JPH11281970A - 反射型液晶表示素子 - Google Patents
反射型液晶表示素子Info
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Abstract
記基板間に挟持された液晶層30と、この液晶層を通過
した光を反射する反射面16aとを有する反射型液晶表
示素子において、反射面で反射した光を拡散する光拡散
層12を配置する。この光拡散層は、屈折率の異なる2
種の屈折率媒体の組合わせで微粒子分散層または回折格
子層を形成し、第1の屈折率媒体13の屈折率を光波長
400nmでnA(400 )、光波長700nmでnA
(700 )とし、第2の屈折率媒体14の屈折率を光波長
400nmでnB(400 )、光波長700nmでnB
(700 )とするとき、 (nA(400 )/nA(700 ))×0.9≦(nB(40
0 )/nB(700 ))≦(nA(400 )/nA(700
))×1.1 とする。
Description
子に関る。
モニター、カーナビゲーション、関数電卓、中小型TV
など様々な分野に応用されている。なかでも反射型液晶
表示素子は、バックライトが不要であることから低消費
電力、且つ薄型軽量といった利点を活かすべく携帯機器
用ディスプレイへの応用が検討されている。
枚用いるTNモード以外の表示モードには、大きくわけ
てGH(ゲストホスト)モード、高分子分散モード、偏
光板1枚モードの3種類がある。
光の吸収が少ないことから明るい表示が得られるという
特徴を持つ。しかしながら材料の2色比が十分得られな
いため、コントラストが低いという欠点がある。高分子
分散モードは十分な拡散性が得られることから広視野角
であるという特徴がある。しかし反射率、コントラスト
が低いという欠点があり実用には至っていない。偏光板
1枚モードは、偏光板による光吸収があり十分な輝度が
得られないものの、偏光板を用いているため高いコント
ラストが得られるため、現在反射型カラ−液晶表示素子
の主流になりつつある。
から見て、偏光板、ガラス基板、捩じれ配向されたカイ
ラルネマティック液晶からなる駆動用液晶層、ガラス基
板、反射板、反射電極により構成されている。入射光は
反射層を介して、液晶層、偏光板を入射時、出射時の2
回通過することにより、1枚の偏光板により、偏光子、
検光子双方の機能を得るものである。このため、従来の
電卓、時計などに用いられている偏光板2枚を用いた反
射型TNモードと比較して、偏光板が1枚少ないことに
よって、明るくなおかつ偏光板を用いる点で同じ制御効
果を持つことから、コントラストが十分高いという特徴
を持つ。
の表面は、光を拡散反射させる機能を有する凹凸反射
板、もしくは完全な鏡面反射する平坦な金属反射面から
形成されている。前者の凹凸反射面では、光の拡散機能
と反射機能を同時に得ることができるが反射面で入射し
た光の偏光状態が凹凸により変化するため、反射面で偏
光状態を維持する必要のある偏光板1枚モード構成では
コントラストを低下させるという問題がある。
場合、光を拡散させる光拡散層が別個に必要となるが、
反射面における偏光破壊はなく、高いコントラストが実
現できるという特徴を持つ。こうした鏡面反射層を光拡
散層からなる構造での反射光の特性は、光拡散層に依存
する。従来この光拡散層には、例えば偏光板のマット方
式のアンチグレア処理や、屈折率異方性のある屈折率媒
体を2次元的に屈折率分布させるように配列した回折格
子フィルムなどがあるが、これらの光拡散効果は強い波
長分散特性があり、光源が比較的平行に近い環境では、
