JPH05173119A

JPH05173119A - 表示素子

Info

Publication number: JPH05173119A
Application number: JP35717091A
Authority: JP
Inventors: Eiji Chino; 英治千野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1993-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】電圧印加による透過率変化の急峻な、コント
ラストの良い表示素子を提供する。又これらの優れた特
性を持つ大容量表示体を提供する。【構成】高分子分散型液晶表示素子において、熱可塑
樹脂、熱硬化樹脂あるいは高分子液晶をマトリックスと
して用い、液晶とともに配向させる。またこの表示素子
と複合２端子素子あるいは３端子素子基板とを反射モー
ドで組み合わせる。【効果】さまざまな高分子を用い、電圧印加による透
過率変化の急峻な、コントラストの良い表示素子を作成
できるようになった。又これらの優れた特性を持つ大容
量表示体を提供することができるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイある
いはプロジェクターなどに応用される表示素子、さらに
詳しくは、ポリマーディスパース液晶を用いた表示素子
及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶と高分子を互いに分散させた
液晶（ポリマーディスパース液晶、以下「ＰＤＬＣ」と
略す。）の表示素子は図１２に示すアメリカ特許４４３
５０４７などに示されている。同図において１、８はそ
れぞれ基板、２、７はそれぞれ電極、２４は高分子、２
５は液晶である。高分子２４は液晶２５を中に分散する
網目状の組織としてマトリックス状に形成されている。
電界が無印加時には同図（ａ）に示すように液晶２５の
液晶分子はランダム配向しているために屈折率が常光屈
折率（１．５程度）と異常光屈折率（１．７程度）の平
均である１．６程度であり、高分子部分の屈折率は１．
５程度であるので、屈折率の差は０．１程度であり、入
射した光は散乱状態となって表示素子は白濁して非透明
状態となる。しかし、電界印加時には同図（ｂ）に示す
ように液晶分子が一方向に配向し液晶２５の屈折率は
１．５程度となるために高分子部分の屈折率と近似し、
入射した光が液晶２５と高分子２４を散乱せずに透過し
て表示素子は透明状態となる。

【０００３】また、液晶中にポリマーゲルを分散させ
て、電圧無印加時に透明状態となるＰＤＬＣ（リバース
型ＰＤＬＣ）としては、Ｒ．Ａ．Ｍ．Ｈｉｋｍｅｔの方
法（Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，Ｖｏ
ｌ１９８，ｐ３５７（１９９１）、ＬｉｑｕｉｄＣ
ｒｙｓｔａｌｓ，Ｖｏｌ９，ｐ４０５，（１９９
１））、あるいは、Ｊ．Ｗ．Ｄｏａｎｅらの方法（Ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＤＲＣｐ１５７（１９９
１））が提案されている。

【０００４】Ｈｉｋｍｅｔの方法では、一方向にラビン
グされた配向膜を持つ基板間に二官能性高分子前駆体と
液晶の混合物を封入した後紫外線硬化により、液晶相と
ポリマーゲル相に分離する。ポリマーゲル相は並行なラ
メラル構造を形成し、電圧無印加状態では、そのラメラ
ル構造に沿って液晶分子が配向する。この状態では、両
者の屈折率の差はほとんどないので入射した光は散乱さ
れず表示素子は透明状態となる。素子に電圧を印加する
と、液晶分子は電界方向に配向しその屈折率は約１．７
となる。そのため一方向に配向しているポリマーゲルの
屈折率約１．５と屈折率の差を生じ表示素子は白濁して
非透明状態となる。

【０００５】Ｄｏａｎｅらの方法では、一方向にラビン
グされた配向膜を持つ基板間に二官能性高分子前駆体と
ネマチック液晶とコレステリック液晶の混合物を封入し
た後紫外線硬化により、コレステリック液晶相とポリマ
ーゲル相に分離する。電圧無印加状態ではコレステリッ
ク液晶相は透明性のグランジャン組織をとるため、入射
光は散乱されず表示素子は透明状態となる。電圧を印加
すると、コレステリック液晶相はフォーカルコニック組
織に変化し、多数の欠陥ができて光が散乱される。その
ため表示素子は白濁し非透明状態になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来のアメ
リカ特許４４３５０４７号の表示素子では液晶粒子径が
不揃いのため表示品質が低い問題点があるばかりか、高
分子マトリックスの屈折率が１．５〜１．６程度であ
り、液晶の屈折率との差を稼げないので散乱度が低い。
散乱度を稼ぐために液晶／高分子層を厚くしなければな
らず、その結果駆動電圧が高くなる。また、液晶部分の
配向が規制されていないために各液晶分子の電気応答に
おけるしきい電圧が不揃いとなり、素子全体としてのし
きい特性が悪くなるなどの課題を有していた。又、上
記従来のＰＤＬＣは電圧が無印加のとき非透明（電圧印
加時に透明となる。）状態であるので、電圧無印加時に
透明状態が要求されるいわゆるフェールセイフな調光窓
などには応用できない。

