JPH10260407A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH10260407A
JPH10260407A JP6516097A JP6516097A JPH10260407A JP H10260407 A JPH10260407 A JP H10260407A JP 6516097 A JP6516097 A JP 6516097A JP 6516097 A JP6516097 A JP 6516097A JP H10260407 A JPH10260407 A JP H10260407A
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crystal display
light
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JP6516097A
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Kanemitsu Kubota
兼充 久保田
Hitoshi Fukushima
均 福島
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧、低消費電力で明るい反射型の液晶表
示装置を提供する。 【解決手段】 上、下基板1、2のうち少なくとも一方
の基板面上に微小な水平配向領域8aと微小な垂直配向
領域9bとが多数混在する複数配向処理を施し両基板
1、2間に挟持されたネマチック液晶分子41の分子方
向を多数箇所で変え、その結果該多数箇所で屈折率の異
なる境界面を多数形成して、入射光13を効率良く散乱
反射させて明るい白色外観を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、特に垂直配向と水平配向とが混在する光散乱型及び
ゲストホスト型の液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、反射型液晶表示装置は、微小電力
で動作する表示装置として、ウオッチ、電卓、セルラ
ー、小型携帯機器、各種家庭電器機器等の情報伝達媒体
として大きな発展、普及を遂げてきた。表示モードもT
N型(ツイスティッド・ネマチック)、STN型(スー
パー・ツイスティド・ネマチック)、強誘電型等、多種
発明されてきた。しかし、これらは全て偏光板を使用す
るものであり、現実的には液晶表示装置への入射光のう
ち約60%は該偏光板により光吸収されてしまうため暗
い画面となり、理想的な反射型表示例えば白地に黒表示
といった見易さからは遠いものであった。特に、反射型
のカラー液晶表示装置では偏光板とカラーフィルター双
方の光吸収により最大でも表示装置に入射する光の10
%以下の光を反射して表示することになるため、非常に
暗く、印刷物表示のような明るく鮮やかなカラー表示に
は遠く及ばないものであった。
【0003】上述した欠点を解消するため、偏光板を使
わず明るい表示を実現させる方法として、従来例1(特
公平3−52843)や従来例2(特開昭63−271
233)が提案され期待されている。上記の各従来例は
高分子分散型(PDLC型)液晶表示体と呼ばれ、いず
れも一対の基板間に挟持される液晶層としてネマチック
液晶材料と高分子樹脂との混合物を用い、複屈折性を示
すネマチック液晶の2つの屈折率(n1、n2、(n1>
n2))の一方(ここではn2とする)と高分子樹脂の屈
折率(np)とを略一致させる。そして電圧無印加時に
於いては液晶の屈折率(略n1)と高分子樹脂の屈折率
npとを異ならせ、液晶と高分子樹脂との界面で入射光
を反射、屈折させ、結果的に入射光を散乱させる。この
状態における表示外観は観察者には白色(白濁)に見え
る。一方、電圧印加時に於いては液晶分子は該電圧によ
り分子軸の向きを変え液晶の屈折率は略n2となり高分
子樹脂の屈折率npと略一致するため、液晶と高分子樹
脂との界面に於いて入射光は殆ど反射、屈折されずにそ
のまま透過される。従って、その時の液晶表示外観は透
明となるが、ここであらかじめ液晶表示体の下面に黒色
体を配置しておけば表示外観は黒色となる。このように
電圧印加の有無により白と黒とを切り替えて表示するこ
とが可能になる。
【0004】以上の光散乱型の液晶表示体は、偏光板を
使用しないため従来のTN型液晶表示体に比べ本質的に
明るい反射型表示が得られることが期待できる。又、表
示ピクセルに対応させて赤、青、緑の各色のカラーフィ
ルターを配置させれば明るい反射型のカラー液晶表示装
置を実現できる可能性もあった。
【0005】また、同じく偏光板を用いない液晶表示モ
ードとしてゲストホスト型液晶表示装置があり、これも
明るい反射型液晶表示が得られる有力な表示方式として
期待されていた。詳しい表示原理については、文献「液
晶デバイスハンドブック」日刊工業新聞社発行、p31
5ー329に記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には以下
の問題があり、前記、高分子分散型液晶表示による反射
型液晶表示装置、そして反射型のカラー液晶表示装置は
製品として実用化されるに至っていない。
