JPH10186357A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 視差がなく、明るい表示が可能な反射型液晶
表示装置を得る。 【解決手段】 ＴＮ型の液晶パネル１６の表側には、偏
光板１７を配置し、裏側には１／４波長の位相差板１８
と反射板１９とを配置する。液晶層１５のツイスト角は
４５°にする。白表示で、光は偏光板１７を２回しか透
過しないので、明るい表示が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばＯＡ機
器、携帯用端末機器等で、文字、画像、あるいは映像表
示を行うアクティブマトリクス型などの反射型液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の枝術】図６は、典型的な従来の液晶表示装置の
断面構成を示す。ガラスなどの透明な材料からなる表側
基板５１および裏側基板５２の内側には、それぞれ透明
導電膜による透明電極５３が設けられ、その上にポリイ
ミドからなる配向膜５４が形成される。さらに、表側基
板５１および裏側基板５２の間にネマティック型の液晶
層５５が充填されて、液晶パネル５６が構成されてい
る。表側基板５１および裏側基板５２のそれぞれの配向
膜５４は、９０°、すなわち直交する方向にラビング処
理を行う。液晶パネル５６は、両面に偏光板５７を配置
し、基本的には透過型として使用する。反射型として使
用する場合は、さらに背面側に反射板５８を配置して、
反射型の液晶表示装置を構成する。

【０００３】図７は、図６の液晶表示装置の液晶配向方
向と偏光板５７の偏光軸方向を示す。Ｙ軸方向を、表示
画面の垂直軸方向とする。前述のラビング処理によっ
て、表側基板５１の近傍における液晶配向方向６０と裏
側基板５２の近傍における液晶配向方向６１とは直交
し、液晶層５５は９０°ツイストする。表側基板５１側
に配置した偏光板５７の偏光軸方向６２は、表側基板５
１の近傍における液晶配向方向６０に対して９０°で直
交する角度となるように配置する。裏側基板５２側に配
置した偏光板５７の偏光軸方向６３は、裏側基板５２の
近傍における液晶配向方向６１に対して９０°で直交す
る角度となるように配置する。

【０００４】画像表示のための電気的駆動では、表側基
板５１および裏側基板５２の内側の透明電極５３間に電
圧を印加して光学制御を行う。電圧無印加時には、光の
入射側である表側の偏光板５７で形成された直線偏光面
が、液晶層５５の旋光性によって９０°ねじれて、透過
型としての出射側である裏側の偏光板５７を透過し、白
表示が得られる。電圧印加時には、液晶層５５の液晶分
子が表側および裏側基板５１，５２の基板面に垂直とな
るように配向するため、光の入射側の偏光板５７で形成
された直線偏光面がそのまま出射側の偏光板５７に到達
する。入射側と出射側とで偏光板５７の偏光軸方向６
２，６３は直交しているので、到達した光が遮断され、
黒表示が得られる。このとき電圧値によっては、白から
黒までの中間調表示を行うこともできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術による液晶表
示装置は、コントラストが高く中間調表示も可能である
ことから、反射板５８のかわりにバックライトを配置し
た透過型では普及しているけれども、バックライトによ
る消費電力増大、コストアップ、外形の拡大等が、特に
携帯機器への採用に対して大きな制約となっており、こ
れらの問題点を解決できる反射型の液晶表示装置が望ま
れている。

【０００６】しかし、従来技術による液晶表示装置を反
射型で使用する場合には、入射光が液晶層５５を透過し
て反射板５８に到達するまでに２回、反射板５８で反射
されて液晶層５５を再び透過して出射するまでに２回、
すなわち液晶パネル５６で光学変調され反射されるまで
に偏光板５７を４回も透過させるために減衰が大きくな
り、日常的な周辺光のもとで明るい表示画面を得ること
は困難である。

