JPH08106105A - 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、明表示時には
反射電極の鏡面性を防止するのに十分な光拡散性を有す
るとともに、暗表示時における後方散乱を小さくして表
示品質の向上を図る。 【構成】 第１の液晶セル（光拡散層２５）と第２の液
晶セル（ＧＨ液晶層３）の積層構造とし、これら液晶セ
ルが交流電源４０の印加により拡散状態と透明状態又は
透明状態と吸収状態のいずれかの組み合わせに制御され
るように構成しているので、前記第１の液晶セル（光拡
散層）と第２の液晶セル（ＧＨ液晶層）の状態が、拡散
状態と透明状態となっている場合には明表示を、透明状
態と吸収状態となっている場合には暗表示を行なわせる
ことにより、第１の液晶セル（光拡散層２５）におい
て、明表示時には十分な光拡散性を有するとともに、暗
表示時には後方散乱を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶を用いて画像の表示
を行なう液晶表示装置に係り、特に、偏光板を用いるこ
となく、外光による反射により明るい表示を行なうこと
ができる反射型液晶表示装置に適用される装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いて画像の表示を行なう液晶表
示装置としては、外部からの入射光を反射させて表示を
行なう反射型液晶表示装置がある。この液晶表示装置
は、バックライトが不要であり、消費電力が少なく且つ
薄型，軽量であるため、ラップトップコンピュ−タ等の
携帯情報機器の表示装置として広く用いられている。従
来の反射型液晶表示装置には、２枚の偏光板の間に液晶
を挟み液晶の複屈折を利用して表示を行なうツイストネ
マチック方式やス−パ−ツイストネマチック方式が採用
されている。これらの方式では、明（白）表示時におい
て、偏光板により外光の少なくとも５０％が吸収される
ため、表示が暗く視認性が悪いという問題があった。

【０００３】これに対して、偏光板を用いない明るい表
示方式として、コレステリック液晶より成るホストに２
色性色素を添加し、ネマチック−コレステリック相転移
現象を利用したＰhase Ｃhange Ｇuest Ｈost方式（Ｊ.
Ａppl.Ｐhys,Ｖol,45,p4718参照、以下、ＰＣＧＨ方式
と略称する）や、２色性色素の吸収異方性と、１／４波
長（λ／４）の位相差を持つ位相差板とを利用する表示
方式（ＳＩＤ ７７ＤＩＧＥＳＴ p96参照、以下、λ／
４ＧＨ方式と略称する）のように、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（以下、ＧＨと略称する）方
式が提案されている。

【０００４】これらの表示方式に基づく反射型液晶表示
装置は、少なくとも電極を有する２枚の支持板間にゲス
ト−ホスト液晶層（以下、ＧＨ液晶層と略称する）を挟
んだ液晶セルと、ＧＨ液晶層を通過した光を反射させる
反射板とから構成される。液晶セルの外側に反射板を配
置した場合、明表示画素を通過して反射板で反射された
光が暗表示画素に入射する現象（画素間ストローク）が
生じてコントラストが低下する。そこで、このコントラ
スト低下や、像のだぶりを防止する目的から、片方の電
極が反射板を兼ねた反射電極とすることにより、液晶セ
ル内に反射板（反射電極）を配置して成る構成が好まし
い。しかし、反射電極が鏡面性を示すと、明表示時に周
囲の情報が表示に映り込み視認性が著しく低下するとい
う問題が生じる。

