(57)【要約】第１の反射手段２２により反射される光と第２の反射手段２６により反射される光とを加法混色して色を表示する表示装置において、第１の反射手段により反射される第１の波長の光と、第２の反射手段により反射される第２の波長の光とを、互いにほぼ補色の関係とする。これにより、少なくとも２つの反射手段によって良好な白黒表示を行うことができ、構造及び駆動方法が簡単な表示装置を実現することができる。
2003050604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射手段により反射される光と第２の反射手段により反射される光とを加法混色して色を表示する表示装置であって、
前記第１の反射手段により反射される第１の波長の光と、前記第２の反射手段により反射される第２の波長の光とが、互いにほぼ補色の関係にある
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段における選択反射波長である前記第１の波長は、４８０〜５００ｎｍの範囲内及び５８０〜６４０ｎｍの範囲内の一方であり、
前記第２の反射手段における選択反射波長である前記第２の波長は、４８０〜５００ｎｍの範囲内及び５８０〜６４０ｎｍの範囲内の他方である
ことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段における選択反射波長である前記第１の波長は、４５０〜４８０ｎｍの範囲内及び５７０〜６１０ｎｍの範囲内の一方であり、
前記第２の反射手段における選択反射波長である前記第２の波長は、４５０〜４８０ｎｍの範囲内及び５７０〜６１０ｎｍの範囲内の他方である
ことを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段及び前記第２の反射手段のうち、短波長側の光を反射する反射手段の反射帯域は、長波長側の光を反射する反射手段の反射帯域よりも狭い
ことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載の表示装置において、
前記短波長側の光を反射する反射手段の前記反射帯域は、半値幅が７０ｎｍ以下である
ことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段と前記第２の反射手段とのうち少なくとも一方がマイクロカプセルに封入されている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段及び前記第２の反射手段に電界を印加し、前記第１の反射手段及び前記第２の反射手段の少なくとも一方の表示状態を変化する電極対を更に有する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段に電界を印加し、前記第１の反射手段の表示状態を変化する第１の電極対と、前記第２の反射手段に電界を印加し、前記第２の反射手段の表示状態を変化する第２の電極対とを更に有する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項９】
請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段の表示状態が変化する第１の電圧閾値と、前記第２の反射手段の表示状態が変化する第２の電圧閾値とがほぼ等しい
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項に記載の表示装置において、
光の照射により電荷を生成する光導電層を更に有し、前記光導電層から放出される電荷によりもたらされる光照射領域と非照射領域との間の電圧閾値の差を利用して、前記第１の反射手段又は前記第２の反射手段の前記光照射領域の表示状態を選択的に変化する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段及び前記第２の反射手段は、液晶より成る
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項に記載の表示装置において、
前記液晶は、カイラルネマティック液晶又はコレステリック液晶である
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段と前記第２の反射手段とを隔てる、ガラスより成る隔壁層を更に有する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１４】
請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第２の反射手段は、前記第１の反射手段により反射される円偏光と反対方向の円偏光を反射する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１５】
請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段と前記第２の反射手段とを隔てる、フィルムシートより成る隔壁層を更に有する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１６】
請求の範囲第１５項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段は、前記第２の反射手段より観察側に設けられており、
前記第２の反射手段は、前記第１の反射手段により反射される円偏光と同じ方向の円偏光を反射し、
前記第２の反射手段における選択反射波長をλとすると、前記隔壁層を透過して前記第２の反射手段に導入される常光と異常光との位相差は、λ／２のほぼ奇数倍になっている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１７】
請求の範囲第１５項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段は、前記第２の反射手段より観察側に設けられており、
前記第２の反射手段は、前記第１の反射手段により反射される円偏光と反対方向の円偏光を反射し、
前記第２の反射手段における選択反射波長をλとすると、前記隔壁層を透過して前記第２の反射手段に導入される常光と異常光との位相差は、λ／２のほぼ偶数倍になっている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１８】
請求の範囲第１項乃至第１７項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段の選択反射波長とほぼ等しい選択反射波長で光を反射する第３の反射手段と、
前記第２の反射手段の選択反射波長とほぼ等しい選択反射波長で光を反射する第４の反射手段とを更に有し、
前記第３の反射手段は、前記第１の反射手段により反射される円偏光と反対方向の円偏光を反射し、前記第４の反射手段は、前記第２の反射手段により反射される円偏光と反対方向の円偏光を反射する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１９】
請求の範囲第１項乃至第１８項のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記第１の反射手段と前記第２の反射手段とのうち、いずれか一方の反射状態を変化させることにより有彩色を表示する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２０】
請求の範囲第１９項に記載の表示装置において、前記有彩色は、青色又は黄色である
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２１】
選択反射波長が４８０〜５００ｎｍの範囲内である第１の反射手段と、選択反射波長が５８０〜６４０ｎｍの範囲内である第２の反射手段とを有し、前記第１の反射手段により反射される光と前記第２の反射手段により反射される光とを加法混色して色を表示する表示装置の駆動方法であって、
前記第１の反射手段の表示状態と前記第２の反射手段の表示状態とを共に変化することにより、白色表示と黒色表示とを切り換える
ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
【請求項２２】
選択反射波長が４５０〜４８０ｎｍの範囲内である第１の反射手段と、選択反射波長が５７０〜６１０ｎｍの範囲内である第２の反射手段とを有し、前記第１の反射手段により反射される光と前記第２の反射手段により反射される光とを加法混色して色を表示する表示装置の駆動方法であって、
前記第１の反射手段の表示状態を固定し、前記第２の反射手段の表示状態を変化することにより、白色表示と青色表示とを又は黄色表示と黒色表示とを切り換える
ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
【請求項２３】
請求の範囲第２２項に記載の表示装置の駆動方法において、前記第１の反射手段の表示状態を変化することにより、白色−青色表示と黄色−黒色表示とを切り換えることを特徴とする表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
［技術分野］
本発明は、表示装置に係り、特に、反射型の表示装置及びその駆動方法に関する。
［背景技術］
コンピュータやモバイル機器の表示装置としては、ＣＲＴやバックライト付きの透過型の液晶表示装置が、一般に用いられている。これらの表示装置は、内部に発光手段を有する発光型の表示装置である。
近年の研究から、テキスト等の表示を読む場合には、作業効率や疲労度などの点から、非発光型の反射型の表示装置が望ましいことが提唱されている。反射型の表示装置は、内部に発光手段を設けることを要せず、自然光等を用いて表示するため、目に優しく、低消費電力化にも有効である。
また、更なる低消費電力化を実現すべく、電源を切断しても表示が消えないメモリ性を有する表示装置が待望されている。
このような表示装置として、カイラルネマティック液晶やコレステリック液晶を用いた表示装置が提案されている。カイラルネマティック液晶とは、ネマティック液晶にカイラル剤が添加された液晶である。カイラルネマティック液晶やコレステリック液晶は、特定の波長の光を選択的に反射する特性を有している。
カイラルネマティック液晶を用いた提案されている表示装置について図３５を用いて説明する。図３５は、提案されているカイラルネマティック液晶を用いた表示装置を示す概略図である。
図３５に示すように、ガラスより成る基板１１０上には、光吸収層１１４が形成されている。光吸収層１１４上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）より成る電極１１２が形成されている。光吸収層１１４及び電極１１２が形成された基板１１０上には、基板１１０と対向するように、ガラスより成る基板１１８が設けられている。基板１１８の電極１１２と対向する面には、ＩＴＯより成る電極１２０が形成されている。光吸収層１１４及び電極１１２が形成された基板１１０と電極１２０が形成された基板１１８との間には、カイラルネマティック液晶より成る液晶層１２２が設けられている。こうして、カイラルネマティック液晶を用いた表示装置が構成されている。
なお、カイラルネマティック液晶を用いた表示装置については、例えば、特表平６−５０７５０５号公報に開示されている。
次に、カイラルネマティック液晶を用いた表示装置の動作について説明する。
図３５Ａは、プレーナ状態を示している。プレーナ状態では、入射光のうち、液晶分子の螺旋ピッチに応じた波長の光が反射される。反射スペクトルが最大となる波長λは、液晶の平均屈折率をｎ、螺旋ピッチをｐとすると、
λ  ＝  ｎ・ｐ
により表される。また、反射光の波長バンド幅Δλは、液晶の屈折率異方性をΔｎとすると、
