JP3222773B2 - 反射型液晶表示素子 - Google Patents
反射型液晶表示素子Info
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
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- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、明るい表示を実現
する反射型液晶表示素子に関する。
する反射型液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示素子は外部光を変調する非発光
素子であるため低消費電力であり、また、薄型軽量であ
るという優れた特徴を有し、これまでに時計、電卓、コ
ンピュータ端末、ワードプロセッサ、テレビ受像機等の
情報表示装置等、広い分野にわたり利用されてきた。
素子であるため低消費電力であり、また、薄型軽量であ
るという優れた特徴を有し、これまでに時計、電卓、コ
ンピュータ端末、ワードプロセッサ、テレビ受像機等の
情報表示装置等、広い分野にわたり利用されてきた。
【０００３】一方、現代は高度情報化社会というキーワ
ードに代表されるように、情報の流通量が増大し、各個
人における情報の収集や選択に対する要求が増大してい
る。このような背景において、個人用の携帯用端末の必
要性が広く認識されると共にその実現が切望されてお
り、積極的に開発が進められている。
ードに代表されるように、情報の流通量が増大し、各個
人における情報の収集や選択に対する要求が増大してい
る。このような背景において、個人用の携帯用端末の必
要性が広く認識されると共にその実現が切望されてお
り、積極的に開発が進められている。
【０００４】携帯用情報端末においては、マンマシーン
インターフェイスとしての情報表示装置が重要な役割を
担い、前記装置のキーデバイスとして位置付けられてい
る。携帯用情報端末の表示装置には、大容量の情報が表
示でき、軽量薄型で、視認性に優れ、低消費電力という
特性が要求される。液晶表示素子は、これら要求される
特性を満足する表示素子として期待され、その開発が積
極的に進められている。
インターフェイスとしての情報表示装置が重要な役割を
担い、前記装置のキーデバイスとして位置付けられてい
る。携帯用情報端末の表示装置には、大容量の情報が表
示でき、軽量薄型で、視認性に優れ、低消費電力という
特性が要求される。液晶表示素子は、これら要求される
特性を満足する表示素子として期待され、その開発が積
極的に進められている。
【０００５】特に、反射型液晶表示素子は外部光を効率
よく利用できるため、液晶が本来有する低消費電力とい
う特徴を十分に発揮できる表示素子であるといえる。
よく利用できるため、液晶が本来有する低消費電力とい
う特徴を十分に発揮できる表示素子であるといえる。
【０００６】しかしながら、バックライトを用いない反
射型液晶表示素子において、現在主流であるＴＮ方式や
ＳＴＮ方式を用いようとすると、偏光子を二枚必要とす
るため表示が暗くなる。これにより、白黒の反射型液晶
表示素子には適用できるが、偏光子の他にカラーフィル
タを具備しなければならないカラーの反射型液晶表示素
子は実用に耐え得る明るさが得られないため、未だ適用
されていない。
射型液晶表示素子において、現在主流であるＴＮ方式や
ＳＴＮ方式を用いようとすると、偏光子を二枚必要とす
るため表示が暗くなる。これにより、白黒の反射型液晶
表示素子には適用できるが、偏光子の他にカラーフィル
タを具備しなければならないカラーの反射型液晶表示素
子は実用に耐え得る明るさが得られないため、未だ適用
されていない。
【０００７】そこで従来では、カラー反射型液晶表示素
子の表示方式としては主にゲストホスト（以下、ＧＨと
称する）方式が採用されている。この表示方式は二色性
色素を溶媒である液晶中へ溶解させ、二色性色素におけ
る吸光係数の異方性を利用して表示を行うものである。
液晶分子配向を電界で制御することで色素分子の配向方
向を同時に変化させることにより、偏光子およびカラー
フィルタを具備しなくてもカラー化を実現できる。
子の表示方式としては主にゲストホスト（以下、ＧＨと
称する）方式が採用されている。この表示方式は二色性
色素を溶媒である液晶中へ溶解させ、二色性色素におけ
る吸光係数の異方性を利用して表示を行うものである。
液晶分子配向を電界で制御することで色素分子の配向方
向を同時に変化させることにより、偏光子およびカラー
フィルタを具備しなくてもカラー化を実現できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の反射型ＧＨ表示
素子においては、電圧無印加時や電圧印加時の配向を単
純化することによってコントラストや明るさについて議
論を行っていた。しかしながら、実際の液晶表示素子で
は電圧印加時の液晶分子の配向変化が複雑であり、従来
の理論では十分に特性が議論されているとはいえなかっ
た。本発明の目的とするところは、電圧無印加時および
電圧印加時の液晶分子配向の状態に関して詳細に検討す
ることによって、明るさとコントラストを両立するよう
にパラメータを最適化し、優れた表示品位を有する反射
型液晶表示素子を提供することにある。
素子においては、電圧無印加時や電圧印加時の配向を単
純化することによってコントラストや明るさについて議
論を行っていた。しかしながら、実際の液晶表示素子で
は電圧印加時の液晶分子の配向変化が複雑であり、従来
の理論では十分に特性が議論されているとはいえなかっ
た。本発明の目的とするところは、電圧無印加時および
電圧印加時の液晶分子配向の状態に関して詳細に検討す
ることによって、明るさとコントラストを両立するよう
