JP2005300748A - 半反射半透過型液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 半反射半透過型の液晶ディスプレイの提供。
【解決手段】 上基板及び下基板を有し、前記上基板及び下基板の間に形成され、且つその中の少なくとも１つの画素領域は反射域と透過域を含む複数の画素領域、前記上基板及び下基板の間に挟まれて形成され、前記反射域に第一チャネルを形成させ、前記透過域に第二チャネルを形成させる液晶セル壁構造、前記第一チャネルの前記反射域の中に充填される第一液晶材料層、および前記第二チャネルの前記透過域の中に充填される第二液晶材料層を少なくとも含むディスプレイであって、前記第一液晶材料層の複屈折Δｎ_Rは、第二液晶材料層の複屈折Δｎ_Tの約半分である半反射半透過型液晶ディスプレイを提供する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、液晶ディスプレイに関し、特に、シングル液晶セルギャップ（ｓｉｎｇｌｅ ＬＣ ｃｅｌｌ ｇａｐ）を備えるデザインで、液晶セル壁構造（ＬＣ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を用いて、反射域と透過域の液晶材料層を分け、且つ反射域の液晶材料の複屈折率が透過域の液晶材料の複屈折率の約半分である半反射半透過型の液晶ディスプレイに関するものである。

一般の透過型（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ）ディスプレイは、室外の強い光の下では、画像は、色褪せ、コントラストを低下させる。それに比べて、反射型（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）ディスプレイは、外からの光源に頼って表示をしているため、戸外の強い光においては反って、より良い効果とコントラストを表すことができ、且つ、電力消費量の大きいバックライトを減らすことができることから、携帯型の製品に非常に適する。しかし、反射型ディスプレイは、高解析度でのハイコントラストで高彩度品質の画像を達成するのが比較的難しい。特に、フルカラー化の要求では、環境光源が足りない時、コントラストと輝度に大きく影響を与える。よって、目下、既に、ある半反射半透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）の液晶ディスプレイが開発されており、同時に透過型と反射型の利点を備えることができ、バックライトシステムを用いて環境光源の不足を補うことができる。環境光源が足りる時は、分けて用い、バックライトを省くことができることで、節電の効果を達成できる。

いろいろな半反射半透過型ディスプレイが既に示されており（特許文献１、２、３参照）、各画素は、分けられ、１つの反射域と１つの透過域を形成する。一般的に言うと、反射域の面積と透過域の面積の比率は約４：１であり、反射型の画像表示によく、節電効果を達成するために、透過型画像表示は、暗所においてのみ用いられる。また、液晶材料層の厚さに基づいてデザインすると、各画素域の液晶セルのデザインは、２種類のタイプに分けることができる。１つは、シングル液晶セルギャップ（ｓｉｎｇｌｅ ＬＣ ｃｅｌｌ ｇａｐ）で、もう１つは、デュアル液晶セルギャップ（ｄｕａｌ ＬＣ ｃｅｌｌ ｇａｐ）である。

図１Ａは、従来の半反射半透過型液晶ディスプレイのシングル液晶セルギャップの側面図を示している。半反射半透過型ディスプレイ１０は、一対の平行設置した上基板１２と下基板１４を含み、液晶層１６が上基板１２と下基板１４の間に挟まれて設置されている。下基板１４は、複数のアレイの画素電極領域を含み、且つ、各画素電極領域の中に、反射電極域１８と透過電極域２０を含み、それぞれ分けられ反射域Ｒおよび透過域Ｔとなる。上基板１２は、透明電極層２２を含み、共同電極となる。また、上基板１２と液晶層１６の上に設置された第一偏光板２６Ｉを有し、相対立した側にある。第一１／４波長板（ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）２４Ｉは、第一偏光板２６Ｉと液晶層１６の間に設置される。また、下基板１４と液晶層１６に設置された第二偏光板２６ＩＩを有し、相対立した側にある。第二１／４波長板（ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）２４ＩＩは、第二偏光板２６ＩＩと液晶層１６の間に設置され、且つ、下基板１４の下側にバックライトを提供する。上述からわかるように、１つの画素領域内の液晶層１６の中には、１つの厚さの領域だけ形成でき、反射域Ｒと透過域Ｔの液晶層は、それぞれ同じギャップＤを有する。これらのシングル液晶セルギャップのデザインは、反射型の画像表示に利点がある。しかし、透過型で画像を表示する時、バックライトの光線が透過域Ｔの液晶層に１回しか通過しないことから、その光の使用効率（ｌｉｇｈｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）は、５０％より低くなる。

