JPH02310521A - 液晶装置 - 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、液晶装置に関するものであり、さらに詳しく
は表示装置や調光ガラスなどに好適に使用される光散乱
効果を用いた液晶装置に関するものである。

［従来の技術］ 液晶を透明電極基板間に挟持した表示装置として、現在
量も広く使用されているのが、ＴＮ（ツィステッドネマ
ティック）方式の液晶装置である。

しかし、この方式の装置は偏光膜を２枚使用しなければ
ならないため暗いこと、また液晶装置を２枚の電極間で
９０°以上連続的にねじれた配列にするため処理工程を
必要とするなどの欠点を有している。

特開昭５４−２１８５９に、液晶中に透明固体の微粒子
を分散させた装置が開示されている。この装置で、液晶
がｐ型（誘電率異方性が正）ネマティック液晶であり、
その通常光の屈折率が透明固体の微粒子の屈折率と適合
した場合、電圧無印加時には光の散乱が起こり不透明で
あり、電圧印加時には、液晶分子が電界方向に平行に配
列し透明となる、この装置は偏光膜を使用しなくてもよ
いため明るく、また複雑な液晶分子の配列させるための
処理工程を必要としない。

本発明者らは、上記の発明における構造の不安定さを解
決するために、高分子物質からなるバインダーを用いて
微粒子を接着して液晶と微粒子からなる構造を固定し、
安定した性能を発揮する液晶装置を先に提案した（特願
平１−２６２６７）。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明者らの提案による前記方法でも通常の使用には十
分な強度を有する液晶装置が得られるが、液晶装置が急
激な温度変化にさらされたり、装置に大角度の曲げなど
が作用した場合には、微粒子とバインダーが剥離して高
分子多孔質膜が損傷し易いという欠点があった。

本発明は、このような従来技術の欠点に鑑み創案された
もので、その目的は大面積にわたって表示面の光学的性
質が一様性をもち、かつ熱的にも物理的にも安定な構造
を有する液晶装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ かかる本発明の目的は、少なくとも一方が透明である２
枚の電極間にｐ形ネマティック液晶を保持した高分子多
孔質膜を挟持してなる液晶装置であって、該高分子多孔
質膜は、該ｐ型ネマティック液晶のネマティック相にも
等方相にも不溶な高分子物質からなる微粒子および高分
子物質からなる微粒子接着用のバインダーからなり、か
つ該微粒子と該バインダーが相互に架橋されてなるもの
であることを特徴とする液晶装置により達成される。

高分子物質からなる微粒子とバインダー用高分子物質と
を相互に架橋せしめることによって、急激な温度変化や
大角度の曲げなどに対しても十分な耐性を有する液晶装
置を得ることができるものである。

本発明において使用される高分子物質からなる微粒子は
、室温下および一時的な液晶のクリアリングポイント（
ネマティック相−等方相聞の相転移温度）以上の高温下
においても多孔質膜の構造が維持されるように、ｐ型ネ
マティック液晶のネマティック相にも等方相にも溶解し
ないものであることが重要である。また高分子物質から
なる微粒子はバインダー用高分子物質と相互に架橋して
架橋構造を形成するための反応基をもっことが必要であ
る。反応基としては、例えば水酸基、アルデヒド基、カ
ルボニル基、グリシジル基、アミノ基、クロロメチル基
、イソシアネート基およびビニル基などが挙げられる。

これらの条件を満足する微粒子としては、例えば主鎖中
にエチレン、プロピレン、アクリロニトリルおよびビニ
ルアルコールなどから選ばれる少なくとも１種の構造単
位を含有し、かつグリシジルメタクリレート、ヒドロキ
シエチルメタクリレート、クロロメチルスチレン、ホル
ミルスチレン、アクリル酸、アクリルイソシアネートお
よびアクリルアミドから選ばれる少なくとも１種の構造
単位をもつ共重合体が挙げられるがこれらに限定されな
い。なお、前記共重合体としては、エチレン、プロピレ
ンまたはアクリロニトリルなどを８０ｍ。

