JPH04199024A - 液晶表示素子およびそれを用いた表示装置 - Google Patents

液晶表示素子およびそれを用いた表示装置

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JPH04199024A
JPH04199024A JP2332196A JP33219690A JPH04199024A JP H04199024 A JPH04199024 A JP H04199024A JP 2332196 A JP2332196 A JP 2332196A JP 33219690 A JP33219690 A JP 33219690A JP H04199024 A JPH04199024 A JP H04199024A
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layer
transparent
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light
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JP2332196A
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Masato Isogai
正人 磯貝
Teruo Kitamura
輝夫 北村
Katsumi Kondo
克己 近藤
Junichi Hirakata
純一 平方
Shinichi Komura
真一 小村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液晶を用いた表示素子に係り、特にオフィス用
情報機器（ＯＡ種機器等に使用する液晶表示素子および
表示装置に係る。
［従来の技術］ 情報デイスプレィ用表示素子として、これまでに種々の
液晶表示素子が提案され、実用に供されている。現在は
、ＴＮモード（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　；特
開昭４７−１１７３７号参照）とＳＴＮモード（Ｓｕｐ
ｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　；特開昭６０
−１０７０２０号参照）を代表とするネマチック液晶を
使用するタイプが主流を成し、広く用いられている。
ＴＮモード、ＳＴＮモードは液晶分子の配列方向が素子
内部で９０°前後、あるいは２６０６前後にそれぞれ捩
じれた構造の初期状態をとる。素子に入射した光は液晶
の捩じれ構造と複屈折によって偏光状態が変化を受けて
出射する。液晶層に電界を印加すると、液晶分子が電界
方向に再配列するために捩じれ構造が解け、かつ複屈折
が失われて、結果として入射光はその偏光状態を変える
ことなく出射する。２枚の直線偏光子で液晶セルを挾持
した構成とすることで、上記の電界印加による液晶層の
光学的性質の変化（電気光学効果）は出射する光の強度
変化として観測される。
ＴＮモード、ＳＴＮモードではこの動作原理に基づいて
、明暗のコントラストを得るものである。
上記表示方式はＣＲＴ　（Ｃａｒｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔ
ｕｂｅ）デイスプレィに比べて消費電力が著しく少なく
、かつ、薄型の表示パネルが実現できる長所があり、パ
ーソナルコンピュータ、ワードブロセッナ等のオフィス
用情報機器（−幅広く使われている。
しかし、本質的に偏光子を付設するタイプであるので、
入射した光を有効に利用しているとは云い難い。実際、
多くのデイスプレィでは液晶表示素子の後方に光源（バ
ックライト）を付設して明るさを確保している。カラー
フィルタを付設したタイプ（カラー液晶デイスプレィ）
では透過する光の量は更に減少し、結果としてより強力
な光源を必要とする。光源の消費する電力は駆動回路を
含む液晶素子の消費電力に匹敵し、電池で電力を供給す
る携帯型情報機器用デイスプレィに適さない。即ち、従
来の表示方式では明るさと低消費電力化がトレードオフ
の関係にあり、バックライトを必要としない明るい（光
透過率の高い）表示方式の開発が切望されている。
デイスプレィを見続けた場合の眼の疲労に関しても、蛍
光灯バックライトは望ましくなく、反射型のデイスプレ
ィが求められている。また、投射型ディスブし・イとし
て使用する場合でも、光透過率の高い表示方式は光源の
小型化、長寿命化、機器全体の節電に寄与する。
こうしたニーズに対応して、偏光子を用いない液晶表示
方式も提案されている。Ｗｈｉｔｅ−Ｔａｙｌｏｒ型ゲ
スト・ホスト素子〔ジャーナル・オフ・アプライド・フ
ィジックス（Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、）、４５巻
、４７１８−４７２３頁（１９７４年）参照〕がその一
つである。カイラルネマチック相（コレステリック相）
を示す液晶に２色性色素が混入されており、基板面には
り平行に配列された構造になっている。電界印加によっ
て液晶の配列が変化し、それに伴って２色性色素が向き
を変えることにより光の透過率が変わる。カイラルネマ
チック相に起因する捩じれ構造のために、色素による光
吸収が効率よく起るので、原理的には偏光子なしでも高
い表示コントラストが得られる。
しかし前記において、高コント・ラス）〜を達成するた
めにはカイラルネマチック液晶の螺旋ピッチは光の波長
オーダであることが必要であるが、螺旋ピッチをその程
