JPH03163518A - 液晶表示素子及び装置 - 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、液晶表示素子及び装置に関する。

詳しくは、繊維状集合体に液晶物質を含浸させた液晶層
に種々の電圧を印加しまたは印加せずして、液晶層を通
過する光の散乱または吸収と透過を利用し、各種情報表
示を行ないまたはシャッター効果を利用する各種表示板
、窓、扉、壁などの一部または全部を構成させる液晶表
示素子に関する。

〔従来の技術〕

従来からの液晶孝示素子は、液晶層を透明導電膜をつけ
．たガラ不等の透明基板によって挟持し、さらにその両
外側に偏光板を付したツイストーネマチック方式（ＴＮ
方式）が多く用いられている。

このような液晶表示素子は、高価な偏光板を必要とし、
また性能面でも素子の明るさや視野角が不充分であると
いう欠点があった。また、大面積の表示素子にガラス基
板を使用する場合は、素子が壊れ易くまた完全に平坦で
はないガラス板を用いて流動性のある液晶層をｌＯμｍ
内外の均一な厚みに扶持することは、極めて困難である
ので、厚みむらによる外観または特性のむらを生じ易い
ものであった。

こうした問題点に対して、偏光板が不要で、かつ液晶物
質の複屈折性を利用し、透明または白濁状態を電気的に
コントロールする方式が提案されている。この方法は、
基本的には液晶分子の常光屈折率と支持媒体の屈折率と
を一致させ、電圧を印加して液晶分子の配向が揃う時に
は、透明状態を表示し、電圧無印加の時には、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。

提案されている二つの方式のうち一つは、液晶微小滴を
ポリマー中に分散させて保存する方法である。これはカ
プセル型液晶とも呼ばれ、液晶微小滴は、ポリマー中に
独立して封入されている′。

具体的には、特許公表昭和５８年５０１６３１号、特許
公開昭和５９年２２６３２２号公報などに記された水溶
性ポリビニルアルコールをポリマー成分として液晶物質
と混合してエマルジョン化し、これを基板上に塗り拡げ
て乾燥し、液晶滴の分散したポリマー層を得る方法、ま
たは特許公開昭和６２年２２３１号公報、米国特許４，
　６８８，　９００号明細書等に記載されているエポキ
シ樹脂またはアクリル系紫外線硬化性樹脂などの未硬化
樹脂中に液晶物質を溶解させ、硬化反応の進行に伴って
液晶滴を析出させる方法などがある。

これらの方法では、液晶表示素子の光散乱特性及び駆動
電圧特性等は、液晶微小滴の粒子径によって変動するが
、概してエマルジョンの作成条件或は硬化反応の制御条
件によって粒子径にばらつきを生じ易く、その結果、駆
動電圧が高くなるあるいは表示コントラストが低くなる
という問題があった。

提案のもう１つの方式は、「アプライド　フィジックス
　レター」４０巻１号、ｌ９８２年１月号（Ａｐｐｌｉ
ｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ，　Ｖｏ１、　４
０，Ｎｏ．１，　Ｊａｎ，１９８２）　、米国特許４，
　４１１，　４９５号明細書などに報告されており、液
晶物質を多孔質層中の微小孔に流し込み、その両側を透
明基板で扶持する方式である。具体的には、多孔質フィ
ルター中に液晶物質を流し込み、フィルター壁との屈折
率差による光散乱特性を、電圧印加によりコントロール
するもので、偏光板は不要でかつ多孔質フィルターの厚
みを選ぶことによって液晶層の実質的な厚みをコントロ
ールできるため、大画面の表示素子も比較的容易に造る
ことができ、また、特性のばらつきも小さくなる。しか
しこの場合低電圧で応答させるための薄い多孔質体を得
ることが困難であり、具体的には数１００ボルトの電圧
印加が必要であったために実用に供されるものでは無か
った。

これに対して本発明者等が開発した改良技術、即ち、特
願平１　−　１２８０００に記される静電紡糸法により
生威した直径１ミクロン以下の微細繊維を基板上に堆積
させて被浸透体である繊維状集合体を形成しこれに液晶
物質を含有させるもので、液晶層の厚みは任意に調整可
能で、実用範囲内の電圧印加による駆動が可能である。

