JPH06167708A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

反射型液晶表示装置

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JPH06167708A
JPH06167708A JP5217701A JP21770193A JPH06167708A JP H06167708 A JPH06167708 A JP H06167708A JP 5217701 A JP5217701 A JP 5217701A JP 21770193 A JP21770193 A JP 21770193A JP H06167708 A JPH06167708 A JP H06167708A
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Kozo Nakamura
浩三 中村
Seiichi Mitsui
精一 三ッ井
Tadashi Kimura
直史 木村
Masako Okada
正子 岡田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 視差がなく、高精細・高コントラストで表示
品位が高く、さらに、コントラストの視角依存性が小さ
く、駆動電圧が低くなるようにする。 【構成】 光学位相補償機能を有する基板の遅相軸と、
液晶セルの液晶分子のダイレクタの方向とが、ほぼ直交
状態にされている。液晶セルのリターデーションΔn1
1と、光学位相補償機能を有する基板のリターデーシ
ョンΔn22と、入射光の波長λとが |Δn11−Δn22|/λ=0.25+m/2±0.1(m
=0,1,2)…(1) を満たすときに遮光状態となり、 |Δn11−Δn22|/λ=m’/2±0.1(m’=
0,1,2)…(2) を満たすときに光透過状態となるように、液晶層に印加
される電界により|Δn11−Δn22|/λの値を変
化させる。これら遮光状態および光透過状態の2つの状
態を用いて表示を行い、液晶セルの液晶分子のダイレク
タの方向に対して偏光子の吸収軸あるいは透過軸を30
°〜60°に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ワードプロセッサ、ノ
ート型パソコン等のオフィスオートメーション(OA)
機器や、各種映像機器およびゲーム機器等に使用され、
直視式のバックライトを用いない構成の反射型液晶表示
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ワードプロセッサ、ラップトップ
型パソコン等のOA機器、あるいはポケットテレビと称
される携帯型テレビジョン等の映像機器等への液晶表示
装置の応用が急速に伸展している。これら液晶表示装置
の中でも、外部から入射した光を反射させて表示を行う
反射型液晶表示装置は、光源となるバックライトが不要
であるので、低消費電力化、薄型化、軽量化が可能であ
り、特に注目されている。
【0003】従来、上記反射型液晶表示装置には、TN
(ツイステッドネマティック)方式およびSTN(スー
パーツイステッドネマティック)方式が用いられてい
る。
【0004】上記TN方式は、一組の偏光板の間に、一
対のガラス基板と、各ガラス基板表面に形成された透明
電極と、両ガラス基板間に封入された液晶層とから構成
される液晶セルを配置し、この液晶セルの光学的性質、
すなわち電圧無印加時の旋光特性と、電圧印加時の旋光
解消特性とを利用してモノクロ(白黒)表示を行うもの
である。カラー表示を行う場合には、液晶表示装置の背
面にバックライトを搭載し、さらに液晶セル内に例えば
赤色、青色、緑色等の各色毎のカラーフィルターを設け
る構成を採用する。そして、液晶セルの電圧の無印加時
/印加時に対応する液晶セルの光スイッチング特性を利
用して、加色混合することによって比較的少色のカラー
表示を行うマルチカラー表示、あるいは基本的に任意の
色彩表示が可能なフルカラー表示が実現される。
【0005】上記TN方式の反射型液晶表示装置の駆動
方式としては、アクティブマトリックス駆動方式や単純
マトリクス駆動方式が用いられ、いわゆるポケット液晶
テレビ等の表示装置に採用されている。
【0006】一方、ワードプロセッサ等のOA機器用の
表示装置として広く使用されている表示方式としては、
上記TN方式と類似の液晶表示原理を有し、液晶分子の
捩れ角を180°〜270°に設定するSTN方式が挙
げられる。
【0007】このSTN方式は、液晶分子の捩れ角を9
0°以上に増大させ、液晶セルの複屈折効果によって生
ずる楕円偏光に対する偏光板の透過軸の設定角度を最適
化させてある。よって電圧印加に伴う急激な分子配向変
形を液晶の複屈折化に反映させることができ、閾値以上
で急峻な光学的変化を呈する電気光学特性を実現でき
る。従って、単純マトリックス駆動方式に適する。
【0008】このSTN方式の短所としては、液晶の複
屈折により、表示の背景色として黄緑や濃紺の着色が生
じることである。この着色現象を改善するために、表示
用STN液晶セルに、光学補償用液晶セルまたはポリカ
ーボネイトなどの高分子で形成される位相差板を重ね合
わせた液晶表示装置が提案されている。このことによ
り、色補償を行い、白黒表示に近い表示を実現すること
が可能となる。現在、このような着色補償を行う構成の
液晶セルが、いわゆるペーパーホワイト型液晶表示装置
として用いられている。
【0009】上記TN方式、STN方式の詳細な動作原
理は、日本学術振興界第142委員会編「液晶デバイス
ハンドブック」 1989 P.329〜346に記載
されており、周知の技術である。
【0010】上記TN方式あるいはSTN方式の液晶表
示装置を反射型液晶表示装置として実現しようとする
と、表示方式の原理上、液晶セルを一対の偏光子で挟む
構造にし、その外側に反射板を配置する必要がある。こ
