JPH08234176A - 高分子−液晶複合表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高解像度且つ高コントラストで明るい場所で
も使用可能な高分子−液晶複合表示素子を得る。 【構成】 透明電極６，１１間には光導電層７、遮光層
８、反射層９及び高分子−液晶複合層１０が順次積層さ
れると共に、一方の透明電極６の他方の面には、透明固
体層５を介して透明行電極４と列電極２で挟まれた発光
層３が設けられている。そして、発光層３の発光した領
域からの光は、光導電層７へ入射することにより、光導
電層７を発光層３の発光パターンに対応して露光し、こ
の露光により、透明電極６，１１間の高分子−液晶複合
層１０において光導電層７の露光パターンに対応した領
域に閾値以上の電圧が印加するため、液晶の配向が生じ
るようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高分子−液晶複合表示
素子に係り、特に、液晶材料と高分子材料よりなる表示
材料を用いてなり、文字、図形等を反射方式によって表
示するようにした高分子−液晶複合表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示素子の一つとして知られる液晶表示
素子には、液晶の旋光特性を利用したねじれ液晶（Ｔ
Ｎ）型や、その応答特性を改良したスーパーツイストネ
マチック（ＳＴＮ）型が既に実用化されている。これら
の液晶表示素子を用いて構成される液晶光学装置は、偏
光板を必要とするため、透過光の明るさやコントラスト
が充分なものが得難いという欠点がある。

【０００３】これに対して、偏光板が不要であり、柔軟
性のあるフィルム化が容易であるという利点を有する液
晶表示素子として高分子と液晶からなるものが開示され
ている（例えば特表昭５８−５０１６３１号公報）。す
なわち、この液晶表示素子は、高分子と液晶からなる層
に対して電圧を印加したり（電圧ＯＮ）、非印加状態
（電圧ＯＦＦ）とすることによって、透明状態と散乱状
態の切替が行えるようになっており、透明状態と光散乱
状態との組み合わせパターンにより所望の表示を可能と
したものである。

【０００４】また、他の液晶表示素子として、特開平５
−１４３０２３号公報には薄膜電界効果トランジスタ
（ＴＦＴ）からなるＴＦＴアクティブマトリックスを用
いた大容量の液晶表示素子が、さらに、特開平５−２６
５０５１号公報には高分子−液晶複合材料と光導電材料
であるＢ₁₂ＳｉＯ₂₀を組み合わせた光書き込み型ライト
バルブが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の高分子−液晶複合表示素子では、ＴＮ液晶素子
などと同様にパターン電極に対してＴＦＴアクティブマ
トリックスを用いた電圧印加を行っているため、反射表
示とすると、極端にコントラストが低下することになる
ので、シュリーレン光学系を用いたライトバルブとする
以外ないという問題があった。

【０００６】さらに、従来の高分子−液晶複合表示素子
では、ＴＮ液晶素子と比べて駆動電圧が高く、電圧保持
率も低いため本質的にＴＦＴアクティブマトリックスに
よる駆動は困難であるという問題もある。そのうえ、高
分子−液晶複合材料と光導電材料を単純に組み合わせた
場合には、高い解像度や大容量の表示を達成することが
できる反面、装置が大型化し、このためいわゆるプロジ
ェクタとした場合には、コントラストが不足し明るい場
所では使用できなくなるという問題があった。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、高解像且つ高コントラストで明るい場所であっても
使用可能な小型で省電力が図れる反射型高分子−液晶複
合表示素子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高分子−液
晶複合表示素子は、平行に対向する２枚の透明電極間に
高分子−液晶複合材料からなる高分子−液晶複合層と反
射層が順次積層されてなる高分子−液晶複合表示素子で
あって、前記高分子−液晶複合層及び前記反射層は、前
記２枚の透明電極の一方の透明電極側から順次積層され
る一方、前記反射層と他方の透明電極との間には、前記
反射層側から遮光層及び光導電層が順次積層されると共
に、他方の透明電極の前記一方の透明電極との非対向面
上には、透明固体層を介して選択発光可能な発光手段を
設けてなるものである。

