JP2012128001A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a liquid crystal display device.
液晶表示装置に代表される平面表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、情報端末、時計、テレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。中でも薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶表示装置は、その応答性の高さから携帯端末やコンピュータなど多くの情報を表示するモニタとして多用されている。 Flat display devices represented by liquid crystal display devices are utilized in various fields as display devices for OA equipment such as personal computers, information terminals, watches, and televisions, taking advantage of features such as light weight, thinness, and low power consumption. Yes. Among them, a liquid crystal display device using a thin film transistor (TFT) is widely used as a monitor for displaying a large amount of information such as a portable terminal and a computer because of its high responsiveness.
このような液晶表示装置は、利用する光源により、透過型と反射型とに分類される。透過型とは、バックライトと呼ばれる照明装置を液晶表示パネルの背面に備えた構成である。反射型とは、液晶層の背面に反射層を設けて外部から入射した外光の反射光を光源とする構成である。 Such a liquid crystal display device is classified into a transmission type and a reflection type depending on the light source used. The transmission type is a configuration in which an illumination device called a backlight is provided on the back surface of the liquid crystal display panel. The reflection type is a configuration in which a reflection layer is provided on the back side of a liquid crystal layer and external light incident from the outside is used as a light source.
近年、携帯電話やＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯情報端末機器への関心が高まり、透過型に比べて消費電力が小さく、軽薄で携帯性に勝った反射型の液晶表示装置の要求が高まっている。 In recent years, interest in portable information terminal devices such as mobile phones and PDAs (personal digital assistants) has increased, and there has been an increasing demand for reflective liquid crystal display devices that consume less power, are lighter and more portable than transmission types. ing.
本実施形態の目的は、表示品位が良好であり、薄型化及び低コスト化が可能な反射型の液晶表示装置を提供することにある。 An object of the present embodiment is to provide a reflective liquid crystal display device that has good display quality and can be reduced in thickness and cost.
本実施形態によれば、
スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、前記画素電極の上方に位置し一定のピッチで形成されたプリズムからなるプリズム反射層と、を有したアレイ基板と、前記画素電極と対向する対向電極を有した対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、二色性色素及び液晶分子を含む液晶層と、を備え、前記液晶分子は、その長軸方向の屈折率（ｎｅ）がその短軸方向の屈折率（ｎｏ）より大きい屈折率異方性を有し、前記液晶分子の短軸方向の屈折率が前記プリズムの屈折率と略同等であることを特徴とする液晶表示装置が提供される。
According to this embodiment,
An array substrate having a switching element, a pixel electrode connected to the switching element, and a prism reflection layer including a prism located above the pixel electrode and formed at a constant pitch, and opposed to the pixel electrode A counter substrate having a counter electrode, and a liquid crystal layer that is held between the array substrate and the counter substrate and includes a dichroic dye and a liquid crystal molecule. The refractive index (ne) has a refractive index anisotropy greater than the refractive index (no) in the minor axis direction, and the refractive index in the minor axis direction of the liquid crystal molecules is substantially equal to the refractive index of the prism. A liquid crystal display device is provided.
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to components that exhibit the same or similar functions, and duplicate descriptions are omitted.
図１は、本実施形態における液晶表示装置１の構成を概略的に示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration of a liquid
すなわち、液晶表示装置１は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルＬＰＮ、液晶表示パネルＬＰＮに接続された駆動ＩＣチップ２及びフレキシブル配線基板３などを備えている。
That is, the liquid
液晶表示パネルＬＰＮは、画像を表示する表示エリア（アクティブエリアと称される場合もある）ＡＣＴを備えている。この表示エリアＡＣＴは、例えば、略矩形状に形成され、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている（但し、ｍ及びｎは正の整数である）。 The liquid crystal display panel LPN includes a display area (sometimes referred to as an active area) ACT for displaying an image. This display area ACT is formed of, for example, a plurality of pixels PX formed in a substantially rectangular shape and arranged in an m × n matrix (where m and n are positive integers).
このような液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向して配置された対向基板ＣＴと、これらのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱと、を備えて構成されている。 Such a liquid crystal display panel LPN includes an array substrate AR, a counter substrate CT disposed to face the array substrate AR, a liquid crystal layer LQ held between the array substrate AR and the counter substrate CT, It is configured with.
