JP4110891B2 - Liquid crystal display device and electronic device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特に反射モードのみならず、透過モード時にも十分に明るい表示が可能な優れた視認性を有する半透過反射型の液晶表示装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
明るい場所では外光を利用し、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置は、反射型と透過型を兼ね備えた表示方式を採用しており、周囲の明るさに応じて反射モードまたは透過モードのいずれかの表示方式に切り替えることにより、消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも明瞭な表示を行うことができる。以下、本明細書では、この種の液晶表示装置のことを「半透過反射型液晶表示装置」という。半透過反射型液晶表示装置の形態として、アルミニウム等の金属膜に光透過用のスリット（開口部）を形成した反射膜を下基板の内面（以下、本明細書では基板の液晶側の面を内面、それと反対側の面を外面という）に備え、この反射膜を半透過反射膜として機能させる液晶表示装置が提案されている。
【０００３】
図８は、この種の半透過反射膜を用いた半透過反射型液晶表示装置の一例を示している。
この液晶表示装置１００では、一対の透明基板１０１，１０２間に液晶１０３が挟持されており、下基板１０１上に反射膜１０４、絶縁膜１０６が積層され、その上に下側電極１０８が形成され、下側電極１０８を覆うように配向膜１０７が形成されている。一方、上基板１０２上には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色素層を有するカラーフィルタ１０９が形成され、その上に平坦化膜１１１が積層され、この平坦化膜１１１上に上側電極１１２が形成されており、この上側電極１１２を覆うように配向膜１１３が形成されている。
【０００４】
反射膜１０４は、アルミニウムなどの光反射率の高い金属膜で形成されており、この反射膜１０４には、各画素毎に光透過用のスリット１１０が形成されている。このスリット１１０により、反射膜１０４は半透過反射膜として機能する（よって、以下、この膜のことを半透過反射膜と呼ぶ）。また、上基板１０２の外面側には、上基板１０２側から順に前方散乱板１１８、位相差板１１９、上偏光板１１４が配置され、下基板１０１の外面側には、１／４波長板１１５、下偏光板１１６がこの順に設けられている。また、バックライト１１７（照明装置）が下基板１０１の下面側、下偏光板１１６のさらに下方に配置されている。
【０００５】
図８に示す液晶表示装置１００を明るい場所で反射モードで使用する際には、上基板１０２の上方から入射する外光が、液晶１０３を透過して下基板１０１上の半透過反射膜１０４の表面で反射した後、再度液晶１０３を透過し、上基板１０２側に出射される。また、暗い場所で透過モードで使用する際には、下基板１０１の下方に設置したバックライト１１７から出射される光が、スリット１１０の部分で反射膜１０４を透過し、その後、液晶１０３を透過して上基板１０２側に出射される。これらの光が各モードでの表示に寄与する。
【０００６】
ところで、このような反射型液晶表示装置の反射層としては、例えばアルミニウムや銀等の光反射率の高い金属膜が従来から用いられていた。これに対して、近年、異なる屈折率を有する誘電体薄膜を交互に積層した誘電体ミラーや、コレステリック液晶を用いたコレステリック反射板、あるいはホログラム素子を用いたホログラム反射板などが提案されている。これら新型の反射板は、構成材料の特徴を生かしてただ単に光を反射する反射板としてだけではなく、特有の機能を有している。
【０００７】
中でもコレステリック液晶はある温度（液晶転移温度）以上で液晶相を呈し、液晶相においては液晶分子が一定のピッチで周期的ならせん構造を採るものである。この構造により、らせんのピッチに一致した波長の光を選択的に反射させ、それ以外の光を透過するという性質を有している。したがって、例えば液晶を硬化させる際の紫外線強度や温度によりらせんのピッチを制御できることから、局所的に反射光の色を変えることができ、反射型カラーフィルターとしても用いられる。また、異なる色の色光を選択反射させるコレステリック液晶層を複数積層すれば、積層構造全体を白色光を反射させる反射板として機能させることもできる。コレステリック反射板を用いた液晶装置は既にいくつか提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１９３９６２号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３７３２０号公報
【非特許文献１】
Yuzo Hisatake, et al., Asia Display/IDW'01, P.129(2001)
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すような従来の半透過反射型液晶表示装置において、外光の有無に関わらず表示の視認が可能であるものの、反射モード時に比べて透過モード時の表示の明るさがはるかに低下するという問題があった。これは、透過モード時の表示が、バックライトから出射した光のうちの略半分のみしか表示に利用できない点、半透過反射膜のスリットを通過した光のみを表示に利用している点、下基板の外面側に１／４波長板および下偏光板が設けられている点、等に起因する問題である。
【００１０】
従来の半透過反射型液晶表示装置では、反射時と透過時とで表示モードが異なっており、特に透過時はバックライトから出射した光のうちの略半分が上偏光板で吸収され、残りの略半分のみしか表示に利用していない。すなわち、反射モードでは、上基板側から入射させた直線偏光の大部分を明表示に利用しているのに対して、透過モードでは、反射モード時と同様に表示を行うために液晶層の下面から上基板側へ向かう光がほぼ円偏光でなければならない。ところが、この円偏光のうちの半分は上基板から外部に出射する際に上偏光板で吸収されてしまうので、結果的には液晶層に入射した光のうちの略半分しか表示に寄与していないことになる。このように、表示原理からして透過モードでの表示が暗くなる要因を持っていた。
【００１１】
また、透過モード時にはスリットを透過した光を利用して表示を行うので、半透過反射膜全体の面積に対するスリットの面積の割合（すなわち開口率）が、表示の明るさを左右する。この開口率を大きくすれば、透過モード時の表示を明るくすることができるが、開口率を大きくすると半透過反射膜の非開口部の面積が減少するので反射モードの表示が暗くなってしまう。したがって、反射モードの明るさを確保するためにはスリットの開口率はある程度以上に大きくすることはできず、透過モードの明るさを向上させるには限界がある。
【００１２】
次に、半透過反射型液晶表示装置では、その表示原理から下基板の外面側に１／４波長板が必要であるが、そのために透過モード時の明るさが不足する理由を以下に説明する。ただし、以下の説明では非選択電圧印加状態で暗表示、選択電圧印加状態で明表示を行う構成について説明する。
【００１３】
図８に示す液晶表示装置１００において、反射モードの暗表示を行う場合、上基板１０２の外側から入射した光は、上偏光板１１４の透過軸を紙面に平行とすると、上基板１０２上の上偏光板１１４を透過して紙面に平行な偏光軸を有する直線偏光となり、位相差板１１９と液晶１０３を透過する間に液晶１０３の複屈折効果によりほぼ円偏光となる。そして、下基板１０１上の半透過反射膜１０４の表面で反射すると逆回りの円偏光となり、再び液晶１０３と位相差板１１９を透過すると紙面に垂直な偏光軸を有する直線偏光となって上偏光板１１４へ到達する。上偏光板１１４は、紙面に平行な透過軸を有する偏光板であるから、半透過反射膜１０４で反射した光は、上偏光板１１４に吸収されて外部（観察者側）へは戻らず、暗表示となる。
【００１４】
逆に、反射モードの明表示を行う場合、液晶１０３に電圧が印加されると液晶１０３の配向方向が変わるため、上基板１０２の外側から入射した外光は、液晶１０３を透過すると直線偏光となり、半透過反射膜１０４でそのまま反射され、紙面に平行な偏光軸を有する直線偏光のまま上偏光板１１４を透過して外部（観察者側）へ戻り、明表示となる。
【００１５】
一方、透過モードでの表示を行う場合には、バックライト１１７から出射された光が、下基板１０１の外側から液晶セルに入射し、この光のうちスリット１１０を通過した光が表示に寄与する光となる。ここで、暗表示を行うためには、上述したように、反射モード時と同様にスリット１１０から上基板１０２へ向かう光がほぼ円偏光でなければならない。したがって、バックライト１１７から出射されてスリット１１０を通過する光がほぼ円偏光となっている必要があるので、下偏光板１１６を透過した後の直線偏光をほぼ円偏光に変換するための１／４波長板１１５が必要となる。
【００１６】
ここで、バックライト１１７から出射された光のうち、スリット１１０を通過しない光に着目すると、下偏光板１１６の透過軸を紙面に垂直とした場合、下偏光板１１６を透過した時点で紙面に垂直な直線偏光となった後、１／４波長板１１５を透過することで略円偏光となって半透過反射膜１０４に到達する。さらに半透過反射膜１０４の下面で反射されると、逆回りの円偏光となり、再び１／４波長板１１５を透過すると紙面に平行な偏光軸を有する直線偏光になる。そして、この直線偏光が紙面に垂直な透過軸を有する下偏光板１１６によって吸収される。つまり、バックライト１１７から出射された光のうち、スリット１１０を通過しなかった光は半透過反射膜１０４の下面で反射した後、下基板１０１の下偏光板１１６によってほぼ全てが吸収されてしまう。
【００１７】
このように、半透過反射型の液晶表示装置１００においては、透過モード時にスリット１１０を通過せずに半透過反射膜１０４で反射された光はほぼ全て下基板１０１の下偏光板１１６に吸収されるため、バックライト１１７から出射される光の一部のみしか表示に利用することができなかった。つまり、仮に下偏光板１１６に吸収されることなく下偏光板１１６を透過し、バックライト１１７まで戻ってくれば、もともとバックライト１１７から出射される光とこの戻り光とでバックライト１１７の輝度が実効的に向上することになり、透過モードの明るさを向上させることができる。言い換えると、スリット１１０を通過せずに半透過反射膜１０４で反射した光を表示に再利用することができれば、透過モードの明るさを向上させることができる。しかしながら、従来の構成ではそれを実現することができなかった。
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、半透過反射型液晶表示装置において、特に透過モード時の表示の明るさを向上させた視認性に優れる液晶表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた視認性を有する上記液晶表示装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、互いに対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持された液晶セルを有する液晶表示装置であって、前記第２基板の内面側に、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光のうちの一部を反射させ、一部を透過させるコレステリック液晶層を有する半透過反射層が設けられ、前記液晶セルに対して前記第２基板側から光を入射させる照明装置が備えられ、前記液晶層に対して前記第１基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第１楕円偏光入射手段と前記第２基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第２楕円偏光入射手段とが設けられるとともに、前記液晶層は、入射した楕円偏光の回転方向を反転させることが可能とされ、前記半透過反射層が、互いに補色の関係にある波長領域にそれぞれ選択反射ピーク波長を持つ２層のコレステリック液晶層からなることを特徴とする。なお、本発明における「補色」とは、加法混色によって無彩色を作ることができる２つの色のことを言う。
【００２０】
コレステリック液晶は、波長が液晶分子のらせんピッチと等しく、かつ、らせんの巻き方向と同じ回転方向の円偏光を選択的に反射する、いわゆる選択反射性を有している。逆に言えば、液晶分子のらせんピッチと等しくない波長の光、および波長が液晶分子のらせんピッチと等しくても、らせんの巻き方向と逆の回転方向を持つ円偏光はコレステリック液晶を透過する。また、らせんの巻き数を減らすことによって選択反射光強度を弱めることが可能で、その場合、液晶分子のらせんピッチと等しく、かつ、らせんの巻き方向と同じ回転方向の円偏光の一部を反射し、一部を透過する。以上の作用によって、このコレステリック液晶層は半透過反射層として機能する。
【００２１】
本発明者は、反射型液晶表示装置において近年提案されているコレステリック液晶からなる反射層を用いた場合、液晶セルに入射させる光の偏光状態を楕円偏光とし、液晶層への選択電界印加時、非選択電界印加時のいずれかの時に楕円偏光状態の極性（回転方向）を反転させるように液晶モードを設定すれば、反射時と透過時で表示モードを同じにすることができ、表示原理的に透過モードが暗くならないようにできることを見い出した。また、透過表示時にコレステリック液晶の選択反射により下基板側に反射した光は、下基板の外面側の構成を従来と同じにしたままでも再利用できることを見い出した。これらの点に着目し、本発明の基本構成を提案するに到った。以下、本発明の液晶表示装置の表示原理と半透過反射層で反射した光を再利用できる理由を図４を用いて説明する。
