JPH11305232A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

反射型液晶表示装置

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JPH11305232A
JPH11305232A JP10125284A JP12528498A JPH11305232A JP H11305232 A JPH11305232 A JP H11305232A JP 10125284 A JP10125284 A JP 10125284A JP 12528498 A JP12528498 A JP 12528498A JP H11305232 A JPH11305232 A JP H11305232A
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liquid crystal
substrate
layer
panel
display device
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Nobuyuki Shigeno
信行 重野
Osamu Ishige
理 石毛
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型液晶表示装置の配向を改善して広視野
角化を図る。 【解決手段】 パネルは外光の入射側に位置する透明な
第１基板、所定の間隙を介して第１基板に接合し反射側
に位置する第２基板、両基板の間隙内に保持され且つツ
イスト配向されたネマティック液晶層３、両基板に形成
されネマティック液晶層３に電圧を印加する電極を備え
ている。電圧を印加しない時、ネマティック液晶層３は
ツイスト配向を維持して四分の一波長層として機能し、
偏光板７０及び四分の一波長板８０と協働して外光を通
過させ白表示を行なう。電圧を印加した時、ネマティッ
ク液晶層３はほぼ垂直配向に移行して四分の一波長層と
しての機能を失ない、外光を遮断し黒表示を行なう。第
１基板に接するネマティック液晶分子４の配向方向３Ｕ
がパネルの画面上方向に対して１６８．５±１０°の範
囲に設定され、第２基板に接するネマティック液晶分子
４の配向方向３Ｌが同じくパネルの画面上方向に対して
５１．５±１０°の範囲に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自然光などの外光
を利用して表示を行なう反射型液晶表示装置に関する。
より詳しくは、反射型液晶表示装置の視野角を改善する
技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶を電気光学物質に用いた液晶表示装
置はフラットパネル形状を有し軽量薄型で低消費電力に
特徴がある。この為、携帯用機器のディスプレイとして
盛んに開発されている。液晶は自発光型ではなく外光を
選択的に透過遮断して画像を形成する。この様に受動型
の液晶表示装置は照明方式によって透過型と反射型に分
けられる。透過型の液晶表示装置では、透明な一対の基
板間に液晶を保持したパネルを作成し、その背面にバッ
クライトを配置する一方、パネルの正面から画像を観察
する。透過型の場合、バックライトは必須であり例えば
冷陰極管などが用いられる。ディスプレイ全体として見
た場合バックライトが大部分の電力を消費する為、携帯
用機器のディスプレイには不向きである。これに対し、
反射型ではパネルの背面に反射板を配置する一方、正面
から自然光などの外光を入射し、その反射光を利用して
同じく正面から画像を観察する。透過型と異なりバック
ライトを使わないので、反射型は比較的低消費電力で済
み、携帯用機器のディスプレイに好適である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶表示装
置では液晶が複屈折性を有し且つ種々の動作モードに応
じて適当に配向制御されている。この関係で、液晶表示
装置には視角依存性があり、観察者が画面を観察する方
