JPH0695090A - Liquid crystal display element - Google Patents

Liquid crystal display element

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Publication number
JPH0695090A
JPH0695090A JP20126193A JP20126193A JPH0695090A JP H0695090 A JPH0695090 A JP H0695090A JP 20126193 A JP20126193 A JP 20126193A JP 20126193 A JP20126193 A JP 20126193A JP H0695090 A JPH0695090 A JP H0695090A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
crystal display
display device
polymer layer
transparent polymer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP20126193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiji Koyama
栄二 小山
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Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Maxell Ltd filed Critical Hitachi Maxell Ltd
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Publication of JPH0695090A publication Critical patent/JPH0695090A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the novel liquid crystal display element which has all of the advantages of a high-polymer dispersed liquid crystal, can be operated with a low driving voltage, has excellent steepness, enables simple matrix driving and is usable for a reflection type display as well. CONSTITUTION:A solid-state transparent high polymer layer 1 is inserted between a pair of electrodes 4 and 4. The solid-state transparent high polymer layer 1 is provided with a liquid crystal housing part 2 extending longitudinally from one electrode toward the other electrode. A liquid crystal 3 is filled and held in the liquid crystal housing part 2. The liquid crystal 3 orients approximately perpendicularly to the electrode surface in the state that a voltage is not impressed to the electrodes 4, 4 and the liquid crystal orients in the direction approximately non-perpendicular to the electrode surface in the state the voltage is not impressed to the electrodes 4, 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関する。
更に詳細には、従来のものよりも低い電圧で駆動させる
ことができ、直射日光の下でも明瞭に情報表示可能な液
晶表示素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device.
More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display element that can be driven at a voltage lower than that of a conventional one and can clearly display information even under direct sunlight.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、情報表示用に広く用いられている
液晶表示素子は低電圧駆動、高速表示、薄型など、各種
の特徴を兼ね備えているが、非発光型の素子であるた
め、直射日光下における視認性に劣る弱点があった。
2. Description of the Related Art Liquid crystal display elements, which are widely used for displaying information, have various characteristics such as low voltage driving, high speed display, and thin type. However, since they are non-luminous elements, they are exposed to direct sunlight. There was a weakness in the visibility below.

【0003】これを解消するため、最近は液晶素子の裏
側に光源を備える方式(いわゆる、バックライト方式)
が一般的となってきている。しかし、このバックライト
方式は消費電力が増加する問題があり、また、直射日光
下での使用には未だ十分でないのが現状である。
In order to solve this, recently, a system having a light source on the back side of a liquid crystal element (so-called backlight system)
Is becoming more common. However, this backlight system has a problem that power consumption increases, and it is the current situation that it is not sufficient for use under direct sunlight.

【0004】そのため、この問題を解決しうる方式とし
て、例えば、特開昭60−252687号公報に記載さ
れているように、高分子分散液晶に関する研究が盛んに
行われている。高分子分散液晶素子は現在主流である偏
光を利用した液晶表示素子に比べ、明るさ、コントラス
ト、視野角、応答速度の全てに優れた特性を有し、しか
も、偏光板が不要でセル構造が簡単になるため、現用の
表示素子代替のみならず幅広い応用が期待されている。
Therefore, as a method capable of solving this problem, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 60-252687, research on polymer dispersed liquid crystals has been actively conducted. The polymer dispersed liquid crystal device has superior characteristics in brightness, contrast, viewing angle, and response speed compared to the liquid crystal display device using polarized light, which is currently the mainstream, and it does not require a polarizing plate and has a cell structure. Because of its simplicity, it is expected to have a wide range of applications as well as a replacement for current display elements.

【0005】高分子分散液晶は液晶相がマトリックスと
なる高分子中に不均質に分散した構造をとっている。現
在研究されている高分子分散液晶素子は、その構造から
高分子マトリックス中に液晶微粒子が分散している、通
称NCAP(Nematic Curvilinear Alligned Phase)構造
と、スポンジ状の高分子中に液晶が分散した、通称PN
−LCD(Polymer Network-Liquid Crystal Display)構
造に大別される。高分子分散液晶素子は、液晶分子の屈
折率異方性がもたらす液晶配向によるポリマーとの光散
乱強度変化により表示を行う。表示素子に用いるネマテ
ィック液晶はその分子の長軸方向とそれに直交する方向
で誘電率が異なるため、それぞれの方向を波面とする直
線偏光に体する屈折率が異なる複屈折率を持つ。この主
軸方向の偏光に対する屈折率を異常光屈折率(ne )と
呼び、他方を常光屈折率(n0)と呼ぶ。ちなみに、表示
用液晶では普通、ne >n0 で、ne −n0 =0.1〜
0.3である。現在表示用として使用されているTN(T
wisted Nematic) 液晶では液晶層に捩じれを与えるため
表面を前処理した基板を用い、液晶の配向変化がもたら
す複屈折変化をセルを挟んだ2枚の偏光板で行う。これ
に対し、高分子分散液晶では高分子マトリックスの屈折
率ns を液晶の常光屈折率n0 と一致させ、液晶配向が
もたらす屈折率変化を利用して表示を行う。
Polymer-dispersed liquid crystals have a structure in which a liquid crystal phase is dispersed inhomogeneously in a polymer serving as a matrix. Polymer-dispersed liquid crystal devices currently being studied have a structure in which liquid crystal particles are dispersed in a polymer matrix, which is commonly called NCAP (Nematic Curvilinear Alligned Phase) structure, and liquid crystals are dispersed in a sponge-like polymer. , Commonly known as PN
-LCD (Polymer Network-Liquid Crystal Display) structure. The polymer-dispersed liquid crystal element performs display by changing the light scattering intensity with a polymer due to liquid crystal alignment brought about by the refractive index anisotropy of liquid crystal molecules. Since the nematic liquid crystal used in the display element has different dielectric constants in the long axis direction of the molecule and in the direction orthogonal thereto, it has a birefringence index different in the linearly polarized light having the wavefront in each direction. The refractive index for polarized light in the principal axis direction is called the extraordinary light refractive index (n e ), and the other is called the ordinary light refractive index (n 0 ). By the way, in the case of liquid crystal for display, usually, n e > n 0 , and n e −n 0 = 0.1.
It is 0.3. TN (T currently used for display
Wisted Nematic) In the case of liquid crystal, a substrate whose surface is pretreated is used to give twist to the liquid crystal layer, and the birefringence change caused by the alignment change of the liquid crystal is performed by two polarizing plates sandwiching the cell. On the other hand, in the polymer dispersed liquid crystal, the refractive index n s of the polymer matrix is matched with the ordinary refractive index n 0 of the liquid crystal, and the display is performed by utilizing the refractive index change brought about by the liquid crystal alignment.

【0006】素子がOFF(電圧非印加)の状態では液
晶に電界がかかっていないため液晶分子はマトリックス
高分子との相互作用によりその界面に沿って配向してい
る。このとき素子表面からの垂直入射光に対する液晶相
の屈折率はne とn0 の間をとり高分子マトリックスの
それよりも大きくなるために入射光は散乱される(図1
3(a)参照)。また、素子がON(電圧印加)の状態
では液晶に電界が加わり、液晶分子は電界方向に整列す
る。そのため、入射光に対する液晶相の屈折率はn0
なりマトリックスの屈折率ns と一致し、光は透過し表
示が可能となる(図13(b)参照)。
Since the electric field is not applied to the liquid crystal when the element is OFF (no voltage is applied), the liquid crystal molecules are aligned along the interface due to the interaction with the matrix polymer. At this time, the refractive index of the liquid crystal phase for vertically incident light from the device surface is between n e and n 0 and is larger than that of the polymer matrix, so that the incident light is scattered (FIG. 1).
3 (a)). Further, when the element is ON (voltage is applied), an electric field is applied to the liquid crystal, and the liquid crystal molecules are aligned in the electric field direction. Therefore, the refractive index of the liquid crystal phase with respect to the incident light is n 0 , which matches the refractive index n s of the matrix, and the light is transmitted to enable display (see FIG. 13B).

