JP3410666B2 - 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と透過型とを兼
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】従って、透過表示と反射表示を組み合わせ
た表示装置が開発されているが、黒表示の場合に光漏れ
が発生し十分な黒レベルが得られない問題点がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、反射機能を有
する領域と透過機能を有する領域とが形成された一方基
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の偏光手段と、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の偏光手段と、前記
第１の偏光手段と前記液晶層との間に設けられ、前記第
１の偏光手段からの直線偏光を円偏光とする第１の位相
差板と、前記第２の偏光手段と前記液晶層との間に設け
られ、前記第２の偏光手段からの直線偏光を円偏光とす
る第２の位相差板と、前記第１の偏光手段と前記液晶層
との間に設けられ、前記第１の位相差板の屈折率異方性
の波長依存性を補償する第３の位相差板とを有し、前記
液晶層が負の誘電率異方性を有する垂直配向液晶材料で
あることを特徴とする。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】また、前記液晶表示装置をノーマリブラッ
クの表示モードとすることを特徴とする。

【００１４】以下に本発明による作用について説明す
る。本発明によれば、第１の位相差板により、直線偏光
を円偏光に変換する際に生じる屈折率異方性の波長依存
性をある程度相殺することができる。これによって、反
射モードにおいて、広波長帯で偏光状態のばらつきが小
さくなった状態で円偏光にすることができる。このた
め、暗表示の反射モードにおける色づきが改善できる。

【００１５】また、偏光板を通過した直線偏光を、第３
の位相差板によりその方位を回転させてから、第１の位
相差板により円偏光とすることができるので、第１の位
相差板の屈折率異方性の波長依存性を最適に補償するこ
とができる。これによって、反射モードにおいて、広波
長帯で偏光状態のばらつきがさらに小さくなり、円偏光
にすることができる。このため、暗表示の反射モードに
おける色づきが改善できる。

【００１６】特に、液晶層が垂直配向モードであるとき
や、暗状態において液晶層に残存するリターデーション
が無視できる場合は、第１の位相差板をλ／４板にする
ことができる。

【００１７】暗状態において、液晶層に、反射モードで
はγのリターデーションが残存している場合、第１の位
相差板のリターデーションを（λ／４−γ）にして、円
偏光からずらせて液晶層に入射させる。液晶層を通過し
て反射板に達したとき、広波長帯で偏光状態のばらつき
がなくなり円偏光となっているので、反射モードにおい
て良好な黒表示が実現される。

【００１８】また、第４の位相差板により、直線偏光を
円偏光に変換する際に生じる屈折率異方性の波長依存性
をある程度相殺することができる。これによって、透過
モードにおいて、広波長帯で偏光状態のばらつきがなく
なった円偏光にすることができる。このため、暗表示の
透過モードにおける色づきが改善でき、反射モードと透
過モードとを両用した場合でも、良好な黒表示が実現さ
れる。

【００１９】また、偏光板を通過した直線偏光を、第４
の位相差板によりその方位を回転させてから、第２の位
相差板により円偏光とすることができるので、第１の位
相差板の屈折率異方性の波長依存性を最適に補償するこ
とができる。これによって、透過モードにおいて、広波
長帯で偏光状態のばらつきがさらに小さくなり、円偏光
にすることができる。

【００２０】特に、液晶層が垂直配向モードであるとき
や、暗状態で液晶層に残存するリターデーションが無視
できる場合は、第２の位相差板をλ／４板にすることが
できる。

【００２１】暗状態において、液晶層に、反射モードで
はγ、透過モードではΔのリターデーションが残存して
いる場合、それ以降の層のリターデーションを｛λ／４
−（Δ−γ）｝にして、円偏光からずらせて液晶層に入
射させる。液晶層を通過したとき、反射モードの出射光
と広波長帯で同じ偏光状態になっているので、第３の位
相差板を通過したとき、第１の偏光手段の透過軸と直交
する直線偏光となり、透過モードにおける色付きが改善
でき、透過モードと反射モードの両用した場合でも良好
な黒表示が実現される。

【００２２】また、位相差板の遅相軸を直交させること
で、位相差板の屈折率異方性の波長依存性を、他方の位
相差板の屈折率異方性の波長依存性で相殺することがで
き、暗表示の色づきを改善できる。

