JP2002221709A - 高分子分散型液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】明表示を充分に明るくすることができる高分子
分散型液晶表示素子を提供する。 【解決手段】液晶セル１１の後面に、前側から前記液晶
セル１１に入射して液晶／高分子複合層１６により散乱
された前方散乱光を反射し、前側から前記液晶セルに入
射し前記液晶／高分子複合層を透過した非散乱光を透過
させる光学手段１９ａを設けた。

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、高分子分散型液
晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子として、高分子分散型液晶
表示素子がある。

【０００３】図７は従来の高分子分散型液晶表示素子の
一部分の断面図であり、（ａ）は無電界状態、（ｂ）は
電界印加状態を示している。

【０００４】この高分子分散型液晶表示素子は、表示の
観察側である前側の基板２とこの前側基板２に対向する
後側基板３との内面にそれぞれ電極４，５が設けられ、
これらの基板２，３間に液晶／高分子複合層６が設けら
れた液晶セル１と、前記液晶セル１の後側に配置された
光吸収層９とを備えた構造となっている。

【０００５】また、前記液晶／高分子複合層６は、透明
な高分子７中に液晶８を分散させたものであり、前記液
晶８としては、一般にネマティック液晶が用いられてい
る。図７において８ａは液晶分子を示している。

【０００６】この液晶表示素子は、その使用環境の光で
ある外光を利用して表示するものであり、表示の観察側
である前側から入射した光を前記液晶／高分子複合層６
により散乱させて明表示を得、入射光を前記液晶／高分
子複合層６を透過させて前記光吸収層９により吸収させ
ることにより暗表示を得る。

【０００７】すなわち、電極４，５間に電圧を印加しな
い無電界時は、前記液晶／高分子複合層６の液晶８の液
晶分子８ａが図７の（ａ）に示したようにランダムな方
向を向いている。

【０００８】そのため、無電界時は、前記液晶／高分子
複合層６の高分子７と液晶８との屈折率の差が大きく、
前側から液晶セル１に入射した光が、液晶／高分子複合
層８の高分子７と液晶８との界面で図７の（ａ）に矢線
で示したように散乱され、その散乱光のうち、後方散乱
光ａが液晶セル１の前側に出射して、その領域の表示が
明表示になる。なお、前記液晶／高分子複合層６により
散乱された光のうち、前方散乱光ｂは、液晶セル１の後
側に出射し、光吸収層９により吸収される。

【０００９】一方、電極４，５間に電圧を印加すると、
その電圧に応じた強さの電界が前記液晶／高分子複合層
６に印加され、その電界により液晶分子８ａが基板２，
３面に対して立ち上がるように配向する。

【００１０】そして、図７の（ｂ）に示したように、液
晶分子８ａが基板２，３面に対してほぼ垂直に配向する
と、高分子７と液晶８との屈折率がほぼ同じになり、前
側から液晶セル１に入射した光が、図７の（ｂ）に矢線
で示したように、液晶／高分子複合層６をほとんど散乱
されることなく透過して液晶セル１の後側に出射し、そ
の光が光吸収層９により吸収されて、その領域の表示が
暗表示になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の高分子
分散型液晶表示素子は、無電界時の液晶セル１の前側へ
の出射光が、液晶／高分子複合層６により散乱された光
のうちの後方散乱光ａであり、前方散乱光ｂは液晶セル
１の後側に出射して光吸収層９により吸収されるため、
表示の明るさが充分でない。

【００１２】この発明は、明表示を充分に明るくするこ
とができる高分子分散型液晶表示素子を提供することを
目的としたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の高分子分散型
液晶表示素子は、表示の観察側である前側の基板とこの
前側基板に対向する後側基板との内面にそれぞれ電極が
設けられ、これらの基板間に、高分子中に液晶が分散さ
れた液晶／高分子複合層が設けられた液晶セルと、前記
液晶セルの後面に設けられ、前側から前記液晶セルに入
射し前記液晶／高分子複合層により散乱された前方散乱
光を反射し、前側から前記液晶セルに入射し前記液晶／
高分子複合層を透過した非散乱光を透過させる光学手段
と、前記光学手段の後側に配置された光吸収層とを備え
たことを特徴とするものである。

