JPH1184373A

JPH1184373A - 反射型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1184373A
Application number: JP9241523A
Authority: JP
Inventors: Teruo Ebihara; 照夫海老原; Shigeru Senbonmatsu; 茂千本松; Ko Taniguchi; 香谷口; Shunichi Motte; 俊一物袋; Takakazu Fukuchi; 高和福地; Hiroshi Sakama; 弘坂間; Masafumi Hoshino; 雅文星野; Osamu Yamazaki; 修山崎; Naotoshi Shino; 直利篠; Shuhei Yamamoto; 修平山本
Original assignee: Seiko Instruments Inc; Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc; Seiko Precision Inc
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】干渉フィルターから正反射される光が観測者
の視界に入らない反射型カラー液晶表示装置を低コスト
で提供する。【解決手段】上基板と下基板とからなる１対の電極基
板１１Ａ、１１Ｂと両基板間に挟持された散乱型液晶層
１３とを含み、散乱型液晶層１３の背後に少なくとも１
種類以上のブラッグ反射層２０が配置してあり、ブラッ
グ反射層２０の背後に拡散反射層３０が配置してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、ペーパーホワイト地に明
るく美観に優れたカラー表示を行うことができ、併せて
低電圧と低電流の動作を達成できる反射型カラー液晶表
示装置に関するものであり、時計、携帯電話、携帯情報
端末などに利用されるものである。

【０００２】

【従来技術】液晶表示装置は、薄型で消費電力が少ない
など多くの優れた特徴を有するため、色々な用途の機器
の表示パネルとして多用されている。液晶表示装置の表
示方式としては、ＴＮ（ツイスト・ネマチック）モード
やＳＴＮ（スーパー・ツイスト・ネマチック）モードに
代表されるような偏光板を１枚ないし２枚用いて液晶に
よる複屈折や旋光性を利用した方式が一般的に用いられ
ている。

【０００３】一方、相転移モ−ドおよび高分子分散モ−
ドなどに代表されるような偏光板を使用せず液晶による
光散乱性を利用した表示方式がある。これら光散乱方式
はＴＮモード、ＳＴＮモードと違い偏光板が不要なた
め、偏光板による光の吸収損失を生ぜず、光を有効に利
用できるため、明るい表示が可能となる。近年、光散乱
方式の中でも特に高分子分散型液晶パネルが、低電圧化
や低ヒステリシス化などが可能であることから注目を集
めている。高分子分散型液晶パネルは、少なくとも一方
が透明な電極を設けた一対の電極基板の間に高分子の層
を配置し、この高分子層の中に正の誘電異方性を有する
ネマチック液晶を小滴粒状または微小な連続相として分
散させた構造（以下「高分子分散型液晶層」と称す。）
をしており、一般的には偏光板や配向膜が不要であるた
めに、光の利用効率を８０％以上にすることが可能であ
るという特徴を有している。

【０００４】高分子分散型液晶パネルは、電圧無印加の
状態（ＯＦＦ状態）では光散乱作用により表示が乳白色
の状態となり、電圧印加の状態（ＯＮ状態）では光散乱
作用がなくなり表示が透明な状態となる。光散乱状態の
変化を利用する光散乱型の液晶表示装置としては、以上
説明したような高分子分散型液晶の他に、例えば相転移
型液晶表示装置などがある。

【０００５】光散乱型液晶表示装置としては、特開昭５
０−２０７４９号が知られている。ほぼ同じものとし
て、特開昭５９−１０９２４号がある。これらの技術に
共通した手段は、光散乱型液晶層の後方に非金属多重薄
膜やダイクロイックミラーなどのいわゆる干渉フィルタ
ーを配置し、さらに後方に紙や塗料などの散乱反射板を
配置するものである。また、光散乱型液晶には、動的散
乱モード（ＤＳＭ）や相転移モードなどの光散乱モード
液晶が使用されている。

【０００６】図１７は、従来の光散乱型液晶を使用する
反射型液晶表示装置の一例を示す断面図である。図１７
に於いて、液晶パネル１０は、透明電極１２Ａ、１２Ｂ
を備えた１対の透明基板１１Ａ、１１Ｂと、該透明基板
１１Ａ、１１Ｂとの間に狭持された高分子型分散液晶層
１３Ａと、下基板１１Ｂの前面に設けられた干渉フィル
ター１５とにより構成され、さらに、前記液晶パネル１
０の裏面側（図において下側）に拡散反射板５０を配置
した構造となっている。以下に、図１８と図１９を用い
て表示原理について説明する。

【０００７】図１８は電圧無印加状態の説明図であり、
高分子型分散液晶層１３Ａ中の液晶分子は、電圧が印加
されていない状態では色々な方向を向いており、この状
態では、高分子型分散液晶層１３Ａに入射した光は液晶
と高分子の界面での光散乱作用により散乱される。即
ち、図１８に示すように、電圧無印加の場合、外部から
入射した光Ｌ１は高分子分散層１３Ａによって散乱され
る。そして、入射光Ｌ１の後方散乱成分Ｌ２の一部は視
認方向に進み、観測者の目Ｓ０に入り白色表示として視
認される。

