JPH06324359A

JPH06324359A - 液晶電気光学素子

Info

Publication number: JPH06324359A
Application number: JP5113203A
Authority: JP
Inventors: Eiji Chino; 英治千野; Hidekazu Kobayashi; 英和小林; Masayuki Yazaki; 正幸矢崎; Hideto Iizaka; 英仁飯坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】明るく見やすい反射型カラー液晶表示素子を
提供する。【構成】電界無印加時に吸収着色、印加時に透明ある
いは白濁する異なる色の調光層を、反射型液晶表示素子
のそれぞれの画素に隔壁を設けて、混合しないように封
入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイ、各種表
示素子、プロジェクターなどに応用される表示素子、お
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、軽量薄型の表示装置として液
晶を用いた表示装置が開発されている。その中でも特に
ネマチック液晶を２枚の基板、及び偏光板間に挟持させ
て配向させ、電界を印加したときの応答を偏光板を介し
て検出するいわゆるＴＮ、ＳＴＮなどの表示モードが主
に使用されている。

【０００３】また近年偏光板を用いない表示モードとし
て、光散乱を用いた液晶表示モードが開発されている
（アメリカ特許３６０００６０、４６８８９００、４８
９１１５２、４８１８０７０などに示されている）。こ
れらの液晶表示モードは通常、高分子分散型液晶モード
と呼ばれ、その構造は高分子のマトリックス中に液晶が
孤立したドロップレットとして存在する物（以下ＮＣＡ
Ｐと略す）、あるいは、３次元網目状に連続したポリマ
ー構造体中に液晶が含浸包含された物（以下ＰＮＬＣＤ
と略す）、複屈折性を示す高分子中に液晶が分散された
もの（以下ＲＰＤＬＣと略す）などが代表的なものであ
る。これらの高分子分散型液晶モードは、ＮＣＡＰ、Ｐ
ＮＬＣＤ共に、電圧が印加されていないときは光散乱状
態（白色）、あるいはＮＣＡＰの場合２色性色素が添加
されていれば光吸収状態で色素の色を示す。これに電圧
が印加されると電圧方向に液晶分子が配列し、２色性色
素の有無にかかわらず光透過状態となり、透明となる。
また、ＲＰＤＬＣの場合、高分子と液晶複屈折率の差に
よっては、電界が印加されていない状態で透明、電界が
印加されると散乱白濁状態へ移行する場合もある。

【０００４】またさらに、偏光板が不要で明るい表示体
を実現するために、本出願人によって新たな表示モード
を反射型として使用することが先に提案されている（特
願平２−３０９３１６、３−１３２６８など）。新たな
表示モード（以下リバースＰＤＬＣと呼ぶ）とは、液晶
中に配向処理された粒子状あるいは針状高分子を混合分
散させたもので、電圧が印加されていないときに光散乱
度が小さく透明、２色性色素が添加されていれば色素の
色に着色している。これに電圧が印加されると高分子と
液晶の複屈折率の差が大きければ光散乱度が増大し白色
になり、複屈折率の差が小さければ透明に変化するもの
である。そのため、電圧の有無によって、透過−散乱
（白色）、あるいは２色性色素を添加すれば、複屈折率
の差が大きければ吸収−散乱（着色−白色）、複屈折率
の差が小さければ吸収−透過（着色−透明）の２状態を
コントロールする事が出来る。特に、バックライト、偏
光板なしで、従来の液晶表示モードでは実現不可能であ
った着色−白色を、電界の有無によって制御できる画期
的なモードである。

【０００５】また、これらとは別に二色性色素だけを液
晶に溶解し、液晶の電界方向の配向にともない色素の配
向方向も変化するいわゆるゲストホスト（以下ＧＨモー
ド）も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように各種の表
示モードが提案されているが、白黒表示を目的とした場
合、ＴＮ、ＳＴＮ表示モードは偏光板が不可欠であり、
偏光板に光がほとんど吸収されるため、バックライトを
使用しないと表示が暗い欠点がある。そのためこれらの
表示装置は、バックライトを必要とする透過型を主体に
検討されているが、バックライトは電力を消費するた
め、電池寿命が小さくなる。バックライトを使用しない
反射型とした場合には、コントラストが不十分、あるい
は文字の二重映りなどの問題があり実用性が高いものと
は言えない。

【０００７】近年、液晶表示素子には、表示される情報
の種類、内容の高度化、多機能化により従来の２色（白
黒）表示から、カラー化が求められている。偏光板を使
用したモードではカラーフィルターとバックライトの組
み合わせによりカラー化を実現している。しかし、偏光
板による吸収の他にカラーフィルターによる吸収が加わ
り、その光利用効率はバックライト全体の光の高々２〜
３％でしかない。このように光の利用効率が低いため、
明るい表示を得るためには、バックライトの大型化、光
量の増加が必要であり、これは消費電力の増大を意味す
る。そのため、特に要求が高い電池駆動による携帯型小
型情報機器には採用する事が出来ない。

