JPH06222340A

JPH06222340A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH06222340A
Application number: JP5026266A
Authority: JP
Inventors: Kunihei Chin; 国平陳; Ichiro Morishita; 一郎森下
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】斜方からの表示品位が良く、十分なコントラ
ストが得られ、細かな階調表現が可能で、表示の切り替
えが速い逐時表示が可能な液晶素子を実現する。【構成】内側に電極１，２が形成された対向する一組
の基材対３，４の間に液晶層５が配置された液晶素子で
あり、液晶層５は、第一の低分子液晶材料７をマイクロ
カプセル８化し、マイクロカプセル８を、分散媒９であ
る第二の低分子液晶材料１０の中に分散添加した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶層に電界を印加し
て表示をするための液晶素子に関わり、更に詳しくは、
散乱モードを利用した液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より液晶素子の表示モードとして
は、複屈折モードを利用したもの・偏光モードを利用し
たもの・散乱モードを利用したもの等が知られている。
これらの内で、散乱モードを利用したものは、構成が単
純なため広く用いられようとしている。

【０００３】散乱モードを利用した液晶素子としては、
分散型・強誘電液晶型・動的散乱型等が知られており、
偏光板を用いる必要がなく安価で実現できるため、活発
に研究が行なわれている。

【０００４】液晶表示に利用されている散乱モードを、
分散型を例として詳細に説明する。分散型の表示素子で
は、下記の四種類の構成が知られている。

【０００５】第一の型は、図４に示したように、低分子
液晶材料２１をマイクロカプセル化し、このマイクロカ
プセル８を高分子材料２２中に添加して液晶層５を形成
し、この液晶層５を内側に電極１，２が形成された対向
する一組の基材対３，４の間に配置して液晶素子６とす
るものである。

【０００６】この型では、マイクロカプセル８中の低分
子液晶材料２１を電圧印加方向に通過する光が感じる屈
折率（ｎ_o）と、分散媒９である高分子材料２２中を通
過する光が感じる高分子材料２２に固有の屈折率
（ｎ_p）とがほぼ等しくなるように構成されている（ｎ
_o＝ｎ_p）。このため、図４（ａ）に示したように、電
圧印加時に液晶層６を電圧印加方向にそって通過する光
Ａは、液晶層５中でマイクロカプセル８中の低分子液晶
材料２１中と、分散媒９である高分子材料２２中とで等
しい屈折率を感じることになり、液晶層５は透明にな
る。

【０００７】電圧が印加されていない時には、図４
（ｂ）に示したように、マイクロカプセル８中の低分子
液晶材料２１は、マイクロカプセル８の壁面からのわず
かな配向規制力だけを受けることになり、低分子液晶分
子はそれぞれランダムな方向に向き、マイクロカプセル
８中を通過する光は散乱され、液晶層５は白濁状態とな
る。

【０００８】この第一の従来型の代表的な液晶素子６と
しては、マイクロカプセル８の粒径は０．５μｍ〜３μ
ｍ，分散媒９中へのマイクロカプセル８の充填率は約５
０体積％，マイクロカプセル８の壁材はゼラチンとアラ
ビアゴムとの混合物，この壁材の膜厚は約０．１μｍ，
分散媒９である高分子材料２２の層の厚さ（液晶層５の
厚さ）は約５μｍである。また、マイクロカプセル８中
の低分子液晶材料２１には例えばメルク社製のＥ７を、
分散媒９である高分子材料２２としては、ＵＶ硬化のア
クリル樹脂や、熱硬化形エポキシ樹脂が用いられてい
る。

【０００９】第二の型は、図５に示したように、低分子
液晶材料２１を高分子材料２２中に添加分散して液晶層
５を形成し、この液晶層５を内側に電極１，２が形成さ
れた対向する一組の基材対３，４の間に配置して液晶素
子６とするものである。

【００１０】この型でも、前記第一の型と同様、図５
（ａ）に示したように、分散された低分子液晶材料２１
を電圧印加方向に通過する光が感じる屈折率（ｎ_o）
と、分散媒である高分子材料２２中を通過する光が感じ
る屈折率（ｎ_p）とが等しくなるように構成されている
（ｎ_o＝ｎ_p）。このため、電圧印加時に液晶層５を電
圧印加方向にそって通過する光Ａは、液晶層５中で分散
された低分子液晶材料２１中と、分散媒である高分子材
料２２中とで等しい屈折率を感じることになり、液晶層
５は透明になる。

【００１１】電圧が印加されていない時には、図５
（ｂ）に示したように、分散された低分子液晶材料２１
は、分散媒である高分子材料２２との界面からのわずか
な配向規制力だけを受けることになり、低分子液晶分子
はそれぞれランダムな方向に向き、低分子液晶材料２１
中を通過する光は散乱され、液晶層５は白濁状態とな
る。

【００１２】この第二の従来型の代表的な液晶素子６と
しては、高分子材料２２中への低分子液晶材料２１の混
合率は約５０体積％，分散媒９である高分子材料２２の
層の厚さ（液晶層５の厚さ）は約５μｍである。また、
低分子液晶材料２１には例えばメルク社製のＥ７を、分
散媒９である高分子材料２２としては、ＵＶ硬化のアク
リル樹脂が用いられている。

【００１３】第三の型は、図６に示したように、低分子
液晶材料２３を分散媒とし、この分散媒中に等方性材料
粒２４を分散添加して液晶層５を形成し、この液晶層５
を内側に電極１，２が形成された対向する一組の基材対
３，４の間に配置して液晶素子６とするものである。

【００１４】この型では、分散媒である低分子液晶材料
２３を電圧印加方向に通過する光が感じる屈折率
（ｎ_o）と、分散粒である等方性材料粒２４中を通過す
る光が感じる屈折率（ｎ_p）とが等しくなるように構成
されている（ｎ_o＝ｎ_p）。このため、図６（ａ）に示
したように、電圧印加時に液晶層５を電圧印加方向にそ
って通過する光Ａは、液晶層５中で分散媒である低分子
液晶材料２３中と、分散粒である等方性材料粒２４中と
で等しい屈折率を感じることになり、液晶層５は透明に
なる。

