JPH0829811A

JPH0829811A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0829811A
Application number: JP6165100A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hisatake; 雄三久武; Makiko Satou; 摩希子佐藤; Ryoichi Watanabe; 良一渡辺; Hitoshi Hado; 仁羽藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1994-07-18
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】装置の薄型・軽量化に優れ、光の利用効率が
高く、低消費電力であり、高輝度・高コントラストの画
像表示を実現できる反射型液晶表示素子を提供する。【構成】第１の基板３と第２の基板５とが、互いにそ
れぞれのＧＨ−ＰＤＬＣ層４とＰＤＬＣ層１１とが対面
するように対向配置されて、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４とＰＤ
ＬＣ層１１とによる 2層構造の液晶層１２が形成された
本発明に係る液晶表示装置が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係り、
特に良好な視野角特性、高コントラスト特性、低消費電
力を実現した液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、ワードプロセッ
サ、パーソナルコンピュータ、投射型ＴＶ、直視型ＴＶ
等に多用されている。そのなかでも、液晶表示セルに偏
光子を組み合わせて用いて、液晶層の偏光効果を利用し
て画像を表示する液晶表示装置が一般的に用いられてい
る。このようなネマティック型液晶を用いた液晶表示装
置としては、セルギャップ間で90°捩じれた分子配列を
有するＴＮ（ツイステッドネマティック）型液晶表示素
子や、さらに大きな捩じれ角を有するＳＴＮ（スーパー
ツイステッドネマティック）型液晶表示素子などがあ
る。

【０００３】これらの液晶分子の捩じれによる偏光効果
を利用した液晶表示装置は、薄い液晶層を備え、速い応
答速度及び高いコントラスト特性を示し、低電圧での駆
動が可能であることから、例えば時計や電卓等の数字表
示板、あるいは単純マトリックスやスイッチング素子を
各画素ごとに具備するアクティブマトリックス型等の平
面的に画像を形成する表示パネルや、更にはそれらにカ
ラーフィルタを組み合わせてカラー画像を表示する液晶
テレビなどに用いられる。

【０００４】しかしながら、このような液晶の捩じれ分
子配列による偏光効果及び偏光子を組み合わせて用いる
液晶表示装置においては、その動作原理上、一般に偏光
子として偏光板を用いている。この偏光板によって少な
くとも50％は光源光をカットしているので、偏光板を透
過する際の光の損失が大きい。従って、液晶表示パネル
の光の透過率が極めて低いので、その画面に観察される
画像が暗いという問題がある。

【０００５】このような液晶分子の捩じれによる偏光効
果を利用した液晶表示装置において明るい表示画像を得
るためには、大容量の明るい光源（バックライト）によ
る照明が必要となる。ところが、このような明るいバッ
クライトは消費電力が高いという問題がある。またバッ
クライト本体や導光板などが厚く大きくなるという問題
がある。したがって、液晶表示素子本来の利点である低
消費電力や薄型・軽量という特性を生かすことができな
いという問題がある。

【０００６】そこで近年、バックライトが不要な反射型
液晶表示素子が注目され、その研究開発が盛んに進めら
れている。反射型液晶表示素子はバックライトが不要で
あるから、低消費電力かつ薄型・小型化が可能だからで
ある。

【０００７】しかしながら、そのような従来の反射型液
晶表示素子は、反射板での光の損失が大きいので透過型
液晶表示素子よりも光の利用効率が低い。また、反射型
液晶表示素子は光源としてバックライトの代りに外光を
利用しているため、表示画像の明るさはその外光によっ
て決定される。従って、その液晶表示素子を用いる場所
や暗い場所である場合には、そのときの表示画像は極め
て暗く見辛くなるという問題がある。

【０００８】特に、カラー画像表示が可能な反射型の液
晶表示素子の場合、カラー画像の表示を行なうというこ
とは換言すれば光を分光することなので、全波長を用い
る白黒表示と比較すると、Ｒ・Ｇ・Ｂのカラーフィルタ
を用いた場合で約 1／ 3、Ｙ・Ｍ・Ｃのカラーフィルタ
を用いた場合でも約 2／ 3と、 1画素あたりの輝度は白
黒表示の場合よりもさらに低くなる。このため、従来
は、反射型のカラー液晶表示装置の実用化は極めて困難
であった。

【０００９】一方、偏光板を備えたネマティック型液晶
表示素子とカラーフィルタとの組み合わせを用いること
なくカラー画像を表示させる技術としては、ＳＴＮ型液
晶の複屈折による透過光の着色効果を利用してカラー表
示を行なう方式の液晶表示装置が提案されている。しか
し、このような液晶表示装置は理論的に表示画像の色再
現性が悪いという問題がある。

【００１０】反射型カラー液晶表示装置の実用化を企図
した提案として、ＳＩＤ´92（p437〜）において三井ら
の提案によるＰＣＧＨ（Phase Change Guest Host Mod
e；以下、ＰＣＧＨと略称）型液晶表示装置が知られて
いる。

【００１１】ＰＣＧＨ型液晶を用いた反射型カラー液晶
表示素子の構造の一例を図６に示す。ガラス基板６０１
上に、ＴＦＴ６０２、層間絶縁膜６０３、ＩＴＯのよう
な透明導電膜から形成された画素電極６０４がこの順に
積層されたＴＦＴ基板６０５と、ガラス基板６０６上
に、カラーフィルタ６０７、ＩＴＯのような透明導電膜
から形成された対向電極６０８がこの順で積層された対
向基板６０９と、ＴＦＴ基板６０５と対向基板６０９と
の間隙に周囲を封止されて挟持されたＰＣＧＨ型液晶層
６１０とからその主要部が形成されている。

