JP3921012B2 - 反射型液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学異方体と偏光板とを備え、コントラストのよい反射型液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ技術の進展による、表示性能の格段の向上によって、電卓からワードプロセッサやパーソナルコンピュータのディスプレイヘと液晶表示装置の応用用途は拡大を遂げて来た。さらに、液晶表示装置の有する薄型軽量なる特徴を大きく活かせる、携帯型情報端末機器のディスプレイとしての市場拡大の期待が高まっている。携帯型用途としては通常バッテリー駆動であるがために消費電力を抑えることが重要な課題となっている。そのために携帯型用途の液晶表示装置等としては、電力の消費が大きいバックライトを使用しないで済み、低消費電力化、薄型化、軽量化が可能である反射型液晶表示装置が特に注目されている。
従来、液晶表示装置としては、ＴＮ（ツイステッドネマチック）方式およびＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）方式のものが主に用いられている。
上記ＳＴＮ方式の液晶表示装置は、一般的には液晶セルを一対の偏光板で挟んだ構造を有し、反射型液晶表示装置の場合は、通常さらにその外側に反射板を配置する構成を有している。ＳＴＮ方式の液晶表示装置では、液晶セル内の液晶分子のねじれ角を９０°以上とし、液晶セルの複屈折効果によって生じる楕円偏光に対する偏光板の透過軸の設定角度が最適化される。よって、電圧印加に伴う急激な分子配向変形を液晶の複屈折変化に反映させることができ、閾値以上で急激な光学的変化を呈する電気光学特性を実現できる。
ＳＴＮ方式の液晶表示装置においては、液晶の複屈折により、表示の背景色として黄緑や濃紺が生じることがある。この着色現象を改善するために、表示用ＳＴＮ液晶セルに、光学補償用液晶セルまたはポリカーボネート、ねじれ位相差フィルムなどの高分子で形成される位相差板を重ね合わせることが行われている。これにより色補償を行い、白黒表示に近い表示を行う構成の液晶表示装置が、いわゆるペーパーホワイト型液晶表示装置として用いられている。
しかしながら、ＳＴＮ方式の液晶表示装置においては、前記偏光板の透過率は偏光軸に平行に直線偏光を入射させた場合においても約９０％であり、２枚の偏光板を使用する従来の構成では十分な明るさを得ることができないという問題点がある。特に、反射型液晶表示装置の場合、バックライトを使用しない上に、入射した光が出射するまでに偏光板を合計４回通過することになるので光量の減衰が問題となる。
この問題を解決する従来の技術として、特開平２−１８９５１９号、又は特開平６−１１７１１号公報に記載の技術がある。これらには、偏光板、位相差板、液晶セル及び反射板がこの順に積層された構成、即ち一般に用いられているＳＴＮ型液晶セルを用いた反射型液晶表示素子等から反射板側の偏光板を除いた構成の液晶表示装置が開示されている。このような構成とすることによって、入射した光が出射するまでに偏光板を通過する回数が２回となり、必然的に高輝度が得られ、高反射率な白表示が出来ることが期待される。しかしながら、このような構成を有する反射型液晶表示装置を形成する場合、反射前後の偏光を一枚の偏光板で兼ねるという構造上の自由度の低さに起因して、位相差板等の各層を、良好な高コントラストの表示を与えるよう構成することが困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、反射率が高く、且つコントラストの良好な表示が得られる反射型液晶表示素子を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電極を備える一対の透明基板の間に液晶物質の層を挿入した液晶セルと、偏光板と、反射板と、光学異方体とを備え、２値以上の電圧値が選択されて前記液晶物質の層に駆動電圧が印加される反射型液晶表示素子であって、
前記偏光板が前記液晶物質の層の一方の面に配置され、
前記反射板が前記液晶物質の層の他方の面に配置され、
前記光学異方体が前記偏光板及び前記反射板の間に配置され、
前記の液晶物質層における偏光板側から反射板側への液晶物質分子のねじれ角θ１が、＋２００°〜＋２７０°の範囲にあり、前記光学異方体の遅相軸の偏光板側から反射板側へのねじれ角θ２が、−１５５°〜−２２０°の範囲にあり、前記液晶物質層の屈折率異方性△ｎ１と厚みｄ１との積（△ｎ１・ｄ１）が７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であり、前記光学異方体の屈折率異方性△ｎ２と厚みｄ２との積（△ｎ２・ｄ２）が５５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲である反射型液晶表示素子が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の反射型液晶表示素子は、液晶セルと、偏光板と、反射板と、光学異方体とを備える。
前記液晶セルは、電極を備える一対の透明基板及びその間に挿入された液晶物質の層を有する。前記透明基板としては、前記液晶物質を特定の配向方向に配向させるものを用いることができる。具体的には、透明基板自体が前記液晶物質を配向させる性質を有している透明基板又は液晶物質を配向させる性質を有する配向膜等を設けた透明基板がいずれも使用可能である。このような特定の配向方向を有する透明基板２枚を、その配向方向が捩れた関係になるよう保持し、その透明基板の間に液晶物質の層を形成させることにより、前記液晶物質の層に、特定のねじれ角を与えることができる。また、液晶セルの電極は、通常、液晶物質の層が接する前記透明基板の面上に設けることができ、配向膜を有する透明基板を用いた場合は、透明基板と配向膜との間に設けることができる。前記液晶物質としては、通常ＳＴＮ型液晶表示素子に用いられる各種のもの等を用いることができる。
本発明の反射型液晶表示素子においては、２値以上の電圧値が選択されて前記液晶物質の層に駆動電圧が印加される。前記２値以上の電圧値としては、液晶表示を行うために実効的な電圧値であれば特に限定されず、反射率の急峻な変化が起こる前後の電圧値等とすることができる。これにより、前記液晶物質の層が、明るい無彩色及び暗い無彩色等の表示を与える能動的な光学層として機能することができる。
【０００６】
偏光板は、液晶物質層の一方の面側に配置される。一般的には、液晶セルの表面上又は裏面上の一方に、換言すれば、一方の透明基板の液晶物質層界面側でない透明基板表面に配置するのが通例であるが、一方の透明基板と液晶物質層との間に、すなわち、液晶セル内に偏光板を配置することもできる。そして、液晶セルの表面上又は裏面上に偏光板を設ける場合には、その偏光板を光学異方体等を介して設けることもできる。
本発明で用いる偏光板は特に限定されず、吸収軸を有する一般的な各種のものを用いることができる。しかし、反射率の高い反射型液晶表示素子を得るには、透過率の高い偏光板を用いるのが好ましい。具体的には、一軸に延伸されたポリビニルアルコールフィルム（ＰＶＡ）に、偏光度の高いヨウ素分子を一定方向に配列してつくるハロゲン偏光フィルムや直接染料で染色したポリビニルアルコールフィルム等を他の支持フィルムに挟んだものが、高透過率な偏光板として使用できる。
【０００７】
反射板は、上記した偏光板の設置側とは反対側の液晶セル表面に通常設置される。つまり、液晶セルの表面側に偏光板が配置される場合には、反射板は液晶セルの裏面側に配置され、偏光板が液晶セルの裏面側に配置される場合には、表面側に反射板が配置される。この反射板は、上記した偏光板と同様、液晶セル内に設置することもできるが、この場合でも、当該反射板が隣接する透明基板は、偏光板が隣接する透明基板と対向する透明基板である。そして、反射板を液晶セル内に設置する場合には、この反射板に液晶セルの電極としての機能を兼備させることができる。