【0007】その問題点は、 (1)駆動電圧が高い。
【0008】これは液晶材と高分子樹脂との混合物を液
晶層に用いるために、一対の基板間に電圧を印加しても
その電圧は液晶材と高分子樹脂とに分圧されて印加され
る。しかも、通常、液晶の誘電率は10〜15、一方高
分子樹脂の誘電率は3前後であるため、主に電圧は高分
子樹脂により高い電圧が分圧印加され液晶分子にはより
低い分圧電圧しか印加されない。そのため、液晶分子方
向を基板面に略垂直、略水平方向に切り替えて表示動作
を行わせるためには約10ボルト以上の電圧が必要にな
り、これでは約3ボルトで駆動されるTN型に比べ消費
電力が大幅に大きくなってしまう。
【0009】(2)後方散乱度が低い。そのため十分な
白色地が得られず暗い表示体となってしまう。
【0010】後方散乱度とは入射光が光散乱状態の液晶
層で光散乱を受け、その散乱光のうちどの位が表示観察
者側に戻ってくるかの割合を示す。従ってこの値が高い
ほど明るい反射型表示画像が得られる。通常、新聞紙の
白地部は約70%の後方散乱度があると言われている。
従来の高分子分散型からなる光散乱型液晶表示体に於い
ては、後方散乱度は高いものでも約20%前後であり、
これでは偏光板を用いたTN型液晶表示体よりも暗くな
ってしまう。この後方散乱度を高めるためには、一対の
基板間の距離を増やす、つまり液晶層の厚みを増やした
り、液晶層中の高分子樹脂の濃度を高めればよいが、こ
れではいずれも、表示駆動電圧がますます高くなり、こ
の結果、明るい白色表示を得るためには約30ボルト以
上の電圧が必要になってしまい、これでは表示のための
消費電力の増大化を招くとともに、駆動回路ICもより
高価なものとなってしまう欠点を有していた。
【0011】次に、前記、ゲストホスト型液晶表示装置
においては、そこに混入された二色性染料分子の向いて
いる方向をホストである液晶分子により制御して、光を
吸収させたり透過させて表示機能を発現させているが、
充分に光を吸収して黒色を表示させるためには、該二色
性染料分子をあらゆる方向に向かせて、全ての偏光を吸
収させる必要があるが、従来技術では液晶分子が一方向
に並んで配列する性質によりゲストである二色性染料分
子も方向が揃って配列してしまい、全ての偏光が吸収さ
れることはなかった。従って、充分な黒色を表示させる
ため、二色性染料の濃度を増やしたりしていた。その結
果、白色表示の明るさを犠牲にしてしまい、明るい反射
型の液晶表示装置としては問題を残していた。
【0012】本発明は、上述した従来の高分子分散型液
晶表示装置における問題点・・・高い光散乱性を得るた
めには高い駆動電圧が必要とされた・・・、及びゲスト
ホスト型液晶表示装置における問題点・・・黒色を出す
ために明るさを犠牲にした・・・を解決する事を課題と
し、より低電圧で、明るい白色度を有する反射型白黒液
晶表示装置、もしくは反射型カラー液晶表示装置を提供
することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1によれば、一対
の基板間に液晶層が挟持され、該基板の少なくとも一方
の基板上には、微小な垂直配向領域と微小な水平配向領
域とが多数混在する複数配向処理が施されており、上記
一対の基板間に印加する電圧の高低により上記液晶層の
光散乱度を変化させて表示機能を発現させたことを特徴
とする液晶表示装置が提供される。
【0014】請求項2によれば、前記一対の基板のうち
他方の基板上には水平配向処理が施されていることを特
徴とする請求項1に記載の液晶表示装置が提供される。
【0015】請求項3によれば、前記一対の基板のうち
他方の基板上には垂直配向処理が施されていることを特
徴とする請求項1に記載の液晶表示装置が提供される。
【0016】請求項4によれば、上下2枚の基板間に液
晶層が挟持され、該2枚の基板の面上には、微小な垂直
配向領域と、微小な水平配向領域とが多数混在する複数
配向処理が施されており、上記2枚の基板間に印加する
電圧の高低により、上記液晶層の光散乱度を変化させて
表示機能を発現させたことを特徴とする液晶表示装置が
提供される。請求項5によれば、一対の基板と、該一対
の基板間に挟持された液晶層とから少なくとも構成され
る液晶表示装置に於いて、該基板の少なくとも一方の基
板には、微小な垂直配向領域と微小な水平配向領域とが
多数混在する複数配向処理が施されているとともに、上
記液晶層は液晶材料と二色性染料とを少なくとも含む混
合物からなることを特徴とする液晶表示装置が提供され
る。
【0017】請求項6によれば、前記液晶層は、ネマチ
ック液晶材料と二色性染料とコレステリック液晶材料と
を含む混合物から構成されたことを特徴とする請求項5
に記載の液晶表示装置が提供される。
【0018】請求項7によれば、前記一対の基板又は前
記2枚の基板のうちいずれか一方の基板上にカラーフィ
ルター層を配したことを特徴とする請求項1乃至6のい
ずれかに記載の液晶表示装置が提供される。
【0019】請求項8によれば、前記一対の基板又は2
枚の基板のうち、下基板すなわち表示観察者側から見て
後方側の基板に鏡面反射体を隣接させたことを特徴とす
る請求項1乃至4もしくは7のいずれかに記載の液晶表
示装置が提供される。
【0020】請求項9によれば、前記一対の基板のうち