その光源の正反射方向では、反射光が黄色をおびた色味
となり、逆に正反射方向から遠ざかる方向では、青みを
おびた色味となるという問題がある。これは、光拡散層
の光拡散効果の波長分散特性が波長が短いほど光拡散効
果が強くなることに起因している。
面反射層と光拡散層からなる構造の反射型液晶表示素子
では、光拡散層の光拡散効果の波長分散特性があるた
め、反射光に色づきが生じるという問題があった。こう
した問題は、偏光板1枚モードに限らず、光拡散層を用
いる反射型液晶表示素子に必然的に発生する問題であ
る。
素子は、パネル表面における表面反射の方向と反射面の
最大反射強度方向が一致しており、実用上、明るく見え
る方向での視認性が著しく低かった。本発明はかかる問
題を、簡易な構成で解決し、表面反射が見えない視角方
向に反射面の最大反射強度方向がくる特性の素子を安価
なコストにて実現することを目的としている。
解決する手段として、少なくとも2枚の基板と、前記基
板間に挟持された液晶層と、この液晶層を通過した光を
反射する反射面と、少くとも前記反射面で反射した光を
拡散する光拡散層とを有する反射型液晶表示素子におい
て、前記光拡散層は、屈折率の異なる2種の屈折率媒体
からなり第1の屈折率媒体の屈折率を光波長400nm
でnA(400 )、光波長700nmでnA(700 )と
し、第2の屈折率媒体の屈折率を光波長400nmでn
B(400 )、光波長700nmでnB(700 )とすると
き、 (nA(400 )/nA(700 ))×0.9≦(nB(400 )/nB(700 )) ≦(nA(400 )/nA(700 ))×1.1……(1) であることを特徴とする反射型液晶表示素子にある。
散は低減される。
屈折率媒体中に第2の屈折率媒体の微粒子が分散された
微粒子分散層で構成するか、第1の屈折率媒体と第2の
屈折率媒体を面方向に規則性を持たせて交互に配置した
回折格子層で構成する。
率媒体の屈折率差による光拡散効果や光回折効果による
ものがある。
を図2に示す。図2(a)のように屈折率n1の媒体n
1と屈折率n2の媒体n2を組合わせると、屈折は2種
の屈折率の比によって発生する。その屈折の度合いを屈
折角で表すと、スネルの法則に従って図2(b)の様に
なる。ここにθ0 が入射角、θρが最終出射角である。
ここで、n1、n2の比n1/n2の波長分散特性が大
きいと入射した光の波長によって屈折の度合いが異なる
ため、前述した色づきの問題が生じる。これら2種の屈
折率の波長分散特性を式(1)の範囲内となるように、
400nmは可視光の短波長、700nmは長波長域で
あり、可視光の両端近傍における第1の屈折率媒体の屈
折率比であるnA(400 )/nA(700 )が第2の屈折
率媒体の屈折率比であるnB(400 )/nB(700 )に
等しいか近接しているとき、θρが一定となるので屈折
率差による波長分散が減少する。屈折率媒体の材料を選
べば、反射光の色づきは、ほぼ問題ない範囲に抑えるこ
とができる。
図3に示す。回折は、2種の屈折率媒体n1、n2が回
折するように面方向に交互に配列されているとき、この
層を通る光がおのおのの屈折率媒体を通るときに位相差
を生じ、この位相差により光が干渉し、回折をおこし光
を拡散させるものである。回折した光は、干渉する次数
に応じて1次、2次、3次、…の回折光を生じる。各次
数の光進行方向(図中θm(m=1,2,3,…))は
屈折率分布ピッチと入射光波長に依存する。ここにIm
はm次の光強度、mは次数、λは光波長、pは格子ピッ
チ、dは厚みである。
