JP4088042B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、複数の微小な凹凸を有する光拡散性反射電極を用い、それらの凹凸の高さと液晶特性とを選択することにより高コントラスト比の表示を行う反射型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、反射型液晶表示装置は、液晶表示装置の内部に光反射電極を組み込み、周囲からの入射光をこの光反射電極で反射させて表示を行うもので、周囲の明るさに依存せずにコントラスト比が一定になるため、広範囲の光環境の基で良好な画像表示をすることができるものであって、適当な補助光源を併用すれば、暗室等の暗い光環境の基でも、使用することが可能である。
【０００３】
ところで、反射型液晶表示装置には、大部分のものに単偏光板型表示モードが採用されている。単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置は、液晶セルの内面に反射電極を内蔵させ、１枚の偏光板と１枚もしくは２枚の位相板とを積層した構造になっている。この場合、単偏光板型表示モードは、液晶層の位相差の変化を利用した表示を行っているものであるため、コントラスト比が良好であり、かつ、駆動電圧が低くてもよいという特徴を有している。
【０００４】
また、単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置は、明るさを向上させ、かつ、鏡面反射をなくした高品位な表示画像を得るために、光散乱手段を用いている。この光散乱手段には、反射面に凹凸を有する光散乱反射電極を用いるもの、屈折率の異なる２種類以上の透明媒体からなる光散乱フィルムを用いるもの等がある。そして、光散乱手段は、斜め方向からの入射光を法線方向により多く反射させる機能を有するものであって、例えば反射型液晶表示装置の表示面を法線方向から観察する場合であっても、斜め方向を含んだ広い立体角範囲からの入射光を観察することができるものである。とりわけ、光散乱手段の中で光散乱反射電極を用いるものは、コントラストや解像度を低下させずに光拡散が可能になるという特色を有しているが、液晶層の厚さに変動を与える。単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置としては、例えば特開平６−７５２３８号や特開平１０−１５４８１７号に開示のものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置は、そのコントラスト比が液晶層、位相板、偏光板の光学パラメータに依存する。液晶層の光学パラメータには、ツイスト角、チルト角、リタデーションがあり、位相板の光学パラメータには、遅相軸方位角、リタデーションがある。また、偏光板の光学パラメータには、吸収軸方位角がある。
【０００６】
単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置においては、光が偏光板に入射すると、その入射光が位相板や液晶層を透過して反射電極に達し、反射電極で反射された光が再び液晶層や位相板を透過して偏光板に達する。この光透過及び反射過程において、光に２分の１波長に相当する位相差が付与されれば、２回目に偏光板に到達した段階で反射光は完全に吸収され、理想的な暗表示を実現することができる。すなわち、入射光が１回目に偏光板を透過する際に、直線偏光となった振動面が前記光透過及び反射過程において９０度回転し、反射光が２回目に偏光板に到達した時点でその振動面（振動方向）が偏光板吸収軸に平行になるためである。片道の光路長に換算すれば、入射光に付与される位相差は４分の１波長であり、反射電極に到達した時点に入射光の偏光状態は円偏光になっている。
【０００７】
法線方向を通過する光に着目し、前記のような偏光変換が可視波長の全域において成り立つように、液晶層、位相板、偏光板の光学パラメータを設定する。
【０００８】
反射型液晶表示装置においては、拡散型反射電極等の光拡散手段を用いることにより、周囲の光景の映り込みや鏡面反射を防ぎ、同時に、外来光を有効的に活用し、光反射率を増大させている。その結果、法線方向に出射する光の中に、斜め方向を含む広い視角範囲からの入射光が含まれるようになる。そのため、広い視角範囲に分布する光路において、入射光に付与される位相差を片道の光路長で４分の１波長にしなければならない。しかしながら、既知の単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置においては、位相差の視角依存性が十分に低減されていないため、斜め方向では透過光に付与される位相差が４分の１波長から大きくずれていた。
【０００９】
また、反射型液晶表示装置に用いられる拡散型反射電極は、微小な凹凸を数多く有しており、しかも、液晶層に近接配置されるために、液晶層の厚さに影響を与える。そして、液晶層の厚さが変動すると、入射光に付与されている４分の１波長の位相差を持たせるという条件を満たさなくなり、その結果、数多くの凹凸の頂部や底部で反射する光を十分吸収することができなくなり、高いコントラスト比を得ることができなかった。
【００１０】
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、視角変動に伴う位相差変動と液晶層厚の変動に伴う位相差変動とを低減して高コントラスト比の表示を行う反射型液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による反射型液晶表示装置は、一面に共通電極を形成し、他面に位相板及び偏光板を配置した上側基板と、直交配置した複数の信号線及び複数の走査線、複数の信号線と複数の走査線の各交差領域に配置した能動素子、複数の凹凸を有し、各能動素子に接続された光拡散性反射電極をそれぞれ形成した下側基板と、上側基板と下側基板間に挟持した液晶層と、共通電極と複数の信号線と複数の走査線にそれぞれ接続された駆動部とを備え、液晶層がノーマリクローズ表示を行うものであって、液晶層のツイスト角及びリターゼーションは、横軸を度で表した前記液晶層のツイスト角、縦軸をｎｍで表した前記液晶層のリターゼーションとした場合に、（５０度、２００ｎｍ）、（５０度、２７５ｎｍ）、（４０度、３０５ｎｍ）、（４０度、３５０ｎｍ）、（６５度、２７５ｎｍ）、（６５度、２００ｎｍ）、の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、液晶層のツイスト角及び位相板のリターゼーションは、横軸を度で表した液晶層のツイスト角、縦軸をｎｍで表した位相板のリターゼーションとした場合に、（５０度、３４０ｎｍ）、（４０度、４８０ｎｍ）、（６５度、４４０ｎｍ）、（６５度、２９０ｎｍ）の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、上側基板の法線方向から見て下側基板の配向処理方向を０度として反時計方向の角度により定義される位相板の遅相軸方位角及び偏光板の吸収軸方位角は、横軸を度で表した位相板の遅相軸方位角、縦軸を度で表した偏光板の吸収軸方位角とした場合に、（３０度、３２度）、（４０度、５０度）、（７０度、８８度）、（７５度、８８度）の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶層の複屈折の積が１０ｎｍ乃至５３ｎｍの範囲内にある手段を具備する。
【００１４】
前記手段によれば、液晶層の特性と光拡散性反射電極の凹凸形状として、液晶層のツイスト角の範囲、及び、光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶層の複屈折の積を前述のような範囲に選択したことにより、高コント比を有する良好な液晶表示を行うことができる液晶表示装置が得られ、この液晶表示装置を携帯型情報機器等に搭載すれば、携帯型情報機器等の使用範囲を周囲の明るさに殆ど依存しない範囲に拡大させることができる。
【００１５】
次に、本発明による液晶表示装置が前記手段に示すような範囲を選択するに至った技術的経緯について述べる。なお、以下の説明において、位相板の遅相軸方位角及び偏光板の吸収軸方位角は、上側基板の法線方向から見て下側基板の配向処理方向を０度とし、その角度から反時計方向の角度によって定義されるものである。
【００１６】
一般に、選択反射型液晶表示装置は、コントラスト比が明表示時と暗表示時の反射率の比で表されるものであり、コントラスト比に影響を及ぼすのは主として暗表示時の反射率である。また、反射型液晶表示装置は、表示形式として、液晶層にしきい値電圧以上の電圧を印加したときに暗表示状態になるノーマリオープン表示形式と、液晶層にしきい値電圧以下の電圧を印加したときに暗表示状態となるノーマリクローズ表示形式がある。
【００１７】
液晶層は印加電圧により配向状態が変化するため、ノーマリオープン表示形式である場合とノーマリクローズ表示形式である場合では暗表示時における配向状態が異なる。そして、液晶層の配向状態が印加電圧により変化した場合は、視角変動に伴う位相差変動と液晶層厚変動に伴う位相差変動とが生じる。
【００１８】
後で詳述するように、液晶層厚変動に伴う位相差変動は、液晶層のチルト角が最小となる印加電圧ゼロ時において最大になり、印加電圧が順次増大してチルト角が増大するに従って減少する。一方、視角変動に伴う位相差変動は、印加電圧がゼロのときに最小になる。この場合、液晶層厚変動に伴う位相差変動と視角変動に伴う位相差変動とは、その大きさを比べると、視角変動に伴う位相差変動の方が変動幅がかなり大きく、視角変動に伴う位相差変動が変動の主要因となる。このため、本発明は、印加電圧がゼロのときに暗表示状態になるノーマリクローズ表示形式を採用している。
【００１９】
ところで、単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置は、表示面側から順に偏光板、位相板、液晶層、光拡散性反射電極を積層配置した構成を備えている。そして、電圧無印加時における液晶層の法線方向の光学特性は、Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋａｒ，Ｇ．Ｓ．Ｒａｎｇａｎａｔｈ，Ｕ．Ｄ．Ｋｉｎｉ，Ｋ．Ａ．Ｓｕｒｅｓｈ等による文献、Ｍｏｌ．Ｃｈｒｉｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ 第２４巻（１９７３年）．第２０１乃至２１１頁に記載の内容に基いて得ることができる。すなわち、反射型液晶表示装置において、光拡散性反射電極で反射された反射光が液晶層に入射する時点に、その光の偏光状態が理想的な円偏光になっているものと仮定し、液晶層を透過した透過光の偏光状態を計算した。さらに、この計算結果から液晶層への電圧無印加時における液晶層厚変動に伴う位相差変動を求めた。
【００２０】
ここで、図２は、液晶層のツイスト角と液晶層厚変動に伴う位相差変動との関係を示す特性図である。
【００２１】
図２において、横軸は度で表した液晶層のツイスト角であり、縦軸はｎｍで表した液晶層厚変動に伴う位相差変動であり、液晶層の複屈折が０．０７３の場合に、液晶層厚が±０．５μｍ変動したときの位相差変動を表したものである。
【００２２】
図２に示されるように、液晶層厚変動に伴う位相差変動は、ツイスト角が０度のときに最大の３７ｎｍになり、ツイスト角が増大するに従って順次減少する特性を示すが、これはツイスト角が増大するに従って液晶層に旋光性が生じ、液晶層厚変動に伴う位相差変動量がリタデーションの変動量よりも小さくなることに基づくことによる。
【００２３】
次に、反射型液晶表示装置において、液晶層への印加電圧を変化させたときの視角変動に伴う位相差変動及び光拡散性反射電極の凹凸の変化、すなわち液晶層厚変動に伴う位相差変動を求めた。
【００２４】
図３は、液晶層への印加電圧と、視角変動に伴う位相差変動及び液晶層厚変動に伴う位相差変動との関係を示す特性図である。
【００２５】
図３において、横軸はボルト（Ｖ）で表した液晶層への印加電圧、縦軸はｎｍで表した視角変動及び液晶層厚変動に伴う位相差変動であり、極角が４０度であるときの特性である。そして、図３において、視角変動に伴う位相差変動として表している４本の特性曲線は、方位角が０度、９０度、１８０度、２７０度のときのものであり、液晶層厚変動に伴う位相差変動は、液晶層厚が±０．５μｍ変動したときの位相差変動を表したものである。
【００２６】
図３に示されるように、視角変動に伴う位相差変動は、方位角に係わりなく、印加電圧が０Ｖのときに最小になり、一方、液晶層厚変動に伴う位相差変動は、印加電圧が０Ｖのときに最大になる。この場合、視角変動に伴う位相差変動と液晶層厚変動に伴う位相差変動との大きさを比べると、液晶層厚変動に伴う位相差変動が最も大きくなる印加電圧０Ｖのときでも、視角変動に伴う位相差変動の方が倍またはそれ以上大きいので、本発明においては、電圧無印加時に暗表示状態になるノーマリクローズ表示形式を採用した。
【００２７】
次いで、単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置において、液晶層を透過する各透過光が可視波長の広い範囲にわたって直線偏光に変換されるように、液晶層のツイスト角とリタデーションとの関係、及び、液晶層のツイスト角と位相板のリタデーションとの関係を求めた。
【００２８】
図４は、液晶層のリタデーションとツイスト角との関係を示す特性図であり、図５は、位相板のリタデーションと液晶層のツイスト角との関係を示す特性図である。
【００２９】
図４において、横軸は度で表した液晶層のツイスト角であり、縦軸はｎｍで表した液晶層のリタデーションである。また、図５において、横軸は度で表した液晶層のツイスト角であり、縦軸はｎｍで表した位相板のリタデーションである。
【００３０】
図４及び図５に示されるように、高コントラストを与える解の分布領域（斜線領域）は、それぞれ複数の群を構成しており、ここではこれらの複数の群をＡ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群、Ｅ群と表すことにする。
【００３１】
さらに、位相板を透過した透過光の偏光（この場合、直線偏光または直線偏光に近い楕円偏光）の振動方向を求め、この振動方向に平行となるように偏光板の吸収軸を設定した。このような設定を行った場合、法線方向から偏光板に入射し、位相板及び液晶層を通った後で光拡散性反射電極で反射され、再び、法線方向から液晶層に入射し、位相板を透過した光は偏光板において十分に吸収されることになる。これとともに、視角変動に伴う位相差変動を低減させれば、光拡散性反射電極に広い視角範囲から光が入射した場合であっても、高コントラストを得ることができる。また、液晶層厚変動に伴う位相差変動を合わせて低減させれば、光拡散性反射電極の凹凸によって液晶層厚が変動し、それにより位相差変動を生じた場合であっても、高コントラストを得ることができる。
【００３２】
