JP3578379B2 - 反射型液晶素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶素子に関する。このような素子は、例えば、コンピュータ、ダイアリー、および電子手帳等のハンドヘルド型、またはラップトップ型の機器において使用され得る。
【０００２】
【従来の技術】
Ｐｒｏｃ． Ｉｎｄ． Ａｃａｄ Ｓｃｉ．（１９５５）、４１Ａ １３０および１３７は、無色性を向上するために、複屈折板を組合わせて作った円偏光板および四分の一波長板を開示している。無色性能を向上するために、個々の光学軸の方位角が異なるリターダを組合わせている。
【０００３】
Ｓｅｋｉら、Ｍｏｌ． Ｃｒｙｓｔ． Ｌｉｑ． Ｃｒｙｓｔ．（１９９５）、２６３、４９９、およびＳｅｋｉら、Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ（１９９６）、４６４は、ネマティック液晶と四分の一波長板とを備える反射電界制御複屈折（ＥＣＢ）タイプの液晶素子（ＬＣＤ）を開示している。四分の一波長板の光学軸は、ネマティック液晶の光学軸と交差し、ネマティック液晶の片側に配置された偏光板に対して４５゜にされている。アンツイスティッド液晶および四分の一波長板が偏光板とミラーとの間に配置され、λ／４のリタデーションを与える液晶でノーマリホワイト状態を得ている。リタデーションがゼロとなるように液晶を制御することによって、ブラック状態を得ている。四分の一波長板の効果によってこのブラック状態は得られ、四分の一波長板の無色度の程度の無色度しか得られない。視角特性を向上するために、その面に垂直な光軸を有する負の複屈折を有するさらなるリターダを含むことができる。
【０００４】
Ｕｃｈｉｄａら、Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ（１９９５）、５９９は、ハイブリッド配向ネマティック（ＨＡＮ）液晶層およびリターダの反対側に、偏光板およびミラーを配置した反射型ディスプレイを開示している。このリターダは、視角を向上するために面外にある光学軸と、ブラック状態およびホワイト状態を得るために液晶層のリタデーションと協同する面内光学軸との二軸からなる。リターダの面内軸は、偏光板の偏光軸に対して４５゜であり、液晶層の光学軸と交差する。液晶層およびリターダによる最終的なリタデーションがλ／４に等しい場合に、ノーマリブラック状態が得られる。リターダのリタデーションが液晶のリタデーションによって相殺されるような場合に、ホワイト状態が得られる。このようなディスプレイの無色性は、光学エレメントの分散の最適化に依存する。
【０００５】
Ｉｓｈｉｎａｂｅら、Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ（１９９６）、１１９は、直線偏光板とミラーとの間に、ＨＡＮ液晶層および二軸リターダを配置したフルカラー反射型ＬＣＤを開示している。ＨＡＮ層の光学軸は、リターダの光学軸と直交し、偏光板の偏光軸に対して４５゜に配置されている。液晶層およびリターダによるリタデーション差をλ／４に等しくすることでノーマリブラック状態が得られる。複屈折が互いに部分的に補償し合うように液晶層およびリターダの材料の分散を調整することによって無色性が向上される。
【０００６】
Ｋｕｏら、Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ（１９９５）、１３５も、直線偏光板とミラーとの間に、ＨＡＮ液晶層および二軸リターダを配置したＬＣＤを開示している。リタデーションの合計が、四分の一波長の奇数倍に等しい場合に暗状態が得られる。リターダは、液晶軸と交差し、偏光軸に対して４５゜に配置された面内光学軸を有している。ディスプレイは、上述したようにノーマリブラックモード、またはより大きなパッシブリターダを使用するノーマリホワイトモードで動作され得る。エレメントの分散を最適化、または複屈折が互いに補償し合うように分散を調整することによって無色性が向上され得る。
【０００７】
Ｗｕら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ（１９９６）、６８、１４５５は、偏光板とミラーとの間に、ツイスティッドネマティック液晶セルおよびリターダを配置した反射型ＬＣＤを開示している。ツイスティッドネマティック液晶セルは、９０゜のツイスト角を有しており、比較的薄く、偏光板の軸に対して２０゜の入力ディレクタを有している。リターダは、λ／４のリタデーションを与え、偏光軸に対して４５゜に配置された光学軸を有している。セルは、ホワイト状態においては液晶セルおよびリターダのリタデーションが互いを相殺し、液晶セルのリタデーションをゼロに減少することによってブラック状態を得る、ノーマリホワイトモードで動作する。従って、無色性は、リターダの無色性に依存する。
【０００８】
Ｋｕｏら、Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ（１９９６）、３８７は、ノーマリホワイトモードで動作し、上記と同様にリターダの無色性に依存した無色性を有するブラック状態を得るツイスティッドネマティックディスプレイを開示している。
【０００９】
Ｆｕｋｕｄａらは、３つの論文（ＩＤＲＣ（１９９４）、２０１；ＳＩＤ Ｊｏｕｒｎａｌ（１９９５）、３、８３；Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ（１９９５）、８８１）の中で、単一の偏光板および単一のリタデーションフィルムを備えた反射型スーパツイスティッドネマティック（ＳＴＮ）ＬＣＤを開示している。液晶のツイスト角は、２２０゜から２６０゜であり、素子はノーマリホワイトモードで動作する。ＳＴＮ液晶は、マルチプレックス比を高く（すなわちオンオフ電圧の差を小さく）するために使用され、ｄΔｎの値が高い（例えば、０．６μｍを上回る）。液晶およびリターダの分散性能を変化することによって、無色性が向上されている。
【００１０】
ＰＣＴ ＷＯ ９６／３１５７７は、直線偏光板と反射板とを備え、その間に偏光板に隣接して第１のリターダおよび反射板に隣接して第２のリターダを配置した反射型ディスプレイを開示している。第１のリターダは、λ／２のリタデーションを与え、偏光板の偏光方向に対して１５゜に配向された光学軸を有している。第２のリターダは、リターダの面内にて偏光方向に対して７５゜と１２０゜との間でスイッチ可能な光学軸を有し、λ／４のリタデーションを有する液晶層を備えている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、位相差を十分に補償することが出来なかったので、十分な輝度とコントラストを有する反射型液晶素子は得られなかった。
【００１２】