【０００８】高分子分散モードのＮＣＡＰでは、水溶性
ポリマーの水溶液に親油性の液晶を分散混合して作製す
るので、この液晶分散液に親油性の２色性色素を混合す
れば、色素は液晶にだけとけ込む。乾燥して成膜すれ
ば、透明のポリマー中に２色性色素を溶かし込んだ液晶
のドロップレットが孤立して存在する構造となる。その
ため、電界が液晶に高分子層を通して間接的に作用する
ため、駆動電圧が必然的に高くなってしまう欠点があ
る。高分子の含有量を小さくすればそれにつれて駆動電
圧は低下してくるが、ＮＣＡＰ特有の液晶が孤立したド
ロップレット構造を取ることができなくなってしまう。
また、その表示品質は、電界が印加されていないとき
は、２色性色素の吸収と、液晶の複屈折性とポリマーの
屈折率の不一致により、散乱と吸収が混じった不透明状
態となる。この状態に電界を印加すると、液晶が電界の
方向に配向するのにつられて２色性色素も配向するので
色素の吸収が減少し透明状態となる。観測者と、液晶表
示素子をはさんで反対側に白色の物質、例えばコピー紙
等を置いておけば、白が表示される。このようにして、
電界無印加で着色、印加で白が表示できる。また、画素
ごとに色素種類を変えれば、一応カラー表示ができる。
しかし、その着色状態は色素の吸収に液晶とポリマーの
屈折率差による散乱が混じった物であり、表示色として
の鮮やかさが非常に劣る。また、電界無印加での白は、
電界方向に配向した２色性色素を含む液晶表示素子を透
して見るため、くすんだ白になってしまう。つまり、Ｎ
ＣＡＰでカラー表示をしようとすれば、非常にくすん
だ、コントラストの低い表示しか得られない事になる。
この点を補うために、高分子と液晶の屈折率差を小さく
してやる（ＵＳＰ４５５６２８９など）と、散乱による
白濁がなくなるので色はきれいに表示されるようになる
が、依然駆動電圧が高い問題は残っている。

【０００９】ＰＮＬＣＤは、紫外線硬化型モノマーに液
晶を混合したのち、紫外線を照射してモノマーを硬化さ
せてポリマーとしながら、液晶とポリマーを分離する物
である。このＰＮＬＣＤをカラー化するために２色性色
素を混合すると、モノマー、液晶、２色性色素の全てが
親油性なので、液晶とポリマーの両方に２色性色素が溶
解してしまう。そのため、電界の有無にかかわらず常に
着色した状態になってしまい、表示機器として使用でき
るだけのコントラストは得られない。

【００１０】また、アメリカ特許４９９４２０４にある
ようなＲＰＤＬＣも、上記のＰＮＬＣＤと同様の問題を
有しており、実使用に耐えるだけの性能を持ち合わせる
には至っていない。

【００１１】バックライト無しのカラー表示を可能とす
る方法としてカラーフィルターと反射型ＧＨを組み合わ
せたものが提案されている（ＳＩＤ９２Ｄｉｇｅｓ
ｔ４３７〜４３９ページ）。これは、緑とマゼンダ色の
カラーフィルターと反射型白黒相転移ＧＨモードを組み
合わせたものである。電界が印加されていない場合には
パネルは黒、緑の画素だけに電界が印加されればパネル
は緑、マゼンダの画素だけに電界が印加されればパネル
はマゼンダ、緑、マゼンダの画素両方に電界が印加され
ればパネルは白になるものである。しかしこのモードの
場合、駆動電圧が約１４Ｖと通常のアクティブ素子で駆
動するには高すぎる、透過率電圧特性が図６の６−２に
示すように中間状態を経由し、かつヒステリシスが大き
いので、階調表示ができない、動画表示ができない、初
期的に垂直配向させなければならないので信頼性が低い
等の多くの問題を抱えている。

【００１２】以上述べた事から明らかなように、従来あ
る表示モードで低消費電力のカラー表示を実現する方法
はなかった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
問題を解決し、明るく見やすい反射型カラー液晶表示素
子を提供することを目的としたもので、電極層を有して
もよい少なくとも一方が透明な２枚の基板とこの基板間
に挟持された調光層を有し、該調光層は少なくとも液晶
と二色性色素と高分子との混合体からなり、画素ごとに
異なる色調を有することを特徴とする。また、調光層の
液晶と高分子は特定の方向に配向されていることを特徴
とする。また、画素ごとに異なる色調を有するため
に、それぞれの調光層には異なる色調の色素が含まれて
いて、かつそれらが混合しないような処理がなされてい
ることを特徴とする。また、調光層の高分子は、粒子状
あるいは針状の独立体、あるいは連続体であることを特
徴とする。また、液晶電気光学素子を形成する一対の電
極の少なくとも一方が反射性物質で構成されていること
を特徴とする。また、反射性物質で形成される電極が、
特定方向にだけ光が反射されないように処理されてお
り、かつ調光層は電界が印加されることにより吸光度が
減少する事を特徴とする。また、反射性物質で形成され
る電極が、特定方向にだけ光が反射されように処理され
ており、かつ調光層は電界が印加されることにより散乱
度が増加する事を特徴とする。

【００１４】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。

【００１５】（実施例１）本実施例では、反射電極が鏡
状の二色表示反射型リバースＰＤＬＣ液晶表示素子の場
合について示す。リバースＰＤＬＣの代表的な断面図を
図１に示す。図１（ａ）は画素電極に電界無印加の状
態、図１（ｂ）は画素電極に電界が印加されている状態
をそれぞれ示している。画素電極に電界が印加されてい
ない場合には、液晶分子、二色性色素分子は高分子粒
子、カイラル物質の影響により特定方向に配向されてい
る。そのため、パネルとしては色素の吸収により着色し
て見える。画素電極に電界を印加すると、その電界が作
用する範囲の液晶分子は電界の方向に配向し、それにつ
られて二色性色素も電界方向に配向する。そのため、画
素の表示状態は、電界が印加されていなかったときの二
色性色素による着色状態から、液晶と高分子の屈折率の
差によって決まる状態に変化する。すなわち、液晶と高
分子の屈折率差が小さければ透明となり、差が大きけれ
ば白濁状態となる。屈折率の差が小さい場合には、電極
を特定方向にだけ光を反射しない白濁状態にしておけ
ば、電界の印加によって調光層が透明になった結果、電
極の白状態が表示される。逆に屈折率の差が大きい場合
には、屈折率差によって光が散乱され白濁状態となり、
電極を特定方向にだけ光を反射する鏡状にしておけばそ
の白濁状態はさらに見やすいものとなる。

