JP5384418B2 - Black-and-white cholesteric liquid crystal display - Google Patents

Black-and-white cholesteric liquid crystal display Download PDF

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本発明は、一般に、液晶ディスプレイに関し、特に、コレステリック液晶ディスプレイに関する。 The present invention generally relates to a liquid crystal display, in particular, it relates to a cholesteric liquid crystal display.

一般に、液晶材料は、ディスプレイを製造するために調節されることが可能である。 In general, the liquid crystal material can be adjusted to produce the display. 従来の液晶ディスプレイは、通常、入射光を区別して通す又は反射することが可能である一対の状態を有するツイストネマチック(tn)液晶材料を使用する。 Conventional liquid crystal displays typically use twisted nematic (tn) liquid crystal materials having a pair of states can be passed or reflected by distinguishing incident light. ツイストネマチックディスプレイは反射性又は透過性であり得る一方、コレステリックディスプレイは、通常、反射性である(しかし、又、透過性になり得る)。 While twisted nematic displays which may be reflective or transmissive, cholesteric displays are usually reflective (but also may become permeable).

コレステリックディスプレイにおいては、コレステリック材料はかなり高い光学活性を有する。 In cholesteric displays, the cholesteric material has a rather high optical activity. そのような液晶材料は、プレーナコレステリックテクスチャと呼ばれる反射性テクスチャと、フォーカルコニックテクスチャを有する透過性構成との間でスイッチングされる。 Such liquid crystal material, a reflective texture called the planar cholesteric texture, are switched between the transparent structure having a focal conic texture. コレステリック分子は、基板表面に対して垂直な螺旋軸を有する螺旋構造を前提としている。 Cholesteric molecules assumes a helical structure having a vertical helical axis with respect to the substrate surface.

コレステリック液晶分子は、電界に応答して、プレーナテクスチャとして光軸を一致させ、特定波長の光を反射する。 Cholesteric liquid crystal molecules, in response to an electric field, to match the optical axis as the planar texture reflects light of a specific wavelength. 一般に、プレーナコレステリックテクスチャにおける最大反射は、その材料のピッチ間隔に対して正比例の波長におけるものであり、次式のようになる。 Generally, the maximum reflection in the planar cholesteric texture, are those at the wavelength of the directly proportional to the pitch distance of the material, the following equation.
λ0=n*p(ここで、p=ピッチ距離、n=(n||+n⊥)/2である。) λ0 = n * p (where, p = pitch length, a n = (n || + n⊥) / 2.)
従来、コレステリック材料の相及びテクスチャを変化させるために、電界が光軸方向に印加される。 Conventionally, in order to change the phase and the texture of the cholesteric material, an electric field is applied in the optical axis direction. しかしながら、これらの変化は、一般に、所定波長の光のスペクトルに対して反射性であるか又は全く反射しないかのどちらかである材料の構成において起こる。 However, these changes are generally occurs in the structure of the material is either or not or no reflection reflective to the spectrum of light of a predetermined wavelength.

それ故、所定の最終的なコレステリック液晶セルは、赤、緑又は青のような特定の色であって、それらのいずれかの組み合わせではない色を有する反射光を生成することが可能である。 Therefore, the final predetermined cholesteric liquid crystal cell, red, a specific color such as green or blue, it is possible to produce a reflected light having a color not their any combination of. 従って、従来の方法は、3原色(例えば、赤、緑及び青)の各々に対して個別のコレステリック表示要素を備えるようになっている。 Thus, conventional methods, the three primary colors (e.g., red, green and blue) is adapted to comprise a separate cholesteric display elements for each. これらの個別の表示要素は、好ましいフルカラーの反射光出力を生成するために、互いに積層されることが可能である。 These individual display elements, in order to generate a reflected light output of the preferred full color, it can be laminated to each other. 代替として、3つの要素は互いに隣接して位置付けられ、各々が同じ色を表示することが可能である。 Alternatively, the three elements are positioned adjacent to each other, it is possible that each display the same color. 3つの異なる色は、カラーフィルタ材料を用いて実現される。 Three different colors is realized using a color filter material.

