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JP3086718B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP3086718B2
JP3086718B2 JP03151656A JP15165691A JP3086718B2 JP 3086718 B2 JP3086718 B2 JP 3086718B2 JP 03151656 A JP03151656 A JP 03151656A JP 15165691 A JP15165691 A JP 15165691A JP 3086718 B2 JP3086718 B2 JP 3086718B2
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JP
Japan
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liquid crystal
dye
dichroic dye
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layer
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幸一郎 城田
一之 春原
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to US07/903,282 priority patent/US5303073A/en
Priority to DE69215769T priority patent/DE69215769T2/de
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、フラットパネ
ル表示装置として有用な分散型液晶表示装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示素子は、従来、ネマチック液晶
を使用したＴＮ型や、ＳＴＮ型のものが実用されてい
る。また、強誘電性液晶を利用したものも提案されてい
る。これらは素子化する際に配向処理などが必要であ
り、大型の素子を容易に作製することはできない。一
方、このような配向処理を必要とせずに大型で廉価な液
晶素子を製造する方法として、液晶のカプセル化によ
り、ポリマー中に液晶滴を分散させる方法が知られてい
る（特開昭５８−５０１６３２、米国特許Ｎｏ．４，４
３５，０４７）。その方法によれば、ポリビニルアルコ
ールでカプセル化された液晶分子は、それが薄膜中で正
の誘電異方性を持つものであれば、電界の存在下でその
液晶分子が電界方向に配列し、液晶の屈折率ｎo とポリ
マーの屈折率ｎp が等しいときには透明性を発現する。
電界が除かれると、液晶配列はランダム配列に戻り、液
晶滴の屈折率がｎo よりずれるため液晶滴はその境界面
で光を散乱し、薄層体は白濁する。このように液晶を分
散方蔵したポリマーを薄膜としている液晶表示素子技術
には、上記のもの以外にもいくつか知られており、例え
ば特開昭６１−５０２１８号には、液晶がエポキシ樹脂
中に分散したもの、特開平２−８３５３４にはウレタン
アクリレート樹脂中に液晶が分散したものが開示されて
いる。
【０００３】その他、分散型液晶において、カプセル入
り液晶材料及び支持媒体の少なくとも一方に蛍光塗料を
配置することにより、光を着色させ実効的なコントラス
トを向上させるという液晶装置が特開昭６３−６６５４
２に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記分散型液晶表示装
置は、ガラス板間に液晶を充填して封止する従来型と比
較して構造が簡単で大型化が容易であるなどの種々の利
点を有する反面、従来型と異なり電圧印加の有無が直ち
に背景光の大小となるだけではなく、透過と散乱を生じ
るだけである。従って、分散型液晶表示素子では、印加
電圧を印加しない場合には散乱により白色、電圧印加時
には透明と変化する。このような分散型液晶のコントラ
ストは透過光強度と散乱光強度の比ということになるた
