JPH05273602A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電極付樹脂基板２の間に強誘電性高分子液晶
を含んだ液晶材１を挾持し、かつ上記基板２の外側に偏
光軸がほぼ平行となるように偏光板３を配設し、印加電
圧の極性を変えたときに透明状態と着色状態間の状態を
変化させる（スイッチングを行なう）液晶表示素子であ
って、上記液晶材１に、着色状態時の色と補色関係にあ
る二色性色素を０．５〜５重量％混合して、見かけ上の
表示色を黒色に近付けた構成としてある。 【効果】 光学補償板のリタデーション値を精密に制御
する必要のない低コストでありながら視認性，コントラ
スト比等に優れ、かつ大面積で薄型の液晶表示素子を実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強誘電性高分子液晶材を
含有する液晶表示素子、特に白黒表示を歩留りよく実現
する液晶表示素子に関し、例えば、ＯＡ機器や各種情報
表示装置の表示体等として利用できる液晶表示素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶材料として強誘電性液晶を用
い、これを高度に配向制御し、かつこの液晶材料を電極
が配設された二枚の基板に挾持してなる液晶光学素子
が、電界等の外部刺激に対して高速応答性、コントラス
ト比等に優れるなどの特性を有することなどから注目さ
れ、液晶表示素子、液晶記憶素子等として盛んに研究さ
れるようになってきた。ところで、強誘電性液晶を用い
た複屈折型の素子において、白黒表示を実現するには、
偏光板の偏光軸を直交させ、液晶層の厚みを１．５μｍ
程度以下の非常に薄い状態にする必要がある。しかし、
単に液晶層の厚みを薄くすると、一方で製造上の歩留り
が著しく低下したり、また白黒表示を実現しても光の利
用効率が低くなりバックライト等を必要とするという問
題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の事情に
かんがみ、強誘電性液晶セルと隣接した光学補償板を設
けることによって液晶素子のコントラスト比を改善する
方法が特開昭６２−１４８９２５号において提案されて
いる。しかしながら、この特開昭６２−１４８９２５号
に記載の液晶表示素子においては、光学補償板のリタデ
ーション値を精密に制御する必要があるため、液晶素子
全体のコストが上昇するという問題があった。また、特
開昭６２−１４８９２５号に開示されている強誘電性液
晶の液晶材は、当時の技術水準からすると強誘電性低分
子材料（低分子液晶）を用いているものと推定される。
しかし、低分子液晶の場合、基板として樹脂基板を用い
て大面積化を図ると厚みにむらが生じて、表示が不均一
になるという問題があり、また、基板として大きなガラ
ス基板を用いるとラビング配向処理が不均一になるとと
もに、基板の貼合せ時に基板が割れる等の問題があっ
た。すなわち、低分子液晶を用いている特開昭６２−１
４８９２５号に記載の液晶表示素子では、コストが低く
コントラスト比の良好な大面積かつ薄型の液晶表示素子
を実現することはできなかった。

【０００４】本発明は上記の問題点にかんがみてなされ
たものであり、光学補償板を用いる必要のない、したが
って光学補償板のリタデーション値を精密に制御する必
要のない低コストでありながら視認性，コントラスト比
等に優れ、かつ大面積で薄型の液晶表示素子の提供を目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の液晶表示素子は、電極付樹脂基板の間に強誘電
性高分子液晶を含んだ液晶材を挾持し、かつ上記基板の
外側に偏光軸がほぼ平行となるように偏光板を配設し、
印加電圧の極性を変えたときに透明状態と着色状態間の
状態を変化させる（スイッチングを行なう）液晶表示素
子であって、上記液晶材に、着色状態時の色と補色関係
にある二色性色素を０．５〜５重量％混合して、見かけ
上の表示色を黒色に近付けた構成としてある。この発明
の具体例を図１に示す複屈折型液晶表示素子によって説
明すると次のようになる。すなわち、液晶材１は、電極
３を取付けた樹脂基板２によって挾持されている。ま
た、樹脂基板２の外側には偏光板４が配設してあり、こ
の偏光板４は偏光軸がほぼ平行となっている。

