JPH07104288A

JPH07104288A - 反射型表示素子

Info

Publication number: JPH07104288A
Application number: JP5272970A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Ninomiya; 正伸二宮; Kazushirou Akashi; 量磁郎明石
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】表示の白さを失わずに、大きなコントラスト
を得ることができる反射型表示素子を提供する。【構成】反射型表示素子は、光吸収層１、光透過率の
高い屈折率の異なる複数の層よりなる光反射層２、支持
基板３、光の散乱性を制御する物質からなる表示層４と
の少なくとも４つの構成層を順次積層して構成される。
屈折率の異なる複数の層は、支持基板から光吸収層に向
かって屈折率が順次小さくなるように積層されていても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイ等の表示
装置に用いる表示素子に関し、光散乱性を制御する物質
からなる表示層と光吸収層とを組合せた反射型表示素子
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在普及している反射型表示素子の中
で、低分子液晶材料は最も代表的な反射型表示素子材料
であり、時計の文字盤等のＴＮ型液晶表示素子、オーデ
ィオや家庭用電気製品等のディスプレイ等として広く利
用されている。これらの反射型表示素子は、液晶層を通
過する光の偏光面が印加電圧によって変化する性質を利
用して光の反射・吸収（ＯＦＦ／ＯＮ）を制御している
ため、液晶層の他に偏光板が必要である。また、液晶層
が特定の配向状態をとるための配向膜処理も不可欠であ
る。

【０００３】近年、液晶の偏光を利用しない表示方法と
して、液晶の光散乱性を利用した表示方法およびそのた
めの表示素子が幾つか提案されている。液晶等の光散乱
性を利用した反射型表示材料としては、液晶／高分子複
合膜、ネマティック−コレステリック相転移型液晶、動
的散乱モード液晶、高分子液晶膜、複数の高分子物質を
ブレンドした複合膜、高分子物質中に有機低分子物質が
分散された複合膜等があげられる。これらの反射型表示
材料は、液晶の偏光を利用しないために、偏光板や配向
処理が不要であるという製造上の利点だけでなく、偏光
板を利用しないために表示素子としての視野角依存性が
少なくなり、明るく白い表示ができるという表示特性の
向上も同時に可能になるという利点がある。そして、こ
れらの表示材料を用いる反射型表示素子では、白黒表示
を行うために、通常、これらの表示材料を光吸収層と組
み合わせて使用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来提
案されている光散乱性を制御する物質からなる表示層と
光吸収層を組み合わせた反射型表示素子では、光の反射
性が十分でないためコントラストが小さく、光散乱性を
制御する物質からなる表示層が本来具備している特性で
ある「表示の白さ」が不十分であるという問題点があっ
た。本発明は、上記のような従来の技術における問題点
を解決することを目的としてなされたものである。すな
わち、本発明の目的は、光の散乱性を制御する物質から
なる表示層が本来具備している特性である「表示の白
さ」を失わずに、大きなコントラストを得ることができ
る反射型表示素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型表示素子
は、光吸収層、光透過率の高い複数の層からなる光反射
層、支持基板、および光の散乱性を制御する物質からな
る表示層の少なくとも４つの構成層を順次積層してな
り、該光反射層が屈折率の異なる複数の層を積層して形
成されたものであることを特徴とする。

【０００６】図１は、本発明の反射型表示素子の実施例
の模式的断面図であって、光吸収層１、光反射層２、支
持基板３、光の散乱性を制御する物質からなる表示層４
が順次積層されている。図２および図３は、本発明の反
射型表示素子における反射層を説明するものである。図
２においては、光反射層２が、光透過率の高い屈折率の
異なる複数の層（第１光反射層２₁、第２光反射層
２₂、・・・・第Ｎ−１光反射層２_N-1、第Ｎ光反射層
２_N）によって構成されており、各層の屈折率（ｎ₁、
ｎ₂・・・ｎ_N-1、ｎ_N）は、隣接する層（ｎ_K-1，ｎ
_K，ｎ_K+1）が互いに異なる関係になっている。また、
図３においては、光反射層２が、支持基板から光吸収層
に向かって屈折率が順次小さくなるように積層された光
透過率の高い複数の層（第１光反射層２₁、第２光反射
層２₂、・・・・第Ｎ−１光反射層２_N-1、第Ｎ光反射
層２_N）よりなっており、各層の屈折率（ｎ₁、ｎ₂・
・・ｎ_N-1、ｎ_N）は、ｎ₁＞ｎ₂＞・・・＞ｎ_N-1＞
ｎ_Nの関係になっている。