【００１５】電圧が印加されていない時には、図６
（ｂ）に示したように、分散媒である低分子液晶材料２
３は、両側にある基材３，４との界面や分散粒である等
方性材料粒２４との界面からのわずかな配向規制力だけ
を受けることになり、低分子液晶分子はそれぞれランダ
ムな方向に向き、低分子液晶材料２３中を通過する光は
散乱され、液晶層５は白濁状態となる。

【００１６】第四の型は、低分子液晶材料を、側鎖に液
晶基を持った高分子液晶材料中に添加分散して液晶層を
形成し、この液晶層を内側に電極が形成された対向する
一組の基材対の間に配置して液晶素子とするものであ
る。

【００１７】この型では、液晶層をレーザー光等で局部
的に加熱し、高分子液晶材料の液晶基を自由に回転等可
能な状態にしておき、同時に電圧を印加して、高分子液
晶材料の液晶基を電圧により規則的に配列させた後冷却
する。この結果、この液晶基にならって、分散されてい
る低分子液晶材料が配向される。この時、配向している
低分子液晶材料を、基材に対して垂直に通過する光が感
じる屈折率（ｎ_o）と、分散媒である高分子液晶材料中
を通過する光が感じる屈折率（ｎ_p）とが等しくなるよ
うに構成されている（ｎ_o＝ｎ_p）。このため、液晶層
を基材に対して垂直に通過する光は、液晶層中で分散さ
れた低分子液晶材料中と、分散媒である高分子液晶材料
中とで等しい屈折率を感じることになり、液晶層は透明
になる。

【００１８】つぎに、液晶層をレーザー光等で局部的に
加熱し、高分子液晶材料の液晶基を自由に回転等可能な
状態にしておき、電圧を印加せずに急冷する。こうする
と、高分子液晶材料の液晶基は規則的に配列されること
なく固定され、分散されている低分子液晶材料も配向し
なくなる。この時、分散された低分子液晶材料は、分散
媒である高分子液晶材料との界面からのわずかな配向規
制力だけを受けることになり、低分子液晶分子はそれぞ
れランダムな方向に向き、低分子液晶中を通過する光は
散乱され、液晶層は白濁状態となる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の構成にあっては、それぞれ下記の問題点があ
る。

【００２０】前記第一，第二および第三の型は、電圧印
加時に本来透明表示となるべきところ、視角の増加に従
い、分散媒の屈折率と被分散物の屈折率とに差を生じ曇
りが発生する。このことを第一の型を例に用いて詳細に
説明する。電圧印加時には図４（ａ）に示したように、
電圧印加時に液晶層５を電圧印加方向にそって通過する
光Ａは、液晶層５中でマイクロカプセル８中の低分子液
晶材料２１中と、分散媒９である高分子材料２２中とで
等しい屈折率を感じることになり、液晶層５は透明にな
る。

【００２１】ところが、液晶層５を電圧印加方向に対し
て斜めに通過する光Ｂは、分散媒９である高分子材料２
２中を通過するときには屈折率ｎ_pを感じるが、マイク
ロカプセル８中の低分子液晶材料２１中を通過するとき
には異方性材料である低分子液晶材料２１の二つの屈折
率、ｎ_oとｎ_eとのベクトル和の屈折率ｎ_LCを感じるこ
とになる。この時、ｎ_oとｎ_eとは異なるために、ｎ_LC
≠ｎ_o（≠ｎ_e）となり、先に示したようにｎ_o＝ｎ_p
であるため、ｎ_LC≠ｎ_pとなり、光Ｂはマイクロカプセ
ル８と分散媒９との界面とで屈折し、直進できなくな
り、曇りを生じることになる。先に示した第一の従来型
の代表的な表示素子に５Ｖ印加した際の、この透過光量
と視角との関係を、図７に破線で示した。図７で分かる
ように、視角の増加に従い、透過光量は著しく減少す
る。

【００２２】この問題点は、上記したように前記第一，
第二および第三の型に共通したものであり、斜方からの
表示品位が著しく悪く、分散型の表示素子の普及を阻ん
でいる原因の一つになっている。

【００２３】また、従来の前記第一，第二および第三の
型は、コントラストに寄与しない等方性材料が、光路の
半分近くを占めているため、高コントラストが得られな
い。このことを第一の型を例に用いて詳細に説明する。
この型では、図４（ａ）に示したように、電圧印加時に
マイクロカプセル８中の低分子液晶材料２１中と、分散
媒９である高分子材料２２中とで等しい屈折率を感じる
ことになり、液晶層５は透明になる。

【００２４】これに対して、電圧が印加されていない時
には、図４（ｂ）に示したように、マイクロカプセル８
中の低分子液晶分子はそれぞれランダムな方向に向き、
マイクロカプセル８中を通過する光は散乱され、液晶層
５は白濁状態となる。このとき、分散媒９である高分子
材料２２は等方的であり、光の散乱には寄与しない。先
に示した第一の従来型の代表的な液晶素子では、分散媒
９中へのマイクロカプセル８の充填率は約５０％であ
り、残りの５０％は、コントラストに寄与しない高分子
材料分散媒で占められている。先に示した第一の従来型
の代表的な液晶素子の５Ｖ印加時と電圧無印加時との光
量比であるコントラストと視角との関係を、図８に破線
で示した。図８で分かるように、液晶素子として４０以
上は必要なコントラストが、２０程度しか得られていな
い。

【００２５】この問題点も、上記したように前記第一，
第二および第三の型に共通したものであり、細かな階調
表現ができず、分散型の液晶素子の普及を阻んでいる原
因の一つになっている。

【００２６】前記第二の型は上記問題点に加えて、分散
媒が完全に高分子化せず、未反応の低分子成分が残留
し、分散添加されている低分子液晶材料と反応するた
め、駆動電圧とコントラストとの関係にヒステリシスが
発生する。

