JP3235102B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

液晶装置及び電子機器

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JP3235102B2
JP3235102B2 JP54024999A JP54024999A JP3235102B2 JP 3235102 B2 JP3235102 B2 JP 3235102B2 JP 54024999 A JP54024999 A JP 54024999A JP 54024999 A JP54024999 A JP 54024999A JP 3235102 B2 JP3235102 B2 JP 3235102B2
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治 奥村
強 前田
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琢巳 関
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は液晶装置、特に表面側から液晶層に入射した
光を半透過反射層で反射させて表示する反射型表示機能
と、裏面側から液晶層に入射する光を半透過反射層を透
過させて表示する透過型表示機能と、の両方が可能な半
透過反射型液晶装置に関する。また、この液晶装置を用
いた電子機器に関する。
背景技術 従来から反射型液晶装置は、携帯用電子機器の表示部
などに利用されているが、液晶セル表面から液晶層に入
射する外光を用いて表示をするため、暗い場所では表示
が認識できないという問題がある。そこで、明るい場所
では反射型液晶装置と同様に外光を利用し、暗い場所で
は液晶セル裏面側に配置した照明装置から出射する光に
より表示を認識できるようにした半透過反射型液晶装置
が考案されている。
この半透過反射型液晶装置は、実開昭57−49271号公
報に記載されているように、液晶セルの裏面側に偏光
板、半透過反射板、照明装置を順に配置した構成であ
る。この液晶装置では、周囲が明るい場合には液晶セル
表面から液晶層に入射した外光を半透過反射板で反射さ
せてることによって反射表示を行い、周囲が暗い場合に
は照明装置をから出射した光を半透過反射板を透過させ
ることによって透過表示をする。
他の半透過反射型液晶装置の例としては、反射表示の
明るさを向上させることを目的としてなされた特開平８
−292413号公報に記載の半透過反射型液晶装置がある。
この半透過反射型液晶装置は、液晶セルの裏面側に半透
過反射板、位相差板、偏光板、バックライトを順に配置
した構成であり、周囲が明るい場合には液晶セル表面側
から液晶層に入射する外光を半透過反射板で反射させる
ことによって反射表示を行い、周囲が暗い場合にはバッ
クライトから出射した光を半透過反射板を透過させて透
過表示を行う。このような構成にすると、液晶セルと半
透過反射板の間に偏光板が存在しないため、前述した液
晶装置よりも明るい反射表示が得られる。
ところが、上記公報に記載されている半透過反射型液
晶装置は、液晶層と半透過反射板との間に透明基板が介
在するため、視差による二重像が反射表示の際に生じ
る。特に上記公報に記載されている半透過反射型液晶装
置とカラーフィルタを組み合わせたカラー液晶装置にお
いては液晶セル表面側から液晶層に入射した光が通過す
るカラーフィルタとその光が半透過反射板によって反射
された後に透過するカラーフィルタとが異なる可能性が
高まり、表示色が淡くなるという課題が生じる。
この課題を解決するため、特開平７−318929号公報や
特開平７−333598号公報では、液晶セル内に半透過反射
板を配置して視差を解消した半透過反射型の液晶装置が
発明されている。
発明の開示 ところで、特開平７−318929号公報及び特開平７−33
3598号公報に記載の半透過反射型液晶装置、すなわち液
晶セルの裏面側に設けた偏光板を利用せずに反射表示を
する半透過反射型液晶装置にあっては、液晶セルの表面
側から入射し液晶層を通過した光が半透過反射板に反射
されるときに、暗表示状態で円偏光又は楕円率の高い楕
円偏光となり、明表示状態で直線偏光又は楕円率の低い
楕円偏光となることが好ましい。なぜならば、半透過反
射板によって反射された円偏光又は楕円率の高い楕円偏
光の光が再度液晶層を通過することによって、液晶セル
表面側に設けた偏光板の透過軸と直交する直線偏光、又
は楕円率の低い楕円偏光の光となって偏光板に吸収され
るので良好なコントラスト特性が実現するからである。
一方、液晶セル裏面側から半透過反射板を透過する光
は、表示の状態に係わらず常に同じ偏光状態の光であ
る。
特開平７−318929号公報及び特開平７−333598号公報
に記載の半透過反射型液晶装置においては、液晶セル裏
面側に設けた偏光板と半透過反射膜との間に、液晶層に
入射する光の偏光を変化させる光学要素が設けられてい
ないので、液晶セル裏面側の偏光板を透過した直線偏光
の光が常に液晶層に入射することとなる。そのため、反
射表示に好ましい設定、すなわち半透過反射板に反射さ
れる光が暗表示状態において円偏光又は楕円率の高い楕
円偏光となるようにすると、透過表示のコントラスト特
性が低下してしまう。
なぜならば暗表示状態の際に液晶セル裏面側から入射
した直線偏光の光は液晶層を通過することによって円偏
光又は楕円率の高い楕円偏光となるためその光の一部
は、液晶セル表面側に設けた偏光板を透過してしまうか
らである。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであ
り、透過表示のコントラスト特性が良好な半透過反射型
液晶装置を得ることを第１の目的とし、更には視差によ
る二重映りが生じない半透過反射型液晶装置を得ること
を第２の目的とする。
本発明は上記目的を達成するために、一方の側から液
晶層に入射する光を半透過反射層で反射させて表示する
反射型表示機能と、前記一方の側と対向する他方の側か
ら入射する光を前記半透過反射層を透過させて表示する
透過型表示機能と、を有し、液晶層に印加する電圧を変
化させることによって、明表示状態である第１の表示状
態と、暗表示状態である第２の表示状態とを選択可能で
あり、前記第２の表示状態の際に、前記一方の側から前
記液晶層に入射した光は前記液晶層を通過し半透過反射
膜で反射されることによって所定の回転方向の円偏光又
は楕円偏光となる液晶装置であって、前記一方の側に設
けた第１偏光板と、前記他方の側に設けられており、前
記他方の側から前記半透過反射層に入射する光を前記所
定の回転方向の偏光にする光学素子と、を具備すること
を特徴とする。
なお、第１液晶装置における半透過反射層とは入射光
をある反射率と透過率で反射および透過させる層であ
り、例えば、市販されているハーフミラー、開口部を設
けた金属膜、光の一部が透過可能なようにごく薄く形成
した金属膜等がある。
この第１液晶装置の態様では、一方の側すなわち液晶
セル表面側から入射する光を利用して反射型表示をする
ものであり、この場合には第１偏光板の偏光作用により
直線偏光となった光が、液晶セル表面側から液晶層に入
射し、液晶層を通過した後、半透過反射層によって反射
され再び液晶層を通過する。そして第１の偏光板と通過
した光が画像光として液晶装置表面側から出射する。
また、この液晶装置は液晶セル表面側から入射する光
量がすくない場合例えば暗所においては、他方の側すな
わち液晶セル裏面側から入射する光を利用して透過型表
示をする。この場合には、他方の側からの光が半透過反
射層を透過した後、液晶層を通過する。そして第１偏光
板を通過した光が画像光として液晶装置表面側から出射
する。
この第１液晶装置においては、暗表示状態の際には、
液晶セル表面側から入射した光は液晶層を通過し半透過
反射膜で反射されることによって所定の回転方向の円偏
光又は楕円偏光となる。そして、再び液晶層を通過する
ことによって第１偏光板の透過軸と直交する方向の直線
偏光あるいは、長軸方向が第１偏光板の透過軸と異なる
楕円偏光となるので、第１偏光板に吸収される。
一方、液晶セル裏面側から入射した光は、光学素子に
よって所定の回転方向すなわち半透過反射層によって反
射された液晶セル表面側からの光と同じ回転方向の光と
なって半透過反射層を透過する。そして、液晶層を通過
することによって第１偏光板の透過軸と直交する方向の
直線偏光、あるいは長軸方向が第１偏光板の透過軸と異
なる楕円偏光となるので第１偏光板に吸収される。
つまり、暗表示状態において液晶層から第１偏光板に
向けて出射する光の偏光状態が反射型表示時と透過型表
示時とで一致あるいは近似したものとなるので、両者の
偏光状態の違いに起因する透過表示のコントラスト低下
