JP2001083551A - コレステリック液晶表示装置 - Google Patents

コレステリック液晶表示装置

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JP2001083551A
JP2001083551A JP25719099A JP25719099A JP2001083551A JP 2001083551 A JP2001083551 A JP 2001083551A JP 25719099 A JP25719099 A JP 25719099A JP 25719099 A JP25719099 A JP 25719099A JP 2001083551 A JP2001083551 A JP 2001083551A
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JP
Japan
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liquid crystal
cholesteric liquid
crystal layer
display device
selective reflection
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JP25719099A
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English (en)
Inventor
Naoki Hiji
直樹 氷治
Shigeru Yamamoto
滋 山本
Taketo Hikiji
丈人 曳地
Sadaichi Suzuki
貞一 鈴木
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 黒色表示時などの光吸収層の色の観察時の反
射率が低くなり、選択反射時と光吸収層の色の観察時と
の間で高いコントラストが得られる液晶セルを提供す
る。 【解決手段】 液晶セル50Bでは、電極21,22が
形成された基板11,12間に、青色の波長域を選択反
射波長域とするコレステリック液晶31Bに黄色の色素
32Yを添加したコレステリック液晶層30Bを形成、
液晶セル50Gでは、上記と同じ要領でコレステリック
液晶31Gにマゼンタの色素32Mを添加したコレステ
リック液晶層30Gを形成し、同様にしてシアンの色素
32Cを添加しコレステリック液晶層30Rを形成す
る。液晶セル50B,50G,50Rを、この順序で観
察側から順に積層し、観察側と反対側の液晶セル50R
の裏面に、黒色光吸収層41を形成する。

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、各種の電子機器
の表示パネルなどとして用いられる、コレステリック液
晶の選択反射を利用した表示装置に関する。
【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
射を利用する反射型表示装置であるので、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、光学波長
オーダーにすることができ、その場合には、コレステリ
ック液晶は可視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】このコレステリック液晶の選択反射を利用
したコレステリック液晶表示装置は、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31を挟持し、
観察側(外光入射側)と反対側の基板12の裏面に光吸
収層40を形成したものである。
【0007】電極21,22間に低電圧パルスを印加す
ると、コレステリック液晶31はフォーカルコニック配
向に変化する。フォーカルコニック配向は、図6(B)
に示すように、螺旋軸が基板面にほぼ平行に配向した状
態であり、若干の光散乱はあるものの、それ自体はほぼ
無色であるため、裏面の光吸収層40の色が観測され
る。ただし、螺旋軸が基板面に平行な度合いは一般に低
く、螺旋軸の方向がランダムに近い場合もある。
【0008】一方、電極21,22間に高電圧パルスを
印加すると、コレステリック液晶31はプレーナ配向に
変化する。プレーナ配向は、図6(A)に示すように、
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。
【0009】光吸収層40を黒色にすれば、プレーナ配
向では選択反射波長域の色光が観察され、フォーカルコ
ニック配向では黒色の外観となるので、特定の色と黒色
との表示を行うことができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
コレステリック液晶表示装置は、フォーカルコニック配
向では光が散乱するため、黒色表示時の反射率を十分に
低くすることができず、結果として高いコントラストを
