JP2005107278A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角が広く、高コントラストの表示を得る。
【解決手段】観察側及びその反対側の一対の基板２，３の対向する内面それぞれに複数の画素Ａを形成する電極４，５が設けられ、前記一対の基板２，３間に、液晶分子１０ａを実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層１０が設けられた垂直配向型液晶素子１と、前記垂直配向型液晶素子１を挟んで配置された観察側及びその反対側の一対の偏光板１４，１５と、前記垂直配向型液晶素子１一対の偏光板１４，１５との間にそれぞれ配置された２枚のλ／４板１６，１７とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は液晶表示素子に関する。

液晶表示素子としては、互いに対向する観察側及びその反対側の一対の基板の対向する内面にそれぞれ、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板面に対して実質的に水平に倒伏した状態でツイスト配向させた誘電異方性が正の液晶材料からなる液晶層が設けられ、前記一対の基板の外面にそれぞれ対向させて観察側及びその反対側の一対の偏光板が配置されたＴＮ（ツイステッド・ネマティック）型のものが広く利用されている（特許文献１参照）。

このＴＮ型液晶表示素子は、液晶層の複屈折作用により入射光の偏光状態を制御して表示するものであり、ノーマリーホワイトモードの液晶表示素子では、前記画素の電極間に液晶分子を初期のツイスト配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときに、入射光が液晶層により旋光されて観察側偏光板を透過し、その画素の表示が明表示になり、前記画素の電極間に液晶分子を基板面に対して実質的に垂直に立ち上がり配向させるＯＮ電圧を印加したときに、液晶層を透過した光が前記観察側偏光板により吸収され、画素の表示が暗表示になる。
特開平１１―００７０４８号公報

しかし、ＴＮ型液晶表示素子は、液晶分子が基板面に対して実質的に水平に倒伏した状態でツイスト配向しているため、表示の視野角が狭い。

また、前記ＴＮ型液晶表示素子は、基板近傍の液晶分子が水平配向膜による配向規制力を強く受け、ＯＮ電圧を印加しても水初期の水平配向状態からほとんど立ち上がらないため、ＯＮ電圧を印加したときも、液晶層が残留リタデーションをもっており、そのために、ノーマリーホワイトモードのＴＮ型液晶表示素子は、暗表示の暗さが充分でなく、表示のコントラストが低い。

この発明は、視野角が広く、高コントラストの表示を得ることができる液晶表示素子を提供することを目的としたものである。

この発明の液晶表示素子は、互いに対向する観察側及びその反対側の一対の基板の対向する内面それぞれに、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板面に対して実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層が設けられた垂直配向型液晶素子と、前記垂直配向型液晶素子を挟んで配置された観察側及びその反対側の一対の偏光板と、前記垂直配向型液晶素子と前記一対の偏光板との間の少なくとも一方に配置されたλ／４板とを備えることを特徴とする。

この発明の液晶表示素子において、前記垂直配向型液晶素子は、前記一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つ前記一対の基板の内面のうち、少なくとも一方にラビング処理が施されているのが好ましい。

前記垂直配向型液晶素子は、前記一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つ前記一対の基板の内面がそれぞれ互いに平行な方向にラビング処理されているのがより好ましい。

また、前記垂直配向型液晶素子は、観察側とは反対側の基板の内面に設けられ、複数の画素をそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部とに区分する反射手段をさらに備えているのが望ましい。

この発明の液晶表示素子は、前記垂直配向型液晶素子の液晶層の複屈折作用と、前記垂直配向型液晶素子と前記一対の偏光板との間の少なくとも一方に配置されたλ／４板の位相差とにより入射光の偏光状態を制御して表示するものであり、この液晶表示素子は、前記液晶層の液晶分子が基板面に対して実質的に垂直に配向しているため、視野角が広い。

そして、この液晶表示素子は、前記液晶素子の液晶層が、液晶分子を基板面に対して実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなっているため、前記画素の電極間にＯＦＦ電圧を印加したときに、液晶分子が初期の垂直配向状態に配向し、ＯＮ電圧を印加したときに、一対の基板間の全ての液晶分子が基板面に対して倒伏する方向に配向状態を変える。

