JPH086052A

JPH086052A - 液晶光学素子

Info

Publication number: JPH086052A
Application number: JP16495094A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tabei; 達也田部井
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】低い駆動電圧で優れたコントラスト及び視認
性を有し、書き換え可能な記録及び表示が可能な液晶光
学素子を提供すること。【構成】少なくとも一方が透明である一対の導電性基
板間に、液晶と二色性色素とを封入してなる液晶光学素
子において、該素子に、上記一対の導電性基板間に不均
一な電界を発生させる手段を設けたことを特徴とする液
晶光学素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶光学素子に関し、更
に詳しくは低い駆動電圧で優れたコントラスト及び視認
性を有し、書き換え可能な記録及び表示が可能な液晶光
学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶ディスプレイは、低消費電
力、軽量、薄型等の特徴を有している為、文字や画像の
表示媒体として、腕時計、電卓、パソコン、テレビ等に
幅広く用いられている。一般的なＴＮ及びＳＴＮ液晶デ
ィスプレイは、透明電極を有するガラス板間に所定のシ
ール等が施された液晶セル中に液晶を封入し、更に両面
から偏光板でサンドイッチされたものである。

【０００３】しかしながら、上記液晶ディスプレイは、
視野角が狭い、明るい表示を得ようとすると高消費
電力のバックライトが必要である等の問題がある。特に
携帯機器用のディスプレイでは、バッテリー使用時間を
延ばす為と、バッテリーの重量を低減させる必要から消
費電力が重要視される。又、バックライトを設けること
による重量増加とパネル厚さの上昇も、液晶素子本来の
有利性を減じる点である。

【０００４】近年、電子手帳等の携帯用機器用のディス
プレイとして、ＳＴＮ方式の単純マトリックスＬＣＤを
用いたモノクロ反射型ＬＣＤが普及してきた。しかしな
がら、より明るく、より視野角の広いＬＣＤディスプレ
イの出現が望まれている。この様な要望に応えるディス
プレイとして、二色性色素（ゲスト）を添加した液晶
（ホスト）のプレオクロイック効果を利用する、いわゆ
るゲスト・ホスト型の液晶ディスプレイが有望視されて
いる。

【０００５】偏光板を必要とせず、一層のセルで充分な
コントラストが得られるゲスト・ホスト型液晶ディスプ
レイとしては、コレステリック液晶のプレーナー配向←
→ホメオトロピック配向を電圧によりスイッチングさせ
るいわゆるホワイト・テーラー型（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．，Ｖｏｌ４５，Ｎｏ１１，４７１８（１９７
４））や、ポリマーカプセル中に液晶を分散保持させた
高分子分散型（特公平３−５２８４３号公報参照）や、
コレステリック液晶のフォーカル・コニック組織←→ホ
メオトロピック配向を電界によりスイッチングされる方
式（第１９回液晶討論会講演予稿集ｐ．３６参照）等が
知られている。

【０００６】これらの表示方式は、いずれもしきい特性
が急峻でない為に時分割駆動が出来ず、マトリクス表示
を行う為には、アクティブ素子で駆動させる必要があ
る。又、ドライバーＩＣのコストと消費電力を押さえる
為には、素子の駆動電力を低くする必要があり、駆動電
圧は８Ｖ以下が好ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】ホワイト・テーラ
ー型では、駆動電圧を低くする為にヘリカルピッチを長
くすると、立ち下がりの応答速度が遅くなり、ヒステリ
シス幅が大きくなるという問題がある。又、コントラス
トを大きくする為にはセル厚を大きくとる必要があり、
結果として駆動電圧が高くなってしまうという問題があ
る。高分子分散型では、ネマチックダイレクターの空間
的ゆがみ、及び高分子マトリクスと液晶の屈折率異方性
の為に光が散乱され、光散乱による多重吸収が生じる
為、同じセル厚のホワイト・テーラー型と比較するとコ
ントラストが高くなる。又、ポリマー壁面のアンカリン
グ効果により液晶を初期配向に戻そうとする力が強い為
に、立ち下がり応答速度も早くすることが出来る。

