JPH11258581A

JPH11258581A - 液晶表示素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11258581A
Application number: JP6587398A
Authority: JP
Inventors: Naoya Suzuki; 直也鈴木; Hideaki Ueda; 秀昭植田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロカプセル化したカイラルネマティッ
ク液晶を用いて、駆動電圧が低く、コントラストの高い
液晶表示素子を得る。【解決手段】透明電極１３，１４を設けた透明基板１
１，１２間に、カプセル化された室温でコレステリック
相を示すカイラルネマティック液晶組成物２２とスペー
サ２０とを含む液晶層２４を挟持した液晶表示素子。ス
ペーサ２０の粒径はカプセル２１の平均粒径と同じある
いはそれよりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子、詳
しくは、室温でコレステリック相を示す液晶を使用した
液晶表示素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】近年、ネマティック液晶にカイラ
ル材を添加することにより、室温においてコレステリッ
ク相を示すようにしたカイラルネマティック液晶を用い
た液晶表示素子が種々研究されている。この素子では印
加する電圧値の大小に応じて液晶をプレーナ状態とフォ
ーカルコニック状態に切り換えて表示を行う。

【０００３】しかしながら、一対の基板間にカイラルネ
マティック液晶を挟持しただけの素子では、長期の液晶
分子配列の双安定性に不安がある。そのため、液晶材料
と樹脂材料とからなる網目状の複合膜を形成したネット
ワーク型が提案されている。しかし、均一なネットワー
クを作成することが難しく、局所的に反射率等の特性が
ばらつくという不具合を解決できていない。

【０００４】そこで、本発明者らは、前記ネットワーク
型に代わる基本構造として、液晶を高分子膜からなるカ
プセルに囲むマイクロカプセル化法を検討した。しか
し、単に球状のマイクロカプセルを基板間に挟持しただ
け、あるいはポリビニルアルコール等の高分子中に分散
しただけでは、駆動電圧が高くなり、表示コントラスト
が低いという問題点が残された。

【０００５】そこで、本発明の目的は、マイクロカプセ
ル化したカイラルネマティック液晶を用いた、駆動電圧
が低く、コントラストの高い液晶表示素子を提供するこ
とにある。

【０００６】

【発明の要旨及び効果】以上の目的を達成するため、本
発明は、少なくとも一方が透明の一対の基板間に、液晶
組成物を囲む高分子膜からなるカプセルを含む液晶層を
挟持してなる液晶表示素子において、液晶層は室温でコ
レステリック相を示すカイラルネマティック液晶組成物
を高分子膜で囲んでなるカプセルと、基板間に挟持する
前のカプセルの平均粒径と同じあるいはそれよりも小さ
い粒径を持つスペーサとを含む。

【０００７】また、本発明に係る液晶表示素子の製造方
法は，室温でコレステリック相を示すカイラルネマティ
ック液晶組成物を高分子膜からなるカプセルで囲むマイ
クロカプセル化工程と、カプセルとその平均粒径と同じ
あるいはそれよりも小さい粒径のスペーサと溶媒とを混
合した塗布液を一方の基板に塗布する工程と，この基板
といまひとつの基板とで前記塗布液を挟持／押圧する工
程とを備えている。

【０００８】本発明においては、塗布液が一対の基板で
挟持された際に、スペーサよりも粒径の大きいカプセル
が圧縮されてその一部が破壊され、内部のカイラルネマ
ティック液晶組成物の一部がしみ出る。その結果、低い
駆動電圧で透明状態、着色状態が切り換わり、安定化す
る。しかも、高いコントラストを得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液晶表示素子
及びその製造方法の実施形態について添付図面を参照し
て説明する。

【００１０】（液晶表示素子の構成と表示動作）図１
は、本発明の一実施形態である液晶表示素子の断面を模
式的に示す。図１において、１１，１２は透明基板で、
それぞれの表面には透明電極１３，１４がマトリクス状
に形成されている。電極１３，１４上には絶縁性薄膜又
は配向膜が形成されていてもよい。

【００１１】基板１１，１２としては、ガラス以外に、
ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレ
ンテレフタレート等のフレキシブル基板等が使用可能で
ある。

