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JP2001311969A - 調光装置 - Google Patents

調光装置

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Publication number
JP2001311969A
JP2001311969A JP2000127561A JP2000127561A JP2001311969A JP 2001311969 A JP2001311969 A JP 2001311969A JP 2000127561 A JP2000127561 A JP 2000127561A JP 2000127561 A JP2000127561 A JP 2000127561A JP 2001311969 A JP2001311969 A JP 2001311969A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
state
electric field
ferroelectric liquid
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000127561A
Other languages
English (en)
Inventor
Sadaichi Suzuki
貞一 鈴木
Taketo Hikiji
丈人 曳地
Shigeru Yamamoto
滋 山本
Naoki Hiji
直樹 氷治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP2000127561A priority Critical patent/JP2001311969A/ja
Priority to US09/842,252 priority patent/US6646710B2/en
Publication of JP2001311969A publication Critical patent/JP2001311969A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 偏光板を用いずに、明るく、コントラストの
高い、反射型の表示を行うことができるとともに、表示
の切り替えを高速で行うことができるようにする。 【解決手段】 強誘電性液晶3は、電界が印加されない
とき、ヘリカル軸3hが基板面に対して垂直またはほぼ
垂直なプレーナ状態となって可視域中の特定波長の光を
選択反射するものとする。駆動回路20は、電極4,5
間に、プレーナ状態のときの強誘電性液晶3のヘリカル
軸3hに対して垂直またはほぼ垂直な方向に電界を印加
する。閾値以上の電界H2が印加されると、液晶3は、
低電界H1によるプレーナ状態から、ヘリカル構造が消
滅したホメオトロピック状態に変化して、屈折率の周期
的な変化が消滅し、液晶分子3dが電界H2の方向に配
列されて、透明状態となる。液晶3は自発分極を有する
ので、変化は高速で行われる。ヘリカル軸3hに対して
平行またはほぼ平行な方向に電界を印加してもよい。

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、液晶を用いた表
示装置や光スイッチ装置などの調光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】フラットパネルディスプレイは、TN型
TFT液晶ディスプレイ技術の進歩によって、表示品質
の良い表示装置が得られるようになった。色再現範囲は
CRTに近づくほどに改善され、コントラストもCRT
並みまたはそれ以上が実現されている。課題であった液
晶の視野角についても、インプレーンスイッチング方式
やバーティカルアラインメント方式の開発によって、広
視野角で高画質の表示装置が得られるようになった。
【0003】しかし、これらはバックライトを用いるた
め、屋外のような周囲が明るい状況下では、周囲光が画
面からの輝度を上回って画面が見えないとともに、消費
電力が大きいという問題がある。
【0004】そのため、バックライトを用いないで、外
光の反射を利用して表示を行う反射型表示装置が注目さ
れている。反射型表示装置は、低消費電力であるととも
に、明るい所でも表示が良く見えるため、屋外に持ち出
して使用するモバイルコンピュータや携帯電話端末など
の表示装置として好適である。
【0005】反射型表示装置として代表的な反射型液晶
表示装置としては、TN方式やECB方式が知られてい