にパラメータを最適化し、優れた表示品位を有する反射
型液晶表示素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の反射型液晶表示
素子は、少なくとも一方が透明である一対の基板と、該
一対の基板間に挾持された液晶層とを備え、該液晶層
が、正の誘電率異方性を有する液晶からなり、該液晶
は、基板界面付近の液晶分子の長軸が前記基板に対して
略平行であり、前記液晶中に二色性色素が混入されてい
る反射型液晶表示素子において、前記液晶分子に略平行
な方向の直線偏光に対する吸光係数をｋ1、垂直な方向
の直線偏光に対する吸光係数ｋ2とし、前記色素を混入
した液晶材料のオーダーパラメータをＳとしたとき、 ＫM＝３ｋ1／（１＋２Ｓ） または ＫM＝３ｋ2／（１−Ｓ） で表されるＫMと、色素濃度ｃ％および前記液晶層の厚
みｄμｍの積ＫMｃｄが、前記液晶層に印加される電圧
の実効値が０〜５Ｖの範囲内において、 ３Ｓ2−７．３Ｓ＋５．７≦ＫMｃｄ≦１４．７Ｓ2−１
５．１Ｓ＋６．１５ を満たすよう設定されていることを特徴とし、そのこと
により上記目的が達成される。
素子は、少なくとも一方が透明である一対の基板と、該
一対の基板間に挾持された液晶層とを備え、該液晶層
が、正の誘電率異方性を有する液晶からなり、該液晶
は、基板界面付近の液晶分子の長軸が前記基板に対して
略平行であり、前記液晶中に二色性色素が混入されてい
る反射型液晶表示素子において、前記液晶分子に略平行
な方向の直線偏光に対する吸光係数をｋ1、垂直な方向
の直線偏光に対する吸光係数ｋ2とし、前記色素を混入
した液晶材料のオーダーパラメータをＳとしたとき、 ＫM＝３ｋ1／（１＋２Ｓ） または ＫM＝３ｋ2／（１−Ｓ） で表されるＫMと、色素濃度ｃ％および前記液晶層の厚
みｄμｍの積ＫMｃｄが、前記液晶層に印加される電圧
の実効値が０〜５Ｖの範囲内において、 ３Ｓ2−７．３Ｓ＋５．７≦ＫMｃｄ≦１４．７Ｓ2−１
５．１Ｓ＋６．１５ を満たすよう設定されていることを特徴とし、そのこと
により上記目的が達成される。
【００１０】前記反射型液晶表示素子では、自発的にね
じれ構造を有するカイラル物質を前記液晶に添加し、前
記液晶層がねじれ構造を有することが望ましい。
じれ構造を有するカイラル物質を前記液晶に添加し、前
記液晶層がねじれ構造を有することが望ましい。
【００１１】以下、上記構成による作用について説明を
行う。
行う。
【００１２】請求項１記載の発明によれば、明るくコン
トラストの高い反射型液晶表示素子を実現することがで
きる。また、反射型液晶表示素子において、最適な明る
さと高いコントラストを得るための物性値の範囲を明ら
かにしたことで、設計の自由度が増し、設計が簡便に行
うことができる。
トラストの高い反射型液晶表示素子を実現することがで
きる。また、反射型液晶表示素子において、最適な明る
さと高いコントラストを得るための物性値の範囲を明ら
かにしたことで、設計の自由度が増し、設計が簡便に行
うことができる。
【００１３】請求項２記載の発明によれば、電圧無印加
時の光の吸収が効率良く行われるため、さらにコントラ
ストの高い表示を実現することができる。
時の光の吸収が効率良く行われるため、さらにコントラ
ストの高い表示を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の原理について以下に説明
を行う。
を行う。
【００１５】反射型液晶表示素子において明るさとコン
トラストは一般にトレードオフの関係にあり、明るさを
重視すればコントラストが得られず、コントラストを重
視すれば表示が暗くなる。ＧＨ表示方式の場合も同様で
あり、この場合は色素濃度がコントラストと明るさを決
定する。すなわち、一般に色素濃度を高めればコントラ
ストが得られないことになる。
トラストは一般にトレードオフの関係にあり、明るさを
重視すればコントラストが得られず、コントラストを重
視すれば表示が暗くなる。ＧＨ表示方式の場合も同様で
あり、この場合は色素濃度がコントラストと明るさを決
定する。すなわち、一般に色素濃度を高めればコントラ
ストが得られないことになる。
【００１６】一般に、色素により光の吸収を生じる物質
において、透過率Ｔは色素の吸光係数α［／μｍ］、色
素濃度ｃ［％］、媒質の厚みｄ［μｍ］の関数であり、
次式で表される。
において、透過率Ｔは色素の吸光係数α［／μｍ］、色
素濃度ｃ［％］、媒質の厚みｄ［μｍ］の関数であり、
次式で表される。
【００１７】Ｔ＝ｅ-αcd ＧＨ液晶表示方式の場合も基本的には上式と同様の原理
で光の吸収が行われるが、ＧＨ表示方式に用いる色素は
二色性を示し、さらに液晶中に溶解しているためその分
子配向も複雑になる。またＧＨ表示方式の場合、吸光係
数αはオーダーパラメータＳの関数であり、これが表示
に多大な影響を及ぼす。すなわち、透過率Ｔは色素が一
定の場合、色素濃度、セルの厚み、オーダーパラメータ
の関数となる。
で光の吸収が行われるが、ＧＨ表示方式に用いる色素は
二色性を示し、さらに液晶中に溶解しているためその分
子配向も複雑になる。またＧＨ表示方式の場合、吸光係
数αはオーダーパラメータＳの関数であり、これが表示
に多大な影響を及ぼす。すなわち、透過率Ｔは色素が一
定の場合、色素濃度、セルの厚み、オーダーパラメータ
の関数となる。
【００１８】他方、色素の遷移モーメントの大きさをＫ
M［／μｍ］、色素濃度をｃ［％］、液晶層の厚みをｄ
［μｍ］、色素を混入した液晶材料のオーダーパラメー
タをＳとし、色素の遷移モーメントが色素分子の長軸方
向に平行なものと仮定すれば、色素分子に平行な方向の
吸光係数ｋ1および垂直な方向の吸光係数ｋ2は、 ｋ1＝ＫM（１＋２Ｓ）／３ ｋ2＝ＫM（１−Ｓ）／３ となる。
M［／μｍ］、色素濃度をｃ［％］、液晶層の厚みをｄ