Δλ  ＝  Δｎ・ｐ
により表される。
図３５Ｂは、フォーカルコニック状態を示している。フォーカルコニック状態では、入射光は、カイラルネマティック液晶より成る液晶層１２２を透過し、基板１１０上に形成された光吸収層１１４により吸収される。このため、フォーカルコニック状態では、黒色が表示されることとなる。
図３６は、カイラルネマティック液晶の反射スペクトルを示すグラフである。横軸は波長を示しており、縦軸は反射率を示している。縦軸の反射率は、白色板を用いて反射させた場合を１００％として表している。
カイラルネマティック液晶の反射波長は、コレステリック液晶に添加するカイラル剤の量を適宜設定することにより、所望の値に設定することが可能である。カイラル剤の添加量を多くすると、液晶の螺旋ピッチｐは小さくなり、反射光の波長λは短くなる。
また、カイラルネマティック液晶は、右円偏光又は左円偏光のいずれか一方を反射する特性を有している。このことは、例えば、ＳＩＤ  ９７  ＤＩＧＥＳＴ，ｐ．１０１９−１０２２に記載されている。カイラルネマティック液晶に添加するカイラル剤の特性により、右円偏光又は左円偏光のいずれかを反射するように設定することが可能である。カイラルネマティック液晶は、右円偏光又は左円偏光のいずれか一方を反射するため、反射率は理論上５０％が上限である。
プレーナ状態とフォーカルコニック状態は、何らかの外力を加えない限り半永久的に保持される。このため、カイラルネマティック液晶を用いれば、電源を切断しても表示内容を保持し得るメモリ性を有する表示装置を提供することが可能となる。
このように、カイラルネマティック液晶は、反射型の表示装置を構成することが可能であり、電源を切断しても表示内容を保持することも可能であるため、次世代の表示装置として注目されている。
単層のカイラルネマティック液晶を用いて構成された表示装置では、プレーナ状態では、螺旋ピッチに対応した波長の光が選択的に反射されるため、表示色は有彩色となる。一方、フォーカルコニック状態では、入射光が光吸収層により吸収されるため、表示色は黒色となる。このため、単層のカイラルネマティック液晶を用いて表示装置を構成した場合には、有彩色又は黒色が表示され、白色表示を行うことはできない。
カイラルネマティック液晶を用いて白色表示を行う技術として、以下のような技術が提案されている。
特表平９−５０３８７３号公報には、複数の種類のカイラルネマティック液晶を混在させることにより、４００〜７００ｎｍまでの全可視スペクトルをカバーし、これにより白色を表示する技術が開示されている。
また、特開２００１−６６６２７号公報には、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）、Ｙ（イエロー）の４つの液晶を設けることにより、ほぼ全可視スペクトルをカバーし、これにより白色を表示する技術が開示されている。
また、特開２００１−１０９０１２号公報には、ＲＧＢの３色のカイラルネマティック液晶を用いて白色を表示することが開示されている。
また、特開平１１−２３１３３９号公報には、青色の光吸収層上に、黄色の光を選択的に反射するカイラルネマティック液晶層を設けることにより、白色を表示することが開示されている。
また、フォーカルコニック状態における光の散乱により、白色を表示する技術も提案されている。
しかしながら、カイラルネマティック液晶の反射波長帯域は、半値幅が７０〜１１０ｎｍ程度である。このため、特表平９−５０３８７３号公報に開示された表示装置では、例えば２種類のカイラルネマティック液晶を混在させただけでは、全可視スペクトルをカバーすることはできず、白色を表示することはできない。しかも、かかる表示装置では、一つのポリマ中に２種類以上の液晶材料が混在しているため、これらの液晶材料が混じり合ってしまう虞がある。
また、特開２００１−６６６２７号公報や特開２００１−１０９０１２号公報に開示されている表示装置では、いずれも３層以上の液晶を設けることを要するため、低コスト化における阻害要因となる。また、これらの表示装置は、駆動電圧が高く、駆動方法も複雑である。
また、特開平１１−２３１３３９号公報に開示された表示装置では、表示色は、青色と白色となる。このため、かかる表示装置は、視認性が悪く、テキスト等の文書を読むのには適さない。
また、フォーカルコニック状態における光の散乱により白色を表示する技術では、反射率が２０％程度と低いため、明るい白表示は得られない。このため、かかる技術を用いて表示装置を構成した場合には、高いコントラストを得ることができない。
このように、提案されている技術では、いずれも、良好な白黒表示が可能な表示装置を安価に提供することはできなかった。
また、カイラルネマティック液晶は、観察角を大きくしていくと、選択反射波長が短波長側にシフトしてしまうという特性を有している。このため、単にカイラルネマティック液晶を用いて表示装置を構成した場合には、観察方向の変化に伴って、表示色の色相が変化してしまう。図３７は、観察方向を変化させた場合を示す概念図である。例えば、正面から観察するとレッドが表示されている場合、観察角θを大きくしていくと、表示色はグリーンに変化し、更に観察角θを大きくしていくと、表示色はブルーに変化する。また、正面から観察するとグリーンが表示されている場合、観察角θを大きくするに伴い、表示色はブルーに変化する。モニタ用の表示装置では、視認範囲を±６０°とすることが求められており、±６０°の範囲における色相の変化は望ましくない。このため、観察方向の変化に伴う色相の変化を低減する技術も待望されていた。
［発明の開示］
本発明の目的は、良好な白黒表示が可能で、観察方向の変化に伴う色相の変化の少ない、反射型の表示装置を安価に提供することにある。また、本発明の他の目的は、このような表示装置について、簡単な方法で良好な表示を実現しうる表示装置の駆動方法を提供することにある。
上記目的は、第１の反射手段により反射される光と第２の反射手段により反射される光とを加法混色して色を表示する表示装置であって、前記第１の反射手段により反射される光の波長と前記第２の反射手段により反射される光の波長とは、互いにほぼ補色の関係にあることを特徴とする表示装置により達成される。
また、上記他の目的は、選択反射波長が４８０〜５００ｎｍの範囲内である第１の反射手段と、選択反射波長が５８０〜６４０ｎｍの範囲内である第２の反射手段とを有し、前記第１の反射手段により反射される光と前記第２の反射手段により反射される光とを加法混色して色を表示する表示装置の駆動方法であって、前記第１の反射手段の表示状態と前記第２の反射手段の表示状態とを共に変化することにより、白色表示と黒色表示とを切り換えることを特徴とする表示装置の駆動方法によっても達成される。
また、上記他の目的は、選択反射波長が４５０〜４８０ｎｍの範囲内である第１の反射手段と、選択反射波長が５７０〜６１０ｎｍの範囲内である第２の反射手段とを有し、前記第１の反射手段により反射される光と前記第２の反射手段により反射される光とを加法混色して色を表示する表示装置の駆動方法であって、前記第１の反射手段の表示状態を固定し、前記第２の反射手段の表示状態を変化することにより、白色表示と青色表示とを又は黄色表示と黒色表示とを切り換えることを特徴とする表示装置の駆動方法によっても達成される。
本発明によれば、２つの液晶層における反射光が互いに補色の関係となるように構成されているので、良好な白黒表示を実現し得る表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、一方の液晶層における選択反射波長が４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、他方の液晶層における選択反射波長が５８０ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内であるため、観察角の変化に起因して生ずる選択反射波長の変化を互いに相殺することができ、観察方向が変化しても表示色の色相が殆ど変化しない表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、わずか２つの液晶層を設けるだけで良好な白黒表示をすることができるため、表示装置を安価に提供することができる。
また、本発明によれば、各液晶層の閾値電圧をほぼ均一にするので、表示装置の表示品質や駆動する際の安定性を大幅に向上することができる。
また、本発明によれば、一方の液晶層における選択反射波長が４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内であり、他方の液晶層における選択反射波長が５７０ｎｍ〜６１０ｎｍの範囲内であるため、一方の液晶層を駆動するだけで白−青色表示又は黄−黒色表示が可能な表示装置を実現することができる。これにより、表示装置の構造及び駆動方法を簡略化することができる。
また、本発明によれば、カイラルネマティック液晶が用いられているため、電源を切断しても表示内容を保持することができる。従って、本発明によれば、消費電力が低く、しかもメモリ性を有する表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、一方の液晶層に右円偏光を反射するＲ液晶が用いられており、他方の液晶層に左円偏光を反射するＬ液晶が用いられている。このため、本発明によれば、一方の液晶層による反射スペクトルと他方の液晶層による反射スペクトルとが互いに重なり合う波長帯域が存在していても、一方の液晶層により反射される波長帯域の光が、他方の液晶層により反射されてしまうのを防止することができる。従って、本発明によれば、一方の液晶層による反射スペクトルと他方の液晶層による反射スペクトルとが互いに重なり合っていても、いずれかの液晶層における光の反射が少なくなってしまうのを防止することができ、白色表示時における明るさをより明るくすることができる。
また、本発明によれば、それぞれの選択反射波長λ１、λ２に対して、Ｒ液晶を用いた液晶層とＬ液晶を用いた液晶層とがそれぞれ形成されているため、右円偏光、左円偏光のいずれをも反射することができる。従って、本発明によれば、入射光をより高効率で反射することができ、より明るい白色表示を得ることができる。
また、本発明によれば、基板や隔壁層の材料としてフィルムが用いられているため、フレキシブルで、広い用途で用い得る表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、液晶層に導入される常光と異常光との位相差がλ２／２の奇数倍となるように、隔壁層の厚さ等が設定されているため、複屈折性を有するフィルムを用いる場合であっても、良好な表示を実現することができる。
また、本発明によれば、液晶層に導入される常光と異常光との位相差がλ２／２の偶数倍となるように障壁層の厚さ等が設定されているため、Ｒ液晶とＬ液晶とを組み合わせた場合であっても、良好な表示を実現することができる。
また、本発明によれば、液晶層がマイクロカプセルに収容されているため、隔壁層を設けることなく、カイラルネマティック液晶が互いに混ざり合ってしまうのを防止することができる。本発明によれば、隔壁層を設けることを要しないため、表示装置をより薄型化することが可能となる。
［発明を実施するための最良の形態］
［本発明の原理］
本発明の原理について図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は本発明の原理を示すｘｙ色度図である。