【０００５】上記問題を解決するため、図５に示すよう
に、反射電極基板１と透光性電極基板２とでＧＨ液晶層
３を挟んで構成された反射型液晶表示装置において、反
射電極基板１は、絶縁性基板１０上に凹凸を有する第１
膜１１，第１膜１１上に塗布及び硬化した第２膜１２，
反射電極１３，配向膜１４を順次形成し、透光性電極基
板２は、透光性基板２０上にカラーフィルタ２１，透明
電極２２，配向膜２３を順次形成する構成が提案されて
いる（特開平５−２３２４６５号公報参照）。上記構造
によれば、曲面部を含む多数の微細な凹凸を有する第２
膜１２上に、鏡面性の金属膜から成る反射膜を着膜する
ことにより反射電極１３としているので、反射電極１３
の表面には凹凸が形成され、反射電極１３が散乱性を有
することにより視認性の低下が生じない。しかし、多数
の微細な凹凸の存在により、ＧＨ液晶層３の厚みが不
均一となるため表示の均一性やコントラストが低下す
る、凹凸を形成するため製造工程が増加して生産性の
コストの上昇をもたらす、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りの
低下を招く、等の問題が生じる。

【０００６】前述の視認性低下の問題を解消する別の構
成として、図６に示すように、鏡面性の反射電極１３
と、ＧＨ液晶層３に対して反射電極１３と反対側に配置
した光拡散層２５と、を有する構成が提案されている
（特公昭６１−８４３０号公報参照）。すなわち、絶縁
性基板１０上に反射電極１３，配向膜１４が順次形成さ
れた反射電極基板１と、透明支持板２４上に透明電極２
２，配向膜２３が順次形成された透明電極基板４とによ
りＧＨ液晶層３を挟み、更に、前記透明電極基板４と光
拡散層２５が形成された透光性基板２０とにより、光拡
散層２５がＧＨ液晶層３側となるように偏光板５を挟ん
で構成されている。

【０００７】この構造によれば、明表示時にＧＨ液晶層
３を通過して鏡面性の反射電極１３で反射する光は、光
拡散層２５により拡散されるため、映り込みが減少し視
認性が改善されるという効果がある。光拡散層２５の材
質としては、例えば、ＴｉＯ₂,ＺｎＯ，ＢａＳＯ₄，ナ
イロン等の白色顔料をアクリル樹脂等のバインダ−に分
散させた白色塗料をガラスや樹脂より成る支持板上に塗
布して得たもの（特公昭５７−４２８６７号公報参
照）、結晶性高分子を用いたもの（特公昭５７−４３９
０５号公報参照）等を用いる。従って、上記構造によれ
ば、鏡面性の反射電極１３と光拡散層２５との組み合わ
せにより、前述の散乱性電極を用いた場合に生じる問題
点〜を回避しながら、視認性を向上させることがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反射型
液晶表示装置において、前記光拡散層２５を付加した構
成を採用した場合、従来用いられていた光拡散層の材質
では、反射電極１３の鏡面性を防止するのに十分な光拡
散性を与えた場合、暗（黒）表示時においても光拡散層
２５の表面で散乱（後方散乱）が生じるため、暗表示時
の反射率が上昇し、コントラストが低下するという問題
があった。また、反射電極１３の鏡面性を防止するのに
十分な光拡散性を得るためには、光拡散層２５の膜厚を
０．１〜１０ｍｍと厚くする必要があり、高詳細表示を
行なう場合には解像度の劣化が生じるという問題点があ
る。

【０００９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、明表示時には反射電極の鏡面性を防止するのに十分
な光拡散性を有するとともに、暗表示時における後方散
乱を小さくすることができる液晶表示装置の構造を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解消するた
め本発明は、第１の液晶セルと、第１の液晶セルに重ね
て設けられた第２の液晶セルと、これらの液晶セルを制
御する制御手段と、から構成されている。そして、第１
の液晶セルは、拡散状態と透明状態のうち一方の状態を
取りうるように構成されている。第２の液晶セルは、透
明状態と吸収状態のうち一方の状態を取りうるように構
成されている。制御手段は、前記第１の液晶セルと第２
の液晶セルの状態を、拡散状態と透明状態又は透明状態
と吸収状態のいずれかの組み合わせに制御するように構
成されている。

