JP2930169B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2930169B2
JP2930169B2 JP4273008A JP27300892A JP2930169B2 JP 2930169 B2 JP2930169 B2 JP 2930169B2 JP 4273008 A JP4273008 A JP 4273008A JP 27300892 A JP27300892 A JP 27300892A JP 2930169 B2 JP2930169 B2 JP 2930169B2
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信明 山田
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憲明 大西
修一 神崎
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関す
る。更に詳しくは、異なる液晶と液晶との屈折率の差を
外部電圧により変化させ液晶と液晶との界面で起こる光
の散乱を制御する表示モードを利用した液晶表示装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気光学効果を利用した表示素子
としてネマティック液晶を用いたTN(Twisted Nemati
c)型や、STN(Super Twisted Nematic)型のものが
実用化されている。また、強誘電性液晶を用いた物も提
案されている。これらは、偏光板を要する物であり、ま
た配向処理を必要とするものである。一方、偏光板を要
さず液晶の散乱を利用したものとしては、動的散乱(D
S:Dynamic Scattering)効果および相転移(PC:Phase
Change)効果がある。最近、偏光板を要さず、しかも配
向処理を不要とするものとして、液晶の複屈折性を利用
し、透明または白濁状態を電気的にコントロールする方
法が提案されている。この方法は、基本的には電圧印加
時に液晶の配向が電場方向に揃い、液晶分子の常光屈折
率と支持媒体の屈折率とを一致させ透明状態を表示し、
電圧無印加時には、液晶分子の配向の乱れによる光散乱
状態を利用した表示モードである。
【0003】提案されている方法としては、特表昭58
−501631に液晶を高分子カプセルに包含した方法
が開示されているが、液晶が独立胞であり、かつ、周り
を高分子で固めているために電極間のスペースを有効に
利用しておらずコントラストが低く、かつ、液晶配向に
変化が生じる駆動電圧が高く利用範囲が狭い。また、特
表昭61−502128等に液晶と光又は熱硬化性樹脂
とを混合し、樹脂を硬化することにより液晶を析出さ
せ、樹脂中に液晶滴を形成させる方法を開示している。
しかし、この方法では、特開平3−72317に液晶滴
径の制御方法が開示されてはいるものの相分離を利用し
ているために、液晶滴径の精密な制御が難しい。
【0004】また、特開平3−59515等に高分子多
孔膜に液晶を含浸させることを特徴とする方法が開示さ
れている。この方法は、液晶滴を作成するときに相分離
を利用しないため、適応できる樹脂、液晶の選択の自由
度が非常に大きく、高分子多孔膜の十分な精製が可能な
利点を有するが、現状では、十分に液晶滴を制御するこ
とはできない。
【0005】また、特開平3−46621においては、
2枚の透明電極間に光の散乱源となるポリマービーズを
液晶中に浮遊せしめた構造を有することを特徴とする方
法が開示されている。この方法では、光の散乱強度は大
きいが、ビーズを均一に分散させることが難しく、表示
むらが発生しやすい。これらの先行発明は、基本的に1
種類の液晶材料と高分子材料との屈折率の差が外部電界
の変化により変わることを利用した液晶表示素子であ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】いま、ne を異常光の
屈折率、no を通常光の屈折率とする。従来の分散モー
ドを利用した液晶表示素子においては、電圧を印加しな
いとき、液晶材料のランダム配向状態での屈折率n=
(ne+2no)/3と高分子材料屈折率np の差を利用
して光を散乱させる。
【0007】電圧印加したときは液晶が電場に沿って配
向し、液晶の屈折率がno となる。この時、no=np
なるように液晶と高分子の屈折率を選択した場合、液晶
セルは透明状態になり、光の散乱を起こさなくなる。こ
のように、上記液晶素子は、液晶と高分子との屈折率の
ミスマッチを利用して、光の散乱状態を制御するもので
ある。しかし、例え液晶滴の形状を最適化しても、液晶
と高分子との屈折率のミスマッチが十分大きくなければ
良好なコントラストが得られない。ところが、液晶と高
