JPH07175079A - 液晶表示器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短ピッチコレステリック液晶層は、特定波長
（例えば赤）の所定回転方向の円偏光した光のみを高効
率で反射させる反射液晶層となる。この光を使って表示
を行う。 【構成】 基台に高分子液晶層を設け、その高分子液晶
層に電界印加手段をもった複屈折性を有する液晶層を積
層する。そして液晶層には染料を混入させる。液晶層と
して染料を含み、ネマティック液晶分子が捩れ配向され
たものを用いてもよい。 【効果】 これにより光の利用効率が高く、しかも鮮や
かな表示を行い得る高時分割駆動可能な液晶表示器が得
られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコレステリック液晶の波
長選択性を利用した液晶表示器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より電界効果型の液晶表示器は消費
電力が小さく薄型の表示器が構成できるという長所をも
っていた。このような表示器の代表的なものは特開昭５
１−１３６６６号公報に示されるような９０度捩れのツ
イストネマティック液晶層を直交ニコルで挾持するもの
や、特開昭６０−１０７０２０号公報に示されるような
大きな捩れ角のカイラルネマティック液晶層を偏光軸選
択で表示に利用するものがある。しかしこれらは光の利
用効率が低くコントラストが低い。

【０００３】これに対してカイラルネマティック液晶に
染料を添加する、いわゆるゲストホスト型若しくはホワ
イトテーラー型の液晶表示器がある。これは染料を液晶
に混入し、電気的には液晶が、光学的には染料がその役
割を分担するものである。さらに液晶の温度依存性によ
る着色現象を表示に利用する短ピッチのコレステリック
液晶表示器の提案もあり、コレステリック液晶のピッチ
の大きさが透過光の波長依存性をもつことを利用して表
示するものである。しかし染料や安定して色制御ができ
る液晶が未開発で実用になっていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで我々は先に特願
平４−３２０７２０号において、表示中は電界を印加し
ない短ピッチのコレステリック液晶の特定波長の円偏光
反射性を利用した液晶表示器を提案した。これはコレス
テリック液晶を背景にし、その前面に複屈折性を持つ電
界効果型液晶層を配置するものである。然し乍らこのよ
うな液晶表示器において光の位相差を検出するために偏
光子を利用していたため、液晶表示器本来の光利用率が
低下していた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこの様な点に鑑
みてなされたもので、特定の波長の光に対して反射特性
を有する、即ち基台に設けられた波長選択反射性を有す
る高分子液晶からなる反射液晶層と、該高分子液晶層に
積層され染料が混入された複屈折性を有する液晶層とを
有するように構成したものである。

【０００６】また本発明は、係る反射液晶層に、染料を
含み、ネマティック液晶分子が捩れ配向された液晶層を
積層したものである。

【０００７】

【作用】これにより、反射液晶層は特定の光を効率よく
反射し、その光を液晶層が位相を変化させながら透過す
る場合には染料で光吸収され、液晶層がその光の位相に
殆ど影響を与えずに光透過させる場合には極めて効率よ
く表示に寄与させる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明における液晶表示器の断面図で
ある。図に於て、１は、高分子液晶層などを有した板ガ
ラス等の基台１１からなる第１の基板である。その基台
１１上の２は、特定の波長の光に対して反射特性を有す
る高分子液晶からなる反射液晶層で、選択された波長の
円偏光した光を反射する硬化されたコレステリック液晶
からなり、必要に応じて下地層１２と保護層１３に挾持
されている。３はその反射液晶層２の上方に設けられた
位相層で、必要に応じて設けられるものであり、不要と
してもよい。４はその位相層３の上方に設けられた電極
膜で、第２の基板の電極とマトリクスを組むためにスト
ライプ状の透明電極層（ＩＴＯ）が平行して複数本設け
られている。５はその電極膜４の上方に設けられた液晶
分子の配向膜である。

【０００９】また、６は電極膜６４と配向膜６５とを有
する第２の基板である。そして７は第１、第２の基板
１、６間に充填され、配向膜５、６５で配向された液晶
層で、所定の複屈折性を有し、染料が混入され、ネマテ
ィック液晶分子が捩れ配向されている。この液晶層７と
しては、例えば９０度捩れ配向のネマティック液晶層
（ＴＮ）や、２７０度等の大きな捩れ配向をもつネマテ
ィック液晶層（ＳＴＮ）などの電界効果型液晶に、光軸
と分子軸方向によって呈色が異なる２色性染料を混入し
たものが利用できる。

