JP2015082018A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルターを通じての光の低減を抑制できる液晶表示素子を提供する。
【解決手段】第１の基板１１Ａと、第１の基板１１Ａの一方の面側に配置された第１の電極層１２と、第１の電極層１２の、第１の基板１１Ａに向いた面側とは反対の面側に配置されたカラーフィルター層１４と、カラーフィルター層１４の、第１の電極層１２に向いた面側とは反対の面側に配置されたポリマー／液晶複合体層１０と、ポリマー／液晶複合体層１０の、カラーフィルター層１４に向いた面側とは反対の面側に配置された第２の電極層１３と、第２の電極層１３の、ポリマー／液晶複合体層１０に向いた面側とは反対の面側に配置された第２の基板１１Ｂとを備える液晶表示素子。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、液晶表示素子に関する。詳しくは、ポリマー／液晶複合体層を備える反射型またはシースルー型の液晶表示素子に係るものである。

本発明は、保健医療デバイス、標識、スマート・ウオッチ（Ｓｍａｒｔ Ｗａｔｃｈ）、ｅ−リーダー、より具体的には、標識ディスプレイのような、電子デバイス中で使用されるアクティブマトリクスカラーフレキシブルディスプレイユニットに関する。

ウェアラブルまたは携帯可能なデバイスのためのディスプレイエレメントは、消費電力を低くするべきである。結果として、バックライトを必要としない反射型またはシースルー型のディスプレイが、この目的のために最適である。

しかしながら、従来の反射型またはシースルー型のカラー液晶ディスプレイは、バックライトディスプレイに比べて消費電力は少ないが、偏光子およびカラーフィルターを通過する際、かなりの光が失われるので、反射型ディスプレイまたは透明なシースルーディスプレイは、達成されていない。

他方では、偏光子の使用を必要としない操作方式を利用する、ポリマー液晶複合体に基づくディスプレイパネルがある。
ポリマー／液晶複合体（ｐｏｌｙｍｅｒ／ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）（ＰＬＣＣ）ディスプレイは通常、スペーサーを用いて隔てられ、２つの基板の間に封じられた、お互いに対向して置かれた電極を有する２つの透明な基板を備える。

ポリマー／液晶複合体（ＰＬＣＣ）は典型的には、ＵＶ硬化ポリマー中に分散された低分子量ネマチック液晶のマイクロサイズのドメインからなる。このネマチックドメインは光を強力に散乱させ、この材料は、白色不透明または半透明の外観を有する（「オフ状態」）。

２つの電極の間に電圧の相違が課される場合（「オン状態」）、電場は、液晶の普通の屈折率が、等方性ポリマーマトリクスの屈折率にほぼ適合するように液晶を整列させ、液滴の散乱能を実質的に低下させ、それによって光を透過させる。
従って、オン状態では、セルは透きとおっているか、または透明に見え、オフ状態では不透明に見える。

ポリマー／液晶複合体（ＰＬＣＣ）に基づくディスプレイは、シースルーであってもまたは反射性であってもよい。透明なディスプレイは、内部照射光源も反射体も有さない。２つの電極に電圧を課することで、光がセルを通過することが可能になるが、反射ディスプレイは典型的には、反射性の黒またはシルバーの反射板を備え、これは、透明状態では、可視になる。

偏光子が省かれるので、両方の方式のディスプレイはともに特に魅力的である。
従って、反射型のカラーディスプレイデバイスの従来の開発の苦闘は、偏光子を用いずにディスプレイ方式を組み合わせることによって高輝度ディスプレイを得ようと試みる出発点に基づくものであった。

しかし、液晶ディスプレイとは異なり、ポリマー／液晶複合体（ＰＬＣＣ）ディスプレイは、この組成物の相分離のためにＵＶ暴露（３６５ｎｍ）を必要とする。従来のアクティブマトリクスカラーディスプレイの構成では、底部基板は、ＴＦＴアレイを有し、頂部基板は、共通電極およびカラーフィルターを有するように用いられるが、ポリマー液晶複合体は、基板の間に挟まれている。

