JP4032478B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置、特に反射型と半透過反射型の液晶装置に関し、さらにこの液晶装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＡ等の情報ツールや携帯電話、ウォッチ等の携帯型電子機器用途には、消費電力が小さい反射型液晶装置や半透過反射型液晶装置が適している。しかしながら、従来の反射型液晶装置や半透過型液晶装置には、表示が暗いという課題があった。
【０００３】
このような課題を解決する一手段として、複屈折性の誘電体多層膜からなる反射偏光子を利用する方法が、特表平９−５０６９８５号公報や、国際公開された国際出願ＷＯ９７／０１７８８、Conference Record of the 1997 International Display Research Conference,M-98,1997等に開示されている。
【０００４】
この複屈折性の誘電体多層膜は、所定の直線偏光成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有する。このような反射偏光子を反射型液晶装置や半透過反射型液晶装置に利用すると、従来から広く利用されている金属反射板と異なり所定の偏光成分の光を全反射する上、吸収型の偏光板のように光を吸収しないために、大変明るい表示が得られるという特徴を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の複屈折性の誘電体多層膜を利用した反射偏光子を用いると、表示コントラストが低下するという課題があった。このような課題が生じる原因は、斜め方向から入射した光に対する反射偏光子の偏光度が低いためである。
【０００６】
そこで本発明は、反射偏光子の反射軸の配置を工夫することによって、明るくコントラストの高い反射型あるいは半透過反射型の液晶装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された光吸収層とを備える液晶装置であって,前記反射偏光子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、該反射偏 光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、前記反射偏光子は、前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるようにで配設されていることを特徴とする。
【０００８】
また、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、 前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された照明装置とを備える液晶装置であって,前記反射偏光子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、前記反射偏光子は、前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲で あるようにで配設されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで偏光板は所定の直線偏光成分を吸収し残りの偏光成分を透過する機能を有し、反射偏光子は所定の直線偏光成分を反射し残りの偏光成分を透過する機能を有する。
【００１０】
尚、ほぼ平行であるとは、概ね縦方向±３０度の範囲を指すが、より望ましくは±１５度の範囲を指す。この範囲を逸脱すると、通常の照明環境下で高いコントラストが得られない。何故ならば、一般に反射偏光子は、その反射軸を含む面内で振動する光に対して高い偏光度を示すからである。
【００１１】
また、前記反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なることを特徴とする。
【００１２】
面内の主屈折率にはｎｘとｎｙが存在するが、この反射偏光子は延伸により作成されるものであることから、主たる延伸方向と平行な方向の屈折率をｎｘ、直角な方向の屈折率をｎｙと区別することにする。多くの物質は光学的に正であるからｎｘ＞ｎｙであるが、ポリスチレンのように光学的に負の物質ではｎｘ＜ｎｙとなる。請求項２は第一の層のｎｚ／ｎｙと第二の層のｎｚ／ｎｙが異なることを指す。このように構成したため、請求項２記載の反射偏光子は、特にｙ−ｚ平面で斜めから入射する光に対する偏光度が悪くなるが、ｘ−ｚ平面（即ち反射軸を含む平面）で斜めから入射する光に対しては高い偏光度を維持する。この効果は斜めから入射する光に対する両層の屈折率のマッチングによって説明できる。
【００１３】
また、本発明の電子機器は、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された光吸収層とを備える液晶装置を表示部として備える電子機器であって、
前記反射偏光子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、前記反射偏光子は、前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるようにで配設されている
ことを特徴とする。
【００１４】
また、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された照明装置とを備える液晶装置を表示部として備える電子機器であって、前記反射偏光子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、前記反射偏光子は、前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるようにで配設されていることを特徴とする。
【００１５】
このように構成したため、本発明の電子機器は、小さい消費電力で高画質な表示を得ることが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の請求項１または請求項２記載の発明に係る液晶装置において利用した反射偏光子の構造の要部を示す図である。反射偏光子は、基本的に複屈折性の誘電体多層膜であって、二種類の高分子層１０１と１０２を交互に積層して成る。二種類の高分子は、一つは光弾性率が大きい材料から、もう一つは光弾性率が小さい材料から選ばれるが、その際に両者の常光線の屈折率が概ね等しくなるよう留意する。例えば、光弾性率の大きい材料としてＰＥＮ（２，６−ポリエチレン・ナフタレート）を、小さい材料としてｃｏＰＥＮ（７０−ナフタレート／３０−テレフタレート・コポリエステル）を選ぶ。両フィルムを交互に積層し、図１の直交座標系１０３のｘ軸方向に約５倍延伸したところ、ｘ軸方向の屈折率がＰＥＮ層において約１．８８、ｃｏＰＥＮ層において約１．６４となった。またｙ軸方向の屈折率はＰＥＮ層でもｃｏＰＥＮ層でも約１．６４であった。この積層フィルムに法線方向から光が入射すると、ｙ軸方向に振動する光の成分はそのままフィルムを透過する。これが透過軸である。一方ｘ軸方向に振動する光の成分は、ＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層が、ある一定の条件を満たす場合に限って、反射される。これが反射軸である。その条件とは、ＰＥＮ層の光路長（屈折率と膜厚の積）と、ｃｏＰＥＮ層の光路長（屈折率と膜厚の積）の和が光の波長の２分の１に等しいことである。このようなＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層を各々数十層以上、出来れば百層以上、厚みにして３０μｍほど積層させると、ｘ軸方向に振動する光の成分のほぼ全てを反射させることが出来る。