【００２７】先に示した第二の従来型の代表的な液晶素
子６の、駆動電圧と透過光量との関係を、図９に破線お
よび一点破線で示した。ここで、破線は立ち上がり特
性、一点破線は立ち下がり特性を示している。この様
に、ヒステリシス特性が著しいため、前記問題点と同様
に階調表現ができない。

【００２８】前記第四の型は、高分子液晶の液晶基部分
の電位による配向のスピードが非常に遅く、表示の切り
替えには数秒程度を要しており、逐時表示用液晶素子と
しては全く利用できない。

【００２９】また散乱モードを用いた液晶素子では、図
１５に示したように、基材対３，４の一方の外面側に、
照射光３３を発生する光源（図示せず）を設けているだ
けの簡単な構造であるため、明確な透過／不透過表示を
することができない。このことを以下で詳細に説明す
る。

【００３０】電圧印加時に照射光が透過し、電圧無印加
時に照射光が散乱される散乱モードを用いた液晶素子を
例に説明する。電圧印加時には、図１５（ａ）に示した
ように、基材対３，４の一方から照射された照射光３３
は、そのまま散乱モード液晶層４４を通り抜け透過光３
４となるため、透明表示となる。

【００３１】これに対して電圧無印加時には、図１５
（ｂ）に示したように、基材対３，４の一方から照射さ
れた照射光３３は散乱モード液晶層４４で散乱される。
この散乱された光は光源側である下基材４側に散乱され
るものもあるが、観察面側である上基材３側に散乱され
る散乱光３５もある。このため、電圧無印加時であって
も完全な不透過表示とはならず、白濁状態の表示となる
だけである。このように、散乱モードを用いた液晶素子
では、電圧印加有無により透明状態と白濁状態との切り
替えは可能であるが、いわゆる透過／不透過状態の切り
替えはできない。このため、明確な透過／不透過表示を
必要とする用途には用いられていない。

【００３２】したがって、本発明の目的は、上記課題を
解決し、視角に関わらず高コントラストが得られ、階調
表示が可能な液晶素子を、高価な偏光板を用いる事なく
実現することにある。本発明のもう一つの目的は、単純
な構成である散乱モードを利用した液晶素子を用いて、
明確な透過／不透過表示が可能な液晶素子を、高価な偏
光板や配向膜を用いる事なく実現することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
内側に電極が形成された対向する一組の基材対の間に液
晶層が配置されており、前記液晶層の光の透過・散乱状
態を前記電極に印加する電界により制御し表示を行う液
晶素子において、前記液晶層が分散媒と前記分散媒中に
分散されているマイクロカプセルとより成っており、前
記マイクロカプセルには第一の低分子液晶材料が充填さ
れており、前記分散媒は第二の低分子液晶材料により構
成されていることを特徴とする液晶素子である。

【００３４】請求項２記載の発明は、前記マイクロカプ
セル中の第一の低分子液晶材料と分散媒である第二の低
分子液晶材料とが、同一の液晶材料であることを特徴と
する請求項１記載の液晶素子である。

【００３５】請求項３記載の発明は、前記分散媒である
第二の低分子液晶材料が配向処理されていることを特徴
とする請求項１または請求項２記載の液晶素子である。

【００３６】請求項４記載の発明は、前記マイクロカプ
セル中の第一の低分子液晶材料と分散媒である第二の低
分子液晶材料の少なくとも一方に二色性色素が添加され
ていることを特徴とする請求項１，請求項２または請求
項３記載の液晶素子である。

【００３７】請求項５記載の発明は、内側に電極が形成
された対向する一組の基材対の間に液晶層が配置されて
おり、前記液晶層の光の透過・散乱状態を前記電極に印
加する電界により制御し表示を行う液晶素子において、
前記基材対の一方の外面側に、前記基材対に対してほぼ
法線方向からほぼ平行な光を照射する光源が設けられて
おり、前記基材対の他の外面側に集光マイクロレンズが
設けられており、前記集光マイクロレンズの前記基材対
と面していない側で、前記集光マイクロレンズのそれぞ
れの焦点位置にピンホールを有する遮光板が設けられて
いることを特徴とする液晶素子である。

【００３８】請求項６記載の発明は、前記遮光板の、前
記集光マイクロレンズと面していない方の外面側に光拡
散板が設けられていることを特徴とする請求項５記載の
液晶素子である。

【００３９】請求項７記載の発明は、内側に電極が形成
された対向する一組の基材対の間に液晶層が配置されて
おり、前記液晶層の光の透過・散乱状態を前記電極に印
加する電界により制御し表示を行う液晶素子において、
前記基材対の一方の外面側に、前記基材対に対してほぼ
法線方向からほぼ平行な光を照射する光源が設けられて
おり、前記基材対の他の外面側に前記基材対に対してほ
ぼ法線方向に出射されるほぼ平行な光線のみを透過する
平行光束板が設けられていることを特徴とする液晶素子
である。

【００４０】請求項８記載の発明は、前記平行光束板
の、前記基板対と面していない方の面側に光拡散板が設
けられていることを特徴とする請求項７記載の液晶素子
である。

【００４１】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。請求項
１記載の発明では、図１に示したように、マイクロカプ
セル８中の液晶材料およびこのマイクロカプセル８を分
散添加する分散媒９が、それぞれ第一の低分子液晶材料
７および第二の低分子液晶材料１０により形成されてい
るため、電圧印加時には、視角に関わらず良好な透明表
示となる。このことを以下で詳細に説明する。

【００４２】電圧印加時には、電圧印加時に液晶層５を
電圧印加方向にそって通過する光は、液晶層５中でマイ
クロカプセル８中と、分散媒９中とで等しい屈折率を感
じることになり、液晶層５は透明になる。また、液晶層
５を電圧印加方向に対して斜めに通過する光は、分散媒
９中を通過するときと、マイクロカプセル８中を通過す
るときとで、ともに異方性材料である低分子液晶材料の
二つの屈折率、ｎ_oとｎ_eとのベクトル和の屈折率ｎ_LC
を感じることになる。このため屈折率に差がなくなり、
曇りを生じることが無くなる。

