JPH07230105A

JPH07230105A - 液晶光学素子

Info

Publication number: JPH07230105A
Application number: JP4061394A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tabei; 達也田部井; Hiromi Maeda; 博己前田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】低い駆動電圧で優れたコントラスト及び視認
性を有し、書き換え可能な記録及び表示が可能な液晶光
学素子を提供すること。【構成】少なくとも一方が透明である導電性基板間
に、二色性色素と液晶を封入してなる液晶光学素子にお
いて、液晶が接する面に微細に区切られた異なる配向規
制力を有する多数の配向領域が形成されていることを特
徴とする液晶光学素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶光学素子に関し、更
に詳しくは低い駆動電圧で優れたコントラスト及び視認
性を有し、書き換え可能な記録及び表示が可能な液晶光
学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶ディスプレイは、低消費電
力、軽量、薄型等の特徴を有している為、文字や画像の
表示媒体として、腕時計、電卓、パソコン、テレビ等に
幅広く用いられている。一般的なＴＮ及びＳＴＮ液晶デ
ィスプレイは、透明電極を有するガラス板間に所定のシ
ール等が施された液晶セル中に液晶を封入し、更に両面
から偏光板でサンドイッチされたものである。

【０００３】しかしながら、上記液晶ディスプレイは、
視野角が狭い、明るい表示を得ようとすると高消費
電力のバックライトが必要である等の問題がある。特に
携帯機器用のディスプレイでは、バッテリー使用時間を
延ばす為と、バッテリーの重量を低減させる必要から消
費電力が重要視される。又、バックライトを設けること
による重量増加とパネル厚さの上昇も、液晶素子本来の
有利性を減じる点である。

【０００４】近年、電子手帳等の携帯用機器用のディス
プレイとして、ＳＴＮ方式の単純マトリックスＬＣＤを
用いたモノクロ反射型ＬＣＤが普及してきた。しかしな
がら、より明るく、より視野角の広いＬＣＤディスプレ
イの出現が望まれている。この様な要望に応えるディス
プレイとして、二色性色素を添加した液晶のプレオクロ
イック効果を利用する、いわゆるゲスト・ホスト型の液
晶ディスプレイが有望視されている。

【０００５】上記液晶ディスプレイは、偏光板を必要と
せず、一層のセルで充分なコントラストが得られるゲス
ト・ホスト型液晶ディスプレイとしては、コレステリッ
ク液晶のプレーナー配向←→ホメオトロピック配向を電
圧によりスイッチングさせるいわゆるホワイト・テーラ
ー型(J.Appl.Phys.,Vol45,No11,4718(1974))や、ポリマ
ーカプセル中に液晶を分散保持させた高分子分散型（特
公平３−５２８４３号公報参照）や、コレステリック液
晶のフォーカル・コニック組織←→ホメオトロピック配
向を電界によりスイッチングされる方式（第１９回液晶
討論会講演予稿集ｐ．３６参照）等が知られている。

【０００６】これらの表示方式は、いずれもしきい特性
が急峻でない為に時分割駆動が出来ず、マトリクス表示
を行う為には、アクティブ素子で駆動させる必要があ
る。又、ドライバーＩＣのコストと消費電力を押さえる
為には、素子の駆動電力を低くする必要があり、駆動電
圧は８Ｖ以下が好ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】ホワイト・テーラ
ー型では、駆動電圧を低くする為にヘリカルピッチを長
くすると、立ち下がりの応答速度が遅くなり、ヒステリ
シス幅が大きくなるという問題がある。又、セル厚を大
きくとらないとコントラストも不満足なものとなってし
まう。高分子分散型では、ネマチックダイレクターの空
間的ゆがみ、及び高分子マトリクスと液晶の屈折率異方
性の為に光が散乱される光散乱による多重吸収が生じる
為、同じセル厚のホワイト・テーラー型と比較するとコ
ントラストが高くなる。又、ポリマー壁面のアンカリン
グ効果により液晶を初期配向に戻そうとする力が強い為
に、立ち下がり応答速度も早くすることが出来る。

