JP3620312B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
現在、あらゆる電子機器が急速に多機能化しつつある。多機能の電子機器を円滑に操作する為に、インターフェイスの重要性も増している。液晶表示装置は薄型，軽量，低消費電力であるため、電子機器の形態を大きく変更することなしにこれらに搭載可能である。そのため、液晶表示装置はあらゆる電子機器のインターフェイスに最適である。
【０００２】
反射型液晶表示装置は反射板で周囲の光を反射して表示を行い、バックライトを用いない。そのため、液晶表示装置のなかでも特に消費電力が低く、薄型軽量である。本発明の属する利用分野は反射型液晶表示装置である。
【０００３】
【従来の技術】
ゲストホスト方式の液晶表示装置は偏光板を用いないため、光利用効率が高い。これを反射型液晶表示装置に適用すると、高反射率の表示が得られる可能性がある。ゲストホスト方式の液晶表示装置には幾つかの種類が存在し、位相板型ゲストホスト方式もそのうちの一つである。
【０００４】
位相板型ゲストホスト方式の表示原理を説明するため、まず初めに比較対象として位相板がないゲストホスト方式の場合について図２に示す。図２は液晶層１５のツイスト角が０度の場合である。液晶層に入射した光は２つの固有偏光に分解されて液晶層中を伝播するが、液晶層のツイスト角が０度の場合には２つの固有偏光は振動方向が互いに直交する直線偏光である。振動方向が液晶配向方向に対して平行なものをｅ偏光４３，４５と呼び、直交するものをｏ偏光４４，４６と呼ぶ。
【０００５】
２色性色素はその平均の配向方向が液晶層に等しいため、液晶層のツイスト角が０度の場合、ｅ偏光とｏ偏光の減衰係数αｅ，αｏは例えば０．３μｍ−１，０．０３５μｍ−１である。ｅ偏光４７は液晶層で充分に吸収されるのに対し、ｏ偏光４８はほとんど吸収されない。そのため、位相板がない場合には低コントラスト比になる。
【０００６】
位相板型ゲストホスト方式の構成と表示原理を図３に示す。位相板型ゲストホスト方式は液晶セルの内部に位相板を内蔵する。即ち、液晶層１５と反射電極３０の間に位相板３３を内蔵する。
【０００７】
従来の位相板型ゲストホスト方式では、位相板のリタデーションは４分の１波長であった。即ち、液晶層のツイスト角が０度の場合には入射時のｅ偏光４４と反射後のｏ偏光３３の位相差は２分の１波長であり、位相板を２度通過する過程において入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換するため、位相板のリタデーションは２分の１波長の半分である４分の１波長とする。
【０００８】
ｏ偏光５０はほとんど吸収されずに位相板に入射するが、位相板を通過して円偏光４８に変換される。その後、反射層で反射され、再び位相板を通過する過程でｅ偏光３３に変換される。入射時にほとんど吸収されなかったｏ偏光も反射後に充分に吸収されるため（５０）、暗表示の反射率が充分に低下する。
【０００９】
位相板型ゲストホスト方式は、例えば特開平８−２８６２１４ 号，特開平９−９０４３１号，特開平９−１５２６３０ 号，特開平１０−６２７７３ 号，特開平１０−８２９８６ 号、特開平１０−１０４５６５号に記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
位相板型ゲストホスト方式では、暗表示が紫色に着色するという問題があった。その原因を図４に示す。図４に理想的な位相板のリタデーションの波長分散を破線で示した。液晶層のツイスト角が０度の場合、位相板のリタデーションが全可視波長域で４分の１波長であれば、図３に示した偏光変換が全可視波長でなされる。
【００１１】
しかし、位相板のリタデーションは図４に実線で示した様に波長の増大と共に減少するため、破線と実線は可視波長域の一点でしか交わらない。図４は視感度が最大になる５５０ｎｍで両者を一致させた場合である。図３に示した偏光変換は、厳密には破線と実線が一致する５５０ｎｍでしか成り立たない。
【００１２】
破線と実線が大きく離れる可視波長域の両端では図３に示した偏光変換が成り立たず、暗表示の反射率が充分に低下しない。この時の暗表示の反射スペクトルは、図５中に実線（細線）で示したように主に赤と青において反射率が増大している。そのため、暗表示が紫色に着色する。
【００１３】
また、位相板型ゲストホスト方式では、駆動電圧の増大という問題があった。即ち、図３に示した様に位相板型ゲストホスト方式では液晶層と電極の間に位相板を配置しており、電界に対して液晶層と位相板が直列に配列する。そのため、位相板に電圧が印加される分だけ液晶層に印加される電圧値が低下する。充分な反射率とコントラスト比を得るためには、位相板に印加される分だけ駆動電圧を増大しなければならない。
【００１４】
本発明の目的は位相板型ゲストホスト方式の暗表示の着色の解消と、低消費電力化である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では液晶層にカイラル剤を所定量添加し、液晶層を捻れ構造にする。
【００１６】
液晶層の配向方向を捻れの軸方向から観察したときに、より遠方に位置する第二の基板から第一の基板に向けて配向方向が右まわり変化する場合、位相板はその遅相軸が液晶層の近接する配向方向に対して左まわりに約４５度を成すように形成され、第二の基板から第一の基板に向けて配向方向が左まわりに変化する場合、位相板はその遅相軸が液晶層の近接する配向方向に対して右まわりに約４５度を成すように形成する。但し、±５度程度ずれても、本願の効果に大きな差は生じないため約４５度と限定するときは４５度±５度とする。
【００１７】
位相板のリタデーションは、液晶層の捻れ構造のピッチに応じて以下の様に設定する。液晶層の捻れのピッチが１６μｍ以上２０μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは６０ｎｍ以上、１１０ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。液晶層の捻れのピッチが１２μｍ以上１６μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは５５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。液晶層の捻れのピッチが１０μｍ以上１２μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは４５ｎｍ以上９０ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。液晶層の捻れのピッチが８μｍ以上１０μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは３５ｎｍ以上８０ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。液晶層の捻れのピッチが６μｍ以上８μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。
【００１８】
あるいはまた、位相板のリタデーションをΔｎｄＰＨとすると、液晶層の捻れ構造のピッチｐに応じて（１）式で定められる値になる様に設定する。
【００１９】
ここで、λは透過光の波長、ｎｅとｎｏは液晶層の異常光線屈折率と常光線屈折率である。また、Ｅｘ１，２，Ｅｙ１，２はそれぞれ振動方向が液晶層の配向方向に対して平行，垂直な電気ベクトルであり、両者の位相差はπ／２である。
【００２０】
それぞれシアン，イエロー，マゼンタの色を呈する３層の液晶層を積層して減法混色で色表示を行う減法混色型のゲストホスト方式の場合には、使用者から見て近い順に基板と液晶層に番号を付け、それぞれ第一の基板，第二の基板，第三の基板，第四の基板，第一の液晶層，第二の液晶層，第三の液晶層とする。このうち、第三の液晶層と第四の基板の間に位相板を形成し、各液晶層の捻れのピッチと捻れ方向は互いにほぼ同じになるように設定する。更に、各液晶層の配向方向は近接面において互いに平行になるように設定する。具体的には、第二の液晶層に近接する側の第一の液晶層の配向方向を、第一の液晶層に近接する側の第二の液晶層の配向方向に対して平行になるように設定する。同様にして、第三の液晶層に近接する側の第二の液晶層の配向方向を、第二の液晶層に近接する側の第三の液晶層の配向方向に平行になるように設定する。
【００２１】
次にどのように作用しているか詳細に説明する。位相板のリタデーションが理想条件からはずれても暗表示の反射率があまり増大しなければ、暗表示の着色を低減できるはずである。前述の様に、液晶層のツイスト角が０度の場合には、ｅ偏光とｏ偏光の減衰係数は例えば０．３μｍ−１，０．０３μｍ−１と互いに大きく異なっている。この差を小さくすれば、図５に実線（太線）で示した様に、位相板のリタデーションが理想条件からはずれた可視波長の両端でも暗表示の反射率があまり増大せず、暗表示の着色を低減できる。
【００２２】
また、位相板のリタデーションを小さくすれば、位相板の厚さを減少できる。これにより位相板に印加される電圧値を減少できるため、駆動電圧も減少できる。位相板のリタデーションは、入射時のｅ偏光を反射後のｏ偏光に変換するのに必要なリタデーションで決定される。従来の技術において説明した様に、液晶層のツイスト角が０度の場合には４分の１波長であった。入射時のｅ偏光と反射後のｏ偏光の間の位相差をより小さくすれば、位相板のリタデーションを４分の１波長よりも小さくできる。
【００２３】
これらを実現するために、本発明ではまず第一に液晶層を捻れ構造にした。液晶層に捻れのある場合まで含めたより一般的なｅ偏光とｏ偏光の定義は以下の通りである。液晶層を伝播する２つの固有偏光のうち、その電気ベクトルの軌跡が描く楕円の長軸が液晶配向方向に対して平行な固有偏光がｅ偏光であり、電気ベクトルの軌跡が描く楕円の長軸が液晶配向方向に対して垂直な固有偏光がｏ偏光である。
【００２４】
液晶層の捻れ構造のピッチｐが透過光の波長λに対して充分に長い場合、αｅ，αｏ のｐ依存性は（４）式で表わされる。
【００２５】
捻れのピッチｐを変えた時のαｅ，αｏの変化を（４）式を用いてプロットすると、図６の様になる。捻れのピッチｐを減少することによりαｅ を減少させることができる。
【００２６】
同様にして、αｏ を増大させることができる。この様に、本発明では液晶層を捻れ構造としてαｅとαｏの差を減少することにより、暗表示の着色低減を実現した。
【００２７】
本発明では第二に、位相板の位相差を入射時のｏ偏光と反射時のｅ偏光の位相差の２分の１になる様に決定した。液晶層を捻れ構造にした場合、図７に示した様に固有偏光は楕円偏光になり、かつ入射時の光路における固有偏光と反射後の光路における固有偏光は互いに異なる。例えば、光の入射方向と反射方向が液晶層の捻れの軸に平行な場合について考える。この場合、入射時のｅ偏光４３は右回りの楕円偏光であり、入射時のｏ偏光４４は左回りの楕円偏光である。反射時のｅ偏光４５とｏ偏光４６は、楕円率と主軸の向きは入射時のｅ偏光４３とｏ偏光４４にそれぞれ同じであるが、回転方向は入射時と逆である。反射時のｅ偏光は左回りの楕円偏光であり、反射時のｏ偏光は右回りの楕円偏光である。
【００２８】
入射時の光路における固有偏光と反射後の光路における固有偏光は互いに異なるため、入射時のｏ偏光と反射時のｅ偏光の間の位相差は２分の１波長よりも小さくなる。従って、入射時のｏ偏光を反射時のｅ偏光に変換するのに必要な位相板のリタデーションも４分の１波長よりも小さくできる。本発明ではこの様な液晶層の層構造と固有偏光の関係を利用して位相板の厚さを減少し、駆動電圧の増大を低減した。
【００２９】
以上の様に、本発明によれば、液晶層を捻れ構造にして、その時の固有偏光の偏光状態に合わせて位相板のリタデーションを設定することにより、位相板方式ゲストホスト液晶表示装置の抱える２つの問題、即ち暗表示の着色と駆動電圧の増大を同時に軽減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の内容を、実施例を用いてより具体的に説明する。
【００３１】
「実施例１」
図１に本発明の液晶表示装置の断面図を示す。一対の基板の内の第一の基板１１はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．７ｍｍ であり、共通電極２５，カラーフィルタ３８が順次積層されている。共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は１０００Åである。カラーフィルタは顔料分散法で作成した。その透過スペクトルを図８に示す。透過率の極大はＲ，Ｇ，Ｂでそれぞれおよそ６２０ｎｍ，５４０ｎｍ，４８０ｎｍの波長にある。
【００３２】
一対の基板の内の第二の基板１２は第一の基板と同じ材質と厚さであり、反射電極３０，第一のアクティブ素子３４を有する。反射電極はＡｌ製であり、層厚は２０００Åである。第一のアクティブ素子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。反射電極は１画素を形成し、その形状は概略長方形であり、大きさは約１００μｍ×３００μｍである。反射電極と第一のアクティブ素子はスルーホール３１で接続されており、両者の間はＳｉＮｘ製の絶縁層３２で絶縁されている。
【００３３】
第二の基板の反射電極上に位相板を形成した。その形成過程を図９に示す。初めに、第三の配向膜２０をスピンコート法にて形成し（図９ａ）、これにラビングロール８０を用いたラビング法により配向処理を施した（図９ｂ）。次に、第三の配向膜の上に光重合性の液晶分子を形成した（図９ｃ）。光重合性液晶分子層は充分に薄いため光配向膜の配向規制力が層全体に及び、同層は光配向膜で規定された方向に対して平行にホモジニアス配向を形成した。その後これに光照射して液晶分子を重合させ、位相板３３とした（図９ｄ）。その後、第二の配向膜１９をスピンコート法にて形成した（図９ｅ）。第二の配向膜は光配向性であるため、これに光を照射して配向処理を施した（図９ｆ）。第一の配向膜と第二の配向膜の配向方向は、互いに４５゜を成す様にした。
