JPH04366925A - 反射型カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パーソナルコンピュー
タ・ワードプロセッサ等の表示部、薄形のＴ．Ｖ．装置
等に使用される反射型カラー液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】カラー表示を行うための手法の一つに、カ
ラーフィルタを透明電極パターンに合わせてそれぞれ形
成し、裏面に光源を設置しその透過光を利用してカラー
フィルタの色を認識する方法がある。しかし、この表示
方式は照明装置を必要とし、しかも通常偏光子を二枚設
置するＴＮモードやＳＴＮモードで用いられるため表示
が暗くなりやすいことから照明を非常に明るくする必要
があり、低消費電力化や薄型化を図るのが非常に難しい
という欠点があった。又、液晶駆動素子としてＴＦＴ（
Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を各画素
に対応させて設けるとともにカラーフィルタを設置し、
裏面に設置した光源からの光によってカラー表示を実現
する手法においても上記と同様の欠点があった。一方、
近年、ポリマーのマトリックス中に液晶を分散させたポ
リマー分散型液晶表示装置の提案がなされているが、こ
れらは、液晶層の厚さの影響を受けにくい、大面積化が
可能、偏光板を必要としない等の特徴を持つことから注
目されている。また、特開平１−２４１５２０号公報に
は、このポリマー分散型液晶を用い、カラーフィルタと
対応させてカラー表示を行う技術が開示されている。し
かし、該公報に記載の方法においても次のような欠点が
ある。すなわち、液晶が光を通過する状態を“ｏｎ”、
光を散乱する状態を“ｏｆｆ”とするため、“ｏｆｆ”
時でも表示面側から入射した光が液晶層で散乱されカラ
ーフィルタを透過してしまうので“黒色”の表示におい
て十分な黒さを得ることが難しく、したがって十分なコ
ントラスト比も得にくい。裏面からの光源を利用する構
造の場合には、光源の輝度を増加することによってある
程度はコントラスト比を向上させることができるが、“
黒色”の表示は白っぽくなってしまう。また、裏面から
の光源を利用せずに反射光を用いる構造の場合には、特
にコントラスト比が小さくなってしまう。また、電子通
信学会技報　　ＥＩＤ８９−１０３には、紫外線重合性
化合物が形成する３次元網目構造中に液晶を分散させた
ポリマーネットワーク型液晶を表示素子の液晶層として
用いることにより、低電圧駆動、優れた急峻性等の利点
が得られることが示してある。しかし、該文献はカラー
表示の実施について何ら言及していない。さらに、ＪＡ
ＰＡＮ　　Ｄｉｓｐｌａｙ’８９，ｐ５７２−５７５に
は、カプセル化液晶をＴＦＴにより駆動させ、照明手段
を用いて表示を行う技術が開示されているが、この手法
では液晶粒子によって透過光をｏｎ−ｏｆｆするのみの
ため、カラー表示は行われていない。

【０００３】

【目的】本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてな
されたもので、裏面からの光源を用いなくとも十分なコ
ントラスト比が得られるようにし、裏面からの照明を必
要としないカラー表示を可能とし、しかも裏面の照明装
置のないぶんだけより一層の薄型化が可能なカラー液晶
表示装置を提供することを目的としたものである。さら
に、液晶表示装置の電極としては透明電極が必要であり
、通常ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｎ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）な
どがよく用いられている。ここで用いられる透明電極材
料は本質的には光の吸収をともなうものであり、バルク
状あるいは厚膜では光を透過しないため、透明電極とし
て十分な光透過率を得るために薄膜状に形成している。 ところが透明電極のもう一つの重要な特性である電気伝
導性は光透過性（膜厚に依存）とほぼトレードオフの関
係にあるため、十分な光透過率と十分な電気伝導性を同
時に得ることは困難である。電極の電気抵抗が大きい場
合、表示におけるコントラストの低下や、電圧降下によ
る表示濃度ムラ、クロストークが起きやすいなどの問題
が生じ、表示品質が損なわれてしまう。本発明は、上記
のような問題についても解決することを目的としたもの
である。