【００１８】
このようにして作成された理想的な反射偏光子は、設計された単一の波長の光でしか偏光能を生じない。もちろん実際には、ＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層の厚みにばらつきが生じるため、ある程度の波長幅で偏光能が生じるが、それでも数十ｎｍの幅である。そこで、可視光の広い波長領域にわたって偏光能を持たせるためには、偏光反射波長範囲が異なる複数の反射偏光子を、軸を揃えて積層する。このように構成した反射偏光子は、可視光のほぼ全域にわたって９０％以上の高い偏光度を示した。
【００１９】
以上は法線方向から反射偏光子に入射する光の挙動に対する説明であった。本発明の主眼は斜め方向から入射する光の挙動にある。図２は、本発明の反射偏光子を構成する２種類の層１０１と１０２の屈折率特性を示す図である。２０１は光弾性率が大きい材料を延伸した第一の層１０１の屈折率楕円体を、２０２は光弾性率が小さい材料を延伸した第二の層１０２の屈折率楕円体を示す。各々の楕円体の３つの主屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとする。但し、層の面（ｘ−ｙ平面２３１）内で主たる延伸方向と平行な方向の屈折率２１１と２２１をｎｘ、層の面内で主たる延伸方向と直角な方向の屈折率２１２と２２２をｎｙ、膜厚方向の屈折率２１３と２２３をｎｚとする。但し主たる延伸方向とは、先ほどの説明では図１のｘ軸方向に相当し、二軸延伸した場合にはより延伸率の大きい方向を指す。
【００２０】
さて、実施例１の反射偏光子の各層の屈折率を精密に測定した結果、層１０１については、 ｎｘ＝１．８７７、ｎｙ＝１．６４１、ｎｚ＝１．５３３であった。また層１０２については、 ｎｘ＝１．６４２、ｎｙ＝１．６４０、ｎｚ＝１．６１６であり、ほとんど等方的であった。但しこの測定は層１０１と層１０２を別々に作成して同様に延伸したフィルムを測定した値である。
【００２１】
このように、層１０１は面内に屈折率異方性（ｎｘ−ｎｙ＝０．２３５）を有し、層１０２は面内に屈折率異方性（ｎｘ−ｎｙ＝０．００２）をほとんど有しない。しかも層１０１におけるｎｚとｎｙの比ｎｚ／ｎｙ＝０．９２４２は、層１０２におけるｎｚとｎｙの比ｎｚ／ｎｙ＝０．９８５４よりもかなり小さい。
【００２２】
このように、第一の層におけるｎｚ／ｎｙと、第二の層におけるｎｚ／ｎｙが大きく異なるように構成することによって、ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光２４２の内、ｙ−ｚ平面内で振動する光に対する屈折率は、第一の層と第二の層とで食い違ってくる。従って反射軸であるｘ軸方向に振動する光には影響がないが、これに直角な方向に振動する光は入射角度が大きくなるほど反射される光が増え、偏光度が劣化する。一方、ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光２４１は、透過軸であるｙ軸方向に振動する光に対して、第一の層と第二の層の屈折率が一致しているため、偏光度の劣化が小さい。
【００２３】
図３は、偏光度の入射光角度依存性を示す図である。（ａ）がｘ−ｚ平面内における入射光角度依存性、（ｂ）がｙ−ｚ平面内における入射光角度依存性である。それぞれ３０１と３１１の曲線が実施例１で用いた反射偏光子の特性である。（ａ）よりも（ｂ）の方が入射角依存性が大きく偏光度が劣化しやすいが、これは本来透過されるべき偏光が反射されるからである。
【００２４】
比較のため、第一の層と第二の層のｎｚ／ｎｙがほぼ等しくなるように、注意深く延伸した反射偏光子の特性を３０２と３１２に示す。この反射偏光子の屈折率は、層１０１についてｎｘ＝１．８７４、ｎｙ＝１．６４４、ｎｚ＝１．６２１、層１０２について ｎｘ＝１．６４２、ｎｙ＝１．６４０、ｎｚ＝１．６１６であった。このような反射偏光子を作成することは技術的困難を伴うが、それでもやはり（ａ）よりも（ｂ）の方が入射角依存性が大きい傾向にある。従って本発明の効果はこのような反射偏光子を用いた液晶装置でも得られる。
【００２５】
図４は本発明の請求項１または請求項２記載の発明に係る液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図４において、４０１は偏光板、４０２は位相差フィルム、４０３は上側ガラス基板、４０４は液晶層、４０５は下側ガラス基板、４０６は光散乱体、４０７は反射偏光子、４０８は光吸収体、４０９はＩＴＯからなる走査電極、４１０はＩＴＯからなる信号電極である。４０１と４０２、４０２と４０３、４０５と４０６、４０６と４０７、４０７と４０８は、それぞれ互いに糊で接着している。また縦の基板間は広く離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保って対向している。なお図示した構成要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるため、省略した。
【００２６】
次に各構成要素について順に説明する。偏光板４０１は所定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有している。これは現在最も一般に利用されているタイプの偏光板であって、ヨウ素等のハロゲン物質や二色性染料をポリ・ビニル・プチラール等の高分子フィルムに吸着させて作製する。
【００２７】
位相差フィルム４０２は、例えばポリ・カーボネート樹脂の一軸延伸フィルムであって、ＳＴＮ型液晶装置の表示の着色を補償するために利用される。ＴＮ型液晶装置の場合には省略されることが多い。
【００２８】
液晶層４０４は１８０度から２７０度ねじれたＳＴＮネマチック液晶組成物から成る。表示容量が小さい場合には９０°ねじれたＴＮ液晶組成物を用いても良い。ねじれ角は縦ガラス基板表面における配向処理の方向と、液晶に添加するカイラル剤の分量で決定する。
【００２９】
光散乱体４０６には、透明ビーズを分散したプラスチックフィルムが利用できる。接着剤中にビーズを混入して光散乱体の代用とし、４０５を直接４０７に接着しても良い。また特定の角度から入射した光のみを散乱する光制御板を利用してもよい。このような光制御板は住友化学工業株式会社からルミスティ（商品名）として発売されている。なおここで言う光散乱とは、偏光を乱さない程度の弱い散乱を指す。光散乱板は、鏡面に近い反射偏光子の反射光を適度に拡散させる目的で配置する。
【００３０】
反射偏光子４０７については、既に詳しく説明した。
【００３１】
