JPWO2006100713A1 - 液晶表示素子、カラー液晶表示素子及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)電気的に表示データの書き換えが可能である
(2)超低消費電力である
(3)目に優しく、疲れにくい(非常に見やすい)
(4)携帯が容易(軽くて持ち運びしやすい)
(5)紙のように薄くて折り曲げ可能である(軽量で可撓性がある)
電子ペーパーは、電気泳動方式やツイストボール方式、液晶表示ディスプレイや有機EL表示ディスプレイなどを利用して研究・開発が行われている。
る。このため、他の方式では、明るさの向上が、電子ペーパーを実現化する上での大きな問題となっている。
液晶表示素子は、数μmギャップの均一なセルが必要であり、一般的には、上下のガラス基板の間に液晶層(数μm)を挟み込む構造でセルが形成されている。一般的なTN(Twisted Nematic)型やSTN(Super Twisted Nematic)型の液晶パネルでは、透明な特殊樹脂で作ったフィルム基板を用いた液晶表示素子(プラスチック液晶)も一部実現されている。プラスチック液晶は、ガラス基板の液晶に比べて薄型化や軽量化が可能であり、さらに、高耐久性があり曲げに対する強度も大きい。したがって、紙のように自由自在に折り曲げ可能であり電子ペーパーに適している。
図1は、支柱スペーサを用いて均一なセルギャップを実現しているドットマトリクス構造の液晶表示素子のセル構造を示す分解図である。
接着性支柱6のような支柱は、例えば、実開昭58−13515号公報や特開平8−76
131号公報に開示されているようなフォトリソグラフィによるパターニングで形成することができる。
図1に示す支柱構造を有する液晶セルを0.125μmのフィルム基板を用いて作製したところ、手に持つだけで、表示が変化してしまった。この液晶セルの支柱構造では、表示変化を防ぐためには、頑丈な筐体が必要であり、その液晶セルを可撓性のある電子ペーパーに応用することはできなかった。
本発明は、第一の電極が配設された第一の基板と、第二の電極が配設された第二の基板と、該第一の基板と該第二の基板間に設けられた液晶層で構成される液晶パネルを備えるドットマトリクス方式の液晶表示素子を前提とする。
する第二の壁面構造体を備えていることを特徴とする。
本発明の第二態様の液晶表示素子は、第一の態様において、複数の前記液晶パネルが積層されていることを特徴とする。
第二態様の液晶表示素子においては、複数の液晶パネルが積層されるので、各液晶パネルの表示色を異ならせることにより、カラー表示が可能となる。
第三態様の液晶表示素子においては、隣接する画素間が開口部を介して連結されるので、開口部を液晶の注入路として活用することで、液晶層内の全ての画素に液晶を注入することができる。
本発明の第一または第二態様の液晶表示素子において、前記開口部は、例えば、横方向に非直線的に配置される。
本発明の第一または第二態様の液晶表示素子において、前記開口部は、例えば、縦方向及び横方向に非直線的に配置される。
第四態様の液晶表示素子においては、液晶の滴下により、液晶層の全ての画素に液晶を注入した後、第一の基板と第二の基板を貼り合わせることで、液晶表示素子を作製できる。第四態様の液晶表示素子は、隣接する画素間に開口部が設けられない。このため、画素内の液晶の流動性を完全に防止できる。また、さらに、第一壁面構造体の体積及び表面積を大きくできる。したがって、第三態様の液晶表示素子よりも、表示面に対する耐押圧力を向上できる。
この場合、例えば、前記第一の基板と前記第二の基板は、前記第一及び第二の壁面構造体によって接着固定されている。
本発明の第七態様の液晶表示素子は、本発明の第二態様の液晶表示素子において、最上位層の液晶パネルは、青色を表示することを特徴とする。
第八態様の液晶表示素子では、ブラックマトリクスを省略できるので、安価な液晶表示素子を実現できる。
本発明の第一または第二態様の液晶表示素子において、前記第一の壁面構造体は、例えば、横断面が十字形状である。また、本発明の第一または第二態様の液晶表示素子において、前記液晶層の液晶は、例えば、メモリ性の液晶である。該メモリ性の液晶は、例えば、コレステリック液晶である。
図2〜図3は、本発明の一実施形態である、コレステリック液晶を用いたマトリクス方式液晶表示素子のセル構造を示す図である。図2は上記実施形態の液晶表示素子の全体構成を示す分解図、図3は上記実施形態の液晶表示素子における支柱の配置構成を示す模式図、図4は上記実施形態の液晶表示素子において支柱間に設けられる開口部の配置構成図である。
