JPH03200928A - 液晶表示器 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は電界効果型の液晶表示器に関する。

（ロ）従来の技術 従来より電界効果型の液晶表示器は消費電力が小さく薄
型の表示器が構成できるという長所をもっていた。この
ような表示器のもっとも代表的なものはカイラルネマテ
ィック液晶層を直交ニコルで挟持するものであるが、視
野角が狭く又透過型でなければ実用的コントラストが得
にくい。これは主として偏光板による光損失と偏光軸の
視角依存性により生じる欠点である。そして透過型表示
に於ては、背面に照明手段を必要とし、これは表示器が
厚くなるばかりか消費電力が大きくなり、液晶表示器の
長所を減殺するものである。

これに対してカイラルネマティック液晶に染料を添加す
る、いわゆるゲストホスト型若しくはホワイトテーラ−
型の液晶表示器がある。これは染料が液晶固有の電気光
学的特性を制限するため、色彩が鮮やかで液晶分子に馴
染む染料が必要であるが、そのような染料と液晶の組み
合わせは実用に至っていない。

さらにはフォーカルコニック組織若しくはウィリアムス
ドメイン組織による光散乱を利用するものがあり反射型
の表示も可能であるが、液晶の自然的カイラル能力に依
存した電気光学的効果を利用するため、例えば電界除去
後にもとの状態を復元する力は液晶自身の持つ配列性能
しかなく、応答速度が遅い。

（ハ）発明が解決しようとする課題 これらのことに鑑み、反射型で表示でき、光散乱を利用
するときに高速応答をする液晶構造を検討した。その結
果液晶を微小領域に区切ればよいことが分かったが、こ
のような処理の仕方はいわゆるマイクロカプセル方式と
して、特開昭５４−５９１５８号公報、特開昭６３−９
８６３１号公報などに開示されている。然し乍らこれら
マイクロカプセルにいれる液晶はコレステリック液晶で
あって温度特性をもった有彩色表示となる上に、カプセ
ル界面での屈折やカプセルの配列の不均一性によって表
示に色ムラが発生する。これによりいわゆるカラー表示
が行えず、また、カプセルの光散乱に基づくコントラス
ト不良が生じる。

一方液晶分子をカプセルにした後セルに組み込むのでは
なく、三次元ネットワーク的な多孔質の高分子樹脂に液
晶を閉じ込めてカプセル化するものが、特表昭６１−５
０２１２８号公報、特開昭６２−２２３１号公報等に示
されているが、樹脂成分のために液晶が制御する光透過
量の変化が少なくコントラスト比が低いばかりかカラー
フィルタを用いるとそのフィルタの色が透過光と樹脂に
より常時淡く観察され無彩色の鮮やかな色表示が行えな
かった。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、電極と着色された不透明層を持った基板と、
透明電極をもった透明基板と、その基板間に形成された
多孔質の高分子樹脂に充填された正の誘電異方性を有す
るネマティック液晶がら成る液晶層とで液晶表示器を溝
底するものである。

そして、透明基板に光透過性のカラーフィルター層、ま
たは反対の基板にカラーフィルターを含む不透明層を設
けたもので、より好ましくは透明電極を粗面とし、ある
いは、液晶層の液晶含有量を８０〜９５％とし、不透明
層をもった基板には信号電極とｆｉｔ素電極とを有する
電極を設けてその信号電極の表面を無彩色とするもので
ある。

（ホ）作用 これにより高速応答のコントラストの高い反射型液晶表
示器が得られ、モノトーンまたはカラー表示が行える。

（へ）実施例 第１図は本発明実施例の液晶表示器の断面模式図である
。図において（１）は電極（１１）と着色された不透明
層（１２）を持った基板で、（２）は透明電極（２１）
をもった透明基板であり、いずれも硝子基板などに酸化
インジウム膜などを低温スパッタリングすることで抵抗
値２０Ω／口程度のＩＴＯ膜からなる電極（１１）　　
（２１）を設けたものである。そして着色された不透明
層（１２）は染色とか電着により黒色の薄膜層を形成し
たものである。

これらの基板（１）（２）は並行に配置され、その両方
の基板により液晶層（３）は挟持されている。液晶層（
３）は基板（１）（２）間に形成された多孔質の高分子
樹脂（３１）に充填された正の誘電異方性を有するネマ
ティック液晶（３２）からなっている。

このような液晶表示器は例えば、１１／Ｌ極を持つ基板
（１）（２）を準備し、紫外線硬化型の高分子樹脂剤と
してアクリルエラストマーとアクリルモノマーの混合体
をラジカル重合または架橋させ、その後シアノビフェニ
ルやシアノシクロヘキサンなどの紫外線に強いネマティ
ック液晶を溶媒としてこれを溶かし、先はどの基板に塗
布し貼り合わせ、これに紫外線を当てて硬化することに
よって得ることができる。エラストマーやモノマーは単
体でも用いることができ、エラストマーを単体または混
合して用いるときは４万ないし５万分子単位のものが利
用しやすい。そして、架橋は完全に架橋してしまうのよ
り、途中の状態で液晶中に分散するのがよい。

