JP3727728B2 - 液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子に係り、特に、反射型のゲスト・ホスト液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
情報機器のディスプレイ用表示素子として、これまでに多くの液晶表示素子が提案されている。これらの中で、現在、TN(twisted nematic)モード(特開昭47−11737号参照)とSTN(super twisted nematic)モード(特開昭60−107020号参照)を代表とするネマティック液晶を使用するタイプの液晶表示素子が広く用いられている。
【0003】
TNモード、STNモードは、液晶分子の配列が素子内部で90°前後、あるいは260°前後それぞれ捻れた構造の初期状態をとる。素子に入射した光は、液晶の捻れ構造と複屈折によって偏光状態が変化を受けて液晶層を透過し、出射する。液晶層に電界を印加すると、液晶分子は電界方向に再配列するため、捻れ構造は解かれ、複屈折が失われて、入射光は偏光状態を変えることなく出射する。2枚の直線偏光子で液晶セルを挟んだ構造を用いることで、上記電圧印加による液晶層の光学的性質が変化し、光の強度変化として観察される。TNモードやSTNモードは、このような動作原理に基づいて、明暗のコントラストを得る方式である。
【0004】
上記表示方式は、CRT(cathode ray tube)ディスプレイに比較して消費電力が著しく少なく、薄型表示パネルを実現できるという長所があり、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等のオフィス用情報機器に広く用いられている。
【0005】
しかし、上述の偏光子を用いるタイプは、本質的に入射光を有効利用しているとは言い難い。そのため、実際に多くのディスプレイでは、液晶表示素子の後方に光源(バックライト)を付設して明るさを確保している。また、カラーフィルタを付設したタイプでは、透過する光がさらに減少し、結果として、より強力な光源を必要とする。
【0006】
光源の電力は、駆動回路を含む液晶素子の消費電力に匹敵し、電池により電力供給する携帯用ディスプレイには適さない。すなわち、液晶カラーディスプレイは勿論のこと、白黒ディスプレイにおいても、従来の表示方式では明るさと低消費電力化が二率背反の関係にあり、バックライトを必要としない明るい表示方式の開発が切望されている。
【0007】
ディスプレイを見続けた場合の眼の疲労に関しても、蛍光灯のバックライトは望ましくなく、反射型の明るいディスプレイが求められている。また、投射型ディスプレイとして使用する場合でも、光透過率の高い表示方式は、素子の小型化、長寿命化、機器全体の節電に寄与する。このような要望に対し、偏光子を用いない液晶表示方式が提案されている。
【0008】
このような表示方式として、ホワイト−テ−ラ−(White−Taylor)型ゲスト・ホスト(GH)素子[ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(J.Appl.Phys.)、45巻、4718〜4723頁(1974年)参照]に示す方式がある。
【0009】
この方式では、カイラルネマティック相を示す液晶に2色性色素が混入されており、2色性色素の分子が基板面に平行に配列された構造になっている。電界印加によって、2色性色素の分子の配列が液晶分子の配列にともなって変化し、それによって光の透過率が変化する。この方式によると、カイラルネマティック相に起因する捻れ構造のため、色素による光吸収が効率よく起こるので、原理的には偏光子なしでも高い表示コントラストが得られる。
【0010】
しかし、この方式においても、高いコントラストを達成するためには、カイラルネマティック液晶の螺旋ピッチは光の波長オーダーであることが必要であるが、螺旋ピッチをその程度まで短くすると、ディスクリネーションラインが数多く発生し、表示品質が損なわれる。同時にヒステリシス現象が発現し、電界に対する応答も極端に遅くなる。従って、前述のTNモード、STNモードに比較した場合、いまひとつ実用性に乏しい。
【0011】
偏光子を用いない他の代表的表示方式は、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal:特開昭58−501631号参照)と呼ばれる方式である。この方式は、高分子マトリクス中に誘電異方性が正のネマティック液晶を直径数μm程度の粒状にして分散させたものである。液晶は、屈折率が高分子材料に対して常光とほぼ同じで、異常光とは異なる材料を選定して用いる。
