(57)【要約】【課題】  カイラル液晶を用い省電力化且つ薄型化できるカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】  カイラル液晶を液晶層に用いた液晶表示装置において、液晶層に物質の３原色からなる反射層を適用し、液晶層に印加する電圧の大きさを様々に制御して光の透過度合いを制御するようにする。【選択図】          図１
2005062719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極層を含む透明基板、この透明基板の下面側に対向するように配置される透明電極層を含む基板、上記透明基板と上記基板の間に保持された液晶層、及びこの液晶層の下側に配置され複数色のカラー層が複数形成されたカラー反射層を有する液晶セルを備えるカラー液晶表示装置であって、
上記液晶層がカイラル液晶を含む液晶成分のグレインを透明性高分子薄膜で包んでなる小胞体の累積構造を有することを特徴とするカラー液晶表示装置。
【請求項２】
カラー反射層がシアン、マゼンダ及びイエローのカラー層を有することを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、テレビ等の民生用、産業用の様々な電気機器に表示装置としてカラー液晶表示装置が用いられている。これら電気機器に用いられるカラー液晶表示装置の大部分は、透光性を有する一対の基板がシール部材を介して貼り合わされ、その一方基板の他方基板に臨む表面上には透明電極層が形成され、上記一方基板に対向する他方基板の表面上には透明電極層とカラーフィルター層とオーバーコート層と配向膜とが順次形成され、上記一対の基板及び上記シール部材によって形成された空間にねじれ配向させた液晶（ツイストネマティック液晶）からなる液晶層が形成された液晶セルと、該液晶セルの両外面のそれぞれに貼り合わされた一対の偏光板と、これらの背面から光を照射するバックライトとを備えてなるものである（例えば、特許文献１）。そして、バックライトから照射された光をカラーフィルター層を介して光の３原色光に変換するとともに、上記液晶層にこれを挟む上記一対の基板の上記透明電極層を用いて電界を印加し、電界の強さに応じた液晶分子の配向状態の変化による旋光性の変化を利用して光の透過／遮断を制御してカラー表示されている。
【０００３】
このような従来の液晶表示装置は、液晶セルの両面側に配置される一対の偏光板を必要とするものであるために、バックライトの照明光が一対の偏光板を通過する際にその光のエネルギーの大部分が失われるという問題がある。このため、光エネルギーの損失後でも液晶セルからの十分な透過光量を確保できる程度の高い光強度の光を照射しなければならず、消費電力低減の妨げとなっている。また、一般にバックライトは、蛍光灯等の光源と反射材や導光体とを組み合わせることにより均一面照明を得るように構成されるが、このような構成のバックライトを薄型化しようとすると、輝度が低下したり斑が目立つといった問題が発生する。すなわち、光強度の高いバックライトの使用は液晶表示装置の更なる薄型化の妨げとなっている。
【０００４】
そこで、本発明者は、液晶表示装置の省電力化及び薄型化を図るべく、液晶層にカイラル液晶を用いた液晶セルに光を横から照射することにより表示を行う液晶表示装置を、既に出願している（特許文献２）。上記カイラル液晶は、電圧が印加されていないとフォーカルコニック・ポリドメイン組織が形成され、この組織の部分で横から照射された光が散乱され表示面から出射されて発光状態となり、一方電圧が印加されるとホメオトロピック配向状態となり横から照射された光はそのまま直進し表示面から出射される光がなく暗状態とできるのである。この液晶表示装置は、上述したツイストネマティック液晶を用いた一般的な液晶表示装置で用いられる偏光板、配向膜などが必要なく、照射光を減衰させることなく省電力で駆動させることができ、しかも薄型化を図ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１４０１９号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００１−２０１７３５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記カイラル液晶を液晶層に用いる液晶表示装置において、上記一般的な液晶表示装置のようにバックライト及びカラーフィルターを用いてカラー表示をしようとすると（バックライト方式）、部分的に電圧を印加してホメオトロピック配向状態として光を通過させ表示を行おうとすると、遮蔽しようとした部分で光の散乱が生じ所望の色がぼやけてしまうとともに、薄型化が阻害されてしまう。一方、液晶セルの横からの光を照射する場合（サイドライト方式）は複数色の光を独立して照射することが困難なことから、原理的にカラー化が困難となる。
