JPH09152630A - 反射型ゲストホスト液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型ゲストホスト液晶表示装置に内蔵され
る光反射層の反射特性を改善して表示を明るく且つ見や
すくする。 【解決手段】 反射型ゲストホスト液晶表示装置は入射
側に配置される第１基板１と、所定の間隙を介して第１
基板１に接合し反射側に配置される第２基板２とからな
る。この間隙内には第１基板１側に位置するゲストホス
ト液晶層３と、第２基板２側に位置する光反射層８と、
両層の間に介在する四分の一波長板層９とが設けられて
いる。又、第１基板１側及び第２基板２側に夫々電極１
０，１１が形成されており、ゲストホスト液晶層３に電
圧を印加する。光反射層８は表面に凹凸を有し光散乱性
を備えている。この光反射層８と四分の一波長板層９と
の間に凹凸を埋める透明な平坦化層１２が介在してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型ゲストホスト
液晶表示装置に関する。より詳しくは、四分の一波長板
層及び光反射層をパネル中に内蔵させて入射光の利用効
率を改善する技術に関する。さらに詳しくは、光反射層
の反射特性を改善して表示の明るさ及び見やすさを向上
させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には種々のモードがあり、
現在ツイスト配向又はスーパーツイスト配向されたネマ
ティック液晶を用いたＴＮモードあるいはＳＴＮモード
が主流となっている。しかしながら、これらのモードは
動作原理上一対の偏光板が必要であり、その光吸収があ
る為透過率が低く明るい表示画面が得られない。これら
のモードの他、二色性色素を利用したゲストホストモー
ドも開発されている。ゲストホストモードの液晶表示装
置は液晶に添加した二色性色素の吸収係数の異方性を利
用して表示を行なうものである。棒状構造の二色性色素
を用いると、色素分子は液晶分子に平行に配列する性質
があるので、電界を印加して液晶の分子配向を変化させ
ると、色素の配向方向も変化する。この色素は方向によ
って着色したりしなかったりするので、電圧を印加する
事によって液晶表示装置の着色、無色を切り換える事が
できる。

【０００３】図５はハイルマイヤー（ＨＥＩＬＭＥＩＥ
Ｒ）型ゲストホスト液晶表示装置の構造を示しており、
（Ａ）は電圧無印加状態を表わし、（Ｂ）は電圧印加状
態を表わしている。この液晶表示装置はｐ形色素と誘電
異方性が正のネマティック液晶（Ｎ_p 液晶）を用いてい
る。ｐ形の二色性色素は分子軸に略平行な吸収軸を持っ
ており、分子軸に平行な偏光成分Ｌｘを強く吸収し、そ
れに垂直な偏光成分Ｌｙは殆ど吸収しない。（Ａ）に示
す電圧無印加状態では、入射光に含まれる偏光成分Ｌｘ
がｐ形色素により強く吸収され、液晶表示装置は着色す
る。これに対し、（Ｂ）に示す電圧印加状態では、誘電
異方性が正のＮ_p 液晶が電界に応答して立ち上がり、こ
れに合わせてｐ形色素も垂直方向に整列する。この為、
偏光成分Ｌｘは僅かに吸収されるだけで液晶表示装置は
略無色を呈する。入射光に含まれる他方の偏光成分Ｌｙ
は電圧印加状態及び電圧無印加状態の何れであっても二
色性色素によって吸収される事は殆どない。従って、ハ
イルマイヤー型ゲストホスト液晶表示装置では、予め１
枚の偏光板を介在させ、他方の偏光成分Ｌｙを取り除
き、コントラストの改善を図っている。