このような構成により、通常は液晶分子は高分子樹脂（
３１）の界面によりホモジニアス配向され、高分子樹脂
（３１）の界面は種々の方向を向いているので、これに
より白濁して観察される。

そして電極（１１）（２１）間に電界がかけられると液
晶分子は電界方向に整列するので光の透過度が著しく高
くなり、着色された不透明層（１２）の色（黒色）が観
察される。この不透明層（１２）は白色によく映える色
相・明度が選べ、しかも従来の基本的に透過光を用いる
カイラルネマティック液晶表示器や反射型のＤＳＭ表示
器と異なり、背景の明るさに左右されたり、反射電極の
光反射効率に左右されることがないのでコントラストが
高くなる。そしてこの液晶分子の動きは、電界のない時
は高７分子樹脂（３１）の界面での配向力に依存し、電
界のある時は電界の大きさに依存し、いずれも極めて小
さい領域での動きなので立上がりが数ミリ秒、立下がり
が数十ミリ秒と、高速に変化する。

上述の構成において着色された不透明層（１２）の色は
黒色に限るものではない。例えば、観察者側のカラーフ
ィルターがない場合は白色に対応する色（多くの場合鮮
やかな有彩色のいずれでもよい）、観察者側のカラーフ
ィルターがある場合にはフィルターによる色表示が判別
できなくなる色（例えばそのカラーフィルターを積層す
ることで色相が大きく変わるようになる色）であればよ
い。

また本発明に係る液晶表示器に於ては、視野角は偏光板
を必須要件としないので、表示面に対して垂直な方向を
基準として画面上下・左右方向とも原則として±９０度
と広い明視範囲をもつが、透明電極（２１）が全反射す
ると表示が観察されなかったり薄膜干渉色が観察される
。従ってこの場合には透明電極（２１）やその下地面を
エツチングするなどして粗面加工すれば、広い視野角は
そのまま維持できる。

そして着色された不透明層は基板自体を光吸収体などで
槽底してもよいが、光吸収層がない透明基板を用いた場
合には透過型表示器となる。しかしながら、光の散乱を
ベースにしているこの表示では透過光は表示にじみの原
因になりやすく余り好ましいものではない。よって前述
した高いコントラストを維持するためにも不透明層は必
要である。

このように反射型の表示が行えるが、黒と白とによる表
示を好まない場合やカラー表示を行いたい場合にはカラ
ーフィルターを設ければよい。例えば第２図に示すよう
に、透明基板（２０）の内面であって電極（２１）の硝
子板側に画素に応じた光透過性のカラーフィルター層（
２２）を設ければ、液晶層（３）が白濁しているとき、
即ち光散乱状態にあってはフィルターの色が観察される
ので、フィルターの色と着色された不透明層（１２）の
色で表示が行える。この様にカラーフィルターは白地の
上の色として観察されるので色群やかになる。このよう
なカラーフィルター層（２２）は透明保護膜（２３）で
覆われているが、好ましくは透明電極（２１）や電極（
１１）も保護膜で覆われ、液晶と直接接触しないように
したほうがよい。但しこの場合の保護膜（５）は液晶に
均一配向力を及ぼすものではないので硬質の膜がよく、
例えば酸化硅素、酸化マグネシウム等の無機薄膜や、ア
クリルハードコーティング膜、あるいは有機系であって
も緻密な酸化ケイ素膜などが利用できる。

またこの原理を利用し、前述の白黒表示でも表示品位を
高めることができる。すなわち液晶層（３）の白濁状態
は余り好まれる表示形態ではないので、モノトーン表示
の場合でも観察者側の基板に光透過性の白色等のカラー
フィルター層を用いれば、無電解時に液晶の白濁とフィ
ルターの色との組み合わせで鮮やかな白色を表示できる
。

なお、第２図に於てはスペーサ（４）とシール剤（４１
）も示しであるが、これは表示器を製造するにあたって
、硬化前の状態で一定粒径のビーズなどを混合しておき
、その状態で樹脂硬化をすることによって液晶層（３）
の厚みが一定になるばかりか樹脂の分散も均一化される
こと、液晶層の硬化にあたって周辺に紫外線硬化樹脂な
どを配置しておき、この周辺の樹脂をマスクして液晶層
（３）を形威し、液晶層の硬化後に周辺を硬化すること
により液晶層（３）が安定し、寿命が長くなることが分
かったので各々設けたものである。