下基板すなわち表示観察者側から見て後方側の基板に白
色体を隣接させたことを特徴とする請求項5乃至7のい
ずれかに記載の液晶表示装置が提供される。
【0021】請求項10によれば、前記一対の基板又は
2枚の基板のうち下基板すなわち表示観察者側から見て
後方側の基板に黒色体を隣接させたことを特徴とする請
求項1乃至4もしくは7のいずれかに記載の液晶表示装
置が提供される。
【0022】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を添付
の図面を用いて説明する。
【0023】(第1の実施の形態)図1(a)、(b)
は、本発明に係わる液晶表示装置の基本構造及び動作を
説明する断面図である。1、2はそれぞれ上、下基板か
らなる一対の基板である。3、4はそれぞれ該上、下基
板1、2上に設けられた透明電極で酸化インジウム又は
酸化錫又はそれらの混合物からなる。7a,8aは、そ
れぞれ上基板1及び下基板2上に形成された配向膜で、
液晶分子を基板1、2面に対して平行に配向させる能力
を有する水平配向膜であり、材料はポリイミド、ポリビ
ニルアルコール他各種樹脂が用いられるが、耐熱性、化
学的安定性に優れるポリイミド樹脂が好ましい。9bは
該水平配向膜8a上に部分的に形成された配向膜で液晶
分子を基板2面に対して垂直に配向させる能力を有する
垂直配向膜である。従って、基板2の表面は、液晶分子
を垂直に配向させる領域と水平に配向させる領域とが多
数混在した複数配向領域から成り立っている。40は該
上、下基板1、2間に挿入された液晶層で、ここでは正
の誘電異方性を有するネマチック液晶材料が使用されて
いる。41は液晶分子を表現している。ネマチック液晶
分子は通常細長い棒状の分子形状をしており図において
は液晶分子を細長い線で表し、この線の方向が液晶分子
41の方向を示している。図1(a)に示すように、垂
直配向領域9b上では液晶分子41は垂直方向に配向
し、水平配向領域7a,8a上では液晶分子41は水平
方向に配向している。従って、図1(a)に示すよう
に、その中間の領域ではその配向方向を急激に変えてい
る液晶領域が存在する。
【0024】液晶分子は通常、複屈折性を有する。例え
ば、メルク社製の液晶材料であるBDH−BL007で
は一方向の屈折率(n1)が1.82であり、他方向の
屈折率(n2)が1.53であり、その複屈折性(△
n)は0.29にもなる。上述したように、本実施の形
態に於いては、液晶層中に於いて液晶分子方向の異なる
領域が多数存在し、そのことは屈折率の異なる境界面が
多数存在することになり該境界面に於いては図示するよ
うに入射光13は屈折、反射を受け、結果的に散乱され
て、そのうち一部は前方散乱光16となって下部の光吸
収体(ここでは黒色体)5に達しそこで吸収されるが残
りは後方散乱光14となって液晶表示装置の前面に戻さ
れる。従って、液晶表示装置の外観は表示観察者の目に
は白色(白濁)に映って見える。この時、上述した液晶
分子の複屈折性が大きいほど、また屈折率の異なる境界
面(つまり液晶分子方向の変わる領域)が細かく多数存
在するほど、散乱される光の量も増し、より明るい白色
外観表示が得られることが容易に理解できる。
【0025】次に、表示動作について図1(b)を用い
て説明する。図中の符号については対応する同一の部材
については共通の符号を用いており、改めて各部材の説
明は省略する。この事については以下の本文に於いても
同様である。11は一つの画素に対応する電圧印加領域
で、該領域11に於いては、前述したように液晶分子4
1は正の誘電異方性を持つために上下基板面に略垂直方
向に一様に配列する。従って、該電圧印加領域11で
は、液晶層40中に屈折率の異なる境界面が殆ど存在し
ないため入射光13bは殆ど散乱を受けずに光吸収体
(黒色体)5に達しそこで吸収される。よって、該電圧
印加領域11に於いては黒色の表示外観が得られる。こ
の領域に於いても、前述した従来例である高分子樹脂を
液晶層に混入させた光散乱型液晶表示装置(PDLC)
の場合には、該高分子樹脂と複屈折性のある液晶分子と
の屈折率をあらゆる方向で一致させる事は理論的にも不
可能で少なからず散乱光が残り鮮明な黒色表示が達成で
きなかった。この点に於いて、本発明に於いては高分子
樹脂を全く使用していないため、該電圧印加領域11で
は液晶分子のみが一方向に配列するため殆ど入射光13
bが散乱されること無く光吸収板5に達し吸収されるた
め、よりスッキリとした黒色表示が得られ表示コントラ
スト比がさらに向上できる。
【0026】一方電圧が印加されていない領域(画素)
を12とすると該領域12では、前述したように、液晶
層40中に屈折率の異なる境界面が多数存在するため入
射光13aは該境界面で光散乱を受けて一部は前方散乱
光16となって光吸収体5に達してそこで吸収される
が、残りは後方散乱光14となり表示前面に戻されるた
め白色の表示外観が得られる。このようにして、印加電
圧の有無により白/黒の外観を切り替えて表示すること
が可能になる。以上述べたように本発明に於いても従来
技術で示した高分子樹脂を混合した光散乱型液晶表示装
置(PDLC)と同様に偏光板を用いることなく白/黒
表示が実現できる。しかも本発明に於いては、前述した