【０００４】

【構成】本発明は、その中に含まれる色素によりカラー
フィルタの透過光を選択的に吸収できるような液晶層お
よび裏側表板に光反射層、特に光反射体により電極を形
成したことを特徴とする反射型カラー液晶表示装置に関
する。本発明の反射型カラー液晶表示装置を図面に基づ
き、以下詳細に説明する。図１は、本発明で用いられる
ような散乱型ＬＣＤの基本的構成をモデル的に示す図で
あり、図２は、その基本動作をモデル的に示す図である
。この液晶表示装置は、電極が形成された一対の基板を
離間、対向して配置し、その間に液晶層を設けた構造を
有している。該液晶層は、ＤＳ型（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓ
ｃａｔｔｅｒｉｎｇ）や、ＰＣ型（Ｐｈａｓｅ　Ｃｈａ
ｎｇｅ：相転移）などのモードの場合は液晶材料と色素
の混合物により形成され、その他ポリマー分散型、ポリ
マーネットワーク型の場合はそれぞれ、ポリマーマトリ
ックス中に液晶を分散させたポリマー分散型液晶、およ
びポリマーにより形成された三次元網状構造、すなわち
ポリマーネットワーク中に液晶を分散させたポリマーネ
ットワーク型液晶からなる膜により形成される。以下、
ポリマー分散型およびポリマーネットワーク型の場合を
例にとって説明する。図２中、１は透明電極が形成され
た表側基板、２は透明電極が形成された裏側基板、３は
両基板間に電圧を印加するためのスイッチ、４は液晶粒
子あるいはネットワーク中の液晶、５は液晶分子、６は
色素分子である。同図（ａ）は電圧無印加（オフ）時、
（ｂ）は電圧印加（オン）時の状態を示している。又、
図中７は液晶表示装置に対する入射光、８は液晶表示装
置がオフ状態の時に入射光が、液晶分子による散乱およ
び色素分子による吸収を経て外部に戻る光、９は液晶表
示装置がオン状態の時に入射光が、液晶分子による散乱
および色素分子による吸収をほとんど受けずに裏側基板
に到達する光である。なお、その他のモードの散乱型の
場合、電圧印加・無印加と、液晶層による光の散乱・透
過の関係が逆のものもあるが、電圧の印加・無印加によ
って光の散乱・透過を制御する機能を有する点で共通す
る。この機能を利用してカラー表示を行なう場合の基本
動作モデルの構成を図３（ａ）、（ｂ）に示す。図中３
〜９は図１と同様であり、１′は透明電極およびカラー
フィルタが形成された表側基板、２′は透明電極および
反射層が形成された裏側基板、１０は液晶表示装置がオ
ン状態の時に裏側基板に到達した光が反射層により反射
されて表側基板を透過し、外部に出ていく光である。液
晶層に電圧が印加されていない場合、図３に示すように
、液晶層中の液晶分子および色素分子は一定方向に配列
せずランダムな配向状態にある。そのため入射光はカラ
ーフィルタ（表側基板）を透過し、液晶層中で液晶分子
による散乱および色素分子による吸収を受け、再度カラ
ーフィルタを透過して外部に到達し使用者に観察される
。カラーフィルタの光透過特性と色素の光吸収特性の組
合せ、および色素濃度等の条件により、外部からカラー
フィルタを透過して入射した光を色素によりほとんど吸
収することが可能となり、したがって“黒”の表示が可
能となる。一方、液晶層に電圧が印加された場合、図３
に示すように、液晶層中の液晶分子および色素分子は一
定方向（基板に垂直な方向）に配列する。そのためカラ
ーフィルタ（表側基板）を透過してきた入射光は、液晶
層中で液晶分子による散乱および色素分子による吸収を
ほとんど受けずに裏側基板に到達し、反射層により反射
