JPH04188113A - 液晶表示パネル - 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】 〔概　要〕 反射型マルチカラー液晶表示パネルに関し、ＥＣＢ型液
晶を用いて明るい表示ができることを目的とし、 対向する反射板と第二偏光板のと間に、複屈折性を具え
た複数の液晶層が層間に第一偏光板を介して積層されて
いるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液晶表示パネルに係わり、特に反射型でも明る
く色純度が高いＥＣＢ型の液晶表示パネルに関する。

近年、エレクトロニクスの進展によって、電子機器の小
型化が促進されているが、機械と人間のインタフェース
の要素デバイスの１っであるデイスプレィには、液晶表
示パネルを用いたいわゆるＬＣＤ　（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃ
ｒｙｓｔａｌ　　Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶デイスプレィ）
か、ＣＲＴデイスプレィに替わる薄型軽量のデイスプレ
ィとして注目されている。

ＬＣＤは、昨今の新しい液晶材料と駆動方式の開発、表
示素子の製造技術の改良などが進展して、ＣＲＴデイス
プレィに劣らないデイスプレィになり得る可能性かでて
きている。

そして、カラー液晶表示装置の実現に向けているいろな
検討が進められているが、薄型軽量の特長を活かす上か
らも背面にいわゆるバックライトを必要としない反射型
のマルチカラー液晶表示装置の出現が望まれている。

〔従来の技術〕

液晶表示パネルは、粘稠な液体の中で大きな分子を動か
して、偏光などの光学的効果を利用してデイスプレィを
得ようとするもので、一般には応答が遅いので、液晶表
示パネルを用いたＬＣＤは動画のような動きの速い表示
には向かないといわれていた。

ところか、ＴＮ　（Ｔｗｉｓｔ　　Ｎｅｍａｔｉｃ、ね
じれネマチック）とかＳＴＮ　（Ｓｕｐｅｒ　　ＴＮ、
スーパＴＮ）と呼ばれる新しい液晶材料が開発される一
方、ＴＰＴ　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ）を画素ごとに配列してスイッチングするアクティ
ブマトリックス方式が実現して、液晶表示装置か最も注
目されるデイスプレィとなっている。

一方、液晶表示装置のカラー化に対しては、白黒を表示
する液晶表示パネルの各画素ごとに、Ｒ（赤）Ｇ（緑）
Ｂ（青）の微細なフィルタを設け、液晶によって光をス
イッチングしてマルチカラーを表示する技術が開発され
、例えば携帯用とが壁掛は用とかのカラーＴＶやカラー
モニタが出現しはじめている。

第６図は従来のカラー液晶表示パネルの一例の構成断面
図である。

図中、４は液晶層、１０は基板、１１はカラーフィルタ
層、１２は電極、１３は被覆層である。

液晶層４は２枚の基板１０に挟まれている。

基板ｌＯは透明で平滑なガラス板で、片側の基板１０の
上には、シアン・イエロ・マゼンタの３色のトッド状の
カラーフィルタ層１１か、交互に並んて被着されている
。そしてカラーフィルタ層１１の隙間には、光か漏れな
いように、例えばクロム膜などによって遮蔽される。

電極１２は、透明でなければならないので、一般にＩＴ
Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　　０ｘｉｄｅ）膜が多用さ
れている。しかし、ＩＴＯ膜は、膜厚が数ｎｍなので、
カラーフィルタ層１１が設けられて凸凹の激しい基板１
０の表面に直に設けることは難しい。

そこで、カラーフィルタ層１１の凸凹を埋めて平滑な表
面にするために、例えばポリイミドからなる被覆層１３
が設けられている。この被覆層１３の上にＩＴＯ膜が設
けられ、そのＩＴＯ膜をＸ方向あるいはＹ方向に縞状に
エツチングして電極１２となしている。こうして、２枚
の基板１０を対向して重ねたとき、電極１２の交点がカ
ラーフィルタ層１１に重なり、例えば６４０　Ｘ　４０
０　ドツトの画素となるいわゆるマトリックス電極か構
成される。

また、画素ごとにＴＰＴ　（薄膜トランジスタ）を設け
てスイッチングを行うアクティブマトリックス方式と呼
ばれる駆動方法もある。

一方、液晶表示パネルかＴＮ方式の場合には、ネマチッ
ク型と呼ばれる液晶材料か用いられ、電極１２の上には
図示してないか、例えば膜厚が数十ｎｍのポリイミドと
かポリビニルアルコールの配向膜が設けられている。