【００４３】また、マイクロカプセル８中の液晶材料お
よびこのマイクロカプセル８を分散添加する分散媒９
が、それぞれ第一の低分子液晶材料７および第二の低分
子液晶材料１０により形成されているため、液晶層５の
全体がコントラストに寄与するため、高コントラストが
得られる。このことを以下で詳細に説明する。

【００４４】電圧が印加されていない時には、マイクロ
カプセル８中の第一の低分子液晶材料７はそれぞれラン
ダムな方向に向き、マイクロカプセル８中を通過する光
は散乱され、液晶層５は白濁状態となる。この時、分散
媒９中の第二の低分子液晶材料１０もドメインを多数含
むことになり、光を散乱する。このため、液晶層５全体
で照射光３３を散乱することができる。

【００４５】請求項２記載の発明では、マイクロカプセ
ル８中の第一の低分子液晶材料７と分散媒９である第二
の低分子液晶材料１０とが、同一の液晶材料であるた
め、各屈折率の整合が確実に得られる。

【００４６】請求項３記載の発明では、図２に示したよ
うに、分散媒９である第二の低分子液晶材料１０が配向
処理されているため、電圧印加有無の切り替え時に、分
散媒９である第二の低分子液晶材料１０は、配向状態を
変える必要がなくなる。

【００４７】請求項４記載の発明では、図３に示したよ
うに、マイクロカプセル８中の第一の低分子液晶材料７
と分散媒９である第二の低分子液晶材料１０の少なくと
も一方に二色性色素１１が添加されているため、電圧無
印加時に、より完全に照射光３３を散乱することが可能
とな。

【００４８】請求項５記載の発明では、図１０に示した
ように、基材対３，４の一方の外面側に、この基材対
３，４に対してほぼ法線方向からほぼ平行な照射光３３
を発生する光源（図示せず）が設けられており、基材対
３，４の他の外面側に集光マイクロレンズ４１が設けら
れており、この集光マイクロレンズ４１の基材対と面し
ていない側で、前記集光マイクロレンズ４１のそれぞれ
の焦点位置にピンホール４２を有する遮光板４３が設け
られているため、明確な透過／不透過表示をすることが
可能となる。このことを以下で詳細に説明する。

【００４９】電圧印加時に照射光が透過し、電圧無印加
時に照射光が散乱される散乱モードを用いた液晶素子を
例に説明する。電圧印加時には、図１０（ａ）に示した
ように、基材対３，４の一方から照射されたほぼ平行な
照射光３３はそのまま散乱モード液晶層４４を通過し、
集光マイクロレンズ４１で集光されて遮光板４３に開け
られたピンホール４２を通り抜け透過光３４となる。

【００５０】これに対して電圧無印加時には、図１０
（ｂ）に示したように、基材対３，４の一方から照射さ
れたほぼ平行な照射光３３は散乱モード液晶層４４で散
乱される。この散乱された光は光源側である下基材４側
に散乱されるものもあるが、観察面側である上基材３側
に散乱されるものもある。この上基材側に散乱された光
は、上基板３の外側には集光マイクロレンズ４１があ
り、このマイクロレンズ４１の光学軸に平行に入射した
光しか通過しないように、集光マイクロレンズ４１の焦
点位置にピンホール４２を有する遮光板４３が設けられ
ているため、このピンホール４２を通過することができ
ず、遮光板４３で遮光される。このため電圧無印加時に
は、ほとんど完全な不透過状態とすることができる。

【００５１】請求項６記載の発明では、図１１に示した
ように、遮光板４３の集光マイクロレンズ４１と面して
いない方の外面側に拡散板４７が設けられていることに
より、視角依存性が改善される。

【００５２】請求項７記載の発明では、図１３に示した
ように、内側に電極１，２が形成された対向する一組の
基材対３，４の間に散乱モード液晶層４４が配置されて
おり、基材対３，４の一方の外面側に、基材対に対して
ほぼ法線方向からほぼ平行な光を照射する光源（図示せ
ず）が設けられており、基材対３，４の他の外面側にほ
ぼ平行な光線を透過する平行光束板４６が設けられてい
るため、請求項５記載の発明と同様に、明確な透過／不
透過表示をすることが可能となる。このことを以下で詳
細に説明する。

【００５３】電圧印加時に照射光が透過し、電圧無印加
時に照射光が散乱される散乱モードを用いた液晶素子を
例に説明する。電圧印加時には、図１３（ａ）に示した
ように、基材対３，４の一方から照射された平行な照射
光３３はそのまま散乱モード液晶層４４を通過し、平行
光束板４６を通り抜け透過光３４となる。

【００５４】これに対して電圧無印加時には、図１３
（ｂ）に示したように、基材対３，４の一方から照射さ
れた平行な照射光３３は散乱モード液晶層４４で散乱さ
れる。この散乱された光は光源側である下基材４側に散
乱されるものもあるが、観察面側である上基材３側に散
乱されるものもある。この上基材側に散乱された光は、
上基材３の外側には平行光束板４６があり、これが平行
光束板の法線方向から入射した光束しか透過しないた
め、通ることができず遮光される。このため電圧無印加
時には、ほとんど完全な不透過状態とすることができ
る。

【００５５】請求項８記載の発明では、図１４に示した
ように、前記平行光束板４６の、基材対３，４と面して
いない方の面側に光拡散板４７が設けられているため、
視角依存性が改善される。

【００５６】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。（実施例１）本発明の一実施例を図１を用いて説明す
る。本実施例１の液晶素子６は、内側に透明導電膜から
なる電極１，２が形成された対向する一組のガラス製の
基材対３，４の間に液晶層５が配置されており、この液
晶層５は、第一の低分子液晶材料７をマイクロカプセル
化し、このマイクロカプセル８を、分散媒９である第二
の低分子液晶材料１０の中に分散添加したものである。
また、図中上側の電極１と下側の電極２とは、周波数１
００Ｈｚの電源３１とスイッチ３２とを介して接続され
ている。

