JPS6019490B2 - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、偏光板を有さぬ明るい反射型液晶表示装置に
関する。

液晶の電気・光学効果を応用した表示方式としては、動
的散乱方式（以下ＤＳ方式）、ねじれた液晶層による偏
光面の回転を電界で制御するッィステッド・ネマチック
方式（以下ＴＮ方式）、液晶中に添加した２色性色素の
吸収異方性を利用するゲスト・ホスト方式（以下ＧＨ方
式）等が考案されている。

ＤＳ方式は電流効果型である為、消費電力の点でＴＮ・
ＧＨ両電界効果方式に及ばない。

ＴＮ方式は、すでに広く実用化された優れた方式である
が、偏光板を利用する為、表示面がやや暗いという欠点
がある。

一方、ＧＨ方式の中には、ホストである液晶にカィラル
性を持たせたカィラルＧＨ方式（参照Ｗｈｉに、Ｔａｙ
ｌｏｒ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ＄．ｖｏ１ ４５、４７１
８〜４７２３１９７ム以下Ｃｈ．ＧＨ方式と略）や、１
／蛇皮長坂を用いた方式（参照、Ｃｏｌｅ、Ｋａｓｈｎ
ｏｗ、ＳＩＤ、９６〜９７、１９７７、以下１／４＾Ｇ
Ｈ方式と略）の様に偏光板の必要としない明るい表示面
を持つ方式がある。

しかしＣｈ．ＧＨ方式はカィラル性を増すと駆動電圧が
高くなり、又電界除去時に光散乱性が記憶される等の欠
点を有する。

一方１／４入ＧＨ方式も光拡散性の反射板を用いるとコ
ントラストが大中に低下するという欠点を有する。本発
明は従来のＧＨ方式を改善し、高いコントラスト、広い
視野角、低い駆動電圧の特徴と有する明るく優れた表示
装置を提供する。

第１図に従来のＣｈ．ＧＨ方式の一例を示す。

１，２は支持板であるガラス板、３，４はパターニング
されたｌｎ２０３透明電極、５，６は液晶層の初期配向
を決定する配何処理層であるＳｉ○斜蒸着膜、７はホス
ト液晶でコレステリツク液晶かカイラルネマチツク液晶
或いはカイラル性非液晶物質と、ネマチック液晶との混
合液晶であり、８はゲス２色性色素、９は反射板である
。

第１図は無電界状態で、液晶層は上下両支持板１，２上
では紙面左右方向に平行配向し、両支持板間ではカイラ
ル物質の種類と添加量により求める固有ピッチＰをもつ
たらせん構造をとる。固有ピッチＰは表示装置のコント
ラスト、駆動電圧Ｖ、及び表示の一様等の諸要因により
決定される。第２図は、セル厚ｄ／固有ピッチＰをパラ
メーターとした時の２色性比○である。

ここで用いた液晶は、ネマチツク液晶として第１表〔１
〕のフェニル・シクロヘキサン系液晶、カィラル物質と
して第１表〔２〕のコレステリック液晶、２色性色素と
しては第１表〔３〕のアゾ染料である。液晶の固有ピッ
チＰはコレステリツク液晶の濃度を変化させて調節した
。２色性比Ｄは次式 −ＩｎＴｏＦＦ Ｄ…コ市対 で定義する。

ＴＯＰＦ、ＴＯＮはそれぞれ電界ＯＦＦ、ＯＮ時の透過
率である。第２図中１ １の曲線は第１図下支持板２と
反射板９の間に偏光板の偏光面を液晶の下支持板２壁面
での配向方向とそろえて挿入した場合の２色性比、第２
図中１２は同様に偏光板の偏光面を液晶の下支持板２壁
面での配向方向と直交する方向に挿入した場合の２色性
比、第２図中１３は偏光板を挿入しない場合の２色性比
である。第 １一表 第２図１３の曲線より、偏光板を使わない時の２色性比
Ｄは液晶層の固有ピッチＰを大きくした方が大きく、表
示装置のコントラストは上昇する事がわかる。

一方セルの駆動電圧Ｖは固有ピッチＰ‘こ依存しＶはＰ
−Ｉの関係がある。

更に、個有ピッチＰがセル厚よりも大きくなると、一度
電界を印力０し、除去した際、液晶層のらせん軸が、初
期状態の如く支持板面に垂直にならず、乱れた方向に分
布する事による散乱効果が生じ、一種の白濁状態が記憶
される。

この結果、着色状態に２つの色調が生ずる事になり、表
示装置として好ましくない。以上の様に、駆動電圧Ｖと
散乱状態の記憶効果の点から、固有ピッチＰを無暗に上
げる事は出来ず、実際にはセル厚ｄの約１．３昔以内で
なくてはならない。

