JP2896358B2 - 変調光透過に適した重合体/液晶複合材料及びその製造方法 - Google Patents

変調光透過に適した重合体/液晶複合材料及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、変調光透過に適し
た重合体/液晶複合材料で、視角による光透過レベル
が、液晶を含まない重合体自身のそれと同様である最大
透明度を有する複合材料に関する。本発明は、前記材料
の製造方法にも関する。
【0002】
【従来の技術】最近数多くの重合体/液晶複合材料が作
られてきており、これらは、大画面表示装置の製造のよ
うな光電気(opto-electrical )型用途で極めてよく知
られるようになってきた。実際には液晶自身はこの種の
用途に適した材料ではない。
【0003】第一の問題は、液晶層を通る光学的透過率
の制御に偏光層を使用する必要があり、それらは明確に
特定の方向に偏光した光成分しか透過させないので、全
光度を著しく減少するということにある。
【0004】第二の問題は、大きな表面積及び一定の厚
さを有する活性層を得るのを極めて困難にしている液晶
物質の流動性である。
【0005】このために、液晶の光学的性質と重合体に
典型的な機械的性質とを一緒にすることができる複合材
料を得る大きな科学的努力が払われてきた。
【0006】カプセル化液晶、それらの光電気装置での
使用形態、及びそれらの製造方法がJ.L.ファーガソ
ン(Fergason)による米国特許第4,435,047号明
細書に記載されている。これらのカプセル化液晶は、カ
プセル化媒体内に液晶のばらばらな微小液滴を入れたも
のから作られている。液滴は球形及び他の幾何学的形態
の両方になっている。ファーガソンによる特許に与えら
れている例は、ポリビニルアルコール(PVA)中に閉
じ込めたカプセル化液晶に関する。その閉じ込めは、液
晶とPVAの水性エマルジョンから溶媒を蒸発すること
によって得られる。得られるフイルムは、省略してNC
APとして当技術分野で知られている。
【0007】J.W.ドーネ(Doane)その他による米国
特許第4,688,900号明細書には、液晶のばらば
らな液滴を閉じ込めるのに広い範囲の重合体材料を用い
ることを可能にし、大画面表示器の製造に用いるのに適
した複合体フイルムを得ることを可能にする新しい複合
体フイルム製造方法が記載されている。これらの新しい
材料は、液晶分散重合体(Polymer Dispersed Liquid Cr
ystal)(略称PDLC)として当技術分野では知られて
いる。
【0008】上で言及した材料の構造は図1に示した形
をしており、その図は典型的なPDLC材料の粒子構造
を示す電子顕微鏡写真である。
【0009】表面に見える穴は液晶で埋められている。
【0010】これらのフイルムを表示技術に適用した場
合を図1に例示する。ここでIo は入射光強度であり、
It は透過光の強度である。図2aは、微小液滴内の液
晶の配向は均一ではなく、全分布が液滴毎に異なってい
ることを示しており、この種の形態は高度の散乱性をも
っている。図2bは、電場の影響により液晶の配向が全
材料に亙って均一になったことを示している。この形態
は光の通過を可能にする。
【0011】上で述べた材料は、表示技術に適用した場
合、偏光装置を使用する必要はない。これは、外部から
の電場によって光の散乱を制御することができることに
関係している。
【0012】これらの電場がないと光学的均一性の欠如
により材料は不透明になり、それは液晶の光学的異方性
により大きくなる。一軸系の場合、液晶の屈折率は主た
るメソフェーズ系で二つの成分を有することが見出され
ている。メソフェーズに沿った偏光成分についてはN
e、その方向に直角な偏光成分についてはNoである。
【0013】液晶微小液滴の内部は、重合体表面の無秩
序効果により変化可能な方向分布を持つ特徴を有する。
【0014】この機構は材料内に高度の光学的不均一性
を生じ、そのため効果的な光散乱を生じ、材料を不透明
にする。電場を印加すると、液晶はフイルム全体に亙っ
て均一な配向が与えられ、もし重合体の屈折率を液晶の
屈折率の一つの成分(その方向が電場に沿っている場合
にはNe、その方向が電場に対し直角な場合にはNo)
と一致するような仕方で選択されているとそのフイルム
は透明になる。
【0015】しかし、もし屈折率が上で示したように一
致していると、一つの方向、通常フイルムの表面に垂直
な方向から見た時、フイルムは完全に透明なだけであ
る。他の可能な視角については、液晶の屈折率はもはや
重合体の等方的屈折率に相当せず、その結果透明度は減
