JP2000010085A

JP2000010085A - 反射型表示装置

Info

Publication number: JP2000010085A
Application number: JP10189650A
Authority: JP
Inventors: Masataka Matsude; 雅隆松手
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光板を二枚用いた反射型表示装置の視差に
起因する二重写りを防止する。【解決手段】反射型表示装置は入射側に位置する第一
基板１と反射側に位置する第二基板２とからなる。第二
基板２は画素電極１１とこれを駆動する薄膜トランジス
タ１３を備えている。互いに対向配置した第一基板１及
び第二基板２の間隙に電気光学物質として液晶３が保持
されている。第一偏光層９は第一基板１と液晶３との間
に介在する。第二偏光層４は第二基板２の背面に配され
ている。第一偏光層９は高分子液晶に二色性色素を分散
した状態で一軸配向させたものである。第二偏光層４は
多層光学フィルム４ａからなる反射型偏光子と光吸収フ
ィルム４ｃを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は偏光子を二枚用いた
反射型表示装置に関する。より詳しくは、偏光子の実装
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶などを電気光学物質として用いる表
示装置は薄型、軽量、低消費電力のフラットパネルディ
スプレイとして注目を集めている。歴史的には反射型の
表示装置の方が古いものの、光の利用効率が低い為にカ
ラー化が難しく、現状ではカラーといえば透過型表示装
置が主流である。しかし、近年の情報通信の発展から、
軽量、低消費電力、高精細及び高画質のディスプレイが
望まれる様になっており、これらの要望に対応できるフ
ラットパネルディスプレイとしては反射型表示装置が最
も適している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】反射型表示装置は大部
分がネマティック液晶を電気光学物質に用いており、二
枚の偏光板を組み合わせるＴＮモードやＳＴＮモードが
主流である。反射型表示装置では外光をより効率的に利
用する必要があり、その為の様々な設計が試みられてい
る。しかし、原理的に二枚の偏光板をパネルの表裏面に
外付けする為、高いコントラストが得られるものの、フ
ラットパネルの基板の厚みによる視差が生じて、二重写
りの原因になってしまう。更に、隣接画素間で混色を生
じ、画質上の劣化が避けられないという課題がある。

【０００４】この問題を解決する為に、偏光板を一枚に
したタイプや偏光板を全く使用しないタイプの反射型液
晶表示装置の開発が行われている段階であるが、未だ十
分実用的に満足のいく特性の表示装置は得られていな
い。偏光板を一枚用いる駆動モードとしては、Ｒ−ＳＴ
Ｎ、Ｒ−ＴＮ、Ｒ−ＯＣＢが知られている。しかしなが
ら、Ｒ−ＳＴＮモードは単純マトリクス駆動できる利点
はあるが、画質や応答速度では他の方式に劣る。Ｒ−Ｔ
ＮやＲ−ＯＣＢモードでは、視差をなくす為に反射板を
パネル内に作成する必要があり、従来の透過型とは異な
る材料やプロセスが必要である。又、偏光板を用いない
ホワイト・テーラー型のゲストホスト方式の場合、白表
示時の反射率は比較的高いものの、コントラストが４〜
５と低く応答速度も遅い。従って、現状では依然として
偏光板を二枚使用した構成が主流となっている。

【０００５】一方では、偏光板（偏光子）の透過率や反
射板の反射率を高める為の研究開発も盛んに行われてい
る。例えば、従来の偏光子はヨウ素や染料を添加した光
吸収型のものであったのを、吸収を伴わない選択反射型
にしたものが開発されている。又、偏光板と併用する反
射板も実用に適した拡散性（散乱性）を付与する為、表
面凹凸の最適設計や集光構造の求明が行われ、更にはホ
ログラム反射板などが開発されている。しかしながら、
未だ、実用レベルでフラットパネルに内蔵可能な偏光子
は得られていない。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
を解決する為、以下の手段を講じた。即ち、本発明に係
る反射型表示装置は基本的な構成として、入射側に位置
する第一基板と、画素電極とこれを駆動するスイッチン
グ素子を備え反射側に位置する第二基板と、所定の間隙
を介して対向させた第一基板及び第二基板の該間隙に保
持された電気光学物質と、第一基板と電気光学物質との
間に介在する第一偏光層と、第二基板の背面に配した第
二偏光層とを備えている。特徴事項として、前記第一偏
光層は、高分子液晶に二色性色素を分散した状態で一軸
配向させたものである。

【０００７】好ましくは、該第二偏光層が多層光学フィ
ルムからなる反射型の偏光子と光吸収フィルムを含んで
いる。あるいは、第二偏光層が偏光フィルムからなる透
過型の偏光子と拡散反射板を含むものであってもよい。
又好ましくは、該電気光学物質がツイスト配向したネマ
ティック液晶である。

【０００８】本発明に係る反射型表示装置は第一及び第
二偏光層を備えているが、一方の偏光層をパネルに内蔵
させた為、視差や混色を起こさず画質劣化が小さい。
又、外付けとなる第二偏光層は明るさが向上した新開発
の偏光子を使用できる為、従来より明るい表示が可能で
ある。例えば、パネルの背面側に外付けされる第二偏光
層は多層光学フィルムからなる反射型の偏光子や、偏光
フィルムからなる透過型の偏光子に金属アルミニウムや
銀が蒸着された拡散反射板を組み合わせた構造が採用可
能である。一方を内蔵とし他方を外付けとするものの、
基本的に二つの偏光層を用いているので、コントラスト
３０以上を達成することができる。又、印加電圧も４．
５Ｖ以下に抑えられ、低消費電力が必須条件である情報
携帯端末用ディスプレイとして適している。加えて、本
発明によれば、画素電極とこれを駆動するスイッチング
素子を備えた反射側の基板ではなく、対向電極を備えた
入射側の基板に偏光層を内蔵させている為、構造が単純
である。本反射型表示装置は従来の透過型表示装置とほ
ぼ同じプロセスで反射側基板を作成でき、材料面でも特
に変更する必要がない為従来の透過型表示装置と同等の
高い信頼性が得られる。

