JP2725283B2 - 液晶デバイス及びその製造方法 - Google Patents

液晶デバイス及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表示面を大型化できる液晶包蔵薄膜から成
る液晶デバイス及びその製造方法に関するもので、本発
明の液晶デバイスは、視野の開放及び照明光の透過制御
を電気的になし得るものであって、電圧を取り除いた後
も透明状態を維持することができる特徴(以下、メモリ
ー効果という。)を有するので、文字や図形を表示し、
その表示を一定時間維持する必要がある広告板、案内
板、装飾表示板等の表示用デバイスとして利用される。
〔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型のものが実用化されている。また、強誘電性
液晶を利用したものも提案されている。これらの液晶表
示素子は偏光板を要するものであり、また配向処理を要
するものである。
一方、それらを要さず、明るくコントラストの良い、
大型で廉価な液晶デバイスを製造する方法として、公表
特許公報昭58−501631号明細書には、ゼラチン、アラビ
アゴム、ポリビニルアルコール等のカプセル化物質によ
って液晶をカプセル化し、該カプセル化液晶を分散させ
たポリマーをフィルム化する方法が記載されている。
上記明細書に開示された技術において、ポリビニルア
ルコールでカプセル化された液晶分子は、それが薄層中
で正の誘電率異方性を有するものであれば、電界の存在
下でその液晶分子が電界の方向に配列し、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、誘明状態と
なる。電界が除かれると、液晶分子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、光の透過を遮断するので、薄層体
は白濁する。
この様にカプセル化液晶を分散包蔵したポリマーを薄
膜とする技術は、上記以外にも知られており、例えば、
公表特許公報昭61−502128号明細書には、液晶がエポキ
シ樹脂中に分散したもの、特開昭62−2231号明細書に
は、特殊な紫外線硬化ポリマー中に液晶が分散したもの
が記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、これらのカプセル化液晶を分散包蔵し
たポリマーを薄膜化した液晶デバイスは、電圧の存在下
に得られた透明状態が、電圧が除かれると共に元の白濁
状態に戻るので、メモリー効果を有しない。メモリー効
果を有する液晶デバイスを提供できれば、液晶デバイス
の用途が更に広がることが期待できる。
本発明が解決しようとする課題は、メモリー効果を有
する液晶デバイス及びその製造方法を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記課題を解決するために、以下に記述す
る第1タイプおよび第2タイプの液晶デバイスを提供す
る。
即ち、本発明の第1タイプの液晶デバイスは、電極層
を有する少なくとも一方が透明な2枚の基板とこれらの
基板の間に支持された調光層を有し、前記調光層が、ネ
マチック液晶材料と透明性固体物質から成り、前記ネマ
チック液晶材料が連続層を形成し、前記透明性固体物質
が前記ネマチック液晶材料中に分散してなる液晶デバイ
スであって、透明性固体物質が、(a)二官能のアクリ
レート系モノマー又はオリゴマーと(b)N−ビニル−
2−ピロリドンから成る重合性組成物を共重合させて得
られる合成樹脂である液晶デバイスであり、第2タイプ
の液晶デバイスは、電極層を有する少なくとも一方が透
明な2枚の基板とこれらの基板の間に支持された調光層
を有し、前記調光層が、ネマチック液晶材料と透明性固
体物質から成り、前記ネマチック液晶材料が連続層を形
成し、前記透明性固体物質が前記ネマチック液晶材料中
に分散してなる液晶デバイスであって、前記液晶材料が
トラン系液晶化合物を5〜50重量%の範囲で含有し、前
記透明性固体物質が一般式(I) (式中、Rは水素原子又はメチル基を表わし、nは1〜
9の整数を表わす。) で表わされるモノマーを重合させて得られる合成樹脂で
ある液晶デバイスである。