そのため、この液晶表示素子によれば、前記画素の電極間に液晶分子を初期の垂直配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層を複屈折作用をほとんど受けずに透過させて前記λ／４板の位相差により偏光状態を制御して観察側の偏光板に入射させ、また、前記画素の電極間に液晶分子を基板面に対して倒伏配向させるＯＮ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層の複屈折作用と前記λ／４板の位相差とにより偏光状態を制御して前記観察側の偏光板に入射させることができ、したがって、高コントラストの表示を得ることができる。

この発明の液晶表示素子において、前記垂直配向型液晶素子は、前記一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つ前記一対の基板の内面のうち、少なくとも一方にラビング処理が施されているのが好ましく、このようにすることにより、ＯＮ電圧を印加したときの液晶分子の倒伏方向を規定し、より高いコントラストを得ることができる。

前記垂直配向型液晶素子は、前記一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つ前記一対の基板の内面がそれぞれ互いに平行な方向にラビング処理されているのがより好ましく、このようにすることにより、ＯＮ電圧を印加したときの液晶分子の倒伏方向を前記ラビング方向に沿った方向に規定し、さらに高いコントラストを得ることができる。

また、前記垂直配向型液晶素子は、観察側とは反対側の基板の内面に設けられ、複数の画素をそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部とに区分する反射手段をさらに備えているのが望ましく、このようにすることにより、外部環境の光である外光を利用する反射表示と、観察側とは反対側に配置される光源からの照明光を利用する透過表示との両方の表示を行なうことができる。

図１〜図４はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示素子の一部分の断面図である。

この実施例の液晶表示素子は、図１に示したように、垂直配向型液晶素子１と、前記液晶素子１を挟んで配置された観察側及びその反対側の一対の偏光板１４，１５と、前記液晶素子１と前記一対の偏光板１４，１５との間にそれぞれ配置された２枚のλ／４板１６，１７とを備えている。

前記垂直配向型液晶素子１は、互いに対向する観察側（図１において上側）及びその反対側（図１において下側）の一対の透明基板２，３と、前記一対の基板２，３の対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域により複数の画素Ａを形成する透明電極４，５と、前記一対の基板２，３の一方、例えば観察側の基板２の内面に前記複数の画素Ａにそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、前記一対の基板２，３間に、液晶分子１０ａを前記基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させて設けられた誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層１０とにより構成されている。

この液晶素子１は、観察側基板２の内面に一枚膜状の対向電極４を設け、反対側基板３の内面に複数の画素電極５を行方向及び列方向にマトリックス状に配列させて設けたアクティブマトリックス液晶素子であり、前記複数の画素電極５は、前記反対側基板３の内面に設けられた複数のＴＦＴ７にそれぞれ接続されている。

なお、図１では前記ＴＦＴ７を簡略化して示しているが、このＴＦＴ７は反対側基板３の基板面に形成されたゲート電極と、このゲート電極を覆って前記基板３の略全体に形成された透明なゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に前記ゲート電極と対向させて形成されたｉ型半導体膜と、前記ｉ型半導体膜の両側部の上にｎ型半導体膜を介して形成されたソース電極及びドレイン電極とからなっている。

また、図１では省略しているが、前記反対側基板３の内面には、各行のＴＦＴ７にゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴ７にデータ信号を供給する複数のデータ配線が設けられており、前記ゲート配線は、反対側基板３の基板面に前記ＴＦＴ７のゲート電極と一体に形成されて前記ゲート絶縁膜により覆われ、前記データ配線は、前記ゲート絶縁膜の上に形成され、前記ＴＦＴ７のドレイン電極につながっている。

そして、前記複数の画素電極５は、前記ゲート絶縁膜の上に形成され、前記ＴＦＴ７のソース電極に接続されている。

一方、観察側基板２の内面に設けられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、前記観察側基板２の基板面に形成されており、前記対向電極４は、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの上に形成されている。

さらに、前記観察側基板２と反対側基板３の内面にはそれぞれ、前記電極４，５を覆って垂直配向膜８，９が形成されており、これらの基板２，３の内面、つまり前記垂直配向膜８，９の膜面は、互いに平行な方向にラビング処理されている。

前記観察側基板２と反対側基板３は、前記複数の画素Ａがマトリックス状に配列する表示エリアを囲む枠状のシール材（図示せず）を介して接合されており、これらの基板２，３間の前記シール材により囲まれた領域に、誘電異方性が負の液晶材料、例えば誘電異方性が負のネマティック液晶が充填されて液晶層１０が形成されている。

