(57)【要約】【課題】表示品質が良好且つ製造容易な高分子分散型液晶表示素子を提供する。【解決手段】本高分子分散型液晶表示素子は、後側基板２１０上には反射層２２０と、カラーフィルター２３０と、対向電極２４０がこの順に形成されている。また、前側基板１１０上には、カラーフィルター２３０と対応するように画素電極１２０が形成されており、それぞれの画素電極１２０は、ＴＦＴ１３０のソース電極に各々接続されている。また、ＴＦＴ１３０のゲート電極には走査線１４０が、ドレイン電極には信号線１５０がそれぞれ接続されている。そして、後側基板２１０上の対向電極２４０側と、前側基板１１０上の画素電極１２０側とは、均一な間隙を形成するように貼り合せられており、この間隙には、ポリマーネットワーク３１０中に液晶分子３２０が分散している液晶層３００が狭持されている。【選択図】図２
2011095407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に形成されている反射層と、
前記反射層上に形成されている色分離層と、
前記色分離層上に形成されている第１の電極と、
前記第１の基板の前記第１の電極が形成されている側に形成されている、高分子分散体と液晶分子とを含む液晶層と、
前記第１の電極と前記液晶層を挟んで対峙する第２の基板の前記液晶層が形成されている側に形成されている第２の電極と、
前記第２の基板上に形成されており前記第２の電極にソース電極及びドレイン電極のうちいずれか一方が接続されているスイッチング用薄膜トランジスタと、
前記第２の基板上に形成されており前記スイッチング用薄膜トランジスタを選択的にＯＮ状態にする走査信号を前記スイッチング用薄膜トランジスタのゲート電極に供給する走査線と、
前記第２の基板上に形成されており前記スイッチング用薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極のうち前記第２の電極が接続していない方に接続し、前記ＯＮ状態のスイッチング用薄膜トランジスタのうち液晶分子を配向させるべく、前記第２の電極が接続している該スイッチング用薄膜トランジスタにデータ信号を入力する信号線と、
を具備することを特徴とする高分子分散型液晶表示素子。
【請求項２】
前記反射層は前記第１の基板の前記液晶層と対峙する面に隙間なく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１の電極は前記色分離層の前記液晶層と対峙する面に隙間なく形成されていることを特徴とする請求項２に記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１の電極上及び前記第２の電極上には表面安定化膜が隙間なく形成されていることを特徴とする請求項３に記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項５】
前記第２の基板の前記液晶層側と反対側の面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項６】
前記第２の基板の前記液晶層側と反対側の面には、紫外線遮断膜が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項７】
前記液晶層の平面方向外部に設置され、前記液晶層に光を照射する光源を更に具備することを特徴とする請求項１乃至請求項６のうち何れか１項に記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項８】
前記光源はＬＥＤからなるサイドライトであることを特徴とする請求項７に記載の高分子分散型液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示素子、特に高分子分散型液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は、薄く、消費電力が少ない等の特長から様々な用途の表示パネルに用いられている。液晶表示素子の一般的な表示モードとしては、ツイストネマティックモード等、液晶層を２枚の偏光板で挟んだ構成を有する液晶パネルにより、光源であるバックライトから出た光のうち、当該２枚の偏光板を透過する光の量を制御することで画像の表示を行う方法が知られている。しかし、偏光板は光の吸収率が高く、偏光板を使用する場合、明るい表示の実現のためには多くのエネルギーを必要とする。
【０００３】
一方で、例えば特許文献１に開示されている様な、高分子分散型液晶表示素子が知られている。特許文献１は、高分子に分散された液晶層中の液晶分子の配向を、液晶層を挟むように配置された電極によって発生させた電場で制御し、液晶層を光透過状態と光散乱状態とに変化させることで、表示を制御する技術を開示している。この様な表示方式では、偏光板が不要であるため、偏光板の吸収による光損失がなく、光を有効に用いることができる。従って明るい表示が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２４１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の様な高分子分散型液晶表示素子の構造は様々考えられる。そして、その構造は、当該表示素子の光学特性と関係するため、その表示品質に大きな影響を与える。また、その構造は、製造の難易を大きく左右する。