【０００６】本発明の液晶表示素子における液晶材１と
しては、強誘電性高分子を含んだものを用いる。ここ
で、強誘電性高分子を含んだ液晶としては、例えば、一
種又は二種以上の強誘電性高分子液晶、一種又は二種以
上の強誘電性低分子液晶と一種又は二種以上の強誘電性
高分子液晶からなる強誘電性高分子液晶、一種又は二種
以上の強誘電性低分子液晶と一種又は二種以上の他の高
分子液晶等からなる強誘電性高分子液晶などを挙げるこ
とができる。すなわち、前記強誘電性高分子液晶として
は、ポリマー分子自体が強誘電性の液晶特性を示す強誘
電性高分子液晶（ホモポリマーまたはコポリマーまたは
それらの混合物）、強誘電性高分子液晶と他の高分子液
晶及び／又は通常のポリマーとの混合物、強誘電性高分
子液晶と強誘電性低分子液晶との混合物、強誘電性高分
子液晶と強誘電性低分子液晶と高分子液晶及び／又は通
常のポリマーとの混合物、あるいは、これらと通常の低
分子液晶との混合物などの、すべての強誘電性を示す高
分子液晶を使用することができる。

【０００７】前記強誘電性高分子液晶の中でも、例え
ば、カイラルスメクチックＣ相をとる側鎖型強誘電性高
分子液晶が好適に使用される。また、強誘電性液晶組成
物には、必要に応じて、接着剤，減粘剤，非液晶カイラ
ル化合物，色素等が含まれる。液晶層の厚さは、特に制
限されないが１〜１０μｍとすることが好ましく、特
に、１．５〜３μｍとすることが好ましい。強誘電性液
晶ポリマーには、例えば、アクリレイト主鎖系液晶ポリ
マー、メタクリレイト主鎖系液晶ポリマー、クロロアク
リレイト主鎖系液晶ポリマー、オキシラン主鎖系液晶ポ
リマー、シロキサン主鎖系液晶ポリマー、シロキサン−
オレフィン主鎖系液晶ポリマー、エステル主鎖系液晶ポ
リマーなどが含まれる。

【０００８】

【化１】

【０００９】

【化２】

【００１０】

【化３】

【００１１】

【化４】

【００１２】なお、上記の強誘電性液晶ポリマーの繰り
返し単位は、側鎖の骨格がビフェニル骨格、フェニルベ
ンゾエイト骨格、ビフェニルベンゾエイト骨格、フェニ
ル４−フェニルベンゾエイト骨格で置き換えられてもよ
く、これらの骨格中のベンゼン環が、ピリミジン環、ピ
リジン環、ピリダジン環、ピラジン環、テトラジン環、
シクロヘキサン環、ジオキサン環、ジオキサボリナン環
で置き換えられてもよく、フッ素、塩素などのハロゲン
基あるいはシアノ基で置換されてもよく、１−メチルア
ルキル基、２−フルオロアルキル基、２−クロロアルキ
ル基、２−クロロ−３−メチルアルキル基、２−トリフ
ルオロメチルアルキル基、１−アルコキシカルボニルエ
チル基、２−アルコキシ−１−メチルエチル基、２−ア
ルコキシプロピル基、２−クロロ−１−メチルアルキル
基、２−アルコキシカルボニル−１−トリフルオロメチ
ルプロピル基などの光学活性基で置き換えられてもよ
く、またスペーサの長さは、メチレン鎖長が２〜３０の
範囲で変化してもよい。また、上記強誘電性液晶ポリマ
ーは数平均分子量が１，０００〜２００，０００のもの
が好ましい。強誘電性低分子液晶化合物としては、例え
ばシッフ塩基系強誘電性低分子液晶化合物、アゾ及びア
ゾキシ系強誘電性低分子液晶化合物、ビフェニル及びア
ロマティックスエステル系強誘電性低分子液晶化合物、
ハロゲン、シアノ基等の環置換基を導入した強誘電性低
分子液晶化合物、複素環を有する強誘電性低分子液晶化
合物などが挙げられる。

【００１３】

【化５】

【００１４】

【化６】

【００１５】

【化７】

【００１６】

【化８】

【００１７】なお、前記化合物は、強誘電性低分子液晶
化合物の代表的な化合物であり、上記の強誘電性低分子
液晶化合物はなんら、これらの構造式に限定されるもの
ではない。上記強誘電性液晶材料は、キャスト−延伸法
等で延伸製膜、又は、後述のロールコート等で塗布製膜
され、配向処理されたものであることが好ましい。粘着
剤１０としては、例えば、エポキシ系のものが用いられ
る。

