JP2006510943A - ノーマリホワイト方式スーパーツイストネマチック液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、前面基板と背面基板（３，４）の間に挿まれた液晶層（２）を本質的に含む液晶セルと、前記背面基板（４）に近接して配置された少なくとも部分的に反射性のあるフィルム（５，１３，１４，１５）と、前面基板の観察者側に配置され、１層以上の光学フィルムを含む前面光学スタックと、を具備し、前面光学スタックが偏光子（７）と任意的な光散乱フィルム（６）だけにより構成される、多重動作用のノーマリホワイト方式スーパーツイストネマチック液晶表示装置に関する。

Description

本発明は多重動作のためのノーマリホワイト方式スーパーツイストネマチック液晶表示装置に関する。

近年、スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイ（ＳＴＮ ＬＣＤ）のようなツイストネマチック液晶表示装置の使用は、たとえば、モバイルアプリケーションのような種々の分野で増大している。スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイは多様な構成で利用可能であり、このような構成の例は、光学モード干渉（ＯＭＩ）ディスプレイと、フィルム補償型スーパーツイストネマチック（ＦＳＴＮ）ディスプレイである。どちらの構成も比較的に費用効率が高く、多重化されたアドレッシング技術によって駆動される。しかし、上記の構成はともに欠点がある。

ＯＭＩディスプレイに関して、このようなディスプレイの一例は米国特許第５，５５７，４３４号に開示されている。この明細書に開示されているディスプレイは複数の注意深く設計された補償フィルムを含み、それゆえ、この構造は製造するためには比較的にコストがかかる。その上、非常に多数の層がディスプレイの全体の厚さを増大させる傾向があり、これは、たとえば、モバイルアプリケーションとなると、望ましくない。

ＦＳＴＮディスプレイに関して、このようなディスプレイの一例の概略図が図１に示されている。この構成は前面基板と背面基板との間に挿まれた液晶層を本質的に具備する。その前面側に、前面偏光子と補償フィルムが配置され、それによって、そのフィルムは前面基板と前面偏光子との間に挿まれる。その背面側には、背面偏光子とトランスフレクタ（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｏｒ）が配置され、それによって、背面偏光子は背面基板とトランスフレクタとの間に挿まれる。しかし、この構成は、反射モードで二つの欠点がある。第一に、ディスプレイは、トランスフレクタの位置によって、すなわち、トランスフレクタが背面偏光子の背後にあることによって生じる視差の影響を受ける。第二に、ディスプレイは、この構造における光はディスプレイの観察者に到達する前に偏光子を４回通過しなければならず、偏光子を通るあらゆる通路は吸収による輝度の損失を生じるので、偏光子による光の吸収によって反射モードにおける比較的低輝度に苦しむことになる。

反射モードにおける輝度を高めるため、いわゆる内部の、すなわちセル内（ｉｎ−ｃｅｌｌ）リフレクタ（トランスフレクタ）を利用するスーパーツイストネマチックディスプレイが開発された。このようなディスプレイの実施例は図２（内部リフレクタ）および図３（内部トランスフレクタ）に示されている。両方の実施形態において、リフレクタ／トランスフレクタは液晶セル内に、すなわち、基板の間に配置されるので、反射モードにおいて偏光子を通過する回数が削減される。

内部トランスフレクタまたはリフレクタを利用するスーパーツイストネマチック液晶ディスプレイは、本質的にノーマリホワイト方式（ＮＷ）またはノーマリブラック方式（ＮＢ）の二つのタイプのうちの一方であるとよい。どちらのタイプも、液晶セルの観察者側に配置された前面光学スタックを利用し、前面光学スタックは前面偏光子と１または２層の補償フィルムとを含み、通常は光散乱フィルムが前面基板と１または２層の補償フィルムとの間に置かれる。内部トランスフレクタが使用されるならば（図３参照）、ディスプレイは、偏光子と１または２層の補償フィルムを含む背面光学スタックをさらに具備し、偏光子と補償フィルムは一体的にいわゆる円偏光子を構成する。ＮＷとＮＢの両方のディスプレイでは、内部リフレクタまたはトランスフレクタを備えたＳＴＮ ＬＣＤで一般的に使用されるツイストネマチック液晶のリタデーションおよびねじれ角は、それぞれ、典型的に７６０−８６０ｎｍおよび２４０°−２７０°である。

しかし、既に説明したように、上記の従来技術のディスプレイよりも低コストで製造可能であり、同時に、厚さを薄くしたディスプレイの必要性がある。したがって、本発明の目的は、高費用効果率で実現可能である反射型または半透過型ＳＴＮディスプレイを達成することである。本発明のもう一つの目的は、厚さを薄くした反射型または半透過型ＳＴＮディスプレイを達成することであり、本発明のさらなる目的は、反射型ＦＳＴＮ ＬＣＤよりも反射モードにおけるオフ状態の輝度が高い反射型または半透過型ＳＴＮディスプレイを達成することである。