され再度液晶層及び表側基板を透過して外部に到達して
使用者に観察される。したがって、この場合カラーフィ
ルタの光透過特性による色の表示が可能となり、異なる
光透過特性を有するカラーフィルタを設置することによ
り多色のカラー表示が可能となる。色素については各カ
ラーフィルタすべての透過光を吸収する色素を用いても
よいし、各カラーフィルタに対応する色素を混合して用
いてもよい。以上からＲ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタと
これらに対応する色素を用いてドットマトリックス状の
構成にすることによりカラー液晶表示が実現される。Ｒ
、Ｇ、Ｂの各画素で一つの表示単位としてみた場合、Ｒ
、Ｇ、Ｂとも電圧無印加（ｏｆｆ）のとき表示は黒色と
して認識され、Ｒ、Ｇ、Ｂとも電圧印加（ｏｎ）のとき
表示は加法混色により白色として認識される。その他、
Ｒ、Ｇ、Ｂについてそれぞれのｏｎ、ｏｆｆの組合せに
より種々の色が得られる。本発明のカラー液晶表示装置
の駆動方式としては、各画素に対して、それぞれの画素
に非線形素子（薄膜トランジスタ：ＴＦＴ、あるいＭＩ
Ｍダイオードなど）を用いてもよい。本発明に用いたポ
リマー分散型液晶やポリマーネットワーク型液晶（以下
これらを総称してＰＤＬＣと呼ぶ）は、液晶層の光散乱
を利用した液晶表示方式のうちの他方式ＰＣ型（Ｐｈａ
ｓｅ　Ｃｈａｎｇｅ：相転移）、ＤＳ型（Ｄｙｎａｍｉ
ｃ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）、熱効果型等に比較して液
晶分子を配向させるラビング等の工程が必要ないため、
安定した表示品質を得やすい。しかしＰＤＬＣは従来の
ＳＴＮ型液晶等と比べると電気光学特性の急峻度が悪い
ため単純マトリックス駆動を行なう場合、デューティ比
は１／６０〜１／１００程度が限界であり、ディスプレ
イの大画面化は難しいと考えられる。そこで前記のよう
な画素一個一個にＴＦＴ、ＴＦＤ、ＭＩＭ等の非線形素
子を使用する方式を採用すれば上記のような問題はなく
なり、安定した表示品質と大画面化、高精細化が可能と
なる。特に本発明においては、光反射体により裏側基板
内側（液晶層側）に電極を形成すれば、従来の透明電極
のように光を透過する必要がないため、すなわち電極の
厚みを極度に薄くする必要がないため、十分な電気伝導
性が得られるような厚みに設定できる。またこの方式に
よれば、裏側基板はこの液晶表示装置において反射体電
極よりも外側に位置するため、光を透過する必要がない
。従って基板材料選択の自由度が大きく拡がる。反射体
電極の材料としては可視光をよく反射しかつ電気伝導性
に優れるものが選ばれるが、なかでも金属が好ましく基
板上への形成性（温度、微細加工性等）の点から、Ａｌ
、Ａｇ、Ｃｒ等の金属が特に好ましく、蒸着法やスパッ
タ法などの一般的な成膜法およびフォトリソ法などのパ
ターン形成法を用いることにより、２００℃以下程度の
温度で微細パターン状に反射体電極を形成することがで
きる。また、形成後の反射体電極表面は鏡面状でもよい
が、適当な化学的または物理的方法により表面を適度に
荒らすことによってより効率的で入射光の角度依存が少
ない反射光が得られる。本発明のカラー液晶表示装置に
ついて図面に基づき説明したが、該表示装置はそれに限
定されるものではなく、本発明の目的を達成する範囲内
で種々の態様をとり得る。例えば、表側基板とカラーフ
ィルム、および裏側基板と反射層の位置関係等は適宜変
更することができる。