１％以上含有する共重合体あるいはビニルアルコールを
４０ｍｏ１％以上含有する共重合体を使用するのがよい
。

また三次元的に架橋した高分子物質からなる微粒子も前
記条件を満足する。たとえば、主鎖中にスチレン、イソ
プレン、ブタジェン、アクリル酸エステル、メタクリル
酸エステル、酢酸ビニルなどのビニルエステルおよび塩
化ビニルのうち少なくとも１種の構造単位を含有、かつ
グリシジルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリ
レート、クロロメチルスチレン、ホルミルスチレン、ア
クリル酸、アクリルイソシアネートおよびアクリルアミ
ドから選ばれる少なくともを１種を、反応基をもつ構造
単位として含有する共重合体の架橋体からなる微粒子が
挙げられるが、特にこれらに限定されない。

反応基をもつ構造単位の割合は、特に限定されないが、
好ましくは１ｍ０１％以上、より好ましくは５ｍｏ　１
％以上である。共重合体比率があまりに小さいと、バイ
ンダー高分子物質との架橋反応が不十分になるおそれが
ある。配合割合の上限については特に限定されないが、
微粒子の保存安定性の点から９０ｍｏ１％以下が好まし
い。

高分子物質からなる微粒子の屈折率は特に限定されない
が、好ましくは１．４６〜１．５６の範囲であり、これ
により本発明で使用されるｐ形ネマティック液晶の通常
光の屈折率に適合したものとなすことができる。

本発明の液晶装置を、たとえば大面積の調光ガラスとし
て使用するためには、透明電極を備えた大面積のガラス
は非常に高価であるため、まず透明電極を備えたフィル
ム間にｐ形ネマティック液晶を保持した高分子多孔質膜
を挟持させた構造のものを作り、これをエチレン−酢酸
ビニル共重合体やポリビニルブチラールなどを使用して
ガラス面に熱融着させる方法が一般に採用される。高分
子物質からなる微粒子が熱可塑性である場合、その軟化
点が低すぎると、このガラス面への熱融着の際、膜構造
が破壊されるおそれがある。

本発明で使用される高分子物質からなる微粒子が熱可塑
性である場合、その軟化温度は、本発明の目的が達成さ
れる範囲で選択すればよく、特に限定されないが、好ま
しくは８０℃以上、より−好ましくは１００℃以上、さ
らに好ましくは１１０℃以上の範囲で選択するのがよい
。

前記の高分子物質からなる微粒子は多孔質膜の骨格とな
るものである。これらは単独で使用してもよいが、たと
えば屈折率が近似な微粒子の場合には、２種以上を混合
して使用することもできる。

多孔質膜の骨格となる微粒子の粒径は、特に限定されな
いが、好ましくは０．５〜２０μｍ１より好ましくは１
〜１０μｍ１さらに好ましくは２〜６μｍの範囲である
。粒径が小さすぎる場合、粒子１個によって散乱される
光の量が少なすぎ、装置の電圧無印加時の不透明度が不
良となる。粒径が大きすぎる場合は、粒子１個によって
散乱される光の量は多いが、単位体積中に含まれる粒子
の個数が少なくなりすぎ、同様に装置の電圧無印加時の
不透明度が不良となる。

本発明において使用されるｐ形ネマティック液晶として
は公知のものが使用可能であり、特に限定されないが、
電圧印加時の透明度、電圧無印加時の不透明度を良好に
するために、通常光の屈折率が高分子物質からなる微粒
子の屈折率と近似で、かつ屈折率異方性が大きいものを
選択するのがよい。また駆動電圧を低くするために誘電
率異方性が大きいものを選択することが好ましい。

本発明で使用可能な市販のｐ形ネマティック液晶として
は、例えばロシュ社製ｐ形ネマティック液晶ＲＯ−ＴＮ
−４０３およびＲＯ−ＴＮ−６２３など、メルク社製ｐ
形ネマティック液晶ＺＬＩ−２０６１およびＺＬＩ−２
１４４など、ＢＤＨ社製ｐ形ネマティック液晶Ｅ−３７
およびＥ−４４などが挙げられる。

