JP3603923B2 - Reflective liquid crystal display - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶を用い、外光を利用して表示を行う反射型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置は、バックライトのような専用の光源を必要とせず、消費電力が少ないとともに、偏平小型に構成できることから、小型情報機器や携帯情報端末などの表示装置として注目されている。
【0003】
白黒表示などの単色表示が可能な反射型液晶表示装置としては、TN(捩じれネマチック)方式によるものが知られている。TN方式の反射型液晶表示装置は、それぞれ透明電極を形成した2枚の透明基板間に正の誘電異方性を有するネマチック液晶を装填して、配向膜の制御により液晶分子の長軸が上下の基板間で90°連続的に捩じれたTNセルを形成するとともに、上下の基板の外側に互いに直交する偏光板を配し、下側の偏光板の外側に反射板を配したものである。
【0004】
このTN方式の反射型液晶表示装置では、TNセルに電圧が印加されないときには、上側の基板に垂直に入射した光は、セル通過中に液晶分子の捩じれに沿って偏光面が90°回転して下側の偏光板を透過し、その外側の反射板で反射して観察者の目に入って、TNセルは白色を呈する。
【0005】
これに対して、TNセルにしきい値以上の電圧が印加されると、電極面近傍の液晶分子を除く液晶分子が電場方向と平行に配列されることにより、偏光面の回転が生じなくなって、入射光は下側の偏光板を透過せず、TNセルは黒色を呈する。したがって、電圧のオンオフによって文字などの表示が可能となる。
【0006】
しかしながら、TN方式の反射型液晶表示装置は、偏光板を使用して入射光の偏光方向を一方向に制限するため、入射光の半分以上が失われ、反射光が微弱となって、白色表示のときの白色が非常に暗くなり、コントラストが低くなる欠点がある。
【0007】
そこで、偏光板を用いることなく単色表示を可能にした反射型液晶表示装置として、例えば、NCAP(Nematic Curvilinear Aligned Phase:ネマチック曲線式整列相)液晶を用いたものが考えられている。
【0008】
NCAP液晶を用いた反射型液晶表示装置は、それぞれ透明電極を形成した2枚の透明基板間に、ポリマーマトリクス中に微小な液晶カプセルを分散させたNCAP液晶層を形成するとともに、外光の入射側と反対側の基板の外側に黒色膜を形成したものである。
【0009】
このNCAP液晶を用いた反射型液晶表示装置では、一対の電極間に電圧が印加されないときには、液晶カプセル中の液晶分子が液晶カプセルの外壁に沿って並び、液晶分子の複屈折性によって入射光が液晶カプセルの表面や内部で散乱するので、白色が表示されるとともに、一対の電極間にしきい値以上の電圧が印加されると、液晶分子が電界方向に沿って整列し、入射光がNCAP液晶層を透過して黒色膜に吸収されるので、黒色が表示される。
【0010】
多色表示が可能な反射型液晶表示装置としては、カラーフィルタを用いたものが知られている。しかしながら、カラーフィルタを用いる場合には、光のロスを生じるので、バックライトを用いる透過型液晶表示装置のように光量の増幅ができない反射型液晶表示装置としては、十分なコントラストが得られない欠点がある。
【0011】
そこで、カラーフィルタを用いることなく多色表示を可能にした反射型液晶表示装置が、いくつか提案されている。
【0012】
例えば、特開平3−209425号には、図9に示すように、透明基板21aの一面に透明電極22aを、透明基板21bの一面および他面に透明電極23aおよび22bを、透明基板21cの一面および他面に透明電極23bおよび22cを、透明基板21dの一面に透明電極23cを、それぞれ形成し、透明電極22a,23a間、22b,23b間、および22c,23c間に、それぞれ反射層24a,24bおよび24cとして、それぞれコレステリック液晶を高分子中に分散させた、それぞれレッド、グリーンおよびブルーの色光を選択反射する選択反射層を形成し、反射層24a,24bおよび24cを、それぞれ駆動回路25a,25bおよび25cによって別個に駆動して、加法混色の原理により任意の色を表示するものが示されている。
【0013】
また、特開平4−178623号には、図9の反射層24a,24bおよび24cとして、それぞれ屈折率の異なる2種の層が交互に積層され、少なくとも一方の層は電圧により屈折率が変化する、それぞれレッド、グリーンおよびブルーの色光を反射する干渉フィルタを形成し、外光の入射側と反対側の透明基板21dの裏面に黒色膜を形成し、反射層24a,24bおよび24cを、それぞれ駆動回路25a,25bおよび25cによって別個に駆動して、加法混色の原理により任意の色を表示するものが示されている。
【0014】
さらに、Optical Engineering,23(1984),p247には、図9の反射層24a,24bおよび24cとして、それぞれイエロー、シアンおよびマゼンタの二色性色素を含有させたゲストホストセルを用いることによって、フルカラー表示を実現することが示されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、偏光板を用いることなく単色表示を可能にした、NCAP液晶を用いた反射型液晶表示装置も、入射光が散乱するときの反射率が20%前後と低く、白色表示のときの白色が非常に暗くなり、コントラストが低くなる欠点がある。
【0016】