の屈折率差(|n1−n2|)および屈折率媒体の層厚
および入射光波長に依存する。したがって、光散乱強度
の波長分散は屈折率媒体の屈折率差に依存する。ここ
で、(|nl−n2|)の波長分散特性が大きいと入射
した光の波長によって屈折の度合いが異なるため、前述
した色づきの問題が生じる。
散特性を式(1)の範囲内となるように、屈折率媒体の
材料を選べば、反射光の色づきは、ほぼ問題ない範囲に
抑えることができる。
り、前記反射面の光入射側に光拡散層が設けられる反射
型液晶表示素子にある。
する反射面であり、前記反射面より光入射すなわち観察
(者)側に入射した光を拡散させる機能を有する光拡散
層を設けた構造とすれば、反射面において入射した光の
偏光状態が維持された形で反射するので高いコントラス
トが得られ、光拡散層と反射層の組合わせ構成において
凹凸反射板を用いる構成によるものより優れた性能を得
ることができる。
の観察側から見て後方に位置する基板よりも観察側に位
置すること反射型液晶表示素子にある。
わち観察者側から見て最も奥に位置する液晶基板より観
察者側に位置する(手前にある)ことにより、前記最も
奥に位置する基板による視差が生じないので、表示にか
げなどは発生せず良好な表示が可能である。
の色づきは従来と比較して十分改善されるが、より無彩
色にするには、カラーフィルター、偏光板、位相差板な
どの部材の透過率の波長分散を調整することにより補正
すればよい。
る場合、前記光拡散層の色づきと同等の色成分の透過率
を抑える必要があるため、補正により全体の透過率が低
下する。
光子が用いられ、光拡散層の屈折率媒体の屈折率が|n
A(400 )−nB(400 )| ≧ |nA(700 )−n
B(700 )|のとき、2枚の偏光子を平行配置したとき
の色度がa*<0、b*≦0であり、|nA(400 )−
nB(400 )| ≦ |nA(700 )−nB(700 )|
のとき、前記2枚の平行配置された偏光子の色度がa*
>0、b*≧0であることを特徴とする上記液晶表示素
子にある。
示が無彩色化される。
当する色成分の透過率を、偏光度を弱めることにより高
めたためである。
するUCS色度図を3次元に拡張して輝度が異なる場合
を含めて等しい大きさに知覚される色差を表す均等色空
間としてのL*a*b*(CIELUV色空間)の座標を表
す。上記色度の範囲は、a*を横軸、b*を縦軸とする
座標面の座標領域を示している。
形成することができる。とくに回折格子を作製する場合
に有効である。この場合、1種類の高分子液晶の屈折率
異方性を利用して、みかけ上の2種の屈折率媒体とす
る。例えば面方向に複数のストライプなどの領域を形成
し、隣接する領域ごとに液晶分子の配列方向を変えて各
ストライプ間に屈折率差を持たせる。ただし、この場合
は屈折率差に方向性があるのでとくに光を拡散させたい
方向で差が大きくなるように選ぶ必要がある。
反射型液晶セル10の観察者側(フロント側)に1枚の
偏光子11とこのセル10と偏光子11の間に光拡散層
12を配置する。さらに、セル10の後方に反射面16
aを有する反射層16を配置する。
る。図2(a)を参照すると第1の屈折率媒体13とな
るポリサルフォンをアルコール系溶媒に溶融したバイン
ダーに第2の屈折率媒体14である粒径1μm未満のポ
リスチレンをエマルジョン法で分散させた。これを位相
差のない層厚50μmのTACフィルム15に膜厚30
μm厚に塗布し、ポリスチレンからなる微粒子がポリサ
ルフォン母材からなる層状体に分散された微粒子分散層
を形成した。この微粒子分散層の微粒子分散密度は0.
