(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ青色、黄色、緑色、赤色を選択反射するコレステリック液晶層が、この順序で観察側から順に積層されたコレステリック液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１のコレステリック液晶表示装置において、
前記青色コレステリック液晶層と前記黄色コレステリック液晶層が、同一の螺旋ねじれ方向を有し、前記緑色コレステリック液晶層と前記赤色コレステリック液晶層が、これと逆の螺旋ねじれ方向を有するコレステリック液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１または２のコレステリック液晶表示装置において、
前記青色コレステリック液晶層と前記黄色コレステリック液晶層との間に黄色フィルタが設けられ、前記緑色コレステリック液晶層と前記赤色コレステリック液晶層との間に赤色フィルタが設けられたコレステリック液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の電子機器の表示パネルなどとして用いられる、コレステリック液晶の選択反射を利用した表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コレステリック液晶は、棒状分子からなる螺旋構造を有し、螺旋ピッチが光学波長オーダーの場合には特定波長付近の可視光を選択的に反射する。この現象は、コレステリック液晶の選択反射として知られている。選択反射の反射率は、電気、磁気、光、熱、応力などにより螺旋軸の方向を制御し、または螺旋構造そのものを破壊／生成することによって、変化させることができる。これによって反射光をオンオフ制御するのが、コレステリック液晶表示素子である。
【０００３】
コレステリック液晶表示素子は、外光を照明として利用して表示を行う反射型表示素子であるので、照明用の電力を必要とせず、低消費電力である。しかも、無電源で表示を保持できるメモリ性を有すること、そのため駆動に薄膜トランジスタなどの高価なアクティブマトリクス基板を必要としないこと、樹脂基板などのフレキシブル基板を利用できること、反射率が高く鮮明な表示が可能であること、などの特長を有する。
【０００４】
光の３原色である青色、緑色、赤色を選択反射する３つのコレステリック液晶層を積層することによって、多色表示のコレステリック液晶表示装置を得ることができる。このコレステリック液晶表示装置では、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層のうちの１つを反射状態にし、他の２つを無色状態にすることによって、青色、緑色または赤色の表示が得られる。また、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層のうちの２つを反射状態にし、他の１つを無色状態にすることによって、シアン、マゼンタまたは黄色の表示が得られる。さらに、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層のすべてを反射状態にすることによって、白色表示が得られ、逆にすべてを無色状態にすれば、観察側と反対側の光吸収層によって、黒色表示が得られる。
【０００５】
図５は、このように青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層を積層した従来のコレステリック液晶表示装置の一例を示し、青色セル５１、緑色セル５２、赤色セル５３の３つのコレステリック液晶セルを積層したものである。
【０００６】
青色セル５１、緑色セル５２、赤色セル５３は、それぞれ、電極２を形成した一対の基板１間に、青色コレステリック液晶層３１、緑色コレステリック液晶層３２、赤色コレステリック液晶層３３を挟持したもので、これら青色セル５１、緑色セル５２、赤色セル５３を接着層６で接着し、表示装置裏面に光吸収層４を形成して、コレステリック液晶表示装置を構成する。
【０００７】
このような積層型コレステリック液晶表示装置では、基板１、電極２、接着層６またはコレステリック液晶層３１〜３３の光吸収または反射による損失が、表示特性に少なからず影響を与える。
【０００８】
そこで、特開平８−３０４８４８号には、電極２として用いる酸化インジウム錫の光吸収が短波長ほど大きいことに着目して、選択反射波長域が短波長側のコレステリック液晶層ほど観察側（外光入射側）となるように、図５のように観察側から順に青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３２，３３を積層することが示されている。