【０００７】次に本発明の反射型表示素子を構成する各
構成層について詳記する。本発明における光吸収層は、
ガラスやプラスチックフィルム等の表面にカーボンブラ
ックや各種色材を分散した高分子膜やカラーフィルター
等を形成したものがあげられるが、材料自身が強い光吸
収性を有するもので形成されても構わない。

【０００８】本発明において、光反射層は、図２および
図３に示すように、光透過率が高くて屈折率の異なる複
数の層から構成される。これらの層における光透過率は
７０％〜１００％の範囲のものであれば如何なる物質で
も使用することができる。しかしながら、屈折率を調整
したガラス材料、高分子化合物、金属酸化物、および空
気等が屈折率の大きさから好ましく使用される。高分子
化合物を用いる場合は、フィルムを重ねたり、コーティ
ングすればよく、また、空気の場合はスペーサーを介し
て空気層を形成すればよい。光反射層の全体の厚さは、
０．１〜１．０μｍの範囲が好ましい。

【０００９】光反射層に用いられる屈折率を調整したガ
ラス材料としては、チタンやゲルマニウム等をドープし
た高屈折率ガラスや、フッ素或いはホウ素等をドープし
た低屈折率ガラスを用いることができる。また、高分子
化合物としては、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、
ポリビニルナフタレン、ポリビニルカルバゾール、ポリ
ペンタブロモフェニルメタクリレート等の高屈折率高分
子化合物や、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロ
エチルメタクリレート、ポリビニルイソブチルエーテ
ル、ポリビニルイソプロピルエーテル等の低屈折率高分
子化合物が使用できる。また、金属酸化物としては、Ｐ
ＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ_1-xＴｉ_x）Ｏ₃）、ＰＬＺＴ（Ｐｂ
_1-x Ｌａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）_1-x/4Ｏ₃）、酸化ジ
ルコニウム、ＩＴＯ等の高屈折率酸化物がそれぞれ好ま
しく使用される。

【００１０】本発明の反射型表示素子においては、光反
射層は、上記のような材料を目的に応じて種々組み合わ
せ、光透過率の高い屈折率の異なる複数の層として積層
する。このような光反射層を設けることにより、反射型
表示素子に入射した光が、積層された屈折率の異なる複
数の層の各界面でそれぞれ反射され、反射型表示素子全
体としての反射率が向上し、明るく白い表示が可能にな
る。この場合、光反射層における各層の屈折率と積層順
序も重要な因子となる。光は、屈折率の大きな物質から
小さな物質へ進む場合に、その界面において物質の屈折
率差に応じて反射される。したがって、その様な界面を
多く形成したり、２つの物質の屈折率差を大きくするこ
とによっても反射率を高くすることができる。特に２つ
の物質の屈折率差を大きくする場合は（屈折率差が小さ
い場合と比較して）、入射光が界面で全反射される角度
領域が増加するばかりでなく、正反射を含め全ての角度
で入射した光の反射率も増加するために、効率よく反射
率を高めることができる。反射型表示素子の反射率を高
くするようにするための、光透過率の高い屈折率の異な
る複数の光反射層を積層する積層パターンは種々ある
が、例えば、屈折率の大きな層と小さな層とを交互に積
層したり、図３に示すように、支持基板から光吸収層に
向かって屈折率が順次小さくなるように積層するパター
ン等が採用できる。

【００１１】本発明において、支持基板としては、従来
の反射型表示素子と同様の材料が使用でき、ガラス基板
やポリエチレンテレフタレート等のプラスチックフィル
ム等の透明支持基板が好ましく使用される。また、複数
の光透過率の高い光反射層との組み合わせによっては、
チタンやゲルマニウム等をドープした高屈折率ガラスを
使用することができ、素子の反射率を高めるのに効果的
である。