光吸収板４０８には、黒色ビニールシートや黒紙を接着するか、黒色塗料を直接塗布して利用する。なお、黒色以外にも比較的暗い色ならば、青色や茶色、灰色など好みによって利用できる。この光吸収板は不要な偏光を吸収する目的で配置するが、半透過反射型液晶装置等で、この偏光を利用しようとする場合には、半透明な光吸収板や偏光板を利用すれば良い。
【００３２】
次に具体的な液晶パネルの条件を紹介する。まず図４における液晶層４０４のリターデーション（複屈折率と層厚の積）を１．００μｍ、位相差フィルム４０２のリターデーションを０．６５μｍに設定した。図５は各軸の関係を示す図であり、５０１は偏光板４０１の偏光軸（透過軸）、５０２は位相差フィルムの遅相軸（延伸軸）、５０３は上側ガラス基板のラビング軸、５０４は下側ガラス基板のラビング軸、５０５は反射偏光子の反射軸である。また５１０は液晶パネルの縦方向を示す。ここで、５０１が５０２と成す角度５１１を右３２度に、５０２が５０３と成す角度５１２を左７７度に、５０４が５０３となす角度、即ち液晶のねじれ角５１３を左２４０度に、５０５が５０４となす角度５１４を左４６度に設定した。２本のラビング軸５０３と５０４は左右対称であるから、反射偏光子の反射軸５０５が、液晶パネルの左右方向５１０となす角度５１５は右１４度になり、ほぼ縦方向に平行であると言って良い。
【００３３】
このようにして作製した液晶装置は、通常の偏光板を２枚利用した液晶装置と比較して、３０％以上明るいという特徴を有している。その理由は二つある。一つは金属アルミニウムの反射率が９０％弱しかないのに対し、本発明の反射偏光子は反射軸に平行な光のほぼ１００％を反射するからである。もう一つの理由は、通常の吸収型偏光板がヨウ素等のハロゲン物質や染料等の二色性物質を利用しており、その二色比が必ずしも高くないために、およそ２０％の光を無駄にしていることである。
【００３４】
またこの液晶装置は、特に上方向（１２時方向）から光が入射した際に、表示コントラストが高いという特徴がある。これは、上方向から光が入射したときに、反射偏光子４０７の偏光度が高いためである。一般に反射型液晶装置では、観察者がパネル正面あるいは下方向（６時方向）に位置するから、上方向から入射した光が最も観察者に届きやすい。従って、上方向から入射した光に対するコントラストが高いことは、大変好ましいことである。
【００３５】
また反射偏光子の反射軸方向が液晶パネルの縦方向にほぼ平行であることは、高価な反射偏光子がその原反から効率よく取れることを意味し、コスト的にも有利である。
【００３６】
（実施例２）
本発明の請求項１または請求項２記載の発明に係るもう一つの液晶装置の例を示す。図６はその構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図６において、６０１は偏光板、６０２は対向基板、６０３は液晶組成物、６０４は素子基板、６０５は光散乱板、６０６は反射偏光子、６０７は光吸収板、６０８はバックライトの導光板、６０９は光反射板、６１０はバックライトの光源であり、対向基板６０２上にはカラーフィルタ６１１と、対向電極（走査線）６１２を設け、素子基板６０４上には信号線６１３、画素電極６１４、ＭＩＭ素子６１５を設けた。ここで６０１と６０２、６０４と６０５、６０５と６０６、６０６と６０７は、互いに離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には糊で接着している。また対向基板６０２と素子基板６０４の間も広く離して描いてあるが、これも同様の理由からであって実際には数μｍから十数μｍ程度のギャップしかない。また、図６は液晶装置の一部を示しているため、３本の走査線６１２と３本の信号線６１６が交差して出来る３×３のマトリクス、即ち９ドット分しか図示していないが、実際にはさらに多くのドットを有する。
【００３７】
対向電極６１２と画素電極６１４は透明なＩＴＯで形成した。信号線６１３は金属Ｔａで形成した。ＭＩＭ素子は絶縁膜Ｔａ２Ｏ５を金属Ｔａと金属Ｃｒで挟んだ構造である。液晶組成物６０３は９０度ねじれたネマチック液晶である。６１１は加法混色の三原色である赤色（図中「Ｒ」で示した）と緑色（図中「Ｇ」で示した）と青色（図中「Ｂ」で示した）の３色から成り、モザイク状に配列した。
【００３８】
なお、ここではＭＩＭアクティブマトリクス方式の液晶装置を例として挙げたが、単純マトリクス方式の液晶装置を採用しても、本発明の効果に変わりはない。その場合は、信号線を対向電極同様の短冊状ＩＴＯで形成して、ＭＩＭ素子と画素電極を設けない。またＴＮモードの代わりに、実施例１と同様なＳＴＮモードを採用する。
【００３９】
偏光板６０１、反射偏光子６０６には、実施例１と同様のものを利用した。
【００４０】
半光吸収板６０７としては、灰色の半透明フィルムが利用できる。灰色の半透明フィルムとしては、可視光の全波長範囲の光に対して１０％以上８０％以下、より好ましくは５０％以上７０％以下の透過率を有する散乱性のフィルムが適している。このようなフィルムは、例えば（株）辻本電機製作所から光拡散フィルムＤ２０２（商品名）という名称で発売されている。また部分的に透明な光吸収フィルム、つまり肉眼では観察できない直径数μｍの微細な穴を多数設けた黒色フィルム等も利用できる。また吸収型の偏光板を反射偏光子６０６と軸をずらして配置しても良い。
【００４１】
バックライトの導光体６０８には透明性の良いアクリル樹脂の平板を用い、その表面に白色塗料を印刷した。導光体の背面には白色の光反射板６０９を配置して後方に漏れる光を前方に戻す。
【００４２】
次に具体的な液晶パネルの条件を紹介する。まず図６における液晶層６０３のリターデーション（複屈折率と層厚の積）を０．４２μｍに設定した。図７は各軸の関係を示す図であり、７０１は偏光板６０１の偏光軸（透過軸）、７０２は上側ガラス基板のラビング軸、７０３は下側ガラス基板のラビング軸、７０４は反射偏光子６０６の反射軸である。また７１０は液晶パネルの縦方向（水平方向）を示す。ここで、７０１と７０３、７０２と７０４はそれぞれ平行であって、両者が互いに成す角度７１１を９０度に設定した。このとき、反射偏光子６０６の反射軸７０４が、液晶パネルの縦方向７１０となす角度は、０度になる。
【００４３】
反射軸が液晶パネルの縦方向となす角度が０度からはずれると、特性がどのように変化するかを次のようにして確かめた。まず光源を１２時方向、法線方向からの傾き角４５度に固定する。そして液晶パネルをその法線方向を軸に左右９０度まで回転し、コントラスト比を測定した。即ち、図７において、７１０を固定し、７０１、７０２、７０３、７０４を同時に左右９０度まで回転し、コントラスト比を測定した。その結果を図８に示す。横軸は液晶パネルの回転角度であるが、これは反射軸が液晶パネルの縦方向となす角度と等しい。この角度が０度のとき、コントラスト比は最大値６．２を取る。±１５度まではほぼ同じコントラストを維持するが、±３０度を超えるとコントラスト比は急激に低下している。従って、反射偏光子の反射軸は、液晶パネルの縦方向と平行な方向±３０度の範囲、より望ましくは±１５度の範囲にあることが好ましい。この範囲を逸脱すると、一般的な照明環境下で高いコントラストが維持できなくなる。この範囲内で、他の様々な要因、例えば液晶の明視方向等を勘案しつつ、反射軸方向を決定すればよい。
【００４４】
