JPH0990431A - Reflection type guest-host liquid crystal display device - Google Patents

Reflection type guest-host liquid crystal display device

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JPH0990431A
JPH0990431A JP7265005A JP26500595A JPH0990431A JP H0990431 A JPH0990431 A JP H0990431A JP 7265005 A JP7265005 A JP 7265005A JP 26500595 A JP26500595 A JP 26500595A JP H0990431 A JPH0990431 A JP H0990431A
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JP
Japan
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liquid crystal
layer
display device
retardation
guest
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Application number
JP7265005A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Shigeno
信行 重野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH0990431A publication Critical patent/JPH0990431A/en
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133631Birefringent elements, e.g. for optical compensation with a spatial distribution of the retardation value

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  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to form a multicolored reflection type guest-host liquid crystal display device without using color filters. SOLUTION: Transparent electrodes 3 are formed on the upper substrate 1 of the reflection type guest-host liquid crystal display device. Electrodes 4 and a reflection layer 13 are formed on a lower substrate 2 and an electro-optic body 5 is held in the spacing between both substrates to execute optical modulation at every pixel according to impressed voltages. This electro-optic body 5 has a laminated structure including a liquid crystal layer 6 of a guest-host type which contains dichromatic dyestuff 8 and is oriented uniformly along the transparent electrodes 3 and a phase difference layer 7 which has a prescribed optically anisotropic axis and is formed along the reflection layer 13. This phase difference layer 7 is interposed in the forward and backward path of the vibration components reflected by the reflection layer 13, rotates the vibration direction thereof 90 deg. and making the vibration components incident again on the liquid crystal layer 6 in an absorption state. At this time, the retardation of the phase difference layer 7 is optimized for every pixel and the wavelength of the vibration components absorbed by the liquid crystal layer 6 at the time of reicidence is provided with selectivity, by which color display is executed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は反射型ゲストホスト
液晶表示装置に関する。より詳しくは、位相差板を用い
る一方偏光板を除く事により入射光の利用効率を改善す
る技術に関する。さらに詳しくは、位相差板に波長選択
性を持たせてマルチカラー表示を可能にする技術に関す
る。
The present invention relates to a reflection type guest-host liquid crystal display device. More specifically, it relates to a technique for improving the utilization efficiency of incident light by removing a polarizing plate while using a retardation plate. More specifically, the present invention relates to a technique for enabling multi-color display by providing a retardation plate with wavelength selectivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶表示装置には種々のモードがあり、
現在ツイスト配向又はスーパーツイスト配向されたネマ
ティック液晶を用いたTNモードあるいはSTNモード
が主流となっている。しかしながら、これらのモードは
動作原理上一対の偏光板が必要であり、その光吸収があ
る為透過率が低く明るい表示画面が得られない。これら
のモードの他、二色性色素を利用したゲストホストモー
ドも開発されている。ゲストホストモードの液晶表示装
置は液晶に添加した二色性色素の吸収係数の異方性を利
用して表示を行なうものである。棒状構造の二色性色素
を用いると、色素分子は液晶分子に平行に配向する性質
があるので、電界を印加して液晶の分子配向を変化させ
ると、色素の配向方向も変化する。この色素は方向によ
って着色したりしなかったりするので、電圧を印加する
事によって液晶表示装置の着色、無色を切り換える事が
できる。
2. Description of the Related Art A liquid crystal display device has various modes.
At present, a TN mode or an STN mode using a nematic liquid crystal which is twist-oriented or super-twist-oriented is mainly used. However, these modes require a pair of polarizing plates in terms of operation principle, and because of their light absorption, a low transmittance and a bright display screen cannot be obtained. In addition to these modes, a guest-host mode using a dichroic dye has also been developed. The guest-host mode liquid crystal display device performs display using the anisotropy of the absorption coefficient of the dichroic dye added to the liquid crystal. When a rod-shaped dichroic dye is used, the dye molecules have the property of being aligned parallel to the liquid crystal molecules. Therefore, when an electric field is applied to change the molecular alignment of the liquid crystals, the alignment direction of the dye also changes. Since this dye may or may not be colored depending on the direction, it is possible to switch between coloring and colorlessness of the liquid crystal display device by applying a voltage.

【0003】図6はハイルマイヤー(Heilmeie
r)型ゲストホスト液晶表示装置の構造を示しており、
(A)は電圧無印加状態を表わし、(B)は電圧印加状
態を表わしている。この液晶表示装置はp形色素と誘電
異方性が正のネマティック液晶(Np 液晶)を用いてい
る。p形の二色性色素は分子軸に略平行な吸収軸を持っ
ており、分子軸に平行な偏光成分Lxを強く吸収し、そ
れに垂直な偏光成分Lyは殆ど吸収しない。(A)に示
す電圧無印加状態では、入射光に含まれる偏光成分Lx
がp形色素により強く吸収され、液晶表示装置は着色す
る。これに対し、(B)に示す電圧印加状態では、誘電
異方性が正のNp 液晶が電界に応答して立ち上がり、こ
れに合わせてp形色素も垂直方向に整列する。この為、
偏光成分Lxは僅かに吸収されるだけで液晶表示装置は
略無色を呈する。入射光に含まれる他方の偏光成分Ly
は電圧印加状態及び電圧無印加状態の何れであっても二
色性色素によって吸収される事は殆どない。従って、ハ
イルマイヤー型ゲストホスト液晶表示装置では、予め1
枚の偏光板を介在させ、他方の偏光成分Lyを取り除
き、コントラストの改善を図っている。
FIG. 6 shows Heilmeyer.
2 shows the structure of a r) type guest-host liquid crystal display device,
(A) shows a state where no voltage is applied, and (B) shows a state where a voltage is applied. The liquid crystal display device is p-type dye and dielectric anisotropy are using positive nematic liquid crystal (N p LCD). The p-type dichroic dye has an absorption axis substantially parallel to the molecular axis, strongly absorbs a polarized component Lx parallel to the molecular axis, and hardly absorbs a polarized component Ly perpendicular thereto. In the state in which no voltage is applied as shown in (A), the polarization component Lx contained in the incident light.
Is strongly absorbed by the p-type dye, and the liquid crystal display device is colored. In contrast, in the voltage application state (B), the dielectric anisotropy rises in response positive N p liquid crystal in an electric field, p-type dye is also vertically aligned accordingly. Therefore,
The polarization component Lx is only slightly absorbed, and the liquid crystal display device is substantially colorless. The other polarization component Ly included in the incident light
Is hardly absorbed by the dichroic dye regardless of whether the voltage is applied or not applied. Therefore, in the Heilmeier type guest-host liquid crystal display device,
The other polarizing component Ly is removed by interposing a polarizing plate to improve the contrast.