また繊維径が小さいことにより、光散乱特性が強まり、
また繊維状集合体内で液晶物質が微細なドメインを形或
して、さらに光散乱特性が向上するという技術がある。

またこの技術による表示素子は、電圧印加時の透明性、
特に斜め方向から観察したときの透明性一が他の光散乱
型表示素子よりも秀れているという長所もある。しかし
上記技術において、表示は散乱状態及び透明状態の切り
換えによるもので、ディスプレイとしての視覚的コント
ラストは充分とはいえず、特に背景が白い、又は明るい
場合、電圧印加時の有無でのコントラストがほとんどな
いという問題もあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来既知のまた今後、更に開発される上記繊
維状集合体含浸型液晶表示素子に関して、前述の欠点を
解消し、カラー表示あるいは白黒表示が可能で、コント
ラストの高い液晶表示素子及びこれを組み込んだ液晶表
示素子装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前述の課題を解決するためになされたもので
あり、液晶物質及びそれを含有する繊維状集合体よりな
る少なくとも１層の液晶層と、該液晶層を扶持する２枚
以上の透明導電性基板（但し、その内一枚は不透明又は
反射的であってもよい）とから成る液晶表示素子及び装
置において、該液晶物質は二色性染料を含有することを
特長とする液晶表示素子及び装置を提供するものである
。

以下、本発明について更に詳細に説明する。

まず、本発明に用いる液晶表示素子の基本的構成の例を
第ｌ図を用いて説明する。

透明電極６，７をもつ透明基板４．５の間に、二色性染
料１を含有する液晶物質２及びそれを含有する繊維状集
合体３よりなる液晶層がサンドイッチされ、さらに駆動
電源８が透明電極６，７に接続された構成である。

繊維状集合体を構成する、物質の屈折率に対し、液晶物
質の常光屈折率がほぼ一致する素材を選択しておくと、
電圧を印加して、液晶物質分子長軸が電界方向に揃った
ときには、屈折率差がなくなって透明状態を示す。この
とき液晶物質中に溶解している二色性染料分子は液晶物
質分子と同じ方向に配列し、表示素子の法線方向から観
察すると無着色の状態になる。逆に電圧を除去すると、
液晶物質分子は、繊維壁面に沿うようにして配向し、繊
維部との屈折率差を生じて入射光を散乱すると同時に観
察方向に対してほぼ垂直方向に配向した染料分子によっ
て光吸収をなされ、着色した状態となる。ここで注目す
べきことは電圧無印加状態では染料分子は微細繊維の方
向即ち基板の平面方向におおむね配列しており、したが
って入射する光を有効に吸収するということである。な
お、９及びＩＯは、液晶層を外界より遮断して維持する
ためのシール部であり、適宜のシーラントにより接着密
封される。

本発明に対して、例えば従来技術として述べたカプセル
型液晶に関して二色性染料を配合した液晶物質を使用す
る場合を比較すればカプセル内で染料はマクロ的には三
次元的に、ランダム配列しており、基板平面と垂直方向
の成分に関しては光吸収に寄与せず有効でないという欠
点をもっている。

本発明でいう二色性染料とは可視光域で光吸収を生ずる
棒状の分子構造をもつ染料で、かつその長軸方向の分子
吸光係数が、他の方向に比べて大きいものをさし、表一
ｌに若干例を示すようにアゾ系アントラキノン系、メロ
シアニン系、スチリル系その他の有機系染料を単独或い
は複数混合して使用することができる。

上記二色性染料を、液晶物質中に０．１〜１０％熔解し
て用いるが、表一ｌに揚げるものであれば、０．５ 〜５％の範囲がコントラストの点から好ましい。

本発明でいう液晶物質とは、常温附近で液晶状態を示す
有機物混合体であって、正の誘電率異方性をもつもので
あり、ネマチック液晶が特性上好ましい。電圧無印加時
の強い光散乱状態を得るためには、液晶混合物の異常光
屈折率がポリマー屈折率とできるだけ大きく異なること
が望ましい。