少する。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】一般的に言って、NC
AP又はPDLC材料のフイルムは見る方向がフイルム
の表面に対する直角方向から離れて行くに従って次第に
益々不透明になる。上で言及した材料では、30°を越
える入射角では光学的透過率はひどく減少する。
【0017】この効果は図3に例示されており、フイル
ム表面に垂直な方向と入射光の方向との間の角度として
定義される視角に従って変化する透過光の典型的な変動
が示されている。グラフのx軸は視角を示し、y軸は透
過光の強度を任意単位で示している。30°より大きい
とPDLCフイルムは重合体単独の場合と比較して著し
い透過光の減少を示していることに注目すべきである。
【0018】
【課題を解決するための手段】この問題は、重合体を液
晶中に分散させ、その液晶媒体が微小液滴内にカプセル
化されたり、或は別々になった部分内に閉じ込められて
はいないが、重合体自身とよく混合されており、連続的
で不規則な分布を与えている新しい型の重合体/液晶複
合材料を用いることにより解決される。
【0019】重合体を取り込んだ液晶(Polymer Entrapp
ed into Liquib Crystals)(略称PELC)と今後呼ぶ
ことにするこの材料は、普通には不透明であるが、NC
AP又はPDLCフイルムと同様なやり方で電場を適用
することにより透明になる。更に、この材料の特別な形
態的性質は、次の記載で例示するように、光学的コント
ラストが極めて高くなっている場合でも、60°より小
さい視角に対して約1%のヘイズ(Haze;曇り)値(残
留散乱)しか持っておらず有利であるような性質であ
る。
【0020】二つの成分、重合体及び液晶の量の比は、
NCAP又はPDLCで通常用いられている同じもので
あるが、この材料を得ることができる濃度範囲は20〜
70重量%の液晶の範囲にある。
【0021】本発明による材料の別の態様は、好ましく
はその自然的状態で透明であることである。
【0022】外部からの電場によって中間的(mesogenou
s)分子を回転させることにより透明状態から不透明状態
へ移行させ、このようにして液晶の屈折率を重合体の屈
折率と異なるように設定し、それによって上記原料の機
能と同じ、そして反対の機能を遂行させる。
【0023】上記材料は、本発明の更に別の目的を形成
する方法によって得られ、その方法は、高速重合誘導相
分離(Fast Polymerisation Inducing Phase Separatio
n)(略称FPIPS)として定義する。実際、重合体を
液晶媒体中に分散させることにより、重合体前駆物質の
重合速度が非常に高い場合、液晶が連続的で不規則な分
布を取ることが驚いたことに見出された。従って、紫外
線の効果により、窒素雰囲気中で100ミリ秒より短い
時間内で80%〜85%の転化率で重合する初期単量体
を使用する。
【0024】新規なPELC化合物をガラス又はプラス
チック支持体に付着させる量は、PDLC化合物の場合
と同じ位高い量になっている。
【0025】従って、本発明の一つの目的は、変調光透
過に適した液晶複合材料において、重合体を、連続的で
不規則な分布により該重合体自身とよく混合された液晶
媒体中に分散させたものから形成され、視角による光の
透過レベルの変動が、前記液晶がない場合の重合体自身
のそれと同様な最大透明度の状態を有することを特徴と
する複合材料にある。
【0026】本発明の更に別の目的は、出発単量体を、
その混合物が液晶の屈折率に一致した屈折率を与える結
果になるような屈折率を有するジアクリレート単量体か
ら選択する、重合体/液晶複合材料を得る方法にある。
【0027】本発明の更に別の目的は、伝導性ガラス又
はプラスチック表面の間に入れた重合体/液晶複合材料
のフイルムから構成され、電場を適用することによって
変えることができる光学的透過率を有することを特徴と
する電解装置にある。
【0028】
【発明の実施の形態】本発明の更に別の特徴は、図面及
び態様の実施例を参照して一層よく分かるであろうが、
それら実施例によって本発明は、何等限定されるもので
はない。
【0029】本発明の方法を遂行し、目的の材料を形成
するのに適した単量体は、液晶の屈折率に適合させるこ
とができる屈折率を有する。それらはジアクリレート単
量体の系統から選択される。
【0030】例1 単量体として、1.5570の屈折率を有するプロピレ
ン ビスフェノールA ジアクリレート(PBADと略
称する)と、1.450の屈折率を有するトリ−プロピ
レン グリコール ジアクリレート(TPGDAと略称
する)、を選択した後、メルク(Merck)社により製造さ
れた液晶E7を室温で45重量%の割合で、1:2.