【００５７】ここで、マイクロカプセル８の粒径は０．
５μｍ〜３μｍ、分散媒９中へのマイクロカプセル８の
充填率は約５０体積％、マイクロカプセル８の壁材はゼ
ラチンとアラビアゴムとの混合物、この壁材の膜厚は約
０．１μｍ、液晶層５の厚さは約５μｍ、マイクロカプ
セル８中の第一の低分子液晶材料７にはｎ_oが１．５
０、ｎ_eが１．５９であるメルク社製のＺＬＩ−２８４
７を、分散媒９である第二の低分子液晶材料１０にはｎ
_oが１．５０、ｎ_eが１．６２であるメルク社製のＺＬ
Ｉ−２７８８を用いた。また、マイクロカプセルの製造
は、近藤保，小石真純著「マイクロカプセル」（三共
出版株式会社）ｐ５３図３．７「ゼラチン−アラビア
ゴム系のマイクロカプセルの調整例」によった。

【００５８】この液晶素子に５Ｖ印加した際の、透過光
量と視角との関係を、図７に実線で示した。図７で分か
るように、視角の増加によっても、透過光量の減少は殆
ど認められなかった。また、この液晶素子の５Ｖ印加時
と電圧無印加時との光量比であるコントラストと視角と
の関係を、図８に実線で示した。図８で分かるように、
液晶素子として十分なコントラストである４５以上の特
性が得られた。

【００５９】この液晶素子の、駆動電圧と透過光量との
関係を、図９に実線で示した。図９で分かるように、ヒ
ステリシスが全く認められなかった。

【００６０】本実施例では、第一の低分子液晶材料７の
屈折率（第一の低分子液晶材料７のｎ_oとｎ_eとの平均
値）と第二の低分子液晶材料１０の屈折率（第二の低分
子液晶材料１０のｎ_oとｎ_eとの平均値）との差が０．
０１５である系を用いたが、本発明の効果を得るために
は、この差は０．１以下であることが必要であり、望ま
しくは０．０５以下である。

【００６１】マイクロカプセル８の充填率は、３０〜９
０体積％であれば、本発明の効果を損なうことはない。

【００６２】（実施例２）本実施例が前記実施例１と異
なる点は、第二の低分子液晶材料として第一の低分子液
晶材料と同じメルク社製のＺＬＩ−２８４７を用いたこ
とである。本構成とすることにより、マイクロカプセル
８と分散媒９とを成す材質が等しいため、屈折率の差が
皆無となり、高視角でのコントラストが、前記実施例１
より更に５％程度改善された。

【００６３】なお、第一の低分子液晶材料７と第二の低
分子液晶材料１０として用いることができる低分子液晶
材料は、本実施例に示したものに限られるものでないこ
とは勿論である。

【００６４】（実施例３）本発明の他の実施例を図２に
示した。本実施例が前記実施例１と異なる点は、対向す
る一組のガラス製の基材対３，４の表面に垂直配向剤
ＳＥ７５１１Ｌ（日産化学）を塗布し、分散媒である第
二の低分子液晶材料１０が垂直配向処理されていること
である。本構成としたために、電圧印加有無の切り替え
時に、分散媒９である第二の低分子液晶材料１０は、配
向状態を変えることがなくなり、前記実施例１より駆動
速度および表示切り替えの急峻性が、それぞれ１０％程
度向上した。

【００６５】なお、第二の低分子液晶材料１０を垂直配
向させるために用いることができる垂直配向剤は、本実
施例に示したものに限られるものでないことは勿論であ
る。

【００６６】（実施例４）本発明の一実施例を図３を用
いて説明する。本実施例が前記実施例１と異なる点は、
分散媒９である第二の低分子液晶材料１０中に、二色性
色素１１を添加したことである。二色性色素１１とし
て、ＬＳＹ−１１６（三菱化成）を用い、分散媒９に約
３％添加した。本構成とすることにより、電圧無印加時
の透過光量が二分の一以下に半減し、電圧印加時の透過
光量との比であるコントラストが倍増した。

【００６７】なお、本構成にて効果を奏する事ができる
二色性色素１１は、本実施例に示したものに限られるも
のでないことは勿論である。また、二色性色素の添加率
も本実施例に限られるものではなく、０．０１〜１０重
量％であれば、本発明の効果が得られる。

【００６８】（実施例５）本実施例が前記実施例１と異
なる点は、マイクロカプセル８の第一の低分子液晶材料
７中に、二色性色素１１を添加したことである。二色性
色素１１として、前記実施例４と同様に、ＬＳＹ−１１
６（三菱化成）を用い、第一の低分子液晶材料７に５％
添加した。本構成とすることにより、電圧無印加時の透
過光量が二分の一程度に半減し、電圧印加時の透過光量
との比であるコントラストが倍増した。

【００６９】なお、本構成にて効果を奏する事ができる
二色性色素１１は、本実施例に示したものに限られるも
のでないことは勿論である。また、二色性色素の添加率
も本実施例に限られるものではなく、０．０１〜１０重
量％であれば、本発明の効果が得られる。また、二色性
色素はマイクロカプセルの第一の低分子液晶材料中と分
散媒である第二の低分子液晶材料中の、両方に添加して
ももちろんかまわない。

【００７０】（実施例６）本発明の他の実施例を図１０
および図１６を用いて説明する。なお図１６では分かり
やすいように光路を一部省略して図示している。内面側
に透明電極が形成されたガラス製の基材対３，４の間
に、図４に示した液晶層５を散乱モード液晶層４４とし
て配置してある。この散乱モード液晶層４４は、マイク
ロカプセル８の粒径は０．５μｍ〜３μｍ，分散媒９中
へのマイクロカプセル８の充填率は約５０体積％，マイ
クロカプセル８の壁材はゼラチンとアラビアゴムとの混
合物，この壁材の膜厚は約０．１μｍ，分散媒９である
高分子材料２２の層の厚さ（液晶層５の厚さ）は約５μ
ｍである。また、マイクロカプセル８中の低分子液晶材
料２１にはメルク社製のＥ７を、分散媒９である高分子
材料２２としては、ＵＶ硬化のアクリル樹脂を用いた。
前記基材対３，４の一方の外面側には、この基材対３，
４の法線方向に対してほぼ平行な照射光３３を発生する
光源（図示せず）が設けられている。基材対３，４の他
の外面側には曲率が０．４８６ｍｍのポリメチルメタク
リレート（以下ＰＭＭＡと記す）製の外径０．４ｍｍの
凸レンズからなる集光マイクロレンズ４１が多数設けら
れている。このとき、このマイクロレンズの焦点距離は
１．５ｍｍである。この集光マイクロレンズ４１の基材
対と面していない側（観察側）で、前記集光マイクロレ
ンズ４１のそれぞれの焦点位置に口径０．０１５ｍｍの
ピンホール４２を有する遮光板４３が設けられている。

