JPH11160538A - 偏光素子とその製造方法及び表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置に内蔵可能であり且つ直線偏光
板及び４分の１波長板の機能を兼ね備えた偏光素子を提
供する。 【解決手段】 偏光素子は基板２の上に直接形成された
偏光層９からなる。この偏光層９は成膜された高分子液
晶９ａとその中に分散された二色性色素９ｂとからな
る。高分子液晶９ａは所定の方向に一軸配向した液晶を
側鎖に含んでいる。二色性色素９ｂは入射光に対して分
子の長軸と短軸とで異なる吸光度を呈する。高分子液晶
９ａの一軸配向に合わせて二色性色素９ｂの分子の長軸
が所定の方向に整列しており、入射光に含まれる振動成
分を選択的に吸収透過して偏光に変換する。偏光素子は
そのリターデーションが（２ｎ＋１）・λ／４となるよ
うに成膜されており、４分の１波長板としての機能を有
する。但し、λは可視領域の波長であり、ｎは零又は整
数である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は入射光を直線偏光に
変換する偏光素子及びその製造方法に関する。又、偏光
素子を用いた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶等を電気光学物質とした表示装置に
使用される偏光素子の多くは図１６の様な構造となって
いる。偏光基体１０１に偏光粒子を吸着分散させて偏光
素子とし、その耐久性及び機械的強度を保持する為支持
体１０２に挟み込み、接着剤層１０３で固定するという
方法で生産されている。偏光素子は、基本的な機能とし
て、高い偏光機能を発揮することと同時に外観特性や耐
久性に優れ、部品として加工しやすく、使いやすいこと
などが重要である。これらの機能を満足させる為、現在
市場に供給されている表示装置用の偏光素子は、偏光粒
子としてヨウ素などのハロゲン物質や染料を用いたもの
が中心となっている。偏光基体１０１としてはポリビニ
ールアルコールのフィルムが多く使用されている。ポリ
ビニールアルコールのフィルムを異なるスピードで回転
するローラの間で一定方向に約３乃至５倍延伸する。延
伸されたポリビニールアルコールのミセルは延伸方向に
配列し、配列したフィルムは強い複屈折が発生する。

【０００３】上述した偏光素子は一般に偏光板として市
場に供給される。偏光板の片面にはあらかじめ接着剤が
塗布されている。表示装置に組み込む場合には、その主
たる構成要素である液晶パネルの外面に接着剤を介して
偏光板を貼着する。この貼着作業はパネルと偏光板との
間に気泡や異物を巻き込まない様に行なう必要があり、
製造工程上の負担となる。又、従来の偏光素子は液晶パ
ネルの内部に挿入することは困難である。反射型の表示
装置の場合、偏光素子を内部に組み込んだ方が入射光の
利用効率や画質といった観点から好ましいにも関わら
ず、従来の偏光板ではこれを実現することができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】外付けの偏光板に替え
て内蔵の偏光素子を利用した表示装置が開発されてお
り、例えば特開平２−１０１４３１５号に開示されてい
る。偏光素子は偏光層として基板に成膜されている。偏
光層は二色性色素が混入された高分子液晶から成り、一
軸異方性が付与されている。二色性色素としてはメロシ
アニン系、スチリル系、アゾメチン系、アゾ系、アント
ラキノ系の染料等が使われる。高分子液晶としては、熱
的過程により容易且つ良好に一軸配向が付与できる点か
らみて、サーモトロピック系を用いることが望ましい。
又、発現した一軸異方性を長期間保持させるために、ガ
ラス転移温度が表示装置の使用温度よりも高いサーモト
ロピック高分子液晶を使用する。偏光層を形成するに
は、高分子液晶をトルエン、テトラヒドロフラン等の適
当な溶媒に溶かし、二色性色素を混入した後、蒸着、ス
ピンコート、ローラコート、ディッピング等の方法によ
り塗布し、次いで熱処理乾燥すれば良い。二色性色素は
入射光に対して分子の長軸と短軸とで異なる吸光度を呈
する。二色性色素はその分子の長軸が高分子液晶の一軸
配向に合わせて整列している。これにより、偏光層は入
射光に含まれる振動成分を選択的に吸収透過してほぼ直
線偏光に変換することができる。

【０００５】しかしながら、偏光層を表示装置に内蔵し
て実用に耐える程度の表示コントラストを得るために
は、二色性色素を比較的高濃度で高分子液晶に添加する
必要がある。あるいは、二色性色素の濃度を低くした場
合には偏光層の厚みを大きく取る必要があった。いずれ
にしても、二色性色素の分量が多くなり、長軸方向の光
吸収ばかりでなく短軸方向の光吸収が必然的に増加し、
白表示の明るさが減少してしまうという課題があった。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に係
る偏光素子は基本的に、成膜された高分子とその中に配
合された色素とからなる。前記高分子は所定の方向に一
軸配向した液晶を側鎖に含んだ高分子液晶である。又、
前記色素は、入射光に対して分子の長軸と短軸とで異な
る吸光度を呈する二色性色素である。該二色性色素は高
分子液晶の一軸配向に合わせて分子の長軸が該所定の方
向に整列しており、入射光に含まれる振動成分を選択的
に吸収透過して偏光に変換する。特徴事項として、前記
高分子はそのリターデーションが（２ｎ＋１）・λ／４
（但し、λは可視領域の波長であり、ｎは零又は整数）
となるように成膜されている。

