JP2000305074A - 反射型液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレステリック液晶もしくはカイラルネマチ
ック液晶からなるカラーフィルタを用いた反射型液晶デ
ィスプレイにおいて、視野角増大時の色調の変化を低減
させる。 【解決手段】 反射型液晶ディスプレイ１０は、２枚の
基板１２、１４間に、液晶セル１８、カラーフィルタを
構成するコレステリック液晶層１５が配置され、又、表
側にはマイクロレンズフィルム２４が配置され、コレス
テリック液晶層１５に入射しようとする外光は、マイク
ロレンズフィルム２４のマイクロレンズ２８によって、
その入射光軸が、入射面の法線方向にシフトされ、反射
光の反射角度も法線方向にシフトされることから、観察
者の視野角増大に対応する色調変化が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、反射型の液晶デ
ィスプレイ（以下ＬＣＤ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平１０−２８２３２４号公
報に開示されるように、反射型液晶ディスプレイ用カラ
ーフィルタとして、コレステリック液晶、もしくはカイ
ラルネマチック液晶を利用したものが提案されている。

【０００３】このカラーフィルタは、輝度、色純度にお
いて、従来の顔料や染料を用いたカラーフィルタと比較
して優れた性能を有している。特に、温度によりその選
択反射光の波長が変化し、更に紫外線照射によって液晶
状態を保持できる紫外線硬化型コレステリック液晶を用
いることにより、従来と比較して簡単に製造することが
できるという利点がある。

【０００４】前記のようなコレステリック液晶、及び、
カイラルネマチック液晶は、液晶分子軸の長距離配向秩
序に加えて、ダイレクタが螺旋的に空間変化をしている
という特性がある。即ち、液晶分子軸と平行な平面内で
は、液晶はネマティック相と同様な配向秩序があるが、
隣接する平面へ移ると、この局所的な配向方向がわずか
に回転しているので、これが順次連続して螺旋構造とな
っている。

【０００５】一方、自然光は、右旋円偏光と左旋円偏光
に分けることが可能であり、コレステリック液晶もしく
はカイラルネマチック液晶は、前記右旋円偏光及び左旋
円偏光両成分の光が、液晶の螺旋軸に平行に入射した場
合、該液晶のねじれ方向と同じ回転方向の円偏光成分の
みを反射し、他方の円偏光成分は透過するという特性が
ある。

【０００６】このとき、反射光の、入射光に対する位相
の変化が生じないので、反射光の入射前後における偏光
方向は不変であり、また、反射光の波長は、コレステリ
ック液晶もしくはカイラルネマチック液晶のねじれのピ
ッチと比例関係にある。このピッチは、液晶にねじれの
力を発生させるカイラル剤の添加量や、適当な外場（例
えば温度、電場、磁場等）により変化する。

【０００７】従って、上記のようなパラメータを、可視
域で制御することにより、赤、緑、青の反射光を形成さ
せることができ、且つ、その反射率を従来のカラーフィ
ルタと比較して高く設定することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記のような
コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶
は、２枚の基板に挟み込まれた状態でセルを構成し、各
々のセルにおける基板の液晶側面はプレーナ配向が施さ
れている。従って、液晶の螺旋軸は、前記基板に対して
垂直となり、反射光は入射角度と反射角度が等しい正反
射の関係を示す。

【０００９】しかしながら、このようなカラーフィルタ
を有する反射型ＬＣＤを正面からずれた角度で観察した
場合、即ち視野角度が変化すると、正面から観察した場
合と比較して、その反射光の波長が短波長側にシフト
し、このために色調（色目）が変化してしまうという問
題点があった。

【００１０】この発明は、上記従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、コレステリック液晶もしくはカイ
ラルネマチック液晶を用いつつ、低コストで視野角度が
増大した場合の反射光の短波長側への波長シフトを低減
させることができるようにした反射型ＬＣＤを提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１のよ
うに、基材の上にコレステリック液晶又はカイラルネマ
チック液晶の一方からなる液晶層を配置してなるカラー
フィルタと、前記液晶層における外光入射側に、入射し
た外光の該液晶層への入射光軸を入射面で法線側にシフ
トさせるマイクロレンズフィルムを配置したことを特徴
とする反射型液晶ディスプレイにより上記目的を達成す
るものである。

