JPH05232456A

JPH05232456A - 高分子分散形液晶表示素子とこれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JPH05232456A
Application number: JP3509992A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hiroshima; 實廣島; Masahiro Yanai; 雅弘箭内; Takashi Isoda; 高志磯田
Original assignee: Hitachi Device Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd; Japan Display Inc
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1993-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】高分子分散形液晶表示素子の駆動電圧を低減
する。【構成】高分子分散形液晶層３の液晶小滴粒３２の異
方性誘電率Δεを大きくし、また液晶小滴粒３２の平均
粒径φを大きくする。【効果】異方性誘電率Δε，平均粒径φを大きくする
ことで、駆動電圧を低減できる。また、液晶材料がゲス
トホスト型であるため、散乱特性に留意する必要なく、
上記異方性誘電率Δε，平均粒径φを液晶層の厚みによ
る制限内で自由に選ぶことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高分子分散形液晶を利
用した液晶表示素子に係り、駆動電圧を低減した高分子
分散形液晶素子とこれを用いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子材料の中に液晶小滴粒を分散させ
た高分子分散形液晶表示素子を用いた液晶表示装置が知
られている。この種の液晶表示素子は、高分子材料で液
晶を包んだ微細なカプセルからなる高分子分散形液晶薄
膜（通常、厚さ５〜２０μｍ程度）を透明電極で挟み、
電極間に電圧を加わえないとき（オフ状態）は光を散乱
して（ゲスト−ホストモードと呼ばれる２色性色素を用
いたときは光を吸収して）不透明であるが、適当な大き
さの電圧を印加すると（オン状態）透明になる特性をも
つ。

【０００３】この高分子分散形液晶表示素子の特性を利
用することにより、液晶表示装置を実現することができ
る。そして、この高分子分散形液晶表示素子は、従来か
らの液晶（ツイスト・ネマチック：ＴＮ、スーパーツイ
スト・ネマチック：ＳＴＮ）を用いた液晶表示素子と比
較して、偏光板が不要であるために視覚が広く明るい表
示を得ることができると共に、液晶分子を規則的に配列
させる必要がないために配向膜が不要であるなどの特長
を持つ。このような高分子分散形液晶表示素子とこれを
用いた液晶表示装置に関する技術は既に公知であり、例
えば米国特許明細書第４，４３５，０４７号に開示され
ている。

【０００４】図４は従来技術による反射形液晶表示装置
を説明する概略外観図であって、０９はこの基板上に形
成された表示用のパターン、０１０は液晶表示装置であ
る。同図に示した反射形液晶表示装置０１０は、表示情
報としての数字「８」を表示するためのパターン０９を
有した固定情報表示用の液晶表示装置である。図５は従
来技術による反射形液晶表示装置の構造例を説明するた
めの図４のＡ部分の断面模式図であって、０１は下基
板、０２は下電極、０３は液晶層、０４は上電極、０５
は上基板、０６は反射板である。

【０００５】同図において、下基板０１，上基板０５は
ガラスあるいはＰＥＴ，ＰＥＳあるいはポリカーボネー
ト等のプラスチック板からなる透明板で構成され、これ
ら下基板０１，上基板０５の表面にインジウム−チタン
−オキサイド（ＩＴＯ）薄膜等を被着した下電極０２，
上電極０４が形成されている。この下電極０２，上電極
０４の少なくとも一方は表示するパターン９に対応する
形状を有している。

【０００６】上記下基板０１と上基板０５との間に、高
分子材料で液晶を包んだ微細なカプセルからなる高分子
分散形液晶薄膜０３が挟まれている。高分子分散形液晶
表示素子は、前記したように偏光板が不要であるので明
るい特徴を有する。このため、バックライト等の照明を
用いずに、消費電力を小さくし、薄くできる、反射型素
子として実現するのが一般的であり、望ましい。

