JPH07104257A - 高分子分散型液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表示が暗状態から明状態になるときの応答性だ
けでなく、表示が明状態から暗状態になるときの応答性
も良くして、高デューティでの時分割駆動を可能とする
とともに、無電界状態での光散乱効果を高くして表示の
コントラストも向上させることができる高分子分散型液
晶表示素子を提供する。 【構成】電極を形成した一対の基板間に設ける液晶／高
分子複合膜３０を、高分子層３１中にコレステリック液
晶３２を分散させた構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高分子分散型液晶表示素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶表示素子として、高分子分散
型の液晶表示素子が注目されている。この高分子分散型
液晶表示素子は、電極を形成した一対の基板間に、高分
子層中に液晶を分散させた液晶／高分子複合膜を設けた
ものである。

【０００３】上記高分子分散型液晶表示素子の液晶／高
分子複合膜には、大別して、スポンジのような断面をも
つようにポリマー化した高分子層の各空隙部にそれぞれ
液晶が閉じ込められた構造のものと、液晶をマイクロカ
プセル化してこの液晶カプセルを高分子層中に分散させ
た構造のものとがあり、いずれの複合膜にも、誘電異方
性が正のネマティック液晶が用いられている。

【０００４】図４は従来の高分子分散型液晶表示素子に
おける液晶／高分子複合膜の一部分の断面図であり、
（ａ）は無電界状態、（ｂ）は電界印加状態を示してい
る。なお、図４に示した複合膜は、スポンジのような断
面をもつようにポリマー化した高分子層１の各空隙部に
それぞれネマティック液晶２が閉じ込められた構造のも
のであり、図において２ａは前記ネマティック液晶２の
分子を示している。

【０００５】上記高分子分散型液晶表示素子は、液晶／
高分子複合膜での光の散乱と透過とを利用して表示する
ものであり、両基板の電極間に電界が印加されていない
状態では、複合膜中のネマティック液晶２が、その分子
２ａが図４（ａ）のようにランダムな方向を向いている
状態にある。

【０００６】このため、無電界状態では、高分子層１と
ネマティック液晶２との屈折率が異なり、液晶表示素子
に入射した光が前記複合膜において散乱されて、この散
乱された白濁光により暗状態が表示される。

【０００７】また、両基板の電極間に電界を印加する
と、前記複合膜中のネマティック液晶２の分子２ａが、
図４（ｂ）のように電界印加方向、つまり基板面に対し
てほぼ垂直な方向に一様に立上り配列し、ネマティック
液晶２の屈折率が高分子層１の屈折率とほぼ等しくなる
ため、入射光がほとんど散乱されることなく複合膜を透
過し、この非散乱透過光により明状態が表示される。

【０００８】すなわち、上記高分子分散型液晶表示素子
は、液晶／高分子複合膜での光の散乱と透過とを利用し
て白濁光による暗状態と透過光による明状態とを表示す
るものであり、この高分子分散型液晶表示素子は、偏光
板を用いずに明暗を表示できるため、一般に用いられて
いるＴＮ型の液晶表示素子のような偏光板での光吸収に
よる光量ロスがなく、したがって、ＴＮ型の液晶表示素
子に比べて格段に画面が明るいという特長をもってい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の高分子
分散型液晶表示素子は、表示が暗状態から明状態になる
ときの応答性は良いが、表示が明状態から暗状態になる
ときの応答性が悪く、したがって、高デューティで時分
割駆動することが難しいという問題をもっていた。

【００１０】これは、液晶／高分子複合膜に用いられて
いるネマティック液晶２が、電界を印加したときは印加
電界の強さに応じて比較的短時間で電界方向に液晶分子
２ａが配列する状態になるが、電界印加状態から無電界
状態にしたときは、液晶分子２ａの向きを電界で制御で
きないため、液晶分子２ａは自然にランダムな方向を向
く状態に戻るしかなく、したがって、表示が明状態から
暗状態になるまでに時間がかかる。

