JPH11249110A - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶高分子複合層の散乱強度の指向性を利用
することにより、表示の明るさを増大し、実用的な条件
で表示品位を大きく損ねることのない高分子分散型の液
晶表示装置を提供する。 【解決手段】 液晶表示部４１が横長形状に形成されて
いることにより、液晶表示部４１に対して上下方向から
入射する外光量は少なく、左右方向から入射する外光量
は多くなっている。このような外光量の方位角分布に対
して、外光量の入射量の多い左右方向に光散乱強度の指
向性が存在するように液晶層の液晶分子の配向方向及び
ツイスト角を設定して液晶セルを構成する。

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及び電
子機器に係り、特に、高分子分散型の液晶高分子複合層
を備えた液晶表示装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液晶と高分子とを相互に分散
させてなる液晶高分子複合層を有する高分子分散型の液
晶表示装置が開発されている。近年、この高分子分散型
の液晶表示装置は各種機器に採用されるようになってき
ており、たとえば、デジタル式の腕時計の時刻表示部と
しても用いられている。

【０００３】現在、液晶表示装置としては、偏光板を用
いたＴＮ型、ＳＴＮ型などの液晶パネルを用いたものが
一般的であるが、高分子分散型の液晶表示装置は偏光板
を用いる必要がないため、表示の明るさを容易に得るこ
とができることから、特に表示の明るさが求められる反
射型の液晶表示装置として用いられることが多い。反射
型の高分子分散型の液晶表示装置においては、液晶高分
子複合層の背後に反射面を配置し、電界によって液晶高
分子複合層を光散乱状態と光透過状態とに制御して表示
を行う。白黒表示の場合、液晶高分子複合層が光散乱状
態になると、外光は液晶高分子複合層によって散乱され
て白色となる。また、液晶高分子複合層が光透過状態に
なると、外光は液晶高分子複合層に入射してから反射面
にて反射され、反射面からの正反射光が目に入らないよ
うにすることで黒色表示を実現するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記高分子
分散型の液晶表示装置においては、たとえば、液晶高分
子複合層の内部の液晶分子にツイスト角を与えないか、
或いは１８０度以下の小さなツイスト角しか与えない場
合には、光散乱状態における散乱強度において方位角に
対する強い指向性が発生する。このため、液晶表示面を
見る角度によっては充分なコントラストが得られず、表
示品位を大きく損ねる原因となっている。

【０００５】上記の方位角に対する散乱強度の強い指向
性は、液晶分子のツイスト角を大きくすることによって
解消することができるが、指向性を充分に解消するには
ツイスト角を３６０度以上にする必要がある。しかし、
このように高いツイスト角を形成しても、全方位角に亘
って平均的な散乱強度が得られるものの散乱強度自体は
低下し、必ずしも充分な明るさが得られないとともに、
高いツイスト角を形成することにより液晶パネルのギャ
ップのばらつきにより表示ムラが発生し易く、また、駆
動電圧も高くなるという問題点がある。

【０００６】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、その課題は、液晶高分子複合層の散乱強度の指
向性を利用することにより、表示の明るさを増大し、実
用的な条件で表示品位を大きく損ねることのない高分子
分散型の液晶装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、２枚の基板間に配置され、液
晶と高分子とが相互に分散してなる液晶高分子複合層を
備え、該液晶高分子複合層に電界を印加することにより
光散乱状態と光透過状態とを制御してなる液晶装置にお
いて、前記液晶高分子複合層が前記光散乱状態にある場
合における方位角に対する散乱強度の増減分布を、前記
液晶高分子複合層への方位角に対する外光入射量の増減
分布に対応させて構成したことを特徴とする。

【０００８】この手段によれば、液晶高分子複合層の方
位角に対する散乱強度の増減分布を方位角に対する外光
入射量の増減分布に対応させて構成すること、すなわ
ち、散乱強度の高い方位角領域を外光入射量の多い方位
角領域に合わせることにより、外光入射量を有効に散乱
させて表示を明るくすることができるので、表示品位を
向上させることができる。