また、液晶物質の常光屈折率は、繊維状集合体の屈折率
とできるだけ近接していることが望ましい。

本発明の繊維状集合体は、任意の適当な技術、例えば静
電紡糸、遠心力紡糸又はブロー紡糸によって作ることが
できる。

なかでも静電紡糸法を用いて繊維状集合体を得る方法で
は、容易に本発明に必要な繊維状集合体を得ることがで
き、かつ紡糸時に静電場の強さ、液粘度、誘電率、導電
率などの要因を調節することにより繊維径をコントロー
ルすることができ、また紡糸時間を調節して任意の繊維
状集合体厚みを得ることができる。

また、繊維交叉部は独立していてもあるいは接合されて
いてもよい。

繊維状集合体を構或する物質は分散される液晶物質の常
光屈折率と、繊維状集合体の屈折率がほぼ一致しておれ
ば、制限されないが、素子の明るさや駆動時の透明性を
低下させない為に、透明性が高く着色の少ないことが望
ましい。また、液晶物質に溶解したり、逆に、イオン性
あるいは非イオン性不純物を液晶物質中に溶出させるも
のは、液晶物質の性能を低下させる為に望ましくない。

繊維状集合体中に少量の液晶物質が溶解含有される場合
にも、液晶物質を含む繊維状集合体と液晶物質との間の
屈折率とがほぼ一致していればよい。

これらの場合の屈折率の差は、０．ｌ以内であることが
望ましく、さらに好ましくは０．０１以内である。

また、繊維状集合体中には相溶性のある樹脂、可塑剤、
紫外線吸収剤、若干の染料などの化学物質が混合されて
いてもよい。

また、繊維状集合体の耐熱性その他特性を向上させる為
の架橋剤、硬化剤、反応開始剤あるいは屈折率調整の為
の少量の添加剤が混合されていてもよい。

繊維状集合体を構成する物質の、具体例としては、ポリ
ビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリビニル
ブチラール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチ
ルメタクリレート、ポリアミド、エチルセルロース、酢
酸セルロース、ヒドロキシプロビルセルロース、ポリウ
レタン等があげられるが、これら以外にも上記条件に適
合する場合には使用できる。

繊維状集合体における繊維の太さは、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）写真をもとに計測されるが、細いほうが散乱
性が増加するために好ましく、平均太さが１ミクロン以
下がよく、さらに望ましくは繊維のほとんどが０．５ミ
クロン以下であるのがよい。

本発明における液晶層の厚みは４ミクロンから５０ミク
ロンの範囲がよく、印加電圧やコントラストを考慮すれ
ば６〜２０μｍの範囲がさらに好ましい。

本発明においては、透明基板として可視光透過率が高く
、また散乱性の小さいガラス、ポリメチルメタクリレー
ト、エポキシ硬化樹脂など０．１〜４　ｍｍ厚みの比較
的剛直な基板、あるいはポリエステルフィルム、エポキ
シ樹脂硬化フィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、
ポリプロピレンフィルム、その他の液晶物質に対して化
学的に安定な、０．０１〜０．５ｍｍ厚みのフレキシブ
ルなフィルム基板が使用できる。なお、基板の表面には
、空気や水蒸気の遮断効果のあるバリア層、或は反射層
、反射防止膜、ハードコート層、紫外線吸収層、などが
形成されていてもよい。

また、基板には、電圧を印加するための透明導電層が必
要で、これは酸化スズまたは、酸化インジウムを主成分
とするｄ合物を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法あるい
は、パイロゾル法等により２０〜５０００人厚みにコー
ティングして形成する。

透明電極をフォトリングラフィーあるいはレジスト印刷
法により所定の形状にエッチング加工することにより、
局部的に表示を行ったり、或はセグメントもしくはドッ
トマトリックスを構或することも可能である。