前述のように、本発明においては、視角変動に伴う位相差変動が最小になるように、液晶層への電圧無印加時に暗表示状態になるノーマリクローズ表示形式を採用しているが、これに加え、液晶層の特性と位相板の特性との最適な組み合わせを用いることにより、視角変動に伴う位相差変動をさらに低減させるようにしている。このとき、電圧無印加時における液晶層は、１軸性（ツイスト角が０度のとき）であり、屈折率の３次元分布を表すＮｚ係数は１．０になる。なお、このＮｚ係数は、Ｙａｓｕｏ Ｆｕｊｉｍｕｒａ，Ｔａｔｓｕｋｉ Ｎａｇａｔｓｕｋａ，Ｈｉｒｏｙｕｋｉ Ｙｏｓｈｉｍｉ，Ｔａｋｅｆｕｍｉ Ｓｉｍｏｍｕｒａ等が発表したＳＩＤ’９１ ＤＩＧＥＳＴ（１９９１） 第７３９乃至７４２頁に示されるように、次式により定義されるものである。
【００３３】
Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
ここで、ｎｘとｎｙは平面内の屈折率で、ｎｘは遅相軸方向の屈折率、ｎｙは進相軸方向の屈折率である。また、ｎｚは厚さ方向の屈折率である。
【００３４】
単偏光板型表示モードの液晶層は、図１１（ａ）に示すように、多くの場合、ねじれ配向のものであるが、ツイスト角が９０度以下で小さいため、図１１（ｂ）に示すように、その光学特性はＮｚ係数が１．０の１軸性媒体に近くなる。このため、Ｎｚ係数が１．０の液晶層とＮｚ係数が０．０の位相板とを組み合わせることにより、視角変動に伴う位相差変動を低減することができる。
【００３５】
図１１（ａ）、（ｂ）は、Ｎｚ係数が１．０の液晶層とＮｚ係数が０．０の位相板とを組み合わせたときの図である。
【００３６】
図１１（ａ）、（ｂ）に示されるように、Ｎｚ係数が０．０の位相板は屈折率形状が円盤状楕円形状を呈し、Ｎｚ係数が１．０の液晶層は屈折率形状がラグビーボール状楕円形状を呈するもので、これらの屈折率形状が異なっているため、厚さ方向の屈折率が寄与する視角方向においても位相差が補償される。
【００３７】
さらに、法線方向から見た液晶層の配向方向と位相板の遅相軸とを直交状態に配置すれば、位相板の遅相軸と液晶層の遅相軸は全ての視角方向において直交し、位相差がより良好な状態で補償される。
【００３８】
前述のように、液晶層への電圧無印加時に暗表示状態になるノーマリクローズ表示形式においては、暗表示状態のときに液晶層厚変動に伴う位相差変動が最小になる。これは、電圧無印加時に液晶層の見掛け上の複屈折が液晶材料の複屈折ほぼ同じになるからである。この場合、液晶層の見掛け上の複屈折がほぼ０になる電圧印加時に暗表示状態になるノーマリオープン表示形式は、光拡散性反射電極の凹凸の高さに制限がないのに対して、本発明で用いているノーマリクローズ表示形式は、光拡散性反射電極の凹凸の高さに許容値が存在する。
【００３９】
ところで、既知の反射型液晶表示装置である特開平６−７５２３８号や特開平１０−１５４８１７号に開示のものは、光拡散性反射電極における光散乱特性、凹凸の高さ、凹凸の高さと底辺との比率に着目しているが、光拡散性反射電極を単偏光板型表示モードと組み合わせている反射型液晶表示装置の場合は、コントラスト比にも着目する必要がある。特に、ノーマリクローズ表示形式の反射型液晶表示装置である場合には、光拡散性反射電極の凹凸の高さを許容値以下にすれば、視角変動に伴う位相差変動が良好な状態になるのに相俟って、より高いコントラスト比を得ることができる。
【００４０】
通常、陰極線管や透過型液晶表示装置等の内部発光型表示装置は、暗室で用いたときに１００：１を超えるコントラスト比が得られものの、照明光や太陽光の照射を受ける環境下では表示面で光反射が生じる。この場合、表示面に反射防止膜を設ければ、光反射量は低減するものの、それでも約１．０％の光反射が生じるもので、明るい室内や曇天時の屋外の環境光強度が約１０００ｃｄ／ｍ2 であるので、このときに１０ｃｄ／ｍ2 の反射光が生じることになる。このため、表示部の輝度を２００ｃｄ／ｍ2 としても、反射光の影響によりコントラスト比は約２０：１に低減する。すなわち、暗室内のように特別な使用条件を付加しない場合、透過型液晶表示装置であっても、コントラスト比の上限は２０：１程度である。このため、本発明は、コントラスト比の目標を２０：１に設定している。
【００４１】
再び、図４の特性図において、高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群は、その群に含まれる最小のツイスト角に着目して光拡散性反射電極の凹凸の高さの許容量を求めれば、その群全体が許容量を満たすことになる。この場合、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群、Ｅ群は、最小のツイスト角がそれぞれ０度、４０度、４０度、７５度、７５度である。
【００４２】
ここで、図６は、光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積と、コントラスト比との関係を示す特性図である。
【００４３】
図６において、横軸はｎｍで表した凹凸の高さと液晶材料の複屈折（Δｎ）の積であり、縦軸はコントラスト比であって、３本の特性曲線は液晶層の最小のツイスト角がそれぞれ０度、４０度、７５度のときのものである。
【００４４】
図６に示されるように、コントラスト比は凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積が増大するに従って直線的に減少するが、その直線的な減少比率は最小のツイスト角が増大するに従って小さくなっており、これは、最小のツイスト角が増大する程、許容される光拡散性反射電極の凹凸の高さが大きくなることを意味する。図６においては、本発明が目標としているコントラスト比２０：１を点線で表しており、最小のツイスト角が０度、４０度、７５度の場合、凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積がそれぞれ３２ｎｍ以下、５３ｎｍ以下、７４ｎｍ以下の範囲において２０：１のコントラスト比が得られる。これにより、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群、Ｅ群においては、凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積をそれぞれ３２ｎｍ以下、５３ｎｍ以下、５３ｎｍ以下、７４ｎｍ以下、７４ｎｍ以下にすれば、２０：１のコントラスト比が得られる。例えば、液晶材料の複屈折が０．０７３である場合、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群、Ｅ群に許容される凹凸の高さは、それぞれ０．４４μｍ以下、０．７３μｍ以下、０．７３μｍ以下、１．０μｍ以下、１．０μｍ以下になる。
【００４５】
このような凹凸の高さを有する光拡散性反射電極を製造する場合、実際に凹凸の加工精度に限界があることから、凹凸の高さに下限がある。通常、光拡散性反射電極の凹凸は有機膜をエッチングすることにより形成されるが、有機膜のエッチング精度が約３μｍであり、良好な光散乱特性を付与する凹凸の高さと底辺との比が１：１３乃至１：１８の範囲内であるから、光拡散性反射電極の凹凸の高さの下限は約０．１７μｍ程度である。現在のところ、液晶材料の複屈折の下限が０．０６であるので、凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積の下限は０．０１μｍである。
【００４６】
なお、位相板や液晶材料の複屈折の値は光波長に依存して変動する。通常の、測定には光波長が６３３ｎｍのヘリウムネオンレーザーが用いられることが多いので、これらの値は波長が６３３ｎｍの光を用いたときの値で定義している。同様に、複屈折と厚さの積によって表されるリタデーションについても、波長が６３３ｎｍの光を用いたときの値で定義している。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００４８】
図１は、本発明による液晶表示装置の実施の形態に係わるもので、液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【００４９】
図１において、１は上側基板、２は下側基板、３は液晶層、４は位相板、５は偏光板、６はカラーフィルタ、７はブラックマトリクス、８は平坦化層、９は共通電極、１０は第１配向膜、１１は第１絶縁膜、１２は第２絶縁膜、１３は光拡散性反射電極、１４は凹凸形成層、１５は第２配向膜、１６は薄膜トランジスタ、１７はスルーホールである。
【００５０】
そして、上側基板１は、一面（上面）に位相板４と偏光板５とがこの順に積層配置され、他面（下面）にカラーフィルタ６とブラックマトリクス７との組み合わせ部と平坦化層８と共通電極９と第１配向膜１０とがこの順に積層配置されている。下側基板２は、一面（上面）に第１絶縁膜１１と第２絶縁膜１２と凹凸形成層１４と光拡散性反射電極１３と第２配向膜１５がこの順番に積層配置されている。液晶層３は、上側基板１の他面（下面）と下側基板２の一面（上面）との間に挟持されている。薄膜トランジスタ１６は、逆スタガ型のもので、下側基板２一面（上面）に形成配置され、薄膜トランジスタ１６の各電極が図示されていない１本の走査線と１本の信号線及び光拡散性反射電極１３にそれぞれ導電接続されている。この場合、走査線と信号線はそれぞれ平行配置された複数本の走査線群及び信号線群からなっており、走査線群と信号線群は第１絶縁膜１１で絶縁された状態で互いに直交配置されている。また、各信号線と光拡散性反射電極１３は第２絶縁膜１２によって絶縁され、対応する光拡散性反射電極１３と薄膜トランジスタ１６の電極はスルーホール１７を通して導電接続されている。凹凸形成層１４は第２絶縁膜１２上に配置され、凹凸形成層１４上に配置した光拡散性反射電極１３に凹凸模様を形成している。光拡散性反射電極１３上に配置した第２配向膜１５は液晶層３の液晶配向方向を規定している。
【００５１】
上側基板１は、例えばホウケイサンガラス製で、０．７ｍｍの厚さのものである。カラーフィルタ６は、赤色、緑色、青色の各透過部分がストライプ状に繰り返し配列されたもので、画素間隙相当部分に樹脂性のブラックマトリクス７を有している。カラーフィルタ６とブラックマトリクス７との組み合わせ部分に形成される凹凸は樹脂性の平坦化層８により平坦化される。共通電極９は、例えば透明なＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）製で、０．２μｍの厚さのものである。第１配向膜１０は、例えば０．２μｍの厚さものである。
【００５２】
下側基板２は、例えば上側基板１と同じホウケイサンガラス製で、０．７ｍｍの厚さのものである。第２配向膜１５は、例えば０．２μｍの厚さものである。信号線と走査線は、例えばクロム（Ｃｒ）製で、第１絶縁膜１１は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜である。第２絶縁膜１２と凹凸形成層１４は、有機材料からなる膜である。凹凸形成層１４は、フォトリソグラフによって円柱形に形成したものを、加熱軟化することにより凸部状に形成している。凹凸形成層１４は、光の干渉効果による着色を除去するためにランダムな配置になっている。凹凸形成層１４は、凸状部の高さが後述する理由から０．５μｍに選ばれており、底部の形状が円形で、その直径が８μｍに選ばれている。
【００５３】
この場合、本発明の第１の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＣ群の解を選択している。
【００５４】
ここで、図７は、Ｃ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図８は、同じくＣ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【００５５】
図７において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図８において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【００５６】
第１の実施の形態においては、図７に示されるように、液晶層３のリタデーションを２００ｎｍ乃至３５０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを２８０ｎｍ乃至４７０ｎｍの範囲内とし、これと同時に、図８に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を３０度乃至７５度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を３０度乃至９０度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。この場合、方位角は、液晶表示装置を上側基板１の法線方向から観察し、下側基板２の配向処理方向を０度として反時計回りに定義している。
【００５７】
また、第１の実施の形態においては、Ｃ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を２８０ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を５０度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを４００ｎｍにし、図８に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を５０度にし、偏光板５の吸収軸方位角を７０度に選定した。
【００５８】
さらに、第１の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を５０度に選定しているものであるが、図６に示される特性図においては、ツイスト角が４０度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は５３ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を５３ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０７３のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは０．７３μｍになるので、それより若干低い０．５μｍにしている。
【００５９】
第１の実施の形態においては、液晶層３として、複屈折が０．０７３である高抵抗のフッ素系液晶材料を用い、直径が４．０μｍの真球状のポリマービーズを１ｍｍ2 当たり約１００個の割合で分散させたものを用いている。これにより、表示部全体にわたって液晶層厚を凹凸の中腹において３．９μｍにしている。
【００６０】
液晶層３との界面に使用される第１配向膜１０と第２配向膜１５には、ラビング法によって配向処理を施している。この配向処理時に、ラビングロールの回転数を３０００回転／分に、ラビングロールの基板との接触部の幅を１１ｍｍとして、液晶層３のプレチルト角を約５度にしている。また、配向処理の方位を適宜設定し、上側基板１と下側基板２との間隙部に液晶材料を注入したとき、液晶層３のツイスト角が５０度になるようにしている。また、位相板４には、Ｎｚ係数が０．０のＮＲＺフィルムを用いた。