【００３４】
第一の配向膜１８と第三の配向膜には、日産化学製のポリイミド系有機高分子を用いた。
【００３５】
第二の配向膜には、パラメトキシ桂皮酸を側鎖に有するポリビニルエステルを用いた。その分子構造を図１０に示す。図１０中のｎは通常およそ２０から１００００の間に分布する。この有機配向膜は、光照射により側鎖のパラメトキシ桂皮酸が光２量化反応を起こす。照射光に直線偏光を用いれば、その電気ベクトルの振動方向により光反応を生じる２つのパラメトキシ桂皮酸の組み合わせを選択できるため、光反応で生じる化学結合の方向を制御することができる。液晶分子は直線偏光の振動方向の垂直方向に配向することが経験的に知られているため、照射光（直線偏光）の振動方向により液晶の配向方向を制御できる。
【００３６】
配向処理を行う際の光源には、波長３６０ｎｍ付近に輝線を有する高圧水銀燈を用い、グラントムソンプリズムを介することにより自然光である光源光を直線偏光にした。照射光量は５Ｊ／ｃｍ２ 、照射時間は２分とした。
【００３７】
これらの光配向膜と光配向技術に関しては、例えば特許公報第２６０８６６１ 号， Ｍａｒｔｉｎ Ｓｃｈａｄｔ，Ｈｕｂｅｒｔ Ｓｅｉｂｅｒｌｅ，Ａｎｄｒｅａｓ Ｓｃｈｕｓｔｅｒらの文献（ＮＡＴＵＲＥ，Ｖｏｌ．３８１，１６ Ｍａｙ １９９５）に詳細に記載されている。図１０に示した光配向膜の他にも、例えばカルコン系有機高分子も同様にして用いることができる。パラメトキシ桂皮酸も、カルコン系有機高分子も共に光重合型の光配向膜であるが、その他にも光分解反応を利用した光配向膜や、光異性化反応を利用した光配向膜も適用可能である。
【００３８】
光重合性液晶分子にはＤｉｒｋ Ｊ．Ｂｒｏｅｒ，Ｒｉｆａｔ Ａ． Ｍ． Ｈｉｋｍｅｎｔ，Ｇｅｒ Ｃｈａｌｌａ らの文献（Ｍａｋｒｏｍｏｌ． Ｃｈｅｍ，Ｖｏｌ．１９０，３２０１−３２１５（１９８９））に記載されているものを用いた。図１１にその分子構造を示した様に、光重合性液晶分子は両端のアクリル基を有し、これによりポリマー状に重合することができる。また、中央部のメゾゲン部と棒状構造により液晶状態をとることができる。重合後の複屈折は、重合条件に依存するものの、およそ０．１５から０．１６の値になる。位相板を形成するには、まず初めに第一の配向膜の上に溶媒に溶かした光重合性液晶分子をスピンコート法を用いて塗布した。その後溶媒を除去し、１６０℃に加熱して光重合性液晶分子を一旦等方層にした。温度を１４０℃に下げて光重合性液晶分子を液晶層とし、第一の配向膜の配向方向に配向させた。その後に光照射して重合し、第一の配向膜の配向方向と同じ配向方向を保った状態で位相板にした。光源には光配向膜と同様に波長３６０ｎｍ付近に輝線を有する高圧水銀燈を用いた。照射光量は５Ｊ／ｃｍ２ 、照射時間は５分とした。
【００３９】
第一の基板の第三の配向膜１４には日産化学製のポリイミド系有機高分子を用いた。ラビング法で配向処理を施し、組み立て時に第二の基板の第二の光配向膜と配向方向が２００度を成す様にした。
【００４０】
次に、これらの２枚の基板を双方の配向膜が対向する様にして組み立てた。２枚の基板間の距離を均一にして、表示部全面にわたって液晶層厚を均一にするため、両者の間にスペーサとシール部を形成した。スペーサは球状のポリマービーズでその直径は７μｍであり、表示部全体に分散されている。分散密度は１ｃｍ２ あたり約１００個とした。シール部はエポキシ系樹脂に球状のポリマービーズを混合したものを表示部の周辺に塗付して形成した。
【００４１】
液晶層には三菱化学株式会社製のＬＡ１２１−４とＭｅｒｃｋ 社製のカイラル剤Ｓ８１１の混合物を用いた。Ｓ８１１の重量比は約０．９％ とした。封入口から真空封入して液晶層を形成した。ＬＡ１２１−４は誘電率異方性が正であり、２色性色素を含み、ほぼ無彩色を呈する。
【００４２】
前述した第一，第二の基板の配向方向と、液晶層にカイラル剤を所定量添加したことにより、液晶層を捻れ構造にし、そのツイスト角を２００度にした。ツイスト角を２００度、液晶層厚を約７μｍとしたことにより、捻れのピッチを約１２μｍに設定した。
【００４３】
Ｓ８１１の構造がＳ体であることにより、捻れの軸方向から液晶層の配向方向を観察したときに、より遠方に位置する第二の基板から第一の基板に向けて配向方向は右まわりに変化する。そのため、位相板の遅相軸は図１２に示した様に液晶層の近接する配向方向に対して左まわりに４５度を成すように形成した。
【００４４】
位相板のリタデーションの最適値は、以下の様にして決定した。液晶層を捻れ構造とした時の位相板のリタデーションを定量的に決定するためには、本発明ではストークスパラメータ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）とポアンカレ球表示を用いた。まず始めにストークスパラメータとポアンカレ球表示の定義を説明すると、図１３に示した様に（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は偏光の電気ベクトル８３のＸ軸成分８１ＥＸ 、Ｙ軸成分８２Ｅｙ、両者の位相差δを用いて次式で定義される。
【００４５】
ここで、Ｘ軸は位相板と近接する面における液晶層の配向方向であり、Ｙ軸はその垂直方向であるものとする。
【００４６】
また、ポアンカレ球は図１４に示した様に（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を３軸とする空間内で定義される半径１の球であり、ポアンカレ球の表面の各点は偏光状態と１対１に対応する。例えば、（Ｓ１，Ｓ２）平面との交線（赤道）は直線偏光に、Ｓ３軸との交点（極）は円偏光に、その他の部分は楕円偏光に対応する。Ｓ３ 軸のまわりの方位角は、楕円偏光の主軸（直線偏光の振動方向）の方位角の２倍に対応する。
【００４７】
位相板による偏光状態の変換は、ポアンカレ球表示では図１５に示した様に（Ｓ１，Ｓ２）平面内に含まれポアンカレ球の中心を通る直線を軸とする回転で表わされる。図１５中の６１，６２はそれぞれ位相板入射前の偏光状態，位相板透過後の偏光状態である。この時、軸の方位角６３は位相板の遅相軸の方位角の２倍である。
【００４８】
また、回転角６４は位相板のリタデーションに比例する。例えば、リタデーションが透過光の波長の４分の１である場合（位相板が４分の１波長板である場合）には、回転角は９０度になる。
【００４９】
以上の様にして定義したポアンカレ球を用いて、入射時の光路における固有偏光と、反射後の光路における固有偏光と、位相板による固有偏光の変換について考察した。図１６，図１７は（Ｓ１，Ｓ３）平面に射影したポアンカレ球である。Ｓ１ 軸の正の方向が位相板との近接面における液晶配向方向であり、負の方向がその垂直方向であるため、位相板との近接面における固有偏光は、図１６，図１７では円周上に位置する。位相板の遅相軸は近接面における液晶配向方向に対して４５度をなすため、位相板による偏光状態の変換を表わす回転軸は、図１６，図１７では円の中心を通り、紙面に対して垂直方向にある。従って、位相板通過に伴う固有偏光の変換は、図１６，図１７では円の中心の回りの回転、すなわち円周上の移動で表わされる。
【００５０】
比較のため、ツイスト角が０度の場合について図１６に示した。この場合、固有偏光は２つの直線偏光であり、かつ入射時も反射後も同じ直線偏光である。入射時のｏ偏光４４を反射後のｅ偏光４５に変換するためには円周上を半周しなければならない。従って、位相板に必要なリタデーションは円周の４分の１周に相当する４分の１波長になる。
【００５１】
図１７は液晶層に捻れ構造がある場合、即ちツイスト角が０度でない場合である。この場合、固有偏光は２つの楕円偏光であるが、２つの楕円偏光は楕円率がほぼ等しく、長軸が直交し、かつ回転方向が逆であるため、円の中心を挟んで互いに反対側に位置する。反射後の固有偏光は楕円率，長軸方位は変わらず回転方向だけが変わるため、反射後の固有偏光は入射時の固有偏光とＳ３ 軸を挟んで対称な位置にある。そのため、入射時のｏ偏光４４を反射後のｅ偏光４５に変換するのに必要な回転は半周以下になる。従って、位相板に必要なリタデーションも、４分の１波長よりも小さくなる。
【００５２】
位相板を１度通過して反射板に入射する直前の偏光状態は円偏光であるため、位相板に必要なリタデーションは、入射時のｏ偏光を円偏光に変換するのに必要な回転角に相当する。入射時のｏ偏光のストークスパラメータと、円偏光を表わすストークスパラメータ（０，０，±１）との間で内積をとり、これから回転角を求める。入射時のｏ偏光のストークスパラメータを先ほどのＥｘ１，２，Ｅｙ１，２を用いて表わすと、Ｅｘ１，２とＥｙ１，２の位相差がπ／２であるため、次式の様になる。
【００５３】
（９）〜（１１）と（０，０，±１）との内積をとり、回転角を求め、これをリタデーションに変換したのが（１）式である。（１）式にＬＡ１２１−４の物性値を代入して、捻れ構造のピッチに対するリタデーションの変化を求めたのが図１８である。先にも述べた様に捻れのピッチを約１１μｍに設定したため、図１８より位相板のリタデーションは７０ｎｍに決定した。
【００５４】
パネルの表面には光拡散性のフィルム３７を貼り付けた。光拡散性のフィルムはフィルム中に屈折率の異なる微粒子を多数含み、フィルムの母体材料と微粒子の屈折率の違いにより光を散乱する。これにより、使用者の観察方向に対して入射角度が正反射条件にない光を使用者の観察方向に導き、使用者が観察できる光の量を増大した。また、場合によっては使用者や周囲の光景が表示部に映って見えることがあるが、その輪郭を不明瞭にすることによりその見え方を低減した。更に駆動装置を接続し、液晶表示装置とした。
【００５５】
以上の様にして作成した本発明の位相板型ゲストホスト液晶表示装置の表示特性を、以下に説明する様な方法で測定した。光源にはメタルハライドランプを用い、パネル法線に対して約１０゜の方向から照射し、パネル法線に対して約１５゜の方向に反射した反射光を輝度計で測定した。正反射条件を満たさない角度から測定したため、パネル表面等での反射光の影響は受けない。同条件で測定した酸化マグネシウム板の輝度を反射率１００％とした。
【００５６】
反射率の印加電圧依存性を図１９に示す。ノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は４６．６％ 、印加電圧０Ｖでの反射率は７．３％コントラスト比は６．４：１であった。暗表示（印加電圧０Ｖ）における色相を測定した結果を図２０に白丸で示す。色相はＣＩＳ表色系で（ｕ，ｖ）＝（０．２２１，０．４１８）であり、ほぼ無彩色であった。
【００５７】
以上の様にして、液晶層を捻れ配向として、捻れのピッチに応じて位相板のリタデーションを設定し、捻れの方向に応じて位相板遅層軸と近接する液晶配向方向のなす角を設定したことにより、無彩色で高いコントラスト比の液晶表示装置が得られた。
【００５８】
「実施例２」
実施例１の液晶表示装置において、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と９通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２１に示す。
【００５９】
成蹊大の窪田が反射型カラー液晶表示装置に望ましい表示特性を感応試験から求めた結果によると、反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上であれば、被験者の評価はディスプレイとして問題なく使えるとするレベルに到達する（テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．８，ｐｐ１０９１〜１０９５（１９９６））。この条件を満足する位相板のリタデーションを図２１から求めると、３５ｎｍ以上，９０ｎｍ以下であった。
【００６０】
明表示の反射率は主に色素の添加量で決定され、位相板のリタデーションには殆ど影響されない。そのため、位相板のリタデーションが４５ｎｍ以上，９０ｎｍ以下の範囲内で明表示の反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを４５ｎｍ以上，９０ｎｍ以下の範囲内にすると、前記の感応試験で被験者を満足させたレベルに達し、良好な表示が得られる。
【００６１】
「実施例３」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層厚を約５μｍとし、液晶層のツイスト角を２４０度にした。さらに、液晶材料の色素含有量を実施例１の約１．２ 倍にした。この場合、液晶層の捻れ構造のピッチは約７．５μｍ である。（１）式によれば、最適な位相板のリタデーションは約４８ｎｍである。
【００６２】
さらに、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，７０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と１０通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２２に示す。反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上の条件を満足する位相板のリタデーションを図２２から求めると、２５ｎｍ以上，６５ｎｍ以下であった。この範囲内で反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを２５ｎｍ以上，６５ｎｍ以下の範囲内にすると、良好な表示が得られる。
【００６３】
「実施例４」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を１８０度にした。この場合の液晶層の捻れ構造のピッチは１４μｍである。（１）式によれば、最適な位相板のリタデーションは約７５ｎｍである。