また各ドットを独立して駆動させるための多数の導電膜
トランジスタ素子あるいはダイオード素子が基板上に形
成されていてもよい。

これらの基板の同じもの２枚、或は異なる組合せで液晶
層をサンドイッチして表示素子が構成される。

なお、液晶表示素子の外周には、液晶物質のに゛じみ出
しを防止する為のシール部が設けられている方がよい。

シール材料として、エポキシ系接着剤、シリコン系接着
剤、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、シアノアク
リレート系接着剤、その他比較的低温で硬化する接着剤
が簡便に使用できる他、紫外線硬化性をもつアクリル系
、エポキシ系の接着剤、或は各種ホットメルト系接着剤
なども使用できる。これらは、作製後の液晶表示素子の
外周にディスペンサー塗布或は、スクリーン印刷法など
で塗布して使用できる他、２枚の基板をラミネートする
前に、片側基板の外周近くに塗布し、その後ラミネート
して作製してもよい。これら接着剤には、塗布性或は印
刷性、接着性、耐水性、耐熱性、耐紫外線性を向上させ
る為の各種添加物を使用していてもよい。

また、別のシール方法として、素子作製後に基板の外周
部をヒーター加熱、超音波加熱、高周波加熱、レーザー
加熱等の方法で融着させシールをおこなってもよい。

なお、このようにして造られた液晶表示素子は、そのま
ま単独で使用できるほか、さらに、ガラス板などで片面
あるいは両面を覆って使用してもよい。この場合には、
全体の平滑性、剛性、表面硬度、耐久性、デザイン性な
どが向上する。また、複数の液晶層を設けて、表示を行
なう。或いはマルチカラー高品質、より大容量の表示を
行なわせることもできる。また、素子の片面に反射板を
隣接させ、反射型表示を行なわせることも可能である。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を示すが、本発明は、これらに
限定されるものではない。

罠童班ユ 繊維状集合体を形成するための物質としてポリビニルブ
チラール（ＰＶＢ；Ｂ６０Ｔ；屈折率１．　５０）（Ｈ
ＯＥＣＨＳＴＣｏ，　Ｌｔｄ製）を用い、これをイソプ
ロビルアルコールに溶解して６％溶液を得た。イソシア
ネート系架橋剤であるコロネート（Ｃｏｒｏｎａｔｅ）
ＨＬ（ＮＰＵとして略称される日本ポリウレタン工業株
式会社製）０．１５ｇを５０ｇのポリビニルブチラール
溶液に加え、一様に溶解するまで掻きまぜ紡糸液を調製
した、酸化インジウム及び酸化スズ（９５：５）よりな
る透明導電膜を１００１．ｔｍ厚みのポリエステルフィ
ルム上に５００人の厚さにスパッタリングして形或し、
大きさ７ｃｍＸ７ｃｍの部片に切断したものを基板とし
て用いた。これに静電紡糸装置を用いて上記ポリマー溶
液を流量２．０ｃｃ／時、ノズル電圧２５ＫＶＤＣで上
記の紡糸液を３分間紡糸しながら散布し、繊維状集合体
とポリエステルフィルムとの集或体を得た。その後、こ
の集成体をオーブンに入れ、一週間の間５０℃に維持し
てポリビニルブチラールの架橋処理を行なわせた。こう
して得られた繊維体集合体とポリエステルフィルムとの
集成体の繊維を走査型電子顕微鏡を用いて測定したとこ
ろ、平均直径は０．４０μｍであった。

次に、ネマチック液晶であるメルク社製ＺＬＩ−１２８
９　（常光屈折率ｎ　ｏ　＝　１．５１９　、異常光屈
折率ｎ　，　＝　１．　７１０）を用意し、これに下記
構造をもつ二色性染料 を２．５重量％溶解させ液晶物質を調製した。この液晶
物質を繊維状集合体上に滴下塗布し、繊維状集合体中に
充分浸透させた。これに、透明導電膜をもつ別のポリエ
ステルフィルムと貼り合わせて液晶表示素子を作成した
。液晶層の厚みは１３．２μｍであった。

この表示素子に、５０ヘルツの正弦波交流電圧を印加し
ながら、日立製作所製分光光度計Ｕ−３４００を用いて
６５０ｎｍでの光線透過率を測定した。電圧無印加時の
透過率は１．４％と不透明かつ濃いブルーを表示し、こ
れに、５０Ｖの電圧を印加したときには６４（Ｘ）と透
明かつ着色の非常に少ない状態となり、良好なコントラ
ストを示した。

