JPH0627434A

JPH0627434A - 液晶表示装置とその駆動方法

Info

Publication number: JPH0627434A
Application number: JP20301792A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Takiguchi; 康之滝口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】高分子分散型液晶表示装置にみられる上記欠
点を改良し、大容量表示が可能で、メモリー性を有する
高分子分散型の液晶表示装置およびその駆動方法の提
供。【構成】（ａ）液晶と該液晶を微細領域に分割する支
持体よりなりかつ印加電圧によりその光透過率が非可逆
的に変化する液晶分散層、（ｂ）内面に電極を有しかつ
前記液晶分散層を挾持している一対の基板、（ｃ）該液
晶分散層を加熱する手段および（ｄ）前記電極間に電圧
を印加する手段とを有することを特徴とする液晶表示装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は液晶表示装置、特にポリマー等に
よる３次元微細構造と液晶とから形成される液晶分散膜
を有する高分子分散型の液晶表示装置とその駆動方法に
関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示装置における表示方式の一つに、
樹脂等の支持体により液晶を液滴状に分散させたり、液
晶中に樹脂の網目構造を形成した液晶分散膜を電極付基
板で挟持したいわゆる高分子分散型の液晶表示素子があ
る。この方式では、一般に電圧を印加していない状態で
は、支持体によって液晶の配向が乱された状態にあり、
微少な屈折率のゆらぎのために光を散乱する。本素子に
電圧を印加すると、液晶が正の誘電異方性を有する場合
には液晶分子は電界方向に配列し、屈折率のゆらぎが低
減するために透明状態となる。液晶に二色性色素を添加
した場合には、電圧無印加状態では色素の配列はほぼラ
ンダムであり光を吸収するのに対し、電圧を印加すると
色素は基板に垂直に配向し透明状態となる。いずれの場
合にも、本表示方式はツイステッドネマテイックモード
のような偏光板を必要としないため、偏光板による光の
損失（吸収）を伴わず、より明るい表示が可能となると
いう特徴を有している。このような、分散構造を形成さ
せる方法としていくつかの方法が報告されている。例え
ば、ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマーの水溶液
と液晶との乳化液を塗布乾燥させる方法（エマルジョン
法：特表昭５８−５０１６３１号）、可溶性ポリマーと
液晶を溶媒に溶解させて均一溶液を調製し、該溶液を塗
布乾燥させ乾燥時にポリマーと液晶を相分離させる方法
（溶媒蒸発法：梶山・信学技報ＥＩＤ８９〜１０３、１
９８９）、アクリルモノマー等の光重合性物質と液晶と
光重合開始剤とを上下基板間の空隙に封入し、紫外線を
照射して光重合性物質を重合させ、相分離させる方法
（光重合法：特開平１−１９８７２５号）、熱重合性物
質−例えば、エポキシ化合物とその硬化剤−と液晶の混
合物を上下基板間に封入後、加熱により重合させ、相分
離させる方法（熱重合法：特表昭６１−５０２１２８
号）などである。従来、このような高分子分散型の液晶
表示装置を動作させる方法としては、高分子分散膜への
電圧印加による透過率変化を利用するものが知られてい
るのみであった。しかし、この方法では一般にメモリー
性がないために長期間同じ表示を行うためには常に電圧
を印加しつづける必要があった。また、高分子分散型の
液晶表示装置では電圧−透過率特性に明確な閾値特性が
なく、また同特性の急峻性も悪いため時分割駆動を行う
ことは困難で、そのため表示容量の小さい用途に限定さ
れてしまうという問題をも有していた。

【０００３】

【目的】本発明は以上の従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、高分子分散型液晶表示装
置にみられる上記欠点を改良し、大容量表示が可能で、
メモリー性を有する高分子分散型の液晶表示装置および
その駆動方法を提供することにある。

【０００４】

【構成】本発明の第一は、（ａ）液晶と該液晶を微細領
域に分割する支持体よりなりかつ印加電圧によりその光
透過率が非可逆的に変化する液晶分散層、（ｂ）内面に
電極を有しかつ前記液晶分散層を挾持している一対の基
板、（ｃ）該液晶分散層を加熱する手段および（ｄ）前
記電極間に電圧を印加する手段とを有することを特徴と
する液晶表示装置に関する。前記液晶分散層を加熱する
手段としては、レーザー光照射や加熱用電極であること
ができる。また、複数の前記加熱用電極と電圧印加用電
極をマトリックス状に配置して使用すると大容量化にと
って極めて好都合である。