【００１６】具体的な表示素子の作成方法について述べ
る。図２中２−１で表される対向基板上にＡｌ−Ｍｇ合
金（Ｍｇが５重量％）をスパッタにより膜厚約３０００
Åになるように成膜した後、対向電極の形状にパターン
出しした。次に、この対向電極、２−８、の上に紫外線
硬化型アクリル樹脂を硬化後の膜厚が約５．５μｍにな
るようにスピンコートにより塗布成膜し、図２の２−３
のような形状に隔壁として残るようにパターンをマスク
露光により形成し、紫外線を照射した。硬化後、不要な
部分を溶剤により洗い流して、図２の２−３の隔壁を対
向電極上に形成した。その高さ、つまり膜厚は５．５μ
ｍであった。素子基板上には通常の方法により、ラテラ
ル型ＭＩＭ素子を形成した。このようにして作成したラ
テラル型ＭＩＭ素子基板と反射対向電極を持つ対向基板
に配向剤を塗布した後、ツイスト角が１８０度になるよ
うにラビング処理を施し、シール剤を介して張り合わ
せ、セル厚５．５μｍの空セルを作った。図２中、２−
１が対向基板、２−２が素子基板の縁を示す。

【００１７】次に、空セル内に異なる色調の調光層を封
入、形成する方法について述べる。まず２−４の部分に
封入する混合物として、液晶ＴＬ−２０２（メルク社
製）に、カイラル物質としてＳ−８１１（メルク社製）
を液晶に対して１．０重量％、

【００１８】

【化１】

【００１９】で示される二色性色素を（液晶＋カイラル
物質）に対し２．５重量％をそれぞれ溶解させ、さらに

【００２０】

【化２】

【００２１】で表される紫外線硬化型モノマ−を（液晶
＋二色性色素）：モノマー＝９５：５（重量比）で混合
し、混合物１を調整した。この混合物１を真空槽中の液
晶溜皿に入れ、空セルは図２のＡの部分を下、Ｂの部分
を上にして真空槽中にセットし、０．２ｍｍＨｇまで真
空排気した。次に、液晶溜皿中の混合物界面が図２中の
２−６の線までくるように、空セルのＡの部分を下にし
たまま、空セルを徐々に液晶溜皿中に沈めた。乾燥窒素
を約２ｍｍＨｇになるまで槽内に導入し、２−４で表さ
れる部分だけに混合物を充填した。モノマーを高分子に
するために、３５０ｎｍの波長の紫外線強度が４ｍＷ／
ｃｍ²の紫外線を１５分間、３５℃で照射した。次に、
液晶が漏れ出さないように、図２中Ａ側の素子基板、対
向基板、２ー３で囲まれる部分を紫外線硬化型樹脂で封
止した。次に、混合物１の二色性色素を

【００２２】

【化３】

【００２３】で示される二色性色素に変えたほかは、混
合物１と全く同様な組成を持つ混合物２を調整した。こ
の混合物２を真空槽中の別の液晶溜皿に入れ、空セルは
図２のＢの部分を下、Ａの部分を上にして真空槽中にセ
ットし、０．２ｍｍＨｇまで真空排気した。次に、混合
物２が入った液晶溜皿中の混合物界面が図２中の２−７
の線までくるように、空セルのＢの部分を下にしたま
ま、空セルを徐々に液晶溜皿中に沈めた。乾燥窒素を約
２ｍｍＨｇになるまで槽内に導入し、２−５で表される
部分に混合物を充填した。モノマーを高分子にするため
に、３５０ｎｍの波長の紫外線強度が４ｍＷ／ｃｍ²の
紫外線を１５分間、３５℃で照射した。次に、液晶が漏
れ出さないように、図２中Ｂ側の素子基板、対向基板、
２ー３で囲まれる部分を紫外線硬化型樹脂で封止した。

【００２４】このようにして得られた液晶表示素子は、
電界が印加されていない場合には、二色性色素の吸収に
より、２−４の部分はマゼンダ色、２−５の部分は緑色
にそれぞれ着色して見え、パネル全体としてはほぼ白色
に見える。２−４で表わされる部分に実効値電圧で約５
Ｖの電界を印加すると、この部分は光を散乱して白濁状
態になるため、パネル全体としては薄緑色になる。ま
た、２−５の部分にだけ電界を印加すると逆に、パネル
全体としては薄いマゼンダ色になる。この素子の電圧反
射率特性は図６の６−１に示すようにヒステリシス、中
間状態などがなく階調表示、動画表示に適したものであ
った。またその応答速度は、室温で立ち上がり速度、立
ち下がり速度合わせて５０ｍＳｅｃで非常に速いもので
あった。

【００２５】液晶中には、重合開始剤などが含まれてい
てもよい。液晶は、通常の液晶表示素子に使用されてい
るものが好ましく使用できるが、コントラストを良好に
するためには、液晶の複屈折率異方性、Δｎ、が０．２
以下が望ましい。また、アクティブ素子で駆動するため
には、液晶単体の比抵抗は１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上、さ
らに好ましくは２×１０¹²Ω・ｃｍ以上が、保持率を高
く保ち表示品質を良好にするためには望ましい。

【００２６】反射電極とする反射性部材は、Ａｌ、Ｃ
ｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属単体、あるいは
混合物などが好ましく、さらにはＡｌ、Ｃｒ、Ａｌ−Ｍ
ｇ混合物が好ましく、特に安定性、反射率の点からＡｌ
−Ｍｇ混合物が好ましい。Ｍｇの添加量は、０．１〜１
０重量％が望ましく、特に０．５〜５重量％が安定性、
反射率、操作性などの点から好ましい。また、反射性部
材自身が白濁していても良い。また、反射性と透過性の
両方を同時に持つ、いわゆる半透過性反射膜でも良い。
これらの反射膜、基板の上には、必要に応じて各種の光
学積層膜が形成されても良い。

