JP3310569B2

JP3310569B2 - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP3310569B2
Application number: JP04179597A
Authority: JP
Inventors: 精一三ッ井; 正之岡本; 峻植木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2002-08-05
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: JPH10239669A; US6072553A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直視式のバックライト
を用いない反射型液晶表示装置に関し、さらに詳しくは
ワードプロセッサやいわゆるノート型パーソナルコンピ
ュータなどのオフィスオートメーション機器や、各種映
像機器およびゲーム機器など適用される反射型液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置の中でも、特に、外部から
入射した光を反射させて表示を行う反射型液晶表示装置
は、光源となるバックライトが不要であるため更に消費
電力が低く、かつ薄型、軽量化が可能となることで注目
されている。

【０００３】そこで、従来よりのＴＮ方式あるいはＳＴ
Ｎ方式の液晶表示素子を反射型液晶表示装置に適用する
と、液晶表示素子を一対の偏光板で挟む構成にし、その
外側に反射板を設置する必要がある。このため、液晶表
示素子に用いられるガラス基板の厚さのために、使用者
がガラス基板を見る角度、すなわちガラス基板の法線方
向と前記使用者が液晶表示素子を見る方向とのなす角度
によって視差が生じ、表示が二重に認識されるという問
題点がある。

【０００４】また、カラー化に関しては、従来より液晶
セル内部の表示１画素毎に例えば、３ドット（赤、緑、
青）のマイクロカラーフィルタを設け、加法混合により
マルチカラー表示やフルカラー表示が行われる。しか
し、上記液晶表示モードは偏光板を２枚用いるので、非
常に暗く、さらに上記視差の発生により加法混色が良好
に行われないため、反射型カラー表示装置には適用され
なかった。

【０００５】そこで、近年、偏光板１枚と反射板１枚を
組み合わせた液晶表示素子が開発され、例えば、ツイス
ト配列させた液晶層を微細な凹凸を形成した反射板（セ
ル内面に配置）と偏光板の間に配置した直視型の反射型
液晶表示素子が特開平３−２２３７１５号公報に開示さ
れている。図１６は、前記公報記載の反射型液晶表示装
置１の構成を示す断面図である。反射型液晶表示装置１
００は、透光性基板１０１、１０２と、ツイストした液
晶層１０３と、透明電極１０８、凹凸反射電極１０５
と、配向膜１０６、１０７により構成される。例えば、
ガラスから成る透光性基板１０１、１０２間には、誘電
率異方性が正であるツイスト液晶層１０３が介在され
る。透光性基板１０１、１０２に形成された透明電極１
０８および凹凸反射電極１０５上には、配向膜１０６、
１０７がそれぞれ形成されている。この配向膜の表面
は、液晶層１０３の液晶分子が基板に対して平行に配向
するように、たとえばラビング処理などの配向処理が施
されている。このとき、電圧無印加状態で、液晶のツイ
スト角は、一例として６３度に設定される。

【０００６】表示原理を図１７を用いて説明する。明状
態の場合、透光性基板１０１側から偏光板１０４通過し
た直線偏光がツイストした液晶層に入射する。この直線
偏光はツイスト液晶層を通過して直線偏光に変換され、
反射板１０５で散乱反射され、そのまま直線偏光とな
る。続いて、ツイストした液晶層を通過することによっ
て偏波面が入射時と同一の方向の直線偏光となり、偏光
板をそのまま出射し、明表示が可能となる。

【０００７】一方、電圧印加状態において液晶層はツイ
スト配向を解き、電界方向に沿って配向する。透光性基
板１０１側から偏光板を通過した直線偏光が液晶層に入
射する。入射した直線偏光は、液晶層１０３を通過し、
右回り円偏光となり、反射板１０５で左回り円偏光とな
り散乱反射し、再び液晶層１０３に入射する。ここで、
左回り円偏光が入射時と９０度変換した直線偏光にな
り、偏光板１０４で吸収され、暗表示が可能となる。こ
の構成では、偏光板を２枚用いる構成に比べて視差が無
くなり、反射率が高くなる。

【０００８】さらに、一方、光の入射側から、１枚の偏
光板、１／４波長板、高分子分散型液晶、鏡面反射板の
順に構成される反射型液晶表示装置が、特開平７−２８
０５４号公報に開示されている。この反射型液晶表示装
置は、透光性基板の一方の面に形成された透光性電極
と、基板の一方の面に形成された反射電極とで、高分子
分散液晶層を挟持すると共に、透光性基板の他方の面側
に、１／４波長板及び偏光子を順に積層状態に配してな
るものである。高分子分散液晶層の液晶は、電圧無印加
時にはランダム配向され、この中を透過した光は偏光解
消することとなり表示状態は、明状態となる。一方、電
圧印加時において液晶は透光性電極と反射電極に対して
垂直に配向されるために、垂直入射光に対して複屈折効
果は生ずることがなく、そのため、外部から入射して再
び外部へ出射される光は、１／４波長板を２回通過する
ので、実質１／２波長分の位相変化を生ずることとな
り、偏光面が９０度回転する結果、出射時、偏光子にお
いて吸収されて表示状態は暗表示となるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平３−２２３７１５号公報記載の反射型液晶表示素子
では、液晶素子の透過状態と吸収状態を電圧で制御して
表示を行うため、白色表示には、液晶層の背面に散乱反
射膜を欠くことはできない。つまり、散乱反射板の性能
が表示品位を決定する。例えば、上記表示原理に用いる
反射板が入射光の偏光性を保持しない場合には、前述し
たような右回りの円偏光から左回りの円偏光への変換、
またはこの逆の変換が効率的に行われなくなり、暗表示
の際に、光が漏れコントラストが低下する原因となる。

