JP2001100254A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構成部品を減らす 【解決手段】ガラス基板２上に透明電極４と配向膜５と
を順次積層し、ガラス基板６上に透明電極８と配向膜９
とを順次積層している。ガラス基板２とガラス基板６と
を対向配置し、ゲストホスト液晶を介在させている。ゲ
ストホスト液晶は二色性色素１０とネマチック液晶１１
とからなる。そして、垂直配向させたゲストホスト液晶
に対し、電圧印加により螺旋状に配向されるようにカイ
ラル添加剤を含有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はゲストホスト液晶表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には、主としてツイストネ
マチック（ＴＮ）方式およびスーパーツイステッドネマ
チック（ＳＴＮ）方式が用いられているが、これらの方
式の液晶表示装置においては、直線偏光子を少なくとも
一枚以上設けている。

【０００３】しかしながら、直線偏光子を用いること
で、透過光の強度もしくは反射光の強度が半分以上損失
していた。

【０００４】この課題を解消するために、直線偏光子を
用いない方式の液晶表示装置が開発されており、たとえ
ばゲストホスト方式の表示モードが提案されている。以
下、ゲストホスト液晶表示装置を説明する。

【０００５】ホストであるネマチック液晶に二色性色素
を溶解してなるゲストホスト液晶を電気光学物質とな
し、電界の作用によりネマチック液晶分子と二色性色素
の双方の配向を制御し、これにより、二色性色素が有す
る光吸収の異方性を利用することで、液晶材の光吸収度
合を変え、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチングをおこなってい
る。

【０００６】ゲストホスト液晶表示装置には透過型と反
射型があり、双方ともに白黒表示をおこなう場合、黒色
の二色性色素を用いている。さらにマイクロカラーフィ
ルタを組み合わせることによってフルカラーの画像表示
が得られる。

【０００７】ゲストホスト液晶はセル内において水平配
向または垂直配向されており、駆動電圧の印加状態によ
って液晶層の状態を変化させることで、二色性色素の光
吸収度合をコントロールし、これによって白黒表示をお
こなう。すなわち、予め水平配向されている場合には、
電圧オフ（ＯＦＦ）状態で黒表示となり、電圧オン（Ｏ
Ｎ）状態で白表示となる。他方、予め垂直配向されてい
る場合には、電圧オフ（ＯＦＦ）状態で二色性色素の光
吸収が小さくなることで白表示となり、電圧オン（Ｏ
Ｎ）状態では黒表示となる。

【０００８】以下、このような配向状態を図６〜図９に
より説明する。図６と図７は透過型の液晶表示装置を、
図８と図９は反射型の液晶表示装置を示す。さらに透過
型の液晶表示装置において、図６はゲストホスト液晶が
セル内において電圧が印加されていない状態で垂直配向
されている場合（以下、垂直配向セルと略記する）、図
７は水平配向されている場合である（以下、水平配向セ
ルと略記する）。同様に図８は反射型液晶表示装置の垂
直配向セル、図９はその水平配向セルである。

【０００９】そして、透過型液晶表示装置および反射型
液晶表示装置ともに、電圧無印加にて垂直配向セルとな
り、電圧印加時に水平配向セルとなるようなスイッチン
グ構成である。

【００１０】まず図６と図７に示す透過型液晶表示装置
１においては、ガラス基板２の上にＳｉＯ2などからな
る電気絶縁性の保護膜３を形成し、保護膜３の上に透明
電極４と配向膜５とを順次積層し、他方のガラス基板６
の上にもＳｉＯ2などからなる電気絶縁性の保護膜７を
形成し、保護膜７の上に透明電極８と配向膜９とを順次
積層している。透明電極４，８ともにストライプ状に配
列形成し、双方が直交するようにガラス基板２とガラス
基板６とを対向配置し、ゲストホスト液晶を介在させて
いる。ゲストホスト液晶は二色性色素１０とネマチック
液晶１１とからなる。また、ガラス基板６の外面には偏
光板１２を設けている。

