JPH11337929A - 反射型液晶表示素子 - Google Patents

反射型液晶表示素子

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JPH11337929A
JPH11337929A JP14678098A JP14678098A JPH11337929A JP H11337929 A JPH11337929 A JP H11337929A JP 14678098 A JP14678098 A JP 14678098A JP 14678098 A JP14678098 A JP 14678098A JP H11337929 A JPH11337929 A JP H11337929A
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久典 山口
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義夫 岩井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光フィルムを1枚だけ用いる構成で、明る
い白、無彩色で高コントラスト表示できる反射型液晶表
示素子を提供する。 【解決手段】 ネマティック液晶のツイスト角度が45
゜〜90゜、液晶の複屈折と液晶層厚の積が0.20〜
0.30μm、偏光フィルム側のポリカーボネートフィ
ルムのレターデーション値が0.23〜0.28μm、
液晶セル側のポリカーボネートフィルムのレターデーシ
ョン値が0.13〜0.18μm、2枚のポリカーボネ
ートフィルムのZ係数がいずれも0.3〜1.0、上方
基板側から見て液晶が下方基板側にかけてツイストして
いく方向を正として、基準線に対して、偏光フィルムの
吸収軸方向となす角、偏光フィルム側のポリカーボネー
トフィルムの遅相軸方向となす角、液晶セル側のポリカ
ーボネートフィルムの遅相軸方向となす角度を順に
φP、φF1、φF1としたとき、φPが75゜〜195゜、
φP−φF1が105゜〜115゜、φP−φF2が165゜
〜175゜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、反射型液晶表示素
子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は、薄く、軽いので、携帯
型の情報端末のディスプレイをはじめとして様々な用途
に広く用いられている。液晶表示素子は、自らは発光せ
ずに、光の透過強度を変化させて表示を行う受光型素子
であり、数ボルトの実効電圧で駆動できるため、液晶表
示素子の下側に反射板を備えて外部光の反射光で表示を
見る反射型として用いれば、極めて消費電力の低い表示
素子となる。
【0003】従来の反射型のカラー液晶表示素子は、カ
ラーフィルタを備えた液晶セルとこの液晶セルを挟んで
配置された一対の偏光フィルムからなっている。カラー
フィルタは上記液晶セルの一方の基板に設けられてお
り、基板上にカラーフィルターと、さらにその上に透明
電極が形成される。この液晶セルに電圧を印加すること
で、液晶分子の配向状態を変化させて各カラーフィルタ
ごとの光の透過率を変化させカラー表示を行っている。
【0004】1枚の偏光板の透過率は、せいぜい45%
程度であり、このとき偏光フィルムの吸収軸に平行な偏
光の透過率はほぼ0%で、垂直な偏光の透過率はほぼ9
0%である。従って偏光板を2枚用いる反射型の液晶表
示素子では、光が偏光フィルムを4回通って出射するた
め、カラーフィルタの吸収を考えないとき、 (0.9)4×50%=32.8% となり、反射率は白黒パネルでも高々約33%である。
【0005】そこで、表示を明るくするために、偏光フ
ィルムを液晶セルの上側の1枚だけにして、液晶セルを
1枚の偏光フィルムと反射板で挟む構成がいくつか提案
されている(例えば、特開平7−146469号公報、
特開平7−84252号公報)。この場合、偏光フィル
ムを2回しか通らないので、カラーフィルタの吸収を考
えないとき (0.9)2×50%=40.5% となり、偏光フィルム2枚用いた構成に対して最大で約
23.5%の反射率の向上が期待できる。
【0006】また、カラーフィルタを用いずに液晶セル
のツイスト配向したネマティック液晶層の複屈折と偏光
フィルムによって着色表示を行う反射型カラー液晶表示
装置(特開平6−308481号公報)や、液晶層と位
相差フィルムの複屈折を利用するカラー液晶表示装置
(特開平6−175125号公報、特開平6−3010
06号公報)が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、偏光フ
ィルムを2枚用いる反射型液晶表示素子は、この素子に
カラーフィルタを用いてカラー表示を行う場合、充分な
明るさを得られるだけの反射率を確保できないという課
題を有していた。
【0008】また、偏光フィルムを1枚にした反射型液
晶表示素子は、この素子にカラーフィルタを用いてカラ
ー表示を行い反射率を高くして明るさを確保しようとし
た場合、従来の構成では、白黒の無彩色表示が困難であ
り、特に、反射率が低くて無彩色な黒の表示が困難であ
るという課題を有していた。
【0009】また、カラーフィルタを用いずに液晶セル
のツイスト配向したネマティック液晶層の複屈折と偏光
フィルムによって着色表示を行う反射型液晶表示素子
や、液晶層と位相差フィルムの複屈折を利用するカラー
液晶表示素子は、カラーフィルタがないため、2枚の偏
光フィルムを用いても実用的な明るさを得られるだけの
反射率を確保することができる。しかしながら、複屈折
の着色を用いたカラー表示であるため、16階調409
6色表示あるいは64階調フルカラー表示などの多階調
・多色表示が原理的に難しく、また、色純度・色再現範
囲も狭いという課題を有していた。
【0010】また、白黒表示モードでの反射型液晶表示
素子も、偏光フィルムを2枚用いる構成では、高い白の
反射率がとれないという課題を有していた。
【0011】本発明では、かかる事情に鑑み、白表示が
明るく、高いコントラストがとれ、無彩色の白黒表示が
可能な反射型液晶表示素子を提供することを目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために以下の構成とする。
【0013】即ち、本発明の第1の構成にかかる反射型
液晶表示素子は、一対の基板間にネマティック液晶を封
入した液晶セルと、前記液晶セルの一方の基板側に配置
された偏光フィルムと、前記偏光フィルムと前記液晶セ
ルとの間に配置された2枚のポリカーボネートフィルム
と、他方の基板側に配置された光反射手段とを含み、前
記一対の基板間における前記ネマティック液晶のツイス
ト角度ΩLCが45゜〜90゜、前記ネマティック液晶の
複屈折ΔnLCと液晶層厚dLCの積ΔnLC・dLCが0.2
0〜0.30μm、前記偏光フィルム側のポリカーボネ
ートフィルムのレターデーション値RF1が0.23μm
〜0.28μm、前記液晶セル側のポリカーボネートフ
ィルムのレターデーション値RF2が0.13μm〜0.
