CN101223474B - 层叠型反射式液晶显示元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种在胆甾相液晶的焦锥状态下的散射小且具有高对比度的层叠型反射式液晶显示元件。该层叠型反射式液晶显示元件是层叠有2个以上液晶面板(10B、10G、10R)的元件，所述2个以上液晶面板(10B、10G、10R)分别具有不同所选反射波长的胆甾相液晶的液晶层(1B、1G、1R)，而且，注入到液晶面板所具有的液晶层中的液晶的所选反射波长越长，则施加在面板上的液晶层的取向控制力越小。

Description

层叠型反射式液晶显示元件
技术领域
本发明涉及一种层叠型反射式液晶显示元件，特别是涉及一种层叠了2个以上液晶面板的层叠型反射式液晶显示元件，所述2个以上液晶面板分别具有不同所选反射波长的胆甾相液晶的液晶层。
背景技术
近年来，即使无电源也能够保持显示、且可电改写的电子纸张的技术领域正在急速发展。电子纸张着眼实现如下的显示体，即，具有即使切断电源也能够进行记忆显示的超低耗电特性，采用不会刺激眼睛且也不会使眼睛疲劳的反射式显示，以及具有像纸的可挠性的柔软(flexible)且薄的显示体。正在推进着在电子书籍、电子报纸、电子海报等上的应用。正在推进如下显示方式的开发：使带电粒子在空气中或液体中移动的电泳方式；使分成两种颜色的带电粒子旋转的扭转球(Twisting ball)方式；有机EL方式；利用液晶层的干涉反射的具有双稳定性的选择反射式胆甾相液晶方式。
在这样的各种方式中，胆甾相液晶方式在“记忆功能”、“低耗电化”、“彩色化”等方面处于优势地位。尤其是，胆甾相液晶方式在彩色显示方面是绝对有利的。由于除了胆甾相液晶方式以外的方式必须对每一个像素配置分三种颜色的滤色器，所以亮度最大也只不过相当于三等分亮度的1/3而已，不能说是很现实的方式。相对于此，胆甾相液晶方式由于通过液晶的干涉来反射颜色，所以只要层叠起来就能够进行彩色显示，因此具有能够得到接近50％或更高的亮度的优点。例如，在专利文献1(JP特开2002-116461号公报)等中记载有胆甾相液晶方式的彩色显示元件。
图1A和图1B是用于说明胆甾相液晶的显示原理的图。如图所示，面板具有将液晶层1夹持在透明的基板3和4之间的结构。基板3是显示面侧的基板。在基板4的外侧面上设置有黑色的光吸收层5。胆甾相液晶具有两种稳定的状态，即与基板表面平行地形成层的状态和在垂直方向上形成层的状态。这两种状态具有如下特征，即，可电切换，而且具有即便不供电也能够保持两种状态的双稳定性。
如图1(A)所示，若在设置于基板3和4上的电极(未图示)上施加高电压，则以螺旋状连成一排的液晶分子2的螺旋轴就沿着垂直于基板3和4的方向排列，从而处于形成平行于基板面的层的状态。将该状态称为平面(Planar)状态。平面状态的液晶层有选择地反射(选择反射)波长对应于液晶分子螺距的光，从而呈现特定的颜色而进行反射显示。这就是明态(反射状态)。此时，所反射的光对应于螺距的旋转方向而成为左旋或右旋的圆偏振光。
根据液晶的平均折射率n、螺距p，反射率最大时的波长λ可通过下式来表示。
λ＝n·p
另一方面，反射带宽Δλ随着液晶的折射率各向异性Δn变大。
相对于此，如图1(B)所示，若在设置于基板3和4的电极上施加低电压，则以螺旋状连成一排的液晶分子2的螺旋轴处于在与基板3和4平行的方向上排列的状态。将该状态称为焦锥(Focal Conic)状态。在焦锥状态下，由于不发生干涉反射，所以入射到元件内的光会透过，并被基板4的光吸收层5吸收。这就是暗态(透过状态)。即使在反射状态下，未反射的光也只透过液晶层，所以通过在下层设置反射不同颜色的液晶层，能够合成反射颜色。
