(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察面側の第１透明電極基板と、それに対向する裏面側の第２透明電極基板とを基板間に所定のセルギャップが生ずるように周辺シール材を介して圧着してなり、上記セルギャップ内に印加される駆動電圧によって光透過と選択反射、または、光透過と光散乱のいずれかの状態に切り替えられる反射光制御型の液晶層が封入されているとともに、表示部内の所定部分が非表示領域で、その他の部分が表示領域とされている液晶表示装置において、
上記非表示領域として０．５×０．５ｍｍ以上の区画が複数形成され、上記第１透明電極基板の内面側には、上記非表示領域となる部分に光反射性を有する第１遮光膜が形成されているとともに、上記第２透明電極基板の内面側には、上記表示領域に対応して光吸収性を有する第２遮光膜が設けられ、かつ、上記第２透明電極基板の背面側には、バックライトが配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
上記第１遮光膜は上記液晶層側の表面に微細な凹凸を有し、その表面上には上記凹凸を倣うように光反射膜が形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
上記光反射膜が、上記第１遮光膜に対するニッケル選択メッキにより形成されている請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
上記液晶層が、コレステリック・ネマチック相転移型である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
上記液晶層が、高分子分散型である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
上記第１および第２透明電極基板の各内面側の上記非表示領域に対応する部分には、上記バックライトの使用時に所定の電圧が印加される背面照明用電極がそれぞれ形成されている請求項５に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関し、さらに詳しく言えば、反射光制御型の液晶層を有するとともに、背面にバックライトを備えた半透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示方式には、ねじれネマチック（ＴＮ）効果によるものをはじめとして各種の方式が知られているが、中でも反射光制御型の液晶表示方式は、偏光板を必要としないため明るい表示が得られるという点で注目されている。
【０００３】
この反射光制御型の液晶表示方式には、例えば光散乱効果を利用した高分子分散型（ポリマー分散型）や選択反射を利用したコレステリック・ネマチック相転移型などがある。いずれにしても、印加される駆動電圧によって、光を散乱して不透明白色を示す状態もしくは光を反射して明るい状態と、光の散乱もしくは反射が減少して光を透過させる透明状態とに切り替えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような表示方式は、透明状態において液晶層内に入射した光が外にでないようにするため、パネルの裏面側に光を吸収するための例えば黒色印刷を施す必要があるため反射型にしか適用されていない。したがって、暗所では使用できないなど、その用途に制限が課せられていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、反射光制御型の液晶表示方式でありながら、暗所ではバックライトからの光で表示画素を照明することができるようにした半透過型の液晶表示装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、観察面側の第１透明電極基板と、それに対向する裏面側の第２透明電極基板とを基板間に所定のセルギャップが生ずるように周辺シール材を介して圧着してなり、上記セルギャップ内に印加される駆動電圧によって光透過と選択反射、または、光透過と光散乱のいずれかの状態に切り替えられる反射光制御型の液晶層が封入されているとともに、表示部内の所定部分が非表示領域で、その他の部分が表示領域とされている液晶表示装置において、上記非表示領域として０．５×０．５ｍｍ以上の区画が複数形成され、上記第１透明電極基板の内面側には、上記非表示領域となる部分に光反射性を有する第１遮光膜が形成されているとともに、上記第２透明電極基板の内面側には、上記表示領域に対応して光吸収性を有する第２遮光膜が設けられ、かつ、上記第２透明電極基板の背面側には、バックライトが配置されていることを特徴としている。