る。しかし、これらは偏光板を用いるもので、偏光板に
よって外光の半分以上が吸収されるため、反射率が低
く、白を表示しにくいという問題がある。
【0006】これに対して、偏光板を用いない方式とし
てPCGH(相変化ゲストホスト)方式が知られてい
る。PCGH方式は、コレステリック液晶中に2色性色
素を添加し、電界を印加しないときには、コレステリッ
ク液晶のプレーナ状態によって液晶分子および2色性色
素を基板面に平行な方向に配列させることによって、特
定の色を表示し、電界を印加したときには、液晶分子お
よび2色性色素を基板面に垂直な方向に配列させること
によって、コレステリック液晶層を透明状態にするもの
である。しかし、このPCGH方式では、2色性比の高
い色素を得にくいため、高いコントラストが得られない
という問題がある。
【0007】そこで、偏光板を用いない反射型液晶表示
装置として、コレステリック液晶の選択反射を利用した
表示装置が注目されている。一般にコレステリック液晶
としては、ネマティック液晶にカイラル剤を添加したも
のが用いられる。コレステリック液晶は、このカイラル
剤の添加によって周期的なヘリカル構造を形成し、屈折
率の周期的な変化を生じて、ブラッグ反射によって特定
波長の光を強く反射する。この状態はプレーナ状態と呼
ばれ、カイラル剤の添加量を変えることによって、選択
反射波長を青、緑または赤のように任意に選択すること
ができる。
【0008】それぞれ透明電極を形成した一対の透明基
板間にコレステリック液晶を注入して液晶セルを形成す
ると、このプレーナ状態が実現され、特定波長の光が反
射してセルが色付いて見える。プレーナ状態は、コレス
テリック液晶の安定な状態の一つであり、電界を印加し
なくても、その状態を保持することができる。
【0009】この状態で上下の電極間に十分高い電圧を
印加すると、コレステリック液晶のヘリカル構造が消失
して、コレステリック液晶が正の誘電異方性を有する場
合には、液晶分子が電界方向である基板面に垂直な方向
に配列され、屈折率の周期的な変化が消滅する。この状
態は、ホメオトロピック状態と呼ばれる。このとき、選
択反射は起こらず、コレステリック液晶は入射光を全て
透過させる透明状態となる。したがって、外光入射側と
反対側の基板の裏面に黒色の光吸収層を形成しておくこ
とによって、黒色が表示される。
【0010】この状態で上下の電極間に中間的な電圧を
印加すると、コレステリック液晶はヘリカル軸が基板面
に平行に配向した状態となる。この状態は、フォーカル
コニック状態と呼ばれる。このとき、選択反射は起こら
ず、コレステリック液晶は入射光をわずかに散乱させる
状態、または基板間隔が小さい場合には入射光を全て透
過させる透明状態となる。フォーカルコニック状態も、
コレステリック液晶の安定な状態の一つであり、電界を
印加しなくても、その状態を保持することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コレス
テリック液晶は状態の変化が遅く、例えば、ホメオトロ
ピック状態からプレーナ状態に遷移させるのに1秒程度
の時間を要する。そのため、コレステリック液晶は、動
画を表示する場合など、高速の書き替えが要求される場
合の表示装置としては適さない。
【0012】一方、液晶の一種として、強誘電性液晶(f
erroelectric liquid crystal,ferroelectric smectic-
liquid crystal)があり、これを用いた表示装置と
して、特開平5−241527号や文献「SID 94 DIGES
T p845-847」に示されているような、SSFLC(Surfa
ce Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal:表面安
定化強誘電性液晶)表示装置が知られている。
【0013】このSSFLC表示装置は、強誘電性液晶
を対の透明電極で挟み、その両側に直交する2枚の偏光
板を配置して、透明電極間に印加する電圧を反転させる
ことによって、光透過率を切り替え、光透過状態と遮光
状態をスイッチングするものである。
【0014】そのほか、強誘電性液晶を用いた装置とし
て、DHF(ヘリカル構造変歪型)やTMS(過渡光散
乱型)などの光スイッチ装置が知られている。
【0015】強誘電性液晶は、自発分極を有するので、
配向状態を高速でスイッチングすることができる。
【0016】しかしながら、上記のSSFLC表示装置
は、バックライトを用い、かつ偏光板を用いて、表示を
行うものであって、光透過状態と遮光状態を高速でスイ