【００１８】一般に低分子液晶化合物の分率を大きくす
ることで液晶組成物の電界応答性を向上させることがで
きるが、液晶組成物の製膜性や液晶表示素子とした場合
の機械的強度が低下する場合がある。このような場合に
は、非液晶高分子物質を２〜３０重量％含有する液晶組
成物とすることも好ましい。非液晶高分子物質として
は、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ
アクリレート、ポリメタクリレート、ポリアクリルアミ
ド、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポ
リカーボネート、ジカルボン酸誘導体とジオール誘導体
との縮合反応によって得られるポリエステル、ジカルボ
ン酸誘導体とジアミン誘導体との縮合反応によって得ら
れるポリアミド及びジカルボン酸誘導体とモノアルコー
ル、モノアミン誘導体との縮合反応によって得られるポ
リアミド等が挙げられる。特に、ＰＭＭＡ（ポリメチル
メタクリレート）、ＰＢＭＡ（ポリブチルメタクリレー
ト）などのアクリル系熱可塑性樹脂が好ましい。

【００１９】上述のように、強誘電性高分子を含んだ液
晶材を用いると、応答性に優れ、しかも成膜性を有して
配向性も良好なことから、樹脂基板と組み合わせること
によって製造工程の簡略化を図れる。

【００２０】強誘電性高分子を含んだ液晶材１からなる
液晶表示素子においては、液晶素子の層厚を２μｍ程度
にすると色は紫色になる。したがって、この補色である
黄色系の二色性色素を液晶に混合することで着色時の色
をより黒に近づけて視認性、コントラスト比を改善する
ことができる。このときの色素の混合量は、液晶に対し
て０．５〜５重量％とする。色素がこれより少なすぎる
と色の改善が十分でなく、逆に多すぎると透明（白）状
態でも余計な着色が生じてしまうことがあり、さらには
液晶の応答時間が増大することがある。本発明で用いる
色素としては、例えば、次のような公知の色素を用いる
ことができるが、これに限定されるものではない。

【００２１】

【化９】

【００２２】強誘電性高分子を含んだ液晶材１を挾持す
る基板２としては、液晶表示素子に通常用いるものを好
適に使用することができる。例えば、一軸又は二軸延伸
ポリエチレンテレフタレートなどの結晶性ポリマー、ポ
リスルホン、ポリエーテルスルホンなどの非結晶性ポリ
マー、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィ
ン、ポリカーボネート、ナイロン等のポリアミドなどを
挙げることができる。このような可撓性基板を用いるこ
とで、液晶表示素子の表示面を曲面状とすることが可能
であり、高速かつ大面積、曲面表示が可能な液晶表示素
子を得ることができる。また、電源オフ後も表示が消え
ない液晶表示素子を得ることができる。

【００２３】基板２に形成されている電極３としては、
液晶表示素子に通常用いられるものを好適に使用するこ
とができ、透明又は半透明のものが好ましい。例えば、
ＮＥＳＡ膜やＩＴＯ膜からなるものが挙げられる。電極
パターンとしては、必要とする表示内容に応じてドット
マトリクス表示用のストライプ状としたり、セグメント
表示用のパターンとしたり、これらを混在させてもよ
い。

【００２４】上記の液晶組成物の電極付基板による挾持
方法としては、特に制限なく公知の方法を適用すること
ができる。特に、可撓性基板を用いるので、電極付基板
への液晶組成物の塗布、対向基板へのラミネートを連続
して行う方法が生産性に優れて好ましい。また、液晶表
示素子はその液晶組成物のスメクチック層法線が液晶表
示素子の縦方向となるように水平配向処理されているこ
とが好ましい。このようにすることにより、横方向の視
野角が向上する。配向処理方法としては、特に制限はな
いが、連続、高速生産性に優れた曲げ配向法（特開平２
−１０３２２号公報記載）等の力学的配向法を用いる
と、ラビング膜などの配向制御膜を不要とすることがで
きて好ましい。

【００２５】基板２の外側には、偏光軸がほぼ平行とな
るように偏光板４が配設してある。この偏光板４として
は、液に一般的に用いられている、例えばポリビニール
アルコール（ＰＵＡ）のヨウ素系又は染料系からなるも
のを用いる。ここで、偏光軸をほぼ平行となるようにす
るのは、光りの利用効率を高めて視認性をよくするため
である。

