JP4814872B2 - 表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、電源なしで表示状態の保持が可能なメモリ表示機能を有するコレステリック液晶を用いた表示装置に関し、特にコレステリック液晶表示素子における背景色形成法に関する。

近年、電源なしで表示状態の保持が可能な、いわゆるメモリ表示が可能なコレステリック液晶表示素子がセグメント型表示装置等に用いられている。ここでいうコレステリック液晶は、正確に言えば選択反射型コレステリック液晶であって、特定の光だけを反射する干渉反射状態（色反射）と光を透過させる透明状態（黒）の2つの安定な状態があり、電気的に駆動した後は、電源が無くてもそれぞれの表示状態が保持できるという双安定性と呼ばれる特徴がある。そして、コレステリック液晶はらせん状の分子構造をしており、干渉反射状態ではこのらせんのピッチに応じた波長の光のみを反射する選択反射という性質がある。そこで、反射させたい色の波長に応じたピッチのらせんを有するコレステリック液晶を用いることで、所望のカラー表示を行なうことができる。

しかし、コレステリック液晶は、外部的な圧力や温度環境によっても、干渉反射状態と透明状態とが相互に遷移してしまう性質も持つ。そのため、セグメント外周部や、電極配線間等の対向電極が無い所では、外部的な作用で状態が変化してしまうと、容易には初期状態に戻すことができない問題点がある。

したがって、従来のセグメント型表示装置等の液晶表示装置においては、図１に示すように、セグメント部分はカラー表示であっても、背景色は黒に限られるものであった。しかし、時計、マーカー表示等のデザイン性を重視する技術分野においては、図２に示すように、カラフルな背景が切望されている。

上記のようなコレステリック液晶を用いた従来の表示素子において背景色が黒に限られていた理由を、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、従来のコレステリック液晶表示素子１０を表示面側から見た図である。図３には黒色の背景に３５という数字がカラーでセグメント表示されている例が示されている。また、各セグメント電極１１に電圧を印加するためのセグメント引出線１２が示されている。

図４には、上記従来のコレステリック液晶表示素子１０の断面が示されている。
表示面側から、セグメント電極１１と遮光膜１３の層、コレステリック液晶が充填された液晶部（セル）１４、光吸収層１５、コモン電極（ベタ電極）１６、ガラス基板１７が示されており、セグメント引出線１２は省略されている。セグメント電極１１は透明であり、遮光膜１３と光吸収層１５はブラックである。

従来のコレステリック液晶表示素子１０は、図４に示すようにセグメント電極１１とコモン電極１６のような対向電極のないセグメント部以外の背景である部分は、遮光膜１３を形成して外部的な作用で状態が変化しうるセル１４を隠蔽して黒色とし、セグメントの反射色をＯＮ表示、背景色と同じ透過状態の黒色をＯＦＦ表示としていた。そのため、背景色は黒色に限定されていた。

もちろん、遮光膜１３を着色し背景色を形成してネガポジ（ＯＮ、ＯＦＦ）反転させて表示することにより、背景をカラフル化する方法が容易に想定できるが、背景に表示色を埋没させる必要があり、セグメント反射色と背景色を完全に一致させなければならない。ところが、セグメントの反射色は、液晶の干渉反射色であって、視野角に依存する特殊な色合いを呈するため、顔料や染料で着色する背景色と完全に一致させることは困難であった。

また，背景用の電極を備えることで，液晶により背景色を形成することが可能であるが，表示パターン電極との境界には絶縁のため数十μｍの電極間スペースを形成しなければならない。このスペースによって，表示色を背景へ完全に埋没させることはできない。

例えば、下記特許文献１、２には背景用の電極を備えることにより背景色を形成した液晶表示素子が記載されているが、いずれのものも、表示パターン用の電極と背景用の電極の間にわずかとはいえ間隙が存在し、表示色を背景へ完全に埋没させることはできていない。

背景をカラー化したものとして、下記特許文献３には、電界印加によってコレステリック相からネマチック相に相転移を起こす液晶中に多色性染料を添加したものを表示セル中に封入し、電界印加によって色相をコントロールすることにより表示を行う表示素子が記載されているが、この表示素子はメモリ表示機能を有せず、表示状態を維持するためには常に電界の印加が必要なものである。
特開平１１−３３７６７２号公報 特開２００２−２２９０５１号公報 特開昭５３−３５５６４号公報