18μm、前記2枚のポリカーボネートフィルムのそれ
ぞれのZ係数QZがいずれも0.3〜1.0であり、前
記一方の基板に最も近い液晶分子の配向方向と前記他方
の基板に最も近い液晶分子の配向方向とのなす角のうち
大きい方の角の二等分線を基板面内の基準線とし、前記
一方の基板側から見て前記ネマティック液晶が前記一方
の基板側から前記他方の基板側にかけてツイストしてい
く方向を正として、前記基準線と前記偏光フィルムの吸
収軸の方向とのなす角度をφP、前記基準線と前記偏光
フィルム側のポリカーボネートフィルムの遅相軸の方向
とのなす角度をφ F1、前記基準線と前記液晶セル側のポ
リカーボネートフィルムの遅相軸の方向とのなす角度を
φF2としたとき、φPが75゜〜195゜、φP−φF1
105゜〜115゜、φP−φF2が165゜〜175゜
であることを特徴とする。
【0014】ただし、前記QZは、フィルム面の法線方
向をz軸として定める空間座標系(x,y,z)における各軸
方向の屈折率nx、nyおよびnz(nxは遅相軸方向の屈
折率、nyは進相軸方向の屈折率)を用いて、QZ=(nx
−nz)/(nx−ny)により示される係数である。
【0015】かかる第1の構成によれば、明るく、無彩
色の白黒変化が可能なノーマリーホワイト型の反射型液
晶表示素子を得ることができる。
【0016】上記の第1の構成において、前記基準線と
前記偏光フィルムの吸収軸の方向とのなす角φPが90
゜〜120゜または150゜〜180゜であることが好
ましい。かかる好ましい構成によれば、更にコントラス
トの高い良好な特性を得ることができる。
【0017】また、本発明の第2の構成にかかる反射型
液晶表示素子は、一対の基板間にネマティック液晶を封
入した液晶セルと、前記液晶セルの一方の基板側に配置
された偏光フィルムと、前記偏光フィルムと前記液晶セ
ルとの間に配置された2枚のポリカーボネートフィルム
と、他方の基板側に配置された光反射手段とを含み、前
記一対の基板間における前記ネマティック液晶のツイス
ト角度ΩLCが45゜〜90゜、前記ネマティック液晶の
複屈折ΔnLCと液晶層厚dLCの積ΔnLC・dLCが0.2
0〜0.30μm、前記偏光フィルム側のポリカーボネ
ートフィルムのレターデーション値RF1が0.23μm
〜0.28μm、前記液晶セル側のポリカーボネートフ
ィルムのレターデーション値RF2が0.13μm〜0.
18μm、前記2枚のポリカーボネートフィルムのそれ
ぞれのZ係数QZがいずれも0.3〜1.0であり、前
記一方の基板に最も近い液晶分子の配向方向と前記他方
の基板に最も近い液晶分子の配向方向とのなす角のうち
大きい方の角の二等分線を基板面内の基準線とし、前記
一方の基板側から見て前記ネマティック液晶が前記一方
の基板側から前記他方の基板側にかけてツイストしてい
く方向を正として、前記基準線と前記偏光フィルムの吸
収軸の方向とのなす角度をφP、前記基準線と前記偏光
フィルム側のポリカーボネートフィルムの遅相軸の方向
とのなす角度をφ F1、前記基準線と前記液晶セル側のポ
リカーボネートフィルムの遅相軸の方向とのなす角度を
φF2としたとき、φPが−15゜〜105゜、φP−φF1
が−105゜〜−115゜、φP−φF2が−165゜〜
−175゜であることを特徴とする。
【0018】かかる第2の構成によれば、明るく、無彩
色の白黒変化が可能なノーマリーホワイト型の反射型液
晶表示素子を得ることができる。
【0019】上記の第2の構成において、前記基準線と
前記偏光フィルムの吸収軸の方向とのなす角φPが0゜
〜30゜または60゜〜90゜であることが好ましい。
かかる好ましい構成によれば、更にコントラストの高い
良好な特性を得ることができる。
【0020】上記の本発明の反射型液晶表示素子におい
ては、ネマティック液晶の前記ツイスト角度ΩLCが60
゜〜65゜であるのが好ましい。この好ましい構成によ
れば、更に良好な特性を得ることができる。
【0021】また、前記反射型液晶表示素子において
は、前記偏光フィルム側のポリカーボネートフィルムの
Z係数QZが0.3〜0.7であるのが好ましい。この
好ましい構成によれば、視角による反射率変化の少ない
反射型液晶表素子を得ることができる。同様の観点か
ら、更には、前記2枚のポリカーボネートフィルムのそ
れぞれのZ係数QZがいずれも0.3〜0.7であるの
が好ましい。
【0022】また、前記反射型液晶表示素子において
は、前記一方の基板側に散乱フィルムを配置することで
パネルの周囲光を集光して明るい表示を得るという構成
とることができる。この散乱フィルムは、表示画像のボ
ケを抑制するという点から、ポリカーボネートフィルム
と前記一方の基板の間に配置することが好ましい。更に
は、この散乱フィルムは前方散乱フィルムであることが
好ましい。前方散乱フィルムとしては、後方散乱特性が
ほとんど認められず前方散乱特性の強いものが好まし
い。
【0023】また、前記反射型液晶表示素子において
は、前記光反射手段がアルミニウムおよび銀から選ばれ
る少なくとも1つの金属を構成要素として含むことが好
ましく、更には、前記他方の基板側の電極を兼ねる金属
電極であることが好ましい。
【0024】前記金属電極は、特に前述の散乱フィルム
を備えた液晶表示素子の場合には、鏡面状の表面を有す
ることが好ましい。この好ましい構成によれば、液晶の
配向の乱れが少なく、自然な視認性を得ることができ
る。一方、特に散乱フィルムを用いない反射型液晶表示
素子の場合には、金属電極に散乱膜を配置するか、ある
いは金属電極自体に拡散反射性を付与することが好まし