【００１２】本発明に用いられる光散乱を制御する表示
層には、如何なる光散乱物質を用いても構わないが、例
えば、高分子液晶材料、高分子中に有機低分子化合物が
分散された複合材料、複数の高分子をブレンドした複合
材料、液晶／高分子複合材料等が好ましく使用される。
まず、高分子液晶材料よりなる高分子液晶膜について説
明する。高分子液晶膜は、熱によって光の散乱性を変化
させることが可能である。すなわち、高分子液晶膜は、
熱安定状態において、高分子液晶が液晶相である温度範
囲では、光の散乱性が大きく、白濁している。この状態
の高分子液晶膜を、高分子液晶の液晶相−等方相相転移
温度以上に加熱すると、高分子液晶は等方相となり、光
の散乱性が低下して透明度が上昇する。その状態から液
晶相−ガラス相相転移温度以下の温度まで急冷すると、
高分子液晶は過冷却状態となり、等方相がガラス状態に
固定されて、高分子液晶膜は透明度が上昇したままの状
態を保つ。このような高分子液晶の代表例としては、Mo
kromol. Chem.,p273,179(1978)、Eur.Polym.J.,p651,18
(1982)、およびMol.Cryst.Liq.Cryst.,p167,169(1989)
等に開示されているが、ビフェニル系、フェニルベンゾ
エート系、シクロヘキシルベンゼン系、アゾキシベンゼ
ン系、アゾベンゼン系、アゾメチン系、フェニルピリミ
ジン系、ジフェニルアセチレン系、ビフェニルベンゾエ
ート系、シクロヘキシルビフェニル系、ターフェニル系
等の剛直な液晶分子を所定の長さのアルキルスペーサー
を介して、高分子主鎖と結合したものがあげられる。

【００１３】次に、高分子中に有機低分子化合物が分散
された複合材料よりなる複合膜について説明する。この
複合膜は、高分子中に結晶性有機低分子物質を分散させ
て、結晶性有機低分子物質のドメイン構造を熱によって
変化させることにより、光の散乱性を制御することがで
きる。すなわち、複合膜を或る温度以上に加熱し、冷却
すると、高分子中に分散された結晶性有機低分子化合物
は、多結晶状態から単結晶状態へと変化し、それに伴
い、複合膜は光の散乱性の大きい白濁した状態から、光
の散乱性が小さく透明な状態へと変化する。高分子中に
有機低分子化合物が分散された複合材料の具体的なもの
としては、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポ
リスチレン、ポリエステル、ポリアミド、アクリレート
−メタクリレート共重合体、塩化ビニリデン−アクリロ
ニトリル共重合体、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合
体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−ア
クリレート共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体等
の樹脂母材中に、炭素数１６以上の高級脂肪酸であるベ
ヘン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、アラキン酸等の
有機低分子化合物を種々の組合せで分散させたものが好
ましいものとしてあげられる。

【００１４】次に、複数の高分子をブレンドした複合材
料よりなる複合膜について説明する。この複合膜には、
上限臨界共溶温度相図を示すものと、下限臨界共溶温度
相図を示すものの２種類があり、いずれも本発明に適用
可能である。しかしながら、白地に黒表示が簡単に得ら
れるという点で、下限臨界共溶温度相図を示す複合膜が
より好ましく使用される。下限臨界共溶温度相図を示す
複合膜を構成しているブレンドされた複数の高分子は、
一定温度以下の低温側では均一な相溶状態にあり、この
温度以上の高温側では、各高分子成分が相分離状態にあ
る。用いた高分子間で光の屈折率が異なるものを用いれ
ば、低温側の相溶状態では一様な透明性を示すが、高温
側の相分離状態では光を散乱して白濁状態を示す。さら
にこの複合膜は、加熱相分離状態から急冷することによ
って相分離状態を固定することができる。また、固定化
した相分離状態を再び相分離温度以上に加熱し、徐冷す
ると元の相溶状態に戻る。複数の高分子をブレンドした
複合材料の具体例としては、下限臨界共溶温度相図を示
す系として、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン
−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−
テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−
ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の高分子材料と、
ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポ
リメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート等
の高分子材料との種々の組合せがあげられる。

【００１５】次に、液晶／高分子複合材料よりなる複合
膜について説明する。液晶／高分子複合材料よりなる複
合膜は、低分子液晶化合物と高分子化合物が相分離した
状態で存在してその機能を発現する。配向処理を行って
いない液晶／高分子複合材料よりなる複合膜は、低分子
液晶化合物と高分子化合物の界面で光が散乱され、不透
明度が大きく白濁している。配向処理をした液晶／高分
子複合材料よりなる複合膜は、低分子液晶化合物の液晶
相−等方相相転移温度以上まで加熱した状態で電界を印
加すると、不透明度が低下する。この不透明度が低下し
た状態は、電界を取り除いても保持される。さらに電界
を付加せずに加熱すると、もとの不透明な状態に戻る。
液晶／高分子複合材料の低分子液晶化合物としては、ス
メクティック液晶が好ましく使用されるが、高分子化合
物との組み合わせによっては、ネマティック液晶も同様
に使用することができる。具体的には、ビフェニル系、
フェニルベンゾエート系、シクロヘキシルベンゼン系、
アゾキシベンゼン系、アゾベンゼン系、アゾメチン系、
ターフェニル系、ビフェニルベンゾエート系、シクロヘ
キシルビフェニル系、フェニルピリミジン系、シクロヘ
キシルピリミジン系、コレステロール系等の各種液晶化
合物があげられる。これら低分子液晶化合物は、一般的
に使用されている液晶材料と同様に、単一組成である必
要はなく、複数の成分から構成されていてもよい。