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高輝度で高コントラストの反射型液晶素子を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面によれば、直線偏光板と、偏光維持反射板と、リターダ配列とを備える反射型液晶素子であって、該リターダ配列が少なくとも３つのリターダを有し、該少なくとも３つのリターダのうちの第１のリターダは該偏光板と該反射板との間に配置され、該少なくとも３つのリターダのうちの第２のリターダは該第１のリターダと該反射板との間に配置され、該少なくとも３つのリターダのうちの第３のリターダは該第２のリターダと該反射板との間に配置され、該第１、第２および第３のリターダのうち少なくとも１つが、該リターダ配列のリタデーションが（２ｎ＋１）λ／４である（ただし、ｎは整数、λは可視光の波長である）非反射素子状態と反射素子状態との間でスイッチ可能な液晶層を備える、反射型液晶素子が提供される。
【００１４】
非反射素子状態において、第１のリターダは実質的にλ／２のリタデーションを有し得、第２のリターダは実質的にλ／２のリタデーションを有し得、第３のリターダは実質的にλ／４のリタデーションを有し得る。
【００１５】
非反射素子状態において、第１のリターダの光学軸は偏光板の偏光軸または吸収軸に対して実質的に（α＋Ｂ・１８０゜）の角度を有し得、第２のリターダの光学軸は該偏光軸または吸収軸に対して実質的に（ｘ・α＋Ｃ・１８０゜）の角度を有し得、第３のリターダの光学軸は該偏光軸または吸収軸に対して実質的に（２（β−α）＋符号（α）・４５゜＋Ｄ・１８０゜）の角度を有し得る（ただし、ｘは正の実数であり、Ｂ、ＣおよびＤは整数であり、符号（α）とはαの符号である）。αは実質的に６．９゜であり得、ｘは実質的に５であり得る。
【００１６】
第１または第２のリターダは、スイッチングの間光路の法線方向に対して実質的に２２．５゜の角度で回転する光学軸を有する液晶層を備え得る。
【００１７】
第２のリターダは、液晶層を備え得、実質的に（ｐλ／２＋δ）と実質的に（（ｐ＋１）λ／２＋δ）との間でスイッチ可能なリタデーションを有し得る（ただし、ｐは整数であり、０≦δ＜λ／２である）。ｐは０または１であり得る。
【００１８】
第３のリターダは、液晶層を備え得、実質的に（ｑλ／４＋δ）と実質的に（（ｑ＋１）λ／４＋δ）との間でスイッチ可能なリタデーションを有し得る（ただし、ｑは整数であり、０≦δ＜λ／２である）。ｑは０または１であり得る。
【００１９】
液晶層が、面外スイッチングネマティック液晶であり得る。
【００２０】
非反射素子状態において、第１のリターダは２３λ／７２のリタデーションを有し得、第２のリターダはλ／２のリタデーションを有し得、第３のリターダは２３λ／７２のリタデーションを有し得る。
【００２１】
非反射素子状態において、第１のリターダの光学軸は偏光板の偏光軸または吸収軸に対して実質的に１４．２５゜の角度を有し得、第２のリターダの光学軸は該偏光軸または吸収軸に対して実質的に８４．５゜の角度を有し得、第３のリターダは該偏光軸または吸収軸に対して実質的に１４．２５゜の角度を有し得る。
【００２２】
第２のリターダは、スイッチングの間光学軸が光路の法線方向に対して実質的に２２．５゜の角度で回転する液晶層を備え得る。
【００２３】
第２のリターダは液晶層を備え得、実質的に（ｒλ／２＋δ）と実質的に（（ｒ＋１）λ／２＋δ）との間でスイッチ可能なリタデーションを有し得る（ただし、ｒは整数であり、０≦δ＜λ／２である）。ｒは０または１であり得る。
【００２４】
第３のリターダは、液晶層を備え得、実質的に２３λ／７２と、実質的に２３λ／３２４または実質的に４６λ／８１との間でスイッチ可能なリタデーションを有し得る。
【００２５】
液晶層が、面外スイッチングネマティック液晶であり得る。
【００２６】
本発明の第２の局面によれば、直線偏光板と、偏光維持反射板と、該偏光板と該反射板との間に配置した第１のリターダおよび該第１のリターダと該反射板との間に配置した第２のリターダを含むリターダ配列とを備え、該第１および第２のリターダのうち少なくとも１つが、該リターダ配列のリタデーションが（２ｎ＋１）λ／４である（ただし、ｎは整数であり、λは可視光の波長である）非反射素子状態と反射素子状態との間でスイッチ可能なアンツイスティッド液晶層を備える反射型液晶素子であって、該第１のリターダが該液晶層を備え、スイッチングの間光路の法線方向に対して所定の角度で回転する光学軸を有する、反射型液晶素子が提供される。
【００２７】
非反射素子状態において、第１のリターダは実質的にλ／２のリタデーションを有し得、第２のリターダは実質的にλ／４のリタデーションを有し得る。
【００２８】
非反射素子状態において、第１のリターダの光学軸は偏光板の偏光軸または吸収軸に対して実質的に（α＋Ｅ・１８０゜）の角度を有し得、第２のリターダの光学軸は偏光軸または吸収軸に対して実質的に（２α＋符号（α）・４５゜＋Ｆ・１８０゜）の角度を有し得る（ただし、ＥおよびＦは整数であり、符号（α）とはαの符号である）。
【００２９】
αは実質的に１５゜であり得る。
【００３０】
αは実質的に２２．５゜であり得、所定の角度は２２．５゜であり得る。
【００３１】
液晶層は、強誘電性液晶であり得る。
【００３２】
液晶層は、反強誘電性液晶であり得る。
【００３３】
液晶層は、電傾液晶であり得る。
【００３４】
液晶層は、面内スイッチングネマティック液晶であり得る。
【００３５】
本発明の第３の局面によれば、直線偏光板と、偏光維持反射板と、該偏光板と該反射板との間に配置した第１のリターダおよび該第１のリターダと該反射板との間に配置した第２のリターダを含むリターダ配列とを備え、該第１および第２のリターダのうち少なくとも１つが、該リターダ配列のリタデーションが（２ｎ＋１）λ／４である（ただし、ｎは整数であり、λは可視光の波長である）非反射素子状態と反射素子状態との間でスイッチ可能なアンツイスティッド液晶層を備える反射型液晶素子であって、該液晶層が面外スイッチング液晶である、反射型液晶素子が提供される。
【００３６】
非反射素子状態において、第１のリターダは実質的にλ／２のリタデーションを有し得、第２のリターダは実質的にλ／４のリタデーションを有し得る。
【００３７】
非反射素子状態において、第１のリターダの光学軸は偏光板の偏光軸または吸収軸に対して実質的に（α＋Ｅ・１８０゜）の角度を有し得、第２の光学軸は該偏光軸または吸収軸に対して実質的に（２α＋符号（α）・４５゜＋Ｆ・１８０゜）の角度を有し得る（ただし、ＥおよびＦは整数であり、符号（α）とはαの符号である）。
【００３８】
αは実質的に１５゜であり得る。
【００３９】
第１のリターダは、実質的に（ｐλ／２＋δ）と実質的に（（ｐ＋１）λ／２＋δ）との間でスイッチ可能なリタデーションを有する液晶層を備え得る（ただし、ｐは整数であり、０≦δ＜λ／２である）。ｐは０または１であり得る。
【００４０】
第２のリターダは、液晶層を有し得、実質的に（ｑλ／４＋δ）と実質的に（（ｐ＋１）λ／４＋δ）との間でスイッチ可能なリタデーションを有し得る（ただし、ｑは整数であり、０≦δ＜λ／４である）。ｑは０または１であり得る。
【００４１】
液晶層は、面外スイッチングネマティック液晶であり得る。
【００４２】
本発明の第４の局面によれは、直線偏光板と、偏光維持反射板と、該偏光板と該反射板との間に配置した第１のリターダおよび該第１のリターダと該反射板との間に配置した第２のリターダを含むリターダ配列とを備え、該第１および第２のリターダのうち少なくとも１つが、該リターダ配列のリタデーションが（２ｎ＋１）λ／４である（ただし、ｎは整数であり、λは可視光の波長である）非反射素子状態と反射素子状態との間でスイッチ可能な液晶層を備える反射型液晶素子であって、該第１および第２のリターダのうち少なくとも１つがツイスティッドリターダを備える、反射型液晶素子が提供される。