従来技術の問題点(1)にある、表示駆動電圧が高くな
ってしまうという原因である高分子樹脂を液晶層中に混
入していないためTN型液晶表示装置とほぼ同じ電圧
(約3ボルトから5ボルト)で表示動作させることがで
き消費電力も低減させることができる。
【0027】次に従来技術の(2)の課題である後方散
乱光を増やして明るい白色外観を得る件に関しては、垂
直配向領域9bと水平配向領域8aの個々の領域の面積
を小さくすればするほど液晶層40中に存在する屈折率
の異なる境界面の密度が増えるため、入射光13又は1
3aはより多く散乱を受け後方散乱光が増えて、より明
るい白色の表示外観が表示駆動電圧を上げることなく実
現できる。個々の配向領域の一つの径は1オm〜100オ
mが望ましいが、製造性と光散乱性を考え合せると液晶
層40の厚みとほぼ同等の4オm〜15オm位が最も好ま
しい。
【0028】更に、前述したように本発明に於いては、
従来技術のように駆動電圧を上げる高分子樹脂を用いて
いないためより低電圧で表示駆動できるが、このことは
駆動電圧を余り上げずに液晶層40の層厚を増やすこと
が可能となり、それにより光散乱性をより高めることが
でき、ますます明るい白色表示外観を持った液晶表示装
置が提供できるとともにそれを用いた低電力で見易い携
帯表示機器の実現が可能になる。更に、前述したよう
に、スッキリした黒色表示外観が得られ、より表示コン
トラスト比の高い反射型液晶表示装置が実現できる。
【0029】次に、上述した垂直配向領域9bと水平配
向領域8aとが多数混在する複数配向処理方法を図8
(a),(b)により説明する。2は下基板、4は透明
電極である。前述したように図1で示された部材と共通
の部材については符号も共通化させてある。まず、図8
(a)に示すように、水平配向材料をロールコート法、
スピンコート法、又はオフセット印刷法等により下基板
2/透明電極4面上に一様にコートし熱処理を施して一
様な水平配向膜8aを得る。この工程は現在の液晶表示
体の製造工程と共通する。次に、図8(b)に示すよう
に垂直配向材料をオフセット印刷法によりパターン化さ
れた版から一旦ローラ50上に転写し、それを更に下基
板2側の面上に再転写させ熱処理を加えればパターン化
された一様な垂直配向膜9bが得られる。垂直配向材料
としては、例えば日本合成ゴム社製のJALS−204
がある。ここで述べたオフセット印刷法は樹脂材を高精
細パターンで印刷する方法として適しており、約10オ
m径のパターン印刷迄対応できる。それ以上の高精細パ
ターニングにはフォトリソグラフィー法が適している。
この方法は図示していないが、一様な水平配向膜を形成
するまでは前述と同様である。その後、その上に垂直配
向膜を一様に印刷、焼成した後、その上に更にフォトレ
ジストを印刷、乾燥し、所望のパターンを持ったフォト
マスクを載せて露光、現像した後、該フォトレジストの
存在しない部分の垂直配向膜を溶剤で溶解除去すれば、
更に細かいパターンをもった複数配向膜が形成できる。
【0030】以上の方法により所望のパターンをもった
複数配向膜が可能となるため、前述した光散乱度を自由
にコントロールできる光散乱型液晶表示装置が実現でき
る。
【0031】(第2の実施の形態)図2(a),(b)
は本発明の第2の実施の形態であり、光散乱型の液晶表
示装置の構造と表示動作を説明する断面図である。前述
したように、図1と共通する部材については共通の符号
を用いているため共通部材の説明は省略する。本実施の
形態に於いては、上基板1/透明電極3面上には垂直配
向膜7bを形成してある。下基板2/透明電極4面上に
は第1の実施の形態と同様に水平配向膜8aと垂直配向
膜9bとが各々微小領域をもって多数混在する複数配向
処理がされている。個々の配向領域の大きさ、又複数配
向処理方法については前述した第1の実施形態と同じと
考えてよい。40は液晶層で、ここでも複屈折性の大き
い、正の誘電異方性を有するネマチック液晶材が用いら
れている。本実施の形態に於いても前述した第1の実施
の形態と同様に電圧無印加時に於いては、液晶層40中
に液晶分子41の配向方向が異なる領域が多数存在し、
そこでは屈折率の異なる境界面が多数存在することにな
り、該境界面に於いて図示するように入射光13は屈
折、反射を受け、結果的に散乱されて、そのうち一部は
前方散乱光16となって下部の光吸収体(ここでは黒色
体)5に達しそこで吸収されるが残りは後方散乱光14
となって液晶表示装置の前面に戻される。従って、液晶
表示装置の外観は表示観察者の目には白色(白濁)に映
って見える。この時、前述したようにネマチック液晶分
子の複屈折性が大きいほど、そして上述した屈折率の異
なる境界面(つまり液晶分子方向の変わる領域)が細か
く多数存在するほど、散乱される光の量も増し、より明
るい白色外観表示が得られる。
【0032】次に、表示動作について図2(b)を用い
て説明する。11は一つの画素に対応する電圧印加領域
で、該領域11に於いては、前述したように液晶分子4
1は正の誘電異方性を持つために上下基板面に略垂直方
向に一様に配列する。従って、該電圧印加領域11で
は、液晶層40中に屈折率の異なる境界面が殆ど存在し
ないため入射光13bは殆ど散乱を受けずに光吸収体
(黒色体)5に達しそこで吸収される。よって、該電圧