【０００８】ここで、高分子型分散液晶層１３Ａなどの
散乱型液晶層の光散乱状態では、一般的に前方散乱成分
の割合がかなり大きい。発明者らの製作した高分子分散
型液晶パネルの測定結果では、光散乱状態に於いて、後
方散乱光が１５％〜２５％、前方散乱光が７５％〜８５
％という割合であった。このため、入射光のうちかなり
の割合の光が前方散乱光Ｌ３となり、この前方散乱光Ｌ
３は干渉フィルター１５に入射し、干渉フィルター１５
は特定の波長の光Ｌ４を正反射し、残りの光Ｌ６を透過
する。透過した光Ｌ６は散乱反射板５０に入射する。そ
して光Ｌ６が拡散反射光Ｌ７となる。拡散反射光Ｌ７
は、再度、高分子分散液晶層１３Ａに入射し、高分子分
散液晶層１３Ａで散乱され、光強度の比較的強い前方散
乱光Ｌ１０として観測者の目Ｓ０に到達することにな
る。干渉フィルター１５で正反射した光Ｌ４もまた高分
子分散液晶層１３Ａで散乱され、光強度の比較的強い前
方散乱光Ｌ１０として観測者の目Ｓ０に到達することに
なる。このため、液晶パネル１０に入射した光のほとん
どが観測者の目Ｓ０に到達できるため、明るい白色とな
って見える。

【０００９】図１９は電圧印加状態の説明図であり、透
明電極１２Ａ、１２Ｂの間に液晶の飽和電圧以上の電圧
を印加すると、液晶分子が前記基板１１Ａ、１１Ｂ面に
対してほぼ垂直に配列する。この状態では、液晶と高分
子の界面での光散乱作用がなくなり、高分子型分散液晶
層１３Ａは透明状態となる。したがって、図１９に示す
ように、入射光Ｌ１は高分子型分散液晶層１３Ａをほぼ
そのまま透過し、干渉フィルター１５で特定の波長の光
Ｌ４を正反射し、残りの光Ｌ６を透過する。反射光Ｌ４
は観測者の視界に入らない領域に反射され、透過光Ｌ６
が散乱反射板５０まで到達する。このため、透過光Ｌ６
が散乱反射板５０により拡散反射光Ｌ７となる。拡散反
射光Ｌ７は、再び高分子型分散液晶層１３Ａを透過し
て、観測者の目Ｓ０に到達する。したがって、観測者Ｓ
０は干渉フィルター１５により色分離された透過光Ｌ６
の色を視認することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したＴＮモードや
ＳＴＮモ−ドの光の利用効率は、偏光板による光の吸収
損失があるため理論的には５０％以下となり、表示が暗
くなってしまう。また、ＴＮモードやＳＴＮモードより
明るい表示が得られる特開昭５０−２０７４９号や特開
昭５９−１０９２４号に記載の表示装置には、以下のよ
うな欠点を有している。

【００１１】第１に、非金属多重薄膜やダイクロイック
ミラーなどのいわゆる干渉フィルターから反射される光
が正反射をするため、表示を見る角度によっては観測者
の視界に入り、視認性を悪化させる。第２に、非金属多
重薄膜やダイクロイックミラーなどのいわゆる干渉フィ
ルターは、真空蒸着などの真空プロセスで通常１５層以
上の薄膜を蒸着して制作する。このため、コスト的に大
変高価なものになってしまい、低コストで制作する必要
がある製品には使用できない。

【００１２】第３に、動的散乱モード（ＤＳＭ）を用い
た光散乱型液晶表示パネルは電流駆動であり、一般的な
ＴＮモードやＳＴＮモードに比較して、その消費電流は
１０倍〜１００倍である。よって、特にバッテリー寿命
を重視する時計などの小型携帯機器に搭載するのに適し
ていなかった。第４に、公知構造では、外光が暗くなっ
た時の照明に一般に普及しているバックライトが使用で
きない。その理由は、液晶表示パネルに干渉フィルター
を必要とするためである。液晶表示パネルの背後にバッ
クライトを置いても、バックライトの光は、まず干渉フ
ィルターを通過することによって色分離されてしまう。
このため、液晶の透明状態のところも散乱状態のところ
も透過色に色づけられ、表示のコントラストが得られな
くなる。また、散乱反射板を液晶表示パネルの背後に設
けるタイプのものでは、散乱反射板がバックライトの光
を透過できない。

【００１３】このため、外光の明るい時にのみ使用され
ることしかなかった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型カラー液
晶表示装置は、このような問題を解決するためになされ
たもので、駆動電圧が低く低消費電力で、高速で応答
し、正反射される光による視認性の低下が少なく、低コ
ストで製造でき、外光が明るいときには反射型で外光が
暗いときには内照型で使用できる反射型カラー液晶表示
装置を提供するために、散乱型液晶層の背後にブラッグ
反射層を設け、さらにその背後に拡散反射層を設けた構
成とした。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明による液晶表示装置は、そ
れぞれに電極が形成された上基板および下基板とその基
板間に挟持された散乱型液晶層とを備えるとともに、散
乱型液晶層の背後に設けられた少なくとも１種類以上の
ブラッグ反射層と、このブラッグ反射層の背後に設けら
れた拡散反射層を備える構成とした。ここで、ブラッグ
反射層は体積ホログラムであってもよく、このときは、
体積ホログラムの干渉縞の角度は電極面に対して２０度
以上４５度以下であることが好ましい。また、上基板及
び散乱型液晶層の端面から光を入射する光源を備えるこ
とが好ましい。また、上基板上に密着形成された導光板
と当該導光板端面から光を入射するようにしてもよい。
また、散乱型液晶層は、電圧印加により光散乱状態が変
化する高分子分散型液晶層又は相転移型液晶層であって
もよい。

