JPH10186334A

JPH10186334A - カラー液晶表示素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10186334A
Application number: JP34984996A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Korishima; 友紀郡島; Masao Ozeki; 正雄尾関
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】色純度がよく、明るいカラー表示を得る。【解決手段】ＲＧＢの二色性色素を夫々含有した液晶を
第１の高分子で被覆した微粒子１ａ、２ａ、３ａと、着
色剤を夫々含有する第２の高分子とで構成される高分子
／液晶複合体層６が共通電極５付基板４と、反射拡散層
７、平坦化層８、薄膜トランジスター１０で駆動される
電極が設けられたガラス基板９の間に、各色画素ごとに
分けて配置されてなるカラー液晶表示素子１００。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子／液晶分散
型液晶素子（以後、分散型液晶素子と呼ぶ）を用いたカ
ラー液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、携帯用情報端末の発展に伴い、携
帯用表示素子には軽量、薄型、低消費電力が求められて
いる。現在、反射型のモノクロームのツイステッドネマ
チック液晶表示素子（ＴＮ−ＬＣＤ）やスーパーツイス
テッドネマチック液晶表示素子（ＳＴＮ−ＬＣＤ）が携
帯用表示素子として用いられているが、カラー表示する
には明るさが足りない。また、反射板を２枚の偏光板の
外側に設置しているため、視差が生じて高解像度表示が
できないなどの欠点が指摘されている。

【０００３】さらに、情報を容易に認識できるためには
カラー表示が必須になりつつあり、カラー反射型液晶表
示素子として反射率が大きく、コントラスト５以上、背
景が白表示、フルカラー表示、視差がないこと、低消費
電力、低コストを満たすことが市場の要求と考えられ
る。

【０００４】このため、数多くの表示方式が研究されて
いるが、これらの要求項目を全て満足する液晶表示素子
は依然として見いだされていない。例えば、明るさを重
視して、液晶表示素子に偏光板を用いない方式が検討さ
れている。また、一方の基板の各画素に加色混合のカラ
ーフィルタを設置し、他方の基板の内側に拡散板を設置
し、ＲＧＢの二色性色素を混合して黒色化した二色性色
素をゲストとし液晶をホストとするいわゆるゲストホス
ト反射型液晶素子が検討されている。

【０００５】また、分散型液晶素子を用いた高機能のカ
ラー液晶表示装置が知られている。例えば、３枚の液晶
素子と、ダイクロイックミラーやミラー、レンズ等を組
み合わたＲＧＢ３色の色分離・色合成光学系とを用いた
フルカラーの液晶プロジェクターがある。この構成は容
易に大画面と明るい画面を得ることができる点に大きな
特徴がある。例えば、特開平３−９８０２２号公報に示
された発明である。

【０００６】また、単板型の分散型液晶素子であって、
一つの表示画素をＲＧＢ３色のカラーフィルタ付きの色
画素で構成したフルカラーの液晶表示素子がある。この
構成は主に、パソコンの表示画面や情報端末の表示など
の直視型の表示装置に用いられる。

【０００７】また、上記の各液晶素子で、素子内に透明
電極を有する基板と対向する基板に光反射層または光拡
散層を配置するなどして、反射型の構成としてさらに光
の利用効率を向上しようとする試みもある。

【０００８】図２に、従来例１を模式的に示す。１Ａは
赤色カラーフィルタ、２Ａは緑色カラーフィルタ、３Ａ
は青色カラーフィルタであり、４はガラス基板、５は共
通の透明電極、６はＲＧＢの二色性色素を混合して黒色
化したゲストと液晶をホストとした黒色化ゲストホスト
液晶層（９０°ツイスト配向）であり、７は反射拡散
層、８は平坦化層、１０は薄膜トランジスター（ＴＦ
Ｔ）、９はガラス基板である。反射拡散層７と平坦化層
８との間には凹凸面が設けられる。

