JP3384238B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示素子に
関し、詳しくは、外力によって書き込むことが可能で、
かつ持続的な表示が可能な液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】筆圧や指圧等の外力によって書き込むこ
とが可能な液晶表示素子として、特開昭６３−２９４５
２３号公報に開示された技術がある。この技術は、基
板、液晶層、外力で変形可能で透明な表面保護膜とから
構成され液晶表示素子を提案しており、外力によって変
形された領域と変形されていない領域とで、液晶の分子
配列状態が変化して光学的コントラストが生じるのを利
用して、外力によって書き込むのを可能としている。

【０００３】この技術では、持続的な表示（外力除去後
にも表示状態が維持することをいう。）を得るために、
外力除去後に液晶の分子配列状態が外力印加前の状態に
自然回復することを抑制する技術を提案している。すな
わち、表面保護膜のクリープ変形を抑制すること、液晶
の粘性を調整すること、あるいは配向膜の配向力を抑制
することを開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、表面保護膜の
クリープ変形を抑制してもそのクリープ変形を禁止する
ことはできないために、クリープ変形によって自然形状
に回復することにより次第に表示が消えていってしま
う。あるいは、配向力を抑制してもその配向力をゼロと
することはできないために、表示は消えていってしま
う。したがって、長期間にわたって表示を維持すること
はできない。また、粘性の高い強誘電性液晶を用いる
と、前二者による場合に比較してやや長い時間にわたっ
て表示することが可能となるが、それでも長期間に渡る
表示の維持は到底困難である。このように、従来の技術
においては、電界効果等の他の表示維持手段を作用させ
ることなく、長期間にわたって表示を維持することがで
きないという問題がある。そこで、本発明では、外力に
よる入力が可能で、かつ、別個に表示維持手段を作用さ
せなくても、持続的な入力表示が可能な液晶表示素子を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明者らは、液晶に液晶の分子配列状態を維持
する第２成分を混在させることが可能であり、この混合
物を利用することによって持続的な表示が可能であるこ
とを見いだして本発明を完成した。すなわち、本発明で
は、少なくとも一方が透光性であり、少なくとも一方が
外力により弾性変形可能である、一対の基板と、これら
の基板間に充填された、液晶とこの液晶の分子配列状態
を維持する第２成分とを含有する液晶組成物、とを備え
た液晶表示素子を創作した。

【０００６】外力が付与されて弾性変形可能な基板が変
形されると、この変形に対応する領域において、液晶組
成物が変形される。この変形により、この領域において
は、整列されていた液晶の分子配列状態が乱される。こ
れにより、分子配列状態の乱されていない他の領域との
間で光学的コントラストが生じる。すなわち、外力を与
えることで書き込むことが可能となっている。外力が除
去されて、基板の変形が回復した後においても、この領
域における液晶の分子配列状態は、第２成分により維持
され続ける。この結果、外力によって変形された領域の
液晶の分子配列状態は、外力除去後にも、他の領域での
分子配列状態と区別されて光学的コントラストが生じた
状態が維持され、持続的な表示が可能となる。

【０００７】この場合、前記液晶組成物としては、いず
れかの周波数においてその誘電異方性が正である液晶
と、下記の３特性、すなわち、透明性で、前記液晶が連
続相あるいは不連続相を形成した状態でこの液晶と混在
され、この液晶の分子の配向を規制する官能基を備えた
高分子材料からなる第２成分を用いることが好ましい。

【０００８】この液晶組成物によると、液晶が正の誘電
異方性を有する周波数で電圧を印加すると、基板間で電
場方向に平行に液晶分子の長軸が配向されて整列され、
透明状態が得られる。基板を介した外力により液晶組成
物が変形された領域では、液晶の分子配列状態が乱され
る。また、この乱れた分子配列状態は、高分子材料の官
能基との相互作用により再配向することが規制され、こ
の結果、付与した外力の除去した後にも、この領域で
は、透明状態とは異なった分子配列状態が維持される。
したがって、変形された領域では、乱れた分子配列状
態、すなわち、光散乱状態が維持され、変形を受けた領
域と他の透明領域との間で光学的コントラストが生じた
状態が維持される。ここで、再び、液晶が正の誘電異方
性を有する周波数で電圧を印加すると、基板間で電場方
向に平行に液晶の分子の長軸が配向されて整列され、透
明状態が復帰する。すなわち、表示が消去される。ま
た、この液晶組成物は、光散乱型液晶を構成するため、
明るい表示が可能であるとともに、配向膜や偏光板等を
必要としない。

【０００９】また、前記液晶組成物として、いずれかの
周波数においてその誘電異方性が正である液晶と、この
液晶中に分散され、この液晶の分子と親和性を示す偏平
形状の粒子である第２成分を用いることが好ましい。

【００１０】この液晶組成物によると、液晶が正の誘電
異方性を有する周波数で電圧を印加すると、基板間で電
場方向に液晶分子の長軸が配向されて整列され、透明状
態が得られる。基板を介した外力により液晶組成物が変
形された領域では、液晶の分子と偏平形状粒子の配列状
態が乱される。この乱れた分子配列状態は、乱れた状態
のままの偏平形状粒子が有する親和性により、再配向す
ることが規制され、この結果、付与した外力を除去した
後にも、この領域では、透明状態とは異なった分子配列
状態が維持される。したがって、この領域では、光散乱
状態が維持され、変形を受けた領域と他の領域との間で
光学的コントラストが生じた状態が維持される。この液
晶組成物は、光散乱型液晶を構成できるため、前記した
液晶組成物と同様の点の利点がある。