い。拡散反射性を有する金属電極としては、例えば、平
均傾斜角が3゜〜12゜となる程度に表面に凹凸を付与
することが好ましい。これらの好ましい構成によれば、
自然な視認特性を持つ反射型液晶表示素子を得ることが
できる。
【0025】また、前記他方の基板を透明基板とし、こ
の透明基板の外側に拡散反射板などの光反射手段を配置
した構成を有する反射型液晶表示素子としてもよい。こ
の場合の前記他方の基板には、透明電極を用いることに
なる。このような構成を採用する場合には、透明基板と
拡散反射板との間に空気層を介在させることが好まし
い。この好ましい構成によれば、拡散効果を更に大きく
することができる。
【0026】また、前記反射型液晶表示素子において
は、カラーフィルタを配置して反射型カラー液晶表示素
子としてもよく、カラーフィルタを配置せずに白黒モー
ドの液晶表示素子としてもよい。後者の場合には、特に
高い白表示の反射率により明るい反射型液晶表示素子を
得ることができる。前者の場合には、白から黒まで無彩
色で変化する特性により、例えば64階調のフルカラー
表示が可能となる。
【0027】また、前記反射型液晶表示素子において
は、前記他方の基板側に非線形素子を配置することによ
り、マトリクス状に配置したTFTなどの非線形素子に
より駆動するアクティブマトリクス型の反射型液晶表示
素子とすることができる。この場合は、特に、前記非線
形素子の上に絶縁性の平坦化膜を形成し、この平坦化膜
に形成したコンタクトホールを通じて前記非線形素子と
前記他方の基板側の電極とが導通している構成にするこ
とが好ましい。この好ましい構成によれば、高い開口率
を有してのアクティブ駆動が可能となり、高い反射率の
反射型液晶表示素子を得ることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
【0029】(第1の実施の形態)図1は第1の実施の
形態の反射型液晶表示素子の概略構成を示した断面図で
ある。10は偏光フィルム、11a、11bはポリカー
ボネートフィルム、12は散乱フィルム層、13は上側
透明基板、14はカラーフィルタ層、15a、15bは
配向層、16は透明電極、17は液晶層、18は金属反
射電極、19は下側基板を示す。
【0030】図2は第1の実施の形態の反射型液晶表示
素子の光学構成図である。20は基準線、21は下側基
板に最も近い液晶分子の配向方向、22は上側透明基板
に最も近い液晶分子の配向方向、23aは偏光フィルム
側のポリカーボネートフィルム11aの遅相軸方向、2
3bは液晶セル側のポリカーボネートフィルム11bの
遅相軸方向、24は偏光フィルムの吸収軸方向を示す。
ここで、基準線20と下側基板に最も近い液晶分子の配
向方向21とのなす角と、基準線20と上側透明基板に
最も近い液晶分子の配向方向22とのなす角とは同一で
ある。また、φ Pは偏光フィルム10の吸収軸の方向2
4の、φF1は偏光フィルム側のポリカーボネートフィル
ム11aの遅相軸方向23aの、φF2は液晶セル側のポ
リカーボネートフィルム11bの遅相軸方向23bの、
それぞれ基準線20から測った角度を示す。なお、角度
の正負は、ΩLCで示される液晶のツイスト方向(上側透
明基板から下側基板へと液晶分子が捩れていく方向)を
正と定める。
【0031】上側透明基板13および下側基板19とし
て無アルカリガラス基板(例えば1737:コーニング
社製)を用い、上側透明基板13上に、カラーフィルタ
層14として顔料分散タイプで赤、緑、青のストライプ
配列のものをフォトリソグラフィーで形成し、その上
に、透明電極16としてインジウム・錫・オキサイドで
画素電極を形成した。また、下側基板19上には、チタ
ンを300nm蒸着した上にアルミニウムを200nm蒸着
したものを形成することで鏡面反射タイプの金属反射電
極18を形成した。
【0032】透明電極16および金属反射電極18上に
は、ポリイミドのγ−ブチロラクトンの5重量%溶液を
印刷し、250℃で硬化したのち、所定のツイスト角を
実現するようにレーヨン布を用いた回転ラビング法によ
る配向処理を行うことで配向層15a、15bを形成し
た。
【0033】そして、上側透明基板13上の周辺部には
所定の径のガラスファイバーを1.0重量%混入した熱
硬化性シール樹脂(例えばストラクトボンド:三井東圧
化学(株)製)を印刷し、下側基板19上には所定の径
の樹脂ビーズを100〜200個/mm2の割合で散布
し、上側透明基板13と下側基板19を互いに貼り合わ
せ、150℃でシール樹脂を硬化した後、ΔnLC=0.
08のフッ素エステル系ネマティック液晶にカイラルピ
ッチが80μmになるようにカイラル液晶を混ぜた液晶
を真空注入し、紫外線硬化性樹脂で封口した後、紫外線
光により硬化した。
【0034】こうして形成された液晶セル1の上側透明
基板13の上に、散乱フィルム層12として、等方性の
前方散乱フィルムを貼付し、その上に、ポリカーボネー
トフィルム11aおよび11bを遅相軸がそれぞれ所定
の角度となるように貼付し、さらに、偏光フィルム10
としてニュートラルグレーの偏光フィルム(住友化学工
業(株)製SQ−1852AP)にアンチグレア(AG)
とアンチリフレクション(AR)処理を施したものを、
吸収軸が所定の角度をなすように貼付した。
【0035】dLC=3.0μmで形成してΔnLC・dLC
=0.24μmとし、2枚のQZ=1.0のポリカーボネ
ートフィルムを用いてRF1=0.27μm、RF2=0.
14μmとし、ΩLC=63.0゜、φP−φF1=110.