【００２６】上述の構成からなる液晶表示素子は、印加
電圧の極性（符号）を変えたときに、透明（白色）状態
と見かけ上の表示色が黒色に近付いた状態との間で状態
変化（スイッチング）する。すなわち、液晶の分子の平
均的方向は、図２に示すように、素子面内において印加
電圧の極性変化による電界の向きに応じて状態Ａまたは
状態Ｂとなる。状態Ａでは両偏光板４の偏光軸とほぼ平
行であるので表示状態は透明（白）となる。一方、状態
Ｂでは、偏光板４を通った直線偏光が液晶材（層）１を
通過することで楕円偏光となり、偏光板４を通るときに
複屈折効果で着色する。この着色の程度はコーン角２θ
に依存し、２θ＝４５°のときに最大となる。また、そ
の色は液晶の複屈折率△ｎと液晶層厚ｄとの積△ｎ・ｄ
（リタデーション値）に依存して変化する。状態Ｂのと
きに、着色状態が黒色に近い表示色となるのは、上述の
ように液晶材に０．５〜５重量％の色素を混合したこと
による。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例にもとづいて説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。実施例１

【００２８】

【化１０】

【００２９】上記高誘電性高分子液晶を２０重量％トル
エン溶液としてＩＴＯ電極付ＰＥＳ（ポリエーテルスル
ホン）基板の電極面にグラビアコーターを用いて塗布製
膜した。次いで、何も塗布しない同種の基板と電極面が
内側になるようにラミネートした。次いで、図３に示す
ような二本の加熱ロール１０による配向装置を通して一
軸水平配向処理を行なった。ここで、ロール１０はクロ
ムメッキを施した鉄製であり、直径１００ｍｍ、長さ４
５０ｍｍのものである。各ロールはＴ1 ＝９０℃，Ｔ2
＝６０℃に加熱し、ライン速度ｖ＝８ｍ／ｍｉｎで連続
的に配向処理を行なった。この処理ののち１５０ｍｍ×
３００ｍｍ分だけを切り出して偏光軸を平行に配置した
偏光板間に挟み、室温で電極間に±１０Ｖの電圧を印加
してコントラスト比が最大となるように方向を決定し
た。このときの液晶層の厚みは約３μｍであり、表示色
は白と青のスイッチングを示した。コントラスト比は１
１であった。

【００３０】

【化１１】

【００３１】次に、上記の青と補色に近い黄色の色素
を、上記強誘電性高分子液晶（化１０）と重量比９７：
３で混合してまったく同様の方法で素子を作製した。同
様に最大コントラスト比が得られるように平行な偏光板
を配置したところ±１０Ｖの印加で表示色は透明と濃い
茶色の表示となり視認性が著しく向上した。このときの
コントラスト比を測定したところ１８であり着色状態を
黒に近付けることでコントラスト比をも改善できること
が明らかになった。

【００３２】実施例２ 実施例１と同様の方法で、製膜時の溶液濃度のみを３０
重量％にして素子を作製した。液晶層の厚みは約５μｍ
になった。色素を混合したない場合のコントラスト比は
４であり、その表示色は透明と淡いピンク色であった。

【００３３】

【化１２】

【００３４】次に、上記の緑青色の色素を上記強誘電性
高分子液晶（化１０）と重量比９６：４で混合し溶液濃
度３０重量％で素子を作製したところ、コントラスト比
は１４に向上し、表示色は透明と黒に近い表示が得られ
た。このように比較的厚い素子においても白黒表示に近
づけてコントラスト比を改善することが可能であった。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光学補償
板を用いることなく、視認性，コントラスト比に優れた
大面積かつ薄型の液晶表示素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一具体例液晶表示素子の一部断面図を
示す。

【図２】液晶表示素子の透明状態と着色状態を説明する
ための図を示す。

【図３】配向装置の簡略側面図を示す。

【符号の説明】

１…液晶材（層） ２…基板 ３…電極 ４…偏光板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極付樹脂基板の間に強誘電性高分子液
   晶を含んだ液晶材を挾持し、かつ上記基板の外側に偏光
   軸がほぼ平行となるように偏光板を配設し、印加電圧の
   極性を変えたときに透明状態と着色状態間の状態を変化
   させる（スイッチングを行なう）液晶表示素子であっ
   て、上記液晶材に、着色状態時の色と補色関係にある二
   色性色素を０．５〜５重量％混合して、見かけ上の表示
   色を黒色に近付けたことを特徴とする液晶表示素子。