度まで短くするとディスクリネーションラインが数多く
発生し、表示品質が損なわれ、同時にヒステリシス現象
が発現し、電界に対する応答も極端に遅くなる。従って
前記のＴＮモード、ＳＴＮモードと比較した場合、いま
ひとつ実用性に乏しい。
偏光子を用いないもう一つの代表的な表示方式がＰ　Ｄ
　Ｌ　Ｃ（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　Ｌｉ
ｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ　：特開昭５８−５０１６３１
号参照）と称される表示方式である。
この方式は、高分子マトリクス中に誘電異方性が正のネ
マチック液晶を直径数１ＬｒＱ程度の粒状にして分散さ
せたものである。液晶の常光、異常光に対する屈折率を
ｎ６、ｎｐとじ、高分子の屈折率をｎ２としたとき、ｎ
Ｐ＃ｎｐ≠ｎｐとなるように液晶および高分子材料を選
定して用いる。初期の状態において、粒の中では液晶分
子が歪んだ配列構造をとり、しかも粒間での配列方向の
ばらつきに因って、大部分の液晶の粒と高分子マトリク
スとの間に屈折率の差が生じ、結果としてすりガラスの
ように光を散乱させる。これに十分な電圧を加えると、
粒中での液晶分子の再配列が起き、垂直に入射する光に
対しては液晶と高分子マトリクスの屈折率が等しくなる
。その結果、液晶、高分子界面での屈折および反射がな
くなり透明状態に変化する。入射する光は直線偏光であ
る必要はない。
以上の動作原理を使って表示するため、偏光子が不要で
、入射した光も有効に活用でき明るい表示となる。しか
し、十分な表示コントラストを達成するためには数十μ
ｍの膜厚が必要であり、その結果駆動電圧が数十Ｖにな
る。しかも、散乱タイプであるため投射型デイスプレィ
には有効であるがＯＡ機器用等の直視型デイスプレィに
は不向きである。
ネマチック液晶中に２色性色素を混入し、反射体あるい
は素子構成に工夫した反射型デイスプレィも提案（特開
昭５９−１７８４２９号、特開昭５９−１７８４２８号
公報参照）されているが、本質的な改善になっていない
ので、十分とは云い難い。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、前記の課題を改善し、ＯＡ機器用の直
視型情報デイスプレィに適した液晶表示素子を提供する
ことにある。即ち、明部の光透過率が高く、従って入射
した光を有効に活用でき、かつ、高コントラストの表示
が可能な液晶表示素子を提供することにある。
本発明の他の目的は、反射型デイスプレィに適した液晶
表示素子を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、前記液晶表示素子を用いた
表示装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成する本発明の要旨は次のとおりである。
（１）対向配置された少な（とも一方が透明な基板と、
前記基板の対向面の各々に設けられた透明電極と、前記
透明電極間に挾持された光吸収層と、前記透明電極を介
して前記光吸収層に電界を印加するための電源を有し、
前記光吸収層は２層より構成されており、各層は２色性
を有し、各層における無電界下での平均的光吸収軸は基
板面にはズ平行で、かつ、互いにほゞ直交しており、前
記各層内の平均的光吸収軸が電界印加により向きが変化
することを特徴とする液晶表示素子。
（２）前記光吸収層の一方が高分子層と液晶より構成さ
れ、核層は２色性を有しかつ正の誘電異方性を有するネ
マチック液晶が透明高分子マトリックス中に分散されて
おり、もう一方の光吸収層はシール部材により周辺が囲
まれ２色性かつ正の誘電異方性を有するネマチック液晶
層であること特徴とする液晶表示素子。
（３）前記光吸収層は２層の高分子層より構成されてお
り、各層は２色性を有しかつ正の誘電異方性を有するネ
マチック液晶が透明高分子マトリックス中に粒状に分散
されたものであり、前記ネマチック液晶は前記１つの層
内では前記基板面に対しは譬平行な、ある特定な方位に
配列しており、両層における配列の方位かはイ直交する
よう組み合わされていることを特徴とする液晶表示素子
。
（４）対向配置された少なくとも一方が透明な基板と、
前記基板の対向面のそれぞれに設けられた透明電極と、
前記透明電極面に設けられた液晶配列制御層と、高分子
層によって２層に分離されて挾持された液晶層と、前記
液晶層周辺を囲むシール部よりなり、前記液晶層は２色
性を有しかつ正の誘電異方性を有するネマチック液晶で
あり、前記ネマチック液晶は前記基板面に対しはヅ平行
で、ある特定な方位に配列されており、前記２つの層に
おける配列の方位が互いにほゞ直交することを特徴とす
る液晶表示素子。
前記（２）および（３）の構成の場合、前記ネマチック
液晶の常光および異常光に対する屈折率ｎｐ、ｎｐと高
分子マトリックスの屈折率ｎｐの間に、ｎ０≦ｎ２≦ｎ
ｅなる関係式が成り立つことが望ましく、理想的にはｎ
ｏ−ｎＰ＝ｎｐが望ましい。
前記ネマチック液晶の２つの屈折率ｎｏ、ｎｑの差、即
ち、屈折率異方性Δｎ　（＝ｎｐ−ｎｐ）は０．１以下
であることが必要である。前記ネマチック液晶の誘電率
ε１（液晶分子の長軸方向の誘電率）は前記高分子マト
リクス材料の誘電率ε。
とはイ等しいことが望ましく、誘電率異方性Δεは低電
圧駆動のためにできるだけ大きいことが望ましい。
また、前記（４）の構成においては、前記高分子層の両
面に液晶配列制御層を形成し、配列方位付けの方向を両
