JPH07294909A - カラー液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速応答性を有し、カラー画像を表示できる
複屈折制御方式の反射型液晶表示素子を提供することで
ある。 【構成】 対向して配置された一対の透明基板１１、１
２の内面に電極１３、１８と配向膜１７、１９を形成
し、両配向膜１７，１９の配向処理の方向を同一にし、
液晶２１をスプレー状態で配向させる。透明基板１１の
外側に、透過軸が配向処理の方向に４５°で交差するよ
うに偏光板２３を配置し、透明基板１２の外側に、透過
軸が偏光板２３の透過軸に９０°で交差するように偏光
板２４を配置する。偏光板２４の外側に反射板２５を配
置する。電極１３、１８間に電圧を印加して、複屈折を
制御し、表示色を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は液晶表示素子に関し、
特に、高速応答性に優れた複屈折制御方式のカラー液晶
表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶に電界を印加して液晶分子の配列を
変形し、その際に生ずる複屈折の変化を利用してカラー
画像を表示する複屈折制御方式のカラー液晶表示素子が
知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の複屈折
制御方式の液晶表示素子は、液晶分子の配向動作に要す
る時間が長く、動画等の高速応答性が要求されるカラー
画像を表示するのに適していないという問題がある。即
ち、複屈折制御方式の液晶表示素子においては、印加電
圧をオフ（又は弱く）した際には、液晶分子は配向膜の
配向規制力により初期配向状態（又は弱い電圧に対応す
る配向状態）に復帰又は変化するが、配向規制力自体は
比較的弱いものである。このため、液晶分子の配向状態
の変化に要する時間が長く、結果として総合的な応答時
間が長くなっていた。

【０００４】この発明は、上記実状に鑑みてなされたも
ので、高速応答性を有する複屈折制御方式の液晶表示素
子を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の液晶表示素子は、それぞれに電極が形成
され、対向して配置された一対の透明基板と、前記一対
の透明基板の電極上に形成され、それぞれに所定の方向
に配向処理が施された配向膜と、前記配向膜の配向規制
力に従ってスプレイ配向状態で、前記配向膜間に封止さ
れた液晶と、前記一対の透明基板の一方の外側に配置さ
れ、その光軸を前記配向処理の方向に対し所定角度傾け
て交差させて配置した一方の偏光板と、前記一対の透明
基板の他方の外側に配置され、その光軸を前記一方の偏
光板の光軸に対し所定角度傾けて交差させて配置した他
方の偏光板と、を備えることを特徴とする。

【０００６】

【作用】上記構成においては、対向する電極間に電圧を
印加すると、印加電圧に応じて電極間の液晶分子の配向
状態が変化して液晶層のリタデーションが変化し、液晶
層を通過する光の各波長毎の偏光状態が変化する。この
ため、一方の偏光板の透過軸を通過して液晶層に入射
し、液晶層を通過して他方の偏光板を通過し、さらに、
反射板により反射されて液晶層を通過し、一方の偏光板
を通過して出射する光のピーク波長が変化する。従っ
て、印加電圧を制御して、表示色を制御して、カラー画
像を表示できる。

【０００７】液晶がスプレー配向状態にあるので、液晶
分子の配向速度、特に、電圧をオフしたときの配向速度
が通常のホモジニアス配向、ホメオトロピック配向、ね
じれ配向の液晶等と比較して格段に速い。このため、液
晶表示素子としての応答速度も速くでき、その結果とし
て、動画等をスムーズな動きで表示できる。

【０００８】例えば、両前記配向膜の配向方向を同一と
し、前記液晶を非ツイスト状態とし、前記一方の偏光板
の光軸を前記配向処理の方向に対し実質的に４５°と、
他方の偏光板の光軸を前記一方の偏光板の光軸に対し実
質的に９０°とすることにより、図４、図５に例示する
ような特例が得られ、カラー画像が表示可能となる。他
方の基板の外側に反射板を配置し、反射型をとしてもよ
い。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例にかかる液晶表示素
子を図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施
例にかかるカラー液晶表示素子の構成を図１〜図４を参
照して説明する。図１はこの実施例の液晶表示素子の断
面図、図２は画素電極と薄膜トランジスタを形成した透
明基板の平面図、図３は配向処理の方向と偏光板の光軸
の位置を示す平面図、図４は液晶分子の配向状態を説明
するための概念図である。

