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JPH06273724A - 散乱型液晶表示装置 - Google Patents

散乱型液晶表示装置

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JPH06273724A
JPH06273724A JP5041154A JP4115493A JPH06273724A JP H06273724 A JPH06273724 A JP H06273724A JP 5041154 A JP5041154 A JP 5041154A JP 4115493 A JP4115493 A JP 4115493A JP H06273724 A JPH06273724 A JP H06273724A
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liquid crystal
light
crystal cell
opening
display device
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JP5041154A
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Yukito Saito
之人 齊藤
Mayumi Teruya
真由美 照屋
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International Business Machines Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、直視型表示装置に応用可能な散乱
型液晶表示装置であり、均一な明度及び高コントラスト
を実現する構造を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の液晶表示装置は、高分子分散型液晶
等の散乱型液晶セル１０と、これを挟む第１面及び第２
面と、第１面において表示画素の１つ又はその整数倍の
領域を占有する黒色パターン１７及びその間に第１開口
１９を有する背景と、第２面において黒色パターン１７
に対向する位置に第２開口２３を有し第１開口１９に対
向する位置を遮光する遮光性マスク２１とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直視型表示装置に応用
可能な散乱型液晶表示装置に関するものである。より具
体的には、高分子分散型液晶等の散乱型液晶セルを含む
液晶表示装置において、均一な明度及び高コントラスト
を実現する構造を提供する。
【０００２】
【従来の技術】液晶材料と配向には、様々な種類があ
る。大きくは、電界による液晶の複屈折効果の変化を偏
光板によって光変調するものと、光散乱を利用する散乱
型液晶がある。光変調を行うもので一般的なものは、Ｔ
Ｎ（Twisted Nematic）型液晶セルであり、薄膜トラン
ジスタを使用するアクティブ・マトリクス駆動方式によ
り高画質が実現できる。電極ＸとＹの行列配列により特
定画素を選択する単純マトリクス方式では、画質を確保
するためにＴＮを改良したＳＴＮ（Super TwistedNemat
ic）型液晶セルが主流となっている。散乱型液晶として
は、従来の動的散乱型液晶に加えて、最近高分子分散型
液晶が提案されて注目を集めている。散乱型液晶表示装
置は、電場によって液晶の状態を変化させることによ
り、入射する光を散乱あるいは透過する状態のいずれか
に選択させて表示を行い、偏光板は不要である。偏光板
による入射光のカットがないため（偏光板を用いると、
少なくとも１／２の光がカットされる）、明るい表示と
なるばかりでなく、広い視野角も実現できるという利点
がある。また、特に、高分子分散型液晶の場合、セル形
成における液晶配向のためのラビング処理、スペーサ
（ギャップ保持材）の散布、及び液晶注入・封止等の複
雑な工程を全く不要とするため、セル化プロセスを大幅
に簡略化できる。そのため、大面積化が容易であり、プ
ラスチック基板も使用できる点においても、実用化に対
する期待が大きい。
【０００３】高分子分散型液晶とは、高分子ポリマー中
にμｍのオーダーの液晶分子を多数分散させたものや網
目状高分子中に液晶を含ませたものなど、数種類の構造
が提案されている。図２を参照すると、無電界状態
（ａ）においては、液晶分子はランダムな向きとなり、
媒体である高分子との屈折率が異なる界面で光が強く散
乱され、白濁表示となる。一方、電圧印加状態（ｂ）で
は、液晶の向きがそろってホメオトロピック配向とな
り、液晶と高分子の屈折率が一致するため、散乱状態が
消失して透明表示となる。
【０００４】一般的に、高分子分散型液晶を含む散乱型
液晶の表示は白と透明の２種類であるため、投射型表示
装置として使用する場合にはこのままで十分対応できる
が、直視型表示装置として使用するには、表示モードを
白と黒にしなければならない。そこで、散乱型液晶セル