【０００６】
そこで本発明は、表示品質が良好且つ製造容易な高分子分散型液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を果たすため、本発明の高分子分散型液晶表示素子の一態様は、第１の基板上に形成されている反射層と、前記反射層上に形成されている色分離層と、前記色分離層上に形成されている第１の電極と、前記第１の基板の前記第１の電極が形成されている側に形成されている、高分子分散体と液晶分子とを含む液晶層と、前記第１の電極と前記液晶層を挟んで対峙する第２の基板の前記液晶層が形成されている側に形成されている第２の電極と、前記第２の基板上に形成されており前記第２の電極にソース電極及びドレイン電極のうちいずれか一方が接続されているスイッチング用薄膜トランジスタと、前記第２の基板上に形成されており前記スイッチング用薄膜トランジスタを選択的にＯＮ状態にする走査信号を前記スイッチング用薄膜トランジスタのゲート電極に供給する走査線と、前記第２の基板上に形成されており前記スイッチング用薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極のうち前記第２の電極が接続していない方に接続し、前記ＯＮ状態のスイッチング用薄膜トランジスタのうち液晶分子を配向させるべく、前記第２の電極が接続している該スイッチング用薄膜トランジスタにデータ信号を入力する信号線とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、表示品質が良好且つ製造容易な高分子分散型液晶表示素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子を含む表示装置の構成例の概略を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子の構造例の概略を示す断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子の構造例の概略を示す平面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子の表示原理を説明する図であり画素電極に電圧が印加されていない場合を説明する図。
【図５】本発明の一実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子の表示原理を説明する図であり画素電極に電圧が印加されている場合を説明する図。
【図６】本発明の一実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子の視差について説明する図。
【図７】本発明の一実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子の変形例の概略とその表示原理を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子を含む表示装置の構成を示す図である。図１に示す様に、本表示装置は、本実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子である表示パネル４００と、走査ドライバ４２０と、信号ドライバ４４０と、制御部４６０とを有している。表示パネル４００は、表示装置の外部から供給される画像データＤに基づく画像を表示する部分である。
【００１１】
表示パネル４００の前側基板１１０には、複数の走査線１４０（Ｇ（ｊ）（ｊ＝１、２、…、ｎ））と複数の信号線１５０（Ｓ（ｉ）（ｉ＝１、２、…、ｍ））とがそれぞれ交差するように延伸配設されている。そして、走査線１４０と信号線１５０との各交点に対応した位置には画素電極１２０が配置され、この画素電極１２０は走査線１４０（Ｇ（ｊ））と信号線１５０（Ｓ（ｉ））のそれぞれに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１３０を介して電気的に接続されている。従って、各走査線にはｍ個の画素電極１２０が接続され、各信号線にはｎ個の画素電極１２０が接続されている。なお、図１には、簡単のためｎ＝３、ｍ＝７の範囲を模式的に表してある。後側基板２１０上の、それぞれの画素電極１２０に対応する位置には、赤色、緑色及び青色に対応したカラーフィルターが設けられている。画素電極１２０とカラーフィルターの組によって１色分のサブ画素を構成している。そして、赤色、緑色及び青色の３色のサブ画素で１つの画素を構成している。即ち、１画素は３つのサブ画素を構成する３枚の画素電極を有する。
【００１２】