分子との屈折率のミスマッチの大きさは、液晶材料の屈
折率異方性Δn(=ne−no)に比例していると考えら
れる。しかし、現存する液晶材料の屈折率異方性Δn
は、大きい液晶でも0.3以下であり良好なコントラス
トを得るには不十分である。
【0008】また、ポリマーマトリックスを作成するた
めには、高分子の液晶成分との体積分率を10%以上に
しなければならない。このため、セル内の液晶体積の利
用効率が悪く、コントラストを上げることが困難である
と同時に、高分子による電圧降下があり、液晶にかかる
電圧が低くくなる。結果として、液晶を小さなスペース
に閉じ込めることになり、駆動電圧を高く設定しなけれ
ばならない原因となる。
【0009】また、2層のセルを重ねる多層セルは、コ
ントラストを高くすることができるが、第1層と第2層
との間に層を隔てるための基板材料が必要であり視差を
生じる。さらに、第1層と第2層を別々に駆動するため
に電極、回路など2倍必要となり、コストアップとな
り、かつ重量増となる。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、一対
の透明基板の対向しあう表面にそれぞれ透明電極が形成
され、透明基板間に液晶層を充填してなる液晶表示装置
において、液晶層が各々分離された少なくとも2種類の
液晶により構成され、かつ少なくとも2種類の液晶がそ
れぞれ液晶層の厚み方向にわたって存在し、第1の種類
の液晶が誘電率異方性Δε>0、屈折率異方性Δn>0
を示す液晶(液晶I)を少なくと1種含み、第2の種類
の液晶が誘電率異方性Δε<0、屈折率異方性Δn>0
を示す液晶(液晶II)または誘電率異方性Δε>0、屈
折率異方性Δn<0を示す液晶(液晶III)を少なくと
も1種含むことを特徴とする液晶表示装置が提供され
る。
【0011】ここで、上記液晶層が、海〜島状態で分離
されてなり、島状態の液晶はマイクロカプセルに封入さ
れていることが好ましく、島状態の液晶が液晶Iであ
り、海状態の液晶が液晶IIであることがさらに好まし
い。また、島状態の液晶がスメクティック、ネマティッ
クまたはカイラルネマティック液晶であり、ゲスト−ホ
スト式の二色性染料を混入したものであることが最も好
ましい。
【0012】さらに、上記液晶層が、上下2層の状態で
分離されてなり、各々の液晶層が高分子分散型液晶であ
ることが好ましく、上層の液晶層と下層の液晶層は、電
圧無印加時には不透明状態と透明状態をそれぞれ示し、
電圧印加時には透明状態と着色状態を示すよう構成され
ることが好ましい。さらに、液晶層がスメクティック、
ネマティックまたはカイラルネマティック液晶であり、
ゲスト−ホスト式の二色性染料を混入したものであるこ
とが好ましく、下層の液晶層が電場または磁場の印加に
よって予め配向させてあることが、最も好ましい。
【0013】このとき、液晶IIが誘電率異方性Δε<0
であり、かつ屈折率異方性Δnが0.02より大で0.
15より小であるとき好適に利用できる。本発明者ら
は、見かけ上の液晶と高分子との屈折率のミスマッチを
大きくすることを鋭意検討した結果、特性の異なる2種
類以上の液晶材料を組み合わせることにより、電場のo
n−off状態での液晶の見かけ上の屈折率の差が大き
くなることを見い出した。これにより、電気光学特性が
俊敏で、かつコントラストの優れた光の分散モードを利
用した液晶表示装置を作成することができた。
【0014】この発明において、異なる2種以上の液晶
材料を互に混合することなく配置する具体的な液晶表示
装置を提供する。その1つの形態として、多種の液晶材
料が海〜島の形状をして混在させる形態のものがある。
具体的に液晶材料が島状態を形成する形態としては、マ
イクロカプセルの形態が好適である。また、他の形態
は、液晶材料を上層と下層に分ける形態であり、液晶材
料の2層に分離する材料として、高分子分散型液晶を採
用するのが好適である。
【0015】上記非混合状態を形成する液晶材料の組合
せは2種類ある。即ち、第1の組合せは誘電率異方性Δ
ε>0、屈折率異方性Δn>0を示す液晶材料と誘電率
異方性Δε<0、屈折率異方性Δn>0を示す液晶材料
の組合せであり、第2の組合せは誘電率異方性Δε>
0、屈折率異方性Δn>0を示す液晶材料と誘電率異方
性Δε>0、屈折率異方性Δn<0を示す液晶材料の組
合せである。
【0016】第1の液晶の組合せにおいて、コントラス
トを高くすることができるのは次の理由による。一方の
液晶材料が誘電率異方性Δε>0、屈折率異方性Δn>
0であり、他方の液晶材料が誘電率異方性Δε<0、屈
折率異方性Δn>0である2つ液晶材料をマイクロカプ
セルで互いに混合しないように存在させる。2種類の液
晶及びマイクロカプセルの構成材料の屈折率が電圧印加