【００１１】

【作用】本発明によれば、第１の液晶セルと第２の液晶
セルの積層構造とし、これら液晶セルが拡散状態と透明
状態又は透明状態と吸収状態のいずれかの組み合わせに
制御されるように構成しているので、拡散状態又は透明
状態となる第１の液晶セルを光拡散層として使用し、透
明状態又は吸収状態となる第２の液晶セルを表示のため
の液晶層として使用することにより、前記第１の液晶セ
ルと第２の液晶セルの状態が、拡散状態と透明状態とな
っている場合には明表示を、透明状態と吸収状態となっ
ている場合には暗表示を行なわせることができる。その
際、第１の液晶セルにおいて、明表示時には拡散状態と
することにより十分な光拡散性を有し、暗表示時には透
明状態とすることにより後方散乱を小さくすることがで
きる。

【００１２】

【実施例】本発明に係るＧＨ方式の反射型液晶表示装置
の一実施例について、図１を参照しながら説明する。本
発明の反射型液晶表示装置は、反射電極基板１と透光性
電極基板２とでＧＨ液晶層３を挟んで構成されている。
反射電極基板１は、絶縁性基板１０上に反射電極１３，
配向膜１５，位相差板１６，配向膜１４を順次形成して
いる。反射電極１３は、鏡面性を有する金属膜で構成さ
れている。透光性電極基板２は、透光性基板２０上に透
明電極２２，光拡散層２５，配向層２３を順次形成して
いる。透明電極２２と反射電極１３との間には交流電圧
が印加されるように構成されている。ＧＨ液晶層３は２
色性色素を含む液晶で構成され、電界の印加状態により
吸収状態又は透明状態に変化する。光拡散層２５は、電
界の印加状態により散乱状態又は透明状態に変化する層
で構成されている。

【００１３】反射電極基板１及び透光性電極基板２は、
反射電極１３と透明電極２２の電極面同士が光拡散層２
５及びＧＨ液晶層３を挟んで対峙するように配置されて
いるので、光拡散層２５及びＧＨ液晶層３は電極間での
電界の印加状態によりセル状態が変化する。この場合に
おいて、光拡散層２５及びＧＨ液晶層３は、拡散状態と
透明状態又は透明状態と吸収状態のいずれかの組み合わ
せに制御されるように構成されている。すなわち、光拡
散層２５は、ＧＨ液晶層３の吸収状態／透過状態に対し
て、透明状態／散乱状態と変化し、また、その膜厚は、
画素電極の大きさより十分に小さくなるように構成され
ている。

【００１４】位相差板１６は、例えば、高分子液晶薄膜
により構成されている。高分子液晶には、液晶状態でネ
マチック配向し、ガラス転移点以下の温度でガラス状態
となる液晶高分子を用いる。位相差板１６と反射電極１
３間に形成された配向膜１５は、位相差板（高分子液晶
薄膜）１６中の液晶をある一定方向に揃えて配向状態を
決めるためのものである。また、配向膜１４は、電界無
印加時におけるＧＨ液晶層３の配向方向を規定するため
のものである。

【００１５】光拡散層２５としては、前述のＰＤＬＣ、
ＮＣＡＰといった高分子と液晶を相互に分散させた薄膜
層により構成されている。ＰＤＬＣ、ＮＣＡＰは電圧無
印加時においては、高分子中に分散された液晶がランダ
ムな配列となっているため、液晶と高分子の屈折率のミ
スマッチングにより散乱状態を示し、電圧印加時におい
ては、液晶のダイレクタ−が電界の方向に配列するため
透明となる。ＰＤＬＣ、ＮＣＡＰの光拡散性は、その膜
厚が厚くなるほど大きくなるが、膜厚の増加は同時に駆
動電圧の上昇をもたらすため、５〜２０μｍ程度とする
のが望ましい。

