JPH1138397A

JPH1138397A - 反射型カラー液晶表示素子

Info

Publication number: JPH1138397A
Application number: JP9198320A
Authority: JP
Inventors: Kei Yoshikawa; 圭好川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】明るい多色表示可能な反射型カラー液晶表示
素子を提供する。【解決手段】透明電極の形成された透明な第１の基板
と、対向する電極が形成された第２の基板の間に液晶が
挟持された液晶表示素子において、前記第２の基板に反
射カラーフィルターが設置され、該反射カラーフィルタ
ーは光の干渉を利用して特定の波長域を反射し、その特
定波長域以外は透過する反射カラーフィルターであり、
かつ該反射カラーフィルターは反射波長域の異なる複数
種の領域に分割されて配置されており、該液晶表示素子
の液晶層の厚さが該液晶層の接する領域の反射カラーフ
ィルターの反射する波長領域に応じて異なることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型カラー液晶
表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液晶表示素子は時計や電子卓
上計算機をはじめとして、ノート型コンピュータやワー
ドプロセッサ、更にはテレビジョン受像機など、広い分
野にわたって使用されている。特に、液晶表示素子の中
でも、外部から入射した光を反射させて表示を行う反射
型液晶表示素子は、バックライトが不要であるので消費
電力が低く、薄型、軽量化が可能であるため、現在注目
されている。

【０００３】上記の液晶表示素子の表示モードとして、
液晶セル内の液晶分子配向を初期配向としては、いわゆ
るツイステッドネマティックモードが知られている。初
期配向を約９度ねじる、いわゆるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ
Ｎｅｍａｔｉｃ）モードや、ＴＮモードと類似のセル
構造で液晶のねじれ角が１８０〜２７０度に設定される
ＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉ
ｃ）モードが液晶表示素子に用いられている。

【０００４】ツイステッドネマティックモード、特にＳ
ＴＮモードでは、液晶の複屈折と液晶層との厚さに基づ
いて、表示が着色を呈してしまうため、表示用液晶パネ
ルに光学補償用パネルまたは膜厚が均一なポリカーボネ
ート等の高分子で形成される位相差板が重ね合わされる
ことによって色補正が行われるが、とくに位相差板を重
ね合わせるタイプが軽量かつ低コストであるとして工業
化されている。

【０００５】これらの液晶表示素子のカラー表示は次の
ようにして行われる。すなわち、液晶セル内に表示画素
毎に、例えば赤、緑、青の微小寸法の吸収型マイクロカ
ラーフィルタを設け、液晶モードの前記光スイッチング
特性を利用して、加色混合によリマルチカラー表示やフ
ルカラー表示が行われる。このカラー表示原理は、現
在、アクティブマトリックス駆動や単純マトリックス駆
動の透過型液晶表示素子に採用されている。

【０００６】吸収型カラーフィルターとツイステッド液
晶モードとを組み合わせてカラー表示を行う方法として
は、特開昭６０−１５９８２３号に開示されるように、
バックライトに線スペクトルに近い光源を用い、かつ吸
収型カラーフィルターに対応する液晶層の厚みを異なら
せ、色補償の効果をもたせた方式などがある。

【０００７】また、分子長軸方向と短軸方向とで吸光度
の異なる色素（二色性色素）を液晶に添加する、いわゆ
るゲストホストモードでは、偏光板を使用するハイルマ
イヤー型、偏光板を使用しないホワイト／ティラー型
（層転移型）、及び二層型等に分類されるが、いずれの
場合でも表示動作原理は同じである。

【０００８】つまり、この動作原埋によれば、色素分子
の配向は、印加電圧による液晶分子の配向を介して制御
されるが、透過光に対する色素分子の配置の差にもとづ
く眼光度差が表示に利用される。カラー表示は、色素と
して可視光の一部の波長を吸収する色素を用いるか、黒
色となる色素を使用したゲストホストセルに前記マイク
ロカラーフィルタを組み合わせることにより行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、以下の問題点を有している。ツイステッドネマテ
ィックモードでも、ゲストホストモードでも、カラー表
示を行うために吸収型マイクロカラーフィルタを設ける
方法では、カラーフィルタにより光が吸収されてしまう
ことになる。特に、反射型液晶表示素子においては素子
の表面側（表示面側）から入射し、素子の反射板で反射
されて表面側に出射する光は、吸収型カラーフィルタを
２回も通過することになり、表示内容が暗くなってしま
うという問題がある。