【０００９】ここで、前記外光入射量分布は、相互にほ
ぼ１８０度の間隔を有して対向する２つの方位角領域に
おいて高くなるように構成されている場合がある。

【００１０】高分子分散型の液晶表示装置においては、
特にツイスト角の小さい領域、例えば０〜３００度、好
ましくは０〜２００度のツイスト角を有する場合に相互
にほぼ１８０度の間隔を有して対向する２つの方位角領
域において光散乱強度が高くなる。上記のツイスト角範
囲では、光散乱強度の指向性により良好な散乱特性の得
られる方位角領域は狭くなるものの散乱強度自体は大き
くなるため、光散乱強度の高い方位角領域を外光入射量
の多い方位角領域に合わせることにより、外光を有効に
利用して表示を明るくすることができる。ツイスト角の
小さい状態で高分子分散型の液晶表示装置を構成するこ
とは、上述の散乱強度の良好な指向性が得られることの
他に、セルギャップのばらつきによる表示ムラの発生を
低減することができるとともに駆動電圧を低減すること
ができる点で好ましい。

【００１１】上記各手段においては、前記散乱強度分布
は、前記液晶高分子複合層中における液晶分子の配向状
態により制御されていることが好ましい。後述するよう
に、散乱強度分布は、実際、液晶高分子複合層中におけ
る液晶分子の配向状態を制御することにより容易に設計
することができる。

【００１２】この場合には特に、前記散乱強度分布は、
前記液晶高分子複合層中における液晶分子の配向方向及
びツイスト角により制御されていることが望ましい。こ
の手段によれば、液晶分子の配向方向及びツイスト角を
制御することにより散乱強度分布を容易に所望の分布に
形成することができる。液晶分子の配向方向及びツイス
ト角は基板内面のラビング処理の方向やカイラル剤の添
加等により容易に制御できる。

【００１３】上記各手段において、前記外光入射量分布
は、前記液晶高分子複合層に入射する外光の入射角度範
囲の制限により形成されている場合がある。この場合に
は、外光を受ける液晶表示部において構造的に外光の入
射角度範囲が制限されているため、液晶高分子複合層の
散乱強度の指向性を外光入射量分布に合わせることによ
り、液晶表示部の受光構造に合わせて外光の利用効率を
最適化できる。この場合の例としては、次のような状況
が考えられる。液晶表示部を所定方向に長く形成する
と、液晶表示部の入射窓と液晶高分子複合層との厚さ方
向の間隔により、液晶表示部の長手方向に見た外光の入
射角範囲は広くなり、長手方向とは直交する方向に見た
外光の入射角範囲は狭くなるため、必然的に、長手方向
の方位角からの外光の入射量は増加し、長手方向と直交
する方向の方位角からの外光の入射量は減少する。

【００１４】上記各手段に記載の液晶表示装置は、電子
時計、コンピュータ、その他の電子機器の主要表示部と
して、あるいはプリンタその他の電気機器における付属
的な表示部として構成できる。特に、反射型液晶表示装
置の表示を明るくすることができる点で、電子腕時計、
携帯情報端末、携帯電話などの携帯電子機器に用いるこ
とが効果的である。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る実施形態について説明する。図６は、本発明に係
る液晶表示装置、特に反射型の液晶装置を構成した場合
の概略構成を示す概略縦断面図である。この実施形態で
は、無機ガラスからなる透明な前面側基板１０と背面側
基板２０との間に液晶層３０が図示しないシール材によ
って封止されている。

【００１６】前面側基板の内面上にはＩＴＯ（インジウ
ムスズ酸化物）などからなる透明電極１１が形成され、
この透明電極１１上に全面的にポリイミド樹脂、ポリビ
ニルアルコールなどからなる配向膜１２が塗布され、乾
燥若しくは焼成により形成される。この配向膜１２の表
面には、所定方向、たとえば、図示左右方向にラビング
処理が施される。一方、背面側基板２０の内面上には、
ＡｌやＣｒなどの金属を蒸着、スパッタリング等により
被着して反射電極２１が形成されている。この反射電極
２１の表面上にも、上記ど同様の配向膜２２が形成さ
れ、上記と同様に液晶層３０内の液晶分子の配向方向及
びツイスト角に応じた方向にラビング処理が施される。

【００１７】単純マトリクス型液晶装置の場合には透明
電極１１と反射電極２１とは相互に直交する方向に伸び
るストライプ状に形成され、ＴＦＴ（薄膜トランジス
タ）やＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子などのアクテ
ィブ素子を備えたアクティブマトリクス型の液晶装置で
は、透明電極１１は全面、もしくはストライプ状であ
り、反射電極は画素領域毎に分離した平面矩形状などの
独立形状に形成されている。

【００１８】本実施形態の液晶層３０は液晶高分子複合
層であり、液晶層３０の内部には液晶分子と高分子とが
互いに分散した状態にて存在している。この状態として
は、液晶中に高分子粒子が分散した状態のもの、液晶中
に多量の高分子粒子が連接するように配置されているも
の、ゲル状高分子の網の目状の骨格内に液晶が含まれる
ものなど、種々の態様のものがある。

