JPH09127503A

JPH09127503A - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH09127503A
Application number: JP7286006A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ito; 理伊東; Ikuo Hiyama; 郁夫檜山; Junichi Hirakata; 純一平方
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】視認性に優れた反射型液晶表示装置を供給す
ること。【構成】反射面が液晶表示素子に対して傾いた指向性
反射板１３を備えた反射型液晶装置１において、位相板
７の平面内で直交する２本の電気光学的主軸方向での該
位相板の屈折率をそれぞれｎ_X 、ｎ_Y (ｎ_X ＞ｎ_Y)、該
位相板７の厚さ方向の屈折率をｎ_Z としたとき、次の
式、すなわち、０.３ ≧ (ｎ_Z−ｎ_X)／(ｎ_Y−ｎ_X) が成立するように、位相板７の屈折率特性を定め、光源
Ｌ₁からの斜め方向からの光入射方向と、垂直な反射光
方向における液晶表示装置１の透過スペクトルが無彩色
にでき、表示の着色をもたらすこと無く、指向性反射板
１３による高輝度化が得られるようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低消費電力を特徴
とする反射型液晶表示装置の高輝度化と無着色化の両立
に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示装置は、外光を光源とし
て表示が行われ、バックライトが不要なため、薄型、且
つ低消費電力であり、バッテリー動作にも向いているの
で、今後急速に普及が進むと予想される携帯型情報端末
にも搭載することができる。ところで、この反射型液晶
表示装置についても、より一層の表示品質の向上、具体
的には明表示時での輝度の向上と、無着色化が要求され
ている。

【０００３】そこで、例えば特開昭６１−２７０７３１
号公報、米国特許第６２３４７６号明細書では、液晶表
示装置の表示表面に対して角度を有する回折格子状の反
射板と、これを備えた液晶表示装置について記述してい
る。

【０００４】また、例えば特開昭５１−６９６４６号公
報では、平面と斜面が交互に重なる角波形状反射板につ
いて記述しており、更に、例えば特開昭５８−２１９５
２６号公報では、アルミニウム箔、又はアルミニウム層
の表面に亀甲状、ピラミッド状、台形状のエンボス加工
を施した反射板について記述している。

【０００５】しかし、反射板の形状を規定しただけで
は、明表示の輝度向上と無着色化は実現出来ない。

【０００６】一方、例えば特開平３−２１５８２６号公
報、特開平３−２７６１２５号公報では、位相板のリタ
デーションと位相板の偏光板の配置について記述してお
り、また、特開平５−２８１５３７号公報、特開平５−
３１３１５９号公報では、位相板の３軸方向の屈折率の
分布について記述している。

【０００７】しかし、位相板の光学特性と位相板と偏光
板の配置を規定しただけでは、明表示の輝度向上と無着
色化は実現出来ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、反射
型液晶表示装置の高輝度化と無着色化についての配慮が
されておらず、以下に説明する問題があった。反射型液
晶表示装置に用いられる反射板には、反射面が液晶基板
の平面に対して平行になっている反射板(平面反射板)
と、反射面が基板平面に対して傾いている反射板(指向
性反射板)とがある。そして、従来の反射型液晶表示装
置に用いられているのは、主として平面型反射板である
が、この平面型反射板を用いた反射型液晶表示装置は、
表面輝度が低いという問題があった。

【０００９】この理由について説明すると、このような
表示装置の使用者は、多くの場合、図２に示すように、
正面から液晶表示装置１を眺めるのが通例である。ここ
で、この液晶表示装置１は、周知のように、上側と下側
の２枚の透明な基板２、３の間に液晶層４を挾み込み封
止したものである。

【００１０】そして、まず、上側基板２の下面にはマト
リクス状の上側電極５と上側配向膜６が、また、その上
面には位相板７と上側偏光板８がそれぞれ設けてあり、
次に、下側基板２の上面には、マトリクス状の下側電極
９と下側配向板１０が、また、その下面には、下側偏光
板１１がそれぞれ設けられていて、全体として液晶表示
装置１を構成している。そして、この液晶表示装置１の
裏側に平面反射板１２を配置することにより、反射型の
液晶表示装置が形成されることになる。

【００１１】このように、平面型反射板１２を用いた場
合、上記したように、使用者が正面に位置していたとす
ると、この使用者に向かって正反射する光は、図中に破
線で示してあるように、正面方向に位置する光源Ｌ₂か
らの光となる。しかし、液晶表示装置１の正面には使用
者が位置しているため、光源Ｌ₂からの光は使用者によ
って遮られてしまって、液晶表示装置１には入射されな
い。

【００１２】つまり、このとき、液晶表示装置１に正面
方向から入射する光は、使用者の衣服や顔などで反射さ
れた光だけとなってしまい、その強度は弱く、充分な入
射光が得られない。

【００１３】一方、図示の光源Ｌ₁などからの光のよう
に、斜め方向から使用者に遮られないで入射される光
は、実線で示すように、平面型反射板１２で正反射され
て、反対側に斜めに出射されて行き、使用者には向かわ
ないので、強い光であっても、表面輝度には何ら寄与し
ない。

【００１４】従って、このように、平面型反射板１２を
用いた反射型の液晶表示装置では、使用者と入射光の光
路が交差してしまって、充分な照明光が得られず、低い
表面輝度しか得ることができないのである。

【００１５】そこで、指向性反射板を用いて高輝度が得
られるようにした反射型の液晶表示装置が知られている
が、この場合の問題点について図１により説明する。図
１において、１３が指向性反射板で、その他の構成は、
図２の場合と同じである。ここで、指向性反射板とはブ
レーズ状反射板とも呼ばれるもので、特定の方向に傾け
た複数の微細な反射面を回折格子状に設けた反射板のこ
とで、このとき各反射面の大きさは、図では拡大して示
してあるが、例えば３５μｍで、平面からの傾き角度
(ブレーズ角)は、例えば２０°にしてある。

