JPH0651284A - 液晶構成体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 間隔をもって配置され、少なくとも一方が透
明である一対の基板と、正の誘電異方性の液晶材料とポ
リマ構造との組み合わせであって、一対の基板の間に配
置された液晶構造とからなる。ポリマ構造が複数の湾曲
面を有して、液晶材料に接触状態にあり、一対の基板間
の液晶材料を横切って電界を印加する手段が設けられて
いる。電界のないときは液晶材料の配向が湾曲面により
影響されて光の散乱を増大させ、電界印加時には液晶材
料が電界に応答して該電界の方向にほぼ配向して光の散
乱を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、方向性を持った電界
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。

【０００２】

【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ック液
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っている。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ックグラウンドと
の間で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。

【０００３】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ック液晶
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ってい
る。

【０００４】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に偏光板を
使用している。偏光板は、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。

【０００５】米国特許第３７２０６２３号明細書にはコ
レステリッ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あ
って、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に適用
できるものではない。

【０００６】特開昭５５−９６９２２号公報は、カプセ
ルにコレステリッ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ック液
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
態をつくっている。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ック液晶を使用する
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 2,139,537号明細書は、
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
が開示する。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ックスキャタリ
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 4,101,207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
イナミックスキャ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ックスキャ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。

【０００７】さらに重要なことは、このようなダイナミ
ックスキャ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ったと
しても、こ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。

【０００８】

【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、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。

【０００９】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。本発明のこれらの目的は、間隔
をもって配置され、少なくとも一方が透明である一対の
基板の間に、正の誘電異方性の液晶材料とポリマ構造と
の組み合わせを配置する本発明の構成により達成され
る。ポリマ構造は複数の湾曲面を有し、液晶材料に接触
状態に置かれる。一対の基板間の液晶材料を横切って電
界を印加する手段が設けられ、電界のないときは液晶材
料の配向が湾曲面により影響されて光の散乱を増大さ
せ、電界印加時には液晶材料が電界に応答して該電界の
方向にほぼ配向して光の散乱を減少させる。

【００１０】本発明の好ましい態様においては、電界を
印加するために一対の基板間にある液晶材料の両側に第
１および第２電極を配置する。これら電極の少なくとも
一方は透明とし、他の電極はパターン状に形成する。本
発明においては、電界が印加されていないときには、液
晶材料はポリマ構造の湾曲面により配向に影響を受ける
ので、液晶構成体に入射する光は、該液晶材料により散
乱させられる。したがって、液晶構成体は透明でなくな
る。電界が印加されると、液晶材料はほぼ電界の方向に
配向し、光の散乱を減少させる。したがって、液晶構成
体が透明になる。

【００１１】液晶材料の常光線屈折率をポリマ構造体の
屈折率とほぼ等しく選定し、電界のないときは液晶材料
はポリマ構造体の境界に対して歪曲した配置をとって入
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、電界印加時は液晶材料は電
界の方向に揃って屈折率の不整合による境界面での屈
折、散乱を減少して透明状態を生じさせ、このようにし
て電界の印加、無印加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。

【００１２】

【実施例】 以下、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。図において、同じ部分には同
じ番号を付して示す。先ず図１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ック
シートのような取りつけ基板４に例えば透明な酸化イン
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が光の透過を制御する装置とな
るように、電極３と同じように透明であって、液晶材料
２は電極３が電界を印加しないとき入射光を散乱させ、
電極３が電界を印加するとき入射光を透過させるように
している。導線５とスイッチ６により電源７を電極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。

【００１３】液晶装置１の液晶材料２、特に液晶材料の
個々の分子は、基板４により所望の位置に保持され、例
えばデジタル表示装置として使用される。しかし、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か、もしくは散在
し、電界がかかっているときは規定の方向の配列もしく
は配向をとることができる。所望ならば、一方の基板４
を反射性として液晶材料２を通ってきた入射光を反射さ
せて液晶材料２を通して戻し、他方の基板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。

【００１４】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に多色性色素を溶解させてもよい。

【００１５】

【好適実施例の説明】図２を参照する。本発明による液
晶構成体を使用した液晶装置を符号１０で示す。液晶装
置１０はポリマ構造体により構成されたカプセルに封入
された液晶からなる液晶構造１１を含む。この液晶を封
入したカプセルは、取りつけ基板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
板１２に例えば酸化インジウム錫を塗布することにより
形成でき、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
からなる液晶構造１１または電極１４を支持するには必
要ではない。交流もしくは直流電圧源１６、選択的に閉
じることができるスイッチ１７そして導線１８、１９に
より電極１３、１４に電圧を加え、スイッチ１７を閉じ
たとき液晶構造１１に電界を加える。

