JP2778297B2

JP2778297B2 - 反射型液晶表示素子およびその駆動方法

Info

Publication number: JP2778297B2
Application number: JP3202043A
Authority: JP
Inventors: 英徳池野
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-08-13
Filing date: 1991-08-13
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JPH0545672A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射型液晶表示素子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バックライトを用いることができない反
射型液晶ディスプレイを構成するには、液晶パネル部の
外部から液晶素子に入射する自然光のみを利用すること
によって自然な感じに見えるようにするために、偏光板
を用いないことが前提となる。このような表示を行うた
めには、表示方式はゲスト・ホスト型もしくは散乱型が
有望とされる。このうち、前者のゲスト・ホスト型の調
光子を用いた反射型液晶パネルは、図１（ａ）に示すよ
うに構成されている。即ち、一方の透明基板１の表面に
透明電極２が形成されており、他方の基板６には、透明
電極２の対向位置に透明電極４と光反射層５を積層して
形成されている。そして、この透明電極２と透明電極４
との間に形成されている間隙にゲスト・ホスト型の液晶
が封入され調光層３を形成した構造を有している。な
お、この構成例の場合における光反射層５は、完全拡散
面（＝白）ばかりでなく、特定の光の波長成分を選択反
射させるようなフィルター効果を付加することによって
不完全ながらもカラー表示が可能となる。このような構
造を持った液晶ディスプレイデバイスの開示例として
は、調光層３として黒染料ゲスト・ホスト型高分子分散
型液晶を用いて構成されたものがＤＩＳＰＬＡＹＳ誌の
１９９１年１月号２頁に記載されている。この構造にお
いては、透明基板１を透過した入射光は、透明電極２と
調光層３と透明電極４とを透過して光反射層５で反射
し、その反射光は前記コースとは逆のコースを進んで透
明基板１より外に出射する。このようなコースをとった
光は、例えば、光反射層が完全拡散面を持つ場合には反
射光に波長依存性がなくなり白色表示が可能となる。一
方、調光層３が光吸収状態となっている場合には外部か
らの入射光は透明基板１および透明電極２を透過し調光
層３により吸収されてしまい黒表示が可能となる。従っ
て、この構造を持つディスプレイにおいては白黒表示が
可能となる。

【０００３】また、別の開示例としては図１（ｂ）に示
したような、透明基板１の表面に透明電極２が形成さ
れ、他方の基板６には、透明電極２の対向位置に透明電
極４と光吸収層７が基板６上に積層されて形成されてい
る。そして、この透明電極２と透明電極４との間に形成
されている間隙に液晶が挟持され調光層３を形成した構
造を有している。このような構造を持った液晶ディスプ
レイデバイスの開示例としては、調光層として高分子分
散型液晶を用いて構成されたものが、第１３回Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ講演予稿集，第２分冊，２１頁，
１９９０に記載されている。この構造においては、透明
基板１を透過した入射光は、調光層３が透明状態である
と透明電極２と調光層３と透明電極４とを透過して光吸
収層７で吸収され、その結果黒表示を得る。また、調光
層３が散乱状態であるならば、透明基板１を透過した入
射光は、透明電極２を透過して調光層３に入射する。こ
のとき、調光層３は散乱状態であるので入射した光は後
方散乱成分と前方散乱成分に分かれ後方散乱成分は透明
電極２と透明基板１を透過することによって外部に出射
する。一方、前方散乱成分は透明電極４を透過すること
によって光吸収層７に吸収され反射することはない。そ
の結果、この状態においては外部から観察した状態では
白く見え白表示が可能であり、以上の結果、調光層３が
透明状態か光散乱状態かの違いによって白黒表示が可能
となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の反射型白黒表示
液晶パネルは、調光層３に光吸収−光透過型を用いるか
（図１（ａ））もしくは透明−光散乱型を用いるか（図
１（ｂ））により大きく２種類に分けられる。このと
き、図１（ａ）の場合においては調光層３が光吸収−光
透過型であるために黒表示は問題がないが、白表示を行
う場合においては調光層３が完全に透明となり調光層３
の後方に位置する光反射層に対して外部からの入射光が
直接入射しなくてはならない。しかしながら、現在のゲ
スト・ホスト型の液晶表示装置によって調光層３を形成
すると２色性色素の２色比が大きくとれないため、調光
層３を光透過状態としても２０％〜３０％の光吸収が生
じてしまい、その結果、完全な白表示を行うことはでき
ずにグレー表示となってしまうため、視認性のよい白黒
表示を行うことができない。一方、図１（ｂ）の場合に
おいては調光層３が透明−光散乱変化型を用いるために
調光層３の透明度は９５％以上の値を取ることが可能で
あるため、調光層３を透明状態にした場合には外部から
の入射光は調光層３により散乱されることなく光吸収層
７に入射し吸収され、黒表示が可能となる。しかしなが
ら、図１（ｂ）の場合において白表示は、調光層３を光
散乱状態にすることにより入射した光が調光層３により
光が入射した方向に散乱光が出射（後方散乱）すること
により得ることになるが、調光層３の光散乱強度が弱い
と入射光の一部は調光層３を突き抜けてしまい光吸収層
に達し吸収されてしまう。特に、液晶によって作成され
る透明−散乱変化型の調光層はこの後方散乱強度が弱
く、入射光のかなりの部分が調光層３を突き抜けてしま
う。従って、外部から観察すると、スリガラスを通して
黒い表示を見ているのと同じとなってしまうため、完全
な白表示ということはできない。

