JPH0352843B2 - - Google Patents

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JPH0352843B2
JPH0352843B2 JP57503161A JP50316182A JPH0352843B2 JP H0352843 B2 JPH0352843 B2 JP H0352843B2 JP 57503161 A JP57503161 A JP 57503161A JP 50316182 A JP50316182 A JP 50316182A JP H0352843 B2 JPH0352843 B2 JP H0352843B2
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light
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Jeemuzu Eru Fuaagason
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MANCHESUTA AARU ANDO DEI PAATONAASHITSUPU
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Description

請求の範囲 １ 誘電異方性が正の作用的にネマチツクな液晶
材料と、湾曲面を有するカプセル状の収容手段と
を含み、 電界がないときは前記湾曲面によつて前記液晶
材料の配向が影響を受けて光の散乱が増大し、電
界があるときには前記液晶材料が前記電界に応答
して配向し光の散乱が減少するようにしたことを
特徴とする液晶構成体。
２ 誘電異方性が正の作用的にネマチツクな液晶
材料と、湾曲面を有するカプセル状の収容手段と
を含み、 前記液晶材料の常光線屈折率を前記収容手段の
屈折率とほぼ等しく設定し、 電界がないときは前記湾曲面によつて前記液晶
材料の配向が影響を受けて光の散乱が増大し、電
界があるときには前記液晶材料が前記電界に応答
して配向し光の散乱が減少し、透過光量が増大す
るようにしたことを特徴とする液晶構成体。
３ 誘電異方性が正の作用的にネマチツクな液晶
材料と、この液晶材料の配向に従つて配向される
多色性染料と、湾曲面を有するカプセル状の収容
手段とを含み、 電界がないときは前記湾曲面によつて前記液晶
材料の配向が影響を受けて光の透過が減少し、電
界があるときには前記液晶材料が前記電界に応答
して配向し光の透過が増大するようにしたことを
特徴とする液晶構成体。
４ 誘電異方性が正の作用的にネマチツクな液晶
材料と、湾曲面を有するカプセル状の収容手段と
を含み、電界がないときは前記湾曲面によつて前
記液晶材料の配向が影響を受けて光の散乱が増大
し、電界があるときには前記液晶材料が前記電界
に応答して配向し光の散乱が減少するようにした
液晶構成体、 前記液晶構成体を支持する支持手段、 前記液晶構成体に電界を加える電極、 前記電界を生ずるためのエネルギーを前記電極
に選択的に加える電源、 を備えたことを特徴とする液晶光学装置。
５ 誘電異方性が正の作用的にネマチツクな液晶
材料と、湾曲面を有するカプセル状の収容手段と
を含み、電界がないときは前記湾曲面によつて前
記液晶材料の配向が影響を受けて光の散乱が増大
し、電界があるときには前記液晶材料が前記電界
に応答して配向し光の散乱が減少するようにした
液晶構成体、 前記液晶構成体を支持する支持手段、 前記液晶構成体に電界を加える第１と第２の電
極、 前記電界を生ずるためのエネルギーを前記電極
に選択的に加える電源、 を備え、少なくとも一方の電極は透明であり、他
方の電極はパターンの形態をとることを特徴とす
る液晶光学装置。
技術分野 本発明は、、液晶材料により構成された液晶構
成体に関する。特に、本発明は、励起源により与
えられる方向性を持つた場の有無に応答して光を
散乱させ、もしくは光の透過を減少させる液晶構
成体に関する。
従来技術の背景 電界を利用して光学的特性を制御する液晶構成
体は知られている。たとえば、特公昭45−12839
号公報に記載の電気光学的弁はネマチツク液晶材
料の薄層を２枚の透明板の間に挟み、この薄層の
厚み方向に電界を加えるようになつている。電界
が加えられないと液晶材料はランダムに配向して
いるが、電界が加えられるとその電界の方向に配
向する。このランダム配向状態と整列配向状態と
で光の透過もしくは散乱の程度は異なり、それに
より透明状態と不透明状態とをつくることができ
る。しかし、この公知の構造では電界印加状態と
電界無印加状態との間の光に対する透過もしくは
散乱の程度にはそれほど大きい差はない。同公報
は、格子状電極の選択的付勢によりパターン表示
をするときのパターン表示と電界の印加されない
バツクグラウンドとのコントラストを高めるため
液晶装置の両側に交叉偏光板を配置することを提
案している。すなわち、付勢された格子点では光