本発明の解決しようとする目的は、安価な電極構造で背景にカラー色を形成し、ＯＦＦ表示色が完全に背景色に埋没させることができる構造のコレステリック液晶表示素子を提供することである。

そのために、本発明は、表示素子の表示部と背景部の色をコレステリック液晶の色反射状態と透明状態により形成する。例えば、機械的圧力で背景を色反射状態に固定する。あるいは、背景用の電極と表示部用の電極を２層構造とし、表示素子の前面から見て両電極間に間隙を設けないようにする。さらには、セル内部の対向電極の一方に表示させるパターン形状の膜を形成し、パターンとパターン外の領域において、液晶の状態変化する駆動電圧に差を与え、パターンまたはパターン外の一方の領域でのみ表示をＯＮ−ＯＦＦさせる。

上記の手法を採用することにより、コレステリック液晶の表示において、安価な電極構造でＯＦＦ表示色が完全に背景色に埋没するように背景にカラー色を形成することが可能となり、デザイン性が向上するとともに、視認性の良い表示が実現する。

以下、図面を参照しながら、本発明のコレステリック液晶表示素子（以下、「表示素子」という場合がある。）の実施例について説明する。
図５〜図７は、本発明の第１の実施例を説明するための図である。

図５は、第１の実施例の表示素子１００を正面から見た図であり、背景部分の液晶は、セグメント配線上も含めて機械的圧力で色反射状態に固定されている。したがって、ＯＦＦ表示色は背景に埋没されている。機械的圧力は、表示素子の製造工程中において、液晶をセルに注入した後にローラ装置（ラミネータ装置）やプレス装置により、表示面一面に加えられる。

図６は、第１の実施例のセグメント電極パターン１１０とコモン電極パターン１６０を説明する図である。コモン電極パターン１６０は、図示されているように、セグメント電極パターン１１０と対向し、かつセグメント引出線１２０の配線上の表示変化を防止するように形成されている。したがって、セグメント配線上も含めて、背景には対向電極が存在しないので、背景部分の状態は、使用開始後も製造時に固定された色反射状態にとどまる。

なお、いずれの実施例にも共通することであるが、図３及び図４に記載された従来例の表示素子１０に設けられた遮光膜１３の必要はなくなっている。
図７は、コレステリック液晶における透過状態、電界印加により生成された反射状態及び機械的作用により生成された反射状態を説明する図である。図示されているように、電界印加により生成された反射状態と機械的作用による反射状態では液晶の状態がやや相異する。そのため背景と表示色（ＯＦＦ反射色）の色合いが若干異なるため、視認性に不満が残る場合がある。

次に、図８〜図１０により、第２の実施例を説明する。
図８は、第２の実施例の表示素子２００を正面から見た図である。第２の実施例は、背景色用に図９に示す外周電極２８０が用いられるので、外周電極引出線２８５のある点が第１の実施例を示す図５の正面図と図８の違いである。

図９は外周電極２８０の構造を示す図である。外周電極２８０の構造は、例えば矩形状であって、格別のパターンを有さない形状の電極（ベタ電極）からセグメント電極が存在する位置の部分を中抜きしたものである。

図１０は、第２の実施例の表示素子２００の断面を示す図である。ガラス基板２７０の上にコモン電極２６０が、さらにその上に光吸収層２５０が形成されている。表示面側には絶縁膜２９０を介してセグメント電極２１０と引出電極２１５からなる層と外周電極２８０の層との二層構造の電極パターンが形成され、コモン電極２６０側との間は、コレステリック液晶が充填されている液晶部２４０になっている。コモン電極２６０側の基板２７０にはベタ電極パターンが形成される。液晶の状態は、セグメントがオン表示の時は透明（黒）であり、オフ表示の時は背景色と同じ反射色である。第２の実施例においては、セグメントのオフ反射色と背景色が完全に一致し、視認性が向上する。また、ネガポジ表示の反転切替も電界を印加する電極をセグメント電極にするか外周電極にするかにより容易に実現することができる。外周電極２８０が引出し電極２１５の内側の層にあるので、背景は引出し電極の影響を受けない。

