JPH0710726U - 液晶光学表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】透明電極層を有する２枚の基板に挟持された液
晶調光層が、観察者の側からの入射光を散乱する状態と
散乱せずに透過する状態とを、透明電極層に印加する電
界に応じて変化させることのできる液晶光学表示素子に
おける、視認性の向上。 【構成】透明電極層３と５は液晶調光層４に接して設け
る。液晶調光層４の観察者の側とは反対の側の基板８上
には、波長選択的光透過層６と光吸収層７とを観察者側
から見てこの順に設ける。さらに視界制御層２を波長選
択的光透過層７よりも観察者に近い側の位置に設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、透明電極層を有する２枚の基板に挟持された液晶調光層が、観察者 の側からの入射光を散乱する状態と散乱せずに透過する状態とを、透明電極層に 印加する電界に応じて変化させることのできる液晶光学表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】

液晶を用いた光学表示素子は、電子機器の入力情報、運転状況を表示する表示 パネル、あるいは受信した内容を表示する液晶テレビ、液晶デイ スプレイなどに 利用されている。

【０００３】 そうした中で、電気信号により光の散乱と透過を制御した液晶光学表示素子に は、すでにいくつかの提案がある。ファーガソンらは液晶分子をマイクロカプセ ル化した後、該カプセルを液晶滴として樹脂膜中に分散させた液晶膜において、 その液晶滴による光の散乱による不透明性と、電場印加による液晶滴内の液晶分 子の配向による透明性とを利用した液晶光学表示素子（以下、ＮＣＡＰ）を提案 している（特表昭５８−５０１６３１）。

【０００４】 一方、ケント大学（特表昭６１−５０２１２８号及び特表昭６３−５０１５１ ２号）、旭硝子（株）（特開昭６３−２７８０３５）及び、大日本インキ（株） （特開平０１−１９８７２５号）に於いては、重合性のモノマーあるいはオリゴ マーあるいはそれらの混合物（以下プレポリマーと呼ぶ）に液晶を溶解し、プレ ポリマーを紫外線または電子線の照射あるいは熱による重合反応により硬化させ 、液晶成分をドロップレットとして析出し、分散状態を得る液晶光学表示素子、 及び液晶光学表示素子作成法を提案している。

【０００５】 これらの方式ではＴＮ液晶セルやＳＴＮ液晶セルと異なり、偏光板を用いてい ないので表示画像が明るく、また製造工程上も簡便であり、バックライトも不要 であるために次世代の液晶ディスプレイとして期待される。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

従来のＰＤＬＣ（ＮＣＡＰも含んだ高分子分散型液晶を以下ＰＤＬＣで代表し て表現する。）を表示素子に用いるとき、電圧無印加状態にはＰＤＬＣが光を散 乱するために白色表示が得られる。この表示素子を直視型として使用する場合、 光の入射側に対してＰＤＬＣ層の裏面に光吸収層を配置するなどして、電圧を印 加してＰＤＬＣを透明状態にするとＰＤＬＣの背後にある黒色の光吸収層が見え るため、一応白黒表示が可能となるといった方法が考えられる。

【０００７】 しかしながら、ＰＤＬＣに入射した光の後方散乱（観察者への散乱）は小さく 、前方散乱が大きいため、その白色度及びコントラストはＰＤＬＣと黒色体との 距離に依存する。すなわち、ＰＤＬＣと黒色体が接触していると、観察者には背 後の黒色体がある程度透けて見えるために完全に白表示でなく灰色表示になって しまう。

【０００８】 一方、電圧無印加状態におけるＰＤＬＣの白色度及びコントラストを高めるた めには、光の入射側に対してＰＤＬＣ層の裏面の吸収層以外に反射層を設け、反 射光をＰＤＬＣによって散乱させ、観察者への散乱を増加させる方法が考えられ る。この方法は白色度及びコントラストを高めるには有効である。

【０００９】 しかしながら、この様な方法で観察者への散乱の高いＰＤＬＣを得るためには 裏面の反射層の反射率を上げなければならず、該反射層の反射率を高いものとし た場合には、裏面の反射層が鏡面の役割をするため、表示素子として用い、電圧 を印加して黒表示としたとき、斜めより入射した光による反射が気になるといっ た人間の心理面での課題を有する。

【００１０】 本考案はこの様な課題を解決して、白色は明るく、裏面反射が心理的に気にな らないバックライト不要な液晶光学表示素子を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案にかかる液晶表示素子は、透明電極層を有する２枚の基板に挟持された 液晶調光層が、観察者の側からの入射光を散乱する状態と散乱せずに透過する状 態とを、透明電極層に印加する電界に応じて変化させることのできる液晶光学表 示素子において、透明電極層は液晶調光層に接して設け、かつ液晶調光層の観察 者の側とは反対の側の基板上には、波長選択的光透過層と光吸収層とを観察者側 から見てこの順に設け、さらに視界制御層を波長選択的光透過層よりも観察者に 近い側の位置に設けることを特徴としている。

