JP4108234B2 - 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、特に液晶のねじれ角が９０度より大きいＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、両電極間の液晶分子のツイスト角を大きくして、鋭い電圧−透過率変化を起こし、高密度のドットマトリックス表示をする方法として、ＳＴＮ型の液晶表示装置が知られていた（T.J.Scheffer and J.Nehring, Appl.Phys.Lett.45(10)1021-1023(1984)）。
【０００３】
この方法では用いる液晶表示素子の液晶の複屈折率ΔｎLCと液晶層の厚みｄLCとの積ΔｎLC・ｄLCの値が実質的に０．８〜１．２μｍの間に設けられていた（特開昭６０−１０７０２０号公報）。そして、表示色としては黄緑色と暗青色、青紫色と淡黄色など、特定の色相の組み合わせでのみしか良好なコントラストが得られず、白黒表示ができないという欠点があった。
【０００４】
そこで、白黒表示が可能でかつコントラストの高い液晶表示装置を実現するための方法が従来より提案されており、例えば特公平３−１８１６４号公報には、互いに逆螺旋の液晶セルを２層積層し、一方のセルにのみ電圧を印加し、他方の液晶セルを単なる光学的な補償板として使用する方法が提案されている。
【０００５】
また、特公平３−５０２４９号公報では、高分子フィルムを用いてＳＴＮ液晶セルの光学補償をすることが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最近、携帯情報端末などにおいては、一層の小型薄型化、消費電力の低減を図るため、反射型液晶表示装置の採用が提案されている。更に、反射型としても透過型としても使用可能な半透過機能を備えた反射型液晶表示装置も提案され始めている。このような反射型液晶装置では、反射時での見栄えの確保が要求される。上述のような従来提案されていたＳＴＮ液晶セルは透過型であり、これを反射型として用いるために従来は液晶セルの非観察側外方に反射板を設ければよい。
【０００７】
しかし、セルの外側に反射板が配置される構成では、反射板と液晶層との間にセルの透明基板が存在するため、視差の発生を防ぐことができず、液晶セルに斜めから入射される光と、反射されてセル外に射出される光とが異なる画素を通過することとなる。従って、この液晶表示装置を斜めから観察すると表示した画素の陰が反射板に映ったような２重像となり、表示装置としての表示品質の低下を招いてしまう。
【０００８】
更に、透過型ＳＴＮ液晶セルと同じように偏光板を２枚用いると、光は入射時と反射時合わせて、計４回偏光板を通過する事になり、偏光板で発生する光の損失のため、光の利用効率が悪く表示が暗くなるという問題があった。
【０００９】
一方で、偏光板１枚とすると従来知られている２枚偏光板型のＳＴＮ液晶セルとは光学特性が異なってくるため、着色のない良好な白黒表示を行うためには従来の透過型ＳＴＮ液晶セルにおいて最適化されつつある光学的設定が利用できない。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされ、ＳＴＮ液晶セル内に反射層を備え、１枚の偏光板を用い、また、セルの光学的補償を位相差板で行う反射型のＳＴＮ液晶表示装置において、明るく視差が少なく、更に、良好な白黒表示を可能とするために最適な条件を備えた液晶表示装置を実現することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的は、更に半透過型としても最適な特性を備えた反射型ＳＴＮ液晶表示装置を実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の液晶表示装置は、以下のような特徴を備える。
【００１３】
まず、本発明の液晶表示装置は、対向面側にそれぞれ電極が形成された第１基板と第２基板との間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有し、該セルの前記第１基板の外側には、第１位相差板及び第２位相差板及び偏光板がこの順に配置され、前記液晶セル内の第２基板側に、前記１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成された液晶表示装置である。また、前記液晶層において前記第１基板から前記第２基板に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θLCは、±１６０゜〜±３００゜であり、前記液晶層の屈折率異方性ΔｎLCと前記液晶層の厚さｄLCとの積によって示される液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍである。更に、前記液晶層の前記第１基板側での配向方向に対する前記第１位相差板の遅相軸方向の角度をθ１とし、前記第１位相差板の遅相軸方向に対する前記第２位相差板の遅相軸方向の角度をθ２とし、前記第２位相差板の遅相軸方向に対する前記偏光板の吸収軸方向の角度をθ３とした場合に、θ１、θ２及びθ３は、それぞれ、上記ねじれ角θLCがマイナス範囲、つまり−１６０゜〜−３００゜の範囲に設定される場合に、６５°≦θ１≦９０°、−２５°≧θ２≧−５５°、５０°≦θ３≦８０°を満たし、反対にねじれ角θLCがプラス範囲、つまり１６０゜〜３００゜の範囲に設定される場合には、上記θ１、θ２及びθ３の各範囲のプラスマイナス符号と等号符号の向きが逆転した関係、つまり−６５゜≧θ１≧−９０゜、２５゜≦θ２≦５５゜、−５０゜≧θ３≧−８０゜を満たすことを特徴とする。なお、プラスマイナスの符号は、一例として、時計回りをプラスとし反時計回りをマイナスとして表現している。
【００１４】
セル内に半透過反射層を有するＳＴＮ液晶表示装置においてこのような条件を満たすように各光学要素を設計することで、反射モードにおいて視差がなく明るいＳＴＮＬＣＤを実現し、かつ、第１及び第２位相差板によってＳＴＮ液晶セルでの色つきが補償され白黒を正確に表示することが可能となる。
【００１５】
本発明の他の特徴は、対向面側にそれぞれ電極が形成された第１及び第２基板の間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有し、該セルの前記第１基板の外側には、第１位相差板及び第２位相差板及び偏光板がこの順に配置され、前記液晶セル内の前記第２基板側に、前記１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成された液晶表示装置であり、かつ、前記液晶層において前記第１基板から前記第２基板に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θLCは、±１６０゜〜±３００゜であり、前記液晶層の屈折率異方性ΔｎLCと前記液晶層の厚さｄLCとの積によって示される液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍであり、更に、上記ねじれ角θLCがマイナス範囲、つまり−１６０゜〜−３００゜の範囲に設定される場合に、上記と同じ定義のθ１、θ２及びθ３が、次の(i)〜(ix)のいずれかの条件を満たすことである。または、ねじれ角θLCがプラス範囲、つまり１６０゜〜３００゜の範囲に設定される場合には、(i)〜(ix)のいずれかであってその関係式のプラスマイナス及び不等号記号の向きが全て逆転した条件を満たすことである。
【００１６】
(i)−９０゜≦θ１≦−６０゜、−４０゜≦θ２≦−３０゜、７０°≦θ３≦８０°、
(ii)０°≦θ１≦２０°、−８０°≦θ２≦−６０°、１５°≦θ３≦４０°、
(iii)４５°≦θ１≦５５°、７０°≦θ２≦８０°、−６０°≦θ３≦−５０°、
(iv)８０°≦θ１≦９０°、６５°≦θ２≦７５°、−４５°≦θ３≦−３５°、
(v)６０°≦θ１≦８０°、５５ °≦θ２≦７５°、−６０°≦θ３≦−５５°、
(vi)１５°≦θ１≦３０°、−７５°≦θ２≦−６５°、−６５°≦θ３≦−５５°、
(vii)６０°≦θ１≦７０°、−７０°≦θ２≦−５５°、３５°≦θ３≦５５°、
(viii)３０°≦θ１≦５５°、−７０°≦θ２≦−５０°、−６５°≦θ３≦−４０°、
(ix)−８０°≦θ１≦−７０°、７５°≦θ２≦８５°、５０°≦θ３≦６０°。
【００１７】
このような(i)〜(ix)又は、(i)〜(ix)の＋−符号、≦≧符号の逆転したいずれかの条件を満たすように設計することによっても、視差がなく明るい表示が可能で、更に白黒を正確に表示することの可能な反射型ＳＴＮ液晶表示装置を実現できる。なお、＋−符号、≦≧符号の逆転した関係は、例えば上記(i)を例に挙げると９０゜≧θ１≧６０゜、４０゜≧θ２≧３０゜、−７０゜≧θ３≧−８０゜となる。
【００１８】
また本発明では、上記液晶表示装置において、前記第１基板側から入射された光は、前記液晶層への印加電圧に応じて複屈折を受けて前記半透過反射層には右円偏光又は左円偏光のいずれかのほぼ円偏光状態で到達し、前記第２基板側から入射された光は前記半透過反射層において前記第１基板側からの光と同一方向の右円偏光又は左円偏光のいずれか円偏光状態である。
【００１９】
本発明の更に別の特徴は、対向面側にそれぞれ電極が形成された第１基板と第２基板との間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有する液晶表示装置であって、前記液晶セルの前記第１基板の外側には第１位相差板及び第２位相差板及び第１偏光板がこの順に配置され、前記液晶セルの第２基板側には、第１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成され、前記第１基板側から入射された光は、前記液晶層への印加電圧に応じて複屈折を受けて前記半透過反射層には右円偏光又は左円偏光のいずれかのほぼ円偏光状態で到達し、前記第２基板側から入射された光は前記半透過反射層において前記第１基板側からの光と同一方向の右円偏光又は左円偏光のいずれか円偏光状態である。
【００２０】
反射層としてこのような半透過型の層を用いれば、例えば室外で外光が非常に強い場合には反射型として使用し、室内で暗い場合には内部光源を点灯させて透過型として使用することが可能となる。このため外光が強くても弱くても常に明るい画像を表示することが可能となる。つまり、このような半透過反射層を用いることで半透過反射型のＳＴＮ液晶表示装置を実現できる。
【００２１】
また、半透過反射層において光を反射する際にその光が円偏光になっていれば、反射特性が良く、例えばノーマリブラックモードのＳＴＮ液晶表示装置において、反射モード時における黒の表示がより正確となる。この場合において、該液晶セルの前記第２基板の外側に、更に前記液晶セルに円偏光を照射するための円偏光照射手段等を配置する構成を採用することで、透過モードは、光源となる光照射手段が液晶セルに円偏光を照射することとなり、液晶セルが反射モードの場合にも透過モードの場合にも液晶セルの第２基板側（ディスプレイの非観察側）で光が円偏光状態となるように設定されることとなり、モードが切り替わっても差異の少ない品質の高い表示を可能とする。
【００２２】
また、上記液晶表示装置において、前記円偏光照射手段は、円偏光光源、又は広帯域円偏光器及び光源によって構成することが好適である。
【００２３】
また、上記液晶表示装置において、前記広帯域円偏光器がコレステリックフィルムであることを特徴とする。或いは、このコレステリックフィルムに代え、前記広帯域円偏光器が、λ／４位相差フィルム、λ／２位相差フィルム及び偏光板を備える構成も採用可能である。
【００２４】
更に、前記広帯域円偏光器の前記偏光板は、特定方向に振動している直線偏光を透過し前記特定方向に垂直に振動している光を反射する反射偏光板であってもよい。
【００２５】
光源として理想的な広帯域円偏光光源（可視全波長光に対して円偏光光を出射する光源）が存在すれば、そのような光源を用いることが好ましいが、実際は、理想からのズレが存在する為、使用する偏光板、第２及び第１位相差板、液晶層、そして円偏光照射手段によって、最適な軸関係が存在する。よって、使用する円偏光照射手段の特性を評価し、最適配置することが適切である。特に、本発明では、上記液晶セルには前記広帯域円偏光器から右円偏光又は左円偏光が入射されることが好適である。そこで、円偏光として右又は左のどちらを採用するかに応じて、他の光学素子（位相差板、偏光板、液晶セル）の光学特性、特に各素子の光学特性軸関係が最適になるように配置することが好適である。
【００２６】
また本発明の他の特徴は、上記いずれかの液晶表示装置において、前記第１位相差板の屈折率異方性Δｎ１と前記第１位相差板の厚さｄ１との積によって示される第１位相差板のリタデーション値Δｎ１・ｄ１と、前記第２位相差板の屈折率異方性Δｎ２と前記第２位相差板の厚さｄ２との積によって示される第２位相差板のリタデーション値Δｎ２・ｄ２と、の合計値Ｒsが、前記液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCに対し、ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５−２５≦Ｒs≦ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５＋７５（但し、ｍ＝−２、０、１、２）の関係を満たすことである。
【００２７】
液晶層のリターデーション値ΔｎLC・ｄLCに対し、第１及び第２位相差板のリタデーション合計値Ｒsが上記関係を満たすように設定すると、適切な白黒表示を達成することのできる最適構成の存在数が多くなるため、液晶表示装置の最適化が容易となる。
【００２８】
本発明の更に別の特徴は、上記いずれかの液晶表示装置において、波長５９０ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr590、波長５９０ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC590、波長４００ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr400、波長４００ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC400で表した場合に、前記液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する前記第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｐr400／Ｐr590］の比が、０．９８〜１．１２の間であることである。
【００２９】
このような条件を満たす波長分散特性の第１及び第２位相差板を用いることで、各部材の光学的特性の最適化を図ることが容易となり、表示品質に優れた反射型、半透過反射型のＳＴＮ液晶表示装置を実現することが可能となる。
【００３０】
また本発明の他の特徴は、前記第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と前記第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２との関係は、Δｎ２・ｄ２＞Δｎ１・ｄ１を満たす事である。
【００３１】
このような関係を満たす位相差板を用いることで、上述のように各部材の光学特性の最適化を図ることが一層容易かつ確実となる。
【００３２】
本発明の更に別の特徴は、上記いずれかに記載の液晶表示装置において、前記１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１、前記第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２及び液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCが、下記(i)〜（iii)のいずれか一つの条件を満たすことである。(i)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≦１５０ｎｍ、(ii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≧４００ｎｍ、(iii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC×２／５、１６０ｎｍ≦Δｎ１・ｄ１≦２２０ｎｍ。
【００３３】
このような条件を満たすように液晶層及び第１及第２び位相差板を選択することで、各部材の光学特性の最適化を図ることが一層容易かつ確実となり、優れた表示品質の反射型或いは半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置を実現することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下実施形態という）について図面を用いて説明する。
【００３５】
［実施形態１］