【０００９】特に、発光手段は、電圧の印加により発光
する発光層と、この発光層を挟持するように設けられ且
つ互いに直交する方向に配設された複数の行電極と、複
数の列電極とを有してなるものが好適である。

【００１０】そして、透明固体層と光導電層の屈折率
は、発光状態にある発光手段の部位からの光が、非発光
領域に位置する光導電層に入射する際に、全反射状態と
なる値に設定されたものであるものが好適である。

【００１１】

【作用】発光手段を任意の発光パターンとすることによ
り、この発光パターンに対応した光導電層の領域が露光
されることとなる。そして、２枚の透明電極間に電圧が
印加されることにより、光導電層の露光された領域はそ
の部分のインピーダンスが低下するので対応する高分子
−液晶複合層の領域に閾値以上の電圧が印加されること
となり、その結果、その部分の液晶が配向されるのに対
し、光導電層の露光されない領域はその部分のインピー
ダンスが低下することなく高いままであるため、対応す
る高分子−液晶複合層の領域に閾値以下の電圧しか印加
されず、液晶には何等の変化が生じないこととなる。

【００１２】したがって、発光手段の発光パターンが光
導電層の露光パターンに変換され、さらにこの露光パタ
ーンに対応して液晶が配向されるようにすることで、従
来、発光型フラットディスプレイとしての発光手段を非
発光型の表示材料である高分子−液晶複合材料に表示機
能を与えるものとして用いることで、周囲光による表示
コントラストの低下が抑圧され明るい場所での使用が可
能となるものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る高分子−液晶複合表示素
子について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。ここ
で、図１は本発明に係る高分子−液晶複合表示素子の一
実施例における縦断面図、図２は図１に示された高分子
−液晶複合表示素子の平面図、図３は他の実施例におけ
る縦断面図である。尚、以下に説明する部材、配置等は
本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内
で種々改変することができるものである。

【００１４】本実施例おける高分子−液晶複合表示素子
は、図１に示されたように、ガラス基板１の一方の面上
に、列電極２、発光層３、透明行電極４、透明個体層
５、透明電極６、光導電層７、遮光層８、反射層９、高
分子−液晶複合層１０、透明電極１１、透明基板１２及
び反射防止膜１３を順に積層形成してなるものである。

【００１５】反射防止膜１３は、透明基板１２からの表
面反射を防止するためのものであり、透明基板１２の屈
折率と空気の屈折率との幾何平均に近い屈折率を有する
誘電体から成る薄膜で形成される。また、このような誘
電体としては、例えば、弗化マグネシウム、酸化アンチ
モンと弗化マグネシウムとの２層膜などが好適である。
透明基板１２及びガラス基板１を形成する部材として
は、無アルカリガラス、ソーダガラス等の透明ガラスや
ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルホンな
どの透明フィルムなどが好適である。

【００１６】透明電極６，１１は、金属酸化物などから
なる透明な部材からなるもので、金属酸化物としては、
ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化インジウム、酸化亜
鉛などの薄膜のいずれを用いてもよい。高分子−液晶複
合層１０は、液晶が高分子中に分散又は連続層をなした
液晶部材からなるもので、液晶には２色性染色を混合し
たものが好適である。

【００１７】このような高分子−液晶複合層１０の作製
方法としては、液晶と非相溶の高分子を溶媒と共に攪拌
し、液晶のエマルジョンとして基板に塗布し、溶媒を除
去した後、対向する基板を密着する方法、液晶と相溶す
る高分子との均一溶液から温度降下などによる相分離を
利用する方法、液晶と高分子の前駆体からなる均一溶液
から高分子前駆体の反応に伴う相分離を利用する方法、
さらには、ポーラスな高分子材料に液晶を注入する方法
などが利用できる。勿論、これらに限定される必要はな
く所望の高分子−液晶複合層が形成できるものであれ
ば、他の方法であってもよいものである。

【００１８】尚、高分子−液晶複合層１０形成の際に用
いることのできる色素としては、色素分子の配向方向に
よって光の吸収係数が異なる２色性色素が望ましいが、
複合膜の透過及び散乱のいわゆるスイッチングを利用し
て非２色性染料も利用することが可能である。また、２
色性染料の吸収特性は、染料分子の長軸方向の吸収係数
が小さい負の２色比を有するものも利用することができ
る。