【0007】高分子分散液晶は従来のTN液晶に比べ、
電界強度に応じて素子が光散乱状態から透明状態に変化
するため外光に強く、散乱を利用するため視野角が広
く、偏光板が不要なので光の利用効率が高く明るい表示
が得られる、という利点を有する。従来のTN液晶はテ
レビ、時計、電卓などの小さな表示面積のものにしか使
用できないが、高分子分散液晶は大面積スクリーン、光
パルプ、広告掲示板などの大表示面積のものに使用でき
る。その反面、高分子分散液晶は透明高分子の誘電率が
液晶に比べて非常に小さいため、一般の液晶素子に比べ
駆動電圧が高く(約10〜100V)、また、表示−駆
動電圧特性が急峻性を欠くので、ローコスト情報表示用
に適した電極構成の簡単な単純マトリックス素子として
使えない、更に、液晶の屈折率異方性が小さいため後方
散乱が小さく反射型ディスプレイでは膜厚が厚くなるな
どの欠点が存在する。
Compared with conventional TN liquid crystals, polymer dispersed liquid crystals are
The element changes from a light-scattering state to a transparent state according to the electric field strength, so it is strong against external light, uses scattering, and has a wide viewing angle. Have advantages. The conventional TN liquid crystal can be used only for a small display area such as a television, a clock and a calculator, whereas the polymer dispersed liquid crystal can be used for a large display area such as a large area screen, an optical pulp and an advertising billboard. On the other hand, the polymer-dispersed liquid crystal has a higher permittivity of the transparent polymer than the liquid crystal, so that the drive voltage is higher (about 10 to 100 V) than the general liquid crystal element, and the display-drive voltage characteristic is steep. It cannot be used as a simple matrix element with a simple electrode configuration suitable for low-cost information display because of its lack of properties. Moreover, since the liquid crystal has a small anisotropy of refractive index, backscattering is small and a reflective display has a large film thickness. There are drawbacks of.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、高分子分散液晶の利点を全て有し、かつ、低駆動電
圧で動作することができ、急峻性に優れ、単純マトリッ
クス駆動可能で、反射型ディスプレイにも使用可能な新
規な液晶表示素子を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to have all the advantages of polymer-dispersed liquid crystal, to be able to operate at a low driving voltage, to have excellent steepness, and to enable simple matrix driving. , A novel liquid crystal display device that can be used for a reflective display.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、固体透明高分子層が一対の電極間に間
挿されており、前記固体透明高分子層には前記一方の電
極から他方の電極に向って縦方向に延びる液晶収容部が
設けられており、前記液晶収容部には液晶が充填されて
保持されており、前記液晶は電極に電圧が印加されてい
る状態のとき前記電極面に対し概ね垂直に配向し、電極
に電圧が印加されていない状態のとき前記電極面に対し
概ね非垂直方向に配向することを特徴とする液晶表示素
子を提供する。前記液晶収容部は固体透明高分子層の上
面から下面にまで達する貫通孔または貫通溝あるいは下
面にまで達しない凹孔または凹溝などである。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a solid transparent polymer layer is interposed between a pair of electrodes, and the solid transparent polymer layer has one of the electrodes. Is provided with a liquid crystal housing that extends in the vertical direction from the other electrode to the other electrode, and the liquid crystal housing is filled with and held by the liquid crystal, and the liquid crystal is in a state in which a voltage is applied to the electrodes. Provided is a liquid crystal display element, which is oriented substantially perpendicular to the electrode surface and is oriented substantially non-perpendicular to the electrode surface when a voltage is not applied to the electrode. The liquid crystal accommodating portion is a through hole or a through groove that extends from the upper surface to the lower surface of the solid transparent polymer layer, or a concave hole or a groove that does not reach the lower surface.

【0010】[0010]

【作用】固体透明高分子層中に設けられた液晶収容部内
に液晶を充填密封し、液晶収容部の両端から電圧を印加
することにより、従来のような液晶が高分子層内にラン
ダムに分布されている高分子分散液晶に比べて、両電極
間に存在する液晶分子に印加される実効的な電場は非常
に小さくなり、低電圧駆動が実現できる。この駆動電圧
は従来のTN液晶の駆動電圧とほぼ同一のレベルにまで
低下させることができる。また、表示−駆動電圧特性も
高分子分散液晶のように液晶粒子分布の影響を受けない
ため急峻化が可能となる。更に、駆動素子の作成が容易
になるという利点も有する。
[Function] By filling and sealing the liquid crystal in the liquid crystal housing provided in the solid transparent polymer layer and applying a voltage from both ends of the liquid crystal housing, the conventional liquid crystal is randomly distributed in the polymer layer. The effective electric field applied to the liquid crystal molecules existing between both electrodes is much smaller than that of the polymer-dispersed liquid crystals, and low voltage driving can be realized. This drive voltage can be reduced to almost the same level as the drive voltage of the conventional TN liquid crystal. Further, the display-driving voltage characteristic is not affected by the liquid crystal particle distribution, unlike the polymer-dispersed liquid crystal, so that steepness can be achieved. Further, there is an advantage that the driving element can be easily manufactured.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の液晶表示
素子について更に詳細に説明する。
The liquid crystal display device of the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.

【0012】図1は本発明の液晶表示素子の電圧をかけ
ない状態の模式図である。固体の透明高分子層1には貫
通孔の形状をした複数個の液晶収容部2が設けられてお
り、この貫通孔内には液晶分子3が充填されている。貫
通孔の両端、すなわち、固体透明高分子層1の上下両面
には透明電極4が配設されている。両電極4は貫通孔内
の液晶と接触している。各電極4にはそれぞれ導体5が
接続されており、何れか一方の導体には電源6が接続さ
れ、更に、電極に電圧を印加するためのスイッチ7が導
体間に設けられている。各電極の上部は例えば、透明な
ガラス基板8で被覆されている。図示されているよう
に、電圧を印加しない状態、すなわち、スイッチ7が開
いている場合、液晶分子は貫通孔2の壁面に対して直交
または交差するように配向していなければならない。こ
れにより、例えば、一方の透明ガラス基板から光が入射
しても、光は液晶により散乱され、情報は表示されな
い。
FIG. 1 is a schematic view of the liquid crystal display element of the present invention in a state where no voltage is applied. The solid transparent polymer layer 1 is provided with a plurality of liquid crystal accommodating portions 2 in the shape of through holes, and liquid crystal molecules 3 are filled in the through holes. Transparent electrodes 4 are provided on both ends of the through hole, that is, on the upper and lower surfaces of the solid transparent polymer layer 1. Both electrodes 4 are in contact with the liquid crystal in the through holes. A conductor 5 is connected to each electrode 4, a power source 6 is connected to one of the conductors, and a switch 7 for applying a voltage to the electrodes is provided between the conductors. The upper part of each electrode is covered with a transparent glass substrate 8, for example. As shown in the drawing, when no voltage is applied, that is, when the switch 7 is open, the liquid crystal molecules must be oriented so as to be orthogonal or intersect with the wall surface of the through hole 2. Thereby, for example, even if light is incident from one transparent glass substrate, the light is scattered by the liquid crystal and information is not displayed.

【0013】これに対し、図2に示されるように、スイ
ッチ7が閉じられ、液晶に電界が印加された場合、液晶
は貫通孔の壁面と平行な方向(すなわち、電極面に対し
て垂直な方向)に配列しなければならない。これによ
り、一方の透明ガラス基板から光が入射すると、この光
は液晶内を透過し、必要な情報表示が行われる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the switch 7 is closed and an electric field is applied to the liquid crystal, the liquid crystal is in a direction parallel to the wall surface of the through hole (that is, perpendicular to the electrode surface). Direction). As a result, when light is incident from one of the transparent glass substrates, this light is transmitted through the liquid crystal, and necessary information is displayed.

【0014】固体透明高分子層の形成材料は特に限定さ
れない。ポリカーボネート、テフロン、ポリエチレン、
アクリル化合物などの透明樹脂が好適に使用できる。固
体透明高分子層の膜厚自体は特に限定されない。液晶表
示素子用として必要十分な厚さであればよい。一般的に
は、1μm〜200μm、好ましくは1μm〜50μm
の範囲内の膜厚の高分子層が好適である。
The material for forming the solid transparent polymer layer is not particularly limited. Polycarbonate, Teflon, polyethylene,
A transparent resin such as an acrylic compound can be preferably used. The film thickness itself of the solid transparent polymer layer is not particularly limited. The thickness may be a necessary and sufficient one for a liquid crystal display device. Generally, 1 μm to 200 μm, preferably 1 μm to 50 μm
A polymer layer having a film thickness within the range is preferable.