【００１６】従って、この場合には、表示面の法線方向
に沿って使用者に向う方向に正反射する光は、指向性反
射板１３の各反射面の傾きにより、実線で示すように、
斜め方向から液晶表示装置１に入射する光、つまり、斜
め方向にある光源Ｌ₁からの光になる。この斜め方向に
ある光源Ｌ₁からの光は、使用者に遮られることなく、
液晶表示装置１に直接入射されるので、大きな光量の照
明光が得られ、従って、この場合には、その分、高い表
面輝度による表示を得ることができるのである。

【００１７】ところで、この指向性反射板１３を用いた
反射型液晶表示装置によれば、確かに表示輝度の向上は
得られるものの、今度は、表示が着色されてしまうとい
う問題が生じた。

【００１８】そこで、この着色が発生する理由につい
て、説明する。反射型液晶表示装置では、使用者に光が
到達するまでに、入射時と反射時の２度、液晶表示素子
を透過する。そこで、いま、液晶表示素子を透過する任
意の波長λの光の輝度を(Ｂ)λとすると、これは次式で
表される。Ｂ(λ)＝Ｅ(λ)×Ｔ_E(λ)×Ｒ(λ)×Ｔ_R(λ) ……(1) ここで、Ｅ(λ)は入射光強度、Ｔ_E(λ)は入射時におけ
る液晶表示素子の透過率、Ｒ(λ)は反射板の反射率、Ｔ
_R(λ)は反射時における液晶表示素子の透過率である。

【００１９】従って、着色を議論する際に問題になるの
は、輝度Ｂ(λ)の波長依存性であるが、ここで、入射光
強度Ｅ(λ)は、照明光、もしくは自然光なので、いずれ
も無色(白色)と見做せるで、波長に依存せず、反射板の
反射率Ｒ(λ)も、波長に依存しないように作ることがで
きるので、この輝度Ｂ(λ)の波長依存性は、次式の通
り、Ｔ_E(λ)とＴ_R(λ)の積によって決まる。

【００２０】Ｂ(λ)∝Ｔ_E(λ)×Ｔ_R(λ) ……(2) 一方、液晶表示素子の透過スペクトルは角度に依存する
ので、入射時における液晶表示素子の透過率Ｔ_E(λ)
と、反射時における液晶表示素子の透過率Ｔ_R(λ)は、
それぞれ入射時と反射時の光路の角度によって決定され
る。そこで、液晶表示素子に入射する光の角度に着目し
て、図２と図１を比較してみると、以下のようになる。
なお、これらの図では、液晶表示素子とは、液晶表示装
置１のことである。

【００２１】まず、図２の平面型反射板１２を用いた場
合には、入射時の光路も、反射時の光路も、破線で示す
ように、共に液晶表示素子の平面法線方向になる。そこ
でいま、液晶表示素子の平面法線方向の透過スペクトル
をＴ_┻(λ)とすると、この平面型反射板を用いた場合に
は、Ｔ_E(λ)＝Ｔ_R(λ)＝Ｔ_┻(λ)となり、従って、この
通過スペクトルＴ_┻(λ)にさえ波長依存性がなければ、
輝度Ｂ(λ)は無色になる。そのため、平面型反射板を用
いた従来の液晶表示素子では、この透過スペクトルＴ_┻
(λ)が無色になるように設計されていた。

【００２２】これに対して、図１の指向性反射板１３を
用いた場合には、反射時の光路は液晶表示素子の平面法
線方向になるが、入射時の光路は、図示のように、液晶
表示素子の平面法線に対して斜めの方向になる。上記し
たように、液晶表示素子の透過スペクトルは角度に依存
するので、平面法線方向の透過スペクトルＴ_┻(λ)に波
長依存性が無くても、斜め方向の透過スペクトルが無色
であるとは限らず、むしろ、着色してしまう場合の方が
多い。従って、この場合には、表示に着色が生じてしま
うのである。

【００２３】このように、表示に着色が現われると、液
晶表示装置の視認性が著しく損なわれてしまうので、表
示の無着色性は、輝度と同様に、表示装置の重要な特性
であり、高輝度化に伴って表示の無着色性が損なわれた
のでは、高性能化は得られない。

【００２４】しかるに、上記従来技術では、反射型液晶
表示装置の高輝度化と無着色化の両立ができないので、
高輝度で視認性の良い反射型液晶表示装置が得られない
という問題があったのである。

【００２５】本発明の目的は、表示の高輝度化と無着色
化とが両立して得られるようにした反射型液晶表示装置
を提供することである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、まず、第１
の発明によれば、位相板と指向性反射板を有する液晶表
示装置において、上記位相板の平面内で直交する２本の
電気光学的主軸方向での該位相板の屈折率をそれぞれｎ
_X 、ｎ_Y (ｎ_X ＞ｎ_Y)、該位相板の厚さ方向の屈折率を
ｎ_Z としたとき、次の式、すなわち、０.３ ≧ (ｎ_Z−ｎ_X)／(ｎ_Y−ｎ_X) が成立するようにして達成される。

【００２７】次に、第２の発明によれば、上記目的は、
上記位相板のリタデーションが３２０ｎｍから４２０ｎ
ｍの範囲にあり、液晶層を挾む上側と下側の透明基板の
それぞれの対向面に配置されている２枚の配向膜の配向
処理方向を２等分する方向を方位角０°とし、上側透明
基板の外側から見て反時計回りに定義した方位角のもと
で、下側偏光板の吸収軸の方位角は１４０°から１８５
°の範囲にあり、上記位相板の遅相軸の方位角は４５°
から８０°の範囲にあり、上側偏光板の吸収軸の方位角
は−１０°から３５°の範囲にあるようにして達成され
る。

【００２８】さらに、第３の発明によれば、上記位相板
のリタデーションが５４０ｎｍから６８０ｎｍの範囲に
あり、上記下側偏光板の吸収軸の方位角は１４０°から
１８５°の範囲にあり、上記位相板の遅相軸の方位角は
４５°から８０°の範囲にあり、上記上側偏光板の吸収
軸の方位角は９０°から３５°の範囲にあるようにして
達成される。次に、上記本発明の手段により、上記本発
明の目的が達成される理由について説明する。

