JPH024215A - 液晶表示装置、その製造方法、及び投射表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はカラー表示に適した液晶表示装置及び投射表示
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、スメクチックＡ相を有する液晶物質を一対の電極
付基板間に挟持してなる液晶表示素子と、それを駆動す
るための加熱手段と電極に電圧を印加するための電圧印
加手段とからなる駆動装置とからなる投射型液晶表示装
置により高密度の投射表示を行うことは知られていた。

しかし、これを用いてカラー化を行うためには、３色の
投射光源を用意して、夫々を上記投射表示装置で制御し
なければならなかった。これは、１個の液晶表示素子で
カラーフィルターにより３色の同時に投射することは、
スメクチックＡ相のランダム配向状態の光散乱が弱いた
め、コントラスト比が悪くなるため実用的でないためで
あった。

［発明の解決しようとする問題点］ また、特開昭６２−４８７８９号にはカプセル化したス
メクチック液晶を用いたフィルム状液晶を一対の電極付
き基板間に挟持して熱書込み、電圧印加による消去がで
きることが示されている。

しかし、多色カラー表示については、この方法では不可
能であった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり
、硬化物マトリックス中にスメクチック液晶物質が分散
保持されたフィルム状液晶層を一対の電極付基板間に挟
持し、その少なくとも一方の電極付基板にバターニング
したカラーフィルターを形成してなる液晶表示素子と、
それを駆動するための加熱手段と電極に電圧を印加する
ための電圧印加手段とからなる駆動装置とを有すること
を特徴とする液晶表示装置、及び、硬化物マトリックス
中にスメクチックＡ液晶物質が分散保持されたフィルム
状液晶層を一対の電極付基板間に挟持し、その少なくと
も一方の電極付基板の電極とは反対の面にパターニング
したカラーフィルターを形成してなる液晶表示素子と、
それに書込みをするための加熱手段と電極に電圧を印加
して一斉に消去するための電圧印加手段とからなる駆動
装置とを有することを特徴とする液晶表示装置、及び、
それらのフィルム状液晶層の少なくともカラーフィルタ
ーを形成した側の電極付基板の外側に保護板を接着剤で
積層したことを特徴とする液晶表示装置、及び、それら
の液晶表示装置の裏側に光源を配置し、表側にレンズを
配置したことを特徴とする投射表示装置を提供するもの
である。

本発明によれば、大面積の素子の製造が容易なフィルム
状液晶を用いて多数の画素を有する高密度の液晶表示装
置及び投射表示装置を容易に得ることができる。

本発明では、硬化物マトリックス中にスメクチック液晶
物質を分散保持したフィルム状液晶層を用い、これを一
対の電極付基板間に挟持し、その少なくとも一方の電極
付基板に、特にはその電極とは反対の面にバターニング
したカラーフィルターを形成して液晶表示素子とし、そ
れを駆動するための加熱手段と電極に電圧を印加するた
めの電圧印加手段とからなる駆動装置とを設ける。

特に、液晶物質としてスメクチックＡ液晶物質を用いた
フィルム状液晶層を使用し、その液晶表示素子に加熱手
段を用いて走査して熱書込みをし、消去する場合には電
圧印加手段により電極に電圧を印加して一斉に消去する
液晶表示装置とすることが好ましい。

この硬化物マトリックス中にスメクチック液晶物質が分
散保持したフィルム状液晶層は、硬化性化合物の硬化に
より得られた硬化物が網目状もしくはカプセル状に存在
し、この間隙または空隙に液晶物質が存在するような複
合体であればよい。

