JP2008216319A

JP2008216319A - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2008216319A
Application number: JP2007049806A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kurosaki; 義久黒崎; Masaki Nose; 将樹能勢; Makoto Fukuda; 眞福田; Toshiaki Yoshihara; 敏明吉原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】液晶表示装置に関し、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示装置に発生する画像の焼き付き現象を簡単な手段を採ることで解消するか、或いは、殆ど視認できない程度に低減することを可能にする。
【解決手段】コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示装置に於いて、液晶界面となる位置に表面に於ける表面自由エネルギーが８０ｍＮ／ｍ以上、且つ、１２５ｍＮ／ｍ以下である配向膜を配設してなることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は，コレステリック液晶（カイラルネマチック液晶）を用いた反射型として有効な液晶表示装置の改良に関する。

近年、電源が遮断されても表示保持可能で、且つ、電気的に書換え可能な電子ペーパの技術分野が急速に発展している。

電子ペーパは、電源を切断してもメモリ表示可能な超低消費電力と、目が疲れない反射型の表示と、紙のように可撓性がある薄型の表示体の実現を目指していて、電子ブック、電子新聞、電子ポスター等に応用が進められている。

表示方式としては、帯電粒子を空気中や液体中で移動させる電気泳動方式、二色に色分けした帯電粒子を回転させるツイストボール方式、コレステリック液晶を用いて液晶層の干渉反射を利用する双安定性のある選択反射型液晶方式の開発が進められている。

特に、コレステリック相を示す液晶を用いた選択反射型液晶方式は、メモリ性特性、低電力化、カラー化などの面で優れた効果を発揮できる方式であり、これについて更に具体的且つ詳細に説明する。

図３はコレステリック相を示す液晶を用いた選択反射型液晶方式を説明する為の液晶表示装置を表す要部説明図であり、（Ａ）は明状態、即ち、プレーナ（ｐｌａｎａｒ）状態を、また、（Ｂ）は暗状態、即ち、フォーカルコニック（ｆｏｃａｌｃｏｎｉｃ）状態をそれぞれ表し、図に於いて、１は基板、２は配向膜、３は液晶分子、ＬＮは自然光、ＬＲは右円偏光、ＬＬは左円偏光をそれぞれ示している。

コレステリック液晶は，その液晶分子３の配向状態を制御して表示を行うことは良く知られていて、図３に見られるように、液晶分子３が入射光を反射するプレーナ状態と、透過するフォーカルコニック状態とがあり，これらは無電界下でも安定して存在する。

○ 選択反射について
図３（Ａ）に見られるように、プレーナ状態の時は，液晶分子３の螺旋ピッチに応じた波長の光を選択的に反射する。この時、反射される光は螺旋ピッチの嘗性（キラリティ）に応じて左右どちらか一方の円偏光となり、反射されない嘗性の円偏光は液晶層を透過する。

この場合、反射が最大となる波長λは，液晶の平均屈折率ｎ、らせんピッチｐから以下の式で示される。
λ＝ｎ・ｐ

反射帯域Δλは液晶の屈折率異方性Δｎに伴って大きくなる。また、図３（Ｂ）に見られるように、入射光が透過するフォーカルコニック状態の性質から、画面観察面の逆側に光吸収層を設けることで，フォーカルコニック状態を黒色表示として利用する。

このように反射型液晶方式では表示素子の裏面に光吸収層を設けることで、プレーナ状態を「明状態」、フォーカルコニック状態を「暗状態」として表示に利用する構造が一般的である。

○ メモリ性について
前記したようにコレステリック液晶には、入射光を反射するプレーナ状態と透過するフォーカルコニック状態とがあり，これらは無電界下でも安定して存在する。この２種類の安定状態は、液晶を挟持した電極付基板の電位を変更し、印加する電圧を変えて電圧をオンオフすることで切り替えることができるため、これを利用して各画素を明状態と暗状態に切り替えていくことで表示エリアに画像を作りだすことができる。

この時、プレーナ状態、及び、フォーカルコニック状態は、ともに無電界下で安定するため、電圧をオフした状態でも画像を保持される。つまり、無電圧状態に於いて画像のメモリ性を持っていて、これがコレステリック液晶を用いた反射型液晶方式の大きな特徴の一つとなっている。

○ 焼付きについて
ここで、メモリ性に起因するコレステリック液晶を用いた反射型液晶方式に特有な問題点として焼付き現象が挙げられる。

この焼付き現象とは、書き込んだ画像を無電圧状態でメモリ後、別画像を書き込んだ際に以前の画像が残存することを指している。

焼付き現象が起こる明確な原因については明らかになっていないが、考えうる原因としては、液晶界面に配置された配向膜材料と液晶分子の吸着等が挙げられ、そこで、液晶界面に配置する配向膜材料の表面硬度に着目して、焼付き現象の低減を試みている例（例えば、特許文献１を参照。）もあるが、明確な原因を解明するには至っていない。

尚、ここで言う「焼付き現象」は、一般的な透過型の液晶表示装置で発生する焼付き現象とは異なった機構で発生していると思われる。因に、透過型の液晶表示装置における焼付き現象ついては、イオン成分の偏りや残留電荷等が主な原因と考えられている。
特開２００３−２３３０７７号公報

