JP2002180049A

JP2002180049A - 液晶デバイス

Info

Publication number: JP2002180049A
Application number: JP2001301172A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Umetsu; 安男梅津; Kiyobumi Takeuchi; 清文竹内; Haruyoshi Takatsu; 晴義高津
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【構成】電極層を有する少なくとも一方が透明な2枚
の基板間に一般式(1) 【化１】 (R¹及びR²：炭素原子数1〜12のアルキル基、アルコキシ
ル基、炭素原子数2〜12のアルケニル基又はアルケニル
オキシ基、環A：F又はCH₃によって置換されていてもよ
い1,4-フェニレン基又はトランス-1,4-シクロヘキシレ
ン基、B環及びC環：F又はCH₃によって置換されていても
よい1,4-フェニレン基、X¹及びX²：単結合、-COO-、-OC
O-、-CH₂CH₂-、-C≡C-、-CH₂O-又は-OCH₂-、n：0又は
1、*：光学活性中心)で表わされる化合物を含有する液
晶材料及び透明性固体物質から成る調光層を有する光散
乱形液晶デバイス。【効果】この液晶デバイスは、リバースモード駆動が
可能であり、低電圧で駆動し、ヒステリシス巾が小さ
く、電気光学特性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏光板を使用しない液
晶包蔵薄膜に関し、更に詳しくは、視野の遮断、透過を
電気的に操作し得るものであって、特に建物の窓やショ
ーウインドウなどで視野遮断のスクリーンに利用され、
更に文字や図形を表示し、高速応答性を以って電気的に
表示を切り換えることによって、広告板等の装飾表示板
や時計、電卓の表示装置や、明るい画面を必要とする表
示装置、例えばコンピューター端末の表示装置やプロジ
ェクションの表示装置として利用される液晶デバイスに
関する。

【０００２】

【従来の技術】偏光板や配向処理を要さず、明るくコン
トラストの良い液晶デバイスを製造する方法として、ポ
リマー中に液晶滴を分散させ、そのポリマーをフィルム
化する方法が知られている。

【０００３】また、液晶表示用デバイスの実用化に要求
される重要な特性である低電圧駆動性、更に高コントラ
スト、時分割駆動性を可能にする技術として、特開昭63
−240460号には、液晶材料の連続層中に、透明性固体物
質が三次元網目状に分布した構造を有する液晶デバイス
が開示されている。

【０００４】このような液晶デバイスは、電圧無印加時
には光が散乱することによって白濁し、電圧印加時には
光を透過させる、いわゆるノーマルモードで利用されて
いる。

【０００５】しかしながら、上記のような構造の液晶デ
バイスは、電圧無印加時に光を透過し、電圧印加時に光
を散乱させる、いわゆるリバースモードで駆動する液晶
デバイスの作製が困難であった。

【０００６】このリバースモードでの駆動を可能にする
液晶表示用デバイスの技術として、ヤング(Yang)等[ALC
OM SYMPOSIUM Volume 1(1991)]により、電極層上に配向
膜を有する2枚の透明な基板間に、ゲル状の4,4'-ビスア
クリロイルビフェニルのポリマー中に、コレステリック
液晶を分散させた液晶デバイスが報告されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
液晶デバイスはリバースモード駆動は達成されるもの
の、駆動電圧が高く、表示用液晶デバイスの実用化にお
いて重視される低い駆動電圧特性を備えていなかった。

【０００８】更に、上記の液晶デバイスにおけるノーマ
ルモードの駆動電圧が高く、電気光学特性において電圧
の上昇時と下降時の透過率が異なった値を有するヒステ
リシス現象が大きく、これが時分割駆動のマージンを低
下させ、階調表示を行う上で極めて問題であった。

【０００９】本発明が解決しようとする課題は、ノーマ
ルモード及びリバースモードでの駆動電圧が低く、ヒス
テリシス巾の小さい液晶デバイスを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、調光層中の液晶材料について鋭意検
討した結果、ノーマルモード及びリバースモードの駆動
電圧が低く、ヒステリシス巾の小さい液晶デバイスを作
製するに到った。