【0012】
初期の状態において液晶粒子が歪んだ配列構造を取り、しかも粒子間の配列方向のばらつきによって、大部分の液晶の粒子と高分子マトリクスとの間に屈折率の差が生じ、結果としてすりガラスのように光を散乱させる。
【0013】
このような液晶層に十分な電圧を加えると、液晶分子の再配列がおき、垂直に入射する光に対して液晶分子と高分子マトリクスの屈折率が等しくなる。その結果、液晶分子と高分子との界面での屈折および反射がなくなり、透明状態に変化する。入射光は直線光である必要はない。
【0014】
以上のような動作原理に基づいて表示するため、PDLCには偏光子は不要であり、入射光も有効に活用できるので、明るい表示となる。しかし、十分な表示のコントラストを達成するためには、液晶層は数十μmの膜厚が必要であり、その結果、駆動電圧が数十Vにも達する。しかも、散乱タイプであるため、投射型ディスプレイには有効であるが、OA機器用等の直視ディスプレイには不向きである。
【0015】
ネマティック液晶中に2色性色素を混入させるとともに、反射体や液晶構成を工夫した反射型ディスプレイも提案されているが(特開昭59−178429号、特開昭59−178428号参照)、いずれも本質的改善にはなっていない。
【0016】
カラーの反射型液晶表示装置は、イエロー、マゼンタ、シアン色のGH液晶を三層重ねることでフルカラー表示が可能であることが知られている(例えば、特開昭56−35168)。また、本発明者らは、マイクロカプセル化したイエロー、マゼンタ、シアン色のGH液晶を間にガラス基板なしに三層積層し、駆動用のTFT素子を一つの基板上に集めて開口率を高めた色ズレのない明るい反射型カラー液晶素子を提案した(特願平7−56086)。一方、GH液晶を微小空間に分離し、水平に配置した反射型カラー液晶表示素子も知られている(例えば、特開昭53−81251)。
【0017】
これら方式に用いるGH液晶には耐光性が必要であり、この特性を満足する色素としてアントラキノン系色素が用いられてきた。しかし、一般にアントラキノン系色素は、アゾ系色素に比べて二色性が低いのが問題である。これに対し、二色性が高く、かつ耐光性にも優れるアントラキノン系色素として少なくとも2つのアリールチオ基を有するアントラキノン色素をシアノ系液晶に溶解させたGH液晶が知られている(例えば、特許第1611442号)。このようなアリールチオ置換アントラキノン系色素をシアノ系液晶に溶解させたGH液晶は、上記イエロー、マゼンタ、シアン色のGH液晶を3層重ねた液晶表示素子にも用いることができる。しかし、その場合には、色相は良好であるが、吸収スペクトル幅が狭く、十分なコントラストを得ることができなかった。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の課題を改善し、吸収スペクトル幅を広くし、きれいな色調とコントラストとを同時に満足させるカラー反射型ディスプレイに適した液晶表示素子を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明(請求項1)は、対向して配置された一対の電極を有する基板と、これら基板間に挟持された液晶層とを具備し、前記液晶層が、少なくとも2つのアリールチオ基を有するアントラキノン系二色性色素を含有するフッ素系液晶を主成分とすることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【0020】
本発明(請求項2)は、上記液晶表示素子(請求項1)において、アントラキノン系二色性色素が、1、4、5、8位のいずれかに少なくとも2つのアリールチオ基を有することを特徴とする。
【0021】
本発明(請求項3)は、上記液晶表示素子(請求項1)において、アントラキノン二色性色素の1、4、5、8位のうちで、アリールチオ基で置換されていない残りが、水素原子、水酸基、アルキルアミノ基およびアリールアミノ基からなる群から選ばれた1つまたは2つで置換されていることを特徴とする。
【0022】
本発明(請求項4)は、上記液晶表示素子(請求項1)において、液晶がカプセル状の透明被膜で覆われていることを特徴とする。
本発明(請求項5)は、上記液晶表示素子(請求項1)において、アントラキノン系二色性色素がイエロー、マゼンタまたはシアン色であることを特徴とする。
【0023】
本発明(請求項6)は、上記液晶表示素子(請求項1)において、イエロー色のアントラキノン系二色性色素を含むフッ素系液晶層、マゼンタ色のアントラキノン系二色性色素を含むフッ素系液晶層、および、シアン色のアントラキノン系二色性色素を含むフッ素系液晶層を積層したことを特徴とする。