この液晶層１０の液晶分子１０ａは、一対の基板２，３面に対して実質的に垂直に配向しており、前記複数の画素Ａの電極４，５間にＯＮ電圧を印加したときに、前記基板２，３面に対し、前記ラビング方向に沿った方向に分子長軸を揃えて倒伏配向する。

そして、この実施例では、前記一対の基板２，３の間隙（垂直配向膜８，９間の間隙）と前記液晶材料とを選択することにより、ＯＮ電圧印加時、つまり液晶分子１０ａが前記ラビング方向に分子長軸を揃えて倒伏配向したときの液晶層１０の液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値を、Δｎｄ＝２７０±４０ｎｍに設定している。

また、前記観察側及び反対側の一対の偏光板１４，１５はそれぞれ、互いに直交する方向に透過軸と吸収軸を有する吸収偏光板であり、観察側偏光板１４は、前記液晶素子１の観察側基板２の外面に対向させて配置され、反対側偏光板１５は、前記液晶素子１の反対側基板３の外面に対向させて配置されている。

また、前記２枚のλ／４板１６，１７はそれぞれ、透過光の常光と異常光との間に１／４波長（１４０±４０ｎｍ）の位相差を与える位相差板であり、その一方のλ／４板（以下、観察側λ／４板と言う）１６は、前記液晶素子１の観察側基板２と前記観察側偏光板１４との間に配置され、他方のλ／４板（以下、反対側λ／４板と言う）１７は、前記液晶素子１の反対側基板３と前記反対側偏光板１５との間に配置されている。

図２は前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面（垂直配向膜８，９の膜面）のラビング方向２ａ，３ａと、観察側及び反対側の偏光板１４，１５の透過軸１４ａ，１５ａの向きと、観察側及び反対側のλ／４板１６，１７の遅相軸１６ａ，１７ａの向きを示している。

図２のように、前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面は、互いに平行で且つ同方向にラビング処理されており、観察側偏光板１４は、その透過軸１４ａを前記一対の基板２，３の内面のラビング方向２ａ，３ａに対して実質的に４５°の角度で斜めに交差させて配置され、反対側偏光板１５は、その透過軸１５ａを前記観察側偏光板１４の透過軸１４ａと実質的に直交させて配置されている。

また、観察側λ／４板１６は、その遅相軸１６ａを前記一対の基板２，３の内面のラビング方向２ａ，３ａと実質的に平行にするか、あるいは実質的に直交させ、前記観察側偏光板１４の透過軸１４ａに対して実質的に４５°の角度で斜めに交差させて配置されており、反対側λ／４板１７は、その遅相軸１７ａを前記観察側λ／４板１６の遅相軸１６ａ実質的に直交（一対の基板２，３の内面のラビング方向２ａ，３ａと実施的に直交、あるいは実質的に平行）させ、前記反対側偏光板１５の透過軸１５ａに対して実質的に４５°の角度で斜めに交差させて配置されている。

この液晶表示素子は、前記液晶素子１の観察側及びその反対側の一対の基板２，３間に設けられた液晶層１０の複屈折作用と、前記一対の基板２，３と観察側及びその反対側の偏光板１４，１５との間にそれぞれ配置された２枚のλ／４板１６，１７の位相差とにより入射光の偏光状態を制御して表示するものであり、この液晶表示素子は、前記液晶層１０の液晶分子１０ａが基板２，３面に対して実質的に垂直に配向しているため、視野角が広い。

そして、この液晶表示素子は、前記液晶層１０が、液晶分子１０ａを基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなっており、また前記基板２，３の内面に形成された垂直配向膜８，９は水平配向膜に比べて配向規制力が小さいため、前記画素Ａの電極４，５間にＯＦＦ電圧を印加したときに、液晶分子１０ａが初期の垂直配向状態に配向し、ＯＮ電圧を印加したときに、一対の基板２，３間の全ての液晶分子１０ａが基板面に対して倒伏する方向に配向状態を変える。

図３は前記液晶分子１０ａのＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態を示す模式図であり、この実施例では前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面を互いに平行で且つ同方向にラビング処理しているため、前記液晶分子１０ａは、図３（ａ）に示したＯＦＦ電圧印加時の垂直配向状態から、ＯＮ電圧の印加により、図３（ｂ）に示したように、前記基板２，３面に対し、前記ラビング方向２ａ，３ａに沿った方向に分子長軸を揃えて倒伏したスプレイ配向状態またはベンド配向状態に配向する。