【００２２】
図４は本発明の液晶表示装置の表示原理を説明するための図である。
一対の透光性基板からなる上基板１（第１基板）と下基板２（第２基板）との間に液晶層３が挟持されて液晶セル４が構成されている。下基板２の内面側には、コレステリック液晶層８からなる半透過反射層７が設けられている。コレステリック液晶層８は、所定の波長帯域（色）、所定の回転方向を持つ円偏光を反射させ、残りの光を透過させるものであり、本説明では例えば任意の色の右回りの円偏光（以下、右円偏光という）を透過させるものとする。
【００２３】
また、本発明の液晶表示装置は、液晶層３に対して上基板１側から楕円偏光を入射させる上基板側楕円偏光入射手段（第１楕円偏光手段）が設けられており、図４では一方向の直線偏光を透過する上偏光板９とこの上偏光板９を透過した直線偏光を円偏光に変換する上１／４波長板１０とが上基板側楕円偏光入射手段を構成している。さらに、図４では液晶層３に対して下基板２側から楕円偏光を入射させる下基板側楕円偏光入射手段（第２楕円偏光手段）も設けられており、上基板１側と同様、下偏光板１１と下１／４波長板１２とが下基板側楕円偏光入射手段を構成している。ここでは、上基板側、下基板側ともに、偏光板９，１１の透過軸を図４の紙面に平行な方向とし、この方向の直線偏光が１／４波長板１０，１２に入射された場合に右円偏光が出射されるものとする。
【００２４】
液晶層３は、選択電界印加の有無により入射した円偏光の極性（回転方向）を反転させるものであり、例えば非選択電圧印加時（液晶ＯＦＦ時）に液晶分子１３が寝た状態でλ／２（λ：入射光の波長）の位相差を有するものとなり、したがって、入射した右円偏光は液晶層３透過後、左円偏光に変化し、左円偏光は右円偏光に変化する。一方、選択電圧印加時（液晶ＯＮ時）に液晶分子１３が立った状態では位相差がなくなり、円偏光の極性（回転方向）は変化しない。
【００２５】
図４に示す液晶表示装置において、反射モードの明表示を行う場合（図４の左端）には、上基板１の外側から入射した光は、上基板１上の上偏光板９を透過すると紙面に平行な偏光軸を有する直線偏光となり、次いで、上１／４波長板１０を透過すると右円偏光となる。この時、液晶をＯＮ状態としておくと、上述のように円偏光の回転方向は変化しないので、液晶層３に右円偏光が入射された場合、この光が液晶層３を透過して半透過反射層７に到達しても右円偏光のままである。
【００２６】
ここで、金属膜等を用いた従来の半透過反射層とコレステリック液晶を用いた本発明の半透過反射層との大きな違いは、金属膜からなる半透過反射層の場合は反射時に円偏光の回転方向が逆になるのに対して、コレステリック液晶を用いた半透過反射層の場合は反射時に円偏光の回転方向が変わらないという点である。したがって、右円偏光が下基板２上の半透過反射層７で反射した後、再び上基板１に向けて液晶層３を透過することになる。この時も液晶がＯＮ状態であるため、偏光状態は右円偏光のままで変わらない。その後、上１／４波長板１０を透過することにより紙面に平行な偏光軸を有する直線偏光に変化し、この直線偏光は上偏光板９を透過できるので、外部（観察者側）へ戻り、明表示となる。
【００２７】
逆に、反射モードの暗表示を行う場合（図４の右から２番目）には、液晶をＯＦＦ状態とすると、液晶層３がλ／２の位相差を持つため、上基板１側から入射した右円偏光は液晶層３を透過すると左円偏光となる。図４においては、半透過反射層７を構成するコレステリック液晶層８はあくまでも右円偏光を反射するため、左円偏光は半透過反射層７を透過する。その後、下１／４波長板１２を透過すると紙面に垂直な偏光軸を有する直線偏光に変化し、この直線偏光は下偏光板１１で吸収されるので、外部（観察者側）へは戻らず、暗表示となる。
【００２８】
一方、透過モードでの表示を行う場合、バックライト等の照明装置１４から出射された光が下基板２の外側から液晶セル４に入射し、この光が表示に寄与する光となる。透過モードの暗表示を行う場合（図４の右端）には、反射モード時とほぼ同様の作用が下基板２側から上基板１側に向けて生じることになる。すなわち、図４においては、下基板２側にも下偏光板１１と下１／４波長板１２が備えられているので、液晶層３に下基板２側から右円偏光が入射され、選択反射色以外の光と、選択反射色であってもらせんの巻き数が少ないために反射されなかった一部の光が半透過反射層７を透過する。ここで、液晶がＯＦＦ状態であれば、上基板１側に到達した時点で左円偏光となり、上１／４波長板１０を透過すると紙面に垂直な偏光軸を有する直線偏光に変化し、この直線偏光は上偏光板９で吸収されるので、外部（観察者側）へは出射せず、暗表示となる。
【００２９】
透過モードの明表示を行う場合（図４の左から２番目）には、下基板２側から入射する光は、下偏光板１１を透過すると紙面に平行な偏光軸を有する直線偏光となり、次いで、下１／４波長板１２を透過すると右円偏光となって出射される。この出射光のうちの選択反射色以外の光と、選択反射色であってもらせんの巻き数が少ないために反射されなかった一部の光がコレステリック液晶からなる半透過反射層７を透過することができ、液晶がＯＮ状態であれば、右円偏光がその偏光状態を維持したまま上基板１側に到達する。その後、右円偏光が上１／４波長板１０を透過すると紙面に平行な偏光軸を有する直線偏光に変化し、この直線偏光は上偏光板９を透過できるので、外部（観察者側）へ戻り、明表示となる。
【００３０】
一方、透過モードの明表示では、右円偏光のうち、選択反射色の光がコレステリック液晶からなる半透過反射層７で下側に向けて反射することになる。この際、上述したように、コレステリック液晶は反射円偏光の回転方向を変えないという性質を持っているので、反射光は右円偏光である。このため、その後、右円偏光が下１／４波長板１２を透過すると紙面に平行な偏光軸を有する直線偏光になり、この直線偏光が紙面に平行な透過軸を有する下偏光板１１を透過する。このようにして、下偏光板１１の透過軸と同じ偏光軸を有する直線偏光が下基板２側から出射されると、この光が例えばバックライト等の照明装置１４で反射し、液晶セル４側に再度導入されるので、表示に再利用することができる。
【００３１】
なお、上では説明を省略したが、透過モードの暗表示の際にも選択反射色の右円偏光がコレステリック液晶からなる半透過反射層７で反射し、下基板２側から一旦液晶セル４の外部に出射された後、再度液晶セル４に導入されるが、この光はいずれにしろ上偏光板９で吸収されてしまうので、暗表示にとって特に支障はない。また、反射モードの明表示の際には上から入射した右円偏光の選択反射色以外の光が半透過反射層７を透過し、下基板２側から一旦液晶セル４の外部に出射された後、再度液晶セル４に導入される。この光は表示に寄与するので、反射モードの表示も明るく維持することができる。
【００３２】
このように、本発明の液晶表示装置においては、反射時と透過時で同じ表示モードを用いることができ、特に透過モードの明表示に着目した場合、従来の半透過反射型液晶表示装置のように下基板側から入射した光の一部が上偏光板で吸収されることがなく、コレステリック液晶からなる半透過反射層を透過した光の多くが表示に寄与する。一方、コレステリック液晶からなる半透過反射層で反射した光は、表示に再利用することができる。すなわち、コレステリック液晶からなる半透過反射層を透過した円偏光を最大限に利用できることと、半透過反射層で反射した円偏光を表示に再利用できることの効果が相俟って、反射表示の明るさを維持しながら透過表示の明るさを従来より向上でき、視認性に優れた半透過反射型の液晶表示装置を実現することができる。
【００３３】
なお、上の説明では、理想的な形態として上基板側、下基板側から導入する光をともに「（右）円偏光」としたが、上述した本発明の液晶表示装置の動作を実現するためには必ずしも完全な円偏光である必要はなく、広い意味で「楕円偏光」であればよい。
【００３４】
以上、コレステリック液晶からなる半透過反射層が任意の色光を選択反射するものとして説明したが、実際の装置としては、金属膜を用いた従来の半透過反射層と同様、白色光を反射させる反射層とする場合には、例えば図９にそのスペクトルを示すように、選択反射波長（Ｗ１〜Ｗ６）を少しずつずらしたコレステリック液晶層を６〜７層程度積層し、可視光のほぼ全域にわたって右円偏光（または左円偏光）の一部を選択反射させる性質を持たせている。
【００３５】
しかしながら、半透過反射層をこのように構成すると、コレステリック液晶層の層数が多いために、全体では１０〜１５μｍもの膜厚が必要となる。コレステリック液晶層は比較的軟らかく、さほど強固な層でないため、部分的に強い圧力が加わるシール部分や実装部分ではこれをパターニングして取り除かなければならない。ところがその際、膜厚が厚いためにパターニング境界の段差が大きくなり、この段差部に跨って形成される配線が断線しやすくなったり、均一なセル厚が得られないことでコントラスト等の表示特性が低下するなどの不具合が生じていた。
【００３６】
その点、本発明の液晶表示装置によれば、半透過反射層が、互いに補色の関係にある２色の光をそれぞれ選択反射させる２層のコレステリック液晶層から構成されているので、各コレステリック液晶層から反射する光が重畳されたときに無彩色（白色）となり、色付きのない反射光が得られる。そして、白色の反射光を得るために、従来のように６〜７層もの多くのコレステリック液晶層を積層する必要はなく、２層のコレステリック液晶層を積層すれば済むので、半透過反射層全体の膜厚を従来よりも薄くすることができる。その結果、段差部にかかる配線が切れやすくなる、均一なセル厚が得られず、コントラスト等の表示品位が低下する等の諸問題を解決することができる。
【００３７】
前記上基板側楕円偏光入射手段および前記下基板側楕円偏光入射手段の具体的な形態として、一方向の直線偏光を透過する偏光板と、この偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する位相差板とを有する構成とすることができる。
これら２つの光学部材を上基板側、下基板側のそれぞれに設置することによって、太陽光、照明光などの外光と照明装置（バックライト）からの照明光を容易に楕円偏光に変えることができ、本発明の液晶表示装置に好適なものとすることができる。
【００３８】
前記位相差板としては、任意の位相差を持つものを適宜選択すればよいが、１／４波長板を用いることが望ましい。
１／４波長板を用いた場合、偏光板を出射した直線偏光を、広い意味での楕円偏光の中でも特に円偏光に変えることができるので、光の利用効率を最も高めることができ、より明るい表示の液晶表示装置を実現することができる。ただし、上基板側に設ける位相差板に色補償の機能も持たせたい場合には１／４波長板に限ることはなく、任意の位相差を持つ位相差板を選択すればよい。
【００３９】
さらに、前記半透過反射層の上層側（液晶層側）、下層側（第２基板側）の少なくともいずれか一方に、異なる色の顔料を含む複数の色素層を有するカラーフィルターを設ける構成としてもよい。
上記のようなカラーフィルターを設けることによって、カラー表示が可能な液晶表示装置を実現することができる。特に半透過反射層の上層側に設けた場合、反射モード、透過モードともにカラー表示を実現することができる。半透過反射層の下層側にのみ設けた場合、透過モードをカラー表示とすることができる。半透過反射層の上層側、下層側の双方に設けてもよい。
【００４０】
また、前記照明装置の発光スペクトルが複数のピーク波長を有し、いずれかのピーク波長間の谷間に位置する発光輝度が低い波長に、半透過反射層を構成する２層のコレステリック液晶層のいずれか一方の選択反射波長が重なっていることが望ましい。
上記の構成は、逆に言えば、２層のコレステリック液晶層の少なくともいずれか一方の選択反射波長が、発光スペクトルのピーク波長の部分に重ならないようにしたということである。この構成によれば、半透過反射層が発光スペクトルのピーク波長の部分を反射しないので、照明装置からの射出光が半透過反射層を有効に透過することができ、反射率を維持したままで透過率を向上させることができる。
【００４１】
半透過反射層を構成する２層のコレステリック液晶層の反射率は如何ようにも設定することができるが、２層のコレステリック液晶層の反射率を意図的に異ならせてもよい。
この構成によれば、互いに補色の関係にある２色の色の組み合わせが変わっても、加法混色して確実に無彩色となるように調整することができる。
【００４２】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、透過モード時の表示も明るく、視認性に優れた液晶表示部を備えた電子機器を提供することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。
図１は本実施の形態の液晶表示装置の断面構造を示す図であり、本実施の形態は半透過反射型カラー液晶表示装置の例である。なお、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００４４】
本実施の形態の液晶表示装置２０は、図１に示すように、液晶セル２１とバックライト２２（照明装置）とを備えたものである。液晶セル２１は、下基板２３（第２基板）と上基板２４（第１基板）とが対向配置され、シール材２５を介して貼り合わされている。これら上基板２４と下基板２３とシール材２５とによって囲まれた空間に、位相差を例えばλ／２に設定したネマチック液晶などからなる液晶層２６が封入されている。液晶セル２１の後面側（下基板２３の外面側）にバックライト２２が配置されている。バックライト２２は、白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる光源２７、導光板２８、反射板２９などを備えている。
