JPH05142516A

JPH05142516A - カラー液晶表示素子

Info

Publication number: JPH05142516A
Application number: JP32951091A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kanemoto; 明彦金本; Takamichi Enomoto; 孝道榎本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1991-11-18
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はポリマーネットワーク型液晶または
ポリマー分散型液晶を使用することにより、裏面からの
照明をできる限り少なくし、薄型化が可能なカラー液晶
表示素子の提供を目的とする。【構成】液晶用駆動用電極を設けた一対の基板間に画
素を構成する液晶層を挟持した構造を有し、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を分散させたポリマーネットワーク
型液晶からなる膜、また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カラー液晶表示装置にお
いて、液晶層を構成する膜の厚さが、１〜２０μｍであ
ることを特徴とするカラー液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明はカラー液晶表示素子に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】カラー表示を行うための手法の一つに、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
示が暗くなることか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、液晶駆動素子としてＴＦＴを画素に対
応して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、偏光板が不要等の特徴を持つ
ことから注目されている。また、特開平１−２４１５２
０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、優れた急峻性などの利点が得られることが示して
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、ＪａｐａｎＤｉｓｐｌａｙ
’８９，ｐ．５７２−５７５には、カプセル化液晶を
ＴＦＴ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、この手法では液晶粒子によって
透過光をＯＮ−ＯＦＦするのみのためカラー表示は行わ
れていない。

【０００３】

【目的】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た
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。

【０００４】

【構成】本発明の構成を図面に基づき説明する。 (Ｉ) 図１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。この液晶表示素子は、
電極が形成された一対の基板を離間、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を含む粒子
を分散させたポリマー分散型液晶、またはポリマーによ
り形成された三次元網状構造、すなわちポリマーネット
ワーク中に液晶およ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。図１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。

【０００５】基板としては、ガラスの他にポリエチレン
テレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルサル
フォン、ポリアリレート等のような透明ポリマー基板が
用いられる。

【０００６】色素としては、特に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。二色性色素は一般に液晶分子
と同様に円筒状の形状を持っており、その長軸を液晶分
子長軸方向と平衡に配向させる傾向を持っている。吸光
係数の異方性には二種類あり、分子長軸方向の吸光係数
が大きい場合（正の二色性）と、短軸方向が大きい場合
（負の二色性）とがある。従って、使用方法には場合分
けが必要となる。

【０００７】上記ポリマー分散型液晶の層は、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(例えばシアノビフェニル系液晶)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ビフェニル系、エステル系など
の通常のネマティック液晶が例示され、色素としてはア
ゾ系、アントラキノン系、ベンゾキノン系、ナフトキノ
ン系、ポリメチン系、等の正の二色性色素、アゾ系、ア
ントラキノン系、テトラジン系等の負の二色性色素が例
示される。液晶粒子の大きさは２０ミクロン程度以下が
適当であり、その含有量は樹脂に対し１０−０．２重量
比程度である。色素の添加量は液晶に対して２０重量％
以下程度が適当である。

【０００８】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）１５
重量％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、撹拌均一化した後で透明電極上
に塗布後加熱し、溶剤を除去することにより、ＰＭＭＡ
中に分散した液晶層が形成される。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
またはポリマーネットワーク型液晶からなる膜を用いた
液晶層の厚さは約１−２０μｍ程度が適当である。

【０００９】次に、上記構成の液晶表示素子の動作を、
色素として、二色性色素とそれ以外の一般の色素を使用
する場合に分けて説明する。

【００１０】(ａ) 色素として、二色性色素以外の一般
のものを使用する場合。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、図１(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、基板
２側からみて暗い状態になる。電極１，２間に電圧が印
加されると、図１(ｂ)に示すように、液晶分子４が配向
する（液晶が正の誘電異方性を持つときは光の入射方向
に、負の誘電異方性をもつときは基板面に平行に）ため
に透光性となり、基板２側から見て色素５の色である赤
色が認められる。

