JPH11295766A

JPH11295766A - ゲストホスト型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11295766A
Application number: JP10093653A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugiyama; 貴杉山; Toru Hashimoto; 徹橋本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】反射型のゲストホスト型液晶表示装置の新規
な構造に関し、光の反射率を向上させて高コントラスト
表示を可能にした反射型ゲストホスト液晶表示装置を提
供する。【解決手段】ゲストホスト型液晶セルと、前記ゲスト
ホスト型液晶セルを通過した光を反射する鏡面反射条件
を有する光反射板と、前記光反射板と前記ゲストホスト
型液晶セルとの間の光路中に配置された光学位相差板と
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射型のゲストホスト
型液晶表示装置の新規な構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示装置は、自らは発光光源
を持たず、周囲光（外部光）を表示用光源とするので省
電力で小型化が可能である。さらに、偏光板を用いない
ゲストホスト型液晶表示素子は光の利用効率が高く入射
光強度に対する出射光強度の比（反射率）が高い。特に
その中でもコントラストが高いという特徴を持つフェー
ズチェンジ型（相転移型）のゲストホスト液晶表示素子
がよく用いられてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のゲストホスト型
液晶表示装置においてもコントラストが十分であるとは
言えず、さらに高コントラストで高品質な表示装置が望
まれている。

【０００４】本発明の目的は、光の実効的反射率を向上
させ、高コントラスト表示を可能にした反射型ゲストホ
スト液晶表示装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるゲストホス
ト型液晶表示装置は、ゲストホスト型液晶セルと、前記
ゲストホスト型液晶セルを通過した光を反射する鏡面反
射条件を有する光反射板とを有し、前記光反射板と前記
ゲストホスト型液晶セルとの間の光路中に光学位相差板
を配置している。

【０００６】

【作用】光学位相差板が液晶セルを透過した光の直線偏
光成分を円（楕円）偏光に変換し、鏡面反射によって円
偏光の回転方向を逆転し、再び位相差板を通すことによ
り初めの直線偏光と交差する方向の直線偏光が生じる。
ゲストホスト型液晶セル中での吸収を高めることにより
コントラストを改善する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例による反
射型のゲストホスト型液晶表示装置の模式的な断面図で
ある。同図では説明を判りやすくする目的で、電極や液
晶層等の図示は省略してあるが、電極や液晶層自体は公
知の構成のものが採用できる。

【０００８】反射型のゲストホスト型液晶表示装置は、
ゲストホスト型液晶セル１と、光学位相差板２と、ゲス
トホスト型液晶セルを通過した光を反射する鏡面反射条
件を有する反射板３とを含む。光学位相差板２のリター
デーションは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。
たとえば、リターデーション値４０ｎｍの位相差板をそ
の光軸方位が液晶セルの背面基板のラビング方向に対し
て４５度の角度となるように配置する。ゲストホスト型
液晶セル１の液晶層は、１８０°以上のツイスト角（液
晶セルを構成する対向基板間の液晶分子の捩じれ角）を
有することが望ましい。

【０００９】液晶層のツイスト角をある程度以上（たと
えば、１８０°以上）に大きくすることにより液晶セル
自身での光の吸収効率を高めることができ、電圧に対す
る光の反射率変化を急峻にして電圧印加時の反射率を向
上させることができる。

【００１０】位相差板２によりコントラストが改善され
る理由は、以下のように考えられる。外部よりフエーズ
チェンジゲストホスト型液晶表示セル１に入射して通過
した光は、セル中の二色性色素の異方的な光吸収により
偏光成分を持っている。この平均的偏光に対して斜めに
交差する方向（たとえば４５度）に光軸を有する光学位
相差板２を配置する。偏光成分は分波して位相差を持つ
ようになり、円（楕円を含む）偏光となる。反射板３で
反射された円偏光は回転方向が逆転する。再び位相差板
を通った後、合波すると初めの直線偏光と交差する方向
の直線偏光となる。セル中の光吸収の強い方向の偏光と
なるため、光の吸収を高める。