【０００９】本発明に従ってパネルの入射側基板に形成
される偏光層は、基本的に基板に直接成膜された高分子
液晶とその中に含まれる二色性色素からなる。高分子液
晶は所定の方向に一軸配向している。又、色素は入射光
に対して分子の長軸と短軸とで異なる吸光度を示す二色
性色素である。二色性色素は高分子液晶の一軸配向に合
わせて分子の長軸が所定の方向に整列しており、入射光
に含まれる振動成分を選択的に吸収透過して偏光に変換
する。高分子液晶は液晶の性質を有するメソゲン基をア
ルキル基で結合した分子構造を有している。メソゲン基
としてはビフェニルベンゾアートやメトキシフェニルベ
ンゾアートが挙げられる。二色性色素は入射光の可視波
長全域に渡って二色性を備える様に調合された組成物を
用いることができる。この場合、本偏光層は白色入射光
を偏光に変換することができる。組成物は例えばチエノ
チアゾール環を有するジスアゾ系色素に、ベンゾチアゾ
ール環を有するトリスアゾ系二色性色素、特定のアゾ系
の二色性色素を混合したものである。この組成物は高分
子液晶に対して３〜１５重量％の濃度で溶解している。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る反射型表
示装置の第一実施形態を示す模式的な断面図である。図
示する様に、本反射型表示装置は、基本的な構成とし
て、入射側に位置する第一基板１と、画素電極１１とこ
れを駆動するスイッチング素子としての薄膜トランジス
タ１３を備え反射側に位置した第二基板２と、所定の間
隙を介して対向させた第一基板１及び第二基板２の間隙
に保持された液晶３からなる電気光学物質と、第一基板
１と液晶３との間に介在する第一偏光層９と、第二基板
２の背面に配した第二偏光層４を備えている。特徴事項
として、第一偏光層９は高分子液晶に二色性色素を分散
した状態で一軸配向をさせたものである。一方、第二偏
光層４は多層光学フィルム４ｂからなる反射型偏光子と
光吸収フィルム４ｃを含むラミネート構造となってい
る。第二偏光層４は更に透過型の光拡散フィルム４ａを
含んでいる。本例では、液晶３はツイスト配向したネマ
ティック液晶を用いている。

【００１１】以下、図１に示した反射型表示装置の各構
成部品を説明する。前述した様に、本表示装置は一対の
基板１，２を用いて組み立てられている。第一の基板１
は入射側に位置し、その表面には反射防止膜１ａがコー
ティングされている。基板１の内面には透明な対向電極
６が形成されている。第二基板２は反射側に位置し、透
明な画素電極１１が形成されているとともに、所定の間
隙を介して第一の基板１に接合している。両基板１，２
の間隙には電気光学物質として液晶３が保持されてい
る。第一の偏光層９が第一の基板１と液晶３との間に介
在している。換言すると、第一の偏光層９は外付けでは
なく、液晶パネル内に内蔵されている。この偏光層９は
高分子液晶に二色性色素を分散した状態で一軸配向させ
たものである。

【００１２】本表示装置は所謂アクティブマトリクス型
であり、基板１側には偏光層９に加えて対向電極６が全
面的に形成されている。一方、基板２側には画素電極１
１とこれを駆動するスイッチング素子とが集積形成され
ている。本例では、このスイッチング素子は薄膜トラン
ジスタ１３からなる。

【００１３】第二の基板２の外面（裏面）には第二の偏
光層４が貼着されている。この偏光層４は光拡散フィル
ム４ａと光学多層フィルム４ｂと光吸収フィルム４ｃを
積層したラミネート構造となっている。この外付けの偏
光層４は従来の外付けに用いる偏光層に比べ２０％程度
明るくなっている。因みに、本例では、第一基板１側に
内蔵される第一偏光層９の透過率は４０〜７０％に設定
されており、第二基板２側に外付けされる第二偏光層４
はその透過率が４０〜５０％に設定されている。第一の
基板１側の偏光層９は第二の基板２側の偏光層４と吸収
軸が直交しており、所謂クロスニコル配置となってい
る。これに代えて、偏光層９と偏光層４の吸収軸が平行
となる様に配置してもよい。液晶３は上下の配向層７，
１２によってツイスト配向したネマティック液晶を用い
ている。即ち、ツイストネマティック液晶３は上下の基
板１，２間で９０°ツイストしているとともに、正の誘
電異方性を有する。ツイストネマティック液晶３の螺旋
ピッチはモーガンの条件を満たす様に設計されている。
即ち、螺旋ピッチが入射光の波長に対して十分長く設定
されている。ツイストネマティック液晶３の液晶分子は
上側の配向層７によって紙面と平行な方向に配向制御さ
れ、下側の配向層１２によって紙面と垂直な方向に配向
制御されている。この結果、ツイストネマティック液晶
３は上下の基板１，２間で９０°ねじれた配向状態にな
る。上側の偏光層９の透過軸は紙面と平行に設定され、
下側の偏光層４の透過軸は紙面と垂直に設定されてい
る。上側の基板１の内表面には画素電極１１と対応する
様にカラーフィルタ５が形成されている。カラーフィル
タ５と偏光層９との間には下地配向層２２が介在してい
る。又、対向電極６と偏光層９との間には平坦化層６ａ
が介在している。

【００１４】図２は、本発明に係る反射型表示装置の第
二実施形態を示す模式的な断面図である。基本的には図
１に示した第一実施形態と同様な構造を有しており、対
応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易に
している。異なる点は、第二基板２の裏面に外付けされ
る第二偏光層４が、偏光フィルム４ｄからなる透過型の
偏光子と拡散反射板４ｅを含むことである。図１に示し
た第一実施形態では偏光子として反射型の多層光学フィ
ルム４ａを用いているのに対し、第二実施形態では透過
型の偏光フィルム４ｄを用いている為、その裏側に拡散
反射板４ｅを装着している。この様な偏光層４はアルミ
ニウムや銀が蒸着された反射型偏光フィルムとして市販
されている。最適に設計された拡散板の表面にアルミニ
ウムや銀などの金属を蒸着し、これに偏光フィルムを貼
り合わせたものである。拡散反射板の設計により、指向
性のあるものとないものがあり選択可能である。