【００１１】(ｂ) 色素として、二色性色素を使用する
場合。 (１) 正の誘電異方性を持った液晶と、正の二色性を持
った色素を用いる場合電圧非印加時（図１ａ）には、液
晶分子と色素分子はランダムな方向を向いているため
に、光の散乱と色素による吸収のために、２の基板から
見て暗い状態となる。基板１から見た場合は、散乱光が
濃く着色して観察される。電界印加時（図１ｂ）には、
二色性色素も光の入射方向に平行となるため、基板２か
ら見ると色が薄く、明るい状態となる。基板１から見た
場合は、基板２の色が認識される。二色性色素の濃度設
定は二つ考えられる。基板２側からみて、電圧印加時に
ほとんど無色で、無印加時に着色するような色素濃度で
用い、具体的には着色時の吸光度が０．５〜２．０程度
になるように設定する（１−Ａ）。このような設定で
は、基板１側から見るような液晶素子では使用可能であ
るが、基板２から見るような（透過型）素子では、色表
示を行なおうとした場合、光透過時に着色が得られない
ために、カラーフィルターを設ける必要がある。もう一
つの設定（１−Ｂ）では、色素濃度を（１−Ａ）の３〜
２０倍とすることにより、図１ｂの状態で基板２側から
見て十分な着色が得られる。従来の方法では電圧非印加
時（図１ａ）には、基板２側から見て暗い状態といって
も、散乱によるもれ光が避けられず、コトラスト低下の
原因となっていたが、このような色素濃度設定では過剰
の色素によって、もれ光は大部分が吸収されてしまい、
悪影響を及ぼさない。 (２) 正の誘電異方性を持った液晶と、負の二色性を持
った色素を用いる場合電圧非印加時（図１ａ）の特性は
(１)の場合と同様である。電圧印加時（図１ｂ）には色
素の負の二色性によって、基板２側からみて強く着色し
ている。基板１側から見た場合は、基板２の色との減法
混色によって生じる色か、基板２が無彩色の場合は、色
素の色が見える。この場合の色素濃度は、前記（１−
Ａ）の場合と同様に電圧印加時に吸光度が０．５〜２．
０となるような濃度でよい。 (３) 負の誘電異方性を持った液晶を用いる場合電圧を印加したときの液晶分子の配向方向が、光の入射
方向に垂直となるだけなので、どちらの二色性を持った
色素を用いても、動作のしかたは(１)と(２)から容易に
類推できるので説明は省略する。

【００１２】(II) 図２は、本発明による別の実施例の
カラー液晶表示素子をモデル的に示す図である。この例
では、赤、緑、青の三色の表示を行なう例であり、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、またはポリマーネットワーク型を用いて、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。図中１１，１２は電極、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、図２ａは全画素電圧
非印加時、図２ｂは緑色画素のみに電圧が印加された状
態で、液晶の誘電異方性が正、色素が正の二色性を持つ
場合である。図２ａの全画素に電圧が印加されていない
とき、液晶分子１４おび各二色性色素１５Ｒ，１５Ｇ，
１５Ｂは一定方向に配向していないため、各色の画素は
光散乱状態となり、基板１２側から見て暗い（黒）状態
となる。ここで、図２ｂのように緑の画素だけに電圧を
印加した場合、液晶分子１４および緑色の二色性色素分
子１５Ｇが電界方向に配列するために、この画素のみが
光透過性となり、上記（１−Ｂ）のような色素濃度に調
整しておけば、基板１２側から見て緑色が認識される。

【００１３】(III) 図３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モデル的に示す図である。
この液晶表示素子は、図２の構成において、一方の電極
の裏にＡｌ，Ａｇなどの薄膜からなる光反射層２６を設
けるとともに、正の誘電異方性を持つ液晶と、正の二色
性を持つ色素を用いたものである。色素濃度は（１−
Ａ）の設定で良い。図中２１，２２は電極、２３，２７
はスイッチ、２４は液晶分子、２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ
はそれぞれ、赤色、緑色、青色の二色性色素である。図
３ａは全画素に電圧が印加されたとき、図３ｂは緑の画
素のみ電圧が印加されないときを示している。図３ａの
状態では、全画素が光透過性となるために、入射光は反
射層２６で反射され白色に見える。図３ｂの状態では、
緑色の画素での散乱光が緑色に着色しているために、緑
色が認められる。この例で、色素濃度を（１−Ｂ）のよ
うに設定すると、図３ａの状態では各画素とも各色素の
色に着色して光透過状態となるため、白く感じられる。
図３ｂのように、緑の画素のみ電圧非印加状態とすれ
ば、過剰な色素による強い着色によって、緑色の画素は
暗くなり、青色と赤色の加法混色によって、マゼンタ色
に感じられる。図３の例では、電極２２がＡｌ，Ａｇな
どのような光反射性の材料からなる場合は、光反射層２
６は別途設ける必要はない。

【００１４】(IV) 図４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モデル的に示す図である。
これは図３の構成において、二色性色素でない一般の色
素を用い、各色の画素に対応して同じ色、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。３１，３２は電極、３３，３７はス
イッチ、３４は液晶分子、３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂはそ
れぞれ赤色、緑色、青色の色素分子、３６は反射層であ
り、図４ａは全画素に電圧が印加されない場合、図４ｂ
は青色の画素のみに電圧が印加された場合である。図４
ａの状態では、散乱光が着色して認められるが、図４ｂ
の青色の画素のように、直接反射してくる光よりは暗く
なるために、黒色に近い表示となる。図４ｂでは、従っ
て青色の表示となる。図４の例でも、電極３２がＡｌ，
Ａｇなどのような光反射性の材料からなる場合は、反射
層３６を別途設ける必要はない。