また、カラーフィルタを用いることなく多色表示を可能にした、図9に示して上述した反射型液晶表示装置は、駆動電極および駆動回路が3色分必要となり、製造コストが高くなるとともに、各色の反射層24a,24b,24cの間に透明電極および透明基板を有し、各色の反射層24a,24b,24cの間の間隔が大きくなるため、視差が大きくなる欠点がある。
【0017】
そこで、この発明の第1の目的は、白黒表示などの単色表示が可能な反射型液晶表示装置において、十分なコントラストが得られるようにすることにある。
【0018】
この発明の第2の目的は、多色表示が可能な反射型液晶表示装置において、十分なコントラストが得られるとともに、製造コストが低くなり、かつ視差が小さくなるようにすることにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の反射型液晶表示装置は、それぞれ電極を有し、少なくとも一方が透明の一対の基板間に、それぞれ可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化のしきい値電圧およびフォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化のしきい値電圧が同一のコレステリック液晶が高分子中に分散された複数の選択反射層が、各層の間に電極および基板を介することなく積層されていることを特徴とする。
【0020】
請求項2の発明の反射型液晶表示装置は、それぞれ電極を有し、少なくとも一方が透明の一対の基板間に、それぞれ可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化のしきい値電圧およびフォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化のしきい値電圧が互いに異なるコレステリック液晶が高分子中に分散された複数の選択反射層が、各層の間に電極および基板を介することなく積層されていることを特徴とする。
【0021】
【作用】
液晶分子が螺旋構造を有するコレステリック液晶は、螺旋軸に平行に入射した光を右旋光と左旋光に分離して、螺旋の捩じれ方向に一致する円偏光成分を反射し、残りの円偏光成分を透過させる選択反射を生じる。そして、螺旋ピッチをp、螺旋軸に直交する平面内の平均屈折率をn、複屈折率をΔnとすると、反射中心波長λおよび反射波長幅Δλは、それぞれλ=n・pおよびΔλ=Δn・pで表され、コレステリック液晶による反射光は螺旋ピッチに依存した鮮やかな色を呈する。
【0022】
すなわち、正の誘電異方性を有するコレステリック液晶は、印加電界の増加に伴って、(A)螺旋軸がセル表面に垂直となって選択反射を生じるプレーナ相、(B)螺旋軸がランダムな方向を向くフォーカルコニック相、および(C)螺旋構造がほどけて液晶ダイレクタが電界方向を向くホメオトロピック相、の三つの状態を示す。そして、界面でのアンカリング効果がないときには、自由エネルギ最小のプレーナ相が無電界での基底状態となる。
【0023】
しかしながら、コレステリック液晶が高分子中に分散された高分子分散コレステリック液晶では、高分子界面との相互作用によって、熱揺動によるフォーカルコニック相からプレーナ相への相転移を生じず、これら二つの状態が無電界で安定に存在する。
【0024】
すなわち、正の誘電異方性を有する高分子分散コレステリック液晶は、パルス印加中は、上記のように電圧の増加に伴って、プレーナ相からフォーカルコニック相に変化し、フォーカルコニック相からホメオトロピック相に変化するが、電圧除去後は、ホメオトロピック相がプレーナ相に変化し、上記のメモリ効果によってプレーナ相とフォーカルコニック相のいずれかが保持される。
【0025】
したがって、プレーナ相からフォーカルコニック相への変化のしきい値電圧をVth1、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化のしきい値電圧をVth2とすると、電圧除去後は、除去前の電圧がVth2以上のときにはプレーナ相による選択反射状態となり、Vth1とVth2の間のときにはフォーカルコニック相による透過状態となり、Vth1以下のときには電圧印加前の状態を継続した状態、すなわちプレーナ相による選択反射状態またはフォーカルコニック相による透過状態となる。
【0026】
この発明では、この高分子分散コレステリック液晶の双安定現象を利用して、(A)プレーナ相による選択反射状態と、(B)後方散乱の小さいフォーカルコニック相による透過状態とを、スイッチングすることによって、表示を行う。
【0027】
すなわち、請求項1の発明の反射型液晶表示装置においては、それぞれ電極を有し、少なくとも一方が透明の一対の基板間に、例えば、それぞれレッド、グリーン、ブルーの色光を選択反射するコレステリック液晶が高分子中に分散された3層の選択反射層を積層し、それぞれの選択反射層のコレステリック液晶の相変化しきい値電圧Vth1およびVth2を、それぞれ同一の電圧Vrgb1およびVrgb2とするので、一対の電極間にVrgb2以上の電圧を印加して、3層の選択反射層をすべて選択反射状態とすることにより、白色が表示され、一対の電極間にVrgb1とVrgb2の間の電圧を印加して、3層の選択反射層をすべて透過状態とすることにより、3層の選択反射層を透過した光が外光の入射側と反対側に設けられた黒色膜に吸収されて、黒色が表示される。したがって、白黒表示が可能となる。
【0028】
そして、コレステリック液晶による選択反射の反射率は原理的に50%となるので、白色表示のときの白色が明るくなり、コントラストが高くなる。また、3層の選択反射層は、間に透明電極および透明基板を介することなく直接積層され、駆動電極および駆動回路を共通とするので、視差が小さくなるとともに、製造コストが低くなる。