【００２３】また、液晶層に負の誘電率異方性を有する
垂直配向液晶材料を用いることで、液晶層のリターデシ
ョンがほぼ０である状態が実現されるので、暗状態がよ
り暗くなるので、コントラストが高くなる。

【００２４】例えば、液晶層に平行配向液晶を用いる
と、電圧を印加して液晶分子の長軸を電極と垂直方向に
向けることで液晶層のリターデションを０にしようとし
ても、残留リターデションが発生するため液晶層のリタ
ーデションは０にはならない。また、ノーマリブラック
（以下ＮＢという）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、生産性の点でセル
ギャップ制御に対するある程度の余裕がとれる。

【００２５】液晶層に電圧無印加時に白表示を、電圧印
加時に黒表示を行なうノーマリホワイト（以下ＮＷとい
う）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、液晶層に電圧無印加時
に黒表示を、電圧印加時に白表示を行なう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。また、ＮＷでは輝点となっていた
点欠陥が、ＮＢでは黒点となるため、製造上の良品率向
上が見込まれ、輝点フリーの高品位表示パネルが実現で
きる。これらのことからも、ＮＷに比べてＮＢの方があ
らゆる環境下で使用可能な液晶表示装置の表示モードと
して優れている。

【００２６】

【発明の実施の形態】（実施形態１）実施形態１の液晶
表示装置について図１を用いて説明する。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。

【００２７】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なって
いる。これは、ラビングを用いなくても、光配向や電極
形状等で配向を規制しても良い。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、概ね０度または
０．１度から５度程度のティルト角を持つ。

【００２８】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られるが、反射電極を電極として使
わずに反射板として用いて、透明電極８を反射板の上ま
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。

【００２９】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、さらに基板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の遅相軸はλ／４板７の遅相
軸と直交するように設定されている。

【００３０】λ／４板７の基板２とは反対側の面にλ／
２板１１が、λ／４板１０の基板１とは反対側の面にλ
／２板１２がそれぞれ設けられており、λ／２板１１の
遅相軸はλ／４板７の遅相軸に対して６０度、λ／２板
１２の遅相軸はλ／４板１０の遅相軸に対して６０度傾
むくように、またλ／２板１２の遅相軸はλ／２板１１
の遅相軸と直交するように設定されている。

【００３１】λ／２板１１の基板２とは反対側の面に偏
光板６が、λ／２板１２の基板１とは反対側の面に偏光
板９がそれぞれ設けられており、偏光板６の透過軸はλ
／４板７の遅相軸に対してλ／２板１１の遅相軸を挟む
方向に７５度、λ／２板１１の遅相軸に対して１５度、
偏光板９の透過軸はλ／４板１０の遅相軸に対してλ／
２板１２の遅相軸を挟む方向に７５度、λ／２板１２の
遅相軸に対して１５度傾むくように、また偏光板６の透
過軸は偏光板９の透過軸に対して直交するように設定さ
れている。

【００３２】図２（ａ）は本発明の実施形態１のアクテ
ィブマトリクス基板の平面概略図を示し、図２（ｂ）は
図２（ａ）のＡ−Ａ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３
１を備えている。

【００３３】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。

【００３４】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。ここで、図２
（ｂ）では反射用絵素電極３０の表面形状を平面として
図示しているが、反射特性を向上するために表面形状を
凹凸にしても良い。また、絵素電極を反射用絵素電極３
０と透過用絵素電極３１に分割しているが、分割せずに
半透過電極を用いても良い。

【００３５】図３、図４を用いて実施形態１の液晶表示
装置における反射モード及び透過モードの光の透過状態
を説明する。図３（ａ）は反射モードの液晶層に電圧が
印加されていない暗表示の場合を示し、図３（ｂ）は反
射モードの液晶層に電圧が印加された白表示の場合を示
している。また、図４（ａ）は透過モードの液晶層に電
圧が印加されていない暗表示の場合を示し、図４（ｂ）
は透過モードの液晶層に電圧が印加された白表示の場合
を示している。