【０００５】本発明においては、上記従来の反射型ディ
スプレイにおいては不可能であった、高コントラストの
白黒表示を光透過−光吸収変化層と光散乱−透明変化層
とを組み合わせることによって可能とする液晶素子を提
供することにより、表示品位の高い反射型白黒液晶パネ
ルの提供を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、電極
と、光散乱状態と透明状態とを外部電場により制御可能
な第１の調光層と、透明な層間分離膜と、光吸収状態と
透明状態とを外部電場により制御可能な第２の調光層
と、前記電極に対向する電極と、前記基板に対向する基
板とを光の入射側からこの順に設け、前記第１の調光層
および前記透明な層間分離膜、前記第２の調光層を透過
した光を反射する光反射層を、光の入射側からみて前記
第２の調光層よりも後ろに設けたことを特徴とする反射
型液晶表示素子である。

【０００７】第１の調光層は、光散乱状態と透明状態を
電界の印加により遷移させることができればよく、例え
ば、高分子分散液晶やネマティック液晶によるＤＳＭ方
式、スメクティックＡ層におけるＤＳＭ方式、強誘電性
液晶による散乱透明変化、コレステリック層におけるフ
ォーカルコニック組織の散乱状態を利用するなどが可能
である。

【０００８】第２の調光層は、光吸収状態と透明状態を
電界の印加によって遷移させることができればよく、２
色性色素を液晶に混合し分散させたゲスト・ホスト型の
液晶素子であれば利用することが可能となる。例えば、
コレステリック液晶と黒色２色性色素を混合し電界を印
加することによってネマティック−コレステリック相転
移を生じさせる方式、液晶成分に２色性色素を混合し分
散させたものをさらに高分子中に分散させた構造を持つ
高分子分散型ゲスト・ホスト液晶等が用いられる。

【０００９】なお、上記における高分子分散液晶とは液
晶材料が硬化物中に分散していても硬化物が液晶材料中
に３次元ネットワーク状に存在していてもかまわないも
のとする。

【００１０】透明性固体物質が液晶材料中に粒子状また
はネットワーク状に存在していることを特徴とする液晶
光学素子において、透明性固体物質としては、ガラスビ
ーズや各種高分子のビーズなどが用いられる。高分子物
質としては、ポリエチレン，ポリメタクリル酸メチル，
ポリスチレン，ポリアミド，ポリ塩化ビニルおよびそれ
らの共重合体等があり、望ましくは液晶材料に溶解せ
ず、その屈折率が液晶材料の常光屈折率（ｎ_o）または
異常光屈折率（ｎ_e）、または液晶材料がランダムに配
向した場合の屈折率（ｎ_LC）のいずれかと一致または近
いものであればよい。

【００１１】液晶材料が透明性固体物質中に分散してい
ることを特徴とする液晶光学素子においては、透明性固
体物質としては、ポリビニルアルコール，ポリビニルホ
ルマール，ポリメタクリスタル酸メチル，ポリスチレン
等の各種高分子物質が用いられ、液晶材料と相分離し、
その屈折率が液晶材料の常光屈折率（ｎ_o）または異常
光屈折率（ｎ_e）または液晶材料がランダムに配向した
場合の屈折率（ｎ_LC）のいずれかと一致または近いもの
であればよい。

【００１２】第１の調光層および第２の調光層は個々に
基板で挟持する形態をとることもできる。すなわち、図
４（ａ）に示すように、調光層１７を透明電極１６，１
８付きの基板１５，１９で挟んだ液晶セルを、図４
（ｂ）の様に積層する構成とすることもできる。この場
合においては、液晶セル２０，２１の間にある透明基板
が図２における層間分離膜９として作用するために特別
に層間分離膜を設ける必要性はない。しかし、図５に示
すように第１の調光層２５、第２の調光層２７の少なく
ともどちらか一方を高分子分散液晶のような自立可能な
固体形状をとる液晶とすることにより基板の枚数を減ら
すことができ、光透過率を上げることができる。

【００１３】本発明の電極はＩＴＯ等の可視光量域にお
いて光吸収がきわめて低く導電性を示す物質であればよ
い。また、電極の形状は、基板上に一様に形成されてい
てもよいし、特定画素形状に形成されていてもよいし、
上下基板に短冊上に形成されていてもよい。さらに、各
画素ごとにトランジスター，ダイオードなどのアクティ
ブ素子を付加してもよい。

【００１４】層間分離膜は、第１の調光層と第２の調光
層の液晶成分が混合しないために設けるので、少なくと
も可視光量域において透明であればよく、例えば、ガラ
ス，高分子フィルム等を利用することが可能である。ま
た、場合によっては、光硬化性の樹脂や熱硬化性の樹脂
の前駆体をスピンコート法や印刷法により形成し、紫外
線を照射する。または、熱を印加する等の後工程を経る
ことで層間分離膜を形成してもかまわない。

【００１５】基板は、ガラス基板やポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）フィルムなどのように可視光量域の
光を透過する基板を用いる。

【００１６】光反射層は、入射した光を反射する物質に
よって構成されていればよい。具体的には、金属，誘電
体反射膜等が利用可能である。望ましくは、銀，アルミ
ニウム，クロム，スズ，ニッケル，タンタル等の反射率
が高く、かつ波長依存性のない物質を反射膜として用い
るのがよい。

