JP2006201647A

JP2006201647A - 高分子分散型液晶表示素子

Info

Publication number: JP2006201647A
Application number: JP2005015055A
Authority: JP
Inventors: Rikiya Nakamura; 力也中村; Hideaki Imamura; 秀明今村
Original assignee: Sakamoto Yakuhin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sakamoto Yakuhin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】
本発明は、駆動電圧が低く、且つ高コントラスト表示となる液晶応答性に優れた高分子分散型液晶表示素子を提供する。
【解決手段】
一対の透明電極基盤間に狭持した高分子樹脂と液晶とから形成される高分子分散型液晶が、下記式（Ｉ）の構造を持つグリセリン系エチレンオキサイド付加物の部分エステル化合物またはグリセリン系部分エステル化合物のエチレンオキサイド付加物を含むことを特徴とする。
【化１】

［式（Ｉ）中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３はそれぞれ独立に、炭素数８〜２２のアシル基または水素原子であり、且つＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３のうち少なくとも一つはアシル基である。また、エチレンオキサイド基の付加モル数を表すａ、ｂ、ｃは０または１以上の整数で且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〜４０である。また、重合度ｎは１〜１０である。］

Description

本発明は、高分子分散型液晶表示素子に関するものである。詳しくは、駆動電圧が低く、且つ高コントラスト表示となる液晶応答性に優れた高分子分散型液晶表示素子に関するものである。

近年、技術的伸長の激しい携帯電話あるいはナビゲーションシステム、ノート型パソコン、液晶モニター、データプロジェクター、プロジェクション液晶テレビ等の携帯情報端末に用いられる液晶表示素子は、薄型化、低消費電力の要求が強い。従来の液晶パネル（液晶素子）では、光の偏光方向を揃えるための偏光板を必要とするため、入射光の半分以上は偏光板を通過する際に吸収されてしまい、画像輝度が低下するという問題があった。このため偏光板、バックライトを必要としない液晶表示装置の開発が盛んに行われている。電界により液晶分子の配列を制御して、光散乱状態を変化させることにより、白濁状態または透明状態を作り出す高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒ-ｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）を用いた光散乱型液晶パネルは、偏光板を不要とするため、画像輝度の低下が少ないという特徴を有しており、その開発が盛んに行われている。この方式は、液晶と高分子樹脂との複合体が２枚の電極基板間に挟持されており、液晶分子が正の誘電率異方性を有する場合、液晶分子の常光屈折率と高分子樹脂との屈折率を一致させておき、電圧を印加して液晶分子の長軸を電界に平行になるように配列させて高分子樹脂との屈折率と一致すると、界面の光散乱がないため透明状態になり、一方電圧が無印加のときには、液晶分子は種々の方向に配向しているため高分子樹脂との界面で屈折率が一致しないため光散乱が起こり白濁不透明状態になることを利用しているものである。