こうしてできた一方の基板ｌＯと他方の基板１０を例え
ば７μｍ程度の間隙をもって対向させ、例えばエポキシ
系の樹脂からなる熱硬化性のシール剤によって、周囲が
封止される、そして、その２枚の基板１０の隙間に液晶
か例えば真空注入されて液密に封じられ、液晶層４が形
成される。

さらに、ＴＮ方式の場合には、それぞれの基板１０の両
側に偏光板を設けて液晶表示パネルができあかる。

この液晶表示パネルを用い、個々の画素に対応して設け
られたカラーフィルタを透過する光をスイッチングすれ
ば、マルチカラー表示を行うことかできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来多用されているマルチカラー方式は、
カラーフィルタを用いた方式である。

ところか、このような液晶表示パネルの透過率は、カラ
ーフィルタによって原理的に１／３以下に低下する上に
、偏光板による光の吸収もある。

そのため、明るい表示を得るためにはバックライトが必
要であり、反射型の表示パネルを得ることが困難である
という問題があった。

そこで本発明は、ＥＣＢ型の液晶層を複数層重ね、透過
率が高くて明るい反射型のマルチカラー表示が可能な液
晶表示パネルを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上で述べた課題は、 対向する反射板と第二偏光板のと間に、複屈折性を具え
た複数の液晶層が層間に第一偏光板を介して積層されて
いる ように構成された液晶表示パネルによって解決される。

〔作　用〕

電場によって液晶自体の複屈折率が変化し、従って光学
位相差Δｎ−ｄ（Δｎ：液晶層の複屈折率、ｄ：液晶層
の層厚）が変化する効果は、ＥＣＢ　（Ｅｌｅｃｔｒｉ
ｃａｌｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎ
ｇｅｎｃｅ。

電界制御複屈折効果）と呼ばれ、このような性質を示す
ネマチック液晶を用いた液晶表示パネルは、ＥＣＢ型液
晶表示／ｉネルと呼ばれる。そして、この効果は入射光
の波長に依存し、出射光か干渉現象によって着色するの
でマルチカラー表示の液晶表示パネルに応用できる。

第５図は本発明の原理説明図である。

図中、１ｃは反射板、２は第一偏光板、４ａは第一液晶
層、４ｂは第二液晶層、２ｃは吸収軸、５は第二偏光板
、５ａは吸収軸、６ａは入射光、６ｂは反射光である。

同図において、液晶層４ａ、４ｂはＥＣＢ効果をもった
液晶からなっており、この液晶層４ａ、４ｂは互いに配
向方向か同一になるようにしている。そして、液晶層４
ａ、　４ｂのそれぞれの配向方向は、偏光板２．５のそ
れぞれの吸収軸２Ｃ１５ａの方向と互いに４５°になる
ようにしている。

いま、第二偏光板５を通過した直線偏光の入射光６ａは
、第二液晶層４ｂで波長分散を生じ、第二偏光板５で不
要な波長成分か吸収される。次いで、第一偏光板２を透
過して直線偏光になった入射光６ａは再び第一液晶層４
ａで波長分散を生じ、反射板ＩＣで反射した反射光６ｂ
は第一偏光板２て不要な波長成分が吸収される。次いで
、この反射光６ｂは第二液晶層４ｂで波長分散を生じ、
第二偏光板５て不要な波長成分が吸収され出射してくる
。

このように、偏光板２．５によって直線偏光に変えられ
た光が液晶層４ａ、　４ｂで波長分散されたあと、再び
偏光板２．５によって直線偏光されて不要な波長成分が
吸収されて着色するので、入射光６ａに白色光を用いれ
ば反射光６ｂを着色させることかできる。しかも、ＥＣ
Ｂ効果をもった液晶層４ａ、４ｂは、電界か印加された
ときに複屈折率Δｎか変化するので、この効果を用いて
光学位相差Δｎ・ｄを制御すれば、いろいろな色相の反
射光６ｂをして取り出すことかてきる。

こうして、第一液晶層４ａと第二液晶層４ｂを独立に、
かつ同時に制御してそれぞれの液晶層４ａ、’４ｂを透
過する光の波長を干渉させれば、純度の高いＢＧＲ（青
・緑・赤）を選択的に取り出すことができるので、マル
チカラー表示か可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成断面図、第２図は色表
示過程のスペクトル、第３図は色表示特性のスペクトル
、第４図は本発明の他の実施例の構成断面図である。

図中、１は第一基板、ｌａは第−配置内膜、１ｂは反射
データ電極、１ｃは反射板、２は第一偏光板、２ａは第
二配向膜、２ｂは走査電極、３は第二基板、３ａは透明
データ電極、４ａは第一液晶層、４ｂは第二液、　　晶
層、５は第二偏光板、６ａは入射光、６ｂは反射光であ
る。