の背景に黒色の光吸収体を全面配置し、透明表示状態の
時に黒色に着色する方法が採られる。従って、高分子分
散型液晶を利用する直視型表示装置の研究開発は、もっ
ぱら観察者側の周囲光に依存する反射型表示装置につい
てのみ、行われてきた。しかし、光散乱状態では高分子
分散型液晶の光散乱性が低いため、白の表示が暗くなっ
てしまう。このためセル厚を大きくしないとコントラス
トがとれず、結果として駆動電圧が高くなってしまうと
いう問題があった。一方、装置後方に光源を配置して明
るい表示を可能とする透過型表示装置に高分子分散型液
晶を応用する場合、前述の方法によって黒色表示をする
のは本質的に無理であり、別の解決方法を考えださなけ
ればならなかった。
【０００５】特開平３−１７５４２１号公報は、高分子
分散型液晶の透過型表示装置への応用に関するものであ
って、２つの態様を開示する。１つは前述公報の第１図
に示すように、光吸収体を高分子分散型液晶セルから離
して配置することによって、周囲光を前方からだけでな
く後方からも積極的に取り入れるものである。もう１つ
は前述公報の第２図に示すように、光吸収体を高分子分
散型液晶セルから離して配置しかつ観察者には直接見え
ない位置に照明光源を設けることによって、光吸収体と
高分子分散液晶セルに挟まれた空間から光を入れるもの
である。
【０００６】しかしながら、このように液晶セルと光吸
収体とを離して配置することには、いくつかの欠点があ
る。まず、液晶セルと光吸収体との間の空間を必要とす
るため、表示装置全体が従来装置よりもかなり厚いもの
となってしまい、液晶表示装置の薄形化を図ることが難
しくなってしまうことがあげられる。また、表示領域の
直接後方から光を均一に取り入れることができず、表示
領域の外周部のみから光を取り入れることになるため、
端部ばかり明るくなってしまって、表示領域内の均一な
明るさが得られない。均一な明かるさを得ようとするな
らば、光学系の設計変更や光補償板等の余計な構造を必
要とする。これでは、軽量・薄形という液晶表示装置の
特徴を生かすことができなくなる。さらに、光吸収体と
液晶との間の空間は、画面全体を明るくするためではな
く、むしろ黒色表示を白っぽくぼやけさせる方向に作用
するおそれがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、直
視型表示装置として応用可能で、高コントラストを実現
できる散乱型液晶表示装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】また、本発明は、表示画面内で明るさが均
一であり、かつ軽量・薄形の散乱型液晶表示装置を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様では、散
乱型液晶セルを挟む第１面及び第２面と、前記第１面に
おいて、表示画素の１つ又はその整数倍の領域を占有す
る黒色パターン及び前記黒色パターン間に第１開口を有
する背景と、前記第２面において、前記黒色パターンに
対向する位置に第２開口を有し前記第１開口に対向する
位置を遮光する遮光性マスクと、を含むことを特徴とす
る液晶セルを提供する。
【００１０】従って、本発明の散乱型液晶セルにおいて
は液晶セルを挟む第１面と第２面が、互い違いに光を透
過する開口部と光を遮光する遮光部とを持つ構成とな
る。
【００１１】また、本発明の別の態様では、このような
液晶セルを含む液晶表示装置を提供する。
【００１２】さらに、本発明の別の態様では、このよう
な液晶セルの第２開口を三原色のいずれか一に着色する
ことにより、カラー液晶表示装置を提供する。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明に係る液晶セル１０を示す概
略図である。散乱型液晶１５は、２枚の透明な平面ガラ
ス基板１１、１３に挟持されている。散乱型液晶１５
は、好ましくは、高分子分散型液晶を用いる。代表的に
は、液晶材料を水溶性ポリマー溶液中で乳化し、いずれ
かの基板上に塗布・乾燥させる。そして、その上にもう
一方の基板を載せてセルを形成する。その他、高分子と
液晶を共通溶媒に溶解して基板上にキャストする方法、
高分子多孔質膜中の空隙に液晶を含浸させる方法、高分
子の水溶液に液晶を乳化・分散させてキャストする方
法、液晶と重合性モノマーの混合溶液からモノマーを重
合させる方法等があるが、いずれを採用してもよい。ま
た、他の散乱型液晶を使用することも可能である。
【００１４】液晶セル１０の背景側基板１１上には、予
め黒色パターン１７を形成する。この黒色パターン１７
は、透明表示状態時に黒色表示を可能とする従来の光吸
収体と同じ作用をするものであるが、従来のように背景
側基板全面に設けられるのではなく、本発明に特有の形
状を有する。具体的には、黒色パターン１７は、駆動用
透明電極により画定される表示画素の１つ又はその整数
倍の領域を占有する。基板１１上の隣接する黒色パター
ン間には第１開口１９が設けられる。このような構造を
採用することにより、本発明では基板１１及び第１開口
