JP4237331B2

JP4237331B2 - 反射型液晶ディスプレイ

Info

Publication number: JP4237331B2
Application number: JP11824799A
Authority: JP
Inventors: 知久本田; 訓平織田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JP2000305074A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射型の液晶ディスプレイ（以下ＬＣＤ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１０−２８２３２４号公報に開示されるように、反射型液晶ディスプレイ用カラーフィルタとして、コレステリック液晶、もしくはカイラルネマチック液晶を利用したものが提案されている。
【０００３】
このカラーフィルタは、輝度、色純度において、従来の顔料や染料を用いたカラーフィルタと比較して優れた性能を有している。特に、温度によりその選択反射光の波長が変化し、更に紫外線照射によって液晶状態を保持できる紫外線硬化型コレステリック液晶を用いることにより、従来と比較して簡単に製造することができるという利点がある。
【０００４】
前記のようなコレステリック液晶、及び、カイラルネマチック液晶は、液晶分子軸の長距離配向秩序に加えて、ダイレクタが螺旋的に空間変化をしているという特性がある。即ち、液晶分子軸と平行な平面内では、液晶はネマティック相と同様な配向秩序があるが、隣接する平面へ移ると、この局所的な配向方向がわずかに回転しているので、これが順次連続して螺旋構造となっている。
【０００５】
一方、自然光は、右旋円偏光と左旋円偏光に分けることが可能であり、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶は、前記右旋円偏光及び左旋円偏光両成分の光が、液晶の螺旋軸に平行に入射した場合、該液晶のねじれ方向と同じ回転方向の円偏光成分のみを反射し、他方の円偏光成分は透過するという特性がある。
【０００６】
このとき、反射光の、入射光に対する位相の変化が生じないので、反射光の入射前後における偏光方向は不変であり、また、反射光の波長は、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶のねじれのピッチと比例関係にある。このピッチは、液晶にねじれの力を発生させるカイラル剤の添加量や、適当な外場（例えば温度、電場、磁場等）により変化する。
【０００７】
従って、上記のようなパラメータを、可視域で制御することにより、赤、緑、青の反射光を形成させることができ、且つ、その反射率を従来のカラーフィルタと比較して高く設定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記のようなコレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶は、２枚の基板に挟み込まれた状態でセルを構成し、各々のセルにおける基板の液晶側面はプレーナ配向が施されている。従って、液晶の螺旋軸は、前記基板に対して垂直となり、反射光は入射角度と反射角度が等しい正反射の関係を示す。
【０００９】
しかしながら、このようなカラーフィルタを有する反射型ＬＣＤを正面からずれた角度で観察した場合、即ち視野角度が変化すると、正面から観察した場合と比較して、その反射光の波長が短波長側にシフトし、このために色調（色目）が変化してしまうという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶を用いつつ、低コストで視野角度が増大した場合の反射光の短波長側への波長シフトを低減させることができるようにした反射型ＬＣＤを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１のように、基材の上にコレステリック液晶又はカイラルネマチック液晶の一方からなる液晶層を配置してなるカラーフィルタと、前記液晶層における外光入射側に配置され、外光入射面の法線に対して入射角をもって入射した外光の該液晶層への入射光軸を入射面で法線側にシフトさせるマイクロレンズフィルムとを有してなり、該マイクロレンズフィルムの表面が着色されて光透過率を低減するようにされたことを特徴とする反射型液晶ディスプレイにより上記目的を達成するものである。