因为是干涉反射，所以在明态所反射的光根据波长而变化。因此，通过设定液晶的螺距，能够得到反射光呈红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的面板。
图2是表示通过层叠3片面板而实现了彩色显示的彩色胆甾相液晶显示装置概要的图。如图所示，从显示面侧起依次层叠蓝色(B)面板10B、绿色(G)面板10G、红色(R)面板10R，由此构成液晶显示元件9。驱动电路11经由软电缆12B、12G、12R而连接至各面板的电极。从驱动电路11将电压施加到各面板的电极，从而能够使对应于各面板电极的单元处于明态和暗态，由此能够显示图像。各面板具备矩阵电极，能够进行点阵显示(dot matrixdisplay)。
图3是表示图2的液晶显示元件9的剖视图。省略了电极的图示。各面板10B、10G、10R具有分别将液晶层1B、1G、1R夹持在透明的基板3和4之间的结构，而且用密封材料(seal)6密封了液晶层。从显示面侧开始依次配置有面板10B、10G、10R，而且，通过第一粘结层7来粘结面板10B、10G在，通过第二粘结层8来粘结面板10G、10R。在面板10R的显示面侧的相反侧的基板的外侧面上，设置有黑色的光吸收层5。在下面的说明中，将显示面侧的面板10B称为第一(蓝色)面板，将其液晶层1B称为第一(蓝色)液晶层；将第一面板的下一个面板10G称为第二(绿色)面板，将其液晶层1G称为第二(绿色)液晶层；将第二面板的下一个面板10R称为第三(红色)面板，将其液晶层1R称为第三(红色)液晶层。
如果将第一面板10B设定为明态(反射状态)，将第二和第三面板10G、10R设定为暗态(透过状态)，则显示蓝色。同样，如果将第二面板10G设定为明态(反射状态)，将第一和第三面板10B、10R设定为暗态(透过状态)，则显示绿色；如果将第三面板10R设定为明态(反射状态)，将第一和第二面板10B、10G设定为暗态(透过状态)，则显示红色。进而，如果将第一和第二面板10B、10G设定为明态(反射状态)，将第三面板10R设定为暗态(透过状态)，则显示青蓝(cyan)色；如果将第二和第三面板10G、10R设定为明态(反射状态)，将第一面板10B呈暗态(透过状态)，则显示黄色；如果将第一和第三面板10B、10R设定为明态(反射状态)，将第二面板10G设定为暗态(透过状态)，则显示品红(magenta)色。另外，如果将第一至第三面板10B、10G、10R均都设定为明态(反射状态)，则显示白色；如果将第一至第三面板10B、10G、10R均都设定为暗态(透过状态)，则显示黑色。
在利用胆甾相液晶的反射式液晶显示方式中，如上所述，将平面状态作为“明态”、且将焦锥状态作为“暗态”而用于显示。处于平面状态(明态)时的反射率越大，则作为显示特性的亮度就越好；处于焦锥状态(暗态)时的透明度越高，则对比度就越好。
如上所述，由于处于平面状态时的反射光会成为左旋或右旋的圆偏振光，所以最大反射率也就是50％。作为实现高亮度的方法之一而公知的方法有：将控制液晶分子取向的取向控制力(orientation regulating power)施加在液晶界面上，从而使处于平面状态时的螺距的螺旋轴一致，由此使选择反射光具有指向性，从而提高朝特定方向(观察方向)的反射率。
作为施加取向控制力的方法，一般都有：在液晶界面形成取向膜，并对取向膜的表面实施摩擦(rubbing)处理的方法；在液晶界面形成光取向膜，并对光取向膜的表面照射紫外光的方法；或者，组合这些方法的混合(hybrid)方法。根据是否设置了取向膜或光取向膜，取向控制力不同，而且根据取向膜的摩擦处理的密度或向光取向膜的紫外光的照射强度，取向控制力也不同。