図１は、本実施形態１に係る反射型ＳＴＮ液晶表示装置の概略構成、図２は図１の液晶セル１０の構成を示している。液晶セル１０は、例えばガラス基板などの透明基板が用いられた第１基板１４と第２基板１６との間隙に液晶層１２が挿入されている。第１基板１４及び第２基板１６の液晶層１２との対向面側にはそれぞれＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電性材料が用いられた第１電極２０及び第２電極２２が形成されており、各電極表面は絶縁層２４に覆われ、更に液晶分子の初期配向を制御するための配向層２６が絶縁層２４上に形成されている。液晶層中には液晶層の厚さを一定に保つためのスペーサ２８が混入されている。液晶セル１０の第２基板と液晶層１２との間、この実施形態１では、第２電極２２と第２基板１６との間に例えばＡｌからなる反射層１８が形成されており、第１基板１４側からセル内に入射される光をその表面で反射する。なお、絶縁層２４は必要に応じて省略することができる。
【００３６】
表示装置としての観察側に相当する液晶セル１０の第１基板外側には、図１に示すように複屈折性フィルムからなる第１位相差板４０と、拡散板４６及び第１位相差板４０と同じく複屈折性フィルムからなる第２位相差板４２がこの順に配置され、第２位相差板４２の外側には更に第１偏光板４４が配置されている。
【００３７】
この液晶表示装置において、時計回りをプラス、反時計回りをマイナスで表現する場合に、液晶層１２において、第１基板１４から第２基板１６に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θLCは、−１６０゜≧θLC≧−３００゜である。より好適には−１８０゜≧θLC≧−３００゜が好ましく、本実施形態では、このねじれ角θLCは−２４０゜であり、９０゜より大きいねじれ角を有するＳＴＮ液晶セルが構成されている。もちろん、このねじれ角θLCは、１６０゜≦θLC≦３００゜の範囲、つまり時計回りのねじれ角としてもよい。また、液晶材料としては正の誘電異方性を示す液晶が用いられ、このセル１０において液晶層１２の屈折率異方性ΔｎLCと前記液晶層の厚さｄLCとの積によって示される液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍに設定されている。なお、液晶層にはねじれ配向の維持を容易とする等の目的により旋光性物質を混ぜておくことが好適である。
【００３８】
図３に示すように、液晶層１２の第１基板１４側での配向方向に対する第１位相差板４０の遅相軸方向の角度をθ１とし、第１位相差板４０の遅相軸方向に対する第２位相差板４２の遅相軸方向の角度をθ２とし、第２位相差板４２の遅相軸方向に対する第１偏光板４４の吸収軸方向の角度をθ３と定義した場合、本実施形態１に係る液晶表示装置は、ねじれ角θLCがマイナス範囲（−１６０゜〜−３００゜）である場合に、θ１〜θ３が、以下のＮｏ．１〜Ｎｏ．１０のいずれかの条件を満たすような仕様とする。
【００３９】
Ｎｏ．１：６５°≦θ１≦９０°、−２５°≧θ２≧−５５°、５０°≦θ３≦８０°、
Ｎｏ．２：−６５°≧θ１≧−９０°、−３０°≧θ２≧−４０°、７０°≦θ３≦８０°、
Ｎｏ．３：０°≦θ１≦２０°、−８０°≦θ２≦−６０°、１５°≦θ３≦４０°、
Ｎｏ．４：４５°≦θ１≦５５°、７０°≦θ２≦８０°、−６０°≦θ３≦−５０°、
Ｎｏ．５：８０°≦θ１≦９０°、６５°≦θ２≦７５°、−４５°≦θ３≦−３５°、
Ｎｏ．６：６０°≦θ１≦８０°、５５ °≦θ２≦７５°、−６０°≦θ３≦−５５°、
Ｎｏ．７：１５°≦θ１≦３０°、−７５°≦θ２≦−６５°、−６５°≦θ３≦−５５°、
Ｎｏ．８：６０°≦θ１≦７０°、−７０°≦θ２≦−５５°、３５°≦θ３≦５５°、
Ｎｏ．９：３０°≦θ１≦５５°、−７０°≦θ２≦−５０°、−６５°≦θ３≦−４０°、
Ｎｏ．１０：−８０°≦θ１≦−７０°、７５°≦θ２≦８５°、５０°≦θ３≦６０°。
【００４０】
また、ねじれ角θLCがプラスの範囲、つまり１６０゜〜３００゜である場合に、は、上記Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０いずれかであって、θ１〜θ３の関係式における＋−符号と不等号記号が全て逆転した条件を満たすような仕様とする。
【００４１】
具体的には、
Ｎｏ．１１（−Ｎｏ．１）：−６５°≧θ１≧−９０°、２５°≦θ２≦５５°、−５０°≧θ３≧−８０°、
Ｎｏ．１２（−Ｎｏ．２）：６５°≦θ１≦９０°、３０°≦θ２≦４０°、−７０°≧θ３≧−８０°、
Ｎｏ．１３（−Ｎｏ．３）：０°≧θ１≧−２０°、８０°≧θ２≧６０°、−１５°≧θ３≧−４０°、
Ｎｏ．１４（−Ｎｏ．４）：−４５°≧θ１≧−５５°、−７０°≧θ２≧−８０°、６０°≧θ３≧５０°、
Ｎｏ．１５（−Ｎｏ．５）：−８０°≧θ１≧−９０°、−６５°≧θ２≧−７５°、４５°≧θ３≧３５°、
Ｎｏ．１６（−Ｎｏ．６）：−６０°≧θ１≧−８０°、−５５ °≧θ２≧−７５°、６０°≧θ３≧５５°、
Ｎｏ．１７（−Ｎｏ．７）：−１５°≧θ１≧−３０°、７５°≧θ２≧６５°、６５°≧θ３≧５５°、
Ｎｏ．１８（−Ｎｏ．８）：−６０°≧θ１≧−７０°、７０°≧θ２≧５５°、−３５°≧θ３≧−５５°、
Ｎｏ．１９（−Ｎｏ．９）：−３０°≧θ１≧−５５°、７０°≧θ２≧５０°、６５°≧θ３≧４０°、
Ｎｏ．２０（−Ｎｏ．１０）：８０°≧θ１≧７０°、−７５°≧θ２≧−８５°、−５０°≧θ３≧−６０°。
【００４２】
また、以下の（条件ａ）〜（条件ｄ）はこれを満たすことは必須ではないが、これらを満足することにより、反射型ＳＴＮＬＣＤとして望まれる表示品質を達成可能な装置の仕様の数が増えるため、最適化を容易にかつ確実に図ることが可能となる。
【００４３】
（条件ａ）第１位相差板４０の屈折率異方性Δｎ１と第１位相差板４０の厚さｄ１との積によって示される第１位相差板のリタデーション値Δｎ１・ｄ１と、前記第２位相差板４２の屈折率異方性Δｎ２と第２位相差板４２の厚さｄ２との積によって示される第２位相差板のリタデーション値Δｎ２・ｄ２と、の合計値Ｒs（Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２）は、液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄL Cに対し、ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５−２５≦Ｒs≦ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５＋７５（但し、ｍ＝−２、０、１、２）の関係を満たす。
【００４４】
（条件ｂ）波長５９０ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr590、波長５９０ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC590、波長４００ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr400、波長４００ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC400で表した場合に、液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｐr400／Ｐr590］の比が、０．９８〜１．１２の間に設定されている。
【００４５】
（条件ｃ）第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２とは、Δｎ２・ｄ２＞Δｎ１・ｄ１を満たしている。
【００４６】
（条件ｄ）第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２及び液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCの関係は、下記(i)〜（iii)のいずれか一つの条件を満たす。
【００４７】
(i)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≦１５０ｎｍ、
(ii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≧４００ｎｍ、
(iii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC×２／５、１６０ｎｍ≦Δｎ１・ｄ１≦２２０ｎｍ。
【００４８】
このような条件に設定された本実施形態１の反射型ＳＴＮ液晶表示装置は、以下のように動作する。
【００４９】
まず、装置観察側から第１偏光板４４に入射した外光は、第１偏光板においてその吸収軸と直交する方向の直線偏光が抽出され、これが第２位相差板４２、第１位相差板４０を通過して液晶層１２に到達する。本実施形態１においては、電圧印加に伴って表示輝度が上昇するネガモード（ノーマリブラック）の液晶セルを採用しており、白表示モードの場合には、液晶層１２に電圧が印加され、各液晶分子の長軸方向が基板１４及び１６の法線方向に向かって立ち上がり出す。このため、第２及び第１位相差板４２及び４０を経て液晶セル１０内に入射した光は、液晶層１２を通る間に微少の複屈折を受けて楕円偏光となり反射層１８に到達して反射され、入射時と反対の経路で第１偏光板４４に到達し、第１偏光板４４から装置観察側へと射出される。これにより白が表示される。
【００５０】
黒表示モードである場合、第１偏光板４４から入射した直線偏光は２４０゜のねじれ角θLCで配向した液晶層１２において複屈折を受け、円偏光となって反射層１８で反射される。反射された円偏光は液晶層１２を通過する間に再び複屈折を受け直線偏光となる。つまり、第２及び第１位相差板４２及び４０と、液晶層１２を通ることにより、第１偏光板４４から入射した直線偏光は、その位相が（２ｎ＋１）π／４（但し、ｎ＝０，１，２・・・）だけ進むため、反射層１８に到達した光は円偏光となり、反射されて液晶層１２と第１及び第２位相差板４０及び４２を通過したときには、第１偏光板４４から入射した直線偏光に対し（２ｎ＋１）π／２だけその位相が進んでいることとなる。従って、第１偏光板４４から入射した光と反射して戻ってきた光とは位相が完全に反転した直線偏光状態となり、第１偏光板４４で遮光されることとなる。ここで、本実施形態１では、θ１〜θ３が上述のような条件を満たし、更に第１及び第２位相差板のリタデーション値、液晶層のリタデーション値が上述のような関係となるように設定されていることで、反射層１８における偏光状態（円偏光状態）が、液晶層を通過して第１及び第２位相差板４０、４２を経て第１偏光板４４に到達した際に、光の全波長域に対してほぼ同一の直線偏光となる。第１偏光板４４は、その吸収軸がこの直線偏光と略平行となるように配置されているため、第１偏光板４４によって全波長域に対して光が遮断され、黒が正確に表示される。
【００５１】
なお、θ１〜θ３、ΔｎLC・ｄLC、Δｎ１・ｄ１、Δｎ２・ｄ２については、具体的には後述する表２に示すような仕様とすることができ、特に表２のｎｏ１の仕様を採用することで最適な特性が得られる。
【００５２】
なお、第１偏光板４４の吸収軸の第２位相差板４２に対する角度θ３は、これを９０゜回転させても反射特性としては同じ特性が得られる。このように、第１偏光板４４の吸収軸を９０゜回転させた場合、更に、反射層１８に対し右円偏光を入射する仕様であれば、左円偏光に変え、反対に左円偏光を入射する仕様であれば右円偏光に変えることで、同じ透過特性が得られる。
【００５３】
以上本実施形態１においては、液晶セル１０の外部に拡散板４６を設けた構成について説明したが、この拡散板４６に代え図１に点線で示すようにセル１０内において、反射層１８と第２基板１６との間に拡散機能を備えた凸凹層３６を形成した構成を採用することもできる（後述する図１５の符号３６参照）。このようにセル内に凸凹層３６を設ければ、外光の利用効率が一段と高まり、液晶表示装置の実質的な使用範囲（観察方向範囲）での反射強度を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、もちろん、本実施形態１の液晶表示装置は、例えば、液晶セル内にカラーフィルタ（後述する図１６の符号３２参照）を形成すればカラー表示をすることもできる。
【００５５】
［実施例１］
次に、上記条件を満たす液晶表示装置を実施例１として作成しその特性を評価した結果について説明する。
【００５６】
１２０×１６０ドット及び２４０×６４０ドットサイズの液晶表示パネルを用い、θLC：−２４０゜、θ１：８２゜、θ２：−３１゜、θ３：７４、ΔｎLC・ｄLC：０．６５ｎｍ、Δｎ１・ｄ１：０．１３８ｎｍ、Δｎ２・ｄ２：０．３８５ｎｍの条件を満たすように液晶セル、第１位相差板と、拡散板、第２位相差板、第１偏光板を配置した。得られた液晶表示装置に対し、デューティー比が１／１２０の条件でマルチプレックス駆動した。また比較例として偏光板を上下２枚用いた従来の反射型ＳＴＮ液晶表示装置を用意し、同じデューティー比１／１２０の条件で駆動した。白及び黒の色度座標及び反射率を測定した結果は以下の表１の通りである。
【００５７】
【表１】
なお、反射率の測定は、設置した液晶表示装置に対し、そのパネル法線方向から２０゜の位置にある光源から光を照射し、パネル法線方向に設置した測定機を用いて行った（後述する図１４参照）。また、反射率は標準白色板の明るさを１００％とした場合の数値である。
【００５８】
表１に示されるように、実施例１では白及び黒の色度座標ともに目標である（０．３１，０．３１６）に近づいており、特に比較例では黒の色度座標が（０．２２５，０．１８８）であるのに対し、実施例１では黒の色度座標が（０．２９９，０．３１７）と黒が正確に表示されていることが理解できる。また、実施例１では偏光板が１枚で実現されているため、比較例に比べて白の反射率が格段に向上している。
【００５９】
また、実施例１の液晶表示装置を１／２４０デューティー比の条件でマルチプレックス駆動した場合にも、実施例１では、白の色度座標は（０．２５３，０．２７３）、黒の色度座標（０．２９３，０．３１６）が得られており、白黒を正確に表示することができた。また、白の反射率は３４％、黒の反射率は４％であり、この条件においても、十分に明るい表示を行うことができた。
【００６０】
［実施形態２］
図４は、実施形態２に係る液晶表示装置の構成を示し、図５は図４の液晶セルの断面構成を示している。上記実施形態１は、液晶セル内に反射層を備えた反射型ＳＴＮ液晶表示装置であるが、本実施形態２では、反射型としても透過型としても使用できる半透過型ＳＴＮ液晶表示装置である。液晶セル１０の第１基板１４の外側には、実施形態１と同様に第１位相差板４０、第２位相差板４２、第１偏光板４４がこの順に配置されている。実施形態１と異なる点は、液晶セル１０内の半透過反射層３０と、液晶セル１０の第２基板側に透過モード時に光源となる円偏光照射手段７０を備えることであり、他の構成は実施形態１と共通している。
【００６１】
半透過反射層３０は、装置の観察側、つまり第１偏光板４４から入射する光を反射し、装置の非観察側に配置された光源から第２基板１６を経て入射する光を透過させる機能を備え、本実施形態２では図４のように第２基板１６と第２電極２２との間に形成している。なお、半透過反射層３０と第２電極２２との間には両者を絶縁する機能も備えた平坦化層３４を設けている。
【００６２】
半透過反射層３０としては、偏光解消が少なく、特に反射又は透過時に偏光軸の回転が少ない材料を用いることが好ましく、例えばＡｌのハーフミラー等を用いることができる。また、このＡｌハーフミラーの第１基板側表面にＳｉＯ2膜を積層したり、ＳｉＯ2とＴｉＯ2の積層構造を形成することにより反射色の調整や、反射強度を制御することができる。半透過反射層３０での反射：透過強度は例えばＡｌから形成されている場合、このＡｌ層に孔を開けたり、層の厚さを制御することで例えば９：１〜６：４程度に調整できる。また、一例として半透過反射層３０で反射される光の色が、JIS規格のＣ光源（ｘｙ色度座標上の０．３１，０．３１６）に近づくように調整した場合に、反射率は７１％、反射光の色度座標は（０．３１０，０．３２２）、透過率は１０．３％、透過光の色度座標（０．２７８，０．２７４）という特性を実現することができる。
【００６３】
液晶セル１０の非観察側に設けられた円偏光照射手段７０は、直接円偏光を射出することが可能な円偏光光源によって構成することができる。または、広帯域円偏光板と光源とによって構成することもできる。この広帯域円偏光板としてはコレステリック液晶フィルムを用いることが可能である。コレステリック液晶フィルムは、入射光に対し、右方向又は左に旋回する円偏光のみを透過させ、他を反射する機能を備えており、このフィルムを光源と液晶セル１０との間に配置することで、光源光のうち所定の円偏光のみを液晶セル１０の第２基板１６側に射出することができる。図４に示す例では、円偏光照射手段７０は、光源６０と、広帯域円偏光板とからなり、広帯域円偏光板は、光源６０に近いほうから順に、第２偏光板６２、λ／２板６４及びλ／４板６６によって構成されている。図４の構成からなる広帯域円偏光板は、第２偏光板６２、λ／２及びλ／４板６４、６６の特性を最適化することで、光源光を全波長において円偏光に変換している。なお、第２偏光板６２は、光源光のうち偏光板の吸収軸に直交する方向の直線偏光を透過させ残りは吸収すれば要求された機能は果たすが、更に吸収軸方向の直線偏光についてはこれを反射する機能を備えた反射偏光板を用いることで光源光の利用効率向上を図ることが可能となる。