【０００５】

【実施例】

〔実施例１〕図４は本発明による一実施例のカラー液晶
表示装置を示したものである。図中、１１は表側基板、
１２は裏側基板、１３は透明電極、１４は反射層、Ｒ、
Ｇ、Ｂはそれぞれ赤、緑、青のカラーフィルタである。 表側基板１１および裏側基板１２としてはガラスを用い
たが、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート
、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレートなどのよう
な透明なポリマー基板を使用することもできる。液晶層
としては、下記のようないわゆるポリマー分散型液晶を
用いた。エポキシ樹脂と硬化剤を所定量混合した液に、
シアノビフェニル系のネマティック液晶を重量で４：１
の割合で混合し、さらに二色性色素を添加した後、これ
をホモジナイザーにて均一混合した液晶分散液を透明電
極上に塗布後８０℃で加熱硬化して液晶層を作成した。 エポキシ樹脂のかわりにポリビニルアルコール、二官能
型光硬化アクリル樹脂等を用いることができる。液晶と
してはシアノフェニル系以外にもエステル系、ピリミジ
ン系などや、それらの混合物等の通常のネマティック液
晶を用いることができる。色素としてはアゾ系、アント
ラキノン系、ベンゾキノン系、ナフトキノン系、ポリメ
チン系等の正の二色性色素が例示され、ここではＲ、Ｇ
、Ｂのカラーフィルタの透過光すべてを吸収するように
数値を混合して用いた。液晶粒子の大きさは１０μｍ以
下程度（１〜１０μｍ）が適当であり、その含有量は１
０〜５０ｗｔ％程度が適当である。色素の添加量は２０
ｗｔ％以下程度が適当である。液晶層の厚さは約１５μ
ｍであった。本実施例の表示装置において、表側基板と
カラーフィルタ、および裏側基板と反射層の位置関係は
適宜変えられてよく、これは以下の実施例についても同
様である。 〔実施例２〕液晶層としていわゆるポリマーネットワー
ク型液晶を用いて実施例１と同様のＬＣＤを作製した。 液晶層の作製手順は以下のとおりである。ポリメチルメ
タクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）の１５ｗｔ％トルエン溶
液に重量比１０：１の割合でネマティック液晶を添加し
撹拌により均一化した後で透明電極上に塗布後加熱して
溶媒を除去することにより液晶層が形成される。このポ
リマーネットワーク型液晶に用いられるポリマーとして
は、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、
ポリビニルアルコール、シロキサン系、エステル系等の
高分子液晶、およびエポキシ樹脂、ポリアミド等通常の
高分子化合物等が例示され、液晶および色素としてはポ
リマー分散型と同様のものが例示される。液晶の含有量
はポリマー分散型よりも多くすることが容易で、４０〜
８０ｗｔ％程度が適当である。色素添加量はポリマー分
散型と同程度が適当である。液晶層の厚みとしては２０
μｍ以下が適当である。 〔実施例３〕液晶層としてＰＣ型の液晶材料と色素の混
合物を用いて実施例１と同様のＬＣＤを作製した。ＰＣ
型の液晶材料としては、誘電異方性が正のコレステリッ
ク液晶、またはこれと誘電異方性が正のネマテック液晶
との混合液晶が用いられ、色素およびその添加量はポリ
マー分散型と同様である。該液晶と該色素を混合し、垂
直配向処理を施した表側および裏側基板間に封入した。 液晶層の厚みは２０μｍ以下が適当である。 〔実施例４〕図５は実施例１および２で示したような液
晶表示装置の駆動方式として、各画素対応の非線形スイ
ッチング素子を設けたものを示している。図中１５は裏
側基板上に設置されたスイッチング素子であり、これが
各画素ごとに形成され、入力されたデータに応じてそれ
ぞれが対応する画素のスイッチング動作を行なう。素子
としてはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）やＭＩＭ等が用いられる。 〔実施例５〕表側基板側の透明電極としてＩＴＯを用い
、裏側基板側の反射体電極材料としてＡｌを使用し、真
空蒸着法及びフォトリソ（エッチング）法により、成膜
およびパターニングを行ない、２０００Å厚の反射体電
極（このときの電極の抵抗は約１０２Ω／□）を形成し
、実施例１と同様にしてカラー液晶表示装置を作製した
（図６）。 〔実施例６〕反射体電極材料としてＣｒを用い、実施例
５と同様にしてＬＣＤを作製した。電極の形成方法とし
ては、真空蒸着法およびフォトリソ（リフトオフ）法を
用い、約１５００Å厚の反射体電極を形成した。 〔実施例７〕実施例５および６で示したカラー液晶表示
装置に、その駆動方式として各画素対応のスイッチング
素子を設けたものを作製した（図７）。図中１５は、裏
側基板上に設置されたスイッチング素子であり、これが
各画素毎に形成され、入力されたデータに応じてそれぞ
れ対応する画素のスイッチング動作を行なう。