時にほぼ一致するように設定した場合、電圧無印加時の
液晶はランダム配向となり、液晶材料の屈折率はランダ
ム配向状態での屈折率nr=(ne+2no)/3になる。
【0017】一方、電圧印加時には、すべての材料の屈
折率をほぼ一致させているので、誘電率異方性Δεの互
に符号の異なる液晶の屈折率うち、Δε<0の液晶の屈
折率が(ne+no)/2となり、Δε>0の液晶の屈折
率はn0 となり、互いに反対方向に離れることになる。
この現象により、従来の1種類の液晶で高分子材料との
屈折率のミスマッチを利用する表示素子に較べて、この
装置では大きな屈折率の変化を利用することができ、コ
ントラストの大きな表示素子を作成することができる。
【0018】また、第2の組合せにおいても、同様の現
象が見られる。即ち、一つの液晶材料が誘電率異方性Δ
ε>0、屈折率異方性Δn>0であり、他の液晶材料が
誘電率異方性Δε>0、屈折率異方性Δn<0である。
この液晶材料の組合わせにおいても上記原理と同様であ
る。結果的に大きな屈折率の変化を利用することができ
コントラストの大きな表示素子を作成することができ
る。
【0019】この現象は、2種以上の液晶が、海〜島の
ようなランダムな液晶の組合せの場合についても、上層
と下層の液晶の組合せの場合についても、上述の第1と
第2の組合せがそのまま充当できる。同様の原理によっ
て、作成された装置では大きな屈折率の変化を利用する
ことができ、コントラストの大きな表示素子を作成する
ことができる。
【0020】Δε>0かつΔn>0を示す液晶化合物
(I)としては、分子末端にシアノ基を有するビフェニ
ル系、ターフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、ジ
フェニルシクロヘキサン系があり、具体的には市販のE
8、E44、ZLI−3219、ZLI−4792(い
ずれもメルク社製)などが好適に利用できる。Δε<0
かつΔn>0を示す液晶化合物(II)としては側鎖にシ
アノ基などの極性の強い官能基を有するものがあり、具
体的には市販のZLI−2806、ZLI−4788−
000、ZLI−4850(メルク社製)などが好適に
利用できる。
【0021】さらに、Δε>0、Δn<0である液晶化
合物(III)としては、コレステリック及びネマティック
液晶にカイラル・ネマティック液晶を添加したコレステ
リック液晶なども利用できる。本発明の液晶組成物は、
上記液晶化合物(I)、(II)、(III)を、公知の液晶
や組成物と混合して調製することができる。
【0022】通常、化合物(I)、(II)、(III)の含
有量は、全体で5wt%以上、95wt%以下とするの
が好ましい。これらの各成分のうち一種類95wt%以
上占めるとコントラストの改善効果が不充分であり適当
でない。かかる本発明の液晶組成物には、本発明の意図
する効果が阻害されない限り、種々の添加剤が配合され
ていてもよい。例えば、末端にフルオロアルキル基を有
する他の液晶性化合物や液晶相溶性化合物、例えば、2
色性色素が配合(通常、0.01〜1wt%)されてい
てもよく、その例は、例えば特開平3−47,891号
公報等に示される。
【0023】二色性色素の配合例としては、スメクティ
ック、ネマティックまたはカイラルネマティック液晶に
ゲスト−ホスト方式の二色性色素を含有させた例を挙げ
られる。ここで、2色性色素の化合物の例としてはマゼ
ンタを示すものはG214,G241など、緑色を示す
ものはG282とG232の混合など、シアンを示すも
のはG282、G279など、赤色を示すものはG20
5,G156など、黄色を示すものはG232,G14
3など、青色を示すものはG274,G277(いずれ
も日本感光色素研究所製)などが挙げられる。
【0024】本発明のホストであるスメクティック、ネ
マティックまたはカイラルネマティック液晶組成物は、
上記の液晶組成物が挙げられる。これら液晶物組成物
は、例えば黒色色素入りゲスト−ホスト液晶組成物とし
て、ZLI−3367,ZLI−4756/1,ZLI
−3521/1,ZLI−4714,ZLI−411
3,ZLI−3402/1(以上すべてメルク社製)な
どが挙げられる。
【0025】2種類以上の液晶材料を混合せずに隔てる
手法としては、特開昭50−101110、特開昭55
−46718、特開平1−267524、特開平1−2
859209に示されているような海〜島による方法が
ある。第一の液晶を高分子材料に閉じ込めたマイクロカ
プセルの島とし、他の液晶を海とした海〜島による形状
として、2種類以上の液晶を混合分散させる方法であ
る。
【0026】液晶を閉じ込める高分子材料のマイクロカ
プセル作成方法は、例えば界面重合法を用いる。液晶を
溶解しない溶媒中に液晶を分散させ、さらにこの溶液