この硬化性化合物としては、硬化して網目状もしくはカ
プセル状の硬化物を形成するものであればよく、種々の
高分子を形成する材料が使用できる。

本発明では光硬化性化合物を用いて、光硬化させて硬化
物のマトリックスを形成することが好ましい。

この光硬化性化合物の具体的な例としては、モノアクリ
レート、ジアクリレート、Ｎ−置換アクリルアミド、Ｎ
−ビニルピロリドン、スチレン及びそれらの誘導体、ポ
リオールアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウ
レタンアクリレート、エポキシアクリレート、シリコー
ンアクリレート、フロロアルキルアクリレート、ポリブ
クジエン骨格、イソシアヌル酸骨格またはヒダントイン
骨格等を有するアクリレート、不飽和シクロアセタール
などに代表される単官能及び多官能ビニル基を有する化
合物が例示される。

本発明で使用される液晶物質としては、スメクチック液
晶物質があり、単独で用いても組成物を用いても良いが
、動作温度範囲、動作電圧など種々の要求性能を満たす
には組成物を用いた方が有利といえる。特に、加熱手段
により走査して熱書込みをする場合にはスメクチックＡ
相を有するスメクチック液晶物質の使用が好ましい、こ
の場合には、通常のスメクチックＡ相を有するスメクチ
ック液晶表示装置と同様に書込みには加熱手段な一使用
し、消去には一斉に電圧を印加して消去するために電圧
印加手段を使用して駆動することができる。

また、この液晶物質は、スメクチックＡ相の上にネマチ
ック相を有していてもよい。

具体的には、通常の正の誘電異方性を有するスメクチッ
クＡ液晶物質を使用した場合には、レーザー等の加熱手
段で加熱して溶解した部分を電圧を印加した状態で冷却
してやると、液晶分子はほぼ基板に垂直に配向するかそ
れに近い状態に配向する。これにより、この状態で液晶
物質の屈折率が硬化物の屈折率と一致するようにしてお
くことにより、光が透過状態となる。

これに対して電圧を印加せずに冷却した部分は液晶分子
がランダムに配向したに近い状態となる。これにより、
この状態で液晶物質の屈折率が硬化物の屈折率とは一致
しないこととなり、光が散乱状態となる。これにより、
一方の（す１）に光源を配置して光を当てて投射すると
光が散乱している画素は暗くなり、光が透過している画
素は明るくなり、画像が表示される。

この方式によれば、高密度の投射表示装置を容易に得る
ことができる。

特に、液晶物質と光硬化性化合物とを用い、光硬化過程
を経ることにより、液晶物質と硬化物とを相分離により
固定化させ、硬化物のマトリックス中に液晶物質が散在
した構造となり、液晶と硬化物の分布が一様となり、外
観品位、生産性に優れた素子を容易に製造できる。

本発明の素子を製造する際、硬化性化合物と液晶物質と
は５：９５〜４０　：　６０程度の混合物とすればよく
、液状なしは粘稠物として使用されればよい。

また、フィルム状液晶層を形成するための硬化性化合物
と液晶物質との混合物は、硬化性化合物及び液晶物質と
も単独もしくは複数混合で用いてもよく、素子作成に必
要な改質剤、作成した素子の改質剤などを含んでいても
よい。具体的には、架橋剤、界面活性剤、希釈剤、増粘
剤、消泡剤、接着性付与剤、安定剤、吸収剤、重合促進
剤、連鎖移動剤、重合禁止剤等を含んでいてよい。

本発明の素子を製造する際、調製する硬化性化合物と液
晶物質との混合物は液状であっても粘稠物であっても均
一に混合されていれば良く、素子の製造方法によって最
適なものを選べば良い。たとえば、Ｉｎ１Ｏｓ−３ｎＯ
ｉ、　ＳｎＯ□等の透明電極付のガラス基板を相対向す
るように配して周辺をシールしたセルには、液状で注入
した方が一般に便利であり、透明電極付のプラスチック
、ガラス等の基板に塗布し、対向する基板を重ね合わせ
ようとする場合には、−１）Ｑに粘稠状態の方が便利で
ある。