【００１４】この高分子分散型液晶表示素子によれば、
無電界時に、前側から前記液晶セルに入射し前記液晶／
高分子複合層により散乱された光のうちの前方散乱光が
前記光学手段により反射されるため、前記液晶／高分子
複合層により散乱された光のうちの後方散乱光だけでな
く、前方散乱光も液晶セルの前側に出射させることがで
き、したがって、無電界時の出射光を多くし、明表示を
充分に明るくすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の高分子分散型液晶表示
素子は、上記のように、液晶セルの後面に、前側から前
記液晶セルに入射し前記液晶／高分子複合層により散乱
された前方散乱光を反射し、前側から前記液晶セルに入
射し前記液晶／高分子複合層を透過した非散乱光を透過
させる光学手段を設けることにより、無電界時の出射光
を多くし、明表示を充分に明るくしたものである。

【００１６】この発明の高分子分散型液晶表示素子にお
いて、前記光学手段は、密に並べて形成された複数の横
長プリズムもしくは角錐状プリズムからなっていること
が好ましい。

【００１７】その場合、前記プリズムの頂角は、９０度
〜１５０度の範囲であるのが望ましい。

【００１８】

【実施例】図１〜図３はこの発明の第１の実施例を示し
ており、図１は高分子分散型液晶表示素子の一部分の断
面図、図２は液晶セルの後面に設けられた光学手段の斜
視図、図３は前記光学手段の一部分のハッチングを省略
した拡大断面図である。

【００１９】この実施例の液晶表示素子は、表示の観察
側である前側の透明基板１２とこの前側基板１２に対向
する後側の透明基板１３との内面にそれぞれ透明電極１
４，１５が設けられ、これらの基板１２，１３間に液晶
／高分子複合層１６が設けられた液晶セル１１と、前記
液晶セル１１の後面に設けられた光学手段１９ａと、前
記光学手段１９ａの後側に、前記光学手段１９ａとの間
に空気層２４を介在させて配置された光吸収層２３とを
備えている。

【００２０】なお、前記液晶セル１１は、例えば単純マ
トリックス型のものであり、図１において、後側基板１
３に設けられた電極１５は、行方向（図１において左右
方向）に沿わせて互いに平行に形成された複数の走査電
極、前側基板１２に設けられた電極１４は、列方向（図
１において紙面に垂直な方向）に沿わせて互いに平行に
形成された複数の信号電極である。

【００２１】また、前記前側基板１２と後側基板１３
は、その周縁部において図示しない枠状のシール材を介
して接合されており、液晶／高分子複合層１６は、前記
シール材で囲まれた領域の全域に設けられている。

【００２２】前記液晶／高分子複合層１６は、透明な高
分子１７中に液晶１８を分散させたものであり、この液
晶／高分子複合層１６は、スポンジのような断面をもつ
ようにポリマー化した高分子１７の各空隙部にそれぞれ
液晶１８が閉じ込められた構造をなしている。なお、こ
の実施例では、前記液晶１８としてネマティック液晶を
用いている。図１において１８ａは液晶分子を示してい
る。

【００２３】前記光学手段１９ａは、図１〜図３に示し
たように、前記液晶セル１１の後側基板１３の外面にそ
の全域にわたって密に並べて互いに平行に形成された複
数の横長プリズム２０からなっている。これらの横長プ
リズム２０は、前記後側基板１３の外面に一体に形成さ
れており、各プリズム２０の頂角θは、９０度〜１５０
度の範囲に設定されている。

【００２４】なお、図２では横長プリズム２０を大きく
誇張して示しているが、前記横長プリズム２０は、図１
に示したように、前記液晶セル１１の複数の走査電極１
５と複数の信号電極１４とが互いに対向する複数の画素
領域よりも小さい幅に形成されている。