【０００７】本発明は、この高分子分散形液晶表示素子
に係るものであり、さらに詳細には、液晶の中に２色性
色素を導入したゲストホストモードの液晶表示素子の駆
動電圧の低減化を図って動作特性を向上させた液晶表示
装置に関するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】液晶材料として高分子
分散形液晶を用いた表示素子は前記した特長を有してい
るため、反射型の表示手段としての応用が極めて有効で
ある。この種の液晶表示素子は前記したように、光の散
乱と透過（色素を入れたゲストホストの場合は光の吸収
と透過）の二つの状態を利用してパターン表示を行なう
ものであるために、偏光板を用いるＴＮ形やＳＴＮ形の
液晶表示素子に比べて、明るい表示が得られるという画
質面での特長もあるため、反射形としてバックライトが
不要となり、薄形化，低電力化などを達成できる。

【０００９】しかし、液晶材料として上記の高分子分散
形液晶を用いた表示素子は、従来のＴＮ形やＳＴＮ形の
表示素子に比べて、表示動作を行なうために電極間に印
加する必要駆動電圧が高いという問題がある。例えば、
従来のＴＮ形やＳＴＮ形の液晶表示素子の場合、必要駆
動電圧は通常１〜３ボルト程度で足りる。これに対し
て、本発明に係るゲストホスト型の高分子分散形液晶
（Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰと呼ぶ）表示素子の場合、液晶層の
膜厚が５〜１５μｍのときの必要駆動電圧が２０〜８０
ボルトと高い。

【００１０】なお、本発明に係るゲストホスト型とは異
なる所謂，重合方式と呼ばれる他の方式の高分子分散形
液晶（ＰＤＬＣと呼ぶ）表示素子の場合、必要駆動電圧
が上記の約半分程度で済む場合もある。本発明の係わる
Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰ型の高分子分散形液晶表示素子は、上
記したように必要駆動電圧が高いために液晶表示素子を
駆動する周辺駆動回路として、ＴＮ型やＳＴＮ型の液晶
表示素子用の駆動回路を利用したくても、電圧不足で使
えない。そのため、Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰ型では駆動電圧の
高い特殊な駆動回路が必要となり、経済的に不利にな
る。そして、電圧が高くなると、信頼性の面でも不利に
なり、特に電池駆動の応用機器への適用が不利になり、
ＴＴＬレベル駆動もできない、などの多くの問題を持っ
ている。

【００１１】本発明の目的は、上記した従来技術におけ
る諸問題を解決することにあり、必要駆動電圧を低減
し、従来の駆動回路の使用が可能なＧ−Ｈ型ＮＣＡＰ方
式の高分子分散形液晶表示素子とこれを用いた液晶表示
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によるＧ−Ｈ型ＮＣＡＰ方式の高分子分散
形液晶表示素子では、Ｇ−Ｈ型（ゲストホスト型）液晶
の特性を利用して液晶の材料特性の適正化，液晶粒径
（高分子材料中に分散する液晶の小滴粒の径）の適正化
を図った点を特徴とする。

【００１３】Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰ方式の高分子分散形液晶
表示素子では、液晶層に散乱特性を持たせる必要が必須
条件でなくなるため、（ａ）液晶材料の特性の一つである異方性屈折率Δｎを
大きくする必要がないことから、液晶材料の異方性誘電
率Δεを大きくでき、自由電界エネルギーを大きくする
ことができる。（ｂ）高分子材料中に分散した液晶粒滴の粒径を大きく
することができる。という理由で設計の自由度が得られ、上記（ａ），
（ｂ）の設計自由度を利用して必要駆動電圧を低減した
点に特徴を有する。

【００１４】すなわち、本発明は、２色性色素を加えた
ゲストホスト型液晶材料の小滴粒を高分子材料中に分散
させてなる液晶層を備えた高分子分散形液晶素子におい
て、前記液晶の異方性誘電率をΔε，前記液晶の小滴粒
の平均粒径をφとしたとき、Δε，φの値が、Δε≧４
０，φ≧２．５μｍの少なくとも一方を満足する値に設
定したことを特徴とする。

【００１５】また、透明板の一表面に電極層を被着した
下基板および上基板と、前記下基板と上基板に被着した
電極層間に２色性色素を加えたゲストホスト型液晶材料
の小滴粒を高分子材料中に分散させた液晶層を間挿して
なる液晶表示装置において、前記液晶層が、その異方性
誘電率をΔε、前記小滴粒の平均粒径をφとしたとき、
Δε≧４０、φ≧２．５μｍの少なくとも一方を満足す
る値を有することを特徴とする。