面では譬直交させ、かつ、前記液晶層を挾んで対向側に
ある前記液晶配列制御層に形成された方位付けの方向と
ほゞ一致させることで、前記２つの液晶層の望ましい配
列を得る。
また、前記高分子層は一軸延伸された高分子材料の２層
構造とし、延伸方向が互いにほゞ直交しており、かつ、
前記液晶層を挾んで対向側にある前記液晶配列制御層に
形成された方位付けの方向が延伸方向にはタ一致させる
ことで同様の液晶配列を得る。
前記２層の液晶層の厚さははヅ等しく、かつ、前記第２
の高分子層の厚さは前記液晶層の厚さの１０倍以内であ
ることが望ましい。それより厚くなると駆動電圧が大幅
に高くなる。前記液晶層および前記シール部に液晶層の
厚さを制御するための所定の寸法のスペーサを混入させ
、前記液晶層の厚さを素子全体に渡って均一に制御する
。
前記ネマチック液晶としては、現在ＴＮ方式、ＳＴＮ方
式の液晶デイスプレィ用に調製されているもの１中から
、屈折率異方性の小さなものを選択して用いる。例えば
、一般式 ％式％（２］ ［４］ で表される化合物を主成分とする液晶組成物を用いる。
また、市販の液晶組成物としては、例えばＭＥＲＣＫ社
製：ＺＬＩ−１８００−０００，ＺＬｒ−３５６１，−
０００、ロブイック社製　ＲＤＸ、−４０６８、ＥＰＸ
−００６等がある。
本発明に使用する２色性色素は、ネマチック液晶によく
溶け、かつ、液晶分子の配列に従って配列する、いわゆ
るゲストホスト効果を示す必要がある。
配列の程度を示す２色性比は光の最大吸収波長で１０以
上が望ましい。そのような材料としては、アントラキノ
ン系、アゾ系、キノフタロン系、ペリレン系、アゾメチ
ン系等の化合物が知られている。その代表例を第１表に
示す。
上記２色性色素の市販品としては、例えば三菱化成社製
（７，）ＬＳＹ−１１６、ＬＳＲ−４，０１、Ｌ５Ｂ−
３３５等がある。
混入する色素は、必ずしも１種に限らない。むしろ最大
の表示コントラストを得るためには黒色となるように、
３種あるいは４種以上の色素を液晶に混入させることが
一般的である。その場合色素はそれぞれ光の三原色（減
算の）に対応した吸収特性を示す材料を選択する。
上記色素は適当な比率で混合して用いてもよいし、既に
ネマチック液晶に調合後混入されて市販されているもの
（例えば、三菱化成社製　ＬＨＡ−０３１Ｂ、Ｌ’ＨＡ
−０４１Ｂ等）を用いてもよい。
本発明において、高分子マトリクス用材料はネマチック
液晶との相溶性、前記の屈折率および誘電率のマツチン
グ、更には初期状態としてネマチック液晶の分子配列の
方向を制御することが可能な材料である必要がある。
箪１表 高分子層におけるネマチック液晶の配列は高分子層の延
伸あるいは前記高分子マトリクス材料として、液晶高分
子を用いることで達成される。こうした材料の一例を挙
げると、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリア
クリル、ポリプロピレン等の単一成分の高分子材料、メ
タクリレート／アクリロニトリルや塩化ビニリデン／ア
クリロニトリル等の共重合体、ポリエステル系、ポリシ
ロキサン系等の主鎖型高分子液晶材料が適している。　
゛ 前記（４）の構成例における高分子層材料としては、ポ
リエチレンテレフタレートフィルムが適している。
液晶配列制御層としては、ポリイミド、ポリアミド等の
従来のＴＮ方式の液晶配列制御に用いられている材料を
使用することができる。
［作用］ 次に、本発明の動作原理を図を用いて説明する。
第１図は本発明の第１の基本構成であり、一実施例でも
ある。
所望のパターン状に透明電極２Ａ、２Ｂが形成されてい
る透明な基板ＩＡ、ＩＢで高分子層が挾持されている。
高分子層は２層構造に成っており、各々高分子マトリク
ス３Ａ、３Ｂ中に２色性色素が適量混入されたネマチッ
ク液晶４Ａ１．４Ａ２．４Ｂ１．４Ｂ２が粒状に分散さ
れている。液晶分子の長軸方向、従って混入されている
２色性色素の光吸収軸方向は、電界が加わってない状態
では基板面にほゞ平行になっている。第１層の液晶粒４
Ａ１での配列方向と第２層の液晶粒４ＢＩでの配列方向
は、はヅ直交するように２層が組み合わされている。
光源７から出射した白色自然光８１がこの高分子層に入
射すると、２色性色素の吸収波長域の光については、第
１層では紙面に垂直な偏光成分が、第２層では左右の方
向に偏光した成分が吸収されるので、高分子層を透過す
ることができない。その結果、鮮やかに着色する。何種
類かの色素を混合させ、可視域のはイ全域に渡って吸収
するようにすれば、光源からの光はほとんど透過するこ
とはできず、暗状態（黒色）となる。
さて、駆動電源５から接続線６を介して十分な電界を高
分子層に印加すると、誘電異方性が正である液晶分子は
配列変化を起し、電界の方向に液晶分子の長軸が揃う。
この時、液晶粒中４Ａ２．４Ｂ２の２色性色素の吸収軸
も電界の方向を向くので、光源からの光８２は振動方向
と色素の吸収軸方向が直交することになり、吸収されず
にほとんど透過する。
電界が印加されている部分の透明性能を確保するために
は、液晶粒と高分子マトリクスとの界面で光の屈折、あ
るいは反射による散乱を極力抑えることが必要である。
そのためには液晶の常光に対する屈折率ｎ０と高分子マ
トリクスの屈折率ｎ。
とをはヅ等しくする。更に、電界の無い部分の着色が濁
らないように、やはり散乱を抑制した方が表示品質の優
れたデイスプレィが実現できることから、液晶の異常光
に対する屈折率ｎｐもまたｎ。
とはプ等しくなるよう材料を選定する。即ち、散乱タイ
