JPH0990430A

JPH0990430A - 表示素子

Info

Publication number: JPH0990430A
Application number: JP24224495A
Authority: JP
Inventors: Hironori Iwanaga; 寛規岩永; Kazuyuki Haruhara; 一之春原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は高コントラスト、明るく鮮明な色表示
を実現する新規な表示素子を提供することを目的とす
る。【解決手段】着色層が、しきい値電圧、色相の異なる複
数種類の二色性色素含有液晶マイクロカプセルを混合す
ることによって、一つの画素で印加電圧によって徐々に
色相が変化する表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧の大きさによ
って色相が変化する新規な表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶中に二色性比の大きな色素を溶解
し、液晶に電圧を印加することによって二色性色素の向
きを変えることによって表示するゲスト−ホスト方式
は、視角が広いなどの利点があり、将来を期待される表
示方式の一つである。例えばイエロー、シアン、マゼン
タの三色の二色性色素をそれぞれ液晶に溶かし、三層重
ねることによってカラー表示しようとする試みもある。
（Ｔ. Ｕtida: Ｐroc.３rd.Ｄisplay Ｒes. Ｃonf.,p2
02,1983）この方式の表示素子は、それぞれの色相の色素を有する
液晶層を別々の画素電極で駆動しており、単一の画素電
極では色相を変えることはできない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在までのところ、単
一の画素電極によって液晶層の色相を制御できる表示素
子は開発されていない。本発明は、単一の画素電極で
も、電圧の大きさを変えることで色相を変化させ、カラ
ー表示可能な表示素子を提供することを目的とする。ま
た本発明は、構造を単純化し、低コストで優れたカラー
表示特性を有する表示素子を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、しきい値電圧が異なる複数の液晶材料と、
色相の異なる複数の二色性色素とを具備し、それぞれの
液晶材料には前記二色性色素がそれぞれ対応し、前記液
晶材料に印加する電圧の大きさによって色相が徐々に変
化することを特徴とする表示素子を提供する。

【０００５】また本発明は、前記液晶材料と、この液晶
材料に対応する二色性色素とが収容媒体に収容され他の
液晶材料及び二色性色素と混ざらないようになっている
ことを特徴とする表示素子を提供する。

【０００６】また本発明は、前記収容媒体はマイクロカ
プセルであることを特徴と表示素子を提供する。また本
発明は、前記収容媒体はポリマーマトリクスであること
を特徴とする表示素子。

【０００７】また本発明は、前記マイクロカプセルは、
しきい値電圧の異なる液晶材料及び色相の異なる二色性
色素を収容する他のマイクロカプセルと、混合している
ことを特徴とする表示素子を提供する。

【０００８】また本発明は、前記色相の異なる２色性色
素は、それぞれ補色関係にあることを特徴とする表示素
子を提供する。また本発明は、前記二色性色素は、イエ
ロー、シアン、マゼンタから選ばれることを特徴とする
表示素子を提供する。

【０００９】また本発明は、前記補色関係にある二色性
色素は、イエローとブルー、シアンとレッド、マゼンタ
とグリーンの組み合わせであることを特徴とする表示素
子を提供する。

【００１０】また本発明は、しきい値電圧の異なる複数
種類の二色性色素含有液晶マイクロカプセルを混合して
着色層を形成し、このマイクロカプセルに印加する電圧
の大きさによって色相が徐々に変化することを特徴とす
る表示素子を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、しきい値電圧の異なる
複数種類の液晶材料にそれぞれ色相の異なる二色性色素
を混ぜ、同一の画素電圧で同時に電圧を印加することに
よって、一の画素電極においても印加する電圧の大きさ
によって色相が徐々に変化するようにしたものである。
これらの液晶材料はそれぞれマイクロカプセル等によ
り、色が混ざり合わないように分離することでより鮮明
なカラー表示を行うことができる。

【００１２】またマイクロカプセル化することで、印刷
等により容易にこれらを混ぜ合わせ画素化することが可
能であり、極めて単純な方法で優れたカラー表示得るこ
とを可能とするものである。

