JPH101673A

JPH101673A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH101673A
Application number: JP15468796A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Kobayashi; 英和小林; Shuhei Yamada; 周平山田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶と高分子が互いに配向分散している表示素
子において、十分な明るさとコントラストを実現し同時
に駆動電圧も低減する。【解決手段】配向処理を施した電極層を有する２枚の基
板間に【化１６】【化１７】を重合して得られる高分子と、【化１８】【化１９】【化２０】【化２１】で示される液晶とを含む液晶組成物と、が互いに配向分
散している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子計算機やウォ
ッチを含む携帯型情報機器のディスプレイ、または広告
板等の表示装置に用いる表示素子の構成に関する。

【０００２】さらに詳しくは前記液晶表示素子を構成す
る液晶およびモノマー組成物に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年情報機器に登載する表示装置の開発
が活発に行われており、そのひとつとして偏光板とネマ
チック液晶層を用いた液晶表示素子がある。しかし従来
の偏光板を使用したネマチック液晶層を用いた液晶表示
素子は、偏光板を用いるため明るさが十分とは言えな
い。そこで開発されつつあるものとして高分子分散型液
晶表示素子がある。米国特許第３、８８５、９８２号明
細書には液晶と高分子を互いに分散した高分子分散型液
晶表示素子が記載されている。この高分子分散型液晶表
示素子においては、電界印加で透明、電界無印加で散乱
状態をとることによって画像表示を可能としている。ま
た特開平４−２２７６８４号公報及び特開平５−１１９
３０２号公報には、液晶と高分子粒子を互いに配向分散
した高分子分散型液晶表示素子が記載されている。この
高分子分散型液晶表示素子においては電界無印加で透
明、電界印加で散乱状態をとることによって画像表示を
可能としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般的に言って、高分
子分散型の液晶表示素子には以下の特性が求められる。

【０００５】駆動電圧が低いこと表示が明るいことコントラスト特性が良好であること残像および表示状態の焼き付きが起こらないことところが従来の高分子分散型液晶表示素子においては、
一般的に上記、及びを実現しようとするとの特
性が得られなくなる。また、を実現しようとすると
、及びの特性が得られなくなる。これは以下のよ
うに説明される。の特性を実現するには、高分子の液
晶に対するアンカリング力を弱める必要がある。このた
めには高分子と液晶との界面を減らすのが効果的であ
る。すると電界印加時の散乱の基となる散乱界面が減少
し、散乱も減少する。すなわち表示が暗くなる。また電
界無印加時の液晶の配向と高分子の配向にズレが生じ安
くなり、結果としてヘイズが出やすくなり、コントラス
トの低下につながる。また隣合う高分子との連結が少な
くなり、電界印加により高分子の配向が変化し安く、結
果として残像及び表示状態の焼き付きを招くのである。
、およびを実現しようとすると上記の逆の説明が
できる。すなわち、を実現しようとすると、液晶や高
分子の複屈折率を大きくすることのほか、液晶と高分子
の界面面積を増やすのが効果的である。すなわち高分子
の液晶に対するアンカリング力は増す。すると駆動電圧
は上昇するのである。

【０００６】高分子と液晶組成物とを互いに配向分散し
た高分子分散型液晶表示素子においては高分子前駆体と
して２官能モノマーを用い、その高分子前駆体を重合し
て高分子を得ることが多い。その場合においては、高分
子の構造は強固なネットワーク構造となることが多く、
そのため表示状態の焼き付きなどは減少するが、先に述
べたように高分子界面の面積が大きくなるため結果的に
駆動電圧が上昇することが多かった。

【０００７】本発明は掛かる課題を解決するものであ
り、上記、、およびの特性を同時に充足する信
頼性の高い単純マトリックス駆動用液晶表示素子および
その製造方法を提供するところにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、配向処理を施した電極層を有する２枚の基板間に

