JP2001075081A

JP2001075081A - 表示素子

Info

Publication number: JP2001075081A
Application number: JP36675099A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takeda; 俊彦武田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】メモリー性を有する異なる２状態間を電気刺
激のみで可逆的に遷移させる事が可能な低分子液晶を用
いた表示素子を提供する。【解決手段】ラビング処理を施した液晶配向膜を表面
に積層した透明電極が対向配置し、かつ前記透明電極を
支持する基板の少なくとも一方が透明である中空セル
と、前記中空セルに充填された、低分子液晶と厚さが前
記電極間ギャップよりも小さい複数個の微小固体を含有
する混合物と、前記電極間に電圧を印加する電圧印加手
段とを具備し、前記微小固体を前記透明電極のエッジ近
傍に局在させた状態と、前記微小固体を前記透明電極間
に分散させた状態を形成する事により、それぞれ前記混
合物に透明状態と光透明状態を発現させる事により表示
する表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶と微小固体か
らなる混合物を用いた表示素子および表示方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】情報機器の発達に伴い、低消費電力の薄
型表示素子への社会的なニーズが急速に大きくなってい
る。その中で、液晶表示素子がそのようなニーズに応え
られる表示素子の一つの形態として、活発に研究開発が
行われている。特に低分子液晶を用いた表示素子は商品
化され、社会に広く普及している。低分子液晶は電気的
に分子配向を制御し易いが、メモリー性（液晶への電圧
印加を解除した後も、電圧印加時の分子配向を維持する
性質）がない。従って、画像を連続表示するためには、
液晶への電力供給を中止する事ができないため、消費電
力を決定的に抑制する事が困難である。

【０００３】この問題を解決するために、低分子液晶を
用い、且つ、メモリー性を発現できる表示素子に関する
新しいタイプの液晶表示素子が多数報告されている。

【０００４】例えば、特開平05−61021では、微粒子周
辺のネマチック液晶分子の配向状態を電界制御して、透
明状態と光散乱状態を実現している。この方法では、ネ
マチック液晶分子の配向状態を制御し易くするために、
配向膜やラビング処理はされていない。

【０００５】また、微粒子自体の電極面内方向への分布
状態の変化を利用したものではない。

【０００６】この方法では、ネマチック液晶なので、メ
モリ性を付与できず、表示状態を維持するために電圧印
加し続けなければならず、消費電力を費やす問題起こ
る。

【０００７】また、特開平08−269453では、周波数領域
に対応して誘電異方性が正又は負を選択的に示す液晶と
親和性を示す偏平形状の微粒子を２周波駆動により電界
制御して、透明状態と光散乱状態を実現している。

【０００８】しかし、微粒子自体の電極面内方向への分
布状態の変化を利用したものではない。また、この方法
では、液晶分子の配向状態を制御し易くするために、配
向膜やラビング処理はされていない。

【０００９】この方法では、特殊な液晶組成物に限定さ
れ、材料選択の自由度が低い。また、微粒子も特殊なも
のに限定される。メモリ性を付与するためになされた親
和性、偏平形状への化学処理が必要とされ、製造コスト
がかかる。

【００１０】例えば、低分子液晶と該低分子液晶と親和
性を示す偏平形状の粒子を組成分とした液晶組成物を用
いた表示素子が報告されている（特開平７−３１８９８
２号公報参照）。この液晶組成物に数十ボルトの電圧を
印加すると、電圧印加前と異なる透過率の状態が形成さ
れる。そして、その状態は電圧印加を解除した後も維持
されている。即ち、低分子液晶を用いた液晶組成物にメ
モリー性を発現させる事に成功している。

【００１１】しかし、微粒子自体の電極面内方向への分
布状態の変化を利用したものではない。また、この方法
では、液晶分子の配向状態を制御し易くするために、配
向膜やラビング処理はされていない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術は、電気刺激だけで透過率が異なる状態間を可逆的
に遷移させる事ができない問題点があった。つまり、電
圧印加により形成されたメモリー状態を解除するために
は、電界以外の刺激を液晶組成物に印加する必要があ
る。電界以外の刺激として、２つの刺激が開示されてい
る。一つは、液晶組成物を加熱する方法である。加熱に
より液晶組成物を等方性液体にする事により、電圧印加
により形成された液晶組織を破壊する。もう一つは、液
晶組成物に機械的刺激を加える方法である。ズリ、振
動、衝撃等のせん断力を加える事で、電圧印加により形
成された液晶組織を破壊する。

【００１３】本発明は、この様な従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、メモリー性を有する異なる２
状態間を電気刺激のみで可逆的に遷移させる事が可能な
低分子液晶を用いた表示素子および表示方法を提供する
ことを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第一の発
明は、電極が対向配置し、かつ前記電極を支持する基板
が対向配置された中空セルと、前記中空セルに充填され
た、低分子液晶と厚さが前記電極間ギャップよりも小さ
い複数個の微小固体を含有する混合物と、前記電極間に
電圧を印加する電圧印加手段とを具備し、前記微小固体
を前記対向する基板間に局在させた状態と、前記微小固
体を前記対向する基板間に分散させた状態を形成する事
により、それぞれ前記混合物に透明状態と光透明状態を
発現させる事により表示する事を特徴とする表示素子で
ある。

【００１５】前記透明電極上にラビング処理を施した液
晶配向膜が積層されている事が好ましい。

【００１６】前記透明電極上に直接ラビング処理が施さ
れている事が好ましい。

【００１７】前記対向する液晶配向膜に施されたラビン
グの向きが逆向きである事が好ましい。

【００１８】前記微小固体が前記液晶の等方性液体転移
温度以下において前記液晶に溶解しない事が好ましい。

【００１９】前記低分子液晶が低分子ネマチック液晶で
ある事が好ましい。

【００２０】前記低分子ネマチック液晶が少なくとも２
種類の低分子液晶からなる混合液晶である事が好まし
い。

【００２１】前記微小固体が有機物、無機物、または無
機物と有機物との複合体である事が好ましい。

【００２２】前記微小固体の形状が球状、偏平状、また
は針状である事が好ましい。

【００２３】前記微小固体の局在状態は、前記透明電極
間に第１の入力信号として周期的電圧を印加する事によ
り、前記微小固体を前記透明電極間で前記ラビング方向
に対して平行に一方方向運動させる事により、前記微小
固体を前記透明電極のエッジ近傍に移動させる事により
形成し、前記微小固体の分散状態は、前記透明電極間に
第２の入力信号として、前記第１の入力信号とは異なる
波形を有する周期的電圧を印加する事により、前記微小
固体を前記透明電極間で前記一方方向運動の向きとは逆
向きの方向に一方方向運動及び／又はランダム運動させ
る事により、前記微小固体を前記透明電極間に分散させ
る事により形成する事が好ましい。

【００２４】前記第２の入力信号が前記第１の入力信号
に対して逆極性の信号である事が好ましい。

【００２５】前記周期的電圧の波形が矩形波である事が
好ましい。

【００２６】前記矩形波の極性が正である場合の前記微
小固体の一方方向運動の運動方向が、前記矩形波の極性
が負である場合の前記微小固体の一方方向運動の運動方
向に対して逆向きである事が好ましい。

【００２７】前記微小固体を一方方向に運動させる場合
に用いる周期的電圧の周波数が９０［Ｈｚ］以上１０
［ｋＨｚ］以下であり、かつ周期的電圧により前記透明
電極間に形成される電界強度が１［Ｖ／μｍ］以上であ
る事が好ましい。

【００２８】前記微小固体をランダム運動させる場合に
用いる周期的電圧の周波数が１［Ｈｚ］以上８０［Ｈ
ｚ］以下であり、かつ周期的電圧により前記透明電極間
に形成される電界強度が１［Ｖ／μｍ］以上である事が
好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】（１）第１の実施形態本発明に関する微小固体は、前記液晶の等方性液体転移
温度以下において、前記液晶に溶解しない事を特徴とす
る。また、微小固体の大きさが、液晶の吸収や化学変化
等により、透明電極間ギャップより大きくならない事を
前提とする。この条件を満たせば微小固体の材質は特に
限定されない。例えば、ラテックスビーズ、酸化金属微
粒子、有機分子集合体等をあげる事ができる。また、そ
の形状も特に限定されない。球状、偏平状、針状であっ
ても構わない。ただし、セル内では、微小構造体の形
状、大きさが揃っている事が望ましい。

【００３０】また、本発明に関する混合物の液晶と微小
固体との混合比は、混合物に所望の光散乱状態を形成で
きれば特に制限はない。混合物中の微小固体の含有量
は、好ましくは１〜９０重量％、さらに好ましくは２〜
８０重量％が望ましい。