【００１７】光反射層の位置は、第２の調光層と電極と
の間に設けても、電極と基板の間に設けても基板の下に
設けてもよい。また、光反射層を基板として用いてもよ
いし、光反射層を金属などの導電性材料で作製すること
により光反射層と電極を一体化してもよい。光反射層が
基板よりも光路上前に位置する場合には、基板は透明で
ある必要はなく、金属は半導体、プラスティック等の不
透明基板であってもよい。同様に光反射層が電極より光
路上前に位置する場合には、電極は透明である必要はな
い。

【００１８】この白黒液晶表示素子の駆動方法は、黒表
示を行うときは、第１の調光層を透明状態にし第２の調
光層を光吸収状態とすることにより行う。また、白表示
を行うときは、第１の調光層を光散乱状態とすることを
特徴とする。白表示を行うときの第２の調光層は光吸収
状態でも透明状態でもよいが、望ましくは透明である方
がよい。

【００１９】各調光層を個々に電極付き基板で挟持する
場合には、各調光層を独立に制御することで上記駆動方
法は簡単に実現可能である。

【００２０】各調光層に高分子分散液晶を用い、２層の
調光層を一対の電極で挟持して制御する場合には、図３
（ａ）または（ｂ）に示す様な特性を持つ素子により実
現することが可能となる。図中、１３は第１の調光層の
光透過度特性を、１４は第２の調光層の光透過度特性を
示す。

【００２１】図３（ａ）では、第１の調光層は電圧無印
加時に光透過状態を示し、所定のしきい値以上の電圧印
加で散乱状態に変化し、第２の調光層は電圧無印加時に
光吸収状態を示し、第１の調光層のしきい値電圧と独立
に決定される所定のしきい値以上の電圧印加で光透過状
態に変化する。その結果印加電圧を０から次第に上げて
いくと図３（ａ）のように第１の調光層および第２の調
光層のしきい電圧が一致した場合においては黒表示，中
間調表示，白表示と変化する。このような特性を示す素
子としては、第１の調光層を誘電率異方性が負のまたは
正負両方の値をとる液晶を用いて構成し、第２の調光層
を誘電率異方性が正の値をとる液晶に対して黒の２色性
色素を混合したものを用いて構成する。ここで、第１の
調光層は、電圧無印加時に透明状態となるように液晶を
配向させる。これには、誘電率異方性が負または正負両
方の値をとることができる液晶材料と光硬化性化合物と
の混合溶液に電場または磁場の少なくとも一方を印加し
ながら光を照射し硬化させ第１の調光層を形成すればよ
い。

【００２２】図３（ｂ）では、第１の調光層は電圧無印
加時に光散乱状態を示し、所定のしきい値以上の電圧印
加で透明状態に変化し、第２の調光層は電圧無印加時に
光透過状態を示し、第１の調光層のしきい値電圧と独立
に決定される所定のしきい値以上の電圧印加で光吸収状
態に変化する。その結果印加電圧を０から次第に上げて
いくと図３（ｂ）のように第１の調光層および第２の調
光層のしきい電圧が一致した場合においては白表示，中
間調表示，黒表示と変化する。このような特性を示す素
子としては、第１の調光層を誘電率異方性が正の値をと
る液晶を用いて構成し、第２の調光層を誘電率異方性が
負または正負両方の値をとる液晶に対して黒の２色性色
素を混合したものを用いて構成する。ここで、第２の調
光層は、電圧無印加時に光透過状態となるように液晶を
配向させる必要があるので、誘電率異方性が負または正
負両方の値をとることができる液晶材料と光硬化性化合
物との混合溶液に電場または磁場の少なくとも一方を印
加しながら光を照射し硬化させ第２の調光層を形成す
る。

【００２３】図３（ｂ）の特性は、図３（ａ）とは逆の
特性を有している。また、図３においては第１の調光
層，第２の調光層とも同じ電圧において光学応答の変化
が始まるように記してあるが実際には、両者のしきい電
圧はほとんどの場合において一致しない。この場合にお
いては、両者の内どちらかのしきい電圧を越えた時点で
光学応答は中間調表示に移行し、両方とも光学応答の変
化を終了したときに中間調表示から脱する。

【００２４】調光層として高分子分散液晶を用いる場合
には、次の方法により作製できる。電極の形成された基
板上にスクリーン印刷，オフセット印刷，凸版転写，凹
版転写，スピンコート法等の薄膜形成方法によって光硬
化性化合物と液晶材料の混合溶液を塗布し、光を照射す
ることによって硬化させて調光層を形成する。また、こ
の上に直接層間分離膜を形成する方法としては、上記印
刷法，染色法，顔料印刷法，フォトリソグラフィ法など
がある。

【００２５】

【作用】本発明の白黒表示素子では、外部より入射した
光は第１の調光層で散乱されるかまたは透過するかに分
かれ、第２の調光層で吸収されるか透過するかに分かれ
る。この２層の調光層が散乱状態にあるか透明状態にあ
るか、光吸収状態にあるか光透過状態にあるかという組
み合わせによって白，黒表示を行うことが可能となる。
以下に、本発明による白黒表示素子の作用を示す。

