JPH03161718A - 液晶表示素子及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、透過型液晶表示素子及び装置に関する． 詳しくは、被浸透性物体層に液晶物質を含浸させた液晶
層に必要に応じて種々の電圧を印加し、または印加せず
して、液晶層を通過する光の散乱と透過とを利用し、透
過型表示を行ないまたはシャッター効果を利用する表示
板、窓、扉、壁などの一部または全部を構成させる液晶
表示素子または装置に関する。

〔従来の技術〕

従来からの液晶表示素子は、液晶層を透明電導膜をつけ
たガラス等の透明基板によって挟持し、さらにその両外
側に偏光板を付したツイストーネマチック方式（ＴＮ方
式）が多く用いられている。

このような液晶表示素子は、高価な偏光板を必要とし、
また性能面でも素子の明るさや視野角が不充分であると
いう欠点があった。また、大面積の表示素子にガラス基
板を使用する場合は、素子が壊れ易くまた完全に平坦で
はないガラス板を用いて流動性のある液晶層を１０μｍ
内外の均一な厚みに挟持することは、極めて困難である
ので、厚みむらによる外観または特性のむらを生じ易い
ものであった． こうした問題点に対して、偏光板が不要で、かつ液晶物
質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式が提案されている．この方法は、
基本的には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、電圧を印加して液晶分子の配向が揃う時に
は、透明状態を表示し、電圧無印加の時には、液晶分子
の配向の乱れによる光散乱状態を表示するものである．
提案されている二つの方式のうち一つは、液晶物質微小
滴をポリマー中に分散させて保持する方法である。これ
はカプセル型液晶表示方式とも呼ばれ、液晶物質微小滴
は、ボリマー中に独立して封入されている． 具体的には、特許公表昭和５８年第５０１６３１号、特
許公開昭和５９年第２２６３２２号明細書などに記され
た水溶性ポリビニルアルコールをボリマー成分として液
晶物質と混合してエマルジョン化し、これを、基板上に
塗り拡げて乾燥し、液晶物質滴の分散したボリマー層を
得る方法、または特許公開昭和６２年第２２３１号、米
国特許第４，６８８，９００号明細書等に記載されてい
るエボキシ樹脂またはアクリル系紫外線硬化性樹脂など
の未硬化樹脂中に液晶物質戒分を溶解させ、硬化反応の
進行に伴って液晶物質滴を析出させる方法などがある。

提案されているもう一つの方法は、「アプライド・フィ
ジックス・レターＪ　４０巻１号、１９８２年１月号（
Ａｐｐｌｔｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ　Ｖｏ
ｌ．４０＋　Ｆｈ　１　，Ｊａｎ．１９８２）　、米国
特許第４．４１１．４９５号明細書などに報告されてい
る液晶物質を多孔質層中の微小孔に流し込み、その両側
を透明基板で挟持する方式である．具体的には、多孔質
フィルター中に液晶物質を流し込み、フィルター壁との
屈折率差による光散乱特性を電圧印加によりコントロー
ルするもので、偏光板は不要でかつ多孔賞フィルターの
厚みを選ぶことによって、液晶層の実質的な厚みをコン
トロールできるため、大画面の表示素子も比較的容易に
造ることができ、また、特性のばらつきも小さくなる。

これら二つの方式では、少くとも片側基板の透明電極で
ある透明導電性膜をエッチングすることにより、表示板
、広告板として、活用できる。これは、文字、絵に合わ
せてエッチングされた透明電極を用い、電圧印加時には
、その部分のみが透明になる。電圧無印加時には、全体
が不透明になる。よって背面照明を設けることで該文字
、絵の部分だけ明るく表示でき、広告板、表示板に有効
に活用できる。

