JP2851887B2 - 液晶装置およびそれを作る方法および表示装置 - Google Patents

液晶装置およびそれを作る方法および表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願についてのクロスリファレンス 本出願は、1988年９月28日に出願された第250,435号
の一部継続出願である。
発明の分野 本発明は一般に液晶に関し、より詳細には、後方散乱
と光の透過を高めたゲスト・ホスト形液晶表示装置に関
する。
発明の背景 液晶は、表示装置を含む種々の装置に使用されてい
る。例えば表示装置に使用することができる液晶の性質
は、液晶が消勢状態即ち電界ゼロ状態にあるのか、付勢
状態即ち電界印加状態にあるのかに応じて、一方では光
を透過し他方では（特に、適当な色素と組合せたとき）
光を散乱し及び／又は光を吸収する液晶の能力である。
液晶に選択的に印加される電界が、電界ゼロ状態と電界
印加状態との間を切換えるのに用いられる。
液晶には、３つの種類、すなわち、コレステリック、
ネマティック、スメクティックがある。本発明は、後述
する好適な実施例では、動作上ネマティックである液晶
材料の使用に関する。“動作上ネマティック”は、外部
電界がない場合に、液晶構造のひずみが、（コレステリ
ック材料におけるように）極めて強いねじれ又は（スメ
クティック材料におけるように）層状化のようなバルク
効果によるのではなく液晶の境界での配列によって支配
されることを意味する。かくして、例えば、ねじれる傾
向を誘発するが液晶材料の境界の整列の影響を解消する
ことができないキラル成分を含んだ液晶材料が、動作上
ネマティックであると考えられる。
動作上ネマティックな液晶材料のより詳細な説明が、
1986年10月14日に公告された米国特許第4,616,903号
『カプセル形液晶及び方法』（この特許はマンチェスタ
ー・Ｒ＆Ｄ・パートナーシップに譲渡されている）にお
いてなされているが、この特許の開示がここに参照文献
として例示されている。また、1984年３月６日に公告さ
れた米国特許第4,435,047号『カプセル形液晶及び方
法』（この特許はマンチェスター・Ｒ＆Ｄ・パートナー
シップに譲渡されている）も引用されるが、この特許の
開示もここに参照文献として例示されている。
また、ネマティック曲線整列相（NCAP）液晶及びこれ
を使用する装置が、上述の米国特許第4,435,047号に記
載されているが、この特許の開示もここに参照文献とし
て例示されている。NCAP膜が、複数の体積の動作上ネマ
ティックな液晶を収容する封じ込め媒体からなる。複数
の体積は、別々のカプセルでも良いし相互に連結された
カプセルでも良い、また、1987年11月17日に公告された
米国特許第4,707,080号『カプセル形液晶材料、装置及
び方法』（この特許はマンチェスター・Ｒ＆Ｄ・パート
ナーシップに譲渡されている）に開示されているように
（この特許の開示がここに参照文献として例示されてい
る）、相互に連結した溝又は通路が液晶材料を収容して
も良い。
実用的な液晶装置が、２つの電極被覆基板間に挿入さ
れたNCAP液晶から構成される。電極間に電圧源を接続し
液晶材料間に電界を印加する。電界ゼロ状態で吸収によ
りかなりの減衰をもたらすが電界印加状態で実質的に透
明になるように、液晶材料と一緒に多色性色素が存在す
る。
NCAP膜の後部に光学反射板を置くのが良い。反射板は
色付きが良い。装置による反射は、液晶材料に印加され
た電界があるかどうかの１つの関数になる。
電界印加状態及び電界ゼロ状態における輝度と色を比
較することによって、かかるゲスト・ホスト形表示装置
の光学性能を測定することができる。表示装置の輝度
（Ｙ）は、表示装置面に残る光の強さの定量的な量であ
る。表示装置の明るさは輝度に密接に関連しているが定
量的ではない。表示装置の色は、1931C.I.E.色度図上の
デカルト座標（x,y）によって表される。
理想的には、電界ゼロ状態において、表示装置の輝度
を低く、表示装置の色をできるだけ無色状態に近い状態
にすべきである。電界印加状態では、その全く反対の状
態が好ましい。すなわち、表示装置の輝度は高く、反射
板の色に依存する表示装置の色は飽和度に近い状態にす
べきである。
知られているように、高濃度の色素又は厚めの液晶膜
を使用することによって、電界ゼロ状態において表示装
置を暗く（輝度を低く）することができる。しかしなが
ら、所定電圧に対する結果として、電界印加状態におい
ても表示装置は暗くその色は飽和度より更に低い状態に
ある。かくして、電界ゼロ状態における表示装置の光学
性能は改良されるけれども、電界印加状態では改善がな
くむしろ悪くなる。