【００１３】図１に本発明の表示素子の断面図を示す。
それぞれ透明電極６、７を有する基板１、２が透明電極
６、７が対向するように配置され画素８を形成してい
る。基板１、２の内少なくとも一方は透明な材料で形成
されている。この画素８には、それぞれ異なるしきい値
電圧を有する液晶材料と異なる色相を有する二色性色素
が、マイクロカプセル化され配置されている。

【００１４】各画素は、しきい値電圧が大なる液晶材料
とマゼンタの組み合わせのマイクロカプセル３、しきい
値電圧が中なる液晶材料とシアンの組み合わせのマイク
ロカプセル４、しきい値電圧が小なる液晶材料とイエロ
ーの組み合わせのマイクロカプセル５がそれぞれ同量の
割合で混ぜ合わされている。

【００１５】このように構成された表示装置において
は、各画素に小から大に電圧を大きくすることによっ
て、色相はブラック→ブルー→マゼンタ→ホワイトと色
相が変化していく。それぞれの画素の電圧を最適化し駆
動することで容易にカラー表示することが可能となる。

【００１６】本実施例では、それぞれの画素の液晶と二
色性色素との組み合わせを同一にしたが、画素毎に組み
合わせを変えて用いても良い。表１に、液晶材料のしき
い値電圧の大、中、小と、二色性色素の色相の組み合わ
せにより、電圧印加による色相の変化の様子を示す。こ
れらの組み合わせを種々選択することによって表示装置
の設計の自由度がより向上する。

【００１７】また、それぞれのマイクロカプセルの混合
割合を変えることによっても、各画素の色相の変化をつ
けることができる。また本発明は液晶層のコレステリッ
ク／ネマティック転移を利用することができる。即ち電
圧無印加時はコレステリック層で色素による吸収がある
のに対し、しきい値を越える電圧を印加した場合はネマ
ティック層で色素による吸収が起こらないようにするこ
ともできる。それぞれの画素の組み合わせとして、印加
電圧が比較的小の場合の色相がレッド、グリーン、ブル
ーの３色を満たしていることが好ましい。さらに好まし
くはこれに加えて、印加電圧中の場合の色相がイエロ
ー、シアン、マゼンタの３色を満たすのが良い。

【００１８】上記の条件の場合はレッド、グリーン、ブ
ルー、イエロー、シアン、マゼンタすべての色相の表示
が可能となり、色表示範囲が広くなる。図２に本発明の
別の実施例に係る表示装置の断面図を示す。本実施例で
は、それぞれしきい値電圧の異なる液晶材料に混合され
た二色性色素を同一画素で、補色関係に混合したマイク
ロカプセルを用いている。例えばそれぞれしきい値電圧
の異なる液晶材料に混合されたイエローとブルー、シア
ンとレッド、マゼンタとグリーンの３種の補色同士のマ
イクロカプセルの組み合わせで、それぞれ画素を構成す
る。

【００１９】本実施例では、それぞれ透明電極６、７を
有する基板１、２が透明電極６、７が対向するように配
置され、画素８、８’、８”を形成している。基板１、
２の内少なくとも一方は透明な材料で形成されている。
この画素８、８’、８”には、それぞれ異なるしきい値
電圧を有する液晶材料と、互いに補色関係にある二色性
色素が、マイクロカプセル化され配置されている。

【００２０】画素８は、しきい値電圧が大なる液晶材料
とブルーの組み合わせのマイクロカプセル９、しきい値
電圧が小なる液晶材料とイエローの組み合わせのマイク
ロカプセル５がそれぞれ同量の割合で混ぜ合わされてい
る。

【００２１】また画素８’は、しきい値電圧が大なる液
晶材料とレッドの組み合わせのマイクロカプセル１０、
しきい値電圧が小なる液晶材料とシアンの組み合わせの
マイクロカプセル４がそれぞれ同量の割合で混ぜ合わさ
れている。

【００２２】さらに画素８”は、しきい値電圧が大なる
液晶材料とグリーンの組み合わせのマイクロカプセル１
１、しきい値電圧が小なる液晶材料とマゼンタの組み合
わせのマイクロカプセル３がそれぞれ同量の割合で混ぜ
合わされている。