通过将取向控制力施加在与胆甾相液晶层的界面，能够使处于平面状态时的选择反射光进一步具有指向性。图4是表示如下分光反射率的曲线，该分光反射率是指，在图3的彩色胆甾相液晶显示元件中，使第二绿色面板10G处于明态(反射状态)，使第一蓝色面板10B和第二红色面板10R处于暗态(透过状态)，并以30度的入射角进行照明时，在垂直方向上所测定的分光反射率。如图所示，通过进行摩擦，反射率曲线变成更加尖锐的曲线，峰值波长的反射率为50％以上。
但是，如果通过高密度的摩擦处理来增大取向控制力，则在处于平面状态时胆甾相液晶的螺旋轴大体上成为基板法线方向，而且光进行镜面反射，所以会发生视场角变得非常窄的问题。而且，如果过分增大取向控制力，则难以维持焦锥状态，从而存在丧失双稳定性的问题。
在专利文献1中记载有如下的方案：为了解决这样的问题，在处于平面状态时，使之处于多畴(Poly-domain)状态和单畴(Mono-domain)状态混合存在的状态，其中，该多畴状态是指，液晶的螺旋轴从基板法线稍微倾斜，而且方位随机地不同的状态，该单畴状态是指，液晶的螺旋轴均匀地大体为基板法线方向的状态。具体地说，依次增大蓝色面板、绿色面板、红色面板的摩擦密度，进而在各面板中，使非显示面侧的摩擦密度大于显示面侧的摩擦密度。这样，液晶层的所选反射波长越长，则其取向控制力就越强。
专利文献1：JP特开2002-116461号公报
发明内容
发明所要解决的问题
若采用专利文献1中所记载的结构，则能够稳定地维持焦锥状态，也能够提高处于平面状态时的亮度。在专利文献1中，也提及到处于焦锥状态时的散射问题，而且还记载有如下内容：通过使焦锥状态下的胆甾相液晶分子的螺旋轴的方向一致，能够减少畴(domain)之间的散射。
但已经知道，若采用专利文献1中所记载的结构，则实际上在处于焦锥状态时散射增大，从而对比度下降。
本发明的目的在于，使胆甾相液晶在焦锥状态下的散射减少，从而实现对比度高的层叠型反射式液晶显示元件。
用于解决问题的方法
为实现上述目的，本发明的层叠型反射式液晶显示元件具有与专利文献1所记载的结构相反的特性，即，注入到液晶面板所具有的液晶层中的液晶的所选反射波长越长，则施加在面板的液晶层的取向控制力就越小。
即，本发明的层叠型反射式液晶显示元件层叠有2个以上的液晶面板，所述2个以上的液晶面板分别包括具有不同所选反射波长的胆甾相液晶层，其特征在于，注入到液晶面板所具有的液晶层中的液晶的所选反射波长越长，则施加在该面板的所述液晶层的取向控制力就越小。
附图说明
图1A是用于说明胆甾相液晶的显示原理的图。
图1B是用于说明胆甾相液晶的显示原理的图。
图2是表示彩色胆甾相液晶显示装置概要的图。
图3是表示彩色胆甾相液晶显示元件的面板结构的图。
图4是表示胆甾相液晶显示元件的取向控制力的效果的图。
图5A是用于说明本发明的原理的图。
图5B是用于说明本发明的原理的图。
图5C是用于说明本发明的原理的图。
图5D是用于说明本发明的原理的图。
图6是用于说明本发明实施例的胆甾相液晶显示元件的结构和制造方法的图。
图7是用于说明本发明实施例的胆甾相液晶显示元件的结构和制造方法的图。
附图标记的说明
1B第一液晶层(蓝色液晶层)
1G第二液晶层(绿色液晶层)
1R第三液晶层(红色液晶层)
3、4基板
5光吸收层
7、8粘结层
10B第一面板(蓝色面板)
10G第二面板(绿色面板)
10R第三面板(红色面板)
21取向膜
23、24电极
具体实施方式
本申请的发明人对本发明的原理进行了研究。利用图5A至图5D说明所研究的原理。
在未设置取向膜或光取向膜的状态下、在即便设置了取向膜但未进行摩擦或摩擦密度小的状态下、在即便设置了光取向膜但未照射紫外光或照射强度小而取向控制力弱的状态下，如图5A所示，在处于平面状态时的液晶的螺旋轴从基板法线以随机的方位倾斜。因此，反射光以宽的角度分布。从视场角的观点来看，这种状态虽然是容易观看的状态，然而不能说反射光的强度足够大。
