JP2001083480A - コレステリック液晶表示素子の駆動方法、およびコレステリック液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレステリック液晶がホメオトロピック配向
からプレーナ配向に遷移するのに要する時間を大幅に短
縮することができ、表示画像の保存と両立させて画像を
高速で書き換えることができるようにする。 【解決手段】 表示装置は、全体としてコレステリック
液晶表示素子１および駆動装置部２によって構成し、か
つコレステリック液晶表示素子１と駆動装置部２を別体
に構成する。駆動装置部２は、駆動回路部５０とホット
プレート７０を備えるものとする。動画表示時などの高
速書き換え時には、接続手段６０によってコレステリッ
ク液晶表示素子１の電極２１，２２を駆動回路部５０に
接続するとともに、真空チャックによってコレステリッ
ク液晶表示素子１の光吸収層４０側をホットプレート７
０上に全面に渡って密着させ、ホットプレート７０によ
ってコレステリック液晶３０を加熱した状態で、駆動回
路部５０によって電極２１，２２間に駆動電圧を印加す
る。コレステリック液晶３０の加熱温度は、室温より高
く、アイソ化温度より低い温度とするが、アイソ化温度
より幾分低い温度が好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コレステリック
液晶表示素子の駆動方法、およびコレステリック液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラットパネル表示装置として、液晶素
子を光シャッターとして、その裏面に配置されたバック
ライトからの照明光を透過させ、または遮断することに
よって表示を行う透過型液晶表示装置が広く用いられて
いる。しかし、透過型液晶表示装置は、消費電力が大き
い、屋外などの強い外光下では表示が見にくい、という
問題がある。

【０００３】この問題を解決するフラットパネル表示装
置として、バックライトを用いないで、外光の反射を利
用して表示を行う反射型液晶表示装置が注目されてお
り、その一方式としてコレステリック液晶表示装置が知
られている。

【０００４】コレステリック液晶表示装置は、外光の反
射を利用するので、照明用の電力を必要とせず、低消費
電力であるだけでなく、無電源で表示を保持できるメモ
リ性を有すること、そのため駆動に薄膜トランジスタな
どの高価なアクティブマトリクス基板を必要としないこ
と、樹脂基板などのフレキシブル基板を利用できるこ
と、反射率が高く鮮明な表示が可能であること、などの
特長を有する。

【０００５】コレステリック液晶は、棒状分子からな
り、多層状をなす。その分子長軸は、一つの層内では一
方向に配向されるが、隣接する層間では配向方向がわず
かずつ捩じれ、全体として螺旋構造を形成する。螺旋の
周期は、材料を適切に選択することによって可視光の波
長領域内にすることができ、その場合には、コレステリ
ック液晶は螺旋ピッチに応じた色光を選択的に反射す
る。この現象は、コレステリック液晶の選択反射として
知られている。

【０００６】コレステリック液晶表示素子は、図６に示
すように、それぞれ透明電極２１，２２を形成した２枚
の透明基板１１，１２間にコレステリック液晶３０を注
入して液晶セルを形成し、観察側（外光入射側）と反対
側の基板１２の裏面に黒色の光吸収層４０を形成したも
のである。

【０００７】表示素子内のコレステリック液晶３０の配
向状態としては、図７（Ａ）に示すプレーナ、同図
（Ｂ）に示すフォーカルコニック、および同図（Ｃ）に
示すホメオトロピックの、３種類がある。プレーナ配向
は、螺旋軸が基板面にほぼ垂直に配向した状態であり、
選択反射波長域の色光が観察される。フォーカルコニッ
ク配向は、螺旋軸が基板面にほぼ平行に配向した状態で
あり、それ自体は無色であるため、光吸収層４０が観察
され、黒色の外観が得られる。ホメオトロピック配向
は、螺旋構造がほどけて液晶分子が基板面に垂直に配向
した状態であり、やはり、それ自体は無色であるため、
光吸収層４０が観察され、黒色の外観が得られる。

【０００８】上記の配向状態間の切り換えは、電気的に
行うことができる。すなわち、プレーナ配向の状態で、
電極２１，２２間に電圧を印加すると、まず、フォーカ
ルコニック配向に変化し、さらに電圧を上げると、ホメ
オトロピック配向に変化する。逆に、ホメオトロピック
配向の状態から、電圧をゆっくり低下させると、フォー
カルコニック配向となるが、電圧をゼロにしても、プレ
ーナ配向にはならない。ホメオトロピック配向の状態か
ら、急激に電圧を低下させると、フォーカルコニック配
向にならずにプレーナ配向となる。