【０００７】係る構成を有する偏光素子は以下の工程に
より製造される。まず、高分子液晶と二色性色素を溶媒
に溶解した溶液を調製する。次に、基板の表面を所定の
方向に沿って配向処理する。更に、配向処理された基板
の上に該溶液を塗工して、膜厚が（２ｎ＋１）・λ／４
（但し、λは可視領域の波長であり、ｎは零又は整数）
となるように塗膜を形成する。最後に、塗膜を熱処理し
て高分子液晶を該所定の方向に一軸配向させ、該二色性
色素を一軸配向に従って整列させる。

【０００８】本発明は、上述した偏光素子を内蔵した表
示装置を包含する。この表示装置は反射型であり基本的
に一対の基板を用いて組み立てられる。第一の基板は入
射側に位置し電極が形成されている。又、第一の基板に
は偏光板が接合している。第二の基板は反射側に位置し
電極が形成されているとともに、所定の間隙を介して該
第一の基板に接合している。両基板の間隙に液晶が保持
されている。第二の基板と液晶との間に偏光層が介在し
ている。この偏光層は高分子液晶に二色性色素を分散し
た状態で一軸配向したものであり、液晶パネルの内部に
組み込まれている。特徴事項として、該偏光層はそのリ
ターデーションが（２ｎ＋１）・λ／４（但し、λは可
視領域、ｎは零又は整数）となるように形成されてい
る。これに対応して、前記液晶はツイスト角が４５°乃
至１３５°の範囲で最適にツイスト配向されている。好
ましくは、前記偏光層は該一軸配向の方向からα°（０
°＜α°＜４５°）傾いた方向に最大吸収軸を有し、前
記液晶はツイスト角が９０°−α°又は９０°＋α°に
最適化されている。また好ましくは、前記偏光板はその
透過軸が該偏光層の最大吸収軸と平行になるように配さ
れている。

【０００９】本発明によれば、一軸配向した高分子液晶
に二色性色素を分散させることで、その光吸収の異方性
を利用した偏光板としての機能を得ている。加えて、高
分子液晶の一軸配向性を利用した位相差板としての機能
を同時に付与している。特に、高分子液晶のリターデー
ション（屈折率異方性と膜厚の積）が実質的にλ／４と
なるように膜厚を制御することで、４分の１波長板とし
ての機能を実現している。直線偏光板と４分の１波長板
の機能を合わせ持つ偏光素子を液晶表示装置に組み込む
ことで、白表示の明るさの低下を生じることなく、表示
コントラストを改善することが可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１の（Ａ）は本発明に係る
偏光素子の基本的な構成を示す模式的な断面図である。
図示する様に、本発明に係る偏光素子は、基板２に直接
形成された偏光層９として与えられる。偏光層９は基本
的に、成膜された高分子液晶９ａとその中に配合された
二色性色素９ｂとからなる。高分子液晶９ａは所定の方
向に一軸配向した液晶を側鎖に含んでいる。図では、紙
面と平行な方向に一軸配向した高分子液晶９ａを楕円体
で模式的に表わしている。一方、二色性色素９ｂは入射
光に対して分子の長軸と短軸とで異なる吸光度を呈す
る。二色性色素９ｂは高分子液晶９ａの一軸配向に合わ
せて分子の長軸が紙面と平行な方向に整列している。係
る構成により、偏光層９は入射光に含まれる振動成分を
選択的に吸収透過してほぼ直線偏光に変換することがで
きる。なお、基板２と偏光層９との間に高分子液晶９ａ
を一軸配向させる為の下地配向層２２が設けられてい
る。

【００１１】特徴事項として、一軸配向した高分子液晶
９ａはそのリターデーションが（２ｎ＋１）・λ／４
（但し、λは可視領域の波長であり、ｎは零又は整数）
となるように成膜されている。好ましくは、λは可視領
域のうち特に視感度が高くなる５００ｎｍ乃至６５０ｎ
ｍの範囲が選ばれる。リターデーションは高分子液晶９
ａの屈折率異方性と膜圧の積で与えられる。屈折率異方
性は高分子液晶９ａの一軸配向方向の屈折率とこれに直
交する方向の屈折率との差である。一般に、高分子液晶
９ａの材料に応じて屈折率異方性が決まるので、実際の
製造過程では高分子液晶９ａの膜厚を制御することでリ
ターデーションを（２ｎ＋１）・λ／４に調整し、４分
の１波長板としての機能を得ている。