ッチングできるものの、従来のTN型TFT液晶ディス
プレイなどの透過型液晶表示装置と同様に、周囲が明る
い状況下では画面が見えず、かつ消費電力が大きいとい
う問題がある。DHFやTMSなどの光スイッチ装置に
ついても、同様である。
【0017】そこで、この発明は、偏光板を用いずに、
明るく、コントラストの高い、反射型の表示または光ス
イッチングを行うことができるとともに、表示の切り替
えや光スイッチングを高速で行うことができる調光装置
を提供するものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】この発明の調光装置は、
調光素子と、これを駆動する駆動回路とからなるもので
あり、前記調光素子は、少なくとも一方が透明な一対の
基板間に、ヘリカル軸が基板面に対して垂直またはほぼ
垂直なプレーナ状態によって可視域中の特定波長の光を
選択反射する強誘電性液晶が装填されるとともに、この
強誘電性液晶に電界を印加するための対の電極が設けら
れたものであり、前記駆動回路は、少なくとも、前記強
誘電性液晶を、前記プレーナ状態による選択反射状態
と、ヘリカル構造が消滅したホメオトロピック状態によ
る透明状態とに切り替える駆動モードによって、前記調
光素子を駆動するものである。
【0019】前記駆動回路は、前記駆動モードと選択的
に、前記強誘電性液晶を、前記プレーナ状態による選択
反射状態と、ヘリカル軸が基板面に対して平行またはほ
ぼ平行なフォーカルコニック状態による透明状態とに切
り替える別の駆動モードによって、前記調光素子を駆動
するものとしてもよい。
【0020】
【作用】強誘電性液晶は、分子内に不斉炭素を有し、図
12(A)に示すように、層構造を形成し、総体として
ヘリカル構造を形成する。コレステリック液晶とは異な
り、分子は層面に対して傾いているが、層3aの法線に
対する傾き角(チルト角)θは一定であり、法線に沿っ
て進むとダイレクタDの方位角が徐々に変化する。
【0021】強誘電性液晶は、このようなヘリカル構造
が、ヘリカル軸3hが基板面に対して垂直またはほぼ垂
直な状態(プレーナ状態と称する)で形成されると、屈
折率の周期的な変化を生じて、ブラッグ反射によって、
ヘリカルピッチに応じた特定波長の光を反射する。これ
は、コレステリック液晶と同様に、選択反射と呼ばれ
る。この選択反射状態は、エネルギー的に安定な状態で
あり、外場を印加しなければ、安定的に保持される。
【0022】また、強誘電性液晶は、上述したように自
発分極を有し、図12(A)に示すように、その分極ベ
クトルPvは層面内に存在する。さらに、ダイレクタD
と分極ベクトルPvは直交している。
【0023】このようにヘリカル構造を形成し、かつヘ
リカル軸3hが基板面に対して垂直またはほぼ垂直なプ
レーナ状態にある強誘電性液晶に、そのヘリカル軸3h
に対して垂直またはほぼ垂直な方向に閾値以上の電界を
印加すると、液晶分子が自発分極を有するため、電界と
液晶分子との間で強い相互作用を生じて、ヘリカル構造
が変化し、最終的には、図12(B)に示すように、ヘ
リカル構造が消滅して液晶分子は全て電界方向を向くよ
うになる。この状態を、ホメオトロピック状態と称す
る。
【0024】このときの応答時間τは、強誘電性液晶の
回転粘度をγ、弾性定数をK、ヘリカルピッチをp、自
発分極の大きさをPs、印加される電界の強度をEとす
ると、 τ=γ/(K×q+Ps×E) …(1) で表される(コロナ社発行「液晶とディスプレイ応用の
基礎」参照)。qは、q=2π/pで与えられる波数で
ある。
【0025】式(1)から明らかなように、応答時間τ
は、電界強度Eが大きいほど、かつ自発分極が大きいほ
ど、短くなる。
【0026】すなわち、強誘電性液晶は、自発分極を有
しないコレステリック液晶に比べて応答速度が著しく速
く、高速のスイッチングが可能である。
【0027】図12(B)に示したような、ヘリカル構
造が消滅して液晶分子が電界方向に配列されたホメオト
ロピック状態では、強誘電性液晶は透明状態となる。こ
の状態から、印加電界をゼロにすると、強誘電性液晶
は、図12(A)に示したような、プレーナ状態による
選択反射状態となる。このときの応答時間も著しく短
く、透明状態から選択反射状態に高速でスイッチングす
ることができる。
【0028】また、図12(A)に示したようにヘリカ
ル構造が形成され、かつヘリカル軸3hが基板面に対し
て垂直またはほぼ垂直な状態、すなわちプレーナ状態に
ある強誘電性液晶に、そのヘリカル軸3hに対して平行
またはほぼ平行な方向に閾値以上の電界を印加すると、
