JP2006215287A - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の液晶表示装置は、互いに対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、1つの画素領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを有する半透過型の液晶表示装置であって、液晶層は、電場の非印加時には光学的に等方性で、かつ、電場の印加時には光学的に非等方性であり、電場の強さにより屈折率が変化する擬等方性液晶材料で構成されるものであり、反射表示領域における電場の強さが、透過表示領域における電場の強さよりも弱くなるように構成されていることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
従来のマルチギャップ構造を有する半透過反射型の液晶表示装置について以下に説明する。
この液晶表示装置100は、図8に示すように、液晶セル110とバックライト120(照明装置)とを備えたものである。液晶セル110は、下基板130と上基板140とが対向配置され、これらの間に液晶層160が形成されている。そして、液晶セル110の後面側(下基板130の外面側)にバックライト120が配置されている。
このカラーフィルタ層150上の反射表示領域Rに対応する位置には、樹脂層等の段差部210と、位相差層200とが順に積層されている。
位相差層200は、液晶セル110に入射される可視光に100〜200nm程度の位相のずれを付与するものであり、可視光に対して1/4波長板として機能する。この位相差層200は、例えば液晶性モノマーを光重合して形成された高分子液晶として構成されている。
また、下基板130上には、これらの位相差層200、段差部210、カラーフィルタ層150を覆うように、ITO等の透明導電性材料で構成された画素電極230が形成されており、さらに、この画素電極230を覆うようにポリイミド等からなる配向膜240が積層されている。また、下基板130の外面側には下偏光板280が設けられている。
このように、上述したような従来のマルチギャップ構造では、一画素内に透過表示領域Tと反射表示領域Rとを有し、その境界部分には樹脂層等で段差部21が形成されている。
また、上記のような樹脂層は、デッドスペースとなり、装置の薄型化を図る上でも不利である。また、境界部分の段差部において液晶の配向が乱れ、光学的特性が落ちるといった問題があった。
また、従来の半透過反射型液晶表示装置では視野角が狭いという問題もあった。
本発明の液晶表示装置は、互いに対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、1つの画素領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを有する半透過型の液晶表示装置であって、
前記液晶層は、電場の非印加時には光学的に等方性で、かつ、電場の印加時には光学的に非等方性であり、電場の強さにより屈折率が変化する擬等方性液晶材料で構成されるものであり、
前記反射表示領域における電場の強さが、前記透過表示領域における電場の強さよりも弱くなるように構成されていることを特徴とする。
これにより、明るい環境下、暗い環境下のいずれにおいても、優れた視認性を発揮することができ、信頼性に優れた半透過反射型の液晶表示装置を提供することができる。
これにより、どこから見ても視認性のよい(視野角の広い)半透過反射型の液晶表示装置を提供することができる。
本発明の液晶表示装置では、前記一対の基板のうちの一方の基板上には、複数の電極が設けられており、
前記透過表示領域における電極間距離と、前記反射表示領域における電極間距離とが異なることが好ましい。
これにより、透過表示領域と反射表示領域とでの電場の大きさを、容易かつ確実に異なるものとすることができる。
これにより、反射表示領域における位相のずれと透過表示領域における位相のずれを略等しくすることができる。
これにより、反射表示領域における位相のずれと透過表示領域における位相のずれを略等しくすることができる。
これにより、光の利用効率をさらに高くし、より視認性に優れた表示が可能になるとともに、液晶表示装置の信頼性(耐久性)の更なる向上を図ることができる。
本発明の液晶表示装置では、前記擬等方性液晶材料は、低分子量液晶材料と、非液晶性のモノマーが重合することにより形成され、前記低分子量液晶材料の構成分子間に形成された高分子ネットワークとを含む複合系液晶組成物で構成されたものであることが好ましい。
これにより、液晶の応答速度を特に速いものとすることができる。
これにより、液晶の応答速度をさらに速いものとすることができる。
本発明の液晶表示装置では、前記非液晶性のモノマーが、側鎖としてアルキル基を有するアクリレート系モノマーであることが好ましい。