向に依存して表示コントラストが変化するという課題が
ある。図５に示す様に、観察者の視角は偏角（方位角）
φと傾角（極角）θで表わされる。図では、パネルの液
晶の配向方向を基準として、反時計方向に偏角φを取っ
てある。又、傾角θはパネル０の法線に対する傾きで表
わしている。従来、反射型液晶表示装置では、所謂ツイ
ストネマティック（ＴＮ）モードの液晶パネルが使われ
ている。図６に反射型でＴＮモードの液晶パネルの視角
特性を示す。図６は、周方向に偏角φを取り径方向に傾
角θを取ったグラフ上で、コントラストが等しくなる点
をプロットした等コントラスト曲線である。グラフから
明らかな様に、反射型のＴＮモードでは顕著な視角依存
性があり、この例では観察者が画面を観察するφ＝１８
０°方向に、コントラストが大きくなる様に設定してい
る。反射型でＴＮモードの液晶パネルの場合、液晶分子
の平均的な分子長軸方向で電圧印加により液晶分子が立
ち上がる方向に高コントラスト領域が出現し、その逆方
向に低コントラスト領域が出現する。通常、この高コン
トラスト領域が観察者方向に向かう様、パネルは設計さ
れる。但し、この設計は反射板がほぼ完全拡散性を備え
ている場合に成立する。即ち、反射板の散乱が比較的大
きく、観察者が観察する光が入射時にはあらゆる方向か
らパネルに入射される場合に上述した設定が有効にな
る。逆に、反射板が完全拡散性を備えておらず指向性を
有する場合には、反射特性に大きなゲインが付加されて
いる為入射光は観察者方向とは対称方向からパネルに入
射した成分が主として観察されることになり、図６に示
した様な設計は成り立たない。この様に、反射型のパネ
ルは視野角の設計を行なう際、液晶パネル自体の光学特
性に加え反射板の光学特性も考慮に入れる必要がある。
【０００４】ところで、ＴＮモードは二枚の偏光板を用
いる為反射型としては表示画面が暗くなる為使いにく
い。そこで、反射型の液晶表示装置としては偏光板を一
枚用いたＴＮ−ＥＣＢモードが表示コントラストの面か
ら有望視されている。ＴＮ−ＥＣＢモードは基本的に液
晶のリターデーションを利用する方式であるが、パネル
設計の観点からＴＮモードを加味している。反射型のＴ
Ｎ−ＥＣＢモードも視角依存性を有するが、前述したＴ
Ｎモードとは視角特性が異なる。又、反射型のＴＮ−Ｅ
ＣＢモードのパネルに組み合わせる反射板も通常のＴＮ
モードとは異なる場合がある。従来、反射型のＴＮ−Ｅ
ＣＢモードの液晶表示装置の視野角については何ら最適
化の為の研究調査が成されておらず、解決すべき課題と
なっている。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に係
る反射型液晶表示装置は、基本的な構成としてパネルと
偏光板と四分の一波長板とを備えている。パネルは、外
光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介
して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該
間隙に保持され且つツイスト配向されたネマティック液
晶及び、該第１基板と第２基板に形成され該ネマティッ
ク液晶に電圧を印加する電極を備えている。偏光板及び
四分の一波長板は該第１基板に設けられている。電圧を
印加しない時、該ネマティック液晶はツイスト配向を維
持して四分の一波長層として機能し、該偏光板及び該四
分の一波長板と協働して外光を通過させ白表示を行な
う。電圧を印加した時、該ネマティック液晶はほぼ垂直
配向に移行して四分の一波長層としての機能を失ない、
該偏光板及び該四分の一波長板と協働して外光を遮断し
黒表示を行なう。特徴事項として、該第１基板に接する
ネマティック液晶の配向方向がパネルの上方向（画面の
垂直上方向）に対して１６８．５±１０°の範囲に設定
され、該第２基板に接するネマティック液晶の配向方向
が同じくパネルの上方向に対して５１．５±１０°の範
囲に設定されている。
【０００６】好ましくは、外光を正反射方向に対して限
定された角度範囲で拡散的に反射する光反射層が、該第
２基板に形成されている。又好ましくは、該偏光板の透
