JP3740805B2

JP3740805B2 - 反射型液晶表示素子

Info

Publication number: JP3740805B2
Application number: JP28003497A
Authority: JP
Inventors: 隆之藤岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: JPH11119214A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面が凹凸面あるいは粗面に形成された反射層を有する、反射型液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部からの入射光を反射させて表示を行う反射型液晶表示素子は、バックライトが不要であり、また消費電力が少なく、薄型、軽量であるため、ラップトップコンピューター等の携帯用ＯＡ機器や携帯情報機器の表示装置に好適であり、近年ではこれらの用途に広く用いられている。ところが、反射型液晶表示素子は外光を利用するものであることから、外光利用効率が低くなると視認性が悪くなり、実用上問題となってしまう。
【０００３】
反射率を上げるための手法の一つとして、従来、反射層の表面を凹凸面とし、あるいは粗面とすることにより、その散乱の度合いを高めるといったことがなされている。このように反射層の表面を凹凸面あるいは粗面とした反射型液晶表示素子では、通常、液晶層の配向を均一に制御するため、またスイッチング素子や配線を形成するため、反射層上に平坦化膜を設け、この上に液晶層を配置するようにしている。
この平坦化膜としては、従来、透明性が高く屈折率が１．５以上の樹脂、例えばアクリル系の樹脂が用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような反射型液晶表示素子では、例えば図５で模式的に示すように空気１中（屈折率ｎ＝１）から該液晶表示素子に入射した光が反射層２上で反射した際、反射層２の表面形状によって当然入射角に対応する正反射角より広がって反射する光成分が生じる。
また、平坦化膜３に入射し反射層２で反射した反射光（散乱光）が再度平坦化膜３を透過し、空気１中に出射する際、平坦化膜３と空気１との界面で一部の光が全反射を起こす。この全反射が起こる際の全反射臨界角θc は、例えば平坦化膜３の屈折率が１．５４である場合スネルの法則から約４０°となる。したがって、反射層２で反射・散乱した光のうち、平坦化膜３表面に対する法線とのなす角が約４０°を超えた成分の反射光（散乱光）は、全反射を起こして再び反射層２に戻り、多重反射を起こすのである。
【０００５】
しかして、このような多重反射を起こすと、平坦化膜３や反射膜２でも当然吸収が起こることから戻り光は結果として有効に利用されず、これにより反射型液晶表示素子の反射率低下の一因となってしまっている。
また、平坦化膜として屈折率が高い透明媒体を用いた反射型液晶表示素子では、該平坦化膜と反射層の反射面との屈折率差が小さくなるため、平坦化膜と反射面との界面での反射率が小さくなり、反射型液晶表示素子全体の反射率低下を招いてしまう。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、反射率の向上を図り、これにより良好な視認性を確保した反射型液晶表示素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射型液晶表示素子では、透明電極を有した透明基板と、入射光を反射させる反射層を形成した対向基板と、これら透明基板と対向基板との間隙に形成されて前記透明電極によってその挙動が制御される液晶層とを備えてなり、前記反射層はその表面が凹凸面あるいは粗面に形成され、該反射層上に屈折率が１．５未満の平坦化膜が形成され、前記平坦化膜は、可視光波長領域で吸収があるカラーフィルタ媒体層からなることを前記課題の解決手段とした。
【０００８】
この反射型液晶表示素子によれば、反射層で反射した反射光（散乱光）が再度平坦化膜を透過し、空気中に出射する際、平坦化膜と空気との間の界面で一部の光が全反射を起こすが、平坦化膜の屈折率を１．５未満としたことによって該平坦化膜と空気との間の屈折率差が小さくなっているため、前記の全反射が起こる際の全反射臨界角θc が従来の屈折率が１．５以上の平坦化膜の場合に比べ大きくなる。
また、平坦化膜の屈折率を１．５未満としたことから、該平坦化膜と反射層の反射面との間で大きな屈折率差が確保され、これにより平坦化膜と反射面との界面での反射率が大きくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の反射型液晶表示素子を詳しく説明する。
図１は本発明の反射型液晶表示素子の一実施形態例を示す図であり、図１において符号１０はゲストホストモードの反射型液晶表示素子である。この反射型液晶表示素子１０は、アクティブマトリックス方式を採用しカラーフィルターを内蔵したフルカラー表示のものであって、透明基板１１と対向基板１２とが所定の間隙を介して互いに対向した状態に配置され、構成されたものである。
【００１０】