のため、液晶セルに使用されるガラス基板の厚さによ
り、使用者がガラス基板を見る角度、即ちガラス基板の
法線方向と、使用者が液晶セルを見る方向とのなす角度
によって視差が生じ、表示が二重に認識されるという欠
点があった。
【0011】また、従来のTN方式、STN方式等、液
晶の複屈折を電界で制御し、光シャッタ機能を利用して
表示を行う液晶表示装置の偏光板を1枚にして、そのま
ま反射型液晶表示装置に適用した場合、その原理上、コ
ントラストのあるモノクロ表示を実現することはできな
い。
【0012】よって、偏光板1枚と1/4波長板とを用
いた反射型TN(45°ツイスト型)方式の液晶表示装
置が、特開昭55ー48733号公報に開示されてい
る。この先行技術においては、45°ねじれた液晶層を
用い、印加される電界を制御することによって入射直線
偏光の偏波面を1/4波長板の光軸に平行な状態と45
°ねじれた状態との2つの状態を実現して白黒表示を行
っている。この液晶セルの構成は、入射光側から偏光
子、45°ツイスト液晶セル、1/4波長板、反射板と
なっている。さらに、USP4,701,028(Cl
ercら)には偏光板1枚と1/4波長板と垂直配向液
晶セルとを組み合わせた反射型垂直配向方式の液晶表示
装置が開示されている。また、本出願人らは、偏光板1
枚と平行配向液晶セルと位相差板とを組み合わせた反射
型平行配向方式について出願している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭5
5ー48733号公報に記載された液晶表示装置では、
液晶層と反射板との間に1/4波長板を設ける必要があ
るため、原理上、液晶セルの内側に反射膜を形成するこ
とができない。また、この液晶表示装置の基本原理はT
N方式と同じであるため、電気光学特性の急峻性がTN
と同じである。従って、コントラストが低く、電気光学
特性の急峻性が低いという欠点がある。
【0014】上記USP4,701,028に記載され
た垂直配向方式の液晶表示装置では、以下のような問題
がある。
【0015】垂直配向、特に傾斜垂直配向は制御が極
めて困難であり、このような制御を実現するためには構
成が複雑になるので量産に向いていない。
【0016】垂直配向は配向規制力が弱く、応答速度
が遅い。
【0017】垂直配向を用いた場合、駆動時にダイナ
ミックスキャッタリングが発生することがあり信頼性が
低い。
【0018】上記反射型平行配向方式では、偏光板、位
相差板および液晶分子のダイレクタの設置角度が適性で
ないと表示特性が悪くなる。また、液晶セルと位相差板
との波長分散のために着色が生じる。さらに、反射板を
そのまま液晶層側に設置すると、反射板の凹凸のため電
気光学特性の急峻性が悪くなる。
【0019】本発明は上記従来の問題点を解決するため
になされたものであり、視差がなく、高精細・高コント
ラストで表示品位が高く、さらに、コントラストの視角
依存性が小さく、駆動電圧が低い反射型液晶表示装置を
提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明の反射型液晶表示
装置は、液晶層を間に挟んで、少なくとも透明電極を形
成した絶縁性の透過性基板および、一方の表面になめら
かで連続的に変化する凹凸を有し、該表面に光反射機能
を有する薄膜が形成された反射板が対向配設されてなる
液晶セルと、該液晶セルの光の入射側に配置された偏光
子と、該偏光子と該液晶セルとの間に配置された光学位
相補償機能を有する基板とを備えた反射型液晶表示装置
において、該透過性基板に隣接する液晶分子のダイレク
タの方向が、該光学位相補償機能を有する基板の遅相軸
とほぼ直交するように、かつ、該偏光子の吸収軸または
透過軸となす角φが30°〜60°になるように設定さ
れ、該液晶セルのリターデーションΔn11と該光学位
相補償機能を有する基板のリターデーションΔn22
入射光の波長λとが、 |Δn11−Δn22|/λ=0.25+m/2±0.1(m=0,1,2)…(1) を満たすときに遮光状態となり、 |Δn11−Δn22|/λ=m’/2±0.1(m’=0,1,2)…(2) を満たすときに光透過状態となるように、該液晶層に印
加される電界により|Δn11−Δn22|/λの値を
変化させて、該2つの状態を用いて表示を行うので、そ
のことにより上記目的が達成される。
【0021】この反射型液晶表示装置において、前記液
晶層の配向が平行配向となるように前記透過性基板と前
記反射基板とが対向配設され、前記液晶セルのリターデ
ーションΔn11が200nm<Δn11<750nm
の範囲に設定されている構成としてもよい。
【0022】また、前記液晶セルのリターデーションΔ
11と光学位相補償機能を有する基板のリターデーシ
ョンΔn22とが、電圧V1(V1≧0)印加時に400
〜700nmの範囲にある波長λに対して前記1式を満
たすときに遮光状態となり、電圧V2(V2>V1)印加
時に400〜700nmの範囲にある波長λに対して前
記2式を満たすときに光透過状態となる場合において、
前記光学位相補償機能を有する基板の波長分散の大きさ
(Δnλ)Fと液晶セルの波長分散の大きさ(Δnλ)
LCとが、該遮光状態でΔn11>Δn22の条件を満足
するときに(Δnλ)F>(Δnλ)LCとなり、該遮光
状態でΔn11<Δn22の条件を満足するときに(Δ
nλ)F<(Δnλ)LCとなるように設定してもよい。
【0023】また、前記液晶セルのリターデーションΔ
11と光学位相補償機能を有する基板のリターデーシ
ョンΔn22とが、電圧V1(V1≧0)印加時に400
〜700nmの範囲にある波長λに対して前記2式を満
たすときに光透過状態となり、電圧V2(V2>V1)印
加時に400〜700nmの範囲にある波長λに対して
前記1式を満たすときに遮光状態となる場合において、
前記光学位相補償機能を有する基板の波長分散の大きさ
(Δnλ)Fと液晶セルの波長分散の大きさ(Δnλ)