【0029】
請求項2の発明の反射型液晶表示装置においては、それぞれ電極を有し、少なくとも一方が透明の一対の基板間に、例えば、それぞれレッド、グリーン、ブルーの色光を選択反射するコレステリック液晶が高分子中に分散された3層の選択反射層を積層し、それぞれの選択反射層のコレステリック液晶の相変化しきい値電圧Vth1およびVth2を、それぞれ互いに異なる電圧Vr1,Vg1,Vb1およびVr2,Vg2,Vb2とするので、一対の電極間に印加する電圧に応じて、3層の選択反射層のうちの任意の1層もしくは特定の2層または3層すべてを選択反射状態とすることができ、また3層すべてを透過状態とすることができる。
【0030】
したがって、3層の選択反射層をすべて選択反射状態とすることにより、白色が表示され、3層の選択反射層のうちのいずれか1層のみを選択反射状態とすることにより、レッド、グリーン、ブルーが表示され、3層の選択反射層をすべて透過状態とすることにより、黒色が表示される。
【0031】
また、3層の選択反射層のコレステリック液晶の相変化しきい値電圧Vr1,Vg1,Vb1およびVr2,Vg2,Vb2の高低順に応じて、3層の選択反射層のうちの2層を選択反射状態とすることにより、イエローおよびシアン、またはシアンおよびマゼンタ、またはマゼンタおよびイエローが表示される。したがって、多色表示が可能となる。
【0032】
そして、コレステリック液晶による選択反射の反射率は原理的に50%となるので、コントラストが高くなるとともに、3層の選択反射層は、間に透明電極および透明基板を介することなく直接積層され、駆動電極および駆動回路を共通とするので、視差が小さくなるとともに、製造コストが低くなる。
【0033】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の反射型液晶表示装置の一実施形態を示す。この実施形態では、基板1,2の一面に、それぞれ電極3,4を形成し、電極3,4間に、それぞれ高分子6R,6G,6B中にコレステリック液晶7R,7G,7Bを分散させた高分子分散コレステリック液晶(PDCLC:Polymer Dispersed Cholesteric Liquid Crystal)構造の選択反射層5R,5G,5Bを積層し、電極3,4を駆動回路8に接続する。
【0034】
基板1,2は、ガラスやプラスチックなどの絶縁性および光透過性を有する材料により形成し、電極3,4は、ITOなどの導電性および光透過性を有する材料により形成する。具体的に、基板1,2および電極3,4としては、ITO電極付きガラス基板、例えばコーニング社製7059を用いることができる。
【0035】
外光の入射側と反対側の基板2には、その裏面に、選択反射層5R,5Gおよび5Bを透過した可視光成分を吸収するための黒色膜9を形成する。具体的には、ブラック樹脂、例えば日本化薬社製BKR−105を塗布する。
【0036】
選択反射層5R,5G,5Bは、例えば、PIPS(Polymerization Induced Phase Separation)法によって形成する。
【0037】
すなわち、重合後に液晶とほぼ同一の屈折率が得られる光重合高分子前駆体、例えばノーランド社製NOA65をコレステリック液晶7Bに添加して、電極4が形成された基板2上に塗布する。これに、例えば10mW/cm2の強度の紫外光を照射することによって、光重合反応による高分子6Bの骨格を形成し、コレステリック液晶7Bが微小液滴として分散された選択反射層5Bを得る。同様の方法で選択反射層5B上に選択反射層5Gを形成し、さらに選択反射層5G上に選択反射層5Rとなる材料を塗布し、電極3が形成された基板1を重ね合わせた状態で紫外光により重合することによって選択反射層5Rを形成する。
【0038】
コレステリック液晶7R,7G,7Bは、それぞれ、正の誘電異方性を有するネマチック液晶に、カイラル剤と呼ばれる末端基として、光学活性の2−メチルブチル基、2−メチルブトキシ基、または4−メチルヘキシル基などが結合された液晶を添加することによって、得ることができる。螺旋ピッチpは、カイラル剤の添加量によって決まる。
【0039】
一例として、コレステリック液晶7B,7G,7Rとして、シアノビフェニル系ネマチック液晶、例えばメルク社製E8に、右旋性カイラル剤、例えばメルク社製CB15を、それぞれ重量比で50%、42%、33%添加することによって、選択反射層7Bの選択反射の中心波長λbは、ブルー領域を含む380〜530nmの範囲となり、選択反射層7Gの選択反射の中心波長λgは、グリーン領域を含む480〜630nmの範囲となり、選択反射層7Rの選択反射の中心波長λrは、レッド領域を含む570〜780nmの範囲となるように、それぞれの螺旋ピッチpb,pg,prを調整する。
【0040】
図2に示すように、電極3,4間に装填された正の誘電異方性を有するコレステリック液晶7は、電極3,4間に印加される電界の増加に伴って、同図(A)のように螺旋軸がセル表面に垂直となって選択反射を生じるプレーナ相、同図(B)のように螺旋軸がランダムな方向を向くフォーカルコニック相、および同図(C)のように螺旋構造がほどけて液晶ダイレクタが電界方向を向くホメオトロピック相、の三つの状態を示す。そして、界面でのアンカリング効果がないときには、自由エネルギ最小のプレーナ相が無電界での基底状態となる。
【0041】
しかしながら、選択反射層5R,5G,5Bのようにコレステリック液晶7R,7G,7Bが高分子6R,6G,6B中に分散された高分子分散コレステリック液晶では、高分子界面との相互作用によって、熱揺動によるフォーカルコニック相からプレーナ相への相転移を生じず、これら二つの状態が無電界で安定に存在する。
