JPH11223810A - 反射型液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分子層と液晶層が交互に積層された反射層
に電界を印加しない状態で、高分子層と液晶層との間の
屈折率差を大きくすることができるようにする。 【解決手段】 基板１１上の電極１２上に光分解性ポリ
イミドを塗布し、加熱して、ポリイミド膜２１ｂを形成
する。このとき、ポリイミド膜２１ｂ中のポリイミド鎖
１はランダムな方向を向いている。次に、ポリイミド膜
２１ｂ上に液晶と光重合性モノマーとの混合液を塗布
し、基板面に垂直な方向を偏光方向とする偏光紫外線を
照射する。これによって、ポリイミド膜２１ｂ上にＰＤ
ＬＣ構造の液晶層２２ｂが形成されるとともに、ポリイ
ミド膜２１ｂにおいては、偏光紫外線の偏光方向と同一
方向のポリイミド鎖１ａが分解されて、偏光紫外線の偏
光方向と垂直な方向のポリイミド鎖１ｂだけが残存し、
その残存したポリイミド鎖１ｂによって、液晶層２２ｂ
中の液晶分子３ａが基板面方向に配向される。上記のポ
リイミド膜２１ｂと液晶層２２ｂとを交互に積層形成し
て反射層を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラー表示が可
能な反射型液晶表示素子、およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示素子は、透過型液晶表示
素子のようにバックライトのような専用の光源を必要と
せず、消費電力が少ないとともに、薄型軽量に構成でき
ることから、小型情報機器や携帯情報端末などの表示装
置に適する。

【０００３】カラー表示が可能な反射型液晶表示素子と
しては、従来、ＴＮ液晶またはＳＴＮ液晶のセルの両側
に偏光板を配して光シャッタを構成し、外光である入射
光をカラーフィルタで着色し、光シャッタを透過させ
て、反射板で反射させるものが知られている。しかしな
がら、この反射型液晶表示素子は、偏光板およびカラー
フィルタを使用するので、光のロスが大きく、出力の反
射光が微弱となって、輝度が低くなる欠点がある。

【０００４】そこで、偏光板やカラーフィルタなどを用
いない反射型液晶表示素子として、それぞれ電極が形成
された２枚の基板の電極間に、液晶層と高分子層とを交
互に多層に渡って積層して、屈折率の周期的な変化によ
って可視光中の特定波長の光を反射する反射層を形成し
たものが考えられている。

【０００５】例えば、特開平４−３５５４２４号や、特
開平５−１３４２６６号には、図６（Ｃ）に示すよう
に、電極１２，１４が形成された基板１１，１３の電極
１２，１４間に、高分子層１７と液晶層１８が交互に積
層形成された反射層を挟持させたものが示されている。

【０００６】この表示素子は、電極１２，１４間に印加
される電圧に応じて屈折率が変化する液晶層１８と、屈
折率の変化を生じない高分子層１７との、周期的な屈折
率の違いによって、干渉フィルタの原理により、入射光
中の特定波長の光を反射させ、他の波長領域の光を透過
させる。

【０００７】例えば、電極１２，１４間に電圧を印加し
ない状態では、液晶がランダムな方向を向くことによ
り、高分子層１７と液晶層１８との間に屈折率の違いを
生じて、電極１２，１４間において屈折率の周期的な変
化を生じ、図６（Ｃ）に示すように、入射光５５中の特
定波長の光５６が反射する。反射波長は、屈折率の変化
の周期、すなわち高分子層１７と液晶層１８の厚みによ
って決まる。

【０００８】これに対して、電極１２，１４間に十分な
電圧を印加した状態では、液晶が基板１１，１３と垂直
な方向に配列されることにより、高分子層１７と液晶層
１８の屈折率が近くなって、電極１２，１４間の屈折率
の周期的な変化が小さくなり、入射光５５は大部分が表
示素子を透過する。

【０００９】この反射型液晶表示素子は、偏光板やカラ
ーフィルタなどを用いないため、光のロスが少ないとと
もに、高い反射率が得られるので、高輝度の表示が得ら
れる。