【0015】透明高分子層内に設けられる液晶収容部
は、透明高分子層の上面から下面にまで達する貫通孔ま
たは貫通溝あるいは下面にまで達しない凹孔または凹溝
などであることができる。また、接着層がカラーフィル
ターなどの物質を介して電極と接する構成とすることも
可能である。貫通孔,貫通溝,凹孔および凹溝の断面形
状は特に限定されない。貫通孔および凹孔では、真円
形、楕円形、方形、三角形、多角形など任意の形状とす
ることができ、貫通溝および凹溝では平行状、網目状、
同心円状、螺旋状など各種の構成が可能である。また、
これらの貫通孔または凹孔同士は物理的に隔離された独
立状でもよいし、または市松模様で存在することもでき
る。
The liquid crystal accommodating portion provided in the transparent polymer layer may be a through hole or a through groove reaching from the upper surface to the lower surface of the transparent polymer layer, or a concave hole or a groove not reaching the lower surface. Alternatively, the adhesive layer may be in contact with the electrode through a substance such as a color filter. The cross-sectional shapes of the through hole, the through groove, the concave hole and the concave groove are not particularly limited. The through hole and the concave hole can have any shape such as a perfect circle, an ellipse, a rectangle, a triangle, and a polygon, and the through groove and the concave groove have a parallel shape, a mesh shape,
Various configurations such as concentric circles and spirals are possible. Also,
These through holes or recessed holes may be physically separated from each other, or may exist in a checkered pattern.

【0016】液晶収容部の寸法は使用される高分子層の
膜厚に依存する。一般的に、孔の内径または溝の幅は高
分子層の膜厚の1/20〜2倍の範囲内であることが好
ましい。孔の内径または溝の幅は0.5μm〜50μm
の範囲内であることが好ましい。孔が正方形の断面形状
を有する場合、前記内径は方形の一辺の長さを意味する
ものと理解すべきである。孔が楕円形または長方形の断
面形状を有する場合、短軸径および長軸径あるいは短辺
および長辺も0.5μm〜50μmの範囲内であること
が好ましい。空孔率(すなわち、高分子層の上面または
下面の全面積に対する液晶収容部の開口面積の合計値の
割合)は特に限定されないが、一般的には、3%〜95
%、好ましくは3〜80%の範囲内である。空孔率が3
%未満では十分な情報表示が困難になる。一方、空孔率
が95%超になると、固体透明高分子層の保形性が低下
し、液晶収容部を安定して保持できないなどの不都合な
事態になる。
The size of the liquid crystal housing depends on the thickness of the polymer layer used. Generally, the inner diameter of the hole or the width of the groove is preferably within the range of 1/20 to 2 times the film thickness of the polymer layer. The inner diameter of the hole or the width of the groove is 0.5 μm to 50 μm
It is preferably within the range. If the holes have a square cross-sectional shape, the inner diameter should be understood to mean the length of one side of the square. When the hole has an elliptical or rectangular cross-sectional shape, the minor axis diameter and major axis diameter or the short side and the long side are also preferably within the range of 0.5 μm to 50 μm. The porosity (that is, the ratio of the total value of the opening area of the liquid crystal containing portion to the total area of the upper surface or the lower surface of the polymer layer) is not particularly limited, but is generally 3% to 95%.
%, Preferably 3 to 80%. Porosity is 3
If it is less than%, it is difficult to display sufficient information. On the other hand, if the porosity exceeds 95%, the shape retention of the solid transparent polymer layer is deteriorated, which causes an inconvenient situation such that the liquid crystal housing cannot be stably held.

【0017】液晶収容部の形成方法自体は本発明の必須
要件ではない。公知慣用の方法が全て使用できる。ホト
レジストなどの方法によっても形成することができる。
また、成型したパターンを金型やゴム型に転写し、それ
を基に紫外線硬化樹脂などにより、所定のパターンの液
晶収容部を有する固体透明高分子層を形成することがで
きる。
The method of forming the liquid crystal containing portion itself is not an essential requirement of the present invention. All known and conventional methods can be used. It can also be formed by a method such as photoresist.
Further, the molded pattern can be transferred to a mold or a rubber mold, and based on the pattern, a solid transparent polymer layer having a liquid crystal accommodating portion of a predetermined pattern can be formed by an ultraviolet curable resin or the like.

【0018】液晶収容部の壁面は撥水性または疎水性処
理されていることが好ましい。液晶収容部の壁面が撥水
または疎水性処理されていないと、液晶収容部内に充填
された液晶に電界をかけたときに液晶の配向方向を変化
させることができない。すなわち、液晶収容部の壁面が
撥水または疎水性処理されていると、電界が非印加状態
のとき液晶は液晶収容部の壁面と直交するように配向
し、電界が印加状態のとき液晶は液晶収容部の壁面と平
行になるように配向し情報表示が可能になる。そして、
電界を非印加状態にしたとき液晶は再び液晶収容部の壁
面と直交するように配向し直し、情報表示が消去され
る。換言すれば、電界が印加状態のとき液晶は電極面に
対し概ね垂直に配向し、電界が非印加の状態のとき液晶
は電極面に対し概ね非垂直方向に配向することにより、
情報の表示および消去が可能になる。固体透明高分子層
形成材料に撥水性または疎水性材料を使用した場合に
は、この撥水性または疎水性処理を行わなくてもよい場
合がある。この場合、疎水性を有する高分子材料とし
て、例えば、ラウリルアクリレート,ラウリルメタクリ
レート,トリデシルアクリレート,トリデシルメタクリ
レート,ステアリルアクリレート,ステアリルメタクリ
レートなどの長鎖脂肪族アクリルモノマーまたはトリフ
ルオロエチルアクリレート,トリフルオロエチルメタク
リレート,テトラフルオロプロピルアクリレート,テト
ラフルオロプロピルメタクリレート,パーフルオロオク
チルエチルアクリレート,パーフルオロオクチルエチル
メタクリレートなどのフッ素系アクリルモノマーを含む
材料の重合物を使用することができる。
It is preferable that the wall surface of the liquid crystal accommodating portion is treated to be water repellent or hydrophobic. If the wall surface of the liquid crystal container is not water-repellent or hydrophobically treated, the alignment direction of the liquid crystal cannot be changed when an electric field is applied to the liquid crystal filled in the liquid crystal container. That is, when the wall surface of the liquid crystal containing portion is treated to be water repellent or hydrophobic, the liquid crystal is oriented so as to be orthogonal to the wall surface of the liquid crystal containing portion when the electric field is not applied, and the liquid crystal is aligned when the electric field is applied. Information can be displayed by orienting it so that it is parallel to the wall surface of the accommodating portion. And
When the electric field is not applied, the liquid crystal is realigned so as to be orthogonal to the wall surface of the liquid crystal accommodating portion, and the information display is erased. In other words, when the electric field is applied, the liquid crystal is oriented substantially perpendicular to the electrode surface, and when the electric field is not applied, the liquid crystal is oriented substantially non-perpendicular to the electrode surface.
Information can be displayed and deleted. When a water-repellent or hydrophobic material is used as the material for forming the solid transparent polymer layer, this water-repellent or hydrophobic treatment may not be necessary. In this case, as the hydrophobic polymer material, for example, long-chain aliphatic acrylic monomers such as lauryl acrylate, lauryl methacrylate, tridecyl acrylate, tridecyl methacrylate, stearyl acrylate, stearyl methacrylate, or trifluoroethyl acrylate, trifluoroethyl. Polymers of materials containing a fluorine-based acrylic monomer such as methacrylate, tetrafluoropropyl acrylate, tetrafluoropropyl methacrylate, perfluorooctylethyl acrylate, and perfluorooctylethyl methacrylate can be used.

