JP3580994B2

JP3580994B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3580994B2
Application number: JP27158597A
Authority: JP
Inventors: 満鹿野; 研次表
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: JPH11109334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置、特に全体の色相に対して補色となる色相の色素を添加したオーバーコート層を基板と透明電極との間に介在させた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示装置の表示形態には、バックライトを備えた透過型と呼ばれるものと、反射型と呼ばれるものがある。反射型液晶表示装置は、太陽光、照明光等の外光だけを利用してバックライト無しで表示する液晶表示装置であり、例えば薄型で、軽量化が要求される携帯情報端末等に多く用いられている。
【０００３】
図３は、従来のＳＴＮ（スーパー・ツイステッド・ネマチック）方式の反射型液晶表示装置の一例を示すもので、この反射型液晶表示装置Ａは、上下に対向配置されたガラスからなる一対のガラス基板１、２と、それらの間に封止材により封入されたＳＴＮ方式の液晶層４と、上側ガラス基板１の上面側に上から順に設けられた偏光板５、位相差板６、７と、下側ガラス基板２の下面側に設けられた反射体１０とを具備して構成されている。この反射体１０は、例えば厚さ３００乃至５００μｍポリエステルフィルム等の樹脂又はガラスの基板８の表面に高さが数μｍの微細な凹凸部８ａを形成し、さらにその上にＡｌ、Ａｇなどからなる反射膜９が蒸着等により成膜されている。なお、反射体１０と前記ガラス基板２との突き合わせ面には、グリセリン等の光の屈折率に悪影響を与えることのない材質からなる粘着層１１が充填されている。
【０００４】
また、上側ガラス基板１の下面側にはＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなる電極層１２とトップコート層１３と配向膜１４とが積層され、下側ガラス基板２の上面側にはカラー表示構造の場合に必要なカラーフィルタ層１５とオーバーコート層１６と電極層１７と配向膜１８とがそれぞれ積層されている。
【０００５】
前記従来の構造の反射型液晶表示装置Ａは、上側ガラス基板１の上方側からの入射光が液晶層４を透過した後に反射体１０の反射膜９で反射され、再度液晶層４を透過した後に上側ガラス基板１に戻る際に、液晶層４で光の偏光方向の変換を行い、反射光が前記偏光板６を通過できるか否かを切り換えることにより、明状態と暗状態を切り換えるようにしたものである。また、反射体１０の凹凸部８ａは、反射膜９を凹凸形状にすることにより、特定方向からの光の異常に高い反射を抑制し、視野角を広く、表示面の広範囲に亘って明るい表示を行えるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ＳＴＮ方式は、電圧を印加したときの液晶の複屈折と電圧を印加していないときの液晶の複屈折との違いを表示に利用したものであるが、カラーフィルタ層１５によるカラー表示を実現するためには、無彩色（白黒）表示が必須である。そこで、位相差板６、７は液晶を透過する光の位相差を補償することにより表示が青や黄色に着色するのを防止するために用いられている。しかしながら、位相差板６、７自体の△ｎｄ（屈折率異方性△ｎと板厚ｄとの積）のコントロールが困難であり、且つ位相差板６、７の光学軸と偏光板５の偏光軸と角度を最適化するのが製造上難しい等の理由により、表示に色付きが生じ、完全に無彩色化することはできなかった。
【０００７】
そのために、従来、予め液晶層４に、色素が存在しないときの表示の色相に対して補色となるような色相の色素を添加する方法が提案されている。しかし、液晶層４に色素を入れた場合には、低温時に表示特性が劣化し、例えば外部温度が０℃以下になると、液晶の粘性がアップし、駆動電圧ＯＮ−ＯＦＦ時の液晶の応答性が著しく低下して、画面切り替えが不安定になる。また、常温（約２０℃）で長時間放置しておくと、液晶層４の一部が結晶化してしまい、表示不可能となる等の問題点があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、液晶層に色素の添加を行うことなく表示の無彩色化が可能で、低温時や常温長時間放置後の特性の劣化のない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】
本発明の液晶表示装置は、対向する上下の透明基板のそれぞれの対向面に、少なくとも透明電極及び配向膜を順に設け、少なくとも何れか一方の前記透明基板と前記透明電極との間に、所望のパターンを有するカラーフィルタと、該カラーフィルタのパターンによりもたらされる凹凸を平坦化するとともに前記カラーフィルタ及び前記透明基板を覆うオーバーコート層を介在させ、上下の透明基板の前記配向膜間に液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記オーバーコート層に添加したことにある。従って、色素の添加が液晶層に悪影響を与えることが無く、表示面の無彩色化が可能となる。この色素としては、液晶表示装置の色調の補色関係にある色調を呈する顔料が好ましい。この顔料としては、アゾ系顔料、フタロシアン系顔料等を使用できる。
