JPH02267521A - 液晶デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、大面積になし得る液晶包蔵薄膜に関するもの
で、本発明の液晶デバイスは、視野の遮断、開放および
明りもしくは照明光の透過制限、遮断、透過を電気的に
操作し得るものであって、建物の窓やショーウィンドウ
で視野遮断のスクリーンや、採光コントロールのカーテ
ンに利用されると共に、文字や図形を表示し、高速応答
性を以って電気的にその表示を切換えることによって、
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
るものでもある。一方また、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、液晶のカプセル化により、ポリマー中に
液晶溝を分散させ、そのポリマーをフィルム化する方法
が知られている。ここでカプセル化物質としては、ゼラ
チン、アラビアゴム、ポリビニルアルコール等が提案さ
れている（特表昭５８−５０１６３１号、［ＪＳＰ４４
３５０４７号）。

上記明細書で開示された技術においては、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
ｎ０とポリマーの屈折率ｎ、が等しいときには、透明性
を発現する。電界が除かれると、液晶分子はランダム配
列に戻り、液晶溝の屈折率がｎｏよりずれるため、液晶
溝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された液晶を
分散包蔵したポリマーを薄膜としている技術は、上記の
もの以外にもいくつか知られており、例えば、特表昭６
１−５０２１２８号には、液晶がエポキシ樹脂中に分散
したもの、特開昭６１−３０５５２８号には、光露光に
より液晶と光硬化物との相分離を固定化したもの、特開
昭６２−２２３１号には、特殊な紫外線硬化ポリマー中
に液晶が分散したもの等が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 前記の如き大型液晶デバイスの実用化において要求され
る重要な特性として ■　低電圧で駆動できること ■　十分なコントラストがあること ■　時分割駆動ができること がある。

特に、■は建物の窓やショーウィンドウの使用時の安全
性、消費電力の低下を保証し ■は視野の遮断、開放の高性能化および、文字表示の優
れた視認性を得るのに ■は広告板等の表示性能の高度化を進めるのに 必要である。

しかしながら、特表昭５８−５０１６３１号、特表昭６
１−５０２１２８号および特開昭６２−２２３１号で開
示された技術で得られる液晶光変調素子では、十分な透
過性を得るのに２５Ｖ以上、多くの場合は５０Ｖから２
００Ｖの高電圧で駆動するとしており、特開昭６１−３
０５５２８号および特開昭６４−６２６１５号では、最
も優れたコントラスト比は高々ｌＯであり多くの場合８
以下であり、現在までのところ、上記■と■の性質を同
時に備えた液晶デバイスは作成できていない、又、これ
らの特許には、時分割駆動の実用化の指標となるしきい
値特性及び急峻特性がないため、従来の光散乱を動作原
理とする液晶表示用素子に比べ劣っている。

更に、必要な調光性を得るには、液晶材料の個々の屈折
率と光硬化物の屈折率との一致不一致を最適化するため
に、各々の屈折率を十分に選択しなければならない煩わ
しさがある。

本発明者等は、液晶デバイスの構造と該デバイスに使用
される液晶材料の物理化学的構造との好ましい組合せに
ついて鋭意検討した結果、従来の大型液晶デバイスより
温かに低電圧かつ高コントラストで時分割駆動が可能で
、しかも偏光板の使用を必要としない大型化可能な液晶
デバイスを製作することに成功した。

（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、以下に記述する液
晶デバイスを提供するものである。

即ち、本発明に係る液晶デバイスは、電極層を有する少
なくとも一方が透明な２枚の基板と、この基板の間に支
持された調光層を存し、前記調光層が連続微細気孔を有
する三次元綱目構造の透明性固体物質と前記連続微細気
孔を満たす液晶材料から成り、前記液晶材料が下記一般
式（Ｉ）で表わされる化合物と下記一般式（ｎ）で表わ
される化合物を含有するネマチック液晶材料であり、前
記液晶材料が前記調光層中に連続層を形成し、前記透明
性固体物質が前記液晶材料中に三次元ネットワーク状に
分布していることを特徴とする液晶デバイスである。