【００１２】このようなＰＣＧＨ型液晶層６１０を用い
た反射型カラー液晶表示素子は、ネマティック型液晶に
染料を混合して形成されたゲストホスト型液晶（Guest
Host型液晶；以下、ＧＨ型液晶と略称）などのＰＣＧＨ
型液晶を用いたものである。その動作原理は、ＰＣＧＨ
型液晶層６１０の液晶分子が水平に寝た状態の際には液
晶分子の姿勢（状態）に沿って染料分子も寝た姿勢とな
り染料分子で光が反射されて、染料の色が観察される。
そして液晶分子が垂直に起立した状態の際には光が透過
して明点として観察される。

【００１３】このような液晶分子の姿勢変化を利用した
ＰＣＧＨ型液晶表示装置は、偏光板が不要であることか
ら、偏光板における透過光の損失が無く、光の透過率が
高い。従って、明るい表示画像を得ることができるはず
である。

【００１４】しかしながら、実際には、特にＰＣＧＨ型
液晶層６１０とカラーフィルタ６０７とを用いてカラー
画像を表示する反射型液晶表示素子では、入射光および
出射光がカラーフィルタ６０７を合計 2度通過すること
になる。このとき光は、透過型の液晶表示装置における
透明基板での光吸収率の 2乗の吸収率で吸収されてしま
う。その結果、正面側から観察される液晶表示素子の画
像は、輝度が低くコントラスト特性も低くなるという問
題がある。

【００１５】このようなＰＣＧＨ型液晶表示装置の問題
点を解消することを企図した技術として、JAPAN DISPLA
Y ´92（ 707頁）において、池野らは高分子分散（以
下、ＰＤＬＣと略称）型液晶表示素子及びＰＣＧＨ型液
晶表示素子の 2つの液晶表示パネルを用いた反射型カラ
ー液晶表示装置を提案している。このＰＤＬＣ型液晶表
示素子及びＰＣＧＨ型液晶表示素子を用いた反射型カラ
ー液晶表示装置の構造の概要を図７に示す。

【００１６】黒色系の染料を用いたＰＣＧＨ型液晶表示
素子７０１の上にＰＤＬＣ型液晶表示素子７０２が配置
されている。ＰＣＧＨ型液晶表示素子７０１は、間隙を
有して対向配置された 2枚のガラス基板７０３、７０４
の間隙にＰＣＧＨ型液晶層７０５が周囲を封止されて挟
持されている。そして図中下側のガラス基板７０３上に
は反射板７０６が配置されている。

【００１７】ＰＤＬＣ型液晶表示素子７０２は、間隙を
有して対向配置された 2枚のガラス基板７０７、７０８
の間隙にＰＤ型液晶層７０９が周囲を封止されて挟持さ
れている。この場合、画面はＰＤＬＣ型液晶表示素子７
０２側から観察される。

【００１８】外光は図中上方からＰＤＬＣ型液晶表示素
子７０２に入射される。

【００１９】このとき、ＰＤＬＣ型液晶表示素子７０２
が透過モードの場合には、入射された光はＰＤＬＣ型液
晶表示素子７０２を透過してさらにＰＣＧＨ型液晶表示
素子７０１に入射する。

【００２０】ＰＣＧＨ型液晶表示素子７０１が透過モー
ドの場合には、液晶表示素子７０２を透過してきた入射
光はＰＣＧＨ型液晶表示素子７０１を通過して反射板７
０６で反射される。このとき、反射板７０６にカラーフ
ィルタが載置されている構造の場合には、反射光はカラ
ーフィルタで着色された光となる。そしてこの反射光は
逆方向に向かってＰＣＧＨ型液晶表示素子７０１、ＰＤ
ＬＣ型液晶表示素子７０２をこの順で透過し図中上方の
観察側へと出射されて、カラーフィルタの色によって着
色された着色点として観察される。

【００２１】ＰＣＧＨ型液晶表示素子７０１が非透過モ
ードの場合には、液晶表示素子７０２を透過してきた入
射光はＰＣＧＨ型液晶層７０５内の暗色系染料で反射さ
れてＰＤＬＣ型液晶表示素子７０２を通過して図中上方
へと出射され、染料で暗色系に着色されて暗点として観
察される。

【００２２】また、ＰＤＬＣ型液晶表示素子７０２が拡
散モードの場合には、入射された光はＰＤＬＣ型液晶表
示素子７０２で拡散される。このとき図中上方には散乱
された光が種々の方向成分を持った散乱光として出射さ
れるので、画像としては拡散反射板で反射された光と同
様に適度な視野角の広がりを有する白濁した輝点として
観察される。

【００２３】上記のような液晶表示パネルを 2枚重ねて
その各々の液晶表示パネルを駆動する液晶表示装置は、
前述のＰＣＧＨ型液晶表示装置よりもコントラスト比が
高く明るい画像表示が得られるという利点がある。

【００２４】しかしながら、実際には、 2枚の液晶表示
パネルの互いに隣接するガラス基板どうしを光が通過す
る際に、ガラス基板の厚さの分、光の屈折により視差が
発生する。この視差はガラス基板の厚さに対する 1画素
の画素寸法が微細化するに従って表示画像品位が著しく
低下する。そして近年、一般にますます高精細化・大画
面化が進みつつある液晶表示装置においては、ガラス基
板の厚さに対する画素寸法の比率はますます微細化して
いるので、この視差はさらに著しい画像品位の低下の原
因となる。このように上記の技術においては視差に起因
して表示画像の品位が低下するという問題がある。