この問題に対する潜在的な解決方法は、高性能多色性
色素、すなわち高次パラメータを有する色素を使用する
ことであった。しかしながら、高性能多色性色素を使用
しても、電界印加状態における光学性能と電界ゼロ状態
における光学性能との間には直接的トレードオフがあ
る。すなわち、電界印加状態における光学性能に悪影響
を与えることなく、電界ゼロ状態における光学性能を改
善することはできないし、また電界ゼロ状態における光
学性能に悪影響を与えることなく、電界印加状態におけ
る光学性能を改善することはできない。かくして、電界
印加状態及び電界ゼロ状態において得られる色のコント
ラストの度合及び輝度には限界がある。
したがって、本発明の目的は、電界印加状態における
表示装置の光学性能と電界ゼロ状態における表示装置の
光学性能との相互的な依存度をより低くして、液晶表示
装置の光学性能を向上させることにある。
また、本発明のもう１つの目的は、電界ゼロ状態にお
ける後方散乱効果が向上し、しかも電界印加状態におけ
る光の透過性が向上したゲスト・ホスト方式の表示装置
を提供することにある。
更に、本発明のもう１つの目的は、色のコントラスト
度合と輝度が改善されたゲスト・ホスト方式の表示装置
を提供することにある。
発明の簡単な説明 本発明の液晶装置は、封じ込め媒体と、複屈折液晶材
料と、該液晶材料に含まれる多色性色素とを備えてい
る。液晶材料の正常屈折率と異常屈折率との差は、0.23
乃至0.30である。封じ込め媒体の屈折率は、液晶材料の
異常屈折率とポリマーの屈折率との差が0.23より大きく
なるように設定すべきである。液晶材料は、封じ込め媒
体中に複数の体積で分散され、その体積の大きさは約0.
5乃至2.5μｍ程度である。封じ込め媒体の厚さは、約８
乃至18μｍであり、多色性色素は約0.6％乃至1.2％の濃
度で液晶材料中に存在する。上記液晶装置では、電界ゼ
ロ状態における後方散乱効果が向上し、電界印加状態に
おける光の透過性が向上している。
上記多色性色素は青色色素であり、封じ込め媒体の非
観察側に螢光反射板が配置されるのがよい。上記構成に
より、電界印加状態と電界ゼロ状態との間の色のコント
ラストが向上する。色のコントラストが向上するのは、
螢光反射板を励起する性質をもった波長の短い光を青色
色素が選択的にはねのけるからである。更に、上記構成
では、低濃度の青色色素を使用し、これによって電界印
加状態における光の透過性を増大させることができる。
図面の説明 本発明の更なる特徴は、添付図面と関連してなされる
以下の説明から明らかになろう。
第１図は、従来技術における液晶装置の作用を示す概
略図である。
第２図は、本発明による液晶装置の作用を示す概略図
である。
第３図は、本発明に従って作られた装置を電界が存在
しない状態で示す概略図である。
第４図は、本発明に従って作られた装置を電界が存在
している状態で示す概略図である。
第５図は、３つの異なる反射板の反射率のスペクトル
を示す線図である。
第６図は、黄色螢光反射板の反射率のスペクトルを示
す線図である。
第７図は、異なるNCAP膜の反射率のスペクトルを示す
線図である。
第８図は、電界印加状態及び電界ゼロ状態におけるNC
AP膜の反射率のスペクトルを示す線図である。
好ましい実施例 次に図面を参照し、先ず、第１図に注目する。なお、
全ての図において、同じ構成要素には同じ参照符号が付
されている。第１図は液晶表示装置を示しており、液晶
表示装置は全体的に参照符号10で指示されている。この
表示装置は、観察側16で観察者20によって観察される。
この表示装置は、色反射板14の前に配置されたNCAP液
晶セル12を有する。液晶セルは、多色性色素を混合させ
た液晶材料を含む。液晶材料の光学特性は、規定の入力
が液晶材料に印加されているかどうかの関数になる。規
定の入力は、電界であるのが良い。電界の印加又は電界
ゼロは、観察者20によって観察される表示を作る。
電界ゼロ状態では、色素と液晶分子が、体積、即ちカ
プセル内および、もし存在するならば封じ込め媒体の相
互連結通路内にランダムに配列される。光線22で示す周
囲の光が、吸収され、等方性に散乱される。等方性の散
乱は、1986年に付与され、発明の名称が「カプセル形電
圧感応液晶の高められた散乱」（ENHANCED SCATTERING
IN VOLTAGE SENSITIVE ENCAPSULATED LIQUID CRYSTAL）
であり、マンチェスター研究所（Manchester R＆D Part
nership）に譲渡された米国特許第4,606,611号に開示さ
れており、該特許の引用によってその開示を本明細書に
組み込むものとする。
色素によって吸収される光が、光ビーム23によって示
