JP2807591B2 - ポリマー分散型液晶表示素子及び反射型液晶表示装置 - Google Patents
ポリマー分散型液晶表示素子及び反射型液晶表示装置Info
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Description
示素子及び反射型液晶表示装置に関する。更に詳しく
は、液晶滴とポリマーとの屈折率の差を電気的に変化さ
せ、液晶滴とポリマーとの界面で起こる光の散乱を制御
するポリマー分散型液晶表示素子に関し、特に、液晶表
示素子の裏側に反射板を配置して、白黒または、カラー
の反射型液晶表示装置に利用して有用なるものである。
としてネマティック液晶を用いたTNモードや、STN
モードのものが実用化されている。また、強誘電性液晶
を用いたものも提案されている。これらは、偏光板を要
するものであり、偏光板によって必然的に光の利用効率
が半減し、表示が暗くなるという問題点があった。これ
に対して、偏光板を要さない表示モードとしては光の吸
収を利用した相転移ゲストホストモード、液晶の散乱を
利用した動的散乱(DS)モードおよび相転移(PC)
モードがある。
不要とするものとして、ポリマー分散型液晶表示モード
が提案されている。これは液晶の複屈折率を利用し、透
明または白濁状態を電気的にコントロールする素子で、
基本的には液晶分子の常光屈折率とポリマー等の支持媒
体の屈折率とを一致させ、電圧を印加して液晶の配向が
揃うときには、透明状態を表示し、電圧無印加時には、
液晶分子の配向の乱れによる光散乱状態を表示するもの
である。
は、特表昭58−501631号公報に液晶をポリマー
カプセルに包含したもの 、特表昭61−502128
号公報等に液晶と光又は熱硬化性樹脂とを混合し樹脂を
硬化することにより液晶を析出させ樹脂中に液晶滴を形
成させるもの、特開平3−59515号公報等に高分子
多孔膜に液晶を含浸させるもの、特開平3−46621
号公報に2枚の透明電極間に光の散乱源となるポリマー
ビーズを液晶中に浮遊せしめた構造のものがある。
子の液晶部分に2色性色素を添加して着色−透明状態を
電圧で制御する素子が特公平3−52843号公報に開
示されている。
25号公報に開示されているがごとく、上記ポリマー分
散型液晶表示素子の液晶材料にコレステリック液晶また
はネマティック液晶にカイラルドーパントを添加したコ
レステリック液晶を用い光の選択反射を利用するものが
示されている。これは、RGB三原色をそれぞれ表示で
きる3枚のポリマー分散型液晶表示素子を重ねて使用す
るものである。
ポリマー分散型液晶表示素子は散乱能が十分ではなく、
コントラストが低いという問題点があった。特に反射型
液晶表示装置とすると背面に着色板が必要になるのだ
が、散乱部分でも幾分透光性があるためにポリマー分散
型液晶表示素子背面の着色板からの反射光が視認され、
良好な表示が得られない。
さの最適化が行われているが、散乱能を向上させるため
に液晶滴径を可視光の波長に近い大きさにすると駆動電
圧が高くなり利用範囲が制限される。また、液晶材料の
△nを大きくすることにより液晶滴径と独立に散乱能を
高めることができるが、液晶材料の△nは0.3以上の
ものはなく散乱能を向上させるには限界がある。さら
に、セル厚を厚くすることにより散乱能を高めることが
できるが、電極間距離が長くなりやはり駆動電圧が高く
なる。
表示素子では、光散乱能を向上させることが困難であっ
た。
されているようなポリマー分散型液晶表示素子の液晶部
分に2色性色素を添加して着色−透明状態を電圧で制御
する素子では2色性色素自体に電場方向に配向したとき
若干の光の吸収があり電圧ON時の透明性が悪く、素子
背面に白色反射板を使用した場合でも白色が鮮明でな
く、十分なコントラストが得られないという問題点があ
った。
素子の光散乱強度を飛躍的に向上させ、反射型液晶表示
装置に用いても十分なコントラストが得られるようにす
ることである。
液晶素子は、誘電率異方性が正の液晶滴が該液晶の常光
屈折率と略一致した屈折率を有するポリマーに分散され
てなり、光の散乱と透過を電気的に制御するポリマー分