【０００９】したがって、プレーナ配向とフォーカルコ
ニック配向、またはプレーナ配向とホメオトロピック配
向とを、電気的に切り換えることによって、表示素子と
して用いることができる。また、コレステリック液晶は
電圧無印加時にはフォーカルコニック配向とプレーナ配
向の２つの配向状態が安定に存在するため、その性質を
利用したメモリ性の表示が可能となる。

【００１０】また、配向状態は熱的に切り換えることも
可能である。例えば、コレステリック液晶を一旦、等方
相温度まで加熱し、液晶相になるまで冷却すると、フォ
ーカルコニック配向が得られる。この現象を利用して、
熱と電気を併用してフォーカルコニック配向とプレーナ
配向とを切り換えることもできる。電気と熱だけに限ら
ず、磁気、光、応力などの外部刺激に応じて配向状態を
切り換えることができることが知られている。

【００１１】コレステリック液晶の配向状態は、コレス
テリック液晶に接する界面の影響を強く受ける。そのた
め、コレステリック液晶層と電極との間に配向膜を形成
し、またはコレステリック液晶中に高分子材料を分散さ
せるなどによって、各配向状態の光学特性、電気特性、
安定性などを改善する方法が知られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】コレステリック液晶表
示素子でフィルム基板を用い、素子を単純マトリクス駆
動することが考えられている。これによれば、コレステ
リック液晶の電界応答とメモリ性を利用して、画像を電
気的に書き換えながら使用する用途と、無電源で表示状
態を保存したまま表示素子を保管しまたは持ち運ぶ用途
の、２種類の用途が可能になる。これによって、一般の
ディスプレイとしての機能と紙と同様のドキュメントと
しての機能とを併せ持つメディアを実現することができ
る。画像を電気的に書き換えながら使用する場合には、
ＣＲＴディスプレイなどと同様にビデオ信号などを高速
で表示できるようにすることも、検討されている。

【００１３】コレステリック液晶によって高速駆動およ
び中間調表示を実現する方法としては、『ＳＩＤ ９７
Ｄｉｇｅｓｔ ｐ９７』に示されているダイナミック
ドライブ方式が最も有力である。しかし、『ＳＩＤ ９
７ Ｄｉｇｅｓｔ ｐ５１』でも指摘されているよう
に、このダイナミックドライブ方式によると、高速駆動
によって反射率やコントラストが大幅に低下する。その
主たる原因は、コレステリック液晶がホメオトロピック
配向からプレーナ配向に遷移するのに要する時間、いわ
ゆるリラクゼーションタイムが、２００ｍ秒程度と長い
ことである。例えば、フレーム周波数１０Ｈｚで駆動す
る場合、各画素は１００ｍ秒ごとにホメオトロピック配
向にリセットされるので、リラクゼーションタイムが２
００ｍ秒もあると、完全なプレーナ配向に遷移すること
ができないことになる。そのため、反射率やコントラス
トが大幅に低下する。

【００１４】この問題に対して、例えば『ＳＩＤ ９７
Ｄｉｇｅｓｔ ｐ７９８』に記載されているように、
ＳＴＮ液晶ディスプレイに用いられているような蓄積駆
勲方式が提案されている。この方式は、ダイナミックド
ライブ方式のようにフレームごとにホメオトロピック配
向にリセットしないで、短い周期で同じ信号を何度も印
加することによって、コレステリック液晶の配向状態を
徐々に所望の状態に遷移させていく方式である。

【００１５】しかしながら、この方式では、ダイナミッ
クドライブ方式で生じる反射率やコントラストの低下は
生じないものの、ホメオトロピック配向からプレーナ配
向への遷移に５００ｍ秒程度の時間を要することになっ
て、残像が顕著となり、動画の表示には適さないという
問題がある。

【００１６】このように、従来の駆動方法ないし表示装
置では、コレステリック液晶表示素子で、表示画像を無
電源で保存することと、動画表示も可能なように画像を
高速で書き換えることとを、両立させることは困難であ
る。

【００１７】そこで、この発明は、コレステリック液晶
がホメオトロピック配向からプレーナ配向に遷移するの
に要する時間を大幅に短縮することができ、表示画像の
保存と両立させて画像を高速で書き換えることができる
ようにしたものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の駆動方法で
は、コレステリック液晶表示素子のコレステリック液晶
を、室温より高く、アイソ化温度より低い温度に加熱し
た状態で、コレステリック液晶表示素子を電気的に駆動
する。