【0024】
以下、本発明の液晶表示素子について、詳細に説明する。
従来、2つ以上のアリールチオ基を有するアントラキノン二色性色素とシアノ系液晶からなるGH液晶を用いた液晶表示素子が知られているが、このGH液晶の吸収スペクトルは半値幅が狭く、そのため吸収する光量が少なく、コントラスト比を十分にとることができないという欠点があった。
【0025】
これに対し、本発明の液晶表示素子は、2つ以上のアリールチオ基を有するアントラキノン二色性色素とフッ素系液晶からなるGH液晶を用いており、かかるGH液晶の吸収スペクトルは半値幅は、従来のシアノ系液晶を用いたGH液晶よりも広い。一方、このように吸収スペクトルの半値幅が広いことは、色目にはほとんど影響しない。そのため、本発明の液晶表示素子は、優れた色調を維持しつつ、十分なコントラスト比をとることが可能である。
【0026】
アントラキノン系色素を含むフッ素系液晶の吸収スペクトルの半値幅は、色素と液晶との相互作用で決まり、なぜフッ素系液晶を用いた場合に半値幅が広がるかは、必ずしも明らかではない。しかし、恐らく、シアノ系液晶中よりもフッ素系液晶中の方が、色素分子のコンホメーション自由度が増加するためと考えられる。
【0027】
上述のように、本発明の液晶表示素子は、少なくとも2つのアリールチオ基を有するアントラキノン系二色性色素を含有するフッ素系液晶を用いることを特徴とする。この場合、少なくとも2つのアリールチオ基は、アントラキノン系二色性色素の1、4、5、8位のいずれかに位置することが好ましい。
【0028】
このように、1、4、5、8位のいずれかに少なくとも2つのアリールチオ基を有するアントラキノン系二色性色素の具体例を下記一般式(1)〜(10)に示す。
【0029】
【化1】
【0030】
【化2】
【0031】
【化3】
【0032】
【化4】
【0033】
【化5】
また、本発明において好適に用いられるフッ素系液晶物質として、例えば下記一般式(11)〜(20)で示されるような各種液晶化合物が挙げられる。
【0034】
【化6】
【0035】
【化7】
(式中、R′はアルキル基、アルコキシ基、アルキルフェニル基、アルコキシアルキルフェニル基、アルコキシフェニル基、アルキルシクロヘキシル基、アルコキシアルキルシクロヘキシル基、アルキルシクロヘキシルフェニル基、ハロゲン原子、アルキルフェニルアルキル基、アルコキシアルキルフェニルアルキル基、アルコキシアルキルシクロヘキシルアルキル基、アルキルシクロヘキシルアルキル基、アルコキシアルコキシシクロヘキシルアルキル基、アルコキシフェニルアルキル基、アルキルシクロヘキシルフェニルアルキル基を示し、Xはフッ素原子、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基を示し、Yは水素原子、ハロゲン原子を示し、さらにこれらのアルキル鎖およびアルコキシ鎖中に光学活性中心を有しても良い。また、R′中のフェニル基またはフェノキシ基および、各式中のフェニル基は一個または二個のフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子で置換されていても良い。)
なお、以上挙げた液晶化合物は、いずれも誘電異方性が正であるが、誘電異方性が負の公知の液晶も誘電異方性が正の液晶と混合して、全体として正の液晶にして用いることができる。また、誘電異方性が負の液晶でも、適当な素子構成および駆動方式を用いれば、そのまま使用することができる。
【0036】
本発明の液晶表示素子において、二色性色素の液晶物質に対する割合は、好ましくは0.01〜10重量%、より好ましくは0.05〜5重量%である。二色性色素の割合が0.01重量%未満の場合には、コントラストが十分に向上しない。一方、二色性色素の割合が10重量%を越える場合には、電圧印加時でも着色が残り、やはりコントラストが低下してしまう。
【0037】
本発明の液晶表示素子では、上述のように、アントラキノン二色性色素の1、4、5、8位のいずれかがアリールチオ基で置換されていることが好ましいが、この場合、1、4、5、8位のうち、アリールチオ基で置換されている残りの位置が、水素原子、水酸基、アルキルアミノ基もしくはアリールアミノ基で置換されていることがより好ましい。このような置換基により、色目を制御することができ、イエロー、マゼンタ、シアン色をそれぞれ実現することができる。
【0038】
