JPH06230362A

JPH06230362A - 反射型液晶電気光学装置

Info

Publication number: JPH06230362A
Application number: JP5019060A
Authority: JP
Inventors: Katsuki Matsushita; 克樹松下; Teruo Ebihara; 照夫海老原; Shuhei Yamamoto; 修平山本
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1994-08-19
Anticipated expiration: 2015-03-06
Also published as: JP3016108B2

Abstract

(57)【要約】【目的】反射型液晶電気光学装置において、環境の変
化によって着色部分の選択反射光が色変化を起こすこと
を防止し、また選択反射光の色調が鮮明で視認性を高め
ることを目的とする。【構成】透明電極４を有する２枚の透明基板２、３間
に液晶６を封入した液晶セル１の片側に偏光板７を、さ
らに片側に１／４波長板８とコレステリック液晶ポリマ
ーフィルム９と光吸収板１０を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、反射型液晶電気光学
装置に係わり、時計、小型携帯機器に使用される特に明
るく美観に優れた色合いを表示するカラーの反射型液晶
電気光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、反射型カラー液晶電気光学装置
は、通常の反射型ＴＮ液晶表示装置の反射板の前方にカ
ラーフィルターを設けることが一般的であった。カラー
フイルターとしては透明樹脂フイルム表面に色素をコー
ティングしたものや、透明樹脂に色素を溶解して製造さ
れたものが使用されている。更に、カラーフィルターを
用いずに、偏光板の少なくてもどちらか一方にカラー偏
光板を用いることによってカラー表示を可能にする方
式、あるいは、反射板の金属表面に色素をコーテイン
グ，もしくは印刷し、着色反射板としてカラー表示を可
能にする方式、あるいは、反射板の基板表面に誘電体を
数層コーテイングしてダイクロイックミラーとしてカラ
ー表示を可能にしている方式がある。更に、反射板の替
わりに可視光領域の特定波長で選択反射性を示すコレス
ティック液晶セルを用いて、カラー反射板の機能をもた
せた方式も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来多用され
ているカラーフイルターとアルミニウム等の反射板を組
み合わせたカラー表示方式は、カラーフイルターに使用
される色素の透過率とアルミニウム等の金属反射板の反
射率の悪さにより鮮明なカラー表示を不可能にしてい
る。偏光板を２枚使う方式では、カラーフィルター層を
２回、偏光板を４回透過して、反射光が出射されるの
で、どうしても明るい表示が実現できなかった。また、
誘電体コーティングによるダイクロイックミラーを用い
たカラー表示方式は、反射後の直線反射率が高くて拡散
反射率が低いために、表示部と非表示部とのコントラス
トが低くて表示が識別し難い事、また誘電体コーティン
グに真空プロセスが必要となり、製造原価が高くつく。

【０００４】図２に示した偏光板を１枚しか使用せず、
明るいという特徴をもつコレステリック液晶セルをカラ
ー反射板に用いた方式では、コレステリックピッチの温
度変化に伴う反射波長変化が大きく、また選択反射を示
す温度領域も狭い。また、コレステリック液晶が低分子
液晶であるために２枚のガラス基板の空隙に注入された
構造を持つ必要があるため、液晶光学素子と反射板まで
の間隔が大きくなり、影が生じて視認性を劣化させる。
さらに、構造上安価に製造できない事等の欠点を有し、
実用的で鮮明かつ美観に優れたカラー表示可能な反射型
液晶電気光学装置を得る事が困難であるというという課
題があった。