過軸方向がパネルの上方向に対して１２５°±１０°の
範囲に設定されている。
【０００７】本発明に係る反射型液晶表示装置は電圧を
印加しない時ネマティック液晶がツイスト配向を維持し
て四分の一波長層として機能し、電圧を印加した時ネマ
ティック液晶がほぼ垂直配向に移行して四分の一波長層
としての機能を失なう。即ち、本発明に係る反射型液晶
表示装置はＴＮ−ＥＣＢモードを採用している。そし
て、電圧無印加時偏光板及び四分の一波長板と協働して
外光を通過させて白表示を行ない、電圧印加時外光を遮
断して黒表示を行なう。即ち、ノーマリホワイトモード
である。係る構成において、ネマティック液晶の配向処
理方向を画面上方向を基準にして入射側の第１基板で約
１６８．５°とし、反射側の第２基板で約５１．５°と
することにより、画面の左右に視野角の広い理想的なノ
ーマリホワイトモードのＴＮ−ＥＣＢ方式反射型液晶表
示装置が実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る反射型液
晶表示装置の概念的な構成を示す模式図である。図中、
（ＯＦＦ）は電圧無印加状態を示し、（ＯＮ）は電圧印
加状態を示している。（ＯＦＦ）に示す様に、本反射型
液晶表示装置は観察者側から見て順に偏光板７０、四分
の一波長板８０、ネマティック液晶層３、拡散反射層１
０を重ねたものである。偏光板７０の透過軸は７０Ｐで
表わされている。ネマティック液晶層３は図示しないが
入射側の第１基板と反射側の第２基板によって挟持され
ている。第１基板側の液晶分子４の配向方向３Ｕはパネ
ルの画面上方向に対して１６８．５°±１０°の範囲に
設定されている。又、第２基板側の液晶分子４の配向方
向３Ｌは同じく画面上方向に対して５１．５±１０°の
範囲に設定されている。
【０００９】入射光２０１は偏光板７０を通過すると直
線偏光２０２になる。その偏光方向は透過軸７０Ｐと平
行であり、以下平行直線偏光と呼ぶことにする。平行直
線偏光２０２は四分の一波長板８０を通過すると円偏光
２０３に変換される。円偏光２０３は四分の一波長板と
して機能するネマティック液晶層３を通過すると直線偏
光になる。但し、直線偏光の偏光方向は９０°回転し平
行直線偏光２０２と直交する。以下、これを直交直線偏
光と呼ぶことにする。直交直線偏光２０３は拡散反射層
１０で反射した後、再び四分の一波長板として機能する
ネマティック液晶層３を通過する為、円偏光２０４にな
る。円偏光２０４は更に四分の一波長板８０を通過する
為元の平行直線偏光２０５になる。この平行直線偏光２
０５は偏光板７０を通過して出射光２０６となり、観察
者に至る為白表示が得られる。
【００１０】（ＯＮ）に示す電圧印加状態では、液晶分
子４はツイスト配向からほぼ垂直配向に移行し、四分の
一波長板としての機能が失なわれる。偏光板７０を通過
した外光２０１は平行直線偏光２０２となる。平行直線
偏光２０２は四分の一波長板８０を通過すると円偏光２
０３になる。円偏光２０３はネマティック液晶層３をそ
のまま通過した後、拡散反射層１０で反射され、円偏光
２０４ａのまま、四分の一波長板８０に至る。ここで円
偏光２０４ａは直交直線偏光２０５ａに変換される。直
交直線偏光２０５ａは偏光板７０を通過できないので黒
表示になる。
【００１１】図２は、図１に示した反射型液晶表示装置
の模式的な平面図である。図示する様に、反射型液晶表
示装置を構成する液晶パネル０は画像を映し出す画面を
規定している。図では、画面を観察する観察者を基準に
して、画面の上下左右方向を規定している。前述した様
に、入射側である第１基板に接するネマティック液晶の
配向方向３Ｕは、パネル０の上方向に対して約１６８．
５°の範囲に設定されている。又、反射側に位置する第
２基板に接するネマティック液晶の配向方向３Ｌが、パ
ネル０の同じく上方向に対して約５１．５°の範囲に設
定されている。なお、偏光板の透過軸７０Ｐはパネルの
上方向に対して１２５°±１０°の範囲に設定されてい
る。図示しないが、四分の一波長板は偏光板の透過軸７
０Ｐに対し約７２．５°の方向に延伸軸を持つ約２７０