3wt%となっている。これは光を往復させたとき入射
した光が半減し±30゜で光拡散する機能となってい
る。
波長400nmで1.55であり、光波長400nmの
屈折率nA(400 )と光波長700nmの屈折率nA
(700)の比はnA(400 )/nA(700 )=1.12
であった。これに対し、分散した微粒子であるポリスチ
レン14の屈折率は、光波長400nmで1.50(屈
折率nB(400 ))であり、光波長700nmの屈折率
nB(700 )との比はnB(400 )/nB(700 )=
1.12であった。
散は等しく、その拡散層に波長分散はほとんどない。
る。まず、図1に示すように0.7mm厚のガラスから
なる基板20上に赤R、緑G、青Bの3色からなるカラ
ーフィルター21を形成し、その上にITO膜を膜厚2
000A(オングストローム)にて成膜して対向電極2
2を形成し、配向膜23としてポリイミド(AL−10
51,(株)日本合成ゴム製)を有効表示領域に印刷、
焼成してラビングし対向基板24を形成する。
5上に、MoWからなるゲート線電極、Mo/Al/M
oからなる信号線電極、MoWからなる補助容量Cs電
極(以上図示せず)、TFT素子26、画素電極27を
形成し、次に配向膜28としてポリイミド(AL−10
51、(株)日本合成ゴム製)を有効表示領域に印刷、
焼成して対向基板24の配向処理方向23aと向きが6
3゜逆となる方向にラビングして配向処理方向28aを
形成し、マトリクスアレイ基板29を得る。
を例えば3μmの間隔を保って保持させ、この間隔にカ
イラル材(S811、メルクジャパン(株)製)を0.
07wt%添加した液晶(ZLI1695、メルクジャ
バン(株)製)を注入する。このようにして、駆動用液
晶層30を得た。
略4分の1波長の位相差を得るように形成することが望
ましい。
を貼り合わせ、基板25の下面には、反射板16を貼り
合わせる。
の、例えば800×600ドット、3インチ型の液晶表
示素子を形成した。
づきがなく視認性が著しく改善された反射型液晶表示素
子が得られる。
態による液晶セル(A)の色度を測定した。測定結果を
図6および表1に示す。
従来の光拡散板を使用し、これ以外は本実施の形態と同
様の構成からなる従来装置(D)のサンプルの測定結果
を示す。
率をnポ、PVAの屈折率をnPとすると、nポ(40
0)−nP(400)=0.023であり、nポ(70
0)−nP(700)=0.016であり、屈折率差は
短波長の光ほど大きく、このため、拡散板として用いる
入射光の波長が短いほど強く拡散することになる。
1の法線方向から30°傾けた方向に色温度8000K
の白色光源70を設け、対向する方位に輝度計72を設
けて、サンプル法線方向から傾き角θを0°、30°、
60°として測定した。θの値が30°の場合が光源の
正反射方向であり、0°および60°はこの正反射方向
から30°傾いた方向となる。
れぞれに対してか実施の形態の値をA0 ,A30,A60の
ように示した。実施の形態(B)、(C)および従来装
置(D)についても同様である。平行配置の偏光板の値
を(E)、光拡散板の値を(F)てけ示した。
ルは、いずれの角度においても色づきがなく、これに対
して従来光拡散板を用いたセルはD0 ,D30,D60の値
からわかるように黄色く色づいている。
すものである。図4(a)において、反射面をもつ反射
電極を有する反射型液晶セル40の観察者側(フロント
側)に楕円偏光板41、光拡散層となる高分子液晶回折
格子42、配向膜43、が積層される。
外線硬化型高分子液晶すなわちUVキュアラブル液晶
(UVLC−C、DIC製)を厚さd(1.83μm)
に形成する。次に配向膜としてポリイミド(AL−10
51、(株)日本合成ゴム製)をセル40の基板50の
有効表示領域に印刷、焼成して数十μm以下のピッチp
毎にストライプ状にし、図4(b)、(c)のように隣
接するストライプ間でラビング方向43a、43bを直
