JPH11231302A

JPH11231302A - 液晶装置及び電子機器

Info

Publication number: JPH11231302A
Application number: JP10031591A
Authority: JP
Inventors: Osamu Okumura; 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】コントラストが高い反射型液晶装置を提供す
る。また、鮮やかな色が表示できる反射型カラー液晶装
置を提供する。【解決手段】少なくとも、偏光板と、位相差板と、光散
乱板と、透明電極を備えた上側基板と、液晶層と、金属
反射電極を備えた下側基板とを備え、これらを前記の順
に配置した液晶装置であって、前記偏光板側から入射し
た光が、円偏光の状態で光散乱板に到達するように、前
記位相差板のリターデーションと軸方向を設定したこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶装置、特に反射
型カラー液晶装置に関し、さらにこの液晶装置を搭載し
た電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＤＡ等の情報ツールや携帯電話、ウォ
ッチ等の携帯型電子機器用途には、消費電力が小さい反
射型液晶装置が適している。しかしながら、従来の反射
型液晶装置には、視差によるダブルイメージという課題
があった。これは液晶層と反射板との間に下側基板の厚
み（例えば0.7mm）分だけの距離が存在するために、本
来の表示と重なってその影が生じる現象であって、細か
い文字等の表示を認識しづらくする。またドットマトリ
クス表示の各ドットに対応してカラーフィルタを設け、
反射型カラー表示を行う場合にも、やはり視差によって
入射光と反射光が異なるカラーフィルタを通過すること
によって、表示色の鮮やかさが損なわれるという課題が
あった。

【０００３】このような課題を解決するために、液晶セ
ル内に金属反射電極を設けて、液晶層と反射板との距離
を縮め、視差を解消する方法がAsiaDisplay'95 p.599で
内田龍男氏らによって提案された。その構造の概略を図
７に示す。図７において、７０１は光散乱板、７０２は
偏光板、７０３は位相差板、７０４は上側基板、７０５
は下側基板、７０６は透明電極、７０７は金属反射電極
である。光散乱板７０１は、金属反射電極による鏡面反
射を拡散させ、視角を広げるために設けるが、コントラ
ストを低下させないために前方散乱板を利用する。前方
散乱板とは、透過光の散乱（これを前方散乱と呼ぶ）が
大きく、反射光の散乱（これを後方散乱と呼ぶ）が殆ど
無い光散乱板である。しかしながら、このように理想的
な前方散乱板は得難く、実存の前方散乱板は多少なりと
も後方散乱を伴うため、図７のような構造ではコントラ
ストの低下が避けられない。

【０００４】このような場合には、特開平９−１１３８
９３号公報に開示されているように、偏光板よりも液晶
セル側に光散乱板を配置することが効果的である。この
ように配置すると光散乱板で後方散乱された光のうち、
少なくとも半分は偏光板によって吸収されるために、コ
ントラストが向上するという効果がある。なお先の特開
平９−１１３８９３号公報は、用いている光散乱板が特
殊であるためもあって、この効果について言及していな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに光散乱板を偏光板の下に配置しても、その後方散乱
は半減するだけであって、決してゼロにはならず、高い
コントラストが得られないという課題があった。

【０００６】そこで本発明は、光散乱板の位置や軸方向
を工夫し、光散乱板による後方散乱を防止することによ
って、コントラストが高い反射型液晶装置を提供するこ
とを目的とする。また、鮮やかな色が表示できる反射型
カラー液晶装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液晶装置
は、少なくとも、偏光板と、位相差板と、光散乱板と、
透明電極を備えた上側基板と、液晶層と、金属反射電極
を備えた下側基板とを備え、これらを前記の順に配置し
た液晶装置であって、前記偏光板側から入射した光が、
円偏光の状態で光散乱板に到達するように、前記位相差
板のリターデーションと軸方向を設定したことを特徴と
する。このように構成したことによって、光散乱板で後
方散乱した円偏光が、位相差板によって偏光板の透過軸
に直角な直線偏光に変換され、偏光板によって吸収され
る。従って、請求項１記載の液晶装置は、高いコントラ
ストが得られるという効果を有する。

