JPH0756152A

JPH0756152A - 散乱型表示素子及び製造方法

Info

Publication number: JPH0756152A
Application number: JP20656393A
Authority: JP
Inventors: Hisahide Wakita; 尚英脇田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】散乱反射型表示素子を明るくコントラストの
高いものとすることを目的とする。【構成】液晶の常光屈折率より屈折率の小さいか等し
い界面層をＴＦＴ上に形成し、その下に光吸収層を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、散乱型の液晶を用いた
液晶表示素子等の散乱型表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子として、最も広く用いられてい
るのは、捻れネマチック（ＴＮ）モードであるが、この
モードは偏光板を必要とするため透過率（反射率）が低
く、暗い表示となってしまう。

【０００３】偏光板を使わないモードとして、動的散乱
モード（ＤＳＭ）や、高分子分散型液晶がある。いずれ
も、液晶の状態を電圧によって散乱状態と透明状態で切
り替えることにより、表示を行う。

【０００４】高分子分散型液晶では、低分子のネマチッ
ク液晶を高分子マトリクス（マイクロカプセルや多孔質
体）で包み、電圧無印加の時には、高分子と液晶の屈折
率の不一致により入射光は散乱し、電圧を印加して液晶
分子が立つと、入射光に対する屈折率が一致して透明状
態となる。

【０００５】高分子マイクロカプセル中では、液晶は球
状のカプセル壁面に沿って並ぶので、その屈折率は分子
長軸方向の屈折率ｎeと短軸方向の屈折率ｎoの平均値に
近く、電圧印加時にはｎoになる。屈折率異方性△ｎは
０．３未満なので、散乱状態での高分子と液晶の屈折率
差は０．１５もない。紙のように空気と高分子（セルロ
ース）の屈折率差が大きいと、殆ど後方散乱となり反射
光により紙面は明るい白になるが、屈折率差が小さいと
散乱は前方散乱が主となり反射面は暗い。

【０００６】このため、高分子分散型液晶では前方散乱
状態と透明状態の間でコントラストを得られるようなシ
ュリーレン光学系を用いた投射型ディスプレイが発表さ
れている。

【０００７】直視型ディスプレイの場合は色々な方向か
ら光が入射するので、シュリーレン光学系は適用でき
ず、十分なコントラストと反射率を両立することが難し
い。

【０００８】反射率を増すために背面に反射板を置く
と、散乱状態の反射率は、ほぼ１００％になるが、透過
状態の反射率も同じになり、コントラストが付かない。

【０００９】このため、高分子分散型液晶を反射型ディ
スプレイとして用いるときは、液晶中に二色性色素を混
ぜて、背面に反射板を設け、無電界では黒、電場印加で
白として、コントラストを付けている（例えば、「エス
アイディー’９２、ダイジェスト、第７６２頁」）。こ
の場合、指向性のある反射板を用いてコントラスト比
５、反射率４０％程度と達成している。

【００１０】ところで、高分子分散型液晶はその製造法
の違いにより、いくつかの種類がある。ひとつは、米国
特許第4、435、947号に開示されているＮＣＡＰ（曲線整
列相）と呼ばれるもので、天然ゴムまたは合成ポリマ或
はコーポリマからなる乳樹脂の懸濁液と、予め液相で乳
化された液晶材料とを混合する。この混合物をポリエス
テルフィルム基板上に印刷塗布し、乾燥させてから対向
側のフィルム基板を空気中でラミネートしてパネルを作
製する。ＮＣＡＰは、液晶がポリマー内に封止されるた
めに信頼性が高く、大面積の窓用シャッター等に適して
いる。

【００１１】他の方式として、紫外線または熱硬化型樹
脂と液晶を混ぜた物に紫外線または熱により樹脂を硬化
させると同時に相分離を生じさせて、樹脂中に液晶マイ
クロカプセルを形成する方法があり、ＰＤＬＣと呼ばれ
ている。ＰＤＬＣは、予め貼合わせた空パネルに液晶を
注入する従来の真空注入法が適用できるので、精度よく
セル厚を制御したパネルができる。しかし、紫外線照射
による液晶の劣化や、相分離が不完全になるために、信
頼性に問題がある。また、二色性染料を液晶中のみに混
入することが難しい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
散乱による反射率を上げるためには、液晶層の厚みを大
きくすればよいが、応答速度が遅くなる。一方、背面に
反射板を設けると、二色性色素を入れなければコントラ
ストが付かないが、二色性色素の二色性比は小さいので
コントラストの高い表示が得られない。