【０００５】本発明の第二は、請求項１記載の液晶表示
装置の駆動方法において、液晶が液晶相を保つ温度領域
にある液晶分散層の光透過率が非可逆的に変化する最低
電圧以上の電圧（Ｖｍ）を予め印加して液晶分散層を透
過可能状態とすることにより液晶のメモリーを消去し、
該電圧よりも低い電圧を印加するかまたは電圧を印加し
ない状態で液晶分散層の選択個所のみを液晶の液晶相か
ら等方相への転位温度以上に加熱し等方相とし再び冷却
して液晶相に戻し、液晶分散層の選択個所の透過率を変
化させることにより画像情報を書き込むことを特徴とす
る液晶表示装置の駆動方法に関する。

【０００６】本発明の第三は、請求項１記載の液晶表示
装置の駆動方法において、液晶が液晶相を保つ温度領域
にある液晶分散層を液晶の液晶相から等方相への転位温
度以上に加熱することにより液晶のメモリー状態を消去
し、該液晶分散層中の液晶を等方相から液晶相への転位
温度以下に冷却した後、液晶分散層の選択個所に画像信
号電圧を印加して透過率を変化させることにより画像情
報を書き込むことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法
に関する。

【０００７】本発明の第四は、請求項４記載の液晶表示
装置の駆動方法において、加熱用電極への通電を順次走
査しながら冷却過程の液晶分散層の透過率変化を非可逆
とする最低電圧以上で、冷却後の液晶分散層には透過率
の非可逆変化を引きおこさない電圧を画像信号電圧とし
て電圧印加用電極に印加する請求項６記載の液晶表示装
置の駆動方法に関する。

【０００８】液晶分散層としては誘電異方性が正のネマ
ティック液晶を樹脂製支持体マトリクス中に分散させた
ものが好ましい。また、液晶中に２色性色素を添加して
ゲストホストモードとすることもできる。分散膜の作製
方法は特に限定されないが、該分散層としては下記の特
性が要求される。高分子分散型の液晶表示装置に電圧を
印加した電圧透過率特性の挙動は、大きく分けて２つの
タイプに分けられる。その第１のタイプは、図６に示す
ように電圧に対して可逆的な透過率変化を示すもの（以
後タイプＡと略す）であり、比較的孔径の大きな（１μ
ｍ）ドロップレット構造を有する高分子分散膜を有する
液晶表示素子に多く観察される。第２のタイプは、図７
に示すように透過率変化が非可逆な特性を示すものであ
る（以後タイプＢと略す）。この場合、一旦、ある電圧
（Ｖｍ）以上の電圧が印加されると、電圧無印加時の透
過率は図中（ａ）から（ｂ）で例示されるような高透過
率状態へと変化する。この状態は液晶分散層を液晶が等
方相となる温度まで加熱することにより再度初期の低透
過率に戻すことができる。このような特性を有する分散
膜としては、キャスト法や光重合法において、特定の条
件で作製されるポリマーが微小な球状組織の結合体とし
て存在するいわゆるポリマーボール構造が代表的であ
る。本発明の液晶表示装置には後者のタイプＢの特性を
示す高分子分散型の液晶表示素子の特性を利用するもの
であり、電圧印加によるメモリー現象と熱処理による散
乱組織の復活を利用するものである。

【０００９】本発明に用いる支持体としては高分子化合
物が一般的であり、例えば、シアノエチルセルロース、
シアノエチルヒドロキシセルロース、シアノエチルスタ
ーチ、シアノエチルプルラン、シアノエチルグリセロー
ルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、２−
シアノエチルアクリレート、４−シアノブチルアクリレ
ート、シアノメチルアクリレート、２−シアノエチルメ
タクリレート、４−シアノブチルメタクリレート、シア
ノメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、シア
ン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルピロ
リドン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ナイロン１１、
ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスルフォン、ポリエ
ーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリアリレー
ト、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリスチレン、シリンコーン樹脂、ポリカーボネ
ート、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、などを例示する
ことができる。これらは従来公知の方法によって液晶分
散層を形成させる。液晶組成物としては、誘電異方性が
正のネマテック液晶を特に好適に用いる。支持媒質と液
晶組成物の割合は、液晶の含有量として４０％から９０
％の範囲が好ましい。この範囲外であるとコントラスト
が低下したり、駆動電圧が上昇したりするため好ましく
ない。液晶と支持体により形成される液晶分散層の厚さ
は、駆動電圧とコントラストの点から３から５０μｍの
範囲が好ましく、４から２０μｍの範囲がより好まし
い。厚すぎる場合には駆動電圧が上昇するため好ましく
なく、薄すぎる場合にはコントラストが低下する。