【００３６】図３（ａ）によって反射モードの暗表示を
説明する。図３（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を通った後偏光軸が偏光板の透過
軸に一致した直線偏光となり、λ／２板１１に入射され
る。λ／２板１１は、偏光板６の透過軸方向とλ／２板
１１の遅相軸方向が１５度になるように配置されてお
り、λ／２板１１を通過した光は偏光板６の透過軸方向
に対してλ／２板１１の遅相軸方向を挟んで３０度の偏
光方向の直線偏光になり、λ／４板７に入射される。

【００３７】λ／４板７は、偏光板６の透過軸方向に対
してλ／２板１１の遅相軸方向を挟んでλ／４板７の遅
相軸方向が７５度になるように配置されている。つま
り、λ／２板１１を通過した直線偏光の偏光方向に対し
て、λ／４板７の遅相軸方向は４５度になるように配置
されており、λ／４板７を通過した光は円偏光になる。

【００３８】液晶層５に電界を印加していない場合は、
負の誘電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。従って、λ／４板７を通過した円偏光の光線
は、円偏光をほとんど崩さずに液晶層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。

【００３９】反射された光線は回転方向が逆転した円偏
光となり、λ／４板７を通過してλ／４板７入射時と直
交する直線偏光となり、λ／２板１１に入射される。λ
／２板１１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
は暗表示となる。

【００４０】次に図３（ｂ）によって反射モードの白表
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）
と同一であり説明は省略する。

【００４１】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
幾分傾き、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で液晶分子の複屈折の
影響を受け、λ／４板７、λ／２板１１を通過した後に
は偏光板６の透過軸と直交する直線偏光にはならず、偏
光板６を幾分通過する。こうして、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
きる光量を調節することができ、階調表示が可能にな
る。

【００４２】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を通過し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、λ／２板１１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を通過する反射光
は最大になる。

【００４３】図３（ｂ）には、反射電極３で反射された
光が最も偏光板６を透過する液晶層５のリタデーション
条件で図示しており、反射電極３上で偏光板６の透過軸
と直交する方向の直線偏光となっている。

【００４４】従って、液晶層５に電圧が印加されてない
ときは、液晶層５に複屈折はほとんど無く暗表示が得ら
れ、液晶層５に電圧が印加するとその印加電圧によって
光の透過率が変化し階調表示が可能になる。

【００４５】図４（ａ）によって透過モードの暗表示を
説明する。図４（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通過後、偏光板９の透過軸
に一致した直線偏光になる。

【００４６】λ／２板１２は、偏光板９の透過軸方向と
λ／２板１１の遅相軸方向が１５度になるように、また
λ／２板１１の遅相軸方向に対して直交するように配置
されており、λ／２板１２を通過した光は偏光板９の透
過軸方向に対してλ／２板１２の遅相軸方向を挟んで３
０度の偏光方向の直線偏光になり、λ／４板１０に入射
される。

【００４７】λ／４板１０は、偏光板９の透過軸方向に
対してλ／２板１２の遅相軸方向を挟んでλ／４板１０
の遅相軸方向が７５度になるように配置されている。つ
まり、λ／２板１２を通過した直線偏光の偏光方向に対
して、λ／４板１０の遅相軸方向は４５度になるように
配置されており、λ／４板１０を通過した光は円偏光に
なる。

【００４８】液晶層５に電界が発生していない場合は、
負の誘電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を通過することによって生じる位相差はほぼ
０である。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を通過し、λ／４板７に
入射する。

【００４９】λ／４板１０の遅相軸方向とλ／４板７の
遅相軸方向は直交しており、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、λ／２板１１に入射される。λ／２板１１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暗表示とな
る。

【００５０】次に図４（ｂ）によって透過モードの明表
示を説明する。図４（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４（ａ）
と同一であり説明は省略する。

【００５１】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
幾分傾き、液晶層５に入射したλ／４板１０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、λ／４
板７、λ／２板１１を通過した後には偏光板６の透過軸
と直交する直線偏光にはならず、偏光板６を幾分通過す
る。こうして、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節する
ことができ、階調表示が可能になる。

【００５２】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１／２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を通過した後の円偏光は液晶層５のセル厚の半分
の地点で直線偏光になり、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、λ／２板１１を通過すると、偏光板６の透過軸と
平行な直線偏光になり、偏光板６を通過する反射光は最
大になる。