に、液晶滴の表面に凝集してくるような熱硬化モノマー
又は光硬化性モノマーを加える。熱または光を加えて、
これらモノマーを液晶表面で硬化させ、溶媒と分離して
マイクロカプセルを得る。
【0027】その他のマイクロカプセル作成法として
は、液中乳化被覆法、オリフィス法、水溶液系からの相
分離法(単純コアセルベーション法と複合コアセルベー
ション法を利用)、有機溶媒系からの相分離法(温度変
化法、貧溶媒添加法、相分離誘起液体ポリマー利用法、
界面濃縮法、界面析出法、液中乾燥法、界面沈殿法、界
面硬化反応法)、2次エマルジョン法、融解分散冷却法
(噴霧凝固造粒、凝固造粒)、内包物交換法、気中懸濁
被覆法(流動床法)、静電気的合体法(コロイド利用
法、液滴利用法)、スプレードライング法(噴霧造粒
法)、高速気流中衝突法など一般に知られている方法を
用いることができる。
【0028】使用するマイクロカプセルの材料は、それ
ぞれの液晶の電圧印加時における屈折率と近い屈折率を
持ち、さらに、それぞれの液晶の電圧無印加時における
屈折率と大きく異なった屈折率を持つ材料が好ましい。
具体的にこれらの材料として使用できるものは、通常懸
濁重合に使用されるモノマー、例えば、スチレン、アク
リロニトリル、ブタジエン、酢酸ビニル、塩化ビニル、
アクリル酸メチル、さらに、光重合に使用されるモノマ
ー例えばアクリル酸及びアクリル酸エステルの誘導体、
さらに具体的には、アクリル酸イソブチル、アクリル酸
ステアリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸イソアミ
ル、n−ステアリルメタアクリレート、シクロヘキシル
メタクリレート、ベンジルメタクリレート、2−フェノ
キシエチルメタクリレート、ビスフェノールAジメタク
リレート、ビスフェノールAジアクリレート、さらに高
分子の物理的強度を高めるために2官能以上の多官能樹
脂、例えば、1、4−ブタンジオールジメタクリレー
ト、1、6−ヘキサンジオールジメタクリレート、トリ
メチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロー
ルプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタン
テトラアクリレート、さらにより好ましくは、これらの
モノマーをハロゲン化とくに塩素化、及びフッ素化した
樹脂、例えば、2,2,3,4,4,4−ヘキサフロロ
ブチルメタクリレート、2,2,3,4,4,4−ヘキ
サクロロブチルメタクリレート、2,2,3,3−テト
ラフロロプロピルメタクリレート、2,2,3,3−テ
トラフロロプロピルメタクリレート、パーフロロオクチ
ルエチルメタクリレート、パークロロオクチルエチルメ
タクリレート、パーフロロオクチルエチルアクリレー
ト、パークロロオクチルエチルアクリレートである。ま
た、熱硬化性モノマーとしては、エチレングリコールジ
グリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリ
シジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジ
ルエーテルなどのグリシジルエーテル類を代表とするエ
ポキシ樹脂およびイソシアネート基を有するウレタン樹
脂例えばキシリレンジイソシアナート、Siを含む2重
結合を有するシリコーン樹脂などが使用できる。これら
モノマーは、単独で使用しても良いが2種以上混合して
も良い。また、これらのモノマーに、必要に応じて塩素
化及びフッ素化された高分子やその他の高分子例えばポ
リビニルアルコール、ポリエチレングリコール、さらに
ゼラチンなどの天然高分子やオリゴマーを混合して使用
してもいい。
【0029】液晶滴を内蔵したマイクロカプセルの平均
内径は、2μm以上、8μm以下が好ましく、更に好ま
しくは、3μm以上、5μm以下である。マイクロカプ
セルの平均内径が2μmより小さい場合は、電圧無印加
時には可視光を散乱する小さい液晶滴が多くなり光散乱
性が低下する。さらに電圧印加時には液晶分子が動きに
くくなり駆動電圧を高くしてしまう。逆に、マイクロカ
プセルの平均内径が8μmより大きすぎる場合には、液
晶セルギャップの大部分をマイクロセルが占めることに
なり、電圧無印加時に遮蔽性が低下してしまい、コント
ラストを低下させ好ましくない。
【0030】上記液晶滴を内蔵したマイクロカプセルを
均一に液晶の海に均一分散させた後、安定化するために
界面活性剤を添加しても良い。ここで使用できる界面活
性剤とは、液晶材料を汚染するような不純物、例えば、
金属イオン、導電性イオンなどを含まず自身も非イオン
性であることが好ましい。具体的には、ポリオキシエチ
レンソルビタンモノパルミタート、ポリオキシエチレン