そのため、この液晶表示素子によれば、前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１０ａを初期の垂直配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層１０を複屈折作用をほとんど受けずに透過させ、前記λ／４板１６，１７の一方または両方の位相差により偏光状態を制御して観察側偏光板１４に入射させ、また、前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１０ａを基板２，３面に対して倒伏配向させるＯＮ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層１０の複屈折作用と前記λ／４板１６，１７の一方または両方の位相差とにより偏光状態を制御して前記観察側偏光板１４に入射させることができ、したがって、高コントラストの表示を得ることができる。

図４は前記液晶表示素子の表示原理を示す模式図であり、前記液晶素子１の１つの画素Ａの表示を示している。

この液晶表示素子は、その観察側とは反対側に配置される面光源１９からの照明光を利用する透過表示を行なうものであり、図４において、（ａ）は前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１０ａを初期の垂直配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときの表示を示し、（ｂ）は前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１０ａを倒伏配向させるＯＮ電圧を印加したときの表示を示している。

この液晶表示素子の表示原理を説明すると、図４（ａ），（ｂ）に矢線で示したように、前記面光源１９からの照明光ａ_０は、反対側偏光板１５によりその透過軸１５ａに平行な直線偏光ａ_１とされ、さらに反対側λ／４板１７により、その光の進行方向から見て左右いずれか一方回りの円偏光ａ_２とされて液晶素子１の液晶層１０に入射する。

そして、ＯＦＦ電圧印加時は、前記液晶層１０の液晶分子１０ａが実質的に垂直に配向しているため、前記反対側λ／４板１７により円偏光ａ_２とされて前記液晶素子１に入射した光は、前記液晶層１０を複屈折作用をほとんど受けずに前記円偏光ａ_２のまま透過して図４（ａ）のように前記液晶素子１の観察側に出射する。

前記液晶素子１の観察側に出射した前記円偏光ａ_２は、観察側λ／４板１６により、前記反対側偏光板１５を透過して入射した前記直線偏光ａ_１と実質的に同じ直線偏光ａ_３とされて観察側偏光板１４に入射し、この観察側偏光板１４により吸収され、前記ＯＦＦ電圧を印加した画素Ａの表示が黒の暗表示になる。

また、ＯＮ電圧印加時は、前記液晶層１０の液晶分子１０ａが上述したように基板２，３面のラビング方向２ａ，３ａに沿った方向に分子長軸を揃えて倒伏配向するため、前記反対側λ／４板１７により円偏光ａ_２とされて前記液晶素子１に入射した光は、前記液晶層１０の複屈折作用により偏光状態を変えて前記液晶素子１の観察側に出射する。

このＯＮ電圧印加時における前記液晶層１０の複屈折作用は、液晶分子１０ａを倒伏配向させたときのΔｎｄの値が上述したように２７０±４０ｎｍであるため、λ／２板と実質的に同じであり、したがって、前記反対側λ／４板１７により円偏光ａ_２とされて液晶素子１に入射した光は、前記液晶層１０により回転方向が逆の円偏光ａ_４とされて図４（ｂ）のように前記液晶素子１の観察側に出射する。

前記液晶素子１の観察側に出射した前記円偏光ａ_４は、観察側λ／４板１６により、前記反対側偏光板１５を透過して入射した前記直線偏光ａ_１と実質的に直交する直線偏光ａ_５とされて観察側偏光板１４に入射し、この観察側偏光板１４を透過して観察側に出射し、前記ＯＦＦ電圧を印加した画素Ａの表示が前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青のいずれかの色の明表示になる。

すなわち、この液晶表示素子は、ノーマリーブラックモードの表示を行なうものであり、その表示は、ＯＦＦ電圧の印加により液晶分子１０ａを初期の垂直配向状態に配向させたときに、最も暗い黒の暗表示になり、ＯＮ電圧の印加により前記液晶分子１０ａを倒伏配向させたときに、最も明るい明表示（カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青の表示）になる。

したがって、この液晶表示素子によれば、視野角が広く、高コントラストの表示を得ることができる。

また、この液晶表示素子は、前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面にそれぞれ垂直配向膜８，９を形成し、且つそれぞれの内面（垂直配向膜８，９の膜面）を互いに平行な方向にラビング処理しているため、前記ＯＮ電圧を印加したときの液晶分子１０ａの倒伏方向を前記ラビング方向２ａ，３ａに沿った方向に規定し、より高いコントラストを得ることができる。

