JP3322501B2

JP3322501B2 - 液晶表示媒体およびその駆動方法

Info

Publication number: JP3322501B2
Application number: JP260295A
Authority: JP
Inventors: 喜幸浅部; 雅人藤井
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1995-01-11
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JPH08190100A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示媒体に係り、
特に、メモリ性を制御できる液晶表示媒体およびその駆
動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶は、固体と液体との中間である中間
相に位置し、物質の態様が液態であるにもかかわらず、
固体結晶のごとき光学異方性を示す。このため、液晶の
物質状態が液態であることを利用して厚さが数μｍのも
のを作ることができるし、固体に比べて、わずかな電流
によって分子軸の方向を変化させることができる。この
性質を利用して液晶を基板間に封入してパネル状に形成
する液晶セルは低電圧駆動、低消費電力、自ら発光しな
い受動型および平板型等の特性を有する。

【０００３】そして、液晶が実用化された当初において
は、このような液晶の特性を利用して腕時計の文字表示
等に応用されていたが、その後さらに研究が進み、近年
では、カラーテレビや車載用ナビゲーションシステムの
ディスプレイ、さらにノート型パソコン用カラーパネル
として実用化されている。

【０００４】このように応用分野が広がるにつれ、各種
のディスプレイの仕様に応じた要求を満たす性能を有す
る新規な液晶材料を開発する必要が生じてきた。しか
し、すべての要求に対して単独の液晶材料で実現するの
は困難であるため、現実には、１０種類程度の液晶化合
物を混合させた混合液晶が開発されることになり、この
混合液晶の中には高分子とネマチック液晶の複合体であ
る高分子分散型液晶（Polymer dispersed liquid cryst
al：以下、ＰＤＬＣと略する）を開発する研究もなされ
るようになっている。

【０００５】このＰＤＬＣは、高分子中に球状小滴のネ
マチック液晶が分散されており、このネマチック液晶中
の液晶分子の配列を電圧をかけることによって変化さ
せ、それによる屈折率の変化を応用するものである。つ
まり、電圧が印加されていないオフ状態では、液晶小滴
の光軸は不規則に配向しているため異常光の屈折率が高
分子の屈折率に一致せず、光を散乱して不透明白色を示
す。一方、電圧が印加されたオン状態では、小滴の光軸
が電圧方向に配列し、常光の屈折率が高分子の屈折率と
ほぼ一致するので、光の散乱が減少して透明になる。

【０００６】ここで、前記ＰＤＬＣの代表的な構造を図
９および図１０に示す。図９はドロップレットタイプの
構造を示しており、図１０はリバースタイプの構造を示
している。また、（ａ）はＰＤＬＣ１セルの剥離面であ
り、（ｂ）は断面図である。

【０００７】図９より、１対のガラス基板４に挟まれ生
成されたドロップレットタイプのＰＤＬＣ１は、高分子
２中に球状小滴のネマチック液晶３が均一に分散されて
いるのがわかる。

【０００８】また、図１０より、リバースタイプのＰＤ
ＬＣ１は球状に集合した高分子２の隙間にネマチック液
晶３が存在しており、このリバースタイプのＰＤＬＣ１
も均一構造となっている。

【０００９】そして、このようなＰＤＬＣ１は、偏光板
を必要としないので明るい表示が得られること、視覚特
性が良いこと、柔軟性をもつことなどから、大面積の調
光ガラスや新しいディスプレイへの応用の可能性がある
ことで注目されているものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】さて、従来のＰＤＬＣ
１に関する出願は、大きく分けると電圧を印加すること
によって配向した液晶分子が電圧除去後も配向を保持す
るという性質、いわゆるメモリ性を有するものと、メモ
リ性を有しないものとに分けられる。

【００１１】たとえば、特表昭５８−５０１６３１号公
報はメモリ性を有しないＰＤＬＣ１に関するものである
が、このようなメモリ性を有しないＰＤＬＣ１は、液晶
分子の配向を制御して透過状態を保持しておくために、
電圧印加を続けていなければならず効率的でない。

【００１２】これに対し、メモリ性を有するＰＤＬＣ１
に関する公報として、特表昭６３−５０１５１２号公
報、特開平１−３１２５２７号公報、特開平３−１５５
５２５号公報等がある。特表昭６３−５０１５１２号公
報に記載されたものは、ドロップレットタイプのＰＤＬ
Ｃ１であり、メモリ性を維持できないという問題があ
る。また、特開平１−３１２５２７号公報に記載された
ものは、ドロップレットタイプでもリバースタイプでも
なく、液晶３中に透明性樹脂が分散した構造を有してお
り、液晶３を多く含むために樹脂の効果が小さく、メモ
リ性は数日程度しか維持できない。さらに、特開平３−
１５５５２５号公報に記載のものは、スメクティック液
晶３を使用したドロップレットタイプのものであり、駆
動電圧が大きくなければならないという問題がある。

