JPH07318926A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射型液晶表示装置において、コントラスト等
の表示特性を高める。 【構成】透光性電極２１を有する第１支持板１１と、前
記第１支持板と電極面同士が対峙するように設けられ
た、鏡面状の光反射性電極２４を有する第２支持板１２
と、前記第１および第２支持板間に挾まれた、２色性色
素を含む液晶層５０と、前記第１支持板１１と前記液晶
層５０との間に設けられた光拡散層３０とからなる反射
型液晶表示装置において、前記光拡散層３０がランダム
配向した液晶性高分子からなることを特徴とし、高コン
トラスト、高精細で、良好な白色背景を持つ指認性に優
れた反射型液晶表示装置を生産性よく製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外光の反射を用いて表
示を行う反射型液晶表示装置に関する。反射型液晶表示
装置は背面照明を用いないため低消費電力であり、ノ−
ト型パ−ソナルコンピュ−タや電子手帳などの携帯情報
機器等の表示装置として広く用いられている。本発明
は、特に、偏光板を用いることなく明るい表示が得られ
る反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示装置として、従来、Twis
ted Nematic 方式（以下ＴＮ方式）やSuper Twisted Ne
matic 方式（以下ＳＴＮ方式）が広く用いられている。
これらの方式による反射型液晶表示装置は、透光性電極
を有する２枚の支持板の間に液晶層を挾んだ液晶セル
を、２枚の偏光板の間に配置し、更に偏光板の外側に反
射板を配置して構成される。この構成では２枚の偏光板
による光吸収のため、表示が暗く指認性が悪いという問
題があった。

【０００３】これに対して、液晶（ホスト）に２色性色
素（ゲスト）を添加し、その吸収異方性を利用して表示
するゲスト−ホスト方式（以下ＧＨ方式）は、偏光板を
不要にできるため、表示が明るく良好な指認性が得られ
る方式として知られている。

【０００４】具体的にはコレステリック液晶よりなるホ
ストを用いたＰＣＧＨ（phase Change Guest Host ）方
式（D.L.White and G.N.Taylor:J.Appl. Phys. 45,4718
(1974)）等が提案されている。

【０００５】上記の反射型液晶表示装置は、少なくとも
電極を有する２枚の支持板の間に液晶層を挾んだ液晶セ
ルと反射板とから構成されるが、像のだぶりを防止する
目的から、片方の電極が反射板を兼ねるいわゆる反射電
極を用いた構成が好ましく用いられる。

【０００６】反射電極は金属蒸着膜などにより形成され
るが、電極面が鏡面であると周囲が表示に映り込み指認
性が著しく低下するため、電極表面に凹凸を形成するな
どの方法で光拡散性を付与していた。しかし、電極表面
に凹凸を形成する場合、 （１）凹凸を形成するための工数が増加し、生産性の低
下とコストの上昇をもたらす。 （２）凹凸を再現性よく形成することは技術的に困難が
多く、特性のばらつきと歩留まりの低下を招く。 （３）液晶層の厚みの不均一が必然的に生じ、コントラ
スト低下などの不具合が生じる。 等の問題が生じていた。

【０００７】このような問題点を解決する手段として、
特公昭６１−８４３０号公報には反射電極を有しない方
の支持板側に光拡散層を形成する構成が開示されてい
る。すなわち、図２に示すように、薄い支持板１３上に
透光性電極２１及び配向膜４１を形成した後、反対の面
上に偏光子７０を貼布する。そして偏光子７０上に光拡
散層３０を形成し、支持板１１と接着（接着層は図示せ
ず）して上部基板を構成する。支持板１２上に鏡面反射
電極２４、配向膜４２を順次形成し、下部基板を形成す
る。上部基板と下部基板の間に液晶層５０を挾んで構成
されている。この構成によれば、鏡面反射電極２４上に
凹凸を形成する必要がないため、前記（１）（２）
（４）の問題は生じない。また液晶層の厚みの不均一も
生じない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造を用いて良好な表示を行なうためには、光拡散層３０
が以下の要件を満たすことが求められている。 （イ）明表示時には鏡面反射電極の鏡面性を防止するの
に十分で、かつ暗表示時には十分に反射率が低くなるよ
うな（後方錯乱の少ない）適度な光拡散性を有するこ
と。 （ロ）液晶層５０の厚みに不均一を生じさせないため、
表面の凹凸が液晶層５０の厚みと比較して十分小さいこ
と。 （ハ）画像のにじみが生じて解像度が低下するのを防止
するため、光拡散層３０の厚みが画素電極の大きさによ
り十分小さいこと。