【００２６】図２は本発明の白黒表示素子の作用を説明
するための図である。本発明の白黒表示素子の構造上の
特徴は、第１調光層８を散乱−透明変化を起こす調光層
とし、第２調光層１０を光吸収−光透過変化を起こす調
光層とし、この間に層間分離膜９を配置し、自然光入射
方向１２と反対側に光反射層１１を設けた点にある。こ
の構造をとった場合には大きく分けて、層間分離膜９の
上下にある第１調光層８と第２調光層１０が、それぞれ
光散乱状態か、光透過状態か、光吸収状態か、光透過状
態かの組み合わせによって４状態が存在する。すなわ
ち、第１調光層８が透明状態、第２調光層１０が透過状態第１調光層８が透明状態、第２調光層１０が吸収状態第１調光層８が散乱状態、第２調光層１０が透過状態第１調光層８が散乱状態、第２調光層１０が吸収状態の４状態である。以下にそれぞれの状態についての作用
を説明する。

【００２７】の状態においては、第１調光層８が透明
状態であり、第２調光層１０が透過状態であるために入
射した光は第１調光層８，層間分離膜９，第２調光層１
０を透過し光反射層１１に達する。光反射層１１に達し
た光は反射され再び第２調光層１０，層間分離膜９，第
１調光層８を透過し液晶素子外部に出射する。その結
果、この組み合わせにおいては入射した光が単に反射さ
れるだけであるために表示状態を特定することはできな
い。よって、この組み合わせによる表示は意味をなさな
い。

【００２８】の状態においては、第１調光層８は透明
であるために光は第１調光層および層間分離膜９を透過
する。層間分離膜９を透過した光は第２調光層１０によ
って吸収される為に外部へ再び出射される光は生じない
ために、結果として黒表示を得ることが可能となる。

【００２９】の状態においては、第１調光層８は散乱
状態であるので入射した光の大部分は散乱され素子外に
再び出射する。一方、第１調光層８を突き抜けた一部の
光は第２調光層１０が透過状態であるために層間分離膜
９と第２調光層１０を突き抜け光反射層１１に達し光反
射層１１によって反射される。反射した光は再び第２調
光層１０，層間分離膜９を通り第１調光層８に再び入射
し、この第１調光層８に再度入射した光のうち前方散乱
光は外部へ出射し、後方散乱分は再び光反射層１１に達
しこの行程を繰り返す。よって、外部に出射する光は第
１調光層８によって散乱された光の中の後方散乱成分と
光反射層１１によって反射された光量の和となるため、
本発明による反射型白黒表示素子を用いると第１調光層
８として光散乱度の低い高分子分散型液晶素子などを用
いても十分な輝度を持つ白表示が可能となる。

【００３０】の状態においては、第１調光層８は散乱
状態であるので入射した光の大部分は散乱され素子外に
再び出射する。一方、第１調光層８を突き抜けた一部の
光は第２調光層１０が吸収状態であるために層間分離膜
９を通り抜け第２調光層１０に吸収され、外部より観察
した場合に見られる光は第１調光層８によって散乱され
た光のみである。その結果、この場合においても白の表
現が可能であるということも可能であるが、第１調光層
に用いることのできる光散乱−透明変化型液晶素子は光
散乱強度が低く第１調光層を透過する光の成分が多いた
めの状態を外部より観察すると白表示というよりも中
間調表示を行っているように感じられてしまう。よっ
て、このの状態は明度の高い白表示とはいえないため
不適である。

【００３１】以上の結果、黒表示を行うためにはの状
態を必要とし、白表示を行うためにはの状態でなくて
はならないということが判明した。

【００３２】第１調光層８および第２調光層１０の個々
に駆動電極が対応している場合には、各液晶の駆動モー
ドに応じて前記組み合わせを実現すればよいが、第１調
光層８よび第２調光層１０が一対の電極により共に挟持
され、独立に電極を持たない場合には、第１調光層８お
よび第２調光層１０のしきい値電圧特性を図３に示すよ
うに制御して、前記一対の電極で駆動させることができ
る。なお、動作説明においては第１調光層８として高分
子分散型液晶を、第２調光層１０としてはゲスト・ホス
ト型の液晶を分散させた高分子分散型液晶を用いるもの
とする。

【００３３】図３（ａ）は−の場合の印加電圧と光
透過度の関係を示す図である。ここでは第１の調光層は
液晶成分として誘電率異方性が負または正負両方の値を
とる液晶を、リバースモードで駆動している。一方、第
２の調光層は液晶成分として誘電率異方性が正の液晶を
用い、通常のモードで駆動している。ここでは説明を簡
単にするために図３（ａ）の特性図のように、第１の調
光層のしきい値電圧と第２の調光層のしきい値電圧が同
じ値であるとする。このような反射型の液晶素子に対し
て電圧を加えてゆくと、電圧無印加時には第１の調光層
は光透過状態を示し、第２の調光層は光吸収状態を示す
ので黒表示ができ、印加電圧を上げていき第１調光層お
よび第２の調光層のしきい値電圧を越えると、第１の調
光層は光透過状態より光散乱状態に変化し始め、第２の
調光層は光吸収状態より光透過状態に変化する。よって
この間においては第１の調光層、第２の調光層ともに状
態が確定していないために中間調表示が可能となる。さ
らに印加電圧を上げて行くと、第１の調光層，第２調光
層共に光学応答の変化が終了するため第１調光層は光散
乱状態となり、第２調光層は光透過状態となるので、白
表示が可能となる。