【００１９】この場合、液晶と光若しくは電子線などで
重合させることが可能な高分子前駆体とを相溶させた溶
液を空セル内に注入した後、光や電子線などを照射する
ことによって高分子前駆体を重合させ、相分離によって
液晶中に高分子を析出させることにより液晶層３０を形
成することが好ましい。液晶としては誘電異方性及び屈
折率異方性を備えたものであれば種々の液晶を用いるこ
とができる。ここで、液晶が正の誘電異方性を備えてい
る場合には基板表面のラビング処理によって液晶を水平
配向させ、液晶が負の誘電異方性を備えている場合には
液晶を垂直配向させることが好ましい。特に、この方法
にて液晶層を形成する場合、液晶と高分子の双方を所定
方向に配向させることができる。

【００２０】高分子前駆体としては、ビフェニルメクリ
レートその他のメタクリレート、アクリレート、その他
のビニル化合物などの光或いは電子線重合性の化合物、
エポキシ化合物などの熱重合性の化合物を用いることが
できる。熱重合性の化合物については適度な温度まで加
熱して高分子を相分離させることができる。また、高分
子としてエチルセルロースのような熱可塑性の化合物を
用いることができ、この場合には、加熱状態で液晶と混
合させた後、空セル内に注入して冷却すれば高分子を相
分離させることができる。なお、液晶成分中にカイラル
成分を混入することにより、表示のコントラストや視角
依存性を向上させることができる。

【００２１】本実施形態において高分子分散型の液晶層
３０を形成する具体例としては、たとえば、液晶として
メルク社製の「ＢＬ００７」（商品名）を９０ｗｔ％、
カイラル成分としてメルク社製の「ＣＢ１５」（商品
名）を１〜３ｗｔ％（但し、ツイスト角に応じて当該範
囲にこだわらずに適宜調整する。）、高分子前駆体とし
てビフェニルメタクリレートを７ｗｔ％混合してなる溶
液を作成し、この溶液を前面側基板１０、背面側基板２
０及びシール材からなる基板間ギャップが５ミクロン程
度の空セル内に注入し、封止してから、紫外線を照射し
て液晶中に高分子粒子を相分離させる。紫外線の照射量
を適宜に設定すると、駆動電圧が５ボルト程度となり、
時計用ＩＣでも十分駆動できるものとなる。このような
液晶層の形成方法では液晶成分の割合は５０〜９５ｗｔ
％程度であることにより、駆動電圧と表示態様とを実用
的な範囲に設定することができる。

【００２２】このような液晶層３０においては、電界無
印加状態では、液晶層内の液晶と高分子粒子とが共に水
平に配向して液晶と高分子粒子の光屈折率がほぼ等しく
なるために光透過状態になる。一方、所定のしきい値を
越える電界を印加した状態では、電界が印加された領域
において誘電異方性を有する液晶が垂直に配向するとと
もに、液晶は屈折率異方性をも備えているので高分子の
光屈折率との間に差が生じ、光散乱状態となる。

【００２３】このため、数字、文字、図形などの表示内
容に応じた領域にしきい値を越える電圧を印加すること
により白濁させることができる。この場合に、液晶層３
０に所定の電界を印加するために前面側基板１０と背面
側基板２０の内面上にマトリクス状の多数の電極を形成
しておいてもよく、或いはまた、数字、文字、図形のう
ちの或る限定された数の表示内容のみを表示すれば足り
る場合には、一方の基板内面に幾つかのセグメント電極
を形成し、他方の基板内面にコモン電極を形成してもよ
い。また、液晶と高分子との屈折率の設定により、電界
無印加状態で光散乱状態になり、電界印加状態で光透過
状態になるように構成することも可能である。

【００２４】図５は、上記液晶表示装置において液晶層
３０を光散乱状態にしたときの方位角に対する光散乱強
度の分布を示すものである。図中の（ａ）〜（ｇ）の円
形状の各ダイヤグラムは、液晶層３０を光散乱状態にし
た液晶パネルに対して入射角３０度で白色光を照射した
場合のパネル面の法線方向の反射率を測定したものであ
り、半径方向に白色標準板を１００とした場合の相対反
射率をとり、入射光の方位角（０〜３６０度）を回転方
向にとっている。