反射板には、アルミニウム箔、銀箔などが使用できる外、真空蒸着法により明なガラス透明基板上にアルミニウム層又は銀層などを真空蒸着させて反射板とすることもできる。
【０００８】
光学異方体とは、光学異方軸を有し、且つその一方の面から他方の面にかけて光学異方軸がねじれた構造を有するものを意味する。従って、ここで言う光学異方体は光学的に異方性を持った複数の層を、それぞれの光学異方軸が連続的にツイストするように多層重ね合わせたものと同等の特性を有し、通常のＴＮ液晶セル等と同様に、ねじれ角を有する。
本発明の光学異方体としては、ツイスト配向された液晶セルそのもの、液晶フィルム、又は位相差フィルムの積層体を使用できる。この中でも液晶フィルムが好ましい。
光学異方体に使用できるツイスト配向された液晶セルとしては、前記した駆動用の液晶セルと同様に、２枚の透明基板間に挿入された液晶物質の層を特定な方向に配向させてねじれ角を与えた液晶セルが例示できる。
また、光学異方体に使用する前記液晶フィルムとは、１枚のフィルム内で光学異方軸を持った層が連続的にツイストする構造を有するフィルムを意味する。この液晶フィルムは、一般的には、ねじれ特性を有する液晶性物質をフィルム化することにより得ることができる。ねじれ特性を有する液晶性物質としては、例えば、棒状であるか否か等といった液晶分子の形状や、低分子でるか、高分子であるかを問わず、光学的に正の一軸性を示しうる液晶性化合物若しくは液晶性組成物がいずれも使用できる。具体的には、ねじれを誘起する単位を有する高分子液晶、例えば、液晶性を示すポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミドなどの主鎖型高分子液晶や、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロネート、ポリシロキサンなどの側鎖型高分子液晶等を使用することができる。なかでも、合成の容易さ、配向性、ガラス転移点などの適切さからポリエステルが好ましい。
ねじれを誘起する単位としては、光学活性な２−メチル−１，４−ブタンジオール、２，４−ペンタンジオール、１，２−プロパンジオール、２−クロロ−１，４−ブタンジオール、２−フルオロ−１，４−ブタンジオール、２−ブロモ−１，４−ブタンジオール、２−エチル−１，４−ブタンジオールあるいは２−プロピル−１，４−ブタンジオールまたはこれらの誘導体（例えばジアセトキシ化合物などの誘導体）から誘導される単位を利用することができる。上記のジオール類はＲ体、Ｓ体のいずれでも良く、またＲ体およびＳ体の混合物であっても良い。
なお、本発明で言う液晶フィルムは、当該フィルム自体が液晶性を呈するか否かは問わない。本発明で言う液晶フィルムは、通常、上記の如き液晶性物質が液晶状態において形成した配向状態を、例えば、光架橋、熱架橋、または冷却といった方法によって固定化することにより得ることができる。
本発明の光学異方体として使用できる他の例は、位相差フィルムである。位相差フィルムは、一般的には、ポリカーボネート、ポリメタクリレートに代表される透明プラスチックフィルムを精度よく一軸延伸して形成されるフィルムの複数枚を、各々の光学異方軸を少しずつずらし、ねじれ角を持つよう積層することにより作成することができる。
【０００９】
本発明の光学異方体は、その屈折率異方性△ｎ２と光学異方体の厚みｄ２との積（△ｎ２・ｄ２）が温度によって変化する温度補償効果を有していることが好ましい。周囲温度が変化しても、色の発色が変動せず、良好な白黒表示可能な反射型液晶表示素子を提供できるからである。この場合に、△ｎ２・ｄ２の温度による変化は、駆動用に使用される液晶セルでの液晶物質層の屈折率異方性△ｎ１と厚みｄ１との積（△ｎ１・ｄ１）の温度による変化に、ほぼ等しいことが望ましい。
さらに、本発明で使用する光学異方体は、波長により光学異方性の分散が異なることが好ましい。これにより無彩色をさらに改良した反射型白黒表示装置を提供できるからである。
本発明の光学異方体は駆動用液晶セルの一方の側に配置される偏光板と、他方の側に配置される反射板との間に配置される。通常は偏光板と液晶セルとの間又は液晶セルと反射板との間のいずれか一方に配置されるが、偏光板と液晶セルとの間に設けることが特に好ましい。
【００１０】
本発明の反射型液晶表示素子には、偏光板と反射板の間に更に光拡散層を設けることができる。殊に反射板が鏡面反射タイプである場合に光拡散層を設けることにより、液晶の配向乱れに起因する特性劣化が抑制でき、視野角依存性の少ない自然な視野角を有する反射型液晶表示素子を得ることができる。
ここでいう光拡散層とは、入射光を等方的あるいは異方的に拡散させる性質を有する層を意味し、その材質は問わない。
この光拡散層としては、光拡散性を示すプラスチックシート、プラスチックフィルム、プラスチック基板、プラスチック以外の基板などから形成されるものでも良く、粘着性を有するマトリックス中に、マトリックスとは異なる屈折率を有する粒子が分散した自己支持性の無いシート状物、フィルム状物などであっても良い。シート、フィルム、基板などは、自己支持性を持つものであってもよいし、また自己支持性を持たないものであってもよい。自己支持性を持たない場合には、何らかの手段によって自己支持性を持つフィルム上または透明基板上に保持させ、その総体として光拡散性が損なわれなければよい。また前記光学異方体上に、光拡散層を形成することができる化合物若しくは組成物を溶融塗布または溶液塗布などの手段によって塗布し、必要に応じて電場、磁場、偏光照射など何らかの処理を行い、光拡散層を形成してもよい。ただし、溶融塗布や溶液塗布の際に、光学異方体のフィルム強度の低下などが生じないように行う必要性がある。粘着性を有する光拡散層は、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコン系粘着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ビニルエーテル系粘着剤、ポリビニルアルコール系粘着剤、ポリアクリルアミド系粘着剤およびこれらの混合系粘着剤等からなるマトリックスに、例えば、平均粒径０．５〜５μｍのポリスチレン系微粒子、ポリメタクリル酸系微粒子等の有機微粒子、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化錫、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン等の無機系微粒子、気体を内包した中空微粒体、液体を内包したマイクロカプセル等の適宜なものを分散したものが例示される。なかでも、アクリル系粘着剤が透明性、耐候性、耐熱性などに優れていることからマトリックスとして望ましい。粘着性光拡散層を重畳する場合には、個々の粘着性光拡散層は同種または異種の適宜な組合せとすることができる。
前記アクリル系粘着剤としては、公知物のいずれも用いることができる。例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｔ−ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘキシル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、ウンデシル基、ラウリル基、トリデシル基、テトラデシル基、ステアリル基、オクタデシル基の如き炭素数１〜１８の直鎖又は分岐のアルキル基を有するアクリル酸やメタクリル酸のエステルからなるアクリル酸系アルキルエステルの１種又は２種以上を用いたアクリル系重合体を主体とする粘着剤等が挙げられる。