【００１０】この液晶表示素子は、アクティブマトリク
ス方式のものであり、対向して配置された一対の透明基
板（例えば、ガラス基板）１１、１２のうち、図１にお
いて上側の透明基板（以下、上透明基板）１１にはＩＴ
Ｏ等の透明導電材料からなる画素電極１３と画素電極１
３に接続されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１４とがマ
トリクス状に配列形成されている。

【００１１】図２に示すように、画素電極１３の行間に
ゲートライン（走査ライン）１５が配線され、画素電極
１３の列間にデータライン（色信号ライン）１６が配線
されている。各ＴＦＴ１４のゲート電極は対応するゲー
トライン１５に接続され、ドレイン電極は対応するデー
タライン１６に接続され、ソース電極は対応する画素電
極１３に接続されている。ゲートライン１５は端子部１
５ａを介して行ドライバ（ゲートドライバ）３１に接続
され、データライン１６は端子部１６ａを介して列ドラ
イバ（データドライバ）３２に接続されている。

【００１２】画素電極１３、ＴＦＴ１４、ゲートライン
１５、データライン１６等の上には、配向膜１７が形成
されている。配向膜１７は、例えば、ポリイミド等の有
機高分子化合物から形成され、表面にラビング処理等の
配向処理が施されている。

【００１３】図１において、下側の透明基板（以下、下
透明基板）１２の内面には、上透明基板１１の各画素電
極１３と対向し、一定の基準電圧が印加されている透明
な対向電極１８が形成されている。対向電極１８の上に
は、配向膜１９が形成されている。配向膜１９は、例え
ば、配向膜１７と同一材質で形成され、その表面には配
向処理が施されている。

【００１４】上透明基板１１と下透明基板１２は、その
外周縁部において枠状のシール材２０を介して接着され
ている。上透明基板１１、下透明基板１２、シール材２
０で囲まれた領域には液晶２１が封入されている。液晶
２１は、例えば、誘電異方性が正のネマティック液晶等
からなる。上透明基板１１と下透明基板１２の間隔（よ
り正確には、配向膜１７、１９の間隔＝液晶層厚ｄ）
は、ギャップ材２２により一定値に保持される。上透明
基板１１の上には、偏光板２３が配置され、下透明基板
１２の下には、偏光板２４が配置され、偏光板２４の下
には反射板（層）２５が配置される。

【００１５】図３に示すように、配向膜１７の配向処理
の方向（ラビング方向）１７ａと配向膜１９の配向処理
の方向１９ａは同一であり、液晶２１はツイストしてい
ない状態で上透明基板１１と下透明基板１２の間に封止
されている。このため、液晶分子は、図４に模式的に示
すように、上下透明基板１１、１２の主面に対し、その
デレクタが反対方向に傾いたスプレー配向状態となる。
また、偏光板２３は、その光軸（透過軸又は吸収軸）２
３ａが配向処理の方向１７ａ、１９ａに対し、４５°±
１５°（望ましくは、４５°±５°）で交差するように
配置されている。偏光板２４は、その光軸（透過軸又は
吸収軸）が偏光板２３の光軸２３ａに対し、９０°±１
５°（望ましくは、９０°±５°）で交差するように配
置されている。

【００１６】次に、上記構成の液晶表示素子の動作を説
明する。ある行の画素電極１３の選択期間に、行ドライ
バ３１からその行のゲートライン１５にゲートパルスを
印加すると、そのゲートライン１５に接続されたＴＦＴ
１４がオンし、オンしたＴＦＴ１４に接続されたデータ
ライン１６の電圧が画素電極１３に印加される。選択期
間が終了し、ゲートパルスがオフすると、ＴＦＴ１４も
オフし、選択期間に画素電極１３に印加されていた電圧
が、画素電極１３と対向電極１８とその間の液晶２１に
より形成される容量（画素容量）に保持される。このた
め、非選択期間の間、液晶２１には、画素電極１３の電
圧と対向電極１８の電圧との差に相当する電圧が印加さ
れ続ける。