【００１１】単色光の直線偏光であれば、λ／４板を直
線偏光に対して４５°の角度に配置し、鏡面で反射させ
て再びλ／４板を通すことにより、偏光方向が９０度回
転した直線偏光が得られる。液晶セルの吸収の最も弱い
方向の直線偏光が吸収の最も強い方向の直線偏光とな
る。従って、強い光吸収が生じ、高いコントラストが得
られる。

【００１２】表示に偏光成分を用いているために、反射
板３としては、完全散乱板タイプのように反射光に偏光
解消を起こしてしまうものではなく、金属面のように偏
光の極性（回転方向）は変化させるが、偏光解消は起こ
さないタイプの鏡面反射条件を有する反射面を持つ必要
がある。

【００１３】鏡面での観察者の顔の写り込みを防止する
ために、金属反射面に凹凸を施すことが有効である。こ
の場合も、鏡面反射条件を維持していればよい。

【００１４】実際には、入射光は種々の波長成分を有
し、液晶セルが各波長成分に及ぼす影響も異なる。液晶
セルの出射光中の偏光成分も波長毎に異なる方向を持つ
と考えられる。光学位相差板２は、１枚構成だけでもあ
る程度のコントラストの改善は可能であるが、黒色素を
用いて白黒表示をさせる場合には１枚の光学位相差板を
入れたことによりコントラストは向上するが、黒の色調
が青っぽくなったり、あるいは緑っぽくなったりしてず
れる。

【００１５】これに対して光学位相差板を２枚以上使用
すると、色調は維持したまま、コントラストの改善が可
能となる。但し、使用する光学位相差板のリターデーシ
ョンが大きすぎる場合には、やはり色調の変化が生じて
しまうので、５００ｎｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以
下のリターデーション値の光学位相差板を２枚以上使用
することがよい。非常に小さなリターデーションは実現
するのが困難であり、その効果も限られる。各光学位相
差板は１０ｎｍ以上のリターデーション値を持つことが
望ましい。図２及び図４には２枚の光学位相差板２１、
２２を液晶セル１と反射板３との間に配置した構成を示
す。

【００１６】また、より高い実効光反射率を実現するた
めに、図２あるいは図４で示すように、光拡散板４を設
ける。拡散板４としては、前方散乱が大きく後方散乱が
小さい透過主体の拡散板であることが望ましい。そのよ
うな拡散板としては図６に示すようなマイクロレンズ構
造を持ったものが挙げられる。この光拡散板４は、鏡面
と組み合わせることにより、法線方向付近に沿った反射
率がそれ以外の方向の反射率よりも高くなるような性質
を有する透過主体の拡散板として形成される。すなわ
ち、拡散板４の表面の法線方向にそって入射し透過した
光が鏡面反射板３で反射して再び拡散板４を透過して拡
散板４表面から出射する出射光の方向による強度分布
が、法線方向への出射光強度が、法線方向以外の方向へ
の出射光強度よりも強くなるような特性を有する。

【００１７】このような反射光の強度分布特性は、たと
えば図６に示すようなマイクロレンズ構造を有する拡散
板を用いることによって実現できる。図６（Ａ）におい
て、拡張板１は透明なベースフィルム１０上に多数のマ
イクロレンズ１１を分布させ、ポリマー１２でマイクロ
レンズ１１の周囲を埋め込んでマイクロレンズ１１を支
持している。

【００１８】このマイクロレンズ１１は、たとえばｇｒ
ａｄｅｄｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘ（ＧＲＡＩ
Ｎ）と呼ばれるもので、屈折率が半径方向位置により変
化して分布した同心円状構造でレンズを形成する。