カラーフィルターは、ＵＶ光を吸収して、この吸収が異なるカラーピグメントに関して変化するので、均一な相分離を達成することは困難であり、そのため電気光学的能力が劣るのと、信頼性の問題へとつながる。

この問題を克服するために、ＵＶ暴露を、ＴＦＴアレイ側を通じて行う。しかし、金属コネクター下の領域は、硬化されず、金属コネクター下の領域の端部の周囲に大きいドメインがもたらされる。

この問題は、例えば特許文献１に公開される速硬化性の組成物によって解決される。ＵＶ硬化プロセスに関連する問題を克服するためのさらに別のアプローチ、ＴＦＴアレイの頂部の上のカラーフィルターは、従来の大型サイズのＴＦＴ ＬＣＤと同様に配置された。

また、例えば特許文献２には、一方または両方の面に電極が配置され、基板間に配置された高分子／液晶複合材料、および電極を介して高分子／液晶複合材料に電界を印加する電界印加手段を備えた液晶素子が記載されている。

国際公開第２０１３／０６５１００号 特開２００８−３０３３８１号公報

しかし、やはりこのカラーフィルターを通じてかなりの光が失われ、ポリマー／液晶複合体の反射または高透明度のシースルーディスプレイを得ることは困難である。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、カラーフィルターを通じての光の低減を抑制できる液晶表示素子を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示素子は、第１の基板と、該第１の基板の一方の面側に配置された第１の電極層と、該第１の電極層の、前記第１の基板に向いた面側とは反対の面側に配置されたカラーフィルター層と、該カラーフィルター層の、前記第１の電極層に向いた面側とは反対の面側に配置されたポリマー／液晶複合体層と、該ポリマー／液晶複合体層の、前記カラーフィルター層に向いた面側とは反対の面側に配置された第２の電極層と、該第２の電極層の、前記ポリマー／液晶複合体層に向いた面側とは反対の面側に配置された第２の基板とを備える。

また、本発明の液晶表示素子において、カラーフィルター層が０．８μｍ以上１．５μｍ以下の厚みを有し、かつ、赤、青および緑の色層からなり、かつ、赤、青および緑それぞれの色層が、光透過率増大のための全体パターンを有しているものとすることができる。

また、本発明の液晶表示素子は、第１の電極層とカラーフィルター層との間に配置された反射性層を備えるものとすることができる。

また、本発明の液晶表示素子は、フォームフレキシブルであって、かつウェアラブルデバイスおよび消費者の電気製品のための情報表示のために選択されるものとすることができる。

本発明に係る液晶表示素子は、カラーフィルターを通じての光の低減を抑制できる。

本発明を適用したシースルー型のポリマー／液晶複合体ディスプレイの一例を示す概略断面図である。 本発明を適用した反射型のポリマー／液晶複合体ディスプレイの一例を示す概略断面図である。 本発明を適用したポリマー／液晶複合体ディスプレイのカラーフィルター層の第１のパターンを示す概略上面図である。 本発明を適用したポリマー／液晶複合体ディスプレイのカラーフィルター層の第２のパターンを示す概略上面図である。 本発明を適用したポリマー／液晶複合体ディスプレイのカラーフィルター層の第３のパターンを示す概略上面図である。 本発明を適用したポリマー／液晶複合体ディスプレイのカラーフィルター層の第４のパターンを示す概略上面図である。

［定義］
全ての技術用語は、当業者によって通常用いられ、かつ理解されるとおり、従来の定義によって本明細書で用いられる。

例示の実施形態は、ここで添付の図面によってさらに詳細に記載される。図面においては、参照の数字は要素を示す。

本発明者は、カラーフィルターのデザインをカスタマイズすること、および偏光子を用いないディスプレイ方式を用いることによって、反射型または高透明度のシースルー型の可塑性ディスプレイを得ることができることを見出した。