【００１１】また、前記液晶表示素子は、基板に与えら
れた外圧の大きさに応じて液晶の分子配列状態がされ、
外力除去後に外力付与時の液晶の分子配列状態が維持さ
れることにより階調表現を可能とすることができる。こ
の発明によると、外力に応じて液晶の分子配列状態が変
化されるため、大きな外力を加えるほど、分子配列状態
が大きく乱れて散乱強度が強くなる。また、小さい外力
を加えたときには、配列状態があまり乱れずに散乱強度
が弱いため、他の領域との間で弱い光学的コントラスト
が得られる。このような乱れた分子配列状態が、第２成
分により維持されるため、光学的コントラストの強弱
が、そのまま維持されて階調表現が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、詳細に説明する。本発明に用いる液晶組成物は、液
晶と液晶の分子配列状態を維持できる第２成分とを含有
した組成物である。 （液晶）液晶は、一種類のものを単独で用いてもよい
が、２種類以上の液晶の混合物を用いてもよい。一般に
は、種々の性質を満足する液晶を得るために、２種類以
上の液晶の混合物を用いることが好ましい。液晶は、い
ずれかの周波数においてその誘電異方性が正であること
が好ましい。なお、いずれかの周波数において誘電異方
性が正であれば、周波数により正あるいは負の誘電異方
性を併せ有する液晶（２周波駆動性液晶）であってもよ
い。周波数の選択により合目的的に使用できるからであ
る。なお、混合液晶の場合、誘電異方性が負である液晶
を含んでいても、混合液晶全体において、いずれかの周
波数において誘電異方性が正であればよい。

【００１３】また、液晶は、ネマチック性のもの、電場
を印加して表示を消去する差異の電場応答性が高いとい
う点で好ましいが、コレステリック性又はスメチック性
のものも、所要の電場応答性を示す限りにおいては使用
できる。さらに、液晶分子の分子量は問わないが、電場
応答性が高く、表示を消去するための電場応答のための
閾値電圧を低く設定することができる、低分子量のもの
を用いることが好ましい。なお、ここでいう「低分子
量」とは、液晶分子の化学構造に応じて異なるが、例え
ば分子量１０００以下であることをいう。このような液
晶としては、例えば、［化１］〜［化５８］に示すもの
がある。これらに示す化学式中、ｎ，ｍは、それぞれ１
〜１７の整数である。ただし、本発明に用いることがで
きる液晶は、低分子量のものに限られない。

【００１４】

【化１】

【００１５】

【化２】

【００１６】

【化３】

【００１７】

【化４】

【００１８】

【化５】

【００１９】

【化６】

【００２０】

【化７】

【００２１】

【化８】

【００２２】

【化９】

【００２３】

【化１０】

【００２４】

【化１１】

【００２５】

【化１２】

【００２６】

【化１３】

【００２７】

【化１４】

【００２８】

【化１５】

【００２９】

【化１６】

【００３０】

【化１７】

【００３１】

【化１８】

【００３２】

【化１９】

【００３３】

【化２０】

【００３４】

【化２１】

【００３５】

【化２２】

【００３６】

【化２３】

【００３７】

【化２４】

【００３８】

【化２５】

【００３９】

【化２６】

【００４０】

【化２７】

【００４１】

【化２８】

【００４２】

【化２９】

【００４３】

【化３０】

【００４４】

【化３１】

【００４５】

【化３２】

【００４６】

【化３３】

【００４７】

【化３４】

【００４８】

【化３５】 〔式中、Ｒ₁ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₂ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００４９】

【化３６】 〔式中、Ｒ₃ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₄ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５０】

【化３７】 〔式中、Ｒ₅ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₆ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５１】

【化３８】 〔式中、Ｒ₇ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₈ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５２】

【化３９】 〔式中、Ｒ₉ は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₁₀は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５３】

【化４０】 〔式中、Ｒ₁₁は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₁₂は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５４】

【化４１】 〔式中、Ｒ₁₃は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５５】

【化４２】 〔式中、Ｒ₁₄は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５６】

【化４３】 〔式中、Ｒ₁₅は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５７】

【化４４】 〔式中、Ｒ₁₆は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５８】

【化４５】 〔式中、Ｒ₁₇は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００５９】

【化４６】 〔式中、Ｒ₁₈は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６０】

【化４７】 〔式中、Ｒ₁₉は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₂₀は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６１】

【化４８】 〔式中、Ｒ₂₁は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₂₂は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６２】

【化４９】 〔式中、Ｒ₂₃は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₂₄は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６３】

【化５０】 〔式中、Ｒ₂₅は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₂₆は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６４】

【化５１】 〔式中、Ｒ₂₇は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₂₈は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６５】

【化５２】 〔式中、Ｒ₂₉は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₃₀は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６６】

【化５３】 〔式中、Ｒ₃₁は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₃₂は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６７】

【化５４】 〔式中、Ｒ₃₃は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₃₄は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６８】

【化５５】 〔式中、Ｒ₃₅は、炭素数１〜１７のアルキル基を表し、
Ｒ₃₆は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００６９】

【化５６】 〔式中、Ｒ₃₇は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００７０】

【化５７】 〔式中、Ｒ₃₈は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００７１】

【化５８】 〔式中、Ｒ₃₉は、炭素数１〜１７のアルキル基を表す〕

【００７２】（第２成分）第２成分は、外部刺激を受け
ない限り、液晶の分子配列状態を維持することのできる
成分である。なお、ここで言う外部刺激とは、電場、磁
場、熱、応力による変形等をいう。このような第２成分
を含んだ液晶組成物であると、例えば、誘電異方性が正
を示す周波数の電場をかけると、液晶分子は、電場方向
に配向し、透明性を発現する。第２成分は、電圧印加停
止後も、このような透明性を発現する分子配列状態を維
持する。また、透明性を発現する配列状態において、外
力が作用して液晶層が変形した領域の液晶の分子配列状
態が変化すると、外力除去後にもその変化した分子配列
状態を、電圧無印加状態で持続的に維持することができ
る。