【００４３】
液晶層はホモジニアス配向されたネマティック液晶を備え得る。
【００４４】
液晶層はホメオトロピック配向されたネマティック液晶を備え得る。
【００４５】
液晶層はホモジニアス配向された第１の面と、ホメオトロピック配向された第２の面とを備え得る。
【００４６】
液晶層はパラレル配向され得る。
【００４７】
液晶層はアンチパラレル配向され得る。
【００４８】
リターダ配列は、光学軸が液晶層の光学軸に対して実質的に垂直であり、該液晶層に光学的に隣接して配置されているさらなるリターダを備え得る。
【００４９】
リターダ配列は、光学軸が液晶層の光学軸に対して実質的に垂直であり、該液晶層に光学的に隣接して配置されているさらなるリターダを備える素子であって、該さらなるリターダが実質的にδであり得る。
【００５０】
リターダ配列は、光学軸が液晶層の光学軸に対して実質的に垂直であり、該液晶層に光学的に隣接して配置されているさらなるリターダを備える素子であって、該さらなるリターダは、該液晶層に電圧が印加されない場合には、該液晶層のリタデーションと実質的に等しいリターデーションを有し得る。
【００５１】
ｎは０であり得る。
【００５２】
λは実質的に５００ｎｍと実質的に５７０ｎｍとの間にあり得る。λは実質的に５１０ｎｍと実質的に５５０ｎｍとの間にあり得る。λは実質的に５２５ｎｍと実質的に５３０ｎｍとの間にあり得る。
【００５３】
リターダ配列は、反射素子状態において実質的にｍλ／２のリタデーションを有し得る（ただし、ｍは整数である）。
【００５４】
第１、第２、および第３のリターダのうち少なくとも１つが、ツイスティッドリターダであり得る。
【００５５】
従って、反射型ディスプレイにおける使用が適切なＬＣＤを提供することができる。広視角および速い応答速度を有する反射型単一偏光板素子において、高い輝度およびコントラストが得られる。例えば、コントラストの反転なしに、±８０゜を上回る方位角視角を、全ての方位角方向において得ることができる。さらに、公知の単一偏光板および反射板タイプのディスプレイと比較して無色性が実質的に向上したブラック状態を得ることができる。リターダの光学軸は、非反射状態または暗状態において、広範囲の波長にわたって偏光板からの入力偏光のリタデーションがλ／４となるように組合わせられて配向される。従って、暗状態は非常に暗く、無色であるため、高い輝度を有するホワイト状態と組合わせると高いコントラストが得られる。さらに、良好な無色の反射状態またはホワイト状態を得ることができる。リターダは、同じ材料からつくられる必要はなく、またリターダ材料の分散特性は無色性を得るためには実質的に重要ではない。ただし、最良のディスプレイは、可能な限り低い分散特性を有する同一の材料を使用することによって得られる。
【００５６】
従って、単一の偏光板を使用することによって高い輝度を有する素子が得られる。良好な無色性質によって、高いコントラストが得られる。光学的に薄い層を使用することによって、広い視角が得られる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
本発明を、添付の図面を参照しながら、実施例を用いてさらに説明する。
【００５８】
図面を通じて、同じ参照符号は同じ構成要素を指す。
【００５９】
図１に示す反射型ＬＣＤは、直線偏光板１と、偏光維持反射板２と、固定リターダ３と、可変リターダ４と、固定リターダ５とを備える。偏光板は偏光軸または吸収軸６を有し、固定リターダ３は、軸６に対して角度αの光学軸７を有する。固定リターダ３は可視スペクトラムの中間において波長λの二分の一波長板として機能するようなリタデーションを有する。可視スペクトラムの中光波長は、通常５５０ｎｍとされるが、ＬＣＤのブラック状態の無色性を最大にするために、λを可視スペクトラムの青側にわずかにシフトする。λの好ましい値は、５１０から５５０ｎｍの範囲にある。
【００６０】
可変リターダ４は、液晶の「ノーマル」状態においては軸６に対して角度βの光学軸８を有する液晶層を備える。液晶は、＋または−２２．５゜（好ましくは−２２．５゜）でスイッチ可能な光学軸を有する強誘電性液晶（ＦＬＣ）を備え得る。また、液晶は、明状態または反射状態の素子において光学軸δが２つの配向（すなわち、±２２．５゜）を有する反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）を備え得る。ＦＬＣおよびＡＦＬＣ以外のスメクティック液晶も使用でき、他にも液晶として、方位角制御された光学軸配向によって中間階調能力を得ている電傾（ＥＣ）（カイラルスメクティックＡ）液晶が挙げられる。さらに、液晶として、同様に方位角制御された光学軸配向を有するネマティック面内スイッチング液晶が挙げられる。これらのいずれの場合にも、ＬＣリターダ４はλ／２の固定リタデーションを有する。
【００６１】
他の実施態様において、リターダ４は、光学軸がリターダの面内と面外とでスイッチされて、ＬＣＤの明状態または反射状態と、暗状態または非反射状態との間のリタデーション差をλ／２にするネマティック面外液晶を備える。リタデーションは、λとλ／２との間、またはλ／２とゼロ付近との間のいずれかでスイッチすることが好ましい。
【００６２】
固定リターダ５は、軸６に対して角度λの光学軸９を有する。固定リターダ３および５は、液晶ポリマーまたは架橋されてポリマーを形成する反応性メソゲンなどいかなる適切な異方性材料からも形成され得る。液晶リターダ４は、ネマティックタイプの場合には、フレデリックセル、ＨＡＮセル、またはＰｉセルであり得る。
【００６３】
角度α、β、およびγは、β＝ｘαおよびγ＝２（β−α）＋４５゜であり互いに関連する。βの好ましい値３４．５゜およびγの好ましい値１００．２゜を生じる、α＝６．９゜およびｘ＝５が好ましい値である。
【００６４】
本明細書において開示する、光学軸の全ての角度および配向方向は、素子の性能に影響を及ぼすことなく、Ａπラジアンだけ回転され得る（ただし、Ａは整数）。また、角度の符号（正または負）の選択は任意であり、参照方向に対して時計回りまたは反時計回りのいずれかの方向に正の角度をとり得る。従って、角度α、β、およびγはより一般的には以下のように定義され得る。
【００６５】
α＋Ｂ・１８０゜
β＝ｘα＋Ｃ・１８０゜
γ＝２（β−α）＋符号（α）４５゜＋Ｄ１８０゜
ただし、ｘは正の実数、Ｂ、ＣおよびＤは整数、ならびに符号（α）とはαの符号である。
【００６６】
上記したように、偏光板１の軸６は、偏光軸または偏光軸に直交する吸収軸であり得る。従って、本明細書に開示した機能は、軸６としての偏光軸でもそれに直交する偏光軸でも実質的に同等に良好に機能する。説明の簡潔のために、本明細書に開示する実施態様は、軸６を偏光板１の偏光軸として説明している。
【００６７】