【００６４】
以上のような構成において、本実施形態２では、上述の実施形態１と同様に下記（条件Ａ）〜（条件Ｆ）に適合するような仕様とする。少なくとも（Ａ）及び（Ｂ）についてはこれを満たすように設定する必要がある。
【００６５】
（Ａ）時計回りをプラス、反時計回りをマイナスで表現する場合に、液晶層１２のねじれ角θLCは、±１６０゜〜±３００゜である。より好適には±１８０゜±３００゜であり、例えばθLCは−２４０゜に設定する。また、液晶材料としては正の誘電異方性を示す液晶を用い、この液晶セル１０において液晶層１２のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍとする。
【００６６】
（Ｂ）液晶層１２の第１基板１４側での配向方向に対する第１位相差板４０の遅相軸方向の角度θ１、第１位相差板４０の遅相軸方向に対する第２位相差板４２の遅相軸方向の角度θ２、第２位相差板４２の遅相軸方向に対する第１偏光板４４の吸収軸方向の角度θ３が、実施形態１と同様、ねじれ角θLCがマイナスつまり−１６０゜〜−３００゜の場合Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０のいずれかの条件を満たすように設定する。或いは、ねじれ角θLCがプラスつまり１６０゜〜３００゜の場合、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０のいずれかの条件であって規定されている関係式においてθ１〜θ３の全ての＋−符号と不等号記号の向きを逆転させた条件を満たすように設定する。即ち、Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．２０のいずれかの条件を満たすように設定する。
【００６７】
（Ｃ）第１位相差板４０のリタデーション値Δｎ１・ｄ１と、第２位相差板４２のリタデーション値Δｎ２・ｄ２との合計値Ｒs（Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２）についても、実施形態１と同様に、
ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５−２５ ≦ Ｒs ≦ ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５＋７５（但し、ｍ＝−２、０、１、２）の関係を満たす。
【００６８】
（Ｄ）液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｐr400／Ｐr590］の比についても実施形態１と同様に０．９８〜１．１２の間に設定する。
【００６９】
（Ｅ）第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２とは、Δｎ２・ｄ２＞Δｎ１・ｄ１を満たす。
【００７０】
（Ｆ）第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２及び液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCの関係は、下記(i)〜（iii)のいずれか一つの条件を満たす。(i)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≦１５０ｎｍ、(ii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≧４００ｎｍ、(iii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC×２／５、１６０ｎｍ≦Δｎ１・ｄ１≦２２０ｎｍ。
【００７１】
下記表２及び表３は、
【表２】
【表３】
実際の設定値の例である。この表２及び表３に示すno1〜no53のいずれかの仕様を採用すれば、正確な白黒表示を行うことが可能となる。具体的には、表２及び表３の仕様であれば、１／２４０デューティー比で最適バイアス（１／１６）下で駆動した場合に、黒の反射率が０．８％未満で色度座標のｘがｘ≦０．３１を満たし、かつ白の反射率が２５％以上を満たすことができる。
【００７２】
特に、表２の仕様no1（θLC：−２４０゜、θ１：８２゜、θ２：−３１゜、θ３：７４゜、ΔｎLC・ｄLC：０．６５μｍ、Δｎ１・ｄ１：０．１３８μｍ、Δｎ２・ｄ２：０．３８５μｍ、第２基板からの入射光：左円偏光）が最適である。
【００７３】
図６〜図９は、第１及び第２位相差板の合計位相差値（リタデーション合計値Ｒs）と、液晶のΔｎLC・ｄLCとの関係について示している。図６〜図９は、液晶層の厚さｄLCを５μｍに固定し、液晶のΔｎLCを変化させてΔｎLC・ｄLCの値を変化させている。各図において、縦軸は、各液晶表示装置を１／２４０デューティー比で最適バイアスで駆動した場合に、反射黒輝度０．８％未満で、反射白輝度２５％以上の条件を満たす表２、３のような仕様の存在度数であり、横軸は第１及び第２位相差板の合計位相差値である。ここで、直線偏光が円偏光に変化するには、上述のように入射光の位相が（２ｎ＋１）π／４（但し、ｎ＝０，１，２・・・）だけ変化する必要があり、リタデーション合計値Ｒsは、上記条件を満たすポイントのみに存在する。実際には、合計位相差値Ｒsは、各光学部材の軸角度を調整することである程度の幅を持った領域に存在することとなり、各図に示すように、合計位相差値は周期的かつ離散的な分布特性を示す。更にこの周期的な離散状態は、ΔｎLC・ｄLCが、０．６μｍ（図６）、０．６５μｍ（図７）、０．７０μｍ（図８）、０．７５μｍ（図９）と変化するにつれて変化しており、また各合計位相差値における仕様の存在度数も変化し、ここでは図７の０．６５μｍの場合、最も存在度数が多い。従って、例えば上記条件Ｃを満たすようにＲｓとΔｎLC・ｄLCを決定することで、要求される表示特性を実現可能な装置仕様の存在度数が多くなり、装置の各要素の取りうる光学特性値の自由度が高まり、更に製造上のマージンが広くなるので装置の最適化を図ることが容易となる。
【００７４】
次に、液晶層と第１及び第２位相差板との波長分散比について説明する。この波長分散比は、上記（条件Ｄ）に示すように、液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｒs400／Ｒs590］の比で表され、本実施形態２では０．９８〜１．１２の間に設定する。
【００７５】
下記表４は、
【表４】
それぞれ異なる液晶ＬＣ０〜ＬＣ１１及び位相差板材料（ポリカーボネイト、ポリアリレート、ポリスルホン）の波長分散値の求め方を表している。波長４００ｎｍ及び５９０ｎｍにおける波長分散値Δｎ・ｄ400、Δｎ・ｄ590は、分散式［ａ＋ｂ／（λ）2＋ｃ／（λ）4］によって求めることができ、表４の右の列が、液晶層の波長分散値ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590と、第１及び第２位相差板の波長分散値Ｐr400／Ｐr590である。
【００７６】
図１０は、入射光の波長に対する液晶層及び位相差板の波長分散値の特性を示している。実線で示した線はそれぞれ切片の小さい方から順に表４の液晶層ＬＣ０〜ＬＣ１１の波長分散特性を示しており、白抜きの四角、三角、丸は位相差板として一般的に用いられる材料の波長分散特性である。
【００７７】
図１１〜図１３は、液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｒs400／Ｒs590］の比である波長分散比を変化させた場合に、各位相差板合計位相差値での最適仕様の存在度数の分布を示している。図１１〜図１３の各図においては、液晶層の厚さｄLCを６μｍ（図１１）、５μｍ（図１２）、４μｍ（図１３）と変化させ、また、ΔｎLC・ｄLCの値が０．６５μｍで一定となるように液晶材料を変えΔｎLCを変化させている。そして、図１１での波長分散比は１．００３、図１２では１．０４１、図１３では１．０９１である。最適仕様の存在度数とは、各液晶表示装置を１／２４０デューティー比で最適バイアスで駆動した場合に、反射黒輝度０．８％未満で、反射白輝度２５％以上の条件を満たす表２、３のような仕様の存在数である。図１１〜図１３の比較からわかるように、最適仕様の存在度数は波長分散比に対し依存性を示す。図１１〜図１３の例では、どの波長分散比においても十分な数の最適仕様が得られているが、図１１は最も存在度数が高い。このように最適仕様の存在数が多ければ、要求された特性に応じた液晶表示装置の各部材の設定自由度が高まり、実際に液晶表示装置を構成する場合に、各部材の光学特性（例えば、θやΔｎ・ｄ）等を最適化することが容易となる。
【００７８】
このように高い存在度数を得るためには、波長分散比は、本実施形態２において０．９８〜１．１２程度、つまり、図１１〜図１３の比較から把握できるように、液晶の波長分散値と第１及び第２位相差板の波長分散値がほぼ同じ程度であることが好ましい。図１０を参照して説明すると、ＬＣ０のような特性の液晶を用いる場合には、ポリスルホンやポリアリレートよりも、特性差の大きい短波長域でＬＣ０に特性の近いポリカーボネイトを位相差板として用いることで、全波長域にわたって適切な位相補償ができることとなる。また、反対に、ＬＣ１１の特性の液晶を用いる場合には、ポリカーボネイトよりも特性差の大きい短波長側で特性の近似したポリスルホンを位相板として用いることが適切である。
【００７９】
以上のような条件を満たす本実施形態２の半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置において、反射モードの場合には、上記実施形態１と同じ原理で動作する。即ち、白表示時には第１偏光板４４から入射した直線偏光は液晶層１２を通過して半透過反射層３０で反射され、ほぼ同じ直線偏光状態を維持して再び第１偏光板４４に戻り、第１偏光板４４から射出される。黒表示時には、第１偏光板４４から入射した直線偏光が液晶層１２で複屈折を受け、半透過反射層３０の表面で円偏光となりこれが反射される。反射円偏光は液晶層１２を再び複屈折を受けながら進み、第１及び第２位相差板４０、４２にて位相補償され、ほぼ全波長帯域において第１偏光板４４の吸収軸方向に振動する直線偏光となる。よって第１偏光板４４で光は遮断され、黒が表示される。
【００８０】
透過モードの場合には、まず、円偏光照射手段７０から射出された円偏光が第２基板側から半透過反射層３０に到達し、この半透過反射層３０を透過して液晶層１２に入射する。液晶層１２に電圧が印加され白表示モードである場合、円偏光は微少の複屈折を受けながら液晶層１２を通過し、第１位相差板４０、第２位相差板４２で位相補償を受け、第１偏光板４４に到達する。第１偏光板４４の位置でほぼ円偏光であれば、第１偏光板４４の吸収軸に直交する方向の成分がこの第１偏光板４４を通り抜け、装置の観察面側に光が射出され、白が表示される。
【００８１】
透過モードで黒表示時の場合、半透過反射層３０に第２基板１６側から入射される光は反射モードの黒表示時と同様の円偏光状態である。つまり、例えば、反射モードにおいて半透過反射層での反射時に右円偏光であれば、透過モードの際半透過反射層３０でも右円偏光である。従って、半透過反射層３０を通過した円偏光は２４０゜のねじれ角θLCで配向した液晶層１２において複屈折を受け直線偏光となる。本実施形態２では、θ１〜θ３が上述のような条件を満たし、更に第１及び第２位相差板のリタデーション値、液晶層のリタデーション値等が上述のような関係となるように設定されていることで、反射層１８における偏光状態が、液晶層１２を通過し、第１及び第２位相差板４０、４２を経て第１偏光板４４に到達した際に、光の全波長域に対してほぼ同一の直線偏光となる。第１偏光板４４は、その吸収軸がこの直線偏光と略平行となるように配置されているため、第１偏光板４４によって全波長域に対して光が遮断され、透過モードの黒表示時も反射モードの黒表示時とほぼ同じように黒を正確に表示できる。
【００８２】
このように本実施形態２では、反射モードの黒表示の場合と、透過モードの場合において、半透過反射層３０の表面（液晶対向側）で光が円偏光状態となるように設定しているため、黒表示について反射・透過モードを切り換えて半透過反射層３０での光の偏光状態が変化しない。従って、ほぼ同一の条件で黒を正確に表示することを可能としている。白については、反射・透過モードのいずれの場合も液晶層１２において偏光状態の変化が微少であるので色度座標が適切な値を示す光源６０を用いることで、反射・透過モードのいずれにおいても正確に表示することができる。また、反射モードと透過モードとで液晶の動作閾値電圧は同じであるのでモード切替時に色調や階調などが変化することがなく、違和感のない表示が可能である。
【００８３】
なお、図示しないが、第１偏光板４４の表面は、低反射コートとアンチグレアコートを施しておくことが好適である。また、位相差板は第１及び第２と２枚用いているが、３枚以上の位相差板を用いることも可能である。更に、以上の説明では第１位相差板４０と第２位相差板４２との間に拡散層４６を配置しているが、拡散層４６は、第１偏光板４４と液晶セル１０との間にあれば良く、例えば第１位相差板４０と液晶セル１０（第１基板１４）との間に設けても同様の特性を得ることができる。
【００８４】
また、透過モードの際に円偏光照射手段７０から右円偏光を入射する装置仕様については、これを左円偏光仕様に変え、また円偏光照射手段７０から左円偏光を入射する装置仕様については、これを右円偏光仕様に変えても同じ透過特性を得ることができる。
【００８５】
［実施例２］
次に、上記実施形態２に示した条件を満たす液晶表示装置を実施例２として作成しその特性を評価した結果について説明する。
【００８６】
１２０×１６０ドット及び２４０×６４０ドットサイズの液晶表示パネルを用い、θLC：−２４０゜、θ１：８２゜、θ２：−３１゜、θ３：７４、ΔｎLC・ｄLC：０．６５μｍ、Δｎ１・ｄ１：０．１３８μｍ、Δｎ２・ｄ２：０．３８５μｍの条件を満たすように液晶セル１０、第１位相差板４０、拡散層４６及び第２位相差板４２、第１偏光板４４を配置した。更に、液晶セルの非観察側に図４の構成の円偏光照射手段７０を設けた。また、広帯域偏偏光板を構成する第２偏光板６２、λ／２板６４及びλ／４板６６に代えて、コレステリック液晶フィルムを用いたが同様の効果が得られている。
【００８７】
半透過反射層３０としては、偏光解消（偏光回転）が少ないＡｌのハーフミラーを用いた。また、このＡｌハーフミラーの上部には、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2の積層構造を形成し、反射色がJIS規格のＣ光源（ｘｙ色度座標上の０．３１，０．３１６）に近づく様に調整し、反射：透過強度の比は９：１程度に制御した。反射：透過強度の比を制御するに際して、実施例２では、Ａｌの膜厚を制御する場合と、穴を空ける方法の両方を実施したが共に同等の性能が得られた。またＡｌの膜厚制御においては、Ａｌ膜厚を１８０Åとする事により９：１程度の強度比が実現できた。更に、Ａｌ膜厚を薄くする事により強度比６：４程度まで様々な比率の制御を実現できた。また、Ａｌ層に穴を形成する方法に関しては、面積比１０％程度の穴を空ける事により９：１程度の強度比が実現でき、面積比の制御により９：１〜６：４程度まで様々な比率の半透過反射層を形成することができた。なお、第１偏光板４４の表面は、低反射コートとアンチグレアコートを施した。
【００８８】
得られた液晶表示装置に対し、デューティー比が１／１２０の条件でマルチプレックス駆動した。また比較例として偏光板を上下２枚用いた従来の反射型ＳＴＮ液晶表示装置を用意し、同じデューティー比１／１２０の条件で駆動した。実施例２の液晶表示装置において、反射モードで駆動し、白及び黒の色度座標及び反射率を測定した結果は、上述の実施例１と同じで、表１に示すようになった。
【００８９】
なお、反射率の測定は、実施例１と同様に、図１４に示すように被測定物として設置した液晶表示装置に対し、そのパネル法線方向から２０゜の位置にある光源から光を照射し、パネル法線方向に設置した測定機を用いて行った。また、反射率は完全拡散の紙である基準白色板の明るさを１００％とした場合の数値である。
【００９０】
表１に示されるように、実施例２においても反射型液晶表示装置と変わることなく、白及び黒の色度座標ともに目標である（０．３１，０．３１６）に近づいており、特に実施例２では黒の色度座標が（０．２９９，０．３１７）であり、黒が正確に表示されている。また、実施例２では、反射モードの場合、偏光板が１枚で機能するため、比較例に比べて白の反射率が格段に向上している。
【００９１】
また、実施例２の液晶表示装置を１／２４０デューティー比の条件でマルチプレックス駆動した場合にも、実施例１と同じように、白の色度座標は（０．２５３，０．２７３）、黒の色度座標（０．２９３，０．３１６）が得られており、白黒を正確に表示することができた。また、白の反射率は３４％、黒の反射率は４％であり、この条件においても、十分に明るい表示を行うことができた。
【００９２】
