JPH09318977A - 液晶マイクロカプセルおよびそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、連続的に色相が変化する性質を有す
る液晶マイクロカプセル、および構造が単純であり、優
れた色表示特性を有し、しかも低コストである液晶表示
素子を提供することを目的とする。 【解決手段】一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液
晶表示素子であって、前記液晶層は、二色性色素分子お
よび液晶分子を前記二色性色素分子の色相と異なる色相
に着色されている高分子材料でカプセル化してなる液晶
マイクロカプセルを含むことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶マイクロカプ
セルおよびそれを用いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】液晶中に二色性比の大き
な色素を溶解したゲスト−ホスト方式の液晶表示素子
は、視角が広い等の利点があり、将来を期待される表示
素子の一つである。近年、カラーディスプレイへの需要
が高まり、ゲスト−ホスト方式によるカラーディスプレ
イの開発も盛んに行われている。この例としては、（T.
Utida:Proc.3rd.Display Res. Conf.,p202,1983 ）に示
されるような、イエロー、シアン、マゼンタの三色のゲ
スト−ホストセルを積層した液晶表示素子が挙げられ
る。

【０００３】しかしながら、この液晶表示素子では、３
つのゲスト−ホストセルを重ね合わせているために種々
の問題が生じる。まず、セルの組立工程が複雑でかつ困
難になるため、歩留りが低下し、製造コストが高くな
る。また、表示特性としては、重ね合わせによる視差が
生じ、視角を制限してしまう。さらに、透明電極、配向
膜の数が通常の単層セルの３倍となるために、透過率が
低下してしまう。

【０００４】これらの問題に対して、組立工程の単純
化、透明電極や配向膜の透明度の向上、液晶層を挟持す
るガラス基板の薄層化等、多くの検討が鋭意行われてい
るが、いまだ満足な特性を得るに至っていないのが現状
である。

【０００５】また、ゲスト−ホスト方式を用いた他の表
示素子としては、黒色の二色性色素を含有した液晶層の
コレステリック−ネマティック相転移を光バルブとして
利用し、色表示にはグリーンとマゼンタからなるカラー
フィルターを用いるものがSID 92 DIGEST P437. S. Mit
sui et. al. に開示されている。しかしながら、この表
示素子では、明るく鮮明な表示が得られず、色表示範囲
も限定されてしまい、表示素子として充分な特性を得る
ことができない。また、カラーフィルターを用いる方式
においては、白表示はカラーフィルターの各色の加法混
色によって得ているので、透過光強度が３分の１以下に
なるため表示能に限界がある。

【０００６】また、液晶分子および二色性色素分子を高
分子材料でカプセル化してなる液晶マイクロカプセル
が、液晶表示素子の液晶層に用いられているが、この液
晶マイクロカプセルは色相が変化するものではないの
で、細かい階調を出すことができる液晶表示素子を実現
することはできない。

【０００７】本発明はかかる点を鑑みてなされたもので
あり、連続的に色相が変化する性質を有する液晶マイク
ロカプセル、および構造が単純であり、優れた色表示特
性を有し、しかも低コストである液晶表示素子を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、二色性色素分
子および液晶分子を高分子材料でカプセル化してなる液
晶マイクロカプセルであって、前記高分子材料が前記二
色性色素分子の色相と異なる色相に着色されていること
を特徴とする液晶マイクロカプセルを提供する。

【０００９】また、本発明は、一対の基板間に液晶層が
挟持されてなる液晶表示素子であって、前記液晶層は、
二色性色素分子および液晶分子を前記二色性色素分子の
色相と異なる色相に着色されている高分子材料でカプセ
ル化してなる液晶マイクロカプセルを含むことを特徴と
する液晶表示素子を提供する。

【００１０】本発明の液晶表示素子において、液晶層
は、液晶分子およびイエローの二色性色素分子がブルー
に着色された高分子材料でカプセル化されてなる液晶マ
イクロカプセルを含む領域と、液晶分子およびシアンの
二色性色素分子がレッドに着色された高分子材料でカプ
セル化されてなる液晶マイクロカプセルを含む領域と、
液晶分子およびマゼンタの二色性色素分子がグリーンに
着色された高分子材料でカプセル化されてなる液晶マイ
クロカプセルを含む領域とが並置配列されたものである
ことが好ましい。上記において、着色した液晶の色相と
着色した高分子材料の色相とは逆転していても良い。

