JP2001221999A - 液晶表示素子及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二周波駆動液晶を用い、高速応答性、メモリ
ー性に優れ、初期状態への復帰が容易な高分子分散型液
晶素子を提供する。 【解決手段】 単官能性モノマーと多官能性モノマーと
を１／５〜２／１の混合重量比で含有する高分子前駆体
に、二周波駆動液晶を重量比で１倍〜５０倍混合してセ
ル内に封入し、上記高分子前駆体を重合、硬化させて高
分子化合物層中に二周波駆動液晶が分散した液晶高分子
複合体層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビ、パ
ーソナルコンピュータ、パチンコ遊技台等に使用される
液晶表示素子に関し、特に、周波数に依存して誘電異方
性が大きく異なる二周波駆動液晶を高分子化合物層内に
分散させて表示を行う高分子分散型液晶表示素子及び該
素子を用いた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、偏光板が不要で、液晶と高分子化
合物の屈折率の差を利用した高分子分散型液晶（Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙ
ｓｔａｌ）表示素子が開発されている。この高分子分散
型液晶表示素子は、液晶と高分子前駆体（例えば紫外線
硬化型のモノマー）とを所定割合にて混合、相溶させて
液晶性を有する溶液を形成する。次に所定間隔に保持し
た状態の一対の透明基板間に上記溶液を封入する。この
状態で、基板の一方または両方から紫外線を照射して高
分子前駆体を重合硬化させ、同時に液晶と高分子化合物
とを相分離させる。その結果、高分子化合物層中に液晶
分子からなる平均粒径約１〜５μｍの滴が分散配置され
た液晶高分子複合体層が形成される。

【０００３】上記高分子分散型液晶表示素子の動作原理
は以下の如くと考えられている。即ち、上記液晶高分子
複合体層は電界無印加状態で前記液晶滴の光学異方性が
ランダムに配列しているために光学的に不透明を示す。
この不透明状態の液晶高分子複合体層に電圧印加を行な
うと、上記液晶滴の光学異方性が一定の配列に変化する
ため、光学的に透明状態となるものである。この原理を
利用すると、偏光板を用いる必要がなく、明るく視野角
の大きい表示が可能となる。

【０００４】しかしながら、上記高分子分散型液晶表示
素子においては、一旦上記透明状態を形成しても該状態
を維持するためには、通常、液晶高分子複合体層に電圧
を連続して印加する必要がある。即ち、上記透明状態に
メモリー性が無く、該透明状態を形成した後に印加電圧
を除去すると当初の光学的に不透明な状態に戻ってしま
う。

【０００５】上記高分子分散型液晶表示素子の作製方法
としては、従来、２−ヒドロキシエチルメタクリレート
などの水酸基を有する単官能性モノマーを高分子前駆体
として用いることが多い（特開平８−１５６７５号公報
など）。このような従来の高分子分散型液晶表示素子で
は、電圧印加により透明状態になった後に電圧を除去し
ても透明状態が元の不透明状態に戻らない、いわゆる
「ヒステリシス」現象をメモリーとして利用する試みが
なされている。しかしながら、このような素子において
は、一旦透明状態に移行すると不透明状態に復帰するた
めに素子を加熱して溶融状態にして徐冷する工程が必須
となり、実用に際して不便である。

【０００６】そこで、上記のような不都合を解決する手
段として、印加電圧の周波数により誘電異方性の符号が
異なる、いわゆる二周波駆動液晶を特定の高分子材料と
組み合わせて高分子分散型液晶表示素子を作製し、透明
状態と不透明状態との切り替えを印加電圧の切り替えの
みで行い、且つ該透明状態と不透明状態をそれぞれ印加
電圧除去によっても維持可能なメモリー性を発現した素
子が知られている（特開平９−１２００５８号公報、第
２２回液晶討論会講演；３Ｄ１０）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記二
周波駆動液晶を用いた高分子分散型液晶表示素子におい
ては、透明状態或いは不透明状態にする際の電圧印加に
要する時間が明確ではなく、場合によっては長時間印加
が必要となる可能性があった。また、透明状態になるよ
うに素子に電圧を印加した後該印加電圧を除去して透明
メモリー状態にしても、液晶の一部が不透明状態にな
り、著しい透過率の低下が見られた。さらに、透明状態
から不透明状態への切り替えを電圧印加で行なった後に
該電圧を除去して得られる不透明メモリー状態を、電圧
を印加していない初期状態へ復帰させる方法が明らかで
はない。従って、同一素子を連続的に繰り返し駆動する
ことが前提となる表示装置への該素子の搭載には問題が
あった。

【０００８】本発明の課題は、上記問題を解決し、良好
なメモリー性と高速応答性を有し、且つ、初期状態への
復帰が可能な高分子分散型液晶表示素子を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、二周波駆
動液晶を用いた高分子分散型液晶表示素子において、単
官能性モノマーと多官能性モノマーとからなる高分子化
合物を選択することにより、上記課題を解決し、高速応
答性、透明状態のメモリー性の向上とこれによるコント
ラストの向上が可能となり、さらに、初期状態への復帰
も容易に実施しうることを見出し、本発明を達成した。