【０００８】請求項２記載の液晶装置は、請求項１記載
の液晶装置であって、前記位相差板が１／４波長板であ
り、かつその遅延軸が前記偏光板の吸収軸とほぼ４５度
の角度で交差することを特徴とする。１／４波長板と
は、そのリターデーションが可視光波長の約１／４であ
る位相差板である。またその可視光波長は、最も視感度
が高い緑色光の波長を指すことが多い。このように構成
したため、請求項２記載の液晶装置は、最も簡単な構成
で光散乱板に到達する光を円偏光に変換し、高いコント
ラストが得られるという効果を有する。

【０００９】請求項３記載の液晶装置は、請求項１記載
の液晶装置であって、前記位相差板が前記偏光板側から
１／２波長板、１／４波長板の順に配置した積層体であ
り、１／２波長板の遅延軸と偏光板の透過軸とのなす角
度をθとすると、１／４波長板の遅延軸と偏光板の透過
軸とのなす角度がほぼ２θ＋４５度であることを特徴と
する。１／２波長板とは、そのリターデーションが可視
光波長の約１／２である位相差板である。このように構
成したため、請求項３記載の液晶装置は、光散乱板に到
達する広い波長範囲の光を円偏光に変換し、高いコント
ラストが得られるとともに表示の着色が小さいという効
果を有する。

【００１０】請求項４記載の液晶装置は、請求項１乃至
請求項３記載の液晶装置であって、前記液晶層に電圧が
印加されていないときに、前記偏光板側から入射した光
が、直線偏光の状態で金属反射電極に到達するように、
液晶層のリターデーションとツイスト角を設定したこと
を特徴とする。このように構成したため、請求項４記載
の液晶装置は、液晶層に電圧が印加されていないときに
明るい表示を得ることが出来る。また液晶層に十分な電
圧が印加されたときには、液晶層のリターデーションが
ゼロになるため、暗い表示を得ることが出来る。この暗
表示の状態は、請求項１乃至請求項３記載の位相差板配
置によって、光散乱板の後方散乱はもちろん、他の界面
反射も全て取り除かれるために、大変黒い。従って、請
求項４記載の液晶装置は、非常にコントラストが高い表
示が得られる。

【００１１】請求項５記載の電子機器は、請求項１乃至
請求項４記載の液晶装置を、表示部として備えたことを
特徴とする。このように構成したため、請求項５記載の
電子機器は、小さい消費電力で高画質な表示を得ること
が出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１３】（実施例１）図１は本発明の請求項１また
は請求項２または請求項４記載の発明に係る液晶装置の
構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図１
において、１０１は偏光板、１０２は位相差板、１０３
は光散乱板、１０４は上側基板、１０５は液晶層、１０
６は下側基板、１０７は透明電極、１０８は金属反射電
極である。１０１と１０２、１０２と１０３、１０３と
１０４は、それぞれ互いに糊で接着している。また上下
の基板間は広く離して描いてあるが、これは図を明解に
するためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭い
ギャップを保って対向している。なお図示した構成要素
以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、
シール部、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠
であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無
く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるた
め、省略した。

【００１４】次に各構成要素について順に説明する。偏
光板１０１は所定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の
偏光成分を透過する機能を有している。これは現在最も
一般に利用されているタイプの偏光板であって、ヨウ素
等のハロゲン物質や二色性染料をポリ・ビニル・プチラ
ール等の高分子フィルムに吸着させて作製する。

【００１５】位相差板１０２は、ポリ・ビニル・アルコ
ール樹脂の一軸延伸フィルムである。そのリターデーシ
ョンは０．１４μｍであり、可視光の最も視感度が高い
緑色光波長の約１／４であることから、１／４波長板と
して機能する。

【００１６】光散乱板１０３は、屈折率が異なる２種類
の微小領域から構成されるフィルムが好ましい。このよ
うに構成されることによって、前方散乱が強く後方散乱
が小さい光散乱板が得られる。具体的には、微小なビー
ズをこれとは屈折率が異なる透明なバインダ中に分散し
たプラスチックフィルムが利用できる。また屈折率が異
なる２種類の微小領域が層構造をなし、特定の角度から
入射した光のみを散乱するようにしたプラスチックフィ
ルムを利用してもよい。