本願発明者らは、鋭意検討した結果、一方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長が４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、他方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長が５８０ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内であり、且つ、これらの選択反射波長に対応する光の色が互いに補色の関係となるように、これら２種類のカイラルネマティック液晶を組み合わせれば、良好な白黒表示を実現し得るとともに、観察方向が変化しても表示色の色相の変化を防止し得ることに想到した。
２つの色光を加法混色することにより得られる色は、図１に示すようなｘｙ色度図上で２つの色度座標を結んだ線分の中心座標に対応する色である。このため、一方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１を例えば４９０ｎｍとし、他方のカイラルネマティック液晶の選択反射波長λ２を例えば６００ｎｍとした場合、２つの色度座標を結んだ線分の中心座標は白色に対応する座標となる。従って、このように選択反射波長に対応する光の色が互いに補色の関係にある２種類のカイラルネマティック液晶を組み合わせれば、良好な白色を表示することが可能となる。
図２に示すように、観察角が大きくなるに伴い、カイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１、λ２は、それぞれ短波長側にシフトする。しかし、これらカイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１、λ２は、いずれも短波長側にシフトするため、ｘｙ色度図上で２つの色度座標を結んだ線分の中心座標は殆ど変化しない。このため、観察角が大きくなるのに伴って、カイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１、λ２が、それぞれ短波長側にシフトしたとしても、これら選択反射波長λ１、λ２の変化が表示色に及ぼす影響は互いに相殺され、加法混色により得られる表示色の色相は殆ど変化しない。従って、このような選択反射波長λ１、λ２のカイラルネマティック液晶を組み合わせれば、観察方向が変化しても表示色の色相が殆ど変化しない表示装置を提供することが可能となる。
なお、上記では、カイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１を４９０ｎｍとし、カイラルネマティック液晶における選択反射波長λ２を６００ｎｍとしたが、カイラルネマティック液晶の選択反射波長λ１、λ２の組み合わせはこれに限定されるものではない。一方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１を４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内とし、他方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長λ２を５８０ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内とし、且つ、これらの選択反射波長λ１、λ２に対応する光の色が互いに補色の関係となるように、これら２種類のカイラルネマティック液晶を組み合わせればよい。一方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１を４８０〜５００ｎｍの範囲内とし、他方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長λ２を５８０〜６４０ｎｍの範囲内とすることを要するのは、カイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１、λ２がこれらの範囲内でない場合には、２つの色度座標を結んだ線分の中心座標が白色に相当する座標とならず、加法混色により得られる表示色が白色とならないためである。また、たとえ白色に近似した表示色が得られたとしても、観察方向の変化に起因して生ずるカイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１、λ２の変化を互いに相殺しきれず、観察方向の変化に伴って表示色の色相が変化してしまうためである。
このように、本発明によれば、反射光が互いに補色の関係となるような２種類のカイラルネマティック液晶を組み合わせるので、良好な白色を表示しうる表示装置を提供することができる。しかも、本発明によれば、一方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長が４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、他方のカイラルネマティック液晶における選択反射波長が５８０ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内であるため、観察角の変化に起因して生ずるカイラルネマティック液晶における選択反射波長の変化を相殺することができ、観察方向が変化しても表示色の色相が殆ど変化しない表示装置を提供することができる。また、本発明によれば、わずか２種類のカイラルネマティック液晶を用いて良好な白黒表示をすることができるため、表示装置を安価に提供することが可能となる。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による表示装置を図３を用いて説明する。図３は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図３に示すように、ガラスより成る基板１０上には、膜厚０．１μｍのＩＴＯより成る電極１２が形成されている。電極１２上には、厚さ１μｍの光吸収層１４が形成されている。基板１０上には、基板１０と対向するように、厚さ３０ｎｍのガラスより成る隔壁層１６が設けられている。隔壁層１６上には、隔壁層１６に対向するように、ガラスより成る基板１８が設けられている。基板１８の隔壁層１６に対向する面側には、ＩＴＯより成る電極２０が形成されている。
電極２０が形成された基板１８と隔壁層１６との間には、例えば、選択反射波長λ１が４９５ｎｍ、厚さ５μｍのカイラルネマティック液晶より成る液晶層２２が設けられている。液晶層２２は、シール剤２４により封止されている。カイラルネマティック液晶の液晶分子は、右向きにねじれている。液晶分子が右向きにねじれているカイラルネマティック液晶（以下、「Ｒ液晶」と仮称する）は、右円偏光のみを反射する。
液晶層２２を構成するカイラルネマティック液晶は、ネマティック液晶にカイラル剤を添加することにより形成されている。ネマティック液晶としては、例えばメルク社製のＥ４８を用いることができる。カイラル剤としては、例えばメルク社製のＣＢ１５を用いることができる。このカイラル剤は、液晶分子に右向きのねじれを誘起する特性を有している。カイラルネマティック液晶における選択反射波長λ１は、ネマティック液晶に添加するカイラル剤の量を調整することにより適宜設定することが可能である。
電極１２及び光吸収層１４が形成された基板１０と隔壁層１６との間には、例えば、選択反射波長λ２が６０１ｎｍ、厚さが５μｍのカイラルネマティック液晶より成る液晶層２６が設けられている。液晶層２６は、シール剤２８により封止されている。液晶層２６には、Ｒ液晶が用いられている。即ち、液晶層２６に用いられているカイラルネマティック液晶の液晶分子は、右向きにねじれている。
液晶層２６を構成するカイラルネマティック液晶は、上記と同様に、ネマティック液晶にカイラル剤を添加することにより形成されている。ネマティック液晶としては、上記と同様に、例えばメルク社製のＥ４８を用いることができる。カイラル剤としては、上記と同様に、例えばメルク社製のＣＢ１５を用いることができる。カイラルネマティック液晶の選択反射波長λ２は、ネマティック液晶に添加するカイラル剤の量を調整することにより、適宜設定することが可能である。
こうして、観測側に選択反射波長λ１の液晶層２２が設けられ、光吸収層１４側に選択反射波長λ２の液晶層２６が設けられた、本実施形態による液晶表示装置が構成されている。
次に、本実施形態による表示装置の動作について説明する。
フォーカルコニック状態においては、入射光は、液晶層２２、２６を透過し、光吸収層１４により吸収される。このため、フォーカルコニック状態においては、表示色は黒色となる。
一方、プレーナ状態においては、入射光のうち、液晶層２２、２６の液晶分子の螺旋ピッチに応じた波長の光が、液晶層２２、２６により選択的に反射される。液晶層２２の選択反射波長λ１は４９５ｎｍであり、液晶層２６の選択反射波長λ２は６０１ｎｍである。このため、液晶層２２、２６からの反射光を加法混色することにより得られる表示色は、白色となる。従って、プレーナ状態においては、表示色は白色となる。
なお、液晶層２２、２６に用いられているカイラルネマティック液晶をフォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化させるためには、電極１２、２０間に例えば５００Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加すればよい。
また、液晶層２２、２６に用いられているカイラルネマティック液晶をプレーナ状態からフォーカルコニック状態に変化させるためには、電極１２、２０間に例えば２００Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加すればよい。
また、一般に、カイラル剤の添加量が多いほど、駆動電圧は高くなる傾向にある。選択反射波長λ１が短い液晶層２２には、選択反射波長λ２が長い液晶層２６に比べて、カイラル剤が多く添加されている。このため、選択反射波長λ２が長い液晶層２６では、選択反射波長λ１が短い液晶層２２に比べて、低い印加電圧でフォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化する。従って、電極１２、２０間に印加する電圧を適宜設定することにより、液晶層２６に用いられているカイラルネマティック液晶のみを、フォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化させることができる。従って、電極１２、２０間に印加する電圧を適宜設定することにより、白黒表示のみならず、選択反射波長λ２に対応する有彩色をも表示し得る表示装置を提供することも可能である。
（評価結果）
次に、本実施形態による表示装置の評価結果について説明する。
（ａ）白色表示時における反射スペクトル
まず、白色表示時における反射スペクトルについて説明する。図４は、本実施形態による表示装置の白色表示時における反射スペクトルを示すグラフである。
横軸は波長を示しており、縦軸は反射率を示している。なお、反射スペクトルを測定する際には、Ｄ６５光源を用いた。
図４から分かるように、本実施形態による表示装置では、白色表示時において、良好な反射スペクトルが得られた。
（ｂ）白色表示時における色度
次に、白色表示時における色度について説明する。
白色表示時における色度を測定した結果、ｘ＝０．３１９、ｙ＝０．３６７であった。
このことから、本実施形態によれば、良好な白色を表示し得ることが分かる。
（ｃ）観察方向の変化に起因する表示色の変化
次に、観察方向の変化に起因する表示色の変化について説明する。
観察方向の変化に起因する表示色の変化については、観察角を０°から６０°まで１０°毎に変化させ、ｕ′ｖ′均等色空間における最大色差Δｕ′ｖ′を求めることにより評価した。
比較例１として、観察角が０°のときに赤色を表示するように構成された単層の液晶層について、最大色差Δｕ′ｖ′を測定した。この結果、比較例１における最大色差Δｕ′ｖ′は、０．１６２であった。