【００７３】このような第２成分としては、以下に説明
する高分子材料と、偏平形状の粒子を挙げることがで
き、これらの第２成分は、液晶と複合体を形成する。

【００７４】（液晶−高分子複合体）第２成分の一つ
は、透明性で、液晶が連続相あるいは不連続相を形成し
た状態で液晶と混在され、液晶の分子の配向を規制する
官能基を備えた高分子材料である。

【００７５】この高分子材料は、それ自体透明性がある
ことが必要である。また、その屈折率は、複合化される
液晶の常光屈折率とほとんど一致することが好ましい。
この高分子材料は、また、液晶と混在されていることが
必要である。液晶組成物のいずれの領域においても、与
えられた変形に対応して、均一な表示の持続を可能とす
るためである。また、高分子材料は、液晶が連続相ある
いは不連続相を形成した状態で液晶と混在される。

【００７６】液晶組成物において、液晶が連続相を形成
した状態とは、高分子材料が３次元ネットワーク状に分
散し、このネットワーク構造体の連続する空隙に液晶が
存在した状態（いわゆるＰＮＬＣタイプ）、さらには、
粒子状あるいは薄片の高分子材料が、液晶中に分散され
た状態を挙げることができる。これらの場合に、高分子
材料により形成される空隙の大きさや形状は必要に応じ
て選択することができる。そのサイズは、０．０５μｍ
〜１０μｍであり、好ましくは、０．１μｍ〜５μｍで
あり、さらに好ましくは、０．５μｍ〜５μｍである。
空隙のサイズは、可視光の波長と同等程度であること
が、表示時の光散乱に最も効果があり、大きすぎる場合
には光散乱効果が弱まる。小さすぎる場合には透明時の
透明性が損なわれ、あるいは表示の消去に高い電圧が必
要となる。このように液晶が連続相を形成する高分子材
料を用いた液晶組成物は、液晶が不連続相で存在する液
晶組成物に比較して、表示を消去する際の閾値電圧を低
くでき、また、応答速度も速いため、好ましい。

【００７７】液晶組成物において、液晶が不連続相を形
成した状態とは、高分子材料に完全に囲繞された液晶の
ドメインが多数形成されている状態をいう。具体的に
は、高分子材料が独立空胞を有しており、この空胞内に
液晶が満たされている状態（いわゆるＰＤＬＣタイプ）
を挙げることができる。この場合に高分子材料の空胞
は、必要に応じて、その大きさや形状を選択することが
できるが、そのサイズは、０．０５μｍ〜１０μｍであ
り、好ましくは、０．１μｍ〜５μｍ、さらに好ましく
は０．５μｍ〜５μｍである。空胞のサイズは、可視光
の波長と同程度であることが表示時の光散乱に最も効果
があり、大きすぎる場合には光散乱効果が弱まる。小さ
すぎる場合には透明時の透明性が損なわれ、あるいは表
示の消去に高い電圧が必要となる。

【００７８】このような複合体構造を形成するには、液
晶と高分子材料との複合体を形成する公知の各種方法
（液晶をマイクロカプセル化する方法、液晶とポリマー
を溶解している溶剤を蒸発させる方法、加熱溶解した液
晶と熱可塑性樹脂の均一混合液を冷却させる方法等）を
用いることができる。また、粒子状や薄片状の高分子材
料を単に液晶に混合するだけでもよい。好ましくは、重
合して高分子材料を形成することができるモノマーと液
晶との混合液に紫外線照射や加熱等の刺激を加えてモノ
マーを重合させることであり、より好ましくは、紫外線
照射による重合である。なお、重合に際しては、架橋剤
を混入させておいて、重合体を架橋させることもでき
る。また、光開始重合剤、光増感剤などの添加剤、反応
性希釈剤、有機溶媒等を添加して重合させることもでき
る。

【００７９】例えば、モノマー重合法による場合には、
液晶が連続相を形成するか、不連続相を形成するかは、
液晶と高分子材料の種類（原料としては高分子を形成す
るモノマー）との組み合わせにもよるが、液晶とモノマ
ーとの割合を選択することにより、おおよそ作り分けす
ることができる。一般にモノマーの割合が多いとＰＤＬ
Ｃタイプになりやすく、モノマーの割合が少ないとＰＮ
ＬＣタイプになりやすい。液晶−高分子複合体における
高分子材料の割合は、５〜９５重量％であり、好ましく
は５〜８０重量％である。さらに好ましくは、１０〜８
０重量％であり、より好ましくは、２０〜８０重量％で
ある。高分子材料の割合が多すぎたり、少なすぎる場合
には光散乱効果が弱まる。また、高分子材料の割合が多
すぎる場合には、表示の消去に高い電圧が必要となる。

【００８０】高分子材料は、液晶の分子配列状態を維持
できるように、液晶の分子の配向を規制することができ
る官能基を備えている。より具体的には、液晶の分子を
再配向させる外部刺激が加わらないかぎり、液晶の分子
の配向を規制できる官能基である。高分子材料がこのよ
うな官能基を有する形態としては、高分子材料が官能基
を有するモノマーからなり、あるいはかかるモノマーを
含んでいることにより、官能基が高分子材料の一部をな
している場合、あるいは、官能基を含む化合物が高分子
材料に均一に混合されている場合も含まれる。