【０００９】しかるに、例えば特公昭５７−４２８６７
号公報に開示されたようなＴｉＯ₂，ＺｎＯ，ＢａＳＯ₄
，ナイロンなどの白色顔料をアクリル樹脂などのバイ
ンダ−に分散させた白色塗料をガラスや樹脂よりなる支
持板上に塗布して得た光拡散層は、後方散乱が大きく
（イ）の条件を満たすことが困難である。また、白色塗
料は粉じんが生じ易く液晶パネルの製造歩留を低下させ
るという問題点がある。

【００１０】光拡散層材料の別の例として、特公昭５７
−４３９０５号公報に開示されたような結晶性高分子シ
−トから成る光拡散層では、（イ）の条件を満たす時の
光拡散層３０の厚みは０．１〜１０ｍｍと厚くなり、
（ハ）の条件を満たさなくなる。特に、５ライン／ｍｍ
以上の高精細表示を行なう場合には解像度の劣化がみら
れるという問題点がある。

【００１１】上述したように、従来の光拡散層の材料に
は必要な要件を全て満たすものがなく、より好ましい材
料が望まれていた。本発明は上記実情に鑑みてなされた
もので、適度な光拡散性を有し、表面の凹凸が液晶層の
厚みと比較して十分小さく、光拡散層の厚みが画素電極
の大きさより十分に小さい光拡散層を用いることによ
り、表示特性を高めた反射型液晶表示装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１２】

【発明が解決するための手段】上記問題点を解消するた
め請求項１の反射型液晶表示装置は、透光性電極を有す
る第１支持板と、前記第１支持板と電極面同士が対峙す
るように設けられた、鏡面状の光反射性電極を有する第
２支持板と、前記第１および第２支持板間に挾まれた、
２色性色素を含む液晶層と、前記第１支持板と前記液晶
層との間に設けられた光拡散層とからなる反射型液晶表
示装置において、前記光拡散層がランダム配向した液晶
性高分子からなることを特徴としている。

【００１３】

【作用】液晶相より低温にガラス相を有する液晶性高分
子では、液晶相での配向状態を凍結、固化することがで
きる。液晶層でランダム配向した液晶性高分子を凍結、
固化して得た液晶薄膜は白濁した外観を呈するので、こ
の薄膜が数μｍの薄さにもかかわらず十分な光拡散性を
示し、後方散乱は少なく、しかも表面は極めて平坦であ
り、前記条件に最適な光拡散層を得ることができる。

【００１４】このような良好な特性の原因は、液晶性高
分子の配向状態と複屈折の大きさに起因すると考えられ
る。すなわち、ポリエチレンやナイロンなどの高分子化
合物と比べて、液晶性高分子の複屈折は１０〜１００倍
も大きいため、薄いにも拘らず十分な光拡散性を示す。

【００１５】また液晶層において、分子の平均的な配向
方向を示すダイレクタ−は空間内で連続的に変化するた
め、その中を伝搬する光波は連続的な屈折により進路を
曲げ光拡散性を得る。そのため、後方錯乱は少ないと考
えられる。

【００１６】これに対して従来例において光拡散層に用
いられていた白色顔料を含む塗料では、顔料とバインダ
−との境界で反射が生ずるため後方錯乱が大きくなると
考えられる。液晶相においては、その表面張力により表
面が平坦化されるため、それを凍結、固化して得た液晶
薄膜でも表面の凹凸は極めて小さくなる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明による反射型液晶表示装
置の第１の実施例を示す断面図である。図中、図２の反
射型液晶表示装置と同一の構成をとる部分については同
一符号を付している。