［μｍ］、色素を混入した液晶材料のオーダーパラメー
タをＳとし、色素の遷移モーメントが色素分子の長軸方
向に平行なものと仮定すれば、色素分子に平行な方向の
吸光係数ｋ1および垂直な方向の吸光係数ｋ2は、 ｋ1＝ＫM（１＋２Ｓ）／３ ｋ2＝ＫM（１−Ｓ）／３ となる。
【００１９】厳密な理論によれば色素分子の遷移モーメ
ントは色素分子の長軸とある角度をなし、色素分子の長
軸に関して回転の自由度を有するため、その空間的な平
均値で議論する必要がある。しかしながら、実際の使用
に耐え得る二色性色素ではアゾ系およびアントラキノン
系共に、色素分子の長軸と遷移モーメントとのなす角は
小さく、また、実際には液晶のダイレクタに平行か垂直
な値で吸光係数を議論しているのが一般的であるため、
ここでも遷移モーメントは分子長軸に平行なものである
と仮定した。
ントは色素分子の長軸とある角度をなし、色素分子の長
軸に関して回転の自由度を有するため、その空間的な平
均値で議論する必要がある。しかしながら、実際の使用
に耐え得る二色性色素ではアゾ系およびアントラキノン
系共に、色素分子の長軸と遷移モーメントとのなす角は
小さく、また、実際には液晶のダイレクタに平行か垂直
な値で吸光係数を議論しているのが一般的であるため、
ここでも遷移モーメントは分子長軸に平行なものである
と仮定した。
【００２０】図３は、遷移モーメントと色素分子の長軸
とがなす角度によってどれだけ吸光係数が変化するかを
計算した結果を示す。図３において、横軸は遷移モーメ
ントが色素分子の長軸となす角度βであり、縦軸は色素
分子の長軸に平行な方向の直線偏光における色素分子の
吸光係数である。ただし、色素の遷移モーメントが分子
長軸に平行な場合、すなわちβ＝０の場合を１として、
βがある角度をなすときの値を規格化したものである。
尚、色素分子の吸光係数は次式により算出した。
とがなす角度によってどれだけ吸光係数が変化するかを
計算した結果を示す。図３において、横軸は遷移モーメ
ントが色素分子の長軸となす角度βであり、縦軸は色素
分子の長軸に平行な方向の直線偏光における色素分子の
吸光係数である。ただし、色素の遷移モーメントが分子
長軸に平行な場合、すなわちβ＝０の場合を１として、
βがある角度をなすときの値を規格化したものである。
尚、色素分子の吸光係数は次式により算出した。
【００２１】ｆ（β）＝Ｓｓｉｎ2β／２＋（１−Ｓ）
／３＋Ｓ（２−３ｓｉｎ2β）／２ この式において、パラメータは色素を混入したときのＧ
Ｈ液晶のオーダーパラメータＳである。図３において、
ネマティック相液晶のようにオーダーパラメータが０．
９を越えず、見かけのオーダーパラメータが低すぎて実
用不可能とならないようにβを１５°以下とした場合、
吸光係数の差は小さく、７％以下であることが分かる。
すなわち、色素の遷移モーメントが色素分子の長軸方向
に平行であると仮定しても実用上、問題は無いものと考
えられる。
／３＋Ｓ（２−３ｓｉｎ2β）／２ この式において、パラメータは色素を混入したときのＧ
Ｈ液晶のオーダーパラメータＳである。図３において、
ネマティック相液晶のようにオーダーパラメータが０．
９を越えず、見かけのオーダーパラメータが低すぎて実
用不可能とならないようにβを１５°以下とした場合、
吸光係数の差は小さく、７％以下であることが分かる。
すなわち、色素の遷移モーメントが色素分子の長軸方向
に平行であると仮定しても実用上、問題は無いものと考
えられる。
【００２２】また、二色性色素分子がある溶液中に全く
ランダムに配向しているものと仮定すれば、その吸光係
数αは、 α＝（２ｋ2＋ｋ1）／３ と表される。
ランダムに配向しているものと仮定すれば、その吸光係
数αは、 α＝（２ｋ2＋ｋ1）／３ と表される。
【００２３】液晶中においては、二色性色素分子は液晶
分子と同様に配向し、その結果、二色性を示す。一例と
して、平行配向したＧＨ液晶表示素子の電圧無印加時の
自然光に対する反射率Ｒは、 Ｒ＝｛ｅf(k1)＋ｅf(k2)｝／２ となる。ただし、 ｆ（ｘ）＝−２ｘｃｄ である。ここで、反射板は偏光状態を保存するものとし
た。実際には液晶の分子配向が異なれば液晶内部での光
の伝播状態も異なり、実効的な光の吸収も異なるので関
数ｆ（ｘ）も異なる。
分子と同様に配向し、その結果、二色性を示す。一例と
して、平行配向したＧＨ液晶表示素子の電圧無印加時の
自然光に対する反射率Ｒは、 Ｒ＝｛ｅf(k1)＋ｅf(k2)｝／２ となる。ただし、 ｆ（ｘ）＝−２ｘｃｄ である。ここで、反射板は偏光状態を保存するものとし
た。実際には液晶の分子配向が異なれば液晶内部での光
の伝播状態も異なり、実効的な光の吸収も異なるので関
数ｆ（ｘ）も異なる。
【００２４】上記原理を考慮すれば、反射型ＧＨ液晶表
示素子を実現する場合に、色素濃度ｃとセルの厚みｄの
設定値がコントラストと明るさの点より非常に重要とな
る。すなわち、色素の遷移モーメントの大きさＫM、色
素濃度ｃ、およびセルの厚みｄの積ＫMｃｄの値を大き
く設定すれば光の吸収が大きくなり、電圧無印加時に黒
表示を行った場合に十分反射が抑えられ、良好なコント
ラストが得られることになる。ただし、電圧印加時に白
表示を行った場合、表面層の影響で表示は暗くなる。こ
れは、理想的に十分に大きな電圧が印加されれば液晶分
子は基板に対して略垂直に配向し、それに伴って色素分
子も基板に対して略垂直になるため光の吸収は小さくで
きるが、実際のＴＦＴ等の能動素子による駆動では実効
値にして５Ｖ程度の電圧しか印加できないため、電圧印
加時にも配向膜の界面に近い部分の液晶分子は基板に対
して平行な分子配向を保ち、吸収が生じることになるか
らである。つまり、ＫMｃｄの下限は所望のコントラス
トが得られる最低の値、すなわちこれ以上色素濃度を薄