【００２７】カイラル成分としては、通常のＴＮ、ＳＴ
Ｎ、ＦＴＮに使用されているＣＢ−１５、Ｃ−１５、Ｓ
８１１、Ｓ１０８２（以上メルク社製）、ＣＭ−１９、
ＣＭ、ＣＭ−２０、ＣＭ−２１、ＣＭ−２２（以上チッ
ソ社製）などのものが好ましく使用される。その添加量
は、０．０１〜１０重量％であり、好ましくは０．１〜
５重量％である。０．０１重量％以下では効果が少な
く、１０重量％以上では駆動電圧が高くなり、通常の素
子では駆動が出来ない。特殊な駆動をする場合には、こ
の範囲内でなくてもかまわない。

【００２８】２色性色素としては通常のＧＨに使用され
ているアゾ系、アントラキノン系、ナフトキノン系、ペ
リレン系、キノフタロン系、アゾメチン系などが好まし
く使用される。その中でも、耐光性の点からアントラキ
ノン系単独、あるいは必要に応じて他の色素との混合し
たものが特に好ましい。これらの２色性色素は必要な色
によって、適宜混合されて使用される。

【００２９】高分子は本発明で言うリバース型ＰＤＬＣ
モードになるものならなんでもよいが、液晶素子製造の
簡便性から紫外線硬化型モノマー、あるいはオリゴマー
が望ましい。紫外線硬化型モノマーとしては、単官能ア
クリレート、２官能アクリレートあるいは多官能アクリ
レートなどが好ましく使用される。これらのモノマーに
は、カイラル性の成分を含むものでも良い。また、これ
らのモノマーは単独あるいは他のモノマー、オリゴマー
と混合した後、紫外線を照射され高分子化される。これ
らの高分子の屈折率は、電界が印加された場合に白濁す
るモードを希望する場合には混合する液晶と屈折率差が
大きいものが良く、逆に電界印加により透明になるモー
ドを希望する場合には屈折率差は小さい方が望ましい。

【００３０】本実施例では、ツイスト角が１８０度のリ
バース型ＰＤＬＣモードについて示したが、ツイスト角
についての特別の規定はない。特定の方向に配向するこ
とが重要である。

【００３１】本実施例では、液晶混合物を封入する方法
として真空槽中で液晶溜皿にパネルを浸積する方法につ
いて例示したが、液晶を封入する口に液晶を滴下する方
法、混合物を印刷により成膜する方法、シリンジにより
成膜する方法なども、混合物の粘度によっては可能であ
る。

【００３２】また、異なる色調を有する調光層が混合し
ないようにする手段としての隔壁は紫外線硬化型アクリ
ル樹脂としたが、その他の紫外線硬化型樹脂、熱硬化型
樹脂、電子線硬化型樹脂、水溶性樹脂なども適宜使用さ
れる。隔壁自身は連続していても良いし、封入が望まし
くない部分では途切れていても良い。また本実施例で
は、隔壁は対向基板側に作成したが、素子基板側に作成
しても何等問題は発生しない。、本実施例では、ラテラ
ル型ＭＩＭ素子への応用について実施例を示したが、Ｍ
ＩＭ素子、バックトウバック型ＭＩＭ素子、バックトウ
バックラテラル型ＭＩＭ素子、スタティック駆動、時分
割駆動、ＴＦＴ素子、バリスタ素子を使用した駆動でも
同様の効果が期待できる。

【００３３】（実施例２）本実施例では、三色の異なる
色素を用いた場合について例示する。

【００３４】図３中の３−１で表される対向基板上に、
実施例１と全く同様にしてＡｌ−Ｍｇの反射電極を形成
した。次に、この対向電極、３−１１、の上に紫外線硬
化型アクリル樹脂を硬化後の膜厚が約６μｍになるよう
にスピンコートにより塗布成膜し、図３の３−３のよう
な形状に隔壁として残るようにパターンをマスク露光に
より形成し、紫外線を照射した。硬化後、不要な部分を
溶剤により洗い流して、図３の３−３の隔壁を対向電極
上に形成した。その高さ、つまり膜厚は５．９μｍであ
った。素子基板上には通常の方法により、ラテラル型Ｍ
ＩＭ素子を形成した。このようにして作成したラテラル
型ＭＩＭ素子基板と反射対向電極を持つ対向基板に配向
剤を塗布した後、ツイスト角が９０度になるようにラビ
ング処理を施し、シール剤を介して張り合わせ、セル厚
５．９μｍの空セルを作った。図３中、３−１が対向基
板、３−２が素子基板の縁を示す。

【００３５】次に、空セル内に３種類の異なる色調の調
光層を封入、形成する方法について述べる。まず３−４
の部分に封入する混合物として、液晶ＴＬ−２０２（メ
ルク社製）に、カイラル物質としてＳ−８１１（メルク
社製）を液晶に対して１．０重量％、

【００３６】

【化４】

【００３７】で示される二色性色素を（液晶＋カイラル
物質）に対し２．５重量％溶解させ、さらに

【００３８】

【化５】

【００３９】で表される紫外線硬化型モノマ−を（液晶
＋二色性色素）：モノマー＝９５：５（重量比）で混合
し、混合物３を調整した。この混合物３を真空槽中の液
晶溜皿に入れ、空セルは図３のＡの部分を下、Ｂの部分
を上にして真空槽中にセットし、０．２ｍｍＨｇまで真
空排気した。次に、液晶溜皿中の混合物界面が図３中の
３−７の線までくるように、空セルのＡの部分を下にし
たまま、空セルを徐々に液晶溜皿中に沈めた。乾燥窒素
を約２ｍｍＨｇになるまで槽内に導入すると、３−８で
示される封入口から混合物が注入され、３−４で表され
る部分に混合物が充填された。モノマーを高分子にする
ために、３５０ｎｍの波長の紫外線強度が４ｍＷ／ｃｍ
²の紫外線を１５分間、４０℃で照射した。次に、３−
７で表される線上で素子基板、対向基板を切断した後、
液晶が漏れ出さないように、図３中３−８で示される封
入口を紫外線硬化型樹脂で封止した。