されている。セルを通して前方に散乱される光が、光ビ
ーム25によって示されている。この光は、反射板14によ
ってセルに向かって後方に反射され、セルにおいて、光
ビーム27のようにセルを通して前方に散乱されるととも
に、光ビーム29のように吸収される。入射光のいくらか
は又、光ビーム21で示すように後方散乱される。観察者
20が見る光（Boff）は、セルによって吸収され、かつ散
乱される光の関数であり、この光は、表示装置の輝度
（Ｙ）及び色（Ｘ、Ｙ）を決定する。
電界印加状態では、セル中の液晶材料に電界が印加さ
れる。すると、周囲の光22はセルを通過するが、色素が
入って来る光と平行に整列されることから、光22は、色
素によって大量に吸収されない。したがって、より多く
の周囲の光が反射して、色反射板14によって色が付けら
れる。この光は、Bonとして示され、光ビーム22、25、2
7によって示された光線経路によって確認される。説明
したように、表示装置の光学性能は、BoffとBonとを比
較することによって評価され、表示装置のコントラスト
比は、Boffに対するBonの比である。
第２図は、本発明による表示装置30の作用を概略的に
示している。この表示装置は、反射板34の前で観察側36
に配置されたNCAP液晶セル32を有する。液晶セルは、多
色性色素を混合させたNCAP液晶材料38を含む。以下に詳
細に説明するように、液晶材料38は本質的に、セルの後
方散乱性能及び光透過性能を高めるように構成されてい
る。かくして、入射光、光ビーム22（表示装置からグレ
ア角度（glare angle）で出て来ない）は、光ビーム2
4、26で概略的に示すように、電界ゼロ状態では液晶材
料によって前方に散乱されるだけでなく、大量に後方散
乱される。加えて、電界印加状態では、より多くの光が
表示装置を透過する。このような高められた後方散乱と
光の透過により、色、輝度、及びコントラストが電界印
加状態と電界ゼロ状態との間で改善された表示装置が提
供される。この性能向上は15〜33％少ない色素と低い作
動電圧により達成される。
より詳しく説明すれば、第３図及び第４図に示すよう
に、液晶セル32は基板40及び42で該基板間に支持された
NCPA液晶材料38を含む。前記基板はそれぞれ該基板上に
形成された電極44及び46を有する。取付け基板40及び42
と電極44及び46とは光学的に透明なので、液晶セルは、
液晶材料に印加された電界に応じて、液晶セルを通る光
の透過を制御できる。基板はポリエステル材料（PET）
であるのがよく、電極は、例えばインジウム錫酸化物
（ITO）から従来の任意の方法で作るのがよい。
NCPA液晶材料38は、カプセル52の内部体積50の領域内
にほぼ封じ込められた液晶48を含む。液晶の体積が三次
元マトリックスすなわち封じ込め媒体56の全体に分散し
ている。このマトリックスは、好ましくは、1988年３月
16日に出願された「ラテックスにため込まれた液晶混合
物、方法及び装置」なる名称の、タリク（Taliq）社に
譲渡された米国特許出願第171,135号に開示、説明され
た種類のラテックス封じ込め媒体であるのが好ましい。
この開示は参考として本願に引用される。
言及したごとく、多量の液晶はばらばらであってもよ
いし相互に連結されていてもよい。また、連結通路にも
液晶を入れるのがよい。個々の連結されていないカプセ
ルに関する本発明のあらゆる観点及び特徴は、カプセル
が一つ以上の相互連結通路によって相互に連結されたマ
トリックス系に適用することができる。便宜上マトリッ
クスは二次元で図示し、連結通路は図示しない。
液晶48は陽極誘電異方性を有するネマチィック又は作
動上ネマチックな液晶材料であるのが好ましい。液晶は
混ざり合った多色性色素を有する。色素の整列は液晶48
の整列に従う。
交流又は直流電源58から電極44、46に電圧が印加さ
れ、これにより液晶材料に電圧が印加される。電源は、
リード線によって又選択的に閉鎖可能なスイッチ60を介
して電極に連結される。スイッチを閉じると、電圧が電
極間に印加され、液晶分子48及び、液晶分子の配向に従
う色素54を電界“E"（第４図）と整合させ、これによっ
て光学的に透過性にする。スイッチを開くと、電圧は印
加されず（第３図）、液晶材料と色素とは散乱し、以下
に述べるように光を吸収する。
包囲媒体あるいは封じ込め媒体56の屈折率と液晶48の
正常屈折率とは、通過する入射光の屈折による光学的な
歪みを避けるために、電界印加状態では可能な限り一致
すべきである。この屈折率の一致は屈折率単位で0.05以
内であるべきであり、屈折率単位で0.03以内が好まし
い。しかし、液晶が電界ゼロ状態にあるときには、液晶