【００１６】

【実施例】図１は、本実施例１の反射型液晶表示装置の
断面構造図である。図１に示すように、液晶パネル１０
は、パタ−ニングされた透明電極１２Ａ、１２Ｂを備え
た１対の透明基板１１Ａ、１１Ｂと、該透明基板１１
Ａ、１１Ｂとの間に狭持された散乱型液晶としての高分
子分散型液晶層１３より構成されている。

【００１７】また、液晶パネル１０の端面（図面左側）
には内照用の光源Ｓ１が図示しないパネル支持部に設け
られている。なお、セルギャップは１０μｍになるよう
に前記液晶パネル１０を作成した。液晶パネル１０の背
後（図１に於いて下側）にブラッグ反射層としての体積
ホログラム層２０を配置すると共に、体積ホログラム層
２０の背後に拡散反射層３０を配置した。

【００１８】本実施例１では、透明基板１１Ａ、１１Ｂ
に平滑で透明なガラス板を用いた。また、透明電極１２
Ａ、１２Ｂとして、スパッタリング法や真空蒸着法で形
成されるＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２膜（以下「ＩＴＯ膜」と
称す）からなる透明導電膜をホトリソグラフィーによっ
てパターニングしたものを用いた。なお、透明基板１１
Ａ、１１Ｂに透明高分子フィルムを用いても、透明電極
１２Ａ、１２ＢにＳｎＯ２膜を用いてもかまわない。

【００１９】本実施例１では、高分子分散型液晶層１３
を、紫外線（ＵＶ）により架橋反応し重合するアクリレ
ートモノマーなどの高分子樹脂と正の誘電異方性を有す
るネマチック液晶と紫外線硬化開始剤などを均一に混合
溶解させた混合溶液を空セルに注入し、紫外線露光によ
り高分子樹脂のみ硬化させ、正の誘電異方性を有するネ
マチック液晶を相分離させることにより製作した。

【００２０】高分子樹脂とネマチック液晶との配合量の
割合は、８：２〜１：９が好適である。なお、独立した
液晶小滴粒構造よりもポリマーネットワークの液晶連続
相構造の方が低電圧を実現し易い。したがって、４：６
〜１：９の範囲がより好ましい。より具体的には、ロデ
ィック社製「ＰＮＭ−１５６」を液晶材料とし、３０℃
の温度を保持しながら空セルに真空注入した。これを２
５．５℃の温度に保持しながら、メタルハライドランプ
で７５ｍＷ／平方センチメータの紫外線を２０秒間照射
して散乱型液晶層１７を有する液晶表示パネル３を作製
した。この時、３５０ｎｍ以下の波長を吸収するフィル
ターを使用した。また、紫外線の照射開始に当たって
は、予め７５ｍＷ／平方センチメータの強度を放射でき
る状態のランプからシャッターを用いて瞬間的に照射す
ることが重要である。さらに、真空注入時の温度と紫外
線照射時の温度は液晶材料の相転移温度より高い必要が
ある。特に、紫外線照射時の温度は、相転移温度より
１．５℃高めに設定するのが好ましい。

【００２１】このような高分子分散型液晶層１３を走査
型電子顕微鏡で観察したところ、ポリマーからなる三次
元ネットワーク構造が確認できた。また、キャノン社製
ホトメータにより電気光学特性を測定した。印加電圧の
増大に伴って反射率が飽和する時の反射率を１００％と
し、９０％の反射率を示す印加電圧をＶｓａ、１０％の
反射率を示す印加電圧をＶｔｈとする。測定の結果、Ｖｔｈ１．２ＶＶｓａ２．６ＶＶｓａ時の消費電流０．５μΑ／平方センチメー
タであった。

【００２２】また、垂直配向処理または水平配向処理、
カイラル剤の混合比、あるいは、光照射条件の変更によ
り、逆に、電圧印加レベルが高い時に散乱状態、電圧印
加レベルがより低い時に光透過状態とすることも可能で
ある。拡散反射層３０は、鮮やかな色純度の高い色を実
現するための重要な働きをする。鮮やかな色純度の高い
色を実現するためには、可視光領域の全波長に渡って拡
散反射率が均一で高い特性を持った拡散反射層（すなわ
ち、白色拡散反射層）を用いることが望ましい。また、
拡散反射層の厚さは、拡散反射層の背後の物体の色に影
響されない程度の厚さを有していることが望ましい。