【００８１】高分子材料が備えている官能基としては、
水酸基、アミド基、アミノ基、ウレア基、ウレタン基、
カルボン酸基、フェノール基等の官能基が好適に用いら
れる。また、モノマーを重合することにより高分子材料
に官能基を導入する場合に用いるモノマーとしては、光
又は熱等で重合可能な２重結合等の基を１つ有した単官
能性、又は２つ以上有した多官能性のものを挙げること
ができる。また、モノマーは、前記官能基を１つ又は２
つ以上有していても構わず、２つ以上の場合その官能基
が同一でも、それぞれ異なっていても構わない。具体的
には、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、１
−又は２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、
１−又は２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、
１，４−ブタンジオールモノ（メタ）アクリレート、
１，６−ヘキサンジオールモノ（メタ）アクリレート、
グリセロールモノ（メタ）アクリレート、２−アミノエ
チル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリルアミド、
モノアルキル（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリ
ルアミド、モノアルキル（メタ）アクリルアミド、（メ
タ）アクリル酸、４−ヒドロキシベンジル（メタ）アク
リレート、Kayarad R-167, Kayarad PET-128, Kayarad
R-128H(以上前３製品、日本化薬製) 等を挙げることが
できる。

【００８２】また、高分子材料における前記官能基を有
するモノマーの割合は、５重量％〜１００重量％であ
り、好ましくは、２０重量％〜１００重量％であり、さ
らに好ましくは、４０重量％〜１００重量％である。前
記官能基を有するモノマーの割合が少なすぎると、透明
時の透明性が損なわれる場合がある。

【００８３】また、共重合モノマー、架橋剤としては、
メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレ
ート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）
アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、１，４
−ブタンジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキシルジ
（メタ）アクリレート、ポリエチレンジ（メタ）アクリ
レート、ポリプロピレンジ（メタ）アクリレート、Kaya
rad HX-620、KayaradHX-220、Kayarad R-684 、Kayarad
TMPTA 、Kayarad GPO-303 、Kayarad R-551、Kayarad
R-712 ( 以上前７製品は日本化薬製）を挙げることがで
きる。架橋剤の添加により、高分子材料の機械的強度を
向上させることができる。光開始重合剤としては、２−
ヒドロキシ−２−メチル−１−フェノキシプロパン−１
−オン、ベンジルジメチルケタール等を挙げることがで
きる。

【００８４】このような高分子材料と混在される液晶
は、いずれかの周波数においてその誘電異方性が正であ
る液晶が好ましい。かかる液晶であれば、明るいディス
プレイを構成できる光散乱型液晶を形成でき、偏光板や
配向膜も不要となる。

【００８５】図１には、一例として、透明性で弾性変形
可能な基板４と、もう一方の基板６と、液晶組成物とし
て、いずれかの周波数でその誘電異方性が正である液晶
１０と液晶が連続相を形成するようなネットワーク構造
を有する高分子材料１１との液晶−高分子複合体８を用
いた液晶セル２の断面構造を示す。（ａ）では、誘電異
方性が正となる周波数の電場を印加すると、液晶１０は
電場方向と平行に配向されて整列され、透明状態とな
る。この状態は、外部刺激が作用されない限り、電圧印
加終了後も継続する。そして、次に、電場無印加状態と
し、（ｂ）に示すように、基板４に外力を加えると、基
板４は変形され、さらに、対応する領域の液晶１０の分
子配列状態が乱れる。この結果、この領域においては光
散乱状態となり、透明状態の領域との間で光学的コント
ラストが生じる。この際、高分子材料１１に備えられた
官能基により、その再配向が規制され、乱れた分子配列
状態が維持される。その後、基板４の変形が回復して
も、液晶１０の分子配列は、官能基により、外力作用中
の分子配列状態に維持される。この結果、外力が付与さ
れない領域（透明領域）とのコントラストが生じた状態
が維持される（（ｃ）参照）。さらに、その後、誘電異
方性が正となる周波数の電場を印加すると、液晶１０が
電場方向に沿って配向され、表示状態は消去され、透明
状態となる（（ａ）参照）。なお、図１では、液晶が連
続相を形成する液晶−高分子複合体について説明した
が、液晶が不連続相を形成する液晶−高分子複合体につ
いても、同様の作用を奏する。

【００８６】（液晶−偏平形状の粒子の複合体） 偏平形状の粒子の「偏平」とは、粒子のアスペクト比が
ある程度以上大きいことを言い、効率的に液晶組成物中
に液晶のドメインを形成し、この粒子の有する親和性に
より液晶分子の配列状態を維持するには、一般的にはア
スペクト比が２以上、より好ましくは５以上であること
が望ましい。粒子の形状は、板状のものに限らず、棒状
あるいは針状であっても良い。

【００８７】偏平形状の粒子を構成する材料については
限定しない。粒子には親和性が求められるが、親和性は
材料処理によっても付与することもできる。また、必ず
しも透明でなくてもよい。この偏平形状の粒子が電場に
より自ら配向変化を起こす粒子である場合には、その配
向変化が明瞭・迅速に起こり、これにより、応答速度を
速くすることができるとともに、入力表示の消去の際の
閾値電圧を低くすることができる。

【００８８】電場により自ら配向変化を起こす偏平形状
の粒子の好ましい例として、層状粘土鉱物や、酸化チタ
ン，アルミナホワイト（水不溶性塩基性硫酸アルミニウ
ム），炭酸カルシウム，薄片状酸化亜鉛，鱗片状アルミ
ニウム粉，紺青，ヘマタイト酸化物，各種セラミックス
の板状結晶，グラファイト等が挙げられる。更に、有機
物結晶や有機物の金属錯体等も使用できる。なお、電場
により自ら配向変化を起こさない粒子も、本願発明にお
いて使用することができる。電場応答性の小さい、ある
いは殆どない粒子の例として、ポリエチレン，ポリプロ
ピレン，ポリテトラフルオロエチレン等の有機ポリマ−
より構成される粒子が挙げられる。