【0042】
すなわち、正の誘電異方性を有する高分子分散コレステリック液晶からなる選択反射層5R,5G,5Bは、それぞれ、パルス印加中は、上記のように電圧の増加に伴って、プレーナ相からフォーカルコニック相に変化し、フォーカルコニック相からホメオトロピック相に変化するが、電圧除去後は、図3に印加パルスの電圧値とパルス印加後の反射率との関係を示すように、ホメオトロピック相がプレーナ相に変化し、上記のメモリ効果によってプレーナ相とフォーカルコニック相のいずれかが保持される。
【0043】
したがって、それぞれの選択反射層5R,5G,5Bの、プレーナ相からフォーカルコニック相への変化のしきい値電圧をVth1、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化のしきい値電圧をVth2とすると、それぞれの選択反射層5R,5G,5Bは、電圧除去後は、除去前の電圧がVth2以上のときにはプレーナ相による選択反射状態となり、Vth1とVth2の間のときにはフォーカルコニック相による透過状態となり、Vth1以下のときには電圧印加前の状態を継続した状態、すなわちプレーナ相による選択反射状態またはフォーカルコニック相による透過状態となる。
【0044】
図1の実施形態の反射型液晶表示装置では、この高分子分散コレステリック液晶の双安定現象を利用して、それぞれの選択反射層5R,5G,5Bにつき、図4(A)に示すようなプレーナ相による選択反射状態と、同図(B)に示すような後方散乱の小さいフォーカルコニック相による透過状態とを、スイッチングすることによって、表示を行う。
【0045】
(実施例1)
単色表示を行う第1の実施例では、例えば、図5に印加パルスの電圧値とパルス印加後の反射率との関係で示すように、それぞれの選択反射層5R,5G,5Bのコレステリック液晶7R,7G,7Bの相変化しきい値電圧Vth1およびVth2を、それぞれ同一の電圧Vrgb1およびVrgb2とする。
【0046】
コレステリック液晶の誘電異方性をΔε、ツイスト弾性率をK22、ベンド弾性率をK33とすると、しきい値電圧Vth1は、p−1,Δε−1/2,K22およびK33−1/2の関数で表され、しきい値電圧Vth2は、p−1,Δε−1/2およびK221/2の関数で表される。
【0047】
したがって、図1において上述したように、それぞれのコレステリック液晶7R,7G,7Bの螺旋ピッチpr,pg,pbをpr>pg>pbの関係として、コレステリック液晶7R,7G,7Bの反射中心波長λr,λg,λbをλr>λg>λbの関係とする場合、コレステリック液晶7R,7G,7Bの相変化しきい値電圧Vth1およびVth2を、それぞれ同一の電圧Vrgb1およびVrgb2とするには、それぞれのコレステリック液晶7R,7G,7Bを、誘電異方性Δεまたはツイスト弾性率K22もしくはベンド弾性率K33が異なるネマチック液晶によって形成すればよい。
【0048】
このように、コレステリック液晶7R,7G,7Bの相変化しきい値電圧Vth1およびVth2を、それぞれ同一の電圧Vrgb1およびVrgb2とし、電極3,4間にVrgb2以上の電圧を印加するときには、選択反射層5R,5G,5Bがすべて選択反射状態となって、白色が表示される。
【0049】
また、電極3,4間にVrgb1とVrgb2の間の電圧を印加するときには、選択反射層5R,5G,5Bがすべて透過状態となって、選択反射層5R,5Gおよび5Bを透過した光が黒色膜9に吸収され、黒色が表示される。したがって、白黒表示が可能となる。
【0050】
そして、コレステリック液晶7R,7G,7Bによる選択反射の反射率は原理的に50%となるので、白色表示のときの白色が明るくなり、コントラストが高くなる。また、選択反射層5R,5G,5Bは、間に透明電極および透明基板を介することなく直接積層され、駆動電極および駆動回路を共通とするので、視差が小さくなるとともに、製造コストが低くなる。
【0051】
(実施例2)
多色表示を行う第2の実施例では、図6に印加パルスの電圧値とパルス印加後の反射率との関係で示すように、それぞれの選択反射層5R,5G,5Bのコレステリック液晶7R,7G,7Bの相変化しきい値電圧Vth1およびVth2を、それぞれ互いに異なる電圧Vr1,Vg1,Vb1およびVr2,Vg2,Vb2とする。図6の例は、Vr1<Vg1<Vb1およびVr2<Vg2<Vb2とした場合である。
【0052】
上記のように、しきい値電圧Vth1は、p−1,Δε−1/2,K22およびK33−1/2の関数で表され、しきい値電圧Vth2は、p−1,Δε−1/2およびK221/2の関数で表される。
【0053】
したがって、図1において上述したように、それぞれのコレステリック液晶7R,7G,7Bの螺旋ピッチpr,pg,pbをpr>pg>pbの関係として、コレステリック液晶7R,7G,7Bの反射中心波長λr,λg,λbをλr>λg>λbの関係とするとともに、コレステリック液晶7R,7G,7Bを同一のネマチック液晶によって形成する場合、螺旋ピッチpr,pg,pbに依存して、Vr1<Vg1<Vb1およびVr2<Vg2<Vb2とすることができる。
【0054】
ただし、より大きな駆動マージンを得るためには、それぞれのコレステリック液晶7R,7G,7Bを、誘電異方性Δεまたはツイスト弾性率K22もしくはベンド弾性率K33が異なるネマチック液晶によって形成することが望ましい。
【0055】
そして、電極3,4間には、駆動信号として、図7に示すように、それぞれ1kHzのパルス電圧のリフレッシュ期間およびセレクト期間と、その後の無電圧の表示期間で構成される信号を印加するとともに、その駆動信号のリフレッシュ電圧Vrおよびセレクト電圧Vsを、Vr>Vsの関係をもって、入力データに基づいて、図6に示す7段階の電圧Va〜Vgの間で変化させる。