【００１０】即ち本発明は、対向する一対の基板間に、
高分子化合物層中に二周波駆動液晶を分散してなる液晶
高分子複合体層と、上記液晶を駆動する電極とを少なく
とも備えた高分子分散型液晶表示素子であって、前記高
分子化合物が、単官能性モノマー由来の部分と多官能性
モノマー由来の部分とを重量比で１／５〜２／１の範囲
で含有することを特徴とする。

【００１１】本発明において、上記液晶高分子複合体層
が、上記二周波駆動液晶を上記高分子化合物の前駆体に
対して１倍〜５０倍の混合重量比で用いてなることが好
ましい。

【００１２】また、本発明は、上記二周波駆動液晶が初
期状態で光学的に不透明であり、第１の駆動周波数を有
する第１の電圧印加により該液晶が透明化し、該透明状
態が該第１の電圧を除去した後も任意の時間保持され、
上記透明状態の液晶に対して第２の駆動周波数を有する
第２の電圧印加により該液晶が不透明化して初期状態に
戻ること、特に、上記二周波駆動液晶の誘電異方性が、
上記第１の電圧印加時に正を示し、上記第２の電圧印加
時に負を示すことを好ましい態様として含むものであ
る。

【００１３】さらに本発明は、上記液晶高分子複合体層
には、主として高分子化合物の集合体からなる領域と主
として液晶からなる領域とが存在し、高分子化合物の集
合体が上記基板の少なくとも一方に偏って密集している
こと、上記液晶高分子複合体層が、透明状態と不透明状
態を電気的に書き換え可能で双方向にメモリー性を有す
ることを好ましい態様として含むものである。

【００１４】また、本発明は、少なくとも上記本発明の
液晶表示素子と、駆動用のドライバと、駆動制御手段を
具備することを特徴とする表示装置である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の液晶表示素子の一
実施形態の断面模式図を示す。

【００１６】図中、１０，１１は基板、１２，１３は電
極、１４はスペーサー、１５は液晶高分子複合体層であ
る。対向する一対の基板１０、１１は、少なくとも一方
（観察者側）が透明であり、ガラス、石英等の硬質材料
の他、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエ
ーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）
等のような可撓性を有する材質も用いることができる。
これら基板１０，１１の内側表面には、それぞれ電極１
２，１３が蒸着法、スパッタリング法等により適宜の形
状に形成されている。電極材料としては、ＩＴＯ（イン
ジウム・チン・オキサイド）等透明導電材や、Ａｌ、Ｐ
ｔ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属、及び合金も用いることができ
る。本発明においては、基板１０，１１及び電極１２，
１３を透明な材質で形成して透過型液晶表示素子を構成
することができ、また、該透過型液晶表示素子の一方の
基板の外側に反射板を付したり、或いは、一方の基板及
び／または該一方の基板上の電極を反射能を有する材料
で形成することにより反射型の液晶表示素子を構成する
ことができる。

【００１７】本発明で用いる基板１０，１１の液晶高分
子複合体層１５との界面には、配向処理が施されていて
も良い。該配向処理の方法及び配向剤は特に限定される
ものではないが、例えば電極を含む基板表面を所定の方
向に配向処理する方法を用いることができる。また、電
極を含む基板表面にポリイミド、ポリビニルアルコール
等からなる薄膜（いわゆる配向膜、図１には不図示）を
形成する、もしくは該配向膜を形成した後に配向処理を
施してもよい。水平配向処理においては特に配向方向の
角度は限定されない。さらに、アルキルアンモニウム
塩、ポリイミド等からなる垂直配向処理剤の薄膜を形成
したもの、酸化ケイ素の薄膜を形成したものであっても
よい。また、必要がなければ配向処理を施さなくてもか
まわない。

【００１８】上記のように電極１２，１３が形成され、
必要に応じて配向処理が施された基板１０，１１を絶縁
性フィルムや球状微粒子等からなるスペーサー１４を用
いて所定の間隔（例えば１〜２０μｍ）をもって対向配
置させ、その間隙に下記の要領で調整した高分子前駆体
と液晶との混合物を封入する。

【００１９】本発明に用いる高分子化合物の前駆体は、
単官能性モノマーと多官能性モノマーとを少なくとも含
有する。本発明に用いられる単官能性モノマーとして
は、光照射や加熱、電圧印加、放射線照射等により重合
反応を生じる材料であれば広く種類を問わず用いること
ができるが、本発明では下記式（１）、（２）で示され
るヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートが好ましく
用いられる。

【００２０】

【化１】

【００２１】上記式中、Ｒは少なくとも１個以上の水酸
基を有する炭素数１〜３０の脂肪族炭化水素基を示す。

【００２２】中でも、２−ヒドロキシエチルメタアクリ
レートが特に好ましい。これ以外にも、２−エチルヘキ
シル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチルアク
リレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、
ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート等のヒドロキシ
アルキル（メタ）アクリレートが好ましく、この場合、
アルキル基の炭素数、水酸基の個数及び水酸基の結合位
置は特に限定されない。この他にも、フェノキシエチル
（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メ
タ）アクリレート等を挙げることができる。

