JP2003035901A

JP2003035901A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003035901A
Application number: JP2001224258A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Motomura; 敏郎本村; Hiromi Fukuoka; 宏美福岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】コントラストおよび輝度を高めた反射型液晶表
示装置を提供する。【解決手段】反射型液晶表示装置１において、ガラス基
板２上に透明電極４と絶縁層５と配向膜６とを順次形成
し、ガラス基板３上に光反射層７と絶縁層８と回折格子
９とを順次積層し、さらにカラーフィルタ１０とブラッ
クマトリックス１１とを形成し、双方の部材を液晶層１
５を介して貼り合わせている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型もしくは半透
過型の液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は小型もしくは中型
の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精
細のモニターにまで使用されている。さらにバックライ
トを使用しない反射型液晶表示装置については、薄型、
軽量、低消費電力化に優れている。また、周囲の環境に
応じて、透過表示もしくは反射表示を選択できる半透過
型液晶表示装置も用いられており、低消費電力化に優れ
ているという点にて各種分野で使用されている。

【０００３】上記のような反射型および半透過型の液晶
表示装置において、反射型として使用する場合には、バ
ックライトを使用しないことで明るい表示を得るため
に、あらゆる角度からの入射光に対し、広い散乱角度で
もって光出射させる必要がある。

【０００４】そこで、液晶表示装置に鏡面の反射板を設
けて、さらに装置前面に散乱性のフィルムを配する技術
が提案されている（特開平８−２０１８０２号参照）。
さらには、本出願人は液晶表示装置の内面に半透過膜を
設けて、さらに装置前面に散乱性のフィルムを配する技
術を提案している（特願平１０−２４４２４５号参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案の液晶技術によれば、散乱性フィルムを設けたこと
で、広い散乱角度でもって光出射できたが、その反面、
入射光の後方散乱によってコントラストが低下してい
た。

【０００６】したがって本発明は上記事情に鑑みて完成
されたものであり、その目的はコントラストおよび輝度
を高めた液晶表示装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してな
る一方部材と、光反射面を有する基板上に回折格子と透
明電極と配向層とを順次積層してなる他方部材とをネマ
チック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画
素を配列せしめてなることを特徴とする。

【０００８】本発明の他の液晶表示装置は、透明基板上
に回折格子と透明電極と配向層とを順次積層してなる一
方部材と、光反射面を有する基板上に透明電極と配向層
とを順次積層してなる他方部材とをネマチック型液晶を
介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列せしめ
てなることを特徴とする。

【０００９】本発明のさらに他の液晶表示装置は、透明
基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる一方部
材と、光反射性電極を有する基板上に回折格子と配向層
とを順次積層してなる他方部材とをネマチック型液晶を
介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列せしめ
てなることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の他の液晶表示装置は、透明
基板上に回折格子と透明電極と配向層とを順次積層して
なる一方部材と、光反射性電極を有する基板上に配向層
とを順次積層してなる他方部材とをネマチック型液晶を
介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列せしめ
てなることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】最初に本発明を反射型液晶表示装
置でもって説明する。図１は本発明の反射型カラー液晶
表示装置の要部拡大断面図であり、図２は本発明の他の
反射型カラー液晶表示装置の要部拡大断面図である。図
３と図４は回折格子の斜視図である。

【００１２】（例１）反射型液晶表示装置１において、
２は前記透明基板であるセグメント側のガラス基板、３
はコモン側のガラス基板であって、前記一方部材につい
ては、ガラス基板２上に多数平行に配列したＩＴＯから
なる透明電極４と、ＳｉＯ2 からなる絶縁層５と、一定
方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜６と
を順次形成している。