図５はこの発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図であり、この液晶表示素子は、観察側とは反対側の基板３の内面に、複数の画素Ａをそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部Ａ１と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部Ａ２とに区分する反射手段１１を設けた垂直配向型液晶素子１ａを備えたものである。

前記反射手段１１は、上述した図示しないゲート絶縁膜の上に複数の画素Ａ毎に前記反射表示部Ａ１に対応させて設けられた複数の鏡面反射膜１１ａからなっており、複数の画素電極５は、その一部分を前記反射膜８ａ上に重ねて前記ゲート絶縁膜の上に形成されている。

なお、この実施例では、前記反射膜８ａを前記画素Ａの略半分の領域に対応させて設け、前記複数の画素Ａの略半分の領域を反射表示部Ａ１とし、他の略半分の領域を透過表示部Ａ２としている。

さらに、前記液晶素子１ａの観察側の基板２の内面に前記複数の画素Ａにそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにはそれぞれ、前記画素Ａの反射表示部Ａ１に部分的に対応する開口が設けられている。なお、この実施例では、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの開口を、前記反射表示部Ａ１の略半分の領域に対応させて形成している。

そして、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの上には、透明絶縁膜からなる平坦化膜１２が前記開口内に充填して形成されており、この平坦化膜１２の上に対向電極４が形成されている。

また、前記液晶素子１ａの一対の基板２，３の内面はそれぞれ垂直配向膜８，９が形成されており、これらの基板２，３の内面（垂直配向膜８，９の膜面）は、互いに平行で且つ同方向にラビング処理されている。

そして、前記一対の基板２，３間には、液晶分子１０ａを前記基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層１０が設けられており、この液晶層１０のＯＮ電圧印加時、つまり液晶分子１０ａが前記ラビング方向に分子長軸を揃えて倒伏配向したときの液晶層１０のΔｎｄの値は、Δｎｄ＝１９５±４０ｎｍに設定されている。

また、この実施例の液晶表示素子は、前記液晶素子１ａと観察側のλ／４板１６との間に拡散層１８を設けている。この拡散層１８は、一方の面から入射した光を拡散させて他方の面から出射する前方拡散層であり、光拡散粒子が混入された粘着剤または樹脂フィルムからなっている。

なお、この実施例の液晶表示素子は、前記液晶素子１ａの構造が上述した第１の実施例の液晶素子１と異なり、また、前記液晶素子１ａと観察側のλ／４板１６との間に拡散層１８を備えているが、偏光板１４，１５とλ／４板１６，１７の配置状態は第１の実施例と同じであるから、重複する説明は省略する。

この液晶表示素子は、前記液晶素子１ａの観察側とは反対側の基板３の内面に、前記複数の画素Ａをそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部Ａ１と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８を設けているため、外部環境の光である外光を利用する反射表示によるカラー画像表示と、観察側とは反対側に配置される面光源１９からの照明光を利用する透過表示によるカラー画像表示との両方の表示を行なうことができる。

すなわち、この液晶表示素子は、観察側から入射し、観察側偏光板１４と観察側λ／４板１６とを透過して液晶素子１ａに入射した光のうち、前記液晶素子１ａの複数の画素Ａの反射表示部Ａ１に入射して液晶層１０を透過した光を前記反射手段１１の反射膜８ａにより反射し、その反射光を前記液晶素子１ａの液晶層１０と観察側λ／４板１６と観察側偏光板１４とを再び透過させて前記観察側に出射する反射表示と、観察側とは反対側から入射し、反対側偏光板１５と反対側λ／４板１７とを透過して液晶素子１ａに入射した光のうち、前記液晶素子１ａの複数の画素Ａの透過表示部Ａ２に入射した光を、前記液晶層１０と観察側λ／４板１６と観察側偏光板１４とを透過させて観察側に出射する透過表示とを行なう。

この液晶表示素子は、前記液晶素子１ａ液晶層１０の液晶分子１０ａが基板２，３面に対して実質的に垂直に配向しているため、前記反射表示のときの透過表示のときも広い視野角が得られる。