【００１３】また、ＮＣＡＰ液晶は、溶媒を飛ばす必要
がある為に組立後の注入法ができず、印刷塗布を行って
いたため、精度良くセル厚を出すことが難しかった。

【００１４】本発明は、このような従来の液晶素子の課
題を考慮し、明るくコントラストの高い散乱型表示素子
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、その
基板間に挟まれた光散乱能可変媒体と、観察者側から見
て媒体および基板界面の背後に設けられた光吸収層とを
備え、電圧印加により媒体の光散乱能と屈折率が同時に
変わり、媒体と接する基板界面の屈折率が媒体の散乱能
が小さい時の屈折率より小さいかほぼ等しい散乱型表示
素子である。

【００１６】

【作用】本発明では、電圧印加時の透明状態では、入射
光は液晶層を透過し、このとき基板界面と液晶の屈折率
が一致するので入射光は界面も透過して背後の光吸収層
に到達し、表示は黒になる。一方、無電界時には、入射
光は液晶層で散乱されて一部は後方散乱、つまり反射さ
れ、残りは前方散乱されて様々な角度で基板界面に入射
する。無電界時の液晶マイクロカプセルの屈折率は基板
界面より大きくなるので反射率が高くなり、界面で反射
された光は液晶層へ返る。散乱状態での反射率は界面で
の反射光が加わって、薄いセルでも高い反射率を得られ
る。これに対して、透明状態では入射光は吸収されてし
まうので、十分なコントラストを得ることができる。こ
のようにして、反射率が高く、高コントラストで、応答
の速い反射型ディスプレイを実現できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１８】図１は本発明の表示素子の一実施例の断面
図である。その製造方法を説明する。まず、前面側ガラ
ス基板１上に酸化インジウム錫の透明電極３を形成し、
その上にＰＶＡ樹脂６を印刷塗布し、さらにフッ化マグ
ネシウム８をスパッタで成膜した。背面側ガラス基板２
上にはアモルファスシリコン薄膜トランジスター（ＴＦ
Ｔ）４を形成し、ＰＶＡ樹脂層６を図のようなパターン
で印刷塗布した上に、画素電極として酸化亜鉛層５を成
膜し、ＴＦＴのドレインと接続した。酸化亜鉛の組成は
ＺｎＯ_x（ｘ＝０．９５）で厚み３００nmの膜をスパッ
ターで形成した。酸化亜鉛は黒色の導電物であり、画素
電極であると同時に光吸収層を兼ねており、透明電極を
用いる場合に比べ工程が簡略化できる。酸化亜鉛上には
フッ化マグネシウム８を成膜した。

【００１９】それから、前面側基板１上に図２のような
閉じた矩形の紫外線硬化型アクリル系シール樹脂１０を
スクリーン印刷で塗布し、基板２上に直径１０μmの接
着材付き球形スペーサを散布し、１１０度Ｃに加熱して
基板に接着した。そして、後述する方法で作製した液晶
マイクロカプセル（ＮＣＡＰ）７にバインダーとしてア
クリル樹脂を５重量％混ぜたゾルを、マイクロシリンジ
を用いてパネル内の体積に相当する量を基板１のシール
内側に滴下する。基板１、２を図３のような真空チャン
バー２０内に入れた後、チャンバーを０．１torrにして
から基板間のスペーサー２１を抜き、基板を貼合わせ
る。そして、エアーバッグ２２を膨らませてパネルを加
圧してから、チャンバー内を大気に戻す。エアバッグに
よる加圧と、パネルの内外圧差によりゾルは均一に広が
る。このパネルをシール樹脂部のみに紫外線を照射し
て、シール樹脂を固めるとパネルは完成する。

【００２０】液晶マイクロカプセルは、通常行われる空
パネル組立後の液晶注入が困難であったために正確なセ
ル厚を出すことが難しかったが、この方法により、容易
にガラスパネル内に密閉し、セル厚の誤差０．１ミクロ
ン以内で組み立てることができた。

【００２１】液晶マイクロカプセル７の作製法は、ＰＶ
Ａの７％水溶液に１％の界面活性済を加えた溶媒を撹は
んしながら、液晶材料Ｅ−８（ＢＤＨ社製）を２０％加
えた。このとき、液晶の粒子サイズが約１〜３ミクロ
ン、カプセル外殻のポリマー厚みは０．５ミクロン程度
となった。この混合物の水を飛ばして液晶マイクロカプ
セルを作製した。