【０００７】
この構成によれば、バックライト使用時、その光は第１透明電極基板側（観察面側）の第１遮光膜により第２透明電極基板側（裏面側）に向けて反射されるが、液晶層が例えば電圧無印加状態で透明、電圧印加状態で選択反射あるいは光散乱により不透明になるものとすると、電圧無印加状態のときには、バックライト光は液晶層を透過し第２透明電極基板側の第２遮光膜にて吸収されパネル外には出ない。これに対して、電圧印加状態のときには、バックライト光は液晶層により散乱反射されてパネル外に出ることになる。
【０００８】
この液晶表示装置は、表示部内に非表示領域と表示領域とが混在しており、特に非表示領域として０．５×０．５ｍｍ以上の区画が複数存在していることが重要であり、このような非フルドット型の液晶表示装置に好ましく適用される。
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、上記第１遮光膜の表面を微細な凹凸面とし、その表面上に上記凹凸を倣うように光反射膜を形成するとよい。この光反射膜を形成するにあたっては、第１遮光膜に対するニッケル選択メッキが好ましい。
【００１０】
本発明において用いられる反射制御型の液晶層としては、コレステリック・ネマチック相転移型もしくは高分子分散型が好ましいが、その内の高分子分散型を用いる場合には、上記第１および第２透明電極基板の各内面側の上記非表示領域に対応する部分に、上記バックライトの使用時に所定の電圧が印加される背面照明用電極をそれぞれ形成することにより、バックライト光のパネル内への入射光量をより多くすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明による液晶表示装置の一実施例を概略的に示した断面図である。
【００１２】
この液晶表示装置１は、液晶表示パネル２と、その背面側に配置されたバックライト３とを備えている。液晶表示パネル２は非フルドット表示型であり、図１において表示部には参照符号Ｄが付けられ、非表示部は参照符号Ｂで示されている。表示部Ｄは、一例として固定化された図柄のセグメント表示や、例えば０〜９までの数字を適宜表示するｍ×ｎドットを１表示単位とするキャラクタドット表示であってよい。また、非表示部Ｂは０．５×０．５ｍｍ以上の区画として、複数存在している。
【００１３】
液晶表示パネル２は、図１において上方に配置されている観察面側である第１透明電極基板２１と、その下方に配置されている裏面側の第２透明電極基板２３とを、それら基板間に所定のセルギャップが生ずるように、例えばエポキシ系の熱硬化型樹脂からなる周辺シール材４を介して熱圧着してなり、そのセルギャップ内には反射光制御型の液晶層５が封入されている。
【００１４】
第１透明電極基板２１の内面には、上記非表示部Ｂに対応する部分に第１遮光膜２１１が形成されており、また、第２透明電極基板２３の内面には、上記表示部Ｄに対応する部分に第２遮光膜２３１が形成されている。すなわち、基本的な配列として、観察面側から見て、第１遮光膜２１１がある部分には第２遮光膜２３１がなく、第２遮光膜２３１がある部分には第１遮光膜２１１がないように、各遮光膜２１１，２３１が交互に配置されている。
【００１５】
この場合において、第１遮光膜２１１と第２遮光膜２３１は、相互に５〜５０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍオーバーラップさせておくことが好ましい。その理由は、オーバーラップ量が少ないと、バックライト３を照射させたときにバックライト光が直接視認されることがあり、逆に、オーバーラップ量が多くなるとバックライト光の利用効率が低下し、表示が暗くなってしまうからである。