そして、この液晶表示素子は、前記反射表示のときは、前記液晶素子１ａの液晶層１０の複屈折作用と観察側λ／４板１６の位相差とにより入射光の偏光状態を制御して表示し、前記透過表示のときは、反対側λ／４板１７の位相差と前記液晶素子１ａの液晶層１０の複屈折作用と観察側λ／４板１６の位相差とにより入射光の偏光状態を制御して表示するが、前記液晶素子１ａの液晶層１０が、液晶分子１０ａを基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなっているため、いずれの表示のときも、電極４，５間にＯＮ電圧を印加したときに、一対の基板２，３間の全ての液晶分子１０ａが基板２，３面に対して倒伏する方向に配向状態を変える。

そのため、この液晶表示素子によれば、前記液晶素子１ａの複数の画素Ａの電極４，５間に液晶分子１０ａを初期の垂直配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層１０を複屈折作用をほとんど受けずに透過させ、前記観察側λ／４板１６位相差または前記反対側λ／４板１７と観察側λ／４板１６の両方の位相差により偏光状態を制御して観察側偏光板１４に入射させ、また、前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１０ａを基板２，３面に対して倒伏配向させるＯＮ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層１０の複屈折作用と、前記観察側λ／４板１６位相差または前記反対側λ／４板１７と観察側λ／４板１６の両方の位相差前記λ／４板の位相差により偏光状態を制御して前記観察側偏光板１４に入射させることができ、したがって、高コントラストの表示を得ることができる。

そして、この液晶表示素子では、上述したように、前記液晶素子１ａの液晶分子１０ａが前記ラビング方向に分子長軸を揃えて倒伏配向したときの液晶層１０のΔｎｄの値を１９５±４０ｎｍに設定しているため、前記反射表示のときも透過表示のときも、ＯＦＦ電圧の印加により液晶分子１０ａを初期の垂直配向状態に配向させたときに、最も暗い黒の暗表示になり、ＯＮ電圧の印加により前記液晶分子１０ａを倒伏配向させたときに、最も明るい明表示（カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青の表示）になるノーマリーブラックモードの表示を行なうことができる。

また、この液晶表示素子は、前記液晶素子１ａの観察側とは反対側の基板３の内面に、複数の画素Ａをそれぞれ反射表示部Ａ１と透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８を設けているため、前記外光を利用する反射表示のときの偏光板による光吸収は、観察側の偏光板１４による吸収だけであり、したがって、前記反射表示によるカラー画像も充分に明るくすることができる。

しかも、この液晶表示素子では、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにそれぞれ、前記画素Ａの反射表示部Ａ１に部分的に対応する開口を設けているため、前記反射表示のときに、複数の画素Ａの反射表示部Ａ１からそれぞれ、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青のいずれかの色の着色光と、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの開口内を透過した非着色光とを出射させることができ、したがって、反射表示の明るさを前記非着色光により底上げし、さらに明るいカラー画像を表示することができる。

したがって、この液晶表示素子によれば、視野角が広く、高コントラストの表示を得ることができ、しかも、外光を利用する反射表示によるカラー画像表示と、観察側とは反対側に配置される面光源１９からの照明光を利用する透過表示によるカラー画像表示との両方の表示を行なうことができるとともに、その両方のカラー画像を充分に明るくすることができる。

なお、前記面光源１９は、外光を利用する反射表示のときに補助光源として利用することもでき、その場合も、前記反射表示と透過表示の両方がノーマリーブラックモードであるため、高コントラストの表示を得ることができる。

さらに、この液晶表示素子は、前記液晶素子１ａと観察側λ／４板１６との間に拡散層１８を設けているため、前記反射表示のときに反射膜８ａによる反射光を前記拡散層１８により拡散させて出射し、反射表示をさらに明るくするとともに、反射表示と透過表示の両方の視野角をより広くすることができる。

なお、上記第２の実施例の液晶表示素子は、液晶素子１の複数の画素Ａをそれぞれ反射表示部Ａ１と透過表示部Ａ２とに区分する反射手段１１を、前記複数の画素Ａ毎に前記反射表示部Ａ１に対応させて設けた平坦な反射膜１１ａにより形成しているが、前記反射手段１１を形成する反射膜の反射面に凹凸を形成し、前記拡散層１８を省略してもよい。

図６はこの発明の第３の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図であり、この液晶表示素子は、反射面に凹凸を形成した反射膜１１ｂにより反射手段１１を形成した垂直配向型液晶素子１ｂを備えたものである。