ソルビタンモノステアラート、ポリオキシエチレンソル
ビタンモノオレアラート、ポリオキシエチレンソルビタ
ントリオレアラート、およびこれらの化合物の塩化物、
フッ化物などの非イオン性界面活性剤が挙げられる。
【0031】特に、マイクロカプセル内の液晶材料につ
いては、電場応答性の俊敏な液晶化合物(I)が適して
いる。他方マイクロカプセル外の液晶については、内部
の液晶材料の駆動電圧に合わせて選択することができ、
液晶化合物(II)が適している。さらに、相互に組成の
大きく異なる液晶を使用することが好ましく、例えば、
シアノジフェニル系液晶に代表される凝集力の強い液晶
とフッ素系液晶に代表される凝集力の弱い液晶との組み
合わせなどが好適である。
【0032】このようにして作製したマイクロカプセル
に第一の液晶をつめて島とし、マイクロカプセル外に液
晶をつめて海とした海〜島構造を図1に示す。図2は図
1の液晶充填部のみを強調してあり、符号は透明電極a
は(絵素電極)、bは透明電極(対向電極)、cはマイ
クロカプセルである。この図でも分かるようにマイクロ
カプセルを介して両液晶組成物は更に混合することな
く、海〜島として独立にその性能を発揮することが可能
となったのである。
【0033】また、他の形態としては、液晶材料を上層
と下層にわける形態が挙げられ、液晶として高分子分散
型液晶を採用することにより二層に分けられる。例え
ば、上層および/または下層の液晶を高分子分散型液晶
にすることが挙げられる。この時適用される高分子は、
ポリビニルアルコール(Tg:85℃)、ポリスチレン
(Tg:100℃)、ポリメタクリル酸メチル(Tg:
105℃)、ポリアクリル酸メチル(Tg:3℃)、ポ
リクロロトリフルオロエチレン(Tg:45℃)、ポリ
酢酸ビニル(Tg:29℃)、ニトロセルロース(T
g:53℃)などである。
【0034】その製造方法は常法が適用され(特開昭5
8−50163参照)、例えば前記液晶とモノマーの混
合物を作成し、常法の熱重合や光重合によってモノマー
を重合、硬化させて樹脂化し、液晶を樹脂相から分離す
ることによって作成できる。このときの液晶/樹脂相と
の割合は95/5〜50/50であり、好ましくは90
/10〜70/30である。
【0035】さらに、印加電圧がオフ時に液晶分子を予
め垂直に配向させる方法は、液晶層を形成してから、使
用している高分子のTg(ガラス転移温度)より高い温
度で垂直方向に電場、磁場をかける方法や、高分子分散
型液晶表示装置を作成する段階で垂直方向に電場(2周
波駆動用の液晶の場合Δε>0となる周波数の電場、例
えば最小ピーク値が1kv/cm以上、最大ピーク値が
100kv/cm以下の電場)、磁場(例えば、1,0
00〜100,000ガウス)をかける方法などを用い
ることができる。
【0036】さらに、上記液晶においては、セル作成
後、電場印加時に液晶分子が垂直配向から水平配向に変
化する必要があり、Δε<0の周波数を有する液晶が好
ましい。さらに、透明状態と着色状態を制御する液晶層
では、高分子壁の散乱によって色の鮮明さが低下してし
まうため、液晶のΔnは小さいほど好ましい。具体的に
は、Δnは0.02〜0.15、好ましくは0.04〜
0.1である。Δnが0.02以下の液晶材料では、液
晶材料のΔnが小さくなってしまい低電圧駆動できなく
なる。具体的な液晶例には前記ZLI−2806(Δ
n:0.044,Δε:−4.8)などが挙げられる。
【0037】かかる本発明の液晶表示装置の一例を図2
に示して構成を説明する。ガラス基板1a上に透明電極
2aが順に各層が形成されたものが、基板9である。こ
こで、透明電極2aは複数本の透明電極が互いに平行と
なるようにストライプ状に配列して形成される。一方、
もう片側のガラス基板1b上にも同様の条件で透明電極
2bが順に各層が形成されたものが、基板10である。
透明電極2bは基板9と同様、透明電極2bは複数本の
透明電極が互いに平行となるようにストライプ状に配列
して形成される。
【0038】ここで、2種以上の液晶組成物7が充填さ
れるのは、上下の2つの間であり、その厚さ(d)は液
晶表示装置の設計、構成によって決まるが、5.0〜1
8.0μm程度、好ましくは10〜15μmである。こ
の厚さが5μm以下では電圧無印加時の光散乱性が不足
し、逆に18μm以上では、液晶の駆動のための所定の
電界強度が不足し、電圧印加時の十分な透明性が得られ
ないか、もしくは駆動電圧が高くなる。駆動電圧が高い
ことは、消費電力が高く、また、TFTなどの駆動回路
の改良が必要となることを意味する。
【0039】この発明の液晶表示装置の駆動方法は、単
純マトリックスやアクチブマトリックス(例えば、Thin
Film Transistor Modified Index Method)などが適用