図１Ｂは、従来の半反射半透過型液晶ディスプレイのデュアル液晶セルギャップの側面図を示している。半反射半透過型ディスプレイ２８の装置の配置と特徴は、ほぼ図１Ａで述べたのと同じであり、同じ所は省略する。異なる所は、１つの画素領域内の液晶層１６は、２つの厚さの領域を含み、反射域Ｒの液晶層は、第一ギャップｄ₁を有し、透過域Ｔの液晶層は、第二ギャップｄ₂を有し、且つ下の式、ｄ₂＝２ｄ₁に適合する。よって、透過域Ｔと反射域Ｒの光の使用効率を高めることができる。しかし、液晶セルギャップの差により、透過域Ｔの応答時間（ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｉｍｅ）は、反射域Ｒの応答時間の４倍になる。また、その複雑な構造と製造工程の条件から言えば、デュアル液晶セルギャップの位置合せの工程の精密度と一致性は全て理想的でなく、液晶ディスプレイの輝度、彩色度及びその他のディスプレイ品質に容易に影響する。

また、現在、多くの液晶セル壁構造（ＬＣ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）も開発され、各種の液晶ディスプレイに応用されている。強誘電性（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）液晶ディスプレイ（特許文献４参照）は、棒状の液晶セル壁構造を含み、異なる配向の液晶材料層を分ける。立体画像（ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｉｃ）の液晶ディスプレイ（特許文献５参照）は、上基板及び下基板の間に液晶セル壁構造を設置し、二組の独立した液晶セルを分ける。第一組の液晶セルは、第一種の制御可能な液晶（ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）材料を用い、選択的にオン／オフでき、第二組の液晶セルは、第二種の制御可能な液晶（ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）材料を用い、選択的にオン／オフでき、また、第一種の制御可能な液晶材料と第二種の制御可能な液晶材料がオン状態の時は、相異する極性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）を示す。

米国特許第６、２８１、９５２号明細書 米国特許第６、２９５、１０９号明細書 米国特許第６、３３０、０４７号明細書 米国特許第４、７２０、１７３号明細書 米国特許第６、０２０、９４０号明細書

本発明の主な目的は、シングル液晶セルギャップ（ｓｉｎｇｌｅ ＬＣ ｃｅｌｌ ｇａｐ）のデザインで、液晶セル壁構造を用いて、反射域と透過域の液晶材料層を分け、且つ反射域の液晶材料の複屈折率が透過域の液晶材料の複屈折率の約半分である半反射半透過型の液晶ディスプレイを提供することにある。

本発明の目的は、透過域と反射域に同じ光学遅延の変化量を持たせ、光の使用効率を高めさせる反射半透過型の液晶ディスプレイを提供する。

本発明のもう１つの目的は、透過域と反射域に同じ応答時間を有させる半反射半透過型の液晶ディスプレイを提供する。

本発明のもう１つの目的は、液晶セル壁構造の構造が簡単、且つ製造工程が現在行われている技術と合い、且つ、液晶セル壁構造を直接スペーサーとすることができることで、液晶ギャップを制御でき、よって、スペーサー散布の製造工程を省略することができる半反射半透過型の液晶ディスプレイを提供する。

上述の目的を達成するため、本発明は、上基板及び下基板を有し、前記上基板及び下基板の間に形成され、且つその中の少なくとも１つの画素領域は反射域と透過域を含む複数の画素領域、前記上基板及び下基板の間に挟まれて形成され、前記反射域に第一チャネルを形成させ、前記透過域に第二チャネルを形成させる液晶セル壁構造、前記第一チャネルの前記反射域の中に充填される第一液晶材料層、および前記第二チャネルの前記透過域の中に充填される第二液晶材料層を少なくとも含むディスプレイであって、前記第一液晶材料層の複屈折Δｎ_Rは、第二液晶材料層の複屈折Δｎ_Tの約半分である半反射半透過型液晶ディスプレイを提供する。

本発明の半反射半透過型ディスプレイによれば、シングル液晶セルギャップのデザインは、透過域と反射域は、同じ応答時間を有し、且つ、透過域と反射域は、同じ光学遅延の変化量を有しているため、同じ透過率と反射率に達することができ、光の使用効率を高めることができる。
また、現在の技術工程と適合する簡単な構造の液晶セル壁構造を製作するだけで、スペーサーの働きを有し、従来のスペーサー散布の製造工程を行う必要がなく、ディスプレイの品質を高め、製造コストを低減することができる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図２Ａは、本発明の半反射半透過型液晶ディスプレイのシングル液晶セルギャップの立体図を示しており、図２Ｂは、本発明の半反射半透過型液晶ディスプレイの１つの画素領域の側面図を示している。