【００１０】また、偏光性を保持する反射部材としては
平坦な鏡面反射部材があるが、これは外部の物体がその
まま表面に映るため、明状態の時に周囲の情報が表示に
映り込み視認性が著しく低下するという問題が生じるた
め、反射板には光拡散性を有することが望ましい。

【００１１】そこで、このような光拡散性を保ちながら
偏光性を制御できる反射板として、滑らかな感光性樹脂
より成る凹凸部の上にアルミ膜を形成する方法が、特開
平７−２１８９０６号公報に開示されている。この中で
コントラスト４以上を達成するためには偏光性保時度が
５０％以上、さらに７以上を達成するためには偏光性保
持度が７０％以上必要であることが報告されている。偏
光性保持度を高くするとコントラストは高くなるが視野
角が狭くなり、表示が見にくくなる問題点を有し、一
方、偏光性保持度を低くして、散乱性を大きくし、視野
角を広くするとコントラストが極端に低下するという問
題点があった。即ち、完全な偏光性の保持と拡散性を両
立した特性を兼ね備える反射板を得ることはできず、コ
ントラストの高い、見易い白黒表示は実現出来なかっ
た。

【００１２】また、特開平７−２８０５４号公報の反射
型表示装置では、散乱の無い暗状態が実現される。しか
しながら、明状態の時には、偏光板で入射光の１／２が
吸収され、高分子分散層でランダムな偏光解消状態とな
るため、出射時に偏光板でさらに１／２となり、結局、
明るさが１／４以下となって、暗くなるという欠点があ
った。

【００１３】そこで、本発明はかかる課題を解決するた
めに、電圧の印加により吸収状態と散乱状態を制御でき
る全く新しい液晶表示モードにより、視差がなく、高精
彩で表示品位の高い反射型液晶表示装置を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による反射型液晶表示装置は、液晶素子の光
の入射側に配置された少なくとも１枚の偏光板と、透明
電極を形成した絶縁性基板と、当該一方表面に光反射面
が形成された光反射部材と、当該絶縁性基板と当該反射
部材との間に封入され、液晶分子と液晶性高分子が共に
同じ角度にツイスト配向された液晶層とを具備し、前記
光反射部材の光反射面の表面がフラットな鏡面性を示
し、暗表示には直線偏光した入射光が入り、光反射面で
は円偏光となり、反射後出射面では入射光と９０度偏波
面が回転した直線偏光となり、明表示には直線偏光した
入射光が入り、電圧印加により偏光依存性のある散乱光
となり、出射面では入射光と同じ偏光成分のみ通過した
散乱光となることを特徴とする。

【００１５】そして、前記液晶層の液晶分子と液晶性高
分子の屈折率において、本発明の請求項２に記載のよう
に、それぞれの異常光屈折率と常光屈折率がほぼ同じで
あることを特徴とする。

【００１６】また、光反射部材の光反射面を形成する光
反射膜の配置においては、前記液晶層側に配置されるこ
とを特徴とする。そして、光反射面が、前記絶縁性基板
上に形成された透明電極に対向する電極面も兼ねても良
い。

【００１７】さらに、偏光板や液晶分子の配置について
は、偏光板の透過軸と入射側の液晶分子の配向方法との
なす角度をほぼ９０度またはほぼ平行に配置することを
特徴とし、より好ましくは偏光板の透過軸と入射側の液
晶分子の配向方法とのなす角度を７５から１０５度に、
または１６５から１９５度に配置することを特徴とす
る。また、偏光板の透過軸と上下基板の間で前記ツイス
トした液晶層のほぼ１／２の位置の液晶分子とのなす角
度を±１５°以内に配置することを特徴とする。

【００１８】さらに、本発明による反射型液晶表示装置
には、上記構成に加え、偏光子と液晶素子との間に少な
くとも１枚の光学位相補償部材が配設されることが好ま
しく、このように構成することにより、短波長側および
長波長側の反射をより小さくすることができる。そし
て、その光学位相補償部材は、高分子延伸フィルムもし
くはＵＶキュアラブル液晶性高分子であることが好まし
い。

【００１９】また、反射型液晶表示装置のカラー化に対
しては、例えば、前記光反射部材の反射面の上、もしく
は前記絶縁性基板上に光吸収型カラーフィルタ層を形成
しても、前記光反射部材上の反射面の代わりに、有機あ
るいは無機の反射型カラーフィルタ層を形成し、その背
面に吸収層を形成するように構成しても良い。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。＜実施形態１＞図１は本発明にかかる第１の実施形態の
反射型液晶表示装置１の断面図である。液晶表示装置１
は、一対の透明なガラス基板２、３を備え、ガラス基板
２上にはアルミニウム、ニッケル、クロムあるいは銀な
どの金属材料からなる反射金属膜７が形成され、光反射
部材である反射板８を構成する。反射膜７の上には、液
晶層を配向させる配向膜９が形成される。