【０００９】
また、特開平１０−３１２１０号には、観察側から順に青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層を積層し、青色と緑色のコレステリック液晶層の間に黄色のカラーフィルタを設け、緑色と赤色のコレステリック液晶層の間に赤色のカラーフィルタを設けることによって、視角による表示色相の変化を抑制して視野角を広げることが示されている。
【００１０】
このように従来、多色表示の積層型コレステリック液晶表示装置は、図５に示すように観察側から順に青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３２，３３を積層することが好ましいとされていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように観察側から順に青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３２，３３を積層したコレステリック液晶表示装置では、観察側と反対側のコレステリック液晶層ほど大きな光損失を受けるため、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３２，３３の反射スペクトルは、図６に青色１０１、緑色１０２、赤色１０３として示すように、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３２，３３の順に反射率が低くなる。そのため、白色表示時の反射スペクトルは、白色１０９として示すように、青色の波長域で反射率が高くなり、緑色から赤色にかけての波長域で反射率が低くなって、結果的に白色表示が青味を帯びてしまう。
【００１２】
そこで、この発明は、積層型コレステリック液晶表示装置において、青味の色づきのない白色表示が得られるようにしたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明では、それぞれ青色、黄色、緑色、赤色を選択反射するコレステリック液晶層を、この順序で観察側から順に積層する。
【００１４】
【作用】
上記のように構成した、この発明のコレステリック液晶表示装置では、白色表示時、青色、黄色、緑色、赤色のコレステリック液晶層のすべてを反射状態にすることによって、白色表示時の反射スペクトルは、青色、黄色、緑色、赤色のコレステリック液晶層の反射スペクトルが合成された、青色の波長域と黄色の波長域に同程度のピークを有するものとなって、青味の色づきのない白色表示が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明のコレステリック液晶表示装置の一例を示す。
【００１６】
この例では、黄色セル５４の上面（観察側の面）に黄色フィルタ７１を設け、赤色セル５３の上面に赤色フィルタ７２を設け、下面に光吸収層４を設けて、青色セル５１、黄色セル５４、緑色セル５２、赤色セル５３を、この順序で観察側から順に積層し、接着層６で接着する。
【００１７】
青色セル５１、黄色セル５４、緑色セル５２、赤色セル５３は、それぞれ、電極２を形成した一対の基板１間に、青色コレステリック液晶層３１、黄色コレステリック液晶層３４、緑色コレステリック液晶層３２、赤色コレステリック液晶層３３を挟持したものである。
【００１８】
ここで、青色、緑色、赤色とは、それぞれ４００〜５００ｎｍ、５００〜６００ｎｍ、６００〜７００ｎｍの波長域に主たる波長成分を有する色光を指し、黄色とは、緑色と赤色の中間に位置し、５５０〜６００ｎｍの波長域にピークを有する色光を指す。このような波長域のため、黄色コレステリック液晶層３４が実質的に橙色味や緑色味を帯びる場合もあるが、このような場合も、この発明のコレステリック液晶表示装置に含める。
【００１９】
上述した例のコレステリック液晶表示装置では、青色、緑色または赤色の表示時には、青色、緑色または赤色のコレステリック液晶層３１，３２または３３のみを反射状態にし、シアン表示時には、青色および緑色のコレステリック液晶層３１および３２を反射状態にし、マゼンタ表示時には、青色および赤色のコレステリック液晶層３１および３３を反射状態にする。黄色表示時には、（１）黄色コレステリック液晶層３４のみを、または（２）緑色および赤色のコレステリック液晶層３２および３３を、あるいは（３）黄色、緑色および赤色のコレステリック液晶層３４，３２および３３を、反射状態にするが、高反射率を得る上では（３）が望ましい。
