JPH04118633A - カラー液晶表示素子 - 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〕 本発明はカラー液晶表示素子に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕カラー
表示を行うための手法の１つに、カラーフィルターを透
明電極パターンに合わせて各々作成し、裏面に光源を設
置しその透過光を利用してカラーフィルターの色を認識
する方法がある。しかし、この表示方式は照明装置を必
要とし、しかも通常偏光子を二枚設置するＴＮモードや
ＳＴＮモードで用いられるため表示が暗くなることがら
照明を非常に明るくする必要があり、低電力化が図れな
い、薄型化ができないという欠点があった。また、液晶
訃動素子としてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　ＦｉｌＩＩＴｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ）を画素対応に設けるとともにカラーフィ
ルターを設置し、裏面からの照明光を用いてカラー表示
を実現する手法においても上記と同様の欠点がある。

一方、近年、ポリマーのマトリックス中に液晶の小さな
球を分散させたポリマー分散型液晶の提案がなされ、液
晶層の厚さの影響を受けにくい、大面積化が可能、偏光
板を必要としない等の特徴を持つことから注目されてい
る。また特開平ｌ−２４１５２０号公報には、このポリ
マー分散型液晶を用い。

カラーフィルターと対応させ、該カラーフィルターを通
して裏面からの照明光を用いてカラー表示を行う技術が
開示されている。しかし該公報に記載の方法においても
上記と同様の欠点がある。

また、電子通信学会技報ＥＩＤ　８９−８９には、紫外
線重合性化合物が形成する三次元網目構造中に液晶を分
散させたポリマーネットワーク型液晶を表示素子の液晶
層に用いることにより、低電圧駆動、優れた急峻性等の
利点が得られることが示しである。しかし、該文献はカ
ラー表示の実施について何ら言及していない。

さらに、ＪＡＰＡＮ　Ｄｉｓｐｌａｙ　’８９．ｐ、５
７２−５７５には、カプセル化液晶をＴＰＴにより駆動
させ、照明手段を用いて表示を行う技術が開示されてい
るが、この手法は液晶粒子を透過光で観察するためカラ
ー表示は行われていない。

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたも
ので、裏面からの照明をできる限り少なくしてカラー表
示を行うことができ、しかもより一層薄型化が可能なカ
ラー液晶表示素子を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため１本発明によれば、液晶駆動用
電極を設けた一対の基板間に液晶層を挾持した構造を有
し、該液晶層が、ポリマーにより形成された三次元網状
構造に取り囲まれるように液晶と色素とを分散させたポ
リマーネットワーク型液晶からなる膜、又はポリマーの
マトリックス中に粒子状の液晶と色素を分散させたポリ
マー分散型液晶からなる膜により構成されていることを
特徴とするカラー液晶表示素子が提供される。

また１本発明によれば、上記構成において、前記液晶駆
動用電極が各画素対応の非線形スイッチング素子により
形成され、液晶層のパターンが各色毎にかつ前記各非線
形スイッチング素子に対応して配列されていることを特
徴とするカラー液晶表示素子が提供される。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明による一実施例のカラー液晶表示素子を
モデル的に示す図である。この液晶表示素子をモデル的
に示す図である。この液晶表示素子は、電極が形成され
た一対に基板を離間、対向して配置し、その間に液晶層
を設けた構造を有している。そして、該液晶層は、ポリ
マーマトリックス中に液晶と色素の粒子を分散させたポ
リマー分散型液晶、又はポリマーにより形成された三次
元網状構造すなわちポリマーネットワーク中に液晶及び
色素を分散させたポリマーネットワーク型液晶からなる
膜により形成される。第１図中、１，２は電極、３はス
イッチ、４は液晶分子、５は色素分子であり、同図（ａ
）は電圧無印加（オフ）時、（ｂ）は電圧印加（オン）
時の状態を示す。

上記ポリマー分散型液晶の肩は、例えば、エポキシ樹脂
と硬化剤を所定量混合した液にネマティック液晶（たと
えばシアノビフェニル型液晶）を重量で４＝１の割合で
混合した液をホモジナイザーにて均一混合した液晶分散
液を透明電極上に塗布後８０℃で加熱硬化して作成され
る。このポリマー分散型液晶に用いられるポリマーとし
ては、ポリビニルアルコール、熱硬化型エポキシ樹脂、
二官能型光硬化アクリル樹脂等が例示され、液晶として
はシアノフェニル系、エステル系などの通常のネマティ
ック液晶が例示され１色素としてはアゾ系、アントラキ
ノン系、ナフトキノン系、ベンゾキノン系、ポリメチン
系色素等の正の二色性色素、アゾ系、アントラキノン系
、テトラジン等の負の二色性色素が例示される。液晶粒
子の大きさは１０４以下程度が適当であり、その含有量
は樹脂に対し１０〜０．２重量比程度が適当である。色
素の添加量は２０ｗｔ％以下程度が適当である。