本実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子である表示パネル４００の１画素の構造の一例について図２及び図３を参照して更に説明する。図２は断面図、図３は平面図である。図２及び図３に示す様に、例えばガラス基板等である後側基板２１０上には、例えばアルミニウム等からなる反射層２２０が形成されている。更に反射層２２０の上に、赤色、緑色、青色を含むカラーフィルター２３０が形成されている。上述のように、１枚のカラーフィルター２３０を有する区画をサブ画素と呼ぶ。そして、赤色、緑色及び青色の３色のカラーフィルター２３０をそれぞれ１枚ずつ含む、合計３つのサブ画素により、１つの画素が構成されている。カラーフィルター２３０上には、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜等の透明導電膜を成膜して構成された対向電極２４０が形成されている。対向電極２４０上には表面安定化膜２５０が形成されている。
【００１３】
また、例えばガラス基板等の透明基板である前側基板１１０上に、例えばＩＴＯ膜等で構成される画素電極１２０が形成されている。この画素電極１２０は、カラーフィルター２３０と対応するようにサブ画素毎に形成されている。そして、それぞれの画素電極１２０は、スイッチング素子としてのＴＦＴ１３０のソース電極（又はドレイン電極）に各々接続されている。また、ＴＦＴ１３０のゲート電極には走査線１４０が、ドレイン電極（又はソース電極）には信号線１５０がそれぞれ接続されている。そして、前記の通りこれら走査線１４０と信号線１５０は直交している。また、前側基板１１０とそれぞれの画素電極１２０との間には補助容量電極１６０が形成されており、それぞれの補助容量電極１６０は補助容量線１７０に接続されている。これらの構成物上には、表面安定化膜１８０が形成されている。
【００１４】
そして、後側基板２１０の表面安定化膜２５０側と、前側基板１１０の表面安定化膜１８０側とは、均一な間隙を形成するように、図示しないギャップ材を介して貼り合わされている。この間隙には、ポリマーネットワーク３１０中に液晶分子３２０が分散して構成されている液晶層３００が封入されている。また、前側基板１１０の液晶層３００側と反対側の面には、反射防止等のための光学フィルム１９０が貼り合わされている。
【００１５】
尚、本実施形態において、反射層２２０及び対向電極２４０は、それぞれ後側基板２１０及びカラーフィルター２３０の、画素を形成している部分の一面に、隙間なく均一にベタ形成されている。また、表面安定化膜１８０及び表面安定化膜２５０は、例えば対向電極２４０と画素電極１２０との電気的短絡の防止や、その界面に存在する液晶分子３２０が特定の方向に配向することを防止する役割を担うものである。
【００１６】
この様に、例えば反射層２２０は第１の基板上に形成されている反射層として機能し、例えばカラーフィルター２３０は反射層上に形成されている色分離層として機能し、例えば対向電極２４０は色分離層上に形成されている第１の電極として機能し、例えば画素電極１２０は第２の基板上に形成されている第２の電極として機能し、ＴＦＴ１３０は第２の電極に接続されているスイッチング用薄膜トランジスタとして機能し、例えば走査線１４０はスイッチング用薄膜トランジスタを選択的にＯＮ状態にする走査信号を前記スイッチング用薄膜トランジスタのゲート電極に供給する走査線として機能し、例えば信号線１５０はＯＮ状態のスイッチング用薄膜トランジスタのうち液晶分子を配向させる第２の電極が接続しているスイッチング用薄膜トランジスタにデータ信号を入力する信号線として機能し、例えば液晶層３００は高分子分散体として機能するポリマーネットワーク３１０と液晶分子３２０とを含む液晶層として機能する。
【００１７】
次に本実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子の動作を説明する。制御部４６０の制御の下、図１に示す走査ドライバ４２０は、表示パネル４００の走査線１４０（Ｇ（ｊ））に走査信号を順次印加する。走査線１４０に走査信号が印加されると該走査線１４０に接続されているＴＦＴ１３０がＯＮ状態となる。このとき、信号ドライバ４４０は、制御部４６０の制御の下、信号線１５０（Ｓ（ｉ））にデータ信号を印加する。走査信号によりＯＮ状態となっているＴＦＴ１３０を介して、信号線１５０（Ｓ（ｉ））に印加されているデータ信号は、対応する画素電極１２０に印加される。この様にして、各走査線１４０に順に走査信号を印加し、それと同時に画素電圧を印加したい信号線１５０にデータ信号を印加することによって、全画素電極のうち、望みの画素電極１２０に、画素電圧を印加することができる。一方で、対向電極２４０は一定電圧に維持されている。また、画素電極１２０下の補助容量電極１６０も対向電極２４０と同電位に維持されている。従って、画素電極１２０及び補助容量電極１６０によって蓄積容量が形成される。この蓄積容量は、画素電極１２０に供給されるデータ信号に基づく画素電圧を保持しておくためのものである。
【００１８】