［実施形態３］
図１５は、実施形態３に係る液晶表示装置の液晶セルの構成を示している。この液晶表示装置は、上記実施形態２と同じ半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置である。実施形態２と相違する点は、実施形態２において装置の観察側に配置した拡散層４６に代え、拡散機能を付与した半透過反射層を液晶パネル１０内に形成した事である。他の構成については実施形態２と同一であり説明は省略する。
【００９３】
半透過反射層３０に拡散機能を付与するために本実施形態３では、半透過反射層３０の下層、つまり半透過反射層３０と第２基板１６との間に、表面に凸凹が形成された凸凹層３６を形成している。この凸凹層３６は、光を拡散すると同時に反射指向特性を制御する機能を有しており、この凸凹層３６を半透過反射層３０と組み合わせて使用することで、液晶表示装置の実質的な使用範囲（観察方向範囲）での反射強度の向上を図っている。
【００９４】
このような液晶表示装置を上述の実施例２と同様に、反射モードにおいて１／１２０デューティー比で駆動し、反射率及び色度座標を測定した。その結果、白の反射率は１０３％程度、白の色度座標（０．２８６，０．３２３）、黒の反射率は８％程度、黒の色度座標（０．３０９，０．３２６）であった。
【００９５】
更に、１／２４０デューティー比で同様に駆動した場合の反射率及び色度座標の測定結果は、白の反射率８５％程度、白の色度座標（０．２６４，０．２８２）、黒の反射率７％程度、黒の色度座標（０．３０４，３２５）であった。
【００９６】
このように、実施形態３の構成、特に凸凹層３６をセル内に設けることで、白及び黒の色度を低下させることなく、白の反射率を各段に向上できる。従って、反射モードで用いた場合にも非常に明るい画面を実現することができる。
【００９７】
なお、実施形態２と同様に円偏光照射手段から右円偏光が入射される仕様は左円偏光仕様に、左円偏光が入射される仕様は右円偏光仕様に変更しても同じ透過特性が得られる。
【００９８】
［実施形態４］
図１６は、実施形態４に係る液晶表示装置の液晶セルの構成を示している。実施形態４の装置は、上記実施形態２と同じ半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置である。実施形態２と相違する点は、本実施形態４では液晶セル内にカラーフィルタ３２を形成し、カラー表示を可能としたことである。ＲＧＢのカラーフィルタ３２は、液晶セル内の観察側、具体的には第１基板１４と第１電極２０との間に形成されている。他のセル構成及び装置構成は実施形態２と同じである。
【００９９】
カラーフィルタ３２としては、通常の透過型ＬＣＤ用カラーフィルタより色純度の低いものを用いている。また、ＲＧＢ各３色のバランスをＣ光源下で無彩色となるように調整した、視感度透過率Ｙは５３％であった。本実施形態４において、色純度の低いフィルタを用いたのは、反射モードとして使用した場合には、光は入射時と反射時とで２回カラーフィルタを通過するため１回では十分な色純度にならなくても２回目通過すると必要な色純度となり高い色再現性が得られるからである。さらに、透過型のカラーフィルタを用いるとこのフィルタを２回通る際の光損失が大きくなってしまうためである。
【０１００】
カラーフィルタのレイアウトは、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれを採用することもできる。図１７（ａ）のレイアウトは、それぞれが各画素に対応づけられているＲ，Ｇ，Ｂのフィルタ３２が、そのフィルタ間が遮光されることなく並べて配置されている。図１７（ｂ）のレイアウトでは、隣接画素間で異なるカラーフィルタが互いに一部重なるように（例えば５〜１０μｍの重なり）配置され、互いが重なった領域で混色部が形成されている。そして、この混色部によって隣接画素間の遮光が行われている。図１７（ｃ）では、遮光性のブラックマスク（ブラックマトリクス）が各画素の境界に形成され、ブラックマスクの開口している各画素領域内に各色のカラーフィルタ３２が形成されている。
【０１０１】
このような実施形態４の液晶表示装置の構成を有し、１２０×１６０×ＲＧＢドットサイズのパネルと２４０×６４０×ＲＧＢドットサイズのパネルを用いたカラー液晶表示装置を作成し、上述の実施例２と同様に、反射モードにおいて１／１２０デューティー比で駆動し、反射率及び色度座標を測定した。その結果、白反射率２４．５％程度、黒反射率３．５％程度の良好な結果を得た。また、白の色度座標は（０．２６８，０．３１８）、黒の色度座標は（０．２９７，０．３１０）であり、目的とする座標（０．３１，０．３１６）に近い数値が得られ、白黒を正確に表示できていた。更に、１／２４０デューティーで駆動した際の測定結果は、白反射率２０％程度、黒輝度３％程度であった。また、白の色度座標は（０．２４５，０．２７７）、黒の色度座標は（０．２９２，０．３０９）であった。このように１／２４０デューティでも十分な特性が得られた。なお、上述の実施例と同様に、反射率は、１００％を基準白色板の明るさとした。
【０１０２】
［実施形態５］
図１８は、実施形態５に係る液晶表示装置の液晶セルの構造を示している。上記実施形態４と同様の半透過反射型のカラー液晶表示装置である。実施形態４では、図４の構成のように液晶セル外に拡散板４６を設けているが、本実施形態５では、実施形態３と同様に拡散板４６に代え、拡散機能を付与した半透過反射層を液晶パネル１０内に形成している。他の構成については実施形態２及び実施形態４と同一であり説明は省略する。
【０１０３】
実施形態３と同様に、拡散機能を有する半透過反射層３０は、その下層、つまり半透過反射層３０と第２基板１６との間に、表面に凸凹が形成された凸凹層３６を有する。この凸凹層３６は、光を拡散すると同時に反射指向特性を制御する機能を備え、この凸凹層３６を半透過反射層３０と組み合わせて使用することで、液晶表示装置の実質的な使用範囲（観察方向範囲）での反射強度を向上を図っている。
【０１０４】
液晶表示パネルとして１２０×１６０×ＲＧＢドットサイズ及び２４０×６４０×ＲＧＢドットサイズのものを用い、液晶セル内面にカラーフィルタ３２を形成して作成したカラー液晶表示装置について、特性を測定した結果は以下の通りである。まず、本実施形態５の液晶表示装置を反射モード下で１／１２０デューティーで駆動した場合、得られた反射率は白反射率６１％程度、黒反射率５．３％程度で、白の色度座標は（０．２７８，０．３２７）、黒の色度座標は（０．３０８，０．３１８）であり、良好な結果を得た。特に凸凹層３６の存在により白反射率が非常に高く、明るくまた正確な白黒表示が可能である。従って、本実施形態５の構成によれば明るく鮮明なカラー像を表示できることがわかる。
【０１０５】
更に、１／２４０デューティーで駆動した際の測定結果は、白反射率５０％程度、黒反射率４．５％程度と十分明るく、白の色度座標は（０．２５６，０．２８６）、黒の色度座標は（０．３０２，０．３１７）であり、正確な白黒表示が可能である。なお、反射率１００％は他の実施形態同様に、基準白色板の明るさである。
【０１０６】
［実施形態６］
図１９は、実施形態６に係る液晶表示装置の液晶セルの構造を示している。この液晶表示装置は実施形態４と同様のカラー液晶表示装置であるが、液晶セルの第２基板１６側にもカラーフィルタ３２が形成されている点が実施形態４と異なる。他の構成については実施形態４と同一であり、説明は省略する。第２基板１６側に形成されているカラーフィルタ３２は、第１基板１４側のカラーフィルタ３２と同一スペックのものを使用した。即ち、いずれのカラーフィルタ３２も通常の透過型ＬＣＤ用カラーフィルタより色純度の低いものを用いている。また、透過モード及び反射モードのいずれの場合にも、ＲＧＢ各３色のバランスをＣ光源下で無彩色となるように調整し、視感度透過率Ｙは５３％とした。
【０１０７】
図２０は実施形態６の他の構成を示している。この液晶表示装置では、図１９の構成において液晶セル外側に配置される拡散板（図４の拡散板４６）に代え、凸凹層３６を半透過反射層３０と第２基板側のカラーフィルタ３２との間に形成し、上述の実施形態３及び５と同様に輝度の向上を図っている。
【０１０８】
以上図１９及び図２０に示すように本実施形態６では、同じ特性のカラーフィルタ３２を第１基板側と第２基板側にそれぞれ形成している。このような構成を採用することで、反射モードでは、第１基板側のカラーフィルタ３２を光が２回通過し、透過モードでは、光が第２基板側のカラーフィルタ３２と第１基板側のカラーフィルタ３２の両方を通過することとなる。
【０１０９】
図２１は、光がカラーフィルタを１回通過（シングルパス）する場合と２回通過（ダブルパス）する場合との色再現性の相違を示している。図２１から明らかなように、２回通過する場合の方が色度座標上で広い面積になり、色再現性が高い。これはカラーフィルタを２回通過することで色純度が向上していることによる。ここで、上述の図１６及び図１８に示すようにカラーフィルタ３２が一層の場合には、反射モードよりも透過モード時において光がカラーフィルタ３２を通過する回数が１回少ないため、反射モード時よりも色再現性が低くなってしまう。しかし、本実施形態６の構成であれば反射モード、透過モードで同様の色再現性を実現する事が可能となる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光学特性、光学条件を最適化することにより、半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置において、反射モードと透過モードのいずれの場合でも白黒を正確に表示でき、また明るい像を表示することができる。また、白黒が正確に表示できるため色再現性の良いカラー像を表示することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る反射型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図２】 図１の液晶セル１０の断面構成を示す図である。
【図３】 第１基板側での液晶の配向方向に対する設定角度を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態２に係る半透過反射型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図５】 図４の液晶セル１０の断面構成を示す図である。
【図６】 本発明に係る液晶表示装置において液晶のリタデーションと最適仕様の存在度数との関係を示す図である。
【図７】 本発明に係る液晶表示装置において液晶のリタデーションと最適仕様の存在度数との関係を示す図である。
【図８】 本発明に係る液晶表示装置において液晶のリタデーションと最適仕様の存在度数との関係を示す図である。
【図９】 本発明に係る液晶表示装置において液晶のリタデーションと最適仕様の存在度数との関係を示す図である。
【図１０】 本発明に係る液晶表示装置において入射光の波長に対する液晶層及び位相差板の波長分散値特性を示す図である。
【図１１】 本発明に係る液晶表示装置において波長分散比を変化させた場合の最適仕様の存在度数の分布を示す図である。
【図１２】 本発明に係る液晶表示装置において波長分散比を変化させた場合の最適仕様の存在度数の分布を示す図である。
【図１３】 本発明に係る液晶表示装置において波長分散比を変化させた場合の最適仕様の存在度数の分布を示す図である。
【図１４】 実施例において液晶表示装置の反射率の測定方法を示す概念図である。
【図１５】 本発明の実施形態３に係る液晶表示装置の液晶セルの断面構成を示す図である。
【図１６】 本発明の実施形態４に係る液晶表示装置の液晶セルの断面構成を示す図である。
【図１７】 本発明において用いるカラーフィルタの配置例を示す図である。
【図１８】 本発明の実施形態５に係る液晶表示装置の液晶セルの断面構成を示す図である。
【図１９】 本発明の実施形態６に係る液晶表示装置の液晶セルの断面構成を示す図である。
【図２０】 本発明の実施形態６に係る液晶表示装置の液晶セルの他の断面構成を示す図である。
【図２１】 本発明の液晶表示装置においてカラーフィルタを１回通る場合と２回通る場合との色再現性の違いを説明する図である。
【符号の説明】
１０ 液晶セル、１２ 液晶層、１４ 第１基板、１６ 第２基板、１８ 反射層、２０ 第１電極、２２ 第２電極、２４ 絶縁層、２６ 配向層、２８ スペーサ、３０ 半透過反射層、３２ （第１及び第２）カラーフィルタ、３４平坦化層、３６ 凸凹層、４０ 第１位相差板、４２ 第２位相差板、４４ 第１偏光板、４６ 拡散板、６０ 光源、６２ 第２偏光板、６４ λ／２板、６６ λ／４板、７０ 円偏光照射手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置、特に液晶のねじれ角が９０度より大きいＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、両電極間の液晶分子のツイスト角を大きくして、鋭い電圧−透過率変化を起こし、高密度のドットマトリックス表示をする方法として、ＳＴＮ型の液晶表示装置が知られていた（T.J.Scheffer and J.Nehring, Appl.Phys.Lett.45(10)1021-1023(1984)）。
【０００３】
この方法では用いる液晶表示素子の液晶の複屈折率ΔｎLCと液晶層の厚みｄLCとの積ΔｎLC・ｄLCの値が実質的に０．８〜１．２μｍの間に設けられていた（特開昭６０−１０７０２０号公報）。そして、表示色としては黄緑色と暗青色、青紫色と淡黄色など、特定の色相の組み合わせでのみしか良好なコントラストが得られず、白黒表示ができないという欠点があった。
【０００４】
そこで、白黒表示が可能でかつコントラストの高い液晶表示装置を実現するための方法が従来より提案されており、例えば特公平３−１８１６４号公報には、互いに逆螺旋の液晶セルを２層積層し、一方のセルにのみ電圧を印加し、他方の液晶セルを単なる光学的な補償板として使用する方法が提案されている。
【０００５】
また、特公平３−５０２４９号公報では、高分子フィルムを用いてＳＴＮ液晶セルの光学補償をすることが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最近、携帯情報端末などにおいては、一層の小型薄型化、消費電力の低減を図るため、反射型液晶表示装置の採用が提案されている。更に、反射型としても透過型としても使用可能な半透過機能を備えた反射型液晶表示装置も提案され始めている。このような反射型液晶装置では、反射時での見栄えの確保が要求される。上述のような従来提案されていたＳＴＮ液晶セルは透過型であり、これを反射型として用いるために従来は液晶セルの非観察側外方に反射板を設ければよい。
【０００７】
しかし、セルの外側に反射板が配置される構成では、反射板と液晶層との間にセルの透明基板が存在するため、視差の発生を防ぐことができず、液晶セルに斜めから入射される光と、反射されてセル外に射出される光とが異なる画素を通過することとなる。従って、この液晶表示装置を斜めから観察すると表示した画素の陰が反射板に映ったような２重像となり、表示装置としての表示品質の低下を招いてしまう。
【０００８】
更に、透過型ＳＴＮ液晶セルと同じように偏光板を２枚用いると、光は入射時と反射時合わせて、計４回偏光板を通過する事になり、偏光板で発生する光の損失のため、光の利用効率が悪く表示が暗くなるという問題があった。
【０００９】
一方で、偏光板１枚とすると従来知られている２枚偏光板型のＳＴＮ液晶セルとは光学特性が異なってくるため、着色のない良好な白黒表示を行うためには従来の透過型ＳＴＮ液晶セルにおいて最適化されつつある光学的設定が利用できない。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされ、ＳＴＮ液晶セル内に反射層を備え、１枚の偏光板を用い、また、セルの光学的補償を位相差板で行う反射型のＳＴＮ液晶表示装置において、明るく視差が少なく、更に、良好な白黒表示を可能とするために最適な条件を備えた液晶表示装置を実現することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的は、更に半透過型としても最適な特性を備えた反射型ＳＴＮ液晶表示装置を実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の液晶表示装置は、以下のような特徴を備える。
【００１３】