本発明の第一の態様は、周囲の光で見るのに適切な反射型または高シースルー型のカラーポリマー／液晶複合体アクティブマトリクスフレキシブルディスプレイを得ることである。

本発明の別の態様は、極めて薄く、耐久性があり、取り扱いが容易であり、かつフォーマットフレキシブルであり得る、新規のカラーフレキシブルディスプレイに関する。本発明に従って製造されたディスプレイは、多くの望ましい特性、例えば、低い電力消費、周囲光での鮮やかな色、および映像フレームレートコンテンツディスプレイを示す。

例示の実施形態によれば、ポリマー／液晶複合体ディスプレイユニットは、お互いに離れた一対の可塑性基板を備えてもよく、ここで第１の基板は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ Ａｒｒａｙｓ）をピクセル電極として有してもよいが、第２の基板は、共通の透明な電極、およびポリマー液晶複合体（ＰＬＣＣ）層をこの第１および第２の基板の間に有してもよい。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ Ａｒｒａｙｓ）ピクセル電極を有する第１の基板は、反射性層を有してもよく、この反射性層は、金属薄膜から構成される。

さらに、各々の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ Ａｒｒａｙｓ）は、カラーフィルター層を備えてもよい。このカラーフィルター層は、青、緑および赤色のフィルター層を有してもよい。各々のカラーフィルター層は、光透過の増大のために特定の厚みおよび全体パターンを有してもよい。

図１Ａおよび図１Ｂは、ＰＬＣＣ層に電圧が加えられていない状態における、シースルーおよび反射性のポリマー／液晶複合体ディスプレイの断面図である。
また、ポリマー／液晶複合体ディスプレイは、液晶表示素子の一例である。

図１Ａおよび図１Ｂに示す本発明のポリマー／液晶複合体ディスプレイは、第１の基板１１Ａを下部基板として、および第２の基板１１Ｂを上部基板として備える。
第１の基板１１Ａおよび第２の基板１１Ｂは透明なフィルムであっても、または可塑性のガラス基板であってもよい。

下部の基板である第１の基板１１Ａは、酸化物半導体、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、有機物のような薄膜トランジスタのピクセル電極であるＴＦＴ層１２を有してもよく、上部基板である第２の基板１１Ｂは、インジウムスズ酸化物のような透明な導電性物質の共通電極層１３を有してもよい。

図１Ｂに示されるような反射型ディスプレイの場合、反射性層１６は、ＴＦＴ層１２の頂部上に配置されてもよい。反射性層は、アルミニウム（Ａｌ）もしくはクロム（Ｃｒ）のような金属の薄膜層、または金属の混合物であってもよい。

カラーフィルター層１４は、反射性層の上に配置されてもよく、カラーフィルター層１４は、カバーコート層とカバーコート層の上のＩＴＯ層とで構成された導電性層１５を有する。

ポリマー／液晶複合体（ＰＬＣＣ）層１０は、共通電極層１３と導電性層１５との間で挟まれてもよい。図１Ａに示されるとおり、シースルーディスプレイは、下部の第１の基板１１Ａを覆ってＴＦＴ層の上に反射性層１６を有さなくてもよい。
ここで、ＴＦＴ層１２が第１の電極層の一例であり、共通電極層１３が第２の電極層の一例である。

また、図１Ａおよび図１Ｂから明らかなように、本発明のポリマー／液晶複合体ディスプレイは、偏光子を備えていない。

反射型ディスプレイ方式に関しては、反射性層１６は、図１Ｂに示すようにＴＦＴ層１２の上に配置され、例示の実施形態は、反射性層の配置はＴＦＴ層の上へ限定はされず、ＴＦＴ層１２の下部表面または第１の基板１１Ａの底部表面でもある。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるようなポリマー／液晶複合体ディスプレイは、多数のピクセルを有し、各々のディスプレイのピクセルは、赤、緑および青色のサブピクセルを含む。このサブピクセルのカラーフィルター層は、従来のＬＣＤのものと同様のＮＴＳＣおよび厚みを有さないが、このカラーフィルター層の厚みおよびＮＴＳＣは、カスタマイズされて、各々のサブピクセルカラーは、光透過の増大のための全体パターンを有する。