【００４０】次に、混合物３の二色性色素を

【００４１】

【化６】

【００４２】で示される二色性色素に変えたほかは、混
合物３と全く同様な組成を持つ混合物４を調整した。こ
の混合物４を真空槽中の別の液晶溜皿に入れ、空セルは
図３のＢの部分を下、Ａの部分を上にして真空槽中にセ
ットし、０．２ｍｍＨｇまで真空排気した。次に、混合
物４が入った液晶溜皿中の混合物界面が図３中の封入口
３−９の線までくるように、空セルのＢの部分を下にし
たまま、空セルを徐々に液晶溜皿中に沈めた。乾燥窒素
を約２ｍｍＨｇになるまで槽内に導入し、３−９の封入
口をとうして３−５で表される部分に混合物を充填し
た。モノマーを高分子にするために、３５０ｎｍの波長
の紫外線強度が４ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を１５分間、３
５℃で照射した。次に、液晶が漏れ出さないように、図
３中の封入口３−９を紫外線硬化型樹脂で封止した。

【００４３】さらに、３−６の部分に封入する混合物と
して、混合物３の二色性色素を

【００４４】

【化７】

【００４５】で示される二色性色素に変えたほか、混合
物３と全く同様な組成を持つ混合物５を調整した。この
混合物５を真空槽中の別の液晶溜皿に入れ、空セルは図
３のＡの部分を下、Ｂの部分を上にして真空槽中にセッ
トし、０．２ｍｍＨｇまで真空排気した。次に、空セル
のＡの部分を下にしたまま、空セルを徐々に液晶溜皿中
に沈めた。乾燥窒素を約２ｍｍＨｇになるまで槽内に導
入すると、３−１０で示される封入口から混合物が注入
され、３−６で表される部分に混合物が充填された。モ
ノマーを高分子にするために、３５０ｎｍの波長の紫外
線強度が４ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を１５分間、４０℃で
照射した。次に、液晶が漏れ出さないように、図３中３
−１０で示される封入口を紫外線硬化型樹脂で封止し
た。

【００４６】このようにして得られた液晶表示素子は、
電界が印加されていない場合には、二色性色素の吸収に
より、パネル全体としてはほぼ黒く着色して見える。パ
ネル全体に実効値電圧で約５Ｖの電界を印加すると、液
晶と高分子の屈折率差により白濁して白く見える。さら
に、それぞれの画素電位をを独立に制御すれば希望する
色が表示可能である。この素子の電圧反射率特性は図６
の６−１に示すものとほぼ同じで、ヒステリシス、中間
状態などがなく階調表示、動画表示に適したものであっ
た。またその応答速度は、室温で立ち上がり、立ち下が
り合わせて５０ｍＳｅｃで非常に速いものであった。

【００４７】液晶中には、重合開始剤などが含まれてい
てもよい。液晶は、通常の液晶表示素子に使用されてい
るものが好ましく使用できるが、コントラストを良好に
するには液晶の複屈折率異方性、Δｎ、が、０．２以下
が好ましく、さらに透明度を良好にするためには、０．
１５以下が望ましい。また、アクティブ素子で駆動する
ためには、液晶単体の比抵抗は１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以
上、さらに好ましくは２×１０¹²Ω・ｃｍ以上が、保持
率を高く保ち表示品質を良好にするためには望ましい。

【００４８】反射電極とする反射性部材は、Ａｌ、Ｃ
ｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属単体、あるいは
混合物などが好ましく、さらにはＡｌ、Ｃｒ、Ａｌ−Ｍ
ｇ混合物が好ましく、特に安定性、反射率の点からＡｌ
−Ｍｇ混合物が好ましい。Ｍｇの添加量は、０．１〜１
０重量％が望ましく、特に０．５〜５重量％が安定性、
反射率、操作性などの点から好ましい。また、反射性部
材自身が白濁していても良いし、凹凸がある基板上に反
射電極を形成しても良い。これらの反射膜の上には、必
要に応じて各種の光学積層膜が形成されても良い。反射
電極に凹凸を形成する方法としては、サンドブラスト法
以外に、適当な樹脂を適当な方法でパターニングする方
法、電極自身をエッチングする方法、樹脂中に微粒子、
粉体などを分散させる方法などがある。

【００４９】カイラル成分としては、通常のＴＮ、ＳＴ
Ｎ、ＦＴＮに使用されているＣＢ−１５、Ｃ−１５、Ｓ
８１１、Ｓ１０８２（以上Ｍｅｒｃｋ社製）、ＣＭ−１
９、ＣＭ、ＣＭ−２０、ＣＭ−２１、ＣＭ−２２（以上
チッソ社製）などのものが好ましく使用される。その添
加量は、０．０１〜１０重量％であり、好ましくは０．
１〜５重量％である。０．０１重量％以下では効果が少
なく、１０重量％以上では駆動電圧が高くなり、通常の
素子では駆動が出来ない。

【００５０】２色性色素としては通常のＧＨに使用され
ているアゾ系、アントラキノン系、ナフトキノン系、ペ
リレン系、キノフタロン系、アゾメチン系などが好まし
く使用される。その中でも、耐光性の点からアントラキ
ノン系単独、あるいは必要に応じて他の色素との混合し
たものが特に好ましい。これらの２色性色素は必要な色
によって、適宜混合されて使用される。