【００５３】図４（ｂ）には、偏光板９を通過した光が
最も偏光板６を透過する液晶層５のリタデーション条件
で図示している。従って、液晶層５に電圧が印加されて
ないときは、液晶層５に複屈折はほとんど無く暗表示が
得られ、液晶層５に電圧が印加するとその印加電圧によ
って光の透過率が変化し階調表示が可能になる。

【００５４】ここで、反射モードの明状態で反射率が最
大となる液晶層５の位相差はλ／４であり、透過モード
の明状態で透過率が最大となる液晶層５の位相差はλ／
２であることから、反射モードとして用いる領域の液晶
層と透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みが等し
い場合には、反射モードとして用いる領域の液晶層５の
位相差をλ／４、透過モードとして用いる領域の液晶層
５の位相差をλ／２という位相差を同時に満たすことは
できない。

【００５５】つまり、反射モードとして用いる領域の液
晶層５の位相差が０からλ／４に変化することで階調表
示を行なう場合は、透過モードとして用いる領域の液晶
層５の位相差も０からλ／４までしか変化しないため
に、透過モードは効率良く光を利用することができな
い。

【００５６】よって、反射モードとして用いる領域の液
晶層と透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みを変
えるか、反射モードとして用いる領域の液晶層と透過モ
ードとして用いる領域の液晶層に印加する電圧を変える
ことで、反射モード、透過モード共に効率良く光を利用
することができる。ここで、反射モードとして用いる領
域の液晶層と透過モードとして用いる領域の液晶層の厚
みを変える際に、透過モードとして用いる領域の液晶層
の厚みを反射モードとして用いる領域の液晶層の厚みの
２倍にすると、反射モードとして用いる領域の液晶層５
の位相差をλ／４、透過モードとして用いる領域の液晶
層５の位相差をλ／２という位相差を同時に満たすこと
ができるが、透過モードとして用いる領域の液晶層の厚
みを反射モードとして用いる領域の液晶層の厚みの２倍
にしなくても、透過モードとして用いる領域の液晶層の
厚みを反射モードとして用いる領域の液晶層の厚みの２
倍を超えない範囲で、透過モードとして用いる領域の液
晶層の厚みを反射モードとして用いる領域の液晶層の厚
みより大きくすることで、光の利用効率は向上する。

【００５７】実施形態１ではλ／４板１０の遅相軸はλ
／４板７の遅相軸と直交するように、λ／２板１２の遅
相軸はλ／２板１１の遅相軸と直交するように、また偏
光板６の透過軸は偏光板９の透過軸に対して直交するよ
うに設定されているが、透過モード時に液晶層にリタデ
ーションが無い状態で偏光板９を通過した直線偏光が、
偏光板６の透過軸に直角の直線偏光で偏光板６に入射す
れば、暗表示ができる。

【００５８】つまり、偏光板６の透過軸とλ／４板７の
遅相軸とのなす角度が、偏光板６の透過軸とλ／２板１
１の遅相軸とのなす角度をαとした場合、概ね（２α＋
４５）度に、偏光板９の透過軸とλ／４板１０の遅相軸
とのなす角度が、偏光板９の透過軸とλ／２板１２の遅
相軸とのなす角度をαとした場合、概ね（２α＋４５）
度に設置され、かつ透過モード時に液晶層にリタデーシ
ョンが無い状態で偏光板９を通過した直線偏光が、偏光
板６の透過軸に直角の直線偏光で偏光板６に入射するよ
うな組み合わせであれば、λ／４板１０の遅相軸はλ／
４板７の遅相軸と直交してなくても、λ／２板１２の遅
相軸はλ／２板１１の遅相軸と直交してなくても、また
偏光板６の透過軸は偏光板９の透過軸に対して直交しな
くても、液晶層５に電圧が印加されてないときは、液晶
層５に複屈折はほとんど無く暗表示が得られ、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
変化し階調表示が可能である。