とカプセル52の囲壁との境界で屈折率に相違がなければ
ならない。すなわち、液晶の異常屈折率は包囲媒体の屈
折率よりも大でなければならない。これにより、液晶と
封じ込め媒体との界面すなわち境界で屈折を引起し、か
くして更に散乱を引き起こす。このような屈折率の相違
は複屈折として知られている。
液晶材料の正常屈折率が、異常屈折率よりも封じ込め
媒体の屈折率に近い限り、電界印加状態から電界ゼロ状
態に移行し、また電界ゼロ状態から電界印加状態に移行
すると散乱に変化を生ずる。
電界ゼロ状態における液晶による入射光の後方散乱及
び前方散乱の増大は、一般に、ネマティック液晶48の正
常屈折率と異常屈折率との差（ΔＮ）及び封じ込め媒体
56の屈折率が高いときに生ずる。しかしながら、ネマテ
ィック液晶の正常屈折率を封じ込め媒体の屈折率に調和
させることが一般に望ましいので、ネマティック液晶の
複屈折は、ネマティック液晶を含む膜の光散乱能力の良
好な指示になる。かくして、本発明の装置に利用される
液晶は可能な最も高いΔＮをもつべきである。また、そ
れは、封じ込め媒体の屈折率とほぼ調和する正常屈折率
を有する必要がある。ΔＮの好ましい範囲は、0.23乃至
0.30程度であり、適当であるもっと明確な範囲は約0.23
乃至0.26である。高いΔＮをもつ液晶の例は、BDH社
（プール、イギリス）から入手しうる製品番号E49（Δ
Ｎ＝0.251）である。
液晶の異常屈折率と封じ込め媒体の屈折率の差が本来
の最小感度であるから、液晶の異常屈折率と封じ込め媒
体の屈折率の差が、複屈折の大きいネマティック液晶に
対する場合よりも複屈折の小さいネマティック液晶の場
合に大きければ、複屈折（ΔＮ）の小さい液晶が複屈折
の大きい材料よりももっと強く散乱することが可能であ
る。このような場合は、２つの異なる液晶が、封じ込め
媒体に対して異なる溶解度をもつときに生ずる。一般
に、封じ込め媒体へのネマティック液晶の吸収は、封じ
込め媒体の屈折率を増大させる。かくして、封じ込め媒
体に対して低い溶解度をもつ複屈折の小さいネマティッ
ク液晶は、封じ込め媒体に対して高い溶解度をもつ複屈
折の大きいネマティック液晶よりも、原理的には、より
効果的に散乱する。しかしながら、そのような２つの液
晶の溶解度が同じであれば、複屈折は、膜の光散乱能力
の良好な指示になる。
カプセル即ち体積の大きさもた、電界ゼロ状態におけ
る後方散乱と前方散乱を増大させるように調製するのが
よい。カプセルはほぼ球形であり、約0.5ミクロン乃至
3.0ミクロンの直径、好ましくは約0.5ミクロン乃至2.5
ミクロン、より好ましくは約1.0ミクロン乃至2.0ミクロ
ン、更に好ましくは約1.3ミクロン乃至1.8ミクロン、最
も好ましくは約1.3ミクロンの直径を有する。
第１図に示す型式のNCAPゲストホスト表示装置では、
カプセルの直径は約３〜４ミクロン程度であった。前述
したように、カプセルの大きさ、即ち粒度を例えば約1.
5ミクロンまで減少させることで、電界ゼロ状態におけ
る後方散乱と前方散乱が増大する。
電界印加状態における表示装置の光学性能を高めるた
めには、液晶層の厚さ“X"を約８ミクロン乃至18ミクロ
ンに、より好ましくは約13ミクロン乃至16ミクロンにす
べきであることがわかった。これまでは、NCAPゲストホ
スト表示装置に使用されるこの層の厚さは、約20ミクロ
ン程度であった。この寸法を小さくすることによって、
表示装置は、セルを通る光の透過が増大するので、電界
印加状態での光学性能が高くなった。この光学性能の向
上は、一定の作動電圧とすれば、セルの寸法の減少が膜
を横切る電界を増大させるために生ずる。この電界の増
大により膜内のネマティック液晶の整列が改善され、膜
の吸光度と散乱をともに減少させることによって、セル
を通る透過を増大させる。即ち、表示装置の輝度（Ｙ）
はより高くなり、その色（Ｘ、Ｙ）は反射板の実際の色
により近くなる。
前述したように、色素54の整列は液晶48の整列に従
う。したがって、第３図に示すように、液晶構造がゆが
んで整列しているとき、色素は比較的多量の吸光を行
う。しかしながら、第４図に示すように、液晶が平行に
整列しているとき、色素による吸光は最小になる。電界
の大きさが増大又は減少するとき、液晶材料のゆがみ量
が変化し、色素による吸光量も変化する。第１図に示す
型式のNCAPゲストホスト表示装置では、色素は、液晶の
量の約1.5％程度存在していた。この濃度を液晶の量の
約0.8％乃至1.2％の最適な範囲まで減少させることによ
って、電界印加状態における光学性能が上述したように
改善される。液晶中の色素の濃度約0.6％乃至1.2％もま
た適している。
0.23より大きい又はこれに等しい高ΔＮ液晶材料、及