アレイ基板ＡＲは、第１方向Ｘに沿って延在したゲート線ＧＬや第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに沿って延在したソース線ＳＬなどを備えている。また、このアレイ基板ＡＲは、ゲート線ＧＬ及びソース線ＳＬに接続され各画素ＰＸに対応して配置されたスイッチング素子ＳＷ、スイッチング素子ＳＷに接続され各画素ＰＸに対応して配置された画素電極ＰＥなどを備えている。対向基板ＣＴは、液晶層ＬＱを介して画素電極ＰＥの各々と対向する対向電極ＣＥを備えられている。 The array substrate AR includes a gate line GL extending along the first direction X, a source line SL extending along the second direction Y orthogonal to the first direction X, and the like. The array substrate AR is connected to the gate line GL and the source line SL, and is arranged corresponding to each pixel PX. The pixel electrode is connected to the switching element SW and arranged corresponding to each pixel PX. PE etc. are provided. The counter substrate CT includes a counter electrode CE that faces each of the pixel electrodes PE through the liquid crystal layer LQ.
シール材ＳＥは、表示エリアＡＣＴの外側に配置され、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとを貼り合わせている。図示した例では、シール材ＳＥは、略矩形枠状に形成され、液晶材料を注入するための注入口を有していない閉ループ状に形成されているが、この例に限らず、シール材ＳＥによって注入口が形成されていても良い。注入口が形成されている場合、液晶材料が注入口から注入された後に、注入口は、紫外線硬化型樹脂などの封止材により封止される。 The seal material SE is disposed outside the display area ACT, and bonds the array substrate AR and the counter substrate CT together. In the illustrated example, the sealing material SE is formed in a substantially rectangular frame shape and is formed in a closed loop shape that does not have an injection port for injecting a liquid crystal material. However, the sealing material SE is not limited to this example. An injection port may be formed. When the injection port is formed, after the liquid crystal material is injected from the injection port, the injection port is sealed with a sealing material such as an ultraviolet curable resin.
図２は、図１に示した液晶表示装置１の構造の一例を概略的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of the liquid
アレイ基板ＡＲは、例えば、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する第１絶縁基板ＳＵＢ１を用いて形成されている。このアレイ基板ＡＲは、第１絶縁基板ＳＵＢ１の対向基板ＣＴに対向する側に、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、光吸収層ＡＢ、プリズム反射層ＰＬなどを備えている。 The array substrate AR is formed by using a first insulating substrate SUB1 having optical transparency such as a glass substrate or a plastic substrate. The array substrate AR includes a switching element SW, a pixel electrode PE, a light absorption layer AB, a prism reflection layer PL, and the like on the side of the first insulating substrate SUB1 facing the counter substrate CT.
スイッチング素子ＳＷは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などによって構成されている。このスイッチング素子ＳＷは、トップゲート型であっても良いし、ボトムゲート型であっても良く、詳述しないが、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成された半導体層を備えている。図示した例では、スイッチング素子ＳＷは、絶縁層ＩＳによって覆われている。 The switching element SW is constituted by, for example, a thin film transistor (TFT). The switching element SW may be a top gate type or a bottom gate type, and includes a semiconductor layer formed of polysilicon, amorphous silicon, or the like, although not described in detail. In the illustrated example, the switching element SW is covered with an insulating layer IS.
画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷに電気的に接続されている。この画素電極ＰＥは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）、あるいは、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの導電材料によって形成されている。図示した例では、画素電極ＰＥは、絶縁層ＩＳの上に形成されており、絶縁層ＩＳに形成されたコンタクトホールを介してスイッチング素子ＳＷに接続されている。 The pixel electrode PE is electrically connected to the switching element SW. The pixel electrode PE is made of, for example, a conductive material such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum (Al), or silver (Ag). In the illustrated example, the pixel electrode PE is formed on the insulating layer IS, and is connected to the switching element SW through a contact hole formed in the insulating layer IS.
プリズム反射層ＰＬは、画素電極ＰＥの上方に位置している。このプリズム反射層ＰＬは、一定のピッチで形成されたプリズムＰＳからなるものである。このプリズムＰＳは、表示エリアＡＣＴの略全体に亘って形成されている。このようなプリズムＰＳは、例えば、透明な樹脂材料によって形成されている。また、プリズムＰＳは、例えば、傾斜角が約４５°の３面の斜面からなる三角錐プリズムであるが、プリズムＰＳの形状は特にこれに限定されるものではない。例えば、プリズムＰＳは、四角錐プリズムなどであっても良い。 The prism reflection layer PL is located above the pixel electrode PE. The prism reflection layer PL is composed of prisms PS formed at a constant pitch. The prism PS is formed over substantially the entire display area ACT. Such a prism PS is made of, for example, a transparent resin material. The prism PS is, for example, a triangular pyramid prism having three slopes with an inclination angle of about 45 °, but the shape of the prism PS is not particularly limited to this. For example, the prism PS may be a quadrangular pyramid prism or the like.