上述したヘリカル軸3hに対して垂直またはほぼ垂直な
方向に電界を印加した場合と同様に、ヘリカル構造が消
滅して液晶分子は電界方向に配列される。すなわち、ホ
メオトロピック状態となる。
【0029】この発明の調光装置は、このような強誘電
性液晶の選択反射を利用して、上述したように構成した
ものである。したがって、この発明の調光装置によれ
ば、偏光板を用いずに、明るく、コントラストの高い、
反射型の表示または光スイッチングを行うことができる
とともに、選択反射状態と透明状態を高速で切り替える
ことができるので、表示の切り替えや光スイッチングを
高速で行うことができ、表示装置の場合には動画の表示
が可能となる。
【0030】
【発明の実施の形態】〔第1の実施形態…図1〜図6〕
第1の実施形態として、プレーナ状態のときの強誘電性
液晶のヘリカル軸に対して垂直またはほぼ垂直な方向に
電界を印加する場合の実施形態を示す。
【0031】(第1の例…図1)図1は、第1の実施形
態の第1の例を示す。
【0032】表示装置は、全体として、表示素子10と
駆動回路20とによって構成する。表示素子10は、こ
の例では、基板1,2間に強誘電性液晶3を挟持し、画
素の側面において、互いに基板面に平行な方向に対向さ
せ、それぞれ基板1,2間に差し渡して、電極4,5を
形成し、観察面側(外光入射側)と反対側の基板2の裏
面に、黒色の光吸収層30を形成する。
【0033】基板1,2は、ガラスやプラスティックな
どによって形成し、少なくとも観察面側の基板1は、透
明基板とする。電極4,5は、タンタルやクロムなどの
金属によって形成することができるとともに、基板1,
2間のギャップを規制するスペーサを兼ねさせることが
できる。
【0034】強誘電性液晶3は、これに電界が印加され
ないとき、図1(A)に示すようなプレーナ状態となっ
て、太陽光などの外光の入射光11中の、可視域中の特
定波長の光を、選択反射光12として選択反射するもの
とする。
【0035】ただし、ヘリカル軸3hは、図1(A)の
ように基板面に対して垂直にしないで、基板面に垂直な
方向に対して20°程度までの範囲で傾けてもよい。ま
た、その傾きの方向および角度を、上記の範囲内でばら
つかせてもよく、さらに、その場合に、全体としては
(平均的には)、ある方向に向くようにしてもよい。ヘ
リカル軸3hが、全て一定の方向に向いていると、視野
角が狭くなるので、視野角を広くする点では、ヘリカル
軸3hの傾きの方向および角度が、ある程度ばらついて
いる方が望ましい。
【0036】駆動回路20は、電極4,5間に、強誘電
性液晶3のヘリカル軸3hに対して垂直またはほぼ垂直
な方向、すなわち基板面に平行またはほぼ平行な方向
に、電界を印加するものである。
【0037】ヘリカル軸3hに対して垂直またはほぼ垂
直な方向に閾値以上の電界H2が印加されると、強誘電
性液晶3は、図1(A)に示すような低電界H1による
プレーナ状態から、図1(B)に示すように、ヘリカル
構造が消滅したホメオトロピック状態に変化して、選択
反射を引き起こす屈折率の周期的な変化が消滅し、液晶
分子3dが電界H2の方向に配列されて、入射光11を
全て透過させる透明状態となる。
【0038】この場合の、プレーナ状態からホメオトロ
ピック状態への遷移、すなわち選択反射状態から透明状
態への変化は、自発分極間の相互作用によって、コレス
テリック液晶より高速で行われる。このとき、入射光1
1は光吸収層30に吸収されて、黒色が表示される。
【0039】強誘電性液晶3は、閾値以上の電界H2が
印加された状態では、ホメオトロピック状態による透明
状態を維持するが、印加電界を低電界H1に変えると、
もとのプレーナ状態に戻って、前と同じ波長の光を選択
反射する状態となる。この場合の、ホメオトロピック状
態からプレーナ状態への遷移、すなわち透明状態から選
択反射状態への変化も、自発分極間の相互作用によっ
て、コレステリック液晶より高速で行われる。
【0040】駆動回路20は、このように電極4,5間
に印加する電界を、低電界H1と閾値以上の電界H2と
の間で切り替えることによって、強誘電性液晶3を、プ
レーナ状態による選択反射状態とホメオトロピック状態
による透明状態とに切り替えて、特定色の表示と黒色の
表示とを切り替える。
【0041】この駆動モード、すなわち強誘電性液晶3
をプレーナ状態とホメオトロピック状態とに切り替える
駆動モードを、以後、高速駆動モードと称する。高速駆
動モードでは、以上のように選択反射状態と透明状態と
を高速で切り替えることができる。
【0042】さらに、図1(B)のように閾値以上の電