カラーフィルタ材料を用いることにより、実質的に表示輝度が減少し、ディスプレイの全体的なコストが増加する。 The use of color filter material substantially display brightness decreases, the overall cost of the display is increased. 同様に、積層構造において3つの別個のセルを用いることにより、事実上、ディスプレイのコストの3倍を必要とする。 Similarly, the use of three separate cells in a stack structure, in effect, requires three times the cost of the display. 積層された要素は、各々の表示画素の光の輝度を減少させる。 Laminated elements reduces the intensity of light of each display pixel.

双安定性の反射性コレステリックディスプレイは、多くの携帯用アプリケーションに対して特に有利である。 Reflective cholesteric displays bistable is particularly advantageous for many portable applications. 双安定性材料は、異なる光学特性を有する2つの状態の1つに設定されることが可能であるために、有利である。 Bistable materials, in order to be able to be set to one of two states having different optical properties, it is advantageous. 一旦、どちらかの状態に設定されると、その材料は、電力が解除されるときでさえ、その状態を保つ。 Once set to either state, the material, even when power is removed, it keeps its state. それ故、所定の表示画素は、表示される光学情報を変化させることが所望されるまで、リフレッシュを伴わずに所定の状態に保たれる。 Thus, predetermined display pixel until varying the optical information to be displayed is desired, is maintained in a predetermined state without refreshing. 本質的に反射性であることにより、即ち、バックライトの必要性を回避し且つリフレッシュの必要性を回避することにより、ディスプレイのサブシステムの電力消費を実質的に減少させる。 By essentially reflective, i.e., by avoiding the backlight avoiding and refresh necessity the need for substantially reducing the power consumption of a subsystem of the display.

それ故、より低コストで製造することができるディスプレイに対する要請、特に、双安定性コレステリックディスプレイに対する要請が存在している。 Therefore, a need for a display which can be manufactured at lower cost, in particular, there is a need for bistable cholesteric displays.

本発明の一実施形態の、非常に拡大された模式的な断面図である。 Of an embodiment of the present invention, it is a schematic cross-sectional view which is greatly enlarged. 本発明の一実施形態に従った、図1に示している構造の一部の、非常に拡大された平面図である。 In accordance with one embodiment of the present invention, the part of the structure that is shown in FIG. 1 is a plan view which is greatly enlarged. 図1に示す実施形態の一部の模式図である。 Which is part of the schematic view of the embodiment shown in FIG. 本発明の一実施形態に従った、アクティブマトリクスディスプレイの配置における双安定性コレステリックディスプレイを示す図である。 In accordance with one embodiment of the present invention, showing the bistable cholesteric display in the arrangement of the active matrix display. 本発明の一実施形態に従った、パッシブマトリクスディスプレイの配置における双安定性コレステリックディスプレイセルを示す図である。 In accordance with one embodiment of the present invention, showing a bistable cholesteric display cell in the placement of the passive matrix display.

図1を参照するに、コレステリックディスプレイは、本発明の一実施形態における双安定性コレステリック材料16を有することが可能である。 Referring to FIG. 1, a cholesteric display may have a bistable cholesteric material 16 in one embodiment of the present invention. 材料16は2つの基板12及び24の間に挟まれている。 Material 16 is sandwiched between the two substrates 12 and 24. 基板24は、有利であることに、実質的に透明であり、カーボンブラック等の光吸収性アンダーコーティングを有する、従来のガラスであることが可能である。 Substrate 24, it is advantageous, substantially transparent, having a light-absorbing undercoating such as carbon black, it can be a conventional glass. 基板24は透明である又は非透明であることが可能である。 Substrate 24 can be a preferred or non-transparent and transparent. 基板24は、種々の材料から成ることが可能である。 Substrate 24 may be made of various materials. 一実施形態においては、基板12及び24は、透明電極14及び22を有することが可能である。 In one embodiment, the substrate 12 and 24 can have a transparent electrode 14 and 22. 一実施形態においては、透明電極14及び22はITO(Indium Tin Oxide)から成ることが可能である。 In one embodiment, the transparent electrode 14 and 22 may be made of ITO (Indium Tin Oxide).