0゜、φP−φF2=170.0゜とし、φPを変化させて
反射モードで光学特性を測定すると、φPが75゜〜1
95゜の範囲のとき、コントラストの高いノーマリーホ
ワイトモードの反射型液晶表示素子が実現できた。これ
は、偏光フィルムの吸収軸をこの方位にすると黒の輝度
を低くすることができることによる。
【0036】特に、φPが90゜〜120゜または15
0゜〜180゜の範囲のとき、白黒表示が無彩色のコン
トラストの高いノーマリーホワイトモードの反射型液晶
表示素子が実現でき好ましかった。
【0037】また、ΔnLC・dLCを変化させたときの特
性を調べたところ、0.20μm〜0.30μmの範囲
で、反射率が低くて無彩色の黒と反射率が高くて無彩色
の白を得ることができた。
【0038】次に、液晶のツイスト角ΩLCを変化させた
ときの特性を調べたところ、本発明の第1の実施の形態
では、ツイスト角ΩLCを45゜〜90゜の範囲内で良好
な特性が得られることを確認した。そして、ツイスト角
ΩLCを60゜〜65゜としたとき特に良好な特性を得ら
れた。
【0039】ここで特に、上記の条件に加えてφP=1
05.0゜としたときの光学特性を測定した結果を示す
ことにする。なお、反射率の測定は、完全拡散光源に対
して測定したものである。
【0040】図3は第1の実施の形態の反射型液晶表示
素子の反射率と印加電圧との関係を示す特性図である。
正面特性で、白のY値換算での反射率は19.5%、コ
ントラストは15.9であった。また、黒から白まで無
彩色で変化するので、64階調フルカラーの表示が可能
であることも確認できた。
【0041】また、以上の構成で、カラーフィルタ層1
4を除いた反射型液晶表示素子を作製したところ、正面
特性で、コントラスト15.5、白のY値換算での反射
率35.3%が得られた。
【0042】また、以上の構成では、散乱フィルム層1
2をポリカーボネートフィルム11bと上側透明基板1
3の間に配置したが、散乱フィルム層12を偏光フィル
ム10の上に配置したときも、偏光フィルム10とポリ
カーボネートフィルム11aの間に配置したときも、ポ
リカーボネートフィルム11aとポリカーボネートフィ
ルム11bの間に配置したときも同じ特性が得られた。
【0043】なお、本実施の形態では、反射電極として
アルミニウムを構成要素として含む金属反射電極を用い
たが、発明の効果はそれに限定されるものではなく、例
えば、銀を構成要素として含む金属反射電極などを用い
ても同様の効果を得ることができる。
【0044】(第2の実施の形態)図4は第2の実施の
形態の反射型液晶表示素子の概略構成を示した断面図で
ある。40は偏光フィルム、41a、41bはポリカー
ボネートフィルム、43は上側透明基板、44はカラー
フィルタ層、45a、45bは配向層、46は透明電
極、47は液晶層、48は金属反射電極、49は下側基
板を示す。
【0045】第2の実施の形態の光学構成は、第1の実
施の形態と同じであって、図2に示した反射型液晶表示
素子の光学構成と同様である。
【0046】上側透明基板43および下側基板49とし
て無アルカリガラス基板(例えば1737:コーニング
社製)を用い、上側透明基板43上に、カラーフィルタ
層44として顔料分散タイプで赤、緑、青のストライプ
配列のものをフォトリソグラフィーで形成し、その上
に、透明電極46としてインジウム・錫・オキサイドで
画素電極を形成した。また、下側基板49上には、チタ
ンを300nm蒸着した上にアルミニウムを200nm蒸着
したものを形成し、さらに、その表面を平均傾斜角3゜
〜12゜となるように荒らして、拡散(散乱)反射タイ
プの金属反射電極48を形成した。
【0047】透明電極46および金属反射電極48上に
は、ポリイミドのγ−ブチロラクトンの5重量%溶液を
印刷し、250℃で硬化したのち、所定のツイスト角を
実現するようにレーヨン布を用いた回転ラビング法によ
る配向処理を行うことで配向層45a、45bを形成し
た。
【0048】そして、上側透明基板43上の周辺部には
所定の径のガラスファイバーを1.0重量%混入した熱
硬化性シール樹脂(例えばストラクトボンド:三井東圧
化学(株)製)を印刷し、下側基板19上には所定の径
の樹脂ビーズを100〜200個/mm2の割合で散布
し、上側透明基板43と下側基板49を互いに貼り合わ
せ、150℃でシール樹脂を硬化した後、ΔnLC=0.
08のフッ素エステル系ネマティック液晶にカイラルピ
ッチが80μmになるようにカイラル液晶を混ぜた液晶
を真空注入し、紫外線硬化性樹脂で封口した後、紫外線
光により硬化した。
【0049】こうして形成された液晶セル4の上側透明
基板43の上に、ポリカーボネートフィルム41aおよ
び41bを遅相軸がそれぞれ所定の角度となるように貼
付し、さらに、偏光フィルム40としてニュートラルグ
レーの偏光フィルム(住友化学工業(株)製SQ−18
52AP)にアンチグレア(AG)とアンチリフレクショ
ン(AR)処理を施したものを、吸収軸が所定の角度を
なすように貼付した。
【0050】dLC=3.0μmで形成してΔnLC・dLC
=0.24μmとし、2枚のQZ=1.0のポリカーボネ
ートフィルムを用いてRF1=0.27μm、RF2=0.
14μmとし、ΩLC=63.0゜、φP−φF1=110.