【００１３】前記他方部材については、ガラス基板３上
にはスパッタリングによりアルミニウム金属からなる光
反射層７を形成し、この光反射層７上にＳｉＯ2 からな
る絶縁層８と回折格子９とを順次積層し、回折格子９上
に画素ごとに配したカラーフィルタ１０と、各カラーフ
ィルタ１０間に配したクロム金属もしくは感光性レジス
トのブラックマトリックス１１とを形成している。回折
格子９とカラーフィルタ１０の間には、樹脂やＳｉＯ２
からなる平滑層を設けてもよい。光反射層７としては、
アルミニウム金属以外にも、アルミニウム合金、銀合金
等でもよい。

【００１４】回折格子９は、図３もしくは図４に示すよ
うな形状であり、図３に示す如くストライプ状に形成し
てもよいが、図４に示すようにドット状に形成した方
が、光が全方向に散乱されるという点で望ましい。

【００１５】この回折格子９は紫外線硬化樹脂を基板上
にロールコータあるいはスピナー等で塗布し、凹部を有
する型で押圧し、紫外線を照射し硬化形成する。

【００１６】その他、紫外線硬化樹脂を基板上にロール
コータあるいはスピナー等で塗布し、凹部を有する型で
押圧し、加熱して硬化形成したり、パターンマスクで露
光現像し、凹凸部を形成し、加熱硬化により形成しても
よい。

【００１７】このような回折格子９を形成することで、
光の回折現象を利用して、回折格子を通過する光の向き
を変えることができる。つまり、回折格子に光が入射し
た場合に、そのまま反射する光の他に、ある角度をもっ
て出射する光が生じる。

【００１８】上記カラーフィルタ１０は、顔料分散方
式、すなわちあらかじめ顔料により調合された感光性レ
ジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形
成している。図中のＲ、Ｇ、Ｂの各表示はそれぞれ赤、
緑、青に着色したカラーフィルタ１０である。

【００１９】その上にアクリル系樹脂からなる絶縁層１
２と、多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極１３
とを形成している。この透明電極１３は上記透明電極４
と直交している。さらに透明電極１３上に一定方向にラ
ビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１４を形成し
ている。

【００２０】そして、これら一方部材（ガラス基板２）
と他方部材（ガラス基板３）とをたとえば２００〜２６
０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶か
らなる液晶層１５を介してシール部材１６により貼り合
わせる。また、両ガラス基板２、３間には液晶層１５の
厚みを一定にするためにスペーサ１７を多数個配してい
る。

【００２１】さらにガラス基板２の外側にポリカーボネ
イトなどからなる位相差板１８とヨウ素系の偏光板１９
とを順次積み重ねている。これらの配設にあたっては、
アクリル系の材料からなる粘着材を塗布することで貼り
付ける。なお、位相差板１８と偏光板１９は、光反射層
が形成されているガラス基板に対向するガラス基板の外
側に配設する。

【００２２】なお、上記絶縁層５、８、１２、ブラック
マトリックス１１については設けなくてもよい。

【００２３】かくして上記構成の液晶表示装置１におい
ては、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は偏
光板１９と位相差板１８とガラス基板２とを順次通過
し、この入射光が液晶層１５を通し、さらに回折格子９
を通して光反射層７に到達し、ついで反射され、その反
射光が、ふたたび回折格子９および液晶層１５を通して
光が散乱出射されることで、入射光の後方散乱が低減さ
れ、その結果、輝度とコントラストが向上した。その
上、入射光がガラス基板３を通過しないという点でも、
その厚みによる視差が低減された。

【００２４】また、液晶表示装置１は、コモン側ガラス
基板３上に回折格子９を形成した構成であるが、これに
代えて、セグメント基板２上に回折格子を形成し、そし
て、樹脂やＳｉＯ２からなる平滑膜を形成し、その上に
透明電極と配向膜を形成した構成の液晶表示装置でもよ
い。さらには、液晶表示装置１において、光反射層７を
コモン側ガラス基板３上に形成した構成に代えて、セグ
メント側ガラス基板２に反射層７を形成し、樹脂やＳｉ
Ｏ２からなる絶縁層、その上に透明電極と配向膜を形成
した構成の液晶表示装置でもよいし、光反射層７と回折
格子９ををセグメント側ガラス基板に形成した構成の液
晶表示装置でもよい。（例２）つぎに図２に示す液晶表示装置２０を説明す
る。なお、図１の液晶表示装置１と同一箇所には同一符
号を付す。

