晶表示装置は、電圧無印加時に液晶層のリタ
デーションをほぼ０にできるので、ノーマリーブラック
表示の場合、暗状態をより暗くすることができ、コント
ラストを高めることができる。

【００５５】（実施形態２）本発明の実施形態２につい
て図２を用いて説明する。実施形態１と同一の構成につ
いては同一の符号を付加している。一方の基板１にＡ
ｌ、Ｔａ等の反射率の高い材料で形成された反射電極３
とＩＴＯ等の透過率の高い材料で形成された透明電極８
とが設けられ、基板２に対向電極４が設けられ、反射電
極３及び透明電極８と対向電極４との間に負の誘電性異
方性を示す液晶材料からなる液晶層５が挟持されてい
る。

【００５６】反射電極３、透明電極８及び対向電極４の
液晶層５と接する面にはそれぞれ垂直配向性の配向膜
（図示せず）が形成されており、配向膜の塗布後、少な
くとも一方の配向膜にラビング等の配向処理を行ってい
る。液晶層５の液晶分子は、垂直配向性の配向膜に対す
るラビング等の配向処理により、基板面の垂直方向に対
して０．１゜から５゜程度のチルト角を持つ。

【００５７】ここで、反射電極３は液晶層に電圧を印加
する電極として用いているが、反射電極を電極として使
わずに、透明電極８を反射電極の上まで延ばして反射領
域での液晶層５に電圧を印加する電極としても良い。液
晶層５の液晶材料として、実施形態１と同じＮｅ＝１．
５５４６、Ｎｏ＝１．４７７３の屈折率異方性を有する
液晶材料を用いた。

【００５８】基板２の対向電極４が形成された側の反対
面にλ／４板７が配置され、λ／４板７の遅延軸は、液
晶層５に電圧を印加したときに液晶分子の長軸方向に対
して４５°傾けるように配置されている。基板１の反射
電極３及び透明電極８が形成された側の反対面にλ／４
板１０が配置され、λ／４板１０の遅延軸は、λ／４板
７の遅延軸と同一方向に設定されている。

【００５９】λ／４板７の基板２とは反対側の面に偏光
板６が、λ／４板１０の基板１とは反対側に偏光板９が
それぞれ設けらており、偏光板６と偏光板９の透過軸
は、λ／４板７とλ／４板１０の遅延軸に対して４５゜
傾けるように設定されている。

【００６０】図８（ａ）は本発明の実施形態２のアクテ
ィブマトリクス基板の平面図を示し、図８（ｂ）は図８
（ａ）のＡ−Ａ断面の断面図を示す。アクティブマトリ
クス基板は、ゲート配線２１、データ配線２２、駆動素
子２３、ドレイン電極２４、補助容量電極２５、ゲート
絶縁膜２６、絶縁性基板２７、コンタクトホール２８、
層間絶縁膜２９、反射用絵素電極３０と透過用絵素電極
３１を備えている。

【００６１】補助容量電極２５は、ドレイン電極２４と
電気的に接続されており、ゲート絶縁膜２６を介してゲ
ート配線２１と重畳し補助容量を形成している。コンタ
クトホール２８は、透過用絵素電極３１と補助容量電極
２５を接続するために層間絶縁膜２９に設けられてい
る。

【００６２】このアクティブマトリクス基板は一つの絵
素の中に反射用絵素電極３０と透過用絵素電極３１を備
えており、一つの絵素の中に外部からの光を反射する反
射用絵素電極３０部分とバックライトの光を透過する透
過用絵素電極３１部分を形成している。

【００６３】図１３を用いて実施形態２の液晶表示装置
における光の透過状態を説明する。

【００６４】図１３（ａ）は液晶層５に電圧が印加され
いない黒表示の場合を示し、図１３（ｂ）は液晶層５に
電圧が印加された白表示の場合を示している。

【００６５】図１３で、反射電極３を有する領域は実施
形態１の反射型液晶表示装置と同じ構成であり、反射型
表示装置として用いる場合には第１の反射型液晶表示装
置と同様の原理で表示が可能であるので説明は省略す
る。図１３（ａ）、及び図１３（ｂ）の右の領域である
透明電極８が形成された領域の光の状態を説明する。図
１３（ａ）の下側から光源（図示せず）によって出射さ
れた光は偏光板９で偏光板９の透過軸に一致した直線偏
光になる。

