KR20000035045A - 다색 표시 장치 - Google Patents

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사까모도 마사모도
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Abstract

본 발명은 반사형의 다색 표시 장치에 있어서, 적은 표시층으로, 따라서 시차가 적고 또한 장치의 코스트를 저감할 수 있는 상태에서, 색이 선명하고 밝은 다색 표시가 얻어지는 다색 표시 장치를 제공한다.
본 발명에서는, 청색을 선택 반사하는 우측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(31)을 가지는 셀(51), 녹색을 선택 반사하는 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(33)을 가지는 셀(53), 황색을 선택 반사하는 우측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(37)을 가지는 셀(57), 및 적색을 선택 반사하는 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(35)을 가지는 셀(55)을 관찰측으로부터 차례로 적층한다. 셀(57)과 셀(55) 사이에, 적색을 투과하고 그 이외의 색광을 흡수하는 컬러 필터(43)를 설치하고, 셀(55)의 이면에 흑색의 광흡수층(41)을 형성한다.

Description

다색 표시 장치{MULTICOLOR DISPLAY UNIT}
이 발명은 전자 기기의 표시 패널 등으로서 사용되는 다색 표시 장치에 관한 것이다.
플랫 패널 표시 장치로서 액정 소자를 광 셔터로 하고, 그 이면에 배치된 백 라이트로부터의 조명광을 투과시키거나, 또는 차단하는 것에 의해 표시를 하는 투과형 액정 표시 장치가 널리 사용되고 있다. 그러나, 투과형 액정 표시 장치는 소비 전력이 커서, 옥외 등의 강한 외광 하에서는 표시를 보기가 어려운 문제가 있다.
이 문제를 해결하는 표시 장치로서, 백 라이트를 사용하지 않고, 외광의 반사를 이용해 표시를 하는 반사형 액정 표시 장치가 주목되고 있으며, 그 일 방식으로서, 콜레스테릭 액정 표시 장치가 알려져 있다.
콜레스테릭 액정은 막대 형상의 분자로 되고, 다층 형상을 이룬다. 그 분자 장축은 1 개의 층 내에서는 한 방향으로 배향되지만, 인접하는 층 사이에서는 배향 방향이 조금씩 비틀어져서, 전체로서 나선 구조를 형성한다. 나선의 주기는 재료를 적절히 선택하는 것에 의해서 광학 파장 자리수로 할 수 있으며, 그 경우에는 콜레스테릭 액정은 가시광을 선택적으로 반사한다. 이 현상은 콜레스테릭 액정의 선택 반사로서 알려져 있다.
이러한 콜레스테릭 액정의 선택 반사를 이용한 표시 장치가 반사형 표시 장치의 일종으로서 알려져 있다. 이 콜레스테릭 액정 표시 장치는 도15에 나타내는 바와 같이, 각각 투명 전극(21, 22)을 형성한 2 개의 투명 기판(11, 12) 사이에 콜레스테릭 액정(30)을 주입하여 액정 셀을 형성하고, 관찰측(외광 입사측)과 반대측의 기판(12)의 이면에 흑색의 광흡수층(41)을 형성한 것이다.
셀 내의 콜레스테릭 액정(30)의 배향 상태로서는 도 16a에 나타내는 플레너, 도 16b에 나타내는 포칼코닉, 및 도16c에 나타내는 호메오토로픽의 3종류가 있다. 플레너의 배향은 나선축이 기판면에 거의 수직으로 배향한 상태이고, 선택 반사 파장 대역의 색광이 관찰된다. 포칼코닉 배향은 나선축이 기판면에 거의 평행하게 배향한 상태이고, 그것 자체는 무색이기 때문에 광흡수층(41)이 관측되고, 흑색의 외관이 얻어진다. 호메오토로픽 배향은 나선 구조가 풀려 액정 분자가 기판면에 수직으로 배향한 상태이고, 역시, 그것 자체는 무색이기 때문에 광흡수층(41)이 관측되고, 흑색의 외관이 얻어진다.
상기의 배향 상태간의 전환은 전기적으로 할 수 있다. 즉, 플레너 배향의 상태에서, 전극(21, 22) 사이에 전압을 인가하면, 먼저, 포칼코닉 배향으로 변화하고, 더욱 전압을 올리면 호메오토로픽 배향으로 변화한다. 반대로, 호메오토로픽 배향의 상태로부터 전압을 서서히 저하시키면, 포칼코닉 배향이 되지만, 전압을 0으로 하여도 플레너 배향으로는 되지 않는다. 호메오토로픽 배향의 상태로부터 급격하게 전압을 저하시키면, 포칼코닉 배향으로는 되지 않고 플레너 배향이 된다.
따라서, 플레너 배향과 포칼코닉 배향, 또는 플레너 배향과 호메오토로픽 배향을 전기적으로 전환하는 것에 의해서, 표시 장치로서 사용할 수 있다. 또 콜레스테릭 액정은 전압 무인가시에는 포칼코닉 배향과 플레너 배향의 2 개의 배향 상태가 안정하게 존재하기 때문에, 그 성질을 이용한 메모리성 표시가 가능해진다.
또 배향 상태는 열적으로 전환할 수 있다. 예를 들면, 콜레스테릭 액정을 일단 등방상 온도까지 가열하고, 액정상이 될 때까지 냉각하면, 포칼코닉 배향이 얻어진다. 이 현상을 이용해, 열과 전기를 병용하여 포칼코닉 배향과 플레너 배향을 전환할 수 있다. 전기와 열만에 한정하지 않고, 자기, 광, 응력 등의 외부 자극에 응해 배향 상태를 전환할 수 있는 것이 알려져 있다.
콜레스테릭 액정의 배향 상태는 콜레스테릭 액정에 접하는 계면의 영향을 강하게 받는다. 그 때문에, 콜레스테릭 액정층과 전극 사이에 배향막을 형성하거나, 또는 콜레스테릭 액정 중에 고분자 재료를 분산시키는 것 등에 의해서, 각 배향 상태의 광학 특성, 전기 특성, 안정성 등을 개선하는 방법이 알려져 있다.
이러한 콜레스테릭 액정을 사용한 다색 표시 장치로서는 예를 들면 특개평8-304848호 공보에 나타내고 있는 것처럼, 각각 청색, 녹색, 적색을 선택 반사하는 3 개의 콜레스테릭 액정 셀을 적층하고, 각 층을 혼색하여 다색 표시를 하는 것이 생각되고 있다.
도 17에 이 종래의 콜레스테릭 액정 다색 표시 장치를 나타낸다. 청색 셀(51)은 각각 투명 전극(21, 22)을 형성한 2 개의 투명 기판(11, 12) 사이에 청색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(31)을 형성한 것이고, 녹색 셀(53)은 각각 투명 전극(23, 24)을 형성한 2 개의 투명 기판(13, 14) 사이에 녹색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(33)을 형성한 것이고, 적색 셀(55)은 각각 투명 전극(25, 26)을 형성한 2 개의 투명 기판(15, 16) 사이에 적색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(35)을 형성한 것이고, 이들 청색 셀(51), 녹색 셀(53) 및 적색 셀(55)을 적층하고, 관찰측으로부터 가장 먼 셀, 예를 들면 적색 셀(55)의 이면에 흑색의 광흡수층(41)을 형성한다.
여기서, 청색, 녹색, 적색이란 각각 400 ~ 500nm, 500 ~ 600nm, 600 ~ 700nm의 파장 대역에 속하는 색광을 의미한다. 구체적으로는 청색 표시층(31), 녹색 표시층(33) 및 적색 표시층(35) 중의 1개를 선택 반사 상태로 하고, 다른 2 개를 무색 상태로 하는 것에 의해서, 청색, 녹색 또는 적색의 표시가 얻어진다. 또 청색 표시층(31), 녹색 표시층(33) 및 적색 표시층(35) 중의 2 개를 선택 반사 상태로 하고, 다른 1개를 무색 상태로 하는 것에 의해서, 시안, 마젠다 또는 황색의 표시가 얻어진다. 또한, 청색 표시층(31), 녹색 표시층(33) 및 적색 표시층(35)의 모두를 선택 반사 상태로 하는 것에 의해서, 백색의 표시가 얻어지고, 반대로 모두를 무색 상태로 하는 것에 의해서, 흑색의 표시가 얻어진다.