／ う ／ ／ 一般式（Ｉ） （式中、Ｒ１は炭素原子数１〜ｌｏの直鎖状アルキル基
を表わし、ｍ及びｎは各々独立的に０又は１を表わし、
Ｘｌ及びＸｔは各々独立的に水素原子、フッ素原子、塩
素原子又はシアノ基を表わす。） で表わされる化合物（以下、式（Ｉ）の化合物という、
） 一般式（ｎ） （式中、Ｒ２は炭素原子数１〜１０の直鎖状アルキル基
を表わし、Ｒ３はフッ素原子、炭素原子数１〜１０の直
鎖状アルキル基又は直鎖状アルコキシル基を表わし、ｎ
は０又は１を表わし、Ｘ３及びＸ４は各々独立的に水素
原子、フッ素原子又はメチル基を表わす。） で表わされる化合物（以下、式（ｎ）の化合物という。

） このデバイスにおいて、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。またそ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させるもので
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。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。この基板には、目的に応じて透明、不透明の
適宜な電極が、その全面または部分的に配置されても良
い。

２枚の基板間には液晶材料および透明性固体成分が介在
される。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常法に従って介
在させるのが望ましい。

該調光層は、連続微細気孔中の液晶材料が連続相を形成
することを要し、透明性固体物質が液晶材料中に三次元
ネットワーク状に分布していることを要する。透明性固
体物質に対する液晶材料成分の比率が少ないと液晶材料
が連続層を形成しにくくなり、多いと透明性固体物質が
三次元ネットワーク構造を形成しにく吸なる傾向にあり
、好ましくない。

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７０〜９０重量
％である（以下、％は重量％を意味する）。

連Ｖｔ微細気孔中の液晶材料及び、三次元綱目構造の形
状の平均径は、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衰える傾向にあるので、０．２〜
２０ミクロンの範囲が好ましい。

液晶材料中の三次元ネットワーク状透明性固体物質は、
堅固なものに限らず、目的に応じ得る限リ、可撓性、柔
軟性、弾性を有することができる。

これらの透明性固体成分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。

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、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、必須成分として前記の液晶材料と、紫
外線硬化型の高分子形成性モノマー若しくはオリゴマー
、および任意成分として重合開始剤、連鎖移動剤、光増
感剤、染料架橋剤その他よりなる溶液を介在させ、透明
基板を通して紫外線を照射し、それによって前記モノマ
ー若しくはオリゴマーを重合させることにより、調光層
が、透明性固体物質でつくられた連続微細気孔を形成す
る三次元綱目構造と、その連続微細気孔中に必須成分と
して前記液晶材料の連続層とから成る液晶デバイスを製
造する方法である。

この方法において、必須成分である紫外線硬化型の高分
子形成性モノマー若しくはオリゴマーは、照射される紫
外線によって、液晶材料の連続相中に３次元ネットワー
クを形成するものであれば良く、その様な高分子形成性
モノマーの好例は、トリメチロールプロパントリアクリ
レート、トリシクロデカンジメチロ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、ポリプロピ
レングリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジア
クリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、
トリス（アクリルオキシエチル）イソシアヌレート等々
である。

同様に、高分子形成性オリゴマーの好例は、カプロラク
トン変性ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグ
リコールジアクリレートである。

任意成分としては、重合開始剤、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、七ツマ−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（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
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なるが、あまりに少
ないと効果が薄り、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
の基板上にスピンナー等のコーターを使用して塗布し、
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なうことができる。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。

調光層の厚さは、薄くなると遮光性が衰え厚くなると、
採光の視野角が狭（なる傾向にあるので、５〜３０ミク
ロンの範囲が好ましい。

この様に構成された液晶デバイスは、従来の液滴分散型
液晶デバイスあるいは液晶と光硬化物との相分離を固定
化したデバイスに比べ、低駆動電圧かつ高コントラスト
で、しかも表示性能を高める時分割駆動が可能である。

（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。しかし、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。