【０００８】高分子分散型では、この様な利点を有しな
がらも、その反面小さなカプセル内に液晶が閉じ込めら
れている為に、駆動電圧が高くなってしまうという問題
がある。又、液晶／高分子複合膜の作製過程において、
液晶中でモノマーをラジカル重合させる等の工程が含ま
れる為に色素が劣化する、経時安定性に欠ける等の問題
がある。フォーカル・コニック組織を初期配向とするタ
イプでは、高分子分散型と同じ様に、液晶初期配向にお
いて光が散乱される為、多重吸収効果が得られる。又、
高分子分散型と比較すると駆動電圧も低く出来るという
利点がある。しかしながら、ヒステリシスと応答速度の
問題が解決されていない。

【０００９】以上の様に、いずれの方式でもアクティブ
・マトリクス駆動の表示パネルを実用化するには、満足
な特性が得られていない状況にある。従って、本発明の
目的は、上記従来技術の問題点を解決し、低い駆動電圧
で優れたコントラスト及び視認性を有し、書き換え可能
な記録及び表示が可能な液晶光学素子を提供することで
ある。

【００１０】

【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、少なくとも一方
が透明である一対の導電性基板間に、液晶と二色性色素
とを封入してなる液晶光学素子において、該素子に、上
記一対の導電性基板間に不均一な電界を発生させる手段
を設けたことを特徴とする液晶光学素子である。

【００１１】

【作用】少なくとも一方が透明である一対の導電性基板
間に、液晶と二色性色素とを封入してなるゲスト・ホス
ト型液晶光学素子に、上記一対の導電性基板間に不均一
な電界を発生させる手段を設け、電圧の印加によって発
生する不均一電界中で液晶・二色性色素の分子配列が変
化して空間的に屈折率分布及び屈折率の不連続点が生
じ、液晶層中の二色性色素により光が吸収される状態
と、液晶・二色性色素の分子が一方向に配列して、色素
による光吸収が弱まっている状態とが発生し、この状態
変化によって低い駆動電圧で優れたコントラスト及び視
認性を有し、書き換え可能な記録及び表示が可能な液晶
光学素子を提供することが出来る。

【００１２】

【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を挙げて本
発明を更に詳しく説明する。本発明で云う液晶とは、常
温付近で液晶状態を示す有機混合物であって、好ましく
はネマチック液晶若しくはコレステリック液晶が用いら
れる。これらの液晶は誘電率異方性が正でも負でもよ
い。本発明において、光散乱による多重吸収効果を得る
為には、用いる液晶の屈折率異方性はある程度大きいこ
とが必要であり、好ましくは１以上、特に好ましくは
１．５以上である。尚、液晶中に含有させる二色性色素
は液晶１００重量部当たり０．５〜５重量部の範囲で使
用することが好ましい。

【００１３】本発明の液晶光学素子において使用される
導電性基板は、従来公知の液晶表示素子に一般的に使用
されているものであって、本発明では、従来公知の導電
性基板はいずれも使用可能であり、具体的には、例え
ば、ＩＴＯ系、ＳｎＯ₂ 系、ＺｎＯ系の様な透明導電性
材料をガラスや高分子フィルム等の様な透明基板に付着
させた一対の電極基板である。この時、他の一方に不透
明導電性基板を用いる場合には、その電極が反射板とし
ての機能も要求される為、高反射率の金属、例えば、ア
ルミニウム、銀、クロム、ニッケル等で表面凹凸形状を
有する電極として設けられていることが好ましい。その
基板自体はガラス、高分子フィルム或いはその他のもの
であってもよい。

【００１４】又、一対の基板間に形成される液晶層の厚
みは一般的に約５〜１５μｍ程度が好ましい。膜厚が上
記範囲未満であると表示のコントラストが低くなる等の
点で好ましくなく、一方、膜厚が上記範囲を越えると駆
動電圧が高くなり、又、電圧印加時の明るさが低下する
等の点で好ましくない。

【００１５】本発明では、従来のゲスト・ホスト型液晶
光学素子において、一対の導電性基板間に不均一な電界
を発生させる手段を設けたことを特徴としている。添付
図面を参照して更に具体的に説明すると、図１は、一対
の導電性基板間に不均一な電界を発生させる手段を図解
的に示したものであり、これら一対の基板のうち、上方
の基板（ａ）の各画素内にはパターン状の電極１が設け
られ、中央部分には菱形状に非電極部分２が形成されて
いる。又、下方の基板（ｂ）の各画素内には同様にパタ
ーン状の電極１が設けられ、画素の４ケ所の隅が非電極
部分２となっている。