できる。具体的駆動例として、上層の液晶にΔn>0の
高分子分散型液晶材料と下層の液晶に二色性色素を含有
した高分子分散型液晶材料を使用し、例えば20Vの電
圧を印加した場合、電圧オフ時には、上層の液晶が散乱
状態となり不透明であり、電圧オン時に、配向して透明
状態となる。また電圧オフ時は、下層の液晶は透明状態
であり、コントラストが向上する。具体的には液晶分子
が垂直配向状態になることで、2色性色素は光の吸収が
少ない分子配列になる。さらに、電圧オン時は、分子配
列が解け着色状態となる。
【0040】このように、上層の液晶が散乱状態と透明
状態を制御する液晶であり、下層の液晶が透明状態と着
色状態を制御する方式であるため、直視型液晶装置とし
ての適用したとき、特にコントラストを向上させる効果
が大きく好ましい。
【0041】
【実施例】
実施例1 誘電率異方性Δε=13.2(>0)、屈折率異方性Δ
n=0.205(>0)であるネマティック液晶(ZL
I−3219:メルク社製)40gと酢酸エチル18g
及びキシレンジイソシアナート3molとトリメチロー
ルプロパン1molの付加の化合物(武田薬品工業
(株)製、タケネートD−110N)4.5gを加え油
性の均一溶液を調製し室温に保つた。ポリビニルアルコ
ールの4%水溶液90gに界面活性剤として、ドデシル
ベンゼンスルホン酸ソーダの5%水溶液3ccを添加し
て水性媒体を調製し室温に保った。この水性媒体中に上
記油性均一溶液を加え、ホモジナイザーで室温にて乳化
分散させて、乳化液中の油滴粒子の平均粒径が約7μm
の水中油滴型エマルジョンを得た。エマルジョンを調製
後10分後、ジエチレントリアミンの5%水溶液20.
3gを徐々に滴下し、60℃で恒温槽にて3時間攪拌し
カプセル化反応を終了させた。このカプセル分散液の溶
媒を徐々に蒸発させ、水、エチルアルコールで洗浄し、
平均粒径3.8μmのカプセル化液晶を得た。
【0042】このようにして作成したカプセル化液晶1
gとトリメチロールプロパントリメタクリレート0.1
gとトルエン20g中に分散させて、バーコート法によ
り風乾後10μm厚になるようにITO(酸化インジュ
ウムおよび酸化スズの混合物)付きガラス(日本板ガラ
ス製ITO−500付きフリントガラス)に塗布し窒素
中で放置し、その上に、もう一方の電極を被せた。トル
エンを完全に除去した後、高圧水銀灯下、40mW/c
2(365nm)で、2分間紫外線を照射して、マイク
ロカプセル入り多孔体に誘電率異方性Δε=13.2
(>0)、屈折率異方性Δn=−0.106(<0)で
あるネマティック液晶(ZLI−3219:メルク社製
にカイラルネマティック液晶S−811:メルク社製を
5%添加)を含浸させて、セルを作製した。作製したセ
ルの概略断面図は図1に示した。
【0043】作製したセルの電気光学特性は、光透過率
が電圧を過剰に高電圧にした時の飽和透過率TS から電
圧無印加時の光透過率TO を引いた値とし、その光透過
率が10%上昇した時の印加電圧(しきい値電圧)Vth
が3.5Vであり、光透過率は無印加時には0.8%で
あり、50V交流電圧印加時には82.4%であるか
ら、良好なコントラストが得られたといえる。
【0044】比較例1 実施例1と同様の方法でセルを作成し、マイクロカプセ
ル外の液晶をマイクロカプセル内の液晶と同じ組成の液
晶を注入してセルを構成した。作成したセルの電気光学
特性は、光透過率が電圧を過剰に高電圧した時の飽和透
過率TS から電圧無印加時の光透過率TO を引いた値と
し、その10%透過率が上昇した時の印加電圧(しきい
値電圧)Vthが4.2Vであり、飽和電圧VSが8.8
Vであった。更に、直進透過率(集光角6°)は、電圧
無印加時に3.6%であり、50V交流電圧印加時に8
1.8%であった。
【0045】実施例2 実施例1と同様の方法でセルを作製し、マイクロカプセ
ル外の液晶を液晶材料の誘電率異方性Δε=−4.8<
0、屈折率異方性Δn=0.044>0の液晶(ZLI
−2806:メルク社製)を注入してセルを構成した。
作成したセルの電気光学特性は、光透過率が電圧を過剰
に高電圧した時の飽和透過率TS から電圧無印加時の光
透過率TO を引いた値とし、その10%透過率が上昇し
た時の印加電圧(しきい値電圧)Vthが5.2V、飽和
電圧VS が10.2Vであった。更に、直進透過率(集
光角6°)は、電圧無印加時に0.5%であり、50V
交流電圧印加時に82.3%であった。
【0046】実施例3、比較例2、3 実施例1の方法でホモジナイザーの回転数と回転時間を
調製しマイクロカプセルの平均径が1.2μm(比較例
2)、6.8μm(実施例3)、12.1μm(比較例
3)のマイクロカプセルを作成し、セルギャップを13
μmとした。そのときの電気光学特性のデータを表1に
示す。
【0047】
【表1】