め、コントラストを向上させるためには、暗状態に於て
散乱光の集光角を絞り込むことなどにより、平行透過光
だけを集光する必要がある。そのために特開昭６３−９
８６３１では、カプセル化液晶部に背景光供給部と選択
的透過光部を備えているが、画素領域に対応した収束レ
ンズ群や開口群を形成するシャッターが必要であるた
め、大型で廉価な表示素子を作成することは困難であ
る。従って、本発明は、廉価で大型化が可能で、かつコ
ントラストの良好な液晶表示素子を提供することを目的
としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、分散型液晶の
支持媒質に二色性色素を配向させた状態で含有させると
いう手段を採用した。
【０００６】すなわち、本発明は、少なくとも一方が透
明な２枚の基板と，これら基板の間に支持された分散型
液晶からなる調光層とからなり、該分散型液晶の支持媒
質に二色性色素が配向して混入されていることを特徴と
する液晶表示素子を提供するものである。
【０００７】さらに、本発明は、上記構成の液晶表示素
子において、上記調光層の少なくとも入射光側に対面す
るようにして、偏光選択素子を、さらに積層してなるこ
とを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【０００８】さらに、本発明は、少なくとも一方が透明
な２枚の基板と，これら基板の間に支持された分散型液
晶からなる調光層とからなり、前記調光層が分散型液晶
の支持媒質に二色性色素を一方向に配向して混入させた
第１の分散型液晶層と、分散型液晶の支持媒質に該第１
の分散型液晶層中の二色性色素と同一型の二色性色素
を、前記第１の分散型液晶層中の二色性色素の配向方向
と直交する方向に配向して混入させた第２の分散型液晶
層との組合わせを有するものからなることを特徴とする
液晶表示素子を提供するものである。
【０００９】本発明で用いる分散型液晶は、液晶部が独
立に分散されている構造であっても、３次元ネットワー
ク構造であっても構わない。また、本発明の目的は、配
向した二色性色素がマトリックス（分散型液晶の支持媒
質）内に含有させることであり、二色性色素が液晶相に
混合されていても、液晶相をマイクロカプセル化等の手
法を取り色素と分離させても問題は生じない。
【００１０】なお、二色性色素には、例えば表１ないし
表４に掲げたものなどがあり、分子軸方向の偏光に対す
る吸収光度が、分子軸に垂直な方向の偏光に対する吸収
度が大きい正の二色性色素（ｐ型色素）とその反対の負
の二色性色素（ｎ型色素）がある。本液晶表示素子に用
いる二色性染料としては、マトリックスに分散性が良い
事が必要であると共に、液晶表示素子の保持特性のため
に比抵抗が高い方が望ましい。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【表３】
【００１４】
【表４】
【００１５】また、二色性色素は電圧印加時の光透過率
を減少させるおそれがあるため、色素濃度を高くし過ぎ
ないようにすることが好ましく、そのため、分散型液晶
の支持媒質中の色素濃度は、５重量％以下、好ましくは
０．１〜５重量％の範囲とする。
【００１６】また、本発明において用いられる偏光選択
素子としては、ポラロイド板、ニコルプリズム、グラン
テ−ラプリズム、グラントムソンプリズム等の公知のも
のを適宜選択することができる。
【００１７】
【作用】このように構成された液晶素子においては、電
圧を印加しない際の散乱光を二色性色素が吸収するため
に良好な暗状態が形成され、高コントラストな分散型液
晶表示素子となる。
【００１８】
【実施例】以下に本発明を図示の実施例を参照して説明
する。
【００１９】まず、図１は色素分子長軸が吸収軸と一致
するｐ型二色性色素をマトリックス内に配向させた液晶
表示素子の例を示すものであって、ＩＴＯ透明電極１
ａ、１ｂをそれぞれ内側に設けた透明な２枚の基板（例
えばガラス製）２ａ、２ｂと，これら基板２ａ、２ｂの
間に支持された分散型液晶からなる調光層３とからなっ
ている。この調光層３は、例えばアクリル樹脂等の光硬
化性樹脂からなる支持媒質４に液晶カプセル５およびｐ