【００３１】一方、本発明に関する前記低分子液晶の種
類、構造は特に制限されない。しかし、表示素子を作動
させる事を想定している温度範囲内で少なくとも、ネマ
チック相を発現できる液晶である事が望ましい。そのた
めに、２種類以上の液晶を混ぜた混合液晶であっても構
わない。

【００３２】本発明が低分子液晶に限定される理由は、
粘性が微少固体の運動に適している為である。高分子液
晶だと、複数のメソゲン（低分子液晶に相当する）が架
橋ユニットを介して連結している物質なので、粘性が極
めて高く、微少固体の運動が阻害される。

【００３３】次に、上記表示素子の表示原理について説
明する。表示原理の基本は、液晶と微小固体の混合物を
挟持する電極間に電圧を印加した際、微小固体が電極面
と平行な面内方向に移動する現象を利用している。この
現象について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本
発明に関する表示素子の一例を示す模式図である。図２
および図３は表示素子の駆動波形を示す図である。

【００３４】図１において、１１と１２は電極であり、
１３、１４は電極１１、１２を支持する基板、１５は微
小固体である。本説明では、微小固体１５はラテックス
ビーズまたはシリカビーズであるとする。１６は電極１
１と１２の間に電圧を印加する電圧印加手段である。な
お、前記基板間及び前記電極間に挟持されている液晶、
スペーサーは省略してある。また、電極１１に施された
ラビングの向きは図１中で示した＋ｘ軸方向であり、電
極１２に施されたラビングの向きは−ｘ軸方向であると
する。

【００３５】電圧印加手段１６により電極１１と１２の
間に、図２に示した様な単極性（図２では正）の矩形波
（周期＝ｔ1 、波高＝Ｖ1 ）を印加すると、微小固体１
５は＋ｘ軸方向に一方方向運動をする。なお電極１２に
電圧Ｖ1 が印加されているとする。一方、図３に示した
様な単極性（図３では負）の矩形波を印加すると、微小
固体１５は−ｘ軸方向に一方方向運動をする。なお電極
１２に電圧−Ｖ1 が印加されているとする。

【００３６】即ち、微小固体の一方方向運動の向きは、
正の矩形波を印加した場合と負の矩形波を印加した場合
とでは逆向きである。

【００３７】図２及び図３に示したような矩形波の印加
を解除すると、微小固体の一方方向運動は停止し、かつ
その停止位置から微小固体は動かない。即ちメモリー性
がある。

【００３８】なお、電極１１と１２の間に、電極印加手
段１６により図４で示した様な両極性の矩形波を印加し
た場合、微小固体１５は停止したままで動かない。

【００３９】上述した様な微小固体の一方方向運動は、
任意の単極性の矩形波を印加しただけでは形成されな
い。即ち、微小固体に一方方向運動をさせる事が可能な
閾値（矩形波の周波数と波高値）が存在する。

【００４０】この理由は本発明に関する微小固体の一方
方向運動の運動機構によるものと推測される。本発明に
関する微小固体の運動機構は明確ではないが、一つの可
能性として、ネマチック液晶のバックフロー効果（液晶
への電圧印加／解除時に発生する液晶流動）や、液晶に
印加される電界により誘起される流体力学的な不安定性
現象が関与していると推測している。即ち、微小固体に
一方方向運動させるためには、液晶に何らかの流れを発
生させる事が必要であると推測している。このこのため
に、上述した様な閾値が生じると推測される。

【００４１】更に本発明者は、微小固体が前述した様に
＋ｘ軸方向あるいは−ｘ軸方向に一方方向運動する機構
の一つの可能性として次の様な推測をしている。

【００４２】本発明者は、前述したように、一方の電極
側に施されたラビングの向きが、他方の電極側に施され
たラビングの向きに対して反対向きである反平行ラビン
グの場合、一方の電極近傍では＋ｘ軸方向への液晶流動
が形成されており、もう一方の電極近傍では−ｘ軸方向
への液晶流動が形成されていると推測している。この流
動の向きは矩形波の極性が反転しても変化しないと推測
している。このため、ある極性の矩形波が印加された場
合、微小固体は一方の電極側に引き寄せられる。その電
極近傍に形成されている液晶流動が＋ｘ軸方向ならば、
微小固体は＋ｘ軸方向への一方方向運動を示す事にな
る。一方、矩形波の極性を反転すると、微小固体は反対
側の電極側に引き寄せられる。この電極近傍には−ｘ軸
方向への液晶流動が形成されているので、微小固体は−
ｘ軸方向への一方方向運動を示す事になる。なお、矩形
波の極性により、微小固体が引き寄せられる電極が異な
る事は実験で確認されている。

【００４３】しかしながら、微小固体の一方方向運動
は、上記液晶の流れ以外の機構により発生している可能
性も十分考えられる。例えば、液晶分子の周期的な配向
変化により、微小固体が押される可能性もありうる。従
って、本発明に関する微小物体の運動機構は液晶の流動
に限定されるものではない。

【００４４】なお、前述した様に本発明では、一方の電
極側に施されたラビングの向きが、他方の電極側に施さ
れたラビングの向きに対して反対向きである場合、電極
間に印加する矩形波の極性を反転する事により、微小固
体の運動方向を反転する事ができる。一方、一対の電極
に施されたラビングの向きが同じ場合、矩形波の極性を
反転させても、微小物体の運動方向は反転しない。この
原因の可能性の一つとして、この場合には、各電極近傍
に形成される液晶流動の向きが同じためであると本発明
者は推測している。このため、矩形波の極性を反転させ
ても、微小固体の運動方向が反転しないと推測してい
る。

【００４５】従って、表示素子内で微小固体の運動方向
を可逆的に変化させたい場合には、一方の電極に施すラ
ビングの向きを、もう一方の電極に施すラビングの向き
に対して反対向きにする事がより好ましい。

【００４６】しかしながら、本発明では、反平行ラビン
グに限定されるものではなく、微少固体の運動が行えれ
ば良いので、一方の電極にのみラビングが施された片側
ラビングでも良いし、クロスラビングのような一方の電
極側のラビング方向と他方の電極のラビング方向が異な
る形態でも良い。

【００４７】なお、本発明では、液晶配向膜を使用せず
に、透明電極に対して直接ラビング処理を施している形
態でも構わない。

【００４８】また、本実施形態において、次項に説明す
る第２の実施形態と同様にカラー表示も可能である。微
少固体を着色（Ｒ，Ｇ，Ｂ等）し、電極及び基板を微少
固体と異なる色に着色することにより、微少固体の分布
状態を制御して、カラー表示を実現できる。

【００４９】例えば、微小固体に一方方向運動をさせる
事が可能な矩形波の周波数及び波高値として、以下の範
囲を示す事ができる。周波数は、９０［Ｈｚ］以上１０
［ｋＨｚ］以下である事が望ましい。また、このような
周波数を有する矩形波により電極間に形成される電界強
度が、１［Ｖ／μｍ］以上になるような波高値を有する
矩形波である事が望ましい。

【００５０】一方、上記電界強度を満足していても、矩
形波の周波数が低いと、微小固体は方向性のないランダ
ム運動をする。この様な周波数範囲は１［Ｈｚ］以上８
０［Ｈｚ］以下である。

【００５１】上述した周波数及び電界強度の範囲は、液
晶の物性、微小固体の材質、大きさ及び比重、またラビ
ング強度等に依存して大きく変化する場合がある。従っ
て本発明では、微小固体に一方方向運動及びランダム運
動が発現する様、適切な周波数及び電界強度を選択すれ
ばよい。

【００５２】ところで、上述した説明では、微小固体と
してラテックスビーズまたはシリカビーズを用いた例を
示した。これ以外の材料からなる微小固体を用いた場
合、電圧印加条件と微小固体の一方方向運動の向きが、
ラテックスビーズ等を用いた場合と逆になる場合があ
る。即ち、電圧印加手段１６により電極１１と１２の間
に、図２に示した様な単極性（図２では正の矩形波）の
矩形波（周期＝ｔ1 、波高値＝Ｖ1 ）を印加しても、微
小固体１５は−ｘ軸方向に一方方向運動する場合があ
る。なお電極１２に電圧Ｖ1 が印加されているとする。
また、図３に示した様な単極性（図３では負の矩形波）
の矩形波を印加すると、微小固体１５は＋ｘ軸方向に一
方方向運動をする。なお電極１２に電圧−Ｖ1 が印加さ
れているとする。従って、微小固体の一方方向運動の向
きは、電圧印加条件により一義的に決まらず、微小固体
の材質に依存する。

【００５３】次に本発明に関する表示素子の表示方法に
ついて図５および図６を用いて説明する。

【００５４】図５において、５１と５２は透明電極であ
り、５３及び５４はそれぞれ電極５１及び５２を支持す
る透明基板であり、５５は微小固体である。なお、前記
基板間に挟持されている液晶及びスペーサーは省略して
ある。また、電極５１に施されたラビングの向きは図中
に示した＋ｘ軸方向であり、電極５２に施されたラビン
グの向きは−ｘ軸方向であるとする。