【００１０】また、ゲストホストモードにおいて、色素
として可視光の一部の波長を吸収する色素を用いる場
合、やはり反射型液晶表示素子においては素子の表面側
から入射し素子の反射板で反射されて表面側に出射する
光は、色素層を２回も通過することになり、表示内容が
暗くなってしまうという問題がある。

【００１１】即ち、光を吸収することによりカラー表示
を行う方法では、明るさを得ようとすると色輝度が落ち
るという欠点がある。また、ツイステッドネマティック
モードでの位相差板による色補正では、位相板の位相差
が均一なものが液晶パネルに貼り付けられているため、
各光の波長、例えば赤、縁、青それぞれに対応した最適
な補償が行われない。各光の波長に対応してツイステッ
ドネマティックモードの補償を行うには、特開昭６０−
１５９８２３号に開示されるような方法があるが、これ
は透過型液晶モードに使用されるものであり、かつ照明
光源となるバックライトに線スペクトルに近い光源を用
いることを特徴としており、さまざまな照明条件下で使
用される反射型液晶ディスプレイには適していない。

【００１２】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、明るい多色表示可能な反射型カラー液晶表示
素子を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明による請
求項１記載の反射型カラー液晶表示素子は、透明電極の
形成された透明な第１の基板と、対向する電極が形成さ
れた第２の基板の間に液晶が挟持された液晶表示素子に
おいて、前記第２の基板に反射カラーフィルターが設置
され、該反射カラーフィルターは光の干渉を利用して特
定の波長域を反射し、その特定波長域以外は透過する反
射カラーフィルターであり、かつ該反射カラーフィルタ
ーは反射波長域の異なる複数種の領域に分割されて配置
されており、該液晶表示素子の液晶層の厚さが該液晶層
の接する領域の反射カラーフィルターの反射する波長領
域に応じて異なることを特徴とし、このように構成する
ことにより、明るくかつコントラストの良い表示を得る
ことができる。

【００１４】本発明による請求項２記載の反射型カラー
液晶表示素子は、反射カラーフィルターが無機誘電体ミ
ラーからなることを特徴とし、このように構成すること
により、耐プロセス性が良好となる。

【００１５】本発明による請求項３記載の反射型カラー
液晶表示素子は、前記無機誘電体ミラー内に遮光層が設
けられることを特徴とし、このように構成することによ
り、プロセスの簡易化を図ることが可能となる。

【００１６】本発明による請求項４記載の反射型カラー
液晶表示素子は、前記カラーフィルターを形成する際
に、観察者から遠い側から赤の光を反射する層、緑の光
を反射する層、青い光を反射する層の順に積層されるこ
とを特徴とする。このように構成することにより、反射
する光の各波長領域において、良好な光学補償を得るこ
とができる。

【００１７】本発明による請求項５記載の反射型カラー
液晶表示素子は、前記液晶層がねじれたネマティック液
晶構造であることを特徴とする。このように構成するこ
とにより、コストを低くおさえることができ、かつ明る
いコントラストのよい反射型カラー液晶表示素子を得る
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形
態に限定されるものではない。

【００１９】＜実施形態１＞図１は本発明の実施形態の
反射型カラー液晶表示素子構造の断面概略図である。本
発明に係る液晶表示素子は、図１に示すように所定の間
隔で配された透明基板１及び反射カラーフィルター基板
２０を用い、基板１および基板２０間には液晶層３が設
けられる。透明電極１０は透明基板１の液晶層３に面す
る側に設けられ、透明電極９は反射カラーフィルター基
板２０の液晶層３に面する側に設けられる。透明電極
９、１０上には、液晶層３を挟持するように液晶配向膜
１２、１３が設けられる。反射カラーフィルター基板２
０の背面には光吸収層１１が設けられる。透明基板１の
透明電極１０と反対側の面に位相差板１４と偏光板１５
が設けられる。