まず、本発明の液晶表示装置は、対向面側にそれぞれ電極が形成された第１基板と第２基板との間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有し、該セルの前記第１基板の外側には、第１位相差板及び第２位相差板及び偏光板がこの順に配置され、前記液晶セル内の第２基板側に、前記１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成された液晶表示装置である。また、前記液晶層において前記第１基板から前記第２基板に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θLCは、±１６０゜〜±３００゜であり、前記液晶層の屈折率異方性ΔｎLCと前記液晶層の厚さｄLCとの積によって示される液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍである。更に、前記液晶層の前記第１基板側での配向方向に対する前記第１位相差板の遅相軸方向の角度をθ１とし、前記第１位相差板の遅相軸方向に対する前記第２位相差板の遅相軸方向の角度をθ２とし、前記第２位相差板の遅相軸方向に対する前記偏光板の吸収軸方向の角度をθ３とした場合に、θ１、θ２及びθ３は、それぞれ、上記ねじれ角θLCがマイナス範囲、つまり−１６０゜〜−３００゜の範囲に設定される場合に、６５°≦θ１≦９０°、−２５°≧θ２≧−５５°、５０°≦θ３≦８０°を満たし、反対にねじれ角θLCがプラス範囲、つまり１６０゜〜３００゜の範囲に設定される場合には、上記θ１、θ２及びθ３の各範囲のプラスマイナス符号と等号符号の向きが逆転した関係、つまり−６５゜≧θ１≧−９０゜、２５゜≦θ２≦５５゜、−５０゜≧θ３≧−８０゜を満たすことを特徴とする。なお、プラスマイナスの符号は、一例として、時計回りをプラスとし反時計回りをマイナスとして表現している。
【００１４】
セル内に半透過反射層を有するＳＴＮ液晶表示装置においてこのような条件を満たすように各光学要素を設計することで、反射モードにおいて視差がなく明るいＳＴＮＬＣＤを実現し、かつ、第１及び第２位相差板によってＳＴＮ液晶セルでの色つきが補償され白黒を正確に表示することが可能となる。
【００１５】
本発明の他の特徴は、対向面側にそれぞれ電極が形成された第１及び第２基板の間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有し、該セルの前記第１基板の外側には、第１位相差板及び第２位相差板及び偏光板がこの順に配置され、前記液晶セル内の前記第２基板側に、前記１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成された液晶表示装置であり、かつ、前記液晶層において前記第１基板から前記第２基板に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θLCは、±１６０゜〜±３００゜であり、前記液晶層の屈折率異方性ΔｎLCと前記液晶層の厚さｄLCとの積によって示される液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍであり、更に、上記ねじれ角θLCがマイナス範囲、つまり−１６０゜〜−３００゜の範囲に設定される場合に、上記と同じ定義のθ１、θ２及びθ３が、次の(i)〜(ix)のいずれかの条件を満たすことである。または、ねじれ角θLCがプラス範囲、つまり１６０゜〜３００゜の範囲に設定される場合には、(i)〜(ix)のいずれかであってその関係式のプラスマイナス及び不等号記号の向きが全て逆転した条件を満たすことである。
【００１６】
(i)−９０゜≦θ１≦−６０゜、−４０゜≦θ２≦−３０゜、７０°≦θ３≦８０°、
(ii)０°≦θ１≦２０°、−８０°≦θ２≦−６０°、１５°≦θ３≦４０°、
(iii)４５°≦θ１≦５５°、７０°≦θ２≦８０°、−６０°≦θ３≦−５０°、
(iv)８０°≦θ１≦９０°、６５°≦θ２≦７５°、−４５°≦θ３≦−３５°、
(v)６０°≦θ１≦８０°、５５ °≦θ２≦７５°、−６０°≦θ３≦−５５°、
(vi)１５°≦θ１≦３０°、−７５°≦θ２≦−６５°、−６５°≦θ３≦−５５°、
(vii)６０°≦θ１≦７０°、−７０°≦θ２≦−５５°、３５°≦θ３≦５５°、
(viii)３０°≦θ１≦５５°、−７０°≦θ２≦−５０°、−６５°≦θ３≦−４０°、
(ix)−８０°≦θ１≦−７０°、７５°≦θ２≦８５°、５０°≦θ３≦６０°。
【００１７】
このような(i)〜(ix)又は、(i)〜(ix)の＋−符号、≦≧符号の逆転したいずれかの条件を満たすように設計することによっても、視差がなく明るい表示が可能で、更に白黒を正確に表示することの可能な反射型ＳＴＮ液晶表示装置を実現できる。なお、＋−符号、≦≧符号の逆転した関係は、例えば上記(i)を例に挙げると９０゜≧θ１≧６０゜、４０゜≧θ２≧３０゜、−７０゜≧θ３≧−８０゜となる。
【００１８】
また本発明では、上記液晶表示装置において、前記第１基板側から入射された光は、前記液晶層への印加電圧に応じて複屈折を受けて前記半透過反射層には右円偏光又は左円偏光のいずれかのほぼ円偏光状態で到達し、前記第２基板側から入射された光は前記半透過反射層において前記第１基板側からの光と同一方向の右円偏光又は左円偏光のいずれか円偏光状態である。
【００１９】
本発明の更に別の特徴は、対向面側にそれぞれ電極が形成された第１基板と第２基板との間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有する液晶表示装置であって、前記液晶セルの前記第１基板の外側には第１位相差板及び第２位相差板及び第１偏光板がこの順に配置され、前記液晶セルの第２基板側には、第１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成され、前記第１基板側から入射された光は、前記液晶層への印加電圧に応じて複屈折を受けて前記半透過反射層には右円偏光又は左円偏光のいずれかのほぼ円偏光状態で到達し、前記第２基板側から入射された光は前記半透過反射層において前記第１基板側からの光と同一方向の右円偏光又は左円偏光のいずれか円偏光状態である。
【００２０】
反射層としてこのような半透過型の層を用いれば、例えば室外で外光が非常に強い場合には反射型として使用し、室内で暗い場合には内部光源を点灯させて透過型として使用することが可能となる。このため外光が強くても弱くても常に明るい画像を表示することが可能となる。つまり、このような半透過反射層を用いることで半透過反射型のＳＴＮ液晶表示装置を実現できる。
【００２１】
また、半透過反射層において光を反射する際にその光が円偏光になっていれば、反射特性が良く、例えばノーマリブラックモードのＳＴＮ液晶表示装置において、反射モード時における黒の表示がより正確となる。この場合において、該液晶セルの前記第２基板の外側に、更に前記液晶セルに円偏光を照射するための円偏光照射手段等を配置する構成を採用することで、透過モードは、光源となる光照射手段が液晶セルに円偏光を照射することとなり、液晶セルが反射モードの場合にも透過モードの場合にも液晶セルの第２基板側（ディスプレイの非観察側）で光が円偏光状態となるように設定されることとなり、モードが切り替わっても差異の少ない品質の高い表示を可能とする。
【００２２】
また、上記液晶表示装置において、前記円偏光照射手段は、円偏光光源、又は広帯域円偏光器及び光源によって構成することが好適である。
【００２３】
また、上記液晶表示装置において、前記広帯域円偏光器がコレステリックフィルムであることを特徴とする。或いは、このコレステリックフィルムに代え、前記広帯域円偏光器が、λ／４位相差フィルム、λ／２位相差フィルム及び偏光板を備える構成も採用可能である。
【００２４】
更に、前記広帯域円偏光器の前記偏光板は、特定方向に振動している直線偏光を透過し前記特定方向に垂直に振動している光を反射する反射偏光板であってもよい。
【００２５】
光源として理想的な広帯域円偏光光源（可視全波長光に対して円偏光光を出射する光源）が存在すれば、そのような光源を用いることが好ましいが、実際は、理想からのズレが存在する為、使用する偏光板、第２及び第１位相差板、液晶層、そして円偏光照射手段によって、最適な軸関係が存在する。よって、使用する円偏光照射手段の特性を評価し、最適配置することが適切である。特に、本発明では、上記液晶セルには前記広帯域円偏光器から右円偏光又は左円偏光が入射されることが好適である。そこで、円偏光として右又は左のどちらを採用するかに応じて、他の光学素子（位相差板、偏光板、液晶セル）の光学特性、特に各素子の光学特性軸関係が最適になるように配置することが好適である。
【００２６】
また本発明の他の特徴は、上記いずれかの液晶表示装置において、前記第１位相差板の屈折率異方性Δｎ１と前記第１位相差板の厚さｄ１との積によって示される第１位相差板のリタデーション値Δｎ１・ｄ１と、前記第２位相差板の屈折率異方性Δｎ２と前記第２位相差板の厚さｄ２との積によって示される第２位相差板のリタデーション値Δｎ２・ｄ２と、の合計値Ｒsが、前記液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCに対し、ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５−２５≦Ｒs≦ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５＋７５（但し、ｍ＝−２、０、１、２）の関係を満たすことである。
【００２７】
液晶層のリターデーション値ΔｎLC・ｄLCに対し、第１及び第２位相差板のリタデーション合計値Ｒsが上記関係を満たすように設定すると、適切な白黒表示を達成することのできる最適構成の存在数が多くなるため、液晶表示装置の最適化が容易となる。
【００２８】
本発明の更に別の特徴は、上記いずれかの液晶表示装置において、波長５９０ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr590、波長５９０ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC590、波長４００ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr400、波長４００ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC400で表した場合に、前記液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する前記第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｐr400／Ｐr590］の比が、０．９８〜１．１２の間であることである。
【００２９】
このような条件を満たす波長分散特性の第１及び第２位相差板を用いることで、各部材の光学的特性の最適化を図ることが容易となり、表示品質に優れた反射型、半透過反射型のＳＴＮ液晶表示装置を実現することが可能となる。
【００３０】
また本発明の他の特徴は、前記第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と前記第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２との関係は、Δｎ２・ｄ２＞Δｎ１・ｄ１を満たす事である。
【００３１】
このような関係を満たす位相差板を用いることで、上述のように各部材の光学特性の最適化を図ることが一層容易かつ確実となる。
【００３２】
本発明の更に別の特徴は、上記いずれかに記載の液晶表示装置において、前記１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１、前記第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２及び液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCが、下記(i)〜（iii)のいずれか一つの条件を満たすことである。(i)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≦１５０ｎｍ、(ii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≧４００ｎｍ、(iii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC×２／５、１６０ｎｍ≦Δｎ１・ｄ１≦２２０ｎｍ。
【００３３】
このような条件を満たすように液晶層及び第１及第２び位相差板を選択することで、各部材の光学特性の最適化を図ることが一層容易かつ確実となり、優れた表示品質の反射型或いは半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置を実現することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下実施形態という）について図面を用いて説明する。
【００３５】
［実施形態１］
図１は、本実施形態１に係る反射型ＳＴＮ液晶表示装置の概略構成、図２は図１の液晶セル１０の構成を示している。液晶セル１０は、例えばガラス基板などの透明基板が用いられた第１基板１４と第２基板１６との間隙に液晶層１２が挿入されている。第１基板１４及び第２基板１６の液晶層１２との対向面側にはそれぞれＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電性材料が用いられた第１電極２０及び第２電極２２が形成されており、各電極表面は絶縁層２４に覆われ、更に液晶分子の初期配向を制御するための配向層２６が絶縁層２４上に形成されている。液晶層中には液晶層の厚さを一定に保つためのスペーサ２８が混入されている。液晶セル１０の第２基板と液晶層１２との間、この実施形態１では、第２電極２２と第２基板１６との間に例えばＡｌからなる反射層１８が形成されており、第１基板１４側からセル内に入射される光をその表面で反射する。なお、絶縁層２４は必要に応じて省略することができる。
【００３６】
表示装置としての観察側に相当する液晶セル１０の第１基板外側には、図１に示すように複屈折性フィルムからなる第１位相差板４０と、拡散板４６及び第１位相差板４０と同じく複屈折性フィルムからなる第２位相差板４２がこの順に配置され、第２位相差板４２の外側には更に第１偏光板４４が配置されている。
【００３７】
この液晶表示装置において、時計回りをプラス、反時計回りをマイナスで表現する場合に、液晶層１２において、第１基板１４から第２基板１６に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θLCは、−１６０゜≧θLC≧−３００゜である。より好適には−１８０゜≧θLC≧−３００゜が好ましく、本実施形態では、このねじれ角θLCは−２４０゜であり、９０゜より大きいねじれ角を有するＳＴＮ液晶セルが構成されている。もちろん、このねじれ角θLCは、１６０゜≦θLC≦３００゜の範囲、つまり時計回りのねじれ角としてもよい。また、液晶材料としては正の誘電異方性を示す液晶が用いられ、このセル１０において液晶層１２の屈折率異方性ΔｎLCと前記液晶層の厚さｄLCとの積によって示される液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍに設定されている。なお、液晶層にはねじれ配向の維持を容易とする等の目的により旋光性物質を混ぜておくことが好適である。
【００３８】
図３に示すように、液晶層１２の第１基板１４側での配向方向に対する第１位相差板４０の遅相軸方向の角度をθ１とし、第１位相差板４０の遅相軸方向に対する第２位相差板４２の遅相軸方向の角度をθ２とし、第２位相差板４２の遅相軸方向に対する第１偏光板４４の吸収軸方向の角度をθ３と定義した場合、本実施形態１に係る液晶表示装置は、ねじれ角θLCがマイナス範囲（−１６０゜〜−３００゜）である場合に、θ１〜θ３が、以下のＮｏ．１〜Ｎｏ．１０のいずれかの条件を満たすような仕様とする。
【００３９】
Ｎｏ．１：６５°≦θ１≦９０°、−２５°≧θ２≧−５５°、５０°≦θ３≦８０°、
Ｎｏ．２：−６５°≧θ１≧−９０°、−３０°≧θ２≧−４０°、７０°≦θ３≦８０°、
Ｎｏ．３：０°≦θ１≦２０°、−８０°≦θ２≦−６０°、１５°≦θ３≦４０°、
Ｎｏ．４：４５°≦θ１≦５５°、７０°≦θ２≦８０°、−６０°≦θ３≦−５０°、
Ｎｏ．５：８０°≦θ１≦９０°、６５°≦θ２≦７５°、−４５°≦θ３≦−３５°、
Ｎｏ．６：６０°≦θ１≦８０°、５５ °≦θ２≦７５°、−６０°≦θ３≦−５５°、
Ｎｏ．７：１５°≦θ１≦３０°、−７５°≦θ２≦−６５°、−６５°≦θ３≦−５５°、
Ｎｏ．８：６０°≦θ１≦７０°、−７０°≦θ２≦−５５°、３５°≦θ３≦５５°、
Ｎｏ．９：３０°≦θ１≦５５°、−７０°≦θ２≦−５０°、−６５°≦θ３≦−４０°、
Ｎｏ．１０：−８０°≦θ１≦−７０°、７５°≦θ２≦８５°、５０°≦θ３≦６０°。
【００４０】
また、ねじれ角θLCがプラスの範囲、つまり１６０゜〜３００゜である場合に、は、上記Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０いずれかであって、θ１〜θ３の関係式における＋−符号と不等号記号が全て逆転した条件を満たすような仕様とする。
【００４１】
具体的には、
Ｎｏ．１１（−Ｎｏ．１）：−６５°≧θ１≧−９０°、２５°≦θ２≦５５°、−５０°≧θ３≧−８０°、
Ｎｏ．１２（−Ｎｏ．２）：６５°≦θ１≦９０°、３０°≦θ２≦４０°、−７０°≧θ３≧−８０°、
Ｎｏ．１３（−Ｎｏ．３）：０°≧θ１≧−２０°、８０°≧θ２≧６０°、−１５°≧θ３≧−４０°、
Ｎｏ．１４（−Ｎｏ．４）：−４５°≧θ１≧−５５°、−７０°≧θ２≧−８０°、６０°≧θ３≧５０°、