【0004】ネマティック液晶を用いたゲストホスト液
晶表示装置では、ゲストとして添加する二色性色素がネ
マティック液晶と同様に配向する。液晶の配向方向と平
行な偏光成分は吸収するが、これと直交する偏光成分は
殆ど吸収しない。従って、十分なコントラストを得る為
に、液晶表示装置の入射側に1枚の偏光板を配置し、入
射光の偏光方向を液晶の配向方向と一致させている。し
かしながら、この様にすると偏光板により原理的には入
射光の50%(実際には40%程度)が失われる為、表
示がTNモードの様に暗くなってしまう。この問題を改
善する手法として、単に偏光板を取り除いただけでは吸
光度のオンオフ比が著しく低下するので適当ではなく、
種々の改善策が提案されている。例えば図7に示す様
に、入射側から偏光板を除去する一方、出射側に位相差
板及び反射板を取り付けた反射型ゲストホスト液晶表示
装置が提案されている。この方式では、互いに直交する
2つの偏光成分Lx,Lyが、四分の一波長板として機
能する位相差板によって往路及び復路で偏光方向を90
°回転させ、偏光成分の入れ替えが行なわれる。従っ
て、(A)に示すオフ状態(吸収状態)では、各偏光成
分Lx,Lyが入射光路か反射光路の何れかで吸収を受
ける事になる。又(B)に示すオン状態(透過状態)で
は何れの偏光成分Lx,Lyも殆ど吸収を受ける事はな
い。これにより、入射光の利用効率が著しく改善でき、
表示装置が明るくなる。
In a guest-host liquid crystal display device using a nematic liquid crystal, a dichroic dye added as a guest is aligned similarly to the nematic liquid crystal. A polarized component parallel to the alignment direction of the liquid crystal is absorbed, but a polarized component orthogonal to this is hardly absorbed. Therefore, in order to obtain a sufficient contrast, one polarizing plate is arranged on the incident side of the liquid crystal display device so that the polarization direction of the incident light coincides with the alignment direction of the liquid crystal. However, in this case, 50% (actually about 40%) of the incident light is lost by the polarizing plate in principle, so that the display becomes dark like the TN mode. As a method to improve this problem, simply removing the polarizing plate is not suitable because the on / off ratio of the absorbance is significantly reduced.
Various improvement measures have been proposed. For example, as shown in FIG. 7, a reflective guest-host liquid crystal display device has been proposed in which a polarizing plate is removed from the incident side and a retardation plate and a reflective plate are attached to the emitting side. In this method, two polarization components Lx and Ly that are orthogonal to each other have a polarization direction of 90 degrees in the forward path and the backward path by the phase difference plate functioning as a quarter-wave plate.
Rotation is performed by rotating the polarized components. Therefore, in the off state (absorption state) shown in (A), the polarization components Lx and Ly are absorbed in either the incident light path or the reflected light path. Further, in the ON state (transmission state) shown in (B), almost no polarized components Lx and Ly are absorbed. Thereby, the use efficiency of incident light can be remarkably improved,
The display device becomes brighter.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示した反射型ゲストホスト液晶表示装置は位相差板を用
いる事により入射光の利用効率を向上できるが、ゲスト
として用いる二色性色素の色調しか表示する事ができな
い。例えば、黒色の二色性色素を使用した場合、印加電
圧を変化させて中間調表示を行なったとしても、黒、
灰、白の様に明度が変化するのみである。即ち、従来の
方式では表示のマルチカラー化やフルカラー化ができな
い。ところで、カラー化を実現する為には一般にカラー
フィルタを表示装置に組み込む事が行なわれている。し
かしながら、カラーフィルタを用いるとオン状態(透過
状態)でも入射光はカラーフィルタによる吸収を受ける
為白表示が暗くなる欠点が生じる。又、液晶分子及び二
色性色素の長軸方向が基板に対し垂直となっている透過
状態でも入射光は二色性色素の短軸方向に若干吸収され
る為、この分がカラーフィルタによる吸収に加わる。
However, although the reflection type guest-host liquid crystal display device shown in FIG. 7 can improve the utilization efficiency of incident light by using the retardation plate, the color tone of the dichroic dye used as the guest can be improved. Only can be displayed. For example, when a black dichroic dye is used, even if halftone display is performed by changing the applied voltage, black,
Only the lightness changes like gray and white. That is, the conventional method cannot realize multi-color display or full-color display. By the way, in order to realize colorization, a color filter is generally incorporated in a display device. However, when a color filter is used, incident light is absorbed by the color filter even in the ON state (transmission state), so that there is a drawback that the white display becomes dark. In addition, even when the liquid crystal molecules and the dichroic dye have their long-axis directions perpendicular to the substrate, the incident light is slightly absorbed in the short-axis direction of the dichroic dye. Join in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為、以下の構成を有する反射型ゲストホス
ト液晶表示装置を提案するものである。即ち、本発明に
かかる反射型ゲストホスト液晶表示装置は基本的な構成
として、電極が形成され且つ入射光を受け入れる一方の
基板と、同じく電極が形成され且つ所定の間隙を介して
該一方の基板に対向配置した他方の基板と、該間隙に保
持され両電極の間に印加される電圧に応じて画素毎に光
変調を行なうゲストホスト型の液晶層と、該他方の基板
に配置した位相差板及び反射板とを有する。前記液晶層
は印加電圧に応じて吸収状態と透過状態に変化し、吸収
状態では入射光に含まれる第1振動成分を略吸収する一
方これと直交する第2振動成分を略透過する。透過状態
では両振動成分を略透過する。前記位相差板層は該反射
板で反射される第2振動成分の往復路中に介在し該第2
振動成分を第1振動成分に変換して吸収状態にある該液
晶層に再入射する。特徴事項として、該位相差板のリタ
ーデーションを画素毎に最適化して再入射時該液晶層に
よって吸収される第1振動成分の波長に選択性を持たせ
てカラー表示を行なう。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, a reflective guest-host liquid crystal display device having the following constitution is proposed. That is, the reflection type guest-host liquid crystal display device according to the present invention has, as a basic configuration, one substrate on which electrodes are formed and receives incident light, and one substrate on which electrodes are formed and which also has a predetermined gap therebetween. To the other substrate, a guest-host type liquid crystal layer that performs light modulation for each pixel according to the voltage applied between both electrodes and held in the gap, and the phase difference arranged on the other substrate. A plate and a reflector. The liquid crystal layer changes between an absorption state and a transmission state according to an applied voltage. In the absorption state, the liquid crystal layer substantially absorbs the first vibration component contained in the incident light while substantially transmitting the second vibration component orthogonal thereto. In the transmission state, both vibration components are substantially transmitted. The phase difference plate layer is interposed in the round trip path of the second vibration component reflected by the reflection plate,
The vibration component is converted into the first vibration component and re-enters the liquid crystal layer in the absorbing state. As a characteristic feature, the retardation of the retardation film is optimized for each pixel, and the wavelength of the first vibration component absorbed by the liquid crystal layer at the time of re-incident is given a selectivity to perform color display.