【００２０】反射カラーフィルター基板２０は、お互い
に異なる波長域の光を反射するように微細に分割され設
定される。つまり、反射カラーフィルター基板２０上に
は、たとえば赤の波長を反射する領域２ｒと、緑の波長
領域を反射する領域２ｇと、青の波長を反射する領域２
ｂが形成される。反射カラーフィルター基板２０は、カ
ラーフィルター基板２の光吸収層１１の反対側から液晶
層３にむかって干渉フィルター４、遮光層５、干渉フィ
ルター６、遮光層７、干渉フィルター８の順に設けるこ
とにより作製される。

【００２１】次に、上記の構成を有する液晶表示素子の
製造方法の例を説明する。透明基板１として、厚みが
１．１ｍｍの７０５９ガラス基板（コーニンググラスワ
ークス社）を使用した。反射カラーフィルター基板２と
して、厚みが１．１ｍｍの７０５９ガラス基板（コーニ
ンググラスワークス社）上に、屈折率の異なる２種類の
透明な無機誘電体薄膜を交互に積層させた干渉フィルタ
ーを形成したものを使用した。本実施形態では屈折率の
低い物質として、二酸化珪素（ｎ＝１．４６）、屈折率
の高い物質とし二酸化チタン（ｎ＝２．４）を用いた。

【００２２】次に、干渉フィルターの詳細な作製条件を
示す。干渉フィルターは、二酸化珪素：ＳｉＯ₂と二酸
化チタン：ＴｉＯ₂のターゲットをスパッタリングする
ことにより交互に薄膜積層し、多層膜として形成され
る。２ｒ、２ｇ、２ｂの領域はそれぞれ、赤、緑、青の
光を反射するように層数と厚さを最適化している。上記
透明な誘電体簿膜の層数を増やしていくと、分光特性が
急峻になって、色分離の優れた干渉フィルターが得られ
る。例えば、赤では干渉フィルター層４全体の厚さを
１．２２μｍ、緑では１．２μｍ、青では０．５５μｍ
に設定する。各干渉フィルターを構成する薄膜の厚み
は、透明電極９および液晶配向膜１２の屈折率と厚みを
考慮し、前記透明電極９および液晶配向膜１２とが積層
された後の干渉色が設計した色となるよう決定する。干
渉フィルター層４と６の間にはシリコン：Ｓｉを厚さ
０．２５μｍに積層し遮光層５を、また干渉フィルター
層６と８の間にはＳｉを厚さ０．２５μｍに積層して遮
光層７を得た。

【００２３】基板上に３色の干渉フィルターを得るた
め、まず赤の光を反射する条件で薄膜を積層し、干渉フ
ィルター層４を形成する。次に、赤として残したい部分
２ｒを覆うマスクをおき、Ｓｉをスパッタリングし、遮
光層５を形成する。次に緑の光を反射する条件で薄膜を
積層し、干渉フィルター層６を形成する。次に、赤及び
緑として残したい部分２ｒおよび２ｇを覆うマスクをお
き、Ｓｉをスパッタリングし、遮光層７を形成する。次
に、青の光を反射する条件で薄膜を積層して、干渉フィ
ルター層８を形成し、反射カラーフィルター基板２０を
作製する。その結果、隣りあう各色の段差は、赤と緑の
間で１．４５μｍ、緑と青の間で０．８μｍとなる。

【００２４】本実施形態では１度のバッチ処理で３色の
干渉フィルターと遮光層を得たが、隣り合う各色の段差
が保持できていれば、各色層を積層したのちにフォトレ
ジスト塗布、露光、現像のフォトリソグラフィープロセ
スをおこなって反射カラーフィルター基板２０を作製し
てもよく、また一色を積層する毎にフォトリソグラフィ
ープロセスを繰り返して反射カラーフィルター基板２０
を作製してもよい。

【００２５】図２に本実施形態に使用した干渉フィルタ
ーの分光反射反射率を、図３にＣＩＥ色度図を示す。本
実施形態に用いた反射カラーフィルターは広い帯域をも
ったＤ６５光源のような光に対して良好な色純度と明る
さを与えることができる。光吸収層１１としてカーボン
微粒子をバインダーに添加したものを、印刷法によって
反射カラーフィルター基板２の透明電極９と反対側の面
に印刷した。この光吸収層１１は有機系色素または顔料
系色素をバインダーに添加したものを印刷法あるいはス
ピンナー法によって基板に形成してもよい。その他に、
黒色紙などの光吸収性シートを、接着剤によって反射カ
ラーフィルター基板２に貼り付けてもよい。また、反射
カラーフィルター基板２０および光吸収層１１に代えて
光吸収性を有する基板、たとえばポリカーボネート、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ア
クリル系とエポキシ系の重合体、架橋性のアクリルなど
の高分子にカーボンや黒色の顔料系または有機系の色素
を添加したものを用いてもよい。このように構成した場
合には、光眼収層１１が基板をも兼ねているために、製
造が簡略化されるという優れた特徴をも有する。