【００２５】しかも、従来の 1枚の液晶表示パネルを用
いた液晶表示装置と比較すると、 2枚の液晶表示パネル
を合わせ用いているため液晶表示素子の構造が 2倍に繁
雑となる。その結果、製造コストの高額化につながる。
また、それら 2枚の液晶表示パネルを各々別に駆動する
ための駆動回路系が従来よりも繁雑となり、またその駆
動回路や液晶駆動のための消費電力の増大や駆動回路系
の電力損失の増大をもたらすという問題がある。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するために成されたもので、その目的は、装
置の薄型・軽量化に優れ、光の利用効率が高く、低消費
電力であり、高輝度・高コントラストの画像表示を実現
できる反射型液晶表示素子を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の液晶表示素子は、基板上に第１の電極が配
設された第１の電極基板と、基板上に第２の電極が配設
されており前記第１の電極に対して間隙を有して対向配
置された第２の電極基板と、前記第１の電極基板と前記
第２の電極基板との間隙に周囲を封止されて挟持され
た、高分子相中にネマティック液晶相をカプセル状に分
散配置してなる高分子分散型液晶層とネマティック液晶
組成物に染料が添加されたゲストホスト型液晶層とが積
層された液晶層と、前記第１の電極および前記第２の電
極に液晶駆動電圧を印加して、前記液晶層を駆動する液
晶駆動回路と、を具備することを特徴としている。

【００２８】また、基板上に第１の電極が配設された第
１の電極基板と、基板上に第２の電極が配設されており
前記第１の電極に対して間隙を有して対向配置された第
２の電極基板と、前記第１の電極基板と前記第２の電極
基板との間隙に周囲を封止されて挟持された、高分子相
中にネマティック液晶相をカプセル状に分散配置してな
る高分子分散型液晶層とネマティック液晶組成物に染料
が添加されたゲストホスト型液晶相を高分子相中にカプ
セル状に分散配置してなる高分子分散型液晶層とが積層
された液晶層とを具備することを特徴としている。

【００２９】また、上記の液晶表示装置において、前記
第１の電極基板および前記第２の電極基板のうち、画面
観測方向から見て背面側の基板の前記液晶層に面した側
の主面上に配置されたカラーフィルタを具備することを
特徴としている。

【００３０】また、上記のいずれかの液晶表示装置にお
いて、前記 2層に積層された液晶層のうち前記ゲストホ
スト型液晶層または前記ゲストホスト型液晶相を高分子
相中にカプセル状に分散配置してなる高分子分散型液晶
層が、画面観測方向から見て前記高分子分散型液晶層よ
りも前面側に配置されていることを特徴としている。ま
た、上記のうちいずれかの液晶表示装置において、画面
観測方向から見て背面側の基板の前記液晶層に面した側
の主面上に配置された、光を拡散反射させる表面材質の
拡散反射層を具備することを特徴としている。

【００３１】なお、上記の第１の電極および第２の電極
は、例えば一方の電極が走査電極であり他方の電極が走
査電極に間隙を有して交差するように対向配置された信
号電極であるような、いわゆる単純マトリックス型液晶
表示装置の構造であっても、本発明は適用可能である。
あるいは、上記の第１の電極および第２の電極は、一方
の電極が各画素ごとに配設された画素電極であり、他方
の電極が画素電極に間隙を有して共通に対向する対向電
極であるような、いわゆるアクティブマトリックス型液
晶表示装置の構造であっても、本発明は適用可能であ
る。

【００３２】また、カラーフィルタとしては、例えば染
色法や顔料分散法や印刷法や電着法などによって形成さ
れたＲＧＲ 3色のカラーフィルタ、あるいは光の干渉性
等を用いて透過光を分解して着色を施すダイクロイック
フィルタなどを好適に用いることができる。あるいは、
カラーフィルタを用いないで白黒表示を行なう液晶表示
装置においても本発明は適用可能であることは言うまで
もない。この白黒表示の場合にも、輝度およびコントラ
スト特性の良好な画像表示を実現することができる。

【００３３】

【作用】本発明によれば、ＰＤＬＣ層とＧＨ−ＰＤＬＣ
層あるいはＰＣＧＨ層とに駆動電圧（印加電圧）を印加
して、それらの 2層を一度に駆動する。このとき、駆動
電圧の値を制御することにより、それぞれの層の状態を
駆動電圧の値に対応して変化させる。ＧＨ液晶層とＰＤ
ＬＣ液晶層との両方を、対向配置された一対の電極どう
しで挟持しているので、電極は従来の液晶表示パネルと
同様に例えば走査電極および信号電極の一対の電極、ま
たは画素電極および対向電極の一対の電極でよい。従っ
て、従来の 2枚の液晶表示パネルを重ね合わせたような
液晶表示素子と比べて液晶表示パネルの構造および駆動
回路の構造を簡略化することができる。また、駆動電力
の低減を図ることができる。

【００３４】そしてこのようにＰＤＬＣ層とＰＣＧＨ層
との 2層に積層されて形成された液晶層を備えた構造を
採ることにより、本発明の液晶表示装置は、偏光板を不
要とするとともに、従来の 2枚の液晶表示パネルを用い
た液晶表示装置における液晶表示パネルどうしの中間に
位置していたガラス基板に起因した視差の問題を解消し
て、画素ごとの表示のずれやにじみがなく高品位でかつ
コントラスト特性および輝度特性の良好な画像表示を可
能とすることができる。

