JP3428617B2

JP3428617B2 - 反射型液晶表示素子およびその駆動方法、駆動装置

Info

Publication number: JP3428617B2
Application number: JP13409997A
Authority: JP
Inventors: 陽雄原田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 2003-07-22
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: JPH10319385A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、反射型液晶表示
素子およびその駆動方法、駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示素子は、バックライトの
ような専用の光源を必要とせず、消費電力が小さいとと
もに、薄型軽量に構成できることから、小型情報機器や
携帯情報端末などの表示装置として注目されている。

【０００３】単色表示が可能な反射型液晶表示素子とし
ては、ＴＮ（捩じれネマチック）方式によるものが知ら
れている。ＴＮ方式の反射型液晶表示素子は、それぞれ
透明電極を形成した２枚の透明基板間に正の誘電異方性
を有するネマチック液晶を装填して、配向膜の制御によ
り液晶分子の長軸が上下の基板間で９０°連続的に捩じ
れたＴＮセルを形成するとともに、上下の基板の外側に
互いに直交する偏光板を配し、下側の偏光板の外側に反
射板を配したものである。

【０００４】しかしながら、ＴＮ方式の反射型液晶表示
素子は、偏光板を使用して入射光の偏光方向を一方向に
制御するため、入射光の半分以上が失われ、明表示のと
きの反射率が低く、コントラストが低くなる欠点があ
る。

【０００５】また、多色表示が可能な反射型液晶表示素
子としては、調光層にカラーフィルタを組み合わせたも
のが知られている。しかしながら、カラーフィルタを用
いる場合には、光のロスを生じるので、バックライトを
用いる透過型液晶表示素子のように光量の増幅ができな
い反射型液晶表示素子としては、十分なコントラストが
得られない欠点がある。

【０００６】そこで、偏光板やカラーフィルタを用いる
ことなく、単色表示または多色表示を可能にした反射型
液晶表示素子として、コレステリック液晶の選択反射を
利用したものが提案されている。

【０００７】例えば、特開平３−２０９４２５号には、
図７に示すように、透明基板１５，１６の一面に、それ
ぞれ透明電極１７，１８を形成し、透明電極１７，１８
間に、表示層１９として、負の誘電異方性を有するネマ
チック液晶にカイラル剤を添加したコレステリック液晶
を高分子中に分散させた選択反射層を形成し、その選択
反射層１９を駆動回路２０によって駆動して、電界印加
時の選択反射状態と電界無印加時の透過状態とをスイッ
チングすることにより単色表示を行うものが示されてい
る。

【０００８】さらに、図８に示すように、基板１５，１
６ｒ上のそれぞれの電極１７ｒ間、基板１６ｒ，１６ｇ
上のそれぞれの電極１７ｇ間、および基板１６ｇ，１６
ｂ上のそれぞれの電極１７ｂ間に、それぞれ表示層１９
ｒ，１９ｇおよび１９ｂとして、それぞれ上記のような
選択反射層で、かつそれぞれレッド、グリーンおよびブ
ルーの色光を選択反射するものを形成し、それぞれの選
択反射層１９ｒ，１９ｇおよび１９ｂを、それぞれ駆動
回路２０ｒ，２０ｇおよび２０ｂによって別個に駆動し
て、加法混色の原理により多色表示を行うものが示され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の、コレステリック液晶の選択反射を利用した反
射型液晶表示素子では、選択反射状態と透過状態との間
のしきい値特性が急峻であることや、遷移状態において
はコレステリック液晶の螺旋構造のほどけや螺旋軸の傾
倒による色相の変化を生じることから、一画素内におけ
る特定の色の輝度変化を実現することはできない。した
がって、単色階調表示やフルカラー表示を行うために
は、ディザ法などの面積階調手法を用いる必要があり、
見かけの解像度が低下する問題がある。

【００１０】そこで、この発明は、コレステリック液晶
の選択反射を利用した反射型液晶表示素子において、色
相の変化を伴うことなく一画素内での輝度変化を実現す
ることができ、これにより、面積階調手法を用いること
による見かけの解像度の低下を軽減することができるよ
うにしたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明では、それぞれ
電極を有し、少なくとも一方が透明の一対の基板間に、
それぞれ可視光中の同じ波長で旋回方向の異なる円偏光
を選択反射し、かつ反射率の変化を生じるしきい電界強
度が異なる２つのコレステリック液晶層を積層する。