【0007】具体的には、該位相差板は画素毎に異なる
厚みに設定してリターデーションを最適化する。又、前
記位相差板は両基板の間隙に内蔵されている。さらに前
記反射板は両基板の間隙に内蔵されている。
Specifically, the retardation plate is set to have a different thickness for each pixel to optimize the retardation. Further, the retardation plate is built in the gap between the two substrates. Further, the reflector is built in the gap between the two substrates.

【0008】以上の様に本発明では、位相差板を有する
反射型ゲストホスト液晶表示装置において、位相差板の
リターデーションを画素毎に最適化する事により、出射
時に二色性色素によって吸収される光の波長に選択性を
持たせ、カラーフィルタや偏光板を用いる事なくマルチ
カラー表示を可能にしている。
As described above, according to the present invention, in the reflection type guest-host liquid crystal display device having the retardation plate, the retardation of the retardation plate is optimized for each pixel so that it is absorbed by the dichroic dye at the time of emission. It has multi-color display without using a color filter or a polarizing plate by giving selectivity to the wavelength of light.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1は本発明にかかる反射型ゲス
トホスト液晶表示装置の最良な実施形態を示している。
(A)に示す様に、本装置は上側基板1と下側基板2と
を用いて組み立てられている。上側基板1はガラス等か
らなり透明電極3が形成され且つ入射光を受け入れる。
この透明電極3は例えば行方向に沿ってストライプ状に
パタニングされている。下側基板2には電極4が形成さ
れている。この電極4は例えば列方向に沿ってストライ
プ状にパタニングされている。従って、上側の透明電極
3と下側の電極4は行列状に交差して画素を規定し、単
純マトリクス型の液晶表示装置が得られる。なお、本発
明は単純マトリクス型に限られるものではなく所謂アク
ティブマトリクス型にも適用可能である事はいうまでも
ない。下側の電極4の表面には反射層13が形成されて
いる。この反射層13は内蔵型の反射板である。なお、
本発明はこれに限られるものではなく反射板を内蔵型と
する代わりに下側基板2の外側に取り付ける外装型であ
っても良い。又、下側の電極4と反射層13を一体化し
て反射電極を形成しても良い。例えば、金属アルミニウ
ムを成膜した後ストライプ状にパタニングすれば所望の
反射電極4が得られる。下側基板2は所定の間隙を介し
て上側基板1に対向配置されている。この間隙には電気
光学体5が保持されており、上側の透明電極3と下側の
電極4の間に印加される電圧に応じて入射光の光変調を
画素単位で行なう。電気光学体5はゲストホスト型の液
晶層6と位相差層7とを含む積層構造を有する。液晶層
6は例えば黒色の二色性色素8を含有すると共に、透明
電極3に沿って一様に配向している。位相差層7は所定
の光学異方軸を有し、反射層13に沿って成膜されてい
る。この位相差層7は内蔵型の位相差板である。但し、
本発明はこれに限られるものではなく内蔵型の位相差板
に代え、下側基板2の外側に位相差板を取り付けた外装
型としても良い事は勿論である。位相差層7の上には配
向膜11が形成されている。又、透明電極3の表面にも
配向膜10が形成されている。従って、液晶層6は上下
の配向膜10,11により保持されており、その配向状
態を予め制御している。
1 shows the best mode of a reflective guest-host liquid crystal display device according to the present invention.
As shown in (A), this device is assembled using an upper substrate 1 and a lower substrate 2. The upper substrate 1 is made of glass or the like, has a transparent electrode 3 formed thereon, and receives incident light.
This transparent electrode 3 is patterned in a stripe shape along the row direction, for example. An electrode 4 is formed on the lower substrate 2. The electrodes 4 are patterned in stripes along the column direction, for example. Therefore, the transparent electrodes 3 on the upper side and the electrodes 4 on the lower side intersect in a matrix to define pixels, and a simple matrix type liquid crystal display device is obtained. Needless to say, the present invention is not limited to the simple matrix type but can be applied to a so-called active matrix type. A reflective layer 13 is formed on the surface of the lower electrode 4. The reflective layer 13 is a built-in reflective plate. In addition,
The present invention is not limited to this, and instead of the built-in reflector, it may be an exterior type attached to the outside of the lower substrate 2. Alternatively, the lower electrode 4 and the reflective layer 13 may be integrated to form a reflective electrode. For example, a desired reflective electrode 4 can be obtained by depositing metal aluminum and then patterning it in a stripe pattern. The lower substrate 2 is opposed to the upper substrate 1 with a predetermined gap. The electro-optical body 5 is held in this gap, and the light modulation of the incident light is performed in pixel units according to the voltage applied between the upper transparent electrode 3 and the lower electrode 4. The electro-optical body 5 has a laminated structure including a guest-host type liquid crystal layer 6 and a retardation layer 7. The liquid crystal layer 6 contains, for example, a black dichroic dye 8 and is uniformly aligned along the transparent electrode 3. The retardation layer 7 has a predetermined optical anisotropic axis and is formed along the reflective layer 13. The retardation layer 7 is a built-in retardation plate. However,
The present invention is not limited to this, and it goes without saying that an external type in which a retardation plate is attached to the outside of the lower substrate 2 may be used instead of the built-in retardation plate. An alignment film 11 is formed on the retardation layer 7. An alignment film 10 is also formed on the surface of the transparent electrode 3. Therefore, the liquid crystal layer 6 is held by the upper and lower alignment films 10 and 11, and the alignment state thereof is controlled in advance.