サイドウェイ(sideway)電極26b、対向するサイドウェイ電極26c及びそれらに対向するサイドウェイ電極26dが基板12と24との間に挟まれている。 Sideways (sideway) electrodes 26b, facing sideways electrode 26c and the side-way electrode 26d facing them is sandwiched between the substrate 12 and 24. 電極26と基板24との間には材料20がある。 Between the electrode 26 and the substrate 24 is a material 20. アクティブマトリクスの実施形態においては、材料20は、実際のディスプレイを駆動するように、薄膜トランジスタ又は他の能動素子であることが可能である。 In the embodiment of the active matrix, material 20 so as to drive the actual display can be a thin film transistor or other active element. パッシブマトリクスの実施形態においては、その材料20は行コンタクト、列コンタクト又は電極であることが可能である。 In an embodiment of the passive matrix, the material 20 rows contact, can be a column contact or electrode.

図2に示すように、ディスプレイ10は、グリッドワークアレイ状に配列された複数の画素40により構成されることが可能である。 As shown in FIG. 2, the display 10 can be composed of a plurality of pixels 40 arranged in a grid work array. 画素42のような各々の画素40は3つ又はそれ以上の副画素42a、42b及び42cに分割されることが可能である。 Each of the pixels 40, such as a pixel 42 can be divided into three or more subpixels 42a, 42b and 42c. 一実施形態においては、各々の副画素42は異なる波長の光を生成する役割を果たすことが可能である。 In one embodiment, each subpixel 42 can serve to produce light of different wavelengths. それ故、各々の画素40は、赤色、緑色及び青色の波長のような、3つの異なる光の波長を生成することが可能である。 Therefore, each pixel 40 is red, such as green and blue wavelength, it is possible to generate a wavelength of three different light.

各々の副画素42は、対向していて横断的な電極26の2つの集合を有することが可能である。 Each sub-pixel 42 may have two sets of cross-electrodes 26 have opposite. 例えば、副画素42aは、対向する電極の対26b及び26c並びに対向する電極の対26a及び26eを有することが可能である。 For example, the sub-pixel 42a, it is possible to have a pair 26a and 26e opposing pair 26b and 26c and opposing electrodes of the electrode. それ故、画素40eは、本発明の一実施形態における各々の副画素42において略同じ面積を有するように、3つの副画素42に分割されている。 Thus, the pixel 40e is so as to have a substantially same area in the sub-pixels 42 each in an embodiment of the present invention, is divided into three sub-pixels 42. 一部の場合には、電極26c、26f及び26eは2つの異なる副画素間で共通であることが可能である。 In some cases, the electrodes 26c, 26f and 26e are capable to be common between two different subpixels. 例えば、電極26cは、本発明の一実施形態における副画素42a及び副画素42bについての電極である。 For example, the electrode 26c is an electrode for the subpixel 42a and the subpixel 42b in one embodiment of the present invention.

図3を参照するに、電極14及び22は、ディスプレイ10の光軸Oに沿って電界を印加する。 Referring to FIG. 3, electrodes 14 and 22 apply an electric field along the optical axis O of the display 10. 光軸Oは入射光“L”の方向に位置合わせされている。 The optical axis O is aligned with the direction of the incident light "L". 基板12の上部表面の方に方向付けられた光Lは、知覚される画像を生成するように、光ビームRにより表されているように、上部表面及び電極14を透過し、コレステリック材料16により反射される。 Light L directed to the top surface of the substrate 12 so as to generate an image to be perceived, as represented by the light beams R, passes through the upper surface and the electrode 14, the cholesteric 16 It is reflected. その光は上部表面に達し、その上部表面から反射されるために、光軸Oは、一般に、基板12及び24に対して横断するように方向付けられている。 The light reaching the top surface, to be reflected from the top surface, the optical axis O are generally oriented so as to cross the substrate 12 and 24.

従来の方式においては、電極14及び22により形成される電界は、双安定性コレステリック材料16が反射性プレーナコレステリックテクスチャと透明性フォーカルコニックテクスチャとの間で遷移するようにすることを可能にする。 In conventional manner, the electric field formed by the electrodes 14 and 22 enables the bistable cholesteric material 16 so as to transition between the reflective planar cholesteric texture and the transparent focal conic texture. そのような遷移をもたらすための電位を印加する手法は、当該技術分野において周知である。 Method for applying a potential to bring about such a transition are well known in the art.