【００２５】前記複数の横長プリズム２０からなる光学
手段１９ａは、前側から前記液晶セル１１に入射し前記
液晶／高分子複合層１６により散乱された光のうちの液
晶セル１１の後側に出射する前方散乱光を反射し、前側
から前記液晶セル１１に入射し前記液晶／高分子複合層
１６を散乱されずに透過した非散乱光はそのまま透過さ
せて液晶セル１１の後側に出射させる。

【００２６】また、前記液晶セル１１の後側に配置され
た光吸収層２３は、例えば黒色顔料が添加された黒色の
吸収層であり、図１に示したように、液晶セル１１と光
吸収層２３とを離間させてそれぞれ固定することによ
り、液晶セル１１と光吸収層２３との間に空気層２４を
設けている。

【００２７】この実施例の高分子分散型液晶表示素子
は、液晶セル１１の後側基板１３の外面に、密に並べて
互いに平行に形成された複数の横長プリズム２０からな
る光学手段１９ａを設けたものであるため、無電界時
に、前側から前記液晶セル１１に入射し前記液晶／高分
子複合層１６により散乱された光のうちの後方散乱光だ
けでなく、前方散乱光も液晶セル１１の前側に出射させ
ることができる。

【００２８】すなわち、液晶セル１１の電極１４，１５
間に電圧を印加しない無電界時は、液晶／高分子複合層
１６の液晶１８の液晶分子１８ａは、図１のようにラン
ダムな方向を向いているため、高分子１７と液晶１８と
の屈折率の差が大きい。

【００２９】そのため、無電界時は、表示の観察側であ
る前側から液晶セル１１に入射した光が、前記液晶／高
分子複合層１６の高分子１７と液晶１８との界面で図１
に矢線で示したように散乱され、その散乱光のうち、後
方散乱光ａが液晶セル１１の前側に出射する。

【００３０】一方、前記液晶／高分子複合層１６により
散乱された光のうち、前方散乱光ｂは、液晶セル１１の
後側基板１３を透過して前記後側基板１３の外面に設け
られた複数の横長プリズム２０に入射し、その光のほと
んどが、図１および図３に矢線で示したように、前記横
長プリズム２０と空気層２４との界面で全反射される。

【００３１】すなわち、前記前方散乱光ｂは、そのほと
んどが前記横長プリズム２０と空気層２４との界面に対
して全反射臨界角以上の入射角で入射するため、前記前
方散乱光ｂのほとんどが前記横長プリズム２０と空気層
２４との界面で全反射される。

【００３２】なお、前記前方散乱光ｂのうち、前記横長
プリズム２０と空気層２４との界面に対して全反射臨界
角より小さい入射角で入射した光は、前記横長プリズム
２０と空気層２４との界面を透過し、液晶セル１１の後
側に出射して光吸収層２３により吸収される。

【００３３】そして、前記前方散乱光ｂのうちの前記横
長プリズム２０と空気層２４との界面で全反射された光
は、前記液晶／高分子複合層１６により再び散乱され、
その散乱光のうち、液晶セル１１の前面に向う散乱光が
前記液晶セル１１の前側に出射する。

【００３４】このように、無電界時は、前側から液晶セ
ル１１に入射して液晶／高分子複合層１６により散乱さ
れた光のうちの後方散乱光ａが液晶セル１１の前側に出
射するとともに、前方散乱光ｂのほとんどが、液晶セル
１１の後側基板１３の外面に設けられた複数の横長プリ
ズム２０と空気層２４との界面で全反射されて前記液晶
／高分子複合層１６により再び散乱され、その散乱光の
うちの液晶セル１１の前面に向う散乱光が液晶セル１１
の前側に出射する。