【００１１】しかも、従来の高分子分散型液晶表示素子
では、液晶／高分子複合膜中のネマティック液晶２の分
子２ａが、無電界状態では高分子層１の面に沿って配列
しようとするため、液晶分子２ａがランダムな方向を向
いている状態でも、部分的に見ると、高分子層１との界
面付近では液晶分子２ａの向きが図４（ａ）に示したよ
うにほぼ同じ方向に揃っている。

【００１２】このため、従来の高分子分散型液晶表示素
子は、無電界状態でのネマティック液晶２の屈折率と高
分子層１の屈折率との差が小さく、したがって光の散乱
効果が低くて、白濁光による暗表示の暗さが十分でない
から、表示のコントラストが悪いという問題をもってい
る。

【００１３】本発明は、表示が暗状態から明状態になる
ときの応答性だけでなく、表示が明状態から暗状態にな
るときの応答性も良くして、高デューティでの時分割駆
動を可能とするとともに、無電界状態での光散乱効果を
高くして表示のコントラストも向上させることができる
高分子分散型液晶表示素子を提供することを目的とした
ものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の高分子分散型液
晶表示素子は、電極を形成した一対の基板間に、高分子
層中にコレステリック液晶を分散させた液晶／高分子複
合膜を設けたことを特徴とするものである。本発明にお
いて、上記コレステリック液晶には黒色系の二色性染料
を添加しておくのが望ましい。

【００１５】

【作用】すなわち、本発明の高分子分散型液晶表示素子
は、液晶／高分子複合膜の液晶に、無電界状態では液晶
分子が液晶固有の螺旋ピッチでねじれた状態に配列する
コレステリック液晶を用いたものであり、このコレステ
リック液晶は、電界を印加したときは印加電界の強さに
応じて比較的短時間で電界方向に液晶分子が配列する状
態になるし、また電界の印加を断つと、液晶分子の配列
状態が元のねじれ配列状態に戻る。

【００１６】このため、この高分子分散型液晶表示素子
は、表示が暗状態から明状態になるときの応答性だけで
なく、表示が明状態から暗状態になるときの応答性も良
く、したがって高デューティでの時分割駆動が可能であ
る。

【００１７】しかも、この高分子分散型液晶表示素子に
おいては、液晶／高分子複合膜の液晶の分子が、無電界
状態ではコレステリック液晶固有の螺旋ピッチでねじれ
た状態に配列するため、無電界状態での液晶の屈折率と
高分子層の屈折率との差が大きく、したがって、無電界
状態での光散乱効果を高くして表示のコントラストも向
上させることができる。

【００１８】また、この高分子分散型液晶表示素子にお
いて、上記コレステリック液晶に黒色系の二色性染料を
添加しておけば、無電界状態での散乱光が前記二色性染
料で吸収されるから、暗表示をより黒に近くして、さら
にコントラストを高くすることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。なお、この実施例の高分子分散型液
晶表示素子は、アクティブマトリックス型のものであ
り、かつ、表面側からの入射光を裏面側基板に設けた反
射膜で反射させて表示する反射型素子である。

【００２０】まず、高分子分散型液晶表示素子の構成を
説明すると、図２は前記液晶表示素子の一部分の断面図
であり、図において上側の基板１１は表面側基板、下側
の基板１２は裏面側基板である。

【００２１】上記表面側基板１１は、ガラス板等からな
る透明な絶縁性基板であり、この表面側基板１１の上に
は、行方向および列方向に配列された複数の透明な画素
電極１３と、これら各画素電極１３にそれぞれ対応する
複数の能動素子１４とが配設されている。

【００２２】上記能動素子１４は例えばＴＦＴ（薄膜ト
ランジスタ）であり、このＴＦＴ１４は、基板１上に形
成されたゲート電極１５と、このゲート電極１５を覆う
ゲート絶縁膜１６と、前記ゲート絶縁膜１６の上に前記
ゲート電極１５と対向させて形成されたａ−Ｓi （アモ
ルファスシリコン）等からなる半導体膜１７と、この半
導体膜１７の両側部の上に形成されたソース電極１８お
よびドレイン電極１９とで構成されている。