【００３５】また、観察側から見て前面側にＰＣＧＨ層
またはＧＨ（ゲストホスト）液晶組成物を用いた液晶層
を配置し、背面側の基板の液晶層と接する主面にカラー
フィルタを配置し、背面側の基板表面を反射主面として
形成することにより、さらに高輝度で高コントラスト比
の画像表示が可能な反射型液晶表示装置を実現すること
ができる。つまりこのとき、前面側にＰＣＧＨ層または
ＧＨ（ゲストホスト）液晶組成物を用いたＰＤＬＣ層を
配置することにより、この反射型液晶表示装置に対する
光源光としての入射光のシャッタのように機能し、かつ
その背面側のＰＤＬＣ層がこのＰＣＧＨ層またはＧＨ液
晶組成物を用いたＰＤＬＣ層を透過した光の観察前面側
への反射主面での反射による光の出射（明表示）あるい
は液晶層内での光の拡散による吸収（中間階調表示）の
制御を行なうことにより、光源光を高い効率で利用して
効果的に明るく表示品位の高い画像表示を行なうことが
できる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の液晶表示装置の実施例を、図
面に基づいて詳細に説明する。

【００３７】（実施例１）図１は、本発明に係る第１の
実施例の液晶表示装置の構造を示す断面図である。前
面側の、透明基板１に透明電極２を形成してなる第１の
基板３の透明電極２の主面上にＰＣＧＨ液晶相を高分子
相に分散してなるＧＨ−ＰＤＬＣ層４が形成されてい
る。

【００３８】一方、第２の基板５の透明基板６上にはＴ
ＦＴ７等の構造層が形成されその上を覆うように表面が
凹凸状の凹凸層８が形成され、さらに凹凸層８の上にそ
の凹凸に沿って断面が凹凸状の反射電極９が形成され、
さらに反射電極９の上にカラーフィルタ（以下、ＣＦと
略称）１０が形成され、さらにその上には、ネマティッ
ク液晶相を高分子相に分散してなるＰＤＬＣ層１１が形
成されていている。

【００３９】そして、第１の基板３と第２の基板５と
が、互いにそれぞれのＧＨ−ＰＤＬＣ層４とＰＤＬＣ層
１１とが対面するように対向配置されて、ＧＨ−ＰＤＬ
Ｃ層４とＰＤＬＣ層１１とによる 2層構造の液晶層１２
が形成された本発明に係る液晶表示装置が形成されてい
る。なお本実施例においては、液晶層１２に用いた液晶
組成物としては、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４にもＰＤＬＣ層１
１にもいずれも誘電率異方性が正（誘電異方性Δε＞0
）のＴＮ液晶を用いている。そしてＧＨ−ＰＤＬＣ層
４はその誘電率異方性が正のＴＮ液晶に暗色系染料が添
加された液晶相を高分子相中に分散したものであり、Ｐ
ＤＬＣ層１１は染料を添加せずにＰＤＬＣとしてＴＮ液
晶をその液晶相のまま高分子相中に分散したものであ
る。

【００４０】本発明の液晶表示装置は、ＧＨ−ＰＤＬＣ
層４とＰＤＬＣ層１１とが液晶層１２として 1組の電極
付き基板内に積層形成されているために、同時にそれら
2層を一つの液晶層１２として一つの駆動回路による一
つの印加電圧で駆動することができる。また、反射板と
して反射電極９が液晶セル内部に配置されているので、
表示に係る入射光は背面側の透明基板６を通る前に反射
されることで光の損失を防ぐことができるので、入射光
を光源光として高い利用効率で効果的に用いて、明るい
多色表示を行なうことが可能である。

【００４１】図２に、本実施例の液晶表示装置に用いた
ＰＤＬＣ層１１及びＧＨ−ＰＤＬＣ層４の電気光学特性
を示す。また図３は液晶印加電圧の大きさごとの表示に
係る光の光路を、各場合ごとに場合分けして示す図であ
る。

【００４２】本実施例の液晶表示装置は、図３に場合分
けして示すようにＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3の 3通りの印加電圧
によって 3通りに状態が制御されて、そのそれぞれの状
態ごとに反射光量を変化されるように設定されている。

【００４３】印加電圧がＶ1 の状態のときには、ＰＤＬ
Ｃ層１１は散乱状態となり、一方ＧＨ−ＰＤＬＣ層４は
染料によって光を吸収する状態となる。

【００４４】印加電圧がＶ2 のとき、ＰＤＬＣ層１１は
散乱状態となり、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４は透過状態とな
る。

【００４５】印加電圧がＶ3 のときには、ＰＤＬＣ層１
１、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４ともに透過状態となる。

【００４６】ここで、ＣＦを用いることにより多色表示
（マルチカラーディスプレイ）を実現することが可能で
ある。本実施例ではＲ、Ｇ、Ｂの 3色のＣＦを用いた場
合について説明する。なお、以下は説明の簡潔化のため
に、前記のＲ、Ｇ、Ｂの 3色のうち代表してＲの画素に
着目して説明する。

【００４７】印加電圧がＶ2 の状態のときは、ＰＤＬＣ
層１１Ｈ層がともに透過状態となる。このとき入射光は
ＰＤＬＣ層とゲストホスト層とを通過し、更にＣＦを通
り、反射電極９によって反射され、これと同じ光路を逆
向きに辿って出射される。従って、Ｖ2 のときは、赤の
表示が得られる。