上記ポリマーネットワーク型液晶の層は、例えば、ポリ
メチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）１５ｗｔ％のト
ルエン溶液に重量比で２０＝１の割合でネマティック液
晶を添加し、撹拌均一化した後透明電極上に塗布後加熱
し、溶媒を除去する事により、ＰＭＭＡ中に分散した液
晶層が作成される。このポリマーネットワーク型液晶に
用いられるポリマーとしては、アクリル樹脂、ポリスチ
レン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、シロ
キサン系、エステル系等の高分子液晶、エポキシ樹脂、
ポリアミド等通常の高分子化合物等が例示され、液晶、
色素としてはポリマー分散型と同様の物が例示される。

液晶の含有量、色素添加量はポリマー分散型と同程度が
適当である。

このようなポリマー分散型液晶又はポリマーネットワー
ク型液晶からなる膜を用いた液晶層の厚さはｌ−１０ｐ
８程度が適当である。

次に、上記構成の液晶表示素子の動作を、色素として赤
色の色素を添加した場合を例にして説明する。

電極１，２間に電圧が印加されていない場合、第１図（
ａ）に示すように、液晶分子４は一定方向に配列してい
ないため、入射光は散乱され、液晶層を透過しないので
、暗い状態となる。電極１，２間に電圧が印加されると
、第１図（ｂ）に示すように、液晶分子４が光の透過方
向に平行に配向する（液晶が正の誘電異方性を持つ場合
）ため、光が液晶層を透過することにより、液晶層に添
加した色素の色（本例の場合、赤色）が認識される。液
晶として負の誘電異方性を持つものを用いた場合には上
記と逆の動作となる。

本発明によれば、上記構成において、色素として二色性
色素を用いることにより、遮光性を一層向上させ、コン
トラストをさらに高めることが可能となる。この場合、
二色性色素を用いるため液晶分子４の配列にって色素が
配列する。二色性色素の添加量は、液晶分子が電界によ
り平行になった時（第１図の（ｂ）の状態）に明るさが
最適になるような量とする。この添加量は二色性色素の
種類（色、二色性比など）により種々設定される。この
ようにすると、電圧無印加時は二色性色素の濃度が濃い
ため、十分な遮光効果があられれ、電圧印加時には液晶
分子の配向にそって色素も並び、色素に対応した色が表
示され、より一層のコントラストの向上が可能となる。

次に、本発明の別の実施例のカラー液晶表示素子を第２
図に基づき説明する。この液晶表示素子は、赤、緑、青
の三色の表示を行う例であり、それぞれ赤、緑、青色の
二色性色素を添加したポリマー分散型液晶又はポリマー
ネットワーク液晶を用いて、各色の液晶層を各表示パタ
ーンにそって形成したものである。各色の色素添加量は
充分遮光作用がでる高い濃度とするのが好ましい。図中
１１．１２はパターン電極、１３はスイッチ、１４は液
晶分子、１５Ｒは赤色色素分子、１５Ｇは緑色色素分子
、１５Ｂは青色色素分子であり、同図（ａ）は全画素電
圧無印加時、（ｂ）は録画素のみ電圧が印加された時の
状態を示す。

本例の場合、全画素電圧無印加時には、第２図（ａ）に
示すように、液晶分子１４及び各色の二色性色素分子１
５Ｒ１１５Ｇ、　１５Ｂが一定方向に配向していないた
め、各色のパターン部分が散乱状態となり、光が透過せ
ず、暗い状態となる（黒く見える）。ここで、例えば第
２図（ｂ）に示すように、録画素に相当するパターン電
極１１．１２のみに電圧を印加すると、液晶分子１４及
び緑色の二色性色素分子１５Ｇが電界方向に配列するた
め、緑色のパターン部分のみ光が透過し、緑色が認識さ
れる。

第３図は本発明によるさらに別の実施例のカラー液晶表
示素子を示す図である。

この液晶表示素子は、第２図の構成において、片方の電
極の裏にＡｌ、Ａｇなどの薄膜からなる反射層２６を設
けるとともに、液晶として誘電異方性が正の液晶１色素
として正の二色性色素を用しまたものである。この場合
の二色性色素の濃度は液晶分子が電界方向に配向してい
ないときに充分な着色が認められる程度で良い。図中２
１．２２はパターン電極、２３．２７はスイッチ、２４
は液晶分子、２５Ｒは赤色色素分子、２５Ｇは緑色色素
分子、２５Ｂは青色色素分子であり、同図（ａ）は全画
素のパターン電極に電圧が印加された時、（ｂ）は録画
素のみ電圧が印加されない時の状態を示す。