【００１１】また、図８と図９に示す反射型液晶表示装
置１３においては、ガラス基板１４の上にＳｉＯ2など
からなる電気絶縁性の保護膜１５と透明電極１６と配向
膜１７とを順次積層し、他方のガラス基板１８の上にも
ＳｉＯ2などからなる電気絶縁性の保護膜１９と透明電
極２０と配向膜２１とを順次積層している。透明電極１
６，２０ともにストライプ状に配列形成し、双方を直交
させて同様に二色性色素１０とネマチック液晶１１とか
らなるゲストホスト液晶を介在させている。また、ガラ
ス基板１８の外面に１／４波長板２２と光反射板２３を
設けている。

【００１２】上記透過型液晶表示装置１および反射型液
晶表示装置１３をなす液晶パネル、すなわちゲストホス
ト液晶を介在した２枚のガラス基板でもって双方とも共
通の構成となる液晶パネル（図中、Ｐにて表示する）に
対し、それぞれの水平配向セルと垂直配向セルにおいて
印加電圧と透過光強度を測定したところ、図１０に示す
ような結果が得られた。

【００１３】同図において、横軸は印加電圧であり、縦
軸は透過光の強度であり、透過光の強度は液晶パネルＰ
の入射光に対する透過光の比率にてあらわす。

【００１４】図１０から明らかなとおり、図６と図８に
示す垂直配向セルの場合には、電圧無印加での白レベル
が高く、さらに比較的低い電圧で十分な黒表示レベルが
得られる。一方、図７と図９に示す水平配向セルでは透
過光強度は印加電圧の増大とともに、ゆるやかな大きく
なっている。そのため、十分な白表示レベルを得るため
には高電圧を必要とする。

【００１５】以上のとおり、垂直配向セルは水平配向セ
ルよりも低電圧駆動で高いコントラストを得ることがで
きることから、垂直配向セルの開発が進められている
（特開平８−３６１７４号、特開平１０−１１１５１３
号および特開平１０−３１２１６号参照）。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の透過型液晶表示装置１においては、ガラス基板６の
外面には偏光板１２を設けており、反射型液晶表示装置
１３おいても、ガラス基板１８の外面に１／４波長板２
２を設けていることから、これに伴った複雑なセル構造
設計が必要となっていた。

【００１７】さらに透過型液晶表示装置１では偏光板１
２を光通過することで、そこでの光吸収に起因して、輝
度が低下するという課題もある。

【００１８】本発明は上記事情に鑑みて完成されたもの
であり、その目的は構成部品数を減らすことで、設計精
度を高め、製造歩留りを高め、これによって低コストを
達成するとももに、高品質かつ高信頼性の液晶表示装置
を提供することにある。

【００１９】本発明の他の目的は輝度を高めた高性能な
液晶表示装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、透明基板上に一方の透明電極と配向層とを順次積層
してなる一方の部材と、透明基板上に他方の透明電極と
配向層とを順次積層してなる他方の部材との間に二色性
色素を含有し負の誘電異方性を備えたゲストホスト液晶
を介在させてマトリックス状に画素を配列せしめてなる
装置構成において、一方の部材の配向層および／または
他方の部材の配向層により垂直配向させたゲストホスト
液晶に対し、一方の透明電極と他方の透明電極との間の
電圧印加により螺旋状に配向されるようにカイラル添加
剤を含有したことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１〜図４によっ
て詳述する。図１と図２は透過型ゲストホスト液晶表示
装置の要部断面図であり、図１は電圧無印加状態におけ
るゲストホスト液晶分子の状態を、図２は電圧印加した
場合のゲストホスト液晶分子の挙動を模式的に表してい
る。図３と図４は反射型ゲストホスト液晶表示装置の要
部断面図であり、図３は電圧無印加状態におけるゲスト
ホスト液晶分子の状態を、図４は電圧印加した場合のゲ
ストホスト液晶分子の挙動を模式的に表している。な
お、従来の液晶表示装置１，１３と同一箇所には同一符
号を付す。透過型ゲストホスト液晶表示装置について 図１と図２に示す液晶表示装置２４を説明する。ガラス
基板２の上にＳｉＯ2などからなる電気絶縁性の保護膜
３を形成し、保護膜３の上にＩＴＯなどからなる透明電
極４とポリイミド樹脂などからなる配向膜２５とを順次
積層し、他方のガラス基板６の上にもＳｉＯ2などから
なる電気絶縁性の保護膜７を形成し、保護膜７の上にＩ
ＴＯなどからなる透明電極８とポリイミド樹脂などから
なる配向膜２６とを順次積層している。透明電極４，８
ともにストライプ状に配列形成し、双方が直交するよう
にガラス基板２とガラス基板６とを対向配置し、ゲスト
ホスト液晶を介在させている。