【００１１】また、液晶層は、液晶分子およびブラック
の二色性色素分子がブルーに着色された高分子材料でカ
プセル化されてなる液晶マイクロカプセルを含む領域
と、液晶分子およびブラックの二色性色素分子がレッド
に着色された高分子材料でカプセル化されてなる液晶マ
イクロカプセルを含む領域と、液晶分子およびブラック
の二色性色素分子がグリーンに着色された高分子材料で
カプセル化されてなる液晶マイクロカプセルを含む領域
とが並置配列されたものであることが好ましい。

【００１２】本発明の液晶表示素子においては、液晶マ
イクロカプセル中の二色性色素分子の色と、着色された
高分子材料の色とが補色の関係であることが好ましい。
また、本発明の液晶表示素子において、液晶層上に透過
散乱層をさらに設けることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して具体的に説明する。本発明の液晶マイ
クロカプセルは、二色性色素分子および液晶分子を高分
子材料でカプセル化してなり、高分子材料が二色性色素
分子の色相と異なる色相に着色されていることを特徴と
している。この液晶マイクロカプセルは、印加電圧の大
きさによって連続的に色相を変化させることができるも
のである。したがって、印加電圧を制御することによ
り、色相を自由に調整することができる。

【００１４】また、本発明の液晶マイクロカプセルを用
いた液晶表示素子においては、各色表示領域を並置配列
することができるので、構造を単純化することができ
る。さらに、液晶マイクロカプセルが印加電圧の大きさ
によって連続的に色相を変化するで、優れた色表示特性
を発揮する。

【００１５】本発明の液晶マイクロカプセルは、図１に
示すように、二色性色素分子１および液晶分子２が等方
性色素分子４を含む高分子材料３でマイクロカプセル化
されてなる構造、すなわち、等方性色素により所定の色
に着色された高分子材料からなるポリマー外壁の中に、
二色性色素を溶解した液晶相が存在する構造を有してい
る。なお、ここでは、等方性色素分子４を用いている
が、色素分子は等方性である必要はない。

【００１６】この液晶マイクロカプセルは、電圧を印加
していくにしたがって連続的に色相が変化する性質を有
する。例えば、ブルーの等方性色素を用いてポリマー外
壁をブルーに着色し、イエローの二色性色素を用いる場
合、電圧無印加時はイエローとブルーの減法混色となり
表示はブラックとなる。電圧を印加するにしたがって色
素分子が立ち上がるためにイエローが弱くなり、色相は
連続的にブルーに近づく。同様に、グリーンの等方性色
素を用いてポリマー外壁をグリーンに着色し、マゼンタ
の二色性色素を用いる場合、電圧を印加するにしたがっ
て色素分子が立ち上がるためにマゼンタが弱くなり、色
相は連続的にグリーンに近づく。同様に、レッドの等方
性色素を用いてポリマー外壁をレッドに着色し、シアン
の二色性色素を用いる場合、電圧を印加するにしたがっ
て色素分子が立ち上がるためにシアンが弱くなり、色相
は連続的にレッドに近づく。黒表示時の反射率の低減を
考慮すると、液晶はブラックに着色しても良い。

【００１７】なお、表示素子のコントラストを考慮する
と、二色性色素としてｐ型のものを用い、液晶としてｐ
型のものを用いることが好ましい。また、液晶相をブル
ーに着色する場合には、マゼンタとシアンの二色性色素
を混合し、液晶相をレッドに着色する場合には、マゼン
タとイエローの二色性色素を混合し、液晶相をグリーン
に着色する場合には、イエローとシアンの二色性色素を
混合する。