【０００９】

【化７】

【００１０】で示されるモノマーＡおよび

【００１１】

【化８】

【００１２】で示されるモノマーＢを混合し重合して得
られる高分子と、化合物群１

【００１３】

【化９】

【００１４】化合物群２

【００１５】

【化１０】

【００１６】および化合物群３

【００１７】

【化１１】

【００１８】化合物群４

【００１９】

【化１２】

【００２０】から選ばれる化合物を含む液晶組成物と、
が互いに配向分散している液晶層を有することを特徴と
する。ここに示したモノマーＡを用いることにより、形
成される高分子が大きな複屈折を持つようになり、電界
印加時の散乱性能を高めてくれる。またモノマーＢを添
加することにより、高分子間の連結を高め、電界印加時
にも、また機械的なストレスが印加された時にも高分子
構造が変化しない。このため通電による焼き付きや機械
的ストレスが印加されたときの白濁は極めて生じにくく
なる。またここに示した化合物群１と化合物群２を用い
ることにより、液晶部分の複屈折が大きくなり、電界を
印加しない時には極めて透明であり、電界を印加した場
合には強い散乱を生じるようになる。化合物群３と化合
物群４を用いることにより、大きな複屈折性を保ちなが
ら、駆動電圧を低減する効果を発揮するのである。この
効果は、モノマーＡとモノマーＢを用いた場合に強く発
揮される。

【００２１】また先に示した液晶表示素子であって、前
記液晶組成物は、化合物群１と化合物群２を合計で８０
〜２０重量％含み、化合物群３と化合物群４を２０〜８
０重量％含むことを特徴とする。さらに望ましくは、化
合物群１と化合物群２を合計で６０〜４０重量％含み、
化合物群３と化合物群４を４０〜６０重量％含むことを
特徴とする。化合物群１と化合物群２を８０重量％以上
用いると、駆動電圧が高くなってしまい、２０重量％以
下用いると粘度が高くなり、化合物群３と化合物群４が
結晶化して析出する。化合物群３と化合物群４が４０〜
６０重量％であると、先に述べた効果が十分発揮される
のである。

【００２２】また先に示した液晶表示素子であって、前
記モノマーＡと前記モノマーＢの混合比率が、８：１〜
１：２０であることを特徴とする。さらに望ましくは前
記モノマーＡと前記モノマーＢの混合比率が、２：１〜
１：２であることを特徴とする。モノマーＡの比率が
８：１より多いと、散乱性能は高まるが通電時の焼き付
きと耐ストレス性が悪化する。またモノマーＢが１：２
０より多いと通電時の焼き付きや耐ストレス性は改善さ
れるが、通電時の散乱性能が悪化する。モノマーＡとモ
ノマーＢの混合比率が２：１〜１：２の場合に、散乱性
能と耐焼き付き性と耐ストレス性を兼ね備えることがで
きる。

【００２３】また先に示した液晶表示素子であって、前
記モノマーＡと前記モノマーＢの合計の液晶に対する混
合比率が、２〜１０重量％であることを特徴とする。さ
らに望ましくは、前記モノマーＡと前記モノマーＢの合
計の液晶に対する混合比率が、４〜６重量％であること
を特徴とする。モノマーの液晶に対する混合比率が２重
量％より少ないと、電界印加時の散乱が弱くなり、また
耐ストレス性耐焼き付き性ともに悪くなる。モノマーの
液晶に対する混合比率が１０重量％を越えると、駆動電
圧が高くなり、またコントラストが低下して実用的でな
い。モノマーの液晶に対する混合比率が４〜６重量％で
あると、電界印加時の散乱が強く、耐ストレス性耐焼き
付き性共に良好で、駆動電圧も十分低く、コントラスト
も高くなるのである。

【００２４】また、上記構成において、液晶中に２色性
色素を混合することにより、電界無印加時における暗表
示を改善することができ、コントラストを高めることが
できるのである。

【００２５】

【発明の実施の形態】

（実施例１）本実施例では、液晶として化合物群１と化
合物群２を５０重量％、化合物群３と化合物群４を５０
重量％含む液晶を用いた例を示す。まず液晶組成物を表
１及び表２に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】こうして混合した液晶組成物はＮＩ点＝８
７℃であった。この液晶９４．７重量％にカイラル成分
としてＲ１０１１（メルク社製）を０．３重量％、モノ
マーとしてモノマーＡを１．６７重量％、モノマーＢを
３．３３重量％添加した。この混合物を以下に示す空パ
ネルに封入した。モノマーＡはＹ＝ＣＨ３、Ｘ＝Ｆで、
モノマーＢはＹ＝ＣＨ３、Ｘ＝Ｈである。