この実施例において、前記液晶素子１ｂは、観察側基板２の内面に、複数の画素電極５と、ＴＦＴ７及び図示しないゲート配線及びデータ配線とを設け、反対側基板３の内面に、前記反射手段８と、赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、平坦化膜１２と、対向電極４とを設けたアクティブマトリックス液晶素子であり、前記反射手段１１を形成する反射膜１１ｂは、反対側基板３の基板面に設けられた、表面全体を凹凸面に形成した透明な凹凸面膜１３の上に被着されている。

なお、この実施例の液晶表示素子は、液晶素子１ｂの構造が上述した第２の実施例の液晶素子１ａと異なり、また、第２の実施例の液晶表示素子における拡散層１８を省略しているが、前記液晶素子１ｂの液晶層１０及び複数の画素Ａの反射表示部Ａ１のΔｎｄ１と透過表示部Ａ２のΔｎｄ２の値は前記第２の実施例と同じであり、また一つの偏光板１４，１５と一つのλ／４板１６，１７の配置状態も第１及び第２の実施例と同じであるから、重複する説明は省略する。

この液晶表示素子は、前記液晶素子１ｂの複数の画素Ａをそれぞれ反射表示部Ａ１と透過表示部Ａ２とに区分する反射手段１１を、前記複数の画素Ａ毎に前記反射表示部Ａ１に対応させて設けられ、反射面に凹凸が形成された複数の反射膜１１ｂにより形成しているため、外光を利用する反射表示をより明るくするとともに、その視野角をより広くすることができる。

また、この実施例では、前記液晶素子１ｂの反対側基板３の基板面に表面全体を凹凸面に形成した凹凸面膜１３を設け、その上に前記反射膜１１ｂを形成しているため、面光源１９からの照明光を利用する透過表示のときも、前記凹凸面膜１３により拡散された光を出射し、視野角を広くすることができる。

なお、この実施例では、前記凹凸面膜１３の上に反射膜１１ｂを被着させることにより前記反射膜１１ｂの反射面に凹凸を形成しているが、前記反射膜１１ｂの反射面に凹凸を形成する手段は他の手段によってもよく、また、前記透過表示のときは非拡散光を出射させるようにしてもよい。

また、上記各実施例では、前記液晶素子１，１ａ，１ｂの一対の基板２，３の内面（垂直配向膜８，９の膜面）を互いに平行で且つ同方向にラビング処理しているが、前記一対の基板２，３の内面のラビング処理は他の方向でもよく、また、前記ラビング処理は、前記一対の基板２，３のいずれか一方の内面だけに施してもよい。

図７はこの発明の第４の実施例を示す液晶分子１０ａのＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態を示す模式図であり、この実施例は、液晶素子の一対の基板２，３の内面を互いに平行で且つ逆方向にラビング処理したものである。

この実施例のように、液晶素子の一対の基板２，３の内面を互いに平行で且つ逆方向にラビング処理した場合は、液晶分子１０ａが図７（ａ）に示したＯＦＦ電圧印加時の垂直配向状態から、ＯＮ電圧の印加により、図７（ｂ）に示したように、一対の基板２，３のラビング方向２ａ，３ａに沿った方向に分子長軸を揃えて倒伏した、非ツイストのホモジニアス配向状態に配向するため、ＯＮ電圧を印加したときの液晶分子１０ａの倒伏方向を前記ラビング方向に沿った方向に規定し、高いコントラストを得ることができる。

図８はこの発明の第５の実施例を示す液晶分子１０ａのＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態を示す模式図であり、この実施例は、液晶素子の一対の基板２，３のいずれか一方、例えば反対側基板３の内面だけにラビング処理を施したものである。

この実施例のように、液晶分子１０ａのＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態を示す模式図であり、この実施例のように液晶素子の一方の基板３の内面だけにラビング処理を施した場合は、液晶分子１０ａが図８（ａ）に示したＯＦＦ電圧印加時の垂直配向状態から、ＯＮ電圧の印加により、図８（ｂ）に示したように、前記一方の基板３のラビング方向３ａに沿った方向に分子長軸を揃えて略水平に倒伏し、且つラビング処理を施さない他方の基板２の内面に対して互いに逆向きの２つの方向に傾いた状態で配向するため、高いコントラストを得るとともに、表示の視野角をさらに広くすることができる。

図９はこの発明の第６の実施例を示す液晶分子１０ａのＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態を示す模式図であり、この実施例は、液晶素子の一対の基板２，３の内面を斜めに交差する方向にラビング処理したものである。