【００３５】そのため、この液晶表示素子によれば、無
電界時の出射光を多くし、明表示を充分に明るくするこ
とができる。

【００３６】一方、液晶セル１１の電極１４，１５間に
電圧を印加すると、その電圧に応じた強さの電界が前記
液晶／高分子複合層１６に印加され、その電界により液
晶分子１８ａが基板１２，１３面に対して立ち上がるよ
うに配向する。

【００３７】そして、液晶分子１８ａが基板１２，１３
面に対してほぼ垂直に配向すると、前記液晶／高分子複
合層１６の高分子１７と液晶１８の屈折率がほぼ同じに
なるため、前側から液晶セル１１に入射した光が、図１
に破矢線で示したように、前記液晶／高分子複合層１６
をほとんど散乱されることなく透過する。

【００３８】このときも、前記液晶／高分子複合層１６
を透過した光は、液晶セル１１の後側基板１３の外面に
設けられた複数の横長プリズム２０に入射するが、前記
液晶／高分子複合層１６をほとんど散乱されることなく
透過した光は、そのほとんどが前記横長プリズム２０と
空気層２４との界面に対して全反射臨界角より小さい入
射角で入射するため、その光のほとんどが図１および図
３に破矢線で示したように前記横長プリズム２０と空気
層２４との界面を透過して液晶セル１１の後側に出射
し、光吸収層２３により吸収される。

【００３９】そのため、電界印加時は、前側から液晶セ
ル１１に入射し、前記液晶／高分子複合層１６をほとん
ど散乱されることなく透過した光のほとんどが、液晶セ
ル１１の後側に出射して光吸収層２３により吸収され、
その領域の表示が暗表示になる。

【００４０】なお、外光を利用して表示する液晶表示素
子の表示は、通常、画面の法線に対して前記画面の上縁
側に傾いた方向を使用環境中の明るい方向に向けた状態
で観察されるため、前側から液晶セル１１に入射する光
は、主に、画面の法線に対して前記画面の上縁側に傾い
た方向から入射する。

【００４１】そのため、電界印加時に液晶／高分子複合
層１６を散乱されずに透過して前記横長プリズム２０に
入射する非散乱光のなかには、前記横長プリズム２０ａ
と空気層２４との界面で全反射されて液晶セル１１の前
側に出射する光もあり、その反射光量が多いほど、電界
印加時における暗表示の暗さが浮き上がる。

【００４２】前記横長プリズム２０と空気層２４との界
面での無電界時の前方散乱光ｂの反射量と、電界印加時
の透過光の反射量は、前記横長プリズム２０の頂角θに
よって決まる。

【００４３】すなわち、前記横長プリズム２０の頂角θ
が大きいと、前記前方散乱光ｂと透過光の両方の反射量
がいずれも多くなり、無電界時の明表示が明るくなる
が、電界印加時における暗表示の暗さの浮き上がりが大
きくなる。また、前記プリズム２０ａの頂角θが小さい
と、前記前方散乱光ｂと透過光の両方の反射量がいずれ
も少なくなり、電界印加時における暗表示の暗さの浮き
上がりが小さくなるが、無電界時の明表示の明るさが低
下する。

【００４４】そのため、前記横長プリズム２０ａの頂角
θは、明表示と暗表示のコントラストが取れる範囲とす
ることが好ましい。その頂角θは、上述したように、９
０度〜１５０度の範囲が好ましく、このように前記横長
プリズム２０の頂角θを選ぶことにより、無電界時の明
表示を充分に明るくするとともに、電界印加時の暗表示
を充分に暗くし、コントラストの良い表示を得ることが
できる。

【００４５】なお、前側から入射する外光は白色光であ
るため、前記明表示は白色の表示であり、また、この実
施例では前記光吸収層２３を黒色の吸収層としているた
め、前記暗表示は黒の表示である。