これにより、連続性の高い高分子ネットワークが形成することができ、青色相が発現される温度範囲をより広いものとすることができる。
本発明の電子機器は、本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。
これにより、明るい環境下、暗い環境下のいずれにおいても、優れた視認性を発揮することができ、信頼性に優れた半透過反射型の液晶表示装置(表示部)を備えた電子機器を提供することができる。
[液晶表示装置]
まず、本発明の液晶表示装置について説明する。
図1は本実施形態の液晶表示装置のTFTアレイ基板の電極構成を示す平面図、図2は、本実施形態の液晶表示装置の一例を模式的に示す図であり、図2(a)は本実施形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図2(b)は図2(a)の平面図のうち赤色のカラーフィルタ層に対応する部分の断面模式図であり、図3は、本発明の液晶表示装置の他の一例を模式的に示す平面図および断面図であり、
図3(a)は本実施形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図3(b)は図3(a)の平面図のうち赤色のカラーフィルタ層に対応する部分の断面模式図である。なお、図1〜図3においては、1つの画素領域を拡大して示すとともに、図面を見やすくするため、特定の部位を強調して示してあり、各構成要素の膜厚や寸法の比率等は適宜異ならせてある。
液晶表示装置1は、図2に示すように、TFTアレイ基板10とこれに対向配置された対向基板20との間に、例えば、後に詳述するような擬等方性液晶材料等で構成された液晶層30が挟持されている。TFTアレイ基板10においては、基板に対して面内方向(基板の面方向に平行な方向)の電場(横電界)を発生させ、この横電界で液晶材料の配向状態を変化させることで光スイッチング機能を持たせるインプレイン・スイッチング(In-Plane Switching、以下、「IPS」と略記する。)方式の電極構成が採用されている。
TFTアレイ基板10における電極構成を図1に示す。図中縦方向に延在する複数のデータ線2と、図中横方向に延在する複数のゲート線3とが互いに交差するようにマトリクス状に設けられている。データ線2は、画像信号を各列の画素に伝える機能を有しており、ゲート線3は、各行の画素のTFTを順次オンさせる機能を有している。図中各画素の左下の部分においてゲート線3が画素の内側に向けて分岐してゲート電極4となり、画素スイッチング用のTFT5を構成している。
そして、図1中縦方向に延在する複数本の電極指(共通電極)7aを有する櫛歯状の第2電極7が設けられている。第2電極7の電極指7aは、平面的に第1電極6の電極指6aの間の位置に配置されている。そして、各電極指7aは、共通電極線7bに接続している。第2電極7は、各画素間で互いに接続されており、表示領域全体において一定の電位に保たれる構成となっている。すなわち、第1電極6(電極指6a)は画素電極であり、第2電極7(電極指7a)は共通電極である。そして、データ線2、ゲート線3、第1電極6(電極指6a)、第2電極7(電極指7a、共通電極線7b)、TFT5は、いずれも、TFTアレイ基板10上に設けられている。
この画素領域内には、図2(a)に示すように一の画素領域に対応して3原色のうちの一の着色層が配設され、3つの画素領域(D1、D2、D3)で各着色層22B(青色)、22G(緑色)、22R(赤色)を含む画素を形成している。
そして、TFTアレイ基板10の表面には、画素電極として、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、以下、ITOと略記する)等の透明導電性材料で構成された第1電極6および第2電極7が形成されている。
なお、本実施形態では、反射膜13と画素電極とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Rにおいては金属材料で構成された反射膜を画素電極として用いることも可能である。
上述したように、第1電極6および第2電極7は、各々、複数本の電極指6a、7aを有し、第2電極6の電極指6aは、平面的に第1電極7の電極指7aの間の位置に配置されている。
ここで、本実施形態の液晶表示装置を構成する各部の寸法は、特に限定されないが、例えば、一画素のピッチは150〜200nm程度であるのが好ましく、セルギャップdは48〜64nm程度であるのが好ましい。
また、第1電極6の各電極指6aおよび第2電極7の各電極指7aの幅は、20〜40nm程度であるのが好ましい。
上述した液晶表示装置1では、TFT基板10に、第1電極6と第2電極7とを同一面内に配したIPS方式の電極構成を採用している。したがって、液晶は、第1電極6(6a)と第2電極7(7a)とで発生する横電界Fによって駆動される。
ここで、例えば液晶層の厚さをd、液晶の屈折率異方性をΔnとしたときに、光の位相差(リタデーション)はこれらの積Δn・dで表される。