本発明の液晶表示装置は、対向する上下の透明基板の上側透明基板の対向面に、所望のパターンを有するカラーフィルタと、該カラーフィルタのパターンによりもたらされる凹凸を平坦化するとともに前記カラーフィルタと前記透明基板を覆うオーバーコート層と、透明電極と、配向膜とを順に設け、前記下側透明基板の対向面に少なくとも透明電極及び配向膜を順に設けるとともに、上下の透明基板の前記配向膜間に液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記オーバーコート層に添加したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、対向する上下の透明基板の下側透明基板の対向面に、凹凸を有する反射体と、該反射体の凹凸を平坦化するオーバーコート層と、透明電極及び配向膜を順に設け、前記上側透明基板の対向面に少なくとも透明電極及び配向膜を順に設けると共に、該上側透明基板の外側に位相差板と偏光板とを順に設け、上下の透明基板の前記配向膜間に液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記オーバーコート層に添加したことにある。反射体内蔵型の液晶表示装置において、無彩色化が可能となる。色素としては、上記顔料を使用することができる。
本発明の液晶表示装置は、前記偏光板の偏光軸が、上側透明基板に設けられた配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに４０°であり、前記位相差板が第１の位相差板及び第２の位相差板の２層からなるとともに、第１の位相差板の遅相軸が上側配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに８０゜であり、第２の位相差板の遅相軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対してなす角度を第１の位相差板の遅相軸から反時計回りに１０°であり、前記補色となる色相の色素が、アゾ系の赤色顔料及びフタロシアニン系の赤色顔料であることを特徴とする
また、本発明は、前記色素を０．１乃至０．４重量％添加したことで、表示面の無彩色化に好適である。
更に本発明の液晶表示装置は、対向する上下の透明基板の下側透明基板の対向面に、凹凸を有する反射体と、該反射体の凹凸を平坦化するオーバーコート層と、透明電極及び配向膜を順に設け、前記上側透明基板の対向面に少なくともカラーフィルタ層とオーバーコート層と透明電極及び配向膜を順に設けると共に、該上側透明基板の外側に位相差板と偏光板とを順に設け、上下の透明基板の前記配向膜間にＳＴＮ液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記反射体の凹凸を平坦化するオーバーコート層に添加する一方、前記偏光板の偏光軸が、上側透明基板に設けられた配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに４０°とし、前記位相差板を第１の位相差板及び第２の位相差板の２層から構成するとともに、第１の位相差板の遅相軸が上側配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに８０゜とし、第２の位相差板の遅相軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対してなす角度を第１の位相差板の遅相軸から反時計回りに１０°とし、前記補色となる色相の色素として、アゾ系の赤色顔料及びフタロシアニン系の青色顔料を０．１乃至０．４重量％添加したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の液晶表示装置の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の液晶表示装置をＳＴＮ方式の反射型カラー液晶表示装置に適用した実施形態をを示す断面図である。
この実施形態の反射型液晶装置は、対向する上下のガラス基板２２、２３の下側ガラス基板２３（下側透明基板）の対向面に反射体２７、第１のオーバーコート層２８、コモン電極２９（透明電極）及び配向膜３１が順に設けられ、上側ガラス基板２２の対向面にカラーフィルター層３２、第２のオーバーコート層３３、セグメント電極３４（透明電極）及び配向膜３０が順に設けられ、更に、前記上下のガラス基板２２、２３の配向膜３０、３１間にＳＴＮの液晶層３５が設けられた概略構成である。更に上側ガラス基板２２上に、第１及び第２の位相差板２４及び２５と、偏光板２６とが順次積層されている。
【００１２】