【００１０】本発明の液晶表示装置を構成例を用いてさ
らに詳細に説明する。図１は本発明になる液晶表示装置
の一実施例の断面図である。酸化インジウム等の電極１
２，２２を有する一対の基板１１，２１が離間対向して
配置され、基板間の微小空隙に高分子等の支持体３２に
より形成された空隙に液晶３１が保持された液晶分散膜
３０が形成されている。本発明の液晶表示装置は、この
液晶セルと、該液晶セル中の液晶分散層を加熱する手段
とから構成され、高分子分散型液晶の電気熱光学効果を
用いて表示を行うものである。図２は本発明の液晶表示
システムの概略の構成例を示したものである。図１に示
した液晶セル１とともにＹＡＧレーザーや半導体レーザ
ー等の光照射手段４１が具備されており、光照射により
液晶分散層を加熱できるようになっている。４２は光走
査系であり、４３はレンズ系である。４４は光スイッチ
であり、４５は液晶に電圧を印加するための駆動回路で
ある。液晶表示装置の内面には照射光を有効に吸収でき
るよう光吸収層を設けるか、液晶分散層に色素等の光吸
収剤を添加すると、照射エネルギーをより小さくするこ
とができる。

【００１１】図３は本発明の光書き込み型液晶表示装置
を反射型として用いた場合の構成例の模式図である。こ
の例では下部電極１２としてアルミニウムなどの金属膜
を用いることができる。１３は干渉膜や色素膜、酸化ク
ローム膜、ＣｄＴｅ膜などから選ばれる光吸収層であ
る。

【００１２】図４は本発明になる液晶表示装置の別の構
成を示したものである。なお、本図では基板間の液晶分
散層は省略してある。基本的な構成は図１と類似してい
るが、上下基板の電極がそれぞれ分割され、マトリクス
を形成している。上基板側の電極（Ｙ₁〜Ｙ₃）はＳｎＯ
₂，Ｉｎ₂Ｏ₃などの透明導電膜により構成される。下部
電極（Ｘ₁〜Ｘ₃）は同様の透明導電膜またはＡｌやＡｌ
−Ｓｉなどの抵抗性の金属電極であり、金属電極の場合
には反射膜をかねている。ここでＹ電極はＸ電極との間
に電圧を印加することにより液晶分散膜に電圧を印加す
るための電極であり、Ｘ電極はこれに通電することによ
りジュール熱を発生させ、液晶分散層を加熱するための
電極であるとともに、液晶に電圧を印加するための対向
電極をかねている。

【００１３】図５は本システムのブロック図を示したも
のであり、液晶表示装置１の電極Ｘ₁〜Ｘｎは加熱電極
用駆動回路５１に、電極Ｙ₁〜Ｙｎは電圧印加用駆動回
路５２に接続されている。５３は両駆動回路の制御部で
ある。

【００１４】次に、本発明の液晶表示装置の動作につい
て説明する。駆動は下記の方法により行うことができ
る。駆動方法１消去：液晶が液晶相を呈する温度で液晶分散層にＶｍ以
上の電圧を印加して透明状態とする。書き込み：選択部のみの液晶分散層を加熱手段により部
分的に液晶が等方相となる転移温度まで加熱したのち、
電圧を無印加の状態またはＶｍ以下の電圧を印加した状
態で該転移温度以下に冷却する。これを図示したのが図８である。最初、低透過率（一点
鎖線）または高透過率（点線）であった画素に消去電圧
を印加して透明状態とし、ついでレーザー光等によって
画素を加熱して書き込む（実線）。すると液晶は等方相
となり自然に冷却してネマテック相となるときに散乱組
織を形成して低透過率状態となる。加熱されなかった画
素は点線で示すように高透過率状態を保持する。本方法
は特に光書き込み型の表示装置に特に好適に用いられ
る。この場合、選択点は散乱状態（ゲストホストモード
の場合は着色状態）、非選択点は透明状態となる。