【００１９】反射層９は、誘電体ミラーや光散乱性固
体、小分割金属ミラーなどから形成されるものである。
誘電体ミラーは、屈折率の相異なる１／４波長厚の誘電
体薄膜を多数積層してなる膜であって、例えば、弗化マ
グネシウムと酸化珪素の積層膜などが用いられる。ま
た、光散乱性固体は、酸化チタンや酸化亜鉛などの白色
固体の粉末を透明な樹脂などに分散してなる膜である。
さらに、小分割金属ミラーは、アルミニウムなどの金属
薄膜ミラーをエッチング処理などによって島状に分割し
てミラーの平面方向の導電性をなくしたものである。

【００２０】遮光層８は、ＣdＴe・顔料やカーボンブラ
ックを分散させた樹脂などから形成されるものである。
光導電層７は、例えば、硫化カドミウム、アモルファス
シリコン、アモルファスセレンなどの光導電材料等から
形成されるもので、これらいずれの部材を用いてもよい
が、光に対する応答が早く、光による導電性の変化がイ
ンピーダンスの変化に反映されやすいアモルファスシリ
コン等が特に好適である。

【００２１】透明固体層５は、絶縁性の高い透明部材か
ら形成されるもので、絶縁性の高い透明部材であれば、
種々の部材が使用できる。尚、実際には製造の容易性の
観点から、透明な樹脂が望ましい。また、接着性の良さ
からエポキシ系樹脂が特に好適である。

【００２２】透明行電極４は、先に述べた透明電極６，
１１を形成した部材と同様な部材を用いて形成すること
ができるものであるが、電極をエッチングによりパター
ニングする必要があるので腐食性の大きいＩＴＯ（酸化
インジウム錫）が好適である。列電極２を形成する部材
も、基本的には透明電極６，１１を形成したと同様な部
材を用いることができるが、この列電極２は必ずしも透
明である必要はないので、金属部材から形成される不透
明なものであってもよいものである。尚、本実施例にお
ける列電極２は、透明電極となっている。

【００２３】発光層３は、発光材料から形成されるもの
で、例えば、エレクトロルミネッセント材料、発光ダイ
オード材料などのいわゆるフラットパネルディスプレイ
を構成する固体発光材料であればいずれのものもよい。
特に、エレクトロルミネッセント材料等の発光素子は平
面性が良く、単純マトリックス駆動が容易でクロストー
ク発光が生じない等の観点からより望ましいものであ
る。

【００２４】この発光層３は、複数の透明行電極４の内
から選択された透明行電極４と、複数の列電極２の内か
ら選択された列電極２と、の間に位置する部位において
電圧が印加されるようになっている。すなわち、本実施
例の透明行電極４と列電極２とはいわゆるＸ−Ｙマトリ
ックスをなすもので、例えば、図２に示されるように選
択された透明行電極４と列電極２とが略十字状に位置す
る場合、透明行電極４と列電極２とが重なる部位の発光
層３が選択的に発光することとなる。

【００２５】尚、発光層３の発光させる領域を選択する
には、Ｘ−Ｙマトリックスの他に、ドットマトリックス
も使用可能である。また、電圧印加の方式としては、ア
クティブマトリックスによるものでも、点順次走査方式
によるものでも、いずれでもよい。

【００２６】本実施例における発光層３は発光材料を全
面に着膜して形成されるが、複数の透明行電極４と複数
の列電極２との対向する間が発光部となるので、隣接す
る部位間には非発光部が存在する。選択された発光層３
（発光部）から発せられた光は、透明固体層５及び透明
電極６を通過して光導電層７に到達するが、その際、透
明固体層５と透明電極６の間における屈折率の差、又は
透明電極６と光導電層７との間の屈折率の差により、隣
接画素に及ぶ発光層３からの光は全反射されるように設
定しておく必要がある。

【００２７】このような設定により、画素を形成する高
分子−液晶複合層１０の領域は、全て隣接領域の発光部
からの光によって、光伝導層７が露光されるようなこと
がなくなり、隣接画素間の影響が生じないようになるの
で高い分解能の表示が可能となる。尚、上述の実施例に
おいて、反射防止膜１３は適宜設けられるもので、必須
のものではない。