比較例２として、観察角が０°のときに緑色を表示するように構成された単層の液晶層について、最大色差Δｕ′ｖ′を測定した。この結果、比較例２における最大色差Δｕ′ｖ′は、０．１４６であった。
比較例３として、観察角が０°のときに青色を表示するように構成された単層の液晶層について、最大色差Δｕ′ｖ′を測定した。この結果、比較例３における最大色差Δｕ′ｖ′は、０．１３３であった。
実施例として、本実施形態による表示装置について、最大色差Δｕ′ｖ′を測定した。この結果、実施例における最大色差Δｕ′ｖ′は、０．０８４であった。
このことから、本実施形態によれば、観察方向を変化させた場合であっても表示色が殆ど変化しない表示装置を提供しうることが分かる。
このように、本実施形態によれば、液晶層２２、２６における反射光が互いに補色の関係となるように構成されているので、良好な白黒表示を実現し得る表示装置を提供することができる。
しかも、本実施形態によれば、液晶層２２における選択反射波長λ１が４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、液晶層２６における選択反射波長λ２が５８０ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内であるため、観察角の変化に起因して生ずる選択反射波長λ１、λ２の変化を互いに相殺することができ、観察方向が変化しても表示色の色相が殆ど変化しない表示装置を提供することができる。
また、本実施形態によれば、わずか２層の液晶層２２、２６を設けるだけで良好な白黒表示をすることができるため、表示装置を安価に提供することができる。
また、本実施形態によれば、カイラルネマティック液晶が用いられているため、電源を切断しても表示内容を保持することができる。従って、本実施形態によれば、消費電力が低く、しかもメモリ性を有する表示装置を提供することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による表示装置を図５を用いて説明する。なお、図３に示す第１実施形態による表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
図５は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
本実施形態による表示装置は、一方の液晶層として液晶分子が右方向にねじれているカイラルネマティック液晶が用いられており、他方の液晶層として液晶分子が左方向にねじれているカイラルネマティック液晶（以下、「Ｌ液晶」と仮称する）が用いられていることに主な特徴がある。
電極２０が形成された基板１８と隔壁層１６との間には、第１実施形態と同様に、液晶分子が右方向にねじれているカイラルネマティック液晶であるＲ液晶より成る液晶層２２が設けられている。
一方、電極１４及び光吸収層１４が形成された基板１０と隔壁層１６との間には、液晶分子が左方向にねじれているカイラルネマティック液晶であるＬ液晶より成る液晶層２６ａが設けられている。液晶層２６ａにおける選択反射波長λ２は、例えば６０１ｎｍに設定されている。液晶層２６ａの厚さは、図３に示す第１実施形態による表示装置の液晶層２６と同様に、例えば５μｍとなっている。カイラルネマティック液晶は、ネマティック液晶にカイラル剤を添加することにより形成されている。ネマティック液晶としては、上記と同様に、例えばメルク社製のＥ４８を用いることができる。カイラル剤としては、例えばメルク社製のＳ８１１を用いることができる。かかるカイラル剤は、液晶分子に左向きのねじれを誘起する特性を有している。カイラルネマティック液晶の選択反射波長λ２は、ネマティック液晶に添加するカイラル剤の量を調整することにより、適宜設定することが可能である。
こうして本実施形態による表示装置が構成されている。
本実施形態による表示装置は、上述したように、一方の液晶層２２にＲ液晶が用いられており、他方の液晶層２６にＬ液晶が用いられていることに主な特徴がある。
第１実施形態による表示装置では、液晶層２２による反射スペクトルと液晶層２６による反射スペクトルとが互いに重なり合う波長帯域において、入射光が液晶層２２により反射されてしまい、液晶層２６によっては殆ど反射されなかった。このため、第１実施形態による表示装置では、液晶層２６により反射される光が少なくなってしまっていた。
これに対し、本実施形態では、液晶層２２に右円偏光を反射するＲ液晶が用いられており、液晶層２６ａに左円偏光を反射するＬ液晶が用いられている。このため、本実施形態によれば、液晶層２２による反射スペクトルと液晶層２６ａによる反射スペクトルとが互いに重なり合う波長帯域が存在していても、液晶層２６ａにより反射される波長帯域の光が、液晶層２２により反射されてしまうのを防止することができる。従って、本実施形態によれば、液晶層２２による反射スペクトルと液晶層２６による反射スペクトルとが互いに重なり合っていても、液晶層２６ａにおける光の反射が少なくなってしまうのを防止することができ、白色表示時における明るさをより明るくすることができる。
（評価結果）
次に、本実施形態による表示装置の評価結果について説明する。
（ａ）白色表示時における反射スペクトル
まず、白色表示時における反射スペクトルについて図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による表示装置の白色表示時における反射スペクトルを示すグラフである。なお、反射スペクトルを測定する際には、第１実施形態の場合と同様に、Ｄ６５光源を用いた。
図６に示すように、本実施形態では、図４に示す第１実施形態による表示装置の反射スペクトルと比較して、高い反射率が得られている。
また、白色表示時における明るさを比較したところ、本実施形態による表示装置では、第１実施形態による表示装置と比較して、白色表示時における明るさが１．４倍であった。
これらのことから、本実施形態によれば、白色表示における明るさをより明るくし得ることが分かる。
（ｂ）白色表示時における色度
次に、白色表示時における色度について説明する。
白色表示時における色度を測定した結果、ｘ＝０．３２８、ｙ＝０．３５０であった。
このことから、本実施形態によれば、良好な白色を表示し得ることが分かる。
（変形例）
本実施形態の変形例による表示装置を図７を用いて説明する。図７は本変形例による表示装置の構造を示す断面図である。
本変形例による表示装置は、液晶層が４層設けられていることに主な特徴がある。
図７に示すように、電極２０が形成された基板１８と隔壁層１６との間には、互いに離間して隔壁層３０、３２が設けられている。
電極２０が形成された基板１８と隔壁層３０との間には、液晶層２２が設けられている。液晶層２２には、Ｒ液晶が用いられている。液晶層２２の選択反射波長λ１は、例えば４９２ｎｍに設定されている。
隔壁層３０と隔壁層３２との間には、液晶層２２ａが設けられている。液晶層２２ａには、Ｌ液晶が用いられている。液晶層２２ａの選択反射波長λ１は、例えば４９２ｎｍに設定されている。
隔壁層３２と隔壁層１６との間には、液晶層２６が設けられている。液晶層２６には、Ｒ液晶が用いられている。液晶層２６の選択反射波長λ２は、例えば６０１ｎｍに設定されている。
電極１２及び光吸収層１４が形成された基板１０と隔壁層１６との間には、液晶層２６ａが設けられている。液晶層２６ａには、Ｒ液晶が用いられている。液晶層２６ａの選択反射波長は、例えば６０１ｎｍに設定されている。
本変形例によれば、それぞれの選択反射波長λ１、λ２に対して、Ｒ液晶を用いた液晶層２２、２６とＬ液晶を用いた液晶層２２ａ、２６ａとがそれぞれ形成されているため、右円偏光、左円偏光のいずれをも反射することができる。従って、本実施形態によれば、入射光をより高効率で反射することができ、より明るい白色表示を得ることができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による表示装置を図８を用いて説明する。なお、図３乃至図７に示す第１又は第２実施形態による表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
図８は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
本実施形態による表示装置は、基板や隔壁層の材料としてフィルムが用いられていることに主な特徴がある。
図８に示すように、フィルムより成る基板１０ａと、フィルムより成る隔壁層１６ａと、フィルムより成る基板１８ａとが、互いに対向するように設けられている。
電極２０が形成された基板１８ａと隔壁層１６ａとの間には、液晶層２２が設けられている。液晶層２２には、Ｒ液晶が用いられている。液晶層２２の選択反射波長λ１は、例えば４９２ｎｍに設定されている。
電極１２及び光吸収層１４が形成された基板１０ａと障壁層１６ａとの間には、液晶層２６が設けられている。液晶層２６には、Ｒ液晶が用いられている。液晶層２６の選択反射波長λ２は、例えば６０１ｎｍに設定されている。
本実施形態による表示装置では、基板１０ａ、１８ａや隔壁層１６ａの材料としてフィルムが用いられているが、フィルムは一般に複屈折性を有している。このため、単に、基板１０ａ、１８ａや隔壁層１６ａの材料としてフィルムを用いた場合には、良好な表示が得られない。このため、本実施形態では、隔壁層１６ａの厚さ等を適宜設定することにより、液晶層２６に導入される常光と異常光との位相差がλ２／２の奇数倍となるようにしている。このような条件を満たすように隔壁層１６ａの厚さ等を設定すれば、複屈折性を有するフィルムを用いた場合であっても、良好な表示を実現することができる。
液晶層２６に導入される常光と異常光との位相差がλ２／２の奇数倍となるようにすれば、液晶層２２を透過して隔壁層１６ａに導入された左円偏光は、液晶層２６に導入される際には右円偏光となる。このため、液晶層２２においては右円偏光が反射される一方、液晶層２６においては隔壁層１６ａに導入される際には左まわりであった円偏光が反射されることとなる。このため、本実施形態によれば、液晶層２２における反射スペクトルと液晶層２６における反射スペクトルとが互いに重なり合っていても、液晶層２６による光の反射が少なくなってしまうのを防止することができ、明るい白色表示を得ることができる。
このように、本実施形態によれば、基板１０ａ、１８ａや隔壁層１６ａの材料としてフィルムが用いられているため、フレキシブルで、広い用途で用い得る表示装置を提供することができる。
また、本実施形態によれば、液晶層２６に導入される常光と異常光との位相差がλ２／２の奇数倍となるように、隔壁層１６ａの厚さ等が設定されているため、複屈折性を有するフィルムを用いる場合であっても、良好な表示を実現することができる。
（変形例）
次に、本実施形態による表示装置の変形例について図９を用いて説明する。図９は本変形例による表示装置の構造を示す断面図である。
本変形例による表示装置は、Ｒ液晶とＬ液晶とを組み合わせて構成されていることに主な特徴がある。
電極２０が形成された基板１８ａと隔壁層１６ａとの間には、図８に示す第３実施形態による表示装置と同様に、液晶層２２が設けられている。液晶層２２には、Ｒ液晶が用いられている。液晶層２２の選択反射波長λ１は、例えば４９２ｎｍとなっている。
電極１２及び光吸収層１４が形成された基板１０ａと隔壁層１６ａとの間には、図９に示す第３実施形態による表示装置と同様に、液晶層２６ａが設けられている。液晶層２６ａには、Ｌ液晶が用いられている。液晶層２６ａの選択反射波長λ２は、例えば６０１ｎｍとなっている。
本変形例では、隔壁層１６ａの厚さ等を適宜設定することにより、液晶層２６ａに導入される常光と異常光との位相差がλ２／２の偶数倍となるようにしている。このような条件を満たすように隔壁層１６ａの厚さ等を設定すれば、複屈折性を有するフィルムを用いた場合であっても、良好な表示を得ることができる。