【００２３】また、本発明に用いられる多官能性モノマ
ーとしては、上記単官能性モノマーと同様に、光照射や
加熱、電圧印加、放射線照射等により重合反応を生じる
材料であれば広く種類を問わず用いることができるが、
本発明では、官能数が２であるアルキルジオールジグリ
シジルエーテルジ（メタ）アクリレート〔下記式
（３）、（４）〕及びアルキルジオールジ（メタ）アク
リレート〔下記式（５）、（６）〕が好ましく用いられ
る。

【００２４】

【化２】

【００２５】上記式中、Ｒは少なくとも１個以上の水酸
基を有する炭素数１〜３０の脂肪族炭化水素基を示す。
またｎは１〜３０を示す。

【００２６】中でも、アルキルジオールジグリシジルエ
ーテルジ（メタ）アクリレートとして、ヘキサンジオー
ルジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、アル
キルジオールジ（メタ）アクリレートとして１，６−ヘ
キサンジオールジアクリレートが特に好ましい。

【００２７】上記以外にも、アルキルジオールジ（メ
タ）アクリレートとして、エチレングリコールジグリシ
ジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ブタンジオール
ジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート等、アル
キルジオールジ（メタ）アクリレートとしてエチレング
リコールジ（メタ）アクリレート、ブタンジオールジ
（メタ）アクリレート等が挙げられるが、これらのアル
キル基の炭素数、水酸基の個数及び水酸基の結合位置は
特に限定されない。これら以外にも、ビスフェノールＡ
ＥＯ変性ジ（メタ）アクリレート、イソシアヌル酸ＥＯ
変性ジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコー
ルジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールジア
クリレートモノステアレート、ポリエチレングリコール
ジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ
（メタ）アクリレート、日本化薬社製「ＨＸ２２０」、
「ＨＸ６２０」、「Ｒ６８４」等を挙げることができ
る。

【００２８】本発明に用いられる高分子前駆体中の上記
単官能性モノマーと多官能性モノマーとの混合重量比
は、１／５〜２／１であり、好ましくは、２／５〜６／
５である。当該重量比で用いることにより、液晶高分子
複合体中の高分子化合物は単官能性モノマー由来の部分
と多官能性モノマー由来の部分とを当該重量比の範囲内
で含むものとなる。

【００２９】また、高分子前駆体に混合する液晶の混合
重量比としては、高分子前駆体に対して液晶を１倍〜５
０倍用いることが好ましい。特に好ましくは、１倍〜２
０倍である。その中でも１倍〜４倍でさらに好ましく用
いられる。液晶の使用量が高分子前駆体の１倍未満の場
合には、素子の光学特性が低下し、また、液晶を高分子
前駆体の４倍を超えて使用した場合には、高分子化合物
が全ての液晶を液晶滴として形成できない状況が発生し
やすく、いずれの場合も好ましくない。

【００３０】本発明においては、１種以上の単官能性モ
ノマーと１種以上の多官能性モノマーとを上記混合重量
比で混合し、高分子前駆体を調製する。

【００３１】本発明において高分子前駆体に混合する二
周波駆動液晶とは、印加する電圧の周波数により誘電異
方性の符号が異なる液晶である。例えば、低周波数の電
圧印加により液晶分子が電場方向と平行に配向し、高周
波数の電圧印加により電場方向と垂直に配向する。本発
明において用いられる二周波駆動液晶としては、例え
ば、２，３−ジシアノ−４−ペンチルオキシフェニル−
４−（トランス−４−エチルシクロヘキシル）ベンゾア
ート、２，３−ジシアノ−４−ペンチルオキシフェニル
−トランス−４−プロピル−１−シクロヘキサンカルボ
キシラート、２，３−ジシアノ−４−エトキシフェニル
−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘキシル）ベン
ゾアート、２，３−ジシアノ−４−エトキシフェニル−
４−（トランス−４−ブチルシクロヘキシル）ベンゾア
ート、２，３−ジシアノ−４−ブトキシフェニル−４−
（トランス−４−ブチルシクロヘキシル）ベンゾアート
等の低分子液晶を１種または２種以上の混合物として用
いることができる。液晶材料はネマチック相またはコレ
ステリック相を示す材料が好適に用いられるが、スメク
チック相を示す材料であっても上記の如く印加する電圧
の周波数により誘電異方性の符号が異なる液晶であれば
使用することが可能である。

【００３２】本発明ではさらに、必要に応じて光重合開
始剤を上記高分子前駆体と二周波駆動液晶との混合物に
添加しても良い。本発明で用いうる光重合開始剤として
は、例えば、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケ
トン（チバ・ガイギー社製「イルガキュア１８４」）、
ベンジルジメチルケタール（同社製「イルガキュア６５
１」）、２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フェニ
ル〕−２−モルホリノプロパノン−１−オン（同社製
「イルガキュア９０７」）、２−ヒドロキシ−２−メチ
ル−１−フェニルプロパン−１−オン（メルク社製「ダ
ロキュア１１７３」）、１−（４−イソプロピルフェニ
ル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン
（同社製「ダロキュア１１１６」）、２，４−ジエチル
チオキサントン（日本化薬社製「カヤキュアＤＥＴ
Ｘ」）とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル（同社製
「カヤキュア−ＥＰＡ」）との混合物、イソプロピルチ
オキサントン（ワードプレキンソップ社製「カンタキュ
アＩＴＸ」）とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチルとの
混合物、アシルフォスフィンオキシド（ＢＡＳＦ社製
「ルシリンＴＰＯ」）等を挙げることができる。該光重
合開始剤の使用割合は、高分子前駆体と二周波駆動液晶
との混合物の総重量に対して０．１〜５重量％の範囲に
あることが好ましい。