【００２３】本実施例１では、鮮やかな色純度の高い色
を実現するため、拡散反射率特性の優れた白色拡散反射
層として、東レ（株）のポリエステル・フィルム「ルミ
ラーＥ６０Ｌ」（厚さ：１８８μｍ）を使用した。な
お、拡散反射層３０には、可視光領域の全波長に渡って
拡散反射率が均一で高い特性を持つ他の高分子フィルム
で構成された白色拡散反射層や硫酸バリウム粉末などの
無機物で構成された白色拡散反射層を用いてもかまわな
い。また、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）など可視
光領域において反射率の高い金属膜の表面を特定の粒径
も持ったガラスビースなどを散布コーティングして可視
光領域の全波長に渡って拡散反射率が均一で高い特性を
持った白色拡散反射層を使用してもかまわない。色純度
を高くする必要のない場合は、拡散反射層は白色に限ら
ず、有色拡散反射層にして白色に見える液晶の光散乱部
を有色にし、体積ホログラムを通過して補色の見える液
晶の透明部を補色と有色拡散反射層との混色にしてもよ
い。

【００２４】本実施例１では、体積ホログラム層２０と
して、ポラロイド社製の体積ホログラム（ＨＢ−ＧＳ）
を用いた。図４は本実施例１で用いた体積ホログラムの
緑色光を回折する体積ホログラム層２０を分光反射率計
で測定した波長−反射率特性の図である。なお、分光反
射率の測定は、測定機に日立製作所製の３３０型自記分
光光度計を用い、測定方式はＪＩＳ２８７２２の条件II
Iで測定した結果である。このようにして緑色光を回折
する体積ホログラムからなる体積ホログラム層２０をそ
れぞれ使用して、光散乱モードの反射型カラー液晶表示
装置を作製した。

【００２５】体積ホログラム層２０としては、上記の体
積ホログラム以外にも、ホトポリマーなどの感光性樹脂
にレーザ光の物体光と参照光の干渉縞を記録したホログ
ラムが使用できる。また、ホログラムは、真空プロセス
を必要とせず安価に製造できる利点があり、さらに、回
折方向は、レーザ光の物体光と参照光の干渉する角度で
容易にコントロールできる。本実施例では干渉縞の角度
を電極面に対して２０度以上４５度以下とした。その理
由は後述する。

【００２６】前記光散乱モードの反射型液晶表示装置
を、室内６０Ｗの蛍光灯の下で観測したところ、ペーパ
ーホワイトの白地に色鮮やかなピンク色の表示が得られ
た。また、体積ホログラム層２０に赤色表示用（ＨＢ−
ＲＳ）、青色表示用（ＨＢ−ＢＳ）を用いることによ
り、同様にペーパーホワイトの白地に、色鮮やかなシア
ンあるいは黄色の表示が得られる事は言うまでもない。

【００２７】また、反射色の異なる体積ホログラムを積
層して使用してもよい。例えば、ポラロイド社製の体積
ホログラムＨＢ−ＧＳとＨＢ−ＲＳとの積層では、ペー
パーホワイトの白地に色鮮やかな青色の表示が得られ
た。同様にして、緑、赤も可能である。次に体積ホログ
ラム層２０と拡散反射層３０を透明基板１１Ｂに光学的
に密着させて、光源Ｓ１（日亜化学製白色ＬＥＤ）から
の光を液晶パネル１０の透明基板１１Ａと体積ホログラ
ム層２０の間より光を入射させて、その見栄えを評価し
た。ペーパーホワイトの白地に、鮮やかなピンク色の表
示が得られた。この表示は、外光の無い場合も、外光が
ある場合も変わらない。外光がある場合に、光源Ｓ１を
点灯すると通常の反射型の表示よりもより明るくでき
る。

【００２８】以下、本発明の反射型液晶表示装置の表示
原理を図２、図３を参照にしながら説明する。図２は電
圧無印加状態の説明図であり、高分子分散型液晶層１３
中の液晶の分子は、電圧が印加されていない状態では色
々な方向を向いており、この状態では、高分子分散型液
晶層１３に入射した光は液晶と高分子の界面での光散乱
作用により散乱される。即ち、電圧無印加の場合、外部
からの入射光Ｌ１は高分子分散型液晶層１３によって散
乱される。そして、入射光Ｌ１の後方散乱光Ｌ２の一部
は視認方向に進み、観測者の目Ｓ０に到達する。ここ
で、高分子分散型液晶層１３の光散乱状態では、一般に
前方散乱成分の割合がかなり大きい。このため、入射光
のうちかなりの割合の光が前方散乱光Ｌ３となり、この
前方散乱光Ｌ３は体積ホログラム層２０に入射する。な
お、体積ホログラム層２０は、光吸収損失が非常に小さ
く、且つ、光の回折・透過特性が非常に優れている。こ
こで、前方散乱光Ｌ３のブラッグ反射を図５を用いて説
明する。図５の体積ホログラム層２０は、ピッチＰの干
渉縞２０Ａからなる層状構造である。体積ホログラム層
２０の入射光である前方散乱光Ｌ３はブラッグの法則に
より、 λ＝２Ｐｓｉｎφ （λ：波長、φ入射光と干渉縞の
角度）の関係を満たす方向に反射が起こり、回折光Ｌ４が出射
する。

【００２９】体積ホログラム層２０では、ブラッグ条件
を満足する可視光領域の特定の波長範囲の光を回折する
と共に、その他の可視光を透過させることができる。し
たがって、体積ホログラム層２０に入射した前方散乱光
Ｌ３の中で上式を満足する光のみ、体積ホログラム層２
０で特定の波長範囲の光が高効率で回折され、角度αの
回折光Ｌ４となる。図２に示すように、回折光Ｌ４は、
再度高分子分散型液晶層１３に入射し、高分子分散型液
晶層１３で散乱され、前方散乱光Ｌ５として観測者の目
Ｓ０に到達することになる。