【００７１】集光マイクロレンズ４１とピンホール４２
を有する遮光板４３とは、別々に精密加工し製作するこ
とも可能であるが、ピンホール４２が正確に集光マイク
ロレンズ４１の焦点位置に設置される必要がある。この
ため、本実施例では図１６に示したような片面に集光マ
イクロレンズ４１が多数形成されたレンズアレー４８の
他の面側に、焦点位置にレンズの特性を利用し、いわゆ
るリフトオフ法を用いて、直接ピンホール４２を有する
遮光板４３を形成した。この形成手順を図１７を用いて
説明する。

【００７２】まず、図１７（ａ）に示したように、ＰＭ
ＭＡ樹脂基材の片面に、型押しにより曲率が０．４８６
ｍｍである凸面状の集光マイクロレンズ４１を形成し、
レンズアレー４８を作成した。

【００７３】次いで、図１７（ｂ）に示したように、レ
ンズアレー４８の集光マイクロレンズ４１が形成されて
いない面側へネガレジスト５０を形成した。

【００７４】次いで、図１７（ｃ）に示したように、平
行光を集光マイクロレンズ４１を通してネガレジスト５
０へ照射し、集光マイクロレンズ４１の焦点に相当する
部分のネガレジストを露光硬化した後、ネガレジスト５
０を現像して、露光硬化部５１を残した。

【００７５】次いで、図１７（ｄ）に示したように、露
光硬化部５１上を含むレンズアレー４８の集光マイクロ
レンズ４１が形成されていない面側の表面に遮光膜５２
であるクロム酸化物を蒸着により形成した。

【００７６】次いで、図１７（ｅ）に示したように、ネ
ガレジストの露光硬化部５１上の遮光膜を、露光硬化部
５１とともに除去し、集光マイクロレンズの焦点位置に
ピンホール４２を形成した。

【００７７】この様に集光マイクロレンズ４１とピンホ
ール４２とを、集光マイクロレンズ４１の光学特性を利
用して一体で形成したため、焦点位置とピンホール位置
とのずれの無い、理想的な光学系部材を作成することが
できた。

【００７８】上記の構成で、電圧１０Ｖ印加時には、図
１０（ａ）に示したように、基材対３，４の一方から照
射された平行な照射光３３はそのまま散乱モード液晶層
４４を通過し、集光マイクロレンズ４１で集光されて遮
光板４３に開けられたピンホール４２を通り抜け透過光
３４となる。

【００７９】これに対して電圧無印加時には、図１０
（ｂ）に示したように、基材対３，４の一方から照射さ
れた平行な照射光３３は散乱モード液晶層４４で散乱さ
れる。この散乱された光は光源側である下基材４側に散
乱されるものもあるが、観察面側である上基材３側に散
乱されるものもある。この上基材３側に散乱された光
は、上基材３の外側には集光マイクロレンズ４１があ
り、このマイクロレンズ４１の光学軸に平行に入射した
光しか通過しないように、集光マイクロレンズ４１の焦
点位置にピンホール４２を有する遮光板４３が設けられ
ているため、このピンホール４２を通過することができ
ず、遮光板４３で遮光される。このため電圧無印加時に
は、ほとんど完全な不透過状態となる。本構成で基材対
の法線方向の電圧１０Ｖ印加時の透過光量を１００とす
ると、電圧無印加時の漏れ光量は約１となり、コントラ
ストで約１００が得られた。

【００８０】（実施例７）本発明の一実施例を図１１を
用いて説明する。本実施例が前記実施例６と異なる点
は、遮光板４３の多数の集光マイクロレンズ４１と面し
ていない方の外面側（観察面側）に拡散板４７が設けら
れている点である。拡散板４７としては、辻本電機製作
所製ＭＴＮ−Ｗ７を用いた。この構成としたことによ
り、視角依存性が著しく改善され、コントラストが約１
００である明確な透過／不透過表示が可能となった。

【００８１】（実施例８）本発明の一実施例を図１２を
用いて説明する。本実施例が前記実施例６と異なる点
は、図１２に示したように、基材対３，４の一方から平
行な照射光３３を照射する光源（図示せず）と集光マイ
クロレンズ４１との間にカラーフィルタ４５が設けられ
ている点である。カラーフィルタとして、凸版印刷製顔
料分散型カラーフィルタを用いた。本構成とすることに
より、集光マイクロレンズ４１に入射する光の波長範囲
が、例えば緑フィルターであれば５００ｎｍ〜６００ｎ
ｍと狭くなり、集光レンズの色収差に起因する焦点の広
がりを減らすことが可能となり、ピンホール４２の径を
３割程度狭くしても、有効透過光量は変化しなかった。
このため電圧無印加時の遮光がより完全になり、より完
全な透過／不透過表示をすることが可能となる。

【００８２】（実施例９）本発明の一実施例を図１３を
用いて説明する。本実施例が前記実施例６と異なる点
は、図１３に示したように、基材対３，４の外面側に、
集光マイクロレンズ４１およびピンホール４２を有する
遮光板４３の代わりに、ほぼ平行な光線のみを透過する
平行光束板４６が設けられている点である。平行光束板
としては、ガラスファイバーを多数束ねたもの（浜松ホ
トニクス製ＦＯＰ）を用いた。