ｎｍの位相差フイルムと同じく透過軸７０Ｐに対して約
１０°の方向に延伸軸を持つ約１４０ｎｍの位相差フイ
ルムを積層した広帯域型である。加えて、液晶パネル０
のパラメータは、液晶のツイスト角が約６３°であり、
リターデーションは２００ないし２５０ｎｍである。
【００１２】図３は、図２に示した反射型液晶表示装置
の視角特性を示すグラフであり、図６に示したグラフと
同様に等コントラスト曲線である。パネル０の画面右方
向を偏角φ＝０とし、周方向に沿って反時計方向に偏角
φを取ってある。即ち、φ＝９０°が画面上方向であ
り、φ＝１８０°が画面左方向であり、φ＝２７０°が
画面下方向となる。又、傾角θは径方向に沿って１０°
ないし６０°まで１０°刻みに取ってある。６個の曲線
群の内、一番外側のＣ５はコントラストが５の等コント
ラスト曲線を示し、一番内側の曲線Ｃ３０はコントラス
トが３０の等コントラスト曲線を表わしている。グラフ
から明らかな様に、φが０°及び１８０°の方向（画面
左右方向）で視野角が一番広くなっており、テレビジョ
ンなどとして理想的なディスプレイが得られる。又、偏
角φが９０°及び２７０°の方向（画面上下方向）でも
視野角が比較的広くなっている。これに対し、偏角φが
４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の方向で視野
角が狭くなっている。なお、図示する様に画面の左右方
向で対称な視角特性を得る為には、液晶パネルに組み合
わせて用いる光反射層は完全拡散性ではなくある程度指
向性を有するものでなければならない。即ち、本発明に
係る反射型液晶表示装置では、外光を正反射方向に対し
て限定された角度範囲（例えば±４０°）で拡散的に反
射する光反射層が第２基板側に形成されている。この様
な光反射層を用いると、所定角度から観察される反射光
の入射角が一定範囲に限定される為、図３に示した様な
視角特性の対称性が得られる。これに対し、完全拡散性
を備えた反射板を用いると、図６に示す様に非対称の視
角特性が得られる。
【００１３】最後に、図４は、本発明に係る反射型液晶
表示装置の実施形態を示す模式的な部分断面図である。
前述した様に、本反射型液晶表示装置はＴＮ−ＥＣＢ
（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ｌｙ ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃ
ｅ）モードの液晶パネル０を用いている。図示する様
に、本反射型液晶表示装置はパネル０の表面に偏光板７
０と四分の一波長板８０が配されている。パネル０は外
光の入射側に位置する透明なガラス板などからなる第１
基板１に、所定の間隙を介して反射側に位置する第２基
板２を接合したものである。両基板１，２の間隙にはネ
マティック液晶層３が保持されている。その液晶分子４
は上下の配向膜５，６によってツイスト配向されてい
る。前述した様に、第１基板１側に接するネマティック
液晶分子４の配向方向はパネルの画面上方向に対して１
６８．５°±１０°の範囲に設定され、第２基板２側に
接するネマティック液晶分子４の配向方向は同じくパネ
ル０の画面上方向に対して５１．５±１０°の範囲に設
定されている。各基板１，２の内表面にはそれぞれ電極
が形成されており、画素毎にネマティック液晶層３に電
圧を印加する。本実施形態は所謂アクティブマトリクス
型であり、第１基板１側に対向電極７が形成される一
方、第２基板２側には画素電極（１３）が形成されてい
る。画素電極は薄膜トランジスタ５０からなるスイッチ
ング素子により駆動される。対向電極７と画素電極（１
３）は互いに対面しており、両者の間に画素が規定され
る。又、反射側に位置する第２基板２の内表面には拡散
反射層１０が形成されている。拡散反射層１０は樹脂膜
１１と金属膜１３の積層からなる。なお、本実施形態で
は金属膜１３が画素電極を兼ねている。係る構成を有す
る反射型の液晶表示装置はＴＮ−ＥＣＢ方式でノーマリ
ホワイトモードである。即ち、電圧を印加しない時ネマ
ティック液晶層３はツイスト配向を維持して四分の一波