【００２９】まず、ＩＴＯ透明電極付きガラス基板に配
向膜を製膜し、配向処理を施した。しかし１軸配向処理
を施さなくても良い。その後配向処理方向を合わせて電
極面を向き合わせて５μｍの間隙を保ってパネル周囲を
固定、モールドした。液晶層となる間隙は５μｍに限ら
ず、目的に応じて決めれば良い。間隙を薄くすれば、駆
動電圧は低下するが電界を印加した場合の散乱は弱くな
る。間隙を厚くすれば、電界を印加した場合の散乱は強
くなるが駆動電圧は上昇する。実用的な間隙は３〜１０
μｍ程度である。この間隙に先に調製した混合物を封入
し、さらに封入口を封止した後、５０℃にて紫外線３５
０ｎｍでの強度３．３ｍＷ／ｃｍ２のブラックライトを
１０分照射してモノマーＡを高分子化した。紫外線３５
０ｎｍでの強度１０ｍＷ／ｃｍ２のキセノンランプまた
は無電極紫外線ランプなどでも同様の重合効果が得られ
る。

【００３０】こうして作製した表示素子の簡単な断面図
を図１に示した。この表示素子の電気光学特性を測定し
た。測定方法は図２に示した測定系で、背景にクロム反
射板を配置して素子への印加電圧を徐々に増加しながら
表示素子表面より７０度の方向から光を入射して表示素
子法線方向で表示の明るさを観察し、比較として硫酸バ
リウムの標準白色板の明るさに対して１００分率で表示
の明るさを表した。これによりしきい電圧、飽和電圧、
飽和電圧印加時の明るさ、電界無印加時の明るさに対す
るコントラストを求めた（表３参照）。

【００３１】

【表３】

【００３２】従来例は日本特許公開公報５−１１９３０
２に基づいて、液晶はロディック社製ＰＮ００１、モノ
マーとしてビフェニルメタクリレートを用いてパネルを
作製し、先に示した測定装置で測定したものである。

【００３３】重合条件はここに示した条件に限らない。
ただし液晶相にて重合することが重要であるので、重合
温度は液晶／モノマー混合物のＮＩ点以下の温度とする
のが望ましい。また重合照度については、あまり強い光
では生成する高分子の形状が変化して散乱度が低下し、
駆動電圧が高くなり、液晶の分解が加速されるため好ま
しくない。望ましくは３００〜４００ｎｍの波長領域で
３０ｍＷ／ｃｍ２以下の強度がよい。紫外線照射時間で
は照射強度とのかけ算で１００ｍＷ・分／ｃｍ２程度が
最適である。これ以上照射すると液晶の分解が生じ、あ
まり照射量が少ないと未硬化のモノマーが残り、十分な
性能とならない。

【００３４】カイラル成分はここに示した量でなくても
良く、全く加えなくても良い。全く加えないと駆動電圧
は低くなるが、散乱度は低くなる。あまり加えるとコレ
ステリック液晶特有の可視光領域での反射が生じ、駆動
時にヒステリシスが生じ、駆動電圧も上昇する。カイラ
ル成分量を変える場合は、ツイスト角が変わるので配向
処理方向も変える必要がある。

【００３５】用いるモノマーとしてはモノマーＡの替わ
りにモノマーＡにおいてフッ素置換されていないもの、
あるいは他の置換基で置換されたものも同様に用いるこ
とができる。モノマーＢにおいてもベンゼン環に置換基
を導入したものを用いることができる。なおモノマー
Ａ、モノマーＢは極めて重合性がよい為に、１００℃程
度の加熱により容易に熱重合するため、この熱重合を防
ぐ目的で重合禁止剤としてヒドロキノンを液晶に対して
０．００１〜０．０１重量％添加して用いた。他にター
シャリーブチルカテコール、ジターシャリーブチルヒド
ロキノンなど、通常モノマーの熱重合を禁止するために
用いられる化合物であれば同様に用いることができる。
また低温で混合封入すれば重合禁止剤を用いなくても良
い。

【００３６】用いる液晶としては、ここに示した化合物
群の他、減粘剤、ＮＩ点調整剤、凝固点調整剤などを添
加することができる。例えば、

【００３７】

【化１３】

【００３８】

【化１４】

【００３９】

【化１５】

【００４０】（Ｒ、Ｒ’はアルキル基またはアルコキシ
基を示す）などである。これらの化合物群を液晶全体量
に対して２０重量％以下程度用いるのであれば電気光学
特性はほとんど変化しない。この他通常使われている液
晶エレメントも添加することができる。