【０００９】しかし、この従来例１は素子の構造が複雑
であり、また高価なカラーフィルタを使用するため普及
するにいたっていない。

【００１０】また、分散型液晶素子の新しい製造方法に
ついての新しい報告が行われた。Ｒ．Ｒ．Ｃｌｉｋｅｍ
ａｎ、Ｍ．Ｃ．Ｗｉｌｌｓ、および、Ｒ．Ｅ．Ｗａｒｇ
ｏが「ＡＭ−ＬＣＤ９６ダイジェスト（１９９
６）、１６９頁」において、液晶を高分子皮膜で覆った
微粒子の例についての報告が行われた（従来例２）。そ
の印加電圧対光透過率特性（ＶＴ特性曲線）を図６に示
す。液晶セル内の高分子／液晶要素である微粒子の径が
揃っているために、ＶＴ特性曲線が急峻である（図中の
曲線ａと曲線ｂ）点が大きな特長である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
では、液晶セルの構造が複雑であり、カラー表示を容易
に得ることが難しい、また、得られたカラー表示の品位
がまだ十分ではなかった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、液
晶が第１の高分子で被覆された微粒子と第２の高分子を
有する高分子／液晶複合体層が、少なくとも一方が透明
電極とされた電極付き対向基板間に挟持され、複数の色
画素から一つの表示画素が構成され、各色画素ごとに対
応して配置された高分子／液晶複合体層の、液晶に第１
の着色手段もしくは第１の高分子に第２の着色手段が含
有され、かつ、第２の高分子に第３の着色手段が含有さ
れてなるカラー液晶表示素子を提供する。

【００１３】また、上記のカラー液晶表示素子におい
て、ＲＧＢの３種類の色画素が設けられ、対向基板間に
電圧が印加されない状態で、各色画素の発色が加法混合
関係または減色混合関係にあることを特徴とするカラー
液晶表示素子を提供する。

【００１４】また、上記のカラー液晶表示素子におい
て、微粒子の重量平均直径と数平均直径の比が１．２以
下であるカラー液晶表示素子を提供する。

【００１５】また、第１の着色手段を液晶に含有せしめ
るか、および／または、第２の着色手段を第１の高分子
に含有もしくは付着せしめ、液晶を第１の高分子で覆っ
た微粒子を準備し、この微粒子を光硬化性化合物を含む
溶液に分散して微粒子含有分散液を形成し、この微粒子
含有分散液を電極付き基板上に配置し、光照射して光硬
化性化合物を硬化せしめて第２の高分子を形成し、ホト
リソグラフィー手段によって色画素に応じて微粒子と第
２の高分子を配置するカラー液晶表示素子の製造方法を
提供する。

【００１６】また、上記のカラー液晶表示素子の製造方
法において、第３の着色手段を前記溶液に含有するカラ
ー液晶表示素子の製造方法を提供する。

【００１７】さらに、本発明のカラー液晶表示素子、お
よびカラー液晶表示素子の製造方法で得られたカラー液
晶表示素子の好ましい態様を以下にあげる。まず、制御
対象とする光の波長が可視光である場合には、微粒子の
径を０．５〜２．５μｍとする。また、各色画素ごと
に、微粒子の径を設定してもよい。例えば、Ｒ（赤）の
色画素に対しては、１．０〜２．５μｍ、Ｇ（緑）の色
画素に対しては０．８〜２．０μｍ、また、Ｂ（青）の
色画素に対しては０．６〜１．６μｍの微粒子を選択し
て用いることが好ましい。さらに、各色画素の発色の主
波長と帯域に合わせて、微粒子の径の分散度を設定する
ことが好ましい。

【００１８】用いる液晶はネマチック液晶で、正の誘電
率異方性を示すものが好ましい。誘電率異方性は小さけ
れば駆動電圧が高く、大きすぎれば耐久性にやや難点の
ある液晶を選択しなければならないので液晶の誘電率異
方性が５〜２５に設定することが好ましい。さらに、ヒ
ステリシス低減の観点からは、６〜１０に設定すること
が好ましい。

【００１９】また、液晶セルの間隙を５〜２０μｍとす
る。また、微粒子内の液晶の割合が３０〜９０重量％と
する。また、用いる液晶の常光屈折率が被覆を形成する
第１の高分子の屈折率とほぼ一致せしめられるように設
ける。

【００２０】また、用いる高分子／液晶要素、つまり、
微粒子は、微粒子と第２の高分子との合計に対して、４
０〜８０重量％とする。

【００２１】また、着色手段として二色性色素が用いる
ことが好ましい。また、第１の着色手段、第２の着色手
段、第３の着色手段は二色性色素とされ、さらに使用さ
れる二色性色素と補色の関係にある非二色性の着色剤を
有するカラー液晶表示素子を形成できる。非二色性の着
色剤は、液晶、第１の高分子、または第２の高分子のい
ずれに設けてもよい。

【００２２】また、本発明のカラー液晶表示素子の製造
方法の好ましい態様においては、高分子／液晶複合体層
を形成した後に、対向電極基板を載置し、圧着もしくは
接着して液晶セルを形成する。さらに、一定の圧力を加
えて、液晶セルの基板間隙を調整する。