【００１６】
これらの遮光膜２１１，２３１は、各透明電極基板２１，２３に遮光性の樹脂材料を塗布し、フォトリソグラフィプロセス（通称、フォトリソ法）にてパターニングすることにより得ることができる。その遮光性の樹脂材料としては、電気絶縁抵抗が好ましくは１０１２Ω／□以上であり、２５０℃程度以上の耐熱性およびＩＴＯ（インジウム錫酸化物）パターン形成に必要な薬液に対する耐性と、所定の硬度を備えているものであれば、いずれの材料でも採用可能である。
【００１７】
樹脂材料の塗布（コーティング）には、ロールコーター、バーコーターなどを用いることが可能であるが、膜厚のばらつきはセルギャップばらつきの原因となり、さらに透光膜を形成する場合には、膜厚のばらつきが容易に色ばらつきとなって現れる。したがって、スピンコートが望ましいが、樹脂液の使用量を削減するためにバーコーターと併用してもよいし、膜厚の均一性に優れている方法ならば、いずれの方法を採用してもよい。
【００１８】
本発明において、第１透明電極基板２１側（観察面側）の第１遮光膜２１１には、その表面に微細な凹凸を形成して光散乱性を持たせることが好ましい。そのためには、遮光性樹脂に粒子径が１〜２μｍ程度の微粒子を分散させてコーティングする方法が有効である。微粒子には、この第１遮光膜２１１の透過率を上げないように黒色微粒子を用いることが好ましい。このような微粒子としては、遮光性樹脂中への分散が良好なものであれば、いずれの材料であってもよい。また、樹脂表面をケミカルエッチングしたり、サンドブラストなどの物理的研磨を行なって微細な凹凸を形成してもよいし、遮光性樹脂上に微粒子を分散させた樹脂を積層してもよい。
【００１９】
この実施例によると、第１遮光膜２１１上には光反射膜２１２が形成されている。この光反射膜２１２は金属膜からなり、その形成方法としては、スパッタもしくは蒸着などの方法によって第１透明電極基板２１の内面を全面コートした後、第１遮光膜２１１の部分のみを残してフォトリソ法によりエッチング除去してもよいが、第１遮光膜２１１と光反射膜２１２の位置合わせに高精度が要求されるため、樹脂へのニッケル選択メッキを採用することが好ましく、これによれば第１遮光膜２１１上だけにニッケル薄膜を形成することができる。
【００２０】
第１透明電極基板２１側においては、第１遮光膜２１１および光反射膜２１２を含むその内面全面に透明の電気絶縁性樹脂からなる平滑化層２１３が設けられており、その上に例えばＩＴＯからなる透明電極２１４が形成されている。また、第２透明電極基板２３側には、第２遮光膜２３１上に透明電極２３２が形成されている。各透明電極２１４，２３２の面抵抗値は、素子のパターン設計に依存するが、大凡のところ、１００〜３００Ω／ｃｍ２前後が好ましい。
【００２１】
なお、この実施例とは異なり、各透明電極基板２１，２３の内面に透明電極２１４，２３２を形成し、その上に遮光膜２１１，２３１を形成するようにしてもよい。また、透明電極の配線間の抵抗は１０１１Ω以上であれば、液晶セルとした場合のにじみ現象が生ずることはない。
【００２２】
本発明において、反射光制御型の液晶層５には、コレステリック・ネマチック相転移型もしくは高分子分散型のいずれかが用いられ、これによれば印加される駆動電圧によって選択反射と光透過、あるいは光散乱（不透明）と光透過（透明）とに選択的に切り替えられる。
【００２３】
コレステリック・ネマチック相転移型液晶は、コレステリック液晶に誘電異方性が正のネマチック液晶を混合し、さらに螺旋ピッチを可視光の波長領域に調整した液晶材料として知られており、駆動電圧を印加しない初期状態では、フォーカルコニック構造が形成される。これにより、光の透過性が生じほぼ透明となる。
【００２４】
これに対して駆動電圧し、その駆動電圧の増大させていくと、まずフィンガープリント構造が現れ、次いでコレステリック液晶のピッチが大きくなり、しきい値電圧を超えると、ホメオトロピック配列のネマチック液晶とほとんど同じ配列になる。