また、液晶層２６ａに導入される常光と異常光との位相差がλ２／２の偶数倍となるように隔壁層１６ａの厚さ等を設定すると、液晶層２２を透過して隔壁層１６ａに導入された左円偏光は、液晶層２６ａに導入される際も左円偏光のままとなる。このため、液晶層２２では右円偏光を反射することができ、液晶層２６ａでは左円偏光を反射することができる。
従って、本変形例によれば、液晶層２２における反射スペクトルと液晶層２６ａにおける反射スペクトルとが互いに重なり合っていても、液晶層２６ａにおける光の反射が少なくなってしまうのを防止することができ、明るい白色表示を得ることができる。
このように、本変形例によれば、液晶層２６ａに導入される常光と異常光との位相差がλ２／２の偶数倍となるように障壁層１６ａの厚さ等が設定されているため、Ｒ液晶とＬ液晶とを組み合わせた場合であっても、良好な表示を実現することができる。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による表示装置を図１０を用いて説明する。なお、図１乃至図９に示す第１乃至第３実施形態による表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
図１０は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
本実施形態による表示装置は、カイラルネマティック液晶より成る液晶層がマイクロカプセルに収容されていることに主な特徴がある。
図１０に示すように、電極１２及び光吸収層１４が形成された基板１０と、電極２０が形成された基板１８との間には、マイクロカプセルに収容された液晶層２２と、マイクロカプセルに収容された液晶層２６ａとが設けられている。液晶層２２は、選択反射波長λ１が例えば４９２ｎｍのＲ液晶である。液晶層２６ａは、選択反射波長λ２が例えば６０１ｎｍのＬ液晶である。
本実施形態によれば、液晶層２２、２６ａがマイクロカプセルに収容されているため、隔壁層１６を設けることなく、カイラルネマティック液晶が互いに混ざり合ってしまうのを防止することができる。本実施形態によれば、隔壁層１６を設けることを要しないため、表示装置をより薄型化することが可能となる。
しかも、本実施形態によれば、液晶層２２にＲ液晶が用いられており、液晶層２６ａにＬ液晶が用いられているため、液晶層２２における反射スペクトルと液晶層２６ａにおける反射スペクトルとが互いに重なり合っていても、液晶層２２又は液晶層２６ａにおける光の反射が少なくなってしまうのを防止することができ、明るい白色表示を得ることができる。
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による表示装置を図１１乃至図２３を用いて説明する。なお、図３乃至図１０に示す第１乃至第４実施形態による表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
はじめに、本実施形態による表示装置について図１１を用いて説明する。図１１は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
基板１０上には、電極１２が形成されている。電極１２上には、光の照射により電荷を発生する光導電層３４が形成されている光導電層３４上には、光吸収層１４が形成されている。光吸収層１４上には、その間にＬ液晶からなる液晶層２６ａを狭持するように隔壁層１６が形成されている。隔壁層１６上には、その間にＲ液晶からなる液晶層２２を狭持するように電極２０が形成されている。電極２０上には、基板１８が形成されている。液晶層２６ａ及び液晶層２２は、シール剤２８，２４により、それぞれ封止されている。
ここで、本実施形態による表示装置は、液晶層２２及び液晶層２６ａの閾値電圧がほぼ等しいことに主たる特徴がある。以下、液晶層２２と液晶層２６ａとの閾値電圧をほぼ等しくする効果について図１２乃至図２１を用いて説明する。
図１２は液晶セルの等価回路を示す回路図、図１３は印加パルスと液晶層へ印加される電圧との関係を示す図、図１４は液晶の比抵抗と液晶に印加される電圧との関係を示す図、図１５は液晶層の閾値電圧が異なる場合の液晶層の状態変化を示す図、図１６は液晶層の閾値電圧がほぼ等しい場合の液晶層の状態変化を示す図、図１７は液晶層間の閾値電圧差が大きい場合と小さい場合とにおける液晶層の応答特性を示すグラフ、図１８は添加物を含まない各液晶層の電圧特性を示すグラフ、図１９は各液晶層の分圧比の測定に用いた回路図、図２０は交流パルスを印加した場合における各液晶層の分圧比を測定した結果を示すグラフ、図２１は本実施形態による表示装置の電圧応答測定を示すグラフである。
第１乃至第４実施形態による表示装置では、２層以上の液晶層を一対の電極により駆動している。しかしながら、各液晶層の電圧閾値が異なるとポテンシャルを十分に生かしたコントラストを得ることができない。
カイラルネマティック液晶の閾値電界強度ＥＣＮは、ＰＯを螺旋ピッチ、Ｋ２２をツイストの弾性常数、Δεを誘電率異方性、ε０を真空誘電率とすると、
ＥＣＮ＝（π２／ＰＯ）×（Ｋ２２／ε０Δε）１／２
として表される。つまり、誘電率異方性が高いほどに駆動電圧が低くなる関係にある。ここで、誘電率異方性とは、液晶分子の軸の方向による誘電率の差、すなわち配向状態によってその誘電率が異なることをいう。カイラルネマティック液晶においても、先述のプレーナ状態、フォーカルコニック状態及びホメオロトピック状態では、誘電率が互いに大きく異なる。誘電率は、正の誘電率異方性を持つ一般的な液晶の場合プレーナ状態の時に最大となり、ホメオロトピック状態の時に最小となる。
また、液晶は、純粋な絶縁膜ではなく、内部に発生するイオン等の作用から僅かに電流を流す性質を有する。したがって、液晶セルを等価的な電気回路に置き換えると、図１２に示すように、コンデンサと抵抗とを並列接続した電気回路として表すことができる。
液晶はこのような性質を有するため、電極間に狭持された液晶の電圧遷移は、図１３に示すようになる。図１３の左に示す初期値Ｖ０は、コンデンサとしての誘電率に相当する値となる。この初期値Ｖ０が大きいほど、コンデンサ部への電荷のチャージに高い電圧を要するため、誘電率が低いことを意味する。また、−Δｖ／Δｔ、Ｖ０−Δｖの値は、液晶の比抵抗値に依存する。
すなわち、図１４Ａに示すように、液晶の比抵抗が比較的大きい場合にはΔｖの値は小さく、電圧の保持能力に優れている。一方、図１４Ｂに示すように、液晶の比抵抗値が小さいほど電圧の保持能力が劣化し、駆動の障壁となる。この比抵抗の低下は、液晶層内に存在するイオン等が主に支配する。
したがって、異なる誘電率異方性、比抵抗を持つ２つの液晶層を一対の電極間に狭持した場合、駆動時に以下に示すような現象が生じることが考えられる。
液晶層に電圧を印加すると、誘電率の絶対値が小さい液晶層に電圧が多く分圧される。例えば、プレーナ状態の誘電率が８である液晶層２２とプレーナ状態の誘電率が１２である液晶層２６との積層体に２０Ｖの電圧を印加すると、図１５Ａに示すように、液晶層２２に１２Ｖの電圧が印加され、液晶層２６に８Ｖの電圧が印加されることとなる。
印加電圧が更に増加すると、電圧が多く分圧される液晶層２２が先に閾値電圧に達し、プレーナ状態からホメオロトピック状態に変化する。液晶層２２はホメオロトピック状態では例えば誘電率が４である。したがって、図１５Ｂに示すように、積層体に印加する電圧を例えば３２Ｖまで増加しても、液晶層２６に印加される電圧が閾値電圧より低い８Ｖであり、液晶層２２に印加される電圧のみが２４Ｖまで増加することとなる。このように、液晶層の誘電率が互いに異なると、両液晶層の状態を同時に変化することが極めて困難となる。
一方、液晶層２２，２６の誘電率が等しい場合には、図１６Ａ，１６Ｂに示すように、液晶層２２，２６に印加される電圧はほぼ等しくなり、両液晶層の状態をほぼ同時に変化することが可能となる。
したがって、一対の電極を用いる場合において、複数の液晶層の状態を同時に変化させる、すなわち閾値電圧をほぼ一致させるには、各液晶層の誘電率をできるだけ一致させ、比抵抗もできるだけ近づけることが重要である。
図１７は、液晶層間の閾値電圧差が大きい場合と小さい場合とにおける液晶層の応答特性を示すグラフである。図１７Ａに示すように、液晶層１と液晶層２との間の閾値電圧に差があると双方ともフォーカルコニック状態にできる可動幅Ｖｆｃは狭いが、図１７Ｂに示すように、液晶層１と液晶層２との間の閾値電圧がほぼ等しい場合には可動幅Ｖｆｃが広くなり、表示品質や駆動安定性の大幅な向上がもたらされる。
次に、液晶層の閾値電圧の制御方法について、具体的な例を挙げて説明する。
右円偏光を反射する液晶（Ｒ液晶）として、メルク社製の液晶Ｅ４８に、右向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤ＣＢ１５を適量混合し、反射主波長が４９２ｎｍである液晶を用意した。また、左円偏光を反射する液晶層（Ｌ液晶）として、メルク社製の液晶Ｅ４８に、左向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤Ｓ８１１を適量混合し、反射主波長が６０１ｎｍである液晶を用意した。
これらの液晶の単体での電圧特性を図１８に示す。図１８Ａはプレーナ状態からフォーカルコニック状態に変化する場合の応答特性を、図１８Ｂはフォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化する場合の応答特性を示している。図示するように、いずれの場合にも、カイラル剤の分量比が少ないＬ液晶の方がやや駆動電圧が低く、逆に、カイラル剤の分量比が多いＲ液晶の方がやや駆動電圧が高い。なお、カイラルネマティック液晶の場合、カイラル剤の添加量が多いほど比抵抗が低下し、駆動電圧は高くなる。
次に、液晶の積層状態を電気的にシミュレーションするため、図１９に示すようにガラスセルを直列接続して交流パルスを印加した場合の、各液晶への分圧比の調査を行った。その結果を図２０に示す。図２０Ａに示すように、カイラル剤の分量比が多く絶対的な誘電率が低いＲ液晶の方が、電圧が多く分圧されるため、見かけ上の閾値電圧が低くなっている。そこで、Ｌ液晶に、約３％の界面活性剤の添加を試みた。その結果、図２０Ｂに示すように、界面活性剤の添加によって分圧比の関係を逆転することができた。つまり、界面活性剤を添加することにより、誘電率や比抵抗といった液晶層の特性を大きく変化することができる。
これらの結果を踏まえ、図１１に示す本実施形態による表示装置における液晶層２６ａとして、上記Ｌ液晶に界面活性剤ＴＮ−４０（旭電化製）を１．２％添加したものを用いた。このときの各液晶層２２，２６ａの厚さは３μｍとした。また、光導電層３４の厚さは１０μｍとした。
このように作成した本実施形態による表示装置について電圧応答特性を測定した結果を図２１に示す。図示するように、液晶層２２及び液晶層２６ａの閾値電圧はほぼ一致しており、良好な応答特性を実現することができた。
次に、この表示装置に、５００Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加し、両液晶層２２，２６ａをプレーナ状態とした。プレーナ状態では、２層の混色により良好な白色表示が得られた。
次に、光導電層３４側の面にネガ画像マスクを当て、光を照射しながら素子全体に８０Ｖの直流パルスを印加したところ、光が照射された領域の２つの液晶層２２，２６ａは同時にフォーカルコニック状態へ変化し、非照射領域の液晶層２２，２６ａはプレーナ状態を維持し、コントラストの高い明瞭な白黒表示を行うことができた。
ここで、上述の光導電層３４を用いた光書き込みのメカニズムについて、図２２及び図２３を用いて説明する。図２２は光導電層の構造及び動作を説明する図、図２３は光導電層を用いた光書き込みの方法を示すグラフである。