【００２２】上記配向膜２５と配向膜２６については、
ともにプレチルト角が略９０°になるように表面処理し
ている。

【００２３】ゲストホスト液晶は分子長軸方向に吸収軸
のある二色性色素１０（たとえば三井東圧化学社製Ｓ４
２８）とネマチック液晶１１（たとえばＥ．Ｍｅｒｃｋ
社製ＺＬＩ−４３１８，ＺＬＩ−２８０６，ＺＬＩ−２
５８６）とからなり、さらにＥ．Ｍｅｒｃｋ社製のＳ−
８１１，Ｓ−１０１１，ＣＮなどからなるカイラル添加
剤を添加している。

【００２４】つぎに上記構成の液晶表示装置２４の動作
を説明する。図１に示す電圧無印加状態においては、ゲ
ストホスト液晶を略垂直に配向させ、そして、ガラス基
板６の外側からバックライトなどにより光照射させる。
その照射光は互いに直交する偏向成分にて表示すること
ができ、図面に平行な振動成分Ｘと図面に垂直な振動成
分Ｙに区分される。

【００２５】上記構成の液晶表示装置２４によれば、照
射光の振動成分Ｙと振動成分Ｘはゲストホスト液晶を透
過する。

【００２６】つぎに図２に示すように透明電極４と透明
電極８との間に電圧印加状態にすると、カイラル添加剤
によりゲストホスト液晶は３６０°ツイストの螺旋状に
移行する。そして、ガラス基板６の外側からバックライ
トなどにより光照射すると、振動成分Ｘと振動成分Ｙの
双方ともゲストホスト液晶の配向方向と一致し、ツイス
トされた二色性色素１０によって吸収される。すなわ
ち、ゲストホスト液晶が３６０°ツイストしている場合
に、ゲストホスト液晶のネマチック液晶１１に着目する
と、入射光に対し等方的に振る舞い、これによって光に
対する変調作用は及ぼさなくなるが、これに対し二色性
色素１０についてはいずれの振動方向の光も吸収する。

【００２７】また、各配向層５，９ともに配向処理によ
りプレチルト角θを８０°≦θ＜９０°にすることで、
ゲストホスト液晶に対しも所望のプレチルト角が付与さ
れ、これによって電圧印加時にリバースツイスト等の配
向欠陥が生じなくなり、その結果、安定した配向状態を
実現できる。

【００２８】かくして上記構成の液晶表示装置２４によ
れば、電圧印加時にゲストホスト液晶を螺旋状に配向さ
せることで、従来，使用していた偏光板を不要にするこ
とができた。反射型ゲストホスト液晶表示装置について 図３と図４に示す液晶表示装置２７を説明する。ガラス
基板１４の上にＳｉＯ2などからなる電気絶縁性の保護
膜１５とＩＴＯなどからなる透明電極１６とポリイミド
樹脂などからなる配向膜１７とを順次積層し、他方のガ
ラス基板１８の上にもＳｉＯ2などからなる電気絶縁性
の保護膜１９とＩＴＯなどからなる透明電極２０とポリ
イミド樹脂などからなる配向膜２１とを順次積層してい
る。透明電極１６，２０ともにストライプ状に配列形成
し、双方を直交させて同様に二色性色素１０とネマチッ
ク液晶１１とカイラル添加剤からなるゲストホスト液晶
を介在させている。また、ガラス基板１８の外面に最適
な光学軸方向に設定した光反射板２３を設けている。