【００２２】こうして作製した図１の液晶パネルを照明
の映り込みのない明るい室内で図形を表示し、パネルの
正面から輝度計により画素部の輝度、コントラストを測
定した。また、酸化マグネシウムの白色校正板（完全拡
散反射板：反射率約９５％）の輝度を参照にして反射率
を計算した。その結果、白画素の反射率は４１％、黒画
素の反射率は５％となり、コントラストは約８であっ
た。

【００２３】全く同じ高分子分散型液晶を酸化インジウ
ム錫の透明電極間に挟んで黒色板の前に置いてスタティ
ック駆動した場合の反射率は、白画素は２０％、黒画素
が７％であり、本発明の表示素子の方が白画素の反射率
は非常に大きく、黒画素の反射率は逆に小さくなってお
り、コントラスト、反射率ともに改善された。

【００２４】これは、液晶と基板界面での反射の違いが
原因である。酸化インジウム錫の屈折率は約１．９で，
無電界時の液晶の屈折率よりさらに大きい。従って、散
乱状態時（液晶の平均屈折率約１．６５）より、黒状態
である電圧印加時（液晶の屈折率１．５２）の方が界面
での反射が大きくコントラストが下がる。反射率とコン
トラストを上げるためには、液晶と基板表面の屈折率差
は黒状態である電圧印加時の方が無電界時より小さい方
がよい。このことから、基板表面の屈折率は電圧印加時
の液晶の屈折率にほぼ等しいか、小さい方がよい。

【００２５】フッ化マグネシウム膜６（ｎ=1.39）の代
わりにＰＶＡ樹脂（ｎ=1.5)を形成した所、白画素の反
射率は３５％に低下し、黒画素の反射率はわずかに減少
しただけであった。このことから、基板の屈折率は液晶
常光屈折率と合わせるより、り小さめの方がよいと考え
られる。フッ化マグネシウムに替えて、ポリテトラフル
オロエチレン（屈折率=1.376）の薄膜を用いれてもよ
い。

【００２６】また、液晶層との界面層であるアクリル樹
脂の表面をサンドブラストにより粗面にしたところ、白
画素の反射率は４５％に上昇し、さらに明るい表示が得
られた。

【００２７】なお、本発明は液晶表示素子以外の光散乱
型表示素子にも適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明の表示素子は、電圧印加により媒体の光散乱能と
屈折率が同時に変わり、媒体と接する基板界面の屈折率
が媒体の散乱能が小さい時の屈折率より小さいかほぼ等
しく、観察者側から見て前記媒体および基板界面の背後
に光吸収層を有することにより、明るくコントラストの
高い表示が得られる。

【００２９】また、本発明の表示素子の製造法は、親水
溶媒中で得られた液晶マイクロカプセルを、マイクロシ
リンジで正確に基板上に滴下し、真空中で貼合わせるこ
とにより正確なセル厚のパネル作製を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示素子の一実施例の断面図である。

【図２】本発明の表示素子の製造法の一実施例の一部を
示す平面図である。

【図３】本発明の表示素子の製造法の一実施例で使用す
る装置の断面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２ガラス基板３透明電極６ＰＶＡ樹脂８フッ化マグネシウム４ＴＦＴ５酸化亜鉛層１０紫外線硬化型アクリル系シール樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、その基板間に挟まれた光散乱能
可変媒体と、観察者側から見て前記媒体および基板界面
の背後に設けられた光吸収層とを備え、電圧印加により
前記媒体の光散乱能と屈折率が同時に変わり、前記媒体
と接する基板界面の屈折率が前記媒体の散乱能が小さい
時の屈折率より小さいかほぼ等しいことを特徴とする散
乱型表示素子。
【請求項２】光散乱能可変媒体が、高分子マトリクス
中に液晶を分散させたものであることを特徴とする請求
項１記載の散乱型表示素子。
【請求項３】媒体と接する基板界面が粗面になってい
ることを特徴とする請求項２記載の散乱型表示素子。
【請求項４】光吸収層が酸化亜鉛であり、前記光吸収
層が基板上に設けた薄膜トランジスターと導通している
ことを特徴とする請求項１記載の散乱型表示素子。
【請求項５】２枚の基板の少なくとも一方の基板上に
シール樹脂を閉じた輪状に印刷し、液晶マイクロカプセ
ルをマイクロシリンジにより所定の体積だけ一方の基板
上に滴下した後、真空中で前記２枚の基板を貼合わせ、
加圧することを特徴とする散乱型表示素子の製造法。