JPH08248398A

JPH08248398A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH08248398A
Application number: JP7936995A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamamoto; 滋山本; Shinya Kyozuka; 信也経塚
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示素子の電極間同士の間隔を狭くして
も、必要なコントラストを得て駆動電圧を低減させるこ
とができる液晶表示素子の構造を得る。【構成】三次元構造のポリマ−の空隙中に液晶を分散
させた高分子液晶複合膜（上層２１及び下層２２）を積
層して積層膜２０とし、この積層膜２０を透明電極１１
で挟んだ液晶表示素子であって、前記各高分子液晶複合
膜中の液晶は、それぞれ電極面に略平行な平面内で一定
の方向に配向し、各高分子液晶複合膜間における液晶の
配向方向は、互に９０度となるように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マルチプレックス基板
や薄膜トランジスタやＭＩＭ素子によるアクティブマト
リクス基板により駆動された、プロジェクタのライトバ
ルブに用いられる液晶表示素子や、ＴＶ表示またはコン
ピュ−タ−端末に用いられるフラットパネル型の液晶表
示素子、さらにはビュ−ファインダ等に用いられる液晶
表示素子の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ツイストネマチック型（ＴＮ型）
若しくはス−パ−ツイストネマチック型（ＳＴＮ型）の
液晶表示素子が実用化されている。これらの液晶表示素
子は、原理上偏光板を用いることによりコントラストを
得ているために、５０％以上の透過率を得ることができ
ない。従って、前記液晶表示素子をプロジェクタのライ
トバルブに用いた場合では、全光量の５０％が偏光板に
吸収され、画面が暗くなるのみならず発熱などの問題が
生じる。また、直視型表示装置として使用するような場
合は、バックライトを用いることにより表示画面が暗く
なるのを解決することができるが、消費電力が増加して
しまうという問題があった。また、バッテリ−の搭載が
限られる携帯型情報機器の表示部として用いる場合に
は、バックライトを使用することができず、表示画面が
暗くならざるを得ない。

【０００３】また、液晶表示素子としては、２色性色素
を添加するゲストホスト方式を利用するものがある。こ
の液晶表示素子において、十分な特性を実現するために
は、色素が入射光のすべての偏光方向の光を吸収しなけ
ればならず、色素があらゆる方向を向いている必要があ
る。ヘイルマイヤ−型若しくはツイスト型では、色素の
配向が一方向か又は液晶に沿ってツイストして配向して
いるために、コントラストを出すために偏光板を用い
て、色素分子の長軸方向と直交する偏光成分を吸収しな
ければならない。相転移型ゲストホスト方式では、偏光
板を用いる必要はないが、相転移を伴うためにヒステリ
シスが発生し、中間調表示ができないという問題があ
る。

【０００４】更に、液晶表示素子の液晶材料として、三
次元構造のポリマ−の空隙中に液晶を分散させた高分子
分散型液晶（ＰＤＬＣ）が提案されている（例えば、特
公平３−５２８４３号公報参照）。高分子分散型液晶で
は、空隙中の液晶の屈折率とポリマ−の屈折率の差によ
り界面で入射光が屈折し、膜全体では多数のドロプレッ
トを通過することになり散乱状態となる。液晶を挟む電
極に電圧を印加すると、液晶は電極面と垂直に配向し、
長軸方向の屈折率とポリマ−の屈折率とが一致すること
により透明状態となる。

【０００５】上記液晶表示素子によると、偏光板が不要
であるためプロジェクタライトバルブに応用しても明る
い表示を得ることができるが、十分な散乱を得るために
にはセルギャップを大きくとる必要があり、そのために
駆動電圧が高くなってしまうという問題があった。

【０００６】また、ＰＤＬＣ中の液晶に２色性色素を添
加した反射型の液晶表示素子も提案されている。ＰＤＬ
Ｃ中の三次元ポリマ−の構造は、液晶が分布する空隙が
互いに独立に存在したものや、連続的に分布したものが
ある。また、液晶がランダムに配向させることができる
空隙を有するポリマ−としては、セルロ−ス（Ａppl.ph
ys.Ｌett.vol.39,No.3,1 Ａugust 1981）や、電界重合
膜を用いて液晶を含浸させたもの（特開平４−４０４２
５）が提案されている。