【００１５】図３は、図１の第一実施形態に用いた多層
光学フィルム４ｂの具体的な構成を示す模式的な断面図
である。図示する様に、多層光学フィルム４ｂは、２，
６−ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のような結晶
性ナフタレンジカルボン酸ポリエステル１２０と、選ば
れたポリマー１４０との交互の層を有する多層化ポリマ
ーシートを含んでなる。ＰＥＮ／選ばれたポリマーを一
軸ないし二軸配向の範囲に渡って延伸することにより、
様々に配向した面偏光入射光についての反射率を制御可
能である。二軸延伸する場合、シートを直交軸に沿って
非対称に、又は直交軸に沿って対称に延伸して、所望の
偏光及び反射特性を得ることができる。係る偏光子の為
に好ましい選ばれたポリマー１４０は、例えばエチレン
グリコールと反応させた、ナフタレンジカルボン酸又は
ジメチルナフタレートの様なそのエステル２０〜８０モ
ル％の範囲、及びイソフタル酸もしくはテレフタル酸又
はジメチルナフタレートの様なそのエステル２０〜８０
モル％の範囲との反応生成物のコポリエステルである。
係る多層光学フィルム４ｂの更に具体的な組成は例えば
特表平９−５０６８３７号公報に開示されている。又、
住友スリーエム株式会社からＤＢＥＦ、ＲＤＦとして商
品化されている。

【００１６】図４は、図２に示した第二実施形態に用い
る偏光フィルム４ｄの具体的な構造を示す模式図であ
る。図示する様に、偏光基体、偏光粒子を吸着分散させ
て偏光素子とし、その耐久性及び機械的強度を保持する
為支持体１０２に挟み込み、接着剤層１０３で固定する
という方法で生産される。偏光素子は、基本的な機能と
して、高い偏光機能を発揮することと同時に外観特性や
耐久性に優れ、部品として加工しやすく、使いやすいこ
となどが重要である。これらの機能を満足させる為、現
在市場に供給されている表示装置用の偏光素子は、偏光
粒子としてヨウ素などのハロゲン物質や染料を用いたも
のが中心となっている。偏光基体１０１としてはポリビ
ニールアルコールのフィルムが多く使用されている。ポ
リビニールアルコールのフィルムを異なるスピードで回
転するローラの間で一定方向に約３〜５倍延伸する。延
伸されたポリビニールアルコールのミセルは延伸方向に
配列し、配列したフィルムは強い複屈折が発生する。係
る構成を有する偏光素子はあらかじめ拡散反射フィルム
とラミネートした状態で市場に供給される。

【００１７】図５は、図１に示した第一実施形態の動作
説明に供する模式図であり、左側が白表示状態を示し、
右側が黒表示状態を示している。図示する様に、入射光
は第一偏光層９で変調され直線偏光になる。電圧無印加
状態では、直線偏光は９０°ツイスト配向したネマティ
ック液晶３により９０°旋光し、第二偏光層４に進む。
第二偏光層４では、入射光はまず拡散層（拡散フィル
ム）４ａで散乱された後、偏光方向が多層光学フィルム
４ｂの光軸と直交である為、反射されて白表示となる。
一方、液晶３に電圧が印加された状態では入射光が９０
°旋光しないので、偏光方向が多層光学フィルム４ｂの
光軸と一致する為、通過して背面の光吸収層４ｃに吸収
され黒表示となる。

【００１８】図６は、図２に示した第二実施形態の動作
説明に供する模式図である。左側が白表示を示し右側が
黒表示である。基本的には、図５に示した第一実施形態
の動作と同様であり、対応する部分には対応する参照番
号を付してある。白表示時、液晶３を通過した偏光は偏
光フィルム４ｄを透過し、拡散反射板４ｅにより反射さ
れ、白表示となる。一方電圧印加時液晶３を通過した偏
光は偏光フィルム４ｄにより吸収される為黒表示とな
る。

【００１９】図７は、図１及び図２に示した第一実施形
態及び第二実施形態の製造方法を示す工程図である。ま
ず工程（Ａ）で、入射側に位置する第一基板を作成す
る。ガラスなどからなる絶縁性の透明基板１に顔料分散
法によりマイクロカラーフィルタ５を形成する。その上
に、ポリイミドなどからなる樹脂を塗工してラビング処
理を施し、下地配向層２２を設ける。その上に高分子液
晶と二色性色素からなる偏光層９を形成する。この高分
子液晶は室温でガラス状態であり、好ましくは１００℃
以上に相転移点を持つ材料である。この偏光層９は一旦
相転移点以上に加熱し、その後室温まで除冷して配向方
向に整列させる。この上に平坦化層６ａを設けた後、Ｉ
ＴＯなどからなる透明な対向電極６を成膜する。なお、
平坦化層６ａは必ずしも必要としない。更に、ポリイミ
ドなどからなる配向膜７を施し、ラビングして入射側基
板（対向基板）を完成させる。

【００２０】工程（Ｂ）で反射側に位置する第二基板を
作成する。ガラスや石英などからなる絶縁性の透明基板
２の上にトランジスタ１３を集積形成する。具体的には
高融点金属などからなるゲート電極１４をパタニング形
成した後、ＣＶＤなどでシリコン酸化膜やシリコン窒化
膜を堆積してゲート絶縁膜１５とする。その上に多結晶
シリコンなどからなる半導体薄膜１６を形成して、薄膜
トランジスタ１３の素子領域に合わせ島状にパタニング
する。その上にゲート電極１４と整合する様にストッパ
１７を設ける。このストッパ１７をマスクとしてイオン
ドーピング又はイオンインプランテーションにより不純
物を半導体薄膜１６に注入してボトムゲート型のトラン
ジスタ１３を形成する。このトランジスタ１３をＰＳＧ
などからなる層間絶縁膜１８で被覆する。工程（Ｃ）に
進み、層間絶縁膜１８にコンタクトホールを開口した
後、ＩＴＯなどをスパッタリングし所定の形状にパタニ
ングして画素電極１１を形成する。この画素電極１１は
トランジスタのドレイン電極２０と電気接続している。
その上にポリイミドなどからなる樹脂を塗工してラビン
グ処理を施し、配向層１２を設ける。なお、トランジス
タ１３のソース電極には信号線１９が配線される。