【００２０】
さらに、白色表示時には、青色、黄色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３４，３２，３３のすべてを反射状態にする。また、すべてのコレステリック液晶層を無色状態にすれば、光吸収層４によって、黒色表示が得られる。
【００２１】
観察側と反対側のコレステリック液晶層ほど大きな光損失を受けるため、青色、黄色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３４，３２，３３の反射スペクトルは、図２および図３に青色１０１、黄色１０４、緑色１０２、赤色１０３として示すように、青色、黄色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３４，３２，３３の順に反射率が低くなる。
【００２２】
そして、白色表示時には、青色、黄色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３４，３２，３３のすべてが反射状態にされるので、白色表示時の反射スペクトルは、図３に白色１０９として示すように、青色、黄色、緑色、赤色のコレステリック液晶層３１，３４，３２，３３の反射スペクトルが合成された、青色の波長域と黄色の波長域に同程度のピークを有するものとなり、青色と黄色は補色関係にあって、その混色は白色となるので、青味の色づきのない白色表示が得られる。
【００２３】
図１の例のように黄色フィルタ７１および赤色フィルタ７２を設けることによって、表示彩度が向上するとともに、視角による表示色相の変化を抑制して視野角を広げることができる。
【００２４】
黄色フィルタ７１は、その透過スペクトルを図２に黄色フィルタ１０５として示すように、５００ｎｍ付近にカットオフ波長を有し、それより短波長の青色の色光を吸収し、長波長の緑色および赤色の色光を透過するカラーフィルタである。赤色フィルタ７２は、その透過スペクトルを図２に赤色フィルタ１０６として示すように、６００ｎｍ付近にカットオフ波長を有し、それより短波長の青色および緑色の色光を吸収し、長波長の赤色の色光を透過するカラーフィルタである。
【００２５】
コレステリック液晶層３１〜３４の螺旋ねじれ方向は、すべて同一でもよいが、青色コレステリック液晶層３１と黄色コレステリック液晶層３４を、同一の螺旋ねじれ方向とし、緑色コレステリック液晶層３２と赤色コレステリック液晶層３３を、これと逆の螺旋ねじれ方向とすると、さらに好適である。
【００２６】
これは、コレステリック液晶が、螺旋ねじれ方向と同一方向の円偏光成分のみを反射する円偏光２色性を有し、反射スペクトルが重なり合う波長帯では、円偏光の回転方向が互いに異なる方が、回転方向が同一である場合より、高反射率になるからである。
【００２７】
コレステリック液晶層３１〜３４のコレステリック液晶としては、例えば、コレステリル・クロライドやコレステリル・ノナノエートなどのコレステロール誘導体などの液晶性不斉炭素化合物や、ベンジリデンアニリン、アゾベンゼン、アゾキシベンゼン、シアノビフェニル、シアノターフェニル、フェニルシクロヘキサン、フェニルベンゾエート、シクロヘキシルシクロヘキサン、シクロヘキシルカルボン酸エステル、フェニルピリミジン、フェニルジオキサン、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル、シクロヘキシルエタン、シクロヘキセン、トランなどの化学構造を含む公知のネマチック液晶性化合物に、２−メチル−ｎ−ブチルシアノビフェニルなどのカイラル剤と呼ばれる不斉炭素化合物を添加した組成物を、用いることができる。これらの化合物は、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。
【００２８】
コレステリック液晶層３１〜３４は、上記以外の成分を含んでもよく、例えば、コレステリック液晶内に高分子や無機化合物をゲル状、マトリクス状、微粒子状に分散させたものや、逆に高分子マトリクス中にコレステリック液晶を液滴状に分散させたものや、液晶をマイクロカプセル状にしたものでもよい。
【００２９】
基板１としては、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスなどのガラスや、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォンなどの樹脂などの透光性絶縁材料を用いる。
【００３０】