LCとが、該遮光状態でΔn11>Δn22の条件を満足
するときに(Δnλ)F>(Δnλ)LCとなり、該遮光
状態でΔn11<Δn22の条件を満足するときに(Δ
nλ)F<(Δnλ)LCとなるように設定してもよい。
【0024】また、前記光反射機能を有する薄膜が、前
記反射板の液晶層側表面に設けられている構成としても
よい。又、前記光反射機能を有する薄膜が、前記透過性
基板上に形成された透明電極に対向する電極として機能
する構成としてもよい。
【0025】更に、前記光反射機能を有する薄膜の上
に、凹凸を吸収すべく透明な平坦化層が設けられ、該平
坦化層の上に、前記透過性基板上に形成された透明電極
に対向する電極として機能する透明電極が形成されてい
る構成としてもよい。
【0026】また、前記透過性基板上または透明電極上
に、カラーフィルター層が形成されている構成としても
よい。
【0027】
【作用】以下、本発明の反射型液晶表示装置の表示原理
について説明する。
【0028】本発明の反射型液晶表示装置は、液晶層を
間に挟んで透過性基板と反射板とが対向配設されて液晶
セルが構成され、液晶セルの光の入射側に偏光子が配置
され、偏光子と液晶セルとの間に光学位相補償板が配置
されている。
【0029】この反射型液晶表示装置への入射光は、偏
光子、光学位相補償板および液晶層を通過して反射板に
到達し、この反射板で反射した後、再び液晶層、光学位
相補償板および偏光子を通過して出射する。この際、偏
光子から出射して得られる直線偏光は、光学位相補償板
と液晶層13とを通過した後、楕円偏光となる。この時
の楕円偏光の位相差δは、下記3式のように表される。
【0030】 δ=(2π/λ)(Δn11−Δn22) …(3) ここで、λは波長、Δn11は液晶層のリターデーショ
ン、Δn22は光学位相補償板のリターデーション、Δ
1、Δn2はそれぞれ液晶層、光学位相補償板の光学異
方性(複屈折率)、d1、d2はそれぞれ液晶層、光学位
相補償板の厚さを示す。
【0031】上記3式のδの値をいわゆる1/4波長条
件と3/4波長条件とに設定した時に入射光が遮光され
る。上記条件は一般には、 |Δn11−Δn22|/λ=0.25+m/2(m=0,1,2)…(4) の成立として表されるので、上記3式のδの値を上記4
式を満足するように設定することにより、入射光が遮光
される。
【0032】光学位相補償板に入射した偏光子からの直
線偏光は、上記4式を満足させた光学位相補償板および
液晶層を通過することにより、例えば右回りの円偏光と
なり、反射板で反射されて左回りの円偏光となる。一
方、液晶層を通過して左回りの円偏光となっている場合
には、反射板で反射されて右回りの円偏光となる。
【0033】反射板からの反射光は、再び液晶層および
光学位相補償板を通過することにより、入射時に偏光子
を通過した後の直線偏光とは直交する直線偏光となり、
偏光子により遮光される。
【0034】また、 |Δn11−Δn22|/λ=m’/2(m’=0,1,2)…(5) の条件を満足した場合には、光学位相補償板に入射した
偏光子からの直線偏光は、光学位相補償板および液晶層
を通過した後でも偏光方向が平行な直線偏光のままであ
る。よって、反射板で反射された後、またはその反射光
が再び液晶層および光学位相補償板を通過した後でも、
偏光方向が平行な直線偏光のままである。従って、出射
光は偏光子を通過する。
【0035】これら遮光状態および光透過状態の2つの
状態を利用して表示を行うことができる。
【0036】上記遮光状態および光透過状態は、上記4
式、5式の条件を満足することに限らず、遮光状態は下
記1式を、光透過状態は下記2式を満足する範囲であれ
ば実用的に問題が無い。
【0037】|Δn11−Δn22|/λ=0.25+m/
2±0.1(m=0,1,2)…(1) |Δn11−Δ
22|/λ=m’/2±0.1(m’=0,1,2)…
(2) このような表示原理の液晶表示装置において、
光反射板が偏光性を保持しない場合には、上述したよう
な右回りの円偏光から左回りの円偏光への変換、または
この逆の変換が効率的に行われなくなり、コントラスト
が低下する。
【0038】偏光性を保持するための反射板としては平
坦な鏡面反射板があるが、これは外部の物体がそのまま
映るので、表示が見難くなる。これを防ぐためには、本
出願人らが反射板作製法としてすでに特許出願している
ものを用いることができる。これは、基板に感光性樹脂
を塗布してこれをパターン化し、さらに熱処理を行って
凸部をなめらかな形状にした後、その上に反射面を形成
したものである。この方法によれば、凸部をなめらかに
形成できるため、多重反射が少なく、偏光をほぼ保持し
た明るい反射面とすることができる。このような反射板
を用いることで、光の偏光性の保持性と拡散性とを兼ね
備えた反射板を得ることができる。
【0039】電圧V1(V1≧0)印加時に遮光状態、電
圧V2(V2>V1)印加時に光透過状態である場合にお
いて、遮光状態でΔn11>Δn22の時(Δnλ)F
>(Δnλ)LCとし、また、遮光状態でΔn11<Δn
22の時(Δnλ)F<(Δnλ)LCとすることにより
広範囲の波長領域で上記4式を満たすことができる。
【0040】電圧V1(V1≧0)印加時に光透過状態、
電圧V2(V2>V1)印加時に遮光状態である場合にも
同様に、遮光状態でΔn11>Δn22の時(Δnλ)
F>(Δnλ)LCとし、また、遮光状態でΔn11<Δ
22の時(Δnλ)F<(Δnλ)LCとすることによ
り、より広範囲の波長領域で上記4式を満たすことがで
きる。
【0041】つまり、遮光状態で、リターデーションの
小さい方の波長分散を他方の波長分散よりも大きくす
る。このことにより、遮光状態での液晶セルと光学位相
補償機能を有する基板との波長分散が打ち消し合って、
高コントラストの良好な表示を得ることができる。
【0042】上記液晶層に含まれる液晶分子のダイレク
タの方向は、光学位相補償板の遅相軸とほぼ直交するよ