【００２１】以上の説明から明らかな様に、反射側に位
置する第二基板の製造工程は、透過型表示装置の製造方
法と全く同様であり、何らプロセス的及び材料的な変更
はない。従って従来のアクティブマトリクス方式の透過
型表示装置と同様に安定した信頼性を確保した上でアク
ティブマトリクス方式の反射型表示装置を作成できる。
一方、入射側の対向基板には工程（Ａ）に示す様に、偏
光層９を内蔵させる必要がある。しかしながら、このプ
ロセスは比較的単純であり且つ対向基板側には薄膜トラ
ンジスタや画素電極がないので製造プロセスが複雑化し
ない。

【００２２】以上に説明した工程（Ａ）〜工程（Ｃ）の
後、第一基板１と第二基板２を所定の間隙を介して接合
させ、ネマティック液晶を間隙に注入する。第一実施形
態の場合には、第二基板の裏面に多層光学フィルム及び
光吸収フィルムを設置する。但し、所謂ペーパーホワイ
トと呼ばれる外観を呈する白色表示を行う為に、入射光
を散乱させる拡散層が必要となる。この拡散層として
は、例えば第二基板２の裏面と多層光学フィルムを接着
する為の拡散性粘着剤を使用することが可能である。

【００２３】これに対し、第二実施形態に係る反射型表
示装置を作成する場合には、第一基板１と第二基板２を
所定の間隙を介して接合しネマティック液晶を間隙に注
入した後、第二基板の裏面に拡散反射板付偏光フィルム
を貼着する。拡散反射板としてはアルミニウムよりも銀
の方が反射率が高いので好ましい。又、拡散反射板の表
面に傾斜を付けるなどしてパネルの正面に対する指向性
を高めたものなども、より明るい画面を得る為に好まし
い。

【００２４】本発明に係る反射型表示装置の利点を明確
にする為、図８を参照して従来の反射型表示装置の問題
点を以下に列挙しておく。まず、二枚の偏光板（偏光
層）４，９をパネルに対して両方とも外付けしたツイス
トネマティック型の反射型表示装置では、一応１０以上
のコントラスト比が得られる。しかしながら、外付け方
式では、光路中に薄膜トランジスタなどが介在する為画
素の開口率が犠牲になる。例えば、対角寸法が５．６イ
ンチ程度のＶＧＡクラスの場合、開口率は約６０％強し
か得られない。この為、白表示時の反射率が２／３程度
になってしまう。又、偏光板４ｄを外付けにする関係上
反射板４ｅもパネル外に設ける必要があり、二重写りな
どの弊害が生じる。更に、隣接画素間で混色等が生じ、
画質上の劣化が避けられない。この視差による二重写り
や混色が起こる為に多層光学フィルムなどの高機能偏光
層や指向性反射板付の偏光層を使っても画質上の改善が
難しかった。又偏光板を用いないホワイトテーラー型の
ゲストホスト方式の場合、白表示時の反射率は比較的高
い。しかしながら、ホワイトテーラー型のゲストホスト
方式では原理的にヒステリシスが生じる為階調表示が困
難である。又、コントラストが４〜５程度しか得られな
い。加えて、応答速度が遅く一般に１００ｍｓｅｃを超
える。反射板一枚とツイストネマティック液晶、スーパ
ーツイストネマティック液晶あるいはＯＣＢを組み合わ
せた方式も提案されている。この方式では入射光を偏光
板で直線偏光に変換した後、液晶層単独もしくは液晶層
と位相差板との組み合わせにより、入射時と出射時で各
々四分の一波長分の位相差を生じさせ、出射時に偏光板
により吸光する。通常、波長分散を考慮して位相差板に
より全可視波長範囲で位相差が四分の一波長となる様に
補償している。しかしながら、位相差板を構成する材料
の制約の為完全に補償することは困難である。この為、
実際のコントラストは６程度しか得られない。偏光変換
型のゲストホスト方式では、偏光板を使用しない為、白
表示時の反射率は高い。しかしながら、上述した一枚偏
光板方式の様に位相差板での補償ができない為、実際の
コントラストは４〜５程度しか得られない。

【００２５】これに対し、本発明に係る反射型表示装置
では基本的に、図９に示す様に、偏光板（偏光層）を二
枚用いているが、一方の偏光板９を偏光層として基板１
側に内蔵させることにより、二重写りや隣接する画素間
での混色が生じない。これにより、他方の偏光層として
多層光学フィルタや指向性反射板を組み込んでも視差を
生じることがない。又、上述した従来の種々の反射型表
示装置に比べ、本発明に係る反射型表示装置はコントラ
ストが１０以上となり、二倍以上のコントラストが実現
可能である。更に、ヒステリシスなどの問題もない為中
間調表示が容易である。又、印加電圧も４．５Ｖ以下に
抑えられ、低消費電力化が必須条件である携帯情報端末
などの用途に最適である。特に、ノーマリブラックモー
ドを用いれば、画素間が常に黒色となる為、カラーフィ
ルタにブラックマスクを設ける必要がなくなり、画素間
の漏れ光を防ぐことができる。加えて、本発明に係る反
射型表示装置は通常のツイストネマティック液晶を用い
ることができる為、信頼性の高い液晶材料を使用でき
る。