【００６４】
さらに、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，７０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と１０通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２３に示す。反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上の条件を満足する位相板のリタデーションを図２３から求めると、５５ｎｍ以上，１００ｎｍ以下であった。この範囲内で反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを５５ｎｍ以上，１１０ｎｍ以下の範囲内にすると、良好な表示が得られる。
【００６５】
「実施例５」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を１４０度にした。この場合の液晶層の捻れ構造のピッチは１８μｍである。（１）式によれば、最適な位相板のリタデーションは約９０ｎｍである。
【００６６】
さらに、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，７０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と１０通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２４に示す。反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上の条件を満足する位相板のリタデーションを図２４から求めると、６０ｎｍ以上，１１０ｎｍ以下であった。この範囲内で反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを６０ｎｍ以上，１１０ｎｍ以下の範囲内にすると、良好な表示が得られる。
【００６７】
「実施例６」
実施例３の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を２００度にした。この場合の液晶層の捻れ構造のピッチは９μｍである。（１）式によれば、最適な位相板のリタデーションは約５５ｎｍである。
【００６８】
さらに、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，７０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と１０通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２５に示す。反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上の条件を満足する位相板のリタデーションを図２５から求めると、３５ｎｍ以上，８０ｎｍ以下であった。この範囲内で反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを３５ｎｍ以上，８０ｎｍ以下の範囲内にすると、良好な表示が得られる。
【００６９】
「実施例７」
実施例２から実施例６では液晶層の捻れ構造のピッチを一定として、位相板のリタデーションを変えて液晶表示装置を作成し、それらの表示特性を測定した。実施例２から実施例６において、反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上である範囲（以後有効範囲とする）を図３２に太線で示す。また、図３２には（１）式から求めた波長５５０ｎｍの透過光に対する位相板のリタデーションの最適値（図１８中で５５０ｎｍと記したプロットと同様）を並記した。
【００７０】
各実施例の有効範囲はリタデーションの最適値をほぼ中心として分布している様である。また、各実施例の有効範囲の上限を結べばリタデーションの最適値のプロットに似た形状の線が得られる。有効範囲の下限について同様のことを行うと凹凸のある線となるが、これは実験誤差によるものと思われる。凹凸を無視しては、リタデーションの最適値のプロットに似た形状の線が得られる。
【００７１】
これより、有効範囲は各捻れのピッチにおいて最適値をほぼ中心としたある範囲に分布すると考えられる。任意の捻れのピッチにおける有効範囲の集合を有効領域とすると、有効領域は、例えば図３２において以下の（１２）〜（１５）に囲まれた部分であると考えられる。
【００７２】
Ｐ＝７．５ …（１２）
Ｐ＝１８ …（１３）
Δ＝５１．４Ｉｎ（Ｐ）−３８．６ …（１４）
Δ＝４０．０Ｉｎ（Ｐ）−５５．６ …（１５）
（１２）〜（１５）にいおて、Ｐは捻れのピッチ、Δは位相板の最適なリタデーションであり、Ｉｎは自然対数を底数とした対数である。（１２）は実施例３の有効範囲に、（１３）は実施例５の有効範囲にそれぞれ対応する。また、（１４）は実施例３の有効範囲の下端と実施例５の有効範囲の下端を結ぶ線に、（１５）は実施例３の有効範囲の上端と実施例５の有効範囲の上端を結ぶ線にそれぞれ対応する。（１２）〜（１５）に囲まれた部分を図３２中に斜線で示した。
【００７３】
（１２）〜（１５）で示した範囲が有効領域であることを確認するために、この範囲内に含まれる点Ａ〜Ｈに対応する液晶表示装置を作成し、その表示特性を測定した。点Ａ〜Ｈにおける捻れのピッチと位相板のリタデーションを表１に示す。また、点Ａ〜Ｈを図３２中に並記した。点Ａ〜Ｈは（１２）〜（１５）で示した範囲内にほぼ均等に分布する。
【００７４】
【表１】
【００７５】
点Ａ〜Ｈに対応する液晶表示装置の反射率とコントラスト比を表１に並記した。点Ａ〜Ｈの何れにおいても反射率は３５〜４０％でコントラスト比は５以上であった。以上の様にして、（１２）〜（１５）で示した範囲が有効領域であることを確認することができた。液晶層の捻れのピッチと位相板のリタデーションを（１２）〜（１５）で示した範囲内になる様に設定すれば、良好な表示の反射型カラー液晶表示装置が得られる。
【００７６】
「実施例８」
図２６に本発明の液晶表示装置の断面図を示す。第一の基板１１はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．７ｍｍ であり、第一の液晶層１５に近接する側に第一の共通電極２５を有する。第一の共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は１０００Åである。
【００７７】
第二の基板１２はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．４ｍｍ である。第一の液晶層に近接する側に第一の透明電極２８と第一のアクティブ素子３４を有する。第一の透明電極はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）製であり、層厚は２０００Åである。第一のアクティブ素子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。第二の液晶層に近接する側には第二の共通電極２６を有する。第二の共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は２０００Åである。第一の液晶層に近接する面上には第二の配向膜１９が、第二の液晶層に近接する面上には第三の配向膜２０が形成されており、第二の配向膜も第三の配向膜もポリイミド系有機高分子からなる。
【００７８】
第３の基板１３はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．４ｍｍ である。第三の液晶層に近接する側に第二の透明電極２９と第二のアクティブ素子３５を有する。透明電極はＩＴＯ製であり、層厚は２０００Åである。第二のアクティブ素子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。第三の液晶層に近接する側に第三の共通電極２７を有する。第三の共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は２０００Åである。第二の液晶層に近接する面上には第四の配向膜２１が、第三の液晶層に近接する面上には第五の配向膜２２が形成されており、第四の配向膜も第五の配向膜もポリイミド系有機高分子からなる。
【００７９】
第四の基板１４はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．７ｍｍ であり、第三の液晶層に近接する側に反射電極３０と第三のアクティブ素子３６を有する。反射電極はＡｌ製であり、層厚は２０００Åである。第三のアクティブ素子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。反射電極と第三のアクティブ素子はスルーホール３１で接続されており、両者の間はＳｉＮｘ製の絶縁層３２で絶縁されている。
【００８０】
第一の透明電極と第二の透明電極と反射電極は基板法線方向から見て重なり合い、１画素を形成する。その形状は概略正方形であり、第一の透明電極と第二の透明電極の大きさは約３００μｍ×３００μｍ、反射電極の大きさは約２５０μｍ×２５０μｍである。
【００８１】
第四の基板の反射電極上には位相板３３が形成されており、その形成方法は実施例１の液晶表示装置の位相板と同様である。位相板の配向方向はポリイミド系の有機高分子からなる第七の配向膜により規定されている。第四の基板の液晶層３に近接する面上には第六の配向膜が形成されており、その素材と形成方法，配向処理方法は実施例１の液晶表示装置の第二の配向膜と同様である。
【００８２】
次に、これらの４枚の基板を第一の透明電極と第二の透明電極と反射電極は基板法線方向から見て重なり合う様にして組み立てた。各基板間の距離を均一にして、表示部全面にわたって液晶層厚を均一にするため、各基板間にスペーサとシール部を形成した。スペーサは球状のポリマービーズでその直径は６μｍであり、表示部全体に分散されている。分散密度は１ｃｍ２ あたり約１００個とした。シール部はエポキシ系樹脂に球状のポリマービーズを混合したものを表示部の周辺に塗付して形成した。また、各シール部には液晶材料を封入するための封入口を設けた。各液晶材料の混合を避けるため、各シール部の封入口は基板法線方向から見て互いに重なり合わないように配置した。
【００８３】
基板法線方向から見た各配向膜の配向処理方向を図２７に示す。第二の配向膜の配向方向７２と第三の配向膜の配向方向７３は互いに平行であり、これにより第一の液晶層と第二の液晶層の近接する面での配向方向は平行になる。また、第四の配向膜の配向方向７４と第五の配向膜の配向方向７５も互いに平行であり、これにより第二の液晶層と第三の液晶層の近接する面での配向方向も互いに平行になる。
【００８４】
Ｓ８１１の構造がＳ体であることと、各配向膜の配向方向を図２７に示した様に設定したことより、捻れの軸方向から液晶層の配向方向を観察したときに、第二の基板から第一の基板に向けて配向方向は右まわりに変化する。同様にして、第三の基板から第二の基板に向けても、第四の基板から第三の基板に向けても配向方向は右まわりに変化する。そのため、位相板の遅相軸７８は図２７に示した様に液晶層の近接する配向方向７６に対して左まわりに４５度を成すように形成した。
【００８５】
第一の液晶層にはＭｅｒｃｋ社製の液晶材料ＭＬＺ−４７９２とＭｅｒｃｋ社製のカイラル剤Ｓ８１１の混合物とシアンの色を呈する２色性色素の混合物を用いた。Ｓ８１１の重量比は約０．９％ とした。また、２色性色素は波長４５０ｎｍから５５０ｎｍにかけて光透過の極大を示す。第二の液晶層に用いた液晶混合物は、２色性色素以外は第一の液晶層に用いたものと同様のものを用いた。ただし、２色性色素は波長５５０ｎｍから６５０ｎｍにかけて光透過の極大を示す。第三の液晶層に用いた液晶混合物も、２色性色素以外は第一の液晶層に用いたものと同様のものを用いた。ただし、２色性色素は光透過の極大が２つの波長領域にあり、１つは波長４００ｎｍから５００ｎｍにあり、もう１つは波長６００ｎｍから７００ｎｍにある。これらの液晶混合物を各封入口から真空封入して液晶層を形成した。
【００８６】
前述した第一，第二の基板の配向方向と、液晶層にカイラル剤を所定量添加したことにより、液晶層を捻れ構造にした。ツイスト角を２００度、液晶層厚を約６μｍとしたことにより、捻れのピッチを約１１μｍに設定した。
【００８７】
第一の基板の表面には光拡散性のフィルム２３を貼り付け、明るさを増大すると共に周囲の光景の映り込みを低減した。更にこれに駆動装置を接続して、減法混色で色表示を行う液晶表示装置とした。
【００８８】
以上の様にして作成した本発明の位相板型ゲストホスト液晶表示装置の表示特性を実施例１と同じ方法で測定した。各液晶層に電圧８Ｖを印加した時の反射率は６９．１％、印加電圧０Ｖでの反射率は１１．０％であり、コントラスト比は６．３：１であった。また、暗表示の色相はＣＩＳ表色系で（ｕ，ｖ）＝（０．２２２，０．４１３）であり、ほぼ無彩色であった。
【００８９】
このように、液晶層を捻れ配向として、捻れのピッチに応じて位相板のリタデーションを設定し、捻れの方向に応じて位相板遅層軸と近接する液晶配向方向のなす角を設定し、かつ３つの液晶層の近接する液晶配向方向を互いに平行にしたことにより、シアン，イエロー，マゼンタの３色を呈する３つの液晶層を積層して減法混色で色表示を行う液晶表示装置においても、無彩色で高いコントラスト比の表示が得られた。
【００９０】
「比較例１」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を０度とした。更に、位相板のリタデーションを波長５５０ｎｍにおいて４分の１波長となる様に設定した。
【００９１】