【００２１】前記ガラス基板２と対向するガラス基板３
の表面には、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などから
なる透明電極１０が形成される。反射金属膜７と透明電
極１０とで液晶層１３に電界が印加される。透明電極１
０が形成されたガラス基板３を被覆して配向膜１１が形
成され、相互に対向するガラス基板２、３の周縁部は後
述するシール材１２で封止される。配向膜９、１１間
は、液晶層１３が６３度ツイスト配向となるようにラビ
ング処理されている。液晶層１３は液晶１４と液晶性高
分子１５から構成される。前記ガラス基板３の液晶層１
３と反対側には、単体透過率４８％の偏光板４を配置す
る。

【００２２】図２は、反射型液晶表示装置１を作成する
手順を示す工程図である。工程１では、基板２の表面上
に反射膜７を形成する。反射電極７は、例えば、Ａｌ、
Ａｇ等の高反射率で低抵抗な金属部材をスパッタリング
法や蒸着法により成膜するが、偏光解消性を有しないよ
うにするために、成膜温度、成膜速度等を制御して、そ
の表面が鏡面に形成されたものであることが必要であ
る。また、その膜厚は十分な反射率で且つ低抵抗となる
範囲に設定される必要があり、０．５乃至２μｍ程度が
好適である。本実施形態の場合、反射膜が液晶に電界を
印加する電極と入射光を反射する反射膜としての両方の
機能を持つ。

【００２３】工程２では、前記反射膜７上にポリイミド
樹脂から成る配向膜９を形成し、ラビング処理する。基
板２上に、ポリイミド樹脂膜を印刷法にて形成し、２０
０℃で１時間焼成する。例えば、液晶を基板に平行に配
向させるＳＥ１５０（日産化学社製）を用い、これによ
り配向膜９が形成される。この後、液晶層を配向させる
ためのラビング処理を行う。

【００２４】工程３では、基板３の表面に透明電極１０
を形成する。本実施形態ではＩＴＯ（インジウムスズ酸
化物）などからなる透明電極１０をスパッタリング法に
より形成する。工程４では、前記透明電極１０上に配向
膜１１を形成する。配向膜１１は、前記工程２と同様に
して形成する。上下基板２と３の間で、例えば６３度ツ
イスト配向させるようにラビング処理方向を定める。工
程５では、基板２と基板３とを貼合わせる。基板２と基
板３とを組み合わせるに際して、基板２、３間に直径
１．５μｍのスペーサを散布し、液晶層の層厚の規制を
行う。前記液晶層１３は、ガラス基板２、３を対向し
て、前記シール材１２で貼り合わせる。

【００２５】工程６では、貼り合わせたセルを真空脱気
することにより、液晶層１３を封入する。封入後、紫外
線を照射し、液晶層１３を作製した。液晶層１３には、
例えば、誘電異方性Δεが正であるネマティック液晶１
４として、メルク社製（商品名ＺＬＩ１５６５）を用い
た。これに混合する液晶性高分子材料１５としては、重
合する前のＵＶキュアラブル液晶を用いた。このＵＶキ
ュアラブル液晶は常温で液晶層を示し、通常の液晶材料
と同じく配向し、紫外線を照射することで液晶分子の配
列を保持したまま重合硬化し、液晶性高分子となる。以
下、ＵＶ照射前がＵＶキュアラブル液晶、ＵＶ照射後を
液晶性高分子と称す。液晶１４とＵＶキュアラブル液晶
を重量比８５：１５で混合し、工程５にて作製したセル
厚１．５ミクロンのセルに真空注入し、強度１０ｍＷ／
ｃｍ²の紫外線を３００秒照射し、ＵＶキュアラブル液
晶のみ硬化させ、６３度ツイストした液晶層１３を作製
した。ネマティック液晶のツイスト角は６３度、液晶の
複屈折と液晶層厚の積（μｍ単位、以下△ｎｄと略す
る）は０．２０５である。液晶とＵＶキュアラブル液晶
の異常光屈折率と常光屈折率はほとんど同じものを選
択している。ただし、作製条件によっては、異なる屈折
率を用いてもほぼ同様な効果が発揮されることを確認し
ている。

【００２６】工程７では、基板３の光入射面に偏光板４
を貼りつけ、反射型液晶表示装置３１を作製した。上記
工程により作製された液晶表示装置における偏光板、光
学位相補償フィルム、液晶層の光学的構成を図３に示す
ように規定する。なお、図３は反射型液晶表示装置１を
図１の上方向から観察した図である。すなわち、液晶層
１３における上部基板３側の液晶分子の配向方向をＲ１
とし、偏光板の偏光軸（透過軸）の軸方向Ｐ０が、前記
配向方向Ｒ１に対して反時計回りに成る角度をβとす
る。また、配向方向Ｒ１（矢印の方向がラビング方向）
と反射面７側の液晶分子の配向方向Ｒ２（矢印の方向が
ラビング方向）とのねじれ角を、反時計回りを正として
θとする。本実施形態ではβを０度、θを６３度に設定
している。

【００２７】次に、動作回路について、図４を用いて説
明する。前記反射金属膜７および透明電極１０には、そ
れぞれ走査回路１６およびデータ回路１７の一方が接続
される。走査回路１６およびデータ回路１７は、マイク
ロプロセッサなどの制御回路１８の制御により、表示内
容に対応する表示データに基づいて、液晶表示装置の反
射金属膜７および透明電極１０を走査し表示を実現す
る。