本発明において特徴的なことは、着色された不透明層自
身をカラーフィルターとして用いても反射型のカラー表
示が行えることである。この場合は観察者側のカラーフ
ィルターを用いないか、または淡色とするのがよい。そ
して第３図に示すように基板（１０）の上に設けた着色
された不透明層（１３）は、通常のカラーフィルターの
配色である赤、青、緑に替えて、無電解時に白色、全点
灯で黒色となる様に減法混色の３原色に対応するイエロ
ー、シアン、マゼンダを用いる。そして、必要に応じて
黒色又は白色の画素を用いて４色１組の画素構成として
もよく、あるいは、三原色間に無彩色の間隙（例えばス
トライブパターン（１４））を設ければよい。無彩色の
いずれの色を利用するかは、画素電極の開口率と、カラ
ーフィルター層の鮮やかさと、白または黒の全面表示を
する時の色合いとによって選択すればよい。このように
して着色された不透明層（１３）によりカラー表示を行
う場合には、その着色は濃い色であればあるほど、白地
に鮮明な表示が行え、しかも光透過性のカラーフィルタ
ーと異なり色相、彩度、明度のいずれをも容易に調整す
ることができる。

以上のいずれの実施例においても表示のコントラストを
上げるためには、カラーフィルター層の有無に係わらず
、液晶の光散乱効果が大きいほど好ましいが、それには
液晶（３２）の含有量が多く、あるいは液晶層（３）の
厚みが十分に厚いほうがよい。

厚みに関して言えば、個々の領域の液晶分子を動かす電
界の大きさは略一定であるが、液晶層（３）の厚みによ
って電圧を大きくしなければならない。従って厚すぎる
のは駆動電圧が大きくなるので好ましくない。一方、薄
くなる、言い換えると基板（１）（２）の間隔が狭くな
ると、大きい表示面を持てば持つほどキャパシタンスが
大きくなる。そして画素数が増えて駆動周波数を高くす
ればするほど消費電力が大きくなることとなり、駆動回
路の負担が大きくなる。従ってこの点では間隔が広いほ
うが好ましい。これらのことを考慮すると液晶層（３）
の厚みは７〜３０μｍ、より好ましくは１０〜２０μｍ
の厚みが好ましい。

そして１７１００以上の高時分割駆動をするには、液晶
層の液晶含有量を８０〜９５％とし、高分子樹脂として
液晶分子に対して一定の配向力、即ち、液晶分子が一定
のチルト角をもったホモジニアス配向をし、且つ液晶分
子の一端に対して比較的強い拘束力（アンカーエネルギ
ー）を持つように材料を選べばよい。

この表示モードにおいては従来の液晶表示器同様、いず
れかの基板に表示画素ごとに２端子または３端子の能動
素子を持つ電極を設けることによって容易に高時分割駆
動できる。能動素子としては例えば特開昭５８−７０５
５５号公報の如き非線形素子が利用でき、その場合、複
数本の信号電極と、その信号電極（１５）に接続された
画素毎の非線形素子と酸化インジウム系薄膜からなる画
素電極（１１０）で構成される。そして、光散乱を利用
する本発明においては信号電極、非線形素子が観察され
ないように、あるいは非線形素子近傍に於ては低電圧駆
動時に非線形素子の抵抗値が高いため液晶が動き易くな
るので、その液晶の不所望の挙動が観察されないように
、その非線形素子をもった基板は表示器の背面基板とし
て配置され、さらには、上述の液晶の不所望の挙動によ
って基板表面が観察された場合、表示違和感を持たない
ように信号電極（１５）を前述のストライブパターン（
１４）の下に設けるのがよい。

（ト）発明の効墨 以上の如くにより光散乱を利用した応答性の早い表示器
が得られるが、この表示器は反射型に於て特にコントラ
ストが高くて表示品位がよく、カラー表示も色群やかに
行うことができる。そして視野角も従来のカイラルネマ
ティックに比べて極めて広く、しかも駆動回路を省電力
型として利用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の液晶表示器の断面模式図で、第
２図は他の実施例を示す断面模式図、第３図はさらに他
の実施例に係る基板の要部断面図である。 （１）（１０）・・・・基板、（１２）（１３）・・・
・不透明層、（２）（２０）・・・・透明基板、（２１
）・・・・透明電極、（３）・・・・液晶層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極と着色された不透明層を持った基板と、透明
   電極をもった透明基板と、その基板間に形成された多孔
   質の高分子樹脂に充填され正の誘電異方性を有するネマ
   ティック液晶から成る液晶層とを具備したことを特徴と
   する液晶表示器。
2. （２）電極と着色された不透明層を持った基板と、透明
   電極と光透過性のカラーフィルター層をもった透明基板
   と、その基板間に形成された多孔質の高分子樹脂に充填
   され該高分子樹脂よりも多量の正の誘電異方性を有する
   ネマティック液晶から成る液晶層とを具備したことを特
   徴とする液晶表示器。
3. （３）電極とカラーフィルター層を含む着色された不透
   明層を持った基板と、透明電極をもった透明基板と、そ
   の基板間に形成された多孔質の高分子樹脂に充填され該
   高分子樹脂よりも多量のネマティック液晶から成る液晶
   層とを具備したことを特徴とする液晶表示器。
4. （４）前記カラーフィルター層は減法混色の３原色に対
   応するカラーフィルターを含んでいる事を特徴とする請
   求項３項記載の液晶表示器。