【００５１】高分子はリバース型ＰＤＬＣモードになる
ものならなんでもよいが、液晶素子製造の簡便性から紫
外線硬化型モノマーが望ましい。紫外線硬化型モノマー
としては、単官能アクリレート、２官能アクリレートあ
るいは多官能アクリレートなどが好ましく使用される。
これらのモノマーには、カイラル性の成分を含むもので
も良い。また、これらのモノマーは単独あるいは他のモ
ノマー、オリゴマーと混合した後、紫外線を照射され高
分子化されても良い。これらの高分子の屈折率は、電界
が印加された場合に白濁するモードを希望する場合には
混合する液晶と屈折率差が大きいものが良く、逆に電界
印加により透明になるモードを希望する場合には屈折率
差は小さい方が望ましい。

【００５２】本実施例では、液晶混合物を封入する方法
として真空槽中で液晶溜皿にパネルを浸積する方法につ
いて例示したが、液晶を封入する口に液晶を滴下する方
法、混合物を印刷により成膜する方法、シリンジにより
成膜する方法なども、混合物の粘度によっては可能であ
る。また、隔壁は紫外線硬化型アクリル樹脂としたが、
その他の紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、電子線硬化
型樹脂、水溶性樹脂なども適宜使用される。隔壁自身は
連続していても良いし、封入が望ましくない部分では途
切れていても良い。

【００５３】本実施例では、反射型のみの場合について
述べたが、半透過型などで使用する場合には、使用され
るバックライトは、サイドライト方式、直下型さらには
フロントライト方式でも望まれる表示品位によって最適
なものが選択される。

【００５４】また本実施例では、ラテラル型ＭＩＭ素子
への応用について実施例を示したが、ＭＩＭ素子、バッ
クトウバック型ＭＩＭ素子、バックトウバックラテラル
型ＭＩＭ素子、スタティック駆動、時分割駆動、ＴＦＴ
素子を使用した駆動でも同様の効果が期待できる。

【００５５】（実施例３）以上の実施例では、異なる色
を封入する際に封入されるセルの方向を上下入れ換えた
場合を説明したが、本実施例では、上下を入れ換えるこ
と無しに封入し、ＭＩＭ素子の画素電極を反射白濁電極
とした例を示す。まず、素子基板上に通常の方法により
ＭＩＭ素子を作成した。この素子の上に膜厚が約１μｍ
になるように紫外線硬化型アクリル樹脂をスピンコート
により成膜した。紫外線を照射して樹脂を硬化した後、
反射型画素電極とＭＩＭ素子をつなぐためのコンタクト
ホールをパターニングによりアクリル樹脂に開けた。さ
らに反射型画素電極に凹凸を形成するためにアクリル樹
脂表面をエッチングした。次に、樹脂上にＡｌ−Ｍｇ合
金（Ｍｇが３重量％）を膜厚約５０００Åスパッタによ
り成膜し、画素の形状にパターニングした。得られた画
素電極はいわゆる梨地状で白濁した反射電極となった。
対向基板上には、通常の方法によりＩＴＯを５０００Å
スパッタにより形成、パターニングして透明対向電極と
した。次に、実施例２と全く同様の方法により、画素を
区切る隔壁、図４中の４−３を形成した。反射型ＭＩＭ
素子基板と透明対向電極、隔壁を持つ対向基板に配向剤
を塗布した後、ツイスト角が９０度になるようにラビン
グ処理を施し、シール剤を介して張り合わせ、セル厚
６．１μｍの空セルを作った。次に、最初に４−１０中
に封入する混合物として、液晶ＳＳー５００４（チッソ
社製）に、カイラル物質としてＳ−８１１（メルク社
製）を液晶に対して１．０重量％、また

【００５６】

【化８】

【００５７】で表される二色性色素を液晶に対し３．５
重量％溶解させ、さらに

【００５８】

【化９】

【００５９】で表される紫外線硬化型モノマ−を（液晶
＋二色性色素）：モノマー＝９５：５（重量比）で混合
し、混合物６を調整した。この混合物６を真空槽中の液
晶溜皿に入れ、空セルは図４のＡの部分を上、Ｂの部分
を下にして真空槽中にセットし、０．２ｍｍＨｇまで真
空排気した。次に、液晶溜皿中の混合物６の界面が図４
中の４−７の線までくるように、空セルのＡの部分を上
にしたまま、空セルを徐々に液晶溜皿中に沈めた。乾燥
窒素を約２ｍｍＨｇになるまで槽内に導入すると、４−
１０で示される封入口から混合物が注入され、４−６で
表される部分に混合物が充填された。モノマーを高分子
にするために、３５０ｎｍの波長の紫外線強度が４ｍＷ
／ｃｍ²の紫外線を１５分間、４０℃で照射した。次
に、４−７で表される線上で素子基板、対向基板を切断
した後、液晶が漏れ出さないように、図４中４−１０示
される封入口を紫外線硬化型樹脂で封止した。

【００６０】次に、４−１１中に封入する混合物とし
て、液晶ＳＳー５００４（チッソ社製）に、カイラル物
質としてＳ−８１１（メルク社製）を液晶に対して１．
０重量％、

【００６１】

【化１０】

【００６２】で表される二色性色素を液晶に対し３．５
重量％溶解させ、さらに

【００６３】

【化１１】

【００６４】で表される紫外線硬化型モノマ−を（液晶
＋二色性色素）：モノマー＝９５：５（重量比）で混合
し、混合物７を調整した。この混合物７を真空槽中の別
の液晶溜皿に入れ、空セルは図４のＡの部分を上、Ｂの
部分を下にして真空槽中にセットしたまま、０．２ｍｍ
Ｈｇまで真空排気した。次に、液晶溜皿中の混合物７の
界面が図４中の４−８の線までくるように、空セルのＡ
の部分を上にしたまま、空セルを徐々に液晶溜皿中に沈
めた。乾燥窒素を約２ｍｍＨｇになるまで槽内に導入す
ると、４−１１で示される封入口から混合物が注入さ
れ、４−７で表される部分に混合物が充填された。モノ
マーを高分子にするために、３５０ｎｍの波長の紫外線
強度が４ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を１５分間、４０℃で照
射した。次に、４−８で表される線上で素子基板、対向
基板を切断した後、液晶が漏れ出さないように、図４中
４−１１示される封入口を紫外線硬化型樹脂で封止し
た。