【００１３】このように、一般的にメモリ性を有するＰ
ＤＬＣ１は電圧印加除去後も配向状態を保持できるため
効率的な面を有するが、透過状態から白濁状態に戻す際
に液晶３が相移転を起こす程度の加熱が必要となるなど
の問題がある。

【００１４】また、このようなＰＤＬＣ１のメモリ性に
関しては、高分子材料の種類を変更することによってメ
モリ性が増加したり、減少したりすることは知られてい
るが、一つの高分子材料でメモリ性を制御できることは
知られていない。

【００１５】そこで、本発明は前述した従来のものにお
ける問題点を克服し、印加電圧の周波数を変化させるこ
とにより、印加電圧除去後における液晶分子の配向状態
を容易に制御できるＰＤＬＣを用いた液晶表示媒体およ
びその駆動方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明の請求項１に記載の液晶表示媒体は、電極
を有する２枚の透明基板と、この透明基板間に封入され
た高分子とネマチック液晶との複合体からなる液晶表示
媒体であって、前記複合体は、高分子が集合して形成さ
れた高分子層が前記２枚の透明基板のうちのいずれか一
方の基板側が厚く他方の基板側が薄くなるように分離さ
れて所々で柱状の高分子によってつながれており、この
高分子層の間に前記ネマチック液晶からなる液晶リッチ
層が挟まれるように存在する構造となっており、前記２
枚の透明基板の電極は、厚い高分子層側を高抵抗値を示
す材料、薄い高分子層側を低抵抗値を示す材料によりそ
れぞれ形成されていることを特徴としている。

【００１７】また、本発明の請求項２に記載の液晶表示
媒体の駆動方法は、請求項１に記載の液晶表示媒体を低
周波数の電圧により駆動することによってメモリ透過率
を大ならしめることを特徴としている。

【００１８】

【作用】本発明の液晶表示媒体は、高分子の体積固有抵
抗値がネマチック液晶の抵抗値よりも大きく、誘電率が
小さいため、前記高分子がコンデンサとしての役割を果
たし、周波数によって電界の強さが変化する。また、２
枚の透明基板の電極は、厚い高分子層側を高抵抗値を示
す材料、薄い高分子層側を低抵抗値を示す材料によりそ
れぞれ形成され抵抗値が互いに異なるため電界の偏りが
生じる。したがって、印加電圧除去後も高分子と液晶と
の界面において配向を維持しようとする相互作用が生
じ、これが電界の周波数に依存する性質を有しているた
め、印加電圧の周波数を変更することにより、いわゆる
メモリ性を容易に制御することができるものである。

【００１９】また、本発明の液晶表示媒体の駆動方法に
よれば、前記液晶表示媒体が電界の周波数に依存する性
質を有しているため、前記液晶表示媒体を低周波数で駆
動することにより、メモリ透過率を大ならしめることが
できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により説明
する。

【００２１】図１に本発明の実施例であるＰＤＬＣ１を
用いた液晶表示媒体の構成を示し、また、図２に前記Ｐ
ＤＬＣ１の構造として、（ａ）剥離面図、（ｂ）断面図
を示す。

【００２２】前記液晶表示媒体は、厚さが約１ｍｍの１
対のガラス基板４、４の内側表面に、それぞれ酸化イン
ジウムを主成分とするＩＴＯ膜５が液晶分子に電圧を印
加するために透明電極として取着されており、目的に応
じてパターニングされている。そして、前記１対のガラ
ス基板４、４は、数μｍの間隔、いわゆる前記ＰＤＬＣ
の厚さであるセル厚を保つように貼り合わせられてい
る。このとき、一定のセル厚を得るために、二酸化珪素
等の粒径のそろった微粒子をスペーサ６として用いてい
る。そして、前記ガラス基板４、４間には所定のネマチ
ック液晶３と高分子２とを均一に混合した混合溶液中に
前記スペーサ６が混入された状態で封入されている。

