JPH05188353A

JPH05188353A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH05188353A
Application number: JP656692A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Endo; 正昭遠藤; Naoki Kinugasa; 直己衣笠; Yuichi Yano; 祐一矢野
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】電圧無印加時にも、調光体が不透視状態とな
ることがなく、安全性や快適性に優れた液晶素子を提供
する。【構成】透明な一対の基板の内側面にそれぞれ透明導
電膜を配設し、この透明導電膜間に液晶物質を多数の空
隙中に保持した媒体を介在させた液晶素子であり、前記
透明導電膜間へ電圧印加しない状態での可視光線の直進
透過率Ｔ（ｓ）が３０％以上で、透過光の散乱度合いが
最も低くなるように透明導電膜間に印加する電圧を操作
した状態での可視光線の直進透過率Ｔ（ｔ）がＴ（ｓ）
＋２０％以上となる液晶素子である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶物質により構成さ
れた液晶素子に関し、さらに詳しくは電圧の有無により
液晶の配向を制御して透過光の散乱度合いを調節する機
構を有し、しかも透過光の散乱度合いが最も高い状態に
おいても、一定の透視性を有することを特徴とする改良
された液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラスの透過率を任意に調節した
いとのニーズが、ガラスを用いる多くの分野で高まって
いる。中でも、自動車あるいは建築などの用途において
は、窓からの太陽光エネルギーの流入が室内の空調負荷
に大きな影響を与えるため、窓に調光機能を持たせるこ
とが省エネルギーの観点から重要視されてきている。

【０００３】また、ガラスの透過率及び／または反射率
をガラス面内で局部的に選択変化させ、表示素子として
応用する上からも、調光機能を有するガラスは大きな関
心を集めている。

【０００４】従来、このような調光機能材料として、Ｗ
Ｏ₃、ＭｏＯ₃、ＮｉＯｘなどの電気化学的発色材料を用
いたエレクトロクロミック素子（以下、「ＥＣ素子」と
いう）が注目され、多方面で精力的な研究が続けられて
きた。また最近では、眼鏡や自動車用ミラーなど小型の
ガラス製品として実用化されるまでに至っている。

【０００５】しかしながら、ＥＣ素子は電流駆動型であ
るため、大面積化した場合に大きな電圧降下により応答
速度が著しく低下するほか、長時間にわたる通電中に生
じる構成材料の電気化学的変化などによる劣化が避けら
れず、実用上充分な耐久性を有する大面積の素子は実現
されていない。

【０００６】そこで、このような電流駆動型のＥＣ素子
に代わるものとして、電圧駆動型の調光素子が注目され
るようになった。耐久性に優れ、かつ大面積化の容易な
調光機能を持つ液晶素子として、ポリマー中に分散させ
たネマティック液晶をマイクロカプセル化してなる液晶
素子（例えば特開昭５８−５０１６３１号公報）が知ら
れている。この液晶素子では、液晶分子の配向制御によ
り透過光の散乱度合いを変化させて透視性を調節するこ
とができる。

【０００７】この液晶素子は、以下の原理に基づいて動
作する。すなわち、透明導電膜間に電圧を印加していな
い状態では、液晶分子がカプセルの壁に沿って配向する
ため、液晶素子面への入射光は液晶分子の複屈折性によ
りほとんど直進できずにカプセルの表面や内部で散乱す
る。その結果、上記液晶素子は乳白色を呈した曇りガラ
ス状態となり、反対側の像はほとんど見えない。

【０００８】一方、透明導電膜間に電圧を印加した状態
では、液晶分子の誘電率異方性が正の場合、液晶の分子
長軸が外部電界により電界方向と平行となるため、カプ
セル内の液晶分子はガラス面に対して垂直方向に整列す
る。このとき、液晶の常光屈折率とポリマーの屈折率と
を一致するように選択することにより、液晶素子面に入
射した光は散乱することなく直進するため、液晶素子は
透明な状態となる。

【０００９】さらに、透明導電膜間に印加する電圧を任
意に制御することにより、液晶物質が充分に散乱して不
透明な状態と、充分に透明な状態との間で無段階に透過
率を変化させることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに実用上多くの利点を有する液晶素子を用いた調光体
にも、用途によっては大きな欠点があった。すなわち、
液晶素子は電圧無印加時に不透視状態となるため、これ
を例えば自動車の窓として用いた場合には、調光体の電
気的故障が直ちに不透視状態を招き、安全運転に致命的
な支障となる。したがって、自動車などの用途には使用
することができなかった。