【００４５】
ガラスやプラスチックなどの透光性材料からなる下基板２３の内面側には、青色光（例えばピーク波長が４５０ｎｍ程度）を選択反射する第１のコレステリック液晶層３５ｂと黄色光（例えばピーク波長が５８０ｎｍ程度）を選択反射する第２のコレステリック液晶層３５ｙの２層からなる半透過反射層３５が形成されている。第１のコレステリック液晶層３５ｂは、例えば右円偏光のうちの青色光を選択反射し、他の色光および左円偏光は透過させるものであり、第２のコレステリック液晶層３５ｙは、例えば右円偏光のうちの黄色光を選択反射し、他の色光および左円偏光は透過させるものである。これらコレステリック液晶層３５ｂ，３５ｙは、液晶分子のらせんピッチに一致した波長の光を選択反射させるものである。例えばコレステリック液晶の組成や硬化させる際の紫外線強度、温度を変えることでらせんピッチを制御することができ、らせんピッチを４５０ｎｍ程度に制御すれば青色光を選択反射させるもの、５８０ｎｍ程度に制御すれば黄色光を選択反射させるものが得られる。
【００４６】
図２は、上記の各コレステリック液晶層３５ｂ，３５ｙからの反射光のスペクトルを示すものであり、横軸は波長、縦軸は右円偏光の反射率を示す。第１のコレステリック液晶層３５ｂからの反射光のスペクトルが符号Ｗｂで示すものであり、ピーク波長が約４５０ｎｍである。第２のコレステリック液晶層３５ｙからの反射光のスペクトルが符号Ｗｙで示すものであり、ピーク波長が約５８０ｎｍである。なお、符号ＷＬで示すものは、バックライトの光源２７として白色ＬＥＤを用いたときの発光スペクトルである。第１のコレステリック液晶層３５ｂでの反射光の色と第２のコレステリック液晶層３５ｙでの反射光の色とは補色の関係にあり、半透過反射層３５全体としての反射光は、第１のコレステリック液晶層３５ｂでの反射光と第２のコレステリック液晶層３５ｙでの反射光とが加法混色されて無彩色（白色）の光となる。
【００４７】
２層のコレステリック液晶層３５ｂ，３５ｙからなる半透過反射層３５の上層には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる色の顔料を含む色素層３１ｒ，３１ｇ，３１ｂを有する顔料カラーフィルター層３２が形成され、その上を覆うオーバーコート層３３が形成されている。本実施の形態の場合、顔料カラーフィルター層３２は反射表示時、透過表示時の双方における色を形成するためのカラーフィルターとして機能する。これら顔料カラーフィルター層３２の色素層３１ｒ，３１ｇ，３１ｂの各色毎の平面的なパターン形状は、例えばストライプ状、モザイク状、デルタ状として知られる従来のカラーフィルターと同様のものを採用することができる。
【００４８】
下基板２３の内面側のオーバーコート層３３の上層には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる下部電極３７が形成され、その上にポリイミド等の樹脂からなる配向膜３８が形成されている。
【００４９】
一方、上基板２４の内面側にも、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる上部電極３９が形成され、その上にポリイミド等の樹脂からなる配向膜４０が形成されている。これら下部電極３７、上部電極３９からなる電極構成には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、薄膜ダイオード（ＴＦＤ）等のスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス方式、パッシブマトリクス方式のいずれも採用することができる。
【００５０】
上基板２４の外面側には、上位相差板４２と上偏光板４３（双方で上基板側楕円偏光入射手段（第１楕円偏光手段）を構成する）とが基板側からこの順に設けられている。一方、下基板２３の外面側には、下位相差板４４と下偏光板４５（双方で下基板側楕円偏光入射手段（第２楕円偏光手段）を構成する）とが基板側からこの順に設けられている。これら位相差板４２，４４と偏光板４３，４５は、液晶層２６に対して所定の回転方向を持つ円偏光を入射させるためのものであり、上位相差板４２、下位相差板４４としては、１／４波長板を用いるのが一般的である。ただし、特に上基板２４側に設ける位相差板に色補償の機能も持たせたい場合には必ずしも１／４波長板を用いることはなく、任意の位相差を持つ位相差板を選択すればよい。
【００５１】
上記構成の液晶表示装置２０の表示原理については［課題を解決するための手段］の項で詳細に説明したので、ここでは省略する。上述したように、本実施の形態の液晶表示装置２０によれば、反射時と透過時で同じ表示モードを用いることができ、特に透過モードの明表示に着目した場合、従来の半透過反射型液晶表示装置のように下基板側から入射した光の一部が上偏光板で吸収されることがなく、コレステリック液晶層３５ｂ，３５ｙからなる半透過反射層３５を透過した光の大部分が表示に寄与する。一方、コレステリック液晶層３５ｂ，３５ｙからなる半透過反射層３５で反射し、液晶層２６に導入されなかった光は透過表示に再利用することができる。このように、コレステリック液晶層３５ｂ，３５ｙからなる半透過反射層３５を透過した円偏光を最大限に利用できることと、半透過反射層３５で反射した円偏光を表示に再利用できることの効果が相俟って、反射表示の明るさを維持しながら透過表示の明るさを従来より向上でき、視認性に優れた半透過反射型の液晶表示装置を実現することができる。
【００５２】
さらに本実施の形態の場合、半透過反射層３５を構成する第１のコレステリック液晶層３５ｂと第２のコレステリック液晶層３５ｙの選択反射光が互いに補色の関係にあり、半透過反射層３５全体として色付きのない白色反射光が得られるので、反射表示時の顔料カラーフィルター層３２による色再現性を確保することができる。また逆に言えば、選択反射光が互いに補色の関係にあるということは各コレステリック液晶層３５ｂ，３５ｙからの透過光も互いに補色の関係にあることになるので、色付きのない白色透過光が得られ、透過表示時にも顔料カラーフィルター層３２による色再現性を確保することができる。
【００５３】
また、白色光を得るために、従来のように６〜７層もの多くのコレステリック液晶層を積層する必要はなく、２層を積層すれば済むので、半透過反射層３５全体の膜厚を従来よりも薄くすることができる。その結果、半透過反射層３５端部の段差部にかかる配線が切れやすくなる問題、均一なセル厚が得られず、コントラスト等の表示品位が低下する問題等を解決することができる。
【００５４】
本発明者の検討結果によれば、６〜７層のコレステリック液晶層を積層していた従来の半透過反射層の膜厚が１０〜１５μｍであったのに対し、２層のコレステリック液晶層を積層した本実施の形態における半透過反射層の膜厚は４．５μｍと薄くすることができた。特に本実施の形態では、補色の関係にある２色が比較的短波長側に位置しているため、コレステリック液晶層のらせんピッチを小さくすることができる結果、膜厚を特に薄くすることができる。また、本実施の形態の半透過反射層の外光の反射率は７％であり、バックライトからの白色ＬＥＤ光の透過率は１２．６％であった。
【００５５】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図３を参照して説明する。
図３は本実施の形態の液晶表示装置に用いた２層のコレステリック液晶層の反射光のスペクトルを示す図であり、横軸は波長、縦軸は右円偏光の反射率を示す。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と全く同様であり、第１の実施の形態と異なる点は各コレステリック液晶層の選択反射光の色を変えたことのみである。したがって、液晶表示装置の全体構成の説明は省略する。
【００５６】
本実施の形態の液晶表示装置においては、下基板２３の内面側にシアン色光（例えばピーク波長が５００ｎｍ程度）を選択反射する第１のコレステリック液晶層と赤色光（例えばピーク波長が６２０ｎｍ程度）を選択反射する第２のコレステリック液晶層とからなる半透過反射層３５が形成されている。第１のコレステリック液晶層は、例えば右円偏光のうちのシアン色光を選択反射し、他の色光および左円偏光は透過させるものであり、第２のコレステリック液晶層は、例えば右円偏光のうちの赤色光を選択反射し、他の色光および左円偏光は透過させるものである。これらコレステリック液晶層は、例えばコレステリック液晶を硬化させる際の紫外線強度や温度を変えることでらせんピッチを制御することができ、らせんピッチを５００ｎｍ程度に制御すればシアン色光を選択反射させるもの、６２０ｎｍ程度に制御すれば赤色光を選択反射させるものが得られる。
【００５７】
図３において、第１のコレステリック液晶層からの反射光のスペクトルが符号Ｗｃで示すものであり、ピーク波長が約５００ｎｍである。第２のコレステリック液晶層からの反射光のスペクトルが符号Ｗｒで示すものであり、ピーク波長が約６２０ｎｍである。符号ＷＬで示すものは、第１の実施の形態と同様、バックライトの光源２７として白色ＬＥＤを用いたときの発光スペクトルである。第１のコレステリック液晶層での反射光の色と第２のコレステリック液晶層での反射光の色とは補色の関係にあり、半透過反射層全体としての反射光は、第１のコレステリック液晶層での反射光と第２のコレステリック液晶層での反射光とが加法混色されて無彩色（白色）の光となる。
【００５８】
図３に示すように、バックライトの白色ＬＥＤの発光スペクトルは、４５０ｎｍ付近と５５０ｎｍ付近に２つのピーク波長を有している。そして、本実施の形態の場合、第１のコレステリック液晶層での反射光スペクトルＷｃのピーク波長は、白色ＬＥＤの発光スペクトルＷＬのピーク波長からずれており、２つのピーク波長間の谷間の発光輝度が低い波長帯域に位置している。また、第２のコレステリック液晶層での反射光スペクトルＷｒのピーク波長も、白色ＬＥＤの発光スペクトルＷＬのピーク波長からずれており、２つのピーク波長より長波長側の発光輝度が低くなる波長帯域に位置している。
【００５９】
また、第１の実施の形態では、図２に示すように、第１のコレステリック液晶層での反射光（青色光）の反射率と第２のコレステリック液晶層での反射光（黄色光）の反射率とが５０％程度でほぼ同等であった。これに対して、本実施の形態の場合、第２のコレステリック液晶層での反射光（赤色光）の反射率が５０％程度であるのに対し、第１のコレステリック液晶層での反射光（シアン色光）の反射率が１００％程度と大きく異なっている。
【００６０】
本実施の形態においても、半透過反射層を構成する第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層の各選択反射光が互いに補色の関係にあり、色付きのない白色光が得られ、そのために２層を積層すれば済むので、半透過反射層の膜厚を薄くできる結果、半透過反射層端部にかかる配線の断線の問題や、コントラスト等の表示品位の低下の問題を解決することができる、という第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
さらに本実施の形態においては、第１、第２のコレステリック液晶層の選択反射波長がバックライトの白色ＬＥＤの発光スペクトルのピーク波長からずれているので、半透過反射層が発光スペクトルのピーク波長の部分を反射せず、バックライトからの射出光が半透過反射層を有効に透過することができ、反射率を維持したままで透過率を向上させることができる。また、第１のコレステリック液晶層の反射率と第２のコレステリック液晶層の反射率を意図的に異ならせたことによって、これらコレステリック液晶層からの反射光を加法混色して確実に無彩色となるように調整することができる。
【００６２】
本発明者の検討結果によれば、２層のコレステリック液晶層を積層した本実施の形態の半透過反射層の膜厚は５．０μｍと薄くすることができた。また、本実施の形態の半透過反射層の外光の反射率は７％であり、バックライト光の透過率は１３．３％であった。反射率は第１の実施の形態と同じになるように設計しているが、バックライト光の透過率が第１の実施の形態よりも高まったのは、上述したように、第１、第２のコレステリック液晶層の選択反射波長をバックライトの白色ＬＥＤの発光スペクトルのピーク波長からずらしたためである。
【００６３】
［電子機器］
上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。
図５は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図５において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００６４】
図６は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図６において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００６５】
図７は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図７において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００６６】
図５〜図７に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えているので、透過モードでも明るい表示が得られ、あらゆる使用環境で視認性に優れた液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００６７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、楕円偏光入射手段として偏光板と１／４波長板とを用いたが、液晶層に対して楕円偏光を入射できるものであれば、その他の光学部材を用いてもよい。また、本発明においては、液晶層に円偏光を入射させて表示に利用するのが理想的であるが、必ずしも完全な円偏光に限ることはなく、光の利用効率が多少低下するのを許容すれば、楕円偏光を用いることもできる。