一般に、電極14及び22に電気的に結合されている交流電圧源30により電界が印加されることが可能である。 In general, the AC voltage source 30 which is electrically coupled to electrodes 14 and 22 can be an electric field is applied. 一部の実施形態においては、コレステリック材料16が透明テクスチャの状態にあるとき、下部基板24は視認可能になる。 In some embodiments, when the cholesteric material 16 is in a state of the transparent texture, the lower substrate 24 becomes visible. コレステリック材料16がプレーナコレステリックテクスチャの状態にあるとき、所定の波長の光が反射される。 When the cholesteric material 16 is in a state of planar cholesteric texture, light of a predetermined wavelength is reflected. その所定の波長は、一般に、コレステリック材料16の螺旋ピッチにより決定される。 The predetermined wavelength is generally determined by the helical pitch of the cholesteric material 16. 従来のコレステリックディスプレイにおいては、このピッチが規定され、固定されている。 In conventional cholesteric displays, this pitch is defined and fixed. それ故、従来のコレステリックディスプレイにおいては、各々のディスプレイ要素は1つの反射された色を与えるか又は透明であり、基板22の色を表示する。 Therefore, in the conventional cholesteric displays, each display element is or transparent provides one reflected color to display a color of the substrate 22.

本発明の一実施形態に従って、電極26は、光軸Oに対して横断するように電界を印加する。 According to one embodiment of the present invention, the electrode 26 applies an electric field so as to cross the optical axis O. 一実施形態においては、この横断電界は、一般に、電極14及び22に対して横断するように配列された平坦なプレーナ電極26から印加されることが可能である。 In one embodiment, this transverse electric field is generally can be applied from flat planar electrodes 26 arranged so as to cross the electrode 14 and 22.

電極26は、その電極自体の個別の電位32に結合されることが可能である。 Electrode 26 may be coupled to a separate potential 32 of the electrode itself. 電極26は必ずしもそうではないが、透明であることは可能である。 Electrode 26 is not necessarily, is possible that it is transparent.

電極26は、電極14及び22により設定されたピッチが変化されるようにすることを可能にする。 Electrode 26 makes it possible to make the pitch set by the electrodes 14 and 22 are changed. 本発明の一実施形態においては、電極26は、固定ピッチが3つの異なるピッチ間で変えられることを可能にする。 In one embodiment of the present invention, the electrode 26, it allows the fixed pitch is varied between three different pitches. 電極26における所定の電位に関連する異なるピッチの各々は、3つの異なる光の色のうちの1つを生成することが可能である。 Each of the different pitches related to a predetermined potential at the electrode 26, it is possible to produce one of three different light colors. 一実施形態においては、例えば、赤色、緑色及び青色の光が、単独のディスプレイ要素10から選択的に生成されることを可能にする。 In one embodiment, for example, red, green and blue light, to be selectively generated from the display element 10 alone.

一部の実施形態においては、光軸Oに対して一般に横断する軸を有する皿形状電極のような曲面的表面を有する電極を用いることが可能である。 In some embodiments, it is possible to use an electrode having a curved manner surfaces such as dish-shaped electrodes having an axis transverse to the general with respect to the optical axis O. 皿形状電極の局面的表面の側部は、光軸Oと一致する電界に対して横断するサイドウェイ電界(360°から)を与える。 Side aspect manner the surface of the dish-shaped electrode provides the sideways electric field transverse to the electric field which is coincident with the optical axis O (from 360 °).

液晶は、印加された電界において方向付けられる双極子を有する。 The liquid crystal has a dipole oriented in an applied electric field. この特性は、光軸に対して横断する電界が材料のピッチ長さを変更するようにする。 This property is an electric field transverse to the optical axis so as to change the pitch length of the material.

黒色を生成するように、各々の画素40における材料のピッチは、いずれの可視光をも反射しないように較正されることが可能であり、それ故、画素40はアドレス指定された後、濃く又は黒色になる。 To produce a black, pitch of the material in each pixel 40 can be calibrated to not reflect any of visible light, therefore, after the pixel 40 is addressed, darker or become black.