【００１０】この反射型液晶表示素子の製造方法とし
て、従来、電極１２，１４間に液晶と光重合性モノマー
との混合液を注入し、この混合液に所定波長の同位相の
レーザ光を２方向から照射して、両者の光の干渉によ
り、光重合性モノマーを重合させて高分子層１７を形成
し、この高分子層１７以外の領域に液晶を析出させて液
晶層１８を形成する方法が考えられている。

【００１１】例えば、SPIE Vol.2152/303('94)「Develo
pment of photopolymer-liquid crystal composite mat
erials for dynamic hologram applications」には、図
６（Ａ）（Ｂ）に示すように電極１２，１４間に上記の
ような混合液１６を注入して、同図（Ａ）に示すように
基板１３，１１の両面からレーザ光５１，５２を照射
し、または同図（Ｂ）に示すように基板１３側からレー
ザ光５３，５４を照射することによって、同図（Ｃ）に
示したように高分子層１７と液晶層１８が交互に積層形
成された反射層を得ることが示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図６（Ｃ）に示した反
射型液晶表示素子では、電極１２，１４間に電圧を印加
しない状態で、高分子層１７と液晶層１８との間に屈折
率の違いを生じて、入射光５５中の特定波長の光５６が
反射する。

【００１３】しかし、このとき、液晶層１８の液晶は、
配向が制御されてなく、ランダムな方向を向いているの
で、高分子層１７と液晶層１８との間の屈折率差を大き
くすることができない。そのため、十分な強度の反射光
を得ることができない。

【００１４】電極１２，１４間に電圧を印加しない状態
で、液晶層１８の液晶を特定方向に配向させることがで
きれば、高分子層１７と液晶層１８との間の屈折率差を
大きくすることができ、十分な反射光強度を得ることが
できる。

【００１５】そこで、一般に、液晶表示素子において、
液晶を特定方向に配向させる方法として採られているよ
うに、図６（Ｃ）に示した反射型液晶表示素子において
も、基板１１，１３の電極１２，１４が形成された面上
にポリイミド膜などの配向膜を形成して、ラビング処理
をすることが考えられる。

【００１６】すなわち、基板１１，１３上に配向膜を形
成して、ラビング処理をした上で、基板１１上の配向膜
と基板１３上の配向膜との間に上記のような混合液１６
を注入し、レーザ光５１，５２または５３，５４を照射
することによって、高分子層１７と液晶層１８が交互に
積層形成された反射層を得ることが考えられる。

【００１７】しかしながら、一般に、液晶表示素子にお
いて、一対の基板上に配向膜を形成し、ラビング処理を
した上で、一対の基板間に液晶を注入しても、基板上の
配向膜の液晶配向力によって特定方向に配向されるの
は、配向膜に近接する部分の液晶だけであって、液晶層
の厚み方向の中央部分の液晶には、基板上の配向膜の液
晶配向力が及ばない。

【００１８】図６（Ｃ）に示した反射型液晶表示素子に
おいても同様で、上記の方法では、基板１１，１３上の
配向膜の液晶配向力によって特定方向に配向されるの
は、多数の液晶層１８中の、基板１１，１３上の配向膜
に近接する液晶層の液晶だけである。しかも、図６
（Ｃ）に示した反射型液晶表示素子においては、反射層
の厚み方向において高分子層１７と液晶層１８が交互に
存在するので、反射層の厚み方向の中央部分の液晶層に
対しては、基板上１１，１３上の配向膜の液晶配向力
が、より影響しにくくなる。

【００１９】そのため、図６（Ｃ）に示した反射型液晶
表示素子において、上記のように、基板１１，１３上に
配向膜を形成して、ラビング処理をした上で、基板１１
上の配向膜と基板１３上の配向膜との間に、高分子層１
７と液晶層１８が交互に積層された反射層を形成して
も、電極１２，１４間に電圧を印加しない状態で、高分
子層１７と液晶層１８との間の屈折率差を大きくするこ
とはできない。