列電極21と行電極(走査電極)23が交差する部分が画素25となるが、この画素25の四方に支柱15が設けられる。全ての支柱15の外周には、液晶が注入される領域(液晶注入領域)16の外枠を規定している壁面構造体(第二の壁面構造体)17が配設されている。この壁面構造体17は、全体が略矩形状であり、その一辺17aの中央には液晶の注入口14が設けられている。すなわち、この注入口14は、壁面構造体17の一部である。この壁面構造体17は、接着性を有する部材である。支柱15及び壁面構造体17は、同一部材であってもよく、この場合、それらをフォトリソグラフィ工程で同時に形成することが可能である。
また、本実施形態の液晶表示素子10は、図2に示すように、シール材13の内側に、シール材と併用した形で壁面構造体17が配設された構造となっている。このため、本実施形態の液晶表示素子10では、液晶は壁面構造体17の外部に漏れず、従来の液晶表示素子のように、シール材13と液晶が接触することは無い。従来の液晶表示素子では、液晶がシール材に接触して不純物に汚染されることを回避するため、シール材に高価な材料を用いる必要があった。また、シール材として接着力が強い材料を選定することも困難であった。
図5は、上述した液晶表示素子10における支柱15の配置パターン(支柱配置パターン)を示す図である。液晶表示素子10では、画素25は、それに隣接する全ての画素と開口部27を介して連結されている。しかしながら、開口部27は液晶を各画素25に注入するために必要なものであり、隣接する画素25間に必ず設ける必要はない(画素25を、4つの隣接する全ての画素と開口部27で連結する必要はない)。
図6は、液晶表示素子10における支柱配置パターンの他の構成例を示す。
図6に示す例では、画素25は隣接する3つの画素と開口部27を介して連結されている。このため、例えば、画素25aと画素25bは開口部27で連結されていない。図6に示す支柱構造は、実施例1の液晶表示素子において、左右に隣接する支柱15同士が交互に連結されるようにパターニングすることによって形成される。このとき、奇数行と偶数
行とでは、連結する支柱15を左右に1個分だけシフトさせる。
図7は、液晶表示素子10における支柱の配置パターンのさらに他の構成例を示す。
図7に示す例では、画素25は、隣接する2つの画素と開口部27を介して連結されている。図7に示す支柱構造は、実施例1の液晶表示素子において、上下に隣接する支柱15同士が交互に連結されるようにパターニングすることによって形成される。このとき、奇数列と偶数列とでは、連結する支柱15を上下に1個分だけシフトさせる。
図8は、本実施形態における液晶表示素子における支柱配置パターンの別の構成例を示す図である。
図9は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
このように、実施例5では、各画素25は、上下左右に隣接する4つの画素の内、3つ
の画素と開口部37を介して連結される。
図10は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
実施例6では、実施例3と同様な方法で、実施例4の隣接する支柱35同士を連結する。この結果、画素25aは左の画素25cと下方の画素25eと開口部37を介して連結されるが、上方の画素25b及び右方の画素25dとは連結されない。
実施例5と実施例6の液晶表示素子においては、実施例4の液晶表示素子よりも効果的に、画素25内部の液晶の流動を抑制することができる。
このため、支柱を図11に示すような形状に変えてみたところ、フォトリソグラフィ工程での現像時において剥離による欠損を防止できた。
図11は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
実施例7の液晶層では、支柱45aと支柱45bの2種類の支柱を交互に配置したパターン構成となっている。支柱45bは、支柱45aをその中心を軸として180度時計回りに回転させることによって得られる形状となっている。
図12は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
行とでは開口部47の配列位置が異なるため、画素25の開口部47は直線的に並ばない。このため、画素25内の液晶の流動性は実施例7よりも抑制される。
図13は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
図14は、別の構成の液晶層を有する本実施形態の液晶表示素子の全体構造を示す分解図である。