基板間ギャップは、５〜１）００ＬＬにて動作すること
ができるが、印加電圧、オン・オフ時のコントラストを
配慮すれば、７〜４０μｍに設定することが適当である
。

本発明に使用する電極付基板の少なくとも一方にはパタ
ーニングしたカラーフィルターが形成される。このカラ
ーフィルターは、電極が形成された面に形成されていて
もよいし、電極が形成された面と反対の面に形成されて
いてもよい。

電極が形成された面にカラーフィルターを形成する場合
には、基板と電極との間に形成してもよいし、電極上に
形成してもよい。

特に、投射表示装置の場合には、電極が形成された面と
反対の面にカラーフィルターを形成いても視差の問題が
少なく、製造しやすいため好適である。

このカラーフィルターのパターンは、大きくても小さく
てもよいが、精密な表示を行なうためには１ｍｍ以下の
幅とされることが好ましい。

そのパターンは、モザイク状又はストライブ状が好まし
い。

その色の組合わせも種々の組み合わせが可能であるが、
フルカラー表示を行なう場合には赤青緑を選択するのが
一般的である。

カラーフィルターの基板への形成方法は、公知のカラー
フィルター形成方法が使用でき、ゼラチン染色法、印刷
法、昇華染色法、電着法等がイ吏用できる。

カラーフィルターを形成する基板の厚みは、カラーフィ
ルターが電極面側に形成される場合にはほとんど問題と
ならないので、必要とされる強度により適宜決定すれば
よい。カラーフィルターが電極面と反対の側に形成され
る場合には、厚くなりすぎると解像度が低下するため、
ある程度薄くする必要がある。この場合、その厚みは、
カラーフィルターのパターンの幅の半分以下とすること
が好ましく、特に、　２５０ｕｍ以下とすることが好ま
しい、もっとも、薄くしすぎると強度上の問題点が生じ
るため、５０μｍ以上とすることが好ましい。

カラーフィルターを形成しない基板については、はぼ強
度の問題のみを考えればよいので、特に制限はない。も
っとも、強力な光源に近接して配置される場合には、耐
熱性、冷却の容易性、赤外線反射機能等を考慮する。

また、厚みが３ＱＱｕｍ以上の基板を用いる場合にはガ
ラス基板が好適であるが、２５０μｍ以下というような
薄い基板を用いる場合には、プラスチック基板を用いる
ことが好ましい−また、電極付基板にプラスチック基板
を使用することにより、連続プラスチックフィルムな使
用した長尺の液晶表示素子が容易に製造できる。

このようなスメクチック液晶物質と硬化性化合物のマト
リックスによるフィルム状液晶を使用することにより、
大面積にしても、上下の透明電極が短絡する危険性が低
く、信頼性の良い液晶表示素子を極めて生産性良く製造
できる。

なお、光の透過状態のムラを少なくするためには、基板
間隙はある程度一定である方が良い。

このため、ガラス粒子、プラスチック粒子、セラミック
粒子等の間隙制御用のスペーサーを基板間隙に配置する
方が好ましい。具体的には、基板上に硬化性化合物と液
晶物°質との混合物に基板間隙制御用のスペーサーを含
有させて供給するか、混合物を供給前または後にスペー
サーを供給して、他方の基板を重ね合わせるようにすれ
ば良い。この場合、重ね合わせた後に加圧し、その後、
硬化させることにより、より均一な基板間隙になりやす
い。

このような液晶表示素子は、大面積の高密度表示の表示
素子として使用できる。

この液晶表示素子は、基板がプラスチックや薄いガラス
の場合にさらに保護のためにプラスチックやガラス等の
保護板を積層したり、基板を強化ガラス、合せガラス、
繰入ガラス等にしてもよい等積々の応用が可能である。

特に、カラーフィルターを電極面と反対の側に形成した
場合には、このカラーフィルターの保護の役目も果たす
ため、保護板を接着剤で接着して積層することが好まし
い。

特に、電極付基板としてプラスチック基板を使用して液
晶表示素子とし、電極取り出し線を付けて、これを液晶
表示素子よりもやや大きい２枚のガラス板間にポリビニ
ルブチラール等のシート状接着剤を介して挟持して、加
熱又は光照射により、シート状接着剤を硬化させて、液
晶表示素子とガラス扱とを一体化し、合せガラス状にし
て使用することが好ましい。中でも、シート状接着剤を
ポリビニルブチラールとすることにより、通常の合わせ
ガラスと極めて類似した構造とすることができる。

