JPH07159813A

JPH07159813A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07159813A
Application number: JP5306226A
Authority: JP
Inventors: Toru Sasaki; 亨佐々木; Masaaki Kitajima; 雅明北島; Ikuo Hiyama; 郁夫檜山; Keiji Nagae; 慶治長江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】光利用効率が極めて高い反射型カラー液晶表示
装置を提供する。【構成】一定の間隔で対向配置させた一対の基板３１，
３２の間隙に可視光の領域に選択反射波長を有するコレ
ステリック液晶組成物５０を充填した一個の透過型液晶
表示装置８０に円偏光Ｌ１を照射し、その選択反射され
た成分Ｌ２を反射型表示装置８で表示画像に応じて鏡面
反射して円偏光の回転方向を反転し、再び透過型液晶表
示装置８０に照射して透過させ、拡散手段８７で拡散し
て表示する。電源６０から印加する電圧によりコレステ
リック液晶組成物５０の螺旋のピッチを変化させて選択
反射波長を変化させることによりカラー表示する。周囲
が明るい場合には円偏光を発生せずに透過型液晶表示装
置８０および拡散手段８７を可視光を透過する状態にし
て外部からの光を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は明るさを向上した反射型
カラー表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】可搬型のコンピュータやワードプロセッ
サなどに使用されている表示容量の大きい液晶表示装置
には、例えば、特開昭59−81683 号公報に記載のよう
に、透過型液晶表示素子の背面に拡散面光源として作用
するバックライトを配置してバックライトで発生された
光の透過量をこの透過型液晶表示素子により制御するこ
とによって表示している。この方式の液晶表示装置で
は、ツイステッドネマチック配向の液晶組成物を挟持す
る基板に垂直な方向の電界を印加して垂直配向への相転
移を起こさせ、偏光板によって偏光させた光の旋光性や
複屈折の変化を利用することによって表示する場合が多
かった。

【０００３】また、カラー表示は、特開昭49−74438 号
公報記載のように一個一個の画素に光の三原色である
赤，緑，青の光を透過するマイクロカラーフィルタを配
置し、そのマイクロカラーフィルタを透過した光の加法
混色によって実現していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の液晶表示装置で
は、偏光板は無偏光の光から電界の振動方向がある特定
方向の偏光だけを取り出して他の方向の偏光を吸収する
作用があるため光の利用効率が低下し、表示画面が暗く
なるという問題があった。また、カラー表示するため
に、特定の波長領域の光だけを透過してそれ以外の波長
領域の光を吸収するという特性を有する光吸収性のマイ
クロカラーフィルタを用いているため、光の利用効率が
さらに低下するという問題があった。表示画面を明るく
しようとすると、バックライトから発生させる光を強く
するためにバックライトに大きな電力を供給する必要が
あった。さらに、バックライトに電力を供給しない状態
では、外光が入射しても入射光はほとんど偏光板とカラ
ーフィルタによって吸収されるため、たとえバックライ
トの表面における光の反射率を高めても表示画面が暗い
という問題があった。

【０００５】本発明の目的は、光利用効率を向上した明
るいカラー液晶表示装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、以下に記載する手段を用いる。

【０００７】（手段１）光透過性の電極が形成された一
対の基板を一定の間隔で対向配置させ、前記一対の基板
の間隙にコレステリック液晶組成物を充填した少なくと
も一個の透過型液晶表示装置に対して、その一方の表面
に斜めの方向から前記コレステリック液晶組成物の螺旋
のねじれの巻き方と同一の回転方向の円偏光を円偏光照
射手段により照射し、この円偏光を反射することができ
る反射型表示装置を、透過型液晶表示装置の前記円偏光
照射手段から円偏光が照射される側に配置する。望まし
くは、透過型液晶表示装置で反射された円偏光が、前記
反射型表示装置で鏡面反射されて再び前記透過型液晶表
示装置に到達する位置に前記反射型表示装置を配置す
る。さらに、前記コレステリック液晶組成物の螺旋の自
発ピッチｐ０と平均の屈折率ｎとの積が３８０(ｎｍ)≦
ｎ・ｐ０≦８００(ｎｍ)の関係を満たすようにする。さ
らに望ましくは、円偏光照射手段から透過型液晶表示装
置に円偏光を照射した状態では、透過型液晶表示装置に
複数の異なる大きさの電圧をそれぞれ印加する複数の期
間を順番に繰り返して駆動する。

【０００８】（手段２）円偏光照射手段から前記透過型
液晶表示装置に円偏光を照射した状態では前記コレステ
リック液晶組成物の螺旋軸が前記一対の基板の表面にほ
ぼ垂直に配向させ、かつ前記コレステリック液晶組成物
の螺旋のピッチｐが自発ピッチｐ０とほぼ等しくし、前
記円偏光照射手段から前記透過型液晶表示装置に円偏光
を照射しない状態では前記コレステリック液晶組成物の
螺旋のピッチｐと平均の屈折率ｎとの積が、ｎ・ｐ≦３
８０(ｎｍ)または８００(ｎｍ)≦ｎ・ｐの関係を満たす
ようにする。

【０００９】望ましくは、前記円偏光照射手段から前記
透過型液晶表示装置に円偏光を照射した状態では前記透
過型液晶表示装置に電圧を印加せず、これにより、前記
コレステリック液晶組成物の螺旋軸が前記一対の基板の
表面にほぼ垂直に配向し、かつ前記コレステリック液晶
組成物の螺旋のピッチｐが自発ピッチｐ０とほぼ等しく
なり、前記円偏光照射手段から前記透過型液晶表示装置
に円偏光を照射しない状態では前記透過型液晶表示装置
に電圧を印加し、これにより、前記コレステリック液晶
組成物の螺旋のピッチｐと平均の屈折率ｎとの積が、ｎ
・ｐ≦３８０(ｎｍ)または８００(ｎｍ)≦ｎ・ｐの関係
を満たすようにする。