【００２５】２２はセグメント側のガラス基板、２１は
コモン側のガラス基板であって、ガラス基板２１の一主
面上に画素ごとに配したカラーフィルタ１０と、各カラ
ーフィルタ１０間に配したブラックマトリックス１１と
を形成している。さらにアクリル系樹脂からなる絶縁層
１２と、多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極１
３とを形成している。この透明電極１３上に一定方向に
ラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１４を形成
し、一方部材をなす。

【００２６】他方部材については、ガラス基板２２上に
多数平行に配列したクロム金属やアルミニウム金属から
なる光反射性の電極２４と、樹脂やＳｉＯ2 からなる絶
縁層２５と、回折格子９と一定方向にラビングしたポリ
イミド樹脂からなる配向膜２６とを順次形成している。
回折格子９と配向膜２６との間には樹脂やＳｉＯ２から
なる平滑膜を設けてもよい。

【００２７】前記液晶表示装置１と同様に多数のスペー
サ１７を含むカイラルネマチック液晶からなる液晶層１
５を介してシール部材１６により貼り合わせる。さらに
ガラス基板２１の外側にポリカーボネイトなどからなる
位相差板２７とヨウ素系の偏光板２８とを順次積み重ね
ている。同様に絶縁層１２、２５、ブラックマトリック
ス１１は設けなくてもよい。

【００２８】上記構成の液晶表示装置２０においては、
太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は偏光板２
８と位相差板２７とガラス基板２１とを順次通過し、こ
の入射光が光散乱性樹脂層９および液晶層１５を通して
電極２４にて反射され、その反射光は液晶層１５を通し
て回折格子９により散乱され、光出射される。

【００２９】このような構成においても、回折格子９に
て後方散乱が低減され、これにより、輝度とコントラス
トが向上した。

【００３０】また、液晶表示装置２０は、セグメント側
ガラス基板２２上に回折格子９を形成した構成である
が、これに代えて、コモン基板２１上に回折格子を形成
し、そして、樹脂やＳｉＯ２からなる平滑膜を形成し、
その上にカラーフィルタと透明電極と配向膜を形成した
構成の液晶表示装置でもよい。

【００３１】（例３）本発明の液晶表示装置を前述のと
おり、反射型でもって説明しているが、半透過型液晶表
示装置でもよい。

【００３２】半透過型液晶表示装置であれば、液晶表示
装置１に設けた光反射層７を、光透過性と光反射性の双
方の特性を具備した半透過膜に置き換え、液晶表示装置
２０に設けた光反射性電極２４を同様に半透過膜に置き
換える。

【００３３】そして、一方の透過型表示モードについて
は、ガラス基板３やガラス基板２２の外側にポリカーボ
ネイトなどからなる位相差フィルムとヨウ素系の偏光板
とを順次形成し、さらにバックライトを配設すればよ
い。なお、半透過膜の配設位置により、ガラス基板２や
ガラス基板２１の外側にバックライトが配置されること
がある。

【００３４】かかる半透過膜は２枚の偏光板の間に挟ん
だ時に位相差を生じないようにする。そして、クロムや
アルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金などの金
属からなる薄膜にするが、膜厚が大きくなると、光透過
性が小さくなり、光反射性が大きくなる。このような金
属薄膜の厚みは、金属の種類により光の吸収係数が異な
り、しかも、反射型および透過型という双方の用途にう
ち、いずれの用途に対し性能の向上を求めるかによって
も規定されるが、通常、５０〜５００Å、好適には１０
０〜４００Åにするとよい。これによって、反射率３０
〜７５％、透過率５〜５０％という半透過型液晶表示装
置としての特性が得られる。