本発明において高分子物質からなる微粒子接着用のバイ
ンダーとして使用される高分子物質は、微粒子と架橋反
応を起すための反応基をもっことが重要である。

具体的には、例えばグリシジルメタクリレート、ヒドロ
キシエチルメタクリレート、クロロメチルスチレン、ホ
ルミルスチレン、アクリル酸、アクリルイソシアネート
およびアクリルアミドから選ばれる少なくともを１種を
構造単位として含有する共重合体が挙げられるが、これ
らに限定されない。共重合比率としては、特に限定され
ないが、反応基をもつ前記の構造単位を、好ましくは１
ｍ０１％以上、より好ましくは５ｍ、ｏ１％以上含有す
るのが良い。共重合体比率があまりに小さいと、微粒子
と架橋反応が十分起こらないおそれがある。

反応基をもつ構造単位の割合の上限については特に制限
はないが、微粒子の保存安定性の点から９Ｑｍｏ　１％
以下が好ましい。

また、高分子物質にクロロメチル化反応、ホルミル化反
応、加水分解などを行い、反応基を導入してもかまわな
い。これらは１種を使用しても、２種以上混合して使用
してもよい。

微粒子とバインダー用高分子物質とを相互に架橋する手
段は、熱によっても光または電子線の露光によってもよ
い。

また微粒子とバインダー用高分子物質とを相互に架橋す
る際、必要ならば架橋剤を添加してもよい。架橋剤とし
ては、例えばポリイソシアネート、ポリアミン、グリシ
ジルエーテルなどのエポキシ化合物などが使用できる。

ｐ形ネマティック液晶と、これを保持する高分子多孔質
膜を形成する多孔質膜の骨格となる微粒子とバインダー
用高分子物質の合計量の割合（重量比）は、特に限定さ
れないが、好ましくは２：８〜７：３、より好ましくは
３ニア〜６：４、さらに好ましくは４：６〜５：５の範
囲である。液晶の割合が少なすぎると、液晶に分配され
る電圧の割合が少なくなりすぎ、そのため駆動電圧が高
くなりすぎて好ましくない。また、多孔質膜の骨格とな
る微粒子とバインダー用高分子物質の合計量の割合が少
なすぎると、微粒子をバインダーで接着することによる
多孔質膜の形成がなされないことがある。

多孔質膜の骨格となる微粒子とバインダー用高分子物質
との割合（重量比）は、特に限定されないが、好ましく
は５０：１〜２：１、より好ましくは２０：１〜５：１
、さらに好ましくは１５：１〜９：１の範囲である。バ
インダー用高分子物質の割合が少なすぎると、微粒子を
接着させることができず、多孔質膜が形成されないこと
がある。

また、バインダー用高分子物質の割合が多すぎると、そ
の屈折率が微粒子の屈折率とかなり異なる場合、液晶装
置の電圧印加時の透明度が不良となり好ましくない。

多孔質膜の骨格となる微粒子とバインダー用高分子物質
を相互に接着架橋することによって形成されるｐ形ネマ
ティック液晶を保持した高分子多孔質膜を作成し、これ
を少なくとも一方が透明である２枚の電極間に挟持して
液晶装置を作製するひとつの方法は次のようなものであ
る。

すなわち、ｐ形ネマティック液晶、多孔質膜の骨格とな
る微粒子、およびバインダー用高分子物質を溶解するた
めの有機溶媒との四者を混合攪拌し、懸濁液をつくる。

これを脱泡した後、この混合液を電極を備えた基板上に
アプリケーター、リバースロールコータ−などの公知の
塗布装置を用いて塗布したのち、有機溶媒を蒸発除去す
る。溶媒の除去とともにバインダー用高分子物質が析出
し、多孔質膜の骨格となる微粒子を接着してｐ型ネマテ
ィック液晶を保持した高分子多孔質膜を形成する。その
上にもう１枚の電極を備えた基板を電極面が接するよう
にかぶせ液晶装置を作製する。