【００１５】次に本発明の別の駆動方法について説明す
る。本発明で用いる高分子分散型の液晶表示装置の電圧
−透過率特性は大きく温度に依存し、温度上昇と共に低
電圧側にシフトし、同じネマティック相であっても等方
性液体への転移点近傍の温度Ｔ₁と、室温Ｔ₂では図９の
ように大きく異なる。これに伴い、メモリー性を示す最
低電圧Ｖｍも同図で示すように大きく異なる。本発明に
なる次の駆動方法はこの現象を利用したものである。駆動方法２消去：液晶分散層を液晶が等方相を呈する温度まで加熱
する。書き込み：液晶分散層を冷却しながら、選択点に液晶が
液晶相を呈する温度で液晶分散層に電圧を印加する。印
加電圧は、完全に冷却された画素がメモリー性を示す電
圧より小さく、かつ、冷却過程の画素がメモリー性を示
す電圧より高いことが必要である。例えば、図４に示した液晶表示装置において、図１０の
ように加熱電極Ｘに順次通電し、該電極上の液晶分散膜
中の液晶をネマティック−等方相転移温度（Ｔｃ）以上
に加熱する。ついで冷却途中の液晶がネマティック相と
なった早い時点（このときの温度をＴ₁とする）で分散
膜に電圧Ｖ₀を印加する。Ｖ₀がＴ₁におけるＶｍより高
ければ、高透過率状態が保持され、かつＶ₀が冷却後の
温度Ｔ₂におけるＶｍより低ければ、他の加熱されてい
ない加熱用電極上の画素の状態を変化させることはな
い。このようにして順次加熱電極を選択しながらＹ電極
に信号電圧を印加していくことにより大容量の表示を行
わせることができる。消去は加熱パルス印加後、電圧を
印加しないで冷却すればよい。本方法は特に素子内部に
加熱用電極を有する本発明の液晶表示装置に好適に用い
られる。この場合、選択点は透明状態となり、非選択点
は散乱状態（ゲストホストモードの場合は着色状態）と
なる。いずれの方法においても、電圧無印加の状態で、
表示内容は１ケ月以上に渡ってほとんど変化しない。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。実施例１透明導電膜である酸化インジウム膜を有するガラス基板
上にシアノエチルセルロースと液晶Ｅ７（メルク社製）
とをジメチルアセトアミドに溶解させた溶液を塗布し、
乾燥させることにより膜厚が６μｍで、膜中に液晶が液
滴状に分散した分散膜を作製した。なお、液晶とシアノ
エチルセルロースの割合は重量比が６５：３５とした。
別の透明電極付ガラス基板を、該電極が分散膜と密着す
るように重ね合わせ液晶表示装置とした。このようにし
て作製された液晶セルとＹＡＧレーザー（発信波長１．
０６μｍ）およびＸ−Ｙ光走査装置を用いて図２のよう
な液晶表示システムを作製した。本システムにおいて、
一旦液晶表示装置全面に１００Ｖ、６４Ｈｚの電圧を印
加したところ全面が透明になり、この状態は電圧を切っ
た後も保持された。次にレーザー書き込みパワー５０ｍ
Ｗ、線速３０ｃｍ／ｓｅｃでレーザー光を走査させる
と、レーザー照射部は等方性になった後冷却されて散乱
組織となり、透明背景に散乱による白色の表示を行うこ
とができた。なお、線幅は４５μｍであった。この記録
された内容は１ケ月後もほとんど変化なく読み取ること
ができた。また、再度電圧を印加することにより再度透
明状態とすることができた。

【００１７】実施例２透明導電膜である酸化インジウム膜を３００μｍ幅のス
トライプ状のパターンとして複数有するガラス基板上に
シアノエチルセルロースと液晶Ｅ７（メルク社製）とを
ジメチルアセトアミドに溶解させた溶液を塗布し、乾燥
させることにより膜厚が６μｍで、膜中に液晶が液滴状
に分散した分散膜を作製した。なお、液晶とシアノエチ
ルセルロースの割合は重合比で６５：３５とした。アル
ミニウム電極を３００μｍ幅のストライプ状のパターン
として複数有するガラス基板を該電極が分散膜と密着す
るように重ね合わせ液晶表示装置とした。このようにし
て作製された液晶表示装置のアルミ電極２５Ｖ、１Ａを
２０ｍｓ印加して該電極状の液晶を等方性としたのち、
ただちに（Ｔ₂＝５５℃）選択画素に２５Ｖの電圧を５
ｍｓ直ちに印加した。この操作により選択画素は透明と
なり、非選択画素は散乱状態のままであった。以後、こ
の操作を他のアルミ電極についても行うことにより、書
き込みを行った。この記録された内容は１ケ月後もほと
んど変化なく読み取ることができた。また、再度加熱し
て電圧を印加することにより書換えも可能であった。