本発明では、通常は透過型であるため、電極は透明電極
とされる。もちろん、その一部に低抵抗化するための金
属リード部を併設したりしてもよい、また、反射型表示
装置として使用する場合には、一方の電極を反射電極と
してもよい。

本発明では、夫々の基板の電極が複数の電極群に分けら
れる。例久ば、１０００本のストライプ状電極を有する
第１の電極付基板と、これに直交する方向に１０００本
のストライブ状電極を有する第２の電極付基板とを用い
て素子化することにより　１００万画素の表示装置とす
ることができる。これの個々の電極を電圧印加手段に接
続して、電圧印加手段から電圧を印加して個々の画素の
電極間に印加される電圧を制御しつつ、加熱手段である
レーザー装置からレーザー光を照射して個々の画素を加
熱することにより、個々の画素の透過、散乱を制御する
ことができる。

この液晶表示素子を製造するには、従来の通常のツイス
トネマチック液晶表示素子と同様にあらかじめ空セルを
形成しておき、これに液晶物質と硬化性化合物からなる
混合物を注入して硬化させてもよい。また、一方の基板
上に混合物を供給し、硬化させてから他方の基板を重ね
て積層してもよいし、他方の基板を重ねてから硬化させ
てもよい。

この場合も、所望の形状の基板を２枚準備して、これを
組合せて液晶表示素子を製造してもよいし、連続プラス
チックフィルム基板を使用したり、長尺ガラス基板を用
いて製造して、後で切断する方式で製造してもよい。

本発明は、前述の如（レーザー等の加熱手段と電極に電
圧を印加するための電圧印加手段とからなる駆動装置を
用いて、駆動することにより、容易に高密度表示が可能
になる。

この加熱手段は、局部的に液晶の相転移を起こすことが
できるものであればよい。従って、加熱手段が表示素子
と一体化していてもよく、あるいは分離していてもよい
、一体化している場合には、電極付基板の一方または両
方の基板の電極に電流を流して加熱すればよい、この電
極は、表示の駆動用電極と兼用していてもよいし、加熱
用の電極を別途設けてもよい６また、一体化していない
場合には、レーザーを使用することが多いので、その硬
化物マトリックスまたは液晶物質中にレーザー光を吸収
する顔料や色素等の光吸収物質を混入しておくことが好
ましい。

電圧印加手段により、駆動のために電圧を印加する時に
は、液晶の配列が変化するような交流電圧を印加すれば
よい、具体的には、１０〜１５０Ｖ程度で１０〜１Ｏ−
００Ｈｚ程度の交流電圧であって、素子の光の透過状態
が変化するような電圧または一定の配向が得られるよう
な電圧であればよい。

本発明の液晶表示装置は、他のデイスプレーである通常
のＴＮ液晶表示素子、エレクトロクロミック表示素子、
エレクトロルミネッセンス表示素子等と積層して使用し
てもよ（、種々の応用が可能である。

また、この液晶表示装置の裏側に光源を配置し、表側に
レンズを配置することにより、光源から出た光が液晶表
示装置を通り抜け、表側のレンズで投射されるようにす
ることにより、１個の液晶表示装置でマルチカラーまた
はフルカラーの投射表示装置を得ることができる。

また、この液晶表示装置に反射電極を使用するか裏側に
反射膜を配置して、この表側に光源とハーフミラ−を配
置し、光源から出た光がハーフミラ−を通り、液晶表示
装置に入射し、裏側で反射して再度液晶表示装置を通り
、ハーフミラ−で反射されてレンズに導かれ、投射され
るようにされてもよい。