図２は、リターダの「設計」波長である波長λを有する図１のＬＣＤが非反射状態または暗状態にある場合の、ＬＣＤを通る光の光路および偏光状態を示す。直線偏光は、「Ｌ」で表示し、左回りの円偏光（ｌｅｆｔ ｈａｎｄｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ）は「Ｃ_Ｌ」と表示し、右回り円偏光（ｒｉｇｈｔ ｈａｎｄｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ）は「Ｃ_Ｒ」と表示している。偏光板１に入射する非偏光の光は、直線偏光され、偏光軸６に対する偏光ベクトルの角度がゼロ度である。固定リターダ３で形成した二分の一波長板は偏光ベクトルを２αだけ回転し、リターダ４で形成した二分の一波長板は偏光ベクトルをさらにγ−４５゜にまで回転する。リターダ５で形成した四分の一波長板は、光を左回りの円偏光に変換し、この光はミラー２の反射によって右回りの円偏光に変換する。四分の一波長板５は、この光を、角度γ＋４５゜の直線偏光に戻す。２分の一波長板４は偏光ベクトルを２α＋９０゜に回転し、２分の一波長板３は偏光ベクトルを９０゜に回転する。偏光板１に入射する反射光の偏光ベクトルは偏光軸６と直交し、反射光は偏光板１によって吸収される。
【００６８】
リターダ３、４、および５によって得られるリタデーションは、「設計」波長と異なる波長に対しては正確にλ／２およびλ／４とはならない。従って、リターダ３、４、および５の影響は、上記説明と若干異なる。しかし、光学軸７、８、および９の角度α、β、およびγは、反射されて偏光板１に戻る光の偏光ベクトルが、元の方向に対して９０゜の直線から少し異なるようなものである。従って、このＬＣＤによって、良好な無色のブラック状態が得られる。全てのリターダにおいて屈折率の分散が同一であれば、最適な暗状態が達成され得る。しかし、これは必須ではなく、たとえ分散が非常に異なっていても十分な結果が得られる。
【００６９】
反射状態またはホワイト状態を得るために、種々の液晶においても光学軸８が上記のように回転するように液晶リターダ４はスイッチされる。これにより、偏光板１に戻った反射光が可視スペクトラムにわたってゼロまたはゼロに近い直線である偏光ベクトルを有し、従って、良好な無色のホワイト状態が得られる。
【００７０】
図３は、波長（ｎｍ）に対する反射率のグラフであり、ＡＦＬＣで具現化された液晶リターダ４を有する図１のＬＣＤの性能を示している。実線はブラック状態における反射率、破線はホワイト状態における反射率を示している。可視スペクトラムのほとんどにわたって、ブラック状態での反射率は実質的にゼロに等しいが、スペクトラムの青および赤において極部的に上昇する。反射率は、スペクトラムの青の端部において、より急峻に上昇している。このために、ブラック状態での無色性を向上するために、「設計」波長λを、可視スペクトラムの実際の中心より青の端部に向かって外れるように選択する。ホワイト状態における反射率は、可視スペクトラムの実質的な部分にわたって最大であり、青および赤の端部に向かって下降しているが、適度な無色性のホワイト状態が得られる。さらに、ブラック状態とホワイト状態との反射率の差は、スペクトラムにわたって比較的高い。従って、スペクトラム全体にわたって良好なコントラスト性能を伴った明るいディスプレイが得られる。個々の層および素子全体が比較的薄いため、素子は、良好な範囲の視角を有する。特に、全ての極角に対して、コントラスト反転（すなわち明状態よりも暗状態が明るくなること）なしに、±８０゜の範囲の方位角が得られる。
【００７１】
図４に示す反射型ＬＣＤは、液晶リターダ４が、固定リターダ３と５との間ではなく、偏光板１と固定リターダ３との間に配置されている点で、図１に示されるＬＣＤと異なる。液晶リターダ４は、ＦＬＣ、ＡＦＬＣ、ＥＣ、およびネマティック面内液晶によって具現化され得る。暗状態またはブラック状態での動作は、図２に示す図１のＬＣＤの動作と実質的に同じである。
【００７２】
図５は、図４のＬＣＤの明状態またはホワイト状態での動作を示しており、液晶リターダ４の光学軸が−２２．５゜だけスイッチされて、偏光軸６に対して−１５．６゜にされている。偏光板１に入射する非偏光の光は、直線偏光され、軸６に対してゼロ度の偏光ベクトルにされる。この偏光ベクトルは、リターダ４によって２αに回転され、さらにリターダ３によりγに回転される。光がリターダ５を両側から通ること、およびミラー２に反射されることによって偏光ベクトルが影響を受けることはないので、反射光は角度γの偏光ベクトルでリターダ３に入射する。リターダ３は、偏光ベクトルを２αに回転し、リターダ４は偏光ベクトルをゼロ度に回転する。つまり、偏光板１に反射して戻った光の偏光ベクトルは偏光軸６に対して平行であり、従って反射光は実質的に減衰されないままＬＣＤの外に戻ってくる。
【００７３】
図４のＬＣＤの性能を図６に示す。暗状態における反射率は、図３に示す反射率と実質的に同じであり、明状態における反射率は図３に示する反射率より向上している。つまり、輝度および無色性はわずかに向上し、それに伴い可視スペクトラムにわたる状態間のコントラスト比が向上している。
【００７４】
図７に示すＬＣＤは、可変液晶リターダ４でミラー２に隣接した四分の一波長板を形成する点で図１のＬＣＤと異なる。リターダ４は、ネマティック面外液晶として具現化されており、その光学軸８は、リターダ４の面内と面外とでスイッチ可能であり、互いとλ／４の差がある２つの値の間のリターデーションを変化させる。リタデーションはλ／２とλ／４との間、またはλ／４と実質的にゼロとの間でスイッチングされることが好ましい。
【００７５】
図９は、リターダ４がネマティック面外液晶として具現化されている場合に、明状態にある図１のＬＣＤの動作を示す。この動作モードにおいて、リターダ４は、ゼロ付近の、またはλ／２のリタデーションを有し、光の通過に実質的に影響を及ぼさない。偏光板１に入射する非偏光の光は、直線偏光され、偏光軸６に対してゼロ度の偏光ベクトルを有する。リターダ３は、偏光ベクトルを２αに回転し、この偏光ベクトルはほとんどまたは全く変化を伴うことなく、リターダ４を通る。リターダ５は、この光を、長軸が偏光軸６に対して２αであるわずかに楕円偏光された（Ｅ）に変換する。楕円偏光された光は、偏光状態に実質的に影響を与えることなく、ミラー２によって反射される。つまり、この光は、リターダ５によって、実質的に２αの偏光ベクトルを有する実質的に直線偏光された光に変換される。リターダ４は無影響なので、リターダ３は偏光ベクトルを、偏光軸６に対して実質的にゼロ度に回転する。従って、反射光は偏光板１を透過する。
【００７６】
図９にその動作を示したＬＣＤの性能を図８の曲線１０および１１によって示す。曲線１０はλ／２から０のものであり、曲線１１はλ／２からλのものである。良好な無色性の明状態および暗状態を有する高いコントラストおよび輝度のディスプレイが得られる。暗状態電圧と明状態電圧との間の中間電圧においては、良好な無色性を有する、暗状態と明状態との間の中間の反射率が生成される。
【００７７】
