JP2004538515A - 反射型液晶ディスプレイ - Google Patents

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    • G02F2203/00—Function characteristic
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Abstract

本発明は、偏光子と、少なくとも１つのリタデーションフィルム（４）と、ネマティック液晶層（５）と、基本的に左ねじれ又は右ねじれのいずれかの偏光を反射するための光反射型ＲＧＢパターン化コレステリックカラーフィルタ（６）とを有する液晶ディスプレイ装置であって、前記液晶層（５）が、１８０乃至２７０度の間隔においてねじれ角度をもつスーパーツイストネマティック液晶層であると共に、前記１つ又は複数のリタデーションフィルムと、前記液晶層との合計されたリタデーションＲが、およそ、Ｒ＝（３＋２ｎ）λ／４に等しく、ここでｎ＝０，１，２，３．．．であることを特徴とする液晶ディスプレイ装置に関する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのリタデーションフィルム(retardation film)と、ネマティック液晶層と、反射型コレステリックカラーフィルタ層とを有する液晶ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の市場シェアは、他のディスプレイ技法を犠牲にして絶え間なく増加している。こうした進歩は、パネルの価格の低下、並びにサイズ及び性能における絶え間ない改善に帰され得る。移動電話のような携帯用途、及びＰＤＡのような要求の厳しい用途向けのＬＣＤの設計は、モニタ及びＴＶのようなハイエンド用途向けのＬＣＤの設計とは非常に異なる。テレコム用途のディスプレイについては、低コスト及び低消費電力が、ディスプレイ画質と同様に重要である。ＬＣＤの特性を更に改善するためには、多くの課題が依然として残されている。改善されなければならない性能課題の１つは、例えば、冒頭で説明されたような反射型パッシブマトリックス型ディスプレイの色の品質である。コレステリックカラーフィルタに基づくこのようなディスプレイパネルは、吸収カラーフィルタに対する魅力的な代替例である。
【０００３】
従来技術による反射型カラーフィルタを備えるパッシブマトリックス型ディスプレイは、米国特許公報第５５５５１１４号に説明されている。この特許公報は、特定の波長をもつ円偏光を選択的に反射するためのコレステリック液晶層を含む液晶ディスプレイを開示している。この発明のディスプレイのある実施例は、基本的に、偏光子と、１／４波長板と、液晶層と、コレステリックカラーフィルタ層とを、この順に含んでいる。この駆動液晶層は、強誘電性のツイストネマティック又はスーパーツイストネマティック液晶の層であってもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、米国特許公報第５５５５１１４号に説明されたこのディスプレイは、ツイストネマティック液晶に関しては、可視スペクトルの全ての範囲をカバーする高いコントラストのディスプレイが得られることができないという問題を有する。
【０００５】
従って、本発明の目的は、従来技術に伴うこうした問題を解決するものの、それにもかかわらず、かなり簡略な構造を維持するようなツイストネマティック液晶を備えるディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これら及び他の目的は、偏光子と、少なくとも１つのリタデーションフィルムと、電気光学セルに含まれているネマティック液晶層と、基本的に左ねじれ又は右ねじれのいずれかの偏光を反射するための、好ましくは架橋結合の、光反射型ＲＧＢパターン化コレステリックカラーフィルタとを有する液晶ディスプレイ装置であって、上記液晶層が、１８０乃至２７０度の間隔においてねじれ角度をもつスーパーツイストネマティック液晶層であると共に、上記１つ又は複数のリタデーションフィルムと、上記液晶層との合計されたリタデーションＲが、およそ、Ｒ＝（３＋２ｎ）λ／４に等しく、ここでｎ＝０，１，２，３．．．であることを特徴とする液晶ディスプレイ装置によって実現される。スーパーツイストネマティック液晶をディスプレイにおいて利用することによって、マルチプレクス可能なディスプレイが実現される。