【０００７】また、光学変調させる液晶層５５と反射板
５８との間には、液晶パネル５６の裏側基板５２の厚み
が存在し、通常の使用状況では、入射光方向と液晶パネ
ル５６の観察方向が液晶パネル５６の表側に対する垂直
方向からずれるため、上記厚みにより、画像に２重像が
生じ、明るさが低下するいわゆる視差の問題が発生して
表示品位の低下を招いている。

【０００８】本発明は以上のような従来の問題を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的はコントラ
ストが良く、中間調表示も可能であり、明るい画像を表
示可能な反射型液晶表示装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、一対の透明性基板の内面にそれぞれ電極が形成さ
れ、該―対の透明性基板が液晶層を挟んで貼り合わさ
れ、表側の透明性基板外側からの入射光を裏側の透明性
基板側の反射部材で反射し、表側の透明性基板外側に返
す反射型液晶表示装置において、表側の透明性基板外側
に配置される偏光板と、裏側の透明性基板側で反射部材
よりも内側に配置される位相差部材とを含むことを特徴
とする反射型液晶表示装置である。本発明に従えば、偏
光板は表側の透明性基板に入射する光が液晶層で光学変
調され、裏側の反射部材によって反射されるまでに、表
側の透明性基板外側に配置される偏光板を２回しか透過
しないため、減衰が少なく、明るさを増加させることが
できる。

【００１０】また請求項２記載の本発明で、前記電極は
透明電極であり、前記位相差部材は裏側の透明性基板外
側に配置される位相差板であり、前記反射部材は該位相
差板の外側に配置される反射板であることを特徴とす
る。本発明に従えば、位相差版および反射板を一対の透
明性基板の外側に配置するので、反射型液晶表示装置を
容易に製造することができる。

【００１１】また請求項３記載の本発明で前記電極は透
明電極であり、前記位相差部材は裏側の透明性基板内側
に形成される位相差膜であり、前記反射部材は裏側の透
明性基板の外側に配置される反射板であることを特徴と
する。本発明に従えば、位相差膜は裏側の透明性基板の
内側に形成されるので、透明性基板と反射板との間の距
離を縮め、視差を小さくすることができる。

【００１２】また請求項４記載の本発明で前記電極は透
明電極であり、前記位相差部材は、裏側の透明性基板内
側に形成される位相差膜、および裏側の透明性基板外側
に形成される位相差板であり、前記反射部材は位相差板
の外側に配置される反射板であることを特徴とする。本
発明に従えば、裏側の透明性基板の内外に位相差膜およ
び位相差板がそれぞれ配置されるので、液晶層を透過し
た光に充分な位相差を与えることができる。

【００１３】また請求項５記載の本発明の前記電極は、
表側の透明性基板側で透明電極であり、裏側の透明性基
板側で反射部材でもある反射電極であり、前記位相差部
材は反射電極内面に形成される位相差膜であることを特
徴とする。本発明に従えば、裏側の透明性基板側では電
極を反射部材とするので、反射部材と液晶層とが近接し
て視差がなくなり、画像に陰が生じる２重像や明るさの
低下をなくすことができる。

【００１４】また請求項６記載の本発明は、前記液晶層
がツイストネマティック型であることを特徴とする。本
発明に従えば、液晶層がツイストネマティック型である
ので、特に、アクティブマトリクス型での表示を良好な
コントラストで行うことができる。

【００１５】また請求項７記載の本発明で前記液晶層の
ツイスト角度は、４５°＋９０°×ｎ：ｎ＝０，１，
２，３，…であることを特徴とする。本発明に従えば、
入射光が電圧無印加の液晶層を透過するとき偏光板によ
って形成される直線偏光方向が４５°＋９０°×ｎねじ
れ、反射光が液晶層を透過するとき直線偏光方向がさら
に−（４５°＋９０°×ｎ）ねじれる。直線偏光成分
は、液晶層では変化せずに、良好な白または黒の表示を
行うことができる。