図１、４、および７に示すディスプレイにおいて、リターダ３、４、および５の組合わせは、直線偏光板１と合わせると暗状態において円偏光板として機能する。図１０に示すディスプレイにおいて、リターダ３、４、および５の組合わせは、四分の一波長板として機能する。固定リターダ３は、偏光板１の偏光軸６に対してその光学軸αが１４．２５゜である２３λ／７２波長板として機能する。可変液晶リターダ４は、暗状態においては、光学軸８が偏光軸６に対して８４．５゜の二分の一波長板として機能する。固定リターダ５は、固定リターダ３と実質的に同一である。可変リターダ４は、λ／２の固定リタデーションを有し、ただし光学軸８はＬＣＤの明状態と暗状態との間で＋または−２２．５゜でスイッチ可能なＦＬＣ、ＡＦＬＣ，ＥＣ、およびネマティック面内液晶によって具現化され得る。リターダ４がネマティック面外液晶によって具現化された場合には、リターダ４の光学軸は、リターダの面内と面外とでスイッチ可能であり、リタデーションは、λ／２だけ異なる状態間、好ましくはλ／２とゼロとの間またはλとλ／２との間のいずれかでスイッチ可能である。
【００７８】
図１１に示すように、図１０のＬＣＤはまた、可視スペクトラムにわたって暗状態および明状態の無色性、輝度、ならびにコントラスト比の点でも良好な性能を提供する。
【００７９】
図１２のＬＣＤは、可変液晶リターダ４がミラー２に隣接して配置されている点において図１０のＬＣＤと異なる。リターダ４は、ネマティック面外液晶として具現化され、その光学軸８はリターダの面の内外でスイッチして、リターダンスを、２３λ／７２と２３λ／３２４との間、または２３λ／７２と４６λ／８１との間で変化させ、ミラー２において直線偏光状態を得る。
【００８０】
図１３のＬＣＤは、偏光板１とミラー２との間に２つのリターダのみが配置されている点で図１のＬＣＤと異なる。第１のリターダは、ＦＬＣ、ＡＦＬＣ，ＥＣ、ネマティック面内液晶、およびネマティック面外液晶によって上述したように具現化され得る可変液晶リターダ４を備える。光学軸８は、偏光板１の偏光軸６に対して角度αである。ブラック状態において、リターダ４は、二分の一波長板として機能する。
【００８１】
固定リターダ５は、四分の一波長板として機能し、光学軸６に対して（２α＋４５゜）の角度βの光学軸９を有する。ディスプレイの無色性を考慮すると、αの最適値は１５゜であるが、この最適角度は、液晶リターダ４の全ての実施態様において適用されるわけではない。場合によって、αには２２．５゜の値が選択される。リターダ４の動作は、異なる液晶実施態様に対して上述したように行う。
【００８２】
角度αおよびβは、より一般的には以下のように定義され得る。
【００８３】
α＋Ｅ・１８０゜
β＝２α＋符号（α）４５゜＋Ｆ１８０゜
ただし、ＥおよびＦは整数である。
【００８４】
図１４のＬＣＤは、液晶リターダ４がミラー２に隣接して配置されている点で、図１３のＬＣＤとは異なる。リターダ４は、ネマティック面外液晶を備え、図７を参照しながら上述したように動作する。
【００８５】
図１３および１４に示したＬＣＤの性能を図１５に示す。図１３および１４の両方のＬＣＤの暗状態での反射率は実質的に同一であり、上述した「３枚のリターダ」を用いた素子よりは劣っているが、いずれにせよ良好な無色性のブラック状態が得られる。曲線１２は液晶のリタデーションがλ／２である図１４のＬＣＤの明状態での性能を示しており、曲線１３は液晶のリタデーションが０である図１４のＬＣＤの明状態での性能を示している。良好なコントラスト比および良好な無色性を有する明るいディスプレイが得られ、より拡大された視角が得られる。
【００８６】
図１６に示すＬＣＤは、２枚のリターダ素子を備え、そのうちの第１のリターダ５はその光学軸９が、偏光板１の偏光軸６に対して１５゜に固定されている。リターダ５は、厚み１１６８ｎｍであり、Ｍｅｒｃｋ製のＲＭ２５８でつくられている。ツイスティッドネマティックリターダ４は、ツイスト角が６３．６゜であり、入力ディレクタが偏光軸６に対して角度３２．５゜となるカイラルリターダを備える。固定リターダ５は、１５２．５ｎｍの光学リタデーション（ｄ・Δｎ）を有する。
【００８７】
明状態において、リターダ４は、ゼロ付近のリタデーションを得るためにスイッチされる。
【００８８】
図１７は、図１６のＬＣＤの反射率を示している。
【００８９】
図１８に示すＬＣＤは、偏光板１とミラー２との間に、固定されたツイスティッドリターダ５およびネマティック面外液晶リターダ４を備える。リターダ５は、偏光軸６に対して角度４．９゜の入力ディレクタ、および２０．２゜のツイスト角を有する。リターダ５は、ＲＭ２５８から形成され、１６９０ｎｍの厚みを有する。
【００９０】
ネマティックリターダ４は、暗状態においてＲＭ２５８と同じ複屈折を有し、偏光軸６に対して７６．５゜の光学軸を有する材料の場合には、６００ｎｍの厚みを有する。リターダは、二分の一波長リタデーションに対応する光学リターデーションの２倍、またはゼロリタデーションに対応するゼロ光学リタデーションのいずれかにスイッチされて、素子を明状態にスイッチする。
【００９１】
図１８に示すＬＣＤの性能を図１９に示す。ゼロリタデーションにスイッチされたリターダの明状態を曲線１４で示し、二分の一波長リタデーションにスイッチされたリターダ４は曲線１５で示している。
【００９２】
図２０に示すＬＣＤは、偏光板１とミラー２との間に２つのツイスティッドリターダ４および５を備える。リターダ４は、偏光板１の偏光軸６と位置合わせされた入力ディレクタを有するネマティック液晶を備える。リターダ４は、ＲＭ２５８タイプの材料で形成された場合には、ツイスト角が２９．９゜、および厚みが１５８６ｎｍである。固定されたツイスティッドリターダ５は、ＲＭ２５８で形成された場合には、偏光軸６に対する入力ディレクタが角度３８．５゜、ツイスト角が７０．２゜、および厚みが６５８ｎｍである。
【００９３】
図２１は、図２０のＬＣＤの性能を示す。曲線１６は明状態の性能を表し、曲線１７は、偏光板に隣接したリターダが固定され、ミラーに隣接したリターダがスイッチ可能にされた点で図２０の素子と異なる素子の明状態の性能を表す。図２０に示す素子の場合、リターダ４のリタデーションを実質的にゼロにスイッチすることによって明状態が得られる。
【００９４】
図２２は、上述されたいずれのタイプでもあり得るＬＣＤの構造を示す。反射板２がスイッチング手段とともに使用されており、後部基板２０上に形成されている。例えば、反射板は、導電性であり得、画素化素子を実現するために画素化されて個々の画素（ピクセル）電極を提供し得る。ＬＣＤのピクセルを実現するために、アクティブまたはパッシブマトリクスを実現するための電子部品を後部基板に形成し得る。
【００９５】
反射板２は、拡散散乱反射板、または非散乱反射板であり得る。非散乱反射板２の場合には、有用な反射型素子を形成するための光散乱を得るために追加の光学エレメントが必要となり得る。例えば、光学制御フィルム（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製）が偏光板１の反射板２の遠隔側にある面に積層され得る。ディスプレイの見かけを改善するために、無反射型またはアンチグレアフィルムなどの追加の光学フィルムがディスプレイに積層され得る。
【００９６】
液晶リターダ４は、配向層２１を伴い、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から形成され得る透明対向電極２２を設けられている。例えば、ディスプレイがパッシブマトリクスまたはＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）ダイオードによって駆動される場合には、対向電極２２は連続的またはパターンにされる。透明前部基板２３が設けられ、ガラスまたはプラスチックから形成され得る。偏光板１は基板２３の外側に示されているが、基板の内側に形成してもよい。