を遮断し、その他の点では光を透過してそれぞれ
暗と明の状態をつくるのであるが、ランダム配向
が効果的に偏向光を回転させることはできないか
ら充分に明の状態をつくれず、そのため高いコン
トラストは得られない。
特公昭51−13666号公報に記載の電気光学装置
は、正の誘電異方性を有するネマチツク液晶材料
を２枚の透明板の間に薄層状に配置し、これらの
透明板の外側に電極を配置し、更にその電極の外
側に交叉偏光板を配置している。液晶材料と接す
る透明板の表面を液晶の分子に方位づけ効果を及
ぼす構造とし、電界を印加しないとき２枚の透明
板の間で液晶を効果的に捩れ状態として一方の偏
光板からの偏向光を他方の偏光板を通れるように
有効に回転させ、光を通過させて明の状態をつく
り、そして電界を印加したときは２枚の透明板の
間で液晶を強制的に整列させその間を通る偏向光
を回転させないようにして光を阻止し暗の状態を
つくつている。
この液晶光学装置は明（透光状態）と暗（遮光
状態）との間で状態を切り換えるため偏光板を使
用している。偏光板はそれへ入射する光の50％を
阻止するので液晶光学装置から出る光の明るさは
入射光の明るさを少なくとも50％減らした明るさ
となる。また上述した公知の液晶装置に共通の問
題として、大型の表示装置に適用することは構造
的にみて困難である。
米国特許第3720623号明細書にはコレステリツ
ク液晶材料をカプセルに封入した液晶装置が開示
されている。液晶材料をカプセルに封入すること
により液晶材料の流動性を抑えることができ、大
型の表示装置への適用が可能になるとも考えられ
るが、この米国特許の液晶装置は温度変化に反応
する感温性のもので、電界により光学的特性を制
御するものではないから、現実には電気的に駆動
される大型の表示装置へ適用できるものではな
い。
特開昭55−96922号公報は、液晶分子の位置を
規制できるようにしたカプセルにコレステリツク
液晶材料を封入した電気光学的表示装置を開示し
ている。強い磁界もしくは電界中にマイクロカプ
セルの素材を霧状に散在させ、この雰囲気に液晶
粒子を落下させて、液晶粒子をカプセルに包むと
そのカプセルの内壁には磁界もしくは電界の印加
方向に液晶分子の位置を規制する配向性が得られ
る。この装置は偏光板を使用し、外部からの電界
の印加、無印加により液晶分子の配列を制御して
透光状態と遮光状態との間で状態を切り換えてお
り、また液晶材料をカプセルに封入したことによ
り大型表示装置への適用の可能性を開いている。
この公開公報に開示された装置はコレステリツク
液晶の捩れ配向を利用して一方の偏光板からの光
を回転させて他方の偏光板にその光を透過させて
透光状態をつくり、そして電界の印加により捩れ
配向を矯正して遮光状態をつくつている。そのた
めに偏光板の使用が不可欠となる。またこの公開
公報にはネマチツク液晶を使用する例も述べられ
てはいるが、偏光板を使用することには変わりは
ない。
フランス特許第2139537号明細書には、偏光板
の使用を必要としないカプセル封入型の液晶装置
が開示されている。この液晶装置は、電圧無印加
状態で透明になり、電圧印加状態では液晶にダイ
ナミツクスキヤタリングを生じさせて不透明状態
を得るような構成である。すなわち、電圧無印加
状態では光の散乱を最小とし、電圧印加状態で光
の散乱を増大させるように構成する。同様な技術
は、米国特許第4101207号明細書および特開昭47
−16098号公報にも開示されている。このダイナ
ミツクスキヤタリングモードを利用する液晶装置
では、カプセル封入状態で液晶の配向にカプセル
が大きく影響しないようにする必要があり、その
ためにはカプセルの直径をあまり小さくすること
はできない。また、電圧印加状態でダイナミツク
スキヤタリングを生じさせるためには、液晶内に
イオンを存在させることが必要になる。
さらに重要なことは、このようなダイナミツク
スキヤタリングの使用により、電圧印加と無印加
の間で不透明および透明状態の切り換えが可能に
なつたとしても、そのコントラストはきわめて小
さく、決して満足できるものとはならない。
〔発明の要約〕
本発明の目的は、液晶分子の配向を規制するた
めの特別の処理を必要としないで透明状態と不透
明状態との切り替えを最も効果的に実施でき、し
かも構造が簡単で製作も容易な液晶構成体を提供
することにある。
本発明の別の目的は、大型のパネルに形成でき
る液晶構成体を提供することにある。
本発明の別の目的は、偏光板の使用を不要と
し、それにより光の明るさを半減させるという不
利を回避した高輝度の液晶光学装置を提供するこ
とである。
本発明の更に別の目的は、電界を利用して高い
コントラストでパターン表示ができる液晶光学装
置を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明による液晶構
成体は、誘電異方性が正の作用的にネマチツクな
液晶材料と、湾曲面を有するカプセル状の収容手
段とを含む。そして、電界がないときは前記湾曲
