JPH07104322A

JPH07104322A - 反射型表示素子

Info

Publication number: JPH07104322A
Application number: JP5267774A
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: 1993-10-01
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1995-04-21
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JP2842172B2

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ものであって、支持基板の屈折率
が、光反射層の屈折率より０．２以上大きいことを特徴
とする。その場合、支持基板の屈折率が１．５より大き
いことが好ましい。

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、光の散乱性を制御する物
質より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
案されている光の散乱性を制御する物質よりなる表示層
と光吸収層を組み合わせた反射型表示素子では、素子と
しての反射性が小さいために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、「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、そして支持基板
の屈折率が、該光反射層の屈折率より０．２以上大きい
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、光透過率の高い
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。

【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】また、光透過率の高い光反射層は、光透過
率の低い光反射層よりの光透過率が高い材料から構成さ
れるが、光透過率が７０％〜１００％の範囲のものが好
ましく、その屈折率が支持基板の屈折率より０．２以上
小さくなるように組み合わせさえすれば、如何なるもの
でも使用することができる。そのような材料としては、
屈折率を調整したガラス材料、高分子化合物、および空
気等が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。光透過率の高い光反射層の厚さは、０．１〜
１．０μｍの範囲が好ましい。

【０００９】光透過率の高い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、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好ましく使用される。

【００１０】本発明において用いられる支持基板を構成
する材料は、光透過率の高い物質であり、かつその屈折
率が、上記光反射層の屈折率よりも０．２以上大きいよ
うに組合せれば、如何なるものでも使用することができ
る。従来の反射表示素子と同様に、ガラス基板やプラス
チックフィルム等の透明支持基板を用いることも可能で
あるが、本発明の場合、その屈折率の大きさが、従来の
ものよりも大きいことが望ましい。屈折率の高い物質
（例えば屈折率が１．５以上の物質）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、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、ポリパラジビニルベンゼン等の高屈
折率高分子物質があげられる。

【００１１】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。
これらは、いずれも電界、磁界、光或いは熱等の外的作
用によって光の散乱性や透明度を制御することが可能で
あり、その表示原理により明るく白い表示が可能であ
り、本発明において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、Mokromol. Che
m.,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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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、表示層を二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。

【００１７】

【作用】本発明の反射型表示素子においては、支持基板
と光透過率の高い光反射層との屈折率を制御することに
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、大きなコントラ
ストが得られる。その作用は次のように推測される。本
発明の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支持
基板に達する。支持基板に入射した光の一部は、支持基
板と光反射層の界面で反射される。これは、光が屈折率
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２つの物質の屈折率差に応じて光は反射されると
いう性質を利用したものである。特に２つの物質の屈折
率差が大きいと（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、正反射を含めて全ての角度で入射した光の反射
率も増加するために、効率よく光を反射させることがで
きる。このようにして反射した光は、再び支持基板を通
過し、光散乱状態の表示層へ入射し、再び散乱されて反
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、支持基板を透過
し、支持基板と光反射層の界面で一部は反射されるもの
の、殆どは光吸収層へ達し、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。

【００１８】

【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ガラ
ス板を用い、また、支持基板として、Ｔｉドープガラス
（屈折率１．７８）を用いた。これら光吸収層と支持基
板とを１０μｍのスペーサーを介して積層することによ
って、空気層（屈折率１．００）からなる光透過率の高
い光反射層を形成した。それによって、光透過率の低い
光反射層、光透過率の高い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】

【００１９】実施例２支持基板としてＴｉドープガラス（屈折率１．７８）を
用い、その表面に光透過率の高い光反射層として厚さ１
０μｍのポリフッ化ビニリデン層（屈折率１．４２）を
形成し、さらに光吸収層として、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光反
射層表面に形成した。さらに支持基板の他面に、実施例
１に示したと同様の高分子液晶を用いて表示層を形成
し、実施例１と同様にして反射型表示素子を作製した。実施例３支持基板としてＴｉドープガラス（屈折率１．７８）を
用い、光透過率の高い光反射層として厚さ０．８μｍの
高純度石英ガラス層（屈折率１．４６）をゾル−ゲル法
によって、上記支持基板表面に形成し、さらに光吸収層
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光反射層表面に形成した。さ
らに支持基板の他面に、実施例１に示したと同様の高分
子液晶を用いて表示層を形成し、実施例１と同様にして
反射型表示素子を作製した。

【００２０】比較例１支持基板として、ボロシリケートガラス（屈折率１．４
９）を用い、その表面に、光反射層は形成せずに、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
た高分子膜を光吸収層として形成した。表示層として
は、実施例１に示したと同様の高分子液晶を用いて、同
様にして反射型表示素子を作製した。比較例２支持基板として、ソーダーライムガラス（屈折率１．５
１）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支持基板として、ボロシリケートガラス（屈折率１．４
９）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。

【００２１】（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。

【００２２】

【表１】表１に示すように、支持基板の屈折率が光反射層の屈折
率より０．２以上大きい実施例１〜３の反射型表示素子
は、屈折率差がそれより小さい比較例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を支持する支持基板
の屈折率が光透過率の高い光反射層の屈折率より０．２
以上大きいために、支持基板と光反射層との界面におい
て効率よく入射光を反射することができる。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
ことの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。

【符号の説明】１…光吸収層、２…光透過率の高い光反射層、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る反射型
表示素子において、該支持基板の屈折率が、該光反射層
の屈折率より０．２以上大きいことを特徴とする反射型
表示素子。
【請求項２】支持基板の屈折率が１．５より大きいこ
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。