【００２３】また、本発明の好ましい態様においては、
第１、第２、第３の色画素に対応した各層の厚みをほぼ
等しくなるように形成した後、この基板に他の電極を有
する基板を圧着または接着するカラー液晶表示素子の製
造方法を提供する。

【００２４】以下、さらに本発明の各構成要素について
詳述する。分散型液晶素子の一つである本発明におい
て、用いられる微粒子の粒径分布はＶＴ特性曲線の鋭さ
に影響し、粒径分布が小さければ鋭く、広ければ緩やか
であるので、液晶表示素子の使用目的に応じて選択され
るが、あまり広いとオン・オフのコントラストがとれに
くくなるので、上記したように、色画素ごとに、平均直
径と数平均直径の比が１．２以下とすることが好まし
い。

【００２５】また、微粒子内の液晶の割合は多いほど低
電圧で駆動できるが、高分子皮膜の厚みが小さくなるた
め、微粒子の機械的強度が小さくなり、微粒子の取り扱
いが難しくなるので３０〜９０重量％とすることが好ま
しい。

【００２６】電界の強さに応じて、濃色から淡色への色
変化を得るために二色性色素を用いることが好ましい。
二色性色素はアゾ系色素やアントラキノン系色素などの
なかから選択することができる。

【００２７】液晶の常光屈折率と高分子被覆（第１の高
分子）の材料の屈折率は電界印加時の透明性を大きくす
るためにほぼ一致することが好ましい。

【００２８】微粒子を分散させた第２の高分子の層の厚
み、実質的に液晶セルの間隙は小さければオフ時の光散
乱能が小さく、大きすぎれば駆動電圧が高くなりすぎる
ので５〜２０μｍとすることが好ましい。さらには、８
〜１５μｍとすることが好ましい。

【００２９】本発明においては、得られたカラー液晶表
示素子の各表示画素の表示色が電圧無印加時に、加色混
合関係または減色混合関係とした色表示を提供できる。

【００３０】加色混合関係の例を図１に示した。１ａは
赤色制御微粒子、２ａは緑色制御微粒子、３ａは青色制
御微粒子、４はガラス基板、５は共通電極、６は高分子
／液晶複合体層、７は反射拡散層、８は平坦化層、１０
はＴＦＴ、９はガラス基板を備えたカラー液晶表示素子
１００である。

【００３１】例えば赤色制御微粒子１には電圧オフ時に
は黒であり、オン時には赤色を透過しやすいように、二
色性色素ないしは着色剤を選定して使用する。

【００３２】また、二色性色素を液晶中に含有せしめ、
かつ、二色性色素とは電圧無印加時に補色関係の着色剤
を第２の高分子中に含有させてもよい。各画素がすべて
オフのときには黒を表示し、例えば、赤色制御微粒子１
の色画素にのみに電圧が印加されるときには赤色を表示
する。すべての色画素に電圧が印加されるときには全体
として白を発色し表示する。各色画素に印加される信号
電圧を制御することによってフルカラー表示ができる。

【００３３】また、減色混合関係を利用した本発明のカ
ラー液晶表示素子１０１の一例の断面図を図３に示し
た。１ｂはシアン制御微粒子、２ｂはイエロー制御微粒
子、３ｂはマゼンタ制御微粒子、４はガラス基板、５は
共通電極、６は高分子／液晶複合体層、７は反射拡散
層、８は平坦化層、１０はＴＦＴ、９はガラス基板であ
る。微粒子は液晶１１に二色性色素１３が含有され、第
１の高分子１２で被覆されている。そして、例えばシア
ン制御粒子１が対応する色画素は電圧オフ時には黒であ
り、オン時にはシアンを透過しやすいように、二色性色
素ないしは着色剤を選定して使用する。

【００３４】本発明で用いる着色手段の組み合わせ（液
晶中の二色性色素と第２の高分子に含有された着色剤）
によって、発色を得る手法を図４に模式的に示したスペ
クトルのグラフに示す。

【００３５】各色画素がすべてオフのときには黒を表示
し、例えば、シアン制御粒子１上の色画素にのみに電圧
が印加されるときにはシアンを表示する。すべての色画
素に電圧が印加されるときには白を表示する。この減色
関係を利用した発色の表示は白表示が明るいという特徴
がある。この発色の状態を図５の説明図で図示する。