【００１０】（手段３）前記液晶表示装置が、コレステ
リック液晶組成物の螺旋の自発ピッチｐ０と平均の屈折
率ｎとの積が、３８０(ｎｍ)≦ｎ・ｐ０≦５３０(ｎｍ)
の関係を満たす第一の透過型液晶表示装置と、コレステ
リック液晶組成物の螺旋の自発ピッチｐ０と平均の屈折
率ｎとの積が、４８０(ｎｍ)≦ｎ・ｐ０≦６３０(ｎｍ)
の関係を満たす第二の透過型液晶表示装置と、コレステ
リック液晶組成物の螺旋の自発ピッチｐ０と平均の屈折
率ｎとの積が、５７０(ｎｍ)≦ｎ・ｐ０≦８００(ｎｍ)
の関係を満たす第三の透過型液晶表示装置とを積層配置
する。望ましくは、第一の液晶表示装置と第二の液晶表
示装置に電圧を印加する第一の期間と、第二の液晶表示
装置と第三の液晶表示装置に電圧を印加する第二の期間
と、第三の液晶表示装置と第一の液晶表示装置に電圧を
印加する第三の期間を順番に繰り返して駆動する。

【００１１】（手段４）円偏光照射手段から透過型液晶
表示装置に円偏光を照射した状態では入射光を拡散して
出射し、円偏光を照射しない状態では入射光を透過する
光拡散手段を、透過型液晶表示装置の円偏光を照射され
る側の反対側に積層配置する。望ましくは、光拡散手段
を、光透過性の電極を形成した一対の基板を一定の間隔
で対向配置して一対の基板の間隙に高分子分散型液晶を
充填した光スイッチング素子で構成する。

【００１２】

【作用】コレステリック液晶組成物は、その螺旋のピッ
チｐと平均の屈折率ｎによってλ＝ｎ・ｐなる関係を満
たす波長λを中心とした波長領域の、コレステリック液
晶組成物の螺旋のねじれの巻き方と同一の回転方向の円
偏光を選択反射し、それ以外の光を透過するという性質
を有する。このため、手段１によれば、円偏光照射手段
から透過型液晶表示装置に照射された円偏光のうち、３
８０(ｎｍ)≦ｎ・ｐ０≦８００(ｎｍ)を満たすように設
定したことにより、可視光領域の成分が透過型液晶表示
装置で反射される。さらにその円偏光が反射型表示装置
で鏡面反射されて再び透過型液晶表示装置に到達する時
には、光の進行方向が逆になって、円偏光の回転方向が
コレステリック液晶組成物の螺旋のねじれの巻き方とは
反対になるため、反射型表示装置で鏡面反射された円偏
光は透過型液晶表示装置を透過する。また、異なる波長
領域の円偏光が時分割的に反射されることが繰り返され
る。

【００１３】手段２によれば、透過型液晶表示装置に円
偏光を照射した状態では透過型液晶表示装置の電極間に
電圧を印加しないため、コレステリック液晶組成物の状
態は変化せず、手段１による作用と同一の作用をする。
一方、透過型液晶表示装置に円偏光を照射しない状態で
は、透過型液晶表示装置の電極間に電圧を印加するた
め、コレステリック液晶組成物には電界が印加される。
この電界によってコレステリック液晶組成物の分子長軸
の配向方向が回転するような力を受けるため、コレステ
リック液晶組成物の螺旋のピッチｐが自発ピッチｐ０か
ら変化する。これにより、λ＝ｎ・ｐに対応して、コレ
ステリック液晶組成物の螺旋のピッチの変化によって光
の選択反射の中心波長が変化し、ｎ・ｐ≦３８０(ｎｍ)
または800(ｎｍ)≦ｎ・ｐを満たすようになるため、す
べての可視光は選択反射されることなく透過型液晶表示
装置を透過する。このとき、透過型液晶表示装置には円
偏光を照射していないため、外部からの光が透過型液晶
表示装置を透過し、反射型表示装置で鏡面反射されて再
び透過型液晶表示装置を透過する。

【００１４】手段３によれば、透過型液晶表示装置で光
の三原色である青，緑，赤に対応する波長領域の円偏光
すべてが選択反射されることによって可視光の波長領域
の光がすべて反射され、さらに反射型表示装置によって
鏡面反射される。また、光の三原色である青，緑，赤に
対応する波長領域の円偏光が時分割的に反射されること
が繰り返される。

【００１５】手段４によれば、透過型液晶表示装置に円
偏光を照射した状態では、最終的に透過型液晶表示装置
を透過した円偏光は光拡散手段により拡散される。一
方、透過型液晶表示装置に円偏光を照射しない状態で
は、外部からの光は光拡散手段を拡散されずに透過す
る。また、高分子分散型液晶は、電圧無印加状態では前
方散乱性があるため光を拡散し、電圧印加状態では透明
になるため光を拡散せずに透過する。これにより、光拡
散手段に高分子分散型液晶を利用した光スイッチング素
子を用いるため、透過型液晶表示装置に円偏光を照射し
た状態では、光スイッチング素子を電圧無印加状態にす
ることによって円偏光を拡散し、透過型液晶表示装置に
円偏光を照射しない状態では、光スイッチング素子を電
圧印加状態にすることによって外部からの光を拡散する
ことなく透過する。