これは、本発明の液晶表示装置がスメクチックＡ液晶物
質単体の透過散乱作用を利用するのみでなく、硬化物の
マトリックスとスメクチックＡ液晶物質の屈折率の差に
基く透過散乱作用も併用しているため、充分なコントラ
スト比が取れ、１個の液晶表示装置でマルチカラーまた
はフルカラーの投射表示装置を得ることができるためで
ある。即ち、電圧を印加して配向をさせた時には、スメ
クチックＡ液晶物質は特定の方向に配列し、それ自体透
過状態になると同時に硬化物のマトリックスの屈折率と
スメクチックＡ液晶物質の常光屈折率または異常光屈折
率とが一致し、フィルム状液晶層は透過状態となる。一
方、電圧を印加しなかった時には、スメクチックＡ液晶
物質は配列なくし、それ自体散乱状態になると同時に硬
化物のマトリックスの屈折率とスメクチックＡ液晶物質
の常光屈折率または異常光屈折率とが異なることになり
、この屈折率の差による散乱状態となるため、フィルム
状液晶層は両方の作用により、スメクチックＡ液晶物質
単体の場合の散乱状態よりも高い散乱状態となる。

［実施例］ 以下、実施例により、本発明を具体的に説明する６ 実施例１ ポリビニールアルコール水溶液１００部にスメクチック
Ａ液晶組成物（ＢＤＨ社製ｒＳ−７Ｊ）を８部を分散さ
せた。この乳化分散液を１２５μｍ厚のストライブ状に
パターニングしたＩＴＯ付のポリエチレンテレフタレー
ト基板上に供給して乾燥させた。

次に、片面にストライブ状にバターニングしたＩＴＯを
設け、反対面に０．３ｍｍ角のモザイク状に赤青緑のカ
ラーフィルターを設けたポリエチレンテレフタレート基
板を重ね合せて、液晶表示素子を製造した。その基板間
隙は１５μｍであった。

実施例２ 実施例１のポリビニールアルコール水溶液の代りに、７
％ポリウレタンラテックス１００部を用いる以外は実施
例１と同様にして投射型液晶表示素子とした。

実施例３ アクリル系光重合性樹脂１部、スメクチックＡ液晶組成
物（ＢＤＨ社製ｒＳ−７Ｊ）を１部、光硬化開始剤とし
てベンゾインイソプロピルエーテル０．０１部とを均一
に溶解し、これに粒径１５μｍのプラスチックスペーサ
−を混合した混合物を、実施例と同様のＩＴＯ付きプラ
スチックフィルム基板上に供給し、直ちに、実施例１と
同様の反対面にカラーフィルターを設けたＩＴＯ付きプ
ラスチックフィルム基板を重ね合せ、ＵＶを照射して光
硬化とともに液晶物質と硬化物のマトリックスとを相分
離させて液晶表示素子を製造した。

実施例４ エチルへキシルアクリレート９部及びアクリルオリゴマ
ー（東亜合成化学社製ｖ−ｔ２ｏｏ」）６部に、スメク
チック液晶（ＢＤＨ社製「Ｓ−７））を３５部、光硬化
開始剤（メルク社製「グロキュアー１）１６Ｊ　）　　
０．５部を均一に溶解し、実施例３と同様に基板間に挟
み、電極間に５０Ｈｚの交流電圧を印加しながらＵＶを
照射して光硬化とともに液晶物質と硬化物のマトリック
スとを相分離させて液晶表示素子を製造した。

このようにして製造した液晶光学素子の硬化直後の光透
過率は、硬化時に印加した電圧に依存するが、製造され
た液晶光学素子を一度液晶の等方相にまで加熱した後、
冷却すると、製造時の印加電圧に依らず、散乱状態とな
り、電極間に電圧を印加せずに硬化させた場合に比して
低い印加電圧で駆動できた。