【００５５】本発明に関する表示素子内で、微小固体は
初め、図５中の（ａ）の様に電極間５１、５２の間に分
散していたとする。この状態では、図中のｙ軸方向から
電極面を観察すると全面が白濁して見える。この状態の
素子に電圧を印加しなければ、その状態を保持してい
る。即ちメモリー性がある。

【００５６】この図５（ａ）の状態の表示素子に、微小
固体を＋ｘ軸方向に一方方向運動させる事が可能な矩形
波（上記説明参照）を印加する。この周期的電圧を、以
下、第１の入力信号と呼ぶ事にする。その結果、図５
（ｂ）で示した様に微小固体は＋ｘ軸方向に移動してい
く。この際、電極のエッジ近傍に到達した微小固体は、
そこに留まる。更に第１の入力信号が印加され続ける
と、図５（ｃ）の様に、微小固体は電極のエッジ近傍に
局在した状態となる。この時、表示素子をｙ軸方向から
観察すると、図５（ａ）の状態の素子を観察した場合よ
り、透明に見える。図５（ｃ）の状態で、第１の入力信
号の印加を解除しても、微小固体はその位置から動か
ず、透明状態は保持される。即ちメモリー性がある。

【００５７】次に、この図５（ｃ）の状態の表示素子
に、微小固体を−ｘ軸方向に一方方向運動させる事が可
能な矩形波（上記説明参照）を印加する。この周期的電
圧を、以下、第２の入力信号と呼ぶ事にする。具体的に
は、微小固体を図５（ａ）の状態から図５（ｃ）の状態
に変化させるの使用した矩形波とは逆極性の矩形波であ
る。この様な第２の入力信号を印加すると、図５（ｄ）
に示した様に、電極エッジ近傍に微小固体が局在してい
た状態は崩される。

【００５８】更に第２の入力信号を印加し続けると、微
小固体は図６（ｅ）に示す様に電極間に分散した状態に
なる。ただし、図６（ｅ）における微小固体の分散状態
は、図５（ａ）における微小固体の分散状態よりも、均
一性に劣る。この時、表示素子をｙ軸方向から観察する
と、図５（ｄ）の状態の素子を観察した場合よりも、白
濁して見える。図６（ｅ）の状態で第２の入力信号の印
加を解除しても、微小固体は動かず、白濁状態は保持さ
れる。

【００５９】なお、図６（ｅ）の状態が形成された後、
微小固体にランダム運動させる事が可能な矩形波（上記
説明参照）を印加すれば、微小固体の分散状態の均一性
は向上する（図６（ｆ）参照）。この微小固体にランダ
ム運動させるための矩形波の極性に制限はないが、図６
（ｅ）の状態を形成させる時に用いた第２の入力信号と
同一極性である事が好ましい。

【００６０】また、図５（ｃ）の状態の素子に、微小固
体にランダム運動させる事が可能な矩形波を印加する事
により、図６（ｆ）に示した状態を形成する事も可能で
ある。この場合の微小固体にランダム運動させるための
矩形波の極性は、図５（ｃ）の状態を形成させる場合に
用いた第１の入力信号とは逆極性である事が望ましい。

【００６１】なお、図６（ｅ）の状態が形成された後
も、第２の入力信号を印加し続けると、微小固体は再び
電極エッジ近傍に局在した状態になる（図６（ｇ）参
照）。従って、微小固体の一方方向運動により透明状態
から白濁状態を形成する場合、図６（ｅ）に示した様な
状態が形成された後、矩形波印加を解除する必要があ
る。

【００６２】以上述べてきたように、本発明に関する表
示素子は、電極間に周期的電圧を印加する事により、電
極間に挟持された微小固体の電極面内方向における分布
状態（電極エッジ近傍に局在した状態と電極間に分散し
た状態）を変化させる事により表示を行う事を特徴とし
ている。

【００６３】更に、本発明で使用する微小固体は、有機
分子の結晶からなることが好ましい。更には、その有機
分子が、少なくとも一つの分子間相互作用部位を持つも
のであることが好ましい。そして、好ましい分子間相互
作用として、水素結合等の非共有結合を拳げることがで
きる。従って、上記分子間相互作用部位は、分子間で水
素結合等の非共有結合を形成することができるものであ
れば特に制限はない。そのような部位としては、例え
ば、アミド基を挙げることができる。

【００６４】又、上記したように、本発明の表示素子の
中空セルに充填させる微小固体は有機分子の結晶である
ことが好ましいが、その際に有機分子は、液晶残基を有
していても構わない。液晶残基としては、ネマチック液
晶残基を挙げることができる。このような有機分子の一
例として下記（１）式に示したものが挙げられる。

【００６５】

【外２】

【００６６】更に、本発明において、上述したような有
機分子の結晶を微小固体に使用する場合には、有機分子
を再結晶化させたものを用いることが好ましい。この際
の有機分子の再結晶化の方法は特に限定されないが、例
えば、次の４つの方法がある。（方法１）有機分子からなる粉末と液晶との混合物を該
粉末が溶融するまで加熱した後、冷却して有機分子から
なる結晶を析出させる。（方法２）有機分子からなる粉末と液晶の混合物を、両
物質に共通の揮発性良溶媒（例えば、クロロホルム）に
溶解した後、溶媒を揮発させることにより有機分子から
なる結晶を析出させる。（方法３）有機分子からなる粉末が溶融するまで加熱し
た後、冷却して有機分子からなる結晶を析出させる。（方法４）有機分子からなる粉末を、該粉末の揮発性良
溶媒（例えば、クロロホルム）に溶解した後、溶媒を揮
発させることにより有機分子からなる結晶を析出させ
る。

【００６７】又、本発明の表示素子の構成材料である微
小固体には、上記のものの他、有機分子が表面に結合さ
れた状態の微小構造体を用いることができる。表面に結
合させる有機分子には特に制限はないが、例えば、液晶
分子残基を挙げることができる。又、これらの有機分子
を表面に付着させる微小構造体の材質については特に限
定されないが、例えば、ラテックスビーズ、酸化金属微
粒子等を使用することができる。又、その形状も特に限
定されず、球状、針状、偏平なもの等、いずれのもので
あっても構わない。但し、充填される中空セル内におい
て、微小構造体の形状、大きさが揃っていることが望ま
しい。微小構造体への有機分子の結合様式も特に限定さ
れない。共有結合（例えば、アミド結合）でも、非共有
結合（例えば、静電結合）であっても構わない。

【００６８】本発明の表示素子において中空セル内に充
填して使用する混合物を構成する液晶の種類及び構造は
特に制限されない。しかし、表示素子を作動させること
を想定する温度範囲内において、少なくともネマチック
相を発現できる液晶を用いることが望ましい。そのため
に、２種類以上の液晶を混ぜた混合液晶であっても構わ
ない。又、本発明の表示素子において使用する液晶と微
小固体との混合物の混合比は、混合物に所望の光散乱状
態を形成できるものであれば特に制限はない。

【００６９】一方、本発明に関する低分子液晶の種類、
構造は特に制限されない。しかし、表示素子を作動させ
ることを想定している温度範囲内で少なくとも、ネマチ
ック相を発現できる液晶であることが望ましい。そのた
めに、２種類以上の液晶を混ぜた混合液晶であっても構
わない。

【００７０】（２）第２の実施形態本実施形態でも、微少固体、低分子液晶、配向膜、ラビ
ング処理については、第１の実施形態と同様な材料、方
法を適用できる。

【００７１】以下、図１４乃至図１９を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。

【００７２】まず、本発明に駆動される表示素子の構造
について、図１４乃至図１７を参照して説明する。

【００７３】本発明に駆動される表示素子は、例えば図
１４に符号Ｄ1 で示すように、所定間隙を開けた状態に
配置された一対の基板１０１ａ，１０１ｂと、これらの
基板１０１ａ，１０１ｂの間隙に配置された低分子液晶
２と、該液晶１０２を挟み込むように配置された一対の
電極１０３ａ，１０３ｂと、これらの電極１０３ａ，１
０３ｂの間に交番電圧を印加する電圧印加手段１０４
と、を備えている。そして、該液晶中には、複数の微小
粒子１０５が浮遊し得るように配置されており、前記一
対の電極１０３ａ，１０３ｂのうちの少なくとも一方の
電極（図１４では電極１０３ｂ）はストライプ状に形成
されている（図１５参照）。また、前記一対の電極１０
３ａ，１０３ｂのうちの少なくとも一方の電極の表面に
は膜１０６ａ又は１０６ｂが形成されている。