【００８９】一方、液晶組成物の応答速度を液晶そのも
のの応答速度と同等に保つためには、偏平形状の粒子は
液晶分子と界面を通してのみ相互作用し、液晶の内部粘
性に殆ど影響を与えないものであることが好ましい。

【００９０】以上の要求を考慮した時、偏平形状の粒子
として用いる材料としては、層状粘土鉱物が最も好まし
い。層状粘土鉱物としては、天然のあるいは合成された
モンモリロナイト，サポナイト，マイカ，ヘクトライト
等を用いることができるが、とりわけ、液晶中に比較的
分散し易いという理由から、モンモリロナイトが代表的
である。また、偏平形状の粒子として特願平４−３６０
５５１号( 特開平６−２０００３４号公報）に記載され
た層状有機ケイ素系ポリマーも特に好ましい。ここに、
層状有機ケイ素系ポリマーとは、ケイ素又は金属を中心
原子とする４面体シートと金属を中心原子とする８面体
シートとの積層体からなる結晶性層状ポリマーであっ
て、前記４面体シートの中心原子であるケイ素又は金属
の一部ないし全部の原子がそれぞれ共有結合により有機
基と結合していることを特徴とする層状有機ケイ素系ポ
リマーである。以下、「層状粘土鉱物等」といういうと
きは、層状粘土鉱物及び層状有機ケイ素系ポリマーを指
す。

【００９１】偏平形状の粒子の粒径（粒径とは、ここで
は、粒子の最大長をいうものとする。）は、０．１〜２
０μｍ程度が適当である。粒径がこの範囲より小さい
と、液晶のドメインを有効に形成させることができず、
粒子の親和性により、配列状態を有効に維持することが
できない、という不具合がある。粒径がこの範囲より大
きいと、調光材料やそれを用いたデバイスを構成した場
合に液晶組成物の不均一性が目立ち、外観上の不具合を
生じ、また、デバイスとして数十μｍのセルギャップを
有するセルを構成した場合に物理的に配向が不十分にな
る恐れがある。特に好ましい粒径の範囲は０．２〜５μ
ｍである。層状粘土鉱物等をこれらの適当な粒径の範囲
で調製することは容易である。

【００９２】偏平形状の粒子は、液晶のドメインを有効
に形成させる程度の密度に分散していることが好まし
い。一方、偏平形状の粒子の密度が高すぎて、互いにそ
の配向の変化を束縛する程になるのも好ましくない。こ
れらの要求に同時に答える密度は、液晶の種類あるいは
偏平形状の粒子の種類やサイズ等に応じて異なり、一律
に規定することは困難であるが、一般的には、液晶１０
０重量部に対し偏平形状の粒子１〜１０重量部を分散さ
せるのが望ましい。偏平形状の粒子が層状粘土鉱物等で
ある場合にも、この範囲が当てはまる。

【００９３】偏平形状の粒子の液晶中における分散状態
として、かならずしも個々の粒子が完全に分散した状態
を要求されるものではなく、粒子の一部が数個〜数十個
凝集していても、全体として偏平形状の粒子の前記作用
・効果が奏される程度に分散していれば足りる。例え
ば、層状粘土鉱物等は、液晶中での分散状態において、
その一部は往々にして数十の粒子個体（単位層）が重な
った状態で存在するが、それでも十分に偏平形状の粒子
の前記作用・効果が奏される。

【００９４】このような粒子は、液晶の分子配列状態を
維持するために、液晶との親和性を有している。偏平形
状の粒子が、例えば一部の有機物結晶や有機物の金属錯
体のように、もともと液晶との親和性を有する材料から
成っている場合は、そのまま用いれば良い。しかし、偏
平形状の粒子が、例えば層状粘土鉱物等の如き無機物か
らなる粒子のように、液晶との親和性を有しない材料か
ら成っている場合には、液晶との親和性を持たせるため
の処理が必要となる。このような処理の例として、一般
的には粒子の表面に有機物を吸着させたり結合させたり
する処理がある。

【００９５】特に偏平形状の粒子が層状粘土鉱物である
場合には、これに液晶との親和性を持たせるために、イ
オン交換を行うことが有効である。即ち、層状粘土鉱物
の層間にはアルカリ金属イオンが存在するので、これを
液晶分子と親和性のある有機オニウムイオンや、液晶基
を有するオニウムイオンと交換（いわゆる、有機化）す
ることにより液晶との親和性を持たせることができる。

【００９６】上記オニウムイオンの種類は、液晶分子と
親和性の優れたものが良いから、使用する液晶分子の種
類の応じて最適なものが選択されるが、例えばアルキル
アンモニウムイオン等が代表的である。なお、有機オニ
ウムイオンの選択により、層状粘土鉱物の表面の性質
や、電気的、光学的性質、分散性、電場に対する応答性
等を種々に制御することができる、という利点がある。

【００９７】液晶と、これに対する親和性を有する偏平
形状の粒子との組成物を調製するに当たっては、両者を
単に混合すれば足りる。但し、共通溶媒を利用して両者
を均一に混合した後、共通溶媒を適当な手段で除去する
と、より均一に混合される。液晶と層状粘土鉱物等との
組成物を調製するに当たっても、同じことが言える。

【００９８】このような偏平形状の粒子と混合される液
晶は、いずれかの周波数においてその誘電異方性が正で
ある液晶であることが好ましい。かかる液晶であれば、
明るいディスプレイを構成できる光散乱型液晶を形成で
き、偏光板や配向膜も不要となる。