【０００７】また、Ｈｉｋｍｅｔの方法では、ポリマー
ゲルが一方向に配向しているため、その方向と並行な偏
光は散乱状態でも透過してしまう。そのため入射光の最
大５０％は散乱されずに透過するため、表示素子として
みた場合最大コントラストは１：２であり実用性はない
に等しい。また、Ｄｏａｎｅらの方法では従来から公知
のコレステリック−ネマチック相転移モードと本質的に
大差なく、ポリマーゲルがコレステリック液晶相中に存
在する意味がない（相転移モードに関しては、液晶デバ
イスハンドブック編者日本学術振興会第１４２委員
会、発行所日刊工業新聞社に詳しい。）また、駆動
電圧も４０ボルト前後と高く、ヒステリシスも存在し、
実用性が乏しい。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するもので
あり、その目的とするところは、電圧無印加時に透明状
態となるＰＤＬＣ（リバース型ＰＤＬＣ）において、液
晶／高分子層の配向を制御してしきい特性の優れた表示
素子を提供し、あるいはカイラル成分を添加することに
より、液晶部分の配向をも規制し、散乱効率を向上さ
せ、高コントラストでしきい特性の優れた表示素子及び
これを応用した表示体を提供することにある。又、上記
従来の表示素子をＴＦＴなどのアクティブ素子で駆動し
ようとするとその表示素子の比抵抗が低いため、十分な
保持ができず、表示装置としての表示性能に問題があっ
た。本発明は、それらの問題点をも解決する表示素子の
駆動方法を提供することをも目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶と高分子
を互いに分散させた表示素子において、基板付近の液晶
／高分子層を１方向に配向させたことを特徴とし、更に
詳しくは液晶と高分子あるいは高分子前駆体が互いに相
溶して、しかも液晶状態をとる温度領域を有し、この液
晶状態で１方向に配向させ、その後高分子前駆体を高分
子化するかあるいは高分子部分を硬化させて、液晶部分
と相分離させたことを特徴とする。前記液晶中にカイラ
ル成分を混合してあれば更に良い結果が得られる。

【００１０】高分子層に用いる高分子材料あるいは高分
子前駆体としては、紫外線硬化型、熱硬化型、熱可塑型
あるいは高分子液晶が利用できる。また液晶との共溶媒
を有し、相溶した状態で液晶相をとるものも利用でき
る。

【００１１】更に前記表示素子を用いた表示体で、複合
２端子素子あるいは３端子素子を組み合わせたことを特
徴とする。またこの表示体が反射モードであることを特
徴とする。

【００１２】又本発明は、液晶と高分子を互いに配向分
散させた表示素子において、高分子材料としては、側鎖
にパラフェニルフェノキシ基を有する高分子、パラフェ
ニルフェノールアクリル酸エステル誘導体、パラフェニ
ルフェノールメタクリル酸エステル誘導体を、高分子前
駆体としてビフェニルメタノールのメタクリル酸エステ
ル誘導体あるいはアクリル酸エステル誘導体を用いる
か、あるいは高分子前駆体としてナフトールのメタクリ
ル酸エステル誘導体あるいはアクリル酸エステル誘導体
を用い、さらに望むらくは液晶中にカイラル成分を混合
したことを特徴とする。また、用いる高分子前駆体の１
成分として、ビフェノールのメタクリル酸エステル誘導
体あるいはアクリル酸エステル誘導体と混合したことを
特徴とする。

【００１３】

【作用】以上の構成により、図１（ａ）に示したように
高分子４は液晶に沿って配向し液晶と同様の屈折率異方
性（視野方向での屈折率１．７程度）を示す。そのため
電解無印加時には液晶と高分子の視野方向での屈折率の
差がなくなり、透明状態となる。電解を印加すると同図
（ｂ）に示すように高分子部分はそのままで液晶５だけ
垂直配向するために、高分子部分の屈折率は水平配向し
た状態での屈折率（１．７程度）のままであるのに液晶
部分での屈折率は垂直配向した状態での屈折率（１．５
程度）となる。そのため高分子部分と液晶部分での屈折
率の差は０．２程度となり、従来の２倍程度の散乱強度
となる。カイラル成分の添加効果については動作原理が
十分解明されてはいないが、おそらくコレステリックピ
ッチを解く過程が入ることと、電界印加時の垂直配向性
が向上するためであろうと考えられる。以下、実施例に
より本発明の詳細を示す。

【００１４】

【実施例】

〔実施例１〕図２に本実施例で用いられた表示素子の縦
断面図を示す。同図において、１、８は表面が平坦な基
板であり、２、７はその表面に蒸着法等により形成され
た電極である。電極２と電極７はその間隙（以後この間
隙をセル厚と言う。）が１０μｍになるように固定され
ており、その間隙に高分子モノマーとして４−ビフェニ
ルメタクリレートと液晶ＰＮ００１（ロディック社製）
を１：９で混合したものを封入して２５℃で紫外線を照
射した。わずかに白濁した素子となっている。図におい
て、高分子４は粒子状の組織として立体的なネットワー
クを形成されたマトリックスとなっており、その組織に
液晶５が担持されている状態である。

【００１５】電極２、７の間に電圧を印加しない場合の
光の透過率は７０％であるが、１０ｋＨｚ、６０Ｖの交
流電界を印加すると光は散乱し（以下、光散乱時で１０
ｋＨｚ、６０Ｖの交流電界を印加するという。）、表示
素子は非透過となる。コントラスト比は２０：１以上で
あった。ここで用いる液晶５は屈折率異方性Δｎのでき
るだけ大きいものがよく、さらに液晶の常光屈折率と異
常光屈折率の平均が高分子の屈折率に近いものがよい。
液晶５の含有量は、高分子４及び液晶５の全体に対して
５０〜９８％が最適である。これより少ないと電界に対
して応答しなくなり、またこれより多いとコントラスト
が取れなくなる。

【００１６】〔実施例２〕本実施例では高分子のモノマ
ーとしてパラフェニルフェノールアクリル酸エステルを
用いた例を示す。素子構成及び高分子と液晶の混合比は
実施例１に同じである。液晶はＺＬＩ３９２６（メルク
社製）を使用した。混合したものを封入して２５℃にて
紫外線を照射したところ、わずかに白濁した素子を作成
できた。