【００９７】
液晶リターダ４と反射板２との間に何らかの固定リターダが必要な場合には、矢印２４で示される位置に配置され得る。例えば、画素化された素子の場合には、望ましくない視差影響を回避するために、液晶リターダ４と反射板２とのギャップを最小化するべきである。しかし、視差が問題とならない場合、例えば、高い平行光が使用される場合、または素子が光学シャッターとして使用される場合には、反射板２およびそれに伴ういかなるリターダも後部基板２０の背後に設けられ得る。偏光板１と液晶リターダ４との間に何らかの固定リターダが必要な場合には、矢印２５で示される３つの位置のいずれにも設けられ得る。
【００９８】
素子の視角を向上するために、固定リターダのいずれかを二軸にするか、または素子の面に対して実質的に垂直な軸に平行な光学軸を有する追加の固定リターダが設けられ得る。
【００９９】
カラーディスプレイを得るために、素子は吸収または反射マイクロカラーフィルタを備え得る。反射カラーフィルタの場合、反射板２が反射カラーフィルタから形成され得る。吸収フィルタは、例えば前部基板２３の内面など、素子構造中のいかなる適切な位置にも配置され得る。
【０１００】
図１４に示すタイプのディスプレイの第１の実施例は、「ノーマリブラック」ディスプレイ、すなわち、液晶リターダ４に電圧が印加されない場合には暗状態であるディスプレイを備える。リターダ４は、正の誘電異方性を有するホモジニアス配向されたネマティック液晶を備える。液晶は、パラレル配向、またはアンチパラレル配向され得る。
【０１０１】
液晶リターダ４は、液晶にゼロ印加電圧の際にディスプレイが暗く見えるように、実質的に四分の一波長のリタデーションを得るように配置されている。リターダ４に電圧が印加されると、リターダ４のリタデーションは減少し、電圧が上昇するにつれて、リタデーションは減少してゼロリタデーションに近づく。
【０１０２】
液晶リターダ４は、電圧が印加されない場合には１３７ｎｍのリタデーションを得るように配置され得、Ｍｅｒｃｋ製のＬＣ ＺＬＩ−６４７６として知られている液晶から作られ得る。リターダ５は、２６２ｎｍに実質的に等しい固定リタデーションｄΔｎを有し、Ｎｉｔｔｏ−Ｄｅｎｋｏから入手可能である。
【０１０３】
本実施例の反射率を、電圧に対する反射率として図２３に示す。
【０１０４】
図１４に示す実施態様の第２の実施例は、「ノーマリホワイト」ディスプレイを構成し、印加電圧がゼロの際にはホモジニアス配向されたネマティック液晶が実質的に二分の一波長のリタデーションを有する点において第１の実施例と異なる。これは、偏光板の液晶層の厚みを増やして、２７５ｎｍのリタデーションを得ることによって達成し得る。典型的な素子の印加電圧に対する反射率を図２４に示す。素子が暗くかつ黒く見えるように、印加電圧が上昇すると、リタデーションは、四分の一波長になるまで減少する。
【０１０５】
図１４に示す実施態様の他の実施例においてはノーマリホワイトディスプレイが得られ、液晶リターダ４がホメオトロピック配向された負の誘電異方性を有するネマティック液晶を備える点において上述した実施例と異なる。配向は、パラレルまたはアンチパラレルのいずれにもされ得、ホメオトロピック配向はプレチルトを有する。印加電圧が実質的にゼロの場合、素子は図１５の曲線１３に示すように明るく見える。図２５の電圧に対する反射率のグラフに示すように、印加電圧が上昇するにつれて、液晶リターダ４のリタデーションも上昇し、四分の一波長リタデーションが得られると、素子は暗くかつ黒く見える。
【０１０６】
本実施例は、リターダ４がＭｅｒｃｋ製のタイプＬＣ ＺＩＬ−２８０６の液晶の層を備える点で第１および第２の実施例とは構造が異なる。ホメオトロピック状態から実質的に完全にスイッチされると、層のリタデーションは、実質的に１７４ｎｍにされ、５ボルトの印加電圧に対して良好な暗状態が達成できる。
【０１０７】
上述した他のネマティック面外液晶リターダは、ホモジニアス配向、ホメオトロピック配向、またはハイブリッド配向ネマティック（ＨＡＮ）などのそれらの組合わせを使用してノーマリブラックまたはノーマリホワイトディスプレイを得た３つの実施例と同じ技術を使用して具現化され得る。
【０１０８】
液晶リターダ４が有限リタデーションを保持するため、図２３に示すように、反射率は、印加電圧が上昇する間は最大値に近づくものの、有限印加電圧以外では最大値は得られない。これは、リターダ４のラビング方向（光学軸）８に対して±９０゜に配向した光学軸を有し、リターダ４の残余リタデーションをオフセットまたは相殺するのに十分なリタデーションを有する追加の固定リターダを設けることによって克服し得る。そのような技術は、例えば、Ｓｈａｎｋａｒ ＳＰＩＥ（１９８９）第１１６６巻、４６１頁に開示されている。そのような追加のリターダは、液晶リターダ４のいずれか側に配置することができ、印加電圧がゼロの場合には液晶リターダ４および追加のリターダの組合わせたリタデーションが実質的に四分の一波長であるようなリタデーションを有する。印加電圧が上昇すると、液晶層のリタデーションは、所定の有限電圧での追加リターダのリタデーションと等しくなるまで減少する。組合わせたリタデーションはゼロとなり、素子は明るく見え、図１５の曲線１３に対応した反射率を有する。
【０１０９】
そのような素子の１つの例は、液晶リターダがＭｅｒｃｋ製のＬＣ ＺＬＩ ６４７６を備え、電圧が印加されない場合にリタデーションが１８０ｎｍとなるように配置されている点で上述した第１の実施例と異なる。追加のリターダは、反射板２と液晶リターダ４との間に配置され、４０ｎｍのリタデーションを有する。そのようなリターダは、Ｍｅｒｃｋ製のＲＭ２５７として知られる反応性メソゲンから作られ得る。図２７は、偏光板１の偏光方向６に対して角度θ３で配向された光学軸３１を有する追加リターダ３０を備える素子を示す。図示した例において、光学軸３１は、偏光方向６に対して−１５゜に配向される。印加電圧に対する反射率は、図２６に示す曲線で表されており、最大反射率は、薄膜トランジスタによって素子を駆動するのに好都合な５ボルトなどの有限電圧で得られている。
【０１１０】
これらの技術を用いて、追加のリターダとともにまたはそれなしに２つのリターダを使用して、いくつかの異なるノーマリブラックおよびノーマリホワイト反射型素子を得ることが可能である。そのような素子を、図２７から３６、および表１から４に示す。リターダは、偏光板１から反射板２に向かって順にＲ１、Ｒ２、および（存在すれば）Ｒ３と表示する。図示する全ての実施態様において、第１のリターダＲ１（５）は偏光方向６に対してα度に配向した光学軸を有する二分の一波長板である。図２７などのいくつかの実施態様において、リターダ５には液晶リターダ４が後続し、追加リターダ３０は液晶リターダ４と反射板２との間に配置される。他の実施態様においては、例えば図２９に示すように、リターダ５には追加リターダ３０が後続し、液晶リターダ４が追加リターダ３０と反射板２との間に配置される。リターダＲ１、Ｒ２、および（存在すれば）Ｒ３についての包括的な詳細は表１および２に示す。これらの表において、Ｒは、例えば第１のリターダＲ１と同じタイプの固定リターダを指す。Ｉは、視差影響を最小にするために好ましくは後部基板２０の内側に反射板２に隣接して配置される上記したＲＭ２５７などの反応性メソゲンからなり得る追加の固定リターダ３０を指す。印加電圧の上昇に伴ってリタデーションが減少する液晶リターダは＋Δεで示し、印加電圧の上昇に伴ってリタデーションが増加する液晶リターダは−Δεで示す。任意の小さいリタデーション値はσおよびτによって示される。
