JP2010198030A - 液晶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】カラーフィルタ層へ入射した直線偏光が偏光解消されて生じる散乱光を減らすことにより、暗状態での透過光を減少させ、液晶装置の性能を向上させる。
【解決手段】カラー強誘電性液晶装置は、スペーサで間隔を保って配置された２枚のガラス基板３・４の間に、強誘電性液晶材料２を備えている。ガラス基板３には、カラーフィルタ層５が設けられ、カラーフィルタ層５の表面は、該表面を平坦にする材料からなる平坦化層６で覆われている。上記ガラス基板３・４の内側の面には、電極構造７・８と、バリア層９・１０と、配向層１１・１２とが設けられている。さらに、偏光子１４で直線偏光された光が、暗状態での透過光を減少させるために、偏光層１６がカラーフィルタ層５と液晶材料２との間に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶装置に関するものであり、排他的ではないが特に、強誘電性液晶装置に関する。
従来の表面安定型の強誘電性液晶表示装置（以降、ＦＬＣＤと称する）は、カイラルスメクティック相の強誘電性液晶材料からなる層が、平行に配置された２枚のガラス基板に挟持された構成である。上記２枚のガラス基板の内側の表面には、行電極および列電極が互いに交差するように形成されている。なお、上記行電極および列電極の交差部分に相当する画素が、アドレス可能なマトリクスアレイを形成している。
従来、選択画素において、分子の配向が互いに異なる二極状態の間で液晶分子をスイッチさせるために、ストロボパルスおよびデータパルスを行電極および列電極へ与える駆動法が用いられている。上記二極状態は、分子配向の違いに起因して異なる光透過特性をもつので、２枚の偏光子を偏光軸が互いに略直交するように配置してその間に液晶材料を配置すると、ディスプレイ中の各画素は、分子が前にスイッチされた状態に応じて、暗状態または明状態となる。
カラーディスプレイに用いられるカラーＦＬＣＤの場合、上記２枚の基板の一方に、セルの各画素に対して青・緑・赤の領域を有するカラーフィルタ層を設けても良い。
特開平５‐３１３１５８号公報（公開日：平成５年１１月２６日） 特開平２‐１１４２０２号公報（公開日：平成２年４月２６日） 特開昭６３‐１９１１０５号公報（公開日：昭和６３年８月８日） 特開平７‐２１８９０３号公報（公開日：平成７年８月１８日）
しかしながら、上記従来のカラーフィルタ層は、このカラーフィルタ層へ入射する直線偏光を偏光解消する性質を持つことが知られている。この場合、偏光解消された光が散乱し、暗状態での透過光が増加して装置の性能が非常に劣化してしまう。この結果、暗状態の表示品位が劣化し、コントラスト比が顕著に低くなるという問題が生じる。
本発明の目的は、暗状態での透過光を減少させるために、偏光解消された光の散乱を実質的になくす手段を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係る液晶装置は、２枚の基板の間に配置された液晶材料層と、上記２枚の基板のうち、外部光源からの光が入射する一方の基板の外側に偏光子を、他方の基板の外側に検光子を備えたセルからなる液晶装置であって、上記他方の基板の内側にカラーフィルタ層を備えるとともに、上記カラーフィルタ層と上記液晶材料層との間に偏光層を備え、上記セル内を上記外部光源からの光が透過する進行方向に対して、上記偏光子、上記液晶材料層、上記偏光層、上記カラーフィルタ層、上記検光子を順に備えてなり、上記偏光層が配向された分子被膜からなり、上記検光子の透過軸と上記偏光子の透過軸とがほぼ平行であることを特徴とする。
上記の構成によれば、上記外部光源からの光が入射する一方の基板の外側に偏光子を、他方の基板の外側に検光子を備え、さらに、上記カラーフィルタ層と上記液晶材料層との間に偏光層を備えていることから、偏光子で直線偏光された光が、偏光層によってその透過光の一部が吸収され、黒輝度が低下する結果、暗状態における透過光が少なくなり、コントラスト比が向上し、延いては装置の性能が向上する。
また、本発明に係る液晶装置は、上記の液晶装置において、上記分子被膜の色素分子は、アゾ染料あるいはポリヨウ素化合物塩からなる有機染料分子であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る液晶装置は、上記の液晶装置において、上記偏光層は、半固体状の液晶材料で形成され、該液晶材料の分子が配向されていることを特徴とする。
本発明の参考に係る液晶装置の製造方法は、２枚の基板の間に配置された液晶材料層と、上記２枚の基板の少なくとも一方に形成されたカラーフィルタ層とを備えた液晶装置の製造方法であって、カラーフィルタ層において液晶材料層と接する面に分子被膜を形成する工程と、上記分子被膜を配向および重合させて偏光能を持たせる工程とを含むことを特徴とする。