【００７４】この場合、前記ストライプ状に形成された
方の電極１０３ｂの表面に膜１０６ｂを形成し、かつ、
該膜１０６ｂの表面には、前記ストライプ状の電極の間
隙に起因する凹部Ａが形成されるようにしても良い。ま
た、両方の電極１０３ａ，１０３ｂの表面にそれぞれ膜
１０６ａ，１０６ｂを形成しても良い。

【００７５】なお、前記一対の電極１０３ａ，１０３ｂ
のうちの一方だけでなく両方をストライプ状に形成して
も良い。また、図１５に示す電極１０３ｂは、一端部だ
けが連結された“Ｅ”字型をしているが、ストライプ状
であればもちろんこれに限る必要はなく、例えば両端部
がそれぞれ連結された“日”字型のものであっても良
い。さらに、両方の電極３ａ，３ｂをストライプ状にし
た場合には、それらが直交するように配置すると良い。
その場合、一方の電極１０３ａの配列ピッチと他方の電
極１０３ｂの配列ピッチとを互いに異ならせると良い。
その理由は、両電極１０３ａ，１０３ｂの配列ピッチを
等しくすると、微小粒子１０５に作用する力（すなわ
ち、後述するところの“液晶流動が微小粒子５に作用す
る力”と“電気的泳動力”）に異方性が失われ、微小粒
子５が凹部Ａに移動しにくくなって、明状態表示が困難
になる場合があるからである。図１４及び図１５では、
電極１０３ｂは３本のストライプ状であるが、もちろん
これに限る必要はなく、２本であっても４本以上であっ
ても良い。

【００７６】一方、低分子液晶１０２の種類や構造は特
に制限されないが、表示素子を駆動する温度範囲内にて
少なくともネマチック相あるいはコレステリック相を発
現できる液晶であることが好ましい。この低分子液晶２
は、２種類以上の液晶を混ぜた混合液晶であっても構わ
ない。

【００７７】また一方、微小粒子１０５としては、前記
液晶１０２の等方性液体転移温度以下において前記液晶
に溶解しないものであれば、有機物であっても、無機物
であっても、無機物と有機物との複合体であっても構わ
ない。具体的には、ポリマービーズや酸化金属微粒子や
有機分子集合体等を用いれば良い。なお、各微小粒子１
０５は、大きさが揃っている必要があり、かつ、液晶中
に配置された状態で（例え液晶２に浸漬されたときに液
晶の吸収や化学変化が生じたとしても）該液晶層厚より
も小さくて移動可能でなければならない。また、各微小
粒子１０５は、形状が揃っている必要があるが、その形
状自体は特に限定されるものではなく、球状であっても
偏平状であっても針状であっても構わない。

【００７８】一方、低分子液晶１０２と微小粒子１０５
との混合比は、微小粒子１０５が電圧印加に応じて適切
に移動するものであれば良く、例えば、液晶１００重量
部に対して微小粒子１〜９０重量部（好ましくは２〜８
０重量部）が好ましい。

【００７９】また一方、前記膜１０６ａ，１０６ｂとし
ては、絶縁機能を有するものや、液晶２を配向させる機
能を有するものや、それら両方の機能を有するものを挙
げることができる。かかる膜１０６ａ，１０６ｂの材質
等に特に制限はないが、例えばポリイミド膜を用いると
良い。該膜１０６ａ，１０６ｂに、液晶１０２を配向さ
せる機能を付与するには、ラビング処理等の水平配向処
理を膜表面に施すと良い。この場合のラビング処理は、
両方の電極１０３ａ，１０３ｂを被覆した膜１０６ａ，
１０６ｂの双方に施しても良いが、そのようにする場合
にはそれらのラビング方向が互いに逆方向になるように
すると良い。なお、このようなラビング処理が施されて
いると、該処理が施されていない場合に比べて微小粒子
１０５の移動速度を速くできる。その理由は、ラビング
処理が施されている場合には、電極間の電界によって誘
起された液晶流動が不規則流動にならずに微小粒子１０
５に作用するからである。また、上述した膜１０６ａ，
１０６ｂに、液晶２を配向させる機能及び絶縁機能の両
方の機能を付与するには、膜自体を絶縁性に富む材料で
形成すると共に、ラビング処理等の水平配向処理を膜表
面に施すと良い。

【００８０】ところで、上述した表示素子は、＊光を透過することによって情報を表示する透過型表
示素子としても、＊光を反射することによって情報を表示する反射型表
示素子としても、良い。但し、表示素子を透過型にする
場合には、両方の基板１０１ａ，１０１ｂ及び両方の電
極１０３ａ，１０３ｂを透明にし、かつ微小粒子５を不
透明なもの（例えば、黒色等の暗色に着色したもの）に
する必要がある。また、表示素子を反射型にする場合に
は、少なくとも観察者側に配置される方の基板１０１ａ
及び電極１０３ａを透明にし、観察者側から見て液晶１
０２の裏側に反射層（図１６及び図１７の符号１０７参
照）を設ける必要があるが、この場合、＊反射層７を明色（例えば、白色）にすると共に微小
粒子１０５を暗色（例えば、黒色）にして、微小粒子１
０５を電極１０３ａと電極１０３ｂとの間に分散させる
ことによって暗表示を行い、微小粒子１０５をそれらの
電極間から排除して図１７に示す位置にすることによっ
て明表示を行う方法と、＊反射層１０７を暗色（例えば、黒色）にすると共に
微小粒子５を明色（例えば、白色）にして、図１７(a)
に示すように微小粒子１０５を電極１０３ａと電極１０
３ｂとの間に分散させることによって明表示を行い、同
図１７(b) に示すように微小粒子５をそれらの電極間か
ら排除することによって暗表示を行う方法、とがある。
なお、表示素子を反射型にする場合には、観察者側から
遠い方（図１７(a) (b) では下側）の基板１ｂ及び電極
３ｂを着色しても良い。

【００８１】また一方、基板間隙にスペーサー（不図
示）を配置して、該間隙を規定するようにしてもよい。

【００８２】次に、上記表示素子の駆動方法について説
明する。

【００８３】いま、前記電圧印加手段１０４から前記一
対の電極１０３ａ，１０３ｂに対して、波高値の異なる
複数種類の交番電圧（図１８(a) 〜(c) 参照）を選択的
に印加する。その結果、これら一対の電極１０３ａ，１
０３ｂの間に配置される微小粒子１０５の数が変化し、
明表示或は暗表示が可能となる。また、交番電圧の印加
を中止した場合には微小粒子１０５はその位置に保持さ
れ、表示のメモリーが可能となる。さらに、交番電圧の
波高値を種々変えることによって階調表示が可能とな
る。

【００８４】ここで、交番電圧には、例えば図１８に示
すように正極性パルスと負極性パルスとが交互に配置さ
れて形成されたものを挙げることができる。また、波高
値の異なる複数種類の交番電圧とは、例えば図１８(a)
に示すように正極性パルスの波高値が負極性パルスの波
高値よりも小さい交番電圧と、例えば、図１８(b) に示
すように正極性パルスの波高値が負極性パルスの波高値
よりも大きい交番電圧等を意味する。さらに、階調表示
を行う場合には、図１８(a) と図１８(b) の間の波高値
を持つ交番電圧（図５(c) 参照）を印加すれば良い。

【００８５】なお、交番電圧は、複数の矩形波パルスか
らなるものであっても良い。

【００８６】また、図１８(a) に示すような正極性パル
スの波高値（Ｖ１）と負極性パルスの波高値（Ｖ２）と
が異なる交番電圧を作り出すには、図１９に示すような
交番電圧（すなわち、正極性パルスの波高値と負極性パ
ルスの波高値とが等しい交番電圧）と不図示のオフセッ
ト電圧とを合成すれば良い。ここで、図１８(a) に示す
正極性パルスの波高値（絶対値）をＶ１とし負極性パル
スの波高値（絶対値）をＶ２をした場合、図１９に示す
正極性パルス及び負極性パルスの波高値（絶対値）は
（Ｖ１＋Ｖ２）／２にすれば良い。さらに、図１９(a)
〜(c) に示す交番電圧の波高値合計（すなわち、正極性
パルスの波高値の絶対値と負極性パルスの波高値の絶対
値との和）は等しく、すなわち、（Ｖ１＋Ｖ２）＝（Ｖ
３＋Ｖ４）＝（Ｖｐ＋Ｖｎ）にすれば良い。このように
波高値合計を等しくした場合には、図１８(a) 〜(c) に
示す交番電圧は、図１９に示すような交番電圧に合成さ
せるオフセット電圧のレベルだけを変えれば作り出すこ
とができる。ここで、オフセット電圧の絶対値は、表示
素子の表示機能を阻害しなければ特に制限はないが、
（Ｖ1 ＋Ｖ２）／２より小さい事が好ましい。