液晶表示素子50の特徴は、液晶層において、画素55間が開口部で連結されていないことである。すなわち、図15に示す様に、液晶表示素子50においては、液晶層の画素55は四方を接着性の壁面構造体(第一の壁面構造体)59で密閉されている。すなわち、各画素55は、周囲の側面全体を壁面構造体(第一の壁面構造体)59で覆われおり、隣接する画素とは連結されない構成となっている。このため、画素55内の液晶の流動性は完全に防止される。また、第一の壁面構造体59の外周に、矩形状の第二の壁面構造体57を配設する。第二の壁面構造体57も接着性を有する。第一の壁面構造体59と第二の壁面構造体は同一部材であり、同じ工程で形成される。また、第二の壁面構造体57の外周に、矩形状のシール材54を配設する。第一及び第二の壁面構造体(59,57)とシール材54は同じ部材を使用することができ、同一工程で形成可能である。
図16及び図17は、本発明の実施例11であるカラー液晶表示素子の要部を示す図である。図16は、選択反射型のコレステリック液晶を用いたカラー液晶表示素子の横断面図である。
ては、ブラックマトリクスを省略しても、カラー液晶表示素子の表示特性の劣化を低減でき、その表示性能は実用上問題ないレベルとなる。したがって、本実施例のカラー液晶表示素子により、ブラックマトリクスを省いた安価なカラー液晶表示素子を実現することが可能となる。
また、上記実施例は単純マトリクス方式の液晶表示素子であるが、本発明はアクティブマトリクス方式の液晶表示素子にも容易に適用可能である。また、上記実施例では画素の形状は矩形となっているが、本発明の画素の形状は矩形に限定されるものではなく、その他の形状であってもよい。
本発明は、可撓性に優れ、耐衝撃性や表示面への耐押圧性に優れているので、電子ペーパーの表示素子として好適である。
(1)電気的に表示データの書き換えが可能である
(2)超低消費電力である
(3)目に優しく、疲れにくい(非常に見やすい)
(4)携帯が容易(軽くて持ち運びしやすい)
(5)紙のように薄くて折り曲げ可能である(軽量で可撓性がある)
電子ペーパーは、電気泳動方式やツイストボール方式、液晶表示ディスプレイや有機EL表示ディスプレイなどを利用して研究・開発が行われている。
液晶表示素子は、数μmギャップの均一なセルが必要であり、一般的には、上下のガラス基板の間に液晶層(数μm)を挟み込む構造でセルが形成されている。一般的なTN(Twisted Nematic)型やSTN(Super Twisted Nematic)型の液晶パネルでは、透明な特殊樹脂で作ったフィルム基板を用いた液晶表示素子(プラスチック液晶)も一部実現されている。プラスチック液晶は、ガラス基板の液晶に比べて薄型化や軽量化が可能であり、さらに、高耐久性があり曲げに対する強度も大きい。したがって、紙のように自由自在に折り曲げ可能であり電子ペーパーに適している。
図1は、支柱スペーサを用いて均一なセルギャップを実現しているドットマトリクス構造の液晶表示素子のセル構造を示す分解図である。
接着性支柱6のような支柱は、例えば、実開昭58−13515号公報や特開平8−76131号公報に開示されているようなフォトリソグラフィによるパターニングで形成することができる。
図1に示す支柱構造を有する液晶セルを0.125μmのフィルム基板を用いて作製したところ、手に持つだけで、表示が変化してしまった。この液晶セルの支柱構造では、表示変化を防ぐためには、頑丈な筐体が必要であり、その液晶セルを可撓性のある電子ペーパーに応用することはできなかった。
本発明の目的は、表示面が押圧されたり、素子が曲げられたりしても、表示が変化しない液晶表示素子を実現することである。
本発明の液晶表示素子の第1態様においては、例えば、前記第一の壁面構造体の一部が、前記第一の電極あるいは第二の電極に接している。
本発明の液晶表示素子の第1または第2態様によれば、隣接する画素間が開口部を介して連結されるので、開口部を液晶の注入路として活用することで、液晶層内の全ての画素に液晶を注入することができる。
前記第一の基板と前記第二の基板は、例えば、前記第一及び第二の壁面構造体によって接着固定されている。このように、第一及び第二の壁面構造体を接着固定することにより、これらの壁面構造体はスペーサとして機能するので、セルギャップの均一性、液晶層の耐圧力、及び液晶表示素子の耐衝撃性が向上する。
図2〜図3は、本発明の一実施形態である、コレステリック液晶を用いたマトリクス方式液晶表示素子のセル構造を示す図である。図2は上記実施形態の液晶表示素子の全体構成を示す分解図、図3は上記実施形態の液晶表示素子における支柱の配置構成を示す模式図、図4は上記実施形態の液晶表示素子において支柱間に設けられる開口部の配置構成図である。