プとは逆に、液晶の屈折率異方性ができるだけ小さいも
のが望ましいことになる。
液晶の粒のサイズもまた表示品質を左右する。
粒が小さ過ぎると光の経路に多くの液晶粒が入り込み、
結果として散乱される光量が増加する。逆に大き過ぎる
と光が液晶中を通過しない場合が生じ、コントラストが
低下したり、場所による表示ムラが発生することになる
。粒径は１〜１０μｍ程度が妥当である。
高分子層の厚みも同様の理由で最適な厚みとする必要が
ある。薄いとコントラストが得られないし、厚いと透明
性が劣るだけでなく駆動電圧が高くなる。５〜３０μｍ
程度が実用的である。
次に、前記の構成において、理想的な場合、即ち、ｎｐ
＝ｎｐ＝ｎｐのときの表示コントラストについて述べる
。
簡単にするために、前記高分子層の第１層と第２層の厚
みｄｌ、ｄ、は等しい（ｄ、＝ｄ、＝ｄ）ものとする。
液晶の配列方向に平行および垂直な振動の、波長λの光
に対する２色性色素の吸収係数をｄｌ（λ）、α工（λ
）とする。通常使用するゲスト・ホスト効果の高い材料
では２色性比Ｒ〔＝α１（λ）／αよ（λ）〕は１０程
度である。ここでは、Ｒ＝１０として説明する。
液晶粒の中を平均してｄｌｌ、ｄＬ２の距離光が通過す
るとし、ここでも簡単にするため第１層、第２層で差は
無いものとする（ｄｌｌ−ｄＬｉ＝ｄｔ、）。
後述するように、ｄしはｄの半分程度である。
さて、このような設定の下で、電界印加時と無電界時の
光の透過率Ｔ。Ｎｓ　ＴＯＦＦは次式で与えられる。
ＴＯＮ＝　ｆ　”／　（λ）ｅｘｐ　（−２ａ　ｒ　（
λ）ｄｔｊｄλ／ｆｙ（λ）ｄｌ　＝−（１）ＴＯＦＦ
＝　ｆ　’！　（λ）ｅｘｐ［−［αＩ（λ）＋１ＺＪ
Ｌ（λ））　・ｄ　Ｌ］ｄス／ｆｙ（λ）ｄ２・・・（
２） ここで、ｙ（λ）は人間の視感度に対応する関数であり
、積分は全波長域で行なうものとする。仮りに、全可視
域に吸収域が広がっていて、色素の吸収係数が波長に依
存せず一定であるとするとＴ。Ｎ、Ｔ、、、は次式のよ
うに簡単になる。
ＴＯＮ　＝６ＸｐＣ−２ａｘＣ＾）　ｄ　Ｌ〕−（３）
Ｔｏｐｙ＝８ＸＩ）［−Ｃα＋（λ）＋αｚ（λ）］・
ｄＬ］−（４）上記式（３）　（４）を図示したのが第
２図である。横軸は色素の添加量に比例する吸光度を表
し、縦軸が透過率を表している。第２図には従来のＴＮ
方式の透過率特性を比較のために示した。
通常使用する偏光板にも一種の２色性色素が入っている
。色素混入した高分子を延伸させることにより作るが、
この場合２色性比は３０位になる。
図には、実線で本発明の素子の特性を示し、破線で従来
のＴＮ方式の素子の特性を示している。２色性比は、先
に述べたように各々１０および３０とした。図中、（１
）と（ｉｉ）は表示コントラストが１０と２０になる位
置を示し、′を付したものはＴＮ方式のものである。
図から分かるように、明状態の透過率はいずれの場合で
も本発明の構成の方がコントラストが高く、明るいデイ
スプレィが実現できる。これは、前記（３）式から解る
ように、色素が光の入射方向と平行であるために、どの
層でも光を吸収しない状態が実現されることに因る。Ｔ
Ｎ方式の素子では、明状態は２枚の偏光板を同じ向きに
配置した伏態に相当し、色素が入射する光に対し垂直に
向いているため半分の光は吸収されてしまうのである。
本発明の特徴とするところは、液晶を高分子マトリクス
中に保持するか、あるいは何らかの手段によって薄い２
重層とし、かつ、各層は基板に平行で、ある特定な方向
に配列させ、配列方向が互いに直交するように２層を配
置したことにある。
前記液晶粒は、その形状が球形である必然性も、各層が
孤立している必要性も無く、粒同士互いにつながってい
てもよい。
本発明の前記（４）の構成では、素子の中央に液晶層と
同程度の厚みの透明高分子層を設けて、液晶層を分離し
ている。表示原理は前記高分子マトリックス中に液晶粒
を分散させた場合と同じである。なお、液晶粒の場合で
は光の散乱を抑えるために材料の選定に配慮が必要であ
るが、本構成では不要である。
以上説明したように、本発明の素子構成によって、明部
の光透過率が高く、従って入射した光を有効に活用でき
、かつ、表示コントラストの高い液晶表示素子を提供す
ることができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図、第３図〜第１０図を用
いて説明する。
本発明の第１の実施例の構成は前項で説明したとおりで
ある。
液晶分子の−様な配列は、先ず液晶４Ａ１．４Ａ２、あ
るいは４Ｂ１．４Ｂ２を分散させた高分子フィルムを後
述する方法で作製した後、−軸方向に延伸させることで
得られる。得られた２枚の延伸フィルムを延伸方向が直
交するよう貼り合わせて用いる。
本発明の他の実施例を第３図、第４図および第５図に示
す。
第３図はバックライトの無い反射型の態様、第４図はＴ
　Ｐ　Ｔ　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）により駆動させる態様、第５図はフレキシブルな表
示素子の態様を表す。
本発明の動作原理に従えば、反射型としても十分な明る
さが確保できる。高分子マトリクス中に液晶が分散され
ている構成であることから、信頼性の確保のための薄い
保護層は必要であるが、本質的には基板は必要としない
。第３図の反射板１０が設置されている側の基板ＩＡは
、数十μｍ程度の保護層に置き換えることも可能であり
、その場合には、通常の液晶デイスプレィに見られる表
示部の影をなくすことができる。
第４図に示したようにＴＦＴＩＩがマトリクス状に形成
された基板ＩＡを一方の基板に用いれば、高精細なデイ