【００２８】図５は、本実施形態の液晶表示装置１の電
圧／反射率特性を示すグラフであり、図６にはその測定
光学系を示す。液晶表示装置１の法線方向に関して角度
３０度だけ傾斜した方向から、入射した光に対する前記
法線方向の反射率を測定した。なお、この測定における
反射率とコントラスト比を決定するための基準となる部
材として、酸化マグネシウムＭｇＯの標準白色板を用い
た。図５には比較のために、偏光板４が無い場合の特性
をも併記する。

【００２９】図５によれば、電圧を印加した場合、液晶
表示装置１の法線方向に関して角度３０度だけ傾斜した
方向から入射した光に対する前記法線方向の反射率は最
大１７０％であり、最大コントラスト比は３０であっ
た。一方、偏光板の無い時の明るさは２８５％であり、
偏光板がある時には１７０％を示す。この結果は、液晶
層１３は入射側ラビング配向方向に平行に偏光入射した
場合に散乱し、さらに偏波面をある程度保持しているこ
とを示している。即ち、単純に偏光板を配置するという
だけで１／２以下にはならず、明るい表示を実現できる
ことが明白である。

【００３０】上記結果により、その散乱の模式図を図７
に示す。図７（ａ）に示す電圧無印加状態では、液晶１
４と硬化した液晶性高分子１５の常光及び異常光屈折率
がそれぞれ同程度になっているので、設定のリターデー
ションを持った光透過状態となり、散乱は見られない。
この場合には、通常の液晶のみと同様な作用をし、後述
するように円偏光となる。

【００３１】一方、図７（ｂ）に示す電圧印加時、液晶
のみは電極１０、７に対して垂直に配向されるために、
液晶の屈折率は常光屈折率に近い値となって、液晶性高
分子との屈折率差が大きくなり表示素子は非散乱光（直
線偏光成分）と散乱状態となり、その散乱光は偏光保持
することとなり、そのため、非散乱光と散乱光のほとん
どの光は偏光子４を通過でき、本装置の表示状態はいわ
ゆる明状態となる。この明状態においては、液晶層１３
は白色散乱状態であるので、反射電極７が鏡面ミラーで
あっても、周囲からのいわゆる映り込みが生じる可能性
は小さく、いわゆる視認性を低下させることが殆どなく
なる。この非散乱光と散乱光の割合は、液晶とＵＶキュ
アラブル液晶の混合比あるいは両者の屈折率差により制
御が可能である。

【００３２】そこで、図７の散乱モデルにより構成され
る液晶表示装置１の動作原理を図８により説明する。電
圧無印加時（図８（ａ））、偏光により直線偏光となっ
た入射光は、入射側の液晶分子のダイレクターに沿って
入射するように角度が設定されている。つまり、透光性
基板２側から偏光板４を通過した直線偏光が上下の基板
間で６３度ツイストした液晶層１３に入射する。この直
線偏光は６３度ツイスト液晶層を通過することによっ
て、反射膜７では円偏光に変換され、さらに反射される
ことによって逆回りの円偏光となる。続いて、再び６３
度ツイストした液晶層を通過することによって、偏波面
が９０度変換した直線偏光となり、偏光板４によって吸
収される。このため、反射型液晶表示装置１の表示は散
乱のない黒色表示となる。また、反射面には鏡面ミラー
を用いているのでほぼ完全に偏光は保持し、良好な散乱
の無い黒状態を示す。

【００３３】このような偏光の変化を生じるのは限られ
た条件の基であり、これについてはＪＡＰＡＮＤＩＳ
ＰＡＹ８９Ｐ．１９２に詳しく報告されている。この
液晶層に求められる光学的な性質は、直線偏光の入射に
対し、通過後円偏光となること、反射面で位相が１８０
度シフトし、液晶層を再び通過した時に９０度偏波面が
回転していることの２つである。本発明者らは、鋭意検
討した結果、液晶とＵＶキュアラブル液晶マトリックス
の混合系で上記条件を満たすことを確認した。即ち、Ｕ
Ｖキュアラブル液晶は液晶と同じ角度でツイスト配向を
保持したまま、ＵＶ照射により高分子液晶となる。この
ことにより、散乱が無い良好な黒状態を示す。

【００３４】一方、電圧印加時、液晶のみは電極１０、
７に対して垂直に配向されるために、液晶の屈折率は常
光屈折率に近い値となって、ＵＶキュアラブル液晶との
屈折率差が大きくなり、表示素子は非散乱光（直線偏光
成分）と散乱状態となり、その散乱光は偏光保持するこ
ととなる。そのため、非散乱光と散乱光のほとんどの光
は偏光子４を通過でき、本装置の表示状態はいわゆる明
状態となる。一方、硬化した液晶性高分子は電圧に応答
しない。この明状態においては、液晶層１３は白色散乱
状態であるので、反射電極７が鏡面ミラーであっても、
周囲からのいわゆる映り込みが生じる可能性は小さく、
いわゆる視認性を低下させることが殆どないようになっ
ている。この非散乱光と散乱光の割合は、液晶とＵＶキ
ュアラブル液晶の混合比あるいは両者の屈折率差により
制御が可能である。即ち、本発明者らは従来の散乱反射
膜の散乱する機能を液晶層に持たせることに成功し、さ
らに散乱性を電圧により制御することができた。