【００９９】図２には、一例として、透明性で弾性変形
可能な基板１４と、もう一方の基板１６と、液晶組成物
として、いずれかの周波数でその誘電異方性が正である
液晶２０と液晶中に分散された、液晶と親和性を有する
偏平形状の粒子２２との液晶−偏平形状粒子複合体１８
を用いた液晶セル１２の断面構造を示す。（ａ）に示す
ように、誘電異方性が正となる周波数の電場を印加する
と、液晶２０が電場方向と平行に配向されて整列され、
また、偏平形状粒子２２は、液晶分子２０に対する親和
性を有するために、液晶分子とともに電場方向と平行に
配列され、セル１２は、透明状態となる。この状態は、
さらに外部刺激が作用されない限り、電圧印加終了後の
継続する。そして、次に、（ｂ）に示すように、電場印
加停止後に、基板１４に外力を加えると、基板１４は変
形され、さらに、対応する領域の液晶２０の分子配列状
態と偏平形状粒子２２との配列状態が乱れ、この領域の
み光散乱状態となり、透明状態の領域との間で光学的コ
ントラストが生じる。この際、液晶２０は、偏平形状粒
子２２の有する親和性により、再配向が規制され、偏平
形状粒子２２とともに乱れた配列状態が維持される。そ
の後、基板１４の変形が回復しても、偏平形状粒子２２
と液晶２０の配列状態は、外力作用中の配列状態に維持
される。この結果、外力が付与されない領域（透明領
域）との間でコントラストが生じた状態が維持される
（（ｃ）参照）。さらに、その後、誘電異方性が正とな
る周波数の電場を印加すると、液晶２０と偏平形状粒子
２２は、電場方向に沿って配向され、表示状態が消去さ
れ、透明状態となる（（ａ）参照）。

【０１００】（基板）液晶表示素子を構成する一対の基
板は、少なくとも一方が透光性であり、かつ少なくとも
一方が弾性変形可能である必要がある。しかし、その組
合せは自由である。透明性であり、しかも弾性変形可能
な基板を一方に有するものであってよく、一方の基板が
透明性であり、他方の基板が弾性変形可能であってもよ
い。なお、弾性変形可能とは、外力を加えた時に凹陥
し、その後回復可能であることをいう。透明性で弾性変
形可能であるものとしては、例えば、ＰＥＴフィルム，
アクリルフィルムのような透明な樹脂フィルム，ポリイ
ソプレン等のゴムのフィルム等が挙げられる。透明で弾
性体でないものとしては、例えば、ガラスや、ＰＥＴ
板、アクリル板、ポリスチレン板のような透明な樹脂板
等が挙げられる。透明でない弾性変形可能な基板として
は、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ナイロン
等の結晶性の樹脂フィルムや、カ−ボンブラック等を添
加した樹脂、ゴムのフィルムが挙げられる。また、これ
らにアルミニウム等を蒸着したり、アルミニウム箔等の
金属箔をはることにより、反射効率を高めたものでも良
い。このような弾性変形可能な基板の表面には、入力に
支障がなければ、傷つき防止のために、ハ−ドコ−ト材
料等が塗布してあっても構わない。

【０１０１】透明電極としては、インジウムスズオキサ
イド（ＩＴＯ）等が挙げられる。透明ではない電極とし
ては、鉄，銅，クロム，金，銀等の通常の導電性の材料
が挙げられる。これらの電極を基板として使用すること
もできる。また、さまざまな電極パタ−ンが形成されて
いても良い。

【０１０２】（スペ−サ）基板間のギャップを規定し、
かつ基板の変形が書き込み領域以外に及ばないよう基板
を支えるために、スペ−サを用いることが好ましい。特
に、本発明の液晶組成物においても、全体が流動性を示
す液晶一微粒子複合体の場合には所定量のスペ−サを用
いることが必要である。このスペ−サとしては、ポリス
チレンやガラスビ−ズのような球状粒子や所定の穴のあ
いたポリマフィルムなどが挙げられる。ビ−ズの量は、
液晶組成物が液晶一高分子複合体を用いるか、液晶一微
粒子複合体を用いるかにより異なり、液晶一高分子複合
体の場合は、１ｍｍ² 当たり１〜５００個であり、液晶
一微粒子複合体の場合は１ｍｍ² 当たり５０〜５００個
が好ましい。また、そのサイズは、セルギャップにより
決まるが、液晶表示素子の表示コントラストとの兼ね合
いから２から５０μｍ程度が好ましい。さらに、好まし
くは５から３０μｍである。ポリマフィルムの場合は、
その占有面積が、９０％以下となり、かつ効率的に表示
素子のすべての部分を支える構造とすることが好まし
い。そのような構造として、例えばハニカム構造を有す
るフィルムが挙げられる。ハニカムのセルサイズは、２
０から５００μｍ程度であることが好ましい。また、ハ
ニカムセルの壁の厚みはセルサイズの１／５から１／１
００程度であることが好ましい。もちろん、セルの形状
はハニカムに限定されるものではなく、円形でも多角形
でもよい。フィルムの厚さは、ビ−ズの場合と同様に、
２から５０μｍ程度が好ましい。

【０１０３】（シ−ル剤）液晶表示素子の周囲は、セル
の機械的強度を保ち、液晶の酸化劣化などを防止するた
めにシ−ル剤等でシ−ルしておくことが好ましい。この
シ−ル剤には特に限定はなく、エポキシ系シ−ル剤など
一般的なものを用いることができる。

【０１０４】（入力手段）基板に変形を与える手段とし
ては、セルを構成する弾性変形可能な基板に変形を与
え、液晶の分子配列状態、あるいは加えて偏平形状の粒
子の配列状態を乱すことができれば如何なる手段でも用
いることができる。例えば、指先，ペン等によるいわゆ
る手書き入力，タイプライタ−，印等による定型的な入
力，ドットプリンタ−等による点入力等が挙げられる。