また、本実施形態では、アレイ基板ＡＲは、プリズム反射層ＰＬの背面側に光吸収層ＡＢを備えている。この光吸収層ＡＢは、表示エリアＡＣＴの略全体に亘って延在している。このような光吸収層ＡＢは、例えば、黒色に着色された樹脂材料によって形成されている。この光吸収層ＡＢの表面は、概ね平坦化されている。 In the present embodiment, the array substrate AR includes the light absorption layer AB on the back side of the prism reflection layer PL. This light absorption layer AB extends over substantially the entire display area ACT. Such a light absorption layer AB is formed of, for example, a resin material colored in black. The surface of the light absorption layer AB is generally flattened.
図示した例では、光吸収層ＡＢは、画素電極ＰＥの上に配置され、絶縁層ＩＳの上にも配置されている。プリズム反射層ＰＬは、光吸収層ＡＢの上に配置されている。つまり、光吸収層ＡＢは、画素電極ＰＥとプリズム反射層ＰＬとの間に配置されている。光吸収層ＡＢの表面は概ね平坦化されているため、形状の揃ったプリズムＰＳを形成することが可能である。 In the illustrated example, the light absorption layer AB is disposed on the pixel electrode PE and also on the insulating layer IS. The prism reflection layer PL is disposed on the light absorption layer AB. That is, the light absorption layer AB is disposed between the pixel electrode PE and the prism reflection layer PL. Since the surface of the light absorption layer AB is generally flattened, it is possible to form a prism PS having a uniform shape.
一方、対向基板ＣＴは、例えば、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する第２絶縁基板ＳＵＢ２を用いて形成されている。この対向基板ＣＴは、第２絶縁基板ＳＵＢ２のアレイ基板ＡＲに対向する側に、対向電極ＣＥなどを備えている。なお、この対向基板ＣＴには、図示は省略するが、各画素ＰＸを区画するブラックマトリクスや各画素ＰＸに対応して配置されたカラーフィルタ層、カラーフィルタ層の表面の凹凸の影響を緩和するオーバーコート層などが配置されても良い。 On the other hand, the counter substrate CT is formed using a second insulating substrate SUB2 having optical transparency such as a glass substrate or a plastic substrate. The counter substrate CT includes a counter electrode CE and the like on the side of the second insulating substrate SUB2 facing the array substrate AR. Although not shown in the figure, this counter substrate CT alleviates the influence of the black matrix partitioning each pixel PX, the color filter layer arranged corresponding to each pixel PX, and the unevenness of the surface of the color filter layer. An overcoat layer or the like may be disposed.
対向電極ＣＥは、画素電極ＰＥの各々に対向している。この対向電極ＣＥは、表示エリアＡＣＴの略全体に亘って延在している。このような対向電極ＣＥは、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。 The counter electrode CE is opposed to each of the pixel electrodes PE. The counter electrode CE extends over substantially the entire display area ACT. Such a counter electrode CE is formed of a light-transmitting conductive material such as ITO or IZO, for example.
ここでは、図示を省略したが、アレイ基板ＡＲは第１垂直配向膜を備え、対向基板ＣＴは第２垂直配向膜を備えている。第１垂直配向膜は、プリズムＰＳの表面を覆うように配置され、表示エリアＡＣＴの略全体に亘って延在している。第２垂直配向膜は、対向電極ＣＥを覆うように配置され、表示エリアＡＣＴの略全体に亘って延在している。 Although not shown, the array substrate AR includes a first vertical alignment film, and the counter substrate CT includes a second vertical alignment film. The first vertical alignment film is disposed so as to cover the surface of the prism PS, and extends over substantially the entire display area ACT. The second vertical alignment film is disposed so as to cover the counter electrode CE and extends over substantially the entire display area ACT.
第１垂直配向膜及び第２垂直配向膜は、ラビング処理に代表される配向処理工程を必要とせず、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間に電位差が形成されていない状態、つまり、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間に電界が形成されていない無電界時には、それぞれ液晶層ＬＱの液晶分子ＬＭを第１絶縁基板ＳＵＢ１（あるいは、アレイ基板ＡＲ）の主面及び第２絶縁基板ＳＵＢ２（あるいは、対向基板ＣＴ）の主面に対して略垂直に配向する特性を有している。 The first vertical alignment film and the second vertical alignment film do not require an alignment process step typified by a rubbing process, and a state in which no potential difference is formed between the pixel electrode PE and the counter electrode CE, that is, the pixel electrode When no electric field is formed between the PE and the counter electrode CE, the liquid crystal molecules LM of the liquid crystal layer LQ are respectively transferred to the main surface of the first insulating substrate SUB1 (or the array substrate AR) and the second insulating substrate SUB2 ( Alternatively, it has a characteristic of being oriented substantially perpendicular to the main surface of the counter substrate CT).
