JPH1195195A

JPH1195195A - 高分子分散型液晶表示装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1195195A
Application number: JP27203897A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ueki; 俊植木; Seiichi Mitsui; 精一三ッ井; Masayuki Okamoto; 正之岡本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】コントラストが良好で、閾特性に優れ、表示
品質が均一で、さらに反射型としては低駆動電圧であ
り、信頼性の高い高分子分散型液晶表示装置及びこの素
子を容易に安定して製造することのできる製造方法を提
供する。【解決手段】液晶とＵＶキュアラブル液晶とが相溶し
た状態では液晶相であり、前記液晶と前記ＵＶキュアラ
ブル液晶とをＵＶで硬化・相分離させると液晶・キュア
ド高分子複合相を形成し、更に、二枚の配向膜を具備す
る基板の間に挟持され、少なくとも一方の基板の内側面
に透明電極を具備し、かつ、電界印加により光散乱状
態、電界無印加時には同一方向に平行あるいはツイスト
配向する高分子分散型液晶表示装置において、前記液晶
・キュアド高分子複合層のうち、液晶層は連続し、かつ
高分子層は複屈折キュアド高分子層が複屈折性を示し、
かつ３次元的に連続した繊維状マトリックスとして形成
されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶と高分子を互
いに分散させた高分子分散型液晶表示装置及びその製造
方法に関し、さらに詳しくはワードプロセッサやいわゆ
るノート型パーソナルコンピュータなどのオフィスオー
トメーション機器や、各種映像機器およびゲーム機器な
どに好適に実施される反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示装置は、時計、電卓、コ
ンピュータ端末、ノート型コンピュータ、ワープロ等の
ディスプレイに広く用いられており、さらには、テレビ
ジョン受像器用ディスプレイとしてブラウン管に代わり
応用されるようになった。そして、液晶表示装置の中で
も、外部から入射した光を反射させて表示を行う反射型
液晶表示装置は、光源となるバックライトが不要である
ため、更に消費電力が低く、かつ薄型、軽量化が可能で
あり、注目されている。

【０００３】反射型液晶表示装置では、従来、ＴＮ（ツ
イステッドネマティック）方式、およびＳＴＮ（スーパ
ーツイステッドネマティック）方式が用いられている。
これらのＴＮ方式あるいはＳＴＮ方式の液晶表示素子を
反射型液晶表示装置として適用する場合、表示方式の原
理の点で液晶表示素子を一対の偏光板で挟む構成にし、
その外側に反射板を設置しなければならない。このた
め、液晶表示素子に用いられるガラス基板の厚さゆえ、
使用者がガラス基板を見る角度、すなわちガラス基板の
法線方向と前記使用者が液晶表示素子を見る方向とのな
す角度によって視差が生じ、表示が二重に認識されると
いう問題点がある。

【０００４】また、カラー化に関しては、従来より液晶
セル内部の表示１画素毎に例えば、３ドット（赤、緑、
青）のマイクロカラーフィルタを設け、加法混合により
マルチカラー表示やフルカラー表示が行われる。

【０００５】しかしながら、上記液晶表示モードは偏光
板を２枚用いる方法であるため、非常に表示は暗く、さ
らに上記視差の発生により加法混色が良好に行われない
ため、反射型カラー表示装置には適さなかった。

【０００６】そこで、近年、偏光板が不要で、液晶と高
分子の屈折率の差を利用した高分子分散型液晶（ｐｏｌ
ｙｍｅｒｄｉｓｐｅｒｓｅｄｌｉｑｕｉｄｃｒｙ
ｓｔａｌ）の表示素子が開発されている。この高分子分
散型液晶表示装置は、液晶と高分子を互いに分散させ
て、これらを相分離させた液晶表示素子である。その動
作原理は、電界の印加又は除去により、両者の屈折率が
一致すると光を透過する透明状態となり、両者の屈折率
が相違すると、光を散乱する白濁状態となるものであ
る。

【０００７】更に、二色性色素を添加した液晶・高分子
複合表示素子も開発されている（Society for Informat
ion Display International Symposium Digest of Tech
nology Papers、講演番号12.1, May 1990）。この高分子
分散型液晶表示装置は、二枚の透明基板間で狭持された
液晶・高分子複合層において、液晶中に二色性色素を添
加したものである。この素子では、電界無印加では、液
晶と高分子とが屈折率に差がある為、入射した光は散乱
する。ここで、二色性色素は液晶と同様に無秩序に配向
しているために、散乱した光により、色素の色が観察さ
れる。また、この素子に電界印加すると、色素を含む液
晶が電界方向に揃い、電界方向において、液晶と高分子
との界面に屈折率の差が無くなり、素子は透明となる。
この素子の裏面には、背景として散乱反射膜を置くのが
一般的である。