【００２３】なお、図示しないが、表面側基板１１の上
には、上記ＴＦＴ１４にゲート信号を供給するゲートラ
イン（アドレスライン）と、前記ＴＦＴ１４に画像デー
タに応じたデータ信号を供給するデータラインとが配線
されており、ＴＦＴ１４のゲート電極１５は前記ゲート
ラインに一体に形成され、ドレイン電極１９は前記デー
タラインにつながっている。

【００２４】また、上記ＴＦＴ１４のゲート絶縁膜１６
は、Ｓi Ｎ（窒化シリコン）等からなる透明絶縁膜であ
り、画素電極１３は前記ゲート絶縁膜１６の上に形成さ
れ、その一端部において対応するＴＦＴ１４のソース電
極８に接続されている。

【００２５】一方、上記裏面側基板１２は、ガラス板等
からなる絶縁性基板（ただし、透明である必要はない）
であり、この裏面側基板１２には、そのほぼ全面にわた
って、上記表面側基板１１の全ての画素電極１３に対向
する対向電極２０が設けられている。この対向電極２０
は、Ａl （アルミニウム）等の光反射率の高い金属膜か
らなっており、液晶表示素子の表面側から入射した光を
反射させる反射膜を兼ねている。

【００２６】また、上記対向電極２０の上には、光が当
ると蛍光を発する蛍光体膜２１が設けられている。この
蛍光体膜２１は、透明な樹脂基材に粒状の蛍光物質を点
在状態で混入させたものである。なお、この実施例で
は、蛍光体膜２１として、異なる色の蛍光を発する複数
の蛍光体膜、例えば、赤の蛍光を発する蛍光体膜と、緑
の蛍光を発する蛍光体膜と、青の蛍光を発する蛍光体膜
とを用い、これら蛍光体膜を、表面側基板１１の各画素
電極１３にそれぞれ対向させて、交互に並べて配設して
いる。

【００２７】そして、上記表面側基板１１と裏面側基板
１２とは、その外周縁部において図示しない枠状のシー
ル材を介して接合されており、これら基板１１，１２間
の前記シール材で囲まれた領域に、液晶／高分子複合膜
３０が設けられている。

【００２８】この液晶／高分子複合膜３０は、高分子層
３１中にコレステリック液晶３２を分散させたものであ
り、この複合膜３０は、スポンジのような断面をもつよ
うにポリマー化した高分子層３１の各空隙部にそれぞれ
コレステリック液晶３２が閉じ込められた構造をなして
いる。

【００２９】図１は上記液晶／高分子複合膜３０の一部
を拡大して示した無電界状態および電界印加状態の断面
図であり、上記コレステリック液晶３２は、無電界状態
では図１（ａ）のように、液晶分子３２ａが液晶固有の
螺旋ピッチでねじれた状態で配列するとともにこのねじ
れ配列がランダムに存在している状態にあり、電界を印
加すると、液晶分子３２ａが図１（ｂ）のように電界印
加方向に一様に配列する。

【００３０】上記液晶表示素子は、例えば、一対の基板
１１，１２をシール材を介して接合した後、この両基板
１１，１２間に、前記シール材の一部を欠落させて形成
しておいた注入口から、光によって重合反応する高分子
材料とコレステリック液晶との混合溶液を真空注入法に
より注入充填し、この充填溶液に、透明基板である表面
側基板１１側から紫外線を照射して前記高分子材料を光
重合させる方法で製造することができる。なお、前記注
入口は、前記混合溶液の充填後か、あるいは高分子の光
重合後に封止する。