【００１６】また請求項８記載の本発明は、前記液晶層
のらせんピッチに対する可視光波長の割合が、液晶の常
光線屈折率と異常光線屈折率の差の絶対値より小さいこ
とを特徴とする。本発明に従えば、液晶層を透過する常
光線と異常光線とに対する屈折率異方性をΔｎとし、ら
せんピッチをｐとし、可視光波長をλとすると、λ／ｐ
＜Δｎとなり、ｐ・Δｎ／λ＞１が成立するので、可視
光波長λの変化の影響が少ない旋光性を有する。

【００１７】また請求項９の本発明は、前記位相差部材
の位相差が可視光領域において約４分の１波長であるこ
とを特徴とする。本発明に従えば、入射光のうち、直線
偏光方向が位相差部材の異方性軸方向に４５°および１
３５°の成分は、直線偏光方向が２回の透過で約９０°
ずれ、直線偏光方向が位相差部材の異方性軸方向に平行
または垂直な成分は、直線偏光方向が変わらない。印加
電圧の制御によって液晶層の旋光性を変化させ、位相差
部材で直線偏光方向をずらす成分の割合を調整すれば、
コントラストの高い表示を行うことができる。

【００１８】また請求項１０の本発明は、前記位相差板
の異方性軸方向を、前記偏光板の偏光軸に対して０°、
４５°、９０°または１３５°のいずれかの角度で傾斜
させることを特徴とする。本発明に従えば、液晶層また
は位相差部材を透過する光の直線偏光方向が４５°また
は９０°を単位として変化するとき、偏光板の偏光軸に
対して平行または垂直となる条件を満たしやすいので、
コントラストの高い表示を行うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の第１形態
としての反射型液晶表示装置の断面構造を示す。ガラス
で作製された透明性基板である表側基板１１および裏側
基板１２の内側には、それぞれＩＴＯ（インジウム錫酸
化物）などの透明導電膜による透明電極１３が設けら
れ、その上にポリイミドからなる配向膜１４を形成しラ
ビング処理を行う。さらに、その間にネマティック型の
液晶層１５を充填し、液晶パネル１６を作製する。表側
基板１１の外側には偏光板１７を配置し、裏側基板１２
の外側には１／４波長の位相差をもつ位相差板１８と反
射板１９とを配置し、反射型液晶表示装置を構成する。

【００２０】図２は、図１の液晶表示装置の各構成部材
の位置関係を示す。表側基板１１の近傍における液晶配
向方向４０はＹ軸に対し―２２．５°、裏側基板１２の
近傍における液晶配向方向４１はＹ軸に対し＋２２．５
°に設定する。すなわち、液晶層１５の配向方向は４５
°ツイストしている。偏光板１７の偏光軸方向４２は、
Ｙ軸に対し＋６７．５°に設定する。したがって、表側
基板１１の近傍における液晶配向方向４０に対しては直
交している。位相差板１８の異方性軸方向４３は、Ｙ軸
に対し―６７．５°に設定する。したがって、裏側基板
１２の近傍における液晶配向方向４１に対しては直交し
ている。

【００２１】図３は、図２に示す各方向間の角度関係を
示す。以下、この角度関係に基づく光学変調の原理を説
明する。

【００２２】透明電極１３間に電圧を印加しない状態
で、入射光は、偏光板１７を透過し、偏光板１７の偏光
軸方向４２に従い、Ｙ軸に対し＋６７．５°の直線偏光
となる。４５°ツイストしたネマティック型の液晶層１
５を透過すると、直線偏光方向が旋光効果により＋４５
°回転し、Ｙ軸に対し＋１１２．５°の直線偏光とな
る。この直線偏光方向は、位相差板１８の異方性軸方向
４３に対して平行となるので、位相差の影響を受けずに
透過し、反射板１９にて反射した後に再び液晶層１５に
入射する。液晶層１５では直線偏光方向が旋光効果によ
りー４５°回転し、Ｙ軸に対し＋６７．５°の直線偏光
となり、偏光板１７を透過し白表示が得られる。

