JPH11305219A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

反射型液晶表示装置

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JPH11305219A
JPH11305219A JP10125285A JP12528598A JPH11305219A JP H11305219 A JPH11305219 A JP H11305219A JP 10125285 A JP10125285 A JP 10125285A JP 12528598 A JP12528598 A JP 12528598A JP H11305219 A JPH11305219 A JP H11305219A
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liquid crystal
quarter
substrate
nematic liquid
polarizing plate
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Nobuyuki Shigeno
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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処理を改善して高
コントラスト化を図る。 【解決手段】 反射型液晶表示装置はパネルとその上に
重ねた偏光板70及び四分の一波長板80とからなる。
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3及び両基板に形成されネマティッ
ク液晶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て白表示を行な
う。電圧を印加した時ネマティック液晶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
て黒表示を行なう。偏光板70はその透過軸70Pの方
向が第1基板側に接するネマティック液晶3の配向方向
3Uに対して120°ないし150°の角度を成してい
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、屋内照明灯から発
する照明光や部屋の窓から入ってくる自然光などの外光
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コントラストを改
善する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】反射型液晶表示装置として、ノーマリホ
ワイトモードでTN−ECB方式を採用したものが知ら
れており、例えば特開平4−116515号公報に開示
されている。図5を参照して、従来のノーマリホワイト
モードTN−ECB方式の反射型液晶表示装置を簡単に
説明する。図示する様に、この反射型液晶表示装置はパ
ネル0と四分の一波長板8と偏光板70とからなる。パ
ネル0は外光の入射側に位置する透明な第1基板1、所
定の間隙を介して第1基板1に接合し反射側に位置する
第2基板2、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3及び、第1基板1と第2基
板2のそれぞれに形成されネマティック液晶3に電圧を
印加する電極7,10を備えている。入射側の第1基板
1に形成された電極7は透明であり、反射側の第2基板
2に形成された電極10は光反射性である。偏光板70
は四分の一波長板8を介してパネル0の入射側に配され
ている。電圧を印加しない時ネマティック液晶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8と協働して外光を通過させ
て白表示を行なう。即ち、ノーマリホワイトモードであ
る。電圧を印加した時、ネマティック液晶3の各液晶分
子4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、偏光板70及び四分の一波長板8と協働
して外光を遮断して黒表示を行なう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図6は、図5に示した
反射型液晶表示装置の各構成要素の光学的な配置関係を
示す模式的な平面図である。図中、偏光板70の透過軸
を70Pで表わし、四分の一波長板8の高屈折率方位
(光学異方軸)を8Sで表わし、第1基板1側に接する
液晶分子4のダイレクタ(分子長軸方向)を4Dで表わ
している。図から明らかな様に、従来の反射型液晶表示
装置では、四分の一波長板8が偏光板70の透過軸70
Pに対し高屈折率方位8Sを45°にして設置されてい
る。従って偏光板70を通過した直線偏光は四分の一波
長板8により円偏光に変換される。又、四分の一波長板
8の高屈折率方位8Sは第1基板1側に接する液晶分子
4のダイレクタ(ネマティック液晶3の光学主軸)4D
と直交している。ネマティック液晶3の光学主軸と四分
の一波長板(位相板)8の高屈折率方位8Sを直交させ
ることによって、入射光の波長に依存した進相及び遅相
を相殺し、反射光のスペクトルを補償することができ
る。即ち、図6に示した光学関係がパネル0内の偏光変
換を最も効率化でき、白表示時における反射率が高くな
る。
【0004】しかし、図6に示した条件は、リターデー
ションが長波長になる程小さくなる様な簡単な四分の一
波長板を前提にしている。更に、白表示時における反射
率の改善のみに着目したものである。ところが、実際に
は可視光範囲でほぼフラットな光学特性を有する広帯域
四分の一波長板が使われる。広帯域四分の一波長板は、
一般に青及び赤の波長域はリターデーションが小さく、
緑の波長域で僅かにピークを持つ様な波長分散特性を有
する。従って、この様な広帯域四分の一波長板を用いた
場合、図6に示した条件は必ずしも適切ではない。加え
て、実際には、電界が印加され黒表示を行なった場合で
も、ネマティック液晶3は完全には立ち上がらずリター
デーションが残存する。この為、黒表示にある程度の光
漏れが生じる。従って、白状態の反射率が高い条件で液
晶表示装置を作成しても、黒表示の沈み込みが充分でな
いと、コントラスト(白表示の反射率と黒表示の反射率
との比)が非常に悪くなるという課題がある。
【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、前記偏光板はその透
過軸方向が第1基板側に接する該ネマティック液晶の配
向方向に対して120°ないし150°の角度を成す。
【0006】好ましくは、前記四分の一波長板は少くと
も二枚の延伸軸方向が異なる位相差フィルムを重ねた積
層構造を有し、可視波長域でほぼ平坦な光学特性を有す
る。又好ましくは、第2基板側に接する該ネマティック
液晶の配向方向が第1基板側に接する該ネマティック液
晶の配向方向から60°ないし70°ずれている。
【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、四分の一波長板を積層し
た偏光板の透過軸方向を、入射側の基板に接するネマテ
ィック液晶の配向方向に対して120°ないし150°
の範囲で配置することにより、黒表示時の反射率を低下
させ、コントラストを改善することが可能である。
【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
液晶表示装置の基本的な構成及び動作を示す模式図であ
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7
0、四分の一波長板80、ネマティック液晶3、光反射
層10を重ねたものである。なお、図示しないがネマテ
ィック液晶3は入射側に位置する第1基板と反射側に位
置する第2基板とにより挟持されている。偏光板70の
透過軸は70Pで表わされている。第1基板側に接する
液晶分子4の配向方向は3Uで表わされている。本発明
では、第1基板側に接するネマティック液晶分子4の配
向方向3Uに対して偏光板70の透過軸70Pが120
°ないし150°の角度を成す様に設定されている。
又、第2基板側に接するネマティック液晶分子4の配向
方向を3Lで表わしている。本例では、第2基板側に接
するネマティック液晶分子4の配向方向3Lが、第1基
板側に接するネマティック液晶分子4の配向方向3Uか
ら60°ないし70°ずれている。加えて、四分の一波
長板80は少くとも二枚の延伸軸方向が異なる位相差フ
ィルムを重ねた積層構造を有し、可視波長域でほぼ平坦
な光学特性を有する。
【0009】係る構成において、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2
03は光反射層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8