【００４１】（実施例２）本実施例では、液晶として化
合物群１と化合物群２を６０重量％、化合物群３と化合
物群４を４０重量％含む液晶を用いた場合について示
す。まず液晶組成物を表１および表２に示す。ＮＩ点＝
８８℃であった。

【００４２】この液晶９４．７重量％にカイラル成分と
してＲ１０１１（メルク社製）を０．３重量％、モノマ
ーとしてモノマーＡを１．６７重量％、モノマーＢを
３．３３重量％添加した。この混合物を実施例１で作製
した空パネルに封入した。さらに実施例１と同様の条件
で高分子前駆体を高分子化した。

【００４３】こうして作製した表示素子の特性を測定し
た。測定方法は実施例１によった。これによると表３の
通りであった。

【００４４】製造時における各種条件の許容範囲につい
ても実施例１と同様である。

【００４５】（実施例３）本実施例では、液晶として化
合物群１と化合物群２を４０重量％と化合物群３と化合
物群４を６０重量％を含む液晶を用いた場合について示
す。まず液晶組成物を表１と２に示す。

【００４６】ＮＩ点＝８７℃であった。

【００４７】この液晶にカイラル成分としてＲ１０１１
（メルク社製）を０．３重量％、モノマーとしてモノマ
ーＡを１．６７重量％、モノマーＢを３．３３重量％添
加した。この混合物を実施例１で作製した空パネルに封
入した。さらに実施例１と同様の条件で高分子前駆体を
高分子化した。

【００４８】こうして作製した表示素子の特性を測定し
た。測定方法は実施例１によった。これによると表３の
通りであった。

【００４９】製造時における各種条件の許容範囲につい
ても実施例１と同様である。

【００５０】（実施例４）本実施例では、液晶として化
合物群１と化合物群２を８０重量％と化合物群３と化合
物群４を２０重量％含む液晶を用いた場合について示
す。まず液晶組成物を表１と表２に示す。

【００５１】ＮＩ点＝９２℃であった。

【００５２】この液晶にカイラル成分としてＲ１０１１
（メルク社製）を０．３重量％、モノマーとしてモノマ
ーＡを１．６７重量％、モノマーＢを３．３３重量％添
加した。この混合物を実施例１で作製した空パネルに封
入した。さらに実施例１と同様の条件で高分子前駆体を
高分子化した。

【００５３】こうして作製した表示素子の特性を測定し
た。測定方法は実施例１によった。これによると表３の
通りであった。

【００５４】製造時における各種条件の許容範囲につい
ても実施例１と同様である。

【００５５】（実施例５）本実施例では、液晶として化
合物群１と化合物群２を２０重量％と化合物群３と化合
物群４を８０重量％含む液晶を用いた場合について示
す。まず液晶組成物を表６に示す。ＮＩ点＝８６℃であ
った。

【００５６】この液晶にカイラル成分としてＲ１０１１
（メルク社製）を０．３重量％、モノマーとしてモノマ
ーＡを１．６７重量％、モノマーＢを３．３３重量％添
加した。この混合物を実施例１で作製した空パネルに封
入した。さらに実施例１と同様の条件で高分子前駆体を
高分子化した。

【００５７】こうして作製した表示素子の特性を測定し
た。測定方法は実施例１によった。これによると表３の
通りであった。

【００５８】製造時における各種条件の許容範囲につい
ても実施例１と同様である。

【００５９】（実施例６）本実施例では、モノマーＡと
モノマーＢの混合比率の耐ストレス性との関係を示し
た。用いた液晶は実施例１に示したものを用い、モノマ
ー添加量を液晶に対して５重量％に固定して、モノマー
ＡとモノマーＢの比率を変化した場合について例を示し
た。