【００１７】この印加電圧の強度に応じて、液晶分子の
配向状態が図４に示す初期配向状態からエネルギーが最
も低くなる配向状態に変化し、液晶２１の層のリタデー
ションが変化し、液晶２１の層を通過する各波長光の偏
光状態が変化する。従って、偏光板２３の透過軸を通過
して直線偏光となった光は、液晶２１の層を通過して偏
光板２４の透過軸を通過し、反射板２５により反射され
て、再度液晶２１の層を通過する間に印加電圧に応じて
その偏光状態が変化する。このため、偏光板２３の透過
軸を通過して出射する光のピーク波長も印加電圧に応じ
て変化し、表示色が変化する。そこで、行ドライバ３１
により、ゲートライン１５に順次ゲートパルスを印加
し、列ドライバ３２から各データライン１６に表示した
い色に対応する電圧（データ信号）を印加することによ
り、各画素電極１３の電圧を制御し、各画素の表示色を
制御して、任意のカラー画像を表示できる。

【００１８】上記構成では、液晶２１がスプレー配向状
態にあるので、液晶分子の配向速度、特に、印加電圧を
オフ又は低下されたときの配向速度が通常のホモジニア
ス配向、ホメオトロピック配向、或いはねじれ配向状態
の液晶等と比較して格段に速い。このため、液晶表示素
子としての応答速度が速く、各選択期間（書き込み時
間）を短くできる。このため、１フレーム当たりの総書
き込み時間を短くでき、ひいてはフレーム周波数を高く
することができる。従って、カラー動画等をスムーズな
動きで表示できる。

【００１９】この実施例に基づく液晶表示素子の一具体
例における液晶２１への印加電圧（電極１３、１８間の
電圧）と表示色と反射率の関係及びその色度図を図５、
図６に示す。これらの特性は、液晶２１としてメルク社
の商品名ＢＤＨ−ＴＬ２１５を使用し、液晶層厚ｄを
４．８μｍに設定し、プレチルト角を３．５°とし、偏
光板２３、２４の単体透過率を４４％、偏光度を９９．
５％とし、偏光板２３の透過軸を配向処理の方向１７
ａ，１９ａに対し４５°に設定し、偏光板２４の透過軸
を偏光板２３の透過軸に対し９０°に設定し、反射板２
５として偏光板２４の裏（下）面にアルミニウムをスパ
ッタリングしたものを使用した際に得られたものであ
る。なお、使用した液晶のＮ−Ｉ点は８３℃、Δｎは
０．２０４，粘度は４４ｃｐ、ピッチＰは７３μｍであ
った。

【００２０】図５及び図６に示すように、この具体例で
は、表示色は印加電圧の上昇に伴って、黄→白→黒と変
化し、複数色の表示が可能であった。また、印加電圧を
ステップ状に上昇させた場合の液晶分子の配向終了まで
に要する時間（オン時間）Ｔonの平均値は４４．０ｍ
ｓ、印加電圧をステップ状に低下させた場合の液晶分子
の配向終了までに要する時間（オフ時間）Ｔoffの平均
値は４０．２ｍｓであった。応答時間が１００ｍｓ以下
であれば、スムーズな動画の表示が可能であると言われ
ており、本実施例の液晶表示素子の応答時間が非常に優
れたものであることが、具体例の特性からも確認され
た。なお、図５における反射率は、液晶表示素子の表示
面の法線から３０°傾いた方向から表示面に向けて光を
出射し、法線方向に出射する光の強度から求めたもので
ある。