【００３１】このように、基板１１，１２間に充填した
上記混合溶液に紫外線を照射すると、モノマーあるいは
オリゴマーの状態にある高分子材料が、その二重結合が
解けることによってラジカル化し、隣り合う分子のラジ
カルが互いに結合し合うラジカル重合反応により高分子
となって、この高分子材料のポリマー化によりコレステ
リック液晶が相分離する。

【００３２】このため、ポリマー化した高分子層３１は
スポンジのような断面をもち、この高分子層３１の各隙
間部にそれぞれコレステリック液晶３２が閉じ込められ
て、上述した構造の液晶／高分子複合膜３０が形成され
る。なお、この複合膜３０の形成方法は、光重合相分離
法と呼ばれる方法である。

【００３３】すなわち、上記高分子分散型液晶表示素子
は、液晶／高分子複合膜３０の液晶に、無電界状態では
液晶分子が液晶固有の螺旋ピッチでねじれた状態に配列
するコレステリック液晶３２を用いたものであり、この
コレステリック液晶３２は、電界を印加したときは印加
電界の強さに応じて比較的短時間で電界方向に配列する
状態になり、電界の印加を断つと、液晶分子の配列状態
が速やかに元のねじれ配列状態に戻る。

【００３４】したがって、両基板１１，１２の画素電極
１３と対向電極２０との間に電界を印加していない状態
では、上記複合膜３０のコレステリック液晶３２が、図
１の（ａ）のように、液晶分子３２ａが液晶固有の螺旋
ピッチでねじれた状態で配列するとともにこのねじれ配
列がランダムに存在している状態にあり、この状態で
は、高分子層３１とコレステリック液晶３２との屈折率
が異なるため、液晶表示素子にその表面側から入射した
光が前記複合膜３０において散乱され、表示が白濁した
暗状態になる。

【００３５】なお、複合膜３０において散乱された光の
うち、ある程度の光は裏面側基板１２上の蛍光体膜２１
およびその下の反射膜を兼ねる対向電極２０に達するた
め、その一部の光が前記蛍光体膜２１中の蛍光物質に当
って蛍光を発生させ、前記蛍光物質に当らずに蛍光体膜
２１を透過した光は対向電極２０で反射されるが、上記
無電界状態では、蛍光体膜２１およびその下の対向電極
２０に達する光量は僅かであり、したがって、前記蛍光
体膜２１が発する蛍光量および対向電極２０からの反射
光量が少ないし、また、これらの光は前記複合膜３０を
再び通る際に上述したように散乱されるから、表面側に
出射する光はほとんど無く、したがって暗表示の暗さは
十分である。

【００３６】また、上記画素電極１３と対向電極２０と
の間に電界を印加すると、図１の（ｂ）のように、上記
複合膜３０のコレステリック液晶３２が、電界の方向、
つまり基板面１１，１２に対してほぼ垂直な方向に液晶
分子３２が一様に立上り配列した状態になり、このコレ
ステリック液晶３２の屈折率が高分子層３１の屈折率と
ほぼ等しくなるため、入射光がほとんど散乱されること
なく複合膜３０を透過し、この非散乱透過光が裏面側基
板１２上の反射膜兼用対向電極２０で反射されて明状態
が表示される。

【００３７】この場合、この実施例の液晶表示素子で
は、上記対向電極２０の上に光が当ると蛍光を発する蛍
光体膜２１を設けているため、対向電極２０で反射され
る光のうちのある程度の光が蛍光体膜２１中の蛍光物質
に当って蛍光を発生させるから、対向電極２０で反射さ
れた光と蛍光体膜２１が発する蛍光とが複合膜３０を再
び透過して表面側に出射して、蛍光色を帯びた高輝度の
明表示が得られる。この明表示の色は、蛍光体膜２１が
発する蛍光の色に対応し、蛍光体膜２１中の蛍光物質量
が多いほど色度が高くなる。