長板として機能し、偏光板７０及び四分の一波長板８０
と協働して、外光を通過させて白表示を行う。電圧を印
加した時、ネマティック液晶層３は垂直配向に移行して
四分の一波長板としての機能を失ない、偏光板７０及び
四分の一波長板８０と協働して外光を遮断し黒表示を行
う。
【００１４】引き続き図４を参照して各構成部品を詳細
に説明する。前述した様に、パネル０の第１基板１の表
面には偏光板７０が配されている。偏光板７０と第１基
板１との間に四分の一波長板８０が介在している。この
四分の一波長板８０は広帯域型で、例えば一軸延伸され
た高分子フィルムを二枚重ねた積層型であり、常光と異
常光との間で四分の一波長分の位相差を与える。外光は
偏光板７０を透過すると直線偏光になる。この直線偏光
は四分の一波長板８０を透過すると円偏光になる。更に
もう一度、四分の一波長板を通過すると直線偏光にな
る。この場合、偏光方向は元の偏光方向から９０°回転
する。以上の様に、四分の一波長板は偏光板と組み合わ
せることで偏光方向を回転させることができ、これを表
示に利用している。この観点から、本発明では偏光方向
を比較的乱すことが少ない構造の拡散反射層１０を用い
ている。
【００１５】パネル０は基本的に水平配向した誘電異方
性が正のネマティック液晶分子４からなるネマティック
液晶層３を用いている。このネマティック液晶層３はそ
の厚みを適当に設定することで四分の一波長板として機
能する。本実施形態ではネマティック液晶層３の屈折率
異方性Δｎは０．７程度であり、ネマティック液晶層３
の厚みｄは３μｍ程度である。従って、ネマティック液
晶層３のリターデーションΔｎ・ｄは０．２ないし０．
２５μｍとなる。図示する様に、ネマティック液晶層３
をツイスト配向することで、上述したリターデーション
の値は実質的に０．１５μｍ（１５０ｎｍ）程度とな
る。この値は外光の中心波長（６００ｎｍ程度）のほぼ
１／４となり、ネマティック液晶層３が光学的に四分の
一波長板として機能することが可能になる。ネマティッ
ク液晶層３を上下の配向膜５，６で挟持することによ
り、所望のツイスト配向が得られる。第１基板１側では
配向膜５のラビング方向に沿って液晶分子４が整列し、
第２基板２側でも配向膜６のラビング方向に沿って液晶
分子４が整列する。上下の配向膜５，６のラビング方向
を６０°ないし７０°ずらすことにより、所望のツイス
ト配向が得られる。
【００１６】透明な第１基板側にはカラーフィルタ９が
形成されている。一方反射側に位置する第２基板２側に
は拡散反射層１０が形成されている。拡散反射層１０は
表面に凹凸を有し光散乱性を備えている。従って、ペー
パーホワイトの外観を呈し表示背景として好ましいばか
りでなく、入射光を比較的広い角度範囲で反射する為、
視野角が拡大し表示が見やすくなるとともに広い視角範
囲で表示の明るさが増す。図示する様に、拡散反射層１
０は凹凸が形成された樹脂膜１１とその表面に成膜され
た金属膜１３とからなる。前述した様に、金属膜１３は
画素電極を兼ねている。拡散反射層１０は、予め隙間を
残して離散的にパタニングされた四角柱形状又は円柱形
状の樹脂膜１１をリフローして、なだらかな起伏を有す
る凹凸を形成している。四角柱形状又は円柱形状の樹脂
膜１１をリフローした後残された隙間を他の樹脂膜１２
で埋めなだらかな起伏を有する凹凸を得ている。凹凸は
およそ１０°ないし２０°の傾斜角を有している。係る
構成により、完全拡散性ではなく、外光を正反射方向に
対して限定された角度範囲で拡散的に反射する光反射層
が得られる。
【００１７】最後に、第２基板２の表面には画素電極駆
動用の薄膜トランジスタ５０が集積形成されている。薄
膜トランジスタ５０はボトムゲート構造を有しており、
下から順にゲート電極５１、二層のゲート絶縁膜５２，
５３、多結晶シリコンなどからなる半導体薄膜５４を重
ねた積層構造である。薄膜トランジスタは二本のゲート
電極５１を含むダブルゲート構造となっている。各ゲー
ト電極５１の直上に位置する半導体薄膜５４の領域にチ
ャネル領域が設けられている。各チャネル領域はストッ
パ５５により保護されている。この薄膜トランジスタ５