【０００８】
本発明は、このような現状に鑑みなされたもので、上記カイラル液晶を用い省電力化且つ薄型化できるカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、カイラル液晶を液晶層に用いた液晶表示装置においてカラー化を実現すべく鋭意研究を重ねた結果、液晶層に物質の３原色からなる反射層を適用し、液晶層に印加する電圧の大きさを様々に制御して光の透過度合いを制御したときは、表示面から良好な各色の表示が可能なことを見出した。すなわち、本発明は以下の（１）及び（２）のカラー液晶表示装置に係るものである。
【００１０】
（１）透明電極層を含む一対の透明基板、この透明基板の下面側に対向するように配置される透明電極層を含む基板、上記透明基板と上記基板との間に保持された液晶層、及びこの液晶層の下側に配置され複数色のカラー層が複数形成されたカラー反射層を有する液晶セルを備えるカラー液晶表示装置であって、上記液晶層がカイラル液晶を含む液晶成分のグレインを透明性高分子薄膜で包んでなる小胞体の累積構造を有することを特徴とするカラー液晶表示装置。
【００１１】
上記（１）のカラー液晶表示装置では、液晶セルは、カイラル液晶を含む液晶成分のグレインを透明性高分子薄膜で包んでなる小胞体の累積構造を有する液晶層を備える。この液晶層は、電圧を印加される（電界がかかる）とカイラル液晶がホメオトロピック配向状態となり透光性となり、一方電圧を印加しないときにはポリドメイン組織となり遮光性となる。すなわち、上記液晶層は、印加する電圧を制御することにより、光シャッターとして機能する。従って、電圧を印加することにより液晶層を透光性とした場合には、液晶セルの表示面（上側）から入射した光が、液晶層を透過してその下側に配置されたカラー反射層に反射して、当該カラー反射層のカラー層の色が表示面から出射されることになり、一方、電圧を印加しない場合には液晶層は遮光性となり、液晶セルの表示面（上側）からの光が、液晶層に反射してその下側のカラー反射層の色が見えない状態とし得る。
【００１２】
このように、上記（１）のカラー液晶表示装置によれば、カラー反射層という物質の色を見せることによりカラー表示しているので、このカラー液晶表示装置を使用する部屋の光や自然光を利用できるとともに、偏光板等を必要としないので光エネルギーの損失がほとんど発生しないので、液晶セルの表示面にフロントライトにより光を補助的に照射する程度もしくは表示のための光源を必要とせずにカラー表示が可能となり、消費電力の低減を図ることができる。また、光源を用いないときには、表示装置の薄型化を図ることができる。
【００１３】
（２）カラー反射層がシアン、マゼンダおよびイエローのカラー層を有することを特徴とする上記（１）に記載のカラー液晶表示装置。
【００１４】
上記（２）のカラー液晶表示装置によれば、物質の３原色であるシアン、マゼンダ及びイエローのカラー層をカラー反射層に用いているので、上記のように表示面から入射された外部光を様々なパターンでカラー反射層のカラー層の色を反射光として表示面から出射でき、フルカラー表示をすることができる。
【００１５】
なお、本願明細書において、カイラル液晶とは、コレステリック液晶（カイラルネマチック液晶）や、コレステリック液晶とカイラル・スメクチックＣ液晶との混合物のように、電界の変化に応じて液晶のテキスチャー（組織）がポリドメイン・テキスチャーとホメオトロピック・テキスチャーとの間で変化する液晶材料を総称する意味で用いている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、偏光板などを用いる必要がないので、これらによる光エネルギーの損失はほとんど発生しないので、外部光を有効に利用でき、消費電力の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るカラー液晶表示装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１に本実施の形態のカラー液晶表示装置の概略断面図を示す。カラー液晶表示装置は、液晶セル１０を備える。液晶セル１０は、２枚の透明のガラス基板１１，１２を有し、これらガラス基板１１，１２にはそれぞれ一方の表面に透明電極層１５，１６（例えば、酸化錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ電極層））が形成されている。２枚のガラス基板１１，１２は、それぞれの透明電極層１５，１６が対向するようにして、これらの間にスペーサ（図示略）を介在させ、当該ガラス基板１１，１２の周辺部をシール部材１４により接着させることにより、一定の間隔を以って対向配置される。なお、表示面側に配置されるガラス基板１１の透明電極層１５は、マトリクス状にパターン形成されており、またもう一方のガラス基板１２の透明電極層１６はガラス基板１２の表面の略全面に形成されている。
