JPH0695090A

JPH0695090A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0695090A
Application number: JP20126193A
Authority: JP
Inventors: Eiji Koyama; 栄二小山
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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（ｎ_e ）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、ｎ_e ＞ｎ₀ で、ｎ_e −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ｎ_s 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。

【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ｎ_e 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 と
なりマトリックスの屈折率ｎ_s と一致し、光は透過し表
示が可能となる（図１３（ｂ）参照）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、Ｃ₈ Ｆ₁₇Ｃ₂ Ｈ₄ Ｓｉ
（ＯＣＨ₃ ）₃ 、Ｃ₁₈Ｈ₃₇Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ 、Ｃ₁₈Ｈ
₃₇Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₂ Ｃｌ、Ｃ₁₈Ｈ₃₇Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ
₅ ）₃ 、Ｃ₆ Ｆ₁₃ＣＨ₂ ＳｉＣｌ₃ 、Ｃ₆ Ｆ₁₃Ｃ₂ Ｈ₄
Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ 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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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：Ｃ₈ Ｆ₁₇Ｃ₂ Ｈ₄
（ＯＣＨ₃ ）₃ ，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：Ｃ₅ Ｈ₁₁−Ｃ₆ Ｈ₄ −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。

【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：Ｃ₁₈Ｈ₃₇Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃，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。

【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ｎ_s ＝
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。

【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ｎ_s ＝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。

【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ｎ_s ＝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
ｎ₀ ＝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。

【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。

【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。

【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。

【００３３】

【表１】表１素子Ｖ₉₀／Ｖ₁₀ 実施例１１．５実施例２１．７実施例３１．８実施例４１．７実施例５１．６比較例１３．０

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１２】駆動特性の急峻性を説明する模式的特性図で
ある。

【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。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。