透明基板１１は、ガラス等の透明基材からなり、光の入射側に配置されるもので、その内面（対向基板１２側の面）側にはカラーフィルタ１３、ＩＴＯ等の透明導電性膜からなる透明電極１４、ポリイミド等からなる配向膜１５がこの順に形成配置されている。ここで、カラーフィルタ１３は、各画素毎に分割化され異なる色に着色されて形成されている。なお、このカラーフィルタ１３については、透明基板１１に形成することなく、対向基板１２に形成するようにしてもよい。
【００１１】
対向基板１２は、ＩＴＯ等の透明導電性膜からなる複数の画素電極１６…、およびこれら画素電極１６…を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等からなるスイッチング素子（図示略）を備えたものである。また、この対向基板１２上には、スイッチング素子とは別に反射層１７が形成されている。この反射層１７は、樹脂等からなり、その表面が凸凹形状とされた凸凹層１７ａの上に反射膜１７ｂが形成されてなるものである。反射層１７ｂは、ＡｌやＡｇ、あるいはこれらの酸化物や合金等の反射率の高い材料がスパッタ法あるいは蒸着法等により成膜され形成されたものである。
【００１２】
この反射層１７の上には、該反射層１７を覆って平坦化膜１８が形成されている。この平坦化膜１８は、屈折率が１．５未満の透光性樹脂から形成されたもので、本例では可視光領域で透過率が高いフッ素系樹脂（サイトップ〔商品名；旭硝子社製〕、屈折率ｎ＝１．３４）が数百ｎｍ〜数μｍの膜厚に成膜されて形成されている。
【００１３】
この平坦化膜１８の上にはポリイミド等からなる下地配向膜１９が形成され、さらにこの下地配向膜１９の上にはλ／４層２０が設けられている。
このλ／４層２０は、高分子液晶からなるもので、前記下地配向膜１９によって一軸配向させられたものである。
このλ／４層２０の上には前記画素電極１６…が形成されており、この画素電極１６…の上には、これを覆ってポリイミド等からなる配向膜２１が形成されている。
【００１４】
前記透明基板１１と対向基板１２との間隙にはゲストホスト液晶層２２が設けられている。このゲストホスト液晶層２２は、例えば負の誘電異方性を有するネマチック液晶２２ａを主体とし、複合型の二色性色素２２ｂを所定の割合で含有して構成されたものである。ここで、このゲストホスト液晶層２２は、透明基板１１の配向膜１５、対向基板１２の配向膜２１の間に配置され、これら配向膜１５、２２により、本例においては電圧無印加状態で垂直配向させられ、電圧印加状態で水平配向に移行するようになっている。
【００１５】
このような構成からなる反射型液晶表示素子１０にあっては、該液晶表示素子１０の外、すなわち空気中から透明基板１４、ゲストホスト液晶層２２を通って平坦化膜１８に入射し、さらに反射層１７で反射・散乱した光が、再度平坦化膜１８を透過しゲストホスト液晶層２２、透明基板１４を通って空気中に出射する際、平坦化膜１８と空気との間の界面で一部の光が全反射を起こす。このとき、平坦化膜１８から透明基板１４に至る過程でいくつもの層を通過するが、いずれの層間における界面も平行であり、また各層の屈折率が１．５〜１．６程度、もしくはこれ以上である。
【００１６】
したがって、平坦化膜１８に屈折率が１．３４と低い値のフッ素系樹脂を用いた本実施形態例では、いずれの界面においても全反射条件を満たすことがなく、平坦化膜１８の屈折率の値より小さい値をもつ空気中（屈折率ｎ＝１）に出射する際にのみ一部の成分が全反射を起こす。
この全反射の条件としては、図２で模式的に示すように、スネルの法則から導かれる下式より、（ただし、ｎ₁は平坦化膜１８の屈折率〔１．３４〕、ｎ₂は空気中の屈折率〔１．０〕である）
θc ＝ｓｉｎ^-1（ｎ₂／ｎ₁）
全反射臨界角θc ＝約４８°となる。
【００１７】
したがって、この反射型液晶表示素子１０にあっては、図５に示した平坦化膜の屈折率が１．５４の場合に全反射臨界角θc ＝約４０°と、平坦化膜１８の表面（平坦化膜１８と空気との界面）に約４０°と鋭角的に入る光をも全反射してしまう従来のものに対し、約４８°以上の大きい角度で入る光のみを全反射するものとなり、これにより従来のものに比べ全反射による反射率の低下を抑えて高い反射率を確保することができる。
【００１８】
また、平坦化膜１８の屈折率を１．５未満と低くしているため、反射層１７の金属等からなる反射面と該平坦化膜１８との屈折率差が大きくなり、これにより下式によって表される反射率Ｒが大きくなる。
Ｒ＝｛（ｎ₁−ｎ₂）²＋ｋ₂ ²｝／｛（ｎ₁＋ｎ₂）²＋ｋ₂ ²｝
ここで、媒質１は屈折率ｎ₁の透明な誘電体、媒質２は複素屈折率ｎ₂＝ｎ₂−ｉｋ₂を持つ金属とし、媒質１と媒質２との界面に対して光が垂直に入射した場合の反射率をＲとした。
平坦化膜１８は媒質１となり、したがってその屈折率は前記式においてｎ₁となるので、このｎ₁が小さくなることにより反射率Ｒの値が大きくなる。
【００１９】
よって、この反射型液晶表示素子１０にあっては、平坦化膜１８と反射層１７の反射面との間で大きな屈折率差を確保することにより、該平坦化膜１８と反射面との界面での反射率を大きくすることができる。