【００１９】この発明のコレステリック液晶表示装置
は、コレステリック液晶表示素子と、これを駆動する駆
動装置部とを備え、前記駆動装置部は、駆動回路部およ
び加熱手段を有し、その加熱手段によって前記コレステ
リック液晶表示素子のコレステリック液晶を、室温より
高く、アイソ化温度より低い温度に加熱した状態で、前
記駆動回路部によって前記コレステリック液晶表示素子
を電気的に駆動するものとする。

【００２０】

【作用】コレステリック液晶のホメオトロピック配向か
らプレーナ配向への遷移は、液晶分子の弾性による拡散
反応によって行われる。したがって、その速度は主とし
てコレステリック液晶の弾性定数と粘度によって決定さ
れる。弾性定数はコレステリック液晶の材料によって決
まり、種々の値の液晶が市販されているが、それらのな
かでは、高速の書き換え表示を実現できるようなものは
見当たらない。粘度も材料によって種々選択できるが、
粘度は温度によって大きく影響を受け、温度が高いほど
粘度が低下し、拡散反応が高速化する。すなわち、コレ
ステリック液晶を室温より高い温度に加熱すると、室温
時と比べて拡散反応が高速になり、高速駆動が可能とな
る。ただし、コレステリック液晶をアイソ化温度以上の
温度に加熱すると、コレステリック液晶は液晶相を示さ
ず、表示素子として使用できなくなる。

【００２１】したがって、画像を高速で書き換えようと
する場合に、この発明の駆動方法により、コレステリッ
ク液晶表示素子のコレステリック液晶を、室温より高
く、アイソ化温度より低い温度に加熱した状態で、コレ
ステリック液晶表示素子を電気的に駆動することによっ
て、コレステリック液晶の粘度が低下し、拡散反応が高
速になって、ホメオトロピック配向からプレーナ配向に
遷移するのに要する時間が短縮される状態で、コレステ
リック液晶表示素子が電気的に駆動されることになり、
画像を高速で書き換えることができるようになる。した
がって、この発明によれば、表示画像の保存と両立させ
て、画像を高速で書き換えることができる。

【００２２】コレステリック液晶表示素子を駆動する駆
動装置部を含めた表示装置としては、駆動装置部に駆動
回路部とコレステリック液晶を加熱するホットプレート
などの加熱手段とを必要とするが、コレステリック液晶
表示素子と駆動装置部を別体に構成して、高速書き換え
時を含む画像書き込み時にのみ、コレステリック液晶表
示素子を駆動装置部に装着するように構成すれば、画像
が書き込まれ、無電源で保存されたコレステリック液晶
表示素子のみを、駆動装置部から取り外して、簡便に保
管し、または持ち運ぶことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】〔実施例１〕図１は、この発明の
コレステリック液晶表示装置の第１の例を示す。以下、
コレステリック液晶表示装置を表示装置と略称する。表
示装置は、全体としてコレステリック液晶表示素子１お
よび駆動装置部２によって構成し、かつコレステリック
液晶表示素子１と駆動装置部２を別体に構成する。以
下、コレステリック液晶表示素子を表示素子と略称す
る。

【００２４】表示素子１は、基板１１，１２の一面に電
極２１，２２を形成して、基板１１，１２を電極２１，
２２側を内側にして対向させ、基板１１，１２間にコレ
ステリック液晶３０を注入し、観察側（外光入射側）と
反対側の基板１２の裏面に黒色の光吸収層４０を形成し
て、構成する。

【００２５】コレステリック液晶３０は、赤色、緑色ま
たは青色など、可視光領域中の特定波長域の色光を選択
反射するものとする。観察側の基板１１および電極２１
は、透光性を有するものとする。反対側の基板１２また
は電極２２は、これに光吸収層４０を兼ねさせることが
できる。必要に応じて、電極２１，２２上には配向膜を
形成する。

【００２６】駆動装置部２は、この例では、駆動回路部
５０とホットプレート７０を備えるものとする。

【００２７】動画表示時などの高速書き換え時には、コ
ネクタや接触子などの接続手段６０によって表示素子１
の電極２１，２２を駆動回路部５０に接続するととも
に、図では省略した真空チャックによって表示素子１の
光吸収層４０側をホットプレート７０上に全面に渡って
密着させ、ホットプレート７０によってコレステリック
液晶３０を加熱した状態で、駆動回路部５０によって電
極２１，２２間に駆動電圧を印加する。

【００２８】コレステリック液晶３０の加熱温度は、室
温より高く、アイソ化温度より低い温度とするが、アイ
ソ化温度より幾分低い温度が好適である。

【００２９】表示素子１に静止画を書き込み、表示する
場合にも、同様に、コレステリック液晶３０を加熱した
状態で表示素子１を電気的に駆動することができるが、
この場合には、コレステリック液晶３０を加熱しないで
表示素子１を電気的に駆動してもよい。いずれの場合で
も、表示素子１に画像を書き込んだ後は、表示素子１を
駆動装置部２から取り外すことができ、コレステリック
液晶３０のメモリ性によって無電源で、外光の反射によ
って画像を表示し続けることができる。

