JP4032569B2

JP4032569B2 - 液晶装置及び電子機器

Info

Publication number: JP4032569B2
Application number: JP20363499A
Authority: JP
Inventors: 強前田; 英司岡本; 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2001033784A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置に係り、特に、反射型カラー表示ができる液晶装置の構造及びこの液晶装置を用いた電子機器に関する。さらには、凸凹反射層を有する半透過反射型カラー液晶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型の液晶装置としては、２枚の透明基板の間に液晶層を封止してなる液晶セルの背面側に反射板を配置したものが多く利用されている。このような反射型の液晶装置においては、液晶層の種類や駆動方式などに応じて、液晶セルの前後に偏光板を配置したり、液晶装置の前面側のみに偏光板を配置したり、偏光板を全く必要としなかったりする場合がある。
【０００３】
このような形式の反射型液晶装置においては、外光が前面側の透明基板を通して液晶層に入射し、裏面側の透明基板を透過して反射板にて反射された後、再び裏面側の透明基板、液晶層、前面側の透明基板を通過して視認される。この場合に、液晶層と反射板の反射面の間には裏面側の透明基板の厚さ分だけ間隔が生じるため、外光の入射角度によっては入射時において通過する液晶層の画素領域もしくはドット領域と、反射後に通過する液晶層の画素領域もしくはドット領域とが異なるので、いわゆる視差による表示のにじみやダブルイメージなどが発生するという問題点がある。
【０００４】
上記のような問題点を解決する手法としては、特開平９−１１３８９３号公報に記載されているように、外光を反射させる反射板を液晶セルの内面に設けて、視差をなくすというものがある。ところが、特開平９−１１３８９３号公報に記載されている反射型の液晶装置においては、異なる屈折率を有する２種類の微小領域から構成される拡散板を液晶セルの前面に配置しているので、拡散板による表示のにじみ（ボケ）が発生するという問題点がある。この拡散板は反射板の鏡面感や金属感をなくし、外光の正反射方向でなくとも明るい表示を得るために用いているわけであるが、この拡散板による散乱のために、異なる各画素での異なる情報が人間の目で認識されるまでに混在してしまう。つまり、隣り合う画素で白表示と黒表示をそれぞれ行っていたとすると、拡散板のために、白表示と黒表示の境界がわかりにくくなり、表示がぼけてしまう。
【０００５】
この問題点を解決するために、特開平９−２５８２１９号公報などで、反射板に凹凸を付与させ、反射機能と拡散機能を同時に反射板に持たせるという提案がされている。凸凹形状を有する反射板を形成することで、拡散板と鏡面反射板の距離をなくすことができ、表示のボケを抑えることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、反射板に凸凹形状を付与すると、液晶層の厚さが凸部と凹部で異なり、凸部と凹部で異なる電気光学特性となってしまう。これは、液晶層のリターデーション値Ｒ＝Δｎｄ（Δｎ：液晶の屈折率異方性、ｄ：液晶層の厚さ）が凸部と凹部で異なるためである。また、凸凹のために液晶層に配向欠陥が発生してしまう。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、凸凹形状の反射板が液晶の電気光学特性に与える影響を極力抑え、ドメイン等の欠陥をなくした液晶装置を提供することにある。また、この液晶装置を用いた電子機器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、以下の通りである。
【０００９】
本発明の液晶装置は、第１基板と第２基板との間に挟持された液晶層と、前記第２基板の前記液晶層側に設けられ、入射した光を散乱させる凸凹形状を表面に有する反射層と、該反射層の前記液晶層側に設けられた配向膜と、を備えた液晶装置において、前記凹凸形状の凹部における前記液晶層の厚さが、前記凹凸形状の凸部における前記液晶層の厚さより厚く設定されており、前記凹部における前記配向膜に対する前記液晶層の液晶分子の長軸がなすプレティルト角が、前記凸部におけるプレティルト角よりも大きくなるように前記凹部における前記配向膜の膜厚が、前記凸部における膜厚よりも厚く設定されていることを特徴とする。