うに、かつ、偏光子の吸収軸または透過軸となす角φが
30°〜60°になるように設定されている。液晶表示
装置のコントラストは、φが45°の時が最大になる
が、上記設定であれば実用的に問題がない。上記透過性
基板と反射板とを、液晶層が平行配向となるように対向
配設した場合には、垂直配向になるようにした場合に比
べて、配向制御が容易であり、応答速度が速く、信頼性
を高くすることができる。
【0043】上記液晶セルのリターデーションΔn11
は、200nm<Δn11<750nmとすることによ
り、コントラストの視角依存性を小さく、駆動電圧を低
くすることができる。
【0044】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1は本発明の反射型液晶表示装置(以下、液晶表示装置
と称する)1の構成を示す断面図であり、図2は液晶表
示装置1におけるガラス基板2の平面図である。本実施
例の液晶表示装置1は、単純マトリクス方式である。液
晶表示装置1は、一対の透明なガラス基板2、3を備
え、ガラス基板2上には合成樹脂材料からなる大突起4
および小突起5がそれぞれ多数形成されている。大突起
4および小突起5の底部直径D1、D2は、それぞれ例
えば5μmと3μmに設定されている。また、これらの
間隔D3は少なくとも2μm以上に設定されている。
【0045】上記突起4、5を被覆し、これら突起4、
5の間の凹所を埋めて平滑化膜6が形成されている。平
滑化膜6の表面は、突起4、5の影響を受けて、滑らか
な曲面状に形成される。平滑化膜6上には、アルミニウ
ム、ニッケル、クロム、銀などの金属材料からなる反射
金属膜(対向電極)7が形成される。この反射金属膜7
は、図2の左右方向に長手の帯状に、複数列にわたって
形成される。これらの突起4、5、平滑化膜6および反
射金属膜7から反射板8が構成される。上記反射金属膜
7上には、配向膜9が形成されている。
【0046】上記ガラス基板2と対向するガラス基板3
の表面には、反射金属膜7の長手方向と直交する方向に
長手の帯状であって、ITO(Indium Tin
Oxide)等からなる透明電極10が複数列にわたっ
て形成されている。上記反射金属膜7と透明電極10と
からマトリックス電極構造が構成される。透明電極10
が形成されたガラス基板3を被覆して配向膜11が形成
されている。
【0047】上記相互に対向するガラス基板2、3の周
縁部は、シール材12で封止されている。配向膜9、1
1間の液晶層13には、誘電異方性Δεが正である液晶
材料、例えば、メルク社製、商品名ZLI2973を使
用する。
【0048】上記ガラス基板3の液晶層13と反対側に
は、ポリカーボネイト製の延伸フィルム(光学異方性Δ
2、厚さd2)からなる光学位相補償板14が設けられ
ている。さらにその上には、例えば単体透過率48%の
偏光板15が配置されている。
【0049】上記反射金属膜7および透明電極10に
は、それぞれ走査回路16およびデータ回路17の一方
が接続されている。走査回路16およびデータ回路17
は、マイクロプロセッサ等の制御回路18により制御さ
れて、表示内容に対応する表示データに基づいて反射金
属膜7および透明電極10を走査しており、電圧発生回
路19からの表示電圧V1または非表示電圧V2を印加
して表示を実現する構成となっている。図4は、液晶層
13、光学位相補償板14および偏光板の光学的構成を
示す図である。光学位相補償板14の遅相軸(α)と液
晶層13の液晶分子のダイレクタ(β)とは直交してお
り、液晶層13の液晶分子のダイレクタ(β)と偏光板
15の吸収軸あるいは透過軸(γ)とのなす角度φは、
例えば30°〜60°の範囲に設定される。
【0050】次に、上記のような反射型液晶表示装置1
の作成方法について、説明する。
【0051】図3(1)〜(5)は、反射板の製造工程
を示す図である。まず、図3(1)に示すように、ガラ
ス基板2の一方の面に感光性樹脂膜21を形成する。本
実施例では、ガラス基板2として厚さt1が1.1mm
のもの(例えばコーニング社製、商品名7059)を用
いた。また、上記感光性樹脂膜21は、感光性樹脂材料
(例えば東京応化社製、商品名OFPR−800)を、
500r.p.m〜3000r.p.mでスピンコート
することにより得ることができる。本実施例では、25
00r.p.mで30秒スピンコートすることにより、
厚さt2が1.5μmの感光性樹脂膜2を形成した。
【0052】次に、感光性樹脂膜21が形成されたガラ
ス基板2を90℃で30分間焼成し、図3(2)に示す
ような大小2種類の円形パターンが多数形成されたフォ
トマスク22を配置して露光する。そして、例えば東京
応化社製、商品名NMD−3の2.38%溶液からなる
現像液を用いて現像を行い、図3(3)に示すような、
表面に微細な高さの異なる大突起23および小突起24
を形成する。このように高さの異なる2種類以上の突起
を形成する理由は、突起の頂上と谷とで反射される光の
干渉により反射光に着色が生じるのを防ぐためである。
【0053】上記フォトマスク22は、これを用いて形
成される大突起4および小突起に対応して、図2に示し
たような直径D1(例えば5μm)、D2(例えば3μ
m)の円がランダムに配置されたもので、その間隔D3
は少なくとも2μm以上離れた構成のものを用いること
ができる。尚、フォトマスク22のマスクパターンはこ
れに限定されるものではなく、所望の大突起および小突
起のパターンにより、種々のものを用いることができ
る。
【0054】続いて、図3(3)に示したような、大突
起23および小突起24が形成されたガラス基板2に、
200℃で1時間加熱処理を行って、図3(4)に示す
ように、上記突起23、24の角を丸くする。さらに、
図3(5)に示すように、上記突起23、24が形成さ
れたガラス基板2上に、例えば東京応化社製、商品名O
FPR−800を1000r.p.m〜3000r.
