JPH1090727A

JPH1090727A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH1090727A
Application number: JP8263520A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Takiguchi; 康之滝口; Akihiko Kanemoto; 明彦金本; Hiroyuki Takahashi; 裕幸高橋; Kenji Kameyama; 健司亀山; Fuminao Matsumoto; 文直松本; Kazuya Miyagaki; 一也宮垣
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-04-10
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: JP3534371B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】文字の浮遊感がなく、カラー化した時広い視
野角で高い色純度が得られ、素子の構成が単純な反射型
の液晶表示素子の提供。【解決手段】配向処理の方向が略平行で、基板界面で
の液晶の傾きが上下基板で略平行となるように配向処理
の施された透明電極を有する一対の基板間に、液晶層厚
の１．１倍から２倍の自然ピッチを有する誘電異方性が
正のコレステリック液晶を挾持し、液晶分子が厚み方向
に略３６０゜ねじれた第一の配向状態と第一の状態より
ねじれ角が３６０゜小さい第二の配向状態の二つの配向
状態を切り替えできる液晶セルと、液晶層より裏面に形
成された非偏光解消性の光反射部材５１と、液晶層より
前面に配置され、その吸収軸が、基板界面での液晶の配
向方向と略４５゜の角度を成すように配置された偏光板
４２とから構成され、液晶の光学異方性と厚さの積が観
察光の中心波長の略１／４としたことを特徴とする液晶
表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、双安定性を有する反射
型の液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来技術】コレステリック液晶を用いた双安定性の液
晶表示素子が特公平１−５１８１８には開示されてい
る。これは、自然ピッチを液晶層厚の略２倍としたコレ
ステリック液晶を挾持し、液晶分子が厚み方向に略３６
０゜ねじれた状態（以降ツイスト状態と呼ぶ）とねじれ
ていない状態（同ユニホーム状態と呼ぶ）との二つの安
定配向状態を電界を印加することによって切り替えるこ
とのできる液晶セルと、該液晶セルを挾み込むようにし
て配置された一対の偏光板とから代表的には構成され
る。このような配置において、偏光板の透過軸を直交さ
せ、ユニホーム状態の液晶の配向方向と偏光板の透過軸
と４５゜程度ずらして配置すると、この状態では液晶層
の複屈折色が観察されることになる。液晶の光学異方性
をΔｎ、液晶層の厚さをｄとしたとき、Δｎｄを２７０
ｎｍ程度に設定することによりこの複屈折色をほぼ白色
とすることができる。このときツイスト状態でも複屈折
を生ずるがそのときの複屈折は比較的小さいため黒に近
い色が得られる。このような構成において素子を反射型
で構成するには裏面の偏光板の裏に光反射板を設けるこ
とが一般的である。しかしながら、このような構成では
基板の厚みのために文字に浮遊感を生じてしまうという
問題がある。さらに、モザイク状のカラーフィルターを
設けてカラー表示を行わせる場合には、斜めから見た場
合に視差によって混色を生じ、色純度が低下するという
問題もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のコレ
ステリック液晶を用いた反射型の双安定性液晶素子に見
られる前記のような問題点を解決し、（１）文字の浮遊
感がなく、（２）カラー化した場合に広い視野角で高い
色純度が得られ、かつ素子の構成が単純な反射型の液晶
表示素子を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記のような
双安定性を有する反射型の液晶表示素子を提供すること
により、前記の課題を解決することができた。本発明の
液晶表示素子の第１は、配向処理の方向が略平行であっ
て、基板界面での液晶の傾きが上下基板で略平行となる
ように配向処理の施された透明電極を有する一対の基板
間に、液晶層厚の１．１倍から２倍の自然ピッチを有す
る誘電異方性が正のコレステリック液晶を挾持し、液晶
分子が厚み方向に略３６０゜ねじれた第一の配向状態と
第一の状態よりねじれ角が３６０゜小さい第二の配向状
態の二つの配向状態を電界を印加することによって切り
替えることのできる液晶セル（Ａ）と、観察者に対して
液晶層より裏面に形成された非偏光解消性の光反射部材
（Ｂ）と、観察者に対して液晶層より前面に配置され、
その吸収軸または吸収軸が、基板界面での液晶の配向方
向と略４５゜の角度を成すように配置された偏光板
（Ｃ）とから構成され、液晶の光学異方性と厚さの積が
観察光の中心波長の略１／４としたことを特徴とする液
晶表示素子にある。