【０００８】ところが、この高分子分散型液晶表示装置
は、液晶のドロップレットが高分子中に分散しており、
しかも、高分子が無秩序に配向しているため、液晶と高
分子との屈折率を一致させた場合でも、十分な透過状態
が得られず、完全な透明状態とならなかった。また、液
晶のドロップレット径が不揃いのため、表示品質が均一
でなく、信頼性に欠けていた。更に、電界無印加のとき
には、液晶も無秩序に配向している為、各液晶分子は電
界に対する応答が不揃いとなり、素子全体としての透過
率特性の閾特性が急峻でなかった。

【０００９】また、高分子の屈折率と、液晶の平均屈折
率との差が小さい為、液晶と高分子との屈折率を異なら
せるときでも、十分な後方散乱が得られず、十分不透明
とならなかった。散乱度を上げるために、液晶・高分子
複合層を厚くすると、駆動電力が数十ボルトと高くなる
問題も生じる。

【００１０】また、二色性色素を添加した高分子分散型
液晶表示装置の場合には、電界の印加又は除去により、
透明状態か色素の色を切り替えて表示するのであるが、
色素の含量が少ないと十分な暗表示が得られない。ま
た、色素の含量を増やすと表示が暗くなり、駆動電圧も
高くなるなどの課題を有している。

【００１１】そこで、特開平５−１１９３０２号公報に
は配向させた高分子分散型液晶表示装置が提案されてい
る。この表示素子は、液晶と高分子をお互いに配向分散
した構造であり、電圧が無印加では光散乱度が小さく透
明で、二色性色素が添加されていれば色素の色に着色す
る。これに電圧を印加すると、高分子と液晶の屈折率の
差が大きければ光散乱度が増大し白色になり、これらの
屈折率の差が小さければ透明に変化する。そのため、電
圧の有無によって、透過−散乱（白色）、あるいは二色
性色素を添加すれば、複屈折率の差が大きければ吸収−
散乱（着色−白色）、複屈折率の差が小さければ吸収−
透過（着色−透明）の二状態を制御することが出来る。

【００１２】さらに、特開平７−２１８９０５号公報に
は、一枚の偏光板と配向させた高分子分散型液晶とを組
み合わせた液晶表示装置も開示されている。これらは、
バックライトや偏光板を用いることなく、従来の液晶表
示モードでは実現不可能であった着色−白色を、電界の
有無によって制御できるという特色を持っている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
述べたような液晶と高分子をお互いに配向分散させた構
造において、電圧が無印加では、光散乱度が小さく透
明、電圧を印加で、光散乱度が増大し白色状態となる、
いわゆるリバース型ＰＤＬＣでは、十分な明るさとコン
トラストを実現しようとすると駆動電圧が高くなり、駆
動電圧を低くしようとすると十分な明るさとコントラス
トを実現できないといった問題点を有している。

【００１４】また、散乱が効率的におこる詳細な構造に
ついても、これまでのところあまり知られていないのが
実情である。

【００１５】そこで、本発明は、上記問題点を解決する
ためになされたものであって、液晶及び高分子を同一方
向に配向させた液晶表示装置において、その液晶・高分
子複合相の構造を明確化することにより、コントラスト
の良好なより明るい高分子分散型液晶表示装置を提供す
ることを目的とする。

【００１６】さらには、駆動電圧が低く、ヒステリシス
の無いコントラストの良好な視認性の良い反射型表示用
途の高分子分散型液晶表示装置を提供すること、容易な
方法により信頼性の高い高分子分散型液晶表示装置を製
造する方法を提供することをも目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１記載の高分子分散型液晶表示
装置は、液晶とＵＶキュアラブル液晶とが相溶した状態
では液晶相であり、前記液晶と前記ＵＶキュアラブル液
晶とをＵＶで硬化・相分離させると液晶・キュアド高分
子複合相を形成し、該液晶・キュアド高分子複合層は二
枚の配向膜を具備する基板の間に挟持され、少なくとも
一方の基板の内側面に透明電極を具備し、かつ、電界印
加により前記液晶を電界方向に配向させると光散乱状態
となり、前記液晶及び前記キュアド高分子は、電界無印
加時には同一方向に平行あるいはツイスト配向してなる
ことを特徴とする高分子分散型液晶表示装置において、
前記液晶・キュアド高分子複合層のうち、液晶層は連続
し、かつ高分子層は複屈折キュアド高分子層が複屈折性
を示し、かつ３次元的に連続した繊維状マトリックスと
して形成されてなることを特徴とする。

【００１８】また、本発明の請求項２記載による前記３
次元的に連続した繊維状マトリックスのキュアド高分子
の、基板から見てラビング方向とは垂直方向にとったマ
トリックスの平均幅が２μｍ以下であることを特徴とす
る。

【００１９】さらに、好ましくは、前記３次元的に連続
した繊維状マトリックスのキュアド高分子間の平均空隙
間隔が長軸２〜５μｍ、かつ短軸０．５〜２μｍに分布
し、かつラビング方向に面長な形状であることを特徴と
する。また、前記液晶に対する前記キュアド高分子の割
合が５〜３０％であることを特徴とし、さらに好ましく
は前記キュアド高分子の割合が７〜２０％であることを
特徴とする。