【０００７】これらのなかで、低電圧駆動でアクティブ
マトリクス駆動による高画質表示に適したＰＤＬＣは、
特公平３−５２８４３号公報に開示される相分離方式に
より作製されるものである。また、特開平４−９８２２
０号公報には、液晶とモノマ−またはオリゴマ−膜に異
なる液晶を再充填することにより材料選択を容易とした
ＰＤＬＣの製造方法が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３は、特公平３−５
２８４３号公報に示される相分離法で作製したＰＤＬＣ
を示すものであり、高分子分散型液晶膜３０を透明電極
１１が形成された基板１０で挟んで構成されている。図
３に示すように、液晶ドロプレット２３の配向はポリマ
−の各空隙間（ドロプレット）ではランダムとなる。図
中の矢印はドロプレット内の液晶の配向方向を示してい
る。そのため、層全体では、ドロプレットの平均屈折率
は（２ｎｅ＋ｎｏ）／３に一次近似できる（ｎｏは、通
常光に対する屈折率、ｎｅは、異常光に対する屈折率で
ある。）。従って、液晶表示素子として必要な散乱度を
得るためには、セルギャップが厚くなり駆動電圧を高く
する必要があるという問題があった。

【０００９】また、ＰＤＬＣに２色性色素を添加したも
の（以下、ＰＤＬＣ−ＧＨと記載する）は、図４に示す
ように、液晶ドロプレット２３と色素２４の配向は、ド
ロプレット内では揃っているものの、層全体では各ドロ
プレットはランダムに配向している。図４中、図３と同
一構成をとる部分については同一符号を付しており、ま
た、下側の基板１０には反射電極１１′が形成されてい
る。高分子分散型液晶膜３０中には、色素２４が基板１
０に対してはじめから垂直に向いているために、吸収に
は寄与しないものが存在する。現状で得られる２色性色
素の２色性比は１０程度であり、このため、散乱状態
（電極間に印加される電圧がＯＦＦ状態）の透過率が十
分下がらず、コントラストが小さいという問題があっ
た。散乱状態の吸収を十分大きくするために色素２４を
多量に添加すると、コントラストは大きくなるが、透明
状態（ＯＮ状態）の透過率が小さくなってしまうという
問題があった。

【００１０】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、液晶表示素子の電極間同士の間隔（セルギャップ）
を狭くしても、必要なコントラストを得るとともに駆動
電圧を低減させることができる液晶表示素子の構造を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、三次元構造のポリマ−の空隙
中に液晶を分散させた高分子液晶複合膜を積層して積層
膜とし、この積層膜を電極で挟んだ液晶表示素子であっ
て、次の構成を含む。前記各高分子液晶複合膜中の液晶
は、それぞれ電極面に略平行な平面内で一定の方向に配
向している。各高分子液晶複合膜間における液晶の配向
方向は、互に９０度となるように設定されている。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１の液晶
表示素子において、液晶が正の誘電異方性のネマチック
液晶であり、２色性色素が混合されたことを特徴として
いる。

【００１３】

【作用】請求項１の発明によれば、９０度異なる方向に
液晶が配向された高分子液晶複合膜の積層膜（上層及び
下層）に光が入射した場合、入射光のうち上層において
配向方向と平行の偏波成分はドロプレットの屈折率がｎ
ｅとなり、ポリマ−との屈折率差を大きくし界面におい
て大きく屈折される。そして、上層で透過した入射光の
直交成分は、下層で上層と同様に大きく屈折されること
になり、パネル通過後は効率よく散乱される。その結
果、液晶表示素子におけるコントラストの向上を図るこ
とができる。

【００１４】請求項２の発明によれば、２色性色素をネ
マチック液晶に混入させたゲストホスト構造とすること
により、全ての色素が電極面に平行に配置され、光の吸
収に寄与させることができる。