【００２６】図１０の（Ａ）は本発明に係る内蔵偏光層
（以下、偏光素子）の基本的な構成を示す模式的な断面
図である。図示する様に、本発明に係る偏光素子は、基
板１に直接形成された偏光層９として与えられる。偏光
層９は基本的に、成膜された高分子液晶９ａとその中に
配合された二色性色素９ｂとからなる。高分子液晶９ａ
は所定の方向に一軸配向した液晶を側鎖に含んでいる。
図では、紙面と平行な方向に一軸配向した高分子液晶９
ａを楕円体で模式的に表わしている。一方、二色性色素
９ｂは入射光に対して分子の長軸と短軸とで異なる吸光
度を呈する。二色性色素９ｂは高分子液晶９ａの一軸配
向に合わせて分子の長軸が紙面と平行な方向に整列して
いる。係る構成により、偏光層９は入射光に含まれる振
動成分を選択的に吸収透過してほぼ直線偏光に変換する
ことができる。なお、基板１と偏光層９との間に高分子
液晶９ａを一軸配向させる為の下地配向層２２が設けら
れている。

【００２７】図１０の（Ｂ）は、（Ａ）に示した偏光層
９の特性を示すグラフである。横軸に可視領域の波長を
取り、縦軸に透過率を取ってある。グラフ中、曲線ＴＨ
は偏光層９の吸収軸に垂直な直線偏光に対する透過率を
示し、曲線ＴＬは吸収軸に平行な直線偏光に対する透過
率を表わしている。偏光層９の吸収軸は二色性色素９ｂ
の分子の長軸又は短軸と平行である。二色性色素９ｂが
長軸方向に大きな吸光度を示し短軸方向に小さな吸光度
を示す場合には、偏光層９の吸収軸は二色性色素９ｂの
長軸方向と平行になる。逆の場合には、偏光層９の吸収
軸は二色性色素９ｂの短軸と平行になる。この様に、本
発明では高分子液晶９ａの一軸配向方向に平行な直線偏
光と垂直な直線偏光との間で二色性色素９ｂの吸光度が
異なることを利用している。（Ｂ）に示した例では、ほ
ぼ可視波長の全域に渡って、吸収軸に垂直な直線偏光に
対する透過率が８０％以上であり、吸収軸に平行な直線
偏光に対する透過率が２０％程度となっている。二色性
色素９ｂは入射光の可視波長全域に渡って二色性を備え
る様に調合された黒色組成物であり、白色入射光を偏光
に変換することができる。場合によっては、特定色に対
してのみ二色性を有する色素を用いることもできる。こ
の場合には、特定色の入射光を偏光に変換するカラー偏
光素子が得られる。例えば、４００〜５００ｎｍの波長
範囲に大きな吸収を有する二色性色素を使用すれば、黄
色のカラー偏光素子が作成できる。

【００２８】図１１を参照して、図１０の（Ａ）に示し
た偏光層の形成方法を詳細に説明する。まず配向工程
（Ａ）を行ない、ガラスや石英などの絶縁性を有する基
板１の表面を所定の配向方向に沿って配向処理する。例
えば、基板１の表面にポリイミドフィルムなどからなる
下地配向層２２を成膜した後、配向方向に沿ってこのポ
リイミドフィルムをラビングすればよい。なお、下地配
向層２２としてはポリイミドに代えて、ポリアミック酸
やポリビニールアルコールなどを用いることもできる。
場合によっては、基板１の表面を直にラビングしてもよ
い。次に成膜工程（Ｂ）を行なう。まず、高分子液晶９
ａと二色性色素９ｂを溶媒に溶解した溶液を予め調製し
ておく。この溶液を配向処理された基板１の上に塗工し
て塗膜を形成する。なお、高分子液晶９ａは所定の転移
点を境にして高温側の液相と低温側の液晶相との間を相
転移する性質を有する。高分子液晶９ａと二色性色素９
ｂを適当な溶媒に溶解させ、スピンコート、ワイヤコー
トあるいは各種の印刷などにより、すでに配向処理を施
された基板１の表面に塗布する。溶媒としては、例えば
シクロヘキサノンとメチルエチルケトン（ＭＥＫ）を
８：２の割合で混合した溶液を使用することができる。
溶液を塗工した後溶媒が蒸発するのに充分な温度で加熱
乾燥する。最後に温度処理工程（Ｃ）を行ない、基板２
を一旦転移点以上に加熱した後転移点以下の室温まで除
冷し、成膜された高分子液晶９ａを配向方向に整列させ
て偏光層９を形成する。なお、場合によっては液晶相で
一定時間放置することにより所望の一軸配向を得ること
も可能である。図示する様に、成膜段階では高分子液晶
に含まれる液晶分子はランダムな状態にあるのに対し、
温度処理工程後では液晶分子は配向方向に沿って整列
し、所望の一軸配向性が得られる。これに合わせて、二
色性色素も一軸配向状態となる。

【００２９】図１２は、高分子液晶９ａの具体例を示し
ており、いずれも側鎖型の化学構造を有する液晶ポリマ
ーである。（Ｉ）は側鎖に入るペンダントとしてビフェ
ニルベンゾアートを有する高分子液晶を示している。即
ち、アルキル主鎖には所定の間隔で側鎖が結合している
（図では１個の側鎖のみ示している）。この側鎖のスペ
ース長は炭素数で６となっているが、本発明はこれに限
られるものではない。この側鎖の先端にペンダントとし
てビフェニルベンゾアートが結合している。（II）はペ
ンダントとしてビフェニルベンゾアートに加えメトキシ
ビフェニルを有する側鎖型高分子液晶を表わしている。
メトキシビフェニルが結合する側鎖のスペース長は炭素
数で２個となっているが本発明はこれに限られるもので
はない。(III）は、メトキシフェニルベンゾアートをペ
ンダントとして持つ側鎖型高分子液晶を示している。側
鎖はスペース長が炭素数で２個と６個のものを主鎖に結
合している。（Ｉ）型及び（II）型は（III)に比べて耐
溶剤性に優れている。更には、（IV）で示す側鎖型高分
子液晶も良好な一軸配向性を示す。