型二色性色素６を分散させたものからなり、特にこのｐ
型二色性色素６はその分子軸が光の透過方向Ａに配向し
て混入されている。
【００２０】本実施例においては、ｐ型二色性色素の分
子軸は光の透過方向Ａに配向しているので、配向軸方向
に入射され、表示面内で電界が振動する光は、ほぼその
まま透過することができるが、配向軸に対して角度を以
て伝搬する光はｐ型二色性色素により吸収を受けること
となる。
【００２１】したがって、本液晶表示素子に電界を印加
しない場合は、液晶部によって散乱された光はｐ型二色
性色素６によって吸収されることになり、散乱されなか
った透過光だけが平行光となって出射することになり、
電界を印加した場合には、液晶部とマトリックスの屈折
率が一致するので入射光はそのまま透過することにな
る。それ故、電界を印加しないときの暗状態が著しく改
善されることになり、高コントラストな液晶表示素子と
なる。
【００２２】図２は、色素分子長軸が吸収軸と直交する
ｎ型色素をマトリックス内に配向させた液晶表示素子の
例を示すものであって、ＩＴＯ透明電極１１ａ、１１ｂ
をそれぞれ内側に設けた透明な２枚の基板１２ａ、１２
ｂと，これら基板１２ａ、１２ｂの間に支持された分散
型液晶からなる調光層１３とからなっている。この調光
層１３は、例えばアクリル樹脂等の光硬化性樹脂からな
る支持媒質１４に液晶カプセル１５およびｎ型二色性色
素１６を分散させたものからなり、特にこのｎ型二色性
色素１６はその吸収軸が光の透過方向Ａに配向して混入
されている。
【００２３】本実施例においては、ｎ型二色性色素１６
の吸収軸は光の透過方向Ａに配向しているので、配向軸
方向に入射され、表示面内で電界が振動する光はほぼそ
のまま透過することができるが、吸収軸に対して角度を
持って伝搬する光はｎ型二色性色素により吸収を受ける
こととなる。
【００２４】したがって、本液晶表示素子に電界を印加
しない場合は、液晶部によって散乱された光はｎ型二色
性色素１６によって吸収されることになり、散乱されな
かった透過光だけが平行光となって出射することにな
り、電界を印加した場合には、液晶部とマトリックスの
屈折率が一致するので入射光はそのまま透過することに
なる。それ故、電界を印加しないときの暗状態が著しく
改善されることになり、高コントラストな液晶表示素子
となる。
【００２５】図３は色素分子長軸が吸収軸と一致するｐ
型二色性色素をマトリックス内に配向させるとともに、
調光層の少なくとも入射光側に対面するようにして、偏
光選択素子を、さらに積層してなる液晶表示素子の例を
示すものであって、ＩＴＯ透明電極２１ａ、２１ｂをそ
れぞれ内側に設けた透明な２枚の基板２２ａ、２２ｂ
と，これら基板２２ａ、２２ｂの間に支持された分散型
液晶からなる調光層２３と、調光層２３の入射光側に対
面するようにして積層された偏光選択素子２７とからな
っている。この調光層２３は、例えばアクリル樹脂等の
光硬化性樹脂からなる支持媒質２４に液晶カプセル２５
およびｐ型二色性色素２６を分散させたものからなり、
特にこのｐ型二色性色素２６は光の透過方向Ａに垂直に
なるように配向して混入されている。
【００２６】本実施例においては、ｐ型二色性色素２６
を光の透過方向と垂直に配向させてあり、入射光は偏光
選択素子２７により色素の配向方向の偏向に選択されて
いるので、電圧印加時には、液晶部で散乱を受けないの
でマトリックスに入射した光は配向されているｐ型色素
によってほとんど吸収され、非常に良好な暗状態が達成
されるが、電圧非印加時には液晶部で散乱受けるため透
過光が生じる。
【００２７】図４の液晶表示素子は、ｐ型二色性色素を
光の透過方向と直交するようにマトリックス内に配向さ
せたものを、少なくとも２層以上、ｐ型二色性色素の配
向軸が互いに直交するように重ねたものである。
【００２８】すなわち、ＩＴＯ透明電極３１ａ、３１ｂ
をそれぞれ内側に設けた透明な２枚の基板３２ａ、３２
ｂと，これら基板３２ａ、３２ｂの間に支持された分散
型液晶からなる調光層３３とからなっている。
【００２９】この調光層３３は、第１の分散型液晶層３
３ａと、第２の分散型液晶層３３ｂとを積層して組合わ
せたものからなっている。第１の分散型液晶層３３ａ