0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205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
一波長層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3をその
まま通過した後、光反射層10で反射され、円偏光20
4a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、入射側の第1基板に接する液晶分
子(入射側液晶分子)4Uの配向方向と、反射側に位置
する第2基板に接する液晶分子(反射側液晶分子)4L
の配向方向との関係を示す模式的な平面図である。図示
する様に、入射側液晶分子4Uの配向方向3Uは、反射
側液晶分子4Lの配向方向3Lと63°の角度を成す。
即ち、ネマティック液晶はねじれ角が63°でツイスト
配向している。又、偏光板70の透過軸70P(図1参
照)と入射側液晶分子4Uの配向方向3Uとの成す角を
θと定義する。
【0012】図3は、図1に示した反射型液晶表示装置
の光学特性を示すグラフである。図2で定義したθをグ
ラフの横軸に取り、グラフの右側の縦軸に反射率を取る
一方、左側の縦軸にコントラストを取ってある。白表示
時における反射率(白反射率)を白丸印で表わし、黒表
示の反射率(黒反射率)を黒丸印で表わしている。コン
トラストは、白反射率と黒反射率の比である。
【0013】ここで、白反射率に着目すると、θ=約3
0°で最大となっており、入射光の各波長で最も進相、
遅相が補償されていることが分かる。換言すると、θ=
約30°でネマティック液晶の偏光変換効率が最大化さ
れている。ところが、黒反射率について見ると、液晶分
子が完全に垂直とはならない為、リターデーションが残
存し、θ=約30°の条件では黒反射率が高くなってし
まう。この結果、コントラストは5程度まで著しく低下
してしまう。そこで、逆に各波長で最も進相、遅相が補
償されないθ=120〜150°で設定することによ
り、白反射率をそれ程低下させることなく、黒反射率を
深く沈ませることができる。この結果、コントラストは
13程度まで上昇し、約2.2倍改善することが可能で
ある。
【0014】図4は、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。前述した様に、本反
射型液晶表示装置はTN−ECB(Twist Nem
atic−Electrically Control
led Birefringence)モードの液晶パ
ネル0を用いる。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70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
って本発明に従いツイスト配向されている。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3に電圧を印加する。本例は所謂ア
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(1
3)が形成されている。画素電極は薄膜トランジスタ5
0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(13)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の内表面には光反射層10が形成されている。光反射
層10は樹脂膜11と金属膜13の積層からなる。な
お、本実施例では金属膜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、外光を通過させて白表示を行
なう。電圧を印加した時、ネマティック液晶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、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なう。
【0015】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は広帯域型であり、例えば偏光板7
0の透過軸方向に対し約72.5°の方向に延伸軸方向
を持つ厚み約270nmの位相差フィルムと約10°の
方向に延伸軸方向を持つ厚み約140nmの位相差フィ
ルムを積層したものであり、青及び赤の波長域でリター
デーションが僅かに小さく、緑の領域で僅かにピークを
持つ様な波長分散特性を有する。この四分の一波長板8
0は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。
【0016】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3を電気光学層として用いている。このネマティッ
ク液晶3はその厚みを適当に設定することで四分の一波
長層として機能する。本実施例ではネマティック液晶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3の厚みdは3μm程度である。従って、ネマティ
ック液晶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
分子4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。本発明では、配向膜5のラビング方
向が偏光板70の透過軸に対して120°ないし150
°の角度を成す様に設定されている。又、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。
【0017】透明な第1基板1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
には光反射層10が形成されている。光反射層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、光反射層10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。光反射層10を作成するには、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する。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。
【0018】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。
【0019】
【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、偏光板の透過軸方向を入射側に位
置する基板の液晶配向処理方向に対して120°ないし
150°で配置するとにより、白表示時の反射率をほと
んど低下させることなく黒表示時の反射率を低下させ
て、従来に比し約2.2倍のコントラスト改善効果が得
られた。
【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基本的な構
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に使われるネ
マティック液晶の配向状態を示す模式図である。
【図3】本発明に係る反射型液晶表示装置の光学特性を
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実施例を示
す部分断面図である。
【図5】従来の反射型液晶表示装置の一例を示す断面図
である。
【図6】従来の反射型液晶表示装置の光学的な構成を示
す模式図である。
【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、5・・・配向膜、6・
・・配向膜、7・・・電極、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、 前記偏光板はその透過軸方向が第1基板側に接する該ネ
    マティック液晶の配向方向に対して120°ないし15
    0°の角度をなすことを特徴とする反射型液晶表示装
    置。
  2. 【請求項2】 前記四分の一波長板は少くとも二枚の延
    伸軸方向が異なる位相差フィルムを重ねた積層構造を有
    し、可視波長域でほぼ平坦な光学特性を有することを特
    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】 第2基板側に接する該ネマティック液晶
    の配向方向が第1基板側に接する該ネマティック液晶の
    配向方向から60°ないし70°ず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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