〔発明の解決しようとする問題点］ 前記、白濁状態を電気的にコントロールする方式の液晶
装置は表示板、広告板として前述の通り有効であるが、
窓に用いた場合、文字、絵に合わせて、エッチングされ
た透明電極部分を透明にするか、全体を不透明にするか
、の２種類の状態しか持ち得ず、商店のシッーウィンド
ーに用いる場合、文字、絵の部分を透明にし、それ以外
が不透明である状態もしくはその逆の状態と、表示部会
体が、透明になる状態の二つを持たせることが必要とな
るが、従来の技術では不可能である。本発明では、表示
部全体が透明になる状態を持ちうる液晶表示素子及び装
置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、電圧無印加時には情報に基づき絵、文字を表
示し、電圧印加時には画面全体が透明となることを特徴
とする液晶表示素子及び装置であり、液晶物質及びそれ
を含有する液浸透性物体層よりなる少なくとも１層の液
晶層と、該液晶層を挟持する２枚以上の透明導電性基板
とからなる液晶表示素子及び装置において、１枚以上の
透明導電性基板にパターンがエッチングされ、かつ該パ
ターン化された透明導電性電極上にのみ、該被浸透性物
体層が層状に堆積していることを特徴とし、特に、該被
浸透性物体層が繊維状物質によって構戒されることから
、文字、絵に基づいてエッチングされた透明電極付き基
板により、電圧無印加時の該文字、絵を表示する状態と
、電圧印加時の表示部全体が透明になる状態との２状態
を作りだすことを可能にしたものである。

本願明細書では、上記した「被浸透性物体層」なる用語
が用いられているが、これは次のように定義される。

被浸透性物体層は、被浸透性物質で構戒された物体層を
意味するが、被浸透性とは、液晶物質と親和性があり、
その界面において容易に濡れ現象を呈し、被浸透性物質
と液晶物質との間に介在する物質、例えば空気等の気体
を排除するような性質であり、そのような性質を有する
物質としては、一般のボリマーが含まれる。

また、被浸透性物体層とは、被浸透性物質で構或され、
本発明の液晶表示素子及び装置を、効率良く、かつ合目
的的に構或するように、その中に液晶物質を受け入れる
ための空間を形成するものであり、液晶物質を該空間ま
たは低沸点液体を排除しつつ受け入れることにより、本
発明の液晶層を構或するにいたるものである。

以下、本発明について更に詳細に説明する。

まず、本発明に用いる液晶表示素子の基本的構成の例を
第１図を用いて説明する。

透明電極５．６をもつ透明基板３．４の間に液晶物質ｌ
及びそれを含有する微細繊維２よりなる液晶層がサンド
インチされ゛、さらに駆動電源７が、透明電極５，６に
接続した構戒である。８の部分が透明電極４のエッチン
グされた部分で、この上には微細繊維が積層されていな
い。微細繊維の屈折率に対し、液晶の常光屈折率がほぼ
一致する素材を選択して液晶表示素子を構成しておくと
、電圧を印加して液晶分子長軸が電界方向に揃ったとき
には、屈折率差がなくなって透明状態を示す。

逆に電圧を除去すると、液晶分子は繊維壁面に沿うよう
にして配向し、繊維部との屈折率差を生じて入射光を散
乱する。また、透明電極４が存在せず、微細繊維も存在
しない８の部分は常に透明状態となっている。

本発明の微細繊維は任意の適当な技術、たとえば、静電
紡糸、遠心力紡糸又はブロー紡糸によって紡糸され、作
ることができるが、本発明に好適な直径１μｍ以下の繊
維が作られ、かつ透明電極のエッチングされた部分に繊
維が積層されなければいかなる方法でもよい． 上記技術のうちボリマー溶液から静電紡糸法を用いて紡
糸する方法では、容易に本発明に必要な繊維径を得るこ
とができ、かつ紡糸時に静電場の強さ、溶液の粘度、誘
電率、蒸発速度、導電率、表面張力などの要因を調節す
ることにより、０．０１μｍから１０μｍまでの所望の
繊維径を得ることができる。

また、透明電極がエッチングされ、存在しない部分には
繊維は積層されない。

さらに詳しい説明を第２図を用いて行なう。

以下に説明するノズル９は内径０．２μｍで内部に金属
端子があり、これに数１０ｋＶの高圧が印加される。紡
糸液はノズル９先端から通常１ｄ／ｈｒ〜２０ｄ／ｈｒ
、好ましくは２〜５ｄ／ｈｒの流量で流出し、高電場の
ため曳糸して微細繊維が形戒される．ノズル９に対向す
る位置にアースされた、パターンがエッチングされてい
る透明導電極付き基板１１がノズル９から２０Ｃ１ｍ程
度のところに置かれ、これに該微細繊維が堆積する．第
２図中に示されるように、補助電ｔｉｉｏにノズル９よ
り低い電圧を印加することで、紡糸繊維を無駄なく基板
１１に堆積させることが可能である。該補助電極１０が
存在しなくても、該静電紡糸法は指向性があり、かなり
高い生産効率で繊維が堆積するが、該補助電極ＩＯを用
いることによりさらに効率よく繊維を収集できるので、
より好ましい形態であると云える。該補助電極は通常ケ
ージと呼ばれる。