また粘着性を有する光拡散層には、本発明の効果を損なわない範囲において、例えば石油系樹脂、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、合成石油系樹脂、フェノール系樹脂、キシレン系樹脂、脂環族系石油樹脂、クマロンインデン樹脂、スチレン系樹脂、ジシクロペンタジエン系樹脂等の如き粘着付与剤、フタル酸エステル、リン酸エステル、塩化パラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレンの如き軟化剤あるいはその他の各種充填剤、老化防止剤、架橋剤などの適宜な添加剤を配合することができる。
粘着性を持たない光拡散層としては、例えば、樹脂マトリックス中に、マトリックスとは異なる屈折率を有する粒子が分散したプラスチックシート、フィルム、基板などが挙げられる。具体的には、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系プラスチックス、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などに、先に例示したような無機微粒子、有機微粒子、気体を内包した中空微粒体、液体を内包したマイクロカプセルなどが分散したプラスチックフィルム基板などを挙げることができる。
光拡散層の膜厚は、特に限定されるものではないが、通常１０μｍ以上５００μｍ以下である。
また光拡散層の全光線透過率は、５０％以上であることが好ましく、特に７０％以上であることが好ましい。さらに当該光拡散層の拡散透過率は、通常５〜９９％であり、好ましくは５０〜９９％である。
本発明の反射型液晶表示素子においては、光は偏光板を通過して入射し、光学異方体及び液晶物質層を通過し、さらに反射板によって反射せしめられ、光学異方体及び液晶物質層を逆方向に通過し、さらに偏光板を通過して出射せしめられる。
【００１１】
本発明の反射型液晶表示素子では、液晶セル内の液晶物質の層における偏光板側から反射板側への液晶物質分子のねじれ角θ１が、＋２００°〜＋２７０°の範囲にある。ねじれ角が＋２００°未満の場合、急峻な透過率変化が必要とされる高デューティー比で時分割駆動を行った際の液晶状態変化が少ない。また、＋２７０°を超える場合、ヒステリシスが生じやすくなる。なお、本明細書においては、角度の＋方向及び−方向とは、相対的な角度の回転方向を意味し、偏光板から反射板に向かって反時計回り方向を＋とすれば時計回り方向は−となり、逆に時計回り方向を＋とすれば反時計回り方向が−となるが、どちらを＋とした場合も、本発明の範囲に包含され、同等の効果を得ることができる。
本発明の反射型液晶表示素子では、液晶セル内における液晶物質層の屈折率異方性△ｎ１と厚みｄ１との積（△ｎ１・ｄ１）が、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲である。７００ｎｍ未満では、電圧を印加したときの液晶の状態変化が小さく、１０００ｎｍを超えると、視野角特性や応答性が悪くなる。
また、本発明の反射型液晶表示素子では、光学異方体の遅相軸の偏光板側から反射板側へのねじれ角θ２が、−１５５°〜−２２０°の範囲にある。そして、光学異方体の屈折率異方性△ｎ２と前記光学異方体の厚みｄ２との積（△ｎ２・ｄ２）は５５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲である。このように、θ２及びθ１をそれぞれ特定な範囲の値とし、且つ△ｎ１・ｄ１及び△ｎ２・ｄ２をそれぞれ特定な範囲の値とすることにより、良好なコントラストを実現することができる。
本発明の反射型液晶表示素子では、θ１及びθ２を特定の範囲に規制することに加え、偏光板の吸収軸から光学異方体の偏光板側の面上における遅相軸への角度θ３並びに偏光板の吸収軸から液晶物質層の偏光板側の面上における配向方向への角度θ４を、各々次のように調整することは、彩色が少なく、しかも良好なコントラストを実現できるので好ましい。
θ３＝０〜＋４０° 又は ＋９０〜＋１３０°
θ４＝０〜＋４０° 又は ＋９０〜＋１３０°
特に、角度θ４は、光学異方体が偏光板と液晶物質層との間に配置される場合は＋９０〜＋１３０°の範囲であることがさらに好ましく、光学異方体が液晶物質層と反射板との間に配置される場合は０〜＋４０°の範囲であることがさらに好ましい。
上記した各角度の関係を、図１を用いて具体的に説明すると、図１において、１は偏光板、２は光学異方体、３Ａは液晶物質層（電極を備えた透明基板の図示は省略されている）、４は反射板(層)、６は外光をそれぞれ示している。液晶物質層３Ａの、偏光板１側の面上における配向方向３１と、反射板４側の面上における配向方向３２とは、角度θ１をなしている。光学異方体２の、偏光板１側の面上における遅相軸の向き２１と、反射板４側の面上における遅相軸の向き２２とは、角度θ２をなしている。また、偏光板１の吸収軸１１と、光学異方体２の偏光板１側の面上における遅相軸の向き２１とは角度θ３をなし、偏光板１の吸収軸１１と、液晶物質層３Ａの偏光板１側の面上における配向方向３１とは角度θ４をなしている。
これらを偏光板側から反射板側に向かって重ね合わせて見た場合の位置関係を、同一の記号を用いて平面図として図２に示す。尚、図１及び図２において、θ１〜θ４は、説明の便宜上全て偏光板から反射板に向かって反時計回り、つまり相対的に同じ方向に回転させているが、本発明の反射型液晶表示素子においては、θ１の回転方向は、常にθ２と反対の方向となる。
本発明の反射型液晶表示素子は、液晶セル、偏光板、反射板及び前記光学異方体を必須の構成部材として備え、また必要に応じて光拡散層を備えるものであり、またこれらの他に、他の構成部材を備えても良い。具体的には、例えば、カラーフィルターをさらに備えることにより、色純度の高いマルチカラー又はフルカラー表示が可能なカラー反射型液晶表示素子とすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の反射型液晶表示素子は、偏光板を液晶物質層(液晶層)の一方の面側のみに有し、且つ特定の液晶セル及び光学異方体を備えるため、反射率が高く、且つコントラストの良好な表示を実現でき、従来の反射型液晶表示素子に比べ、大幅に高い表示品位を得ることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、本実施例においては、偏光板側から反射板側に向かって反時計回り方向を＋、時計回り方向を−として装置を作成して実験を行った。しかしながら、偏光板側から反射板側に向かって時計回り方向を＋、反時計回り方向を−として同様に実験を行っても全く同等の結果が得られる。
実施例１
図３に模式的に示されるＳＴＮ型の反射型液晶表示装置を作成した。図３に示される通り、液晶セル３は、対向する一対の透明基板３Ｃと、それらの内側の面上に設けられた電極３Ｂと、その上に印刷形成され、配向処理が施された配向膜３Ｅとを備える。配向膜３Ｅと、透明基板周辺に印刷塗布形成したシール剤３Ｄにより規定される空間内に液晶物質が封入され液晶層３Ａが形成される。液晶材料としてＺＬＩ−２２９３を用い、配向膜３Ｅの配向処理方向を調節することにより液晶層３Ａを所定の方向に配向させ、θ１＝＋２５０°にツイストさせた。また、液晶セル３中の液晶物質の屈折率異方性△ｎ１と液晶層３Ａの厚みｄ１との積△ｎ１・ｄ１は略８８０ｎｍとした。