【００６８】
また、上記実施の形態では、２層のコレステリック液晶層の反射光の色が青色と黄色の組み合わせ、シアン色と赤色の組み合わせの場合を例示したが、互いに補色の関係にあればその他の任意の組み合わせとしてもよい。さらに、下偏光板と下位相差板（１／４波長板）との間に１／２波長板を挿入してもよい。１／２波長板を挿入した場合、より広い波長帯域で円偏光を得ることができる。また、液晶層は誘電率異方性が負の液晶を垂直配向しても、高コントラストの好ましい表示が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、反射時と透過時で同じ表示モードを用いることができ、特に透過モードでは、従来の半透過反射型液晶表示装置のように下基板側から入射した光の一部が上偏光板で吸収されることがなく、コレステリック液晶からなる半透過反射層を透過した光の大部分が表示に寄与する。一方、コレステリック液晶からなる半透過反射層で反射し、液晶層に導入されなかった下基板側からの光は透過表示に再利用することができる。このようにして、反射表示の明るさを維持しながら透過表示の明るさを従来より向上でき、視認性に優れた半透過反射型の液晶表示装置を実現することができる。さらに、半透過反射層として２層のコレステリック液晶層を積層すれば済むので、半透過反射層の膜厚を従来よりも薄くでき、半透過反射層端部の段差部にかかる配線の断線の問題、コントラスト等の表示品位の低下の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図２】 同、液晶表示装置の半透過反射層を構成する２層のコレステリック液晶層の反射光スペクトルを示す図である。
【図３】 本発明の第２の液晶表示装置の半透過反射層を構成する２層のコレステリック液晶層の反射光スペクトルを示す図である。
【図４】 上記第１の実施の形態に相当する液晶表示装置の表示原理を説明するための模式図である。
【図５】 本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
【図６】 本発明に係る電子機器の他の例を示す斜視図である。
【図７】 本発明に係る電子機器のさらに他の例を示す斜視図である。
【図８】 従来の液晶表示装置の一例を示す断面図である。
【図９】 従来の液晶表示装置の半透過反射層を構成する複数のコレステリック液晶層の反射光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１，２４ 上基板
２，２３ 下基板
３，２６ 液晶層
４，２１ 液晶セル
７，３５ 半透過反射層
８，３５ｂ，３５ｙ コレステリック液晶層
９，４３ 上偏光板（上基板側楕円偏光入射手段）
１０，４２ 上位相差板（上基板側楕円偏光入射手段）
１１，４５ 下偏光板（下基板側楕円偏光入射手段）
１２，４４ 下位相差板（下基板側楕円偏光入射手段）
２０ 液晶表示装置
２２ バックライト（照明装置）
３１ｒ，３１ｇ，３１ｂ 色素層
３２ 顔料カラーフィルター層
３５ 半透過反射層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device and an electronic apparatus, and more particularly to a configuration of a transflective liquid crystal display device having excellent visibility capable of sufficiently bright display not only in a reflection mode but also in a transmission mode. .
[0002]
[Prior art]
There is known a liquid crystal display device that uses external light in a bright place and can visually recognize a display with an internal light source in a dark place. This liquid crystal display device employs a display method that combines a reflective type and a transmissive type, and reduces power consumption by switching to either the reflective mode or the transmissive mode depending on the ambient brightness. However, clear display can be performed even when the surroundings are dark. Hereinafter, in this specification, this type of liquid crystal display device is referred to as a “transflective liquid crystal display device”. As a form of a transflective liquid crystal display device, a reflective film in which a slit (opening) for light transmission is formed on a metal film such as aluminum is used as an inner surface of a lower substrate (hereinafter referred to as a liquid crystal side surface of the substrate in this specification). A liquid crystal display device has been proposed in which an inner surface and a surface opposite to the inner surface are referred to as an outer surface), and the reflective film functions as a semi-transmissive reflective film.
[0003]
FIG. 8 shows an example of a transflective liquid crystal display device using this type of transflective film.
In this liquid crystal display device 100, a liquid crystal 103 is sandwiched between a pair of transparent substrates 101, 102, a reflective film 104 and an insulating film 106 are laminated on the lower substrate 101, and a lower electrode 108 is formed thereon. An alignment film 107 is formed so as to cover the lower electrode 108. On the other hand, a color filter 109 having dye layers of R (red), G (green), and B (blue) is formed on the upper substrate 102, and a planarizing film 111 is laminated thereon, and this planarization is performed. An upper electrode 112 is formed on the film 111, and an alignment film 113 is formed so as to cover the upper electrode 112.
[0004]
The reflective film 104 is formed of a metal film having a high light reflectance such as aluminum, and a slit 110 for transmitting light is formed in the reflective film 104 for each pixel. Due to the slit 110, the reflective film 104 functions as a semi-transmissive reflective film (thus, this film is hereinafter referred to as a semi-transmissive reflective film). Further, on the outer surface side of the upper substrate 102, a forward scattering plate 118, a phase difference plate 119, and an upper polarizing plate 114 are arranged in this order from the upper substrate 102 side, and a quarter wavelength plate 115 is disposed on the outer surface side of the lower substrate 101. The lower polarizing plate 116 is provided in this order. A backlight 117 (illuminating device) is disposed on the lower surface side of the lower substrate 101 and further below the lower polarizing plate 116.
[0005]
When the liquid crystal display device 100 shown in FIG. 8 is used in a reflection mode in a bright place, external light that enters from above the upper substrate 102 passes through the liquid crystal 103 and passes through the transflective film 104 on the lower substrate 101. After being reflected on the surface, the liquid crystal 103 is transmitted again and emitted to the upper substrate 102 side. Further, when used in a transmissive mode in a dark place, light emitted from a backlight 117 installed below the lower substrate 101 passes through the reflective film 104 at the slit 110 and then passes through the liquid crystal 103. Then, the light is emitted to the upper substrate 102 side. These lights contribute to the display in each mode.
[0006]
By the way, as a reflective layer of such a reflective liquid crystal display device, a metal film having a high light reflectance such as aluminum and silver has been conventionally used. On the other hand, in recent years, a dielectric mirror in which dielectric thin films having different refractive indexes are alternately laminated, a cholesteric reflector using cholesteric liquid crystal, or a hologram reflector using a hologram element has been proposed. These new types of reflectors have a unique function, not just as a reflector that reflects light by making use of the characteristics of the constituent materials.