【００２０】そこで、この発明は、２枚の基板間に、高
分子層と液晶層が交互に積層された反射層が形成された
反射型液晶表示素子において、反射層に電界を印加しな
い状態で、高分子層と液晶層との間の屈折率差を大きく
することができ、十分な反射光強度を得ることができる
ようにしたものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明の反射型液晶表
示素子は、２枚の基板間に、液晶配向性材料からなる高
分子層と液晶層とが交互に積層された反射層が形成さ
れ、上記それぞれの液晶層中の液晶が、隣接する上記高
分子層の上記液晶配向性材料によって特定方向に配向さ
れているものとする。

【００２２】

【作用】光分解性ポリイミドなどの液晶配向性材料は、
液晶を特定方向に配向させる効力がある。例えば、光分
解性ポリイミドは、熱によって硬化させた後、偏光紫外
線を照射すると、偏光紫外線の偏光方向と同一方向のポ
リイミド鎖が分解されて、偏光紫外線の偏光方向と垂直
な方向のポリイミド鎖だけが残存し、その残存したポリ
イミド鎖の方向に沿う方向に液晶を配向させることがで
きる。

【００２３】この発明では、高分子層と液晶層が交互に
積層される反射層のそれぞれの高分子層を、この残存し
たポリイミド鎖などの液晶配向性材料によって形成し、
これによって、反射層に電界を印加しない状態で、反射
層を構成するそれぞれの液晶層中の液晶が特定方向、例
えば基板面に平行な方向に配向されるようにしたもので
ある。

【００２４】この場合、反射層を構成するそれぞれの液
晶層は十分に薄く形成され、しかもそれぞれの液晶層に
隣接する高分子層が液晶配向性材料によって形成される
ので、反射層の厚み方向の中央部分の液晶層を含めて、
すべての液晶層の液晶が、隣接する高分子層の液晶配向
性材料によって確実に特定方向に配向されるようにな
る。

【００２５】したがって、反射層に電界を印加しない状
態で、反射層の厚み方向の全域に渡って高分子層と液晶
層との間の屈折率差を大きくすることができ、十分な反
射光強度を得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１〜図３は、この発明の製造方
法の第１の例を示す。

【００２７】この例では、まず、図１（Ａ）に示すよう
に、一面側に電極１２が形成された基板１１の電極１２
上に、光分解性ポリイミド２１ａを、印刷法、転写法ま
たはスピンコート法によって塗布する。光分解性ポリイ
ミド２１ａとしては、例えば、可溶性ポリイミドを用い
る。一例として、日本合成ゴム社製のオプトマーＡＬ１
２５４を用いることができる。

【００２８】次に、光分解性ポリイミド２１ａに熱を加
えて、光分解性ポリイミド２１ａを重合させることによ
って、図１（Ｂ）に示すように、電極１２上にポリイミ
ド膜２１ｂを形成する。このとき、図２（Ａ）に示すよ
うに、ポリイミド膜２１ｂ中のポリイミド鎖１はランダ
ムな方向を向いている。

【００２９】次に、図１（Ｃ）に示すように、ポリイミ
ド膜２１ｂ上に、液晶と光重合性モノマーとの混合液２
２ａを、印刷法、転写法またはスピンコート法によって
塗布する。光重合性モノマーとしては、液晶との間で相
溶性を有し、透明性があり、かつ後述する紫外線領域で
重合硬化するものを用いる。

【００３０】次に、混合液２２ａおよびポリイミド膜２
１ｂに、これらの厚み方向を偏光方向とする偏光紫外線
２５を、これらの厚み方向に照射する。

【００３１】これによって、混合液２２ａ中の光重合性
モノマーが重合して、図１（Ｄ）および図２（Ｂ）に示
すように、ポリイミド膜２１ｂ上に、高分子２中に液晶
ドロップレット３が分散されたＰＤＬＣ構造の液晶層２
２ｂが形成されるとともに、ポリイミド膜２１ｂにおい
ては、図２（Ｂ）に示すように、図２（Ａ）に示したポ
リイミド鎖１のうちの、偏光紫外線の偏光方向と同一方
向のポリイミド鎖１ａが分解されて、偏光紫外線の偏光
方向と垂直な方向のポリイミド鎖１ｂだけが残存する。