配向膜３０、３１は、膜厚が約０．２μｍで、通常使用されてる透明な配向膜が用いられ、例えば、ポリイミドなどの高分子膜がラビング処理されたものである。
液晶層３５は、上側と下側ガラス基板２２、２３の内側に設けられた上下の配向膜３０、３１と、これら配向膜３０、３１を所定の間隔を隔てて接合する図示を省略したシール材とに囲まれた領域内に封入された常温でネマチック状態となる液晶分子からなり、この液晶分子は１８０゜以上、好ましくは２４０゜ねじれて配向されたスーパーツイステッドネマチックタイプ（ＳＴＮ）のものが用いられている。
【００１３】
上側ガラス基板２２は、液晶表示装置の種類によって異なるが、ソーダライムガラスなどからなり、その厚さは０．３ｍｍ以上とされるのが好ましい。厚みが０．３ｍｍ未満であると機械的強度が小さくなるからである。
第２のオーバーコート層３３は、カラーフィルタ層３２による凹凸を平坦化するために３〜４μｍの膜厚に設けられたもので、カラーフィルタ層３２と密着性の高いポリビニルアルコールやアクリル系樹脂などの有機材料からなる。
カラーフィルタ層３２は、レッド、ブルー、グリーンの３原色の各画素がフォトリソグラフィーや印刷法などの方法により所望のパターン通りに形成されてなるもので、このカラーフィルタ層３２には、上記３原色の周りに線状のブラックマスクがパターンニングされていても良い。
【００１４】
下側ガラス基板２３としては、液晶表示装置の種類によって異なるが、この実施形態では、ナトリウムなどのアルカリ金属の酸化物を含んだソーダライムガラスなどが用いられ、その厚みは、機械的強度から０．１ｍｍ以上とされるのが好ましい。また、ここでの下側ガラス基板２３のコモン電極２９側の面には、凹凸を有する粗面が形成されており、反射体２７は、下側ガラス基板２３の粗面の表面に形成されたＡｌ膜等の金属膜からなるものである。反射体２７は、入射した光を反射させるとともに拡散させることにより、視野角を大きくするためのものである。このような反射体内蔵型の反射型液晶装置は、下側ガラス基板２３に厚みによる視差の問題を考慮する必要がない。
【００１５】
第１のオーバーコート層２８は、反射体２７による凹凸を平坦化するために設けられたもので、膜厚が３〜４μｍのアクリル系材料からなるものである。
そこで、第１のオーバーコート層２８には、予め色素が添加され、液晶表示装置全体の色相（着色）を無彩色化したものである。オーバーコート層２８は比較的膜の厚さが厚く、色素の均一な分散が容易である。前記色素の種類は、赤色、青色又は黄色顔料からなり、その材料としては、アゾ系、フタロシアン系等を使用することができる。
用いる色素の種類としては、液晶表示装置全体の色相（着色）に対して、補色の関係にある色の顔料を選択すれば良く、例えば、装置全体の色相が黄色の場合は補色の赤色及び青色顔料を、色相が緑の場合は補色の赤色顔料のみを、色相が青色の場合は補色の黄色及び赤色顔料を用いることができる。
また、色素の添加量としては、０．１乃至０．４重量％が好ましく、２種類の顔料を用いる場合には、各色素をそれぞれ０．１乃至０．４重量％を添加することにより、装置全体の色相の無彩色化を果たすことができる。
なお、第１のオーバーコート層２８に色素を添加することで説明したが、第２のオーバーコート層３３に色素を添加して装置全体を無彩色化し得ることは勿論である。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
図１に示した実施形態の反射型液晶表示装置において、第１のオーバーコート層２８に添加する色素の添加量を違えたものを準備し、その分光特性について調べた。
上下の配向膜３０、３１としては、ＰＳＩ−２５０１（商品名：チッソ株式会社製）を用い、ツイスト角が２４０度になるように配向処理を行った。また、液晶セルの厚みは、５．２μｍであり、△ｎｄは８６１ｎｍ（測定波長５８９ｎｍ）であった。
第１と第２の位相差板２４と２５としては、ポリカーボネートからなるものを用い、位相差をそれぞれ２１７ｎｍとした。
偏光板２６としては、ＮＰＦ−ＥＧ１２２５ＤＵ（商品名：日東電工株式会社製）を用いた。
【００１７】
そして、偏光板２６の偏光軸が上配向膜３０の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに４０°、第１の位相差板２４の遅相軸が上配向膜３０の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに８０°、第２の位相差板２５の遅相軸が前記第１の位相差板２４の遅相軸に対してなす角度を第１の位相差板２４の遅相軸から反時計回りに１０°とした。
【００１８】
第１のオーバーコート層２８として、アクリル系ポリマー（商品名ＪＳＳ６６９９Ｇ、日本合成ゴム株式会社製）を用いた。色素としては、アゾ系の赤色顔料（商品名Ｃ．Ｉ．１２４９０、住友化学株式会社製）、フタロシアニン系の青色顔料（商品名Ｃ．Ｉ．４４０４５−ｌａｋｅ、大日精化株式会社製）をそれぞれ用いた。
そこで、下記表１に示すように、第１のオーバーコート層２８へ添加する色素の添加量を変えた５種類の前記液晶表示装置を作成し、それぞれの分光特性を調べた。
【００１９】

【００２０】