このようにして作製した液晶装置は、通常の偏光板を２枚利用した液晶装置と比較して、３０％以上明るい。また、特に上方向（１２時方向）から光が入射した際に、表示コントラストが高いという特徴がある。また反射偏光子の反射軸方向が液晶パネルの縦方向にほぼ平行であることは、高価な反射偏光子がその原反から効率よく取れることを意味し、コスト的にも有利である。
【００４５】
（実施例３）
本発明の請求項３記載の電子機器の例を３つ示す。
【００４６】
本発明の液晶装置は、様々な環境下で用いられ、しかも低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。
【００４７】
図９（ａ）は携帯電話であり、本体９０１の前面上方部に表示部９０２が設けられる。携帯電話は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。特に自動車内で利用されることが多いが、夜間の車内は大変暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電力が低い反射型表示をメインに、必要に応じて補助光を利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が望ましい。本発明の液晶装置は、反射型表示でも透過型表示でも従来の液晶装置より明るく、コントラスト比が高い。
【００４８】
図９（ｂ）はウォッチであり、本体９０３の中央に表示部９０４が設けられる。ウォッチ用途における重要な観点は、高級感である。本発明の液晶装置は、明るくコントラストが高いことはもちろん、光の波長による特性変化が少ないために色づきも小さい。従って、従来の液晶装置と比較して、大変に高級感ある表示が得られる。
【００４９】
図９（ｃ）は携帯情報機器であり、本体９０５の上側に表示部９０６、下側に入力部９０７が設けられる。また表示部の前面にはタッチ・キーを設けることが多い。通常のタッチ・キーは表面反射が多いため、表示が見づらい。従って、従来は携帯型と言えども透過型液晶装置を利用することが多かった。ところが透過型液晶装置は、常時バックライトを利用するため消費電力が大きく、電池寿命が短かかった。このような場合にも本発明の液晶装置は、反射型でも半透過反射型でも表示が明るく鮮やかであるため、携帯情報機器に利用することが出来る。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、反射偏光子を利用し、その反射軸の配置を工夫することによって、明るくコントラストの高い反射型あるいは半透過反射型の液晶装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における液晶装置で用いた反射偏光子の、構造の要部を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における液晶装置で用いた反射偏光子を構成する２種類の層の屈折率特性を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における液晶装置で用いた反射偏光子の、偏光度の入射角依存性を示す図である。
【図４】本発明の実施例１における液晶装置の、構造の要部を示す図である。
【図５】本発明の実施例１における液晶装置の、各軸の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における液晶装置の、構造の要部を示す図である。
【図７】本発明の実施例２における液晶装置の、各軸の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例２における液晶装置において、光源を１２時方向の傾き角４５度に固定し、液晶パネルを回転したときのコントラスト比の変化を示す図である。
【図９】本発明の実施例３における電子機器の、外観を示す図である。（ａ）携帯電話、（ｂ）ウォッチ、（ｃ）携帯情報機器。
【符号の説明】
１０１ 光弾性率が大きい材料を延伸した層
１０２ 光弾性率が小さい材料を延伸した層
１０３ 直交座標系、ｘ軸方向が延伸方向であり反射軸
２０１ 層１０１の屈折率楕円体
２０２ 層１０２の屈折率楕円体
２１１ 層１０１の面内で主たる延伸方向と平行な方向の屈折率ｎｘ
２１２ 層１０１の面内で主たる延伸方向と直角な方向の屈折率ｎｙ
２１３ 層１０１の膜厚方向の屈折率ｎｚ
２２１ 層１０２の面内で主たる延伸方向と平行な方向の屈折率ｎｘ
２２２ 層１０２の面内で主たる延伸方向と直角な方向の屈折率ｎｙ
２２３ 層１０２の膜厚方向の屈折率ｎｚ
２３１ ｘ−ｙ平面（反射偏光子表面と平行な面）
２３２ ｘ−ｚ平面（反射偏光子の延伸方向と膜厚方向を両方含む面）
２３３ ｙ−ｚ平面（反射偏光子の延伸方向と直角な方向と膜厚方向を両方含む面）
２４１ ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光
２４２ ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置、特に反射型と半透過反射型の液晶装置に関し、さらにこの液晶装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＡ等の情報ツールや携帯電話、ウォッチ等の携帯型電子機器用途には、消費電力が小さい反射型液晶装置や半透過反射型液晶装置が適している。しかしながら、従来の反射型液晶装置や半透過型液晶装置には、表示が暗いという課題があった。
【０００３】
このような課題を解決する一手段として、複屈折性の誘電体多層膜からなる反射偏光子を利用する方法が、特表平９−５０６９８５号公報や、国際公開された国際出願ＷＯ９７／０１７８８、Conference Record of the 1997 International Display Research Conference,M-98,1997等に開示されている。
【０００４】
この複屈折性の誘電体多層膜は、所定の直線偏光成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有する。このような反射偏光子を反射型液晶装置や半透過反射型液晶装置に利用すると、従来から広く利用されている金属反射板と異なり所定の偏光成分の光を全反射する上、吸収型の偏光板のように光を吸収しないために、大変明るい表示が得られるという特徴を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の複屈折性の誘電体多層膜を利用した反射偏光子を用いると、表示コントラストが低下するという課題があった。このような課題が生じる原因は、斜め方向から入射した光に対する反射偏光子の偏光度が低いためである。
【０００６】
そこで本発明は、反射偏光子の反射軸の配置を工夫することによって、明るくコントラストの高い反射型あるいは半透過反射型の液晶装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された光吸収層とを備える液晶装置であって,前記反射偏光子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、該反射偏 光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、前記反射偏光子は、前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるようにで配設されていることを特徴とする。