Ｎｏ．１５（−Ｎｏ．５）：−８０°≧θ１≧−９０°、−６５°≧θ２≧−７５°、４５°≧θ３≧３５°、
Ｎｏ．１６（−Ｎｏ．６）：−６０°≧θ１≧−８０°、−５５ °≧θ２≧−７５°、６０°≧θ３≧５５°、
Ｎｏ．１７（−Ｎｏ．７）：−１５°≧θ１≧−３０°、７５°≧θ２≧６５°、６５°≧θ３≧５５°、
Ｎｏ．１８（−Ｎｏ．８）：−６０°≧θ１≧−７０°、７０°≧θ２≧５５°、−３５°≧θ３≧−５５°、
Ｎｏ．１９（−Ｎｏ．９）：−３０°≧θ１≧−５５°、７０°≧θ２≧５０°、６５°≧θ３≧４０°、
Ｎｏ．２０（−Ｎｏ．１０）：８０°≧θ１≧７０°、−７５°≧θ２≧−８５°、−５０°≧θ３≧−６０°。
【００４２】
また、以下の（条件ａ）〜（条件ｄ）はこれを満たすことは必須ではないが、これらを満足することにより、反射型ＳＴＮＬＣＤとして望まれる表示品質を達成可能な装置の仕様の数が増えるため、最適化を容易にかつ確実に図ることが可能となる。
【００４３】
（条件ａ）第１位相差板４０の屈折率異方性Δｎ１と第１位相差板４０の厚さｄ１との積によって示される第１位相差板のリタデーション値Δｎ１・ｄ１と、前記第２位相差板４２の屈折率異方性Δｎ２と第２位相差板４２の厚さｄ２との積によって示される第２位相差板のリタデーション値Δｎ２・ｄ２と、の合計値Ｒs（Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２）は、液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄL Cに対し、ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５−２５≦Ｒs≦ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５＋７５（但し、ｍ＝−２、０、１、２）の関係を満たす。
【００４４】
（条件ｂ）波長５９０ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr590、波長５９０ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC590、波長４００ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr400、波長４００ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC400で表した場合に、液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｐr400／Ｐr590］の比が、０．９８〜１．１２の間に設定されている。
【００４５】
（条件ｃ）第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２とは、Δｎ２・ｄ２＞Δｎ１・ｄ１を満たしている。
【００４６】
（条件ｄ）第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２及び液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCの関係は、下記(i)〜（iii)のいずれか一つの条件を満たす。
【００４７】
(i)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≦１５０ｎｍ、
(ii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≧４００ｎｍ、
(iii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC×２／５、１６０ｎｍ≦Δｎ１・ｄ１≦２２０ｎｍ。
【００４８】
このような条件に設定された本実施形態１の反射型ＳＴＮ液晶表示装置は、以下のように動作する。
【００４９】
まず、装置観察側から第１偏光板４４に入射した外光は、第１偏光板においてその吸収軸と直交する方向の直線偏光が抽出され、これが第２位相差板４２、第１位相差板４０を通過して液晶層１２に到達する。本実施形態１においては、電圧印加に伴って表示輝度が上昇するネガモード（ノーマリブラック）の液晶セルを採用しており、白表示モードの場合には、液晶層１２に電圧が印加され、各液晶分子の長軸方向が基板１４及び１６の法線方向に向かって立ち上がり出す。このため、第２及び第１位相差板４２及び４０を経て液晶セル１０内に入射した光は、液晶層１２を通る間に微少の複屈折を受けて楕円偏光となり反射層１８に到達して反射され、入射時と反対の経路で第１偏光板４４に到達し、第１偏光板４４から装置観察側へと射出される。これにより白が表示される。
【００５０】
黒表示モードである場合、第１偏光板４４から入射した直線偏光は２４０゜のねじれ角θLCで配向した液晶層１２において複屈折を受け、円偏光となって反射層１８で反射される。反射された円偏光は液晶層１２を通過する間に再び複屈折を受け直線偏光となる。つまり、第２及び第１位相差板４２及び４０と、液晶層１２を通ることにより、第１偏光板４４から入射した直線偏光は、その位相が（２ｎ＋１）π／４（但し、ｎ＝０，１，２・・・）だけ進むため、反射層１８に到達した光は円偏光となり、反射されて液晶層１２と第１及び第２位相差板４０及び４２を通過したときには、第１偏光板４４から入射した直線偏光に対し（２ｎ＋１）π／２だけその位相が進んでいることとなる。従って、第１偏光板４４から入射した光と反射して戻ってきた光とは位相が完全に反転した直線偏光状態となり、第１偏光板４４で遮光されることとなる。ここで、本実施形態１では、θ１〜θ３が上述のような条件を満たし、更に第１及び第２位相差板のリタデーション値、液晶層のリタデーション値が上述のような関係となるように設定されていることで、反射層１８における偏光状態（円偏光状態）が、液晶層を通過して第１及び第２位相差板４０、４２を経て第１偏光板４４に到達した際に、光の全波長域に対してほぼ同一の直線偏光となる。第１偏光板４４は、その吸収軸がこの直線偏光と略平行となるように配置されているため、第１偏光板４４によって全波長域に対して光が遮断され、黒が正確に表示される。
【００５１】
なお、θ１〜θ３、ΔｎLC・ｄLC、Δｎ１・ｄ１、Δｎ２・ｄ２については、具体的には後述する表２に示すような仕様とすることができ、特に表２のｎｏ１の仕様を採用することで最適な特性が得られる。
【００５２】
なお、第１偏光板４４の吸収軸の第２位相差板４２に対する角度θ３は、これを９０゜回転させても反射特性としては同じ特性が得られる。このように、第１偏光板４４の吸収軸を９０゜回転させた場合、更に、反射層１８に対し右円偏光を入射する仕様であれば、左円偏光に変え、反対に左円偏光を入射する仕様であれば右円偏光に変えることで、同じ透過特性が得られる。
【００５３】
以上本実施形態１においては、液晶セル１０の外部に拡散板４６を設けた構成について説明したが、この拡散板４６に代え図１に点線で示すようにセル１０内において、反射層１８と第２基板１６との間に拡散機能を備えた凸凹層３６を形成した構成を採用することもできる（後述する図１５の符号３６参照）。このようにセル内に凸凹層３６を設ければ、外光の利用効率が一段と高まり、液晶表示装置の実質的な使用範囲（観察方向範囲）での反射強度を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、もちろん、本実施形態１の液晶表示装置は、例えば、液晶セル内にカラーフィルタ（後述する図１６の符号３２参照）を形成すればカラー表示をすることもできる。
【００５５】
［実施例１］
次に、上記条件を満たす液晶表示装置を実施例１として作成しその特性を評価した結果について説明する。
【００５６】
１２０×１６０ドット及び２４０×６４０ドットサイズの液晶表示パネルを用い、θLC：−２４０゜、θ１：８２゜、θ２：−３１゜、θ３：７４、ΔｎLC・ｄLC：０．６５ｎｍ、Δｎ１・ｄ１：０．１３８ｎｍ、Δｎ２・ｄ２：０．３８５ｎｍの条件を満たすように液晶セル、第１位相差板と、拡散板、第２位相差板、第１偏光板を配置した。得られた液晶表示装置に対し、デューティー比が１／１２０の条件でマルチプレックス駆動した。また比較例として偏光板を上下２枚用いた従来の反射型ＳＴＮ液晶表示装置を用意し、同じデューティー比１／１２０の条件で駆動した。白及び黒の色度座標及び反射率を測定した結果は以下の表１の通りである。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示されるように、実施例１では白及び黒の色度座標ともに目標である（０．３１，０．３１６）に近づいており、特に比較例では黒の色度座標が（０．２２５，０．１８８）であるのに対し、実施例１では黒の色度座標が（０．２９９，０．３１７）と黒が正確に表示されていることが理解できる。また、実施例１では偏光板が１枚で実現されているため、比較例に比べて白の反射率が格段に向上している。
【００５９】
また、実施例１の液晶表示装置を１／２４０デューティー比の条件でマルチプレックス駆動した場合にも、実施例１では、白の色度座標は（０．２５３，０．２７３）、黒の色度座標（０．２９３，０．３１６）が得られており、白黒を正確に表示することができた。また、白の反射率は３４％、黒の反射率は４％であり、この条件においても、十分に明るい表示を行うことができた。
【００６０】
［実施形態２］
図４は、実施形態２に係る液晶表示装置の構成を示し、図５は図４の液晶セルの断面構成を示している。上記実施形態１は、液晶セル内に反射層を備えた反射型ＳＴＮ液晶表示装置であるが、本実施形態２では、反射型としても透過型としても使用できる半透過型ＳＴＮ液晶表示装置である。液晶セル１０の第１基板１４の外側には、実施形態１と同様に第１位相差板４０、第２位相差板４２、第１偏光板４４がこの順に配置されている。実施形態１と異なる点は、液晶セル１０内の半透過反射層３０と、液晶セル１０の第２基板側に透過モード時に光源となる円偏光照射手段７０を備えることであり、他の構成は実施形態１と共通している。
【００６１】
半透過反射層３０は、装置の観察側、つまり第１偏光板４４から入射する光を反射し、装置の非観察側に配置された光源から第２基板１６を経て入射する光を透過させる機能を備え、本実施形態２では図４のように第２基板１６と第２電極２２との間に形成している。なお、半透過反射層３０と第２電極２２との間には両者を絶縁する機能も備えた平坦化層３４を設けている。
【００６２】
半透過反射層３０としては、偏光解消が少なく、特に反射又は透過時に偏光軸の回転が少ない材料を用いることが好ましく、例えばＡｌのハーフミラー等を用いることができる。また、このＡｌハーフミラーの第１基板側表面にＳｉＯ2膜を積層したり、ＳｉＯ2とＴｉＯ2の積層構造を形成することにより反射色の調整や、反射強度を制御することができる。半透過反射層３０での反射：透過強度は例えばＡｌから形成されている場合、このＡｌ層に孔を開けたり、層の厚さを制御することで例えば９：１〜６：４程度に調整できる。また、一例として半透過反射層３０で反射される光の色が、JIS規格のＣ光源（ｘｙ色度座標上の０．３１，０．３１６）に近づくように調整した場合に、反射率は７１％、反射光の色度座標は（０．３１０，０．３２２）、透過率は１０．３％、透過光の色度座標（０．２７８，０．２７４）という特性を実現することができる。
【００６３】
液晶セル１０の非観察側に設けられた円偏光照射手段７０は、直接円偏光を射出することが可能な円偏光光源によって構成することができる。または、広帯域円偏光板と光源とによって構成することもできる。この広帯域円偏光板としてはコレステリック液晶フィルムを用いることが可能である。コレステリック液晶フィルムは、入射光に対し、右方向又は左に旋回する円偏光のみを透過させ、他を反射する機能を備えており、このフィルムを光源と液晶セル１０との間に配置することで、光源光のうち所定の円偏光のみを液晶セル１０の第２基板１６側に射出することができる。図４に示す例では、円偏光照射手段７０は、光源６０と、広帯域円偏光板とからなり、広帯域円偏光板は、光源６０に近いほうから順に、第２偏光板６２、λ／２板６４及びλ／４板６６によって構成されている。図４の構成からなる広帯域円偏光板は、第２偏光板６２、λ／２及びλ／４板６４、６６の特性を最適化することで、光源光を全波長において円偏光に変換している。なお、第２偏光板６２は、光源光のうち偏光板の吸収軸に直交する方向の直線偏光を透過させ残りは吸収すれば要求された機能は果たすが、更に吸収軸方向の直線偏光についてはこれを反射する機能を備えた反射偏光板を用いることで光源光の利用効率向上を図ることが可能となる。
【００６４】
以上のような構成において、本実施形態２では、上述の実施形態１と同様に下記（条件Ａ）〜（条件Ｆ）に適合するような仕様とする。少なくとも（Ａ）及び（Ｂ）についてはこれを満たすように設定する必要がある。
【００６５】
（Ａ）時計回りをプラス、反時計回りをマイナスで表現する場合に、液晶層１２のねじれ角θLCは、±１６０゜〜±３００゜である。より好適には±１８０゜±３００゜であり、例えばθLCは−２４０゜に設定する。また、液晶材料としては正の誘電異方性を示す液晶を用い、この液晶セル１０において液晶層１２のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍとする。
【００６６】
（Ｂ）液晶層１２の第１基板１４側での配向方向に対する第１位相差板４０の遅相軸方向の角度θ１、第１位相差板４０の遅相軸方向に対する第２位相差板４２の遅相軸方向の角度θ２、第２位相差板４２の遅相軸方向に対する第１偏光板４４の吸収軸方向の角度θ３が、実施形態１と同様、ねじれ角θLCがマイナスつまり−１６０゜〜−３００゜の場合Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０のいずれかの条件を満たすように設定する。或いは、ねじれ角θLCがプラスつまり１６０゜〜３００゜の場合、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０のいずれかの条件であって規定されている関係式においてθ１〜θ３の全ての＋−符号と不等号記号の向きを逆転させた条件を満たすように設定する。即ち、Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．２０のいずれかの条件を満たすように設定する。
【００６７】
（Ｃ）第１位相差板４０のリタデーション値Δｎ１・ｄ１と、第２位相差板４２のリタデーション値Δｎ２・ｄ２との合計値Ｒs（Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２）についても、実施形態１と同様に、
ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５−２５ ≦ Ｒs ≦ ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５＋７５（但し、ｍ＝−２、０、１、２）の関係を満たす。
【００６８】
（Ｄ）液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｐr400／Ｐr590］の比についても実施形態１と同様に０．９８〜１．１２の間に設定する。
【００６９】
（Ｅ）第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２とは、Δｎ２・ｄ２＞Δｎ１・ｄ１を満たす。
【００７０】
（Ｆ）第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２及び液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCの関係は、下記(i)〜（iii)のいずれか一つの条件を満たす。(i)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≦１５０ｎｍ、(ii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≧４００ｎｍ、(iii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC×２／５、１６０ｎｍ≦Δｎ１・ｄ１≦２２０ｎｍ。
【００７１】
下記表２及び表３は、
【表２】
【００７２】
特に、表２の仕様no1（θLC：−２４０゜、θ１：８２゜、θ２：−３１゜、θ３：７４゜、ΔｎLC・ｄLC：０．６５μｍ、Δｎ１・ｄ１：０．１３８μｍ、Δｎ２・ｄ２：０．３８５μｍ、第２基板からの入射光：左円偏光）が最適である。
【００７３】