【００１２】（Ｂ）は、（Ａ）に示した偏光層９の光学
特性を評価するために用いた測定系を模式的に表したも
のである。反射板８の上に偏光層９を配置し、その上に
直線偏光板４を重ねてある。偏光板４側から光を入射
し、偏光板４の透過軸（双頭矢印で示す）を回転させな
がら反射光強度を測定した。

【００１３】（Ｃ）は測定結果を示すグラフである。横
軸に偏光板４の透過軸の角度を示し、縦軸に反射光強度
を取ってある。尚、角度は偏光層９の一軸配向方向と偏
光板４の透過軸が一致するときを基準の０°に取ってあ
る。グラフ中、カーブは二色性色素９ｂの濃度が０％
の場合を示し、カーブは濃度が８％の場合を示し、カ
ーブは濃度が１０％の場合を示している。濃度が０％
の場合偏光板としての機能はなく、単純な４分の１波長
板として機能する。従って、カーブに示すように、高
分子液晶９ａの一軸配向方向と偏光板４の透過軸が４５
°の角度をなしたとき、反射光強度が最小になる。この
状態では、偏光板４を透過した直線偏光は４分の１波長
板を通過すると円偏光になる。反射板８で反射した光は
再び４分の１波長板を通過すると直線偏光になる。この
際、反射光の直線偏光方向は入射光の直線偏光方向に対
して９０°回転するので、偏光板４により反射光は殆ど
吸収されることになる。これに対し、カーブで示すよ
うに十分な濃度で二色性色素９ｂを添加すると偏光層９
は偏光板の機能が支配的となり、偏光板４の角度が０°
のとき吸収が最大になる。即ち、偏光板４の透過軸は二
色性色素９ｂの分子長軸と一致するので入射直線偏光は
殆ど吸収されることになる。一般に、ｐ型の二色性色素
では長軸方向に大きな吸光度を示し短軸方向に小さな吸
光度を示す。逆に、ｎ型の二色性色素では長軸方向に小
さな吸光度を示し短軸方向に大きな吸光度を示す。本例
はｐ型の二色性色素９ｂを用いており、分子長軸方向の
吸収が大きい。しかし、分子短軸方向にもある程度の吸
収があり、二色性色素９ｂの濃度が高くなると全体の透
過光量が低くなってしまい、表示装置に応用した場合画
面が暗くなる。

【００１４】二色性色素９ｂの添加濃度が高くなるにつ
れ、反射光強度特性はカーブからカーブに移行す
る。カーブは中間に位置しており、二色性色素９ｂの
添加濃度は８％である。尚、偏光層９のリターデーショ
ンは１５０ｎｍに設定してある。カーブの場合、４分
の１波長板としての機能と偏光板としての機能が混在し
ており、吸光度が極小になる偏光板４の角度はα＝±２
５°近辺に位置する。カーブから明らかなように、角
度±αにおける反射光強度は０°における反射光強度よ
りも低くなっている。従って、角度±αでは二色性色素
９ｂによって得られる吸収より以上の吸収が得られる。
±αにおける吸収を表示装置に利用すれば、二色性色素
９ｂの添加濃度を極端に上げることなく実用的に十分な
黒表示を得ることができる。即ち、本発明に係る偏光素
子を表示装置に応用した場合、白表示の明るさを損なう
ことなく十分に暗い黒表示を得ることができ、全体とし
て表示コントラストを向上することが可能になる。

【００１５】図２を参照して、図１の（Ａ）に示した偏
光層の形成方法を詳細に説明する。まず配向工程（Ａ）
を行ない、ガラスや石英などの絶縁性を有する基板２の
表面を所定の配向方向に沿って配向処理する。例えば、
基板２の表面にポリイミドフィルムなどからなる下地配
向層２２を成膜した後、配向方向に沿ってこのポリイミ
ドフィルムをラビングすればよい。なお、下地配向層２
２としてはポリイミドに代えて、ポリアミック酸やポリ
ビニールアルコールなどを用いることができる。場合に
よっては、基板２の表面を直にラビングしてもよい。次
に成膜工程（Ｂ）を行なう。まず、高分子液晶９ａと二
色性色素９ｂを溶媒に溶解した溶液を予め調製してお
く。この溶液を配向処理された基板２の上に塗工して塗
膜を形成する。この際、高分子液晶９ａのリターデーシ
ョンが実質的にλ／４となるように塗膜の厚みを調整す
る。具体的には、高分子液晶９ａと二色性色素９ｂを適
当な溶媒に溶解させ、スピンコート、ワイヤコートある
いは各種の印刷などにより、すでに配向処理を施された
基板２の表面に所定の厚みで塗布する。溶媒としては、
例えばシクロヘキサノンとメチルエチルケトン（ＭＥ
Ｋ）を８：２の割合で混合した溶液を使用することがで
きる。溶液を塗工した後溶媒が蒸発するのに充分な温度
で加熱乾燥する。最後に温度処理工程（Ｃ）を行ない、
基板２を一旦転移点以上に加熱した後転移点以下の室温
まで除冷し、成膜された高分子液晶９ａを配向方向に整
列させて偏光層９を形成する。なお、場合によっては液
晶相で一定時間放置することにより所望の一軸配向を得
ることも可能である。図示する様に、成膜段階では高分
子液晶に含まれる液晶分子はランダムな状態にあるのに
対し、温度処理工程後では液晶分子は配向方向に沿って
整列し、所望の一軸配向性が得られる。これに合わせ
て、二色性色素も一軸配向状態となる。なお、上述した
例ではすでにポリマー状態にある高分子液晶を溶媒に溶
解して基板に塗工しているが、これに代えてモノマー状
態の材料を使用することもできる。この場合、モノマー
状態で一軸配向させ、その後紫外線などを照射して重合
させることによりポリマーを得る。モノマー状態の液晶
の粘度が低い場合には、溶媒を用いることなく二色性色
素を直接液晶に溶解し、基板の上に所望の厚みで塗布す
ることも可能である。