【００１６】

【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１７】（実施例１）図１により本実施例の液晶表
示装置の構造を説明する。一対の光透過性のプラスチッ
ク基板３１，３２それぞれの基板の表面にＩＴＯ(イン
ジウム・錫酸化物)からなる透明電極１，２を形成し、
透明電極１，２を覆うように一対の基板３１，３２の向
き合う表面にポリイミド樹脂配向膜４を形成した。配向
膜４にはその表面における液晶組成物５０の分子長軸方
向を面内で均一に配向させるようにラビング処理を施
し、これによりコレステリック液晶組成物５０の螺旋軸
は一対の基板３１，３２の表面にほぼ垂直に配向した。
一対の基板３１，３２をプラスチックビーズスペーサ
（図示せず）によって一定の間隔ｄ＝５（μｍ）で対向
配置させ、その間隙に、誘電率異方性が正であり、平均
の屈折率ｎが１.５であり、螺旋のねじれが右巻で螺旋
の自発ピッチｐ０が３７０(ｎｍ)のコレステリック相を
呈する液晶組成物５０を充填して透過型液晶表示装置８
０とした。このようなコレステリック液晶組成物５０
は、例えば、コレステリルクロライドとシアノペンチル
ビフェニルとの混合物がある。この透過型液晶表示装置
８０の透明電極１，２への電圧の印加状態を制御するス
イッチング素子７０を介して、交流電源６０を透明電極
１，２に接続した。さらに、最上層には、一対の光透過
性のプラスチック基板３１，３２それぞれの基板の表面
にＩＴＯからなる透明電極１，２を形成して一定の間隔
ｄ＝５（μｍ）で対向配置させ、その間隙に、ポリビニ
ルアルコール中にネマチック液晶組成物の液滴を分散し
た高分子分散型液晶５７を充填した高分子分散型液晶表
示装置８７を積層配置した。この透過型液晶表示装置８
７の透明電極１，２への電圧の印加状態を制御するスイ
ッチング素子７７を介して、交流電源６７を透明電極
１，２に接続した。

【００１８】円偏光発生装置９を透過型液晶表示装置８
０の基板３２の側に基板３２の表面に対して斜め４５度
の位置に配置し、スイッチング素子７６を介して電源６
６に接続し、スイッチング素子７０，７６および７７の
オン，オフの状態と、交流電源６０の出力電圧の振幅を
スイッチ制御装置１０によって制御した。円偏光発生装
置９は電源６６から電力が供給されている状態では可視
光領域を含む波長領域の右回り円偏光Ｌ１を発生した。

【００１９】画像信号制御装置１１によって駆動されて
画像を表示する反射型表示装置８を透過型液晶表示装置
８０の基板３２の側に基板３２の表面に対して斜め４５
度の位置に円偏光発生装置９と対称をなすように配置し
た。反射型表示装置８は円偏光を鏡面反射する状態を取
り、その反射率の分布を画像信号制御装置から与えられ
る画像信号に応じて変調されることによって画像を表示
する。また、画像信号制御装置１１によって反射型表示
装置を駆動するのと同時にスイッチ制御装置１０を制御
した。

【００２０】次に、以上によって構成された液晶表示装
置の動作について説明する。

【００２１】図１は、スイッチ制御装置１０によってス
イッチング素子７０および７７をオフ状態、スイッチン
グ素子７６をオン状態に設定したときの動作の説明図で
ある。円偏光発生装置９は電源６６から電力が供給され
るため、右回り円偏光Ｌ１を発生する。また、透過型液
晶表示装置８０は、透明電極１，２間に電圧が印加され
ないため、コレステリック液晶組成物５０の螺旋のピッ
チはｐになる。配向膜４の表面ではコレステリック液晶
組成物５０の分子長軸の方向が基板面内に規定されてい
るため、一定の間隔で対向させた一対の基板３１，３２
の間隙に充填された状態におけるコレステリック液晶組
成物５０の螺旋のピッチｐは自発ピッチｐ０より若干ず
れるが、ほぼ等しいと見做すことができ、また、コレス
テリック液晶組成物５０の螺旋軸は一対の基板３１，３
２の表面にほぼ垂直に配向する。この状態では、選択反
射の中心波長λは５５６(ｎｍ)であった。また、コレス
テリック液晶組成物５０の螺旋のねじれが右巻であるた
め、円偏光発生装置９によって発生された可視光領域を
含む波長領域の右回り円偏光Ｌ１のうち、５５６(ｎｍ)
を中心とする波長領域の右回り円偏光Ｌ２が選択反射さ
れ、選択反射光Ｌ２の波長領域以外の円偏光は透過し
た。透過型液晶表示装置８０で選択反射された右回り円
偏光Ｌ２は反射型表示装置８に到達し、反射型表示装置
８に表示された鏡面反射率の分布による画像に応じて変
調して反射され、左回り円偏光Ｌ３になって再び透過型
液晶表示装置８０に到達した。透過型液晶表示装置８０
を構成するコレステリック液晶組成物５０の螺旋のねじ
れが右巻であるため、左回り円偏光Ｌ３はすべて透過
し、高分子分散型液晶表示装置８７に到達した。高分子
分散型液晶表示装置８７は電圧が印加されていない状態
では光を拡散するため、高分子分散型液晶表示装置８７
に到達した左回り円偏光Ｌ３は拡散光Ｌ４になって画像
が表示された。これにより、視認性が向上された。