スプレィを実現することができる。
反対側の基板ＩＢ上には３原色のカラーフィルタ１２を
ＴＰＴマトリクスに合わせてパターン化して配置し、更
に液晶４Ａ、４Ｂ中に混入させる２色性色素を調製し、
可視域全域に渡って光を吸収するような構成にするとフ
ルカラー表示も実現できる。
反射型の構成例で述べたように、本発明の液晶素子にお
いては基板を必ずしも必要としない。第５図に示すよう
に、高分子層に直接透明電極を形成し、保護層ＩＣ１Ｉ
Ｄをその外側に形成した構成にするとフレキシブルな表
示素子となる。フレキシブルであるから曲面を持たせる
ことも可能であり、また基板（通常はガラスが用いられ
る）がないためにデイスプレィモジュールの大幅な軽量
化を図ることができる。
高分子層の構造の異なる一実施例を第６図に示す。
第６図では第１図、第３図、第４図および第５図におけ
る高分子層のみを表しており、網目構造をした高分子マ
トリクス３Ａ、３Ｂ中に液晶４Ａ、４Ｂが取り込まれて
いる態様を示している。液晶同士は、３Ａ、３Ｂ内では
つながっているが、上下の層は分離されている。動作原
理については、既に述べたように、ゲスト・ホスト効果
を示す２色性色素を混入した液晶４Ａ、４Ｂが上下の各
層で平行な、ある特定の方向に配列し、かつ、その方向
が互いに直交した構成になっている。こうすることで、
第１図の実施例に比べ、より低電圧で駆動できる特長が
ある。
第７図は本発明の前記（４）の構成の一実施例を示した
ものである。ゲスト・ホスト効果を示す二色性色素を混
入した液晶１４Ａ、１４Ｂが透明高分子層１３を介して
２層に分離されている。駆動電界を印加するための透明
電極２人、２Ｂが形成された透明基板ＩＡ、ＩＢ上、並
びに高分子層１３の両面には液晶分子配列を制御するた
め高分子層１．５Ａ、１５Ｂ、１．５Ｃ，ｌ　５Ｄが形
成されている。配列制御の方向は、先述したように１５
Ａと１５０．１５Ｂと１５Ｄでは互いにほゞ平行であり
、１５Ａ、１５Ｇと１５Ｂ、１５Ｄとは互いにほゞ直交
している。
液晶層１４Ａ、１４Ｂの厚みははり等しく、高分子層１
３は液晶層１４Ａ、１４Ｂに対し薄ければ薄いほど望ま
しい。しかし、物理的な強度の要請から極端に薄くする
ことはできない。液晶層１４Ａ、１４Ｂの厚みは数μｍ
程度、高分子層１３は数十μｍ程度が現実的である。液
晶層１４Ａ、１４Ｂの厚さを均一に制御するため、スペ
ーサ１６としてガラスファイバ、ポリマービーズあるい
はシリカビーズ等を液晶中に分散させて素子を構成する
。
本実施例の構成では、不規則な光散乱が生ずることがな
く、第１図の構成にも増して良好な表示が可能である。
第３図、第４図に示したような反射型、ＴＰＴマトリク
ス駆動型への応用も当然可能である。
基板ＩＡ、ｌＢをフレキシブルな透明高分子どすること
で、第５図のようなフレキシブルな表示素子も可能であ
る。即ち、本実施例では、明部の光透過率が高く、高コ
ントラストの表示が可能で、かつ、着色時も濁りのない
表示品質の良好な液晶表示素子を提供できる。
第８図は、本発明の前記（２）の構成の一実施例を示し
たものであり、光吸収層の一方（第１層）を２色性ネマ
チック液晶の粒子４Ａを含む高分子材料３Ａを１軸延伸
したもので形成し、他の層（第２層）を２色性ネマチッ
ク液晶層１４Ａとした素子を示す。該素子は、第１層の
高分子の延伸方向と、第２層の液晶層の液晶の配列方向
はいずれも基板に対して平行であり、かつ、両者の液晶
の配列方向が互いに直交するように、高分子材料３Ａお
よび透明電極２人の光吸収層の第２層に接する側に配列
制御用高分子層１５Ａ、１５Ｂが形成されている。
該素子においては、第２層に液晶層を用いているので無
電界時における透過光のしゃ蔽効果が大きく、第１層に
対し第２層の厚さを比較的を薄く（約１／２）すること
ができる。
第９図は本発明の表示素子を用いた投射型表示装置の一
実施例を示す。
白色光源７から出射した光をダイクロイックミラー１０
１Ａ、ｌ０ＩＢを通して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の３原色に分割する。分割された光は、それぞれの色に
対応する液晶素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを通過
することで画像が形成され、更にミラー１０２Ｂ、ダイ
クロイックミラー１０ＩＣ，ｌ０ＬＤおよびレンズ１０
３Ｄで構成された光学系を経てスクリーン１０５上に投
射される。
このとき、液晶素子は１．ｏＯＡ、１．ＯＯＢ。
１００Ｃの光吸収層は３色に対応する光吸収スペクトル
を有することで必要にして十分である。即ち、Ｒの光に
対してはＲの光を吸収する色素を、Ｇの光に対してはＧ
の光を吸収する色素をと云ったように、各液晶素子を調
製することによって、明るい投射型表示装置が得られる
。また、従来と同じ光量の投射光であれば光源７の出射
光量が少なくてよいので、光源の寿命を向上することが
できる。
第１０図は、本発明の表示素子用いた表示装置の他の実
施例を示す。
第１０図（Ａ）はその外観を、同（Ｂ）は表示部ａｂ断
面模式図である。これによって、バックライトのない機
構にもかかわらず、光透過率が高いために、十分な表示
性能のＯＡ機器を提供することができ、省電力化を図る
ことができる。
次に、本発明の液晶表示素子の具体例について述べる。
〔実施例　１〕 重合度５００程度のポリビニルアルコール１０％水Ｗ液
１０ｇと、ネマチック液晶ＺＬ　Ｉ−３５６１−０００
（ＭＥＲＣＫ社製）に２色性色素ＬＳＢ−３３５（三菱