したがって、設定時刻により表示をネガポジ反転する、午前と午後とでネガポジ反転するなど各種応用を考えることができる。
次に、図１１Ａ〜図１３により、第３の実施例を説明する。

第３の実施例は、コレステリック液晶を用いた表示素子において、セル内部の対向電極の一方に、表示させるパターン形状の膜を形成し、パターンとパターン外の領域において、液晶の状態変化する駆動電圧に差を与え，ある駆動電圧において、パターンまたはパターン外の一方でのみ色反射状態から透明状態、あるいは透明状態から色反射状態に遷移させるものである。したがって、パターンまたはパターン外の一方のみ表示をON−OFFすることができる。

第３の実施例の表示素子の構成を図１１Ａ〜１１Ｃにより説明する。
図１１Ａは第３の実施例の表示素子３００の断面を示すものである。表示面側から、上部の基板３１０、上部のベタ電極３２０、液晶部３３０、パターン３４０、ベタパターン３５０、下部のベタ電極３６０、下部の基板３７０及び光吸収層３８０が積層されている。

図１１Ｂは、第３の実施例の表示素子３００を表示面側から見た図であり、パターン３４０として鍵のマークが例示されている。
図１１Ｃは、パターン３４０とベタパターン３５０の色調の組み合わせを示す図である。（１）の双方ともブラックの組み合わせがコントラストが鮮やかであり、光吸収膜３８０を省略することができる。しかし、設計上はブラックと透明の４とおりの組み合わせが採用可能であり、透明層としては、配向膜や絶縁膜などを利用することができる。透明層は，膜を形成しないことでも良く，パターン３４０とベタパターン３５０がともに透明である場合には，一方が膜無しでも良い。

次に、図１２を参照して、第３の実施例のコレステリック液晶表示素子３００の駆動方法と表示状態を説明する。電圧印加前の初期状態は色反射とする。
単層ＢＫと記載されたグラフはブラック１層からなるベタパターン３５０部分の液晶の反射率と印加電圧の関係を表したものであり、２層ＢＫと記載されたグラフは、パターン３４０が突出してブラック２層からなる部分の液晶の反射率と印加電圧の関係を表したものである。

印加電圧がＶ1のときは、単層ＢＫの部分が透明（黒）で２層ＢＫの部分が反射色となりポジＯＮの状態、印加電圧がＶ2のときは、単層ＢＫの部分と２層ＢＫの部分がともに透明（黒）となりポジＯＦＦの状態となる。印加電圧がＶ3のときは、単層ＢＫの部分が反射色で２層ＢＫの部分が透明（黒）となりネガＯＮの状態であり、カラー背景の中に鍵のマークが表示されている。印加電圧がＶ4のときは、単層ＢＫの部分と２層ＢＫの部分がともに反射色でネガＯＦＦの状態である。

上記実施例では、マーク表示部分を２層、背景部分を１層として説明したが、マーク表示部分を１層とし、背景部分を２層とすることにより同様な表示が可能であることは明らかである。また，透明層を膜無しとする場合には，マーク表示部分が1層または背景部分が1層となる。

図１３は、第３の実施例のコレステリック液晶表示素子を用いた７セグメントによるセグメント表示例を説明する図である。図１３に示されているように、セグメント毎に第３の実施例のコレステリック液晶表示素子を用いることにより、セグメント表示を行うことができる。ベタ電極は、第２の実施例のセグメント電極２１０と外周電極２８０のように２層構造とすることにより、セグメント境界を見せないようにすることができる。

次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第４の実施例を説明する。
図１４は、第４の実施例のコレステリック液晶表示素子４００の断面を示す図である。図１１Ａに示された第３の実施例のコレステリック液晶表示素子と比べると、パターンがベタパターン上に多段階の厚さで印刷されているところが異なる。図１４では、パターンＡ４１０、パターンＢ４２０、パターンＣ４３０の３パターンの場合が例示されている。