【0019】液晶収容部壁面の撥水性または疎水性処理
は液晶の充填前に行わなければならない。撥水性または
疎水性処理方法自体は本発明の必須要件ではない。一例
として、例えばラウリルアクリレート,ラウリルメタク
リレート,トリデシルアクリレート,トリデシルメタク
リレート,ステアリルアクリレート,ステアリルメタク
リレートなどの長鎖脂肪族アクリルモノマーまたはトリ
フルオロエチルアクリレート,トリフルオロエチルメタ
クリレート,テトラフルオロプロピルアクリレート,テ
トラフルオロプロピルメタクリレート,パーフルオロオ
クチルエチルアクリレート,パーフルオロオクチルエチ
ルメタクリレートなどのフッ素系アクリルモノマーと、
グリシジルアクリレート,グリシジルメタクリレートな
どの極性化合物に対して反応性を有するモノマーとの共
重合物の溶融液中に液晶収容部を有する透明高分子層を
浸漬し、100℃〜150℃の範囲内の温度で0.2〜
2時間にわたって加熱することにより液晶収容部壁面を
撥水性または疎水性処理することができる。別法とし
て、例えばラウリルアクリレート,ラウリルメタクリレ
ート,トリデシルアクリレート,トリデシルメタクリレ
ート,ステアリルアクリレート,ステアリルメタクリレ
ートなどの長鎖脂肪族アクリルモノマーまたはトリフル
オロエチルアクリレート,トリフルオロエチルメタクリ
レート,テトラフルオロプロピルアクリレート,テトラ
フルオロプロピルメタクリレート,パーフルオロオクチ
ルエチルアクリレート,パーフルオロオクチルエチルメ
タクリレートなどのフッ素系アクリルモノマーと、グリ
シジルアクリレート,グリシジルメタクリレートなどの
極性化合物に対して反応性を有するモノマーと、光重合
開始剤との混合物中に、液晶収容部を有する透明高分子
層を浸漬し、100℃〜150℃の範囲内の温度で0.
2〜2時間にわたって加熱することにより液晶収容部壁
面を撥水性または疎水性処理することもできる。更に別
法として、シランカップリング剤のアルコール溶液に液
晶収容部を有する固体透明高分子層を浸漬し、80℃〜
130℃の範囲内の温度で0.2時間〜2時間にわたっ
て加熱することにより液晶収容部壁面を撥水性または疎
水性処理することもできる。このような処理に適したシ
ランカップリング剤は例えば、C81724 Si
(OCH33 、C1837Si(OCH33 、C18
37Si(OCH32 Cl、C1837Si(OC2
53 、C613CH2 SiCl3 、C61324
Si(OCH33 などである。このシランカップリン
グ剤をエタノールなどのアルコールで0.2%〜2%の
範囲内に希釈して使用することが好ましい。アルコール
以外の溶剤も使用することができる。
The water-repellent or hydrophobic treatment of the wall surface of the liquid crystal container must be performed before filling the liquid crystal. The water repellent or hydrophobic treatment method itself is not an essential requirement of the present invention. As an example, a long-chain aliphatic acrylic monomer such as lauryl acrylate, lauryl methacrylate, tridecyl acrylate, tridecyl methacrylate, stearyl acrylate, stearyl methacrylate or trifluoroethyl acrylate, trifluoroethyl methacrylate, tetrafluoropropyl acrylate, tetrafluoropropyl Fluorine-based acrylic monomers such as methacrylate, perfluorooctylethyl acrylate, and perfluorooctylethyl methacrylate,
A transparent polymer layer having a liquid crystal accommodating portion is immersed in a melt of a copolymer with a monomer having reactivity with a polar compound such as glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate, and the temperature is within a range of 100 ° C to 150 ° C. At 0.2 ~
By heating for 2 hours, the wall surface of the liquid crystal containing portion can be treated to be water repellent or hydrophobic. Alternatively, for example, long-chain aliphatic acrylic monomers such as lauryl acrylate, lauryl methacrylate, tridecyl acrylate, tridecyl methacrylate, stearyl acrylate, stearyl methacrylate or trifluoroethyl acrylate, trifluoroethyl methacrylate, tetrafluoropropyl acrylate, tetrafluoro In a mixture of a fluorinated acrylic monomer such as propyl methacrylate, perfluorooctylethyl acrylate, and perfluorooctylethyl methacrylate, a monomer reactive with a polar compound such as glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate, and a photopolymerization initiator The transparent polymer layer having the liquid crystal containing portion is immersed, and the temperature is within the range of 100 ° C to 150 ° C.
By heating for 2 to 2 hours, the wall surface of the liquid crystal containing portion can be treated to be water repellent or hydrophobic. As another method, the solid transparent polymer layer having a liquid crystal containing portion is dipped in an alcohol solution of a silane coupling agent, and then heated at 80 ° C to
The wall surface of the liquid crystal containing portion can be treated to be water-repellent or hydrophobic by heating at a temperature in the range of 130 ° C. for 0.2 hours to 2 hours. A silane coupling agent suitable for such treatment is, for example, C 8 F 17 C 2 H 4 Si.
(OCH 3 ) 3 , C 18 H 37 Si (OCH 3 ) 3 , C 18 H
37 Si (OCH 3 ) 2 Cl, C 18 H 37 Si (OC 2 H
5 ) 3 , C 6 F 13 CH 2 SiCl 3 , C 6 F 13 C 2 H 4
Si (OCH 3 ) 3 and the like. It is preferable to dilute the silane coupling agent with an alcohol such as ethanol within a range of 0.2% to 2% before use. Solvents other than alcohol can also be used.

【0020】固体透明高分子層の液晶収容部内に充填さ
れる液晶材料自体は特に限定されない。従来から使用さ
れている、例えば、ネマティック液晶、スメクティック
液晶、カイラルネマティック液晶、コレステリック液晶
など、および、誘電異方性によるp形液晶あるいはn形
液晶など、全ての種類の液晶を使用することができる。
この場合、液晶の常光屈折率は固体透明高分子層の屈折
率とできるだけ近似している必要があり、両者の差が
0.1以下、好ましくは0.05以下であることが望ま
しい。
The liquid crystal material itself filled in the liquid crystal containing portion of the solid transparent polymer layer is not particularly limited. It is possible to use all kinds of liquid crystals that have been conventionally used, for example, nematic liquid crystals, smectic liquid crystals, chiral nematic liquid crystals, cholesteric liquid crystals, and p-type liquid crystals or n-type liquid crystals due to dielectric anisotropy. .
In this case, the ordinary refractive index of the liquid crystal needs to be as close as possible to the refractive index of the solid transparent polymer layer, and the difference between the two is 0.1 or less, preferably 0.05 or less.

【0021】また、液晶に2色性色素を添加して、いわ
ゆるゲスト−ホスト(GH)モードとしたものは、特に
反射型素子に使用する場合、高い表示コントラストを得
るのに有効である。この場合は液晶の常光線屈折率と透
明高分子層の屈折率とを完全に一致させる必要はない。
2色性色素とは、分子長軸に平行な方向と垂直な方向で
光の吸収係数が大幅に異なる性質を有する色素のことで
ある。棒状構造の2色性色素を用いると、色素分子は液
晶分子に平行に配向する性質があるので、電界を印加し
て液晶の分子配向を変化させると、色素の配向方向も変
化する。この色素は方向によって着色したり、しなかっ
たりするので、電圧を印加することによってセルの着
色、無色を切換えることができる。このような色素は当
業者に公知である。
Further, a so-called guest-host (GH) mode in which a dichroic dye is added to liquid crystal is effective in obtaining a high display contrast, particularly when used in a reflective element. In this case, it is not necessary to make the ordinary refractive index of the liquid crystal and the refractive index of the transparent polymer layer completely match.
The dichroic dye is a dye having a property that the absorption coefficient of light is significantly different between the direction parallel to the long axis of the molecule and the direction perpendicular thereto. When a dichroic dye having a rod-shaped structure is used, the dye molecules have a property of being aligned parallel to the liquid crystal molecules. Therefore, when an electric field is applied to change the molecular alignment of the liquid crystal, the alignment direction of the dye also changes. Since this dye may or may not be colored depending on the direction, the cell can be colored or colorless by applying a voltage. Such dyes are known to those skilled in the art.