【００１８】反射型液晶表示装置は、光拡散層３０、透
光性電極２１、配向膜４１が順次形成された支持板１１
と、表面が鏡面の鏡面反射電極２４、配向膜４２が順次
形成された支持板１２と、これらの間に挾まれた液晶層
５０とから構成される。本発明の特徴的な構成は、光拡
散層３０を液晶性高分子で形成したことである。支持板
１１、１２は、ほう珪酸ガラス、石英ガラスなどのガラ
スや、ポリアクリル、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポ
リカ−ボネ−トなどの透光性樹脂から構成されている。

【００１９】次に、上記構造の反射型液晶表示装置の作
製方法について説明する。先ず、よく洗浄した支持板１
１上に液晶性高分子よりなる光拡散層３０を形成する。
液晶性高分子として、下記の化学式で示されるシアノビ
フェニル系のメソ−ゲンを持つポリアクリレ−トpoly−
６ＣＢＡをシクロヘキサノンに２０ｗｔ％溶解して前記
配向膜上にスピン塗布した。これを溶媒乾燥して、厚み
約３μｍの薄膜を形成する。次に、ホット・ステ−ジ上
で等方相まで昇温した後、液体窒素中に漬けて急冷し、
ランダム配向した液晶性高分子膜を形成する。

【００２０】

【化１】

【００２１】液晶性高分子にはポリアクリレ−ト以外
に、ポリエステル、ポリアミド、ポリカ−ボネ−ト、ポ
リエステルイミドなどの主鎖型液晶性高分子や、ポリメ
タクリレ−ト、ポリシロキサンなどの側鎖型液晶高分子
が利用できる。poly−６ＣＢＡは、ある温度範囲で液晶
性を示すサ−モトロピック液晶であるが、溶媒除去後に
配向がある程度保存されるのであれば、溶液状態で液晶
性を示すオトロピック液晶であってもよい。液晶性高分
子が示す液晶相は、ネマチック液晶であってもスメクチ
ック液晶であってもよい。

【００２２】液晶性高分子膜が白濁した外観を呈するた
めには、配向ドメインがランダムに配列したランダム配
向状態にある必要がある。配向ドメインとは、配向の不
連続部分である回位が、ル−プ状に囲む領域の内部を意
味する。配向ドメインの大きさは、十分な光拡散性が得
られる範囲であればよく０．１〜５．０μｍが好適であ
る。配向ドメインの大きさは、等方相からガラス状態へ
の冷却速度、化学構造、支持板１１の表面処理、液晶性
高分子膜中への異物の添加によって制御することができ
る。

【００２３】液晶性高分子の複屈折の大きさは、大きい
ほうが薄い膜厚で光拡散層３０を形成でき、例えば０．
１以上が好ましい。液晶性高分子膜の厚みは、配向ドメ
インの大きさや複屈折の大きさにも依存するが、１〜１
０μｍの範囲で選ぶことができる。また、光拡散性を制
御するために支持板１１と光拡散層３０との間に配向制
御層を設けてもよい。

【００２４】光拡散層３０の表面の粗さを触針式段差計
で測定したところ、凹凸の高低差は０．１μｍ以下であ
った。これは液晶層５０の厚み（１〜１０μｍ）と比較
して十分小さく、液晶層５０の厚みの不均一を防止する
のに十分な値であった。

【００２５】このようにして形成された光拡散層３０上
に、ＳｎＯ₂ やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉ
ｄｅ）などの透光性導電材料を、蒸着法やスパッタリン
グ法によって成膜したのち、フォトエッチング法にて所
望の形状にパタ−ニングして透光性電極２１を形成す
る。光拡散層３０と透光性電極２１との密着性を改善す
るために、これらの間に他の層を挿入してもよい。光拡
散層３０と透光性電極２１との順序は入れ替えることも
可能であるが、駆動電極の低電圧化の点から、本実施例
の構成のほうが望ましい。透光性電極２１上にポリビニ
ルブチラ−ルの５ｗｔ％エチルセロソルプ溶液を光拡散
層３０上にスピン塗布し、溶媒乾燥、ラビング処理して
配向膜４１を得た。