電極２には、酸化インジウム錫、酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛などの透光性を有する導電材料を用いる。これらの材料を、スパッタリング法、蒸着法、ゾルゲル法などによって基板１上に薄膜状に成膜し、フォトエッチング法などによって所望の形状に加工して、電極２を形成する。
【００３１】
光吸収層４としては、可視波長域全域（４００〜７００ｎｍ）を吸収する黒色の色材、例えば、カーボンブラックやアニリンブラックなどの黒色顔料や黒色染料を含む塗料や、酸化クロムなどの無機材料を用いる。光吸収層４は、赤色コレステリック液晶層３３より下層にあればよく、赤色コレステリック液晶層３３の下側の電極２や基板１と兼ねてもよい。
【００３２】
接着層６には、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などの紫外線硬化型または熱硬化型の接着剤や、ポリエステルやポリエチレン−ポリビニルアルコール共重合体などのホットメルト接着剤や、ポリ酢酸ビニルなどの粘着剤など、公知の光学用の接着剤または粘着剤を用いることができる。ただし、接着層６は透光性を有する必要がある。接着層６には、セル同士を接着するだけでなく、基板１の表面反射を低減してコントラストを高める作用がある。
【００３３】
黄色フィルタ７１および赤色フィルタ７２は、顔料や染料を含む着色塗料を基板１上に塗布し、または基板１上にアクリル樹脂やゼラチン膜を設けて染料で染色するなど、公知の方法によって形成することができる。
【００３４】
黄色フィルタ７１は、青色コレステリック液晶層３１と黄色コレステリック液晶層３４との間にあればよく、黄色セル５４の上面ではなく青色セル５１の下面に形成し、または青色セル５１と黄色セル５４との間の接着層６と兼ね、あるいは青色コレステリック液晶層３１の直下や黄色コレステリック液晶層３４の直上の電極２や基板１と兼ねてもよい。赤色フィルタ７２についても、同様である。
【００３５】
図１の例のコレステリック液晶表示装置の作製方法の一例を示す。まず、電極を形成した一方の基板の端部に接着剤を塗布し、同様に電極を形成した他方の基板をスペーサを介して一定間隔で接着する。
【００３６】
次に、それぞれ、この一対の基板間に青色、黄色、緑色、赤色のコレステリック液晶を注入し、基板端部を封止して、青色セル５１、黄色セル５４、緑色セル５２、赤色セル５３を作製する。コレステリック液晶層３１，３４，３２，３３の厚みは、２〜２０μｍ程度にする。
【００３７】
次に、黄色セル５４の上面に黄色フィルタ７１を、赤色セル５３の上面に赤色フィルタ７２を、下面に光吸収層４を、それぞれ形成する。最後に、青色セル５１、黄色フィルタ７１が形成された黄色セル５４、緑色セル５２、赤色フィルタ７２および光吸収層４が形成された赤色セル５３を、接着層６で接着する。
【００３８】
表示装置の表示特性や表示の均一性などを良好にするために、電極２とコレステリック液晶層３１，３４，３２，３３との界面に配向膜を設けてもよい。配向膜としては、ポリイミドやポリビニルアルコールなどの樹脂、アルキルアンモニウム化合物やアルキルシラン化合物などの低分子表面改質剤、ＳｉＯなどの無機薄膜などを用いることができる。配向膜は、特に垂直配向性のものが好ましい。
【００３９】
上述した例は、電気的にコレステリック液晶表示装置を駆動し、その表示を書き換える場合であるが、この発明は、電気以外の磁気、光、熱、応力などの外部刺激によってコレステリック液晶表示装置を駆動し、その表示を書き換える場合にも、同様に適用することができ、同様の効果が得られる。
【００４０】
（実際に作製した例による検証）
図１に示して上述した例のコレステリック液晶表示装置を実際に作製した。
【００４１】
青色コレステリック液晶および黄色コレステリック液晶として、メルク社製カイラル剤のＳ−８１１とＳ−１０１１とを４：１の重量比で混合した混合カイラル剤を、メルク社製ネマチック液晶Ｅ４４に、青色コレステリック液晶については２２．７ｗｔ％、黄色コレステリック液晶については１８．２ｗｔ％、それぞれ添加して、それぞれ左ねじれのコレステリック液晶を調製した。
【００４２】
緑色コレステリック液晶および赤色コレステリック液晶として、メルク社製カイラル剤のＲ−８１１とＲ−１０１１とを４：１の重量比で混合した混合カイラル剤を、メルク社製ネマチック液晶Ｅ４４に、緑色コレステリック液晶については１９．４ｗｔ％、赤色コレステリック液晶については１６．２ｗｔ％、それぞれ添加して、それぞれ右ねじれのコレステリック液晶を調製した。
【００４３】