【００１２】 このような構成としては、図１〜図６のものを例示することができる。これら の図中、１は観察者に面した側の基板、２は視界制御層、３は透明電極層、４は 液晶調光層、５は透明電極層、６は波長選択的光透過層、７は光吸収層、８は観 察者の側とは反対の側の基板である。

【００１３】 もちろんこれらの構成例は本考案の一部を示すものであり限定されるものでは なく、観察者側から視界制御層、液晶調光層、選択光透過層、光吸収層がこの順 に、または、液晶調光層、視界制御層、選択光透過層、光吸収層がこの順に配置 されていれば本考案の効果が得られる。もちろん、必要に応じて各層の間に粘着 層や保護層を配置しても良い。

【００１４】 ここで波長選択的光透過層とは、金属酸化物等の誘電体を多層に積層すること によって可視域の光を一部透過し、一部散乱する性能を有する薄膜や、あるいは 金属、合金膜を薄く設けた、一部の光を反射し、一部の光を透過、また吸収する 薄膜である。金属、合金薄膜としてＡｌを蒸着あるいはスパッタリング法で設け たハーフミラーが代表に挙げられるが、金属反射色の弱い、すなわち吸収の大き なＣｒ，Ｃｏ，Ｍｏ、Ｆｅ金属やステンレス、ニクロム、コバルトクロムの様な 金属膜が好適に用いられる。誘電体の多層積層膜は透過光波長、透過率（反射率 ）を選択するために波長の４分の１で各層膜厚を最適に選択し、低屈折率、高屈 折率の透明誘電体膜を交互に、蒸着法あるいはスパッタリング法などで形成して 作製される。

【００１５】 また光吸収層としては、黒色を示し、反射率が５％以下の膜なら材料はなんで も良く、黒色塗膜、黒色紙、偏光板の黒状態等が用いられる。

【００１６】 そして液晶調光層としては、高分子樹脂中に滴状あるいは三次元網目状に分散 した高分子分散型液晶膜であり、かつ入射光を散乱する状態での直達透過率が５ ％以下のものであることが好ましい。

【００１７】 ここで高分子分散型液晶としては、ＮＣＡＰ以外にも紫外線硬化型ＰＤＬＣ、 熱硬化型ＰＤＬＣ、あるいはエマルジョン型ＰＤＬＣ等の作製方法が提案されて いるが、いかなる作り方によるＰＤＬＣであろうとも、光散乱方式での表示の場 合使用可能である。

【００１８】 そのための液晶材料としては、単一の液晶材料であることを要しないのはもち ろんで、２種以上の液晶であっても良い。そのうちの正の誘電率異方性を有する ものが望ましく、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶が好 ましい。そして良好な遮光性を得るためには、液晶構成体中に占める液晶の比率 は５０重量％以上８０重量％以下が好ましく、特に好ましくは５５重量％以上７ ５重量％以下である。

【００１９】 そして良好な視認性を得るための高分子分散型液晶膜の光学特性としては、電 圧無印加時の透過率が５％以下であることが好ましく、電圧を印加した時の最大 透過率は７０％以上であることが好ましい。ここで述べる透過率はＨｅ−Ｎｅレ ーザーを光源として、高分子分散型液晶膜を一対の透明電極付透明基板で挟んだ セルの面から受光部に達する測定光の開口角が６゜になるように設置した３ｍｍ 径のフォトダイオードに到達する光量より得られる値である。

【００２０】 さらに、高分子分散型液晶樹脂を形成する重合性組成物としては、紫外線によ り重合するものが好ましい。重合性組成物はモノマー及び／またはオリゴマー、 重合開始剤を主成分とするが、モノマー、オリゴマーとしてはアクリレート系、 メタクリレート系が好適に用いられる。重合開始剤としては該モノマー、オリゴ マーに対して溶解性の高いことが望ましい。

【００２１】 また視界制御層としては、 ヘイズ率（％）＝（散乱光線透過率／ 全光線透 過率）×１００ で表されるヘイズ率が、光入射角によって変化し、特に該ヘイ ズ率の入射角依存性が視界制御層中の屈折率の分布に起因する光の散乱によるも のであれば良い。そして使用目的に応じて好ましいヘイズ率の入射角依存性が選 択されるが、本考案の液晶光学表示素子において、液晶調光層に対して観察者の 反対側に位置する波長選択的光透過層での反射を防ぎ、波長選択的光透過層が鏡 面となるのを防ぐには、視界制御層面に垂直方向から入射する光のヘイズ率が最 小で、水平方向に近くなるにつれヘイズ率が大きくなるような構造が好ましい。

【００２２】 こうした視界制御層の材質は、上記ヘイズ率を入射角に応じて変化させること ができるもきであれば良い。そうした中でも、可視光波長以上の間隔で高分子樹 脂が層構造をとり、各層での屈折率が異なった物が好ましい。層構造の積層方向 に対して光の入射角を変化させたとき、例えば層構造の積層面に平行に入射する 時には、屈折率の異なる界面での乱反射及び出射する時の光の回折効果により散 乱し、層構造の積層面に垂直な方向に入射した光は散乱せずに透過するといった 構造であり、層構造の積層構造を制御することによって視界を制御できる。