因此，在与面板的基板3和4的液晶层相接触的面(内面)形成取向膜或光取向膜，并进行摩擦处理或紫外光照射来施加取向控制力。这样，如图5B所示，在处于平面状态时，液晶的螺旋轴成为基板的法线方向，因此反射光的指向性变强，并在该方向上的反射率变高。反射光的指向性根据取向控制力的强度而变化。
如果反射光的指向性变得非常强，则由于发生镜面反射，所以会发生可见性降低的问题。因此，要适当设定取向控制力，使得高反射率(亮度)和可见性达到合适的状态。
在此，考察取向控制力对于各颜色面板在平面状态时的影响。如上所述，胆甾相液晶层的所选反射波长越长，则液晶的螺旋轴的间距就越长。取向控制力是用于控制螺旋轴端部的液晶分子方向的力，而且，螺旋轴的间距越长，则越容易受影响。即，如果是相同的取向控制力，则越是液晶螺旋轴的间距长的第一红色面板，液晶越是均匀取向，而且，液晶取向的均匀性以绿色面板、蓝色面板的顺序依次降低。
另一方面，在处于焦锥状态时，若取向控制力弱，则如图5C所示，液晶的螺旋轴处于平行于基板的状态。在处于焦锥状态时，液晶分子几乎不受取向控制力的影响，但在从平面状态变化到焦锥状态时，将会受到处于平面状态时的液晶的取向状态的影响。换言之，通过强的取向控制力，在处于平面状态时液晶排列均匀，则在变化为焦锥状态时，因处于平面状态时的强的取向控制力和均匀性，液晶的螺旋轴难以平行于基板。因此，在取向控制力强的面板内，若变化为焦锥状态，则如图5D所示，液晶螺旋轴的方向相对基板面处于零乱的状态，因此散射光增强。
另外，还必须考虑在液晶层和取向膜的界面上的光的散射，认为若通过摩擦处理在液晶层和取向膜的界面上产生微小的凹凸，则会使界面上的光散射增强。
如上所说明，在层叠了2层以上的具有不同所选反射波长的胆甾相液晶层的反射式液晶显示元件中，若使与各液晶面板的液晶层的界面具有相同的取向控制力，则能够提高亮度，但尤其是在所选反射波长长的面板处的光散射增大，从而导致对比度下降。
因此，在本发明中，尤其是通过越是所选反射波长长的面板越是减弱其取向控制力的方式，能够降低在所选反射波长长的面板处的光散射，从而能够使对比度不下降。
下面，说明本发明实施例的反射式液晶显示元件的结构和制造方法。
实施例的反射式液晶显示装置具有如图2所示的概略结构。该装置所使用的本发明的反射式液晶显示元件9具有如图3所示的面板结构，其特征在于面板中与液晶层相接触的部分的结构。
图6和图7是表示实施例的反射式液晶显示元件的结构和制造方法的图。
在第一蓝色面板10B显示面的相反侧基板4B、第二绿色面板10G显示面的相反侧基板4G和第三红色面板10R显示面的相反侧基板4R上，形成透明电极层23、绝缘层22以及取向膜21。为了在组装时保护透明电极层以及为了提高施加在液晶层上的电压均匀性，设置绝缘层22。此外，在基板4R的外面形成黑色的光吸收层5。
如图所示，用摩擦装置的辊子31对基板4B和基板4G的取向膜21表面进行摩擦处理，而对基板4R的表面不进行摩擦处理。对基板4B表面的摩擦处理是在如下条件下处理一次：使辊子31以1200rpm旋转，并将辊子31的压入量设定为0.20mm。对基板4G表面的摩擦处理是在如下条件下处理一次：使辊子31以900rpm旋转，并将辊子31的压入量设定为0.15mm。在此，例如通过摩擦密度＝次数×压入量×(1+(2π×辊径×转数/60×载物台速度))来表示摩擦密度。因此，基板4B的摩擦密度是基板4G的摩擦密度的1.78倍。换言之，基板4B的取向控制力是基板4G的取向控制力的大约1.8倍。此外，由于对基板4R的表面不进行摩擦处理，所以基板4R的取向控制力比基板4G的取向控制力小。
在下一个工序中，将密封材料6设置在上述基板4B、基板4G和基板4R上，并散布间隔物25。
另行准备基板，该基板是指，在第一蓝色面板10B的显示面侧的基板3B、第二绿色面板10G的显示面侧的基板3G和第三红色面板10R的显示面侧的基板3R上，分别形成有透明电极层23的基板。如图所示，将这些基板3B、3G、3R粘贴在基板4G和基板4R上。