上記の目的およびその他の目的は、本発明によれば、前面基板と背面基板との間に挿まれた液晶層を本質的に含む液晶セルと、前記背面基板に近接して配置され、少なくとも部分的に反射性のあるフィルムと、前面基板の観察者側に配置され、１層以上の光学フィルムを含む前面光学スタックと、を具備し、前面光学スタックが本質的に偏光子および任意的な光散乱フィルムにより構成される、冒頭の段落で説明されたような多重動作用のノーマリホワイト方式スーパーツイストネマチック液晶表示装置によって少なくとも部分的に実現される。

前記背面基板に近接して配置された少なくとも部分的に反射性のあるフィルムの位置を合わせ、適切に設計された液晶層を使用することにより、前面光学スタックは本質的に偏光子と任意的な光散乱フィルムだけにより構成され、すなわち、補償フィルムが前面光学スタック内に必要ではない。したがって、本発明のディスプレイは、対応する従来技術のディスプレイよりも低コストで製造され、同時に、厚さがより薄くされる。本発明によれば、前記液晶層のリタデーションは５００−７５０ｎｍのレンジにうまく収まる。

本発明の第１の実施形態によれば、前記少なくとも部分的に反射性のあるフィルムは反射膜であり、表示装置の反射動作を可能にさせる。

第２の実施形態によれば、前記少なくとも部分的に反射性のあるフィルムは半透過膜であり、表示装置の半透過動作を可能にさせる。半透過型ディスプレイは、液晶層の背面側に配置され、１層以上の光学フィルムを含む背面光学スタックを具備するのが好適である。背面光学スタックは、好適には、背面偏光子と、背面偏光子と液晶セルとの間に配置された補償フィルムとを含む。

本発明は、前記前面基板と背面基板との間にセル内の内部リフレクタとして配置された少なくとも部分的に反射性のあるフィルムを利用してもよい。代替的には、前記少なくとも部分的に反射性のあるフィルムは、本質的に前記背面基板に隣接して、前記背面光学スタックに配置される。

以下、本発明は、添付図面を参照して、現在の好適な実施形態を用いて説明される。

本発明は、セル内リフレクタ／トランスフレクタ（または、以下に説明されるようなセル近傍リフレクタ／トランスフレクタ）を有し、上記の本発明の目的を実現するノーマリホワイト方式スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイ（ＮＷ ＳＴＮ ＬＣＤ）が偏光子と任意的な光散乱フィルムだけにより構成された前面光学スタックを使用することにより達成されるという理解に基づいている。したがって、補償フィルムは前面光学スタックに組み込む必要がなく、このことが従来技術に対する改良点である。その結果、スタックがより薄くされ、製造プロセスは簡単化される。

本発明の第１の実施形態は図４に示されている。この装置１は、前面基板３と背面基板４との間に配置されたスーパーツイストネマチック液晶層２を具備する。液晶層は前記前面基板および背面基板上の電極構造体（図示せず）を用いて制御されるように配置される。さらに、この装置は、液晶層２と背面基板４との間に配置されたセル内リフレクタ５を具備する。前面基板３および背面基板４と、液晶層２と、セル内リフレクタ５は、一体となって液晶セル８を形成する。液晶セル８の観察者側には、前面偏光子７および任意的な光散乱フィルム６を含む前面光学スタック９が配置される。なお、このコンテキストにおいて、本願で使用されるような用語「光散乱フィルム」は中を通る光を散乱させる部材であると考えられるべきであり、前記部材は、したがって、１層以上の個別に形成された層により形成されたフィルムを含む。光散乱フィルム６は前面偏光子７と前面基板３との間に挿まれる。上記の液晶層２は、多重動作のため適合するように約１９５−２７０°、好ましくは、約２４０−２７０°のねじれ角を有する。さらに、液晶層２は、約５００−７５０ｎｍのリタデーションをもつように選択される。なお、このリタデーション間隔は、間隔７６０−８６０ｎｍの範囲内のリタデーションをもつ従来技術のＦＳＴＮおよび従来型のＳＴＮ ＬＣＤの場合よりも小さい。したがって、本発明のディスプレイは低リタデーションＬＣＤという名前で呼ばれる。低リタデーション液晶層を提案された前面光学スタックと共に使用することにより、補償フィルムの使用が回避される。これによって、ディスプレイの製造コストを削減し、同時に、ディスプレイの厚さを薄くすることが可能である。上記の実施形態では、セル内リフレクタ５が使用される。しかし、本発明は、たとえば、背面基板４の外側に固定されたセル近傍リフレクタのような外部リフレクタを利用する液晶ディスプレイに実施してもよい。外部リフレクタを含む本発明の第２の実施形態は図６に示されている。この実施形態は図４に示された実施形態と類似するが、図４のセル内リフレクタ５が外され、その代わりに、背面基板４の外側に形成された外部リフレクタ１４が配置される。