【００３０】なお、体積ホログラム層２０を透過した特
定波長範囲以外の透過光Ｌ６は、拡散反射層３０に入射
される。拡散反射層３０では、透過光Ｌ６を拡散反射し
反射光Ｌ７となる。この反射光Ｌ７は、再び体積ホログ
ラム層２０を透過して、高分子分散型液晶層１３に入射
し、高分子分散型液晶層１３で散乱され、光強度の比較
的強い前方散乱光Ｌ８として観測者の目Ｓ０に到達する
ことになる。

【００３１】したがって、入射光Ｌ１は高分子分散型液
晶層１３で散乱されて後方散乱光Ｌ２や前方散乱光Ｌ
５、Ｌ８などになり、これら散乱光は吸収損失が非常に
少ない為、散乱光Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌ８などにより合成され
た光は再び白色化され、着色の無い光として観測者Ｓ０
に観測される。この様にして、外からの入射光を光吸収
損失が非常に少ない状態で、入射光の大部分を有効に活
用できるため、非常に明るい純度の高い白色が実現でき
る。

【００３２】図３は電圧印加状態の説明図であり、前記
透明電極１２Ａ、１２Ｂの間に液晶の飽和電圧以上の電
圧を印加すると、液晶分子が前記基板１１Ａ、１１Ｂ面
に対してほぼ垂直に配列する。この状態では、液晶と高
分子の界面での光散乱作用がなくなり、高分子分散型液
晶層１３は透明状態となる。したがって、入射光Ｌ１は
高分子分散型液晶層１３をほぼそのまま透過し、体積ホ
ログラム層２０に入射する。

【００３３】体積ホログラム層２０では、可視光領域の
特定の波長範囲の光を回折させると共にその他の可視光
を透過させる。したがって、入射光Ｌ１は、体積ホログ
ラム層２０での特定の波長範囲の光が高効率で角度αの
回折光Ｌ４と透過光Ｌ６となる。透過光Ｌ６は拡散反射
層３０に入射する。拡散反射層３０では、入射光Ｌ６を
拡散反射し、反射光Ｌ７となる。この反射光Ｌ７は、再
び体積ホログラム層２０を透過し、電圧印加された領
域、即ち高分子分散型液晶層１３が透明な領域に入射
し、ほぼそのまま高分子分散型液晶層１３を透過する。
回折光Ｌ４が角度αで観測者Ｓ０の視野に入らないのに
対し、拡散反射光Ｌ７は、観測者Ｓ０が見ることのでき
る視野角範囲にあるため、観測者Ｓ０の目には到達でき
る。よって、この拡散反射光Ｌ７（特定波長範囲以外の
光）を観察者Ｓ０は視認することになり、特定波長範囲
の光Ｌ４の補色として、観測者Ｓ０は見ることができ
る。

【００３４】一方、回折光Ｌ４はそのまま高分子分散型
液晶層１３透過して、観測者の目Ｓ０から外れた位置に
到達する。回折光Ｌ４が観測者の視野に入らない様子を
図６の反射型液晶表示装置の断面構造図を用いて説明す
る。図６は電圧印加状態の説明図であり、説明の簡略化
のために回折光Ｌ４以外の透過光については同様なので
省略する。

【００３５】透明電極１２Ａ、１２Ｂの間に液晶の飽和
電圧以上の電圧を印加すると、液晶分子が前記基板１１
Ａ、１１Ｂ面に対してほぼ垂直に配列する。この状態で
は、液晶と高分子の界面での光散乱作用が無くなり、高
分子分散型液晶層１３は透明状態となる。したがって、
入射光Ｌ１は高分子分散型液晶層１３をほぼそのまま透
過し、体積ホログラム層２０に入射する。したがって、
入射光Ｌ１は、体積ホログラム層２０で特定の波長範囲
の光が高効率で回折された回折光Ｌ４となる。体積ホロ
グラム層２０は、透明基板１１Ｂの平面方向に対してβ
の角度に層状の干渉縞２０Ａを有している体積ホログラ
ムを用いた。ここで、図６に示したように、回折光Ｌ４
は層状の干渉縞２０Ａの角度βにより観測者が補色を視
認できる角度が変わる。すなわち、観測者Ｓ０は基板１
１Ａに対して２βの角度で回折光Ｌ４を出来るだけ視認
出来ないことが望ましい。実験では、２０度以上４５度
以下で十分な補色で表示する視角範囲を得ることができ
た。なぜなら、ガラスで作られた基板１１Ａと空気とは
屈折率に大きな違いがある。このため基板１１Ａ内の光
が上方の空気へ抜けるとき入射角が一定の角ｉより大き
いと全反射を起こしてしまい、基板１１Ａから外に光が
出なくなってしまう。ｉを臨界角といい基板１１Ａの屈
折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２とするとｓｉｎθ＝ｎ２／ｎ１で表すことができる。ガラスと空気のときの臨界角ｉは
約４２°である。つまり、干渉縞２０Ａの角度βを２０
度以上４５度以下にすると回折光Ｌ４のほとんどは基板
１１Ａの面に対して全反射を起こす角度で進む。このた
め、回折光Ｌ４は液晶の透明部分では外に出ない。この
ため観察者がどの角度から液晶パネルを見ようと回折光
Ｌ４により視認性を悪化させることはない。