【００３４】図３（ｂ）は、−の場合の印加電圧と
光透過度の関係を示す図である。ここでは第１の調光層
は誘電率異方性が正の値をとる液晶を用い、通常のモー
ドで駆動している。一方、第２の調光層は誘電率異方性
が負または正負両方の値をとる液晶を用い、リバースモ
ードで駆動している。またここでも、説明を簡単にする
ために第１調光層と第２調光層のしきい値電圧は同じで
あるとする。このような反射型の液晶素子に対して電圧
を加えていくと、電圧無印加時には第１の調光層は散乱
状態を示し、第２の調光層は透過状態を示すので、白表
示ができる。電圧を印加し液晶層のしきい値電圧を越え
ると、第１の調光層は散乱状態より透明状態に、また第
２調光層は光透過状態より光吸収状態に変化し始めるた
めに、中間調表示が可能となる。さらに印加電圧を上げ
て行くと、第１調光層は透明状態を示し、一方、第２の
調光層は光吸収状態を示すために黒表示が可能となる。

【００３５】リバースモードの素子は、次のように作製
する。誘電率異方性が負または正負両方の値をとること
ができる液晶材料と光硬化性化合物との混合溶液に透明
状態となるような電場または磁場の少なくとも一方を印
加しながら光を照射し硬化させ調光層を形成する。電場
または磁場を印加して透明状態となるように液晶分子を
配向させた状態で光硬化性化合物を硬化させると、光硬
化性化合物の硬化後は液晶分子は界面のアンカーリング
により、電場または磁場を除いてもランダムな状態に戻
ることができず、固定化される。この状態は、誘電率異
方性が正の液晶では変えることができないが、誘電率異
方性が負の値をとり得る液晶では光散乱状態に変化させ
ることができる。

【００３６】例えば、クロスオーバー周波数ｆ_cが１０
ｋＨｚで、これ以下の周波数では誘電率異方性ΔεがΔ
ε＞０となり、これ以上の周波数でΔε＜０となる液晶
を用いたとする。光硬化性化合物を硬化させる際に、１
０ｋＨｚよりも低周波の電圧を基板間に印加しながら硬
化させると、液晶分子の方向は基板に対して垂直な方向
に固定される。このときの光透過状態が透明状態である
とすると、駆動時に１０ｋＨｚよりも高周波の電圧を印
加すれば光散乱状態に変化させることができる。

【００３７】また、ベンゼン環などの芳香族環をもつ通
常の液晶分子では、誘電率異方性Δεは分子形状により
正負いずれの値もとり得るが、磁化異方性Δχの値は正
の値しかとり得ない。このことから、誘電率異方性が負
の液晶を用いて液晶のフレデリックス転移点よりも十分
に強い磁場を基板と垂直な方向に印加しながら光硬化性
化合物を硬化させると、液晶分子の方向は基板と垂直な
方向に固定される。このときの光透過状態が透明状態で
あるとすると、駆動時に電圧を印加すると、液晶分子は
基板と平行な方向に向きが変わるために光散乱状態に変
化する。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。

【００３９】実施例１本発明による白黒表示素子の一実施例を図４を用いて説
明する。

【００４０】本実施例における白黒表示素子は、図４
（ａ）に示すようにＩＴＯからなる透明電極１６，１８
を表面に形成した１対の透明基板１５，１９を用い、こ
の透明電極１８の上に調光層１７として紫外線硬化性化
合物と液晶との混合溶液をスクリーン印刷法によって塗
布し、直径５μｍのスペーサーを散布した透明基板１５
を気泡が入らないようにして重ね、圧力を加えることに
よってセルギャップをおおよそ１０μｍとした後に、こ
の液晶セルに対し紫外線を照射することによって紫外線
硬化性化合物を硬化させ高分子分散型液晶とした。本実
施例において使用した紫外線硬化性化合物は重合性モノ
マーの２−エチルヘキシルアクリレート１０％と重合性
オリゴマーＵＮ−９０００ＰＥＰを２０％とネマティッ
ク液晶のＥ８を６０％と０．２％の重合開始剤ベンゾフ
ェノンの混合溶液を用いた。

【００４１】以上のようにして作製された液晶セルと調
光層１７を構成する液晶成分としてネマティック液晶の
Ｅ８に黒の２色性色素であるアゾ色素を０．４ｗｔ％混
合したゲスト・ホスト型の液晶を用いた液晶セルをそれ
ぞれ液晶セル２０，２１として用い、光反射層２２を液
晶セル２１の液晶セル２０の反対面にとりつけることで
作製した。本実施例においては第１液晶セル２０，２１
の調光度はそれぞれ別の電源を介することによって独立
して制御するために、作用の項において述べた必要な２
状態を実現することが可能である。すなわち、液晶セル
２０にのみ電圧が印加されるとの状態となり黒表示を
得ることが可能であり、液晶セル２１に対してのみ電圧
が印加されるとの状態となり白表示を得ることが可能
であった。また、液晶セル２０と液晶セル２１に印加す
る電圧をそれぞれの液晶層の光学応答が中間的な値を示
す値としたときには、白表示と黒表示の中間的な値、即
ち中間調表示を得ることが可能であった。

【００４２】本実施例では調光層１７は液晶セル２０，
液晶セル２１共それぞれ独立してガラス板により挟持さ
れているために、液晶セル２０の調光層中の液晶成分と
液晶セル２１の調光層中における液晶成分が混じり合う
ことはありえないために、図２における層間分離膜９の
必要性はないため、層間分離膜９を特別に構成すること
は行っていない。