これらの液晶デバイスの製造は、好ましくは次のよう
にして行なうことができる。
即ち、第1タイプの液晶デバイスの製造方法として
は、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、必須成分として (1)ネマチック液晶材料、 (2)(a)二官能のアクリレート系モノマー又はオリ
ゴマーと (b)N−ビニル−2−ピロリドン から成る重合性組成物、 (3)光重合開始剤、 及び任意成分として連鎖移動剤、光増感剤、染料架橋剤
その他から成る溶液を介在させ、透明基板を通して紫外
線を照射し、それによって前記重合性組成物を共重合さ
せることにより、ネマチック液晶材料が連続層を形成す
ると共に、透明性固体物質がネマチック液晶材料中に分
散した調光層が基板の間に支持された液晶デバイスを製
造する方法が挙げられる。
また、第2タイプの液晶デバイスの製造方法として
は、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、必須成分として (1)トラン系液晶化合物を5〜50重量%の範囲で含有
するネマチック液晶材料、 (2)一般式(I)で表わされるモノマー、 (3)光重合開始剤 及び任意成分として連鎖移動剤、光増感剤、染料架橋剤
その他から成る溶液を介在させ、透明基板を通して紫外
線を照射し、それによって前記(2)モノマーを重合さ
せることにより、ネマチック液晶材料が連続層を形成す
ると共に、透明性固体物質がネマチック液晶材料中に分
散した調光層が基板の間に支持された液晶デバイスを製
造する方法が挙げられる。
これらのデバイスにおいて、基板は、ガラス、金属の
如き堅固な材料であっても良く、プラスチックフィルム
の如き柔軟性を有する材料であっても良い。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。また、基板の少なくとも一方は透明性を有し、その
2枚の間に支持される調光層を外界から視覚できるもの
でなければならない。但し完全な透明性を必須とするも
のではない。本発明の液晶デバイスを、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
に使用する場合には、2枚の基板は共に透明性を有する
必要がある。この基板には、目的に応じて透明、不透明
の適宜な電極が、その全部又は部分的に配置される。
2枚の基板の間には、ネマチック液晶材料及び透明性
固体成分が介在する。尚2枚の基板間には、通常、衆知
の液晶デバイスと同様、間隔保持用のスペーサを常法に
従って介在させるのが望ましい。
ネマチック液晶材料としては、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
クロヘキサンカルンボン酸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−置換ピリミジン等の通常、時計、電卓等の表
示装置に用いられているネマチック液晶を用いることが
できる。一般式(I)で表わされるモノマーから成る重
合性組成物を使用する場合には、トラン系液晶化合物を
5〜50重量%の範囲で含有するネマチック液晶材料を使
用する。
トラン系液晶化合物を含有するネマチック液晶材料と
しては、例えば、大日本インキ化学工業(株)製の「DO
X−4067」等を挙げることができる。
ネマチック液晶材料は、2枚の基体間で連続層を形成
することを要する。液晶材料成分の比率が低いと連続層
を形成しにくい。調光層成分に占める液晶材料の比率
は、好ましくは60重量%以上であり、より一層好ましく
は60〜90重量%である。
この液晶材料の連続相中に介在する透明性固体物質
は、粒子状に分散するものでも良いが好ましくは3次元
ネットワーク状の構造を有するものである。いずれにし
ても液晶材料との間で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。その透明性は、デバイス
の使用目的に応じて適当に定め得ると共に、その固体性
については、堅固なものに限らず目的に応じ得る限り、
可撓性、柔軟性、弾性を有するものであっても良い。粒
子状の場合その粒子は、光の波長に比して大きすぎたり