【００２５】図５（ａ）は、前面側基板のラビング方向
を図示の方位角１８０度の方向とし、背面側基板のラビ
ング方向を図示の方位角０度の方向として、液晶分子の
ツイスト角を０度とした場合を示す。図５（ｂ）は、前
面側基板のラビング方向を図示の方位角９０度の方向と
し、背面側基板のラビング方向を図示の方位角０度の方
向として、液晶分子のツイスト角を９０度とした場合を
示す。図５（ｃ）は、前面側基板のラビング方向及び背
面側基板のラビング方向を図示の方位角０度の方向とし
て、液晶分子のツイスト角を１８０度とした場合を示
す。図５（ｄ）は、前面側基板のラビング方向を図示の
方位角２７０度の方向とし、背面側基板のラビング方向
を図示の０度の方向として、液晶分子のツイスト角を２
７０度とした場合を示す。図５（ｅ）は、前面側基板の
ラビング方向を図示の方位角９０度とし、背面側基板の
ラビング方向を図示の方位角０度の方向として、液晶分
子のツイスト角を３６０度とした場合を示す。図５
（ｆ）は、前面側基板のラビング方向を図示の方位角１
３５度の方向とし、背面側基板のラビング方向を図示の
方位角０度の方向として、液晶分子のツイスト角を４０
５度とした場合を示す。図５（ｇ）は、前面側基板のラ
ビング方向を図示の方位角９０度とし、背面側基板のラ
ビング方向を図示の方位角０度として、液晶分子のツイ
スト角を４５０度とした場合を示す。

【００２６】液晶層３０内の液晶のツイスト角及びツイ
スト方向（ツイストする回転方向）は、カイラル剤の種
類や量、前面側基板及び背面側基板のラビング方向など
によって制御できる。図５に示すように、液晶層３０の
ツイスト角がほぼ０〜３００度の範囲内においては光散
乱強度の指向性が見られ、その指向性の方向は液晶分子
の配向方向に応じて決定されている。一般にツイスト角
が小さいほど指向性は強くなる。すなわち、ツイスト角
が小さいほど、光散乱強度の最大値が高くなると同時に
光散乱強度の強い方位角領域は狭くなる。ツイスト角の
範囲は０〜２００度の範囲内であることが光散乱強度を
より高くする点でさらに好ましい。

【００２７】特に、図５（ａ）〜（ｄ）に示すようなツ
イスト角が０〜３００度の範囲の光散乱強度の指向性を
有する液晶層３０を用いた液晶表示装置においては、光
散乱強度の指向性を光入射量の多い方位角に合わせるこ
とにより、明るくコントラストの高い表示が得られる。
このような液晶表示装置の例としては、特定の方向に照
明体を配置して入射光量を高めた一体型の液晶表示装置
や、特定の方向の光をより有効に利用するために、前面
側基板自体若しくはさらにその前面側に配置したパネル
部材を特定方向の光を集光するレンズとして構成した液
晶表示装置などが考えられる。

【００２８】次に、上記のような液晶表示装置及びこれ
を備えた電子機器の実施形態について説明する。図１
は、本実施形態の電子腕時計の外観を示すものである。
近年、電子腕時計としては種々のデザインのものが製造
されているが、本実施形態では腕時計本体４０に横長の
液晶表示部４１が設けられている。液晶表示部４１に
は、図２に示すように表面レンズ４１ａが取り付けら
れ、この表面レンズ４１ａの内部に液晶セル４１ｂが配
置されている。この液晶セル４１ｂは、図６に示すもの
と同様の構造を有する。

【００２９】表面レンズ４１ａは、図２（ａ）に示す平
面図における上下方向及び左右方向のいずれにも湾曲し
た表面を備えており、図２（ｂ）に示すように、表面レ
ンズ４１ａに対して傾斜して入射する外光を屈折させて
その入射角を小さくした状態で液晶セル４１ｂに光を入
射させる。このため、水平方向に近い大きな入射角で入
射した外光によるヘイズ（不要散乱）を低減することが
できる。

【００３０】図３は、上記腕時計本体４０の表面側部分
を示す一部断面図である。この実施形態では、図２
（ａ）における表面レンズ４１ａの上下方向の長さは短
く、左右方向の長さは長くなっているので、図３（ａ）
に示すように表面レンズ４１ａの上下方向の外光の入射
角範囲θ１は狭く、図３（ｂ）に示すように表面レンズ
４１ｂの左右方向の外光の入射角範囲θ２は広くなって
いる。特に、図３（ｂ）に示すように、表面レンズ４１
ｂの左右側端部はケース体に覆われることなく側方に露
出されているため、入射角範囲θ２はさらに大きくなっ
ている。