該補助電極１０の電圧は５〜２０ｋＶ程度で良く、最適
電圧は装置のノズル高さ、補助電極高さ、中心からの距
離、ノズル電圧等、様々な要因に依存する。

繊維が堆積される基板は、通常図中に記載されていない
Ｘ−Ｙステージによって移動させながら均一に静電紡糸
させることが望ましい．このスプレー現象は非常に複雑
で解釈は困難を極めるが、電界中での溶液の挙動は、そ
の粘度、誘電率、表面張力、蒸発速度、導電率によって
決められていると考えられている。

液晶表示素子の作製は通常、液晶層を挟持する片側のパ
ターンによりエッチングされた基板上に微細繊維を生或
させながら、一定時間堆積させた後、液晶物質を該堆積
微細繊維からなる被浸透性物体層に浸透させ、さらに別
の基板とラミネートして第１ｒＸＪに示すような構造の
素子が完成する。

第２図においては“｛Ｃｌ”というパターンがエッチン
グされ、この部分は透明導電極が存在せず、したがって
アースされていないために静電紡糸で微細繊維が堆積さ
れない。したがって第１図のように、エッチングされた
部分には微細繊維がなく、液晶物質含浸後は液晶だけが
存在し、電場も印加されないため常に透明状態となって
いる。

一方、微細繊維が存在し、透明導電極が存在する部分は
前述のように、電圧により、透明状態が不透明状態へ変
化する． 微細繊維を構戒する物質は、分散される液晶物質の常光
屈折率と、微細繊維の屈折率がほぼ一致しておれば制限
されないが、素子の明るさや駆動時の透明性を低下させ
ないために、透明性が高く着色の少ないことが望ましい
。また、液晶物質に溶解したり、逆に、イオン性あるい
は非イオン性不純物を液晶物質中に溶出させるものは、
液晶物質の性能を低下させるために望ましくない。液晶
物質の常光屈折率と微細繊維の屈折率とがほぼ一致する
ことは特に重要で、微細繊維中に少量の液晶物質が溶解
含有される場合にも、液晶物質を含む微細繊維と液晶物
質との間の屈折率とがほぼ一致していればよい。

これらの場合の屈折率の差は、０．１以内であることが
望ましく、さらに望ましくは０．０１以内である。

具体例としては、ポリビニルアルコール，ポリビニルホ
ルマール，ポリビニルブチラール，ポリエチレン，ボリ
ブロピレン，ポリメチルメタクリレート，ポリアミド，
エチルセルロース，酢酸セルロース，ヒドロキシプ口ピ
ルセルロース，ポリウレタン等のボリマーがあげられる
が、これら以外にも上記条件に適合する場合には使用で
きる。

また、微細繊維を構戒するポリマーとの相溶性のある樹
脂，可塑剤，紫外線吸収剤、若干の染料などの化学物質
が混合されていてもよい。

また、ポリマーの耐熱性その他特性を向上させるための
架橋剤，硬化剤，反応開始剤あるいは屈折率調整のため
の少量の添加剤が混合されていてもよい。

本発明でいう液晶物質とは、常温付近で液晶状態を示す
有機物混合体であって、正の誘電率異方性をもつもので
あり、ネマチック液晶物質が特性上好ましい． 電圧無印加時の強い光散乱状態を得るためには、液晶物
質混合物の異常光屈折率がポリマー屈折率とできるだけ
大きく異なることが望ましい．また、液晶物質の常光屈
折率は、ポリマーの屈折率とできるだけ近接しているこ
とが望ましい．液晶物質混合物として、液晶状態を占め
る温度範囲は、できるだけ広いほうがよく、特に屋外用
途には、−２０゜Ｃ〜＋９０’Ｃ以上の液晶温度範囲を
もつものが望ましい。

本発明においては、透明基板として可視光透過率が高く
、また光散乱特性の小さいガラス．ポリメチルメタクリ
レート．エポキシ硬化樹脂など０．１〜４Ｉ１１１厚み
の比較的剛直な基板、あるいはポリエステルフィルム，
エボキシ樹脂硬化フイルム，ポリエーテルスルホンフィ
ルム，ポリプロピレンフィルム、その他の液晶に対して
化学的に安定な、０．０１〜０．５　ｍＷみのフレキシ
ブルなフイルム基板が使用できる。なお、基板の表面に
は、空気や水蒸気の遮断効果のあるバリア層、或いは反
射防止膜，ハードコート層，紫外線吸収層、などが形威
されていてもよい。