【００２３】それぞれの画素の印加電圧による色相の変
化を表２に示す。画素８、８’８”はそれぞれ（７）、
（８）、（９）に対応する。このように画素８は印加電
圧小から大にかけて、ブラック→ブルー→ホワイト、画
素８’はブラック→レッド→ホワイト、画素８”はブラ
ック→グリーン→ホワイトと変化する。

【００２４】このように一つの画素で白黒及びそれぞれ
Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色を表示できることにより、通常のカ
ラーフィルター表示と比較すると、コントラストが大き
くなり、さらに反射型表示素子の場合は白表示率の反射
率が高く表示が明るいため、いわゆるペーパーホワイト
が実現できる。

【００２５】本発明を透過型表示素子に適用した場合は
低消費電力化を達成できる。なぜならカラーフィルター
を用いる表示素子はフィルターによる光の吸収のため光
利用効率が最大でも３分の１となり、表示が暗く反射型
表示素子としては不適当であるばかりでなく、透過型表
示素子に用いてもバックライトの必要とされる輝度が高
くなるため消費電力が大きくなってしまう。本発明では
カラーフィルターを用いてないので、消費電力を大幅に
カットすることができる。

【００２６】図４に本発明の別の実施例に係る表示装置
の断面図を示す。本実施例では、液晶材料と色素を閉じ
込める収容媒体として高分子ポリマーをもちいた高分子
分散型の液晶表示装置である。液晶材料と色素の組み合
わせは、表２に示すものを用いた。図４に示すように、
透明電極６、７がそれぞれ形成された基板１、２を、透
明電極６、７が対向するように配置され画素８、８’、
８”が構成されている。

【００２７】画素８は、下半分がしきい値電圧が大なる
液晶材料とブルーの組み合わせのＰＤＬＣ層４１、上半
分がしきい値電圧が小なる液晶材料とイエローの組み合
わせのＰＤＬＣ層４２が形成されている。

【００２８】また画素８’は、下半分がしきい値電圧が
大なる液晶材料とレッドの組み合わせのＰＤＬＣ層４
３、上半分がしきい値電圧が小なる液晶材料とシアンの
組み合わせのＰＤＬＣ層４４が形成されている。

【００２９】さらに画素８”は、下半分がしきい値電圧
が大なる液晶材料とグリーンの組み合わせのＰＤＬＣ層
４５、上半分がしきい値電圧が小なる液晶材料とマゼン
タの組み合わせのＰＤＬＣ層４６が形成されている。

【００３０】本実施例においても、表２で示したように
電圧を徐々に印加すると色層も徐々に変化させることが
できる。図３に本発明のさらに別の実施例に係る表示装
置の断面図を示す。本実施例では、液晶セルを二層構造
とし、一方を印加電圧によって色相が徐々に変化する層
（例えば表１に記載している組み合わせのものを使う）
とし、もう一方をしきい値電圧の同じ液晶に黒の二色性
色素を混ぜたもので、これを単に光バルブとしてもちい
る。

【００３１】本実施例では、透明電極３５をそれぞれ一
面に有する透明基板３１、３３、及び両面に有する透明
基板３２が、透明電極３５がそれぞれ対向するように積
層配置され、それぞれ画素８を形成している。この画素
８にはそれぞれ表１に示される組み合わせから選ばれ
る、異なるしきい値電圧を有する液晶材料と、異なる色
相を有する二色性色素が、マイクロカプセル化され配置
されて、色表示層３６を形成している。さらに光バルブ
層３７として、しきい値電圧の同じ液晶に黒の二色性色
素を混ぜたマイクロカプセルからなる層が形成されてい
る。

【００３２】光バルブ層３７を設けることにより黒表示
時の反射率を低下させてコントラストを向上ができ、か
つ同一の色相を表示した場合においても明るさを調整す
ることができるため、より鮮明な色表示が可能となる。

【００３３】本発明に用いる二色性色素含有液晶マイク
ロカプセルは、電圧印加時の光の散乱を防止するため、
カプセルに用いる樹脂材料と電圧印加時の液晶の屈折率
のマッチングがあったほうが良い。またともに混合する
液晶マイクロカプセル同士の屈折率のマッチングもあっ
たほうが良い。