【0056】
図8は、この場合のリフレッシュ電圧Vrとセレクト電圧Vsの組み合わせによる、それぞれの選択反射層5R,5G,5Bの相変化の様子を示したもので、「0??」「00?」「000」「100」などの数値の最上位(左側)は選択反射層5Rの、中位(中央)は選択反射層5Gの、最下位(右側)は選択反射層5Bの、それぞれ相状態を示し、「1」はプレーナ相による選択反射状態、「0」はフォーカルコニック相による透過状態、「?」は駆動信号の印加前の状態に依存する未確定状態、をそれぞれ示す。ただし、有意であるVr>Vsの場合のみを示している。
【0057】
これからも明らかなように、電極3,4間にVg→Va→0Vの順で変化する駆動信号を印加するときには、選択反射層5R,5G,5Bがすべて選択反射状態となって、白色が表示され、Vg→Vd→0Vの順で変化する駆動信号を印加するときには、選択反射層5R,5G,5Bがすべて透過状態となって、選択反射層5R,5Gおよび5Bを透過した光が黒色膜9に吸収され、黒色が表示される。
【0058】
また、Vg→Ve→0Vの順で変化する駆動信号を印加するときには、選択反射層5Rのみが選択反射状態となって、レッドが表示され、Vf→Vb→0Vの順で変化する駆動信号を印加するときには、選択反射層5Gのみが選択反射状態となって、グリーンが表示され、Vg→Vc→0Vの順で変化する駆動信号を印加するときには、選択反射層5Bのみが選択反射状態となって、ブルーが表示される。
【0059】
さらに、Vg→Vf→0Vの順で変化する駆動信号を印加するときには、選択反射層5Rおよび5Gが選択反射状態となって、イエローが表示され、Vg→Vb→0Vの順で変化する駆動信号を印加するときには、選択反射層5Gおよび5Bが選択反射状態となって、シアンが表示される。
【0060】
したがって、1画素内でホワイト、ブラック、レッド、グリーン、ブルー、イエローおよびシアンの7色のうちのいずれかを表示することができ、多色表示が可能となる。
【0061】
そして、コレステリック液晶7R,7G,7Bによる選択反射の反射率は原理的に50%となるので、コントラストが高くなる。しかも、選択反射層5R,5G,5Bは、間に透明電極および透明基板を介することなく直接積層され、駆動電極および駆動回路を共通とするので、視差が小さくなるとともに、製造コストが低くなる。
【0062】
なお、上記の例は、2層の選択反射層からの反射光の加法混色により表示される色がイエローおよびシアンとなる場合であるが、それぞれのコレステリック液晶7R,7G,7Bの相変化しきい値電圧Vr1,Vg1,Vb1およびVr2,Vg2,Vb2の大小関係を上記の例とは変えることによって、2層の選択反射層からの反射光の加法混色により表示される色をシアンおよびマゼンタ、またはマゼンタおよびイエローとすることができる。
【0066】
〔他の実施形態〕
図1の実施形態は、電極3,4間に3層の選択反射層5R,5G,5Bを積層する場合であるが、例えば2層の選択反射層を積層するようにしてもよい。例えば、上記の選択反射層5Rおよび5Gのみを積層する場合には、選択反射層5Rおよび5Gを選択反射状態とすることによってイエローが表示され、選択反射層5Rおよび5Gを透過状態とすることによって黒色が表示されて、単色表示が可能となる。
【0067】
また、選択反射層5R,5Gのコレステリック液晶7R,7Gの相変化しきい値電圧Vth1およびVth2を、それぞれ互いに異なる電圧Vr1,Vg1およびVr2,Vg2とすることによって、多色表示が可能となる。
【0068】
【発明の効果】
上述したように、請求項1の発明によれば、白黒表示などの単色表示が可能な反射型液晶表示装置において、十分なコントラストを得ることができるとともに、製造コストを低くし、かつ視差を小さくすることができる。
【0069】
請求項2の発明によれば、多色表示が可能な反射型液晶表示装置において、十分なコントラストを得ることができるとともに、製造コストを低くし、かつ視差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の反射型液晶表示装置の一実施形態を示す図である。
【図2】正の誘電異方性を有するコレステリック液晶の相変化を示す図である。
【図3】正の誘電異方性を有するコレステリック液晶のスイッチング動作を示す図である。
【図4】図1の反射型液晶表示装置の各選択反射層の双安定状態を示す図である。
【図5】第1の実施例における各選択反射層のコレステリック液晶の相変化しきい値電圧の関係の一例を示す図である。
【図6】第2の実施例における各選択反射層のコレステリック液晶の相変化しきい値電圧の関係の一例を示す図である。
【図7】図1の反射型液晶表示装置の一対の電極間に印加する駆動信号の態様を示す図である。
【図8】第2の実施例におけるリフレッシュ電圧とセレクト電圧の組み合わせによる各選択反射層の相変化の様子を示す図である。
【図9】多色表示が可能な従来の反射型液晶表示装置の例を示す図である。
【符号の説明】
1,2 基板
3,4 電極
5R,5G,5B 選択反射層
6R,6G,6B 高分子
7R,7G,7B コレステリック液晶
8 駆動回路
9 黒色膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflection type liquid crystal display device which performs display using external light by using liquid crystal.