界H2を印加した後、印加電界を段階的に低下させるこ
とによって、強誘電性液晶3を、ヘリカル軸3hが基板
面に対して平行またはほぼ平行な状態(フォーカルコニ
ック状態と称する)に変化させることができる。このフ
ォーカルコニック状態では、選択反射は起こらず、強誘
電性液晶3は入射光11を散乱させるが、基板1,2間
のギャップが5μm程度で狭いため、光の散乱は小さ
く、強誘電性液晶3自体は透明な状態に見え、光吸収層
30の黒色が表示される。しかも、このフォーカルコニ
ック状態は、プレーナ状態と同様に安定でメモリ性があ
り、電界を除去しても、強誘電性液晶3は透明な状態を
保持する。
【0043】ただし、強誘電性液晶3をプレーナ状態か
らフォーカルコニック状態に遷移させるには、一旦、ホ
メオトロピック状態にしなければならず、逆にフォーカ
ルコニック状態からプレーナ状態に遷移させるにも、一
旦、ホメオトロピック状態にしなければならないので、
強誘電性液晶3をプレーナ状態とフォーカルコニック状
態との間で切り替える場合には、プレーナ状態とホメオ
トロピック状態との間で切り替える場合より時間がかか
る。
【0044】そこで、この例では、駆動回路20は、上
記の高速駆動モードと選択的に、強誘電性液晶3をプレ
ーナ状態とフォーカルコニック状態とに切り替える駆動
モード(以下、低速駆動モードと称する)によって、表
示素子10を駆動するように構成する。
【0045】これによれば、静止画を表示し、あるいは
画像を保存する場合には、駆動回路20が、低速駆動モ
ードにより強誘電性液晶3をプレーナ状態とフォーカル
コニック状態とに切り替えるように表示素子10を駆動
することによって、プレーナ状態およびフォーカルコニ
ック状態のメモリ性により、表示素子10に静止画を表
示し、あるいは無電源で画像を保存することができる。
【0046】この例の表示装置では、表示素子10の電
極4,5は、ITO電極のような画素面上の透明電極で
はなく、画素の側面において画素面方向に対向するもの
であるので、電極による反射の影響を低減することがで
き、コントラストや色純度を改善することができる。
【0047】図を省略するが、図2および図5に示して
後述する第2および第3の例についての図4および図6
の例と同様に、それぞれ強誘電性液晶3のプレーナ状態
による選択反射状態で青、緑、赤の色光を選択反射する
3層の表示素子を積層して、多色表示可能な表示装置を
構成した場合には、特にコントラスト改善の効果が大き
く、白色と黒色との間のコントラストを十分に取ること
ができる。
【0048】また、電極4,5は、タンタルやクロムな
どの金属によって形成できるので、細い線でもITO電
極に比べて低抵抗にすることができる。
【0049】(第2の例…図2〜図4)図2は、第1の
実施形態の第2の例を示す。
【0050】この例の表示装置では、一方の基板2上
に、信号電極4aおよび走査電極5aを、互いに基板面
に平行な方向に対向させて形成し、駆動回路20によっ
て、電極4a,5a間に、プレーナ状態のときの強誘電
性液晶3のヘリカル軸3hに対して垂直またはほぼ垂直
な方向に電界を印加する。
【0051】図3を併せて用いて、この例の表示素子
を、製造方法の一例とともに示す。
【0052】まず、基板2を洗浄し、その一面上にタン
タルを、RFスパッターによって100nm厚に着膜
し、フォトリソ工程によって10μm幅でストライプ状
にパターニングして、信号電極4aを形成する。
【0053】次に、信号電極4a上を含んで基板2上に
アモルファスSiNを、プラズマCVDによって300
nm厚に形成して、絶縁層6を形成する。
【0054】次に、絶縁層6上にタンタルを、RFスパ
ッターによって100nm厚に着膜し、フォトリソ工程
によって10μm幅でストライプ状にパターニングし
て、走査電極5aおよびその配線パターン5bを形成す
る。配線パターン5bは、信号電極4aと直交する方向
に形成する。
【0055】次に、基板2上に、ポリイミドを50nm
厚に塗布して、配向膜7を形成した後、5μm径の球状
スペーサを散布する。さらに、他方の基板1上にも、ポ
リイミドを50nm厚に塗布して、配向膜8を形成した
後、基板1を基板2と対向させて、セルを形成する。
【0056】次に、セルに強誘電性液晶3を真空注入し
た後、ずり応力やアニールによって、強誘電性液晶3の
ヘリカル軸3hを基板面に垂直またはほぼ垂直な方向に
配列させて、表示素子10を完成する。
【0057】図3に示すように、この例の表示素子は、
画素9の選択したものにおいて、信号電極4aと、その