全画素のパターン電極２１．２２に電圧を印加すると、
第３図（ａ）に示すように、各色のパターン部分の液晶
分子２４及び二色性色素分子２５Ｒ、２５Ｇ　、　２５
Ｂは電界の方向に平行に配列し、液晶中では光が吸収さ
れず、反射層２６により全光透過反射するため、白色に
近く見える。ここで１例えば第３図（ｂ）に示すように
、緑画素のみ電圧無印加状態とすると、緑色のパターン
部分のみ二色性色素により光が吸収され、緑色が認識さ
れる。

第４図は本発明によるカラー液晶表示素子のさらに別の
実施例を示す図であり、第３図の構成において、各色の
パターンに対応して同じ色、すなわち赤、緑、青のカラ
ーフィルター３８Ｒ，３８Ｇ、３８Ｂを形成したもので
ある。図中３１．３２はパターン電極、３３．３７はス
イッチ、３４は液晶分子、３５Ｒは赤色色素分子、３５
Ｇは緑色色素分子、３５Ｂは青色色素分子、３６は反射
層であり、同図（ａ）は全画素のパターン電極に電圧が
印加されない時、（ｂ）は青画素のみ電圧が印加された
時の状態を示す。

全画素のパターン電極３１．３２を電圧無印加状態にす
ると、散乱状態となり、暗くなる。ここで、例えば第４
図（ｂ）に示すように、青画素のみ電圧印加状態とする
と青色光が反射されて青色が認識される。この場合、カ
ラーフィルター３８Ｒ、３８Ｇ　、　３８Ｂには色の再
現性と明るさを増加させる目的で種々の材料が使用可能
である。

以上述べた実施例では、液晶を駆動する方法として透明
電極のパターンを所定形状とし、これに対応して液晶層
を形成し、駆動する方法を採用したが、本発明によれば
、この方法以外に、赤、緑及び青のドツト画素を一組と
し、各ドツト画素に対応させてＴＰＴ、ダイオード、阿
工（素子などの非線形スイッチング素子を設けてドツト
画素毎に駆動する方法を用い、文字１図などをカラー表
示することも可能である。

また１本発明のカラー液晶表示素子において、液晶層を
パターン状に形成するには、印刷などの塗布による形成
方法を用いることができる。各液晶層のパターンの境界
には例えばフォトレジストを利用して微細な壁を設けて
も良い。各液晶層のパターン間の混色を防止するために
上記の壁の他に遮光壁を用いても良い。本発明の液晶層
は塗布により設けることができるため、従来のような液
晶封入などの工程が省け、セル加工が簡単となる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明のカラー液晶表示素
子では、ポリマーにより形成された三次元網状構造に取
り囲まれるように液晶と色素とを分散させたポリマーネ
ットワーク型液晶からなる膜、又はポリマーのマトリッ
クス中に粒子状の液晶と色素を分散させたポリマー分散
型液晶からなる膜により液晶層を形成したので、下記の
ような効果が得られる。

■液晶に色素を添加することでカラー表示が表示パター
ンに応じて可能となる。

■液晶層のパターンを分離し、各パターンに赤、緑、青
の色素を添加することで三表示色を用いたカラー表示が
可能となる。

（■液晶層の設置が塗布によりできるため液晶封入など
の工程が省け、セル加工が容易となる。

■非線形スイッチング素子を用いるとともにドツト画素
対応に液晶層を画素状に配列することでドツトマトリッ
クスのカラー表示が可能となる。

■透過型及び反射型のいずれの方式のカラー表示も可能
で、特に偏光子を用いなくてもよいため明るい反射型表
示が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明による液晶表示素子の各々
の実施例をモデル的に示す断面図である。 １．２，１１，１２，２１，２２，３１．３２・・・電
極３．１３，２３，２７，３３．３７・・スイッチ４．
１４，２４．３４・・・液晶分子 ５．１５，２５．３５・・・色素分子 ２６　、３６・・・反射層 ３８・・・カラーフィルター 特許出願人　株式会社　リ　　コ 代　理　人　弁理士　池浦敏明（ほか１名）第 光 ど （ａ）オフ時 第２ 尤 （ａ）硝ゐ奔ゴフ簡 （ｂ）オン８合 図 柁 （ｂ）額り１克め〃メン時

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶駆動用電極を設けた一対の基板間に液晶層を
   挾持した構造を有し、該液晶層が、ポリマーにより形成
   された三次元網状構造に取り囲まれるように液晶と色素
   とを分散させたポリマーネットワーク型液晶からなる膜
   、又はポリマーのマトリックス中に粒子状の液晶と色素
   を分散させたポリマー分散型液晶からなる膜により構成
   されていることを特徴とするカラー液晶表示素子。
2. （２）前記液晶駆動用電極が各画素対応の非線形スイッ
   チング素子により形成され、前記液晶層のパターンが各
   色毎にかつ前記各非線形スイッチング素子に対応して配
   列されていることを特徴とする請求項１記載のカラー液
   晶表示素子。