【0010】液晶層6は印加電圧に応じて吸収状態と透
過状態に変化する。(A)は吸収状態を表わしており、
入射光に含まれる第1振動成分Xを略吸収する一方、こ
れと直交する第2振動成分Yを略透過する。逆に、透過
状態では両振動成分X,Yを略透過する。図示する様
に、吸収状態ではネマティック液晶分子9は水平配向し
ており、これに応じて二色性色素8も水平配向してい
る。本例では電圧無印加で吸収状態を実現しており、電
圧印加で透過状態に変化する。この為、ネマティック液
晶分子9は正の誘電異方性を有し且つ配向膜10,11
により予め水平配向(ホモジニアス配向)に制御されて
いる。逆に、電圧印加で図示の吸収状態を実現する事も
できる。この場合には、ネマティック液晶分子9は負の
誘電異方性を有するものを用いる。かかる構成におい
て、位相差層7は反射層13で反射される第2振動成分
Yの往復路中に介在し、第2振動成分Yを第1振動成分
Xに変換して、吸収状態にある液晶層6に再入射する。
The liquid crystal layer 6 changes between an absorption state and a transmission state according to the applied voltage. (A) represents an absorption state,
While the first vibration component X contained in the incident light is substantially absorbed, the second vibration component Y orthogonal to the first vibration component is substantially transmitted. Conversely, in the transmission state, both vibration components X and Y are substantially transmitted. As shown in the drawing, the nematic liquid crystal molecules 9 are horizontally aligned in the absorption state, and accordingly, the dichroic dye 8 is also horizontally aligned. In this example, the absorption state is realized without applying a voltage, and the state changes to the transmission state when a voltage is applied. Therefore, the nematic liquid crystal molecule 9 has a positive dielectric anisotropy and the alignment films 10 and 11 are formed.
Is controlled in advance to a horizontal orientation (homogeneous orientation). On the contrary, the illustrated absorption state can be realized by applying a voltage. In this case, the nematic liquid crystal molecule 9 having a negative dielectric anisotropy is used. In such a configuration, the retardation layer 7 is present in the round trip path of the second vibration component Y reflected by the reflection layer 13, converts the second vibration component Y into the first vibration component X, and is in the absorbing state. Re-enter layer 6.

【0011】位相差層7は四分の一波長板として機能す
る。(B)に示す様に、その光学異方軸は吸収状態にあ
る液晶層の配向方向と45°の角度で交差している。吸
収状態を透過した第2振動成分Y(直線偏光成分)の振
動方向は配向方向と直交している。又、この第2振動成
分Yは光学異方軸と45°の角度で交差している。第2
振動成分Y(直線偏光成分)は四分の一波長板を透過す
ると円偏光に変換される。この円偏光は反射層13で反
射された後再び四分の一波長板に入射すると第2振動成
分Yと直交する直線偏光(第1振動成分X)に変換され
る。この様にして変換された第1振動成分Xは吸収状態
にある液晶層6により吸収される事になる。
The retardation layer 7 functions as a quarter wave plate. As shown in (B), the optical anisotropic axis intersects with the alignment direction of the liquid crystal layer in the absorbing state at an angle of 45 °. The vibration direction of the second vibration component Y (linearly polarized light component) transmitted through the absorption state is orthogonal to the alignment direction. The second vibration component Y crosses the optically anisotropic axis at an angle of 45 °. Second
The vibration component Y (linearly polarized light component) is converted into circularly polarized light when passing through the quarter-wave plate. When this circularly polarized light is reflected by the reflection layer 13 and then enters the quarter-wave plate again, it is converted into linearly polarized light (first vibration component X) orthogonal to the second vibration component Y. The first vibration component X converted in this way is absorbed by the liquid crystal layer 6 in the absorbing state.