実施例５ 実施例１〜４の液晶表示素子のカラーフィルター側に保
護板として紫外線吸収剤入りポリメチルメタクリレート
板を接着剤で接着した。

この保護板によりカラーフィルターが保護され、液晶表
示素子の信頼性が向上した。

実施例６ 実施例１〜４の液晶表示素子の両面にガラス板を間にポ
リビニルブチラール膜を介して積層し、加熱圧着して合
せガラス状の液晶表示素子を製造した。

この液晶表示素子は、強度が高く、信頼性が優れていた
。

実施例７ 実施例１〜６の液晶表示素子の電極を電圧発生手段（１
００Ｖ、５０Ｈｚ）に接続するとともに、加熱手段とし
て半導体レーザーを用い、裏側に３波長蛍光灯を配置し
、表側にレンズを配置して投射表示装置とし、スクリー
ンに投影したところいずれもフルカラーの美しい映像が
得られた。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明は、新規な液晶表示装置を提供する
ものであり、硬化物マトリックス中にスメクチック液晶
物質が分散保持されたフィルム状液晶層を一対の電極付
基板間に挟持してなる液晶表示装置であって、本発明に
よれば、大面積のかつ所望のカラーを表示する液晶表示
装置及び投射表示装置を容易に提供できる。

本発明では、硬化性化合物とスメクチック液晶物質との
混合物を用い、フィルム状液晶層を形成することにより
、生産性に優れており、小型及び大型の液晶表示装置を
ともに容易に製造できる。

本発明ではスメクチック液晶物質を用いているため、メ
モリー性のある表示が可能であり、硬化物のマトリック
ス中に液晶物質が分散した構造の液晶光学素子であって
もドツトマトリックス表示が可能となる。

また、通常の液体状の液晶物質を用いた液晶表示装置と
異なり、硬化後は液体状態ではないため、基板間短絡の
恐れが少なく、大型の液晶表示装置、例えば、１ｍ四方
の液晶表示装置も容易に製造できる。

さらに、この基板の少なくともカラーフィルター面に保
護板を設けることにより、カラーフィルターが保護され
、信頼性が向上し、特に、両面に保護板を設けることに
より破損を生じにくくなる。

特に、基板にプラスチック基板を使用した場合には、生
産性は良い反面、強度が劣っているため、大面積化した
際に、破損し易くなったり、湾曲したりする。このため
、両面に保護板を設ける効果が大きい、中でも保護板と
してガラス板を使用し、ポリビニルブチラールのような
接着性材料で接着することにより、合わせガラスと類似
の構造となり、安全で信頼性が高くなる。

本発明の液晶表示装置は、外観品位、生産性に優れた素
子であって、大面積、湾曲状での表示に適しており、特
に、投射型液晶表示装置に好適である。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で種
々の応用が可能である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）硬化物マトリックス中にスメクチック液晶物質が
   分散保持されたフィルム状液晶層を一対の電極付基板間
   に挟持し、その少なくとも一方の電極付基板にパターニ
   ングしたカラーフィルターを形成してなる液晶表示素子
   と、それを駆動するための加熱手段と電極に電圧を印加
   するための電圧印加手段とからなる駆動装置とを有する
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. （２）硬化物マトリックス中にスメクチックＡ液晶物質
   が分散保持されたフィルム状液晶層を一対の電極付基板
   間に挟持し、その少なくとも一方の電極付基板の電極と
   は反対の面にパターニングしたカラーフィルターを形成
   してなる液晶表示素子と、それに書込みをするための加
   熱手段と電極に電圧を印加して一斉に消去するための電
   圧印加手段とからなる駆動装置とを有することを特徴と
   する液晶表示装置。
3. （３）請求項１または２の液晶表示装置において、その
   フィルム状液晶層の少なくともカラーフィルターを形成
   した側の電極付基板の外側に保護板を接着剤で積層した
   ことを特徴とする液晶表示装置。
4. （４）請求項１または２または３の液晶表示装置の裏側
   に光源を配置し、表側にレンズを配置したことを特徴と
   する投射表示装置。