【００１７】液晶層１０５は０度から２７０度ねじれた
ネマチック液晶組成物が利用できる。ねじれ角は上下ガ
ラス基板表面における配向処理の方向と、液晶に添加す
るカイラル剤の分量で決定する。

【００１８】上側基板１０４、下側基板１０６は、いず
れも透明ガラス基板である。下側基板は不透明な基板、
例えばシリコンウェハー等であっても良い。透明電極１
０７はＩＴＯ、金属反射電極１０８はＡｌ−Ｎｄ合金で
形成した。

【００１９】次に具体的な液晶セルの条件を紹介する。
まず図１における液晶層１０５のリターデーションを
０．２５μｍに設定した。図２は各軸の関係を示す図で
あり、２０１は偏光板１０１の偏光軸（透過軸）、２０
２は位相差板１０２の遅相軸（延伸軸）、２０３は上側
基板１０４のラビング軸、２０４は下側基板１０６のラ
ビング軸である。ここで、２０２が２０１と成す角度２
１１を左４５度に、２０３が２０１と成す角度２１２を
左１０１度に、２０４が２０３となす角度、即ち液晶の
ねじれ角２１３を左７０度に設定した。なお、角度２１
１についてはほぼ４５度に設定されていればよく、多少
のずれは問題ない。

【００２０】以上のように構成した実施例１の液晶装置
では、非常にコントラストの高い表示が得られた。その
原理を図３を用いて簡単に説明する。

【００２１】図３において、３０１は偏光板、３０２は
位相差板、３０３は光散乱板、３０４は上側基板、３０
５は下側基板、３０６は電圧が印加されていない液晶
層、３０７は十分に高い電圧が印加された液晶層であ
る。各構成要素の間は、偏光状態を図示するため広く離
して描いてある。３１１と３１２は、それぞれ３０６の
液晶層と３０７の液晶層に入射する外光であって、これ
らはあらゆる方向に振動する自然光である。

【００２２】自然光３１１と３１２は、偏光板３０１に
よって直線偏光に変換され、さらに位相差板３０２によ
って左回り円偏光に変換されて、光散乱板３０３に到達
する。光散乱板で後方に散乱された光は、右回り円偏光
に変換され、位相差板３０２によって再び直線偏光に戻
るが、この直線偏光は偏光板３０１の透過軸と直交する
方向に振動しているため、偏光板によって吸収される。
また上側基板や透明電極の界面で後方に反射した光も、
同様に偏光板によって吸収される。これら後方に反射す
る光は全て表示に寄与しないから、こうした光を吸収す
ることで高いコントラストを得ることが出来る。

【００２３】一方光散乱板で前方に散乱された光のう
ち、液晶層３０６に入射した光は、液晶層で直線偏光に
変換されて金属反射板に達する。これはあらかじめそう
なるように液晶層のリターデーションとツイスト角を設
定しておいたからである。反射された光は、全く同じ経
路をたどって、元の左回り円偏光に戻される。このよう
な変換は、反射板上で直線偏光になるような変換を行う
液晶層について一般的に言えることであり、特開平３−
２２３７１５号公報に詳しく説明されている。左回り円
偏光は位相差板３０２によって元の直線偏光に戻り、偏
光板３０１を通過するため、明表示となる。

【００２４】また光散乱板で前方に散乱された光のう
ち、液晶層３０７に入射した光は、液晶が入射光とほぼ
平行に並んでいて複屈折を持たないために、左回り円偏
光のまま金属反射板に達し、反射されて右回り円偏光に
なる。この光は先程の光散乱板で後方に散乱された光と
同様の経路をたどって、偏光板で吸収されるため、暗表
示になる。

【００２５】このように実施例１の液晶装置は、光散乱
板で後方散乱した光や各界面で反射した光を、位相差板
と偏光板の組み合わせによって吸収するために、高いコ
ントラストが得られる。また液晶層に十分な電圧を印加
した状態を暗表示とすることによって、従来の一枚偏光
板型の液晶表示モードでは実現できなかった高いコント
ラストが得られた。