また、基板には電圧を印加するための透明導電性膜（透
明電極）が必要で、これは酸化スズまたは、酸化インジ
ウムを主或分とする混合物を蒸着、スパッタリング、Ｃ
ＶＤ法或いは、バイロゾル法等により２０〜５０００入
厚みにコーティングして形或する。

少なくとも片方の透明電極は、フォトリソグラフィー或
いはフォトレジスト印刷法により所定の形状にエッチン
グ加工し、局部的に表示を行なえる。

これらの基板の同じもの２枚、或いは異なる組合わせで
液晶層をサンドインチ状に挟持して表示素子が構成され
る。

なお、第ｉ図では省略されているが、液晶表示素子の外
周には、液晶物質のにじみ出しを防止するためのシール
部が設けられている方がよい。シール材料として、エボ
キシ系接着剤，シリコーン系接着剤，ウレタン系接着剤
．アクリル系接着剤，シアノアクリレート系接着剤．そ
の他比較的低温で硬化する接着剤が簡便に使用できる他
、紫外線硬化性をもつアクリル系，エボキシ系の接着剤
、或は各種ホットメルト系接着剤なども使用できる。

これらは、作製後の液晶表示素子の外周にディスペンサ
ー塗布或いは、スクリーン印刷法などで塗布して使用で
きる他、２枚の基板をラミネートする前に、片側基板の
外周近くに塗布し、その後ラミネートして作製してもよ
い．これら接着剤には、塗布性或いは印刷性、接着性、
耐水性、耐熱性、耐紫外線性を向上させるための各種添
加物を使用していてもよい． また、別のシール方法として、素子作製後に基、板の外
周部をヒーター加熱、超音波加熱、高周波加熱、レーザ
ー加熱等の方法で融着させシールをおこなってもよい。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限
定されるものではない。

１盗囲土 繊維を形成するためのボリマーとしてポリビニルブ＋’
ｔ−ル（Ｐ　Ｖ　Ｂ　；　Ｂ６０Ｔ　　屈折率１．５０
）　　（ヘキスト社製）を用い、これをイソプロビルア
ルコールに溶解して６％溶液を得た。イソシアネート系
架橋剤であるコロネート（Ｃｏｒｏｎａｔｅ）　Ｈ　Ｌ
　（　ＮＰＵとして略称される日本ポリウレタン工業■
製）０．１５ｇを５０ｇのポリビニルブチラール溶液に
加え、一様に熔解するまでかきまぜた．インジウム及び
スズ酸化物（９５　：　５　）よりなる透明導電性膜を
ｌＯＯμｍ厚のポリエステルフィルム上に５００人の厚
さにスパッタリングして形成し、フォトレジスト印刷法
により、゛ＩＣＩ”のパターンをエッチング加工し、さ
らに、大きさ７ＣＩＩＸ７ＣＩ１の部片に切断したもの
を基板として用い、これに第２図の静電紡糸装置を用い
て上記ボリマー溶液を流１　２．０ｃｃ／時、ノズル電
圧２５ｋＶ　ＤＣで上記のポリビニルブチラール溶液を
３分間散布し、繊維マットとポリエステルフィルムとの
集戒体を得た。

その後、この集成体をオープンに入れ、１週間の間５０
″Ｃに維持してポリマーの架橋処理を行なわせた。架橋
処理によて得られた繊維マットとポリエステルフィルム
との集或体の繊維の直径を、走査型電子顕微鏡を用いて
測定したところ、平均直径は０．３２μｍであり、また
２．０μｍ以上の直径を持つ繊維の割合は３％であった
。