【００３０】＜実験例１＞実際に表示素子１を作製し、
上記の方法で駆動した。

【００３１】メルク社製カイラル剤のＲ−８１１とＲ−
１０１１を４：１の重量比で混合した混合カイラル剤
を、メルク社製ネマチック液晶Ｅ４４に１９．４ｗｔ％
添加して、緑色の右捩じれのコレステリック液晶を調製
した。

【００３２】ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）電極を形成した厚さ１００μｍの２枚のフィルム基
板を５μｍの間隔を保って貼り合せてセルを作製し、こ
れに上記のコレステリック液晶を注入して注入口を封止
し、セル下面に黒色塗料を塗布して光吸収層を形成し
て、緑色の右捩じれのコレステリック液晶表示素子を作
製した。

【００３３】このコレステリック液晶表示素子のＩＴＯ
電極間に１００Ｈｚ，５０Ｖの矩形波電圧を２００ｍ秒
間印加したところ、コレステリック液晶はプレーナ配向
による反射状態となった。この状態から１００Ｈｚ，２
５Ｖの矩形波電圧を２００ｍ秒間印加したところ、コレ
ステリック液晶は無色状態となって光吸収層の黒色が観
察された。

【００３４】次に、図１に示したように表示素子１をホ
ットプレート７０上に密着させ、ホットプレート７０に
よってコレステリック液晶３０を、それぞれ２５℃，４
０℃，５０℃，６０℃，７０℃の温度に加熱しながら、
電極２１，２２間に矩形波電圧を印加して、コレステリ
ック液晶３０のホメオトロピック配向からプレーナ配向
への反応特性を測定した。

【００３５】図２に、その結果を示す。これは、１００
Ｈｚ，５０Ｖの矩形波電圧を２００ｍ秒間印加し、印加
開始時点から２００ｍ秒後に電圧を切ったときの、時間
の経過に対する選択反射率の変化を示したものである。
コレステリック液晶３０の加熱温度を室温（２５℃）よ
り高くするほど、コレステリック液晶３０の反応が速く
なり、電圧を切った時点以後、選択反射率が大きく上昇
することがわかる。ただし、７０℃では時間の経過とと
もに反射率が低下しているが、これは加熱温度がアイソ
化温度に接近しているためであり、実際に加熱温度を７
０℃より高くすると、コレステリック液晶３０はアイソ
化して透明状態となった。したがって、この例では、コ
レステリック液晶３０の加熱温度は５０〜６０℃程度が
好適である。

【００３６】さらに、それぞれの加熱温度ごとに選択反
射率が最大反射率の９０％に到達する時間を測定した結
果を図３に示す。加熱温度を高くするほど、反応が急激
に速くなり、室温付近では１５０〜２００ｍ秒であるの
に対して、６０℃では２５ｍ秒程度まで時間が短縮され
ることがわかる。

【００３７】〔実施例２〕図４は、この発明の表示装置
の第２の例を示す。

【００３８】この例では、表示素子１は、図１の例と同
じであるが、駆動装置部２は、駆動回路部５０とレーザ
ー加熱装置部８０を備えるものとし、そのレーザー加熱
装置部８０は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー８１と、これからの
レーザー光を表示素子１上に全面に渡って走査させるス
キャン機構部８２とからなるものとする。Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザー８１は、市販のものでもよいが、小型のものが望
ましい。

【００３９】動画表示時などの高速書き換え時には、接
続手段６０によって表示素子１の電極２１，２２を駆動
回路部５０に接続するとともに、表示素子１の光吸収層
４０側をレーザー加熱装置部８０に接触させ、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザー８１からのレーザー光を表示素子１上に全面
に渡って連続的に走査させてコレステリック液晶３０を
加熱した状態で、駆動回路部５０によって電極２１，２
２間に駆動電圧を印加する。

【００４０】コレステリック液晶３０の加熱温度は、図
１の例と同じである。表示素子１に静止画を書き込み、
表示する場合についても、図１の例と同じである。

【００４１】＜実験例２＞実際に表示素子１を作製し、
上記の方法で駆動した。作製した表示素子は、実験例１
と同じものである。

【００４２】図４に示したように表示素子１をレーザー
加熱装置部８０に接触させ、Ｈｅ−Ｎｅレーザー８１か
らのレーザー光によってコレステリック液晶３０を加熱
しながら、電極２１，２２間に矩形波電圧を印加して、
コレステリック液晶３０のホメオトロピック配向からプ
レーナ配向への反応特性を測定した。コレステリック液
晶３０の加熱温度は、主としてレーザー強度によって決
まるが、５０℃とした。その結果、反応特性は、実験例
１でコレステリック液晶３０の加熱温度を５０℃にした
場合と同様になった。