有機溶媒の除去は室温で行ってもよい。また減圧処理に
よって溶媒を除去してもよい。

微粒子とバインダー用高分子物質との架橋は、高分子多
孔質膜の形成過程で行ってもよいし、高分子多孔質膜形
成後に、もう１枚の電極をかぶせる前に行ってもよい。

また、もう１枚の電極をかぶせた後に行ってもよい。

ここでｐ形ネマティック液晶、多孔質膜の骨格となる微
粒子、バインダー用高分子物質、および有機溶媒とを混
合して懸濁液を作る際、四者を混合する順番はどのよう
なものであってもよく、四者同時に混合してもよい。ま
た、高分子多孔質膜の膜厚を一定にするために、一般に
用いられるスペーサ粒子を懸濁液に適量加えてもよい。

ここで用いる溶媒は、多孔質膜の骨格となる微粒子を溶
解しないものであることが好ましい。多孔質膜の骨格と
なる微粒子を溶解するものであれば、微粒子の形態が失
われる。

溶媒としては、高分子物質からなる微粒子を溶解しない
ものであれは特に限定されないが、ベンゼン、トルエン
などの芳香族炭化水素類、エタノール、プロパツールな
どのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエス
テル類、アセトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、
ジククロエタン、クロロホルムなどの塩素化炭化水素類
、ｎ　−ペンタン、ｎ−ヘキサンなどの脂肪族炭化水素
類、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類
、フルフラールなどのアルデヒド類、ジメチルホルムア
ミドなどのアミド類なとが挙げられる。

これらの溶媒は単独で使用してもよいが、２種以上の溶
媒を混合して使用することもできる。

ｐ形ネマティック液晶と多孔質膜の骨格となる微粒子と
バインダー用高分子物質からなる懸濁液に混合する溶媒
の量は特に限定されないが、混合液が塗布方法に適した
粘度をもつような量に調整するのがよい。たとえばアプ
リケータを使用して塗布する場合には混合液の粘度が１
〜１０ポイズになるように溶媒の量を調整するのがよい
。

液晶装置を作製する別の方法は、ｐ型ネマティツク液晶
、多孔質膜の骨格となる微粒子、バインダー用高分子物
質、および有機溶媒からなる混合液を所定の厚み、所定
幅のスリットから膜状に押出し電極を備えた基板上にの
せ、溶媒の除去を行ったのちもう１枚の電極を備えた基
板をかぶせる方法である。この場合も微粒子とバインダ
ー用高分子物質との架橋は、高分子多孔質膜形成過程、
高分子多孔質膜形成後電極をかぶせる前、または電極を
かぶせた後のいずれで行ってもよい。

前記の塗布または押出す方法で、ｐ型ネマティック液晶
と多孔質膜の骨格となる微粒子とバインダー用高分子物
質とこれに有機溶媒を加えた混合液から、電極を備えた
基板上に直接、ｐ型ネマティック液晶を保持した高分子
多孔質膜を形成するのではなく、例えば電極を備えてい
ない基板上に形成した後、電極を備えた基板上に移すよ
うにしてもよい。

本発明における高分子多孔質膜の厚さは、特に限定され
ないが、好ましくは３〜１００μｍ１より好ましくは５
〜５０μｍ１さらに好ましくは１０〜３０μｍである。

多孔質膜の厚さが小さすぎると、電極無印加時の不透明
度が不良となる。また厚さが大きすぎると駆動に要する
電圧が高くなりすぎるため好ましくない。

本発明の液晶装置を駆動する際に、使用する電圧源とし
ては直流電圧でも交流電圧でもよいが、液晶の電気分解
を防ぐ点からは交流電圧であることが好ましい。交流電
圧源としては５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用正弦波交流
電圧源を用いてもよいが、矩形波電圧源または１ｋＨｚ
以上の高周波電圧源を使用すると、電場の反転にともな
う液晶のゆらぎがなくなり、光の平均透過率が上がるた
めコントラストおよび透明度を向上させることができる
。

本発明の液晶装置によれば、従来のものに比べて、大面
積にわたって表示面の光学的性質が一様性をもちやすく
、かつ熱的および物理的に安定な構造をもつえ液晶装置
を得ることができる。