【００１２】又、請求項１において、前記マイクロレン
ズフィルムのレンズ焦点を、前記液晶層における外光入
射側の界面にほぼ一致させてもよい。

【００１３】この発明においては、液晶層の外光入射側
部に配置されたマイクロレンズフィルムによって、入射
する外光の液晶層への入射光軸が入射面の法線側にシフ
トされるので、反射光の波長が短波長側にシフトするこ
とが抑制される。従って、視野角度の変化による色目の
変化が低減される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して詳細に説明する。

【００１５】図１に示されるように、本発明の実施の形
態の第１例に係る反射型ＬＣＤ１０は、外光入射側の基
板１２と対向基板１４及びこれらの基板に挟み込まれた
液晶層１６からなる液晶セル１８と、液晶セル１８上
に、液晶セル１８から外光入射側方向へ、１／４波長板
２０、偏光板２２、マイクロレンズフィルム２４を配置
し、又、液晶セル１８の外光入射側の反対面に対し、光
吸収層２６を配置して構成される。

【００１６】外光入射側の基板１２は、外光入射側から
液晶層１６方向へ、基材１２Ａ上に、透明電極、例えば
ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）１２Ｂ、及び、配向膜１
３を積層して形成されている。

【００１７】又、対向基板１４は、基材１４Ａ上に、液
晶層１６方向へ、配向膜１３、コレステリック液晶層１
５、ＩＴＯ１４Ｂ、配向膜１３が配置されている。図１
ではコレステリック液晶層１５上にＩＴＯ１４Ｂが形成
されているが、この間に配向膜、基材を形成してもよ
い。

【００１８】又、対向基板１４は、以下の方法で製造す
ることができる。

【００１９】一対の基材と、各基材の内側に形成した配
向膜と、該配向膜を介してコレステリック液晶層１５を
形成する。なお、液晶層側に配置される基材の配向膜は
形成されていなくてもよい。その後、液晶層側に配置さ
れる基材もしくは基材と配向膜を剥離してカラーフィル
タを形成し、その上にＩＴＯ１４Ｂ、配向膜１３を配置
し、対向基板１４を構成する。このとき、基材１４Ａも
しくは基材１４Ａと配向膜は剥離せず、前記のようにコ
レステリック液晶層１５とＩＴＯ１４Ｂの間に配向膜、
基材をそのまま残してもよい。

【００２０】前記マイクロレンズフィルム２４は、図１
において下側に凸の多数のマイクロレンズ２８を一体的
に備えたものであり、各マイクロレンズ２８は、図２に
拡大して示されるように、そのレンズ焦点が、前記コレ
ステリック液晶層１５のＩＴＯ１４Ｂ側の界面１５Ａに
一致するように構成されている。

【００２１】又、図１は、反射型液晶ＬＣＤ１０の１つ
の画素を示している。

【００２２】前記配向膜１３は、例えばポリイミドを基
材に塗布して焼成後、布でラビング処理し平行配向処理
して形成され、これにより、コレステリック液晶層１５
や液晶層１６の液晶分子は、配向膜１３における配向方
向に分子長軸が配向された状態となっている。

【００２３】このような構成の反射型ＬＣＤ１０に様々
な角度の外光が入射するが、マイクロレンズフィルム２
４のマイクロレンズ２８を通過する際に、コレステリッ
ク液晶層１５への入射光の入射角度が小さくなる。即ち
入射光軸が入射面の法線方向にシフトし、従来と比較し
て、反射光の波長の短波長側へのシフト量が小さくな
る。よって、外光の入射角度の変化による色目の変化量
が低減され、色純度に優れた画像を得ることができ、視
野角度による色目の変化量も低減できる。

【００２４】なお、前記実施の形態の例におけるマイク
ロレンズフィルム２４は、均一の素材から形成されてい
るが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば図
３に示されるマイクロレンズフィルムの他の実施の形態
のように、マイクロレンズの表面を一定厚さで着色した
着色層３４として、この部分の光透過率を変えたマイク
ロレンズフィルム３２を用いてもよい。

【００２５】この場合、外光入射面の法線に対して所定
角度の入射角を有し、外光Ａのように入射した光は、図
２の第１例と同様に、図３の例も、コレステリック液晶
層１５の界面１５Ａで反射する。一方、外光Ｂのように
入射した光は、図２の第１例ではマイクロレンズフィル
ムで全反射し、入射方向と逆向きにランダムに出射する
のに対し、図３の第２例ではマイクロレンズ３４の表面
を一定の厚さで着色したため、全反射をしている間に反
射光が大幅に減衰し、図２の第１例に比べ、マイクロレ
ンズフィルムによるランダムな光の反射を減少させ、視
野角度による色目の変化を抑制できるのみならず、ＬＣ
Ｄの画面のコントラストを増大することができる。