を防止することができる。
また、本発明の第１液晶装置の一の態様では、前記第
２の表示状態の際に、前記一方の側からの光が前記半透
過反射層で反射されたときの楕円率と、前記他方の側か
らの光が前記半透過反射層を透過したときの楕円率と、
が概ね一致することを特徴とする。
この態様によれば、液晶セル表面側から出射する光の
偏光状態が、暗表示状態の際に反射型表示と透過型表示
とで一致したものとなるので、透過表示のコントラスト
低下を防止することができる。
本発明の第１液晶装置の他の態様では、前記液晶層に
印加する電圧を変化させることによって、明表示状態で
ある第１の表示状態、暗表示状態である第２の表示状態
及びそれらの中間の明るさである第３の表示状態を選択
可能である。前記第３表示の状態の際に、前記一方の側
から液晶層になお、この態様において第３の表示状態と
はある特定の明るさのみを示すものではなく、液晶層に
印加する電圧に応じて取り得る複数の表示状態を含む。
この態様によれば、明表示状態、暗表示状態及びそれ
らの中間の明るさの表示状態を選択することが可能であ
るためいわゆる中間調表示が可能である。
また、第１液晶装置の他の態様では、前記第２の表示
状態の際に、前記一方の側から前記液晶層に入射した光
は記半透過反射膜で反射されることによって所定の回転
方向の円偏光となり、前記第１の表示状態の際に前記一
方の側から前記液晶層に入射する光は記半透過反射層で
反射されるときには直線偏光となることを特徴とする。
この態様によれば、第２の表示状態の際に、液晶セル
表面側からの光は半透過反射膜で反射されることによっ
て円偏光となる。そして半透過反射層によって反射され
再び液晶層を通過した後には第１偏光板の透過軸と直交
した直線偏光の光となって第１偏光板にほぼ100％吸収
される。一方、第１の表示状態の際には、液晶セル表面
側から液晶層に入射したの光は偏光状態が変化せずに半
透過反射膜で反射され、再び液晶層を通過し、そして１
偏光板を透過する。したがって、光の利用効率及びコン
トラスト特性が最良な反射型表示で実現する。なお、こ
の場合において、液晶セル裏面側かららの光が前記半透
過反射層を透過するときの光を円偏光とすれば、透過表
示の際のコントラストは最大となる。
また、第１液晶装置の他の態様では、前記光学素子は
前記他方の側に設けた第２偏光板又は反射偏光板と、前
記第２偏光板又は反射偏光板と前記液晶セルとの間に設
けた位相差板を具備することを特徴とする。この態様に
用いる第２偏光板としてはある方向の直線偏光成分の光
を透過させ、それと直交する方向の直線偏光成分の光を
吸収する機能を有する偏光板を用いることができる。反
射偏光板としては、ある方向の直線偏光成分の光を透過
させ、それと直交する方向の直線偏光成分の光を反射す
る機能を有する反射偏光板を用る。尚、このような反射
偏光板は国際公開公報WO95/01788等にその詳細が開示さ
れている。
また、第１液晶装置の他の態様においては、前記他方
の側から前記液晶層に入射する光が前記半透過反射層を
透過した際にその楕円率が0.85以上となるように、偏光
板又は反射偏光板の透過軸と、前記位相差板の軸及びリ
タデーション値を設定したことをことを特徴とする。
この態様では、液晶セル裏面側から液晶層に入射する
光が円偏光又は楕円率の高い（つまり円偏光に近い）楕
円偏光となるので、透過表示のコントラストがより高い
第１液晶装置が実現する。
また、第１液晶装置の他の態様では、前記位相差板
は、４分の１波長板を含むことを特徴とする。
この態様によれば、位相差板を４分の１波長板とする
ことによって、第２偏光板によって直線偏光となった光
を完全な円偏光として半透過反射層に入射させることが
できる。尚、特開平５−100114号公報に開示されている
ように、1/2波長板と1/4波長板を積層した広帯域円偏光
板を用いる方法、3/4波長板、5/4波長板を用いる方法等
でも円偏光を得ることが可能である。ただし、後者にあ
っては、良好な円偏光となる波長領域が狭いので、1/4
波長板を１枚用いる方法のほうがより好ましい。
第１液晶装置の他の態様においては、光学素子とし
て、コレステリック相を呈する液晶ポリマーを用いる。
尚、このような液晶ポリマーは、円偏光をその回転方向
によって選択的に反射及び透過させる機能がある。な
お、このような液晶ポリマーは特開平８−27189号公報
でその詳細が開示されている。
また、第１液晶装置の他の態様によれば、前記光学素
子の前記液晶層とは異なる側に配置された照明装置を更
に備えることを特徴とする。
この態様によれば、照明装置から出射する光を液晶セ
ルの裏面側から入射させることが可能となるため、暗所
において液晶装置を使用する際に照明装置からの光によ
って透過型表示が可能となる。
また本発明の第２液晶装置は、第１基板と前記第１基
板に対向配置した第２基板との間に液晶層を有する液晶
セルと、前記第２基板の前記液晶層側の面に配置されて
おり、入射光を所定の反射率と透過率で反射および透過
させる半透過反射層と、前記第２基板の前記液晶層とは
異なる側に配置した照明装置と、前記液晶セルと前記照
明装置との間に配置した偏光板又は反射偏光板と、前記
偏光板と前記液晶セルとの間に配置されており、前記照
明装置から出射し前記偏光板を通過することによって直
線偏光となった光を円偏光又は楕円偏光にする位相差板
と、を備え、前記照明装置から出射し前記位相差板を通
過した円偏光又は楕円偏光の回転方向と、暗表示状態の
際に前記第１基板側から入射し前記半透過反射板で反射
された円偏光又は楕円偏光の回転方向と、が一致するこ
とを特徴とする。
なお、第２液晶装置に用いる半透過反射層とは、光を
ある反射率と透過率とで反射および透過する層であり、
例えばごく狭いスリットを有する金属膜や、薄い金属膜
等が、半透過反射板として適する。
本発明の第２液晶装置によれば、第２偏光板を透過し
て直線偏光となった照明装置からの光が、位相差板によ
って円偏光又は楕円偏光となる。そしてその円偏光又は
楕円偏光の回転方向は、第１偏光板側から入射し暗表示
状態にある液晶層を通って半透過反射層で反射した円偏
光の回転方向と一致している。そのため、透過表示で高
いコントラスト特性が実現する。更には、、半透過反射
層と液晶層との間に基板が介在しないために、視差によ
る反射表示の二重像といった問題が生じない。
第２液晶装置の一の態様では、前記照明装置から出射
し、前記位相差板を通過した偏光の楕円率が0.85以上と
なるように、前記第２偏光板又は反射偏光板の透過軸
と、前記位相差板の軸及びリタデーション値を設定した
ことをことを特徴とする。
また第２液晶装置の他の態様では、前記位相差板が、
少なくとも１枚の４分の１波長板を含むことを特徴とす
る。尚、特開平５−100114号公報に開示されているよう
に、1/2波長板と1/4波長板を積層した広帯域円偏光板を
用いる方法、3/4波長板、5/4波長板を用いる方法等でも
円偏光を得ることが可能である。ただし、後者にあって
は、良好な円偏光となる波長領域が狭いので、1/4波長
板を１枚用いる方法のほうがより好ましい。
本発明の第３液晶装置は、第１基板と前記第１基板に
対向配置した第２基板との間に液晶層を有する液晶セル
と、前記第２基板の前記液晶層側の面に配置されてお
り、入射光を所定の反射率と透過率とで反射および透過
させる半透過反射板と、前記第２基板の前記液晶層とは
異なる側に配置した照明装置と、前記液晶セルと前記照
明装置との間に配置されており、円偏光又は楕円偏光を
その回転方向によって選択適に反射及び透過させる選択
反射層と、を備え、前記照明装置から出射し前記選択反
射層を透過した円偏光の回転方向と、暗表示状態の際に
前記第１基板から入射し前記半透過反射板で反射された
円偏光の回転方向と一致することを特徴とする。
本発明の第３液晶装置では、照明装置からの光のうち
ある回転方向の円偏光又は楕円偏光が選択反射層を透過
する。そしてその回転方向は、第１偏光板側から入射し
暗表示状態にある液晶層を通って半透過反射板で反射し
た円又は楕円偏光の回転方向と一致する回転方向であ
る。そのため、透過表示で高いコントラスト特性が実現
する。更には、半透過反射層と液晶層との間に基板が介
在しないために、視差による反射表示の二重像といった
問題が生じない。更には、選択反射層で反射された光
も、照明装置表面で拡散されることによってその一部が
選択反射層を透過するため、照明装置から出射する光の
利用効率が高まる。
第３液晶装置の一の態様では、前記選択反射層は、コ
レステリック液晶を利用した選択反射を利用した選択反
射層であることを特徴とする。
また、第３の液晶装置の他の態様では、選択反射層
は、例えばコレステリック液晶の選択反射を利用したフ
ィルム状の円偏光反射板であって、右円偏光を透過して