【００１８】

【効果】本発明の液晶表示装置は、液晶と支持体とから
構成される液晶分散膜を加熱する手段と、該分散膜に電
圧の手段を備え、該分散膜に特有の電圧印加による散乱
状態または着色状態から透明状態への非可逆な変化と、
等方相への加熱、冷却による散乱または着色状態への復
帰を利用したものであり、そのため従来の高分子分散型
とは異なりメモリー性があり、電圧を切った状態でも表
示内容を保存することができる。したがって、表示内容
を煩雑に書き換える必要の無い表示装置にたいして特に
有用に用いることができる。また、本発明の表示装置
は、このメモリー性を利用することにより、薄膜トラン
ジスターなどの高価な能動素子なしに大容量の表示を行
うことができる。加熱手段としてレーザーなどの光照射
手段を用いた場合には、単純な液晶セルの構成で高精細
な画像を書き込むことが可能で、特に投射型の表示装置
として有用である。加熱手段として液晶セル内に設けら
れた加熱用電極を用いた場合には、薄型の直視型の表示
装置を構成することができ、しかも、大容量の表示が可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一例の断面図である。

【図２】本発明の液晶表示装置を用いた液晶表示システ
ムの概略図である。

【図３】本発明の反射型液晶表示装置の一例を示すの断
面図である。

【図４】本発明の液晶表示装置の他の一例を示す断面図
である。

【図５】本発明の液晶表示装置を用いたシステムのブロ
ック図である。

【図６】高分子分散型の液晶表示装置に印加する電圧と
透過率の関係が可逆的である場合のモデルを示す。

【図７】高分子分散型の液晶表示装置に印加する電圧と
透過率の関係が非可逆的である場合のモデルを示す。

【図８】本発明の第一の駆動方法（請求項５）における
消去時および書き込み時の電圧、温度、透過率の変化を
示す。

【図９】本発明の第二の駆動方法（請求項６）における
転位点近傍の温度（Ｔ₁）おける電圧−透過率特性と、
室温（Ｔ₂）における電圧−透過率特性とを示すグラフ
である。

【図１０】図４の液晶表示装置の駆動方法における選択
個所と非選択個所の加熱パルス、温度、信号電圧パル
ス、透過率のそれぞれの変化の関係を示す。

【符号の説明】

１液晶セル１１基板１２電極１３光吸収層２１基板２２電極３０液晶分散膜３１液晶３２支持体３３シール４１光照射手段４２光走査系４３レンズ系４４光スイッチ４５駆動回路５１加熱電極用駆動回路５２電圧印加用駆動回路５３駆動回路の制御部Ｘ₁ 電極Ｘ₂ 電極Ｘ₃ 電極Ｘｎ電極Ｙ₁ 電極Ｙ₂ 電極Ｙ₃ 電極Ｙｎ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）液晶と該液晶を微細領域に分割す
る支持体よりなりかつ印加電圧によりその光透過率が非
可逆的に変化する液晶分散層、（ｂ）内面に電極を有し
かつ前記液晶分散層を挾持している一対の基板、（ｃ）
該液晶分散層を加熱する手段および（ｄ）前記電極間に
電圧を印加する手段とを有することを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項２】前記液晶分散層を加熱する手段がレーザ
ー光照射である請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記液晶分散層を加熱する手段が加熱用
電極である請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】複数の前記加熱用電極と電圧印加用電極
がマトリックス状に配置されている請求項１記載の液晶
表示装置。
【請求項５】請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法
において、液晶が液晶相を保つ温度領域にある液晶分散
層の光透過率が非可逆的に変化する最低電圧以上の電圧
を予め印加して液晶分散層を透過可能状態とすることに
より液晶のメモリー状態を消去し、該電圧よりも低い電
圧を印加するかまたは電圧を印加しない状態で液晶分散
層の選択個所のみを液晶相から等方相への転位温度以上
に加熱し等方相とし再び冷却して液晶相に戻し、液晶分
散層の選択個所の透過率を変化させることにより画像情
報を書き込むことを特徴とする液晶表示装置の駆動方
法。
【請求項６】請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法
において、液晶が液晶相を保つ温度領域にある液晶分散
層を液晶の液晶相から等方相への転位温度以上に加熱す
ることにより液晶のメモリー状態を消去し、該液晶分散
層中の液晶を等方相から液晶相への転位温度以下に冷却
した後、液晶分散層の選択個所に画像信号電圧を印加し
て透過率を変化させることにより画像情報を書き込むこ
とを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項７】請求項４記載の液晶表示装置の駆動方法
において、加熱用電極への通電を順次走査しながら冷却
過程の液晶分散層の透過率変化を非可逆とする最低電圧
以上で、冷却後の液晶分散層には透過率の非可逆変化を
引きおこさない電圧を画像信号電圧として電圧印加用電
極に印加する請求項６記載の液晶表示装置の駆動方法。