散型液晶層を少なくとも2層重ね、該ポリマー分散型液
晶層間には上層のポリマー分散型液晶層を透過してきた
光を広げて次層のポリマー分散型液晶層へ導入する光散
乱用透明支持体を挾持してなるとともに、該光散乱用透
明支持体の厚みが10μm〜10mmであることを特徴
とするものである。
記ポリマー分散型液晶表示素子の背面に着色反射板を設
けたものである。
誘電率異方性が正の液晶が、液晶の常光屈折率とほぼ一
致した屈折率を有するポリマーに分散されてなるもので
ある。電圧無印加時には、ポリマーの湾曲した曲面によ
って液晶のダイレクターが曲げられて光を散乱し、電圧
印加時には、液晶が電場方向に配向するので光を透過す
る。このポリマー分散型液晶層を少なくとも2層重ねる
ことにより、上層を透過した光は次の層で更に散乱する
ので光の散乱強度が飛躍的に向上する。従って1層では
なし得なかった高いコントラストが得られ、反射型液晶
表示装置に用いることができる。
用する用途により決定されるが枚数が少ないほどセルを
駆動させる駆動回路が少なくなり、且つ、液晶層どうし
を重ねるための貼り合わせ工程数が減少し低コスト化す
るため、2枚を組み合わせるのが最も好ましい。さらに
これらの間に挿入する光散乱用透明支持体は上層のポリ
マー分散型液晶層を透過してきた光を広げて次の層のポ
リマー分散型液晶層の導入する働きをする。これによっ
て次の層のポリマー分散型液晶層の光散乱能が向上し、
ポリマー分散型液晶表示素子全体として散乱強度が増す
ことになる。
0μm〜10mmと規定していることにより、光散乱用
透明支持体上への透明電極の形成や上下の基板の貼り合
わせ加工などを容易に行うことが可能となっているとと
もに、このポリマー分散型液晶表示素子の背面に着色反
射板を設けた際には、上層のポリマー分散型液晶層から
着色反射板までの距離に起因する視角特性を良好にする
ことも可能となっている。
て説明する。図1にこのポリマー分散型液晶表示素子の
断面図を示す。ここで1及び3は透明基板、2は光散乱
用透明支持体、4,5,6,7は透明電極、8及び9は
ポリマー分散型液晶層、10及び11はポリマー、12
及び13はポリマー10及び11に分散された液晶滴、
14は視覚方向、15は着色反射膜である。
分散型液晶層8からの透過光を広げてポリマー分散型液
晶素層9に導入する働きをする。これによってポリマー
分散型液晶層9での光散乱能が向上し、結果的にポリマ
ー分散型液晶表示素子全体の散乱強度が増すことにな
る。従って、光散乱用透明支持体2の厚み及び材質は、
ポリマー分散型液晶表示素子の散乱強度を決定する要素
のひとつであり特に重要である。光散乱用透明支持体2
の厚みは、10μm〜10mmであることが好ましい。
10μmより薄くなると透明基板上に透明電極5及び6
を形成するのが難しくなり、また、基板1及び3の貼り
合わせ等の加工も難しくなり好ましくない。また、光散
乱用透明支持体2の厚みが10mmを越えるとポリマー
分散型液晶層8から着色反射膜15までの距離が長くな
り、視角特性が著しく悪化する。さらに好ましくは、5
0μm〜200μmの範囲である。また、光散乱用透明
支持体2の材質は、特に重要でポリマー分散型液晶層8
で散乱された光を更に広げる効果のあるものが好まし
い。例えば、屈折率の異なる透明基板を屈折率の小さい
基板から大きい基板へ順番に複数枚組み合わせた透明基
板や光の拡散効果のあるマイクロレンズ等が使用でき
る。
支持体2の両面に透明電極4,5,6,7として500
ÅのITO(酸化インジュウムおよび酸化スズの混合
物)を形成する。この時、透明電極4,5間及び透明電
極6,7間での交差部分が画素となるが、この画素が視
覚方向14から見て透明基板1,光散乱用透明支持体2
間と透明基板3,光散乱用透明支持体2間で一致するよ
うに形成する。 次に、透明基板1,光散乱用透明支持
体2間と透明基板3,光散乱用透明支持体2間が5から
18μm、更に好ましくは、10から15μmになるよ
うに貼り合わせる。この厚みが、5μm以下では、電圧
無印加時の光散乱性が不足し、逆に18μm以上では、
液晶の駆動のための所定の電界強度が不足し電圧印加時