【００２９】本発明では、上記の手段により、液晶表示
素子の平面法線方向と斜め方向の透過スペクトルを双方
とも、同時に無色化するようになっている。まず初め
に、液晶表示素子の平面法線方向の透過スペクトルを無
色にする手段について説明する。液晶表示素子には、透
過スペクトルの無着色性の他に高透過率、更には高コン
トラスト比(反射型の場合１０：１程度)が要求される
が、これらの要求特性を全て満足するために、本発明で
は、偏光板と位相板の光学条件、すなわち、偏光板の透
過軸の方位角、位相板の遅相軸の方位角、位相板の位相
差を、それぞれ最適化したものである。

【００３０】まず、平面法線方向の光学条件の最適化の
ため、位相板の位相差として、図３に示すように、位相
板７の平面内での２種の電気光学的主軸方向の屈折率ｎ
_X 、ｎ_Y(ｎ_X＞ｎ_Y)の差から定義される位相差に着目し
た。なお、このとき、位相板は何枚でも用いることがで
きるが、そうするとコスト上昇を招いてしまうので、１
枚にした。

【００３１】次に、液晶表示素子の平面法線方向と斜め
方向の透過スペクトルを２者共同時に無色にする手段に
ついて説明する。光学特性の視角依存性は、位相板の３
軸の屈折率比に依存する。

【００３２】そこで、本発明では、位相板の３軸の屈折
率比を、上記したように、以下の式の通りに規定した。０.３ ≧ (ｎ_Z−ｎ_X)／(ｎ_Y−ｎ_X) そして、これにより、位相板と偏光板の光学条件を、平
面法線方向の透過スペクトルを無色にする光学条件に保
ったまま、更に位相板の厚さ方向の屈折率ｎ_Zを最適化
したのである。

【００３３】従って、この結果、指向性反射板を用い、
入射時の光路が液晶表示素子の平面法線方向に対して斜
め方向となった場合にも、入射時の透過スペクトルが無
色になり、且つ、このとき、平面法線方向の透過スペク
トルも無色であるため、光反射時の透過スペクトルも無
色になり、(2)式から明らかなように、反射型液晶表示
装置の表示の無着色化が得られることになり、また、こ
のとき、指向性反射板を用いているので高輝度が得ら
れ、高輝度と無着色の両立が達成されることになるので
ある。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による反射型液晶表
示装置について、実施例を用いて具体的に説明する。な
お、以下に説明する本発明の実施例は、何れも、その装
置としての構成は、図１に示した通りになっているの
で、以下の説明は、何れも、この図１の構成を前提とし
たものである。

【００３５】＜実施例１＞上側透明基板２と、下側透明
基板３にはソーダガラスを用いた。そして、これらの各
基板２、３には、上側電極５及び下側電極９として、Ｉ
ＴＯからなるマトリクス電極が形成されており、その電
極幅は、０.３mm、電極間幅は０.０３mm、厚さは１００
０Åであり、これにより、走査線数は４８０、信号線数
は６４０とした、次に、基板上の配向膜６、１０はポリ
イミド系高分子で、２００℃の温度で焼成し、切り込み
量０.４mm、回転数１０００rpm、送り速度３３m/sの条
件によるラビング法により配向処理を行ない、その後、
１５０℃の温度でエージング処理し、これにより、プレ
チトル角は４°、ツイスト角は２４０°となっている。

【００３６】さらに、液晶層４はネマチック液晶とカイ
ラル剤の混合物で、このとき、まず液晶材料はメルク社
のＭＪ６３９２８で、バルク状態でのΔｎは０．１４５
であり、次にカイラル剤はメルク社のＳ８１１で、その
含有量は、重量％にして０．９％であり、その厚さを変
えることにより、Δｎｄ(バルク状態での液晶材料の複
屈折Δｎと液晶層厚ｄの積)が０．７５５μｍ、０．８
１２μｍ、０．８４３μｍ、０．８５８μｍの各液晶素
子を製作した。

【００３７】そして、これらの液晶素子に位相板７と偏
光板８、１１、それに指向性反射板１３を組合せ、反射
型液晶表示装置とした。このとき、上下の偏光板には日
東電工製Ｇ１２２５ＤＵを、位相板には日東電工製のポ
リカーボネート位相板を用いた。

【００３８】また、指向性反射板１３としては、上記し
た通りのブレーズ状のものが用いられているが、ここ
で、このような指向性反射板を用いた場合、反射板が完
全な鏡面であれば、使用者は、光源の像を見ることにな
り、この結果、光源の像が見える部分は非常に高輝度に
なり、その他の部分は低輝度になり、画面上に輝度ムラ
が生じてしまう。

【００３９】そこで、この実施例では、均一で高輝度の
表示画面を得るため、各反射面上に凹凸を付与し、それ
により、図４に示すように、反射面上に微小反射面が多
数形成されるようにしたものを用いるようにしてもよ
い。これらの微小反射面は、反射面の角度が夫々異なる
ため、破線で示すように、互いに異なる方向から入射し
た光を使用者の方向に正反射し、この結果、光源の像は
輪郭を失って画面上に均一に広がり、均一な高輝度にな
る。

【００４０】ここで、指向性反射板としては、図１４に
示すいくつかの断面構造のもを使用することができる。
この図１４(a)〜(i)において、まず(a)〜(c)は反射面の
傾き角が１種類で同じになっている例で、特定の方向に
ある光源の光を効率良く使用者の方向に正反射できるよ
うにしたものである。次に、(d)〜(f)は反射面の傾き角
が３種類であり、(g)〜(i)は反射面が曲面であり、より
広い範囲の光源光を効率良く使用者の方向に正反射でき
る。

【００４１】このような反射型液晶表示装置は、２値以
上の印加電圧のうち、高電圧側で暗表示を行うノーマリ
ーオープン型の表示方式で動作する。そこで、ノーマリ
ーオープン型で、前述の無着色表示、高透過率、高コン
トラスト比の各特性を満足させるため、位相板と偏光板
の光学条件を最適化するのであるが、しかし、この場
合、位相板と偏光板の光学条件の組合わせは膨大な数に
なり、試行錯誤による最適化では膨大な時間がかかる。