【００２２】図２は、スイッチ制御装置１０によってス
イッチング素子７０および７７をオン状態、スイッチン
グ素子７６をオフ状態に設定したときの動作の説明図で
ある。円偏光発生装置９は電源６６から電力が供給され
ないため、右回り円偏光Ｌ１は発生しない。また、透過
型液晶表示装置８０は、交流電源６０から透明電極１，
２間に電圧が印加されることにより、コレステリック液
晶組成物５０の分子長軸の方向が印加電界の方向に向き
やすくなるため、コレステリック液晶組成物５０の螺旋
のピッチはｐからｐ′に変化した。これによって透過型
液晶表示装置８０の選択反射の中心波長が変化した特性
を図５に示す。液晶表示装置８０の選択反射光Ｌ２は、
透明電極１，２間に電圧を印加しない状態では曲線１０
Ｇ１で示す反射率で反射されたが、スイッチング素子７
０をオンして交流電源６０から透明電極１，２間に５０
ボルトの電圧を印加したところ、コレステリック液晶組
成物５０の螺旋のピッチが増大することによって選択反
射の中心波長は長波長側にシフトし、曲線１０Ｘ１で示
すように赤外領域の光が選択反射されるように変化し
た。この選択反射の中心波長の変化に伴う透過型液晶表
示装置８０の透過率の波長依存性を図６に示す。透過型
液晶表示装置８０の透過率は、透明電極１，２間に電圧
を印加しない状態では曲線１０Ｇ２で示す特性であった
が、５０ボルトの電圧を印加したところ、曲線１０Ｘ２
で示すように可視光の波長領域の光がすべて透過する特
性に変化した。さらに、高分子分散型液晶表示装置８７
は交流電源６７から２０ボルトの電圧を印加したところ
光を拡散しなくなったため、外部からの光Ｌ０は高分子
分散型液晶表示装置８７を透過し、可視光の波長領域の
すべての波長領域にわたって透過型液晶表示装置８０を
透過し、反射型表示装置８に到達した。本実施例の液晶
表示装置の周囲が十分明るい場合、外部からの光Ｌ０は
反射型表示装置８に表示された鏡面反射率の分布による
画像に応じて変調して反射された。この反射光Ｌ３は再
び透過型液晶表示装置８０と高分子分散型液晶表示装置
８７に到達して透過し、画像が表示された。

【００２３】本実施例によれば、反射型表示装置の表示
面に円偏光発生装置から光を照射してその反射光によっ
て表示を行う状態と、外部からの光を利用して表示を行
う状態とを取ることができる。したがって、周囲の明る
さに応じて、周囲が暗い場合には円偏光発生装置から光
を発生して明るく、かつ視認性の高い表示を行うことが
可能になる。また、周囲が十分明るい場合には円偏光発
生装置から光を発生させる必要がないため、表示装置の
消費電力を大幅に低減することが可能になる。したがっ
て、光利用効率を向上した明るいカラー液晶表示装置を
実現することができる。

【００２４】なお、本実施例で用いた一対の基板３１，
３２は光透過性を有する基板であればよく、例えば、ガ
ラス基板を用いてもよい。また、透明電極１，２は導電
性を有する光透過性の部材であればよい。また、配向膜
４はコレステリック液晶組成物５０を均一に配向させる
作用を有する部材であればよく、例えば、ポリアミック
酸を用いてもよい。さらに、ラビング処理によって基板
表面における液晶組成物５０の分子長軸の配向方向は任
意であり、液晶組成物５０が最も均一に配向しやすい方
向に設定することができ、配向処理の方法もラビング処
理に限定する必要はない。また、一対の基板３１，３２
の対向する間隔ｄも任意であり、印加電圧のしきい値を
適切な値に設定するために変更してよい。また、使用す
るコレステリック液晶組成物５０の物性値は本発明の要
件を満たす限り任意であり、使用温度範囲や螺旋のピッ
チの温度係数などが適切な値を有するコレステリック液
晶組成物を使用することができる。また、各交流電源６
０，６７の出力電圧振幅を固定したが、その値はコレス
テリック液晶組成物５０の選択反射の中心波長を変調で
きればよく、また、高分子分散型液晶表示装置８７の光
の拡散と透過の状態を制御できればよく、本実施例に記
載した値に限定されるものではない。また、高分子分散
型液晶表示装置８７は光の拡散と透過とを制御できる手
段であればよく、使用する基板，電極，高分子分散型液
晶などの部材やこれらの物性値，基板を対向配置させる
間隔などは本実施例によって限定されない。また、透過
型液晶表示装置８０と円偏光発生装置９と反射型表示装
置８の位置関係は本実施例の位置に固定される必要もな
い。このように、本実施例は本発明を完全に制限するも
のではない。

【００２５】（実施例２）本実施例の構成は下記の要件
を除けば実施例１と同一である。

【００２６】透過型液晶表示装置８０に用いるコレステ
リック相を呈する液晶組成物５０の自発ピッチｐ０を２
８０(ｎｍ)にした。さらに、スイッチ制御装置１０によ
って、交流電源６０から、第一，第二および第三の期間
でそれぞれ０ボルト，１５ボルト，３０ボルトの電圧を
出力し、この三つの期間を１６.６(ｍｓ）の周期で繰り
返すように制御した。これにより、スイッチ制御装置１
０によってスイッチング素子７７をオフ状態、スイッチ
ング素子７６をオン状態に設定した場合、第一の期間で
はコレステリック液晶組成物５０には電圧が印加されな
いため、図５中の曲線１０Ｂ１の反射率で４１７(ｎｍ)
の波長を中心とする波長領域の右回り円偏光が選択反射
され、第二の期間ではコレステリック液晶組成物５０の
螺旋のピッチが増大することによって選択反射の中心波
長は長波長側にシフトし、図５中の曲線１０Ｇ１の反射
率で５５６(ｎｍ)の波長を中心とする波長領域の右回り
円偏光が選択反射されるように変化し、第三の期間では
コレステリック液晶組成物５０の螺旋のピッチがさらに
増大するため、図５中の曲線１０Ｒ１の反射率で６８２
(ｎｍ)の波長を中心とする波長領域の右回り円偏光が選
択反射されるように変化した。これにより、第一，第二
および第三の期間ではそれぞれ青，緑，赤の波長領域の
右回り円偏光Ｌ２が反射型表示装置８に到達して左回り
円偏光Ｌ３として反射されて透過型液晶表示装置８０を
透過した。また、画像信号制御装置１１によってスイッ
チ制御装置１０を制御することにより、反射型表示装置
８の１画面の走査時間を交流電源６０からの出力電圧の
切り替え周期と一致させて同期させた。反射型表示装置
８は画像信号制御装置１１から与えられる画像信号によ
って鏡面反射率の分布による画像を表示するため、第
一，第二および第三の期間ではそれぞれ青，緑，赤の画
像が見え、この現象が１６.６(ｍｓ）の周期で繰り返さ
れた。