【００３０】図１３は、二色性色素９ｂの具体例を表わ
している。本例では、色素Ａ〜Ｅを混合して黒色の二色
性色素を調合した。色素Ａは単独で青色を呈し、色素Ｂ
は単独で黄色を呈し、色素Ｃは単独で赤色を呈し、色素
Ｄは単独で青紫色を呈し、色素Ｅは単独で青色を呈す
る。各色素の吸収スペクトルを図１４に示す。これらの
色素をＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄ：Ｅ＝２：１：１：１：１の割合
で混合し黒色の二色性色素を調製した。この混合物の吸
光特性を評価する為、誘電異方性が負のネマティック液
晶（メルク社製）に３ｗｔ％の割合で溶解した。この液
晶組成物を垂直配向膜が形成された液晶セルに封入し
た。このセルの光学的特性を瞬間マルチ測光検出器を用
いて測定した。図１５に、４．５Ｖと０Ｖ印加時の吸収
スペクトルを示す。印加電圧が０Ｖの時にはネマティッ
ク液晶は垂直に配向している。これに合わせて二色性色
素も垂直に配向している。この場合、入射光はほとんど
吸収されず、吸光度は０に近い。一方、印加電圧が４．
５Ｖの時には液晶が水平配向に移行し二色性色素もこれ
に合わせて水平配向状態となる。この場合には入射光に
対する吸光度が大きく上昇している。本例では黄色色素
Ｂ、赤色色素Ｃ、青色色素Ｅ、青紫色色素Ｄ及び青色色
素Ａを各々重量比で１：１：１：１：２の割合で混合し
ている。特に、吸光係数が大きく二色性比の大きなチエ
ノチアゾール環を有するジスアゾ系の青色色素Ｅとベン
ゾチアゾール環を有するトリスアゾ系の青紫色色素Ｄを
使用している。これらの色素は図１４から明らかな様に
比較的大きな吸光度を有し、高い二色性比を持ってい
る。

【００３１】最後に、本発明に係る偏光素子の実施例１
及び実施例２と比較例１及び比較例２を作成し、偏光特
性の評価を行った。ここでは、まず本発明に好ましい二
色性色素材料及び高分子液晶材料の一般的な説明を行な
う。次に、各実施例に用いる二色性色素材料及び高分子
液晶材料の具体的な説明を行なう。続いて、各実施例及
び比較例の説明を行なう。最後に、実施例及び比較例の
評価結果を説明する。

【００３２】本発明に使われる色素は、例えば入射光の
可視波長全域にわたって二色性を備えるように調合され
た組成物であり、白色入射光をほぼ直線偏光に変換す
る。特に、好ましい組成物は以下の構造式（１）、
（２）及び（３）で表される色素の少なくとも一種を含
んでいる。

【化３】構造式（１）はチエノチアゾール環を有するジスアゾ系
の青色色素を表している。構造式（２）はベンゾチアゾ
ール環を有するトリスアゾ系の青紫色色素を表してい
る。構造式（３）は特定のアゾ系の二色性色素を表して
いる。

【００３３】チエノチアゾール環を有するジスアゾ系の
青色色素やベンゾチアゾール環を有するトリスアゾ系の
青紫色色素は高い二色性比を示し、かつ極めて高い吸光
係数を有するため、高分子液晶に対する添加量が少なく
て済み、これらの色素をベースに調合した黒色色素を用
いると、極めて高い偏光特性を有する偏光素子が得られ
る。

【００３４】一般に、単色の二色性色素を混合して黒色
の組成物を調合する場合、可視領域で長波長側に吸収を
有する青色の二色性色素の材料選択が難しい。青色を呈
する二色性色素は一般に溶解性が低く二色性比も低い。
他の色の二色性色素は種類も多く、二色性比及び溶解度
がともに高い材料を比較的容易に選択することができ
る。図１６に、最大吸収波長が６００ｎｍ乃至７００ｎ
ｍに位置する代表的な青色二色性色素を示す。各二色性
色素Ａ乃至Ｇについて構造式、最大吸収波長及び二色性
比を上げてある。二色性色素Ａ，Ｂ，Ｃはアントラキノ
ン系である。二色性色素Ｄ及びＥは構造式（３）で表さ
れる特定のアゾ系である。二色性色素Ｆは構造式（１）
で表されるチエノチアゾール環を有するジスアゾ系の青
色色素である。二色性色素Ｇは構造式（２）で表される
ベンゾチアゾール環を有するトリスアゾ系の青紫色色素
である。図１６から明らかなように、二色性色素Ａ，
Ｂ，Ｃに比べ、二色性色素Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの二色性比が
高くなっており、かつ溶解度も比較的高い。本発明で
は、青色の二色性色素を多種検討した結果、前述した構
造式（１）、（２）及び（３）で表される構造を有する
化合物が、溶解度及び二色性比を満足する材料であるこ
とを見いだした。

【００３５】図１７は、各実施例で共通に用いられる黒
色色素の組成を表している。図示するように、各実施例
で用いる黒色色素組成物は構造式乃至で表される８
種類の二色性色素の混合物である。混合比は：：
：：：：：＝５：２：２：３：８：３：
３：２に設定されている。これら８種類の二色性色素は
それぞれ異なる最大吸収波長を有し、これらを混合する
ことで全体的に黒色を呈する。８種類の二色性色素中
は図１６に示した二色性色素Ｄに対応し、はＥに対応
し、はＦに対応し、はＧに対応している。

【００３６】本発明に係る偏光素子の基材となる高分子
液晶（液晶ポリマー）は、以下の化学構造を有するもの
を用いることが好ましい。

【化４】液晶ポリマーは成膜したあとコンタクトホール開口等の
ためパタニングする必要があり、レジスト材への耐久性
が要求される。また、ポリイミド等の配向膜を偏光層の
上部に設ける際、配向膜に含まれる溶媒に対する対溶剤
性が必要である。これらの特性に関しては、上記の液晶
ポリマーを用い、且つそのガラス転移温度Ｔｇを高くす
ることで対応可能である。具体的には、アルキル主鎖と
メソゲン基の間のアルキル側鎖長を変えることで調節可
能である。しかし、アルキル側鎖長を短くしすぎると剛
直性が増し配向度の低下を招いたり、ハロゲン系やフェ
ノール系の溶剤にしか溶けなくなることがある。このた
め、適切な分子設計が必要である。鋭意検討した結果、
アルキル側鎖の長さはｘ＝２乃至８が好ましい。メソゲ
ン基はビフェニルベンゾアートまたはメトキシフェニル
ベンゾアートを用いる。場合によっては、これらの共重
合体であってもよい。同じアルキル側鎖長でメソゲン基
の異なるものを用いた共重合体でもよい。