【００６６】λ／４板１０は、λ／４板１０と偏光板９
の透過軸方向の遅延軸方向が４５゜になるように配置さ
れており、λ／４板１０を通過した光は円偏光になる。
液晶層５に電界が発生していない場合は、負の誘電率異
方性を示す液晶材料を用いた液晶層５は液晶分子が基板
面からほぼ垂直に配向しており、入射する光に対する液
晶層５の屈折率異方性は極わずかであり、光が液晶層５
を透過することによって生じる位相差はほぼ０である。

【００６７】従って、λ／４板１０から出射される円偏
光は、円偏光を崩さずに液晶層５を透過し、λ／４板７
に入射する。λ／４板１０の遅延軸方向とλ／４板７の
遅延軸方向が一致しており、λ／４板７に入射した円偏
光は、偏光板９の透過軸方向と直交する方向の直線偏光
になり、偏光板６に入射される。

【００６８】λ／４板７から出射された直線偏光は、偏
光板６の透過軸と直交する方向の直線偏光であり、偏光
板６で吸収され光は透過しない。この様に、液晶層５に
電圧を印加しない場合は黒表示になる。

【００６９】次に図１３（ｂ）によって白表示を説明す
る。図１３（ｂ）は液晶層に電圧を印加する場合であり
λ／４板１０を光が通過するまでは図１３（ａ）と同一
であり説明は省略する。

【００７０】液晶層５に電圧を印加すると、基板表面か
ら垂直方向に向いていた液晶層５の液晶分子は基板面と
水平方向に傾き、液晶層に入射したλ／４板１０からの
円偏光は、液晶層５の複屈折により楕円偏光になり、λ
／４板７を通過した後でも偏光板６の透過軸と直交する
直線偏光にはならず、偏光板６を通して光が透過する。
この時の液晶層５に印加される電圧を調整することで、
偏光板６に入射する光の偏光状態を変えることができ、
偏光板６を透過する光量を調整し階調表示が可能にな
る。

【００７１】また、液晶層５の位相差が１／２波長条件
になるように、液晶層５に電圧を印加すると、λ／４板
１０を通った後の円偏光は液晶層５のセル厚の半分の地
点で偏光板９の透過軸に直交する直線偏光になり、残り
の液晶層５を通過すると円偏光になる。液晶層５から出
射される円偏光はλ／４板７を通過すると偏光板６の透
過軸と平行な直線偏光になるため、偏光板６に入射され
る光のほとんどが偏光板６を透過するため偏光板６の透
過光は最大になる。

【００７２】よって、実施形態２では、反射電極３の領
域及び透明電極８の領域共に、液晶層５に電圧が印加さ
れていないときは、液晶層５に複屈折が無く黒表示が得
られ、液晶層５に電圧を印加することで光の透過量を調
整し階調表示が可能になる。図９に実施形態２におい
て、液晶層のセルギャップｄ＝３．５６μｍ、液晶層の
位相差ｄΔＮ＝０．２７５２の透過反射両用型液晶表示
装置の透過領域での垂直入射垂直受光時の分光透過率特
性を示す。ここで、反射電極３が有る領域での分光反射
率特性は図４と同様である。

【００７３】図９は、空気に対しての垂直入射垂直受光
時の分光透過を１００としている。図９に示す様に、液
晶層５に電圧を印加していない黒表示と、電圧５Ｖ印加
時の明表示において、４００ｎｍから７００ｎｍの波長
域全域で十分なコントラスト比が得られる。また、液晶
層５への印加電圧が５Ｖの場合、約３０％の反射率が得
られ、これは用いている偏光板６の透過率の８割程度で
ある。このことからも、この表示方式は光の利用効率が
高く透過反射両用型液晶表示装置に適している。

【００７４】図１０は実施形態２の液晶表示装置におい
て、液晶層５のセルギャップをｄ＝４．５μｍ、液晶層
５の位相差をｄΔＮ＝０．３４７９としたときの透過反
射両用型液晶表示装置の透過領域での垂直入射垂直受光
時の分光透過率特性を示す。図９のセルギャップｄ＝
３．５６μｍの透過反射両用型液晶表示装置と同様に、
液晶層５に電圧を印加していない黒表示と、電圧５Ｖ印
加時の明表示において、４００ｎｍから７００ｎｍの波
長域全域で十分なコントラスト比が得られ、また、液晶
層への印加電圧が５Ｖの場合に約４０％の透過率が得ら
れる。

【００７５】図１１に実施形態２の透過反射両用型液晶
表示装置の透過領域での垂直入射垂直受光時の波長５５
０ｎｍでのセルギャップとコントラスト比の関係を示
す。図１１は、液晶の位相差ｄΔｎが１／２波長条件を
満たす電圧を印加して測定してる。