【００２７】本実施例によれば、極めて明るい液晶表示
装置を実現することができ、実施例１と同様の効果が得
られたほか、光の三原色を高速に交替して反射するカラ
ー表示を実現できる。

【００２８】なお、本実施例で、第一，第二および第三
の期間を繰り返す周期は任意であり、その周期の中で各
期間が占める比率や交替する順番もまた任意である。ま
た、透過型液晶表示装置に異なる複数の電圧を印加する
期間の数は三個に限定する必要はなく、交流電源の出力
電圧も本実施例によって限定されない。すなわち、選択
反射の中心波長も本実施例の値に限定されない。このよ
うに、本実施例は本発明を完全に制限するものではな
い。

【００２９】（実施例３）本実施例の構成は下記の要件
を除けば実施例１，２と同一である。

【００３０】螺旋のねじれが左巻であるコレステリック
液晶組成物５０を一対の基板３１，３２の間隙に充填し
た。このような液晶組成物には、例えば、コレステリル
ミリステートとシアノペンチルビフェニルとの混合物が
ある。また、円偏光発生装置９からは、電源６６から電
力が供給されている状態では可視光の波長領域を含む波
長領域の左回り円偏光Ｌ１を発生させた。

【００３１】本実施例でも実施例１，２と同等の効果が
得られた。

【００３２】（実施例４）本実施例の構成は下記の要件
を除けば実施例１と同一である。

【００３３】図３により本実施例の液晶表示装置の構造
を説明する。実施例１における透過型液晶表示装置の代
わりに、螺旋のねじれが右巻で、平均の屈折率ｎが１.
５、螺旋の自発ピッチｐ０が２８０(ｎｍ)のコレステ
リック相を呈する液晶組成物５１を充填した第一の透過
型液晶表示装置８１と、螺旋のねじれが右巻で、螺旋の
自発ピッチｐ０が３７０(ｎｍ)のコレステリック相を呈
する液晶組成物５２を充填した第二の透過型液晶表示装
置８２と、螺旋のねじれが右巻で、螺旋の自発ピッチｐ
０が４５０(ｎｍ)のコレステリック相を呈する液晶組成
物５３を充填した第三の透過型液晶表示装置８３を積層
配置した。さらに、第一の透過型液晶表示装置８１，第
二の透過型液晶表示装置８２および第三の透過型液晶表
示装置８３にはそれぞれ第一のスイッチング素子７１，
第二のスイッチング素子７２および第三のスイッチング
素子７３を介して交流電源６０に接続し、高分子分散型
液晶表示装置８７の透明電極１，２にはスイッチング素
子７７を介して電源６７に接続した。そして、スイッチ
ング素子７１，７２，７３，７６および７７のオン，オ
フの状態をスイッチ制御装置１０によって制御し、この
スイッチ制御装置１０は反射型表示装置８を駆動する画
像信号制御装置１１によって制御した。

【００３４】次に、以上によって構成された液晶表示装
置の動作について説明する。

【００３５】図３は、スイッチ制御装置１０によってス
イッチング素子７７をオフ状態、スイッチング素子７６
をオン状態に設定したときの動作を説明する図である。
電圧無印加の状態では、第一の透過型液晶表示装置８１
で図５中の曲線１０Ｂ１の反射率で４１７(ｎｍ)の波長
を中心とする波長領域の右回り円偏光が選択反射されて
図６中の曲線１０Ｂ２の透過率で光が透過した。同様
に、第二の透過型液晶表示装置８２では図５中の曲線１
０Ｇ１の反射率で５５６(ｎｍ)の波長を中心とする波長
領域の右回り円偏光が選択反射されて図６中の曲線１０
Ｇ２の透過率で光が透過した。さらに同様に、第三の透
過型液晶表示装置８３では図５中の曲線１０Ｒ１の反射
率で６８２(ｎｍ)の波長を中心とする波長領域の右回り
円偏光が選択反射されて図６中の曲線１０Ｒ２の透過率
で光が透過した。このため、ｎ・ｐ０が３８０ｎｍから
５３０ｎｍ，４８０ｎｍから３６０ｎｍおよび５７０ｎ
ｍから８００ｎｍを満たし、電圧無印加状態ではすべて
の可視光の波長領域の右回り円偏光が反射された。した
がって、円偏光発生装置９によって発生された可視光の
波長領域を含む波長領域の右回り円偏光Ｌ１はすべて反
射光Ｌ２になって反射型表示装置８に到達し、反射型表
示装置８に表示された鏡面反射率の分布による画像に応
じて変調して反射され、左回り円偏光Ｌ３になって再び
三個の透過型液晶表示装置８１，８２および８３に到達
して透過した。高分子分散型液晶表示装置８７に到達し
た左回り円偏光Ｌ３は、高分子分散型液晶表示装置８７
は電圧無印加の状態では光を拡散するため、拡散光Ｌ４
になって画像が表示された。これにより、視認性が向上
された。