【００４３】実施例２実施例１においては、単独で作製した液晶セル２０，２
１を組み合わせることによって反射型白黒表示素子を実
現したが、実施例１で示した構成をとるとき液晶セル２
０，２１中に存在する調光層間にある透明電極と透明基
板は必ずしも必要とはされない。そこで、本実施例にお
いては調光層同士を層間分離膜を介して直接重ね合わせ
ることによって本発明を行った例を図５を参照しながら
示す。

【００４４】本実施例の場合においては、第１調光層を
電圧無印加状態において光散乱状態とし第２調光層を光
透過状態となる、作用の項で述べた−の状態変化を
示す反射型白黒液晶表示素子を作成するものとする。

【００４５】このような光学変化を得るために、本実施
例においては図５に示したように透明電極２４を表面に
構成した基板２３の上に第１調光層２５を構成する。こ
の第１調光層２５は高分子前駆体としてのモノマー（２
−エチルヘキシルアクリレ−ト）とオリゴマー（ＵＮ−
９０００ＰＥＰ）を１対２の割合で混合し、このように
して作製した紫外線硬化樹脂３５［ｗｔ％］と液晶（Ｅ
８）を６５［ｗｔ％］混合して基板２３上にスクリーン
印刷法により約２０［μｍ］塗り、紫外線を照射するこ
とにより硬化させることによって第１調光層２５を得
た。このようにして構成された第１調光層２５の上にポ
リイミド膜（ＪＳＲ製ＡＬ−１０５１）をスピンコート
法により約１５０［ｎｍ］塗り約１２０度により乾燥を
行うことによって層間分離膜２６を得ることに成功し
た。一方、第２調光層２７は表面に光反射層２９と透明
電極２８を形成された基板３０上に液晶成分として２周
波駆動型の液晶（チッソ（株）製ｎ₀＝１．５０９，Δ
ｎ＝０．１５４の液晶にアゾ色素を０．４［ｗｔ％］混
合したゲスト・ホスト型の液晶）と、高分子前駆体とし
てはモノマーとオリゴマーを１：１で混合したものを第
１調光層と同様にスクリーン印刷法により約２０［μ
ｍ］塗り、このようにして作成された基板３０と層間分
離膜２６までを構成した透明基板２３を、間に空気など
が入り込まないようにして重ね合わせることで図５に示
したような構成を持つ液晶素子を得る。しかしこのまま
では第２調光層は液晶と高分子の混合液のままであるの
で、第２調光層２７を得るために透明電極２４と透明電
極２８の間に５０［Ｖ］の低周波電圧（１００［Ｈ
ｚ］）を印加することで液晶分子を基板に対して垂直に
配向させたところで、透明基板２３側より紫外線を照射
することにより混合溶液を硬化させ液晶分子が初期状態
で基板に対して垂直になるようにして透明とすること
で、電圧無印加状態において光透過状態となる第２調光
層２７を得ることが可能となる。

【００４６】以上に述べた手法により第１調光層２５と
第２調光層２７を構成することによって、図３（ａ）で
示された光透過度特性を得る。このとき、本実施例にお
いて第２調光層２７を構成する際に使用した液晶の場
合、クロスオーバー周波数

【００４７】

【数１】

【００４８】は１０［ｋＨｚ］であるので、この周波数
以上ではΔε＜０となる。よって、高周波電圧（１００
［ｋＨｚ］）によって駆動すると、電圧無印加時に白表
示であったものが電圧を上げゆき、１０［Ｖ］を越えた
ところで第１調光層２５が光散乱状態から透明状態に変
化し始め、２０［Ｖ］で透明となる。一方、第２調光層
２７は印加電圧を上げて行くと、１３［Ｖ］において第
２調光層２７は光透過状態より光吸収状態に変化し始
め、２５［Ｖ］で完全に光吸収状態となり黒表示を得る
ことが可能となった。本実施例の場合において、電圧が
１０［Ｖ］から２５［Ｖ］の範囲では第１調光層と第２
調光層の少なくともどちから片方の状態が遷移中である
ので中間調表示を得ることが可能となる。以上の結果、
コントラストのよい白黒表示を行うことが可能であっ
た。

【００４９】本実施例の場合における第１調光層２５と
して用いることが可能となるデバイスは透明状態から散
乱状態に変化する特性を示すＤＳＭ等のデバイスであれ
ばよく、２周波駆動型液晶を用いた高分子分散型液晶に
限られるものではない。

【００５０】本実施例による反射型白黒表示素子による
表示の結果を実施例１と同様にして測定した結果、同様
の表示品位を得ることができた。

【００５１】実施例３実施例２においては、第２調光層２７が電圧無印加状態
において光透過状態であり、電圧印加状態において光吸
収状態となるようにするために、高分子分散液晶層を構
成する液晶成分に２周波駆動液晶を用いたが、本実施例
においては基本骨格中に芳香族環を持ちΔεが負の値を
用い初期配向を磁場によって与えることで電圧無印加状
態において光透過状態をとり、電圧印加状態において光
吸収状態をとる調光層とした例を示す。