左円偏光を反射する、あるいは左円偏光を透過して右円
偏光を反射する機能を有する。尚、このような選択反射
層は特開平８−27189号公報にその詳細が開示されてい
る。
本発明の電子機器は、液晶装置をその表示部として備
える電子機器であって、前記液晶装置として第１液晶装
置、第２液晶装置又は第３液晶装置を置を搭載したこと
を特徴とする。
第１の液晶装置を備えた電子機器によれば、透過表示
のコントラスト特性が良好な電子機器が実現する。
また、第２又は第３の液晶装置を備えた電子機器で
は、透過表示のコントラスト特性が良好で、かつ視差に
よる二重映りのない電子機器が実現する。
なお、本発明の第１液晶装置、第２液晶装置及び第３
液晶装置において円偏光又は楕円偏光の回転方向とは、
光の電場ベクトルの回転方向である。いわゆる「左円偏
光」「右円偏光」という呼称の、「左」「右」が回転方
向を示す。
また、本発明の第１液晶装置、第２液晶装置及び第３
液晶装置において暗表示状態にある液晶層とは、十分暗
い表示を得るために必要な電圧を印加した液晶層を指
す。即ち、ノーマリブラック表示では電圧無印加時ある
いは非選択電圧印加時の液晶層を指し、ノーマリホワイ
ト表示では選択電圧印加時の液晶層を指す。
また本発明の第１液晶装置、第２液晶装置及び第３液
晶装置において円偏光又は楕円偏光になる光は、可視波
長領域内における所定の波長範囲の光であれば本発明の
目的は達成できるが、好ましくは、照明装置から出射す
る光が着色光の場合にはその最大強度波長近傍で、照明
装置装置から出射する光が白色光の場合は人間の視感度
が最も高い緑色波長で、円偏光又は楕円率の高い楕円偏
光が得られれば好ましい。もちろん、可視波長領域の全
ての波長光で、均一な楕円率の円偏光または楕円偏光を
得られれば理想的である。
また第１液晶装置、第２液晶装置及び第３液晶装置に
おいては、コントラストを確保するためには円偏光を得
ることが最適であるが、透過表示の明るさを向上するた
めに意識的に円偏光からずらす場合もある。尚、楕円率
が0.85よりも小さくなると、透過表示のコントラストは
反射表示のコントラストに比較すると低くなる。
以下に本発明の液晶装置の表示作用を更に詳しく説明
する。
まず、第２偏光板側から入射した光が半透過反射板を
透過する際に円偏光又は楕円偏光となっていること、ま
たその回転方向が第１偏光板側から入射し暗表示状態に
ある液晶層を通って半透過反射板で反射した円偏光又は
楕円偏光の回転方向と一致することが、何故透過表示の
コントラストを高めることになるかを説明する。尚、以
下の説明においては、第２偏光板側から入射した光が半
透過反射板を透過する際に円偏光となることを前提とし
ているが、それが楕円偏光となる場合であっても基本的
な原理は同じである。
本発明の第１、第２及び第３液晶装置で用いたような
１枚偏光板タイプの反型液晶表示モードにおいては、第
１偏光板側から入射した光が暗表示状態にある液晶層を
通過し半透過反射面で反射される際に円偏光に変換され
ていることを、第12図に基づいて説明する。
第12図（ａ）は１枚偏光板タイプの反射型液晶装置を
示す。1201は偏光板、1202は反射板、1211は暗表示状態
にある液晶層である。基板、配向膜、透明電極等の部材
は、作用を説明する上で特に必要が無いため省略した。
また、偏光板と液晶層の間に位相差板を備えても良い
が、位相差板を第１層目の液晶層と見なせば、以下の説
明はそのまま適用するため、これも省略した。
さて、表示が暗状態であるから、偏光板1201から入射
した直線偏光は、液晶層1211を往復して、入射偏光と直
交する直線偏光に変換され、偏光板1201で吸収される。
第12図（ｂ）は、仮想的な中心面1203を挟んで、偏光
板1201と液晶層1211と鏡面対称になるように、偏光板12
04と液晶層1212を配置した構造を示す。第12図（ａ）の
１枚偏光板タイプの反射型液晶装置は、第12図（ｂ）の
２枚偏光板タイプの透過型液晶装置と等価である。ここ
で偏光板1201から入射した直線偏光は、液晶層1211、12
12によって、これと直交する直線偏光に変換され、偏光
板1204で吸収されるはずである。このとき中心面におけ
る偏光状態は、どうなっているだろうか。
ここで一つの構造を仮定しよう。第12図（ｃ）は、第
12図（ｂ）において液晶層1212と偏光板1204をそれぞれ
90度回転して、液晶層1213と偏光板1205に変換した構造
を示す。この構造は、中心面1203を挟んで対称な位置に
ある液晶層が、少なくとも中心面の法線方向から見る限
りにおいて、互いに直交している。つまり進相軸と遅相
軸が互いに重なり合っているために、位相差が補償され
る。従って、偏光板1201から入射した直線偏光は、液晶
層1211、1213で様々に変換された後、結局元の直線偏光
に戻って、偏光板1205で吸収され、暗表示となる。
第12図（ｂ）の構造が、第12図（ｃ）の構造と等価で
あれば、第12図（ｃ）は間違いなく暗表示となる。両者
が等価になる条件は、中心面1203における偏光状態が90
度回転しても変化しないことである。このような偏光状
態は２つしか存在しない。即ち右円偏光と左円偏光であ
る。従って、暗表示状態にある液晶層を通った光は、円
偏光に変換されて反射面に達することが示された。
以上のことがはっきりすれば、残りの説明は容易であ
る。第13図において、反射表示は次のように行われる。
外部からの入射光1311は、偏光板1301を通って直線偏光
1321となり、暗表示状態にある液晶層を通って例えば右
円偏光1322となって、半透過反射板1302に達する。ここ
で反射されて光の進行方向が変わると共に、左円偏光13
22に変換され、再び暗表示状態にある液晶層を通って直
線偏光1323に変換され、偏光板1301で吸収される。
さて、透過表示で高いコントラストを得るためには、
暗表示が十分に暗くなければならない。即ち、背後から
の入射光1312が、半透過反射板を透過するときに、反射
表示の場合と同様な左円偏光1322に変換されていれば良
い。
逆に右円偏光に変換されていると、明表示となって、
反射表示と明暗が逆転したネガ表示になってしまう。
図面の簡単な説明 第１図は第１実施例、第３実施例、第４実施例、第６
実施例及び比較例に係わる液晶装置の構造を示してい
る。
第２図は第１実施例、第３実施例、第４実施例、第６
実施例及び比較例に係わる液晶装置に用いる半透過反射
板の構造を示している。
第３図は第１実施例、第３実施例、第４実施例に係わ
る液晶装置のパネル条件である。
第４は第１実施例に係わる液晶装置の電気光学特性を
示している。
第５図は比較例１に係わる液晶装置のパネル条件を示
している。
第６図は比較例１に係わる液晶装置の電気光学特性を
示している。
第７図は第２実施例に係わる液晶装置の構造を示して
いる。
第８図は第２実施例に係わる液晶装置のパネル条件を
示している。
第９図は第２実施例に係わる液晶装置の電気光学特性
を示している。
第10図は第５実施例に係わる液晶装置の構造を示して
いる。
第11図は第８実施例に係わる電子機器を示しており、
（ａ）は携帯電話、（ｂ）はウオッチ、（ｃ）は携帯情
報機器をそれぞれ示している。
第12図は第１乃至第６実施例に係わる液晶装置の表示
作用を説明する図である。
第13図は第１乃至第６実施例に係わる液晶装置の表示
作用を示す図であって、反射表示と透過表示の偏光状態
の推移を示す図である。
第14図は第１実施例に係わる液晶装置のコントラスト
特性及び明るさを示す図である。
第15図ａは、本発明に係る第６実施例のTFD駆動素子
を画素電極等と共に模式的に示す平面図である。
第15図ｂは、第15図ａのＢ−Ｂ′断面図である。
第16図は、第６実施例における液晶素子を駆動回路と
共に示した等価回路図である。
第17図は、第６実施例における液晶素子を模式的に示
す部分破断斜視図である。
第18図は、本発明に係る第７実施例の液晶装置の画像
表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画
素における各種素子、配線等の等価回路である。
第19図は、第７実施例におけるデータ線、走査線、画
素電極等が形成された透明基板の相隣接する複数の画素
群の平面図である。
第20図は、第19図のＣ−Ｃ′断面図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明
する。
（第１実施例） 第１図は本発明の係わる液晶装置を示す図である。第
１実施例は基本的に単純マトリクス型の液晶装置に関す
るものであるが、同様の構成によりアクティブマトリク
ス型の装置にも適用することが可能である。
第１図に基づいて液晶装置の構成を説明する。101は
第１偏光板、102は第１位相差板103は第２位相差板、10