【００３５】たとえば、半透過膜を膜厚２５０Åの膜厚
でもってアルミニウム金属薄膜により形成した場合に
は、反射率が６５％、透過率が１５％となる。

【００３６】上記半透過膜については、金属薄膜に代え
て、誘電体ハーフミラーにより形成してもよい。すなわ
ち、低屈折率層と高屈折率層とを交互に順次積層した積
層構造にしてもよく、これによって液晶１１を通して入
射した光の一部は高屈折率層にて反射され、それ他の高
屈折率層を透過した光は低屈折率層にて反射され、そし
て、これら反射光が干渉され、反射性能が著しく高めら
れ、いわゆる増反射が生じる。

【００３７】上記のような高屈折率層と低屈折率層とは
その間にて屈折率差があれば、どのように材料でもって
構成してもよいが、たとえば高屈折率層の屈折率の範囲
は２．０〜２．８がよく、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＳｎＯ
2 などで構成するとよい。これに対する低屈折率層の屈
折率の範囲は１．３〜１．６がよく、たとえばＳｉＯ2
、ＡｌＦ3 、ＣａＦ2 、ＭｇＦ2 などで構成するとよ
い。高屈折率層の厚み範囲は２５〜２０００Å、低屈折
率層の厚み範囲は２５〜２０００Åにすることで、前述
した増反射がもっとも顕著になる。さらに半透過膜の厚
み範囲を５０〜１２０００Åにすることで、この増反射
が顕著になる。

【００３８】また、半透過膜は低屈折率層と高屈折率層
とを交互に順次積層した積層構造にしたことで、各層の
総数は２層、４層、６層、８層、１０層あるいはそれ以
上の層数にて構成する。また、各層の総数は、奇数層数
にて構成してもよい。

【００３９】さらにまた、このような積層構造の場合に
は、積層数を変えることで、反射率や透過率を所要とお
りに設定することができ、その設計が容易になる。

【００４０】たとえば、ＳｉＯ2 からなる低屈折率層
（膜厚：９４０Å）とＴｉＯ2 からなる高屈折率層（膜
厚：６３０Å）とを交互に順次積層し、その総数を８層
にした積層構造の場合には、反射率が７５％、透過率が
２５％となる。

【００４１】好適な設計例上記液晶表示装置１と液晶表示装置２０の反射型液晶表
示装置における偏光板１９および偏光板２８（以下、偏
光板）と位相差板１８および位相差板２７の最適な貼付
方向を述べる。ただし、位相差板１８および位相差板２
７はいずれも２枚の位相差フィルムの積層構造であり、
それを第１位相差フィルムと第２位相差フィルムと称
す。

【００４２】図５は液晶表示装置１または液晶表示装置
２０における両面ラビング方向の平均値でもって基準に
して、基準方向に対する貼付角度を示し、表示面から見
て、基準方向から左回り（反時計回り）への角度で表
す。

【００４３】液晶層１５のツイスト角が２５０±１０°
であり、光路差Δｎｄが８５０±５０ｎｍにした場合、
偏光板については、その吸収軸を基準方向に対し１３７
±５°にするとよい。

【００４４】また、第１位相差フィルムの光路差Δｎｄ
を４２５±５０ｎｍにして、その延伸軸を基準方向に対
し２５±５°に、第２位相差フィルムの光路差Δｎｄを
４２５±５０ｎｍにして、その延伸軸を基準方向に対し
５５±５°にするとよい。このような設計にすることで
輝度およびコントラストをもっとも高めることができ
た。

【００４５】

【実施例】本発明の液晶表示装置１と液晶表示装置２０
の反射型液晶表示装置について、各コントラストを測定
した。双方に使用される回折格子９は、図３に示すよう
にアクリル系樹脂によりピッチ＝４．５μｍ、幅＝２．
５μｍ、高さ＝０．５μｍを有する凹凸パターンをスト
ライプ状に形成した回折格子である。