しかしながら、一方では、高分子分散型液晶はコントラストが低い、駆動電圧が高いことが問題となっており、コントラストの向上、駆動電圧の低下が求められている。コントラストを改良する方法として、少なくとも一方が透明な二枚の導電性基板間にコレステリック液晶、カイラルネマチック液晶、コレステリック液晶とカイラルネマチック液晶の混合液晶、またはホグラフィック高分子分散型液晶によるブラッグ反射を起こす液晶層が形成された反射型液晶表示装置において、光入射側導電性基板表面に増反射膜を設けたことを特徴とする液晶表示装置に関する特許（特許文献１参照。）や、高分子中に液晶滴を分散させた高分子液晶複合体層を複数積層して積層体とし、電極が形成されている一対の基板間に、前記積層体を保持した構造の高分子分散型液晶表示素子であって、前記各高分子液晶複合体層中の液晶滴内の液晶分子が、前記基板に対してほぼ平行に配向されており、かつ、基板にほぼ平行な面内では高分子液晶複合体層毎に互いに異なる方向に配向されていることを特徴とする高分子分散型液晶表示素子に関する特許（特許文献２参照。）も開示されているが、それぞれ増反射膜を設置する必要あり、また高分子液晶複合体層を複数積層して積層体とする必要があるため、薄型化・小型化に適していない。また、駆動電圧を改良する方法として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、特定の光硬化性化合物と液晶材料を挟持した後、特定の光硬化性化合物を硬化させた高分子分散型液晶光学素子に関する特許（特許文献３参照。）が開示されているが、特定原料を使用する方法であるため、原料が限定される。また、高分子マトリクス中に液晶を分散させた高分子分散型液晶層を電極を内側にして対向配置した一対の基板間に挟持し、前記一対の基板の両外側に一対の偏光板をそれぞれの偏光軸が直交するように配置し、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の電極を前記基板と水平方向の電界を印加可能な対をなす櫛歯形電極とし、前記一対の偏光板のうち一方の偏光軸が前記対をなす櫛歯形電極の櫛歯の突出方向と３０度ないし４５度で交差した液晶表示素子に関する特許（特許文献４参照。）も開示されているが、上述した液晶パネルは、電場印加時の光学状態が電場除去後に消去される、いわゆるメモリ性のない液晶を使用しているため、画像表示中は常に電圧を印加していなければならず、その分、消費電力が増加してしまうという問題があった。このため、バッテリにて駆動しなければならないような携帯用電子機器（例えば、携帯電話やＰＤＡやペーパーライクディスプレイ）の表示装置としては適していなかった。また、液晶をポリマーに分散して成る複合膜を２枚の透明電極板付基板の間に挟持して成る液晶表示において、該複合膜はアクリレート化合物が添加されて成ることを特長とする液晶表示素子を構成する複合膜がアクリレート化合物と界面活性剤とが添加されて成る特許（例えば、特許文献５参照。）も開示されているが、高ヒステリシスを保持した状態で低電圧駆動ができるものの、液晶応答速度の向上に関する内容ではない。また、少なくとも一方の電極が透明である一対の電極付き基板間に、液晶を分散保持するフッ素系界面活性剤を混合した重合性材料と液晶とからなる特許（例えば、特許文献６参照。）も開示されているが、低電圧での駆動は可能となるものの、コントラストは向上しておらず、また液晶応答速度の向上に関する内容ではない。即ち、従来の高分子分散型液晶表示素子では、低駆動電圧で高コントラスト表示ができ、且つ高速の液晶応答性を満足するバランスのとれた内容ではないのが現状であった。
特開２００１−２６４８１９号公報特開２００２−１２２８５４号公報特開平０６−２０２０８６号公報特開平０８−０６２５８６号公報特開平１０−１０２０６１号公報特開平０７−３１８９０９号公報

本発明の目的は、低印加電圧にて駆動することができ、且つ高コントラスト表示となる液晶応答性の速い高分子分散型液晶表示素子を提供することにある。

本発明者らは、種々検討の結果、特定の界面活性剤を使用することにより、低印加電圧にて駆動することができ、且つ高コントラスト表示となる液晶応答性の速い高分子分散型液晶表示素子を見出し、本発明を完成させた。即ち、一対の透明電極基盤間に狭持した高分子樹脂と液晶とから形成される高分子分散型液晶が、下記式（Ｉ）の構造を持つグリセリン系エチレンオキサイド付加物の部分エステル化合物またはグリセリン系部分エステル化合物のエチレンオキサイド付加物を含むことを特徴とする高分子分散型液晶表示素子を見出した。

［式（Ｉ）中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３はそれぞれ独立に、炭素数８〜２２のアシル基または水素原子で
あり、且つＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３のうち少なくとも一つはアシル基である。また、エチレンオキサイド基の付加モル数を表すａ、ｂ、ｃは０または１以上の整数で且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〜４０である。また、重合度ｎは１〜１０である。］

本発明に用いられる特定の界面活性剤を使用することにより、低印加電圧にて駆動することができ、且つ高コントラスト表示となる液晶応答性の速い高分子分散型液晶表示素子を得ることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の高分子分散型液晶素子は、一対の透明電極基盤間に狭持した高分子樹脂と液晶とから形成される高分子分散型液晶に、下記式（Ｉ）の構造を持つグリセリン系エチレンオキサイド付加物の部分エステル化合物またはグリセリン系部分エステル化合物のエチレンオキサイド付加物を配合させることにより得られる。