【００５２】本実施例の場合には、表面に光反射層２９
と透明電極２８を形成された基板３０上に第２調光層２
７を構成する液晶成分としてΔεが負の液晶（ｎ₀＝
１．５０９，Δｎ＝０．１５４，Δε＝−３．１）にア
ゾ色素を０．４ｗｔ％混合したゲスト・ホスト型の液晶
を用い、高分子前駆体としてはモノマー（２−エチルヘ
キシルアクリレート）とオリゴマー（ＵＮ−９０００Ｐ
ＥＰ）を１：１で混合したものを使用し、この高分子前
駆体を３５［ｗｔ％］、液晶を６５［ｗｔ％］の割合で
混合した溶液をスクリーン印刷法により基板３０上に約
２０［μｍ］塗布し、この膜に対して、紫外線を照射し
形成するとき液晶のフレデリックス転移点より十分に大
きな値である１０［ｋＧ］の磁界を与えながら紫外線を
照射することによって混合溶液を硬化させ液晶分子が初
期状態で基板に対して垂直になるようにし第２調光層２
７を形成する。このようにして構成された第２調光層２
７の上にポリイミド膜（ＪＳＲ製ＡＬ−１０５１）をス
ピンコート法により約１５０［ｎｍ］塗り約１２０度に
より乾燥を行うことによって層間分離膜２６を得た。ま
た、第１調光層２５はモノマーとオリゴマーを１対２の
割合で混合し、このようにして作製した紫外線硬化樹脂
３５［ｗｔ％］と液晶（Ｅ８）を６５［ｗｔ％］混合
し、この混合溶液を第２調光層と同様にスクリーン印刷
法により透明電極２４を表面に形成した透明基板２３の
透明電極２４上に塗布し、以上のようにして作成を行っ
た透明基板２３と基板３０を、間に空気が入らないよう
に注意しながら重ね合わせ透明基板２３側から紫外線を
照射することによって第１調光層を形成した。

【００５３】以上に述べた手法により第１調光層２５と
第２調光層２７を構成することによって、図３（ｂ）で
示された光透過度特性を得る。このとき、本実施例にお
いて第２調光層２７を構成する際に使用した液晶の場
合、電圧無印加時に白表示であったものが、電圧を上げ
ゆき１０［Ｖ］を越えたところで第１調光層２５が光散
乱状態から透明状態に変化し始め、２０［Ｖ］で透明と
なる。一方、第２調光層２７は印加電圧を上げて行く
と、１５［Ｖ］において第２調光層２７は光透過状態よ
り光吸収状態に変化し始め、３０［Ｖ］で完全に光吸収
状態となり黒表示を得ることが可能となった。本実施例
の場合において、電圧が１０［Ｖ］から３０［Ｖ］の範
囲では第１調光層と第２調光層の少なくともどちらか片
方の状態が遷移中であるので中間調表示を得ることが可
能となる。以上の結果、コントラストのよい白黒表示を
行うことが可能であった。

【００５４】実施例４上記実施例１から３においては、液晶素子をスタティッ
クもしくは時分割によって電圧を印加することにより説
明を行ってきたが、本発明による液晶素子をアクティブ
素子によって駆動することも当然可能である。図６は画
素単位にアクティブ素子を付加することによって構成し
た本発明による液晶素子の断面図である。本実施例にお
いては図５における光反射層２９を銀（またはアルミニ
ウム，クロムなどの金属）により構成することによって
透明電極２８と一体化することにより画素電極３６とし
た。

【００５５】本実施例による液晶素子は、まずガラス基
板３８の上にスイッチング素子であるＴＦＴ３７を形成
し、このＴＦＴ３７を覆う形で光反射層をかねる画素電
極３６を形成する。このとき、透過型のディスプレイに
おいてはＴＦＴ３７と画素電極３６を完全に分離して用
いるが、本発明による液晶素子は反射型であるので画素
電極３６はＴＦＴ３７を覆う形で配置することが可能と
なり、その結果、１画素面積に対する動作面積は透過型
の４０［％］前後異なり、８０［％］以上と透過型に比
較して非常に大きな開口面積を持たせることが可能とな
る。以上に示したようにして画素電極３６とＴＦＴ３７
が形成されたガラス基板３８の上に第２調光層３５を構
成する液晶成分としてΔεが負の液晶（ｎ₀＝１．５０
９，Δｎ＝０．１５４，Δε＝−３．１）にアゾ色素を
０．４ｗｔ％混合したゲスト・ホスト型の液晶を用い、
高分子前駆体としてはモノマー（２−エチルヘキシルア
クリレート）とオリゴマー（ＵＮ−９０００ＰＥＰ）を
１：１で混合したものを使用し、この高分子前駆体を３
５［ｗｔ％］、液晶を６５［ｗｔ％］の割合で混合した
溶液をスクリーン印刷法により基板４０上に約２０［μ
ｍ］塗布し、この膜に対して、紫外線を照射し形成する
ときの液晶のフレデリックス転移点より十分に大きな値
である１０［ｋＧ］の磁界を与えながら紫外線を照射す
ることによって混合溶液を硬化させ液晶分子が初期状態
で基板に対して垂直になるようにし第２調光層３５を形
成する。このようにして構成された第２調光層３５の上
にポリイミド膜（ＪＳＲ製ＡＬ−１０５１）をスピンコ
ート法により約１５０［ｎｍ］塗り約１２０度により乾
燥を行うことによって層間分離膜３４を得た。また、第
１調光層３３はモノマーとオリゴマーを１対２の割合で
混合し、このようにして作製した紫外線硬化樹脂３５
［ｗｔ％］と液晶（Ｅ８）を６５［ｗｔ％］混合し、こ
の混合溶液を第２調光層３５と同様にスクリーン印刷法
により対向電極３２を表面に形成したガラス基板３１の
対向電極３２上に塗布し、以上のようにして作成を行っ
たガラス基板３１とガラス基板３８の間に空気が入らな
いように注意しながら重ね合わせ、ガラス基板３１側か
ら紫外線を照射することによって第１調光層を形成し
た。本実施例における第１調光層および第２調光層の成
分構成は実施例３と同じであり駆動方法がアクティブマ
トリクス駆動というだけであるので動作電圧，表示形態
は実施例３と同じとなる。