【００４２】そこで、この実施例では、液晶表示装置の
表示原理を考慮しながら各光学条件の最適化を行なっ
た。まず、方位角と仰角について、図５に示すように、
液晶表示素子に固定して定義する。そして、液晶表示素
子の上下の配向膜の配向処理方向を２等分する方向を０
°として、表示面から裏面方向に見て、反時計回りに方
位角を定義し、基板平面法線方向となす角を仰角として
定義する。

【００４３】まず、下側偏光板１１と下側配向膜１１の
配向処理方向のなす角は約４５°にしなければならな
い。液晶表示装置は、印加電圧の変化に伴う透過光の偏
光状態の変化を利用して表示を行なうものであるが、こ
の偏光状態の変化の仕方は、液晶層に入射する光の偏光
状態、即ち下側偏光板の吸収軸角度に依存する。

【００４４】そこで、下側偏光板の吸収軸と下側配向膜
の配向処理方向のなす角度をａとすると、この角度ａが
４０°以上、５０°以下、望ましくは４５°のとき偏光
状態の変化が最大になる。このとき、液晶層の捩じれ方
向を左、ツイスト角をΘとすると、下側配向膜の配向処
理方向の方位角は(Θ−１８０°)／２となるので、下側
偏光板吸収軸の方位角は次の(3)式で表される。 Θ／２＋９０°−ａ (４０°≦ａ≦５０°) ……(3) ここで、充分に急峻で、且つヒステリシスの無い電圧−
透過率特性を与えるツイスト角Θは２００°以上、２７
０°以下の範囲であり、従って、このとき下側偏光板吸
収軸の方位角は１４０°以上、１８５°以下の範囲にな
る。

【００４５】次に、位相板遅相軸の方位角は、以下のよ
うにして定められる。本発明の実施例では、位相板は、
液晶セルと上側偏光板の間に置かれているので、液晶層
を透過した光の偏光状態を変化させる。そこで、暗表示
の透過率を低減してコントラスト比を向上するために
は、上側偏光板に入射する各波長の光を、位相板を用い
て振動方向の等しい直線偏光に変換しなければならな
い。

【００４６】一方、プロシィーディングスオブゼ９t
h インターナショナルディスプレイリサーチカンフ
ァレンス(Proceedings of the 9th International Disp
layResurch Conference）の３１２〜３１５頁に記載さ
れているように、そのための位相板の遅相軸方位角とリ
タデーションの設定方法は、ポアンカレ球表示を用いて
表される。このポアンカレ球表示とは、ストークスパラ
メータ(Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃)を３軸とする半径１の球であ
り、あらゆる偏光状態はポアンカレ球上の１点に対応す
るものとなる。例えば、直線偏光は(Ｓ₁、Ｓ₂)平面と交
差する線に対応する。

【００４７】そして、このときのストークパラメータ
は、偏光の電気スペクトルのＸ軸成分Ｅ_X、Ｙ軸成分
Ｅ_Y、それにこれらの成分Ｅ_XとＥ_Yの位相差δを用い
て、次式で定義される。

【００４８】Ｓ₁＝(Ｅ_X ²−Ｅ_Y ²)／(Ｅ_X ²＋Ｅ_Y ²) ……(4) Ｓ₂＝２Ｅ_XＥ_Yｃｏｓδ／(Ｅ_X ²＋Ｅ_Y ²) ……(5) Ｓ₃＝２Ｅ_XＥ_Yｓｉｎδ／(Ｅ_X ²＋Ｅ_Y ²) ……(6) そうすると、位相板による偏光状態の変換は、このパラ
メータ(Ｓ₁、Ｓ₂)平面に含まれ、且つポアンカレ球の中
心を通る直線の回りの回転で表されるが、この(Ｓ₁、Ｓ
₂)平面に映影されたポアンカレ球上では、位相板による
偏光状態の変換は直線移動になる。

【００４９】また、回転の中心となる直線の(Ｓ₁、Ｓ₂)
平面に射影されたポアンカレ球上での方位角は、位相板
の遅相軸の方位角の２倍になり、このときの回転角Ψ
は、波長λとリタデーションΔｎｄを用いることによ
り、Ψ＝２πΔｎｄ／λとして表わされる(単位はラジ
アン)。

【００５０】次に、２値以上の印加電圧のうちの高電圧
側の電圧が印加された液晶層を透過した光の、各波長で
の偏光状態の一例を図６に示す。この図６は、(Ｓ₁、Ｓ
₂)平面に射影されたポアンカレ球であるが、各波長の偏
光状態を示す点がほぼ直線状に分布しているのが特徴的
である。

【００５１】そこで、このような各波長での偏光状態の
分布の特徴を利用すれば、図７に示すようにして、位相
板の遅相軸とリタデーションを決定することができる。
この図７は、図６と同じく、(Ｓ₁、Ｓ₂)平面に射影され
たポアンカレ球で、まず初めに、破線で示してあるよう
に、各波長の偏光状態を示す点を最も良く貫く直線、す
なわち回帰直線を引く。そうすると、この回帰直線に直
交する線の方位角の２分の１が位相板の遅相軸の方位角
になり、これは次式で表される。１８０°−Θ／２ ……（７）上記したツイスト角の範囲では、この方位角は４５°以
上、８０°以下の範囲になる。

【００５２】さらに、この回帰直線は、各波長の偏光状
態を表わす点が移動する方向をも表わしている。そこ
で、人間の視感度が最大になる波長５５０ｎｍの透過光
に着目すると、位相板のリタデーションを約３８０nmと
すれば、波長５５０nmの透過光の偏光状態を表す点は、
(Ｓ₁、Ｓ₂)平面との交差線上の点(図７中の点Ａ)に移動
される。すなわち、直線偏光に変換される。このとき、
他の波長の透過光も、これにほぼ等しい偏光状態に変換
される。

【００５３】そこで、上側偏光板の吸収軸を、図７中の
点Ａの方位角の２分の１になるように設定してやる。何
故なら、波長５５０nmの透過光に対する上側偏光板の吸
収率はこのときに最大になるので、暗表示時の透過率が
低下でき、コントラスト比を向上させることができるか
らである。