上述したようなアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間には、図示しないスペーサ（例えば、樹脂材料によって一方の基板と一体的に形成された柱状スペーサ）により、所定のセルギャップが形成されている。 The array substrate AR and the counter substrate CT as described above are arranged to face each other. At this time, a predetermined cell gap is formed between the array substrate AR and the counter substrate CT by a spacer (not shown) (for example, a columnar spacer formed integrally with one substrate by a resin material).
シール材ＳＥは、表示エリアＡＣＴの外側に配置されている。このシール材ＳＥは、所定のセルギャップが形成された状態で、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとを貼り合わせている。このようなシール材ＳＥは、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などによって形成されている。 The sealing material SE is disposed outside the display area ACT. The sealing material SE is bonded to the array substrate AR and the counter substrate CT in a state where a predetermined cell gap is formed. Such a sealing material SE is formed of, for example, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin.
液晶層ＬＱは、シール材ＳＥによって囲まれた内側のアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に形成されたセルギャップに保持され、図示しない第１垂直配向膜及び第２垂直配向膜に接している。この液晶層ＬＱは、二色性色素（ゲスト色素）ＤＣを含有するとともに、誘電率異方性が負の液晶分子（ホスト液晶）ＬＭを含んでいる。二色性色素ＤＣは、例えば、黒色色素である。また、この液晶層ＬＱには、液晶分子ＬＭをツイスト配向させるためのカイラル材が添加されている。 The liquid crystal layer LQ is held in a cell gap formed between the inner array substrate AR and the counter substrate CT surrounded by the sealing material SE, and is in contact with a first vertical alignment film and a second vertical alignment film (not shown). Yes. The liquid crystal layer LQ contains a dichroic dye (guest dye) DC and contains liquid crystal molecules (host liquid crystal) LM having a negative dielectric anisotropy. The dichroic dye DC is, for example, a black dye. In addition, a chiral material for twist aligning the liquid crystal molecules LM is added to the liquid crystal layer LQ.
液晶分子ＬＭは、その長軸方向の屈折率（ｎｅ）がその短軸方向の屈折率（ｎｏ）より大きい屈折率異方性（Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ）を有している。本実施形態においては、例えば、屈折率（ｎｅ）が約１．５８であり、屈折率（ｎｏ）が約１．４８であり、屈折率異方性（Δｎ）は約０．１である。 The liquid crystal molecule LM has a refractive index anisotropy (Δn = ne−no) in which the refractive index (ne) in the major axis direction is larger than the refractive index (no) in the minor axis direction. In the present embodiment, for example, the refractive index (ne) is about 1.58, the refractive index (no) is about 1.48, and the refractive index anisotropy (Δn) is about 0.1.
本実施形態では、液晶分子ＬＭの短軸方向の屈折率（ｎｏ）と、プリズム反射層ＰＬを構成するプリズムＰＳの屈折率とが略同等である。つまり、プリズムＰＳを形成する材料の屈折率は、約１．４８である。なお、図示を省略した第１垂直配向膜の屈折率についても、液晶分子ＬＭの短軸方向の屈折率（ｎｏ）と略同等である。 In the present embodiment, the refractive index (no) in the minor axis direction of the liquid crystal molecules LM and the refractive index of the prism PS constituting the prism reflection layer PL are substantially equal. That is, the refractive index of the material forming the prism PS is about 1.48. Note that the refractive index of the first vertical alignment film (not shown) is substantially the same as the refractive index (no) in the minor axis direction of the liquid crystal molecules LM.
このような構成の反射型の液晶表示装置１によれば、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間に電界が形成されていない状態（ＯＦＦ状態）では、図示したように、液晶層ＬＱの液晶分子ＬＭ及び二色性色素ＤＣの双方が基板に対して略垂直に配向している。このとき、対向基板ＣＴの前方から入射した光は、吸収されることなく液晶層ＬＱを通過し、プリズム反射層ＰＬに向かう。
According to the reflective liquid
このようなＯＦＦ状態では、液晶層ＬＱの屈折率は液晶分子ＬＭの長軸方向の屈折率（ｎｅ）であり、一方、プリズム反射層ＰＬにおけるプリズムＰＳ及びプリズムＰＳを覆う第１垂直配向膜の屈折率は液晶分子ＬＭの短軸方向の屈折率（ｎｏ）に略等しい。なお、屈折率（ｎｅ）は、屈折率（ｎｏ）よりも大きい。 In such an OFF state, the refractive index of the liquid crystal layer LQ is the refractive index (ne) in the major axis direction of the liquid crystal molecules LM, while the prism PS in the prism reflection layer PL and the first vertical alignment film covering the prism PS The refractive index is substantially equal to the refractive index (no) in the minor axis direction of the liquid crystal molecules LM. The refractive index (ne) is larger than the refractive index (no).