くするかセル厚を薄くすれば所望のコントラストが得ら
れない値に設定すればよいことになる。また、ＫMｃｄ
の値を小さくすれば光の吸収が小さくなり、電圧印加時
に表面層が残っても、白表示時の明るさは十分得られる
が電圧無印加時の黒表示時に十分な吸収が行われないた
め、良好なコントラストは得られない。そこで、ＫMｃ
ｄの上限は、所望の明るさが得られる最大の値、すなわ
ちこれ以上色素濃度を高くするかセルを厚くすれば所望
の明るさが得られなくなる値に設定すればよい。
示素子を実現する場合に、色素濃度ｃとセルの厚みｄの
設定値がコントラストと明るさの点より非常に重要とな
る。すなわち、色素の遷移モーメントの大きさＫM、色
素濃度ｃ、およびセルの厚みｄの積ＫMｃｄの値を大き
く設定すれば光の吸収が大きくなり、電圧無印加時に黒
表示を行った場合に十分反射が抑えられ、良好なコント
ラストが得られることになる。ただし、電圧印加時に白
表示を行った場合、表面層の影響で表示は暗くなる。こ
れは、理想的に十分に大きな電圧が印加されれば液晶分
子は基板に対して略垂直に配向し、それに伴って色素分
子も基板に対して略垂直になるため光の吸収は小さくで
きるが、実際のＴＦＴ等の能動素子による駆動では実効
値にして５Ｖ程度の電圧しか印加できないため、電圧印
加時にも配向膜の界面に近い部分の液晶分子は基板に対
して平行な分子配向を保ち、吸収が生じることになるか
らである。つまり、ＫMｃｄの下限は所望のコントラス
トが得られる最低の値、すなわちこれ以上色素濃度を薄
くするかセル厚を薄くすれば所望のコントラストが得ら
れない値に設定すればよいことになる。また、ＫMｃｄ
の値を小さくすれば光の吸収が小さくなり、電圧印加時
に表面層が残っても、白表示時の明るさは十分得られる
が電圧無印加時の黒表示時に十分な吸収が行われないた
め、良好なコントラストは得られない。そこで、ＫMｃ
ｄの上限は、所望の明るさが得られる最大の値、すなわ
ちこれ以上色素濃度を高くするかセルを厚くすれば所望
の明るさが得られなくなる値に設定すればよい。
【００２５】また、反射型ＧＨ液晶表示素子において、
明るさとコントラストの値に関しても検討した結果、以
下に述べるような知見が得られた。すなわち、白黒およ
びカラー表示を実現するために、ＫMｃｄの上限を決定
する明るさに関しては、カラーフィルタ等を含まない液
晶セル単体で反射率４０％以上、好ましくは４５％以上
必要であり、同様にＫMｃｄの下限を決定するコントラ
ストに関しては３．５以上、好ましくは４．０以上であ
ることが必要である。尚、ここでコントラストおよび明
るさに関して、それぞれ上記の値に規定したのは以下に
述べるような理由による。
明るさとコントラストの値に関しても検討した結果、以
下に述べるような知見が得られた。すなわち、白黒およ
びカラー表示を実現するために、ＫMｃｄの上限を決定
する明るさに関しては、カラーフィルタ等を含まない液
晶セル単体で反射率４０％以上、好ましくは４５％以上
必要であり、同様にＫMｃｄの下限を決定するコントラ
ストに関しては３．５以上、好ましくは４．０以上であ
ることが必要である。尚、ここでコントラストおよび明
るさに関して、それぞれ上記の値に規定したのは以下に
述べるような理由による。
【００２６】例えば、反射型液晶表示素子におけるコン
トラストおよび明るさに関する心理物理的な主観評価を
行った研究例の報告（電気情報通信学会技術研究報告
Ｖｏｌ．９５ Ｎｏ．５２６ ｐ．ｐ．１１３〜１１
８）によれば、明るさとコントラストには強い相関があ
り、表示が明るいほどコントラストは低くても良く、逆
に、コントラストが良ければ明るさは多少暗くても良い
とされている。またこの報告において、コントラストと
明るさが主観評価にどのような影響を与えるかについ
て、例えば明るさを４０％とした場合、コントラストが
３．５であれば観察者の我慢の限度領域の境界上にあ
り、統計的には９５％の信頼区間上であるとされてい
る。
トラストおよび明るさに関する心理物理的な主観評価を
行った研究例の報告（電気情報通信学会技術研究報告
Ｖｏｌ．９５ Ｎｏ．５２６ ｐ．ｐ．１１３〜１１
８）によれば、明るさとコントラストには強い相関があ
り、表示が明るいほどコントラストは低くても良く、逆
に、コントラストが良ければ明るさは多少暗くても良い
とされている。またこの報告において、コントラストと
明るさが主観評価にどのような影響を与えるかについ
て、例えば明るさを４０％とした場合、コントラストが
３．５であれば観察者の我慢の限度領域の境界上にあ
り、統計的には９５％の信頼区間上であるとされてい
る。
【００２７】ここで、上記信頼区間上にある明るさ４０
％かつコントラスト３．５の表示に対し、反射率を４５
％以上とするか、またはコントラストを４．０以上とす
れば、ほぼ全ての人が我慢できる、さらに好ましい特性
が得られることになると言える。
％かつコントラスト３．５の表示に対し、反射率を４５
％以上とするか、またはコントラストを４．０以上とす
れば、ほぼ全ての人が我慢できる、さらに好ましい特性
が得られることになると言える。
【００２８】またコントラストに関して言えば、上記の
ようにコントラストを４．０以上とすることにより、マ
イクロカラーフィルタを用いてカラー表示を行った場合
に混色の発生を抑えられ、色再現性の良い表示が実現で
きるという利点がある。
ようにコントラストを４．０以上とすることにより、マ
イクロカラーフィルタを用いてカラー表示を行った場合
に混色の発生を抑えられ、色再現性の良い表示が実現で
きるという利点がある。
【００２９】尚、上記のように、まず明るさを４０％で
あると仮定したのは、本発明において明るさの基準を通
常の新聞と同程度またはそれ以上と考えたことによる。
すなわち、通常の新聞の明るさが４０〜６０％であるこ
