JP5267066B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
請求項2の発明は、前記液晶表示媒体が、前記コレステリック液晶層が配置された電極間に前記液晶層を仕切る隔壁を有し、前記静電アクチュエータの前記基板間には、前記液晶表示媒体の前記隔壁に対応する位置に隔壁を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置である。
請求項3の発明は、前記液晶表示媒体が、互いに異なる波長域の光を選択的に反射する複数の液晶層が積層された構造を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液晶表示装置である。
請求項2に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、低電圧でメモリー性のある表示をより確実に実現する液晶表示装置を提供することができる。
請求項3に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、低電圧でメモリー性があり、多色表示を実現する液晶表示装置を提供することができる。
一方、圧力印加によってコレステリック液晶層をプレーナ状態にすれば、電界によってプレーナ配向状態とする場合に比べて反射率を高くすることが可能である。
一方、液晶層を圧力によってプレーナ状態(P)とした場合、プレーナ状態で高い反射率が得られ、10V程度でフォーカルコニック状態(Fc)となる。すなわち、圧力によって液晶層全体をプレーナ状態(P)とした後、画像データに応じた特定領域に10V程度の電圧を印加してフォーカルコニック状態(Fc)として反射率を変化させることで、画像書き込みを行うことができる。
図3は、第1の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示している。本実施形態に係る液晶表示装置11は、液晶表示媒体20と静電アクチュエータ30とを備えている。静電アクチュエータ30は液晶表示媒体20の表示面とは反対側に配置され、液晶表示媒体20と一体化されている。このような構成の液晶表示装置11では、静電アクチュエータ30により液晶表示媒体20の液晶層23に応力を印加してプレーナ状態にした後、液晶表示媒体20の一対の電極22,25を通じて画像データに応じた特定領域に電圧が印加されることにより液晶層23の配向状態が変化して画像が表示される。また、画像の書き込み時以外では無電源で画像が保持されるため、低電圧での画像表示が可能である。
図4は、液晶表示媒体20の構成を概略的に示している。この液晶表示媒体20は、片面にそれぞれ電極22,25が形成された2つの基板21,26が対向配置され、一対の電極22,25間にコレステリック液晶層(適宜「液晶層」という)23が配置されている。液晶層23の配向状態によって外光(入射光)を反射又は透過させて画像が表示される。
各基板21,26は、液晶層23等を間に保持するとともに、外力に耐える強度を有するシート状の部材で構成される。
基板21,26を構成する具体的な材料としては、無機シート(例えばガラス、シリコン基板)、高分子フィルム(例えばポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート)等が挙げられる。例えば、本実施形態に係る液晶表示装置を電子ペーパとする場合は、基板21,26はフレキシブル性を有することが好ましく、高分子フィルムが好適である。
表示面側の基板21の厚みは、材質等にもよるが、液晶層23等を保護するための強度、フレキシブル性等を考慮し、通常は、0.025〜2mm程度とする。
非表示側の基板26の厚みは、静電アクチュエータ30による応力が液晶層23に伝わる厚みとする必要があり、材質等にもよるが、通常は、25〜200μm程度とする。
本実施形態に係る液晶表示装置はパッシブマトリクス型であり、各基板21,26には、一方は陽極、他方は陰極となるように、ストライプ状の電極22,25がそれぞれ形成されている。このようなストライプ状の電極22,25が交差するように配置され、電極22が交差する領域の液晶層23に電圧が印加される。画像データに応じた特定領域において電極22,25を通じて液晶層23に電圧を印加することで配向状態が変化し、それにより特定波長の光に対する反射率が変化することになる。
電極22,25上には配向膜(不図示)が形成されている。配向膜は液晶分子を一定の方向に配列するための膜であり、本実施形態では、液晶層23の配向状態をフォーカルコニックにするための垂直配向膜が設けられている。配向膜の形成は、ポリイミドやポリビニルアルコールなどの樹脂、アルキルアンモニウム化合物やアルキルシラン化合物などの低分子表面改質剤、SiOなどの無機薄膜などが用いられる。例えば、電極膜上にポリイミド樹脂などの樹脂材料を用いて成膜した後、ラビングにより一定方向に溝を形成することで垂直配向膜を形成する事もできる。
上下の電極22,25間には、液晶層23を区画する隔壁(リブ)24が形成されている。例えば、上下の電極22,25の間に格子状の隔壁24を形成することで、隔壁24により囲まれた液晶層23がそれぞれ画素を形成することになる。
隔壁24は、例えば、透明基板21上に形成した配向膜上にネガレジスト又はポジレジストを塗布し、フォトマスクを用いて所定のパターンに露光した後、現像することにより形成する。