面によつて前記液晶材料の配向が影響を受けて光
の散乱が増大し、電界があるときには前記液晶材
料が前記電界に応答して配向し光の散乱が減少す
るように構成される。ここに、「カプセル」また
は「カプセル状」という用語は、外壁面と内壁面
とを持つ殻状の収容体のみを意味するものではな
く、媒体材料の連続ウエブまたはシート内に形成
された空洞を含む意味に用いる。
本発明の一態様においては、液晶材料の常光線
屈折率を収容手段の屈折率とほぼ等しく設定す
る。また、本発明の他の態様においては、液晶材
料に、該液晶材料の配向に従つて配向される多色
性染料を混合する。さらに、本発明は、このよう
に構成される液晶構成体を使用する液晶光学装置
を提供する。
常光線屈折率と異常光線屈折率とを有する異方
性屈折率の液晶材料の常光線屈折率を前記の収容
手段の屈折率とほぼ等しく選定し、方向性を持つ
た場のないときは液晶材料は収容手段の境界に対
して歪曲した配置をとつて入射光に対して境界面
で屈折率の差による屈折、散乱を生じて不透明状
態を生じさせ、前記の場のあるときは液晶材料は
場の方向に揃つて屈折率の不整合による境界面で
の屈折、散乱を排除して透明状態を生じさせ、こ
のようにして方向性を持つた場の有無により不透
明状態と透明状態との間で効果的な切換えを達成
する。
収容手段は、内部で複数の区域で液晶材料を収
容する一つの収容媒体の形態となることもある。
液晶材料に多色性色素又は染料を混入させ、液
晶分子の配向が多色性色素の回転配向を生じさせ
るようにすると光の吸収特性を大きく変化させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の液晶装置の略図である。第２図
は本発明の液晶装置の略図である。第３図は本発
明の原理を用いた液晶表示装置の斜視図である。
第４図は第３図の液晶表示装置の一部を部分的に
破壊して示す拡大図である。第５図は電界のかか
つていない状態での本発明の液晶カプセルの拡大
した略図である。第６図は電界がかかつた状態で
の第５図と同様な図である。第７図は電界のかか
るカプセルを電気回路で表した略図である。
本発明の実施例を以下に添付図面を参照して詳
細に説明する。
同じ部分には同じ番号を付してある添付図を参
照する。先ず第１図を参照する。従来技術の液晶
装置を１で示す。この液晶装置１は電極３の間に
液晶材料２を挟んでおり、電極３はガラスやプラ
スチツクシートのような取りつけ基盤４に例えば
酸化インジウム錫（ITO）を沈着させて構成して
いる。これらのシート４は液晶装置１が光伝送制
御装置となるように電極３と同じように透明であ
つて、液晶材料２に電極３が電界をかけないとき
入射光を散乱させ、液晶材料２に電極３が電界を
かけるとき入射光を透過させれるようにしてい
る。導線５とスイツチ６により電源７を電源３に
選択的に結合して電界をつくる。電源７は交流も
しくは直流電源でよい。
液晶装置１の液晶材料２、特に液晶材料の個々
の分子は、所望の位置に、例えばデジタル表示装
置の部分として使用されるように保持するため基
盤４により閉じ込められている。然し液晶材料
２、特に液晶材料の個々の分子は自由に動け、電
界がないときにはランダムな配向をとる、もしく
は散在し、電界がかかつているときは規定の方向
の配列もしくは配向をとれる。所望ならば、一方
の基盤４を反射性として液晶材料２を通つてきて
受けた入射光を反射させて液晶材料２を通して戻
し、他方の基盤４を通して送り出して使用する。
この種の液晶装置の動作原理と欠点とは既に説明
した。
液晶材料２は、液晶装置１に求められる所望の
作動特性を持たせるよう電界が加えられるとそれ
に応答する種類のものであれば何でもよい。所望
ならば液晶材料２に多色性染料を溶解させてもよ
い。
好適実施例の説明 第２図を参照する。本発明の液晶装置を１０で
示す。液晶装置１０はカプセル入りの液晶材料１
１を含んでおり、これは取りつけ基盤１２に支え
られ、電極１３，１４を介して電界をかけられ
る。電極１３は、基盤１２に例えば酸化インジウ
ム錫を塗布して成り、そして電極１４は例えば導
電インクである。保護膜もしくは保護層１５を電
極１４に被せて保護している。しかし、この保護
膜１５はカプセルに包んだ液晶１１または電極１
４を支持もしくは閉じ込めるのに必要ではない。
交流もしくは直流電圧源１６、選択的に閉じれる
スイツチ１７そして導線１８，１９により電極１
３，１４へ電圧を加え、スイツチ１７を閉じたと
きカプセルに包んだ液晶１１に電界を加える。
このカプセルに包んだ液晶１１は、カプセル２
２の内部２１に含まれた液晶材料２０を含んでい
る。本発明の好ましいそして最良の実施例によれ
ばカプセル２２は全体として球形である。しか
し、本発明の原理はカプセル２２が球形以外の形
でも適用できる。液晶２０の光学的特性、例えば
屈折率と満足すべき状態で共存し、そして電界で
オン状態にしたいとき液晶の分子の所望の配向を
つくれるだけの電界を液晶材料２０に生ぜしめる
ことのできる光学的、機械的特性をカプセルの形