【０１０５】（読みとり手段）本液晶表示素子は、目視
はもちろんのこと必要に応じて公知の技術を組み合わせ
て電気的あるいは光学的に書き込みデ−タを読みとるこ
とができる。 （１）電気的読みとり手段 本表示素子への書き込み状態と非書き込み状態とでは、
液晶の分子配列状態が異なり、このため、液晶分子の誘
電異方性から、電極間の容量に違いが生じる。この違い
を検出することにより、電気的な読みとりをおこなうこ
とができる。具体的には、基板に全面電極の代わりにマ
トリックス状のＸ−Ｙ電極を作り込み、各画素の書き込
み状態と非書き込み状態との電気容量を計測することに
より、書き込み状態を電気的に読みとる。電気容量の計
測には、様々な手法を用いることができるが、例えばテ
レビジョン学会技術報告，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．５０に示
された方法が有効である。この方法による読みとり回路
を図３に示す。この回路は、片面に平行につけられたｍ
本のＸ電極Ｘ₁ 〜Ｘ_m 、もう一方の片面につけられ、か
つＸ電極Ｘ₁ 〜Ｘ_m とは直交するように配置されたｎ本
のＹ電極Ｙ₁ 〜Ｙ_n、さらに画素を選択するためのＸお
よびＹの各電極にとりつけられたＸおよびＹスイッチ３
０、３２、またＹスイッチの片方にとりつけられた検出
用信号電圧発振回路Ａ、また、各画素の流れ込む電流を
電圧に変換する電流・電圧変換回路Ｂ，基準電圧と検出
電圧を比較するコンパレ−タＣ、さらには比較結果を取
り込むラッチ回路Ｄよりなる。

【０１０６】本検出回路は以下に示した動作により書き
込まれた情報を読みとることができる。まず、検出用信
号電圧発振回路Ａより、Ｙスイッチ３２を切り替えて線
順次的にＹ電極Ｙ₁ 〜Ｙ_n に一定周波数の三角波検出用
信号電圧（Ｖ_R ）を印加していく。ここで、選択されて
いるＹ電極は一本であり、非選択電極はクロスト−クを
防止するため接地している。選択されているＹ電極上の
各画素の容量に応じてＸ電極Ｘ₁ 〜Ｘ_m に流れ込む検出
電流（Ｉ_S ）は、（１）式に示したように、ｄＶ_R ／ｄ
ｔが一定であるため、画素の容量（Ｃｎｍ）のみに比例
する。従って、選択されているＹ電極の読み出し期間内
で、各Ｘ電極Ｘ₁ 〜Ｘ_m の検出電流をＸスイッチ３０を
順次切り替えて電圧・電流変換回路Ｂに入力，電圧に変
換し、さらにコンパレ−タＣにおいて非書き込み状態に
対応する基準電圧と比較し、ラッチ信号ＣＰのタイミン
グでラッチ回路Ｄに比較結果を取り込むことにより、各
画素の容量、すなわち書き込み状態を検出することがで
きる。ここで、検出用信号の周波数とＸスイッチ３０の
開閉タイミングを同期させるようにする。これを線順次
的に各Ｙ電極Ｙ₁ 〜Ｙ_n について行うことにより、全画
素の書き込み状態を検出することができる。 Ｉｓ＝Ｃｎｍ・ｄＶ_R ／ｄｔ −（１）

【０１０７】さらに、各画素の基準電圧を非書き込み状
態においてあらかじめ計測し、これらのデ−タをメモリ
しておいて、各画素の基準電圧をそれぞれのタイミング
にあわせてコンパレ−タＣに送り込み、これと比較する
ことにより、より正確な書き込み状態の検出を可能とし
た。すなわち、筆圧に応じて変化する濃淡を、容量の連
続的な変化としてとらえることにより、階調表現された
書き込みデ−タをそのまま読みとることができるように
なる。

【０１０８】ここで、Ｘ電極およびＹ電極の本数は多け
れば多いほどより細かい書き込み情報を読みとることが
できる一方で、あまり多すぎると読み出すのに時間がか
かりすぎたり、容量が小さくなるため読みとり誤差が大
きくなりあまり好ましくない。最適な本数は、素子のサ
イズにもよるが、１０インチサイズでは、５００×７２
０本程度が適当であるが、もちろん多くても少なくても
いっこうにかまわない。電極の種類については、透明な
ＩＴＯや、ＡｌやＣｒなどの金属などを用いることがで
きる。このように、本発明の液晶表示素子は、書き込み
状態の電気的読み出しが可能な素子とすることができ
る。

【０１０９】（２）光学的読みとり手段 光学的読みとり手段としては、いわゆる電子コピ−やＣ
ＣＤカメラによる撮像、さらにはスキャナ−による読み
とりなど、公知の様々な外部装置を用いることができ
る。また、これらの手段を組み合わせることもできる。
したがって、本発明の液晶表示素子は、書き込み状態の
光学的読み出しが可能な素子とすることができる。

【０１１０】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子では、外力により
乱された分子配列状態の液晶は、第２成分により、外力
除去後も乱れた配列状態のままで液晶組成物中に維持さ
れる。このため、外力による書き込みが可能で、かつ、
別個に表示維持手段を作用させなくても、持続的な表示
をすることができる。

