JP3279710B2 - 液晶光学素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶が高分子樹脂マト
リクス中に分散保持され、重合開始剤を用いて製造され
た高分子分散型液晶を用いた液晶光学素子に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶分子の屈折率と同じ屈折率を
有する高分子に、ネマチック液晶を分散保持させた高分
子分散型液晶を、電極を有する上下一対の基板間に挟み
込み、電界の有無により、液晶の屈折率を変化させ、散
乱状態と透過状態とを切り換える液晶光学素子が、多く
の研究、開発者の注目を集めている（特表昭５８−５０
１６３１号公報、特開昭６０−２５２６８７号公報、特
表昭６１−５０２１２８号公報参照）。

【０００３】図２は、この液晶光学素子の表示原理を示
す概略図である。電圧無印加状態（同図（ａ））では、
液晶２４の分子軸がランダムな方向を向くため液晶領域
の屈折率が周囲の高分子層２５の屈折率と異なり、液晶
光学素子に入射した光（入射光２２）は散乱光２３とな
り、その結果、散乱状態が得られる。一方、透明電極２
１に電界を印加した状態（同図（ｂ））では、液晶２４
の分子軸が電界方向に配列し、基板に垂直に入射した光
に対しては、液晶領域の屈折率が周囲の高分子層２５の
屈折率とほぼ一致するため、液晶光学素子に入射した光
（入射光２２）は、透過光２６となり、その結果、透過
状態が得られる。

【０００４】この高分子分散型液晶を用いた液晶光学素
子は、光の散乱を利用するため、偏光板を使用する必要
がなく、従来のツイステッドネマチック（ＴＮ）型の液
晶光学素子のように、直線偏光を得るために、偏光板を
使用しなければならない液晶光学素子に比べ、明るく、
視野角の広い表示が可能になる。

【０００５】高分子分散型液晶の製造法には、高分子と
液晶を共通の溶媒に溶解し、基板上にキャストする溶媒
キャスト法（J.Membrance Sci.,vol.11,p.39-52,Jan.,1
982）、 高分子多孔質膜の空孔中に、液晶を含浸させる
含浸法（Applied physicsLetters,vol.48,no.1,p.22-2
4,Jan.1982）、高分子の水溶液に液晶を乳化、分散させ
てキャストする乳化法（SID Int.Symp.Dig.Tech.,vol.1
6.p.68,1985）、液晶と重合性モノマーの均一溶液を作
り、これを重合によって相分離し、相分離構造を形成す
る重合法（Applied physics Letters,vol.48,no.4,p.26
9-271,Jan.1985）等がある。

【０００６】これらの製造法のうち、含浸法は、工業的
に応用した例は少ない。乳化法、溶媒キャスト法、重合
法は応用例はあるが、高分子分散型液晶を液晶光学素子
等ディスプレイ用に応用する場合、高分子分散型液晶を
電極を有する基板上に形成し、精密に上下一対の基板の
位置を合わせる必要があり、分散溶媒である水や溶剤を
基板上で揮発する必要のある乳化法、溶媒キャスト法で
は基板の貼り合わせが困難でる。従って、ディスプレイ
に応用する際には、溶媒を必要としない重合法が適して
おり、特に、重合時間が短く、製造が極めて簡単に行え
る光重合法がよく用いられ、投射型ディスプレイへの応
用が検討されている（特開平１−２２９２３２号公
報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、重合法によ
って作製した高分子分散型液晶では、重合が十分でな
く、重合開始剤の未重合の物質がその内部に残存する場
合がしばしば起こる。このような未重合物質が残存した
高分子分散型液晶を用いた液晶光学素子を投射型ディス
プレイ等のディスプレイに応用した場合、光源等からの
光によって、上記未重合物質が不純物となり、液晶材料
や高分子材料の光劣化反応を誘発し、その結果、液晶光
学素子の表示性能の劣化を引き起こす。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶光学素子
は、液晶が高分子樹脂マトリクス中に分散保持され、所
定の波長の領域に吸収帯を有する重合開始剤を用いて製
造された高分子分散型液晶を一対の電極付き基板間に挟
持して成る液晶光学素子において、 前記高分子分散型液
晶中に残存した前記重合開始剤への光を遮断する前記所
定の波長の光カット手段が設けられている液晶光学素子
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶光学素子
は、液晶と重合性の高分子材料及び重合開始剤から成る
組成物を、少なくとも一方が透明な電極を有する一対の
基板間に挟持し、光照射によって重合を行い作製した液
晶光学素子に、残存した重合開始剤への光を遮断する所
定の波長の光カット手段を備え付けた液晶光学素子であ
る。