【００３２】そして、このとき、液晶層２２ｂ中の液
晶、この場合には液晶ドロップレット３内の液晶分子３
ａは、ポリイミド膜２１ｂの残存したポリイミド鎖１ｂ
の液晶配向性によって、図２（Ｂ）に示すように、残存
したポリイミド鎖１ｂの方向に沿う方向、この場合には
基板１１の面方向に配向される。

【００３３】液晶層２２ｂは、光重合性モノマーの重合
によって、液晶分子３ａのスイッチング性は失われない
が、層全体としてポリイミド膜２１ｂ上に固定されるの
で、以後、その上に光分解性ポリイミドを塗布すること
ができる。

【００３４】以後、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示した工程を
所定回数、繰り返して、図３（Ａ）に示すように、電極
１２上に、ポリイミド膜２１ｂと液晶層２２ｂとを交互
に、所定の積層数に渡って積層形成して、反射層を得
る。

【００３５】この場合、反射層を構成するそれぞれのポ
リイミド膜２１ｂにおいては、図２（Ｂ）に示したよう
に、基板１１の面方向に沿うポリイミド鎖１ｂのみが残
存し、それぞれの液晶層２２ｂにおいては、同図に示し
たように、液晶分子３ａが基板１１の面方向に配向され
る。

【００３６】次に、図３（Ｂ）に示すように、その反射
層上に、一面側に電極１４が形成された基板１３の電極
１４側を接着して、反射型液晶表示素子を得る。

【００３７】図４は、この発明の製造方法の第２の例を
示す。

【００３８】この例では、図４（Ａ）に示すように、基
板１１上の電極１２上に、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示した
工程を繰り返して、ポリイミド膜２１ｂと液晶層２２ｂ
とが交互に積層された多層膜を形成するとともに、図４
（Ｂ）に示すように、基板１３上の電極１４上に、図１
（Ａ）〜（Ｄ）に示した工程を繰り返して、ポリイミド
膜２１ｂと液晶層２２ｂとが交互に積層された多層膜を
形成し、次いで、図４（Ｃ）に示すように、基板１１上
の多層膜と基板１２上の多層膜とを接着する。

【００３９】以上の方法によって得られた表示素子にお
いては、図５（Ａ）に示すように、電極１２，１４間に
電圧が印加されないとき、屈折率ｎ１の液晶層２２ｂと
屈折率ｎ３のポリイミド膜２１ｂとの間の屈折率差（ｎ
１〜ｎ３）によって、すなわち反射層における屈折率の
周期的な変化によって、入射光５５中の特定波長の光５
７が反射し、それ以外の光は透過する。

【００４０】しかも、このとき、それぞれの液晶層２２
ｂ中の液晶が、隣接するポリイミド膜２１ｂの残存した
ポリイミド鎖によって、基板１１，１３の面方向に配向
されているので、液晶層２２ｂとポリイミド膜２１ｂと
の間の屈折率差（ｎ１〜ｎ３）を大きくすることがで
き、十分な反射光強度を得ることができる。

【００４１】これに対して、図５（Ｂ）のように電極１
２，１４間に十分な電圧を印加したときには、液晶層２
２ｂ中の液晶が基板１１，１３と垂直な方向に配向され
ることによって、入射光５５に対する液晶層２２ｂの屈
折率がポリイミド膜２１ｂの屈折率ｎ３に近い屈折率ｎ
２に変化して、液晶層２２ｂとポリイミド膜２１ｂとの
間の屈折率差（ｎ２〜ｎ３）が小さくなり、入射光５５
は大部分が表示素子１０を透過する。