【００１２】
又、請求項１において、前記マイクロレンズフィルムのレンズ焦点を、前記液晶層における外光入射側の界面に一致させてもよい。
【００１３】
この発明においては、液晶層の外光入射側部に配置されたマイクロレンズフィルムによって、入射する外光の液晶層への入射光軸が入射面の法線側にシフトされるので、反射光の波長が短波長側にシフトすることが抑制される。従って、視野角度の変化による色目の変化が低減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態の例を図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１に示されるように、本発明の実施の形態の第１例に係る反射型ＬＣＤ１０は、外光入射側の基板１２と対向基板１４及びこれらの基板に挟み込まれた液晶層１６からなる液晶セル１８と、液晶セル１８上に、液晶セル１８から外光入射側方向へ、１／４波長板２０、偏光板２２、マイクロレンズフィルム２４を配置し、又、液晶セル１８の外光入射側の反対面に対し、光吸収層２６を配置して構成される。
【００１６】
外光入射側の基板１２は、外光入射側から液晶層１６方向へ、基材１２Ａ上に、透明電極、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）１２Ｂ、及び、配向膜１３を積層して形成されている。
【００１７】
又、対向基板１４は、基材１４Ａ上に、液晶層１６方向へ、配向膜１３、コレステリック液晶層１５、ＩＴＯ１４Ｂ、配向膜１３が配置されている。図１ではコレステリック液晶層１５上にＩＴＯ１４Ｂが形成されているが、この間に配向膜、基材を形成してもよい。
【００１８】
又、対向基板１４は、以下の方法で製造することができる。
【００１９】
一対の基材と、各基材の内側に形成した配向膜と、該配向膜を介してコレステリック液晶層１５を形成する。なお、液晶層側に配置される基材の配向膜は形成されていなくてもよい。その後、液晶層側に配置される基材もしくは基材と配向膜を剥離してカラーフィルタを形成し、その上にＩＴＯ１４Ｂ、配向膜１３を配置し、対向基板１４を構成する。このとき、基材１４Ａもしくは基材１４Ａと配向膜は剥離せず、前記のようにコレステリック液晶層１５とＩＴＯ１４Ｂの間に配向膜、基材をそのまま残してもよい。
【００２０】
前記マイクロレンズフィルム２４は、図１において下側に凸の多数のマイクロレンズ２８を一体的に備えたものであり、各マイクロレンズ２８は、図２に拡大して示されるように、そのレンズ焦点が、前記コレステリック液晶層１５のＩＴＯ１４Ｂ側の界面１５Ａに一致するように構成されている。
【００２１】
又、図１は、反射型液晶ＬＣＤ１０の１つの画素を示している。
【００２２】
前記配向膜１３は、例えばポリイミドを基材に塗布して焼成後、布でラビング処理し平行配向処理して形成され、これにより、コレステリック液晶層１５や液晶層１６の液晶分子は、配向膜１３における配向方向に分子長軸が配向された状態となっている。
【００２３】
このような構成の反射型ＬＣＤ１０に様々な角度の外光が入射するが、マイクロレンズフィルム２４のマイクロレンズ２８を通過する際に、コレステリック液晶層１５への入射光の入射角度が小さくなる。即ち入射光軸が入射面の法線方向にシフトし、従来と比較して、反射光の波長の短波長側へのシフト量が小さくなる。よって、外光の入射角度の変化による色目の変化量が低減され、色純度に優れた画像を得ることができ、視野角度による色目の変化量も低減できる。
【００２４】
なお、前記実施の形態の例におけるマイクロレンズフィルム２４は、均一の素材から形成されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば図３に示されるマイクロレンズフィルムの他の実施の形態のように、マイクロレンズの表面を一定厚さで着色した着色層３４として、この部分の光透過率を変えたマイクロレンズフィルム３２を用いてもよい。
【００２５】