図６〜図９は、第１及び第２位相差板の合計位相差値（リタデーション合計値Ｒs）と、液晶のΔｎLC・ｄLCとの関係について示している。図６〜図９は、液晶層の厚さｄLCを５μｍに固定し、液晶のΔｎLCを変化させてΔｎLC・ｄLCの値を変化させている。各図において、縦軸は、各液晶表示装置を１／２４０デューティー比で最適バイアスで駆動した場合に、反射黒輝度０．８％未満で、反射白輝度２５％以上の条件を満たす表２、３のような仕様の存在度数であり、横軸は第１及び第２位相差板の合計位相差値である。ここで、直線偏光が円偏光に変化するには、上述のように入射光の位相が（２ｎ＋１）π／４（但し、ｎ＝０，１，２・・・）だけ変化する必要があり、リタデーション合計値Ｒsは、上記条件を満たすポイントのみに存在する。実際には、合計位相差値Ｒsは、各光学部材の軸角度を調整することである程度の幅を持った領域に存在することとなり、各図に示すように、合計位相差値は周期的かつ離散的な分布特性を示す。更にこの周期的な離散状態は、ΔｎLC・ｄLCが、０．６μｍ（図６）、０．６５μｍ（図７）、０．７０μｍ（図８）、０．７５μｍ（図９）と変化するにつれて変化しており、また各合計位相差値における仕様の存在度数も変化し、ここでは図７の０．６５μｍの場合、最も存在度数が多い。従って、例えば上記条件Ｃを満たすようにＲｓとΔｎLC・ｄLCを決定することで、要求される表示特性を実現可能な装置仕様の存在度数が多くなり、装置の各要素の取りうる光学特性値の自由度が高まり、更に製造上のマージンが広くなるので装置の最適化を図ることが容易となる。
【００７４】
次に、液晶層と第１及び第２位相差板との波長分散比について説明する。この波長分散比は、上記（条件Ｄ）に示すように、液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｒs400／Ｒs590］の比で表され、本実施形態２では０．９８〜１．１２の間に設定する。
【００７５】
下記表４は、
【表４】
【００７６】
図１０は、入射光の波長に対する液晶層及び位相差板の波長分散値の特性を示している。実線で示した線はそれぞれ切片の小さい方から順に表４の液晶層ＬＣ０〜ＬＣ１１の波長分散特性を示しており、白抜きの四角、三角、丸は位相差板として一般的に用いられる材料の波長分散特性である。
【００７７】
図１１〜図１３は、液晶層の波長分散値［ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590］に対する第１及び第２位相差板の波長分散値［Ｒs400／Ｒs590］の比である波長分散比を変化させた場合に、各位相差板合計位相差値での最適仕様の存在度数の分布を示している。図１１〜図１３の各図においては、液晶層の厚さｄLCを６μｍ（図１１）、５μｍ（図１２）、４μｍ（図１３）と変化させ、また、ΔｎLC・ｄLCの値が０．６５μｍで一定となるように液晶材料を変えΔｎLCを変化させている。そして、図１１での波長分散比は１．００３、図１２では１．０４１、図１３では１．０９１である。最適仕様の存在度数とは、各液晶表示装置を１／２４０デューティー比で最適バイアスで駆動した場合に、反射黒輝度０．８％未満で、反射白輝度２５％以上の条件を満たす表２、３のような仕様の存在数である。図１１〜図１３の比較からわかるように、最適仕様の存在度数は波長分散比に対し依存性を示す。図１１〜図１３の例では、どの波長分散比においても十分な数の最適仕様が得られているが、図１１は最も存在度数が高い。このように最適仕様の存在数が多ければ、要求された特性に応じた液晶表示装置の各部材の設定自由度が高まり、実際に液晶表示装置を構成する場合に、各部材の光学特性（例えば、θやΔｎ・ｄ）等を最適化することが容易となる。
【００７８】
このように高い存在度数を得るためには、波長分散比は、本実施形態２において０．９８〜１．１２程度、つまり、図１１〜図１３の比較から把握できるように、液晶の波長分散値と第１及び第２位相差板の波長分散値がほぼ同じ程度であることが好ましい。図１０を参照して説明すると、ＬＣ０のような特性の液晶を用いる場合には、ポリスルホンやポリアリレートよりも、特性差の大きい短波長域でＬＣ０に特性の近いポリカーボネイトを位相差板として用いることで、全波長域にわたって適切な位相補償ができることとなる。また、反対に、ＬＣ１１の特性の液晶を用いる場合には、ポリカーボネイトよりも特性差の大きい短波長側で特性の近似したポリスルホンを位相板として用いることが適切である。
【００７９】
以上のような条件を満たす本実施形態２の半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置において、反射モードの場合には、上記実施形態１と同じ原理で動作する。即ち、白表示時には第１偏光板４４から入射した直線偏光は液晶層１２を通過して半透過反射層３０で反射され、ほぼ同じ直線偏光状態を維持して再び第１偏光板４４に戻り、第１偏光板４４から射出される。黒表示時には、第１偏光板４４から入射した直線偏光が液晶層１２で複屈折を受け、半透過反射層３０の表面で円偏光となりこれが反射される。反射円偏光は液晶層１２を再び複屈折を受けながら進み、第１及び第２位相差板４０、４２にて位相補償され、ほぼ全波長帯域において第１偏光板４４の吸収軸方向に振動する直線偏光となる。よって第１偏光板４４で光は遮断され、黒が表示される。
【００８０】
透過モードの場合には、まず、円偏光照射手段７０から射出された円偏光が第２基板側から半透過反射層３０に到達し、この半透過反射層３０を透過して液晶層１２に入射する。液晶層１２に電圧が印加され白表示モードである場合、円偏光は微少の複屈折を受けながら液晶層１２を通過し、第１位相差板４０、第２位相差板４２で位相補償を受け、第１偏光板４４に到達する。第１偏光板４４の位置でほぼ円偏光であれば、第１偏光板４４の吸収軸に直交する方向の成分がこの第１偏光板４４を通り抜け、装置の観察面側に光が射出され、白が表示される。
【００８１】
透過モードで黒表示時の場合、半透過反射層３０に第２基板１６側から入射される光は反射モードの黒表示時と同様の円偏光状態である。つまり、例えば、反射モードにおいて半透過反射層での反射時に右円偏光であれば、透過モードの際半透過反射層３０でも右円偏光である。従って、半透過反射層３０を通過した円偏光は２４０゜のねじれ角θLCで配向した液晶層１２において複屈折を受け直線偏光となる。本実施形態２では、θ１〜θ３が上述のような条件を満たし、更に第１及び第２位相差板のリタデーション値、液晶層のリタデーション値等が上述のような関係となるように設定されていることで、反射層１８における偏光状態が、液晶層１２を通過し、第１及び第２位相差板４０、４２を経て第１偏光板４４に到達した際に、光の全波長域に対してほぼ同一の直線偏光となる。第１偏光板４４は、その吸収軸がこの直線偏光と略平行となるように配置されているため、第１偏光板４４によって全波長域に対して光が遮断され、透過モードの黒表示時も反射モードの黒表示時とほぼ同じように黒を正確に表示できる。
【００８２】
このように本実施形態２では、反射モードの黒表示の場合と、透過モードの場合において、半透過反射層３０の表面（液晶対向側）で光が円偏光状態となるように設定しているため、黒表示について反射・透過モードを切り換えて半透過反射層３０での光の偏光状態が変化しない。従って、ほぼ同一の条件で黒を正確に表示することを可能としている。白については、反射・透過モードのいずれの場合も液晶層１２において偏光状態の変化が微少であるので色度座標が適切な値を示す光源６０を用いることで、反射・透過モードのいずれにおいても正確に表示することができる。また、反射モードと透過モードとで液晶の動作閾値電圧は同じであるのでモード切替時に色調や階調などが変化することがなく、違和感のない表示が可能である。
【００８３】
なお、図示しないが、第１偏光板４４の表面は、低反射コートとアンチグレアコートを施しておくことが好適である。また、位相差板は第１及び第２と２枚用いているが、３枚以上の位相差板を用いることも可能である。更に、以上の説明では第１位相差板４０と第２位相差板４２との間に拡散層４６を配置しているが、拡散層４６は、第１偏光板４４と液晶セル１０との間にあれば良く、例えば第１位相差板４０と液晶セル１０（第１基板１４）との間に設けても同様の特性を得ることができる。
【００８４】
また、透過モードの際に円偏光照射手段７０から右円偏光を入射する装置仕様については、これを左円偏光仕様に変え、また円偏光照射手段７０から左円偏光を入射する装置仕様については、これを右円偏光仕様に変えても同じ透過特性を得ることができる。
【００８５】
［実施例２］
次に、上記実施形態２に示した条件を満たす液晶表示装置を実施例２として作成しその特性を評価した結果について説明する。
【００８６】
１２０×１６０ドット及び２４０×６４０ドットサイズの液晶表示パネルを用い、θLC：−２４０゜、θ１：８２゜、θ２：−３１゜、θ３：７４、ΔｎLC・ｄLC：０．６５μｍ、Δｎ１・ｄ１：０．１３８μｍ、Δｎ２・ｄ２：０．３８５μｍの条件を満たすように液晶セル１０、第１位相差板４０、拡散層４６及び第２位相差板４２、第１偏光板４４を配置した。更に、液晶セルの非観察側に図４の構成の円偏光照射手段７０を設けた。また、広帯域偏偏光板を構成する第２偏光板６２、λ／２板６４及びλ／４板６６に代えて、コレステリック液晶フィルムを用いたが同様の効果が得られている。
【００８７】
半透過反射層３０としては、偏光解消（偏光回転）が少ないＡｌのハーフミラーを用いた。また、このＡｌハーフミラーの上部には、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2の積層構造を形成し、反射色がJIS規格のＣ光源（ｘｙ色度座標上の０．３１，０．３１６）に近づく様に調整し、反射：透過強度の比は９：１程度に制御した。反射：透過強度の比を制御するに際して、実施例２では、Ａｌの膜厚を制御する場合と、穴を空ける方法の両方を実施したが共に同等の性能が得られた。またＡｌの膜厚制御においては、Ａｌ膜厚を１８０Åとする事により９：１程度の強度比が実現できた。更に、Ａｌ膜厚を薄くする事により強度比６：４程度まで様々な比率の制御を実現できた。また、Ａｌ層に穴を形成する方法に関しては、面積比１０％程度の穴を空ける事により９：１程度の強度比が実現でき、面積比の制御により９：１〜６：４程度まで様々な比率の半透過反射層を形成することができた。なお、第１偏光板４４の表面は、低反射コートとアンチグレアコートを施した。
【００８８】
得られた液晶表示装置に対し、デューティー比が１／１２０の条件でマルチプレックス駆動した。また比較例として偏光板を上下２枚用いた従来の反射型ＳＴＮ液晶表示装置を用意し、同じデューティー比１／１２０の条件で駆動した。実施例２の液晶表示装置において、反射モードで駆動し、白及び黒の色度座標及び反射率を測定した結果は、上述の実施例１と同じで、表１に示すようになった。
【００８９】
なお、反射率の測定は、実施例１と同様に、図１４に示すように被測定物として設置した液晶表示装置に対し、そのパネル法線方向から２０゜の位置にある光源から光を照射し、パネル法線方向に設置した測定機を用いて行った。また、反射率は完全拡散の紙である基準白色板の明るさを１００％とした場合の数値である。
【００９０】
表１に示されるように、実施例２においても反射型液晶表示装置と変わることなく、白及び黒の色度座標ともに目標である（０．３１，０．３１６）に近づいており、特に実施例２では黒の色度座標が（０．２９９，０．３１７）であり、黒が正確に表示されている。また、実施例２では、反射モードの場合、偏光板が１枚で機能するため、比較例に比べて白の反射率が格段に向上している。
【００９１】
また、実施例２の液晶表示装置を１／２４０デューティー比の条件でマルチプレックス駆動した場合にも、実施例１と同じように、白の色度座標は（０．２５３，０．２７３）、黒の色度座標（０．２９３，０．３１６）が得られており、白黒を正確に表示することができた。また、白の反射率は３４％、黒の反射率は４％であり、この条件においても、十分に明るい表示を行うことができた。
【００９２】
［実施形態３］
図１５は、実施形態３に係る液晶表示装置の液晶セルの構成を示している。この液晶表示装置は、上記実施形態２と同じ半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置である。実施形態２と相違する点は、実施形態２において装置の観察側に配置した拡散層４６に代え、拡散機能を付与した半透過反射層を液晶パネル１０内に形成した事である。他の構成については実施形態２と同一であり説明は省略する。
【００９３】
半透過反射層３０に拡散機能を付与するために本実施形態３では、半透過反射層３０の下層、つまり半透過反射層３０と第２基板１６との間に、表面に凸凹が形成された凸凹層３６を形成している。この凸凹層３６は、光を拡散すると同時に反射指向特性を制御する機能を有しており、この凸凹層３６を半透過反射層３０と組み合わせて使用することで、液晶表示装置の実質的な使用範囲（観察方向範囲）での反射強度の向上を図っている。
【００９４】
このような液晶表示装置を上述の実施例２と同様に、反射モードにおいて１／１２０デューティー比で駆動し、反射率及び色度座標を測定した。その結果、白の反射率は１０３％程度、白の色度座標（０．２８６，０．３２３）、黒の反射率は８％程度、黒の色度座標（０．３０９，０．３２６）であった。
【００９５】
更に、１／２４０デューティー比で同様に駆動した場合の反射率及び色度座標の測定結果は、白の反射率８５％程度、白の色度座標（０．２６４，０．２８２）、黒の反射率７％程度、黒の色度座標（０．３０４，３２５）であった。
【００９６】
このように、実施形態３の構成、特に凸凹層３６をセル内に設けることで、白及び黒の色度を低下させることなく、白の反射率を各段に向上できる。従って、反射モードで用いた場合にも非常に明るい画面を実現することができる。
【００９７】
なお、実施形態２と同様に円偏光照射手段から右円偏光が入射される仕様は左円偏光仕様に、左円偏光が入射される仕様は右円偏光仕様に変更しても同じ透過特性が得られる。
【００９８】
［実施形態４］
図１６は、実施形態４に係る液晶表示装置の液晶セルの構成を示している。実施形態４の装置は、上記実施形態２と同じ半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置である。実施形態２と相違する点は、本実施形態４では液晶セル内にカラーフィルタ３２を形成し、カラー表示を可能としたことである。ＲＧＢのカラーフィルタ３２は、液晶セル内の観察側、具体的には第１基板１４と第１電極２０との間に形成されている。他のセル構成及び装置構成は実施形態２と同じである。
【００９９】
カラーフィルタ３２としては、通常の透過型ＬＣＤ用カラーフィルタより色純度の低いものを用いている。また、ＲＧＢ各３色のバランスをＣ光源下で無彩色となるように調整した、視感度透過率Ｙは５３％であった。本実施形態４において、色純度の低いフィルタを用いたのは、反射モードとして使用した場合には、光は入射時と反射時とで２回カラーフィルタを通過するため１回では十分な色純度にならなくても２回目通過すると必要な色純度となり高い色再現性が得られるからである。さらに、透過型のカラーフィルタを用いるとこのフィルタを２回通る際の光損失が大きくなってしまうためである。
【０１００】
カラーフィルタのレイアウトは、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれを採用することもできる。図１７（ａ）のレイアウトは、それぞれが各画素に対応づけられているＲ，Ｇ，Ｂのフィルタ３２が、そのフィルタ間が遮光されることなく並べて配置されている。図１７（ｂ）のレイアウトでは、隣接画素間で異なるカラーフィルタが互いに一部重なるように（例えば５〜１０μｍの重なり）配置され、互いが重なった領域で混色部が形成されている。そして、この混色部によって隣接画素間の遮光が行われている。図１７（ｃ）では、遮光性のブラックマスク（ブラックマトリクス）が各画素の境界に形成され、ブラックマスクの開口している各画素領域内に各色のカラーフィルタ３２が形成されている。
【０１０１】
このような実施形態４の液晶表示装置の構成を有し、１２０×１６０×ＲＧＢドットサイズのパネルと２４０×６４０×ＲＧＢドットサイズのパネルを用いたカラー液晶表示装置を作成し、上述の実施例２と同様に、反射モードにおいて１／１２０デューティー比で駆動し、反射率及び色度座標を測定した。その結果、白反射率２４．５％程度、黒反射率３．５％程度の良好な結果を得た。また、白の色度座標は（０．２６８，０．３１８）、黒の色度座標は（０．２９７，０．３１０）であり、目的とする座標（０．３１，０．３１６）に近い数値が得られ、白黒を正確に表示できていた。更に、１／２４０デューティーで駆動した際の測定結果は、白反射率２０％程度、黒輝度３％程度であった。また、白の色度座標は（０．２４５，０．２７７）、黒の色度座標は（０．２９２，０．３０９）であった。このように１／２４０デューティでも十分な特性が得られた。なお、上述の実施例と同様に、反射率は、１００％を基準白色板の明るさとした。
【０１０２】
［実施形態５］
図１８は、実施形態５に係る液晶表示装置の液晶セルの構造を示している。上記実施形態４と同様の半透過反射型のカラー液晶表示装置である。実施形態４では、図４の構成のように液晶セル外に拡散板４６を設けているが、本実施形態５では、実施形態３と同様に拡散板４６に代え、拡散機能を付与した半透過反射層を液晶パネル１０内に形成している。他の構成については実施形態２及び実施形態４と同一であり説明は省略する。
【０１０３】