0゜、φP−φF2=170.0゜とし、φPを変化させて
反射モードで光学特性を測定すると、φPが75゜〜1
95゜の範囲のとき、コントラストの高いノーマリーホ
ワイトモードの反射型液晶表示素子が実現できた。これ
は、偏光フィルムの吸収軸をこの方位にすると黒の輝度
を低くすることができることによる。
【0051】特に、φPが90゜〜120゜または15
0゜〜180゜の範囲のとき、白黒表示が無彩色のコン
トラストの高いノーマリーホワイトモードの反射型液晶
表示素子が実現でき好ましかった。
【0052】また、ΔnLC・dLCを変化させたときの特
性を調べたところ、0.20μm〜0.30μmの範囲
で、反射率が低くて無彩色の黒と反射率が高くて無彩色
の白を得ることができた。
【0053】次に、液晶のツイスト角ΩLCを変化させた
ときの特性を調べたところ、本発明の第2の実施の形態
では、ツイスト角ΩLCを45゜〜90゜の範囲内で良好
な特性が得られることを確認した。そして、ツイスト角
ΩLCを60゜〜65゜としたとき特に良好な特性を得ら
れた。
【0054】ここで特に、上記の条件に加えてφP=1
05.0゜としたときの光学特性を測定した結果を示す
ことにする。なお、反射率の測定は、完全拡散光源に対
して測定したものである。
【0055】このとき正面特性で、白のY値換算での反
射率は18.8%、コントラストは、15.6あった。
また、黒から白まで無彩色で変化するので、64階調フ
ルカラーの表示が可能であることも確認できた。
【0056】また、以上の構成で、カラーフィルタ層4
4を除いた反射型液晶表示素子を作製したところ、正面
特性で、コントラスト15.3、白のY値換算での反射
率34.1%が得られた。
【0057】なお、本実施の形態では、反射電極として
アルミニウムを構成要素として含む金属反射電極を用い
たが、発明の効果はそれに限定されるものではなく、例
えば、銀を構成要素として含む金属反射電極などを用い
ても同様の効果を得ることができる。
【0058】(第3の実施の形態)第3の実施の形態の
反射型液晶表示素子は、作製および構造は第1の実施の
形態と共通であって、図1に示した反射型液晶表示素子
の断面および図2と同様のの反射型液晶表示素子の光学
構成を有する。
【0059】dLC=3.0μmで形成してΔnLC・dLC
=0.24μmとし、2枚のQZ=1.0のポリカーボネ
ートフィルムを用いてRF1=0.27μm、RF2=0.
14μmとし、ΩLC=63.0゜、φP−φF1=−11
0.0゜、φP−φF2=−170.0゜とし、φPを変化
させて反射モードで光学特性を測定すると、φPが−1
5゜〜105゜の範囲のとき、コントラストの高いノー
マリーホワイトモードの反射型液晶表示素子が実現でき
た。これは、偏光フィルムの吸収軸をこの方位にすると
黒の輝度を低くすることができることによる。
【0060】特に、φPが0゜〜30゜または60゜〜
90゜の範囲のとき、白黒表示が無彩色のコントラスト
の高いノーマリーホワイトモードの反射型液晶表示素子
が実現でき好ましかった。
【0061】また、ΔnLC・dLCを変化させたときの特
性を調べたところ、0.20μm〜0.30μmの範囲
で、反射率が低くて無彩色の黒と反射率が高くて無彩色
の白を得ることができた。
【0062】次に、液晶のツイスト角ΩLCを変化させた
ときの特性を調べたところ、本発明の第3の実施の形態
では、ツイスト角ΩLCを45゜〜90゜の範囲内で良好
な特性が得られることを確認した。そして、ツイスト角
ΩLCを60゜〜65゜としたとき特に良好な特性を得ら
れた。
【0063】ここで特に、上記の条件に加えてφP=7
5.0゜としたときの光学特性を測定した結果を示すこ
とにする。なお、反射率の測定は、完全拡散光源に対し
て測定したものである。
【0064】図5は第3の実施の形態の反射型液晶表示
素子の反射率と印加電圧との関係を示す特性図である。
正面特性で、白のY値換算での反射率は19.3%、コ
ントラストは15.8であった。また、黒から白まで無
彩色で変化するので、64階調フルカラーの表示が可能
であることも確認できた。
【0065】また、以上の構成で、カラーフィルタ層1
4を除いた反射型液晶表示素子を作製したところ、正面
特性で、コントラスト15.3、白のY値換算での反射
率35.1%が得られた。
【0066】また、以上の構成では、散乱フィルム層1
2をポリカーボネートフィルム11bと上側透明基板1
3の間に配置したが、散乱フィルム層12を偏光フィル
ム10の上に配置したときも、偏光フィルム10とポリ
カーボネートフィルム11aの間に配置したときも、ポ
リカーボネートフィルム11aとポリカーボネートフィ
ルム11bの間に配置したときも同じ特性が得られた。
【0067】なお、本実施の形態では、反射電極として
アルミニウムを構成要素として含む金属反射電極を用い
たが、発明の効果はそれに限定されるものではなく、例
えば、銀を構成要素として含む金属反射電極などを用い
ても同様の効果を得ることができる。
【0068】(第4の実施の形態)第4の実施の形態の
反射型液晶表示素子は、作製および構造は基本的に第1
の実施の形態と共通であって、図1に示した反射型液晶
表示素子の断面および図2と同様の反射型液晶表示素子
の光学構成を有する。
【0069】本実施の形態では、dLC=3.0μmで形
成してΔnLC・dLC=0.24μmとし、2枚のポリカ
ーボネートフィルムを用いてRF1=0.27μm、RF2
=0.14μmとし、ΩLC=63.0゜、φP=105.
0゜、φP−φF1=110.0゜、φP−φF2=170.