【００２３】次に、透明電極１３間に液晶飽和電圧より
高い電圧を印加する状態では、液晶分子が基板面に垂直
に配向するため、液晶パネル１６における旋光性はなく
なる。したがって、入射光のうち、偏光板１７を透過し
たＹ軸に対し＋６７．５°の直線偏光はそのまま液晶層
１５を透過し、直線偏光方向は位相差板１８の異方性軸
方向４３に対して１３５°の角度で入射する。１／４波
長の位相差をもつ位相差板１８には反射板１９を挟んで
２回透過するので直線偏光方向が９０°ずれ、Ｙ軸に対
しー２２．５°の直線偏光が再び液晶層１５を透過す
る。この偏光方向は偏光板１７の偏光軸方向４２と直交
するので、偏光板１７を透過せず、黒表示が得られる。
また、透明電極１３間に液晶飽和電圧より低い範囲で印
加する電圧を変えることで、任意の中間調表示が達成で
きる。本実施形態では、反射型液晶表示装置としての明
るさを、従来例より約２０％増加させることができた。

【００２４】なお、液晶層１５のツイスト角は、４５°
の他に、次の第１式で表される関係があれば、同様の光
学原理に従って表示を行うことができる。

【００２５】 ４５°＋９０°×ｎ：ｎ ＝ ０，１，２，３，… …（１） また、液晶層１５のツイストによるらせんピッチｐに対
して、透過する光の波長をλとし、液晶層１５の常光線
屈折率と異常光線屈折率との差の絶対値をΔｎとすると
き、次の第２式が成立すれば、波長λの変化の影響の少
ない旋光性を有することができる。

【００２６】 ｐ・Δｎ／λ＞１ …（２） 第２式を変形すると、次の第３式が得られる。

【００２７】 λ／ｐ＜Δｎ …（３） 第３式は、液晶層１５のらせんピッチｐに対する光の波
長λの割合が、液晶層１５の常光線屈折率と異常光線屈
折率との差の絶対値Δｎより小さいことを示している。
可視光の範囲で波長λについて第３式が成立すれば、波
長λの変化に対して旋光性に対する影響を少なくするこ
とができる。したがって、特にカラー表示を行う場合に
重要な条件となる。なお、カラー表示を行う場合は、た
とえば表側基板１１側の透明電極１３にカラーフィルタ
を形成すればよい。

【００２８】図４は、本発明の実施の第２形態としての
反射型液晶表示装置の断面構成を示す。ガラスで作製さ
れた透明性基板である表側基板２１の内側には透明導電
膜による透明電極２３が設けられ、その上にポリイミド
からなる配向膜２４を形成しラビング処理を行う。ガラ
スで作製され、透明性基板である裏側基板２２の内側に
は１／４波長の位相差をもつ位相差膜２８、透明電極２
３、およびポリイミドからなる配向膜２４を順に形成す
る。さらに、その間にネマティック型の液晶層２５を充
填し、液晶パネル２６を作製する。

【００２９】本実施形態では、透明電極２３を位相差膜
２８の内側に形成するけれども、位相差膜を透明電極の
内側に形成してもよく、さらに、液晶配向膜と位相差膜
とを兼用してもよい。表側基板２１の外側には偏光板２
７を配置し、裏側基板２２の外側には反射板２９を配置
し、反射型液晶表示装置を構成する。本実施形態の光学
変調の原理は、実施の第１形態と同様であり、約２０％
の明るさの増加が達成された。

【００３０】また、裏側基板２２の内側に位相差膜２８
を形成すると同時に、外側にも位相差板を配置すること
もできる。位相差膜２８単独では充分な位相差を与える
ことができない場合、外側にも位相差板を設けて、全体
として必要な位相差を与えるようにすれば、実施の第１
形態のように、外側の位相差板１８のみを用いる場合よ
り位相差板の厚みを薄くし、視差の低減を図ることがで
きる。