液晶セル３の表示面側（図の上側）に偏光板１を配置し、一方、液晶セル３の背面側（図の下側）に反射板４を配置した。偏光板１と液晶セル３との間に光学異方体２を配置し、光学異方体２と液晶セルの間に、光拡散層５として大日本印刷（株）製光拡散シートＩＤＳ−２１（全光線透過率９１．１％，ヘイズ度５１．６）を配置した。光学異方体２の屈折率異方性△ｎ２と厚みｄ２との積△ｎ２・ｄ２は略７７０ｎｍとし、θ２＝−１８０°とした。また、偏光板１の吸収軸から光学異方体２の偏光板側の面上における遅相軸への角度θ３＝＋２０°、偏光板１の吸収軸から液晶層３Ａの偏光板側の面上における配向方向への角度θ４＝＋１１５°とした。
この液晶表示装置に、駆動回路（図示せず）から透明電極３Ｂに駆動電圧を印加し、反射率との関係を求めた。結果を図４に示す。図５は、電界オン時と電界オフ時の分光特性を示す図である。また、１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び電界オン時の視感反射率（Ｙ値）を求めた。結果を表１に示す。
図４の結果より、この液晶表示装置では、駆動電圧２．２Ｖ付近において急峻に反射率が変化することが分かる。また、図５の結果より、この液晶表示装置では、良好な白黒表示が達成されていることがわかる。
実施例２
△ｎ１・ｄ１をほば８８０ｎｍとし、△ｎ２・ｄ２をほば７４０ｎｍとし、θ１＝＋２４０°、θ２＝−１８０°、θ３＝＋２０°、θ４＝＋１１５°とした他は実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、駆動電圧と反射率との関係、電界オン時と電界オフ時の分光特性、並びに１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び明時の反射率（Ｙ値）を求めた。結果をそれぞれ図６、図７及び表１に示す。
図６及び図７の結果より、駆動電圧２．１Ｖ付近における急峻な反射率の変化及び良好な白黒表示が達成されていることがわかる。
実施例３
△ｎ１・ｄ１をほば８００ｎｍとし、△ｎ２・ｄ２をほば７００ｎｍとし、θ１＝＋２５０°、θ２＝−１８０°、θ３＝＋２０°、θ４＝＋１１５°とした他は実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、駆動電圧と反射率との関係、電界オン時と電界オフ時の分光特性、並びに１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び明時の反射率（Ｙ値）を求めた。結果をそれぞれ図８、図９及び表１に示す。
図８及び図９の結果より、駆動電圧２．２Ｖ付近における急峻な反射率の変化及び良好な白黒表示が達成されていることがわかる。
実施例４
△ｎ１・ｄ１をほば８００ｎｍとし、△ｎ２・ｄ２をほば６６０ｎｍとし、θ１＝＋２４０°、θ２＝−１８０°、θ３＝＋２０°、θ４＝＋１１５°とした他は実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、駆動電圧と反射率との関係、電界オン時と電界オフ時の分光特性、並びに１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び明時の反射率（Ｙ値）を求めた。結果をそれぞれ図１０、図１１及び表１に示す。
図１０及び図１１の結果より、駆動電圧２．１Ｖ付近における急峻な反射率の変化及び良好な白黒表示が達成されていることがわかる。
比較例
△ｎ１・ｄ１をほば６５０ｎｍとし、△ｎ２・ｄ２をほぼ４００ｎｍとし、θ１＝＋２４０°、θ２＝−１６０°、θ３＝＋１５５°、θ４＝１０５°とした他は実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、駆動電圧と反射率との関係、電界オン時と電界オフ時の分光特性、並びに１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び明時の反射率（Ｙ値）を求めた。結果をそれぞれ図１２、図１３及び表１に示す。
図１２及び図１３の結果より、反射率が駆動電圧２．１〜２．２Ｖ付近において緩慢に変化しており、且つ良好な白黒表示が達成されていないことがわかる。
【００１４】
【表１】
【００１５】
表１に示すコントラスト、反射率(Ｙ値)の測定結果を比較することにより、本発明の反射型液晶表示装置は、比較例の装置と比較して、コントラストが高く、明るさ（反射率）が著しく高い白黒表示を達成しうることが分かる。
以上の結果から、本発明の反射型液晶表示装置は、比較例の装置に比べ、大幅に高い表示品位を有することが確認できた。
実施例５
図１４に模式的に示される、カラーフィルター７を含む反射型カラー液晶表示装置を作成した。図１４に示す構成部材のうち、図２に示す装置のものと共通のものは同一の符号で示す。図１４に示される通り、液晶セル３中の表示面側の透明基板３Ｃと透明電極３Ｂとの間に、赤、緑及び青の3色の画素を含むカラーフィルター７を挿入した。このような構成でカラーフィルター層を設けることにより、良好なマルチカラー又はフルカラーの表示を行うことが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置における各構成部材の位置及び角度関係を説明する概略図である。
【図２】本発明の液晶表示装置における偏光板の吸収軸、液晶物質の層の配向方向および光学異方体の遅相軸方向の角度関係を説明する平面図である。
【図３】実施例１の装置を模式的に表す立面断面図である。
【図４】実施例１の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図５】実施例１の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図６】実施例２の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図７】実施例２の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図８】実施例３の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図９】実施例３の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図１０】実施例４の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図１１】実施例４の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図１２】比較例の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図１３】比較例の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図１４】実施例５の装置を模式的に表す立面断面図である。
【符号の説明】
１：偏光板
２：光学異方体
３Ａ：液晶層
４：反射層(板)
５：光拡散層
６：外光
７：カラーフィルター
１１：偏光板の吸収軸
２１：光学異方体の偏光板側の面上の遅相軸
２２：光学異方体の反射板側の面上の遅相軸
３１：液晶物質の層の偏光板側の面上における液晶物質の分子の配向方向
３２：液晶物質の層の反射板側の面上における液晶物質の分子の配向方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学異方体と偏光板とを備え、コントラストのよい反射型液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ技術の進展による、表示性能の格段の向上によって、電卓からワードプロセッサやパーソナルコンピュータのディスプレイヘと液晶表示装置の応用用途は拡大を遂げて来た。さらに、液晶表示装置の有する薄型軽量なる特徴を大きく活かせる、携帯型情報端末機器のディスプレイとしての市場拡大の期待が高まっている。携帯型用途としては通常バッテリー駆動であるがために消費電力を抑えることが重要な課題となっている。そのために携帯型用途の液晶表示装置等としては、電力の消費が大きいバックライトを使用しないで済み、低消費電力化、薄型化、軽量化が可能である反射型液晶表示装置が特に注目されている。