【００５４】下側偏光板の吸収軸と、下側配向膜の配向
処理方向のなす角が４０°以上、５０°以下の場合、点
Ａの方位角は３５０°−２ａ−Θになることが経験的に
求められた。従って、上側偏光板の吸収軸方位角は次式
で表される。１７５°−ａ−Θ／２ ……(8) 先程のツイスト角の範囲では、上側偏光板の吸収軸方位
角は、−１０°以上、３５°以下になる。

【００５５】次に、以上のようにして決めた下側偏光板
吸収軸の方位角、位相板遅相軸の方位角、上側偏光板吸
収軸の方位角において、位相板のリタデーションを変
え、液晶表示素子の基板平面法線方向における明表示透
過スペクトルの無着色度を、色差のより均一なＵＣＳ色
度座標計を用いて評価した。

【００５６】すなわち、まず、Ｃ光源の座標(ｕ₀＝０．
２０１、ｖ₀＝０．４６０)を完全な無着色と仮定して、
Ｃ光源の座標からの距離を用いて、無着色度Ｗを次式の
ように定義する。Ｗ＝√〔(ｕ−ｕ₀)²＋(ｖ−ｖ₀)²〕 ……(9) ここで言うまでもなく、Ｗが小さいほど透過スペクトル
は無着色になる。

【００５７】次に、この無着色度Ｗの位相板リタデーシ
ョン依存性についてみると、図８に示すようになってお
り、従って、この図から理解されるように、リタデーシ
ョンが３２０nm以上、４２０nm以下において、無着色度
Ｗは０．０２以下になり、充分に基板平面法線方向の透
過スペクトルの無着色状態が得られることになる。

【００５８】そして、この範囲において、コントラスト
比は１０：１以上、明表示時の透過率は２８％以上であ
り、これも充分に要求する性能を満たしていることが判
る。

【００５９】更に、液晶層のΔｎｄ(バルク状態での液
晶材料のΔｎと液晶層厚ｄの積)を変えて無着色度Ｗを
測定した。結果は図９に示したように、何れのΔｎｄに
おいても、０．０２以下のＷ値が得られた。以上のよう
にして、まず、基板平面法線方向の透過スペクトルを無
着色化し、且つ高透過率、高コントラスト比が得られ
た。

【００６０】次に、光入射方向での透過スペクトルの無
着色化について説明する。まず、初めに、反射型液晶表
示装置の使用状況について考察し、光入射方向を特定化
する。そこで、まず、事務室内で反射型液晶表示装置を
使用する場合を想定すると、この場合、大体において、
光は上の方向から照射され、一方、図１０に示すよう
に、使用者は反射型液晶表示装置を或る程度傾けて使用
する状態となる。そして、このとき、視角特性を左右対
象にするため、水平方向が方位角０°になるようにする
のが通例であり、傾き角は例えば３０°となるようにす
る。

【００６１】従って、この状態では、天井にある複数の
照明が光源になるため、光入射方向の方位角は、ほぼ９
０°になり、仰角は約３０°〜６０°になる。なお、こ
の図１０に示した事務所以外での使用条件、例えば反射
型液晶表示装置を携帯型情報端末に搭載し、屋外で使用
した場合でも、前記の光入射方向はほぼ共通と思われ
る。

【００６２】無着色度Ｗについては、それが０．０４以
下であれば、表示はほぼ無着色に感じられる。

【００６３】一方、(2)式に示したように、反射型液晶
表示装置での表示色は、光入射時の透過スペクトルと光
反射時の透過スペクトルの積で決まるので、これら夫々
の無着色度Ｗが０．０４以下であっても、両者の主波長
が近ければ着色が強調されてしまい、両者の透過スペク
トルの積のＷは０．０４を越えてしまう。

【００６４】そこで、この実施例では、光入射時と光反
射時の透過スペクトルの主波長が近い場合でも、着色が
生じないようにするため、いずれのスペクトルの無着色
度Ｗも０．０２以下になる条件を探索した。

【００６５】まず、基板平面法線方向の明表示の透過ス
ペクトルは、Ｗ＝０．００３であった。次に、位相板７
について、図３の示す平面内で直交する２本の電気光学
的主軸方向での該位相板の屈折率をそれぞれｎ_X 、ｎ_Y
(ｎ_X ＞ｎ_Y)、該位相板の厚さ方向の屈折率をｎ_Z とし
たとき、次の(10)式で定義される位相板の特性ｎ₃、す
なわち、ｎ₃＝(ｎ_Z−ｎ_X)／(ｎ_Y−ｎ_X) ……(10) を用い、この特性ｎ₃を変えながら、上記の光入射方向
における透過スペクトルの無着色度Ｗを測定してみる
と、図１１に示すような結果が得られた。

【００６６】すなわち、この位相板の特性ｎ₃が正のと
きは、Ｗの値は大きく、しかも透過スペクトルの主波長
は約６０５nmで、ほぼ褐色に着色している。従って、こ
のときの屈折率楕円体を示すと、図１２のように、ラグ
ビーボール状を呈している。

【００６７】そして、特性ｎ₃が減少するにつれて、Ｗ
の値も減少し、特性ｎ₃が０．３以下の領域でＷが０．
０２以下になり、この領域では透過スペクトルはほぼ無
着色になる。従って、このときの屈折率楕円体は、図１
３に示すように、鏡餅状になる。なお、図１３では、鏡
餅状であることが、あまり明確には示されていないが、
その積りである。

【００６８】そこで、この実施例では、位相板７とし
て、(10)式で定義されている特性ｎ₃について、それの
値が０．３以下になるように構成してあり、これによ
り、光入射方向と光入射方向の液晶表示素子の透過スペ
クトルを同時に無着色にすることができるようにしたも
のである。

【００６９】最後に、この実施例１による反射型液晶表
示装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータを傾
き角を３０°として事務室内の机上に置き、液晶表示素
子の平面法線方向から表示状態を観察した。