【００２６】次に、透明基板１および反射カラーフィル
ター基板２に透明電極としてＩＴ０膜９、１０を公知の
スパッタリング法によりそれぞれ形成した。本実施形態
ではＩＴ０の膜厚を約１０００Åに設定した。そしてフ
ォトレジスト塗布、露光、現像のフォトプロセスを行
い、電極をパターン化した。

【００２７】つぎに、液晶配向膜１２、１３として、Ｓ
Ｅ−１５０（日産化学製）を用い、スピンコート法にて
基板上に塗布し、２２０度の窒素置換オーブン中で１時
間焼成を行った後、ラビング法により配向処理を行っ
た。このとき、ラビング方向は配向時の液晶分子が上下
基板間で、左まわりに２４０度ツイストとなるように設
定した。

【００２８】基板間の間隔であるセル厚は小さすぎると
製造上の問題に加えて、光の変調が不十分となり、大き
すぎると必要な駆動電圧が大きくなると共に応答速度が
遅くなるといった制約を有している。そこで、透明基板
１とカラーフィルター基板２との間隔はいずれも２〜ｌ
５μｍの範囲が適当であり、好ましくは３〜１０μｍで
あり、本実施形態では基板間の最狭間隙が４μｍとなる
よう散布量を調整して、スペーサーとして４．１μｍの
グラスファイバー（日本電気硝子社製）を散布し、上下
基板を貼り合わせ、セルを作製した。なお、スペーサー
には球状のビーズ（積水化学製プラスチックビーズ、ま
たは日本触媒製真絲球）を散布してもよく、散布密度や
貼りあわせ後の加圧調整により、セル厚を調整すればよ
い。このとき、セル厚は青色表示部分で４μｍ、緑色表
示部分で４．８μｍ、赤色表示部分で６．２５μｍとな
った。

【００２９】このセルに、コレステリルノナノエート
２．２ｗｔ％を添加したネマティック液晶ＳＰ−８２４
７（チッソ石油化学社製、複屈折異方性＝０．１４３、
誘電率異方性＝７．７）を真空注入法により注入し、液
晶パネルを作製した。本実施形態のように、液晶層にね
じれたネマティック液晶構造をもつ液晶を使用すること
で、従来のツイステッドネマティックモードを用いるこ
とができるため、コストを低くおさえることができる。
しかしながら、本発明に用いる液晶層は、ねじれたネマ
ティック液晶構造をもつ液晶に限定されないことは言う
までもない。

【００３０】この液晶パネルの透明基板１の上面に、位
相差板１４と偏光板１５を貼り付ける。本実施形態で
は、位相差板１４は材質がポリカーボネートであり、波
長５５０ｎｍでの位相差は３８４ｎｍであり、位相差板
の遅相軸は液晶パネルの観察者側のラビング方向に対し
て反時計周りに９５°ずらして設定した。また、偏光板
（日東電工製Ｇ１２２０ＤｕＮ）の吸収軸は、位相差板
の遅相軸に対して反時計周りに１０°ずらして設定し
た。なお、本実施形態では位相差板１４は一枚である
が、複数枚の位相差板を積層してもよく、また位相差板
の材質、位相差および遅相軸設定角度、および偏光板吸
収軸設定角度は本実施形態に限定されず、液晶材料やセ
ル厚により設定をかえるとよい。

【００３１】図４に正面から反射型液晶表示素子を見た
ときのラビング方向、位相差板遅相軸、偏光板吸収軸の
設定角度を示す。図５、図６、図７に、本実施形態によ
り作成した液晶層の厚みの異なる反射型カラー液晶表示
素子の各波長（青色：４５０ｎｍ、緑色：５５０ｎｍ、
赤色：６５０ｎｍ）における電圧−反射率特性を示す。
光学補償条件がマッチングし、明るさとコントラストが
良好な特性が得られるのは、青色ではセル厚４μｍのと
き、緑色ではセル厚４．８μｍのとき、赤色ではセル厚
６．２５μｍのときであり、本実施形態では、液晶層の
厚みは青色表示部分で４μｍ、緑色表示部分で４．８μ
ｍ、赤色表示部分で６．２５μｍであるため、各波長に
おける良好な表示を得ることができた。