【００１８】ここで、イエローの二色性色素としては、
例えば日本感光色素社製Ｇ−２３２、オージー社製ＳＩ
−２０９、Ｍ−３６１等を用いることができる。シアン
の二色性色素としては、オージー社製ＳＩ−５０１、Ｓ
Ｉ−４９７、Ｍ−４０３、日本感光色素社製Ｇ−４７２
等を用いることができる。マゼンタの二色性色素として
は、日本感光色素社製Ｇ−２３９、Ｇ−４７１、Ｇ−２
０２、オージー社製ＳＩ−５１２、Ｍ−６１８、Ｍ−３
７０等を用いることができる。

【００１９】また、液晶材料としては、メルクジャパン
社製ＴＣ−４３６８ＸＸ、ＺＬＩ−４２８１／２、ＺＬ
Ｉ−３８８９、ＺＬＩ−５５００−０００、ＭＬＣ−６
０４１−０００、ＺＬＩ−４６２０、ＺＬＩ−５１００
−０００、ＺＬＩ−１８４０、ＺＬＩ−２１１６−００
０、チッソ化学工業社製ＬＩＸＯＮ４０３３−０００Ｘ
Ｘ、ＬＩＸＯＮ４０３４−０００ＸＸ、ＺＬＩ−２２９
３等を用いることができる。

【００２０】また、高分子材料のモノマーとしては、メ
チルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ｔ−
ブチルメタクリレート等を用いることができる。高分子
材料の厚さ、すなわち液晶マイクロカプセルの外壁の厚
さは、着色層の吸光効率を考慮すると、３μｍ以下であ
ることが好ましい。

【００２１】また、高分子材料に添加する等方性色素
（外壁のポリマーの着色剤）としては、染料、顔料等を
用いることができる。例えば、染料としては、ソルベン
トレッド１０９、ソルベントレッド１００、ソルベント
レッド８２、ソルベントレッド２７、ソルベントレッド
２３、ソルベントブルー１１、ソルベントブルー１１
１、ソルベントブルー１２、ソルベントブルー４４、ソ
ルベントイエロー２、ソルベントイエロー１４、ソルベ
ントイエロー６１、ソルベントイエロー８２、ソルベン
トグリーン３等を挙げることができる。顔料としては、
Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド９７、Ｃ．Ｉ．ピグメント
・レッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１４９、
Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１６８、Ｃ．Ｉ．ピグメン
ト・レッド１７７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１８
０、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１９２、Ｃ．Ｉ．ピグ
メント・レッド２１５、Ｃ．Ｉ．ピグメント・グリーン
７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・グリーン３６、Ｃ．Ｉ．ピグ
メント・ブルー１５：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー
１５：４、ピグメント・ブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグ
メント・ブルー２２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー６
０、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー６４等を挙げることが
できる。

【００２２】なお、顔料を用いる場合、可視光の散乱
や、液晶と高分子材料との界面における凹凸による液晶
相の乱れを回避するため、顔料の粒径は１μｍ以下、よ
り望ましくは０．２μｍ以下とすることが望ましい。

【００２３】本発明において、液晶マイクロカプセルの
製法としては、逆相ミセル重合法、乳化重合法、ソープ
リー重合法、非水系分散重合法、懸濁重合法、膨潤重合
法等が考えられるが、これに限定されない。

【００２４】本発明の液晶マイクロカプセルを液晶表示
素子に用いる場合には、印刷法、塗布法等の方法により
液晶層を形成またはパターニングすることができる。本
発明の液晶マイクロカプセルは、パターン形成が可能で
あるので、図２に示すように並置配列で液晶層を構成す
ることができる。

【００２５】図３は本発明の液晶マイクロカプセルを用
いた液晶表示素子の一例を示す断面図である。図中１１
はガラス基板を示す。ガラス基板１１の一方の表面上に
は、ＩＴＯ（Indium Tin 1Oxide ）等からなる透明電極
膜１２が設けられている。透明電極膜１２が対向するよ
うにして配置した一対のガラス基板１１間には、液晶層
１３が配置されている。液晶層１３は、ブラック／レッ
ドの変化をする液晶マイクロカプセル１４からなる液晶
マイクロカプセル領域１７と、ブラック／グリーンの変
化をする液晶マイクロカプセル１５からなる液晶マイク
ロカプセル領域１８と、ブラック／ブルーの変化をする
液晶マイクロカプセル１６からなる液晶マイクロカプセ
ル領域１９とから構成されている。この液晶表示素子
は、液晶マイクロカプセルの変化に応じて、一つの画素
で黒および色表示を行うことができる。したがって、コ
ントラストが大きく色表示特性に優れたものとなる。