【０１１１】

【実施例】

（実施例１）液晶（Ｅ７０，ＢＤＨ社製）４９重量％，
２−ヒドロキシエチルメタクリレ−ト（和光純薬製）３
４重量％，架橋剤（Ｒ１６７，日本化薬製）１５重量
％，光開始剤（Irgacure184,チバガイギより購入）２重
量％を混合した。この混合物を１２μｍのスペ−サ４２
を介してＩＴＯ付ＰＥＴフィルム４４とＩＴＯ付ガラス
基板４６にはさんで、紫外線（３．５ｍＷ／ｃｍ２）を
１８０秒間照射し、基板間に液晶−高分子複合体４０を
形成し、図４に示す表示セル４８を作製した。

【０１１２】（評価）プラスチック製のペンを用い、作
製したセル４８に変形を与え文字の入力をした。図５は
文字入力後のセル４８を示す。図６はＯＨＰを用いて、
セル４８を壁に投影した時の様子を示す。右の文字は強
い筆圧で書いたものであり、左の文字は弱い筆圧で書い
たものであり、筆圧の強弱による階調表現が可能であっ
た。表示文字は、１５０日間以上安定にメモリされた。
８０Ｖ−６０Ｈｚの電場を１００ｍｓを印加することに
より、書き込み内容をほぼ完全に消去することができた
（図７参照）。また、書き込み後、２０Ｖ−６０Ｈｚ
で、消去を行うと、あたかも弱い筆圧で書き込まれたか
の様に薄い状態で書き込み内容を残すこともできた。

【０１１３】（実施例２）液晶〔Ｅ８＋Ｋ１５（４：
１），ＢＤＨ社製〕９７．３重量％，シアノビフェニル
オキシブチルアンモニウムで有機化したモンモリロナイ
ト２．７重量％、をＮ．Ｎ−ジメチルアセトアミド中に
混合分散した。この混合物から溶媒を留去することによ
り、液晶−偏平形状粒子複合体を調製した。この複合体
を１２μｍのスペ−サ（濃度，２００個／１ｍｍ² ）を
介してＩＴＯ付ＰＥＴフィルムとＩＴＯ付ガラス基板間
に挟み込んで、エポキシ系シ−ル剤で周囲をシ−ルする
ことにより表示セルとした。

【０１１４】（評価）プラスチック製のペンを用い、作
製したセルに変形を与え文字の入力をした。この場合、
エッジは実施例１と比較するとぼける傾向にあった。ま
た同様に筆圧の強弱による階調表現が可能であった。表
示文字は、１５０日間以上安定にメモリされた。５０Ｖ
−６０Ｈｚの電場を１００ｍｓを印加することにより、
書き込み内容をほぼ完全に消去することができた。

【０１１５】（実施例３）図３に示したパタ−ン電極を
有するＩＴＯ付ＰＥＴフィルムとＩＴＯ付ガラス基板を
用いて表示セル（１０インチサイズ，５００×７２０
本）を作製した以外は実施例１と同様に行った。この素
子に画素を選択するためのＸおよびＹの各電極にとりつ
けられたＸおよびＹスイッチ、またＹスイッチの片方に
とりつけられた検出様信号電圧発振回路Ａ、また、各画
素に流れ込む電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路
Ｂ，基準電圧と検出電圧を比較するコンパレ−タＣ、さ
らには比較結果を取り込むラッチ回路Ｄからなる回路を
組み合わせ、さらにラッチ検出デ−タをインタ−フェ−
ス回路を通してパ−ソナルコンピュ−タに接続した。

【０１１６】（評価）書き込みデ−タを、階調表現を含
んで読みとることができ、パ−ソナルコンピュ−タ上に
表示することができた。

【０１１７】（実施例４）ガラス基板４６上に、アルミ
ニウムを蒸着し、鏡面状電極を形成した以外は、実施例
１と同様に作製した。書き込みデ−タを、電子コピ−，
スキャナ−，ＣＣＤで読みとったところ、コントラスト
よく読みとることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において、液晶組成物として、液晶−高
分子複合体を用いた場合の入力表示工程を示す図であ
る。

【図２】本発明において、液晶組成物として、液晶−偏
平形状粒子複合体を用いた場合の入力表示工程を示す図
である。

【図３】本発明に有効な電気的読み取り方法の回路を示
す図である。

【図４】実施例１で作製したセルの構造を示す図であ
る。

【図５】実施例１の液晶表示素子への入力状態を示す図
である。

【図６】実施例１の液晶表示素子への入力状態において
筆圧の強弱による階調表現をＯＨＰ上に表した図であ
る。

【図７】実施例１の液晶表示素子の入力を消去した状態
の図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 茜 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 実開 昭54−40164（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−3428（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 - 1/141

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透光性であり、少なくと
   も一方が外力により弾性変形可能である、一対の基板
   と、 これらの基板間に充填された、液晶とこの液晶の分子配
   列状態を維持する第２成分とを含有する液晶組成物、と
   を備えた液晶表示素子。
2. 【請求項２】請求項１に記載の液晶表示素子において、
   前記液晶は、いずれかの周波数においてその誘電異方性
   が正であり、前記第２成分は、透明性であり、前記液晶
   が連続相あるいは不連続相を形成した状態でこの液晶と
   混在され、かつこの液晶の分子の配向を規制する官能基
   を備えた高分子材料であることを特徴とする液晶表示素
   子。
3. 【請求項３】請求項１に記載の液晶表示素子において、
   前記液晶は、いずれかの周波数においてその誘電異方性
   が正であり、前記第２成分は、この液晶中に分散され、
   この液晶と親和性を示す偏平形状の粒子であることを特
   徴とする液晶表示素子。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示
   素子において、基板に与えられた外力の大きさに応じて
   液晶の分子配列状態が変化し、外力除去後に外力付与時
   の液晶の分子配列状態が維持されることにより階調表現
   可能な液晶表示素子。