이 경우, 각 표시층(31, 33, 35)의 콜레스테릭 액정에는 나선 비틀림 방향성이 같은 것이 사용되고 있었다. 그 이유는 콜레스테릭 액정의 제작 방법으로서는 카이럴제라고 불리우는 비대칭 탄소 화합물과 네마틱 액정 조성물을 혼합하는 방법이 일반적이지만, 나선 비틀림 방향이 같고 선택 반사 파장 대역이 다른 콜레스테릭 액정은 카이럴제와 네마틱 액정 조성물의 혼합 비율을 바꿈으로써 용이하게 조제될 수 있기 때문이다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 각 표시층(31, 33, 35)을 각각 1 쌍의 전극 사이에 형성하여 각 표시층(31, 33, 35)마다 개별로 구동 전압을 인가하는 대신에, 도18에 나타내는 바와 같이 각각 투명 기판(11, 16)의 일면에 형성한 1 쌍의 투명 전극(21, 26) 사이에 각 표시층(31, 33, 35)을 적층 형성하여, 이들의 전계 응답에 대한 차이, 예를 들면, 배향 상태 변화의 임계치 전계의 차이나 유전율 이방성 정부(正負)의 차이 등을 이용해, 각 표시층(31, 33, 35)을 선택 반사 상태와 무색 상태로 전환하는 다색 표시 장치도 생각되고 있다.
콜레스테릭 액정의 선택 반사는 나선 구조에 기인하여 생기기 때문에, 나선의 비틀림 방향에 의존한 현저한 원편광 2색성을 나타낸다. 즉, 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정은 좌측 원편광을 반사하고, 우측 원편광을 투과한다. 반대로, 우측 비틀림의 콜레스테릭 액정은 우측 원편광을 반사하고, 좌측 원편광을 투과한다. 이 때문에 태양광, 백열등, 형광등등의 일반적인 무편광의 조명하에서는 최대라도 50%의 반사율밖에 얻어지지 않아, 반사율이 불충분한 문제가 있다. 특히, 도 17 또는 도 18에 나타내는 바와 같이 표시색(선택 반사색)이 다른 복수의 콜레스테릭 액정 표시층을 적층해 다색 표시를 하는 경우에는, 채도나 명도가 부족해서 색이 선명하고 밝은 표시를 얻을 수 없는 문제가 있다.
이것을 해결하는 방법으로서, 나선 비틀림 방향이 다른 2 개의 콜레스테릭 액정층을 적층하는 방법이 알려져 있다. 또 특개평7-287214호 공보에는 우측 비틀림의 콜레스테릭 액정을 고분자 중에 분산시킨 PDCLC층(고분자 분산 콜레스테릭 액정층)과 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정을 고분자 중에 분산시킨 PDCLC층을 적층하는 것이 제시되어 있다. 또한, 특개평10-142593호 공보에는 나선 비틀림 방향이 다른 2 개의 콜레스테릭 액정층을 적층하는 대신에 나선 비틀림 방향이 동일한 2 개의 콜레스테릭 액정층 사이에 원편광을 역방향으로 바꾸는 위상 보상층을 형성하는 것에 의해서, 같은 효과를 얻는 것이 제시되어 있다.
어느 경우도, 제1 콜레스테릭 액정층에서 반사되지 않았던 원편광 성분이 제2 콜레스테릭 액정층에서 반사되기 때문에 반사율이 향상된다. 즉, 반사율은 각각의 콜레스테릭 액정층의 반사율의 합이 되기 때문에, 단층의 콜레스테릭 액정층을 사용한 경우와 비교해, 최대 2배의 반사율을 얻을 수 있다. 다색 표시를 하는 경우에는 상기의 특개평7－287214호 공보에 제시되어 있는 것처럼, 청색, 녹색, 적색의 각각의 표시층을 나선 비틀림 방향이 다른 2 개의 콜레스테릭 액정층을 적층한 것으로 구성하면 좋다.
또한, 상기의 특개평10-l42593호 공보에는 콜레스테릭 액정을 사용한 단색 표시 장치에 있어서, 나선 비틀림 방향이 다르고, 또한 선택 반사의 중심 파장이 30 ~ 100nm의 범위 내에서 다른 2 개의 콜레스테릭 액정층을 적층하는 것에 의해서 높은 반사율의, 또한 전체로서 흰빛을 띤 표시를 얻는 것이 보여지고 있다.
그렇지만, 상기와 같이 청색, 녹색, 적색의 각각의 표시층을 나선 비틀림 방향이 다른 2 개의 콜레스테릭 액정층으로 형성하는 경우에는, 합계 6층이나 되는 콜레스테릭 액정 표시층을 적층하지 않으면 안되어, 비스듬히 본 경우에 상이 어긋나 보이는 시차가 커지는 동시에, 표시 장치의 구조가 복잡화하여 코스트가 높아진다는 문제가 있다.
그래서, 이 발명은 콜레스테릭 액정을 사용한 다색 표시 장치에 있어서, 적은 표시층으로, 따라서 시차가 적고 또한 장치의 코스트를 저감할 수 있는 상태로, 콜레스테릭 액정의 선택 반사의 원편광 2색성에 기인하는 채도 및 명도의 부족 문제를 해결하여, 색이 선명하고 밝은 다색 표시를 얻을 수 있도록 한 것이다.
또한, 이 발명은 콜레스테릭 액정을 사용한 다색 표시 장치에 한정하지 않고, 반사형의 다색 표시 장치에 있어서, 적은 표시층으로, 따라서 시차가 적고 또한 장치의 코스트를 저감할 수 있는 상태에서, 색이 선명하고 밝은 다색 표시를 얻을 수 있도록 한 것이다.
도1은 이 발명의 다색 표시 장치의 일 예를 나타내는 도면.
도2는 이 발명의 다색 표시 장치의 일 예를 나타내는 도면.
도3은 이 발명의 다색 표시 장치의 일 예를 나타내는 도면.
도4는 이 발명의 다색 표시 장치의 일 예를 나타내는 도면.
도5는 이 발명의 다색 표시 장치의 일 예를 나타내는 도면.
도6은 실시예에서 사용한 각색의 콜레스테릭 액정의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면.
도7은 실시예에서 사용한 컬러 필터의 투과 스펙트럼 및 필터의 유무에 의한 적색 콜레스테릭 액정 셀의 반사 스펙트럼의 변화를 나타내는 도면.
도8은 실시예1, 2 및 비교예의 황색 표시시의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면.
도9는 실시예1, 2 및 비교예의 백색 표시시의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면.
도10은 실시예3 및 비교예의 황색 표시시의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면.
도11은 실시예3 및 비교예의 백색 표시시의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면.
도12는 실시예4 및 비교예의 황색 표시시의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면.
도13은 실시예4 및 비교예의 백색 표시시의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면.
도14는 실시예 1 ~ 4 및 비교예의 백색 표시시의 명도와 황색 표시시의 명도 및 채도를 L*a*b*색도 좌표의 명도 L*및 채도 c*로 나타내는 도면.
도15는 전형적인 콜레스테릭 액정 표시 장치를 나타내는 도면.
도 16은 콜레스테릭 액정의 3 개의 배향 상태를 설명하기 위한 도면.
도 17은 종래의 다색 콜레스테릭 액정 표시 장치의 일 예를 나타내는 도면.
도18은 종래의 다색 콜레스테릭 액정 표시 장치의 다른 예를 나타내는 도면.
[부호의 설명]
11 ~ 18 … 투명 기판
21 ~ 28 … 투명 전극
31 … 청색 표시층
33 … 녹색 표시층
35 … 적색 표시층
37 … 황색 표시층
41 … 광흡수층
43 … 컬러 필터
45 … 위상 보상층
51 … 청색 셀
53 … 녹색 셀
55 … 적색 셀
57 … 황색 셀
청구항1의 발명에서는
각각 콜레스테릭 액정으로 되고, 또한 서로의 선택 반사 파장 대역이 다른 복수의 표시층이 적층된 다색 표시 장치에 있어서, 적어도 1 개의 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 다른 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다르게 한다.