白黒表示についての光を生成するように、例えば、副画素42の各々における材料の螺旋は、同時に、赤色、緑色及び青色の光を個別に生成するように、適切に変えられることが可能である。 To produce light for black and white display, for example, a spiral of material in each of the sub-pixels 42 at the same time, the red, green and blue light to generate individually, it is possible to be appropriately changed . これらの3色の完全反射は、画素40が全体としての色が白であるようにレンダリングする。 Fully reflective of these three colors, the color of the entire pixel 40 is rendered to be a white. それ故、いずれかの色が3つの副画素42の1つを動作させることにより生成されることが可能であり、白色は副画素42の全てを動作させることにより生成されることが可能である。 Therefore, it is possible any color is generated by operating one of the three sub-pixels 42, white can be produced by operating all of the subpixels 42 . 逆に、一実施形態においては、副画素のいずれもが反射性でないとき、画素40は濃く又は黒色であるように現れる。 Conversely, in one embodiment, when none of the sub-pixel is not reflective, it appears as the pixel 40 is a dark or black.

副画素42の幾何学的形状は、種々変更される場合がある。 The geometry of the subpixels 42 may be variously modified. 一般に、本発明の実施形態においては、副画素42は同様の面積を有することのみが好ましい。 Generally, in embodiments of the present invention, only the sub-pixel 42 having the same area it is preferred.

電極群26を使用することにより、単独のコレステリックディスプレイ要素のみを有するマルチカラー表示画素を形成されることが可能である。 By using the electrode group 26, it is capable of being formed a multi-color display pixels having only cholesteric display elements alone. 結果的に、互いに側面に沿って位置をずらすか又は互いに積層される、3つの異なる表示要素の必要性を回避することにより、実質的なコスト削減を達成することが可能である。 Consequently, laminated or together displacing the position along the side one another, by avoiding the need for three different display elements, it is possible to achieve substantial cost savings. 更に、3つのディスプレイ要素が、横方向に位置がずらされた配置で使用されるとき、カラーフィルタアレイが一般に必要とされ、カラーフィルタアレイはディスプレイのコストをかなり増加させる。 Furthermore, three display elements, when the position in the lateral direction is used in the arrangement are offset, a color filter array is generally required, a color filter array significantly increases the cost of the display.

本発明の一実施形態においては、材料16は、光軸Oと一致している電界にさらされるとき、約560nmの中心波長又は中間波長の光を反射する。 In one embodiment of the present invention, material 16, when exposed to an electric field coincides with the optical axis of O, reflecting the light of the center wavelength or the intermediate wavelength of approximately 560 nm. 次いで、例えば、670nmに反射波長を増加させるか又は、例えば、450nmの反射波長に減少させるために、電極26を介して印加される電界を用いて、ピッチを変えることが可能である。 Then, for example, or to increase the reflection wavelength to 670 nm, for example, in order to reduce the reflection wavelength of 450 nm, using an electric field applied via the electrodes 26, it is possible to vary the pitch. これは、基本的に、セル又は要素についての反射カラーを変化させる。 This is basically to change the reflection color of the cell or element.

他の変形を利用することも又、可能である。 It is also possible to use other variations. 一部の実施形態においては、電極が動作していないとき、赤色又は青色を生成し、次いで、電極26を用いて、反射波長を長波長又は短波長の方への調節が効率的であることが可能である。 It in some embodiments, when the electrode is not operating, produces a red or blue, then using the electrodes 26, the reflection wavelength adjusted towards the long wavelength or short wavelength is efficient it is possible. 透過性モードを又、使用することが可能である。 Transparency mode also can be used. 一部の実施形態においては、赤外線の波長を含む、異なる波長のスペクトルを選択的に反射する及び/又は透過するように、ピッチ変更することが可能である。 In some embodiments, including infrared wavelengths, to selectively reflect and / or transmitted to a spectrum of different wavelengths, it is possible to change the pitch.

図4を参照するに、本発明の実施形態においては、アクティブマトリクスディスプレイを具現化することが可能である。 Referring to FIG. 4, in the embodiment of the present invention, it is possible to embody the active matrix display. そのような場合、材料20は薄膜トランジスタ又は他の能動素子から構成されることが可能である。 In such a case, the material 20 can be composed of a thin film transistor or other active element. 一実施形態においては、薄膜トランジスタのゲート22´はライン36に結合され、次に、電極22に結合されることが可能である。 In one embodiment, the gate 22 'of the thin film transistor is coupled to line 36, then, it is capable of being coupled to the electrode 22. 同時に、トランジスタ20のソースはライン38を介して電極14に結合される。 At the same time, the source of the transistor 20 is coupled to the electrode 14 via a line 38. 本発明の一実施形態においては、ドレイン22´´はライン40を介して、適切に接地されることが可能である。 In one embodiment of the present invention, the drain 22'' via a line 40, which is suitably capable of being grounded. 一部の実施形態においては、外部の蓄積容量34を備えることが可能である。 In some embodiments, it is possible to provide an external storage capacitor 34.