【００１６】さらに、前記下基板の外側に光反射板を設
けたこと、あるいは前記上基板と下基板の外表面に透明
薄膜層を設けたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】前記（ａ）における液晶材料の自由電界エネル
ギーΔＥは、液晶層にかかる電界強度をＥとすると、液
晶材料の異方性誘電率Δεとの間に、ΔＥ∝Ｅ²・Δε
の関係がある。したがって、必要駆動電圧Ｖは、Ｖ∝Δ
Ｅ∝Ｅ∝√Δε分の１となり、Δεの平方根に反比例し
て駆動電圧Ｖを下げることができる。

【００１８】このように、液晶材料の異方性誘電率Δε
を大きくすれば、必要駆動電圧Ｖを低減できることは、
従来から理屈の上では分かっていた事柄であり新規な内
容でないが、液晶材料の異方性誘電率Δεを大きくする
と、これに対応して異方性屈折率Δｎが小さくなってし
まう関係にある。異方性屈折率Δｎが小さくなると光の
散乱特性が小さくなり、散乱特性を利用する場合の高分
子分散形液晶表示素子では、この散乱特性を利用した表
示を適用すると表示画質のコントラスト比が低下するた
めに、液晶材料の異方性誘電率Δεを大きくする手段に
制約があった。Ｇ−Ｈ型では、この制約がなくなり、液
晶材料の異方性誘電率Δεを可能な限り大きくすること
ができるようになる。

【００１９】また、前記（ｂ）に関して、高分子材料中
に分散した液晶小滴粒の平均粒径φは、必要駆動電圧Ｖ
との間に、Ｖ∝φ分の１の関係にあることが従来から実
験的に知られている。しかし、液晶小滴粒の平均粒径φ
は、散乱特性を利用する場合の高分子分散形液晶表示素
子では、上記平均粒径φの最適値（可視光の散乱特性を
最大にするために１〜２μｍ程度）にする必要があり、
これにも制約があった。Ｇ−Ｈ型では、この制約がなく
なり、液晶小滴粒の平均粒径φを可能な限り大きくする
ことが可能となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明によるゲストホスト型の高分子分散
形液晶表示素子（Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰ）の構成例を説明す
る断面模式図であって、１は透明板からなる下基板、２
は下基板に形成した下電極、３はＧ−Ｈ型ＮＣＡＰ層か
らなる液晶層、４は上電極、５は上電極を形成した透明
板からなる上基板、３１はＰＶＡ（ポリビニルアルコー
ル）等のバインダー、３２は液晶小滴粒である。

【００２１】下基板１と上基板５は、それぞれ液晶表示
素子を構成する透明基板で、ガラス板あるいはプラスチ
ックフィルムで形成される。透明電極薄膜からなる下電
極２と上電極４は各基板１，５の液晶層側面上に形成さ
れ表示電極パターン（透明薄膜電極パターン）を構成す
る。液晶層（Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰ層）３は下基板１と上基
板５とでサンドイッチ状に挟まれている。その層厚は５
〜１５μｍが通常である。

【００２２】上記液晶層（Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰ層）３は、
ＰＶＡなどで形成されるバインダー３１中に分散した多
数の液晶小滴粒３２で構成され、ゲストホスト型の場合
では、この液晶小滴粒３２は、その中に前もって棒状分
子からなる２色性色素３２０が加えられる。透明薄膜電
極パターンを構成する下電極２と上電極４の間に適当な
大きさの電圧を加えると、液晶小滴粒３２の棒状の液晶
分子が電界方向を向き、２色性色素３２０の棒状分子も
同じ方向を向き、光を透過させる透明状態になる（オン
状態）。上記電極間に電圧を加えない状態では、各液晶
小滴粒３２の軸の向き（＝液晶小滴中の液晶分子体の平
均的な方向）はランダムな状態にある。このオフ状態で
は、２色性色素３２０の分子方向もランダムとなり、２
色性色素３２０の色素で光が呼収される着色状態にある
（オフ状態）。