【0048】実施例4 誘電率異方製Δε=5.2(>0)、屈折率異方性Δn
=0.094(>0)であるフッ素系ネマティック液晶
(ZLI−4792)1gと、誘電率異方性Δε=1
3.2(>0)、屈折率異方性Δn=−0.106(<
0)であるコレステリック液晶(ZLI−3219:メ
ルク社製にカイラルネマティック液晶S−811:メル
ク社製を5%添加)1gと、ポリオキシエチレンソルビ
タンモノステアラート0.02gをホモジナイザーで混
合分散させ、セルギャップ12μmのセルに混合液を注
入しセルを作製した。作製したセルの電気光学特性は、
光透過率が電圧を過剰に高電圧にした時の飽和透過率T
S から電圧無印加時の光透過率TO を引いた値とし、そ
の10%透過率が上昇した時の印加電圧(しきい値電
圧)Vthが3.2V、飽和電圧VS が7.5Vであっ
た。更に、直進透過率(集光角6°)は、電圧無印加時
に0.5%であり、50V交流電圧印加時に83.7%
であった。
【0049】実施例5 液晶材料の誘電率異方性Δε=−4.8(<0)、屈折
率異方性Δn=0.044(>0)の液晶(ZLI−2
806:メルク社製、磁化率の異方性Δχ>0)1gと
2色性色素(S−301:三井東圧染料社製)0.03
gと酢酸エチル18g及びキシリレンジイソシアナート
3molとトリメチロールプロパン1molの付加の化
合物(武田薬品工業(株)製、タケネートD−110
N)4.5gを加え、油性の均一溶液を調製し室温に保
った。ポリビニルアルコール(Tg:85℃)の4%水
溶液90gに界面活性剤として、ドデシルベンゼンスル
ホン酸ソーダの5%水溶液3ccを添加して水性媒体を
調製し室温に保った。この水性媒体中に上記油性均一溶
液を加え、ホモジナイザーで室温にて乳化分散させて、
乳化液中の油滴粒子の平均粒径が約5μmの水中油滴型
エマルジョンを得た。エマルジョン調製の10分後、ジ
エチレントリアミンの5%水溶液20.3gを徐々に滴
下し、60℃で恒温層にて3時間攪拌し、カプセル化反
応を終了させた。このカプセル分散液の溶媒を徐々に蒸
発させ、水およびエチルアルコールで洗浄し、平均粒径
3.8μmのカプセル化液晶を得た。
【0050】このようにして作成したカプセル化液晶1
gとトリメチロールプロパントリメタクリレート0.1
gと直径15μmのプラスチックビーズ(ミクロパー
ル:積水ファインケミカル社製)0.05gをトルエン
20g中に分散させて、バーコート法により風乾後5μ
m厚になるようにITO(酸化インジュウムおよび酸化
スズの混合物)付きガラス(日本板ガラス製ITO−5
00オングストローム付きフリントガラス)に塗布し、
窒素中に放置し、トルエンを完全に除去した後、高圧水
銀灯下(40mW/cm2)で2分間紫外線を照射してマ
イクロカプセルを電極上に固定した。固定した基板を、
90℃の雰囲気下、磁場方向が基板面と垂直になるよう
に、20000ガウスの磁場をかけて、10分間放置し
た。その後、ITO付きガラス基板を被せてセル状にす
る。セルの隙間に、ネマティック液晶(E−8:メルク
社製、Δn=0.25、Δε=13)0.8g、ラウリ
ルアクリレート0.16g、トリメチロールプロパント
リアクリレート0.04g、光開始剤(Irugacu
re184:チバガイギー社製)0.03gの混合液を
均一状態で注入し、高圧水銀ランプ(45mW/cm2)
で高分子分散型液晶を作成した。作成した液晶セルの背
面に表面に凹凸を有するアルミニウム膜を有するガラス
基板を設置し、多層液晶セルを作成した。作成した液晶
セルの概略断面図を図3に示した。
【0051】この液晶セルのa1は絵素電極、b1は反
射板、c1は2色性色素含有マイクロカプセル、d1は
高分子分散型液晶層、e1は高分子を示す。作成した液
晶セルの電気光学特性は、液晶セルに垂直に光を入射し
垂直から30゜のところから反射光を測定し、電圧を印
加した状態の反射光量A0 と液晶セルの反射光が飽和す
る飽和光量As の比をコントラストとして測定した。そ
の結果を表2に示した。
【0052】比較例4 実施例5と同様の方法で2色性色素を含有した液晶層だ
けを有する液晶素子を作成した。液晶セルの厚みは、5
μmとし、反射板も実施例5と同様に設置した。作成し
た液晶セルの電気光学特性は、実施例5と同様に測定
し、表2に併記した。
【0053】
【表2】
【0054】
【発明の効果】本発明の液晶表示システムは、従来にな
かったハイコントラストを生かして、投射型ディスプレ
イの高輝度化を実現できると共に、高分子分散型のディ
スプレイで実現しなかった直視型のディスプレイへの可
能性を開くものである。さらに、本発明の液晶表示シス
テムは、直視反射型で、従来になかったハイコントラス
トを達成したものであり、省電力の直視型ポータブルデ