청구항2의 발명에서는 청구항1의 발명에 있어서,
그 복수의 표시층을 각각 청색, 녹색, 적색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 3층의 표시층으로 한다.
청구항3의 발명에서는 청구항2의 발명에 있어서,
녹색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 청색 및 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다르게 한다.
청구항4의 발명에서는 청구항1의 발명에 있어서,
그 복수의 표시층을 각각 청색, 녹색, 황색, 적색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 4층의 표시층으로 한다.
청구항5의 발명에서는 청구항4의 발명에 있어서,
청색 및 황색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 서로 동일하게 하고, 또한 녹색 및 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다르게 한다.
청구항6의 발명에서는
각각 콜레스테릭 액정으로 되고, 또한 서로의 선택 반사 파장 대역이 다른 복수의 표시층이 적층된 다색 표시 장치에 있어서,
모든 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 동일하게 하는 동시에, 어떤 표시층과 이것에 인접하는 다른 표시층 사이에 원편광을 역방향으로 바꾸는 위상 보상층을 형성한다.
청구항7의 발명에서는 청구항6의 발명에 있어서,
그 복수의 표시층을 녹색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 제1 표시층과, 각각 청색 및 적색, 또는 적색 및 청색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 제2 및 제3 표시층으로 되는 3층의 표시층으로 하는 동시에, 제1 표시층과 제2 표시층 사이에 상기 위상 보상층을 설치한다.
청구항8의 발명에서는 청구항6의 발명에 있어서,
그 복수의 표시층을 각각 청색 및 황색, 또는 황색 및 청색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 제1 및 제2 표시층과, 각각 녹색 및 적색, 또는 적색 및 녹색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 제3 및 제4 표시층으로 되는 4층의 표시층으로 하는 동시에 제2 표시층과 제3 표시층 사이에 상기 위상 보상층을 설치한다.
청구항9의 발명에서는
각각 외부 자극의 유무 또는 정도에 응해, 각각 청색, 녹색, 황색, 적색을 반사하는 상태와 무색 상태로 전환되는 4층의 표시층을 적층한다.
청구항10의 발명에서는 청구항1 ~ 9 중 어느 한 발명에 있어서,
관찰측으로부터 가장 먼 표시층을 적색을 반사하는 표시층으로 하는 동시에 이것과 이것으로부터 관찰측에 하나 가까운 표시층 사이에, 적색을 투과하고 그 이외의 색광을 흡수하는 컬러 필터를 설치한다.
청구항11의 발명에서는 청구항1 ~ 9 중 어느 한 발명에 있어서,
그 복수의 표시층의 각각을 1 쌍의 전극 사이에 형성하고, 각각의 표시층마다 개별로 구동 전압을 인가한다.
(청구항1, 2, 3의 발명)
선택 반사 파장 대역이 다른 콜레스테릭 액정으로 되는 복수의 표시층을 적층한 다색 표시 장치, 예를 들면, 각각 청색, 녹색, 적색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정 표시층을 적층한 다색 표시 장치에서는, 종래는 모든 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 같게 하든지, 각각의 표시층을 나선 비틀림 방향이 다른 2 개의 콜레스테릭 액정층으로 형성하든지 하는 둘 중 어느 하나의 구성으로 하고 있으며, 상술한 바와 같이, 전자에 의하면, 채도나 명도가 부족하고, 후자에 의하면, 시차가 커지고 또한 장치의 코스트가 높아진다.
그러나, 청색, 녹색, 적색 표시층을 적층한 반사형의 다색 표시 장치에 있어서, 각각의 표시층의 반사율 부족의 영향은 표시색에 따라 달라진다. 즉, 이 경우의 표시색은 ①단색에 의한 표시색인 청색, 녹색, 적색, ②청색, 녹색, 적색 중 2 색의 혼색에 의해 얻어지는 시안, 마젠다, 황색, ③청색, 녹색, 적색의 모두를 포함하는 백색, ④청색, 녹색, 적색의 어느 것도 포함하지 않는 흑색의 계 8색의 기본 표시색으로 분류할 수 있지만, 발명자는 이 중, ①의 단색에 의한 표시색인 청색, 녹색, 적색에서는 채도나 명도의 부족은 그다지 느낄 수 없고, ② 및 ③의 2 색 이상의 혼색에 의해 얻어지는 시안, 마젠다, 황색, 백색에서는 채도 또는 명도의 부족이 느껴지고, 특히 황색 및 백색에서는 채도 또는 명도의 부족이 현저하게 느껴지는 것을 알아냈다.
이것으로부터, 2 색 이상의 혼색시, 특히 황색 또는 백색의 표시시에 반사율이 높아지도록 구성하면, 단색에 의한 표시색인 청색, 녹색, 적색의 반사율을 높이지 않아도, 색이 선명하고 밝은 다색 표시가 가능해진다.
그래서, 청구항1의 발명에서는 상술한 바와 같이, 선택 반사 파장 대역이 다른 콜레스테릭 액정으로 되는 복수의 표시층 중 적어도 1 개의 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 다른 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다르게 한다. 예를 들면, 청구항2의 발명과 같이 청색, 녹색, 적색 표시층을 적층하는 경우에, 청구항3의 발명과 같이 녹색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 청색 및 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다르게 한다. 즉, 청색, 녹색, 적색 표시층을 각각 우측 비틀림, 좌로 비틀림, 우측 비틀림(또는 좌측 비틀림, 우측 비틀림, 좌측 비틀림)의 콜레스테릭 액정으로 되는 것으로 한다. 단, 청색, 녹색, 적색 표시층의 적층 순서는 묻지 않는다.
이것에 의하면, 청색과 녹색 및 녹색과 적색의 반사 스펙트럼이 서로 겹치는 파장 대역에서 반사율이 높아져서, 피크 반사율은 최대 100%에 달하므로, 청색과 녹색의 혼색에 의한 시안, 녹색과 적색의 혼색에 의한 황색, 및 청색과 녹색과 적색의 혼색에 의한 백색의 표시시, 채도 또는 명도가 향상되어 색이 선명하고 밝은 다색 표시가 얻어진다.
청색, 녹색, 적색의 단색 표시시에는 반사율은 높아지지 않지만, 상술한 바와 같이, 이들 단색에서는 원래, 채도나 명도의 부족은 그다지 느껴지지 않기 때문에 문제가 되지 않다.
그리고, 청구항1의 발명에서는, 콜레스테릭 액정을 사용한 다색 표시 장치에 있어서, 이와 같이 혼색 표시시의 반사율을 높게 하는 것에 의해서, 콜레스테릭 액정의 선택 반사의 원편광 2색성에 기인하는 채도 및 명도의 부족 문제를 해결하고, 단색 표시시의 반사율은 그대로 하여, 콜레스테릭 액정 표시층의 수는 최소한으로 하므로, 시차를 적게 할 수 있는 동시에 장치의 코스트를 저감할 수 있다.
(청구항6, 7의 발명)
청구항6의 발명에서는 상술한 바와 같이, 선택 반사 파장 대역이 다른 콜레스테릭 액정으로 되는 복수의 표시층의 모든 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 동일하게 하는 동시에, 어떤 표시층과 이것에 인접하는 다른 표시층 사이에 원편광을 역방향으로 바꾸는 위상 보상층을 형성한다.
예를 들면, 청구항7의 발명과 같이 청색, 녹색, 적색 표시층을 관찰측 또는 이것과 반대측으로부터 차례로 녹색 표시층을 제1 표시층, 청색 또는 적색 표시층을 제2 표시층, 적색 또는 청색 표시층을 제3 표시층으로서 적층하고, 제1 녹색 표시층과 제2 청색 또는 적색 표시층 사이에 위상 보상층을 설치한다.
이것에 의하면, 모든 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 동일하여도, 상술한 청구항3의 발명과 같이 녹색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 청색 및 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다르게 한 경우와 같이 청색과 녹색, 및 녹색과 적색의 반사 스펙트럼이 서로 겹치는 파장 대역에서 반사율이 높아져서, 청색과 녹색의 혼색에 의한 시안, 녹색과 적색의 혼색에 의한 황색, 및 청색과 녹색과 적색의 혼색에 의한 백색의 표시시, 채도 또는 명도가 향상되고, 색이 선명하고 밝은 다색 표시가 얻어진다.