半反射半透過型ディスプレイ３０は、一対の平行設置した上基板３２と下基板３４を含み、液晶層３６は、上基板及び下基板３２、３４の間に挟まれて設置されている。上基板３２は、透明電極層３８を含み、共用電極とする。下基板３４は、複数のアレイの画素領域Ｐと、液晶セル壁構造４２を含み、粘着層４４によって上基板及び下基板３２、３４に接合する。各画素領域Ｐは、反射域Ｒと透過域Ｔを有し、液晶セル壁構造４２は、全ての反射域Ｒを仕切って第一チャネルにし、全ての透過域Ｔを仕切って第二チャネルにすることができる。更に、各反射区Ｒの中には、それぞれ反射電極域４６が製造されており、各透過型領域Ｔの中には、それぞれ透過電極域４８が製造されている。

更に、上基板及び下基板３２、３４の間の液晶層３６は、第一液晶材料層３６Ｉと第二液晶材料層３６ＩＩに分けることができ、第一液晶材料層３６Ｉは、各反射域Ｒの中に充填され、第二液晶材料層３６ＩＩは、各透過域Ｔの中に充填される。この他、更に、上基板３２と液晶層３６が相対立する側に第一偏光板５４Ｉと、第一偏光板５４Ｉと液晶層３６の間に設置された第一１／４波長板５２Ｉを設置し、下基板３４と液晶層３６が相対立する側に第二偏光板５４ＩＩと、第二偏光板５４ＩＩと液晶層３６の間に設置された第二１／４波長板５２ＩＩを設置し、且つ、下基板３４の下側にバックライト５６を提供する。

ここでは、反射電極域の定義は、反射域の反射電極であり、透過電極域の定義は、透過域の透過電極である。反射電極の材料は、高度の光反射を有する導電物質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ ａｌｌｏｙ）または、銀（Ａｇ）からなることができ、透過電極の材料は、高度の光透過を有する導電物質、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）または、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）からなることができる。

本発明の特徴は、１つの画素領域Ｐ内の液晶層３６の中には、１つの厚さの領域だけ形成でき、反射域Ｒと透過域Ｔの液晶層は、それぞれ同じギャップｄを有する。

本発明のもう１つの特徴は、１つの画素領域Ｐの中は、２種類の液晶材料が充填され、反射域Ｒには、第一液晶材料層３６Ｉが充填され、透過域Ｔには、第二液晶材料層３６ＩＩが充填される。第一液晶材料層３６Ｉと第二液晶材料層３６ＩＩの材料の特性はほとんど同じで、異なる所は、その複屈折（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）の性質で、下記の関係式に適合する。
Δｎ_T＝（１．５〜２．５）Δｎ_R
この中でΔｎ_Rは、透過域Ｔの第二液晶材料層３６ＩＩの複屈折率を示し、
この中のΔｎ_Tは、反射域Ｒの第一液晶材料層３６Ｉの複屈折率を示す。
よって、δ＝Δｎ×ｄおよびΔＴ∝Δ（Δｎ×ｄ）により、
δ_R＝（Δｎ_R×ｄ）×２
δ_T＝Δｎ_T×ｄ
δ_R＝δ_T
ΔＴ_T＝ΔＴ_Rがわかる。
この中でδは、光学遅延の変化量を示し、
この中のΔＴは、透過率の変化量を示し、
この中のδ_Rは、反射域Ｒの光学遅延の変化量を示し、
この中のδ_Tは、透過域Ｔの光学遅延の変化量を示し、
この中のΔＴ_Tは、透過型領域Ｔの透過率の変化量を示し、
この中のΔＴ_Rは、反射型領域のＲの透過率の変化量を示している。

上記の式からわかるように、本発明は、透過域Ｔと反射域Ｒに同じ透過率と反射率を達成させることができる。図３を参照ください。本発明の半反射半透過型液晶ディスプレイの電圧と反射率／透過率の関係の模擬結果を示している。オンで操作をして電圧が５Ｖになった時、透過域Ｔと反射域Ｒは、それぞれ１００％の透過率と反射率に達する。

本発明で述べた技術によると、第一液晶材料層３６Ｉと第２液晶材料層３６ＩＩの材料の特性がより良いのは、Δｎ_T＝（１．５〜２．５）Δｎ_Rで、より良いのは、Δｎ_T＝２Δｎ_R、且つΔｎ_T=０．１〜０．１６、Δｎ_R=０．０５〜０．０８である。より良いのは、Δｎ_T＝０．１４、Δｎ_R＝０．０７である。他の材料の特性は、例えば、誘電率、斜角弾性定数、回転粘度が同じ特性を維持することで、透過域Ｔと反射域Ｒが同じスレショルド電圧と応答時間を有することを確保する。

