JP2002072252A - 反強誘電性液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表示品位が悪化することなく、反射型に構成さ
れた反強誘電性液晶ディスプレイを提供する。 【解決手段】外面側に偏光板４５が配置され、内面側に
配向膜６１が配置された透明板２１と、この透明板２１
の内面に対向する反射面７０との間に反強誘電性液晶を
充填した反強誘電性液晶ディスプレイにおいて、上記偏
光板４５の偏光軸は、上記配向膜６１，６２の配向方向
に対し、上記反強誘電性液晶の電圧印加状態でのチルト
方向と反対方向に傾斜させられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、反強誘電性液晶
ディスプレイに関し、とくに、このディスプレイを反射
型に構成したものに関する。

【０００２】

【発明の背景】ＳＴＮ液晶に比較して、反強誘電性液晶
は、応答時間が数10μsec と著しく速く動画表示に適し
ている、視野角が±60°と広くディスプレイの視認性が
良好である、光利用率が25％程度と比較的高く効率が良
い、等の特徴がある。また、透過型に構成する場合、20
〜30のコントラストが達成できる。

【０００３】次世代携帯電話やモバイルの分野では、伝
送可能データ量の飛躍的な増大が予定されていることか
ら、上記のように応答速度が著しく速い反強誘電性液晶
を用いたディスプレイは、このような次世代携帯電話や
モバイルのための、動画をも良好に表示しうるディスプ
レイとして期待できる。

【０００４】ところで、反強誘電性液晶ディスプレイ
は、透過型のものについて、その実用が端緒についたば
かりの段階であり、反射型に構成する場合の具体的な提
案は未だ存在しない。

【０００５】透過型の液晶ディスプレイは、ディスプレ
イパネルの背後から照明を行うバックライトを用いるこ
とを前提とするものであって、それ故に電力消費量が大
きく、携帯電話やモバイル用のディスプレイとしては、
本来的に不向きであるといえる。

【０００６】一方、反射型の液晶ディスプレイは、外部
光を光源として利用するものであるから、照明が本来的
に不要であり、バッテリ容量の限られた携帯電話やモバ
イルのための表示装置として適している。

【０００７】このようなことから、上記のような特徴を
もつ反強誘電性液晶ディスプレイを反射型として構成す
ることができれば、携帯電話やモバイルのための動画を
も表示しうるディスプレイとして、より最適なものとな
る。この場合、表示品位が悪化することのないようにす
ること、すなわち、一定以上のコントラストを達成でき
ることが、あわせて求められる。

【０００８】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであり、表示品位が悪化することなく、反
射型に構成された反強誘電性液晶ディスプレイを提供す
ることをその課題とする。

【０００９】

【発明の開示】本願発明は、反強誘電液晶ディスプレイ
を反射型に構成することを要点とするものであるが、そ
の構成および動作原理の理解を容易にするために、以下
に、透過型の反強誘電性液晶ディスプレイの構成および
動作原理を説明する。

【００１０】図５は、透過型に構成した反強誘電性液晶
ディスプレイ１０を液晶の配向方向に沿って示す模式的
断面図である。ガラス等でできた２枚の透明板２１，２
２で挟まれた格好で液晶セル３０が形成されている。各
透明板２１，２２の外面には、それぞれ偏光板４１，４
２が貼着されている。そして、各透明板２１，２２の内
面には、ＩＴＯなどでできた透明電極５１，５２が形成
されている。また、各透明電極５１，５２を覆うように
して、配向膜６１，６２が配置されている。単純マトリ
ックス駆動をする場合、いずれか一方の透明電極がコモ
ン電極となり、いずれか他方の透明電極がセグメント電
極となる。各配向膜６１，６２の配向方向は、互いに一
致させられた、平行配向である。偏光板４１，４２のう
ち、入射側に配置された第１の偏光板４１の偏光軸は、
それが貼着された透明板２１の内面の配向膜６１の配向
方向と一致させられており、出射側に配置された第２の
偏光板４２の偏向軸は、第１の偏光板４１の偏光軸と直
交させられている。なお、カラーディスプレイとして構
成する場合、セグメント電極を覆うようにして、ＲＧＢ
のフィルタが配置される。