[0002]
[Prior art]
The reflection type liquid crystal display device does not require a dedicated light source such as a backlight, consumes less power, and can be configured to be flat and small. Therefore, the reflection type liquid crystal display device has been attracting attention as a display device for small information devices and portable information terminals.
[0003]
As a reflection type liquid crystal display device capable of monochrome display such as monochrome display, a TN (twisted nematic) type is known. In a TN type reflection type liquid crystal display device, a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is loaded between two transparent substrates each having a transparent electrode formed thereon, and the long axis of the liquid crystal molecules is controlled by controlling the alignment film. A TN cell twisted continuously by 90 ° is formed between the substrates, a polarizing plate orthogonal to each other is arranged outside the upper and lower substrates, and a reflecting plate is arranged outside the lower polarizing plate.
[0004]
In the reflection type liquid crystal display device of the TN mode, when no voltage is applied to the TN cell, the light vertically incident on the upper substrate rotates the polarization plane by 90 ° along the twist of the liquid crystal molecules while passing through the cell. The light passes through the lower polarizer and is reflected by the outer reflector to enter the eyes of the observer, and the TN cell exhibits white.
[0005]
On the other hand, when a voltage equal to or higher than the threshold is applied to the TN cell, the liquid crystal molecules except for the liquid crystal molecules near the electrode surface are arranged parallel to the direction of the electric field, so that the rotation of the polarization plane does not occur. The incident light does not pass through the lower polarizing plate, and the TN cell exhibits black. Therefore, characters and the like can be displayed by turning on and off the voltage.
[0006]
However, since the reflection type liquid crystal display device of the TN mode uses a polarizing plate to limit the polarization direction of incident light to one direction, more than half of the incident light is lost, the reflected light becomes weak, and white display is performed. In this case, there is a disadvantage that the white color becomes very dark and the contrast becomes low.
[0007]
Therefore, as a reflection-type liquid crystal display device capable of performing monochromatic display without using a polarizing plate, for example, a reflection type liquid crystal display device using NCAP (Nematic Curvilinear Aligned Phase: nematic curve type alignment phase) liquid crystal is considered.
[0008]
The reflection type liquid crystal display device using the NCAP liquid crystal forms an NCAP liquid crystal layer in which fine liquid crystal capsules are dispersed in a polymer matrix between two transparent substrates each having a transparent electrode formed thereon, and receives external light. A black film is formed on the outside of the substrate on the opposite side.
[0009]
In the reflection type liquid crystal display device using the NCAP liquid crystal, when no voltage is applied between the pair of electrodes, the liquid crystal molecules in the liquid crystal capsule are arranged along the outer wall of the liquid crystal capsule, and incident light is generated by the birefringence of the liquid crystal molecule. Since the light is scattered on the surface and inside of the liquid crystal capsule, a white color is displayed, and when a voltage higher than a threshold is applied between the pair of electrodes, the liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field, and the incident light is NCAP liquid crystal. Since the light passes through the layer and is absorbed by the black film, a black color is displayed.
[0010]
As a reflection type liquid crystal display device capable of multicolor display, a device using a color filter is known. However, when a color filter is used, light is lost, so that a reflective liquid crystal display device that cannot amplify the light amount, such as a transmissive liquid crystal display device using a backlight, cannot provide sufficient contrast. There is.
[0011]
Therefore, there have been proposed some reflection-type liquid crystal display devices capable of multicolor display without using a color filter.
[0012]
For example, JP-A-3-209425 discloses that, as shown in FIG. 9, a transparent electrode 22a is provided on one surface of a transparent substrate 21a, transparent electrodes 23a and 22b are provided on one surface and another surface of the
[0013]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-178623, two types of layers having different refractive indices are alternately laminated as the reflective layers 24a, 24b and 24c in FIG. 9, and at least one of the layers has a refractive index that changes with a voltage. Forming an interference filter that reflects red, green, and blue color light, forming a black film on the back surface of the
[0014]
Further, in Optical Engineering, 23 (1984) and p247, guest host cells containing dichroic dyes of yellow, cyan and magenta, respectively, are used as the reflection layers 24a, 24b and 24c in FIG. It is shown that the display is realized.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the reflection type liquid crystal display device using NCAP liquid crystal, which enables monochromatic display without using a polarizing plate, also has a low reflectance of about 20% when incident light is scattered, and white color in white display. There is a disadvantage that the image becomes very dark and the contrast is low.
[0016]
Further, the reflection type liquid crystal display device shown in FIG. 9 and capable of performing multi-color display without using a color filter requires a drive electrode and a drive circuit for three colors. The transparent electrode and the transparent substrate are provided between the reflective layers 24a, 24b, and 24c, and the distance between the reflective layers 24a, 24b, and 24c of each color is increased, so that there is a disadvantage that the parallax is increased.
[0017]
Therefore, a first object of the present invention is to provide a reflection type liquid crystal display device capable of monochrome display such as monochrome display so as to obtain sufficient contrast.