【０００５】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するため、可視光領域に選択反射性を示
すコレテリック液晶ポリマーフィルムを設けて、実用的
で明るく鮮明かつ美観に優れたカラー表示可能な反射型
液晶電気光学装置を得ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、透明電極を有し、かつ該透明電極に配向処理を施し
た２枚の透明基板間に、略９０゜のツイスト配向となる
ように液晶を封入した液晶セルと、該液晶セルの前面に
該液晶セルの前面の基板に接する液晶の配向方向と吸収
軸が平行または垂直となるように配置した偏光板と、該
液晶セルの背面に該液晶セルの背面の基板に接する液晶
の配向方向と、光学軸が略４５゜をなすように配置した
１／４波長板と、該１／４波長板の背面に配置したコレ
ステリック液晶ポリマーフィルムと、該コレステリック
液晶ポリマーフィルムの背面に配置した光吸収板からな
る反射型液晶電気光学装置を採用した。

【０００７】

【作用】上記のように構成された反射型液晶電気光学装
置の動作原理を図１で説明する。図１は本発明の反射型
液晶電気光学素子の実施例を示す説明図である。図１
（Ａ）、（Ｂ）において、１は９０゜ＴＮ配列の液晶セ
ルである。透明な上基板２及び下基板３の内側にはパタ
ーニングされたＩＴＯの透明電極４を形成し、ポリイミ
ド等の配向膜５が塗布され、上基板２と下基板３で配向
方向がほぼ直角になるようにラビングにより平行配向処
理を施した。この配向膜は酸化シリコンの斜方蒸着で形
成しても効果は同じである。間隙は、正の誘電異方性を
有するネマティック液晶６で満たした。上基板２の外側
には上基板２上の配向膜５の配向方向と光学軸が一致す
るように偏光板７を設置した。下基板３の外側には下基
板３上の配向膜５の配向方向に対し光学軸が４５゜をな
すように１／４波長板８を設置した。さらに外側にはコ
レステリック液晶ポリマーフィルム９と可視光域を吸収
する光吸収板１０を設置した。コレステリック液晶ポリ
マーフィルム９はポリグルタメートなどのポリペプチド
のコレステリック液晶構造のポリマーである。本発明に
おいてはこのコレステリック液晶ポリマーフィルムは単
独で構成しても良いし、２枚の透明なプラスチックフィ
ルムで狭持した構成にしても良い。

【０００８】図１（Ａ）は電界無印加時を示している。
電界無印加時には液晶セル１内の液晶６は上述した配向
処理により上下基板間で９０゜ねじれたツイスト配列に
なる。入射光１１は偏光板７を通過した後、直線偏光と
なり液晶セル１に入射し、偏光方向を９０゜回転し１／
４波長板８に入射する。１／４波長板８を通過した光は
右（もしくは左）円偏光となり、この偏光の特定波長範
囲の光がコレステリック液晶ポリマーフィルム９で反射
されるとともに、この範囲以外の光は可視光域を吸収す
る光吸収板１０に到達する。

【０００９】ここで、光吸収板が黒色板のときは、到達
した光は全て吸収される。光吸収板が特定の波長の光の
み反射する特性をもったものであれば、光吸収板で特定
波長の光は反射し、再びコレステリック液晶ポリマーフ
ィルムを透過する。コレステリック液晶ポリマーフィル
ムで反射した円偏光と、光吸収板で反射した円偏光は、
１／４波長板８を再通過する事で直線偏光化し、液晶セ
ル１で偏光方向を９０゜回転され、偏光板７を通過して
出射光１２となる。よって、光吸収板が黒色板の場合
は、コレステリック液晶ポリマーフィルムで反射される
選択反射波長の鮮やかな着色を示し、光吸収板が特定の
波長の光を反射する場合は、光吸収板で反射された特定
波長の光とコレステリック液晶ポリマーフィルムで反射
される選択反射波長の光が合成されて出射し着色する。

【００１０】図１（Ｂ）は電界印加時を示している。電
界印加時には、液晶セル１内の液晶６はその誘電異方性
により上下基板に対して垂直に再配列する。入射光１１
は偏光板７を通過した後、直線偏光となって液晶セル１
に入射するが、偏光方向は変化することなく１／４波長
板８に入射する。１／４波長板８を通過した光は電圧印
加時とは回転方向が逆の円偏光となり、この偏光のすべ
ての波長範囲の光がコレステリック液晶ポリマーフィル
ム９を通過し、光吸収板１０に到達する。