図２２に示すように、光導電層３４は、より詳細には、光照射により電荷を発生する電荷発生層（ＣＧＬ）３４ａと、電荷発生層（ＣＴＬ）３４ａにおいて発生した電荷を輸送する電荷輸送層３４ｂとを有する形状が現在は一般的である。
ＣＧＬ層３４ａに光エネルギーを与えると、電荷モーメントを有する電荷キャリアの先駆体が発生し、電界の存在下で先駆体が電子と正孔に別れる。ＣＴＬ層３４ｂは、通常は正孔輸送性を有する材料で構成されており、ホールが感光体の表面の帯電電荷によって形成される電界でＣＴＬ層３４ｂ中を移動する。コレステリック液晶と光導電層３４とを組み合わせた光書き込み素子を駆動させる場合には、反射層側の電極を−極、光導電層３４側の電極を＋極とする。
なお、光導電層３４としては、有機感光体（ＯＰＣ）を用いたものや、アモルファスシリコンのような無機物を用いたものがある。ＯＰＣには、他の感光体に比べ、耐久性が良い、加工性・量産性に優れる、フレキシブルな媒体に着脱可能、といった多くの長所があり、現在最も用いられている材料である。
次に、コレステリック反射層と光導電層とを組み合わせた媒体の表示（反射率）特性を、図２３を用いて説明する。
図２３Ａは、プレーナ状態からフォーカルコニック状態に駆動する場合の表示特性を光照射時と非照射時とで比較したグラフである。
光が照射されている状況下では、電圧パルス信号がある閾値電圧Ｖｔｆを越えると、反射層はフォーカルコニック状態に変化していく。反射層が十分にフォーカルコニック状態になる電圧をＶｆｃとすると、それ以上の電圧値では再びプレーナ状態へと変化していく。
一方、光が照射されていない状況下では、フォーカルコニック状態への変化が始まる閾値電圧Ｖｔｆ′、十分にフォーカルコニック状態になる電圧Ｖｆｃ′は、光が照射されている状況下に比べて大きく上昇する。
ここで、２つの状況下での各々の電圧値を比較すると、光照射時で十分にフォーカルコニックになる電圧値Ｖｆｃは、非照射時の閾値電圧Ｖｔｆ′を下回っている。つまり、電圧値Ｖｆｃの印加によって、光照射部分はフォーカルコニック状態に変化し、非照射部分はプレーナ状態のままである。
図２３Ｂは、フォーカルコニック状態からプレーナ状態に駆動する場合の表示特性を光照射時と非照射時とで比較したグラフである。
光が照射されている状況下では、印加電圧がＶｔｐを越えると液晶はプレーナ状態に変化していき、Ｖｐになると液晶は完全なプレーナ状態になるとする。
一方、光が照射されていない状況下では、印加電圧がＶｔｐ′を越えると液晶はプレーナ状態に変化していき、Ｖｐ′になると液晶は完全なプレーナ状態になるとする。
この場合も、２つの状況下での各々の電圧値を比較すると、光が照射されているか否かによって、閾値電圧は大きく違ってくる。例えば全体にＶｐの電圧を印加することによって、光が照射した部分はプレーナ状態に変化するが、非照射部分はフォーカルコニック状態のままである。
このように、光照射後に光導電層で生じる導電率の差から、同じ電圧を印加しても、光の照射部分と非照射部分とで液晶に与えられる電界強度に相違が生じるので、それ故に配向状態を異なったものにすることができる。
このような光書き込み方法は、例えば、特開平９−１０５９００号公報、ＳＩＤ９６  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｐ．５９，“Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｗｉｔｈ  Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｌａｙｅｒ  ａｎｄ  Ｂｉｓｔａｂｌｅ，Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  Ｍｉｘｔｕｒｅ”、Ｊａｐａｎ  Ｈａｒｄｃｏｐｙ  ２０００「コレステリック液晶を用いた電子ペーパー、有機感光体による光画像書き込み」等に記載されている。
このように、本実施形態によれば、各液晶層の閾値電圧をほぼ均一にするので、表示装置の表示品質や駆動する際の安定性を大幅に向上することができる。
なお、上記実施形態では、界面活性剤の添加により液晶層の閾値電圧を制御したが、界面活性剤の代わりに他の材料を添加するようにしてもよい。例えば、ごく微量の有機溶剤（アセトンやエタノール等）を添加した場合にも、閾値電圧を制御する効果がある。但し、界面活性剤や溶剤をあまり多く含有させると、液晶の結晶化（液晶の析出）を誘発したり変性したりする虞があるので注意を要する。添加物の添加量は、かかる観点にも注意をしつつ決定することが望ましい。
また、上記実施形態では、液晶に界面活性剤を導入することによって液晶層の閾値電圧を制御したが、他の方法によっても閾値電圧を制御することが可能である。
例えば、誘電率異方性の異なる液晶を適量ブレンドし、閾値電圧を互いに一致させるようにしてもよい。以下、誘電率異方性の異なる液晶を適量ブレンドすることにより閾値電圧を制御する方法について、具体的な例を挙げて説明する。
Ｒ液晶としては、誘電率異方性Δεが６．５の液晶と、誘電率異方性Δεが１．９の液晶とを１：２の割合でブレンドし、これに右向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤ＣＢ１５を適量混合したものを用意し、反射主波長が４９２ｎｍとなるようにした。Ｌ液晶としては、誘電率異方性Δεが６．５の液晶と、誘電率異方性Δεが１．９の液晶とを３：２の割合でブレンドし、これに左向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤Ｓ８１１を適量混合したものを用意し、反射主波長が６０１ｎｍとなるようにした。また、表示装置の基本構造は図１７に示すものとし、各液晶層の厚さは３μｍとした。
このように作成した表示装置について電圧応答特性を測定した結果、閾値電圧が良好に一致した特性曲線を得ることができた。
このように作成した表示装置に、５００Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加し、両液晶層２２，２６ａをプレーナ状態とした。プレーナ状態では、２層の混色により良好な白色表示が得られた。
次に、光導電層３４側の面にネガ画像マスクを当て、光を照射しながら素子全体に８０Ｖの直流パルスを印加したところ、光が照射された領域の２つの液晶層２２，２６ａは同時にフォーカルコニック状態へ変化し、非照射領域の液晶層２２，２６ａはプレーナ状態を維持し、コントラストの高い明瞭な白黒表示を行うことができた。
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による表示装置について図２４を用いて説明する。なお、図３乃至図２３に示す第１乃至第３実施形態による表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
図２４は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
基板１０上には、電極１２が形成されている。電極１２上には、光吸収層１４が形成されている。光吸収層１４上には、その間にＬ液晶からなる液晶層２６ａを狭持するように電極３６が形成されている。電極３６上には、基板３８が形成されている。基板３８上には、電極４０が形成されている。電極４０上には、その間にＲ液晶からなる液晶層２２を狭持するように電極２０が形成されている。電極２０上には、基板１８が形成されている。液晶層２６ａ及び液晶層２２は、シール剤２８，２４により、それぞれ封止されている。
このように、本実施形態による表示装置は、液晶層２２，２６ａが、それぞれ異なる電極対によって挟まれており、液晶層２２と液晶層２６ａとを別々に駆動できるようになっていることに主たる特徴がある。このようにして表示装置を構成することにより、液晶層２２，２６ａをそれぞれの特性に応じて個別に制御することができ、表示品質や駆動する際の安定性を大幅に向上することができる。
なお、必ずしも液晶層２２と液晶層２６ａとの閾値電圧は必ずしも等しくする必要はないが、周辺回路や制御性等を考慮すると、第５実施形態による表示装置のように、各液晶層の閾値電圧がほぼ等しくなるようにすることが望ましい。
このように、本実施形態によれば、各液晶層に駆動電極を設けるので、液晶層間の分圧の影響を考慮することなく、表示品質や駆動する際の安定性を大幅に向上することができる。
なお、上記実施形態では、第２実施形態による表示装置において各液晶層毎に電極対を設けたが、第１又は第３実施形態による表示装置において各液晶層毎に電極対を設けるようにしてもよい。
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による表示装置について図２５乃至図３１を用いて説明する。なお、図３乃至図２４に示す第１乃至第６実施形態による表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
第１乃至第４実施形態では、補色関係にある２つの層を一対の電極間に積層することにより双方がプレーナ状態の時には良好な白色の表示を、フォーカルコニック状態の時には黒色の表示を、それぞれ得ることができる。この方法によれば、コントラストが高く、明瞭な表示を得ることができる。
しかしながら、この方法は他の様々な方式よりも構造が簡易であるが、一対の電極間に２つの液晶層を狭持するため、例えば第５又は第６実施形態に記載したような様々な工夫を要する。そこで、本実施形態では、第１乃至第６実施形態による表示装置よりも駆動が容易な表示装置について説明する。
はじめに、本実施形態による液晶表示装置について図２５を用いて説明する。図２５は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
基板１０上には、電極１２が形成されている。電極１２上には、光吸収層１４が形成されている。光吸収層１４上には、その間にＬ液晶からなる液晶層２６ａを狭持するように電極３６が形成されている。電極３６上には、基板３８が形成されている。基板３８上には、電極４０が形成されている。電極４０上には、その間にＲ液晶からなる液晶層２２を狭持するように電極２０が形成されている。電極２０上には、基板１８が形成されている。液晶層２６ａ及び液晶層２２は、シール剤２８，２４により、それぞれ封止されている。
液晶層２２は、反射スペクトルの主波長λ１が約４５０〜４８０ｎｍである青色層である。また、液晶層２６ａは、反射スペクトルの主波長λ２が約５７０〜６１０ｎｍの黄色層である。また、液晶層２２による青色光の反射帯域の半値幅が７０ｎｍ以下である。
本実施形態による表示装置では、このような液晶層２２，２６ａにより表示装置を構成し、液晶層２２をプレーナ状態又はフォーカルコニック状態に固定した状態で、液晶層２６ａを駆動し、加法混色の原理に基づき、白−青色表示及び黄−黒色表示を実現する。
液晶層２２がプレーナ状態の場合、液晶層２６ａがプレーナ状態であれば白色表示となり、液晶層２６ａがフォーカルコニック状態であれば青色表示となる。つまり、白−青色表示を実現することができる。一方、液晶層２２がフォーカルコニック状態の場合、液晶層２６ａがプレーナ状態であれば黄色表示となり、液晶層２６ａがフォーカルコニック状態であれば黒色表示となる。つまり、黄−黒色表示を実現することができる。
このように、本実施形態による表示装置では、液晶層２６ａのみを駆動することによって表示を切り換えることができる。また、白−青色表示と黄−黒色表示との間の切り替えは、液晶層２２を駆動することのみによって行うことができる。したがって、表示装置の制御を極めて簡略に行うことができる。また、液晶層２２と液晶層２６ａとの間の閾値電圧等の関係を考慮する必要はない。