【００５９】ここで、λ／４板７、１０、λ／２板１
１、１２を構成する複屈折性材料の常光及び異常光の両
者に対する屈折率は波長に強く依存しているため、特定
の厚さの波長板内で蓄積された位相遅れもまた波長に依
存する。つまり、λ／４の位相遅れを入射光の直線偏光
面に与えるには、波長を特定した単波長の光線を入射さ
せた場合のみに完全に達成できる。よって、λ／４板
７、１０を構成する複屈折性材料の屈折率異方性の波長
依存性により、λ／４の位相遅れが達成できない波長域
で偏光板６で遮光されずに透過する光が発生し、暗表示
に色づきが生じるが、λ／４板７とλ／２板１１及びλ
／４板１０とλ／２板１２を組み合わせることで、λ／
４板７、１０を構成する複屈折性材料の屈折率異方性の
波長依存性をある程度相殺することができ、比較的広波
長帯でλ／４条件を満たすようになる。

【００６０】このため実施形態１と比較して反射モード
の暗表示の色づきを改善できる。もちろん、透過モード
の暗表示の色づきも、λ／４板１０の遅相軸はλ／４板
７の遅相軸と直交するように、λ／２板１２の遅相軸は
λ／２板１１の遅相軸と直交するようにしなくても改善
される。また、実施形態１ではα＝１５度としたが、α
を変化することで明表示の色味を変化させることができ
るため、希望する色味に応じてαを変えても良い。ま
た、透過モードの暗表示の色づきは悪くなるが、λ／２
板１２を省略し原価力向上を図ることも可能である。但
し、透過モード時に液晶層にリタデーションが無い状態
で偏光板９を通過した直線偏光が、偏光板６の透過軸に
直角の直線偏光で偏光板６に入射するようにλ／４板１
０の遅相軸と偏光板９の透過軸を設定する必要が有る。

【００６１】ここで、λ／４板１０の遅相軸はλ／４板
７の遅相軸と直交するように、λ／２板１２の遅相軸は
λ／２板１１の遅相軸と直交するように、また偏光板６
の透過軸は偏光板９の透過軸に対して直交するように設
定することで、透過モードにおいて、λ／４板１０の屈
折率異方性の波長依存性を、λ／４板７の屈折率異方性
の波長依存性で相殺することができ、さらにλ／２板１
２の屈折率異方性の波長依存性を、λ／２板１１の屈折
率異方性の波長依存性で相殺することができ、暗表示の
色づきをさらに改善できる。

【００６２】さらに、液晶層５の視角特性を改善させる
ため、偏光板６と液晶層５の間と偏光板９と液晶層５の
間の少なくとも一方に、別の位相差板を設置させること
で、広い視角範囲で良好な表示が実現される。また、実
施形態１では液晶層５に垂直配向性液晶を用いている
が、基板表面近傍の液晶分子の配向が基板面の垂直方向
に対してある程度のティルト角を持つ場合には、液晶層
５に電圧無印加時でも完全にリタデーションは０にはな
らなくて、反射モードではγのリターデーションが残存
する場合、その分を補償し０に近付けるように偏光板６
と液晶層５の間と偏光板９と液晶層５の間の少なくとも
一方に、別の位相差板を設置すればより良好な暗表示が
得られる。

【００６３】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γ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−γ）のリターデーションをもつ位相差板を配
置すればよい。

【００６４】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。

【００６５】反射用絵素電極が透過用絵素電極より大き
い場合など、反射型表示がメインとなる場合は透過モー
ドの表示に用いているλ／４板１０はそのままでもよ
い。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。

【００６６】更に、液晶層に反射モードではγ、透過モ
ードでは△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−γ）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−（△−
γ））のリターデーションをもつ位相差板を配置すれば
よい。

【００６７】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−
（△−γ））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−
γ）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−γ）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。

【００６８】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。

【００６９】また、実施形態１では液晶層５に垂直配向
性液晶を用いているが、平行配向性液晶を用いても同様
の原理で表示が可能である。但し、平行配向性液晶を用
いると電圧印加につれて液晶層５のリタデーションが小
さくなるが、電圧印加時に基板近傍以外の液晶分子が概
ね基板面の垂直方向に向いている状態でも、基板近傍の
液晶分子は電界によりほとんど動かないため、基板近傍
の液晶分子による残留リタデーションが生じる。そのた
め、垂直配向性液晶を用いた場合よりも平行配向性液晶
を用いると残留リタデーションの影響分、暗表示時に黒
レベルが浮くことになりコントラスト低下が発生する。
そのため、平行配向性液晶を用いて垂直配向性液晶同様
の黒レベルを表示するには、残留リタデーションを補償
するように上下基板それぞれの近傍の液晶分子による残
留リタデーションを打ち消すように上下基板に液晶分子
を配向させるか、位相差板を追加する必要が有る。