【０００８】高分子分散型では、この様な利点を有しな
がらも、その反面小さなカプセル内に液晶が閉じ込めら
れている為に、駆動電圧が高くなってしまうという問題
がある。又、セルの作製過程において、液晶中でモノマ
ーをラジカル重合させる等の工程が含まれる為に色素が
劣化する、経時安定性に欠ける等の問題がある。フォー
カル・コニック組織を初期配向とするタイプでは、高分
子分散型と同じ様に、液晶初期配向において光が散乱さ
れる為、多重吸収効果が得られる。又、高分子分散型と
比較すると駆動電圧も低く出来るという利点がある。し
かしながら、ヒステリシスと応答速度の問題が解決され
ていない。

【０００９】以上の様に、いずれの方式でもアクティブ
・マトリクス駆動の表示パネルを実用化するには、満足
な特性が得られていない状況にある。従って、本発明の
目的は、上記従来技術の問題点を解決し、低い駆動電圧
で優れたコントラスト及び視認性を有し、書き換え可能
な記録及び表示が可能な液晶光学素子を提供することで
ある。

【００１０】

【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、少なくとも一方
が透明である導電性基板間に、二色性色素と液晶とを封
入してなる液晶光学素子において、液晶が接する基板面
に微細に区切られた異なる配向規制力を有する多数の配
向領域が形成されていることを特徴とする液晶光学素子
である。

【００１１】

【作用】本発明の液晶光学素子は、電圧無印加状態では
液晶は微細な領域で異なる配向をもっている。異なる配
向領域の境界では、ディスクリネーションが生成してい
る為に、光の屈折率が不連続であり、この為光は散乱さ
れる。液晶中の色素は光散乱によって多重吸収を生じる
為に光を吸収する。一方、電圧を印加すると液晶と二色
性色素は一緒になってその配向が変化し、色素による多
重吸収が低下して光の吸収が低下し、液晶層の濃淡の変
化によってコントラストの高い表示が可能である。

【００１２】これに対して、ホモジニアス或はハイブリ
ッド等の均一な初期配向状態にあるゲスト・ホスト型セ
ルでは、一部の偏光成分しか吸収されない為、充分なコ
ントラストを得る為には偏光板を一枚必要とするが、本
発明の液晶光学素子では、液晶の配向が一方向ではな
く、又、入射光の偏光方向は不規則的に曲げられる為、
偏光板無しでも充分なコントラストが得られる。

【００１３】

【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を挙げて本
発明を更に詳しく説明する。本発明で云う液晶とは、常
温付近で液晶状態を示す有機混合物であって、好ましく
はネマチック液晶若しくはコレステリック液晶が用いら
れる。光散乱による多重吸収効果を得る為には、用いる
液晶の屈折率異方性はある程度大きいことが必要であ
り、好ましくは１以上、特に好ましくは１．５以上であ
る。尚、液晶中含有させる二色性色素は液晶１００重量
部当たり０．５〜５重量部の範囲で使用することが好ま
しい。

【００１４】本発明の液晶光学素子において使用される
導電性基板は、従来公知の液晶表示素子に一般的に使用
されているものであって、本発明では、従来公知の導電
性基板はいずれも使用可能であり、具体的には、例え
ば、ＩＴＯ系、ＳｎＯ₂ 系、ＺｎＯ系の様な透明導電性
材料をガラスや高分子フィルム等の様な透明基板に付着
させた一対の電極基板である。この時、他の一方に不透
明導電性基板を用いる場合には、その電極が反射板とし
ての機能も要求される為、例えば、アルミニウム反射電
極を設けた基板が好ましい。その基板自体はガラス、高
分子フィルム或いはその他のものであってもよい。

【００１５】又、一対の基板間に形成される液晶層の厚
みは一般的に約５〜１５μｍ程度が好ましい。膜厚が上
記範囲未満であると表示のコントラストが低くなる等の
点で好ましくなく、一方、膜厚が上記範囲を越えると駆
動電圧が高くなり、又、電圧印加時の明るさが低下する
等の点で好ましくない。