【００６１】
このようにして得られた第１の実施の形態の反射型液晶表示装置について、法線方向に対して４５度の立体角範囲内から均一な入射光があった場合、入射光の反射率を測定して表示特性の評価を行った。
【００６２】
図９は、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置の評価を示すもので、液晶層３への印加電圧と反射率との関係を示す特性図である。
【００６３】
図９において、横軸はボルト（Ｖ）で表した印加電圧であり、縦軸は％で表した反射率である。
【００６４】
図９に示されるように、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置は、電圧無印加時に反射率が最小となり、印加電圧が１Ｖを超えて増大すると、反射率が急激に増大する典型的なノーマリクローズ表示特性を得ることができた。この場合、反射率の最大値は、印加電圧が２．７Ｖのときに得られ、そのときの反射率は２５．６％であり、コントラスト比は３１：１になっている。
【００６５】
このように第１の実施の形態によれば、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値以下に選択することにより、視角特性が優れ、高いコントラスト比を有するノーマリクローズ表示形式の反射型液晶表示装置を得ることができる。
【００６６】
ちなみに、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が０．７３μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．０μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が１４：１に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【００６７】
なお、第１の実施の形態においては、ツイスト角が５０度の解を、凹凸の高さの許容範囲をＣ群に含まれる解の最小ツイスト角である４０度において求めたものであるが、ツイスト角を５０度にして凹凸の高さの許容範囲を求めるようにすれば、ツイスト角を４０度にして求めたものよりもより正確に広い許容範囲を求めることができる。
【００６８】
第１の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いているものであるが、この位相板４のＮｚ係数を変化させれば、その変化に応じてコントラスト比も変動する。
【００６９】
図１０は、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置における位相板４のＮｚ係数とコントラスト比との関係を示す特性図である。
【００７０】
図１０において、横軸はＮｚ係数であり、縦軸はコントラスト比である。
【００７１】
図１０に示されるように、コントラスト比はＮｚ係数が０．０のときに最大で、Ｎｚ係数が増大するに従ってコントラスト比が順次低減する。そして、本発明の目標値である２０：１のコントラスト比の範囲は、Ｎｚ係数が０．５以下であれば達成することが可能である。
【００７２】
図１１（ｂ）に示されるように、Ｎｚ係数が０．０の位相板４と、Ｎｚ係数が１．０の１軸性媒体となる液晶層３とを組み合わせ、かつ、法線方向から見て位相板４の遅相軸と液晶層３の配向方向とが直交するように配置すれば、位相板４と液晶層３の遅相軸は全ての視角方向において直交し、位相板４と液晶層３の位相差が良好に補償される。実際に、単偏光型表示モードの液晶層３は、図１１（ａ）に示されるように、多くの場合捻れ配向であるが、ツイスト角が９０度以下、特に、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置は、ツイスト角が５０度と小さいため、その光学特性はＮｚ係数が１．０の１軸性媒体に近いものになる。
【００７３】
第１の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、位相板４の遅相軸が下側基板２の配向方向に対して５５度に設定されている。この設定条件は、上側基板１の配向方向に対して１０５度に、液晶層３の平均配向方向（液晶層３の中央における配向方向）に対して８０度に設定されたこと相当し、図１１（ｂ）に図示の条件に近くなっている。このような位相板配置において、Ｎｚ係数の理想値である０．０に近づければ、視角特性が良好に補償され、より高いコントラスト比が得られる。
【００７４】
次いで、図１２は、視角（極角）の変化と位相差変化量との関係を示す特性図である。
【００７５】
図１２において、横軸は度で表した視角（極角）であり、縦軸はｎｍで表した位相差変化量であり、位相板４のＮｚ係数が０．０の場合、Ｎｚ係数が１．０の場合及び位相板４がない場合を示すものである。
【００７６】
図１２に示されるように、位相差変化量は視角（極角）が最小のときに最小であり、視角（極角）が増大するに従って順次増大する。この場合、位相差変化量は、位相板４を用いた場合の方が位相板４を用いない場合よりも少なく、位相板４を用いた場合でも、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いた場合の方がＮｚ係数が１．０の位相板４を用いた場合よりも少なくなっており、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いた場合に高いコントラスト比が得られることを裏付けている。
【００７７】
ところで、これまでの説明は、第１の実施の形態として高コントラストを与えるＡ群乃至Ｅ群の中のＣ群の解についてのものであるが、参考として、本発明の第１の実施の形態に準じるものとしてＡ群、Ｂ群、Ｄ群、Ｅ群の解についても説明する。この場合、以下の説明においては、説明の便宜上、Ａ群の解を本発明の第２の実施の形態、Ｂ群の解を本発明の第３及び第４の実施の形態、Ｄ群の解を本発明の第５の実施の形態、Ｅ群の解を本発明の第６の実施の形態と呼ぶことにする。
まず、本発明の第２の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＡ群の解を選択している。
【００７８】
ここで、図１４は、Ａ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図１５は、同じくＡ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【００７９】
図１４において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図１５において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【００８０】
この第２の実施の形態においては、図１４に示されるように、液晶層３のリタデーションを３３０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを２００ｎｍ乃至３４０ｎｍの範囲内とし、同時に、図１５に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を８０度乃至１３５度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を０度乃至１５度、及び、８０度乃至１８０度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。
【００８１】
また、第２の実施の形態においては、Ａ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を４１０ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を２０度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを２６０ｎｍにし、図１５に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を１２０度にし、偏光板５の吸収軸方位角を１７０度に選定した。
【００８２】
さらに、第２の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を２０度に選定しているものであるが、図６に示される特性図においては、ツイスト角が０度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は２７ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を２７ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０６５のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは０．４９μｍになるので、それより若干低い０．４μｍにしている。
【００８３】
このようにして得られた第２の実施の形態の反射型液晶表示装置について評価を行ったところ、ノーマリクローズ型の表示特性が得られ、反射率の最大値は２５．６％であり、コントラスト比は３２：１になっている。
【００８４】
ちなみに、第２の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が０．４９μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．０μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が８：１に大幅に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【００８５】
次いで、本発明の第３の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＢ群の解を選択している。
【００８６】
ここで、図１６は、Ｂ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図１７は、同じくＢ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【００８７】
図１６において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図１７において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【００８８】
この第３の実施の形態においては、図１６に示されるように、液晶層３のリタデーションを３７０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを２８０ｎｍ乃至３４０ｎｍの範囲内とし、同時に、図１７に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を５度乃至５０度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を０度乃至１０度、及び、１２５度乃至１８０度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。
【００８９】
また、第３の実施の形態においては、Ｂ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を３９５ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を５０度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを３００ｎｍにし、図１７に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を１５度にし、偏光板５の吸収軸方位角を１３５度に選定した。
【００９０】
さらに、第３の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を５０度に選定しているものであるが、図６に示される特性図においては、ツイスト角が４０度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は５３ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を５３ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０７３のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは０．７３μｍになるので、それより低い０．５μｍにしている。
【００９１】
このようにして得られた第３の実施の形態の反射型液晶表示装置について評価を行ったところ、ノーマリクローズ型の表示特性が得られ、反射率の最大値は２５．５％であり、コントラスト比は３２：１になっている。
【００９２】
ちなみに、第３の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が０．７３μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．０μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が１５：１に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【００９３】
前述の第１乃至第３の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、視角変動に伴う位相差変動が最小となる液晶層３への電圧無印加時を暗表示状態に選択したノーマリクローズ型表示形式にしたことにより、視角変動に伴う位相差変動を低減させ、高コントラスト比を達成するようにしたものであるが、第４の実施の形態の反射型液晶表示装置は、それらの手段に加え、位相板４を第１位相板と第２位相板の積層構造にしたことにより、さらなる高コントラスト比になるようにしたものである。
【００９４】
第４の実施の形態の反射型液晶表示装置は、積層した第１位相板のＮｚ係数を０．０に、第２位相板のＮｚ係数を１．０にし、第１位相板と第２位相板の遅相軸が互いに直交するように配置している。すなわち、第３の実施の形態の反射型液晶表示装置と同様に、第１位相板の遅相軸方位角は１５度にし、第２位相板の遅相軸方位角はこれに直交する１０５度にしている。
【００９５】
いま、第１位相板のリタデーションをΔｎｄP1に、第２位相板のリタデーションをΔｎｄP2とし、１枚の位相板に求められるリタデーションをΔｎｄS とすると、ΔｎｄP1、ΔｎｄP2、ΔｎｄS の間に次式が成り立つようにする。
【００９６】
ΔｎｄP1−ΔｎｄP2＝ΔｎｄS