【００７０】図５は、本実施形態の透過領域において、
λ／４板１０とλ／４板７の遅相軸を平行とし、λ／２
板１１とλ／２板１２の遅相軸を平行とした場合と、比
較例としてλ／４板１０とλ／４板７の遅相軸を平行と
し、λ／２板は設けない場合に黒表示のときの光の波長
と透過率の関係を示す図である。従って、図５に示すよ
うに、λ／２板を設けることに、黒表示のときに光もれ
の少ない表示を得ることができる。

【００７１】図６は、本実施形態の透過領域において、
λ／４板１０とλ／４板７の遅相軸を平行とし、λ／２
板１１とλ／２板１２の遅相軸を平行とした場合と、λ
／４板１０とλ／４板７の遅相軸を直交とし、λ／２板
１１とλ／２板１２の遅相軸を直交とした場合に、黒表
示のときの光の波長と透過率の関係を示す図である。従
って、図６に示すように、λ／４板及びλ／２板をそれ
ぞれ直交に配置することにより、黒表示のときに光もれ
の少ない表示を得ることができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、反射モードにおいて、
広波長帯で偏光状態のばらつきがなくなり、ほぼ円偏光
にすることができる。このため、暗表示の反射モードに
おける色づきが改善できる。また、第１の位相差板の屈
折率異方性の波長依存性を最適に補償することができ
る。

【００７３】また、透過モードにおいて、広波長帯で偏
光状態のばらつきがなくなり、ほぼ円偏光にすることが
できる。このため、反射モードだけでなく、暗表示の透
過モードにおける色づきが改善でき、反射モードと透過
モードとを両用した場合でも、良好な黒表示が実現され
る。また、第２の位相差板の屈折率異方性の波長依存性
を最適に補償することができる。

【００７４】また、液晶層に負の誘電率異方性を有する
垂直配向液晶材料を用いることで、液晶層のリターデシ
ョンがほぼ０である状態が実現されるので、暗状態がよ
り暗くなるので、コントラストが高くなる。また、ノー
マリブラック（以下ＮＢという）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、生産
性の点でセルギャップ制御に対するある程度の余裕がと
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の液晶表示装置の断面模式
図である。

【図２】本発明の実施形態１の液晶表示装置の平面図で
ある。

【図３】本発明の実施形態１の液晶表示装置の反射領域
での光の透過状態を示す図である。

【図４】本発明の実施形態１の液晶表示装置の透過領域
での光の透過状態を示す図である。

【図５】透過領域において黒表示をおこなうときの光の
波長と透過率の関係を示す図である。

【図６】透過領域において黒表示をおこなうときの光の
波長と透過率の関係を示す図である。

【符号の説明】

１、２ 基板 ３ 反射電極 ４ 対向電極 ５ 液晶層 ６、９ 偏光板 ７、１０ λ／４板 ８ 透明電極 １１、１２ λ／２板

フロントページの続き (56)参考文献 国際公開99／040480（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射機能を有する領域と透過機能を有す
   る領域とが形成された一方基板と、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
   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の偏光手段と、 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の偏光手段と、 前記第１の偏光手段と前記液晶層との間に設けられ、前
   記第１の偏光手段からの直線偏光を円偏光とする第１の
   位相差板と、 前記第２の偏光手段と前記液晶層との間に設けられ、前
   記第２の偏光手段からの直線偏光を円偏光とする第２の
   位相差板と、 前記第１の偏光手段と前記液晶層との間に設けられ、前
   記第１の位相差板の屈折率異方性の波長依存性を補償す
   る第３の位相差板とを有し、 前記液晶層が負の誘電率異方性を有する垂直配向液晶材
   料である ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記液晶表示装置をノーマリブラックの
   表示モードとすることを特徴とする請求項１に記載の液
   晶表示装置。