とを考慮して、最低、必要な明るさを４０％としたこと
によるものである。
あると仮定したのは、本発明において明るさの基準を通
常の新聞と同程度またはそれ以上と考えたことによる。
すなわち、通常の新聞の明るさが４０〜６０％であるこ
とを考慮して、最低、必要な明るさを４０％としたこと
によるものである。
【００３０】以上のことを総合的に検討し、明るさが４
０％以上、好ましくは４５％以上、コントラストが３．
５以上、好ましくは４．０以上であることを満足するよ
うな反射型液晶表示素子を設計することにした。尚、本
発明における“明るさ”とは、上記報告中の白表示時に
おける視感反射率“Ｙｗ”に対応するものである。
０％以上、好ましくは４５％以上、コントラストが３．
５以上、好ましくは４．０以上であることを満足するよ
うな反射型液晶表示素子を設計することにした。尚、本
発明における“明るさ”とは、上記報告中の白表示時に
おける視感反射率“Ｙｗ”に対応するものである。
【００３１】以上をグラフとして示したものが図１であ
る。ただし、印加電圧は実効値で０〜５Ｖの範囲である
ものとした。平行配向させたＧＨ液晶表示素子の場合、
印加電圧を大きくするほど基板界面の液晶分子まで立ち
上がり、同時に色素分子も立ち上がるため、表示が明る
くなるが、印加電圧を大きくすればするほど消費電力が
大きくなり、低消費電力が特長であるはずの反射型液晶
表示素子の目的にそぐわないものとなってしまう。ま
た、大容量表示を行う場合、画素ごとにＴＦＴやＭＩＭ
などの能動素子を形成し、これによって液晶を駆動する
必要があるが、実用上は液晶層に印加される実効値とし
て０〜５Ｖ駆動することが多いため、この範囲での駆動
に限定して検討を行った。図１にて斜線で示される範囲
が、反射型ＧＨ液晶表示素子においてコントラスト３．
５以上かつ明るさ４０％以上の表示を可能とするＫMｃ
ｄとＳの範囲であり、この範囲内で所望とする表示品位
を有するよう、各パラメータを設定すればよい。すなわ
ち、コントラストを重視する場合は用いるＧＨ液晶のオ
ーダーパラメータＳに応じて、明るさ４０％を達成でき
る最大のＫMｃｄの値をもとに、色素濃度ｃおよびセル
の厚みｄを決定すればよい。
る。ただし、印加電圧は実効値で０〜５Ｖの範囲である
ものとした。平行配向させたＧＨ液晶表示素子の場合、
印加電圧を大きくするほど基板界面の液晶分子まで立ち
上がり、同時に色素分子も立ち上がるため、表示が明る
くなるが、印加電圧を大きくすればするほど消費電力が
大きくなり、低消費電力が特長であるはずの反射型液晶
表示素子の目的にそぐわないものとなってしまう。ま
た、大容量表示を行う場合、画素ごとにＴＦＴやＭＩＭ
などの能動素子を形成し、これによって液晶を駆動する
必要があるが、実用上は液晶層に印加される実効値とし
て０〜５Ｖ駆動することが多いため、この範囲での駆動
に限定して検討を行った。図１にて斜線で示される範囲
が、反射型ＧＨ液晶表示素子においてコントラスト３．
５以上かつ明るさ４０％以上の表示を可能とするＫMｃ
ｄとＳの範囲であり、この範囲内で所望とする表示品位
を有するよう、各パラメータを設定すればよい。すなわ
ち、コントラストを重視する場合は用いるＧＨ液晶のオ
ーダーパラメータＳに応じて、明るさ４０％を達成でき
る最大のＫMｃｄの値をもとに、色素濃度ｃおよびセル
の厚みｄを決定すればよい。
【００３２】実際に、上記の範囲を実験式で指示すれ
ば、コントラスト３．５を満たす曲線は、 ＫMｃｄ＝３Ｓ2−７．３Ｓ＋５．７ となる。同様にして、コントラスト４．０を満たす曲線
は、 ＫMｃｄ＝４．２Ｓ2−９．２Ｓ＋６．７ となる。
ば、コントラスト３．５を満たす曲線は、 ＫMｃｄ＝３Ｓ2−７．３Ｓ＋５．７ となる。同様にして、コントラスト４．０を満たす曲線
は、 ＫMｃｄ＝４．２Ｓ2−９．２Ｓ＋６．７ となる。
【００３３】また、明るさ４０％を満たす曲線は、 ＫMｃｄ＝１４．７Ｓ2−１５．１Ｓ＋６．１５ となり、明るさ４５％を満たす曲線は、 ＫMｃｄ＝１２．８Ｓ2−１３．５Ｓ＋５．５５ となる。図１中には上記の実験式による曲線も同時に示
してある。以上の結果より、明るさ４０％以上かつコン
トラスト３．５以上の特性を満たすためには、 ３Ｓ2−７．３Ｓ＋５．７≦ＫMｃｄ≦１４．７Ｓ2−１
５．１Ｓ＋６．１５ の範囲で色素濃度ｃやセルの厚みｄを設定すればよく、
明るさ４５％でコントラスト４．０以上の特性を満たす
ためには、 ４．２Ｓ2−９．２Ｓ＋６．７≦ＫMｃｄ≦１２．８Ｓ2
−１３．５Ｓ＋５．５５ の範囲で色素濃度ｃやセルの厚みｄを設定すればよい。
してある。以上の結果より、明るさ４０％以上かつコン
トラスト３．５以上の特性を満たすためには、 ３Ｓ2−７．３Ｓ＋５．７≦ＫMｃｄ≦１４．７Ｓ2−１
５．１Ｓ＋６．１５ の範囲で色素濃度ｃやセルの厚みｄを設定すればよく、
明るさ４５％でコントラスト４．０以上の特性を満たす
ためには、 ４．２Ｓ2−９．２Ｓ＋６．７≦ＫMｃｄ≦１２．８Ｓ2
−１３．５Ｓ＋５．５５ の範囲で色素濃度ｃやセルの厚みｄを設定すればよい。
【００３４】（実施例）以下、本発明の一実施例につい
て説明を行う。
て説明を行う。
【００３５】図２は、本発明の実施例における液晶表示
素子の構成を示す断面図である。
素子の構成を示す断面図である。
【００３６】図２において、本実施例の液晶表示素子は
所定の間隔をもって対向する支持基板１ａおよび透明基
板１ｂを有する。支持基板１ａには表示電極を兼ねた反
射板２と、さらに液晶分子の配向膜４ａが設けられてい
る。同様に、透明基板１ｂ上には透明電極３と、配向膜
４ｂが設けられている。配向膜４ａ、４ｂ間には二色性
色素とカイラル材を混入した液晶層５が設けられてい
る。液晶層５は二色性色素により光の吸収を有し、さら
にカイラル材が添加されているため自発的にねじれ構造