【００３６】図４は、スイッチ制御装置１０によってス
イッチング素子７１，７２，７３および７７をオン状
態、スイッチング素子７６をオフ状態に設定したときの
動作の説明図である。円偏光発生装置９は電源６６から
電力が供給されないため、右回り円偏光Ｌ１は発生しな
い。また、三個の透過型液晶表示装置８１，８２および
８３に交流電源６０から５０ボルトの電圧を印加したと
ころ、各透過型液晶表示装置を構成するコレステリック
液晶組成物５１，５２および５３の螺旋のピッチが増大
することによって選択反射の中心波長は長波長側にシフ
トし、図５中の曲線１０Ｘ１で示すように赤外領域の光
が選択反射されるように変化した。この選択反射の中心
波長の変化に伴って、図６中の曲線１０Ｘ２で示すよう
に可視光の波長領域の光がすべて透過する特性に変化し
た。さらに、高分子分散型液晶表示装置８７は交流電源
６７から２０ボルトの電圧を印加したところ光を拡散し
なくなったため、外部からの光Ｌ２は高分子分散型液晶
表示装置８７を透過し、可視光の波長領域のすべての波
長領域にわたって三個の透過型液晶表示装置８１，８２
および８３を透過し、反射型表示装置８に到達した。本
実施例の液晶表示装置の周囲が十分明るい場合、外部か
らの光Ｌ０は反射型表示装置８に表示された鏡面反射率
の分布による画像に応じて変調して反射された。この反
射光Ｌ３は再び三個の透過型液晶表示装置８１，８２お
よび８３と、高分子分散型液晶表示装置８７に到達して
透過し、画像が表示された。

【００３７】本実施例によれば、実施例１の場合と同様
に、反射型表示装置の表示面に円偏光発生装置から光を
照射してその反射光によって表示を行う状態と、外部か
らの光を利用して表示を行う状態とを取ることができ
る。したがって、周囲が十分明るい場合には円偏光発生
装置から光を発生させる必要がないため、表示装置の消
費電力を大幅に低減することが可能になる。また、周囲
が暗い場合には円偏光発生装置から光を発生して明るい
表示を行うことが可能になる。しかも、可視光の波長領
域のすべての光を利用するため、実施例１の場合に比べ
て光の利用効率を約３倍向上することができる。したが
って、光利用効率を向上した極めて明るいカラー液晶表
示装置を実現することができる。

【００３８】なお、本実施例では各透過型液晶表示装置
の積層の順序は任意であり、使用する透過型液晶表示装
置の個数も変更してもよい。この場合は光利用効率は低
下するが、使用する透過型液晶表示装置の個数を削減で
きるため駆動回路や駆動電力，重量を半減し、低価格か
つ低消費電力の液晶表示装置を提供することができる。
また、各透過型液晶表示装置に使用したコレステリック
液晶組成物の物性値も本発明の要件を満たす限り任意で
ある。また、それぞれの透過型液晶表示装置には必ずし
も等しい電圧を印加する必要はなく、さらに、透過型液
晶表示装置それぞれの電圧印加状態における選択反射の
中心波長を一致させる必要もなく、任意に設定すること
が可能である。このように、本実施例は本発明を完全に
制限するものではない。

【００３９】（実施例５）本実施例の構成は下記の要件
を除けば実施例４と同一である。

【００４０】スイッチ制御装置１０によってスイッチン
グ素子７７をオフ状態、スイッチング素子７６をオン状
態に設定した場合に、第一および第二の透過型液晶表示
装置８１，８２にそれぞれスイッチング素子７１，７２
を介して交流電源６０から５０ボルトの電圧を印加する
第一の期間と、第二および第三の透過型液晶表示装置８
２，８３にそれぞれスイッチング素子７２，７３を介し
て交流電源６０から５０ボルトの電圧を印加する第二の
期間と、第三および第一の透過型液晶表示装置８３，８
１にそれぞれスイッチング素子７３，７１を介して交流
電源６０から５０ボルトの電圧を印加する第三の期間を
１６.６(ｍｓ）の周期で繰り返した。これにより、第一
の期間では第一および第二の透過型液晶表示装置８１，
８２は電圧を印加されることによりコレステリック液晶
組成物５１，５２の螺旋のピッチが変化するため選択反
射の中心波長が赤外領域になって可視光領域の円偏光は
すべて透過するようになり、第三の透過型液晶表示装置
８３は電圧を印加されないため、図５中の曲線１０Ｒ１
の反射率で６８２(ｎｍ)の波長を中心とする波長領域の
右回り円偏光Ｌ２が選択反射された。第二の期間では第
二および第三の透過型液晶表示装置８２，８３は電圧を
印加されることによりコレステリック液晶組成物５２，
５３の螺旋のピッチが変化するため選択反射の中心波長
が赤外領域になって可視光領域の円偏光はすべて透過す
るようになり、第一の透過型液晶表示装置８１は電圧を
印加されないため、図５中の曲線１０Ｂ１の反射率で４
１７(ｎｍ)の波長を中心とする波長領域の右回り円偏光
Ｌ２が選択反射された。第三の期間では第三および第一
の透過型液晶表示装置８３，８１は電圧を印加されるこ
とによりコレステリック液晶組成物５３，５１の螺旋の
ピッチが変化するため選択反射の中心波長が赤外領域に
なって可視光領域の円偏光はすべて透過するようにな
り、第二の透過型液晶表示装置８２は電圧を印加されな
いため、図５中の曲線１０Ｇ１の反射率で５５６(ｎｍ)
の波長を中心とする波長領域の右回り円偏光Ｌ２が選択
反射された。また、画像信号制御装置１１によってスイ
ッチ制御装置１０を制御することにより、反射型表示装
置８の１画面の走査時間をスイッチング素子７１，７２
および７３の切り替え周期と一致させて同期させて同期
させた。反射型表示装置８は画像信号制御装置１１から
与えられる画像信号によって鏡面反射率の分布による画
像を表示するため、第一，第二および第三の期間ではそ
れぞれ赤，青，緑の画像が反射されて見え、この現象が
１６.６(ｍｓ）の周期で繰り返された。

