JP4397447B2

JP4397447B2 - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP4397447B2
Application number: JP05860999A
Authority: JP
Inventors: 康夫都甲
Original assignee: Sharp Corp; Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Sharp Corp; Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: JP2000258793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白表示の明るさを改善した反射型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液晶表示装置（ＬＣＤ）のカラー表示方式として、例えば、カラーフィルタと白黒表示液晶セルとを組み合わせる方法（最も一般的）と、３層型のゲスト・ホスト（ＧＨモード）方式、複屈折を利用したＳＴＮモード方式などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
カラーフィルタを用いる方法はほとんど全ての方式のＬＣＤをカラー化する方法として有効である。しかし、その一方でカラーフィルタによりセルを透過する光の一部が失われるという欠点があり、光の利用効率が低く、特に明るい白表示を得にくい。
【０００４】
自らの光源装置を必要としない反射型のカラー液晶ディスプレイは、省電力であり、携帯型の装置には好適である。しかし、カラーフィルタを通過した光により白表示をすると、非常に暗い白となってしまう。そのために、従来の反射型カラー液晶ディスプレイでは、カラーフィルタの彩度を下げて白を明るくするなどの工夫がされているが、それがためにカラー表示の鮮やかさが失われてしまう。
【０００５】
３層型のＧＨモードのカラー表示装置は、３層構造を得るためのＬＣＤ製造工程が複雑であるという欠点がある。また、複屈折モードを利用したカラー表示は色純度が低い、視角が挟い、という問題の他に偏光板を用いる必要があるため明るさに乏しいなどの欠点があり、いずれも十分満足できるものではない。カラーディスプレイにおいては、例えばコンピュータ用モニタでは白黒表示で動作する場合が最も多く、光源を外光に頼る反射型ＬＣＤにおいて白表示を明るくすることはディスプレイの見ばえを良くするために最も重要な課題である。
【０００６】
本発明の目的は、白表示の明るさを向上した構造が比較的簡単なカラー表示可能な反射型液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、光を入射する表示面に近い側に配置された、電圧ＯＦＦ時に透過、ＯＮ時に散乱状態を示す白黒表示をする第１の液晶セルと、前記第１の液晶セルを透過した光により表示を行うカラー表示が可能な第２の液晶セルとを有し、前記第１の液晶セルと第２の液晶セルとが互いに独立して駆動可能であり、前記第１の液晶セルと第２の液晶セルとの間に配置されたカラーフィルタを有し、前記第２の液晶セルの各１画素に対応して３色のカラーフィルタが配置され、該カラーフィルタの各色毎に駆動電極をそれぞれ配置し、前記３色のカラーフィルタに対向する前記第１の液晶セルの１画素に対しｌつの駆動電極を配置した反射型液晶表示装置が提供される。
【０００８】
表示装置を二つの異なる液晶セルを重ねた二層構造とし、表示面に近い第１の液晶セルが主に白黒表示に関わり、その下層の第２の液晶セルはカラー表示に関わる。白黒表示動作の場合には、第２の液晶セルが光吸収層あるいは、光反射層となるように駆動される。カラー表示動作で白黒以外の色表示の場合には、第１の液晶セルは光透過状態とされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例のＬＣＤは２層型で、表示面に近い上層には光散乱モードと光透過モードとを選択的に行える高分子分散型等の液晶セルを使用する。高分子分散型の液晶セルは偏光板を使用しないので光の利用効率が高く、明るい白表示が得られる特徴がある。下層にはカラーフィルタを形成したＧＨ型液晶セルを用いるか、もしくは壁によって上層の液晶セルと仕切られた、カラーフィルタを用いないカラー表示ＧＨ液晶セルを用いる。カラーフィルタ、もしくはカラーＧＨ液晶セルの色は赤、青、緑もしくはシアン、マゼンダ、イエローであることが望ましい。明るさの点では後者の色が有利である。
【００１０】