【００１６】図３は、高分子液晶９ａの具体例を示して
おり、いずれも側鎖型の化学構造を有している。（Ｉ）
は側鎖に入るペンダントとしてビフェニルベンゾアート
を有する高分子液晶を示している。即ち、アルキル主鎖
には所定の間隔で側鎖が結合している（図では１個の側
鎖のみ示している）。この側鎖のスペース長は炭素数で
６となっているが、本発明はこれに限られるものではな
い。この側鎖の先端にペンダントとしてビフェニルベン
ゾアートが結合している。（II）はペンダントとしてビ
フェニルベンゾアートに加えメトキシビフェニルを有す
る側鎖型高分子液晶を表わしている。メトキシビフェニ
ルが結合する側鎖のスペース長は炭素数で２個となって
いるが本発明はこれに限られるものではない。(III）
は、メトキシフェニルベンゾアートをペンダントとして
持つ側鎖型高分子液晶を示している。側鎖はスペース長
が炭素数で２個と６個のものを主鎖に結合している。
（Ｉ）型及び（II）型は（III)に比べて耐溶剤性に優れ
ている。更には、（IV）で示す側鎖型高分子液晶も良好
な一軸配向性を示す。

【００１７】図４は、二色性色素９ｂの具体例を表わし
ている。本例では、色素Ａ乃至Ｅを混合して黒色の二色
性色素を調合した。色素Ａは単独で青色を呈し、色素Ｂ
は単独で黄色を呈し、色素Ｃは単独で赤色を呈し、色素
Ｄは単独で青紫色を呈し、色素Ｅは単独で青色を呈す
る。各色素の吸収スペクトルを図５に示す。これらの色
素をＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄ：Ｅ＝２：１：１：１：１の割合で
混合し黒色の二色性色素を調製した。この混合物の吸光
特性を評価する為、誘電異方性が負のネマティック液晶
（メルク社製）に３ｗｔ％の割合で溶解した。この液晶
組成物を垂直配向膜が形成された液晶セルに封入した。
このセルの光学的特性を瞬間マルチ測光検出器を用いて
測定した。図６に、４．５Ｖと０Ｖ印加時の吸収スペク
トルを示す。印加電圧が０Ｖの時にはネマティック液晶
は垂直に配向している。これに合わせて二色性色素も垂
直に配向している。この場合、入射光はほとんど吸収さ
れず、吸光度は０に近い。一方、印加電圧が４．５Ｖの
時には液晶が水平配向に移行し二色性色素もこれに合わ
せて水平配向状態となる。この場合には入射光に対する
吸光度が大きく上昇している。本例では黄色色素Ｂ、赤
色色素Ｃ、青色色素Ｅ、青紫色色素Ｄ及び青色色素Ａを
各々重量比で１：１：１：１：２の割合で混合してい
る。特に、吸光係数が大きく二色性比の大きなチエノチ
アゾール環を有するジスアゾ系の青色色素Ｅとベンゾチ
アゾール環を有するトリスアゾ系の青紫色色素Ｄを使用
している。更に、チエノチアゾール環を有するジスアゾ
系の赤色色素Ｃも使用している。これらの色素は図５か
ら明らかな様に比較的大きな吸光度を有し、高い二色性
比を持っている。