【００１１】即ち、本発明は前記課題を解決するため
に、光重合性組成物及び一般式(1)

【００１２】

【化２】

【００１３】(式中、R¹及びR²は各々独立的に、炭素原
子数1〜12のアルキル基、アルコキシル基、炭素原子数2
〜12のアルケニル基又はアルケニルオキシ基を表わし、
環Aはフッ素原子あるいはメチル基によって置換されて
いてもよい1,4-フェニレン基又はトランス-1,4-シクロ
ヘキシレン基を表わし、B環及びC環は各々独立的に、フ
ッ素原子あるいはメチル基によって置換されていてもよ
い1,4-フェニレン基を表わし、X¹及びX²は各々独立的
に、単結合、-COO-、-OCO-、-CH₂CH₂-、-C≡C-、-CH₂O-
又は-OCH₂-を表わし、nは0又は1を表わし、*は光学活性
中心を表わす。)で表わされる化合物を含有する液晶材
料からなることを特徴とする液晶デバイス用材料、更に
は、電極層を有する少なくとも一方が透明性を有する2
枚の基板と、この基板間に支持された調光層を有し、前
記調光層が透明性固体物質及び上記の液晶材料から成る
光散乱形液晶デバイスにおいて、前記透明性固体物質が
上記の光重合性組成物を重合して成るものであることを
特徴とする液晶デバイスを提供する。

【００１４】また、本発明における一般式(1)で表わさ
れる化合物を含有する液晶組成物は、螺旋ピッチの温度
依存性が良く、温度特性に優れた液晶デバイスを提供す
ることができる。

【００１５】本発明で使用する基板は、堅固な材料、例
えば、ガラス、金属等であっても良く、柔軟性を有する
材料、例えば、プラスチックフィルムの如きものであっ
ても良い。そして、基板は、2枚が対向して適当な間隔
を隔て得るものである。

【００１６】また、その少なくとも一方は透明性を有す
るものであるが、完全な透明性を必須とするものではな
い。もし、この液晶デバイスが、デバイスの一方の側か
ら他方の側へ通過する光に対して作用させるために使用
される場合は、2枚の基板は、共に適宜な透明性が与え
られる。

【００１７】この基板には、目的に応じて透明、不透明
の適宜な電極が、その全面又は部分的に配置されても良
い。

【００１８】本発明の液晶デバイスがコンピュータ端末
の表示装置やプロジェクションの表示装置等に利用され
る場合には、電極層上に能動素子を設けることが好まし
い。

【００１９】またポリイミド等の配向膜が、その全面又
は部分的に配置されていても良い。尚、2枚の基板間に
は、通常、周知の液晶デバイスと同様、間隔保持用のス
ペーサーを介在させることもできる。

【００２０】スペーサーとしては、例えば、マイラー、
アルミナ、ロッドタイプのガラスファイバー、ガラスビ
ーズ、ポリマービーズ等種々の液晶セル用のものを用い
ることができる。

【００２１】本発明で使用する液晶材料は、単一の液晶
化合物であることを要しないのは勿論で、これ以外の液
晶化合物や液晶化合物以外の物質を含んだ混合物であっ
ても良く、通常、この技術分野で液晶材料として認識さ
れるものであれば良く、そのうち正の誘電率異方性を有
する化合物からなるものが好ましい。その性能を最適化
するためには、カイラルネマチック液晶又はコレステリ
ック液晶が好ましいが、カイラルスメクチック液晶や一
般式(1)の化合物以外のカイラル化合物等が適宜含有さ
れていてもよい。これらの化合物としては通常使用され
ているものを特に制限なく用いることができる。