次に、白−青色表示及び黄−黒色表示の特徴について図２６乃至図３１を用いて説明する。図２６は人間の目の分光視感度曲線を示すグラフ、図２７は青色層の反射帯域の幅と青色の明度との関係を示すグラフ、図２８は青色層の反射帯域の幅と白色の明度との関係を示すグラフ、図２９は青色層の反射帯域の幅とコントラストとの関係を示すグラフである。
図２６は人間の目の分光視感度曲線を示したものである。この図は、例えば同じ放射エネルギーであっても、波長約５５５ｎｍ、つまり黄緑色領域の色が人間の目には最も明るく感じられ、これを境に短波長側（青色側）、長波長側（赤色側）になるにつれて目の感度が低下することを示すものである。
ここで、表示装置を構成する２つの液晶層のうち、一方をプレーナ状態に固定する層、他方を駆動に用いる層とすると、白−青色表示と白−黄色表示とが可能である。この２つの場合について比較すると、寒色系である青色を文字として表示する白−青色表示の方が、暖色系且つ彩度の低い黄色を文字とした白−黄色表示よりも心理的ストレスを感じずに読めることが直感的に理解できる。
また、小面積第三色覚異常という人間の視覚特有の現象からも、この場合の視認性に基づく見解を説明することができる。小面積第三視覚異常とは、小さい面積では青系に対する感度が低下し、短波長よりの色が見えにくくなる現象である。つまり、小さい文字を青系で表示すると、その文字に対する目の感度が低下するため、実測よりも大きなコントラストを感じることができる。
以上のことから、白−青色表示は白−黄色表示よりも有利な点が多く、白黒表示に準じて視認性がよいことが判る。
次に、青色の反射帯域はなるべく狭い方が、最終的に高いコントラストが得られることを理論的に示す。
黄色層の半値幅を約９０ｎｍとし、青色層の半値幅をパラメータとしたときの白色表示のシミュレーションを行った。図２７は、パラメータとした青色層の反射帯域（ここでは半値幅）に対する青色層の明度の算出結果を示したものである。図示するように、青色層の反射帯域が狭くなるにつれ、人間の目は暗く感じる、つまり文字とした場合に濃い文字が得られることが示されている。
また、青色層の半値幅を変化した場合であっても、積層後は良好な白色表示が得られるという計算結果を得た。すなわち、図２８に示すように、混食されて出来上がる白色の明度は低下することもなく、ほぼ一定であった。
図２９は、そのときの白−青色表示のコントラストを示したグラフである。図示するように、青色層の半値幅が狭い方が暗い青となるため、コントラストは良好になる。逆に、青色層の半値幅が約７０ｎｍよりも広くなると、コントラストは５未満とかなり低くなり、視認性は劣化する。
以上のことより、黄色層の反射帯域を広く、青色層の反射帯域を狭くすることにより、白−青色表示の場合において良好な表示が得られるようになることが示された。つまり、一方の液晶層のみを駆動して表示を切り換える場合、青色を固定層とし、黄色層を駆動層として用いることが望ましい。
一方、表示装置を構成する２つの層のうち、青色層をフォーカルコニック状態に固定する層、黄色層を駆動に用いる層とすると、黄−黒色表示が可能である。黄色は、色相の中でも人間の視覚特性上低彩度に知覚する色であるため、表示時に色味によるストレスも他の赤、緑、青等の色相に比べて低く、視認性の良い表示を得ることができる。
次に、本実施形態による表示装置の評価結果について示す。なお、図３０は本実施形態による表示装置における白色の反射スペクトルを示すグラフ、図３１は本実施形態による表示装置における黄色の反射スペクトルを示すグラフである。
液晶層２２としては、Δｎ＝０．２５となるネマティック液晶に、右向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤ＣＢ１５を適量混合し、反射主波長を約４８０ｎｍとしたＲ液晶を用意した。液晶層２２の反射帯域の半値幅は約７０ｎｍであった。液晶層２６ａとしては、Δｎ＝０．３３となるネマティック液晶に、左向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤Ｓ８１１を適量混合し、反射主波長を約５９０ｎｍとしたＬ液晶を用意した。液晶層２６ａの反射帯域の半値幅は約１０５ｎｍであった。液晶層２２及び液晶層２６ａの厚みは、それぞれ３μｍとした。
このように調整した液晶を用いて図２５に示す表示装置を作成した後、電極２０−電極４０間及び電極３６−電極１２間に、それぞれ５０Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加し、液晶層２２，２６ａをプレーナ状態とした。この状態で反射スペクトルを測定したところ、図３０に示すような反射スペクトルが得られた。ｘ＝０．３１８、ｙ＝０．３２２、Ｙ＝０．４０６となり、２層の混色により良好な白色表示が得られた。
次に、電極３６−電極１２間に２０Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加し、液晶層２６ａをフォーカルコニック状態とした。この状態で反射スペクトルを測定したところ、良好な青色表示を得ることができた。
コントラスト比は約１８となり、背景色は白ではないが高いコントラストの明瞭な画像が得られた。
次に、電極２０−電極４０間に２０Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加して液晶層２２をフォーカルコニック状態とし、電極３６−電極１２間に５０Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加してプレーナ状態とした。この状態で反射スペクトルを測定したところ、図３１に示すような反射スペクトルが得られた。ｘ＝０．５１８、ｙ＝０．４２４、Ｙ＝０．３２４となり、明るい黄色表示が得られた。
このように、本実施形態によれば、第１の液晶層として反射スペクトルの主波長λ１が約４５０〜４８０ｎｍである青色層を用い、第２の液晶層として反射スペクトルの主波長λ２が約５７０〜６１０ｎｍの黄色層を用い、黄色層のみを主たる駆動層に用いるので、より簡単な構造且つ簡単な駆動方法により良好な白色表示が可能である表示装置を実現することができる。
また、青色層を駆動することにより、白−青色表示と黄−黒色表示とを容易に切り換えることができる。また、青色層による青色光の反射帯域の半値幅を７０ｎｍ以下にすることにより、視認性に優れた白−青色表示及び黒−黄色表示を行うことができる。
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態による表示装置について図３２を用いて説明する。なお、図３乃至図３１に示す第１乃至第７実施形態による表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
図３２は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
本実施形態による表示装置は、基本的な構造は図２５に示す第７実施形態による表示装置と同様である。本実施形態による表示装置は、図３２に示すように、電極１２と液晶層２６ａとの間に光導電層３４が設けられていることに特徴がある。光導電層３４を設けることにより、第７実施形態による表示装置において画像の光書き込みが可能となる。
次に、本実施形態による表示装置の評価結果について示す。
液晶層２２としては、Δｎ＝０．２５となるネマティック液晶に、右向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤ＣＢ１５を適量混合し、反射主波長を約４８０ｎｍとしたＲ液晶を用意した。液晶層２２の反射帯域の半値幅は約７０ｎｍであった。液晶層２６ａとしては、Δｎ＝０．３３となるネマティック液晶に、左向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤Ｓ８１１を適量混合し、反射主波長を約５９０ｎｍとしたＬ液晶を用意した。液晶層２６ａの反射帯域の半値幅は約１０５ｎｍであった。液晶層２２及び液晶層２６ａの厚みは、それぞれ３μｍとした。また、光導電層３４の厚みは、全体で１０μｍとした。
このように調整した液晶を用いて図３２に示す表示装置を作成した後、電極２０−電極４０間に５０Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加し、液晶層２２をプレーナ状態とした。
次いで、光導電層３４側の面に画像マスクを当て、電極３６−１２間に１２０Ｖの直流矩形波を印加したところ、素子内の光照射領域の液晶層２６ａはプレーナ状態に変化し、非照射領域の液晶層２６ａはフォーカルコニック状態に変化し、視認性に優れた白−青色表示のポジ画像を得ることができた。
一方、電極３６−１２間に５０Ｖの直流矩形波を印加したところ、素子内の光照射領域の液晶層２６ａはフォーカルコニック状態に変化し、非照射領域の液晶層２６ａはプレーナ状態に変化し、視認性に優れた白−青色表示のネガ画像を得ることができた。
コントラスト比も約６．５となり、新聞並みのストレスを感じない表示が得られた。
次に、電極２０−電極４０間に２０Ｖ、１００Ｈｚの交流パルスを印加し、液晶層２２をフォーカルコニック状態とした。
次いで、光導電層３４側の面に画像マスクを当て、電極３６−１２間に１００Ｖの直流パルスを印加したところ、素子内の光照射領域の液晶層２６ａはプレーナ状態に変化し、非照射領域の液晶層２６ａはフォーカルコニック状態に変化し、視認性に優れた黄−黒色表示のポジ画像を得ることができた。
一方、電極３６−１２間に５０Ｖの直流パルスを印加したところ、素子内の光照射領域の液晶層２６ａはフォーカルコニック状態に変化し、非照射領域の液晶層２６ａはプレーナ状態に変化し、視認性に優れた黄−黒色表示のネガ画像を得ることができた。
コントラスト比は約１８となり、背景色は白ではないが高いコントラストの明瞭な画像が得られた。
このように、本実施形態によれば、第１の液晶層として反射スペクトルの主波長λ１が約４５０〜４８０ｎｍである青色層を用い、第２の液晶層として反射スペクトルの主波長λ２が約５７０〜６１０ｎｍの黄色層を用い、黄色層のみを主たる駆動層に用いるので、より簡単な構造且つ簡単な駆動方法により良好な白色表示が可能である表示装置を実現することができる。また、光導電層を用いた光書き込みにより、視認性に優れた白−青色表示及び黒−黄色表示を行うことができる。
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態による表示装置について図３３及び図３４を用いて説明する。なお、図３乃至図３２に示す第１乃至第７実施形態による表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
図３３は本実施形態による表示装置の構造を示す断面図、図３４は電極間に電圧を印加した場合における各層への好適な分圧比の一例を示す図である。
第７及び第８実施形態による表示装置では、液晶層２２を駆動する電極対（電極２０，４０）と、液晶層２６ａを駆動する電極対（電極１２，３６）の、２つの電極対を設けているが、１対の駆動電極によって白−青色表示及び黄−黒色表示が可能な表示装置を構成することも可能である。本実施形態では、このような表示装置について説明する。
基板１０上には、電極１２が形成されている。電極１２上には、光の照射により電荷を発生する光導電層３４が形成されている。光導電層３４上には、光吸収層１４が形成されている。光吸収層１４上には、その間にＬ液晶からなる液晶層２６ａを狭持するように隔壁層１６が形成されている。隔壁層１６上には、その間にＲ液晶からなる液晶層２２を狭持するように電極２０が形成されている。電極２０上には、基板１８が形成されている。液晶層２６ａ及び液晶層２２は、シール剤２８，２４により、それぞれ封止されている。
ここで、本実施形態による表示装置は、各層に印加される電圧が、以下に示すように分圧されるように表示装置を構成する。