【０００４】ネマティック液晶を用いたゲストホスト液
晶表示装置では、ゲストとして添加する二色性色素がネ
マティック液晶と同様に配向する。液晶の配向方向と平
行な偏光成分は吸収するが、これと直交する偏光成分は
殆ど吸収しない。従って、十分なコントラストを得る為
に、液晶表示装置の入射側に１枚の偏光板を配置し、入
射光の偏光方向を液晶の配向方向と一致させている。し
かしながら、この様にすると偏光板により原理的には入
射光の５０％（実際には４０％程度）が失われる為、表
示がＴＮモードの様に暗くなってしまう。この問題を改
善する手法として、単に偏光板を取り除いただけでは吸
光度のオンオフ比が著しく低下するので適当ではなく、
種々の改善策が提案されている。例えば図６に示す様
に、入射側から偏光板を除去する一方、出射側に四分の
一波長板及び反射板を取り付けた反射型ゲストホスト液
晶表示装置が提案されている。この方式では、互いに直
交する２つの偏光成分Ｌｘ，Ｌｙが、四分の一波長板に
よって往路及び復路で偏光方向を９０°回転させ、偏光
成分の入れ換えが行なわれる。従って、（Ａ）に示すオ
フ状態（吸収状態）では、各偏光成分Ｌｘ，Ｌｙが入射
光路か反射光路の何れかで吸収を受ける事になる。又
（Ｂ）に示すオン状態（透過状態）では何れの偏光成分
Ｌｘ，Ｌｙも殆ど吸収を受ける事はない。これにより、
入射光の利用効率が顕著に改善でき、表示装置が明るく
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示した構造では四分の一波長板及び反射板を外付けする
為、液晶表示装置自体は透過型にする必要がある。特
に、高精細で且つ動画表示も可能にする為、アクティブ
マトリクス型の構造を採用した場合、基板上に画素電極
駆動用の薄膜トランジスタを集積形成する為、透過型で
は画素開口率が低く入射光の相当部分が遮断される。従
って、偏光板を除去しても表示装置の画面を顕著に明る
くする事はできない。これを改善する為、四分の一波長
板及び反射板を表示装置内に形成する構造が提案されて
いる。ところで、反射板を表示装置内に内蔵させる場
合、一般にはアルミニウム等金属の蒸着膜が光反射層と
して形成される。この光反射層は略鏡面状態にあり入射
光を正反射する為極めて指向性が強い。従って、外部照
明光との関係で視角により表示の明るさが極端に変化す
る。従って、表示が極めて見難いという課題がある。
又、鏡面状態の光反射層はメタリックな外観を呈し、表
示の背景としては必ずしも適当なものではない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為以下の手段を講じた。即ち本発明にかか
る反射型ゲストホスト液晶表示装置は基本的な構成とし
て、入射側に配置される第１基板と、所定の間隙を介し
て該第１基板に接合し反射側に配置される第２基板と、
該間隙内で第１基板側に位置するゲストホスト液晶層
と、該間隙内で第２基板側に位置する光反射層と、該ゲ
ストホスト液晶層と該光反射層の間に介在する四分の一
波長板層と、該第１基板側及び第２基板側に夫々形成さ
れ該ゲストホスト液晶に電圧を印加する電極とを備えて
いる。特徴事項として、前記光反射層は表面に凹凸を有
し光散乱性を備えている。

【０００７】好ましくは、前記光反射層と前記四分の一
波長板層との間に該凹凸を埋める透明な平坦化層が介在
している。又好ましくは、前記四分の一波長板は該平坦
化層の表面に沿って一軸配向された高分子液晶材料から
なる。さらに好ましくは、前記光反射層は凹凸が形成さ
れた樹脂膜とその表面に成膜された金属膜とからなる。
加えて好ましくは、前記樹脂膜はフォトリソグラフィに
より凹凸がパタニングされた感光性樹脂膜である。一層
好ましくは、前記電極は該ゲストホスト液晶層の両面に
接している。