4は前方散乱板、105は第１基板、106は液晶層、107は第
２基板、108は第３位相差板、109は第２偏光板、111と1
12は照明装置であって、111が導光体、112が光源であ
る。また121はカラーフィルタ、122は走査電極、123は
信号電極を兼ねた半透過反射板である。ここで第１基板
104と第２基板106の間を広く離して描いてあるが、これ
は図を明解にするためであって、実際には数μｍから十
数μｍの狭いギャップを保って対向している。なお図示
した構成要素以外にも、液晶配向膜や上下ショート防止
膜、オーバーコート層、スペーサーボール、シール剤、
ブラックマスク、アンチグレア膜、液晶ドライバーIC、
駆動回路等の要素が、場合によっては必要であるが、本
発明の特徴を説明する上で特に必要が無いためここでは
省略した。
次に各構成要素について説明する。第１偏光板101と
第２偏光板109とは、所定の直線偏光成分を吸収し、そ
れ以外の偏光成分を透過する機能を有する。
第１位相差板102と第２位相差板103、第３位相差板10
8は、ポリカーボネート樹脂やポリビニルアルコール樹
脂の一軸延伸フィルムである。第３位相差板108は本発
明に不可欠の要素であるが、第１位相差板102と第２位
相差板103は、特にSTN液晶の着色を補償するために利用
されるものであって、１枚だけ用いることも可能である
し、TN液晶の場合には省略されることも多い。
前方散乱板104は、半透過反射板の鏡面反射を拡散す
る目的で備えられ、屈折率が異なる２種類の微小領域か
ら構成されるフィルムが利用できる。このように構成さ
れることによって、前方散乱が強く後方散乱が小さい光
散乱板が得られる。具体的には、微小なビーズをこれと
は屈折率が異なる透明なバインダ中に分散したプラスチ
ックフィルムが利用できる。また屈折率が異なる２種類
の微小領域が層構造をなし、特定の角度から入射した光
のみを散乱するようにしたプラスチックフィルムを利用
してもよい。
また、前方散乱板を用いずに散乱機能を付与しようと
するならば、液晶セル内面に散乱層を設ける。あるいは
半透過反射板そのものに散乱構造を与えてもよい。第１
基板105と第２基板107は、透明なガラス基板が適する。
またプラスチック基板を用いて、軽量かつ割れにくい液
晶装置とすることも出来る。但し、本発明の液晶装置は
反射表示ばかりでなく、透過表示も行うため、両基板は
少なくとも可視光の一部の波長領域では透明でなければ
ならない。
液晶層106は210゜〜270゜ねじれたSTN液晶組成物を主
として含むが、表示容量が小さい場合には90゜ねじれた
TN液晶組成物を用いても良い。ねじれ角は上下ガラス基
板における配向処理の方向と、液晶に添加するカイラル
剤の分量で決定する。
照明装置としては、導光板111と光源112の組み合わせ
が最も一般的である。導光板には拡散板や集光プリズム
を積層してもよい。光源には冷陰極管やLED（発光ダイ
オード）が利用できる。このような導光体と光源を組み
合わせた照明装置の代わりに、面光源であるEL（エレク
トロルミネセント）等を利用してもよい。第１実施例で
は、白色冷陰極管を用いた。
カラーフィルタ121は、反射でも明るい表示を得るた
めに、透過型カラー液晶装置で用いられているものより
も透過率が高く、色が淡いものを利用した。必要に応じ
てブラックマスクを設けても良い。またこのカラーフィ
ルタは、第２基板側の半透過反射板上に設けることも出
来る。もちろんモノクロ表示の場合には、カラーフィル
タを必要としない。
走査電極122は、ストライプ状の透明電極、例えばITO
からなる。
半透過反射板123には、一般的にパール顔料を樹脂中
に分散させたフィルムが利用されているが、これを液晶
セル内に作り込むことは難しい。そこで第２図（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示す３つの方法を考案した。
第２図（ａ）において、201は第２基板上に設けられ
た信号電極を兼ねる半透過反射板、202は第１基板上に
設けられたITOからなる走査電極であり、両者が交差す
る領域が画素領域（ドット）である。201のハッチング
領域は厚み200オングストロームのAlスパッタ膜であ
り、約８％の光を透過し、残りの光を反射する半透過反
射板として機能する。
また第２図（ｂ）において、203は第２基板上に設け
られた信号電極を兼ねる半透過反射板、202は第１基板
上に設けられたITOからなる走査電極である。203のハッ
チング領域は厚み2000オングストロームのAlスパッタ膜
であり、光をほとんど透過しないが、２μｍ幅のスリッ
ト204を複数設けているために、そのスリット領域に入
射した光が透過する。スリット領域204の液晶は、対向
する走査電極との間に生じる斜め電界によってAl膜上の
領域とほぼ同じように動作するため、透過表示が可能で
ある。但し、スリット幅１μｍ変動するごとに、透過表
示のしきい値電圧約0.4V変動するため、特に単純マトリ
クス駆動では、スリット幅が少なくとも±10％以内の均
一性を有するよう厳密に制御する必要がある。
第２図（ｃ）は信号電極と半透過反射板を別体にした
例であって、205は第２基板上に設けられた半透過反射
板、207は第２基板205の全面を覆うように設けられたIT
Oからなる信号電極、202は第１基板上に設けられたITO
からなる走査電極である。第２基板205のハッチング領
域はやはり厚み2000オングストロームのAlスパッタ膜で
あり、光をほとんど透過しないが、正方形に近い四角形
の開口部206を設けているために、その領域の光が透過
する。また第２基板205上にSiO2絶縁膜を介してITOから
なる信号電極207を被せているために、開口部206の液晶
も正常に動作し、透過表示が可能である。
次に第３図に基づいて、本実施例の液晶装置のパネル
条件を説明する。第３図第３図において、積層された５
枚の長方形は、上から順に第１偏光板、第１第２位相差
板、液晶セル、第３位相差板、第２偏光板の各層を示
し、各長方形上に描いた矢印によって軸方向を示した。
第１偏光板の吸収軸方向301は、パネル長手方向に対
して左35.5度である。第１位相差板の遅延軸方向302
は、パネル長手方向に対して左102.5度であり、そのリ
ターデーションは455nmである。第２位相差板の遅延軸
方向303は、パネル長手方向に対して左48.5度であり、
そのリターデーションは544nmである。液晶セルの第１
基板のラビング方向304は、パネル長手方向に対して右3
7.5度である。液晶セルの第２基板のラビング方向305
は、パネル長手方向に対して左37.5度である。液晶は、
第１基板から第２基板に向かって左周りに255度ツイス
トしている。また液晶の複屈折Δｎとセルギャップｄの
積は0.90μｍである。第３位相差板の遅延軸方向306
は、パネル長手方向に対して右0.5度であり、そのリタ
ーデーションは140nmである。第２偏光板の吸収軸方向3
07は、パネル長手方向に対して左49.5度である。
このとき、照明装置から発した光は、波長560nmの緑
色光が、楕円率0.85の楕円偏光の状態で、半透過反射板
を通過する。また、その回転方向は右回りであり、第１
偏光板側から入射し暗表示状態にある液晶層を通って半
透過反射板で反射した光とほぼ同一の偏光状態である。
第４図に本実施例の液晶装置の電気光学特性を示す。
横軸は印加電圧、縦軸は反射率あるいは透過率である。
401は反射表示の電圧反射率カーブであり、402は透過表
示の電圧透過率カーブである。反射表示でも透過表示で
も、同じノーマリブラック表示である。また、1/240デ
ューティでマルチプレックス駆動したところ、反射表示
のコントラストが1:8.0、明るさが24％、透過表示のコ
ントラストが1:8.1、明るさが3.9％であった。
第３図におけるパネル長手方向に対して第２偏光板の
吸収軸方向307がなす角度θを様々に変えて、照明装置
から発した光が光透過反射板を通過する際の楕円率、透
過表示のコントラストと明るさを測定したところ、第14
図の結果を得た。
この結果から、楕円率を可能な限り１に近づけるこ
と、すなわち円偏光にすることが、透過表示で高いコン
トラストを得る上で重要であることがわかる。一方、明
るさの面では必ずしも円偏光が最善であるわけではな
い。従って、コントラストと明るさの兼ね合いを見て楕
円率を設定することが必要である。
上述したような本実施例の構成によれば、視差の無い
高画質の反射表示と、高コントラストの透過表示が可能
な半透過反射型液晶装置を提供することができた。
（比較例１） 第１実施例において、照明装置から発して半透過反射
板を通過する光が、右円偏光ではなく、左円偏光であっ
た場合にはどのような表示になるだろうか。
第１図、第２図に示した液晶装置の構造はそのまま