【００２０】また、好ましくは、前記液晶の複屈折Δｎ
と前記２枚の基板間の距離ｄの積であるリターデーショ
ンΔｎ×ｄの値が０．３０から１．３０μｍの範囲であ
ることを特徴とし、前記液晶、もしくは前記ＵＶキュア
ラブル液晶の少なくともどちらか一方が、カイラル成分
を含有することを特徴とする。

【００２１】また、液晶層が二色性色素を含んで構成さ
れてもよい。また、より駆動電圧が低く、ヒステリシス
の小さいコントラストの良好な視認性の良い、反射型表
示に適用するため、前記二枚の基板の一方の光の入射側
と反対の内側面に反射層を兼ねた電極を具備する構成で
も良く、さらに、前記二枚の基板の一方の光の入射側に
偏光板を一枚配置することにより、更なるコントラスト
の向上を図ることが可能となる。

【００２２】さらに、前記高分子分散型液晶表示装置の
製造方法については、請求項７記載の発明によると、液
晶とＵＶキュアラブル液晶とを加熱相溶して混合すると
共に前記液晶及びＵＶキュアラブル液晶を同一方向に配
向させ、その後、冷却して液晶相にすることにより、前
記液晶と前記ＵＶキュアラブル液晶とを共に配向状態を
保ったまま硬化・相分離する、か或いは、液晶とＵＶキ
ュアラブル液晶とを加熱相溶して混合すると共に前記液
晶及びＵＶキュアラブル液晶を同一方向に配向させ、そ
の後、冷却して液晶相にし、電界あるいは磁界を印加
し、前記液晶と前記ＵＶキュアラブル液晶とを共に配向
状態を保ったまま硬化・相分離することを特徴とする。
また、前記製造方法において、吸収型カラーフィルター
を通して、または、液晶セルの上に任意形状のマスクを
配置してＵＶ照射することを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】

＜実施形態１＞以下、本発明の実施形態について、詳細
に説明する。本発明の第１の実施形態に係る高分子分散
型液晶表示装置の構造断面図を図１に示す。同図に示す
ように二枚の透明な基板２、基板３の間には液晶・高分
子複合層２０が挾持され、この液晶・高分子複合層２０
は、キュアド高分子１５の繊維状マトリックスが凝集し
て３次元的に連続したネットワークを形成した中に、液
晶１４が相分離した状態となっている。液晶層はドロッ
プレットではなく、連続体相となっている。

【００２４】ここで、キュアド高分子１５を形成するた
めの、ＵＶキュアラブル液晶としては、室温で液晶相を
示し、液晶１４と相溶し、その後の紫外光（以後ＵＶ光
と略記する）照射により硬化し、高分子形成される場合
に、液晶１４と相分離するものを使用する。液晶１４と
しては、電界方向と平行方向に配向する正の誘電異方性
を有する液晶を使用する。以後、本実施形態において、
ＵＶ照射前がＵＶキュアラブル液晶、ＵＶ照射後をキュ
アド高分子と称する。

【００２５】二枚の基板２、３は、内側面にそれぞれ透
明電極７、１０を具備し、更に、その上にはそれぞれ配
向膜９、１１を形成する。該配向膜９、１１には、二枚
の基板２、３の間に封入されたカイラル剤を含む液晶１
４とＵＶキュアラブル液晶とを、当該基板２、３と平行
な方向に配向させる配向処理を施す。キュアド高分子１
５は、配向する際は液晶相であるが、その後、光重合反
応により硬化されることにより、その配向状態が保たれ
たまま固定化され、電場応答できなくなる。よって、キ
ュアド高分子１５は、その後、電界が印加されても、配
向方向が電界方向に揃うことはない。また、液晶１４
は、配向状態が固定されていない為、電界を印加すると
電界方向に揃うことになる。

【００２６】従って、電界無印加の場合、キュアド高分
子１５と液晶１４の配向方向は、基板２、３に対して平
行方向に一致する状態となり、この状態において、両者
の屈折率を一致させることにより、上記表示素子は透明
状態となる。また、透明電極７、１０の間に電源を接続
して、液晶・高分子複合層２０に電界印加すると、液晶
１４の配向方向が電界方向に揃うため、液晶１４とキュ
アド高分子１５と界面で屈折率の不一致により光散乱状
態となり、表示素子は白濁状態となる。

【００２７】尚、キュアド高分子１５としては、液晶相
のＵＶキュアラブル液晶を二枚の基板２、３の間に封入
した後、ＵＶを照射して重合すると、液晶と相分離で
き、高分子の針状連続体マトリックスを形成するもので
あれば、本発明に適用可能である。