【００１６】ＧＨ液晶層３は、反射電極１３と透明電極
２２間に印加される電界により、光拡散層２５が散乱状
態のとき透明状態となり、透明状態のとき吸収状態とな
るように制御される必要があるため、ＧＨ液晶層３のＧ
Ｈ方式としては、電圧印加時に光を吸収し、電圧無印加
時に光が通過するモ−ドとするため、電圧無印加時のＧ
Ｈ液晶層３をホメオトロピック配向としたλ／４ＧＨ方
式を適用している。従って、ＧＨ液晶層３及び光拡散層
２５への電圧印加と画素の黒白表示状態との関係は、Ｇ
Ｈ液晶層３及び光拡散層２５ともに電圧無印加とするこ
とで白表示を得ることができ、ＧＨ液晶層３及び光拡散
層２５ともに電圧印加とすることで黒表示が得られる
（図２参照）。

【００１７】上記実施例の構造によれば、図２（配向膜
１４，１５，２３及び位相差板１６は省略している）に
示すように交流電源４０による電圧無印加時において
は、ＧＨ液晶層３は透過状態であり、光拡散層２５は散
乱状態となるため、明るく映り込みのない明（白）表示
が得られる（図２（ａ））。一方、交流電源４０による
電圧印加時には、ＧＨ液晶層３は吸収状態であり、光拡
散層２５は透明状態となるため後方散乱がなく、良好な
暗（黒）表示が得られる（図２（ｂ））。従って、電圧
の印加により散乱状態又は透明状態となる光拡散層２５
を用いることにより、白表示時においては散乱状態とす
ることで、光拡散層２５が反射電極１３の鏡面性を防止
するのに十分な光拡散性を有し、且つ、黒表示時におい
ては透明状態とすることにより、後方散乱をほとんど無
くすことができる。このため、明るく、映り込みのない
白表示と、高いコントラストを得ることができる。ま
た、光拡散層２５は、高分子と液晶を相互に分散させた
薄膜層により構成されているので、その厚みを５〜２０
μｍとすることができ、画素電極の大きさより十分に小
さいため、高精細パネルにおいても、画像のにじみによ
る解像度低下を防止することができ、高精細表示を可能
とすることができる。

【００１８】次に、上記した液晶表示装置の製造方法に
ついて説明する。ガラス、セラミック、プラスチック等
の絶縁性基板１０上に、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ等の高反射率
の金属膜からなる鏡面性の反射電極１３を形成した後、
反射電極１３上にポリイミド等からなる配向膜１５を形
成しラビング処理する。次に、液晶性高分子として、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（化１で示す化学式）をシクロヘキ
サノンに１５ｗｔ％溶解して前記した配向膜１５上にス
ピン塗布する。

【００１９】

【化１】

【００２０】次に、これを溶媒乾燥し、等方相まで昇温
した後、徐々に冷すことにより液晶性高分子より成る位
相差板１６を形成する。次いで、位相差板１６上にＳｉ
Ｏを回転斜方蒸着することにより垂直配向膜１４を形成
して反射電極基板１を形成する。

【００２１】一方、ガラスで構成される透明基板２０上
にＳｎＯ₂,ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等から成る透明
電極２２を形成する。次に、ポリメチルメタクリレ−ト
（ＰＭＭＡ）とネマチック液晶（ＢＤＨ社製、Ｅ−７）
を重量比で４０／６０の割合で含むクロロホルム溶液
を、スプレ−法によって、前記透明電極２２上に塗布
し、室温で乾燥させ、膜厚が約５μｍのＰＤＬＣ膜を形
成して、光拡散層２５を形成する。ＰＤＬＣの形成方法
としては、前述の溶媒キャスト法以外にも、含浸法，乳
化法，重合法等の方法によっても形成できる。続いて、
光拡散層２５上にレスチンをスピン塗布し、乾燥するこ
とにより垂直配向膜２３を形成して透光性電極基板２を
形成する。

【００２２】以上のようにして作製した反射電極基板１
及び透光性電極基板２を、その電極面同士が対向するよ
うな向きに張り合わせて、セルギャップ１０μｍの液晶
セルを作製する。この液晶セルに、２色性色素として黒
色２色性色素（三井東圧化学社製、商品名：Ｓ−３４
４）１．４ｗｔ％を、ホストである負の誘電異方性を有
するネマチック液晶（メルク社製、商品名：ＺＬＩ−２
８０６）に添加したＧＨ液晶を真空注入してＧＨ液晶層
３を形成し、反射型液晶表示装置を完成する。