に、パネル条件だけを第５図に示したように変更した。
第５図において、積層された５枚の長方形は、上から順
に第１偏光板、第１第２位相差板、液晶セル、第３位相
差板、第２偏光板の各層を示し、各長方形上に描いた矢
印によって軸方向を示した。
第１偏光板の吸収軸方向501は、パネル長手方向に対
して左35.5度である。第１位相差板の遅延軸方向502
は、パネル長手方向に対して左102.5度であり、そのリ
ターデーションは455nmである。第２位相差板の遅延軸
方向503は、パネル長手方向に対して左48.5度であり、
そのリターデーションは544nmである。液晶セルの第１
基板のラビング方向504は、パネル長手方向に対して右3
7.5度である。液晶セルの第２基板のラビング方向505
は、パネル長手方向に対して左37.5度である。液晶は、
第１基板から第２基板に向かって左周りに255度ツイス
トしている。また液晶の複屈折Δｎ×セルギャップｄの
積は0.90μｍである。第３位相差板の遅延軸方向506
は、パネル長手方向に対して右0.5度であり、そのリタ
ーデーションは140nmである。第２偏光板の吸収軸方向5
07は、パネル長手方向に対して左139.5度である。
このとき、照明装置から発した光は、波長560nmの緑
色光が、楕円率0.85の楕円偏光の状態で、半透過反射板
を通過する。ただし、その回転方向は左回りであり、第
１偏光板側から入射し暗表示状態にある液晶層を通って
半透過反射板で反射した楕円偏光と逆回転である。
第６図に本比較例の液晶装置の電気光学特性を示す。
横軸は印加電圧、縦軸は反射率あるいは透過率である。
601は反射表示の電圧反射率カーブであり、602は透過表
示の電圧透過率カーブである。反射表示は第１実施例の
液晶装置と同様のノーマリブラック表示であるが、透過
表示はノーマリホワイト表示であるため表示が反転し、
しかも黒が浮いているために高いコントラストが得られ
ない。
このように、照明装置を発して半透過反射板を透過す
る円偏光に近い楕円偏光と、第１偏光板側から入射し暗
表示状態にある液晶層を通って半透過反射板で反射した
円偏光に近い楕円偏光が、逆回転である場合には、正常
な透過表示ができない。
（第２実施例） 第７図は実施例２に係わる液晶装置を示す図である。
第２実施例は基本的にアクティブマトリクス型の液晶装
置に関するものであるが、同様の構成により単純マトリ
クス型の装置にも適用することが可能である。
第７図に基づいて構成を説明する。701は第１偏光
板、702は第１位相差板703は第２位相差板、704は第１
基板、705は液晶層、706は第２基板、707は第３位相差
板、708は第４位相差板、709は第２偏光板、711と712は
照明装置であって、711が導光体、712が光源である。ま
た721はカラーフィルタ、722は走査電極、723は画素電
極を兼ねた半透過反射板、724は信号電極、725はTFD
（薄膜ダイオード）素子である。ここで第１基板704と
第２基板706の間を広く離して描いてあるが、これは図
を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μ
ｍの狭いギャップを保って対向している。なお図示した
構成要素以外にも、液晶配向膜や上下ショート防止膜、
オーバーコート層、スペーサーボール、シール剤、ブラ
ックマスク、アンチグレア膜、液晶ドライバーIC、駆動
回路等の要素が、場合によっては必要であるが、本発明
の特徴を説明する上で特に必要が無いため、省略した。
次に各構成要素について説明する。偏光板と位相差
板、第１基板、照明装置、カラーフィルタ、走査電極、
半透過反射板には、実施例１と同様なものを利用した。
信号電極724は金属Taで形成した。TFD素子725は絶縁膜T
a2O5を金属TaとAl−Nd合金で挟んだMIM（金属−絶縁膜
−金属）構造である。第２基板706には、表面に凹凸形
状を形成したガラスを利用した。従って、半透過反射板
723は凹凸構造を有する拡散反射板となるため、実施例
１で用いたような前方散乱板を必要としない。
次に第８図に基づいて、本実施例の液晶装置のパネル
条件を説明する。第８図において、積層された５枚の長
方形は、上から順に第１偏光板、第１第２位相差板、液
晶セル、第３第４位相差板、第２偏光板の各層を示し、
各長方形上に描いた矢印によって軸方向を示した。
第１偏光板の吸収軸方向801は、パネル長手方向に対
して左110度である。第１位相差板の遅延軸方向802は、
パネル長手方向に対して左127.5度であり、そのリター
デーションは270nmである。第２位相差板の遅延軸方向8
03は、パネル長手方向に対して左10度であり、そのリタ
ーデーションは140nmである。液晶セルの第１基板のラ
ビング方向804は、パネル長手方向に対して右51度であ
る。液晶セルの第２基板のラビング方向805は、パネル
長手方向に対して左50度である。液晶は、第１基板から
第２基板に向かって右周りに79度ツイストしている。ま
た液晶の複屈折Δｎとセルギャップｄの積は0.24μｍで
ある。第３位相差板の遅延軸方向806は、パネル長手方
向に対して左100度であり、そのリターデーションは140
nmである。第４位相差板の遅延軸方向807は、パネル長
手方向に対して左37.5度であり、そのリターデーション
は270nmである。第２偏光板の吸収軸方向808は、パネル
長手方向に対して左20度である。
このとき、照明装置から発した光は、波長560nmの緑
色光を中心とする比較的広い波長範囲で、楕円率が最大
0.96という極めて円偏光に近い楕円偏光の状態で、半透
過反射板を通過する。また、その回転方向は左回りであ
り、第１偏光板側から入射し暗表示状態にある液晶層を
通って半透過反射板で反射した光とほぼ同一の偏光状態
である。
第９図に本実施例の液晶装置の電気光学特性を示す。
横軸は印加電圧、縦軸は反射率あるいは透過率である。
901は反射表示の電圧反射率カーブであり、902は透過表
示の電圧透過率カーブである。反射表示でも透過表示で
も、同じノーマリホワイト表示であり、非常に高いコン
トラストが得られている。
上述したような本実施例の構成によれば、実施例１の
液晶装置よりもさらにコントラストが高く、しかも不要
な色づきの少ない反射表示と透過表示とが可能な半透過
反射型液晶装置を提供することができた。
（第３実施例） 第３実施例は、第１実施例および第２実施例の半透過
反射型液晶装置に適用可能な照明装置の他を例を示すも
のである。第３実施例においては、第１図の照明装置11
1、112又は第７図の照明装置711、712の代わりに、波長
480nmに発光ピークを有する青色ELを利用している。従
って、照明装置から発した光が、波長480nmの青色光で
楕円率の高い楕円偏光になるよう、120nmのリターデー
ションを有するフィルムを第２位相差板に利用した。上
述したような本実施例の構成によれば、出射光が着色さ
れている着色照明装置を用いた場合でも、高コントラス
トの透過表示が可能な半透過反射型液晶装置を提供する
ことができた。
（第４実施例） 第４実施例は、第１乃至第３実施例の半透過反射型液
晶装置に適用可能な反射偏光板の例である。第３実施例
においては、第１図の第２偏光板109又は第７図の第２
偏光板709の代わりに、反射偏光板を利用した点が異な
る。
反射偏光板としては、複屈折性の誘電体多層膜を利用
した。この複屈折性の誘電体多層膜は、所定の直線偏光
成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有
する。このような複屈折性の誘電体多層膜の詳細につい
ては、国際公開された国際出願（国際出願の番号:WO97/
01788）や、特表平９−506985号公報に開示されてい
る。またこのような反射偏光板は、米国3M社からDBEF
（商品名）として市販されており、一般に入手可能であ
る。
反射偏光板の軸方向は、第３図において、その反射軸
が307と平行になるよう配置した。
このように第２偏光板として反射偏光板を用いること
によって、本来ならば第２偏光板で吸収されていたはず
の光が反射されるため再利用することが出来るようにな
り、透過表示の明るさが約３割向上するという効果があ
った。
（第５実施例） 第10図は第５実施例に係る液晶装置の構造を示す図で
ある。第10図に基づいて構成を説明する。1001は第１偏
光板、1002は第１位相差板、1003は第２位相差板、1004
は前方散乱板、1005は第１基板、1006は液晶層、1007は
第２基板、1008は円偏光反射板、1011と1012は照明装置
であって、1011が導光体、1012が光源である。また1021
はカラーフィルタ、1022は走査電極、1023は信号電極を
兼ねた半透過反射板である。ここで第１基板1005と第２