【００４１】以上のように本実施例によれば、実施例２
と同様に、光利用効率を向上した極めて明るい液晶表示
装置を実現することができ、光の三原色を高速に交替し
て反射するカラー表示を実現できる。

【００４２】なお、本実施例でも第一，第二および第三
の期間を１６.６(ｍｓ）の周期で繰り返したが、光の三
原色が高速に交替する限り周期は任意であり、その周期
の中で各期間が占める比率や交替する順番もまた任意で
ある。このように、本実施例は本発明を完全に制限する
ものではない。

【００４３】（実施例６）本実施例の構成は以下の要件
を除けば実施例１ないし実施例５と同一である。図７に
示すように、透過型液晶表示装置の電極１，２を短冊状
の形状にして表示面から見たときに相互に重なり合わな
いように一対の基板３１，３２のうちの一方の基板３２
の表面に配置する。この電極１，２によって液晶組成物
５０には基板表面にほぼ平行な方向の電界が印加され、
これによってコレステリック液晶組成物５０の分子長軸
の方向はその螺旋のねじれが解けるように基板表面に平
行な面内で回転した。これにより、実施例１ないし実施
例６と同様に、コレステリック液晶組成物５０の螺旋の
ピッチはｐからｐ′に変化し、透過型液晶表示装置の選
択反射の中心波長が変化した。

【００４４】基板表面に垂直な方向の電界を液晶組成物
に印加する方式では液晶組成物の分子長軸の方向が基板
表面から立ち上がる動きをするため、その立上り方向が
異なる部分でドメイン境界が発生して表示が乱れる場合
があったが、本実施例では、液晶組成物の分子長軸の方
向は基板表面にほぼ平行な方向の電界によってコレステ
リック液晶組成物の螺旋のねじれが解けるように基板表
面に平行な面内で回転する動きをするだけであるためド
メイン境界は発生せず、表示は良好に維持された。

【００４５】本実施例によれば、一対の基板３１，３２
の表面にほぼ平行な電界によって、コレステリック液晶
組成物５０の螺旋のピッチｐを変化させ、液晶表示装置
の反射光Ｌ２および透過光Ｌ３の波長依存性を、極めて
高い反射率および透過率で制御することができ、しか
も、表示を良好に維持することができる。したがって、
光利用効率を向上した明るいカラー液晶表示装置を実現
することができる。なお、電極１，２は一対の基板３
１，３２のうちの他方の基板３１の表面のみに形成して
も、両方の基板に分けて形成しても効果は変わらない。

【００４６】（実施例７）本実施例の構成は下記の要件
を除けば実施例６と同一である。

【００４７】誘電率異方性が負であるコレステリック液
晶組成物５０を一対の基板３１，３２の間隙に充填し
た。スイッチング素子７０をオンして交流電源６０から
透明電極１，２間に電圧が印加された状態では、コレス
テリック液晶組成物５０の分子短軸の方向が印加電界の
方向に向きやすくなるため、コレステリック液晶組成物
５０の螺旋のピッチはｐからｐ′に変化する。交流電源
６０から透明電極１，２間に５０ボルトの電圧を印加し
たところ、コレステリック液晶組成物５０の螺旋のピッ
チが増大することによって選択反射の中心波長が長波長
側にシフトし、曲線１０Ｘ１で示すように赤外領域の光
が反射されるように変化した。

【００４８】本実施例でも実施例６と同等の効果が得ら
れた。さらに、基板表面に垂直な方向の電界を液晶組成
物に印加する方式では誘電率異方性が負であるコレステ
リック液晶組成物の分子長軸の方向は基板表面から立ち
上がる動きをしにくいため、その螺旋のピッチを変化さ
せにくかったが、本実施例のような基板表面にほぼ平行
な方向の電界を印加することによって螺旋のピッチを変
化させることができるようになり、誘電率異方性が負で
あるコレステリック液晶組成物を使用することが可能に
なった。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、透過型液晶表示装置の
反射光および透過光の波長依存性を極めて高い反射率お
よび透過率で制御できる。特に、反射型表示装置の表示
面に円偏光を照射してその反射光を反射型表示装置によ
って変調することにより表示を行う状態と、外部からの
光を利用して表示を行う状態とを取ることができる。周
囲の明るさに応じて、周囲が暗い場合には円偏光発生手
段から光を発生して明るく、かつ視認性の高い表示を行
うことが可能になり、周囲が明るい場合には光を発生す
る必要がないため表示装置の消費電力を大幅に低減する
ことが可能になる。さらに、反射型表示装置の一画面の
走査と同期させて、光の三原色の画像を高速に交替して
反射するカラー表示を実現できる。このため、本発明に
よって光利用効率を向上した明るいカラー液晶表示装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１および実施例２の液晶表示装
置の第一の動作状態の説明図。