液晶層23は主にコレステリック液晶により構成されている。液晶層23は、対向する電極22,25間に隔壁24によって区画された状態で配置されており、特定の領域における液晶層23の配向状態が変化することで、入射光のうち特定波長の光の反射・透過状態が変調する。また、コレステリック液晶の特性であるメモリ性により、選択された配向状態が電圧無印加で保持される。
また、コレステリック液晶の螺旋ピッチの温度依存性を補償するために、ねじれ方向が異なる、または逆の温度依存性を示す複数のカイラル剤を添加する公知の手法を用いてもよい。
図5は、静電アクチュエータ30の構成を概略的に示している。本実施形態に係る静電アクチュエータ30は対向平板型であり、液晶表示媒体20の表示面の背後(表示面とは反対側)において液晶表示媒体20と一体化されている。対向配置された基板31,36にそれぞれ電極32,35が形成されており、電極32,35間に電圧を印加することで上部基板31が変形する。静電アクチュエータ30は液晶表示媒体20と一体化されているため、静電アクチュエータ30の上部基板31の変形に伴い、液晶表示媒体20に応力が印加されて液晶層23をプレーナ状態とすることができる。
静電アクチュエータ30の上部基板31は、電極32,35間の電圧の印加の有無によって上下動するように構成される。例えば、液晶表示媒体20の基板21,26を構成する材料として挙げた高分子材料のほか、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリオレフィン、ポリオレフィン等が挙げられる。上部基板31の厚みは、その材質等にもよるが、上下動して液晶表示媒体20に対して応力を印加できるように、通常は1〜25μm程度とする。
静電アクチュエータ30を構成する上下の電極32,35としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、液晶表示媒体20を構成する電極22,25と同様の導電性材料により形成される。導電性、成膜性等の観点から、特に、Al電極が好ましい。なお、静電アクチュエータ30は、液晶表示媒体20の液晶層全体に対して一括して応力を印加するため、上下の電極32,35は各基板31,36の片面全体にそれぞれ共通電極として形成される。
静電アクチュエータ30の基板31,36間には、液晶表示媒体20の液晶層23を仕切る隔壁24に対応した位置に隔壁34が設けられている。ここで、「対応した位置」とは、基板31の垂直上から平面視したときに略同一の位置に存在することを意味し、具体的には、静電アクチュエータ30の電極32,35間に電圧を印加したときに、液晶表示媒体20の隔壁24の存在によって中央の基板31,26の上下動が抑制されない位置を意味する。
液晶表示媒体20の隔壁24を形成する際に用いたマスクと同じものを用いれば、同様のパターンで隔壁34を形成することができる。隔壁34を構成する材料としては、ネガレジスト又はポジレジストが挙げられる。隔壁34で仕切られた基板31,36間の空間には空気が封入されている。
このような静電アクチュエータ30側の隔壁34は必須ではないが、液晶表示媒体20の液晶層23の隔壁24に対応して静電アクチュエータ30の基板31,36間にも隔壁34が設けられていれば、静電アクチュエータ30の電極32,35間に電圧を印加したときに、液晶表示媒体20側の隔壁24で仕切られている個々の液晶層23に対し、より均等に応力を印加して全体の液晶層23をより確実に初期化(プレーナ配向状態の生成)することができる。
そして、本実施形態に係る液晶表示装置11では、静電アクチュエータ30の両電極32,35間に電圧を印加して上部基板31が変形することにより液晶表示媒体20の液晶層23に応力が加わり、液晶層23がプレーナ配向状態となって入射光を反射し、液晶表示媒体20の一面全体において白表示となる。
従って、例えば、液晶表示媒体の電極間電界のみで駆動させる従来の液晶表示装置では約40Vの駆動電圧が出力可能な駆動ICが必要であった場合に比べ、本実施形態に係る液晶表示装置11では、静電アクチュエータ30を駆動する電圧には構成により大きな電圧が必要であるが、10V程度の駆動電圧が出力可能な駆動ICで駆動することができ、大幅な低コスト化を図ることができる。
図6は、第2の実施形態に係る液晶表示装置を示している。本実施形態に係る液晶表示装置12では、液晶表示媒体において透明基板26aを介して第1の液晶層23aと第2の液晶層23bが積層されており、一方が左旋光の液晶層であり、他方が右旋光の液晶層である。各液晶層23a,23bは別々の電極22a,25a,22b,25b間に配置され、また、対応するパターンで形成された隔壁24a,24bによってそれぞれ仕切られている。静電アクチュエータ30の構成は第1の実施形態と同様である。
また、透明基板26aの厚みは、光透過性の低下や、液晶層23a,23bを初期化する際に静電アクチュエータ30の駆動電力が大きくなることを抑制するため、1〜25μm程度とすればよい。
図7は、第3の実施形態に係る液晶表示装置を示している。本実施形態に係る液晶表示装置13では、第1の液晶層23aと第2の液晶層23bが光透過性の膜29を介して積層されており、一方が左旋光の液晶層であり、他方が右旋光の液晶層である。各液晶層23a,23bは同じ電極22,25間に配置されており、各液晶層23a,23bは同時に駆動される。静電アクチュエータ30の構成は第1の実施形態と同様であり、2つの液晶層23a,23bは同時に応力が加わって一括してリセットされる。