【００１１】光吸収板が黒色板の場合は、到達した光は
全て吸収される。光吸収板が特定の波長の光を反射する
場合は、コレステリック液晶ポリマーフィルム、１／４
波長板、液晶セル、偏光板を透過して出射する。よっ
て、光吸収板が黒色板の場合は、鮮やかな選択反射光に
よる着色の背景に黒色の表示が実現でき、光吸収板が特
定の波長を反射する場合、背景は、コレステリック液晶
ポリマーフィルムの選択反射光と光吸収板の反射光が混
合した光の色となり、表示部は、光吸収板の反射光の色
を呈することになる。即ち、光吸収板の反射特性を少し
変化させることにより、微妙に色調をかえることができ
る。

【００１２】上記のように構成した反射型液晶電気光学
装置は、該液晶が液晶状態を呈する温度範囲で、周囲の
雰囲気の温度を変化させても、表示の色調がほとんど変
化することはなかった。これは、コレステリック液晶の
ラセンピッチがポリマー内で固定化されているため、ラ
センピッチの温度依存性が極めて小さくなっているから
である。

【００１３】更に、上記の構成の反射型液晶電気光学装
置は、偏光板が１枚のため、明るい表示が実現できる
が、透過率の高い偏光板を使うと、一層表示の色合いが
明るく、美しくなる。透過率の高い偏光板ということ
は、偏光度が小さくなるということだが、例えば光吸収
板として黒色板を使ったときの表示のＯＮ部分の黒色の
度合いは、ほとんど変化することがなく、選択反射光の
透過率が高くなるからである。通常のＴＮ型液晶表示装
置の場合は、約４０％の透過率の偏光板が使用されるこ
とが多いが、本構成の反射型液晶電気光学装置の場合、
偏光板の透過率を４５％以上にすると、際立って明る
く、美しい表示となる。

【００１４】また、コレステリック液晶ポリマーフィル
ムは、約０．１ｍｍの薄いフィルムであり、１／４波長
板、光吸収板と熱圧着により、積層一体化することもで
き、通常のＴＮ液晶表示装置と同等の厚さに形成するこ
とも出来る。このように積層一体化することにより、薄
くできるだけでなく、空気層を介した場合に生ずる各界
面でのフレネル反射を減少させ、明るく視認性の高い表
示が可能となる。

【００１５】図２のようなコレステリック液晶セルを選
択反射板として使用するのに比べ、コレステリック液晶
セルの基板１枚分の厚さだけ選択反射層までの厚さを薄
くできるので、斜方から見たときの影による表示の見に
くさを軽減でき、またコレステリック液晶セルの基板の
界面でのフレネル反射をなくせるので、表示の明るさ、
色の鮮明さで、格段の改善が可能となった。

【００１６】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。（実施例１）図１において、透明基板２及び３は、平滑
なガラス板を用いたが透明高分子フィルムを使用しても
かまわない。透明基板２及び３に設ける透明電極４は、
ＩＴＯ膜からなる透明導電膜をホトリソグラフイーによ
って分割形成した。そして、透明電極４の上には、たと
えば膜厚が数十ｎｍのポリイミドとかポリビニルアルコ
ールなどを膜付けしラビング方向が約９０度になるよう
に処理して配向膜５を形成した後、セルギャップを約６
μｍにして誘電異方性が正のネマティック液晶を注入し
た。偏光板７は吸収軸を上基板２上の配向膜５の配向方
向と一致するように設置した。

【００１７】下基板３の背面に、エステル系の光学接着
剤あるいはブチルアクリレート、２エチルヘキシルアク
リレートを主体としたアクリルモノマーとの共重合体か
らなる粘着剤で１／４波長板８を貼り合わせた。貼り合
わせる時の光学軸の方向は、入射光１１が液晶セル１か
ら出射される直線偏光が円偏光へ変換されるように下基
板３上の配向膜５の配向方向に対し、光学軸が４５゜を
なすようにした。１／４波長板８はポリカーボネートフ
ィルムを一軸延伸した位相差Δｎｄが１３３ｎｍのもの
を使用した。１／４波長板８はポリカーボネート以外に
もポリスチレンなどの高分子フイルムあるいは水晶薄
片、方解石などの光学結晶でも使用できる。