０と同一の層構造で補助容量６０も形成されている。係
る構成を有する薄膜トランジスタ５０及び補助容量６０
は層間絶縁膜５９により被覆されている。層間絶縁膜５
９には薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域
に連通するコンタクトホールが開口している。層間絶縁
膜５９の上には配線５７が形成されており、コンタクト
ホールを介して薄膜トランジスタ５０のソース領域及び
ドレイン領域に接続している。配線５７は他の層間絶縁
膜５８により被覆されている。その上に、前述した画素
電極がパタニング形成されている。画素電極は配線５７
を介して薄膜トランジスタ５０のドレイン領域に電気接
続している。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＴＮ−ＥＣＢ方式でノーマリホワイトモードの反射型液
晶表示装置において、ネマティック液晶の配向処理方向
を画面上方向に対して入射側基板で約１６８．５°と
し、反射側基板で約５１．５°とすることにより、左右
に視野角の広い理想的な反射型液晶表示装置を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射型液晶表示装置の概念的な構
成及び動作を示す模式図である。
【図２】本発明に係る反射型液晶表示装置の模式的な平
面図である。
【図３】本発明に係る反射型液晶表示装置の視角特性を
示すグラフである。
【図４】本発明に係る反射型液晶表示装置の具体例を示
す部分断面図である。
【図５】反射型液晶表示装置に対する視角を示す模式図
である。
【図６】従来の反射型液晶表示装置の視角特性の一例を
示すグラフである。
【符号の説明】
０・・・パネル、１・・・第１基板、２・・・第２基
板、３・・・ネマティック液晶層、５・・・配向膜、６
・・・配向膜、１０・・・光反射層、７０・・・偏光
板、８０・・・四分の一波長板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外光の入射側に位置する透明な第１基
    板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位
    置する第２基板、該間隙内に保持され且つツイスト配向
    されたネマティック液晶及び該第１基板及び第２基板に
    形成され該ネマティック液晶に電圧を印加する電極を備
    えたパネルと、該第１基板側に設けた偏光板及び四分の
    一波長板とからなり、 電圧を印加しない時該ネマティック液晶はツイスト配向
    を維持して四分の一波長層として機能し該偏光板及び該
    四分の一波長板と協働して外光を通過させて白表示を行
    ない、 電圧を印加した時該ネマティック液晶はほぼ垂直配向に
    移行して四分の一波長層としての機能を失ない該偏光板
    及び該四分の一波長板と協働して外光を遮断して黒表示
    を行なう反射型液晶表示装置であって、 該第１基板に接するネマティック液晶の配向方向がパネ
    ルの上方向に対して１６８．５±１０°の範囲に設定さ
    れ、 該第２基板に接するネマティック液晶の配向方向が同じ
    くパネルの上方向に対して５１．５±１０°の範囲に設
    定されていることを特徴とする反射型液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 外光を正反射方向に対して限定された角
    度範囲で拡散的に反射する光反射層が、該第２基板に形
    成されてい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】 該偏光板の透過軸方向がパネルの上方向
    に対して１２５°±１０°の範囲に設定されていること
    を特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。
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