の十分な透明性が得られないか、もしくは、駆動電圧が
高くなる。駆動電圧が高いことは、消費電力が高く、ま
た、TFTなどの駆動回路の改良が必要となり好ましく
ない。
るように平均粒径12μmのガラスファイバーで制御
し、熱硬化性樹脂で貼り合わせる。
する。形成方法は熱または光硬化性樹脂に液晶を混合し
てこれを硬化させることによって液晶を析出させポリマ
ー10,11中に液晶滴12,13を形成する方法を用
いる。液晶材料としては着色を起こしにくく、ヒステリ
シスの出にくいネマティック液晶が好ましく、化学的に
安定なF,CL系液晶材料が含まれた液晶材料が特に好
ましい。更に、これらの液晶材料に2色性色素を添加使
用しても良い。また、液晶滴12,13を含むポリマー
10,11層中の液晶滴12,13の体積分率は、50
%以上、95%以下であることが好ましく、さらに好ま
しくは、70%以上、85%以下である。液晶滴12,
13の体積分率が50%以下であるときは、入射した光
が液晶滴12,13で散乱される回数が少なくなるため
に十分な光の散乱強度が得られない。また、液晶滴1
2,13の体積分率が、95%以上では、ポリマー1
0,11の体積分率が少なくポリマー壁の物理的強度が
低下しポリマーネットワークを形成維持することができ
ない。
ールプロパントリメタクリレート0.3gとnブチルア
クリレート1.7gとチバガイギー製irgacure184
0.06gの混合物に液晶材料として、E8(メルク社
製)を8.0g混合均一化し、透明基板3,光散乱用透
明支持体2間に注入した。その後、メタルハライドラン
プ下60mW/cm2のところで30秒間紫外線を照射
して樹脂を硬化させ、ポリマー分散型液晶層9を形成し
た。 硬化をより完璧にするために暗所100℃で1時
間窒素中で放置した。 その後、透明基板1,光散乱用
透明支持体2間に同じ樹脂−液晶材料混合物を注入して
同様に先に作成したポリマー分散型液晶層9を通らない
ように40mW/cm2で紫外線照射、熱処理を行い、
ポリマー分散型液晶層8を形成してポリマー分散型液晶
表示素子とした。
明基板1,光散乱用透明支持体2間と透明基板3,光散
乱用透明支持体2間を同一駆動し、このときの電気光学
特性は、集光角6°の光学系(Potal LCD-5000:大塚
電子(株))を使い、電圧無印加時と60Hz、50V
印加時の光透過率(それぞれT0、T50)を透過法で測
定した。その結果、このポリマー分散型液晶表示素子
は、T0が測定限界以下の0.2%以下でありかつT50
が78.2%であり良好なコントラストが得られた。
に着色反射板を設置することにより反射型液晶表示装置
として使用することができる。反射型液晶表示装置は、
バックライトなしで、基板がプラスティクフィルムであ
る場合、低消費電力、軽量化、耐衝撃性などハンディタ
イプの液晶表示素子として非常に期待されているもので
ある。着色反射板としては、白黒表示を想定した場合、
黒色の散乱板、反射板、ミラー、さらに好ましくは、ハ
ーフミラーと黒色板を組み合わせた部分反射板やハイメ
ッシュミラーと黒色板を組み合わせた部分反射板などで
ある。さらに、カラー表示を想定した場合、RGBに対
応した着色反射板を使用することができ、好ましくは、
ハーフミラーとRGB対応の着色板を組み合わせた部分
反射板やハイメッシュミラーとRGB対応の着色板を組
み合わせた部分反射板などである。
面に着色反射板として黒色塗料をスプレー塗布して黒色
反射膜15を形成し、反射型液晶表示装置とした。これ
を透明基板1,光散乱用透明支持体2間と透明基板3,
光散乱用透明支持体2間で同一駆動させたところ光の反
射がON時に4.2%、OFF時に69.8%であり良
好なコントラストを示す、反射型液晶表示装置であっ
た。
外には、ZLI−4792、ZLI−4718、ZLI
−4749、E−44,ZLI−1289(メルク社
製)などが使用できる。 また、駆動は、透明基板1,
光散乱用透明支持体2間と透明基板3,光散乱用透明支
持体2間でそれぞれ独立に駆動させることにより単層で
はなし得ない多階調表示を可能とする。
透明電極を有する透明基板1及び3と同様の一対の基板