【0012】本発明の特徴事項として、位相差層7のリ
ターデーションを画素毎に最適化して再入射時液晶層6
によって吸収される第1振動成分の波長に選択性を持た
せてカラー表示を行なっている。具体的には、位相差層
7は画素毎に異なる厚みに設定してリターデーションを
最適化している。例えば、画素毎に赤緑青の三原色に対
応した波長選択性を持たせると、フルカラー表示を行な
う事ができる。
As a feature of the present invention, the retardation of the retardation layer 7 is optimized for each pixel and the liquid crystal layer 6 upon re-incident
The wavelength of the first vibration component absorbed by is selected and displayed in color. Specifically, the retardation layer 7 is set to have a different thickness for each pixel to optimize the retardation. For example, if each pixel is provided with wavelength selectivity corresponding to the three primary colors of red, green and blue, full color display can be performed.

【0013】図2は、液晶層6の透過状態を表わしてお
り、ネマティック液晶分子9は垂直配向している。これ
に合わせて、二色性色素8も垂直配向している。従っ
て、第1振動成分X及び第2振動成分Y共に二色性色素
8の短軸方向に沿った僅かな吸収分を除き液晶層6を略
全面的に透過する。反射光は第1振動成分と第2振動成
分が互いに入れ替わるだけであり、何等光変調を受けな
い。誘電異方性が正のネマティック液晶分子9は印加電
圧に応答して立ち上がり、垂直配向に変化する。なお、
前述した様に電圧無印加でネマティック液晶分子9の垂
直配向を実現する事も可能である。即ち、上下の配向膜
10,11の材料等を適宜選択する事により、ネマティ
ック液晶分子9を垂直配向(ホメオトロピック配向)す
る事ができる。この場合には、誘電異方性が負のネマテ
ィック液晶分子9を用い、電圧印加に応じて水平配向に
切り換える。この時、水平配向方向を一定とする為、垂
直配向状態で予めネマティック液晶分子9にプレチルト
を付けておく。
FIG. 2 shows the transmission state of the liquid crystal layer 6, in which the nematic liquid crystal molecules 9 are vertically aligned. In accordance with this, the dichroic dye 8 is also vertically aligned. Therefore, both the first vibration component X and the second vibration component Y are almost entirely transmitted through the liquid crystal layer 6 except for a slight absorption amount of the dichroic dye 8 along the minor axis direction. The reflected light only exchanges the first vibration component and the second vibration component with each other, and is not subjected to any optical modulation. The nematic liquid crystal molecules 9 having a positive dielectric anisotropy rise in response to an applied voltage and change to vertical alignment. In addition,
As described above, it is also possible to realize the vertical alignment of the nematic liquid crystal molecules 9 without applying a voltage. That is, the nematic liquid crystal molecules 9 can be vertically aligned (homeotropic alignment) by appropriately selecting materials for the upper and lower alignment films 10 and 11. In this case, nematic liquid crystal molecules 9 having a negative dielectric anisotropy are used, and the orientation is switched to horizontal alignment according to the voltage application. At this time, in order to keep the horizontal alignment direction constant, the pre-tilt is applied to the nematic liquid crystal molecules 9 in the vertical alignment state in advance.

【0014】引き続き図1及び図2を参照して、最良の
実施形態の具体的な構成を詳細に説明する。本液晶表示
装置において、液晶層6はネマティック液晶分子9から
なり、この中には黒色の二色性色素8が添加されてい
る。二色性色素8を混入した液晶層6は水平配向あるい
は垂直配向されている。下側の電極4の表面は反射層1
3で覆われており、本表示装置は反射型ディスプレイと
なっている。反射層13の上には可視域400〜700
nmの波長に対してλ/4の位相差を付与できる透明な位
相差層7が形成されている。位相差層7のリターデーシ
ョンは画素毎に異なっており、所望の波長選択性が付与
されている。位相差層7の光学異方軸は液晶層6が水平
配向されている場合、その配向方向と45°の角度をな
す様に設定されている。位相差層7は光学異方軸に沿っ
て一軸配向した液晶分子を含む高分子液晶材料で形成さ
れている。例えば、高分子液晶材料(液晶性高分子であ
る芳香族ポリエステル、シロキサン樹脂等)を用いて、
これをネマティック層あるいはスメクティックA相の温
度で基板上に配列させておいてから、室温に戻し固定す
る事で、一軸異方性の位相差層7が得られる。屈折率異
方性(Δn)の高い高分子液晶材料を用いてλ/4層を
形成すれば、その膜厚を十分に薄くできる。この位相差
層7と液晶層6との間にはパシベーション層を兼ねた配
向膜11が介在している。配向膜11としては感光性材
料を用いる事ができ、露光現像により画素毎にパタン化
できる様にしている。感光性材料としては例えばポリビ
ニルアルコール(PVA)の水溶液に光架橋反応を起さ
せる為の重クロム酸アンモンを微量添加したものを用い
る事ができ、スピンコーティング等により基板上に塗布
できる。PVAは液晶層6に対して優れた配向性を有し
ており、配向膜11として好適である。
Continuing to refer to FIGS. 1 and 2, the specific construction of the best mode will be described in detail. In the present liquid crystal display device, the liquid crystal layer 6 is composed of nematic liquid crystal molecules 9, and a black dichroic dye 8 is added therein. The liquid crystal layer 6 containing the dichroic dye 8 is horizontally or vertically aligned. The surface of the lower electrode 4 is the reflective layer 1
The display device is a reflective display. 400 to 700 visible range on the reflective layer 13
A transparent retardation layer 7 capable of imparting a retardation of λ / 4 to a wavelength of nm is formed. The retardation of the retardation layer 7 differs for each pixel, and desired wavelength selectivity is imparted. The optical anisotropic axis of the retardation layer 7 is set so as to form an angle of 45 ° with the alignment direction when the liquid crystal layer 6 is horizontally aligned. The retardation layer 7 is made of a polymer liquid crystal material containing liquid crystal molecules uniaxially oriented along the optical anisotropic axis. For example, by using a polymer liquid crystal material (aromatic polyester, siloxane resin, etc., which is a liquid crystal polymer),
The uniaxially anisotropic retardation layer 7 is obtained by arranging these on the substrate at the temperature of the nematic layer or the smectic A phase, and then returning to room temperature and fixing. If the λ / 4 layer is formed using a polymer liquid crystal material having a high refractive index anisotropy (Δn), the film thickness can be made sufficiently thin. An alignment film 11 which also serves as a passivation layer is interposed between the retardation layer 7 and the liquid crystal layer 6. A photosensitive material can be used as the alignment film 11, and the pattern can be formed for each pixel by exposure and development. As the photosensitive material, for example, an aqueous solution of polyvinyl alcohol (PVA) to which a small amount of ammonium dichromate for causing a photocrosslinking reaction is added can be used, and the photosensitive material can be applied onto a substrate by spin coating or the like. PVA has an excellent alignment property with respect to the liquid crystal layer 6, and is suitable as the alignment film 11.