【００２３】図３は、本発明による反射型液晶表示装置
の別の実施例を示す断面説明図である。図３において、
図１と同様の構成をとる部分については同一符号を付し
ている。本実施例の反射型液晶表示装置は、位相差板を
使用しないＰＣＧＨ方式を適用したものである。本実施
例の特徴的な構成は、光拡散層２５のＧＨ液晶層３側
に、透明絶縁層３１及び透明電極３２を形成したことで
ある。従って、光拡散層２５と配向膜２３との間に透明
絶縁層３１及び透明電極３２が配置されている。そし
て、透明電極３２は接地され、反射電極１３と透明電極
３２間、透明電極２２と透明電極３２間にそれぞれ独立
して交流電源が印加されるように構成されている。上記
構成により、ＧＨ液晶層３と光拡散層２５は、交流電源
による電界の印加状態により、それぞれ吸収状態又は透
明状態、散乱状態又は透明状態に変化し、その組み合わ
せは、光拡散層２５が拡散状態のときＧＨ液晶層３が透
明状態、光拡散層２５が透明状態のときＧＨ液晶層３が
吸収状態となるように制御される。

【００２４】上記実施例のＧＨ液晶層３においては、Ｇ
Ｈ方式としてＰＣＧＨ方式を使用しているので、図４に
示すように、電圧無印加時に光を吸収し、電圧印加時に
光が通過するモ−ドとなっている。また、ＧＨ方式とし
て、高分子分散液晶（以下、ＰＤＬＣと略称する）、Ｎ
ＣＡＰ（Ｎematic Ｃurvlinear Ａligned Ｐhase）と
いった散乱型液晶に２色性色素を添加した方式を使用し
てもよい。また、図１の実施例のように位相差板１６を
配置する構成とするなら、電圧無印加時のＧＨ液晶層３
をホモジニアス配向もしくはツイスト配向としたλ／４
ＧＨ方式を使用することもできる。

【００２５】従って、ＧＨ液晶層３及び光拡散層２５へ
の電圧印加と画素の黒白表示状態との関係は、ＧＨ液晶
層３が電圧無印加時に吸収状態、電圧印加時に透過状態
となるＰＣＧＨ方式を適用しているので、ＧＨ液晶層３
に電圧印加、光拡散層２５に電圧無印加とすることで白
表示が得られ、ＧＨ液晶層３に電圧無印加、光拡散層２
５に電圧印加とすることで黒表示が得られる（図４参
照）。

【００２６】上記実施例の構造によれば、図４（配向
膜，及び透明絶縁層は省略している）に示すように、透
明電極３２を接地電位として、ＧＨ液晶層３に交流電源
４０による電圧を印加することにより光を透過し、光拡
散層２５には電圧を印加せず散乱状態とすることにより
白表示が得られる（図４（ａ））。一方、ＧＨ液晶層３
に電圧を印加せず光を吸収させ、光拡散層２５には電圧
を印加して透明状態とすることにより黒表示が得られる
（図４（ｂ））。このようにして、映り込みがなく明る
い白表示と、後方散乱のない暗い黒表示を得ることがで
きる。

【００２７】次に、この反射型液晶表示装置の製造方法
について説明する。ガラスから構成される絶縁性基板１
０上に、Ａｌから成る鏡面性の反射電極１３を形成した
後、垂直配向用のポリイミド膜（日産化学社製、商品
名：ＳＥ−７５１１Ｌ）をスピン塗布し、焼成すること
により配向膜１４を形成して反射電極基板１を形成す
る。