【００１６】本発明では、上記液晶光学素子において、
液晶が接する基板面に微細に区切られた異なる配向規制
力を有する多数の配向領域が形成されていることを特徴
としている。本発明でいうところの微細な領域とは、そ
の短片の単位長さは５０μｍ以下であり、充分な光散乱
効果を発現させるには、好ましくは２０μｍ以下、特に
好ましくは１０μｍ以下である。この様な微細な領域
は、液晶層と接する導電性基板面に形成された配向膜に
形成するが、導電性基板の一方の面にのみ設けてもよ
く、両方の面に設けてもよい。この様な微細な領域を有
する配向膜は、従来の配向膜の様に膜厚が均一である必
要はなく凹凸があってもよい。

【００１７】上記の如き、異なる配向規制力を有する微
細な複数の領域を形成する方法としては、以下の様な物
理的化学現象を利用する方法が挙げられる。ラビング処理を行わない配向膜を用いてネマチック液
晶セルを作製し、Ｎ−Ｉ転移点近傍まで加熱した後、電
圧を印加した状態で冷却する方法（第１８回液晶討論会
講演予稿集ｐ．４２参照）。この方法では、ディスクリ
ネーションの生成する原因としては、液晶分子が配向膜
に不規則に吸着される為であるとされている。

【００１８】ラビング処理を行わない配向膜を用いて
セルを作製し、セルを液晶のＮ−Ｉ転移点以上に保った
まま、カイラル剤を添加した液晶を注入し、その後冷却
する方法（第２回ポリマー材料フィーラム講演要旨集
ｐ．２７３参照）。

【００１９】尚、液晶層の光散乱強度を強める為には、
液晶のドメインサイズを小さくし、ディスクリネーショ
ンを多くする必要がある。従って上記方法ではドメイン
サイズを小さくする為には、冷却速度を速くし、カイラ
ルピッチを短くし、セル厚を薄くすることが望ましい。

【００２０】尚、本発明では、配向膜を予め電極上に設
けなくても、イオンビーム照射等の基板表面処理を行う
ことにより、本発明でいう配向規制力を持たせた領域を
基板表面に無数に設けることも可能である。

【００２１】この様な配向処理を施した基板を用いて構
成したサンドイッチセルに液晶材料を封入し、対向する
電極間に電圧を印加した場合、液晶の誘電率異方性が正
であれば、液晶分子は電極に垂直方向に配列する。又、
誘電率の異方性が負であれば、液晶分子は平行方向に配
列する。垂直方向に配列した液晶中に存在する二色性色
素がポジ型であれば、電圧印加状態では透明状態とな
る。又、平行方向に配列した液晶中に存在する二色性色
素がネガ型であれば、電圧印加状態では透明状態とな
る。この様に、本発明の液晶光学素子では初期配向状態
において光を吸収し、電圧印加状態において透明状態と
なるスイッチングが可能となる。

【００２２】

【実施例】次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に
具体的に説明する。実施例１２枚のＩＴＯガラス基板表面にＰＶＡ（日本合成化学工
業製、ＥＧ−０５）の３重量％水溶液をスピンコート
し、乾燥後、膜厚７００Åの配向膜を形成した。その上
に粒径８μｍのスペーサーを散布し、サンドイッチセル
を組立て、ポジ型二色性色素（三井東圧製、Ｓ−４２
８）を２．５重量％添加したネマチック液晶（メルク社
製、Ｅ−３１ＬＶ）を注入及び封止した。セルを７０℃
まで加熱し、２００Ｖ、１ｋＨｚの短形波交流電圧を印
加した状態で室温まで冷却して本発明の液晶光学素子を
得た。

【００２３】上記セルを偏光顕微鏡にて観察したとこ
ろ、図１に示す様に微細でランダムなドメインに分割さ
れていることが確認された。電圧を印加するとホメオト
ロピック配列となり、電圧を除去すると、再び初期と同
じ配向状態となった。