【００２３】

【実施例】

図６に示す構成の液晶光学表示素子を作製した。その際に基板１と８には、１ ｍｍ厚のガラス透明基板を用いた。これらの基板１と８の上に、面積抵抗が２０ ０Ω／□以下の透明導電性の酸化インジウムを透明電極層３と５としてそれぞれ 堆積した。そしてこれらの基板を１０μｍのスペーサーを介して張り合わせ、液 晶調光層４であるＰＤＬＣ層を備えたＰＤＬＣ膜用セルを作製した。

【００２４】 その際にＰＤＬＣ用の液晶としては、メルク社製のシアノビフェニル系液晶で あるＥ−８を使用した。樹脂モノマーとしては、東亜合成┷製のＭ１１３（ノニ ルフェノキシエチレンオキサイドアクリレート）、共栄社油脂化学工業製のＨＯ ＰＡ（２ーヒドロキシプロピルアクリレート）、大阪有機化学工業製のビスコー ト８Ｆ（オクタフロロペンチルアクリレート）、共栄社油脂化学工業製のＰＥ− ４Ａ（ペンタエリスリトール４−アクリレート）をそれぞれ重量比で、Ｍ１１３ ：ＨＯＰＡ：８Ｆ：ＰＥ−４Ａ＝６４：１６：２０：１の割合で混合した。液晶 と樹脂モノマーを６７：３３重量％で混合した後、上記ガラスセルに注入し、７ ５℃の高温雰囲気温度で水銀ランプ光源からの紫外線（５ｍＷ／平方ｃｍ）を照 射し樹脂層を硬化してＰＤＬＣ膜を得た。この膜の透過率をＨｅ−Ｎｅレーザー を光源として、受光部に達する測定光の開口角が６゜になるように設置して測定 した電圧無印加状態の透過率は１．６％であり、１０Ｖ印加時には８３％であっ た。

【００２５】 視界制御層２としては、垂直入射光に対してヘイズ率が小さい、すなわち散乱 能が低い市販の視界制御フィルムを用いた。これはフィルム面に対して垂直入射 （入射角０゜）の透過率は６００ｎｍで８２％、入射角４５°では３０％のもの である。

【００２６】 一方波長選択的光透過層６としては、視界制御層の上にスパッタリング法を用 いてアルミニウムの合金膜を堆積した。この時、合金膜を調整して、５５０ｎｍ での光線透過率、反射率をそれぞれ、９．０％、６６．６％とした。さらに、光 吸収層７としては、反射率が２％以下の黒色紙を用いた。

【００２７】 上記構造の液晶光学表示素子は電圧無印加状態では白く、電圧１０Ｖを印加し て観察したところ、黒表示となり、しかも裏面が鏡面となって反射が気になると いうことはなかった。

【００２８】

【考案の効果】

本考案には以上のような効果があることから、本液晶光学表示素子を用いるこ とによって裏面の反射が気にならならず、しかもバックライト不要な直視型液晶 ディスプレイ等を供給することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶光学表示素子の構成例

【図２】液晶光学表示素子の構成例

【図３】液晶光学表示素子の構成例

【図４】液晶光学表示素子の構成例

【図５】液晶光学表示素子の構成例

【図６】液晶光学表示素子の構成例

【符号の説明】

１ 基板 ２ 視界制御層 ３ 透明電極層 ４ 液晶調光層 ５ 透明電極層 ６ 波長選択的光透過層 ７ 光吸収層 ８ 基板

フロントページの続き (72)考案者 中谷 健司 東京都日野市旭が丘４丁目３番２号 帝人 株式会社東京研究センター内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明電極層を有する２枚の基板に挟持さ
   れた液晶調光層が、観察者の側からの入射光を散乱する
   状態と散乱せずに透過する状態とを、透明電極層に印加
   する電界に応じて変化させることのできる液晶光学表示
   素子において、 透明電極層は液晶調光層に接して設け、かつ液晶調光層
   の観察者の側とは反対の側の基板上には、波長選択的光
   透過層と光吸収層とを観察者側から見てこの順に設け、
   さらに視界制御層を波長選択的光透過層よりも観察者に
   近い側の位置に設けることを特徴とする液晶光学表示素
   子。
2. 【請求項２】 液晶調光層が、高分子樹脂中に滴状ある
   いは三次元網目状に分散した高分子分散型液晶であり、
   入射光を散乱する状態での直達透過率が５％以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶光学表示素子。
3. 【請求項３】 視界制御層が、高分子樹脂が可視光波長
   以上の間隔で層構造をとり、かつ各層での屈折率が異な
   る構造をとり、層構造の積層面に平行に入射した光は屈
   折率の異なる界面での乱反射及び出射時の回折効果によ
   り散乱し、層構造の積層面に垂直な方向に入射した光は
   散乱せずに透過することにより、ヘイズ率が光入射角に
   よって変化するものであることを特徴とする請求項１〜
   ２のいずれかに記載の液晶光学表示素子。