図２７に示した様にノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は４５．５％、印加電圧０Ｖでの反射率は７．０％コントラスト比は６．５：１ であった。暗表示（印加電圧０Ｖ）における色相は、図２９に白丸で示した様にＣＩＳ表色系で（ｕ，ｖ）＝（０．３０５，０．３５３）であり、紫色に着色した。
【００９２】
この様に、液晶層のツイスト角を０度とすると２つの固有偏光の減衰係数の差が大きいため可視波長両端での光漏れが増大し、その結果暗表示が紫色に着色する。
【００９３】
「比較例２」
実施例１の液晶表示装置において、位相板のリタデーションを波長５５０ｎｍで４分の１波長となる様に設定した。
【００９４】
図３０に示した様にノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は３３．０％、印加電圧０Ｖでの反射率は１２．９％コントラスト比は２．８：１であった。
【００９５】
位相板のリタデーションは、入射時のｏ偏光と反射後のｅ偏光の位相差の半分となるように設定しなければならない。液晶層に捻れ構造がある場合には、その位相差は２分の１波長よりも小さいため、位相板のリタデーションは４分の１波長よりも小さくしなければならない。
【００９６】
液晶層に捻れ構造があるにもかかわらず位相板のリタデーションを４分の１波長としたため、入射時のｏ偏光は反射後のｅ偏光に変換されない。そのため、暗表示の反射率は充分に低減せず、コントラスト比が低下した。
【００９７】
「比較例３」
実施例１の液晶表示装置において、位相板を除去した。
【００９８】
反射率の印加電圧依存性を測定したところ、ノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は４５．９％ 、印加電圧０Ｖでの反射率は１４．８％、コントラスト比は３．１：１であった。
【００９９】
位相板を除いたため入射時のｏ偏光は反射後のｅ偏光に変換されず、その結果、暗表示の反射率は充分に低減せず、コントラスト比が低下した。
【０１００】
「比較例４」
実施例１の液晶表示装置において、位相板の遅相軸の方位角を図２８に示した様に近接する液晶層の配向方向に対して右回りに４５度にした。
【０１０１】
反射率の印加電圧依存性を測定したところ、ノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は２５．５％ 、印加電圧０Ｖでの反射率は１２．０％、コントラスト比は２．２：１であった。
【０１０２】
液晶層のツイスト角が０度の場合には、位相板遅相軸と近接する液晶配向方向のなす角が右回りに４５度であっても、左回りに４５度であっても、入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換できる。しかし、液晶層が捻れ構造である場合には、捻れの方向を考慮して位相板遅相軸と近接する液晶配向方向のなす角を設定しなければならない。
【０１０３】
位相板遅相軸と近接する液晶配向方向のなす角を右回りに４５度にしたことにより、入射時のｏ偏光は反射後のｅ偏光に変換されず、その結果、暗表示の反射率は充分に低減せず、コントラスト比が低下した。
【０１０４】
「比較例５」
実施例８の液晶表示装置において、第三の配向膜の配向方向と第四の配向膜の配向方向を共に右回りに３０度ずらした。
【０１０５】
この時、第二の液晶層のツイスト角と捻れ方向と捻れのピッチは実施例８と同様に保たれるが、第一の液晶層と第二の液晶層の近接面における配向方向は、互いに平行ではなくなる。同様に、第三の液晶層と第二の液晶層の近接面における配向方向は、互いに平行ではなくなる。
【０１０６】
表示特性を実施例１と同じ方法で測定したところ、各液晶層に電圧８Ｖを印加した時の反射率は５４．５％、印加電圧０Ｖでの反射率は１６．８％であり、コントラスト比は３．２：１であった。
【０１０７】
以上の様にして、第一の液晶層と第二の液晶層の近接面における配向方向と、第三の液晶層と第二の液晶層の近接面における配向方向が平行でないことにより、第一の液晶層におけるｅ偏光とｏ偏光が第二の液晶層を透過する時に混合する。これにより本発明で意図した偏光変換が行われず、コントラスト比が低下した。
【０１０８】
「比較例６」
実施例８の液晶表示装置において、第二の液晶層の液晶層厚を２０μｍにした。この時、第二の液晶層の色素添加量は実施例５の約３分の１にし、色素量は実施例８とほぼ同様にした。これにより、第一の液晶層と第三の液晶層の捻れのピッチは約１１μｍであるのに対し、第二の液晶層の捻れのピッチは３６μｍに設定した。
【０１０９】
表示特性を実施例１と同じ方法で測定したところ、各液晶層に電圧８Ｖを印加した時の反射率は６２．３％、印加電圧０Ｖでの反射率は１４．６％であり、コントラスト比は４．３：１ であった。暗表示（印加電圧０Ｖ）における色相は、ＣＩＳ表色系で（ｕ，ｖ）＝（０．２６２，０．５２１）であり、黄色に着色した。
第二の液晶層の捻れのピッチを３６μｍとすると、その入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換するのに必要な位相板のリタデーションは約１１０μｍである。これに対して、位相板のリタデーションは約７０μｍであるため、第二の液晶層については入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換できない。そのため黄色の色が充分に吸収されず、コントラスト比が低下し、暗表示が着色した。
【０１１０】
同一の位相板を用いて各液晶層について入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換するためには、各液晶層の捻れのピッチを互いにほぼ等しくしなければならない。
【０１１１】
「比較例７」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を０度にした。更に、位相板を２層とし、液晶層に近接する側から第一の位相板，第二の位相板とした。第一の位相板のリタデーションは２分の１波長とし、第二の位相板のリタデーションは４分の１波長とした。また、第一の位相板の遅相軸の方位は近接する液晶層の配向方向に対して右回りに２２．５ 度をなすように設定し、第二の位相板の遅相軸の方位は近接する液晶層の配向方向に対して平行になるように設定した。
【０１１２】
図３１に示した様にノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は３６．２％、印加電圧０Ｖでの反射率は８．４％、コントラスト比は４．３：１であった。
【０１１３】
図３１を実施例１の印加電圧依存性（図１９）と比較すると、しきい値が高電圧側にシフトしており、それに伴い各電圧における反射率も低下しているようである。２分の１波長板と４分の１波長板を組み合わせれば暗表示の着色を低減できるが、２枚の位相板の厚さの合計は本発明の位相板の６倍近くになる。そのため位相板に起因する液晶層の電圧降下の影響も増大し、印加電圧８Ｖでの反射率とコントラスト比が低下する。電圧降下の影響を最小減に抑え、かつ暗表示の着色を低減するためには、本発明の様に液晶層を捻れ構造とし、かつ位相板のリタデーションを捻れ構造のピッチに合わせて設定しなければならない。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明によれば、位相板方式ゲストホストの反射型液晶表示装置の着色を解消し、低消費電力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】位相板がない場合の固有偏光の吸収を示す図である。
【図３】位相板がある場合の固有偏光の吸収を示す図である。
【図４】位相板のリタデーションの理想的な波長分散と、実在する位相板のそれとを示す図である。
【図５】ツイスト角が０度の場合の暗表示の反射スペクトルと、捻れ構造がある場合のそれとを示す図である。
【図６】固有偏光の減衰係数の捻れ構造ピッチ依存性を示す図である。
【図７】液晶層が捻れ構造になった場合の固有偏光の吸収を示す図である。
【図８】カラーフィルタの透過率の波長依存性を示す図である。
【図９】位相板の形成過程を示す図である。
【図１０】第２の配向膜に用いた光反応性の有機高分子の分子構造を示す図である。
【図１１】位相板に用いた光反応性の液晶分子の分子構造を示す図である。
【図１２】実施例１の液晶表示装置の位相板遅相軸方向と液晶配向方向の関係を示した図である。
【図１３】ストークスパラメータの定義を示す図である。
【図１４】ポアンカレ球表示と偏光状態の対応を示す図である。
【図１５】ポアンカレ球表示における、位相板による偏光状態の変換を示す図である。
【図１６】ツイスト角が０度の場合の位相板による偏光状態の変換をポアンカレ球表示を用いて表わした図である。
【図１７】液晶層に捻れ構造がある場合の位相板による偏光状態の変換をポアンカレ球表示を用いて表わした図である。
【図１８】捻れのピッチに対する位相板のリタデーションの依存性を示す図である。
【図１９】実施例１の液晶表示装置の反射率の印加電圧依存性を示す図である。
【図２０】実施例１の液晶表示装置の暗表示の色度を示す図である。
【図２１】実施例２の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２２】実施例３の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２３】実施例４の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２４】実施例５の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２５】実施例６の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２６】実施例８の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２７】実施例８の液晶表示装置の位相板遅相軸方向と液晶配向方向の関係を示す図である。
【図２８】比較例４の液晶表示装置の位相板遅相軸方向と液晶配向方向の関係を示す図である。
【図２９】比較例１の液晶表示装置の暗表示の色度を示す図である。
【図３０】比較例２の液晶表示装置の反射率の印加電圧依存性を示す図である。
【図３１】比較例７の液晶表示装置の反射率の印加電圧依存性を示す図である。
【図３２】良好な表示を与える捻れのピッチと位相板のリタデーションの範囲と、実施例７にて検討した液晶表示装置の捻れのピッチと位相板のリタデーションを示す図である。
【符号の説明】
１…液晶分子、２…２色性色素、１１…第一の基板、１２…第二の基板、１３…第三の基板、１４…第四の基板、１５…第一の液晶層、１６…第二の液晶層、１７…第三の液晶層、１８…第一の配向膜、１９…第二の配向膜、２０…第三の配向膜、２１…第四の配向膜、２２…第五の配向膜、２３…第六の配向膜、２４…第七の配向膜、２５…第一の共通電極、２６…第二の共通電極、２７…第三の共通電極、２８…第一の透明電極、２９…第二の透明電極、３０…反射電極、３１…スルーホール、３２…絶縁層、３３…位相板、３４…第一のアクティブ素子、３５…第二のアクティブ素子、３６…第三のアクティブ素子、４１…入射光、４２…反射光、４３…入射時のｅ偏光、４４…入射時のｏ偏光、４５…反射後のｅ偏光、４６…反射後のｏ偏光、４７…反射板入射時のｅ偏光、４８…反射板入射時のｏ偏光、４９…位相板入射時のｅ偏光、５０…位相板入射時のｏ偏光、５１…理想的な位相板のリタデーション波長分散、５２…実在する位相板のリタデーション波長分散、６１…位相板入射前の偏光、６２…位相板通過後の偏光、６３…位相板遅相軸の方位角の２倍、６４…位相板リタデーションに比例した回転角、７１…第一の配向膜の配向方向、７２…第二の配向膜の配向方向、７３…第三の配向膜の配向方向、７４…第四の配向膜の配向方向、７５…第五の配向膜の配向方向、７６…第六の配向膜の配向方向、７７…第七の配向膜の配向方向、７８…位相板遅相軸方向、８０…ラビングロール、８１…電気ベクトルのＸ軸（位相板近接面における液晶配向方向に平行）成分、８２…電気ベクトルのＹ軸（位相板近接面における液晶配向方向に垂直）成分、８３…電気ベクトルの軌跡。
【発明の属する技術分野】
現在、あらゆる電子機器が急速に多機能化しつつある。多機能の電子機器を円滑に操作する為に、インターフェイスの重要性も増している。液晶表示装置は薄型，軽量，低消費電力であるため、電子機器の形態を大きく変更することなしにこれらに搭載可能である。そのため、液晶表示装置はあらゆる電子機器のインターフェイスに最適である。
【０００２】
反射型液晶表示装置は反射板で周囲の光を反射して表示を行い、バックライトを用いない。そのため、液晶表示装置のなかでも特に消費電力が低く、薄型軽量である。本発明の属する利用分野は反射型液晶表示装置である。
【０００３】
【従来の技術】
ゲストホスト方式の液晶表示装置は偏光板を用いないため、光利用効率が高い。これを反射型液晶表示装置に適用すると、高反射率の表示が得られる可能性がある。ゲストホスト方式の液晶表示装置には幾つかの種類が存在し、位相板型ゲストホスト方式もそのうちの一つである。
【０００４】
位相板型ゲストホスト方式の表示原理を説明するため、まず初めに比較対象として位相板がないゲストホスト方式の場合について図２に示す。図２は液晶層１５のツイスト角が０度の場合である。液晶層に入射した光は２つの固有偏光に分解されて液晶層中を伝播するが、液晶層のツイスト角が０度の場合には２つの固有偏光は振動方向が互いに直交する直線偏光である。振動方向が液晶配向方向に対して平行なものをｅ偏光４３，４５と呼び、直交するものをｏ偏光４４，４６と呼ぶ。
【０００５】
２色性色素はその平均の配向方向が液晶層に等しいため、液晶層のツイスト角が０度の場合、ｅ偏光とｏ偏光の減衰係数αｅ，αｏは例えば０．３μｍ−１，０．０３５μｍ−１である。ｅ偏光４７は液晶層で充分に吸収されるのに対し、ｏ偏光４８はほとんど吸収されない。そのため、位相板がない場合には低コントラスト比になる。