【００１５】以上述べた(II)〜(IV)の説明では、正の誘
電異方性と正の二色性を持つ色素の組合せを例にとり説
明したが、他の異方性の液晶と他の二色性の色素の組合
せであってもよい。また、液晶駆動手段としては、主に
パターニングした透明電極によって電圧を印加する方法
を想定して説明してきたが、本発明によれば上述の駆動
手段のほかに、ＴＦＴやＭＩＭなどの非線形素子を画素
毎に設けて駆動することも可能である。また、本発明の
カラー液晶表示素子においては、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
ことが可能で、特に量産性に優れている。各液晶層の境
界には、例えばフォトレジストを利用して微細な壁を設
けてもよい。各液晶層のパターン間、または画素間の混
色を防止するために、上記の壁の他に遮光性のパターン
を設けても良い。該パターンは、外側から入射して来た
光がランダムな配向状態にある液晶層の液晶分子によっ
て色々な方向に散乱するが、隣接する画素へ散乱光が侵
入するのを防止する機能を有するものであり、その素材
としては、液晶組成物と反応しない無機および有機物、
例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエ
チレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルホ
ン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート等の絶縁体が挙げられ
る。さらに、本発明は前記のような液晶層を使用してい
るのでカラーフィルターを用いなくてもカラー表示が可
能となったが、必要に応じてカラーフィルターを使用す
ることは差支えがない。

【００１６】

【効果】本発明のカラー液晶表示素子においては、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、また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。１．液晶に色素を添加することによってカラーフィルタ
ーを用いなくてもカラー表示が可能となった。２．二色性色素の使用によってさらにコントラストの向
上が可能である。３．液晶層が塗布法によって形成できるため液晶封入な
どの工程が省略できる。４．非線形スイッチング素子を用いることにより、より
鮮明なドットマトリックスのカラー表示が可能になっ
た。５．偏光子を用いる必要がないために明るい表示が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の(ａ)は、本発明のモノカラー液晶表示素
子の１実施例の電圧非印加時の状態をモデル的に示す図
である。図１の(ｂ)は、前記(ａ)の電圧印加時の状態を
モデル的に示す図である。

【図２】図２の(ａ)は、本発明の赤、緑、青の三色の画
素を有するカラー液晶表示素子の１実施例の電圧非印加
時の状態をモデル的に示す図である。図２の(ｂ)は、前
記(ａ)の電圧印加時の状態をモデル的に示す図である。

【図３】図３の(ａ)は、図２のカラー液晶表示素子に反
射層を設けたものの電圧非印加時の状態をモデル的に示
す図である。図３の(ｂ)は、前記(ａ)の電圧印加時の状
態をモデル的に示す図である。

【図４】図４の(ａ)は、前記図３のカラー液晶表示素子
にカラーフィルターを設けたものの電圧非印加時の状態
をモデル的に示す図である。図４の(ｂ)は、前記図４の
(ａ)のカラー液晶表示素子の緑画素のみに電圧を印加し
た場合の状態をモデル的に示す図である。

【符号の説明】

１電極２電極３スイッチ４液晶分子５色素分子１１電極１２電極１３スイッチ１４液晶分子１５色素分子２１電極２２電極２３スイッチ２４液晶分子２５色素分子２６光反射層２７スイッチ３１電極３２電極３３スイッチ３４液晶分子３５色素分子３６光反射層３７スイッチ３８カラーフィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶用駆動用電極を設けた一対の基板間
に画素を構成する液晶層を挟持した構造を有し、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を分散させたポリマーネットワ
ーク型液晶からなる膜、また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カラー液晶表示装置
において、液晶層を構成する膜の厚さが、１〜２０μｍ
であることを特徴とするカラー液晶表示素子。
【請求項２】液晶層中の色素が二色性色素である請求
項１記載のカラー液晶表示素子。
【請求項３】液晶層が赤色画素、緑色画素および青色
画素からなる群から選ばれた少なくとも１種類のもので
構成される請求項１または２記載のカラー液晶表示素
子。
【請求項４】カラー液晶表示素子が反射型である請求
項１，２または３記載のカラー液晶表示素子。
【請求項５】カラー液晶表示素子が透過型である請求
項１，２または３記載のカラー液晶表示素子。
【請求項６】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
列されている請求項１，２，３，４または５記載のカラ
ー液晶表示素子。
【請求項７】液晶駆動用電極がパターニングした透明
電極である請求項１，２，３，４または５記載のカラー
液晶表示素子。