【００２３】つぎに、本実施例で使用されているＰＤＬ
Ｃ１の構造について説明する。図２において、前記１対
のガラス基板４、４間に封入されたＰＤＬＣ１は、主と
して球状の高分子２が集合して形成された高分子層２
が、前記２つのガラス基板４、４のうちのいずれか一方
の基板側を厚くするように分離されて、所々で両高分子
層２が柱状の高分子によってつながっており、この高分
子層２の間に主としてネマチック液晶３からなる液晶リ
ッチ層３が挟まれるように存在する構造となっている。
さらに、前記２つのガラス基板４、４に取着されたＩＴ
Ｏ電極５の各抵抗の組合わせは、厚い高分子層２側を高
抵抗値を示す材料とし、薄い高分子層２側を低抵抗値を
示す材料としている。

【００２４】このように、本実施例のＰＤＬＣ１の構造
は、図９および図１０に示した従来のＰＤＬＣ１の構造
であるドロップレットタイプやリバースタイプと異な
り、リバースタイプの構造を持つＰＤＬＣ１の中に液晶
リッチ層３を有した構造であり、さらに基板の上側に高
分子層２が多く、基板の下側に液晶層３が多く存在する
不均一構造からなることを特徴としている。このような
構造となるのは、図３に示すように、高分子２の重合反
応が紫外線の照射される方向から進むことに起因するも
のである。つまり、紫外線が上方から照射されると、上
方から重合反応が進み、これに従って液晶３が相分離さ
れて高分子２の外に追い出され下方に移動するのであ
る。

【００２５】したがって、紫外線の照射方向により液晶
リッチ層３の位置を制御でき、たとえば紫外線を両方向
から照射すると、図４に示すように、両基板側に高分子
層２が存在し、中心部に液晶リッチ層３が存在すること
となる。

【００２６】つぎに、本実施例の液晶表示媒体を構成す
る前記ＰＤＬＣ１セルの作成方法を具体的な材料および
数値等を示して説明する。

【００２７】まず、液晶３としてネマチック液晶Ｅ７
と、モノマーとして２−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト（以下、ＨＥＭＡと略す）とを重量比１：１で混合
し、これに重合開始剤としてのイルガキュア１８４を３
ｗｔ％添加して均一溶液とする。この均一溶液に１０μ
ｍ径の液晶用スペーサ６を混入した後、高低異なる抵抗
値を示すＩＴＯ電極５を取着した２つのガラス基板４、
４のうちの一方に塗布し、これに対して、もう一方の電
極付ガラス基板４を貼り合わせてＰＤＬＣセルを作成す
る。このとき、前記ガラス基板４、４に取着する電極の
抵抗値は、たとえば、２００（Ω／□）と５０（Ω／
□）、５００（Ω／□）と２００（Ω／□）、６００
（Ω／□）と２００（Ω／□）となるような組合わせと
する。そして、前記ＰＤＬＣセルにメイン波長が３６５
ｎｍ、光強度が６０ｍＷ／ｃｍ²の紫外線をＩＴＯ電極
５の高抵抗値側から１０分間照射し、モノマーの重合反
応で生成する高分子２とネマチック液晶３の相分離によ
り不透明白色のＰＤＬＣ１を得る。したがって、ＩＴＯ
電極５の抵抗値の高い側には、厚い高分子層２が形成さ
れ、抵抗値の低い側には薄い高分子層２が形成されるこ
ととなる。

【００２８】なお、以上の溶液の混合その他の処理はす
べて室温にて行う。

【００２９】このようにして作成した液晶表示媒体を電
子顕微鏡により観察し、また、この液晶表示媒体を電圧
および周波数を変化させて駆動することにより電気光学
特性（オン・メモリ特性）を測定した。この結果を図５
乃至図７に示す。

【００３０】なお、このときの周波数および電圧の駆動
制御は、高精度を確保するために高速電力増幅器、ファ
ンクションジェネレータ、デジタルマルチメータを用い
て変更し、透過率は波長が６３２．８ｎｍの光にて測定
した。

【００３１】図５は、ＩＴＯ電極５の抵抗値の組合わせ
を高分子層２の厚い側が２００（Ω／□）を示す抵抗と
し、薄い側が５０（Ω／□）を示す抵抗とした場合の電
圧・光透過特性の結果であり、図６は、高分子層２の厚
い側が５００（Ω／□）を示す抵抗とし、薄い側が２０
０（Ω／□）を示す抵抗とした場合の電圧・光透過特性
の結果であり、図７は高分子層２の厚い側が６００（Ω
／□）を示す抵抗とし、薄い側が２００（Ω／□）を示
す抵抗とした場合の電圧・光透過特性の結果である。