【００１７】２つの電極２、７間に光散乱時で１０ｋＨ
ｚ６０Ｖなる交流電流を印加した。コントラスト１５：
１以上、透過率５０％が得られた。本実施例においても
液晶５は屈折率異方性Δｎのできるだけ大きいものがよ
く、さらに液晶の常光屈折率と異常光屈折率の平均が高
分子の屈折率に近いものがよい。液晶の含有量は５０〜
９８％が最適である。これより少ないと電界に対して応
答しなくなり、これより多いとコントラストが取れなく
なる。

【００１８】〔実施例３〕本実施例では用いる基板を１
枚とした例を示す。素子の断面図を第３図に示す。電極
７がついた基板８上に、実施例１に示した液晶モノマー
混合物を１０μの厚さに塗布した。ここに紫外線を照射
して重合相分離した。この上に電極として導電性フィル
ム２０を接着した。導電性フィルム２０と電極７の間に
光散乱時で１０ｋＨｚ６０Ｖなる交流電界を印加した。
コントラスト２０：１以上、透過率６０％が得られた。
ここで用いる液晶は屈折率異方性Δｎのできるだけ大き
いものがよく、さらに液晶の常光屈折率と異常光屈折率
の平均が高分子の屈折率に近いものがよい。液晶の含有
量は５０〜９８％が最適である。これより少ないと電界
に対して応答しなくなり、またこれより多いとコントラ
ストが取れなくなる。本実施例を用いれば、軽量コンパ
クトな表示素子あるいは調光素子を簡便に作成すること
ができる。本発明は他にディスプレイ、調光素子、ライ
トバルブ、調光ミラーなどに応用が可能である。

【００１９】〔実施例４〕本実施例では用いる高分子と
して熱硬化型高分子を用いた例を示す。図１（ａ）は本
実施例の表示素子における断面図を示す。同図において
表面の平坦な基板１及び基板８の表面に電極２及び電極
７が蒸着法により形成されている。これらの基板表面に
配向膜３、６としてポリイミド（日本合成ゴム社製Ｊ
ＩＢ）の２％溶液を２０００ＲＰＭにてスピンコートし
た。これらの基板を１５０℃にて焼成し、その後この配
向膜表面をさらしで１方向にこすった。配向処理はここ
に示した方法の他、斜方蒸着法、ＬＢ膜法など、液晶が
配向する方法であれば何でも用いることができる。こす
る方向は２枚の基板を組み合わせたときにこする方向が
ほぼ平行となるようにした。これら２枚の基板の配向膜
３、６の各表面を向かい合わせてセル厚１０μｍになる
ように固定した。

【００２０】この間隙にエポキシ系樹脂としてＹＤＦ−
１７０（東都化成製）と硬化剤１２１（油化シェル製）
を用い、これと液晶（液晶混合物ＬＶ−Ｒ２にカイラル
成分Ｓ−１０１１を１％混合した物、ＬＶ−Ｒ２はロデ
ィック社製、Ｓ−１０１１はメルク社製である）を１：
９で１００℃にて混合したものを封入して徐冷し液晶／
モノマー混合物を配向させ、室温にて１日放置したとこ
ろ、液晶と高分子が相分離し、ほとんど透明な素子を作
製できた。

【００２１】２つの電極２、７間に光散乱時で１０ｋＨ
ｚの交流電界を印加すると透過光は散乱され透過率は１
％である。電圧無印加時は透過率８０％が得られた。印
加電圧と透過率の関係を図４に示す。従来の高分子分散
型液晶表示素子の電気光学特性（図１３）に比べ格段に
急峻性が改善されている。カイラル成分が含有されてい
ない液晶を使用した場合では図５に示すように電圧印加
時の透過率が４０％程度であるのでカイラル成分を混合
したことにより特性が改善されている。また、電圧を変
化したときの透過光量の変化を示すしきい特性も格段に
改善されている。

【００２２】ここで用いる配向膜はポリイミドに限られ
ず、ポリビニルアルコールなど、液晶を配向させる力の
あるものであれば何でも良い。また配向処理は片面の基
板のみでも効果はある。両面の基板表面を配向処理する
場合には互いの配向処理方向についてはカイラル成分の
含量と関係するのでその都度最適化する必要がある。

【００２３】ここで用いる液晶は屈折率異方性Δｎので
きるだけ大きいものがよい。また液晶の誘電異方性は正
のものを用いることができる。液晶の含有量は５０〜９
８％が最適である。液晶含有量がこれより少ないと電界
に対して応答しなくなり、またこれより多いとコントラ
ストが取れなくなる。

【００２４】液晶中に混入させるカイラル成分はここに
示した物でなくとも用いることができるが、混合した場
合の液晶のピッチを決める旋回能が重要なのである。す
なわち、カイラル成分Ｓ−１０１１を混合したときの液
晶のピッチは、Ｐ＝１／３４Ｃのように書き表せる。こ
こでＰはピッチで単位はμｍ、Ｃは濃度で単位は％であ
る。濃度は０．１％〜５％程度であり、ピッチに直すと
０．２９〜０．００５９μｍである。他のカイラル成分
を用いる場合でも液晶のピッチがこの範囲である必要が
ある。もちろんカイラル成分が多成分系でも何等問題な
い。

【００２５】ここで用いる高分子は液晶と混合した状態
で配向し、その状態で硬化重合できる熱硬化型高分子で
あれば同様に用いることができる。たとえば、４，４′
−ｎ−プロピルビフェニル−ω，ω′−ジイソシアネー
トとビフェニルのジオールを混合し重合させることもで
きる。理想的には液晶分子に似た骨格を有する高分子前
駆体であれば同様に用いることができる。