列電極21と行電極(走査電極)23が交差する部分が画素25となるが、この画素25の四方に支柱15が設けられる。全ての支柱15の外周には、液晶が注入される領域(液晶注入領域)16の外枠を規定している壁面構造体(第二の壁面構造体)17が配設されている。この壁面構造体17は、全体が略矩形状であり、その一辺17aの中央には液晶の注入口14が設けられている。すなわち、この注入口14は、壁面構造体17の一部である。この壁面構造体17は、接着性を有する部材である。支柱15及び壁面構造体17は、同一部材であってもよく、この場合、それらをフォトリソグラフィ工程で同時に形成することが可能である。
また、本実施形態の液晶表示素子10は、図2に示すように、シール材13の内側に、シール材と併用した形で壁面構造体17が配設された構造となっている。このため、本実施形態の液晶表示素子10では、液晶は壁面構造体17の外部に漏れず、従来の液晶表示素子のように、シール材13と液晶が接触することは無い。従来の液晶表示素子では、液晶がシール材に接触して不純物に汚染されることを回避するため、シール材に高価な材料を用いる必要があった。また、シール材として接着力が強い材料を選定することも困難であった。
図5は、上述した液晶表示素子10における支柱15の配置パターン(支柱配置パターン)を示す図である。液晶表示素子10では、画素25は、それに隣接する全ての画素と開口部27を介して連結されている。しかしながら、開口部27は液晶を各画素25に注入するために必要なものであり、隣接する画素25間に必ず設ける必要はない(画素25を、4つの隣接する全ての画素と開口部27で連結する必要はない)。
図6は、液晶表示素子10における支柱配置パターンの他の構成例を示す。
図6に示す例では、画素25は隣接する3つの画素と開口部27を介して連結されている。このため、例えば、画素25aと画素25bは開口部27で連結されていない。図6に示す支柱構造は、実施例1の液晶表示素子において、左右に隣接する支柱15同士が交互に連結されるようにパターニングすることによって形成される。このとき、奇数行と偶数行とでは、連結する支柱15を左右に1個分だけシフトさせる。
図7は、液晶表示素子10における支柱の配置パターンのさらに他の構成例を示す。
図7に示す例では、画素25は、隣接する2つの画素と開口部27を介して連結されている。図7に示す支柱構造は、実施例1の液晶表示素子において、上下に隣接する支柱15同士が交互に連結されるようにパターニングすることによって形成される。このとき、奇数列と偶数列とでは、連結する支柱15を上下に1個分だけシフトさせる。
図8は、本実施形態における液晶表示素子における支柱配置パターンの別の構成例を示す図である。
図9は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
[実施例6]
図10は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
実施例5と実施例6の液晶表示素子においては、実施例4の液晶表示素子よりも効果的に、画素25内部の液晶の流動を抑制することができる。
[実施例7]
図11は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
図12は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
図13は、本実施形態の液晶表示素子における支柱配置パターンのさらに別の例を示す図である。
図14は、別の構成の液晶層を有する本実施形態の液晶表示素子の全体構造を示す分解図である。
液晶表示素子50の特徴は、液晶層において、画素55間が開口部で連結されていないことである。すなわち、図15に示す様に、液晶表示素子50においては、液晶層の画素55は四方を接着性の壁面構造体(第一の壁面構造体)59で密閉されている。すなわち、各画素55は、周囲の側面全体を壁面構造体(第一の壁面構造体)59で覆われおり、隣接する画素とは連結されない構成となっている。このため、画素55内の液晶の流動性は完全に防止される。また、第一の壁面構造体59の外周に、矩形状の第二の壁面構造体57を配設する。第二の壁面構造体57も接着性を有する。第一の壁面構造体59と第二の壁面構造体57は同一部材であり、同じ工程で形成される。また、第二の壁面構造体57の外周に、矩形状のシール材54を配設する。第一及び第二の壁面構造体(59,57)とシール材54は同じ部材を使用することができ、同一工程で形成可能である。
図16及び図17は、本発明の実施例11であるカラー液晶表示素子の要部を示す図である。図16は、選択反射型のコレステリック液晶を用いたカラー液晶表示素子の横断面図である。