【００５６】本実施例においては、実施例３の素子構造
をもつ液晶素子に対してアクティブ素子を付加すること
によってアクティブマトリクス型の液晶素子を構成した
が、本発明による構造を持つ液晶素子はすべてアクティ
ブ素子を付加することによってアクティブマトリクス駆
動を行うことが可能であることは言うまでもない。

【００５７】以上の実施例において、重合性モノマーと
しては２−エチルヘキシルアクリレートを用い、重合性
オリゴマーとしてはウレタンアクリレートオリゴマー系
のＵＮ−９０００ＰＥＰを、紫外線硬化開始材としては
ベンゾフェノンを用いたが、この組み合わせ以外に、重
合性モノマーとしてメチルアクリレート，２−エチルヘ
キシルメラクリレート，シクロヘキシルアクリレート，
ブタジオールモノアクリレート等のアクリル系モノマー
が、また重合性オリゴマーとしてはエポキシアクリレー
トオリゴマー系が、紫外線硬化の開始材としてはアセト
フェノン系，ベンゾイン系，ベンゾフェノン系，チオキ
サンソン系の物質を用いることが可能であるが、これ以
外の系であっても用いることは可能である。

【００５８】

【発明の効果】本発明による、反射型白黒液晶素子によ
れば、スタティック駆動，マルチプレックス駆動，アク
ティブマトリクス駆動の別によらず、高コントラストの
白黒表示を表現することができ、表示品位の高い反射型
白黒液晶ディスプレイを構成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術を示す断面図である。

【図２】本発明による反射型白黒液晶表示素子の基本構
成図である。

【図３】本発明の作用を説明するための図である。

【図４】本発明の実施例の断面図である。

【図５】本発明は別の実施例を示す断面図である。

【図６】本発明の別の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１透明基板２透明電極３調光層４透明電極５光反射層６基板７光吸収層８第１調光層９層間分離膜１０第２調光層１１光反射層１２自然光入射方向１３第１調光層の光透過度特性１４第２調光層の光透過度特性１５透明基板１６透明電極１７調光層１８透明電極１９透明基板２０液晶セル２１液晶セル２２光反射層２３透明基板２４透明電極２５第１調光層２６層間分離膜２７第２調光層２８透明電極２９光反射層３０基板３１ガラス基板３２対向電極３３第１調光層３４層間分離膜３５第２調光層３６画素電極３７ＴＦＴ３８ガラス電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、電極と、光散乱状態と透明状態と
を外部電場により制御可能な第１の調光層と、透明な層
間分離膜と、光吸収状態と透明状態とを外部電場により
制御可能な第２の調光層と、前記電極に対向する電極
と、前記基板に対向する基板とを光の入射側からこの順
に設け、前記第１の調光層および前記透明な層間分離
膜、前記第２の調光層を透過した光を反射する光反射層
を、光の入射側からみて前記第２の調光層よりも後ろに
設けたことを特徴とする反射型液晶素子。
【請求項２】前記第２の調光層において、２色性色素が
液晶中において分散していることを特徴とする請求項１
記載の反射型液晶表示素子。
【請求項３】前記第１の調光層または前記第２の調光層
のうち少なくとも一方は、液晶材料を光硬化性化合物中
に分散した層からなることを特徴とする請求項１記載の
反射型液晶表示素子。
【請求項４】前記第１の調光層または前記第２の調光層
の内少なくとも一方は、電圧無印加時に光透過状態を示
し、所定のしきい値電圧より大きい電圧の印加により前
記第１の調光層の場合は光散乱状態を、前記第２の調光
層の場合は光吸収状態を示す調光層であることを特徴と
する請求項１記載の反射型液晶表示素子。
【請求項５】前記調光層は、誘電率異方性が少なくとも
負の値をとることのできる液晶材料を光硬化性化合物中
に分散した層からなり、この液晶材料の光硬化性化合物
との界面が所定の配向状態を保っていることを特徴とす
る請求項４記載の反射型液晶表示素子。
【請求項６】請求項１記載の反射型液晶表示素子の駆動
方法であって、黒表示を行うときは、第１の調光層を透
明状態とし、第２の調光層を光吸収状態とし、白表示を
行うときは、第１調光層を光散乱状態とし、第２調光層
を光透過状態とすることを特徴とする反射型液晶表示素
子の駆動方法。
【請求項７】請求項５記載の反射型液晶素子の製造方法
であって、誘電率異方性が負の値をとることのできる液
晶材料と光硬化性化合物との混合溶液に電場または磁場
の内少なくとも一方を印加しながら光を照射し硬化させ
調光層を形成することを特徴とする反射型液晶表示素子
の製造方法。