【００２８】次に、上記図１に示す高分子分散型液晶表
示装置の作製方法について説明する。まず、二枚の透明
な基板２、３の表面に、透明電極７、１０を蒸着法によ
り形成した。更に、透明電極ＩＴＯ７、１０の表面にポ
リイミドとして、ＳＥ−１５０（商品名、日産化学社
製）の２％溶液を２０００r.p.m.にてスピンコートして
配向膜９、１１とした。その後、配向膜９、１１の形成
された二枚の基板２、３を１５０℃にて焼成した。焼成
後、配向膜９、１１の表面に配向処理を施した。配向処
理として、表面を一方向にラビング処理を行なった。ラ
ビング方向は二枚の基板２、３を組み合わせたときにラ
ビング方向が平行となるようにした。

【００２９】これら二枚の基板２、３の配向膜９、１１
を向かい合わせて間隙が４．５μｍになるように固定し
た。以下、この隙間をセル厚と呼ぶ。この間隙中にＵＶ
キュアラブル液晶と液晶を８５：１５の割合で相溶して
混合したものを封入した。液晶としてはΔｎ＝０．１２
６のＺＬＩ−１５６５（商品名，メルク社製）を使用し
た。引続き、ＵＶキュアラブル液晶と液晶の混合物を徐
冷し、室温にて紫外線を照射してＵＶキュアラブル液晶
を重合して硬化させると共に、液晶１４とキュアド高分
子１５として相分離させた。

【００３０】上記のようにして製造された表示素子の動
作原理について、図２を用いて説明する。図２に示す液
晶、キュアド高分子は、ほぼ同様の屈折率異方性を示す
ものを利用しており、配向方向と平行方向における屈折
率は１．５程度、配向方向と垂直方向の屈折率は１．６
３程度である。従って、図２（Ｂ）に示すように、電界
無印加時には、液晶がキュアド高分子と同方向に配向し
ている為、上下の基板と垂直方向な方向における液晶と
キュアド高分子の屈折率は一致する。従って、この時、
素子はほとんど透明な状態となり、透過率は９０％とな
った。

【００３１】一方、上下の電極との間に電源を接続し
て、高分子・液晶複合層に電界印加すると、図２（Ａ）
に示すように、キュアド高分子の配向方向はそのままで
あるのに対し、液晶だけが電界方向、つまり、上下の基
板に対して垂直な方向に配向する。このため、原理的に
は、上下の基板と垂直な電界方向において、キュアド高
分子の屈折率は１．６３程度のままであるのに対し、液
晶の屈折率は１．５程度となる。従って、電界方向にお
ける液晶とキュアド高分子での屈折率の差は０．１３程
度生じることとなり、上下の基板と垂直な方向から入射
した光は散乱することになる。そこで、二つの電極間に
６０Ｈｚ、７Ｖなる交流電界を印加したところ、高分子
と液晶の屈折率の差により、白濁状態となった。電圧無
印加と電圧印加による透過状態と透明状態とのコントラ
スト比は、１０程度以上と良好な値が得られた。

【００３２】また、この液晶表示素子の液晶・高分子複
合相２０をエタノールで洗浄し、液晶を洗い流してか
ら、基板に張り付く形で残された高分子を走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察したところ、図３に示す写
真のように、方向性（異方性）を有する３次元的に連続
な繊維状で、ネットワーク状の高分子の形成を確認する
ことができた。

【００３３】なお、上記実施形態では、カイラル剤を液
晶のみに添加した場合を述べたが、ＵＶキュアラブル液
晶のみでも良く、さらに両方に添加しても良い。このと
き、どちらの場合においても、液晶層の液晶とＵＶキュ
アラブル液晶が、上下の基板のラビングの通りにツイス
ト配向し、良好な表示が行えることを確認した。

【００３４】また、液晶とＵＶキュアラブル液晶とを加
熱相溶して混合すると共に前記液晶及びＵＶキュアラブ
ル液晶を同一方向に配向させ、その後、冷却して液晶相
にし、電界あるいは磁界を印加しながら、前記液晶と前
記ＵＶキュアラブル液晶とを共に電界あるいは磁界を印
加した配向状態を保ったまま硬化・相分離した場合も同
様な液晶表示素子を作製することができた。

【００３５】また、ＲＧＢのカラーフィルターを通して
液晶セルにＵＶを照射した場合も、同様な効果を有する
液晶表示素子が容易に作製でき、信頼性の高い良好なカ
ラー表示を行うことができた。

【００３６】＜実施形態２＞第２に、反射型の高分子分
散型液晶表示装置についての実施形態を示す。基本的構
成は、図１に示す実施形態１と同様である。ただし、図
１の一方の基板２上の電極７として、透明導電性材料に
代えて、アルミニウム等の金属材料を使用する。従っ
て、表示素子に入射した光は、反射層である電極７で反
射するため、液晶・高分子複合層を往復することにな
る。