또한 청구항1의 발명과 같이 단색 표시시의 반사율은 그대로 하고, 콜레스테릭 액정 표시층의 수는 최소한으로 하므로, 시차를 적게 할 수 있는 동시에 장치의 코스트를 저감할 수 있다.
또한, 위상 보상층으로서는 정상광과 이상광의 위상차를 1/2 파장으로 하는, 1/2 파장판이라고 불리우는 복굴절성 부재를 사용한다.
(청구항9의 발명)
청구항9의 발명에서는 콜레스테릭 액정을 사용한 다색 표시 장치에 한정하지 않은 반사형의 다색 표시 장치에 있어서, 상술한 바와 같이, 각각 색광 반사 상태에서 청색, 녹색, 황색, 적색을 반사하는 4층의 표시층을 적층한다. 즉, 특히 황색을 반사하는 표시층을 부가한다.
단, 청색, 녹색, 황색, 적색이란 각각 400 ~ 500nm, 500 ~ 600nm, 550 ~ 650nm, 600 ~ 700nm의 파장 대역에 속하는 색광을 의미한다.
이 경우의 표시층은 콜레스테릭 액정으로 되는 것에 한정하지 않고, 외부 자극의 유무 또는 정도에 따라 특정 파장 대역의 색광을 반사하는 상태와 무색 상태로 전환되는 것이면 좋고, 홀로그래픽으로 광상 분리하여 제작한 고분자 분산 액정 등이어도 좋다. 무색 상태란 착색되고 있지 않은 상태를 가리키고, 반드시 투명할 필요는 없으며 헤이즈(백탁)를 가지고 있어도 좋다. 즉, 표시층이 콜레스테릭 액정으로 되는 경우에는 무색 상태란 포칼코닉 배향 또는 호메오토로픽 배향의 상태를 가리킨다.
청구항1의 발명의 일 경우인, 상술한 청구항2 또는 3의 발명에서는 표시층이 3층이어서 좋은 이점이 있지만, 혼색 표시시의 반사율의 향상에 관해서는 약간 문제가 있다. 즉, 이 경우, 반사 스펙트럼의 겹침에 의해 반사율이 높아지고, 반사 스펙트럼의 겹침이 클수록 혼색 표시시의 반사율이 높아지지만, 한편 이 반사 스펙트럼의 겹침이 작은 편이 단색 표시시의 채도를 높일 수 있어, 이들 혼색 표시시의 반사율 향상과 단색 표시시의 채도 향상이 상쇄하는 관계가 되는 문제이다.
구체적으로 나타내면, 예를 들면, 녹색과 적색의 반사 스펙트럼이 겹치는 것은 녹색 표시시에는 적색 성분이, 적색 표시시에는 녹색 성분이 각각 혼색하는 것을 의미하고, 채도의 저하를 가져온다. 반대로 녹색과 적색의 반사 스펙트럼이 겹치지 않도록 하면, 녹색 및 적색의 단색 표시시의 채도를 높일 수 있지만, 녹색과 적색의 혼색에 의한 황색의 표시시의 반사율을 높일 수 없게 된다.
이 문제는 청구항6의 발명의 일 경우인, 상술한 청구항7의 발명에서도 마찬가지로 생긴다.
청구항9의 발명에 의하면, 이 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 즉, 청구항9의 발명에서는 녹색과 적색의 반사 스펙트럼이 겹치지 않도록 하여, 녹색 및 적색의 단색 표시시의 채도를 높이는 경우라도, 황색 표시층을 부가 하는 것에 의해서, 황색 및 황색을 포함하는 혼색인 백색의 표시시의 반사율을 높일 수 있어, 황색 및 백색의 표시시, 채도 또는 명도가 향상된다.
청색, 녹색, 적색 표시층을 적층한 반사형의 다색 표시 장치에서는 일반적으로, 표시 색역이 가능한 한 넓어지도록 하기 때문에, 녹색 및 적색의 반사 피크 파장은 각각 530 ~ 550nm, 630 ~ 650nm로 설정된다. 이 때문에 녹색과 적색의 혼색에 의해 황색을 표시하고, 또는 청색을 부가한 혼색에 의해 백색을 표시하는 경우, 570 ~ 600nm의 파장 대역은 반사 스펙트럼의 골짜기가 되고, 이 파장 대역은 시감도가 비교적 높기 때문에, 명도 및 채도가 저하되는 큰 요인이 된다.
이것에 대해서, 청구항9의 발명에서는 570 ~ 600nm에 반사 피크 파장을 가지는 황색 표시층을 부가하는 것에 의해서, 이 반사 스펙트럼의 골짜기를 보충하고, 황색 및 백색의 표시시의 반사율을 높게 할 수 있다.
단, 반사 스펙트럼의 골짜기가 되는 파장은 녹색 및 적색의 반사 스펙트럼의 피크 파장, 피크 반사율 및 스펙트럼 형상에 의존해, 550 ~ 650nm 사이에서 변화한다. 이 때문에 황색 표시층의 반사 스펙트럼의 피크 파장도, 이것에 맞추어 적절히 설정할 필요가 있다. 그 때문에 여기서 "황색 표시층"이라 칭하는 표시층이 실질적으로 황녹색이나 귤색의 외관을 띠는 것도 있을 수 있지만, 이 경우도 청구항9의 발명에 포함되는 것이다.
황색의 파장 대역에 반사 스펙트럼의 골짜기가 위치하는 현상은 콜레스테릭 액정을 사용한 다색 표시 장치에 한정하지 않고, 반사형의 다색 표시 장치 전반에 보이는 것이다. 따라서, 청구항9의 발명은 상술한 바와 같이, 표시층이 홀로그래픽으로 광상 분리하여 제작한 고분자 분산 액정인 경우 등에도 적용할 수 있어, 표시층이 콜레스테릭 액정으로 되는 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 청구항9의 발명에 의하면, 표시층은 4층으로도 좋으므로 종래와 같이 청색, 녹색, 적색의 각각의 표시층을 나선 비틀림 방향이 다른 2 개의 콜레스테릭 액정층에 의해 형성하여 합계 6층인 콜레스테릭 액정 표시층을 적층하는 경우에 비해서, 시차가 적어짐과 동시에 장치의 코스트를 저감할 수 있다.
(청구항4, 5 또는 8의 발명)
청구항4, 5 또는 8의 발명은 상술한 청구항1 또는 6의 발명과 청구항9의 발명을 조합한 것이다.
예를 들면, 청구항1의 발명의 일 경우이고, 또한 청구항9의 발명의 일 경우인 청구항4의 발명과 같이 각각 청색, 녹색, 황색, 적색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정 표시층을 적층하는 경우에 청구항5의 발명과 같이 청색 및 황색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 서로 동일하게 하고, 또한 녹색 및 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다르게 한다. 즉, 청색, 녹색, 황색, 적색 표시층을 각각 우측 비틀림, 좌측 비틀림, 우측 비틀림, 좌측 비틀림(또는 좌측 비틀림, 우측 비틀림, 좌측 비틀림, 우측 비틀림)의 콜레스테릭 액정으로 되는 것으로 한다. 단, 청색, 녹색, 황색, 적색 표시층의 적층 순서는 묻지 않는다.
이것에 의하면, 황색의 표시는 녹색, 황색 및 적색 표시층을 선택 반사 상태로 하는 것에 의해 얻어지지만, 이 때, 녹색과 황색 표시층, 및 황색과 적색 표시층은 각각 서로 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 다르기 때문에 그들의 반사 스펙트럼이 서로 겹치는 파장 대역에서 반사율이 높아져서, 황색 표시시의 명도 및 채도가 향상된다. 마찬가지로 백색 표시시의 명도도 향상한다. 이 경우, 녹색과 적색의 반사 스펙트럼은 겹칠 필요가 없기 때문에 녹색 및 적색의 단색 표시시의 채도도 높게 할 수 있다.