基板1007の間を広く離して描いてあるが、これは図を明
解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの
狭いギャップを保って対向している。なお図示した構成
要素以外にも、液晶配向膜や上下ショート防止膜、オー
バーコート層、スペーサーボール、シール剤、ブラック
マスク、アンチグレア膜、液晶ドライバーIC、駆動回路
等の要素が、場合によっては必要になるが本発明の特徴
を説明する上で特に必要が無いため省略した。
次に各構成要素について説明する。偏光板と位相差
板、前方散乱板、基板、照明装置、カラーフィルタ、走
査電極、半透過反射板には、実施例１と同様なものを利
用した。
本実施例の液晶装置の軸方向やリターデーションとい
ったパネル条件も、第１偏光板、第１位相差板、第２位
相差板、液晶セルに関する部分に限っては、第３図に示
した実施例１と同様である。本実施例の特徴は、第３位
相差板と第２偏光板の代わりに、同じ右円偏光を透過す
る円偏光反射板を選択反射層として利用した点にある。
円偏光反射板としては、コレステリック相を呈する液
晶ポリマーを用いることができる。これは所定の円偏光
成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有
する。このような偏光分離手段の詳細については、特開
平８−271892号公報で開示されている。
このとき、照明装置から発した光は、波長560nmを中
心とする比較的広い波長範囲で、楕円率が1.00の楕円偏
光、即ち円偏光の状態で、半透過反射板を通過する。ま
た、その回転方向は右回りであり、第１偏光板側から入
射し暗表示状態にある液晶層を通って半透過反射板で反
射した光とほぼ同一の偏光状態である。
このように第３位相差板と第２偏光板の代わりに反射
偏光板を用いることによって、薄く安価な構成で半透過
反射型表示が実現した。また完全な円偏光が得られるた
め、透過表示で高いコントラストが得られるという効果
があった。また第２偏光板で吸収されたはずの光を再利
用することが出来るため、透過表示の明るさが約３割向
上するという効果もあった。
（第６実施例） 第６実施例は、第１実施例、第２実施例及び第５実施
例の半透過反射型液晶装置に適用可能なTFDアクティブ
マトリクス型液晶素子の実施例である。
先ず、本実施例に用いられる２端子型非線形素子の一
例としてのTFD駆動素子付近における構成について第15
図ａ及び第15図ｂを参照して説明する。ここに、第15図
ａは、TFD駆動素子を画素電極等と共に模式的に示す平
面図であり、第15図ｂは、第15図ａのＢ−Ｂ′断面図で
ある。尚、第15図ｂにおいては、各層や各部材を図面上
で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎
に縮尺を異ならしめてある。
第15図ａ及び第15図ｂにおいて、TFD駆動素子40は、
透明基板２上に形成された絶縁膜41を下地として、その
上に形成されており、絶縁膜41の側から順に第１金属膜
42、絶縁層44及び第２金属膜46から構成され、TFD構造
（Thin Film Diode）或いはMIM構造（Metal Insulator
Metal構造）を持つ。そして、TFD駆動素子40の第１金属
膜42は、透明基板２上に形成された走査線61に接続され
ており、第２金属膜46は、反射電極の他の一例である導
電性の反射膜からなる画素電極62に接続されている。
尚、走査線61に代えてデータ線（後述する）を透明基板
２上に形成し、画素電極62に接続して、走査線61を対向
基板側に設けてもよい。
透明基板２は、例えばガラス、プラスチックなどの絶
縁性及び透明性を有する基板等からなる。下地をなす絶
縁膜41は、例えば酸化タンタルからなる。但し、絶縁膜
41は、第２金属膜46の堆積後等に行われる熱処理により
第１金属膜42が下地から剥離しないこと及び下地から第
１金属膜42に不純物が拡散しないことを主目的として形
成されるものである。従って、透明基板２を、例えば石
英基板等のように耐熱性や純度に優れた基板から構成す
ること等により、これらの剥離や不純物の拡散が問題と
ならない場合には、絶縁膜41は省略することができる。
第１金属膜42は、導電性の金属薄膜からなり、例えば、
タンタル単体又はタンタル合金からなる。絶縁膜44は、
例えば化成液中で第１金属膜42の表面に陽極酸化により
形成された酸化膜からなる。第２金属膜46は、導電性の
金属薄膜からなり、例えば、クロム単体又はクロム合金
からなる。
本実施例では特に、画素電極62は、上述した各実施例
のように長方形や正方形のスリット、微細な開口等の光
が透過する領域が設けられているか或いは、画素毎に対
向基板上の透明電極よりも小さく形成されてその間隙を
介して光が透過可能に構成されている。
更に、画素電極62、TFD駆動素子40、走査線61等の液
晶に面する側（図中上側表面）には、透明絶縁膜29が設
けられており、その上に例えばポリイミド薄膜などの有
機薄膜からなりラビング処理等の所定の配向処理が施さ
れた配向膜19が設けられている。
以上、２端子型非線形素子としてTFD駆動素子の幾つ
かの例について説明したが、ZnO（酸化亜鉛）バリス
タ、MSI（Metal Semi−Insulator）駆動素子、RD（Ring
Diode）などの双方向ダイオード特性を有する２端子型
非線形素子を本実施例の反射型液晶装置に適用可能であ
る。
次に、以上のように構成されたTFD駆動素子を備えて
構成される第６実施例であるTFDアクティブマトリクス
駆動方式の半透過反射型液晶装置の構成及び動作につい
て第16図及び第17図を参照して説明する。ここに、第16
図は、液晶素子を駆動回路と共に示した等価回路図であ
り、第17図は、液晶素子を模式的に示す部分破断斜視図
である。
第16図において、TFDアクティブマトリクス駆動方式
の半透過反射型液晶装置は、透明基板２上に配列された
複数の走査線61が、走査線駆動回路の一例を構成するＹ
ドライバ回路100に接続されており、その対向基板上に
配列された複数のデータ線60が、データ線駆動回路の一
例を構成するＸドライバ回路110に接続されている。
尚、Ｙドライバ回路及びＸドライバ回路110は、透明基
板２又はその対向基板上に形成されていてもよく、この
場合には、駆動回路内蔵型の反透過反射型液晶装置とな
る。或いは、Ｙドライバ回路100及びＸドライバ回路110
は、半透過反射型液晶装置とは独立した外部ICから構成
され、所定の配線を経て走査線61やデータ線60に接続さ
れてもよく、この場合には、駆動回路を含まない半透過
反射型液晶装置となる。
マトリクス状の各画素領域において、走査線60は、TF
D駆動素子40の一方の端子に接続されており（第15図ａ
及び第15図ｂ参照）、データ線60は、液晶層３及び画素
電極62を介してTFD駆動素子40の他方の端子に接続され
ている。従って、各画素領域に対応する走査線61に走査
信号が供給され、データ線60にデータ信号が供給される
と、当該画素領域におけるTFD駆動素子40がオン状態と
なり、TFD駆動素子40を介して、画素電極62及びデータ
線60間にある液晶層３に駆動電圧が印加される。そし
て、明所では外光を画素電極62が反射することにより反
射型表示が行われ、暗所ではバックライトからの光源光
を画素電極62のスリット等が透過することにより透過型
表示が行われる。
第17図において、半透過反射型液晶装置は、透明基板
２と、これに対向配置される透明基板（対向基板）１と
を備えている。透明基板１は、例えばガラス基板からな
る。透明基板２には、マトリクス状に画素電極62が設け
られており、各画素電極62は、走査線61に接続されてい
る。透明基板１には、走査線61と交差する方向に伸びて
おり、短冊状に配列された透明電極としての複数のデー
タ線60が設けられている。データ線60は、例えばITO（I
ndium Tin Oxide）膜などの透明導電性薄膜からなる。
データ線60の下側には、例えばポリイミド薄膜などの有
機薄膜からなりラビング処理等の所定の配向処理が施さ
れた配向膜９が設けられている。更に、透明基板１に
は、その用途に応じて、ストライプ状、モザイク状、ト
ライアングル状等に配列された色材膜からなる不図示の
カラーフィルタが設けられる。
以上説明したように、第６実施例のTFDアクティブマ
トリクス駆動方式の半透過反射型液晶装置によれば、二
重映りや表示のにじみのない反射型表示と透過型表示と
を切り換えて表示することのできるカラー液晶装置が実
現できる。特に駆動手段の一例を構成するＸ及びＹドラ
イバ回路110及び100における電圧制御により半透過反射
型液晶装置をノーマリーブラックモードで駆動できる。