得ることができないという問題がある。
【0011】この問題を解決する方法として、特開平1
0−90728号には、コレステリック液晶中にコレス
テリック液晶の選択反射波長域とは異なる波長域の光を
吸収する色素を添加することが示されている。
【0012】しかしながら、この特開平10−9072
8号の方法では、黒色表示時、コレステリック液晶の選
択反射波長域とは異なる波長域の反射率は低減できるも
のの、選択反射波長域の反射率は低減することができ
ず、依然として十分に高いコントラストを得ることがで
きないという問題がある。
【0013】そこで、この発明は、黒色表示時などの光
吸収層の色の観察時の反射率が十分に低くなり、選択反
射時と光吸収層の色の観察時との間で十分に高いコント
ラストが得られるようにしたものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明のコレステリッ
ク液晶表示装置は、一対の基板間または一枚の基板上
に、コレステリック液晶層として、可視域中の波長域を
選択反射波長域とするコレステリック液晶を含み、かつ
この選択反射波長域の光を吸収する特性を有する層を形
成し、このコレステリック液晶層の観察側と反対側に前
記選択反射波長域の光を吸収する光吸収層を形成する。
【0015】コレステリック液晶層を選択反射波長域の
光を吸収する特性を有するものとするには、コレステリ
ック液晶層に選択反射波長域の光を吸収する色素を含ま
せるか、またはコレステリック液晶自体として選択反射
波長域の光を吸収するものを用いる。
【0016】
【作用】コレステリック液晶に選択反射波長域の光を吸
収する色素を添加してコレステリック液晶層を形成した
場合には、そのような色素を添加しないでコレステリッ
ク液晶層を形成した場合に比べて、黒色表示時などの光
吸収層の色の観察時、選択反射波長域の反射率が低下す
る。この場合、選択反射の反射率、すなわち選択反射時
の選択反射波長域の反射率も若干低下するが、発明者の
実験研究の結果では、反射率の低下の度合いは、光吸収
層の色の観察時の方が選択反射時より大きく、結果とし
て選択反射時と光吸収層の色の観察時との間のコントラ
ストが高くなることが認められた。これは、コレステリ
ック液晶自体として選択反射波長域の光を吸収するもの
を用いる場合でも同じである。
【0017】
【発明の実施の形態】〔表示装置の第1の例…図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。
【0018】この例では、基板11,12の一面に、そ
れぞれ電極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11,1
2間に、コレステリック液晶31に色素32を添加した
コレステリック液晶層30を形成し、観察側と反対側の
基板12の裏面に、光吸収層40を形成する。
【0019】コレステリック液晶31は、赤色、緑色ま
たは青色など、可視域(400〜800nm)中の波長
域を選択反射波長域とするものとし、色素32および光
吸収層40は、それぞれ、少なくともコレステリック液
晶31の選択反射波長域の光を吸収するものとする。
【0020】観察側の基板11は、透光性を有する絶縁
性材料、例えば、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスなどのガ
ラスや、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテ
ルスルフォンなどの樹脂によって形成する。反対側の基
板12は、これに光吸収層40を兼ねさせることができ
る。
【0021】観察側の電極21は、透光性を有する導電
性材料、例えば、酸化インジウムすず、酸化すず、アル
ミニウム添加酸化亜鉛などによって形成する。反対側の
電極22は、これに光吸収層40を兼ねさせることがで
きる。電極21,22は、基板11,12上に電極材料
を、ゾル−ゲル法、蒸着法、スパッタリング法などによ
って薄膜状に成膜後、フォトエッチング法などによって
所望形状に加工して形成する。
【0022】コレステリック液晶層31としては、例え
ば、コレステリル・クロライドやコレステリル・ノナノ
エートなどのコレステロール誘導体などの液晶性不斉炭
素化合物や、ベンジリデンアニリン、アゾベンゼン、ア
ゾキシベンゼン、シアノビフェニル、シアノターフェニ
ル、フェニルシクロヘキサン、フェニルベンゾエート、
シクロヘキシルシクロヘキサン、シクロヘキシルカルボ
ン酸エステル、フェニルピリミジン、フェニルジオキサ
ン、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル、シクロヘ
キシルエタン、シクロヘキセン、トランなどの公知のネ
マチック液晶性化合物に、2−メチル−n−ブチルシア
ノビフェニルなどのカイラル剤と呼ばれる不斉炭素化合
物を添加した組成物を用いることができる。
【0023】色素32としては、ニロトソ染料、ニトロ
染料、アゾ染料、スチルベンアゾ染料、ジフェニルメタ