【００３３】本発明においては、上記高分子前駆体と二
周波駆動液晶との混合物を、基板間に封入し、紫外線を
照射する等、必要な処理を施すことにより重合反応を生
じせしめて硬化させ、液晶高分子複合体層を形成する。
当該重合反応に伴って、二周波駆動液晶は高分子化合物
より相分離し、液晶滴を形成する。

【００３４】上記のようにして形成された液晶高分子複
合体層は、例えば電圧無印加状態では液晶滴のダイレク
タがランダムであり、光を散乱する状態となって不透明
化している。この状態にある液晶高分子複合体層に、液
晶滴を形成している二周波駆動液晶の誘電異方性が正と
なる周波数を有する電圧を印加することにより、液晶成
分のダイレクタが電圧印加方向に揃うために、光が透過
する状態となり透明化する。この後、電圧を除去しても
該透明状態が保存される。次に、この透明化状態に二周
波駆動液晶の誘電異方性が負となる周波数を有する電圧
を印加することにより液晶成分のダイレクタが電圧印加
方向に垂直な方向にそろうため、光不透過の状態とな
る。引き続き該電圧を除去すると、液晶成分のダイレク
タは電圧印加方向に垂直或いはランダムとなり、光が散
乱されて不透明化が継続する。

【００３５】次に、本発明の液晶表示素子を構成する液
晶高分子複合体の構造について説明する。

【００３６】図３は、後述する本発明の実施例の液晶表
示素子の液晶高分子複合体層の構造を走査型電子顕微鏡
により撮影した写真を模式的に示しもので、（ａ）は剥
離面図、（ｂ）は断面図を示す。図３中、１は液晶高分
子複合体層、２は高分子化合物、３は液晶、４はガラス
基板である。図３において、ガラス基板４、４間に封入
された液晶高分子複合体層１は、主として球状の高分子
化合物２が集合して形成された高分子化合物層が、ガラ
ス基板４、４のうちいずれか一方の側に存在し、所々で
高分子化合物層が球状の高分子化合物２によって繋がっ
ており、この高分子化合物層の間に主として液晶３が挟
まれるように存在する構造となっている。

【００３７】図２は、当該実施例の液晶高分子複合体層
の構造を走査型電子顕微鏡により撮影した写真画像を示
したもので、（ａ）は剥離面図、（ｂ）は断面図を示
す。（ａ）は素子からガラス基板を剥離して露出した液
晶高分子複合体層剥離面の高分子化合物の構造の形態の
観察像である。数μｍのキャビティ（空隙）（図中Ａ）
と球状の高分子化合物（図中Ｂ）が網目状に連続して繋
がって観察される。尚、（ａ）は高分子前駆体の重合時
に紫外線を照射した側の観察像である。（ｂ）は液晶表
示素子の断面方向の素子構造の観察像である。図中、一
対の基板Ｃ、Ｄに挟持されて、主として液晶からなる層
（液晶層とも呼ぶ）Ｅ、主として高分子化合物からなる
層（高分子化合物層）Ｆが観察される。

【００３８】図２（ａ）、（ｂ）に示すような走査型電
子顕微鏡を用いた二次電子画像を得るための試料前処理
と観察条件について各々説明する。

【００３９】〔剥離面観察〕 前処理：液晶表示素子の上下の基板を上下方向に分離
し、高分子前駆体の重合時にＵＶ照射した側の面を高分
子化合物が溶解しないエタノールで洗浄し、液晶を除去
する。その後、表面に導電性を持たせるために金属を蒸
着する。本発明の場合、イオンビームスパッタによりプ
ラチナを約３０Åの厚さに蒸着した。

【００４０】使用機器：走査型電子顕微鏡は日立製作所
製の電界放出型走査型電子顕微鏡（型番「Ｓ−５０００
Ｈ」）を用いて観察した。

【００４１】観察条件：加速電圧＝１．０ｋＶ、試料傾
斜＝１５°で行った。

【００４２】〔断面観察〕 前処理：液晶表示素子の断面を作製する。

【００４３】使用機器：走査型電子顕微鏡は日立製作所
製の電界放出型走査型電子顕微鏡（型番「Ｓ−５０００
Ｈ」）を用いて観察した。

【００４４】観察条件：加速電圧＝０．８ｋＶ、断面方
向からの観察を行った。

【００４５】このように、本実施例の液晶表示素子の液
晶高分子複合体層の構造は、一方の基板に高分子化合物
層、もう一方の基板に液晶層が存在する不均一構造から
なることを特徴としている。このような構造となるの
は、高分子化合物層を形成する重合反応が紫外線の照射
される方向から進むことに起因するものである。つま
り、紫外線が上方から照射されると上方から重合反応が
進み、これに従って液晶３が相分離されて高分子化合物
の外に追い出され、下方に移動するものである。