【００１６】このカプセルに包んだ液晶からなる液晶構
造１１は、カプセル２２の内部２１に収容された液晶材
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。また、本発明の原理は、カプセルに封入さ
れていない液晶材料にも適用できる。液晶材料２０の光
学的特性、例えば屈折率と特定の関係を有し、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２２のようなポリマ
構造体により与えるようにしておけばよい。カプセル２
２が球形である場合に、その形が液晶分子に生じさせる
配向の歪曲について以下に説明する。

【００１７】取りつけ基板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１
３、１４に従ってカプセルに入れた液晶材料に電界が印
加されているか、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、取りつけ基板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。その場合には、保護膜１５を通る入射光の反射膜
による反射は、カプセルに入れた液晶構成体１１に電界
が印加されているかどうか、によって生じる。

【００１８】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構造１１を取りつけ
基板１２または電極１３のような境界材料に固定するた
めに多数の液晶構造１１を取りつけ基板１２に接合す
る。最も好ましいのは、カプセル２２を形成しているカ
プセル媒体すなわちポリマ構造体が、基板１２にカプセ
ル２２を接合させるに適したものであることである。電
極１４にすり傷をつけたり、例えば酸化などのような電
気化学的な劣化を生じたりするのを防ぐため、取りつけ
基板１２とは反対側の液晶装置１０の面に保護膜１５を
設けてもよい。取りつけ基板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。

【００１９】カプセルに入れた液晶材料からなる液晶構
造１１は基板１２に比較的しっかりと固着しているの
で、上側の基板は使用せず、電極１４を液晶構造１１に
直接接合してもよい。次に図３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。マイラーのようなポリマ材料またはガラス材料によ
り構成される基板１２上に角ばった数字８が現れてい
る。角ばった数字８を形成する第３図の区域は、多数の
カプセルに入れた液晶材料１１を基板１２の上に層状に
配置することにより形成されている。

【００２０】数字８と基盤１２の一部分３２の断片的拡
大図を第４図に示す。この図から判るように、厚さ約１
０ミルの基板１２の表面３１に、酸化インジウム錫の２
００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に多数のカプセル封入型液晶構造１
１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すなわちポリマ構造体に、
所望ならば固着のための接着剤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。次に、層３４の上に別の電極層３５を配置す
る。この電極層３５の形成は、カプセル２２を形成して
いる材料に直接に行っても良いし、また取りつけ基板１
２に、あるいは個々の液晶構造１１を相互に結合させる
のに使った結合剤へ直接に接合することにより行っても
良い。電極層３５は例えば1/2 ないし２ミルの厚みで、
導電性インクで形成することができる。図３の膜１５に
ついて上に説明した目的の保護層３６を、図４に示すよ
うに設けてもよい。

【００２１】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３０ａ、３０ｂ、３０ｃを付勢
すると数字７となる。

【００２２】カプセル封入型の液晶構造１１を使用する
本発明の実施例の特徴は、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ができるよう
に基板１２を形成できる、ということである。この場
合、基板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封入型液晶構造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。

【００２３】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ッチを介して個
々の導電性インクセグメントを接続する。又は、カプセ
ル入りの液晶構造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。個々のカプセル封入型液晶構造１１
の動作の詳細は後述するが、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
入射光を散乱させたり、させなかっ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、たとえばセグメント３０ａの電極層部分を電圧源
に接続することにより電界を印加することができる。液
晶構造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、液晶分子２
０を個々のカプセル２２に封じ込め、そして個々のカプ
セル入り液晶材料１１を基板１２に接合するこの構成で
は、液晶装置１０′の大きさが制限されることがない、
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。

【００２４】蒸着、真空蒸着、スパッタリング、印刷そ
の他の所望の技術により電極層３３を基板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３
５をつくることもできる。所望ならば、電極層３３はマ
イラーのような基板１２の全被膜として、マイラーシー
ト材料の製作プロセスにより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。

【００２５】図５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２２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２０へそれを加圧する、もしくは
少なくとも空間２１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っ直ぐになろうとする。もっと
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がるように歪まされ
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５２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
そのような層になって示されている。最も液晶分子は図
５に示されている整列した層よりもいくらかはランダム
に配向されているということを理解されたい。しかし、
そうは云っても、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って整列しようと
する。