この式の左辺は第１位相板と第２位相板のリタデーションの合成値であり、これを１枚の位相板に求められるリタデーションに等しくなるように設定する。
【００９７】
図２２は、このときの第１位相板と第２位相板及び液晶層３における屈折率楕円体の配置状態を示す説明図である。
【００９８】
図２２に示されるように、第２位相板の遅相軸は液晶の配向方向にほぼ平行であり、かつ、そのＮｚ係数は液晶層３と同じ１．０であるので、液晶層３のリタデーションがΔｎｄP2だけ増大したことに等しくなる。また、このとき、第１位相板のリタデーションは、１枚の位相板を用いたときと比べてΔｎｄP2だけ増大している。第２位相板のリタデーションΔｎｄP2は、第１位相板のリタデーションの増加分ΔｎｄP2によって相殺されるので、法線方向から観察したときのリタデーションは、第３の実施の形態の反射型液晶表示装置と同じになる。このため、第４の実施の形態の反射型液晶表示装置は、法線方向における位相差の補償が第３の実施の形態の反射型液晶表示装置と同じように行われ、広い視角範囲にわたって位相差を実質的に４分の１波長に近い値にすることができる。
【００９９】
図１３は、第４の実施の形態の反射型液晶表示装置における視角（極角）の変化と位相差変化量との関係を示す特性図である。
【０１００】
図１３において、横軸は度で表した視角（極角）であり、縦軸はｎｍで表した位相差変化量であり、Ｎｚ係数が０．０の第１位相板及びＮｚ係数が１．０の第２位相板を用いた場合、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いた場合、Ｎｚ係数が１．０の位相板４を用いた場合及び位相板４を用いない場合を示すものである。
【０１０１】
図１３に示されるように、位相差変化量は、第１位相板及び第２位相板を用いた場合が最も少なく、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いた場合がそれに続いて少なく、Ｎｚ係数が１．０の位相板４を用いた場合が３番目に少なく、位相板４を用いない場合が最も多くなっており、これらの結果から、第１位相板及び第２位相板を用いた場合に最も高いコントラスト比が得られる。
【０１０２】
第４の実施の形態の液晶表示装置においては、第１位相板のリタデーションを４３０ｎｍにし、第２位相板のリタデーションを１３０ｎｍにしている。この場合、第１位相板のリタデーションと第２位相板のリタデーションとの差は３００ｎｍであり、第３の実施の形態の液晶表示装置と同じになっている。そして、第４の実施の形態の液晶表示装置においては、コントラスト比を測定したところ、３６：１が得られた。
【０１０３】
このように、第４の実施の形態の液晶表示装置は、位相板４を第１位相板と第２位相板の積層体によって構成し、それらのリタデーションを最適化して、視角変動に伴う位相差変動をより低減したことにより、３６：１という高いコントラスト比を得ることができたものである。
【０１０４】
続いて、本発明の第５の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＤ群の解を選択している。
【０１０５】
ここで、図１８は、Ｄ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図１９は、同じくＤ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【０１０６】
図１８において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図１９において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【０１０７】
この第５の実施の形態においては、図１８に示されるように、液晶層３のリタデーションを２００ｎｍ乃至３１０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを３２０ｎｍ乃至４６０ｎｍの範囲内とし、同時に、図１９に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を１０５度乃至１４５度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を２５度乃至６５度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。
【０１０８】
また、第５の実施の形態においては、Ｄ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を２５５ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を７５度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを３６０ｎｍにし、図１９に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を１２５度にし、偏光板５の吸収軸方位角を４１度に選定した。
【０１０９】
さらに、第５の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を７５度に選定しているものであるので、図６に示される特性図においては、ツイスト角が７５度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は７４ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を７４ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０７３のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは１．０１μｍになるので、それより低い０．５μｍにしている。
【０１１０】
このようにして得られた第５の実施の形態の反射型液晶表示装置について評価を行ったところ、ノーマリクローズ型の表示特性が得られ、反射率の最大値は２４．８％であり、コントラスト比は３２：１になっている。
【０１１１】
ちなみに、第５の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が１．０１μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．５μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が１１：１に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【０１１２】
続く、本発明の第６の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＥ群の解を選択している。
【０１１３】
ここで、図２０は、Ｅ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図２１は、同じくＥ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【０１１４】
図２０において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図２１において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【０１１５】
この第６の実施の形態においては、図２０に示されるように、液晶層３のリタデーションを２００ｎｍ乃至３７０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを１０ｎｍ乃至２４０ｎｍの範囲内とし、同時に、図２１に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を９５度乃至１８０度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を０度乃至２５度の範囲内、及び、１６０度乃至１８０度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。
【０１１６】
また、第６の実施の形態においては、Ｅ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を２９０ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を９０度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを１３０ｎｍにし、図２１に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を１３０度にし、偏光板５の吸収軸方位角を２２度に選定した。
【０１１７】
さらに、第６の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を９０度に選定しているものであるが、図６に示される特性図においては、ツイスト角が７５度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は７４ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を７４ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０７３のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは１．０１μｍになるので、それより低い０．５μｍにしている。
【０１１８】
このようにして得られた第６の実施の形態の反射型液晶表示装置について評価を行ったところ、ノーマリクローズ型の表示特性が得られ、反射率の最大値は２４．８％であり、コントラスト比は２５：１になっている。
【０１１９】
ちなみに、第６の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が１．０１μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．５μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が１２：１に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【０１２０】
【発明の効果】
このように、本発明の液晶表示装置によれば、液晶層の特性と光拡散性反射電極の凹凸形状として、液晶層のツイスト角の範囲、及び、光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶層の複屈折の積をそれぞれ前述のような範囲に選択したことにより、高コントラスト比を有する良好な液晶表示を行うことができる液晶表示装置が得られるという効果があり、この液晶表示装置を携帯型情報機器等に搭載すれば、携帯型情報機器等の使用範囲を周囲の明るさに殆ど依存しない範囲に拡大させることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の実施の形態に係わるもので、液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】液晶層のツイスト角と液晶層厚変動に伴う位相差変動との関係を示す特性図である。
【図３】液晶層への印加電圧と、視角変動に伴う位相差変動及び液晶層厚変動に伴う位相差変動との関係を示す特性図である。
【図４】液晶層のリタデーションとツイスト角との関係を示す特性図である。
【図５】位相板のリタデーションと液晶層のツイスト角との関係を示す特性図である。
【図６】光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積と、コントラスト比との関係を示す特性図である。
【図７】Ｃ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図８】Ｃ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図９】第１の実施の形態の反射型液晶表示装置の評価を示すもので、液晶層への印加電圧と反射率との関係を示す特性図である。
【図１０】第１の実施の形態の反射型液晶表示装置における位相板のＮｚ係数とコントラスト比との関係を示す特性図である。
【図１１】Ｎｚ係数が１．０の液晶層とＮｚ係数が０．０の位相板とを組み合わせたときの特性図である。
【図１２】視角（極角）の変化と位相差変化量との関係を示す特性図である。
【図１３】第４の実施の形態の反射型液晶表示装置における視角（極角）の変化と位相差変化量との関係を示す特性図である。
【図１４】Ａ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図１５】Ａ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図１６】Ｂ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図１７】Ｂ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図１８】Ｄ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図１９】Ｄ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図２０】Ｅ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図２１】Ｅ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図２２】第１位相板と第２位相板及び液晶層における屈折率楕円体の配置状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 上側基板
２ 下側基板
３ 液晶層
４ 位相板
５ 偏光板
６ カラーフィルタ
７ ブラックマトリクス
８ 平坦化層
９ 共通電極
１０ 第１配向膜
１１ 第１絶縁膜
１２ 第２絶縁膜
１３ 光拡散性反射電極
１４ 凹凸形成層
１５ 第２配向膜
１６ 薄膜トランジスタ
１７ スルーホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、複数の微小な凹凸を有する光拡散性反射電極を用い、それらの凹凸の高さと液晶特性とを選択することにより高コントラスト比の表示を行う反射型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、反射型液晶表示装置は、液晶表示装置の内部に光反射電極を組み込み、周囲からの入射光をこの光反射電極で反射させて表示を行うもので、周囲の明るさに依存せずにコントラスト比が一定になるため、広範囲の光環境の基で良好な画像表示をすることができるものであって、適当な補助光源を併用すれば、暗室等の暗い光環境の基でも、使用することが可能である。