【００１０】

【作用】高分子分散型液晶を用いた液晶光学素子に残存
した重合開始剤への光を遮断する所定の波長の光カット
手段を備えることで、重合完了後に高分子分散型液晶中
に残存した未重合の物質への光吸収を遮断することがで
きる。その結果、光による液晶材料や高分子材料の劣化
は起こらず、従って、液晶光学素子の信頼性が大幅に向
上する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施例にかかる高分子
分散型液晶を用いて作製した液晶表示素子の概略を示す
図である。その基本的製造方法は、インジウム・錫酸化
物よりなる透明電極１５を形成した上下一対の基板１
１、１２を用意し、スペーサ兼シール樹脂１７を介して
貼り合わせ、空セルを完成する。その後、空セルの開口
部より液晶１３と未重合の紫外線重合性の未重合高分子
材料１４を加熱、撹拌した溶解物を注入する。注入後、
開口部を封止し、紫外線により樹脂を重合させ、いわゆ
る高分子分散型液晶からなる液晶セルを作製した。この
ように作製した液晶セルに、図９に示す光透過特性を有
する紫外線カットフィルター１６（東芝色ガラスフィル
ター：商品名Ｙ−４３）を備え付け、本発明の液晶光学
素子を完成した。

【００１３】以下、具体的実施例をあげさらに詳しく説
明する。

【００１４】インジウム・錫酸化物よりなる透明電極を
形成したガラス基板を２枚用意し、図３に示すようにそ
の片方の支持板（例えば下側基板３２）の表面にスペー
サ兼シール樹脂３３として直径１３μｍのガラス繊維を
分散した酸無水物硬化型エポキシ樹脂を１辺のみ辺の中
央に５ｍｍの幅を残して他の周辺に０．２ｍｍ幅で印刷
した上で、上側基板３１と下側基板３２を対向させた状
態で加圧し、１４０℃で４時間加熱して硬化接着し、空
セルを完成した。

【００１５】次に、液晶材料として、メルク（株）製液
晶（商品名：ＺＬＩ−４７９２）を８．２００ｇ、高分
子形成モノマーとして、アクリル系モノマーを０．９５
４ｇ、オリゴマーとしてアクリル系のオリゴマーを０．
８０８ｇ、光重合開始剤としてベンジルジメチルケター
ル（日本化薬（株）製）を０．０３８ｇを用意し、上記
した成分から成る組成物を５５℃で十分撹拌し、溶解物
（以下溶解物Ａとする）を調整した。図４〜図６に上記
構成成分の光吸収スペクトルを示す。すなわち、図４は
液晶材料（ＺＬＩ４７９２）の光吸収スペクトル、図５
はモノマー材料の光吸収スペクトル、図６はオリゴマー
材料の光吸収スペクトルを示す。光吸収スペクトルは、
石英セルを用いて測定した。

【００１６】次に、上記した製造法で作製した空セルに
５５℃で、その開口部３４から溶解物Ａを注入した。注
入完了後、開口部３４を封止し、５５℃で、光源に高圧
水銀を用い、紫外線（２４．５ｍＷ／ｃｍ²）を１０秒
照射し、高分子分散型液晶からなる液晶光学素子（以下
液晶光学素子Ａとする）を作製した。こうして作製した
液晶光学素子内の高分子分散型液晶の光吸収を調べるた
め、高分子分散型液晶を挟持する基板だけを石英基板に
変え、同様の操作により液晶光学素子（以下液晶光学素
子Ｂとする）を作製した。

【００１７】液晶光学素子Ｂの光吸収スペクトルを図８
（ａ）に示す。スペクトルは、図４の液晶のスペクトル
に類似した形になっているが、より長波長側にテイル
（尾）を引いた形となっており、その波長領域から考え
ると、高分子分散型液晶中に重合開始剤が残存している
ことが分かる（図７に示すように、用いた重合開始剤
は、３００〜４００ｎｍに吸収帯を有する）。次に、液
晶光学素子Ａの表示面に、図９に示す光透過特性を有す
る紫外線カットフィルター（東芝色ガラスフィルター：
商品名Ｙ−４３）を備え付け目的とする液晶光学素子
（以下液晶光学素子Ｃとする）を完成した。こうして完
成した液晶光学素子Ｃについて、図１０に示す分光特性
を有するキセノンランプ（出力６ｋＷ，放射照度６１０
Ｗ／ｍ²）を用いて、光暴露試験を行った。その結果を
（表１）に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】液晶光学素子Ｃの特性評価は、フレーム周
期３０Ｈｚ、電圧±５Ｖ、ＯＮ時間６０μｓｅｃの矩形
波を液晶光学素子に印加したときの電圧の保持特性の変
化を指標にして調べた。電圧の保持特性は、電圧保持率
として定量化し、ＯＮ時間内に蓄積された電圧が、その
後フレーム期間に渡り電圧変化が全く起こらないものを
電圧保持率１００％とした。液晶光学素子の性能の劣化
により、電圧の保持特性が悪くなるに従って、電圧保持
率は徐々に低下する。測定温度は、４０℃である。（表
１）から、今回作製した液晶光学素子Ｃの電圧保持率
は、キセノンランプ１０００時間暴露後も、ランプ暴露
前の電圧保持率とほとんど変化無く、液晶光学素子の性
能は劣化していないことが分かる。 （比較例１） 実施例１記載と同種、同量の液晶、モノマー、オリゴマ
ー及び光重合開始剤を使用し、実施例１と同様の操作に
より高分子分散型液晶からなる液晶光学素子を作製し
た。この液晶光学素子中の高分子分散型液晶の光吸収ス
ペクトルは、図８のａと同じものであった。この液晶光
学素子には、紫外線カットフィルターを備え付けていな
い。この液晶光学素子について、実施例１に記載した同
様の光暴露試験を行った。結果を（表１）に示すが、暴
露時間が、５時間で、すでに電圧保持率が暴露前の約半
分に低下し、液晶光学素子の性能は大きく劣化している
ことが分かる。