ここで本実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子の表示原理を、図４及び図５を参照して説明する。ここで、図４及び図５において、各構成要素の境界における屈折は、簡単のため省略され表現されていない。画素電極１２０と対向電極２４０との間に電場が形成されていない状態では、図４に示す様に、ポリマーネットワーク３１０中に分散された液晶分子３２０は、任意の方向を向いている。この場合、ポリマーネットワーク３１０の屈折率と液晶分子３２０の平均屈折率が異なるようにすると、前側基板１１０側から入射した光は、散乱しながら液晶層３００を透過する。そしてその散乱光は、後側基板２１０上のカラーフィルター２３０を透過して、カラーフィルター２３０の後の反射層２２０で反射される。但し、カラーフィルター２３０を透過した光は、カラーフィルター２３０により減衰している。このカラーフィルター２３０を透過し反射層２２０で反射された光は色を有しており、この有色の光は、再び散乱しながら液晶層３００を透過して、前側基板１１０から散乱光として射出される。従って、液晶分子３２０が任意の方向を向いた液晶層３００に入射した光は、色を有して前側基板１１０側から散乱して射出され、これら色を有する光は、前側基板１１０側の様々な角度から観察される。
【００１９】
一方、画素電極１２０と対向電極２４０との間に十分に大きな電場が形成されている状態では、発生した電場に従って、図５に示す様に、ポリマーネットワーク３１０中に分散された液晶分子３２０は、一方向に配向する。この場合、ポリマーネットワーク３１０の屈折率と一方向に配向した液晶分子３２０の屈折率が同一となるようにすると、前側基板１１０側から入射した光は、液晶層３００内を直進し、カラーフィルター２３０を透過し、カラーフィルター２３０の後の反射層２２０で正反射される。この光は、再びカラーフィルター２３０を透過し、液晶層３００内を直進して前側基板１１０から射出する。これらの光は、カラーフィルター２３０を透過するために減衰されている。以上の様に、液晶分子３２０が一方向に配向した液晶層３００に入射した光は、色を有した状態で前側基板１１０側から直線状に射出される。このため、光路方向からは弱い色を有する光として観察されるが、それ以外の方向からは、この光は観察されずに黒く見える。
【００２０】
以上の様にして、サブ画素毎に、当該表示素子は赤色、緑色或いは青色と、黒色との表示が可能である。尚、画素電極１２０と対向電極２４０との間に形成される電場を調節することによって、液晶分子３２０を、画素電極１２０と対向電極２４０との間に十分に大きな電場が形成されている場合と形成されていない場合との間の状態にすることもできる。このため、画素毎に液晶層３００内を透過する光の散乱度合いを、様々に変える事もできる。従って、これらサブ画素をマトリクス状に配置することで、当該高分子分散型液晶表示素子を含む表示装置は、フルカラーの画像を表示することができる。
【００２１】
本実施形態に依れば、高い反射率とコントラストが得られる目にやさしい表示が可能な反射型表示素子を実現できる。また、本実施形態に依れば、明るい表示が可能な表示素子を実現できる。例えばツイストネマティック型の液晶表示素子等では、表示素子に偏光板を使用している。しかし偏光板は光吸収が非常に大きい。これに対して本実施形態に係る高分子分散型液晶表示素子は、偏光板を使用していない。従って、ツイストネマティック型の液晶表示素子等と比較して、明るい表示が可能である。
【００２２】
また、本実施形態では、反射層２２０を、後側基板２１０の後側（即ちパネルの外側；図６（ａ））ではなく、後側基板２１０の前側でありカラーフィルター２３０のすぐ後側（即ちパネルの内側；図６（ｂ））に形成している。実線矢印で示す様に、図６中にＡで示した散乱開始点に入射した光は、カラーフィルター２３０を透過して反射層２２０上の点Ｂで反射し、図６中にＣで示した散乱終了点を通過して観察者に届く。この光は実像である。この時、点線矢印で示す様に、散乱終了点Ｃから反射層２２０の方向へ進行し、反射層２２０上の点Ｄで反射した光も観察者に届く。この光は反射層２２０への写り込みであり、虚像である。従って、観察者からは像が二重になって見える。そして、この実像と虚像とのずれ量が大きい程、表示品位は低いことになる。図６中にＥで示した実像と虚像とのずれ量に注目すると、図６（ｂ）で示した本実施形態の表示素子は、図６（ａ）で示した後側基板２１０の後側に反射層２２０を有する表示素子と比較して、後側基板２１０の厚さに起因する実像と虚像とのずれ量が小さくなる。このことは、本実施形態の表示素子の表示品質を向上させている。尚、図６において、各層の境界における光の屈折は簡単のため省略され表現されていない。
【００２３】
また、対向電極２４０を、例えばカラーフィルター２３０と反射層２２０との間に形成したり、対向電極２４０を、反射する材料を用いてカラーフィルター２３０と後側基板２１０との間に形成し反射層２２０と兼ねるようにしたりすることも可能である。しかし、対向電極２４０と液晶層３００との間に構成物が存在すると、液晶層３００に形成される電場が相対的に弱くなる。また、対向電極２４０と液晶層３００との間の構造物は、電気的に容量成分を持つことになる。これは、液晶層３００に形成される電場の制御を複雑にする。そこで本実施形態では、液晶層３００に形成される電場の強度を強くするために、また、その制御を容易にするために、対向電極２４０を液晶層３００の近くに配設している。
【００２４】