同様に、図5に示す受動マトリクスディスプレイの実施形態においては、電極14は列電位に結合されることが可能であり、電極22は行電位に結合されることが可能である。 Similarly, in the embodiment of the passive matrix display shown in Figure 5, the electrodes 14 may be coupled to a column potential and can be coupled to the electrode 22 row potentials. そのような受動マトリクスアドレッシングの場合、薄膜トランジスタは、材料20において行電位及び列電位により電気的アドレッシングを与える必要はない。 For such a passive matrix addressing, the thin film transistor, need not provide electrical addressing by the row potentials and the column potentials in the material 20.

本発明において、限定された数の実施形態に関して説明しているが、それらの実施形態からの多くの変更及び変形が可能であることを当業者は理解することができる。 In the present invention has been described with respect to a limited number of embodiments, those skilled in the art that many modifications and variations from these embodiments can be understood. 同時提出の特許請求の範囲においては、本発明の真の主旨及び範囲内に入るように、そのような変更及び変形全てを網羅することが意図されている。 In the scope of the appended claims, as come within the true spirit and scope of the present invention are intended to cover all such modifications and variations.

10 ディスプレイ12 基板14 透明電極16 コレステリック材料22 透明電極22´ ゲート22´´ドレイン24 基板26b サイドウェイ電極26c サイドウェイ電極26d サイドウェイ電極34 外部蓄積容量36 ライン38 ライン40 画素42 副画素 10 display 12 substrate 14 transparent electrode 16 cholesteric material 22 transparent electrode 22 'gate 22'' drain 24 substrate 26b Sideways electrode 26c Sideways electrode 26d Sideways electrode 34 outside the storage capacitor 36 line 38 line 40 pixels 42 subpixel

Claims (4)

  1. コレステリックディスプレイであって: A cholesteric displays:
    互いに対向している一対の基板 A pair of substrates which face each other;
    前記一対の基板の対向している2つの表面上に各々形成された一対の第1電極; A pair of first electrodes which are respectively formed on two surfaces facing the pair of substrates;
    前記一対の第1電極にあるコレステリック材料;及び Cholesteric located between the pair of first electrode; and
    画素を複数の副画素に分割し、当該コレステリックディスプレイの光軸に沿った電界方向に対して横断する方向に電界を印加する、前記一対の第1電極間の複数の対の第2電極であって、該第2電極の一の電極は2つの異なる光の色を生成する能力に対して共通である、第2電極; Dividing the pixels into a plurality of sub-pixels, an electric field is applied in a direction transverse to the electric field direction along the optical axis of the cholesteric displays, the second electrode of the plurality of pairs of the pair of first electrodes there, the one electrode of the second electrode is a common to the ability to produce the color of two different light, the second electrode;
    を有するコレステリックディスプレイ。 Cholesteric display with.
  2. 請求項1に記載のコレステリックディスプレイであって、前記3つの異なる光の色を生成する能力の各々は、対向する一対の第1電極及び対向する一対の第2電極を有する、コレステリックディスプレイ。 A cholesteric display of claim 1, each of the ability to produce a color of the three different light has a pair of first electrodes and an opposed pair of second electrodes opposing, cholesteric displays.
  3. 請求項1に記載のコレステリックディスプレイであって、前記3つの異なる光の色を生成する能力のうちの第1の能力は、赤色、緑色又は青色である、コレステリックディスプレイ。 A cholesteric display of claim 1, the first ability of the ability to produce a color of the three different light, red, green or blue, cholesteric displays.
  4. 請求項1に記載のコレステリックディスプレイであって、 前記対の第1電極の各々の電極及び前記複数の対の第2電極は別個の電位に結合されている、コレステリックディスプレイ。 A cholesteric display of claim 1, each electrode and the second electrode of said plurality of pairs of first electrode of the pair is coupled to a separate potential, cholesteric displays.
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