【０００８】
また、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、 前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された照明装置とを備える液晶装置であって,前記反射偏光子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、前記反射偏光子は、前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲で あるようにで配設されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで偏光板は所定の直線偏光成分を吸収し残りの偏光成分を透過する機能を有し、反射偏光子は所定の直線偏光成分を反射し残りの偏光成分を透過する機能を有する。
【００１０】
尚、ほぼ平行であるとは、概ね縦方向±３０度の範囲を指すが、より望ましくは±１５度の範囲を指す。この範囲を逸脱すると、通常の照明環境下で高いコントラストが得られない。何故ならば、一般に反射偏光子は、その反射軸を含む面内で振動する光に対して高い偏光度を示すからである。
【００１１】
また、前記反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なることを特徴とする。
【００１２】
面内の主屈折率にはｎｘとｎｙが存在するが、この反射偏光子は延伸により作成されるものであることから、主たる延伸方向と平行な方向の屈折率をｎｘ、直角な方向の屈折率をｎｙと区別することにする。多くの物質は光学的に正であるからｎｘ＞ｎｙであるが、ポリスチレンのように光学的に負の物質ではｎｘ＜ｎｙとなる。請求項２は第一の層のｎｚ／ｎｙと第二の層のｎｚ／ｎｙが異なることを指す。このように構成したため、請求項２記載の反射偏光子は、特にｙ−ｚ平面で斜めから入射する光に対する偏光度が悪くなるが、ｘ−ｚ平面（即ち反射軸を含む平面）で斜めから入射する光に対しては高い偏光度を維持する。この効果は斜めから入射する光に対する両層の屈折率のマッチングによって説明できる。
【００１３】
また、本発明の電子機器は、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された光吸収層とを備える液晶装置を表示部として備える電子機器であって、
前記反射偏光子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、前記反射偏光子は、前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるようにで配設されている
ことを特徴とする。
【００１４】
また、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された照明装置とを備える液晶装置を表示部として備える電子機器であって、前記反射偏光子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、前記反射偏光子は、前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるようにで配設されていることを特徴とする。
【００１５】
このように構成したため、本発明の電子機器は、小さい消費電力で高画質な表示を得ることが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の請求項１または請求項２記載の発明に係る液晶装置において利用した反射偏光子の構造の要部を示す図である。反射偏光子は、基本的に複屈折性の誘電体多層膜であって、二種類の高分子層１０１と１０２を交互に積層して成る。二種類の高分子は、一つは光弾性率が大きい材料から、もう一つは光弾性率が小さい材料から選ばれるが、その際に両者の常光線の屈折率が概ね等しくなるよう留意する。例えば、光弾性率の大きい材料としてＰＥＮ（２，６−ポリエチレン・ナフタレート）を、小さい材料としてｃｏＰＥＮ（７０−ナフタレート／３０−テレフタレート・コポリエステル）を選ぶ。両フィルムを交互に積層し、図１の直交座標系１０３のｘ軸方向に約５倍延伸したところ、ｘ軸方向の屈折率がＰＥＮ層において約１．８８、ｃｏＰＥＮ層において約１．６４となった。またｙ軸方向の屈折率はＰＥＮ層でもｃｏＰＥＮ層でも約１．６４であった。この積層フィルムに法線方向から光が入射すると、ｙ軸方向に振動する光の成分はそのままフィルムを透過する。これが透過軸である。一方ｘ軸方向に振動する光の成分は、ＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層が、ある一定の条件を満たす場合に限って、反射される。これが反射軸である。その条件とは、ＰＥＮ層の光路長（屈折率と膜厚の積）と、ｃｏＰＥＮ層の光路長（屈折率と膜厚の積）の和が光の波長の２分の１に等しいことである。このようなＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層を各々数十層以上、出来れば百層以上、厚みにして３０μｍほど積層させると、ｘ軸方向に振動する光の成分のほぼ全てを反射させることが出来る。
【００１８】
このようにして作成された理想的な反射偏光子は、設計された単一の波長の光でしか偏光能を生じない。もちろん実際には、ＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層の厚みにばらつきが生じるため、ある程度の波長幅で偏光能が生じるが、それでも数十ｎｍの幅である。そこで、可視光の広い波長領域にわたって偏光能を持たせるためには、偏光反射波長範囲が異なる複数の反射偏光子を、軸を揃えて積層する。このように構成した反射偏光子は、可視光のほぼ全域にわたって９０％以上の高い偏光度を示した。
【００１９】
以上は法線方向から反射偏光子に入射する光の挙動に対する説明であった。本発明の主眼は斜め方向から入射する光の挙動にある。図２は、本発明の反射偏光子を構成する２種類の層１０１と１０２の屈折率特性を示す図である。２０１は光弾性率が大きい材料を延伸した第一の層１０１の屈折率楕円体を、２０２は光弾性率が小さい材料を延伸した第二の層１０２の屈折率楕円体を示す。各々の楕円体の３つの主屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとする。但し、層の面（ｘ−ｙ平面２３１）内で主たる延伸方向と平行な方向の屈折率２１１と２２１をｎｘ、層の面内で主たる延伸方向と直角な方向の屈折率２１２と２２２をｎｙ、膜厚方向の屈折率２１３と２２３をｎｚとする。但し主たる延伸方向とは、先ほどの説明では図１のｘ軸方向に相当し、二軸延伸した場合にはより延伸率の大きい方向を指す。
【００２０】
さて、実施例１の反射偏光子の各層の屈折率を精密に測定した結果、層１０１については、 ｎｘ＝１．８７７、ｎｙ＝１．６４１、ｎｚ＝１．５３３であった。また層１０２については、 ｎｘ＝１．６４２、ｎｙ＝１．６４０、ｎｚ＝１．６１６であり、ほとんど等方的であった。但しこの測定は層１０１と層１０２を別々に作成して同様に延伸したフィルムを測定した値である。