従来、液晶表示装置としては、ＴＮ（ツイステッドネマチック）方式およびＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）方式のものが主に用いられている。
上記ＳＴＮ方式の液晶表示装置は、一般的には液晶セルを一対の偏光板で挟んだ構造を有し、反射型液晶表示装置の場合は、通常さらにその外側に反射板を配置する構成を有している。ＳＴＮ方式の液晶表示装置では、液晶セル内の液晶分子のねじれ角を９０°以上とし、液晶セルの複屈折効果によって生じる楕円偏光に対する偏光板の透過軸の設定角度が最適化される。よって、電圧印加に伴う急激な分子配向変形を液晶の複屈折変化に反映させることができ、閾値以上で急激な光学的変化を呈する電気光学特性を実現できる。
ＳＴＮ方式の液晶表示装置においては、液晶の複屈折により、表示の背景色として黄緑や濃紺が生じることがある。この着色現象を改善するために、表示用ＳＴＮ液晶セルに、光学補償用液晶セルまたはポリカーボネート、ねじれ位相差フィルムなどの高分子で形成される位相差板を重ね合わせることが行われている。これにより色補償を行い、白黒表示に近い表示を行う構成の液晶表示装置が、いわゆるペーパーホワイト型液晶表示装置として用いられている。
しかしながら、ＳＴＮ方式の液晶表示装置においては、前記偏光板の透過率は偏光軸に平行に直線偏光を入射させた場合においても約９０％であり、２枚の偏光板を使用する従来の構成では十分な明るさを得ることができないという問題点がある。特に、反射型液晶表示装置の場合、バックライトを使用しない上に、入射した光が出射するまでに偏光板を合計４回通過することになるので光量の減衰が問題となる。
この問題を解決する従来の技術として、特開平２−１８９５１９号、又は特開平６−１１７１１号公報に記載の技術がある。これらには、偏光板、位相差板、液晶セル及び反射板がこの順に積層された構成、即ち一般に用いられているＳＴＮ型液晶セルを用いた反射型液晶表示素子等から反射板側の偏光板を除いた構成の液晶表示装置が開示されている。このような構成とすることによって、入射した光が出射するまでに偏光板を通過する回数が２回となり、必然的に高輝度が得られ、高反射率な白表示が出来ることが期待される。しかしながら、このような構成を有する反射型液晶表示装置を形成する場合、反射前後の偏光を一枚の偏光板で兼ねるという構造上の自由度の低さに起因して、位相差板等の各層を、良好な高コントラストの表示を与えるよう構成することが困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、反射率が高く、且つコントラストの良好な表示が得られる反射型液晶表示素子を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電極を備える一対の透明基板の間に液晶物質の層を挿入した液晶セルと、偏光板と、反射板と、光学異方体とを備え、２値以上の電圧値が選択されて前記液晶物質の層に駆動電圧が印加される反射型液晶表示素子であって、
前記偏光板が前記液晶物質の層の一方の面に配置され、
前記反射板が前記液晶物質の層の他方の面に配置され、
前記光学異方体が前記偏光板及び前記反射板の間に配置され、
前記の液晶物質層における偏光板側から反射板側への液晶物質分子のねじれ角θ１が、＋２００°〜＋２７０°の範囲にあり、前記光学異方体の遅相軸の偏光板側から反射板側へのねじれ角θ２が、−１５５°〜−２２０°の範囲にあり、前記液晶物質層の屈折率異方性△ｎ１と厚みｄ１との積（△ｎ１・ｄ１）が７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であり、前記光学異方体の屈折率異方性△ｎ２と厚みｄ２との積（△ｎ２・ｄ２）が５５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲である反射型液晶表示素子が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の反射型液晶表示素子は、液晶セルと、偏光板と、反射板と、光学異方体とを備える。
前記液晶セルは、電極を備える一対の透明基板及びその間に挿入された液晶物質の層を有する。前記透明基板としては、前記液晶物質を特定の配向方向に配向させるものを用いることができる。具体的には、透明基板自体が前記液晶物質を配向させる性質を有している透明基板又は液晶物質を配向させる性質を有する配向膜等を設けた透明基板がいずれも使用可能である。このような特定の配向方向を有する透明基板２枚を、その配向方向が捩れた関係になるよう保持し、その透明基板の間に液晶物質の層を形成させることにより、前記液晶物質の層に、特定のねじれ角を与えることができる。また、液晶セルの電極は、通常、液晶物質の層が接する前記透明基板の面上に設けることができ、配向膜を有する透明基板を用いた場合は、透明基板と配向膜との間に設けることができる。前記液晶物質としては、通常ＳＴＮ型液晶表示素子に用いられる各種のもの等を用いることができる。
本発明の反射型液晶表示素子においては、２値以上の電圧値が選択されて前記液晶物質の層に駆動電圧が印加される。前記２値以上の電圧値としては、液晶表示を行うために実効的な電圧値であれば特に限定されず、反射率の急峻な変化が起こる前後の電圧値等とすることができる。これにより、前記液晶物質の層が、明るい無彩色及び暗い無彩色等の表示を与える能動的な光学層として機能することができる。
【０００６】
偏光板は、液晶物質層の一方の面側に配置される。一般的には、液晶セルの表面上又は裏面上の一方に、換言すれば、一方の透明基板の液晶物質層界面側でない透明基板表面に配置するのが通例であるが、一方の透明基板と液晶物質層との間に、すなわち、液晶セル内に偏光板を配置することもできる。そして、液晶セルの表面上又は裏面上に偏光板を設ける場合には、その偏光板を光学異方体等を介して設けることもできる。
本発明で用いる偏光板は特に限定されず、吸収軸を有する一般的な各種のものを用いることができる。しかし、反射率の高い反射型液晶表示素子を得るには、透過率の高い偏光板を用いるのが好ましい。具体的には、一軸に延伸されたポリビニルアルコールフィルム（ＰＶＡ）に、偏光度の高いヨウ素分子を一定方向に配列してつくるハロゲン偏光フィルムや直接染料で染色したポリビニルアルコールフィルム等を他の支持フィルムに挟んだものが、高透過率な偏光板として使用できる。
【０００７】
反射板は、上記した偏光板の設置側とは反対側の液晶セル表面に通常設置される。つまり、液晶セルの表面側に偏光板が配置される場合には、反射板は液晶セルの裏面側に配置され、偏光板が液晶セルの裏面側に配置される場合には、表面側に反射板が配置される。この反射板は、上記した偏光板と同様、液晶セル内に設置することもできるが、この場合でも、当該反射板が隣接する透明基板は、偏光板が隣接する透明基板と対向する透明基板である。そして、反射板を液晶セル内に設置する場合には、この反射板に液晶セルの電極としての機能を兼備させることができる。
反射板には、アルミニウム箔、銀箔などが使用できる外、真空蒸着法により明なガラス透明基板上にアルミニウム層又は銀層などを真空蒸着させて反射板とすることもできる。
【０００８】
光学異方体とは、光学異方軸を有し、且つその一方の面から他方の面にかけて光学異方軸がねじれた構造を有するものを意味する。従って、ここで言う光学異方体は光学的に異方性を持った複数の層を、それぞれの光学異方軸が連続的にツイストするように多層重ね合わせたものと同等の特性を有し、通常のＴＮ液晶セル等と同様に、ねじれ角を有する。