【００１２】この場合、その２つのコレステリック液晶
層は、それぞれ高分子を含むものとすることができる。

【００１３】

【作用】液晶分子が螺旋構造を有するコレステリック液
晶は、螺旋軸に平行に入射した光を右旋光と左旋光に分
け、螺旋の捩じれ方向に一致する円偏光成分を反射し、
残りの円偏光成分を透過させる。

【００１４】したがって、上述した従来の、コレステリ
ック液晶の選択反射を利用した反射型液晶表示素子にお
いては、印加電圧に応じて、図９（ａ）に示すような反
射率が０〜数％の透過状態と、同図（ｂ）に示すような
反射率が最大５０％の選択反射状態との、２段階の輝度
変化が得られ、ディザ法などの面積階調手法を用いて階
調表現を行う場合には、所望の階調数に等しい数の駆動
画素を単位表示画素と見なして画像を表示する。例え
ば、１６階調の表示を行う場合には、１６個の駆動画素
を単位表示画素とする。

【００１５】これに対して、この発明の反射型液晶表示
素子では、図６に示すように、単位表示素子内におい
て、それぞれ同一の螺旋ピッチで、かつ捩じれ方向が異
なるコレステリック液晶からなる２つの選択反射層５，
５’を積層し、しかも、その２つの選択反射層５，５’
の反射率変化を生じるしきい電界強度を異なる値にする
ので、駆動回路８によって電極３，４間に印加する電圧
を、その２つの選択反射層５，５’の反射率変化を生じ
るしきい電界強度との関係で選定した、適切な３つの電
圧値の間で変化させることによって、それぞれの選択反
射層５，５’につき色相の変化を生じる遷移状態をとる
ことなく、同図（ａ）に示すように、２つの選択反射層
５，５’が共に透過状態で、単位表示素子として反射率
が０〜数％の透過状態、同図（ｂ）に示すように、一方
の選択反射層５が選択反射状態、他方の選択反射層５’
が透過状態で、単位表示素子として反射率が最大５０％
の選択反射状態、および同図（ｃ）に示すように、２つ
の選択反射層５，５’が共に選択反射状態で、単位表示
素子として反射率が最大１００％の選択反射状態の、３
段階の輝度変化を得ることができる。

【００１６】したがって、ディザ法などの面積階調手法
を用いて階調表現を行う場合には、所望の階調数の半分
の数の駆動画素を単位表示画素と見なして画像を表示す
ればよく、従来の、コレステリック液晶の選択反射を利
用した反射型液晶表示素子に比べて見かけの解像度を２
倍に向上させることができる。例えば、１６階調の表示
を行う場合には、８個の駆動画素を単位表示画素とすれ
ばよい。

【００１７】さらに、２つの選択反射層５，５’で右旋
光と左旋光の両方を選択反射させることができるため、
最大反射率も従来に比べて２倍に向上させることがで
き、明るい表示を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】

〔単色表示の場合の第１の実施形態〕図１は、この発明
の反射型液晶表示素子の一実施形態を示し、単色表示が
可能な場合である。

【００１９】この実施形態では、基板１，２の一面に、
それぞれ電極３，４を形成し、電極３，４間に、それぞ
れ旋回方向の異なる同一波長の円偏光を選択反射し、し
かも反射率の変化を生じるしきい電界強度が異なるコレ
ステリック液晶７，７’からなる２つの選択反射層５，
５’を積層する。選択反射層５，５’には、それぞれス
ペーサ１１，１１’を挿入し、選択反射層５，５’間に
は分離基板１２を介在させる。

【００２０】基板１，２は、ガラスや高分子フィルムな
どの絶縁性および光透過性を有する材料により形成し、
電極３，４は、ＩＴＯなどの導電性および光透過性を有
する材料により形成する。

【００２１】スペーサ１１，１１’は、ガラスまたはプ
ラスチックからなるものとし、これによって選択反射層
５，５’の膜厚を数μｍ〜１０μｍ程度に制御する。分
離基板１２は、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチ
レンテレフタレートなどの絶縁性および光透過性を有す
る高分子フィルムにより形成し、数μｍの膜厚とするこ
とが望ましい。