【００３２】また、各図ともに縦軸は透過率（％）を示
しており、横軸は電圧（Ｖ）を示している。また、
「●」は周波数を５０Ｈｚとして電圧を印加した場合、
「○」は周波数を１ＫＨｚとして電圧を印加した場合で
あり、実線は電圧を印加した状態における透過率を示す
オン特性を表しており、破線は印加電圧除去後の透過率
を示すメモリ特性を表している。

【００３３】これらの図より、いずれの抵抗の組合わせ
の場合においても、オン特性は周波数が５０Ｈｚおよび
１ＫＨｚの両方の場合ともに、電圧が０（Ｖ）のときに
は透過率は約１％を示し、その後電圧の増加に伴って透
過率は増加して１００（Ｖ）の電圧を供給した場合には
８０％の透過率を示し、ほぼ同様の傾向となった。

【００３４】一方、メモリ特性は、周波数が５０Ｈｚの
場合には電圧が０（Ｖ）のときに約１％の透過率であ
り、電圧が増加するに伴って透過率も増加して、１００
（Ｖ）の電圧のときには透過率は約６０％を示し、この
条件では本実施例の液晶表示媒体がメモリ性を有してい
ることがわかる。これに対し、周波数が１ＫＨｚの場合
には電圧が増加しても透過率はわずかな増加にとどま
り、１００（Ｖ）の電圧のときに透過率は数％であり、
この条件の下では本実施例の液晶表示媒体がメモリ性は
有しないことがわかる。

【００３５】つぎに、印加電圧の周波数と印加電圧除去
後の透過率であるメモリ透過率の関係を検討するため、
１００（Ｖ）の電圧を周波数を変化させて印加し、その
印加電圧を除去した後の透過率を測定した。図８にＩＴ
Ｏ電極５の抵抗の組合わせとして高分子層２の厚い側を
５００（Ω／□）の抵抗値を示す抵抗とし、薄い側を２
００（Ω／□）の抵抗値を示す抵抗とした場合の周波数
・光透過率特性の結果を示す。

【００３６】この図より、印加電圧の周波数を５０Ｈｚ
および１００Ｈｚとして駆動させた場合にはメモリ透過
率は約６０％であったが、印加電圧の周波数を２００Ｈ
ｚを超えて、５００Ｈｚ、１０００Ｈｚと大きくして駆
動させた場合にはメモリ透過率は数％と極端に小さくな
って前記液晶表示媒体はメモリ性を持たなかった。

【００３７】したがって、本実施例の液晶表示媒体は印
加電圧の周波数が１００Ｈｚ以下で駆動された場合には
メモリ透過率は大きくなり、メモリ性を有することとな
るが、印加電圧の周波数が２００Ｈｚ以上で駆動された
場合にはメモリ透過率は小さくなり、メモリ性を有さ
ず、このメモリ性が印加電圧の周波数に依存することが
わかる。したがって、メモリ透過率を大きくするために
は、印加電圧の周波数を低周波数で駆動制御すればよ
い。

【００３８】これに対して、本実施例と比較するために
ＩＴＯ電極５の抵抗値の組合わせとして、高分子層２の
厚い側と薄い側とをそれぞれ同抵抗値にした場合と、本
実施例と逆に高分子層２の厚い側に低抵抗値とし、薄い
側に高抵抗値とした場合についてもメモリ性の周波数依
存性があるかどうかを実験した。しかし、いずれの場合
においても周波数依存性の傾向は認められなかった。

【００３９】以上のように、本実施例の液晶表示媒体の
メモリ性が印加電圧の周波数に依存するのは、電界の偏
りによる影響と、液晶３と高分子層２との界面における
各分子間の相互作用によるものと考えられる。つまり、
高分子層２の体積固有抵抗値は、一般的なメタクリレー
ト系高分子２では１０¹⁴（Ω・ｃｍ）以上、誘電率は２
〜５であり、ネマチック液晶Ｅ７では１０¹⁰〜１０
¹²（Ω・ｃｍ）、誘電率は１０以上であり、高分子層２
が液晶層３よりも大きい体積固有抵抗を有しているため
高分子層２がコンデンサの役割を果たす。また、高分子
層２が液晶層３よりも大きい体積固有抵抗を有し誘電率
が小さいため、周波数によってインピーダンスが変化
し、高分子層２と液晶層３との界面において電界差が生
じる。さらに、高分子層２の厚さの相違により、厚い高
分子層２側に大きな電界が生じ、薄い高分子層２側に小
さな電界が生じて、両者に電界の偏りが存在する。