【００２８】次に、上述した実施例の高分子−液晶複合
表示素子における作用について概括的に説明すれば、先
ず、所望の表示文字、図形等に対応して列電極２及び透
明行電極４に選択的に所定の電圧を印加する。これによ
り発光層３の対応する領域が発光し、光導電層７の対応
する領域が露光されることとなる。一方、透明電極６，
１１間に所定の電圧を印加することにより、先の光導電
層７の露光部分に対応する高分子−液晶複合層１０が配
向され、所望の文字、図形等が反射防止膜１３側から視
認されることとなる。

【００２９】したがって、発光層３の発光パターンが光
導電層７の露光パターンに変換され、さらに、この露光
パターンに対応して液晶が配向されるようにすること
で、周囲光による表示コントラストの低下が抑圧され明
るい場所での使用が可能となるものである。

【００３０】次に、第２の実施例について図３を参照し
つつ以下に説明する。尚、図１及び図２に示された実施
例と同一の構成要素については、同一の符号を付してそ
の説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明すること
とする。透明電極６、透明固体層５及び透明行電極４
は、次のようにして形成されている。すなわち、厚さ
０．５ｍｍのアルミノシリケードガラス基板を透明固体
層５とし、その両面に厚さ１００ｎｍのＩＴＯ層をスパ
ッタ法により形成し、一方をそのまま透明電極６とし、
他方の面をエッチングにより短冊状にパターニングする
ことにより透明行電極４が形成されている。

【００３１】尚、透明行電極４の面上には、スパッタ法
により二酸化珪素と四窒化三珪素の複合薄膜を２５０ｎ
ｍで形成し絶縁層としてある（図３には図示せず。）。
そして、この絶縁層の表面に真空蒸着法によりマンガン
を含む硫化亜鉛の薄膜を６００ｎｍの厚みで形成するこ
とにより発光層３が形成されている。そして、発光層３
の表面に列電極２を形成する部材を蒸着させ、透明行電
極４と直交する方向にエッチングにより短冊状にパター
ニングして列電極２が作られている。

【００３２】ついで、透明電極６の表面にプラズマＣＶ
Ｄ法によりアモルファスシリコンの膜を３μｍの厚みに
着膜させることで光導電層７とした。さらに、この光導
電層７の表面にカーボンブラック分散樹脂をスピンコー
タで塗布乾燥して厚み２μｍの遮光層８を形成した。そ
して、遮光層８の表面には酸化チタン分散樹脂をスピン
コータで塗布乾燥して反射層９を形成した。

【００３３】反射層９の表面にはアルコールに分散した
１２μｍ径のプラスチック球をスプレーし、アルコール
を乾燥させた後スペーサとし（図示せず）、その上にＩ
ＴＯからなる透明電極１１付き７０５９ガラスからなる
透明基板１２を乗せて周縁を封止した後、黒色２色性色
素を含む液晶と重合成物質の相溶物を注入し、紫外線に
より重合成物質を重合して高分子−液晶複合層１０とし
た。

【００３４】次いで、異方導電性フィルムにより透明電
極１１と図示されない駆動回路を接続し、最後に列電極
２をガラスケース１４で覆い、その間隙部分にシリコン
オイル１５を充填して本実施例の高分子−液晶複合表示
素子が完成されることとなる。尚、本実施例の高分子−
液晶複合表示素子における画素数は２５６×２５６で、
画素ピッチは１００μｍとしてある。

【００３５】また、透明行電極４同士の間隔及び列電極
２同士の間隔は、共に４０μｍとしてある。さらに、透
明行電極４と列電極２との間には、線順次走査方式によ
る駆動電圧を印加すると共に、１ＫＨｚ、５０Ｖの交流
電圧を印加することにより、線順次走査方式により選択
された電極パターンに対応して反射層９が見える画像を
出現させることができた。

【００３６】この画像は、非常に明るい白黒表示で、屋
外の明るい場所でも視認性は衰えず、コントラストの高
い画像を得ることができた。尚、本実施例の高分子−液
晶複合表示素子の消費電力は、５ｍＷとかなり小さいも
のであった。