［好ましい実施形態］
この実施形態では、ポリマー／液晶複合体を使用した反射型フレキシブルディスプレイが開示される。
ここでは反射性層１６は、酸化物半導体のＴＦＴ層１２の上に、および後に反射性層１６の上に配置された赤、緑および青色を有するカラーフィルター層１４に配置される。

ここで反射率を高めるため、または光透過の増大のために、カラーフィルター層の厚みが０．８μｍから１．５μｍの範囲に設計されている。また、カラーフィルター層の開口率を上げることでさらに光透過を増大させることができる。

８０.２％の液晶および１９.８％のアクリレートプレポリマー混合物を有するポリマー／液晶組成物が、第１の電極層と第２の電極層との間に７．２ミクロン離れた間隔で挟まれる。このポリマー／液晶組成物を、３０ｍＷ／ｃｍ^２で、２５℃で６０秒間硬化した。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄに開示されるような４種類のディスプレイパネルであって、１．５μｍというカラーフィルター層の厚みと、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄに開示される色とを有するディスプレイパネルを製造した。上記のようなそれぞれのパネルの反射率およびコントラストを測定した。表１に結果を示す。

なお、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄの内容は、それぞれ参考図１Ａ、参考図１Ｂ、参考図１Ｃおよび参考図１Ｄを参照することで、さらに明確に判るものである。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄに開示されるような４種類のディスプレイパネルであって、１．０μｍというカラーフィルター層の厚みと、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄに開示される色とを有するディスプレイパネルを製造した。上記のようなそれぞれのパネルの反射率およびコントラストを測定した。表２に結果を示す。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄに開示されるような４種類のディスプレイパネルであって、０．８μｍというカラーフィルター層の厚みと、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄに開示される色とを有するディスプレイパネルを製造した。上記のようなそれぞれのパネルの反射率およびコントラストを測定した。表３に結果を示す。

実施形態の実験の実施例１〜３に示されるように、図２Ｄに開示されるようなカラーフィルターデザインを有する、ポリマー／液晶複合体（ＰＬＣＣ）を使用した反射型ディスプレイは、実施形態に開示されるように、他のカラーフィルターのデザインと比較して高い反射率およびコントラストを有する。例示の実施形態によれば、カラーフィルター層の厚みが１．５μｍよりも薄い０．８μｍにすること、およびカラーフィルター層の開口率を上げることによって、反射率およびコントラストの両方とも増大され得る。

１０ ポリマー／液晶複合体層
１１Ａ 第１の基板
１１Ｂ 第２の基板
１２ ＴＦＴ層
１３ 共通電極層
１４ カラーフィルター層
１５ 導電性層
１６ 反射性層

Claims (4)

1. 第１の基板と、
   該第１の基板の一方の面側に配置された第１の電極層と、
   該第１の電極層の、前記第１の基板に向いた面側とは反対の面側に配置されたカラーフィルター層と、
   該カラーフィルター層の、前記第１の電極層に向いた面側とは反対の面側に配置されたポリマー／液晶複合体層と、
   該ポリマー／液晶複合体層の、前記カラーフィルター層に向いた面側とは反対の面側に配置された第２の電極層と、
   該第２の電極層の、前記ポリマー／液晶複合体層に向いた面側とは反対の面側に配置された第２の基板とを備える
   液晶表示素子。
2. 前記カラーフィルター層が０．８μｍ以上１．５μｍ以下の厚みを有し、かつ、赤、青および緑の色層からなり、かつ、赤、青および緑それぞれの色層が、光透過率増大のための全体パターンを有している
   請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１の電極層と前記カラーフィルター層との間に配置された反射性層を備える
   請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
4. フォームフレキシブルであって、かつウェアラブルデバイスおよび消費者の電気製品のための情報表示のために選択される
   請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。

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