[0018]
A second object of the present invention is to provide a reflection type liquid crystal display device capable of multicolor display while obtaining sufficient contrast, reducing manufacturing costs, and reducing parallax.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The invention of
[0020]
The invention of
[0021]
[Action]
Cholesteric liquid crystal, in which the liquid crystal molecules have a helical structure, separates light incident parallel to the helical axis into right-handed and left-handed light, and reflects the circularly polarized light component that matches the helix direction of the helical light. Selective reflection that transmits light. When the helical pitch is p, the average refractive index in a plane perpendicular to the helical axis is n, and the birefringence is Δn, the reflection center wavelength λ and the reflection wavelength width Δλ are λ = n · p and Δλ = Δn, respectively. -Represented by p, the light reflected by the cholesteric liquid crystal exhibits a vivid color depending on the helical pitch.
[0022]
That is, the cholesteric liquid crystal having a positive dielectric anisotropy has (A) a planar phase in which the helical axis is perpendicular to the cell surface to cause selective reflection as the applied electric field increases, and (B) a helical axis having a random helical axis. There are three states: a focal conic phase oriented in the direction, and (C) a homeotropic phase in which the liquid crystal director is oriented in the electric field direction by unwinding the helical structure. Then, when there is no anchoring effect at the interface, the planar phase having the minimum free energy is in the ground state without electric field.
[0023]
However, in a polymer-dispersed cholesteric liquid crystal in which cholesteric liquid crystal is dispersed in a polymer, a phase transition from a focal conic phase to a planar phase due to thermal fluctuation does not occur due to interaction with a polymer interface, and these two states Exist stably without an electric field.
[0024]
That is, the polymer-dispersed cholesteric liquid crystal having a positive dielectric anisotropy changes from a planar phase to a focal conic phase and increases from a focal conic phase to a homeotropic phase with an increase in voltage as described above during pulse application. However, after the voltage is removed, the homeotropic phase changes to the planar phase, and one of the planar phase and the focal conic phase is held by the above memory effect.
[0025]
Therefore, assuming that the threshold voltage of the change from the planar phase to the focal conic phase is Vth1 and the threshold voltage of the change from the focal conic phase to the homeotropic phase is Vth2, the voltage before voltage removal is Vth2. In the above case, the state becomes a selective reflection state by the planar phase, when between Vth1 and Vth2, the state becomes a transmission state by the focal conic phase, and when the voltage is Vth1 or less, the state before voltage application is continued, that is, the state of the selective reflection by the planar phase or the focal conic state. It becomes a transmission state by the phase.
[0026]
In the present invention, by utilizing the bistability phenomenon of the polymer-dispersed cholesteric liquid crystal, switching between (A) a selective reflection state by a planar phase and (B) a transmission state by a focal conic phase with small backscattering is performed. , Display.
[0027]
That is, in the reflection type liquid crystal display device according to the first aspect of the invention, a cholesteric liquid crystal that has electrodes, and at least one of which is a pair of transparent substrates, for example, selectively reflects red, green, and blue light, respectively, is provided. Three layers of selective reflection layer dispersed in polymer are laminated And each Since the phase change threshold voltages Vth1 and Vth2 of the cholesteric liquid crystal of the selective reflection layer are the same voltages Vrgb1 and Vrgb2, respectively, a voltage of Vrgb2 or more is applied between a pair of electrodes to form the three selective reflection layers. When all are in the selective reflection state, white is displayed. By applying a voltage between Vrgb1 and Vrgb2 between a pair of electrodes, and all the three selective reflection layers are in the transmission state, three layers are selected. Light transmitted through the reflective layer is absorbed by the black film provided on the side opposite to the side on which external light is incident, and black is displayed. Therefore, monochrome display is possible.
[0028]
Then, since the reflectance of the selective reflection by the cholesteric liquid crystal is 50% in principle, the white color in white display becomes bright and the contrast becomes high. Further, the three selective reflection layers are directly laminated without interposing a transparent electrode and a transparent substrate therebetween, and the driving electrode and the driving circuit are shared, so that the parallax is reduced and the manufacturing cost is reduced.
[0029]
In the reflection type liquid crystal display device according to the second aspect of the invention, a cholesteric liquid crystal, which has electrodes and at least one of which is transparent between at least one pair of substrates, for example, selectively reflects red, green, and blue light, respectively, is a polymer. The three selective reflection layers dispersed therein are laminated, and the phase change threshold voltages Vth1 and Vth2 of the cholesteric liquid crystal of each selective reflection layer are set to different voltages Vr1, Vg1, Vb1 and Vr2, Vg2, Vb2, respectively. Therefore, according to the voltage applied between the pair of electrodes, any one of the three selective reflection layers or specific two or all three layers can be selectively reflected, and All layers can be in a transmissive state.
[0030]
Therefore, white is displayed by setting all the three selective reflection layers to the selective reflection state, and red, green, and white are displayed by setting only one of the three selective reflection layers to the selective reflection state. Blue is displayed, and black is displayed by setting all three selective reflection layers in the transmission state.
[0031]
Further, two of the three selective reflection layers are selectively reflected according to the order of the phase change threshold voltages Vr1, Vg1, Vb1 and Vr2, Vg2, Vb2 of the cholesteric liquid crystal of the three selective reflection layers. Thus, yellow and cyan, or cyan and magenta, or magenta and yellow are displayed. Therefore, multi-color display is possible.