実施例１ 高分子形成性モノマーとしてトリメチロールプロパント
リアクリレート１９，８重量％（以下同様）、重合開始
剤として２−ヒドロキシ−２−メチル１−フェニルプロ
パン−１−オン０．２％および液高材料として後述の液
晶（Ａ）８０％を混合し、スペーサーとして平均粒径１
０μｍのアルミナ粉を少量加え、２ＱｃｍＸ２Ｑｃｉｉ
の２枚のＩＴＯガラス板の間に挿入し、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／ａｍ）
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／ａｍ”に相当す
る。デバイスの電極間隔は１１μｍである。

２枚のガラス板の間に形成された調光層の断面を走査型
電子顕微鏡で観察したところ、ポリマーの３次元ネット
ワークが認められた。

得られた液晶デバイスは、しきい値電圧を有し、■１゜
＝８．７Ｖ、Ｖ、。＝１９．３Ｖ、　　コントラスト；
１：１８、立上り応答時間２．５ミリ秒、立下り応答時
間９．３　ミＩＪ秒、時分割線数Ｎ、、、＝２．３であ
（Ｉ１液晶（Ａ） 組　　成 ５重量％ ５重量％ ５重量％ １５重量％ ５重量％ 転移温度 屈折率 ６９．１’Ｃ（Ｎ−１点） −３℃（Ｃ−Ｎ点） ｎ、＝１．７４８ ｎ、＝１．５１６ Δｎ＝０．２３２ １．３４Ｖ ５４．７　　　ｃ、ｐ。

しきい値電圧（Ｖい） ２０℃の粘度 （２）　　時分割駆動線数 Ｎａａｘ　＝　（（ａ”　＋１）　／　（α”　−１）
　）　”ただし、α＝Ｖ、。／　Ｖ　ｔ。

（３）電圧無印加時のデバイスの光透過率を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
の光透過率を１００％とするとき、光透過率９０％とな
る印加電圧をＶ、。、光透過率１０％となるときの印加
電圧をｖｌ。とする。

【４）　　デバイスを測光上からはずした状態で、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、上記（３）で示した印加電圧Ｖ、。、
ｖｌ。で得られるそれぞれの光透過率Ｔ、。、　Ｔ　ｒ
。の値から （発明の効果） 本発明は以上の如きものであるから、大面積の薄膜の液
晶デバイスであって、約２０Ｖという低電圧での駆動が
可能でこの程度の低電圧でも立上り応答時間が３〜１０
ミリ秒と応答速度が高く、透明−不透明のコントラスト
が約１：１８と高く、しきい値を有し、１／２デユーテ
イの時分割駆動が可能である。従って採光調節、視界調
節、広告用等の大形表示が極めて容易となり、しかもそ
の様な液晶デバイスの製造を極めて容易に安価にするも
のである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、この基板の間に支持された調光層を有し、前記調光
   層が連続微細気孔を有する三次元綱目構造の透明性固体
   物質と前記連続微細気孔を満たす液晶材料から成り、前
   記液晶材料が 一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｒ＾１は炭素原子数１〜１０の直鎖状アルキル
   基を表わし、ｍ及びｎは各々独立的に０又は１を表わし
   、Ｘ＾１及びＸ＾２は各々独立的に水素原子、フッ素原
   子、塩素原子又はシアノ基を表わす。） で表わされる化合物及び一般式（II） ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｒ＾２は炭素原子数１〜１０の直鎖状アルキル
   基を表わし、Ｒ＾３はフッ素原子、炭素原子数１〜１０
   の直鎖状アルキル基又は直鎖状アルコキシル基を表わし
   、ｎは０又は１を表わし、Ｘ＾３及びＸ＾４は各々独立
   的に水素原子、フッ素原子又はメチル基を表わす。） で表わされる化合物を含有するネマチック液晶材料であ
   り、前記液晶材料が前記調光層中に連続層を形成し、前
   記透明性固体物質が前記液晶材料中に三次元ネットワー
   ク状に分布していることを特徴とする液晶デバイス。 ２、液晶材料が調光層構成成分の６０重量％以上を占め
   る請求項１記載の液晶デバイス。 ３、透明性固体物質が合成樹脂より成る請求項１記載の
   液晶デバイス。 ４、調光層の厚さが５〜３０ミクロンである請求項１記
   載の液晶デバイス。