【００１５】

【実施例】本発明の液晶表示素子の一実施例について、
図１を参照しながら説明する。図１は透過散乱型の液晶
表示素子を示すもので、それぞれ高分子液晶複合膜であ
る上層２１と下層２２とを積層して構成される積層膜２
０を有している。この積層膜２０は、ＩＴＯ膜等の透明
電極１１，配向膜１２が形成された基板１０，１０で挟
まれて液晶表示素子を構成している。上層２１及び下層
２２では、ネマチック液晶ドロプレット２３（矢印及び
ドットは配向方向を示している）が膜の平面内（透明電
極１１面に平行な平面内）でそれぞれ一定の方向に配向
している。また、上層２１の液晶配向方向（矢印方向）
と、下層２２の液晶配向方向（図の表裏方向）は、互に
９０度となるように設定されている。

【００１６】直線配向した単層の高分子液晶複合膜（上
層２１、下層２２）を得るためには、ネマチック液晶と
モノマ−および重合開始剤の混合したものを、配向膜１
２が形成された基板１０，１０で挟むことにより、高分
子液晶複合膜中の液晶が配向膜１２と同一方向に配向す
るように重合させることができる。また、重合条件を原
材料がネマチック相となるように選ぶことにより、配向
度をさらに向上させることができる。

【００１７】そして、透明電極１１間に電界を印加する
ことにより、積層膜２０を透過状態と散乱状態とに制御
するようになっている。すなわち、透明電極１１間に電
圧が印加されない場合、積層膜２０を構成する上層２１
及び下層２２におけるネマチック液晶ドロプレット２３
は、それぞれ電界の方向に直交する方向に配向している
ので積層膜２０は散乱状態となる（図１の状態）。透明
電極１１間に電圧が印加されると、ネマチック液晶ドロ
プレット２３は電界の方向に配向するため積層膜２０は
透明状態となる。

【００１８】上記構造の液晶表示素子によれば、９０度
異なる方向に液晶が配向された高分子液晶複合膜（上層
２１、下層２２）の積層膜２０では、入射した光は上層
２１で配向方向と平行の偏波成分に対してドロプレット
の屈折率はｎｅとなり、ポリマ−との屈折率差は大きく
高い散乱性を得ることができる。上層２１で透過した直
交成分は、下層２２で上層２１と同様に効率よく散乱さ
れることになる。その結果、上記構造の積層膜２０によ
れば、透明電極１１間の距離（セルギャップ）が同一で
ある場合には、ランダム配向の高分子液晶複合膜に対し
て散乱度を向上させることができる。従って、同等の散
乱度を得るためには、セルギャップを薄くすることがで
き、透過状態と散乱状態とを制御するのに必要な駆動電
圧の低減を図ることができる。また、前記したように高
分子液晶複合膜の重合条件を原材料がネマチック相とな
るように選ぶことにより、配向度をさらに向上させ、よ
り高いコントラストを得ることができる。

【００１９】図２は、本発明の液晶表示素子の他の実施
例を示すもので、図１と同様の構成をとる部分について
は同一符号を付している。図２は反射型の液晶表示素子
を示すもので、上層２１及び下層２２の各高分子液晶複
合膜において、２色性色素２４をネマチック液晶に混入
させたゲストホスト構造とすることにより、散乱状態の
色素２４のほとんどが基板１０（透明電極１１面）と平
行に配向するように構成されている。また、反射型の液
晶表示素子とするため、下層２２側の電極は基板１０に
金属膜で形成された反射電極１１′となっている。

【００２０】上記構造の液晶表示素子によれば、９０度
異なる方向に液晶が配向され、２色性色素２４が添加さ
れた各高分子液晶複合膜（上層２１と下層２２）の積層
膜２０を有しているので、入射した光は上層２１で配向
方向と平行の偏波成分が液晶と同一方向に配向した色素
２４によって吸収される。従って、液晶表示素子が散乱
状態である場合において、上層２１を通過した光はほと
んど偏波方向が上層２１の配向方向と９０度異なる直線
偏光となる。さらに下層２２では、９０度配向方向が異
なるようにネマチック液晶ドロプレット２３が配向され
ているので、上層２１を通過した光は吸収される。

【００２１】このように、すべての色素２４は基板１０
（透明電極１１面）に平行に並んでいるために、各色素
２４が光の吸収に寄与することができる。従って、色素
２４の量を同じとした場合、従来例の図４のランダム配
向に比べて光吸収を大きくすることができる。透明電極
１１間に電圧を印加すると、ネマチック液晶ドロプレッ
ト２３は電界の方向に配向し、色素２４はこれに追随し
て基板１０に垂直に向くために液晶表示素子は透明状態
となる。散乱状態時の光学濃度を同等とした場合、色素
濃度を薄くすることができ、透明状態時の透過率を向上
させることができる。従って、上記実施例によれば、偏
光板を不要とし明るい表示を可能とするとともに、コン
トラストを大きくとることができる。