【００２６】一方、支持板１２上にはＡ１、Ａｇ、Ｃｒ
などの高反射率な金属が、鏡面となる条件下で、蒸着
法、スパッタリング法などの方法を用いて成膜される。
一般に低温、高成膜速度、薄膜厚に成膜するほど鏡面を
得易い。次に、これを所望の形状にパタ−ニングして鏡
面反射電極２４を形成する。鏡面反射電極２４の厚み
は、外光を完全に反射し、電極として用いるのに十分低
抵抗となる範囲で選ばれ、通常１．０〜２．０μｍの範
囲で好適に使用される。鏡面反射電極２４上にポリビニ
ルブチラ−ルの５ｗｔ％エチルセロソルブ溶液をスピン
塗布し、溶媒乾燥、ラビング処理して配向膜４１を得
た。

【００２７】このようにして準備した支持板１１，１２
のどちらか一方に、その周辺に一端が開いた囲い（メイ
ンシ−ル）を接着剤で描き、１０μｍ径の球状樹脂スペ
−サを散布し、透光性電極２１と鏡面反射電極２４とが
向き合うように、支持板１１と支持板１２とを貼り合わ
せた。スペ−サの働きで、支持板１１と支持板１２の間
に一定の距離が保たれ、液晶が注入される前のセルであ
る空セルができる。空セルを減圧雰囲気下に置きメイン
シ−ルの開口を液晶溜めに漬け、雰囲気を常圧に戻して
空セル中に液晶を注入した。液晶注入後にメインシ−ル
の開口は別の接着剤（エンドシ−ル）で封止した。

【００２８】液晶層５０には２色性色素とカイラル材を
含むネマチック液晶を用いた。２色性色素としてアゾ系
色素を主成分とする黒色２色性色素（三井東圧化学
（株）製，Ｓ−３４４）１．４ｗｔ％を、ホストのフェ
ニルシクロヘキサン系ネマチック液晶（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ
（株）製，ＺＬＩ−１８４０）に添加した。カイラル剤
は液晶層５０に螺旋構造を導入するためのもので、不斉
炭素を持つ有機低分子化合物（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ（株）
製，ＺＬＩ−８１１）を２ｗｔ％添加した。

【００２９】上記の光拡散層３０の光散乱特性を調べる
目的で、前記空セルに濃厚な黒色色素溶液を注入したセ
ルＡと、同じく前記空セルに液晶とほぼ等しい屈折率を
持つ透明液体であるエチルセロソルブを注入したセルＢ
を用意した。支持板法線に対して角θi をなす方向から
Ｈｅ−Ｎｅレ−ザ−１０２で照明し、角θo をなす方向
に光検出器１０３を配置した光学系（図３参照）を用い
てこれらのセルの光散乱特性を評価した。θi ＝３０
゜、θo ＝０゜として測定の結果、セルＡの光散乱強度
を１とするとセルＢの光散乱強度は約４０であり、前方
散乱に比較して後方散乱は十分小さかった。

【００３０】上記と同様の照明条件において、光検出器
１０３の検出方法を変化させて測定したセルＢの光散乱
強度の角度分布を図４に示す。図中に完全拡散面の光散
乱強度の角度分布もあわせて示した。支持板法線に対し
て３０゜方向の光散乱強度を比較すると、セルＢの光散
乱強度は完全拡散面の光散乱強度の約２倍、すなわち利
得２．０であった。これはセルＢの方が完全拡散面より
２倍明るいことを示しており、良好な光散乱特性である
ことを意味している。鏡面性を防止し、明るい外観を得
るために、利得を１．０〜３．０の範囲に制御すること
が望ましい。