【００７６】この様に、セルギャップに関係無く透明電
極８の領域で透過型液晶表示装置として用いる場合コン
トラスト比８００以上、反射電極３の領域で反射型液晶
表示装置として用いる場合コントラスト比５００以上を
維持している。よって液晶層５に電圧印加時に、位相差
ｄΔｎが１／２波長条件を満たす限りコントラスト比の
低下無しで表示でき、セルギャップｄを任意に設定する
ことが可能である。

【００７７】図１２にλ／４板７の遅延軸を偏光板６の
透過軸に４５°傾けた場合を０°とした場合のλ／４板
７の遅延軸の角度のずれとコントラスト比の関係を示
す。ここで、λ／４板７の遅延軸の角度のずれが３°以
内ならば、透明電極８の形成された透過領域で透過型液
晶表示装置として使用する場合や、反射電極３の形成さ
れた反射領域で反射型液晶表示装置として使用する場
合、共にコントラスト比５０以上が得られ、良好な表示
特性の反射型透過両用型液晶表示装置が得られる。

【００７８】従って、周囲の光が暗い場合はバックライ
トを用いて透明電極８を透過する光を利用して表示する
透過型液晶表示装置として使用し、周囲光が明るい場合
には、光反射率の比較的高い膜で形成した反射電極３で
の反射光を利用して表示する反射型液晶表示装置として
表示が可能になる。従って、１枚のパネルで周囲の光が
暗い場合ではバックライトを用い、周囲光が明るい場合
はバックライトを使わずに周囲光を利用する、あるい
は、バックライトと反射光の両方を使用しても表示が可
能な透過反射両用型液晶表示装置として用いることが可
能になる。

【００７９】よって、従来の透過型液晶表示装置よりも
周囲光が明るい場合にはバックライトを使わない分低消
費電力であり、周囲の光が暗い場合ではバックライトを
用いることで、従来の反射型液晶表示装置のように周囲
の光が暗いと十分な表示が得られないという欠点を克服
できる。

【００８０】本実施形態で用いている垂直配向液晶材料
を用いた液晶表示装置は、電圧無印加時に液晶層のリタ
デーションをほぼ０にできるので、ノーマリーブラック
表示の場合、透過表示および反射表示で暗状態をより暗
くすることができ、コントラストを高めることができ
る。

【００８１】（実施形態３）本発明の実施形態３につい
て図３の断面概略図を用いて説明する。実施形態１及び
実施形態２と共通の構成については説明を省略する。実
施形態３の液晶表示装置は、基板１と偏光板９の間にλ
／４板１０と光学補償板１２を有し、基板２と偏光板６
の間にλ／４板７と光学補償板１１を有している。

【００８２】液晶層５に電圧が印加されていない場合
は、負の誘電率異方性を示す液晶材料を用いた液晶層５
の液晶分子は基板面からほぼ垂直に配向しており、基板
正面からは液晶層５による屈折率異方性は無い。しかし
ながら、反射型液晶表示装置として用いる場合には、光
は基板面に対して垂直方向だけでなく他の方向からの光
も表示に利用するため、周囲光等の基板面に対して斜め
方向の光が液晶層５に入射する場合には、屈折率異方性
の影響を受ける。

【００８３】また、視角方向も基板表面に垂直とは限ら
ないため、視角方向が基板面の垂直方向からずれるにつ
れて液晶層５の液晶分子の屈折率異方性の影響を受ける
ようになり、コントラストの低下が発生する。そこで、
液晶層５の光の入射方向や視角方向で発生する液晶分子
の屈折率異方性に起因する影響を補償するような光学補
償層１１，１２を設けることにより、液晶層５の光の入
射方向や視角方向で発生する屈折率異方性を補償するこ
とができ、光の入射方向や視角方向に依存するコントラ
ストの低下を防止できる。

【００８４】また垂直配向液晶層５で電圧印加時に液晶
分子が一方向に傾く様に液晶分子のプレティルトを基板
表面の垂直の方向から若干寝かしている場合には、垂直
配向液晶層５の電圧無印加時であっても基板に対して垂
直方向において若干の屈折率異方性が発生するので、こ
の屈折率異方性を補償する様に、光学補償層を設計する
ことにより、基板表面から垂直方向からみたコントラス
ト比もさらに向上する。