【００３８】なお、対向電極２０で反射された光は、再
び蛍光体膜２１を通って複合膜３０に入るため、この反
射光のうちのある程度の光が蛍光体膜２１中において蛍
光物質に当るが、この蛍光物質に当った光は前記蛍光物
質に蛍光を発生させるエネルギーとなる。また、前記蛍
光物質は、可視光だけでなく、可視光帯域外の波長光に
よっても蛍光を発するため、蛍光体膜２１から発せられ
る蛍光は高輝度の光である。

【００３９】そして、上記液晶表示素子においては、液
晶／高分子複合膜３０の液晶（コレステリック液晶）３
２が、電界を印加したときは印加電界の強さに応じて比
較的短時間で電界方向に液晶分子が配列した状態にな
り、また電界の印加を断つと、液晶分子の配列状態が速
やかに元のねじれ配列状態に戻るため、この液晶表示素
子は、表示が暗状態から明状態になるときの応答性だけ
でなく、表示が明状態から暗状態になるときの応答性も
良く、したがって高デューティでの時分割駆動が可能で
ある。

【００４０】しかも、この液晶表示素子においては、上
記複合膜３０の液晶の分子３２ａが、無電界状態ではコ
レステリック液晶固有の螺旋ピッチでねじれた状態に配
列するため、無電界状態での液晶３２の屈折率と高分子
層３１の屈折率との差が大きく、したがって、無電界状
態での光散乱効果を高くして暗表示をより暗くし、表示
のコントラストを向上させることができる。

【００４１】なお、上記コレステリック液晶３２の螺旋
ピッチｐは、複合膜３０の液晶部、つまり、高分子層３
１の液晶３２が閉じ込められた空隙部の平均的な径ｄよ
り短いことが望ましく、コレステリック液晶３２の螺旋
ピッチｐと前記液晶部の平均的な径ｄとがｐ＜ｄであれ
ば、より効果的に光を散乱させることができる。

【００４２】しかも、上記実施例の液晶表示素子におい
ては、裏面側基板１２に設けた対向電極２０を反射膜を
兼ねる電極とし、この対向電極２０の上に、光が当ると
蛍光を発する蛍光体膜２１を設けているため、前記対向
電極２０で反射される光が蛍光体膜２１を通ってこの蛍
光体膜２１に蛍光を発生させるから、その蛍光によって
明表示がより明るくなり、したがって、暗表示が上述し
たようにより暗くなるのと相俟って、高コントラストの
表示を得ることができる。

【００４３】なお、上記実施例では、液晶／高分子複合
膜３０を、高分子層３１中にコレステリック液晶３２だ
けを分散させた構造としているが、前記コレステリック
液晶３２に黒色系の二色性染料を添加しておけば、無電
界状態での散乱光が前記二色性染料で吸収されるから、
暗表示をより黒に近くして、さらにコントラストを高く
することができる。

【００４４】すなわち、図３は、本発明の他の実施例を
示す、液晶／高分子複合膜３０の一部を拡大して示した
無電界状態および電界印加状態の断面図であり、この実
施例は、上記複合膜３０を、高分子層３１中に、黒色系
の二色性染料を添加したコレステリック液晶３２を分散
させた構造としたものである。

【００４５】この実施例のように、液晶／高分子複合膜
３０のコレステリック液晶３２に黒色系の二色性染料を
添加しておけば、図３の（ａ）に示した無電界状態で
は、上記二色性染料の分子３３が、コレステリック液晶
３２の分子３２ａのねじれ配列によってランダムな向き
にあるため、入射光が複合膜３０を通る際に、高分子層
３１と液晶３２との屈折率の違いにより散乱されるとと
もに、この散乱光の大部分が二色性染料によって吸収さ
れ、したがって暗表示がほぼ黒になる。

【００４６】なお、電界を印加したときは、図３の
（ｂ）のように、コレステリック液晶３２の分子３２ａ
が立上り配列するのに連れて二色性染料の分子３３ａも
ほぼ垂直に立上るため、電界印加状態では、複合膜３０
を透過する光が上記二色性染料によって吸収されること
はほとんどない。