【００８７】ところで、矩形波の交番電圧を用いる場
合、周波数や波高値が小さければ、前記液晶流動と前記
電気的泳動力が小さすぎて微小粒子１０５が移動しない
ので、微小粒子１０５が移動するに足る周波数及び波高
値でなければならない。このような周波数及び波高値
は、液晶１０２の種類や、微小粒子１０５の材質・大き
さや、膜１０６ａ，１０６ｂの材質に応じて異なるもの
であり、表示素子が明状態及び暗状態を表示するように
適宜選択する必要がある。具体的には、交番電圧の周波
数は９０Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下（特に、５０Ｈｚ以上
１０ｋＨｚ以下）が好ましく、交番電圧の波高値は、電
極間に形成される電界強度が１Ｖ／μｍ以上になる範囲
が好ましい。

【００８８】ところで、微小粒子１０５が上述のような
電圧印加によって移動する現象は、完全には解明できて
はいないものの、＊電極間の電界によって誘起された液晶流動が微小粒
子１０５に作用する力と、＊電極間の電界によって微小粒子５に作用する電気的
泳動力、とに起因するものと推察される。

【００８９】また、電圧印加を休止した場合に微小粒子
５が移動せずに保持されて表示がメモリーされる現象
も、同様に解明できてはいないものの、液晶の粘性、微
小粒子同士の凝集力、微小粒子と固体基板（電極、基板
等）との相互作用が、前記液晶中での微小粒子の分散状
態と局在状態を維持していると推測される。特に、明状
態のメモリーは、膜１０６ｂの表面に形成した凹部Ａに
微小粒子１０５が保持されることによって達成されるも
のと思われ、該メモリーは、表示素子が水平姿勢であっ
ても鉛直姿勢であっても達成される。

【００９０】次に、本実施の形態の効果について説明す
る。

【００９１】本実施の形態によれば、電圧を印加してい
ない状態でもメモリー性によって表示されることとな
り、消費電力の低減を図ることができる。

【００９２】また、階調表示が可能となる。

【００９３】

【実施例】以下、実施例を用いて発明の詳細について述
べる。

【００９４】（実施例１）本実施例では、微小固体とし
て直径５μｍのポリマービーズ（商品名ミクロパール、
積水ファインケミカル（株）製）を用いた。このポリマ
ーピーズ５０ｍｇと誘電異方性が正であるネマチック液
晶（商品名ＢＬ６、メルク社製）５０ｍｇとを混合後、
超音波処理により、液晶中にポリマービーズを均一に分
散させた。この液晶と微小固体からなる混合物を、本実
施例における表示素子用の混合物として用いた。

【００９５】本実施例に関する表示素子の画素部は、一
つである。本実施例に関する表示素子の模式図を図７に
示す。図７において、６１と６２は透明基板（大きさ＝
１ｃｍ×１ｃｍ）であり、６３と６４はＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）からなる透明電極（大き
さ＝５００μｍ×５００μｍ）である。透明電極６３、
６４の厚さは、３００Åである。

【００９６】６５と６６はラビング処理を施されたポリ
イミド薄膜からなる液晶配向膜である。

【００９７】ラビング条件は、ラビングロール材質＝ポ
リエステル繊維、ロール外径＝５８ｍｍ、ロール回転数
＝６００ｒｐｍ、ロール移動速度＝２ｍ／分、ラビング
ローラーをポリイミド配向膜上で７往復させる。ポリイ
ミド配向膜の膜厚は２００Åで、ポリイミド材料＝ＬＸ
−１４００（日立化成工業株式会社）である。

【００９８】６７はスペーサー（直径＝１２．５μｍ）
であり、６８は電極６３と６４の間に電圧を印加する電
圧印加手段である。スペーサー６７は、電極近傍の基板
間に配置されている。なお、液晶配向膜６５と６６に施
されたラビングの向きはそれぞれ、図７中に示したｘ軸
の＋方向及び−方向である。６９は上述した方法で調整
した液晶７０とポリマービーズの微小固体７１からなる
混合物である。

【００９９】７２は前記一対の基板を張り合わせている
シール材である。シール材中にスペーサーが存在してい
る。シール材７２は、表示素子内部の液晶等が外気と接
触しないように、電極を囲むように基板間に設けられて
いる。

【０１００】上記表示素子は、以下の様に作成した。先
ず、上記ラビング処理を施した基板６１と基板６２を用
意する。次に、基板６２の電極６４上に、上記液晶と微
小固体との混合物６９を滴下する。更に、スペーサー６
７とシール材７２を混合したものを、電極６４上に載ら
ないように、電極６４の周辺部に配置する。ただし、該
スペーサーとシール材の混合物は、基板６２の対向する
２辺上にのみ載せた。次に、電極６３が電極６４に対し
て所定の配置になるように、基板６１を基板６２の上に
載せる。シール材が硬化するまで、基板６１の上から圧
力を加えた。シール材が硬化した後、圧力印加を解除
し、シール材を配置しなかった部分から表示素子の外部
に染み出た前記混合物６９を拭き取った。最後に、前記
シール材のない部分を、シール材で封印した。

【０１０１】次に、得られた表示素子の電極６３と６４
の間に電圧を印加する事により、表示素子の表示状態を
変化させた。まず、電極間にポリマービーズが均一に分
散している表示素子に対して、図８に示した様な矩形波
を４秒間印加した。なお、電極６４に矩形波による８０
［Ｖ］が印加される様にしてある。すると、矩形波印加
前は白濁していた表示素子が、透明化した。図８に示し
た矩形波を印加中のポリマービーズを顕微鏡で観察した
ところ、ポリマービーズは＋ｘ軸方向に一方方向運動を
していた。また、図８に示した矩形波印加を解除した
後、ポリマービーズを顕微鏡で観察したところ、電極エ
ッジ近傍で局在している様子が観察された。なお、図８
に示した矩形波の印加を解除しても、形成された透明状
態は保持されていた。

【０１０２】次に、図９に示した様な矩形波を４秒間印
加した。なお、電極６４に矩形波による−８０［Ｖ］が
印加される様にしてある。すると、再び白濁化した。こ
の白濁状態は初期状態の白濁状態よりも均一性が低かっ
た。図９に示した矩形波を印加中のポリマービーズを顕
微鏡で観察したところ、ポリマービーズは−ｘ軸方向に
一方方向運動をしていた。また、図９に示した矩形波の
印加を解除した後、ポリマービーズを顕微鏡で観察した
ところ、電極間に分散している様子が観察された。な
お、図９に示した矩形波の印加を解除しても、形成され
た白濁状態は保持されていた。本実施例では、図８、図
９にあるように、可逆的に透明状態と白濁状態を実現で
きた。

【０１０３】この状態の素子に、図１０に示した様な矩
形波を１秒間印加した。なお、電極６４に矩形波による
−８０［Ｖ］が印加される様にしてある。すると、素子
の白濁状態は初期状態の白濁状態と同等な均一性を示し
ていた。図１０に示した矩形波を印加中のポリマービー
ズを顕微鏡で観察したところ、ポリマービーズは方向性
のないランダム運動していた。また、図１０に示した矩
形波の印加を解除した後、ポリマービーズを顕微鏡で観
察したところ、電極間に分散している様子が観察され
た。なお、図１０に示した矩形波の印加を解除しても、
形成された白濁状態は保持されていた。

【０１０４】この白濁状態から透明状態、そして透明状
態から白濁状態への変化の過程を、表示素子の光透過率
で計測した結果を図１１に示す。なお、微小固体が電極
間に均一に分散して白濁している状態での透過率を０
％、図８に示した矩形波を５秒間印加した後に到達した
透明状態での透過率を１００％とした。

【０１０５】図１１において、時間５秒の時点で図８に
示した矩形波の印加を開始し、時間９秒でその矩形波の
印加を解除した。そして、時間１６秒の時点で図９で示
した矩形波の印加を開始し、時間２０秒でその矩形波の
印加を解除した。更に、時間２１秒の時点で図１０で示
した矩形波の印加を開始し、時間２２秒でその矩形波の
印加を解除した。

【０１０６】次に、ポリマービーズが電極間に均一に分
散している表示素子に、図８に示した様な矩形波を１秒
間印加した後、３秒間その印加を解除するという操作を
４回繰り返した。この操作の過程における表示素子の透
過率を計測した。その結果、図１２に示す様に、透過率
を階段状に変化させる事ができ、階調表示が可能である
事が確認できた。

【０１０７】（実施例２）本実施例における表示素子の
構成は、電極間に挟持する微小固体を変えた以外は、全
て実施例１と同じである。

【０１０８】本実施例では、微小固体として直径５μｍ
のシリカビーズ（日本電気硝子（株）製）を用いた。こ
のシリカビーズ５０ｍｇとネマチック液晶（商品名ＢＬ
６、メルク社製）５０ｍｇとを混合後、超音波処理によ
り、液晶中にシリカビーズを均一に分散させた。この液
晶とシリカビーズからなる混合物を、本実施例における
表示素子用の混合物として用いた。