したがって、このように全反射を抑え、かつ反射層１７の反射面での反射率を大きくしたことから、本実施形態例の反射型液晶表示素子１０は反射率を向上して高い視認性を確保することができる。
【００２０】
図３は、凹凸の反射層上にアクリル系樹脂（屈折率１．５４）を塗布して平坦化膜を形成したもの、フッ素系樹脂（屈折率１．３４）を塗布して平坦化膜を形成したもの、および平坦化膜を形成しなかったものの三種の試料を作製し、散乱光の視覚特性を調べた結果を示す図である。測定については、−２０°方向からの平行な白色光源を入射し、その反射強度を調べた。
【００２１】
図３に示したように、屈折率が小さくなるにしたがって正反射（＋２０°）方向近傍の散乱強度が増加することが確認された。なお、測定結果から最も優れているのはｎ＝１．０、すなわち平坦化膜を形成せず反射層上に空気層を設けた試料であるが、液晶表示素子内に反射層を作り込む場合反射層上に空気層（ｎ＝１．０）を設けることは困難であるため、現実にはこのような構造を採用することができない。
したがって、平坦化膜の屈折率をより低くして１．０に近づけるのが、反射率を向上するうえで有利となるのである。
【００２２】
また、図１に示した高集積型ゲストホストモード液晶表示素子１０の構成において、平坦化膜としてアクリル系樹脂（商品名；ＪＳＳ６６９９Ｇ、屈折率ｎ＝１．５４）を用いた従来構造のものと、フッ素系樹脂（商品名；サイトップ、屈折率ｎ＝１．３４）を用いた本発明のものとをそれぞれ作製し、その明るさをＹ値で求めた。
得られた実測値より、フッ素系樹脂を用いた本発明品は、アクリル系樹脂を用いた従来品に比べ、明るさが約１０％向上しているのが確認された。
【００２３】
図４は本発明の反射型液晶表示素子の他の実施形態例を示す図であり、図４において符号３０はゲストホストモードの反射型液晶表示素子である。この反射型液晶表示素子３０が図１に示した反射型液晶表示素子１０と異なるところは、反射層１７上の平坦化膜３１として、屈折率が１．５未満であり、可視光波長領域で吸収があるカラーフィルタ媒体層を用いた点である。
すなわち、この反射型液晶表示素子３０では、このカラーフィルタ媒体層からなる平坦化膜３１を染色法等によってカラーフィルタ層とし、図１に示した液晶表示素子１０において透明基板１１に設けていたカラーフィルタ１３を設けないようにしている。
【００２４】
したがって、このような構成の反射型液晶表示素子３０にあっても、全反射による反射率の低下を抑えて高い反射率を確保することができ、また平坦化膜３１と反射層１７の反射面との間で大きな屈折率差を確保することにより、該平坦化膜３１と反射面との界面での反射率を大きくすることができ、これにより反射率を向上して高い視認性を確保することができる。
【００２５】
なお、前記実施形態例では、本発明を高集積型ゲストホストモードの反射型液晶表示素子に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、偏光板を２枚用いた構造、もしくは偏光板１枚と位相補償板とを組み合わせた構造をもち、また液晶層としてもＴＮ液晶やＧＨ（ゲストホスト）液晶などを用いたあらゆるタイプの反射型液晶表示素子に適用することができる。ただし、その場合にも、反射層としてその表面が凹凸面あるいは粗面に形成されている必要があるのはもちろんである。
また、前記実施形態例では反射層１７をその表面が凹凸面となるようにしたが、比較的凹凸の小さい粗面としてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の反射型液晶表示素子は、反射層上の平坦化膜の屈折率を１．５未満としたことにより、全反射による反射率の低下を抑えて高い反射率を確保し、また平坦化膜と反射層の反射面との間で大きな屈折率差を確保することによって該平坦化膜３１と反射面との界面での反射率を大きくしたものであるから、従来の平坦化膜の屈折率が１．５以上のものに比べ反射率を向上することができ、これにより高い視認性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射型液晶表示素子の一実施形態例の概略構成を示す要部側断面図である。
【図２】本発明の反射型液晶表示素子の作用を説明するための模式図である。
【図３】散乱光の視覚特性を調べた結果を示すグラフ図である。
【図４】本発明の反射型液晶表示素子の他の実施形態例の概略構成を示す要部側断面図である。
【図５】従来の反射型液晶表示素子の作用を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０，３０…反射型液晶表示素子、１１…透明基板、１２…対向基板、１４…透明電極、１７…反射層、１８，３１…平坦化膜、２２…ゲストホスト液晶層

Claims

透明電極を有した透明基板と、入射光を反射させる反射層を形成した対向基板と、これら透明基板と対向基板との間隙に形成されて前記透明電極によってその挙動が制御される液晶層とを備えてなり、
前記反射層はその表面が凹凸面あるいは粗面に形成され、
該反射層上に屈折率が１．５未満の平坦化膜が形成され、
前記平坦化膜は、可視光波長領域で吸収があるカラーフィルタ媒体層からなる
ことを特徴とする反射型液晶表示素子。