【図２】本発明の実施例１および実施例２の液晶表示装
置の第二の動作状態の説明図。

【図３】本発明の実施例４および実施例５の液晶表示装
置の第一の動作状態の説明図。

【図４】本発明の実施例４および実施例５の液晶表示装
置の第二の動作状態の説明図。

【図５】本発明の透過型液晶表示装置の選択反射の中心
波長が変化させられた特性の説明図。

【図６】本発明の透過型液晶表示装置の透過率の波長依
存性の説明図。

【図７】本発明の実施例６および実施例７の液晶表示装
置の説明図。

【符号の説明】

１，２…電極、４…配向膜、８…反射型表示装置、９…
円偏光発生装置、１０…スイッチ制御装置、１１…画像
信号制御装置、３１，３２…基板、５０…コレステリッ
ク液晶組成物、５７…高分子分散型液晶、６０，６７…
交流電源、６６…電源、７０，７６，７７…スイッチン
グ素子、８０…透過型液晶表示装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長江慶治茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性の電極が形成された一対の基板が
一定の間隔で対向配置されて前記一対の基板の間隙にコ
レステリック液晶組成物が充填された少なくとも一個の
透過型液晶表示装置と、前記透過型液晶表示装置の一方
の表面に斜めの方向から前記コレステリック液晶組成物
の螺旋のねじれの巻き方と同一の回転方向の円偏光を照
射する手段と、前記透過型液晶表示装置の前記円偏光照
射手段から円偏光が照射される側に配置された、前記円
偏光を反射する反射型表示装置を有することを特徴とす
る液晶表示装置。
【請求項２】請求項１において、前記円偏光照射手段か
ら前記透過型液晶表示装置に照射され、前記透過型液晶
表示装置で反射された円偏光が、前記反射型表示装置に
おいて鏡面反射されて再び前記透過型液晶表示装置に到
達する位置に前記反射型表示装置が配置された液晶表示
装置。
【請求項３】請求項１において、前記コレステリック液
晶組成物の螺旋の自発ピッチｐ０と、前記コレステリッ
ク液晶組成物の平均の屈折率ｎとの積が、３８０(ｎｍ)
≦ｎ・ｐ０≦８００(ｎｍ)の関係を満たす液晶表示装
置。
【請求項４】請求項１において、前記円偏光照射手段か
ら前記透過型液晶表示装置に円偏光が照射された状態で
は前記コレステリック液晶組成物の螺旋軸が前記一対の
基板の表面にほぼ垂直に配向し、前記コレステリック液
晶組成物の螺旋のピッチｐが自発ピッチｐ０とほぼ等し
くなり、前記円偏光照射手段から前記透過型液晶表示装
置に円偏光が照射されない状態では前記コレステリック
液晶組成物の螺旋のピッチｐと平均の屈折率ｎとの積
が、ｎ・ｐ≦３８０(ｎｍ)または８００(ｎｍ)≦ｎ・ｐ
の関係を満たす液晶表示装置。
【請求項５】請求項１において、前記円偏光照射手段か
ら前記透過型液晶表示装置に円偏光が照射された状態で
は前記透過型液晶表示装置に電圧が印加されず、前記円
偏光照射手段から前記透過型液晶表示装置に円偏光が照
射されない状態では前記透過型液晶表示装置に電圧が印
加される液晶表示装置。
【請求項６】請求項１において、前記透過型液晶表示装
置が電圧を印加されない状態では前記コレステリック液
晶組成物の螺旋軸が前記一対の基板の表面にほぼ垂直に
配向し、前記コレステリック液晶組成物の螺旋のピッチ
ｐが自発ピッチｐ０とほぼ等しくなり、前記透過型液晶
表示装置が電圧を印加された状態では前記コレステリッ
ク液晶組成物の螺旋のピッチｐと平均の屈折率ｎとの積
がｎ・ｐ≦３８０(nm)または８００(ｎｍ)≦ｎ・ｐの関
係を満たす液晶表示装置。
【請求項７】請求項１において、前記透過型液晶表示装
置が、コレステリック液晶組成物の螺旋の自発ピッチｐ
０と平均の屈折率ｎとの積が、３８０(ｎｍ)≦ｎ・ｐ０
≦５３０(ｎｍ)の関係を満たす第一の透過型液晶表示装
置と、コレステリック液晶組成物の螺旋の自発ピッチｐ０と平
均の屈折率ｎとの積が４８０(ｎｍ)≦ｎ・ｐ０≦６３０
(ｎｍ)の関係を満たす第二の透過型液晶表示装置と、コレステリック液晶組成物の螺旋の自発ピッチｐ０と平
均の屈折率ｎとの積が５７０(ｎｍ)≦ｎ・ｐ０≦８００
(ｎｍ)の関係を満たす第三の透過型液晶表示装置とが積
層配置されて構成された液晶表示装置。
【請求項８】請求項１において、前記円偏光照射手段か
ら前記透過型液晶表示装置に円偏光が照射された状態で
は、前記透過型液晶表示装置に複数の異なる大きさの電
圧がそれぞれ印加される複数の期間が順番に繰り返され
る液晶表示装置の駆動方法。
【請求項９】請求項７において、前記第一の透過型液晶
表示装置と前記第二の透過型液晶表示装置に電圧を印加
する第一の期間と、前記第二の透過型液晶表示装置と前
記第三の透過型液晶表示装置に電圧を印加する第二の期
間と、前記第三の透過型液晶表示装置と前記第一の透過
型液晶表示装置に電圧を印加する第三の期間が順番に繰
り返される液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１０】請求項１において、前記円偏光照射手段
から前記透過型液晶表示装置に円偏光が照射された状態
では入射光を拡散して出射し、前記円偏光照射手段から
前記透過型液晶表示装置に円偏光が照射されない状態で
は入射光を透過する光拡散手段が、前記透過型液晶表示
装置の前記円偏光照射手段から円偏光を照射される側の
反対側に積層配置された液晶表示装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記光拡散手段
が、光透過性の電極が形成された一対の基板が一定の間
隔で対向配置されて前記一対の基板の間隙に高分子分散
型液晶が充填された光スイッチング素子から構成される
液晶表示装置。