【００２６】〔実施例５〕本実施例は、実施例４におい
て高分子として熱可塑型高分子を用いた例を示すもので
ある。セル厚間に熱可塑樹脂ポリαメチルスチレンと液
晶（液晶混合物ＲＤＰ８０６１６、ロディック社製）を
１００℃にて混合したものを封入して徐冷し液晶／樹脂
混合物を配向させ室温としたところ、透明な素子を作製
できた。交流電界（１０ｋＨｚ）と透過率の関係を図６
に示す。６Ｖの電界で光散乱が生じそれ以上の電圧では
透過率１％が得られるが電圧無印加時では透過率が２０
％である。この特性はそれほど良好な特性ではないが、
熱可塑樹脂の構造を最適化すれば更に特性の向上が期待
される。具体的にはビフェニル基を側鎖あるいは主鎖に
導入するなど、液晶分子となじみやすい骨格を導入すれ
ば良い。配向膜、液晶の屈折率異方性Δｎ、液晶含有
量、配向処理方向とカイラル成分量との関係については
実施例４と同様のことが言える。カイラル成分（メルク
社製Ｓ−１０１１）を添加するとしきい特性の向上、コ
ントラストの向上が確認された。液晶中に混入させるカ
イラル成分は実施例４に示した条件で添加すれば良い。
ここで用いる高分子は使用温度より高温で液晶と相溶
し、更に相溶した液晶状態で配向し、冷却して高分子と
液晶を相分離できる熱可塑性高分子であれば同様に用い
ることができる。

【００２７】〔実施例６〕本実施例は実施例４において
高分子として高分子液晶を用いた例を示すものである。
セル厚間にシアノビフェニル基を有する

【００２８】

【化１】で示す側鎖型高分子液晶（等方相転移点は１１２℃、マ
ネチック相転移点は６２℃、Ｃ６Ｈ４はベンゼン環を示
す。）を用い、これと液晶（液晶混合物ＬＶ−Ｒ２にカ
イラル成分Ｓ−１０１１を１％混合した物、ＬＶ−Ｒ２
はロディック社製、Ｓ−１０１１はメルク社製である）
を１２０℃にて混合したものを封入して徐冷し、液晶／
高分子液晶混合物を配向させ７０℃としたとしたとこ
ろ、液晶と高分子液晶が相分離しているにも関わらず透
明な表示素子ができた。交流電界（１０ｋＨｚ）と透過
率の関係を図７に示す。１０Ｖの電界で光散乱が生じそ
れ以上の電圧では透過率１％である。電圧無印加状態で
は透過率８０％が得られた。この特性は格段に改良され
ていることがわかる。配向膜、液晶の屈折率異方性Δ
ｎ、液晶の含有量、配向処理方向とカイラル成分量との
関係は実施例４と同様のことがあてはまる。液晶中に混
入させるカイラル成分は実施例４に示した条件で添加す
れば良い。ここで用いる高分子液晶は使用温度より高温
で液晶と相溶し、更に相溶した液晶状態で配向し、冷却
して高分子と液晶を使用温度にて相分離できるものであ
れば側鎖型、主鎖型を問わず同様に用いることができ
る。たとえば、

【００２９】

【化２】（ｍは正の整数、Ｃ６Ｈ４はベンゼン環を示す。）

【００３０】

【化３】（ｍは正の整数、Ｒはアルキル基、Ｃ６Ｈ４はベンゼン
環を示す。）

【００３１】

【化４】（ｍは正の整数、Ｒはアルキル基、Ｃ６Ｈ４はベンゼン
環を示す。）

【００３２】

【化５】（等方相転移点は１１２℃、ネマチック相転移点は５０
℃、Ｃ６Ｈ４はベンゼン環を示す。）

【００３３】

【化６】（ｍは正の整数、Ｃ６Ｈ４はベンゼン環を示す。）

【００３４】

【化７】（ｍは正の整数、Ｒはアルキル基、Ｃ６Ｈ４はベンゼン
環を示す。）

【００３５】

【化８】（ｍは正の整数、Ｒはアルキル基、Ｃ６Ｈ４はベンゼン
環を示す。）

【００３６】

【化９】（Ｃ６Ｈ４はベンゼン環を示す。）

【００３７】などの高分子液晶を用いることができる。
もちろんここに示した高分子はほんの１例であり、用い
る液晶などにより構造の最適化を図る必要がある。また
本実施例において、液晶と高分子液晶との相溶性が悪い
場合には液晶と高分子液晶の共溶媒を用いることもでき
る。その場合、共溶媒を混合した時点で液晶相を有し、
配向させた後に溶媒を留去し、液晶と高分子液晶を相分
離させる。〔実施例７〕本実施例は、実施例４において、高分子と
してビフェニルメタノールのメタクリル酸エステルおよ
びビフェニルのメタクリル酸エステルを用いた例を示
す。基板の配向処理及びパネル組立までは実施例４と同
じである。セル厚間に紫外線硬化型高分子モノマーとし
てビフェノールメタクリレートとビフェニルメタノール
のメタクリル酸エステルの１：１混合物と、液晶（液晶
混合物ＬＶ−Ｒ２にカイラル成分Ｓ−１０１１を１％混
合した物、ＬＶ−Ｒ２はロディック社製、Ｓ−１０１１
はメルク社製である）を１：９で１００℃にて混合した
ものを封入して徐冷し、液晶／モノマー混合物を配合さ
せ、紫外線にて重合したところ、液晶と高分子が相分離
し、ほとんど透明な素子を作製できた。交流電界（ｋＨ
ｚ）と透過率の関係を図８に示す。急峻性が格段に改善
されていることがわかる。次に時分割駆動波形を印加し
た。この時のコントラストは１／４デューティで３３：
１、１／８デューティで２７：１、１／１６デューティ
で４：１であった。従来は時分割駆動は１／３デューテ
ィが限界であったので格段に改善されている。