化成社製）を３重量％混ぜた液晶組成物６ｇをビー力に
入れ、ホモミキサを用い、回転数１１０００Ｏｒｐで１
０分間混合し乳化させた。
次に、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチルとアクリ
ロニトリルとの共重合体ラテックス２７ｇ（樹脂成分で
７ｇ）を加え、ホモミキサで混合した。その後、１時間
程度放置させ、泡がなくなるのを待った。これを注射器
でガラス板上に取り出した後、スキージを使って約１０
０μｍの膜厚に塗布し、６０℃で１時間かけて乾燥させ
た。
次いでガラス板からナイフを用いて剥離し、膜厚３０μ
ｍのフィルムを得た。該フィルムを８０℃に再加熱し、
３倍程度に１軸延伸した。該延伸フィルムを延伸方向が
直交するようエチルアルコールを散布した後貼り合わせ
、ゴムローラで圧着した。２枚のＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉ
ｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）透明電極付ガラス基板にや
はりエチルアルコールを散布し、上記フィルムを挾んだ
後、プレスを用いて圧着し、素子を得た。
〔実施例　２〕 実施例１と同様に、重合度５００程度のポリビニルアル
コール１０％水溶液１０ｇとネマチック液晶ＺＬＩ−３
５６１−０００に２色性色素ＬＳＢ−３３５を３重量％
混ぜた液晶組成物６ｇをビー力に入れ、ホモミキサを用
い回転数１０００Ｏｒｐｍで１０分間混合し乳化させた
。泡のな（なるのを待って、該乳化液を膜厚３０μｍの
アクリル酸ブチルとメタクリル酸メチルを等重量比とす
る共重合体フィルム上に、実施例１と同様の方法で塗布
した。この時のフィルム上に形成された高分子層の厚さ
は５０μｍであった。該フィルムを１００℃で３倍に１
軸延伸し、延伸方向が直交するようエチルアルコールを
散布した後貼り合わせ、ゴムローラで圧着した。２枚の
ＩＴＯ透明電極付ガラス基板にエチルアルコールを散布
し上記フィルムを挾んだ後、プレスを用いて圧着し素子
を得〔実施例　３〕 １．４−ビス−（ｐ−（６−アクリロキシヘキサン−１
−オキシ）フェニルカルボキシ〕ベンゼンとネマチック
液晶ＺＬＩ−３５６１−０００に２色性色素ＬＳＢ−３
３５を３重量％混ぜた液晶組成物とを３０重量％　７０
重量％の割合で混ぜ、これに光重合開始剤として　α、
α−ジメトキシジオキシペンゾインを　０．５重量％混
ぜた液晶組成物を用意した。各２枚のＩＴＯ透明電極付
ガラス基板と通常のガラス板にＰＩＱ　（日立化成社製
）の３重量％ＮＭＰ　（Ｎ−メチルピロリドン）溶液を
回転塗布しく３０００ｒｐｍ／１分）、２５０℃で１時
間焼成した後、パフ布により一定方向に擦り（ラビング
）、液晶配列制御用高分子膜とした。
この電極付ガラス基板上に前記液晶組成物が入る中央部
分を打ち抜いた厚み９μｍのポリエチレンテレフタレー
トフィルムをスペーサとして置き、前記液晶組成物をス
ポイトで基板中央に滴下した後、前記ガラス板を下基板
とラビング方向が平行となるように組合せた。この素子
を２つ作成し、各々に１００Ｗ高圧水銀ランプからの紫
外光を１０分間照射して重合させた。
電極のないガラス板をナイフで剥がした後、２つをラビ
ング方向が直交するように組合せ、プレスで圧着させて
素子を得た。
〔実施例　４〕 ポリエチレングリコールジアクリレート（エチレンオキ
サイドの数ｎ＝４のもの）と２色性ネマチック液晶ＬＨ
Ａ−０３１Ｂ（三菱化成社製）とを４０重量％：６０重
量％の割合で混ぜ、これに光重合開始剤α、α−ジメト
キシジオキシペンゾインを　０．５重量％混ぜた組成物
を用意した。
洗浄しただけのガラス基板を用意し、前記組成物が入る
中央部分を打ち抜いた厚さ５０μｍのポリエチレンテレ
フタレートフィルムをスペーサとして置き、前記組成物
をスポイトで基板中央に滴下した後、別のガラス板を組
合せた。
この素子を２つ作製し、各々に１００Ｗ高圧水銀ランプ
からの紫外光を１０分間照射し重合させた。ガラス板を
ナイフで剥がして約５０μｍの重合フィルム２枚を得た
。このフィルムを１００℃で３倍に１軸延伸し、延伸方
向が直交するようポリエチレングリコールジアクリレー
トを散布した後貼りあわせ、ゴムローラで圧着させた。
２枚のＩＴ○透明電極付ガラス基板にポリエチレングリ
コールジアクリレートを散布し、前記フィルムを挾んだ
後、プレスを用いて圧着して素子を得た。
〔実施例　５〕 ２枚のＩＴＯ透明電極付ガラス基板を用意し、透明電極
側にＰＩＱの３重量％ＮＭＰ溶液を回転塗布しく３００
０ｒｐｍ／１分）、２５０℃で１時間焼成した後、パフ
布により一定方向に擦り（ラビング）、液晶配列制御用
高分子膜とした。
厚さが４０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム
を用意し、両面に上記方法で液晶配列制御用高分子膜を
形成した。ラビングの方向が直交するようにし、また片
側ラビング時に反対の面を傷つけないよう注意して行な
った。
前記基板上に乳鉢で粉砕した粒径ｌＯμｍのガラスファ
イバを適量のイソプロピルアルコール中に分散しスピン
ナ塗布した。このガラス基板２枚で前記ポリエチレンテ
レフタレートフィルムを挾み、更に液晶の入り口を残し
て周囲をシール剤で封じた。この際、フィルムは基板よ
り大ぎめのものを用い、組立て後面がらないように四方
に引っ張りながら組立てた。また、ラビング方向は対向
するガラス基板側とフィルム側が平行になるようにした
。