[0007]
Among them, cholesteric liquid crystal exhibits a liquid crystal phase at a certain temperature (liquid crystal transition temperature) or higher, and in the liquid crystal phase, liquid crystal molecules take a periodic helical structure at a constant pitch. This structure has the property of selectively reflecting light having a wavelength matching the pitch of the helix and transmitting other light. Therefore, for example, the pitch of the helix can be controlled by the ultraviolet intensity and temperature when the liquid crystal is cured, so that the color of the reflected light can be locally changed, and it is also used as a reflective color filter. Further, if a plurality of cholesteric liquid crystal layers that selectively reflect different colors of color light are stacked, the entire stacked structure can be made to function as a reflecting plate that reflects white light. Several liquid crystal devices using a cholesteric reflector have already been proposed (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-193962
[Patent Document 2]
JP 2001-337320 A
[Non-Patent Document 1]
Yuzo Hisatake, et al., Asia Display / IDW'01, P.129 (2001)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional transflective liquid crystal display device as shown in FIG. 8, although the display can be visually recognized regardless of the presence or absence of external light, the brightness of the display in the transmissive mode is much higher than that in the reflective mode. There was a problem that it dropped. This is because the display in the transmissive mode can use only about half of the light emitted from the backlight for the display, only the light that has passed through the slit of the semi-transmissive reflective film is used for the display, This is a problem caused by the fact that a quarter-wave plate and a lower polarizing plate are provided on the outer surface side of the substrate.
[0010]
In the conventional transflective liquid crystal display device, the display mode is different between reflection and transmission, and particularly when transmitting, approximately half of the light emitted from the backlight is absorbed by the upper polarizing plate, and the rest Only about half is used for display. That is, in the reflection mode, most of the linearly polarized light incident from the upper substrate side is used for bright display, whereas in the transmission mode, the lower surface of the liquid crystal layer is used for display in the same manner as in the reflection mode. The light traveling from the upper substrate side to the upper substrate side must be almost circularly polarized light. However, half of this circularly polarized light is absorbed by the upper polarizing plate when emitted from the upper substrate to the outside, and as a result, only about half of the light incident on the liquid crystal layer contributes to the display. There will be no. As described above, the display principle has a factor that the display in the transmission mode becomes dark.
[0011]
In addition, since display is performed using light transmitted through the slit in the transmissive mode, the ratio of the area of the slit to the entire transflective film (that is, the aperture ratio) affects the brightness of display. If the aperture ratio is increased, the display in the transmissive mode can be brightened. However, if the aperture ratio is increased, the area of the non-opening portion of the transflective film is reduced, so that the display in the reflective mode becomes dark. Therefore, in order to ensure the brightness of the reflection mode, the aperture ratio of the slit cannot be increased to a certain extent, and there is a limit to improving the brightness of the transmission mode.
[0012]
Next, in the transflective liquid crystal display device, a quarter wavelength plate is necessary on the outer surface side of the lower substrate because of its display principle. The reason why the brightness in the transmissive mode is insufficient due to this will be described below. . However, in the following description, a configuration that performs dark display in a non-selection voltage application state and bright display in a selection voltage application state will be described.
[0013]
In the liquid crystal display device 100 shown in FIG. 8, when performing dark display in the reflection mode, the light incident from the outside of the upper substrate 102 is above the upper substrate 102 when the transmission axis of the upper polarizing plate 114 is parallel to the paper surface. The light passes through the polarizing plate 114 and becomes linearly polarized light having a polarization axis parallel to the paper surface, and becomes substantially circularly polarized light due to the birefringence effect of the liquid crystal 103 while passing through the phase difference plate 119 and the liquid crystal 103. When the light is reflected on the surface of the semi-transmissive reflective film 104 on the lower substrate 101, the circularly polarized light is reversely rotated. When the light is again transmitted through the liquid crystal 103 and the phase difference plate 119, the light is linearly polarized with a polarization axis perpendicular to the paper surface. The plate 114 is reached. Since the upper polarizing plate 114 is a polarizing plate having a transmission axis parallel to the paper surface, the light reflected by the semi-transmissive reflective film 104 is absorbed by the upper polarizing plate 114 and does not return to the outside (observer side). The display is dark.
[0014]
On the other hand, when performing a bright display in the reflection mode, the orientation direction of the liquid crystal 103 changes when a voltage is applied to the liquid crystal 103, so that external light incident from the outside of the upper substrate 102 becomes linearly polarized light when transmitted through the liquid crystal 103. Then, the light is reflected as it is by the semi-transmissive reflective film 104, passes through the upper polarizing plate 114 while being linearly polarized light having a polarization axis parallel to the paper surface, returns to the outside (observer side), and becomes bright display.
[0015]
On the other hand, when performing display in the transmissive mode, the light emitted from the backlight 117 enters the liquid crystal cell from the outside of the lower substrate 101, and the light that has passed through the slit 110 contributes to the display. It becomes light. Here, in order to perform dark display, as described above, the light traveling from the slit 110 toward the upper substrate 102 must be substantially circularly polarized as in the reflection mode. Accordingly, since the light emitted from the backlight 117 and passing through the slit 110 needs to be substantially circularly polarized, 1 / for converting the linearly polarized light after passing through the lower polarizing plate 116 into substantially circularly polarized light. A four-wave plate 115 is required.
[0016]
Here, focusing on the light emitted from the backlight 117 that does not pass through the slit 110, when the transmission axis of the lower polarizing plate 116 is perpendicular to the paper surface, the light passes through the lower polarizing plate 116 and passes through the paper surface. After the light becomes perpendicular linearly polarized light, it passes through the quarter-wave plate 115 to become substantially circularly polarized light and reaches the transflective film 104. Further, when reflected by the lower surface of the semi-transmissive reflective film 104, it becomes circularly polarized light in the reverse direction, and when it is transmitted through the quarter-wave plate 115 again, it becomes linearly polarized light having a polarization axis parallel to the paper surface. The linearly polarized light is absorbed by the lower polarizing plate 116 having a transmission axis perpendicular to the paper surface. That is, of the light emitted from the backlight 117, the light that has not passed through the slit 110 is reflected by the lower surface of the transflective film 104 and then almost completely absorbed by the lower polarizing plate 116 of the lower substrate 101. .
[0017]
As described above, in the transflective liquid crystal display device 100, almost all of the light reflected by the transflective film 104 without passing through the slit 110 in the transmissive mode is absorbed by the lower polarizing plate 116 of the lower substrate 101. Therefore, only a part of the light emitted from the backlight 117 can be used for display. That is, if the light passes through the lower polarizing plate 116 without being absorbed by the lower polarizing plate 116 and returns to the backlight 117, the luminance of the backlight 117 is originally determined by the light emitted from the backlight 117 and the return light. Is effectively improved, and the brightness of the transmission mode can be improved. In other words, if the light reflected by the transflective film 104 without passing through the slit 110 can be reused for display, the brightness of the transmissive mode can be improved. However, this cannot be realized with the conventional configuration.
[0018]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a transflective liquid crystal display device that is excellent in visibility with improved display brightness, particularly in the transmissive mode. The purpose is to do. Moreover, an object of this invention is to provide the electronic device provided with the said liquid crystal display device which has the outstanding visibility.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a liquid crystal display device of the present invention is a liquid crystal display device having a liquid crystal cell in which a liquid crystal layer is sandwiched between a first substrate and a second substrate that are arranged to face each other. A transflective layer having a cholesteric liquid crystal layer that reflects a part of circularly or elliptically polarized light having a predetermined rotation direction and transmits a part thereof is provided on the inner surface side of the second substrate, and the liquid crystal cell A first elliptically polarized light incident means for allowing circularly or elliptically polarized light to be incident on the liquid crystal layer from the first substrate side, and the second substrate. Second elliptically polarized light incident means for making circularly polarized light or elliptically polarized light incident from the side, and the liquid crystal layer is capable of reversing the rotational direction of the incident elliptically polarized light, and the transflective layer is Complementary colors to each other In a relationship Each has a selective reflection peak wavelength in the wavelength region It consists of two cholesteric liquid crystal layers. The “complementary color” in the present invention refers to two colors that can create an achromatic color by additive color mixing.
[0020]
The cholesteric liquid crystal has a so-called selective reflection property that selectively reflects circularly polarized light having a wavelength equal to the helical pitch of the liquid crystal molecules and having the same rotational direction as the spiral winding direction. In other words, light having a wavelength that is not equal to the helical pitch of the liquid crystal molecules and circularly polarized light having a rotation direction opposite to the helical winding direction is transmitted through the cholesteric liquid crystal even if the wavelength is equal to the helical pitch of the liquid crystal molecules. It is also possible to reduce the intensity of the selectively reflected light by reducing the number of turns of the helix, and in that case, it reflects a part of circularly polarized light that is equal to the helix pitch of the liquid crystal molecules and has the same rotation direction as the helix winding direction. And partly transparent. With the above action, the cholesteric liquid crystal layer functions as a semi-transmissive reflective layer.
[0021]
When using a reflective layer made of cholesteric liquid crystal that has recently been proposed in a reflective liquid crystal display device, the present inventor makes the polarization state of light incident on a liquid crystal cell be elliptically polarized, and when a selective electric field is applied to the liquid crystal layer, If the liquid crystal mode is set so that the polarity (rotation direction) of the elliptically polarized state is reversed at any time when a non-selective electric field is applied, the display mode can be made the same during reflection and during transmission. I found out that the transmission mode can be kept dark. Further, it has been found that the light reflected to the lower substrate side by selective reflection of the cholesteric liquid crystal during transmissive display can be reused even if the configuration of the outer surface side of the lower substrate is the same as the conventional one. Focusing on these points, the present inventors have proposed the basic configuration of the present invention. Hereinafter, the display principle of the liquid crystal display device of the present invention and the reason why the light reflected by the transflective layer can be reused will be described with reference to FIG.
[0022]
FIG. 4 is a diagram for explaining the display principle of the liquid crystal display device of the present invention.
A liquid crystal layer 4 is sandwiched between an upper substrate 1 (first substrate) and a lower substrate 2 (second substrate) made of a pair of translucent substrates to form a liquid crystal cell 4. A transflective layer 7 made of a cholesteric liquid crystal layer 8 is provided on the inner surface side of the lower substrate 2. The cholesteric liquid crystal layer 8 reflects circularly polarized light having a predetermined wavelength band (color) and a predetermined rotation direction, and transmits the remaining light. In this description, for example, clockwise circularly polarized light of any color (clockwise polarized light ( Hereinafter, it is assumed to transmit right circularly polarized light).
[0023]
Further, the liquid crystal display device of the present invention is provided with upper substrate side elliptically polarized light incident means (first elliptically polarized light means) for making the liquid crystal layer 3 incident with elliptically polarized light from the upper substrate 1 side. The upper polarizing plate 9 that transmits linearly polarized light in the direction and the upper quarter-wave plate 10 that converts the linearly polarized light transmitted through the upper polarizing plate 9 into circularly polarized light constitutes the upper substrate side elliptically polarized light incident means. Further, in FIG. 4, lower substrate side elliptically polarized light incident means (second elliptically polarized light means) for making the liquid crystal layer 3 enter elliptically polarized light from the lower substrate 2 side is also provided. The plate 11 and the lower quarter wavelength plate 12 constitute a lower substrate side elliptically polarized light incident means. Here, on both the upper substrate side and the lower substrate side, the transmission axes of the polarizing plates 9 and 11 are set in a direction parallel to the paper surface of FIG. 4, and linearly polarized light in this direction is incident on the quarter-wave plates 10 and 12. Assume that right-handed circularly polarized light is emitted.