も有している。これにより、電圧無印加時に光の吸収が
効率良く行われ、黒表示時の反射率が十分低く抑えられ
るので、高コントラストの表示を実現することができ
る。
所定の間隔をもって対向する支持基板１ａおよび透明基
板１ｂを有する。支持基板１ａには表示電極を兼ねた反
射板２と、さらに液晶分子の配向膜４ａが設けられてい
る。同様に、透明基板１ｂ上には透明電極３と、配向膜
４ｂが設けられている。配向膜４ａ、４ｂ間には二色性
色素とカイラル材を混入した液晶層５が設けられてい
る。液晶層５は二色性色素により光の吸収を有し、さら
にカイラル材が添加されているため自発的にねじれ構造
も有している。これにより、電圧無印加時に光の吸収が
効率良く行われ、黒表示時の反射率が十分低く抑えられ
るので、高コントラストの表示を実現することができ
る。
【００３７】表示電極を兼ねた反射板２と透明電極３に
は液晶分子の配向形態を変化させるための変調制御手段
１０が接続されており、印加される表示電圧による外場
である電界で液晶分子の配向形態を制御し、光強度を変
調制御する。以上のことにより、ねじれ配向させたＧＨ
液晶表示素子と、変調制御手段１０を組み合わせること
により、透過光強度を変調することのできる光学素子と
しての液晶表示素子１０１が構成されている。
は液晶分子の配向形態を変化させるための変調制御手段
１０が接続されており、印加される表示電圧による外場
である電界で液晶分子の配向形態を制御し、光強度を変
調制御する。以上のことにより、ねじれ配向させたＧＨ
液晶表示素子と、変調制御手段１０を組み合わせること
により、透過光強度を変調することのできる光学素子と
しての液晶表示素子１０１が構成されている。
【００３８】ここで、上記構成を有する液晶表示素子の
製造方法の一例を説明する。支持基板１ａおよび透明基
板１ｂとして厚みが１．１ｍｍのガラス基板（商品名７
０５９、コーニンググラスワークス社製）を使用し、ガ
ラス基板１ａ上に反射電極としてのアルミをスパッタ法
によって形成した。ガラス基板１ａ上には微細な凹凸
（図示せず）が形成されている。凹凸は、例えばガラス
基板表面を研磨剤で荒らした後、フッ酸でエッチングす
ることで形成される。以上の工程によって散乱性を有す
る反射電極が作成された。さらに、透明基板１ｂ上に透
明電極としてのＩＴＯ膜３をスパッタ法により形成し電
極とした。
製造方法の一例を説明する。支持基板１ａおよび透明基
板１ｂとして厚みが１．１ｍｍのガラス基板（商品名７
０５９、コーニンググラスワークス社製）を使用し、ガ
ラス基板１ａ上に反射電極としてのアルミをスパッタ法
によって形成した。ガラス基板１ａ上には微細な凹凸
（図示せず）が形成されている。凹凸は、例えばガラス
基板表面を研磨剤で荒らした後、フッ酸でエッチングす
ることで形成される。以上の工程によって散乱性を有す
る反射電極が作成された。さらに、透明基板１ｂ上に透
明電極としてのＩＴＯ膜３をスパッタ法により形成し電
極とした。
【００３９】配向層４ａおよび４ｂはポリイミド（商品
名：ＳＥ−１５０、日産化学社製）をスピンコートによ
り均一に形成し、焼成後、ラビングを施した。ラビング
方向は上下の基板間で２４０°ねじれた方向が実現でき
るような方向とした。
名：ＳＥ−１５０、日産化学社製）をスピンコートによ
り均一に形成し、焼成後、ラビングを施した。ラビング
方向は上下の基板間で２４０°ねじれた方向が実現でき
るような方向とした。
【００４０】その後、液晶層５の厚みを一定に保つた
め、５μｍのグラスファイバースペーサー（図示せず）
を散布し、液晶封止層（図示せず）として５．３μｍの
グラスファイバースペーサーを混入した接着性シール材
をスクリーン印刷することによりシール部を形成し、二
枚の基板を張り合わせた。その後、二枚の基板間の真空
脱気により液晶を注入し、ＧＨ液晶表示素子を作成し
た。
め、５μｍのグラスファイバースペーサー（図示せず）
を散布し、液晶封止層（図示せず）として５．３μｍの
グラスファイバースペーサーを混入した接着性シール材
をスクリーン印刷することによりシール部を形成し、二
枚の基板を張り合わせた。その後、二枚の基板間の真空
脱気により液晶を注入し、ＧＨ液晶表示素子を作成し
た。
【００４１】液晶層５の厚みは本実施例の場合、５μｍ
としたが、特にこれに制限されるものではなく、十分な
光の吸収が得られ、実用的な応答速度が得られる厚さで
あればよく、通常は２〜１５μｍ程度がよい。
としたが、特にこれに制限されるものではなく、十分な
光の吸収が得られ、実用的な応答速度が得られる厚さで
あればよく、通常は２〜１５μｍ程度がよい。
【００４２】また、電圧印加時に均一な液晶の分子配向
を得るために、液晶分子を基板表面からわずかに傾斜さ
せる必要があるが、この所謂プレチルト角はラビングの
条件によって制御できることはよく知られている。
を得るために、液晶分子を基板表面からわずかに傾斜さ
せる必要があるが、この所謂プレチルト角はラビングの
条件によって制御できることはよく知られている。
【００４３】ＧＨ液晶材料は以下のようにして調整し
た。ホスト液晶（商品名：ＺＬ１−４７９２、メルク社
製）に数種類のアゾ系およびアントラキノン系の二色性
色素を数ｗｔ％添加し、白黒表示が可能となるように色
相を調整した。さらに、液晶に自発的なねじれを与える
ため、光学活性物質（商品名：Ｓ−８１１、メルク社
製）を数ｗｔ％添加し、ピッチｐとセルの厚みｄの比ｄ
／ｐがほぼ０．５となるように調整した。
た。ホスト液晶（商品名：ＺＬ１−４７９２、メルク社
製）に数種類のアゾ系およびアントラキノン系の二色性
色素を数ｗｔ％添加し、白黒表示が可能となるように色
相を調整した。さらに、液晶に自発的なねじれを与える
ため、光学活性物質（商品名：Ｓ−８１１、メルク社
製）を数ｗｔ％添加し、ピッチｐとセルの厚みｄの比ｄ