シール剤が固まった後、２色性ネマチック液晶ＬＨＡ−
０３１Ｂ（三菱化成社製）を真空封入した。
上記実施例１〜５の素子に１ｋＨｚの矩形波の電圧を印
加し、光の透過強度を測定した。構成は、実施例１〜４
は基本的には第１図とし、実施例５については第７図と
して、透過で測定した。
測定結果を第２表に示す。
第２表の結果から明らかなように、本発明によれば明部
の透過率が高く、かつ、表示コントラストが高い液晶表
示素子を得ることができる。
第　　２　　表 ［発明の効果コ 本発明によれば、明るいデイスプレィが実現できるので
、反射型の目にやさしいデイスプレィが提供できる。
また、バックライトも特に必要としないので電池の消耗
が少なく、携帯用のパーソナルコンピュータ、ワードプ
ロセッサ等に適用すれば、使用時間を大幅に向上するこ
とができる。
更にまた、投射型デイスプレィの光バルブとして用いれ
ばランプの寿命が伸び、消費電力を削減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の素子の模式断面図、第２図
は本発明の特長を示す特性図、第３図、第４図、第５図
、第７図および第８図は本発明の他の実施例の素子の模
式断面図、第６図は本発明の高分子層の態様を示す模式
断面図、第９図は投射型表示装置の基本構成を示す模式
図、第１０図（Ａ＞はＯＡ機器用表示装置の外観図、同
図（Ｂ）は図（Ａ）のａｂ断面模式図である。 ＩＡ、ＩＢ・透明基板、２Ａ、２Ｂ・・透明電極、３Ａ
、３Ｂ・高分子マトリクス、４Ａ、４Ｂ、４Ａｌ、４．
Ｅｌ、４Ａ２．４Ｂ２・・２色性ネマチック液晶、５・
・駆動電源、６・・・接続線、７・・バックライト（光
源）、８１．８２・・入射光、９２　出射光、１０・・
反射板、１１・・・ＴＦＴ、１２・・・カラーフィルタ
、１３・・２層分離用高分子層、１．４Ａ、１４Ｂ・”
２色性ネマチック液晶、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｇ、１５
Ｄ　・配列制御用高分子層、１６・スペーサ、２４・・
・光吸収層、１００Ａ、１００Ｂ。 １、　ＯＯＣ・液晶素子、ｌ０ＩＡ、ｌ０ＩＢ。 １．０１．ｃ、ｌ０ＩＤ　・ダイクロイックミラー、１
０２Ａ、１．０２Ｂ　　ミラー、１０３Ａ、１．０３Ｂ
、１０３Ｃ，］０３Ｄ　　レンズ、１０４　ケース、１
０５・・スクリーン、１０６・・駆動用ＬＳＩ、１、０
７・・プリント回路板。 代理人　弁理士　高欄　明夫４−ヘ 、、で （ほか１名）゛・４ 第１図 １　透明基板 ２　透明電極 ３　高分子７トリノタス ４　二色性ネマチック液晶 ５　駆動電源 ６　接続線 ７光源 ８１．８２人射光 ９２　出射光 第２図 αｌ　ｄ 第３図 １０　反射板、１１−　ＴＦＴ、１２　カラーフィルり
第４図 第５図 第６図 第７図 １３−２層分離用高分子層　　１４　二色性ネマチック
液晶１５　配列制御用高分子層　　１６　スペーサ第８
図 第１０図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、対向配置された少なくとも一方が透明な基板と、前
    記基板の対向面の各々に設けられた透明電極と、前記透
    明電極間に挾持された光吸収層と、前記透明電極を介し
    て前記光吸収層に電界を印加するための電源を有し、前
    記光吸収層は２層より構成されており、各層は２色性を
    有し、各層における無電界下での平均的光吸収軸は基板
    面にほぼ平行で、かつ、互いにほゞ直交しており、前記
    各層内の平均的光吸収軸が電界印加により向きが変化す
    ることを特徴とする液晶表示素子。 ２、対向配置された少なくとも一方が透明な基板と、前
    記基板の対向面の各々に設けられた透明電極と、前記透
    明電極間に挾持された光吸収層と、前記透明電極を介し
    て前記光吸収層に電界を印加するための電源を有し、前
    記光吸収層は２層より構成されており、各層は２色性を
    有し、各層における無電界下での平均的な吸収軸は基板
    面に対し平行で、かつ、互いにほゞ直交しており、該光
    吸収層の一方が高分子層と液晶より構成され、該層は２
    色性を有しかつ正の誘電異方性を有するネマチック液晶
    が透明高分子マトリックス中に分散されており、もう一
    方の光吸収層はシール部材により周辺が囲まれ２色性か
    つ正の誘電異方性を有するネマチック液晶層であること
    特徴とする液晶表示素子。 ３、前記高分子層の前記液晶層に接する側並びに対向す
    る前記透明電極の形成面側に、前記液晶を界面にほゞ平
    行で、ある特定の方位に配列させる配列制御層を有し、
    該液晶層の方位付けの方向がほゞ同じないしはほゞ反平
    行であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子
    。 ４、対向配置された少なくとも一方が透明な基板と、前
    記基板の対向面のそれぞれに設けられた透明電極と、前
    記透明電極間に挾持された高分子層よりなり、該高分子
    層は２層より構成されており、各層は２色性を有しかつ
    正の誘電異方性を有するネマチック液晶が透明高分子マ
    トリックス中に粒状に分散されたものであり、前記ネマ
    チック液晶は前記１つの層内では前記基板面に対しほゞ
    平行な、ある特定な方位に配列しており、両層における
    配列の方位がほゞ直交するよう組み合わされていること
    を特徴とする液晶表示素子。 ５、前記ネマチック液晶の常光および異常光に対する屈