このため、液晶層ＬＱを通過した光は、プリズムＰＳの表面（あるいは、液晶層ＬＱと第１垂直配向膜との界面）で全反射され、再び液晶層ＬＱを通過して、対向基板ＣＴの前方に出射される。このため、液晶表示装置１としては明表示（白表示）状態となる。
For this reason, the light that has passed through the liquid crystal layer LQ is totally reflected by the surface of the prism PS (or the interface between the liquid crystal layer LQ and the first vertical alignment film), passes through the liquid crystal layer LQ again, and passes through the liquid crystal layer LQ. Emitted forward. For this reason, the liquid
一方、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間に電界が形成された状態（ＯＮ状態）では、液晶層ＬＱの液晶分子ＬＭ及び二色性色素ＤＣの双方がツイストしながら基板に対して略水平に配向している。このとき、対向基板ＣＴの前方から入射した光の大部分は、ランダムな偏光状態であっても液晶層ＬＱを通過する際にその略全方位で二色性色素ＤＣによって吸収される。さらに、一部の光は、二色性色素ＤＣによって吸収されずに液晶層ＬＱを通過し、プリズム反射層ＰＬに向かう。 On the other hand, in a state where an electric field is formed between the pixel electrode PE and the counter electrode CE (ON state), both the liquid crystal molecules LM and the dichroic dye DC of the liquid crystal layer LQ are twisted and substantially horizontal with respect to the substrate. Oriented. At this time, most of the light incident from the front of the counter substrate CT is absorbed by the dichroic dye DC in almost all directions when passing through the liquid crystal layer LQ even in a random polarization state. Furthermore, a part of the light passes through the liquid crystal layer LQ without being absorbed by the dichroic dye DC and travels toward the prism reflection layer PL.
このようなＯＮ状態では、液晶層ＬＱの屈折率は液晶分子ＬＭの短軸方向の屈折率（ｎｏ）であり、一方、プリズム反射層ＰＬにおけるプリズムＰＳ及びプリズムＰＳを覆う第１垂直配向膜の屈折率は液晶分子ＬＭの短軸方向の屈折率（ｎｏ）に略等しい。 In such an ON state, the refractive index of the liquid crystal layer LQ is the refractive index (no) in the minor axis direction of the liquid crystal molecules LM, while the prisms PS in the prism reflection layer PL and the first vertical alignment film covering the prisms PS The refractive index is substantially equal to the refractive index (no) in the minor axis direction of the liquid crystal molecules LM.
このため、液晶層ＬＱを通過した光は、第１垂直配向膜及びプリズム反射層ＰＬを通過し、プリズム反射層ＰＬの背面側に設けられた光吸収層ＡＢによって吸収される。このため、液晶表示装置１としては暗表示（黒表示）状態となる。これにより、ノーマリーホワイトモードが実現される。
Therefore, the light that has passed through the liquid crystal layer LQ passes through the first vertical alignment film and the prism reflection layer PL, and is absorbed by the light absorption layer AB provided on the back side of the prism reflection layer PL. For this reason, the liquid
本実施形態の反射型の液晶表示装置１によれば、液晶分子ＬＭの短軸方向の屈折率と略同等の屈折率のプリズムＰＳからなるプリズム反射層ＰＬを備えている。このため、液晶層ＬＱの屈折率が液晶分子ＬＭの長軸方向の屈折率となる条件下では、液晶層ＬＱとプリズムＰＳとの間で屈折率差が生じ、液晶層ＬＱを通過した光がプリズム反射層ＰＬによって全反射され、また、液晶層ＬＱの屈折率が液晶分子ＬＭの短軸方向の屈折率となる条件下では、液晶層ＬＱに入射した外光のほとんどは、液晶層ＬＱに含まれる二色性色素ＤＣによって吸収される。このようなスイッチングにより、反射型の液晶表示装置１が提供される。
According to the reflective liquid
また、液晶層ＬＱの屈折率が液晶分子ＬＭの短軸方向の屈折率となる条件下において、二色性色素ＤＣの２色比が低いことなどに起因して、例え外光の一部が二色性色素ＤＣによって吸収されずに液晶層ＬＱを通過したとしても、液晶層ＬＱとプリズムＰＳとの屈折率が略同等となるため、液晶層ＬＱを通過した一部の外光は、プリズム反射層ＰＬを通過した後に、プリズム反射層ＰＬの背面側に配置された光吸収層ＡＢによって吸収される。このため、対向基板ＣＴの前方に出射される光はほとんどない。したがって、高いコントラスト比を得ることが可能となる。これにより、良好な表示品位を得ることが可能となる。 Further, under the condition that the refractive index of the liquid crystal layer LQ is the refractive index in the minor axis direction of the liquid crystal molecules LM, due to the low dichroic ratio of the dichroic dye DC, for example, part of the extraneous light is Even if the liquid crystal layer LQ passes through the liquid crystal layer LQ without being absorbed by the dichroic dye DC, the refractive indexes of the liquid crystal layer LQ and the prism PS are substantially equal. After passing through the reflection layer PL, it is absorbed by the light absorption layer AB disposed on the back side of the prism reflection layer PL. For this reason, there is almost no light emitted in front of the counter substrate CT. Therefore, a high contrast ratio can be obtained. Thereby, it is possible to obtain a good display quality.