小さ過ぎる場合は光散乱性が期待できないが、目的に応
じて適当な大きさ、形状のものを選択することができ
る。
これらの透明性固体物質としては合成樹脂が好適であ
る。3次元ネットワーク状の構造を与えるものとしては
紫外線硬化型のモノマー若しくはオリゴマーが好まし
い。
本発明で使用する二官能のアクリレート系モノマー又
はオリゴマーとしては、例えば、1,6−ヘキサンジオー
ルジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレー
ト、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチ
レングリコールジアクリレート、エチレンオキシドビス
フェノールAジアクリレート、ジアクリル化イソシアヌ
レート、カプロラクトン変性ネオペンチルヒドロキシピ
バレートジアクリレート等が挙げられる。
N−ビニル−2−ピロリドンの使用割合は、重合性組
成物の10〜50重量%の範囲が好ましい。
一般式(I)で表されるモノマーは、Rは水素原子又
はメチル基を表わし、nが1〜9の整数を表わすものが
好ましく、nが3又は4を表わすものが特に好ましい。
本発明で使用できる光重合開始剤を以下に例示する
が、これらの光重合開始剤に限定されるものではない。
光重合開始剤の使用量は、調光層成分100重量部に対
し0.5〜10重量部の範囲が好ましく、1〜3重量部の範
囲が特に好ましい。
任意成分としては、連鎖移動剤、光増感剤、染料、架
橋剤等が挙げられ、前記モノマー、オリゴマー等の種類
や、所望の液晶デバイスの性能に合わせて適宜選択する
ことができる。
特に連鎖移動剤の併用は、モノマーまたはオリゴマー
の種類によっては極めて効果的で、樹脂の架橋度が高く
なり過ぎるのを防止し、それによって、液晶材料が電界
に応じて応答し易くされ、低電圧駆動性が発揮される。
連鎖移動剤の好例は、ブタンジオールジチオプロピオネ
ート、ペンタエリスリトールテトラキス(β−チオプロ
ピオネート)、トリエチレングリコールジメルカプタン
等である。連鎖移動剤の添加量は、使用するモノマーま
たはオリゴマーの種類によっても異るが、あまりに少な
いと効果が薄く、多過ぎるとデバイスの不透明度が低下
して表示のコントラストが悪くなる。その有効量は、モ
ノマーまたはオリゴマーに対して0.05〜30%と考えられ
るが、0.1〜20%が好適である。
この様な各成分を包含する溶液を2枚の基板間に支持
させるには、この溶液を基板間に注入しても良いが、一
方の基体上にスピンナ等のコータを使用して塗布し、次
いで他方の基板を重ねても良い。
未硬化の溶液を硬化させるには、透明基板を通して紫
外線を適当な線量で照射して行うことができる。モノマ
ーまたはオリゴマーまたは任意成分の種類によっては、
熱または電子線で代替することもできる。
このように構成された液晶デバイスは、従来の液晶デ
バイスにはなかったメモリー効果を有する。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。なお、実施例中における「部」は、「重量
部」を表わす。
実施例1 「DOX−4067」 74部 (大日本インキ化学工業(株)製ネマチック液晶材料) ポリエチレングリコール200ジアクリレート 24部 「ダロキュア 1173」 2部 (メルク社製光重合開始剤) 上記の組成を混合し、得られた混合物を10cm角の2枚
の導電性ガラス板の間に平均膜厚が15μmになるように
挿入し、紫外線を照射し、モノマーを硬化(高分子化)
させた。硬化条件は、液晶デバイスをメタルハライドラ
ンプ(80W/cm)の下を3.5m/分の速度で通過させ、紫外
線を照射した。与えたエネルギーは500mJ/cm2に相当す
る。
得られた液晶デバイスは、不透明状態にあり、駆動電
圧30Vを印加することによって透明状態に変化した。こ
の液晶デバイスは、電圧を取り除いた後も透明状態を維
持し、第1図に示したように3日後でも透明状態を維持
していた。
実施例1で使用したネマチック液晶材料「DOX−406
7」は一般式 (式中、R1は炭素原子数が2〜7の直鎖状アルキル基を
表わし、R2は炭素原子数が2〜7の直鎖状アルキル基又
はアルコキシル基を表わし、nは0又は1を表わす。) で表わされるトラン系化合物を39.0%を含有し、その諸