【００２９】なお、光反射板２３はガラス基板１８の外
面に設けたが、このような配設部位に代えて、ガラス基
板１８の内面に設けてもよい。

【００３０】上記ゲストホスト液晶も基板の水平方向と
液晶分子の長軸とのなす角（プレチルト角θ）は略９０
°となっている。

【００３１】つぎに上記構成の液晶表示装置２７の動作
を図３と図４により説明する。

【００３２】図３に示す電圧無印加状態によれば、ゲス
トホスト液晶が略垂直に配向されており、そして、ガラ
ス基板１４の外側より光入射すると、振動成分Ｘ、Ｙの
双方とも光吸収されないで光反射板２３で反射され、そ
の反射光は何ら光変調を受けないで光出射される。

【００３３】そして、図４に示すように電圧印加状態に
なるとゲストホスト液晶はカイラル添加剤により螺旋状
（ツイスト構造）に移行し、ガラス基板１４の外側より
入射光が入ると、振動成分Ｘ、Ｙの両方に対し、配向方
向と振動方向が一致するようなＰ型二色性色素１０が存
在し、これによって双方の振動成分が吸収され、その結
果、光反射板２３に到達する振動成分がなくなる。

【００３４】かくして上記構成の液晶表示装置２７によ
れば、このように電圧印加時にゲストホスト液晶をツイ
スト構造にしたことで、従来使用していた１／４波長板
が不要となる。配向膜５、９、１７、２１について 透過型の液晶表示装置２４においては、配向膜５，９を
形成するに当たって，予めのポリイミド樹脂層を塗布形
成し、その層を固化し、その後に双方もしくは一方に対
し光照射処理したり、あるいはラビング処理を施し、こ
れによって所望どおりにプレチルト角を設けた配向膜
５，９となした。そして、略垂直配向したネマチック液
晶１１と二色性色素１０に対し所望どおりにプレチルト
角を付与している。

【００３５】なお、本発明においては、配向膜５，９の
双方に対し光照射処理やラビング処理を施しているが、
一方だけを処理してもよい。しかし、両層２５，２６に
処理をおこなった方が、より所望どおりプレチルト角が
付与できる。

【００３６】同様に反射型の液晶表示装置２７に設けた
配向膜１７，２１の双方もしくは一方に対しても光照射
処理やラビング処理を施すことで、ネマチック液晶１１
と二色性色素１０に対し所望どおりにプレチルト角が付
与できる。そして、配向膜１７，２１の双方に対し光照
射処理やラビング処理を施した方が、一方だけを処理し
たことに比べ、より所望どおりプレチルト角が付与でき
る。

【００３７】つぎに前記液晶表示装置２４，２７におい
て、共通の液晶パネル、すなわちゲストホスト液晶を介
在した２枚のガラス基板でもって双方とも共通の構成と
する液晶パネル（図中、Ｐ１にて表示する）に対し、印
加電圧と透過光強度を測定したところ、図５に示すよう
な結果が得られた。

【００３８】同図において、横軸は印加電圧であり、縦
軸は透過光の強度であり、透過光の強度は液晶パネルＰ
１の入射光に対する透過光の比率にてあらわす。比較例
として、偏光板１２を設けた従来の液晶パネル１におけ
る透過光の強度も示す。

【００３９】図５から明らかなとおり、本発明の液晶パ
ネルＰ１においては、従来の液晶パネルＰに比べて電圧
−光強度特性の急峻性が良好であり、偏光板を除去でき
ることから、電圧無印加時の白表示レベルに優れてい
る。