【０１１１】
【表１】

【０１１２】
【表２】

【０１１３】
【表３】

【０１１４】
【表４】

【０１１５】
図２７から３６、ならびに表１および２に表される素子の特定の実施例は、図２７から３６、ならびに表３および４において角度およびリタデーションによっても表される。表３および４は、また適切な材料からなる特定の実施例も示している。従って、第１のリターダＲ１およびＲで示すリターダは、例えばＮｉｔｔｏ−Ｄｅｎｋｏ製など既成のタイプのものであり得る。２８０６は、液晶ＬＣ ＺＩＬ−２８０６を示し、６４７６は液晶ＬＣ ＺＩＬ−６４７６を示し、両方ともＭｅｒｃｋ製である。ＲＭ２５７は、同様にＭｅｒｃｋ製である反応性メソゲン２５７を示す。
【０１１６】
これらの実施例の２つの特定の液晶は、低い複屈折を有する。必要ではないが、所望のリタデーションｄΔｎを達成するためにはセルの厚みが大きい方が好都合であり得る。そのような厚いセルは加工がより簡単で、素子領域にわたるリタデーションの変動をより小さくする。図３１および３３に示す実施例の液晶のプレチルトは、図３０および３４に示すそれぞれの実施例のプレチルトよりも大きい。
【０１１７】
液晶リターダの残余リタデーションを相殺するために追加の固定リターダの使用することは、例えば、図１などのその他の「２つのリターダ」および「３つのリターダ」の実施態様にも同様に適用される。図３７は、固定リターダ３と液晶リターダ４との間に配置した追加リターダ３０を有するそのような素子の例を示す。追加リターダ３０の光学軸３１は、液晶リターダ４の光学軸（ラビング方向）に対して角度θ（±９０゜）に位置合わせされている。図示する例においてはθは−５５．５゜である。追加リターダ３０は、ノーマリブラックディスプレイを得るために、６０ｎｍなどの比較的小さいリタデーションを有する。薄膜トランジスタ駆動技術と互換性のある有限印加電圧で完全に規格化された明状態が得られるように、リターダ４のリタデーションは、約λ／２＋６０ｎｍに上昇される。
【０１１８】
従って、面外スイッチングネマティック液晶リターダ４を使用する全ての実施態様が、動作モード（ノーマリブラックまたはノーマリホワイト）、および液晶材料が印加電圧に伴って増加または減少するリタデーションを有するか否かに依存して、リタデーションを提供する追加のリターダを含み得る。
【０１１９】
上述したリターダの光学軸の角度、およびリタデーションは、それぞれの実施態様において最適値と考えられる。しかし、これらの最適値からの多少のずれも可能であり、十分な表示が可能である。例えば、表５に示される量だけ角度およびリタデーションが変化する場合には、２つのリターダおよび３つのリターダ素子に対しては、上述されたような追加の固定リターダなしに、暗状態の反射率は約０．２にまで上昇する。
【０１２０】
【表５】

【０１２１】
図３８は、図７に示すタイプと同様の素子、ただし面外ネマティック液晶リターダの代わりにツイスティッドネマティックリターダを用いた素子を示す。リターダ４は、２３．４゜のツイスト角、および１４２．８ｎｍのリタデーションを有する。入力ディレクタ（すなわち、リターダ４のリターダ５に面した側の面の液晶ディレクタ）は、偏光板１の偏光軸に対して８５．５゜の角度を有している。
【０１２２】
図３８に示す素子は、均一なλ／４リターダの代わりに、本明細書においてその内容を参考として援用するＢｅｙｎｏｎら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＤＲＣ １９９７、Ｌ３４頁に従って設計したツイスティッドネマティックリターダを用いた、典型的な「３つのリターダ素子」である。上記論文は、ツイスティッド層のパラメータを、直線偏光から円偏光に変換するための計算をするための一般式を提供する。
【０１２３】
図３９は、図３８の素子の暗状態の性能を示す。良好な無色性の暗状態の素子が得られる。
【０１２４】
２つのリターダ素子にも同様の技術を適用することができ、図４０にその例を示す。図４０の素子は、図１４に示す素子と同様のタイプの素子、ただし面外ネマティック液晶リターダの代わりにツイスティッド液晶リターダを用いた素子である。リターダ４の入力ディレクタは、偏光板１の偏光軸に対して５４．１゜の角度を有する。リターダ４のツイスト角は、３２．２゜であり、リターダは２６９ｎｍのリタデーションを有する。図４０に示す素子の暗状態の性能を、図４１に示す。同様に、良好な無色性の暗状態の素子が得られた。
【０１２５】
【発明の効果】
上述したように、本願発明によると、高輝度で高コントラストの反射型液晶素子が提供される。本発明の反射型液晶素子は、高輝度を有するので、単一の偏光板を用いる反射型液晶素子の広視角および速い応答速度の利点を十分に生かすことができる。また、従来の単一偏光板を用い反射型表示装置よりも無色性が実質的に向上したブラック状態を得ることができ、コントラストが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を構成する反射型ＬＣＤの展開概略図である。
【図２】図１に対応し、ブラック状態または非反射状態にある図１のディスプレイの偏光状態を示している。
【図３】波長（ｎｍ）に対する反射率のグラフであり、反強誘電性液晶層を用いた図１のディスプレイの性能を示している。
【図４】本発明の第２の実施態様を構成する他のディスプレイの図１と同様の図である。
【図５】ホワイト状態または反射状態にある図４のディスプレイの動作における偏光状態を示している。
【図６】図３と同様のグラフであり、強誘電性液晶を用いた図４のディスプレイの性能を示している。
【図７】本発明の第３の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図８】図３と同様のグラフであり、ネマティック面外液晶を有する図１のディスプレイの性能を示している。
【図９】ネマティック面外タイプの液晶層を有する図１のディスプレイの偏光状態を示している。
【図１０】本発明の第４の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図１１】図３と同様のグラフであり、反強誘電性液晶を用いた図１０のディスプレイの性能を示している。
【図１２】本発明の第５の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図１３】本発明の第６の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図１４】本発明の第７の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図１５】図３と同様のグラフであり、図１４のディスプレイの性能を示している。
【図１６】本発明の第８の実施態様を構成するディスプレイの模式図である。