【００１８】更に、光吸収板１０の上にコレステリック
液晶ポリマーフィルム９を形成した後、接着剤を介して
積層した。光吸収板１０は厚み０．５ｍｍのメタアクリ
ル樹脂に可視光領域で吸収を持つように黒色に染色加工
した黒色板を用いた。コレステリック液晶ポリマーフィ
ルム９はポリエチレンテレフタレートフイルムの間にポ
リグルタメートなどのポリペプチドのコレステリック液
晶構造のポリマーをはさみ、シール後特定温度の加熱状
態から急冷したもので、厚さ約０．１ｍｍ、選択反射中
心波長λ0 が５３０ｎｍ、波長帯域Δλが７０ｎｍ、最
大反射率が４８％（無偏光測定条件）のものを使用し
た。ここで、黒色板１０はメタアクリル樹脂以外の黒色
に染色加工した高分子フイルムまたは基板、金属板でも
よい。また、コレステリック液晶ポリマーフィルム９は
ライオトロピックコレステリック液晶を光重合性不飽和
モノマーを溶媒としてコレステリック構造を形成し、後
に光重合させて、コレステリック構造を固定化したもの
なども使用できる。また、光吸収板１０とコレステリッ
ク液晶ポリマーフィルム９はプレス加熱による積層一体
化しても良い。

【００１９】このようにして制作された反射型液晶電気
光学装置を白色光垂直入射の条件で観察すると図１の
（Ａ）ように、駆動電圧が印加されていない領域では、
入射光１１は反射光１２として鮮やかな緑色に着色され
て観測された。一方、駆動電圧が印加されている（Ｂ）
では、入射光１１は反射光１２としてほとんど観測でき
ず黒色の表示を呈する。

【００２０】次いで、この反射型液晶電気光学装置を腕
時計に実装して観察してみると、鮮明な緑色の地に深い
黒色の表示となり、カラーフィルターでカラー表示した
ものより、格段明るく視認性も良かった。温度を−２０
℃〜９０℃の範囲で観察すると緑の表示はほとんど変化
せず、腕時計の実使用環境条件を満足するものであっ
た。

【００２１】また、偏光板７または１／４波長板８を９
０゜回転させると、深い黒色の地に鮮明な緑色の表示が
できた。ここで、上記黒色板を濃赤色の光吸収板に置き
換えると、正面から見たときの色調が黄緑色に変化し、
濃赤色の背景に美しい黄緑色の表示となった。

【００２２】また、光吸収板として黒色板を使った上記
のような構成で、偏光板及び１／４波長板の設定角度を
ずらせて見たが、わずかに色調が変化し、上記の設定角
度のときが最も色の鮮明度が良かった。更に、液晶セル
として上記したツイスト角度が９０゜のものの他に、ツ
イスト角度が７０゜、８０゜、１００゜、１１０゜のセ
ルギャップが同じ６μｍのセルを作製し、同じ構成にし
て表示状態を観測した。液晶のツイスト角度が８０゜、
１００゜のセルを組み込んだ反射型液晶電気光学装置
は、９０゜のものとほとんど同じ色調の美しい表示が得
られたが、ツイスト角度が７０゜、１１０゜のものは色
の鮮明度が良くなかった。

【００２３】（実施例２）偏光板７を単体透過率が４５
％以上の偏光板にして他は実施例１と同様な構成の反射
型液晶電気光学装置を作成した。偏光板７として日東電
工社製の偏光板ＮＰＦ−Ｇ１２２８ＤＵ（単体透過率４
６．５％）を使用した。入射光と選択反射光がこのよう
な透過率の高い偏光板を透過するため、非常に明るく視
認性の高い表示ができた。