【００２６】（実施例２）図４は本発明の請求項１また
は請求項３または請求項４記載の発明に係る液晶装置の
構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図４
において、４０１は偏光板、４０２は上側位相差板、４
０３は下側位相差板、４０４は光散乱板、４０５は上側
基板、４０６は液晶層、４０７は下側基板、４０８はカ
ラーフィルタ、４０９は透明電極による走査線、４１０
は信号線、４１１は金属反射電極、４１２はＭＩＭ素子
である。４０１と４０２、４０２と４０３、４０３と４
０４、４０４と４０５は、それぞれ互いに糊で接着して
いる。また上下の基板間は広く離して描いてあるが、こ
れは図を明解にするためであって、実際には数μｍから
十数μｍの狭いギャップを保って対向している。また、
図４は液晶装置の一部を示しているため、３本の走査線
４０９と３本の信号線４１０が交差して出来る３×３の
マトリクス、即ち９ドット分しか図示していないが、実
際にはさらに多くのドットを有する。なお図示した構成
要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボー
ル、シール部、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不
可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要
が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがある
ため、省略した。

【００２７】位相差板４０２と４０３は、いずれもポリ
・カーボネート樹脂の一軸延伸フィルムである。カラー
フィルタ４０８は、従来の透過型カラー液晶装置で用い
られているものよりも透過率が高く、色が淡いものを利
用した。信号線４１０は金属Ｔａで、金属反射電極４１
１はＡｌ−Ｎｄ合金で形成した。ＭＩＭ素子４１２は絶
縁膜Ｔａ２Ｏ５を金属ＴａとＡｌ―Ｎｄ合金で挟んだ構
造である。その他、液晶、光散乱板等の各構成要素は、
実施例１と同様なものを利用した。

【００２８】次に具体的な液晶セルの条件を紹介する。
まず図４における上側位相差板４０２、下側位相差板４
０３、液晶層４０６のリターデーションを、それぞれ
０．２７μｍ、０．２５μｍ、０．１４μｍに設定し
た。上側位相差板のリターデーションは、可視光の最も
視感度が高い緑色光波長の約１／２であることから、１
／２波長板として機能する。同様に下側位相差板は１／
４波長板として機能する。

【００２９】図５は実施例２の液晶装置の各軸の関係を
示す図であり、５０１は偏光板４０１の偏光軸（透過
軸）、５０２は上側位相差板４０２の遅相軸（延伸
軸）、５０３は下側位相差板４０３の遅相軸（延伸
軸）、５０４は上側基板４０５のラビング軸、５０５は
下側基板４０６のラビング軸である。ここで、５０２が
５０１と成す角度５１１を左１７度に、５０３が５０１
と成す角度５１２を左７９度に、５０４が５０１となす
角度５１３を左１３５度に、５０５が５０４となす角
度、即ち液晶のねじれ角５１４を左７０度に設定した。
請求項３の定義によれば、角度５１１がθに相当する。
θ＝１７であるから、角度５１２は２θ＋４５＝２×１
７＋４５＝７９度に設定した。このような偏光板と位相
差板の積層体が、広い波長範囲にわたって円偏光板とし
て機能することについては、特開平５−１００１１４号
公報に開示されている。なお、角度５１２はほぼ２θ＋
４５に設定すればよい。

【００３０】以上のようにして作製した実施例２の液晶
装置は、液晶セル内部に反射板を有しているため、鮮や
かなカラー表示が得られた。しかも、光散乱板で後方散
乱した光や各界面で反射した光を、位相差板と偏光板の
組み合わせによって吸収するために、高いコントラスト
が得られた。ＭＩＭアクティブマトリクス方式を採用し
たことも、高いコントラストを得る上で効果があった。

【００３１】（実施例３）本発明の請求項４記載の電子
機器の例を３つ示す。本発明の液晶装置は、様々な環境
下で用いられ、かつ低消費電力が必要とされる携帯機器
に適している。