【０００７】
更に、前記１つ又は複数のリタデーションフィルムが、好ましくは、前面偏光子とスーパーツイストネマティック液晶層との間に設けられる。
【０００８】
上記リタデーション層が、好ましくは、広帯域の１／４波長板を有する。好適に、上記広帯域の１／４波長板が、１／２波長板を組み合わせた１／４波長板から構成され、それゆえ、標準の十分にテストされた層の構成要素を可能にする。好適に、偏光子と、１つ又は複数のリタデーションフィルムと、液晶層と、光反射型コレステリックカラーフィルタとが、この順に互いの上面に設けられる。
【０００９】
本発明の好ましい実施例によれば、当該装置は、更に、前面基板とスーパーツイストネマティック層との間に設けられるツイストネマティック重合フィルムである他のリタデーション層を有し、上記ツイストネマティック重合層及びスーパーツイストネマティック層が、互いに対向するねじれ方向をもつ。
【００１０】
本発明の他の好ましい実施例は、残りの従属請求項において説明される。
【００１１】
本発明の現在好ましい実施例が、添付図面を参照してより詳細に以下に説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、ディスプレイセルを有する液晶反射型ディスプレイ装置であって、この場合、基本的に２つのガラス製基板、すなわち、前面基板７と背面基板８との間に挟まれ、１８０°〜２７０°の間隔内においてねじれ角度をもつ、ＬＣ層としても称される、スーパーツイストネマティック液晶層５を有するようなディスプレイセルを有する液晶反射型ディスプレイ装置の一部の概略断面図である。上記液晶層５に対向する前面基板の側には、偏光子１と、１つ又は複数のリタデーションフィルム４とが設けられている。更に、この場合、リタデーションフィルム４の上記組み合わせは、１／２波長板２と、１／４波長板３とを有している。前面基板７とスーパーツイストネマティック液晶層５との間には、第１の電極層１０及びＬＣ配向層１２が、この順に設けられている。更に、高度なツイストネマティック液晶層５と背面基板８との間には、ＬＣ配向層１３と、第２の電極層１１と、反射型コレステリックカラーフィルタ層６とが、この順に設けられている。反射型コレステリックカラーフィルタ層６に対向する背面基板の側には、吸収層９が設けられている。第１及び第２の電極層１０及び１１、並びに配向層１２及び１３は、スーパーツイストネマティックディスプレイに関する従来技術によって形成されるので、本願明細書ではこれ以上詳細に説明されないであろう。ただし、スーパーツイストネマティック液晶層５にわたる電界の生成を可能にし、それ自体が知られる態様で上記ディスプレイのオン及びオフ状態を作り出すために、第１及び第２の電極層１０及び１１は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明物質によって製造されると共に、電源１４に接続される。更に、これらの配向層は、こうした層に所望の安定配向を与えるために、スーパーツイストネマティック液晶層の両側に設けられている。配向層１２及び１３は、従来技術によって取り扱われている、例えば、ホスファチジルイノシトール （ＰＩ：phosphatidylinositol）のようなポリマーを有していてもよい。
【００１３】
上記に説明された反射型コレステリックカラーフィルタ層６は、基本的に、反射板機能と、偏光板機能と、カラーフィルタ機能とを組み合わせている。このコレステリック液晶相は、固有の周期数を有するキラル中間相である。上記液晶は、ねじの様な形態で設けられている。コレステリック物質の複屈折と、液晶の周期性との積は、上記物質の光の波長に整合する。すなわち、
λ=ｎ・ｐ