【００３６】ここで、体積ホログラムの観測者の視認性
について、図７の波長感度特性と図８の再生光入射角感
度曲線を用いて説明する。図７は波長感度曲線であり、
再生光波長と相対回折強度の関係を示した図であり、λ
０は記録光波長である。例えば、相対回折強度Ｌ０が観
測者の視認可能な光強度であるとすると、再生光波長は
λ１〜λ２の範囲で有る程度の帯域を有する。

【００３７】また、図８は再生光入射角感度曲線であ
り、再生光入射角度と相対回折強度の関係を示した図で
あり、θ０は記録参照光入射角度である。例えば、相対
回折強度Ｌ０が観測者が視認可能な光強度とすると、再
生光入射角度はθ１〜θ２の範囲で観測者が回折光を視
認できることを意味する。逆にいうと、再生光入射角度
が一定の場合、観測者の視認範囲がθ０を中心にθ１〜
θ２で有ることを意味する。

【００３８】すなわち、本発明の実施例の場合、回折光
Ｌ４を中心に±（θ１＋θ２）／２の角度では、観測者
Ｓ０が主として回折光の色を視認でき、その範囲以外で
は、回折光の補色を観察することになる。一般に±（θ
１＋θ２）／２の角度は、体積ホログラムの厚みや構造
に依存する。本発明では、出来るだけ小さくすること
で、回折光の補色を視認できる範囲を広くできる。

【００３９】さらに、回折光Ｌ４の方向は、体積ホログ
ラムの干渉縞の形成角度によってコントロール可能であ
る。よって、本発明の反射型液晶表示装置の使用形態に
よって、回折光Ｌ４の方向を設定可能となり、入射光が
基板表面で正反射する方向からずらしたりすることも可
能となる。さらに、図９、図１０を用いて内照による表
示方法について説明する。図９のように、光源が発する
光を基板１１Ａと体積ホログラム層２０の間の側面より
入射させる。入射した光Ｌ１は、基板１１Ａの上側の界
面で全反射になる角度の光が拡散反射層３０との間で閉
じ込められて導光される。導光した光Ｌ１は、散乱型液
晶層が透明状態のところは体積ホログラム２０で回折さ
れた光Ｌ４が外光のときと同様に液晶パネル１０内に全
反射しながら進む。透過光Ｌ６は拡散反射層３０で拡散
反射され、反射光Ｌ７が観測者Ｓ０の視野に入る。した
がって、観測者Ｓ０は回折光Ｌ４の補色を見ることがで
きる。図１０のように散乱状態の時は、導光している光
は散乱を受け臨界角度より小さい角度の散乱光が基板１
１Ａより外部に出る。また、体積ホログラムで回折され
た光Ｌ４が液晶層１３で散乱を受け、臨界角度より小さ
い角度の散乱光Ｌ１０が外部に出る。また、透過光Ｌ６
は拡散反射層３０で散乱され、再び液晶層１３に入り液
晶層１３で散乱され、臨界角度より小さい角度の散乱光
Ｌ８が外部に出る。この出た光がＬ２＋Ｌ４＋Ｌ６とな
り観測者Ｓ０は明るく感じることができる。

【００４０】以上述べたように、高分子分散型液晶層１
３の背後に体積ホログラム層２０を配置し、さらに体積
ホログラム層２０の背後に拡散反射層３０を配置した本
実施例の反射型液晶装置の構成によって、前方散乱光を
非常に効率よく活用することができ、電圧無印加時の高
分子分散型液晶層１３の白濁状態は、ペーパーホワイト
のような非常に輝度の高い白さが実現できる。また、電
圧印加の時の高分子分散型液晶層１３が透明な状態で
は、体積ホログラム層２０と拡散反射層３０の複合作用
によって、赤・青・緑色などの任意の色を鮮やかに良好
なコントラストで実現でき、高品位な表示品質を実現で
きる。

【００４１】また、高分子分散型液晶層１３は、逆に、
電圧印加レベルが高い時に散乱状態、電圧印加レベルが
より低い時に光透過状態となっても良い。ところで、本
実施例１では、前記液晶パネル１０の背後に体積ホログ
ラム層２０を外付け配置し、体積ホログラム層２０の背
後に拡散反射層３０を配置する順序で示してあるが、こ
れらの配置位置および配置順序は図１１、図１２、図１
３、図１４に示した配置位置および配置順序にしても、
ペーパーホワイトの様な非常に輝度の高い純度の良い白
地に、鮮やかで色純度が高い色表示が再現できる。した
がって、本実施例１における反射型液晶表示装置の構成
要素の配置位置と配置順序は、実際に使用する用途に応
じて、図１および図１１〜図１４などの中から最適な配
置位置と配置順序を選定すれば良い。

【００４２】図１１は、体積ホログラム層２０を透明電
極１２Ｂと透明基板１１Ｂの間に配置した構成となって
いる。したがって、体積ホログラム層２０は液晶パネル
１０に内面配置され、拡散反射層３０は外付け配置され
る。図１２は、体積ホログラム層２０を透明電極１２Ｂ
の上に配置した構造となっている。したがって、体積ホ
ログラム層２０は液晶パネル１０に内面配置され、拡散
反射層３０は外付け配置される。