ＧＨ型液晶セルや高分子分散型液晶セルを駆動する方式としては、ＴＦＴなどのスイッチング素子を用いたアクティブマトリックス駆動方式が望ましいが、スーパーツイスト型やフェイズチェンジ（ＰＣ）( 相転移) 型液晶セル等を用いた単純マトリックス駆動による方式も可能である。
【００１１】
（実施例ｌ）
本発明の実施例によるＬＣＤの作製例を図ｌに示す。図ｌ（Ａ）に実施例のＬＣＤ構成図を示す。２層セル構造であり、上層には垂直配向型高分子分散型液晶セル層１０を、その下層には水平配向型ＧＨＰＣ液晶セル２０を形成している。主に白黒表示用の上層セル１０においては、例えばガラスのような絶縁性の透明基板１１の上に透明電極１２( 例えばストライプ電極) と配向膜１３とを形成した上側基板と、同じく透明基板１４の上に、透明電極１５( 例えばストライプ電極) と配向膜１６を形成した下側基板とが図示しないスペーサ( ギャップコントロール材) を介して所定間隔で対向配置されており、上下基板で高分子分散型液晶層１７を挟持している。
【００１２】
カラー表示用の下層セル２０においては、３色のカラーフィルタ２１と保護膜２２とを形成された基板２４の上に透明電極２３( 例えばストライプ電極) と配向膜２４とを形成した上側基板と、絶縁性基板２５の上に、光反射板を兼用する電極２６( 例えばストライプ電極) と配向膜２７を形成した下側基板とが図示しないスペーサを介して所定間隔で対向配置されており、上下基板でブラックＧＨ液晶層２８を挟持している。なお、１枚の基板１４を上下セル１０、２０で共用する場合を示したが、別々の基板としてもよい。
【００１３】
下層セル２０の下側のストライプ電極２６はＡｌ（アルミニュウム）で形成されており、光の反射板を兼ねることができる。下層セルのカラーフィルタ２１は電極パターンに対応した形状で配置されている。なお、カラーフィルタ２１の形成位置は反射板兼電極２６の上でも良い。
【００１４】
また、下層セルの下側基板全面上にＡｌ等の反射板を形成し、その上に絶縁膜を形成し、その上にＩＴＯ等の透明電極のパターンを形成してもよい。この場合、カラーフィルタは透明電極の上に形成しても、反射板と透明電極の間に形成してもよい。
【００１５】
なお、対向するストライプ電極の代わりに、一方の基板上に液晶セルの各画素に対応し、ＴＦＴ( 薄膜トランジスタ) を形成し、他方の基板上に全面共通電極を形成しても良い。これらの、二層構造液晶セルは公知の製造方法により作成することができる。
【００１６】
図１（Ｂ）に白黒表示例を示す。自黒表示は主に上層の液晶セル１０を用いて行われる。白黒表示動作では、下層のＧＨ液晶セル２０は、全体が光吸収モード（黒表示状態) とされる。この場合、白表示は上層の高分子分散型液晶１７の散乱モード状態における散乱光３０により白い表示を得ることができ、黒表示は高分子分散型液晶１７の透過モードにより光３１を透過させ、下層のブラックＧＨ液晶２８による光吸収により黒い表示を得ることができる。
【００１７】
図１（Ｃ）にカラーの表示例を示す。カラー表示動作では主に下層のブラックＧＨ液晶セル２０を用いて行われ、上層の高分子分散型液晶１７は全体が光透過モードとなる。入射光３２は、高分子分散型液晶１７を透過して赤のフィルタＲを通過する。赤フィルタＲに対応するブラックＧＨ液晶の領域は透過モード（ＯＮ）に駆動されており、光３２は反射板２６で反射して赤い反射光（表示）３３として表示面から出射する。緑フィルタＧに対応するブラックＧＨ液晶の領域は吸収モード（ＯＦＦ）に駆動されており、光３４はブラックＧＨ液晶で吸収される。
【００１８】
本実施例の二層構造ＬＣＤの駆動方式としては、アクティブマトリックス方式でも単純マトリクス方式でも良い。また、上層と下層の液晶セルで駆動方式を変えても良い。
【００１９】
ここで説明した実施例では、高分子分散型液晶セル１０の動作モードとして、電圧ＯＦＦ時に透過、ＯＮ時に散乱状態を示すモードについて示したが、ＯＦＦ時に散乱、ＯＮ時に透過状態を示すモードを用いても良い。前者の例としては垂直配向させた高分子分散型ＬＣＤや動的散乱ＬＣＤ等、後者の例としては水平配向させた高分子分散型型ＬＣＤ等が採用できる。
【００２０】
さらに、実施例では、ブラックＧＨ液晶セル２０の動作モードとして、ＯＦＦ時に光吸収、ＯＮ時に透過状態を示すモードについて示したが、ＯＦＦ時に透過、０Ｎ時に吸収状態を示すモードを用いても良い。前者の例としては水平配向させたＧＨＬＣＤやＧＨ‐高分子分散型ＬＣＤ等、後者の例としては垂直配向させたＧＨ‐ＬＣＤ等が採用できる。また、偏光板を用いたＴＮ型ＬＣＤ、ＳＴＮ型ＬＣＤ、ＳＨ‐ＬＣＤ等を用いても良い。但し、偏光板を用いる場合は、偏光板により入射光のほぼ半分が遮光されるので表示が暗くなる。特にカラー表示時は、カラーフィルタでさらに光量を低下させるので、表示の明るさは低下することを許容せねばならない。
【００２１】