【００１９】図６（Ｂ）は、中心部の屈折率を高くし、
半径方向外側に向かうほど屈折率を低くして凸レンズを
構成する場合を示す。図６（Ｃ）は、中心部の屈折率を
低くし、半径方向外側に向かうほど屈折率を高くして凹
レンズを構成する場合を示す。いずれのレンズによって
も平行光束を発散させることができ、屈折率分布のプロ
ファイルによって発散の程度を変化させることができ
る。以下凸レンズの場合を説明する。図６（Ｄ）は、マ
イクロレンズを用いた拡散板の概略的上面図を示す。多
数のマイクロレンズ１１がポリマーの支持層１２中に埋
め込まれてランダムに分布している。

【００２０】図６（Ａ）のマイクロレンズでは、さらに
上面にｓｕｒｆａｃｅｒｅｌｉｅｆｌｅｎｓと称す
る曲面をもった構造を有することでレンズ効果を高めて
いる。この曲面の曲率半径によっても発散の程度を変化
させることができる。１個のレンズの直径はたとえば約
５μｍである。このようなマイクロレンズとしては、例
えばナシュア（Ｎａｓｈｕａ）社製のマイクロレンズＭ
ｉｃｒｏｓｈａｒｐ（登録商標）が使用できる。

【００２１】このような透過屈折作用により光束を発散
させる拡散板を用いれば、基本的に後方散乱は生じず、
前方散乱のみが生じる。前方散乱の拡がりは写り込みが
防止できれば、小さなものでもよい。

【００２２】なお、図２と図４とでは、拡散板４の位置
が前者では液晶セル１と位相差板２１との間であるが、
後者では、位相差板２２と反射板３との間である違いが
ある。

【００２３】さらに、拡散板４としては、透過する偏光
に対して偏光解消の少ない透過主体の拡散板を使用しな
いと、前述したような位相差板によるコントラスト改善
の効果が少なくなってしまう。光学位相差板によるコン
トラスト改善の効果があるのは、あくまで偏光成分に対
してのみであるので、偏光解消が生じた状態すなわち自
然光成分に対してはこの効果が得られない。

【００２４】（実施例１）図２は、本発明の実施例によ
る反射型ゲストホスト型フェーズチェンジ型液晶表示装
置の構造を示す断面図である。２４０°ツイスト角のゲ
ストホスト型液晶セル１の裏側（表示面と反対側）に上
記ナシュア社製の透過主体の拡散板（マイクロレンズ）
４と、２枚の光学位相差板２１、２２と、銀を表面に蒸
着した反射板３とが順番に配置される。

【００２５】図３は、図２の液晶セル１の液晶分子配列
と、光学位相差板２１、２２のリターデーション値及び
光軸角度の詳細を液晶セル基板平面に向かって見た状態
で表している。この場合、位相差板２１のリターデーシ
ョン値は１５０ｎｍで、その光軸方位は背面基板のラビ
ング方向に対して約４５度傾いている。位相差板２２の
リターデーション値は１８０ｎｍで、その光軸方位は位
相差板２１の光軸方位に対して約７５度（１０５度）の
角度である。

【００２６】この実施例１の液晶表示装置の電気光学特
性を測定した所、表１のような結果を得た。なお、比較
のために、実施例の構成から２枚の位相差板を取り去っ
た構成の場合の結果も合わせて示す。表１の結果によれ
ば、反射率はやや低下するが、コントラストが大きく向
上しているのが判る。液晶セル中の吸収の弱い方向の偏
光成分が吸収の強い方向の偏光成分に変換され、コント
ラストが向上するものと考えられる。

【００２７】

【表１】

【００２８】（実施例２）上記実施例１と全く同じ条件
で色素濃度をやや減らした（３．５ｗｔ％から３．２ｗ
ｔ％）場合の電気光学特性測定値を表２に示す。実施例
１の場合に比べて反射率とコントラストの両方が向上し
ている。

【００２９】

【表２】

【００３０】実施例１（図２）の構造で、拡散板４の位
置を変更して図４に示した構成とした場合の液晶表示装
置の電気光学特性を測定したところ、表３のような結果
を得た。この結果から、位相差板と拡散板との関係はと
特性にあまり影響しないものと考えられる。