【０００８】本発明によれば、反射型ゲストホスト液晶
表示装置に内蔵された光反射層は表面に凹凸を有し光散
乱性を備えている。従来の鏡面光反射層と異なり入射光
を拡散反射し、比較的広角度範囲で光を出射する。この
為、観察者は比較的広い視角範囲で明瞭な表示を視認で
き、表示の明るさが顕著に改善できると共に表示が見や
すくなる。又、従来の鏡面光反射層のメタリックな外観
と異なり、光散乱性を備えた光反射層は所謂ペーパーホ
ワイトの外観を呈し表示背景として好ましいものであ
る。本発明の好ましい態様では、光反射層と四分の一波
長板層との間に凹凸を埋める透明な平坦化層が介在して
いる。四分の一波長板層はこの平坦化層の表面に沿って
一軸配向された高分子液晶材料からなる。平坦化層の上
に四分の一波長板層を形成できるので、その厚みが一定
になると共に高分子液晶材料は略完全に一軸配向され
る。従って、四分の一波長板層はその厚み及び光学異方
性が略完全に均一制御でき、十分な光学特性が得られ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の最良
な実施形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる反
射型ゲストホスト液晶表示装置の基本的な構成を示す模
式的な部分断面図である。図示する様に、本装置は入射
側に配置される第１基板１と、所定の間隙を介して該第
１基板１に接合し反射側に配置される第２基板２とを備
えている。この間隙内にはゲストホスト液晶層３が第１
基板１側に位置して設けられている。ゲストホスト液晶
層３はネマティック液晶４と二色性色素５の混合物から
なり、上下の配向膜６，７により、ホモジニアスに整列
されている。又、間隙内には光反射層８が第２基板２側
に位置して設けられている。さらに、ゲストホスト液晶
層３と光反射層８の間に四分の一波長板層９が介在して
いる。加えて、第１基板１側及び第２基板２側に夫々ゲ
ストホスト液晶層３に電圧を印加する電極１０，１１が
形成されている。本例では、上側の電極１０が第１基板
１の内表面に形成され、下側の電極１１が第２基板２の
内表面に形成されている。

【００１０】特徴事項として、光反射層８は表面に凹凸
を有し光散乱性を備えている。従って、ペーパーホワイ
トの外観を呈し表示背景として好ましいばかりでなく、
入射光を比較的広い角度範囲で反射する為、視野角が拡
大し表示が見やすくなると共に広い視角範囲で表示の明
るさが増す。本実施形態では光反射層８と四分の一波長
板層９との間に凹凸を埋める透明な平坦化層１２が介在
している。四分の一波長板層９は平坦化層１２の表面に
沿って一軸配向された高分子液晶材料１３からなる。な
お、高分子液晶材料１３を一軸配向させる為、平坦化層
１２と四分の一波長板層９との間に下地配向膜１４が設
けられている。光反射層８は凹凸が形成された樹脂膜１
５とその表面に成膜されたアルミニウム等の金属膜１６
とからなる。樹脂膜１５はフォトリソグラフィにより凹
凸がパタニングされた感光性樹脂膜である。

【００１１】第２基板２の表面に形成された感光性樹脂
膜１５は例えばフォトレジストからなり、基板表面に全
面的に塗布される。これを所定のマスクを介して露光処
理し例えば円柱状にパタニング加工する。次いで加熱し
てリフローを施せば凹凸形状が安定的に形成できる。こ
の様にして形成された凹凸形状の表面に所望の膜厚で良
好な光反射率を有するアルミニウム等の金属膜１６を形
成する。凹凸の深さ寸法を数μｍに設定すれば、良好な
光散乱特性が得られ、光反射層８は白色を呈する。光反
射層８の表面には平坦化層１２が形成され凹凸を埋めて
いる。平坦化層１２はアクリル樹脂等透明な有機物を用
いる事が好ましい。この平坦化層１２を介在させる事
で、下地配向膜１４の成膜及びラビング処理が安定に行
なえる。この為、本装置の要である四分の一波長板層９
が精度良く形成できる。仮に、平坦化層１２がない場
合、光反射層８の凹凸が直接四分の一波長板層９に影響
を与え、望む光学特性が得られない。四分の一波長板層
９の上には配向膜７が形成されている。本装置ではこの
配向膜７はゲストホスト液晶層３と高分子液晶材料１３
からなる四分の一波長板層９との間を隔てるパシベーシ
ョン膜（隔壁）を兼ねている。この隔壁がない場合、ゲ
ストホスト液晶層３と高分子液晶材料１３とが相溶する
危険が非常に高く、動作段階で悪影響を及ぼす。なお、
四分の一波長板層９に赤青緑の三原色色素を領域分割的
に分散させれば、カラーフィルタを兼ねる事もできる。