【００３５】＜実施形態２＞図９は本発明の第２の実施
形態の反射型液晶表示装置４１の断面図である。反射型
液晶表示装置４１は、第１の実施形態である反射型液晶
表示装置１とほぼ同様の構成であるが、基板２になめら
かな凹凸部を具備することを特徴とする。液晶表示装置
４１は、一対の透明なガラス基板２、３を備え、ガラス
基板２上には後述する合成樹脂材料からなる大突起４２
および小突起４３がそれぞれ多数形成される。大突起４
２および小突起４３の底部直径Ｄ１、Ｄ２は、それぞれ
例えば５μｍおよび３μｍに定め、Ｄ１とＤ２との間隔
は、少なくとも２μｍ以上とする。

【００３６】これらの突起４２、４３を被覆し、突起４
２、４３の間の凹所を埋めて平滑化膜４４が形成され
る。平滑化膜４４の表面は、突起４２、４３の影響を受
け、滑らかな曲面状に形成される。平滑化膜４４上には
アルミニウム、ニッケル、クロムあるいは銀などの金属
材料からなる反射金属膜７を形成する。これらガラス基
板２に突起４２と４３、平滑化膜４４および反射金属膜
７が、光反射部材である反射板４５を構成する。前記反
射金属膜７上には、配向膜９を形成する。

【００３７】前記ガラス基板２と対向するガラス基板３
の表面には、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などから
なる透明電極１０を形成し、反射金属膜７と透明電極１
０とで電極構造を形成する。透明電極１０が形成された
ガラス基板３を被覆して配向膜１１を形成し、相互に対
向するガラス基板２、３の周縁部は後述するシール材１
２で封止する。配向膜９、１１間には、実施形態１と同
じ構成の液晶層１３を封入する。前記ガラス基板３の液
晶層１３と反対側には、単体透過率４８％の偏光板４を
配置する。

【００３８】図１０は図９に示す反射板４５の製造工程
を説明する断面図である。図１０（ａ）に示すように、
ガラス基板（コーニング社製、商品名７０５９）２上
に、感光性樹脂材料（例えば東京応化社製、商品名ＯＦ
ＰＲ−８００など）を、５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ
でスピンコートし、レジスト層２１を形成する。本実施
形態では、好適には２５００ｒｐｍで３０秒間スピンコ
ートし、厚さ１．５μｍのレジスト膜２１を成膜した。

【００３９】次に、レジスト膜２１が成膜されたガラス
基板２を９０℃で３０分間焼成し、図１０（ｂ）に示す
ように、後述する大小２種類の円形のパターンが多数形
成されたフォトマスク２２を配置して露光し、現像液
（例えば、東京応化社製、商品名ＮＭＤ−３の２．３８
％溶液）で現像を行い、図１０（ｃ）に示すようにガラ
ス基板２の表面に、高さの異なる大突起部４２および小
突起部４３を形成した。このように、高さの異なる２種
類以上の突起を形成するのは、突起の頂上と谷とで反射
した光の干渉による反射光の色付きを防ぐためである。
前記フォトマスク２２は、直径Ｄ１（例えば５μｍ）
と、直径Ｄ２（例えば３μｍ）の円がランダムに配置さ
れた構成であり、Ｄ１とＤ２との間隔は少なくとも２μ
ｍ以上であるように選択する。

【００４０】次に、図１０（ｃ）に示すガラス基板２を
２００℃で１時間加熱し、図１０（ｄ）に示すように突
起４２と４３の頂部を若干程度溶融して円弧状に形成し
た。さらに、図１０（ｅ）に示すように、図１０（ｄ）
に示すガラス基板２上に、前記感光性樹脂材料と同一の
材料を１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍでスピンコート
する。本実施形態では、２０００ｒｐｍでスピンコート
を行った。これにより、各突起４２と４３の間の凹所が
埋められ、形成された平滑化膜４４の表面を比較的緩や
かでかつ滑らかな曲面状に形成することができた。

【００４１】さらに、図１０（ｆ）に示すように、平滑
化膜４４の表面にアルミニウム、ニッケル、クロムある
いは銀などの金属薄膜を、例えば０．０１〜１．０μｍ
程度の膜厚で形成する。本実施形態ではアルミニウムを
スパッタリングして、反射金属膜７を形成する。以上の
ようにして反射部材４５を形成する。

【００４２】図１０に示す工程により作製された反射部
材を用いて、次に、液晶素子を作製する。前記各ガラス
基板２、３上に、ポリイミド樹脂膜を形成し、２００℃
で１時間焼成する。この後、液晶層１３を配向させるた
めのラビング処理を行う。これにより配向膜９、１１を
形成する。これらのガラス基板２、３間を封止するシー
ル材１２は、例えば、直径２．０μｍのスペーサを混入
した接着性シール材をスクリーン印刷することによって
形成する。反射部材を有するガラス基板２と透明電極１
０および配向膜１１が形成されたガラス基板３とを組み
合わせる際に、ガラス基板２、３間に直径１．５μｍの
スペーサを散布し、液晶層の層厚の規制を行う。前記液
晶層１３に実施形態１と同じ構成の材料を適用した。そ
の後、紫外線照射を行い、液晶と液晶性高分子の相分離
を行う。以上のようにして、図９に示す液晶表示装置４
１を作製した。

【００４３】本実施形態により作製された液晶表示素子
に対して、電圧を印加した場合、液晶表示装置１の法線
方向に関して角度３０度だけ傾斜した方向から入射した
光に対する前記法線方向の反射率は最大１２０％であ
り、最大コントラスト比は２０であった。このときの反
射率とコントラスト比を決定するための基準部材として
酸化マグネシウムＭｇＯの標準白色板を用いた。実施形
態１と液晶層１３の動作原理は同じである。本実施形態
の場合、反射膜の散乱性に加えて、液晶層の散乱も明る
い表示に寄与するため、凹凸の高さを０．５ミクロン以
下と従来の反射板よりも高さを小さくできるメリットが
ある。実施形態１と比較すると明るさとコントラストは
低くなるものの、視野角が広くなるメリットがある。