実施例＝１ 第１図において、第一基板！と第二基板３には、透明で
平滑なガラス板を用いているか、第一基板１は透明であ
る必要はない。

第一基板１に設ける反射データ電極１ｂは反射板ＩＣを
兼ねており、電極表面で光か反射するように、例えばｌ
やＣｒなとの金属薄膜をホトリソグラフィによって構成
する。また、第二基板３に設ける透明データ電極３ａは
透明である必要かあり、例えば透明なＩＴＯ膜からなる
透明導電膜をホトリソグラフィによって構成する。

そして、反射データ電極１ｂと透明データ電極３ａの上
には、例えば膜厚が数十ｎｍのポリイミドとかポリビニ
ルアルコールなとの第一配向膜１ａを設ける。この第一
配向膜１ａには平行配向膜を用いたり、ラビング処理に
よってプレチルトをもたせた垂直配向膜を用いることか
てきる。こ＼ては、プレチルトをもたせた垂直配向膜を
用いている。

一方、第一偏光板２は、液晶表示パネルの光の透過性を
よくしたり表示パネルの視角を大きくして見易くするた
めにできるだけ薄い方かよい。そこで、第一偏光板２は
、厚みが数十μｍから数百μｍの、例えば一軸延伸した
高分子フィルムを沃素なとの色素て染色したり、例えば
マイクロシートと呼ばれる透明な薄いガラス板の表面を
ラビング処理して色素を配向させたりして構成する。

この第一偏光板２の両面には、例えば透明なＩＴＯ膜か
らなる走査電極２ｂをホトリソグラフィによって構成す
る。そして、この走査電極２ｂの上には、例えばポリイ
ミド、クロム錯体、シランカップリング剤などの薄膜か
らなる第二配向膜２ａを設ける。これらの薄膜は極く薄
くてよいので、例えばＬＢ（ラングミュア・プロジェッ
ト）法によって構成することもできる。

第二配向膜２ａは第一配向膜１ａと同様、平行配向膜て
も垂直配向膜てもよいか、こ＼では第一偏光板２が膜状
なのでラビングなどを行わなくてもよいように、第二配
向膜２ａには垂直配向膜を用いている。

そして、第一基板１に設けた反射データ電極１ｂと第一
偏光板２の裏側に設けた走査電極２ｂ、および第一偏光
板２の表側に設けた走査電極２ｂと第二基板３に設けた
透明データ電極３ａとか、それぞれ互いに対向して画素
か構成されるようになっている。また、反射データ電極
１ｂと走査電極２ｂの間、走査電極２ｂと透明データ電
極３ａの間はそれぞれ、独立に電圧か印加てきるように
なっている。そして、電圧を印加して、第一液晶層４ａ
と第一液晶層４ａのそれぞれの光学位相差Δｎ−ｄを変
えることによって、透過する光の波長を変化できるよう
になっている。

こうして、第一基板１と第二基板３の間隙に、第一偏光
板２を介して第一液晶層４ａと第二液晶層４ｂを挟めば
、本発明になる液晶表示パネルができあがる。ニーでは
、第一偏光板２の側か垂直配向、第一基板１と第二基板
３の側かプレチルトをもたせた垂直配向となっている。

ところて、第一液晶層４ａと第二液晶層４ｂに用いる液
晶は、ＥＣＢ効果をもったネマチック液晶である。この
ＥＣＢ効果をもった液晶は、基板に対する液晶分子の初
期の分子配列によって、垂直分子配列（ＤＡＰ）形、平
行分子配列（ホモジニアス）形、一方が基板に垂直配列
で他方か基板に平行配列したハイブリッド（ＨＡＮ）形
などの形式に分類されている。従って、こ−に例示した
液晶表示パネルはＤＡＰ形のパネルとなっている。

この液晶表示パネルは電圧を印加しないＡ領域では、第
二偏光板５て直線偏光した入射光６ａの進行方向が第二
液晶層４ｂの分子配列と平行になっているので、入射光
６ａは複屈折を受けない。そのため、入射光６ａは第一
偏光板２を透過することかできず、反射光６ｂは出射さ
れない。

それに対して、それぞれ対向する電極１ｂ、２ｂ、３ａ
の間に電圧か印加されたＢ領域においては、印加電圧を
上げていぐに従って液晶層４ａ、４ｂの液晶分子の配列
かチルト（傾斜）して直線偏光の入射光６ａか複屈折し
て楕円偏光となる。そして、入射光６ａの一部は第二液
晶層４ｂユ第一偏光板２ψ第一液晶層４ａ６反射板１ｃ
で反射φ第一液晶層４ａφ第一偏光板２φ第二液晶層４
ｂ＝＝＝）第二偏光板５の経路で透過して反射光６ｂと
して出射するようになる。