また、本実施形態における反射型の液晶表示装置１は、偏光板を必要としない構成であるため、光の利用効率が高く、明るい表示を実現することが可能となる。しかも、本実施形態の構成は、偏光板に加えて波長板や反射板も不要であるため、薄型化及び軽量化が可能となり、また、部材削減による低コスト化が可能となる。つまり、軽薄で携帯性に優れた反射型の液晶表示装置１を低コストで実現することが可能である。
In addition, since the reflective liquid
図３は、図１に示した液晶表示装置１の他の構造例を概略的に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another structural example of the liquid
ここに示した例は、図２に示した例と比較して、光吸収層ＡＢの代わりにプリズム反射層ＰＬのプリズムＰＳが光吸収体によって形成されている点で相違している。なお、他の構成については、図２に示した例と同一であり、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。 The example shown here is different from the example shown in FIG. 2 in that the prism PS of the prism reflection layer PL is formed of a light absorber instead of the light absorption layer AB. In addition, about another structure, it is the same as the example shown in FIG. 2, the same referential mark is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
プリズム反射層ＰＬは、画素電極ＰＥの上方に位置している。プリズム反射層ＰＬのプリズムＰＳは、一定のピッチで形成され、しかも、表示エリアＡＣＴの略全体に亘って形成されている。このようなプリズムＰＳは、光吸収体の一例である黒色な樹脂材料によって形成されている。 The prism reflection layer PL is located above the pixel electrode PE. The prisms PS of the prism reflection layer PL are formed at a constant pitch, and are formed over substantially the entire display area ACT. Such a prism PS is formed of a black resin material which is an example of a light absorber.
図示した例では、プリズムＰＳは、画素電極ＰＥの上及び絶縁層ＩＳの上に形成され、図示を省略した第１垂直配向膜によって覆われている。 In the illustrated example, the prism PS is formed on the pixel electrode PE and the insulating layer IS, and is covered with a first vertical alignment film that is not illustrated.
このような構成の反射型の液晶表示装置１において、ＯＦＦ状態では、上記の例と同様に、液晶層ＬＱに入射した外光は、プリズムＰＳの表面（あるいは、液晶層ＬＱと第１垂直配向膜との界面）で全反射され、再び液晶層ＬＱを通過して、対向基板ＣＴの前方に出射される。このため、液晶表示装置１としては明表示（白表示）状態となる。
In the reflective liquid
一方、ＯＮ状態では、液晶層ＬＱに入射した外光の大部分は、上記の例と同様に、ランダムな偏光状態であっても液晶層ＬＱを通過する際にその略全方位で二色性色素ＤＣによって吸収される。このような液晶層ＬＱにおいて吸収されなかった光は、液晶層ＬＱを通過した後に、第１垂直配向膜及びプリズム反射層ＰＬを通過し、プリズムＰＳによって吸収される。このため、液晶表示装置１としては暗表示（黒表示）状態となる。
On the other hand, in the ON state, most of the external light incident on the liquid crystal layer LQ is dichroic in almost all directions when passing through the liquid crystal layer LQ even in a random polarization state, as in the above example. Absorbed by dye DC. The light that has not been absorbed in the liquid crystal layer LQ passes through the liquid crystal layer LQ, then passes through the first vertical alignment film and the prism reflection layer PL, and is absorbed by the prism PS. For this reason, the liquid
このような構成においても、図２に示した例と同様の効果が得られるのに加えて、さらに、プリズム反射層ＰＬとは別に光吸収層ＡＢを設ける代わりに、プリズムＰＳ自体を光吸収体によって形成したことにより、より薄型化及びより軽量化が可能であり、さらに、低コスト化も可能となる。 In such a configuration, in addition to the same effect as the example shown in FIG. 2, in addition to providing the light absorption layer AB separately from the prism reflection layer PL, the prism PS itself is used as the light absorber. Thus, it is possible to reduce the thickness and weight, and to reduce the cost.