【０１０９】本実施例でも、実施例１と同様の矩形波を
印加して、表示素子の表示状態の変化を調ベた。その結
果、透過率が異なる状態間を矩形波のみで遷移させる事
ができた。また、透過率を階段状に変化させる事ができ
た。

【０１１０】（実施例３）本実施例における表示素子の
構成は、電極間に挟持する微小固体を変えた以外は、全
て実施例１と同じである。

【０１１１】本実施例では直径５μｍのポリマービーズ
（商品名ミクロパールＢＢ、積水ファインケミカル
（株）製）を用いた。このポリマービーズ５０ｍｇとネ
マチック液晶（商品名ＢＬ６、メルク社製）５０ｍｇと
を混合後、超音波処理により、液晶中にポリマービーズ
を均一に分散させた。この液晶とポリマービーズからな
る混合物を、本実施例における表示素子用の混合物とし
て用いた。

【０１１２】本実施例では図１３（ａ）、（ｂ）に示す
様な形波を印加して、表示素子の表示状態の変化を調ベ
た。

【０１１３】まず、電極間にポリマービーズが均一に分
散している表示素子に対して、図１３（ａ）に示した様
な矩形波を４秒間印加した。なお、電極６３は接地して
ある。すると、矩形波印加前は非透明状態であった表示
素子が、透明化した。図１３（ａ）に示した矩形波を印
加中のポリマービーズを顕微鏡で観察したところ、ポリ
マービーズは＋ｘ軸方向に一方方向運動をしていた。ま
た、図１３（ａ）に示した矩形波印加を解除した後、ポ
リマービーズを顕微鏡で観察したところ、電極エッジ近
傍で局在している様子が観察された。なお、図１３
（ａ）に示した矩形波の印加を解除しても、形成された
透明状態は保持されていた。

【０１１４】次に、図１３（ｂ）に示した様な矩形波を
４秒間印加した。なお、電極６３は接地してある。する
と、再び非透明化した。この非透明状態は初期状態の白
濁状態よりも均一性が低かった。図１３（ｂ）に示した
矩形波を印加中のポリマービーズを顕微鏡で観察したと
ころ、ポリマービーズは−ｘ軸方向に一方方向運動をし
ていた。また、図１３（ｂ）に示した矩形波の印加を解
除した後、ポリマービーズを顕微鏡で観察したところ、
電極間に分散している様子が観察された。なお、図１３
（ｂ）に示した矩形波の印加を解除しても、形成された
非透明状態は保持されていた。

【０１１５】次に本実施例においても、実施例１と同様
に、図１３（ａ）、（ｂ）に示した矩形波を用いて表示
素子の表示状態の変化を調べた。その結果、透過率が異
なる状態間を前記矩形波のみで遷移させる事ができた。
また、透過率を階段状に変化させる事ができた。即ち、
電極間に印加する矩形波が、実施例１で用いた様な単極
性の矩形波でなくても、表示状態を制御する事ができ
た。

【０１１６】図１３（ａ）、（ｂ）に示す様な極性が正
の波高値と、極性が負の波高値の絶対値が等しくない矩
形波を微小固体の一方方向運動に用いた場合、単極性の
矩形波を用いる場合に対して次の様な点で有利になる場
合があると推測している。

【０１１７】単極性の矩形波を印加した場合、微小固体
は一方の電極側に引き寄せられたままとなる。この際、
電極と微小固体との間の電気的な引力等が大きいと、微
小固体の運動は大きく阻害される事になる。この様な状
況は、微小固体の液晶中における帯電量が大きい場合
や、微小固体の運動速度を増加させるために、電極間の
電界強度を増大させた場合に発生する確率が高くなる。
しかしながら、本実施例の様な矩形波を印加すれば、微
小固体は周期的に反対側の電極に引き寄せられ、前述し
たような微小固体の運動阻害要因を抑制する事ができる
と考えられる。

【０１１８】（実施例４）本実施例における表示素子の
構成は、電極間に保持する微少固体を下記の方法によっ
て得られたものに置換した以外は、全て実施例１と同様
である。

【０１１９】本実施例では、下記（１）式で示される分
子からなる微小結晶を中空セル内に充填させるための微
小固体として用いた。

【０１２０】

【外３】

【０１２１】上記（１）式で示される分子の合成方法に
ついて説明する。先ず、下記（２）式で示した化合物
８．１ｇ（２６．３ｍｍｏｌ）と、（１Ｒ、２Ｒ）−
（−）−ジアミノシクロヘキサン１．５ｇ（１３ｍｍｏ
ｌ）、ＨＯＢｔ（１−ヒドロキシベンゾトリアゾール）
４．３ｇ（３１．８ｍｍｏｌ）、ＤＣＣ（ジシクロヘキ
シルカルボジイミド）６．５ｇ（３１．５ｍｍｏｌ）
を、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）６０ｍｌに溶解
し、一晩攪拌する。

【０１２２】

【外４】

【０１２３】次に、反応溶液中に析出してきた結晶をろ
別した後、この結晶をクロロホルム５００ｍｌに溶か
し、１ＭのＨＣｌ溶液２００ｍｌ、飽和のＮａＨＣＯ3
水溶液２００ｍｌ、飽和ＮａＣｌ溶液２００ｍｌで洗浄
した後、カラム精製、乾燥処理を行うことによって、上
記（１）式で示される物質を１．５ｇ得た。

【０１２４】上述した方法で得られた物質５００ｍｇ
と、ネマチック液晶（商品名ＢＬ６、メルク社製）５０
０ｍｇをクロロホルムに溶解した後、室温下で徐々にク
ロロホルムを揮発させた。すると、液晶と相溶性を示さ
ない（１）式で示される分子の微小結晶が液晶中に複数
個析出してくる。この液晶と微小結晶からなる混合物に
対して超音波処理を行い、液晶中に複数個の微小結晶を
均一に分散させた。このようにして得られた液晶と微小
結晶からなる混合物を、本実施例の表示素子用の混合物
に用いた。

【０１２５】本実施例でも実施例１と同様な効果が得ら
れた。

【０１２６】（実施例５）本実施例における表示素子の
構成は、電極間に挟持する微小固体を下記の操作によっ
て得られたものに代えた以外は、全て実施例４と同じで
ある。

【０１２７】本実施例では、マイクロビーズの表面に液
晶残基を結合させたものを微小固体７１として用い、こ
の微小固体７１を液晶と混合させて中空セル内に充填さ
せて用いた。本実施例ではマイクロビーズとして、表面
にアミノ基（−ＮＨ2）を有するマイクロビーズ（直径
８μｍ、和光純薬製）を用いた。このビーズ表面上のア
ミノ基と、前記（２）式（実施例４参照）で示される物
質を、実施例４と同様の方法により反応（ＤＣＣを用い
た縮合反応）させて、ビーズ表面に液晶残基が結合した
微小固体を作成した。

【０１２８】次に、この微小固体５０ｍｇをネマチック
液晶（商品名ＢＬ６、メルク社製）５００ｍｇ中に入れ
た後、超音波処理を施して微小固体を液晶中に分散させ
た。そして、この液晶７０と微小固体７１からなる混合
物を、本実施例の表示素子用の混合物として用いた。

【０１２９】本実施例においても、実施例４と同様の矩
形波を印加して、表示素子の表示状態の変化を調べた。
その結果、透過率が異なる状態間を矩形波のみで遷移さ
せることができた。又、透過率を階段状に変化させるこ
とができた。

【０１３０】（実施例６）本実施例においては、図２０
に示す透過型表示素子Ｄ4 を作成した。

【０１３１】すなわち、所定間隙を開けた状態に一対の
透明基板１０１ａ，１０１ｂを配置し、一方の透明基板
（１．５ｃｍ×１．５ｃｍ）１０１ａには１ｃｍＸ１ｃ
ｍのサイズの透明電極１０３ａを形成し、他方の透明基
板１０１ｂにはストライプ状の透明電極１０３ｂ（以
下、“櫛形透明電極１０３ｂ”とする）を形成した。本
実施例における画素数は１つである。なお、図には、櫛
形透明電極１０３ｂは６本の細長電極によって構成され
ている様子を示しているが、各細長電極の幅は１００μ
ｍ、間隙は５０μｍ、厚さは、１２００オングストロー
ムとした。とした。また、各透明電極３ａ，３ｂの表面
にはポリイミド薄膜１０６ａ，１０６ｂをそれぞれ形成
し、図示上側の基板の側のポリイミド薄膜１０６ａにだ
けラビング処理を施した。そのラビング方向は、細長電
極の短軸方向と平行になるように（すなわち、図示Ｙ方
向となるように）した。