この場合、外光入射面の法線に対して所定角度の入射角を有し、外光Ａのように入射した光は、図２の第１例と同様に、図３の例も、コレステリック液晶層１５の界面１５Ａで反射する。一方、外光Ｂのように入射した光は、図２の第１例ではマイクロレンズフィルムで全反射し、入射方向と逆向きにランダムに出射するのに対し、図３の第２例ではマイクロレンズ３４の表面を一定の厚さで着色したため、全反射をしている間に反射光が大幅に減衰し、図２の第１例に比べ、マイクロレンズフィルムによるランダムな光の反射を減少させ、視野角度による色目の変化を抑制できるのみならず、ＬＣＤの画面のコントラストを増大することができる。
【００２６】
更に、マイクロレンズフィルム２４、３２上の表面反射を防止するため、マイクロレンズフィルム上に反射防止膜を設けてもよい。
【００２７】
上記実施の形態の例における基材１２Ａ、１４Ａはいずれもガラス板であるが、本発明はこれに限定されるものでなく、光透過性のフィルム等であってもよい。
【００２８】
又、上記反射型ＬＣＤ１０におけるコレステリック液晶はカイラルネマチック液晶であってもよい。
【００２９】
更に、上記マイクロレンズフィルムは、図１〜図３に示されるような液晶層側に凸の凸レンズであるが、これは図４に示される実施の形態の第２例の反射型ＬＣＤ４０のように逆向きであってもよい。なお、レンズ形状は凸レンズに限定されず、平板状のガラス基板やプラスチックシート内にレンズ作用を発生する屈折率分布を持たせて、２次元アレイ状あるいは１次元アレイ状の小さいレンズを形成した平板マイクロレンズであってもよい。
【００３０】
又、前記マイクロレンズフィルム２４、３２は１次元方向にマイクロレンズを並列形成したものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、２次元アレイ状にレンズを形成したもの、例えば、蠅の目レンズ等のモザイクレンズとしてもよい。更に、１次元方向のマイクロレンズを縦横に２枚重ねてもよい。
【００３１】
【実施例】
以下本発明の実施例について詳細に説明する。
【００３２】
この実施例は、前記図１に示される反射型ＬＣＤ１０と同様の構成であり、まずその製造工程について説明する。
【００３３】
適切な洗浄処理を行い、清浄とした基材としてのガラス基板上にポリイミドをスピンコートし、２００℃で１時間焼成した。次に、この焼成したポリイミドに布でラビング処理を行い、厚さ約６００Åの配向膜とした。
【００３４】
この基板の配向膜上に溶剤（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等）で適当な粘度に希釈調整された紫外線硬化型コレステリック液晶をスピンコート法を用いて５μｍの厚さに塗布し、ホットプレート上において７０度で３分間のプリベークを行い、完全に溶剤を蒸発させた。
【００３５】
そこに延伸処理を施したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム（東レ製ルミラー２５μｍ厚さ）を空気が入らないように、且つコレステリック液晶がはみ出さないようにしてラミネートし、所望の反射分光が得られる温度に調整した。
【００３６】
次に、所望の反射分光が得られることを確認してから、フォトマスクを介して紫外線露光を行ってコレステリック液晶を硬化させた。
【００３７】
ここで、上記所望の反射分光を得るための温度調整、及び、画像のパターンに対応したフォトマスクを介して紫外線露光を行う工程を必要回数だけ繰り返し、塗布したコレステリック液晶全域の露光硬化が終了した後、前記ＰＥＴフィルムを剥離して、カラーフィルタとした。
【００３８】
完成したカラーフィルタを用いて液晶のセル組を行った。カラーフィルタ上に１０００ÅのＩＴＯ膜を成膜し、その上に日本合成ゴム製ポリイミドＡＬ１２５４を６００Åの厚さに塗布して、２００℃で１時間焼成した後に、布によりポリイミド膜表面をラビング処理して配向膜１３を形成し、対向基板１４とした。スペーサとして積水ファインケミカル製のＳＰ−２０３を塗布し、外光入射側の基板１２として、ＴＦＴを形成した基板を用いて中空セルを作成し、その後、セル中にメルク製液晶ＺＬＩ−４７９を注入した。これにより液晶の複屈折率と、厚みでリタデーションが起こり、入射光が液晶層１６を通過することにより位相がπ変化するように調整した。
【００３９】
更に、その液晶セル１８の表面に市販の１／４波長板２０を貼り、その進相軸に対して４５°傾けて直線偏光板を貼り込んだ。又、液晶セル１８の外光入射側反対面には黒い布を貼り、光吸収層２６とした。
【００４０】