印加領域11に於いては黒色の表示外観が得られる。一
方、電圧が印加されていない領域(画素)を12とする
と該領域12では、前述したように、液晶層40中に屈
折率の異なる境界面が多数存在するため入射光13aは
該境界面で光散乱を受けて一部は前方散乱光16となっ
て光吸収体5に吸収されるが、残りは後方散乱光14と
なり表示前面に戻されるため白色の表示外観が得られ
る。このようにして、前述した第1の実施の形態と同様
に、印加電圧の有無により白/黒の外観を切り替えて表
示することが可能になる。
【0033】以上述べたように本実施の形態に於いても
従来技術で示した高分子樹脂を混合した光散乱型液晶表
示装置(PDLC)と同様に偏光板を用いることなく白
/黒表示が実現できる。しかも前実施形態と同様に、従
来の高分子分散型液晶表示(PDLC)に比べて低電
圧、低消費電力駆動で明るい白色地表示が得られるとと
もに、光散乱の極めて少ないスッキリした黒色表示が得
られ表示コントラスト比のより高い表示が実現でき、特
に携帯機器用の表示として優れた液晶表示装置となるこ
とは明らかである。
【0034】(第3の実施の形態)図3(a),(b)
は本発明の第3の実施の形態であり、光散乱型の液晶表
示装置の構造と表示動作を説明する断面図である。前述
したように、図1、2と共通する部材については共通の
符号を用いているため説明は省略する。本実施の形態に
於いては、上基板1/透明電極膜3面上及び下基板2/
透明電極4の双方の面上には第1、第2の実施の形態で
示したと同様の水平配向膜7a,8aと垂直配向膜10
b,9bとが各々微小領域をもって多数混在する複数配
向処理がされている。個々の配向領域の大きさ、又複数
配向処理方法については前述した第1の実施形態と同じ
と考えてよい。又、図3に於いては、水平配向領域と垂
直配向領域とが互い違いになるようにそれぞれ上下基板
1、2上に対向配置されているが、同一配向領域が互い
に向き合う位置に配列させても勿論良いし、各配向領域
の寸法を合わせなくとも良い。40は液晶層で、ここで
も複屈折性の大きい、正の誘電異方性を有するネマチッ
ク液晶材料が用いられている。本実施の形態に於いても
前述した第1の実施の形態と同様に電圧無印加時に於い
て液晶層40中に液晶分子41の配向方向が異なる領域
が多数存在し、そこでは屈折率の異なる境界面が多数存
在することになり、該境界面に於いては図示するように
入射光13は屈折、反射を受け、結果的に散乱されて、
そのうち一部は下部の光吸収体(ここでは黒色体)5に
達しそこで吸収されるが残りは後方散乱光14となって
液晶表示装置の前面に戻される。従って、液晶表示装置
の外観は表示観察者の目には白色(白濁)に映って見え
る。この時、上述した屈折率の異なる境界面(つまり液
晶分子方向の変わる領域)が細かく多数存在するほど、
散乱される光の量も増し、より明るい白色外観表示が得
られる。
【0035】次に、表示動作について図2(b)を用い
て説明する。11は一つの画素に対応する電圧印加領域
で、該領域11に於いては、前述したように液晶分子4
1は正の誘電異方性を持つために上下基板面に略垂直方
向に一様に配列する。従って、該電圧印加領域11で
は、液晶層40中に屈折率の異なる境界面が殆ど存在し
ないため入射光13bは殆ど散乱を受けずに光吸収体5
に達しそこで吸収される。よって、該電圧印加領域11
に於いては散乱のないスッキリした黒色の表示外観が得
られる。一方電圧が印加されていない領域(画素)を1
2とすると該領域12では、前述したように、液晶層4
0中に屈折率の異なる境界面が多数存在するため入射光
13aは該境界面で光散乱を受けて一部は前方散乱光1
6となって光吸収体5に吸収されるが、残りは後方散乱
光14となり表示前面に戻されるため白色の表示外観が
得られる。このようにして、前述した第1、2の実施の
形態と同様に、印加電圧の有無により白/黒の外観を切
り替えて表示することが可能になる。本実施の形態に於
いては、前述した第1、第2で示された実施の形態より
も、液晶分子41の配向方向の異なる境界面の密度をよ
り高くすることができ、そのため更に、光散乱性を高め
た明るい白色地をもった液晶表示装置が可能になる。
【0036】以上述べたように本実施の形態に於いても
従来技術で示した高分子樹脂を混合した光散乱型液晶表
示装置(PDLC)と同様に偏光板を用いることなく白
/黒表示が実現できる。しかも前述と同様に、従来の高
分子分散型液晶表示に比べて低電圧、低消費電力駆動で
明るい白色地を持った表示になるとともに、スッキリし
た黒色表示が得られ、よりコントラスト比の高い液晶表
示装置が実現でき、特に携帯機器用の表示として優れた
液晶表示装置となることは明らかである。
【0037】(第4の実施の形態)図4は、本発明の第
4の実施の形態を示す液晶表示装置の断面図である。
【0038】前述したように、前説明と共通する部材に
ついては共通の符号を用いているためここでは説明を省
略する。
【0039】本実施の形態に於いては、液晶層45は正
の誘電異方性を持つネマチック液晶分子41と二色性を
示す染料分子42との混合物から構成されている。そし
て、該液晶分子41と染料分子42とは、一般的に言わ
れているゲストホストの関係にある。更に、下基板2/