【0015】次に本発明の特徴要件となる位相差層の波
長選択性について詳細な説明を行なう。図3は吸収状態
にあるゲストホスト液晶層(吸光度の異方体)をモデル
的に表わしたものである。図示する様に吸光度の異方体
は楕円体Aで表わされる。これに対し、吸光度の異方体
を通過する透過光は楕円体Bとしてモデル的に表わされ
る。透過光の楕円体Bは吸光度の低い方向に沿った第2
振動成分を多く含んでいる。
Next, the wavelength selectivity of the retardation layer, which is a feature of the present invention, will be described in detail. FIG. 3 is a model representation of the guest-host liquid crystal layer in the absorption state (anisotropic body of absorbance). As shown in the drawing, the anisotropic body of absorbance is represented by an ellipsoid A. On the other hand, the transmitted light passing through the anisotropic anisotropic body is modeled as an ellipsoid B. The ellipsoid B of the transmitted light is the second along the direction of low absorbance.
It contains a lot of vibration components.

【0016】図4は位相差層を屈折率楕円体Cとしてモ
デル的に表わしたものである。透過光の楕円体Bは屈折
率楕円体Cを通過した後反射層により反射され、再び屈
折率楕円体Cを通過して反射光の楕円体Dに変換され
る。前述した様に位相差層は特定の波長λに対して四分
の一波長分の位相差を付与する。位相差層を表わす屈折
率楕円体Cの長軸方向及び短軸方向の光の間に往復でλ
/2の位相差を与える事になり、透過光の楕円体Bは9
0°だけ回転して反射光の楕円体Dとなって出射する。
これにより、透過時に吸光度の低い方向の第2振動成分
を有している為吸収されにくかった光が、吸光度の高い
方向に沿った第1振動成分を持つ事となり、出射時に吸
光されやすくなる。
FIG. 4 is a model representation of the retardation layer as an index ellipsoid C. After passing through the refractive index ellipsoid C, the ellipsoid B of the transmitted light is reflected by the reflection layer, passes through the refractive index ellipsoid C again, and is converted into the ellipsoid D of the reflected light. As described above, the retardation layer imparts a retardation of a quarter wavelength to the specific wavelength λ. Λ reciprocally between light in the major axis direction and light in the minor axis direction of the index ellipsoid C representing the retardation layer.
A phase difference of / 2 is given, and the ellipsoid B of the transmitted light is 9
The light is rotated by 0 ° and emitted as an ellipsoid D of reflected light.
As a result, the light that is difficult to be absorbed because it has the second vibration component in the direction of low absorbance at the time of transmission has the first vibration component along the direction of high absorbance, and is easily absorbed at the time of emission.

【0017】ここで位相差層のリターデーションR=Δ
n・dについて考察を加える。なお、Δnは前述した様
に屈折率異方性であり、dは位相差層の厚みを表わして
いる。リターデーションRはΔnとdで決まる為一定で
ある。これに対してR=Δn・d=λ/4の関係を満た
す特定の波長λのみが正確に四分の一波長分の位相差を
付与される。例えば、波長600nmの光について往復で
λ/2の位相差を付与する様に位相差層のリターデーシ
ョンRを設定する。即ち、2・R=2・Δn・d=2・
(600×10-9/4)=300nmである。これとは異
なる波長600xnm(xは係数)の光に対しては2R=
2・Δn・d=300nm=600x×10-9/2xとな
る。従って、600xnmの波長の光に対してはλ/2x
の位相差を発生させる。この様にxが1以外となる波長
の光は図4に示したモデルとは異なり理想的に90°回
転して出射してこない。この為、出射時の吸光効率が低
下する。換言すると、xが1以外である波長成分がある
程度透過する事になり、波長選択性が生じる。この波長
選択性を利用する事により二色性色素の色以外の表示が
可能になる。即ち、表示したい色調以外の波長の光がλ
/2に近くなる様に位相差層のリターデーションRを形
成し、吸光効率を大きくするのである。この為には例え
ば位相差層の厚みdを調整すれば良い。これにより表示
したい色の波長の光に対する吸光効率が低下し、出射光
中により多くその光波長成分が残存する事となる。例え
ば、位相差層の厚みdを最適化する事で画素毎に赤緑青
の三原色に対する波長選択性を付与でき、フルカラー表
示も可能である。
Here, the retardation of the retardation layer R = Δ
A consideration will be added to n · d. As described above, Δn is the refractive index anisotropy, and d represents the thickness of the retardation layer. The retardation R is constant because it is determined by Δn and d. On the other hand, only a specific wavelength λ satisfying the relation of R = Δn · d = λ / 4 is given a phase difference of exactly a quarter wavelength. For example, the retardation R of the retardation layer is set so as to give a phase difference of λ / 2 in a round trip with respect to light having a wavelength of 600 nm. That is, 2 · R = 2 · Δn · d = 2 ·
(600 × 10 −9 / 4) = 300 nm. For light of wavelength 600xnm (x is a coefficient) different from this, 2R =
2 · Δn · d = 300 nm = 600x × 10 −9 / 2x. Therefore, for light with a wavelength of 600xnm, λ / 2x
Generate the phase difference of. Thus, unlike the model shown in FIG. 4, light of wavelengths where x is other than 1 ideally rotates 90 ° and does not emerge. Therefore, the light absorption efficiency at the time of emission decreases. In other words, the wavelength component in which x is other than 1 is transmitted to some extent, and wavelength selectivity occurs. By utilizing this wavelength selectivity, display other than the color of the dichroic dye becomes possible. That is, if the wavelength of light other than the desired color tone is λ
The retardation R of the retardation layer is formed so as to be close to / 2 to increase the light absorption efficiency. For this purpose, for example, the thickness d of the retardation layer may be adjusted. As a result, the absorption efficiency for the light of the wavelength of the color to be displayed is reduced, and more of the light wavelength component remains in the emitted light. For example, by optimizing the thickness d of the retardation layer, wavelength selectivity with respect to the three primary colors of red, green and blue can be imparted to each pixel, and full color display is also possible.