（第７実施例） 第７実施例は、第１実施例、第２実施例及び第５実施
例の半透過反射型液晶装置に適用可能なTFTアクティブ
マトリクス型液晶素子の実施例である。
第18図は、液晶装置の画像表示領域を構成するマトリ
クス状に形成された複数の画素における各種素子、配線
等の等価回路であり、第19図は、データ線、走査線、画
素電極等が形成された透明基板の相隣接する複数の画素
群の平面図であり、第20図は、第19図のＣ−Ｃ′断面図
である。尚、第20図においては、各層や各部材を図面上
で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎
に縮尺を異ならしめてある。
第18図において、第11実施例のTFTアクティブマトリ
クス方式の半透過反射型液晶装置では、マトリクス状に
配置された反射電極の他の一例である画素電極62を制御
するためのTFT130がマトリクス状に複数形成されてお
り、画像信号が供給されるデータ線135がTFT130のソー
スに電気的に接続されている。データ線135に書き込む
画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給して
も構わないし、相隣接する複数のデータ線135同士に対
して、グループ毎に供給するようにしても良い。また、
TFT130のゲートに走査線131が電気的に接続されてお
り、所定のタイミングで、走査線131にパルス的に走査
信号G1、G2、…、Gmを、この順に線順次で印加するよう
に構成されている。画素電極62は、TFT130のドレインに
電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT1
30を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、デ
ータ線135から供給される画像信号S1、S2、…、Snを所
定のタイミングで書き込む。画素電極62を介して液晶に
書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、
対向基板（後述する）に形成された対向電極（後述す
る）との間で一定期間保持される。ここで、保持された
画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極62と対
向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量17
0を付加する。
第19図において、TFTアレイ基板としての透明基板２
上には、マトリクス状に反射膜からなる画素電極62（そ
の輪郭62aが図中点線で示されている）が設けられてお
り、画素電極62の縦横の境界に各々沿ってデータ線13
5、走査線131及び容量線132が設けられている。データ
線135は、コンタクトホール85を介してポリシリコン膜
等からなる半導体層81aのうちソース領域に電気的接続
されている。画素電極62は、コンタクトホール88を介し
て半導体層81aのうちドレイン領域に電気的接続されて
いる。容量線132は、絶縁膜を介して半導体層1aのうち
のドレイン領域から延設された第１蓄積容量電極に対向
配置しており、蓄積容量170を構成する。また、半導体
層81aのうち図中右上がりの斜線領域で示したチャネル
領域81a′に対向するように走査線131が配置されてお
り、走査線131はゲート電極として機能する。このよう
に、走査線131とデータ線135との交差する個所には夫
々、チャネル領域81a′に走査線131がゲート電極として
対向配置されたTFT130が設けられている。
第20図に示すように、液晶装置は、透明基板２と、こ
れに対向配置される透明基板（対向基板）１とを備えて
いる。これらの透明基板１及び２は夫々、例えば石英、
ガラス、プラスチックなどの絶縁性及び透明性を有する
基板等からなる。
本実施例では特に、画素電極62は、上述した各実施例
のように長方形や正方形のスリット、微細な開口等の光
が透過する領域が設けられているか或いは、画素毎に対
向基板上の透明電極よりも小さく形成されてその間隙を
介して光が透過可能に構成されている。
更に、画素電極62、TFT130等の液晶に面する側（図中
上側表面）には、透明絶縁膜29が設けられており、その
上に例えばポリイミド薄膜などの有機薄膜からなりラビ
ング処理等の所定の配向処理が施された配向膜19が設け
られている。
他方、透明基板１には、そのほぼ全面に透明電極の他
の一例としての対向電極121が設けられており、各画素
の非開口領域に、ブラックマスク或いはブラックマトリ
クスと称される第２遮光膜122が設けられている。対向
電極121の下側には、例えばポリイミド薄膜などの有機
薄膜からなりラビング処理等の所定の配向処理が施され
た配向膜９が設けられている。更に、透明基板１には、
その用途に応じて、ストライプ状、モザイク状、トライ
アングル状等に配列された色材膜からなる不図示のカラ
ーフィルタが設けられる。
透明基板２には、各画素電極62に隣接する位置に、各
画素電極62をスイッチング制御する画素スイッチング用
TFT130が設けられている。
このように構成され、画素電極62と対向電極121とが
対面するように配置された一対の透明基板１及び２との
間には、第１実施例の場合と同様にシール材により囲ま
れた空間に液晶が封入され、液晶層３が形成される。
更に、複数の画素スイッチング用TFT30の下には、第
１層間絶縁膜112が設けられている。第１層間絶縁膜112
は、透明基板２の全面に形成されることにより、画素ス
イッチング用TFT30のための下地膜として機能する。第
１層間絶縁膜112は、例えば、NSG（ノンドープトシリケ
ートガラス）、PSG（リンシリケートガラス）、BSG（ボ
ロンシリケートガラス）、BPSG（ボロンリンシリケート
ガラス）などの高絶縁性ガラス又は、酸化シリコン膜、
窒化シリコン膜等からなる。
第20図において、画素スイッチング用TFT130は、コン
タクトホール85を介してデータ線135に接続されたソー
ス領域、走査線131にゲート絶縁膜を介して対向配置さ
れたチャネル領域81a′及びコンタクトホール88を介し
て画素電極62に接続されたドレイン領域を含んで構成さ
れている。データ線131は、Al等の低抵抗な金属膜や金
属シリサイド等の合金膜などの遮光性且つ導電性の薄膜
から構成されている。また、その上には、コンタクトホ
ール85及び88が開孔された第２層間絶縁膜114が形成さ
れており、更に、その上には、コンタクトホール88が開
孔された第３層間絶縁膜117が形成されている。これら
第２及び第３層間絶縁膜114及び117についても、第１層
間絶縁膜112と同様に、NSG、PSG、BSG、BPSGなどの高絶
縁性ガラス又は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等か
らなる。
画素スイッチング用TFT130は、LDD構造、オフセット
構造、セルファライン構造等いずれの構造のTFTであっ
てもよい。更に、シングルゲート構造の他、デュアルゲ
ート或いはトリプルゲート以上でTFT130を構成してもよ
い。
（第８実施例） 本発明に係わる電子機器の例を３つ示す。本発明の液
晶装置は、様々な環境下で用いられ、かつ低消費電力が
必要とされる携帯機器に適している。
第11図（ａ）は携帯電話であり、本体1101の前面上方
部に表示部1102が設けられる。携帯電話は、屋内屋外を
問わずあらゆる環境で利用される。特に自動車内で利用
されることが多いが、夜間の車内は大変暗い。従って携
帯電話に利用される表示装置は、消費電力が小さい反射
型表示をメインに、必要に応じて補助光を利用した透過
型表示ができる半透過反射型液晶装置が望ましい。本発
明の液晶装置は、反射型表示でも透過型表示でも従来の
液晶装置より明るくコントラスト比が高い。
第11図（ｂ）はウォッチであり、本体1103の中央に表
示部1104が設けられる。ウォッチ用途における重要な観
点は、高級感である。本発明の液晶装置は、コントラス
トが高いことはもちろん、視差によるダブルイメージが
ないため、従来の液晶装置と比較して大変に高級感ある
表示が得られる。また暗やみでも表示を確認することが
できる。
第11図（ｃ）は携帯情報機器であり、本体1105の上側
に表示部1106、下側に入力部1107が設けられる。従来こ
のような携帯情報機器には、反射型モノクロ液晶装置を
利用することが多かった。透過型カラー液晶装置は、常
時バックライトを利用するため消費電力が大きく、連続
使用時間が短いからである。このような場合にも本発明
のような半透過反射型カラー液晶装置を利用すれば、小
さな消費電力でカラーの表示が可能であり、暗い環境下
ではバックライトを点灯して明るい表示が得られるた