【００１１】液晶層セル３０内には、反強誘電性の液晶
が充填されている。反強誘電性を発現する液晶相はスメ
クチック相と呼ばれ、図５に示すように、また、図６に
模式的に示すように、分子配列が層構造をなす。液晶分
子は、長軸方向と直交する方向に双極子をもつととも
に、長軸方向と短軸方向につき、屈折率異方性をもつ。
この反強誘電性液晶は、平行配向をした所定厚みの液晶
セル３０内に充填された無電界状態では、図６(I) に示
すように、隣合う層の自発分極の向きが層法線に対して
互いに逆向きになるように配向する。このとき、全体と
しては、自発分極は互いに打ち消しあって発生しない。
また、層ごとに液晶分子は逆方向にチルトするが、全体
としての光学軸は、配向膜６１，６２による配向方向と
一致し、みかけ上のチルト角は発生しない。この状態
は、後述する強誘電状態が解消された状態であるので、
反強誘電状態という。

【００１２】一方、閾値を越える電圧を印加すると、図
６(II)に示すように、その極性にしたがって自発分極の
向きが電界方向に揃い、液晶分子は、配向膜６１，６２
による配向方向に対して所定角度チルトして、強誘電状
態となる。印加する電圧の極性を反転させると、図６(I
II) に示すように、自発分極の向きが反転した電界方向
に揃い、液晶分子は、配向方向に対して図６(II)の場合
と逆方向に所定角度チルトして、強誘電状態となる。こ
のように、反強誘電性液晶は、印加する電圧により、反
強誘電状態（図６(I))と、強誘電状態（図６(II)(III))
を選択することができる。

【００１３】前述したように、入射側の偏光板４１の偏
光方向（偏光軸）を配向方向と一致させ、出射側の偏光
板４２の偏光方向（検光軸）を上記入射側の偏光板の偏
光方向と直交させた場合、無電界時、すなわち、反強誘
電状態では、液晶分子のみかけ上のチルト角は０°であ
るから、光はこのディスプレイを透過しない。一方、閾
値を超える電圧印加時、すなわち強誘電状態では、液晶
分子の光学軸が配向方向に対してチルトするから、液晶
ディスプレイを光が所定の透過率をもって透過する。

【００１４】このような透過型の反強誘電性液晶ディス
プレイにおける印加電圧と光透過率との関係を図７に示
す。同図に示されるように、印加電圧が閾値を超えるま
では、光透過率が０の反強誘電状態が維持され、印加電
圧が閾値を超えると飽和して光透過率が一定の強誘電状
態となる。ただし、この特性は、図７に表れているよう
にヒステリシス性を有しており、印加電圧を所定値まで
下げるまで、強誘電状態が維持される。反強誘電性液晶
ディスプレイにおいては、上記したように、無電界時の
反強誘電状態と、印加電圧の極性を反転させることによ
る２つの強誘電状態との３つの状態を選択することがで
きることから、強誘電性液晶ディスプレイにみられるよ
うな焼きつきを防止することができる利点があるとされ
る。

【００１５】ところで、一般に、この種の反強誘電性液
晶のように、屈折率異方性をもった、すなわち、一軸性
の液晶で構成した透過型のディスプレイにおいて、入射
側と出射側の偏光板４１，４２の偏光軸を直交させた場
合の光透過率Ｉは、次の式Ａで表すことができる。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここで、Ψは電圧印加時での液晶分子の配
向膜方向に対するチルト角、Δｎは液晶分子の屈折率異
方性、ｄはセルギャップ、λは光の波長である。同式か
ら判るように、光透過率を高めるためには、ｓｉｎ² ２
Ψの項が１となるように、また、ｓｉｎ² （πΔｎｄ／
λ）の項も１となるように、各変数を選べば良いことが
判る。ｓｉｎ² （πΔｎｄ／λ）の項についていえば、
Δｎ＝０．１４５、λ＝５２０ｎｍとすると、セルギャ
ップｄは、最も好ましくは、１．８μｍが選ばれる。