【００３８】液晶の含有量は高分子モノマーに対して５
０〜９８％が最適である。液晶含有量がこれより少ない
と電界に対して応答しなくなり、またこれより多いとコ
ントラストが取れなくなる。

【００３９】液晶中に混入させるカイラル成分はここに
示した物でなくとも用いることができるが、混合した場
合の液晶のピッチを決める旋回能が重要なのである。す
なわち、Ｓ−１０１１を混合したときの液晶のピッチ
は、Ｐ＝１／３４Ｃのように書き表せる。ここでＰはピ
ッチで単位はμｍ、Ｃは濃度で単位は％である。濃度は
０．１％〜５％程度であり、ピッチに直すと０．２９〜
０．００５９μｍである。他のカイラル成分を用いる場
合でも液晶のピッチがこの範囲内である必要がある。も
ちろんカイラル成分が多成分系でも何等問題ない。

【００４０】ビフェニルメタノールエステルの含有量が
増えるほどしきい特性における急峻性は良好となるが、
余り加えすぎると電界に対して光学応答しなくなる。そ
こで高分子中におけるビフェニルメタノールエステルの
許容含有量は用いる液晶の種類により大きく変化するが
液晶としてＬＶ−Ｒ２あるいはＲＤＰ８０６１６を用い
る際には高分子中における含有比率は８０％である必要
がある。

【００４１】ここで用いる高分子は液晶と混同した状態
で配向し、その状態で光重合できる高分子前駆体であれ
ば同様に用いることができる。ただし混合する際の１つ
の高分子前駆体はビフェニルメタノールのビニルエステ
ル誘導体である必要がある。液晶分子に似た骨格を有す
る高分子前駆体であればここに示した例と同様にコント
ラスト、透過率ともに優れた表示素子を作製することが
できる。

【００４２】〔実施例８〕本実施例は、実施例４におい
て高分子としてナフトールのメタクリル酸エステルを用
いた例を示す。セル厚の間隙に紫外線硬化型高分子モノ
マーとしてビフェノールアクリレートとナフトールのア
クリル酸エステルの１：１混合物と、液晶（液晶混合物
ＲＤＰ８０６１６にカイラル成分Ｓ−１０１１を１％混
合したもの、ＲＤＰ８０６１６はロディック社製、Ｓ−
１０１１はメルク社製である）を１：９で１００℃にて
混合したものを封入して徐冷し、液晶／モノマー混合物
を配向させ、紫外線にて重合したところ、液晶と高分子
が相分離し、ほとんど透明な素子を作製できた。

【００４３】次に素子の電気光学特性を測定した。ほと
んど実施例７に同じ電気光学特性となった。時分割駆動
特性についてもコントラストは１／４デューティで２
０：１、１／８デューティで１５：１、１／１６デュー
ティで４：１であった。液晶の含有量、液晶中に混入さ
せるカイラル成分については実施例７と同様のことが言
える。ナフトールエステルの含有量が増えるほどしきい
特性における急峻性は良好となるが、余り加えすぎると
電界に対して光学応答しなくなる。そこで高分子中にお
けるナフトールエステルの許容含有量は用いる液晶の種
類により大きく変化するが、液晶としてＬＶ−Ｒ２ある
いはＲＤＰ８０６１６を用いる際には高分子中における
含有比率は８０％以下である必要がある。ここで用いる
高分子は液晶と混合した状態で配向し、その状態で光重
合できる高分子前駆体であれば同様に用いることができ
る。ただし混合する際の１つの高分子前駆体はナフトー
ルのビニルエステル誘導体である必要がある。液晶分子
に似た骨格を有する高分子前駆体であればここに示した
例と同様にコントラスト、透過率ともに優れた表示素子
を作製することができる。

【００４４】〔実施例９〕本実施例では実施例４、実施
例５、実施例６において反射モードとした場合について
の例を示す。図１において基板８上に形成した電極７を
透明導電材料から金属材料にするだけで反射モードとす
ることができる。具体的にはアルミニウムを用いた。反
射モードとすることで実施例４と同じセル厚とした場
合、散乱時の透過率（反射率）を半減することができ
た。即ちコントラストが２倍となった。実施例４と同じ
コントラストを得るには半分のセル厚で良いため駆動電
圧を半分にできる利点がある。具体的には、セル厚５μ
ｍで駆動電圧５Ｖとすることができた。

【００４５】〔実施例１０〕本実施例では先に示した表
示素子と複合２端子素子としてＭＩＭ（メタル／インシ
ュレーター／メタル）素子を組み合わせた表示体につい
て示す。ＭＩＭ素子は金属／絶縁物／金属の層で構成さ
れるアクティブ素子である。図９に本実施例を示す表示
体の１部の断面図を示す。素子部の基本構成については
実施例４に同じである。素子部の作製法について説明す
る。実施例４と異なる点は基板８の替わりにＭＩＭ素子
基板を用いた点である。図９に示すように素子基板側の
画素電極９にアルミニュウムを用い、反射板を兼ねさせ
た。まず表面の平坦な基板８の表面に電極１１としてタ
ンタルを蒸着し、表面を酸化して絶縁層１０とした。こ
の上に画素電極９としてアルミニュウムを蒸着した。さ
らにこの上に配向膜６としてポリイミドを塗布し、焼成
し、配向処理した。この配向処理は配向膜とラビングを
組み合わせる方法の他、斜方蒸着法を用いることもでき
る。こうして作製した素子基板と対向基板を組み合わ
せ、セル厚７μｍに固定して周囲をモールドした。