１９を通して、表示領域全体にわたって均一に、後方か
らの光２０を取り入れることができる。しかも、光源２
５を液晶セル１０の端部に配置する必要もない。最も好
ましくは、黒色パターン１７は１つの画素に対応する正
方形である。しかしながら、表示領域に要求される明る
さ、取り入れる光量、光源の強度等の要因を考慮し、黒
色パターン１７は、例えば４つの画素を含む正方形、そ
れ以上の画素を含むストライプパターン（長方形）等に
することも可能である。また、第１開口１９の寸法もこ
れらの要因から決定される。黒色パターン１７は、光吸
収体であれば無機材料、有機材料等のどのようなもので
もよく、例えば、黒色の顔料又は染料を分散した高分子
材料、炭素膜、表面を荒らした金属膜、又は黒紙片等に
より形成できる。そして、基板の特性、光吸収体の材
料、要求される耐性等により、基板１１の内面に設ける
か、外面に設けるかが選択される。
【００１５】液晶セル１０の前面側の対向基板１３上に
は、予め遮光性マスク２１を形成する。この遮光性マス
ク２１は、前記第１開口１９及び液晶１５を通って抜け
て来る光が観察者の目に直接触れないように、これを遮
光する作用を有する。従って遮光性マスク２１は、前記
第１開口１９に対向する位置において第１開口１９と同
じ形状で配置される。そして、好ましくは、遮光性マス
ク２１が第１開口１９及び液晶１５から抜けてくる光を
十分に遮光するよう、遮光性マスク２１の方が第１開口
１９よりも大きな面積となるようにする。この結果、基
板１３上の遮光性マスク２１間には第２開口２３が形成
されることとなる。この第２開口２３は、前記黒色パタ
ーン１７に対向する位置において、黒色パターン１７と
同じか又はこれよりも小さい面積を有する。遮光性マス
ク２１は、光を透過させないものであれば無機材料、有
機材料等のどのようなものでもよく、金属、黒色の顔料
又は染料を分散した高分子材料、炭素膜等により、基板
１３の内面又は外面に形成できる。
【００１６】遮光性マスク２１と第１開口１９の形状の
大きさの関係は、液晶セル１０の電極に電圧が加えられ
て液晶１５が透過状態になる時、第１開口１９から液晶
セル１０内に導入される光２０が直接観察者の目に入ら
ないように、基板１１と基板１３との間隔、液晶１５の
屈折率、液晶セル１０の視野角等から決定される。
【００１７】液晶の駆動は、単純マトリクス方式でも、
アクティブ・マトリクス方式でもどちらでも実現可能で
ある。単純マトリクス方式の場合には、基板１１、１３
それぞれにストライプ状の透明電極を互いが上下で直交
するように形成する。例えばインジウム・スズ酸化物
（ＩＴＯ）膜を基板に全面付着後、フォトリソグラフィ
技術によりパターニングして、透明電極を形成する。ア
クティブ・マトリクス方式では、薄膜トランジスタを背
景側基板１１又は対向基板１３のいずれに配置してもよ
い。対向基板１３に配置する場合は、薄膜トランジスタ
の配線の一部、補助コンデンサ部分等が遮光作用を有す
るため、第２開口２３に駆動用透明電極１８を設け、薄
膜トランジスタを遮光性マスク２１の部分に配置するこ
とにより、特別な遮光マスク２１を不要とできる場合も
考えられる。この場合、背景側基板１１には対向する透
明電極２４としてのＩＴＯ膜を全面に付与する。逆に、
薄膜トランジスタを背景側基板１１に配置する場合は、
対向基板１３の遮光性マスク２１を含む全面をＩＴＯ膜
で覆う。
【００１８】ここで、黒色パターン１７が基板１１の内
面、又は遮光性マスク２１が基板１３の内面に形成され
ている場合の、黒色パターン１７又は遮光性マスク２１
とＩＴＯ膜（薄膜トランジスタの一部である表示電極を
含む）との関係に注意すべきである。黒色パターン１７
又は遮光性マスク２１の材料が導電性である場合には問
題とならないが、導電性でなく絶縁性であるなら、少な
い印加電圧により有効に液晶が駆動するよう、黒色パタ
ーン１７上又は遮光性マスク２１上にＩＴＯ膜を形成す
る。しかし、たとえこのような位置関係でなくても、印
加電圧を高く設定すればよいことは、当業者には明らか
であろう。
【００１９】図１に示すように、液晶セル１０の透明電
極１８、２４間に電圧が印加されると、散乱型液晶１５
は光を透過させるので、観察者には直接背景の黒色パタ
ーン１７が見える。この時、第１開口１９からの光２０
は、遮光性マスク２１により遮られ観察者には見えな
い。一方、液晶セル１０の透明電極１８、２４間に電界
が加えられない時には、散乱型液晶１５は光を散乱させ
る。よって、観察者には、液晶セル１０の前面からの光
の散乱光のみならず、背面の第１開口１９からの光２０
の散乱光をも含んだ白表示が見え、液晶セル１０の画面
は明かるくなる。従って、コントラストの高い画像が得
られる。
【００２０】カラー表示を望むなら、第２開口２３を
赤、青、緑の三原色のうちのいずれか一色に着色するこ
とによって、容易にカラー化できる。このような構成に
より、液晶セル１０の散乱表示状態で赤、青、緑に着色
された画素が観察され、一方、透明表示状態で黒色画素
が観察される。
【００２１】本発明によれば、後方から周囲光が入って