【００７０】このとき、偏光板、位相板は、以上のよう
にして求めた範囲内の光学条件に設定した。すなわち、
図１において、上側偏光板８の吸収軸方位角は２０°、
下側偏光板１１の吸収軸方位角は１６５°、位相板７の
波長５５０nmにおけるリタデーションは３８０nm、遅相
軸の方位角は６０°、従って、ｎ₃は０．０１となって
いる。

【００７１】そして、この結果、液晶表示装置１の主な
光入射方向(方位角９０°、仰角３０°〜６０°)と、光
反射方向(仰角０°)の透過スペクトルの無着色度Ｗは、
それぞれ０．０１０、０．０１０であった。また、明表
示時での表示状態では、ほぼ無着色であった。そして、
このとき、表面輝度は６５cd／m²で、コントラスト比は
５：１が得られた。

【００７２】従って、この実施例１によれば、液晶表示
装置１の主な光入射方向と光反射方向の透過スペクトル
を無彩色化することができ、この結果、高輝度で、且つ
無着色の表示が得られ、視認性の良い反射型液晶表示装
置を得ることができる。

【００７３】ここで、比較のため、実施例１の液晶表示
装置において、位相板の特性ｎ₃をことさら１．０にし
たものについて、検討してみた。このときの主な光入射
方向(方位角９０°、仰角３０°〜６０°)と、光反射方
向(仰角０°)での透過スペクトルの無着色度Ｗは、それ
ぞれ０．０６５、０．０１０であり、これを同じくノー
ト型パーソナルコンピュータに搭載し、事務室内の机上
に置いて使用てみたところ、明表示は褐色に着色してお
り、且つ明表示時の表面輝度は４０cd／m²、コントラス
ト比は３：１であった。

【００７４】そして、更に詳しく見ると、主な光反射方
向の透過スペクトルは無着色であったものの、主な光反
射方向の透過スペクトルが着色しており、これにより、
明表示が褐色に着色してしまうことが判った。

【００７５】次に、同じく、比較のため、実施例１の液
晶表示装置において、位相板のリタデーションを、こと
さら１２０nmにしてみところ、方位角９０°、仰角３０
°〜６０°の主な光入射方向と、仰角０°の光反射方向
の透過スペクトルの無着色度Ｗはそれぞれ０．０３５、
０．０４１となってしまった。

【００７６】この結果、同じくノート型パーソナルコン
ピュータに搭載し、事務室内の机上に置いて表示色を観
察したところ、この場合、主な光反射方向と光反射方向
の透過スペクトルの両方が着色していたため、明表示は
紫色に着色してしまい、明表示の表面輝度も２０cd／m²
で、コントラスト比は２：１しか得られなかった。

【００７７】従って、反射型液晶表示装置では、その主
な光入射方向と光反射方向の透過スペクトルの双方が無
彩色になるようにしなければ、高輝度で、且つ無着色の
表示を得ることはできないことが判る。

【００７８】＜実施例２＞この実施例２は、実施例１に
おける指向性反射板１３として、図１４(e)に示す形式
のものを用い、その複数の各反射面と液晶表示素子平面
となす角度を、それぞれ０°、１０°、２０°の３種類
からなるものにした。なお、その他の構成は同じにして
ある。

【００７９】この実施例２でも、その主な光入射方向の
方位角は９０°、仰角は２０°〜６０°であり、光反射
方向での仰角は０°であり、その透過スペクトルの無着
色率Ｗは、それぞれ０．０１０、０．０１０となった。

【００８０】この実施例２による反射型液晶表示装置を
携帯型情報端末に搭載し、屋外で手に持って使用してみ
た。そして、角度等を種々に変えて表示色を観察したと
ころ、明表示はいずれの場合にもほぼ無着色であった。
一方、明表示の表面輝度は使用条件により大きく変化
し、２１０〜４０cd／m²であったが、何れの場合にも使
用可能な輝度であり、コントラスト比は５：１が得られ
た。

【００８１】従って、この実施例２においても、液晶表
示装置の主な光入射方向と光反射方向の透過スペクトル
を無彩色にすることにより、高輝度でかつ無着色の表示
が得られた。そして、この実施例２では、指向性反射板
１３の各反射面の角度を、３種の異なった角度、すなわ
ち、０°、１０°、２０°の３種類にしたので、光入射
方向が広がり、より広い使用条件に対応できるようにな
った。

【００８２】＜実施例３＞実施例３は、指向性反射板１
３として、実施例１と同じく、図１４(a)に示した断面
形状のものを用いているが、その各反射面が鏡面ではな
く、図４に示すように、各反射面に微小反射面が存在し
て光散乱面を形成しているものを用いたものである。な
お、その他の構成には変りはない。

【００８３】この光散乱面は、指向性反射板１３の作製
時に、サンドブラスト加工した金型を用いて形成した。
そして、この実施例３でも、その主な光入射方向(方位
角９０°、仰角２０°〜７０°)と、光反射方向(仰角０
°)での透過スペクトルの無着色度Ｗは、それぞれ０．
０１５、０．０１０になった。

【００８４】次に、この実施例３による反射型液晶表示
装置をノート型パーソナルコンピュータに搭載し、傾き
角を３０°として事務室内の机上に置き、液晶表示素子
の平面法線方向から表示状態を観察した結果、ほぼ無着
色の明表示が得られることが確認できた。そして、この
明表示での表面輝度は６０cd／m²であり、コントラスト
比は５：１であるので、充分な性能が得られることが判
った。

【００８５】＜実施例４＞実施例４は、実施例３の光散
乱面からなる指向性反射板１３の断面形状を、図１４
(e)に示す形状のものに変え、その各反射面が液晶表示
素子平面となす角度を、それぞれ０°、１０°、２０°
の３種にしたものである。なお、その他の構成は同じで
ある。これにより、この実施例４では、主な光入射方向
(方位角９０°、仰角２０°〜６０°)と、光反射方向
(仰角０°)での透過スペクトルの無着色度Ｗは、それぞ
れ０．０１０、０．０１０となっていた。