び約1.5μ程度のカプセル寸法の使用の結果、電界ゼロ
状態における光学性能が高められる。すなわち、表示装
置の輝度（Ｙ）は低く、表示装置（x,y）の色は望まれ
る色の中立状態に近い。
色素の濃度を液晶材料の約0.8％乃至1.2％まで減じ、
かつ液晶層の厚さすなわち横断面寸法「ｘ」を約13μ乃
至16μまで減ずることによって、電界印加状態における
セルを通る光の透過が増大される。かくして、電界印加
状態での表示装置の性能が改善される。
更に重要なことには、既に述べたように液晶のカプセ
ル寸法及びΔＮを調製することにより、表示装置の電界
印加性能を実質的に低下させることなく、表示装置の電
界ゼロ性能が改善される。同様に、既に述べたように色
素の濃度及びセルの厚さを調製することにより、電界ゼ
ロ性能に悪影響を及ぼすことなく、電界印加性能が改善
される。かくして、もはや電界印加状態と電界ゼロ状態
の間で性能が影響しあうことはない。すなわち、一方の
状態の光学性能を、他方の状態の性能に悪影響を及ぼす
ことなく高めることができる。
第３図は、電界ゼロ状態における表示装置の作動を示
す。図示のように、液晶セル32に衝突する周囲光すなわ
ち光ビーム22は、前方散乱され、後方散乱され、かつ吸
収される。更に詳しくは、光ビーム22a、22bのような入
射光は、カプセル体積内の色素54によって吸収される。
光ビーム22c、22d、及び22eのような他の光は、後方散
乱される、すなわち、表示装置の観察側36の観察者の方
に後方に散乱される。更に、光ビーム22fのような他の
光は、液晶セル32を通過し、反射板34によってセルへ戻
る光ビーム22gとして反射され、セルで光ビーム22gは反
射板34の方に後方散乱（光ビーム22h）される。高ΔＮ
液晶材料及び比較的小さいカプセル直径を使用すること
によって、後方散乱作用が増大される。
第４図に示すように、電界印加状態では、スイッチ60
は閉じられ、電界「Ｅ」がセルの液晶材料に印加され
る。かくして、液晶分子48及び色素54は、電界と平行に
整列する。この状態では、ほとんどの入射光、例えば光
ビーム22は、セルを通過し、反射板34の表面で光ビーム
22iとして反射される。従来用いられたゲストホスト設
計と比較して、色素の濃度が低く、セルが薄いので、一
層多くの光がセルを通過する。この結果、電界印加状態
では、明るさ及び色の純度が増大する。
以下の表１は、従来用いられたゲストホストNCAP表示
装置（第１図）と、本発明の表示装置（第２図）との比
較である。先行の表示装置（第１図）は、セルの厚さ＝
20μ、色素の濃度＝1.5％、ΔＮ＝0.22、カプセルの寸
法＝３から４μ、のパラメータを有する。本発明（第２
図）の表示装置は、セルの厚さ＝15μ、色素の濃度＝1.
0％、ΔＮ＝0.26、及びカプセルの寸法＝1.5μをパラメ
ータを有する。
表１からわかるように、本発明の表示装置では、電界
ゼロ状態でセルを通る光の透過は減少し、一方電界印加
状態での光の透過は増大した。本発明の表示装置の輝度
は電界ゼロ状態及び電界印加状態の両方で高かったが、
電界ゼロ状態では色は、所望の色中立状態に近かった。
表示装置の色の純度すなわち彩度も又、電界印加状態に
おいて良かった、又、電界印加状態と電界ゼロ状態との
間の色差すなわちコントラストも、改善された。
表示装置30の反射板34は色付き螢光反射板であっても
よい。その場合には、以下に説明するように、追加的な
効果が発生する。
螢光反射板に使用される螢光色素は短い波長の光、例
えば、青色および紫外光（380−500nm）を吸収すること
によって働き、より長い波長の光、すなわち、代表的に
は黄色、橙色、および赤色（500−700nm）の光を再び放
出する。このようにして、螢光材料は光を１つの色から
他の色に変換するこの能力により周囲よりもしばしば明
るく見える。380nmよりも短い波長で励起させることが
できる螢光反射板がある。本発明との関連では、かかる
反射板はさほど有用ではない。というのは、380nmより
も短い波長の光を吸収する紫外線吸収フィルタを表示装
置に組み込むことができるからである。しかしながら、
異なる紫外線吸収フィルタを選択することで、すなわ
ち、紫外線を除去することで、螢光反射板の選択が380n
mよりも短い波長域で励起させることができる螢光反射
板にまで及ぶことになる。
この螢光効果を第５図および第６図に示す。第５図
は、白色光を用いて表示装置を照明するNCAP表示装置で
使用される３つの異なる反射板に対する反射スペクトル
を示す。さらに詳しくは、曲線72、74および76は、それ
ぞれ黄色螢光反射板、橙色螢光反射板、および赤色螢光
反射板に対する反射スペクトルを示す。第５図では、各
色には光が特に反射される１つまたはそれ以上の主ピー