入射光６ａに白色光を用い、電極１ａ−２ｂ間、２ｂ−
３ａに印加する電圧を制御して、それぞれの液晶層４ａ
、４ｂの光学位相差Δｎ−ｄを調整した際に生じる反射
光６ｂの色表示過程を第２図に示す。

第２図において、縦軸は透過率（％）で、横軸は波長（
ｎｍ）であり、ＢＧＲの三原色の色表示過程のスペクト
ルを、第一液晶層４ａは破線、第二液晶層４ｂは一点破
線、反射光６ｂは実線で示す。括弧内の数字はΔｎ−ｄ
の値である。

まず、青色（Ｂ）についてみると、第一液晶層４ａの光
学位相差Δｎ−ｄ＝１０ｎｍとし、第二液晶層４ｂのΔ
ｎ−ｄ＝　６３０ｎｍとすると、同図（Ａ）に示したよ
うに第一液晶層４ａは入射光６ａをそのま＼透過し、第
二液晶層４ｂでは青色に透過ピークをもつのでＢの反射
光６ｂが得られる。

次に、緑色（Ｇ）については、第一液晶層４ａの△ｎ−
ｄ＝　５５０ｎｍとし、第二液晶層４ｂのΔｎ”ｄニア
８０ｎｍとすると、同図（Ｂ）に示したように第一液晶
層４ａて透過した青い波長成分は第二液晶層４ｂで干渉
して消されてしまい、緑色に透過ピークをもつＧの反射
光６ｂか得られる。

さらに、赤色（Ｒ）については、第一液晶層４ａのΔｎ
−ｄ＝　６６０ｎｍとし、第二液晶層４ｂのΔｎ・ｄ＝
３７０ｎｍとすると、同図（Ｃ）に示したように第一液
晶層４ａで透過した緑から青に近い波長成分は第二液晶
層４ｂで干渉して消されてしまう。

その結果、赤色に透過ピークをもっＲの反射光６ｂが得
られる。

この第２図に示した色表示過程から色表示特性を第３図
にまとめる。

第３図（Ａ）において、ＢＧＲの三原色の色表示特性に
ついてみると、それぞれの原色の色純度か低下して濁り
の原因となる波長成分か干渉によって消されており、色
純度の高い色相か得られることか分かる。

次いて、白色は広い波長領域の可視光であるが、第一液
晶層４ａのΔｎ−ｄ＝１０ｎｍ、第二液晶層４ｂのΔｎ
　−ｄ　＝　２５０ｎｍとすると、同図（Ｂ）に示した
ように第一液晶層４ａても第二液晶層４ｂても広い波長
領域で透過性かよく、白色か得られることになる。

次いで、黒色の場合には反射光６ｂか出射されない状態
てあり、第一液晶層４ａも第二液晶層４ｂもともにΔｎ
−ｄ＝１０ｎｍとすると、同図（Ｃ）に示したように第
一液晶層４ａて透過した入射光６ａの白色光が第二液晶
層４ｂで干渉されて消され、反射光６ｂが出射しなくな
り黒くなる。

実施例：２ 第４図において、第一基板１に設ける走査電極２ｂは反
射板ＩＣを兼ねており、その上に第一配向膜ｌａが被着
されている。

一方、第一偏光板２は、例えば薄いガラス板のような誘
電率が高くて透明な材料からなり、両面に第二配向膜２
ａが被着されている。

第二基板３は、実施例１て述べた構成になっている。

そして、実施例１と同様に第一基板１と第二基板３の間
に、第一偏光板２を介して第一液晶層４ａと第二液晶層
４ｂを挟めば液晶表示パネルができあがる。

この構成になる液晶表示パネルは、第一基板１に設けた
走査電極２ｂと第二基板３に設けた透明データ電極３ａ
との間に電圧を印加すると、介在する第一偏光板２の誘
電率が高いので誘電結合し、第一液晶層４ａと第二液晶
層４ｂに効果的に電場が印加されるので、液晶層４ａ、
４ｂのΔｎ−ｄを１つの駆動系で同時に制御できる。た
マし、それぞれの液晶層４ａ、　４ｂを独立にきめ細か
く制御することはできない。