【００３４】さらに、液晶マイクロカプセルの粒径は好
ましくは０．３μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以
下が良い。これはマイクロカプセルによる可視光の散乱
を回避するためである。

【００３５】また粒径が３μｍ以上２０μｍの場合も散
乱が少ないことが分かったのでこの範囲も望ましい。さ
らに本発明に用いる液晶マイクロカプセルの樹脂材料
は、透過率が高く、二色性色素の吸着がないものを用い
たほうが良い。液晶マイクロカプセルの樹脂材料に可視
光吸収がある場合は色相がずれ、また吸収による損失の
ために表示が暗くなる。また樹脂材料に二色性色素が吸
着すると、吸着した二色性色素は電圧を印加しても動か
ないのでスイッチングができなくなり、常に着色状態を
とることになる。この場合光利用効率の低下、色表示能
の劣化を招く。

【００３６】本発明において、しきい値電圧の調整は、
マイクロカプセルに用いる樹脂材料、液晶材料によって
行うことができる。即ち液晶材料の誘電率異方性が大き
いほどしきい値電圧は小さくなり、誘電率異方性が小さ
いほどしきい値電圧は大きくなる。また、樹脂材料と液
晶層との相互作用が大きい組み合わせほど液晶層にとっ
て界面の規制力が大きくなり、しきい値電圧は大きくな
る。逆にこの相互作用が小さいほど界面の規制力は小さ
くなり、しきい値電圧は小さくなる。

【００３７】また、しきい値電圧は液晶マイクロカプセ
ルの粒径によって調整することもできる。即ち粒径が大
きいほど界面の規制力が小さくなり、しきい値電圧は小
さくなり、逆に粒径が小さい程界面の規制力が大きくな
り、しきい値電圧は小さくなる。

【００３８】本発明の着色層の形成法としては、しきい
値電圧の異なる複数の液晶マイクロカプセルを混合し、
これを印刷することが最も簡便であるが、これに限定さ
れるものではない。

【００３９】本発明に用いる液晶マイクロカプセルの製
造法としては、乳化重合法等が考えられるが、これに限
定されるものではない。本発明に用いるイエローの二色
性色素としては、例えば日本感光色素社製G-232 、オー
ジー社製SI-209、M-361 などを用いることができる。

【００４０】本発明に用いるシアンの二色性色素として
は、オージー社製SI-501、SI-497、M-403 、日本感光色
素社製G-472 などを用いることができる。本発明に用い
るマゼンタの二色性色素としては、日本感光色素社製G-
239 、G-471 、G-202 、g-176 、オージー社製SI-512、
M-618 、M-370 などを用いることができる。

【００４１】本発明に用いるレッドの二色性色素は、上
記のマゼンタの二色性色素とイエローの二色性色素から
調整することができる。同様に、グリーンの二色性色素
はシアンとイエローの二色性色素から、ブルーの二色性
色素はマゼンタとシアンの二色性色素から調整すること
ができる。

【００４２】本発明に用いる液晶としては、メルクジャ
パン社製ZLI-5100-000,ZLI-4281/2、ZLI-3889、ZLI-550
0-000、MLC-6041-000、ZLI-4620、ZLI-5100-000、ZLI-1
840、ZLI-2116-000、MLC-6041-000、ZLI-4853-000、チ
ッソ石油化学工業社製LIXON4033-000XX 、LIXON4034-00
0XX 、ZLI-2293等を用いることができる。

【００４３】本発明は、しきい値電圧の異なる複数種類
の二色性色素含有液晶マイクロカプセルを混合して着色
層を形成するものであり、構造が単純で低コストで生産
することができ、かつ一つの画素で白、黒、色表示がで
きるためコントラストが大きく鮮明な表示が可能であ
る。

【００４４】

【実施例】

（実施例１）液晶材料にメルクジャパン社製ZLI-2293、
イエローの二色性色素に日本感光色素社製G-232 をもち
い、液晶材料中に色素を１．５ｗｔ％混合して１４０℃
で加熱して完全に溶解した。これを用いて乳化重合法で
平均粒径０．１、０．２、０．３μｍの３種の液晶マイ
クロカプセルを作製した。これらのマイクロカプセルは
平均粒径が異なるので、しきい値電圧がそれぞれ異な
る。