【００３７】次に、液晶・高分子複合層の表面および断
面の形状をＳＥＭを用いて観察した。その結果、液晶層
中の高分子の形状が非常に特徴的であり、この形状が反
射特性に大きな影響を与えることを、本願発明者らは見
いだした。このＳＥＭ像の代表例（写真）を図３に示す
が、液晶・高分子複合層２０の中で、高分子相では複屈
折性を示すキュアド高分子が、液晶と同様に平行もしく
はツイスト配向して、キュアド高分子の配向方向に細長
く向きの揃った繊維状のマトリックスを形成し、さらに
この繊維状のマトリックスが凝集して３次元的に連続し
たネットワークを形成していた。このネットワークの形
状は、繊維状のマトリックスがラビング方向に伸びるよ
うに異方性を有しており、かつ、そのマトリックス間に
は、ラビング方向に面長な形状に間隔が開いている。ま
た、このネットワークは、基板面から見て、ラビング方
向と垂直方向に、繊維状マトリックスの幅を取ると、そ
の平均幅が０．２〜５μｍ程度であり、かつ繊維状マト
リックス間の平均空隙間隔が、基板面から観察して、ラ
ビング方向に面長な形状に形成されていた。

【００３８】また、液晶相はドロップレット形状ではな
く、３次元的に連続な相として形成されていた。そし
て、このように形成された高分子の相を有する反射型液
晶表示装置は、駆動電圧が低く、応答速度も十分に早い
ことを確認した。

【００３９】次に、背面にミラーを配置した構造におい
て、その反射特性を測定した結果、その特性が高分子１
５の構造に大きく依存していることを、本願発明者らは
見いだした。即ち、図４に示すように、３次元的に連続
なネットワーク状に形成された繊維状の高分子の、基板
面から見てラビングとは垂直方向にとったマトリックス
の平均幅が２μｍ以下で、繊維状のものがあまり凝集せ
ず、均一に分散された場合は強い散乱反射が得られる
が、２μｍ以上になると、急激に反射強度が低下してし
まうことが解った。さらに、ネットワークを構成する繊
維状のキュアド高分子間の平均空隙間隔が基板面から観
察すると、長軸２〜５μｍ、短軸０．５〜２μｍ程度の
ラビング方向に面長な形状である場合が最も強い散乱反
射が得られた。

【００４０】ここで、キュアド高分子の形状は紫外線を
照射するパワーにより制御可能であった。例えば、照射
パワーを大きくすると、繊維状のマトリックスの幅が比
較的狭くなり、照射パワーを小さくすると繊維状マトリ
ックスの幅が比較的太くなる。さらに、セル厚やキュア
ド高分子と液晶との相互作用の強弱に因っても形状は影
響されることが解った。よって、液晶材料やセル厚に応
じて、望ましい繊維形状が得られるように、紫外線照射
パワー等を適宜設定しする必要がある。

【００４１】次に、背面にミラーを配置した構造におい
て、散乱性を向上させる為に、液晶１４の屈折率異方性
Δｎとセル厚ｄの積であるリターデーション△ｎｄに依
存性があることを本願発明者らは見出した。その関係を
図５に示す。散乱性そのものは液晶の屈折率異方性が大
きいほど高くなることを確認している。しかしながら、
背面に鏡面ミラーを配置し、図１のように光の入射側に
屈折率１．５の物質が接した場合には、液晶層の散乱が
強すぎる（Δｎｄ＞１．３）と、光が液晶層から射出す
る際にこの大部分が全反射され、再び反射ミラーに戻っ
てしまうため、クロストークの生じた表示になる。そこ
で、反射ゲインが高く、散乱においてもクロストークが
生じないような良好な反射特性を得るためには、液晶層
の△ｎｄ値が０．３μｍから１．３μｍの範囲であるこ
とが望ましい。

【００４２】また、本願発明者らはＵＶキュアラブル液
晶の△ｎと液晶の△ｎを必ずしも合わせる必要の無いこ
とも見いだしている。例えば、△ｎ＝０．１３０のＵＶ
キュアラブル液晶に対して、△ｎ＝０．０８７のＳＤ−
５０７８（商品名チッソ社製）を用いても初期状態で
散乱は殆ど起こらないことを確認している。

【００４３】また、ＵＶキュアラブル液晶の含有量につ
いても本願発明者らは検討した。図１の構成のセルの背
面にミラーを配置し、液晶と、ＵＶキュアラブル液晶の
割合を変えて２０Ｖの電圧を印加して、反射ゲインを測
定した結果を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】この結果より、ＵＶキュアラブル液晶の含
有量は、液晶・高分子複合層の５％から３０％で、ある
程度の反射ゲインが得られるが、含有量がこれより多い
と電界に対して応答しにくくなり、また、これより少な
いと散乱性が低下することがわかる。その結果、好まし
くは７％から２０％程度の含有量が適当である。