【００２２】本発明で使用するカイラルネマチック液晶
材料若しくはコレステリック液晶材料の螺旋ピッチは、
使用目的に応じて選択できるが、光散乱による不透明性
と透明性との間の十分なコントラストを得るために、0.
5〜5μmの範囲が特に好ましい。

【００２３】液晶材料としては、例えば、4-置換安息香
酸4'-置換フェニルエステル、4-置換シクロヘキサンカ
ルボン酸4'-置換フェニルエステル、4-置換シクロヘキ
サンカルボン酸4'-置換ビフェニルエステル、4-(4-置換
シクロヘキサンカルボニルオキシ)安息香酸4'-置換フェ
ニルエステル、4-(4-置換シクロヘキシル)安息香酸4'-
置換フェニルエステル、4-(4-置換シクロヘキシル)安息
香酸4'-置換シクロヘキシルエステル、4-置換4'-置換ビ
フェニル、4-置換フェニル4'-置換シクロヘキサン、4-
置換4''-置換ターフェニル、4-置換ビフェニル4'-置換
シクロヘキサン、2-(4-置換フェニル)-5-置換ピリジ
ン、コレステロール誘導体等を挙げることができる。

【００２４】前記調光層中の透明性固体物質は、繊維状
あるいは粒子状に分散するもの、あるいは液晶材料を小
滴状に分散させたフィルム状のもの、あるいは三次元網
目状の構造を有するものでも良いが、ゲル状であるもの
が好ましい。

【００２５】また、液晶材料は連続層を形成することが
好ましく、液晶分子の無秩序な状態を形成することによ
り、光学的境界面を形成し、光の散乱を発現させる上で
必須である。

【００２６】本発明で使用する光重合性組成物は、使用
目的に応じてその含有量を調整することができるが、光
散乱による不透明性と透明性との間の十分なコントラス
トを得るために、調光層形成材料中に0.1〜7重量%の範
囲で含有することが好ましく、0.1〜5重量%の範囲が特
に好ましい。

【００２７】また、透明性固体物質の構造を目的に応じ
て制御するためには、高分子形成性モノマー若しくはオ
リゴマーを含有する光硬化型重合性組成物が好ましい。

【００２８】透明性固体物質を形成する高分子形成性モ
ノマーとしては、例えば、スチレン、クロロスチレン、
α-メチルスチレン、ジビニルベンゼン：置換基とし
て、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、2-エ
チルヘキシル、オクチル、ノニル、ドデシル、ヘキサデ
シル、オクタデシル、シクロヘキシル、ベンジル、メト
キシエチル、ブトキシエチル、フェノキシエチル、アル
リル、メタリル、グリシジル、2-ヒドロキシエチル、2-
ヒドロキシプロピル、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピ
ル、ジメチルアミノエチル、ジエチルアミノエチル等の
如き基を有するアクリレート、メタクリレート又はフマ
レート；エチレングリコール、ポリエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル、1,3-ブチレングリコール、テトラメチレングリコー
ル、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコー
ル、トリメチロールプロパン、グリセリン及びペンタエ
リスリトール等のモノ(メタ)アクリレート又はポリ(メ
タ)アクリレート；酢酸ビニル、酪酸ビニル又は安息香
酸ビニル、アクリロニトリル、セチルビニルエーテル、
リモネン、シクロヘキセン、ジアリルフタレート、ジア
リルイソフタレート、2-、3-又は4-ビニルピリジン、ア
クリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリル
アミド、N-ヒドロキシメチルアクリルアミド又はN-ヒド
ロキシエチルメタクリルアミド及びそれらのアルキルエ
ーテル化合物；ネオペンチルグリコール1モルに2モル以
上のエチレンオキサイド若しくはプロピレンオキサイド
を付加して得たジオールのジ(メタ)アクリレート；トリ
メチロールプロパン1モルに3モル以上のエチレンオキサ
イド若しくはプロピレンオキサイドを付加して得たトリ
オールのジ又はトリ(メタ)アクリレート；ビスフェノー
ルA1モルに2モル以上のエチレンオキサイド若しくはプ
ロピレンオキサイドを付加して得たジオールのジ(メタ)
アクリレート；2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート
1モルとフェニルイソシアネート若しくはn-ブルチイソ
シアネート1モルとの反応生成物；ジペンタエリスリト
ールのポリ(メタ)アクリレート等を挙げることができ
る。