【０００３】
ところで、反射型液晶表示装置には、大部分のものに単偏光板型表示モードが採用されている。単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置は、液晶セルの内面に反射電極を内蔵させ、１枚の偏光板と１枚もしくは２枚の位相板とを積層した構造になっている。この場合、単偏光板型表示モードは、液晶層の位相差の変化を利用した表示を行っているものであるため、コントラスト比が良好であり、かつ、駆動電圧が低くてもよいという特徴を有している。
【０００４】
また、単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置は、明るさを向上させ、かつ、鏡面反射をなくした高品位な表示画像を得るために、光散乱手段を用いている。この光散乱手段には、反射面に凹凸を有する光散乱反射電極を用いるもの、屈折率の異なる２種類以上の透明媒体からなる光散乱フィルムを用いるもの等がある。そして、光散乱手段は、斜め方向からの入射光を法線方向により多く反射させる機能を有するものであって、例えば反射型液晶表示装置の表示面を法線方向から観察する場合であっても、斜め方向を含んだ広い立体角範囲からの入射光を観察することができるものである。とりわけ、光散乱手段の中で光散乱反射電極を用いるものは、コントラストや解像度を低下させずに光拡散が可能になるという特色を有しているが、液晶層の厚さに変動を与える。単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置としては、例えば特開平６−７５２３８号や特開平１０−１５４８１７号に開示のものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置は、そのコントラスト比が液晶層、位相板、偏光板の光学パラメータに依存する。液晶層の光学パラメータには、ツイスト角、チルト角、リタデーションがあり、位相板の光学パラメータには、遅相軸方位角、リタデーションがある。また、偏光板の光学パラメータには、吸収軸方位角がある。
【０００６】
単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置においては、光が偏光板に入射すると、その入射光が位相板や液晶層を透過して反射電極に達し、反射電極で反射された光が再び液晶層や位相板を透過して偏光板に達する。この光透過及び反射過程において、光に２分の１波長に相当する位相差が付与されれば、２回目に偏光板に到達した段階で反射光は完全に吸収され、理想的な暗表示を実現することができる。すなわち、入射光が１回目に偏光板を透過する際に、直線偏光となった振動面が前記光透過及び反射過程において９０度回転し、反射光が２回目に偏光板に到達した時点でその振動面（振動方向）が偏光板吸収軸に平行になるためである。片道の光路長に換算すれば、入射光に付与される位相差は４分の１波長であり、反射電極に到達した時点に入射光の偏光状態は円偏光になっている。
【０００７】
法線方向を通過する光に着目し、前記のような偏光変換が可視波長の全域において成り立つように、液晶層、位相板、偏光板の光学パラメータを設定する。
【０００８】
反射型液晶表示装置においては、拡散型反射電極等の光拡散手段を用いることにより、周囲の光景の映り込みや鏡面反射を防ぎ、同時に、外来光を有効的に活用し、光反射率を増大させている。その結果、法線方向に出射する光の中に、斜め方向を含む広い視角範囲からの入射光が含まれるようになる。そのため、広い視角範囲に分布する光路において、入射光に付与される位相差を片道の光路長で４分の１波長にしなければならない。しかしながら、既知の単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置においては、位相差の視角依存性が十分に低減されていないため、斜め方向では透過光に付与される位相差が４分の１波長から大きくずれていた。
【０００９】
また、反射型液晶表示装置に用いられる拡散型反射電極は、微小な凹凸を数多く有しており、しかも、液晶層に近接配置されるために、液晶層の厚さに影響を与える。そして、液晶層の厚さが変動すると、入射光に付与されている４分の１波長の位相差を持たせるという条件を満たさなくなり、その結果、数多くの凹凸の頂部や底部で反射する光を十分吸収することができなくなり、高いコントラスト比を得ることができなかった。
【００１０】
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、視角変動に伴う位相差変動と液晶層厚の変動に伴う位相差変動とを低減して高コントラスト比の表示を行う反射型液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による反射型液晶表示装置は、一面に共通電極を形成し、他面に位相板及び偏光板を配置した上側基板と、直交配置した複数の信号線及び複数の走査線、複数の信号線と複数の走査線の各交差領域に配置した能動素子、複数の凹凸を有し、各能動素子に接続された光拡散性反射電極をそれぞれ形成した下側基板と、上側基板と下側基板間に挟持した液晶層と、共通電極と複数の信号線と複数の走査線にそれぞれ接続された駆動部とを備え、液晶層がノーマリクローズ表示を行うものであって、液晶層のツイスト角及びリターゼーションは、横軸を度で表した前記液晶層のツイスト角、縦軸をｎｍで表した前記液晶層のリターゼーションとした場合に、（５０度、２００ｎｍ）、（５０度、２７５ｎｍ）、（４０度、３０５ｎｍ）、（４０度、３５０ｎｍ）、（６５度、２７５ｎｍ）、（６５度、２００ｎｍ）、の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、液晶層のツイスト角及び位相板のリターゼーションは、横軸を度で表した液晶層のツイスト角、縦軸をｎｍで表した位相板のリターゼーションとした場合に、（５０度、３４０ｎｍ）、（４０度、４８０ｎｍ）、（６５度、４４０ｎｍ）、（６５度、２９０ｎｍ）の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、上側基板の法線方向から見て下側基板の配向処理方向を０度として反時計方向の角度により定義される位相板の遅相軸方位角及び偏光板の吸収軸方位角は、横軸を度で表した位相板の遅相軸方位角、縦軸を度で表した偏光板の吸収軸方位角とした場合に、（３０度、３２度）、（４０度、５０度）、（７０度、８８度）、（７５度、８８度）の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶層の複屈折の積が１０ｎｍ乃至５３ｎｍの範囲内にある手段を具備する。
【００１４】
前記手段によれば、液晶層の特性と光拡散性反射電極の凹凸形状として、液晶層のツイスト角の範囲、及び、光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶層の複屈折の積を前述のような範囲に選択したことにより、高コント比を有する良好な液晶表示を行うことができる液晶表示装置が得られ、この液晶表示装置を携帯型情報機器等に搭載すれば、携帯型情報機器等の使用範囲を周囲の明るさに殆ど依存しない範囲に拡大させることができる。
【００１５】
次に、本発明による液晶表示装置が前記手段に示すような範囲を選択するに至った技術的経緯について述べる。なお、以下の説明において、位相板の遅相軸方位角及び偏光板の吸収軸方位角は、上側基板の法線方向から見て下側基板の配向処理方向を０度とし、その角度から反時計方向の角度によって定義されるものである。
【００１６】
一般に、選択反射型液晶表示装置は、コントラスト比が明表示時と暗表示時の反射率の比で表されるものであり、コントラスト比に影響を及ぼすのは主として暗表示時の反射率である。また、反射型液晶表示装置は、表示形式として、液晶層にしきい値電圧以上の電圧を印加したときに暗表示状態になるノーマリオープン表示形式と、液晶層にしきい値電圧以下の電圧を印加したときに暗表示状態となるノーマリクローズ表示形式がある。
【００１７】
液晶層は印加電圧により配向状態が変化するため、ノーマリオープン表示形式である場合とノーマリクローズ表示形式である場合では暗表示時における配向状態が異なる。そして、液晶層の配向状態が印加電圧により変化した場合は、視角変動に伴う位相差変動と液晶層厚変動に伴う位相差変動とが生じる。
【００１８】
後で詳述するように、液晶層厚変動に伴う位相差変動は、液晶層のチルト角が最小となる印加電圧ゼロ時において最大になり、印加電圧が順次増大してチルト角が増大するに従って減少する。一方、視角変動に伴う位相差変動は、印加電圧がゼロのときに最小になる。この場合、液晶層厚変動に伴う位相差変動と視角変動に伴う位相差変動とは、その大きさを比べると、視角変動に伴う位相差変動の方が変動幅がかなり大きく、視角変動に伴う位相差変動が変動の主要因となる。このため、本発明は、印加電圧がゼロのときに暗表示状態になるノーマリクローズ表示形式を採用している。
【００１９】
ところで、単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置は、表示面側から順に偏光板、位相板、液晶層、光拡散性反射電極を積層配置した構成を備えている。そして、電圧無印加時における液晶層の法線方向の光学特性は、Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋａｒ，Ｇ．Ｓ．Ｒａｎｇａｎａｔｈ，Ｕ．Ｄ．Ｋｉｎｉ，Ｋ．Ａ．Ｓｕｒｅｓｈ等による文献、Ｍｏｌ．Ｃｈｒｉｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ 第２４巻（１９７３年）．第２０１乃至２１１頁に記載の内容に基いて得ることができる。すなわち、反射型液晶表示装置において、光拡散性反射電極で反射された反射光が液晶層に入射する時点に、その光の偏光状態が理想的な円偏光になっているものと仮定し、液晶層を透過した透過光の偏光状態を計算した。さらに、この計算結果から液晶層への電圧無印加時における液晶層厚変動に伴う位相差変動を求めた。
【００２０】
ここで、図２は、液晶層のツイスト角と液晶層厚変動に伴う位相差変動との関係を示す特性図である。
【００２１】
図２において、横軸は度で表した液晶層のツイスト角であり、縦軸はｎｍで表した液晶層厚変動に伴う位相差変動であり、液晶層の複屈折が０．０７３の場合に、液晶層厚が±０．５μｍ変動したときの位相差変動を表したものである。
【００２２】
図２に示されるように、液晶層厚変動に伴う位相差変動は、ツイスト角が０度のときに最大の３７ｎｍになり、ツイスト角が増大するに従って順次減少する特性を示すが、これはツイスト角が増大するに従って液晶層に旋光性が生じ、液晶層厚変動に伴う位相差変動量がリタデーションの変動量よりも小さくなることに基づくことによる。
【００２３】
次に、反射型液晶表示装置において、液晶層への印加電圧を変化させたときの視角変動に伴う位相差変動及び光拡散性反射電極の凹凸の変化、すなわち液晶層厚変動に伴う位相差変動を求めた。
【００２４】
図３は、液晶層への印加電圧と、視角変動に伴う位相差変動及び液晶層厚変動に伴う位相差変動との関係を示す特性図である。
【００２５】
図３において、横軸はボルト（Ｖ）で表した液晶層への印加電圧、縦軸はｎｍで表した視角変動及び液晶層厚変動に伴う位相差変動であり、極角が４０度であるときの特性である。そして、図３において、視角変動に伴う位相差変動として表している４本の特性曲線は、方位角が０度、９０度、１８０度、２７０度のときのものであり、液晶層厚変動に伴う位相差変動は、液晶層厚が±０．５μｍ変動したときの位相差変動を表したものである。
【００２６】
図３に示されるように、視角変動に伴う位相差変動は、方位角に係わりなく、印加電圧が０Ｖのときに最小になり、一方、液晶層厚変動に伴う位相差変動は、印加電圧が０Ｖのときに最大になる。この場合、視角変動に伴う位相差変動と液晶層厚変動に伴う位相差変動との大きさを比べると、液晶層厚変動に伴う位相差変動が最も大きくなる印加電圧０Ｖのときでも、視角変動に伴う位相差変動の方が倍またはそれ以上大きいので、本発明においては、電圧無印加時に暗表示状態になるノーマリクローズ表示形式を採用した。
【００２７】
次いで、単偏光板型表示モードを用いた反射型液晶表示装置において、液晶層を透過する各透過光が可視波長の広い範囲にわたって直線偏光に変換されるように、液晶層のツイスト角とリタデーションとの関係、及び、液晶層のツイスト角と位相板のリタデーションとの関係を求めた。
【００２８】
図４は、液晶層のリタデーションとツイスト角との関係を示す特性図であり、図５は、位相板のリタデーションと液晶層のツイスト角との関係を示す特性図である。
【００２９】
図４において、横軸は度で表した液晶層のツイスト角であり、縦軸はｎｍで表した液晶層のリタデーションである。また、図５において、横軸は度で表した液晶層のツイスト角であり、縦軸はｎｍで表した位相板のリタデーションである。
【００３０】
図４及び図５に示されるように、高コントラストを与える解の分布領域（斜線領域）は、それぞれ複数の群を構成しており、ここではこれらの複数の群をＡ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群、Ｅ群と表すことにする。
【００３１】
さらに、位相板を透過した透過光の偏光（この場合、直線偏光または直線偏光に近い楕円偏光）の振動方向を求め、この振動方向に平行となるように偏光板の吸収軸を設定した。このような設定を行った場合、法線方向から偏光板に入射し、位相板及び液晶層を通った後で光拡散性反射電極で反射され、再び、法線方向から液晶層に入射し、位相板を透過した光は偏光板において十分に吸収されることになる。これとともに、視角変動に伴う位相差変動を低減させれば、光拡散性反射電極に広い視角範囲から光が入射した場合であっても、高コントラストを得ることができる。また、液晶層厚変動に伴う位相差変動を合わせて低減させれば、光拡散性反射電極の凹凸によって液晶層厚が変動し、それにより位相差変動を生じた場合であっても、高コントラストを得ることができる。
【００３２】
前述のように、本発明においては、視角変動に伴う位相差変動が最小になるように、液晶層への電圧無印加時に暗表示状態になるノーマリクローズ表示形式を採用しているが、これに加え、液晶層の特性と位相板の特性との最適な組み合わせを用いることにより、視角変動に伴う位相差変動をさらに低減させるようにしている。このとき、電圧無印加時における液晶層は、１軸性（ツイスト角が０度のとき）であり、屈折率の３次元分布を表すＮｚ係数は１．０になる。なお、このＮｚ係数は、Ｙａｓｕｏ Ｆｕｊｉｍｕｒａ，Ｔａｔｓｕｋｉ Ｎａｇａｔｓｕｋａ，Ｈｉｒｏｙｕｋｉ Ｙｏｓｈｉｍｉ，Ｔａｋｅｆｕｍｉ Ｓｉｍｏｍｕｒａ等が発表したＳＩＤ’９１ ＤＩＧＥＳＴ（１９９１） 第７３９乃至７４２頁に示されるように、次式により定義されるものである。
【００３３】
Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