【００２８】一方、ガラスから成る透光性基板２０上に
ＩＴＯから成る透明電極２２を形成し、ネマチック液晶
（ＢＤＨ社製、商品名：Ｅ−７）とアクリル樹脂との混
合溶液に紫外線を照射し重合させることにより、膜厚が
約５μｍのＰＤＬＣ膜を形成して光拡散層２５とする。
次いで、光拡散層２５上にアクリル樹脂（日本合成ゴム
社製、商品名：オプトマ−ＳＳ−１１５１Ｅ）をスピン
塗布し焼成して得られる透明絶縁層３１、ＩＴＯから成
る透明電極３２を順次形成して透光性電極基板２を形成
する。透明絶縁層３１は、透明電極３２を形成する際の
真空プロセスにおいて、前記したＰＤＬＣ中の液晶が蒸
発するのを防ぐことが目的であり、アクリル、ポリイミ
ド等の真空プロセスを用いないで形成できる膜が用いら
れる。次いで、垂直配向膜ポリイミド（ＳＥ−７５１１
Ｌ）をスピン塗布し、焼成することにより、配向膜２３
を形成する。

【００２９】以上のようにして作製した反射電極基板１
と透光性電極基板２を、その電極面が対向するような向
きに張り合わせて、セルギャップ５μｍの液晶セルを作
製する。そして、前記液晶セルに、２色性色素として黒
色２色性色素（三井東圧化学社製、商品名；Ｓ−３４
４）を１．４ｗｔ％、カイラル剤として不斉炭素をもつ
有機低分子化合物（メルク社製、商品名：ＺＬＩ−８１
１）を２ｗｔ％、ホストである正の誘電異方性をもつネ
マチック液晶（メルク社製、商品名：ＺＬＩ−１８４
０）に添加したＧＨ液晶を真空注入して、ＧＨ液晶層３
を形成して反射型液晶表示装置を完成する。カイラル剤
は液晶層３０に螺旋構造を導入するために添加するもの
である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、第１の液晶セルと第２
の液晶セルの積層構造とし、これら液晶セルが拡散状態
と透明状態又は透明状態と吸収状態のいずれかの組み合
わせに制御されるように構成しているので、拡散状態又
は透明状態となる第１の液晶セルを光拡散層として使用
し、透明状態又は吸収状態となる第２の液晶セルを表示
のための液晶層として使用することにより、前記第１の
液晶セルと第２の液晶セルの状態が、拡散状態と透明状
態となっている場合には明表示を、透明状態と吸収状態
となっている場合には暗表示を行なわせることができ
る。その際、第１の液晶セルにおいて、明表示時には拡
散状態とすることにより十分な光拡散性を有し、暗表示
時には透明状態とすることにより後方散乱を小さくし、
明るく、映り込みのない白表示と、高いコントラストを
得ることができ、表示品位の高い液晶表示装置とするこ
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を示す実施例の
断面説明図である。

【図２】 （ａ）及び（ｂ）は図１の実施例の動作を説
明するための模式図である。

【図３】 本発明の反射型液晶表示装置の他の実施例を
示す断面説明図である。

【図４】 （ａ）及び（ｂ）は図３の実施例の動作を説
明するための模式図である。

【図５】 従来の反射型液晶表示装置を示す断面説明図
である。

【図６】 従来の反射型液晶表示装置を示す断面説明図
である。

【符号の説明】

１…反射電極基板、 ２…透光性電極基板、 ３…ＧＨ
液晶層、 １０…絶縁性基板、 １３…反射電極、 １
４…配向膜、 １５…配向膜、 １６…位相差板、 ２
０…透光性基板、 ２２…透明電極、 ２３…配向膜、
２５…光拡散層、 ３１…透明絶縁層、 ３２…透明
電極、 ４０…交流電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 拡散状態と透明状態のうち一方の状態を
   取りうる第１の液晶セルと、 前記の液晶セルに重ねて設けられ透明状態と吸収状態の
   うち一方の状態を取りうる第２の液晶セルと、 前記第１の液晶セルと第２の液晶セルの状態を、拡散状
   態と透明状態又は透明状態と吸収状態のいずれかの組み
   合わせに制御する制御手段と、を有することを特徴とす
   る液晶表示装置。