【００１２】電極１３，１４としては、ＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）に代表される透明導電性膜、アルミニウ
ム、シリコン等の金属電極、あるいはアモルファスシリ
コン、ＢＳＯ（Bismuth Silicon Oxide）等の光導電
性膜が使用可能である。電極１３，１４をマトリクス状
に形成するには、例えば、基板１１，１２上にＩＴＯ膜
をスパッタリング法等で形成した後、フォトリソグラフ
ィ法でパターニングすればよい。

【００１３】２０は樹脂又は無機酸化物からなる球状ス
ペーサである。２１は高分子膜からなるカプセル、２２
は該カプセル２１の内部に充填されたカイラルネマティ
ック液晶組成物、２３は基板１１，１２の間を満たすカ
イラルネマティック液晶組成物である。スペーサ２０
は、基板間に挟持する前のカプセル２１の平均粒径と同
じかそれよりも小さいものが使用される。スペーサ２０
の粒径は１〜２０μｍ程度、より好ましくは１〜１０μ
ｍ程度である。カプセル２１は、ポリウレア樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リスルホンアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリスルフォネ
ート樹脂、ポリカーボネート樹脂などの高分子物質から
なる。カプセル化の手法としては、従来知られている各
種の方法を用いることができ、例えば、界面重合法、ｉ
ｎ−ｓｉｔｕ重合法、これらを組合わせた方法などの化
学的カプセル化方法を用いることができる。

【００１４】液晶組成物２２は、ネマティック液晶成分
にカイラル材を室温でコレステリック相を示すように添
加したものであり、カイラル材の添加量の大小で選択反
射波長が調整可能である。ネマティック液晶としては，
液晶性トラン化合物、液晶性ピリミジン化合物、液晶性
エステル化合物又は液晶性シアノビフェニル化合物等、
正の誘電率異方性を有する液晶化合物を主成分とするも
のが好ましい。さらに、色素を添加してもよい。

【００１５】添加されるカイラル材としては、エステル
化合物、ピリミジン化合物、アゾキシ化合物、トラン化
合物等従来知られる各種のカイラル材が使用可能であ
る。

【００１６】ここで、図１に示した液晶表示素子の製造
方法について説明する。まず、化学的カプセル化法など
の適当なカプセル化法により、液晶組成物を高分子膜で
囲んでなるカプセル２１を作製する。次に、このカプセ
ル２１とスペーサ２０とを適当な溶媒に分散して塗布液
を調製し、基板１１，１２のいずれか一方に塗布する。
カプセル２１を基板１１，１２のいずれか一方に塗布す
るために用いる溶媒としては、アセトンや低級アルコー
ルなどを用いることができる。その後、他方の基板をこ
の基板に重ねて押圧する。これにより、スペーサ２０よ
りも大きい粒径を持つカプセル２１が破壊されて内部の
液晶組成物がカプセル２１の外へしみ出し、基板１１，
１２の間の空間を満たす液晶組成物２３となる。こうし
て、基板１１，１２間に挟持された液晶層２４が形成さ
れる。

【００１７】図１に示した液晶表示素子においては、電
源２５から電極１３，１４に適宜値の電圧を印加するこ
とで表示が切り換えられる。即ち、比較的高い電圧を印
加することで、液晶がプレーナ状態となり、特定波長域
の光を選択的に反射することにより、高い反射率を示
す。比較的低い電圧を印加することで、液晶がフォーカ
ルコニック状態となり、低い反射率を示す。

【００１８】（実験例１）液晶性トラン化合物を主成分
とするネマティック液晶ＭＮ１０００（チッソ社製）に
カイラル材Ｓ８１１（メルク社製）を添加したカイラル
ネマティック液晶１５ｇに、酢酸エチル６ｇ及びキシリ
レンジイソシアネート３モルとトリメチロールプロパン
１モルの付加化合物１．５ｇを加え、室温に保った。ま
た、ポリビニルアルコールの４％水溶液３０ｇにジエチ
レントリアミンの２．５％水溶液を５ｇ添加して水溶性
溶媒を調製し、室温に保った。さらに、反応性界面活性
剤（ニューフロンティアＮ１７７Ｅ、第一工業製薬社
製）３ｇを純水９７ｇに溶解させたものを１０ｇとり、
前記２種の溶液と混合させ、実験用ホモジナイザーで室
温にて乳化分散させ、水中油滴型エマルジョンを得た。
このエマルジョンを調製して約１０分経過後に、ジエチ
レントリアミンの５％水溶液６．７ｇを徐々に滴下し、
６０℃に設定したウォータバスにて３時間メカニカル攪
拌し、カプセル化反応を終了させた。このカプセルの平
均粒径は３μｍ（単体では１〜６μｍ）であった。