【００８３】本構成としたことにより、前記実施例６と
同様に、電圧印加時には照射光が透過し、電圧無印加時
には、ほとんど完全な不透過状態とすることができ、コ
ントラストとして、やはり１００以上の特性が得られ
た。

【００８４】（実施例１０）本発明の一実施例を図１４
を用いて説明する。本実施例が前記実施例９と異なる点
は、平行光束板４６の、基材対３，４と面していない方
の面側（観察面側）に拡散板４７が設けられている点で
ある。拡散板４７としては、前記実施例７と同様に、辻
本電機製作所製ＭＴＮ−Ｗ７を用いた。この構成とした
ことにより、視角依存性が著しく改善され、コントラス
トが約１００である明確な透過／不透過表示が可能とな
った。

【００８５】（実施例１１）本発明の一実施例を図１８
を用いて説明する。本実施例と前記実施例６とは、集光
マイクロレンズ４１とピンホール４２を有する遮光板４
３との形成方法が異なる。

【００８６】集光マイクロレンズ４１とピンホール４２
を有する遮光板４３とは、実施例６にて述べたように、
ピンホール４２が正確に集光マイクロレンズ４１の焦点
位置に設置される必要がある。このため、本実施例では
図１８に示したように、集光マイクロレンズ４１とピン
ホール４２を有する遮光板４３とを、ピンホールを利用
した等方性エッチングを利用して一体に形成した。この
形成手順を図１８を用いて説明する。

【００８７】まず、図１８（ａ）に示したように、観察
面側となるガラス製の上基材３を用意し、図１８（ｂ）
に示したように、上基材３の表面にクロム酸化物からな
る遮光膜５２を蒸着により形成した。

【００８８】次いで、図１８（ｃ）に示したように、フ
ォトリソ技術によりピンホール４２を遮光膜５２に形成
し、遮光板４３を形成した。

【００８９】次いで、図１８（ｄ）に示したように、上
基材３をピンホール４２を通して等方性ドライエッチン
グ法を用いて等方性エッチングし、略半球状の凹部を形
成した。

【００９０】次いで、図１８（ｅ）に示したように、前
記略半球状凹部に高屈折率樹脂であるポリスチレン樹脂
を充填して集光マイクロレンズ４１を形成した。

【００９１】この様に集光マイクロレンズ４１とピンホ
ール４２とを、ピンホール４２を利用して一体で形成し
たため、焦点位置とピンホール位置とのずれの無い、理
想的な光学系部材を作成することができた。

【００９２】本実施例においては、前記実施例６と同様
の作用効果が得られるとともに、基材対の一方である上
基材３に直接集光マイクロレンズ４１とピンホール４２
とを形成することができ、より薄型の液晶素子を実現で
きた。

【００９３】（実施例１２）本発明の一実施例を図１９
を用いて説明する。本実施例と前記実施例６とは、集光
マイクロレンズ４１とピンホール４２を有する遮光板４
３との形成方法が異なる。

【００９４】本実施例では、集光マイクロレンズ４１と
ピンホール４２を有する遮光板４３とを、ピンホールを
利用した露光硬化作用を利用して一体に形成した。この
形成手順を図１９を用いて説明する。

【００９５】まず、図１９（ａ）に示したように、透明
な導光基材５３を用意し、図１９（ｂ）に示したよう
に、導光基材５３の表面にクロム酸化物からなる遮光膜
５２を蒸着により形成した。

【００９６】次いで、図１９（ｃ）に示したように、フ
ォトリソ技術によりピンホール４２を遮光膜５２に形成
し、遮光板４３を導光基材５３表面に形成した。

【００９７】次いで、図１９（ｄ）に示したように、導
光基材５３の遮光板４３が形成されていない面側に透明
で紫外線硬化性の感光性樹脂５４を形成した。

【００９８】次いで、図１９（ｅ）に示したように、導
光基材５３の遮光板４３形成面側からピンホールを通し
て紫外線を照射し、感光性樹脂５４を露光硬化し表面が
球面状である集光マイクロレンズ４１を形成した。

【００９９】この様に集光マイクロレンズ４１とピンホ
ール４２とを、ピンホール４２を利用して一体で形成し
たため、焦点位置とピンホール位置とのずれの無い、理
想的な光学系部材を作成することができた。本実施例に
おいても、前記実施例６と同様の作用効果が得られた。

【０１００】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１記載
の発明によれば、マイクロカプセル中およびこのマイク
ロカプセルを分散添加する分散媒が、それぞれ低分子液
晶材料により形成されているため、電圧印加時には、視
角に関わらず良好な透明表示となり、高コントラストが
得られる。また、分散媒として高分子材料を用いていな
いため、重合未反応物であるイオン化した低分子成分に
付いての危惧は全く不必要になる。さらに、低分子液晶
のみを駆動すれば良いため、ＴＮ型液晶素子と同等ある
いはより高速での表示切り替えが可能となる。

【０１０１】この結果、斜方からの表示品位が良く、十
分なコントラストが得られ、細かな階調表現が可能とな
り、表示の切り替えが速い逐時表示が可能な液晶素子
を、高価な偏光板や配向膜を用いる事なく実現できる。

【０１０２】請求項２記載の発明によれば、前記マイク
ロカプセル中の第一の低分子液晶材料と分散媒である第
二の低分子液晶材料とが、同一の液晶材料であるため、
上記請求項１記載の発明の効果で述べた、高視角化，高
コントラスト化が一層効果的に得られる。

【０１０３】請求項３記載の発明によれば、前記分散媒
である第二の低分子液晶材料が配向処理されているた
め、電圧印加有無の切り替え時に、分散媒である第二の
低分子液晶材料は、配向状態を変える必要がなく、より
高速での駆動及び急峻な駆動が可能となる。

【０１０４】請求項４記載の発明によれば、前記マイク
ロカプセル中の第一の低分子液晶材料と分散媒である第
二の低分子液晶材料の少なくとも一方に二色性色素が添
加されているため、電圧無印加時に、より完全に照射光
を吸収することが可能となり、更なる高コントラスト化
が、高価な偏光板を用いる事なく可能となる。