【００２５】
その後、急激に電圧を降下（除去）させるとプレーナ構造、すなわち液晶の螺旋軸が基板に対してほぼ垂直な構造となる。この状態で螺旋ピッチに対応した波長の光を反射する性質を持つため、明るい表示が得られることになる。また、この状態はメモリ性を有するため、画素電極に信号を順次書き込んで保持させておくことも可能である。
【００２６】
高分子分散型液晶は、高分子に分散させたネマチック液晶の球状小滴（マイクロドロプレット）中の液晶分子の配列を駆動電圧による電界にて変化させ、それによる屈折率の変化を応用したものとして知られている。駆動電圧が印加されない状態では、球状小滴の光軸が不規則に配向され、異常光の屈折率が高分子の屈折率に一致せず、光を散乱させて不透明白色を示す。
【００２７】
これに対して駆動電圧が印加されると、球状小滴の光軸がその電界方向に配列され、常光の屈折率が高分子の屈折率とほぼ一致するため、散乱が減少して透明状態となる。
【００２８】
本発明において、バックライト３は白色でもよいし、赤系、緑系、青系など特定の色相を有するものであってもよく、特に制限はない。ただし、コレステリックの選択反射を利用する場合には、その選択反射波長に合わせたバックライトをを用いることにより、反射輝度を最大とすることができる。
【００２９】
次に、反射光制御型の液晶層５として、コレステリック・ネマチック相転移型液晶を用いた場合の各表示モードを図２ないし図５により説明する。まず、図２を参照して、駆動電圧を印加しない状態において、液晶層５は、その螺旋軸が基板面に対してほぼ平行となるフォーカルコニック配列を示す。したがって、外光は液晶層５を透過して第２透明電極基板２３側の第２遮光膜２３１にて吸収され、パネル２外に出ない。
【００３０】
透明電極２１４，２３２間に駆動電圧を印加し、その電界強度を液晶の螺旋構造を解く以上の強さとした後、急激にその電界を除去すると、図３に示すように、螺旋軸が基板に対してほぼ垂直なプレーナ配列となる。これにより、外光はコレステリック液晶のピッチと干渉し、特定の波長領域の光がパネル２外に向けて反射される。
【００３１】
このときの反射光は、螺旋ピッチの値に対応する。すなわち、液晶の螺旋ピッチで反射光の波長領域が決められる。また、液晶の螺旋が完全に解けない中間的な駆動電圧を印加した後、電界を取り去ることにより、図２に示すようなフォーカルコニック配列となる。
【００３２】
図４は駆動電圧を印加しない図２の状態において、バックライト３を点灯させたときのものである。バックライト３から照射された光は、第２遮光膜２３１，２３１の間からパネル２内に入り、液晶層５を透過して第１透明電極基板２１側の光反射膜２１２により拡散反射光とされる。この拡散反射光は第２透明電極基板２３側の第２遮光膜２３１にて吸収され、パネル２外に出ない。
【００３３】
図５は駆動電圧を印加した図３の状態において、バックライト３を点灯させたときのものである。バックライト３から照射された光は、液晶層５を透過して第１透明電極基板２１側の光反射膜２１２により拡散反射光とされるが、この拡散反射光は表示部Ｄおいてプレーナ配列とされているコレステリック液晶により、特定の波長領域の光がパネル２外に向けて反射される。
【００３４】
次に、反射光制御型の液晶層５として、高分子分散型液晶を用いた場合の各表示モードを図６ないし図９により説明する。図６を参照して、駆動電圧を印加しない状態において、分散された液晶の配列はランダムで相互に溶解せず、屈折率も異なることにより、それら界面に光が通過するときに散乱される。
【００３５】
この散乱光には、パネル２外に向けて散乱する後方散乱光と、パネル２内に向けて散乱する前方散乱光とが含まれ、その内の後方散乱光は表示部Ｄからパネル２外に出、前方散乱光は第２透明電極基板２３側の第２遮光膜２３１にて吸収される。したがって、外光が入射されると、その後方散乱光により表示部Ｄが照射されることになる。
【００３６】