【００４４】本実施形態の反射型液晶表示装置４１で
は、反射板４５の反射金属膜７を形成した面が液晶層１
３側に配置されているので、液晶表示装置４１を観測す
る場合の視差が解消され、良好な表示画面が得られる。
さらに液晶表示装置４１がアクティブマトリクス駆動さ
れる構成の場合に、スイッチング素子として用いられる
薄膜トランジスタやＭＩＭ（金属−絶縁膜−金属）構造
の非線形素子などに接続される絵素電極として用いられ
る場合も、前述したように良好な表示品位が実現できる
ことを確認した。

【００４５】また、本実施形態におけるガラス基板２に
代えて、他にシリコン基板のような不透明基板でも同様
な効果が発揮できることを確認した。このようなシリコ
ン基板を前述の実施形態におけるガラス基板２として用
いる場合には、前述した走査回路１６、データ回路１
７、制御回路１８などの回路素子を、シリコン基板上に
集積化して形成できる利点を有する。

【００４６】＜実施形態３＞次に、ガラス基板２、３の
間で１９３度ツイストしたネマティック液晶（例として
チッソ株式会社製、商品名ＳＤ−４１０７）を液晶層と
して用いた実施形態について説明する。他の構成要素は
図１に示す構成と同様である。基板２、３の表面にＳＥ
−１５０（日産化学社製）からなる上下配向膜９、１１
を形成し、ラビング配向処理を行う。両基板２、３間に
左ねじれカイラル剤Ｓ−８１１（メルクジャパン社製）
を適量添加した誘電異方性が正のネマティック液晶１４
である、商品名ＳＤ−４１０７（チッソ株式会社製）と
ＵＶキュアラブル液晶からなる液晶層を充填し、層厚
２．２μｍの液晶層１３として挟持し、液晶表示装置を
作製した。液晶層１３は電圧無印加時には左ねじれ１９
３度ツイスト配向になる。

【００４７】このようにして得た液晶表示素子を１／４
８０デューティでマルチプレックス駆動したところ、ノ
ーマリーブラックモードとなり、正面でコントラスト比
が３０対１が得られ、また、上下方向、左右方向ともに
入射角２０°以下にてコントラスト比が５対１以上と極
めて広い視角依存性が得られた。前記構成による液晶表
示装置では、電気光学特性が急峻性が増加し、単純マト
リックス駆動が可能となった。実施形態１と同様に、本
実施形態においても、散乱無しの暗状態と散乱状態の明
状態が実現される。また、印加電圧が選択画素に該当す
る電圧にて反射率を測定したところ、１３２％と極めて
高い反射率であることがわかった。反射膜には、鏡面ミ
ラーを用いているため、液晶層厚は均一で、単純マトリ
ック駆動に適している。

【００４８】＜実施形態４＞さらに、ガラス基板２、３
の間で４５度ツイストしたネマティック液晶（例として
商品名ＺＬＩ−１５６５、メルクジャパン社製）を液晶
層として用いる実施形態４について説明する。ここで、
セル厚を２．０μｍにし、他の構成要素は図１に示す構
成と同様である。基板２、３の表面にＳＥ−１５０（日
産化学社製）からなる上下配向膜９、１１を形成し、ラ
ビング配向処理を行う。両基板２、３間に左ねじれカイ
ラル剤Ｓ−８１１（メルクジャパン社製）を適量添加し
た誘電異方性が正のネマティック液晶１４である、商品
名ＺＬＩ−１５６５（メルクジャパン社製）とＵＶキュ
アラブル液晶からなる液晶層を充填し層厚２μｍの液晶
層１３として挟持し、液晶表示装置を作製した。液晶層
１３は電圧無印加時には左ねじれ４５度ツイスト配向に
なる。本実施形態では、図３示す光学配置図において、
βを２２．５度、θを４５度に設定した。

【００４９】このようにして得た液晶表示素子を図６に
示す光学系を用いて、面内α方向の明状態の反射率を測
定した結果を図１１に示す。ただし、αが０度方向を上
方向のラビング軸Ｒ１と直交する方向に定め、電圧を１
０Ｖ印加した。偏光板を配置した時と偏光板無い時の２
つの場合を示す。このようにねじれ角４５のほぼ１／２
にあたるαが２２．５のところで明るさが最大になるこ
とが判る。また、単純に偏光板を配置するというだけで
は、反射率は１／２以下にはならず、明るい表示を実現
できることを見いだした。よって、この方向を観察者の
位置とすることにより格段に明るい表示が可能となる。

【００５０】この液晶表示装置を駆動したところ、ノー
マリーブラック表示となり、正面でコントラスト比が３
０対１が得られた。実施形態１と同様な原理により、散
乱無しの暗状態と散乱状態の明状態が実現された。

【００５１】＜実施形態５＞次に、ガラス基板２、３の
間で８０度から９５度ツイストしたネマティック液晶
（例として商品名ＺＬＩ−１５６５、メルクジャパン社
製）とＵＶキュアラブル液晶を液晶層として用い、偏光
板と液晶層の間に光学補償板７２を挿入した実施形態に
ついて説明する。その他の構成は実施形態１と同じであ
る。