がつくれるようにしておけばよい。カプセル２２
が球形であることの利点を、その形が液晶分子に
作用させる歪曲について以下に説明する。
取りつけ基盤１２と、電極１３，１４と保護膜
１５とは光を透過し、それで液晶装置１０は電極
１３，１４に従つてカプセルに入れた液晶１１に
電界がかかつているか、いないかによりそれを通
る光を制御できる。別の態様として、取りつけ基
盤１２は反射性のもの、又は反射膜をつけて、光
を反射させるようにしてもよい。その場合保護膜
１５を通して受けた入射光の反射膜による反射
は、カプセルに入れた液晶材料１１に電界がかけ
られているか、いないかによつて生じる。
本発明の好ましい、そして最良の態様によれば
多数のカプセルに入れた液晶１１が取りつけ基盤
１２へもしくは電極１３のような界面材料へ固着
するように多数のカプセルに入れた液晶１１を取
りつけ基盤１２へ適用して、取りつけ基盤１２に
より支持させ、カプセルに入れた液晶１１を相互
に固定位置に保持する。最も好ましいのは、カプ
セル２２を形成しているカプセル媒体が、基盤１
２へカプセル２２を結束もしくは固着させるに適
したものであることである。又は、別の装着媒体
を用いてもよい。カプセル２２が基盤１２に固着
しているので、そして各カプセル２２が液晶材料
の必要な閉じ込めを形成しているので、第２の取
りつけ基盤、例えば第１図の従来技術の液晶装置
１に示す付加的な第２の取りつけ基盤は通常は不
必要となろう。電極１４に擦過傷をつけたり、電
気化学的に劣化したり、例えば酸化などしたりす
るのを防ぐため取りつけ基盤１２と反対の液晶装
置１０の面に保護膜１５を設けてもよい。取りつ
け基盤１２は液晶装置１０のそれ自体の側面を物
理的に保護している。
カプセルに入れた液晶１１は基盤１２に比較的
しつかりと固着しているので、そして上に述べた
ような別の基盤を普通は必要としないので、電極
１４をカプセルに入れた液晶１１に直接適用して
もよい。
第３図を参照する。本発明の液晶装置１０′の
一例が液晶表示装置の形で示されている。マイラ
ーのようなプラスチツク材料もしくはガラスのよ
うな別の材料である基盤１２上に角が四角い数字
８が現れている。角が四角い数字８を形成する第
３図の影をつけた区域は、基盤１２の上の一つも
しくはそれ以上の層に配置された多数のカプセル
に入れた液晶１１から形成されている。
数字８と基盤１２の一部分３２の断片の拡大図
を第４図に示す。この図から判るように、約厚さ
10ミリの基盤１２の表面３１に、酸化インジウム
錫の200オングストロームの厚さの電極層３３を
沈着させる。この電極層３３に多数のカプセルに
入れた液晶１１の一つもしくはそれ以上の層３４
を直接固着させる。本発明の好ましい、そして最
良の実施例ではこの固着は、個々のカプセル２２
を形成しているカプセル媒体により、所望ならば
固着のための接着もしくは結合剤を添加して、実
施される。層３４の厚みは、例えば25ミクロンで
ある。カプセル２２を形成している材料へ直接、
又は取りつけ基盤１２へそして個々のカプセルに
入れた液晶１１を相互に結合させるのに使つた結
合剤へ直接に層３４の上に別の電極層３５を配置
する。電極層３５は例えば1/2２ミルの厚みで、
導電性インクで形成されていてよい。第３図の膜
１５について上に説明した目的の保護層３６を、
第４図に示すように設けてもよい。
液晶形式の、もしくは発光ダイオード形式の従
来の可視表示装置では、数字８の要素３０は７個
の電気的に絶縁されたセグメントに分割されてい
て各セグメントを選択して付勢して種々の数字を
つくるようにする。例えば、セグメント３０ａ，
３０ｂを付勢すると数字１となり、セグメント３
０ａ，３０ｂ，３０ｃを付勢すると数字７とな
る。
カプセルに入れた液晶１１を使用する本発明の
特徴は、液晶材料に印刷された導電性インク電極
のセグメントを選択するだけで所望の表示をつく
れるように基盤１２をつくれるということであ
る。この場合基盤１２の全面３１を電極材料３３
で被膜する。その場合電極材料の全面をカプセル
に入れた液晶１１の層３４と連続させて被膜する
ようにしてもよい。その後、導電性インク３５の
電極セグメントの規定のパターンを層３４の所望
位置に印刷する。
電源への一本の導線を表面３１に取りつけ、そ
してその電圧源へ個々の制御スイツチを介して
個々の導電性インクセグメントを接続する。又
は、カプセル入りの液晶１１及び／又は電極材料
３３を表示セグメントを付けたいと思う表面３１
の場所にだけ付けるようにしてもよい。
個々のカプセル入り液晶１１の動作の詳細な説
明は後でするが、ここでは層３４のカプセル入り
液晶は電界がかけられるか、かけられないかによ
り入射光を減衰させたり、させなかつたりすると
いうことを知れば足りる。液晶装置１０′の個々
のセグメントの電極例えばセグメント３０ａの電
極層部分の電圧源への結合の結果として電界はつ
くれる。カプセル入り液晶１１を電界のない状態
（付勢されない状態）から電界のある状態（付勢