また、本発明の液晶装置は、前記凹部におけるリタデーション値と前記凸部におけるリタデーション値の差を小さくするように、前記凹部と前記凸部とで前記配向膜に対する前記液晶層の液晶分子の長軸がなすプレティルト角が異なっていることを特徴とする。
【００１０】
この手段によれば、凸部には薄い配向膜が形成され、凹部には厚い配向膜が形成されるので、配向膜が液晶に与える配向規制力が異なる。例えば、ＪＳＲ株式会社製の可溶性ポリイミドＡＬ３０００シリーズを用いると、膜厚が厚くなるにつれてプレティルト角が高くなる。プレティルト角とは、ラビング配向処理を施したポリイミド塗布面に対して液晶分子の長軸がなす角度のことである。つまり、凸部では低いプレティルト角となり、凹部では高いプレティルト角が実現できる。もし、凸部と凹部でプレティルト角が同じ場合には液晶の複屈折性（Δｎ）と液晶層の厚さ（ｄ）との積であるリターデーション値Δｎｄは、凹部の方が大きくなってしまい、凸部と凹部で異なる電気光学特性を示してしまう。しかし、凸部のプレティルト角を低くし、凹部のプレティルト角を高くすることによって、液晶セルを正面から見たときのリターデーション値の差を小さくすることが可能になる。これは、プレティルト角が高いと液晶セルを正面から見たときの液晶の複屈折性（Δｎ）が小さくなるためである。
【００１１】
本発明の他の効果は、凸凹形状が液晶の配向に与える影響を最小限にするというものである。凹部における配向膜の厚さを厚くすることによって、凸凹間の段差を小さくできる。
【００１２】
また、本発明の液晶装置において、前記第１基板の前記液晶層と異なる側に偏光板を配置し、さらに前記偏光板と前記第１基板の間に少なくとも１枚の位相差板を配置することによって、コントラストが高く、不要な色付きのない表示を実現できる。
【００１３】
また、本発明の液晶装置において、前記第１基板の前記液晶層側にカラーフィルタ層を設けることによって、反射型カラー表示が実現できる。
【００１４】
本発明は、凸凹反射層を有する特開平１１−１０９４１７号公報に記載されているような半透過反射型カラー液晶装置にも適用することができる。
【００１５】
また、本発明の電子機器は、上記の液晶装置を搭載し、バッテリー駆動を主として使用される携帯型であることを特徴とする。
【００１６】
この手段によれば、低消費電力で表示欠陥がない反射型または半透過反射型カラー液晶装置を搭載した携帯電子機器が実現できる。この電子機器は、屋外など、使用環境によらず、常に高画質の表示を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る液晶装置の第１実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【００１９】
この実施形態では、２枚の基板１０４、１０７の間に液晶層１０５が枠状のシール材１０６によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層１０５は、８０度のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板１０４の内面上にはカラーフィルタ１０８が形成され、このカラーフィルタには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルタの表面上には透明な保護膜１０９が被覆されており、この保護膜１０９の表面上に複数のストライプ状の透明電極１１０がＩＴＯなどにより形成されている。透明電極１１０の表面上には配向膜が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。また、上側の透明基板１０４の外面上に偏光板１０１、位相差板２枚１０２、１０３が配置されている。
【００２０】