作製した上記５種類の液晶表示装置の分光特性を図２にグラフで示す。分光特性は、光源からの白色光をこの液晶表示装置に対して入射角０度で入射したときの反射光を受光角０度で受光して測定した。
図２において、横軸を波長、縦軸を反射率で示してあり、前記表１の比較例及び実施例のａ〜ｅがそれぞれグラフ中の細い実線ａ、破線ｂ、太い実線ｃ、一点鎖線ｄ及び二点鎖線ｅに対応している。細い実線ａは色素が無添加の場合であり、特に赤と青の波長帯域の光をよく透過し、全体として黄色に着色している。そして、この黄色と補色関係にある赤顔料と青顔料の添加量が増加するに従って、光の波長４５０〜６５０ｎｍ帯域の透過率が減少することが分かる。グラフｃ及びｄに示すように赤色及び青色顔料のそれぞれの添加量が０．１乃至０．４重量％の範囲内であると、光の前記波長帯域が同レベルとなり、波長依存性をなくすことができ、ほぼ無彩色化できる。なお、さらに添加量を増やし０．５重量％になると、赤紫色に着色し且つ表示全体が暗くなり使用できなくなる。
【００２１】
なお、上記実施例では、色素が無添加の場合に液晶表示装置の表示面が黄色に着色し、その補色関係にある赤色及び青色顔料を添加したもので説明した。しかし、本発明は、表示面が他の色相を有する液晶表示装置にも適用可能であり、表示面が緑の色相の液晶表示装置には、その補色関係にある赤色顔料のみを、また、表示面が青の色相の液晶表示装置には、その補色関係にある黄色及び赤色顔料を上述したように同様な量添加すればよく、例えば、アゾ系の黄色顔料としては、Ｃ．Ｉ．１１６７０（商品名：大日精化株式会社製）を用いることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の液晶表示装置は、対向する上下の透明基板のそれぞれの対向面に、少なくとも透明電極及び配向膜を順に設け、少なくとも何れか一方の前記透明基板の該透明基板と前記透明電極との間に、カラーフィルタ又は凹凸を有する反射体と、オーバーコート層とを介在させ、上下の透明基板の前記配向膜間に液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記オーバーコート層に添加したものであり、表示面の色相を色素により無彩色化することが可能となる。また、前記色素をオーバーコート層に添加したものであるため、液晶層に色素の添加を行うことなく表示の無彩色化が可能で、低温時や常温長時間放置後の特性の劣化のない液晶表示装置を提供することができ、従来の液晶層へ添加したものに比較して特性の劣化が無いために長寿命化が図れる。更に、オーバーコート層は他の膜と比較して厚く色素を均一に分散しやすいと云う効果も奏する。
更に本発明において、上側透明基板の外側に位相差板と偏光板とを順に設け、偏光板の偏光軸が、上側透明基板に設けられた配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに４０°とし、第１の位相差板の遅相軸を上側配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに８０゜とし、第２の位相差板の遅相軸を第１の位相差板の遅相軸に対してなす角度を第１の位相差板の遅相軸から反時計回りに１０°とし、補色となる色相の色素として、アゾ系の赤色顔料及びフタロシアニン系の赤色顔料であるならば、表示面の色相を色素により無彩色化することが可能となる。
また、前記色素を０．１乃至０．４重量％添加したことで、表示面の無彩色化に好適な特徴を有する。
更に本発明において、対向する上下の透明基板の下側透明基板の対向面に、凹凸を有する反射体と、該反射体の凹凸を平坦化するオーバーコート層と、透明電極及び配向膜を順に設け、前記上側透明基板の対向面に少なくともカラーフィルタ層とオーバーコート層と透明電極及び配向膜を順に設けると共に、該上側透明基板の外側に位相差板と偏光板とを順に設け、上下の透明基板の前記配向膜間にＳＴＮ液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記反射体の凹凸を平坦化するオーバーコート層に添加する一方、前記偏光板の偏光軸が、上側透明基板に設けられた配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに４０°とし、前記位相差板を第１の位相差板及び第２の位相差板の２層から構成するとともに、第１の位相差板の遅相軸が上側配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに８０゜とし、第２の位相差板の遅相軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対してなす角度を第１の位相差板の遅相軸から反時計回りに１０°とし、前記補色となる色相の色素として、アゾ系の赤色顔料及びフタロシアニン系の青色顔料を０．１乃至０．４重量％添加した構成ならば、光の波長４５０〜６５０ｎｍ帯域の透過率を同レベルとすることができ、波長依存性を無くすることができ、表示色の色調を無彩色にすることを確実にできるものである。