１／４波長板２０、偏光板２２、光吸収２６を備えた液晶セル１８に光を反射させてみるとカラーフィルタの反射光が観測され、一方、電圧を印加したところ画素が黒くなり、液晶ディスプレイとして使用できることがわかった。
【００４１】
上記液晶セル上にある偏光板２２上面に、図３に示されるようなレンチキュラーレンズ形状のマイクロレンズフィルム３２を貼り付け、これに光を投射して、正反射の関係が反射光の測定を行ったところ、入射角度変化による反射波長の短波長側へのシフト量を減少させることができた。これは、マイクロレンズフィルム３２を通ることにより、図５及び表１に示すように、全空間にわたる光の入射が、入射面に対し法線方向へシフトし、光の入射角度の変化による反射波長の短波長側へのシフト量が減少するものである。なお、図５及び表１の光検出角度はマイクロレンズフィルム３２を透過した光の角度を測定しており、測定には大塚電子製ＬＣＤ−５１００を用いた。
【００４２】
【表１】

【００４３】
次に上記図３のマイクロレンズフィルム３２の有無による、入射光角度が２５°、３０°、３５°、４０°、４５°である場合の反射波長の変化を図６、７及び表２に示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
図６は、マイクロレンズフィルムを備えていない反射型ＬＣＤにおける、外光の入射角に対する反射波長を示し、図７は、マイクロレンズフィルムを備えた反射型ＬＣＤにおける、外光の入射角に対する反射波長を示している。図６、図７から、マイクロレンズフィルムがない場合には、外光入射面の法線に対し入射角度が大きくなるにつれ、反射波長が短波長側にシフトするのに対し、マイクロレンズフィルムを備えた場合には、入射角度の変化による反射波長の短波長側へのシフトが減少していることがわかった。
【００４６】
更に、図６、７の結果から、マイクロレンズフィルムの有無による反射光中心波長の変化を表２に示したが、マイクロレンズフィルムがない場合には、入射角度によって反射光中心波長は４０ｎｍ変化しているのに対し、マイクロレンズフィルムを配置することで、反射光中心波長の変化は１５ｎｍになり、色目の変化を抑えられることがわかった。
【００４７】
なお、角度は外光の入射面の法線方向からの角度で示しており、例えば入射光角度が０°というのはマイクロレンズフィルムに対し、垂直に入射しているものである。
【００４８】
又、反射光中心波長とは光透過率が最大となる波長であり、測定装置には大塚電子製ＬＣＤ−５１００を用いた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶からなるカラーフィルタを用いた反射型ＬＣＤにおいて、簡単な構造で、外光の入射角度の変化による色目変化を抑制し、画像のコントラスト、色純度を向上させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に実施の形態の第１例に係る反射型ＬＣＤを示す拡大略示斜視図
【図２】同要部拡大断面図
【図３】前記反射型ＬＣＤにおけるマイクロレンズフィルムの他の実施の形態を示す拡大略示断面図
【図４】同実施の形態の第２例を示す図１と同様の斜視図
【図５】本発明のマイクロレンズフィルムへの光の入射角度を変化させたときの透過光の光検出角度の変化と透過率強度との関係を示す線図
【図６】マイクロレンズフィルムを備えていない反射型ＬＣＤにおける、外光の入射角に対する反射波長を示す線図
【図７】マイクロレンズフィルムを備えた反射型ＬＣＤにおける図６と同様の線図
【符号の説明】
１０、４０…反射型液晶ディスプレイ
１２、１４…基板
１５…コレステリック液晶層
１５Ａ…界面
１８…液晶セル
２４、３２…マイクロレンズフィルム
２８、３４…マイクロレンズ

Claims

基材の上にコレステリック液晶又はカイラルネマチック液晶の一方からなる液晶層を配置してなるカラーフィルタと、前記液晶層における外光入射側に配置され、外光入射面の法線に対して入射角をもって入射した外光の該液晶層への入射光軸を入射面で法線側にシフトさせるマイクロレンズフィルムとを有してなり、該マイクロレンズフィルムの表面が着色されて光透過率を低減するようにされたことを特徴とする反射型液晶ディスプレイ。
請求項１において、前記マイクロレンズフィルムのレンズ焦点を、前記液晶層における外光入射側の界面に一致させたことを特徴とする反射型液晶ディスプレイ。