【００３１】図５は、本発明の実施の第３形態としての
反射型液晶表示装置の断面構成を示す。ガラスで作製さ
れた透明性基板である表側基板３１の内側には透明導電
膜による透明電極３３が設けられ、その上にポリイミド
からなる配向膜３４を形成しラビング処理を行う。ガラ
スで作製された透明性基板である裏側基板３２の内側に
はアルミニウム（Ａｌ）の反射膜３９を形成し、その内
側に１／４波長の位相差をもつ位相差膜３８、透明導電
膜による透明電極３３、ポリイミドからなる配向膜３４
を順に形成する。さらに、その間にネマティック型の液
晶層３５を充填し、液晶パネル３６を作製する。表側基
板３１の外側には偏光板３７を配置し反射型液晶表示装
置を構成する。本実施形態の光学変調の原理は、実施の
第１形態と同様である。

【００３２】本実施形態では、明るさの増加とともに、
視差による２重像や明るさの低下しない表示特性が得ら
れた。なお、反射膜３９と透明電極３３の間に位相差膜
３８を形成しているけれども、反射膜３９を導電性材料
で形成する場合、電極と兼用してその内側に位相差膜を
形成することもできる。さらに、この場合には液晶配向
膜と位相差膜を兼用してもよい。

【００３３】以上で説明した各実施形態では、液晶層は
ＴＮ型として動作する。また、表示はマトリクス表示で
もセグメント表示でも可能である。マトリクス表示を行
う場合、単純マトリクス方式でもアクティブマトリクス
方式でも可能である。アクティブマトリクス方式では、
裏側基板側にＴＦＴ基板を配置した方が、遮光が容易で
ある。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明の液晶表示
装置によれば、偏光板は表側の透明性基板に入射する光
が液晶層で光学変調され、裏側の反射部材によって反射
されるまでに、表側の透明性基板外側に配置される偏光
板を２回しか透過しないため、減衰が少なく、明るさを
増加させることができ、反射型の液晶表示装置として、
明るく、中間調表示が可能な表示特性が得られる。した
がって、本発明の液晶表示装置をカラーフィルタ等を用
いたアクティブマトリクス液晶パネルに適用すれば、Ｏ
Ａ機器、携帯用端末装置等の、文字、画像、映像表示さ
せるフルカラー液晶表示装置を反射型にすることがで
き、従来の透過型で使用していたバックライトをなくす
ことができるため、現在の透過型液晶表示装置と比べ大
幅なコストダウンと消費電力の低減を達成することがで
きる。したがって、ＯＡ機器、携帯用端末装置等への普
及が期待され、携帯機器の性能向上が可能となる。

【００３５】また本発明によれば、位相差版および反射
板を一対の透明性基板の外側に配置するので、従来の透
過型液晶表示装置に基づいて、反射型液晶表示装置を容
易に製造することができる。

【００３６】また本発明によれば、位相差膜は裏側の透
明性基板の内側に形成されるので、透明性基板と反射板
との間の距離を縮め、視差を小さくすることができる。

【００３７】また本発明によれば、裏側の透明性基板の
内外に位相差膜および位相差板がそれぞれ配置されるの
で、液晶層を透過した光に充分な位相差を与えることが
でき、視差も低減することができる。

【００３８】また本発明によれば、裏側の透明性基板側
では電極を反射部材とするので、反射部材と液晶層とが
近接して視差がなくなり、画像に陰が生じる２重像や明
るさの低下を解消することができる。