なお、本実施形態では、垂直配向ツイスト型ゲストホスト液晶を用いた構成について説明したが、他の方式の反射型の液晶表示装置にも適用可能であり、同様の効果を得ることが可能である。 In this embodiment, the configuration using the vertical alignment twist type guest-host liquid crystal has been described. However, the present embodiment can be applied to other types of reflective liquid crystal display devices, and the same effect can be obtained. .
また、本実施形態のプリズム反射層ＰＬが再帰性反射板としても作用する場合、外光の入射方向で特に高い反射率を示すが、製品の仕様に応じて対向基板ＣＴの前面に拡散層を設けてもよい。 In addition, when the prism reflection layer PL of this embodiment also acts as a retroreflecting plate, it exhibits a particularly high reflectance in the incident direction of external light, but a diffusion layer is provided on the front surface of the counter substrate CT according to the product specifications. It may be provided.
本実施形態の作用は、プリズム反射層ＰＬと液晶層ＬＱの屈折率マッチングによって得られるものであり、必ずしもゲストホスト液晶モードとの組み合わせを必要とするものではない。十分に屈折率異方性（Δｎ）の大きい液晶材料を用い、適当な屈折率を有するプリズム材料を選択することで、ある程度のコントラスト特性を得ることは十分可能である。しかし、表示デバイスとして十分なコントラスト特性を示し、且つ屈折率以外の特性に関しても必要とされる条件を満たす材料を選定するのは容易ではない。そのため、本実施形態で説明したゲストホスト液晶モード等の反射型モードに適用する構成は非常に有効である。 The operation of the present embodiment is obtained by refractive index matching between the prism reflection layer PL and the liquid crystal layer LQ, and does not necessarily require a combination with the guest-host liquid crystal mode. By using a liquid crystal material having a sufficiently large refractive index anisotropy (Δn) and selecting a prism material having an appropriate refractive index, it is possible to obtain a certain degree of contrast characteristics. However, it is not easy to select a material that exhibits sufficient contrast characteristics as a display device and that satisfies the required conditions regarding characteristics other than the refractive index. Therefore, the configuration applied to the reflective mode such as the guest-host liquid crystal mode described in this embodiment is very effective.
（実施例１）
この実施例１は、図２に示した例の液晶表示装置１に相当するものである。まず、第１絶縁基板ＳＵＢ１となるガラス基板上に、絶縁材料や導電材料の成膜とパターニングを繰り返してスイッチング素子ＳＷ、絶縁層ＩＳ、画素電極ＰＥを形成する。その後、黒色樹脂材料により光吸収層ＡＢを形成する。そして、光吸収層ＡＢの上層に光屈折率が約１．４８であり、且つ、透明なアクリル系樹脂材料を用いて、プリズムＰＳを形成し、プリズム反射層ＰＬとする。ここでは、傾斜角が約４５°の３面の斜面からなる三角錐状のプリズムＰＳを一定のピッチで配置してプリズム反射層ＰＬとした。
Example 1
The first embodiment corresponds to the liquid
他方、対向基板ＣＴを形成するための第２絶縁基板ＳＵＢ２の一方の面に対向電極ＣＥを形成する。その後、プリズム反射層ＰＬの上及び対向電極ＣＥの上にそれぞれ垂直配向膜を塗布し、電気的な信頼性を有するシール材ＳＥを用いて一定のセルギャップを形成した状態で両基板の貼り合せを行い、液晶材料を充填する。 On the other hand, the counter electrode CE is formed on one surface of the second insulating substrate SUB2 for forming the counter substrate CT. After that, a vertical alignment film is applied on each of the prism reflection layer PL and the counter electrode CE, and both substrates are bonded together in a state where a certain cell gap is formed using an electrically reliable sealing material SE. To fill the liquid crystal material.