【００４３】〔実施例３〕図５は、この発明の表示装置
の第３の例を示す。

【００４４】この例では、表示素子１は、光吸収層４０
の裏面に赤外線吸収フィルム４５を貼り付け、駆動装置
部２は、駆動回路部５０と赤外線ヒーター９０を備える
ものとし、その赤外線ヒーター９０は、光源としてタン
グステンランプ９１を用いる。

【００４５】動画表示時などの高速書き換え時には、接
続手段６０によって表示素子１の電極２１，２２を駆動
回路部５０に接続するとともに、表示素子１の赤外線吸
収フィルム４５側を赤外線ヒーター９０に接触させ、タ
ングステンランプ９１からの赤外線を表示素子１上に全
面に渡って連続的に照射してコレステリック液晶３０を
加熱した状態で、駆動回路部５０によって電極２１，２
２間に駆動電圧を印加する。

【００４６】この場合、表示素子１に赤外線吸収フィル
ム４５が貼付されていることによって、赤外線の利用効
率が向上するとともに、観察者に赤外線が照射されるこ
とが防止される。赤外線吸収フィルム４５以外の赤外線
吸収層を形成または貼付してもよい。

【００４７】コレステリック液晶３０の加熱温度は、図
１の例と同じである。表示素子１に静止画を書き込み、
表示する場合についても、図１の例と同じである。

【００４８】＜実験例３＞実際に表示素子１を作製し、
上記の方法で駆動した。作製した表示素子は、実験例
１，２と同じものである。

【００４９】図５に示したように表示素子１を赤外線ヒ
ーター９０に接触させ、タングステンランプ９１からの
赤外線によってコレステリック液晶３０を加熱しなが
ら、電極２１，２２間に矩形波電圧を印加して、コレス
テリック液晶３０のホメオトロピック配向からプレーナ
配向への反応特性を測定した。コレステリック液晶３０
の加熱温度は、６０℃とした。その結果、反応特性は、
実験例１でコレステリック液晶３０の加熱温度を６０℃
にした場合と同様になった。

【００５０】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、コ
レステリック液晶がホメオトロピック配向からプレーナ
配向に遷移するのに要する時間を大幅に短縮することが
でき、表示画像の保存と両立させて画像を高速で書き換
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のコレステリック液晶表示装置の第１
の例を示す図である。

【図２】第１の例の実験結果を示す図である。

【図３】第１の例の実験結果を示す図である。

【図４】この発明のコレステリック液晶表示装置の第２
の例を示す図である。

【図５】この発明のコレステリック液晶表示装置の第３
の例を示す図である。

【図６】コレステリック液晶表示素子の一例を示す図で
ある。

【図７】コレステリック液晶の配向状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…コレステリック液晶表示素子 １１，１２…基板 ２１，２２…電極 ３０…コレステリック液晶 ４０…光吸収層 ４５…赤外線吸収フィルム ２…駆動装置部 ５０…駆動回路部 ６０…接続手段 ７０…ホットプレート ８０…レーザー加熱装置部 ９０…赤外線ヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 氷治 直樹 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 鈴木 貞一 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H093 NA75 NC76 ND32 NF21 5C094 AA13 BA12 BA43 CA24 EB02 ED20 GA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コレステリック液晶表示素子のコレステリ
   ック液晶を、室温より高く、アイソ化温度より低い温度
   に加熱した状態で、コレステリック液晶表示素子を電気
   的に駆動する、コレステリック液晶表示素子の駆動方
   法。
2. 【請求項２】コレステリック液晶表示素子と、これを駆
   動する駆動装置部とを備え、 前記駆動装置部は、駆動回路部および加熱手段を有し、
   その加熱手段によって前記コレステリック液晶表示素子
   のコレステリック液晶を、室温より高く、アイソ化温度
   より低い温度に加熱した状態で、前記駆動回路部によっ
   て前記コレステリック液晶表示素子を電気的に駆動する
   コレステリック液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項２のコレステリック液晶表示装置に
   おいて、 前記コレステリック液晶表示素子と前記駆動装置部が別
   体に構成され、画像書き込み時、前記コレステリック液
   晶表示素子が前記駆動装置部に装着されるコレステリッ
   ク液晶表示装置。