청구항6의 발명의 일 경우이고, 또한 청구항9의 발명의 일 경우인 청구항8의 발명과 같이 위상 보상층의 한쪽 편에 청색 및 황색의 콜레스테릭 액정 표시층을 적층하고, 반대측에 녹색 및 적색의 콜레스테릭 액정 표시층을 적층하는 경우에도, 같은 효과가 얻어진다.
(청구항10의 발명)
적색의 채도는 녹색 성분이 조금만 혼색하면 현저하게 열화한다. 특히 콜레스테릭 액정의 반사 스펙트럼은 단파장측으로 비교적 긴 자취를 남기므로, 적색의 반사 스펙트럼과의 겹침을 작게 하여도 고채도의 적색 표시를 얻는 것이 곤란하게 된다.
이것에 대해서, 청구항10의 발명에서는 관찰측으로부터 가장 멀게 하는 적색 표시층과, 이것보다 하나 관찰측으로 치우친 표시층 사이에 적색을 투과하고 그것 이외의 색광을 흡수하는 컬러 필터를 설치하므로, 적색 표시층에서 반사되는 불필요한 단파장 성분이 컷되어 적색의 채도가 향상된다.
이 컬러 필터는 600nm 부근에 컷 오프 파장을 가지고 그것보다 장파장을 투과하고 단파장을 흡수하는 필터로 한다. 컷 오프 파장 이하의 전가시 파장 영역에서 투과율이 0이 되는 것이 이상적이지만, 콜레스테릭 액정의 반사 강도는 피크 파장으로부터 멀어짐에 따라 감소하기 때문에 실질적으로 500nm 이하의 흡수가 약해도, 실용상 그다지 불편은 없다. 따라서, 적색의 컬러 필터 대신에 마젠다의 컬러 필터를 사용해도, 같은 효과가 얻어진다.
청구항10의 발명에 의한 채도의 향상은 적색의 표시시뿐만 아니라, 마젠다의 표시시에도 효과적으로 발휘된다. 청구항3, 5, 7, 8, 9의 발명에서는 시안, 황색, 백색의 표시시의 채도 또는 명도는 향상하지만, 청색과 적색의 혼색에 의한 마젠다에 대해서는 채도 향상의 효과가 얻어지지 않는다. 청구항10의 발명에 의하면, 이것을 보완하여 화상 표시시의 채도의 선명감을 균형 있게 향상시킬 수 있다.
(청구항11의 발명)
청구항11의 발명에 의하면, 개개의 표시층마다 개별로 구동 전압을 인가하므로, 구동 전압을 저전압화할 수 있다.
[발명의 실시의 형태]
[제1 실시 형태]
이 발명의 제1 실시 형태로서, 청구항1의 발명의 예를 나타낸다.
〈제 1 예 … 3층의 경우〉
도1은 제1 실시 형태의 제1 예를 나타내고, 청구항1, 2, 3 발명의 일 예인 동시에 청구항10, 11의 발명의 일 예이다.
이 예에서는 관찰측으로부터 차례로 청색 셀(51), 녹색 셀(53) 및 적색 셀(55)을 적층하고, 녹색 셀(53)과 적색 셀(55) 사이에 후술의 컬러 필터(43)를 설치하고, 적색 셀(55)의 이면에 흑색의 광흡수층(41)을 형성하는 동시에 청색 셀(51)은 각각 투명 전극(21, 22)을 형성한 2 개의 투명 기판(11, 12) 사이에 청색을 선택 반사하는 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(31)을 형성한 것으로 하고, 녹색 셀(53)은 각각 투명 전극(23, 24)을 형성한 2 개의 투명 기판(13, 14) 사이에 녹색을 선택 반사하는 우측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(33)을 형성한 것으로 하고, 적색 셀(55)은 각각 투명 전극(25, 26)을 형성한 2 개의 투명 기판(15, 16) 사이에 적색을 선택 반사하는 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 표시층(35)을 형성하는 것으로 한다.
각각의 표시층(31, 33, 35)의 콜레스테릭 액정으로서는 콜레스테롤 유도체 등 액정성을 가지는 비대칭 탄소 화합물이나, 네마틱 액정성 화합물에 카이럴제를 첨가한 혼합물 등을 사용할 수 있다. 카이럴제란 2-메틸부틸기 등과 같은 비대칭 탄소를 가지는 기를 포함하는 화합물이다.
또 각각의 표시층(31, 33, 35)은 콜레스테릭 액정을 고분자 중에 분산시킨 고분자 분산 액정이나, 콜레스테릭 액정 중에 고분자가 분산, 용해, 팽윤되어 존재하는 고분자 안정화 액정이나, 고분자의 주쇠나 측쇠에 액정성을 유발하는 메소겐이라고 불리우는 관능기를 가진, 소위 고분자 액정이어도 좋다.
또 콜레스테릭 액정의 배향 상태를 제어하기 위해서, 각각의 표시층(31, 33, 35)과 접하도록 배향층을 설치해도 좋다.
컬러 필터(43)는 적색을 투과하고 그것 이외의 색광을 흡수하는 것으로, 적색 셀(55)의 기판(15) 또는 녹색 셀(53)의 기판(14) 상에 염료나 안료를 도포 또는 전착하거나, 또는 기재를 염색하여 기판(15, 14) 상에 붙이는 등의 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다.
또 이와 같이 컬러 필터(43)를 셀과 별개의 층으로서 설치하는 대신에, 적색 셀(55)의 기판(15), 전극(25), 또는 전극(25)과 표시층(35) 사이의 배향막, 또는 녹색 셀(53)의 기판(14), 전극(24), 또는 전극(24)과 표시층(33) 사이의 배향막 등, 셀을 구성하는 부재를 컬러 필터와 겸하도록 하여도 좋다.
또한, 기판, 전극, 배향막 등, 인접하는 표시층 사이에 설치되는 부재는 편광 상태를 교란시키지 않도록 할 필요가 있고, 그 때문에 이들의 부재의 리타데이션(retardation)은 0에 가까운 편이 바람직하다.
이 예에 의하면, 청색 표시층(31)과 녹색 표시층(33), 및 녹색 표시층(33)과 적색 표시층(35)의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 다르므로, 청색과 녹색, 및 녹색과 적색의 반사 스펙트럼이 겹치는 파장 대역에서 반사율이 높아져서, 시안, 황색 및 백색의 표시시, 채도 또는 명도가 향상되는 동시에 적색 및 마젠다의 표시시, 적색 표시층(35)으로부터 반사되는 불필요한 단파장 성분이 컬러 필터(43)에 의해 컷되므로, 적색 및 마젠다의 채도가 향상된다.
또한 콜레스테릭 액정 표시층의 수는 최소한이므로, 시차가 적어지는 동시에 장치의 코스트를 저감할 수 있다. 더욱이, 개개의 표시층마다 개별로 구동 전압을 인가하므로, 구동 전압을 저전압화할 수 있다.
〈제 2 예 … 4층의 경우〉
도2는 제1 실시 형태의 제2 예를 나타내고, 청구항1, 4, 5의 발명의 일 예이고, 청구항9의 발명의 일 예인 동시에 청구항10, 11의 발명의 일 예이다.
이 예에서는 관찰측으로부터 차례로 청색 셀(51), 녹색 셀(53), 황색 셀(57) 및 적색 셀(55)을 적층하고, 황색 셀(57)과 적색 셀(55) 사이에 컬러 필터(43)를 설치하고, 적색 셀(55)의 이면에 광흡수층(41)을 형성하는 동시에 청색 셀(51)의 표시층(31)은 우측 비틀림, 녹색 셀(53)의 표시층(33)은 좌측 비틀림, 황색 셀(57)의 표시층(37)은 우측 비틀림, 적색 셀(55)의 표시층(35)은 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 것으로 한다. 황색 셀(57)도 각각 투명 전극(27, 28)을 형성한 2 개의 투명 기판(17, 18) 사이에 표시층(37)을 형성한 것이다.