【００１８】図７は、本発明に係る偏光層を内蔵した反
射型の液晶表示装置を示す模式的な部分断面図である。
本表示装置はノーマリホワイト型であり、電圧無印加状
態で白色表示となり、電圧印加状態で黒色表示となる。
図は電圧無印加状態を表している。本表示装置は入射側
に位置する第一の基板１と反射側に位置する第二の基板
２とを所定の間隙を介して互いに接合したパネル構造を
有する。第一の基板１には偏光板４が接合している。第
二の基板２の内表面には光反射層８が形成されている。
両基板１，２の間隙には液晶３が保持されている。液晶
３と光反射層８との間には偏光層９が介在している。
尚、場合によっては液晶３と偏光層９との間に保護層を
設けてもよい。この保護層は例えば透明なフッ素樹脂膜
又はアクリル樹脂膜等からなる。偏光層９は高分子液晶
９ａに二色性色素９ｂを分散した状態で一軸配向された
ものである。図では、一軸配向方向が紙面と平行に取っ
てある。偏光層９はそのリターデーションが（２ｎ＋
１）・λ／４となるように形成されている。但し、λは
可視領域の波長であり、ｎは零又は整数である。液晶３
はツイスト角が４５°乃至１３５°の範囲で最適にツイ
スト配向されたツイストネマティック液晶を用いてい
る。偏光層９は一軸配向の方向からα°傾いた方向に最
大吸収軸を有する。図１の（Ｃ）を参照して説明したよ
うに、αは０°乃至４５°の範囲にあり、例えば２５°
程度である。これに合わせて、ツイストネマティック液
晶３はツイスト角が９０°−α°又は９０°＋α°に最
適化されている。ノーマリホワイトモードの場合、入射
側の偏光板４はその透過軸が偏光層９の最大吸収軸と平
行になるように配置されている。

【００１９】入射光は偏光板４を通過した後偏光にな
り、液晶３を通過すると偏光軸が回転した偏光にな
る。偏光は偏光層９を介して光反射層８により反射さ
れ偏光になる。偏光は液晶３を通過して偏光軸が回
転した偏光になる。

【００２０】図８は各偏光乃至の偏光方向を双頭矢
印で模式的に表したものである。図中、高分子液晶９ａ
及び二色性色素９ｂを楕円体で模式的に表してある。こ
れらの分子長軸を９ｘで表してある。尚、液晶３は左巻
きでツイスト角が９０°−α°になっている。又、偏光
板４の透過軸は偏光層９の最大吸収軸と平行に設定され
ている。換言すると、偏光板４の透過軸は高分子液晶９
ａの分子長軸９ｘとα°だけ交差している。前述したよ
うに、α°の方向が偏光層９の最大吸収軸であり、分子
長軸９ｘからずれている。従って、偏光板４を通過した
偏光の偏光方向は分子長軸９ｘに対してα°だけ傾い
ている。偏光は液晶３を通過する間に偏光軸が９０°
−α°だけ回転する。従って、偏光の偏光軸は分子長
軸９ｘに直交しており偏光層９の最大透過軸と平行にな
る。従って偏光は偏光層９によって殆ど吸収されずに
そのまま通過し光反射層８によって反射され偏光とな
る。偏光は液晶３を通過する間に偏光軸が９０°−α
°だけ回転し、偏光となる。図示するように偏光は
その偏光軸が偏光板４の透過軸と一致するので、そのま
ま通過し白表示が得られる。

【００２１】図９は、本表示装置の電圧印加状態を表し
ている。図示するように、液晶３は印加電圧に応答して
ツイスト配向から垂直配向に移行する。図７と同様に、
表示装置内の偏光状態を乃至で表している。

【００２２】図１０は、図９に示した各偏光乃至を
平面的に表したものである。偏光板４を通過した偏光
は垂直配向状態にある液晶３によって影響を受けること
なく偏光となって偏光層９に到達する。偏光は偏光
層９の最大吸収軸と一致しており、大部分が吸収され
る。偏光は光反射層８によって反射され偏光にな
る。偏光は偏光層９を往復する間に４分の１波長板と
しての作用により偏光方向が２α°回転する。この偏光
はそのまま液晶３を通過して偏光になる。偏光の
偏光方向は偏光板４の透過軸と２αだけ交差しているの
で吸収を受けることになる。このように、本発明では入
射光が二色性色素９ｂによって吸収されるとともに偏光
板４によっても吸収を受ける。換言すると、偏光層９の
偏光板としての機能及び４分の１波長板としての機能の
両者によりほぼ完全に入射光が吸収されほぼ完全な黒表
示が得られる。その分、従来のように二色性色素９ｂの
添加濃度を高くする必要がなくなり、白表示における不
必要な吸収を抑制できる。

【００２３】図１５はノーマリブラックモードを採用し
た表示装置の偏光方向を示す模式的な平面図である。液
晶は左巻きでツイスト角は９０°−α°に設定されてい
る。又、偏光板の透過軸は分子長軸９ｘと直交するよう
に設定されている。換言すると、偏光板の透過軸は偏光
層の透過軸と一致している。電圧無印加状態では黒表示
となり、電圧印加状態では白表示となる。図１５は電圧
無印加状態を表している。偏光板を透過した直線偏光
はツイスト配向した液晶により９０°−α°だけ旋光を
抑え偏光となる。偏光の偏光方向は偏光層の最大吸
収軸と一致する。偏光は偏光層を往復で２回通過する
間に吸収されながら２α°だけ回転し、偏光となる。
偏光は再び液晶により旋光を受け、最終的に偏光と
なり、偏光板によって吸収される。