【００２６】図４は本発明の液晶マイクロカプセルを用
いた液晶表示素子の他の例を示す断面図である。この液
晶表示素子は、図３に示す液晶表示素子上に透過・散乱
層２０を積層した構造を有するものである。この透過・
散乱層２０としては、高分子マトリクス中に液晶領域が
散在した高分子分散型液晶表示素子（ＰＤＬＣ）等を用
いることができる。

【００２７】また、図５に示すように、液晶層１３上に
直接透過・散乱層２０を設けて、これを一対のガラス基
板１１で挟持する構成とし、透過・散乱層２０における
液晶と液晶層１３における液晶の閾値電圧を異なるよう
に設定して、一対の透明電極膜１２で液晶表示素子を駆
動させるようにしても良い。この場合には、簡単な構成
で明るい表示を得ることができる。

【００２８】図４および図５に示す構成にすることによ
り、透過・散乱層（上層）２０で散乱強度を調節するこ
とができる。これにより、下記第１表に示すように、表
示色の明るさにおいて細かい階調を出すことができ、色
表示において細かい色調を出すことができる。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に、本発明の効果を明確にするために行
った実施例について説明する。 （実施例１）液晶材料であるメルクジャパン社製ＴＣ−
４３６８ＸＸにシアンの二色性色素であるオージー社製
ＳＩ−４９７を２重量％の割合で溶解させてシアン色に
着色した液晶材料を作製した。この着色液晶材料をソル
ベントレッド１０９で着色されたビニルベンゼンでソー
プリー重合法によりマイクロカプセル化して液晶マイク
ロカプセルを作製した。なお、ソープリー重合法におい
ては、マイクロカプセルの平均粒径が２μｍとなるよう
に、反応溶液の撹拌速度や重合速度等を調整した。この
液晶マイクロカプセルについて、透明電極膜を設けた一
対のガラス基板に挟み徐々に電圧を印加して色相の変化
を調べたところ、始め黒色であった液晶マイクロカプセ
ルが１０Ｖでレッドの方向に色相が変化し始め、１２Ｖ
で完全にレッドとなり、それ以上変化しなくなった。

【００３１】また、液晶材料であるメルクジャパン社製
ＴＣ−４３６８ＸＸにマゼンタの二色性色素である日本
感光色素社製Ｇ−２３９を１．５重量％の割合で溶解さ
せてマゼンタ色に着色した液晶材料を作製した。この着
色液晶材料をソルベントグリーン３で着色されたビニル
ベンゼンで前記と同様にしてソープリー重合法によりマ
イクロカプセル化して液晶マイクロカプセルを作製し
た。この液晶マイクロカプセルについて、透明電極膜を
設けた一対のガラス基板に挟み徐々に電圧を印加して色
相の変化を調べたところ、始め黒色であった液晶マイク
ロカプセルが１０Ｖでグリーンの方向に色相が変化し始
め、１２Ｖで完全にグリーンとなり、それ以上変化しな
くなった。

【００３２】さらに、液晶材料であるメルクジャパン社
製ＴＣ−４３６８ＸＸにイエローの二色性色素である日
本感光色素社製Ｇ−２３２を２．１重量％の割合で溶解
させてイエロー色に着色した液晶材料を作製した。この
着色液晶材料をソルベントブルー４４で着色されたビニ
ルベンゼンで前記と同様にしてソープリー重合法により
マイクロカプセル化して液晶マイクロカプセルを作製し
た。この液晶マイクロカプセルについて、透明電極膜を
設けた一対のガラス基板に挟み徐々に電圧を印加して色
相の変化を調べたところ、始め黒色であった液晶マイク
ロカプセルが１０Ｖでブルーの方向に色相が変化し始
め、１２Ｖで完全にブルーとなり、それ以上変化しなく
なった。