交させる。これにより液晶分子42a、42bが直交し
て配列され、UV照射による硬化により固定される。こ
のとき、液晶のΔnを例えばΔn=0.15とすると、
Δnd=λ/2の条件に可視光領域の中心波長λ=55
0nmを導入すると、d=1.83μmとなる。このよ
うに形成することにより、隣り合うストライプ間でのΔ
n値が同じ液晶であるため、波長分散がなくなる。
回折角θは焼く3.2°となり、十分な拡散性が得られ
る。
50上に黄Y、マゼンタM、シアンCのカラーフィルタ
ー51を形成し、その上にITO膜を膜厚2000Aに
て成膜して対向電極52を形成し、さらに配向膜53と
してポリイミド(AL−1051、(株)日本合成ゴム
製)を有効表示領域に印刷、焼成してラビングし対向基
板54を形成する。
5上に、ゲート線電極、信号線電極、補助容量Cs電極
(以上図示せず)、TFT素子56、鏡面反射面をもつ
アルミニウムの画素電極57を形成し、次に配向膜58
としてポリイミド(AL−1051、(株)日本合成ゴ
ム製)を有効表示領域に印刷、焼成して対向基板54と
向きが63゜逆となる方向にラビングしてマトリクスア
レイ基板59を形成し、前記対向基板54とを例えば3
μmの間隔を保ってスペーサ61により保持させ、この
間隔にカイラル材(S811、メルクジャパン(株)
製)を0.07wt%添加した液晶(ZLI1695、
メルクジャパン(株)製)を注入する。このようにして
駆動用液晶層60を得る。
略4分の1波長の位相差を得るように形成することが望
ましい。
例えば800×600ドット11.3インチ型の液晶表
示素子を形成する。
散が生じず広い視野観察において色づきがなく視認性が
改善される。しかも反射電極をもつので観察側からみて
後方に位置するセル後方の基板を光が通過せず、それに
よる視差がなく表示にかげを生じない効果がある。
定した結果を図6および表1に示す。図6のB0 ,B3
0,B60から明らかなように実施の形態1同様、いずれ
の角度においても色づきがないことがわかる。
に、実施の形態1に記載した従来の光拡散板、および平
行配置したときの色度が(a*,b*)=(−10.
4,−15)の青色系偏光板を図1の構成となるように
貼合わせたサンプルを試作した。
測定系を示す。光源70と輝度計72間にこれらのサン
プルを垂直に配置する。
枚)の偏光子が用いられ、光拡散層の屈折率媒体の屈折
率が|nA(400 )−nB(400 )| ≧ |nA(70
0 )−nB(700 )|のとき、2枚の偏光子を平行配置
したときの色度がa*<0、b*≦0であり、|nA
(400 )−nB(400 )| ≦ |nA(700 )−nB
(700 )|のとき、前記2枚の平行配置された偏光子の
色度がa*>0、b*≧0である液晶表示素子にある。
光拡散板は構成材料の屈折率差が短波長ほど大きいた
め、入射した光の波長が小さいほど強く拡散する。した
がって光源の正反射方向近傍では、拡散性の弱い長波長
の波長の光の強度が強く、拡散性の強い短い波長の光の
強度は弱くなる。
5(c)の測定系にて測定した結果を表1および図6に
示す。図5(b)に示すように光拡散板の色度の測定は
サンプル73に垂直入射光の直進方向の色度を測定した
もので、セルを明るく視認できる方向、つまり正反射近
傍から観察した場合に寄与する拡散板色度特性をを測定
したものである。結果は(E)値が示すように拡散板の
色度は黄色である。
1、図6参照)(E)は、拡散板の色度(F)値と
a*,b*座標上で原点を中心とした点対称の位置にあ
る色度となっている。よって双方を合わせた色度は、互
いの色づきが相殺されてほぼ無彩色となる。
に起因したセルの色づきを、この色づきの補色となる色
づきをもった偏光板を用いることにより解消できる。拡
散板の色づきの補色の関係にあるフィルムを用いたり、
またはカラーフィルターを用いた場合に、このカラーフ
イルターの平均透過率の色味を拡散板の色づきの補色の
関係をなすようにしたり、反射板の色味を拡散板の色づ