【００２４】図１１は、偏光層を内蔵した表示装置の具
体的な構成例を示す模式的な部分断面図である。本表示
装置は一対の基板１，２を用いて組み立てられている。
第一の基板１は入射側に位置し、透明な電極６が形成さ
れている。第二の基板２は反射側に位置し、透明な電極
１１が形成されているとともに、所定の間隙を介して第
一の基板１に接合している。両基板１，２の間隙にはツ
イストネマティック液晶３が保持されている。偏光層９
が第二の基板２とツイストネマティック液晶３との間に
介在している。偏光層９は外付けではなく、液晶パネル
内に内蔵されている。この偏光層９は高分子液晶に二色
性色素を分散した状態で一軸配向させたものである。そ
のリターデーションは実質的にλ／４に設定されてい
る。

【００２５】本表示装置は所謂アクティブマトリックス
型であり、基板１側には対向電極６が全面的に形成され
ている。基板２側には偏光層９を間にして画素電極１１
とこれを駆動するスイッチング素子とが集積形成されて
いる。本例では、このスイッチング素子は薄膜トランジ
スタ１３からなる。画素電極１１と薄膜トランジスタ１
３は偏光層９に開口したコンタクトホール２３を介して
互いに電気接続されている。このコンタクトホール２３
は偏光層９をフォトリソグラフィー及びエッチングでパ
タニングすることにより精密に形成することができる。
この構造では液晶３が対向電極６と画素電極１１によっ
て直接保持されているため、信号電圧を効率よく印加す
ることができる。

【００２６】第一の基板１の外面には偏光板４が貼着さ
れている。偏光板４の透過軸は偏光層９の最大吸収軸と
一致するように設定されている。液晶３は上下の配向層
７，１２によってツイスト配向したネマティック液晶を
用いている。すなわちツイストネマティック液晶３は上
下の基板１，２間で９０°−α°ツイストしているとと
もに、正の誘電異方性を有する。ツイストネマティック
液晶３の螺旋ピッチはモーガンの条件を満たすように設
計されている。すなわち、螺旋ピッチが入射光の波長に
対して十分長く設定されている。上側の基板１の内表面
には画素電極１１と対応するようにカラーフィルタ５が
形成されている。カラーフィルタ５と対向電極６との間
には平坦化膜５ａが介在している。尚、カラーフィルタ
５は上側の基板１ではなく、下側の基板２に形成しても
良い。下側の基板２には拡散性を有する光反射層８が形
成されている。尚、光反射層８を鏡面反射性としても良
い。この場合には、上側の基板１に光拡散層を設けるこ
とが好ましい。

【００２７】本実施形態に係る反射型表示装置は所謂ア
クティブマトリックス型であって、下側の基板２には個
々の画素電極１１を駆動するスイッチング素子として例
えば薄膜トランジスタ１３が形成されている。この薄膜
トランジスタ１３はボトムゲート構造を有し、下から順
にゲート電極１４、ゲート絶縁膜１５、半導体薄膜１
６、ストッパ１７を積層したものである。この薄膜トラ
ンジスタ１３を被覆するように層間絶縁膜１８が形成さ
れている。この上にはソース電極１９及びドレイン電極
２０がパタニング形成されており、層間絶縁膜１８に開
口したコンタクトホールを介して薄膜トランジスタ１３
に電気接続している。この層間絶縁膜１８の上に光反射
層８が形成されている。この光反射層８は画素電極１１
と対応して画素毎に細分化されており、ドレイン電極２
０と同電位である。光反射層８は凹凸の光散乱面を有
し、所謂ホワイトペーパーと呼ばれる表示画面を実現し
ている。薄膜トランジスタ１３及び光反射層８の凹凸を
埋めるように平坦化層２１が形成されている。平坦化層
２１の上には下地配向層２２が形成されてされており、
その上に成膜される高分子液晶を一軸配向するために用
いられる。画素電極１１は偏光層９及び平坦化層２１を
貫通して設けたコンタクトホール２３を介して対応する
薄膜トランジスタ１３のドレイン電極２０に電気接続し
ている。

【００２８】引き続き図１１を参照して、本表示装置の
動作を説明する。図１１は電圧無印加状態を表してい
る。この状態で外光が上側の基板１に入射すると、まず
偏光板４により外光が直線偏光に変換される。但し、反
射型の場合明度を上げるため、意図的に偏光度の低い偏
光板４を使用する場合がある。このときには外光は直線
偏光ではなく楕円偏光に変換される。直線偏光がツイス
トネマティック液晶３に進入すると、電圧無印加状態で
はその旋光性により直線偏光が回転して偏光層９に進
む。直線偏光は偏光層９の透過軸と一致するためそのま
ま通過し光反射層８に至る。すなわち、本実施形態はノ
ーマリホワイトモードであり、入射光の殆どが透過する
ようになっている。偏光層９を透過した直線偏光は光反
射層８により反射され、入射時と逆の経路でパネル外に
出射される。