【００２６】本発明の好ましい、そして最良の態様で
は、液晶分子５２はネマチック型である。このような液
晶分子は通常は真っ直ぐな線状の糸のような形をとり、
そのようなネマチック分子から成る液晶材料は偏光方向
に感性を有する。しかしカプセル封入型液晶構造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
内のネマチッ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
色性色素を溶解すると、通常は偏光感性を有すると考え
られている多色性色素は偏光感性を有しなくなる。多色
性色素は個々の液晶分子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。

【００２７】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。図５で平面に示したように不連続の周りに液晶
分子５２は沿っていこうとするが、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。

【００２８】個々の液晶分子５２が、図５に示すように
歪まされて相互に折り重なり、カプセル封入液晶構造１
１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、カプセル封入液晶構造１１に図６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色素が
混入していればその色素が、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、例えば図２、３、４
を参照して上に説明したようにカプセル入り液晶構造１
１を光が通過できる。

【００２９】液晶分子５２は歪まされて湾曲した形をと
るので、それらは電界が印加され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
できなかっ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、電界が図６に示すように印加されると、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。したがって、カプセ
ル封入液晶構造１１に電界がかかっ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。図３に示す
ようなカプセル封入型液晶構造１１から成る液晶装置１
０′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、図６のカプセル封入液晶構造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
マッチさせ、できるだけ同じにする。

【００３０】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。個々のカプセル封入液晶構造１
１がランダムに分散され、好ましくは幾つかのカプセル
が重なって、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板の
表面３１に積み上げるだけの厚さにカプセル封入液晶構
造１１を基板１２（図３）に塗布するのが普通である。

【００３１】本発明に従って多色性色素を有するカプセ
ル封入液晶構造１１からなる、第３図に１０′で示され
ているような液晶装置においては、多色性色素は図１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、図６に示すように電界をかける
と、多色性色素を含む液晶材料２０の透明度（不透明で
ないこと）は液晶材料と色素とが溶解している先行技術
の通常の場合の透明度と少なくとも同程度である。

【００３２】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に図６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。

【００３３】カプセル入り液晶構造１１（図６）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５
０の点Ａ′へ、液晶材料２０を通って空間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。

【００３４】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５４
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。図６の電界Ｅをかける回路を表す電気回路を図７に
略図的に示す。スイッチ１７を閉じると電圧源１６から
電界がかけれる。キャパシタ７０は、図６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。キャパシタ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って、それ以外の意味はな
い）の容量を表し、従って第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。キャパシタ７２
は、電界Ｅが印加されるカプセルの下方部分の容量を表
わす。各キャパシタの大きさはそれぞれのキャパシタを
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。キャパシタ７１、７２で生じる電
圧降下がキャパシタ７０で生じる電圧降下より小さくな
るためキャパシタ７１、７２はキャパシタ７０よりも大
きくなっていて、その結果カプセル封入液晶構造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っ
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。

【００３５】例えば、キャパシタ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。このキャパシタ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の下方部分のキャパシタ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ャパシタ７
１、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
キャパシタ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。

【００３６】液晶材料２０の誘電定数は方向によって異
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
セル封入液晶構造１１の特徴は、液晶分子の配向が歪ま
されるので、そして多色性色素の配向も同様に歪まされ
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２
０に電界をかけると電界に沿っ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
しくは屈折しないようにカプセル媒体と液晶材料との屈
折率のマッチングを、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。

【００３７】図３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封入液晶構造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。

【００３８】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求は高くなる。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、カプセル封入液晶構造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る。
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。

【００３９】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、カプセル封入液晶構造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。

【００４０】本発明の好ましい実施例であり、そして最
良の態様では、カプセル入り液晶構造１１に使用する液
晶材料はネマチック型である。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 リッキッドクリスタル ケミカル コーポ
レーションが市販しているネマチック材料ＮＭ８２５０
である。他のものとしては、エステル コンビネーショ
ン、ビフェニル コンビネーションがある。

【００４１】カプセル２２を形成しているカプセル媒体
は、ポリマ材料であり、液晶材料に影響を与えるもので
はなく、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、多色性色素を
使用するときカプセル媒体は色素材料に影響を与えるも
のでもなく、色素材料により影響を与えられるものでも
ない。他方、色素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。

【００４２】本発明によるカプセル封入液晶構造１１に
使用される多色性色素としては、インドフエノールブル
ー、スダン ブラックＢ、スダン３そしてスダン２を挙
げることができる。カプセル媒体として種々のポリマー
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（ＰＶ
Ａ）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。