【００２９】また、高分子形成性オリゴマーとしては、
例えば、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル
(メタ)アクリレート、ポリウレタン(メタ)アクリレー
ト、ポリエーテル(メタ)アクリレート等を用いることが
できる。

【００３０】本発明で使用することができる光重合開始
剤としては、例えば、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
-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」)、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(メル
ク社製「ダロキュア1116」)、ベンジルジメチルケター
ル(チバ・ガイギー社製「イルガキュア651」)、2-メチ
ル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン
-1-オン(チバ・ガイギー社製「イルガキュア907」)、2,
4-ジエチルチオキサントン(日本化薬社製「カヤキュアD
ETX」)とp-ジメチルアミノ安息香酸エチル(日本化薬社
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IT
X」)とp-ジメチルアミノ安息香酸エチルとの混合物等が
挙げられるが、液状である2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フ
ェニルプロパン-1-オンが液晶材料、高分子形成性モノ
マー若しくはオリゴマーとの相溶性の面で特に好まし
い。

【００３１】本発明のリバースモード駆動の液晶デバイ
スは、例えば、次のようにして製造することができる。

【００３２】即ち、電極層を有する少なくとも一方が透
明性を有する2枚の基板間に、一般式(1)の化合物を含有
する液晶材料及び高分子形成性モノマーもしくはオリゴ
マーと、必要に応じて光重合開始剤、連鎖移動剤、光増
感剤、染料架橋剤を含有する調光層形成材料を介在さ
せ、該透明性基板を通して紫外線を照射して前記重合性
組成物を重合させることにより、透明性固体物質と液晶
材料から成る調光層を有する液晶デバイスを製造するこ
とができる。

【００３３】本発明のノーマルモード駆動の液晶デバイ
スは、例えば、次のようにして製造することができる。

【００３４】即ち、電極層を有する少なくとも一方が透
明性を有する２枚の基板間に、一般式(1)の化合物を含
有する液晶材料及び高分子形成性モノマーもしくはオリ
ゴマーと、必要に応じて光重合開始剤、連鎖移動剤、光
増感剤、染料架橋剤を含有する調光層形成材料を介在さ
せ、液晶材料の飽和電圧を印加しながら、該透明性基板
を通して紫外線を照射して前記重合性組成物を重合させ
ることにより、透明性固体物質と液晶材料から成る調光
層を有する液晶デバイスを製造することができる。

【００３５】調光層形成材料を2枚の基板間に介在させ
るには、この調光層形成材料を公知の注入技術により基
板間に注入してもよいが、一方の基板上に適当な溶液塗
布機やスピンコーター等を用いて均一に塗布し、次いで
他方の基板を重ね合わせ圧着させてもよい。

【００３６】本発明の液晶デバイスにおける光散乱性を
有する層の層厚は、使用目的に応じてその層厚を調整す
ることができるが、光散乱による不透明性と透明性との
間の十分なコントラストを得るために、基板間隔は、2
〜40μmの範囲が好ましく、6〜25μmの範囲が特に好ま
しい。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に
具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実
施例に限定されるものではない。尚、以下の実施例及び
比較例において「%」は「重量%」を表わす。また、各実
施例中の評価特性の各々は以下の記号及び内容を意味す
る。

【００３８】(1)T₀ ^NOR、T₁₀₀ ^NOR：デバイスを測光上か
ら外した状態で、光源の点灯時の光透過率を100%とし、
消灯時の光透過率を0%とした時、ノーマルモードにおけ
る電圧無印加時の液晶デバイスの光透過率(%)をT₀ ^NOR、
印加電圧の増大に伴って光透過率が変化しなくなった時
の透過率をT₁₀₀ ^NORとする。