【００４０】そして、ＩＴＯ電極５の抵抗値は高分子層
２の厚い側を高抵抗値を示すものとし、薄い高分子層２
側を低抵抗値を示すものとしたため、電圧を印加した際
に前述の電界差をより強く発生させることとなり、この
電界差が印加後も残存するものと考えられる。

【００４１】一方、交流正弦波により電圧を印加するこ
とを考慮すると、数十Ｈｚ程度の低周波数の場合には、
電圧印加状態から電圧が０（Ｖ）となる時間が長いた
め、前記高分子層２と液晶層３との界面の電界差が残存
しやすく、この界面付近に存在している液晶分子の配向
を保持しようとする高分子２の作用が十分働き、メモリ
性をもつ。これに対し、数百Ｈｚ以上の高周波数では電
圧が０（Ｖ）付近となる時間が非常に短くなり、この周
期に液晶分子が対応しきれないため、液晶分子に及ぼす
高分子２の作用が十分働かず、メモリ性が少なくなると
考えられる。

【００４２】このように前述の本実施例によれば、前記
ＰＤＬＣ１のメモリ性が電圧の周波数に依存するため、
印加電圧の周波数を変化させることにより、印加電圧除
去後における液晶分子の配向状態を容易に制御できる。

【００４３】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、必要に応じて変更することができる。

【００４４】たとえば、前記液晶表示媒体は、ＰＤＬＣ
１をガラス基板４、４の一方に塗布して、もう一方のガ
ラス基板４を貼り合わせるようにして作成したが、これ
を、あらかじめ設けられていた注入口等から、ＰＤＬＣ
１を真空注入法などにより注入して、封止材で注入口を
封じて作成するようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の液晶表示媒
体およびその駆動方法によれば、高分子とネマチック液
晶との複合体のメモリ性が電圧の周波数に依存するた
め、印加電圧の周波数を変化させることにより、印加電
圧除去後における液晶分子の配向状態を容易に制御でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の液晶表示媒体の要部構成断面
図

【図２】本発明の実施例に用いられているＰＤＬＣの
（ａ）剥離面図、（ｂ）断面図

【図３】ＰＤＬＣ溶液に一方向から紫外線を照射した場
合の構造に関する説明図

【図４】ＰＤＬＣ溶液に両方向から紫外線を照射した場
合の構造に関する説明図

【図５】ＩＴＯ電極の抵抗が２００（Ω／□）と５０
（Ω／□）の抵抗値を示すように組合わせた場合の電圧
・光透過特性

【図６】ＩＴＯ電極の抵抗が５００（Ω／□）と２００
（Ω／□）の抵抗値を示すように組合わせた場合の電圧
・光透過特性

【図７】ＩＴＯ電極の抵抗が６００（Ω／□）と２００
（Ω／□）の抵抗値を示すように組合わせた場合の電圧
・光透過特性

【図８】ＩＴＯ電極の抵抗が５００（Ω／□）と２００
（Ω／□）の抵抗値を示すように組合わせた場合の周波
数・光透過特性

【図９】従来のドロップレットタイプのＰＤＬＣの
（ａ）剥離面図、（ｂ）断面図

【図１０】従来のリバースタイプのＰＤＬＣの（ａ）剥
離面図、（ｂ）断面図

【符号の説明】

１ＰＤＬＣ（高分子分散型液晶）２高分子、高分子層３液晶、液晶層４ガラス基板５ＩＴＯ電極６スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1343 G02F 1/133 G02F 1/1334

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電極を有する２枚の透明基板と、この透
明基板間に封入された高分子とネマチック液晶と複合体
からなる液晶表示媒体であって、前記複合体は、高分子が集合して形成された高分子層が
前記２枚の透明基板のうちのいずれか一方の基板側が厚
く他方の基板側が薄くなるように分離されて所々で柱状
の高分子によってつながれており、この高分子層の間に
前記ネマチック液晶からなる液晶リッチ層が挟まれるよ
うに存在する構造となっており、前記２枚の透明基板の電極は、厚い高分子層側を高抵抗
値を示す材料、薄い高分子層側を低抵抗値を示す材料に
よりそれぞれ形成されていることを特徴とする液晶表示
媒体。
【請求項２】請求項１に記載の液晶表示媒体を低周波
数の電圧により駆動することによってメモリ透過率を大
ならしめることを特徴とする液晶表示媒体の駆動方法。