例えばｄ／Ｐ＝１とした時、第２図の偏光した光に対す
る２色性比曲線１１，１２よりわかる様に入射光の偏光
方向に対する依存性は大きく残る。この時第１図上方よ
り入射した自然光１１は液晶層を１５の如く透過し、１
６の如く反射され、再び液晶層を透過した光１７は偏光
方向に依存し、第２図１２に対応する支持板壁面での液
晶の配向方向に直交する成分が吸収されずに残り、全体
的コントラストは第２図の２色性比曲線１３からわかる
様に、液晶の固有ピッチが十分に大きな時と比べると低
下する。以上の如く従来のＣｈＣＨ方式では高いコント
ラストを得る為には固有ピッチを短かくしなくてはなら
ない。しかしその結果駆動電圧は上昇し、電圧除去時に
白濁現象が生ずる等実用的でなかった。次にＣｈＧＨ方
式と同様、偏光板のいらぬ明るい表示方式である１／４
入ＧＨ方式の一例を第３図に示す。

７′はホスト液晶でありＣｈＧＨ方式と異なりカィラル
性を有しないネマチック液晶である。

１０は１／４皮長板である。

この方式では、入射光１４は２色性色素８の吸収軸と一
致した偏光のみが吸収を受け、１８の如く液晶層を透過
し１／父皮長板１０に入射する。１／唯皮長板１０を通
過した光は右（左）回り円偏光となり反射板９により円
偏光方向を逆転して左（右）回り円偏光２０となって再
び１／髭皮長板１０入射する。

１／父皮長板１０を通過した光２０は丁度１８と偏光方
向を逆転した形で再び液晶層へ入射するから、１８で透
過した光が吸収を受け、２２の如く全方向がほぼ吸収を
受ける。

この１／４入ＧＨ方式の欠点は反射板９にある。

表示装置として考えた場合、広い視野角特性を持つ為に
は反射板は整反射板でなく、光拡散性を有する拡散反射
板である必要がある。この時に右（左）円偏光１９は左
（右）中偏光２０の如く反射されず、２０′の様に右左
両円偏光成分が混ざり合った形となる。この結果２ｍ′
も２１の様に１８を完全に逆転した形とはならず、表示
装置の実際の透過光２２′には吸収されぬ成分が残る。
１′４皮長坂１０、反射板９からなる光学係に入射した
直線偏光ｌｉに対し、反射されて出てきた光のうち偏光
面を逆転した成分をＬとした時、この光学係の偏光面回
転率ｘをｘ＝１，／ｌｉで定義すれば１／４＾ＧＨ方式
のコントラスト比ＣはＣＳ２／ｘ である。

例えばｘ＝０．２の拡散反射：１／４入板系を使えば、
表示装置のコントラスト比は１０以上にはなり得ないｏ
以上述べた如く１／４入ＧＨ方式は鏡面反射板を用いれ
ば原理通り十分に高いコントラストを得ることができる
が、拡散反射板を使用するとコントラストが低化し実用
的でない。

このように従来のＣｈＣＨ方式及び１／４入ＧＨ方式は
拡散射板を用いた反射型としては十分なコントラストが
得られず又それを防ごうとする白濁効果や駆動電圧の上
昇が生じ実用的な表示が得られなかった。

然るに本発明によれば十分な視野角特性を保障する高散
乱性の拡散反射板が使用可能であり、又白濁現象等表示
品質を落すような現象を生ずる事がなく、低電圧で駆動
可能であるから従来のものよりも２〜４倍の高いコント
ラストが得られる。以下実施例を図面により説明する。

第４図は本発明の実施例であり、無電界状態を示す。

７はカィラル性を有する液晶混合物、８は２色性色素で
あり、本実施例では第１表〔１〕、〔２〕、〔３〕の物
質を用いた。

用いるカィラル物質は他のコレステリツク液晶、カィラ
ルネマチック液晶、或いはカィラル性液晶物質でもよい
。配向処理層５，６はＳｉ○斜蒸着で配向方向は上下支
緒板１，２上で平行とした。勿論配向方向は液晶層の個
有ピッ升こより上下支持板間で任意を決めればよい。１
川ま位相板であり、下支持板２上の液晶７及び２色性色
素８の配向方向に対し光学軸が４５ｏをなす様に配置し
た。

９は拡散性を有する反射板である。

本実施例ではコレステリック・／ナノェイトの添加量は
２．の重量％とし、個有ピッチＰはセル厚ｄと等しい１
０一肌に調整した。

この程度のカイラル性では、ＣｈＧＨ方式の所で述べた
様な散乱状態の記憶効果はほとんど生じない。本実施例
では、入射した光１４は液晶層１５の如く透過する。

ここまでは第１図と同様であり第２図の偏光した光に対
する２色性比曲線１１，１２より明らかな様に偏光依存
性を残している。１Ｗま１／唯皮長板１０より右（左）
回り円偏光２３となり、拡散反射板９により４の様な左
（右）回り円偏光となって再び１／４皮長板１ ０１こ
入射する。