【００２１】上記実施例では、配向膜１７と１９の配向
処理の方向１７ａと１９ａを同一方向としたが、配向処
理の方向を異ならせてもよい。例えば、配向処理の方向
１７ａと１９ａの交差角を０°〜１０°、９０°±１０
°とする等、必要に応じて適宜変更してもよい。この場
合、一方の偏光板２３又は２４の透過軸を、例えば、一
方の配向方向に対して４５°±１５°に設定し、他方の
偏光板２４又は２３の透過軸を、一方の偏光板の透過軸
に対して９０°±１５°に設定する。

【００２２】反射板２５としては、蛍光反射板、拡散反
射板等通常知られたものを使用できる。さらに、反射板
２５を配置したが、画素電極１３及びＴＦＴ１４側の偏
光板２３の外側に配置してもよい。

【００２３】上記実施例では、反射型の液晶表示素子に
本願発明を適用した例を説明したが、この発明は透過型
の液晶表示素子にも適用可能である。上記実施例実施例
では、ＴＦＴをアクティブ素子として用いたが、ＭＩＭ
（Metal Insulator Metal）等をアクティブ素子として
使用してもよい。また、この発明は、単純マトリクス方
式の液晶表示素子にも適用可能である。上記実施例で
は、位相差板を使用しない実施例について説明したが、
視野角等を改善するため、１又は複数の位相差板を使用
してもよい。その他、この発明は上記実施例に限定され
ず、種々の変形、応用が可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、高速応答可能で、複数色によるカラー表示が可能な
複屈折制御型の反射型カラー液晶表示素子を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる複屈折制御型の液
晶表示素子の断面図である。

【図２】画素電極と薄膜トランジスタを形成した透明基
板の平面図である。

【図３】配向膜の配向処理の方向と偏光板の光軸との位
置関係を説明するための平面図である。

【図４】一実施例にかかる液晶表示素子における液晶分
子の初期配向状態を説明するための概念図である。

【図５】一実施例にかかる液晶表示素子の一具体例にお
ける印加電圧と反射率及び表示色の関係を示すグラフで
ある。

【図６】一実施例にかかる液晶表示素子の一具体例にお
ける表示色の色度図である。

【符号の説明】

１１・・・透明基板、１２・・・透明基板、１３・・・画素電
極、１４・・・ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１５・・・ゲー
トライン、１６・・・データライン、１７・・・配向膜、１８
・・・対向電極、１９・・・配向膜、２０・・・シール材、２１・
・・液晶、２２・・・ギャップ材、２３・・・偏光板、２４・・・
偏光板、２５・・・反射板、３１・・・行ドライバ、３２・・・
列ドライバ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれに電極が形成され、対向して配置
   された一対の透明基板と、 前記一対の透明基板の電極上に形成され、それぞれに所
   定の方向に配向処理が施された配向膜と、 前記配向膜の配向規制力に従ってスプレイ配向状態で、
   前記配向膜間に封止された液晶と、 前記一対の透明基板の一方の外側に配置され、その光軸
   を前記配向処理の方向に対し所定角度傾けて交差させて
   配置した一方の偏光板と、 前記一対の透明基板の他方の外側に配置され、その光軸
   を前記一方の偏光板の光軸に対し所定角度傾けて交差さ
   せて配置した他方の偏光板と、 を備えることを特徴とする複屈折制御方式のカラー液晶
   表示素子。
2. 【請求項２】前記配向膜は、実質的に同一の方向に配向
   処理が施されており、 前記液晶は非ツイスト状態で、前記配向膜の間に封止さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の複屈折制御
   方式のカラー液晶表示素子。
3. 【請求項３】前記一方の偏光板は、その透過軸が前記配
   向処理の方向に対し実質的に４５°で交差するように配
   置されており、 前記他方の偏光板は、その透過軸が前記一方の偏光板の
   透過軸に対し実質的に９０°で交差するように配置され
   ている、 ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複屈折制御方
   式のカラー液晶表示素子。
4. 【請求項４】前記他方の偏光板の外側に配置され、前記
   液晶を通過した光を反射する反射板をさらに備えること
   を特徴とする請求項１、２又は３に記載の複屈折制御方
   式のカラー液晶表示素子。