本発明の光学異方体としては、ツイスト配向された液晶セルそのもの、液晶フィルム、又は位相差フィルムの積層体を使用できる。この中でも液晶フィルムが好ましい。
光学異方体に使用できるツイスト配向された液晶セルとしては、前記した駆動用の液晶セルと同様に、２枚の透明基板間に挿入された液晶物質の層を特定な方向に配向させてねじれ角を与えた液晶セルが例示できる。
また、光学異方体に使用する前記液晶フィルムとは、１枚のフィルム内で光学異方軸を持った層が連続的にツイストする構造を有するフィルムを意味する。この液晶フィルムは、一般的には、ねじれ特性を有する液晶性物質をフィルム化することにより得ることができる。ねじれ特性を有する液晶性物質としては、例えば、棒状であるか否か等といった液晶分子の形状や、低分子でるか、高分子であるかを問わず、光学的に正の一軸性を示しうる液晶性化合物若しくは液晶性組成物がいずれも使用できる。具体的には、ねじれを誘起する単位を有する高分子液晶、例えば、液晶性を示すポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミドなどの主鎖型高分子液晶や、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロネート、ポリシロキサンなどの側鎖型高分子液晶等を使用することができる。なかでも、合成の容易さ、配向性、ガラス転移点などの適切さからポリエステルが好ましい。
ねじれを誘起する単位としては、光学活性な２−メチル−１，４−ブタンジオール、２，４−ペンタンジオール、１，２−プロパンジオール、２−クロロ−１，４−ブタンジオール、２−フルオロ−１，４−ブタンジオール、２−ブロモ−１，４−ブタンジオール、２−エチル−１，４−ブタンジオールあるいは２−プロピル−１，４−ブタンジオールまたはこれらの誘導体（例えばジアセトキシ化合物などの誘導体）から誘導される単位を利用することができる。上記のジオール類はＲ体、Ｓ体のいずれでも良く、またＲ体およびＳ体の混合物であっても良い。
なお、本発明で言う液晶フィルムは、当該フィルム自体が液晶性を呈するか否かは問わない。本発明で言う液晶フィルムは、通常、上記の如き液晶性物質が液晶状態において形成した配向状態を、例えば、光架橋、熱架橋、または冷却といった方法によって固定化することにより得ることができる。
本発明の光学異方体として使用できる他の例は、位相差フィルムである。位相差フィルムは、一般的には、ポリカーボネート、ポリメタクリレートに代表される透明プラスチックフィルムを精度よく一軸延伸して形成されるフィルムの複数枚を、各々の光学異方軸を少しずつずらし、ねじれ角を持つよう積層することにより作成することができる。
【０００９】
本発明の光学異方体は、その屈折率異方性△ｎ２と光学異方体の厚みｄ２との積（△ｎ２・ｄ２）が温度によって変化する温度補償効果を有していることが好ましい。周囲温度が変化しても、色の発色が変動せず、良好な白黒表示可能な反射型液晶表示素子を提供できるからである。この場合に、△ｎ２・ｄ２の温度による変化は、駆動用に使用される液晶セルでの液晶物質層の屈折率異方性△ｎ１と厚みｄ１との積（△ｎ１・ｄ１）の温度による変化に、ほぼ等しいことが望ましい。
さらに、本発明で使用する光学異方体は、波長により光学異方性の分散が異なることが好ましい。これにより無彩色をさらに改良した反射型白黒表示装置を提供できるからである。
本発明の光学異方体は駆動用液晶セルの一方の側に配置される偏光板と、他方の側に配置される反射板との間に配置される。通常は偏光板と液晶セルとの間又は液晶セルと反射板との間のいずれか一方に配置されるが、偏光板と液晶セルとの間に設けることが特に好ましい。
【００１０】
本発明の反射型液晶表示素子には、偏光板と反射板の間に更に光拡散層を設けることができる。殊に反射板が鏡面反射タイプである場合に光拡散層を設けることにより、液晶の配向乱れに起因する特性劣化が抑制でき、視野角依存性の少ない自然な視野角を有する反射型液晶表示素子を得ることができる。
ここでいう光拡散層とは、入射光を等方的あるいは異方的に拡散させる性質を有する層を意味し、その材質は問わない。
この光拡散層としては、光拡散性を示すプラスチックシート、プラスチックフィルム、プラスチック基板、プラスチック以外の基板などから形成されるものでも良く、粘着性を有するマトリックス中に、マトリックスとは異なる屈折率を有する粒子が分散した自己支持性の無いシート状物、フィルム状物などであっても良い。シート、フィルム、基板などは、自己支持性を持つものであってもよいし、また自己支持性を持たないものであってもよい。自己支持性を持たない場合には、何らかの手段によって自己支持性を持つフィルム上または透明基板上に保持させ、その総体として光拡散性が損なわれなければよい。また前記光学異方体上に、光拡散層を形成することができる化合物若しくは組成物を溶融塗布または溶液塗布などの手段によって塗布し、必要に応じて電場、磁場、偏光照射など何らかの処理を行い、光拡散層を形成してもよい。ただし、溶融塗布や溶液塗布の際に、光学異方体のフィルム強度の低下などが生じないように行う必要性がある。粘着性を有する光拡散層は、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコン系粘着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ビニルエーテル系粘着剤、ポリビニルアルコール系粘着剤、ポリアクリルアミド系粘着剤およびこれらの混合系粘着剤等からなるマトリックスに、例えば、平均粒径０．５〜５μｍのポリスチレン系微粒子、ポリメタクリル酸系微粒子等の有機微粒子、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化錫、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン等の無機系微粒子、気体を内包した中空微粒体、液体を内包したマイクロカプセル等の適宜なものを分散したものが例示される。なかでも、アクリル系粘着剤が透明性、耐候性、耐熱性などに優れていることからマトリックスとして望ましい。粘着性光拡散層を重畳する場合には、個々の粘着性光拡散層は同種または異種の適宜な組合せとすることができる。
前記アクリル系粘着剤としては、公知物のいずれも用いることができる。例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｔ−ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘキシル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、ウンデシル基、ラウリル基、トリデシル基、テトラデシル基、ステアリル基、オクタデシル基の如き炭素数１〜１８の直鎖又は分岐のアルキル基を有するアクリル酸やメタクリル酸のエステルからなるアクリル酸系アルキルエステルの１種又は２種以上を用いたアクリル系重合体を主体とする粘着剤等が挙げられる。
また粘着性を有する光拡散層には、本発明の効果を損なわない範囲において、例えば石油系樹脂、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、合成石油系樹脂、フェノール系樹脂、キシレン系樹脂、脂環族系石油樹脂、クマロンインデン樹脂、スチレン系樹脂、ジシクロペンタジエン系樹脂等の如き粘着付与剤、フタル酸エステル、リン酸エステル、塩化パラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレンの如き軟化剤あるいはその他の各種充填剤、老化防止剤、架橋剤などの適宜な添加剤を配合することができる。