p.mでスピンコートすることにより、高分子樹脂膜6
を成膜する。本実施例では、2000r.p.mでスピ
ンコートを行った。これにより、突起23、24の間の
部分の凹所が埋められ、なめらかな曲線状の表面を有す
る高分子樹脂膜(平滑化膜)6を形成することができ
る。本実施例では、高分子樹脂膜6として上記感光性樹
脂材料と同じ種類の樹脂を塗布したが、異なる種類のも
のでもよい。尚、この場合の平滑化膜6の表面段差は
0.7μmであった。
【0055】さらに、図3(5)に示すように、上記平
滑化膜6の上に、アルミニウム、ニッケル、クロム、銀
などの金属薄膜を膜厚t3(例えば0.01〜1.0μ
m程度)に形成する。本実施例では、アルミニウムをス
パッタリングすることにより反射金属膜7を形成した。
以上の工程により反射板8が完成する。このようにして
形成される反射板8と、透明電極10が形成されたガラ
ス基板3上にポリイミド樹脂膜を形成し、200℃で1
時間焼成する。その後、液晶分子20を配向させるため
のラビング処理を行って、配向膜9、11を形成する。
上記配向膜9が形成された反射板8と、上記透明電極1
0および配向膜11が形成されたガラス基板3とを組み
合わせる際には、液晶分子20の配向が平行配向となる
ように対向させる。また、液晶層13の層厚を規制する
ために、5μmのスペーサーを散布して貼り合わせを行
う。2枚のガラス基板2、3の間には、6μmのスペー
サーを混入した接着性シール剤をスクリーン印刷するこ
とによって、液晶封止層(図示せず)を形成する。液晶
層13は、上記液晶封止層を形成した後、真空脱気する
ことにより封入される。
【0056】次に、本実施例の液晶表示装置1の動作に
ついて、図5を参照しながら説明する。尚、この図にお
いては、説明の便宜のため液晶表示装置1を分解して示
してある。図5(1)に示す遮光動作時には、光学補償
板14と液晶層13との各リターデーションΔn22
Δn11は、上記1式を満足するように選ばれる。この
とき、入射光28は偏光板15を通過することにより、
偏光板15の吸収軸または透過軸方向L1と平行な直線
偏光29となる。直線偏光29は、上記1式を満足する
光学補償板14および液晶層13を通過して、例えば右
回りの円偏光30となる。この円偏光30は、反射板8
で反射されて、左回りの円偏光31となる。この円偏光
31は、上記3式を満足するリターデーションをそれぞ
れ有する液晶層13および光学補償板14を通過する
と、上記入射時の直線偏光29の方向と直交する方向の
偏光面を有する直線偏光32となる。この直線偏光32
は、偏光板15によって遮光される。すなわち、反射板
8からの反射光は遮光される。これに対し、液晶層13
を通過して右回りの円偏光となる場合には、この円偏光
は反射板8で反射されて左回りの円偏光となる。
【0057】一方、図5(2)に示す光透過動作時に
は、光学補償板14と液晶層13との各リターデーショ
ンΔn22、Δn11は、上記2式を満足するように選
ばれる。このとき、入射光28は偏光板15を通過する
ことにより、上記軸方向L1と平行な直線偏光29とな
る。この直線偏光29は、上記2式を満足するように定
められる光学補償板14と液晶層13とを通過しても、
通過前と同様な偏光状態を保持する。液晶層3を通過し
た直線偏光29は、反射板8で反射しても同様な直線偏
光状態を保持し、液晶層13および光学補償板14を通
過した後でも、同様である。よって、この反射光は偏光
板15を通過して出射する。
【0058】本実施例で使用した液晶の屈折率異方性Δ
1は0.1626であり、セル厚dは5.0μmであ
るから、この液晶層13のリターデーションΔn11
813nmとなる。
【0059】上記液晶層13の液晶分子のダイレクタと
光学位相補償板14の遅相軸は直交させ、偏光板15の
吸収軸あるいは透過軸と液晶分子のダイレクタとのなす
角φは15°、30°、45°、60°、75°とし
た。波長λが550nmの時に(Δn11−Δn22
/λ=0.25になるように光学位相補償板14のリタ
ーデーションΔn22を選定し、φ=15°、30°、
45°、60°、75°の場合について電圧−反射率特
性を測定したところ、図6のようなグラフが得られた。
即ち、φ=15°、30°、45°における特性は、そ
れぞれ図6の(a)、(b)、(c)と対応する。尚、
φ=60°、75°のときの特性はそれぞれφ=30°
の特性(b)、φ=15°の特性(c)とほぼ同じであ
った。
【0060】電圧を印加した場合、ある角度(φ=30
°)から入射した光に対するパネル法線方向の反射率は
約45%で、最大コントラスト比はφ=45°のときで
6であった。リファレンスにはMgOの標準白色板を用
いた。尚、このグラフで反射率が小さくなるのは、(Δ
11−Δn22)/λの値が±0.25の時であり、
反射率が最大の所は(Δn11−Δn22)/λの値が
0の時である。これら2つの状態を用いることにより、
モノクロ(白黒)の表示を行うことができる。設置角度
については、φ=45°の時に最大のコントラスト比を
得ることができ、φ=45°からずれて行くに従ってコ
ントラスト比が低下する。しかし、φ=30°〜60°
の範囲では実用的に問題はない。
【0061】本実施例では、上記4式のmおよび5式の
m’の値が0の場合について示したが、mおよび/また
はm’が1以上の場合においても表示は可能である。し
かし、mおよびm’が1以上の場合、光透過状態の反射
率が低下し、逆に遮光状態の反射率は上昇することにな
ってコントラスト比が低下するので、m=m’=0のと
きを利用するのが望ましい。また、上記遮光状態および
光透過状態は、上記4式、5式の条件を満足することに