【０００６】
位相板型ゲストホスト方式の構成と表示原理を図３に示す。位相板型ゲストホスト方式は液晶セルの内部に位相板を内蔵する。即ち、液晶層１５と反射電極３０の間に位相板３３を内蔵する。
【０００７】
従来の位相板型ゲストホスト方式では、位相板のリタデーションは４分の１波長であった。即ち、液晶層のツイスト角が０度の場合には入射時のｅ偏光４４と反射後のｏ偏光３３の位相差は２分の１波長であり、位相板を２度通過する過程において入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換するため、位相板のリタデーションは２分の１波長の半分である４分の１波長とする。
【０００８】
ｏ偏光５０はほとんど吸収されずに位相板に入射するが、位相板を通過して円偏光４８に変換される。その後、反射層で反射され、再び位相板を通過する過程でｅ偏光３３に変換される。入射時にほとんど吸収されなかったｏ偏光も反射後に充分に吸収されるため（５０）、暗表示の反射率が充分に低下する。
【０００９】
位相板型ゲストホスト方式は、例えば特開平８−２８６２１４ 号，特開平９−９０４３１号，特開平９−１５２６３０ 号，特開平１０−６２７７３ 号，特開平１０−８２９８６ 号、特開平１０−１０４５６５号に記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
位相板型ゲストホスト方式では、暗表示が紫色に着色するという問題があった。その原因を図４に示す。図４に理想的な位相板のリタデーションの波長分散を破線で示した。液晶層のツイスト角が０度の場合、位相板のリタデーションが全可視波長域で４分の１波長であれば、図３に示した偏光変換が全可視波長でなされる。
【００１１】
しかし、位相板のリタデーションは図４に実線で示した様に波長の増大と共に減少するため、破線と実線は可視波長域の一点でしか交わらない。図４は視感度が最大になる５５０ｎｍで両者を一致させた場合である。図３に示した偏光変換は、厳密には破線と実線が一致する５５０ｎｍでしか成り立たない。
【００１２】
破線と実線が大きく離れる可視波長域の両端では図３に示した偏光変換が成り立たず、暗表示の反射率が充分に低下しない。この時の暗表示の反射スペクトルは、図５中に実線（細線）で示したように主に赤と青において反射率が増大している。そのため、暗表示が紫色に着色する。
【００１３】
また、位相板型ゲストホスト方式では、駆動電圧の増大という問題があった。即ち、図３に示した様に位相板型ゲストホスト方式では液晶層と電極の間に位相板を配置しており、電界に対して液晶層と位相板が直列に配列する。そのため、位相板に電圧が印加される分だけ液晶層に印加される電圧値が低下する。充分な反射率とコントラスト比を得るためには、位相板に印加される分だけ駆動電圧を増大しなければならない。
【００１４】
本発明の目的は位相板型ゲストホスト方式の暗表示の着色の解消と、低消費電力化である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では液晶層にカイラル剤を所定量添加し、液晶層を捻れ構造にする。
【００１６】
液晶層の配向方向を捻れの軸方向から観察したときに、より遠方に位置する第二の基板から第一の基板に向けて配向方向が右まわり変化する場合、位相板はその遅相軸が液晶層の近接する配向方向に対して左まわりに約４５度を成すように形成され、第二の基板から第一の基板に向けて配向方向が左まわりに変化する場合、位相板はその遅相軸が液晶層の近接する配向方向に対して右まわりに約４５度を成すように形成する。但し、±５度程度ずれても、本願の効果に大きな差は生じないため約４５度と限定するときは４５度±５度とする。
【００１７】
位相板のリタデーションは、液晶層の捻れ構造のピッチに応じて以下の様に設定する。液晶層の捻れのピッチが１６μｍ以上２０μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは６０ｎｍ以上、１１０ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。液晶層の捻れのピッチが１２μｍ以上１６μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは５５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。液晶層の捻れのピッチが１０μｍ以上１２μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは４５ｎｍ以上９０ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。液晶層の捻れのピッチが８μｍ以上１０μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは３５ｎｍ以上８０ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。液晶層の捻れのピッチが６μｍ以上８μｍ以下の場合には、位相板のリタデーションは２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲内となるように設定する。
【００１８】
あるいはまた、位相板のリタデーションをΔｎｄＰＨとすると、液晶層の捻れ構造のピッチｐに応じて（１）式で定められる値になる様に設定する。
【００１９】
【００２０】
それぞれシアン，イエロー，マゼンタの色を呈する３層の液晶層を積層して減法混色で色表示を行う減法混色型のゲストホスト方式の場合には、使用者から見て近い順に基板と液晶層に番号を付け、それぞれ第一の基板，第二の基板，第三の基板，第四の基板，第一の液晶層，第二の液晶層，第三の液晶層とする。このうち、第三の液晶層と第四の基板の間に位相板を形成し、各液晶層の捻れのピッチと捻れ方向は互いにほぼ同じになるように設定する。更に、各液晶層の配向方向は近接面において互いに平行になるように設定する。具体的には、第二の液晶層に近接する側の第一の液晶層の配向方向を、第一の液晶層に近接する側の第二の液晶層の配向方向に対して平行になるように設定する。同様にして、第三の液晶層に近接する側の第二の液晶層の配向方向を、第二の液晶層に近接する側の第三の液晶層の配向方向に平行になるように設定する。
【００２１】
次にどのように作用しているか詳細に説明する。位相板のリタデーションが理想条件からはずれても暗表示の反射率があまり増大しなければ、暗表示の着色を低減できるはずである。前述の様に、液晶層のツイスト角が０度の場合には、ｅ偏光とｏ偏光の減衰係数は例えば０．３μｍ−１，０．０３μｍ−１と互いに大きく異なっている。この差を小さくすれば、図５に実線（太線）で示した様に、位相板のリタデーションが理想条件からはずれた可視波長の両端でも暗表示の反射率があまり増大せず、暗表示の着色を低減できる。
【００２２】
また、位相板のリタデーションを小さくすれば、位相板の厚さを減少できる。これにより位相板に印加される電圧値を減少できるため、駆動電圧も減少できる。位相板のリタデーションは、入射時のｅ偏光を反射後のｏ偏光に変換するのに必要なリタデーションで決定される。従来の技術において説明した様に、液晶層のツイスト角が０度の場合には４分の１波長であった。入射時のｅ偏光と反射後のｏ偏光の間の位相差をより小さくすれば、位相板のリタデーションを４分の１波長よりも小さくできる。
【００２３】
これらを実現するために、本発明ではまず第一に液晶層を捻れ構造にした。液晶層に捻れのある場合まで含めたより一般的なｅ偏光とｏ偏光の定義は以下の通りである。液晶層を伝播する２つの固有偏光のうち、その電気ベクトルの軌跡が描く楕円の長軸が液晶配向方向に対して平行な固有偏光がｅ偏光であり、電気ベクトルの軌跡が描く楕円の長軸が液晶配向方向に対して垂直な固有偏光がｏ偏光である。
【００２４】
液晶層の捻れ構造のピッチｐが透過光の波長λに対して充分に長い場合、αｅ，αｏ のｐ依存性は（４）式で表わされる。
【００２５】
【００２６】
同様にして、αｏ を増大させることができる。この様に、本発明では液晶層を捻れ構造としてαｅとαｏの差を減少することにより、暗表示の着色低減を実現した。
【００２７】
本発明では第二に、位相板の位相差を入射時のｏ偏光と反射時のｅ偏光の位相差の２分の１になる様に決定した。液晶層を捻れ構造にした場合、図７に示した様に固有偏光は楕円偏光になり、かつ入射時の光路における固有偏光と反射後の光路における固有偏光は互いに異なる。例えば、光の入射方向と反射方向が液晶層の捻れの軸に平行な場合について考える。この場合、入射時のｅ偏光４３は右回りの楕円偏光であり、入射時のｏ偏光４４は左回りの楕円偏光である。反射時のｅ偏光４５とｏ偏光４６は、楕円率と主軸の向きは入射時のｅ偏光４３とｏ偏光４４にそれぞれ同じであるが、回転方向は入射時と逆である。反射時のｅ偏光は左回りの楕円偏光であり、反射時のｏ偏光は右回りの楕円偏光である。
【００２８】
入射時の光路における固有偏光と反射後の光路における固有偏光は互いに異なるため、入射時のｏ偏光と反射時のｅ偏光の間の位相差は２分の１波長よりも小さくなる。従って、入射時のｏ偏光を反射時のｅ偏光に変換するのに必要な位相板のリタデーションも４分の１波長よりも小さくできる。本発明ではこの様な液晶層の層構造と固有偏光の関係を利用して位相板の厚さを減少し、駆動電圧の増大を低減した。
【００２９】
以上の様に、本発明によれば、液晶層を捻れ構造にして、その時の固有偏光の偏光状態に合わせて位相板のリタデーションを設定することにより、位相板方式ゲストホスト液晶表示装置の抱える２つの問題、即ち暗表示の着色と駆動電圧の増大を同時に軽減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の内容を、実施例を用いてより具体的に説明する。
【００３１】
「実施例１」
図１に本発明の液晶表示装置の断面図を示す。一対の基板の内の第一の基板１１はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．７ｍｍ であり、共通電極２５，カラーフィルタ３８が順次積層されている。共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は１０００Åである。カラーフィルタは顔料分散法で作成した。その透過スペクトルを図８に示す。透過率の極大はＲ，Ｇ，Ｂでそれぞれおよそ６２０ｎｍ，５４０ｎｍ，４８０ｎｍの波長にある。
【００３２】
一対の基板の内の第二の基板１２は第一の基板と同じ材質と厚さであり、反射電極３０，第一のアクティブ素子３４を有する。反射電極はＡｌ製であり、層厚は２０００Åである。第一のアクティブ素子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。反射電極は１画素を形成し、その形状は概略長方形であり、大きさは約１００μｍ×３００μｍである。反射電極と第一のアクティブ素子はスルーホール３１で接続されており、両者の間はＳｉＮｘ製の絶縁層３２で絶縁されている。
【００３３】
第二の基板の反射電極上に位相板を形成した。その形成過程を図９に示す。初めに、第三の配向膜２０をスピンコート法にて形成し（図９ａ）、これにラビングロール８０を用いたラビング法により配向処理を施した（図９ｂ）。次に、第三の配向膜の上に光重合性の液晶分子を形成した（図９ｃ）。光重合性液晶分子層は充分に薄いため光配向膜の配向規制力が層全体に及び、同層は光配向膜で規定された方向に対して平行にホモジニアス配向を形成した。その後これに光照射して液晶分子を重合させ、位相板３３とした（図９ｄ）。その後、第二の配向膜１９をスピンコート法にて形成した（図９ｅ）。第二の配向膜は光配向性であるため、これに光を照射して配向処理を施した（図９ｆ）。第一の配向膜と第二の配向膜の配向方向は、互いに４５゜を成す様にした。
【００３４】
第一の配向膜１８と第三の配向膜には、日産化学製のポリイミド系有機高分子を用いた。
【００３５】
第二の配向膜には、パラメトキシ桂皮酸を側鎖に有するポリビニルエステルを用いた。その分子構造を図１０に示す。図１０中のｎは通常およそ２０から１００００の間に分布する。この有機配向膜は、光照射により側鎖のパラメトキシ桂皮酸が光２量化反応を起こす。照射光に直線偏光を用いれば、その電気ベクトルの振動方向により光反応を生じる２つのパラメトキシ桂皮酸の組み合わせを選択できるため、光反応で生じる化学結合の方向を制御することができる。液晶分子は直線偏光の振動方向の垂直方向に配向することが経験的に知られているため、照射光（直線偏光）の振動方向により液晶の配向方向を制御できる。
【００３６】
配向処理を行う際の光源には、波長３６０ｎｍ付近に輝線を有する高圧水銀燈を用い、グラントムソンプリズムを介することにより自然光である光源光を直線偏光にした。照射光量は５Ｊ／ｃｍ２ 、照射時間は２分とした。
【００３７】
これらの光配向膜と光配向技術に関しては、例えば特許公報第２６０８６６１ 号， Ｍａｒｔｉｎ Ｓｃｈａｄｔ，Ｈｕｂｅｒｔ Ｓｅｉｂｅｒｌｅ，Ａｎｄｒｅａｓ Ｓｃｈｕｓｔｅｒらの文献（ＮＡＴＵＲＥ，Ｖｏｌ．３８１，１６ Ｍａｙ １９９５）に詳細に記載されている。図１０に示した光配向膜の他にも、例えばカルコン系有機高分子も同様にして用いることができる。パラメトキシ桂皮酸も、カルコン系有機高分子も共に光重合型の光配向膜であるが、その他にも光分解反応を利用した光配向膜や、光異性化反応を利用した光配向膜も適用可能である。
【００３８】