【００４６】図４は、本発明の高分子分散型液晶表示素
子を用いた表示装置の一例を示すブロック図である。図
中、２０は本発明の液晶表示素子であり、例えば１００
ｍｍ角の基板を用いて作製される。該基板には例えば図
８に示すような単ビットの電極、或いは図７に示すよう
なマトリクス状にパターニングした電極が形成されてい
る。他の部材については基本的に図１に示した素子と同
様である。２１は電極引き出し部で、周知の駆動用ドラ
イバ２２に結線され、周知の駆動制御手段２３から駆動
信号が与えられる。

【００４７】

【実施例】（実施例１〜１５） 〔高分子前駆体と二周波駆動液晶との混合物の調整〕単
官能性モノマーとして２−ヒドロキシメチルメタクリレ
ート（ＨＥＭＡ）、２官能性モノマーとして日本化薬社
製「ＫＡＹＡＲＡＤ Ｒ−１６７」（１，６−ヘキサン
ジオールジグリシジルエーテルジアクリレート、以下、
Ｒ−１６７と記す。）、１，６−ヘキサンジオールジア
クリレート（ＨＤＤＡ）を表１に示す重量比で混合し
た。

【００４８】次に、二周波駆動液晶としてチッソ社製
「ＤＦ０１ＸＸ」（混合物）を上記高分子前駆体に表１
に示す重量比で混合した。また、該混合物１００重量部
に光重合開始剤としてチバガイギー社製「イルガキュア
１８４」を１重量部加えた。

【００４９】〔高分子分散型液晶表示素子の作製〕図８
に本例で用いた基板構成を模式的に示す。図中、５０は
基板、５１は表示部、５２は引き出し部である。当該基
板を用いて、高分子分散型液晶表示素子を作製した。

【００５０】ＩＴＯ電極を有し、セチルトリメチルアン
モニウムブロマイドを垂直配向剤として用いた、基板間
隔が７μｍのセル（イー・エッチ・シー社製）に、上記
で調製した高分子前駆体と二周波駆動液晶の混合物を封
入した。その後、該セルを１０５℃以上に保持したホッ
トプレート上に載置し、紫外線を１０ｍＷ／ｃｍ²の強
度で１０分間照射した。引き続き３０分間、紫外線を照
射せずに静置し、その後室温まで徐冷した。当該工程に
より、高分子前駆体が重合し、液晶高分子複合体層を狭
持した高分子分散型液晶表示素子が得られた。この段階
で素子は光散乱のため白濁していた。

【００５１】〔光学特性の評価〕得られた高分子分散型
液晶表示素子の光透過特性を評価するための装置のブロ
ック図を図５に示す。図中、３０は評価する液晶表示素
子であり、該素子の電極引き出し部に電圧印加手段３１
として任意波形発生器（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製「ＡＷ
Ｇ２００５型」）を電圧増幅手段３２である電圧アンプ
（ＮＦ社製「４０１０型高速アンプ」）を通して結線し
た。光源３３として水銀ランプ（ウシオ電機社製）を液
晶表示素子３０の一方に設け、該素子３０を挟んで光源
３３の反対側にＮＤフィルタ群（不図示）及び光透過量
検出器として光電子増倍管３４（浜松ホトニクス社製
「Ｈ５７８４−０３型」専用高圧電源（不図示）により
駆動）を設置した。これにより電圧印加による液晶表示
素子３０の光透過量が光電子増倍管３４によって検出さ
れ、該検出信号は表示出力手段３５であるオシロスコー
プ（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製「２４４５型」）に入力、
表示される。

【００５２】上記装置を用いて、以下の工程により本実
施例の液晶表示素子を評価した。当該工程における液晶
表示素子の表示部の透過率変化の一例を図６に示す。

【００５３】（１）素子に全く電圧を印加していない初
期状態であり、液晶高分子複合体層は光不透過の不透明
状態（ａ）である。

【００５４】（２）液晶表示素子に８０Ｖで１ｋＨｚの
電圧をｔ＝０で印加した（ｂ）。その結果、ＩＴＯ電極
に対応する表示部が透明化し、透過率が上昇した
（ｃ）。

【００５５】（３）上記電圧印加して３秒未満経過後に
当該電圧を除去した。その結果、表示部の透明性は若干
低下したものの、ほぼ維持された（ｄ）。この状態は任
意の時間経過後も保持された（透明メモリー状態）。

【００５６】（４）液晶表示素子に６０Ｖで８０ｋＨｚ
の電圧を印加した（ｅ）。表示部は不透明状態となっ
た。

【００５７】（５）上記電圧を印加して１秒未満経過
後、該電圧を除去した。その結果、表示部の不透明状態
は若干緩和したものの、ほぼ維持された（ｆ）。この状
態は任意の時間経過後も保持された（散乱メモリー状
態）。