【００２３】色素を用いない（ゲストホスト型でない）
場合は、オン状態では上記と同様に透明状態となるが、
オフ状態では、屈折率の違いや液晶小滴粒のサイズ（粒
径）により、光が散乱されてスリガラス状になる。上記
の光の散乱を強くすれば、表示パターンのコントラスト
が高くなり、表示画質が良くなる。この散乱特性は、液
晶材料の屈折率異方性Δｎを大きくすることで（例え
ば、液晶小滴粒のサイズを１〜２μｍにする）強くでき
る。

【００２４】さて、駆動電圧を小さくするためには、液
晶材料の異方性誘電率Δεを大きく、液晶小滴粒３２の
平径粒径φを大きくすればよい。しかし、異方性誘電率
Δεを大きくすれば、屈折率異方性Δｎが小さくなり、
散乱特性が小さくなる。また、液晶小滴粒３２の平径粒
径φを大きくすれば、さらに散乱特性が小さくなる。す
なわちコントラストが低くなり、良好な画質の表示パタ
ーンが得られなくなる。

【００２５】これに対して、図１に用いられるゲストホ
スト型液晶の場合は、そのコントラストは散乱特性では
左右されず、２色性色素３２０の吸光度比（２色性色素
比）で決まる。したがって、屈折率異方性Δｎの値や平
径粒径φの大きさを自由に変えることによって、たとえ
散乱特性が大きくロスしても、２色性色素によるコント
ラストはほとんど変わらない。すなわち、ゲストホスト
型の場合、屈折率異方性Δｎの値や平径粒径φの大きさ
を、自由に選ぶことができる。

【００２６】本発明では、駆動電圧を実用レベルにまで
低減するために、図１において、屈折率異方性Δｎの大
きさを気にすることなしに、液晶材料の異方性誘電率Δ
εを可能な限り大きくし、また、液晶小滴粒の粒径（平
均の値：φ）も出来るだけ大きくしようとするものであ
る。各種実験の結果、Δε≧４０，φ≧２．５μｍが適
切であることが判明した。

【００２７】次に、図１に示した構成の液晶表示素子の
具体的な実施例を説明する。〔実施例１〕：液晶材料の異方性誘電率Δεの例液晶材料の異方性誘電率Δεを２０から５０に大きくし
た。屈折率異方性Δｎは、０．２５→０．１８と小さく
なる。散乱特性が悪くなり、ゲストホスト型でない場合
は、オフ時の透過率が２％→１０％になり、コントラス
トが大幅にロスした。ゲストホスト型の場合、オフ時の
透過率もほとんど変わらず、コントラストロスもない。
駆動電圧は、標準的な膜厚７μｍで、駆動電圧を２０Ｖ
→１０Ｖに大幅に低減した。〔実施例２〕：液晶小滴粒の平均粒径φの値を変えた例液晶小滴粒の平均粒径φ平均を１．５μｍから３．０μ
ｍに大きくした。散乱特性は悪くなり、ゲストホスト型
でない場合はオフ時の透過率が２％から５％になり、コ
ントラストが大幅にロスしたが、ゲストホスト型の場合
はオフ時の透過率もほとんど変わらず、コントラストロ
スもない。駆動電圧は、標準的な液晶層３の膜厚７μｍ
において、２０Ｖ→１０Ｖへと液晶小滴粒の平均粒径φ
に反比例して大幅に低減した。〔実施例３〕：液晶材料の異方性誘電率Δεと液晶小滴
粒の平均粒径φを組み合わせた例液晶材料の異方性誘電率Δεを２０→５０と大きくし、
かつφを１．５→３．０μｍにした。この結果、駆動電
圧が２０Ｖ→５Ｖに低下し、効果が組み合わさって表わ
れた。一方散乱特性は悪くなり、ゲストホスト型でない
場合、オフ時の透過率が２％→１５％に悪くなり、コン
トラストが大幅にロスした。しかし、ゲストホスト型の
場合、オフ時の透過率もほとんどが変わらず、コントラ
ストロスもない。上記各実施例に示した液晶表示素子を
用いて液晶表示装置を構成すれば、その液晶層が可撓性
のバインダー（高分子材料）であり、基板を可撓性のプ
ラスチックフィルム等で構成することにより、液晶表示
装置全体を平面以外の形状とすることが容易であるた
め、実装対象が曲面のものにも設置できる極めて有用な
表示装置を構成できる。