在下一个工序中，向这样所得到的面板内的空间注入对应于各种颜色的胆甾相液晶并密封，从而能够得到第一至第三面板10B、10G和10R。
接着，如图7所示，将第一至第三面板10B、10G和10R，在对齐各面板的电极位置之后，通过粘结层7和8层叠而固定。通过上述工序，完成反射式液晶显示元件。
由于上述反射式液晶显示元件的第三红色面板10R，对基板3R并未实施摩擦处理，所以其取向控制力最小。摩擦密度小的第二绿色面板10G的取向控制力大于第三红色面板10R的取向控制力而小于第一蓝色面板10B的取向控制力。另一方面，与此相反，第三红色面板10R的液晶层1R因螺距长而通过取向控制力容易取向，第二绿色面板10G的液晶层1G虽比液晶层1R更容易取向，但比第一蓝色面板10B的液晶层1G更难取向。因此，所有液晶层1B、1G、1R在处于平面状态时的取向状态变得相同，从而能够得到亮度提高某种程度且对比度的降低少的适于实用的反射式液晶显示元件。
上面说明了本发明的实施例，但也可以有各种变形例。例如，虽在各面板的显示面侧的基板3B、3G、3R并未设置绝缘层或取向膜，但与专利文献1中所记载的结构同样，也可以设置绝缘层或取向膜。但从提高透过率降低散射的方面考虑，优选采用如实施例那样不设置绝缘层或取向膜的结构。即使对基板3B、3G、3R不设置绝缘层或取向膜，也能够得到足够大的反射强度。
另外，在实施例中说明了通过摩擦处理使取向控制力变得不同的例子，但设置光取向膜而改变紫外光的照射强度，从而使取向控制力变得不同也可，或者，组合使用对取向膜的摩擦处理与对光取向膜的紫外光照射处理，从而使取向控制力变得不同也可。另外，倾斜蒸镀取向膜，从而使取向控制力变得不同也可。

Claims (6)

1.一种层叠型反射式液晶显示元件，层叠有2个以上的液晶面板，所述2个以上的液晶面板分别包括呈现出具有不同所选反射波长的胆甾相的液晶层，其特征在于，
注入到液晶面板所具有的液晶层中的液晶的所选反射波长越长，则施加在该面板的所述液晶层的取向控制力就越小。
2.根据权利要求1所记载的层叠型反射式液晶显示元件，其特征在于，
越是配置在显示面侧的液晶面板的液晶层，所选反射波长就越短，
越是配置在显示面侧的液晶面板，施加在该面板的所述液晶层的取向控制力就越大。
3.根据权利要求1所记载的层叠型反射式液晶显示元件，其特征在于，
各液晶面板具有所述液晶层、用于夹持该液晶层的2片基板、形成在所述2片基板的表面上的透明电极，
至少一部分的基板具有形成在所述透明电极上的取向膜，
所述取向控制力的不同取决于所述取向膜的摩擦处理的实施与否和所述取向膜的摩擦处理的密度。
4.根据权利要求1所记载的层叠型反射式液晶显示元件，其特征在于，
各液晶面板具有所述液晶层、用于夹持该液晶层的2片基板、形成在所述2片基板的表面上的透明电极，
至少一部分的基板具有形成在所述透明电极上的取向膜，
所述取向膜是光取向膜，所述取向控制力的不同取决于向所述光取向膜是否照射了紫外光和其照射强度。
5.根据权利要求1所记载的层叠型反射式液晶显示元件，其特征在于，
各液晶面板具有所述液晶层和用于夹持该液晶层的2片基板，
各液晶面板的显示面的相反侧基板具有形成在表面的下侧透明电极和形成在该下侧透明电极上的取向膜，
各液晶面板的显示面侧的基板具有形成在表面的上侧透明电极，而不具有取向膜。
6.根据权利要求1所记载的层叠型反射式液晶显示元件，其特征在于，
各液晶面板具有所述液晶层和用于夹持该液晶层的2片基板，
各液晶面板的显示面的相反侧基板具有形成在表面的下侧透明电极和形成在该下侧透明电极上的光取向膜，
各液晶面板的显示面侧的基板具有形成在表面的上侧透明电极，而不具有取向膜。
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