【００８５】実施形態３ではλ／４板と光学補償層を別
の層として説明したが、同一層に作り込んでも同様の効
果が得られる。また、実施形態３では光学補償層１１と
光学補償層１２の２つの光学補償層を用いたが、光学補
償層１１だけとしてもよい。

【００８６】実施形態３では透過反射両用型表示装置で
説明したが、実施形態１の反射型液晶表示装置におい
て、偏光板６と反射電極３の間に液晶層５の液晶分子の
屈折率異方性を補償するように光学補償層を設けること
によりコントラスト比の低下を防止できる。また、実施
形態１乃至実施形態３では、白表示と黒表示の場合につ
いて説明したが、反射領域や透過領域の対応箇所に各色
のカラーフィルターを設けてカラー表示を行うこともで
きる。

【００８７】実施形態１乃至実施形態３の負の誘電率異
方性を示す液晶材料を用いた垂直配向液晶層５にカイラ
ル材を添加することにより、電圧印加時に液晶分子を旋
回させて電圧印加時の液晶分子の旋回を安定したものと
することができる。その際に、液晶層が９０°ツイスト
となるように配向処理することにより、電圧印加時のデ
ィスクリネーション防止のため基板面の法線方向に対し
数度傾斜して配向させた場合に液晶分子の傾斜方向にリ
ターデーションが発生するが、基板付近の液晶分子の傾
斜した方向が上下の基板付近で互いに９０°の角度をな
しているため、発生するリターデーションを打ち消すこ
とができ、漏れ光が少ない黒表示が得られる。

【００８８】実施形態１乃至実施形態３は、負の誘電率
異方性を有する垂直配向性液晶を用いているが、平行配
向性液晶を用いても同様の表示が可能である。即ち、垂
直配向性液晶の代わりに平行配向性液晶を用いると、電
圧無印加時に液晶分子が基板面に平行に配置され、電圧
印加時に液晶分子が基板面の法線方向に傾くため、電圧
無印加時に白表示、電圧印加時に黒表示の液晶表示装置
が得られる。この平行配向性液晶を用いた黒表示の場合
は基板付近の液晶分子により、垂直配向性液晶の場合よ
りも残存するリターデンションが多くなる。この為より
完全な黒表示を行う為にはこれを補償する位相差板を併
用すればよい。

【００８９】液晶分子が概ね基板面の垂直方向に向いて
いる状態の液晶層において、反射モードではαのリター
デーションが残存している場合、λ／４板７に代えて、
（λ／４−α）のリターデーションをもつ位相差板を配
置すればよい。

【００９０】反射モードでは、液晶層には、円偏光から
液晶層の残存しているリターデーション分ずれた楕円偏
光が入射する。液晶層を通過し、反射機能を有する領域
で円偏光となり、反射して回転方向が逆転した円偏光と
なる。液晶層を通過して液晶層から出射するとき、円偏
光からずれた楕円偏光となる。このときの楕円偏光は、
入射時位相が９０度ずれた状態にある。位相差板を通過
すると偏光板６の透過軸と直交する直線偏光となる。

【００９１】従って、液晶分子が基板面の垂直方向に向
いている状態の液晶層に残存するリターデーションが無
視できない場合でも、そのリターデーションを考慮した
位相差板を配置することにより反射モードでコントラス
トの高い表示が実現できる。更に、液晶層に反射モード
ではα、透過モードではβのリターデーションが残存し
ている場合、λ／４板７に代えて（λ／４−α）のリタ
ーデーションをもつ位相差板、λ／４板１０に代えて
（λ／４−（β−α））のリターデーションをもつ位相
差板を配置すればよい。

【００９２】透過機能を有する領域の透過光で表示を行
う透過モードでは、液晶分子が基板面の垂直方向に向い
ている状態では、液晶層を出射したとき反射モードの出
射光と同じ状態の楕円偏光となるように上記（λ／４−
（β−α））のリターデーションをもつ位相差板が設定
され、その位相差を有した楕円偏光が上記（λ／４−
α）のリターデーションをもつ位相差板に入射するの
で、上記（λ／４−α）のリターデーションをもつ位相
差板を通過したとき、偏光板６の透過軸と直交する直線
偏光となり光漏れの少ない暗表示となる。

【００９３】従って、液晶分子が基板面の垂直方向に向
いている状態の液晶層に残存するリターデーションが無
視できない場合でも、そのリターデーションを考慮した
位相差板を配置することにより反射モードでコントラス
トの高い表示が実現できる。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、バックライトを用いる
場合は透過領域を透過した光で表示を行ない、周囲光を
利用する場合は、反射電極で形成した画素電極において
反射した光で表示を行なうことが可能となる。 従って、
周囲光が充分に明るい場所ではバックライトの不要な反
射型として、暗い場所ではバックライトを用いる透過型
として用いることが可能な表示装置が実現できる。