【００４８】印加電圧がＶ1 のときは、前記の如くＰＤ
ＬＣ層１１は散乱状態となる一方、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４
は染料によって光を吸収する。入射光はこのようにＧＨ
−ＰＤＬＣ層４がシャッタのように機能してこのＧＨ−
ＰＤＬＣ層４でほとんど吸収されてしまうため、黒の表
示となる（図３（ａ））。

【００４９】印加電圧がＶ2 のときは、ＰＤＬＣ層１１
が散乱状態となり、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４が透明状態とな
る。入射光は、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４を通過し、ＰＤＬＣ
層１１で散乱されて、散乱光は前方散乱と後方散乱に分
かれ、後方散乱光は表示面に出射され、その光は白濁し
た色として認識される。一方、前方散乱光はＣＦ１０で
Ｒの波長光のみ透過される。そしてこのＣＦ１０を通過
した光は、反射電極９によって反射されて再びＣＦ１０
を通過してＰＤＬＣ層１１によって散乱されて、散乱さ
れた光はＧＨ−ＰＤＬＣ相４を通って表示面に出射され
る（図３（ｂ））。従って、印加電圧がＶ2 の場合、表
示色は後方散乱光と反射電極９によって反射された光と
が総合した表示色、すなわち赤と白の混合色（例えばピ
ンク色や紅色等のように観察される）が得られる。

【００５０】印加電圧がＶ3 の状態のときは、ＰＤＬＣ
層１１、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４が共に透過状態となる。こ
のとき、入射光はＰＤＬＣ層１１とＧＨ−ＰＤＬＣ層４
を通過し、ＣＦ１０を通り、反射電極９によって反射さ
れ、同じ光路を今度は逆に辿って出射される（図３
（ｃ））。従って、Ｖ3 のときは、ＣＦ１０によって着
色された赤の表示が得られる。

【００５１】このような表示の着色作用は、上記のＲの
場合と同様に、Ｇ、Ｂの色の各画素においても同様のこ
とが起こる。即ち、印加電圧がＶ3 のときはＧの画素で
は緑、Ｂの画素では青の、高い輝度の表示が得られる。
印加電圧がＶ2 のときはＧの画素では緑と白が混合した
色（即ち例えばレタス色）、Ｂの画素では青と白が混合
した色（即ち例えばパステルブルーのような水色）が得
られる。印加電圧がＶ1 のときはＧとＢの画素ともに輝
度がよく抑えられた黒表示が得られる。またＲ、Ｇ、Ｂ
全ての画素について印加電圧がＶ3 のとき、色光の合成
によって輝度の高い白表示画面を得ることができる。こ
のような色表示を種々組み合わせることにより、本発明
の液晶表示装置は多色表示を可能としている。

【００５２】また、Ｖ1 からＶ2 の間の中間のいずれか
の電圧で駆動することにより、中間階調表示あるいは中
間色表示を得ることができる。または、フレーム間引き
法等と組み合わせて駆動回路（図示省略）により駆動す
ることによっても中間階調表示等を実現することができ
る。

【００５３】なお、上記の第１の実施例においては、画
素電極として反射電極９を用いたが、本発明に係る液晶
表示装置の構造における画素電極はこれのみには限定さ
れないことは言うまでもない。この他にも、例えばＣＦ
１０の上に透明電極を形成し、これを画素電極として用
いても上記と同様の効果が得られることは言うまでもな
い。また、ＣＦ１０として導電性のＣＦを用いて、この
導電性ＣＦを画素電極としても兼用することも可能であ
る。従ってこの場合には導電性のＣＦの他に画素電極は
不要となる。

【００５４】また、表示の色味よりも輝度（明るさ）を
より重視するならば、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼン
タ），Ｃ（シアン）の 3色のＣＦを用いれば、より明る
い表示が得られる。あるいは、表示色は減少するが 2色
のＣＦ（例えばＭとＧ）を用いても、より明るい表示が
得られる。

【００５５】また、本作用で述べた電気光学特性は、Ｐ
ＤＬＣ層の方がしきい値電圧が高いが、ＧＨ−ＰＤＬＣ
層４とＰＤＬＣ層１１の電気光学特性が逆であっても、
同様の効果が得られる。

【００５６】また、誘電率異方性Δε＜0 の液晶を用い
た場合も、上記の実施例と同様の効果が得られることは
言うまでもない。

【００５７】次に、上記のような構造の第１の実施例の
液晶表示装置の製造方法について述べる。

【００５８】まず、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４の形成方法につ
いて述べる。黒色染料をＴＮ液晶に添加した、電気光学
的特性がｎ_e＝1.5678、ｎ_o＝1.4804、Δε＝+4.0のＧ
Ｈ型液晶材料ＺＬＩ−4876（メルクジャパン（株）社
製）をＰＣＧＨ液晶相として用いる。一方、重合度 500
のＰＶＡの濃度25ｗｔ％の水溶液を用意しこれにＵＶ硬
化樹脂としてＰＮ393 （メルクジャパン（株）社製）を
1： 1の比率で混合しこれを高分子相として用いる。