【００１８】ｓｉｎ² ２Ψの項についていえば、Ψ＝４
５°を選べば、この項の値は１となり、最大となる。し
かしながら、現時点で発見、ないし合成されている反強
誘電性液晶の最大チルト角Ψは、３１．２°であり、こ
れを超えるチルト角を選ぶことはできない。したがっ
て、上式において、ｓｉｎ² ２Ψの項は、最大でも、
０．７８５にとどまる。

【００１９】次に、反強誘電性液晶ディスプレイを反射
型に構成する場合を考える。反射型に構成する場合の反
強誘電性液晶ディスプレイ１５の構造を図１に示す。

【００２０】液晶セル３０は、透明板２１と反射基板２
３との間に挟まれる格好で形成される。透明板２１の外
面には、偏光板４５が貼着され、内面には、透明電極５
１およびこれを覆うようにして配向膜６１が形成され
る。反射基板２３の内面には、たとえばアルミニウム等
でできた反射電極５３が形成され、この反射電極５３を
覆うようにして配向膜６２が形成される。両配向膜６
１，６２は、平行配向とされる。

【００２１】そして、偏光板４５の偏光軸を、配向膜６
１，６２の配向方向と一致させると、この反射型ディス
プレイの動作は、次のようになる。なお、セルギャップ
は適切に選ばれているものとする。

【００２２】偏光板４５は、１枚使用されているだけで
あり、偏光板４５を通過した入射光は反射電極５３で反
射して再び同じ偏光板４５を通過しようとする。すなわ
ち、この場合、平行配置の偏光板を使用したのと等価と
なり、図４(a) に示すように、無電界状態、すなわち、
反強誘電状態では、光透過率は最大となり、電圧印加状
態、すなわち、強誘電状態では、光透過率は最小とな
る。ただし、この光透過率は０とはならない。なぜな
ら、液晶分子のチルト角が３１．２°であり、上記式Ａ
のｓｉｎ² ２Ψの項に照らせば、このときの光透過率
は、最大透過率に対して７８．５％減少するに止まるか
らである。換言すれば、強誘電状態において、反強誘電
状態の透過率に対して２１．５％の光がなお透過する。
このことは、表示品位がコントラスト５以下の低品位の
ものとなることを意味する。

【００２３】そこで、本願発明は、上記の課題を達成す
るため、次の技術的手段を採用した。

【００２４】すなわち、本願発明によって提供される反
強誘電性液晶ディスプレイは、外面側に偏光板が配置さ
れ、内面側に配向膜が配置された透明板と、この透明板
の内面に対向する反射面との間に反強誘電性液晶を充填
した反強誘電性液晶ディスプレイにおいて、上記偏光板
の偏光軸は、上記配向膜の配向方向に対し、上記反強誘
電性液晶の電圧印加時のチルト方向と反対方向に傾斜さ
せられていることを特徴とする。

【００２５】好ましい実施の形態においては、上記偏光
板の偏光軸の傾斜角度は、上記反強誘電性液晶のチルト
角との和が４５°となるように選択されている。

【００２６】好ましい実施の形態においてはまた、上記
反強誘電性液晶のチルト角が３１．２°であり、上記偏
光板の偏光軸の傾斜角度は１３．８°である。

【００２７】このように構成する場合、電圧印加時の反
強誘電性液晶のみかけ上のチルト角を４５°とすること
ができ、したがって、強誘電状態での光透過率を０また
はそれに近い値とすることができ、高コントラストを達
成することができる。

【００２８】好ましい実施の形態においてはまた、上記
反射面は、基板の内面に形成された反射電極によって形
成されている。この反射電極は、たとえばアルミニウム
層によって形成することができる。

【００２９】本願発明のその他の特徴、動作および利点
は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明
らかとなろう。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【００３１】図１に、本願発明に係る反射型の反強誘電
性液晶ディスプレイ１５の構造例を配向方向に沿った断
面で模式的に示し、図２に、このディスプレイの動作原
理を示し、図３にこのディスプレイの主要構成要素を分
解した状態で斜視的に示す。なお、これらの図におい
て、図５に示される部材または部分と同等の部材または
部分には、同一の符号を付してある。