それぞれＩＴＯ電極が形成された厚さ１５０μｍの一対のガラス基板上に、垂直配向ポリイミドＳＥ７５１１Ｌ（日産化学社製）からなる配向膜を形成し、一対のガラス基板を対向させて、それぞれセルギャップが５μｍの４個のセルを作製し、それぞれのセルに上記の青色（左ねじれ）、黄色（左ねじれ）、緑色（右ねじれ）、赤色（右ねじれ）のコレステリック液晶を注入して、それぞれのセルを封止し、青色セル５１、黄色セル５４、緑色セル５２、赤色セル５３を得た。
【００４４】
次に、アクリル樹脂溶液に黄色染料Ｋａｙａｓｅｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  Ｋ−ＣＬ（日本化薬社製）を１ｗｔ％溶解した溶液を、黄色セル５４の上面に塗布し、乾燥させて、黄色フィルタ７１を形成するとともに、アクリル樹脂溶液に赤色染料ＰＣｒｅｄ３Ｐ（日本化薬社製）を０．５ｗｔ％溶解した溶液を、赤色セル５３の上面に塗布し、乾燥させて、赤色フィルタ７２を形成した。さらに、黒色樹脂溶液ＢＫＲ１０５（日本化薬社製）を、赤色セル５３の下面に塗布し、乾燥させて、光吸収層４を形成した。
【００４５】
このように作製した青色セル５１、黄色フィルタ７１が形成された黄色セル５４、緑色セル５２、赤色フィルタ７２および光吸収層４が形成された赤色セル５３を、紫外線硬化接着剤によって接着して、コレステリック液晶表示装置を得た。
【００４６】
各コレステリック液晶層３１，３４，３２，３３は、５０Ｖの交流パルスを１００ｍ秒、印加することによって、着色状態となり、３０Ｖの交流パルスを１００ｍ秒、印加することによって、無色状態となった。
【００４７】
この実施例のコレステリック液晶表示装置との比較のために、図５に示したように、青色セル５１、緑色セル５２、赤色セル５３を、この順序で観察側から順に積層した従来のコレステリック液晶表示装置を作製した。ただし、青色セル５１と緑色セル５２との間に黄色フィルタを設けた。青色セル、緑色セル、赤色セルは、実施例のそれと全く同じに作製し、黄色フィルタも、実施例のそれと全く同じに作製した。
【００４８】
実施例と比較例のそれぞれにつき、分光光度計ＣＭ２００２（ミノルタ社製）を用いて、白色表示時のＬ＊ａ＊ｂ＊色度座標を測定した。その結果を図４に示す。
【００４９】
比較例の色度座標は、ｂ＊軸負側に偏り、青味を帯びるのに対して、実施例の色度座標は、原点に近く、着色が解消されることを、確認できた。原点からの距離で定義される彩度Ｃ＊＝（（ａ＊）２＋（ｂ＊）２）１／２は、比較例では１０．０、実施例では２．３であり、実施例では比較例の約１／４に低減することが認められた。
【００５０】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、青味のない白色表示が得られ、表示品位の高いカラー表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のコレステリック液晶表示装置の一例を示す図である。
【図２】図１の例のコレステリック液晶表示装置の各コレステリック液晶層の反射スペクトルと黄色フィルタおよび赤色フィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図３】図１の例のコレステリック液晶表示装置の各コレステリック液晶層および白色表示時の反射スペクトルを示す図である。
【図４】実施例と比較例の白色表示時の色度座標を示す図である。
【図５】従来のコレステリック液晶表示装置の一例を示す図である。
【図６】図５のコレステリック液晶表示装置の各コレステリック液晶層および白色表示時の反射スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１…基板
２…電極
３１…青色コレステリック液晶層
３２…緑色コレステリック液晶層
３３…赤色コレステリック液晶層
３４…黄色コレステリック液晶層
４…光吸収層
５１…青色セル
５２…緑色セル
５３…赤色セル
５４…黄色セル
６…接着層
７１…黄色フィルタ
７２…赤色フィルタ
１０１…青色コレステリック液晶層の反射スペクトル
１０２…緑色コレステリック液晶層の反射スペクトル
１０３…赤色コレステリック液晶層の反射スペクトル
１０４…黄色コレステリック液晶層の反射スペクトル
１０５…黄色フィルタの透過スペクトル
１０６…赤色フィルタの透過スペクトル
１０９…白色表示時の反射スペクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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