された状態）へ切り換えるに必要な電界の大きさ
は幾つかのパラメータの関数であり、それらのパ
ラメータには、例えば層３４の厚みがあり、その
厚みはそこのカプセル２２の直径と層３４の厚み
方向のカプセルの数により変わる。重要なこと
は、液晶材料２０を個々のカプセル２２に封じ込
めるので、そして個々のカプセル入り液晶１１が
基盤１２へ固定されるので、液晶装置１０′の大
きさ、もしくは本発明に従つてカプセル入り液晶
を使用する他の液晶装置の大きさは制限されるこ
とはないということである。電界の有無によりカ
プセル入り液晶の光学的特性を変えたいと思う領
域に、電界を液晶にかけるための電極もしくは他
の手段を設けることが必要であるのはいうまでも
ない。
蒸着、真空蒸着、スパツタリング、印刷その他
の所望の技術により電極層３３を基盤１２に塗布
する。ウエブもしくはグラビアローラにより又は
反転ローラ印刷技術によりカプセル入り液晶の層
３４をつくる。種々の印刷、スクリーン印刷など
の技術により電極層３５をつくることもできる。
所望ならば、電極層３３はマイラーのような基盤
１２の全被膜として、マイラーシート材料の製作
プロセスの部分としてつくられてもよいし、また
層３４をマイラーシート材料の製作プロセスの部
分として塗布してもよい。
カプセル入り液晶を使用した液晶装置をうまく
作つて使用することができるには、カプセル入り
液晶を作ることができなければならず、またその
カプセル入り液晶の特性如何にもよるのであつ
て、この両方が本発明の特徴でもある。これらの
特徴を第５，６，７図を参照して詳述する。
第５図を参照する。カプセル２２は空間２１の
境界を決めている全体として滑らかな湾曲内壁面
５０を有する。壁面５０の、そして全カプセル２
２の実際の寸法パラメータは、その中に含まれる
液晶材料２０の量と個々の液晶分子の大きさとに
関連している。更に、カプセル２２は液晶材料２
０へそれを加圧する、もしくは少なくとも空間２
１内の圧力を実質的に一定に維持する力を加え
る。上に述べたことの結果として、そして液晶分
子の表面が濡れているという性質のため液晶分子
（これは自由な形では通常真つ直ぐになろうとす
る。もつとも多分ランダムに分散しているけれど
も）は内壁面５０に近接し全体として平行な方向
に曲げるように歪まされる。この歪のため液晶は
弾性エネルギーを蓄積する。図を簡単にするため
そして上に述べた概念の理解の便宜のため破線５
２で示す液晶分子の層５１は、内壁面５０に最も
近接して示されている。壁面５０の近接区域に平
行な方向に分子５２は歪まされる。液晶分子５２
の他の層５３などはカプセル２２内に示されてい
る。液晶分子はそのような層になつて示されてい
る。最も液晶分子は第５図に示されている整列し
た層よりもいくつかはランダムに配向されている
ということを理解されたい。しかし、そうは云つ
ても、液晶分子は内壁面５０のそれぞれの近接区
域にかなりの程度の平行関係をもつて整列しよう
とする。
本発明において使用される液晶分子５２は、誘
電異方性が正の作用的にネマチツクなものであ
る。このような液晶分子は通常は真つ直ぐな線状
の糸のような形をとり、そしてそのようなネマチ
ツク分子から成る液晶材料は偏光方向に感性を有
する。しかしカプセル入り液晶１１内の分子５２
はカプセル２２の全３次元空間内で歪まされ、又
は湾曲した形にされるためそのようなカプセル内
のネマチツク液晶材料はそれへの入射光の偏光方
向に不感であるという改善された特性を帯びるよ
うになる。更に、本発明者は、カプセル２２内の
液晶材料２０に多色性染料を溶解すると、通常は
偏光感性を有すると考えられている多色性染料は
偏光感性を有しなくなる。多色性染料は個々の液
晶分子５２の湾曲配向または歪と同じ湾曲配向ま
たは歪を受けるからである。
カプセル２２内の液晶材料２０の全体としての
球形配向に不連続５５が現れているのに気がつか
れよう。壁５４と平行に整列し、そして弾性エネ
ルギーが最小になるようにしなければならないと
いうことで液晶が一様に整列できないためにこの
不連続５５が生じるのである。第５図で平面に示
したように不連続の周りに液晶分子５２は沿つて
いこうとするが、実際は３次元空間であるので突
出不連続５５の３次元の、全体として円筒の内部
境界壁面５０ａに沿うパターンとなる。この不連
続が液晶分子を更に歪ませ、液晶材料２０が入射
光の偏光方向に不感となる可能性を一層増大させ
る。
個々の液晶分子５２が第５図に示すような仕方
で歪まされて相互に折り重なり、カプセル入り液
晶１１はそれに電界がかからないとき、特に液晶
材料２０に電界がかからないとき、光を通過させ
ないようにする。
しかし、カプセル入り液晶１１に第６図に示す
ように電界がかかると、液晶５２とそしてそれに
多色性染料が混入していればその染料が第６図に
示すように電界に応答して整列する。この整列で
は、例えば第２，３，４図を参照して上に説明し
たようにカプセル入り液晶１１を光が通過でき
る。
液晶分子５２は歪まされて湾曲した形をとるの