【００５９】上記のＰＣＧＨ液晶相と高分子相とを、8
0：32の比率で混合する。このとき、ＰＣＧＨ液晶相は
高分子相であるＰＶＡには溶けない。従って十分な攪拌
を行なえばエマルジョンが形成される。さらに均一な攪
拌のために10ｍｉｎの超音波攪拌を行なう。このように
して得たエマルジョンを、厚さ 0.7ｍｍｔの無アルカリ
ガラスからなる透明基板１上に膜厚 200ｎｍのＩＴＯか
らなる透明電極２が形成された第１の基板３上に、 5μ
ｍの厚さに例えば印刷法で塗布し、40℃・30ｍｉｎの乾
燥を行なって、層厚 5μｍのＧＨ−ＰＤＬＣ層４を得
る。このＧＨ−ＰＤＬＣ層４はエマルジョン法により形
成されているので、高分子相内には液晶は溶けて混入し
ておらず、ＰＶＡの比率が全体の約 4ｗｔ％程度と低い
ので高分子の抵抗が高く、ＰＶＡの比率の高い高分子相
と比較して、低電圧駆動が可能である。このＧＨ−ＰＤ
ＬＣ層４は外面から見ると固体のような層として形成さ
れている。従って、このＧＨ−ＰＤＬＣ層４に液体状の
層が隣接しても、その液体状の層とは交じり合うことが
ない。

【００６０】一方、この基板３に対向配置された基板５
上にＰＤＬＣ層１１を形成する。まずＴＦＴ７を石英基
板のような透明基板６上に形成し、その上にアクリル樹
脂を2μｍの厚さに形成してその表面にＣＦ₄ガスのプ
ラズマＣＶＤでエッチングを行なって、その表面を荒し
て凹凸を作り、このアクリル樹脂の層を凹凸層８にす
る。このアクリル樹脂からなる凹凸層８の上にＡｌ薄膜
を膜厚 200ｎｍ蒸着し、画素電極として反射電極９を形
成する。反射電極９は、 100μｍ× 100μｍの画素サイ
ズに形成した。この画素電極としての反射電極９の上
に、ＭとＧの各色セルを配列してなるＣＦ１０を形成す
る。

【００６１】そしてＣＦ１０を含む基板５上を覆うよう
にＰＤＬＣ層１１を形成する。誘電異方性が正のネマテ
ィック液晶であるＴＬ− 205（ｎ_e＝1.7445、ｎ_o＝1.
5270、Δε＝+5.0；ＢＤＨ社製）を液晶相として用いる
とともに、高分子相としてはＰＮ 393（ｎ_p＝1.473 ）
を用いて、これを80：20の比率で混合する。このとき、
液晶相は高分子相に完全に溶ける。よって混合物は液体
となる。この液体状のＰＤＬＣ層１１の材料液は、基板
５を前記の基板３に基板間隙を有して対向配置し周囲を
封止した後、注入口から基板間隙に注入すればよい。基
板周囲を封止するシール材としては例えばＵＶ−1000
（ソニーケミカル製）を用いて両基板をこれに重ね合わ
せて、このシール材の厚さを基板間隙として間隙を有し
て接合する。このとき、基板間隙を保持するために、粒
径 5.0μｍのスペーサを散布する。そしてシール材に紫
外線を照射して硬化させ、また液状の注入されたＰＤＬ
Ｃ層１１を硬化させて、液晶表示パネルを得る。そして
この液晶表示パネルに駆動回路（図示省略）を接続し
て、本発明に係る反射型の液晶表示装置が完成する。

【００６２】このような第１の実施例の液晶表示装置を
駆動させて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各単色及びＲＧＢ全ての合成に
よる白色の計 4種の電気光学特性（Ｔ−Ｖ特性）を、正
面から観測した反射率で測定し、その表示性能を確認し
た。

【００６３】まず、Ｒ（赤）の画素のみを駆動し、液晶
印加電圧を 0Ｖから徐々に上げて観察を行なったとこ
ろ、 0Ｖでは、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４の液晶相の分子配列
は無秩序であり、染料も無秩序に配列している。よって
入射光はほとんど吸収される。このときの反射率は 5.0
％と低かった。

【００６４】液晶印加電圧 4Ｖでは、ＧＨ−ＰＤＬＣ層
４のみ液晶相の分子配列が垂直配向となる。染料も同様
に垂直配向となる。このＧＨ−ＰＤＬＣ層４のポリマー
の屈折率は、液晶相のｎ₀にほぼ等しく設定してある。
よって、この状態で液晶相と高分子相（ポリマー）との
実効的な屈折率は等しくなり（つまり液晶相の液晶分子
は垂直配向しているので実効的な屈折率はｎ₀とな
る）、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４は入射光を完全に透過する。
またＰＤＬＣ層１１は 4Ｖでは 0Ｖ時と同様に液晶相の
分子配列は無秩序のままである。よってここでは入射光
を散乱させる。ここで散乱した光のうち 1/6程度の光は
後方に散乱する。つまり、 1/6程度の光は反射する。こ
こで反射する光は、（ＣＦを通らないので）白色であ
る。残る 5/6程度の光はＲ（赤）のカラーフィルタを透
過し、Ａｌからなる反射電極９で拡散反射される。これ
らの光は、Ｒに着色されて反射され表示面側（観察側）
へと出射されることとなる。ＲのカラーフィルタはＧや
Ｂの波長成分を吸収するので、その分（つまり入射光量
の 2/3）反射率が低下する。よってトータルでは、 1/6
程度の白色光と、 5/6× 1/3程度の赤色光が反射するこ
ととなり、やや白っぽい赤色（ピンク色）表示となっ
た。

【００６５】続いて、液晶印加電圧 4Ｖにおいては、や
や色純度は低いがカラーフィルタを透過する手前で全体
の 1/6の光を反射させているので、極めて高い反射率を
得ている。このことは色純度の高いカラー表示には適用
できないが、ピンク色のようなミルクカラー的なカラー
表示に極めて有効である。