【００５２】本実施形態の液晶表示装置７１を図１２に
示す。透光性基板２、３間に左ねじれカイラル剤Ｓ−８
１１（メルクジャパン社製）を適量添加した誘電異方性
が正のネマティック液晶であるＺＬＩ−１５６５とＵＶ
キュアラブル液晶を８５：１５の重量比で混合し、液晶
組成物を充填し層厚２μｍとして挟持した。その後紫外
線を照射し、液晶と液晶性ポリマーを相分離し、液晶層
１３を作製した。

【００５３】ここで、例えば、液晶層１３が左ねじれ８
０度ツイストおよび９５度ツイストの場合について説明
する。液晶層の作製方法は実施形態１と同じである。こ
うして得た駆動セルの上基板２上にポリカーボネイトを
一定方向に延伸して延伸軸（遅相軸）とした位相差板７
２（Ｒ＝１６０ｎｍ及び１５０ｎｍ）を組み合わせて、
液晶表示装置７１を作製した。８０度ツイストおよび９
５度ツイストの場合の液晶層の条件を、以下に示す。こ
こで、このように構成された液晶表示装置における偏光
板、光学位相補償フィルム、液晶層の光学的構成を図１
３に示すように調整する。

【００５４】

【表１】

【００５５】図１４は、反射型液晶表示装置７１の電圧
無印加時および電圧印加時の正面方向の分光特性を示す
グラフであって、液晶層１３が左ねじれ８０度ツイスト
および９５度ツイストの場合の結果を示す。このグラフ
より、光学補償フィルムを挿入することにより、短波長
及び長波長側の反射が小さくなり、良好な明暗表示が実
現できた。一方電圧印加時には実施形態１と同様な原理
により良好な散乱性を示すことを確認している。

【００５６】本実施形態では光学補償板７２としてポリ
カーボネイト製の延伸フィルムを用いたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、例えば、ポリビニルアル
コール（ＰＶＡ）あるいはポリメチルメタアクリレート
（ＰＭＭＡ）などの延伸フィルムも使用することができ
る。さらに、厚さ方向に屈折率を変化させた二軸性フィ
ルム、あるいは高分子液晶フィルムも本発明に適用可能
である。

【００５７】このようにして得た液晶表示素子をスタテ
ィック駆動したところ、ノーマリーブラックモードとな
り、正面でコントラスト比が３０対１が得られた。本実
施形態の反射型液晶表示装置７１では、反射板の反射金
属膜７を形成した面が液晶層１３側に配置されているの
で、液晶表示装置７１を観測する場合の視差が解消さ
れ、良好な表示画面が得られる。

【００５８】また、本実施形態では、液晶層１３に８０
度ツイストおよび９５度ツイストした液晶と光学位相差
補償フィルムを用いたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、どのようなツイスト角の液晶材料であって
も、電界によりリターデーションを制御できる特性を有
する液晶層であれば、本発明に適用可能である。

【００５９】また、本実施形態におけるポリカーボネー
ト位相差板７２のかわりに、液晶分子をスプレイ状に配
列させたネマティック補償用液晶セルを位相差板として
用いても良い。ここで用いた補償用液晶セルはガラスの
上下基板にＳｉＯを斜方蒸着して配向膜としたもので、
上下基板のプレチルト角はともに４５°であり、上下基
板のチルト方向（基板平面方向）は、上下で１８０°異
ならせており、ここに、液晶層として誘電異方性が正の
ネマティック液晶であるＺＬＩ−２２９３（メルクジャ
パン社製）を挟持したものである。液晶層厚は約２．５
μｍである。また、この補償用液晶セルのセル法線方向
に対するリタデーション値を干渉法を用いて測定したと
ころ、１６０ｎｍであった。また、この補償用液晶セ
ル、液晶分子のチルト方位（基板平面方位）が図１３に
おける位相差板の遅延軸と等しい方向になるように配置
した。また、液晶性高分子をツイスト配向させたフィル
ムも本発明に適用可能である。

【００６０】＜実施形態６＞次に、図１５の反射型液晶
表示装置８１に示すように、ガラス基板２の反射膜７の
上に赤、緑、青の光を透過するカラーフィルタ層８２を
有する実施形態について説明する。反射型液晶表示装置
８１は、実施形態１である反射型液晶表示装置３１とほ
ぼ同じように構成されるが、ガラス基板２の反射膜７の
上に赤、緑、青の光を透過する顔料分散方式のカラーフ
ィルタ層８２を形成することを特徴とする。カラーフィ
ルター層８２は、赤のカラーフィルタ８３、緑のカラー
フィルタ８４及び青のカラーフィルタ８５がそれぞれ１
絵素中の単一の画素に対応し、その間にブラックマトリ
ックス８６を並置し、さらに赤、緑、青のカラーフィル
タがストライプ状に配列されている。そして、カラーフ
ィルター層８２の上に平坦化膜８７を形成し、その上に
透明電極８８を形成し、表示電極とした。液晶層１３に
は実施形態１と同じ構成を用いた。