【００３２】図６（ａ）は携帯電話であり、本体６０１
の前面上方部に表示部６０２が設けられる。携帯電話
は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。特に
自動車内で利用されることが多いが、夜間の車内は大変
暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電
力が小さい反射型表示をメインに、必要に応じて補助光
を利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が
望ましい。本発明の液晶装置は、例えば図１において金
属反射電極１０８の膜厚を薄くし数％の光が透過するよ
うにした上で、下側基板１０６の外側に位相差板、偏光
板を配置することによって、簡単に半透過反射型液晶装
置に変更することができる。本発明の液晶装置は、反射
型表示でも透過型表示でも従来の液晶装置よりコントラ
スト比が高いという特徴を有する。

【００３３】図６（ｂ）はウォッチであり、本体６０３
の中央に表示部６０４が設けられる。ウォッチ用途にお
ける重要な観点は、高級感である。本発明の液晶装置
は、コントラストが高いことはもちろん、視差によるダ
ブルイメージがないため、従来の液晶装置と比較して大
変に高級感ある表示が得られる。

【００３４】図６（ｃ）は携帯情報機器であり、本体６
０５の上側に表示部６０６、下側に入力部６０７が設け
られる。従来このような携帯情報機器には、反射型モノ
クロ液晶装置を利用することが多かった。透過型カラー
液晶装置は、常時バックライトを利用するため消費電力
が大きく、連続使用時間が短いからである。このような
場合にも本発明の実施例３のような反射型カラー液晶装
置を利用すれば、小さな消費電力でカラーの表示が可能
であるため、使いやすい携帯情報機器が得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
ントラストが高い反射型液晶装置を提供することが出来
る。また、鮮やかな色が表示できる反射型カラー液晶装
置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における液晶装置の、構造の
要部を示す図である。

【図２】本発明の実施例１における液晶装置の、各軸の
関係を示す図である。

【図３】本発明の実施例１における液晶装置の、表示の
原理を説明するための図である。

【図４】本発明の実施例２における液晶装置の、構造の
要部を示す図である。

【図５】本発明の実施例２における液晶装置の、各軸の
関係を示す図である。

【図６】本発明の実施例３における電子機器の、外観を
示す図である。（ａ）携帯電話、（ｂ）ウォッチ、
（ｃ）携帯情報機器。

【図７】従来の液晶装置の、構造の要部を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１偏光板１０２位相差板１０３光散乱板１０４上側基板１０５液晶層１０６下側基板１０７透明電極１０８金属反射電極２０１偏光板の偏光軸（透過軸）２０２位相差板の遅相軸（延伸軸）２０３上側基板のラビング軸２０４下側基板のラビング軸２１１２０２が２０１と成す角度２１２２０３が２０１と成す角度２１３２０４が２０３となす角度、即ち液晶のねじれ
角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、偏光板と、位相差板と、光散
乱板と、透明電極を備えた上側基板と、液晶層と、金属
反射電極を備えた下側基板とを備え、これらを前記の順
に配置した液晶装置であって、前記偏光板側から入射した光が、円偏光の状態で光散乱
板に到達するように、前記位相差板のリターデーション
と軸方向を設定したことを特徴とする液晶装置。
【請求項２】請求項１記載の液晶装置であって、前記位相差板が１／４波長板であり、かつその遅延軸が
前記偏光板の吸収軸とほぼ４５度の角度で交差すること
を特徴とする液晶装置。
【請求項３】請求項１記載の液晶装置であって、前記位相差板が前記偏光板側から１／２波長板、１／４
波長板の順に配置した積層体であり、１／２波長板の遅
延軸と偏光板の透過軸とのなす角度をθとすると、１／
４波長板の遅延軸と偏光板の透過軸とのなす角度がほぼ
２θ＋４５度であることを特徴とする液晶装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３記載の液晶装置であ
って、前記液晶層に電圧が印加されていないときに、前記偏光
板側から入射した光が、直線偏光の状態で金属反射電極
に到達するように、液晶層のリターデーションとツイス
ト角を設定したことを特徴とする液晶装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４記載の液晶装置を、
表示部として備えたことを特徴とする電子機器。