図７は透明電極２１４，２３２間に駆動電圧を印加し、それらの間に電界を発生させたときのもので、高分子中に分散された液晶はその電界方向に整列する。このとき、電界方向から見た液晶の屈折率を高分子の屈折率と同じにすることにより、両者の界面では散乱が起こらない。したがって、外光は液晶層５を透過し、第２透明電極基板２３側の第２遮光膜２３１にて吸収される。
【００３７】
図８および図９はバックライト使用時のものである。なお、高分子分散型液晶を用いる場合、バックライト３からパネル２内に入る光量をより多くするには、非表示領域Ｂに存在する液晶を電界方向に整列させる必要がある。そのためには、図６〜図９の各図に示されているように、各透明電極基板２１，２３の透明電極２１４，２３２を非表示領域Ｂにまで極力拡げればよい。
【００３８】
また、別の方法としてより好ましくは、図１０に示されているように、第１および第２透明電極基板２１，２３の各内面側の非表示領域Ｂに対応する部分に、バックライト３の使用時に所定の電圧が印加される背面照明用電極２１５，２３３をそれぞれ形成するとよい。
【００３９】
図８は複数ある表示領域Ｄの内、バックライト３の光にて所定の表示領域Ｄｎを点灯させるときのもので、この場合には、表示領域Ｄｎに属する透明電極２１４，２３２には駆動電圧を印加せず、その両隣の表示領域Ｄｎ−１および表示領域Ｄｎ＋１に属する透明電極２１４，２３２に駆動電圧を印加する。
【００４０】
これにより、第２透明電極基板２３の開口部（第２遮光膜２３１，２３１の間）の半面部分から、バックライト３の光がパネル２内に入り、光反射膜２１２により散乱光とされる。この散乱光は、先に説明した図６のように、ランダム配列の液晶によりさらに散乱され、その内の後方散乱光が表示領域Ｄｎに照射される。前方散乱光は第２透明電極基板２３側の第２遮光膜２３１にて吸収される。
【００４１】
これに対して、表示領域Ｄｎを不灯とするには、この表示領域Ｄｎに属する透明電極２１４，２３２に駆動電圧を印加して、それらの間に電界を発生させる。これにより、図９に示されているように、高分子中に分散された液晶がその電界方向に整列するため、光反射膜２１２による散乱光が第２透明電極基板２３側の第２遮光膜２３１にて吸収される。
【００４２】
【実施例】
〈実施例１〉
観察面側および裏面側用の基板として、ガラス基板にシリカのアルカリ防止膜をスパッタ法にて約２０ｎｍの厚さに成膜した一対のマザー基板を用意した。
観察面側の基板については、遮光性樹脂に直径が約１〜１．５μｍ程度の黒色のシリカ微粒子を遮光性樹脂濃度の１０重量％程度混合し、焼成後の膜厚が約１．０μｍの厚さとなるように塗布した。そして、セグメント表示の表示領域の画素以外の部分を遮光するフォトマスクを用いて露光（露光量６００ｍＪ）した後、現像、乾燥およびベーキングを行って非表示領域の部分に第１遮光膜を形成した。
【００４３】
次に、第１遮光膜上に選択的に無電解のニッケルメッキを約０．３μｍの厚さに塗布した。その仕上がり状態を観察したところ、メッキ表面には遮光膜中の微粒子による微細な凹凸が形成されており、表面散乱性を持っていることが確認された。その後、基板の内面側に光重合性の透明樹脂を約２μｍの厚さに塗布し、光を照射して電気絶縁性の平滑化層を形成した。
【００４４】
平滑化層上に、２３０℃の温度でスパッタ法により約０．１μｍのＩＴＯよりなる透明導電膜を形成した。その面抵抗値は約３０Ω／□であった。透明導電膜上にフォトレジストを塗布し、セグメント表示の部分に電圧が印加されるように配線部分を遮光するフォトマスクを用いて露光した後、現像を行い、エッチング液にて不要部分のＩＴＯを除去し、ＮａＯＨ水溶液にてレジストを剥離して、５×７ドットのキャラクターの２行表示のパターンを形成した。
【００４５】
裏面側の対向基板については、微粒子を含まない遮光性樹脂を画素部およびその周囲約１０μｍまで拡大して塗布し、ベーキングして約１．０μｍ厚みの第２遮光膜を形成した。これにより、この裏面側の基板を観察面側の基板と対向させた場合、第１遮光膜と第２遮光膜とが交互に配置された状態となるため、パネル全面にわたって遮光膜が存在することになり、パネルの背面にバックライトを設置しても、その光が直接的に漏れ出ないようにすることができる。