【００３１】上記のような構造により、本実施形態で
は、液晶表示部４１に対して図２（ａ）の上下方向から
入射する外光量は少なく、左右方向から入射する外光量
は多くなっている。このような外光量の方位角分布に対
して、本実施形態では、外光量の入射量の多い左右方向
に光散乱強度の指向性が存在するように液晶セル４１ｂ
を配置している。図４には、本実施形態の平面図と液晶
セル４１ｂの光散乱強度の指向性を示すグラフとを重ね
合わせて示してある。このように液晶セルへの外光の入
射量の増減分布と液晶セルの光散乱状態における光散乱
強度の増減分布とを対応させること、すなわち、外光の
入射量の多い方位角領域に光散乱強度の強い方位角領域
を合わせることにより、外光を効率良く取り込んで液晶
表示部４１の明るさ、特に、光散乱状態の明るさを高め
ることができ、表示のコントラストも向上する。

【００３２】上記実施形態では液晶表示部４１の形状が
横長形状となっていることにより液晶表示部４１に対す
る外光の入射角範囲が方位によって異なり、その結果、
外光入射量が方位によって増減するようになっている。
このような場合、例えば全方位に亘ってほぼ等しい光散
乱強度分布を備えた図５（ｅ）〜（ｇ）に示すような液
晶セルを用いても、左右方向から入射する外光を有効に
利用することができず、表示を明るくすることができな
い。これに対して、本実施形態では、外光入射量の多い
左右方向に光散乱強度の指向性方向を合わせているた
め、左右方向から入射する外光を有効に散乱させること
ができ、充分な明るさを得ることができる。

【００３３】本実施形態においては図１又は図２に示す
形状の液晶表示部４１により外光の入射角範囲が制限さ
れている場合について示したが、本発明はこのような場
合に限らず、液晶表示部４１の特定方位に存在する側面
から光を照射するような場合、或いは、液晶表示部４１
の前面側に透明な導光板が配置され、側方に配置された
照明体から導光板内に光が導かれ、導光板から特定の方
位に傾斜した射出光が液晶セルに照射されるような場合
にも有効である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、液
晶高分子複合層の方位角に対する散乱強度の増減分布を
方位角に対する外光入射量の増減分布に対応させて構成
したことにより、外光入射量を有効に散乱させて表示を
明るくすることができるので、表示品位を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置を用いた電子腕時計
の実施形態の外観を示す斜視図である。

【図２】同実施形態の電子腕時計の平面図（ａ）及び表
面レンズの作用を示す説明図（ｂ）である。

【図３】同実施形態の電子腕時計の本体表面側を相互に
直交する断面で切断した状態を示す部分断面図（ａ）及
び（ｂ）である。

【図４】同実施形態の電子腕時計の本体の平面図と液晶
セルの光散乱強度グラフとを重ね合わせて示す説明図で
ある。

【図５】本発明に係る液晶表示装置の実施形態の液晶層
の光散乱強度と入射方位角との関係を示すグラフ（ａ）
〜（ｇ）である。

【図６】同実施形態の液晶セルの構造を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１０ 前面側基板 １１ 透明電極 １２，２２ 配向膜 ２０ 背面側基板 ２１ 反射電極 ３０ 液晶層 ４０ 腕時計本体 ４１ 液晶表示部 ４１ａ 表面レンズ ４１ｂ 液晶セル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の基板間に配置され、液晶と高分子
   とが相互に分散してなる液晶高分子複合層を備え、該液
   晶高分子複合層に電界を印加することにより光散乱状態
   と光透過状態とを制御してなる液晶装置において、前記
   液晶高分子複合層が前記光散乱状態にある場合における
   方位角に対する散乱強度の増減分布を、前記液晶高分子
   複合層への方位角に対する外光入射量の増減分布に対応
   させて構成したことを特徴とする液晶装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記外光入射量分布
   は、相互にほぼ１８０度の間隔を有して対向する２つの
   方位角領域において高くなるように構成されていること
   を特徴とする液晶装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記散
   乱強度分布は、前記液晶高分子複合層中における液晶分
   子の配向状態により制御されていることを特徴とする液
   晶装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記散乱強度分布
   は、前記液晶高分子複合層中における液晶分子の配向方
   向及びツイスト角により制御されていることを特徴とす
   る液晶装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２において、前記外
   光入射量分布は、前記液晶高分子複合層に入射する外光
   の入射角度範囲により形成されていることを特徴とする
   液晶装置。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５までのいずれか１
   項に記載の液晶装置と凸レンズ効果を有するカバーとを
   備えた電子機器。