上記の製造方法によれば、カラーフィルタ層における直線偏光の偏光解消を補償する分子被膜を形成することができ、偏光解消された光が散乱することを防止できる。この結果、暗状態における透過光が少ない高性能の液晶装置を提供できる。
本発明に係る液晶装置は、以上のように、２枚の基板の間に配置された液晶材料層と、上記２枚の基板のうち、外部光源からの光が入射する一方の基板の外側に偏光子を、他方の基板の外側に検光子を備えたセルからなる液晶装置であって、上記他方の基板の内側にカラーフィルタ層を備えるとともに、上記カラーフィルタ層と上記液晶材料層との間に偏光層を備え、上記セル内を上記外部光源からの光が透過する進行方向に対して、上記偏光子、上記液晶材料層、上記偏光層、上記カラーフィルタ層、上記検光子を順に備えてなり、上記偏光層が配向された分子被膜からなり、上記検光子の透過軸と上記偏光子の透過軸とがほぼ平行である構成である。
これにより、偏光子で直線偏光された光が、偏光層によってその透過光の一部が吸収されることから、黒輝度が低下して暗状態における透過光が少なくなり、コントラスト比が向上し、この結果、液晶装置の性能を向上できるという効果を奏する。
また、本発明に係る液晶装置は、分子被膜の色素分子は、アゾ染料あるいはポリヨウ素化合物塩からなる有機染料分子である構成である。
さらに、本発明に係る液晶装置は、上記偏光層は、半固体状の液晶材料で形成され、該液晶材料の分子が配向されている構成である。
本発明の実施の一形態に係るＦＬＣＤセルの概略構成を示す断面図である。
本発明の実施の一形態について図１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１は、ＦＬＣＤセルの１画素の概略断面図である。
ＦＬＣＤセル１を備えたカラー表示装置（液晶装置）は、互いに平行になるように、図示しないスペーサによって間隔をもって配置された２枚のガラス基板３・４（基板）の間に、スメクティック相の強誘電性液晶材料２（液晶材料層）を挟持した構成である。なお、上記ガラス基板３・４の厚さは通常１．１ｍｍであり、ガラス基板３・４の間隔ｄは通常１．５μｍである。
ガラス基板３に形成されたカラーフィルタ層５は、セルの１画素あたり、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３つの領域を有する。また、カラーフィルタ層５を、凸凹を平坦化する材料からなる平坦化層６で覆ったことによって、ほぼ平坦な表面が形成されている。カラーフィルタ層５と平坦化層６からなる層の全体の厚みは、一般に、１μｍである。
透明なＩＴＯ(Indium tin oxide)からなる電極構造７・８、バリア層９・１０、および配向層１１・１２が、この順に、ガラス基板３・４で内側で向かい合う面上に設けられている。電極構造７、バリア層９、および配向層１１の順に重なった三層と、電極構造８、バリア層１０、および配向層１２の順に重なった三層とは、一般的に、それぞれ０．４μｍの厚さを有する。
電極構造７・８のそれぞれは、複数の電極トラックが互いに平行に配置された構成である。電極構造７が行を形成し、電極構造８が行に直交する列を形成し、行と列との交差部分が画素となる。画素をアドレスする際には、電極構造７・８において該画素で交差する適切な電極に対して、適切なストロボパルスおよびデータパルスを印加すればよい。
なお、電極構造は、上述のマトリクス状の構成に限定されず、この他に例えば、（ｒ，θ）ディスプレイの場合であれば放射状に曲がったトラック状に形成されていても良く、英数字ディスプレイの場合であればセグメント状に形成されていても良い。
セル１は、透過する光を偏光するための構造を備えている。一般的には、セル１の両側に、偏光子１４および検光子１５が配置される。あるいはこの他に、セル１の片側に偏光子を設けると共に、液晶材料に偏光色素を混入しても良い。
しかしながら、このような構成において、カラーフィルタ層５に入射した直線偏光が、カラーフィルタ層５において偏光解消され易いことに起因して、特に暗状態の質が劣化することが知られている。これは、カラーフィルタ層５の表面の微小な凹凸が、カラーフィルタ層５の厚さに１０μｍオーダーで微小な変化を与え、この結果、カラーフィルタ層５を透過する光の透過特性が不均一になると共に、カラーフィルタ層５と平坦化層６との界面における光の反射および屈折によって、光の散乱が非常に顕著に生じることによると考えられている。
このようにカラーフィルタ層５において偏光解消が発生すると、偏光解消がほとんどない場合、あるいは全くない場合に比較して、暗状態の画素における透過光が増加し、装置の性能が劣化してしまう。
従って、装置の性能を向上させるために、直線偏光された光がカラーフィルタ層５にて偏光解消されることを減少させて、装置の暗状態での透過光を減少させるためのいくつかの例を、以下に示す。