本発明はまた半透過型ディスプレイとしても実現される。これを説明する本発明の第３の実施形態は図５に表されている。この装置１は、前面基板３と背面基板４との間に配置されたスーパーツイストネマチック液晶層２を具備する。液晶層は前記前面基板および背面基板上の電極構造体（図示せず）を用いて制御されるように配置される。さらに、この装置は、液晶層２と背面基板４との間に配置されたセル内トランスフレクタ１３を具備する。前面基板３および背面基板４と、液晶層２と、セル内トランスフレクタ１３は、一体となって液晶セル８を形成する。液晶セル８の観察者側には、前面偏光子７および任意的な光散乱フィルム６を含む前面光学スタック９が配置される。なお、このコンテキストにおいて、本願で使用されるような用語「光散乱フィルム」は中を通る光を散乱させる部材であると考えられるべきであり、前記部材は、したがって、１層以上の個別に形成された層により形成されたフィルムを含む。光散乱フィルム６は前面偏光子７と前面基板３との間に挿まれる。その上、液晶セル８の背面側には、背面偏光子１２と、背面偏光子１２と背面基板との間に挿まれた補償フィルム１１と、を含む背面光学スタック８が配置される。この場合も同様に、上記の液晶層２は、多重動作のため適合するように約１９５−２７０°、好ましくは、約２４０−２７０°のねじれ角を有する。さらに、液晶層２は、約５００−７５０ｎｍのリタデーションをもつように選択される。なお、このリタデーション間隔は、間隔７６０−８６０ｎｍの範囲内のリタデーションをもつ従来技術のＦＳＴＮおよび従来型のＳＴＮ ＬＣＤの場合よりも小さい。したがって、本発明のディスプレイは低リタデーション型ＬＣＤという名前で呼ばれる。低リタデーション型液晶層を提案された前面光学スタックと共に使用することにより、補償フィルムの使用が回避される。これによって、ディスプレイの製造コストを削減し、同時に、ディスプレイの厚さを薄くすることが可能である。上記の方法と同様に、本発明は、たとえば、背面基板４の外側に固定されたセル近傍トランスフレクタのような外部トランスフレクタを利用する液晶ディスプレイに実施してもよい。外部トランスリフレクタを含む本発明の第４の実施形態は図７に示されている。この実施形態は図５に示された実施形態と類似するが、図５のセル内トランスフレクタ１３が外され、その代わりに、背面基板４と補償フィルム１１との間に挿まれた外部トランスフレクタ１５が配置される。両方の場合に、外部リフレクタ／トランスフレクタは、たとえば、接着によって背面基板４に取り付けられる。図５および７に示された両方の半透過型実施形態において、補償フィルム１１は背面光学スタック１０に組み込まれる。６５０ｎｍのリタデーションと前面偏光角α_ｆｐ＝６０°（図９を参照のこと）を有する半透過型の低リタデーション（ＬＲＥ）型ＳＴＮ ＬＣＤの透過率−電圧曲線は図１２に示され、一方、このディスプレイの光学構造は図１３に示される。この場合、補償フィルム１１は１４０ｎｍの１／４波長板によって構成される。

上記の低リタデーション型スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイの効果を次に詳細に説明する。図８は、以下の６通りのスーパーツイストネマチックディスプレイに対する反射率―電圧曲線を表す。
１）約８２０ｎｍのリタデーションをもつ標準的なフィルム補償型スーパーツイストネマチック（ＦＳＴＮ）ディスプレイ。
２）内部リフレクタと約８２０ｎｍのリタデーションを備えた２４０°のねじれの従来型のノーマリホワイト方式スーパーツイストネマチック（ＮＷ ＳＴＮ）ディスプレイ。
３）内部リフレクタ（図４を参照のこと）と５５０ｎｍのリタデーションと前面偏光角α_ｆｐ＝５０°を備えた本発明による低リタデーション型スーパーツイストネマチック（ＬＲＥ ＳＴＮ）（以下で詳述）。
４）内部リフレクタ（図４を参照のこと）と６００ｎｍのリタデーションと前面偏光角α_ｆｐ＝５５°を備えた本発明による低リタデーション型スーパーツイストネマチック（ＬＲＥ ＳＴＮ）（以下で詳述）。
５）内部リフレクタ（図４を参照のこと）と６５０ｎｍのリタデーションと前面偏光角α_ｆｐ＝６０°を備えた本発明による低リタデーション型スーパーツイストネマチック（ＬＲＥ ＳＴＮ）（以下で詳述）。
６）内部リフレクタ（図４を参照のこと）と７００ｎｍのリタデーションと前面偏光角α_ｆｐ＝６５°を備えた本発明による低リタデーション型スーパーツイストネマチック（ＬＲＥ＿ＳＴＮ）（以下で詳述）。