【００２６】更に、マイクロレンズフィルム２４、３２
上の表面反射を防止するため、マイクロレンズフィルム
上に反射防止膜を設けてもよい。

【００２７】上記実施の形態の例における基材１２Ａ、
１４Ａはいずれもガラス板であるが、本発明はこれに限
定されるものでなく、光透過性のフィルム等であっても
よい。

【００２８】又、上記反射型ＬＣＤ１０におけるコレス
テリック液晶はカイラルネマチック液晶であってもよ
い。

【００２９】更に、上記マイクロレンズフィルムは、図
１〜図３に示されるような液晶層側に凸の凸レンズであ
るが、これは図４に示される実施の形態の第２例の反射
型ＬＣＤ４０のように逆向きであってもよい。なお、レ
ンズ形状は凸レンズに限定されず、平板状のガラス基板
やプラスチックシート内にレンズ作用を発生する屈折率
分布を持たせて、２次元アレイ状あるいは１次元アレイ
状の小さいレンズを形成した平板マイクロレンズであっ
てもよい。

【００３０】又、前記マイクロレンズフィルム２４、３
２は１次元方向にマイクロレンズを並列形成したもので
あるが、本発明はこれに限定されるものでなく、２次元
アレイ状にレンズを形成したもの、例えば、蠅の目レン
ズ等のモザイクレンズとしてもよい。更に、１次元方向
のマイクロレンズを縦横に２枚重ねてもよい。

【００３１】

【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００３２】この実施例は、前記図１に示される反射型
ＬＣＤ１０と同様の構成であり、まずその製造工程につ
いて説明する。

【００３３】適切な洗浄処理を行い、清浄とした基材と
してのガラス基板上にポリイミドをスピンコートし、２
００℃で１時間焼成した。次に、この焼成したポリイミ
ドに布でラビング処理を行い、厚さ約６００Åの配向膜
とした。

【００３４】この基板の配向膜上に溶剤（プロピレング
リコールモノメチルエーテルアセテート等）で適当な粘
度に希釈調整された紫外線硬化型コレステリック液晶を
スピンコート法を用いて５μｍの厚さに塗布し、ホット
プレート上において７０度で３分間のプリベークを行
い、完全に溶剤を蒸発させた。

【００３５】そこに延伸処理を施したＰＥＴ（ポリエチ
レンテレフタレート）フィルム（東レ製ルミラー２５μ
ｍ厚さ）を空気が入らないように、且つコレステリック
液晶がはみ出さないようにしてラミネートし、所望の反
射分光が得られる温度に調整した。

【００３６】次に、所望の反射分光が得られることを確
認してから、フォトマスクを介して紫外線露光を行って
コレステリック液晶を硬化させた。

【００３７】ここで、上記所望の反射分光を得るための
温度調整、及び、画像のパターンに対応したフォトマス
クを介して紫外線露光を行う工程を必要回数だけ繰り返
し、塗布したコレステリック液晶全域の露光硬化が終了
した後、前記ＰＥＴフィルムを剥離して、カラーフィル
タとした。

【００３８】完成したカラーフィルタを用いて液晶のセ
ル組を行った。カラーフィルタ上に１０００ÅのＩＴＯ
膜を成膜し、その上に日本合成ゴム製ポリイミドＡＬ１
２５４を６００Åの厚さに塗布して、２００℃で１時間
焼成した後に、布によりポリイミド膜表面をラビング処
理して配向膜１３を形成し、対向基板１４とした。スペ
ーサとして積水ファインケミカル製のＳＰ−２０３を塗
布し、外光入射側の基板１２として、ＴＦＴを形成した
基板を用いて中空セルを作成し、その後、セル中にメル
ク製液晶ＺＬＩ−４７９を注入した。これにより液晶の
複屈折率と、厚みでリタデーションが起こり、入射光が
液晶層１６を通過することにより位相がπ変化するよう
に調整した。

【００３９】更に、その液晶セル１８の表面に市販の１
／４波長板２０を貼り、その進相軸に対して４５°傾け
て直線偏光板を貼り込んだ。又、液晶セル１８の外光入
射側反対面には黒い布を貼り、光吸収層２６とした。