【００４３】図１３は、体積ホログラム層２０を透明電
極１２Ｂの下に配置し、透明電極１２Ｂの下に拡散反射
層３０を配置し、拡散反射層３０の下に透明基板１１Ｂ
を配置した構成となっている。したがって、体積ホログ
ラム層２０と拡散反射層３０は液晶パネル１０に内面配
置される。図１４は、体積ホログラム層２０を透明電極
１２Ｂの上に配置し、さらに透明電極１２Ｂの下に拡散
反射層３０を配置し、拡散反射層３０の下に透明基板１
１Ｂを配置した構成となっている。したがって、体積ホ
ログラム層２０と拡散反射層３０は液晶パネル１０に内
面配置される。

【００４４】また、図１１〜図１４の構成でも、液晶パ
ネル１０の側面から光源Ｓ１（日亜化学製白色ＬＥＤ）
の光を透明基板１１Ａと体積ホログラム層２０の間より
光を入射させれば、内照型の表示装置として同様に使用
できる。さらに、透明基板１１Ａに光学的に密着形成さ
れた導光板と、導光板端面から光を入射する光源とを備
える構造にしてもよい。導光板としては、透明アクリル
樹脂またはポリカーボネイト樹脂を使用してもよい。ま
た、導光板の光源入射端面以外の他の端面には、反射板
を設けて導光板から光が漏れるのを防止してもよい。こ
の構造にすると、光源と導光板の結合効率が良くなり、
照明用の電力を節約できる。

【００４５】ここで、体積ホログラム層２０は、同一分
光特性の体積ホログラムを液晶パネルの表示領域全面を
カバーするサイズで形成しても良いし、各画素電極毎に
異なった分光特性を有する体積ホログラムを形成しても
良い。この具体例を図１５と図１６に示す。図１５で
は、電極１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの上に、それぞれＲＧ
Ｂの波長帯域に対応した回折効率が高められている体積
ホログラム層２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが形成してある。

【００４６】図１６では、透明基板１１Ｂと透明電極１
４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの間にそれぞれＲＧＢの波長帯域
に対応した回折効率が高められている体積ホログラム層
２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが形成してある。図１５，１６
では、文字が２重に見えてしまうパララックスを解消す
るために拡散反射層３０を透明基板１１Ｂの上に配置し
ている。このような構成を採用することにより、空間混
色が可能となり、表示可能な色再現数を大幅に増加させ
ることができる。勿論、ＲＧＢの様な３原色構成でなは
く、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ、Ｍ、Ｃなどの色から任意の２組の
色構成、または、積層による体積ホログラム層でもよ
い。

【００４７】なお、前記液晶表示パネル１０は、ＭＩＭ
やＴＦＴなどのアクティブ素子と組み合わせて使用する
こともできる。（実施例２）次に実施例２の説明をする。本実施例２に
よる反射型液晶表示装置の断面構造図は、図１で示した
実施例１の断面構造図と同じである。したがって、本実
施例２についても、図１を参照にしながら説明する。

【００４８】本実施例２は、高分子分散型液晶層１３を
除いて、その他の構成要素である透明基板（１１Ａ、１
１Ｂ）、透明電極（１２Ａ、１２Ｂ）、体積ホログラム
層２０および拡散拡散反射層３０は、実施例１と同様な
構成で製作した。高分子分散型液晶層１３に代えて、本
実施例２では、相転移型液晶層を使用した。相転移型液
晶層は、通常、正の誘電異方性を持つネマティック液晶
にカイラル・ネマティック液晶を添加して、螺旋ピッチ
が１〜３μｍになるように作成される。相転移型液晶層
の電気光学特性としては、駆動電圧を０Ｖから上昇させ
ると、ある電圧レベル以上から相転移型液晶層は散乱状
態を示すコレステリック相を形成し、電圧を更に上昇さ
せることにより、相転移型液晶層は次第に電界方向へと
変化し透明状態を示すネマティック相へと状態変化をす
る。したがって、表示としては、コレステリック相の散
乱状態とネマティック相での透明状態を利用する。

【００４９】相転移型液晶層の具体的な作成方法を以下
に述べる。正の誘電異方性を持つネマティック液晶にカ
イラル剤としてＳ−８１１（メルク社製）を５重量％混
合し、加熱し十分に溶解させた後、空の液晶パネル１０
に注入し、いわゆるコレステリック・ネマティック相転
移型液晶表示パネルを作成した。この液晶パネルを１２
０゜Ｃに加熱して、液晶の相をアイソトロッピク相にし
た後、室温まで冷却して熱光学効果による光散乱の蓄積
した状態（熱白濁）を形成し、光散乱モードの液晶パネ
ル１０を作成した。この散乱モードの液晶パネル１０に
電圧を印加して透過率を測定すると、透明状態で約８５
％と高い透過率が得られた。