また、本発明の液晶表示素子において、液晶物質がカプセル状の透明高分子被膜で覆われた構成とすることができる。このように、液晶物質をカプセル化することにより、液晶層を積層した場合に、間にガラス基板を挿入することなしにカラ−表示可能な液晶層を作成でき、色ズレをなくすることができる。また、液晶物質をカプセル化することにより、液晶物質をインキ化することができ、このようなインキを用いた印刷により、各層を形成したり、パターニング印刷したりすることができる。
【0039】
カプセル状の透明高分子被膜で覆われた液晶の作成方法としては、相分離法、液中乾燥法、界面重合法、in situ重合法、液中硬化皮膜法、噴霧乾燥法などの従来行われているマイクロカプセル化法等が挙げられる。
【0040】
透明高分子被膜の材質としては、例えば、ポリエチレン類、塩素化ポリエチレン類、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸・無水マレイン酸共重合体、などのエチレン共重合体、ポリブタジエン類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリプロピレン類、ポリイソブチレン類、ポリ塩化ビニル類、天然ゴム類、ポリ塩化ビニリデン類、ポリ酢酸ビニル類、ポリビニルアルコール類、ポリビニルアセタール類、ポリビニルブチラール類、四フッ化エチレン樹脂、三フッ化エチレン樹脂、フッ化エチレン・プロピレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン・エチレン共重合体などの四フッ化エチレン共重合体、含フッ素ポリベンゾオキサゾールなどのフッ素樹脂類、アクリル樹脂類、メタクリル樹脂類、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などのアクリロニトリル共重合体、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アセタール樹脂、ナイロン66などのポリアミド類、ポリカーボネート類、ポリエステルカーボネート類、セルロース樹脂類、フェノール樹脂類、ユリア樹脂類、エポキシ樹脂類、不飽和ポリエステル樹脂類、アルキド樹脂類、メラミン樹脂類、ポリウレタン類、ジアリールフタレート類、ポリフェニレンオキサイド類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリポリスルフォン類、ポリフェニルサルフォン類、シリコーン樹脂類、ポリイミド類、ビスマレイミドトリアジン樹脂類、ポリイミドアミド類、ポリエーテルイミド類、ポリビニルカルバゾール類、ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン、セルロース類など、ほとんどすべての高分子の材質を用いることが可能である。
【0041】
更に、本発明の液晶表示素子において、アントラキノン系二色性色素をイエロー、マゼンタもしくはシアン色とすることができる。このように、アントラキノン系二色性色素がイエロー、マゼンタ、シアン色である場合に、色目とコントラストとの両立が求められるので、本発明の効果が特に発揮される。
【0042】
更にまた、本発明の液晶表示素子は、イエロー、マゼンタ、シアン色の液晶物質を積層した構成とすることができる。このような構成とすることにより、明るい反射型のフルカラー表示が可能となる。
また、本発明の液晶表示素子においては、液晶物質の構成要素の一つとして、反射光の増白、および紫外線吸収剤として蛍光色素を用いてもよい。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は、その要旨の範囲を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
以下の実施例および比較例で用いられる二色性色素を、下記化学式(21)〜(27)に示す。
【0044】
【化8】
【0045】
【化9】
【0046】
【化10】
【0047】
実施例1
上記化学式(21)で示されるアントラキノン系二色性色素の1重量%を、フッ素系液晶LIXON5065xx(商品名:チッソ社製)に溶解させて液晶組成物を調製した。下記表1に、この液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。
【0048】
透明電極付きガラス板にポリイミド系樹脂を塗布して硬化させた後、液晶を平行配向させるようにラビング処理して得た2枚の基板を用いて、ギャップ9μmのセルを構成した。このセルの中に上記液晶組成物を封入した。このようにして得たセル2つを反射板の上に配向方向が互いに直角になるように重ねて、イエロー色の反射型GH液晶表示素子を作製した。