【００３２】透明板２１の外面側には、偏光板４５が配
置されている。この透明板２１の内面側には、透明電極
５１が形成され、かつこの透明電極５１を覆うようにし
て、配向膜６１が配置されている。この透明板２１の内
面側に所定のギャップを介して対向するようにして反射
面７０が形成されている。この実施形態では、この反射
面７０は、基板２３の内面にアルミニウムをパターン形
成するなどして電極２３を形成し、この電極２３自体が
光反射機能を達成できるようにしている。この反射電極
２３を覆うようにして、配向膜６２が形成されている。
なお、両配向膜６１，６２は、平行配置とする。単純マ
トリックス駆動をする場合、上記透明電極５１と反射電
極５３のいずれか一方がコモン電極となり、他方がセグ
メント電極となる。カラーディスプレイを構成する場合
には、透明電極５１の厚み方向に隣接するようにして、
ＲＧＢのフィルタが配置される。

【００３３】上記透明板２１の内面と上記反射面７０と
の間の空間が液晶セル３０を形成し、この液晶セルに
は、反強誘電性液晶が充填される。

【００３４】この液晶セルのギャップＤは、次のように
して決定することができる。すなわち、上記式Ａに照ら
すと、ｓｉｎ² （πΔｎｄ／λ）の項中、ｄは、ディス
プレイを透過型に構成する場合のセルギャップを示す。
本願発明は、反射型であるので、光路長はセルギャップ
Ｄの２倍であり、したがって、本願発明におけるセルギ
ャップＤは、上記の項が最大値すなわち１となるように
して計算されたｄの値の１／２とすることが適当であ
る。たとえば、Δｎ＝０．１４５、λ＝５２０ｎｍとす
ると、上記ｄの値は、１．８μｍとなるので、上記セル
ギャップＤは、最も好ましくは上記ｄの値の半分の０．
９μｍとするのが適当である。

【００３５】上記のように適正にギャップが設定された
液晶セル３０内には、反強誘電性液晶が充填される。こ
の反強誘電性液晶は、図１に表れているように、また、
図２に模式的に示すように、分子配列が層構造をなす。
この反強誘電性液晶は、平行配向をした所定厚みの液晶
セル内に充填された無電界状態、すなわち、反強誘電状
態では、図２(I) に示すように、隣合う層の自発分極の
向きが層法線に対して互いに逆向きになるように配向す
る。このとき、全体としては、自発分極は互いに打ち消
しあって発生しない。また、層ごとに液晶分子は逆方向
にチルトするが、全体としての光学軸は、配向方向と一
致し、みかけ上のチルト角は発生しない。

【００３６】一方、閾値を越える電圧を印加すると、図
２(II)に示すように、自発分極の向きが電界方向に揃
い、液晶分子は、配向方向に対して所定角度チルトし
て、強誘電状態となる。

【００３７】ところで、本願発明においては、図１およ
び図３に示すように、透明板２１の外面側に配置される
偏光板４５の偏光軸を、配向膜６１，６２の配向方向に
対し、電圧印加状態での反強誘電性液晶のチルト方向と
反対方向に所定角度傾斜させている。最も好ましくは、
この偏光板４５の偏光軸の傾斜角度は、電圧印加状態で
の反強誘電性液晶のチルト角との和が４５°となるよう
に設定される。前述したように、現在発見され、または
合成されている反強誘電性液晶の電圧印加状態での最大
チルト角は、３１．２°であるから、この場合、偏光板
４５の傾斜角度は、最も好ましくは、１３．８°とな
る。

【００３８】このようにした場合、図２(II)に示すよう
に、偏光板４５に対する電圧印加状態での反強誘電性液
晶のみかけのチルト角は、４５°となる。そうすると、
上記式Ａにおけるｓｉｎ² ２Ψの項が最大値１をとるこ
と、反射型に構成した場合、偏光板は平行配置と等価で
あることを考慮すると、図４(b) に示すように、強誘電
状態での光透過率を０または、それに近い値とすること
ができる。このことは、偏光板４５の偏光軸を配向膜の
方向と一致させた場合 (図４(a))に比較し、コントラス
トを著しく高めることができることを意味する。