【００１６】液晶／高分子複合材料中の高分子化合物
は、複合膜の作製方法によって用いられる材料が大きく
異なってくる。液晶／高分子複合材料よりなる複合膜の
作製方法としては、低分子液晶化合物と重合性組成物を
混合し、光や熱によって重合相分離させて成膜する方法
（重合相分離方法）、低分子液晶化合物と高分子化合物
とを共通溶媒に溶解し、塗布、乾燥させて成膜する方法
（溶媒除去相分離法）、高分子のネットワークを予め作
製し、その中に液晶を含浸させる方法、低分子液晶化合
物を乳化して高分子化合物中に分散させる方法等があ
る。ここでは溶媒除去相分離法による場合における液晶
／高分子複合材料中の高分子材料について述べる。溶媒
除去相分離法において使用する高分子化合物としては、
（メタ）アクリル酸のＣ₁〜Ｃ₃₀アルキルエステルおよ
びその誘導体、（メタ）アクリル酸のハロゲン置換アル
キルエステル、（メタ）アクリル酸のジアルキルアミノ
エチルエステル、ポリエチレングリコールモノ（メタ）
アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸、（メタ）ア
クリルアミド、酢酸ビニル、スチレンおよびスチレン誘
導体、（メタ）アクリロニトリル、エチレン、塩化ビニ
ル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、ビニルピロリ
ドン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の重合
体および共重合体をあげることができる。また、低分子
液晶化合物と高分子化合物との相分離の形状は、それぞ
れの液晶滴が分散保持されたものでもよいし、複数の液
晶滴が連結されていてもよい。液晶滴の形状は球形でも
よいし、高分子化合物が薄膜状の壁を形成する場合のよ
うに、多面体のような形状をしていてもよい。また、液
晶が連続相を形成していてもよい。

【００１７】以上説明した表示層のいずれにおいても、
外部から電界、磁界、光或いは熱などを印加することに
より光の散乱性を変化させることができ、白い表示が可
能である。本発明の反射型表示素子は、上記した４つの
構成層を必須のものとするが、さらに他の構成層を設け
ても構わない。例えば、表示層の上にさらにもう一枚の
支持基板を重ね、表示層を２枚の支持基板で挟持した
り、表示層の表面に保護層や反射防止層を形成すること
も可能である。また、支持基板と表示層との間に、配向
膜、接着膜、電極膜を設けてもよい。

【００１８】

【作用】本発明の反射型表示素子においては、光透過率
の高い屈折率の異なる複数の層よりなる光反射層を設け
たことにより、光散乱性を制御する表示層が本来具備し
ている特性である「表示の白さ」が失われずに、なおか
つ大きなコントラストが得られる。その作用は次によう
に推測される。すなわち、反射型表示素子に入射した光
は、光散乱を制御する表示層が散乱モードの場合、表示
層で散乱されて光反射層に達する。光反射層に入射した
入射光の一部は、積層された屈折率の異なる他の層との
界面で反射される。この反射光は再び光散乱状態の表示
層へ入射し、散乱されて反射型表示素子表面から出射さ
れる。このような原理で反射型表示素子の反射率が向上
し、明るく白い表示が可能となる。また、表示層が透過
モードの場合、反射型表示素子に入射した光は、表示層
を透過し、光反射層で一部は反射されるものの、殆どは
光吸収層に吸収されてしまう。したがって、この場合、
反射型表示素子の反射率は非常に小さくなり、表示層の
モード変化によって、大きな表示コントラストを得るこ
とが可能になってくる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。実施例１支持基板として、ＰＥＴフィルムを用い、その表面に光
反射層の一部として、１０μｍのポリスチレン層（屈折
率１．５９）を塗布法によって設けた。一方、光吸収層
として、カーボンブラックをエチルメタクリレート重合
体中に分散した高分子膜を表面に形成したポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用い、この光吸収
層と上記光反射層が形成された支持基板とを１０μｍの
スペーサーを介して積層することによって、１０μｍの
空気層（屈折率１．００）を形成し、光反射層の他の一
部とした。それによって、光吸収層、光透過率の高い屈
折率の異なる２つの層よりなる光反射層および支持基板
が順次積層した素子基板が作製された。得られた素子基
板の支持基板上に、表示層として、下記構造式で示され
る繰り返し単位を持つ高分子液晶をトリクロロエタンに
溶解した溶液を塗布し、乾燥させて、膜厚約１０μｍの
高分子液晶からなる表示層を形成した。得られた表示素
子の表示層は白濁した状態であった。