式（Ｉ）の構造を持つグリセリン系エチレンオキサイド付加物の部分エステル化合物またはグリセリン系部分エステル化合物のエチレンオキサイド付加物としては、平均重合度が１〜１０のグリセリンまたはポリグリセリンのエチレンオキサイド付加物の脂肪酸エステルまたは平均重合度が１〜１０のグリセリンまたはポリグリセリンの脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物を用いることができる。反応させるエチレンオキサイドの付加モル数が１未満の場合は、駆動電圧が低下し、液晶応答速度が向上するもののコントラストの改良がされず、エチレンオキサイドの付加モル数が４０を越える場合は、コントラストは高くなるものの、駆動電圧が高くなり、液晶応答速度が遅くなる。また反応させる脂肪酸の炭素数が８未満の場合は駆動電圧が低くなり、液晶応答速度が速くなるもののコントラストが低くなり、脂肪酸の炭素数が２２を越える場合はコントラストが高くなるものの十分ではなく、駆動電圧が高くなり、液晶応答速度が遅くなる。そのため反応させる脂肪酸の炭素数は８〜２２であり、式（Ｉ）中のＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３のうち少なくとも一つはアシル基であることが必要である。炭素数８〜２２の脂肪酸の部分エステル化合物でない場合、コントラストが低く、駆動電圧が高く、液晶応答速度が遅くなる。即ち、本発明に、界面活性剤として式（Ｉ）の構造を持つグリセリン系エチレンオキサイド付加物の部分エステル化合物またはグリセリン系部分エステル化合物のエチレンオキサイド付加物を配合しない場合は、液晶と高分子間に働いていると考えられる界面規制力（アンカリング）により駆動電圧が高く、液晶応答速度が遅くなる他、高分子中に存在する液晶の分散性が悪くなるためコントラストが低くなる。本発明に使用する界面活性剤としては、ジグリセリンエチレンオキサイド（１０）付加物のモノカプリン酸エステルが特に好ましく、コントラスト、駆動電圧、液晶応答速度の性能バランスが特に優れる。本発明に使用する界面活性剤は非イオン界面活性剤であり、他にも、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤等があるが、イオン系の界面活性剤を使用した場合、透明電極間に漏れ電流が発生し、装置の劣化を早め、その特性を低下させる等の問題がある。また、本発明に使用する界面活性剤は、樹脂１００重量部に対して０．１％〜１０重量％配合する。配合量が０．１％未満の場合は、界面活性の効果が薄れ、駆動電圧、コントラスト、液晶応答速度が改良されず、多すぎると重合層分離の際に均一な液晶ドメインが形成できない。従って、液晶と高分子樹脂間に働く界面規制力を効果的に低減させるため、本発明に使用する界面活性剤量は、高分子樹脂１００重量部に対し０．１〜１０重量％の範囲にあることが望ましい。

本発明の高分子分散型液晶素子に適用する液晶は、特に限定されないが、正の誘電異方性を有するネマチック液晶、カイラルネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶等を用いれば良く、特にネマチック液晶やカイラルネマチック液晶が適している。

本発明の高分子分散型液晶素子に適用する高分子材料としては、光照射や加熱、電圧印加等により重合反応を生じる単官能性モノマー、多官能性モノマー、オリゴマーを単独または混合して用いることができる。具体的には、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、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）アクリレート等が挙げられる。また、メチルセルローズ、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレン等の水溶性ポリマーやスチレン系の共重合樹脂も適用でき、高分子材料の種類を問わず用いることができる。

また、光重合反応性硬化樹脂を使用する場合は、光重合開始剤を添加して用いれば良い。そのような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（例：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（例：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−モルホリノプロパノン−１−オン（例：チバ・ガイギー社製「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（例：チバ・ガイギー社製「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（例：チバ・ガイギー社製「ダロキュア１１１６」）、２、４−ジメチルチオキサントン（例：日本化薬社製「カヤキュアＤＥＴＸ」）とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル（例：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（例：ワードブレキンソップ社製「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（例：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、高分子前駆体と液晶との混合物の総重量に対して０．０１〜５重量％の範囲にあることが好ましい。