【００２２】次に、上記実施例を実際に作製した場合の
具体例について説明する。具体例１高分子液晶複合膜の液晶としてＥ−８（Ｍｅｒｃｋ
社）、ポリマ−の原料としてブチルオクタルアクリレ−
ト（ＢＯＡ），２−エチルヘキシルアクリレ−ト（２Ｅ
ＨＡ），、１，６−ヘキサンジオ−ルアクリレ−ト（Ｈ
ＤＤＡ）をそれぞれ１．５：１．５：１に混合し、ＵＶ
重合開始剤としてダロキュア１１７３（日本チバガイギ
−）を２ｗｔ％添加したものを原材料とした。液晶とプ
レポリマ−の混合比率は８：２とした。ガラス基板上
に、ＩＴＯ電極（透明電極１１）を６０ｎｍ、配向膜１
２としてＡＬ１２５４（日本合成ゴム）を５０ｎｍ形成
し、ラビング処理したものを基板１０として用いた。透
明電極１１及び配向膜１２が形成された基板１０，１０
を５μｍのスペ−サにより間隔を一定に重ね、前述の混
合物を注入し、ＵＶ照射し重合させて直線配向した単層
の高分子液晶複合膜を得た。ＵＶ照射は３０ｍＷ（３６
５ｎｍ）で３ｍｉｎとした。偏光顕微鏡により高分子液
晶複合膜を観察すると、液晶はラビング方向と略平行に
配向していることが確認できた。

【００２３】上記直線配向した単層の高分子液晶複合膜
の基板１０の一方を剥離し、積層膜２０を構成するため
の上層２１と下層２２とした。上層２１と下層２２とが
それぞれ形成された各基板１０を、ラビング方向が９０
度となるように上層２１と下層２２とが対向するように
張り合わせて、周辺部を封止することにより、液晶表示
素子（図１）を作製した。この液晶表示装置の特性は、
透過率９０％、コントラスト１００：１、駆動電圧７Ｖ
であった。

【００２４】具体例２具体例１と同一の材料を使用し、液晶とプレポリマ−の
混合比を９：１（具体例１では混合比８：２）として高
分子液晶複合膜を作製した。他の条件は具体例１と同一
とした。偏光顕微鏡により高分子液晶複合膜を観察する
と、室温において液晶はラビング方向と略平行に配向し
ており、混合比８：２の場合よりさらに配向度がよいこ
とが確認できた。具体例１と同様に基板を剥離して上層
２１と下層２２を作製し、この２層をラビング方向が９
０度となるように貼り合わせて、周辺部を封止して液晶
表示素子（図１）を作製した。この液晶表示素子の特性
は、電圧無印加時の散乱度が向上しており、透過率９０
％、コントラスト１５０：１、駆動電圧７Ｖであった。

【００２５】具体例３具体例１と同様に、液晶とプレポリマーの混合比を８：
２とした材料を用いて、基板１０上に配向した高分子液
晶複合膜を形成して上層２１を作製し、Ａｌ膜を用いた
反射電極１１′を配置した基板１０上に具体例１と同様
に配向した高分子液晶複合膜を形成して下層２２とす
る。上層２１及び下層２２においては、片側基板の剥離
後にエタノ−ル中で超音波洗浄を行なって液晶を除去
し、ラビング方向が９０度となるように貼り合わせる。
さらに、色素２４（三井東圧化学社製Ｓ−３４４）を添
加したネマチック液晶（三井東圧化学社製Ｅ−８）を真
空注入して積層膜２０を有する液晶表示素子（図２）と
した。この液晶表示素子の特性は、透過率６０％、コン
トラスト４：１、駆動電圧７Ｖであった。