【００３７】図１８は実施例１及び実施例２で使用する
液晶ポリマーを示している。ここでは、特にアルキル側
鎖長をｘ＝６とし、メソゲン基としてビフェニルベンゾ
アートとメトキシフェニルベンゾアートを導入した共重
合体を用いている。

【００３８】以下各実施例及び比較例を説明する。ま
ず、実施例１は以下のとおりである。シクロヘキサン及
びメチルエチルケトン（ＭＥＫ）の混合溶媒に図１８で
示した液晶ポリマーを８重量％溶解した後、更に液晶ポ
リマーに対して５重量％の割合で二色性色素組成物を溶
解した。この二色性色素は図１７に示したとおりであ
る。この溶液を、予め下地配向膜（日本合成ゴム（株）
社製ＡＬ−１０５１）を施したガラス基板に塗布した。
溶媒を真空中で徐々に除いた後、液晶ポリマーのネマテ
ィック／イソトロピック相転移温度以上の２２０℃まで
昇温した。室温まで除冷することで液晶ポリマーを一軸
配向させ、目的の偏光素子を作成した。この後、分光測
定器により偏光を照射してこの偏光素子に含まれる二色
性色素の分子長軸と分子短軸の透過率を測定した。尚、
適当な二色性色素の濃度は一般に液晶ポリマーに対して
３ｗｔ％から１５ｗｔ％がよい。好ましくは５乃至１０
ｗｔ％が良い。３ｗｔ％以下では濃度が低すぎ十分なコ
ントラストが得られない。１５ｗｔ％以上では短軸方向
の吸収が大きくなり白表示が暗くなるとともに、液晶ポ
リマーに対する溶解度が限界を超えており二色性色素の
析出が起こる恐れがある。

【００３９】実施例２は以下のとおりである。シクロヘ
キサン及びメチルエチルケトン（ＭＥＫ）の混合溶媒に
実施例１と同じ液晶ポリマーを８ｗｔ％溶解した後、更
に液晶ポリマーに対して１０ｗｔ％の割合で黒色の二色
性色素組成物を溶解した。黒色色素組成物は実施例１と
同じものを用いている。この溶液を、予め下地配向膜
（日本合成ゴム（株）社製ＪＡＬＳ−２０４）を施した
ガラス基板に塗布した。溶媒を真空中で徐々に除いた
後、液晶ポリマーのネマティック／イソトロピック相転
移温度以上の２２０℃まで昇温した。室温まで除冷する
ことで液晶ポリマーを一軸配向させ、目的の偏光子を得
た。分光測定器より直線偏光を照射してこの偏光子に含
まれる二色性色素の分子長軸と短軸の透過率を測定し
た。

【００４０】比較例１としては日東電工（株）社製の偏
光板ＮＰＦ−Ｇ１２５ＤＵを採用した。この偏光板は基
本的に図４に示した構造を有している。分光測定器より
直線偏光を照射してこの偏光板の透過軸と吸収軸方向の
透過率を測定した。

【００４１】比較例２として、黒色の二色性色素をネマ
ティック液晶に２．８ｗｔ％の割合で溶解したゲストホ
スト型の液晶パネルを作成した。黒色の二色性色素は実
施例１に用いたものと同様である。比較例２についても
偏光を照射して同様な光学測定を行った。

【００４２】図１９は上述した各実施例及び比較例につ
いての測定結果を示すグラフである。横軸に可視領域の
波長をとり、縦軸に透過率をとってある。グラフ中、曲
線Ｓ１Ｐ，Ｓ２Ｐ，Ｒ１Ｐ，Ｒ２Ｐはそれぞれ実施例
１、実施例２、比較例１、比較例２の測定結果である。
偏光素子の吸収軸に垂直な直線偏光に対する透過率を示
している。グラフ中、Ｓ１Ｃ，Ｓ２Ｃ，Ｒ１Ｃ，Ｒ２Ｃ
はそれぞれ実施例１、実施例２、比較例１、比較例２に
対応しており、吸収軸に平行な直線偏光に対する透過率
を表している。実施例の場合偏光素子の吸収軸は二色性
色素の分子の長軸と平行である。更に、図１９に示した
グラフから二色比を求めた。実施例１の二色比は１５．
９４であり、実施例２の二色比は１６．５１であった。
比較例１の従来の偏光板の二色比は１６３．３であっ
た。比較例２のゲストホスト型液晶セルの二色比は８．
４１であった。図１９のグラフから明らかなように、比
較例１の偏光板を用いた場合、最も偏光度が高く最大の
コントラストがとれる。比較例２のゲストホスト型液晶
セルのコントラスト（二色比）は８．４である。これに
対し、実施例１及び実施例２では、ゲストホスト液晶セ
ルよりも二色性色素の分子短軸方向の透過率が高くなる
ため、コントラストが１６．５とゲストホスト液晶セル
よりも大きい。ゲストホスト液晶セルでは液晶がネマテ
ィック相でありゆらぎが生じているのに対し、高分子液
晶を基材に用いた本発明に係る偏光素子ではゆらぎが小
さいため、分子短軸方向の透過率が高くなる。この偏光
素子としてのコントラストは表示装置としたときのコン
トラストに反映される。上記の結果から従来の偏光板を
２枚用いた表示装置はコントラストが高くとれる。しか
し、偏光板はガラス基板の外側に貼りつける必要があ
る。特に反射型の表示装置を作成する際には更に外側に
光反射板が必要となり、視差が生じてしまう。ゲストホ
スト液晶セルはガラス基板内に反射板を作り込むことが
でき視差は生じないが、上述したようにコントラストが
低くなってしまう。本発明によれば、偏光素子をパネル
内部に作り込むことができるため視差が生ぜず、かつゲ
ストホスト液晶セルよりも高いコントラストを得ること
ができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一軸配向した高分子液晶に二色性色素を分散して偏光層
を形成している。この偏光層は基板に直接形成可能な
為、パタニングなどの微細加工が自在に行なえるという
効果がある。又、従来の偏光板の様に接着剤で基板の外
面に貼り合わせる必要がなくなる。又、高分子液晶に分
散させる二色性色素の吸光特性を調節することにより、
カラー偏光板を容易に作成することができる。本発明で
は、係る構成を有する偏光層を液晶パネルに内蔵させて
反射型の表示装置を得ている。二枚の偏光板を外付けし
た従来のツイストネマティックモードの表示装置に対
し、本発明では入射側の基板に偏光層を内蔵している
為、二重写りや隣接する画素間の混色が生じない。この
様に、反射型表示装置の内部に偏光層を直接作成すると
ともに、外付けの偏光層として高機能な多層光学フィル
ムなどを用いることができる為、視差を感じない明るく
且つコントラストの高い反射型表示装置が得られる。従
来の吸収型の偏光子を一枚用いるタイプでは視差をなく
す為反射板を内部に作り込む必要があり、透過型とは異
なるプロセスが必要であった。この点、本発明では従来
の透過型プロセスをそのまま使用することができ、変更
点が少ない。又、偏光子の光学特性に依存する波長分散
が比較的小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反射型表示装置の第一実施形態を
示す断面図である。