で、それらは電界がかからない状態である弾性エ
ネルギーを持つ。
このような弾性エネルギーのため液晶は、液晶
分子がそれらの通常の線状の形をとるときにはで
きなかつたようなことをするようになる。例え
ば、不連続突出部５５はカプセル内で光の散乱と
吸収とを生じさせ、そして内壁面５０の各部分に
対し接線もしくは平行な配列はカプセル２２内で
散乱と吸収とを生じさせる。一方電界が第６図に
示すようにかけられると、液晶分子５２が図に示
すように整列するばかりでなく、不連続部５５も
電界と平行に整列する。従つて、カプセル入り液
晶１１に電界がかかつているときは不連続部５５
の透光性に対する影響は最小となる。第３図に示
すようなカプセル入り液晶１１から成る液晶装置
１０′のコントラスト特性を最適ならしめるため、
具体的にいえば、第６図のカプセル入り液晶１１
のカプセル媒体から液晶材料に通る、または液晶
材料からカプセル媒体に通る入射光の屈折による
光学的歪曲を回避するためカプセル媒体の屈折率
と液晶材料の常光線屈折率とをマツチさせ、でき
るだけ同じにする。
電界がかけられていないときは、液晶とカプセ
ル壁との境界では屈折率に差がある。液晶の異常
光線屈折率がカプセル媒体の屈折率よりも大きい
からである。このことがその界面もしくは境界で
屈折を生じ、更に散乱を生じさせ、多色性染料を
使用しなくても光の透過を阻止するのである。
個々のカプセル入り液晶１１がランダムに配向
され、好ましくは幾つかのカプセルが重なつて、
例えば液晶装置１０′などに所望の遮光及び／又
は透光特性を与えるだけの量の液晶材料を基盤の
表面３１に積み上げるだけの厚さにカプセル入り
液晶１１を基盤１２（第３図）に塗布するのが普
通である。
本発明に従つて多色性染料を有するカプセル入
り液晶１１から成る、第３図に１０′で示されて
いるような液晶装置においては、多色性染料は第
１図に示したような自由な液晶材料に使用したと
きと光の吸収程度は少なくとも同程度であること
を発見した。また全く意外な発見であるが、第６
図に示すように電界をかけると、多色性染料を含
む液晶材料２０の透明度（不透明でないこと）は
液晶材料と染料とが溶解している先行技術１の通
常の場合の透明度と少なくとも同程度である。
カプセル材料の中で消散させられたり、降下さ
せられたりするのではなく、カプセル２２内の液
晶材料２０に第６図に示す電界Ｅがかかるという
ことが大切である。換言すれば、カプセル２２の
壁５４を形成している材料では電圧降下はなく、
カプセル２２の空間２１内の液晶材料２０で電圧
降下が生じるということが重要である。
カプセル入り液晶１１（第６図）内の液晶材料
の電気インピーダンスよりもカプセル媒体の電気
インピーダンスが大きいことが好ましく、そして
カプセル媒体の電気インピーダンスは、液晶材料
を通過することにより壁５４では短絡が起きない
だけの大きさであるべきである。例えば、壁５４
の中を点Ａから点Ｂへ通る電流に対するインピー
ダンスは、点Ａから直接内壁面５０の点A′へ、
液晶材料２０を通つて空間２１内の点B′へ、そ
して最後に点Ｂへ至る電流路のインピーダンスと
比較してかなり大きいのである。
カプセル媒体を形成している物質の誘電定数と
液晶材料の誘電定数と、半径方向のカプセル壁５
４の実効容量値と、電界Ｅがかかる液晶材料の実
効容量値とは、カプセル２２の壁５４が印加電界
Ｅの大きさを実質的に低下させないように関係づ
けられているべきである。
第６図の電界Ｅをかける回路を表す電気回路を
第７図に略図的に示す。スイツチ１７を閉じると
電圧源１６から電界がかけられる。キヤパシタ７
０は、第６図に示すように電界がかけられるとき
のカプセル入り液晶１１内の液晶材料２０の容量
を表している。キヤパシタ７１はカプセル２２の
壁５４の上方領域（上方とは図面を参照するのに
便宜的に称しているのであつて、それ意外の意味
はない）の容量を表し、従つて第５，６図のカプ
セル２２の上方領域と同じように湾曲している。
キヤパシタ７２は、電界Ｅがかけられるカプセル
の下方部分の容量を表している。各キヤパシタの
大きさはそれぞれのキヤパシタを形成している物
質の誘電定数とそれの実効プレート間の距離との
関数である。キヤパシタ７１，７２で生じる電圧
降下がキヤパシタ７０で生じる電圧降下より小さ
くなるためキヤパシタ７１，７２はキヤパシタ７
０よりも大きくなつていて、その結果カプセル入
り液晶１１内の液晶材料２０に電界Ｅの最大部分
がかかるようになつて、電圧源１６に要求される
全エネルギーを最小にして、最適作動、すなわち
液晶分子の整列を達成するのである。
例えば、キヤパシタ７１に関していえば、誘電
物質はカプセル２２の上方部分近くで壁５４を形
成している物質である。このキヤパシタ７１の実
効プレートは外壁面７３と内壁面５１である。例
えば第６図でカプセル２２の下方部分のキヤパシ
タ７２についても同じことである。液晶材料２０
を包むだけの強さを保ちながら壁５４をできるだ
け薄くすることによりキヤパシタ７１，７２の大