【0022】液晶の液晶収容部内への充填方法は例え
ば、液晶溶液内に固体透明高分子層を浸漬し、超音波振
動を加えて液晶収容部内の気泡を脱気することにより容
易に実施できる。その他の充填方法も当然実施できる。
The liquid crystal can be easily filled in the liquid crystal container by, for example, immersing the solid transparent polymer layer in a liquid crystal solution and applying ultrasonic vibration to degas bubbles in the liquid crystal container. Other filling methods can of course be implemented.

【0023】電極構造自体は本発明の必須要件ではな
い。液晶表示素子(LCD)で慣用されている透明電極
は全て使用できる。インジウム・錫酸化物(ITO)膜
電極が好ましい。また、使用される電極によりマトリク
スLCDまたはアクティブマトリクスLCDなど任意の
LCDを構成することができる。
The electrode structure itself is not an essential requirement of the present invention. All transparent electrodes commonly used in liquid crystal display devices (LCDs) can be used. Indium tin oxide (ITO) film electrodes are preferred. Also, any LCD such as a matrix LCD or an active matrix LCD can be configured by the electrodes used.

【0024】[0024]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples.

【0025】実施例1 孔径1μmの孔がフィルムを貫通して形成されている、
空孔率10%、膜厚13μmのポリカーボネート製多孔
質フィルム(例えば、米国のNuclepore 社から市販され
ている“Nuclepore ”)を空気中で低圧紫外線ランプに
より短波長紫外線を照射して表面を改質した後、シラン
カップリング剤KBP-40(信越化学製)10%エタノール
希釈液に浸漬し、115℃で1時間加熱し、更にシラン
カップリング剤TSR8233 (化学式:C81724
(OCH33 ,東芝シリコーン製)の2%エタノール
溶液に浸漬し、115℃で1時間加熱して撥水処理を行
った後、シアノビフェニル系ネマティック液晶K-15(化
学式:C511−C64 −CN,メルクジャパン社
製)を含浸し、これを2枚のインジウム・錫酸化物(IT
O )膜付きガラスで、ITO膜がフィルムと接する側に
なるように挟み、図3に示されるような構造を有する素
子を作製した。図中、符号1は固体透明高分子層となる
ポリカーボネート製多孔質フィルム、2は貫通孔、3は
液晶、4は電極(ITO膜)、8がガラスをそれぞれ示
す。
Example 1 Pores having a pore diameter of 1 μm are formed through the film,
A polycarbonate porous film having a porosity of 10% and a film thickness of 13 μm (for example, “Nuclepore” commercially available from Nuclepore, Inc. in the US) is irradiated with short wavelength ultraviolet rays by a low pressure ultraviolet lamp in air to modify the surface. After that, it is immersed in a silane coupling agent KBP-40 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 10% ethanol diluted solution and heated at 115 ° C. for 1 hour, and further, a silane coupling agent TSR8233 (chemical formula: C 8 F 17 C 2 H 4
(OCH 3 ) 3 , manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd. was immersed in a 2% ethanol solution and heated at 115 ° C. for 1 hour for water repellent treatment, and then a cyanobiphenyl nematic liquid crystal K-15 (chemical formula: C 5 H 11 -C 6 H 4 -CN, manufactured by Merck Japan Ltd., was impregnated with two pieces of indium tin oxide (IT
The ITO film was sandwiched between O 2) film-attached glasses so that the ITO film was on the side in contact with the film, and an element having a structure as shown in FIG. 3 was produced. In the figure, reference numeral 1 is a polycarbonate porous film serving as a solid transparent polymer layer, 2 is a through hole, 3 is a liquid crystal, 4 is an electrode (ITO film), and 8 is glass.

【0026】実施例2 膜厚20μmのネガ型ドライレジストフィルム・リオド
ライDFA-8166(東洋インキ社製)をITO膜付きガラス
のITO膜上に貼り付け、表面に縦横10μmのます目
を格子状(すなわち、市松模様)に形成したフォトマス
クを介してリソグラフィー用紫外光源により平行光線を
照射し、露光を行った後、1%炭酸ナトリウム水溶液で
エッチングし、パターンを形成した。その後、このレジ
スト付きガラスをシランカップリング剤TSR8185 (化学
式:C1837Si(OCH33,東芝シリコーン製)
の2%エタノール溶液に浸漬し、115℃で1時間加熱
して撥水処理を行った。次いで、このフィルムにシアノ
ビフェニル系ネマティック液晶K-15を含浸し、これをも
う一枚のITO膜付きガラスでITO膜がフィルムと接
する側になるように挟み、図4に示されるような構造を
有する素子を作製した。図中、符号9はレジストからな
る固体透明高分子層を示す。他の符号は図3の構成要素
と同一物をそれぞれ示す。
Example 2 A negative dry resist film, Ryodry DFA-8166 (manufactured by Toyo Ink Co., Ltd.) having a film thickness of 20 μm was attached onto an ITO film of an ITO film-coated glass, and grids of 10 μm in length and width were formed on the surface ( That is, a pattern was formed by irradiating a parallel light beam with an ultraviolet light source for lithography through a photomask formed in a checkered pattern, performing exposure, and then etching with a 1% sodium carbonate aqueous solution. After that, the glass with resist was treated with a silane coupling agent TSR8185 (chemical formula: C 18 H 37 Si (OCH 3 ) 3 , manufactured by Toshiba Silicone).
2% ethanol solution was heated at 115 ° C. for 1 hour for water repellent treatment. Then, this film is impregnated with cyanobiphenyl nematic liquid crystal K-15, and this is sandwiched with another glass with an ITO film so that the ITO film is on the side in contact with the film, and the structure shown in FIG. 4 is obtained. A device having the above was manufactured. In the figure, reference numeral 9 indicates a solid transparent polymer layer made of resist. Other reference numerals indicate the same components as those in FIG. 3, respectively.

【0027】実施例3 膜厚20μmのネガ型ドライレジストフィルム・リオド
ライDFA−8166(東洋インキ社製,屈折率ns
1.51)をITO膜上に貼り付け、表面に線幅25μ
mの線を網目状に形成したフォトマスクを介してリソグ
ラフィー用紫外光源により平行光線を照射し、露光を行
った後、1%炭酸ナトリウム水溶液でエッチングし、パ
ターンを形成した。その後、このレジスト付きガラスに
ステアリルメタクリレートとグリシジルメタクリレート
の共重合物(重量比4:1)を90℃に加熱した液に浸
漬し、引き上げた後、130℃で1時間加熱して撥水処
理を行ったフィルムにネマティック液晶ZLI−441
8(メルク社製,常光屈折率n0 =1.49)を含浸
し、これをもう一枚のITO付きガラスでITO膜がフ
ィルムと接する側になるように挟み、図5に示す液晶素
子を作製した。図中の符号9はレジストからなる固体透
明高分子層を示す。
Example 3 Negative type dry resist film / Riodry DFA-8166 having a film thickness of 20 μm (manufactured by Toyo Ink Co., refractive index n s =)
1.51) is pasted on the ITO film and the line width is 25μ on the surface.
A parallel light beam was irradiated with an ultraviolet light source for lithography through a photomask having a mesh line formed by m to expose the film, and then, a pattern was formed by etching with a 1% sodium carbonate aqueous solution. Then, stearyl methacrylate and glycidyl methacrylate copolymer (weight ratio 4: 1) was immersed in this resist-coated glass in a liquid heated to 90 ° C., pulled up, and then heated at 130 ° C. for 1 hour for water repellent treatment. Nematic liquid crystal ZLI-441
8 (manufactured by Merck & Co., ordinary refractive index n 0 = 1.49) was impregnated and sandwiched with another glass with ITO so that the ITO film was on the side in contact with the film, and the liquid crystal element shown in FIG. It was made. Reference numeral 9 in the figure indicates a solid transparent polymer layer made of a resist.