[0024]
The liquid crystal layer 3 is for reversing the polarity (rotation direction) of the incident circularly polarized light depending on whether or not a selective electric field is applied. For example, λ / 2 (λ: wavelength of incident light), the incident right circularly polarized light changes to left circularly polarized light after passing through the liquid crystal layer 3, and left circularly polarized light changes to right circularly polarized light. On the other hand, when the selection voltage is applied (when the liquid crystal is ON), the phase difference disappears when the liquid crystal molecules 13 are standing, and the polarity (rotation direction) of the circularly polarized light does not change.
[0025]
In the liquid crystal display device shown in FIG. 4, when a bright display in the reflection mode is performed (the left end in FIG. 4), light incident from the outside of the upper substrate 1 passes through the upper polarizing plate 9 on the upper substrate 1, and the paper surface. Linearly polarized light having a polarization axis parallel to the light, and then right circularly polarized light when transmitted through the upper quarter-wave plate 10. At this time, if the liquid crystal is turned on, the rotation direction of the circularly polarized light does not change as described above. Therefore, when the right circularly polarized light is incident on the liquid crystal layer 3, this light is transmitted through the liquid crystal layer 3 and is semi-transmissive. Even when it reaches the reflection layer 7, it remains right circularly polarized light.
[0026]
Here, the major difference between the conventional transflective layer using a metal film or the like and the transflective layer according to the present invention using a cholesteric liquid crystal is that a circularly polarized light is reflected in the case of a transflective layer made of a metal film. The rotation direction is reversed, whereas in the case of a transflective layer using cholesteric liquid crystal, the rotation direction of circularly polarized light does not change during reflection. Therefore, after the right circularly polarized light is reflected by the semi-transmissive reflective layer 7 on the lower substrate 2, it is transmitted again through the liquid crystal layer 3 toward the upper substrate 1. At this time, since the liquid crystal is in the ON state, the polarization state remains right circular polarization and does not change. Thereafter, the light passes through the upper quarter-wave plate 10 and changes to linearly polarized light having a polarization axis parallel to the paper surface. Since this linearly polarized light can pass through the upper polarizing plate 9, it returns to the outside (observer side), Bright display.
[0027]
Conversely, when performing dark display in the reflection mode (second from the right in FIG. 4), when the liquid crystal is turned off, the liquid crystal layer 3 has a phase difference of λ / 2, so that the light enters from the upper substrate 1 side. The right-handed circularly polarized light becomes left-handed circularly polarized light when transmitted through the liquid crystal layer 3. In FIG. 4, the cholesteric liquid crystal layer 8 constituting the transflective layer 7 reflects right-handed circularly polarized light, so that left-handed circularly polarized light is transmitted through the transflective layer 7. Thereafter, when the light passes through the lower quarter-wave plate 12, it changes to linearly polarized light having a polarization axis perpendicular to the paper surface, and this linearly polarized light is absorbed by the lower polarizing plate 11, so that it does not return to the outside (observer side). It becomes dark display.
[0028]
On the other hand, when performing display in the transmissive mode, light emitted from the illumination device 14 such as a backlight enters the liquid crystal cell 4 from the outside of the lower substrate 2, and this light becomes light contributing to display. When performing dark display in the transmissive mode (the right end in FIG. 4), substantially the same operation as in the reflective mode occurs from the lower substrate 2 side toward the upper substrate 1 side. That is, in FIG. 4, since the lower polarizing plate 11 and the lower quarter-wave plate 12 are also provided on the lower substrate 2 side, the right circularly polarized light is incident on the liquid crystal layer 3 from the lower substrate 2 side and selectively reflected. The light other than the color and a part of the light that is not reflected due to the small number of turns of the spiral even in the selective reflection color pass through the transflective layer 7. Here, if the liquid crystal is in the OFF state, it becomes left circularly polarized when it reaches the upper substrate 1 side, and when it passes through the upper quarter-wave plate 10, it changes to linearly polarized light having a polarization axis perpendicular to the paper surface. Since linearly polarized light is absorbed by the upper polarizing plate 9, it is not emitted to the outside (observer side), and dark display is obtained.
[0029]
When performing a bright display in the transmission mode (second from the left in FIG. 4), light incident from the lower substrate 2 side becomes linearly polarized light having a polarization axis parallel to the paper surface when transmitted through the lower polarizing plate 11, and then When the light passes through the lower quarter-wave plate 12, it is emitted as right circularly polarized light. Of the emitted light, light other than the selective reflection color and part of the light that is not reflected due to the small number of spiral turns even though the selective reflection color passes through the semi-transmissive reflection layer 7 made of cholesteric liquid crystal. If the liquid crystal is in the ON state, the right circularly polarized light reaches the upper substrate 1 side while maintaining the polarization state. Thereafter, when the right circularly polarized light passes through the upper quarter-wave plate 10, it changes to linearly polarized light having a polarization axis parallel to the paper surface, and this linearly polarized light can pass through the upper polarizing plate 9, so that it goes to the outside (observer side). Returns to a bright display.
[0030]
On the other hand, in the bright display in the transmissive mode, the light of the selectively reflected color out of the right circularly polarized light is reflected downward by the transflective layer 7 made of cholesteric liquid crystal. At this time, as described above, the cholesteric liquid crystal has the property of not changing the rotation direction of the reflected circularly polarized light, so the reflected light is right circularly polarized light. Therefore, when the right circularly polarized light passes through the lower quarter-wave plate 12 thereafter, it becomes linearly polarized light having a polarization axis parallel to the paper surface, and this linearly polarized light is transmitted through the lower polarizing plate 11 having a transmission axis parallel to the paper surface. To do. In this way, when linearly polarized light having the same polarization axis as the transmission axis of the lower polarizing plate 11 is emitted from the lower substrate 2 side, this light is reflected by the illumination device 14 such as a backlight, and the liquid crystal cell 4 side. It can be reused for display.
[0031]
Although not described above, the right-handed circularly polarized light of the selective reflection color is reflected by the semi-transmissive reflective layer 7 made of cholesteric liquid crystal even in the dark display in the transmissive mode, and once from the lower substrate 2 side of the liquid crystal cell 4. After being emitted to the outside, the light is again introduced into the liquid crystal cell 4, but this light is absorbed by the upper polarizing plate 9 anyway, so that there is no particular problem for dark display. Further, in the bright display of the reflection mode, light other than the right circularly polarized selective reflection color incident from above is transmitted through the transflective layer 7 and once emitted from the lower substrate 2 side to the outside of the liquid crystal cell 4. Thereafter, it is introduced again into the liquid crystal cell 4. Since this light contributes to the display, the reflection mode display can be kept bright.
[0032]
As described above, in the liquid crystal display device of the present invention, the same display mode can be used during reflection and during transmission. In particular, when attention is paid to bright display in the transmission mode, the conventional transflective liquid crystal display device can be used. In addition, part of the light incident from the lower substrate side is not absorbed by the upper polarizing plate, and much of the light transmitted through the transflective layer made of cholesteric liquid crystal contributes to display. On the other hand, the light reflected by the transflective layer made of cholesteric liquid crystal can be reused for display. In other words, the combined use of the maximum use of the circularly polarized light transmitted through the transflective layer made of cholesteric liquid crystal and the reusability of the circularly polarized light reflected by the transflective layer for display makes it possible to improve the brightness of the reflective display. Thus, the brightness of the transmissive display can be improved while maintaining the brightness, and a transflective liquid crystal display device excellent in visibility can be realized.
[0033]
In the above description, the light introduced from the upper substrate side and the lower substrate side is “(right) circularly polarized light” as an ideal form, but in order to realize the operation of the liquid crystal display device of the present invention described above. Is not necessarily completely circularly polarized light and may be “elliptically polarized light” in a broad sense.
[0034]
As described above, the transflective layer made of cholesteric liquid crystal has been described as selectively reflecting light of any color. However, as an actual device, like a conventional transflective layer using a metal film, it reflects white light. In the case of layers, for example, as shown in the spectrum of FIG. 9, about 6 to 7 cholesteric liquid crystal layers with selective reflection wavelengths (W1 to W6) shifted little by little are stacked, and the right side of almost the entire visible light region. A part of the circularly polarized light (or left circularly polarized light) is selectively reflected.
[0035]
However, when the transflective layer is configured in this manner, the total number of cholesteric liquid crystal layers is 10 to 15 μm. Since the cholesteric liquid crystal layer is relatively soft and not so strong, it must be removed by patterning at a seal portion or a mounting portion where a partial strong pressure is applied. However, since the film thickness is large at this time, the level difference at the patterning boundary becomes large, and the wiring formed over the level difference part becomes easy to break, and the uniform cell thickness cannot be obtained, so display characteristics such as contrast There were problems such as lowering.
[0036]
In that respect, according to the liquid crystal display device of the present invention, the transflective layer is composed of two cholesteric liquid crystal layers that selectively reflect two colors of light that are complementary to each other. When the light reflected from the layer is superimposed, the color becomes achromatic (white), and reflected light having no color is obtained. Then, in order to obtain white reflected light, it is not necessary to stack as many as 6 to 7 cholesteric liquid crystal layers as in the prior art, and it is only necessary to stack two cholesteric liquid crystal layers. Can be made thinner than before. As a result, it is possible to solve various problems such as the wiring on the step portion being easily cut, the uniform cell thickness not being obtained, and the display quality such as contrast being lowered.
[0037]
As specific forms of the upper-substrate-side elliptically polarized light incident means and the lower-substrate-side elliptically polarized light incident means, a polarizing plate that transmits linearly polarized light in one direction and the linearly polarized light that has transmitted through the polarizing plate are converted into elliptically polarized light. It can be set as the structure which has a phase difference plate.
By installing these two optical members on the upper substrate side and the lower substrate side, the external light such as sunlight and illumination light and the illumination light from the illumination device (backlight) can be easily changed to elliptically polarized light. It can be suitable for the liquid crystal display device of the present invention.
[0038]
As the retardation plate, one having an arbitrary retardation may be appropriately selected, but a quarter wavelength plate is preferably used.
When a quarter-wave plate is used, the linearly polarized light emitted from the polarizing plate can be changed to circularly polarized light among elliptically polarized light in a broad sense, so that the light use efficiency can be maximized and brighter. A liquid crystal display device for display can be realized. However, when the retardation plate provided on the upper substrate side is desired to have a color compensation function, the retardation plate is not limited to the quarter wavelength plate, and a retardation plate having an arbitrary retardation may be selected.
[0039]
Further, a color filter having a plurality of dye layers containing pigments of different colors may be provided on at least one of the upper layer side (liquid crystal layer side) and the lower layer side (second substrate side) of the transflective layer. Good.