【００５８】透明メモリー状態の保持率Ｍｔを、Ｍｔ＝
Ｔ₂／Ｔ₁とし、透明メモリー状態と散乱メモリー状態の
コントラストＣＲを、ＣＲ＝Ｔ₃／Ｔ₄と定義する。即
ち、Ｍｔが大きいほど電圧除去時の透明状態の低下が小
さく、ＣＲが大きいほどコントラストに優れていること
がわかる。

【００５９】本実施例の液晶表示素子の評価結果を表１
に示す。表１より明らかなように、本発明によれば、透
明メモリー状態の保持率が０．６以上、コントラストが
２以上と高い値が示された。また、本例の素子はいずれ
も、初期状態の透過率と散乱メモリー状態の透過率が同
じであり、ヒステリシスは見られなかった。

【００６０】〔走査型電子顕微鏡による高分子化合物層
の観察〕本実施例の液晶表示素子のうち、実施例１の素
子の液晶高分子複合体層について、走査型電子顕微鏡で
剥離面と断面を観察した方法について説明する。

【００６１】（１）剥離面の観察 先ず、液晶表示素子の上下のガラス基板（図１の１０、
１１）を上下方向に分離し、ＵＶを照射した側の面と他
の面、計２検体を得た。そして該２検体において用いた
高分子化合物が溶解不可であるエタノールで洗浄し、液
晶を除去した。その後、観察部の表面に導電性を持たせ
るために金属を蒸着した。本例ではイオンビームスパッ
タによりプラチナを厚さ３０Åほど蒸着した。

【００６２】走査型電子顕微鏡としては、日立製作所製
の電界放射型走査型電子顕微鏡（型番「Ｓ−５０００
Ｈ」）を用いて観察した。観察部位はＩＴＯの上の部分
（図８中の５１）をいずれも観察した。また、観察時の
最適な加速電圧は、被観察体の液晶表示素子の液晶の種
類、液晶と高分子前駆体の比率等によって異なるが、適
宜選択して観察を行った。本実施例では、最適な加速電
圧は１．０ｋＶであった。さらに、試料傾斜は０°でも
良いが、若干傾けて観察した方がよりキャビティの様子
が伺い知ることができるため、本実施例では試料傾斜を
１５°で観察した。

【００６３】観察の結果、上述のように、上下に分離し
た２検体では得られる像が異なっており、ＵＶ照射面の
方が高分子化合物組織が多く観察された。本実施例で得
られた走査型電子顕微鏡写真を図２（ａ）に示す。図２
（ａ）はＵＶを照射した側の電子顕微鏡像である。

【００６４】（２）断面の観察 液晶表示素子を観察部位（図８中の５１）であるＩＴＯ
上の断面が出るように、一対の基板（図１の１０、１
１）にガラスナイフ等で傷を付け、破断して断面を作製
した。

【００６５】上記剥離面の観察と同様、最適な加速電圧
条件は、被観察体の液晶表示素子の液晶の種類、液晶と
高分子前駆体の比率等によって異なるが、適宜選択して
観察を行った。本実施例では、最適な加速電圧は０．８
ｋＶであり、金属をコーティングしていない分、適正な
加速電圧は、上記の剥離面観察の場合より若干低かっ
た。

【００６６】このようにして得られた走査型電子顕微鏡
像を図２（ｂ）に示す。数箇所の観察部位を観察した
が、いずれも同様な像を得ることができた。図２中、
Ｃ、Ｄは基板、Ｅは主として液晶からなる層、Ｆは主と
して高分子化合物の集合体からなる層、である。図２か
ら明らかなように、主として高分子化合物の集合体から
なる層Ｆは、セル厚の半分より厚く、約４．５〜６．０
μｍの厚さであり、主として液晶からなる層Ｅは１．０
〜２．５μｍの厚さであった。また、主として液晶から
なる層Ｅと主として高分子化合物の集合体からなる層Ｆ
の界面は凹凸があるため、上述の各層の厚みには１．５
μｍ程度のバラツキが観察された。

【００６７】（実施例１６〜３０）図８に本例で用いた
基板構成を模式的に示す。図中、５０は基板、５１は表
示部、５２は引き出し部である。当該基板を用いて、高
分子分散型液晶表示素子を作製した。

【００６８】厚さ１．１ｍｍのガラス板の中央に１０ｍ
ｍ角の表示部５１と引き出し部５２を有するＩＴＯ電極
をスパッタ形成した基板に、予めポリイミド（日立化成
社製「ＬＸ１４００」）前駆体を厚さ約２００Å程度で
スピンコート法により塗布・加熱してポリイミド配向膜
を形成した。この基板にナイロン布を用いて移動速度２
ｍ／分、１０００ｒｐｍで６回のラビング処理を施し
た。表示部以外の部分に、印刷法により加熱硬化樹脂
（三井化学社製「ストラクトボンドＸＮ−５Ａ」）を若
干の開口部を残して印刷塗布し、７０℃にて３０分静置
して溶媒を蒸発させた。次に、該基板と同様の電極を有
し、ラビング処理を施した他方の基板に、直径７μｍの
シリカビーズ（宇部日東化成社製「ハイプレシカ」）を
スピンコートにより塗布した。次いで、両基板を重ね合
わせて固定加圧しながら、１５０℃で９０分間静置して
接着し、セルを作製した。