【００４５】次に液晶材料にメルクジャパン社製ZLI-22
93、シアンの二色性色素にオージー社製SI-497をもち
い、液晶材料中に色素を２．０ｗｔ％混合して加熱溶解
し、平均粒径０．１、０．２、０．３μｍの３種の液晶
マイクロカプセルを作製した。これらのマイクロカプセ
ルは平均粒径が異なるので、しきい値電圧がそれぞれ異
なる。

【００４６】次に液晶材料にメルクジャパン社製ZLI-22
93、マゼンタの二色性色素に日本感光色素社製G-176 を
もちい、液晶材料中に色素を１．２ｗｔ％混合して加熱
溶解し、平均粒径０．１、０．２、０．３μｍの３種の
液晶マイクロカプセルを作製した。これらのマイクロカ
プセルは平均粒径が異なるので、しきい値電圧がそれぞ
れ異なる。

【００４７】これらの液晶マイクロカプセルを混合し、
表１に示す６種の混合マイクロカプセル材料を作製し、
これらを図５に示すように印刷法で平面配列させた。ま
た図６に電圧を徐々に印加した場合の各画素の色相の変
化を示す。図中（１）〜（６）は表１の（１）〜（６）
に相当する。

【００４８】

【表１】

【００４９】この液晶セルを用いてカラー表示素子を作
製したところ、コントラスト１０：１で鮮明な色表示を
実現することができた。（実施例２）液晶材料にメルクジャパン社製ZLI-4620、
マゼンタの二色性色素に日本感光色素社製M-370 、イエ
ローの二色性色素に日本感光色素社製M-361 をもちい、
それぞれ液晶材料中にマゼンタの色素を０．７ｗｔ％、
イエローの色素を０．５ｗｔ％混合し、１４０℃まで加
熱して完全に溶解した。これを用いて乳化重合法にて平
均粒径０．１μｍのレッドの液晶マイクロカプセルを作
製した。

【００５０】全く同様に、液晶材料にメルクジャパン社
製ZLI-4620、イエローの二色性色素に日本感光色素社製
M-361 、シアンの二色性色素にオージー社製SI-497をも
ちい、それぞれ液晶材料にイエローの色素を０．６ｗｔ
％、シアンの色素を０．８ｗｔ％混合して平均粒径０．
１μｍのグリーンの液晶マイクロカプセルを作製した。

【００５１】全く同様に液晶材料にメルクジャパン社製
ZLI-4620、マゼンタの二色性色素に日本感光色素社製G-
471 、シアンの二色性色素にオージー社製SI-497をもち
い、それぞれ液晶材料にマゼンタの色素を０．４ｗｔ
％、シアンの色素を１．０ｗｔ％混合して平均粒径０．
１μｍのブルーの液晶マイクロカプセルを作製した。

【００５２】これらのレッド、グリーン、ブルーの液晶
マイクロカプセルと実施例１で得られたマゼンタ、シア
ン、イエローの液晶マイクロカプセルとを混合し、表２
に示す３種類の混合マイクロカプセル材料を作成した。
これら３種類の混合液晶マイクロカプセルは図７に示す
ように印刷法で平面配列させた。図中（７）〜（９）は
表２の（７）〜（９）に相当する。

【００５３】

【表２】

【００５４】この液晶セルを用いてカラー表示素子を作
製したところ、コントラスト９：１で鮮明な色表示を実
現することができた。（実施例３）イエロー、シアン、マゼンタの二色性色素
含有液晶マイクロカプセルに用いる液晶材料の誘電率異
方性を＋５（液晶材料：メルク社製ZLI-5200-100、しき
い値電圧＝１Ｖ）、レッド、グリーン、ブルーのマゼン
タの二色性色素含有液晶マイクロカプセルに用いる液晶
材料の誘電率異方性を＋２０（液晶材料：メルク社製ZL
I-4853-000、しきい値電圧＝２．０Ｖ）とし、色素材料
の種類、混合比、着色層の構成を（実施例２）と同じに
してセルを組み立てた。