【００２４】実施例２２枚のＩＴＯガラス基板表面にＰＶＡ（日本合成化学工
業製、ＥＧ−０５）の３重量％スピンコートし、乾燥
後、膜厚７００Åの配向膜を形成した。その上に粒径８
μｍのスペーサーを散布し、サンドイッチセルを組立て
た。セルを８０℃の恒温に保ちながら、ポジ型二色性色
素（三井東圧製、Ｓ−４２８）を２．５重量％とカイラ
ル剤（メルク社製、ＣＢ１５）を５重量％添加したネマ
ティック液晶（メルク社製、Ｅ−３１ＬＶ）を８０℃に
加熱して注入した。注入後、セルに−５０℃の冷気を吹
き付け、室温付近まで急冷して本発明の液晶光学素子を
得た。

【００２５】上記セルを偏光顕微鏡にて観察したとこ
ろ、図２に示す様に微細なドメインに分割され、夫々の
ドメイン内では９０°捩じれた配向状態をとっているこ
とが確認された。電圧を印加するとホメオトロピック配
列となり、電圧を除去すると、再び初期と全く同じ配向
状態となった。

【００２６】比較例１２枚のＩＴＯガラス基板表面にＰＶＡ（日本合成化学工
業製、ＥＧ−０５）の３重量％スピンコートし、乾燥
後、膜厚７００Åの配向膜を形成した。その上に粒径８
μｍのスペーサーを散布し、サンドイッチセルを組立
て、ポジ型二色性色素（三井東圧製、Ｓ−４２８）を
２．５重量％添加したネマティック液晶（メルク社製、
Ｅ−３１ＬＶ）を注入及び封止して比較例の液晶光学素
子を得た。

【００２７】比較例２２枚のＩＴＯガラス基板表面にＰＶＡ（日本合成化学工
業製、ＥＧ−０５）の３重量％スピンコートし、乾燥
後、膜厚７００Åの配向膜を形成し、両面の配向膜にラ
ビング処理を施した。その上に粒径８μｍのスペーサー
を散布し、上下のラビング方向が同一となる様にサンド
イッチセルを組立て、ポジ型二色性色素（三井東圧製、
Ｓ−４２８）を２．５重量％添加したネマティック液晶
（メルク社製、Ｅ−３１ＬＶ）を注入及び封止して比較
例の液晶光学素子を得た。このセルを偏光顕微鏡にて観
察したところ、液晶は均一なホモジニアス配向をとって
いることが確認された。

【００２８】比較例３２枚のＩＴＯガラス基板表面にＰＶＡ（日本合成化学工
業製、ＥＧ−０５）の３重量％スピンコートし、乾燥
後、膜厚７００Åの配向膜を形成し、両面の配向膜にラ
ビング処理を施した。その上に粒径８μｍのスペーサー
を散布し、上下のラビング方向が直交する様にサンドイ
ッチセルを組立て、ポジ型二色性色素（三井東圧製、Ｓ
−４２８）を２．５重量％とカイラル剤（メルク社製、
ＣＢ１５）を５重量％添加したネマティック液晶（メル
ク社製、Ｅ−３１ＬＶ）を室温にて注入及び封止して比
較例の液晶光学素子を得た。このセルを偏光顕微鏡にて
観察したところ、液晶は均一なツイスト配向をとってい
ることが確認された。

【００２９】評価実施例１、２及び比較例１〜３のセルの片側に白色ＰＥ
Ｔフィルムを密着した。大塚電子工業製のフォータルＬ
ＣＤ−５０００を用い、１ｋＨｚ、５Ｖの矩形波を印加
し、白色ＰＥＴに対する相対反射率の変化を測定して比
較した。又、そのときの立ち下がりと立上がりに要する
時間を測定し、その結果を表１に示す。比較例１〜３の
セルでは、コントラストが低く、実施例１及び２のセル
では、コントラストも良好で、駆動電圧が低く、実用性
に富んでいることが明らかとなった。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶の結晶構造を示す図。

【図２】液晶の結晶構造を示す図。

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【手続補正書】

【提出日】平成６年７月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶の結晶構造を示す顕微鏡写真である。

【図２】液晶の結晶構造を示す顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明である導電性基板
間に、二色性色素と液晶とを封入してなる液晶光学素子
において、液晶が接する基板面に微細に区切られた異な
る配向規制力を有する多数の配向領域が形成されている
ことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】異なる配向規制力を有する領域がランダ
ムな形状で形成されている請求項１に記載の液晶光学素
子。