【００１６】図１（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）に示す如
き画素の連続体からなる一対の電極基板の間に前記液晶
・二色性色素を封入した素子の一部の断面を図解的に示
す図であり、上下一対の電極１，１間に電圧を印加する
ことによって、図示の如き不均一な電界が発生する。上
記の如き素子において、誘電率異方性が負の液晶とポジ
型の二色性色素とを使用し、これらの液晶と二色性色素
とを、常法に従ってホメオトロピックに初期配向させ
る。この初期配向状態では、二色性色素による光吸収性
が低く、素子は光透過状態にある。

【００１７】この状態で一対の上下電極１，１間に適当
な電圧を印加すると、液晶と二色性色素とは配向膜から
の束縛と、電界による配列効果と液晶ダイレクターの歪
による弾性力の３つのバランスによって図２ａに図解的
に示す様な配列状態となる。この状態の液晶層中に入射
される光は、液晶層内の空間的な屈折率分布及び屈折率
の不連続点によって、進行方向及び偏光方向が複雑に変
化させられて多重に屈折する。その結果として電圧印加
部分は光散乱状態になる。この様な光散乱能を有する液
晶層中に添加された二色性色素は光を多重的に吸収する
ので、表示される画像のコントラストが高く偏光板を用
いなくても充分な濃度の画像が表示される。

【００１８】又、下面の基板に乱反射層を設けた光反射
型の素子の場合には、外部からの入射光は、液晶層を一
旦通過した後反射板で乱反射され、再度液晶層を通過し
て出てくるので、二色性色素による光の吸収は更に強く
なり、従って同時にコントラストも高くなる。

【００１９】又、本発明の別の実施態様では、上記の如
き素子において、誘電率異方性が正の液晶とネガ型の二
色性色素とを使用し、これらの液晶と二色性色素とを、
常法に従ってホモジニアスに初期配向させる。この初期
配向状態では、二色性色素による光吸収性が低く、素子
は光透過状態にある。この状態で一対の上下電極１，１
間に適当な電圧を印加すると、液晶と二色性色素とは配
向膜からの束縛と、電界による配列効果と液晶ダイレク
ターの歪による弾性力の３つのバランスによって図２ｂ
に図解的に示す様な配列状態となる。この状態の液晶層
中に入射される光は、液晶層内の空間的な屈折率分布及
び屈折率の不連続点によって、進行方向及び偏光方向が
複雑に変化させられて多重に屈折する。その結果として
電圧印加部分は光散乱状態になる。

【００２０】この様な光散乱能を有する液晶層中に添加
された二色性色素は光を多重的に吸収するので、表示さ
れる画像のコントラストが高く偏光板を用いなくても充
分な濃度の画像が表示される。又、下面の基板に乱反射
層を設けた光反射型の素子の場合も前記と同様である。

【００２１】以上の説明は、図１に図解的に示した電極
パターンの例で説明したが、本発明においては、一対の
基板の少なくとも一方の基板に設けられた電極が、各画
素中に特定のパターンを有する形状に形成されていれば
よく、一方の基板の各画素の電極はパターン状ではな
く、他方の基板の各画素の電極がパターン状である場
合、両方の基板の各画素の電極が共にパターン状である
と共に、上下の各画素のパターンが同一形状且つ同一位
置にない場合であってもよい。又、パターンの形状は特
に限定されず、図示の矩形とは異なり、円形、ストライ
プ状、より複雑な形状等いずれの形状であってもよい。

【００２２】更にこれらのパターン状電極は、基板上に
電極自体をパターン状に形成してもよいし、或は電極を
全面に形成しておき、リソグラフィ等の技法によりエッ
チングしてパターニングしてもよいし、更に画素全面に
電極を形成しておき、その上に電気絶縁材料によって非
電極部分をパターン状に形成してもよい。この場合には
電気絶縁層の形成による凹凸によって液晶初期配列が乱
されない様にする為に、電気絶縁層はなるべく薄いこと
（例えば１００〜１，０００ｎｍ程度）が好ましく且つ
低誘電性の材料が好ましく用いられる。