２層セルの間に偏光板を挟む場合、白黒表示の明るさは確保し易いが、２層セルの間に２枚のガラス基板とその間の偏光板を配置することとなり、視差が大きくなり易い。
【００２２】
プラックＧＨ液晶層２８にはカイラル材を添加し、配向膜２４，２７に施す配向処理方向を層内の上下電極間で変えるなどすることによって、層内の液晶分子状態は適度に捻れが与えられている方がコントラスト的には有利である。一般的には９０°程度から３９０°程度までのねじれ角が考えられるが、フェーズチェンジモードなどの場合は更に捻ることもある。
【００２３】
実施例ｌの場合、白黒表示の場合とカラー表示の場合で、上層の液晶セル１０と下層の液晶セル２０とは完全に独立している。白黒表示の場合下層セル２０は全面０ＦＦで良く、カラー表示の場合上層セル１０は全面ＯＮで良い。従って、上層セル１０と下層セル２０の電極の配置位置やパターンを必ずしも一致させる必要が無い。但しカラー表示の中で図ｌ（Ｂ）に示した白黒表示の明るい白を表示したい場合には電極位置を上層セル１０と下層セル２０間で電極配置を合わせる必要がある。この場合、上層セルの画素はカラー表示用の各色フィルタに合わせてもＲＧＢなど一組のカラーフィルタに合わせてもよい。
【００２４】
なお、各液晶セルの表面には反射防止膜や後方散乱板を形成しても良い。図１では電極を兼用した反射板２６をセルの内側に形成しているが、外付けにしても良い。またセル内の反射板２６は鏡面反射タイプでも拡散反射タイプのいずれでも良い。
【００２５】
（実施例２）
図２（Ａ）に第２の実施例の二層ＬＣＤ構成図を示す。基本的には、第１の実施例の構造と類似している。同一の参照番号で示されるものについては同一の要素であるので説明は省略する。第１の実施例と主に異なる部分は、下層の液晶セル４０の電極構造とカラーフィルタの構造であるので、これらについて以下に説明する。
【００２６】
この２層セルでは、上層には垂直配向型の高分子分散型液晶セル１０を、下層には水平配向型ＧＨＰＣ型液晶セル４０を形成している。セルにはストライプ電極が形成されている。
【００２７】
カラー表示用の下層セル４０においては、３色のカラーフィルタ４１と保護膜４２とを形成した基板の上に透明電極４３( 例えばストライプ電極) と配向膜４４とを形成した上側基板と、絶縁性基板４５の上に、光反射板を兼用する電極４６( 例えばストライプ電極) と配向膜４７を形成した下側基板とが図示しないスペーサを介して所定間隔で対向配置されており、上下基板でブラックＧＨ液晶層４８を挟持している。下層セル４０のＲＧＢの３電極１組に対し、上層セル１０の１電極１５が対応する。
【００２８】
下層セル４０の下側のストライプ電極４６はＡｌ（アルミニュウム）で形成されており、光の反射板を兼ねることができる。下層セルのカラーフィルタ４１の各色は、ＲＧＢの３電極の各々の電極に対応して設けられている。カラーフィルタ４１は電極パターンに対応した形状で配置されている。なお、カラーフィルタ４１の形成位置は反射板兼電極４６の上でも良い。
【００２９】
図２（Ｂ）に白黒表示動作例を示す。白黒表示動作は主に上層と下層のＯＮ／ＯＦＦ状態が連動するように行われる。白表示は、上層セル１０の散乱モード駆動（ＯＮ）による散乱光５０と、散乱されきれずに下層セル４０に入射した光が下層セルのＲ，Ｇ，Ｂ領域がいずれも透過状態で駆動されていることにより反射板４６でそのまま反射された反射光５１とにより得ることができる。散乱光５０と共に反射光５１をも白表示に利用している分だけ実施例ｌよりも明るい白表示を得ることができる。黒表示動作では、高分子分散液晶セル４０を透過モード（ＯＦＦ）で駆動し、これにより光５２を透過させ、下層のブラックＧＨ液晶４８による光吸収により黒い表示を得ることができる（実施例ｌと同一）。
【００３０】
図２（Ｃ）にカラーの表示例を示す。カラー表示動作は主に下層セル４０を用いて行われ、上層セル１０は全体が透過状態に駆動される。( 図2 Ｃの中央から左側) これは、実施例ｌの図１（Ｃ）と同様な動作である。なお、カラー表示動作で、より明るい白を表示したい場合には図ｌ（Ｃ）の中央から右側に示したように上層セル１０を散乱モードで駆動しておき、下層セル４０のＲ，Ｇ，Ｂの領域をすべて透過モードで駆動すれば、散乱光５０と、反射光５１の両方を白表示に利用できる。
【００３１】
ここでは下層セル４０のＲ、Ｇ、Ｂの３電極に対し、上層セル１０の１電極１５が対応するように形成されている場合について述べたが、非常に分解能の高いファインな白黒表示を行いたい場合はこれら電極の数を３：３で対応させても良い。但し一般的な白黒表示はＲＧＢ３ドットで１ドットを形成する形で表示することが多く、３：１で十分と考えられる。３：ｌの場合、上層のＴＦＴの数を少なくしたり（アクティブマトリックス駆動の場合）、上層セル１０の液晶モードとして低デューティ駆動しか行えないモードも採用できる（単純マトリックス駆動の場合）と言うメリットがある。