【0049】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.5であった。
比較例1
フッ素系液晶の代わりに、シアノ系液晶LIXON4033−000xx(商品名:チッソ社製)を用いたことを除いて、実施例1と同様にして、イエロー色のGH液晶表示素子を作成した。下記表1に、用いた液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。下記表1から明らかなように、用いた液晶組成物の半値幅は、実施例1で用いた液晶組成物よりも狭い。
【0050】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.0と実施例1と比べて小さかった。
【0051】
実施例2
上記化学式(22)で示されるアントラキノン系二色性色素の1重量%を、フッ素系液晶LIXON5052xx(商品名:チッソ社製)に溶解させて液晶組成物を調製した。下記表1に、この液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。
【0052】
透明電極付きガラス板にポリイミド系樹脂を塗布して硬化させた後、液晶を平行配向させるようにラビング処理して得た2枚の基板を用いて、ギャップ9μmのセルを構成した。このセルの中に上記液晶組成物を封入した。このようにして得たセル2つを反射板の上に配向方向が互いに直角になるように重ねて、マゼンタ色の反射型GH液晶表示素子を作製した。
【0053】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.4であった。
比較例2
フッ素系液晶の代わりに、シアノ系液晶LIXON4031−000xx(商品名:チッソ社製)を用いたことを除いて、実施例2と同様にして、マゼンタ色のGH液晶表示素子を作成した。下記表1に、用いた液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。下記表1から明らかなように、用いた液晶組成物の半値幅は、実施例2で用いた液晶組成物よりも狭い。
【0054】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは5.9と実施例2と比べて小さかった。
【0055】
実施例3
上記化学式(23)で示されるアントラキノン系二色性色素の1重量%を、フッ素系液晶LIXON5065xx(商品名:チッソ社製)に溶解させて液晶組成物を調製した。下記表1に、この液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。
【0056】
透明電極付きガラス板にポリイミド系樹脂を塗布して硬化させた後、液晶を平行配向させるようにラビング処理して得た2枚の基板を用いて、ギャップ9μmのセルを構成した。このセルの中に上記液晶組成物を封入した。このようにして得たセル2つを反射板の上に配向方向が互いに直角になるように重ねて、マゼンタ色の反射型GH液晶表示素子を作製した。
【0057】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.2であった。
比較例3
フッ素系液晶の代わりに、シアノ系液晶LIXON4033−000xx(商品名:チッソ社製)を用いたことを除いて、実施例3と同様にして、マゼンタ色のGH液晶表示素子を作成した。下記表1に、用いた液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。下記表1から明らかなように、用いた液晶組成物の半値幅は、実施例3で用いた液晶組成物よりも狭い。
【0058】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは5.8と実施例3と比べて小さかった。
【0059】
実施例4
上記化学式(24)で示されるアントラキノン系二色性色素の1重量%を、フッ素系液晶LIXON5065xx(商品名:チッソ社製)に溶解させて液晶組成物を調製した。下記表1に、この液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。
【0060】
透明電極付きガラス板にポリイミド系樹脂を塗布して硬化させた後、液晶を平行配向させるようにラビング処理して得た2枚の基板を用いて、ギャップ9μmのセルを構成した。このセルの中に上記液晶組成物を封入した。このようにして得たセル2つを反射板の上に配向方向が互いに直角になるように重ねて、シアン色の反射型GH液晶表示素子を作製した。