図３４は、電極１２−電極２０間に電圧を印加した場合における各層への好適な分圧比の一例を示したものである。図において、各層の厚さの比が電圧の分圧比を表している。
光導電層３４に印加される電圧Ｖｏは、文字の表示／非表示のコントラスト、Ｓ／Ｎ比（表示ノイズ）を向上させるため、多くの電圧を容量分圧させることが望ましい。逆に、隔壁層１６や光吸収層１４に印加される電圧Ｖｄ、Ｖｋは、できるだけ誘電率の高い材料を用い、その層への分圧比をできるだけ低く抑えることが望ましい。液晶層２２，２６ａは、液晶層２２に印加される電圧Ｖｂを、液晶層２６ａに印加される電圧Ｖｙよりも小さくする。液晶層２２に界面活性剤等の添加剤を加えて比抵抗を低下させることにより、液晶層２２への分圧比を低減することができる。
このように各層の分圧比を制御することにより、電極１２−電極２０間に印加する電圧によって液晶層２６ａを選択的に駆動することができ、表示状態の切り替えを行うことができる。また、電極１２−電極２０間に大きな電圧を印加することにより、液晶層２２を駆動することもでき、白−青色表示と黄−黒色表示とを切り換えることができる。
なお、液晶層２２は比抵抗が低くなる分、駆動するためには印字する際に必要な駆動電圧よりも遙かに高い電圧が必要である。しかしながら、白−青色表示と黄−黒色表示とを頻繁に切り換えることは無いと考えられるので、実用上問題はない。
次に、本実施形態による表示装置の評価結果について示す。
液晶層２２としては、Δｎ＝０．２５となるネマティック液晶に、右向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤ＣＢ１５を適量混合し、反射主波長を約４８０ｎｍとしたＲ液晶を用意した。このＲ液晶には、約４％の界面活性剤を添加し、比抵抗を大幅に低減した。
液晶層２６ａとしては、Δｎ＝０．３３となるネマティック液晶に、左向きの螺旋構造を励起させるカイラル剤Ｓ８１１を適量混合し、反射主波長を約５９０ｎｍとしたＬ液晶を用意した。
液晶層２２及び液晶層２６ａの厚みは、それぞれ３μｍとした。また、光導電層３４の厚みは、全体で１２μｍとした。
このように調整した液晶を用いて図３３に示す表示装置を作成した後、光導電層３４側の面に画像マスクを当て、電極１２−電極２０間に５００Ｖの直流パルスを印加したところ、液晶層２２及び液晶層２６ａはともにプレーナ状態に初期化された。
次いで、光導電層３４側の面に画像マスクを当て、電極１２−電極２０間に１５０Ｖの直流パルスを印加したところ、液晶層２６ａの光照射領域はフォーカルコニック状態に変化し、視認性に優れた白−青色表示のポジ画像を得ることができた。
また、光導電層３４側の面に画像マスクを当て、電極１２−電極２０間に３００Ｖの直流パルスを印加したところ、液晶層２２はフォーカルコニック状態に、液晶層２６ａはプレーナ状態に、それぞれ初期化された。
次いで、光導電層３４側の面に画像マスクを当て、電極１２−電極２０間に１８０Ｖの直流パルスを印加したところ、液晶層２６ａの光照射領域はフォーカルコニック状態に変化し、視認性に優れた黄−黒色表示のポジ画像を得ることができた。
このように、本実施形態によれば、第１の液晶層として反射スペクトルの主波長λ１が約４５０〜４８０ｎｍである青色層を用い、第２の液晶層として反射スペクトルの主波長λ２が約５７０〜６１０ｎｍの黄色層を用い、黄色層のみを主たる駆動層に用いる表示装置において、第１の液晶層と第２の液晶層とに印加される電圧の分圧比を大きく変えるので、一対の駆動電極により表示装置を構成することができる。これにより、第７及び第８実施形態による表示装置よりも更に簡単な構造の表示装置を実現することができる。
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、選択反射波長λ１の液晶層を観測側に設け、選択反射波長λ２の液晶層を光吸収層１４側に設けたが、選択反射波長λ２の液晶層を観測側に設け、選択反射波長λ１の液晶層を光吸収層１４側に設けてもよい。
また、上記実施形態では、電極１２、２０間に電圧を印加することにより、液晶層に用いられているカイラルネマティック液晶をフォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化させたが、必ずしも電圧を印加しなくても、カイラルネマティック液晶をフォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化させることは可能である。例えば、熱、又は機械的応力等を加えることによっても、カイラルネマティック液晶をフォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化させることが可能である。
また、上記第１実施形態及び第３実施形態では、いずれの液晶層にもＲ液晶を用いたが、いずれの液晶層にもＬ液晶を用いてもよい。
また、上記第２実施形態、第３実施形態の変形例、第５乃至第９実施形態では、観測側に選択反射波長λ１のＲ液晶より成る液晶層を設け、光吸収層１４側に選択反射波長λ２のＬ液晶より成る液晶層を設けたが、観測側に選択反射波長λ１のＬ液晶より成る液晶層を設け、光吸収層１４側に選択反射波長λ２のＲ液晶より成る液晶層を設けてもよい。
また、上記第４実施形態では、いずれの液晶層もマイクロカプセルに収容したが、少なくとも一方の液晶層をマイクロカプセルに収容すればよい。少なくとも一方の液晶層をマイクロカプセルに収容すれば、複数の液晶層が互いに混ざり合ってしまうのを防止することができる。
また、上記第４実施形態では、選択反射波長λ１のＲ液晶より成る液晶層と、選択反射波長λ２のＬ液晶より成る液晶層とを設けたが、選択反射波長λ１のＲ液晶と、選択反射波長λ１のＬ液晶と、選択反射波長λ２のＲ液晶と、選択反射波長λ２のＬ液晶とを設けてもよい。これにより、より明るい白色表示を得ることが可能となる。
また、上記第５、第８及び第９実施形態では、光導電層を用いた光書き込みを利用したが、第１乃至第４実施形態による表示装置と同様に、電極１２−電極２０間に印加する電圧のみによって画像の表示を行うようにしてもよい。
また、第５，第８、第９実施形態では光導電層を用い、同一の液晶層内に表示状態が異なる領域を形成したが、第１乃至第４、第６及び第７実施形態においても同一の液晶層内に表示状態が異なる領域を形成することができる。この場合、液晶を駆動する電極対の少なくとも一方を例えばマトリクス状に形成し、所望の領域にのみ駆動電圧を印加するようにすればよい。或いは、第１乃至第３、第６、第７実施形態による表示装置に光導電層を設け、光書き込みの手法により画像の表示を行うようにしてもよい。
また、上記第５乃至第９実施形態では板状の基板を用いた場合を例示したが、第３実施形態と同様にフィルムを用いてもよい。
また、上記実施形態では、カイラルネマティック液晶を用いる場合を例に説明したが、カイラルネマティック液晶に限定されるものではなく、入射光を選択反射し得る液晶を広く用いることができる。例えば、コレステリック液晶等、コレステリック相を示す液晶を用いることができる。
また、上記実施形態では液晶を用いる場合を例に説明したが、必ずしも液晶を用いなくてもよい。例えば、泳動粒子を用いてもよいし、ツイストボールを用いてもよい。泳動粒子やツイストボールについては、例えば日経マイクロデバイス、２００１年２月号に記載されている。
［産業上の利用の可能性］
本発明による表示装置は、第１の反射手段により反射される光と第２の反射手段により反射される光とを加法混色して色を表示する表示装置において、第１の反射手段により反射される第１の波長の光と、第２の反射手段により反射される第２の波長の光とを、互いにほぼ補色の関係とすることにより、簡単な構造且つ簡単な駆動方法で良好な白黒表示を実現する。したがって、低消費電力でメモリ性を有する小型の表示装置に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の原理を示すｘｙ色度図（その１）である。
図２は、本発明の原理を示すｘｙ色度図（その２）である。
図３は、本発明の第１実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図４は、本発明の第１実施形態による表示装置の白色表示時における反射スペクトルを示すグラフである。
図５は、本発明の第２実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図６は、本発明の第２実施形態による表示装置の白色表示時における反射スペクトルを示すグラフである。
図７は、本発明の第２実施形態の変形例による表示装置の構造を示す断面図である。
図８は、本発明の第３実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図９は、本発明の第３実施形態の変形例による表示装置の構造を示す断面図である。
図１０は、本発明の第４実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図１１は、本発明の第５実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図１２は、液晶セルの等価回路を示す回路図である。
図１３は、印加パルスと液晶層へ印加される電圧との関係を示す図である。
図１４は、液晶の比抵抗と液晶へ印加される電圧との関係を示す図である。
図１５は、液晶層の閾値電圧が異なる場合の液晶層の状態変化を示す図である。
図１６は、液晶層の閾値電圧がほぼ等しい場合の液晶層の状態変化を示す図である。
図１７は、液晶層間の閾値電圧差が大きい場合と小さい場合とにおける液晶層の応答特性を示すグラフである。
図１８は、添加物を含まない各液晶層の電圧特性を示すグラフである。
図１９は、各液晶層の分圧比の測定に用いた回路図である。
図２０は、交流パルスを印加した場合における各液晶層の分圧比を測定した結果を示すグラフである。
図２１は、本発明の第５実施形態による表示装置の電圧応答測定を示すグラフである。
図２２は、光導電層の構造及び動作を説明する図である。
図２３は、光導電層を用いた光書き込みの方法の原理を示すグラフである。
図２４は、本発明の第６実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図２５は、本発明の第７実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図２６は、人間の目の分光視感度曲線を示すグラフである。
図２７は、青色層の反射帯域の幅と青色の明度との関係を示すグラフである。
図２８は、青色層の反射帯域の幅と白色の明度との関係を示すグラフである。
図２９は、青色層の反射帯域の幅とコントラストとの関係を示すグラフである。
図３０は、本発明の第７実施形態による表示装置における白色の反射スペクトルを示すグラフである。
図３１は、本発明の第７実施形態による表示装置における黄色の反射スペクトルを示すグラフである。
図３２は、本発明の第８実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図３３は、本発明の第９実施形態による表示装置の構造を示す断面図である。
図３４は、電極間に電圧を印加した場合における各層への好適な分圧比の一例を示す図である。
図３５は、提案されているカイラルネマティック液晶を用いた表示装置を示す概略図である。
図３６は、カイラルネマティック液晶の反射スペクトルを示すグラフである。
図３７は、観察方向を変化させた場合を示す概念図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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