【００６５】最後に、４−１２中に封入する混合物とし
て、液晶ＳＳー５００４（チッソ社製）に、カイラル物
質としてＳ−８１１（メルク社製）を液晶に対して１．
０重量％、

【００６６】

【化１２】

【００６７】で表される二色性色素を液晶に対し３．０
重量％溶解させ、さらに

【００６８】

【化１３】

【００６９】で表される紫外線硬化型モノマ−を

【００７０】

【化１４】

【００７１】で表されるモノマーと、１：２（重量比）
で混合したモノマー混合体を（液晶＋二色性色素）：モ
ノマー混合体＝９５：５（重量比）で混合し、混合物８
を調整した。この混合物８を真空槽中の液晶溜皿に入
れ、空セルは図４のＡの部分を上、Ｂの部分を下にして
真空槽中にセットしたまま、０．２ｍｍＨｇまで真空排
気した。次に、液晶溜皿中の混合物８の界面が図４中の
４−９の線までくるように、空セルのＡの部分を上にし
たまま、空セルを徐々に液晶溜皿中に沈めた。乾燥窒素
を約２ｍｍＨｇになるまで槽内に導入すると、４−１２
で示される封入口から混合物が注入され、４−４で表さ
れる部分に混合物が充填された。モノマーを高分子にす
るために、３５０ｎｍの波長の紫外線強度が４ｍＷ／ｃ
ｍ²の紫外線を１５分間、４０℃で照射した。最後に、
４ー９で示される線に沿って、セルを切断し、液晶が漏
れ出さないように、端面を紫外線硬化型樹脂で封じた。
得られた表示素子の断面の概略図を図５に示す。

【００７２】このようにして得られた液晶表示素子は、
電界が印加されていない場合には、二色性色素の吸収に
より黒く着色して見える。全画素に実効値電圧で約５Ｖ
の電界を印加すると、調光層は透明になり、白濁した反
射対向電極が見え、白く見える。また、かく画素に印加
される電界を調整すれば、それぞれの状態に応じた色が
表示される。この素子の電圧反射率特性は図６の６−１
に示すものとほぼ同じでヒステリシス、中間状態などが
なく階調表示、動画表示に適したものであった。またそ
の応答速度は、室温で立ち上がり、立ち下がり合わせて
５０ｍＳｅｃで非常に速いものであった。

【００７３】液晶中には、重合開始剤などが含まれてい
てもよい。液晶は、通常の液晶表示素子に使用されてい
るものが好ましく使用できるが、透明度を良好にするた
めには、液晶の複屈折率異方性、Δｎ、が０．１５以下
が望ましい。また、アクティブ素子で駆動するために
は、液晶単体の比抵抗は１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上、さら
に好ましくは２×１０¹²Ω・ｃｍ以上が、保持率を高く
保ち表示品質を良好にするためには望ましい。

【００７４】反射電極とする反射性部材は、Ａｌ、Ｃ
ｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属単体、あるいは
混合物などが好ましく、さらにはＡｌ、Ｃｒ、Ａｌ−Ｍ
ｇ混合物が好ましく、特に安定性、反射率の点からＡｌ
−Ｍｇ混合物が好ましい。Ｍｇの添加量は、０．１〜１
０重量％が望ましく、特に０．５〜５重量％が安定性、
反射率、操作性などの点から好ましい。また、反射性部
材自身が白濁していても良い。これらの反射膜の上に
は、必要に応じて各種の光学積層膜が形成されても良
い。

【００７５】反射電極に凹凸を形成する方法としては、
サンドブラスト法以外に、適当な樹脂を適当な方法でパ
ターニングする方法、電極自身をエッチングする方法、
樹脂中に微粒子、粉体などを分散させる方法などがあ
る。

【００７６】カイラル成分としては、通常のＴＮ、ＳＴ
Ｎ、ＦＴＮに使用されているＣＢ−１５、Ｃ−１５、Ｓ
８１１、Ｓ１０８２（以上Ｍｅｒｃｋ社製）、ＣＭ−１
９、ＣＭ、ＣＭ−２０、ＣＭ−２１、ＣＭ−２２（以上
チッソ社製）などのものが好ましく使用される。その添
加量は、０．０１〜１０重量％であり、好ましくは０．
１〜５重量％である。０．０１重量％以下では効果が少
なく、１０重量％以上では駆動電圧が高くなり、通常の
素子では駆動が出来ない。

【００７７】２色性色素としては通常のＧＨに使用され
ているアゾ系、アントラキノン系、ナフトキノン系、ペ
リレン系、キノフタロン系、アゾメチン系などが好まし
く使用される。その中でも、耐光性の点からアントラキ
ノン系単独、あるいは必要に応じて他の色素との混合し
たものが特に好ましい。これらの２色性色素は必要な色
によって、適宜混合されて使用される。

【００７８】高分子はリバース型ＰＤＬＣモードになる
ものならなんでもよいが、液晶素子製造の簡便性から紫
外線硬化型モノマーが望ましい。紫外線硬化型モノマー
としては、単官能アクリレート、２官能アクリレートあ
るいは多官能アクリレートなどが好ましく使用される。
これらのモノマーには、カイラル性の成分を含むもので
も良い。また、これらのモノマーは単独あるいは他のモ
ノマー、オリゴマーと混合した後、紫外線を照射され高
分子化されても良い。これらの高分子の屈折率は混合さ
れる液晶と屈折率の差が小さいものが望ましい。