この実施例のように、液晶素子の一対の基板２，３の内面を斜めに交差する方向にラビング処理した場合は、液晶分子１０ａが図８（ａ）に示したＯＦＦ電圧印加時の垂直配向状態から、ＯＮ電圧の印加により、図８（ｂ）に示したように、一対の基板２，３のラビング方向２ａ，３ａの交差角に応じた捩れ角でツイストして倒伏配向するため、高いコントラストを得ることができる。

なお、この実施例のように、ＯＮ電圧の印加により液晶分子１０ａをツイスト配向状態に倒伏配向させる場合は、ＯＮ電圧の印加時に液晶分子１０ａが６５°±１０°の捩れ角でツイストして倒伏配向するように一対の基板２，３のラビング方向２ａ，３ａを設定し、一対の偏光板１４，１５を、それぞれの透過軸１４ａ，１５ａを実質的に直交させ、且つ、いずれか一方の偏光板の透過軸を、その偏光板の配置側の基板のラビング方向と実質的に直交または平行にし、一対のλ／４板１６，１７を、それぞれの遅相軸１６ａ，１７ａを実質的に直交させ、且つ、いずれか一方のλ／４板の遅相軸を、そのλ／４板の配置側の基板のラビング方向と実質的に４５°の角度で交差させるのが好ましく、このようにすることにより、高いコントラストを得ることができる。

また、上述した各実施例の液晶表示素子は、液晶表示素子１，１ａ，１ｂの一対の基板２，３と観察側及び反対側の偏光板１４，１５との間にそれぞれλ／４板１６，１７を配置したものであるが、λ／４板は、一対の偏光板１４，１５の間に１枚だけ配置してもよい。

λ／４板を１枚とする場合、図１に示した透過表示を行なう液晶表示素子では、液晶素子１と観察側及びその反対側の一対の偏光板１４，１５との間のうち、いずれの側の偏光板との間にλ／４板を配置してもよく、また、図５及び図６に示した反射表示と透過表示の両方を行なう液晶表示素子では、液晶素子１ａ，１ｂと観察側偏光板１４との間にλ／４板を配置すればよい。

また、上記各実施例の液晶表示素子は、アクティブマトリックス液晶素子１，１ａ，１ｂを備えたものであるが、液晶素子は、単純マトリックス型液晶素子でもよい。

この発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図。 前記液晶表示素子の一対の基板のラビング方向と、観察側及び反対側の偏光板の透過軸の向きと、観察側及び反対側のλ／４板の遅相軸の向きを示す図。 第１の実施例における液晶分子のＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態の模式図。 前記液晶表示素子の表示原理を示す模式図。 この発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図。 この発明の第３の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図。 この発明の第４の実施例を示す液晶分子のＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態の模式図。 この発明の第５の実施例を示す液晶分子のＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態の模式図。 この発明の第６の実施例を示す液晶分子のＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態の模式図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…液晶素子、２，３…基板、４，５…電極、６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ…カラーフィルタ、７…ＴＦＴ、Ａ…画素、Ａ１…反射表示部、Ａ２…透過表示部、８，９…垂直配向膜、２ａ，３ａ…ラビング方向、１０…液晶層、１０ａ…液晶分子、１１…反射手段、１１ａ，１１ｂ…反射膜、１２…基板間隙調整用透明膜、１３…凹凸面膜、１４，１５…偏光板、１４ａ，１５ａ…透過軸、１６，１７…λ／４板、１６ａ，１７ａ…遅相軸、１８…拡散層、１９…面光源。

Claims (4)

1. 互いに対向する観察側及びその反対側の一対の基板の対向する内面それぞれに、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板面に対して実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層が設けられた垂直配向型液晶素子と、
   前記垂直配向型液晶素子を挟んで配置された観察側及びその反対側の一対の偏光板と、
   前記垂直配向型液晶素子と前記一対の偏光板との間の少なくとも一方に配置されたλ／４板と、
   を備えることを特徴とする液晶表示素子。
2. 垂直配向型液晶素子は、一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つ前記一対の基板の内面のうち、少なくとも一方にラビング処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 垂直配向型液晶素子は、一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つ前記一対の基板の内面がそれぞれ互いに平行な方向にラビング処理されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 垂直配向型液晶素子は、観察側とは反対側の基板の内面に設けられ、複数の画素をそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部とに区分する反射手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。

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