【0061】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.3であった。
比較例4
フッ素系液晶の代わりに、シアノ系液晶LIXON4031−000xx(商品名:チッソ社製)を用いたことを除いて、実施例4と同様にして、シアン色のGH液晶表示素子を作成した。下記表1に、用いた液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。下記表1から明らかなように、用いた液晶組成物の半値幅は、実施例4で用いた液晶組成物よりも狭い。
【0062】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.0と実施例4と比べて小さかった。
【0063】
実施例5
上記化学式(25)で示されるアントラキノン系二色性色素の1重量%を、フッ素系液晶LIXON5052xx(商品名:チッソ社製)に溶解させて液晶組成物を調製した。下記表1に、この液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。
【0064】
透明電極付きガラス板にポリイミド系樹脂を塗布して硬化させた後、液晶を平行配向させるようにラビング処理して得た2枚の基板を用いて、ギャップ9μmのセルを構成した。このセルの中に上記液晶組成物を封入した。このようにして得たセル2つを反射板の上に配向方向が互いに直角になるように重ねて、シアン色の反射型GH液晶表示素子を作製した。
【0065】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.3であった。
比較例5
フッ素系液晶の代わりに、シアノ系液晶E7(商品名:メルク社製)を用いることを除いて、実施例5と同様にしてシアン色のGH液晶表示素子を作成した。その吸収スペクトルは表1から明らかなように半値幅は実施例5よりも狭かった。透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、セルに対してそれぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加でRは5.7と実施例5と比べて小さかった。
【0066】
実施例6
上記化学式(26)で示されるアントラキノン系二色性色素の1重量%を、フッ素系液晶LIXON5052xx(商品名:チッソ社製)に溶解させて液晶組成物を調製した。下記表1に、この液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。
【0067】
透明電極付きガラス板にポリイミド系樹脂を塗布して硬化させた後、液晶を平行配向させるようにラビング処理して得た2枚の基板を用いて、ギャップ9μmのセルを構成した。このセルの中に上記液晶組成物を封入した。このようにして得たセル2つを反射板の上に配向方向が互いに直角になるように重ねて、マゼンタ色の反射型GH液晶表示素子を作製した。
【0068】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.7であった。
比較例6
フッ素系液晶の代わりに、シアノ系液晶E7(商品名:メルク社製)を用いることを除いて、実施例6と同様にしてマゼンタ色のGH液晶表示素子を作成した。透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、セルに対してそれぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加でRは5.8と実施例6と比べて小さかった。
【0069】
実施例7
上記化学式(27)で示されるアントラキノン系二色性色素の1重量%を、フッ素系液晶LIXON5052xx(商品名:チッソ社製)に溶解させて液晶組成物を調製した。下記表1に、この液晶組成物のピ−ク波長と半値幅を示す。
【0070】
透明電極付きガラス板にポリイミド系樹脂を塗布して硬化させた後、液晶を平行配向させるようにラビング処理して得た2枚の基板を用いて、ギャップ9μmのセルを構成した。このセルの中に上記液晶組成物を封入した。このようにして得たセル2つを反射板の上に配向方向が互いに直角になるように重ねて、シアン色の反射型GH液晶表示素子を作製した。
【0071】