【００１０】このような構成において、原理的には、反
射液晶層２は特定な波長に対する右旋（または左旋）円
偏光発生手段、位相層３はその光に対する１／４波長
板、液晶層７はその波長に対する１／２波長板と考える
ことができる。いま液晶層７に混入された染料が分子の
単軸方向で黒色を呈し、分子の長軸方向で着色なく光を
透過させる２色性染料であるとする。この場合反射液晶
層２で円偏光した光、例えば右にπ／２進む光は、位相
層３でπ進む直線偏光の光に変換され、液晶層７により
２π進む光となるが２色性染料の分子軸が基板と平行に
なっているので、染料分子の長軸に平行な偏光成分が吸
収され、黒色が観察される。それに対して液晶層７に電
界が印加されていれば、螺旋構造を取っていた液晶分子
は基板面に略垂直に配向し１／２波長板の役目をしない
ので、位相層３の出力であるπ進んだ光はそのまま液晶
分子層を透過する状態にあり、その状態では偏光成分が
基板に平行でなくなった２色性染料の長軸方向と平行に
ならないので光透過状態となり、反射液晶層で選択され
た特定の色の光が観察されることになる。

【００１１】このような液晶層７は、液晶分子層が偏光
モードを変える複屈折層であって染料が検光手段として
働くという考え方と、液晶分子層が光軸を回転させ染料
が光吸収手段になると言う考え方があり、前者の場合は
液晶層のレターデーションが必要なので強誘電液晶も利
用出来、後者の場合にはツイストネマティックが要件と
なるが、いずれかの考え方のみが正しいというものでは
ないと推測される。そしていずれの場合であっても、染
料は２色性染料の方が光透過時の光吸収が少ないので好
ましく、そして液晶層のレターデーション（複屈折異方
性）を染料の光吸収環境に調整しておけば位相層３を省
くことができる。

【００１２】また、反射液晶層２として、選択する波長
が周期的に変わるように配置され、その波長が各々赤、
緑、青に対応させておけば、カラー表示が行える事とな
り、位相層３や液晶層７の液晶分子は光の進行速度に影
響を与えるものの光吸収は殆どない上、染料は遮光すべ
きときにのみ光吸収をするので、明るくコントラストの
高い表示を行うことができる。

【００１３】この様な構成の液晶表示器についてより具
体的に説明する。まず基台１１は板ガラス等を用いるこ
ととし、必要に応じて光吸収性の被膜を設けておく。こ
の基台１１にコレステリック液晶層からなる反射液晶層
２を形成する前に配向処理を施すが、これは板ガラス表
面をこするよりも、一度ポリイミド樹脂等からなる厚さ
１０〜２００ｎｍの下地層１２を設け、これを綿布など
でラビングするのがよい。ついでコレステリック高分子
液晶層をトルエン、ｍーキシレンなどの溶媒に溶解し、
若しくは溶解しないで８０〜１２０度Ｃに加温し、下地
層１２の上に塗布する。反射液晶層２を構成するコレス
テリック液晶は、例えば特開昭５７−１６５４８０号公
報や特開昭６１−１３７１３３号公報に示される様な、
シロキサンリングに、他のリングとの結合を行う例えば
アクリル基とコレステリック液晶が交互に周囲に結合さ
れたものが利用できる。そして、このコレステリック液
晶の螺旋方向を光軸に沿わせるため、上述のように配向
処理した上に塗布する。このまま乾燥させてもよいが、
配向を安定させるため、保護膜１３で覆ってから熱処理
を行い、その後架橋させてもよい。このような保護膜１
３としては、例えば厚さ１００〜１０００ｎｍのポリビ
ニルアルコール等がよい。硬化は高分子液晶層に紫外線
を当ててＵＶ硬化させてもよい。コレステリック液晶層
はその固有ピッチにより選択された波長の特定の方向の
光を反射するので、この架橋硬化によりその固有ピッチ
が固定され、選択された波長の光に対する反射液晶層２
が形成される。このような反射液晶層２は厚みが３〜３
００μｍとなる。