また、反射層２２０及び対向電極２４０は、それぞれ後側基板２１０及びカラーフィルター２３０の、画素を形成している部分の一面に隙間なく均一にベタ形成されている。この様に、一面に均一に形成することは、反射層２２０及び対向電極２４０の製造を容易とし、製造の歩留まりを向上させる。
【００２５】
更に、本実施形態では、ポリマーネットワーク３１０として、紫外線照射により硬化する高分子材料を用いている。この様に光照射によって硬化する材料を用いる場合、当該表示素子の作製にあたっては、対向電極２４０等を形成した後側基板２１０と、画素電極１２０等を形成した前側基板１１０とを貼り合せた後に、ポリマーネットワーク３１０となる材料の単量体と液晶分子３２０を封入し、光照射を行い、ポリマーネットワーク３１０を形成させる。このとき、反射層２２０は光を透過しないため後側基板２１０側からは、液晶層３００に光を照射することはできない。従って前側基板１１０側から光照射を行う。ここで、仮に前側基板１１０側にカラーフィルター２３０が存在すると、カラーフィルター２３０により照射光が吸収され、ポリマーネットワーク３１０の形成を十分に行うことができない。従って、本実施形態の様に、反射層２２０の上にカラーフィルター２３０を形成し、前側基板１１０側にカラーフィルターを設けない構成は、当該高分子分散型液晶表示素子の製造のために好適である。
【００２６】
尚、紫外線で硬化する高分子材料を用いて作製する場合、高分子材料の重合が不十分であると、当該表示素子の製造からの経時に伴って、未重合の単量体が徐々に重合し、当該高分子分散型液晶表示素子の性能を劣化させることになる。これを防ぐために、光学フィルム１９０に紫外線遮断フィルターを備えることが望ましい。
【００２７】
また、本実施形態では、前記の理由により、後側基板２１０に、反射層２２０及びカラーフィルター２３０を形成しているので、これとは別に前側基板１１０側にＴＦＴ１３０を形成している。即ち、後側基板２１０側と前側基板１１０側との製造を別個に行い貼り合せる事で、それぞれの製造を容易とし歩留まりを向上させると共に、後側基板２１０側と前側基板１１０側のそれぞれの良品を貼り合せる事で全体の歩留まりも向上させている。
【００２８】
次に、本実施形態の変形例を図面を参照して説明する。ここでは前記実施形態との相違点について説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。前記実施形態の表示素子は、外光を利用した反射型の高分子分散型液晶表示素子である。これに対して本変形例の高分子分散型液晶表示素子は、図７に示す様に、表示素子の液晶層３００の側面に例えばＬＥＤからなる光源となるサイドライト３５０を設けている。この様な表示素子において、画素電極１２０と対向電極２４０との間に電場が印加されていない場合には、液晶層３００中の液晶分子３２０は、任意の方向を向いている。従って、ポリマーネットワーク３１０の屈折率と液晶分子３２０の平均屈折率が異なるようにすると、側面のサイドライト３５０から入射した光は、散乱し、当該画素のカラーフィルター２３０により反射された光が観察者に届く（図７（ａ））。これに対して画素電極１２０と対向電極２４０との間に電場が印加されている場合には、液晶層３００中の液晶分子３２０は一方向に配向し、ポリマーネットワーク３１０の屈折率と一方向に配向した液晶分子３２０の屈折率が同一となるようにすると、入射した光は直進して通過する。従って、液晶層３００中を通過した光は観察者には届かない（図７（ｂ））。以上の様な原理で、本変形例に係る高分子分散型液晶表示素子は画像表示が可能となる。
【００２９】
本変形例に依れば、当該高分子分散型液晶表示素子は、外部からの入射光がない暗所においても観察可能な表示を実現できる。また、光源を表示素子の表示面に対して側面に配置するため、表示素子全体を薄くする設計が可能となる。
【００３０】
本変形例における高分子分散型液晶表示素子においても、光の吸収が大きい偏光板を用いていないので、光の損失が少ない。従って、省エネルギーで高いコントラストの表示を実現できる。また、その他前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００３２】
１１０…前側基板、１２０…画素電極、１３０…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１４０…走査線、１５０…信号線、１６０…補助容量電極、１７０…補助容量線、１８０…表面安定化膜、１９０…光学フィルム、２１０…後側基板、２２０…反射層、２３０…カラーフィルター、２４０…対向電極、２５０…表面安定化膜、３００…液晶層、３１０…ポリマーネットワーク、３２０…液晶分子、３５０…サイドライト、４００…表示パネル、４２０…走査ドライバ、４４０…信号ドライバ、４６０…制御部。
【図１】
2011095407.tif 000003
【図２】
2011095407.tif 000004
【図３】
2011095407.tif 000005
【図４】
2011095407.tif 000006
【図５】
2011095407.tif 000007
【図６】
2011095407.tif 000008
【図７】
2011095407.tif 000009