（上式で、λは入射光の波長であり、ｎは上記物質の屈折率であり、ｐは上記物質のピッチである）。この光は、ブラッグ反射によって反射されるであろう。更に、このねじの様な液晶は、左ねじれ又は右ねじれのいずれかである。コレステリック液晶のねじれの向きに依存して、左ねじれ又は右ねじれの円偏光が、反射されるであろう。通常、コレステリック層は、ｐ・ｎｅとｐ・ｎ０との間の波長をもつ光のみを反射するであろう。ここで、ｎｅ及びｎ０は、それぞれ、一軸配向相の異常屈折率及び通常屈折率である。好ましくは、反射型コレステリックカラーフィルタ層は、感光性コレステリック物質に基づく。この種類の物質に関しては、コレステリック相の周期性が、紫外線によって影響される可能性がある。コレステリックカラーフィルタは、グレイスケールマスクを備える紫外線にパターン的に露光され得る。この工程は、国際特許出願公報ＷＯ/００３４８０８に説明されているように、色を生成するために、１つだけの露光ステップが必要であるという点において有利である。これは、赤色、緑色及び青色フィルタのその後の堆積のために、通常、３つのリトグラフィックステップを含むような従来の吸収カラーフィルタの製造工程と比較すると、大幅な低減である。
【００１４】
上述されたように、（リタデーション層としても称される）リタデーションフィルム４は、２つのフィルム、すなわち、一緒に広帯域の１／４波長板４を構成するような１／２波長板２及び１／４波長板３を有し、より良好な全体的に暗い状態をもたらす。
【００１５】
このディスプレイの主要な光学的アクティブ素子を明らかにする、より概略的な図面が、図２に示されている。
【実施例１】
【００１６】
図３ａ及び３ｂに示されている本発明の第１の実施例が、本明細書の以下に説明されるであろう。図３ａに概略的に示されているこの構成は、０，７６μｍの光学的厚さをもつ右ねじれ２４０°のツイストネマティック層を有している。このディスプレイは、通常ブラックタイプである。このモードでは、駆動ＬＣ層５のオフ状態は暗く、そのオン状態は明るい。この実施例は、通常ブラックモードについて説明されているけれども、通常ホワイトモードにおける構成を製作することも可能である。前面偏光子１と前面基板７との間に、上記の２つのリタデーションフィルム２及び３が挿入される。１４０ｎｍのリタデーションを有するフィルム３は、偏光子と組み合わせて、円偏光を作り出す。中間に２８０ｎｍの１／２波長板２を加えることによって、広帯域の１／４波長板が生成され、より良好な全体的に暗い状態をもたらす。基板に隣接するフィルム３の遅軸は、当該装置の鉛直ｙ軸と３０°の角度を作る。１／２波長板２は、鉛直ｙ軸と１７０°の角度を作る。偏光子の吸収軸は、鉛直ｙ軸と１１０°の角度を作る。ＬＣ層５は、３１５ｎｍ (≒１／２・λ)にわたって切り替える。背面基板８の上面には、左ねじれカラーフィルタが使われる。上記の構成を用いることによって、図３ｂに見られるようなオン状態の最高輝度に関して最適化されたディスプレイが得られる。
【実施例２】
【００１７】
図４ａ及び４ｂに示される本発明の第２の実施例が、本明細書の以下に説明されるであろう。図４ａに概略的に示されるこの構成は、０，７６μｍの光学的厚さをもつ右ねじれ２４０°のツイストネマティック層を有している。このディスプレイは、通常ブラックタイプである。このモードでは、駆動ＬＣ層のオフ状態は暗く、そのオン状態は明るい。この実施例は、通常ブラックモードについて説明されているけれども、通常ホワイトモードにおける構成を製作することも可能である。前面偏光子１と前面基板７との間に、上記の２つのリタデーションフィルム２及び３が挿入される。１４０ｎｍのリタデーションを有するフィルム３は、偏光子と組み合わせて、円偏光を作り出す。中間に２８０ｎｍの１／２波長板２を加えることによって、広帯域の１／４波長板が生成され、より良好な全体的に暗い状態をもたらす。基板と隣接するフィルム３の遅軸は、鉛直ｙ軸と３０°の角度を作る。１／２波長板２は、鉛直ｙ軸と０°の角度を作る。偏光子の吸収軸は、鉛直ｙ軸と１２０°の角度を作る。ＬＣ層５は、３１５ｎｍ (≒１／２・λ)にわたって切り替える。背面基板８の上面には、左ねじれ波長フィルタが使われる。上記の構成を用いることによって、図４ｂに見られるような高いコントラスト率に関して最適化されたディスプレイが得られる。
【実施例３】
【００１８】