【００２４】（実施例３）偏光板７の表面に低屈折率の
ポリマーを塗布して他は実施例１と同様な構成の反射型
液晶電気光学装置を作成した。これは低屈折率のポリマ
ーを塗布することで偏光板表面の表面反射を減らし、液
晶セル１への実質的な透過光量を増やしてコレステリッ
ク液晶ポリマーの選択反射効率が高まるからである。こ
のようにして得た反射型液晶電気光学装置においては、
周囲光の写り込みが少なく選択反射光の色調が鮮やかに
なった。薄膜を蒸着するような方法の他の反射防止膜も
同様な効果が期待できる。

【００２５】（実施例４）１／４波長板８とコレステリ
ック液晶ポリマーフィルム９と光吸収板１０を積層して
一体化し他は実施例１と同様な構成の反射型液晶電気光
学装置を作成した。各フィルム間を密着させることで各
フィルム間の表面反射を少なくできたので、コントラス
トが高く、明るい表示が実現できた。

【００２６】（実施例５）偏光板７をカラー偏光板にし
て他は実施例１と同様の反射型液晶電気光学装置を作成
した。偏光板７として日東電工社製の偏光板ＮＰＦ−Ｑ
−１０Ｒ（表示色は赤）を使用した。このようにして得
た反射型液晶電気光学装置においては鮮やかな選択反射
色の背景にカラー偏光板によって生じる赤色表示という
２色表示が実現できた。

【００２７】（実施例６）コレステリック液晶ポリマー
フィルム９を凹凸のついたポリエチレンテレフタレート
フィルムの上に形成して他は実施例１と同様の反射型液
晶電気光学装置を作成した。コレステリック液晶ポリマ
ーのコレステリック面が凹凸に添うので選択反射光の入
射角依存性が少なくなり、視角による色調の変化が抑え
られた。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、環
境の変化によっても着色部分の色変化を起こすことがな
く、また明るくかつ選択反射光の色調が鮮明で視認性が
高く、反射型液晶電気光学装置を安価に実現することが
できるので、環境変化の激しい屋外での使用が可能にな
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型液晶電気光学装置の実施例を示
す説明図である。

【図２】従来の反射型液晶電気光学装置を示す説明図で
ある

【符号の説明】

１液晶セル２上基板３下基板４透明電極５配向膜６液晶７偏光板８１／４波長板９コレステリック液晶ポリマーフィルム１０光吸収板１１入射光１２出射光１３コレステリック液晶セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極を有し、かつ該透明電極に配向
処理を施した２枚の透明基板間に、略９０゜のツイスト
配向となるように液晶を封入した液晶セルと、該液晶セ
ルの前面に該液晶セルの前面の基板に接する液晶の配向
方向と吸収軸が平行または垂直となるように配置した偏
光板と、該液晶セルの背面に該液晶セルの背面の基板に
接する液晶の配向方向と、光学軸が略４５゜をなすよう
に配置した１／４波長板と、該１／４波長板の背面に配
置したコレステリック液晶ポリマーフィルムと、該コレ
ステリック液晶ポリマーフィルムの背面に配置した光吸
収板からなる反射型液晶電気光学装置。
【請求項２】前記偏光板の単体透過率が４５％以上で
あることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶電気
光学装置。
【請求項３】前記光吸収板が黒色板であることを特徴
とする請求項１に記載の反射型液晶電気光学装置。
【請求項４】前記１／４波長板と前記コレステリック
液晶ポリマーフィルムと前記光吸収板を積層一体化して
なることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶電気
光学装置。
【請求項５】前記偏光板は、カラー偏光板であること
を特徴とする請求項１に記載の反射型液晶電気光学装
置。
【請求項６】前記コレステリック液晶ポリマーフィル
ムは凹凸のついた透明基板の上に積層したことを特徴と
する請求項１に記載の反射型液晶電気光学装置。