また、前記色素をオーバーコート層に添加したものであるため、液晶層に色素の添加を行うことなく表示の無彩色化が可能で、低温時や常温長時間放置後の特性の劣化のない液晶表示装置を提供することができ、従来の液晶層へ添加したものに比較して特性の劣化が無いために長寿命化が図れる。更に、オーバーコート層は他の膜と比較して厚く色素を均一に分散しやすいと云う効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をＳＴＮ方式の反射型液晶表示装置に適用した実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例と比較例の反射型液晶表示装置のそれぞっれの分光特性を示すグラフである。
【図３】従来の反射型液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２２上側ガラス基板（上側透明基板）
２３下側ガラス基板（下側透明基板）
２４第１の位相差板
２５第２の位相差板
２６偏光板
２７反射体
２８第１のオーバーコート層
２９、３４透明電極
３０、３１配向膜
３３第２のオーバーコート層
３５液晶層

Claims

対向する上下の透明基板のそれぞれの対向面に、少なくとも透明電極及び配向膜を順に設け、少なくとも何れか一方の前記透明基板と前記透明電極との間に、所望のパターンを有するカラーフィルタと、該カラーフィルタのパターンによりもたらされる凹凸を平坦化するとともに前記カラーフィルタ及び前記透明基板を覆うオーバーコート層を介在させ、上下の透明基板の前記配向膜間に液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記オーバーコート層に添加したことを特徴とする液晶表示装置。
対向する上下の透明基板の上側透明基板の対向面に、所望のパターンを有するカラーフィルタと、該カラーフィルタのパターンによりもたらされる凹凸を平坦化するとともに前記カラーフィルタと前記透明基板を覆うオーバーコート層と、透明電極と、配向膜とを順に設け、前記下側透明基板の対向面に少なくとも透明電極及び配向膜を順に設けるとともに、上下の透明基板の前記配向膜間に液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記オーバーコート層に添加したことを特徴とする液晶表示装置。
対向する上下の透明基板の下側透明基板の対向面に、凹凸を有する反射体と、該反射体の凹凸を平坦化するオーバーコート層と、透明電極及び配向膜を順に設け、前記上側透明基板の対向面に少なくとも透明電極及び配向膜を順に設けると共に、該上側透明基板の外側に位相差板と偏光板とを順に設け、上下の透明基板の前記配向膜間に液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記オーバーコート層に添加したことを特徴とする液晶表示装置。
前記偏光板の偏光軸が、上側透明基板に設けられた配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに４０°であり、前記位相差板が第１の位相差板及び第２の位相差板の２層からなるとともに、第１の位相差板の遅相軸が上側配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに８０゜であり、第２の位相差板の遅相軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対してなす角度を第１の位相差板の遅相軸から反時計回りに１０°であり、前記補色となる色相の色素が、アゾ系の赤色顔料及びフタロシアニン系の赤色顔料であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
前記色素を０．１乃至０．４重量％添加したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
対向する上下の透明基板の下側透明基板の対向面に、凹凸を有する反射体と、該反射体の凹凸を平坦化するオーバーコート層と、透明電極及び配向膜を順に設け、前記上側透明基板の対向面に少なくともカラーフィルタ層とオーバーコート層と透明電極及び配向膜を順に設けると共に、該上側透明基板の外側に位相差板と偏光板とを順に設け、上下の透明基板の前記配向膜間にＳＴＮ液晶層を設けてなり、全体の色相に対して補色となる色相の色素を前記反射体の凹凸を平坦化するオーバーコート層に添加する一方、
前記偏光板の偏光軸が、上側透明基板に設けられた配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに４０°とし、前記位相差板を第１の位相差板及び第２の位相差板の２層から構成するとともに、第１の位相差板の遅相軸が上側配向膜の配向方向に対してなす角度を配向方向から反時計回りに８０゜とし、第２の位相差板の遅相軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対してなす角度を第１の位相差板の遅相軸から反時計回りに１０°とし、前記補色となる色相の色素として、アゾ系の赤色顔料及びフタロシアニン系の青色顔料を０．１乃至０．４重量％添加したことを特徴とする液晶表示装置。