【００６１】本実施形態ではカラーフィルタ層８２には
顔料分散法を適用し、以下のようにして作製した。ま
ず、透明な感光性樹脂の中に赤色の顔料が均一に分散さ
れた感光性着色レジストを、ガラス基板２上の反射面７
が形成された上に塗布した。ここでは、富士ハントエレ
クトロニクステクノロジー（株）社製のＣＲ２０００を
スピンコート法により６５０回転で２．０μｍ形成し
た。その後、８０℃でプリベークし、所定のマスクを用
いて露光、現像し、最後に２２０度で３０分ベークし赤
のパターンを形成した。さらに、富士ハントエレクトロ
ニクステクノロジー（株）社製のＣＧ２０００、ＣＢ２
０００、ＣＫ２０００を同じプロセスにて、緑、青、黒
のパターンを形成し、カラーフィルタ層８２を形成し
た。

【００６２】本実施形態によると、一方の基板にカラー
フィルタ層を形成することにより、色再現性範囲の広い
マルチカラーあるいはフルカラー表示が可能となる。ま
た、本実施形態では吸収型のカラーフィルターの例を記
載したが、反射面７の代わりに、光反射タイプのカラー
フィルターとして有機の体積ホログラム光学カラーフィ
ルターあるいは無機ダイクロイックミラーも適用可能で
ある。ただし、この場合には光反射タイプのカラーフィ
ルターの背面に吸収層を設けることが必要である。ま
た、光吸収型のカラーフィルター８２を上基板３に形成
した構成にしても同様な効果が発揮されることを確認し
た。

【００６３】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
１枚の偏光板と反射膜の間に挟持された液晶層に液晶と
液晶性高分子の複合体を用いるように構成することによ
り、駆動電圧が比較的低く、しかも電極の一方が反射電
極であっても、明状態における高分子分散液晶の白濁状
態により、周囲のいわゆる映り込みを生ずることがな
く、視差がなく、その上、視野角が広く、着色がない十
分な明るさを有する液晶表示装置を得ることができる。

【００６４】また、上述のように駆動電圧が比較的低
く、バックライトが不要であるので、バックライトを備
えた液晶表示装置と比較して低消費電力で且つ視認性に
優れるという効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の液晶表示装置１の断
面図である。

【図２】液晶表示装置１の作製工程図である。

【図３】液晶表示装置１の光学的配置の説明図である。

【図４】液晶表示装置１の駆動システムの説明図であ
る。

【図５】液晶表示装置１の電圧−反射率特性を示すグラ
フである。

【図６】液晶表示装置１の光学特性測定方法の説明図で
ある。

【図７】液晶層１３の模式図である。

【図８】液晶表示装置１の表示動作の説明図である。

【図９】本発明の第２の実施形態の液晶表示装置４１の
断面図である。

【図１０】液晶表示装置４１の凹凸反射膜４５の作製工
程図である。

【図１１】液晶表示装置の明状態の面内方向依存性を示
すグラフである。

【図１２】液晶表示装置７１の断面図である。

【図１３】液晶表示装置７１の光学的配置の説明図であ
る。

【図１４】液晶表示装置７１の波長ー反射率特性を示す
グラフである。

【図１５】液晶表示装置８１の断面図である。

【図１６】従来例の液晶表示装置１００の断面図であ
る。

【図１７】従来例の液晶表示装置の表示動作の説明図で
ある。

【符号の説明】

３１、４１、７１、８１、１００液晶表示装置２、３、１０１、１０２透明基板４、１０４偏光板７、１０５反射面８、４５反射部材９、１１、１０６、１０７配向膜１０、８８、１０８透明電極１２シール材１３、１０３液晶層１４液晶１５液晶性高分子２１レジスト層２２フォトマスク４２、４３突起部４４、８７平坦化膜７２光学補償板８２、８３、８４、８５カラーフィルター８６ブラックマトリックス

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−292409（ＪＰ，Ａ) 特開平５−61036（ＪＰ，Ａ) 特開平５−173119（ＪＰ，Ａ) 特開平８−328044（ＪＰ，Ａ) 特開平８−179124（ＪＰ，Ａ) 特開平８−292428（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334 G02F 1/1335 G02F 1/1337

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶素子の光の入射側に配置された少な
くとも１枚の偏光板と、透明電極を形成した絶縁性基板
と、当該一方表面に光反射面が形成された光反射部材
と、当該絶縁性基板と当該反射部材との間に封入され、
液晶分子と液晶性高分子が共に同じ角度にツイスト配向
された液晶層とを具備し、前記光反射部材の光反射面の表面がフラットな鏡面性を
示し、暗表示には直線偏光した入射光が入り、光反射面では円
偏光となり、反射後出射面では入射光と９０度偏波面が
回転した直線偏光となり、明表示には直線偏光した入射光が入り、電圧印加により
偏光依存性のある散乱光となり、出射面では入射光と同
じ偏光成分のみ通過した散乱光となることを特徴とする
反射型液晶表示装置。
【請求項２】前記液晶層の液晶分子と液晶性高分子の
それぞれの異常光屈折率と常光屈折率がほぼ同じである
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。
【請求項３】前記光反射部材の光反射面を形成する光
反射膜が、前記液晶層側に配置されることを特徴とする
請求項１〜２のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項４】前記光反射面が、前記絶縁性基板上に形
成された透明電極に対向する電極面も兼ねることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型液晶表示
装置。
【請求項５】前記偏光板の透過軸と入射側の液晶分子
の配向方法とのなす角度をほぼ９０度またはほぼ平行に
配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の反射型液晶表示装置。
【請求項６】前記偏光板の透過軸と上下基板の間で前
記ツイストした液晶層のほぼ１／２の位置の液晶分子と
のなす角度を±１５°以内に配置することを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。