【００６９】上記セルに、実施例１〜１５で調整した高
分子前駆体と二周波駆動液晶の混合物（同様に光重合開
始剤を含む）を封入し、同様に重合、硬化させて液晶高
分子複合体層を形成し、本発明の高分子分散型液晶表示
素子を得た。

【００７０】得られた高分子分散型液晶表示素子につい
て、実施例１〜１５と同様に光学特性を評価した。結果
を表１に示す。表１に示されるように、本例では、同じ
液晶高分子複合体層を有する実施例１〜１５と同じ評価
が得られた。

【００７１】本実施例の液晶表示素子のうち、実施例１
６の素子の液晶高分子複合体層を走査型電子顕微鏡で観
察した。試料作製法、観察条件等は剥離面の観察、断面
の観察のいずれも実施例１〜１５で示したものと同様に
行った。本実施例での観察部分は図８中の５１に示した
ＩＴＯ上の部分である。

【００７２】本実施例で上記のように観察した結果、実
施例１〜１５と同様な主として高分子化合物の集合体か
らなる層（高分子化合物層）と主として液晶からなる層
（液晶層）が観察された。また、各層の厚み及び分布は
概ね上述の実施例と同程度であった。

【００７３】

【表１】

【００７４】（実施例３１）ＩＴＯ膜を有するＰＥＳフ
ィルム基板（住友ベークライト社製）を用い、該ＩＴＯ
膜上にフォトレジストを形成し、酸水溶液にてＩＴＯ膜
をエッチングして所望の形状にパターニングして電極を
形成した以外は、実施例１６〜３０と同様にしてセルを
作製し、液晶高分子複合体層を形成して液晶表示素子を
得た。得られた液晶表示素子について、実施例１６〜３
０と同様に光学特性を評価したところ、実施例１６〜３
０と同様の評価が得られた。

【００７５】（実施例３２）図７に示した構成の基板を
用いて高分子分散型液晶表示素子を作製した。図７中、
６０は１００ｍｍ角のガラス板からなる基板であり、そ
の表面にＩＴＯをパターニングしてなる画素部６１と引
き出し部６２からなる電極を有している。該基板に、実
施例１６〜３０と同様にして水平配向処理を施し、同様
に構成したもう１枚の基板（不図示）のＩＴＯのない部
分に実施例１６〜３０と同様に加熱硬化樹脂を印刷塗布
し、両基板を重ね合わせて加圧接着し、マトリクスセル
を作製した。該セルに、実施例１と同じ処方の液晶高分
子複合体層を実施例１と同様の工程で形成し、本発明の
高分子分散型液晶表示素子を得た。得られた液晶表示素
子は光散乱のため全面が白濁し、白色表示となってい
た。

【００７６】上記液晶表示素子を用いて、図４に示した
表示装置を構成した。当該表示装置において、各画素に
１２０Ｖ、２ｋＨｚの電圧を３秒未満印加したところ、
電圧印加が行われた画素のみが透明化し、該電圧除去後
も当該透明状態が保持された。当該工程を上方より観察
したところ、電圧が印加された画素のみ素子の背景が観
察された。

【００７７】次いで、任意の時間経過後、電圧を印加し
た画素に６０Ｖで３０ｋＨｚの電圧を１秒未満印加する
工程を２回連続して行ったところ、当該画素は初期の不
透明状態が復帰して白色表示となり、素子の背景は全く
観察されなくなった。

【００７８】（実施例３３）本例では、反射型の液晶表
示素子を構成した。

【００７９】１００ｍｍ角のガラス基板上にＴｉＣを成
膜し、図７のＩＴＯパターンと同じパターン形状にパタ
ーニングして電極を形成し、実施例１６〜３０と同様の
水平配向処理を施した。もう１枚のガラス基板には同様
のパターンでＩＴＯ電極を形成し、これら基板を用いて
実施例３２と同様にしてマトリクスセルを作製し、実施
例１と同じ処方の液晶高分子複合体層を実施例１と同様
の工程で形成し、本発明の高分子分散型液晶表示素子を
得た。得られた液晶表示素子は光散乱のため白濁し、白
色表示となっていた。

【００８０】本例の液晶表示素子を用いて、実施例３２
と同様に図４の表示装置を構成し、実施例３２と同様に
駆動し、ＩＴＯ電極側から評価・観察を行った。その結
果、実施例３２と同様の透明化のための電圧を印加した
画素では、ＴｉＣ電極の黒色が観察された。即ち、透明
状態の液晶高分子複合体層を透過した光がＴｉＣ電極で
反射された様子が観察された。次いで当該画素に実施例
３２と同様の不透明化の電圧を印加すると、初期状態が
復帰して再び白色表示となった。

【００８１】（実施例３４）実施例３２で作製した液晶
表示素子の片側に液晶表示用アルミ反射板を密着固定さ
せ、反射型の液晶表示素子を構成した。この液晶表示素
子を用いて、実施例３２と同様の表示装置を構成した。
上記反射板とは反対側を観察側として、実施例３２と同
様に駆動して評価した。その結果、透明化した画素では
反射板からの反射光が観察され、当該画素を不透明化し
て初期状態を復帰させると再び白色表示となった。