次に、液晶物質としてメルク社製ＺＬＩ−１２８９（常
光屈折率ｎ．　＝１．５１９　、異常光屈折率ｎ．＝１
．７１０　）を用意し、これを繊維マット上に滴下塗布
し、繊維マット中に充分浸透させた、これに、透明導電
性膜をもつ別のポリエステルフィルムを１００　ｇ荷重
のラミネーターで貼り合わせて、液晶表示素子を作威し
た． ５０　Ｖ　，　５０Ｈｚのサイン波を印加し、透明度を
調べた． 以上のようにエッチングされた部分は常に透明で、また
、電圧印加時には画面全体が透明となった． 裏嵐亘１ 繊維形或ボリマーとしてポリビニルブチラール（ＰＶＢ
　　ＢＭ５）（積水化学工業■製）を用い、このものを
シクロヘキサンとアセトニトリル１：ｌの混合溶媒に溶
解して７％溶液とした．０．２５ｇのＣｏｒｏｎａｔｅ
　Ｈ　Ｌ　（日本ポリウレタン工業■製）を架橋剤とし
て、５０ｇの該ポリビニル・ブチラール溶液に加え、均
一に溶解するまで振盪した．ついで酸化インジウム・酸
化スズ（９５：５）を基材とする透明導電性膜を、ポリ
エステルフィルム上にスパッタリング法で５００人の厚
さに形威させ、フォトレジスト印刷法により、市松パタ
ーンにエッチング加工し、このものを切断して、厚さ１
００μｍの２９３ｍｍＸ　２１０ｍのＡ４判ピースとし
た。

ついで上記のポリビニルブチラール溶液を第２図の静電
紡糸装置とＸ−Ｙステージを用いて、上述の導電性膜付
きポリエステル・フィルム上に全体で１５分間散布した
。該ボリマー溶液の流量は、２ｃｃ／ｈｒであり、噴出
口電圧は、２３ｋ　Ｖ、ノズル高さは２０ｃｍであった
。これにより市松パターン化された繊維マット／ポリエ
ステルフィルム構或体が得られた。ついでポリビニルブ
チラールの架橋処理を完結させるため、この構或体を加
熱炉に入れ、５０″Ｃで１週間放置した。架橋処理の結
果得られた繊維マット／フィルム構成体の繊維直径を走
査電子顕微鏡で測定したところ平均０．３７μｍであっ
た。

これに引き続いてＭｅｒｃｋ社製ＺＬＩ　１２８９液品
物質を、この繊維マットに浸透させて液晶層を形威した
。この液晶層を、透明導電性膜を持ったもう１枚のポリ
エステルフィルムと、液晶層の既存のフィルムとで挟む
ように、そのフィルム上にのせた． これを実施例ｌと同様に評価した． 以上のようにＡ４判サイズにおいても電圧印加時は、全
体が透明となる表示素子が得られた．〔発明の効果〕 このようにしてつくられた本発明の液晶表示素子及び装
置は、電圧無印加時には情報に基づいて絵、文字を表示
し、電圧印加時には画面全体が透明となるもので、その
まま単独でも、さらにガラス板等によって片面或いは両
面を覆っても使用することができる．この場合には、全
体の平滑性、剛性、表面硬度、耐久性、デザイン性など
が向上する利点がある．また複数の液晶層を設けて、よ
り高品質、より大容量の表示を行なわせることも可能で
ある． 特に本発明の液晶表示素子では、液晶物質の浸透により
液晶層を形或する被浸透性物体層が織維状物質で構成さ
れているために透過型表示を行うことができ、また従来
品に比べてより大型の表示装置の製造に適している．そ
のため透明一白濁の２状熊の間を電気的に適宜コントロ
ールできる窓、扉、パーティション、自動車サンルーフ
等の他、大型広告板や時刻表示板等に応用することがで
き、特に商店のショーウィンドウに用いると大きな効果
が得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示装置の基本的な構成を模型
的に示す断面図、第２図は、本発明の微細繊維を製造す
る静電紡糸装置の概略図である．１・・・液晶物質、２
・・・微細繊維、３，４・・・透明基６ 板、５．６・・・透明電極、７・・・駆動電源、８・・
仲｛エフチングされている部分、９・・・ノズル、１０
・・・補助電極、ｌ１・・・透明電極付き基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも１枚の透明導電性基板を含む少くとも２枚
   の導電性基板と、その間に挟持された液晶物質及びこれ
   と接触してほぼ均一に分散して存在する繊維状集合体を
   主体とする被浸透性物体層よりなる液晶層とによって構
   成される液晶表示素子及び装置において、少くとも１枚
   の透明導電性基板にパターンがエッチングされ、かつ該
   パターン化された透明導電性電極上にのみ該繊維集合体
   が層状に堆積していることを特徴とする液晶表示素子及
   び装置。 ２、電圧無印加時には、あらかじめ処理した情報に基い
   てエッチングされた前記パターンによって絵、文字等を
   表示し、電圧印加時には、画面全体が透明となることを
   特徴とする請求項１記載の液晶表示素子及び装置。