【化１】

【００２０】実施例２支持基板としてＰＥＴフィルムを、光反射層としてＩＴ
Ｏ層（屈折率１．９２）および１０μｍの空気層（屈折
率１．００）を用い、また、光吸収層および表示層とし
て、実施例１に示したと同様のものを用いて、実施例１
と同様な方法で反射型表示素子を作製した。実施例３支持基板として、ソーダ−ライムガラスを、光反射層と
してＩＴＯ層（屈折率１．９２）、１５μｍのポリスチ
レン高分子層（屈折率１．５９）および１０μｍのポリ
フッ化ビニリデン層（屈折率１．４２）を用い、また、
光吸収層および表示層として、実施例１に示したと同様
のものを用いて、実施例１と同様な方法で反射型表示素
子を作製した。

【００２１】比較例１光反射層を設けない以外は、実施例１と同様にして反射
型表示素子を作製した。比較例２光反射層として、１０μｍのポリフッ化ビニリデン層
（屈折率１．４２）のみを用いた以外は、実施例２と同
様にして反射型表示素子を作製した。比較例３光反射層として、ＩＴＯ層（屈折率１．９２）のみを用
いた以外は、実施例３と同様にして反射型表示素子を作
製した。

【００２２】（評価）実施例１〜３、および比較例１〜
３で得られた反射型表示素子を試料とし、部分的に加
熱、急冷することによって表示層を部分的に透明にし
た。表示層の背景には光吸収層が設けられているので、
反射型表示素子には、白い表示部分（表示層：散乱モー
ド）と黒い表示部分（表示層：透過モード）とが形成さ
れた。このようにして得られた試料の白および黒の反射
濃度を、Ｘ−ｒｉｔｅ９６８（Ｘ−ｒｉｔｅ社製）にて
測定し、反射率を求めた。また、コントラスト（ＣＲ）
を、ＣＲ＝（白の反射率）／（黒の反射率）によって求
めた。それらの結果を表１に示す。

【表１】表１に示すように、光透過率の高い屈折率の異なる複数
の層よりなる反射層を設けた実施例１〜３の反射型表示
素子は、反射層を設けないものおよび単層構造の反射層
を設けたも比較例１〜３のものよりも反射率、コントラ
ストが共に大きいことが分かる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の反射型表示素子においては、光
散乱を制御する物質からなる表示層の背後に配置された
光反射層が、光透過率の高い屈折率の異なる複数の層を
積層して形成されているため、この光反射層の各層の界
面で入射光が反射され、その結果、素子全体としての光
反射率を高くすることができる。したがって、本発明の
反射型表示素子は、光散乱を制御する物質からなる表示
層が本来具備している特性である「表示の白さ」を失わ
ずに、なおかつ大きなコントラストを得ることができる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型表示素子の一例の模式的断面
図である。

【図２】本発明の反射型表示素子における反射層の好
ましい態様を説明するための説明図である。

【図３】本発明の反射型表示素子における反射層の他
の好ましい態様を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１…光吸収層、２…光反射層、３…支持基板、４…表示
層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光吸収層、光透過率の高い複数の層から
なる光反射層、支持基板、および光の散乱性を制御する
物質からなる表示層の少なくとも４つの構成層を順次積
層してなり、該光反射層が屈折率の異なる複数の層を積
層して形成されたものであることを特徴とする反射型表
示素子。
【請求項２】屈折率の異なる複数の層が、支持基板か
ら光吸収層に向かって屈折率が順次小さくなるように積
層されていることを特徴とする請求項１記載の反射型表
示素子。
【請求項３】光透過率の高い光反射層が空気層である
ことを特徴とする請求項１記載の反射型表示素子。
【請求項４】光透過率の高い光反射層が高分子物質か
らなることを特徴とする請求項１記載の反射型表示素
子。
【請求項５】光透過率の高い光反射層がガラスからな
ることを特徴とする請求項１記載の反射型表示素子。
【請求項６】光透過率の高い光反射層が金属酸化物か
らなることを特徴とする請求項１記載の反射型表示素
子。