【0028】実施例4 ポジ型ドライレジストフィルム・AZ4903(ヘキス
ト社製,屈折率ns =1.6)をITO膜付きガラスの
ITO膜上に乾燥時膜厚20μmになるように塗布し、
表面に線幅7μmの平行線を縞状に形成したフォトマス
クを介してリソグラフィー用紫外光源により平行光線を
照射し、露光を行った後、現像液AZ400−K(ヘキ
スト社製)の1:4水溶液でエッチングし、パターンを
形成した。その後、このレジスト付きガラスにステアリ
ルメタクリレートとグリシジルメタクリレートの共重合
物(重量比4:1)を90℃に加熱した液に浸漬し、引
き上げた後、130℃で1時間加熱して撥水処理を行っ
たフィルムに、2色性色素を混合したゲスト−ホスト型
ネマティック液晶ZLI−3512(メルク社製,常光
屈折率n0 =1.50)を含浸し、これをもう一枚のI
TO膜付きガラスでITO膜がフィルムと接する側にな
るように挟み、図6に示す液晶素子を作製した。図中の
符号9はレジストからなる固体透明高分子層を示す。
Example 4 A positive type dry resist film AZ4903 (manufactured by Hoechst, refractive index n s = 1.6) was applied onto an ITO film of an ITO film-coated glass so as to have a dry film thickness of 20 μm,
A parallel light beam is irradiated by an ultraviolet light source for lithography through a photomask having parallel lines with a line width of 7 μm formed in stripes, and after exposure, it is 1: 4 of a developing solution AZ400-K (manufactured by Hoechst). Etching was performed with an aqueous solution to form a pattern. Then, stearyl methacrylate and glycidyl methacrylate copolymer (weight ratio 4: 1) was immersed in this resist-coated glass in a liquid heated to 90 ° C., pulled up, and then heated at 130 ° C. for 1 hour for water repellent treatment. The film thus obtained was impregnated with a guest-host type nematic liquid crystal ZLI-3512 (manufactured by Merck, ordinary light refractive index n 0 = 1.50) in which a dichroic dye was mixed, and another film I
The ITO film was sandwiched by glass with a TO film so that the ITO film was in contact with the film, and the liquid crystal element shown in FIG. 6 was produced. Reference numeral 9 in the figure indicates a solid transparent polymer layer made of a resist.

【0029】実施例5 図7(a)に示されるような、実施例4と同様に形成し
た溝を形成したフォトレジスト表面に、型取り用シリコ
ーンゴムSH9555(信越化学製)を滴下し、硬化さ
せて、図7(b)に示されるようにシリコーンゴム表面
にパターンを転写した。型抜きし、図7(c)に示され
るようなシリコーン型を得た。図7(d)に示されるよ
うに、前記のシリコーン型にジシクロペンタジエニルジ
アクリレート30重量部、ステアリルメタクリレート7
0重量部および光重合開始剤イルガキュア184(チバ
ガイギー社製)2重量部よりなる紫外線硬化樹脂(屈折
率ns =1.50)を流し込んだ後、ITO膜4付きガ
ラス8を被せて紫外線を照射し、樹脂を硬化させ、固体
透明高分子層10を形成した。その後、シリコーン型よ
り取り出して、図7(e)に示されるようなパターン付
き透明高分子層10を有するガラス基板を得た。その
後、このガラス基板上の透明高分子層10のパターン溝
内にネマティック液晶E−7(BDH社製,常光屈折率
0 =1.50)を含浸し、これをもう一枚のITO膜
付きガラス8でITO膜4が液晶層3と接する側になる
ように挟み、図8に示す液晶素子を作製した。
Example 5 As shown in FIG. 7A, a silicone rubber SH9555 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) for molding is dropped on the surface of a photoresist having grooves formed in the same manner as in Example 4 to cure it. Then, as shown in FIG. 7B, the pattern was transferred to the silicone rubber surface. The mold was removed to obtain a silicone mold as shown in FIG. 7 (c). As shown in FIG. 7 (d), 30 parts by weight of dicyclopentadienyl diacrylate and 7 parts of stearyl methacrylate were added to the silicone type.
After pouring an ultraviolet curable resin (refractive index n s = 1.50) consisting of 0 part by weight and 2 parts by weight of a photopolymerization initiator Irgacure 184 (manufactured by Ciba-Geigy), the glass 8 with the ITO film 4 is covered and irradiated with ultraviolet rays. Then, the resin was cured to form the solid transparent polymer layer 10. Then, it was taken out from the silicone mold to obtain a glass substrate having a patterned transparent polymer layer 10 as shown in FIG. 7 (e). After that, nematic liquid crystal E-7 (manufactured by BDH, ordinary light refractive index n 0 = 1.50) is impregnated into the pattern groove of the transparent polymer layer 10 on the glass substrate, and this is coated with another ITO film. The ITO film 4 was sandwiched by the glass 8 so as to be on the side in contact with the liquid crystal layer 3, and the liquid crystal element shown in FIG. 8 was produced.

【0030】比較例1 紫外線硬化樹脂NOA−65(ノーランド社製)にシア
ノビフェニル系ネマティック液晶K-15を重量比1:1で
混合したものを2枚のITO膜付きガラスでITO膜が
混合樹脂と接するように挟み、光源より紫外光を照射し
て図9に示すような、硬化樹脂中に液晶粒子が分散した
高分子分散液晶素子を作製した。なお、硬化後の樹脂厚
は20μmとした。図中、符号1は硬化樹脂層(固体透
明高分子層)を示し、他の符号は図3の構成要素と同一
物をそれぞれ示す。
Comparative Example 1 An ultraviolet curable resin NOA-65 (manufactured by Norland) was mixed with a cyanobiphenyl nematic liquid crystal K-15 at a weight ratio of 1: 1. It was sandwiched so as to be in contact with and was irradiated with ultraviolet light from a light source to prepare a polymer dispersed liquid crystal device in which liquid crystal particles were dispersed in a cured resin as shown in FIG. The resin thickness after curing was 20 μm. In the figure, reference numeral 1 indicates a cured resin layer (solid transparent polymer layer), and other reference numerals indicate the same components as those in FIG.

【0031】実施例1〜3,実施例5および比較例1で
作製した液晶素子について、2枚のガラス間に50Hz
の電圧をかけ、素子の光透過率変化を測定した。結果を
図10に示す。なお、実施例1と他の条件では複合膜層
の厚さが異なるため、この図では複合膜厚1μmあたり
の電圧で結果を規格化してある。また、実施例4で作製
した液晶素子では、素子の裏側に白色のアルミナ板を貼
り付け積分球付き光度計で反射光と散乱光の総量の変化
を測定した。結果を図11に示す。これらの結果より理
解できるように、実施例の素子では素子駆動に必要な電
圧が比較例の素子に比べ極めて小さくなっている。
Regarding the liquid crystal elements produced in Examples 1 to 3, Example 5 and Comparative Example 1, 50 Hz was set between two glass plates.
Was applied to measure the change in light transmittance of the device. The results are shown in Fig. 10. Since the thickness of the composite film layer is different between Example 1 and other conditions, the results are normalized by the voltage per 1 μm of the composite film thickness in this figure. Further, in the liquid crystal device manufactured in Example 4, a white alumina plate was attached to the back side of the device and the change in the total amount of reflected light and scattered light was measured by a photometer with an integrating sphere. The results are shown in Fig. 11. As can be understood from these results, the voltage required for driving the device of the example is much smaller than that of the device of the comparative example.

【0032】また、駆動特性の急峻性を表す指標である
全透過率変化幅の10%および90%の透過率変化を起
こす電圧V10とV90の比、V90/V10(図12参照)を
下記の表1に示す。表1に示された結果から、比較例の
素子に比べ実施例の素子では急峻性が高いことが分か
る。
Further, the ratio of the voltages V 10 and V 90 causing the transmittance changes of 10% and 90% of the total transmittance change width, which is an index showing the steepness of the driving characteristics, and V 90 / V 10 (see FIG. 12). ) Is shown in Table 1 below. From the results shown in Table 1, it can be seen that the steepness of the device of the example is higher than that of the device of the comparative example.