【００４６】図４はこの発明の第２の実施例を示す液晶
セル１１の後面に設けられた光学手段１９ｂの斜視図で
あり、この光学手段１９ｂは、密に並べて形成された複
数の四角錐状プリズム２１からなっている。なお、この
実施例でも、前記四角錐状プリズム２１は前記液晶セル
１１の後側基板１３の外面に一体に形成されており、こ
れらの四角錐状プリズム２１の頂角は９０度〜１５０度
の範囲に設定されている。

【００４７】この実施例によれば、液晶セル１１の後面
に、密に並べて形成された複数の四角錐状プリズム２１
からなる光学手段１９ｂを設けているため、無電界時
に、前側から液晶セル１１に入射して液晶／高分子複合
層１６により散乱された光のうちの前方散乱光ｂ（図１
および図３参照）を、前記四角錐状プリズム２１との４
つの面と空気層２４との界面で全反射することができ、
したがって、液晶セル１１の後面に横長プリズム２０か
らなる光学手段１９ａを設けた上記第１の実施例よりも
無電界時の出射光をさらに多くし、明表示をより明るく
することができる。

【００４８】なお、図４に示した光学手段１９ｂは、複
数の四角錐状プリズム２１からなるものであるが、液晶
セル１１の後面に設ける光学手段１９ｂは、四角錐状に
限らず、三角錐状、五角錐状、六角錐状等の角錐状プリ
ズムを密に並べて形成したものでもよい。

【００４９】図５は、この発明の第３の実施例を示す高
分子分散型液晶表示素子の一部分の断面図である。

【００５０】この実施例の高分子分散型液晶表示素子
は、液晶セル１１の後側基板１３の外面に形成された複
数の横長プリズム２０からなる光学手段１９ａと、前記
光学手段１９ａの後側に配置された光吸収層２３とを、
前記横長プリズム２０よりも屈折率が充分に小さい（好
ましくは空気の屈折率に近い）透明樹脂層２５を介して
接合し、液晶セル１１と光吸収層２３とを一体化したも
のであり、他の構成は上記第１の実施例の液晶表示素子
と同じである。

【００５１】この実施例の高分子分散型液晶表示素子
は、液晶セル１１と光吸収層２３とを一体化したもので
あるため、表示装置への液晶表示素子の組み込み作業を
容易にすることができる。

【００５２】なお、この実施例では、液晶セル１の後面
に、複数の横長プリズム２０からなる光学手段１９ａを
設けているが、前記光学手段は、密に並べて形成された
複数の角錐状プリズムからなるものでもよい。

【００５３】図６は、この発明の第４の実施例を示す高
分子分散型液晶表示素子の一部分の断面図であり、この
実施例は、液晶セル１の後面に、前記液晶セル１１とは
別体の光学手段１９ｃを設けたものである。 前記光学
手段１９ｃは、一方の面に、頂角が９０度〜１５０度の
範囲の複数の横長プリズムもしくは角錐状プリズム２２
ａが密に並べて形成されたプリズムシート２２からなっ
ており、このプリズムシート２２は、液晶セル１の後面
（後側基板１３の外面）に透明な粘着剤または両面粘着
テープ２６により貼り付けられている。

【００５４】なお、この実施例の高分子分散型液晶表示
素子は、液晶セル１の後面に、前記液晶セル１１とは別
体の光学手段１９ｃを設けたものであるが、他の構成は
上記第１の実施例の液晶表示素子と同じであるため、重
複する説明は図に同符号を付して省略する。

【００５５】この実施例の液晶表示素子においても、前
記複数の横長プリズムもしくは角錐状プリズム２２ａが
密に並べて形成されたプリズムシート２２からなる光学
手段１９ｃが、前側から液晶セル１１に入射し液晶／高
分子複合層１６により散乱された光のうちの前方散乱光
を反射し、前側から前記液晶セル１１に入射し前記液晶
／高分子複合層１６をほとんど散乱されることなく透過
した光を透過させるため、前記液晶／高分子複合層１６
により散乱された光のうちの後方散乱光だけでなく、前
方散乱光も液晶セル１１の前側に出射させることがで
き、したがって、無電界時の出射光を多くし、明表示を
充分に明るくすることができる。