限らず、遮光状態は上記1式を、光透過状態は上記2式
を満足する範囲であれば実用的に問題が無い。
【0062】本実施例の反射型液晶表示装置では、反射
板8の反射電極形成面が液晶層側に配置されているの
で、視差がなく、良好な表示画面が得られる。
【0063】(実施例2)この実施例では、上記実施例
1の液晶表示装置において、φ=45°とし、(Δn1
1−Δn22)/λ=0.25の遮光状態を用い、光
学位相補償板14として液晶セルの波長分散よりも大き
い波長分散を持つものを用いた。このことにより、上記
4式を400〜700nmの範囲にあるほぼ全ての波長
で満足させることができる。これは、図7(a)に示す
ように、電圧V1(V1≧0)印加時に遮光状態であり、
電圧V2(V2>V1)印加時に光透過状態である場合、
光学位相補償板の波長分散の大きさ(Δnλ)F=(Δ
400−Δn700)/Δn550と、液晶セルの波長分散の
大きさ(Δnλ)LC=(Δn400−Δn700)/Δn550
とを、遮光状態でΔn11>Δn22の時(図7
(b)、(c))に(Δnλ)F>(Δnλ)LCを満足
するように設定し(図8(b))、また、遮光状態でΔ
11<Δn22の時(図8(a))に(Δnλ)F
(Δnλ)LCを満足するように設定することにより(図
8(c))、液晶層と光学位相補償板とのリターデーシ
ョンが、より広範囲の波長領域で上記4式を満たすこと
ができる(図8(d))ことによる。
【0064】一方、電圧V1(V1≧0)印加時に光透過
状態であり、電圧V2(V2>V1)印加時に遮光状態で
ある場合には、同様な理由から、上記光学位相補償板の
波長分散の大きさ(Δnλ)Fと、液晶セルの波長分散
の大きさ(Δnλ)LCとを、遮光状態でΔn11>Δn
22の時に(Δnλ)F>(Δnλ)LCを満足するよう
に設定し、また遮光状態でΔn11<Δn22の時(Δ
nλ)F<(Δnλ)L Cを満足するように設定すること
により、より広範囲の波長領域で上記4式を満たすこと
ができる。
【0065】図9に、このような光学位相補償板を用い
た場合の各波長における|Δn11−Δn22)|/λ
の値を測定した結果を示す。この図において、は本発
明の反射型液晶表示装置に用いられる光学位相補償板を
用いた場合を示し、は従来の反射型液晶表示装置に用
いられる光学位相補償板を用いた場合を示す。図9から
明らかなように、本発明による光学位相補償板を用いた
場合には、400〜700nmのほぼ全ての波長で上記
4式を満足することができる。
【0066】図10に、上記液晶層の波長分散よりも大
きい波長分散を持つ光学位相補償板を用いた場合の電圧
−反射率特性Aと、液晶層の波長分散よりも小さい波長
分散を持つ従来の光学位相補償板を用いた場合の電圧−
反射板特性Bを示す。この場合の測定方法は、上記実施
例1と同様にして行った。図10から明らかなように、
光学位相補償板として液晶層の波長分散よりも大きい波
長分散を持つものを用いた場合、遮光状態の条件をより
広範囲の波長領域で満足することができる。また、遮光
状態の反射率を低下させて、コントラスト比を8とし、
視差のない良好な表示特性を示すことができる。
【0067】以上より理解されるように、遮光状態での
リターデーションが小さい方の波長分散を他方の波長分
散より大きくすると、遮光状態をより広範囲の波長領域
で実現させることができ、表示特性の向上を図ることが
できる。
【0068】(実施例3)この実施例では、液晶層13
に、Δn0.0512であるメルク社製の液晶材料ZL
I−2359を用いた。
【0069】この実施例の反射型液晶表示装置におい
て、実施例1と同様に、液晶層13の液晶分子のダイレ
クタと光学位相補償板14の遅相軸は直交させ、偏光板
15の吸収軸あるいは透過軸と液晶分子のダイレクタと
のなす角φは15°、30°、45°、60°、75°
とした。波長λが550nmの時に(Δn11−Δn2
2)/λ=0.25になるように光学位相補償板14
のリターデーションΔn22を選定し、φ=15°、3
0°、45°、60°、75°の場合について電圧−反
射率特性を測定したところ、実施例1と同様な結果が得
られた。電圧を印加した場合、ある角度(φ=30°)
から入射した光に対するパネル法線方向の反射率は約4
5%で、最大コントラスト比はφ=45°のときで6で
あった。反射率が小さくなるのは、(Δn11−Δn2
2)/λの値が±0.25の時であり、反射率が最大
の所は(Δn11−Δn22)/λの値が0の時であ
る。これら2つの状態を用いることにより、モノクロ
(白黒)の表示を行うことができる。 設置角度につい
ては、φ=45°の時に最大のコントラスト比を得るこ
とができ、φ=45°からずれて行くに従ってコントラ
スト比が低下する。しかし、φ=30°〜60°の範囲
では実用的に問題はない。
【0070】上記液晶層13のセル厚dを変化させるこ
とにより液晶層13のリターデーションΔn11を15
0、200、250、500、750とし、各々の場合
について電圧−反射特性を測定した結果を図11に示
す。この図11から理解されるように、液晶層13のリ
ターデーションの値が200nm以下の時には、液晶表
示装置のコントラストの視角依存性が大きくなるので、
良好な表示が得られない。また、液晶層13のリターデ
ーションの値が750nm以上の時には、液晶表示装置
の駆動電圧が大きくなる。従って、液晶層13のリター
デーションΔn11を、200nm<Δn11<750
nmの範囲である時に、コントラストの視角依存性が小
さく、駆動電圧が低い反射型液晶表示装置が得られる。
【0071】この実施例において、液晶層13に、Δn
0.1297であるメルク社製の液晶材料ZLI−15