【0033】[0033]

【表1】表1 素 子 90/V10 実施例1 1.5 実施例2 1.7 実施例3 1.8 実施例4 1.7 実施例5 1.6 比較例1 3.0 Table 1 Element V 90 / V 10 Example 1 1.5 Example 2 1.7 Example 3 1.8 Example 4 1.7 Example 5 1.6 Comparative Example 1 3.0

【0034】なお、実施例と同じ構成で貫通孔内壁面の
表面撥水処理を行わないものについても素子を作製し、
特性評価したが、これらの素子では明確な透過率変化は
観察できず、実用性が小さいことが確認できた。電圧を
かけない状態でこれらの素子の液晶層を偏光顕微鏡で観
察したところ、表面処理なしのものでは液晶分子が高分
子層界面に沿って配向しているのに対し、表示特性の良
い表面撥水処理を行ったものでは液晶分子が透明媒体層
に対しほぼ垂直に配向していることが判明し、これが表
示特性発現をもたらしていると考えられる。
An element having the same structure as that of the embodiment but not having the surface water-repellent treatment on the inner wall surface of the through hole was prepared,
As a result of characteristic evaluation, no clear change in transmittance was observed in these devices, and it was confirmed that the device was not practical. When observing the liquid crystal layer of these devices with a polarization microscope in the absence of applied voltage, liquid crystal molecules are aligned along the polymer layer interface without surface treatment, whereas surface repellency with good display characteristics is observed. It was found that the liquid crystal molecules subjected to the water treatment were oriented almost vertically to the transparent medium layer, which is considered to bring about the display characteristics.

【0035】なお、本発明の実施例では液晶表示素子を
作製する方法として、フォトリソグラフィーにより形成
したパターンを用いるか、または、紫外線硬化樹脂によ
り形成したパターンを用いて、その間隙に液晶を充填す
る方法を用いたが、液晶層を透明高分子層を貫通するよ
うに形成できるものであれば、特に方法および材料は限
定されない。
In the embodiment of the present invention, as a method for producing a liquid crystal display element, a pattern formed by photolithography is used, or a pattern formed by an ultraviolet curable resin is used, and the gap is filled with liquid crystal. Although the method was used, the method and material are not particularly limited as long as the liquid crystal layer can be formed so as to penetrate the transparent polymer layer.

【0036】また、液晶層は透明高分子層を完全に完全
に貫通する必要はなく、素子駆動特性に問題をもたらさ
ない範囲で接着剤層あるいは透明媒体そのもの等で液晶
と電極とが離れていてもなんら問題がない。液晶と電極
と非接触であっても、交流電圧を印加すると固体透明高
分子の静電分極のために通電状態になり、図2の場合と
同様に液晶を垂直配向させることができる。但し、この
場合、図2の場合の印加電圧よりも若干高い電圧を印加
しなければならない。
Further, the liquid crystal layer does not need to completely penetrate the transparent polymer layer, and the liquid crystal and the electrodes are separated from each other by an adhesive layer or the transparent medium itself within a range that does not cause a problem in device driving characteristics. There is no problem. Even when the liquid crystal and the electrodes are not in contact with each other, when an alternating voltage is applied, the solid transparent polymer is electrostatically polarized, so that the liquid crystal is in a conducting state, and the liquid crystal can be vertically aligned as in the case of FIG. However, in this case, a voltage slightly higher than the applied voltage in the case of FIG. 2 must be applied.

【0037】このような構成において液晶分子を透明媒
体層に対しほぼ垂直に配向させるのに、本発明における
実施例では透明高分子層に液晶を充填する前に高分子表
面を撥水処理する方法を採用したが、液晶分子を垂直配
向させる手段はこれに特に限定されるわけではなく、例
えば、高分子フィルムとしてフッ素系化合物や長鎖脂肪
族化合物等を用いる方法、液晶中に透明高分子と反応す
る撥水性化合物を添加しておき加熱等により反応させる
方法等を用いることも可能である。
In order to orient the liquid crystal molecules substantially perpendicularly to the transparent medium layer in such a constitution, in the embodiment of the present invention, a method of water-repellently treating the polymer surface before filling the liquid crystal into the transparent polymer layer. However, the means for vertically aligning the liquid crystal molecules is not particularly limited to this, and for example, a method using a fluorine-based compound or a long-chain aliphatic compound as the polymer film, and a transparent polymer in the liquid crystal. It is also possible to use a method in which a water-repellent compound that reacts is added and reacted by heating or the like.

【0038】また、本発明の実施例では液晶収容部の内
径または幅を1μm〜25μmとしたが、この値は特に
この範囲に限定されるわけではなく、液晶収容部の幅は
素子特性と製造上の要求に合わせて任意に設定すること
ができる。
Further, in the embodiment of the present invention, the inner diameter or the width of the liquid crystal accommodating portion is set to 1 μm to 25 μm, but this value is not particularly limited to this range, and the width of the liquid crystal accommodating portion depends on device characteristics and manufacturing. It can be set arbitrarily according to the above requirements.

【0039】更に、パターンの形状についてもこれ以外
に散乱強度を上げる等の目的で例えば、カーテン状に各
種のパターンを形成することも当然可能である。
Further, regarding the shape of the pattern, it is of course possible to form various patterns in a curtain shape for the purpose of increasing the scattering intensity.

【0040】前記実施例では、液晶として正の誘電率異
方性をもつネマティック液晶を用いたが、これ以外にも
スメクテイック液晶、コレステリック液晶などいずれで
あってもよい。また、必要に応じてこれらの液晶に2色
性色素を加え、視認性を向上させることも当然可能であ
る。また、実施例では基板としてガラスを用いたがこの
他にも例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリ
レート、ポリエチレンテレフタレートなどの透明プラス
チックを使用することも当然可能である。
Although the nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used as the liquid crystal in the above embodiment, any other liquid crystal such as smectic liquid crystal and cholesteric liquid crystal may be used. Further, it is naturally possible to add a dichroic dye to these liquid crystals as necessary to improve the visibility. Further, although glass is used as the substrate in the embodiments, it is of course possible to use transparent plastics such as polycarbonate, polymethylmethacrylate, and polyethylene terephthalate in addition to this.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では液晶層
を電極面に対し垂直な方向に透明媒体を貫通するように
形成したことにより、従来の高分子分散液晶素子に比べ
低電圧駆動可能でかつ単純マトリックス駆動に望まれる
急峻な閾値特性が得られる。
As described above, in the present invention, the liquid crystal layer is formed so as to penetrate the transparent medium in the direction perpendicular to the electrode surface, so that it can be driven at a lower voltage than the conventional polymer dispersed liquid crystal device. In addition, a steep threshold characteristic desired for simple matrix driving can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の液晶表示素子の電圧非印加状態の模式
図である。
FIG. 1 is a schematic view of a liquid crystal display element of the present invention in a voltage non-applied state.

【図2】本発明の液晶表示素子の電圧印加状態の模式図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a voltage application state of the liquid crystal display element of the present invention.

【図3】実施例1で作製された液晶表示素子の構造を示
す一部切り欠き断面斜視図である。
FIG. 3 is a partially cutaway cross-sectional perspective view showing the structure of the liquid crystal display element manufactured in Example 1.

【図4】実施例2で作製された液晶表示素子の構造を示
す一部切り欠き断面斜視図である。
FIG. 4 is a partially cutaway cross-sectional perspective view showing the structure of a liquid crystal display element manufactured in Example 2.

【図5】実施例3で作製された液晶表示素子の構造を示
す一部切り欠き断面斜視図である。
5 is a partially cutaway cross-sectional perspective view showing a structure of a liquid crystal display device manufactured in Example 3. FIG.

【図6】実施例4で作製された液晶表示素子の構造を示
す一部切り欠き断面斜視図である。
FIG. 6 is a partially cutaway cross-sectional perspective view showing the structure of a liquid crystal display device manufactured in Example 4.

【図7】(a)は実施例5における液晶表示素子の製造
プロセスの一工程を示す模式的断面図であり、(b)は
前記の工程(a)に続く一工程を示す模式的断面図であ
り、(c)は前記の工程(b)で得られたシリコーン型
の模式的断面図であり、(d)は前記の工程(b)で得
られたシリコーン型を用いて液晶表示素子を製造する一
工程を示す模式的断面図であり、(e)は前記の工程
(d)で得られたパターン付き透明高分子層を有するI
TO膜付きガラス基板の模式的断面図である。
7A is a schematic cross-sectional view showing one step of the manufacturing process of the liquid crystal display element in Example 5, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view showing one step following the step (a). And (c) is a schematic cross-sectional view of the silicone mold obtained in the step (b), and (d) shows a liquid crystal display device using the silicone mold obtained in the step (b). It is a typical sectional view showing one process of manufacturing, and (e) is I which has the patterned transparent polymer layer obtained at the above-mentioned process (d).
It is a schematic cross section of a glass substrate with a TO film.