【００４６】本実施形態では、電極７が反射層を兼ねて
いたが、電極７の他に反射層を付加するようにしても良
い。本実施形態では平行配向のみについて記述したがツ
イストした液晶・高分子複合層でも同様な効果があるこ
とを確認している。また、任意形状のマスク、例えば１
μｍ毎のストライプ状のマスクパターンをストライプが
ラビング方向と平行になるように配置して、ＵＶ光を照
射した場合は、キュアド高分子の繊維状マトリックスの
一つ一つがより均一な形状となって連続体を形成するた
め、透過状態の表示性能が向上し、また、閾特性もより
急峻になって、良好な表示を行うことができた。さら
に、マスクを用いて、ＵＶ硬化した場合、マスクなしで
硬化する場合に比べ、同じ電圧では、わずかながらも反
射ゲインが高くなることを確認した。この結果を図６に
示す。

【００４７】＜実施形態３＞本発明の第３の実施形態に
係る高分子分散型液晶表示装置を図７に示す。本実施形
態では、液晶に二色性色素を添加し、更に、一方の電極
が反射層を兼ねたものである。

【００４８】この素子の作製法について説明する。先
ず、二枚の基板２、３に電極７、１０を蒸着法により形
成した。電極７は反射層を兼ねるため、アルミニウムを
使用した。電極１０は、透明電極ＩＴＯとした。電極
７、１０上にポリイミドとしてＳＥ１５０（商品名、日
産化学（株）製）の２％溶液を２０００r.p.m.にてスピ
ンコートして配向膜９、１１とし、更に１５０℃にて
焼成した。その後、配向膜９、１１の表面をラビング処
理した。

【００４９】これら二枚の基板２、３の配向膜９、１１
を向かい合わせて、セル厚が５μｍになるようにした。
この間隙にＵＶキュアラブル液晶と液晶を重量比１５：
８５で１００℃にて混合して封入した。ＵＶキュアラブ
ル液晶は実施形態１と同様なものを使用した。液晶とし
ては、黒色の色素がすでに混入してあるＺＬ１−１５６
５とＵＶキュアラブル液晶の混合物を徐冷して、これら
を配向させ、更に紫外線を照射してＵＶキュアラブル液
晶を重合すると共に液晶１４とキュアド高分子１５とし
て相分離させた。

【００５０】このようにして製造された表示素子の動作
原理について説明する。図７に示す高分子１５、液晶１
４は、同様の屈折率異方性を示し、配向方向と平行方向
における屈折率は１．５程度あり、配向方向と垂直方向
の屈折率は１．６３程度である。従って、図７（Ｂ）に
示すように電界無印加時には、液晶１４がキュアド高分
子１５と同方向に配向している為、基板２、３と垂直方
向な方向における液晶１４とキュアド高分子１５の屈折
率は一致する。ここで、二色性色素１６は、液晶１４に
添加され、液晶１４と同方向に配向する為、液晶１４の
配向方向、つまり、基板２、３に対して垂直な方向から
入射した光を最も効果的に吸収する。従って、電圧無印
加時は、この二色性色素１６の色である黒色が表示され
ることになる。

【００５１】一方、図７（Ａ）に示すように電極７、１
０との間に電源を接続して、液晶・高分子複合層に電界
を印加すると、キュアド高分子１５の配向方向はそのま
まであるのに対し、液晶１４だけが電界方向、つまり、
基板２、３に対して垂直な方向に配向する。このため、
基板２、３と垂直な電界方向において、キュアド高分子
１５の屈折率は１．６３程度のままであるのに対し、液
晶１４の屈折率は１．５程度となる。従って、電界方向
におけるキュアド高分子１５と液晶１４での屈折率の差
は０．１３程度となり、基板２、３と垂直な方向から入
射した光は散乱することになる。ここで、二色性色素１
６も液晶１４と同方向、つまり、電界方向に配向する
為、電界方向においては色素の吸収はなくなり、白濁す
る。

【００５２】ここで、カイラル成分をネマチック液晶１
４に混合しないと、基板２、３に対して垂直に入射する
光のうち、液晶１４の動き得る平面、つまり、図７にお
ける紙面と平行な面に振動方向を持つ偏光のみ変調を受
けるため、十分な暗表示が得られず、コントラストを向
上させることができない。本実施形態のようにカイラル
成分を液晶１４に混合すると、基板２、３に対して垂直
に入射する光のうち、液晶の動き得る平面に対して平行
以外の方向に振動方向を持つ偏光に対しても有効に変調
がかかって暗表示がより沈むためにコントラストを向上
させることができる。

【００５３】そこで、上記表示素子の電気光学特性を測
定した。二つの電極間に６０Ｈｚの交流電界を印加し、
電圧値を変化させた時の電圧値と反射率の関係を測定し
たところ、従来の反射型高分子分散型液晶表示装置の電
気光学特性に比べ、駆動電圧が約１０分の１になり、見
栄えも改善されている。電極７、１０を文字の形状とし
ておけば、この表示素子は黒い鏡の中に白い文字が浮き
でるように表示される。