は、例えばアクリル樹脂等の光硬化性樹脂からなる支持
媒質３４に液晶カプセル３５およびｐ型二色性色素３６
ａを分散させたものからなり、特にこのｐ型二色性色素
３６は光の透過方向Ａに垂直になるように配向して混入
されている。第２の分散型液晶層３３ｂも同じく例えば
アクリル樹脂等の光硬化性樹脂からなる支持媒質３４に
液晶カプセル３５およびｐ型二色性色素３６を分散させ
たものからなっているが、第１の分散型液晶層３３ａと
の唯一の違いは第１の分散型液晶層３３ａ中の二色性色
素ｐ型二色性色素３６ａと同一型の二色性色素３６ｂ
を、第１の分散型液晶層３３ａ中の二色性色素３６ａの
配向方向と直交する方向に配向して混入されていること
である。
【００３０】このように二色性色素の配向方向が互いに
直交するようにして２以上の分散型液晶層を組合わせる
ように構成することにより、直交した２方向に配向した
二色性色素が散乱光を吸収する事になり、偏光選択素子
を用いなくとも図３の実施例の液晶表示素子と同等また
はそれ以上のコントラストを持たせることが可能であ
る。
【００３１】なお、図１の液晶表示素子構造のように、
色素分子長軸が光の透過方向と平行となるように二色性
色素をマトリックス内に配向させるためには、二色性色
素を材料に混合した上で、分散型液晶とする過程終了以
前に電界または磁界を作用させることで達成されるが、
この過程をホスト液晶が等方相を取る温度以下で行う
と、外場により規制された液晶分子の配向により、しき
い値電界は低下するが、電界を印加しないときの光の透
過率が上昇してしまいコントラストの低下を招く為、色
素配向過程はホスト液晶が等方相を取る温度以上とする
ことが好ましく、材料に高分子が含まれる際には配向を
容易にするために、そのガラス転移温度よりも高いこと
が望ましい。
【００３２】図２、図３の液晶表示素子構造のように、
色素分子長軸が光の透過方向と直交するように二色性色
素をマトリックス内に配向させるためには、二色性色素
を材料に混合した上で、分散型液晶とした後、分散型液
晶を光の透過方向と直交する方向に延伸することにより
容易に達成され、延伸率を上げるほどコントラストが向
上する。この過程もホスト液晶が等方相を取る温度以上
で行うと、好ましい場合があり、延伸は応答の緩和時間
にも影響を及ぼす。なお、上記実施例では、透明基板に
透明電極（ＩＴＯ）を施したものについて説明したが、
この透明電極は省略することも可能である。
【００３３】
【実施例１】アクリル酸ブチル１１重量％、アクリルオ
リゴマーＭ−１２００（東亜合成化学社製）８重量％、
光硬化開始剤としてメルク社製ダロキュアー１１１６を
１．０％、ホスト液晶としてＢＤＨ社製Ｅ８を７９重量
％、ｐ型色素としてアントラキノン系色素ＢＤＨ社製Ｄ
３７を１重量％からなる溶液に１３μｍスペーサーを加
えてよく分散させた。その混合物をＩＴＯ付きガラス基
板上に塗布し、ＩＴＯ付きガラス基板を重ね合わせ、ポ
ーリング電界３００ｋＶ／ｃｍ、８５℃で３０分間ポー
リングした後、この電界を印加したまま、紫外線照射装
置（ウシオ電機社製ミニキュア４５０）により２分間露
光して図１に示したｐ型色素垂直配向素子型の分散型液
晶表示素子を作製した。図５の光学系により、コントラ
ストを測定したところ１：１０１であった。
【００３４】すなわち、図５の光学系は、ヘリウム−ネ
オンレ−ザ−４１と、レンズ４２と、アパチャ−４３
と、フォトダイオ−ド４４とを並列させたものからな
り、ヘリウム−ネオンレ−ザ−４１とレンズ４２との間
に分散型液晶表示素子４５を介在させ、測定条件とし
て、波長６３３ｎｍ、出力０．５ｍＷで、分散型液晶表
示素子に対しファンクションジェネレ−タ−により１ｋ
Ｈｚ，方形波で、電圧０〜２０Ｖを印加して測定を行っ
たものである。
【００３５】
【実施例２】イソードデシル−アクリレート１５重量
％、長鎖脂肪族ジアクリレート（Ｃ−２０００、商標、
ＳＡＴＯＭＥＲ社製）１０重量％、光硬化開始剤として
メルク社製ダロキュアー１１１６（商標）を１．０％、
ホスト液晶としてＢＤＨ社製Ｅ７（商標）を７３．２重
量％、ｐ型色素としてアントラキノン系色素ＢＤＨ社製
Ｄ３７（商標）を０．８重量％を混合した溶液に１３μ