이 예에 의하면, 황색 표시층(37)이 존재하므로, 황색의 파장 대역에서 반사율이 높게 되는 동시에 청색 표시층(31)과 녹색 표시층(33), 녹색 표시층(33)과 황색 표시층(37), 및 황색 표시층(37)과 적색 표시층(35)의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 다르므로, 청색과 녹색, 녹색과 황색, 및 황색과 적색의 반사 스펙트럼이 겹치는 파장 대역에서 반사율이 높아져서, 시안, 황색 및 백색의 표시시, 특히 황색 및 백색의 표시시, 채도 또는 명도가 향상된다. 또 적색 및 마젠다의 표시시, 적색 표시층(35)으로부터 반사되는 불필요한 단파장 성분이 컬러 필터(43)에 의해 컷되므로, 적색 및 마젠다의 채도가 향상된다.
또한 콜레스테릭 액정 표시층은 4층이므로, 종래 같이 청색, 녹색, 적색의 각각의 표시층을 나선 비틀림 방향이 다른 2 개의 콜레스테릭 액정층에 의해 형성하여 합계 6층인 콜레스테릭 액정 표시층을 적층하는 경우에 비해서, 시차가 적어지는 동시에 장치의 코스트를 저감할 수 있다. 더욱이, 개개의 표시층마다 개별로 구동 전압을 인가하므로, 구동 전압을 저전압화할 수 있다.
〈제1 실시 형태의 다른 예〉
제1실시 형태로서는 도1 및 도2에 나타낸 예에 한정하지 않고, 예를 들면, 녹색 표시층과 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 다르게 하고, 양자 사이에 상술한 컬러 필터를 설치하고, 녹색 셀과 적색 셀을 적층하여, 녹색, 적색 및 양자의 혼색에 의한 황색을 표시하는 다색 표시 장치로 할 수도 있다.
이 경우에는 녹색과 적색의 반사 스펙트럼이 겹치는 파장 대역에서 반사율이 높아져서, 황색 표시시, 채도 또는 명도가 향상되는 동시에 적색 표시시, 적색 표시층에서 반사되는 불필요한 단파장 성분이 컬러 필터에 의해 컷되므로, 적색의 채도가 향상된다.
[제2 실시 형태]
이 발명의 제2 실시 형태로서, 청구항6의 발명의 예를 나타낸다.
〈제 1 예 … 3층의 경우〉
도3는 제2 실시 형태의 제1 예를 나타내고, 청구항6, 7의 발명의 일 예인 동시에 청구항10, 11 발명의 일 예이다.
이 예에서는 관찰측으로부터 차례로 녹색 셀(53), 청색 셀(51) 및 적색 셀(55)을 적층하고, 녹색 셀(53)과 청색 셀(51) 사이에 후술의 위상 보상층(45)을 설치하고, 청색 셀(51)과 적색 셀(55) 사이에 컬러 필터(43)를 설치하고, 적색 셀(55)의 이면에 광흡수층(41)을 형성하는 동시에 녹색 셀(53)의 표시층(33), 청색 셀(51)의 표시층(31) 및 적색 셀(55)의 표시층(35)의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 모두 같이 예를 들면 좌측 비틀림으로 한다.
위상 보상층(45)은 원편광을 역방향으로 바꾸는 것으로, 정상광과 이상광의 위상차를 1/2 파장으로 한, 1/2 파장판이라고 불리우는 복굴절성 부재를 사용한다. 이러한 복굴절성 부재로서는 운모나 수정 등의 복굴절성 결정이나, 폴리에스테르, 폴리비닐알코올, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰 등의 고분자를 연신 등에 의해 분자 배향한 고분자 필름 등을 사용할 수 있다.
또 이와 같이 위상 보상층(45)을 셀과 별개의 층으로서 설치하는 대신에 녹색 셀(53)의 기판(14), 전극(24), 또는 전극(24)과 표시층(33) 사이의 배향막, 또는 청색 셀(51)의 기판(11), 전극(21), 또는 전극(21)과 표시층(31) 사이의 배향막 등, 셀을 구성하는 부재를 복굴절성 부재로서 위상 보상층과 겸하도록 하여도 좋다.
이 예에 의하면, 도1의 예와 같이 녹색 표시층(33)의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 청색 표시층(31) 및 적색 표시층(35)의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 다른 경우와 같은 효과가 얻어진다.
〈제 2 예 … 4층의 경우〉
도4는 제2 실시 형태의 제2 예를 나타내고, 청구항6, 8의 발명의 일 예이고, 청구항9의 발명의 일 예인 동시에 청구항10, 11 발명의 일 예이다.
이 예에서는 관찰측으로부터 차례로 청색 셀(51), 황색 셀(57), 녹색 셀(53) 및 적색 셀(55)을 적층하고, 황색 셀(57)과 녹색 셀(53) 사이에 위상 보상층(45)을 설치하고, 녹색 셀(53)과 적색 셀(55) 사이에 컬러 필터(43)를 설치하고, 적색 셀(55)의 이면에 광흡수층(41)을 형성하는 동시에 청색 셀(51)의 표시층(31), 황색 셀(57)의 표시층(37), 녹색 셀(53)의 표시층(33) 및 적색 셀(55)의 표시층(35)의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 모두 같이, 예를 들면 좌측 비틀림으로 한다.
이 예에 의하면, 도2 예와 같이 청색 표시층(31) 및 황색 표시층(37)의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 녹색 표시층(33) 및 적색 표시층(35)의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 다른 경우와 같은 효과가 얻어진다.
〈제2 실시 형태의 다른 예〉
제2 실시 형태로서는 도3 및 도4에 나타낸 예에 한정하지 않고, 예를 들면, 녹색 표시층과 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향을 같이 하고, 양자 사이에 상술한 위상 보상층 및 컬러 필터를 설치하고, 녹색 셀과 적색 셀을 적층하여 녹색, 적색, 및 양자의 혼색에 의한 황색을 표시하는 다색 표시 장치로 할 수도 있다.
이 경우에는 제1 실시 형태의 다른 예로서 상술한 경우와 같은 효과가 얻어진다.
[제 3 실시 형태]
도5에 이 발명의 제3 실시 형태로서, 청구항9의 발명의 예를 나타낸다.
이 예에서는 도2의 예와 같이 관찰측으로부터 차례로 청색 셀(51), 녹색 셀(53), 황색 셀(57) 및 적색 셀(55)을 적층하고, 황색 셀(57)과 적색 셀(55) 사이에 컬러 필터(43)를 설치하고, 적색 셀(55)의 이면에 광흡수층(41)을 형성한다.
단, 청색 표시층(31), 녹색 표시층(33), 황색 표시층(37), 적색 표시층(35)은 각각 청색, 녹색, 황색, 적색을 반사하는 상태와 무색 상태로 전환되는 것이면 좋고, 예를 들면 홀로그래픽으로 광상 분리하여 제작한 고분자 분산 액정을 사용할 수 있다. 또 표시층(31, 33, 37, 35)을 각각 청색, 녹색, 황색, 적색을 선택 반사하는 나선 비틀림 방향이 동일의, 예를 들면 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정으로 되는 것으로 할 수도 있다. 기판(12, 13, 14, 17, 18, 15)은 반드시 복굴절성이 0일 필요는 없다.
이 예에 의하면, 황색 표시층(37)이 존재하므로, 황색의 파장 대역에서 반사율이 높아져서, 황색 및 백색의 표시시, 채도 또는 명도가 향상되는 동시에 적색 및 마젠다의 표시시, 적색 표시층(35)으로부터 반사되는 불필요한 단파장 성분이 컬러 필터(43)에 의해 컷되므로, 적색 및 마젠다의 채도가 향상된다.
또한 표시층은 4층이므로, 도2 및 도4의 예와 같이 시차가 적어지는 동시에 장치의 코스트를 저감할 수 있다. 더욱이, 개개의 표시층마다 개별로 구동 전압을 인가하므로, 구동 전압을 저전압화할 수 있다.
[실시예]
이하에 나타내는 바와 같이, 이 발명의 다색 표시 장치를 실제로 제작하고, 그 표시 특성을 측정하였다.
멜크 사제 카이럴첨가제 S-811 및 S-1011을 4대1 중량비로 혼합한 혼합 카이럴제를 각각 멜크 사제 네마틱 액정 E44에 22.7, 19.4, 18.2, 16.2wt% 첨가해, 각각 청색, 녹색, 황색, 적색의 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정을 조제하였다. 마찬가지로 멜크 사제 카이럴첨가제 R-811 및 R-1011을 4대1 중량비로서 혼합한 혼합 카이럴제를 사용해, 청색, 녹색, 황색, 적색의 우측 비틀림의 콜레스테릭 액정을 조제하였다. 혼합 카이럴제의 농도가 동일한 우측 비틀림과 좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정은 동일한 선택 반사 스펙트럼이 얻어진다.