【００４２】

【発明の効果】上述したように、この発明の反射型液晶
表示素子によれば、反射層に電界を印加しない状態で、
高分子層と液晶層との間の屈折率差を大きくすることが
でき、十分な反射光強度を得ることができる。また、高
い輝度が得られるので、その輝度が若干低下するもの
の、散乱板を配置して視野角を広げることもできる。

【００４３】この発明の製造方法によれば、上記のよう
な反射型液晶表示素子を、確実かつ容易に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の製造方法の第１の例の一部の工程を
示す図である。

【図２】ポリイミド膜および液晶層の状態を示す図であ
る。

【図３】この発明の製造方法の第１の例のその後の工程
を示す図である。

【図４】この発明の製造方法の第２の例を示す図であ
る。

【図５】この発明の表示素子の一例の動作の説明に供す
る図である。

【図６】従来の製造方法とそれによって得られる表示素
子の一例を示す図である。

【符号の説明】

１１，１３ 基板 １２，１４ 電極 ２１ａ 光分解性ポリイミド ２１ｂ ポリイミド膜 ２２ａ 混合液 ２２ｂ 液晶層 ２５ 偏光紫外線 １，１ａ，１ｂ ポリイミド鎖 ２ 高分子 ３ 液晶ドロップレット ３ａ 液晶分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曳地 丈人 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなか い 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 氷治 直樹 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなか い 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 二宮 正伸 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の基板間に、液晶配向性材料からなる
   高分子層と液晶層とが交互に積層された反射層が形成さ
   れ、上記それぞれの液晶層中の液晶が、隣接する上記高
   分子層の上記液晶配向性材料によって特定方向に配向さ
   れていることを特徴とする反射型液晶表示素子。
2. 【請求項２】請求項１の反射型液晶表示素子において、 上記液晶配向性材料が、光分解性ポリイミドであること
   を特徴とする反射型液晶表示素子。
3. 【請求項３】請求項２の反射型液晶表示素子において、 上記光分解性ポリイミドは、熱によって硬化された後、
   偏光紫外線の照射によって一部が分解された後の、残存
   したポリイミド鎖であることを特徴とする反射型液晶表
   示素子。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかの反射型液晶表示
   素子において、 上記液晶層が、光重合された高分子を含むことを特徴と
   する反射型液晶表示素子。
5. 【請求項５】電極が形成された第１基板の電極側に、液
   晶配向性材料からなる高分子層を形成し、熱硬化させた
   後、その高分子層上に、光重合性モノマーを含む液晶層
   を形成し、その後、この液晶層および上記高分子層に偏
   光紫外線を照射して、上記光重合性モノマーを重合させ
   ると同時に、上記液晶配向性材料の上記偏光紫外線の偏
   光方向と同一方向の高分子鎖を分解させる工程を繰り返
   して、多層膜を形成し、その多層膜上に、電極が形成さ
   れた第２基板の電極側を接着することを特徴とする、反
   射型液晶表示素子の製造方法。
6. 【請求項６】電極が形成された第１基板の電極側に、液
   晶配向性材料からなる高分子層を形成し、熱硬化させた
   後、その高分子層上に、光重合性モノマーを含む液晶層
   を形成し、その後、この液晶層および上記高分子層に偏
   光紫外線を照射して、上記光重合性モノマーを重合させ
   ると同時に、上記液晶配向性材料の上記偏光紫外線の偏
   光方向と同一方向の高分子鎖を分解させる工程を繰り返
   して、多層膜を形成するとともに、電極が形成された第
   ２基板の電極側に、上記工程を繰り返して、多層膜を形
   成し、その後、上記第１基板上の多層膜と上記第２基板
   上の多層膜とを接着することを特徴とする、反射型液晶
   表示素子の製造方法。
7. 【請求項７】請求項５または６の製造方法において、 上記高分子層および上記液晶層は、印刷法、転写法また
   はスピンコート法によって形成することを特徴とする、
   反射型液晶表示素子の製造方法。