光重合性液晶分子にはＤｉｒｋ Ｊ．Ｂｒｏｅｒ，Ｒｉｆａｔ Ａ． Ｍ． Ｈｉｋｍｅｎｔ，Ｇｅｒ Ｃｈａｌｌａ らの文献（Ｍａｋｒｏｍｏｌ． Ｃｈｅｍ，Ｖｏｌ．１９０，３２０１−３２１５（１９８９））に記載されているものを用いた。図１１にその分子構造を示した様に、光重合性液晶分子は両端のアクリル基を有し、これによりポリマー状に重合することができる。また、中央部のメゾゲン部と棒状構造により液晶状態をとることができる。重合後の複屈折は、重合条件に依存するものの、およそ０．１５から０．１６の値になる。位相板を形成するには、まず初めに第一の配向膜の上に溶媒に溶かした光重合性液晶分子をスピンコート法を用いて塗布した。その後溶媒を除去し、１６０℃に加熱して光重合性液晶分子を一旦等方層にした。温度を１４０℃に下げて光重合性液晶分子を液晶層とし、第一の配向膜の配向方向に配向させた。その後に光照射して重合し、第一の配向膜の配向方向と同じ配向方向を保った状態で位相板にした。光源には光配向膜と同様に波長３６０ｎｍ付近に輝線を有する高圧水銀燈を用いた。照射光量は５Ｊ／ｃｍ２ 、照射時間は５分とした。
【００３９】
第一の基板の第三の配向膜１４には日産化学製のポリイミド系有機高分子を用いた。ラビング法で配向処理を施し、組み立て時に第二の基板の第二の光配向膜と配向方向が２００度を成す様にした。
【００４０】
次に、これらの２枚の基板を双方の配向膜が対向する様にして組み立てた。２枚の基板間の距離を均一にして、表示部全面にわたって液晶層厚を均一にするため、両者の間にスペーサとシール部を形成した。スペーサは球状のポリマービーズでその直径は７μｍであり、表示部全体に分散されている。分散密度は１ｃｍ２ あたり約１００個とした。シール部はエポキシ系樹脂に球状のポリマービーズを混合したものを表示部の周辺に塗付して形成した。
【００４１】
液晶層には三菱化学株式会社製のＬＡ１２１−４とＭｅｒｃｋ 社製のカイラル剤Ｓ８１１の混合物を用いた。Ｓ８１１の重量比は約０．９％ とした。封入口から真空封入して液晶層を形成した。ＬＡ１２１−４は誘電率異方性が正であり、２色性色素を含み、ほぼ無彩色を呈する。
【００４２】
前述した第一，第二の基板の配向方向と、液晶層にカイラル剤を所定量添加したことにより、液晶層を捻れ構造にし、そのツイスト角を２００度にした。ツイスト角を２００度、液晶層厚を約７μｍとしたことにより、捻れのピッチを約１２μｍに設定した。
【００４３】
Ｓ８１１の構造がＳ体であることにより、捻れの軸方向から液晶層の配向方向を観察したときに、より遠方に位置する第二の基板から第一の基板に向けて配向方向は右まわりに変化する。そのため、位相板の遅相軸は図１２に示した様に液晶層の近接する配向方向に対して左まわりに４５度を成すように形成した。
【００４４】
位相板のリタデーションの最適値は、以下の様にして決定した。液晶層を捻れ構造とした時の位相板のリタデーションを定量的に決定するためには、本発明ではストークスパラメータ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）とポアンカレ球表示を用いた。まず始めにストークスパラメータとポアンカレ球表示の定義を説明すると、図１３に示した様に（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は偏光の電気ベクトル８３のＸ軸成分８１ＥＸ 、Ｙ軸成分８２Ｅｙ、両者の位相差δを用いて次式で定義される。
【００４５】
【００４６】
また、ポアンカレ球は図１４に示した様に（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を３軸とする空間内で定義される半径１の球であり、ポアンカレ球の表面の各点は偏光状態と１対１に対応する。例えば、（Ｓ１，Ｓ２）平面との交線（赤道）は直線偏光に、Ｓ３軸との交点（極）は円偏光に、その他の部分は楕円偏光に対応する。Ｓ３ 軸のまわりの方位角は、楕円偏光の主軸（直線偏光の振動方向）の方位角の２倍に対応する。
【００４７】
位相板による偏光状態の変換は、ポアンカレ球表示では図１５に示した様に（Ｓ１，Ｓ２）平面内に含まれポアンカレ球の中心を通る直線を軸とする回転で表わされる。図１５中の６１，６２はそれぞれ位相板入射前の偏光状態，位相板透過後の偏光状態である。この時、軸の方位角６３は位相板の遅相軸の方位角の２倍である。
【００４８】
また、回転角６４は位相板のリタデーションに比例する。例えば、リタデーションが透過光の波長の４分の１である場合（位相板が４分の１波長板である場合）には、回転角は９０度になる。
【００４９】
以上の様にして定義したポアンカレ球を用いて、入射時の光路における固有偏光と、反射後の光路における固有偏光と、位相板による固有偏光の変換について考察した。図１６，図１７は（Ｓ１，Ｓ３）平面に射影したポアンカレ球である。Ｓ１ 軸の正の方向が位相板との近接面における液晶配向方向であり、負の方向がその垂直方向であるため、位相板との近接面における固有偏光は、図１６，図１７では円周上に位置する。位相板の遅相軸は近接面における液晶配向方向に対して４５度をなすため、位相板による偏光状態の変換を表わす回転軸は、図１６，図１７では円の中心を通り、紙面に対して垂直方向にある。従って、位相板通過に伴う固有偏光の変換は、図１６，図１７では円の中心の回りの回転、すなわち円周上の移動で表わされる。
【００５０】
比較のため、ツイスト角が０度の場合について図１６に示した。この場合、固有偏光は２つの直線偏光であり、かつ入射時も反射後も同じ直線偏光である。入射時のｏ偏光４４を反射後のｅ偏光４５に変換するためには円周上を半周しなければならない。従って、位相板に必要なリタデーションは円周の４分の１周に相当する４分の１波長になる。
【００５１】
図１７は液晶層に捻れ構造がある場合、即ちツイスト角が０度でない場合である。この場合、固有偏光は２つの楕円偏光であるが、２つの楕円偏光は楕円率がほぼ等しく、長軸が直交し、かつ回転方向が逆であるため、円の中心を挟んで互いに反対側に位置する。反射後の固有偏光は楕円率，長軸方位は変わらず回転方向だけが変わるため、反射後の固有偏光は入射時の固有偏光とＳ３ 軸を挟んで対称な位置にある。そのため、入射時のｏ偏光４４を反射後のｅ偏光４５に変換するのに必要な回転は半周以下になる。従って、位相板に必要なリタデーションも、４分の１波長よりも小さくなる。
【００５２】
位相板を１度通過して反射板に入射する直前の偏光状態は円偏光であるため、位相板に必要なリタデーションは、入射時のｏ偏光を円偏光に変換するのに必要な回転角に相当する。入射時のｏ偏光のストークスパラメータと、円偏光を表わすストークスパラメータ（０，０，±１）との間で内積をとり、これから回転角を求める。入射時のｏ偏光のストークスパラメータを先ほどのＥｘ１，２，Ｅｙ１，２を用いて表わすと、Ｅｘ１，２とＥｙ１，２の位相差がπ／２であるため、次式の様になる。
【００５３】
【００５４】
パネルの表面には光拡散性のフィルム３７を貼り付けた。光拡散性のフィルムはフィルム中に屈折率の異なる微粒子を多数含み、フィルムの母体材料と微粒子の屈折率の違いにより光を散乱する。これにより、使用者の観察方向に対して入射角度が正反射条件にない光を使用者の観察方向に導き、使用者が観察できる光の量を増大した。また、場合によっては使用者や周囲の光景が表示部に映って見えることがあるが、その輪郭を不明瞭にすることによりその見え方を低減した。更に駆動装置を接続し、液晶表示装置とした。
【００５５】
以上の様にして作成した本発明の位相板型ゲストホスト液晶表示装置の表示特性を、以下に説明する様な方法で測定した。光源にはメタルハライドランプを用い、パネル法線に対して約１０゜の方向から照射し、パネル法線に対して約１５゜の方向に反射した反射光を輝度計で測定した。正反射条件を満たさない角度から測定したため、パネル表面等での反射光の影響は受けない。同条件で測定した酸化マグネシウム板の輝度を反射率１００％とした。
【００５６】
反射率の印加電圧依存性を図１９に示す。ノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は４６．６％ 、印加電圧０Ｖでの反射率は７．３％コントラスト比は６．４：１であった。暗表示（印加電圧０Ｖ）における色相を測定した結果を図２０に白丸で示す。色相はＣＩＳ表色系で（ｕ，ｖ）＝（０．２２１，０．４１８）であり、ほぼ無彩色であった。
【００５７】
以上の様にして、液晶層を捻れ配向として、捻れのピッチに応じて位相板のリタデーションを設定し、捻れの方向に応じて位相板遅層軸と近接する液晶配向方向のなす角を設定したことにより、無彩色で高いコントラスト比の液晶表示装置が得られた。
【００５８】
「実施例２」
実施例１の液晶表示装置において、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と９通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２１に示す。
【００５９】
成蹊大の窪田が反射型カラー液晶表示装置に望ましい表示特性を感応試験から求めた結果によると、反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上であれば、被験者の評価はディスプレイとして問題なく使えるとするレベルに到達する（テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．８，ｐｐ１０９１〜１０９５（１９９６））。この条件を満足する位相板のリタデーションを図２１から求めると、３５ｎｍ以上，９０ｎｍ以下であった。
【００６０】
明表示の反射率は主に色素の添加量で決定され、位相板のリタデーションには殆ど影響されない。そのため、位相板のリタデーションが４５ｎｍ以上，９０ｎｍ以下の範囲内で明表示の反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを４５ｎｍ以上，９０ｎｍ以下の範囲内にすると、前記の感応試験で被験者を満足させたレベルに達し、良好な表示が得られる。
【００６１】
「実施例３」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層厚を約５μｍとし、液晶層のツイスト角を２４０度にした。さらに、液晶材料の色素含有量を実施例１の約１．２ 倍にした。この場合、液晶層の捻れ構造のピッチは約７．５μｍ である。（１）式によれば、最適な位相板のリタデーションは約４８ｎｍである。
【００６２】
さらに、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，７０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と１０通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２２に示す。反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上の条件を満足する位相板のリタデーションを図２２から求めると、２５ｎｍ以上，６５ｎｍ以下であった。この範囲内で反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを２５ｎｍ以上，６５ｎｍ以下の範囲内にすると、良好な表示が得られる。
【００６３】
「実施例４」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を１８０度にした。この場合の液晶層の捻れ構造のピッチは１４μｍである。（１）式によれば、最適な位相板のリタデーションは約７５ｎｍである。
【００６４】
さらに、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，７０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と１０通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２３に示す。反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上の条件を満足する位相板のリタデーションを図２３から求めると、５５ｎｍ以上，１００ｎｍ以下であった。この範囲内で反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを５５ｎｍ以上，１１０ｎｍ以下の範囲内にすると、良好な表示が得られる。
【００６５】
「実施例５」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を１４０度にした。この場合の液晶層の捻れ構造のピッチは１８μｍである。（１）式によれば、最適な位相板のリタデーションは約９０ｎｍである。
【００６６】
さらに、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，７０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と１０通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２４に示す。反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上の条件を満足する位相板のリタデーションを図２４から求めると、６０ｎｍ以上，１１０ｎｍ以下であった。この範囲内で反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを６０ｎｍ以上，１１０ｎｍ以下の範囲内にすると、良好な表示が得られる。
【００６７】
「実施例６」
実施例３の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を２００度にした。この場合の液晶層の捻れ構造のピッチは９μｍである。（１）式によれば、最適な位相板のリタデーションは約５５ｎｍである。
【００６８】