透明電極4の内面上は、前述と同様に水平配向膜8aと
垂直配向膜9bとが各々微小領域をもって多数存在する
複数配向処理がされている。一方、上基板1/透明電極
3上には水平配向膜7aが一様に形成されているが、こ
の代わりに7aとして垂直配向膜又は水平/垂直の複数
配向膜を用いても勿論よい。
【0040】12は電圧無印加領域を示し、該領域12
に於いては、前実施形態で示したように、液晶分子41
は微少領域をもって水平方向、垂直方向、又はその中間
方向とあらゆる方向に向いて配列している。従って、ゲ
ストホスト効果に従って二色性染料42も微小な領域内
であらゆる方向に配列される。この事により二色性染料
42は全ての方向から入る偏光を効率良く吸収できる。
入射光13aは液晶層45に入ると、前述したように屈
折率の境界面に達しそこで屈折、反射を受けて四方八方
に散乱されるが、上述したようにそれぞれの散乱光があ
らゆる方向に向いた二色性染料分子(ここでは黒色の二
色性染料とする)42に効率良く光吸収されるため該電
圧無印加領域11の表示外観は黒色となる。更に、入射
光13bは液晶層45中で散乱されるため白色反射体6
に達する光そのものも減るため、より表示の黒さが確保
できる。一方、電圧印加領域11では、液晶分子41は
基板1、2の各面に略垂直に一様に配向するため屈折率
の境界面が殆ど無くなり入射光13bはそのまま直進す
る。更に二色性染料分子42もゲストホスト効果に従い
同様に略垂直に配向されるため該二色性染料42によっ
て殆ど光吸収されずに白色反射体6に達し、そこで反射
されて再度液晶層40を通って白色反射光17となって
表示観察者に達する。従って、該電圧印加領域11の表
示外観は白色となる。このようにして電圧印加の有無に
より白/黒表示が達成される。
【0041】本実施の形態に於いては、水平/垂直の複
数配向処理がされているため電圧無印加領域12では、
(a)入射光13aが液晶層45で光散乱を受けてあら
ゆる方向に光が拡散されるとともに、白色反射体に達す
る光も少ないこと、(b)二色性染料分子42もゲスト
ホスト効果によりあらゆる方向に向いていること、上記
(a)+(b)によりあらゆる向きの光が効率良く光吸
収されるとともに白色反射体6からの反射光も少ない。
【0042】従って、該領域12の黒色度は従来のゲス
トホスト型液晶表示に比べより上がり、コントラスト比
の高い液晶表示装置が提供できることが確かめられた。
更に、この様に黒色度が上がるため、二色性染料42の
濃度を下げても表示に必要な黒色度を保つことができ、
その結果、電圧印加領域11の白色度をより向上させる
事ができ、より明るくコントラスト比の高い白/黒液晶
表示装置が提供できた。
【0043】本実施の形態では、黒色の二色性染料を用
いたが、単一分子で黒色の二色性を持った染料分子は少
なく、赤、緑、青色等の各波長領域を各々吸収する二色
性染料を混合して用いる方がより現実的である。又、
赤、緑、青色等の各波長領域での二色性染料を各々個別
に使用すれば、白地に赤、緑、青色の表示外観をもった
多種の液晶表示装置が提供できる事は勿論である。
【0044】(第5の実施形態)図5は、第5の実施形
態を示す液晶表示装置の断面図である。
【0045】本実施形態は、先の第4の実施形態である
ゲストホスト型の変形例で、より黒色度を高めたもので
ある。液晶層46には正の誘電異方性を持ったネマチッ
ク液晶分子41と二色性染料分子42とに少量のコレス
テリック液晶(カイラルネマチック液晶でもよい)を加
えた混合液を用いる。従って、電圧無印加領域12に於
いては、ネマチック液晶分子41は該コレステリック液
晶によりラセン状のスパイラル構造を取って配列する。
同様に二色性染料分子42もゲストホスト効果に従って
スパイラル構造を取るため、該二色性染料分子42は平
面方向内でいろいろな方位を取る。この上、本実施形態
では、下基板2/透明電極4の面上には前述した水平配
向膜8aと垂直配向膜9bとが各々微少領域をもって多
数混在する複数配向処理が施されているため、更に液晶
分子41及び二色性染料分子42の方向を垂直方向に於
いてもいろいろな向きに向かせる事ができ、結果とし
て、第4の実施形態の場合よりも更に両分子41、42
の方向をあらゆる方向に向かせる事が可能になる。その
結果入射光13aは更に液晶層40で散乱、吸収を受け
てより確実に光吸収され、更に濃い黒色外観が達成でき
る。一方、電圧印加部11においては前述と同様に両分
子41、42とも垂直方向に一様に配列するため白色反
射光17が得られ、白黒表示が可能になる。本実施形態
は前述した第4の実施形態よりも、更に二色性染料の濃
度を減らしても表示に必要な黒色度が確保できるため更
に明るい白色地をもった白/黒表示が実現できる。
【0046】(第6の実施の形態)図6は、本発明の6
番目の実施の形態を示す反射型のカラー液晶表示装置の
断面図である。本実施形態に於いては、前述した第5の
実施形態で示したゲストホスト型の液晶表示装置を基本
に置き、それに加えて上基板1側に赤、緑、青色のカラ
ーフィルター層を追加して全体として反射型カラー液晶
表示装置を提供するものである。勿論、第4の実施形態
のゲストホスト型液晶表示装置を基本にしてもよい。図