【００４３】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
・リッキッドクリスタル・ケミカル・コーポレーション
が販売しているＳＡ７２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)、
ガントレッツ（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。

【００４４】カプセル入り液晶構造１１の製法は、カプ
セル媒体としてのポリマ材料、液晶材料（もし使用する
のであれば、多色性色素を含む）及び多分水のようなキ
ャ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。この混合により、乳濁液が形成され、この乳
濁液を後で乾燥することにより、水のようなキャリヤー
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
各液晶構成体１１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／又は硬化が起こっ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。また、他の製法として、上記した
乳濁液を基板上にフィルム状またはシート状に塗布して
乾燥させることもできる。このようにして形成される液
晶構成体は、ポリマ構造体内に液晶材料が分散した構造
となる。ポリマ構造体は湾曲面を有し、前述したカプセ
ルにおけると同様に、液晶材料の配向に影響を与える。
すなわち、本発明では、湾曲面を多数有するポリマ構造
と、液晶材料との組み合わせが重要である。

【００４５】油溶性でなければならないという多色性色
素の特性が、液晶材料と多色性色素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
いという多色性色素の特性が、ＰＶＡや他のカプセル媒
体又は水のようなキャリヤー媒体が、カプセル入り液晶
１１の製造工程中使用されても、多色性色素を吸収しな
いということを保証しているのである。

【００４６】

【実 例 １】 0.４５％のスダン ブラック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 リキッドクリスタ
ル ケミカル コーポレーションから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、コーンギャッ
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ョン 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２
００オーム）であらかじめ被覆したマイラフィルムに流
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。

【００４７】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。この
ようにして、シート状に拡がったポリマ構造体の内部に
液晶材料が分散された液晶構成体が得られる。本発明で
は、このポリマ材料内に分散された液晶材料からなる液
晶構成体をカプセル入り液晶構成体と呼んでいる。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。

【００４８】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、かつ５０ボルトの電界でコン
トラストは７対１であった。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
ミリ秒であった。

【００４９】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
ためには、カプセル媒体、例えばＰＶＡの体積量より多
いことが望ましい。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ＰＶ
Ａ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
しまって乳濁液の粒が固まって所望の球形のカプセル入
り液晶とはならない。キャリヤー媒体 ：溶液の残りの部分は、上に説明したよ
うに、水もしくは他のキャリヤー媒体である。このキャ
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。

【００５０】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って等
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ォ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
の均一性を持っようになる。

【図面の簡単な説明】

【００５１】

【図１】 従来の液晶装置の略図である。

【００５２】

【図２】 本発明の液晶装置の略図である。

【００５３】

【図３】 本発明の原理を用いた液晶表示装置の斜視図
である。

【００５４】

【図４】 図３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

【００５５】

【図５】 電界のかかっ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。

【００５６】

【図６】 電界がかかった状態での第５図と同様な図で
ある。

【００５７】

【図７】 電界のかかるカプセルを電気回路で表した略
図である。

【００５８】

【符号の説明】

１０ 液晶装置 １１ 液晶構造 １２ 基板 ３３ 電極層 ３４ 液晶構造の層 ３５ 電極層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 間隔をもって配置され、少なくとも一方
   が透明である一対の基板を有し、 正の誘電異方性の液晶材料とポリマ構造との組み合わせ
   が前記一対の基板の間に配置され、前記ポリマ構造が複
   数の湾曲面を有して、前記液晶材料に接触状態にあり、 前記一対の基板間の前記液晶材料を横切って電界を印加
   する手段が設けられており、 電界のないときは前記液晶材料の配向が前記湾曲面によ
   り影響されて光の散乱を増大させ、電界印加時には前記
   液晶材料が電界に応答して該電界の方向にほぼ配向して
   光の散乱を減少させるようになった液晶構成体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した液晶構成体におい
   て、前記液晶材料は作用的にネマチックである液晶構成
   体。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載した液晶
   構成体において、前記液晶材料の常光線屈折率が前記ポ
   リマ構造体の屈折率とほぼ同じである液晶構成体。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載した液晶構成体において、前記電界を印加する手
   段は、電極手段と前記電極手段に電界発生のためのエネ
   ルギを付与する電源からなる液晶構成体。
5. 【請求項５】 請求項４に記載した液晶構成体におい
   て、前記電極手段は前記一対の基板間にある前記液晶材
   料の両側に配置された第１および第２電極からなり、前
   記電極の少なくとも一方は透明であり、他の電極はパタ
   ーン状に形成された液晶構成体。