【００８６】そこで、この実施例４による反射型液晶表
示装置を携帯型情報端末に搭載し、屋外で手に持って使
用し、角度等を種々に変えて表示色を観察したところ、
明表示はいずれの場合にもほぼ無着色が得られた。一
方、明表示時での表示輝度は使用条件により大きく変化
して、１８０〜４５cd／m²となったが、何れの場合にも
使用可能な輝度であり、このときのコントラスト比は
５：１であった。

【００８７】従って、この実施例４によれば、高輝度
で、且つ無着色の視認性に優れた表示を得ることができ
た。また、各反射面が異なった３種の角度にしてあり、
且つ散乱性を持たせているので、光入射方向が広がり、
より広い使用条件に対応できるようになった。

【００８８】＜実施例５＞この実施例５では、実施例１
の反射型液晶表示装置において、位相板７の特性ｎ₃を
−０．０１としてみた。なお、その他の構成は同じであ
る。この実施例５では、主な光入射方向(方位角９０
°、仰角３０°〜６０°)と、光反射方向(仰角０°)の
透過スペクトルの無着色度Ｗは、それぞれ０．００９、
０．０１０が得られた。

【００８９】図１０に示したように、この実施例５によ
る反射型液晶表示装置を搭載したノート型パーソナルコ
ンピュータを傾き角を３０°として事務室内の机上に置
き、液晶表示素子の平面法線方向から表示状態を観察し
てみたところ、ほぼ無着色の明表示が得られた。そし
て、このときの明表示での表面輝度は６５cd／m²であ
り、コントラスト比は５：１であった。

【００９０】従って、この実施例５によっても、液晶表
示装置の主な光入射方向と光反射方向の透過スペクトル
を無彩色にすることにより、高輝度で、且つ無着色の表
示が得られることが判った。

【００９１】＜実施例６＞図７において、位相板のリタ
デーションを約６００nmとすれば、波長５５０ｎｍの透
過光の偏光状態を表す点は、図７に示す（Ｓ₁、Ｓ₂)平
面と交差する線上の点Ｂに移動され、また、他の波長の
透過光もこれにほぼ等しい偏光状態に変換される。

【００９２】そこで、上側偏光板の吸収軸を、図７に点
Ｂで示した点の方位角の２分の１になるように設定した
とする。そうすると、下側偏光板の吸収軸と下側配向膜
の配向処理方向とのなす角が４０°以上、５０°以下の
場合、点Ｂの方位角は、３７０°−Θ＋２ａになること
が経験的に求められた。従って、上側偏光板の吸収軸方
位角は次式で表される。１８５°−Θ／２＋ａ ……(11) そして、この結果、上記した２００°以上、２７０°の
のツイスト角の範囲では、上側偏光板の吸収軸方位角は
−２０°以上、２０°以下になる。

【００９３】このときの、無着色度Ｗの特性ｎ₃に対す
る依存性を示すと、図１７のようになり、これには、プ
ロットの傾きが異なるものの、先に示した図１１と同様
の傾向が見られる。すなわち、特性ｎ₃が正のときに無
着色度Ｗは大きくなり、透過スペクトルは黄色に着色し
ている(主波長は約５８５nm)。そして、特性ｎ₃が約
０．３以下の領域では、無着色度Ｗは０．０２以下にな
り、透過スペクトルが無着色になっていることが判る。

【００９４】そこで、以上の様にして、下側偏光板の吸
収軸の方位角、位相板の遅相軸の方位角、それに上側偏
光板の吸収軸の方位角を決めた上で、位相板のリタデー
ションを変え、液晶表示素子の基板平面法線方向の明表
示の色相を、以下のように評価した。

【００９５】まず、このときの無着色度Ｗの位相板リタ
デーション依存性は、図１５に示すようになり、リタデ
ーションが５４０nm以上、６８０nm以下において無着色
度Ｗは０．０２以下になり、基板平面法線方向の透過ス
ペクトルはほぼ無着色になることが判った。また、この
範囲においてコントラスト比８：１以上、明表示の透過
率は２５％以上であり、何れも充分な値が得られた。

【００９６】次に、液晶層のΔｎｄ(バルク状態での液
晶材料のΔｎと液晶層厚ｄの積)を変えて無着色度Ｗを
測定してみると、図１６に示すように、何れのΔｎｄに
おいても無着色度Ｗは０．０２以下になった。従って、
以上のようにしても、基板平面法線方向の透過スペクト
ルを無着色にし、且つ高透過率、高コントラスト比が得
られることが判った。

【００９７】そこで、実施例６として、実施例１におけ
る位相板７のリタデーションと上側偏光板８の吸収軸方
位角を上記の実験で求めた範囲に変え、位相板７の波長
５５０nmでのリタデーションを６００nm、上側偏光板８
の吸収軸方位角は１０５°にした上で、表示状態を観察
してみた。このときの主な光入射方向での方位角は９０
°、仰角は３０°〜６０°で、光反射方向での仰角は０
°とし、その透過スペクトルの無着色度Ｗはそれぞれ
０．０１２と０．００３が得られ、明表示はほぼ無着色
であった。そして、明表示の表面輝度は６０cd／m²で、
コントラスト比は６：１になり、従って、この実施例６
によっても、主な光入射方向と光反射方向の透過スペク
トルを無彩色にすることができ、高輝度で且つ表示が無
着色で視認性のよい高性能の反射型液晶表示装置を得る
ことができた。

【００９８】次に、同じく比較のため、この実施例６に
おいても、位相板７の特性ｎ₃を、ことさら１．０にし
て見たところ、方位角９０°、仰角３０°〜６０°の主
な光入射方向と、仰角０°の光反射方向の透過スペクト
ルの無着色度Ｗは、それぞれ０．１００、０．０１０と
なって、主な光反射方向の透過スペクトルでは無着色が
得られたものの、主な光反射方向の透過スペクトルが着
色してしまい、このため、表示色を観察したところ、明
表示は褐色に着色しており、この結果、表面輝度６０cd
／m²に対して、コントラスト比は３：１にしかならず、
この場合でも、主な光入射方向と光反射方向の透過スペ
クトルを同時に無彩色にしなければ、高輝度、且つ無着
色の表示は得られないことが理解できる。