0゜として、偏光フィルム側のポリカーボネートフィル
ム11aのZ係数QZ(1)と、液晶セル側のポリカーボネ
ートフィルム11bのZ係数QZ(2)を変化させて調べた
ところ、QZ(1)とQZ(2)がともに0.3〜1.0のと
き、視角変化に対する反射率、コントラスト、色彩の変
化が少なく良好な特性が得られることが判った。
【0070】そして、特に、QZ(1)とQZ(2)がそれぞれ
0.5又は1.0のときの組合せ4種に対して、白から
黒までの4階調分の電圧印加時に対して視角による反射
率変化を調べた。
【0071】図6〜図9は、Z係数の違いによる右方向
の視角変化に対する反射率の特性図である。
【0072】図6〜図9を見れば、Z係数QZが小さい
ときほど視角依存性が少なく階調反転もない良好な反射
率特性が得られることがわかる。特に、QZ(1)が0.3
〜0.7を満たしている方が好ましく、更には、QZ(1)
とQZ(2)がともに0.3〜0.7を満たしている方が、
より良好な視角特性を得られ好ましいということが確認
できた。
【0073】(第5の実施の形態)図10は第5の実施
の形態の反射型液晶表示素子の概略構成を示した断面図
である。70は偏光フィルム、71a、71bはポリカ
ーボネートフィルム、73は上側透明基板、74はカラ
ーフィルタ層、75a、75bは配向層、76は透明電
極、77は液晶層、78は透明電極、79は下側透明基
板、72は拡散反射板を示す。
【0074】反射型液晶表示素子の光学構成は、図2と
同様である。
【0075】上側透明基板73および下側透明基板79
として無アルカリガラス基板(例えば1737:コーニ
ング社製)を用い、上側透明基板73上に、カラーフィ
ルタ層74として顔料分散タイプで赤、緑、青のストラ
イプ配列のものをフォトリソグラフィーで形成した。
【0076】そしてカラーフィルタ層74および下側透
明基板79の上に、透明電極76および78としてイン
ジウム・錫・オキサイドで画素電極を形成した。透明電
極76および78上には、ポリイミドのγ−ブチロラク
トンの5重量%溶液を印刷し、250℃で硬化したの
ち、所定のツイスト角を実現するようにレーヨン布を用
いた回転ラビング法による配向処理を行うことで配向層
75a、75bを形成した。
【0077】上側透明基板73上の周辺部には所定の径
のガラスファイバーを1.0重量%混入した熱硬化性シ
ール樹脂(例えばストラクトボンド:三井東圧化学
(株)製)を印刷し、下側透明基板79上には所定の径
の樹脂ビーズを100〜200個/mm2の割合で散布
し、上側透明基板73と下側透明基板79を互いに貼り
合わせ、150℃でシール樹脂を硬化した後、ΔnLC
0.08のフッ素エステル系ネマティック液晶にカイラ
ルピッチが80μmになるようにカイラル液晶を混ぜた
液晶を真空注入し、紫外線硬化性樹脂で封口した後、紫
外線光により硬化した。
【0078】こうして形成された液晶セル7の上側透明
基板73の上に、ポリカーボネートフィルム71a、7
1bを遅相軸が所定の角度となるように貼付し、さら
に、偏光フィルム70としてニュートラルグレーの偏光
フィルム(住友化学工業(株)製SQ−1852AP)
にアンチグレア(AG)およびアンチリフレクション(A
R)処理を施したものを、吸収軸または透過軸の方向が
所定の角度をなすように貼付した。
【0079】下側透明基板79の下には、拡散反射板7
2として銀の拡散反射板を設置した。
【0080】本実施の形態では、dLC=3.0μmで形
成してΔnLC・dLC=0.24μmとし、2枚のQZ
1.0のポリカーボネートフィルムを用いてRF1=0.
27μm、RF2=0.14μmとし、ΩLC=63.0゜、
φP=105.0゜、φP−φF1=110.0゜、φP
φF2=170.0゜とした。
【0081】このように上下基板を透明基板・透明電極
として、下側に拡散反射板を用いたとき、視差の影響に
よる画像ボケが多少現れたが、視角特性変化の自然な反
射型液晶表示素子を得られることが確認できた。
【0082】正面特性を測定すると、白のY値換算の反
射率16.8%、コントラスト14.5が得られた。
【0083】また、以上の構成で、カラーフィルタ層7
4を除いた反射型液晶表示素子を作製したところ、正面
特性で、白のY値換算での反射率33.6%、コントラ
スト14.1が得られた。
【0084】また、拡散反射板72を下側透明基板79
の下に設置する際に、完全に粘着剤で接着せず、間に空
気層を入れることで、樹脂の屈折率の約1.6と空気の
屈折率1.0との差によって起こる拡散効果の拡大によ
り、より自然な視角特性を得られることが確認できた。
【0085】なお、本実施の形態では、拡散反射板とし
て銀を用いたが、アルミニウムの拡散反射板でも同様の
発明効果を得られることを確認した。
【0086】(第6の実施の形態)図11は第6の実施
の形態の反射型液晶表示素子の概略構成を示した断面図
である。80は偏光フィルム、81a、81bはポリカ
ーボネートフィルム、82は散乱フィルム層、83は上
側透明基板、84はカラーフィルタ層、85a、85b
は配向層、86は透明電極、87は液晶層、88は金属
反射電極、89は下側基板、90はゲート電極、91は
ソース線、92は薄膜トランジスタ素子(TFT)、9
3はドレイン電極、94は平坦化膜を示す。95はコン
タクトホールである。第1の実施の形態もしくは第3の
実施の形態と異なるのは、金属反射電極基板88がコン
タクトホール95を介して、平坦化膜94の下の非線形
スイッチング素子(TFT)92と導通して、アクティ
ブ駆動できるようにしたことである。
【0087】本実施の形態の反射型液晶表示素子の光学
構成は、図2と同様である。
【0088】上側透明基板83および下側基板89とし
て無アルカリガラス基板(例えば1737:コーニング
社製)を用い、上側透明基板83上に、カラーフィルタ
層84として顔料分散タイプで赤、緑、青のストライプ
配列のものをフォトリソグラフィーで形成し、その上
に、透明電極86としてインジウム・錫・オキサイドで
画素電極を形成した。
【0089】また、下側基板89上には、所定の方法に
よりアルミニウムとタンタルからなるゲート電極90、
チタンとアルミニウムからなるソース電極91およびド
レイン電極93をマトリクス状に配置し、ゲート電極9
0とソース電極91の各交差部にアモルファスシリコン
からなるTFT素子92を形成した。
【0090】このように非線形素子を形成した下側基板
89上の全面に、ポジ型の感光性アクリル樹脂(例え
ば、FVR:富士薬品工業(株)製)を塗布して平坦化
膜94を形成した後、所定のフォトマスクを用いて、紫
外線照射して、ドレイン電極93上にコンタクトホール
95を形成した。そして、その上に、チタンを300nm
蒸着した上にアルミニウムを200nm蒸着したものを形
成することで鏡面反射タイプの金属反射電極88を形成
した。
【0091】透明電極86および金属反射電極88上に
は、ポリイミドのγ−ブチロラクトンの5重量%溶液を
印刷し、250℃で硬化したのち、所定のツイスト角を
実現するようにレーヨン布を用いた回転ラビング法によ
る配向処理を行うことで配向層85a、85bを形成し
た。
【0092】そして、上側透明基板83上の周辺部には
所定の径のガラスファイバーを1.0wt%混入した熱
硬化性シール樹脂(例えばストラクトボンド:三井東圧
化学(株)製)を印刷し、下側基板89上には所定の径
の樹脂ビーズを100〜200個/mm2の割合で散布
し、上側透明基板83と下側基板89を互いに貼り合わ
せ、150℃でシール樹脂を硬化した後、ΔnLC=0.