ここで、ｎｘとｎｙは平面内の屈折率で、ｎｘは遅相軸方向の屈折率、ｎｙは進相軸方向の屈折率である。また、ｎｚは厚さ方向の屈折率である。
【００３４】
単偏光板型表示モードの液晶層は、図１１（ａ）に示すように、多くの場合、ねじれ配向のものであるが、ツイスト角が９０度以下で小さいため、図１１（ｂ）に示すように、その光学特性はＮｚ係数が１．０の１軸性媒体に近くなる。このため、Ｎｚ係数が１．０の液晶層とＮｚ係数が０．０の位相板とを組み合わせることにより、視角変動に伴う位相差変動を低減することができる。
【００３５】
図１１（ａ）、（ｂ）は、Ｎｚ係数が１．０の液晶層とＮｚ係数が０．０の位相板とを組み合わせたときの図である。
【００３６】
図１１（ａ）、（ｂ）に示されるように、Ｎｚ係数が０．０の位相板は屈折率形状が円盤状楕円形状を呈し、Ｎｚ係数が１．０の液晶層は屈折率形状がラグビーボール状楕円形状を呈するもので、これらの屈折率形状が異なっているため、厚さ方向の屈折率が寄与する視角方向においても位相差が補償される。
【００３７】
さらに、法線方向から見た液晶層の配向方向と位相板の遅相軸とを直交状態に配置すれば、位相板の遅相軸と液晶層の遅相軸は全ての視角方向において直交し、位相差がより良好な状態で補償される。
【００３８】
前述のように、液晶層への電圧無印加時に暗表示状態になるノーマリクローズ表示形式においては、暗表示状態のときに液晶層厚変動に伴う位相差変動が最小になる。これは、電圧無印加時に液晶層の見掛け上の複屈折が液晶材料の複屈折ほぼ同じになるからである。この場合、液晶層の見掛け上の複屈折がほぼ０になる電圧印加時に暗表示状態になるノーマリオープン表示形式は、光拡散性反射電極の凹凸の高さに制限がないのに対して、本発明で用いているノーマリクローズ表示形式は、光拡散性反射電極の凹凸の高さに許容値が存在する。
【００３９】
ところで、既知の反射型液晶表示装置である特開平６−７５２３８号や特開平１０−１５４８１７号に開示のものは、光拡散性反射電極における光散乱特性、凹凸の高さ、凹凸の高さと底辺との比率に着目しているが、光拡散性反射電極を単偏光板型表示モードと組み合わせている反射型液晶表示装置の場合は、コントラスト比にも着目する必要がある。特に、ノーマリクローズ表示形式の反射型液晶表示装置である場合には、光拡散性反射電極の凹凸の高さを許容値以下にすれば、視角変動に伴う位相差変動が良好な状態になるのに相俟って、より高いコントラスト比を得ることができる。
【００４０】
通常、陰極線管や透過型液晶表示装置等の内部発光型表示装置は、暗室で用いたときに１００：１を超えるコントラスト比が得られものの、照明光や太陽光の照射を受ける環境下では表示面で光反射が生じる。この場合、表示面に反射防止膜を設ければ、光反射量は低減するものの、それでも約１．０％の光反射が生じるもので、明るい室内や曇天時の屋外の環境光強度が約１０００ｃｄ／ｍ2 であるので、このときに１０ｃｄ／ｍ2 の反射光が生じることになる。このため、表示部の輝度を２００ｃｄ／ｍ2 としても、反射光の影響によりコントラスト比は約２０：１に低減する。すなわち、暗室内のように特別な使用条件を付加しない場合、透過型液晶表示装置であっても、コントラスト比の上限は２０：１程度である。このため、本発明は、コントラスト比の目標を２０：１に設定している。
【００４１】
再び、図４の特性図において、高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群は、その群に含まれる最小のツイスト角に着目して光拡散性反射電極の凹凸の高さの許容量を求めれば、その群全体が許容量を満たすことになる。この場合、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群、Ｅ群は、最小のツイスト角がそれぞれ０度、４０度、４０度、７５度、７５度である。
【００４２】
ここで、図６は、光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積と、コントラスト比との関係を示す特性図である。
【００４３】
図６において、横軸はｎｍで表した凹凸の高さと液晶材料の複屈折（Δｎ）の積であり、縦軸はコントラスト比であって、３本の特性曲線は液晶層の最小のツイスト角がそれぞれ０度、４０度、７５度のときのものである。
【００４４】
図６に示されるように、コントラスト比は凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積が増大するに従って直線的に減少するが、その直線的な減少比率は最小のツイスト角が増大するに従って小さくなっており、これは、最小のツイスト角が増大する程、許容される光拡散性反射電極の凹凸の高さが大きくなることを意味する。図６においては、本発明が目標としているコントラスト比２０：１を点線で表しており、最小のツイスト角が０度、４０度、７５度の場合、凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積がそれぞれ３２ｎｍ以下、５３ｎｍ以下、７４ｎｍ以下の範囲において２０：１のコントラスト比が得られる。これにより、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群、Ｅ群においては、凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積をそれぞれ３２ｎｍ以下、５３ｎｍ以下、５３ｎｍ以下、７４ｎｍ以下、７４ｎｍ以下にすれば、２０：１のコントラスト比が得られる。例えば、液晶材料の複屈折が０．０７３である場合、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群、Ｅ群に許容される凹凸の高さは、それぞれ０．４４μｍ以下、０．７３μｍ以下、０．７３μｍ以下、１．０μｍ以下、１．０μｍ以下になる。
【００４５】
このような凹凸の高さを有する光拡散性反射電極を製造する場合、実際に凹凸の加工精度に限界があることから、凹凸の高さに下限がある。通常、光拡散性反射電極の凹凸は有機膜をエッチングすることにより形成されるが、有機膜のエッチング精度が約３μｍであり、良好な光散乱特性を付与する凹凸の高さと底辺との比が１：１３乃至１：１８の範囲内であるから、光拡散性反射電極の凹凸の高さの下限は約０．１７μｍ程度である。現在のところ、液晶材料の複屈折の下限が０．０６であるので、凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積の下限は０．０１μｍである。
【００４６】
なお、位相板や液晶材料の複屈折の値は光波長に依存して変動する。通常の、測定には光波長が６３３ｎｍのヘリウムネオンレーザーが用いられることが多いので、これらの値は波長が６３３ｎｍの光を用いたときの値で定義している。同様に、複屈折と厚さの積によって表されるリタデーションについても、波長が６３３ｎｍの光を用いたときの値で定義している。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００４８】
図１は、本発明による液晶表示装置の実施の形態に係わるもので、液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【００４９】
図１において、１は上側基板、２は下側基板、３は液晶層、４は位相板、５は偏光板、６はカラーフィルタ、７はブラックマトリクス、８は平坦化層、９は共通電極、１０は第１配向膜、１１は第１絶縁膜、１２は第２絶縁膜、１３は光拡散性反射電極、１４は凹凸形成層、１５は第２配向膜、１６は薄膜トランジスタ、１７はスルーホールである。
【００５０】
そして、上側基板１は、一面（上面）に位相板４と偏光板５とがこの順に積層配置され、他面（下面）にカラーフィルタ６とブラックマトリクス７との組み合わせ部と平坦化層８と共通電極９と第１配向膜１０とがこの順に積層配置されている。下側基板２は、一面（上面）に第１絶縁膜１１と第２絶縁膜１２と凹凸形成層１４と光拡散性反射電極１３と第２配向膜１５がこの順番に積層配置されている。液晶層３は、上側基板１の他面（下面）と下側基板２の一面（上面）との間に挟持されている。薄膜トランジスタ１６は、逆スタガ型のもので、下側基板２一面（上面）に形成配置され、薄膜トランジスタ１６の各電極が図示されていない１本の走査線と１本の信号線及び光拡散性反射電極１３にそれぞれ導電接続されている。この場合、走査線と信号線はそれぞれ平行配置された複数本の走査線群及び信号線群からなっており、走査線群と信号線群は第１絶縁膜１１で絶縁された状態で互いに直交配置されている。また、各信号線と光拡散性反射電極１３は第２絶縁膜１２によって絶縁され、対応する光拡散性反射電極１３と薄膜トランジスタ１６の電極はスルーホール１７を通して導電接続されている。凹凸形成層１４は第２絶縁膜１２上に配置され、凹凸形成層１４上に配置した光拡散性反射電極１３に凹凸模様を形成している。光拡散性反射電極１３上に配置した第２配向膜１５は液晶層３の液晶配向方向を規定している。
【００５１】
上側基板１は、例えばホウケイサンガラス製で、０．７ｍｍの厚さのものである。カラーフィルタ６は、赤色、緑色、青色の各透過部分がストライプ状に繰り返し配列されたもので、画素間隙相当部分に樹脂性のブラックマトリクス７を有している。カラーフィルタ６とブラックマトリクス７との組み合わせ部分に形成される凹凸は樹脂性の平坦化層８により平坦化される。共通電極９は、例えば透明なＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）製で、０．２μｍの厚さのものである。第１配向膜１０は、例えば０．２μｍの厚さものである。
【００５２】
下側基板２は、例えば上側基板１と同じホウケイサンガラス製で、０．７ｍｍの厚さのものである。第２配向膜１５は、例えば０．２μｍの厚さものである。信号線と走査線は、例えばクロム（Ｃｒ）製で、第１絶縁膜１１は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜である。第２絶縁膜１２と凹凸形成層１４は、有機材料からなる膜である。凹凸形成層１４は、フォトリソグラフによって円柱形に形成したものを、加熱軟化することにより凸部状に形成している。凹凸形成層１４は、光の干渉効果による着色を除去するためにランダムな配置になっている。凹凸形成層１４は、凸状部の高さが後述する理由から０．５μｍに選ばれており、底部の形状が円形で、その直径が８μｍに選ばれている。
【００５３】
この場合、本発明の第１の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＣ群の解を選択している。
【００５４】
ここで、図７は、Ｃ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図８は、同じくＣ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【００５５】
図７において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図８において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【００５６】
第１の実施の形態においては、図７に示されるように、液晶層３のリタデーションを２００ｎｍ乃至３５０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを２８０ｎｍ乃至４７０ｎｍの範囲内とし、これと同時に、図８に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を３０度乃至７５度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を３０度乃至９０度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。この場合、方位角は、液晶表示装置を上側基板１の法線方向から観察し、下側基板２の配向処理方向を０度として反時計回りに定義している。
【００５７】
また、第１の実施の形態においては、Ｃ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を２８０ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を５０度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを４００ｎｍにし、図８に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を５０度にし、偏光板５の吸収軸方位角を７０度に選定した。
【００５８】
さらに、第１の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を５０度に選定しているものであるが、図６に示される特性図においては、ツイスト角が４０度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は５３ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を５３ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０７３のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは０．７３μｍになるので、それより若干低い０．５μｍにしている。
【００５９】
第１の実施の形態においては、液晶層３として、複屈折が０．０７３である高抵抗のフッ素系液晶材料を用い、直径が４．０μｍの真球状のポリマービーズを１ｍｍ2 当たり約１００個の割合で分散させたものを用いている。これにより、表示部全体にわたって液晶層厚を凹凸の中腹において３．９μｍにしている。
【００６０】
液晶層３との界面に使用される第１配向膜１０と第２配向膜１５には、ラビング法によって配向処理を施している。この配向処理時に、ラビングロールの回転数を３０００回転／分に、ラビングロールの基板との接触部の幅を１１ｍｍとして、液晶層３のプレチルト角を約５度にしている。また、配向処理の方位を適宜設定し、上側基板１と下側基板２との間隙部に液晶材料を注入したとき、液晶層３のツイスト角が５０度になるようにしている。また、位相板４には、Ｎｚ係数が０．０のＮＲＺフィルムを用いた。
【００６１】
このようにして得られた第１の実施の形態の反射型液晶表示装置について、法線方向に対して４５度の立体角範囲内から均一な入射光があった場合、入射光の反射率を測定して表示特性の評価を行った。
【００６２】
図９は、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置の評価を示すもので、液晶層３への印加電圧と反射率との関係を示す特性図である。
【００６３】
図９において、横軸はボルト（Ｖ）で表した印加電圧であり、縦軸は％で表した反射率である。
【００６４】