【００２１】
このように、層１０１は面内に屈折率異方性（ｎｘ−ｎｙ＝０．２３５）を有し、層１０２は面内に屈折率異方性（ｎｘ−ｎｙ＝０．００２）をほとんど有しない。しかも層１０１におけるｎｚとｎｙの比ｎｚ／ｎｙ＝０．９２４２は、層１０２におけるｎｚとｎｙの比ｎｚ／ｎｙ＝０．９８５４よりもかなり小さい。
【００２２】
このように、第一の層におけるｎｚ／ｎｙと、第二の層におけるｎｚ／ｎｙが大きく異なるように構成することによって、ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光２４２の内、ｙ−ｚ平面内で振動する光に対する屈折率は、第一の層と第二の層とで食い違ってくる。従って反射軸であるｘ軸方向に振動する光には影響がないが、これに直角な方向に振動する光は入射角度が大きくなるほど反射される光が増え、偏光度が劣化する。一方、ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光２４１は、透過軸であるｙ軸方向に振動する光に対して、第一の層と第二の層の屈折率が一致しているため、偏光度の劣化が小さい。
【００２３】
図３は、偏光度の入射光角度依存性を示す図である。（ａ）がｘ−ｚ平面内における入射光角度依存性、（ｂ）がｙ−ｚ平面内における入射光角度依存性である。それぞれ３０１と３１１の曲線が実施例１で用いた反射偏光子の特性である。（ａ）よりも（ｂ）の方が入射角依存性が大きく偏光度が劣化しやすいが、これは本来透過されるべき偏光が反射されるからである。
【００２４】
比較のため、第一の層と第二の層のｎｚ／ｎｙがほぼ等しくなるように、注意深く延伸した反射偏光子の特性を３０２と３１２に示す。この反射偏光子の屈折率は、層１０１についてｎｘ＝１．８７４、ｎｙ＝１．６４４、ｎｚ＝１．６２１、層１０２について ｎｘ＝１．６４２、ｎｙ＝１．６４０、ｎｚ＝１．６１６であった。このような反射偏光子を作成することは技術的困難を伴うが、それでもやはり（ａ）よりも（ｂ）の方が入射角依存性が大きい傾向にある。従って本発明の効果はこのような反射偏光子を用いた液晶装置でも得られる。
【００２５】
図４は本発明の請求項１または請求項２記載の発明に係る液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図４において、４０１は偏光板、４０２は位相差フィルム、４０３は上側ガラス基板、４０４は液晶層、４０５は下側ガラス基板、４０６は光散乱体、４０７は反射偏光子、４０８は光吸収体、４０９はＩＴＯからなる走査電極、４１０はＩＴＯからなる信号電極である。４０１と４０２、４０２と４０３、４０５と４０６、４０６と４０７、４０７と４０８は、それぞれ互いに糊で接着している。また縦の基板間は広く離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保って対向している。なお図示した構成要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるため、省略した。
【００２６】
次に各構成要素について順に説明する。偏光板４０１は所定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有している。これは現在最も一般に利用されているタイプの偏光板であって、ヨウ素等のハロゲン物質や二色性染料をポリ・ビニル・プチラール等の高分子フィルムに吸着させて作製する。
【００２７】
位相差フィルム４０２は、例えばポリ・カーボネート樹脂の一軸延伸フィルムであって、ＳＴＮ型液晶装置の表示の着色を補償するために利用される。ＴＮ型液晶装置の場合には省略されることが多い。
【００２８】
液晶層４０４は１８０度から２７０度ねじれたＳＴＮネマチック液晶組成物から成る。表示容量が小さい場合には９０°ねじれたＴＮ液晶組成物を用いても良い。ねじれ角は縦ガラス基板表面における配向処理の方向と、液晶に添加するカイラル剤の分量で決定する。
【００２９】
光散乱体４０６には、透明ビーズを分散したプラスチックフィルムが利用できる。接着剤中にビーズを混入して光散乱体の代用とし、４０５を直接４０７に接着しても良い。また特定の角度から入射した光のみを散乱する光制御板を利用してもよい。このような光制御板は住友化学工業株式会社からルミスティ（商品名）として発売されている。なおここで言う光散乱とは、偏光を乱さない程度の弱い散乱を指す。光散乱板は、鏡面に近い反射偏光子の反射光を適度に拡散させる目的で配置する。
【００３０】
反射偏光子４０７については、既に詳しく説明した。
【００３１】
光吸収板４０８には、黒色ビニールシートや黒紙を接着するか、黒色塗料を直接塗布して利用する。なお、黒色以外にも比較的暗い色ならば、青色や茶色、灰色など好みによって利用できる。この光吸収板は不要な偏光を吸収する目的で配置するが、半透過反射型液晶装置等で、この偏光を利用しようとする場合には、半透明な光吸収板や偏光板を利用すれば良い。
【００３２】
次に具体的な液晶パネルの条件を紹介する。まず図４における液晶層４０４のリターデーション（複屈折率と層厚の積）を１．００μｍ、位相差フィルム４０２のリターデーションを０．６５μｍに設定した。図５は各軸の関係を示す図であり、５０１は偏光板４０１の偏光軸（透過軸）、５０２は位相差フィルムの遅相軸（延伸軸）、５０３は上側ガラス基板のラビング軸、５０４は下側ガラス基板のラビング軸、５０５は反射偏光子の反射軸である。また５１０は液晶パネルの縦方向を示す。ここで、５０１が５０２と成す角度５１１を右３２度に、５０２が５０３と成す角度５１２を左７７度に、５０４が５０３となす角度、即ち液晶のねじれ角５１３を左２４０度に、５０５が５０４となす角度５１４を左４６度に設定した。２本のラビング軸５０３と５０４は左右対称であるから、反射偏光子の反射軸５０５が、液晶パネルの左右方向５１０となす角度５１５は右１４度になり、ほぼ縦方向に平行であると言って良い。
【００３３】
このようにして作製した液晶装置は、通常の偏光板を２枚利用した液晶装置と比較して、３０％以上明るいという特徴を有している。その理由は二つある。一つは金属アルミニウムの反射率が９０％弱しかないのに対し、本発明の反射偏光子は反射軸に平行な光のほぼ１００％を反射するからである。もう一つの理由は、通常の吸収型偏光板がヨウ素等のハロゲン物質や染料等の二色性物質を利用しており、その二色比が必ずしも高くないために、およそ２０％の光を無駄にしていることである。
【００３４】
またこの液晶装置は、特に上方向（１２時方向）から光が入射した際に、表示コントラストが高いという特徴がある。これは、上方向から光が入射したときに、反射偏光子４０７の偏光度が高いためである。一般に反射型液晶装置では、観察者がパネル正面あるいは下方向（６時方向）に位置するから、上方向から入射した光が最も観察者に届きやすい。従って、上方向から入射した光に対するコントラストが高いことは、大変好ましいことである。
【００３５】
また反射偏光子の反射軸方向が液晶パネルの縦方向にほぼ平行であることは、高価な反射偏光子がその原反から効率よく取れることを意味し、コスト的にも有利である。
【００３６】
（実施例２）