【００１１】本発明は、従来の問題点を解決するために
なされたもので、電気的故障や停電などによる電圧無印
加時にも、調光体が不透視状態となることがなく、安全
性や快適性等に優れた液晶素子を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、一対
の透明基板間の内側面にそれぞれ透明導電膜を介装させ
るとともに、液晶物質を多数の空隙中に保持してなる媒
体を前記透明導電膜間に介在させた液晶素子において、
前記透明導電膜間へ電圧印加しない状態における可視光
線の直進透過率Ｔ（ｓ）が３０％以上で、しかも透過光
の散乱度合いが最も低くなるように前記透明導電膜間に
印加する電圧を調節した状態における可視光線の直進透
過率Ｔ（ｔ）がＴ（ｓ）＋２０％以上であることを特徴
とする液晶素子である。

【００１３】本発明においては、Ｔ（ｓ）が３０％より
低いと透視性が損なわれ、対象物の視認性が低下する。
一方、透過光の散乱度合いが最も低い状態、即ち最も透
視性を高めた時のＴ（ｔ）は、少なくともＴ（ｓ）より
も２０％以上高くすることが必要であり、Ｔ（ｔ）をＴ
（ｓ）より２０％以上高くしなければ、透視性の差が低
いため調光体としての機能は乏しい。

【００１４】また本発明では、液晶素子を直接的に用い
ることもできるが、液晶素子の支持性あるいは耐久性の
向上、さらには意匠性の向上などの観点から、望ましく
は液晶素子をポリビニルブチラール膜、デュミラン膜
（武田薬品（株）製）、シリコーン樹脂、アクリル樹
脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチッ
ク接着膜を介して、一対のガラス板やプラスチック板な
どの透明体で挟持して用いることが好ましい。この場
合、一方の透明体を着色体とすれば透過光の散乱度合い
が少なくなり、視認性が向上するので好ましい。また着
色体としては、例えば着色ガラスを挙げることができ
る。

【００１５】液晶素子のＴ（ｓ）及びＴ（ｔ）を調節す
る方法として、以下の各方法を挙げることができる。す
なわち、（Ａ）液晶素子を構成する多数の空隙を有する
媒体と液晶物質の総体積に占める液晶物質の体積割合
（以下、「液晶比率」という）を減少させる、（Ｂ）液
晶物質の複屈折性（以下、「△ｎ」という）を小さくす
る、（Ｃ）液晶物質の充填される空隙直径（以下、「カ
プセル径」という）を大きくする、（Ｄ）透明導電膜間
の距離（以下、単に「厚み」と略すことがある）を短く
する、の４点である。

【００１６】（Ａ）の方法では、液晶比率を減少させる
に伴いＴ（ｓ）が高くなる。しかしながら、それに伴っ
て駆動電圧も上昇し、液晶比率が０．３より小さくなる
とほとんど透視性の変化が観察されない状態となり、Ｔ
（ｔ）がＴ（ｓ）より２０％以上高くなる液晶素子を得
ることはできない。従って、液晶比率を減少させ、さら
に他の（Ｂ）〜（Ｄ）の方法も併せて、Ｔ（ｓ）を高く
することが好ましい。

【００１７】また、△ｎを小さくすること、あるいはカ
プセル径を大きくすることによってもＴ（ｓ）は高くな
る。本発明では、△ｎは０．０１〜０．２μｍの範囲で
用いることが好ましく、またカプセル径は１〜１０μｍ
の範囲で用いることが好ましい。

【００１８】さらに、厚みを薄くする方法もＴ（ｓ）を
高くする効果的な方法であり、液晶材料の使用量を減少
させる上でも好ましい方法である。しかしながら、厚み
を薄くするほど透明導電膜表面の微細な突起や媒体中の
異物などによる透明導電膜間放電が発生しやすくなる。
このため、厚みは１０μｍ以上あることが好ましい。

【００１９】本発明者らは、直進透過率Ｔ（ｓ）と
（Ａ）〜（Ｄ）に示した液晶素子を構成する要因との関
係を詳細に調べた結果、下記の実験式により表されるこ
とが明かとなった。

【００２０】Ｔ（ｓ）＝１０^-1.34×（｜ｎm―ｎp｜×Ｓ×ｔ）^-1.09 （１）上式において、ｎmは液晶の平均屈折率、ｎpは媒体の屈
折率、Ｓは空隙の総表面積、ｔは厚み、Ｔ（ｓ）は透明
導電膜付き基板の直進透過率である。

【００２１】ここで、液晶の平均屈折率ｎmは、下記
（２）式で表される。

【００２２】ｎm＝（２×ｎo＋ｎe）／３（２）上式において、ｎoは液晶の常光屈折率、ｎeは液晶の異
常光屈折率を表す。

【００２３】また、空隙の総表面積Ｓは次式で理論的に
表される。

【００２４】Ｓ＝６×Ｖ／Ｄ（３）上式において、Ｖは液晶比率、Ｄはカプセル径を表す。
ここで、液晶が充填されている空隙（以下、カプセルと
いう）は、いくつかが連結した場合であっても各々独立
したカプセルと考えることができ、したがって前記Ｄは
各々独立したカプセルの体積を、その体積と同体積を有
する真球体に換算した場合の真球体の直径の平均値を表
す。このように、上記の式を用いることにより所望の直
進透過率を示す液晶素子を設計することができる。