くるので、必ずしも光源を必要としないが、画面全体を
より明るくするために、背景側基板１１の後方に光源２
５を設置することができる。
【００２２】また、基板１１の第１開口１９に対応する
部分を、入射光２０がより散乱するように処理すること
も効果的である。例えば、基板１１の第１開口１９領域
の表面を荒らすことや、すりガラスを使用すること等が
考えられる。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、直視型表示装置に応用可能な
散乱型液晶表示装置を提供することができる。そして、
本発明の表示装置は、背景側に設けられる第１開口から
光が液晶に導入されるので表示画素領域内の均一で大き
な明るさを与え、さらに観察者側の遮光性マスクが背景
側からの余分な光をカットするので高いコントラストを
得ることができる。しかも、液晶セルの厚みを増す必要
もなく、軽量・薄型化にも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う液晶セルの断面を示す該略図であ
る。
【図２】高分子分散型液晶の光散乱の機構を示す図であ
る。
【符号の説明】
１０ 液晶セル １１ 背景側基板 １３ 対向基板 １５ 散乱型液晶 １７ 黒色パターン １８ 駆動用透明電極 １９ 第１開口 ２１ 遮光性マスク ２３ 第２開口 ２４ 透明電極 ２５ 光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 照屋 真由美 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 大和事業所内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】散乱型液晶セルにおいて、 前記散乱型液晶セルを挟む第１面及び第２面と、 前記第１面において、表示画素の１つ又はその整数倍の
    領域を占有する黒色パターン及び前記黒色パターン間に
    第１開口を有する背景と、 前記第２面において、前記黒色パターンに対向する位置
    に第２開口を有し前記第１開口に対向する位置を遮光す
    る遮光性マスクと、を含むことを特徴とする前記液晶セ
    ル。
  2. 【請求項２】前記散乱型液晶セルが、高分子中に液晶を
    分散させた高分子分散型液晶を含むことを特徴とする請
    求項１記載の液晶セル。
  3. 【請求項３】前記遮光性マスクが、前記第１開口よりも
    大きいことを特徴とする、請求項１又は２記載の液晶セ
    ル。
  4. 【請求項４】前記遮光性マスクの前記第２開口が、三原
    色のいずれか一に着色されていることを特徴とする、請
    求項１又は２記載の液晶セル。
  5. 【請求項５】前記遮光性マスクは、黒色顔料分散材料又
    は金属材料である、請求項１記載の液晶セル。
  6. 【請求項６】さらに、前記第２面側に薄膜トランジスタ
    を含むことを特徴とする、請求項１、２又は４記載の液
    晶セル。
  7. 【請求項７】前記遮光性マスクの少なくとも一部は、前
    記薄膜トランジスタの配線構造であることを特徴とす
    る、請求項６記載の液晶セル。
  8. 【請求項８】散乱型液晶セルと、 前記散乱型液晶セルを挟む第１面及び第２面と、 前記第１面において、表示画素の１つ又はその整数倍の
    領域を占有する黒色パターン及び前記黒色パターン間に
    第１開口を有する背景と、 前記第２面において、前記黒色パターンに対向する位置
    に第２開口を有し前記第１開口と対向する位置を遮光す
    る遮光性マスクと、 を含むことを特徴とする、液晶表示装置。
  9. 【請求項９】前記散乱型液晶セルが、高分子中に液晶を
    分散した高分子分散型液晶を含むことを特徴とする請求
    項８記載の液晶表示装置。
  10. 【請求項１０】前記背景の前記第１開口を通して、光が
    前記液晶セルに導入されることを特徴とする請求項８又
    は９記載の液晶表示装置。
  11. 【請求項１１】さらに、前記第１面側に、光を前記液晶
    セルに入射させる光源を含むことを特徴とする、請求項
    １０記載の液晶表示装置。
  12. 【請求項１２】前記遮光性マスクが、前記第１開口より
    も大きいことを特徴とする、請求項８、９又は１０記載
    の液晶表示装置
  13. 【請求項１３】前記遮光性マスクの前記第２開口が、三
    原色のいずれか一に着色されていることを特徴とする、
    請求項８、９又は１０記載の液晶表示装置。
  14. 【請求項１４】さらに、前記第２面側に薄膜トランジス
    タを含むことを特徴とする請求項８、９、１０又は１３
    記載の液晶表示装置。
JP5041154A 1993-03-02 1993-03-02 散乱型液晶表示装置 Expired - Fee Related JP2596692B2 (ja)

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