／ｐがほぼ０．５となるように調整した。
【００４４】ｄ／ｐの値は特に上記の値に限られるもの
ではなく、例えば本実施例の場合は０．４２以上０．９
１以下であればよい。ただし、配向膜の種類や、液晶材
料によってはｄ／ｐの値が大きすぎるとストライプドメ
インが生じ、良好な表示が実現できないため、使用する
液晶材料や配向膜材料による臨界ｄ／ｐマージンを予め
確認しておき、セルの厚みと液晶の自発ピッチの比を調
整する必要がある。
ではなく、例えば本実施例の場合は０．４２以上０．９
１以下であればよい。ただし、配向膜の種類や、液晶材
料によってはｄ／ｐの値が大きすぎるとストライプドメ
インが生じ、良好な表示が実現できないため、使用する
液晶材料や配向膜材料による臨界ｄ／ｐマージンを予め
確認しておき、セルの厚みと液晶の自発ピッチの比を調
整する必要がある。
【００４５】また、色素濃度は図１をもとに設定した。
すなわち、本実施例で用いたＧＨ液晶材料のオーダーパ
ラメータは０．７６であったので、明るさを重視してＫ
Mｃｄの値を２．７とした。この様にして作成した反射
型ＧＨ液晶表示素子は、電圧印加時の明るさが４６％、
コントラストが４．０であり、非常に明るくコントラス
トの良い反射型液晶表示素子であった。ただし、明るさ
は、反射板単体に対しての反射率から算出した。
すなわち、本実施例で用いたＧＨ液晶材料のオーダーパ
ラメータは０．７６であったので、明るさを重視してＫ
Mｃｄの値を２．７とした。この様にして作成した反射
型ＧＨ液晶表示素子は、電圧印加時の明るさが４６％、
コントラストが４．０であり、非常に明るくコントラス
トの良い反射型液晶表示素子であった。ただし、明るさ
は、反射板単体に対しての反射率から算出した。
【００４６】本実施例の場合、２４０°ねじれたＧＨ表
示方式を用いたが、これは十分な明るさと十分に高いコ
ントラストを得ながらにして中間調を表示するためであ
り、特にこのねじれ角に規制されるものではない。
示方式を用いたが、これは十分な明るさと十分に高いコ
ントラストを得ながらにして中間調を表示するためであ
り、特にこのねじれ角に規制されるものではない。
【００４７】また、本実施例では能動素子を形成してい
ない基板を支持基板として用いたが、本実施例をＴＦＴ
やＭＩＭ等の能動素子と組み合わせることで大容量表示
が行えることは明らかである。
ない基板を支持基板として用いたが、本実施例をＴＦＴ
やＭＩＭ等の能動素子と組み合わせることで大容量表示
が行えることは明らかである。
【００４８】さらに、本実施例では白黒表示のみについ
て説明を行ったが、公知のマイクロカラーフィルタと組
み合わせることでカラー表示を実現することができるこ
とも明らかである。
て説明を行ったが、公知のマイクロカラーフィルタと組
み合わせることでカラー表示を実現することができるこ
とも明らかである。
【００４９】
【発明の効果】以上のように請求項１の反射型液晶表示
素子によれば、明るくコントラストの高い反射型液晶表
示素子を実現することができる。また、反射型液晶表示
素子において、最適な明るさと高いコントラストを得る
ための物性値の範囲を明らかにしたことで、設計の自由
度が増し、設計が簡便に行えるようになった。
素子によれば、明るくコントラストの高い反射型液晶表
示素子を実現することができる。また、反射型液晶表示
素子において、最適な明るさと高いコントラストを得る
ための物性値の範囲を明らかにしたことで、設計の自由
度が増し、設計が簡便に行えるようになった。
【００５０】請求項２の反射型液晶表示素子によれば、
電圧無印加時の光の吸収が効率良く行われるため、さら
にコントラストの高い表示を実現することができた。
電圧無印加時の光の吸収が効率良く行われるため、さら
にコントラストの高い表示を実現することができた。
【図１】本発明による最適なＫMｃｄとオーダーパラメ
ータＳの範囲を示す図である。
ータＳの範囲を示す図である。
【図２】本発明の実施例における液晶表示素子の構成を
示す図である。
示す図である。
【図３】色素分子の遷移モーメントが分子長軸とある角
度をなすときに、吸光係数が変化する割合を示した図で
ある。
度をなすときに、吸光係数が変化する割合を示した図で
ある。
１ａ 支持基板 １ｂ 透明基板 ２ 反射板 ３ 透明電極 ４ａ 配向膜 ４ｂ 配向膜 ５ 液晶層 １０ 変調制御手段 １０１ 液晶表示素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−146124（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−104297（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−41288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−127645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−38376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−22964（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−29825（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/137 500 G02F 1/1335 520
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも一方が透明である一対の基板
と、該一対の基板間に挾持された液晶層とを備え、該液
晶層が、正の誘電率異方性を有する液晶からなり、該液