この液晶表示素子について、透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、それぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加で、Rは6.4であった。
比較例7
フッ素系液晶の代わりに、シアノ系液晶E7(商品名:メルク社製)を用いることを除いて、実施例7と同様にしてシアン色のGH液晶表示素子を作成した。透過光量に基づくコントラスト比Rを測定したところ、セルに対してそれぞれ交流50Hz、10Vの電圧印加でRは5.5と実施例7と比べて小さかった。
【0072】
【表1】
【0073】
実施例8
上記化学式(21)で示されるイエロー色のアントラキノン系二色性色素の1重量%を、フッ素系液晶LIXON5035xx(商品名:チッソ社製)に溶解させて液晶組成物を調製した。この液晶組成物の吸収スペクトルの半値幅は88nmであった。
【0074】
この液晶組成物80重量部、フッ素化メタクリレートモノマー15重量部、およびベンゾイルパーオキサイド0.2重量部を混合溶解した。65℃の界面活性剤3重量部を含む純水300重量部を1000rpmで攪拌し、これに上記液晶組成物を滴下して重合させた。1時間重合させた後、1μmのフィルターで濾過し、細かい液晶カプセルを除去し、3回純水で洗浄した後、乾燥し、4〜6μmの膜厚の透明高分子被膜で包含されたGH液晶マイクロカプセルを得た。
【0075】
次に、このようにして得たGH液晶マイクロカプセルとエポキシプレポリマー(エピコート)8重量部とを混合して、5wt%のゼラチン水溶液200重量部に滴下して、微小滴になるように攪拌し続ける一方、アミン系硬化剤3重量部を50重量部の水に溶解してなる溶液を調製して、これを先の攪拌を続けている溶液中に徐々に滴下しながら、約40℃で1時間攪拌を続けた。
【0076】
この溶液を1μmのフィルターで濾過し、細かい液晶カプセルを除去し、3回純水で洗浄した後、乾燥し、直径が5〜7μmのフッ素系メタクリレート膜とエポキシ樹脂膜からなる二重の透明高分子被膜で包含されたイエロー色のGH液晶マイクロカプセルを得た。
【0077】
次に、化学式(22)で表されるマゼンタ色のアントラキノン系二色性色素を用いたことを除いて、同様にして、直径が5〜7μmのフッ素系メタクリレート膜とエポキシ樹脂膜からなる二重の透明高分子被膜で包含されたマゼンタ色のGH液晶マイクロカプセルを得た。
【0078】
更に、化学式(24)で表されるシアン色のアントラキノン系二色性色素を用いたことを除いて、同様にして、直径が5〜7μmのフッ素系メタクリレート膜とエポキシ樹脂膜からなる二重の透明高分子被膜で包含されたシアン色のGH液晶マイクロカプセルを得た。
【0079】
以上のようにして得たイエロー色、マゼンタ色、およびシアン色のGH液晶マイクロカプセルを用いて、図1に示す液晶表示素子を構成した。すなわち、図1(a)は、本実施例に係る液晶表示素子の概略図であり、図1(b)は、図1(a)に示す液晶表示素子の断面図である。図中、参照符号11はガラス基板を示す。
【0080】
ガラス基板11上には、複数のTFT12が形成されている。ガラス基板上11には絶縁膜を介してアルミニウムからなる反射板13が配置されている。この反射板13は画素電極を構成している。さらに反射板13上にイエロー液晶層14a、透明電極層(画素電極)15a、マゼンタ電極層14b、透明電極層(画素電極)15b、シアン液晶層14cが順次積層されている。
【0081】
これら液晶層14a〜14cは、それぞれの色(イエロー、マゼンタ、シアン)の色素分子を含むゲスト・ホスト液晶を上述の方法により透明高分子被膜で包含したGH液晶マイクロカプセルを用いて形成した。すなわち、GH液晶マイクロカプセルを10%イソプロピルアルコール水に10%分散させ、反射板13に塗布乾燥し、テフロン板を押しつけて、120℃で2時間加熱密着させると同時に、エポキシ樹脂を硬化させた。室温にまで冷却した後、テフロン板をはずした。
【0082】
透明電極層15a,15bは、透明導電材料をスパッタリングし、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることにより形成するか、もしくは透明導電材料の分散溶剤をパターニング印刷することにより作成した。なお、液晶層14a〜14cの積層の順序はいずれの場合でもよい。
【0083】
さらに、シアン液晶層14c上には、透明の対向電極16を有するガラス基板もしくは高分子フィルムが配置されている。なお、各TFTと、反射板13、透明電極15a,15bとは電気的に接続されている。
【0084】