【００２９】図１２は、本表示装置の電圧印加状態を表
している。印加電圧を上げていくとツイストネマティッ
ク液晶３の旋光性が次第に失われていく。十分に閾値以
上の電圧を印加すると、液晶分子３ａは垂直配向に移行
し、旋光性は殆ど消失する。従って、上側の偏光板４を
透過した光はそのまま下側の偏光層９に至る。透過光の
偏光方向は偏光層９の最大吸収軸と一致しているので、
ほぼ完全に吸収される。

【００３０】最後に、図１３及び図１４を参照して、図
１１に示した反射型表示装置の製造方法を詳細に説明す
る。まず図１３の工程（Ａ）において、ガラス又は石英
等からなる絶縁性の基板２の上に薄膜トランジスタ１３
を集積形成する。具体的には、高融点金属膜等からなる
ゲート電極１４をパタニング形成した後、ＣＶＤ等でシ
リコン酸化膜やシリコン窒化膜を堆積してゲート絶縁膜
１５とする。その上に多結晶シリコン等からなる半導体
薄膜１６を成膜し、薄膜トランジスタ１３の素子領域に
合わせて島状にパタニングする。その上に、ゲート電極
１４と整合するように、ストッパ１７を設ける。このス
トッパ１７をマスクとしてイオンドーピング又はイオン
インプランテーションにより不純物を半導体薄膜１６に
注入して、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ１３を形
成する。この薄膜トランジスタ１３をＰＳＧ等からなる
層間絶縁膜１８で被覆する。

【００３１】工程（Ｂ）に進み、層間絶縁膜１８にコン
タクトホールを開口した後、アルミニウム等をスパッタ
リングし所定の形状にパタニングしてソース電極１９及
びドレイン電極２０に加工する。この時同時に光反射層
８を形成する。尚、光反射層８を形成する領域には予め
下地として凹凸が形成されており、この結果光反射層８
は光散乱性を備えることになり、所謂ホワイトペーパー
の表示外観が得られる。更に、薄膜トランジスタ１３及
び光反射層８の凹凸を埋めるようにアクリル樹脂等から
なる平坦化層２１を形成する。その上に、ポリイミド樹
脂を塗工してラビング処理を施し、下地配向層２２を設
ける。その上に、一軸配向した高分子液晶と二色性色素
の混合物からなる偏光層９を所定の厚みで形成する。具
体的には、高分子液晶と二色性色素を溶解した溶液を下
地配向層２２の上に成膜する。高分子液晶は、所定の転
移点を境にして高温側のネマティック液晶相と低温側の
ガラス固体相との間を相転移可能な材料である。例え
ば、この高分子液晶は室温でガラス状態であり、好まし
くは１００℃以上に相転移点を持つ、主鎖型もしくは側
鎖型である。高分子液晶及び二色性色素を有機溶媒に溶
解させた後、スピンコーティングによって下地配向層２
２の表面に所定の厚みで塗布する。尚、スピンコーティ
ングに代えて、ディッピング又はスクリーン印刷等を用
いて塗布してもよい。この後、基板２を一端転移点以上
に加熱した後、転移点以下の室温に除冷し、成膜された
高分子液晶を配向方向に整列させて偏光層９を形成す
る。偏光層９の厚みはリターデーションが実質的にλ／
４となるように形成されている。

【００３２】工程（Ｃ）に進み、偏光層９の表面を全面
的に被覆する様にフォトレジスト１０を塗工する。塗工
方法としてはスピンコートやスクリーン印刷などが利用
できる。工程（Ｄ）に進み、フォトレジスト１０を露光
現像し下側のドレイン電極２０と整合する領域に窓１０
ａを設ける。

【００３３】図１４の工程（Ｅ）に進み、パタニングさ
れたフォトレジスト１０をマスクとしてエッチングを行
ない、偏光層９、下地配向層２２、平坦化層２１を貫通
するコンタクトホール２３を開口する。ここでは、酸素
プラズマなどを照射するドライエッチングを採用してい
る。工程（Ｆ）に進み、使用済みのフォトレジスト１０
を除去した後、偏光層９の上にＩＴＯなどからなる透明
導電膜を成膜し、所定の形状にパタニングして画素電極
１１に加工する。この画素電極１１はコンタクトホール
２３を介して薄膜トランジスタ１３のドレイン電極２０
に電気接続する。