粘着性を持たない光拡散層としては、例えば、樹脂マトリックス中に、マトリックスとは異なる屈折率を有する粒子が分散したプラスチックシート、フィルム、基板などが挙げられる。具体的には、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系プラスチックス、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などに、先に例示したような無機微粒子、有機微粒子、気体を内包した中空微粒体、液体を内包したマイクロカプセルなどが分散したプラスチックフィルム基板などを挙げることができる。
光拡散層の膜厚は、特に限定されるものではないが、通常１０μｍ以上５００μｍ以下である。
また光拡散層の全光線透過率は、５０％以上であることが好ましく、特に７０％以上であることが好ましい。さらに当該光拡散層の拡散透過率は、通常５〜９９％であり、好ましくは５０〜９９％である。
本発明の反射型液晶表示素子においては、光は偏光板を通過して入射し、光学異方体及び液晶物質層を通過し、さらに反射板によって反射せしめられ、光学異方体及び液晶物質層を逆方向に通過し、さらに偏光板を通過して出射せしめられる。
【００１１】
本発明の反射型液晶表示素子では、液晶セル内の液晶物質の層における偏光板側から反射板側への液晶物質分子のねじれ角θ１が、＋２００°〜＋２７０°の範囲にある。ねじれ角が＋２００°未満の場合、急峻な透過率変化が必要とされる高デューティー比で時分割駆動を行った際の液晶状態変化が少ない。また、＋２７０°を超える場合、ヒステリシスが生じやすくなる。なお、本明細書においては、角度の＋方向及び−方向とは、相対的な角度の回転方向を意味し、偏光板から反射板に向かって反時計回り方向を＋とすれば時計回り方向は−となり、逆に時計回り方向を＋とすれば反時計回り方向が−となるが、どちらを＋とした場合も、本発明の範囲に包含され、同等の効果を得ることができる。
本発明の反射型液晶表示素子では、液晶セル内における液晶物質層の屈折率異方性△ｎ１と厚みｄ１との積（△ｎ１・ｄ１）が、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲である。７００ｎｍ未満では、電圧を印加したときの液晶の状態変化が小さく、１０００ｎｍを超えると、視野角特性や応答性が悪くなる。
また、本発明の反射型液晶表示素子では、光学異方体の遅相軸の偏光板側から反射板側へのねじれ角θ２が、−１５５°〜−２２０°の範囲にある。そして、光学異方体の屈折率異方性△ｎ２と前記光学異方体の厚みｄ２との積（△ｎ２・ｄ２）は５５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲である。このように、θ２及びθ１をそれぞれ特定な範囲の値とし、且つ△ｎ１・ｄ１及び△ｎ２・ｄ２をそれぞれ特定な範囲の値とすることにより、良好なコントラストを実現することができる。
本発明の反射型液晶表示素子では、θ１及びθ２を特定の範囲に規制することに加え、偏光板の吸収軸から光学異方体の偏光板側の面上における遅相軸への角度θ３並びに偏光板の吸収軸から液晶物質層の偏光板側の面上における配向方向への角度θ４を、各々次のように調整することは、彩色が少なく、しかも良好なコントラストを実現できるので好ましい。
θ３＝０〜＋４０° 又は ＋９０〜＋１３０°
θ４＝０〜＋４０° 又は ＋９０〜＋１３０°
特に、角度θ４は、光学異方体が偏光板と液晶物質層との間に配置される場合は＋９０〜＋１３０°の範囲であることがさらに好ましく、光学異方体が液晶物質層と反射板との間に配置される場合は０〜＋４０°の範囲であることがさらに好ましい。
上記した各角度の関係を、図１を用いて具体的に説明すると、図１において、１は偏光板、２は光学異方体、３Ａは液晶物質層（電極を備えた透明基板の図示は省略されている）、４は反射板(層)、６は外光をそれぞれ示している。液晶物質層３Ａの、偏光板１側の面上における配向方向３１と、反射板４側の面上における配向方向３２とは、角度θ１をなしている。光学異方体２の、偏光板１側の面上における遅相軸の向き２１と、反射板４側の面上における遅相軸の向き２２とは、角度θ２をなしている。また、偏光板１の吸収軸１１と、光学異方体２の偏光板１側の面上における遅相軸の向き２１とは角度θ３をなし、偏光板１の吸収軸１１と、液晶物質層３Ａの偏光板１側の面上における配向方向３１とは角度θ４をなしている。
これらを偏光板側から反射板側に向かって重ね合わせて見た場合の位置関係を、同一の記号を用いて平面図として図２に示す。尚、図１及び図２において、θ１〜θ４は、説明の便宜上全て偏光板から反射板に向かって反時計回り、つまり相対的に同じ方向に回転させているが、本発明の反射型液晶表示素子においては、θ１の回転方向は、常にθ２と反対の方向となる。
本発明の反射型液晶表示素子は、液晶セル、偏光板、反射板及び前記光学異方体を必須の構成部材として備え、また必要に応じて光拡散層を備えるものであり、またこれらの他に、他の構成部材を備えても良い。具体的には、例えば、カラーフィルターをさらに備えることにより、色純度の高いマルチカラー又はフルカラー表示が可能なカラー反射型液晶表示素子とすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の反射型液晶表示素子は、偏光板を液晶物質層(液晶層)の一方の面側のみに有し、且つ特定の液晶セル及び光学異方体を備えるため、反射率が高く、且つコントラストの良好な表示を実現でき、従来の反射型液晶表示素子に比べ、大幅に高い表示品位を得ることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、本実施例においては、偏光板側から反射板側に向かって反時計回り方向を＋、時計回り方向を−として装置を作成して実験を行った。しかしながら、偏光板側から反射板側に向かって時計回り方向を＋、反時計回り方向を−として同様に実験を行っても全く同等の結果が得られる。
実施例１
図３に模式的に示されるＳＴＮ型の反射型液晶表示装置を作成した。図３に示される通り、液晶セル３は、対向する一対の透明基板３Ｃと、それらの内側の面上に設けられた電極３Ｂと、その上に印刷形成され、配向処理が施された配向膜３Ｅとを備える。配向膜３Ｅと、透明基板周辺に印刷塗布形成したシール剤３Ｄにより規定される空間内に液晶物質が封入され液晶層３Ａが形成される。液晶材料としてＺＬＩ−２２９３を用い、配向膜３Ｅの配向処理方向を調節することにより液晶層３Ａを所定の方向に配向させ、θ１＝＋２５０°にツイストさせた。また、液晶セル３中の液晶物質の屈折率異方性△ｎ１と液晶層３Ａの厚みｄ１との積△ｎ１・ｄ１は略８８０ｎｍとした。
液晶セル３の表示面側（図の上側）に偏光板１を配置し、一方、液晶セル３の背面側（図の下側）に反射板４を配置した。偏光板１と液晶セル３との間に光学異方体２を配置し、光学異方体２と液晶セルの間に、光拡散層５として大日本印刷（株）製光拡散シートＩＤＳ−２１（全光線透過率９１．１％，ヘイズ度５１．６）を配置した。光学異方体２の屈折率異方性△ｎ２と厚みｄ２との積△ｎ２・ｄ２は略７７０ｎｍとし、θ２＝−１８０°とした。また、偏光板１の吸収軸から光学異方体２の偏光板側の面上における遅相軸への角度θ３＝＋２０°、偏光板１の吸収軸から液晶層３Ａの偏光板側の面上における配向方向への角度θ４＝＋１１５°とした。
この液晶表示装置に、駆動回路（図示せず）から透明電極３Ｂに駆動電圧を印加し、反射率との関係を求めた。結果を図４に示す。図５は、電界オン時と電界オフ時の分光特性を示す図である。また、１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び電界オン時の視感反射率（Ｙ値）を求めた。結果を表１に示す。