ン染料、トリフェニルメタン染料、キサンテン染料、ア
クリジン染料、キノリン染料、ポリメチン染料、チアゾ
ール染料、インドフェノール染料、アジン染料、オキサ
ジン染料、チアジン染料、アントラキノン染料、インジ
ゴイド染料、フタロシアニン染料などの公知の染料や、
無機顔料や有機顔料などの顔料を用いることができる。
【0024】ただし、色素32としては、(1)コレス
テリック液晶31中に液晶の配向を乱すことなく均一に
溶解または分散できること、(2)反射率やコントラス
トなどの光学性能や、電導度などの電気特性など、表示
に必要な他の特性を劣化させないものであること、が要
求される。これらの要求を満たす色素としては、アゾ
系、アントラキノン系、クマリン系などの液晶用2色性
色素が好適である。
【0025】色素32の濃度が高いほどコントラストは
向上するが、選択反射の反射率も低下するので、コント
ラストの要求程度に合わせて色素32の濃度を調整す
る。セルギャップやコレステリック液晶31の種類によ
っても異なるが、色素32として液晶用2色性色素を用
いた場合には、一般に0.1〜5wt%の範囲でコント
ラスト向上効果が得られる。
【0026】色素32の光吸収波長域は、コレステリッ
ク液晶31の選択反射波長域を含めば、それより広くて
もよい。
【0027】コレステリック液晶層30は、コレステリ
ック液晶および色素以外の成分を含んでもよい。例え
ば、コレステリック液晶層30を、コレステリック液晶
中に高分子や無機化合物をゲル状、マトリクス状、微粒
子状に分散させたものとし、または逆に高分子マトリク
ス中にコレステリック液晶を液滴状に分散させたものと
してもよい。
【0028】光吸収層40は、少なくともコレステリッ
ク液晶31の選択反射波長域の光を吸収するものであれ
ば、必ずしも黒色である必要はなく、例えば、コレステ
リック液晶31が緑色の波長域を選択反射波長域とする
場合、光吸収層40を赤色としてもよい。この場合に
は、コレステリック液晶31がプレーナ配向となるとき
には、緑色と赤色の加法混色である黄色が観察され、コ
レステリック液晶31がフォーカルコニック配向となる
ときには、赤色の外観となる。
【0029】なお、表示装置の光学特性や電気−光学特
性、あるいはこれらの均一性などを改善するために、電
極21,22とコレステリック液晶層30との界面に配
向膜を設けてもよい。配向膜としては、ポリイミドやポ
リビニルアルコールなどの樹脂、アルキルアンモニウム
化合物やアルキルシラン化合物などの低分子表面改質
剤、SiOなどの無機薄膜などを用いることができる。
配向膜は、特に垂直配向性のものが好ましい。
【0030】この例のコレステリック液晶表示装置は、
例えば、以下のようにして作製する。まず、電極21,
22が形成された基板11,12の端部に、液晶注入口
を残して接着剤を塗布し、スペーサを介して基板11,
12を一定間隔で接着して、空セルを作製する。次に、
その空セルに色素32を含むコレステリック液晶31を
注入し、注入口を封止する。コレステリック液晶層30
の厚みは、2〜20μm程度とする。最後に、基板12
の裏面に黒色樹脂を塗布して光吸収層40を形成する。
【0031】なお、表示装置の駆動方法としては、特に
限定されず、セグメント駆動、単純マトリクス駆動、ア
クティブマトリクス駆動など、公知の駆動方法を用いる
ことができる。
【0032】〔表示装置の第2の例…図2、図3〕図2
は、この発明のコレステリック液晶表示装置の第2の例
を示し、白色および黒色を含む多色を表示できるように
した場合である。
【0033】この例では、液晶セル50Bでは、電極2
1,22が形成された基板11,12間に、青色の波長
域を選択反射波長域とするコレステリック液晶31Bに
黄色の色素32Yを添加したコレステリック液晶層30
Bを形成し、液晶セル50Gでは、電極21,22が形
成された基板11,12間に、緑色の波長域を選択反射
波長域とするコレステリック液晶31Gにマゼンタの色
素32Mを添加したコレステリック液晶層30Gを形成
し、液晶セル50Rでは、電極21,22が形成された
基板11,12間に、赤色の波長域を選択反射波長域と
するコレステリック液晶31Rにシアンの色素32Cを
添加したコレステリック液晶層30Rを形成して、液晶
セル50B,50G,50Rを、この順序で観察側から
順に積層し、観察側と反対側の液晶セル50Rの裏面
に、黒色光吸収層41を形成する。
【0034】コレステリック液晶層30B,30G,3
0Rは、いずれも、コレステリック液晶の選択反射波長
域と色素の吸収波長域が等しく、選択反射の反射色と色
素の透過色が補色関係にある。
【0035】ここで、青色、緑色、赤色は、加法混色に
おける3原色を意味し、大きくは、それぞれ400〜5
00nm、500〜600nm、600〜700nmの
波長成分を有する色光を指す。黄色、マゼンタ、シアン
は、減法混色における3原色を意味し、それぞれ青色、
緑色、赤色の補色である。
【0036】なお、黒色光吸収層41は、液晶セル50