本発明の請求項１または請求項２記載の発明に係るもう一つの液晶装置の例を示す。図６はその構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図６において、６０１は偏光板、６０２は対向基板、６０３は液晶組成物、６０４は素子基板、６０５は光散乱板、６０６は反射偏光子、６０７は光吸収板、６０８はバックライトの導光板、６０９は光反射板、６１０はバックライトの光源であり、対向基板６０２上にはカラーフィルタ６１１と、対向電極（走査線）６１２を設け、素子基板６０４上には信号線６１３、画素電極６１４、ＭＩＭ素子６１５を設けた。ここで６０１と６０２、６０４と６０５、６０５と６０６、６０６と６０７は、互いに離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には糊で接着している。また対向基板６０２と素子基板６０４の間も広く離して描いてあるが、これも同様の理由からであって実際には数μｍから十数μｍ程度のギャップしかない。また、図６は液晶装置の一部を示しているため、３本の走査線６１２と３本の信号線６１６が交差して出来る３×３のマトリクス、即ち９ドット分しか図示していないが、実際にはさらに多くのドットを有する。
【００３７】
対向電極６１２と画素電極６１４は透明なＩＴＯで形成した。信号線６１３は金属Ｔａで形成した。ＭＩＭ素子は絶縁膜Ｔａ２Ｏ５を金属Ｔａと金属Ｃｒで挟んだ構造である。液晶組成物６０３は９０度ねじれたネマチック液晶である。６１１は加法混色の三原色である赤色（図中「Ｒ」で示した）と緑色（図中「Ｇ」で示した）と青色（図中「Ｂ」で示した）の３色から成り、モザイク状に配列した。
【００３８】
なお、ここではＭＩＭアクティブマトリクス方式の液晶装置を例として挙げたが、単純マトリクス方式の液晶装置を採用しても、本発明の効果に変わりはない。その場合は、信号線を対向電極同様の短冊状ＩＴＯで形成して、ＭＩＭ素子と画素電極を設けない。またＴＮモードの代わりに、実施例１と同様なＳＴＮモードを採用する。
【００３９】
偏光板６０１、反射偏光子６０６には、実施例１と同様のものを利用した。
【００４０】
半光吸収板６０７としては、灰色の半透明フィルムが利用できる。灰色の半透明フィルムとしては、可視光の全波長範囲の光に対して１０％以上８０％以下、より好ましくは５０％以上７０％以下の透過率を有する散乱性のフィルムが適している。このようなフィルムは、例えば（株）辻本電機製作所から光拡散フィルムＤ２０２（商品名）という名称で発売されている。また部分的に透明な光吸収フィルム、つまり肉眼では観察できない直径数μｍの微細な穴を多数設けた黒色フィルム等も利用できる。また吸収型の偏光板を反射偏光子６０６と軸をずらして配置しても良い。
【００４１】
バックライトの導光体６０８には透明性の良いアクリル樹脂の平板を用い、その表面に白色塗料を印刷した。導光体の背面には白色の光反射板６０９を配置して後方に漏れる光を前方に戻す。
【００４２】
次に具体的な液晶パネルの条件を紹介する。まず図６における液晶層６０３のリターデーション（複屈折率と層厚の積）を０．４２μｍに設定した。図７は各軸の関係を示す図であり、７０１は偏光板６０１の偏光軸（透過軸）、７０２は上側ガラス基板のラビング軸、７０３は下側ガラス基板のラビング軸、７０４は反射偏光子６０６の反射軸である。また７１０は液晶パネルの縦方向（水平方向）を示す。ここで、７０１と７０３、７０２と７０４はそれぞれ平行であって、両者が互いに成す角度７１１を９０度に設定した。このとき、反射偏光子６０６の反射軸７０４が、液晶パネルの縦方向７１０となす角度は、０度になる。
【００４３】
反射軸が液晶パネルの縦方向となす角度が０度からはずれると、特性がどのように変化するかを次のようにして確かめた。まず光源を１２時方向、法線方向からの傾き角４５度に固定する。そして液晶パネルをその法線方向を軸に左右９０度まで回転し、コントラスト比を測定した。即ち、図７において、７１０を固定し、７０１、７０２、７０３、７０４を同時に左右９０度まで回転し、コントラスト比を測定した。その結果を図８に示す。横軸は液晶パネルの回転角度であるが、これは反射軸が液晶パネルの縦方向となす角度と等しい。この角度が０度のとき、コントラスト比は最大値６．２を取る。±１５度まではほぼ同じコントラストを維持するが、±３０度を超えるとコントラスト比は急激に低下している。従って、反射偏光子の反射軸は、液晶パネルの縦方向と平行な方向±３０度の範囲、より望ましくは±１５度の範囲にあることが好ましい。この範囲を逸脱すると、一般的な照明環境下で高いコントラストが維持できなくなる。この範囲内で、他の様々な要因、例えば液晶の明視方向等を勘案しつつ、反射軸方向を決定すればよい。
【００４４】
このようにして作製した液晶装置は、通常の偏光板を２枚利用した液晶装置と比較して、３０％以上明るい。また、特に上方向（１２時方向）から光が入射した際に、表示コントラストが高いという特徴がある。また反射偏光子の反射軸方向が液晶パネルの縦方向にほぼ平行であることは、高価な反射偏光子がその原反から効率よく取れることを意味し、コスト的にも有利である。
【００４５】
（実施例３）
本発明の請求項３記載の電子機器の例を３つ示す。
【００４６】
本発明の液晶装置は、様々な環境下で用いられ、しかも低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。
【００４７】
図９（ａ）は携帯電話であり、本体９０１の前面上方部に表示部９０２が設けられる。携帯電話は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。特に自動車内で利用されることが多いが、夜間の車内は大変暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電力が低い反射型表示をメインに、必要に応じて補助光を利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が望ましい。本発明の液晶装置は、反射型表示でも透過型表示でも従来の液晶装置より明るく、コントラスト比が高い。
【００４８】
図９（ｂ）はウォッチであり、本体９０３の中央に表示部９０４が設けられる。ウォッチ用途における重要な観点は、高級感である。本発明の液晶装置は、明るくコントラストが高いことはもちろん、光の波長による特性変化が少ないために色づきも小さい。従って、従来の液晶装置と比較して、大変に高級感ある表示が得られる。
【００４９】
図９（ｃ）は携帯情報機器であり、本体９０５の上側に表示部９０６、下側に入力部９０７が設けられる。また表示部の前面にはタッチ・キーを設けることが多い。通常のタッチ・キーは表面反射が多いため、表示が見づらい。従って、従来は携帯型と言えども透過型液晶装置を利用することが多かった。ところが透過型液晶装置は、常時バックライトを利用するため消費電力が大きく、電池寿命が短かかった。このような場合にも本発明の液晶装置は、反射型でも半透過反射型でも表示が明るく鮮やかであるため、携帯情報機器に利用することが出来る。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、反射偏光子を利用し、その反射軸の配置を工夫することによって、明るくコントラストの高い反射型あるいは半透過反射型の液晶装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における液晶装置で用いた反射偏光子の、構造の要部を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における液晶装置で用いた反射偏光子を構成する２種類の層の屈折率特性を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における液晶装置で用いた反射偏光子の、偏光度の入射角依存性を示す図である。