【００１２】図２は、図１に示した反射型ゲストホスト
液晶表示装置の変形例を表わしており、対応する部分に
は対応する参照番号を付して理解を容易にしている。こ
の変形例では電極１１が四分の一波長板層９の表面に形
成されている。この為、配向膜７の表面に接するゲスト
ホスト液晶層に十分な駆動電圧を印加でき、より鮮明な
表示が可能である。又、電極１１は金属膜１６とコンタ
クトしている。これによれば金属膜１６の電位を浮遊状
態ではなく固定できる為、表示装置の動作がより安定化
する。

【００１３】図３を参照して、光反射層及び四分の一波
長板層の製造方法を詳細に説明する。先ず（Ａ）に示す
様に、ガラス等からなる第２基板２の表面に光感光性の
樹脂膜１５を全面的に塗布する。光感光性の樹脂膜１５
としては例えばフォトレジストを用いる事ができる。

【００１４】次に（Ｂ）に示す様に、所定のマスクを介
してフォトレジストを露光処理し、樹脂膜１５を例えば
離散的な円柱状にパタニング加工する。

【００１５】続いて（Ｃ）に示す様に、第２基板２を加
熱処理して樹脂膜１５のリフローを行なう。このリフロ
ーによりフォトレジストの円柱形状はなだらかに変形
し、所望の凹凸形状が得られる。

【００１６】（Ｄ）に示す様に、上記の様にして形成さ
れた樹脂膜１５の凹凸面に所望の膜厚で良好な反射率を
有するアルミニウム等の金属膜１６が真空蒸着等により
形成される。凹凸の深さ寸法を数μｍに設定する事で、
良好な光散乱特性が得られ金属膜１６は白色を呈する。

【００１７】続いて（Ｅ）に示す様に、金属膜１６表面
の凹凸を平坦化層１２で埋める。この平坦化層１２はア
クリル樹脂等透明な有機物で形成されており、スピンコ
ート等で塗布する。続いて平坦化層１２の表面を下地配
向膜１４で被覆する。この下地配向膜１４を所定の方向
に沿ってラビング処理する。この際、下地配向膜１４は
平らな平坦化層１２の表面に形成されている為ラビング
処理が安定に行なえる。

【００１８】最後に（Ｆ）に示す様に、下地配向膜１４
の上に高分子液晶材料１３を塗布する。この高分子液晶
は、例えば安息香酸エステル系のメソゲンをペンダント
とした側鎖型の高分子液晶である。この高分子液晶をシ
クロヘキサンとメチルエチルケトンを８：２の割合で混
合した溶液に、３〜５重量％溶解させる。この溶液を例
えば１０００rpm の回転速度でスピンコートし、下地配
向膜１４上に高分子液晶を成膜する。この後基板加熱を
行ない、一旦高分子液晶を光学的に等方性状態まで加温
する。続いて加熱温度を徐々に降下しネマティック相を
経て室温状態まで戻す。ネマティック相において高分子
液晶は下地配向膜１４のラビング方向に沿って配列し、
所望の一軸配向性が得られる。この一軸配向状態は第２
基板２を室温に戻す事により固定される。この様なアニ
ール処理により、高分子液晶材料１３に含まれる液晶分
子は一軸配向し、所望の四分の一波長板層が得られる。
さらに、この高分子液晶材料１３の表面に配光膜７を形
成する。この配向膜７は例えばＰＶＡフィルムからな
る。このＰＶＡフィルムを所定の方向に沿ってラビング
処理する事で、その上に接するゲストホスト液晶層のホ
モジニアス配向を実現できる。この配向膜７は同時に高
分子液晶材料１３とゲストホスト液晶層との間に介在し
て両者を隔てるパシベーション膜（隔壁）として機能す
る。なお、この配向膜７のラビング方向と下地配向膜１
４のラビング方向は互いに４５°の角度で交差してい
る。