クがあることがわかる。第６図は、２つのピーク輝度波
長、すなわち564nm（曲線78）および512nm（曲線80）で
モニタされる黄色反射板の反射率を示す。第６図から
は、たとえ反射板が564nmよりも短い波長の光で照明さ
れたとしても、反射板はなお光を放出することがわか
る。しかしながら、564nmよりも長い波長の光は564nmで
膜を全く励起しない。同様な効果が512nmのピークにつ
いて見られる。
上述したように、NCAP膜は、光を散乱および／又は吸
収し、光が後方反射板に達する前に光を反射することが
できる。螢光反射板に対しては、この特性は又、短い波
長の光が反射板に達して螢光色を励起させるのを防止す
る。かくして、散乱および吸収効果によって反射板の反
射作用が妨げられるので、螢光反射板を用いて消勢状態
の膜の見かけの明るさが小さくされる。
別のNCAP膜のこの反射特性を第７図に示す。第７図
は、色素を付けないE49膜およびE65（イングランド、プ
ールのBHD社によって市販されている液晶材料製品第E63
号）膜について１−％透過率曲線を示す。膜の散乱透過
率を測定する集積球を用いてこれらのスペクトルを測定
する。次いで、このデータを用いて１−％透過率を計算
した。この量は、ITO電極層によるあるわずかな吸収の
ため正確には反射率パーセントに等しくない。第７図は
又、膜の厚さ、および封じ込めマトリックスのカプセル
の平均体積直径（MVD）に関する情報を含む。例えば、
曲線82は、MVDが1.6ミクロン、膜の厚さが略16ミクロン
の上述したE49液晶材料を使用したNCAP膜を表す。
第７図からわかるように、小さい滴のE49膜（曲線8
2）については、電界ゼロ状態の膜に当たる光の40％か
ら70％が散乱（前方および後方散乱）および／又は吸収
される。さらに、この効果は、スペクトルの短い波長域
（400nmあたり）では、長い波長域（700nmあたり）にお
けるよりもはるかに大きい。これはまさに消勢状態の膜
において排除すべきスペクトル域である。というのは、
これらの波長は、上で説明したように螢光反射板を励起
させるからである。
NCAP膜の正確な反射スペクトルは、液晶の異常屈折
率、封じ込め媒体の屈折率、液晶の滴の寸法、および膜
の厚さに依存する。滴のMVDが1.6ミクロンのE49膜（曲
線82）は、NCAPゲストホスト膜に対して好ましい材料で
ある。対照的に、第７図は又、滴の径がより大きなE49
膜の反射スペクトル（曲線82）、および２つの異なる平
均滴径をもつ異なる液晶（E63）の膜の反射スペクトル
（曲線86および88）を示す。E63混合物は、E49混合物の
複屈折率（ΔＮ＝.251）よりも低い複屈折（ΔＮ＝.22
7）を有し、かくして、E49混合物ほど効果的に光を散乱
させない。両方の種類の液晶についてわかるように、小
さい滴は大きい滴よりも効率的に光を散乱させる。この
場合、ネマチィックの異常屈折率と封じ込め媒体の屈折
率の差を測定すると、E49混合物については0.279、E63
混合物については0.240である。
第８図は、NCAP表示装置の反射スペクトルに及ばされ
る散乱の効果を示す。膜は、１重量％の濃度の多色性黒
色素M788を含有するE49液晶を含む。この色素は日本国
東京都の三井東圧株式会社から入手できる。カプセルは
1.7μのMVDを有し、膜厚は約18μである。消勢状態（曲
線90）では膜は暗く、中立色である。輝度も低く、400n
m乃至700nmの範囲に亘って比較的フラットである。しか
しながら、膜を付勢する（曲線92）と二つの効果が現れ
る。第１に、色素の吸光度が減少するにつれて膜の輝度
が劇的に増大する。第２に、曲線92が示すように、スペ
クトルの形体から明らかなように、黄色の蛍光反射板の
ために膜が黄色になる。明るさ及び色のこの変化は、付
勢状態と消勢状態との間で表示上に大きな色差をもたら
す。
以上論じたように、電界ゼロ状態では、NCAP膜は短い
波長の光、即ち約380nm乃至500nmの間の光を散乱し且つ
吸収することによって、蛍光反射板の励起を最小にす
る。その結果、記載したように、電界印加状態と電界ゼ
ロ状態との間の色のコントラストが改善される。
このような表示の色のコントラストは、多色性青色素
を使用することによって更に改善することができる。色
のコントラストは二つの理由のために改善される。第１
には、電界ゼロ状態では、膜の後方散乱は、光の大部分
が後方反射板に到達しないようにする。かくして、装置
からの反射の大部分が膜の多色性色素（例えば青）の色
になる。第２には、反射板が青色素の補色又は補色に近
い色、即ち黄色、赤、又はオレンジであるように選択さ
れているため、反射板に到達し反射される光はNCAP膜層