物性は以下の通りである。
転移温度 TNI=60.0℃ 屈折率の異方性 Δn=0.175 しきい値電圧 Vth=1.11Vrms 誘電率異方性 Δε=19.7 実施例2 実施例1において、ポリエチレングリコール200ジア
クリレートの代えてトリエチレングリコールジアクリレ
ートを用いた以外は、実施例1と同様にして液晶デバイ
スを製造した。
得られた液晶デバイスは、メモリー効果を有してい
た。
実施例3 「DOX−4062」 78部 (大日本インキ化学工業(株)製ネマチック液晶材料) 1,6−ヘキサンジオールジアクリレート 5.6部 N−ビニル−2−ピロリドン 5.6部 「ダロキュア 1173」 0.5部 上記の組成を用いる以外は、実施例1と同様にして液
晶デバイスを製造した。
得られた液晶デバイスは、不透明状態にあり、交流
(50Hz)電圧40Vを印加することによって透明状態に変
化した。この液晶デバイスは、電圧を取り除いた後も透
明状態を約1日間維持していた。
実施例3で使用したネマチック液晶材料「DOX−406
2」の組成は以下の通りである。
転移温度 TNI=60.3℃ 屈折率の異方性 Δn=0.140 しきい値電圧 Vth=0.99Vrms 誘電率異方性 Δε=22.7 実施例4〜6及び比較例1 第1表に示した組成を混合し、実施例1と同様にして
各種液晶デバイスを製造し、得られた各種液晶デバイス
のメモリー効果の有無を第1表に示した。
〔発明の効果〕 本発明の液晶デバイスは、偏光板が不要であり、製造
が容易であり、かつ、大型化が容易である。更に、本発
明の液晶デバイスは、メモリー効果を有し、電圧を取り
除いた後も同一表示を10分間〜数日間連続して表示する
ことができるので経済的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1で得た液晶デバイスの光透過
特性を示した図表である。曲線1は初期の不透明状態の
光透過特性を示したものであり、曲線2は電圧を印加
し、透明状態にした後、電圧を取り除いて3日後に測定
した透明状態の光透過曲線を示したものである。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極層を有する少なくとも一方が透明な2
    枚の基板とこれらの基板の間に支持された調光層を有
    し、前記調光層が、ネマチック液晶材料と透明性固体物
    質から成り、前記ネマチック液晶材料が連続層を形成
    し、前記透明性固体物質が前記ネマチック液晶材料中に
    分散してなる液晶デバイスであって、前記液晶材料がト
    ラン系液晶化合物を5〜50重量%の範囲で含有し、前記
    透明性固体物質が一般式(I) (式中、Rは水素原子又はメチル基を表わし、nは1〜
    9の整数を表わす。) で表わされるモノマーを重合させて得られる合成樹脂で
    あることを特徴とする液晶デバイス。
  2. 【請求項2】ネマチック液晶材料と一般式(I)で表わ
    されるモノマーの使用割合が重量比で60:40〜90:10の範
    囲にある請求項1記載の液晶デバイス。
  3. 【請求項3】電極層を有する少なくとも一方が透明な2
    枚の基板に、 (1)トラン系液晶化合物を5〜50重量%の範囲で含有
    するネマチック液晶材料、 (2)一般式(I) (式中、Rは水素原子又はメチル基を表わし、nは1〜
    9の整数を表わす。) で表わされるもモノマー、及び (3)光重合開始剤 から成る溶液を介在させ、透明基板を通して紫外線を照
    射し、それによって前記一般式(I)で表わされるモノ
    マーを共重合させることを特徴とする、ネマチック液晶
    材料が連続層を形成すると共に、透明性固体物質がネマ
    チック液晶材料中に分散した調光層が基板の間に支持さ
    れた液晶デバイスを製造する方法。
  4. 【請求項4】ネマチック液晶材料と一般式(I)で表わ
    されるモノマーの使用割合が重量比で60:40〜90:10の範
    囲にある請求項3記載の液晶デバイスを製造する方法。
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