きさを最大とすることができ、このことは液晶材
料２０の上方部分７４と下方部分７５（これらは
キヤパシタ７０の同数のプレートを形成してもい
る）との間の比較的厚いもしくは長い距離と比較
してのことである。
液晶材料２０の誘電定数は方向によつて異な
る、異方性である。壁５４の誘電定数は、上記の
条件を満足させる助けとなるよう異方性液晶材料
２０の小さい方の誘電定数よりも小さくはないの
が好ましい。
カプセル入り液晶１１の特徴は、液晶分子が歪
まされるので、そして多色性染料も同様に歪まさ
れるので、カプセル入り液晶の光の透過に対する
吸収もしくは遮蔽は電界Ｅがかけられていないと
非常に効果的であるということである。他方、カ
プセル内の液晶材料２０に電界をかけると電界に
沿つて液晶分子と染料とを整列させれるので、そ
して電界がかけられたとき、カプセル壁５４と液
晶材料２０との間の界面で入射光が屈折もしくは
屈曲しないようにカプセル媒体と液晶材料との屈
折率のマツチングを、上に述べたように好ましく
はとることによりカプセル入り液晶１１は充分な
光に対する透過性を有する。
第３図の装置１０′のような最終的な液晶装置
を作るには普通多数のカプセル入り液晶１１を必
要とするので、そしてこれらのカプセル入り液晶
はいくつかの層をなしているので、電界Ｅをつく
るに必要な電圧を減少させるには比較的高い誘電
異方性を有することが望ましい。すなわち、電界
がかけられていないときの小さい液晶材料の誘電
定数と電界がかけられて揃えられたときの大きい
液晶材料の誘電定数との差はできるだけ大きくす
べきである。
カプセル２２の大きさは様々である。カプセル
が小さければ小さい程、カプセル内の液晶分子を
整列させる電界に対する要件は高くなる。又、カ
プセルが小さいと、層３４の単位体積当たりのカ
プセルを多く必要とし、そのため単位体積当たり
のカプセルが少なくて済むカプセルの大きい場合
よりもカプセル媒体での電圧降下損失が大きくな
る。本発明の好ましい実施例で、そして最良の態
様では、カプセル入り液晶１１でつくられた液晶
装置１０′のような装置は、一様なよく制御され
た仕方で付勢したり、滅勢したりできるよう大き
さの一様なカプセルを使用すべきである。大きさ
の一様でないカプセルを使用すると電界の印加時
に各カプセルの非均一付勢、すなわち各々の液晶
分子の整列が生じよう。通常カプセル２２の直径
は約２ないし約25ミクロンである。
カプセルの寸法が大きくなればなるほど、その
なかの液晶分子を整列させるに要する電界は小さ
くなる。しかし、カプセル球が大きくなる程応答
時間は長くなる。
カプセルの寸法とカプセル２２内の液晶分子の
無電界での配列とは別に、カプセル入り液晶１１
を有効に使用するには無電界での配列がどんなで
あり、有電界での歪配列がどんなであるかを知る
ことが重要である。
本発明の好ましい実施例であり、そして最良の
態様では、カプセル入り液晶１１に使用する液晶
材料はネマチツク型である。
現在入手できる最も好ましい液晶材料は、アメ
リカ合衆国、オハイオ州ケントのアメリカン リ
ツキツドクリスタル ケミカル コーポレーシヨ
ンが市販しているネマチツク材料NM8250であ
る。他のものとしては、エステル コンビネーシ
ヨン、ビフエニル コンビネーシヨンがある。
カプセル２２を形成しているカプセル媒体は液
晶材料に影響を与えられるものでもなく、液晶材
料により影響を与えられるものでもない。液晶材
料とカプセル媒体の誘電定数と屈折率とはそれら
の材料の選択を制限している。更に、多色性染料
を使用するときカプセル媒体は染料材料に影響を
与えるものでもなく、染料材料により影響を与え
られるものでもない。他方、染料は油溶性である
べきであり、カプセル媒体の水相（後述する）も
しくはポリマー相により吸収されてはならない。
更に、カプセル媒体に対し所望の高いインピーダ
ンスを達成するにはその媒体は比較的高い純度を
有していなければならない。
本発明に従つてカプセル入り液晶１１に使用さ
れる多色性染料の一例は、インドフエノールブル
ー、スダン ブラツクＢ、スダン３そしてスダン
２である。
カプセル媒体として種々の樹脂及び又はポリマ
ーを利用できる。本発明の好ましい実施例であり
最良の態様では、カプセル媒体はポリビニルアル
コール（PVA）であり、これは上述の所望の特
性、特に上述の好ましい液晶と多色性染料につい
ての上述の所望の特性をを有していることが判明
している。すなわち、PVAは充分な、比較的大
きい誘電定数を有し、そして好ましい液晶材料の
屈折率に近い屈折率を有している。
PVAを精製するにはそれを水に溶かし、沈澱
法を使用してアルコールで洗い流す。PVAの塩
分やPVAのインピーダンスをそれと分かる程に
減少させる他の含有物を最小にするためPVAを
精製するのに他の技術も使用できる。好ましい精
製PVAはアメリカン リツキツドクリスタルケ
ミカル コーポレーシヨンが販売しているSA７
２である。PVAが、上に述べたように、精製さ