【０００５】本発明の液晶表示素子の第２は、配向処理
の方向が略平行であって、基板界面での液晶の傾きが上
下基板で略平行となるように配向処理の施された透明電
極を有する一対の基板間に、液晶層厚の１．１倍から２
倍の自然ピッチを有する誘電異方性が正のコレステリッ
ク液晶を挾持し、液晶分子が厚み方向に略３６０゜ねじ
れた第一の配向状態と第一の状態よりねじれ角が３６０
゜小さい第二の配向状態の二つの配向状態を電界を印加
することによって切り替えることのできる液晶セル
（Ａ）と、観察者に対して液晶層より裏面に形成された
非偏光解消性の光反射部材（Ｂ）と、観察者に対して液
晶層より前面に配置され、その吸収軸または吸収軸が、
基板界面での液晶の配向方向と略４５゜の角度を成すよ
うに配置された偏光板（Ｃ）と、偏光板と液晶層の間に
配置され、その遅相軸方向が液晶の配向方向と略直交す
るように配置された位相差板（Ｄ）から構成され、液晶
の光学異方性と厚さの積および位相差板の光学異方性と
厚さの積が観察光の中心波長の略１／４であることを特
徴とする液晶表示素子にある。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示素子を発
明の実施の形態に基づいて具体的に説明する。本発明の
前記第１の液晶表示素子の１構成例を図１に示した。下
基板１１と上基板１２間に液晶層３０が挾持されてい
る。２１と２２は液晶層に電圧を印加するための透明電
極、３１と３２は液晶を配向させるための配向膜であ
る。４２は偏光板であり、５１は光反射層である。ここ
で用いる液晶層は、液晶層厚の１．１倍から２倍の自然
ピッチを有する誘電異方性が正のコレステリック液晶で
ある。上下基板間で液晶は分子が厚み方向に略３６０゜
ねじれた第一の配向状態と第一の状態よりねじれ角が３
６０゜小さい第二の配向状態の二つの配向状態の間を電
界を印加することによって切り替える。ここでいう略３
６０゜とは２７０゜から４５０゜の範囲を言う。

【０００７】第一の配向状態が３６０゜の場合につい
て、液晶セル中における液晶の配向状態を模式的に図２
に示した。Ｕはねじれのない状態、Ｐは１８０゜ねじれ
た状態、Ｔは３６０゜ねじれた状態を表している。配向
膜によって液晶は基板面からわずかに傾斜した方向に配
向させられる。この傾斜角は２゜から３０゜程度が好ま
しい。傾斜角が小さい場合には双安定動作が不安定にな
り良好なスイッチングが行えなくなる。また、傾斜角が
大きすぎる場合には、ツイスト状態が不安定となり、メ
モリー性が低下するという問題を生ずる。この図の構成
では、Ｐ状態の時に上下基板での液晶の傾きが略平行と
なるように構成されている。液晶の自然ピッチＰは液晶
層の厚さｄの１．１倍から２倍の間に設定する必要があ
る。このような構成によって、１８０゜ねじれは液晶の
スプレイ変形を伴うために、弾性エネルギーが高くなり
不安定となり、代わりにＵのねじれのない状態とＴの３
６０゜ねじれた状態が安定となる。両配向状態は印加電
圧の波形により切り替えることができる。液晶層の複屈
折と膜厚の積Δｎｄは観察光の波長の略１／４であるこ
とが必要であり、具体的には、０．１μｍ〜０．１８μ
ｍの範囲が好ましく、０．１２μｍから０．１６μｍの
範囲がさらに好ましい。

【０００８】本発明の液晶表示素子の偏光状態を模式的
に図３に示した。照明光Ｌ１は偏光板４２を通って直線
偏光Ｌ２となって液晶セル９０に入射する。４２１は偏
光板の透過軸の方向を表す。このとき液晶の配向がＵ状
態であり、かつ、入射偏光面と液晶の配向方向の成す角
が略４５゜（３５゜〜５５゜）であり、かつ液晶のΔｎ
ｄが上述の範囲であると、図３（ａ）に示すように液晶
層を通過することによって光は円偏光Ｌ３となる。ここ
で、略４５゜とは３５〜５５゜の範囲を指し、好ましく
は４０〜５０°の範囲である。この円偏光Ｌ３は光反射
層によって反射されＬ４、再度液晶層を通過することに
よって、入射光の偏光方向から偏光面が９０゜回転した
直線偏光Ｌ５となって液晶層を出射する。この光は偏光
板４２によって吸収されるため、この状態で素子は黒く
見える。図３（ｂ）に示すように液晶層の液晶がＴ状態
の時、液晶層を通過しても光の偏光状態はほとんど変化
しないため、入射した直線偏光は偏光面を変えずに再度
偏光板４２に入射し直線偏光Ｌ５ｂとなって偏光板４２
を通過してＬ６として出射する。そのため、素子は白く
観察される。