【００９９】さらに比較のため、実施例６の液晶表示装
置において、今度は位相板のリタデーションを、ことさ
ら５００nmにしてみた。そうすると、この場合は、方位
角９０°、仰角３０°〜６０°の主な光入射方向の透過
スペクトルの無着色度Ｗは０．０４４で、仰角０°の光
反射方向の透過スペクトルの無着色度Ｗは０．０２９と
なってしまい、これをノート型パーソナルコンピュータ
に搭載し、事務室内の机上に置いて表示色を観察したと
ころ、今度は主な光反射方向と光反射方向の透過スペク
トルの両方が着色しているので、明表示は緑色に着色し
てしまい、明表示の表面輝度は５５cd／m²、コントラス
ト比は２：１しか得られなかった。

【０１００】従って、この場合からも、主な光入射方向
と光反射方向の透過スペクトルを同時に無彩色にしなけ
れば、高輝度、且つ無着色の表示は得られないことが理
解できる。

【０１０１】

【発明の効果】本発明によれば、主な光入射方向と光反
射方向の透過スペクトルの双方を同時に無彩色化するこ
とができるので、高輝度、且つ無着色で視認性に優れた
反射型液晶表示装置を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】指向性反射板を用いた反射型液晶表示装置の一
例で、本発明の実施例が適用対象とする反射型液晶表示
装置を示す断面図である。

【図２】平面反射板を用いた反射型液晶表示装置の一例
を示す断面図である。

【図３】本発明における位相板の座標軸の定義を示す説
明図である。

【図４】本発明による指向性反射板の反射面の一例を示
す拡大説明図である。

【図５】本発明における仰角と方位角の定義を示す説明
図である。

【図６】本発明において、液晶層を透過した角波長の光
の偏光状態を表わすのに使用する(Ｓ₁、Ｓ₂)平面に射映
したポアンカレ球の説明図である。

【図７】本発明において、位相板の遅相軸の方位角とリ
タデーションの設定方法を表わすのに使用する(Ｓ₁、Ｓ
₂)平面に射映したポアンカレ球の説明図である。

【図８】液晶表示素子における透過光の無着色度Ｗの位
相板リタデーション依存性を示す特性図である。

【図９】液晶表示素子透過光の無着色度Ｗと液晶層のΔ
ｎｄ(液晶層の複屈折と層厚の積)との関係を示す説明図
である。

【図１０】反射型表示装置を搭載したノート型パーソナ
ルコンピュータの使用状況を示す説明図である。

【図１１】液晶表示素子における透過光の無着色度Ｗ
の、位相板の３軸の屈折率の大小関係を表わす特性パラ
メータｎ₃に対する依存性を示す特性図である。

【図１２】位相板の屈折率楕円体の一例を示す説明図で
ある。

【図１３】位相板の屈折率楕円体の他の一例を示す説明
図である。

【図１４】本発明の反射型表示装置の実施例に用いられ
る各種の反射板の断面形状を示す拡大説明図である。

【図１５】液晶表示素子における透過光の無着色度Ｗの
位相板リタデーション依存性を示す特性図である。

【図１６】液晶表示素子における透過光の無着色度Ｗと
液晶層のΔｎｄ(液晶層の複屈折と層厚の積)との関係を
示す説明図である。

【図１７】液晶表示素子における透過光の無着色度Ｗ
の、位相板の３軸の屈折率の大小関係を表わす特性パラ
メータｎ₃に対する依存性を示す特性図である。

【符号の説明】

１反射型液晶表示装置２上側基板３下側基板４液晶層５上側電極６上側配向膜７位相板８上側偏光板９下側電極１０下側配光板１１下側偏光板１３指向性反射板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも液晶層を挾持して対向配置さ
れた表面側と裏面側の２枚の透明基板と、上記表面側の
透明基板の外面に配置された位相板と、この位相板の外
面に配置した表面側の偏光板と、上記裏面側の透明基板
の外側に配置された裏面側の偏光板と、この裏面側の偏
光板の外側に配置された指向性反射板とを有する液晶表
示装置において、上記位相板の平面内で直交する２本の電気光学的主軸方
向での該位相板の屈折率をそれぞれｎ_X 、ｎ_Y (ｎ_X ＞
ｎ_Y)、該位相板の厚さ方向の屈折率をｎ_Z としたとき、
次の式、すなわち、０.３ ≧ (ｎ_Z−ｎ_X)／(ｎ_Y−ｎ_X) が成立するように、上記位相板の屈折率特性が定められ
ていることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記位相板の
リタデーションが３２０ｎｍから４２０ｎｍの範囲にあ
り、上記透明基板のそれぞれの対向面に配置されている２枚
の配向膜の配向処理方向を２等分する方向を方位角０°
とし、上記上側透明基板の外側から見て反時計回りに定
義した方位角のもとで、上記下側偏光板の吸収軸の方位角は１４０°から１８５
°の範囲にあり、上記位相板の遅相軸の方位角は４５°から８０°の範囲
にあり、上記上側偏光板の吸収軸の方位角は−１０°から３５°
の範囲にあるように構成したことを特徴とする反射型液
晶表示装置。
【請求項３】請求項１の発明において、上記位相板のリタデーションが５４０ｎｍから６８０ｎ
ｍの範囲にあり、上記透明基板のそれぞれの対向面に配置されている２枚
の配向膜の配向処理方向を２等分する方向を方位角０°
とし、上記上側透明基板の外側から見て反時計回りに定
義した方位角のもとで、上記下側偏光板の吸収軸の方位角は１４０°から１８５
°の範囲にあり、上記位相板の遅相軸の方位角は４５°から８０°の範囲
にあり、上記上側偏光板の吸収軸の方位角は９０°から３５°の
範囲にあるように構成したことを特徴とする反射型液晶
表示装置。
【請求項４】請求項１の発明において、上記指向性反射板が、２種以上の異なった角度の反射面
を有することを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項５】請求項１の発明において、上記指向性反射板が、光散乱性を有する反射面で構成さ
れていることを特徴とする反射型液晶表示装置。