【００２２】外光の入射側と反対側の基板２には、その
裏面に、選択反射層５，５’を透過した可視光の一部ま
たは全てを吸収する光吸収層９を形成する。電極３，４
は、駆動回路８に接続する。

【００２３】コレステリック液晶７，７’は、それぞれ
ネマチック液晶に旋回方向の異なるカイラル剤を添加す
ることによって得るとともに、同じ中心波長の円偏光を
選択反射するように、それぞれの組成を調整する。

【００２４】この２つのコレステリック液晶７，７’の
反射率変化を生じるしきい電界強度を異なる値にする方
法としては、それぞれのコレステリック液晶７，７’に
誘電異方性または弾性率の異なるネマチック液晶を用い
る方法などが考えられる。

【００２５】正の誘電異方性を有するネマチック液晶を
用いる場合には、それぞれの選択反射層５，５’は、印
加電圧の増加に伴って選択反射状態のプレーナーから透
過状態のフォーカルコニックへと構造変化するため、そ
れぞれの選択反射層５，５’の、電極３，４間に印加さ
れる電圧に対する反射率の変化として、図２に示すよう
な特性が得られる。

【００２６】したがって、電極３，４間に印加する電圧
を０とＶ１との間にするときには、図６（ｃ）に示した
ように、選択反射層５，５’が共に選択反射状態となっ
て、表示素子として反射率が理想的には１００％とな
り、電極３，４間に印加する電圧をＶ１とＶ２との間に
するときには、図６（ｂ）に示したように、選択反射層
５が選択反射状態、選択反射層５’が透過状態となっ
て、表示素子として反射率が理想的には５０％となり、
電極３，４間に印加する電圧をＶ２以上にするときに
は、図６（ａ）に示したように、選択反射層５，５’が
共に透過状態となって、表示素子として反射率が理想的
には０％となり、電極３，４間に印加する電圧を３通り
の値に変化させることによって、選択反射色につき、理
想的には反射率が１００％、５０％、０％の３段階の輝
度変化が得られる。

【００２７】これに対して、負の誘電異方性を有するネ
マチック液晶を用いる場合には、それぞれの選択反射層
５，５’は、印加電圧の増加に伴って透過状態のフォー
カルコニックから選択反射状態のプレーナーへと構造変
化するため、それぞれの選択反射層５，５’の、電極
３，４間に印加される電圧に対する反射率の変化とし
て、図３に示すような特性が得られる。

【００２８】したがって、電極３，４間に印加する電圧
を０とＶ３との間にするときには、図６（ａ）に示した
ように、選択反射層５，５’が共に透過状態となって、
表示素子として反射率が理想的には０％となり、電極
３，４間に印加する電圧をＶ３とＶ４との間にするとき
には、図６（ｂ）に示したように、選択反射層５が選択
反射状態、選択反射層５’が透過状態となって、表示素
子として反射率が理想的には５０％となり、電極３，４
間に印加する電圧をＶ４以上にするときには、図６
（ｃ）に示したように、選択反射層５，５’が共に選択
反射状態となって、表示素子として反射率が理想的には
１００％となり、電極３，４間に印加する電圧を３通り
の値に変化させることによって、選択反射色につき、理
想的には反射率が０％、５０％、１００％の３段階の輝
度変化が得られる。

【００２９】（実施例）右旋回のコレステリック液晶と
して、正の誘電異方性を有するネマチック液晶ＺＬＩ−
１１３２（メルク社製）６９ｗｔ％と右旋性カイラル剤
ＣＢ１５（メルク社製）３１ｗｔ％を混合し、３μｍ径
の接着剤付きスペーサを混入した。左旋回のコレステリ
ック液晶として、正の誘電異方性を有するネマチック液
晶ＺＬＩ−２１１６−１００（メルク社製）７０ｗｔ％
と左旋性カイラル剤Ｓ８１１（メルク社製）３０ｗｔ％
を混合し、３μｍ径の接着剤付きスペーサを混入した。

【００３０】電極４および光吸収層９が形成された基板
２を構成する、ＩＴＯ透明電極を蒸着し、黒色塗装を施
した第１の透明ガラス基板７０５９（コーニング社製）
上に、上記右旋回のコレステリック液晶を滴下し、熱と
圧力を加えながら、分離基板１２を構成する２．５μｍ
厚のＰＥＴフィルム（東レ社製）をラミネートした。