第１の例は、カラーフィルタ層５に、カラーフィルタおよび偏光子の両方の機能を有する偏光層を設けた構成である。このような偏光層は、例えば、平坦な色付きのポラロイド（登録商標）層などとして実現することが可能である。入射光は、このポラロイド層（偏光層）を透過するときに偏光されるので、カラーフィルタ層５における偏光解消が補償される。なお、この場合、カラーポラロイド層が偏光特性を有することによって、偏光子を別に設ける必要がない。また、ポラロイド層が充分に平坦に形成されている場合には、平坦化層６を省くことも可能である。ガラス基板上に、まずポラロイド層を形成した後、このポラロイド層に異なる色の複数のカラーフィルタを形成するために、従来のカラーフィルタと同様の方法により、フォトレジストを選択的に除去してフィルタを堆積することも可能である。
第２の例は、カラーフィルタ層５と液晶材料２との間に、液晶材料２へ入射する光が直線偏光であることを確実にするために、カラーフィルタ層５から液晶材料２へ向けて透過する光を直線偏光する偏光層１６を挿入した構成である。このような偏光層１６を備えたことにより、偏光解消された光が散乱することがなくなるので、暗状態での透過光が減少し、暗状態の性能が向上する。
このような、カラーフィルタ層５を透過する光を偏光する偏光層１６は、まず、色素分子を含むキャリア媒体をカラーフィルタ層５上にスピンコート法にて塗布することにより分子被膜を形成し、直線偏光で露光することによって上記分子を一方向に配向させることによって形成される。
上記の分子被膜の色素分子は、例えばアゾ染料やポリヨウ素化合物塩などの有機染料の分子でも良い。また、この色素分子に偏光能を持たせるために、上記のように直線偏光で露光する以外に、例えばラビング処理を行って分子を所定の方向に配向させるなどの方法を用いることも可能である。
また、偏光層１６を、例えばスメクティックＡ相やスメクティックＢ相などの半固体状の液晶材料で形成し、例えばラビング処理などを行って液晶材料の分子を所望の方向に配向させることによって偏光能を持たせても良い。また、このような偏光処理の後に、例えば紫外線照射や熱処理などによって偏光層１６の分子を重合させても良い。
第３の例として、カラーフィルタ層５の粗い表面を平坦化してカラーフィルタ層５の偏光解消特性を減少させるために、カラーフィルタ層５に研磨処理を施しても良い。
なお、カラーフィルタ層５が充分に平坦であれば、平坦化層６を省略することが可能である。また、平坦化層６を設ける場合には、カラーフィルタ層５への入射光が偏光解消されることを抑制するために、単一の屈折率を持つ均一な厚い膜を実現するために、平坦化層６の屈折率を、カラーフィルタ層５とほぼ同じ屈折率としても良い。
上記のように、カラーフィルタ層５による偏光解消を減らすことにより、このようなカラーフィルタ層５を備えた広い範囲の装置において、性能の向上を図ることができる。
以上では、本発明を、ＦＬＣＤセルを含むカラー表示装置に適用した例について説明したが、本発明は、偏光がカラーフィルタを透過した後に検光される構成の任意のカラー液晶表示装置に適用することが可能である。また、本発明は、偏光子と検光子との組合せを採用した従来のカラー表示装置に適用することが可能なだけでなく、上記検光子の代わりに偏光色素あるいは鏡などを用いた装置にも適用することが可能である。
１ ＦＬＣＤセル
２ 強誘電性液晶材料（液晶材料層）
３・４ ガラス基板
５ カラーフィルタ層
６ 平坦化層
１４ 偏光子
１５ 検光子
１６ 偏光層

Claims (4)

  1. ２枚の基板の間に配置された液晶材料層と、上記２枚の基板のうち、外部光源からの光が入射する一方の基板の外側に偏光子を、他方の基板の外側に検光子を備えたセルからなる液晶装置であって、
    上記他方の基板の内側にカラーフィルタ層を備えるとともに、上記カラーフィルタ層と上記液晶材料層との間に偏光層を備え、
    上記セル内を上記外部光源からの光が透過する進行方向に対して、上記偏光子、上記液晶材料層、上記偏光層、上記カラーフィルタ層、上記検光子を順に備えてなり、
    上記偏光層が配向された分子被膜からなり、上記検光子の透過軸と上記偏光子の透過軸とがほぼ平行であることを特徴とする液晶装置。
  2. 上記液晶材料層中に偏光色素を混入していることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
  3. 上記偏光層は、上記カラーフィルタ層にカラーフィルタおよび偏光機能の両方の機能を有する偏光層を設けた構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
  4. 上記被膜は、アゾ染料あるいはポリヨウ素化合物塩による有機染料分子からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶装置。

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