【００３４】最後に工程（Ｇ）に進み、画素電極１１及
び偏光層９の上に有機配向層１２を成膜する。即ち、画
素電極１１の上及び画素電極１１の間に露出した偏光層
９の上に連続して水平配向剤を塗工しラビングして配向
層１２を形成する。最後に、図示しないが、あらかじめ
対向電極、カラーフィルタ及び配向層が形成された上側
の基板を所定の間隙を介して下側の基板２に接合し、ネ
マティック液晶をこの間隙に注入すれば、反射型表示装
置が完成する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一軸配向した高分子液晶に二色性色素を分散して偏光層
を形成している。更に、この偏光層はリターデーション
が実質的にλ／４となるように膜厚が設定されている。
係る構成により、偏光層は直線偏光板として機能すると
ともに、４分の１波長板としても機能する。両機能を備
えた偏光層を液晶表示装置に組み込むことで、白表示の
明るさを損なうことなくほぼ完全な黒表示が得られ、従
来に比べ表示コントラストを顕著に改善することができ
る。特に、二色性色素の吸光能力以上の黒表示を得るこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏光素子の構造並びに特性を示す
模式図である。

【図２】本発明に係る偏光素子の製造方法を示す工程図
である。

【図３】本発明に係る偏光素子に用いられる高分子液晶
の具体例を示す化学構造図である。

【図４】本発明に係る偏光素子に用いられる二色性色素
の具体例を示す化学構造図である。

【図５】二色性色素の吸光特性を示すグラフである。

【図６】二色性色素の吸光特性を示すグラフである。

【図７】本発明に係る偏光素子を内蔵した反射型表示装
置の基本的な構成を示す部分断面図である。

【図８】図７に示した表示装置の動作説明に供する模式
図である。

【図９】図７に示した表示装置の電圧印加状態を示す部
分断面図である。

【図１０】図９に示した表示装置の動作説明に供する模
式図である。

【図１１】本発明に係る偏光素子を内蔵した反射型表示
装置の具体的な構成例を示す部分断面図である。

【図１２】本発明に係る偏光素子を内蔵した反射型表示
装置の具体的な構成例を示す部分断面図である。

【図１３】反射型表示装置の製造方法を示す工程図であ
る。

【図１４】反射型表示装置の製造方法を示す工程図であ
る。

【図１５】本発明に係る反射型表示装置の他の実施形態
を示す模式図である。

【図１６】従来の偏光板の構造を示す模式図である。

【符号の説明】

１・・・基板、２・・・基板、３・・・ツイストネマテ
ィック液晶、４・・・偏光板、６・・・対向電極、８・
・・光反射層、９・・・偏光層、１１・・・画素電極、
１３・・・薄膜トランジスタ、２２・・・下地配向層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成膜された高分子とその中に配合された
   色素とからなる偏光素子であって、 前記高分子は所定の方向に一軸配向した液晶を含んでお
   り、 前記色素は、入射光に対して分子の長軸と短軸とで異な
   る吸光度を呈する二色性を備え、該液晶の一軸配向に合
   わせて分子の長軸が該所定の方向に整列しており、入射
   光に含まれる振動成分を選択的に吸収透過して偏光に変
   換するとともに、 前記高分子はそのリターデーションが（２ｎ＋１）・λ
   ／４（但し、λは可視領域の波長であり、ｎは零又は整
   数）となる様に成膜されていることを特徴とする偏光素
   子。
2. 【請求項２】 高分子液晶と二色性色素を溶媒に溶解し
   た溶液を調製する工程と、 基板の表面を所定の方向に沿って配向処理する工程と、 配向処理された基板の上に該溶液を塗工してリターデー
   ションが（２ｎ＋１）・λ／４（但し、λは可視領域の
   波長であり、ｎは零又は整数）となる様に塗膜を形成す
   る工程と、 塗膜を熱処理して高分子液晶を該所定の方向に一軸配向
   させ該二色性色素を一軸配向に従って整列させる工程と
   を行なう偏光素子の製造方法。
3. 【請求項３】 入射側に位置する第一の基板と、これに
   接合した偏光板と、反射側に位置するとともに所定の間
   隙を介して該第一の基板に接合した第二の基板と、両基
   板の間隙に保持された液晶と、該第二の基板と該液晶と
   の間に介在する偏光層とを備えた表示装置であって、 前記偏光層は高分子液晶に二色性色素を分散した状態で
   一軸配向させたものであり、且つそのリターデーション
   が（２ｎ＋１）・λ／４（但しλは可視領域の波長、ｎ
   は零又は整数）となる様に形成され、 前記液晶はツイスト角が４５°ないし１３５°の範囲で
   最適にツイスト配向されていることを特徴とする表示装
   置。
4. 【請求項４】 前記偏光層は該一軸配向の方向からα°
   （０°＜α°＜４５°）傾いた方向に最大吸収軸を有
   し、前記液晶はツイスト角が９０°−α°又は９０°＋
   α°に最適化されていることを特徴とする請求項３記載
   の表示装置。
5. 【請求項５】 前記偏光板はその透過軸が該偏光層の最
   大吸収軸と平行になる様に配されていることを特徴とす
   る請求項４記載の表示装置。