【００３１】次に、このＰＥＴフィルム上に、上記左旋
回のコレステリック液晶を滴下し、熱と圧力を加えなが
ら、電極３が形成された基板１を構成する、ＩＴＯ透明
電極を蒸着した第２の透明ガラス基板をラミネートし
て、セルを形成した。

【００３２】〔単色表示の場合の第２の実施形態〕図４
は、この発明の反射型液晶表示素子の他の実施形態を示
し、図１の実施形態と同様に単色表示が可能な場合であ
る。

【００３３】この実施形態では、２つの選択反射層５，
５’を、それぞれ高分子６，６’中にコレステリック液
晶７，７’を分散させた高分子分散コレステリック液晶
（ＰＤＣＬＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒｓｅｄ
ＣｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａ
ｌ）構造を有するものとする。この場合には、図１の場
合のスペーサ１１，１１’および分離基板１２は不要で
ある。

【００３４】この場合の選択反射層５，５’は、エマル
ジョン法、ＰＩＰＳ（Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ
ＩｎｄｕｃｅｄＰｈａｓｅＳｅｐａｒａｔｉｏｎ）
法、ＴＩＰＳ（ＴｈｅｒｍａｌｌｙＩｎｄｕｃｅｄ
ＰｈａｓｅＳｅｐａｒａｔｉｏｎ）法、ＳＩＰＳ（Ｓ
ｏｌｖｅｎｔＩｎｄｕｃｅｄＰｈａｓｅＳｅｐａ
ｒａｔｉｏｎ）法などの、高分子と液晶を相分離させる
方法によって形成することができる。

【００３５】この２つの選択反射層５，５’の反射率変
化を生じるしきい電界強度を異なる値にする方法として
は、各層のコレステリック液晶７，７’に誘電異方性ま
たは弾性率の異なるネマチック液晶を用いる方法、高分
子６，６’中に分散させる液晶ドロップレットを各層で
異なる大きさにする方法、各層に界面でのアンカリング
効果の異なる高分子骨格を用いる方法などが考えられ
る。

【００３６】この実施形態でも、図１の実施形態と同様
に、選択反射色につき、理想的には反射率が０％、５０
％、１００％の３段階の輝度変化が得られる。

【００３７】（実施例）右旋回のコレステリック液晶と
して、負の誘電異方性を有するネマチック液晶ＺＬＩ−
２８０６（メルク社製）５６ｗｔ％と右旋性カイラル剤
ＣＢ１５（メルク社製）４４ｗｔ％を混合した。得られ
た均一溶液３０ｗｔ％と、１０ｗｔ％濃度のＰＶＡ水溶
液７０ｗｔ％を混合し、６０００ｒｐｍのミキサーで４
５秒攪拌して乳化させた。得られた乳化液を脱気後、水
で約３倍に薄め、光吸収層９、電極４および基板２を構
成する、黒色塗装を施したＩＴＯ透明電極付きＰＥＴフ
ィルム（ハイビーム：東レ社製）上に、ドクターブレー
ドを用いて１００μｍの厚みに塗布し、乾燥させて、高
分子分散コレステリック液晶構造の選択反射層５’を形
成した。

【００３８】次に、左旋回のコレステリック液晶とし
て、負の誘電異方性を有するネマチック液晶ＺＬＩ−２
８０６（メルク社製）６９ｗｔ％と左旋性カイラル剤Ｓ
−８１１（メルク社製）３１ｗｔ％を混合した。得られ
た均一溶液３０ｗｔ％と、１０ｗｔ％濃度のＰＶＡ水溶
液７０ｗｔ％を混合し、１５００ｒｐｍのミキサーで４
５秒攪拌して乳化させた。得られた乳化液を脱気後、水
で約３倍に薄め、電極３および基板１を構成する、ＩＴ
Ｏ透明電極付きＰＥＴフィルム上に、ドクターブレード
を用いて１００μｍの厚みに塗布し、乾燥させて、高分
子分散コレステリック液晶構造の選択反射層５を形成し
た。