【００３２】＜実施形態２＞図８は本発明の実施形態の
反射型カラー液晶表示素子構造の断面概略図である。本
実施形態では、実施形態１における光吸収層１１を取り
除き、その代替として、干渉フィルターを積層する基板
２上に、光吸収層１１としてＳｉを０．２５μｍ以上、
本実施形態では０．７μｍ積層することで作成し、その
後に赤、緑、青の干渉フィルター４、６、８と遮光層
５、７したものである。本実施形態の特性は、実施形態
１と同等の良好な電圧反射率特性が得られた。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、反射カラーフィルター
を作成する際に生じる段差を利用して、液晶層の厚みを
変化させ、各波長で明るくコントラストの良好な反射型
カラー液晶表示素子を得ることができる。また、反射カ
ラーフィルターに干渉フィルターを利用することで効率
よい反射を行うことができるため、明るい表示を得るこ
とができる。

【００３４】また、無機誘電体ミラーを干渉フィルター
として用いることにより、耐プロセス性が良好な反射型
カラー液晶表示素子を得ることができる。また、反射カ
ラーフィルターを形成する際に同時に遮光層を形成する
ことで、プロセスが簡便となり、良好な表示を得ること
ができる。また、前記反射カラーフィルターを形成する
際に、観察者から遠い側から赤い光を反射する層、緑の
光を反射する層、青い光を反射する層の順に積層するこ
とで、それぞれの光の反射領域において最適な液晶層の
厚みを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の反射型カラー液晶表示素
子構造の断面概略図である。

【図２】本発明の実施形態１の干渉フィルターの分光反
射率を示すグラフである。

【図３】本発明の実施形態１の干渉フィルターのＣＩＥ
色度図である。

【図４】本発明の液晶パネルのラビング方向および光学
補償システム設定図である。

【図５】反射型カラー液晶表示素子で、青色光における
電圧−反射率特性にセル厚が及ぼす影響を示すグラフで
ある。

【図６】反射型カラー液晶表示素子で、緑色光における
電圧−反射率特性にセル厚が及ぼす影響を示すグラフで
ある。

【図７】反射型カラー液晶表示素子で、赤色光における
電圧−反射率特性にセル厚が及ぼす影響を示すグラフで
ある。

【図８】本発明の実施形態２の反射型カラー液晶表示素
子構造の断面概略図である。

【符号の説明】

１透明基板２、２０反射カラーフィルター基板２ｒ赤色反射領域２ｇ緑色反射領域２ｂ青色反射領域３液晶４、６、８干渉カラーフィルター５、７遮光層９、１０透明電極１１光吸収層１２、１３配向膜１４位相差板１５偏光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極の形成された透明な第１の基板
と、対向する電極が形成された第２の基板の間に液晶が
挟持された液晶表示素子において、前記第２の基板に反
射カラーフィルターが設置され、該反射カラーフィルタ
ーは光の干渉を利用して特定の波長域を反射し、その特
定波長域以外は透過する反射カラーフィルターであり、
かつ該反射カラーフィルターは反射波長域の異なる複数
種の領域に分割されて配置されており、該液晶表示素子
の液晶層の厚さが該液晶層の接する領域の反射カラーフ
ィルターの反射する波長領域に応じて異なることを特徴
とする反射型カラー液晶表示素子。
【請求項２】前記反射カラーフィルターが無機誘電体
ミラーからなることを特徴とする請求項１記載の反射型
カラー液晶表示素子。
【請求項３】前記無機誘電体ミラー内に遮光層が設け
られることを特徴とする請求項２記載の反射型カラー液
晶表示素子。
【請求項４】前記カラーフィルターを形成する際に、
観察者から遠い側から赤の光を反射する層、緑の光を反
射する層、青い光を反射する層の順に積層されることを
特徴とする請求項１乃至請求項３記載の反射型カラー液
晶表示素子。
【請求項５】前記液晶層がねじれたネマティック液晶
構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載
の反射型カラー液晶表示素子。