2:0.16に相当する重量比のPBAD:TPGD
A:光開始剤混合物と混合した。ハルドリッチ(Haldric
h)社により製造されたイルガキュワー(IRGACURE)651
を光開始剤として使用した。
【0031】この混合物の30μの厚さのフイルムを伝
導性表面を有するガラススライド(例えば、ITO薄層
を用いて得られたもの)の間に付着させた。このように
して製造したセルを、水銀蒸気ランプ(フィリプスHK
P125W)により生じた紫外線に、そのランプから約
3cmの距離に維持しながら照射した。
【0032】60V、1KHzでのPELCフイルムの
光電気応答性を視角に対して図4に示す。同じ図は、上
述のものと同様なセルであるが、液晶のない重合体材料
単独を含むセルの光学的透過率も示している。
【0033】PELCセルの光透過率及び重合体単独の
入ったセルの光透過率は、同様な角度依存性を有するこ
とが分かる。
【0034】このことは、PDLCセルでの40°を超
える視角に対する透過率の僅かな低下はヘイズ(曇り)
によるものではなく、全て反射による可能性があること
を意味している。
【0035】材料の形態は、SEM(走査電子顕微鏡)
を用いて得られた写真で例示してあり、図5aに与えら
れている。材料は、PDLC又はNCAPとして分類す
ることができるものとは形態的に非常に異なっているよ
うに見える。実際、図1で典型的「スイスチーズ(Swiss
Cheese)」構造の兆候はなく、それに対し図1ではそれ
を見ることができる。光学的偏光顕微鏡を用いて得られ
た写真も図5bに示す。明るい斑点は液晶の領域であ
る。
【0036】例2 液晶E7を、例1で用いたのと同じ重合体混合物と65
%に相当する重量比で混合した。PELCセルを、例1
に記載したやり方で製造した。図6a及び図6bに与え
たSEM及び光学的顕微鏡写真によりその材料の形態を
例示する。
【図面の簡単な説明】
【図1】典型的なPDLC材料の粒子構造を示す電子顕
微鏡写真である。
【図2】表示器技術に適用したフイルムの概略的断面図
であり、aは光散乱状態を示し、bは透明な場合を示
す。
【図3】視角による光学的透過率の変動を示すグラフで
ある。
【図4】PELCフイルムの60V、1KHzでの光電
気応答性の変動を、重合体だけを用いて形成した同様な
セルの透過率と比較して示したグラフである。
【図5】図5において、aは、例1で得られた本発明に
よる材料の粒子構造を示す電子顕微鏡写真であり、bは
例1の同じ材料の粒子構造を示す光学的偏光顕微鏡写真
である。
【図6】図6において、aは、例2で得られた材料の粒
子構造を示す電子顕微鏡写真であり、bは例2で得られ
た材料の粒子構造を示す光学的偏光顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09K 19/54 G02F 1/1333

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 変調光透過に適したPELC型の重合体/液
    晶複合材料において、重合体を、連続的で不規則な分布
    により該重合体とよく混合された液晶媒体中に分散させ
    たものからなり、重合体が100ミリ秒以下の重合時間を
    有するジアクリレート単量体から選択された出発単量体
    の重合により、80%〜85%の転化率で形成されたものであ
    り、液晶の濃度が20重量%〜70重量%の範囲内にあり、視
    覚による光の透過レベルの変動が前記液晶がない場合の
    重合体自身のそれと同様な最大透明度の状態を有する、
    複合材料。
  2. 【請求項2】 60°より小さな視覚に対し約1%の残留散
    乱値(ヘイズ)を示す、請求項1に記載の重合体/液晶複合
    材料。
  3. 【請求項3】 出発単量体を、液晶の屈折率に一致した
    屈折率を有するジアクリレート単量体から選択する、請
    求項1又は2に記載の重合体/液晶複合材料を製造する方
    法。
  4. 【請求項4】 単量体プロピレートビスフェノールA ジ
    アクリレート (PBAD)及び単量体トリ-プロピレングリコ
    ールジアクリレート(TPGDA)から形成された混合物を、
    透明重合体マトリックスを得るように選択する、請求項
    3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 出発単量体の重合反応を窒素雰囲気中で
    行う、請求項3又は4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 伝導性ガラス又はプラスチック表面の間
    に入れた、請求項1〜2のいずれか1項に記載の重合体/液
    晶複合材料のフィルムから作られ、電場の適用により光
    学的透過レベルを変動させることができる光電気装置。
  7. 【請求項7】 光透過値の変動が、0°〜60°の範囲内
    の視覚内で視覚には無関係である、請求項6に記載の光
    電気装置。
  8. 【請求項8】 約1%の残留散乱値(ヘイズ)を有する請求
    項6又は7に記載の光電気装置。
  9. 【請求項9】 正常状態で透明であり、外部からの電場
    の適用により不透明になる、請求項6〜8のいずれか1項
    に記載の光電気装置。
JP9086793A 1996-04-04 1997-04-04 変調光透過に適した重合体/液晶複合材料及びその製造方法 Expired - Lifetime JP2896358B2 (ja)

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