また、本発明の高分子分散型液晶素子には適宜二色性色素を使用しても良い。二色性色素としては特に限定されなく、例えばアゾ系混合物、アントラキノン系混合物等がある。

以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１：表１に記載した処方に基づいて作成した混合物をＩＴＯ透明電極板上に最終時の高分子分散型液晶素子の厚さが１０μｍとなるよう適量を滴下し、もう一方のＩＴＯ電極をかぶせて、高圧水銀ランプを用いて１５ｍＷ／ｃｍ^２、２分間、紫外光を照射することにより、厚さ１０μｍの高分子分散型液晶素子を作成した。尚、原料として正の誘電率異方性を有するネマティック液晶としてＢＬ−００２（メルク社製）、重合性樹脂材料として２−エチルヘキシルアクリレート（日本触媒社製）及びＨＸ−６２０（日本化薬社製）、紫外線重合開始剤としてダロキュア４２６５（チバガイギー社製）、界面活性剤としてジグリセリンエチレンオキサイド（１０）付加物のモノカプリン酸エステルを使用した。上記、高分子分散型液晶素子を用いて、光透過率、駆動電圧、液晶応答速度を測定した。

比較例１〜５：表１に記載した処方に基づいて作成した混合物をＩＴＯ透明電極板上に最終時の高分子分散型液晶素子の厚さが１０μｍとなるよう適量を滴下し、もう一方のＩＴＯ電極をかぶせて、高圧水銀ランプを用いて１５ｍＷ／ｃｍ^２、２分間、紫外光を照射することにより、厚さ１０μｍの高分子分散型液晶素子を作成した。尚、液晶、重合性樹脂材料、紫外線重合開始剤は実施例１と同様の原料を使用し、界面活性剤としてＰＯＥノニルフェニルエーテル（日本油脂製ＮＳ−２１５）、ソルビタンモノラウリン酸エステル（花王製ＳＰ−Ｌ１０）、ＰＯＥ（２０）ソルビタンモノラウリン酸エステル（花王製ＴＷ−Ｌ１２０）、グリセリンモノラウリン酸エステル（理研ビタミン製Ｍ−３００）を使用した。実施例１と同様な方法で光透過率、駆動電圧、液晶応答速度を測定した。

結果を第２表に示す。

電圧無印加状態の光透過率をＴ_０（％）、１ｋＨｚ状態下にて電圧を印加した場合に光透過率が最大となる時の光透過率をＴ_ＭＡＸ（％）、コントラスト（ＣＲ）をＣＲ＝Ｔ_ＭＡＸ／Ｔ_０で表し、透過率がＴ_ＭＡＸの９０％に達したときの駆動電圧をＶ_９０で表す。また、液晶応答速度は、１ｋＨｚ状態下にて、１００Ｖの印加電圧をかけた場合の立ち上がり時間(ｍｓｅｃ)を測定した。

本実施例に記載したように、一対の透明電極基盤間に狭持した高分子樹脂と液晶とから形成される高分子分散型液晶に、下記式（Ｉ）の構造を持つグリセリン系エチレンオキサイド付加物の部分エステル化合物またはグリセリン系部分エステル化合物のエチレンオキサイド付加物を配合することにより、液晶光学素子がコントラスト、駆動電圧、液晶応答速度共に良好な性能を示すことがわかった。

本発明の高分子分散型液晶表示素子は、一対の透明電極基盤間に狭持した高分子樹脂と液晶とから形成される高分子分散型液晶が、下記式（Ｉ）の構造を持つグリセリン系エチレンオキサイド付加物の部分エステル化合物またはグリセリン系部分エステル化合物のエチレンオキサイド付加物を使用することにより、液晶と高分子樹脂間に働く界面規制力を低減させることで、低電圧駆動で且つ液晶応答性に優れた高コントラスト表示が可能な液晶光学素子となるため、調光ガラス、ディスプレイ、プロジェクター用シャッター、電子ペーパーへの応用が可能となる。また、装置の小型化、軽量化への対応が可能となる。

Claims

一対の透明電極基盤間に狭持した高分子樹脂と液晶とから形成される高分子分散型液晶が、下記式（Ｉ）の構造を持つグリセリン系エチレンオキサイド付加物の部分エステル化合物またはグリセリン系部分エステル化合物のエチレンオキサイド付加物を含むことを特徴とする高分子分散型液晶表示素子。

［式（Ｉ）中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３はそれぞれ独立に、炭素数８〜２２のアシル基または水素原子であり、且つＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３のうち少なくとも一つはアシル基である。また、エチレンオキサイド基の付加モル数を表すａ、ｂ、ｃは０または１以上の整数で且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〜４０である。また、重合度ｎは１〜１０である。］