【００１８】
表示面側に対し反対側となる下側のガラス基板１２の下面には上面にカラー反射層１７が形成された配色基板１３が貼り付けられている。図２に配色基板１３の部分拡大図を示す。配色基板１３のカラー反射層１７は、カラー層としての遮光性のシアン層Ｓ、マゼンダ層Ｍ及びイエロー層Ｙが繰り返されるようにして、ストライプ状又はマトリクス状に形成されている。
【００１９】
２枚のガラス基板１１，１２及びシール部材１４で囲まれる空間内には液晶層１８が充填され封入されて保持されている。
【００２０】
液晶層１８は、フォーカルコニック状態などのポリドメイン組織を呈する（ポリドメイン状態の）小体積のコレステリック液晶（カイラル液晶）を透明な高分子薄膜１９により包んで成るグレイン（例えば、径１〜２μｍ程度）を多数積層した構造を有する層である。このような構造は、例えば、光重合性ポリマーと液晶とを混合し、光重合相分離によって液晶の小体積をポリマーの薄膜で包みつつ析出させることにより得られる。液晶層１８の厚さは、用途（応用形態）に応じて、例えば５〜６０μｍ程度の範囲で適宜定めることができるが、コントラストの向上、駆動電圧の低減、応答速度の向上等の要求をバランスよく満たすためには、７〜１５μｍ程度の厚さとすることが好ましい（なお、図１では液晶層１８の厚さに比べてグレインの大きさ等を誇張して描いている）。
【００２１】
ここで、コレステリック（カイラル）液晶は、図１に示すように、電圧（電界）を印加していないときには、ポリドメイン組織（ポリドメイン・コレステリック液晶）を形成し、入射光を散乱することができ、一方、高い電圧（電界）を印加したときには、カイラル液晶がホメオトロピック配向状態となり、入射光をそのまま直進させる性質をもつ。本実施の形態１では、液晶層１８は、そのようなコレステリック液晶（電圧無印加時は、ポリドメイン・コレステリック液晶）の小体積を透明の高分子薄膜で包んでなるグレイン（小胞体）の累積構造としているが、このように小胞体として用いることにより、ポリドメイン組織による光の散乱に加え、グレインの界面１９による光の散乱も生じるため、全体としての光の散乱効果がより高められるとともに、電圧印加状態から無印加状態又は印加電圧を低下させた場合に、ホメオトロピック配向状態からポリドメイン組織への回復速度を向上でき、応答性を向上することができ、良好な光シャッター機能を付与することができる。
【００２２】
すなわち、コレステリック（カイラル）液晶は、電圧（電界）を印加していないときには、ポリドメイン組織（ポリドメイン・コレステリック液晶）を形成し、このようになると、液晶セル１０の表示面側から入射した外部光は、ポリドメイン組織による散乱及びグレイン（小胞体）の界面１９における散乱を受け、液晶セル１０の表示面側へ反射され、白色に見える。一方、透明電極層１５，１６間に高い電圧（電界）を印加したときには、カイラル液晶がホメオトロピック配向状態となり、外部光は液晶層１８をそのまま直進して透過し、カラー反射層１７で反射され、再び液晶層１８を透過して、液晶セル１０の表示面からカラー反射層１７のカラー層の色の光となって出射される。つまり、外部光で照らされたカラー反射層自体の色が表示面から見えることになる。このようなコレステリック液晶（カイラル液晶）は、電界の強さに応じて、ホメオトロピック配向状態の程度を制御できるものであり、液晶層１８に印加する電圧の大きさを様々な組み合わせとすることにより、光の散乱の程度を制御できて、発光面側からの発光色を様々に変化できるのである。したがって、マトリクス状にパターン形成された透明電極層１５を用いて、印加電圧を様々に制御することにより、様々な発光色によるドットマトリクス表示（パターン表示）が可能となる。
【００２３】
上記コレステリック液晶は、具体的には、例えばコレステリック液晶、カイラルスメクチックＣ液晶及びネマチック液晶からなるものを使用でき、コレステリック液晶及びカイラルスメクチックＣ液晶の合計量が液晶成分中０．０５〜１０重量％程度（好ましくは０．３〜１重量％）とされる。ネマッチク液晶に少しでもコレステリック液晶が混入するとコレステリック液晶になることは良く知られており、ここでは、ネマチック液晶中にコレステリック液晶を加えてなるコレステリック液晶にカイラルスメクチックＣ液晶を加えたものとすることができる。
【００２４】