    折率ｎ＿ｏ、ｎ＿ｑと、高分子マトリックスの屈折率ｎ
    ＿ｐの間に、ｎ＿ｏ≦ｎ＿ｐ≦ｎ＿ｑなる関係が成立し
    ていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載
    の液晶表示素子。 ６、前記ネマチック液晶の屈折率異方性Δｎ（＝ｎ＿ｏ
    −ｎ＿ｐ）が０．１以下であることを特徴とする請求項
    ２〜４のいずれかに記載の液晶表示素子。 ７、前記透明高分子マトリックスが１軸延伸されている
    ことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の液晶
    表示素子。 ８、前記透明高分子マトリックスが液晶高分子であるこ
    とを特徴とする請求項２〜６のいずれに記載の液晶表示
    素子。 ９、前記光吸収層は透明高分子マトリックス中にネマチ
    ック液晶が粒状に分散され、該ネマチック液晶の平均粒
    径が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８の
    いずれかに記載の液晶表示素子。 １０、前記透明高分子層の厚さが３０μｍ以下であるこ
    とを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の液晶表
    示素子。 １１、対向配置された少なくとも一方が透明な基板と、
    前記基板の対向面のそれぞれに設けられた透明電極と、
    前記透明電極面に設けられた液晶配列制御層と、高分子
    層によって２層に分離されて挾持された液晶層と、前記
    液晶層周辺を囲むシール部よりなり、前記液晶層は２色
    性を有しかつ正の誘電異方性を有するネマチック液晶で
    あり、前記ネマチック液晶は前記基板面に対しほゞ平行
    で、ある特定な方位に配列されており、前記２つの層に
    おける配列の方位が互いにほゞ直交することを特徴とす
    る液晶表示素子。 １２、前記液晶が２色性色素を含むネマチック液晶であ
    ることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示素子。 １３、前記高分子層の両面に液晶配列制御層が形成され
    ており、該液晶配列制御層の配列方位付けの方向は両面
    で互いにほゞ直交しており、かつ、前記液晶層を挾んで
    対向側に在る前記液晶配列制御層に形成された方位付け
    の方向とほゞ一致またはほゞ反平行であることを特徴と
    する請求項１１に記載の液晶表示素子。 １４、前記高分子層が一軸延伸された高分子材料の２層
    構造であり、延伸方向が互いにほゞ直交しており、かつ
    、前記液晶層を挾んで対向側にある前記液晶配列制御層
    に形成された方位付けの方向が延伸方向にほゞ一致して
    いることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示素子
    。 １５、前記２層の液晶層の厚さがほゞ等しく、かつ、前
    記高分子層の厚さが前記液晶層の厚さの１０倍以内であ
    ることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示素子。 １６、前記基板に形成された透明電極のうち片一方の電
    極にトランジスタが形成されていることを特徴とする請
    求項１、２、４または１１のいずれかに記載の液晶表示
    素子。 １７、前記基板の外側に反射体を設けたことを特徴とす
    る請求項１、２、４または１１に記載の液晶表示素子。 １８、白色光源、該光源からの出射光を３原色に分割す
    るダイクロイックミラー、該ミラーで分割された所定の
    光を外部信号により駆動制御し画像を形成する素子、該
    素子を透過した画像光を反射させるミラー、該ミラーに
    より反射された前記画像をスクリーンに映写させるレン
    ズを備えた投射型表示装置において、 前記素子が対向配置された少なくとも一方が透明な基板
    と、前記基板の対向面の各々に設けられた透明電極と、
    前記透明電極間に挾持された光吸収層と、前記透明電極
    を介して前記光吸収層に電界を印加するための電源を有
    し、前記光吸収層は２層より構成されており、各層は２
    色性を有し、各層における無電界下での平均的光吸収軸
    は基板面にほぼ平行で、かつ、互いにほゞ直交しており
    、前記各層内の平均的光吸収軸が電界印加により向きが
    変化する液晶表示素子であることを特徴とする投射型表
    示装置。 １９、対向配置された少なくとも一方が透明な基板と、
    前記基板の対向面の各々に設けられた透明電極と、前記
    透明電極間に挾持された光吸収層と、前記透明電極を介
    して前記光吸収層に電界を印加するための電源を有し、
    前記光吸収層は２層より構成されており、各層は２色性
    を有し、各層における無電界下での平均的光吸収軸は基
    板面にほぼ平行で、かつ、互いにほゞ直交しており、前
    記各層内の平均的光吸収軸が電界印加により向きが変化
    する液晶表示素子と、該表示素子を駆動する前記透明電
    極としてマトリックス電極を備えたことを特徴とする表
    示装置。
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