しかしながら、通常の液晶材料を用いた場合には、透過表示領域と反射表示領域とで液晶の屈折率異方性Δnを大きく変えるのは困難である。より詳しく説明すると、通常の液晶材料では、電界の印加時において、液晶分子は、周囲の他の液晶分子の配向状態の影響を強く受け、自身の向きも変わってしまうため、透過表示領域と反射表示領域とで液晶の屈折率異方性Δnを大きく変えるのは困難である。
上記のように、本発明においては、樹脂層を設ける必要がなく、基板(TFTアレイ基板、対向基板)の液晶層と対向する側の面を平坦な表面形状とすることができる。これにより、光の利用効率をさらに高くし、より視認性に優れた表示が可能になるとともに、液晶表示装置の信頼性(耐久性)の更なる向上を図ることができる。基板(TFTアレイ基板、対向基板)の液晶層と対向する面側のセル厚は、20μm以下であるのが好ましく、10μm以下であるのがより好ましい。これにより、前述した効果はさらに顕著なものとして発揮される。
このように、反射表示部における電極間距離(図中のLr)と、透過表示部における電極間距離(図中のLt)とを異なるものとする場合、その差の絶対値は、0〜20μmであるのが好ましく、0〜10μmであるのがより好ましく、0〜5μmであるのがさらに好ましい。
なお、図3においては、反射表示部における電極間距離Lrおよび透過表示部における電極間距離LtについてLr>Ltとなっていること以外は、図2と同様である。
また、本発明の液晶表示装置では、擬等方性液晶材料を用いているので、製造において配向膜を形成したり、ラビング処理を施す必要が無くなる。これにより、液晶表示装置の生産性を向上することができ、コスト低下につながる。
また、上述した液晶表示装置1では横電界方式を採用しているので、どこから見ても視認性がよいという効果が得られる。
次に、液晶表示装置1を構成する擬等方性液晶材料について詳細に説明する。
図4は、本発明で用いることのできる擬等方性液晶材料の分子構造を模式的に示す図である。
本発明で用いる擬等方性液晶材料は、電場の非印加時には光学的に等方性で、かつ、電場の印加時には光学的に非等方性であり、電場の強さにより屈折率が変化するものである。
以下の説明では、擬等方性液晶材料がこのような複合系液晶組成物で構成されたものとして説明する。
そして、複合系液晶組成物では、低分子量液晶材料との相溶性が低いモノマー分子を(架橋剤とともに)重合させることにより形成された高分子ネットワークを有している。これにより、青色相が発現される温度範囲(例えば、100℃以上の範囲)を拡大することができるとともに、液晶の応答速度を特に速いものとすることができる。
このような複合系液晶組成物は、例えば、以下のようにして得ることができる。すなわち、低分子量液晶材料中にモノマーと架橋剤を分散させ、青色相が保持されている温度下に重合反応を行うことによって得られる。
まず、重合前の試料(混合溶液)を降温または昇温させて青色相が発現していることを、上述のように偏光顕微鏡観察および/または反射スペクトル測定により確認する。
その後、試料をさらに降温または昇温し、再びplateletsの黄緑色の輝度が弱くなった温度において紫外光を照射し、plateletsの黄緑色の輝度が強くなると紫外光照射を一旦停止する。
以上の操作は光重合によるものであるが、熱重合による場合は、同様に偏光顕微鏡観察および/または反射スペクトル測定により青色相発現が確認されかつ重合反応が進行する温度下に系を維持することにより重合を行うことができる。
このようにして得られる擬等方性液晶材料は、電場の非印加時には光学的に等方性であるが、電圧を印加すると、高速で光学的に異方性となり、一定方向からの光を透過させたり、遮ることができる。また、応答速度は10〜100μ秒である。
以下、上記の実施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。
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。
図5〜図7に示す電子機器は、上記実施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、視野角が広く、明るく表示品質に優れた表示部を備えた電子機器を実現することができる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、前述した実施形態では、第1電極と画素スイッチング用のTFTとが電気的に接続された構成を例に挙げたが、この構成に限らず、第2電極と画素スイッチング用のTFTとが電気的に接続された構成としてもよい。
また、前述した実施形態では、横電界を印加する構成について説明したが、例えば、基板の面方向に略垂直な方向に電場を印加するような構成のものであってもよい。
また、前述した実施形態では、反射表示領域と透過表示領域において、電極間の距離を変えることで電界の強さを異なるものとした場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、印加する電圧それ自体を反射表示領域と透過表示領域とで異なるようにしてもよい。