【００３７】比較例として、透明行電極４同士の間隔及
び列電極２同士の間隔を２０μｍとし、他の構成は上述
した第２の実施例と同一のものを作製し、表示を行って
見たところ、明るさは第２の実施例のものよりも明るい
ものができたが、画像の輪郭がぼけたものとなり、表示
分解能が劣るものであった。この時の表示を拡大してみ
たところ、電圧を印加したい領域よりも実際に電圧が印
加されている領域が広いことが確認された。

【００３８】このため、各要素の光学的な性質を考慮し
て発光層３から光導電層７に向かう光を光線追跡したと
ころ、隣接画素の領域の一部に発光画素からの光が入射
していることが解った。そこで、第２の実施例のものに
おいても、光線追跡を行ってみたところ、発光層３から
光導電層７に向かう光は、発光画素の領域にちょうど収
まっていることが解り、この違いが画像輪郭のぼけの有
無を生ずる原因であることを確認することができた。

【００３９】次に、第３の実施例について説明する。こ
の第３の実施例は、基本的構成は図３に示された第２の
実施例と同一であり、異なるのは第２の実施例において
発光層３をいわゆるＥＬ部材から形成したのに対し、微
小なＬＥＤ素子（図示せず。）を多数用いて形成したこ
とである。ＬＥＤ素子は、発光に指向性が大きいため第
２の実施例のものに比較して表示密度を向上させること
が容易にできた。尚、画素ピッチは、５０μｍとした。

【００４０】次に、第４の実施例について説明する。こ
の第４の実施例も、第３の実施例と同様に、次述する点
を除く基本的構成は、図３に示された第２の実施例と同
一のものである。すなわち、異なる点は、発光層３をＶ
ＦＤ（真空蛍光管）のグラフィクディスプレイにより形
成したことである。この第４の実施例は、先の第３の実
施例と比べてより簡易な構造で表示密度を向上させるこ
とができた。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、発光手段による発光パ
ターンに応じて光導電部材を露光させ、その露光パター
ンに応じて液晶が配向されるような構成とすることによ
り、周囲光による表示コントラストの低下が抑圧された
表示ができるので、明るい場所での使用が可能となり、
しかも少ない電力で済む高分子−液晶複合表示素子が提
供されるものである。特に、発光手段がいわゆる単純マ
トリックス方式で駆動されるものとした場合には、比較
的単純な構成を有しながらも大容量の表示が可能な高分
子−液晶複合表示素子が提供できるという効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高分子−液晶複合表示素子の第１
の実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１に示された実施例における高分子−液晶複
合表示素子の平面図である。

【図３】本発明に係る高分子−液晶複合表示素子の第２
の実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

２…列電極、 ３…発光層、 ４…透明行電極、 ５…
透明固体層、 ７…光導電層、 ８…遮光層、 ９…反
射層、 １０…高分子−液晶複合層、 １４…ガラスケ
ース、 １５…シリコンオイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行に対向する２枚の透明電極間に高分子
   −液晶複合材料からなる高分子−液晶複合層と反射層が
   順次積層されてなる高分子−液晶複合表示素子であっ
   て、 前記高分子−液晶複合層及び前記反射層は、前記２枚の
   透明電極の一方の透明電極側から順次積層される一方、 前記反射層と他方の透明電極との間には、前記反射層側
   から遮光層及び光導電層が順次積層されると共に、 他方の透明電極の前記一方の透明電極との非対向面上に
   は、透明固体層を介して選択発光可能な発光手段を設け
   たことを特徴とする高分子−液晶複合表示素子。
2. 【請求項２】 発光手段は、電圧の印加により発光する
   発光層と、この発光層を挟持するように設けられ且つ互
   いに直交する方向に配設された複数の行電極と、複数の
   列電極とを有してなることを特徴とする請求項１記載の
   高分子−液晶複合表示素子。
3. 【請求項３】 透明固体層と光導電層の屈折率は、発光
   状態にある発光手段の部位からの光が、非発光領域に位
   置する光導電層に入射する際に、全反射状態となる値に
   設定されたものであることを特徴とする請求項１記載の
   高分子−液晶複合表示素子。