08のフッ素エステル系ネマティック液晶に所定の量の
カイラル液晶を混ぜた液晶を真空注入し、紫外線硬化性
樹脂で封口した後、紫外線光により硬化した。
【0093】こうして形成された液晶セル8の上側透明
基板83の上に、散乱フィルム層82として等方性の前
方散乱フィルムを貼付し、その上に、ポリカーボネート
フィルム81a、81bを遅相軸が所定の角度となるよ
うに貼付し、さらに、偏光フィルム80としてニュート
ラルグレーの偏光フィルム(住友化学工業(株)製SQ
−1852AP)にアンチグレア(AG)およびアンチリ
フレクション(AR)処理を施したものを、吸収軸また
は透過軸の方向が所定の角度をなすように貼付した。
【0094】本実施の形態では、dLC=3.0μmで形
成してΔnLC・dLC=0.24μmとし、2枚のQZ
1.0のポリカーボネートフィルムを用いてRF1=0.
27μm、RF2=0.14μmとし、ΩLC=63.0゜、
φP=105.0゜、φP−φF1=110.0゜、φP
φF2=170.0゜とした。
【0095】光学特性としては、第1の実施例の構成で
アクティブ駆動して、64階調のフルカラー表示を得る
ことができた。平坦化膜上に金属反射電極を形成したこ
とで、開口率は、97%を得ることができたため、正面
特性で、白のY値換算での反射率は19.2%、コント
ラストは、15.7であった。
【0096】なお、本実施の形態に限らず、今まで述べ
たすべての実施の形態において、下側基板上にTFTな
どの非線形素子を形成することで、アクティブ駆動の反
射型液晶表示素子を、本実施の形態に述べた方法に準じ
て得ることができる。また非線形素子としては、アモル
ファスシリコンのTFTにとどまらず、二端子素子(M
IMおよび薄膜ダイオードなど)やポリシリコンTFT
などを用いても同様の効果を得ることができる。
【0097】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の反射型液
晶表示素子によれば、明るく、高コントラストで、無彩
色の白黒変化が可能なノーマリーホワイト型の反射型液
晶表示素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態の反射型液晶表示
素子の概略構成を示した断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態にかかる反射型液晶表示
素子の光学構成図である。
【図3】 本発明の第1の実施の形態の反射型液晶表示
素子の反射率と印加電圧との関係を示す特性図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態の反射型液晶表示
素子の概略構成を示した断面図である。
【図5】 本発明の第3の実施の形態の反射型液晶表示
素子の反射率と印加電圧との関係を示す特性図である。
【図6】 Z係数の違いによる右方向の視角変化に対す
る反射率の特性図である。
【図7】 Z係数の違いによる右方向の視角変化に対す
る反射率の特性図である。
【図8】 Z係数の違いによる右方向の視角変化に対す
る反射率の特性図である。
【図9】 Z係数の違いによる右方向の視角変化に対す
る反射率の特性図である。
【図10】 本発明の第5の実施の形態の反射型液晶表
示素子の概略構成を示した断面図である。
【図11】 本発明の第6の実施の形態の反射型液晶表
示素子の概略構成を示した断面図である。
【符号の説明】
1、4、7、8 液晶セル 10、40、70、80 偏光フィルム 11a、11b、41a、41b、71a、71b、8
1a、81b ポリカーボネートフィルム 12、82 散乱フィルム層 13、43、73、83 上側透明基板 14、44、74、84 カラーフィルタ層 15a、15b、45a、45b、75a、75b、8
5a、85b 配向層 16、46、76、78、86 透明電極 17、47、77、87 液晶層 18、48、88 金属反射電極 19、49、89 下側基板 20 基準線 21 下側基板に最も近い液晶
分子の配向方向 22 上側基板に最も近い液晶
分子の配向方向 23 高分子フィルムの遅相軸
方向 24 偏光フィルムの吸収軸方
向 72 拡散反射板 79 下側透明基板 90 ゲート電極 91 ソース線 92 薄膜トランジスタ素子
(TFT素子) 93 ドレイン電極 94 平坦化膜 95 コンタクトホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G09F 9/35 345 G09F 9/35 345 (72)発明者 小川 鉄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板間にネマティック液晶を封入
    した液晶セルと、前記液晶セルの一方の基板側に配置さ
    れた偏光フィルムと、前記偏光フィルムと前記液晶セル
    との間に配置された2枚のポリカーボネートフィルム
    と、他方の基板側に配置された光反射手段とを含み、 前記一対の基板間における前記ネマティック液晶のツイ
    スト角度ΩLCが45゜〜90゜、前記ネマティック液晶
    の複屈折ΔnLCと液晶層厚dLCの積ΔnLC・d LCが0.
    20〜0.30μm、前記偏光フィルム側のポリカーボ
    ネートフィルムのレターデーション値RF1が0.23μ
    m〜0.28μm、前記液晶セル側のポリカーボネートフ
    ィルムのレターデーション値RF2が0.13μm〜0.