【００５５】本表示素子は、コントラストは１１：１で
あり、図８に示すようにレッド、グリーン、ブルー表示
時の色度座標が（実施例２）の場合よりも外側にくるこ
とが分かった。

【００５６】これはレッド、グリーン、ブルーの表示が
より鮮明であることを表している。なお、液晶マイクロ
カプセルの平均粒径はすべて０．１μｍとし、誘電率異
方性のみでしきい値電圧の調整を行った。

【００５７】液晶マイクロカプセルの平均粒径によりし
きい値電圧の調整を行う場合、粒径のばらつきの影響を
うけ、さらに電圧印加時の光の散乱を防止するために粒
径に制約がある。これに対し、液晶材料の誘電率異方性
によってしきい値電圧を調整する場合は、誘電率異方性
の差を大きくして粒径のばらつきの影響を軽減すること
ができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、構造が単
純であるため量産に向き、低コストで提供することがで
きる。また、色表示範囲が広く鮮明な画像が得られる。
さらに、一つの画素で白、黒、色表示ができるので、コ
ントラストが大きい表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る表示素子の断面図

【図２】本発明の実施例に係る表示素子の断面図

【図３】本発明の実施例に係る表示素子の断面図

【図４】本発明の実施例に係る表示素子の断面図

【図５】本発明の実施例に係る表示素子の上面図

【図６】本発明の実施例に係る表示素子の電圧と色相の
変化を示す図

【図７】本発明の実施例に係る表示素子の上面図

【図８】本発明の実施例に係る表示素子のレッド、グリ
ーン、ブルー表示時の色度座標（ｘ，ｙ）を示す図

【符号の説明】

１…基板２…基板３…マゼンタの液晶マイクロカプセル４…シアンの液晶マイクロカプセル５…イエローの液晶マイクロカプセル６…電極７…電極８、８’、８”…画素９…ブルーの液晶マイクロカプセル１０…レッドの液晶マイクロカプセル１１…グリーンの液晶マイクロカプセル３１…基板３２…基板３３…基板３４…ブラックの液晶マイクロカプセル３５…電極３６…色表示層３７…光バルブ層４１…ブルーのＰＤＬＣ層４２…イエローのＰＤＬＣ層４３…レッドのＰＤＬＣ層４４…シアンのＰＤＬＣ層４５…グリーンのＰＤＬＣ層４６…マゼンタのＰＤＬＣ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】しきい値電圧が異なる複数の液晶材料と、
色相の異なる複数の二色性色素とを具備し、それぞれの
液晶材料には前記二色性色素がそれぞれ対応し、前記液
晶材料に印加する電圧の大きさによって色相が徐々に変
化することを特徴とする表示素子。
【請求項２】前記液晶材料と、この液晶材料に対応する
二色性色素とが収容媒体に収容され他の液晶材料及び二
色性色素と混ざらないようになっていることを特徴とす
る請求項１記載の表示素子。
【請求項３】前記収容媒体はマイクロカプセルであるこ
とを特徴とする請求項２記載の表示素子。
【請求項４】前記マイクロカプセルは、しきい値電圧の
異なる液晶材料及び色相の異なる二色性色素を収容する
他のマイクロカプセルと、混合していることを特徴とす
る請求項３記載の表示素子。
【請求項５】前記色相の異なる２色性色素は、それぞれ
補色関係にあることを特徴とする請求項４記載の表示素
子。
【請求項６】前記二色性色素は、イエロー、シアン、マ
ゼンタから選ばれることを特徴とする請求項１、２、３
或いは４記載の表示素子。
【請求項７】前記補色関係にある二色性色素は、イエロ
ーとブルー、シアンとレッド、マゼンタとグリーンの組
み合わせであることを特徴とする請求項５記載の表示素
子。
【請求項８】しきい値電圧の異なる複数種類の二色性色
素含有液晶マイクロカプセルを混合して着色層を形成
し、このマイクロカプセルに印加する電圧の大きさによ
って色相が徐々に変化することを特徴とする表示素子。
【請求項９】前記収容媒体はポリマーマトリクスである
ことを特徴とする請求項２記載の表示素子。