[0032]
Then, since the reflectance of the selective reflection by the cholesteric liquid crystal is 50% in principle, the contrast is increased, and the three selective reflection layers are directly laminated without a transparent electrode and a transparent substrate therebetween. Since the electrodes and the driving circuit are common, the parallax is reduced and the manufacturing cost is reduced.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the reflection type liquid crystal display device of the present invention. In this embodiment,
[0034]
The
[0035]
A black film 9 for absorbing visible light components transmitted through the
[0036]
The
[0037]
That is, a photopolymer precursor, such as NOA65 manufactured by Norland Co., which has a refractive index substantially the same as that of the liquid crystal after polymerization, is added to the cholesteric liquid crystal 7B, and is applied onto the
[0038]
The cholesteric
[0039]
As an example, as the cholesteric
[0040]
As shown in FIG. 2, the cholesteric
[0041]
However, in the polymer-dispersed cholesteric liquid crystal in which the cholesteric
[0042]
That is, the
[0043]
Therefore, when the threshold voltage of the change from the planar phase to the focal conic phase of each
[0044]
In the reflection type liquid crystal display device of the embodiment of FIG. 1, utilizing the bistability phenomenon of the polymer dispersed cholesteric liquid crystal, each of the
[0045]
(Example 1)
In the first embodiment for performing the monochromatic display, as shown in FIG. 5, for example, as shown by the relationship between the voltage value of the applied pulse and the reflectance after the pulse application, the
[0046]
Assuming that the dielectric anisotropy of the cholesteric liquid crystal is Δε, the twist elastic modulus is K22, and the bend elastic modulus is K33, the threshold voltage Vth1 is p -1 , Δε -1/2 , K22 and K33 -1/2 The threshold voltage Vth2 is expressed as -1 , Δε -1/2 And K22 1/2 Is represented by the function
[0047]
Therefore, as described above with reference to FIG. 1, the helical pitches pr, pg, and pb of the cholesteric
[0048]
As described above, the phase change threshold voltages Vth1 and Vth2 of the cholesteric
[0049]
When a voltage between Vrgb1 and Vrgb2 is applied between the
[0050]
Since the reflectance of the selective reflection by the cholesteric
[0051]
(Example 2)
In the second embodiment for performing multi-color display, as shown in FIG. 6 showing the relationship between the voltage value of the applied pulse and the reflectance after the pulse application, the
[0052]
As described above, the threshold voltage Vth1 is p -1 , Δε -1/2 , K22 and K33 -1/2 The threshold voltage Vth2 is expressed as -1 , Δε -1/2 And K22 1/2 Is represented by the function
[0053]
Therefore, as described above with reference to FIG. 1, the helical pitches pr, pg, and pb of the cholesteric
[0054]
However, in order to obtain a larger driving margin, it is desirable that each of the cholesteric
[0055]
As shown in FIG. 7, a signal composed of a 1 kHz pulse voltage refresh period and a select period, and a subsequent non-voltage display period are applied between the
[0056]
FIG. 8 shows a state of a phase change of each
[0057]
As is clear from this, when a drive signal that changes in the order of Vg → Va → 0V is applied between the
[0058]
When a drive signal that changes in the order of Vg → Ve → 0V is applied, only the
[0059]
Further, when a drive signal that changes in the order of Vg → Vf → 0V is applied, the
[0060]
Therefore, any one of seven colors of white, black, red, green, blue, yellow, and cyan can be displayed in one pixel, and multicolor display can be performed.
[0061]
Then, since the reflectance of the selective reflection by the cholesteric
[0062]
In the above example, the colors displayed by the additive color mixture of the reflected lights from the two selective reflection layers are yellow and cyan, but the phase change threshold of each of the cholesteric
[0066]
[Other embodiments]
In the embodiment of FIG. 1, three
[0067]
Further, by setting the phase change threshold voltages Vth1 and Vth2 of the cholesteric
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, it is possible to obtain a sufficient contrast in the reflection type liquid crystal display device capable of monochrome display such as monochrome display. At the same time, the manufacturing cost can be reduced and the parallax can be reduced. .
[0069]
According to the second aspect of the present invention, in the reflective liquid crystal display device capable of multicolor display, sufficient contrast can be obtained, the manufacturing cost can be reduced, and the parallax can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a reflection type liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a phase change of a cholesteric liquid crystal having a positive dielectric anisotropy.
FIG. 3 is a diagram illustrating a switching operation of a cholesteric liquid crystal having a positive dielectric anisotropy.
FIG. 4 is a view showing a bistable state of each selective reflection layer of the reflection type liquid crystal display device of FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between a cholesteric liquid crystal phase change threshold voltage of each selective reflection layer in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a relationship between a cholesteric liquid crystal phase change threshold voltage of each selective reflection layer in the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a form of a drive signal applied between a pair of electrodes of the reflective liquid crystal display device of FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a state of a phase change of each selective reflection layer due to a combination of a refresh voltage and a select voltage in the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a conventional reflective liquid crystal display device capable of multicolor display.
[Explanation of symbols]
1,2 substrate
3, 4 electrodes
5R, 5G, 5B selective reflection layer
6R, 6G, 6B polymer
7R, 7G, 7B Cholesteric liquid crystal
8 Drive circuit
9 Black film
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