【００１９】以上のカプセル化反応が終了した溶液を遠
心分離器にかけ、カプセルのみを取出した。このカプセ
ルを乾燥機で約４０℃で４時間乾燥させ、水分を除去し
た。このようにして得たカプセルに、粒径３μｍのスペ
ーサとアセトンを混合し、塗布液を調製した。この塗布
液をＩＴＯ電極付き基板にブレード法によって塗布し、
いまひとつのＩＴＯ電極付き基板とで挟持し、十分に押
圧した。

【００２０】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に５０Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニック
配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したところ、
Ｙ値は４であった。また、９０Ｖの電圧を印加して液晶
のプレーナ配列による緑色表示状態とし、そのＹ値を測
定したところ、Ｙ値は１５であった。即ち、印加電圧の
大小に応じて大きなコントラストを示した。その理由
は、一対の基板による塗布液の圧着の際、スペーサより
も粒径の大きいカプセルが圧縮されてその一部が破壊さ
れ、内部の液晶組成物の一部が溶媒中にしみ出て分散さ
れたからであると考えられる。なお、Ｙ値（視感反射
率）は分光測色計ＣＭー３７００ｄ（ミノルタ社製）を
用いて測定した。下記の実験例、比較例についても同様
である。

【００２１】（比較例１）スペーサとして粒径６μｍの
ものを用いた以外は、前記実験例１と同じ物質、同じ工
程で液晶表示素子を製造した。

【００２２】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に３５０Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニッ
ク配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したとこ
ろ、Ｙ値は１２であった。また、５００Ｖの電圧を印加
して液晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、その
Ｙ値を測定したところ、Ｙ値は１３．６であった。即
ち、コントラストは低下し、駆動電圧は著しく上昇し
た。これは、スペーサの粒径６μｍに対してカプセルの
最大粒径は６μｍであり、カプセルから液晶組成物が溶
媒中にしみ出すことがないためであると考えられる。

【００２３】（実験例２）液晶組成物として、液晶性シ
アノビフェニル化合物を主成分とするネマティック液晶
ＧＲ−６３（チッソ社製）にカイラル材ＣＮ（メルク社
製）を添加して調製したカイラルネマティック液晶を使
用し、その他の物質は前記実験例１と同じものを使用
し、かつ、同じ工程で液晶表示素子を製造した。

【００２４】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に５７Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニック
配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したところ、
Ｙ値は５であった。また、１１０Ｖの電圧を印加して液
晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、そのＹ値を
測定したところ、Ｙ値は１６であった。即ち、印加電圧
の大小に応じて大きなコントラストを示した。

【００２５】（比較例２）スペーサとして粒径６μｍの
ものを用いた以外は、前記実験例２と同じ物質、同じ工
程で液晶表示素子を製造した。

【００２６】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に３６０Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニッ
ク配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したとこ
ろ、Ｙ値は１１であった。また、４８０Ｖの電圧を印加
して液晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、その
Ｙ値を測定したところ、Ｙ値は１４であった。即ち、コ
ントラストは低下し、駆動電圧は著しく上昇した。

【００２７】（実験例３）液晶組成物として、液晶性シ
アノビフェニル化合物を主成分とするネマティック液晶
Ｅ−３１ＬＶ（メルク社製）にカイラル材Ｃ−１５（メ
ルク社製）を添加して調製したカイラルネマティック液
晶を使用し、その他の物質は前記実験例１と同じものを
使用し、かつ、同じ工程で液晶表示素子を製造した。

【００２８】このような液晶表示素子にあっては、電極
側に６１Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニック
配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したところ、
Ｙ値は５．５であった。また、１１５Ｖの電圧を印加し
て液晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、そのＹ
値を測定したところ、Ｙ値は１７であった。即ち、印加
電圧の大小に応じて大きなコントラストを示した。