【００１４】ついでその反射液晶層２の上方に少なくと
も位相層と電極膜と配向膜とを積層して基板を構成す
る。この位相層３も同様に、例えばポリシロキサンを主
鎖とし側鎖にネマティック液晶を有し、適宜紫外線によ
って架橋する活性基を有したネマティック高分子液晶を
溶媒に希釈し、反射液晶層２若しくはその上の保護層１
３の上に塗布し、紫外線を照射して硬化させる。この様
な位相層３は高分子樹脂としての性格をもち、例えばネ
マティック液晶としてのΔｎが０．１５であれば厚みは
１μｍでよい。また電極膜４や配向膜５はＩＴＯ膜や、
ＴＮ用の配向剤、ＳＴＮ用の配向剤、若しくは強誘電液
晶用の配向剤等が用いられる。他方の基板６における配
向膜６５や電極膜６４も同様である。そしてこのように
して構成された基板１と他の基板６を重ね合わせて、シ
ール材で周辺をシールして液晶セルを構成し、滴下法、
真空注入法などでその基板１、６の間隔に液晶を充填
し、注入口を封止する。液晶層７は上述したように染料
を含んだ強誘電液晶や、液晶分子が螺旋構造を取るＴ
Ｎ、ＳＴＮなどを用いることができ、電界制御できる直
線偏光成分が多いという意味ではＴＮ型液晶が好まし
い。染料は例えば日本感光色素研究所のＮＫＸ−１３６
６、日本化薬株式会社のＬＣＤ−４６５などが利用出来
る。このような染料は、複数種類の染料を組み合わせる
ことによって液晶分子と親和性があり２色性染料として
作用する、黒色を呈するものが最も好ましい。複数の染
料を用いるにあたって、反射液晶層２の選択波長に対し
て光吸収を生じるものであれば黒色でなくともよい。

【００１５】この様にして構成した液晶表示器におい
て、光の利用効率を調べてみると、染料として上述した
製品のものを１〜５重量％用いた場合、液晶層７がＴＮ
型の場合にはＯＮで９〜１５％、ＯＦＦで０．１〜１
％、液晶層７がＳＴＮ型の場合にはＯＮで７〜１４％、
ＯＦＦで０．１〜１％であった。これは本発明について
先に出願した、液晶層と偏光子を用いた場合の、液晶層
７がＳＴＮ型の場合ＯＮで２〜５％、ＯＦＦで０．１〜
１％、液晶層７が強誘電型の場合ＯＮで２〜６％、ＯＦ
Ｆで０．１〜１％に比べて明らかに大きく、また反射液
晶層を用いないカラーフィルター方式の液晶表示器（Ｏ
Ｎで１〜３％、ＯＦＦで０．１〜１％）よりも著しく大
きい。そして本発明においては、前述の如く制御される
偏光モードと多重駆動性を考慮して、単純マトリクス方
式においてはＳＴＮ型液晶に染料を混入したものを、ま
た低時分割駆動もしくは画素毎にスイッチング素子もし
くは非線形素子を有する場合にはＴＮ型液晶に染料を混
入したものを用いるのがコントラストを高め、表示を鮮
明にし、色擦れを押さえることができるので極めて有効
である。

【００１６】

【発明の効果】以上の如く、本発明にあっては特定の波
長域の光に着目してその波長域の光をきわめて有効に利
用するので、カラー表示において光の利用率が高いばか
りか表示品位も高い液晶表示器が提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における液晶表示器の断面図で
ある。

【符号の説明】 １ 第１の基板 ２ 反射液晶層 ３ 位相層 ４ 電極膜 ５ 配向膜 ６ 第２の基板 ７ 液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須崎 剛 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内 (72)発明者 鈴木 淑雄 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台に設けられた波長選択反射性を有す
   る高分子液晶からなる反射液晶層と、該反射液晶層に積
   層され電界印加手段をもった複屈折性を有する液晶層と
   を有する液晶表示器において、前記液晶層には染料が混
   入されていることを特徴とする液晶表示器。
2. 【請求項２】 特定の波長の光に対して反射特性を有す
   る高分子液晶からなる反射液晶層と、電界印加手段と染
   料を含み、ネマティック液晶分子が捩れ配向され、前記
   反射液晶層に積層された液晶層とを具備したことを特徴
   とする液晶表示器。