本発明の装置は、電圧無印加時にには不透明、電圧印加
時には透明となる機能を有し、表示装置や調光ガラスな
どに有効に使用できる。

［実施例］ 以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明
はこれらに限定されない。

実施例１ 架橋ポリメチルメタクリレート共重合体微粒子（ヒドロ
キシエチルメタクリレート１０ｍｏ　ｌ含有、平均粒径
２μｍ）１．０ｇ、ヒドロキシエチルメタクリレート−
メチルメタクリレート共重合体（ヒドロキシエチルメタ
クリレート１０ｍｏ１％）０．２ｇ、ロシュ社製ｐ形ネ
マティック液晶ＲＯ−ＴＮ−４０３０，７ｇ、住友バイ
エルウレタン社製ポリイソシアネート“スミジュール”
Ｎ−７５０，０５ｇ、ジオキサン３，５ｇを混合攪拌し
、静置して脱泡した。この混合液をギャップ１００μｍ
に設定したアプリケータで、酸化スズ・インジウムから
なる透明電極を備えたポリエステルフィルム上に塗布し
、７０℃に設定したオーブン中に５分間放置してジオキ
サンを蒸発させ、その後冷却した。タモジオキサンの蒸
発の過程で、液晶を保持した厚さ約１５μｍの多孔質膜
が形成された。次いで酸化スズ・インジウムからなる透
明電極を備えたポリエステルフィルムをかぶせ、室温ば
１昼夜放置し、微粒子とバインダー用高分子物質との架
橋反応を完了させた。

得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。す
なわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり、
６０Ｈｚの正弦波交流電圧１０ｖを印加した状態から散
乱が減少して透明になり始め、電圧６０Ｖで透明度はほ
ぼ飽和状態に達した。

１４０℃のオーブン中に１０分間放置した後、直ちに一
１０℃の冷凍室に移したが、外観にも性能にも何ら変化
は起らなかった。また、この液晶装置を直径１ｃｍの円
筒に巻きつけても高分子多孔質膜には損傷は認められな
かった。

比較例１ 微粒子を架橋ポリメチルメタクリレート（平均粒径２μ
ｍ）とした外は実施例１と同様にして液晶装置を作製し
た。この液晶装置を１４０℃のオーブン中に１０分間放
置した後、直ちに−１０°Ｃの冷凍室に移したところ部
分的に高分子多孔質膜に損傷が認められた。また、この
液晶装置を直径１ｃｍの円筒に巻きつけたところ、膜面
に亀裂が生じた。

実施例２ 架橋ポリグリシジルメタクリレート微粒子１゜０ｇ１グ
リシジルメタクリレート−メチルメタクリレート共重合
体（グリシジルメタクリレート２０ｍｏ　１％）０゜２
ｇ１メロク社製ｐ形ネマティック液晶ＺＩＬ＝２１４４
　０．８ｇ、三井テキサコケミカル社製ポリアミン“ジ
エファーミン”Ｄ−２３００，０２ｇ、ｎ−ブタノール
３．５ｇを混合攪拌し、静置して脱泡した。以下オーブ
ンの温度を１１０℃ｍとした以外は実施例１と同様にし
て液晶装置を作製し、室温に３日間放置し微粒子とバイ
ンダー用高分子物質との架橋反応を完了させた。

得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。す
なわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり、
６０Ｈｚの正弦波交流電圧１５Ｖを印加した状態から散
乱が減少して透明になり始め、電圧８０ｖで透明度はほ
ぼ飽和状態に達した。

１４０℃のオーブン中に１０分間放置した後、直ちに一
１０℃の冷凍室に移したが、外観にも性能にも何ら変化
は起らなかった。また、この液晶装置を直径１ｃｍの円
筒に巻きつけても高分子多孔質膜には損傷は認められな
かった。

［発明の効果］ 本発明の液晶装置は上述のごとく構成したので、表示面
の光学的性質が大面積にわたって一様性をもつうえ、熱
的および物理的に安定である利点を有する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　少なくとも一方が透明である２枚の電極間にｐ形ネ
   マティック液晶を保持した高分子多孔質膜を挟持してな
   る液晶装置であって、該高分子多孔質膜は、該ｐ型ネマ
   ティック液晶のネマティック相にも等方相にも不溶な高
   分子物質からなる微粒子および高分子物質からなる微粒
   子接着用のバインダーからなり、かつ該微粒子と該バイ
   ンダーが相互に架橋されてなるものであることを特徴と
   する液晶装置。