JP3582025B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【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、22R は赤色フィルタ層、22G は緑色フィルタ層、22B は青色フィルタ層、23R ,23G ,23B 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、28R ,28G ,28B 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22R 、緑色フィルタ層22G 、青色フィルタ層22B からなるカラーフィルタ22と第2の画素電極23R ,23G ,23B を有する第1のガラス基板21と、第1の画素電極28R ,28G ,28B 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V1 とし、光吸収液晶層24のしきい値電圧をV2 とするとき、V1 <V2 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28R と第2の画素電極23R の間、緑色表示に対応する第1の画素電極28G と第2の画素電極23G の間、または、青色に対応する第1の画素電極28B と第2の画素電極23B 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(V1 )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(V1 )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(V2 )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(V2 )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22R 、緑色フィルタ層22G 、青色フィルタ層22B 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、V1 は低しきい値、V2 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V1 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V2 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V2 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、3R は赤色フィルタ層、3G は緑色フィルタ層、3B は青色フィルタ層、4R ,4G ,4B 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3R 、緑色フィルタ層3G 、青色フィルタ層3B 、ITO透明電極4R ,4G ,4B 、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4R ,4G ,4B 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3R 、緑色フィルタ層3G 、青色フィルタ層3B 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4R ,4G ,4B 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3R 、緑色フィルタ層3G 、青色フィルタ層3B 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4R ,4G ,4B 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3R 、緑色フィルタ層3G 、青色フィルタ層3B 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、13R は赤色フィルタ層、13G は緑色フィルタ層、13B は青色フィルタ層、14R ,14G ,14B 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13R 、緑色フィルタ層13G 、青色フィルタ層13B を形成し、その上にITO透明電極14R ,14G ,14B 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
3R 赤色フィルタ層
3G 緑色フィルタ層
3B 青色フィルタ層
4R ,4G ,4B 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
13R 赤色フィルタ層
13G 緑色フィルタ層
13B 青色フィルタ層
14R ,14G ,14B 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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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