を通過するときに青色素によって選択的に吸収される。
かくして、青色素を有するNCAP表示は、消勢状態では
青色に見え、付勢状態では使用した反射板に応じて緑、
黄色、オレンジ、又は赤色を有する。
本発明の表示装置に利用し得る例示の青色素は、Ｍ−
137及びＭ−483（日本国東京都の三井東圧株式会社から
入手できる）、Ｂ−１及びＢ−３（スイス国バーゼルの
ホフマンラロシュ社から入手できる）、及びＤ−102
（英国プールのビーディーエイチ社から入手できる）を
含む。これらの色素は油溶性であり、これらの色素の溶
液に液晶を加えることができる。また、これらの色素は
水相又はポリマー相による吸収を受けず、そのため、こ
れらの色素は、製造工程中、封じ込め媒体又はキャリア
媒体により吸収されない。これらの色素は、又、好まし
くは、光安定性であるから、日光に露らされたとき著し
く色褪せしない。これらの色素はそれ自体屋外表示装置
に使用するのに適する。青色素の濃度は、約0.6％乃至
2.0％であり、もっと好ましくは約1.0％乃至1.5％であ
る。
例 １ 本方法は、液晶E49（英国、ポールのBDH社から入手）
67.6gと多色性青色素（日本、東京都の三井東圧社から
入手）1.01gとを混合し、青色素が液晶に完全に溶解す
るまで50℃乃至100℃の温度で撹拌することを含む。液
晶物質のΔＮは25℃で0.261であり、その正常屈折率は
1.527である。その後、界面活性剤IGEPALCO−610（ニュ
ージャージー州、ウエインのGAF社から入手）0.04gを上
記混合物に加え、500rpmで２、３分間ブレンドする。こ
の混合と引き続く混合とに適した混合器は、Dyna−Mix
変速回転混合器（ペンシルバニア州、ピッツバーグのス
シエンティフィック社から入手）である。脱泡のための
乳化中、界面活性剤DOW−5098（ミシガシ州、ミドラン
ドのDow化学から入手）約0.02gをまた加える。その後、
ラテックス粒子40重量部を含有するネオレズ（Neorez）
Ｒ−967（マサチューセッツ州、ウィルミングトンのポ
リビニル化学から入手）41.6gを乳化した混合物に加
え、混合物が均質になるまで約600rpmで１分間混合す
る。カプセルの好ましい中間体積直径は、コウルターカ
ウンターモデルTAII粒子サイズ検光子を使用して決定し
た約1.5ミクロンである。混合物がガス抜きし、架橋剤C
X−100（ポリビニル化学から入手）0.12gを加えてゆっ
くり混合する。次いで、この物質を、0.003インチバー
ドドクターブレード、或いは、その他に適当な手段で、
適当な電極被覆基板上に被膜し、乾燥する。更に、第２
の電極被膜基板を上記被膜に積層して作動装置を作る。
液晶との接触前の封じ込め媒体の屈折率は約1.482で
あるが、液晶が封じ込め媒体によって少し吸収されるこ
とになるので約1.509まで上昇する。この増大により、
封じ込め媒体の屈折率はE49ネマチィックの正常屈折率
（1.535）に程よく調和するようになる。屈折率の厳密
な調和はこれらの表示装置にとって必要ではない。この
場合、封じ込め媒体とネマチィックの屈折率の差0.026
は、電荷をかけた膜に、NCAP膜の後ろの色付反射器をた
やすく見分けるのに十分な透明さを生じさせることにな
る。
ここに本発明の或る特別の実施例を詳細に説明してき
たけれども、本発明はかかる実施例にのみ制限すべきで
なく、請求の範囲によってのみ制限される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−226322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−178429（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−121683（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭61−501345（ＪＰ，Ａ) 特表 昭58−501631（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−502128（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/1333

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】封じ込め媒体と、複屈折液晶材料とを有
    し、前記液晶材料の正常屈折率と異常屈折率との差が約
    0.23よりも大きく又はそれと等しく、前記液晶材料は前
    記封じ込め媒体中に複数の体積で分散され、前記体積は