【００４６】また、比較例の液晶表示装置によれば、図
１に示す液晶表示装置１において、回折格子９を形成せ
ず、そして、この回折格子９に代えてガラス基板２と位
相差板１８との間に散乱機能をもつフィルムを介在させ
ている。

【００４７】コントラストの測定にはミノルタ製ＣＳ−
１００を使用し、同一光源を液晶パネルに対し一定の角
度で照射することで測定した。コントラストは比較例を
１．００として、相対値でもってあらわした。・液晶表示装置１（例１）．．．．コントラスト：１．
１５・液晶表示装置２０（例２）．．．コントラスト：１．
２５この結果から明らかなとおり、本発明の液晶表示装置で
あれば、輝度が向上し、これによりコントラストが向上
した。とくに（例２）の液晶表示装置２０では電極を反
射面としてことで、（例１）の液晶表示装置１と比べて
も優れている。

【００４８】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
るものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の変更や改善などは何ら差し支えない。

【００４９】たとえば、上記の実施形態においては、Ｓ
ＴＮ型単純マトリックスタイプのカラー液晶表示装置で
もって説明しているが、そのほかにモノクロのＳＴＮ型
単純マトリックスタイプの液晶表示装置であっても、あ
るいはＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置や
ＴＮ型アクティブマトリックスタイプなどのツイストネ
マチック型液晶表示装置であっても同様な作用効果が得
られる。

【００５０】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の反射型又は半透
過型のカラー液晶表示装置によれば、散乱性フィルムを
使用する代わりに回折格子を設けたことで、入射光の後
方散乱が低減され、これにより、輝度とコントラストが
向上した高性能なカラー液晶表示装置が提供できた。

【００５１】また、本発明によれば、一方の電極を光反
射面となすことで、透明電極と光反射層との組合せ構造
と比べ、さらにコントラストおよび輝度を高めることが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型カラー液晶表示装置の要部拡大
断面図である。

【図２】本発明の他の反射型カラー液晶表示装置の要部
拡大断面図である。

【図３】回折格子の斜視図である。

【図４】他の回折格子の斜視図である。

【図５】位相差フィルムと偏光板との配置構成を示す説
明図である。

【符号の説明】

１、２０・・・反射型液晶表示装置２、３、２１、２２・・・ガラス基板４、１３・・・透明電極５、８、１２、２５・・・絶縁層６、１４、２６・・・配向膜７・・・光反射層９・・・回折格子１０・・・カラーフィルタ１１・・・ブラックマトリックス１５・・・液晶層１６・・・シール部材１８、２７・・・位相差板１９、２８・・・偏光板２４・・・電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H042 BA04 BA15 BA20 2H049 AA03 AA13 AA37 AA40 AA43 AA48 AA55 AA61 2H091 FA14Y FA19Y FA35Y FB08 FD06 GA03 GA06 LA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に透明電極と配向層とを順次積
層してなる一方部材と、光反射面を有する基板上に回折
格子と透明電極と配向層とを順次積層してなる他方部材
とをネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリック
ス状に画素を配列せしめてなる液晶表示装置。
【請求項２】透明基板上に回折格子と透明電極と配向層
とを順次積層してなる一方部材と、光反射面を有する基
板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる他方部材
とをネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリック
ス状に画素を配列せしめてなる液晶表示装置。
【請求項３】透明基板上に透明電極と配向層とを順次積
層してなる一方部材と、光反射性電極を有する基板上に
回折格子と配向層とを順次積層してなる他方部材とをネ
マチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に
画素を配列せしめてなる液晶表示装置。
【請求項４】透明基板上に回折格子と透明電極と配向層
とを順次積層してなる一方部材と、光反射性電極を有す
る基板上に配向層とを順次積層してなる他方部材とをネ
マチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に
画素を配列せしめてなる液晶表示装置。