晶は、基板界面付近の液晶分子の長軸が前記基板に対し
て略平行であり、前記液晶中に二色性色素が混入されて
いる反射型液晶表示素子において、 前記液晶分子に略平行な方向の直線偏光に対する吸光係
数をｋ1、略垂直な方向の直線偏光に対する吸光係数ｋ2
とし、前記色素を混入した液晶材料のオーダーパラメー
タをＳとしたとき、 ＫM＝３ｋ1／（１＋２Ｓ） または ＫM＝３ｋ2／（１−Ｓ） で表されるＫMと、色素濃度ｃ％および前記液晶層の厚
みｄμｍの積ＫMｃｄが、前記液晶層に印加される電圧
の実効値が０〜５Ｖの範囲内において、 ３Ｓ2−７．３Ｓ＋５．７≦ＫMｃｄ≦１４．７Ｓ2−１
５．１Ｓ＋６．１５ を満たすよう設定されていることを特徴とする反射型液
晶表示素子。 - 【請求項２】 自発的にねじれ構造を有するカイラル物
質を前記液晶に添加し、前記液晶層がねじれ構造を有す
ることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素
子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18796596A JP3222773B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 反射型液晶表示素子 |
| US08/887,202 US5856859A (en) | 1996-07-18 | 1997-07-02 | Guest-host reflective liquid crystal display device with a particular relationship between the concentration of dichroic dye and the cell thickness |
| KR1019970033027A KR100235168B1 (ko) | 1996-07-18 | 1997-07-16 | 반사형 액정 표시 장치 |
| TW086113835A TW460739B (en) | 1996-07-18 | 1997-09-23 | Reflective liquid crystal display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18796596A JP3222773B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 反射型液晶表示素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1031207A JPH1031207A (ja) | 1998-02-03 |
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Family
ID=16215261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18796596A Expired - Fee Related JP3222773B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 反射型液晶表示素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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| US (1) | US5856859A (ja) |
| JP (1) | JP3222773B2 (ja) |
| KR (1) | KR100235168B1 (ja) |
| TW (1) | TW460739B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| TWI534514B (zh) * | 2014-09-12 | 2016-05-21 | 群創光電股份有限公司 | 液晶顯示面板 |
| TWI672545B (zh) * | 2018-05-04 | 2019-09-21 | 住華科技股份有限公司 | 顯示裝置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-07-18 JP JP18796596A patent/JP3222773B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-07-02 US US08/887,202 patent/US5856859A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-07-16 KR KR1019970033027A patent/KR100235168B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1997-09-23 TW TW086113835A patent/TW460739B/zh not_active IP Right Cessation
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| JPH1031207A (ja) | 1998-02-03 |
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| TW460739B (en) | 2001-10-21 |
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| US5856859A (en) | 1999-01-05 |
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