１／４皮長板１０を通過した光２５は、前記１／４＾Ｇ
Ｈ方式の所で述べた拡散反射板９による偏光面の回転効
果により、１５と正反射の偏光とはならないが、１５の
光と比べればかなり偏光面を回転している。

この結果液晶層を再び通過した光２６は両偏光とも十分
に吸収を受ける事となる。第５図は電界印加状態である
。液晶７は正の誘電異方性を有するから電界により支持
板１，２に垂直に配列する。この時入射光１４の偏光面
と２色性色素８の吸収軸は直交するから吸収はほとんど
起らず３１の様に透過する。第６図に、本発明によるＧ
Ｈ方式及び、ＣｈＣＨ方式、１′４入ＧＨ方式の分光特
性を示す。

拡散反射板９は各方式に同一のものを、１／４波長板１
０は、本発明によるＧＨ方式及び１／４入ＧＨ方式で同
一のものを使用した。ネマチック液晶は各方式とも第１
表〔１〕を、コレステリック液晶は、本発明によるＧＨ
方式及びＣｈ・ＧＨ方式で第１表〔２〕を２．の重量％
用いた。この時のピッチＰはセル厚ｄと等しく約１０ム
であ。２色性色素８は各方式共第１表〔３〕の色素を用
い、濃度は０．立重量％である。

グラフの横軸は波長入、たて軸は透過率Ｔであり、表面
反射等の補正を行なった。３２の曲線は電界印加特性で
あり、各方式でほぼ一致した。

３３，３４，３５はそれぞれ、本発明によるＧＨ方式、
Ｃｈ・ＧＨ方式、１／４入ＧＨ方式の電加除去特性であ
る。

明らかに本発明によるＧＨ方式の電界除去特性が優れて
いる事がわかる。第７図は、色抜けの明るさＴＯＮとコ
ントラスト比Ｃ…ＴＯＮ／ＴｏＦＦを各方式について２
８性色素濃度を変化させてプロットしたものである。

２６性色素濃度は図中×印で０．３％、口印で０．４％
、△印で０．５％、▽印で０．６％、◇印で０．７％、
０印で０．８％である。

曲線３６，３７，３８はそれぞれ本発明によるＧＨ方式
、Ｃｈ・ＧＨ方式、１／４入ＧＨ方式の特性を示す。２
色性色素濃度０．８％で比較すれば、コントラスト比Ｃ
は、本発明によるＧＨ方式で約２４．０、Ｃｈ・ＯＨ方
式で約１２．０、１′４＾ＧＨ方式で約６．４であり、
本発明によるＧＨ方式は従来方式に比べ、２倍〜４倍の
高いコントラストが得られ格段に優れた表示特性を示し
ている。

本実施例では２色性色素８とカィラル性液晶７を用いた
が、カィラル性を持った２色性液晶混合物、例えば、コ
レステリック液晶とアゾ系ネマチック液晶の混合物等で
も可能である。

又、位相板１０を挿入せず、下支持板２に水晶サファイ
ア等を用いて位相板の機能を持たせると薄型化に有効で
あり表示効果を向上する。

以下本発明により、従来見られた白濁効果や視野角特性
の悪さのない、高いコントラストの反射型液晶表示が低
い駆動電圧で可能となり、デジタルウオッチやクロック
、電卓等のポータブル機器に技薄である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のカィラル・ゲスト・ホスト方式の一例で
無電界状態の断面図、第２図はカィラル・ゲスト・ホス
ト方式に於ける液晶のピッチを吸光度比の関係を示すグ
ラフ、第３図は従釆の位相板を用いたゲスト・ホスト方
式の一例で無電界状態の断面図、第４図、第５図は本発
明によるゲスト・ホスト方式の一実施例で、それぞれ無
電界状態（電界印力ロ）状態の断面図、第６図は各方式
の分光特性図、第７図は各方式の電界印加時の明るさと
コントラスト比の関係を示すグラフである。 １，２・・・・・・支持板、３，４・…・・電極、５，
６…・・・配向処理層、７・…・・カィラル性液晶、７
′…・・・ネマチック液晶、８・・・・・・２色性色素
、９…・・・反射板、１０…・・・１′傘皮長板（位相
板）。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極を有する２枚の支持板と、前記支持板間に挾ま
   れた液晶層と、入射光の偏光面を完全には保たない光拡
   散性の反射板と、前記液晶層と前記反射板との間に位相
   板を付設した反射型液晶表示装置において、前記液晶層
   はカイラル性液晶と２色性色素の混合物、或いはカイラ
   ル性２色性液晶から構成されていることを特徴とした反
   射型液晶表示装置。 ２ 支持板は位相板の機能を兼備することを特徴とした
   特許請求範囲第１項記載の反射型液晶表示装置。