一方、下側基板１０７の内面上には、上記カラーフィルタの着色層毎に形成されたストライプ状の反射電極１１２が上記透明電極１１０と交差するように複数配列されている。ＭＩＭ素子やＴＦＴ素子を備えたアクティブマトリクス型の装置である場合には、各反射電極１１２は矩形状に形成され、アクティブ素子を介して配線に接続される。この反射電極１１２はＣｒやＡｌ、Ａｇなどを主成分とする金属膜により形成され、その表面は透明基板１０４の側から入射する光を反射する反射面となっている。この反射電極１１２の下地はアクリル系の感光性樹脂によって段差平均が約０．５μｍのランダムな凸凹形状が形成されている。このため、反射電極１１２は鏡面状態ではなく、広角に光を反射することが可能となっている。なお、反射電極１１２の下地に凸凹形状を構成する方法は感光性のアクリル樹脂を使用する以外に、フッ酸を含む溶液を用いて下側基板であるガラス基板自身に直接凸凹を付与する方法などがある。反射電極１１２の表面上には配向膜１１３が形成される。この配向膜１１３には、ＪＳＲ株式会社製の可溶性ポリイミドを用いた。配向膜１１３の膜厚は、反射電極１１２の凸部で約１０ｎｍ、凹部で約１００ｎｍとした。
【００２１】
表示方法について簡単に説明をする。外光は図１における偏光板１０１、位相差板２枚１０２、１０３、カラーフィルタ１０９をそれぞれ透過し、液晶層１０５を通過後、凸凹反射電極１１２によって反射され、再び偏光板１０１から液晶セルの外へ出射される。このとき、液晶層１０５への印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御する。凸凹反射電極１１２は反射光を広角に反射させ、外光の正反射方向以外でも明るい表示を認識することができるようにする効果がある。
【００２２】
図２は、図１における配向膜１１１、１１３と液晶層１０５、凸凹形状をした反射電極１１３の部分を拡大したものである。図２における液晶層２０２は上基板側の配向膜２０１と下基板側の配向膜２０３、２０４（凸部に形成された配向膜２０４、凹部に形成された配向膜２０３）の間にあり、下側基板の配向膜２０３、２０４の下にさらに凸凹形状をした反射電極２０５が形成されている。凸凹反射電極２０５の平均的な段差を「Ｈ」、凸部に形成された配向膜２０４の膜厚を「Ａ」、凹部に形成された配向膜２０３の膜厚を「Ｂ」、凸部の液晶層の厚さを「ｄ_Ａ」、凹部の液晶層の厚さを「ｄ_Ｂ」、凸部に形成された配向膜２０４近傍の液晶分子２０６のプレティルト角を「θ_Ａ」、凹部に形成された配向膜２０３近傍の液晶分子２０７のプレティルト角を「θ_Ｂ」と定義する。また、凸部の液晶層における平均的、つまりバルクのプレティルト角を「θ_ＡＭ」、凹部の液晶層における平均的、つまりバルクのプレティルト角を「θ_ＢＭ」と定義する。液晶分子長軸方向の屈折率をｎ‖、短軸方向の屈折率をｎ⊥と定義すると、プレティルト角θの屈折率異方性Δｎ（θ）は、
【００２３】
【数１】

【００２４】
のように示すことができる。本実施形態では、凸凹反射電極２０５の平均的な段差Ｈ＝０．５μｍ、凸部に形成された配向膜２０４の膜厚Ａ＝１０ｎｍ、凹部に形成された配向膜２０３の膜厚Ｂ＝１００ｎｍとし、液晶層の厚さはｄ_Ａ＝３μｍ、ｄ_Ｂ＝３．４１μｍとした。上側配向膜２０１近傍のプレティルト角を５．１度とし、さらに、θ_Ａ＝１．２度、θ_Ｂ＝７．９度、θ_ＡＭ＝３．０度、θ_ＢＭ＝７．０度とした。使用したネマティック液晶の屈折率は、ｎ‖＝１．６０、ｎ⊥＝１．５３である。凸部上の液晶層のリターデーション値をＲ_Ａ、凹部上の液晶層のリターデーション値をＲ_Ｂとすると、Ｒ_Ａ＝０．２０９μｍ、Ｒ_Ｂ＝０．２３５μｍとなる。凸部と凹部のリターデーションの差は、約０．０２６μｍである。もし、凸部と凹部の配向膜が同じ厚み（５０ｎｍ）で、凸凹反射電極２０５近傍のプレティルト角が凸部と凹部ともに同じ値（５．０度）ならば、Ｒ_Ａ＝０．２１２μｍ、Ｒ_Ｂ＝０．２４０μｍとなり、凸部と凹部のリターデーションの差は、約０．０２８μｍとなってしまう。
【００２５】
以上のように、凸凹形状を有する反射電極の凸部と凹部に異なる膜厚の配向膜を形成し、凹部における配向膜の膜厚が凸部における配向膜の膜厚よりも厚くすることによって、液晶の電気光学特性に影響を及ぼすリターデーション値の差を小さくすることができた。また、凸部における液晶層の厚さと凹部における液晶層の厚さの差を小さくすることができたので、ドメイン等の欠陥をなくすことができた。
【００２６】
