JP3582025B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、反射型の液晶表示装置、特に、カラー表示を行う反射型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
近年のコンピュータ等の表示装置においては、省スペースの観点から液晶表示装置が使われるようになっている。そして、液晶表示装置を用いた場合、省エネルギー化し、長時間電池駆動を実現することが要求されている。
そのため、バックライトが不要で、長時間電池駆動できる反射型液晶表示装置、特に、カラー液晶表示装置を開発することが急務となっている。
【０００３】
【従来の技術】
図３は、従来の液晶表示装置（１）の構成説明図である。
この図は、本発明の発明者らが先に提案した光散乱液晶層と光吸収液晶層を積層して白、黒、カラー表示が可能な従来の液晶表示装置の構成を示している（米国特許第５３１７４３１号明細書参照）。
【０００４】
この図において、２１は第１のガラス基板、２２はカラーフィルタ、２２_Ｒ は赤色フィルタ層、２２_Ｇ は緑色フィルタ層、２２_Ｂ は青色フィルタ層、２３_Ｒ ，２３_Ｇ ，２３_Ｂ は第２の画素電極、２４は光吸収液晶層、２５は相変化液晶、２６は光散乱液晶層、２７は液晶液滴、２８_Ｒ ，２８_Ｇ ，２８_Ｂ は第１の画素電極、２９は第２のガラス基板である。
【０００５】
この従来の液晶表示装置においては、この図に示されるように、赤色フィルタ層２２_Ｒ 、緑色フィルタ層２２_Ｇ 、青色フィルタ層２２_Ｂ からなるカラーフィルタ２２と第２の画素電極２３_Ｒ ，２３_Ｇ ，２３_Ｂ を有する第１のガラス基板２１と、第１の画素電極２８_Ｒ ，２８_Ｇ ，２８_Ｂ を有する第２のガラス基板２９の間に、相変化液晶２５を有する光吸収液晶層２４と２色染料を添加したポリマー分散液晶からなる液晶液滴２７を有する光散乱液晶層２６を挟んだ構造を有している。
【０００６】
この光吸収液晶層２４としては、相変化液晶２５の他に、ＧＨ（ゲストホストｇｕｅｓｔ ｈｏｓｔ）型ネマティック液晶、または他のＧＨ型の液晶を用いることができる。
この場合、光散乱液晶層２６のしきい値電圧をＶ_１ とし、光吸収液晶層２４のしきい値電圧をＶ_２ とするとき、Ｖ_１ ＜Ｖ_２ の関係をもたせておく。
【０００７】
この液晶表示装置の、赤色表示に対応する第１の画素電極２８_Ｒ と第２の画素電極２３_Ｒ の間、緑色表示に対応する第１の画素電極２８_Ｇ と第２の画素電極２３_Ｇ の間、または、青色に対応する第１の画素電極２８_Ｂ と第２の画素電極２３_Ｂ の間に電圧を印加したとき、光散乱液晶層２６にかかる電圧がそのしきい値電圧（Ｖ_１ ）より低いときは、光散乱液晶層２６の液晶液滴２７中の液晶分子がランダムな方向に配向されているため、第２のガラス基板２９を通して入射する光は乱反射されて白表示を生じる。
【０００８】
また、光散乱液晶層２６にかかる電圧がそのしきい値電圧（Ｖ_１ ）より高く、光吸収液晶層２４にかかる電圧がそのしきい値電圧（Ｖ_２ ）より低いときは、光散乱液晶層２６の液晶液滴２７中の液晶分子が立ち上がるため、第２のガラス基板２９を通して入射する光はこの光散乱液晶層２６を透過し、このように光吸収液晶層２４に入射した光は、光吸収液晶層２４中の相変化液晶２５がランダムな方向に配向されているため吸収されて黒表示となる。
【０００９】
また、光吸収液晶層２４にかかる電圧がそのしきい値電圧（Ｖ_２ ）より高いときは、光散乱液晶層２６の液晶液滴２７中の液晶分子も、光吸収液晶層２４の相変化液晶２５もが立ち上がるため、第２のガラス基板２９を通して入射する光はこの光散乱液晶層２６と光吸収液晶層２４を透過して、赤色フィルタ層２２_Ｒ 、緑色フィルタ層２２_Ｇ 、青色フィルタ層２２_Ｂ からなるカラーフィルタ２２に達し、ここで反射されるため、カラー表示を得ることができる。