両側の走査電極5aとの間に、電界Hを印加することに
よって、マトリクス駆動することができる。
【0058】図4は、多色表示可能な表示装置の例を示
し、それぞれ図2の例の表示素子で、プレーナ状態によ
る選択反射状態で青、緑、赤の色光を選択反射する強誘
電性液晶3B,3G,3Rを用いた3層の表示素子10
B,10G,10Rを貼り合わせ、外光入射側から最も
遠い表示素子10Rの裏面に黒色の光吸収層30を形成
したものである。
【0059】この例の表示装置では、図1の例につき上
述したように、ITO電極のような画素面上の透明電極
が存在しないので、電極による反射の影響を低減するこ
とができ、特に白色と黒色との間のコントラストを十分
に取ることができる。
【0060】(第3の例…図5および図6)図5は、第
1の実施形態の第3の例を示す。
【0061】この例の表示装置では、一方の基板2上に
信号電極4aを、他方の基板1上に走査電極5aを、互
いに基板面にほぼ平行な方向に対向させて形成し、駆動
回路20によって、電極4a,5a間に、プレーナ状態
のときの強誘電性液晶3のヘリカル軸3hに対して垂直
またはほぼ垂直な方向に電界を印加する。
【0062】この例でも、基板2上に配向膜7を、基板
1上に配向膜8を、それぞれ形成するが、図2に示した
ような信号電極4aと走査電極5aを絶縁するための絶
縁層6は不要である。
【0063】この例では、厳密には、電極4a,5aは
基板面に対して斜めの方向に対向し、電界方向も基板面
に対して斜めの方向になるが、画素ピッチが50μm程
度であるのに対して、基板1,2間のギャップは5μm
程度であるので、実際上は問題にならない。
【0064】図2の例では、電極4a,5aの近傍で電
気力線が曲がるが、この図5の例では、電極4a,5a
の近傍でも電気力線が直線的になる。したがって、図5
の例では、図2の例に比べて透明状態が安定的に得られ
る。
【0065】図6は、多色表示可能な表示装置の例を示
し、それぞれ図5の例の表示素子で、プレーナ状態によ
る選択反射状態で青、緑、赤の色光を選択反射する強誘
電性液晶3B,3G,3Rを用いた3層の表示素子10
B,10G,10Rを貼り合わせ、外光入射側から最も
遠い表示素子10Rの裏面に黒色の光吸収層30を形成
したものである。
【0066】この例の表示装置では、図4の例の表示装
置と同様に、ITO電極のような画素面上の透明電極が
存在しないので、電極による反射の影響を低減すること
ができ、特に白色と黒色との間のコントラストを十分に
取ることができる。
【0067】〔第2の実施形態…図7および図8〕上述
した第1の実施形態は、プレーナ状態のときの強誘電性
液晶のヘリカル軸に対して垂直またはほぼ垂直な方向に
電界を印加する場合であるが、プレーナ状態のときの強
誘電性液晶のヘリカル軸に対して平行またはほぼ平行な
方向に電界を印加するようにしてもよい。
【0068】図7は、この場合の実施形態を示す。この
実施形態では、表示素子10は、基板1,2の一面に、
それぞれ電極15,14および配向膜18,17を形成
し、電極15,14を内側にして基板1,2を対向させ
て、基板1,2間に強誘電性液晶3を挟持し、観察面側
と反対側の基板2の裏面に、黒色の光吸収層30を形成
する。
【0069】少なくとも観察面側の基板1は、透明基板
とし、少なくとも観察面側の電極15も、ITO電極な
どの透明電極とする。
【0070】図1、図2および図5の例と同様に、強誘
電性液晶3は、これに電界が印加されないとき、ヘリカ
ル軸3hが基板面に対して垂直またはほぼ垂直なプレー
ナ状態となって、可視域中の特定波長の光を選択反射す
るものとする。
【0071】駆動回路20は、電極15,14間に、プ
レーナ状態のときの強誘電性液晶3のヘリカル軸3hに
対して平行またはほぼ平行な方向、すなわち基板面に垂
直な方向に電界を印加するものである。
【0072】基板面に垂直な方向に閾値以上の電界が印
加されると、強誘電性液晶3は、図7に示すような低電
界によるプレーナ状態から、ヘリカル構造が消滅したホ
メオトロピック状態に変化して、選択反射を引き起こす
屈折率の周期的な変化が消滅し、液晶分子が電界方向に
配列されて、透明状態となる。
【0073】この場合の、プレーナ状態からホメオトロ
ピック状態への遷移、すなわち選択反射状態から透明状
態への変化も、自発分極間の相互作用によって、高速で
行われる。このとき、入射光は光吸収層30に吸収され
て、黒色が表示される。
【0074】強誘電性液晶3は、閾値以上の電界が印加
された状態では、ホメオトロピック状態による透明状態
を維持するが、印加電界を低電界に変えると、もとのプ