すべての場合に、図８の曲線は、リフレクタが理想的であると仮定して、すなわち、リフレクタの反射率が１００％であるとして計算された。図８によって示されるように、本発明のＬＲＥ ＳＴＮディスプレイ（３−６）は、従来技術のディスプレイ（１−２）よりもリタデーション値が低い。さらに、図８から分かるように、反射率−電圧曲線の急勾配は種々のディスプレイの間で殆ど差がなかった。これは、ＬＲＥ ＳＴＮディスプレイ（３−６）の多重機能が標準的かつ従来型のディスプレイ（１−２）の多重機能に匹敵することを意味する。前面偏光角α_ｆｐは、図９によって示されるように前面偏光子７の吸収軸の配向を規定する。図９はまた、それ自体が知られている液晶層２のアライメントに影響を与えるラビング方向を表す。

図１０は、上記のディスプレイ構造（１−６）のオフ状態の反射率を表す。図１０から分かるように、本発明によるＬＲＥ ＳＴＮ ＬＣＤ（３−６）のオフ状態の反射率は対応するＦＳＴＮ ＬＣＤ（１）のオフ状態の反射率よりも高いが、内部リフレクタ（またはトランスフレクタ）と２層の補償フィルムを備えた従来型のＬＣＤ（２）のオフ状態の反射率よりも低い。したがって、本発明のＬＲＥ ＳＴＮ ＬＣＤのオフ状態の反射率は満足できるレベルにある。

図１１は、上記のディスプレイ構造（１−６）の反射モードにおけるオフ状態の色座標を表す。図１１から分かるように、ＬＲＥ ＳＴＮ ＬＣＤ（３−６）のオフ状態の色中立性は多少青みがかっている。しかし、本発明のＬＲＥ ＳＴＮ ＬＣＤ（３−６）の色中立性は従来技術のディスプレイ（１−２）の色中立性よりも優れている。

従来技術によるスーパーツイストネマチック液晶ディスプレイのフィルムの略断面図である。 従来技術によるセル内リフレクタを備えた反射型スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイの略断面図である。 従来技術によるセル内トランスフレクタを備えた半透過型スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイの略断面図である。 本発明によるセル内リフレクタを備えた反射型スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイの略断面図である。 本発明によるセル内トランスフレクタを備えた半透過型スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイの略断面図である。 本発明による外部リフレクタを備えた反射型スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイの略断面図である。 本発明による外部トランスフレクタを備えた半透過型スーパーツイストネマチック液晶ディスプレイの略断面図である。 ６通りの反射型ディスプレイ構造の反射率−電圧グラフを表す。 液晶セルのラビングの方向に対する前面偏光子吸収軸の配向を表す概略図である。 図８の６通りの反射型ディスプレイ構造のオフ状態の反射率を表す図表である。 図８の６通りの反射型ディスプレイ構造のオフ状態の色座標を表す図表である。 本発明による半透過型ディスプレイ構造の透過率−電圧グラフである。 本発明による半透過型ディスプレイの液晶セルのラビングの方向に対する前面偏光子吸収軸および背面偏光子吸収軸の配向と、背面補償層の遅軸を表す概略図である。

Claims (8)

1. 前面基板と背面基板との間に挿まれた液晶層を本質的に含む液晶セルと、
   前記背面基板に近接して配置され、少なくとも部分的に反射性のあるフィルムと、
   前記前面基板の観察者側に配置され、１層以上の光学フィルムを含む前面光学スタックと、
   を具備し、
   前記前面光学スタックが本質的に偏光子および任意的な光散乱フィルムにより構成される、
   多重動作用のノーマリホワイト方式スーパーツイストネマチック液晶表示装置。
2. 前記液晶層のリタデーションが５００−７５０ｎｍのレンジに収まることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記少なくとも部分的に反射性のあるフィルムが当該表示装置の反射動作を可能にさせる反射膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記少なくとも部分的に反射性のあるフィルムが当該表示装置の半透過動作を可能にさせる半透過膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
5. 前記液晶層の背面側に配置され、１層以上の光学フィルムを含む背面光学スタックをさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記背面光学スタックが、背面偏光子と、前記背面偏光子と前記液晶セルとの間に配置された補償フィルムとを含むことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記少なくとも部分的に反射性のあるフィルムが前記前面基板と前記背面基板との間にセル内の内部リフレクタとして配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の表示装置。
8. 前記少なくとも部分的に反射性のあるフィルムが本質的に前記背面基板に隣接して前記背面光学スタックに配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の表示装置。

Images