【００１０】
一方、ケント大学からは、コレステリック液晶の選択反射を利用して白色の反射表示を行う技術が提案されている（ＳＩＤ’９４ Ｐ−４９ Ｊ．Ｌ．Ｗｅｓｔ，Ｋｅｎｔ Ｕｎｉｖ．参照）
【００１１】
図４は、従来の液晶表示装置（２）の説明図である。
この図において横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は反射率を示し、Ｖ_１ は低しきい値、Ｖ_２ は高しきい値を示している。
このコレステリック液晶を用いた液晶表示装置には、反射率が高いプレーナ状態（Ａ）と、反射率が低いフォーカルコニカル状態（Ｂ）の２安定応答が観測され、反射率が高いプレーナ状態（Ａ）から出発すると、比較的低電圧のパルスには応答を示さないが、低しきい値Ｖ_１ より高くなると、反射率が低いフォーカルコニカル状態（Ｂ）に移行し、高しきい値Ｖ_２ より高くなると、再び反射率が高いプレーナ状態（Ａ）に移行する。
【００１２】
そして、この反射率が低いフォーカルコニカル状態（Ｂ）は、高しきい値Ｖ_２ より高いパルスを印加するまでは維持される。
このような反射率が高いプレーナ状態（Ａ）と、反射率が低いフォーカルコニカル状態（Ｂ）の２安定応答を利用すると、印加電圧によって、反射率が高い白状態と、反射率が低い黒状態を表示することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来の液晶表示装置（１）においては、ポリマー分散の後方散乱が弱いため明るい白表示を得難いという問題があった。
また、従来の液晶表示装置（２）においては、コレステリック液晶のみでは白黒表示のみが可能で、カラー表示ができないという問題があった。
【００１４】
本発明は、明るい白表示と、カラー表示ができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に依る液晶表示装置に於いては、２枚のガラス基板の間に観察者から遠いガラス基板側から反射層、カラーフィルタ層、透明電極層、光吸収液晶層、光反射層、透明電極層がこの順に積層されてなり、該光反射層はコレステリック液晶層であって、該コレステリック液晶層がプレーナ配向となったときの選択反射特性を利用して光反射を行うものであることを特徴とする。
【００１６】
前記コレステリック液晶層に樹脂を添加した構成にした場合、光の反射が強化され、視角特性が改善される。
また、光反射層の駆動電圧を光吸収液晶層の駆動電圧より低くして、電圧を上昇させるにしたがって、白、黒、カラーの表示を確実に実現することができる。
【００１７】
また、前記光吸収液晶層としてＧＨ型のコレステリック液晶層を用いることができ、更に、該光吸収液晶層と光反射層との間に遮断層を設け、該光吸収液晶層と光反射層とが混合するのを防ぐことができる。
また、光吸収液晶層をＧＨ型のポリマー分散液晶層として高純度の白表示を実現することができる。
【００１８】
【作用】
図１は、本発明の液晶表示装置の原理説明図である。
この図において、１は第１の透明基板、２は反射層、３はフィルタ、３_Ｒ は赤色フィルタ層、３_Ｇ は緑色フィルタ層、３_Ｂ は青色フィルタ層、４_Ｒ ，４_Ｇ ，４_Ｂ は透明電極、５は光吸収性ＧＨポリマー分散液晶層、６は遮断層、７は選択反射コレステリック液晶層、８は透明電極、９は第２のガラス基板である。
【００１９】
本発明の液晶表示装置においては、第１のガラス基板１側から、反射層２、赤色フィルタ層３_Ｒ 、緑色フィルタ層３_Ｇ 、青色フィルタ層３_Ｂ 、ＩＴＯ透明電極４_Ｒ ，４_Ｇ ，４_Ｂ 、ＧＨポリマー分散液晶層５、層間遮断層６、選択反射コレステリック液晶層７、ＩＴＯ透明電極８、第２のガラス基板９から構成されている。
【００２０】
そして、第１のガラス基板１に形成されたＩＴＯ透明電極４_Ｒ ，４_Ｇ ，４_Ｂ とＩＴＯ透明電極８によって、ＧＨポリマー分散液晶層５および選択反射コレステリック液晶層７に電圧を印加するようになっている。