【０１３２】ラビング条件は、実施例１と同様である。

【０１３３】一方、本実施例では、微小粒子１０５（図
２０においては不図示）として、３μｍの粒径の黒色の
ポリマービーズ（商品名ミクロパールＢＢ、積水ファイ
ンケミカル（株）製）を用い、低分子液晶２（図２０に
おいては不図示）としてネマチック液晶（商品名ＢＬ
９、メルク社製）を用いた。なお、このポリマービーズ
５０ｍｇとネマチック液晶５０ｍｇとを混合後、超音波
処理により、液晶中にポリマービーズ５を均一に分散さ
せた。

【０１３４】また、基板間隙には多数のスペーサー（不
図示）及びシール材（不図示）を配置し、該間隙を１５
μｍに規定した。シール材は表示素子内部の液晶が外気
に接しないように配置されている。

【０１３５】次に、表示素子Ｄ4 の駆動方法について説
明する。

【０１３６】まず、図２１(a) に示すように、波高値２
０Ｖの正極性パルスと波高値−６０Ｖの負極性パルスと
からなる矩形波交番電圧を３００ミリ秒間だけ電極１０
３ａ，１０３ｂに印加した。なお、＋２０Ｖの電圧は櫛
形透明電極１０３ｂの方に印加されるようにした。この
とき、表示素子Ｄ4 は明状態を表示し、交番電圧の印加
が休止された後も該表示はメモリーされていた。

【０１３７】本発明者は、上述のように駆動するに際し
てポリマービーズ１０５の動きを顕微鏡で観察した。交
番電圧を印加していない状態ではポリマービーズ１０５
はほぼ均一に分散しており、図２１(a) に示す交番電圧
を印加した時には、ポリマービーズ１０５は膜表面の凹
部Ａに向かって移動し（図２２(a) 参照）、凹部Ａ及び
凹部Ａ近傍に集まった（図２２(b) 参照）。このような
移動により、電極１０３ａ，１０３ｂの間にはポリマー
ビーズ１０５はほとんど残存しなかった。そして、該交
番電圧の印加を解除しても、ポリマービーズ１０５は移
動せずに図２２(b) に示す位置に保持されていた（メモ
リー性）。

【０１３８】次に、図２１(b) に示すように、波高値４
８Ｖの正極性パルスと波高値−３２Ｖの負極性パルスと
からなる矩形波交番電圧を３００ミリ秒間だけ電極１０
３ａ，１０３ｂに印加した。なお、＋４８Ｖの電圧は櫛
形透明電極１０３ｂの方に印加されるようにした。この
とき、表示素子Ｄ4 は暗状態を表示し、交番電圧の印加
が休止された後も該表示はメモリーされていた。

【０１３９】同様に、本発明者は、上述のように駆動す
るに際してポリマービーズ１０５の動きを顕微鏡で観察
したが、ポリマービーズ１０５は電圧印加に伴って図２
２(a) の矢印とは逆の方向に移動し、透明電極１０３
ａ，１０３ｂの間に分散された状態を示した。そして、
該交番電圧の印加を解除しても、ポリマービーズ１０５
は移動せずにその位置に保持されていた（メモリー
性）。

【０１４０】上述のように図２１(a) と図２１(b) で示
した交番電圧を交互に印加した場合には、表示素子の光
透過率は図２３のようになり、光透過率が１００％の明
状態と、光透過率が０％の暗状態とが交互に表示され
た。

【０１４１】次に、本実施例の効果について説明する。

【０１４２】本実施例によれば、電圧を印加していない
状態でもメモリー性によって表示が維持された。また、
良好な階調表示が可能であった。

【０１４３】（実施例７）本実施例においては、図２４
に示す反射型表示素子Ｄ5 を作成した。

【０１４４】すなわち、図示下側の透明基板１０１ｂの
下面に白色の反射板１０７を配置した。その他の構成は
実施例６と同様とし、同様の駆動方法で駆動した。

【０１４５】そして、透明基板１０１ａの側から表示を
確認したところ、電圧を印加していない状態でもメモリ
ー性によって表示が維持され、良好な階調表示が可能で
あることが分かった。

【０１４６】（実施例８）本実施例においては、実施例
１と同様の透過型表示素子Ｄ4 を用いたが、いずれのポ
リイミド薄膜１０６ａ，１０６ｂにもラビング処理を施
さなかった。その他の構成は実施例６と同様とした。

【０１４７】また、実施例６と同様の駆動方法で表示素
子Ｄ4 を駆動したが、矩形波交番電圧（図８(a) (b) 参
照）の印加時間は、３００ミリ秒間よりも５０ミリ秒間
だけ長くし、３５０ミリ秒間とした。これにより、実施
例１と同程度の明状態及び暗状態が得られた。

【０１４８】なお、交番電圧を印加したときのポリマー
ビーズ１０５の動きを顕微鏡で観察したところ、ポリマ
ービーズ１０５は直線的に動くのではなく若干ふらつき
ながら動くこと（不規則な移動）を確認した。これは、
ポリイミド薄膜１０６ａ，１０６ｂにラビング処理を施
さなかったことに起因するものであって、ポリマービー
ズ５がこのような動きを示すために電圧印加時間を長く
する必要が生じたことが分かった。

【０１４９】（実施例９）本実施例においては、実施例
６と同様の透過型表示素子Ｄ4 を用いた。

【０１５０】そして、該素子の駆動に際しては、まず素
子を暗状態に保持した後、ｔ＝０秒（図２５参照）で図２６(a) に示す交番電圧
を１５０ミリ秒間だけ印加し、ｔ＝３秒（図２５参照）で図２６(b) に示す交番電圧
を１５０ミリ秒間だけ印加し、ｔ＝７秒（図２５参照）で図２１(a) に示す交番電圧
を１５０ミリ秒間だけ印加し、ｔ＝１１秒（図２５参照）で図２１(b) に示す交番電
圧を３００ミリ秒間印加して、ｔ＝１６秒（図２５参照）で、再び図２６(a) に示す
交番電圧を１５０ミリ秒間だけ印加した。

【０１５１】なお、いずれの交番電圧についても正極性
の電圧は櫛形透明電極１０３ｂの方に印加されるように
した。

【０１５２】このような駆動により、表示素子の光透過
率を図２５に示すように階段状に変化させる事ができ、
階調表示が可能である事が確認できた。また、各状態は
電圧印加を解除してもメモリーされている事が確認でき
た。

【０１５３】上記表示素子の状態遷移過程におけるポリ
マービーズ１０５の動きを顕微鏡で観察した。その結
果、実施例６と同様のポリマービーズ１０５の動きが観
察された。また、透明電極１０３ａ，１０３ｂの間に分
散されたポリマービーズ５の分散密度は、光透過率が大
きい程小さくなることも確認できた。

【０１５４】（実施例１０）本実施例において作成した
表示素子は、実施例６の表示素子Ｄ4 と異なり、両方の
透明電極１０３ａ，１０３ｂをいずれもストライプ状に
し、しかも直交するように配置した。また、実施例１の
表示素子Ｄ4 と異なり、両方のポリイミド薄膜１０６
ａ，１０６ｂにはラビング処理を施さなかった。なお、
一方の電極１０３ａの配列ピッチを１００μｍ、他方の
電極１０３ｂの配列ピッチを８０μｍとした。また、両
方の電極３ａ，３ｂの電極間隙は共に５０μｍとした。
さらに、画素サイズは５ｍｍ×５ｍｍその他の構成は実
施例６と同様とした。

【０１５５】そして、実施例６と同様に、図２１(a) 及
び(b) に示す矩形波交番電圧を印加（ただし、印加時間
は３６０ミリ秒間）したところ、良好な表示が得られ
た。

【０１５６】（実施例１１）本実施例において作成した
表示素子は、実施例６の表示素子Ｄ4 と異なり、図示上
側のポリイミド薄膜１０６ａにラビング処理を施さず、
図示下側のポリイミド薄膜１０６ｂにのみラビング処理
を施した。なお、ラビング方向は、図２７の符号Ｂに示
すようにした。すなわち、透明電極１０３ｂの単手方向
両縁部から中央部に向かうようにラビング処理を施し
た。この様なラビングを実現するためには、まず、図２
８(a) に示すようにＢ1 方向にラビング処理を施し、次
に、フォトレジスト１０を用いて図２５(b) に示すよう
に透明電極１０３ｂの片側（左半分）を覆い、Ｂ2 方向
にラビング処理を施した。

【０１５７】そして、実施例６と同様に、図２１(a) 及
び(b) に示す矩形波交番電圧を印加（ただし、印加時間
は２９０ミリ秒間）したところ、良好な表示が得られ
た。