また、上記実施例は単純マトリクス方式の液晶表示素子であるが、本発明はアクティブマトリクス方式の液晶表示素子にも容易に適用可能である。また、上記実施例では画素の形状は矩形となっているが、本発明の画素の形状は矩形に限定されるものではなく、その他の形状であってもよい。
本発明は、可撓性に優れ、耐衝撃性や表示面への耐押圧性に優れているので、電子ペーパーの表示素子として好適である。
1 第一の基板
2 第二の基板
6 ブラックマトリクス
13 シール材
14 注入口
15、35−1〜35−4、45a、45b、451、452 支柱
16 液晶注入領域
17 壁面構造体
17a 壁面構造体の一辺
21 列電極
23 行電極
24、25a、25b、25c、25d、25e 画素
27、47、47t、47y 開口部
50 液晶表示素子
54 シール材
55 画素
57 第二の壁面構造体
59 第一の壁面構造体
610 R(赤色)表示パネル(液晶パネル)
25R 画素
617 開口部
620 G(緑色)表示パネル(液晶パネル)
25G 画素
627 開口部
630 B(青色)表示パネル(液晶パネル)
25B 画素
637 開口部
Claims (20)
- 第一の電極が配設された第一の基板と、第二の電極が配設された第二の基板と、該第一の基板と該第二の基板間に設けられた液晶層で構成される液晶パネルを備えるドットマトリクス方式の液晶表示素子であって、
前記液晶層は、
各画素の各辺の側面に配設された接着性を有する第一の壁面構造体と、
該第一の壁面構造体の周囲に配設された接着性を有する第二の壁面構造体を備えていること、
を特徴とする液晶表示素子。 - 請求項1記載の液晶表示素子であって、
複数の前記液晶パネルが積層されていることを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記第一の壁面構造体は、隣接する画素間を連結する開口部を有することを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記画素は矩形であることを特徴とする。 - 請求項4記載の液晶表示素子であって、
前記開口部は、各画素の少なくとも二辺の側壁に設けられていることを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記開口部は、縦方向に非直線的に配置されることを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記開口部は、横方向に非直線的に配置されることを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記開口部は、縦方向及び横方向に非直線的に配置されることを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記第一の壁面構造体は、各画素の側面全体を囲んでいることを特徴とする。 - 請求項9記載の液晶表示素子であって、
前記液晶層における前記第一の壁面構造体に囲まれた画素内の液晶は、滴下されたものであることを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記第二の壁面構造体の外周にはシール材が配設されていることを特徴とする。 - 請求項12記載の液晶表示素子であって、
前記液晶パネルの液晶層に注入される液晶は、前記第二の壁面構造体で囲まれた領域内にのみ注入されていることを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記第二の壁面構造体の外周にはシール材が配設されていないことを特徴とする。 - 請求項13記載の液晶表示素子であって、
前記第一の基板と前記第二の基板は、前記第一及び第二の壁面構造体によって接着固定されていることを特徴とする。 - 請求項2記載の液晶表示素子であって、
最上位層の液晶パネルは、青色を表示することを特徴とする。 - 請求項1乃至請求項15のいずれか1項記載の液晶表示素子であって、
遮光用のブラックマトリクスを備えていないことを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記第一の壁面構造体は、横断面が十字形状の支柱であることを特徴とする。 - 請求項1または2記載の液晶表示素子であって、
前記液晶層の液晶はメモリ性の液晶であることを特徴とする。 - 請求項18記載の液晶表示素子であって、
前記メモリ性の液晶はコレステリック液晶であることを特徴とする。 - 請求項1乃至請求項19記載のいずれか1項記載の液晶表示素子を搭載した電子情報機器。
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