【００１９】図４を参照して高分子液晶の一例を説明す
る。図示する様に、高分子液晶は低分子液晶におけるコ
ア部分の化学構造と同じ剛直なメソゲン基（液晶構成
基）Ａを含んでいる。このメソゲン基Ａは屈曲性の側鎖
Ｂ（例えばポリエチレン鎖あるいはポリオキシエチレン
鎖）を介して、アクリル、メタクリルあるいはメチルシ
ロキサンの繰り返し単位を有する重合体の主鎖Ｃに連結
されている。かかる構造はペンダント形式の側鎖型高分
子液晶と呼ばれている。この高分子液晶はその構造要素
により低分子液晶の場合と同様にネマティック、スメク
ティック及びコレステリック相を呈する。この液晶温度
範囲は一般に低分子液晶より高温側に存在し、相転位温
度は分子量と共に上昇する。側鎖型高分子液晶の骨格主
鎖にシロキサン結合を導入すると、液晶温度領域を低下
させる事ができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、反
射型ゲストホスト液晶表示装置に内蔵される光反射層は
表面に凹凸を有し光散乱性を備えている。かかる構成に
より、見やすく且つ明るい高輝度の反射型ゲストホスト
液晶表示装置を実現する事ができる。又、光反射層の表
面に平坦化層を形成して凹凸を埋める様にしている。こ
の平坦化層の上に四分の一波長板層を形成する事で、そ
の光学特性を安定化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる反射型ゲストホスト液晶表示装
置の基本的な構造を示す模式的な部分断面図である。

【図２】図１に示した反射型ゲストホスト液晶表示装置
の変形例を示す部分断面図である。

【図３】本発明にかかる反射型ゲストホスト液晶表示装
置の製造方法を示す工程図である。

【図４】本発明にかかる反射型ゲストホスト液晶表示装
置に内蔵される四分の一波長板層を構成する高分子液晶
材料の一例を示す模式図である。

【図５】従来の透過型ゲストホスト液晶表示装置の一例
を示す模式図である。

【図６】従来の反射型ゲストホスト液晶表示装置の一例
を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 第１基板 ２ 第２基板 ３ ゲストホスト液晶層 ４ ネマティック液晶 ５ 二色性色素 ６ 配向膜 ７ 配向膜 ８ 光反射層 ９ 四分の一波長板層 １０ 電極 １１ 電極 １２ 平坦化層 １３ 高分子液晶材料 １４ 下地配向膜 １５ 樹脂膜 １６ 金属膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射側に配置される第１基板と、所定の
   間隙を介して該第１基板に接合し反射側に配置される第
   ２基板と、該間隙内で第１基板側に位置するゲストホス
   ト液晶層と、該間隙内で第２基板側に位置する光反射層
   と、該ゲストホスト液晶層と該光反射層の間に介在する
   四分の一波長板層と、該第１基板側及び第２基板側に夫
   々形成され該ゲストホスト液晶層に電圧を印加する電極
   とを備えた反射型ゲストホスト液晶表示装置であって、 前記光反射層は表面に凹凸を有し光散乱性を備えている
   事を特徴とする反射型ゲストホスト液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記光反射層と前記四分の一波長板層と
   の間に該凹凸を埋める透明な平坦化層が介在している事
   を特徴とする請求項１記載の反射型ゲストホスト液晶表
   示装置。
3. 【請求項３】 前記四分の一波長板層は、該平坦化層の
   表面に沿って一軸配向された高分子液晶材料からなる事
   を特徴とする請求項２記載の反射型ゲストホスト液晶表
   示装置。
4. 【請求項４】 前記光反射層は、凹凸が形成された樹脂
   膜とその表面に成膜された金属膜とからなる事を特徴と
   する請求項１記載の反射型ゲストホスト液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記樹脂膜は、フォトリソグラフィによ
   り凹凸がパタニングされた感光性樹脂膜である事を特徴
   とする請求項４記載の反射型ゲストホスト液晶表示装
   置。
6. 【請求項６】 前記電極は該ゲストホスト液晶層の両面
   に接している事を特徴とする請求項１記載の反射型ゲス
   トホスト液晶表示装置。