【０００９】このように本発明の液晶表示素子は、偏光
板と反射板をそれぞれ１枚用いることで表示を行わせる
ことができ、従来の偏光板２枚と反射板を１枚用いる方
式に比べて素子の構成を簡略化することができる。ま
た、偏光板を１枚しか用いないために、偏光板による光
の損失が少なく、より明るい表示を行わせることができ
る。本例では、反射層をセルの外側に構成した例を示し
たが、反射層はセルの内面に形成することもでき、この
場合の素子構成を図４に示す。この構成の素子において
は、構成がさらに簡略化できる上、液晶層と反射層の間
の距離をなくすことができるため、文字の浮遊感をなく
すことができ、特に好ましい。このような構成の場合、
反射層そのものを画素電極に用いることもできる。この
場合の素子構成を図４に示す。本例では、素子の構成が
さらに簡略化できる上、液晶層と反射層の間の距離をな
くすことができるため。文字の浮遊感をなくすことがで
き、特に好ましい。

【００１０】前記図４に示す構成の液晶表示素子におい
て、反射板（兼画素電極）に対応してモザイク状のカラ
ーフィルター８１を基板１２の内側に設けたものであ
る。

【００１１】図５はモザイク状のカラーフィルター８１
をセルの内面に設けた例である。この構成の液晶表示素
子においては、液晶層３０とカラーフィルター８１と反
射板（兼画素電極）５１が隣接して配置されるため、斜
めから見た場合の視差による色の混色が起こらず、良好
な色純度が広い視角にわたって得られると言う利点を有
する。

【００１２】本発明の液晶表示素子に用いる反射板とし
ては、入射偏光状態を変えないか、変化させたとしても
その変化の度合いが小さいものが好ましい。具体的に
は、入射直線偏光の強度に対する同じ方向の直線偏光の
反射率が９０％以上であることが好ましい。具体的に
は、アルミ等の平坦、もしくは入射偏光の偏光状態が上
述の程度以内の変化を示すように表面に凹凸加工された
金属膜を用いることができる。なお、平坦な金属膜を用
いた場合には白状態の時に外の風景の写り込みが起こる
場合がある。このような場合には、素子の前面に前方散
乱性の膜を設けることによりこのような影響を大幅に低
減することができる。

【００１３】本発明の前記第二の液晶表示素子の１構成
例を図６に示す。本構成例においては、偏光板４２と液
晶セルの間に位相差板７１を配し、その遅相軸方向と液
晶の配向方向とが略直交するように構成されている。こ
こでいう略直交とは両者の交角が７０゜〜１１０゜の範
囲にあることを言う。このとき、液晶の光学異方性と厚
さの積および位相差板の光学異方性と厚さの積をいずれ
も観察光の中心波長の略１／４、より具体的には、０．
１μｍ〜０．１８μｍの範囲が好ましく、より好ましく
は０．１２μｍから０．１６μｍの範囲に設定する。

【００１４】本構成例の液晶表示素子の偏光状態を模式
的に図７に示す。照明光Ｌ１１は上側の偏光板４２を通
って直線偏光Ｌ１２となって位相差板７１に入射する。
このとき、入射偏光面と位相差板７１の遅相層軸の成す
角が略４５゜（３５゜〜５５゜）であり、かつ位相差板
のΔｎｄが前記の範囲であると、位相差板を通過するこ
とによって光は円偏光Ｌ１２となり、液晶セル９０に入
射する。このとき液晶の配向がＵ状態であり、かつ、入
射偏光面と液晶の配向方向の成す角が略４５゜（３５゜
〜５５゜）であり、かつ液晶のΔｎｄが前記の範囲であ
ると〔図７の（ａ）〕、液晶を透過した光は再度元の直
線偏光Ｌ１４に戻される。この光は反射層５１で反射さ
れ、再度液晶層、位相差板７１の順で通過する。この反
射光にも前記の入射光と同様な偏光の変化を生じ、結局
光の偏光状態は変わることなく偏光板４２から出射す
る。従ってこのとき素子は白状態となる。一方、液晶層
がＴ状態の時〔図７の（ｂ）〕、位相差板７１から出射
した円偏光Ｌ１３は液晶によって偏光状態をほとんど変
えられることなく進行、反射され、再度位相差板７１に
入射する。この光は位相差板の複屈折によって偏光板４
２の偏光軸と直交した偏光面を有する直線偏光Ｌ１７に
変換されるので、偏光板４２を通過することができず、
このため素子は黒く観察される。このように、本構成に
おいても第１の例と同様に白黒の表示が行えることとな
るが、Ｕ状態で白でＴ状態で黒と第一の例とは白黒が反
転した表示とすることができる。