【００８２】（比較例１，２）２−ヒドロキシエチルメ
タクリレート４１重量部、架橋剤（比較例１：日本化薬
社製「ＨＸ−６２０」、比較例２：同社製「Ｒ−１６
７」）１７重量部、光重合開始剤（チバ・ガイギー社製
「ダロキュア１１７３」）３重量部からなる高分子前駆
体に、実施例１で用いた二周波駆動液晶を３９重量部混
合し、実施例１と同様のセルに封入して、紫外線を１８
０秒間照射し、液晶高分子複合体層を形成して高分子分
散型液晶表示素子を作製した。

【００８３】得られた液晶表示素子を用いて、実施例１
と同様に駆動したところ、比較例１の素子はＭｔ＝０．
４６、ＣＲ＝２．３９、比較例２の素子はＭｔ＝０．６
７、ＣＲ＝２．８３であった。また、いずれの素子も印
加電圧除去後に透明状態、不透明状態を維持するメモリ
ー性が低く、ヒステリシスが発生し、該ヒステリシスを
抑えて駆動するためにはより高い電圧が必要であった。
また、透明状態、不透明状態となるために必要な時間が
５秒以上で、実際の表示装置には適用が困難であった。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速応答性と良好なメモリー性を備え、不透明状態にお
いて初期状態に復帰する高コントラストな表示が可能な
高分子分散型の液晶表示素子が提供され、当該素子を用
いた表示装置の構成が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高分子分散型液晶表示素子の一実施形
態の構成を示す断面模式図である。

【図２】本発明の実施例の高分子分散型液晶表示素子を
走査型電子顕微鏡で観察した際の二次電子画像である。

【図３】本発明の実施例の高分子分散型液晶表示素子を
走査型電子顕微鏡で観察した際の二次電子画像の模式図
である。

【図４】本発明の高分子分散型液晶表示素子を用いて構
成した表示装置の一例のブロック図である。

【図５】本発明の高分子分散型液晶表示素子の光学特性
の評価装置の構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の実施例の液晶表示素子の評価工程にお
ける表示部の透過率変化の一例を示す図である。

【図７】本発明の実施例で用いた基板の構成を示す模式
図である。

【図８】本発明の実施例で用いた基板の構成を示す模式
図である。

【符号の説明】

１ 液晶高分子複合体層 ２ （球状）高分子化合物 ３ 液晶 ４ ガラス基板 １０，１１ 基板 １２，１３ 電極 １４ スペーサー １５ 液晶高分子複合体層 ２０ 高分子分散型液晶表示素子 ２１ 電極引き出し部 ２２ 駆動用ドライバ ２３ 駆動制御手段 ３０ 高分子分散型液晶表示素子 ３１ 電圧印加手段 ３２ 電圧増幅手段 ３３ 光源 ３４ 光電子増倍管 ３５ 表示出力手段 ５０ 基板 ５１ 表示部 ５２ 引き出し部 ６０ 基板 ６１ 画素部 ６２ 引き出し部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大山 淳史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 堀切 智成 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H089 HA04 JA04 JA06 KA04 KA08 QA16 SA01 TA01 TA04 TA07 TA17 2H093 NA17 NF11 5C094 AA13 BA09 BA43 EA05 EB02 FB01 GA10 JA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する一対の基板間に、高分子化合物
   層中に二周波駆動液晶を分散してなる液晶高分子複合体
   層と、上記液晶を駆動する電極とを少なくとも備えた高
   分子分散型液晶表示素子であって、前記高分子化合物
   が、単官能性モノマー由来の部分と多官能性モノマー由
   来の部分とを重量比で１／５〜２／１の範囲で含有する
   ことを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 上記液晶高分子複合体層が、上記二周波
   駆動液晶を上記高分子化合物の前駆体に対して１倍〜５
   ０倍の混合重量比で用いてなる請求項１記載の液晶表示
   素子。
3. 【請求項３】 上記二周波駆動液晶が初期状態で光学的
   に不透明であり、第１の駆動周波数を有する第１の電圧
   印加により該液晶が透明化し、該透明状態が該第１の電
   圧を除去した後も任意の時間保持され、上記透明状態の
   液晶に対して第２の駆動周波数を有する第２の電圧印加
   により該液晶が不透明化して初期状態に戻る請求項１ま
   たは２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 上記二周波駆動液晶の誘電異方性が、上
   記第１の電圧印加時に正を示し、上記第２の電圧印加時
   に負を示す請求項３記載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】 上記液晶高分子複合体層には、主として
   高分子化合物の集合体からなる領域と主として液晶から
   なる領域とが存在し、高分子化合物の集合体が上記基板
   の少なくとも一方に偏って密集している請求項１〜４の
   いずれかに記載の液晶表示素子。
6. 【請求項６】 上記液晶高分子複合体層が、透明状態と
   不透明状態を電気的に書き換え可能で双方向にメモリー
   性を有する請求項５に記載の液晶表示素子。
7. 【請求項７】 少なくとも請求項１〜６のいずれかに記
   載の液晶表示素子と、駆動用のドライバと、駆動制御手
   段を具備することを特徴とする表示装置。