【００６６】さらに、白色表示（Ｒ、Ｇ、Ｂ全ての画素
を 4Ｖにすること）をした場合、カラーフィルタを透過
する手前で全体の 1/6の光を反射させることとなり、従
来技術のような必然的にカラーフィルタを透過させる方
式と比べて極めて明るくなる。この 4Ｖにおける反射率
は（Ｒのみ 4Ｖ）16％であった。

【００６７】さらに電圧を上げていくと、 4.5Ｖ以上で
ＰＤＬＣ層１１が徐々に垂直配列となって行き、 8Ｖで
完全に垂直配列となる。ここでは、ＧＨ−ＰＤＬＣ層４
もＰＤＬＣ層１１も、入射光をそのまま透過する状態と
なる。よって 4Ｖ時のようなカラーフィルタ手前での反
射はなく、入射光はほとんどカラーフィルタを透過して
Ａｌからなる反射電極９にて拡散反射される。よって、
反射率は全体の 1/3と低くなるが、全てのカラーフィル
タを通るため、極めて色純度の高いカラー表示が得られ
る。ここでの反射率は10.5％であった。

【００６８】続いて、印加電圧を 8Ｖから徐々に下げて
いったところ、上記とは順番は逆ではあるが上記と同様
の印加電圧に対する表示状態のレスポンス動作となっ
た。

【００６９】さらに印加電圧を 0Ｖ→ 8Ｖ→ 0Ｖと急激
に変化させてみたところ、やはり同様の動作（印加電圧
に対する表示状態のレスポンス）となった。電気光学特
性のヒステリシスも無く、階調表示が可能であることが
判った。

【００７０】次に、Ｒ・Ｇ・Ｂ全ての画素を駆動して、
白色表示における表示性能を評価した。液晶印加電圧 0
Ｖでは、単色同様に 5％の反射率であった。 4Ｖ〜 4.5
Ｖでは、全ての画素で、ＰＤＬＣ層１１での反射とカラ
ーフィルタを透過して反射電極９での反射を得て、全体
としてはＲとＧとＢの反射率が等しくなり、白色表示と
なった。全体の 1/6はカラーフィルタの手前で反射する
ため、そのカラーフィルタ通過に起因した光損失が無い
分、明るい表示となった。このときの反射率は31％であ
った。電気光学特性にはヒステリシスが無く、階調表示
が可能であることが判った。駆動電圧も 8Ｖと低かっ
た。

【００７１】続いて、液晶印加電圧 0Ｖ− 4.0Ｖにおけ
る、コントラスト比及びコントラストの視角特性を測定
した。これを図４に示す。コントラスト比は約 6:1と高
かった。また、コントラスト比 2： 1以上の視角は、上
下左右とも±50°と広かった。これは、本発明の液晶表
示装置においては黒表示を得るために無秩序な染料の分
子配列を用いたことにより達成されたものである。また
このとき、画面の輝度自体も高かった。これはＴＦＴ基
板の構造が画素電極である反射電極９の下に走査配線や
信号配線やＴＦＴ７等の構造物を配設した立体構造を採
ることで、画素開口率を80％と高くすることができたの
である。しかもＴＦＴ５の半導体層を遮光する遮光膜を
用いる必要がないので、この遮光膜による画素部の被覆
に起因した画素部開口面積の低下も解消できるからであ
る。

【００７２】そして液晶層１２の応答速度を測定したと
ころ、立ち上がり、立ち下がりの合計で 100m ｓとな
り、高速応答性能を実現していることが確認された。

【００７３】（実施例２）この第２の実施例の液晶表示
装置においては、上記の第１の実施例の液晶表示装置に
示したＧＨ−ＰＤＬＣ層４の高分子相の屈折率を、第１
の実施例とは異なり液晶相のｎ_eと等しいものとした。
そしてその他は、誘電率異方性が正であり第１の実施例
と同様な構造の第２の実施例の液晶表示装置を作製し
た。この場合、高分子相として第１の実施例の液晶表示
装置におけるＵＶ硬化樹脂ＰＮ 393の代りにＳＡＭ 114
を用いてその屈折率をｎ_p＝1.56とした。そしてその他
の構造は第１の実施例と同様のものとした。

【００７４】このような第２の実施例の液晶表示装置
は、第１の実施例の液晶表示装置とはＧＨ−ＰＤＬＣ層
４が異常光屈折型である点で異なっているので、そのＧ
Ｈ−ＰＤＬＣ層４の挙動が異なる。

【００７５】即ち、この第２の実施例の液晶表示装置に
おいては、液晶印加電圧 4ＶのときにＧＨ−ＰＤＬＣ層
４の液晶相（染料含む）の実効的屈折率は、前記の液晶
組成物のｎ₀＝1.48となる。一方、高分子相の屈折率は
前記の如くｎ_p＝1.56なので、入射光は高い比率で散乱
される。つまり、入射光の多くは後方散乱して、反射さ
れる。従ってその分、第１の実施例の液晶表示装置の場
合よりも表示はさらに明るくなる。このとき、ＧＨ−Ｐ
ＤＬＣ層４は言うまでもなくＰＤＬＣ層１１ともに後方
散乱による反射が得られる。その反射率は約41％となっ
た。このように入射光の極めて高効率な利用が可能であ
ることが確認された。