【００３３】これら３種類の液晶マイクロカプセルを一
方の表面に反射電極を設けたガラス基板の他方の表面上
に図２に示すようなパターンで印刷して液晶層を形成し
た。なお、印刷の際には液晶マイクロカプセルに少量の
スペーサーを混合した。次いで、一方の表面にＩＴＯか
らなる透明電極膜を設けたガラス基板（対向基板）を、
透明電極膜が液晶層と対向するようにして、空気が入ら
ないようにして２枚のガラス基板を貼り合わせた。この
ようにして本発明の液晶表示素子を作製した。

【００３４】得られた液晶表示素子について、白表示、
黒表示、色表示を調べたところ、白表示時の反射率は２
０％であり、黒表示時の反射率は１％であった。このよ
うに、本実施例の液晶表示素子は、極めて単純な構造で
大画面化が容易にでき、かつカラーフィルターを用いた
従来の液晶表示素子と同等の色表示能を有するものであ
る。 （実施例２）実施例１において対向基板であるガラス基
板として、両面にＩＴＯからなる透明電極膜が形成され
たものを用い、さらに、一方の表面にＩＴＯからなる透
明電極膜を設けたガラス基板を、透明電極膜同士が対向
するようにして配置して、セルギャップが１０μｍとな
るように貼り合わせた。次いで、このガラス基板間にポ
リウレタンのモノマーと液晶材料を含む混合液を注入
し、モノマーを重合させて透過・散乱層としてＰＤＬＣ
層を形成した。このようにして、図４に示すような本発
明の液晶表示素子を作製した。

【００３５】得られた液晶表示素子について、白表示、
黒表示、色表示を調べたところ、白表示時の反射率は６
５％であり、黒表示時の反射率は３％であった。また、
色表示においては、二層構造であるために、鮮明な色表
示が実現できた。さらに、この場合、色表示において
は、透過・散乱層が存在するために、表示色の明るさに
おいて細かい階調を出すことができ、色表示において細
かい色調を出すことができた。 （実施例３）実施例１と同様にして、３種類の液晶マイ
クロカプセルを一方の表面に反射電極を設けたガラス基
板の他方の表面上に図２に示すようなパターンで印刷し
て液晶層を形成した。次いで、一方の表面にＩＴＯから
なる透明電極膜を設けたガラス基板を、透明電極膜同士
が対向するようにして配置して、セルギャップが１０μ
ｍとなるように貼り合わせ、実施例２と同様にして透過
・散乱層としてＰＤＬＣ層を形成した。なお、ＰＤＬＣ
の閾値電圧は８Ｖであった。このようにして、図５に示
すような本発明の液晶表示素子を作製した。この液晶表
示素子に徐々に電圧を印加していくと、一つの画素で８
Ｖ未満では白表示、８〜１０Ｖで黒表示、１０Ｖ以上で
は色表示を得ることができる。

【００３６】得られた液晶表示素子について、白表示、
黒表示、色表示を調べたところ、白表示時の反射率は６
８％であり、黒表示時の反射率は３％であった。また、
色表示においては、二層構造であるために、鮮明な色表
示が実現できた。さらに、この場合、色表示において
は、透過・散乱層が存在するために、表示色の明るさに
おいて細かい階調を出すことができ、色表示において細
かい色調を出すことができた。

【００３７】本実施例における液晶表示素子は、白表示
時の反射率が実施例２の場合より大きいが、これはＰＤ
ＬＣ層と液晶層との間に存在するガラス基板と透明電極
膜による可視光の吸収がないためであると考えられる。
また、この液晶表示素子は、実施例２の場合に比べて製
造工程が単純であり、安価に製造することができる。 （比較例）図６に示すような、コレステリック−ネマテ
ィック層転移を利用した３層の液晶層２２を有するＧＨ
セルを作製した。図中２１は配向膜を示す。なお、液晶
材料、イエロー、シアン、マゼンタの二色性色素として
は実施例１〜３と同様のものを用いた。