【００２３】又、電極パターンのサイズは、液晶配列に
よる光散乱による二色性色素の多重吸収効果を得る為
に、ある程度小さいことが必要であり、パターン形成領
域と不形成領域のピッチは１００μｍ以下が好ましく、
特に５０μｍ〜５μｍ程度が好ましい。ピッチが５μｍ
未満となると、液晶の不均一な配列状態が発生しにく
く、又、上下基板に位置合わせが困難になり、その上液
晶の不均一配列により光散乱性も低下するので好ましく
ない。以上の様に、本発明の液晶光学素子では初期配向
状態において光吸収性が低く、電圧印加状態において高
光吸収性となるスイッチングが低印加電圧で可能とな
る。

【００２４】

【実施例】次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に
具体的に説明する。実施例１図１に示す如き繰り返しパターンに加工した２枚のＩＴ
Ｏガラス基板の夫々にＰＶＡを一塩基クロム錯体の混合
水溶液を塗布し、乾燥後窒素雰囲気中で焼成して配向膜
とした。一方の電極面に粒径８μｍのスペーサーを散布
し、上下の基板を正確に位置合わせしてサンドイッチセ
ルを組み立てた。この中にポジ型二色性色素（三井東圧
製、Ｓ−４２８）を２．５重量％添加したＮｎネマチッ
ク液晶（メルク社製、ＺＬＩ−４７８８−０００）を注
入及び封止して本発明のゲスト・ホスト型液晶光学素子
を得た。

【００２５】比較例１パターンを有さない２枚のＩＴＯガラス基板の夫々にＰ
ＶＡを一塩基クロム錯体の混合水溶液を塗布し、乾燥後
窒素雰囲気中で焼成して配向膜とした。一方の電極面に
粒径８μｍのスペーサーを散布し、上下の基板を正確に
位置合わせしてサンドイッチセルを組み立てた。この中
にポジ型二色性色素（三井東圧製、Ｓ−４２８）を２．
５重量％添加したＮｎネマチック液晶（メルク社製、Ｚ
ＬＩ−４７８８−０００）を注入及び封止して比較例の
ゲスト・ホスト型液晶光学素子を得た。

【００２６】評価実施例１及び比較例１のセルの片側に白色ＰＥＴフィル
ムを密着した。電圧に対する相対反射率（白色ＰＥＴに
対する）の変化を測定して比較した。測定は、大塚電子
工業製のフォータルＬＣＤ−５０００を用い、ハロゲン
ランプを光源として入射角３０°で照射した光の垂直方
向の反射光を測定して行ったた。その結果を図３に示
す。

【００２７】

【効果】以上の如き本発明によれば、少なくとも一方が
透明である一対の導電性基板間に、液晶と二色性色素と
を封入してなるゲスト・ホスト型液晶光学素子に、上記
一対の導電性基板間に不均一な電界を発生させる手段を
設け、電圧の印加によって発生する不均一電界中で液晶
・二色性色素の分子配列が変化して空間的に屈折率分布
及び屈折率の不連続点が生じ、液晶層中の二色性色素に
より光が吸収される状態と、液晶・二色性色素の分子が
一方向に配列して、色素による光吸収が弱まっている状
態とが発生し、この状態変化によって低い駆動電圧で優
れたコントラスト及び視認性を有し、書き換え可能な記
録及び表示が可能な液晶光学素子を提供することが出来
る。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶光学素子を図解的に説明する図。

【図２】本発明の液晶光学素子の作用効果を図解的に説
明する図。

【図３】実施例及び比較例の結果を示す図。

【符号の説明】

１：電極部分２：非電極部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明である一対の導電
性基板間に、液晶と二色性色素とを封入してなる液晶光
学素子において、該素子に、上記一対の導電性基板間に
不均一な電界を発生させる手段を設けたことを特徴とす
る液晶光学素子。
【請求項２】少なくとも一方の基板に設けられた電極
が、各画素中に特定のパターンを有する形状に形成され
ている請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】少なくとも一方の基板に設けられた電極
が、その上に設けられたパターン状の電気絶縁性材料層
によって各画素中に特定のパターンを有する形状に形成
されている請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項４】電圧無印加時における液晶初期配向状態
が、低光吸収状態となっている請求項１〜３に記載の液
晶光学素子。
【請求項５】液晶の誘電率異方性が負であり、二色性
色素がポジ型であり、液晶がホメオトロピックに初期配
向されている請求項４に記載の液晶光学素子。
【請求項６】液晶の誘電率異方性が正であり、二色性
色素がネガ型であり、液晶がホモジニアスに初期配向さ
れている請求項４に記載の液晶光学素子。