【００１５】ここで用いる位相差板としては、ポリカー
ボネートやポリビニルアルコールなどの延伸フィルムや
配向した高分子液晶膜、および、平行配向させた液晶セ
ルなどを用いることができ、また、光反射板としては、
前記のものを用いることができる。さらに、本構成例の
液晶表示素子においても、前記第１の構成例の液晶表示
素子と同様にカラーフィルターを設けてカラー表示を行
わさせることができる。

【００１６】配向膜界面での液晶の配向は、基板面に対
して液晶分子が０．５゜〜３０゜の範囲で傾斜配向した
チルト配向が好ましい。このような配向は、ポリイミド
やポリアミド、ポリビニルアルコールなどの高分子膜を
ラビングする方法や、金属酸化物を斜め蒸着する方法な
ど従来公知の傾斜配向方法を用いることができる。

【００１７】実施例１電極幅が３００μｍで電極間が３０μｍのストライプ状
の透明電極を有する１．１ｍｍ厚のガラス基板にポリイ
ミド（日本合成ゴム製ＡＬ３０４６）を塗布し、ラビン
グ処理を行った。同様の処理を行った別の基板と先の基
板を配向処理面が対向し、電極が直交するようにシリカ
ビーズスペーサーを介して重ね合わせ、基板間の空隙に
液晶を注入した。液晶としては、メルク製のネマティッ
ク液晶ＺＬＩ３４１２−０００（Δｎ＝０．０７９）に
右回りねじれを誘起するメルク製のキラルネマティック
液晶Ｓ８１１を添加してピッチ（Ｐ）を調整した。液晶
層の厚さ（ｄ）はスペーサーの粒径により１．７μｍに
調整した。ｄ／Ｐの値は０．６とした。上下のラビング
の方向は反平行となるように構成した。このセルの上部
に偏光板をその透過軸がラビングの方向と４５゜の角度
を成すように配置し、セルの裏側にはアルミ反射板を設
けた。この素子に電圧を印加してＴ状態とＵ状態の間で
スイッチングさせたところ、それぞれ白と黒の表示が得
られ、白状態の明るさは、反射型のツイステッドネマテ
ィック方式の液晶表示素子より明るかった。

【００１８】実施例２実施例１において、下基板の透明電極の代わりに同様の
パターン加工されたアルミ蒸着膜を用い、下側反射板を
設けずに素子を作成した。この素子も実施例１と同様の
良好な白黒表示が行えた上、実施例１では見られた斜め
から見た場合の画像の浮き上がりは見られなかった。

【００１９】実施例３上基板として幅が１００μｍでパターン間が１０μｍの
３色（赤、緑、青）のストライプ状のカラーフィルター
を形成し、その上に透明電極を形成した基板を用い、他
は実施例１と同様にして本発明になる液晶表示素子を作
成した。この素子を動作させたところ、良好なカラー表
示が行えた上、斜めから見た場合の視差による色の混色
が起こらず、良好な色純度が広い視角にわたって得られ
た。

【００２０】

【効果】本発明の液晶表示素子は、偏光板と反射板をそ
れぞれ１枚用いることで表示を行わせることができ、従
来の偏光板２枚と反射板を１枚用いる方式に比べて素子
の構成を簡略化することができる。また、偏光板を１枚
しか用いないために、偏光板による光の損失が少なく、
より明るい表示を行わせることができる。また、請求項
３および請求項４の発明においては、反射層をセルの内
面に形成した本発明の液晶表示素子では、前記効果に加
えて反射層そのものを画素電極に用いるため、素子の構
成をより簡略化および液晶層と反射層の間の距離をなく
すことができるため、文字の浮遊感をなくすことがで
き、一層の高い表示品質が得られる。さらに請求項５の
発明においては、液晶層とカラーフィルターと反射板が
隣接して配置されるため、前記各効果に加えて、斜めか
ら見た場合の視差による色の混色が起こらず、良好な色
純度が広い視角にわたって得られると言う効果を有す
る。また、本発明になる液晶表示素子は高いコントラス
トを有するため、このようなカラーフィルターと組み合
わせた場合にも良好な光のスイッチングが行え、そのた
め、素子の色純度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の第１の構成例を模式的
に示した図である。