【００９５】

【００９６】

【００９７】

【００９８】

【００９９】

【０１００】また、光の入射方向や視角方向に依存する
コントラストの低下を防止できる。また、電圧印加時の
液晶分子の旋回を安定したものとすることができ、上下
基板のラビング方向を同一方向以外に施す場合、配向処
理の軌跡が同一方向でなくなるため筋目が目立ちにくく
なる。

【０１０１】また、電圧印加時のディスクリネーション
防止のため基板の法線方向に対し数度傾斜して配向させ
た場合に液晶分子の傾斜方向にリターデーションが発生
するが、基板付近の液晶分子の傾斜した方向が上下の基
板付近で互いに９０°の角度をなしているため、発生す
るリターデーションを打ち消すことができ、漏れ光が少
ない黒表示が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置の断面構成図である。

【図２】本発明の実施形態２における透過反射両用型液
晶表示装置の断面構成図である。

【図３】本発明の実施形態３における透過反射両用型液
晶表示装置の断面構成図である。

【図４】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置のセルギャップｄ＝３．５６μｍの垂直入射垂直受光
時の分光反射率特性図である。

【図５】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置のセルギャップｄ＝４．５μｍの垂直入射垂直受光時
の分光反射率特性図である。

【図６】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置の垂直入射垂直受光時の波長５５０ｎｍでのセルギャ
ップとコントラスト比の関係図である。

【図７】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置の電極構成を示した図である。

【図８】本発明の実施形態２における反射型液晶表示装
置の電極構成を示した図である。

【図９】本発明の実施形態２におけるセルギャップｄ＝
３．５６μｍの透過反射両用型液晶表示装置の透過領域
での垂直入射垂直受光時の分光反射率特性図である。

【図１０】本発明の実施形態２におけるセルギャップｄ
＝４．５μｍの透過反射両用型液晶表示装置の透過領域
での垂直入射垂直受光時の分光反射率特性図である。

【図１１】本発明の実施形態２における透過反射両用型
液晶表示装置の透過領域での垂直入射垂直受光時の波長
５５０ｎｍでのセルギャップとコントラスト比の関係図
である。

【図１２】本発明の実施形態２における透過反射両用型
液晶表示装置の透過領域においてλ／４板の遅延軸を偏
光板の透過軸に４５°傾けた場合を０°とした場合の、
λ／４板の遅延軸の角度のずれとコントラスト比の関係
図である。

【図１３】本発明の実施形態１及び実施形態２の液晶表
示装置における光の透過状態を説明する図である。

【符号の説明】

１、２ 基板 ３ 反射電極 ４ 対向電極 ５ 液晶層（垂直配向） ６、９ 偏光板 ７、１０ λ／４板 ８ 透明電極 １１、１２ 光学補償層

フロントページの続き (72)発明者 丸山 裕子 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 島田 尚幸 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 吉村 洋二 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 片山 幹雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 石井 裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−292413（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−337421（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−325373（ＪＰ，Ａ) 国際公開99／040480（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射電極が形成された反射領域と透明電
   極が形成された透過領域を有する一方基板と対向電極が
   形成された他方基板を有し、前記一方基板と前記他方基
   板の間に負の誘電率異方性を示す液晶材料を用いた垂直
   配向液晶層が挟持された液晶表示装置において、 前記他方基板の前記液晶層とは反対の面に設けられた第
   １の偏光板と、 前記一方基板の前記液晶層とは反対の面に設けられた第
   ２の偏光板と、 前記第１の偏光板と前記液晶層の間に設けられた第１の
   λ／４板と、 前記第２の偏光板と前記液晶層の間に設けられた第２の
   λ／４板を有し、 前記第１の偏光板及び第２の偏光板の透過軸は、同一方
   向に設定され、 前記第１のλ／４板と第２のλ／４板の遅延軸は、同一
   方向で、且つ前記第１の偏光板及び第２の偏光板の透過
   軸に対して各々４５°傾けた方向に設定されることを特
   徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記の第１の偏光板と第２の偏光板の間
   に少なくとも１枚の光学補償層を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記負の誘電率異方性を示す液晶材料に
   カイラル材を添加することを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記液晶層が９０°ツイストとなるよう
   に配向処理されていることを特徴とする請求項３に記載
   の液晶表示装置。