レーナ状態に戻って、前と同じ波長の光を選択反射する
状態となる。この場合の、ホメオトロピック状態からプ
レーナ状態への遷移、すなわち透明状態から選択反射状
態への変化も、自発分極間の相互作用によって、高速で
行われる。
【0075】さらに、閾値以上の電界を印加した後、印
加電界を段階的に低下させることによって、強誘電性液
晶3を、ヘリカル軸3hが基板面に対して平行またはほ
ぼ平行なフォーカルコニック状態に変化させることがで
きる。このフォーカルコニック状態では、選択反射は起
こらず、強誘電性液晶3は入射光を散乱させるが、基板
1,2間のギャップが5μm程度で狭いため、光の散乱
は小さく、強誘電性液晶3自体は透明な状態に見え、光
吸収層30の黒色が表示される。しかも、このフォーカ
ルコニック状態は、プレーナ状態と同様に安定でメモリ
性があり、電界を除去しても、強誘電性液晶3は透明な
状態を保持する。
【0076】そこで、この第2の実施形態でも、第1の
実施形態と同様に、駆動回路20は、動画を表示するな
ど、選択反射状態と透明状態を高速で切り替える場合に
は、強誘電性液晶3をプレーナ状態とホメオトロピック
状態とに切り替える高速駆動モードによって表示素子1
0を駆動し、静止画を表示し、あるいは画像を保存する
場合には、強誘電性液晶3をプレーナ状態とフォーカル
コニック状態とに切り替える低速駆動モードによって表
示素子10を駆動するように構成する。
【0077】図8は、多色表示可能な表示装置の例を示
し、それぞれ図7の例の表示素子で、プレーナ状態によ
る選択反射状態で青、緑、赤の色光を選択反射する強誘
電性液晶3B,3G,3Rを用いた3層の表示素子10
B,10G,10Rを貼り合わせ、外光入射側から最も
遠い表示素子10Rの裏面に黒色の光吸収層30を形成
したものである。
【0078】〔実験による検証…図9〜図11〕図2の
例のように対の電極を同一の基板上に設ける場合につ
き、素子を試作して、その特性を測定した。
【0079】一方の基板を構成するガラス基板上にタン
タルを、RFスパッターによって100nm厚に着膜
し、フォトリソ工程によってパターニングして、それぞ
れ20μm幅の対の電極を、30μmの間隔で形成し
た。次に、このガラス基板上に、ポリイミドを50nm
厚に塗布し、乾燥させて、垂直配向膜を形成した。他方
の基板を構成するガラス基板上に、同様の垂直配向膜を
形成し、10μm径の球状スペーサを散布して、これ
に、上記の電極を形成したガラス基板を仮止めし、貼り
合わせて、空セルを形成した。
【0080】次に、それぞれ紫外域および赤外域に対応
したヘリカルピッチを有する、それぞれ図9に黒の菱形
およびグレーの四角形で示すような波長−透過率の特性
を有する、チッソ(株)製の強誘電性液晶DF−C10
1およびDF−C100を、可視域中の500nm前後
の波長で選択反射を生じるように混合した。
【0081】その混合強誘電性液晶を上記のセルに注入
したが、そのままでは反射光が見えないので、ずり応力
によって強誘電性液晶をプレーナ状態に配向させて、選
択反射を観測できるようにした。その後、上記の電極間
に電圧を印加して、応答を観測した。
【0082】実験結果を図10に示す。これは、セルの
裏面から光を照射し、セルの表面側に透過した光量を検
出することによって、セルの透過率を測定したもので、
電圧の印加によって選択反射が減少し、透過光量が増大
することが、すなわち、電界の印加によって液晶が電界
方向に配向していることが確認された。このとき、波長
の変化は、ほとんど観測されなかった。
【0083】この場合の印加電圧と応答時間との関係を
図11に示す。同図に示すように、試作した素子では、
100Vの電圧を印加したとき、約0.2m秒で選択反
射をオンオフすることができた。
【0084】〔他の実施形態〕上述した実施形態は、こ
の発明を反射型の表示装置に適用した場合であるが、こ
の発明は、反射型の光スイッチ装置にも適用することが
できる。
【0085】
【発明の効果】上述したように、この発明によれば、偏
光板を用いずに、明るく、コントラストの高い、反射型
の表示または光スイッチングを行うことができるととも
に、表示の切り替えや光スイッチングを高速で行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の第1の例を示す図である。
【図2】第1の実施形態の第2の例を示す図である。
【図3】第2の例の電極構造の一例を示す図である。
【図4】第2の例に対応する多色表示装置を示す図であ
る。
【図5】第1の実施形態の第3の例を示す図である。