【００４６】この間隙にエポキシ系樹脂としてＹＤＦ−
１７０（東都化成製）と硬化剤１２１（油化シェル製）
を用い、これと液晶（液晶混合物ＬＶ−Ｒ２にカイラル
成分Ｓ−１０１１を１％混合した物、ＬＶ−Ｒ２はロデ
ィック社製、Ｓ−１０１１はメルク社製である）を１：
９で１００℃にて混合したものを封入して徐冷し、液晶
／モノマー混合物を配向させ、室温にて１日放置したと
ころ、液晶と高分子が相分離し、ほとんど透明な素子を
作製できた。

【００４７】次に素子の駆動方法であるが、２つの電極
間に光散乱時で１０ｋＨｚ７Ｖなる交流電界を印加し
た。光透過時で０Ｖを印加した。この時、反射率７５％
が得られた。光散乱時では反射率１％が得られた。本実
施例では走査線数４００本、信号線数６４０本なる表示
体の試作を行ったが、全画面で均一な表示を得ることが
できた。このように、反射モードとすることにより、Ｍ
ＩＭ素子と組み合わせることが可能となり、大容量表示
体への応用が可能となった。

【００４８】ここで用いる配向膜はポリイミドに限ら
ず、ポリビニルアルコールなど、液晶を配向させる力の
あるものであれば何でも良い。また配向処理は片面の基
板のみでも効果はある。両面の基板表面を配向処理する
場合には互いの配向処理方向についてはカイラル成分の
含量と関係するのでその都度最適化する必要がある。

【００４９】ここで用いる液晶は屈折率異方性Δｎので
きるだけ大きいものがよい。また液晶の誘電異方性は正
のものを用いることができる。液晶分子の構造とモノマ
ーの構造が似ている物どおしを用いると透過状態での透
過率あるいは反射率を向上させることができる。液晶の
含有量は高分子モノマーに対して５０〜９８％が最適で
ある。液晶含有量がこれより少ないと電界に対して応答
しなくなり、またこれより多いとコントラストが取れな
くなる。液晶中に混入させるカイラル成分は実施例４に
示した条件で添加すれば良い。ここで用いる高分子は実
施例１ないし８に示した高分子でも良い。本実施例では
反射膜を素子基板側に設けたが、対向基板側の電極上に
反射層を形成するか、あるいは対向基板側の電極に反射
層を兼ねさせることもできる。

【００５０】〔実施例１１〕本実施例では先に示した表
示素子と３端子素子としてＴＦＴ素子を組み合わせた表
示体について示す。ＴＦＴ素子ドレイン／ゲート／ソー
スの層で構成されるアクティブ素子である。図１０は本
実施例を示す表示体の一部の断面図である。素子部の基
本構成は実施例４に同じである。素子部の作製方につい
て説明する。実施例４と異なる点は基板８の替わりにＴ
ＦＴ素子基板を用いた点である。図１０に示したように
素子基板側の画素電極９にアルミニュウムを用い、反射
板を兼ねさせた。まず表面の平坦な基板８の表面にゲー
ト電極１７を形成してその上にゲート絶縁層１６を設け
てさらに半導体層１５、ドレイン電極１４、ソース電極
１３、反射層を兼ねる画素電極９を形成して素子基板と
した。この素子基板の上に配向膜６を形成して配向処理
を施した。対向基板１については、電極２を形成してそ
の上に配向膜３を形成して配向処理を施した。この配向
処理は配向膜とラビングを組み合わせる方法の他、斜方
蒸着法を用いることもできる。次にこれらの２枚の基板
を配向処理方向がほぼ平行となるように組み合わせ、セ
ル厚７μｍとなるように固定して周囲をモールドした。

【００５１】この間隙にシアノビフェノール基を有する
側鎖型高分子液晶を用い、これと液晶（液晶混合物ＬＶ
−Ｒ２にカイラル成分Ｓ−１０１１を１％混合した物、
ＬＶ−Ｒ２はロディック社製、Ｓ−１０１１はメルク社
製である）を１２０℃にて混合したものを封入して徐冷
し、液晶／高分子液晶混合物を配向させ７０℃としたと
したところ、液晶と高分子液晶が相分離しているにも関
わらず透明な素子を作製できた。

【００５２】次に素子の駆動方法は、２つの電極間に光
散乱時で１０ｋＨｚ７Ｖなる交流電界を印加した。光
透過時で０Ｖを印加した。この時、反射率７５％が得ら
れた。光散乱時では反射率１％が得られた。本実施例で
は走査線数４００本、信号線数６４０本なる表示体の試
作を行ったが、全画面で均一な表示を得ることができ
た。このように、反射モードとすることにより、ＴＦＴ
素子と組み合わせることが可能となり、大容量表示体へ
の応用が可能となった。

【００５３】ここで用いる高分子材料配向膜、屈折率異
方性Δｎ、液晶の誘導異方性、液晶分子及び高分子の構
造と透過率あるいは反射率の関係、液晶の含有量カイラ
ル成分については実施例１０と同様のことが言える。