【００２８】図２は本発明によるゲストホスト型の高分
子分散形液晶表示装置の他の構成例を説明する断面模式
図であって、図１と同一符号は同一部分に対応し、６は
反射板である。なお、図中、下基板１および上基板５の
液晶層３に接する面にある下電極２と上電極４はインジ
ウム−チタン−オキサイド等の極く薄い透明薄膜からな
り、光の反射に実質的な影響を与えないので図示は省略
してある。

【００２９】同図に示したように、本構成例の高分子分
散形反射型液晶表示装置は、上基板５，液晶層３，下基
板１を積層し、下基板側に反射板６を設けた複数構成層
からなる。この反射板６を設けたことにより、明るさと
コントラストをさらに向上した表示を得ることができる
高分子分散形反射型液晶表示装置を構成できる。

【００３０】図３は本発明による高分子分散形反射型液
晶表示装置の他の実施例の構成を説明する断面模式図で
あって、前記図２に示した構成例と同一符号は同一部分
に対応し、７は下透明薄膜層、８は上透明薄膜層であ
る。同図の構成例によれば、液晶表示素子の構成層間お
よび空気層との界面における光反射によるロスを低減し
てさらに明るいかつコントラストの大きい表示を得るこ
とができる高分子分散形反射型液晶表示装置を構成でき
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、ゲ
ストホスト型の高分子分散形の液晶素子の場合、液晶材
料の異方性屈折率Δｎの値や液晶小滴粒の平均粒径φの
大きさが、自由に選べるようになり、異方性誘電率Δε
を大きくでき、上記液晶小滴粒の平均粒径φも大きくで
きるため、駆動電圧を小さくすることが可能になる。こ
れにより、駆動回路の構成が簡単になり、コストを低減
して信頼性も向上した高分子分散形液晶表示素子とこれ
を用いた優れた機能の液晶表示装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるゲストホスト型の高分子分散形液
晶表示素子（Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰ）の構成例を説明する断
面模式図である。

【図２】本発明によるゲストホスト型の高分子分散形液
晶表示装置の他の構成例を説明する断面模式図である。

【図３】本発明による高分子分散形反射型液晶表示装置
の他の実施例の構成を説明する断面模式図である。

【図４】従来技術による反射形液晶表示装置を説明する
概略外観図である。

【図５】従来技術による反射形液晶表示装置の構造例を
説明するための図４のＡ部分の断面模式図である。

【符号の説明】

１透明板からなる下基板２下基板に形成した下電極３Ｇ−Ｈ型ＮＣＡＰ層からなる液晶層４上基板に形成した上電極５透明板からなる上基板６反射板７下透明薄膜層８上透明薄膜層１０液晶表示素子３１バインダー３２液晶小滴粒３２０２色性色素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者磯田高志千葉県茂原市早野3681番地日立デバイスエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２色性色素を加えたゲストホスト型液晶材
料の小滴粒を高分子材料中に分散させてなる液晶層を備
えた高分子分散形液晶素子において、前記液晶の異方性誘電率をΔε，前記液晶小滴粒の平均
粒径をφとしたとき、前記Δε、φを、Δε≧４０、φ
≧２．５μｍの少なくとも一方を満足する値に設定した
ことを特徴とする高分子分散形液晶表示素子。
【請求項２】透明板の一表面に電極層を被着した下基板
および上基板と、前記下基板と上基板に被着した電極層
間に２色性色素を加えたゲストホスト型液晶材料の小滴
粒を高分子材料中に分散させた液晶層を間挿してなる液
晶表示装置において、前記液晶層の異方性誘電率Δεと前記小滴粒の平均粒径
φが、Δε≧４０，φ≧２．５μｍの少なくとも一方を
満足する値を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】請求項２において、前記下基板の外側に光
反射板を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】請求項２または３において、前記上基板と
下基板の外表面に透明薄膜層を設けたことを特徴とする
液晶表示装置。