図8は、第4の実施形態に係る液晶表示装置を示している。本実施形態に係る液晶表示装置14では、液晶表示媒体において互いに異なる波長域の光(青、緑、又は赤)を選択的に反射する3つの液晶層23B,23G,23Rが積層されている。各液晶層23B,23G,23Rの間には透明基板26a,26bが設けられており、第2の実施形態と同様、各液晶層23B,23G,23Rはそれぞれ独立して駆動する電極22a,25a,22b,25b,22c,25c間に挟まれているとともに、隔壁24a,24b,24cによりそれぞれ区画されている。各液晶層23B,23G,23Rの表示色はコレステリック液晶の螺旋ピッチに依存するため、各層23B,23G,23Rの選択反射の中心波長が、例えば、400nm〜500nm(青)、500nm〜600nm(緑)、又は600nm〜700nm(赤)の範囲になるようにそれぞれネマチック液晶とカイラル剤の配合量を調整すればよい。
また、各液晶層の選択反射波長は上記3色に限定されず、互いに異なる波長域の光を選択的に反射する液晶層を2層積層した構造としても良いし、4層以上積層した構造としてもよい。
<液晶表示媒体の作製>
−電極の形成−
片面にITO膜が形成されているポリエーテルスルホン(PES)フィルム(住友ベークライト社製、100μm厚、100Ω/sq.)を2枚用意し、それぞれ1cm幅の5本の短冊状電極が1mm間隔で並列するようにITO膜をパターニングした。
SE7511L(日産化学社製、垂直配向用)をエチルセロソルブで10倍に希釈した。この溶液を各基板のITO電極が形成されている面にスピンコートした後、加熱して垂直配向膜を形成した。
一方の基板に形成した配向膜上にリブ用ネガレジストKI1000−V10(日立化成社製、4μm厚)をスピンコートした。フォトマスクを介して露光した後、現像した。これにより縦横1cm間隔で幅1mmのリブパターンを形成した。
リブまで形成したPESフィルムと配向膜まで形成したフィルムを、各フィルムに形成した短冊状の電極が直交するように対向させた。そして、フィルム間に液晶組成物をラミネートし、2枚の基板の周辺部をUV硬化性樹脂を介して張り合わせてUV硬化した。
液晶としてはE44(ホスト・ネマチック液晶、メルク社製)を用いた。また、カイラル剤としてはR−811及びR−1011(メルク社製)を用い、各々の混合比は811/1011=4/1である。なお、各色に対する液晶組成物全体におけるカイラル剤の混合比は、例えば、青色(440nm)の場合は23wt%、緑色(520nm)の場合は20.2wt%、赤色の場合は(610nm)で16.8wt%である。
−電極の形成−
250μm厚のPESフィルムの片面にアルミニウムを蒸着させた。
次に、Al膜上にSU−8(エポキシ系樹脂、MicorChem社)を用いてリブ(厚さ:5μm)を形成した。このとき、液晶表示媒体におけるリブの形成に用いたフォトマスクを用いて液晶表示媒体と同様のリブパターンを形成した。
次に、厚さ12μmのサラン樹脂(塩化ビニリデン樹脂)フィルムにアルミニウムを蒸着してAl膜を形成し、サラン樹脂面が、PESフィルムのリブ側になるようにサラン樹脂フィルムとPESフィルムを張り合わせた。これにより静電アクチュエータを作製した。
液晶表示媒体の光吸収層側の面と、静電アクチュエータのサラン樹脂フィルムに形成したAl面をラミネートで張り合わせた。これにより図1に示すような構成を有する液晶表示装置が製造された。この液晶表示装置は、初期化(プレーナー配向化)のための静電アクチュエータの駆動に5Hz、50V程度、液晶のフォーカルコニック配向化に50Hz、23V程度の駆動電圧により表示が可能であった。
20 液晶表示媒体
21,26 基板
22,22a,22b,22c,22A 電極
23,23a,23b,23B,23G,23R 液晶層
24,24a,24b,24c 隔壁
25,25a,25b,25c,25A 電極
26,26a,26b,26c 基板
27 光吸収層
28 基板
29 膜
30 静電アクチュエータ
31 基板
32 電極
34 隔壁
35 電極
36 基板
Claims (3)
- 対向配置された一対の電極間にコレステリック液晶層が配置され、該液晶層の配向状態により外光を反射又は透過させて画像を表示する液晶表示媒体と、
前記コレステリック液晶表示媒体の表示面とは反対側に配置され、それぞれ電極が形成された一対の基板が対向配置された対向平板型の静電アクチュエータと、を具備し、
前記静電アクチュエータにより前記液晶表示媒体に圧力を印加して前記液晶層をプレーナ状態にした後、画像データに応じて前記液晶表示媒体の特定領域に前記一対の電極を通じて電圧が印加されることにより前記液晶層の配向状態を変化させて画像を表示することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記コレステリック液晶表示媒体が、前記コレステリック液晶層が配置された電極間に前記液晶層を仕切る隔壁を有し、前記静電アクチュエータの前記基板間には、前記液晶表示媒体の前記隔壁に対応する位置に隔壁を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶表示媒体が、互いに異なる波長域の光を選択的に反射する複数の液晶層が積層された構造を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液晶表示装置。
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