さらに、位相板のリタデーションを１４０ｎｍ，１２５ｎｍ，１０５ｎｍ，９５ｎｍ，８０ｎｍ，７０ｎｍ，５５ｎｍ，４０ｎｍ，３０ｎｍ，０ｎｍ（位相板なし）と１０通りに変えた液晶表示装置を作成した。それぞれのコントラスト比と明表示の反射率を測定した結果を図２５に示す。反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上の条件を満足する位相板のリタデーションを図２５から求めると、３５ｎｍ以上，８０ｎｍ以下であった。この範囲内で反射率はほぼ一定であり、４０％以上であった。従って、位相板のリタデーションを３５ｎｍ以上，８０ｎｍ以下の範囲内にすると、良好な表示が得られる。
【００６９】
「実施例７」
実施例２から実施例６では液晶層の捻れ構造のピッチを一定として、位相板のリタデーションを変えて液晶表示装置を作成し、それらの表示特性を測定した。実施例２から実施例６において、反射率３５〜４０％以上でコントラスト比が５以上である範囲（以後有効範囲とする）を図３２に太線で示す。また、図３２には（１）式から求めた波長５５０ｎｍの透過光に対する位相板のリタデーションの最適値（図１８中で５５０ｎｍと記したプロットと同様）を並記した。
【００７０】
各実施例の有効範囲はリタデーションの最適値をほぼ中心として分布している様である。また、各実施例の有効範囲の上限を結べばリタデーションの最適値のプロットに似た形状の線が得られる。有効範囲の下限について同様のことを行うと凹凸のある線となるが、これは実験誤差によるものと思われる。凹凸を無視しては、リタデーションの最適値のプロットに似た形状の線が得られる。
【００７１】
これより、有効範囲は各捻れのピッチにおいて最適値をほぼ中心としたある範囲に分布すると考えられる。任意の捻れのピッチにおける有効範囲の集合を有効領域とすると、有効領域は、例えば図３２において以下の（１２）〜（１５）に囲まれた部分であると考えられる。
【００７２】
Ｐ＝７．５ …（１２）
Ｐ＝１８ …（１３）
Δ＝５１．４Ｉｎ（Ｐ）−３８．６ …（１４）
Δ＝４０．０Ｉｎ（Ｐ）−５５．６ …（１５）
（１２）〜（１５）にいおて、Ｐは捻れのピッチ、Δは位相板の最適なリタデーションであり、Ｉｎは自然対数を底数とした対数である。（１２）は実施例３の有効範囲に、（１３）は実施例５の有効範囲にそれぞれ対応する。また、（１４）は実施例３の有効範囲の下端と実施例５の有効範囲の下端を結ぶ線に、（１５）は実施例３の有効範囲の上端と実施例５の有効範囲の上端を結ぶ線にそれぞれ対応する。（１２）〜（１５）に囲まれた部分を図３２中に斜線で示した。
【００７３】
（１２）〜（１５）で示した範囲が有効領域であることを確認するために、この範囲内に含まれる点Ａ〜Ｈに対応する液晶表示装置を作成し、その表示特性を測定した。点Ａ〜Ｈにおける捻れのピッチと位相板のリタデーションを表１に示す。また、点Ａ〜Ｈを図３２中に並記した。点Ａ〜Ｈは（１２）〜（１５）で示した範囲内にほぼ均等に分布する。
【００７４】
【表１】
点Ａ〜Ｈに対応する液晶表示装置の反射率とコントラスト比を表１に並記した。点Ａ〜Ｈの何れにおいても反射率は３５〜４０％でコントラスト比は５以上であった。以上の様にして、（１２）〜（１５）で示した範囲が有効領域であることを確認することができた。液晶層の捻れのピッチと位相板のリタデーションを（１２）〜（１５）で示した範囲内になる様に設定すれば、良好な表示の反射型カラー液晶表示装置が得られる。
【００７６】
「実施例８」
図２６に本発明の液晶表示装置の断面図を示す。第一の基板１１はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．７ｍｍ であり、第一の液晶層１５に近接する側に第一の共通電極２５を有する。第一の共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は１０００Åである。
【００７７】
第二の基板１２はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．４ｍｍ である。第一の液晶層に近接する側に第一の透明電極２８と第一のアクティブ素子３４を有する。第一の透明電極はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）製であり、層厚は２０００Åである。第一のアクティブ素子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。第二の液晶層に近接する側には第二の共通電極２６を有する。第二の共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は２０００Åである。第一の液晶層に近接する面上には第二の配向膜１９が、第二の液晶層に近接する面上には第三の配向膜２０が形成されており、第二の配向膜も第三の配向膜もポリイミド系有機高分子からなる。
【００７８】
第３の基板１３はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．４ｍｍ である。第三の液晶層に近接する側に第二の透明電極２９と第二のアクティブ素子３５を有する。透明電極はＩＴＯ製であり、層厚は２０００Åである。第二のアクティブ素子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。第三の液晶層に近接する側に第三の共通電極２７を有する。第三の共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は２０００Åである。第二の液晶層に近接する面上には第四の配向膜２１が、第三の液晶層に近接する面上には第五の配向膜２２が形成されており、第四の配向膜も第五の配向膜もポリイミド系有機高分子からなる。
【００７９】
第四の基板１４はホウケイサンガラス製であり、厚さは０．７ｍｍ であり、第三の液晶層に近接する側に反射電極３０と第三のアクティブ素子３６を有する。反射電極はＡｌ製であり、層厚は２０００Åである。第三のアクティブ素子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。反射電極と第三のアクティブ素子はスルーホール３１で接続されており、両者の間はＳｉＮｘ製の絶縁層３２で絶縁されている。
【００８０】
第一の透明電極と第二の透明電極と反射電極は基板法線方向から見て重なり合い、１画素を形成する。その形状は概略正方形であり、第一の透明電極と第二の透明電極の大きさは約３００μｍ×３００μｍ、反射電極の大きさは約２５０μｍ×２５０μｍである。
【００８１】
第四の基板の反射電極上には位相板３３が形成されており、その形成方法は実施例１の液晶表示装置の位相板と同様である。位相板の配向方向はポリイミド系の有機高分子からなる第七の配向膜により規定されている。第四の基板の液晶層３に近接する面上には第六の配向膜が形成されており、その素材と形成方法，配向処理方法は実施例１の液晶表示装置の第二の配向膜と同様である。
【００８２】
次に、これらの４枚の基板を第一の透明電極と第二の透明電極と反射電極は基板法線方向から見て重なり合う様にして組み立てた。各基板間の距離を均一にして、表示部全面にわたって液晶層厚を均一にするため、各基板間にスペーサとシール部を形成した。スペーサは球状のポリマービーズでその直径は６μｍであり、表示部全体に分散されている。分散密度は１ｃｍ２ あたり約１００個とした。シール部はエポキシ系樹脂に球状のポリマービーズを混合したものを表示部の周辺に塗付して形成した。また、各シール部には液晶材料を封入するための封入口を設けた。各液晶材料の混合を避けるため、各シール部の封入口は基板法線方向から見て互いに重なり合わないように配置した。
【００８３】
基板法線方向から見た各配向膜の配向処理方向を図２７に示す。第二の配向膜の配向方向７２と第三の配向膜の配向方向７３は互いに平行であり、これにより第一の液晶層と第二の液晶層の近接する面での配向方向は平行になる。また、第四の配向膜の配向方向７４と第五の配向膜の配向方向７５も互いに平行であり、これにより第二の液晶層と第三の液晶層の近接する面での配向方向も互いに平行になる。
【００８４】
Ｓ８１１の構造がＳ体であることと、各配向膜の配向方向を図２７に示した様に設定したことより、捻れの軸方向から液晶層の配向方向を観察したときに、第二の基板から第一の基板に向けて配向方向は右まわりに変化する。同様にして、第三の基板から第二の基板に向けても、第四の基板から第三の基板に向けても配向方向は右まわりに変化する。そのため、位相板の遅相軸７８は図２７に示した様に液晶層の近接する配向方向７６に対して左まわりに４５度を成すように形成した。
【００８５】
第一の液晶層にはＭｅｒｃｋ社製の液晶材料ＭＬＺ−４７９２とＭｅｒｃｋ社製のカイラル剤Ｓ８１１の混合物とシアンの色を呈する２色性色素の混合物を用いた。Ｓ８１１の重量比は約０．９％ とした。また、２色性色素は波長４５０ｎｍから５５０ｎｍにかけて光透過の極大を示す。第二の液晶層に用いた液晶混合物は、２色性色素以外は第一の液晶層に用いたものと同様のものを用いた。ただし、２色性色素は波長５５０ｎｍから６５０ｎｍにかけて光透過の極大を示す。第三の液晶層に用いた液晶混合物も、２色性色素以外は第一の液晶層に用いたものと同様のものを用いた。ただし、２色性色素は光透過の極大が２つの波長領域にあり、１つは波長４００ｎｍから５００ｎｍにあり、もう１つは波長６００ｎｍから７００ｎｍにある。これらの液晶混合物を各封入口から真空封入して液晶層を形成した。
【００８６】
前述した第一，第二の基板の配向方向と、液晶層にカイラル剤を所定量添加したことにより、液晶層を捻れ構造にした。ツイスト角を２００度、液晶層厚を約６μｍとしたことにより、捻れのピッチを約１１μｍに設定した。
【００８７】
第一の基板の表面には光拡散性のフィルム２３を貼り付け、明るさを増大すると共に周囲の光景の映り込みを低減した。更にこれに駆動装置を接続して、減法混色で色表示を行う液晶表示装置とした。
【００８８】
以上の様にして作成した本発明の位相板型ゲストホスト液晶表示装置の表示特性を実施例１と同じ方法で測定した。各液晶層に電圧８Ｖを印加した時の反射率は６９．１％、印加電圧０Ｖでの反射率は１１．０％であり、コントラスト比は６．３：１であった。また、暗表示の色相はＣＩＳ表色系で（ｕ，ｖ）＝（０．２２２，０．４１３）であり、ほぼ無彩色であった。
【００８９】
このように、液晶層を捻れ配向として、捻れのピッチに応じて位相板のリタデーションを設定し、捻れの方向に応じて位相板遅層軸と近接する液晶配向方向のなす角を設定し、かつ３つの液晶層の近接する液晶配向方向を互いに平行にしたことにより、シアン，イエロー，マゼンタの３色を呈する３つの液晶層を積層して減法混色で色表示を行う液晶表示装置においても、無彩色で高いコントラスト比の表示が得られた。
【００９０】
「比較例１」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を０度とした。更に、位相板のリタデーションを波長５５０ｎｍにおいて４分の１波長となる様に設定した。
【００９１】
図２７に示した様にノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は４５．５％、印加電圧０Ｖでの反射率は７．０％コントラスト比は６．５：１ であった。暗表示（印加電圧０Ｖ）における色相は、図２９に白丸で示した様にＣＩＳ表色系で（ｕ，ｖ）＝（０．３０５，０．３５３）であり、紫色に着色した。
【００９２】
この様に、液晶層のツイスト角を０度とすると２つの固有偏光の減衰係数の差が大きいため可視波長両端での光漏れが増大し、その結果暗表示が紫色に着色する。
【００９３】
「比較例２」
実施例１の液晶表示装置において、位相板のリタデーションを波長５５０ｎｍで４分の１波長となる様に設定した。
【００９４】
図３０に示した様にノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は３３．０％、印加電圧０Ｖでの反射率は１２．９％コントラスト比は２．８：１であった。
【００９５】
位相板のリタデーションは、入射時のｏ偏光と反射後のｅ偏光の位相差の半分となるように設定しなければならない。液晶層に捻れ構造がある場合には、その位相差は２分の１波長よりも小さいため、位相板のリタデーションは４分の１波長よりも小さくしなければならない。
【００９６】
液晶層に捻れ構造があるにもかかわらず位相板のリタデーションを４分の１波長としたため、入射時のｏ偏光は反射後のｅ偏光に変換されない。そのため、暗表示の反射率は充分に低減せず、コントラスト比が低下した。
【００９７】
「比較例３」
実施例１の液晶表示装置において、位相板を除去した。
【００９８】
反射率の印加電圧依存性を測定したところ、ノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は４５．９％ 、印加電圧０Ｖでの反射率は１４．８％、コントラスト比は３．１：１であった。
【００９９】
位相板を除いたため入射時のｏ偏光は反射後のｅ偏光に変換されず、その結果、暗表示の反射率は充分に低減せず、コントラスト比が低下した。
【０１００】
「比較例４」
実施例１の液晶表示装置において、位相板の遅相軸の方位角を図２８に示した様に近接する液晶層の配向方向に対して右回りに４５度にした。
【０１０１】
反射率の印加電圧依存性を測定したところ、ノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は２５．５％ 、印加電圧０Ｖでの反射率は１２．０％、コントラスト比は２．２：１であった。
【０１０２】
液晶層のツイスト角が０度の場合には、位相板遅相軸と近接する液晶配向方向のなす角が右回りに４５度であっても、左回りに４５度であっても、入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換できる。しかし、液晶層が捻れ構造である場合には、捻れの方向を考慮して位相板遅相軸と近接する液晶配向方向のなす角を設定しなければならない。
【０１０３】
位相板遅相軸と近接する液晶配向方向のなす角を右回りに４５度にしたことにより、入射時のｏ偏光は反射後のｅ偏光に変換されず、その結果、暗表示の反射率は充分に低減せず、コントラスト比が低下した。