【００５４】実施例１０でＭＩＭ素子、本実施例でＴＦ
Ｔ素子への応用について反射モードでの実施例を示した
が、もちろん表示素子部の駆動電圧が低減されれば透過
モードでのＭＩＭ素子、ＴＦＴ素子への応用も実現でき
る。あるいは、ＭＩＭ素子、ＴＦＴ素子の耐圧が向上す
れば、そのまま透過モードでＭＩＭ素子、ＴＦＴ素子を
組み合わせることができる。又、実施例では２枚の基板
を用いたが、１枚の基板上に液晶／高分子層を形成する
こともできる。また配向膜は両側基板に形成する必要は
なく片側基板処理だけでも効果を発揮する。またセル厚
についてもここに示した値でなくとも良く、用途に合わ
せて決めれば良い。

【００５５】〔実施例１２〕本実施例は先に示した表示
素子と複合２端子素子としてＦＥＭＴ素子を組み合わせ
た場合について示す。ＦＥＭＴ素子は金属／強誘電体／
金属の層で構成され、強誘電体層を電極間に設けて駆動
するアクティブデバイスである。図１１に本実施例を示
す表示素子の断面図を示す。図において平坦な基板８の
表面に強誘電体層１９を形成してさらに電極１２と画素
電極９としてアルミニュウムを形成し素子基板とし、こ
の素子基板上に配向膜６を形成して配向処理を施した。
対向基板１については、電極２を形成して配向処理を施
した。対向基板１については、電極２を形成してその上
に配向膜３を形成して配向処理を施した。次にこれらの
２枚の基板を配向方向からほぼ平行となるように組み合
わせセル厚７μｍとなるように固定して周囲をモールド
した。

【００５６】この間隙に封入する物質及び封入の操作方
法は実施例１１と同じであり、同様に透明な素子ができ
た。本実施例においては電極１２、強誘電体層１９及び
画素電極９で形成された部分が液晶を駆動するアクティ
ブデバイス部分となり、強誘電体層が用いられているこ
とに特徴を有し、一般にＦＥＭＴ素子と呼ばれている。
強誘電体層１９は、ＴｉＢａＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＷＯ
₃などのベロブスカイト型の強誘電体の他にロッシェル
塩系強誘電体、ポリフッ化ビニリデン及びその共重合
体、ポリフッ化ビニリデンとテロラフルオロエチレンな
どとの共重合体、シアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共
重合体、ポリフッ化ビニリデンとトリフルオロエチレン
などとの共重合体などの高分子強誘電体等が用いられ
る。又、電極／強誘電体層／電極の三層の接続関係は図
１１のように平面基板８上に並列して形成されるものに
限られず強誘電体層１９の残留分極を利用したスイッチ
ング機能を発揮させる接続関係であればよい。例えば強
誘電層を導電性電極でサンドイッチ状の層構造としては
さんだものであってもよい。

【００５７】従来のアクティブ素子は画素電極間に保持
された液晶に、データ電圧を液晶の電荷量として保持し
ていた。ところが、液晶の電荷は薄膜トランジスターの
リーク電流などのために時間とともに減少していく。こ
れは、時間とともにデータ電圧が失われ、その結果、コ
ントラストが低下することを意味している。これを防止
するために、通常は液晶の比抵抗を１０¹²Ωｃｍ以上の
高抵抗に保ち、リーク電流を極力小さくする努力が払わ
れていた。しかし、通常のＰＤＬＣの比抵抗は１０⁹Ω
ｃｍ程度であり、アクティブ素子で駆動することは困難
であった。これに対し、本発明のＦＥＭＴ素子は強誘電
体に印加する電界と、その電界を切った後に強誘電体表
面に残留するメモリー性の表面電荷密度を利用する駆動
素子である。そのため、リーク電流に影響されず、また
ＰＤＬＣの比抵抗が若干低くても駆動が可能である。

【００５８】従来のＰＤＬＣに比べ本発明のＰＤＬＣは
比抵抗が一桁高い（約１０¹⁰Ωｃｍ）のでＦＥＭＴ素子
で駆動することが十分可能である。ＦＥＭＴ素子は、一
般的に強誘電体層がその圧電効果によって基板面から剥
離しやすいが、本実施例においては高分子４のマトリッ
クスによって駆動素子であるＦＥＭＴ素子を基板８上に
しっかり固着しているので剥離することがない。又、Ｐ
ＤＬＣは、セルギャップと透過率の関係において、ツイ
ストネマティック液晶（ＴＮ液晶）のように透過率がセ
ルギャップに対して極大値、極小値をとることなくセル
ギャップに対して透過率が単純に減少するので製造工程
におけるセル厚の要求精度は高くない。従って、ＴＮ液
晶の表示素子の製造時において要求されたセル厚精度約
０．１μｍに対しＰＤＬＣの表示素子についてはセル厚
精度は約１μｍでよい。本実施例は応答速度が速く、明
るい表示素子を提供することができた。

【００５９】〔実施例１３〕本実施例では、先に示した
表示素子と、複合２端子素子としてラテラル型ＭＩＭ素
子を組み合わせた表示体について示す。ラテラル型ＭＩ
Ｍ素子は、基本的には先に実施例１０に示した通常のＭ
ＩＭ素子と同じく金属／絶縁物／金属で構成されるアク
ティブ素子である。実施例１０と異なる点は、実施例１
０の通常のＭＩＭ素子は、基板に対して平行方向に金属
／絶縁物／金属の層を積み重ね素子を形成するのに対
し、本実施例では駆動素子として機能する絶縁層の形成
を特開昭５９−１３１９７４号に示すように基板にほぼ
垂直方向に金属／絶縁物／金属の層を重ねた。ラテラル
型ＭＩＭを採用することによって、素子自身の寄生容量
を大幅に小さくすることができるので、液晶に印加され
る直流電圧成分を大幅に小さくすることができ、表示画
質や信頼性が向上する。