本発明のもう１つの特徴は、本発明の液晶セル壁構造４２が蛇行パターンで製造されていることで、２つの仕切られた液晶チャネルを提供する。複数の反射域Ｒを仕切って第一チャネルにし、全ての透過域Ｔを仕切って第二チャネルにすることができる。図４を参照ください。本発明の液晶セル壁構造の上面図である。液晶セル壁構造４２は、第一液晶充填口Ａと第二液晶充填口Ｂを含み、上基板及び下基板３２、３４の空隙の両端点に設置される。真空充填（ｖａｃｕｕｍｉｎｇ−ｆｉｌｌｉｎｇ）プロセスまたは、液晶滴下法（ｏｎｅ−ｄｒｏｐ ｆｉｌｌｉｎｇ）または、その他実施可能な液晶充填方式を用いて、第一液晶材料３６Ｉを第一液晶充填口を通して第一チャネルの全ての反射域Ｒに充填することができる。その後、シール材料を用いて第一液晶填充口Ａを封印する。次に、第二液晶材料層３６ＩＩは、第二液晶填充口Ｂを通して第二チャネルの全ての透過域Ｔに填充され、その後、シール材料を用いて第二液晶填充口Ｂを封印する。

この他、本発明の液晶セル壁４２は、ブラックマトリックスの下に製造されているため、従来の技術と同じ開口率（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｒａｔｉｏ）を達することができる。図２Ａを参照ください。液晶セル壁構造４２は、底部４２ａと複数のセル壁４２ｂの接続によって構成されたもので、底部４２ａの厚さは約５００〜５０００Åで、セル壁４２ｂの高さｈは、約１〜５μｍで、セル壁４２ｂの広さｗは、約１０〜２０μｍ（おおよそブラックマトリックスの広さと同じである）

従来の技術に比べると、本発明の半反射半透過型ディスプレイ３０は、以下の利点を有する。
第一に、透過域Ｔと反射域Ｒは、同じ光学遅延の変化量を有しているため、同じ透過率と反射率に達することができ、光の使用効率を高めることができる。
第二に、シングル液晶セルギャップのデザインでは、透過域Ｒと反射域Ｔは、同じ応答時間を有する。

第三に、半反射半透過型ディスプレイ３０は、各種の反射型液晶モードの技術に応用することができる。例えば、
（ａ）λ／４波長板の等価のＭＴＮモードを有し、例えば、１５°で７５°ＭＴＮ液晶セル、または、２０°で８０°ＭＴＮ液晶セルである。これらの応用は、１つのλ／４波長板と２つの偏光板を必要とする。
（ｂ）λ／４波長板の水平配向（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ）の液晶セルを有し、且つ、１つのλ／４波長板と２つの偏光板を必要とする。図５Ａは、水平配向の液晶セルがＶ＝０状態（ｄ_R＝π／４、ｄ_T＝π／２）の光線の分極化現象を示している。図５Ｂは、水平配向の液晶セルがＶ＝ｏｎ状態（ｄ_R＝０、ｄ_T＝０）の光線の分極化現象を示している。Ｌ_iは、環境光源の入射光線を示し、Ｌ_rは、環境光源の反射光線を示し、Ｌ_tは、バックライト５６の透過光線を示し、半回転のシンボルは、円偏光（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）の回転方向を示している。
（ｃ）λ／４波長板の垂直配向（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）の液晶セルを有し、２つのλ／４波長板と２つの偏光板を必要とする。図６Ａは、垂直配向の液晶セルがＶ＝０状態（ｄ_R＝０、ｄ_T＝０）の光線の分極化現象を示している。環境光源の反射光線Ｌ_rと、バックライト５６の透過光線Ｌ_tは、それぞれ偏光板にブロックされる。図６Ｂは、垂直配向の液晶セルがＶ＝ｏｎ状態（ｄ_R＝π／４、ｄ_T＝π／２）の光線の分極化現象を示しており、透過域Ｔは、無効のままであるが、反射域Ｒは、有効な遅延ｄＲ＝π／４を有し、光線を偏光板に透過させることができる。Ｌ_iは、環境光源の入射光線を示し、Ｌ_rは、環境光源の反射光線を示し、Ｌ_tは、バックライト５６の透過光線を示し、半回転のシンボルは、円偏光（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）の回転方向を示している。