【００３６】

【実施例】

（実施例１）図１のカラー液晶表示素子を作製するた
め、まず、赤色表示のためシアンの二色性色素と青と緑
の吸収を有する染料を溶解したＢＤＨ社製の誘電率異方
性が正の液晶（Ｅ−８）８０％と高分子皮膜２０％とか
らなる直径１．５μｍの分散率１．００５の微粒子を準
備した。

【００３７】次に、緑色表示のためマゼンタの二色性色
素と青と赤の吸収を有する染料を溶解したＢＤＨ社製の
誘電率異方性が正の液晶（Ｅ−８）８０％と高分子皮膜
２０％とからなる直径１．５μｍの分散率１．００５の
微粒子を準備した。

【００３８】最後に、青色表示のためイエローの二色性
色素と緑と赤の吸収を有する染料を溶解したＢＤＨ社製
の誘電率異方性が正の液晶（Ｅ−８）８０％と高分子皮
膜２０％とからなる直径１．５μｍの分散率１．００５
の微粒子を準備した。

【００３９】２−エチルヘキシルアクリレート５０％と
東亞合成社製ウレタンアクリレート５０％の混合物メル
ク社製光重合開始剤ダロキュア１１１６（商品名）を１
％添加した組成物に前記赤表示用微粒子を８０％分散さ
せて、共通電極を有するガラス基板上に厚み１２μｍに
塗布し、１００μｍ幅のホトリソグラフィーによって赤
色制御微粒子を固定化した。

【００４０】以下、同様のホトリソグラフィー工程によ
って緑制御微粒子と青色制御微粒子を固定化した。

【００４１】別に用意したガラスを基板とし最表面にア
ルミニウムで反射拡散層を形成し、次に平坦化層、次に
ガラス基板上にＴＦＴを有する基板（ＴＦＴアレー基
板）を各画素が丁度重なるように前述の基板に圧着して
重ねあわせた。

【００４２】このようにして得られた液晶表示素子は視
野角が広く、視差のないフルカラーの反射表示が可能で
あった。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、発色効率のきわめてよ
い、明るいカラー液晶表示素子を形成できるようになっ
た。また、製造法が従来の分散型液晶素子に比較して、
簡便であり、かつ安定に早く製造できるという利点を得
た。

【００４４】また、発色される色合いを自由に調整で
き、用途に応じて調整できる、また、それぞれの所望の
光学特性に応じて、高分子／液晶要素や第１の高分子、
第２の高分子の材料、形状寸法を調整して適用できるよ
うになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー液晶光学素子１００の模式的断
面図。

【図２】従来例の断面図。

【図３】本発明のカラー液晶光学素子１０１の模式的断
面図。

【図４】本発明の着色手段の相関関係を示す説明図。

【図５】本発明の発色関係を示す説明図。

【図６】従来例のＶＴ特性曲線を示すグラフ。

【符号の説明】

１ａ、２ａ、３ａ：微粒子５：共通電極６：高分子／液晶複合体層７：反射拡散層８：平坦化層４、９：ガラス基板１０：ＴＦＴ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶が第１の高分子で被覆された微粒子と
第２の高分子を有する高分子／液晶複合体層が、少なく
とも一方が透明電極とされた電極付き対向基板間に挟持
され、複数の色画素から一つの表示画素が構成され、各
色画素ごとに対応して配置された高分子／液晶複合体層
の、液晶に第１の着色手段もしくは第１の高分子に第２
の着色手段が含有され、かつ、第２の高分子に第３の着
色手段が含有されてなるカラー液晶表示素子。
【請求項２】ＲＧＢの３種類の色画素が設けられ、対向
基板間に電圧が印加されない状態で、各色画素の発色が
加法混合関係または減色混合関係にあることを特徴とす
る請求項１のカラー液晶表示素子。
【請求項３】微粒子の重量平均直径と数平均直径の比が
１．２以下である請求項１または２のカラー液晶表示素
子。
【請求項４】第１の着色手段を液晶に含有せしめるか、
および／または、第２の着色手段を第１の高分子に含有
もしくは付着せしめ、液晶を第１の高分子で覆った微粒
子を準備し、この微粒子を光硬化性化合物を含む溶液に
分散して微粒子含有分散液を形成し、この微粒子含有分
散液を電極付き基板上に配置し、光照射して光硬化性化
合物を硬化せしめて第２の高分子を形成し、ホトリソグ
ラフィー手段によって色画素に応じて微粒子と第２の高
分子を配置するカラー液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】第３の着色手段を前記溶液に含有する請求
項４のカラー液晶表示素子の製造方法。