コレステリック液晶を包む透明の高分子薄膜の成分としては、壁面効果を十分発現させるために液晶成分の小体積の壁面を薄膜状に覆う構造をとることができるものであれば特に限定されず用いることができる。製造工程上の見地から言えば、紫外・可視光重合型のプレポリマー及び／又はモノマーならびに液晶成分（例えば、コレステリック液晶、カイラルスメクチックＣ液晶及びネマチック液晶）を含む混合物を、それぞれ透明電極層１５，１６を形成した２枚のガラス基板１１，１２を積層して接着した後に当該ガラス基板１１，１２間に注入し、この注入した混合物にガラス基板１１又は１２を介して紫外・可視光（波長：約３５０〜４００ｎｍ）を照射して上記プレポリマー又はモノマーを重合させてなることが好ましい。このような処理をすることによって、コレステリック液晶のポリドメイン（フォーカルコニック）・グレイン構造を包み込んだ状態で薄膜状ポリマーが形成され、ポリドメインを含むグレインがポリマーの薄膜に包まれた小胞体の累積構造（細胞様構造）をより確実に得ることができる。
【００２５】
従って、上記プレポリマー及び／又はモノマーを液晶成分と混合し、相溶状態にした後、紫外・可視光照射等によって常温付近で重合させて得られるような透明性の高分子成分を好適に用いることができる。このようなプレポリマー又はモノマーとしては、一般に紫外・可視光重合型のプレポリマー又はモノマーとして知られているものを用いることができ、例えばアクリル系、メタアクリル系、チオアクリル系等のものを使用できる。より具体的には、ヒドロキシエチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ラウリルアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエチレングライコールジアクリレート、ポリテトラメチレングライコールジアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート等あるいはこれらのプレポリマーを単独又は混合して用いることができる。本発明では、特に、重合後のポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）が使用温度範囲より低音であることが望ましい。なお、プレポリマーの重合度は、用いるプレポリマー、液晶成分等の種類に応じて適宜設定すれば良い。
【００２６】
上記のようにガラス基板間で紫外・可視光照射などによってコレステリック液晶を透明の高分子薄膜で包む小胞体を形成する場合、透明性の高分子成分は通常５〜２０重量％程度（好ましくは７〜１５重量％）、液晶成分は通常９５〜８０重量％程度（好ましくは９３〜８５重量％）とされる。透明性の高分子成分が５重量％未満の場合には、高分子成分が分散層になるおそれがある。また、透明性高分子成分が２０重量％を超える場合には、駆動電圧が高くなるおそれがある。
【００２７】
上記実施の形態では、配色基板１３に形成されたカラー反射層１７をシアン層Ｓ、マゼンダ層Ｍ及びイエロー層Ｙから形成したが、図３に示すように、これらカラー層に加えてブラック層Ｂを用いたカラー反射層１７’を形成した配色基板１３’としてもよい。このようにすることにより、カラー表示のコントラストをより向上させ表示品位を高めることができる。
【００２８】
また、上記実施の形態では、カラー反射層１７を形成した配色基板１３をガラス基板１２の下面に貼り合わせるようにしているが、ガラス基板１２の下面にカラー反射層１７を直接形成するようにしてもよい。
【００２９】
さらに、上記のようなカラー反射層１７，１７’をガラス基板１２と透明電極層１６との間に形成するようにしてもよく、このようにした場合は、さらに一層コントラストを向上させたカラー表示が可能となる。なお、この場合、配色基板１３を不要とできるとともに、ガラス基板１２を必ずしも透明とする必要はなく、不透明の基板とし得る。
【００３０】
また、本発明において、液晶セル１０の表示面（ガラス基板１１の上面）に光を照射するための光源を、例えば、表示面の周囲前方に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係るカラー液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図２】実施の形態のカラー液晶表示装置における、配色基板の部分断面図である。
【図３】配色基板の他の例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    液晶セル
１１，１２    ガラス基板
１３，１３’    配色基板
１５，１６    透明電極層
１７，１７’    カラー反射層
１８    液晶層
Ｓ    シアン層
Ｍ    マゼンダ層
Ｙ    イエロー層
Ｂ    ブラック層
【図１】
2005062719.tif 000003
【図２】
2005062719.tif 000004
【図３】
2005062719.tif 000005