【図２】液晶セル中の液晶の配向状態を模式的に示した
図である。

【図３】本発明の液晶表示素子の偏光状態を模式的に示
した図である。（ａ）液晶表示素子が黒く見える状態の場合（ｂ）液晶表示素子が白く見える状態の場合

【図４】光反射層を液晶セルの内側に配置し、画素電極
が光反射層を兼ねる液晶表示素子の構成を示す図であ
る。

【図５】図４の液晶表示素子において、画素電極に対応
したカラーフィルターを配置した液晶表示素子の構成を
示す図である。

【図６】本発明の液晶表示素子の第２の構成例を模式的
に示す図である。

【図７】図６に示す液晶表示素子の偏光状態を模式的に
示す図である。（ａ）液晶表示素子が白く見える状態の場合（ｂ）液晶表示素子が黒く見える状態の場合

【符号の説明】

１１下基板１２上基板２１電極２２電極３０液晶層３１配向層３２配向層４２偏光板５１光反射板（兼画素電極）７１位相差板８１カラーフィルター９０液晶セル４２１偏光板の透過軸方向Ｌ１照明光Ｌ２直線偏光Ｌ３円偏光Ｌ４円偏光の反射光Ｌ５偏光面が９０゜回転した直線偏光Ｌ３ｂ直線偏光Ｌ４ｂ直線偏光Ｌ５ｂ直線偏光Ｌ１１照明光Ｌ１２直線偏光Ｌ１３円偏光Ｌ１４直線偏光Ｌ１５円偏光Ｌ１６円偏光Ｌ１７直線偏光Ｕねじれの無い状態Ｐ１８０゜ねじれた状態Ｔ３６０゜ねじれた状態

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者亀山健司東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者松本文直東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者宮垣一也東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配向処理の方向が略平行であって、基板
界面での液晶の傾きが上下基板で略平行となるように配
向処理の施された透明電極を有する一対の基板間に、液
晶層厚の１．１倍から２倍の自然ピッチを有する誘電異
方性が正のコレステリック液晶を挾持し、液晶分子が厚
み方向に略３６０゜ねじれた第一の配向状態と第一の状
態よりねじれ角が３６０゜小さい第二の配向状態の二つ
の配向状態を電界を印加することによって切り替えるこ
とのできる液晶セル（Ａ）と、観察者に対して液晶層よ
り裏面に形成された非偏光解消性の光反射部材（Ｂ）
と、観察者に対して液晶層より前面に配置され、その吸
収軸または吸収軸が、基板界面での液晶の配向方向と略
４５゜の角度を成すように配置された偏光板（Ｃ）とか
ら構成され、液晶の光学異方性と厚さの積が観察光の中
心波長の略１／４としたことを特徴とする液晶表示素
子。
【請求項２】配向処理の方向が略平行であって、基板
界面での液晶の傾きが上下基板で略平行となるように配
向処理の施された透明電極を有する一対の基板間に、液
晶層厚の１．１倍から２倍の自然ピッチを有する誘電異
方性が正のコレステリック液晶を挾持し、液晶分子が厚
み方向に略３６０゜ねじれた第一の配向状態と第一の状
態よりねじれ角が３６０゜小さい第二の配向状態の二つ
の配向状態を電界を印加することによって切り替えるこ
とのできる液晶セル（Ａ）と、観察者に対して液晶層よ
り裏面に形成された非偏光解消性の光反射部材（Ｂ）
と、観察者に対して液晶層より前面に配置され、その吸
収軸または吸収軸が、基板界面での液晶の配向方向と略
４５゜の角度を成すように配置された偏光板（Ｃ）と、
偏光板と液晶層の間に配置され、その遅相軸方向が液晶
の配向方向と略直交するように配置された位相差板
（Ｄ）から構成され、液晶の光学異方性と厚さの積およ
び位相差板の光学異方性と厚さの積が観察光の中心波長
の略１／４であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】光反射層が液晶セルの観察者に対して反
対側の基板内面に配置されたものである請求項１または
２記載の液晶表示素子。
【請求項４】透明電極に代えて光反射層を兼ねる画素
電極を用いる請求項３記載の液晶表示素子。
【請求項５】基板内面に画素電極に対応して配置され
たモザイク状のカラーフィルターを有する請求項１、
２、３または４記載の液晶表示素子。