도6에 조제한 청색, 녹색, 황색, 적색의 콜레스테릭 액정의 반사 스펙트럼을 나타낸다.
다음에 각각 ITO(Indium Tin Oxide)투명 전극을 형성한 두께150㎛의 2 개의 유리 기판을 54㎛의 간격을 두고 부착하여 셀을 제작하고, 이것에 상기의 콜레스테릭 액정을 주입하여, 청색, 녹색, 황색, 적색의 각각 우측 비틀림 및 좌측 비틀림의 합계 8종류의 콜레스테릭 액정 셀을 제작하였다.
적색 콜레스테릭 액정 셀의 표면에는 적색 도료를 도포하여 적색 컬러 필터를 형성하였다. 적색 도료로서는 폴리비닐알코올의 10wt% 수용액에 적색 색소 PCred3P(일본 화약 사제)를 0.5wt% 용해한 것을 사용하였다.
도7에 적색 컬러 필터의 투과 스펙트럼, 및 적색 컬러 필터의 유무에 의한 적색 콜레스테릭 액정 셀의 반사 스펙트럼의 변화를 나타낸다. 사용한 적색 색소는 500nm 이하의 색광을 약간 투과하기 때문에 외관상은 약간 마젠다를 띈 적색을 나타내고 있다. 형성한 적색 컬러 필터는 약 600nm에 급준한 컷 오프 파장을 가진다. 이 때문에 적색 콜레스테릭 액정의 반사 스펙트럼의 단파장측의 늘어짐이 컷되어 채도가 향상된다.
미놀타 사제 분광 광도계 CM2002를 사용해 측정한 반사 스펙트럼으로부터, L*a*b*색도 좌표에 있어서의 채도 c*=(√(a*2+b*2))을 구했을 때, 적색 컬러 필터가 없을 때에는 c*=356.3이었지만, 적색 컬러 필터를 설치하는 것에 의해 c*=74.1까지 개선된다. 이하에서는, 특히 거절하지 않는 한, 적색 콜레스테릭 액정 셀에는 적색 컬러 필터를 설치한 것을 사용하였다.
〈실시예1 … 도2의 예〉
상기의 8종류의 콜레스테릭 액정 셀로부터, 적색ㆍ좌측 비틀림, 황색·우측 비틀림, 녹색·좌측 비틀림, 청색ㆍ우측 비틀림의 콜레스테릭 액정 셀을 선택하고, 아래로부터 이 차례로 자외선 경화 수지를 개재하여 접착하였다. 적색 콜레스테릭 액정 셀은 적색 컬러 필터를 설치한 면을 황색 콜레스테릭 액정 셀에 접착하였다. 마지막으로 적색 콜레스테릭 액정 셀의 하면에 흑색 도료를 도포하여 광흡수층을 형성하고, 도2에 나타낸 예의 다색 표시 장치를 제작하였다.
각 색의 셀은 2 개의 전극 사이에 100Hz, 50V의 구형파를 200m초 인가하는 것에 의해 반사 상태로 할 수 있었다. 또 25V의 구형파를 200m초 인가하는 것에 의해 무색 상태에 할 수 있었다. 4색의 셀에 인가하는 전압의 조합에 의해서, 적색, 녹색, 청색, 시안, 마젠다, 황색, 백색, 흑색의 표시를 할 수 있었다. 즉, 적색, 녹색, 청색 셀 중의 1개를 반사 상태로 하고, 다른 2개 및 황색 셀을 무색 상태로 하는 것에 의해서, 각각 적색, 녹색, 청색의 표시가 얻어진다. 또 적색과 청색, 청색과 녹색, 녹색과 황색과 적색의 셀을 반사 상태로 하고, 다른 셀을 무색 상태로 하는 것에 의해서, 각각 마젠다, 시안, 황색의 표시가 얻어졌다. 더욱이, 모든 셀을 반사 상태로 하는 것에 의해서, 백색의 표시가 얻어지고, 모든 셀을 무색 상태로 하는 것에 의해서, 흑색의 표시가 얻어졌다.
〈실시예2 … 도5의 예〉
상기의 8종류의 콜레스테릭 액정 셀로부터, 적색ㆍ좌측 비틀림, 황색ㆍ좌측 비틀림, 녹색ㆍ좌측 비틀림, 청색ㆍ좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정 셀을 선택하고, 아래로부터 이 차례로 자외선 경화 수지를 개재하여 접착하였다. 적색 콜레스테릭 액정 셀은 적색 컬러 필터를 설치한 면을 황색 콜레스테릭 액정 셀에 접착하였다. 마지막으로, 적색 콜레스테릭 액정 셀의 하면에 흑색 도료를 도포하고 광흡수층을 형성하여, 도5에 나타낸 예의 다색 표시 장치를 제작하였다. 모든 콜레스테릭 액정 셀의 나선 비틀림 방향이 같은 점이 실시예1과 다르다.
〈실시예3 … 도4의 예〉
상기의 8종류의 콜레스테릭 액정 셀로부터, 적색ㆍ좌측 비틀림, 녹색ㆍ좌측 비틀림, 황색ㆍ좌측 비틀림, 청색ㆍ좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정 셀을 선택하고, 먼저, 적색 콜레스테릭 액정 셀의 적색 컬러 필터를 설치한 면 상에 녹색 콜레스테릭 액정 셀을, 자외선 경화 수지를 개재하여 접착하였다. 다음에 그 녹색 콜레스테릭 액정 셀 상에 285nm의 위상차를 가지는 셀룰로오스 필름으로 되는 l/2 파장판(위상 보상층)을 붙였다. 다음에 그 1/2 파장판 상에 황색 및 청색의 콜레스테릭 액정 셀을, 이 차례로, 자외선 경화 수지를 개재하여 접착하였다. 마지막으로, 적색 콜레스테릭 액정 셀의 하면에 흑색 도료를 도포하여 광흡수층을 형성하고, 도4에 나타낸 예의 다색 표시 장치를 제작하였다. 황색과 녹색의 콜레스테릭 액정 셀의 적층 순서를 바꿔 넣고, 양자 사이에 1/2 파장판을 삽입한 점이 실시예2와 다르다.
〈실시예4 … 도1의 예〉
상기의 8종류의 콜레스테릭 액정 셀로부터, 적색ㆍ좌측 비틀림, 녹색ㆍ우측 비틀림, 청색ㆍ좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정 셀을 선택하고, 아래로부터 이 차례로, 자외선 경화 수지를 개재하여 접착하였다. 적색 콜레스테릭 액정 셀은 적색 컬러 필터를 설치한 면을 녹색 콜레스테릭 액정 셀에 접착하였다. 마지막으로 적색 콜레스테릭 액정 셀의 하면에 흑색 도료를 도포하여 광흡수층을 형성하고, 도1에 나타낸 예의 다색 표시 장치를 제작하였다.
〈비교예〉
비교를 위해서, 적색ㆍ좌측 비틀림, 녹색ㆍ좌측 비틀림, 청색ㆍ좌측 비틀림의 콜레스테릭 액정 셀을 선택하고, 아래로부터 이 차례로, 자외선 경화 수지를 개재하여 접착하였다. 적색 콜레스테릭 액정 셀은 적색 컬러 필터를 설치한 면을 녹색 콜레스테릭 액정 셀에 접착하였다. 마지막으로 적색 콜레스테릭 액정 셀의 하면에 흑색 도료를 도포하여 광흡수층을 형성하고, 도 17에 나타내는 바와 같은 종래 구성 다색 표시 장치를 제작하였다.
〈측정ㆍ평가〉
종래, 가장 문제였던 황색 및 백색의 표시시의 채도 또는 명도를 평가하기 때문에 미놀타 사제 분광 광도계 CM2002를 사용해, 실시예1 ~ 4 및 비교예의 반사 스펙트럼을 측정하였다.