【0018】最後に図5を参照して波長選択性を持たせ
た位相差層7の形成方法を詳細に説明する。先ず工程
(a)で、ガラス等からなる基板2を洗浄した後その表
面にスパッタリング法又は真空蒸着法で導電膜を成膜す
る。この導電膜を所定の形状にパタニングして電極4に
加工する。次に電極4の上を反射層13で被覆する。こ
の反射層13を所定の方向に沿って下地ラビング処理す
る。さらに、反射層13の上に高分子液晶材料を塗布す
る。この高分子液晶は、例えば安息香酸エステル系のメ
ソゲンをペンダントとした側鎖型の高分子液晶である。
この高分子液晶をシクロヘキサンとメチルエチルケトン
を8:2の割合で混合した溶液に、3〜5重量%溶解さ
せる。この溶液をスピンコートし、ガラス基板2上に高
分子液晶を成膜する。この時スピンコートの回転速度を
適当に設定する事で膜厚を制御でき、ひいては位相差層
のリターデーションを最適化できる。この後基板加熱を
行ない、一旦高分子液晶を光学的に等方性状態まで加温
する。続いて加熱温度を徐々に降下しネマティック層を
経て室温状態まで戻す。ネマティック層において高分子
液晶は反射層13の下地ラビング方向に沿って配列し、
所望の一軸配向性が得られる。この一軸配向状態は基板
2を室温に戻す事により固定される。この様なアニール
処理により、高分子液晶材料に含まれる液晶分子は一軸
配向し、所望のリターデーションを有する位相差層7が
得られる。
Finally, a method of forming the retardation layer 7 having wavelength selectivity will be described in detail with reference to FIG. First, in step (a), the substrate 2 made of glass or the like is washed, and then a conductive film is formed on its surface by a sputtering method or a vacuum evaporation method. This conductive film is patterned into a predetermined shape to form the electrode 4. Then, the electrode 4 is coated with the reflective layer 13. This reflective layer 13 is subjected to a base rubbing process along a predetermined direction. Further, a polymer liquid crystal material is applied on the reflective layer 13. This polymer liquid crystal is, for example, a side-chain polymer liquid crystal having a benzoate ester mesogen as a pendant.
This polymer liquid crystal is dissolved in a solution in which cyclohexane and methyl ethyl ketone are mixed at a ratio of 8: 2 by 3 to 5% by weight. This solution is spin-coated to form a polymer liquid crystal film on the glass substrate 2. At this time, the film thickness can be controlled by appropriately setting the rotation speed of the spin coat, and thus the retardation of the retardation layer can be optimized. Thereafter, the substrate is heated, and the polymer liquid crystal is once heated to an optically isotropic state. Then, the heating temperature is gradually lowered to return to room temperature through the nematic layer. In the nematic layer, the polymer liquid crystals are arranged along the rubbing direction of the base of the reflective layer 13,
The desired uniaxial orientation can be obtained. This uniaxial orientation state is fixed by returning the substrate 2 to room temperature. By such an annealing treatment, the liquid crystal molecules contained in the polymer liquid crystal material are uniaxially aligned, and the retardation layer 7 having a desired retardation is obtained.

【0019】工程(b)に進み、位相差層7の上に感光
性材料11aを塗布する。例えば、PVAの水溶液0.
1〜5wt%をスピンコートする。この時水溶液にPVA
の光架橋反応を起させる為例えば重クロム酸アンモンを
微量添加しておく。次に工程(c)に進み、所望のマス
クMを用いて水銀ランプあるいはキセノンランプで露光
処理を行なう。さらに工程(d)に進み、水洗処理を施
すと露光されなかった感光性材料11aの部分が水に溶
解し、パタン化されたPVAのポリマーからなる配向膜
11が形成される。最後に工程(e)で、この配向膜1
1をマスクとして基板2をn−ブタノンに浸漬すると、
配向膜11により被覆されていない位相差層7の部分が
溶解しパタン化される事になる。従って、特定の画素の
みに所望のリターデーションを有する位相差層7を選択
的に形成できる。
Proceeding to step (b), the photosensitive material 11a is applied onto the retardation layer 7. For example, an aqueous solution of PVA 0.
Spin coat 1-5 wt%. At this time, add PVA to the aqueous solution.
In order to cause the photocrosslinking reaction of, for example, a small amount of ammonium dichromate is added. Next, in step (c), a desired mask M is used to perform exposure processing with a mercury lamp or a xenon lamp. When the process proceeds to step (d), a portion of the photosensitive material 11a which has not been exposed is dissolved in water when subjected to a water washing treatment, and the alignment film 11 made of a patterned PVA polymer is formed. Finally, in step (e), this alignment film 1
When the substrate 2 is dipped in n-butanone using 1 as a mask,
The portion of the retardation layer 7 that is not covered with the alignment film 11 is dissolved and patterned. Therefore, the retardation layer 7 having a desired retardation can be selectively formed only in specific pixels.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、位
相差板を有する反射型ゲストホスト液晶表示装置におい
て、位相差板のリターデーションを画素毎に最適化する
事により、出射時に二色性色素によって吸収される光の
波長に選択性を持たせ、カラーフィルタや偏光板を用い
る事なくマルチカラー表示を可能にしている。又、透過
状態では光は二色性色素の短軸方向によってしか吸収さ
れない為、白表示を明るくする事ができる。
As described above, according to the present invention, in the reflection type guest-host liquid crystal display device having the retardation plate, the retardation of the retardation plate is optimized for each pixel, so that the retardation plate can emit light at the time of emission. The wavelength of the light absorbed by the chromatic dye has selectivity to enable multi-color display without using color filters or polarizing plates. Further, in the transmissive state, light is absorbed only in the minor axis direction of the dichroic dye, so that white display can be brightened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる反射型ゲストホスト液晶表示装
置の最良な実施形態を示す断面図及び平面図である。
FIG. 1 is a sectional view and a plan view showing a best mode of a reflective guest-host liquid crystal display device according to the present invention.