【００３２】
以上、実施例に沿って発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００３３】
【発明の効果】
従来の偏光板を用いる場合よりも明るい（たとえば２〜６倍）自表示が可能な反射型液晶表示装置を得ることができる。しかも、カラー表示での色表現の鮮やかさを損なうことがない。カラー表示の場合は下側の液晶セルを中心に表示を行う（上側の液晶セルは光透過層となる）。従って、２層式であるにもかかわらずほとんど視差のない表示を行える。視差があると文字の写り込みやカラーの彩度低下といった問題が発生するが、それらの問題は原理的に生じない。３層方式に比べ製造が簡単で低コスト化できる。反射板が鏡面反射タイプの場合、上下層セルとも透過状態にして反射鏡として用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による反射型液晶表示装置の構造と表示方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例による反射型液晶表示装置の構造と表示方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０高分子分散型液晶セル
１１絶縁性基板
１２透明電極
１３配向膜
１４絶縁性基板
１５透明電極
１６配向膜
１７高分子分散型液晶層
２０ゲストホスト相転移型液晶セル
２１カラーフィルタ
２２保護膜
２３透明電極
２４配向膜
２５絶縁性基板
２６反射板兼電極
２７配向膜
２８ブラックゲストホスト液晶層

Claims

光を入射する表示面に近い側に配置された、電圧ＯＦＦ時に透過、ＯＮ時に散乱状態を示す白黒表示をする第１の液晶セルと、前記第１の液晶セルを透過した光により表示を行うカラー表示が可能な第２の液晶セルとを有し、前記第１の液晶セルと第２の液晶セルとが互いに独立して駆動可能であり、
前記第１の液晶セルと第２の液晶セルとの間に配置されたカラーフィルタを有し、
前記第２の液晶セルの各１画素に対応して３色のカラーフィルタが配置され、該カラーフィルタの各色毎に駆動電極をそれぞれ配置し、前記３色のカラーフィルタに対向する前記第１の液晶セルの１画素に対しｌつの駆動電極を配置した
反射型液晶表示装置。
白黒表示動作の場合には、前記第２の液晶セルが光吸収あるいは光反射機能を有する請求項１記載の反射型液晶表示装置。
前記第１の液晶セルは光透過モードと光散乱モードとを有し、前記第２の液晶セルは、光吸収モードと光透過モードとを有する請求項１あるいは２のいずれか１項記載の反射型液晶表示装置。
白黒表示動作においては、前記第２の液晶セルは前記光吸収モードであり、該白黒表示動作の白表示領域は、前記第１の液晶セルが前記光散乱モードで駆動された領域であり、黒表示領域は前記第１の液晶セルが前記光透過モードで駆動された領域である請求項１から３のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。
前記第１の液晶セルは、垂直配向の相転移型液晶セルである請求項１から４のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。
前記第１の液晶セルは、垂直配向の高分子分散型液晶セルである請求項１から４のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。
前記第２の液晶セルは、水平もしくは垂直配向のゲスト−ホスト型液晶セルである請求項１から４のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。
前記第１と第２の液晶セルとの間で、前記液晶セルに形成された電極パターンの形状、数及び配置位置がそれぞれ独立に設定されている請求項１から7のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。
前記第２の液晶セルは、該第２の液晶セルの液晶を透過した光を反射する鏡面反射板を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。
前記液晶セルが単純マトリックス駆動の場合、カラー表示動作と白黒表示動作とでデューティ数が異なるように設定できる請求項１から８のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。
カラー表示動作と白黒表示動作とで駆動方式が異なる請求項１から８のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。