液晶層における液晶分子の配向形式をどのようにするか
は第一偏光板の構成にも関連し、種々の変形が可能であ
る。

また、液晶層の光学位相差Δｎ−ｄの値は、ＢＧＲの三
原色の波長の選択によっているいろな値を採ることがで
き、種々の変形が可能である。

〔発明の効果〕

カラーフィルタを用いてマルチカラーを表示する従来の
液晶表示パネルは、透過率か低いために反射型で表示す
ることが困難であったか、本発明によればＥＣＢ効果を
もった液晶層を複数層重ねて、それぞれの液晶層の光学
位相差△ｎ−ｄを制御することにより、色純度の高いマ
ルチカラー表示かできる。さらに、カラーフィルタを用
いず、液晶層間には極く薄い偏光板を介在させることに
よって、透過率の低下も低く抑えることかできる。

従って、今後実用化が期待される反射型のＥＣＢ型液晶
表示装置の実現に対して、本発明は寄与するところか大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成断面図、第２図は色表
示過程のスペクトル、 第３図は色表示特性のスペクトル、 第４図は本発明の他の実施例の構成断面図、第５図は本
発明の原理説明図、 第６図は従来のカラー液晶表示パネルの一例の構成断面
図、 である。 図において、 １は第一基板、　　　　１ａは第一配向膜、１ｂは反射
データ電極、　１ｃは反射板、２は第一偏光板、　　　
２ａは第二配向膜、２ｂは走査電極、 ３は第二基板、　　　　３ａは透明データ電極、４ａは
第一液晶層、　　　４ｂは第二液晶層、５は第二偏光板
、 である。 （Ａ）青色（Ｆ３）＄示通桧 シ皮　長　（ｎｎン （Ｂ）緑色（ｑ）表示過程 メ表示Ａ程ｎス公７トル 第２　図（千の１） 蒲長（１ｍ） （Ｃ，）赤ｇ　（Ｒ）表示過程 第２　図（千／）２） 液長（〃だ） （Ａン、三三−原一一の一二！、示孕十ａ已表ホ跨ｆａ
／７λへ°２トル 第　５図（での１） 返表（ｎｍ） （Ｆ３）白〆ｎ戸表示野１生 シ１［し′　表　（ｎｎＬン （Ｇへ黒／）表示′Ｐｒ作 第３図（で９２） 木イ雪ロ月ダ４ヒの実オ色＄構戚厚１面Ｅつ第４グ ツトｆ日月の源理言Ｌｉｌ］月β円 第　　　５　　　ト］

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）対向する反射板（１ｃ）と第二偏光板（５）のと間
   に、複屈折性を具えた複数の液晶層（４）が層間に第一
   偏光板（２）を介して積層されていることを特徴とする
   液晶表示パネル。 ２）第一基板（１）と、前記第一偏光板（２）と、第二
   基板（３）と、前記液晶層（４）を有し、前記第一基板
   （１）は、第一配向膜（１ａ）で被覆され、かつ前記反
   射板（１ｃ）を兼備した反射データ電極（１ｂ）を有す
   るものであり、 前記第一偏光板（２）は、両面に第二配向膜（２ａ）で
   被覆され、かつ透明な走査電極（２ｂ）を有するもので
   あり、 前記第二基板（３）は、透明であって、裏面に前記第一
   配向膜（１ａ）で被覆され、かつ透明な透明データ電極
   （３ａ）と、表面に前記第二偏光板（５）を有するもの
   であり、 前記液晶層（４）は、電場によって複屈折率が制御され
   るものであって、前記第一基板（１）と第二基板（３）
   の間隙に、前記第一偏光板（２）を介して複数層設けら
   れているものである 請求項１記載の液晶表示パネル。 ３）前記第一基板（１）は、第一配向膜（１ａ）で被覆
   され、かつ前記反射板（１ｃ）を兼備した走査電極（２
   ｂ）を有するものであり、 前記第一偏光板（２）は、両面に第二配向膜（２ａ）が
   被覆された透明で誘電率の高い誘電体材料からなる 請求項２記載の液晶表示パネル。 ４）前記第一偏光板（２）は、一軸延伸した透明な高分
   子フィルムを色素で染色したものである請求項１記載の
   液晶表示パネル。 ５）前記第一偏光板（２）は、透明な部材の表面をラビ
   ング処理して色素を配向させたものである請求項１記載
   の液晶表示パネル。 ６）前記反射データ電極（１ｂ）と透明データ電極（３
   ａ）と走査電極（２ｂ）は、それぞれが対向する電極同
   士の間で独立に、かつ同時に前記液晶層（４）に電場を
   印加するものである 請求項２または３記載の液晶表示パネル。