本実施例では、ツイスト型ＧＨ（ゲストホスト）液晶モードを用いることとし、二色性色素ＤＣとしての黒色色素とカイラル材料とを混合した誘電率異方性が負の液晶分子ＬＭを含む液晶材料を注入し、注入口を紫外線硬化樹脂で封止して液晶表示装置１を作製した。なお、本実施例で用いた液晶材料は、屈折率異方性（Δｎ）が約０．１（ｎｅ＝約１．５８、ｎｏ＝約１．４８）である。
In this embodiment, a twisted GH (guest host) liquid crystal mode is used, and a liquid crystal material including a liquid crystal molecule LM having a negative dielectric anisotropy in which a black dye as a dichroic dye DC and a chiral material are mixed. And the injection port was sealed with an ultraviolet curable resin to produce a liquid
このようにして作成した反射型の液晶表示装置１によれば、高いコントラスト比が得られた。
According to the reflection type liquid
（実施例２）
この実施例２は、図３に示した例の液晶表示装置１に相当するものである。まず、第１絶縁基板ＳＵＢ１となるガラス基板上に、スイッチング素子ＳＷ、絶縁層ＩＳ、画素電極ＰＥを形成した後に、光吸収層を形成せずに、黒色のアクリル系樹脂材料を用いて、光屈折率が約１．４８であるプリズムＰＳを形成し、プリズム反射層ＰＬとする。この点を除いては、実施例と全く同じ構成であり、材料も同一のものを適用した。
(Example 2)
The second embodiment corresponds to the liquid
このようにして作成した反射型の液晶表示装置１によれば、実施例１と同様に、高いコントラスト比が得られた。
According to the reflection type liquid
（比較例１）
比較例１の反射型の液晶表示装置は、光吸収層及びプリズム反射層は設けずに、アルミニウム（Ａｌ）で形成した画素電極を拡散反射板として用いた。この点を除いては、実施例１と全く同じ構成であり、材料も同一のものを適用した。
(Comparative Example 1)
In the reflective liquid crystal display device of Comparative Example 1, the pixel electrode formed of aluminum (Al) was used as the diffuse reflector without providing the light absorption layer and the prism reflection layer. Except for this point, the configuration was exactly the same as in Example 1, and the same material was applied.
このような比較例１の反射型の液晶表示装置によれば、コントラスト比が実施例１及び実施例２よりも低いことが確認された。これは、ＯＮ状態での外光の吸収が十分ではなく、一部が対向基板の前面に出射されたことに起因しているものと考えられる。 According to the reflective liquid crystal display device of Comparative Example 1, it was confirmed that the contrast ratio was lower than that of Example 1 and Example 2. This is considered to be due to the fact that the external light is not sufficiently absorbed in the ON state and a part of the light is emitted to the front surface of the counter substrate.
（比較例２）
比較例２の反射型の液晶表示装置は、液晶材料に二色性色素を添加していない点を除いては、実施例１と全く同じ構成であり、材料も同一のものを適用した。
(Comparative Example 2)
The reflective liquid crystal display device of Comparative Example 2 has the same configuration as that of Example 1 except that no dichroic dye is added to the liquid crystal material, and the same material is applied.
このような比較例２の反射型の液晶表示装置によれば、コントラスト比が比較例１よりもさらに低いことが確認された。 According to such a reflective liquid crystal display device of Comparative Example 2, it was confirmed that the contrast ratio was even lower than that of Comparative Example 1.
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位が良好であり、薄型化及び低コスト化が可能な反射型の液晶表示装置を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a reflective liquid crystal display device that has good display quality and can be reduced in thickness and cost.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…液晶表示装置
ＬＰＮ…液晶表示パネル
ＡＲ…アレイ基板 ＳＷ…スイッチング素子 ＰＥ…画素電極
ＣＴ…対向基板 ＣＥ…対向電極
ＬＱ…液晶層 ＬＭ…液晶分子 ＤＣ…二色性色素
ＡＢ…光吸収層
ＰＬ…プリズム反射層 ＰＳ…プリズム
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記画素電極と対向する対向電極を有した対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、二色性色素及び液晶分子を含む液晶層と、を備え、
前記液晶分子は、その長軸方向の屈折率（ｎｅ）がその短軸方向の屈折率（ｎｏ）より大きい屈折率異方性を有し、前記液晶分子の短軸方向の屈折率が前記プリズムの屈折率と略同等であることを特徴とする液晶表示装置。 An array substrate having a switching element, a pixel electrode connected to the switching element, and a prism reflection layer made of a prism located above the pixel electrode and formed at a constant pitch;
A counter substrate having a counter electrode facing the pixel electrode;
A liquid crystal layer that is held between the array substrate and the counter substrate and includes a dichroic dye and a liquid crystal molecule,
The liquid crystal molecules have a refractive index anisotropy whose refractive index (ne) in the major axis direction is larger than the refractive index (no) in the minor axis direction, and the refractive index in the minor axis direction of the liquid crystal molecules is the prism. A liquid crystal display device having substantially the same refractive index as that of the liquid crystal display device.
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