【００２０】尚、使用する液晶材料は、上記したＺＬＩ
−４７９２に限定されるものではなく種々のネマチック
液晶さらにはコレステリック液晶等を用いてもよい。今
回の実施例では、高分子分散型液晶中の液晶の割合は、
８２重量％にしているが、これに限定されるものでな
い。高分子形成モノマーとしては、今回用いたアクリル
系モノマーに限定されるものではなく、一般に市販され
ているアクリル系以外の市販品も応用可能である。オリ
ゴマーも上記したアクリル系のオリゴマーに限定される
ものでない。

【００２１】また、重合開始剤もベンジルジメチルケタ
ール（日本化薬（株）製）に限定されるものでなく、メ
ルク（株）製のダロキュア１１７３、ダロキュア１１１
６やイルガキュア６５１（チバガイキー（株）製）など
でもよい。

【００２２】また、本発明の実施例では、紫外線カット
フィルターを液晶光学素子の表示面の片面に設けたが、
両面に設けても構わないし、設置法は、本発明の実施例
のように、高分子分散型液晶の支持基板に直接接する形
でもよいし、それ以外に基板と紫外線カットフィルター
間に間隔をおいて設置してもよい。また、ガラス基板の
代わりに、紫外線吸収剤を予め含有したフィルム基板を
用いても同様の効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、高分子分散型液晶を用いた液晶光学素子に、
残存した重合開始剤への光を遮断する所定の波長の光カ
ット手段を備えることで、液晶光学素子の信頼性を大幅
に向上できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶光学素子の一実施例の構成を示す
断面図である。

【図２】高分子分散型液晶を用いて作製した液晶光学素
子の表示原理を示す概略図である。

【図３】本発明の液晶光学素子の一実施例の概略を示す
平面図である。

【図４】実施例１に記載した、液晶材料（ＺＬＩ４７９
２）の光吸収スペクトルを示す図である。

【図５】実施例１に記載した、モノマー材料の光吸収ス
ペクトルを示す図である。

【図６】実施例１に記載した、オリゴマー材料の光吸収
スペクトルを示す図である。

【図７】実施例１に記載した、重合開始剤（ベンジルジ
メチルケタール）の光吸収スペクトルを示す図である。

【図８】実施例１及び比較例１に記載した作製条件によ
り完成した高分子分散型液晶の光吸収スペクトルを示す
図である。

【図９】実施例１に記載した紫外線カットフィルターの
光透過特性を示す図である。

【図１０】暴露試験に用いたキセノンランプの分光特性
を示す図である。

【符号の説明】

１１ 上側基板 １２ 下側基板 １３ 液晶 １４ 高分子材料 １５ 透明電極 １６ 紫外線カットフィルター １７ スペーサ兼シール樹脂 ２１ 透明電極 ２２ 入射光 ２３ 散乱光 ２４ 液晶分子 ２５ 高分子層 ２６ 透過光 ３１ 上側基板 ３２ 下側基板 ３３ スペーサ兼シール樹脂 ３４ 開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−208629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−168635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−73757（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−4927（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶が高分子樹脂マトリクス中に分散保
   持され、所定の波長の領域に吸収帯を有する重合開始剤
   を用いて製造された高分子分散型液晶を一対の電極付き
   基板間に挟持して成る液晶光学素子において、 前記高分子分散型液晶中に残存した前記重合開始剤への
   光を遮断する前記所定の波長の光カット手段が設けられ
   ていることを特徴とする液晶光学素子。