図１５は、上記のように構成された第４の実施例のコレステリック液晶表示素子４００の駆動方法と表示パターンを説明する図である。いま、パターンがＡ、Ｂ、及びＣと３種類印刷されていることから、数学上は、各パターンのＯＮ、ＯＦＦの組み合わせからなる表示パターンは８種類存在するが、実際には、パターンＢ４２０のみＯＦＦとなる表示パターン３は実現できず、また、パターンＢ４２０のみＯＮである表示パターン６とするためには工夫が必要である。

電圧印加前の初期状態が色反射状態とすると、表示パターン１の状態から駆動が始まる。印加電圧を上げていくと最初にパターンＡ４１０が透明即ちＯＦＦになり表示パターン５の状態になる。以下、印加電圧を上げるにつれて、表示パターンは７→８→４→２と遷移し、最後に表示パターン１に戻る。表示パターン６の表示を行うためには、表示パターン２の状態で電源を切り、パターンＣ４３０のみが透明である表示パターン２の状態を初期状態として再度電圧を印加するとパターンＡ４１０の部分がパターンＢの部分に先がけて透明になり、パターンＢ４２０のみが色反射状態である表示パターン６を実現することができる。

したがって、表示パターン４、６、７により３とおりの表示パターンを切り替えてポジ表示することができる。
以上説明したように、本発明によれば、ＯＦＦ表示色をカラー化した背景に埋没することが可能となることから、背景色にカラフルな背景が切望されている、時計、マーカー表示等のデザイン性を重視する産業分野において、本発明の表示素子を利用しそのデザイン性の要望に答えることができる。

また、第１の実施例によれば、機械的圧力により背景色を固定することができるので、背景色用の電極を必要としない。したがって背景色用の電極の電圧を制御する必要もない。

第２の実施例によれば、セグメント配線上も含めて背景部を駆動可能であるので、セグメントのオフ反射色と背景色が完全に一致し、視認性が向上する。また、ネガポジ表示の反転切替も電界を印加する電極をセグメント電極にするか外周電極にするかにより容易に実現することができる。

第３の実施例によれば、電極のパターンはベタパターンになり、またそのベタ電極上にベタパターンとパターンを形成する簡単な工程でマーク等の表示パターンを作成することができる。

第４の実施例に拠れば、第３の実施例の効果に加えて、より複雑な表示効果を得ることができる。

背景が黒色である従来の表示素子を示す図である。 背景がカラー化された表示素子例を示す図である。 従来のコレステリック液晶表示素子を正面から見た図である。 従来のコレステリック液晶表示素子の断面図である。 第１の実施例のコレステリック液晶表示素子を正面から見た図である。 第１の実施例のコレステリック液晶表示素子の電極パターンを説明する図である。 コレステリック液晶における透過状態、電界印加により生成された反射状態及び機械的作用により生成された反射状態を説明する図である。 第２の実施例のコレステリック液晶表示素子を正面から見た図である。 第２の実施例のコレステリック液晶表示素子の外周電極の構造を示す図である。 第２の実施例のコレステリック液晶表示素子の断面を示す図である。 第３の実施例のコレステリック液晶表示素子の断面を示す図である。 第３の実施例のコレステリック液晶表示素子を表示面側からみた図である。 第３の実施例のコレステリック液晶表示素子のパターンとベタパターンの組み合わせを示す図である。 第３の実施例のコレステリック液晶表示素子の駆動方法を説明する図である。 第３の実施例のコレステリック液晶表示素子を用いてセグメント表示を行う例を説明する図である。 第４の実施例のコレステリック液晶表示素子の断面を示す図である。 第４の実施例のコレステリック液晶表示素子の駆動方法を説明する図である。

Claims (3)

1. 色反射状態と透明状態の双安定状態を有するコレステリック液晶を用いた表示素子において、当該表示素子の表示部の色を前記コレステリック液晶の色反射状態と透明状態により形成し、当該表示素子の背景部を、機械的圧力により前記コレステリック液晶の色反射状態に固定したことを特徴とする表示素子。
2. 前記表示部は、セグメントに分割されていることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
3. 前記セグメント用のセグメント電極に対向する位置にコモン電極パターンを形成し、前記セグメント電極の引出配線上には対向電極が存在しないようにしたことを特徴とする請求項２に記載の表示素子。