【００５０】上述のように、相転移型液晶を用いても実
施例１と同様の効果が得られることは言うまでもない。
また、コレステリック・ネマティック相転移型液晶中に
分散した３次元網目状の光硬化性樹脂により安定化した
プレーナテクスチャーまたはフォーカルコニックテクス
チャーを有する構造である高分子安定化相転移型液晶層
を有する。また、プレーナテクスチャーを有しフォーカ
ルコニックテクスチャーを取らないモードを用いても良
い。この場合表示は、実施例１と逆転して補色の背景に
白の表示となる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の反射型液晶
表示装置によれば、散乱型液晶表示の背後にブラッグ反
射層を設けたため、反射光が正反射してしまう干渉フィ
ルターとは違い、反射光の反射角度を自由に設定でき、
反射角度を観察者の視野から外すことが簡単にでき、液
晶表示の視認性を向上できる。また、体積ホログラムの
干渉縞の角度は電極面に対して２０度以上４５度以下に
することで、回折光が液晶パネルの透明部から射出しな
いようにでき、角度を変えて液晶パネルを見ても色の変
化が起こらない。また、製作時に真空プロセスを必要と
しないブラッグ反射層を使用することにより、安価に製
造することができる。また、少なくとも一方が透明な電
極である一対の電極面の間に光分散型液晶層を設けた反
射型液晶表示装置に於いて、前記電極面間に電圧を印加
することにより光散乱状態を変化させる光分散型液晶層
と、該光分散型液晶層の背後に少なくとも１種類以上の
体積ホログラム層を配置し、該体積ホログラム層の背後
に拡散反射層を配置した構造にすることで、ペーパーホ
ワイトの様な非常に輝度の高い白と赤・青・緑色などの
任意の色を良好なコントラスト表示を低コストで実現で
きる。また、基板の上基板及び光変調層の端面から光を
入射する光源を備えることで、反射型でも内照型でも両
方使用できる。また、基板の上基板上に密着形成された
光導光板と光導光板端面から光を入射する光源とを備え
ることで、光源の光を効率よく取り入れることができ、
照明用の電力を節約できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型液晶表示装置の構成を示す断面
図である。

【図２】本発明による反射型液晶表示装置の電圧無印加
状態を説明する模式図である。

【図３】本発明による反射型液晶表示装置の電圧印加状
態を説明する模式図である。

【図４】緑色用体積ホログラムの分光反射率を示す特性
図である。

【図５】実施例１のブラッグ反射の説明図である。

【図６】実施例１のブラッグ反射の説明図である。

【図７】波長感度曲線を示す図である。

【図８】再生光入射角感度曲線を示す図である。

【図９】本発明による内照光を使用した電圧印加状態を
説明する模式図である。

【図１０】本発明による内照光を使用した電圧無印加状
態を説明する模式図である。

【図１１】本発明の実施例１の反射型液晶表示装置の別
の例である。

【図１２】本発明の実施例１の反射型液晶表示装置の別
の例である。

【図１３】本発明の実施例１の反射型液晶表示装置の別
の例である。

【図１４】本発明の実施例１の反射型液晶表示装置の別
の例である。

【図１５】裏電極の上面にＲＧＢのブラッグ反射層が形
成された断面構造図である。

【図１６】裏電極の下面にＲＧＢのブラッグ反射層が形
成された断面構造図である。

【図１７】従来の反射型液晶表示装置の断面図である。

【図１８】従来の反射型液晶表示装置の電圧無印加状態
の説明図である。

【図１９】従来の反射型液晶表示装置の電圧印加状態の
説明図である。

【符号の説明】

１０液晶パネル１１Ａ、１１Ｂ透明基板１２Ａ、１２Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ透明電極１３、１３Ａ高分子分散型液晶層２０、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ体積ホログラム（ブラ
ッグ反射層）２０Ａ干渉縞３０、５０拡散反射層Ｌ１入射光Ｌ２後方散乱光Ｌ３、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ１０前方散乱光Ｌ４回折光Ｌ６透過光Ｌ７反射光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口香千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者物袋俊一千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者福地高和千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者坂間弘千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者星野雅文千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者山崎修千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者篠直利千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者山本修平千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地株式会社エスアイアイ・アールディセンター内 (72)発明者藤田政則東京都墨田区太平四丁目３番９号セイコープレシジョン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれに電極が形成された上基板およ
び下基板と、前記上基板および下基板が互いに対向して
なす基板間隙に挟持された散乱型液晶層と、前記散乱型
液晶層の背後に設けられた少なくとも１種類以上のブラ
ッグ反射層と、前記ブラッグ反射層の背後に設けられた
拡散反射層と、を備えることを特徴とする反射型カラー
液晶表示装置。
【請求項２】前記ブラッグ反射層が体積ホログラムで
あることを特徴とする請求項１に記載の反射型カラー液
晶表示装置。
【請求項３】前記体積ホログラムの干渉縞の角度は電
極面に対して２０度以上４５度以下であることを特徴と
する請求項２に記載の反射型カラー液晶表示装置。
【請求項４】前記上基板あるいは散乱型液晶層の端面
から光を入射する光源を備えていることを特徴とする請
求項１乃至３に記載の反射型カラー液晶表示装置。
【請求項５】前記上基板上に密着形成された導光板
と、この導光板端面から光を入射する光源と、を備えて
いることを特徴とする請求項１乃至３に記載の反射型カ
ラー液晶表示装置。
【請求項６】前記散乱型液晶層は、電圧印加により光
散乱状態が変化する高分子分散型液晶層又は相転移型液
晶層であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の反
射型カラー液晶表示装置。