【００２５】本発明において使用される液晶物質は、特
に限定されるものではないが、ネマティック液晶、コレ
ステリック液晶及びスメクティック液晶が好ましい。そ
の中でも、ネマティック液晶が特に好ましい。

【００２６】また、液晶物質を保持する媒体としては、
その媒体の屈折率が液晶物質の常光屈折率もしくは異常
光屈折率と整合するように選択された材料であって、液
晶物質を空隙に保持するものであれば、無機材料及び有
機材料の種類を問わず使用することができる。その中で
も、屈折率の調節や素子の大面積化が容易な樹脂を使用
することが好ましい。例えば、特開昭６０−２５２６８
７号公報に記載されているラテックスは好適な材料であ
り、基板との接着性、光学的均一性及び物理的耐久性に
優れた液晶素子を提供することが可能である。

【００２７】また、本発明において使用される透明導電
膜付き基板としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜
や錫酸化物（ＳｎＯ₂）膜が表面に形成された一般的な
ガラス基板のほか、光透過性の他の部材、例えばプラス
チック基板あるいはフレキシブルなプラスチックフィル
ムなどを適用することができる。

【００２８】

【作用】本発明においては、透過光の散乱度合いを最も
高めた状態での液晶素子の可視光線の直進透過率Ｔ
（ｓ）が３０％以上であり、また透過光の散乱度合いを
最も低くなるように透明導電膜間に印加する電圧を調節
した状態における液晶素子の可視光線の直進透過率Ｔ
（ｔ）をＴ（ｓ）より２０％以上高くすることにより、
印加される電圧に対して透過光の散乱度合いを調節する
ことができ、電気的故障や停電等による電圧無印加時に
液晶素子が不透視状態となることによる安全性あるいは
快適性等の問題点を解消することができる。

【００２９】さらに、液晶素子をプラスチック接着膜を
介して少なくとも一方が着色透明体からなる一対の透明
体で支持させることにより、液晶素子の支持性や耐久性
に優れ、透過光の散乱度合いが少なくなるため視認性を
向上させることができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【００３１】図１は、本発明の液晶素子の模式図であ
り、図１において１は基板、２は透明導電膜、３は液晶
物質、そして４は媒体を示している。

【００３２】例えば、本発明の液晶素子は以下の作製方
法により作製される。

【００３３】まず、液晶物質とラテックスを直接混合し
て媒体としてのエマルジョンを作製する。あるいは、液
晶物質と水性相を混合してエマルジョンを作製し、この
後前記エマルジョンをラテックスと混合しても良い。エ
マルジョンを作製する際、液晶物質の粒子径を安定させ
るために界面活性剤を添加する。また、混合はブレンダ
ー、コロイドミルなど種々のミキサーを用いて行う。次
に、前記エマルジョンに架橋剤を添加してゆっくり攪拌
する。そしてこの後、液晶物質が分散したエマルジョン
をナイフブレードまたは他の手段を用いて、予め透明導
電膜の形成された基板の透明導電膜面上に必要な厚みに
塗布し乾燥させる。さらに、透明導電膜側を内側面とし
てもう一枚の基板と貼合わせることにより液晶素子を得
る。

【００３４】得られた液晶素子の直進透過率を、ヘイズ
メータ（スガ試験機製）を用いて測定する。直進透過率
を測定する場合に、液晶素子は積分球の開口部から光源
のある方向へ３５mm離れた位置に設置される。電圧の印
加されない状態で測定される直進透過率がＴ（ｓ）であ
り、電圧の印加された状態で測定される直進透過率がＴ
（ｔ）である。

【００３５】次に、液晶素子の透過光の散乱度合いが最
も高い状態において、液晶素子を通して対象物が視認で
きるか否かを確かめるため、Ｔ（ｓ）の異なる４つの液
晶素子を具体的に作製した（実施例１〜４）。

【００３６】（実施例１）ネマチック液晶ＺＬＩ−２２
４４−０００（メルクジャパン製）に界面活性剤ＩＧＥ
ＰＡＬＣＯ−６１０（ＧＡＦ製）を０．５ｗｔ％添加
し、それらを液晶比率が０．５になるようにラテックス
粒子４０ｗｔ％を含むＮｅｏｒｅｚＲ−９６７（ポリ
ビニルケミカル製）に添加し、ホモジナイザーを用い７
０００回転の攪拌速度で１０分間攪拌しエマルジョンを
得た。次に、ゆっくり混ぜながら架橋剤ＣＸ−１００
（ポリビニルケミカル製）をＲ−９６７に対して３ｗｔ
％の割合で添加した。