【００４０】かくして、本発明の液晶表示装置２４，２
７によれば、垂直配向した負の誘電異方性のネマチック
液晶１１とＰ型二色性色素１０とカイラル剤を含有する
ゲストホスト液晶に対し電圧印加し、これによって螺旋
状（ツイスト構造）に切り換え、光のＯＮ／ＯＦＦをお
こなうようにしたことで、偏光板や１／４波長板を不要
にすることができた。

【００４１】なお、本発明は、上記の実施形態例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱した範囲内に
種々の変更や改善等は何ら差し支えない。たとえばカラ
ーフィルタを設けたカラー液晶表示装置でも、さらに画
素スイッチング駆動用の薄膜トランジスタを形成したア
クティブマトリックス型の液晶表示装置でも同様な作用
効果が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の液晶表示装置に
よれば、一方の部材の配向層および／または他方の部材
の配向層により垂直配向させたゲストホスト液晶に対
し、電圧印加により螺旋状に配向されるようにカイラル
添加剤を含有したことで、従来の装置にて使用していた
偏光板や１／４波長板が不要となり、これにより、構成
部品数が減ることで、設計精度が高くなり、製造歩留り
が高くなり、その結果、低コストかつ高品質・高信頼性
の液晶表示装置が提供できた。

【００４３】また、本発明によれば、偏光板や１／４波
長板が不要となることで、そこでの光吸収がなくなり、
これによって輝度を高めた高性能な液晶表示装置が提供
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透過型ゲストホスト液晶表示装置の要
部断面図である。

【図２】本発明の透過型ゲストホスト液晶表示装置の要
部断面図である。

【図３】本発明の反射型ゲストホスト液晶表示装置の要
部断面図である。

【図４】本発明の反射型ゲストホスト液晶表示装置の要
部断面図である。

【図５】液晶パネルにおける印加電圧と透過光強度との
関係を示す線図である。

【図６】従来の透過型ゲストホスト液晶表示装置の要部
断面図である。

【図７】従来の透過型ゲストホスト液晶表示装置の要部
断面図である。

【図８】従来の反射型ゲストホスト液晶表示装置の要部
断面図である。

【図９】従来の反射型ゲストホスト液晶表示装置の要部
断面図である。

【図１０】液晶パネルにおける印加電圧と透過光強度と
の関係を示す線図である。

【符号の説明】

２，６，１４，１８．．．．ガラス基板 ３，７，１５，１９．．．．保護膜 ４，８，１６，２０．．．．透明電極 １０．．．．．．．．．．．二色性色素 １１．．．．．．．．．．．ネマチック液晶 １２．．．．．．．．．．．偏光板 ２２．．．．．．．．．．．１／４波長板 ２３．．．．．．．．．．．光反射板 ２４，２７．．．．液晶表示装置 ５，９，１７、２１．．配向膜 θ．．．．．．．．．．．．プレチルト角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本村 敏郎 鹿児島姶良郡隼人町内999番地３ 京セラ 株式会社鹿児島隼人工場内 Ｆターム(参考） 2H088 GA02 GA13 GA17 HA08 HA17 HA21 JA06 MA20 2H090 HB03X HB08Y KA06 LA04 LA08 LA20 MA01 MA11

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に一方の透明電極と配向層とを
   順次積層してなる一方の部材と、透明基板上に他方の透
   明電極と配向層とを順次積層してなる他方の部材との間
   に二色性色素を含有し負の誘電異方性を備えたゲストホ
   スト液晶を介在させてマトリックス状に画素を配列せし
   めてなる液晶表示装置であって、前記一方の部材の配向
   層および／または他方の部材の配向層により垂直配向さ
   せたゲストホスト液晶に対し、一方の透明電極と他方の
   透明電極との間の電圧印加により螺旋状に配向されるよ
   うにカイラル添加剤を含有したことを特徴とする液晶表
   示装置。