図４の結果より、この液晶表示装置では、駆動電圧２．２Ｖ付近において急峻に反射率が変化することが分かる。また、図５の結果より、この液晶表示装置では、良好な白黒表示が達成されていることがわかる。
実施例２
△ｎ１・ｄ１をほば８８０ｎｍとし、△ｎ２・ｄ２をほば７４０ｎｍとし、θ１＝＋２４０°、θ２＝−１８０°、θ３＝＋２０°、θ４＝＋１１５°とした他は実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、駆動電圧と反射率との関係、電界オン時と電界オフ時の分光特性、並びに１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び明時の反射率（Ｙ値）を求めた。結果をそれぞれ図６、図７及び表１に示す。
図６及び図７の結果より、駆動電圧２．１Ｖ付近における急峻な反射率の変化及び良好な白黒表示が達成されていることがわかる。
実施例３
△ｎ１・ｄ１をほば８００ｎｍとし、△ｎ２・ｄ２をほば７００ｎｍとし、θ１＝＋２５０°、θ２＝−１８０°、θ３＝＋２０°、θ４＝＋１１５°とした他は実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、駆動電圧と反射率との関係、電界オン時と電界オフ時の分光特性、並びに１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び明時の反射率（Ｙ値）を求めた。結果をそれぞれ図８、図９及び表１に示す。
図８及び図９の結果より、駆動電圧２．２Ｖ付近における急峻な反射率の変化及び良好な白黒表示が達成されていることがわかる。
実施例４
△ｎ１・ｄ１をほば８００ｎｍとし、△ｎ２・ｄ２をほば６６０ｎｍとし、θ１＝＋２４０°、θ２＝−１８０°、θ３＝＋２０°、θ４＝＋１１５°とした他は実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、駆動電圧と反射率との関係、電界オン時と電界オフ時の分光特性、並びに１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び明時の反射率（Ｙ値）を求めた。結果をそれぞれ図１０、図１１及び表１に示す。
図１０及び図１１の結果より、駆動電圧２．１Ｖ付近における急峻な反射率の変化及び良好な白黒表示が達成されていることがわかる。
比較例
△ｎ１・ｄ１をほば６５０ｎｍとし、△ｎ２・ｄ２をほぼ４００ｎｍとし、θ１＝＋２４０°、θ２＝−１６０°、θ３＝＋１５５°、θ４＝１０５°とした他は実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、駆動電圧と反射率との関係、電界オン時と電界オフ時の分光特性、並びに１／２４０デューティー、最適バイアスで駆動したときのコントラスト及び明時の反射率（Ｙ値）を求めた。結果をそれぞれ図１２、図１３及び表１に示す。
図１２及び図１３の結果より、反射率が駆動電圧２．１〜２．２Ｖ付近において緩慢に変化しており、且つ良好な白黒表示が達成されていないことがわかる。
【００１４】
【表１】
表１に示すコントラスト、反射率(Ｙ値)の測定結果を比較することにより、本発明の反射型液晶表示装置は、比較例の装置と比較して、コントラストが高く、明るさ（反射率）が著しく高い白黒表示を達成しうることが分かる。
以上の結果から、本発明の反射型液晶表示装置は、比較例の装置に比べ、大幅に高い表示品位を有することが確認できた。
実施例５
図１４に模式的に示される、カラーフィルター７を含む反射型カラー液晶表示装置を作成した。図１４に示す構成部材のうち、図２に示す装置のものと共通のものは同一の符号で示す。図１４に示される通り、液晶セル３中の表示面側の透明基板３Ｃと透明電極３Ｂとの間に、赤、緑及び青の3色の画素を含むカラーフィルター７を挿入した。このような構成でカラーフィルター層を設けることにより、良好なマルチカラー又はフルカラーの表示を行うことが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置における各構成部材の位置及び角度関係を説明する概略図である。
【図２】本発明の液晶表示装置における偏光板の吸収軸、液晶物質の層の配向方向および光学異方体の遅相軸方向の角度関係を説明する平面図である。
【図３】実施例１の装置を模式的に表す立面断面図である。
【図４】実施例１の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図５】実施例１の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図６】実施例２の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図７】実施例２の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図８】実施例３の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図９】実施例３の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図１０】実施例４の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図１１】実施例４の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図１２】比較例の装置の駆動電圧変化に対する反射率の変化を示す図である。
【図１３】比較例の装置の電界オン時と電界オフ時を示す図である。
【図１４】実施例５の装置を模式的に表す立面断面図である。
【符号の説明】
１：偏光板
２：光学異方体
３Ａ：液晶層
４：反射層(板)
５：光拡散層
６：外光
７：カラーフィルター
１１：偏光板の吸収軸
２１：光学異方体の偏光板側の面上の遅相軸
２２：光学異方体の反射板側の面上の遅相軸
３１：液晶物質の層の偏光板側の面上における液晶物質の分子の配向方向
３２：液晶物質の層の反射板側の面上における液晶物質の分子の配向方向
Claims (3)
- 電極を備える一対の透明基板に液晶物質の層を挿入した液晶セルと、偏光板と、反射板と、光学異方体とを備え、２値以上の電圧値が選択されて前記液晶物質の層に駆動電圧が印加される反射型液晶表示素子において、
前記の偏光板が前記液晶物質層の一方の面に配置され、
前記の反射板が前記液晶物質層の他方の面に配置され、
配置され、
前記光学異方体が前記偏光板及び前記反射板の間に配置され、
前記液晶物質層における偏光板側から反射板側への液晶物質分子のねじれ角θ１が、＋２００°〜＋２７０°の範囲にあり、前記光学異方体の遅相軸の偏光板側から反射板側へのねじれ角θ２が、−１５５°〜−２２０°の範囲にあり、
前記液晶物質層の屈折率異方性△ｎ１と厚みｄ１との積（△ｎ１・ｄ１）が７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であり、前記光学異方体の屈折率異方性△ｎ２と前記光学異方体の厚みｄ２との積（△ｎ２・ｄ２）が５５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲であることを特徴とする反射型液晶表示素子。 - 光学異方体が、液晶フィルムからなる請求項１記載の反射型液晶表示素子。
- 偏光板と反射板の間に更に少なくとも１層の光拡散層を有する請求項１又は請求項２記載の反射型液晶表示素子。
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