以上のように構成される液晶表示素子によりカラー表示を行う場合、各液晶層をそれぞれ挟持する4つの電極に印加する電圧は、演算回路であらかじめ決定しておく。例えば、「白」を表示するときは、図2(a)に示すように電圧を印加する。図中、GはGNDを意味し、ある基準となる電位である。VはGNDに対する電位であり、透過率を高い状態にある程度飽和させることができる電位である。なお、電圧印加を二通り示してあるのは、液晶層に交流波形を加える必要があるからである。ゲスト・ホスト液晶の場合、「白」を表示するときは、光を透過させる都合上、液晶分子と色素分子をできるだけ電極面に対して垂直方向に立てる必要があるので、図2(a)に示すように電圧を印加した。
【0085】
他の色に関しては、図2(b)〜(h)に示すように、各液晶層間の電圧を制御することにより表示することができた。
この液晶表示素子を電圧5Vで駆動させたところ、白黒のコントラスト比は5.3と優れており、色調も十分であった。
【0086】
実施例9
図3は、本実施例に係る液晶表示素子の断面図である。図中、参照符号21はガラス基板を示す。ガラス基板21上には、複数のTFT22が形成されている。ガラス基板上には絶縁膜を介してアルミニウムからなる反射板23が配置されている。この反射板23は、画素電極を構成している。さらに、反射板23上にはイエロー液晶層24a、マゼンタ液晶層24b、シアン液晶層24cが順次水平に配置されている。これら液晶層の上には透明電極25が設けられている。
【0087】
これら液晶層24a〜24cは、それぞれの色(イエロー、マゼンタ、シアン)の色素分子を含むゲスト・ホスト液晶を実施例6で示す方法により透明高分子被膜で包含されたGH液晶マイクロカプセルの形に作成したものである。すなわち、GH液晶マイクロカプセルをそれぞれ10%ポリビニルアルコール水に10%分散させ、この分散液をガラス基板にパターニング印刷して乾燥し、テフロン板を押しつけて、120℃で2時間加熱密着させると同時にエポキシ樹脂を硬化させた。室温にまで冷却した後、テフロン板をはずし、さらにその上に透明電極層25を有する高分子フィルム26をラミネートした。
このようにして得た液晶表示素子を電圧5Vで駆動させたところ、白黒のコントラスト比は3.1と優れており、色調も十分であった。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶として、少なくとも2つのアリールチオ基を有するアントラキノン系二色性色素を含有するフッ素系液晶を用いているため、コントラスト比、色調ともに優れた反射型のカラー液晶表示素子が提供される。かかる液晶表示素子は、低消費電力の携帯機器用ディスプレイとして使用でき、その工業的価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例8に係る液晶表示素子の概略図および断面図。
【図2】実施例8に係る液晶表示素子の電位構成を示す図。
【図3】実施例9に係る液晶表示素子の断面図。
【符号の説明】
11…ガラス基板
12…TFT
13…反射板
14a〜14c…イエロー、マゼンタ、シアン色の液晶層(順不同)、
15a…透明電極層(画素電極)
15b…透明電極層
16…透明対向電極
21…ガラス基板
22…TFT92
23…反射板
24a〜24c…イエロー、マゼンタ、シアン色の液晶層(順不同)
25…透明電極
26…高分子フィルム。
Claims (4)
- 対向して配置された一対の電極を有する基板と、これら基板間に挟持された液晶層とを具備し、前記液晶層が、少なくとも2つのアリールチオ基を有するイエロー色のアントラキノン系二色性色素のみを含むフッ素系液晶層、少なくとも2つのアリールチオ基を有するマゼンタ色のアントラキノン系二色性色素のみを含むフッ素系液晶層、少なくとも2つのアリールチオ基を有するシアン色のアントラキノン系二色性色素のみを含むフッ素系液晶層を積層したことを特徴とする反射型液晶表示素子。
- 前記アントラキノン系二色性色素が、1、4、5、8位のいずれかに少なくとも2つのアリールチオ基を有することを特徴とする請求項1に記載の反射型液晶表示素子。
- 前記アントラキノン系二色性色素が、1、4、5、8位のうちで、アリールチオ基で置換されていない残りが、水素原子、水酸基、アルキルアミノ基およびアリールアミノ基からなる群から選ばれた1つまたは2つで置換されていることを特徴とする請求項1に記載の反射型液晶表示素子。
- 前記液晶がカプセル状の透明被膜で覆われていることを特徴とする請求項1に記載の反射型液晶表示素子。
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