実施形態３と同様に、拡散機能を有する半透過反射層３０は、その下層、つまり半透過反射層３０と第２基板１６との間に、表面に凸凹が形成された凸凹層３６を有する。この凸凹層３６は、光を拡散すると同時に反射指向特性を制御する機能を備え、この凸凹層３６を半透過反射層３０と組み合わせて使用することで、液晶表示装置の実質的な使用範囲（観察方向範囲）での反射強度を向上を図っている。
【０１０４】
液晶表示パネルとして１２０×１６０×ＲＧＢドットサイズ及び２４０×６４０×ＲＧＢドットサイズのものを用い、液晶セル内面にカラーフィルタ３２を形成して作成したカラー液晶表示装置について、特性を測定した結果は以下の通りである。まず、本実施形態５の液晶表示装置を反射モード下で１／１２０デューティーで駆動した場合、得られた反射率は白反射率６１％程度、黒反射率５．３％程度で、白の色度座標は（０．２７８，０．３２７）、黒の色度座標は（０．３０８，０．３１８）であり、良好な結果を得た。特に凸凹層３６の存在により白反射率が非常に高く、明るくまた正確な白黒表示が可能である。従って、本実施形態５の構成によれば明るく鮮明なカラー像を表示できることがわかる。
【０１０５】
更に、１／２４０デューティーで駆動した際の測定結果は、白反射率５０％程度、黒反射率４．５％程度と十分明るく、白の色度座標は（０．２５６，０．２８６）、黒の色度座標は（０．３０２，０．３１７）であり、正確な白黒表示が可能である。なお、反射率１００％は他の実施形態同様に、基準白色板の明るさである。
【０１０６】
［実施形態６］
図１９は、実施形態６に係る液晶表示装置の液晶セルの構造を示している。この液晶表示装置は実施形態４と同様のカラー液晶表示装置であるが、液晶セルの第２基板１６側にもカラーフィルタ３２が形成されている点が実施形態４と異なる。他の構成については実施形態４と同一であり、説明は省略する。第２基板１６側に形成されているカラーフィルタ３２は、第１基板１４側のカラーフィルタ３２と同一スペックのものを使用した。即ち、いずれのカラーフィルタ３２も通常の透過型ＬＣＤ用カラーフィルタより色純度の低いものを用いている。また、透過モード及び反射モードのいずれの場合にも、ＲＧＢ各３色のバランスをＣ光源下で無彩色となるように調整し、視感度透過率Ｙは５３％とした。
【０１０７】
図２０は実施形態６の他の構成を示している。この液晶表示装置では、図１９の構成において液晶セル外側に配置される拡散板（図４の拡散板４６）に代え、凸凹層３６を半透過反射層３０と第２基板側のカラーフィルタ３２との間に形成し、上述の実施形態３及び５と同様に輝度の向上を図っている。
【０１０８】
以上図１９及び図２０に示すように本実施形態６では、同じ特性のカラーフィルタ３２を第１基板側と第２基板側にそれぞれ形成している。このような構成を採用することで、反射モードでは、第１基板側のカラーフィルタ３２を光が２回通過し、透過モードでは、光が第２基板側のカラーフィルタ３２と第１基板側のカラーフィルタ３２の両方を通過することとなる。
【０１０９】
図２１は、光がカラーフィルタを１回通過（シングルパス）する場合と２回通過（ダブルパス）する場合との色再現性の相違を示している。図２１から明らかなように、２回通過する場合の方が色度座標上で広い面積になり、色再現性が高い。これはカラーフィルタを２回通過することで色純度が向上していることによる。ここで、上述の図１６及び図１８に示すようにカラーフィルタ３２が一層の場合には、反射モードよりも透過モード時において光がカラーフィルタ３２を通過する回数が１回少ないため、反射モード時よりも色再現性が低くなってしまう。しかし、本実施形態６の構成であれば反射モード、透過モードで同様の色再現性を実現する事が可能となる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光学特性、光学条件を最適化することにより、半透過反射型ＳＴＮ液晶表示装置において、反射モードと透過モードのいずれの場合でも白黒を正確に表示でき、また明るい像を表示することができる。また、白黒が正確に表示できるため色再現性の良いカラー像を表示することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る反射型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図２】 図１の液晶セル１０の断面構成を示す図である。
【図３】 第１基板側での液晶の配向方向に対する設定角度を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態２に係る半透過反射型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図５】 図４の液晶セル１０の断面構成を示す図である。
【図６】 本発明に係る液晶表示装置において液晶のリタデーションと最適仕様の存在度数との関係を示す図である。
【図７】 本発明に係る液晶表示装置において液晶のリタデーションと最適仕様の存在度数との関係を示す図である。
【図８】 本発明に係る液晶表示装置において液晶のリタデーションと最適仕様の存在度数との関係を示す図である。
【図９】 本発明に係る液晶表示装置において液晶のリタデーションと最適仕様の存在度数との関係を示す図である。
【図１０】 本発明に係る液晶表示装置において入射光の波長に対する液晶層及び位相差板の波長分散値特性を示す図である。
【図１１】 本発明に係る液晶表示装置において波長分散比を変化させた場合の最適仕様の存在度数の分布を示す図である。
【図１２】 本発明に係る液晶表示装置において波長分散比を変化させた場合の最適仕様の存在度数の分布を示す図である。
【図１３】 本発明に係る液晶表示装置において波長分散比を変化させた場合の最適仕様の存在度数の分布を示す図である。
【図１４】 実施例において液晶表示装置の反射率の測定方法を示す概念図である。
【図１５】 本発明の実施形態３に係る液晶表示装置の液晶セルの断面構成を示す図である。
【図１６】 本発明の実施形態４に係る液晶表示装置の液晶セルの断面構成を示す図である。
【図１７】 本発明において用いるカラーフィルタの配置例を示す図である。
【図１８】 本発明の実施形態５に係る液晶表示装置の液晶セルの断面構成を示す図である。
【図１９】 本発明の実施形態６に係る液晶表示装置の液晶セルの断面構成を示す図である。
【図２０】 本発明の実施形態６に係る液晶表示装置の液晶セルの他の断面構成を示す図である。
【図２１】 本発明の液晶表示装置においてカラーフィルタを１回通る場合と２回通る場合との色再現性の違いを説明する図である。
【符号の説明】
１０ 液晶セル、１２ 液晶層、１４ 第１基板、１６ 第２基板、１８ 反射層、２０ 第１電極、２２ 第２電極、２４ 絶縁層、２６ 配向層、２８ スペーサ、３０ 半透過反射層、３２ （第１及び第２）カラーフィルタ、３４平坦化層、３６ 凸凹層、４０ 第１位相差板、４２ 第２位相差板、４４ 第１偏光板、４６ 拡散板、６０ 光源、６２ 第２偏光板、６４ λ／２板、６６ λ／４板、７０ 円偏光照射手段。
Claims (13)
- 対向面側にそれぞれ電極が形成された第１基板と第２基板との間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有し、該セルの前記第１基板の外側には、第１位相差板及び第２位相差板及び偏光板がこの順に配置され、前記液晶セル内の第２基板側には、前記１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成された液晶表示装置であって、
前記液晶層において前記第１基板から前記第２基板に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θLCは、±１６０゜〜±３００゜であり、
前記液晶層の屈折率異方性ΔｎLCと前記液晶層の厚さｄLCとの積によって示される液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍであり、
前記液晶層の前記第１基板側での配向方向に対する前記第１位相差板の遅相軸方向の角度をθ１とし、前記第１位相差板の遅相軸方向に対する前記第２位相差板の遅相軸方向の角度をθ２とし、前記第２位相差板の遅相軸方向に対する前記偏光板の吸収軸方向の角度をθ３とした場合に、
θ１、θ２及びθ３は、
それぞれ、前記ねじれ角θLCが−１６０゜〜−３００゜の範囲に設定される場合に、６５゜≦θ１≦９０゜、−２５゜≧θ２≧−５５゜、５０゜≦θ３≦８０゜を満たすか、または、
前記ねじれ角θLCが＋１６０゜〜＋３００゜の範囲に設定される場合には、−６５゜≧θ１≧−９０゜、２５゜≦θ２≦５５゜、−５０゜≧θ３≧−８０゜を満たし、
前記第１基板側から入射された光は、前記液晶層への印加電圧に応じて複屈折を受けて前記半透過反射層には右円偏光又は左円偏光のいずれかのほぼ円偏光状態で到達し、
前記第２基板側から入射された光は前記半透過反射層において前記第１基板側からの光と同一方向の右円偏光又は左円偏光のいずれか円偏光状態であることを特徴とする液晶表示装置。 - 対向面側にそれぞれ電極が形成された第１基板と第２基板との間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有し、該セルの前記第１基板の外側には、第１位相差板及び第２位相差板及び偏光板がこの順に配置され、前記液晶セル内の前記第２基板側には、前記１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成された液晶表示装置であって、
前記液晶層において前記第１基板から前記第２基板に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θLCは、±１６０゜〜±３００゜であり、
前記液晶層の屈折率異方性ΔｎLCと前記液晶層の厚さｄLCとの積によって示される液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、０．３０μｍ≦ΔｎLC・ｄLC≦２．０μｍであり、
前記液晶層の前記第１基板側での配向方向に対する前記第１位相差板の遅相軸方向の角度をθ１とし、
前記第１位相差板の遅相軸方向に対する前記第２位相差板の遅相軸方向の角度をθ２とし、
前記第２位相差板の遅相軸方向に対する前記偏光板の吸収軸方向の角度をθ３とした場合に、
θ１、θ２及びθ３は、
前記ねじれ角θLCが−１６０゜〜−３００゜の範囲である場合に、次の(i)〜(ix)の条件
(i)−９０゜≦θ１≦−６５°、−４０゜≦θ２≦−３０°、７０°≦θ３≦８０°、
(ii)０°≦θ１≦２０°、−８０°≦θ２≦−６０°、１５°≦θ３≦４０°、
(iii)４５°≦θ１≦５５°、７０°≦θ２≦８０°、−６０°≦θ３≦−５０°、
(iv)８０°≦θ１≦９０°、６５°≦θ２≦７５°、−４５°≦θ３≦−３５°、
(v)６０°≦θ１≦８０°、５５ °≦θ２≦７５°、−６０°≦θ３≦−５５°、
(vi)１５°≦θ１≦３０°、−７５°≦θ２≦−６５°、−６５°≦θ３≦−５５°、
(vii)６０°≦θ１≦７０°、−７０°≦θ２≦−５５°、３５°≦θ３≦５５°、
(viii)３０°≦θ１≦５５°、−７０°≦θ２≦−５０°、−６５°≦θ３≦−４０°、
(ix)−８０°≦θ１≦−７０°、７５°≦θ２≦８５°、５０°≦θ３≦６０°、
のいずれか一つの条件を満たすか、又は、
前記ねじれ角θLCが１６０゜〜３００゜の範囲である場合には、上記(i)〜(ix)のいずれかであってθ１及びθ２及びθ３の範囲のプラスマイナス符号及び不等号符号の向きを逆転して表される条件を満たし、
前記第１基板側から入射された光は、前記液晶層への印加電圧に応じて複屈折を受けて前記半透過反射層には右円偏光又は左円偏光のいずれかのほぼ円偏光状態で到達し、
前記第２基板側から入射された光は前記半透過反射層において前記第１基板側からの光と同一方向の右円偏光又は左円偏光のいずれか円偏光状態であることを特徴とする液晶表示装置。 - 対向面側にそれぞれ電極が形成された第１基板と第２基板との間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有する液晶表示装置であり、
前記液晶セルの前記第１基板の外側には第１位相差板及び第２位相差板及び第１偏光板がこの順に配置され、
前記液晶セルの第２基板側には、第１基板側から入射する光を反射し、かつ第２基板側から入射する光を透過させる機能を備えた半透過反射層が形成され、
前記第１基板側から入射された光は、前記液晶層への印加電圧に応じて複屈折を受けて前記半透過反射層には右円偏光又は左円偏光のいずれかのほぼ円偏光状態で到達し、
前記第２基板側から入射された光は前記半透過反射層において前記第１基板側からの光と同一方向の右円偏光又は左円偏光のいずれか円偏光状態であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
該液晶セルの前記第２基板の外側には、更に、前記液晶セルに円偏光を照射するための円偏光照射手段が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項４に記載の液晶表示装置において、
前記円偏光照射手段は、円偏光光源、又は広帯域円偏光器及び光源によって構成されることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項５に記載の液晶表示装置において、
前記広帯域円偏光器は、コレステリックフィルムであることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項５に記載の液晶表示装置において、
前記広帯域円偏光器は、λ／４位相差フィルム、λ／２位相差フィルム及び偏光板を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項７に記載の液晶表示装置において、
前記広帯域円偏光器の前記偏光板は、特定方向に振動している直線偏光を透過し前記特定方向に垂直に振動している光を反射する反射偏光板であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項６又は請求項７に記載の液晶表示装置において、
前記液晶セルには前記広帯域円偏光器から前記右円偏光又は左円偏光が入射されることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記第１位相差板の屈折率異方性Δｎ１と前記第１位相差板の厚さｄ１との積によって示される第１位相差板のリタデーション値Δｎ１・ｄ１と、前記第２位相差板の屈折率異方性Δｎ２と前記第２位相差板の厚さｄ２との積によって示される第２位相差板のリタデーション値Δｎ２・ｄ２と、の合計値Ｒsは、
前記液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCに対し、
ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５−２５ ≦ Ｒs ≦ ΔｎLC・ｄLC−ｍ×１４７．５＋７５（但し、ｍ＝−２、０、１、２）の関係を満たすことを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の液晶表示装置において、
波長５９０ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr590、波長５９０ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC590、
波長４００ｎｍにおける第１及び第２位相差板のリタデーション値をＰr400、波長４００ｎｍにおける液晶層のリタデーション値をΔｎLC・ｄLC400で表した場合に、
前記液晶層の波長分散値ΔｎLC・ｄLC400／ΔｎLC・ｄLC590に対する前記第１及び第２位相差板の波長分散値Ｐr400／Ｐr590の比が、０．９８〜１．１２の間であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記第１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１と前記第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２との関係は、Δｎ２・ｄ２＞Δｎ１・ｄ１を満たす事を特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記１位相差板のリタデーションΔｎ１・ｄ１、前記第２位相差板のリタデーションΔｎ２・ｄ２及び液晶層のリタデーション値ΔｎLC・ｄLCは、以下の(i)〜（iii)のいずれか一つの条件
(i)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≦１５０ｎｍ、
(ii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC／２、Δｎ１・ｄ１≧４００ｎｍ、
(iii)Δｎ２・ｄ２≧ΔｎLC・ｄLC×２／５、１６０ｎｍ≦Δｎ１・ｄ１≦２２０ｎｍ、
を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
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