【００４６】
両基板に、プレチルト角が５度程度となるポリイミド系の配向膜を転写印刷法にて厚さ約６０ｎｍとなるように成膜した。この場合、両基板ともにラビングは行わなかった。
【００４７】
観察面側の基板に平均直径５μｍの積水化学社製のミクロパール（商品名）を撒布し、裏面側の基板には三井化学社製のストラクトボンド（商品名）を周辺シール材としてスクリーン印刷法により印刷した。なお、基板間の導通をとるため、電極を形成した部分には導電ビーズを混合したシール材を印刷した。
【００４８】
両基板を対向させて熱圧着工程を通して硬化させた後、注入口および端子部などを切り出した。そして、螺旋ピッチが可視光領域内となるように調整したコレステリック・ネマチック液晶を真空注入法にて注入し、その注入口にＵＶ硬化性のアクリル樹脂を塗布し、紫外線を８００ｍＪ照射して封止した。
【００４９】
このようにして作成した液晶表示パネルの背面に、白色のＣＣＴバックライトを設置した。そして、各透明電極を線順次書き込み方式で駆動し、明るい場所および暗所にて表示状態を観察したところ、いずれの環境下でも視角が広く、視認性の良好な表示が得られた。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射光制御型の液晶層を備えた液晶表示装置において、観察面側の透明電極基板の内面側に非表示領域に対応して光反射性を有する第１遮光膜を形成するとともに、裏面側の透明電極基板の内面側には表示領域に対応して光吸収性の第２遮光膜を形成することにより、パネル背面にバックライトを配置してなる半透過型とすることができ、反射光制御型の液晶表示方式でありながら、暗所でも使用可能な液晶表示装置が得られる。
【００５１】
また、液晶層に接するように第２遮光膜を形成したことにより、液晶層を透過した光を散乱させることなく吸収し、良好な黒表示を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の一実施例を概略的に示した断面図。
【図２】上記実施例の液晶層がコレステリック・ネマチック相転移型液晶である場合におけるバックライト不使用時の第１表示モードを説明するための要部拡大断面図。
【図３】上記実施例の液晶層がコレステリック・ネマチック相転移型液晶である場合におけるバックライト不使用時の第２表示モードを説明するための要部拡大断面図。
【図４】上記実施例の液晶層がコレステリック・ネマチック相転移型液晶である場合におけるバックライト使用時の第３表示モードを説明するための要部拡大断面図。
【図５】上記実施例の液晶層がコレステリック・ネマチック相転移型液晶である場合におけるバックライト使用時の第４表示モードを説明するための要部拡大断面図。
【図６】上記実施例の液晶層が高分子分散型液晶である場合におけるバックライト不使用時の第１表示モードを説明するための要部拡大断面図。
【図７】上記実施例の液晶層が高分子分散型液晶である場合におけるバックライト不使用時の第２表示モードを説明するための要部拡大断面図。
【図８】上記実施例の液晶層が高分子分散型液晶である場合におけるバックライト使用時の第３表示モードを説明するための要部拡大断面図。
【図９】上記実施例の液晶層が高分子分散型液晶である場合におけるバックライト使用時の第４表示モードを説明するための要部拡大断面図。
【図１０】上記実施例の液晶層が高分子分散型液晶である場合における変形例を示した要部拡大断面図。
【符号の説明】
１  液晶表示装置
２  液晶表示パネル
２１  第１透明電極基板（観察面側）
２１１  第１遮光膜
２１２  光反射膜
２１３  平滑化層
２１４  透明電極
２３  第２透明電極基板（裏面側）
２３１  第２遮光膜
２３２  透明電極
３  バックライト
４  周辺シール材
５  液晶層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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