【００３９】また本発明によれば、液晶層がツイストネ
マティック型であるので、特に、アクティブマトリクス
型の表示装置で良好なコントラストを得ることができ
る。

【００４０】また本発明によれば、電圧無印加で白また
は黒の表示を行うことができ、電圧印加で中間色からそ
れぞれ黒または白に至る表示を行うことができる。

【００４１】また本発明によれば、可視光波長の違いが
旋光性に影響しないので、高品位の表示を行うことがで
きる。

【００４２】また本発明によれば、印加電圧の制御によ
って液晶層の旋光性を変化させ、位相差部材で直線偏光
方向をずらす成分の割合を調整すれば、コントラストの
良好な高品位の表示を行うことができる。

【００４３】また本発明によれば、液晶層または位相差
部材を透過する光の直線偏光方向が偏光板の偏光軸に対
して平行または垂直となる条件を満たしやすいので、コ
ントラストの良い表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態の概略的な構成を示す
断面図である。

【図２】図１の実施形態で各構成部材の位置関係を示す
模式図である。

【図３】図１の実施形態での角度関係を示す模式図であ
る。

【図４】本発明の実施の第２形態の概略的な構成を示す
断面図である。

【図５】本発明の実施の第３形態の概略的な構成を示す
断面図である。

【図６】従来の反射型液晶表示装置の概略的な構成を示
す断面図である。

【図７】図６の反射型液晶表示装置の角度関係を示す模
式図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１ 表側基板 １２，２２，３２ 裏側基板 １３，２３，３３ 透明電極 １４，２４，３４ 配向膜 １５，２５，３５ 液晶層 １６，２６，３６ 液晶パネル １７，２７，３７ 偏光板 １８，２８ 位相差板 １９，２９ 反射板 ３８ 位相差膜 ３９ 反射膜

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の透明性基板の内面にそれぞれ電極
   が形成され、該―対の透明性基板が液晶層を挟んで貼り
   合わされ、表側の透明性基板外側からの入射光を裏側の
   透明性基板側の反射部材で反射し、表側の透明性基板外
   側に返す反射型液晶表示装置において、 表側の透明性基板外側に配置される偏光板と、 裏側の透明性基板側で反射部材よりも内側に配置される
   位相差部材とを含むことを特徴とする反射型液晶表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記電極は透明電極であり、 前記位相差部材は裏側の透明性基板外側に配置される位
   相差板であり、 前記反射部材は該位相差板の外側に配置される反射板で
   あることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装
   置。
3. 【請求項３】 前記電極は透明電極であり、 前記位相差部材は裏側の透明性基板内側に形成される位
   相差膜であり、 前記反射部材は裏側の透明性基板の外側に配置される反
   射板であることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶
   表示装置。
4. 【請求項４】 前記電極は透明電極であり、 前記位相差部材は、裏側の透明性基板内側に形成される
   位相差膜、および裏側の透明性基板外側に形成される位
   相差板であり、 前記反射部材は位相差板の外側に配置される反射板であ
   ることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装
   置。
5. 【請求項５】 前記電極は、表側の透明性基板側で透明
   電極であり、裏側の透明性基板側で反射部材でもある反
   射電極であり、 前記位相差部材は反射電極内面に形成される位相差膜で
   あることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装
   置。
6. 【請求項６】 前記液晶層がツイストネマティック型で
   あることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
   反射型液晶表示装置。
7. 【請求項７】 前記液晶層のツイスト角度は、４５°＋
   ９０°×ｎ：ｎ＝０，１，２，３，…であることを特長
   とする請求項１〜６のいずれかに記載の反射型液晶表示
   装置。
8. 【請求項８】 前記液晶層のらせんピッチに対する可視
   光波長の割合が、液晶の常光線屈折単と異常光線屈折率
   の差の絶対値より小さいことを特徴とする請求項１〜７
   のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
9. 【請求項９】前記位相差部材の位相差が可視光領域に置
   いて約４分の１波長であることを特徴とする請求項１〜
   ８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 【請求項１０】 前記位相差板の異方性軸方向を、前記
    偏光板の偏光軸に対して０°、４５°、９０°または１
    ３５°のいずれかの角度で傾斜させることを特徴とする
    請求項１〜９のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。