【００３９】得られた２つの選択反射層５’，５を、熱
を加えながら圧着して、セルを形成した。

【００４０】〔多色表示の場合の実施形態〕図５は、こ
の発明の反射型液晶表示素子のさらに他の実施形態を示
し、多色表示が可能な場合である。

【００４１】この実施形態では、それぞれ図１または図
４に示して上述した２つの選択反射層５，５’を、選択
反射層５ｒ，５’ｒ、５ｇ，５’ｇ、５ｂ，５’ｂとし
て有し、それぞれレッド、グリーン、ブルーの色光を選
択反射する、３つの単位表示素子１０ｒ，１０ｇ，１０
ｂを積層する。

【００４２】ただし、基板２ｒは単位表示素子１０ｒ，
１０ｇで共通とし、基板２ｇは単位表示素子１０ｇ，１
０ｂで共通とするとともに、外光の入射側と反対側の基
板２ｂの裏面に光吸収層９を形成し、電極３ｒ，４ｒ、
３ｇ，４ｇ、３ｂ，４ｂを、それぞれ駆動回路８ｒ，８
ｇ，８ｂに接続する。

【００４３】この実施形態の反射型液晶表示素子では、
レッド、グリーンおよびブルーのそれぞれの色につき、
色相の変化を伴うことなく一画素内での輝度変化を実現
することができるとともに、加法混色の原理により多色
表示を行うことができる。

【００４４】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、コ
レステリック液晶の選択反射を利用した反射型液晶表示
素子において、色相の変化を伴うことなく一画素内での
輝度変化を実現することができ、これにより、面積階調
手法を用いることによる見かけの解像度の低下を軽減す
ることができるとともに、より明るい表示を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の反射型液晶表示素子の一実施形態を
示す図である。

【図２】図１の表示素子でコレステリック液晶に正の誘
電異方性を有するネマチック液晶とカイラル剤を用いた
場合のスイッチング動作を示す図である。

【図３】図１の表示素子でコレステリック液晶に負の誘
電異方性を有するネマチック液晶とカイラル剤を用いた
場合のスイッチング動作を示す図である。

【図４】この発明の反射型液晶表示素子の他の実施形態
を示す図である。

【図５】この発明の反射型液晶表示素子のさらに他の実
施形態を示す図である。

【図６】この発明の反射型液晶表示素子の２つの選択反
射層の相変化を示す図である。

【図７】従来の反射型液晶表示素子の一例を示す図であ
る。

【図８】従来の反射型液晶表示素子の他の例を示す図で
ある。

【図９】従来の反射型液晶表示素子の選択反射層の相変
化を示す図である。

【符号の説明】

１，２，２ｒ，２ｇ，２ｂ基板３，３ｒ，３ｇ，３ｂ電極４，４ｒ，４ｇ，４ｂ電極５，５ｒ，５ｇ，５ｂ選択反射層５’，５’ｒ，５’ｇ，５’ｂ選択反射層６，６’ 高分子７，７’ コレステリック液晶８，８ｒ，８ｇ，８ｂ駆動回路９光吸収層１０ｒ，１０ｇ，１０ｂ単位表示素子１１，１１’ スペーサ１２分離基板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ電極を有し、少なくとも一方が透
明の一対の基板間に、それぞれ可視光中の同じ波長で旋
回方向の異なる円偏光を選択反射し、かつ反射率の変化
を生じるしきい電界強度が異なる２つのコレステリック
液晶層を積層したことを特徴とする反射型液晶表示素
子。
【請求項２】請求項１の反射型液晶表示素子において、前記２つのコレステリック液晶層が、それぞれ高分子を
含むことを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項３】それぞれ請求項１または２に記載の表示素
子で、かつそれぞれ可視光中の異なる波長の光を選択反
射する複数の表示素子を、隣接する２つの表示素子の間
で基板を共通または別個にして、積層したことを特徴と
する反射型液晶表示素子。
【請求項４】請求項１，２または３の反射型液晶表示素
子を駆動する方法において、前記２つのコレステリック液晶層が積層された単位表示
素子を、その２つのコレステリック液晶層の前記しきい
電界強度との関係で選定した３つの電圧値の間で変化す
る駆動電圧によって駆動することを特徴とする表示素子
駆動方法。
【請求項５】請求項１，２または３の反射型液晶表示素
子を駆動する装置において、前記２つのコレステリック液晶層が積層された単位表示
素子を、その２つのコレステリック液晶層の前記しきい
電界強度との関係で選定した３つの電圧値の間で変化す
る駆動電圧によって駆動することを特徴とする表示素子
駆動装置。