【００３１】次にθi ＝３０゜、θo ＝０゜として、反
射型液晶表示装置の電圧−反射率特性を測定し、完全拡
散面の反射率を１００％として規格化したものを図５に
示す。図５より良好なコントラストと反射率を得られる
ことがわかる。また、本発明の反射型液晶表示装置では
１０μｍの細線もにじみなく表示することができた。

【００３２】上記の実施例では、液晶層５０に、ネマチ
ック液晶と２色性色素とカイラル剤の混合物を用いたＰ
ＣＧＨ方式の液晶表示装置について説明したが、この他
に、液晶層５０にネマチック液晶と高分子の混合物であ
る高分子分散液晶を用いても同様の効果を得ることがで
きる。高分子分散液晶では高分子相と液晶相とが相分離
して海島構造を形成するが、この液晶相中に２色性色素
を添加して液晶層５０を構成することができる。

【００３３】高分子分散液晶は、液晶が高分子マトリク
ス中に分散、保持されているものであれば利用できる。
具体的には液晶が独立した液泡を形成していて、マイク
ロカプセル状に封じ込められていてもよいし、それらの
液泡が連通していてもよい。また高分子マトリクスがゲ
ル状に架橋したものでもよいし、細かな孔の多数開いた
高分子マトリクスの孔の部分に液晶が充填されているも
のでもよい。

【００３４】高分子分散液晶の製造方法としては、水溶
性ポリビニルアルコ−ルを高分子成分としてエマルジョ
ン化し、これを基板上に塗り広げて乾燥する方法や、高
分子マトリクスの原料と液晶とをあらかじめ混合し、熱
重合させることにより相分離を生じさせる方法、あるい
は紫外線で重合させることにより相分離を生じさせる方
法等が知られており、いずれの方法を用いてもかまわな
い。液晶相中に２色性色素を添加するには、エマルジョ
ン化、または重合する前に、液晶中に２色性色素を添加
しておけばよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、反射型液晶表示装置に
おいて、ランダム配向した液晶性高分子で光拡散層を構
成したので、光拡散層の厚みを液晶層の厚みと比較して
十分小さくでき、且つ光拡散層の表面の凹凸を画素電極
の大きさより十分小さくすることができる。そのため、
明表示時には光反射性電極の鏡面性を防止するのに十分
で、かつ暗表示時には十分に反射率が低くなるような
（後方錯乱の少ない）適度な光拡散性を与えることがで
き、良好な白色背景と、高いコントラストを得ることが
できるとともに、液晶層の厚みを均一化し、更に高精細
パネルにおいても、画像のにじみによる解像度低下の発
生を防止することができる。

【００３６】また、液晶性高分子は、白色顔料を含む塗
料のように粉じんが生じることもないので、製造行程の
歩留まりの低下を防止することができる。その結果、高
コントラスト、高精細で、良好な白色背景を持つ指認性
に優れた反射型液晶表示装置を生産性よく製造すること
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装置の実施例の構成を
示す断面説明図である。

【図２】従来の反射型液晶表示装置の構成を示す断面説
明図である。

【図３】光拡散層３０の光散乱特性、及び反射型液晶表
示装置の電圧−反射率特性を測定するための光学系を示
す説明図である。

【図４】実施例の光拡散層３０の光散乱特性を示すグラ
フである。

【図５】実施例の反射方液晶表示装置の電圧−反射率特
性を示すグラフである。

【符号の説明】

１１，１２，１３…支持板、 ２１…透光性電極、 ２
４…鏡面反射電極（光反射性電極）、 ３０…光拡散
層、 ４１，４２…配向膜、 ５０…液晶層、７０…偏
光子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性電極を有する第１支持板と、 前記第１支持板と電極面同士が対峙するように設けられ
   た、鏡面状の光反射性電極を有する第２支持板と、 前記第１および第２支持板間に挾まれた、２色性色素を
   含む液晶層と、前記第１支持板と前記液晶層との間に設
   けられた光拡散層とからなる反射型液晶表示装置におい
   て、 前記光拡散層がランダム配向した液晶性高分子からなる
   ことを特徴とした反射型液晶表示装置。