【００２９】（比較例３）スペーサとして粒径６μｍの
ものを用いた以外は、前記実験例３と同じ物質、同じ工
程で液晶表示素子を製造した。

【００３０】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に３７０Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニッ
ク配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したとこ
ろ、Ｙ値は１２であった。また、５１０Ｖの電圧を印加
して液晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、その
Ｙ値を測定したところ、Ｙ値は１４であった。即ち、コ
ントラストは低下し、駆動電圧は著しく上昇した。

【００３１】（実験例４）液晶組成物として、液晶性シ
アノビフェニル化合物を主成分とするネマティック液晶
Ｅ−７（メルク社製）にカイラル材Ｃ−１５（メルク社
製）を添加して調製したカイラルネマティック液晶を使
用し、その他の物質は前記実験例１と同じものを使用
し、かつ、同じ工程で液晶表示素子を製造した。

【００３２】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に５８Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニック
配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したところ、
Ｙ値は３であった。また、１０５Ｖの電圧を印加して液
晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、そのＹ値を
測定したところ、Ｙ値は１３であった。即ち、印加電圧
の大小に応じて大きなコントラストを示した。

【００３３】（比較例４）スペーサとして粒径６μｍの
ものを用いた以外は、前記実験例４と同じ物質、同じ工
程で液晶表示素子を製造した。

【００３４】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に３４０Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニッ
ク配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したとこ
ろ、Ｙ値は１２．５であった。また、４８０Ｖの電圧を
印加して液晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、
そのＹ値を測定したところ、Ｙ値は１４であった。即
ち、コントラストは低下し、駆動電圧は著しく上昇し
た。

【００３５】（実験例５）液晶組成物として、液晶性シ
アノビフェニル化合物を主成分とするネマティック液晶
Ｅ−６３（メルク社製）にカイラル材ＣＮ（メルク社
製）を添加して調製したカイラルネマティック液晶を使
用し、その他の物質は前記実験例１と同じものを使用
し、かつ、同じ工程で液晶表示素子を製造した。

【００３６】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に４８Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニック
配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したところ、
Ｙ値は４．５であった。また、１１０Ｖの電圧を印加し
て液晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、そのＹ
値を測定したところ、Ｙ値は１６であった。即ち、印加
電圧の大小に応じて大きなコントラストを示した。

【００３７】（比較例５）スペーサとして粒径６μｍの
ものを用いた以外は、前記実験例５と同じ物質、同じ工
程で液晶表示素子を製造した。

【００３８】このような液晶表示素子にあっては、電極
間に３４０Ｖの電圧を印加して液晶のフォーカルコニッ
ク配列による透明状態とし、そのＹ値を測定したとこ
ろ、Ｙ値は１１であった。また、４９０Ｖの電圧を印加
して液晶のプレーナ配列による緑色表示状態とし、その
Ｙ値を測定したところ、Ｙ値は１３であった。即ち、コ
ントラストは低下し、駆動電圧は著しく上昇した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子の一実施形態の断面
を模式的に示す図。

【符号の説明】

１１，１２…基板１３，１４…電極２０…スペーサ２１…カプセル２２…カイラルネマティック液晶組成物２３…カプセルからしみ出た液晶組成物２４…液晶層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明の一対の基板間
に、液晶組成物を囲む高分子膜からなるカプセルを含む
液晶層を挟持してなる液晶表示素子において、前記液晶層は、室温でコレステリック相を示すカイラル
ネマティック液晶組成物を高分子膜で囲んでなるカプセ
ルと、基板間に挟持する前のカプセルの平均粒径と同じ
あるいはそれよりも小さい粒径を持つスペーサとを含む
こと、を特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】少なくとも一方が透明の一対の基板間
に、液晶組成物を囲む高分子膜からなるカプセルを含む
液晶層を挟持した液晶表示素子の製造方法において、室温でコレステリック相を示すカイラルネマティック液
晶組成物を高分子膜からなるカプセルで囲むマイクロカ
プセル化工程と、前記カプセルとその平均粒径と同じあるいはそれよりも
小さい粒径のスペーサと溶媒とを混合した塗布液を一方
の基板に塗布する工程と、前記一方の基板といまひとつの基板とで前記塗布液を挟
持／押圧する工程と、を備えたことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。