を厚さ12μmとなるように平均粒径12μmのガラス
ファイバーで制御し、熱硬化性樹脂で貼り合わせた。
注入し、40mW/cm2の照射強度の紫外線で樹脂を
硬化、さらに熱処理を行いポリマー分散液晶表示素子を
作成した。
学特性は、実施例1同様に透過法で測定したところ、T
0が15.5%であり、かつ、T50が80.1%であつ
た。
用いて説明する。
透過モードとし、ポリマー分散型液晶層9を2色性色素
を含んだ着色−透過モードとし、さらにポリマー分散型
液晶表示素子の背面に白色反射膜を配置したところに特
徴がある。
用透明支持体2に透明電極4,5,6,7を形成する。
次に、透明基板1,光散乱用透明支持体2を厚さ12μ
mとなるように平均粒径12μmのガラスファイバーで
制御し、熱硬化性樹脂で貼り合わせる。これに実施例1
と同じ樹脂−液晶混合物を注入し、40mW/cm2の
照射強度の紫外線で樹脂を硬化、さらに熱処理を行って
ポリマー分散型液晶層8を形成する。
晶滴13に2色性色素を含んだポリマー分散型液晶層9
を形成する。2色性色素としては、2色性比が少なくと
も5以上、このましくは6以上であるものが適してお
り、例えば、メロシアニン系、アントラキノン系、スチ
リル系、アゾベンゼン系などを使用することができる。
0gと黒色2色性色素(S−301:三井東圧染料社
製)0.05gを混合した液に、ポリメタクリル酸メチ
ル(デルペット:旭化成工業(株))0.25gとクロ
ロホルム30gに溶解させ均一化した溶液を、バーコー
ト法により風乾後12μm厚になるように塗布し窒素中
で風乾することによってポリマー分散型液晶層9を形成
した。
側を先の光散乱用透明支持体2に貼り合わせ、透明基板
3に背面に着色反射膜15の代わりに白色反射板として
酸化チタンを含んだ白色塗料を塗布して白色反射膜を形
成し、反射型液晶表示装置を作成した。
8がOFF、すなわち散乱状態のときにポリマー分散型
液晶層9がON、すなわち透明状態となり、ポリマー分
散型液晶層8がON、すなわち透明状態のときにポリマ
ー分散型液晶層9がOFF、すなわち黒色状態となるよ
うに電圧(60Hz)を変化させる。その結果、前者で
はポリマー分散型液晶層8の散乱光とポリマー分散型液
晶層9を通過して背面の反射膜で散乱反射され、更にポ
リマー分散型液晶層8で散乱された光によりぺーパーホ
ワイト状の白表示となる。 また、後者においては、ポ
リマー分散型液晶層8を通過した光が黒色化したポリマ
ー分散型液晶層9で吸収され黒色状の表示となり、良好
な白黒表示素子となる。
は、光の反射が白状態で75.4%、黒状態で3.6%
であり、良好なコントラストを示した。
及び3と同様のものを代わりに用いてもよい。
散型液晶層9の代わりにホワイトテ−ラー型ゲストホス
トモードなどの透明−着色を電気的に制御するものを用
いても良い。
基板3方向からみる反射型液晶表示装置としても良い。
液晶表示において、光散乱能を飛躍的に改善し、反射型
液晶表示素子とした場合でも高いコントラストを得るこ
とができ、ポリマー分散型液晶表示素子の工業製品への
応用範囲を拡大することができる。
子の断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 誘電率異方性が正の液晶滴が該液晶の常
光屈折率と略一致した屈折率を有するポリマーに分散さ
れてなり、光の散乱と透過を電気的に制御するポリマー
分散型液晶層を少なくとも2層重ね、該ポリマー分散型
液晶層間には上層のポリマー分散型液晶層を透過してき
た光を広げて次層のポリマー分散型液晶層へ導入する光
散乱用透明支持体を挾持してなるとともに、該光散乱用
透明支持体の厚みが10μm〜10mmであることを特
徴とするポリマー分散型液晶表示素子。 - 【請求項2】 前記ポリマー分散型液晶表示素子の背面
に着色反射板を設けた反射型液晶表示装置。
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Family Applications (1)
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