Rの観察側と反対側の基板12または電極22に兼ねさ
せることもできる。
【0037】一般にコレステリック液晶の反射スペクト
ルは、選択反射波長域の長波長側および短波長側に裾を
引き、これが彩度低下の一つの要因となっている。裾の
波長域の反射率を低くすることによって彩度を向上させ
ることができるが、その場合、選択反射波長域の長波長
側より短波長側の波長域の反射率を低くする方が、彩度
向上効果が高い。
【0038】このような理由から、図2の例のコレステ
リック液晶表示装置は、選択反射波長域が短波長のコレ
ステリック液晶層ほど観察側に配置したものである。す
なわち、この例のコレステリック液晶表示装置では、緑
色コレステリック液晶層30Gからの反射光中の、選択
反射波長域より短波長側の波長域の反射光は、これより
上層の青色コレステリック液晶層30Bに含まれる黄色
の色素32Yによって吸収され、赤色コレステリック液
晶層30Rからの反射光中の、選択反射波長域より短波
長側の波長域の反射光は、これより上層の緑色コレステ
リック液晶層30Gに含まれるマゼンタの色素32M、
および青色コレステリック液晶層30Bに含まれる黄色
の色素32Yによって吸収される。したがって、カラー
表示時の彩度が向上する。
【0039】また、この例のコレステリック液晶表示装
置では、あるコレステリック液晶層に含まれる色素は、
それより下層のコレステリック液晶層の選択反射波長域
より短波長側の波長域の光を吸収するので、特開平10
−31210号に示されているように、コレステリック
液晶層上に、その選択反射波長域より短波長側の波長域
の光を吸収するカラーフィルタを設ける場合と同様に、
視角に依存した色変化を抑制して視野角を拡大すること
もできる。
【0040】各コレステリック液晶31B,31G,3
1Rに添加する色素は、そのコレステリック液晶の選択
反射波長域の光を吸収し、それより下層のコレステリッ
ク液晶層からの選択反射光を吸収しなければ、必ずしも
選択反射の反射色と補色の関係になくてもよい。
【0041】例えば、図3に示すように、液晶セル50
Bの青色コレステリック液晶層30Bは、青色コレステ
リック液晶31Bに黄色の色素32Yを添加したものと
し、液晶セル50Gの緑色コレステリック液晶層30G
は、緑色コレステリック液晶31Gに赤色の色素32R
を添加したものとし、液晶セル50Rの赤色コレステリ
ック液晶層30Rは、赤色コレステリック液晶31Rに
黒色の色素32Kを添加したものとしてもよい。
【0042】この例では、緑色コレステリック液晶層3
0Gおよび赤色コレステリック液晶層30Rに含まれる
色素が吸収する波長域が図2の例のそれより広くなるた
め、図2の例より高コントラストで高彩度の表示が可能
となる。
【0043】〔他の例〕上述した例は、いずれもコレス
テリック液晶に色素を添加する場合であるが、色素を添
加する代わりに、コレステリック液晶自体として上述し
た波長域の光を吸収するものを用いてもよく、その場合
でも上述したコントラスト向上効果が得られる。
【0044】また、上述した例は、電極21,22を形
成して電気的に駆動する場合であるが、この発明は、磁
気、電磁波、熱、光、応力、静電気などの外部刺激によ
って駆動する場合にも適用することができる。
【0045】例えば、サーマルヘッドやレーザ走査によ
り熱パルスを加えた後、徐冷または急冷することによっ
て、コレステリック液晶層の反射率を変化させるように
してもよく、この場合、室温を超えるガラス転移温度を
有するコレステリック液晶を用いることによって、室温
で極めて安定なメモリ性を得ることができる。このよう
なコレステリック液晶としては、主鎖型または側鎖型の
コレステリック液晶性高分子、または水素結合性超分子
や液晶ゲルを用いることができる。これらの材料は室温
で固体であるので、必ずしもセルは必要なく、基板上に
塗布しただけのものでもよい。
【0046】〔実験による検証〕実際に、図1の例のコ
レステリック液晶表示装置を作製し、コントラストを測
定した。
【0047】液晶E44(メルク社製)/80.6wt
%、カイラル剤S811(メルク社製)/15.5wt
%、カイラル剤S1011(メルク社製)/3.9wt
%を混合して、反射スペクトルピーク波長が530nm
の緑色コレステリック液晶を調製した。これに、400
〜700nmの波長域の光をほぼ均等に吸収する黒色の
液晶用2色性色素S344(三井化学社製)を、それぞ
れ0.5wt%,1.0wt%,2.0wt%添加し
た。色素を添加しない緑色コレステリック液晶も用意し
た。
【0048】次に、ITO電極が形成されたガラス基板
上に、垂直配向ポリイミドSE7511L(日産化学社
製)からなる配向膜を形成し、セルギャップ10μmの
セルを作製した。これに、それぞれ2色性色素S344
を0.5wt%,1.0wt%,2.0wt%含む緑色
コレステリック液晶、および含まない緑色コレステリッ
ク液晶を注入し、注入口を封止した後、裏面に黒色樹脂
を塗布した。
【0049】このようにして作製した4つのコレステリ