きの補色の関係をなすようにしても光拡散板の屈折率の
波長分散に起因した色づきは解消できるが、この場合、
全体の透過率を低下させることとなるため実用的でな
い。
の色味により色づきを解消する場合は、無彩色の偏光板
に対し、拡散板の色づきの補色の関係にある波長域の光
に対する透過率を高めることにより実現できるので従来
構成と比較して明るさを犠牲にすることはない。
配置した場合の透過率で決定する。本実施の形態では、
セルの構成上、偏光板は1枚しか用いないが、図5
(C)に示すように反射型液晶表示素子では、セル80
に光が入射するときと出射するときの往復2回、偏光板
81、光拡散板82を透過する光路となる。白表示を得
る構成では、最後に偏光板81に入射する偏光は偏光板
を透過するものなので、前述した光拡散板の色づきを補
償させるには(偏光板1枚構成の反射型においても)、
2枚の偏光板を平行配置した場合の透過率で決定する必
要があるわけである。なお、符号84は反射板を示す。
を、実施の形態1同様にセルの色度を測定した結果を図
6、表1に示す。図6のC0 ,C30,C60から明らかな
ように、実施の形態1同様、いずれの角度においても色
づきがないことがわかる。
TNモードを用いたが、単純マトリクスからなるSTN
モード、GH(ゲストホスト)モードでも同様の効果が
得られる。また、これらにRGBのカラーフィルタを付
与すればカラー表示が可能となる。また、高純度のYM
C(イエロー・マゼンタ・シアン)のカラーフィルタを
用いることにより、色純度の高いカラー表示が可能であ
る。
示が得られ、カラーフィルターを用いた場合に色の濁り
がなく視認性のよい液晶表示装置を実現することができ
る。
図、
(a)は模式的断面図、(b)は屈折を説明する略図、
(a)は断面略図、(b)は光拡散層を説明する略断面
図、(c)は略平面図。
る系を示す略図。
座標のグラフ。
Claims (6)
- 【請求項1】 少なくとも2枚の基板と、前記基板間に
挟持された液晶層と、この液晶層を通過した光を反射す
る反射面と、少くとも前記反射面で反射した光を拡散す
る光拡散層とを有する反射型液晶表示素子において、 前記光拡散層は、屈折率の異なる2種の屈折率媒体から
なり第1の屈折率媒体の屈折率を光波長400nmでn
A(400 )、光波長700nmでnA(700 )とし、第
2の屈折率媒体の屈折率を光波長400nmでnB(40
0 )、光波長700nmでnB(700 )とするとき、 (nA(400 )/nA(700 ))×0.9≦(nB(40
0 )/nB(700 ))≦(nA(400 )/nA(700
))×1.1 であることを特徴とする反射型液晶表示素子。 - 【請求項2】光拡散層が、第1の屈折率媒体中に第2の
屈折率媒体の微粒子が分散された微粒子分散層である請
求項1記載の反射型液晶表示素子。 - 【請求項3】第1の屈折率媒体と第2の屈折率媒体を面
方向に規則性を持たせて交互に配置した回折格子層であ
る請求項1記載の反射型液晶表示素子。 - 【請求項4】 前記反面は鏡面であり、前記反射面の光
入射側に光拡散層が設けられる請求項1の液晶表示素
子。 - 【請求項5】 前記反射層は2枚の基板の観察側から見
て後方に位置する基板よりも観察側に位置することを特
徴とする請求項1または4記載の液晶表示素子。 - 【請求項6】 1枚以上の偏光子が用いられ、光拡散層
の屈折率媒体の屈折率が|nA(400 )−nB(400 )
| ≧ |nA(700 )−nB(700 )|のとき、2枚
の偏光子を平行配置したときの色度がa*<0、b*≦
0であり、|nA(400 )−nB(400 )| ≦ |n
A(700 )−nB(700 )|のとき、前記2枚の平行配
置された偏光子の色度がa*>0、b*≧0であること
を特徴とする請求項1、2または3記載の液晶表示素
子。
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