【００３９】本願発明においては、上述したように、最
も好ましくは、電圧印加状態での反強誘電状態での反強
誘電性液晶のみかけのチルト角が４５°となるように、
偏光板４５の傾斜角度が選ばれる。反強誘電液晶の最大
チルト角が３１．２°の場合、偏光板の傾斜角は、最も
好ましくは１３．８°である。しかしながら、偏光板４
５の傾斜角は、配向膜の配向方向に対して反強誘電性液
晶の電圧印加時のチルト方向と反対側に傾斜しておれ
ば、その傾斜角度を１３．８°までの範囲で選ぶことに
より、反強誘電状態での表示の明るさ、および、コント
ラストを所望のように設定することができる。

【００４０】表１に、偏光板４５の傾きを０°から１
３．８°まで変化させた場合における反強誘電状態およ
び強誘電状態の各光透過率とコントラストとの関係を示
す。

【００４１】

【表１】

【００４２】偏光板の傾斜角が０°の場合は、図４(a)
に相当する。偏光板の傾斜角が１３．８°の場合は、図
４(b) に相当する。偏光板の傾斜角が０°の場合は、反
強誘電状態で最大の明るさを達成できるが、コントラス
トが５以下である。一方、偏光板の傾斜角が１３．８°
の場合は、コントラストは理論上無限大となるが、反強
誘電状態での明るさが若干犠牲になる。

【００４３】そこで、達成するべきコントラストをたと
えば２０〜３０程度に選ぶのであれば、偏光板の傾斜角
を８〜９°に選べば、反強誘電状態での明るさの減少も
１０％程度ですむことになる。

【００４４】このように、本願発明に係る反強誘電性液
晶ディスプレイによれば、動画表示に耐え得る表示応答
性を有しながら、視野角が広く、しかも外部光を光源と
して照明の必要をなくし、あるいは軽減でき、さらには
コントラストの高い高品位の表示を達成しうる液晶ディ
スプレイを実現できる。

【００４５】もちろん、この発明は上述した実施形態に
限定されるものではない。反射面としては、鏡面を有す
る基板を採用し、その表面にコモン電極またはセグメン
ト電極としての透明電極を配置してもよい。また、この
鏡面に代え、偏光をくずさない程度の凹凸を設けてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る反強誘電性液晶ディスプレイの
一実施形態の模式的断面図である。

【図２】本願発明に係る反強誘電性液晶ディスプレイの
動作説明図である。

【図３】図１に示す反強誘電性液晶ディスプレイの構成
要素を分解した状態で示す模式的斜視図である。

【図４】(a)は、本願発明と比較するための、印加電圧
と光透過率との関係を示すグラフである。(b)は、本願
発明に係る反強誘電性液晶ディスプレイの印加電圧と光
透過率との関係を示すグラフである。

【図５】透過型に構成した反強誘電性液晶ディスプレイ
の模式的断面図である。

【図６】透過型に構成した反強誘電性液晶ディスプレイ
の動作説明図である。

【図７】透過型に構成した反強誘電性液晶ディスプレイ
における印加電圧と光透過率との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１５ 反射型反強誘電性液晶ディスプレイ ２１ 透明板 ３０ 液晶セル ４５ 偏光板 ５１ 透明電極 ６１，６２ 配向膜 ７０ 反射面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外面側に偏光板が配置され、内面側に配
   向膜が配置された透明板と、この透明板の内面に対向す
   る反射面との間に反強誘電性液晶を充填した反強誘電性
   液晶ディスプレイにおいて、上記偏光板の偏光軸は、上
   記配向膜の配向方向に対し、上記反強誘電性液晶の電圧
   印加時のチルト方向と反対方向に傾斜させられているこ
   とを特徴とする、反強誘電性液晶ディスプレイ。
2. 【請求項２】 上記偏光板の偏光軸の傾斜角度は、上記
   反強誘電性液晶の電圧印加時のチルト角との和が約４５
   °となるように選択されている、請求項１に記載の反強
   誘電性液晶ディスプレイ。
3. 【請求項３】 上記反強誘電性液晶の電圧印加時のチル
   ト角が３１．２°であり、上記偏光板の偏光軸の傾斜角
   度は１３．８°である、請求項２に記載の反強誘電性液
   晶ディスプレイ。
4. 【請求項４】 上記反射面は、基板の内面に形成された
   反射電極によって形成されている、請求項３に記載の反
   強誘電性液晶ディスプレイ。