【００５４】尚、液晶としては、上記実施形態に示すも
のに限らず、また、表１からも分かるように、液晶の含
有量は全体に対して８０〜９３％が最適である。液晶含
有量がこれより少ないと電界に対して応答しなくなり、
また、これより多いと電界印加状態における散乱の強度
が十分でなくなる。

【００５５】本発明は、ＭＩＭ素子、あるいはＴＦＴ素
子などのアクティブ素子と組み合わせて明るい大容量コ
ンピュータディスプレイ、調光素子、ライトバルブ、調
光ミラーなどに応用が可能である。

【００５６】本実施形態は、実施形態１において液晶中
に二色性色素１６を入れたゲストホスト反射型表示素子
である。基本的構成は、図１に示す実施形態１と同様で
ある。但し、液晶の中に二色性色素としてＳ−３４４
（製品番号，三井東圧染料社製）を２％添加した。Ｓ−
３４４の色素の色は黒色である。

【００５７】この素子の動作原理を図８を参照して説明
する。この素子に入射する自然光１３は二つの偏光成分
に分かれる。一つはキュアド高分子の配向方向と平行な
偏光１３ａ、もう一つはキュアド高分子の配向方向と垂
直な偏光１３ｂである。この素子に電圧を印加しない場
合、図８（Ｂ）に示すように、液晶とキュアド高分子の
屈折率は等しい。しかし、液晶・高分子複合層に入射し
た自然光１３のうち、色素分子の配向方向と同じである
偏光１３ａは、黒色の色素に効率良く吸収され反射光強
度は０に近い。一方、液晶・高分子複合層に入射した自
然光１３のうち、色素分子の配向方向と垂直である偏光
１３ｂは、あまり吸収されず通過する。通過した偏光１
３ｂは、反射層により反射する前後において、位相差板
１７を往復して通過する為、偏光方向は９０度回転され
る。その後、液晶・高分子複合層に入射する時、黒色の
色素に効率良く吸収されるため、こちらも反射光強度は
０に近い。

【００５８】この素子に電界を印加すると、図８（Ａ）
に示すように色素分子は液晶分子によって電界方向に配
向され、偏光１３ａ、１３ｂもほとんど吸収されること
はない。この為、図２（Ａ）と同様に、偏光１３ａ、１
３ｂは、液晶・高分子複合層を往復して通過する際に、
液晶とキュアド高分子の屈折率の差により、それぞれ散
乱するため、本実施形態の表示素子は、自然光１３に対
する散乱効率は従来のものと比べ２倍になる。

【００５９】＜実施形態４＞本発明の他の実施形態とし
て、ガラス基板２、３の間で４５度ツイストしたネマテ
ィック液晶（例として、メルク社製、商品名ＺＬＩ−１
５６５）を液晶・高分子複合層２０として用い、セル厚
を２．０μｍにした場合を説明する。他の構成要素は図
１に示す構成と同様な構成を用いた。

【００６０】基板２、３の表面にＳＥ−１５０（日産化
学社製）からなる上下配向膜９、１１を形成し、ラビン
グ配向処理を行う。両基板２、３間に左ねじれカイラル
剤Ｓ−８１１（メルクジャパン社製）を適量添加した誘
電異方性が正のネマティック液晶１４（商品名ＺＬＩ−
１５６５メルクジャパン社製）とＵＶキュアラブル液
晶からなる液晶層を充填し、層厚２μｍの液晶・高分子
複合層２０として挟持し、その後ＵＶ光を照射して液晶
表示素子を作製した。液晶・高分子複合層２０は電圧無
印加時には左ねじれ４５度ツイスト配向になる。本実施
形態では図９に示す光学配置図において、βを２２．５
度、θを４５度に設定してある。

【００６１】このようにして得た液晶表示素子を３０度
入射の垂直受光の光学系を用いて、面内α方向の明状態
の反射率を測定した。ただし、αの０度方向を上方向の
ラビング軸Ｒ１と直交する方向に定める。偏光板を配置
した時と偏光板無しの時の２つの場合を示す。このよう
にねじれ角４５度のほぼ１／２にあたるαが２２．５度
のところで、明るさが最大８０％になっていることが判
った。単純に偏光板を配置するというだけで反射率は１
／２以下にはならず、明るい表示を実現できることを見
いだした。この方向に観察者の位置があると、格段に明
るい表示が可能となる。尚、この場合は標準白色板を１
００％としている。この方向で駆動したところ、その結
果を図１１に示すが、この図において、縦軸は反射強度
で、横軸は印加電圧を示す。例えば、電圧無印加（横軸
０Ｖ）の場合、反射率１．５％の暗状態のノーマリーブ
ラックとなり、電圧１０Ｖ印加の場合、反射率８７％が
得られた。すなわち、正面でコントラスト比が５８程度
で、ヒステリシスも小さい表示が得られた。実施形態１
と同様な原理により、散乱無しの暗状態と散乱状態の明
状態が実現される。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、コントラストが良好
で、閾特性にすぐれ、表示品質が均一で、反射型表示と
して駆動電圧を低下させることができ、信頼性の高い高
分子分散型液晶表示装置得ることができる。また、この
素子を容易に製造するための製造方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る高分子分散型液晶表示装
置の構造断面図である。