    約0.5乃至2.5ミクロンの大きさを有し、前記封じ込め媒
    体の厚さは約８乃至18ミクロンであり、前記液晶材料の
    構造と一致する多色性色素を前記液晶材料中に含有し、
    前記液晶材料中の前記多色性色素の濃度が約0.6％乃至
    1.2％程度である、液晶装置。
  2. 【請求項２】反射板が前記封じ込め媒体の非観察側に配
    置される、請求項１に記載の液晶装置。
  3. 【請求項３】前記色素の濃度は約0.8％乃至1.2％であ
    る、請求項１又は２に記載の液晶装置。
  4. 【請求項４】前記封じ込め媒体の厚さは13乃至16ミクロ
    ンである、請求項３に記載の液晶装置。
  5. 【請求項５】正常屈折率と異常屈折率との差は約0.23乃
    至0.30である、請求項４に記載の液晶装置。
  6. 【請求項６】前記体積の大きさは約1.3乃至1.8ミクロン
    である、請求項５に記載の液晶装置。
  7. 【請求項７】前記液晶材料と前記封じ込め媒体が協同し
    て入射光の偏光と関係無くそれに入射する光を後方散乱
    させ、吸収し、そして透過させる、請求項１に記載の液
    晶装置。
  8. 【請求項８】前記体積は三次元マトリックスの前記封じ
    込め媒体中に形成される、請求項７に記載の液晶装置。
  9. 【請求項９】前記液晶材料は正の誘電異方性を有する動
    作上ネマチイックの液晶材料である、請求項１に記載の
    液晶装置。
  10. 【請求項１０】複屈折液晶材料及び該液晶材料の構造と
    一致した多色性色素の複数の体積を封じ込め媒体中に形
    成し、前記体積の壁は前記液晶材料の歪んだ整列を生じ
    させ、前記液晶材料は、前記整列に応じて光を散乱さ
    せ、及び又は吸収し、かつ電界に応答して、かかる散乱
    及び吸収の量を減じ、上記体積は約0.5乃至2.5ミクロン
    の大きさを有し、前記液晶材料をその正常屈折率と異常
    屈折率の差が約0.23よりも大きく、又はこれと等しいよ
    うに選択し、前記液晶材料中の多色性色素の濃度は約0.
    6％乃至1.2％程度であり、更に、前記封じ込め媒体を約
    ８乃至18ミクロンの厚さをもつように形成する、液晶装
    置を作る方法。
  11. 【請求項１１】封じ込め媒体と、複屈折液晶材料とを有
    し、前記液晶材料の正常屈折率と異常屈折率との差が約
    0.23よりも大きく又はそれと等しく、前記液晶材料は前
    記封じ込め媒体中に複数の体積で分散され、前記体積は
    約0.5乃至2.5ミクロンの平均体積直径を有し、前記封じ
    込め媒体の厚さは約８乃至18ミクロンであり、前記液晶
    材料の構造と一致する多色性色素を前記液晶材料中に含
    有し、前記液晶材料中の前記多色性色素の濃度が約0.6
    ％乃至1.2％程度であり、更に、前記封じ込め媒体の非
    観察側に螢光反射板を配置してなる、液晶装置。
  12. 【請求項１２】液晶材料と、 前記液晶材料の複数の体積を収容するための封じ込め媒
    体と、を有し、該封じ込め媒体は前記液晶材料の歪んだ
    整列を生じさせ、前記液晶材料は、歪んだ整列に応じ
    て、光を散乱させ、及び又は吸収し、かつ規定入力に応
    答して、かかる散乱及び吸収の量を減じ、 更に、前記液晶材料の構造と一致するように前記液晶材
    料と共に前記体積の中に含有され、前記規定入力がない
    場合に550乃至650ナノメートル（nm）の波長の光の透過
    を阻止する青色の多色性色素と、 前記封じ込め媒体の非観察側に配置された螢光反射板
    と、を有する、表示装置。
  13. 【請求項１３】前記色素は約0.50％乃至2.0％の濃度で
    前記液晶材料中に存在する、請求項12に記載の表示装
    置。
  14. 【請求項１４】前記反射板は黄色光、オレンジ色光又は
    赤色光を放出する請求項12に記載の表示装置。
  15. 【請求項１５】封じ込め媒体と、複屈折液晶材料とを有
    し、前記液晶材料の正常屈折率と異常屈折率との差が約
    0.23よりも大きく又はそれと等しく、前記液晶材料は前
    記封じ込め媒体中に複数の体積で分散され、前記体積は
    約0.5乃至3.0ミクロンの大きさを有し、前記封じ込め媒
    体の厚さは約８乃至18ミクロンであり、前記液晶材料の
    構造と一致する多色性色素を前記液晶材料中に含有し、
    前記液晶材料中の前記多色性色素の濃度が約0.6％乃至
    1.2％程度である、液晶装置。
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