【００３７】この混合物をドクターブレードを用いて、
インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜が予め被覆されたポリ
エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムのＩＴＯ膜
面上に塗布し乾燥させた。乾燥後の厚みは２５μｍであ
った。混合物の乾燥後、ＩＴＯ膜側が前記乾燥した混合
物に接するように、もう一枚のＩＴＯ膜付きＰＥＴフィ
ルムと貼合わせ、液晶素子を得た。

【００３８】さらに、実施例１とは異なるパラメータに
より構成される液晶素子を作製した。（実施例２）乾燥後の厚みを１３μｍにする以外は、実施例１と同様
にして作製した。

【００３９】（実施例３）攪拌速度を４０００回転にす
る以外は、実施例２と同様にして作製した。

【００４０】（実施例４）乾燥後の厚みを１０μｍにす
る以外は、実施例３と同様にして作製した。

【００４１】さらに、実施例１〜４で得られた液晶素子
について、電圧の印加されない状態での直進透過率Ｔ
（ｓ）を測定した。その結果を表１に示す。各実施例の
うち、液晶素子を通し目視で対象物を視認できたのは、
実施例３と実施例４の液晶素子のみであった。即ちＴ
（ｓ）≧３０％では、透視性は損なわれなかった。

【００４２】

【表１】

【００４３】次に、Ｔ（ｓ）が約３０％で、Ｔ（ｔ）の
異なる４つの液晶素子（実施例５〜８）を作製した。（実施例５）ネマチック液晶ＺＬＩ−２２４４−０００
（メルクジャパン製）に界面活性剤ＩＧＥＰＡＬＣＯ
−６１０（ＧＡＦ製）を０．５ｗｔ％添加し、それらを
液晶比率が０．２になるようにラテックス粒子４０ｗｔ
％を含むＮｅｏｒｅｚＲ−９６７（ポリビニルケミカ
ル製）に添加し、ホモジナイザーを用い１００００回転
の攪拌速度で１０分間攪拌しエマルジョンを得た。次
に、ゆっくり混ぜながら架橋剤ＣＸ−１００（ポリビニ
ルケミカル製）をＲ−９６７に対して３ｗｔ％の割合で
添加した。

【００４４】この混合物をドクターブレードを用いて、
インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜が予め被覆されたＰＥ
ＴフィルムのＩＴＯ膜面上に塗布、乾燥させた。乾燥後
の厚みは１５μｍであった。混合物の乾燥後、ＩＴＯ膜
側が前記乾燥した混合物に接するように、もう一枚のＩ
ＴＯ膜付きＰＥＴフィルムと貼合わせ、液晶素子を得
た。

【００４５】さらに、実施例５とは異なるパラメータに
より構成される液晶素子を作製した。（実施例６）液晶比率を０．３、攪拌速度を７０００回転にする以外
は、実施例５と同様にして作製した。

【００４６】（実施例７）液晶比率を０．４、攪拌速度
を５０００回転にする以外は、実施例５と同様にして作
製した。（実施例８）液晶比率を０．５、攪拌速度を３０００回
転にする以外は、実施例５と同様にして作製した。

【００４７】次に、実施例５〜８で得られた液晶素子の
Ｔ（ｓ）、及び電圧を１００Ｖ印加した状態におけるＴ
（ｔ）を測定した。その結果を表２に示す。各液晶素子
のうち調光体として適したコントラストを示したのは、
実施例６、実施例７および実施例８であった。即ちＴ
（ｔ）≧Ｔ（ｓ）＋２０％が必要であることがわかっ
た。

【００４８】

【表２】

【００４９】

【発明の効果】本発明の液晶素子は、その直進透過率Ｔ
（ｓ）及びＴ（ｔ）を適切な値とすることにより、実施
例からも明かなように電圧により透過光の散乱度合いを
調節することができ、透過光の散乱度合いが最も高い状
態においても一定の透視性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により作製された液晶素子の模式断
面図

【符号の簡単な説明】

１基板２透明導電膜３液晶物質４媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の透明基板間の内側面にそれぞれ透明
導電膜を介装させるとともに、液晶物質を多数の空隙中
に保持してなる媒体を前記透明導電膜間に介在させた液
晶素子において、前記透明導電膜間へ電圧印加しない状態における可視光
線の直進透過率Ｔ（ｓ）が３０％以上であり、しかも透
過光の散乱度合いが最も低くなるように前記透明導電膜
間に印加する電圧を調節した状態における可視光線の直
進透過率Ｔ（ｔ）がＴ（ｓ）＋２０％以上であることを
特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記液晶素子は、少なくとも一方が着色さ
れた一対の透明体間にプラスチック接着膜を介して挟持
されている請求項１に記載の液晶素子。