比較例１ 実施例ｌに記載された試料作製方法に準ずるが、二色性
染料を添加しないで、ＺＬＩ−１２８９を液晶物質とし
て用いて液晶表示素子を作或した。

この表示素子に５０ヘルツの正弦波交流電圧を印加しな
から６５０ｎｍの透過率を測定したところ、電圧無印加
時の透過率は４．　６（Ｘ）と不透明ではあったが透過
率はやや高く、５０Ｖ印加によって透過率７６（Ｘ）と
ほぼ透明になった。

電圧印加時の透過率は、実施例ｌよりもやや高かったが
、電圧印加無印加間の表示コントラストは実施例１より
も劣り、特に白い背景の前で観察したときには視認性の
点から好ましくなかった。

犬急班ユ 二色性染料として表−２に示す染料及びこれらの混合物
を用い、実施例ｌと同様に液晶物質に溶解させて用い、
液晶表示素子を作威した。これらの素子の電圧無印加時
の表示色、透過率及び５０Ｖ印加時の外観、透過率を表
−２中に示す。

いずれも不透明な濃い着色状態と、透明状態とのコント
ラ−ストが秀れており、見易い表示のものであった。

罠皇剋ユ　　　　　　　　　　　　　ー繊維状集合体を
構成する物質としてポリビニルアルコール（クラレ製Ｐ
ＶＡ−２２４　、屈折率１．５１）を用い、まずこれを
純水に溶解して４％溶液を得た。

これを紡糸液として実施例ｌで用いたポリビニルブチラ
ール系紡糸液に代えて　　条件は同一として静電紡糸を
行ない、繊維状集合体を有する集成体を得た。繊維の平
均直径は０．２５μｍであった。

この集成体に、実施例２で用いた各種二色性染料を溶解
させた液晶物質を含浸させて液晶表示素子を作成し、実
施例２とほぼ同様の結果を得た。

実施例４ 実施例ｌとほぼ同様であるが、両基板の透明導電膜に対
してあらかじめフォトリソグラフィーにより時刻表示用
パターニングを行ない、この片側基板にポリビニルブチ
ラール繊維状集合体を形成し、実施例ｌで使用した二色
性染料の溶解した液晶混合物を含浸させ、更にもう一方
の片側基板とラミネートして液晶表示素子を作成した。

これを駆動回路と接続しケースに組み込んで時刻表示装
置を作成した。

実施例５ 実施例２で作成した２−１．　２−２．　２−３の各々
三原色を表示する素子を三枚積層し、各々独立して駆動
できる回路を接続し、さらにバックライトを配置し表示
装置を作成したが、透明、シアン、マゼンタ、黄色、青
、緑、赤、黒の８通りのマルチヵラー表示を行なうこと
ができた。

〔発明の効果〕

本発明による液晶表示素子は、実施例で明らかなように
、電圧無印加時の透過率を大巾に低減することかでき、
着色一透明状態間での良好なコントラストが得られるた
め、見易い表示となる。本発明の液晶表示素子は、電卓
、時計、自動車インスツルメントパネル表示、その他の
情報表示など従来の液晶表示装置の用途の多くに利用す
ることができる。

また、本発明の液晶表示素子は、従来のものに比べてよ
り大型の表示装置の製造に適しているため、透明一着色
かつ不透明の間を電気的に適宜にコントロールできる窓
、扉、壁、パーティション、自動車サンルーフなどの他
、大型広告板、時刻表示板などに応用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示素子の基本的な構成を模型
的に示す断面図である。 図中、 ■・・・二色性染料、２・・・液晶物質、３・・・繊維
状集合体、４，５・・・透明基板、６，７・・・透明電
極、８・・・駆動電源、９，ｌＯ・・・シール部。 第１図 手続相ｉ正書（自発） 平成３年２月２２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少くとも１枚の透明導電性基板を含む２枚以上の導
   電性基板と、その間に挾持された液晶物質及びこれと接
   触して略均一に分散して、存在する繊維状集合体を主体
   とする被浸透性物体層とより成る液晶層によって構成さ
   れる液晶表示素子及び装置において、該液晶物質は二色
   性染料を含有することを特徴とする液晶表示素子及び装
   置。