【００７９】本実施例では、液晶混合物を封入する方法
として真空槽中で液晶溜皿にパネルを浸積する方法につ
いて例示したが、液晶を封入する口に液晶を滴下する方
法、混合物を印刷により成膜する方法、シリンジにより
成膜する方法なども、混合物の粘度によっては可能であ
る。また、隔壁は紫外線硬化型アクリル樹脂としたが、
その他の紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、電子線硬化
型樹脂、水溶性樹脂なども適宜使用される。隔壁自身は
連続していても良いし、封入が望ましくない部分では途
切れていても良い。特に真空を用いて封入する場合、図
４にあるように隔壁と隔壁の間に隙間があることが望ま
しい。

【００８０】本実施例では、ツイスト角が９０度のリバ
ース型ＰＤＬＣモードについて示したが、ツイスト角に
ついは特別の規定はない。液晶、高分子が配向するよう
な処理がなされれば良い。

【００８１】本実施例では、同じ色の画素が直線状に配
列している場合を示したが、いわゆるデルタ配列、ある
いはトライアングル配列でかまわない。

【００８２】また本実施例では、ＭＩＭ素子への応用に
ついて実施例を示したが、ラテラル型ＭＩＭ素子、バッ
クトウバック型ＭＩＭ素子、バックトウバックラテラル
型ＭＩＭ素子、スタティック駆動、時分割駆動、ＴＦＴ
素子を使用した駆動でも同様の効果が期待できる。

【００８３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればバッ
クライト無しの明るい反射型カラー表示素子が比較的容
易に製造可能である。その表示は従来の反射型液晶表示
素子にみられた像の二重映り、ヒステリシスがなく、応
答速度が速く、階調表示が容易で見やすいものであっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】リバースＰＤＬＣの原理を示す図。

【図２】二色表示反射型リバースＰＤＬＣ液晶表示素子
の封入の概略を示す図。

【図３】三色の異なる色素をそれぞれの画素に封入する
手段の概略を示す図。

【図４】上下を入れ換えずに、三色の異なる色素をそれ
ぞれの画素に封入する手段の概略を示す図。

【図５】画素電極を反射型とした素子の断面の概略を示
す図。

【図６】印加電圧と反射率の関係を示す図。

【符号の説明】

１入射光２色素に吸収された反射光２’ 散乱された反射光３基板４反射性部材からなる電極５画素電極６配向膜７液晶８高分子９二色性色素１０アクティブ素子１１異なる色の調光層を区切るための隔壁２−１対向基板２−２素子基板２−３隔壁２−４特定の色素が含有された調光層が入る画素２−５２−４とは異なる色素が含有された調光層が入
る画素２−６２−４に混合物を封入する際、混合物界面が位
置する線２−７２−５に混合物を封入する際、混合物界面が位
置する線２−８対向電極３−１対向基板３−２素子基板３−３隔壁３−４特定の色素を含有した調光層が入る画素３−５３−４と異なる色素を含有した調光層が入る画
素３−６３−４、３−５と異なる色素を含有した調光層
が入る画素３−７３−４に混合物を封入する際に、混合物界面が
位置する線３−８３−４のための注入口３−９３−５のための注入口３−１０３−６のための注入口３−１１対向電極４−１対向基板４−２素子基板４−３隔壁４−４特定の色素を含有した調光層が入る画素４−５４−４と異なる色素を含有した調光層が入る画
素４−６４−４、４−５と異なる色素を含有した調光層
が入る画素４−７４−６に混合物を封入する際に、混合物界面が
位置する線４−８４−５に混合物を封入する際に、混合物界面が
位置する線４−９４−４に混合物を封入する際に、混合物界面が
位置する線４−１０４−６のための注入口４−１１４−５のための注入口４−１２４−４のための注入口４−１３対向電極６−１本発明によるリバースＰＤＬＣの印加電圧と反
射率の関係を示す図６−２相転移型ＧＨの印加電圧と反射率の関係を示す
図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯坂英仁長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極層を有してもよい少なくとも一方が
透明な２枚の基板とこの基板間に挟持された調光層を有
し、該調光層は少なくとも液晶と二色性色素と高分子と
の混合体からなり、画素ごとに異なる色調を有すること
を特徴とする液晶電気光学素子。
【請求項２】調光層の液晶と高分子は特定の方向に配
向されていることを特徴とする請求項１記載の液晶電気
光学素子。
【請求項３】画素ごとに異なる色調を有するために、
それぞれの調光層には異なる色調の色素が含まれてお
り、かつそれらが混合しないような処理がなされている
ことを特徴とする請求項１叉は２記載の液晶電気光学素
子。
【請求項４】調光層の高分子は、粒子状あるいは針状
の独立体、あるいは連続体であることを特徴とする請求
項１、２叉は３記載の液晶電気光学素子。
【請求項５】液晶電気光学素子を形成する一対の電極
の少なくとも一方が反射性物質で構成されていることを
特徴とする請求項１、２、３、叉は４記載の液晶電気光
学素子。
【請求項６】反射性物質で形成される電極が、特定方
向にだけ光が反射されないように処理されており、かつ
調光層は電界が印加されることにより吸光度が減少する
事を特徴とする請求項１、２、３、４、叉は５記載の液
晶電気光学素子。
【請求項７】反射性物質で形成される電極が、特定方
向にだけ光が反射されるように処理されており、かつ調
光層は電界が印加されることにより散乱度が増加する事
を特徴とする請求項１、２、３、４、５、叉は６記載の
液晶電気光学素子。