By providing the color filter as described above, a liquid crystal display device capable of color display can be realized. In particular, when it is provided on the upper layer side of the transflective layer, color display can be realized in both the reflection mode and the transmission mode. When it is provided only on the lower layer side of the transflective layer, the transmissive mode can be a color display. It may be provided on both the upper layer side and the lower layer side of the transflective layer.
[0040]
Further, any one of the two cholesteric liquid crystal layers constituting the transflective layer has a light emission luminance having a plurality of peak wavelengths and a low emission luminance located in a valley between any of the peak wavelengths. It is desirable that one of the selective reflection wavelengths overlap.
In other words, the above configuration is such that the selective reflection wavelength of at least one of the two cholesteric liquid crystal layers does not overlap the peak wavelength portion of the emission spectrum. According to this configuration, since the transflective layer does not reflect the peak wavelength portion of the emission spectrum, the light emitted from the illumination device can be effectively transmitted through the transflective layer, while maintaining the reflectance. The transmittance can be improved.
[0041]
The reflectance of the two cholesteric liquid crystal layers constituting the transflective layer can be set in any way, but the reflectance of the two cholesteric liquid crystal layers may be intentionally different.
According to this configuration, even if the combination of two complementary colors is changed, additive color mixing can be performed to ensure an achromatic color.
[0042]
An electronic apparatus according to the present invention includes the liquid crystal display device according to the present invention. According to this configuration, it is possible to provide an electronic device including a liquid crystal display unit that has a bright display in the transmissive mode and excellent visibility.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a liquid crystal display device of this embodiment, and this embodiment is an example of a transflective color liquid crystal display device. In the following drawings, the film thicknesses and dimensional ratios of the respective components are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
[0044]
As shown in FIG. 1, the liquid crystal display device 20 according to the present embodiment includes a liquid crystal cell 21 and a backlight 22 (illumination device). In the liquid crystal cell 21, a lower substrate 23 (second substrate) and an upper substrate 24 (first substrate) are disposed to face each other, and are bonded together with a sealing material 25 interposed therebetween. In a space surrounded by the upper substrate 24, the lower substrate 23, and the sealing material 25, a liquid crystal layer 26 made of nematic liquid crystal having a phase difference set to λ / 2, for example, is sealed. A backlight 22 is disposed on the rear surface side of the liquid crystal cell 21 (the outer surface side of the lower substrate 23). The backlight 22 includes a light source 27 including a white LED (light emitting diode), a light guide plate 28, a reflection plate 29, and the like.
[0045]
A first cholesteric liquid crystal layer 35b that selectively reflects blue light (for example, a peak wavelength of about 450 nm) and yellow light (for example, a peak wavelength of 580 nm) are formed on the inner surface side of the lower substrate 23 made of a translucent material such as glass or plastic. A semi-transmissive reflective layer 35 composed of two layers of the second cholesteric liquid crystal layer 35y that selectively reflects the degree) is formed. The first cholesteric liquid crystal layer 35b selectively reflects, for example, blue light of right circularly polarized light, and transmits other color light and left circularly polarized light. The second cholesteric liquid crystal layer 35y includes, for example, right circularly polarized light. Of these, yellow light is selectively reflected, and other color light and left circularly polarized light are transmitted. These cholesteric liquid crystal layers 35b and 35y selectively reflect light having a wavelength corresponding to the helical pitch of liquid crystal molecules. For example, the helical pitch can be controlled by changing the composition of the cholesteric liquid crystal, the UV intensity at the time of curing, and the temperature. If the helical pitch is controlled to about 450 nm, the blue light is selectively reflected. If the helical pitch is controlled to about 580 nm. What selectively reflects yellow light is obtained.
[0046]
FIG. 2 shows the spectrum of the reflected light from each of the cholesteric liquid crystal layers 35b and 35y. The horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the reflectance of the right circularly polarized light. The spectrum of the reflected light from the first cholesteric liquid crystal layer 35b is indicated by the symbol Wb, and the peak wavelength is about 450 nm. The spectrum of the reflected light from the second cholesteric liquid crystal layer 35y is indicated by the symbol Wy, and the peak wavelength is about 580 nm. In addition, what is shown with the code | symbol WL is an emission spectrum when white LED is used as the light source 27 of a backlight. The color of the reflected light from the first cholesteric liquid crystal layer 35b and the color of the reflected light from the second cholesteric liquid crystal layer 35y are in a complementary relationship, and the reflected light as a whole of the transflective layer 35 is The reflected light from the cholesteric liquid crystal layer 35b and the reflected light from the second cholesteric liquid crystal layer 35y are additively mixed to become achromatic (white) light.
[0047]
Dye layers 31r, 31g, and 31b containing pigments of different colors of red (R), green (G), and blue (B) are provided on the upper layer of the transflective layer 35 including the two cholesteric liquid crystal layers 35b and 35y. A pigment color filter layer 32 having an overcoat layer 33 is formed. In the case of the present embodiment, the pigment color filter layer 32 functions as a color filter for forming colors in both reflective display and transmissive display. The planar pattern shape for each color of the pigment layers 31r, 31g, 31b of the pigment color filter layer 32 may be the same as that of a conventional color filter known as, for example, a stripe shape, a mosaic shape, or a delta shape. it can.
[0048]
A lower electrode 37 made of a transparent conductive film such as indium tin oxide (hereinafter abbreviated as ITO) is formed on the overcoat layer 33 on the inner surface side of the lower substrate 23, and a polyimide is formed thereon. An alignment film 38 made of such a resin is formed.
[0049]
On the other hand, an upper electrode 39 made of a transparent conductive film such as ITO is formed on the inner surface side of the upper substrate 24, and an alignment film 40 made of resin such as polyimide is formed thereon. As an electrode configuration composed of the lower electrode 37 and the upper electrode 39, either an active matrix method using a switching element such as a thin film transistor (TFT) or a thin film diode (TFD) or a passive matrix method can be employed.
[0050]
On the outer surface side of the upper substrate 24, an upper retardation plate 42 and an upper polarizing plate 43 (both of which constitute upper substrate side elliptically polarized light incident means (first elliptically polarized light means)) are provided in this order from the substrate side. . On the other hand, on the outer surface side of the lower substrate 23, a lower retardation plate 44 and a lower polarizing plate 45 (both of which constitute lower substrate side elliptically polarized light incident means (second elliptically polarized light means)) are provided in this order from the substrate side. ing. These retardation plates 42 and 44 and polarizing plates 43 and 45 are for making circularly polarized light having a predetermined rotation direction incident on the liquid crystal layer 26. As the upper retardation plate 42 and the lower retardation plate 44, A quarter wave plate is generally used. However, in particular, when a retardation plate provided on the upper substrate 24 side is to have a color compensation function, a quarter-wave plate is not necessarily used, and a retardation plate having an arbitrary retardation may be selected. .
[0051]
Since the display principle of the liquid crystal display device 20 having the above-described configuration has been described in detail in the section [Means for Solving the Problems], the description is omitted here. As described above, according to the liquid crystal display device 20 of the present embodiment, the same display mode can be used during reflection and during transmission. In particular, when focusing on bright display in the transmission mode, the conventional transflective type Unlike the liquid crystal display device, a part of the light incident from the lower substrate side is not absorbed by the upper polarizing plate, and most of the light transmitted through the transflective layer 35 including the cholesteric liquid crystal layers 35b and 35y is displayed. Contribute to. On the other hand, the light reflected by the transflective layer 35 including the cholesteric liquid crystal layers 35b and 35y and not introduced into the liquid crystal layer 26 can be reused for transmissive display. Thus, the effects of being able to utilize the circularly polarized light transmitted through the semi-transmissive reflective layer 35 composed of the cholesteric liquid crystal layers 35b and 35y to the maximum and reusing the circular polarized light reflected by the semi-transmissive reflective layer 35 for display are mutually related. Therefore, it is possible to improve the brightness of the transmissive display while maintaining the brightness of the reflective display, and it is possible to realize a transflective liquid crystal display device excellent in visibility.
[0052]
Further, in the case of the present embodiment, the selective reflection light of the first cholesteric liquid crystal layer 35b and the second cholesteric liquid crystal layer 35y constituting the transflective layer 35 has a complementary color relationship, and the transflective layer 35 as a whole Since white reflected light with no color is obtained, color reproducibility by the pigment color filter layer 32 at the time of reflection display can be ensured. Conversely, the fact that the selectively reflected light has a complementary color relationship means that the transmitted light from each of the cholesteric liquid crystal layers 35b and 35y also has a complementary color relationship, so that white transmitted light without color is obtained. Therefore, the color reproducibility by the pigment color filter layer 32 can be ensured even during transmissive display.
[0053]
Further, in order to obtain white light, it is not necessary to stack as many as 6 to 7 cholesteric liquid crystal layers as in the prior art, and it is only necessary to stack two layers. Can be made thinner. As a result, it is possible to solve the problem that the wiring applied to the step portion at the end of the transflective layer 35 is easily cut, the problem that the uniform cell thickness cannot be obtained, and the display quality such as contrast is deteriorated.
[0054]
According to the examination result of the present inventor, the film thickness of the conventional transflective layer in which 6 to 7 layers of cholesteric liquid crystal layers are laminated is 10 to 15 μm, whereas two layers of cholesteric liquid crystal layers are formed. The thickness of the laminated transflective layer in this embodiment can be as thin as 4.5 μm. In particular, in the present embodiment, since the two complementary colors are located on the relatively short wavelength side, the helical pitch of the cholesteric liquid crystal layer can be reduced, so that the film thickness can be particularly reduced. . Moreover, the reflectance of the external light of the transflective layer of this Embodiment was 7%, and the transmittance | permeability of the white LED light from a backlight was 12.6%.
[0055]
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a spectrum of reflected light of the two cholesteric liquid crystal layers used in the liquid crystal display device of the present embodiment, in which the horizontal axis indicates the wavelength and the vertical axis indicates the reflectance of the right circularly polarized light. The basic configuration of the liquid crystal display device of this embodiment is exactly the same as that of the first embodiment. The only difference from the first embodiment is that the color of the selectively reflected light of each cholesteric liquid crystal layer is changed. is there. Therefore, the description of the entire configuration of the liquid crystal display device is omitted.
[0056]
In the liquid crystal display device of the present embodiment, a first cholesteric liquid crystal layer that selectively reflects cyan light (for example, a peak wavelength of about 500 nm) and red light (for example, a peak wavelength of about 620 nm) are applied to the inner surface side of the lower substrate 23. A transflective layer 35 made of a second cholesteric liquid crystal layer that selectively reflects is formed. The first cholesteric liquid crystal layer selectively reflects, for example, cyan light of right-handed circularly polarized light, and transmits other colored light and left-handed circularly polarized light. The second cholesteric liquid crystal layer is formed of, for example, right-handed circularly polarized light. The red light is selectively reflected, and the other color light and the left circularly polarized light are transmitted. These cholesteric liquid crystal layers can control the helical pitch by, for example, changing the ultraviolet intensity or temperature when curing the cholesteric liquid crystal, and selectively reflect cyan light if the helical pitch is controlled to about 500 nm, about 620 nm. If it is controlled, a light that selectively reflects red light can be obtained.