6においても以前の図面と共通する部材には同じ符号を
用いているため、再度の説明は省略する。
【0047】7a,7bはそれぞれ水平配向膜、及び垂
直配向膜で、上基板1の内面上は図示するように水平配
向部と垂直配向部が各々微少領域をもって多数混在する
複数配向処理が施されている。又、液晶層46も第5の
実施形態と同様、ネマチック液晶と二色性染料と少量の
コレステリック液晶との混合液で構成されている。従っ
て、電圧印加領域11と電圧無印加領域12での液晶層
の挙動も第5の実施形態で述べたものと同様になるた
め、ここでは再度の説明を省略する。20a,20b,
20cはそれぞれ赤、緑、青色の各カラーフィルター層
で、ここでは上基板1上に形成しているが、下基板2上
に形成しても勿論良い。
【0048】ここで電圧印加領域(画素)11に於いて
は入射光13bは緑色のカラーフィルター層20bを通
過し緑色光となって液晶層46に進むが、前述したよう
にここでは殆ど光吸収を受けずにそのまま白色体6に達
しそこで拡散反射されて再度液晶層46と緑色カラーフ
ィルター層20bを通過して緑色の拡散反射光17とな
って表示観察者の目に達する。同様に、各画素に電圧を
印加すれば各画素に対応するカラーフィルターの色の反
射光が得られる事は明らかである。一方、電圧無印加領
域12に於いては第5の実施形態と同様に入射光13a
は二色性染料によって効率良く光吸収されるため良好な
黒色外観が得られる。
【0049】このように本実施形態に於いては、複数配
向処理を施し液晶分子と二色性染料とをあらゆる方向に
向かせ入射光を効率良く散乱させてそれを二色性染料で
効率良く吸収させるため、二色性染料を低濃度化でき従
来のゲストホスト液晶表示装置に比べて、高コントラス
トで明るい反射型のカラー液晶表示装置が提供できる。
【0050】(第7の実施の形態)図7は、本発明の7
番目の実施の形態を示す反射型のカラー液晶表示装置の
断面図である。本実施形態に於いては、前述した第1の
実施形態で示した光散乱型の液晶表示装置を基本に置い
ているが、ここでは該液晶表示装置の最下面に第1の実
施形態で使用した光吸収体に代えて鏡面反射体19を用
いている。それに加えて上基板1側に赤色20a、緑色
20b、青色20cの各カラーフィルター層を追加して
全体として反射型カラー液晶表示装置を提供するもので
ある。図7においても以前の図面と共通する部材には同
じ符号を用いているため、再度の説明は省略する。
【0051】7a,7bはそれぞれ水平配向膜、及び垂
直配向膜で、上基板1の内面上は図示するように水平配
向部と垂直配向部が各々微少領域をもって多数混在する
複数配向処理が施されている。また、下基板2側には水
平配向膜8aが形成されているが、この代わりに垂直配
向膜又は水平/垂直の複数配向膜を用いても勿論良い。
又、液晶層40も第1の実施形態と同様、複屈折性が大
きく、正の誘電異方性をもつネマチック液晶からなる。
従って、電圧印加領域11と電圧無印加領域12での液
晶層40の挙動も第1の実施形態で述べたと同様にな
り、電圧無印加領域12に入射した光13aは、青色の
カラーフィルター層20cにより青色光となって液晶層
40に達し、該液晶層40で光散乱を受け一部は前方散
乱光となって鏡面反射体19に達しそこで反射され再び
液晶層40を通り更に青色カラーフィルター層20cを
通過して青色の散乱反射光18となって表示観察者の目
に入る。そして後方散乱光21もやはり再度青色カラー
フィルター層20cを通って表示観察者の目に入る。従
って、本実施形態に於いては、上述したように最下面に
鏡面反射体19を用い、前方散乱光も反射させて有効に
表示前面側に戻しているため、より明るい反射型液晶表
示装置となる。特に、本実施形態のようにカラーフィル
ター層(20a、20b、20c)を用いた場合には該
カラーフィルター層により入射光のうち60〜70%が
吸収されてしまうため、残された入射光を有効に利用す
ることが明るい反射型の液晶表示装置実現のためにも重
要になるが、上述したように本実施形態では該鏡面反射
体19を用いて前方散乱光も有効に反射光として利用し
ている。このようにして他の画素のに於いても電圧無印
加時に於いては各画素に対応したカターフィルターの色
の明るい散乱光による表示外観が得られる。
【0052】一方、電圧印加領域11に入射した光13
bは緑色のカラーフィルター層20bを通り緑色光とな
って液晶層40に入るが、ここでは光散乱を受けずにそ
のまま鏡面反射体19に達し、そこで正反射されてその
まま表示観察者の目に到達する。この時、表示観察者の
目には、入射光13bの入射方向の物体が映って見える
が、今この物体が黒色の場合には該電圧印加領域11の
表示外観は黒色となる。このようにして本実施形態に於
いては、鏡面反射体19を用いてより明るい反射型のカ
ラー液晶表示装置が提供できる。また、本実施例で用い
た鏡面反射体19の代わりに第1、2、3の実施形態で
用いた光吸収板5を用いても本発明の効果である低電
圧、低消費電力で表示コントラスト比が高く明るい反射
型カラー液晶表示装置が得られる事は明らかである。こ
れらは全て前述した、本発明による電圧を上げずに光散
乱性を向上させた液晶表示方式に依っている。
【0053】又、前述した第1、2、3の実施形態に於