【００６０】以下、素子部の作成法について説明する。
基板表面上にタンタル膜を蒸着、スパッタなどにより形
成し、フォトエッチング法によりタンタルを選択的にエ
ッチングしテーパー状にする。次に陽極酸化によりタン
タルを酸化し、画素電極を形成した。さらにこの上に配
向膜としてポリイミドを塗布、焼成し、配向処理した。
この配向処理は配向膜とラビングを組み合わせる方法の
他、斜方蒸着などを用いることもできる。こうして作成
した素子基板と対抗基板を組み合わせ、セル厚１０μｍ
に固定して周囲をモールドした。この隙間に高分子前駆
体として４−ビフェニルメタクリレートと液晶ＭＪ９０
６５７（メルク社製）を５：９５で混合したものを封入
し、３０度で紫外線を照射した。ほとんど透明の素子が
得られた。電極間に電圧を印加しない場合の光の透過率
は７９％であるが、１０ｋＨｚ、６０ｖの交流電界を印
加すると光は散乱し、表示素子は非透過となった。コン
トラスト比は２０：１以上であった。

【００６１】

【発明の効果】本発明は、高分子分散型液晶表示素子に
おいて高分子材料を改良することにより、しきい特性及
びコントラストを改善することができ、これにより大容
量時分割駆動が可能となった。

【００６２】又、本発明は、液晶／高分子を配向させて
相分離させ、さらにカイラル成分を添加することによ
り、電界無印加時に良好な透明状態、電圧印加時に良好
な散乱状態を実現することが可能となった。さらに同時
にしきい特性も良好となり、電圧を上下した際にみられ
る応答におけるヒステリシスも低減された。

【００６３】さらに本発明は、高分子分散型液晶素子あ
るいは液晶分散型高分子素子の単純マトリックス型表示
素子への応用の可能性を広げる基本的な技術であり、ま
た同時にＴＦＴ素子、ＭＩＭ素子、ＦＥＭＴ素子等のア
クティブマトリックス型表示素子との組み合わせによる
大容量表示を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の表示素子の断面を示す概念
図。

【図２】本発明の実施例の表示素子の断面を示す概念
図。

【図３】本発明の実施例の表示素子の断面図を示す概念
図。

【図４】本発明の実施例の表示素子の電気光学特性を示
す図。

【図５】本発明の実施例の表示素子の電気光学特性を示
す図。

【図６】本発明の実施例の表示素子の電気光学特性を示
す図。

【図７】本発明の実施例の表示素子の電気光学特性を示
す図。

【図８】本発明の実施例の表示素子の電気光学特性を示
す図。

【図９】本発明の実施例における表示体の断面図。

【図１０】本発明の実施例における表示体の断面図。

【図１１】本発明の実施例における表示体の断面図。

【図１２】従来の表示素子の断面を示す概念図。

【図１３】従来の表示素子の電気光学特性を示す図。

【符号の説明】

１、８基板２、７、１１、１２電極３、６配向膜４、２４高分子５、２５液晶９画素電極１０絶縁層１３ソース電極１４ドレイン電極１５半導体層１６ゲート絶縁層１７ゲート電極１９強誘電体層２０導電性フィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶と高分子を互いに分散させた表示素
子において、高分子化合物は側鎖にパラフェニルフェノ
キシ基を有する高分子である表示素子。
【請求項２】高分子はパラフェニルアクリル酸エステ
ル誘導体又はパラフェニルメタクリル酸エステル誘導体
である請求項１記載の表示素子。
【請求項３】液晶と高分子を互いに分散させた表示素
子において、該高分子の前駆体がビフェニルメタノール
のメタクリル酸エステル、アクリル酸エステル又はこれ
らの誘導体である表示素子。
【請求項４】液晶と高分子を互いに分散させた表示素
子において、該高分子の前駆体がナフトールのメタクリ
ル酸エステル、アクリル酸エステル又はこれらの誘導体
である表示素子。
【請求項５】高分子前駆体にビフェニルのメタクリル
酸エステル誘導体又はアクリル酸エステル誘導体が混合
されている請求項３又は４記載の表示素子。
【請求項６】液晶中にカイラル成分が混合されている
請求項３、４又は５記載の表示素子。
【請求項７】２枚の基板間に液晶と高分子を互いに分
散させた表示素子において、基板付近の液晶と高分子を
１方向に配向させた表示素子。
【請求項８】液晶中にカイラル成分が混合されている
請求項７記載の表示素子。
【請求項９】高分子の前駆体が紫外線硬化の特性を有
する請求項７記載の表示素子。
【請求項１０】高分子の前駆体が熱硬化の特性を有す
る請求項７記載の表示素子。
【請求項１１】高分子の前駆体が熱可塑の特性を有す
る請求項７記載の表示素子。
【請求項１２】高分子が高分子液晶である請求項７記
載の表示素子。
【請求項１３】液晶と、高分子又は高分子前駆体を相
溶させて液晶状態となし、基板付近においてそれらを一
方向に配向させた後高分子を硬化させて液晶と相分離さ
せる工程を含む請求項７記載の表示素子の製造方法。
【請求項１４】液晶と高分子が互いに分散され、基板
付近の液晶と高分子が１方向に配向された表示素子と、
それを駆動する２端子素子又は３端子素子を有する表示
体。
【請求項１５】２端子素子は金属／絶縁物／金属の層
で構成される請求項１４記載の表示体。
【請求項１６】２端子素子は金属／強誘導体／金属の
層で構成される請求項１４記載の表示体。
【請求項１７】３端子素子はドレイン／ゲート／ソー
スの層で構成される請求項１４記載の表示体。