【００４７】また、上記実施例では、明表示の輝度を高
くするために、裏面側基板１２に蛍光体膜２１を設けて
いるが、この蛍光体膜２１は表面側基板１１に各画素電
極１３にそれぞれ対応させて設けてもよい。ただし、こ
の蛍光体膜２１はなくてもよい。

【００４８】さらに、上記実施例では、対向電極２０を
設けた基板１２を裏面側基板とするとともに、前記対向
電極２０に反射膜を兼ねさせているが、これと逆に、画
素電極１３を設けた基板１１を裏面側基板として、前記
画素電極１３を反射膜を兼ねる電極としてもよい。その
場合は、対向電極２０を設けた基板が表面側基板となる
ため、この基板を透明基板とするとともに、前記対向電
極２０を透明電極とすればよい。

【００４９】また、本発明は、裏面側基板の外面に反射
膜を設けた反射型の液晶表示素子にも、また反射膜のな
い透過型の液晶表示素子にも適用できるものであり、そ
の場合は両方の基板１１，１２をいずれも透明基板と
し、上記画素電極１３と対向電極２０の両方を透明電極
とすればよい。

【００５０】さらに、上記実施例における液晶／高分子
複合膜３０は、スポンジのような断面をもつようにポリ
マー化した高分子３１層の各空隙部にそれぞれコレステ
リック液晶３２が閉じ込められた構造のものであるが、
この液晶／高分子複合膜は、コレステリック液晶をマイ
クロカプセル化してこの液晶カプセルを高分子層中に分
散させた構造のものでもよい。

【００５１】また、上記実施例の高分子分散型液晶表示
素子は、ＴＦＴ１４を能動素子とするアクティブマトリ
ックス型のものであるが、本発明は、ＭＩＭ等を能動素
子とするアクティブマトリックス型の高分子分散型液晶
表示素子にも、また一方の基板に表示パターンに対応す
る形状のセグメント電極を設け、他方の基板に前記セグ
メント電極に対向するコモン電極を設けたセグメント表
示型の高分子分散型液晶表示素子にも適用することがで
きる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の高分子分散型液晶表示素子は、
電極を形成した一対の基板間に、高分子層中にコレステ
リック液晶を分散させた液晶／高分子複合膜を設けたも
のであるから、表示が暗状態から明状態になるときの応
答性だけでなく、表示が明状態から暗状態になるときの
応答性も良くして、高デューティでの時分割駆動を可能
とするとともに、無電界状態での光散乱効果を高くして
表示のコントラストも向上させることができる。

【００５３】また、この高分子分散型液晶表示素子にお
いて、上記コレステリック液晶に黒色系の二色性染料を
添加しておけば、無電界状態での散乱光が前記二色性染
料で吸収されるから、暗表示をより黒に近くして、さら
にコントラストを高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、液晶／高分子複合膜
の一部を拡大して示した無電界状態および電界印加状態
の断面図。

【図２】本発明の一実施例による高分子分散型液晶表示
素子の一部分の断面図。

【図３】本発明の他の実施例を示す、液晶／高分子複合
膜の一部を拡大して示した無電界状態および電界印加状
態の断面図。

【図４】従来の高分子分散型液晶表示素子における液晶
／高分子複合膜の一部を拡大して示した無電界状態およ
び電界印加状態の断面図。

【符号の説明】

１１，１２…基板 １３…画素電極 １４…能動素子（ＴＦＴ） ２０…対向電極 ２１…螢光体膜 ３０…液晶／高分子複合膜 ３１…高分子層 ３２…コレステリック液晶 ３２ａ…液晶分子 ３３…二色性染料の分子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極を形成した一対の基板間に、高分子層
   中にコレステリック液晶を分散させた液晶／高分子複合
   膜を設けたことを特徴とする高分子分散型液晶表示素
   子。
2. 【請求項２】コレステリック液晶には黒色系の二色性染
   料が添加されていることを特徴とする請求項１高分子分
   散型液晶表示素子。