[0057]
In FIG. 3, the spectrum of the reflected light from the first cholesteric liquid crystal layer is indicated by the symbol Wc, and the peak wavelength is about 500 nm. The spectrum of the reflected light from the second cholesteric liquid crystal layer is indicated by the symbol Wr, and the peak wavelength is about 620 nm. What is indicated by a symbol WL is an emission spectrum when a white LED is used as the light source 27 of the backlight, as in the first embodiment. The color of the reflected light from the first cholesteric liquid crystal layer and the color of the reflected light from the second cholesteric liquid crystal layer are in a complementary relationship, and the reflected light as the whole transflective layer is the first cholesteric liquid crystal layer. The reflected light from and the reflected light from the second cholesteric liquid crystal layer are additively mixed to produce achromatic (white) light.
[0058]
As shown in FIG. 3, the emission spectrum of the white LED of the backlight has two peak wavelengths near 450 nm and 550 nm. In the case of the present embodiment, the peak wavelength of the reflected light spectrum Wc in the first cholesteric liquid crystal layer is shifted from the peak wavelength of the emission spectrum WL of the white LED, and the emission luminance between the two peak wavelengths is emitted from the valley. Is located in the lower wavelength band. Further, the peak wavelength of the reflected light spectrum Wr in the second cholesteric liquid crystal layer is also shifted from the peak wavelength of the emission spectrum WL of the white LED, and in a wavelength band where the emission luminance on the longer wavelength side is lower than the two peak wavelengths. positioned.
[0059]
Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the reflectance of the reflected light (blue light) on the first cholesteric liquid crystal layer and the reflected light (yellow light) on the second cholesteric liquid crystal layer. The reflectance was approximately equal to about 50%. On the other hand, in the case of the present embodiment, the reflectance of the reflected light (red light) at the second cholesteric liquid crystal layer is about 50%, whereas the reflected light at the first cholesteric liquid crystal layer ( The reflectance of cyan light is greatly different from about 100%.
[0060]
Also in the present embodiment, the selective reflected lights of the first cholesteric liquid crystal layer and the second cholesteric liquid crystal layer constituting the transflective layer are complementary to each other, and white light having no color is obtained. As a result, it is possible to reduce the film thickness of the transflective layer, thereby solving the problem of disconnection of the wiring at the end of the transflective layer and the deterioration of display quality such as contrast. An effect similar to that of the first embodiment can be obtained.
[0061]
Further, in the present embodiment, the selective reflection wavelengths of the first and second cholesteric liquid crystal layers are shifted from the peak wavelength of the emission spectrum of the white LED of the backlight, so that the transflective layer has the peak wavelength of the emission spectrum. The light emitted from the backlight can be effectively transmitted through the transflective layer without reflecting the portion, and the transmittance can be improved while maintaining the reflectance. Further, by intentionally differentiating the reflectance of the first cholesteric liquid crystal layer and the reflectance of the second cholesteric liquid crystal layer, the reflected light from these cholesteric liquid crystal layers is additively mixed to ensure an achromatic color. Can be adjusted as follows.
[0062]
According to the examination result of the present inventor, the film thickness of the transflective layer of the present embodiment in which two cholesteric liquid crystal layers are laminated can be reduced to 5.0 μm. Further, the transflective layer of the present embodiment has a reflectance of 7% for external light and a transmittance for backlight of 13.3%. Although the reflectance is designed to be the same as that of the first embodiment, the transmittance of the backlight light is higher than that of the first embodiment as described above. This is because the selective reflection wavelength of the cholesteric liquid crystal layer 2 is shifted from the peak wavelength of the emission spectrum of the white LED of the backlight.
[0063]
[Electronics]
Examples of electronic devices provided with the liquid crystal display device of the above embodiment will be described.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a mobile phone. In FIG. 5, reference numeral 1000 denotes a mobile phone body, and reference numeral 1001 denotes a liquid crystal display unit using the liquid crystal display device.
[0064]
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a wristwatch type electronic device. In FIG. 6, reference numeral 1100 denotes a watch body, and reference numeral 1101 denotes a liquid crystal display unit using the liquid crystal display device.
[0065]
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a portable information processing apparatus such as a word processor or a personal computer. In FIG. 7, reference numeral 1200 denotes an information processing apparatus, reference numeral 1202 denotes an input unit such as a keyboard, reference numeral 1204 denotes an information processing apparatus body, and reference numeral 1206 denotes a liquid crystal display unit using the liquid crystal display device.
[0066]
The electronic apparatus shown in FIGS. 5 to 7 includes a liquid crystal display unit using the liquid crystal display device of the above embodiment, so that a bright display can be obtained even in the transmission mode, and the liquid crystal has excellent visibility in all use environments. An electronic device including a display portion can be realized.
[0067]
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, a polarizing plate and a quarter-wave plate are used as the elliptically polarized light incident means, but other optical members may be used as long as elliptically polarized light can be incident on the liquid crystal layer. . In the present invention, it is ideal that circularly polarized light is incident on the liquid crystal layer and used for display. However, the present invention is not necessarily limited to perfect circularly polarized light, and the use efficiency of light is allowed to be somewhat reduced. If so, elliptically polarized light can be used.
[0068]
In the above-described embodiment, the case where the reflected light colors of the two cholesteric liquid crystal layers are a combination of blue and yellow, and a combination of cyan and red is exemplified. It is good also as a combination. Further, a ½ wavelength plate may be inserted between the lower polarizing plate and the lower retardation plate (¼ wavelength plate). When a half-wave plate is inserted, circularly polarized light can be obtained in a wider wavelength band. Moreover, even if the liquid crystal layer has a negative dielectric anisotropy and is vertically aligned, a favorable display with high contrast is obtained.
[0069]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the same display mode can be used during reflection and during transmission, and particularly in the transmission mode, the lower substrate side as in a conventional transflective liquid crystal display device can be used. Part of the light incident from the light is not absorbed by the upper polarizing plate, and most of the light transmitted through the transflective layer made of cholesteric liquid crystal contributes to display. On the other hand, light from the lower substrate side that is reflected by the transflective layer made of cholesteric liquid crystal and not introduced into the liquid crystal layer can be reused for transmissive display. In this way, it is possible to improve the brightness of the transmissive display while maintaining the brightness of the reflective display, and it is possible to realize a transflective liquid crystal display device excellent in visibility. Furthermore, since two cholesteric liquid crystal layers need only be laminated as the semi-transmissive reflective layer, the thickness of the semi-transmissive reflective layer can be made thinner than before, and the problem of disconnection of the wiring at the step portion at the end of the semi-transmissive reflective layer In addition, the problem of deterioration of display quality such as contrast can be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a reflected light spectrum of two cholesteric liquid crystal layers constituting the transflective layer of the liquid crystal display device.
FIG. 3 is a diagram showing a reflected light spectrum of two cholesteric liquid crystal layers constituting a transflective layer of a second liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a display principle of a liquid crystal display device corresponding to the first embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of an electronic apparatus according to the invention.
FIG. 6 is a perspective view showing another example of an electronic apparatus according to the invention.
FIG. 7 is a perspective view showing still another example of the electronic apparatus according to the invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional liquid crystal display device.
FIG. 9 is a diagram showing reflected light spectra of a plurality of cholesteric liquid crystal layers constituting a transflective layer of a conventional liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
1,24 Upper substrate
2,23 Lower substrate
3,26 Liquid crystal layer
4,21 Liquid crystal cell
7,35 Transflective layer
8, 35b, 35y Cholesteric liquid crystal layer
9, 43 Upper polarizing plate (upper substrate side elliptically polarized light incident means)
10, 42 Upper retardation plate (upper substrate side elliptically polarized light incident means)
11, 45 Lower polarizing plate (lower substrate side elliptically polarized light incident means)
12, 44 Lower retardation plate (lower substrate side elliptically polarized light incident means)
20 Liquid crystal display devices
22 Backlight (lighting device)
31r, 31g, 31b Dye layer
32 Pigment color filter layer
35 Transflective layer

Claims (7)

互いに対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持された液晶セルを有する液晶表示装置であって、
前記第２基板の内面側に、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光のうちの一部を反射させ、一部を透過させるコレステリック液晶層を有する半透過反射層が設けられ、前記液晶セルに対して前記第２基板側から光を入射させる照明装置が備えられ、前記液晶層に対して前記第１基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第１楕円偏光入射手段と前記第２基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第２楕円偏光入射手段とが設けられるとともに、前記液晶層は、入射した楕円偏光の回転方向を反転させることが可能とされ、前記半透過反射層が、互いに補色の関係にある波長領域にそれぞれ選択反射ピーク波長を持つ２層のコレステリック液晶層からなることを特徴とする液晶表示装置。A liquid crystal display device having a liquid crystal cell in which a liquid crystal layer is sandwiched between a first substrate and a second substrate arranged to face each other,
A transflective layer having a cholesteric liquid crystal layer that reflects a part of circularly or elliptically polarized light having a predetermined rotation direction and transmits a part thereof is provided on the inner surface side of the second substrate, and the liquid crystal cell A first elliptically polarized light incident means for allowing circularly or elliptically polarized light to be incident on the liquid crystal layer from the first substrate side, and the second substrate. Second elliptically polarized light incident means for making circularly polarized light or elliptically polarized light incident from the side, and the liquid crystal layer is capable of reversing the rotational direction of the incident elliptically polarized light, and the transflective layer is A liquid crystal display device comprising two cholesteric liquid crystal layers each having a selective reflection peak wavelength in a wavelength region having a complementary color relationship. 前記第１楕円偏光入射手段および前記第２楕円偏光入射手段が、一方向の直線偏光を透過する偏光板と、該偏光板を透過した直線偏光を円偏光または楕円偏光に変換する位相差板とを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。  The first elliptically polarized light incident means and the second elliptically polarized light incident means have a polarizing plate that transmits linearly polarized light in one direction, and a retardation plate that converts the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate into circularly polarized light or elliptically polarized light; The liquid crystal display device according to claim 1, comprising: 前記位相差板が１／４波長板であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。  The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the retardation plate is a ¼ wavelength plate. 前記半透過反射層の前記液晶層側、前記第２基板側の少なくともいずれか一方に、異なる色の複数の色素層を有するカラーフィルターが設けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。  4. A color filter having a plurality of dye layers of different colors is provided on at least one of the liquid crystal layer side and the second substrate side of the transflective layer. A liquid crystal display device according to claim 1. 前記照明装置の発光スペクトルが複数のピーク波長を有し、いずれかのピーク波長間の谷間の発光輝度が低い波長に、前記２層のコレステリック液晶層の少なくともいずれか一方の選択反射波長が重なっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。  The light emission spectrum of the illuminating device has a plurality of peak wavelengths, and the selective reflection wavelength of at least one of the two cholesteric liquid crystal layers overlaps with a wavelength at which the light emission luminance between valleys between any of the peak wavelengths is low. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is a liquid crystal display device. 前記２層のコレステリック液晶層の反射率を異ならせたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。  6. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the reflectance of the two cholesteric liquid crystal layers is different. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。  An electronic apparatus comprising the liquid crystal display device according to claim 1.
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