【図１７】図３と同様のグラフであり、図１６のディスプレイの性能を示している。
【図１８】本発明の第９の実施態様を構成するディスプレイの図１６と同様の図である。
【図１９】図３と同様のグラフであり、図１８のディスプレイの性能を示している。
【図２０】本発明の第１０の実施態様を構成するディスプレイの図１６と同様の図である。
【図２１】図３と同様のグラフであり、図２０のディスプレイの性能を示している。
【図２２】上記図に示したディスプレイの概略的な構成を示す展開模式図である。
【図２３】本発明の実施態様を構成するノーマリブラックディスプレイの電圧に対する反射率のグラフである。
【図２４】本発明の実施態様を構成するノーマリホワイトディスプレイの電圧に対する反射率のグラフである。
【図２５】本発明の実施態様を構成するノーマリホワイトディスプレイの電圧に対する反射率のグラフである。
【図２６】本発明の実施態様を構成するノーマリブラックディスプレイの電圧に対する反射率のグラフである。
【図２７】本発明の第１１の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図２８】本発明の第１２の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図２９】本発明の第１３の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３０】本発明の第１４の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３１】本発明の第１５の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３２】本発明の第１６の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３３】本発明の第１７の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３４】本発明の第１８の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３５】本発明の第１９の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３６】本発明の第２０の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３７】本発明の第２１の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３８】本発明の第２２の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図３９】図３８のディスプレイの暗状態の性能を示す、図３と同様のグラフである。
【図４０】本発明の第２３の実施態様を構成するディスプレイの図１と同様の図である。
【図４１】図４０のディスプレイの暗状態の性能を示す、図３と同様のグラフである。
【符号の説明】
１ 偏光板
２ ミラー
３、５ 固定リターダ
４ 液晶リターダ
６、７、８、９ 偏光軸
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７ 曲線

Claims (15)

1. 直線偏光板と、偏光維持反射板と、リターダ配列とを備える反射型液晶素子であって、該リターダ配列が少なくとも３つのリターダを有し、該少なくとも３つのリターダのうちの第１のリターダは該偏光板と該反射板との間に配置され、該少なくとも３つのリターダのうちの第２のリターダは該第１のリターダと該反射板との間に配置され、該少なくとも３つのリターダのうちの第３のリターダは該第２のリターダと該反射板との間に配置され、該第１、第２および第３のリターダのうち少なくとも１つが、該リターダ配列のリタデーションが(２ｎ＋１)λ/4である(ただし、ｎは整数、λは可視光の波
   長である)非反射素子状態と反射素子状態との間でスイッチ可能な液晶層を備え、
   前記非反射素子状態において、前記第１のリターダがλ/2のリタデーションを有し、前記第２のリターダがλ/2のリタデーションを有し、前記第３のリターダがλ/4のリタデーションを有し、
   前記非反射素子状態において、前記第１のリターダの光学軸が前記偏光板の偏光軸または吸収軸に対して(6.9゜＋Ｂ・180゜)の角度を有し、前記第２のリターダの光学軸が該偏光軸または吸収軸に対して(6.9゜・ｘ＋Ｃ・180゜)の角度を有し、前記第３のリターダの光学軸が該偏光軸または吸収軸に対して(２(β−6.9゜)＋45゜＋Ｄ・180゜)の角度を有する(ただし、ｘは正の実数であり、Ｂ、ＣおよびＤは整数である)、反射型液晶素子。
2. 前記ｘが５である、請求項１に記載の素子。
3. 前記第１または第２のリターダが、スイッチングの間、光路(light passage)の法線方向に対して22.5゜の角度で回転する光学軸を有する液晶層を備える、請求項１に記載の素子。
4. 前記第２のリターダが、前記液晶層を備え、(ｐλ/2＋δ)と((ｐ＋１)λ/2＋δ)との間でスイッチ可能なリタデーションを有する(ただし、ｐは整数であり、０≦δ＜λ/2である)、請求項１に記載の素子。
5. 前記ｐが０または１である、請求項４に記載の素子。
6. 前記第３のリターダが、前記液晶層を備え、(ｑλ/4＋δ)と((ｑ＋１)λ/4＋δ)との間でスイッチ可能なリタデーションを有する(ただし、ｑは整数であり、０≦δ＜λ/4である)、請求項１に記載の素子。
7. 前記ｑが０または１である、請求項６に記載の素子。
8. 前記液晶層が、面外スイッチングネマティック液晶である、請求項４または６に記載の素子。
9. 前記非反射素子状態において、前記第１のリターダが23λ/72のリタデーションを有し、前記第２のリターダがλ/2のリタデーションを有し、前記第３のリターダが23λ/72のリタデーションを有する、請求項１に記載の素子。
10. 前記非反射素子状態において、前記第１のリターダの光学軸が前記偏光板の前記偏光軸または吸収軸に対して14.25゜の角度を有し、前記第２のリターダの光学軸が該偏光軸または吸収軸に対して84.5゜の角度を有し、前記第３のリターダが該偏光軸または吸収軸に対して14.25゜の角度を有する、請求項９に記載の素子。
11. 前記第２のリターダが、スイッチングの間、光路(light passage)の法線方向に対して22.5゜の角度で回転する光学軸を有する液晶層を備える、請求項９または１０に記載の素子。
12. 前記第２のリターダが前記液晶層を備え、(ｒλ/2＋δ)と((ｒ＋１)λ/2＋δ)との間でスイッチ可能なリタデーションを有する(ただし、ｒは整数であり、０≦δ＜λ/2である)、請求項９または１０に記載の素子。
13. 前記ｒが０または１である、請求項１２に記載の素子。
14. 前記第３のリターダが、前記液晶層を備え、23λ/72と、23λ/324
    または46λ/81との間でスイッチ可能なリタデーションを有する、請求項９または１０に記載の素子。
15. 前記液晶層が、面外スイッチングネマティック液晶である、請求項１２から１４のいずれか一つに記載の素子。

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