いて、光吸収体5の代わりに、第7の実施形態で用いた
鏡面反射体を用いれば更に明るい白色地を持った反射型
液晶表示装置となることは勿論である。但し、この場
合、表示観察者から見て該鏡面反射体の正反射方向に映
る物体の色をより黒色に近いものにする配慮が必要とな
る。
【0054】
【発明の効果】以上、本発明によれば、従来技術の高分
子分散型液晶表示装置(PDLC)に比べ、表示駆動電
圧、消費電力を上げる事無く、光散乱性と、光透過性と
を各々向上させ、より明るい白色地とよりスッキリした
黒色表示とを合わせもった明るく表示コントラスト比の
高い反射型液晶表示装置が実現できる。
【0055】また、上記、散乱度の高さを利用してより
二色性染料の光吸収性能を高めて、従来のゲストホスト
型液晶表示装置よりも明るく表示コントラスト比の高い
反射型の液晶表示装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の液晶表示装置の断面図であ
る。
【図2】第2の実施形態の液晶表示装置の断面図であ
る。
【図3】第3の実施形態の液晶表示装置の断面図であ
る。
【図4】第4の実施形態の液晶表示装置の断面図であ
る。
【図5】第5の実施形態の液晶表示装置の断面図であ
る。
【図6】第6の実施形態の液晶表示装置の断面図であ
る。
【図7】第7の実施形態の液晶表示装置の断面図であ
る。
【図8】本発明で用いる複数配向処理の製造工程の断面
図である。
【符号の説明】
1・・・上基板 2・・・下基板 3、4・・・透明電極 7a、8a・・・水平配向膜 9b・・・垂直配向膜 5・・・光吸収板 40・・・液晶層 41・・・ネマチック液晶分子 13、13a,13b・・・入射光

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板間に液晶層が挟持され、該基
    板の少なくとも一方の基板上には、微小な垂直配向領域
    と微小な水平配向領域とが多数混在する複数配向処理が
    施されており、上記一対の基板間に印加する電圧の高低
    により上記液晶層の光散乱度を変化させて表示機能を発
    現させたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記一対の基板のうち他方の基板上には
    水平配向処理が施されていることを特徴とする請求項1
    に記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記一対の基板のうち他方の基板上には
    垂直配向処理が施されていることを特徴とする請求項1
    に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 上下2枚の基板間に液晶層が挟持され、
    該2枚の基板の面上には、微小な垂直配向領域と、微小
    な水平配向領域とが多数混在する複数配向処理が施され
    ており、上記2枚の基板間に印加する電圧の高低によ
    り、上記液晶層の光散乱度を変化させて表示機能を発現
    させたことを特徴とする液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 一対の基板と、該一対の基板間に挟持さ
    れた液晶層とから少なくとも構成される液晶表示装置に
    於いて、該基板の少なくとも一方の基板には、微小な垂
    直配向領域と微小な水平配向領域とが多数混在する複数
    配向処理が施されているとともに、上記液晶層は液晶材
    料と二色性染料とを少なくとも含む混合物からなること
    を特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 前記液晶層は、ネマチック液晶材料と二
    色性染料とコレステリック液晶材料とを含む混合物から
    構成されたことを特徴とする請求項5に記載の液晶表示
    装置。
  7. 【請求項7】 前記一対の基板又は前記2枚の基板のう
    ちいずれか一方の基板上にカラーフィルター層を配した
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の液
    晶表示装置。
  8. 【請求項8】 前記一対の基板又は2枚の基板のうち、
    下基板すなわち表示観察者側から見て後方側の基板に鏡
    面反射体を隣接させたことを特徴とする請求項1乃至4
    もしくは7のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 前記一対の基板のうち下基板すなわち表
    示観察者側から見て後方側の基板に白色体を隣接させた
    ことを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の液
    晶表示装置。
  10. 【請求項10】 前記一対の基板又は2枚の基板のうち
    下基板すなわち表示観察者側から見て後方側の基板に黒
    色体を隣接させたことを特徴とする請求項1乃至4もし
    くは7のいずれかに記載の液晶表示装置。
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