ック液晶表示装置の電圧−反射率特性を測定した。それ
ぞれ、(1)1kHz、80V、100m秒の矩形波バ
ーストパルスを印加してプレーナ配向にする、(2)1
00m秒放置、(3)1kHz、電圧Vs、100m秒
の矩形波バーストパルスを印加、(4)3秒後に反射ス
ペクトルを測定、という手順を、電圧Vsを変えながら
繰り返し行った。反射スペクトルの測定には、CM20
02分光光度計(ミノルタ社製)を用いた。プレーナ配
向時の反射スペクトルのピーク波長における反射率を、
以下の反射率と定義する。
【0050】図4に、電圧Vs−反射率特性の色素濃度
依存性を示す。色素濃度が高くなるに従って、電圧−反
射率特性全体は低反射率側にシフトした。この電圧−反
射率特性から、最大反射率と最小反射率とを読み取っ
た。その比をコントラストと定義する。
【0051】図5に、色素濃度に対するコントラストの
変化を示す。色素濃度0.0wt%の(色素を添加しな
い)試料ではコントラストは約13であったが、色素濃
度を高くするに従ってコントラストも向上し、色素濃度
2.0wt%の試料ではコントラストが33で、著しい
コントラスト向上効果が認められた。
【0052】
【発明の効果】上述したように、この発明によれば、黒
色表示時などの光吸収層の色の観察時の反射率が十分に
低くなり、選択反射時と光吸収層の色の観察時との間で
十分に高いコントラストが得られる。また、積層型コレ
ステリック液晶表示装置の場合には、高彩度の表示が得
られる。
【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一例
を示す図である。
【図2】この発明のコレステリック液晶表示装置の他の
例を示す図である。
【図3】この発明のコレステリック液晶表示装置のさら
に他の例を示す図である。
【図4】試作例の色素濃度に対する電圧−反射率特性の
変化を示す図である。
【図5】試作例の色素濃度に対するコントラストの変化
を示す図である。
【図6】従来のコレステリック液晶表示装置を示す図で
ある。
【符号の説明】 11,12…基板 21,22…電極 30,30B,30G,30R…コレステリック液晶層 31,31B,31G,31R…コレステリック液晶 32,32Y,32M,32C,32R,32K…色素 40…光吸収層 41…黒色光吸収層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曳地 丈人 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) 2H088 GA03 GA13 HA01 HA02 HA03 JA06 MA02 2H089 HA23 QA16 TA01 TA02 5C094 AA06 BA49 CA24 DA13 ED20 FB20

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の基板間または一枚の基板上に、可視
    域中の波長域を選択反射波長域とするコレステリック液
    晶を含み、かつこの選択反射波長域の光を吸収する特性
    を有するコレステリック液晶層が形成され、このコレス
    テリック液晶層の観察側と反対側に前記選択反射波長域
    の光を吸収する光吸収層が形成されたコレステリック液
    晶表示装置。
  2. 【請求項2】請求項1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層が前記選択反射波長域の光を
    吸収する色素を含むことを特徴と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、 前記色素が前記選択反射波長域およびそれより短波長の
    光を吸収することを特徴とするコレステリック液晶表示
    装置。
  4. 【請求項4】黄色の色素を含む青色反射コレステリック
    液晶層、マゼンタの色素を含む緑色反射コレステリック
    液晶層、およびシアンの色素を含む赤色反射コレステリ
    ック液晶層が積層され、これら3層のコレステリック液
    晶層の観察側と反対側に黒色光吸収層が形成されたコレ
    ステリック液晶表示装置。
  5. 【請求項5】黄色の色素を含む青色反射コレステリック
    液晶層、赤色の色素を含む緑色反射コレステリック液晶
    層、および黒色の色素を含む赤色反射コレステリック液
    晶層が積層され、これら3層のコレステリック液晶層の
    観察側と反対側に黒色光吸収層が形成されたコレステリ
    ック液晶表示装置。
  6. 【請求項6】請求項4または5のコレステリック液晶表
    示装置において、 前記青色反射コレステリック液晶層、緑色反射コレステ
    リック液晶層および赤色反射コレステリック液晶層が、
    この順序で観察側から順に積層されたコレステリック液
    晶表示装置。
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