め、大変利用しやすい携帯情報機器が得られる。
産業上の利用可能性 本発明に係わる液晶装置は、暗所及び明所のいずれで
も高コントラストの画像表示が可能な各種の表示装置と
して利用可能であり、更に、各種の電子機器の表示部を
構成する液晶装置として利用可能である。また、本発明
に係わる電子機器はこのような液晶装置を用いて構成さ
れた液晶テレビ、ビューファインダー型又はモニタ直視
型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、
電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーショ
ン、携帯電話、テレビ電話、POS端末、タッチパネル等
として利用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 琢巳 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−325953（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−292413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−24122（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−318929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02F 1/13363

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一方の側から液晶層に入射する光を半透過
    反射層で反射させて表示する反射型表示機能と、前記一
    方の側と対向する他方の側から入射する光を前記半透過
    反射層を透過させて表示する透過型表示機能と、を有
    し、 前記液晶層に印加する電圧を変化させることによって、
    明表示状態である第１の表示状態と、暗表示状態である
    第２の表示状態とを選択可能であり、 前記第２の表示状態の際に、前記一方の側から前記液晶
    層に入射した光は前記液晶層を通過し半透過反射膜で反
    射されることによって所定の回転方向の偏光となる液晶
    装置であって、 前記他方の側に設けられており、前記他方の側から前記
    半透過反射層に入射する光を前記所定の回転方向の偏光
    にする光学手段を具備することを特徴とする液晶装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の液晶装置であって、 前記第２の表示状態の際に、前記一方の側から前記液晶
    層に入射した光が前記半透過反射層で反射されたときの
    楕円率と、前記他方の側から前記液晶層に入射する光が
    前記半透過反射層を透過したときの楕円率と、が一致す
    ることを特徴とする液晶装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の液晶装置であって、 前記液晶層に印加する電圧を変化させることによって、
    明表示状態である第１の表示状態、暗表示状態である第
    ２の表示状態及びそれらの中間の明るさである第３の表
    示状態を選択可能であるをことを特徴とする液晶装置。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の液晶装置であって、 前記第２の表示状態の際に、前記一方の側から前記液晶
    層に入射した光は前記半透過反射膜で反射されることに
    よって所定の回転方向の円偏光となり、 前記第１の表示状態の際に、前記一方の側から前記液晶
    層に入射する光は前記半透過反射膜で反射されるときに
    は直線偏光となることを特徴とする液晶装置。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の液晶装置であって、 前記光学手段は、 前記他方の側に設けた偏光板と、 前記偏光板と前記半透過反射層との間に設けた位相差板
    と、を具備することを特徴とする液晶装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の液晶装置であって、 前記他方の側から前記液晶層に入射する光が前記半透過
    反射層を透過した際に楕円率が0.85以上となるように、
    前記偏光板の透過軸と、前記位相差板の軸及びリタデー
    ション値を設定したことをことを特徴とする液晶装置。
  7. 【請求項７】請求項５に記載の液晶装置であって、 前記位相差板は、４分の１波長板を含むことを特徴とす
    る液晶装置。
  8. 【請求項８】請求項１に記載の液晶装置であって、 前記光学手段は、 前記他方の側に設けた反射偏光板と、 前記反射偏光板と前記半透過反射層との間に設けた位相
    差板と、を具備することを特徴とする液晶装置。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の液晶装置であって、 前記他方の側から前記液晶層に入射する光が前記半透過
    反射層を透過した際に楕円率が0.85以上となるように、
    前記反射偏光板の透過軸と、前記位相差板の軸及びリタ
    デーション値を設定したことをことを特徴とする液晶装
    置。
  10. 【請求項１０】請求項８に記載の液晶装置であって、 前記位相差板は、４分の１波長板を含むことを特徴とす
    る液晶装置。
  11. 【請求項１１】請求項１に記載の液晶装置であって、 前記光学手段は、コレステリック相を呈する液晶ポリマ
    ーを具備することを特徴とする液晶装置。
  12. 【請求項１２】請求項１に記載の液晶装置であって、 前記光学手段の前記液晶層とは異なる側に配置された照
    明装置を更に備えることを特徴とする液晶装置。
  13. 【請求項１３】第１基板と前記第１基板に対向配置した
    第２基板との間に液晶層を有する液晶セルと、 前記第２基板の前記液晶層側の面に配置されており、入
    射光を所定の反射率と透過率で反射および透過させる半
    透過反射層と、前記第２基板の前記液晶層とは異なる側
    に配置した照明装置と、 前記液晶セルと前記照明装置との間に配置した偏光板又
    は反射偏光板と、 前記偏光板又は前記反射偏光板と前記液晶セルとの間に
    配置されており、前記照明装置から出射し前記偏光板又
    は反射偏光板を通過した光を円偏光又は楕円偏光にする
    位相差板と、を備え、 前記照明装置から出射し前記位相差板を通過した偏光の
    回転方向と、暗表示状態の際に前記第１基板側から入射
    し前記半透過反射板で反射された偏光の回転方向と、が
    一致することを特徴とする液晶装置。
  14. 【請求項１４】請求項13の液晶装置であって、 前記照明装置から出射し、前記位相差板を通過した光の
    楕円率が0.85以上となるように、前記偏光板又は反射偏
    光板の透過軸と、前記位相差板の軸及びリタデーション
    値を設定したことを特徴とする液晶装置。
  15. 【請求項１５】請求項14に記載の液晶装置であって、 前記位相差板が、少なくとも１枚の４分の１波長板を含
    むことを特徴とする液晶装置。
  16. 【請求項１６】第１基板と前記第１基板に対向配置した
    第２基板との間に液晶層を有する液晶セルと、 前記第２基板の前記液晶層側の面に配置されており、入
    射光を所定の反射率と透過率とで反射および透過させる
    半透過反射層と、 前記第２基板の前記液晶層とは異なる側に配置した照明
    装置と、 前記液晶セルと前記照明装置との間に配置されており、
    円偏光又は楕円偏光をその回転方向によって選択的に反
    射及び透過させる選択反射層と、を備え、 前記照明装置から出射し前記選択反射層を透過した円偏
    光又は楕円偏光の回転方向と、暗表示状態の際に前記第
    １基板から入射し前記半透過反射板で反射された円偏光
    又は楕円偏光の回転方向と、が一致することを特徴とす
    る液晶装置。
  17. 【請求項１７】請求項11に記載の液晶装置であって、 前記選択反射層は、コレステリック液晶の選択反射を利
    用した選択反射層であることを特徴とする液晶装置。
  18. 【請求項１８】液晶装置をその表示部として備える電子
    機器であって、 請求項１から請求項17のいずれかに記載の液晶装置を搭
    載した電子機器。
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