【０１０４】
「比較例５」
実施例８の液晶表示装置において、第三の配向膜の配向方向と第四の配向膜の配向方向を共に右回りに３０度ずらした。
【０１０５】
この時、第二の液晶層のツイスト角と捻れ方向と捻れのピッチは実施例８と同様に保たれるが、第一の液晶層と第二の液晶層の近接面における配向方向は、互いに平行ではなくなる。同様に、第三の液晶層と第二の液晶層の近接面における配向方向は、互いに平行ではなくなる。
【０１０６】
表示特性を実施例１と同じ方法で測定したところ、各液晶層に電圧８Ｖを印加した時の反射率は５４．５％、印加電圧０Ｖでの反射率は１６．８％であり、コントラスト比は３．２：１であった。
【０１０７】
以上の様にして、第一の液晶層と第二の液晶層の近接面における配向方向と、第三の液晶層と第二の液晶層の近接面における配向方向が平行でないことにより、第一の液晶層におけるｅ偏光とｏ偏光が第二の液晶層を透過する時に混合する。これにより本発明で意図した偏光変換が行われず、コントラスト比が低下した。
【０１０８】
「比較例６」
実施例８の液晶表示装置において、第二の液晶層の液晶層厚を２０μｍにした。この時、第二の液晶層の色素添加量は実施例５の約３分の１にし、色素量は実施例８とほぼ同様にした。これにより、第一の液晶層と第三の液晶層の捻れのピッチは約１１μｍであるのに対し、第二の液晶層の捻れのピッチは３６μｍに設定した。
【０１０９】
表示特性を実施例１と同じ方法で測定したところ、各液晶層に電圧８Ｖを印加した時の反射率は６２．３％、印加電圧０Ｖでの反射率は１４．６％であり、コントラスト比は４．３：１ であった。暗表示（印加電圧０Ｖ）における色相は、ＣＩＳ表色系で（ｕ，ｖ）＝（０．２６２，０．５２１）であり、黄色に着色した。
第二の液晶層の捻れのピッチを３６μｍとすると、その入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換するのに必要な位相板のリタデーションは約１１０μｍである。これに対して、位相板のリタデーションは約７０μｍであるため、第二の液晶層については入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換できない。そのため黄色の色が充分に吸収されず、コントラスト比が低下し、暗表示が着色した。
【０１１０】
同一の位相板を用いて各液晶層について入射時のｏ偏光を反射後のｅ偏光に変換するためには、各液晶層の捻れのピッチを互いにほぼ等しくしなければならない。
【０１１１】
「比較例７」
実施例１の液晶表示装置において、液晶層のツイスト角を０度にした。更に、位相板を２層とし、液晶層に近接する側から第一の位相板，第二の位相板とした。第一の位相板のリタデーションは２分の１波長とし、第二の位相板のリタデーションは４分の１波長とした。また、第一の位相板の遅相軸の方位は近接する液晶層の配向方向に対して右回りに２２．５ 度をなすように設定し、第二の位相板の遅相軸の方位は近接する液晶層の配向方向に対して平行になるように設定した。
【０１１２】
図３１に示した様にノーマリクローズ型の印加電圧依存性が得られ、印加電圧８Ｖでの反射率は３６．２％、印加電圧０Ｖでの反射率は８．４％、コントラスト比は４．３：１であった。
【０１１３】
図３１を実施例１の印加電圧依存性（図１９）と比較すると、しきい値が高電圧側にシフトしており、それに伴い各電圧における反射率も低下しているようである。２分の１波長板と４分の１波長板を組み合わせれば暗表示の着色を低減できるが、２枚の位相板の厚さの合計は本発明の位相板の６倍近くになる。そのため位相板に起因する液晶層の電圧降下の影響も増大し、印加電圧８Ｖでの反射率とコントラスト比が低下する。電圧降下の影響を最小減に抑え、かつ暗表示の着色を低減するためには、本発明の様に液晶層を捻れ構造とし、かつ位相板のリタデーションを捻れ構造のピッチに合わせて設定しなければならない。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明によれば、位相板方式ゲストホストの反射型液晶表示装置の着色を解消し、低消費電力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】位相板がない場合の固有偏光の吸収を示す図である。
【図３】位相板がある場合の固有偏光の吸収を示す図である。
【図４】位相板のリタデーションの理想的な波長分散と、実在する位相板のそれとを示す図である。
【図５】ツイスト角が０度の場合の暗表示の反射スペクトルと、捻れ構造がある場合のそれとを示す図である。
【図６】固有偏光の減衰係数の捻れ構造ピッチ依存性を示す図である。
【図７】液晶層が捻れ構造になった場合の固有偏光の吸収を示す図である。
【図８】カラーフィルタの透過率の波長依存性を示す図である。
【図９】位相板の形成過程を示す図である。
【図１０】第２の配向膜に用いた光反応性の有機高分子の分子構造を示す図である。
【図１１】位相板に用いた光反応性の液晶分子の分子構造を示す図である。
【図１２】実施例１の液晶表示装置の位相板遅相軸方向と液晶配向方向の関係を示した図である。
【図１３】ストークスパラメータの定義を示す図である。
【図１４】ポアンカレ球表示と偏光状態の対応を示す図である。
【図１５】ポアンカレ球表示における、位相板による偏光状態の変換を示す図である。
【図１６】ツイスト角が０度の場合の位相板による偏光状態の変換をポアンカレ球表示を用いて表わした図である。
【図１７】液晶層に捻れ構造がある場合の位相板による偏光状態の変換をポアンカレ球表示を用いて表わした図である。
【図１８】捻れのピッチに対する位相板のリタデーションの依存性を示す図である。
【図１９】実施例１の液晶表示装置の反射率の印加電圧依存性を示す図である。
【図２０】実施例１の液晶表示装置の暗表示の色度を示す図である。
【図２１】実施例２の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２２】実施例３の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２３】実施例４の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２４】実施例５の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２５】実施例６の液晶表示装置のコントラスト比の位相板リタデーション依存性を示す図である。
【図２６】実施例８の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２７】実施例８の液晶表示装置の位相板遅相軸方向と液晶配向方向の関係を示す図である。
【図２８】比較例４の液晶表示装置の位相板遅相軸方向と液晶配向方向の関係を示す図である。
【図２９】比較例１の液晶表示装置の暗表示の色度を示す図である。
【図３０】比較例２の液晶表示装置の反射率の印加電圧依存性を示す図である。
【図３１】比較例７の液晶表示装置の反射率の印加電圧依存性を示す図である。
【図３２】良好な表示を与える捻れのピッチと位相板のリタデーションの範囲と、実施例７にて検討した液晶表示装置の捻れのピッチと位相板のリタデーションを示す図である。
【符号の説明】
１…液晶分子、２…２色性色素、１１…第一の基板、１２…第二の基板、１３…第三の基板、１４…第四の基板、１５…第一の液晶層、１６…第二の液晶層、１７…第三の液晶層、１８…第一の配向膜、１９…第二の配向膜、２０…第三の配向膜、２１…第四の配向膜、２２…第五の配向膜、２３…第六の配向膜、２４…第七の配向膜、２５…第一の共通電極、２６…第二の共通電極、２７…第三の共通電極、２８…第一の透明電極、２９…第二の透明電極、３０…反射電極、３１…スルーホール、３２…絶縁層、３３…位相板、３４…第一のアクティブ素子、３５…第二のアクティブ素子、３６…第三のアクティブ素子、４１…入射光、４２…反射光、４３…入射時のｅ偏光、４４…入射時のｏ偏光、４５…反射後のｅ偏光、４６…反射後のｏ偏光、４７…反射板入射時のｅ偏光、４８…反射板入射時のｏ偏光、４９…位相板入射時のｅ偏光、５０…位相板入射時のｏ偏光、５１…理想的な位相板のリタデーション波長分散、５２…実在する位相板のリタデーション波長分散、６１…位相板入射前の偏光、６２…位相板通過後の偏光、６３…位相板遅相軸の方位角の２倍、６４…位相板リタデーションに比例した回転角、７１…第一の配向膜の配向方向、７２…第二の配向膜の配向方向、７３…第三の配向膜の配向方向、７４…第四の配向膜の配向方向、７５…第五の配向膜の配向方向、７６…第六の配向膜の配向方向、７７…第七の配向膜の配向方向、７８…位相板遅相軸方向、８０…ラビングロール、８１…電気ベクトルのＸ軸（位相板近接面における液晶配向方向に平行）成分、８２…電気ベクトルのＹ軸（位相板近接面における液晶配向方向に垂直）成分、８３…電気ベクトルの軌跡。
Claims (8)
- 第一の基板と、第二の基板と、これらの基板に挟持された２色性色素を含む液晶層とを有し、
前記第一の基板は前記液晶層に近接する基板面の上に形成された共通電極と、
前記共通電極の上に形成された配向膜とを有し、
前記第二の基板は前記液晶層に近接する基板面の上に形成された反射電極と、
前記反射電極に接続された複数のアクティブ素子と、
前記反射電極と前記液晶層との間に形成された位相板と、
前記位相板と前記液晶層との間に形成された配向膜とを有し、
前記液晶層は捻れ構造を有するアクティブマトリクス液晶表示装置であって、
前記位相板のリタデーションは４分の１波長よりも小さく、
前記位相板の遅相軸は近接する配向膜の配向方向から、前記液晶層の捻れの回転方向とは逆方向に約４５度に設定され、
前記液晶層の捻れのピッチＰと前記位相板のリタデーションΔが以下の（Ｉ）及び (II) 式で囲まれる範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
７ . ５≦Ｐ≦１８ …（Ｉ）
４０ . ０Ｉｎ ( Ｐ ) −５５ . ６≦Δ≦５１ . ４Ｉｎ ( Ｐ ) −３８ . ６ …（II） - 請求項１において、
前記第一の基板または前記第二の基板はカラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置。 - 第一の基板と第二の基板と第三の基板と第四の基板と捻れ構造を有する第一，第二，第三の液晶層とを有し、
前記第一の液晶層は第一の基板と第二の基板に挟持され、
前記第二の液晶層は第二の基板と第三の基板に挟持され、
前記第三の液晶層は第三の基板と第四の基板に挟持され、
前記第一の基板は第一の液晶層と近接する基板面上に形成された共通電極と、
前記共通電極の上に形成され第一の液晶層と接する配向膜とを有し、
前記第二の基板は、前記第一の液晶層に近接する基板面上に画素電極と、
前記画素電極に接続されたアクティブ素子と、
前記第二の液晶層に近接する基板面上に共通電極と、
前記共通電極上に前記第二の液晶層に接する配向膜とを有し、
前記第三の基板は、前記第二の液晶層に近接する基板面上に画素電極と、
前記画素電極に接続されたアクティブ素子と、
前記第三の液晶層と近接する基板面上に共通電極と、
前記共通電極の上に前記第三の液晶層と接する配向膜を有し、
前記第四の基板は第三の液晶層に近接する基板面上に反射電極と、
前記反射電極に接続されたアクティブ素子と、
前記反射電極と前記第三の液晶層の間に形成された位相板とを有し、
前記第一の液晶層，前記第二の液晶層及び前記第三の液晶層は２色性色素を含むアクティブマトリクス液晶表示装置であって、
第一の液晶層と第二の液晶層と第三の液晶層の捻れのピッチ、および捻れの回転方向はそれぞれ互いに等しく、
第二の液晶層に近接する側の第一の液晶層の配向方向は第一の液晶層に近接する側の第二の液晶層の配向方向に平行であり、
第三の液晶層に近接する側の第二の液晶層の配向方向は第二の液晶層に近接する側の第三の液晶層の配向方向に平行であり、
前記位相板のリタデーションは４分の１波長よりも小さく、
前記位相板の遅相軸は近接する配向膜の配向方向から、前記液晶層の捻れの回転方向とは逆方向に約４５度に設定され、
前記液晶層の捻れのピッチＰと前記位相板のリタデーションΔが以下の（Ｉ）及び (II) 式で囲まれる範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
７ . ５≦Ｐ≦１８ …（Ｉ）
４０ . ０Ｉｎ ( Ｐ ) −５５ . ６≦Δ≦５１ . ４Ｉｎ ( Ｐ ) −３８ . ６ …（II） - 請求項１又は３において、前記液晶層の捻れのピッチは１６μｍ以上２０μｍ以下であって、前記位相板のリタデーションは６０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１又は３において、前記液晶層の捻れのピッチは１２μｍ以上１６μｍ以下であって、位相板のリタデーションは５５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１又は３において、液晶層の捻れのピッチは１０μｍ以上１２μｍ以下であって、前記位相板のリタデーションは４５ｎｍ以上９０ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１又は３において、前記液晶層の捻れのピッチは８μｍ以上１０μｍ以下であって、前記位相板のリタデーションは３５ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１又は３において、前記液晶層の捻れのピッチは６μｍ以上８μｍ以下であって、前記位相板のリタデーションは２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
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