本発明では、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示装置に発生する画像の焼き付き現象を簡単な手段を採ることで解消するか、或いは、殆ど視認できない程度に低減することを可能にする。

本発明に依る反射型液晶表示装置では、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示装置に於いて、液晶界面となる位置に表面に於ける表面自由エネルギーが８０ｍＮ／ｍ以上であり、且つ、１２５ｍＮ／ｍ以下である配向膜を配設してなることを特徴とする。

前記手段を採ることに依り、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示装置に発生する画像の焼き付き現象を解消、或いは、殆ど視認できない程度までに低減することができた。

本発明者等は、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示装置に発生する画像の焼き付き現象の原因について考究を重ねた結果、液晶界面に配置する配向膜材料の表面自由エネルギーに関連があることに着目した。

そして、焼付き現象と液晶界面に配置する配向膜材料の表面自由エネルギーの関係について多くの実験及び調査を実施したところ、表面自由エネルギーの値が大きくなると焼付き現象は低減していく傾向にあることが解明された。

現在、液晶用として実用できる配向膜材料に於ける表面自由エネルギーは、５０ｍＮ／ｍ（５０ｄｙｎ／ｃｍ）程度であるが、本発明者等は、焼成温度や焼成時間などのパラメータを最適化し、焼成後の表面自由エネルギーが１２５ｍＮ／ｍとなる配向膜を実現することができた。

図１及び図２は表面自由エネルギーと焼き付きの関係を評価実験した結果を表すデータ表及びデータ線図であり、図からすると、特に、官能評価においては、表面自由エネルギーを８０ｍＮ／ｍ以上にした場合、焼き付きは、それを予め示唆されなければ、全く気づかない程度にまで低減されている。

図１及び図２に於いて、表面自由エネルギー（ｔｏｔａｌ）＝ｄ＋ｐ＋ｈであり、ｄ：分散成分、ｐ：極性成分、ｈ：水素結合をそれぞれ示し、また、Ｙ値は視感反射率、ΔＹは（焼き付き前のＹ値−焼き付き後のＹ値）であり、そして、図１及び図２中に見られる（ｍＮ／ｍ）は（ミリニュートン／メートル）である。

図に見られるΔＹと目視評価の関係については、実際に作製し且つ評価した液晶表示装置のパネルで発生した焼き付きに依る明度差ΔＹの値、シミュレーションに依るΔＹ＝１となる明度差をもった印刷物をそれぞれ目視評価し、下記の観点でランク付けした。
○：目視レベルで明度差を認識できない。
×：目視レベルで明度差をはっきりと認識できる。
△：目視レベルで明度差を認識できる境界とできない境界が存在する。

ここで、表面自由エネルギーは、物質の表面状態を数値化したものであって、物質間のぬれ性の順位を知る場合などの指標となる値である。

また、表面自由エネルギーは、固体表面の分子同士が引っ張り合う力であり、この力は分子間力（ファンデルワールス力）と呼ばれ、原子の間で電子が移動するイオン結合や共有結合等の化学結合ではなく、分子同士が引っ張り合う力である。

固体表面に於ける表面自由エネルギーの解析は、固体表面の接触角の測定結果から算出する方法が用いられ、この算出方法には幾つかの理論が存在する。ここでは、Ｋｉｔａｚａｋｉ−Ｈａｔａの理論を用いて算出してある。尚、固体表面の接触角とは、固体表面に液滴が存在する場合、接液部分に於いて固体と液滴とがなす角度である。

接触角については、協和界面科学製ＣＡ−Ｖ型を用いて測定を実施し、接触角測定時のプローバとしては下記３液を用いた。
○純水 ○エチレングリコール ○α−ブロモナフタレン

液晶界面に在る配向膜については、下記材料、具体的にはポリイミドを用いて成膜し、液晶界面となるようサンプル作製を行い、焼付きと表面自由エネルギーとの関連について調査を行った。
ＳＥ５２９１：日産化学製
ＲＮ１３４０：日産化学製
ＡＬ０６５６：ＪＳＲ製

前記材料のうち、ＳＥ５２９１に関しては、異なる条件で成膜することで、異なる表面自由エネルギーをもつサンプルを作製した。

前記の内容で液晶界面となる配向膜表面の表面自由エネルギー値が異なる５種類のサンプルを作製して評価を行った。その際の表面自由エネルギーと焼付き状態の評価結果が前出の図１及び図２のデータである。

データから明らかであるが、表面自由エネルギー値が大きくなるとΔＹ（焼き付きに依る明度差＝焼き付きレベル）が小さくなっていることが看取されよう。

表面自由エネルギーと焼き付きの関係を評価実験した結果を表すデータ表である。表面自由エネルギーと焼き付きの関係を評価実験した結果を表すデータ線図である。コレステリック相を示す液晶を用いた選択反射型液晶方式を説明する為の液晶表示装置を表す要部説明図である。

符号の説明

１基板
２配向膜
３液晶分子
ＬＮ自然光
ＬＲ右円偏光
ＬＬ左円偏光

Claims

コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示装置に於いて、
液晶界面となる位置に表面に於ける表面自由エネルギーが８０ｍＮ／ｍ以上、且つ、１２５ｍＮ／ｍ以下である配向膜を配設してなること
を特徴とする反射型液晶表示装置。