【００３９】(2)T₀ ^REV、T₁₀₀ ^REV：デバイスを測光上か
ら外した状態で、光源の点灯時の光透過率を100%とし、
消灯時の光透過率を0%とした時、リバースモードにおけ
る電圧無印加時の液晶デバイスの光透過率(%)を
T₁₀₀ ^REV、印加電圧の増大に伴って光透過率が最小にな
った時の透過率をT₀ ^REVとする。

【００４０】(3)V₉₀ ^NOR、V₁₀ ^NOR：電圧無印加時の液晶
デバイスの光透過率(T₀ ^NOR)を0%とし、印加電圧の増大
に伴って光透過率が変化しなくなった時の透過率(T₁₀₀
^NOR)を100%とする時、光透過率90%となる印加電圧(V)を
V₉₀ ^NOR、光透過率10%となる時の印加電圧をV₁₀ ^NORとす
る。

【００４１】(4)V₉₀ ^REV、V₁₀ ^REV：電圧無印加時の液晶
デバイスの光透過率(T₁₀₀ ^REV)を100%とし、印加電圧の
増大に伴って光透過率が最小になった時の透過率
(T₀ ^REV)を0%とする時、光透過率90%となる印加電圧(V)
をV₉₀ ^REV、光透過率10%となる時の印加電圧をV₁₀ ^REVと
する。

【００４２】(5)急峻性γ：γ＝V₁₀ ^REV／V₉₀ ^REV、ある
いは、γ＝V₉₀ ^NOR／V₁₀ ^NOR

【００４３】(6)ヒステリシス：電圧を0Vから上昇させ
た時に、光透過率が50%(T₅₀ ^NOR又はT₅₀ ^REV)となる電圧
をV₅₀ ^UPとし、十分高い電圧から下降させた時に光透過
率が50%になる電圧をV₅₀ ^DOWNとする時、 ΔV＝V₅₀ ^UP−V₅₀ ^DOWN をヒステリシス現象の評価値とし、ヒステリシス巾とす
る。

【００４４】（実施例１）

【化３】の化合物4.2%及びエフ・ホフマン・ラ・ロッシュ社製ネ
マチック液晶組成物「RO-571」95.8%から成る液晶組成
物(A)を調製した。この液晶組成物(A)の諸特性は以下の
通りであった。転移温度 65.6 ℃ （N-I）螺旋ピッチ 2.0 μｍ (上記中、Nはネマチック相、Iは等方性液体相をそれぞ
れ表わす。以下同様。)

【００４５】この液晶組成物(A)97.8%、重合性組成物と
して式(a)

【化４】の化合物2.0%、重合開始剤として、「ダロキュア1173」
(メルク社製2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパ
ン-1-オン)0.2%から成る調光層形成材料を、平均粒径9
μmのスペーサーを電極層上に少量散布した5×5cmのITO
電極層及びポリイミド配向膜を有する2枚のガラス板の
間に挟み込み、紫外線を照射することによって重合性組
成物を重合させた。重合条件は、メタルハライドランプ
(80W／cm²)の下を、調光層形成材料を狭持したガラス基
板を3.5m／分の速度で通過させ、500mJ／cm²に相当する
エネルギーの紫外線を照射して液晶デバイスを得た。

【００４６】得られた液晶デバイスはリバースモード駆
動であり、特性は以下の通りであった。 V₁₀ ^REV ： 13.8V V₉₀ ^REV ： 10.1V γ ： 1.4 ヒステリシス： 0.7V