【００７６】ただしここで、本実施例の液晶表示装置に
おけるＧＨ−ＰＤＬＣ層４は、入射光を液晶印加電圧 0
Ｖでの吸収もしくは液晶印加電圧 4Ｖ以上での後方散乱
の、いずれか一方の状態しか取り得ない。つまり光の単
なる透過が実際上できないので、表示色の色純度の高い
表示を行なう点では、第１の実施例の液晶表示装置の方
がこの第２の実施例の液晶表示装置よりもさらに良好な
特性を備えている。

【００７７】しかしてそれ以外の点では、第１の実施例
の液晶表示装置と同様に、コントラスト特性や印加電圧
−輝度特性（Ｔ−Ｖ特性）の良好な、表示品位の高い画
像を表示することができる。そのＴ−Ｖ特性を図５に示
す。

【００７８】なお、上記各実施例においては、いずれも
液晶層１２を形成している 2層構造のうち一方はＧＨ−
ＰＤＬＣ層で他方はＰＤＬＣ層としたが、本発明はこれ
のみには限定されないことは言うまでもない。上記の実
施例で用いたＧＨ−ＰＤＬＣ層は、上記の実施例と同様
に光シャッタのような機能を達成するに好適なＧＨ液晶
であれば必ずしも上記のような高分子分散型液晶のみに
は限定されない。つまり、上記の実施例で用いたＧＨ−
ＰＤＬＣ層の代りに、高分子相を用いない単なるＧＨ液
晶（ＰＣＧＨ液晶）を用いることも可能であることは言
うまでもない。ただしその場合には、上記実施例におけ
るＧＨ−ＰＤＬＣ層での光拡散効果は無く、ＧＨ液晶に
おける光の吸収／透過作用のいずれかが選択的に用いら
れるということになる。

【００７９】また、上記各実施例においては画素電極と
して表面の光反射率の高い拡散反射板としての機能を有
するＡｌからなる反射電極を用いたが、画素電極と反射
板とを例えば拡散反射板の上に透明導電膜からなる画素
電極を積層配置して別々の層として設けてもよいことは
言うまでもない。

【００８０】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、装置の薄型・軽量化に優れ、光の利用効
率が高く、低消費電力であり、高輝度・高コントラスト
の画像表示を実現できる反射型液晶表示素子を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の液晶表示装置の構造を示す断面
図である。

【図２】第１の実施例の液晶表示装置に用いたＰＤＬＣ
層１１及びＧＨ−ＰＤＬＣ層４の電気光学特性を示す図
である。

【図３】第１の実施例の液晶表示装置の液晶表示装置の
液晶印加電圧の大きさごとの表示に係る光の光路を、各
場合ごとに場合分けして示す図である。

【図４】第１の実施例の液晶表示装置の液晶印加電圧 0
Ｖ− 4.0Ｖにおけるコントラスト比及びコントラストの
視角特性を示す図である。

【図５】第２の実施例の液晶表示装置のＴ−Ｖ特性を示
す図である。

【図６】従来のＰＣＧＨ型液晶を用いた反射型カラー液
晶表示素子の構造の一例を示す図である。

【図７】従来のＰＤＬＣ型液晶表示素子及びＰＣＧＨ型
液晶表示素子を用いた反射型カラー液晶表示装置の構造
の概要を示す図である。

【符号の説明】

１……透明基板２……透明電極３……第１の基板４……ＧＨ−ＰＤＬＣ層５……第２の基板６……透明基板７……ＴＦＴ８……凹凸層９……反射電極１０……カラーフィルタ１１……ＰＤＬＣ層１２……液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤仁神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に第１の電極が配設された第１の
電極基板と、基板上に第２の電極が配設されており前記第１の電極に
対して間隙を有して対向配置された第２の電極基板と、前記第１の電極基板と前記第２の電極基板との間隙に周
囲を封止されて挟持された、高分子相中にネマティック
液晶相をカプセル状に分散配置してなる高分子分散型液
晶層とネマティック液晶組成物に染料が添加されたゲス
トホスト型液晶層とが積層された液晶層と、前記第１の電極および前記第２の電極に液晶駆動電圧を
印加して、前記液晶層を駆動する液晶駆動回路と、を具
備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】基板上に第１の電極が配設された第１の
電極基板と、基板上に第２の電極が配設されており前記第１の電極に
対して間隙を有して対向配置された第２の電極基板と、前記第１の電極基板と前記第２の電極基板との間隙に周
囲を封止されて挟持された、高分子相中にネマティック
液晶相をカプセル状に分散配置してなる高分子分散型液
晶層とネマティック液晶組成物に染料が添加されたゲス
トホスト型液晶相を高分子相中にカプセル状に分散配置
してなる高分子分散型液晶層とが積層された液晶層とを
具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の液晶表示
装置において、前記第１の電極基板および前記第２の電極基板のうち、
画面観測方向から見て背面側の基板の前記液晶層に面し
た側の主面上に配置されたカラーフィルタを具備するこ
とを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】請求項１および請求項２および請求項３
記載のうちいずれか記載の液晶表示装置において、前記 2層に積層された液晶層のうち前記ゲストホスト型
液晶層または前記ゲストホスト型液晶相を高分子相中に
カプセル状に分散配置してなる高分子分散型液晶層が、
画面観測方向から見て前記高分子分散型液晶層よりも前
面側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項１および請求項２および請求項３
および請求項４のうちいずれか記載の液晶表示装置にお
いて、画面観測方向から見て背面側の基板の前記液晶層に面し
た側の主面上に配置された、光を拡散反射させる表面材
質の拡散反射層を具備することを特徴とする液晶表示装
置。