【００６０】液晶／モノマー混合物およびパネルは実施
例１で述べた方法により作製した。パネルの特性も実施
例１に準じて測定し、その結果を表４にまとめた。

【００６１】

【表４】

【００６２】モノマーＡの添加量が増えると明るさが増
す。

【００６３】モノマーＢの添加量が増えると耐焼き付
き、耐ストレス性が向上する。

【００６４】製造時における各種条件の許容範囲につい
ても実施例１と同様である。

【００６５】（実施例７）本実施例では、液晶に対する
モノマーの混合量の割合を変化した場合の駆動電圧との
関係を示した。モノマーＡとモノマーＢの混合比率を
１：２に固定した。用いた液晶は実施例１に示したもの
を用い、モノマー添加量を液晶に対して５重量％に固定
して、モノマーＡとモノマーＢの比率を変化した場合に
ついて例を示した。

【００６６】液晶／モノマー混合物およびパネルは実施
例１で述べた方法により作製した。パネルの特性も実施
例１に準じて測定し、その結果を表５にまとめた。

【００６７】

【表５】

【００６８】モノマーの添加量を増すと明るさ、耐焼き
付き、耐ストレス性を向上できる。

【００６９】モノマーの添加量を減らすと駆動電圧を低
減できる。

【００７０】製造時における各種条件の許容範囲につい
ても実施例１と同様である。

【００７１】（実施例８）本実施例では、実施例１の構
成において、液晶中に２色性色素を混合した例を示す。
実施例１において、液晶の調合時に、液晶に対して三井
東圧染料社製Ｓ３４４を２重量％添加した。パネルは実
施例１で述べた方法により作製した。パネルの特性も実
施例１に準じて測定し、その結果を表６にまとめた。

【００７２】

【表６】

【００７３】２色性色素の添加によりコントラストを飛
躍的に増すことができた。２色性色素の添加量はあまり
たくさん添加するとコントラストは改善するものの表示
が暗くなるので用途に応じて決めれば良い。

【００７４】製造時における各種条件の許容範囲につい
ても実施例１と同様である。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、特定の液晶と高分子前
駆体を特定の組成比で用いることにより、従来並の明る
さを持ちながら、駆動電圧を飛躍的に低減し、さらに表
示の焼き付きを低減し、耐ストレス性を向上させること
ができるようになった。これにより、携帯型情報機器向
けの高信頼性の明るい反射型ディスプレイを提供するこ
とが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示素子の簡単な断面図である。

【図２】本発明の実施例で用いた特性評価装置の概念図
である。

【符号の説明】

１基板２電極３配向層４液晶５高分子６配向層７電極８基板９光電子増倍管１０レンズ１１平行光光源１２表示素子１３反射板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/13 ５００Ｇ０２Ｆ 1/13 ５００

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配向処理を施した電極層を有する２枚の
基板間に【化１】で示されるモノマーＡおよび【化２】で示されるモノマーＢを混合し重合して得られる高分子
と、化合物群１【化３】化合物群２【化４】および化合物群３【化５】化合物群４【化６】から選ばれる化合物を含む液晶組成物と、が互いに配向
分散している液晶層を有する液晶表示素子。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示素子であって、前
記液晶組成物は、化合物群１と化合物群２を合計で８０
〜２０重量％含み、化合物群３と化合物群４を２０〜８
０重量％含むことを特徴とする請求項１記載の液晶表示
素子。
【請求項３】請求項１記載の液晶表示素子であって、前
記液晶組成物は、化合物群１と化合物群２を合計で６０
〜４０重量％含み、化合物群３と化合物群４を４０〜６
０重量％含むことを特徴とする請求項１記載の液晶表示
素子。
【請求項４】請求項１記載の液晶表示素子であって、前
記モノマーＡと前記モノマーＢの混合比率が、８：１〜
１：１０であることを特徴とする請求項１記載の液晶表
示素子。
【請求項５】請求項１記載の液晶表示素子であって、前
記モノマーＡと前記モノマーＢの混合比率が、２：１〜
１：２であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示
素子。
【請求項６】請求項１記載の液晶表示素子であって、前
記モノマーＡと前記モノマーＢの合計の液晶に対する混
合比率が、３〜１０重量％であることを特徴とする請求
項１記載の液晶表示素子。
【請求項７】請求項１記載の液晶表示素子であって、前
記モノマーＡと前記モノマーＢの合計の液晶に対する混
合比率が、４〜６重量％であることを特徴とする請求項
１記載の液晶表示素子。
【請求項８】請求項１記載の液晶表示創始であって、液
晶中に２色性色素を含むことを特徴とする請求項１記載
の液晶表示素子。