【図４】本発明の実施例１における液晶装置の、構造の要部を示す図である。
【図５】本発明の実施例１における液晶装置の、各軸の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における液晶装置の、構造の要部を示す図である。
【図７】本発明の実施例２における液晶装置の、各軸の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例２における液晶装置において、光源を１２時方向の傾き角４５度に固定し、液晶パネルを回転したときのコントラスト比の変化を示す図である。
【図９】本発明の実施例３における電子機器の、外観を示す図である。（ａ）携帯電話、（ｂ）ウォッチ、（ｃ）携帯情報機器。
【符号の説明】
１０１ 光弾性率が大きい材料を延伸した層
１０２ 光弾性率が小さい材料を延伸した層
１０３ 直交座標系、ｘ軸方向が延伸方向であり反射軸
２０１ 層１０１の屈折率楕円体
２０２ 層１０２の屈折率楕円体
２１１ 層１０１の面内で主たる延伸方向と平行な方向の屈折率ｎｘ
２１２ 層１０１の面内で主たる延伸方向と直角な方向の屈折率ｎｙ
２１３ 層１０１の膜厚方向の屈折率ｎｚ
２２１ 層１０２の面内で主たる延伸方向と平行な方向の屈折率ｎｘ
２２２ 層１０２の面内で主たる延伸方向と直角な方向の屈折率ｎｙ
２２３ 層１０２の膜厚方向の屈折率ｎｚ
２３１ ｘ−ｙ平面（反射偏光子表面と平行な面）
２３２ ｘ−ｚ平面（反射偏光子の延伸方向と膜厚方向を両方含む面）
２３３ ｙ−ｚ平面（反射偏光子の延伸方向と直角な方向と膜厚方向を両方含む面）
２４１ ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光
２４２ ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光
Claims (4)
- 一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、
前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、
前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された光吸収層と
を備える液晶装置であって,
前記反射偏光子は、
面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、
該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、
前記反射偏光子は、
前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるように配設されている
ことを特徴とする液晶装置。 - 一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、
前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、
前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された照明装置と
を備える液晶装置であって,
前記反射偏光子は、
面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、
該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、
前記反射偏光子は、
前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるように配設されている
ことを特徴とする液晶装置。 - 一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、
前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、
前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された光吸収層と
を備える液晶装置を表示部として備える電子機器であって、
前記反射偏光子は、
面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、
該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、
前記反射偏光子は、
前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるように配設されている
ことを特徴とする電子機器。 - 一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の側に配置された偏光板と、
前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対の側に配置される反射偏光子と、
前記反射偏光子に対して前記液晶パネルと反対の側に配置された照明装置と
を備える液晶装置を表示部として備える電子機器であって、
前記反射偏光子は、
面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成され、反射軸と透過軸を有しており、
該反射偏光子の前記積層方向をｚ軸とした時の直交座標系の各軸方向をｘ軸、ｙ軸とし、前記ｘ軸を前記反射軸、前記y軸を前記透過軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ軸からなる平面をｘ−ｚ平面、前記ｙ軸と前記ｚ軸からなる平面をｙ−ｚ平面と定義した場合に、該反射偏光子の第一の層及び第二の層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙの比が、前記両層で互いに異なり、前記ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性は、前記ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光の該反射偏光子による反射光の偏光度の入射光角度依存性よりも小さい特性を有し、
前記反射偏光子は、
前記液晶装置における表示画面の１２時方向と６時方向である縦方向に対して、前記反射軸と前記縦方向がなす角度が±３０度の範囲であるように配設されている
ことを特徴とする電子機器。
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Applications Claiming Priority (1)
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