図９に示されるように、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置は、電圧無印加時に反射率が最小となり、印加電圧が１Ｖを超えて増大すると、反射率が急激に増大する典型的なノーマリクローズ表示特性を得ることができた。この場合、反射率の最大値は、印加電圧が２．７Ｖのときに得られ、そのときの反射率は２５．６％であり、コントラスト比は３１：１になっている。
【００６５】
このように第１の実施の形態によれば、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値以下に選択することにより、視角特性が優れ、高いコントラスト比を有するノーマリクローズ表示形式の反射型液晶表示装置を得ることができる。
【００６６】
ちなみに、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が０．７３μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．０μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が１４：１に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【００６７】
なお、第１の実施の形態においては、ツイスト角が５０度の解を、凹凸の高さの許容範囲をＣ群に含まれる解の最小ツイスト角である４０度において求めたものであるが、ツイスト角を５０度にして凹凸の高さの許容範囲を求めるようにすれば、ツイスト角を４０度にして求めたものよりもより正確に広い許容範囲を求めることができる。
【００６８】
第１の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いているものであるが、この位相板４のＮｚ係数を変化させれば、その変化に応じてコントラスト比も変動する。
【００６９】
図１０は、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置における位相板４のＮｚ係数とコントラスト比との関係を示す特性図である。
【００７０】
図１０において、横軸はＮｚ係数であり、縦軸はコントラスト比である。
【００７１】
図１０に示されるように、コントラスト比はＮｚ係数が０．０のときに最大で、Ｎｚ係数が増大するに従ってコントラスト比が順次低減する。そして、本発明の目標値である２０：１のコントラスト比の範囲は、Ｎｚ係数が０．５以下であれば達成することが可能である。
【００７２】
図１１（ｂ）に示されるように、Ｎｚ係数が０．０の位相板４と、Ｎｚ係数が１．０の１軸性媒体となる液晶層３とを組み合わせ、かつ、法線方向から見て位相板４の遅相軸と液晶層３の配向方向とが直交するように配置すれば、位相板４と液晶層３の遅相軸は全ての視角方向において直交し、位相板４と液晶層３の位相差が良好に補償される。実際に、単偏光型表示モードの液晶層３は、図１１（ａ）に示されるように、多くの場合捻れ配向であるが、ツイスト角が９０度以下、特に、第１の実施の形態の反射型液晶表示装置は、ツイスト角が５０度と小さいため、その光学特性はＮｚ係数が１．０の１軸性媒体に近いものになる。
【００７３】
第１の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、位相板４の遅相軸が下側基板２の配向方向に対して５５度に設定されている。この設定条件は、上側基板１の配向方向に対して１０５度に、液晶層３の平均配向方向（液晶層３の中央における配向方向）に対して８０度に設定されたこと相当し、図１１（ｂ）に図示の条件に近くなっている。このような位相板配置において、Ｎｚ係数の理想値である０．０に近づければ、視角特性が良好に補償され、より高いコントラスト比が得られる。
【００７４】
次いで、図１２は、視角（極角）の変化と位相差変化量との関係を示す特性図である。
【００７５】
図１２において、横軸は度で表した視角（極角）であり、縦軸はｎｍで表した位相差変化量であり、位相板４のＮｚ係数が０．０の場合、Ｎｚ係数が１．０の場合及び位相板４がない場合を示すものである。
【００７６】
図１２に示されるように、位相差変化量は視角（極角）が最小のときに最小であり、視角（極角）が増大するに従って順次増大する。この場合、位相差変化量は、位相板４を用いた場合の方が位相板４を用いない場合よりも少なく、位相板４を用いた場合でも、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いた場合の方がＮｚ係数が１．０の位相板４を用いた場合よりも少なくなっており、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いた場合に高いコントラスト比が得られることを裏付けている。
【００７７】
ところで、これまでの説明は、第１の実施の形態として高コントラストを与えるＡ群乃至Ｅ群の中のＣ群の解についてのものであるが、参考として、本発明の第１の実施の形態に準じるものとしてＡ群、Ｂ群、Ｄ群、Ｅ群の解についても説明する。この場合、以下の説明においては、説明の便宜上、Ａ群の解を本発明の第２の実施の形態、Ｂ群の解を本発明の第３及び第４の実施の形態、Ｄ群の解を本発明の第５の実施の形態、Ｅ群の解を本発明の第６の実施の形態と呼ぶことにする。
まず、本発明の第２の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＡ群の解を選択している。
【００７８】
ここで、図１４は、Ａ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図１５は、同じくＡ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【００７９】
図１４において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図１５において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【００８０】
この第２の実施の形態においては、図１４に示されるように、液晶層３のリタデーションを３３０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを２００ｎｍ乃至３４０ｎｍの範囲内とし、同時に、図１５に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を８０度乃至１３５度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を０度乃至１５度、及び、８０度乃至１８０度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。
【００８１】
また、第２の実施の形態においては、Ａ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を４１０ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を２０度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを２６０ｎｍにし、図１５に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を１２０度にし、偏光板５の吸収軸方位角を１７０度に選定した。
【００８２】
さらに、第２の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を２０度に選定しているものであるが、図６に示される特性図においては、ツイスト角が０度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は２７ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を２７ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０６５のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは０．４９μｍになるので、それより若干低い０．４μｍにしている。
【００８３】
このようにして得られた第２の実施の形態の反射型液晶表示装置について評価を行ったところ、ノーマリクローズ型の表示特性が得られ、反射率の最大値は２５．６％であり、コントラスト比は３２：１になっている。
【００８４】
ちなみに、第２の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が０．４９μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．０μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が８：１に大幅に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【００８５】
次いで、本発明の第３の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＢ群の解を選択している。
【００８６】
ここで、図１６は、Ｂ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図１７は、同じくＢ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【００８７】
図１６において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図１７において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【００８８】
この第３の実施の形態においては、図１６に示されるように、液晶層３のリタデーションを３７０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを２８０ｎｍ乃至３４０ｎｍの範囲内とし、同時に、図１７に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を５度乃至５０度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を０度乃至１０度、及び、１２５度乃至１８０度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。
【００８９】
また、第３の実施の形態においては、Ｂ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を３９５ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を５０度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを３００ｎｍにし、図１７に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を１５度にし、偏光板５の吸収軸方位角を１３５度に選定した。
【００９０】
さらに、第３の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を５０度に選定しているものであるが、図６に示される特性図においては、ツイスト角が４０度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は５３ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を５３ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０７３のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは０．７３μｍになるので、それより低い０．５μｍにしている。
【００９１】
このようにして得られた第３の実施の形態の反射型液晶表示装置について評価を行ったところ、ノーマリクローズ型の表示特性が得られ、反射率の最大値は２５．５％であり、コントラスト比は３２：１になっている。
【００９２】
ちなみに、第３の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が０．７３μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．０μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が１５：１に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【００９３】
前述の第１乃至第３の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、視角変動に伴う位相差変動が最小となる液晶層３への電圧無印加時を暗表示状態に選択したノーマリクローズ型表示形式にしたことにより、視角変動に伴う位相差変動を低減させ、高コントラスト比を達成するようにしたものであるが、第４の実施の形態の反射型液晶表示装置は、それらの手段に加え、位相板４を第１位相板と第２位相板の積層構造にしたことにより、さらなる高コントラスト比になるようにしたものである。
【００９４】
第４の実施の形態の反射型液晶表示装置は、積層した第１位相板のＮｚ係数を０．０に、第２位相板のＮｚ係数を１．０にし、第１位相板と第２位相板の遅相軸が互いに直交するように配置している。すなわち、第３の実施の形態の反射型液晶表示装置と同様に、第１位相板の遅相軸方位角は１５度にし、第２位相板の遅相軸方位角はこれに直交する１０５度にしている。
【００９５】
いま、第１位相板のリタデーションをΔｎｄP1に、第２位相板のリタデーションをΔｎｄP2とし、１枚の位相板に求められるリタデーションをΔｎｄS とすると、ΔｎｄP1、ΔｎｄP2、ΔｎｄS の間に次式が成り立つようにする。
【００９６】
ΔｎｄP1−ΔｎｄP2＝ΔｎｄS
この式の左辺は第１位相板と第２位相板のリタデーションの合成値であり、これを１枚の位相板に求められるリタデーションに等しくなるように設定する。
【００９７】
図２２は、このときの第１位相板と第２位相板及び液晶層３における屈折率楕円体の配置状態を示す説明図である。
【００９８】
図２２に示されるように、第２位相板の遅相軸は液晶の配向方向にほぼ平行であり、かつ、そのＮｚ係数は液晶層３と同じ１．０であるので、液晶層３のリタデーションがΔｎｄP2だけ増大したことに等しくなる。また、このとき、第１位相板のリタデーションは、１枚の位相板を用いたときと比べてΔｎｄP2だけ増大している。第２位相板のリタデーションΔｎｄP2は、第１位相板のリタデーションの増加分ΔｎｄP2によって相殺されるので、法線方向から観察したときのリタデーションは、第３の実施の形態の反射型液晶表示装置と同じになる。このため、第４の実施の形態の反射型液晶表示装置は、法線方向における位相差の補償が第３の実施の形態の反射型液晶表示装置と同じように行われ、広い視角範囲にわたって位相差を実質的に４分の１波長に近い値にすることができる。