本発明の第３の実施例（図示略）によれば、上記に説明された単一のスーパーツイストネマティックＬＣ層が、対向するねじれ方向をもつ２つのスーパーツイストネマティックＬＣ層と交換される。この特定の実施例では、偏光子に近傍して置かれる第１の層が、０，７５〜０，８５μｍ（例えば０，７９μｍ）の光学的厚さをもつ右ねじれ２３０〜２５０°（例えば２４５°）のツイストネマティック層を有し、コレステリックカラーフィルタ層に近傍して置かれる第２の層が、０，８２μｍの光学的厚さをもつ左ねじれ−２４０°のツイストネマティック層を有している。ただし、多くの他の構成が可能である。このディスプレイは、通常ブラックタイプである。このモードでは、駆動ＬＣ層のオフ状態は暗く、そのオン状態は明るい。この実施例は、通常ブラックモードについて説明されているけれども、通常ホワイトモードの構成を製作することも可能である。前面偏光子１と前面基板７との間に、上記の２つのリタデーションフィルム２及び３が挿入される。１４０ｎｍのリタデーションを有するフィルム３は、偏光子と組み合わせて、円偏光を作り出す。中間に２８０ｎｍの１／２波長板２を加えることによって、広帯域１／４波長板が生成され、より良好な全体的に暗い状態をもたらす。基板と隣接するフィルム３の遅軸は、鉛直ｙ軸と４０°の角度を作る。１／２波長板２は、鉛直ｙ軸と１２°の角度を作る。偏光子の吸収軸は、鉛直ｙ軸と１００°の角度を作る。背面基板８の上面には、左ねじれ波長フィルタ層が使われる。
【００１９】
本発明は、上記に説明された実施例に限定されるものとして考えられるべきではなく、むしろ添付の請求の範囲によって規定される範囲によりカバーされる全ての可能な変形例を含むものとする。上記に説明されたものの他に、コレステリックカラーフィルタを備える反射型スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）に適しているねじれ角度及び光学的厚さをもつ多くの組み合わせが、異なる目的用のディスプレイを最適化するために可能である。従って、本発明は、決して２４０°のねじれ角度に限定されるものではなく、ねじれ角度及び光学的厚さにおいて異なる他の構成が、通常ブラック又は通常ホワイトの両方のマルチプレクス可能な反射型カラーディスプレイをもたらすために、コレステリックカラーフィルタと組み合わされてもよい。
【００２０】
更に、角度又はリタデーションなどに関する上記に特定された数値は、絶対的なものではなく、少なくともおよそ１０％の間隔において変化してもよいことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるディスプレイの断面図である。
【図２】図１によるディスプレイの光学的原理メカニズムを示す図である。
【図３ａ】高い輝度を得るために最適化される、本発明によるディスプレイのコンピュータシミュレーションに従う光学的原理メカニズムを示す図である。
【図３ｂ】図３ａによるディスプレイ装置について、入射光の波長に関する透過率を示す図である。
【図４ａ】高いコントラストを得るために最適化される、本発明によるディスプレイのコンピュータシミュレーションに従う光学的原理メカニズムを示す図である。
【図４ｂ】図４ａによるディスプレイ装置について、入射光の波長に関する透過率を示す図である。

Claims (11)

  1. 偏光子と、少なくとも１つのリタデーションフィルムと、ネマティック液晶層と、好ましくは架橋結合の、光反射型ＲＧＢパターン化コレステリックカラーフィルタとを有する液晶ディスプレイ装置であって、
    前記液晶層が、１８０乃至２７０度の間隔においてねじれ角度をもつスーパーツイストネマティック液晶層であると共に、
    前記１つ又は複数のリタデーションフィルムと、前記液晶層との合計されたリタデーションＲが、およそ、Ｒ＝（３＋２ｎ）λ／４に等しく、ここでｎ＝０，１，２，３．．．であることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
  2. 前記少なくとも１つのリタデーションフィルムが、前記偏光子と、前記スーパーツイストネマティック液晶層との間に設けられる、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
  3. 前記少なくとも１つのリタデーションフィルムが、１／４波長板を有する、請求項２に記載の液晶ディスプレイ装置。
  4. 前記少なくとも１つのリタデーションフィルムが、広帯域の１／４波長板を有する、請求項２に記載の液晶ディスプレイ装置。