れていると、それはそれ自身の乳濁液として、そ
して後述するカプセル入り液晶の製法を容易なら
しめる湿潤剤として作用する。他の種類のカプセ
ル媒体の例として、ゼラチン、カーボポール
（Carbopole）、ガントレツツ（Gantrez）があり、
この後の２つは高分子電解質であり、そしてこれ
KHらの媒体は単独もしくは他のポリマー、例え
ばPVAと組み合わせて使用する。このPVAの湿
潤能力はカプセル２２内の液晶分子の動きを自由
にするのを助け、無電界状態で内壁面５０に平行
に整列するのを容易としそして電界をかけたとき
第６図の整列位置に容易に変われるようにする。
カプセル入り液晶１１の製法は、カプセル媒
体、液晶材料（もし使用するのであれば、多色性
染料を含む）及び多分水のようなキヤリヤー媒体
を一緒に混合する。混合は、ブレンダー、コロイ
ドミル（これは最も好ましい）など種々のミキサ
ーで行う。この混合中に起きることは成分の乳濁
液の形成であり、これは後で乾燥でき、そうする
と水のようなキヤリヤー媒体を排除し、そして
PVAのようなカプセル媒体を満足できるよう硬
化することができる。こうして作られた各液晶１
１のカプセル２２は、完全な球形ではないかもし
れないけれども、大体球形である。最初に形成さ
れたときも、そして乾燥及び／又は硬化が起こつ
てからでも乳化剤の粒滴、小滴もしくはカプセル
のエネルギーの最も低い状態が球だからである。
油溶性でなければならないという多色性染料の
特性が、液晶材料と多色性染料とを溶解させてい
るのであり、水相もしくはポリマー相による吸収
をうけないという多色性染料の特性が、PVAや
他のカプセル媒体又は水のようなキヤリヤー媒体
が、カプセル入り液晶１１の製造工程中使用され
ても、多色性染料を吸収しないということを保証
しているのである。
実例 １ 0.45％のスダン ブラツクＢ多色性染料を芳香
族エステルから成る液晶に溶解した。この溶解物
はオハイオ州ケントのアメリカン リキツドクリ
スタル ケミカル コーポレーシヨンから8250と
して市販されている。この物質をすべての塩を取
り除くよう処理された７％のPVAと混ぜた。こ
の溶液をASTM−100％の水と混ぜる。できた混
合物を、コーンギヤツプを４ミルに設定したコロ
イドミルに入れ、そしてその材料を４分間轢いて
大体一様な粒子サスペンシヨンサイズにした。そ
の結果懸濁粒子の大きさが約３ミクロンの安定し
た乳濁液が得られる。この乳濁液を、シーラシン
から購入した酸化錫の電極の層（平方インチ当た
り200オーム）であらかじめ被覆したマイラフイ
ルムに流す。ドクターブレードを使用して電極塗
着側に乳濁液を塗布する。
乳濁液を７ミルの厚さに電極に塗布して、乾燥
させて全厚を0.8ミルにする。第２の乳濁液の層
を第１の層の上に置いて、厚み1.6ミルのポリビ
ニルアルコール基材に支持された液晶粒の集合層
をつくる。一つもしくは複数のカプセルの厚みの
単一層となるようカプセル入り液晶を塗布するの
が好ましい。
こうして形成されたマイラの層、電極そして液
晶を含む液晶装置に電界をかけて試験すると、黒
から殆ど透明な状態に変化した。視角、すなわち
光が伝達される角度は非常に広く、そして50ボル
トの電界でコントラストは７対１であつた。切り
換えスピードはオンになるのに約２ミリ秒であ
り、そしてオフになるのに約４ミリ秒であつた。
本発明に従い、例えば上に説明したようにして
カプセル入り液晶１１を作る成分量を次に示す。
液晶材料：この材料は、コロイドミルのような
混合装置へ入れられる全溶液の体積で、多色性染
料を含んで、約５から約20％、好ましくは約10％
である。使用する液晶材料の実際の量は、カプセ
ルの大きさを最適にするためカプセル媒体、例え
ばPVAの体積量を越えているべきである。
PVA：溶液中のPVAの量は約５から約20％、上
に説明したように好ましくは約７％であるが、
これはPVAの分子量により異なる。例えば、
もしPVAの分子量が大き過ぎると、できる材
料は特にPVAをあまり多く溶液に使うと、ガ
ラスのようになる。もしPVAの分子量が小さ
過ぎ、使用するPVAが少な過ぎると粘性の少
な過ぎる材料となり、そしてできた乳濁液は流
れだしてしまつて乳濁液の粒が固まつて所望の
球形のカプセル入り液晶とはならない。
キヤリヤー媒体：溶液の残りの部分は、上に説明
したように、水もしくは他のキヤリヤー媒体で
ある。このキヤリヤー媒体で乳濁液をつくり、
それにより基盤、電極などの上にうまく乳濁液
をのせていられるのである。
硬化していないカプセルもしくはカプセル媒体
の粒滴と液晶材料とは液中に支持されているの
で、種々の従来技術を使用してカプセルを大きさ
に従つて等級づけし、もし望ましくない大きさの
カプセルは例えば混合装置に戻しカプセルをリフ
オームすることができる。こういうことで最終的
に使用されるカプセルは所望の均一性を持つたよ
うになる。
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