【００９９】
図１３は、第４の実施の形態の反射型液晶表示装置における視角（極角）の変化と位相差変化量との関係を示す特性図である。
【０１００】
図１３において、横軸は度で表した視角（極角）であり、縦軸はｎｍで表した位相差変化量であり、Ｎｚ係数が０．０の第１位相板及びＮｚ係数が１．０の第２位相板を用いた場合、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いた場合、Ｎｚ係数が１．０の位相板４を用いた場合及び位相板４を用いない場合を示すものである。
【０１０１】
図１３に示されるように、位相差変化量は、第１位相板及び第２位相板を用いた場合が最も少なく、Ｎｚ係数が０．０の位相板４を用いた場合がそれに続いて少なく、Ｎｚ係数が１．０の位相板４を用いた場合が３番目に少なく、位相板４を用いない場合が最も多くなっており、これらの結果から、第１位相板及び第２位相板を用いた場合に最も高いコントラスト比が得られる。
【０１０２】
第４の実施の形態の液晶表示装置においては、第１位相板のリタデーションを４３０ｎｍにし、第２位相板のリタデーションを１３０ｎｍにしている。この場合、第１位相板のリタデーションと第２位相板のリタデーションとの差は３００ｎｍであり、第３の実施の形態の液晶表示装置と同じになっている。そして、第４の実施の形態の液晶表示装置においては、コントラスト比を測定したところ、３６：１が得られた。
【０１０３】
このように、第４の実施の形態の液晶表示装置は、位相板４を第１位相板と第２位相板の積層体によって構成し、それらのリタデーションを最適化して、視角変動に伴う位相差変動をより低減したことにより、３６：１という高いコントラスト比を得ることができたものである。
【０１０４】
続いて、本発明の第５の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＤ群の解を選択している。
【０１０５】
ここで、図１８は、Ｄ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図１９は、同じくＤ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【０１０６】
図１８において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図１９において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【０１０７】
この第５の実施の形態においては、図１８に示されるように、液晶層３のリタデーションを２００ｎｍ乃至３１０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを３２０ｎｍ乃至４６０ｎｍの範囲内とし、同時に、図１９に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を１０５度乃至１４５度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を２５度乃至６５度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。
【０１０８】
また、第５の実施の形態においては、Ｄ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を２５５ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を７５度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを３６０ｎｍにし、図１９に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を１２５度にし、偏光板５の吸収軸方位角を４１度に選定した。
【０１０９】
さらに、第５の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を７５度に選定しているものであるので、図６に示される特性図においては、ツイスト角が７５度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は７４ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を７４ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０７３のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは１．０１μｍになるので、それより低い０．５μｍにしている。
【０１１０】
このようにして得られた第５の実施の形態の反射型液晶表示装置について評価を行ったところ、ノーマリクローズ型の表示特性が得られ、反射率の最大値は２４．８％であり、コントラスト比は３２：１になっている。
【０１１１】
ちなみに、第５の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が１．０１μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．５μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が１１：１に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【０１１２】
続く、本発明の第６の実施の形態においては、図４及び図５に示されている高コントラストを与える解の分布領域を示すＡ群乃至Ｅ群の中のＥ群の解を選択している。
【０１１３】
ここで、図２０は、Ｅ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図であり、図２１は、同じくＥ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【０１１４】
図２０において、横軸はｎｍで表した液晶層リタデーションであり、縦軸はｎｍで表した位相板リタデーションである。また、図２１において、横軸は度で表した位相板遅相軸方位角であり、縦軸は度で表した偏光板吸収軸方位角である。
【０１１５】
この第６の実施の形態においては、図２０に示されるように、液晶層３のリタデーションを２００ｎｍ乃至３７０ｎｍの範囲内とし、位相板４のリタデーションを１０ｎｍ乃至２４０ｎｍの範囲内とし、同時に、図２１に示されるように、位相板４の遅相軸方位角を９５度乃至１８０度の範囲内とし、偏光板５の吸収軸方位角を０度乃至２５度の範囲内、及び、１６０度乃至１８０度の範囲内として、解を満たす組み合わせの選択設定を行っている。
【０１１６】
また、第６の実施の形態においては、Ｅ群の解を選択したので、液晶層３、位相板４、偏光板５の各光学パラメータは、次のように選定した。図４に示す特性図から、液晶層厚と液晶材料の複屈折との積を２９０ｎｍにし、液晶層３のツイスト角を９０度に選定した。また、図５に示す特性図から、位相板４のリタデーションを１３０ｎｍにし、図２１に示す特性図から、位相板４の遅相軸方位角を１３０度にし、偏光板５の吸収軸方位角を２２度に選定した。
【０１１７】
さらに、第６の実施の形態においては、液晶層３のツイスト角を９０度に選定しているものであるが、図６に示される特性図においては、ツイスト角が７５度である直線に着目した。この直線において、２０：１のコントラスト比が得られる凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を求めると、凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積は７４ｎｍ以下になるので、ここでは凹凸の高さと液晶材料の複屈折との積を７４ｎｍ以下にしている。この場合、液晶材料として複屈折が０．０７３のものを用いたとすれば、許容される凹凸の高さは１．０１μｍになるので、それより低い０．５μｍにしている。
【０１１８】
このようにして得られた第６の実施の形態の反射型液晶表示装置について評価を行ったところ、ノーマリクローズ型の表示特性が得られ、反射率の最大値は２４．８％であり、コントラスト比は２５：１になっている。
【０１１９】
ちなみに、第６の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さの許容値が１．０１μｍ以下であるが、凹凸の高さをその許容値以外の値、例えば凹凸の高さを１．５μｍに設定したものについて表示特性の評価を行ったところ、コントラスト比が１２：１に低下していた。このように、光拡散性反射電極１３の凹凸の高さを許容値内に収めなければ、高いコントラスト比が得られないことが判る。
【０１２０】
【発明の効果】
このように、本発明の液晶表示装置によれば、液晶層の特性と光拡散性反射電極の凹凸形状として、液晶層のツイスト角の範囲、及び、光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶層の複屈折の積をそれぞれ前述のような範囲に選択したことにより、高コントラスト比を有する良好な液晶表示を行うことができる液晶表示装置が得られるという効果があり、この液晶表示装置を携帯型情報機器等に搭載すれば、携帯型情報機器等の使用範囲を周囲の明るさに殆ど依存しない範囲に拡大させることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の実施の形態に係わるもので、液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】液晶層のツイスト角と液晶層厚変動に伴う位相差変動との関係を示す特性図である。
【図３】液晶層への印加電圧と、視角変動に伴う位相差変動及び液晶層厚変動に伴う位相差変動との関係を示す特性図である。
【図４】液晶層のリタデーションとツイスト角との関係を示す特性図である。
【図５】位相板のリタデーションと液晶層のツイスト角との関係を示す特性図である。
【図６】光拡散性反射電極の凹凸の高さと液晶材料の複屈折の積と、コントラスト比との関係を示す特性図である。
【図７】Ｃ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図８】Ｃ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図９】第１の実施の形態の反射型液晶表示装置の評価を示すもので、液晶層への印加電圧と反射率との関係を示す特性図である。
【図１０】第１の実施の形態の反射型液晶表示装置における位相板のＮｚ係数とコントラスト比との関係を示す特性図である。
【図１１】Ｎｚ係数が１．０の液晶層とＮｚ係数が０．０の位相板とを組み合わせたときの特性図である。
【図１２】視角（極角）の変化と位相差変化量との関係を示す特性図である。
【図１３】第４の実施の形態の反射型液晶表示装置における視角（極角）の変化と位相差変化量との関係を示す特性図である。
【図１４】Ａ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図１５】Ａ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図１６】Ｂ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図１７】Ｂ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図１８】Ｄ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図１９】Ｄ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図２０】Ｅ群の解における液晶層リタデーションと位相板リタデーションとの関係を示す特性図である。
【図２１】Ｅ群の解における偏光板吸収軸方位角と位相板遅相軸方位角との関係を示す特性図である。
【図２２】第１位相板と第２位相板及び液晶層における屈折率楕円体の配置状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 上側基板
２ 下側基板
３ 液晶層
４ 位相板
５ 偏光板
６ カラーフィルタ
７ ブラックマトリクス
８ 平坦化層
９ 共通電極
１０ 第１配向膜
１１ 第１絶縁膜
１２ 第２絶縁膜
１３ 光拡散性反射電極
１４ 凹凸形成層
１５ 第２配向膜
１６ 薄膜トランジスタ
１７ スルーホール
Claims (2)
- 一面に共通電極を形成し、他面に位相板及び偏光板を配置した上側基板と、直交配置した複数の信号線及び複数の走査線、前記複数の信号線と前記複数の走査線の各交差領域に配置した能動素子、複数の凹凸を有し、前記各能動素子に接続された光拡散性反射電極をそれぞれ形成した下側基板と、前記上側基板と前記下側基板間に挟持した液晶層と、前記共通電極と前記複数の信号線と前記複数の走査線にそれぞれ接続された駆動部とを備え、前記液晶層がノーマリクローズ表示を行う反射型液晶表示装置であって、
前記液晶層のツイスト角及びリターゼーションは、横軸を度で表した前記液晶層のツイスト角、縦軸をｎｍで表した前記液晶層のリターゼーションとした場合に、（５０度、２００ｎｍ）、（５０度、２７５ｎｍ）、（４０度、３０５ｎｍ）、（４０度、３５０ｎｍ）、（６５度、２７５ｎｍ）、（６５度、２００ｎｍ）、の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、
前記液晶層のツイスト角及び前記位相板のリターゼーションは、横軸を度で表した前記液晶層のツイスト角、縦軸をｎｍで表した前記位相板のリターゼーションとした場合に、（５０度、３４０ｎｍ）、（４０度、４８０ｎｍ）、（６５度、４４０ｎｍ）、（６５度、２９０ｎｍ）の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、
前記上側基板の法線方向から見て前記下側基板の配向処理方向を０度として反時計方向の角度により定義される前記位相板の遅相軸方位角及び前記偏光板の吸収軸方位角は、横軸を度で表した前記位相板の遅相軸方位角、縦軸を度で表した前記偏光板の吸収軸方位角とした場合に、（３０度、３２度）、（４０度、５０度）、（７０度、８８度）、（７５度、８８度）の各頂点を順に直線で結んだ領域の範囲内にあり、
前記光拡散性反射電極の凹凸の高さと前記液晶層の複屈折の積が１０ｎｍ乃至５３ｎｍの範囲内にあることを特徴とする反射型液晶表示装置。 - 前記位相板は０．０のＮＺ係数を有していることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
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