  5. 前記広帯域の１／４波長板は、異なる光学軸及びリタデーションをもつ２つのリタデーションフィルムから構成される、請求項４に記載の液晶ディスプレイ装置。
  6. 前記偏光子と、前記少なくとも１つのリタデーションフィルムと、前記液晶層と、前記好ましくは架橋結合の、光反射型ＲＧＢパターン化コレステリックカラーフィルタとが、この順に互いの上面に設けられる、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
  7. 前記偏光子の吸収軸が、前記装置の鉛直ｙ軸と約１０５°乃至１１５°の角度を作り、前記装置は、第１及び第２のリタデーションフィルムを有し、前記第１のリタデーションフィルムが、基本的に２８０ｎｍのリタデーションをもつと共に、前記鉛直ｙ軸と基本的に１７０°の角度を作り、前記第２のリタデーションフィルムが、基本的に１４０ｎｍのリタデーションをもつと共に、前記鉛直ｙ軸と約２５°乃至３５°の角度を作る遅軸を有し、前記第１及び前記第２のリタデーションフィルムが、一緒に広帯域の１／４波長板を構成して、改善された全体的に暗い状態をもたらし、それによって、前記液晶層が、基本的に３１５ｎｍ(≒１／２・λ)にわたって切り替え可能であると共に、基本的に０，７６μｍの光学的厚さをもつ右ねじれ２３５°乃至２４５°のツイストネマティック層を有し、更に、左ねじれカラーフィルタが、背面基板の上面に設けられる、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
  8. 前記偏光子の吸収軸が、前記装置の鉛直ｙ軸と約１１５°乃至１２５°の角度を作り、前記装置は、第１及び第２のリタデーションフィルムを有し、前記第１のリタデーションフィルムが、基本的に２８０ｎｍのリタデーションをもつと共に、前記鉛直ｙ軸と約±５°の角度を作り、前記第２のリタデーションフィルムが、基本的に１４０ｎｍのリタデーションをもつと共に、前記鉛直ｙ軸と約２５°乃至３５°の角度を作る遅軸を有し、前記第１及び前記第２のリタデーションフィルムが、一緒に広帯域の１／４波長板を構成して、改善された全体的に暗い状態をもたらし、それによって、前記液晶層が、基本的に３１５ｎｍ(≒１／２・λ)にわたって切り替え可能であると共に、基本的に０，７６μｍの光学的厚さをもつ右ねじれの基本的に２３５°乃至２４５°のツイストネマティック層を有し、更に、左ねじれカラーフィルタが、背面基板の上面に設けられる、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
  9. 前記装置が、ツイストネマティック重合層である他のリタデーションフィルムを有する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
  10. 前記ツイストネマティック重合層と、前記スーパーツイストネマティック層とが、互いに対向するねじれ方向をもつ、請求項９に記載の液晶ディスプレイ装置。
  11. 前記偏光子の吸収軸が、前記装置の鉛直ｙ軸と基本的に１１５°乃至１２５°の角度を作り、前記装置は、第１及び第２のリタデーションフィルムを有し、前記第１のリタデーションフィルムが、基本的に２８０ｎｍのリタデーションをもつと共に、前記鉛直ｙ軸と基本的に０°の角度を作り、前記第２のリタデーションフィルムが、基本的に１４０ｎｍのリタデーションをもつと共に、前記鉛直ｙ軸と基本的に２５°乃至３５°の角度を作る遅軸を有し、前記第１及び前記第２のリタデーションフィルムが、一緒に広帯域の１／４波長板を構成して、改善された全体的に暗い状態をもたらし、それによって、前記液晶層よりも前記偏光子に近傍して置かれる前記ツイストネマティック重合層が、０，７５乃至０，８５μｍの光学的厚さをもつ右ねじれ２３０°乃至２５０°のツイストネマティック層を有し、前記液晶層が、基本的に３１５ｎｍ(≒１／２・λ)にわたって切り替え可能であると共に、基本的に０，８２μｍの光学的厚さをもつ左ねじれの基本的に−２３５°乃至−２４５°のツイストネマティック層を有し、更に、左ねじれカラーフィルタが、背面基板の上面に設けられる、請求項９又は１０に記載の液晶ディスプレイ装置。
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