光重合性モノマーとして、非液晶性の2−エチルヘキシルアクリレート(2EHA)(Aldrich社製)、ヘキシルアクリレート(HA)(Aldrich社製)、および1,3,3−トリメチルヘキシルアクリレート(TMHA)(Aldrich社製)、ならびに液晶性の6−(4'−シアノビフェニル−4−イルオキシ)ヘキシルアクリレート(6CBA)を用いた。架橋剤として液晶性ジアクリレートモノマー(RM257)(Merck社製)、光重合開始剤として2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン(Aldrich社製)を用いた。低分子量液晶材料として、フッ素系ネマチック混合液晶JC−1041XX(7)(チッソ社製)およびシアノビフェニル系ネマチック液晶4−シアノ−4'−ペンチルビフェニル(5CB)(Aldrich社製)を等モルで混合したものを用い、カイラルドーパントとしてZLI−4572(9)(Merck社製)を用いた。
上記で得られた擬等方性液晶材料を用いて、図2に示した液晶表示装置と同様のマルチギャップ構造の液晶表示装置を作製した。
この際、液晶層の位相差はΔnd=270nm(λ/2)に設定した。偏光板の吸収軸を透明電極の長手方向から45°をなす方向とした。また、電極指幅は2μmであり、透過表示部における電極間距離は10μmとし、反射表示部における電極間距離は5μmとした。
上記で得られた擬等方性液晶材料を用いて、図3に示した液晶表示装置と同様のマルチギャップ構造の液晶表示装置を作製した。
この際、液晶層の位相差はΔnd=140nm(λ/4)に設定した。偏光版の吸収軸を透明電極の長手方向に平行に設置した。位相差板は、長手方向から15°に設置した。また、電極指幅は2μmであり、透過表示部における電極間距離は4μmとし、反射表示部における電極間距離は8μmとした。
Claims (10)
- 互いに対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、1つの画素領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを有する半透過型の液晶表示装置であって、
前記液晶層は、電場の非印加時には光学的に等方性で、かつ、電場の印加時には光学的に非等方性であり、電場の強さにより屈折率が変化する擬等方性液晶材料で構成されるものであり、
前記反射表示領域における電場の強さが、前記透過表示領域における電場の強さよりも弱くなるように構成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記基板の面方向に対して略平行に電場を印加するように構成されている請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の基板のうちの一方の基板上には、複数の電極が設けられており、
前記透過表示領域における電極間距離と、前記反射表示領域における電極間距離とが異なる請求項1または2に記載の液晶表示装置。 - 前記液晶層における位相差Δndが略λ/2であり、前記反射表示領域における電極間距離をLr、前記透過表示領域における電極間距離をLtとしたときに、Lr<Ltの関係を満足する請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層における位相差Δndが略λ/4であり、前記反射表示領域における電極間距離をLr、前記透過表示領域における電極間距離をLtとしたときに、Lr>Ltの関係を満足する請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記基板は、前記液晶相と対向する側の面が略平坦な表面形状を有するものである請求項1ないし5のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記擬等方性液晶材料は、低分子量液晶材料と、非液晶性のモノマーが重合することにより形成され、前記低分子量液晶材料の構成分子間に形成された高分子ネットワークとを含む複合系液晶組成物で構成されたものである請求項1ないし6のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記低分子量液晶材料は、コレステリック相と等方相との間で青色相を発現し得るものである請求項7に記載の液晶表示装置。
- 前記非液晶性のモノマーが、側鎖としてアルキル基を有するアクリレート系モノマーである請求項7または8に記載の液晶表示装置。
- 請求項1ないし9のいずれか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。
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