【００３８】得られた液晶表示素子について、白表示、
黒表示、色表示を調べたところ、白表示時の反射率は２
０％であり、黒表示時の反射率は４％であった。また、
色表示においては、消色時の色残りが問題であるため
に、鮮明な色表示ができなかった。したがって、この液
晶表示素子は、本発明の液晶表示素子に比べて表示が暗
いものであった。さらに、この３層積層構造は、製造工
程が多く、破損し易く強度にも問題がある。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の液晶マイク
ロカプセルは、二色性色素分子および液晶分子を高分子
材料でカプセル化してなり、高分子材料が二色性色素分
子の色相と異なる色相に着色されているので、連続的に
色相が変化する性質を有するものである。

【００４０】また、本発明の液晶表示素子は、上記液晶
マイクロカプセルを含む液晶層を有するものであるの
で、印加電圧の大きさによって連続的に色相を変化させ
ることができ、優れた色表示特性を有するものである。
また、本発明の液晶表示素子によれば、液晶層を並置配
列で構成することができるので、構造の単純化され、製
造が簡単で量産に向き、しかも低コストである。さら
に、本発明の液晶表示素子は、一つの画素で白、黒、色
表示をすることが可能であり、コントラストを向上させ
ることができ、鮮明な表示が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶マイクロカプセルの構造を示す断
面図。

【図２】本発明の液晶マイクロカプセルを用いた液晶表
示素子における並置配列のパターンを示す図。

【図３】本発明の液晶マイクロカプセルを用いた液晶表
示素子の一例を示す断面図。

【図４】本発明の液晶マイクロカプセルを用いた液晶表
示素子の他の例を示す断面図。

【図５】本発明の液晶マイクロカプセルを用いた液晶表
示素子の他の例を示す断面図。

【図６】相転移型３層ＧＨ方式の液晶表示素子を示す断
面図。

【符号の説明】

１…二色性色素分子、２…液晶分子、３…高分子材料、
４…等方性色素分子、５，１７…ブラック／レッドの変
化をする液晶マイクロカプセルを含む領域、６，１８…
ブラック／グリーンの変化をする液晶マイクロカプセル
を含む領域、７，１９…ブラック／ブルーの変化をする
液晶マイクロカプセルを含む領域、１１…ガラス基板、
１２…透明電極膜、１３，２２…液晶層、１４…ブラッ
ク／レッドの変化をする液晶マイクロカプセル、１５…
ブラック／グリーンの変化をする液晶マイクロカプセ
ル、１６…ブラック／ブルーの変化をする液晶マイクロ
カプセル、２０…透過・散乱層、２１…配向膜。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二色性色素分子および液晶分子を高分子
   材料でカプセル化してなる液晶マイクロカプセルであっ
   て、前記高分子材料が前記二色性色素分子の色相と異な
   る色相に着色されていることを特徴とする液晶マイクロ
   カプセル。
2. 【請求項２】 一対の基板間に液晶層が挟持されてなる
   液晶表示素子であって、前記液晶層は、二色性色素分子
   および液晶分子を前記二色性色素分子の色相と異なる色
   相に着色されている高分子材料でカプセル化してなる液
   晶マイクロカプセルを含むことを特徴とする液晶表示素
   子。
3. 【請求項３】 前記液晶層は、液晶分子およびイエロー
   の二色性色素分子がブルーに着色された高分子材料でカ
   プセル化されてなる液晶マイクロカプセルを含む領域
   と、液晶分子およびシアンの二色性色素分子がレッドに
   着色された高分子材料でカプセル化されてなる液晶マイ
   クロカプセルを含む領域と、液晶分子およびマゼンタの
   二色性色素分子がグリーンに着色された高分子材料でカ
   プセル化されてなる液晶マイクロカプセルを含む領域と
   が並置配列されたものである請求項２記載の液晶表示素
   子。
4. 【請求項４】 前記液晶層上に透過散乱層をさらに設け
   た請求項２記載の液晶表示素子。