【０１５８】以上説明したように、本発明によると、電
圧を印加していない状態でもメモリー性によって表示さ
れることとなり、消費電力の低減を図ることができる。

【０１５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透過率が異なり、しかもメモリー性を有する状態間を電
気刺激のみで可逆的に遷移させる事ができ、しかも透過
率を階段状に変化させる事によりカラー表示及び階調表
示が可能な表示素子および表示方法を提供する事ができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関する表示素子の一例を示す模式図で
ある。

【図２】表示素子の駆動波形を示す図である。

【図３】表示素子の駆動波形を示す図である。

【図４】表示素子の駆動波形を示す図である。

【図５】表示素子の表示原理の前半の部分を示す説明図
である。

【図６】表示素子の表示原理の後半の部分を示す説明図
である。

【図７】本発明の実施例１、２における表示素子を示す
模式図である。

【図８】実施例１、２における表示素子の駆動波形を示
す図である。

【図９】実施例１、２における表示素子の駆動波形を示
す図である。

【図１０】実施例１、２における表示素子の駆動波形を
示す図である。

【図１１】実施例１における表示素子の透過率の測定例
を示す図である。

【図１２】実施例１における表示素子の透過率の測定例
を示す図である。

【図１３】実施例３における表示素子の駆動波形を示す
図である。

【図１４】本発明に係る表示素子の構造の一例を示す断
面図。

【図１５】本発明に係る表示素子の構造の一例を示す斜
視図。

【図１６】本発明に係る表示素子の構造の他の例を示す
断面図。

【図１７】本発明に係る表示素子の構造の他の例を示す
断面図。

【図１８】本発明に係る表示素子に印加する交番電圧の
波形を示す波形図。

【図１９】図５に示す交番電圧を作り出すために用いる
交番電圧の波形を示す波形図。

【図２０】本発明に係る表示素子の構造の一例を示す斜
視図。

【図２１】図７に示す表示素子に印加する交番電圧の波
形を示す波形図。

【図２２】微小粒子の移動の様子を説明するための図。

【図２３】図２１(a) と図２１(b) で示した交番電圧を
交互に印加した場合の表示素子の光透過率を計測した結
果を示す図。

【図２４】本発明に係る表示素子の構造の他の例を示す
斜視図。

【図２５】光透過率の変化を示す図。

【図２６】他の交番電圧の波形を示す波形図。

【図２７】ラビング方向の一例を示す図。

【図２８】ラビング処理の一例を示す図。

【符号の説明】

１１、１２、５１、５２、６３、６４、１０３電極１３、１４、５３、５４、６１、６２、１０１基板１５、７１、１０５微小固体１１６、６８、１０４電圧印加手段５５微小固体６５、６６、１０６液晶配向膜６７スペーサー６９混合物７０、１０２液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極が対向配置し、かつ前記電極を支持
する基板が対向配置された中空セルと、前記中空セルに
充填された、低分子液晶と厚さが前記電極間ギャップよ
りも小さい複数個の微小固体を含有する混合物と、前記
電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを具備し、前記
微小固体を前記対向する基板間に局在させた状態と、前
記微小固体を前記対向する基板間に分散させた状態を形
成する事により、それぞれ前記混合物に透明状態と光透
明状態を発現させる事により表示する事を特徴とする表
示素子。
【請求項２】前記透明電極上にラビング処理を施した
液晶配向膜が積層されている事を特徴とする請求項１記
載の表示素子。
【請求項３】前記透明電極上に直接ラビング処理が施
されている事を特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項４】前記対向する液晶配向膜に施されたラビ
ングの向きが逆向きである事を特徴とする請求項２記載
の表示素子。
【請求項５】前記微小固体が前記液晶の等方性液体転
移温度以下において前記液晶に溶解しない事を特徴とす
る請求項１記載の表示素子。
【請求項６】前記低分子液晶が低分子ネマチック液晶
である事を特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項７】前記低分子ネマチック液晶が少なくとも
２種類の低分子液晶からなる混合液晶である事を特徴と
する請求項４記載の表示素子。
【請求項８】前記微小固体が有機物である事を特徴と
する請求項１記載の表示素子。
【請求項９】前記微小固体が無機物である事を特徴と
する請求項１記載の表示素子。
【請求項１０】前記微小固体が無機物と有機物との複
合体である事を特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項１１】前記微小固体の形状が球状である事を
特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項１２】前記微小固体の形状が偏平状である事
を特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項１３】前記微小固体の形状が針状である事を
特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項１４】前記微小固体の局在状態は、前記透明
電極間に第１の入力信号として周期的電圧を印加する事
により、前記微小固体を前記透明電極間で前記ラビング
方向に対して平行に一方方向運動させる事により、前記
微小固体を前記透明電極のエッジ近傍に移動させる事に
より形成し、前記微小固体の分散状態は、前記透明電極
間に第２の入力信号として、前記第１の入力信号とは異
なる波形を有する周期的電圧を印加する事により、前記
微小固体を前記透明電極間で前記一方方向運動の向きと
は逆向きの方向に一方方向運動及び／又はランダム運動
させる事により、前記微小固体を前記透明電極間に分散
させる事により形成する事を特徴とする請求項１記載の
表示素子。
【請求項１５】前記第２の入力信号が前記第１の入力
信号に対して逆極性の信号である事を特徴とする請求項
１４記載の表示方法。
【請求項１６】前記周期的電圧の波形が矩形波である
事を特徴とする請求項１４記載の表示素子。
【請求項１７】前記矩形波が正極と負極を有する非対
称波形である事を特徴とする請求項１６記載の表示素
子。
【請求項１８】前記矩形波の極性が正である場合の前
記微小固体の一方方向運動の運動方向が、前記矩形波の
極性が負である場合の前記微小固体の一方方向運動の運
動方向に対して逆向きである事を特徴とする請求項１７
記載の表示素子。
【請求項１９】前記微小固体を一方方向に運動させる
場合に用いる周期的電圧の周波数が９０［Ｈｚ］以上１
０［ｋＨｚ］以下であり、かつ周期的電圧により前記透
明電極間に形成される電界強度が１［Ｖ／μｍ］以上で
ある事を特徴とする請求項１４記載の表示素子。
【請求項２０】前記微小固体をランダム運動させる場
合に用いる周期的電圧の周波数が１［Ｈｚ］以上８０
［Ｈｚ］以下であり、かつ周期的電圧により前記透明電
極間に形成される電界強度が１［Ｖ／μｍ］以上である
事を特徴とする請求項１４記載の表示素子。
【請求項２１】微小固体が、有機分子の結晶からなる
請求項１に記載の表示素子。
【請求項２２】有機分子が、少なくとも一つの分子間
相互作用部位を持つ請求項２１に記載の表示素子。
【請求項２３】分子間相互作用が、水素結合である請
求項２２に記載の表示素子。
【請求項２４】分子間相互作用部位が、アミド基であ
る請求項２２に記載の表示素子。
【請求項２５】有機分子が、液晶残基を有する請求項
２１に記載の表示素子。
【請求項２６】液晶残基が、ネマチック液晶残基であ
る請求項２５に記載の表示素子。
【請求項２７】ネマチック液晶残基を有する有機分子
が、下記（１）式で示される構造を有する請求項２６に
記載の表示素子。【外１】
【請求項２８】微小固体が、有機分子を表面に結合し
ている微小構造体である請求項１に記載の表示素子。
【請求項２９】結合が、共有結合である請求項２８に
記載の表示素子。
【請求項３０】結合が、アミド結合である請求項２９
に記載の表示素子。
【請求項３１】結合が、非共有結合である請求項２９
に記載の表示素子。
【請求項３２】結合が、静電結合である請求項１６に
記載の表示素子。
【請求項３３】有機分子が、液晶残基から構成されて
いる請求項２８に記載の表示素子。
【請求項３４】液晶残基が、ネマチック液晶残基であ
る請求項３３に記載の表示素子。
【請求項３５】前記対向する電極のうちの少なくとも
一方の電極はストライプ状に形成された請求項１に記載
の表示素子。
【請求項３６】前記微小固体が着色されたものである
請求項１に記載の表示素子。
【請求項３７】前記微小固体が黒色に着色されたもの
である請求項１に記載の表示素子。
【請求項３８】前記対向する電極の両方がストライプ
状に形成され、かつ、前記対向する電極が互いに直交す
るように配置された請求項３５に記載の表示素子。
【請求項３９】一方の電極の配列ピッチと他方の電極
の配列ピッチとが互いに異なる請求項３５に記載の表示
素子。
【請求項４０】前記表示素子が透過型であることを特
徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項４１】前記表示素子が反射型であることを特
徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項４２】前記微少固体の局在状態は、前記スト
ライプ状の電極の間隙に起因する凹部に該微少固体が局
在した状態であり、前記微少固体の分散状態は、該スト
ライプ状の電極及びその間隙に該微少固体を分散させた
状態である請求項３５に記載の表示素子。