第四に、本発明は、付加的な液晶セル壁構造４２を製作するだけで、その構造は簡単で、且つ、現在行われている技術の工程と適合する。更に、液晶セル壁構造４２は同時に、スペーサーの働きがあるため、余分に従来のスペーサー散布の製造工程を行う必要がなく、ディスプレイの品質を高め、製造コストを低減することができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来の半反射半透過型液晶ディスプレイのシングル液晶セルギャップの側面図を示している。 従来の半反射半透過型液晶ディスプレイのデュアル液晶セルギャップの側面図を示している。 本発明の半反射半透過型液晶ディスプレイのシングル液晶セルギャップの立体図を示している。 本発明の半反射半透過型液晶ディスプレイの１つの画素領域の側面図を示している。 本発明の半反射半透過型液晶ディスプレイの電圧と反射率／透過率の関係の模擬結果を示している。 本発明の液晶セル壁構造の上面図である。 水平配向の液晶セルがＶ＝０状態（ｄ_R＝π／４、ｄ_T＝π／２）の光線の分極化現象を示している。 水平配向の液晶セルがＶ＝ｏｎ状態（ｄ_R＝０、ｄ_T＝０）の光線の分極化現象を示している。 垂直配向の液晶セルがＶ＝０状態（ｄ_R＝０、ｄ_T＝０）の光線の分極化現象を示している。 垂直配向の液晶セルがＶ＝ｏｎ状態（ｄ_R＝π／４、ｄ_T＝π／２）の光線の分極化現象を示している。

符号の説明

１０ 半反射半透過型ディスプレイ
１２ 上基板
１３ 下基板
１６ 液晶層
Ｄ 液晶層ギャップ
１８ 反射電極域
２０ 投下電極域
Ｒ 反射域
Ｔ 透過域
２２ 透明電極層
２４Ｉ 第一１／４波長板
２６Ｉ 第一偏光板
２４ＩＩ 第二１／４波長板
２６ＩＩ 第二偏光板
２８ 半反射半透過型ディスプレイ
ｄ₁ 反射域の液晶層ギャップ
ｄ₂ 透過域の液晶層ギャップ
３０ 半反射半透過型ディスプレイ
３２ 上基板
３３ 下基板
３６ 液晶層
３６Ｉ 第一液晶材料層
３６ＩＩ 第二液晶材料層
３８ 透明電極層
Ｐ 画素領域
Ｒ 反射域
Ｔ 透過域
４２ 液晶セル壁構造
４２ａ 底部
４２ｂ セル壁
４４ 粘着層
４６ 反射電極域
４８ 透過電極域
５２Ｉ 第一１／４波長板
５２ＩＩ 第二１／４波長板
５４Ｉ 第一偏光板
５４ＩＩ 第二偏光板
５６ バックライト
Ａ 第一液晶充填口
Ｂ 第二液晶充填口

Claims (4)

1. 上基板及び下基板を有し、
   前記上基板及び下基板の間に形成された複数の画素領域であって、且つその中の少なくとも１つの画素領域は反射域と透過域を含み、
   前記上基板及び下基板の間に挟まれて形成され、前記反射域に第一チャネルを形成させ、前記透過域に第二チャネルを形成させる液晶セル壁構造、
   前記第一チャネルの前記反射域の中に充填される第一液晶材料層、および
   前記第二チャネルの前記透過域の中に充填される第二液晶材料層を少なくとも含むディスプレイであって、前記第一液晶材料層の複屈折Δｎ_Rと前記第二液晶材料の複屈折Δｎ_Tは、下記の関係式：
   Δｎ_T＝（１．５〜２．５）Δｎ_R
   に適合する半反射半透過型液晶ディスプレイ。
2. 前記液晶セル壁構造は、蛇行（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ）パターンからなり、
   前記上基板及び下基板の間の第一端点に設置され、前記第一液晶材料層を前記反射域に充填させる第一液晶充填口、および
   前記上基板及び下基板の間の第二端点に設置され、前記第二液晶材料層を前記透過域に充填させる第二液晶充填口を含む請求項１に記載の半反射半透過型液晶ディスプレイ。
3. 前記下基板は、
   前記複数の反射域の中に形成される反射電極域、および
   前記複数の透過域の中に形成される透過電極域を少なくとも含む請求項１に記載の半反射半透過型液晶ディスプレイ。
4. 前記上基板と液晶層に設置され、相対立する側にある第一偏光板、
   前記下基板と液晶層に設置され、相対立する側にある第二偏光板、液晶層と前記第一偏光板の間に挟まれて設置される第一位相補償フィルム、および
   液晶層と前記第二偏光板の間に設置され、その中の前記第一位相補償フィルムは、１／４波長板からなり、前記第二位相補償フィルムは、１／４波長板からなる第二位相補償フィルムを更に含む請求項１に記載の半反射半透過型液晶ディスプレイ。
   
   

Images