また、赤色フィルタ層３_Ｒ 、緑色フィルタ層３_Ｇ 、青色フィルタ層３_Ｂ は、表示色をだすために形成されている。
【００２１】
また、層間遮断層６は、ＧＨポリマー分散液晶層５と選択反射コレステリック液晶層７が混合するのを防ぐために形成されている。
ＧＨポリマー分散液晶層５と選択反射コレステリック液晶層７の性状によっては、この層間遮断層６は必要でないこともある。
【００２２】
この液晶表示装置においては、ＧＨポリマー分散液晶層５の駆動電圧は、選択反射コレステリック液晶層７の駆動電圧より高く設定される。
第１のガラス基板１に形成されたＩＴＯ透明電極４_Ｒ ，４_Ｇ ，４_Ｂ とＩＴＯ透明電極８の間に電圧を印加していないときは、ＧＨポリマー分散液晶層５、選択反射コレステリック液晶層７ともに初期配向状態にあり、選択反射コレステリック液晶層７によって入射光が選択反射されて表示色が白になる。この場合、反射率は約４０％と高く、紙のような表示が得られる。
後述する赤色フィルタ層３_Ｒ 、緑色フィルタ層３_Ｇ 、青色フィルタ層３_Ｂ を同時に表示する場合も白表示が得られるが、選択反射コレステリック液晶層７による入射光の散乱で生じる白表示よりも暗い。
【００２３】
第１のガラス基板１に形成されたＩＴＯ透明電極４_Ｒ ，４_Ｇ ，４_Ｂ とＩＴＯ透明電極８の間の印加電圧を高くしていくと、選択反射コレステリック液晶層７による選択反射がなくなり、入射光はＧＨポリマー分散液晶層５によって吸収されて黒表示になる。
【００２４】
さらに印加電圧を高くしていくと、ＧＨポリマー分散液晶層５と選択反射コレステリック液晶層７がともに透明状態になり、赤色フィルタ層３_Ｒ 、緑色フィルタ層３_Ｇ 、青色フィルタ層３_Ｂ が見えるようになり、カラー表示が行われる。
ＧＨポリマー分散液晶層５としては、選択反射コレステリック液晶層７との混合をなるべく抑える意味で、ポリマー分散液晶層等の自己保持特性を有する層が適している。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
図２は、本発明の一実施例の液晶表示装置の構成説明図である。
この図において、１１は第１のガラス基板、１２は反射層、１３_Ｒ は赤色フィルタ層、１３_Ｇ は緑色フィルタ層、１３_Ｂ は青色フィルタ層、１４_Ｒ ，１４_Ｇ ，１４_Ｂ はＩＴＯ透明電極、１５はＧＨポリマー分散液晶層、１６は層間遮断層、１７は選択反射コレステリック液晶層、１８はＩＴＯ透明電極、１９は第２のガラス基板である。
【００２６】
この液晶表示装置の構成説明図によって、この実施例の乳化法による液晶表示装置の製造方法とともにその液晶表示装置の構成を説明する。
まず、一表面に、反射層１２を形成し、その上に赤色フィルタ層１３_Ｒ 、緑色フィルタ層１３_Ｇ 、青色フィルタ層１３_Ｂ を形成し、その上にＩＴＯ透明電極１４_Ｒ ，１４_Ｇ ，１４_Ｂ を形成した第１のガラス基板１１の上に、ポリマーであるＰＶＡ（ポリビニルアルコール）と水とＧＨ（ゲストホストｇｕｅｓｔ ｈｏｓｔ）液晶を２：８：５の割合で混合した乳化物を塗布し、水を蒸発して固化することによってＧＨポリマー分散液晶層１５を形成する。
【００２７】
この場合には、ＧＨ液晶としてフッ素系液晶（メルク社製のＺＬＩ４７９２）を用い、このフッ素系液晶に黒色色素（三井東圧染料製の黒色色素Ｓ３８７）を２％混合する。
【００２８】
固化（ゲル状態）したＧＨポリマー分散液晶層１５の上に、アクリレート系プレポリマー（日本化薬製の架橋密度が高い樹脂）を塗布して、層間遮断層１６を形成する。
なお、ＧＨポリマー分散液晶層１５と層１７とが混じり合わない場合には、層間遮断層１６を省略することができる。
【００２９】