65を用い、上記と同様に液晶層13のセル厚dを変化
させることにより液晶層13のリターデーションΔn1
1を変化させたところ、上記ZLI−2359を用い
た時と同様な結果が得られた。
【0072】本実施例では、上記4式のmおよび5式の
m’の値が0の場合について示したが、mおよび/また
はm’が1以上の場合においても表示は可能である。し
かし、mおよび/またはm’が1以上の場合、光透過状
態の反射率が低下し、逆に遮光状態の反射率は上昇する
ことになってコントラスト比が低下するので、m=m’
=0のときを利用するのが望ましい。
【0073】(実施例4)この実施例では、上記実施例
3の液晶表示装置において、φ=45°とし、(Δn1
1−Δn22)/λ=0.25の遮光状態を用い、光
学位相補償板14として液晶セルの波長分散よりも大き
い波長分散を持つものを用いた。実施例2と同様に、遮
光状態でのリターデーションが小さい方の波長分散を他
方の波長分散より大きくすることにより、図9に示すよ
うなΔnd/λ特性が得られ、上記4式を400〜70
0nmの範囲にあるほぼ全ての波長で満足させることが
できる。また、光学位相補償板14が液晶セルの波長分
散よりも大きい波長分散を用いることにより、実施例2
と同様に、電圧−反射特性は図10に示すようなものと
なり、遮光状態の条件をより広範囲の波長領域で満足す
ることができる。また、遮光状態の反射率を低下させ
て、コントラスト比を大きくし、視差のない良好な表示
特性を示すことができる。
【0074】本発明は以上説明した実施例に限定される
ものではなく、広く反射型の光制御装置に応用が可能で
ある。
【0075】上記実施例1〜4では、光学位相補償板と
してポリカーボネイト性の延伸フィルムを用いたが、こ
れに限定されるものではなく、PVA(ポリビニルアル
コール)、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)等
の延伸フィルムを使用してもよい。また、一対のガラス
基板の表面に配向膜をそれぞれ形成し、各配向膜間に液
晶層を封入して平行配向させた液晶セルを光学位相補償
板として使用してもよい。
【0076】また、本発明者らは、アクティブマトリッ
クス駆動方式の液晶表示装置の場合には、上記反射電極
を薄膜トランジスタやMIM等の非線形素子に接続され
る各絵素電極として用いることができることも確認して
いる。
【0077】電気光学特性の急峻性を増すためには、上
記液晶層13のリターデーションを場所によらず一定に
する方がよいが、厳密には反射板8に段差が存在する
と、段差の上と下でセル厚が異なる。その結果、リター
デーション値も異なる。これを解消するために、反射板
8の上にアクリル樹脂からなる平坦化層を設け、さらに
その上にITO透明電極を形成して絵素電極とすると、
段差を0.1μm程度にすることができる。このように
すると、電気光学特性の急峻性を格段に向上させること
ができることを確認した。上記平坦化層としては、無機
材料、有機材料を問わず、平坦化能力のある透明な樹脂
膜であればよい。これにより、走査線100本以上の単
純マルチプレックス駆動が可能となる。
【0078】さらに、上記実施例1〜4では、基板2、
3としてガラス基板を用いたが、シリコン基板のような
不透明基板を用いた場合でも同様な効果を得ることがで
きる。このようなシリコン基板を上記ガラス基板2とし
て用いた場合には、上記走査回路16、データ回路1
7、制御回路18および電圧発生回路19などの回路素
子を、シリコン基板上に集積化して形成できる。
【0079】液晶層13としては平行配向のものを用い
たが、これに限定されるものではなく、電界によりリタ
ーデーションを制御できるものであれば、どのような配
向の液晶層でも適用可能である。また、光学位相補償板
14として用いられる液晶セルについても、リターデー
ションを最適に設定できる液晶層であれば、いずれも適
用可能である。
【0080】また、ガラス基板3上または透明電極10
上にカラーフィルター層を形成することにより、マルチ
カラー、フルカラー表示の液晶表示装置することも可能
である。
【0081】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、反射板の反射膜形成面を液晶層側に設置する
ことができる。また、φ=30°〜60°とすることに
より効率よく遮光を行うことができる。遮光状態におい
て、液晶層と光学位相補償板の波長分散を調節すること
により、従来の光学位相補償板に比べて、格段に広い範
囲の波長領域で遮光状態の条件を満たすことができる。
よって、視差のない、高コントラストの高精細で表示品
位の高い反射型液晶表示装置を実現することができる。
さらに、液晶層のリターデーション値を調節することに
より、コントラストの視角依存性が小さく、駆動電圧が
低い反射型液晶表示装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である反射型液晶表示装置1
の断面図である。
【図2】本発明に係る反射板8のフォトマスクパターン
を示す図である。
【図3】本発明に係る反射板8の製造工程を示す図であ
る。
【図4】本発明の反射型液晶表示装置の光学的特性を説
明するための図である。
【図5】本発明の反射型液晶表示装置の表示動作原理を
説明するための図である。
【図6】実施例1の反射型液晶表示装置の反射率の電圧
依存特性を示す図である。
【図7】実施例2の反射型液晶表示装置の動作原理を説
明するための図である。
【図8】実施例2の反射型液晶表示装置の動作原理を説
明するための図である。