ィスプレイのハイコントラストタイプを供給するもので
あり、電子ペーパーへの可能性を開くものである。
【0055】例えば、プロジェクションテレビ、パソコ
ン等の平面ディスプレイ装置、シャッタ効果を利用した
表示板、窓、扉、壁等に利用することが出来る。特に、
平面ディスプレイにおいては、バックライト不要な低消
費電力、省スペースの直視型ディスプレイに利用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、液晶中に組成の異なる液晶をつめたマ
イクロカプセルを分散させた混合物を2枚の透明電極に
狭持させた液晶表示素子の概略的な断面図である。
【図2】図2は液晶表示装置の模式図である。
【図3】図3は、実施例で示す2層型液晶素子の概略的
な断面図である。
【符号の説明】
a 絵素電極 b 対向電極 c マイクロカプセル外の液晶 d マイクロカプセル内の液晶 e マイクロカプセル 1a,1b ガラス基板 2a,2b 透明電極 6 シール部材 7 ゲストホスト式液晶組成物 9,10 基板 11 液晶セル a1 絵素電極 b1 反射板 c1 2色性色素含有マイクロカプセル d1 高分子分散型液晶層 e1 高分子
フロントページの続き (72)発明者 神崎 修一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−134424(JP,A) 特開 平4−338923(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1333 610 G02F 1/1347 G02F 1/137 500

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の透明基板の対向しあう表面にそれ
    ぞれ透明電極が形成され、透明基板間に液晶層を充填し
    てなる液晶表示装置において、 液晶層が各々分離された少なくとも2種類の液晶により
    構成され、かつ少なくとも2種類の液晶がそれぞれ液晶
    層の厚み方向にわたって存在し、 第1の種類の液晶が誘電率異方性Δε>0、屈折率異方
    性Δn>0を示す液晶(液晶I)を少なくと1種含み、
    第2の種類の液晶が誘電率異方性Δε<0、屈折率異方
    性Δn>0を示す液晶(液晶II)または誘電率異方性Δ
    ε>0、屈折率異方性Δn<0を示す液晶(液晶III)
    を少なくとも1種含むことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 上記液晶層が、海〜島状態で分離されて
    なり、島状態の液晶はマイクロカプセルに封入されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 島状態の液晶が液晶Iであり、海状態の
    液晶が液晶IIである請求項2項に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 島状態の液晶がスメクティック、ネマテ
    ィックまたはカイラルネマティック液晶からなり、ゲス
    ト−ホスト式の二色性染料を混入したものである請求項
    2項に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 上記液晶層が、上下2層の状態で分離さ
    れてなり、各々の液晶層が高分子分散型液晶である請求
    項1項に記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 上層の液晶層と下層の液晶層は、電圧無
    印加時には不透明状態と透明状態をそれぞれ示し、電圧
    印加時には透明状態と着色状態を示すよう構成されるこ
    とを特徴とする請求項5項に記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 下層の液晶層がスメクティック、ネマテ
    ィックまたはカイラルネマティック液晶からなり、ゲス
    ト−ホスト式の二色性染料を混入したものである請求項
    6項に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 下層の液晶層が電場または磁場の印加に
    よって予め配向させてあることを特徴とする請求項5項
    に記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 液晶IIが誘電率異方性Δε<0であり、
    かつ屈折率異方性Δnが0.02より大で0.15より
    小である請求項1項に記載の液晶表示装置。
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