【００４７】（実施例２）

【化５】の化合物4.5%及び「RO-571」95.5%から成る液晶組成物
(B)を調製した。

【００４８】この液晶組成物(B)の諸特性は以下の通り
であった。転移温度 60.9 ℃ (N-I) 螺旋ピッチ 2.0 μm

【００４９】実施例1において、液晶組成物(A)を用いる
代わりに液晶組成物(B)を使用した以外は、実施例1と同
様にして液晶デバイスを得た。

【００５０】得られた液晶デバイスはリバースモード駆
動であり、特性は以下の通りであった。 V₁₀ ^REV ： 12.9V V₉₀ ^REV ： 9.7V γ ： 1.3 ヒステリシス： 0.8V

【００５１】（実施例３）上記液晶組成物(A)97.8%、重
合性組成物として式(a)の化合物2.0%、重合開始剤とし
て「ダロキュア1173」0.2%から成る調光層形成材料を、
平均粒径9μmのスペーサーを電極層上に少量散布した5
×5cmのITO電極層及びポリイミド配向膜を有する2枚の
ガラス板の間に挟み込み、20Vの電圧を印加しながら紫
外線を照射することによって重合性組成物を重合させ
た。重合条件は、メタルハライドランプ(80W／cm²)の下
を、調光層形成材料を狭持したガラス基板を3.5m／分の
速度で通過させ、500mJ／cm²に相当するエネルギーの紫
外線を照射して液晶デバイスを得た。

【００５２】得られた液晶デバイスはノーマルモード駆
動であり、特性は以下の通りであった。 V₁₀ ^NOR ： 3.0V V₉₀ ^NOR ： 9.4V ヒステリシス： 3.2V

【００５３】（実施例４）実施例3において、液晶組成
物(A)を用いる代わりに液晶組成物(B)を使用した以外
は、実施例3と同様にして液晶デバイスを得た。

【００５４】得られた液晶デバイスはノーマルモード駆
動であり、特性は以下の通りであった。 V₁₀ ^NOR ： 2.6V V₉₀ ^NOR ： 9.1V ヒステリシス： 3.5V

【００５５】

【発明の効果】本発明の液晶デバイスは、ノーマルモー
ド及びリバースモードでの駆動が可能であり、しかも低
電圧駆動性を有し、ヒステリシス巾の小さい光散乱形液
晶デバイスである。

【００５６】従って、本発明の液晶デバイスは、コンピ
ューター端末の表示装置、プロジェクションの表示素
子、自動車用ガラス等として極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/13 ５００Ｇ０２Ｆ 1/13 ５００ 1/139 1/139

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極層を有する少なくとも一方が透明な
2枚の基板と、この基板間に支持された調光層を有し、
前記調光層が透明性固体物質及び液晶材料から成る液晶
デバイスにおいて、前記透明性固体物質が光重合性組成
物を重合して成るものであり、前記液晶材料が一般式
(1) 【化１】 (式中、R¹及びR²は各々独立的に、炭素原子数1〜12のア
ルキル基、アルコキシル基、炭素原子数2〜12のアルケ
ニル基又はアルケニルオキシ基を表わし、環Aはフッ素
原子あるいはメチル基によって置換されていてもよい1,
4-フェニレン基又はトランス-1,4-シクロヘキシレン基
を表わし、B環及びC環は各々独立的に、フッ素原子ある
いはメチル基によって置換されていてもよい1,4-フェニ
レン基を表わし、X¹及びX²は各々独立的に、単結合、-C
OO-、-OCO-、-CH₂CH₂-、-C≡C-、-CH₂O-又は-OCH₂-を表
わし、nは0又は1を表わし、*は光学活性中心を表わ
す。)で表わされる化合物を含有するカイラルネマチッ
ク液晶材料若しくはコレステリック液晶材料であり、液
晶材料の螺旋ピッチが0.5〜5μmであり、調光層の厚さ
が2〜40μmであることを特徴とする液晶デバイス。
【請求項２】透明性固体物質がゲル状に液晶材料中に
含有されている請求項1記載の液晶デバイス。
【請求項３】透明性電極層に能動素子を設けたことを
特徴とする請求項1又は2記載の液晶デバイス。