【図8】実施例5で作製された液晶表示素子の構造を示
す一部切り欠き断面斜視図である。
8 is a partially cutaway cross-sectional perspective view showing the structure of a liquid crystal display element manufactured in Example 5. FIG.

【図9】比較例1で作製された液晶表示素子の構造を示
す断面斜視図である。
9 is a cross-sectional perspective view showing a structure of a liquid crystal display element manufactured in Comparative Example 1. FIG.

【図10】実施例1〜3、実施例5および比較例1で得
られた各液晶表示素子の駆動電圧に対する透過率の変化
を示す特性図である。
10 is a characteristic diagram showing changes in transmittance with respect to a drive voltage of each liquid crystal display element obtained in Examples 1 to 3, Example 5 and Comparative Example 1. FIG.

【図11】実施例2で得られた液晶表示素子の駆動電圧
に対する反射率の変化を示す特性図である。
11 is a characteristic diagram showing a change in reflectance with respect to a driving voltage of the liquid crystal display element obtained in Example 2. FIG.

【図12】駆動特性の急峻性を説明する模式的特性図で
ある。
FIG. 12 is a schematic characteristic diagram illustrating steepness of drive characteristics.

【図13】(a)は従来の高分子分散液晶の電界OFF
の状態における駆動動作を説明するための模式図であ
り、(b)は従来の高分子分散液晶の電界ONの状態に
おける駆動動作を説明するための模式図である。
FIG. 13 (a) is an electric field OFF of a conventional polymer-dispersed liquid crystal.
FIG. 4B is a schematic diagram for explaining the driving operation in the state of FIG. 4B, and FIG. 6B is a schematic diagram for explaining the driving operation of the conventional polymer dispersed liquid crystal in the state of the electric field ON.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固体透明高分子層 2 貫通孔 3 液晶 4 透明電極 5 導体 6 電源 7 スイッチ 8 ガラス 9 レジストによる固体透明高分子層 10 紫外線硬化樹脂による固体透明高分子層 1 Solid Transparent Polymer Layer 2 Through Hole 3 Liquid Crystal 4 Transparent Electrode 5 Conductor 6 Power Supply 7 Switch 8 Glass 9 Solid Transparent Polymer Layer with Resist 10 Solid Transparent Polymer Layer with UV Curing Resin

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体透明高分子層が一対の電極間に間挿
されており、前記固体透明高分子層には前記一方の電極
から他方の電極に向って縦方向に延びる液晶収容部が設
けられており、前記液晶収容部には液晶が充填されて保
持されており、前記液晶は電極に電圧が印加されている
状態のとき前記電極面に対し概ね垂直に配向し、電極に
電圧が印加されていない状態のとき前記電極面に対し概
ね非垂直方向に配向することを特徴とする液晶表示素
子。
1. A solid transparent polymer layer is interposed between a pair of electrodes, and the solid transparent polymer layer is provided with a liquid crystal accommodating portion extending vertically from the one electrode to the other electrode. Liquid crystal is filled and held in the liquid crystal container, and the liquid crystal is oriented substantially perpendicular to the electrode surface when a voltage is applied to the electrode, and a voltage is applied to the electrode. A liquid crystal display device, wherein the liquid crystal display device is oriented in a direction substantially non-perpendicular to the electrode surface when not being formed.
【請求項2】 前記液晶収容部は固体透明高分子層の上
面から下面にまで達する貫通孔または貫通溝あるいは下
面にまで達しない凹孔または凹溝である請求項1の液晶
表示素子。
2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal accommodating portion is a through hole or a through groove that extends from the upper surface to the lower surface of the solid transparent polymer layer, or a concave hole or a groove that does not reach the lower surface.
【請求項3】 前記孔の断面形状は真円形、楕円形、矩
形、三角形または多角形をしており、各孔は互いに間隔
をあけて分離されているかまたは千鳥状に配列されてお
り、前記溝は平行なストライプ状、網目状、同心円状ま
たは螺旋状に配列されている請求項1の液晶表示素子。
3. The cross-sectional shape of the holes is a perfect circle, an ellipse, a rectangle, a triangle or a polygon, and the holes are spaced apart from each other or arranged in a staggered pattern. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the grooves are arranged in parallel stripes, meshes, concentric circles or spirals.
【請求項4】 前記液晶収容部の壁面は撥水性または疎
水性である請求項1の液晶表示素子。
4. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a wall surface of the liquid crystal storage portion is water repellent or hydrophobic.
【請求項5】 前記液晶収容部の壁面に撥水性または疎
水性を有する物質が被覆されることにより前記液晶収容
部の壁面が撥水性または疎水性となる請求項4の液晶表
示素子。
5. The liquid crystal display device according to claim 4, wherein the wall surface of the liquid crystal containing section is coated with a substance having water repellency or hydrophobicity so that the wall surface of the liquid crystal containing section becomes water repellent or hydrophobic.
【請求項6】 前記固体透明高分子層が撥水性または疎
水性を有する材料から形成されることにより前記液晶収
容部の壁面が撥水性または疎水性となる請求項4の液晶
表示素子。
6. The liquid crystal display element according to claim 4, wherein the solid transparent polymer layer is made of a material having water repellency or hydrophobicity, whereby the wall surface of the liquid crystal storage portion becomes water repellent or hydrophobic.
【請求項7】 前記液晶収容部を構成する孔の内径また
は溝の幅は固体透明高分子層の膜厚の1/20〜2倍の
範囲内である請求項1の液晶表示素子。
7. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the inner diameter of the hole or the width of the groove forming the liquid crystal storage portion is within a range of 1/20 to 2 times the film thickness of the solid transparent polymer layer.
【請求項8】 前記液晶収容部を構成する孔の内径また
は溝の幅は0.5μm〜50μmの範囲内である請求項
1の液晶表示素子。
8. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the inner diameter of the hole or the width of the groove forming the liquid crystal storage portion is in the range of 0.5 μm to 50 μm.
【請求項9】 空孔率(固体透明高分子層の上面または
下面の全面積に対する液晶収容部の開口面積の合計値の
割合)は3%〜95%の範囲内である請求項1の液晶表
示素子。
9. The liquid crystal according to claim 1, wherein the porosity (ratio of the total value of the opening area of the liquid crystal containing portion to the total area of the upper surface or the lower surface of the solid transparent polymer layer) is in the range of 3% to 95%. Display element.
【請求項10】 固体透明高分子層の膜厚は1μm〜2
00μmの範囲内である請求項1の液晶表示素子。
10. The thickness of the solid transparent polymer layer is 1 μm to 2
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device has a thickness in the range of 00 μm.
【請求項11】 電極はインジウム・錫酸化物(IT
O)膜からなる請求項1の液晶表示素子。
11. The electrode is indium tin oxide (IT).
The liquid crystal display device according to claim 1, which is composed of an O) film.
【請求項12】 液晶の常光屈折率と固体透明高分子層
の常光屈折率との差が0.1以下である請求項1の液晶
表示素子。
12. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the difference between the ordinary refractive index of the liquid crystal and the ordinary refractive index of the solid transparent polymer layer is 0.1 or less.
【請求項13】 前記液晶収容部に液晶と2色性色素と
の混合物が充填されたゲスト−ホストモードの液晶表示
素子である請求項1の液晶表示素子。
13. The liquid crystal display device according to claim 1, which is a guest-host mode liquid crystal display device in which a mixture of a liquid crystal and a dichroic dye is filled in the liquid crystal container.
【請求項14】 液晶はp形またはn形の、ネマティッ
ク液晶、スメクティック液晶、カイラルネマティック液
晶またはコレステリック液晶である請求項1の液晶表示
素子。
14. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal is a p-type or n-type nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, chiral nematic liquid crystal, or cholesteric liquid crystal.
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