JPH0275693A - 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全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
液晶滴を分散させ、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力提案さ
れている（特表昭５８−５０１６３１号、ＵＳＰ４４３
５０４７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ｎｐ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 （１）　低電圧で駆動できること （ｉｉ）　　十分なコントラストがあること（ｉｉｉ　
）　　時分割駆動ができることがある。

特に（ｉ）と（ｉｉｉ　）はデバイスの駆動部分を廉価
なものにするために極めて重要な特性である。

しかしながら、現在までのところ、（ｉ）〜（ｉｉｉ　
）の性質を備えた偏光板を必要としない液晶デバイスは
作製できていない。

本発明者らは、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
に低電圧で駆動でき、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枚の基体とこの基体とこの基体
の間に支持された調光層を有し、この調光層が下記の一
般式（１）の化合物と下記の一般式（■）の化合物を含
有するネマチック液晶材料と透明性固体物質とから成り
、前記液晶材料が連続相を形成し、前記透明性固体物質
が前記液晶材料中に分散していることを特徴とする液晶
デバイスである。

一般式（１） （式中、Ｒ１は炭素原子数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、表わす。） で表わされる化合物（以下、式（１）の化合物という。

）。

一般式（ＩＩ） （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、シアン基、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、基体は、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
て基体は、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枚の基体は共に適宜な透明性が与
えられる。この基体には、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枚の基体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枚の基体間には、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。

液晶材料は、２枚の基体間で連続相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相を形成しにく
い。調光層成分に占める液晶材料の比率は、好ましくは
７０重貴簡以上であり、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。）。

この液晶材料の連続相中に介在する透明性固体成分は、
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枚の基体間に、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
基体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、液晶材
料が連続相を形成すると共に、３次元ネットワーク状の
透明性固体合成樹脂成分が液晶連続相中に分散した液晶
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
上ツマ−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、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
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枚の基体間に支持さ
せるには、この溶液を基体間に注入しても良いが、一方
の基体上にスピンナー等のコーターを使用して塗布し、
次いで他方の基体を重ねても良い。

未硬化の溶液を硬化させるには、透明基体を通して紫外
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、
熱または電子綿で代替することもできる。

調光層の厚さは、通常５ミクロン〜３０ミクロンの範囲
に調節される。

この様に構成された液晶デバイスは、従来の液滴分散型
液晶デバイスでは不可能であった時分割駆動が可能とな
り、更に、従来の液滴分散型液晶デバイスに比べて、駆
動電圧が低く、コントラストが大きく、しかも、応答速
度が速い。例えば、従来の液滴分散型液晶°デバイスに
おいては、実効値で６０Ｖ以上、多くの場合１００Ｖ以
上の駆動電圧を要するのに対し、本発明の液晶デバイス
は、約２０Ｖの駆動電圧で立上り応答時間３〜４ｍ秒、
立下り応答時間３〜４ｍ秒が実現される。

（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％および液晶材料として後述の
液晶（Ａ）８０％を混合し、スペーサーとして平均粒径
ｌＯμｍのアルミナ扮を少量加え、２０ｃｍｘ２０ｃｍ
の２枚のＩＴＯガラス板の間に挿入し、紫外線を照射し
、七ツマ−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。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．ＩＶ、Ｖ９゜＝１７．ＯＶ、　　コントラスト＝
ｌ：２２、立上り応答時間２．７ｍ秒、立下り応答時間
３．８ｍ秒、時分割線数Ｎ□つ＝２．５であった。

（１）液晶（Ａ） 組成 転移温度　　　　　　６２．１’Ｃ（Ｎ−Ｉ点）−９℃
（Ｃ−Ｎ点） 屈折率　　　　ｎ、−１，７３７ ｎ、　　−１，５２３ Δｎ＝０．２１４ しきい値電圧（■い）１．１５Ｖ ２０℃の粘度　　　　６０．２　ｃ、ｐ。

（２）時分割駆動線数 Ｎ□８＝〔（α”　＋１）／　（α”　−１）］　”た
だし、α＝Ｖ、。／　ｖ　ｒ。

（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■、。、光透過率１０％となるときの印加
電圧を■１゜とする。

（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１７Ｖ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３〜４ｍ
秒と応答速度が高り、透明−不透明のコントラストが約
ｌ：２２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枚の基体
   とこの基体の間に支持された調光層を有し、前記調光層
   が 一般式 ▲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
   基又は直鎖状アルコキシル基を表わし、▲数式、化学式
   、表等があります▼は▲数式、化学式、表等があります
   ▼又は▲数式、化学式、表等があります▼を 表わす。） で表わされる化合物と 一般式 ▲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、シアノ基、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
   基を表わす。） で表わされる化合物を含有するネマチック液晶材料と透
   明性固体物質から成り、前記液晶材料が連続層を形成し
   、前記透明性固体物質が前記液晶材料中に分散している
   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７０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、透明性固体物質が液晶材料中に粒子状又は３次元ネ
   ットワーク状に分散している請求項１記載の液晶デバイ
   ス。 ５、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。