【図2】図1に示した反射型ゲストホスト液晶表示装置
の動作説明に供する断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the operation of the reflective guest-host liquid crystal display device shown in FIG.

【図3】吸収状態にあるゲストホスト液晶層を吸光度の
楕円体としてモデル化した模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram in which a guest-host liquid crystal layer in an absorbing state is modeled as an ellipsoid of absorbance.

【図4】位相差層の作用を屈折率楕円体としてモデル化
した模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram in which an action of a retardation layer is modeled as an index ellipsoid.

【図5】図1に示した反射型ゲストホスト液晶表示装置
に組み込まれる位相差層の形成方法を示す工程図であ
る。
5A to 5C are process diagrams showing a method for forming a retardation layer incorporated in the reflective guest-host liquid crystal display device shown in FIG.

【図6】従来の透過型ゲストホスト液晶表示装置を示す
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional transmissive guest-host liquid crystal display device.

【図7】従来の反射型ゲストホスト液晶表示装置を示す
断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional reflective guest-host liquid crystal display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 上側基板 2 下側基板 3 透明電極 4 電極 5 電気光学体 6 液晶層 7 位相差層 8 二色性色素 9 ネマティック液晶分子 10 配向膜 11 配向膜 13 反射層 1 Upper Substrate 2 Lower Substrate 3 Transparent Electrode 4 Electrode 5 Electro-Optical Body 6 Liquid Crystal Layer 7 Retardation Layer 8 Dichroic Dye 9 Nematic Liquid Crystal Molecule 10 Alignment Film 11 Alignment Film 13 Reflection Layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極が形成され且つ入射光を受け入れる
一方の基板と、電極が形成され且つ所定の間隙を介して
該一方の基板に対向配置した他方の基板と、該間隙に保
持され両電極の間に印加される電圧に応じて画素毎に光
変調を行なうゲストホスト型の液晶層と、該他方の基板
側に配置した位相差板及び反射板とを有し、 前記液晶層は印加電圧に応じて吸収状態と透過状態に変
化し、吸収状態では入射光に含まれる第1振動成分を略
吸収する一方これと直交する第2振動成分を略透過し、
透過状態では両振動成分を略透過し、 前記位相差板は該反射板で反射される第2振動成分の往
復路中に介在し該第2振動成分を第1振動成分に変換し
て吸収状態にある該液晶層に再入射する反射型ゲストホ
スト液晶表示装置であって、 該位相差板のリターデーションを画素毎に最適化して再
入射時該液晶層によって吸収される第1振動成分の波長
に選択性を持たせてカラー表示を行なう事を特徴とする
反射型ゲストホスト液晶表示装置。
1. A substrate on which an electrode is formed and receives incident light, another substrate on which an electrode is formed and which faces the one substrate with a predetermined gap, and both electrodes which are held in the gap. A guest-host type liquid crystal layer for performing light modulation for each pixel according to a voltage applied between the two, and a retardation plate and a reflection plate arranged on the other substrate side, the liquid crystal layer being an applied voltage. According to the absorption state and the transmission state, in the absorption state the first vibration component contained in the incident light is substantially absorbed while the second vibration component orthogonal to this is substantially transmitted,
In the transmissive state, both vibration components are substantially transmitted, and the phase difference plate is present in the reciprocating path of the second vibration component reflected by the reflection plate, and the second vibration component is converted into the first vibration component to be absorbed. In the reflection type guest-host liquid crystal display device that re-enters the liquid crystal layer, wherein the retardation of the retardation plate is optimized for each pixel and the wavelength of the first vibration component absorbed by the liquid crystal layer when re-incident. A reflective guest-host liquid crystal display device characterized by performing color display with selectivity to.
【請求項2】 該位相差板は画素毎に異なる厚みに設定
してリターデーションを最適化する事を特徴とする請求
項1記載の反射型ゲストホスト液晶表示装置。
2. The reflective guest-host liquid crystal display device according to claim 1, wherein the retardation film is set to have different thicknesses for each pixel to optimize the retardation.
【請求項3】 前記位相差板は両基板の間隙に内蔵され
ている事を特徴とする請求項1記載の反射型ゲストホス
ト液晶表示装置。
3. The reflection type guest-host liquid crystal display device according to claim 1, wherein the retardation plate is incorporated in a gap between both substrates.
【請求項4】 前記反射板は両基板の間隙に内蔵されて
いる事を特徴とする請求項3記載の反射型ゲストホスト
液晶表示装置。
4. The reflective guest-host liquid crystal display device according to claim 3, wherein the reflector is built in a gap between the two substrates.
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