【０００６】

【効果】（１）請求項１の発明における効果請求項１に
おいては、液晶層に電圧を印加しない場合にカラーフィ
ルタの透過光が液晶層中の色素により吸収されて表示面
側に戻らない構成にしたことにより、従来難しいとされ
ていた“黒”の表示が可能となり、またさらに液晶層に
電圧を印加した場合にカラーフィルタの透過光が裏側基
板の反射層によりそのまま表示面側に戻る構成にしたこ
とから裏面からの照明や偏光板を用いなくても十分なコ
ントラスト比を有する液晶表示装置が実現できる。 （２）請求項２の発明における効果 光反射体により電極における電気伝導性の向上、すなわ
ち電極の低抵抗化が実現するため、さらに表示における
クロストークや濃度ムラ等の問題が改善される。 （３）請求項３の発明における効果 液晶層としてポリマーにより形成された三次元網状構造
に取り囲まれるように分散させたポリマーネットワーク
型液晶からなる膜、またはポリマーのマトリックス中に
粒子状に分散させたポリマー分散型液晶からなる膜を用
いているため、応答速度が速く、また液晶分子を配向さ
せるラビング等の工程が必要ないため安定した高表示品
質が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー液晶表示装置の基本的構成を、
モデル的に示す図である。

【図２】本発明のカラー液晶表示装置の基本的動作を、
モデル的に示す図である。

【図３】（ａ）液晶層に電圧が印加されていない場合の
状態を示す図である。 （ｂ）液晶層に電圧が印加されている場合の状態を示す
図である。

【図４】液晶層としてポリマー分散型液晶を用いた本発
明のカラー液晶表示装置の１実施例を示す図である。

【図５】液晶表示装置の駆動方式として、各画素対応の
非線形スイッチング素子を設けた本発明のカラー液晶表
示装置の１実施例を示す図である。

【図６】裏側基板に反射体電極を設けた本発明のカラー
液晶表示装置の１実施例を示す図である。

【図７】裏側基板に反射体電極を設け、液晶駆動方式と
して、各画素対応のスイッチング素子を設けた本発明の
カラー液晶表示装置の１実施例を示す図である。

【符号の説明】

１　　透明電極が形成された表側基板 １′　　透明電極およびカラーフィルタが形成された表
側基板 ２　　透明電極が形成された裏側基板 ２′　　透明電極および反射層が形成された裏側基板３
　　スイッチ（スイッチング素子） ４　　液晶粒子あるいはネットワーク中の液晶５　　液
晶分子 ６　　色素分子 ７　　入射光 ８　　液晶粒子あるいはネットワーク中の液晶からの戻
り光 ９　　裏側基板へ到達した光 １０　　反射層による反射光 １１　　表側基板 １２　　裏側基板 １３　　透明電極 １４　　反射層 １５　　スイッチング素子 １６　　反射体電極 １７　　保護膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液晶駆動用電極を設けた一対の基板間
   に液晶と色素からなる液晶層を挾持した構造を有し、該
   液晶層が電圧を印加された場合と印加されない場合とで
   光を散乱する状態と光を透過する状態とに変化すること
   を利用したカラー液晶表示装置において、表示側（表側
   ）の基板にカラーフィルタを設けること、該液晶層はそ
   の中に含まれる色素により該カラーフィルタの透過光を
   選択的に吸収できるような構造を有するものであること
   、および裏側の基板に光反射層を設けたものであること
   を特徴とする反射型カラー液晶表示装置。
2. 【請求項２】　　裏側基板の内側（液晶層側）に光反射
   体により電極を形成した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装置。
3. 【請求項３】　　液晶層が、ポリマーにより形成された
   三次元網状構造に取り囲まれるように液晶を分散させた
   ポリマーネットワーク型液晶からなる膜、またはポリマ
   ーのマトリックス中に液晶を粒子状に分散させたポリマ
   ー分散型液晶からなる膜により構成されることを特徴と
   する請求項１又は２記載の反射型カラー液晶表示装置。