本実施形態では、カラーフィルタ１０８の保護の目的で保護膜１０９を用いたが、ＴＦＴアクティブマトリクス液晶装置ではカラーフィルタ上の透明電極のパターニングが不要なので、省くことも可能である。
【００２７】
本実施形態に用いるカラーフィルタの着色層について述べる。各実施形態においては、反射型表示を行う場合、入射光が一旦カラーフィルタのいずれかの着色層を透過した後、液晶層を通過して反射電極によって反射され、再び同じ着色層を透過してから放出される。したがって、通常の透過型の液晶装置とはことなり、光はカラーフィルタを二回通過することになるため、通常の透過型カラーフィルタでは表示が暗くなる。そこで、本実施形態では、カラーフィルタのＲ、Ｇ、Ｂの各着色層の可視領域における最低透過率が３０〜５０％になるように淡色化して形成している。着色層の淡色化は、着色層の膜厚を薄くしたり、着色層に混合する顔料若しくは染料の濃度を低くしたりすることによってなされる。
【００２８】
本実施形態では、凸凹反射層自体を反射電極として用いたが、凸凹反射層上にＩＴＯなどの透明電極を形成して電極機能と反射機能を分離しても構わない。この場合においても、凸部と凹部が存在すれば、本発明は適用可能である。
【００２９】
（第２実施形態）
本発明の電子機器の例を３つ示す。本発明の液晶装置は、反射型または半透過反射型なので、様々な環境下で用いられ、しかも低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。例えば、図３（ａ）は携帯電話であり、（ｂ）はウォッチであり、（ｃ）は携帯情報機器である。本発明の液晶装置は凸凹形状を有する反射電極による表示のムラや欠陥などがなく表示品質が高いので、高精細な表示を必要とする場合には最適である。近年、情報量の増大と情報インフラの整備によって、携帯の頻度が高い電子機器が数多く製造・販売されている。このような電子機器の表示部には本発明の液晶装置は最適であり、特にカラー表示が必要な時には非常に発色のよい表示を可能にする。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、凸凹形状を有した反射層が液晶の電気光学特性に及ぼす欠陥（明るさムラ、コントラストムラ、不要な色付き）、さらに液晶配向に及ぼす欠陥（ディスクリネーション発生、ドメインムラ）などを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶装置の第１実施形態の概略構造を示す概略縦断面図である。
【図２】第１実施形態を説明するための詳細図である。
【図３】本発明に係る液晶装置を搭載した電子機器の例を示す図である。
【符号の説明】
１０１偏光板
１０２、１０３位相差板
１０４上側基板
１０５、２０２液晶層
１０６シール剤
１０７下側基板
１０８カラーフィルタ
１０９保護膜
１１０透明電極
１１１、１１３、２０１配向膜
１１２、２０５凸凹反射電極
２０３凹部上の配向膜
２０４凸部上の配向膜
２０６凸部近傍の液晶分子
２０７凹部近傍の液晶分子
Ａ凸部上の配向膜の厚さ
Ｂ凹部上の配向膜の厚さ
Ｈ凸凹反射電極の段差
ｄ_Ａ凸部における液晶層の厚さ
ｄ_Ｂ凹部における液晶層の厚さ
θ_Ａ凸部近傍の液晶分子のプレティルト角
θ_Ｂ凹部近傍の液晶分子のプレティルト角

Claims

第１基板と第２基板との間に挟持された液晶層と、前記第２基板の前記液晶層側に設けられ、入射した光を散乱させる凸凹形状を表面に有する反射層と、該反射層の前記液晶層側に設けられた配向膜と、を備えた液晶装置において、
前記凹凸形状の凹部における前記液晶層の厚さが、前記凹凸形状の凸部における前記液晶層の厚さより厚く設定されており、前記凹部における前記配向膜に対する前記液晶層の液晶分子の長軸がなすプレティルト角が、前記凸部におけるプレティルト角よりも大きくなるように前記凹部における前記配向膜の膜厚が、前記凸部における膜厚よりも厚く設定されていることを特徴とする液晶装置。
前記凹部におけるリタデーション値と前記凸部におけるリタデーション値の差を小さくするように、前記凹部と前記凸部とで前記配向膜に対する前記液晶層の液晶分子の長軸がなすプレティルト角が異なっていることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
請求項１又は２に記載の液晶装置を搭載し、バッテリー駆動を主として使用される電子機器。