【００２６】具体例４具体例２と同様に、液晶とプレポリマーの混合比を９：
１とした材料を用いて、基板１０上に配向した高分子液
晶複合膜を形成して上層２１を作製し、Ａｌ膜を用いた
反射電極１１′を配置した基板１０上に具体例２と同様
に配向した高分子液晶複合膜を形成して下層２２とす
る。上層２１及び下層２２においては、片側基板の剥離
後にエタノ−ル中で超音波洗浄を行なって液晶を除去
し、ラビング方向が９０度となるように貼り合わせる。
さらに、色素２４（三井東圧化学社製Ｓ−３４４）を添
加したネマチック液晶（三井東圧化学社製Ｅ−８）を真
空注入して積層膜２０を有する液晶表示素子（図２）と
した。この液晶表示素子の特性は、電圧印加時の吸収が
大きくなることによりコントラストが向上し、透過率６
０％、コントラスト８：１、駆動電圧７Ｖであった。

【００２７】比較例１具体例１との比較を行なうため、透明電極１１のみを形
成したガラス基板（基板１０）で１０μｍスペ−サによ
り間隔を形成して貼り合わせ、具体例１と同一の液晶、
モノマ−、重合開始剤の混合材料を注入した。同様にＵ
Ｖ光を３０ｍＷ（３６５ｎｍ）で３ｍｉｎ照射し、高分
子液晶複合膜３０を有する液晶表示素子（図３）を得
た。得られた特性は、透過率９０％、コントラスト８
０：１、駆動電圧７Ｖであり、駆動電圧が同じである場
合に、具体例１のように各高分子液晶複合膜（上層２１
及び下層２２）の積層膜２０とした液晶表示素子の構造
に比較してコントラストが低下することが確認できた。

【００２８】比較例２具体例３との比較を行なうため、比較例１と同様に１０
μｍの基板間隔で高分子液晶複合膜を形成し、さらに片
側基板を剥離後にエタノ−ル中で超音波洗浄を行なって
液晶を除去し、Ａｌ膜を用いた反射電極１１′を配置し
た基板１０と貼り合わせた後に、色素２４（三井東圧化
学社製Ｓ−３４４）を添加したネマチック液晶３０（三
井東圧化学社製Ｅ−８）を真空注入して液晶表示素子
（図４）を得た。得られた特性は、反射率６０％、コン
トラスト３：１、駆動電圧７Ｖであり、駆動電圧が同じ
である場合に、具体例３のように各高分子液晶複合膜
（上層２１及び下層２２）の積層膜２０とした液晶表示
素子の構造に比較してコントラストが低下することが確
認できた。

【００２９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、高分子
液晶複合膜を積層し、各高分子液晶複合膜中の液晶の配
向を電極面と平行にし、各高分子液晶複合膜間での液晶
の配向は９０度となっているので、コントラストが向上
した透過散乱型の液晶表示素子において駆動電圧の低減
を図ることができる。

【００３０】請求項２に記載の発明によれば、色素を添
加しゲストホスト方式とすることにより、色素を電極面
と略平行に配向させることにより、電圧無印加時に添加
されている２色性色素の吸収が最大となるように配置さ
せることができる。その結果、明るい表示で十分なコン
トラストをもった反射型の液晶表示素子を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＰＤＬＣの液晶表示素子の構造を
示す断面説明図である。

【図２】本発明によるＰＤＬＣ−ＧＨの液晶表示素子の
構造を示す断面説明図である。

【図３】従来のＰＤＬＣの液晶表示素子の構造を示す断
面説明図である。

【図４】従来のＰＤＬＣ−ＧＨの液晶表示素子の構造を
示す断面説明図である。

【符号の説明】

１０…基板、１１…透明電極、１１′…反射電極、
１２…配向膜、２０…積層膜、２１…上層、２
２…下層、２３…ネマチック液晶ドロプレット、２
４…２色性色素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三次元構造のポリマ−の空隙中に液晶を分
散させた高分子液晶複合膜を積層して積層膜とし、この
積層膜を電極で挟んだ液晶表示素子であって、前記各高分子液晶複合膜中の液晶は、それぞれ電極面に
略平行な平面内で一定の方向に配向し、各高分子液晶複合膜間における液晶の配向方向は、互に
９０度となるように設定されていることを特徴とする液
晶表示素子。
【請求項２】液晶が正の誘電異方性のネマチック液晶で
あり、２色性色素が混合されたことを特徴とする請求項
１の液晶表示素子。