【図9】本発明に係る光学位相補償板を用いた場合と、
従来の光学位相補償板を用いた場合のΔnd/λの特性
を示す図である。
【図10】実施例2の反射型液晶表示装置の反射率の電
圧依存特性を示す図である。
【図11】実施例3の反射型液晶表示装置の反射率の電
圧依存特性を示す図である。
【符号の説明】
1 液晶表示装置 2、3 ガラス基板 4、5 突起 6 平滑化膜 7 反射金属膜 8 反射板 9、11 配向膜 10 透明電極 12 シール材 13 液晶層 14 光学位相補償板 15 偏光板
フロントページの続き (72)発明者 岡田 正子 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶層を間に挟んで、少なくとも透明電
    極を形成した絶縁性の透過性基板および、一方の表面に
    なめらかで連続的に変化する凹凸を有し、該表面に光反
    射機能を有する薄膜が形成された反射板が対向配設され
    てなる液晶セルと、該液晶セルの光の入射側に配置され
    た偏光子と、該偏光子と該液晶セルとの間に配置された
    光学位相補償機能を有する基板とを備えた反射型液晶表
    示装置において、 該透過性基板に隣接する液晶分子のダイレクタの方向
    が、該光学位相補償機能を有する基板の遅相軸とほぼ直
    交するように、かつ、該偏光子の吸収軸または透過軸と
    なす角φが30°〜60°になるように設定され、該液
    晶セルのリターデーションΔn11と該光学位相補償機
    能を有する基板のリターデーションΔn22と入射光の
    波長λとが、 |Δn11−Δn22|/λ=0.25+m/2±0.1(m=0,1,2)…(1) を満たすときに遮光状態となり、 |Δn11−Δn22|/λ=m’/2±0.1(m’=0,1,2)…(2) を満たすときに光透過状態となるように、該液晶層に印
    加される電界により|Δn11−Δn22|/λの値を
    変化させて、該2つの状態を用いて表示を行う反射型液
    晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記液晶セルのリターデーションΔn1
    1が200nm<Δn11<750nmの範囲に設定
    されている請求項1に記載の反射型液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記液晶セルのリターデーションΔn1
    1と光学位相補償機能を有する基板のリターデーショ
    ンΔn22とが、電圧V1(V1≧0)印加時に400〜
    700nmの範囲にある波長λに対して前記1式を満た
    すときに遮光状態となり、電圧V2(V2>V1)印加時
    に400〜700nmの範囲にある波長λに対して前記
    2式を満たすときに光透過状態となる場合において、 前記光学位相補償機能を有する基板の波長分散の大きさ
    (Δnλ)Fと液晶セルの波長分散の大きさ(Δnλ)
    LCとが、該遮光状態でΔn11>Δn22の条件を満足
    するときに(Δnλ)F>(Δnλ)LCとなり、該遮光
    状態でΔn11<Δn22の条件を満足するときに(Δ
    nλ)F<(Δnλ)LCとなる請求項1または2に記載
    の反射型液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記液晶セルのリターデーションΔn1
    1と光学位相補償機能を有する基板のリターデーショ
    ンΔn22とが、電圧V1(V1≧0)印加時に400〜
    700nmの範囲にある波長λに対して前記2式を満た
    すときに光透過状態となり、電圧V2(V2>V1)印加
    時に400〜700nmの範囲にある波長λに対して前
    記1式を満たすときに遮光状態となる場合において、 前記光学位相補償機能を有する基板の波長分散の大きさ
    (Δnλ)Fと液晶セルの波長分散の大きさ(Δnλ)
    LCとが、該遮光状態でΔn11>Δn22の条件を満足
    するときに(Δnλ)F>(Δnλ)LCとなり、該遮光
    状態でΔn11<Δn22の条件を満足するときに(Δ
    nλ)F<(Δnλ)LCとなる請求項1または2に記載
    の反射型液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 前記光反射機能を有する薄膜が、前記反
    射板の液晶層側表面に設けられている請求項1、2、3
    または4に記載の反射型液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 前記光反射機能を有する薄膜が、前記透
    過性基板上に形成された透明電極に対向する電極として
    機能する請求項1、2、3、4または5に記載の反射型
    液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 前記光反射機能を有する薄膜の上に、凹
    凸を吸収すべく透明な平坦化層が設けられ、該平坦化層
    の上に、前記透過性基板上に形成された透明電極に対向
    する電極として機能する透明電極が形成されている請求
    項1、2、3、4、5または6に記載の反射型液晶表示
    装置。
  8. 【請求項8】 前記透過性基板上または透明電極上に、
    カラーフィルター層が形成されている請求項1、2、
    3、4、5、6または7に記載の反射型液晶表示装置。
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