도8및 도9에 각각 황색 및 백색의 표시시의, 실시예1, 2 및 비교예의 반사 스펙트럼을 나타낸다. 황색 및 백색의 어느 표시시에 있어서도, 비교예의 반사 스펙트럼에 보이는 590nm 부근의 골짜기가 실시예1, 2에서는 보이지 않게 되고, 실시예1, 2에서는 이 파장 대역의 반사율이 높게 되는 것이 확인되었다. 특히 실시예1에서는 비교예 및 실시예2에 비하여, 피크 반사율의 현저한 향상이 보인다.
도14는 상기의 측정 데이터를 원래의 백색 표시시의 명도, 및 황색 표시시의 명도 및 채도를, L*a*b*색도 좌표에 있어서의 명도 L*및 채도 c*(√=(a*2+b*2))로서 나타낸 것이다. 실시예1에서는 비교예에 비하여, 백색의 명도에서 20.5, 황색의 명도에서 24.2, 황색의 채도에서 22.8이라고 하는 큰 개선이 보였다. 실시예2에서는 비교예에 비하여, 백색의 명도에서 7.3, 황색의 명도에서 9.7, 황색의 채도에서 11.3의 개선이 보였다.
도10 및 도11에 각각 황색 및 백색의 표시시의 실시예3 및 비교예의 반사 스펙트럼을 나타낸다. 실시예3에서는 비교예에 비하여, 피크 반사율의 현저한 향상이 보였다. 실시예3에서는 모든 콜레스테릭 액정 셀의 나선 비틀림 방향이 같지만, 1/2 파장판(위상 보상층)의 한쪽 편에 적색 및 녹색의 콜레스테릭 액정 셀을 배치하고, 반대측에 황색 및 청색의 콜레스테릭 액정 셀을 배치한 것에 의해서, 적색 및 녹색의 콜레스테릭 액정 셀의 나선 비틀림 방향과 황색 및 청색의 콜레스테릭 액정 셀의 나선 비틀림 방향이 다른 실시예1과 같은 효과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
도14에 나타내는 바와 같이, 실시예3에서는 비교예에 비하여, 황색의 채도에서는 큰 개선이 나타나지 않았지만, 백색의 명도에서 19.3, 황색의 명도에서 23.7이라고 하는 큰 개선이 보였다.
도12 및 도13에 각각 황색 및 백색의 표시시의, 실시예4 및 비교예의 반사 스펙트럼을 나타낸다. 실시예4에서는 백색 표시시, 청색과 녹색의 반사 스펙트럼이 겹치는 480nm 부근의 대역에서 반사율이 높게 되는 것이 확인되었다. 따라서, 청색과 녹색의 혼색에 의한 시안의 표시시, 반사율이 높게 되는 것이 예상된다. 그러나, 녹색과 적색의 반사 스펙트럼이 겹치는 580nm 부근의 대역에서는 비교예에 비하여, 황색 표시시, 백색 표시시의 어느 쪽에서도 반사율의 향상이 확인되지 않았다.
도14에 나타내는 바와 같이, 실시예4에서는 비교예에 비하여, 황색의 명도와 채도에는 개선이 보이지 않았지만, 백색의 명도에서 약간의 개선이 보였다.
[다른 실시 형태]
상술한 실시예는 각각 전극을 형성한 1 쌍의 기판 사이에 표시층을 형성하여 셀을 구성하고, 그 셀을 표시색의 수만큼 부착하여 다색 표시 장치를 제작한 경우이지만, 다색 표시 장치의 제조 방법으로서는 이러한 방법으로 한정하지 않고, 전극을 형성한 기판 상에 콜레스테릭 액정을 도포하고, 그 위에 다른 전극을 형성한 기판을 적층한다고 하는 공정을 반복하는 방법이나, 각각 전극을 형성한 복수의 기판을 각각 일정한 간격을 두고 적층하여 다층의 빈 셀을 제작하고, 그 각 셀에 콜레스테릭 액정을 주입하는 방법 등 여러가지 방법을 이용할 수 있다.
더욱이, 액정층의 적층의 순서는 임의이지만, 관찰측으로부터 차례로 청, 황, 녹, 청으로 하면 좋다. 상측에 있는 청층으로부터의 반사에 의해 청색 기운을 띠는 백색에 황색의 파장 대역의 스펙트럼이 가해지는 것에 의해 색을 띠지 않는 백색 표시가 얻어지기 때문이다.
또 각 표시층을 반사 상태로 바꾸는 방법으로서는 도1 ~ 도5의 예와 같이, 각 표시층을 각각 1 쌍의 전극 사이에 형성하여, 각 표시층마다 개별로 구동 전압을 인가하는 대신에 1 쌍의 전극 사이에 모든 표시층을 적층 형성하여, 이들의 전계 응답에 대한 차이, 예를 들면, 배향 상태의 변화의 임계치 전계의 차이나 유전율 이방성 정부의 차이 등을 사용해, 각 표시층을 반사 상태와 무색 상태로 바꾸도록 하여도 좋다.
또 전압 혹은 전계에 한정하지 않고, 열, 자기, 광, 응력 등의 외부 자극에 응해 각 표시층을 반사 상태와 무색 상태로 바꾸도록 하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 이 발명에 의하면, 콜레스테릭 액정을 사용한 다색 표시 장치에 있어서, 적은 표시층으로, 따라서 시차가 적고 또한 장치의 코스트를 저감할 수 있는 상태에서, 콜레스테릭 액정의 선택 반사의 원편광 2색성에 기인하는 채도 및 명도의 부족의 문제를 해결하여 색이 선명하고 밝은 다색 표시를 얻을 수 있다.
또 이 발명에 의하면, 콜레스테릭 액정을 사용한 다색 표시 장치에 한정하지 않고, 반사형의 다색 표시 장치에 있어서, 적은 표시층으로, 따라서 시차가 적고 또한 장치의 코스트를 저감할 수 있는 상태에서, 색이 선명하고 밝은 다색 표시를 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 각각 콜레스테릭 액정으로 되고, 또한 서로의 선택 반사 파장 대역이 다른 복수의 표시층이 적층된 다색 표시 장치에 있어서,
    적어도 1 개의 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 다른 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다른 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 표시층이 각각 청색, 녹색, 적색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 3층의 표시층인 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    녹색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 청색 및 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다른 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 표시층이 각각 청색, 녹색, 황색, 적색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 4층의 표시층인 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    청색 및 황색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 서로 동일하고, 또한 녹색 및 적색 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향과 다른 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  6. 각각 콜레스테릭 액정으로 되고, 또한 서로의 선택 반사 파장 대역이 다른 복수의 표시층이 적층된 다색 표시 장치에 있어서,
    모든 표시층의 콜레스테릭 액정의 나선 비틀림 방향이 동일함과 동시에, 어떤 표시층과 이것에 인접하는 다른 표시층 사이에 원편광을 역방향으로 바꾸는 위상 보상층을 갖춘 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 표시층이 녹색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 제1 표시층과, 각각 청색 및 적색, 또는 적색 및 청색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 제2 및 제3 표시층으로 되는 3층의 표시층인 동시에, 제1 표시층과 제2 표시층 사이에 상기 위상 보상층을 갖춘 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 표시층이 각각 청색 및 황색, 또는 황색 및 청색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 제1 및 제2 표시층과, 각각 녹색 및 적색, 또는 적색 및 녹색을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정으로 되는 제3 및 제4 표시층으로 되는 4층의 표시층인 동시에, 제2 표시층과 제3 표시층 사이에 상기 위상 보상층을 갖춘 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  9. 각각 외부 자극의 유무 또는 정도에 따라서, 각각 청색, 녹색, 황색, 적색을 반사하는 상태와 무색 상태로 전환되는 4층의 표시층이 적층된 다색 표시 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    관찰측으로부터 가장 먼 표시층이 적색을 반사하는 표시층인 동시에, 이것과 이것으로부터 관찰측에 하나 가까운 표시층 사이에, 적색을 투과하고 그 이외의 색광을 흡수하는 컬러 필터를 갖춘 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 표시층 각각이 1쌍의 전극 사이에 형성되고, 각각의 표시층마다 개별로 구동 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 다색 표시 장치.
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