【０１０５】請求項５記載の発明によれば、基材対の一
方の外面側に、この基材対に対してほぼ法線方向からほ
ぼ平行な照射光を発生する光源が設けられており、基材
対の他の外面側に集光マイクロレンズが設けられてお
り、この集光マイクロレンズの基材対と面していない側
で、前記集光マイクロレンズのそれぞれの焦点位置にピ
ンホールを有する遮光板が設けられているため、明確な
透過／不透過表示を、高価な偏光板や配向膜を用いる事
なく実現することが可能となる。

【０１０６】請求項６記載の発明によれば、遮光板の集
光マイクロレンズと面していない方の外面側に拡散板が
設けられていることにより、視角依存性の少ない、明確
な透過／不透過表示を、高価な偏光板や配向膜を用いる
事なく実現することが可能となる。

【０１０７】請求項７記載の発明によれば、内側に電極
が形成された対向する一組の基材対の間に散乱モード液
晶層が配置されており、基材対の一方の外面側に、基材
対に対してほぼ法線方向からほぼ平行な光を照射する光
源が設けられており、基材対の他の外面側にほぼ平行な
光線のみを透過する平行光束板が設けられているため、
請求項５記載の発明と同様に、明確な透過／不透過表示
をすることが可能となる。

【０１０８】請求項８記載の発明によれば、前記平行光
束板の基材対と面していない方の面側に光拡散板が設け
られているため、視角依存性の少ない明確な透過／不透
過表示を、高価な偏光板や配向膜を用いる事なく実現す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１および２を示す断面略図

【図２】本発明の実施例３を示す断面略図

【図３】本発明の実施例４を示す断面略図

【図４】従来の第一の型の表示素子を示す断面略図

【図５】従来の第二の型の表示素子を示す断面略図

【図６】従来の第三の型の表示素子を示す断面略図

【図７】透過光量と視角との関係を示す図

【図８】コントラストと視角との関係を示す図

【図９】透過光量と印加電圧との関係を示す図

【図１０】本発明の実施例５を示す断面略図

【図１１】本発明の実施例６を示す断面略図

【図１２】本発明の実施例７を示す断面略図

【図１３】本発明の実施例８を示す断面略図

【図１４】本発明の実施例９を示す断面略図

【図１５】従来の散乱モードを用いた液晶素子を示す断
面略図

【図１６】本発明の実施例５を示す断面略図

【図１７】実施例６のピンホールを形成する工程を示す
断面略図

【図１８】実施例１１のピンホールを形成する工程を示
す断面略図

【図１９】実施例１２のピンホールを形成する工程を示
す断面略図

【符号の説明】

１上電極２下電極３上基材４下基材５液晶層６液晶素子７第一の低分子液晶材料８マイクロカプセル９分散媒１０第二の低分子液晶材料１１二色性色素２１低分子液晶材料２２高分子材料２３分散媒である低分子液晶材料２４等方性材料粒３１電源３２スイッチ３３照射光３４透過光３５散乱光４１集光マイクロレンズ４２ピンホール４３遮光板４４散乱モード液晶層４５カラーフィルタ４６平行光束板４７拡散板４８レンズアレー５０ネガレジスト５１露光硬化部５２遮光膜５３導光基材５４感光性樹脂Ａ液晶層を電圧印加方向にそって通過する光Ｂ液晶層を電圧印加方向に対して斜めに通過する光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内側に電極が形成された対向する一組の
基材対の間に液晶層が配置されており、前記液晶層の光
の透過・散乱状態を前記電極に印加する電界により制御
し表示を行う液晶素子において、前記液晶層が分散媒と
前記分散媒中に分散されているマイクロカプセルとより
成っており、前記マイクロカプセルには第一の低分子液
晶材料が充填されており、前記分散媒は第二の低分子液
晶材料により構成されていることを特徴とする液晶素
子。
【請求項２】前記マイクロカプセル中の第一の低分子
液晶材料と分散媒である第二の低分子液晶材料とが、同
一の液晶材料であることを特徴とする請求項１記載の液
晶素子。
【請求項３】前記分散媒である第二の低分子液晶材料
が配向処理されていることを特徴とする請求項１または
請求項２記載の液晶素子。
【請求項４】前記マイクロカプセル中の第一の低分子
液晶材料と分散媒である第二の低分子液晶材料の少なく
とも一方に二色性色素が添加されていることを特徴とす
る請求項１，請求項２または請求項３記載の液晶素子。
【請求項５】内側に電極が形成された対向する一組の
基材対の間に液晶層が配置されており、前記液晶層の光
の透過・散乱状態を前記電極に印加する電界により制御
し表示を行う液晶素子において、前記基材対の一方の外
面側に、前記基材対に対してほぼ法線方向からほぼ平行
な光を照射する光源が設けられており、前記基材対の他
の外面側には集光マイクロレンズが設けられており、前
記集光マイクロレンズの前記基材対と面していない側
で、前記集光マイクロレンズのそれぞれの焦点位置にピ
ンホールを有する遮光板が設けられていることを特徴と
する液晶素子。
【請求項６】前記遮光板の、前記集光マイクロレンズ
と面していない方の外面側に光拡散板が設けられたこと
を特徴とする請求項５記載の液晶素子。
【請求項７】内側に電極が形成された対向する一組の
基材対の間に液晶層が配置されており、前記液晶層の光
の透過・散乱状態を前記電極に印加する電界により制御
し表示を行う液晶素子において、前記基材対の一方の外
面側に、前記基材対に対してほぼ法線方向からほぼ平行
な光を照射する光源が設けられており、前記基材対の他
の外面側に前記基材対に対してほぼ法線方向に出射され
るほぼ平行な光線のみを透過する平行光束板が設けられ
ていることを特徴とする液晶素子。
【請求項８】前記平行光束板の、前記基材対と面して
いない方の面側に光拡散板が設けられていることを特徴
とする請求項７記載の液晶素子。