ｍスペーサーを加えてよく分散させた。その混合物をＩ
ＴＯ付きガラス基板に上に塗布し、ＩＴＯ付きガラス基
板を重ね合わせ、ポーリング電界３００ｋＶ／ｃｍ、７
５℃で３０分間ポーリングした後、この電界を印加した
ままで、紫外線照射装置（ウシオ電機社製ミニキュア４
５０（商標））により９０秒間露光して図１に示した型
の分散型液晶表示素子を作製した。このｐ型色素垂直配
向素子を用いて、実施例１と同様にコントラストを測定
したところ１：９８であった。
【００３６】
【実施例３】ポリメタクリル酸メチル（エルバサイト２
００８、商標、デュポン社製）３８．８重量％、液晶
（Ｅ４４、商標、ＢＤＨ社製）６０重量％、ｎ型色素と
して表３−Ｎｏ．１７のアントラキノン系色素を１．２
重量％の混合物をクロロホルムに溶解し、十分に攪拌し
た後、テフロン板上にバーコーターにより塗布し、１０
０℃で２分間乾燥させ厚さ２０μｍのｎ型色素含有分散
型液晶を作製した。このフィルムを１２０℃の窒素雰囲
気中で延伸器により２００％延伸した後、両面に光学接
着剤（Ｎｏ．６８、ノーランド社製）をバーコーターで
塗布し、ＩＴＯ付きガラス基板で挟み込み圧着し、ｎ型
色素平行配向素子とした。この分散型液晶表示素子を用
いて、実施例１と同様にコントラストを測定したところ
１：９５であった。
【００３７】
【実施例４】アクリル酸ブチル１１重量％、アクリルオ
リゴマー、Ｍ−１２００（商標）（東亜合成化学社製）
８重量％、光硬化開始剤としてメルク社製ダロキュアー
１１１６を１．０％、ホスト液晶としてＢＤＨ社製Ｅ８
を７９重量％、ｎ型色素として表３−Ｎｏ．１７のアン
トラキノン系色素を１．０重量％を加えてよく分散させ
た後、テフロン板上にバーコーターにより塗布し、紫外
線照射装置（ウシオ電機社製ミニキュア４５０）により
２分間露光して図２に示したｎ型の分散型液晶表示素子
を作製した。このフィルムを９０℃で延伸器により１５
０％延伸した後、両面に光学接着剤（Ｎｏ．６８、ノー
ランド社製）をバーコーターで塗布し、ＩＴＯ付きガラ
ス基板で挟み込み圧着し、ｎ型色素平行配向素子とし
た。この分散型液晶表示素子を用いて、実施例１と同様
にコントラストを測定したところ１：９６であった。
【００３８】
【実施例５】ポリメタクリル酸メチル（エルバサイト２
００８、デュポン社製）３８．８重量％、液晶（Ｅ４
４、ＢＤＨ社製）６０．１重量％、ｐ型色素としてアゾ
系色素ＢＨＤ社製Ｄ２を１．１重量％の混合物をクロロ
ホルムに溶解し、十分に攪拌した後、テフロン板上にバ
ーコーターにより塗布し、１００℃で２分間乾燥させ厚
さ２０μｍのｐ型色素含有分散型液晶を作製した。この
フィルムを１２０℃の窒素雰囲気中で延伸器により２０
０％延伸した後、両面に光学接着剤（Ｎｏ．６８、ノー
ランド社製）をバーコーターで塗布し、ＩＴＯ付きガラ
ス基板で挟み込み圧着した後、片面に偏光板を張り付け
図３のｐ型色素平行配向素子とした。この分散型液晶表
示素子をもちいて、実施例１と同様にコントラストを測
定したところ１：９６であった。
【００３９】
【実施例６】ポリメタクリル酸メチル（エルバサイト２
００８、デュポン社製）３８．８重量％、液晶（Ｅ４
４、ＢＤＨ社製）６０．１重量％、ｐ型色素としてアゾ
系色素ＢＨＤ社製Ｄ２を１．１重量％の混合物をクロロ
ホルムに溶解し、十分に攪拌した後、テフロン板上にバ
ーコーターにより塗布し、１００℃で２分間乾燥させ厚
さ２０μｍのｐ型色素含有分散型液晶を２枚作製した。
このフィルムを１２０℃の窒素雰囲気中で延伸器により
２００％延伸した後、片面に光学接着剤（Ｎｏ．６８、
ノーランド社製）をバーコーターで塗布し、配向軸が直
交するように張り合わせた後、両側に光学接着剤を塗布
し、ＩＴＯ付きガラス基板で挟み込み圧着し図４のｐ型
色素平行配向直交積層素子とした。この分散型液晶をも
ちいて、実施例１と同様にコントラストを測定したとこ
ろ１：９９であった。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、分散型液晶マトリックス内に二色性色素を配向させ
て含有させることにより、大面積のものでも極めて簡単
かつ安価で製造することができ、かつコントラストを向