【００３１】

【表３】

【００３２】（実施例４）実施例１（図２）とまったく
同じ構造で、但しリターデーションがより大きな位相差
板を使用した場合の反射型液晶表示装置の電気光学特性
を測定したところ、表４のような結果を得た。図５は、
この実施例の液晶セル１の液晶分子配列と、光学位相差
板２１、２２のリターデーション値及び光軸角度の詳細
を液晶セル基板平面に向かって見た状態で表している。
この場合、位相差板２１のリターデーション値は４２０
ｎｍで、その光軸方位は、前面基板のラビング方向に対
して約４５度の方向に配置されている。位相板２２のリ
ターデーション値は３９０ｎｍであり、その光軸方位は
位相差板２１の光軸方向に対して約７５度（１０５度）
の方向である。

【００３３】この結果からは、実施例１よりもリターデ
ーション値が大きくても反射率とコントラスト値は同等
な結果が得られることが判る。ただし、液晶表示装置を
目視で観察したところ、ＯＦＦ状態（黒表示）ではやや
緑がかって見えた。

【００３４】

【表４】

【００３５】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、光学位相差板をゲスト
ホスト型液晶セルと鏡面反射板との間に配置することに
より、コントラストを向上した反射型のゲストホスト型
液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による反射型ゲストホスト型液
晶表示装置の構造を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例による反射型のゲストホス
ト型液晶表示装置の構造を示す断面図である。

【図３】図２の実施例の液晶セルにおける光学位相差板
のリターデーション値および光軸角度の関係を液晶セル
基板平面に向かった見た状態で表す。

【図４】本発明のさらに他の実施例による反射型のゲス
トホスト型液晶表示装置の構造を示す断面図である。

【図５】図４の実施例の液晶セルにおける光学位相差板
のリターデーション値および光軸角度の関係を液晶セル
基板平面に向かって見た状態で表す。

【図６】本発明の実施例で使用される拡散板の断面構造
である。

【符号の説明】１ゲストホスト型液晶セル２光学位相差板３鏡面反射板４拡散板１１マイクロレンズ２１、２２光学位相差板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゲストホスト型液晶セルと、前記ゲスト
ホスト型液晶セルを通過した光を反射する鏡面反射条件
を有する光反射板と、前記光反射板と前記ゲストホスト
型液晶セルとの間の光路中に配置された光学位相差板と
を有するゲストホスト型液晶表示装置。
【請求項２】さらに、前記光反射板と前記ゲストホス
ト型液晶セルとの間の光路中に配置した後方散乱が前方
散乱よりも小さな透過主体の光拡散板を有する請求項１
記載のゲストホスト型液晶表示装置。
【請求項３】前記光拡散板は前記ゲストホスト型液晶
セルと前記光学位相差板との間に配置されている請求項
２記載のゲストホスト型液晶表示装置。
【請求項４】前記光拡散板は前記光学位相差板と前記
光反射板との間に配置されている請求項２記載のゲスト
ホスト型液晶表示装置。
【請求項５】前記ゲストホスト型液晶セルの液晶分子
のツイスト角が１８０°以上である請求項１から４のい
ずれかに記載のゲストホスト型液晶表示装置。
【請求項６】複数の前記光学位相差板を有する請求項
１から５のいずれかに記載のゲストホスト型液晶表示装
置。
【請求項７】前記光学位相差板のリターデーション値
が５００ｎｍ以下である請求項１から４及び６のいずれ
かに記載のゲストホスト型液晶表示装置。
【請求項８】前記光学位相差板のリターデーション値
が３００ｎｍ以下である請求項１から４及び６のいずれ
かに記載のゲストホスト型液晶表示装置。
【請求項９】前記光拡散板はマイクロレンズ構造を有
する請求項１から８のいずれかに記載のゲストホスト型
液晶表示装置。
【請求項１０】前記光拡散板の表面の法線方向からの
入射光に対する拡散出射光の強度が法線方向付近で法線
からの極角がより大きい方向よりも大きい強度分布を有
することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載
のゲストホスト型液晶表示装置。