    18μm、前記2枚のポリカーボネートフィルムのそれ
    ぞれのZ係数QZがいずれも0.3〜1.0であり、 前記一方の基板に最も近い液晶分子の配向方向と前記他
    方の基板に最も近い液晶分子の配向方向とのなす角のう
    ち大きい方の角の二等分線を基板面内の基準線とし、前
    記一方の基板側から見て前記ネマティック液晶が前記一
    方の基板側から前記他方の基板側にかけてツイストして
    いく方向を正として、前記基準線と前記偏光フィルムの
    吸収軸の方向とのなす角度をφP、前記基準線と前記偏
    光フィルム側のポリカーボネートフィルムの遅相軸の方
    向とのなす角度をφF1、前記基準線と前記液晶セル側の
    ポリカーボネートフィルムの遅相軸の方向とのなす角度
    をφF2としたとき、φPが75゜〜195゜、φP−φF1
    が105゜〜115゜、φ P−φF2が165゜〜175
    ゜であることを特徴とする反射型液晶表示素子。ただ
    し、前記QZは、フィルム面の法線方向をz軸として定
    める空間座標系(x,y,z)における各軸方向の屈折率nx
    yおよびnz(nxは遅相軸方向の屈折率、nyは進相軸
    方向の屈折率)を用いて、QZ=(nx−nz)/(nx
    y)により示される係数である。
  2. 【請求項2】 前記基準線と前記偏光フィルムの吸収軸
    の方向とのなす角φPが90゜〜120゜または150
    ゜〜180゜である請求項1に記載の反射型液晶表示素
    子。
  3. 【請求項3】 一対の基板間にネマティック液晶を封入
    した液晶セルと、前記液晶セルの一方の基板側に配置さ
    れた偏光フィルムと、前記偏光フィルムと前記液晶セル
    との間に配置された2枚のポリカーボネートフィルム
    と、他方の基板側に配置された光反射手段とを含み、 前記一対の基板間における前記ネマティック液晶のツイ
    スト角度ΩLCが45゜〜90゜、前記ネマティック液晶
    の複屈折ΔnLCと液晶層厚dLCの積ΔnLC・d LCが0.
    20〜0.30μm、前記偏光フィルム側のポリカーボ
    ネートフィルムのレターデーション値RF1が0.23μ
    m〜0.28μm、前記液晶セル側のポリカーボネートフ
    ィルムのレターデーション値RF2が0.13μm〜0.
    18μm、前記2枚のポリカーボネートフィルムのそれ
    ぞれのZ係数QZがいずれも0.3〜1.0であり、 前記一方の基板に最も近い液晶分子の配向方向と前記他
    方の基板に最も近い液晶分子の配向方向とのなす角のう
    ち大きい方の角の二等分線を基板面内の基準線とし、前
    記一方の基板側から見て前記ネマティック液晶が前記一
    方の基板側から前記他方の基板側にかけてツイストして
    いく方向を正として、前記基準線と前記偏光フィルムの
    吸収軸の方向とのなす角度をφP、前記基準線と前記偏
    光フィルム側のポリカーボネートフィルムの遅相軸の方
    向とのなす角度をφF1、前記基準線と前記液晶セル側の
    ポリカーボネートフィルムの遅相軸の方向とのなす角度
    をφF2としたとき、φPが−15゜〜105゜、φP−φ
    F1が−105゜〜−115゜、φP−φF2が−165゜
    〜−175゜であることを特徴とする反射型液晶表示素
    子。ただし、前記QZは、フィルム面の法線方向をz軸
    として定める空間座標系(x,y,z)における各軸方向の屈
    折率nx、nyおよびnz(nxは遅相軸方向の屈折率、n
    yは進相軸方向の屈折率)を用いて、QZ=(nx−nz)/
    (nx−ny)により示される係数である。
  4. 【請求項4】 前記基準線と前記偏光フィルムの吸収軸
    の方向とのなす角φPが0゜〜30゜または60゜〜9
    0゜である請求項3に記載の反射型液晶表示素子。
  5. 【請求項5】 ネマティック液晶の前記ツイスト角度Ω
    LCが60゜〜65゜である請求項1〜4のいずれかに記
    載の反射型液晶表示素子。
  6. 【請求項6】 前記偏光フィルム側のポリカーボネート
    フィルムのZ係数QZが0.3〜0.7である請求項1
    〜5のいずれかに記載の反射型液晶表示素子。
  7. 【請求項7】 前記2枚のポリカーボネートフィルムの
    それぞれのZ係数QZがいずれも0.3〜0.7である
    請求項1〜5のいずれかに記載の反射型液晶表示素子。
  8. 【請求項8】 前記一方の基板側に散乱フィルムを配置
    した請求項1〜7のいずれかに記載の反射型液晶表示素
    子。
  9. 【請求項9】 前記散乱フィルムを前記ポリカーボネー
    トフィルムと前記一方の基板の間に配置した請求項8に
    記載の反射型液晶表示素子。
  10. 【請求項10】 前記散乱フィルムが前方散乱フィルム
    である請求項8又は9に記載の反射型液晶表示素子。
  11. 【請求項11】 前記光反射手段が、アルミニウムおよ
    び銀から選ばれる少なくとも1つの金属を構成要素とし
    て含む金属電極である請求項1〜10のいずれかに記載
    の反射型液晶表示素子。
  12. 【請求項12】 前記金属電極の表面が鏡面状である請
    求項11に記載の反射型液晶表示素子。
  13. 【請求項13】 前記金属電極上に散乱膜を配置した請
    求項11又は12に記載の反射型液晶表示素子。
  14. 【請求項14】 前記金属電極の表面が平均傾斜角3゜
    〜12゜の凹凸を有し、入射光を拡散反射させる請求項
    11に記載の反射型液晶表示素子。
  15. 【請求項15】 前記他方の基板が透明基板であって、
    この透明基板の外側に光反射手段を配置した請求項1〜
    10のいずれかに記載の反射型液晶表示素子。
  16. 【請求項16】 前記透明基板と前記光反射手段との間
    に空気層を介在させた請求項15に記載の反射型液晶表
    示素子。
  17. 【請求項17】 前記一方の基板側にカラーフィルタを
    配置した請求項1〜16のいずれかに記載の反射型液晶
    表示素子。
  18. 【請求項18】 前記他方の基板側に非線形素子を配置
    した請求項1〜17のいずれかに記載の反射型液晶表示
    素子。
  19. 【請求項19】 前記非線形素子の上に絶縁性の平坦化
    膜を形成し、この平坦化膜に形成したコンタクトホール
    を通じて前記非線形素子と前記他方の基板側の電極とが
    導通している請求項18に記載の反射型液晶表示素子。
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