上させることができ、さらに複雑な光学系等を必要とし
ないので、頗る経済的な液晶素子を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるｐ型色素垂直配向素子の模式的
断面図
【図２】本発明に係わるｎ型色素平行配向素子の模式的
断面図
【図３】本発明に係わるｐ型色素平行配向素子の模式的
断面図
【図４】本発明に係わるｐ型色素平行配向直交積層素子
の模式的断面図
【図５】液晶表示素子のコントラスト測定のための光学
系を示す模式図
【符号の説明】
Ａ…光の透過方向 １ａ、１１ａ、２１ａ、３１ａ…ＩＴＯ透明電極 １ｂ…１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ…ＩＴＯ透明電極 ２ａ、１２ａ、２２ａ、３２ａ…基板 ２ｂ…１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ…基板 ３、１３、２３、３３…調光層 ４、１４、２４、３４…支持媒質 ５、１５、２５、３５…液晶カプセル ６、１６、２６、３６…二色性色素 ２７…偏光選択素子 ４１…ヘリウム−ネオンレーザー ４２…レンズ ４３…アパチャー ４４…フォトダイオード ４５…分散型液晶表示素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−130129（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−171727（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−120827（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−119317（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−111921（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−137361（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−55047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−80242（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/137 G02F 1/1334

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一方が透明であり且つ対向面
    に電極を有する２枚の基板とこれら基板間に支持された
    調光層とを具備し、該調光層は二色性色素と支持媒質と
    の混合物及び該混合物中に液滴状に分散された液晶で構
    成され、該二色性色素は該支持媒質中で配向しているこ
    とを特徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項２】 該調光層の少なくとも入射光側に対面す
    るようにして偏光選択素子をさらに積層してなる請求項
    １に記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項３】 少なくとも一方が透明であり且つ対向面
    に電極を有する２枚の基板とこれら基板の間に支持され
    た調光層とを具備し、該調光層は二色性色素と支持媒質
    との混合物及び該混合物中に液滴状に分散された液晶で
    それぞれ構成された第１及び第２の液晶層の積層構造を
    有し、該第１の液晶層の支持媒質中の二色性色素と該第
    ２の液晶層の支持媒質中の二色性色素とは同一型であ
    り、該第１の液晶層の支持媒質中で該二色性色素は第１
    の方向に配向し、該第２の液晶層の支持媒質中で該二色
    性色素は該第１の方向と直交する第２の方向に配向して
    いることを特徴とする液晶表示素子。
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