【００４０】１／４波長板２０、偏光板２２、光吸収２
６を備えた液晶セル１８に光を反射させてみるとカラー
フィルタの反射光が観測され、一方、電圧を印加したと
ころ画素が黒くなり、液晶ディスプレイとして使用でき
ることがわかった。

【００４１】上記液晶セル上にある偏光板２２上面に、
図３に示されるようなレンチキュラーレンズ形状のマイ
クロレンズフィルム３２を貼り付け、これに光を投射し
て、正反射の関係が反射光の測定を行ったところ、入射
角度変化による反射波長の短波長側へのシフト量を減少
させることができた。これは、マイクロレンズフィルム
３２を通ることにより、図５及び表１に示すように、全
空間にわたる光の入射が、入射面に対し法線方向へシフ
トし、光の入射角度の変化による反射波長の短波長側へ
のシフト量が減少するものである。なお、図５及び表１
の光検出角度はマイクロレンズフィルム３２を透過した
光の角度を測定しており、測定には大塚電子製ＬＣＤ−
５１００を用いた。

【００４２】

【表１】

【００４３】次に上記図３のマイクロレンズフィルム３
２の有無による、入射光角度が２５°、３０°、３５
°、４０°、４５°である場合の反射波長の変化を図
６、７及び表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】図６は、マイクロレンズフィルムを備えて
いない反射型ＬＣＤにおける、外光の入射角に対する反
射波長を示し、図７は、マイクロレンズフィルムを備え
た反射型ＬＣＤにおける、外光の入射角に対する反射波
長を示している。図６、図７から、マイクロレンズフィ
ルムがない場合には、外光入射面の法線に対し入射角度
が大きくなるにつれ、反射波長が短波長側にシフトする
のに対し、マイクロレンズフィルムを備えた場合には、
入射角度の変化による反射波長の短波長側へのシフトが
減少していることがわかった。

【００４６】更に、図６、７の結果から、マイクロレン
ズフィルムの有無による反射光中心波長の変化を表２に
示したが、マイクロレンズフィルムがない場合には、入
射角度によって反射光中心波長は４０ｎｍ変化している
のに対し、マイクロレンズフィルムを配置することで、
反射光中心波長の変化は１５ｎｍになり、色目の変化を
抑えられることがわかった。

【００４７】なお、角度は外光の入射面の法線方向から
の角度で示しており、例えば入射光角度が０°というの
はマイクロレンズフィルムに対し、垂直に入射している
ものである。

【００４８】又、反射光中心波長とは光透過率が最大と
なる波長であり、測定装置には大塚電子製ＬＣＤ−５１
００を用いた。

【００４９】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、コ
レステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶から
なるカラーフィルタを用いた反射型ＬＣＤにおいて、簡
単な構造で、外光の入射角度の変化による色目変化を抑
制し、画像のコントラスト、色純度を向上させることが
できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に実施の形態の第１例に係る反射型ＬＣ
Ｄを示す拡大略示斜視図

【図２】同要部拡大断面図

【図３】前記反射型ＬＣＤにおけるマイクロレンズフィ
ルムの他の実施の形態を示す拡大略示断面図

【図４】同実施の形態の第２例を示す図１と同様の斜視
図

【図５】本発明のマイクロレンズフィルムへの光の入射
角度を変化させたときの透過光の光検出角度の変化と透
過率強度との関係を示す線図

【図６】マイクロレンズフィルムを備えていない反射型
ＬＣＤにおける、外光の入射角に対する反射波長を示す
線図

【図７】マイクロレンズフィルムを備えた反射型ＬＣＤ
における図６と同様の線図

【符号の説明】

１０、４０…反射型液晶ディスプレイ １２、１４…基板 １５…コレステリック液晶層 １５Ａ…界面 １８…液晶セル ２４、３２…マイクロレンズフィルム ２８、３４…マイクロレンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材の上にコレステリック液晶又はカイラ
   ルネマチック液晶の一方からなる液晶層を配置してなる
   カラーフィルタと、前記液晶層における外光入射側に、
   入射した外光の該液晶層への入射光軸を入射面で法線側
   にシフトさせるマイクロレンズフィルムを配置したこと
   を特徴とする反射型液晶ディスプレイ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記マイクロレンズフ
   ィルムのレンズ焦点を、前記液晶層における外光入射側
   の界面に略一致させたことを特徴とする反射型液晶ディ
   スプレイ。