【図２】本発明に係る反射型表示装置の第二実施形態を
示す断面図である。

【図３】第一実施形態に組み込まれる光学多層フィルム
の構造を示す断面図である。

【図４】第二実施形態に組み込まれる偏光フィルムの構
造を示す模式図である。

【図５】第一実施形態の動作説明に供する模式図であ
る。

【図６】第二実施形態の動作説明に供する模式図であ
る。

【図７】第一実施形態及び第二実施形態の製造方法を示
す工程図である。

【図８】従来の反射型表示装置を示す模式図である。

【図９】本発明に係る反射型表示装置の概念を示す模式
図である。

【図１０】本発明に係る反射型表示装置に内蔵される偏
光層の構造並びに特性を示す模式図である。

【図１１】図１０に示した偏光層の製造方法を示す工程
図である。

【図１２】偏光層に用いられる高分子液晶の具体例を示
す化学構造図である。

【図１３】偏光層に用いられる二色性色素の具体例を示
す化学構造図である。

【図１４】二色性色素の吸光特性を示すグラフである。

【図１５】二色性色素の吸光特性を示すグラフである。

【図１６】各種の二色性色素の化学構造を示す模式図で
ある。

【図１７】黒色の二色性色素組成物の実施例を示す模式
図である。

【図１８】高分子液晶（液晶ポリマー）の実施例を示す
模式図である。

【図１９】偏光層の偏光特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・基板、２・・・基板、３・・・液晶、４・・・
第二偏光層、４ａ・・・拡散フィルム、４ｂ・・・多層
光学フィルム、４ｃ・・・光吸収フィルム、４ｄ・・・
偏光フィルム、４ｅ・・・拡散反射板、６・・・対向電
極、９・・・第一偏光層、１１・・・画素電極、１３・
・・薄膜トランジスタ、２２・・・下地配向層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｆ 9/35 ３２１Ｇ０９Ｆ 9/35 ３２１Ｆターム(参考） 2H089 HA15 HA17 HA40 JA01 KA02 KA15 NA24 NA25 NA33 QA05 QA11 QA12 QA13 QA16 RA05 SA01 TA02 TA04 TA09 TA15 TA17 2H091 FA07Z FA08X FA09X FB02 FB12 FC05 FC10 FC26 FD04 FD14 FD23 FD24 GA02 GA13 HA06 JA01 LA11 LA12 LA15 LA19 LA30 4H027 BA01 BA02 BA13 BB02 BC04 BE06 5C094 AA03 AA22 BA44 BA45 BA47 DA13 ED14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射側に位置する第一基板と、画素電極とこれを駆動するスイッチング素子を備え反射
側に位置した第二基板と、所定の間隙を介して対向させた第一基板及び第二基板の
該間隙に保持された電気光学物質と、第一基板と電気光学物質との間に介在する第一偏光層
と、第二基板の背面に配した第二偏光層とを備えた反射
型表示装置であって、前記第一偏光層は、高分子液晶に二色性色素を分散した
状態で一軸配向させたものであることを特徴とする反射
型表示装置。
【請求項２】該第二偏光層が多層光学フィルムからな
る反射型の偏光子と光吸収フィルムを含むことを特徴と
する請求項１記載の反射型表示装置。
【請求項３】該第二偏光層が偏光フィルムからなる透
過型の偏光子と拡散反射板を含むことを特徴とする請求
項１記載の反射型表示装置。
【請求項４】該電気光学物質がツイスト配向したネマ
ティック液晶であることを特徴とする請求項１記載の反
射型表示装置。
【請求項５】前記第一偏光層の高分子液晶が以下の化
学構造を有することを特徴とする請求項１記載の反射型
表示装置。【化１】
【請求項６】前記二色性色素が、以下の構造式で表わ
される色素を少なくとも一種含み、他の二色性色素と適
当に配合することで可視光波長全域に渡って二色性を備
えるようにしたものであることを特徴とする請求項１記
載の反射型表示装置。【化２】
【請求項７】前記二色性色素は該高分子液晶に対して
３〜１５重量％の濃度で含有されていることを特徴とす
る請求項１記載の反射型表示装置。
【請求項８】高分子液晶と二色性色素を溶媒に溶解し
た溶液を調整する工程と、配向処理された基板の上に該
溶液を塗工して塗膜を形成する工程と、塗膜を熱処理し
て高分子液晶を所定の方向に一軸配向させ該二色性色素
を一軸配向に従って整列させる工程とにより製造された
第一偏光層を含む請求項１記載の反射型表示装置。