ここで、スペーサを散布し、このスペーサによって間隔を１０μｍに規制してＩＴＯ透明電極１８を形成した第２のガラス基板１９を選択反射コレステリック液晶を注入するための注入口を残して封着する。
この場合、スペーサによって柔軟なＧＨポリマー分散液晶層１５と層間遮断層１６が変形して、第１のガラス基板１１と第２のガラス基板１９の間隔を規制することができる。この場合、層間遮断層１６を形成する前にスペーサを散布しておくこともできる。
【００３０】
コレステリック液晶と樹脂の混合物を、層間遮断層１６と、第２のガラス基板１９のＩＴＯ透明電極１８の間に注入する。
この樹脂としては、両側にアクリレート基をつけたビフェニール、あるいは、アルキル基とアクリレート基とが結合したものを結合したビフェニールを用いることができる。この樹脂を熱硬化あるいは紫外線硬化させて、選択反射コレステリック液晶層１７を形成する。
この実施例の液晶表示装置においては、電圧無印加時に約４０％の高い白の反射率（ペーパーホワイト）が得られた。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、高反射率のカラー表示を得ることができ、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等の低消費電力化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の原理説明図である。
【図２】本発明の一実施例の液晶表示装置の構成説明図である。
【図３】従来の液晶表示装置（１）の構成説明図である。
【図４】従来の液晶表示装置（２）の説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の透明基板
２ 反射層
３ フィルタ
３_Ｒ 赤色フィルタ層
３_Ｇ 緑色フィルタ層
３_Ｂ 青色フィルタ層
４_Ｒ ，４_Ｇ ，４_Ｂ 透明電極
５ 光吸収性ＧＨポリマー分散液晶層
６ 遮断層
７ 選択反射コレステリック液晶層
８ 透明電極
９ 第２のガラス基板
１１ 第１のガラス基板
１２ 反射層
１３_Ｒ 赤色フィルタ層
１３_Ｇ 緑色フィルタ層
１３_Ｂ 青色フィルタ層
１４_Ｒ ，１４_Ｇ ，１４_Ｂ ＩＴＯ透明電極
１５ ＧＨポリマー分散液晶層
１６ 層間遮断層
１７ 選択反射コレステリック液晶層
１８ ＩＴＯ透明電極
１９ 第２のガラス基板

Claims (6)

1. ２枚のガラス基板の間に観察者から遠いガラス基板側から反射層、カラーフィルタ層、透明電極層、光吸収液晶層、光反射層、透明電極層がこの順に積層されてなり、
   該光反射層はコレステリック液晶層であって、該コレステリック液晶層がプレーナ配向となったときの選択反射特性を利用して光反射を行うものであること
   を特徴とする液晶表示装置。
2. コレステリック液晶層に樹脂が添加されてなること
   を特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 光反射層の駆動電圧が光吸収液晶層の駆動電圧より低いこと
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶表示装置。
4. 光吸収液晶層がＧＨ型のコレステリック液晶層であること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１記載の液晶表示装置。
5. 光吸収液晶層と光反射層との間に遮断層が設けられてなること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１記載の液晶表示装置。
6. 光吸収液晶層がＧＨ型のポリマー分散型液晶層であること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１記載の液晶表示装置。

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