【図6】第3の例に対応する多色表示装置を示す図であ
る。
【図7】第2の実施形態を示す図である。
【図8】第2の実施形態に対応する多色表示装置を示す
図である。
【図9】試作に用いた2つの強誘電性液晶の透過率特性
を示す図である。
【図10】試作した素子の印加電圧に対する透過率の特
性を示す図である。
【図11】試作した素子の印加電圧に対する応答時間の
特性を示す図である。
【図12】強誘電性液晶の説明に供する図である。
【符号の説明】
1,2…基板、 3,3B,3G,3R…強誘電性液晶、 3h…ヘリカル軸、 4,5…電極、 4a…信号電極、 5a…走査電極、 7,8…配向膜、 9…画素、 10,10B,10G,10R…表示素子、 14,15…電極、 17,18…配向膜、 20…駆動回路、 30…光吸収層、 40…表示装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 滋 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 氷治 直樹 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 Fターム(参考) 2H088 EA02 GA03 GA13 HA06 JA10 JA17 LA09 MA06 MA10 2H089 HA23 QA16 RA08 RA13 TA12 TA17 2H090 HB08Y KA14 LA04 MA01 MB10 MB13

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】調光素子と、これを駆動する駆動回路とか
    らなり、 前記調光素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板間
    に、ヘリカル軸が基板面に対して垂直またはほぼ垂直な
    プレーナ状態によって可視域中の特定波長の光を選択反
    射する強誘電性液晶が装填されるとともに、この強誘電
    性液晶に電界を印加するための対の電極が設けられたも
    のであり、 前記駆動回路は、少なくとも、前記強誘電性液晶を、前
    記プレーナ状態による選択反射状態と、ヘリカル構造が
    消滅したホメオトロピック状態による透明状態とに切り
    替える駆動モードによって、前記調光素子を駆動するも
    のである調光装置。
  2. 【請求項2】請求項1の調光装置において、 前記駆動回路は、前記駆動モードと選択的に、前記強誘
    電性液晶を、前記プレーナ状態による選択反射状態と、
    ヘリカル軸が基板面に対して平行またはほぼ平行なフォ
    ーカルコニック状態による透明状態とに切り替える別の
    駆動モードによって、前記調光素子を駆動するものであ
    る調光装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2の調光装置において、 前記対の電極は、前記強誘電性液晶に、前記プレーナ状
    態のときのヘリカル軸に対して垂直またはほぼ垂直な方
    向に電界を印加するものである調光装置。
  4. 【請求項4】請求項3の調光装置において、 前記対の電極は、同一の基板上に設けられたものである
    調光装置。
  5. 【請求項5】請求項3の調光装置において、 前記対の電極は、異なる基板上に設けられたものである
    調光装置。
  6. 【請求項6】請求項3の調光装置において、 前記対の電極は、画素の側面に設けられたものである調
    光装置。
  7. 【請求項7】請求項1または2の調光装置において、 前記対の電極は、少なくとも一方が透明電極とされて、
    異なる基板上に設けられたものであり、前記強誘電性液
    晶に、前記プレーナ状態のときのヘリカル軸に対して平
    行またはほぼ平行な方向に電界を印加するものである調
    光装置。
  8. 【請求項8】それぞれ請求項3に記載の調光素子を構成
    する、それぞれ強誘電性液晶のプレーナ状態による選択
    反射状態で青、緑、赤の色光を選択反射する3層の表示
    素子が積層された表示装置。
  9. 【請求項9】それぞれ請求項7に記載の調光素子を構成
    する、それぞれ強誘電性液晶のプレーナ状態による選択
    反射状態で青、緑、赤の色光を選択反射する3層の表示
    素子が積層された表示装置。
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