【００５６】なお、上記各実施例の高分子分散型液晶表
示素子における液晶セル１１は単純マトリックス型のも
のであるが、液晶セルは、単純マトリックス型に限ら
ず、アクティブマトリックス型のものでもよい。

【００５７】

【発明の効果】この発明の高分子分散型液晶表示素子
は、液晶セルの後面に、前側から前記液晶セルに入射し
前記液晶／高分子複合層により散乱された前方散乱光を
反射し、前側から前記液晶セルに入射し前記液晶／高分
子複合層を透過した非散乱光を透過させる光学手段を設
けるたものであるため、無電界時の出射光を多くし、明
表示を充分に明るくすることができる。

【００５８】この発明の高分子分散型液晶表示素子にお
いて、前記光学手段は、密に並べて形成された複数の横
長プリズムもしくは角錐状プリズムからなるものが好ま
しく、このようにすることにより、無電界時に、前側か
ら前記液晶セルに入射し前記液晶／高分子複合層により
散乱された光のうちの前方散乱光のほとんどを前記光学
手段により反射し、前側から前記液晶セルに入射し前記
液晶／高分子複合層をほとんど散乱されることなく透過
した光のほとんどを透過させて光吸収膜により吸収する
ことができる。

【００５９】前記光学手段を、密に並べて形成された複
数の横長プリズムもしくは角錐状プリズムにより形成す
る場合、前記プリズムの頂角は、９０度〜１５０度の範
囲が望ましく、このようにプリズムの頂角を選ぶことに
より、無電界時の明表示を充分に明るくするとともに、
電界印加時の暗表示を充分に暗くし、コントラストの良
い表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す高分子分散型液
晶表示素子の一部分の断面図。

【図２】第１の実施例における液晶セルの後面に設けら
れた光学手段の斜視図。

【図３】第１の実施例における光学手段の一部分のハッ
チングを省略した拡大断面図。

【図４】この発明の第２の実施例を示す液晶セルの後面
に設けられた光学手段の斜視図。

【図５】この発明の第３の実施例を示す高分子分散型液
晶表示素子の一部分の断面図。

【図６】この発明の第４の実施例を示す高分子分散型液
晶表示素子の一部分の断面図。

【図７】従来の高分子分散型液晶表示素子の無電界状態
および電界印加状態における一部分の断面図。

【符号の説明】

１１…液晶セル １２，１３…基板 １４，１５…電極 １６…液晶／高分子複合層 １７…高分子 １８…液晶 １８ａ…液晶分子 １９ａ，１９ｂ，１９ｃ…光学手段 ２０，２１，２２ａ…プリズム ２２…プリズムシート ２３…光吸収層 ２４…空気層 ２５…透明樹脂層 ２６…粘着剤または両面粘着テープ ａ…後方散乱光 ｂ…前方散乱光

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示の観察側である前側の基板とこの前側
   基板に対向する後側基板との内面にそれぞれ電極が設け
   られ、これらの基板間に、高分子中に液晶が分散された
   液晶／高分子複合層が設けられた液晶セルと、前記液晶
   セルの後面に設けられ、前側から前記液晶セルに入射し
   前記液晶／高分子複合層により散乱された前方散乱光を
   反射し、前側から前記液晶セルに入射し前記液晶／高分
   子複合層を透過した非散乱光を透過させる光学手段と、
   前記光学手段の後側に配置された光吸収層とを備えたこ
   とを特徴とする高分子分散型液晶表示素子。
2. 【請求項２】光学手段は、密に並べて形成された複数の
   横長プリズムもしくは角錐状プリズムからなっているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の高分子分散型液晶表示
   素子。
3. 【請求項３】プリズムの頂角は９０度〜１５０度の範囲
   であることを特徴とする請求項１または２に記載の高分
   子分散型液晶表示素子。