【図２】第１の実施形態に係る高分子分散型液晶表示装
置の動作原理の説明図である。

【図３】本発明による液晶表示素子の液晶・高分子複合
相において、基板に残された高分子を観察した走査型電
子顕微鏡写真である。

【図４】本発明による繊維状高分子の平均幅と反射ゲイ
ンの特性図である。

【図５】本発明による反射ゲインのリターデーション依
存性を表す図である。

【図６】本発明によるＵＶ照射によるマスク照射と反射
ゲインとの相関を表す図である。

【図７】第３の実施形態に係る高分子分散型液晶表示装
置の構造断面図である。

【図８】第３の実施形態に係る高分子分散型液晶表示装
置の動作原理の説明図である。

【図９】第４の実施形態に係る高分子分散型液晶表示装
置の光学的配置の説明図である。

【図１０】第４の実施形態に係る高分子分散型液晶表示
装置のコントラストとヒステリシスおよび反射ゲインの
特性図である。

【符号の説明】

２、３基板７透明電極もしくは反射電極９、１１配向膜１０透明電極１３自然光１３ａキュアド高分子の配向方向と平行な偏光１３ｂキュアド高分子の配向方向と垂直な偏光１４液晶１５キュアド高分子１６二色性色素１７位相差板２０液晶・高分子複合層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶とＵＶキュアラブル液晶とが相溶し
た状態では液晶相であり、前記液晶と前記ＵＶキュアラ
ブル液晶とをＵＶで硬化・相分離させると液晶・キュア
ド高分子複合相を形成し、該液晶・キュアド高分子複合
層は二枚の配向膜を具備する基板の間に挟持され、少な
くとも一方の基板の内側面に透明電極を具備し、かつ、
電界印加により前記液晶を電界方向に配向させると光散
乱状態となり、前記液晶及び前記キュアド高分子は、電
界無印加時には同一方向に平行あるいはツイスト配向し
てなることを特徴とする高分子分散型液晶表示装置にお
いて、前記液晶・キュアド高分子複合層のうち、液晶層
は連続し、かつ高分子層は複屈折キュアド高分子層が複
屈折性を示し、かつ３次元的に連続した繊維状マトリッ
クスとして形成されてなることを特徴とする高分子分散
型液晶表示装置。
【請求項２】前記３次元的に連続した繊維状マトリッ
クスのキュアド高分子の、基板から見てラビング方向と
は垂直方向にとったマトリックスの平均幅が２μｍ以下
であることを特徴とする請求項１記載の高分子分散型液
晶表示装置。
【請求項３】前記３次元的に連続した繊維状マトリッ
クスのキュアド高分子間の平均空隙間隔が長軸２〜５μ
ｍ、かつ短軸０．５〜２μｍに分布し、かつラビング方
向に面長な形状であることを特徴とする請求項１または
請求項２記載の高分子分散型液晶表示装置。
【請求項４】前記液晶に対する前記キュアド高分子の
割合が５〜３０％であることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の高分子分散型液晶表示装置。
【請求項５】前記液晶の複屈折Δｎと前記２枚の基板
間の距離ｄの積であるリターデーションΔｎ×ｄの値が
０．３０から１．３０μｍの範囲であることを特徴とす
る請求項１乃至請求項４記載の高分子分散型液晶表示装
置。
【請求項６】前記液晶、もしくは前記ＵＶキュアラブ
ル液晶の少なくともどちらか一方が、カイラル成分を含
有することを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の高
分子分散型液晶表示装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項６記載の高分子分散
型液晶表示装置において、液晶とＵＶキュアラブル液晶
とを加熱相溶して混合すると共に前記液晶及びＵＶキュ
アラブル液晶を同一方向に配向させ、その後、冷却して
液晶相にすることにより、前記液晶と前記ＵＶキュアラ
ブル液晶とを共に配向状態を保ったまま硬化・相分離す
ることを特徴とする高分子分散型液晶表示装置の製造方
法。
【請求項８】請求項１乃至請求項６記載の高分子分散
型液晶表示装置において、液晶とＵＶキュアラブル液晶
とを加熱相溶して混合すると共に前記液晶及びＵＶキュ
アラブル液晶を同一方向に配向させ、その後、冷却して
液晶相にし、電界あるいは磁界を印加し、前記液晶と前
記ＵＶキュアラブル液晶とを共に配向状態を保ったまま
硬化・相分離することを特徴とする高分子分散型液晶表
示装置の製造方法。
【請求項９】吸収型カラーフィルターを通して、また
は、液晶セルの上に任意形状のマスクを配置してＵＶ照
射することを特徴とする請求項７または請求項８記載の
高分子分散型液晶表示装置の製造方法。