JPH05216015A

JPH05216015A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH05216015A
Application number: JP4017490A
Authority: JP
Inventors: Takaki Takato; 孝毅高頭; Masanori Sakamoto; 正典坂本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1993-08-27
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: KR0153424B1; DE4303033C2; DE4303033A1; JP3095506B2; US5321534A

Abstract

(57)【要約】【目的】簡便かつ安価な方法で再現性よく製造すること
ができ、かつ高品位で明るい液晶表示素子を提供する。【構成】電極が形成された２枚の基板間に、パーフルオ
ロアルキル基および有機残基からなる有機化合物と、こ
の有機化合物中に分散された液晶物質とを含有し、ゲル
状態を示す混合物を構成要素とする液晶層を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子としては、ネマチッ
ク液晶を使用したＴＮ型やＳＴＮ型のものが実用化され
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。しかし、これらの液晶を用いて素子を作製する
際には、配向処理などが必要であり、大型の素子を作製
することが困難である。

【０００３】一方、このような配向処理を必要とせず
に、大型で廉価な液晶素子を製造する方法として、ポリ
ビニルアルコール中にカプセル化された液晶滴を分散さ
せて液晶層を形成する方法が知られている（特表昭５８
−５０１６３２号、米国特許第４，４３５，０４７
号）。この素子では、液晶分子が薄膜中で正の誘電異方
性をもつものであれば、電界の存在下でその液晶分子が
電界方向に配列する。このとき、液晶の屈折率ｎ₀とポ
リマーの屈折率ｎ_pが等しいと、液晶層は透明になる。
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ｎ₀からずれるため、液晶滴はその境界
面で光を散乱し、液晶層は白濁する。

【０００４】このようにポリマー中に液晶を分散させる
液晶表示素子技術は、上記のもの以外にもいくつか知ら
れている。例えば、特開昭６１−５０２１８号にはエポ
キシ樹脂中に液晶を分散させたもの、特開平２−８３５
３４号にはウレタンアクリレート樹脂中に液晶を分散さ
せたものが開示されている。また、コントラストを向上
させるための手段として、特開昭６３−９８６３１号に
は、カプセル化液晶部に平行光供給部と選択的透光部と
を備えた液晶表示素子が開示されている。

【０００５】これらのいわゆる高分子分散型液晶は、以
下のような長所を有する。すなわち、（１）偏光板を必
要としないため、明るい画像を形成できる。（２）視野
角が広い。（３）液晶の配向処理が不要であるため、ラ
ビング工程に伴う発塵や静電気の発生などを回避でき
る。（４）基板間に液晶を充填して封止する従来型の液
晶表示素子と比較して、構造が簡単で大型化が容易であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、分散型液晶表
示素子には、以下に示すいくつかの欠点がある。（１）製造面における欠点

【０００７】分散型液晶表示素子は、液晶物質を分散ま
たは溶解させた熱硬化性または光硬化性の液状樹脂を、
電極をもつ２枚の基板を用いて形成したセルの内部に注
入した後、加熱または光の照射により液状樹脂を硬化さ
せ、固体の樹脂の内部に液晶滴を分散させた樹脂系を形
成する。

【０００８】(i) この方法では、加熱時または光照射時
のわずかな条件の違いにより液晶滴の大きさまたは形状
に差が生じ、さらには製造された表示素子の動作電圧、
コントラストが異なってくる。このように、加熱または
光照射工程は重要であるにもかかわらず、その制御は困
難である。

【０００９】(ii)樹脂が硬化してしまうので、欠陥の修
復が不可能になる。これはＴＮまたはＳＴＮ型液晶表示
素子では、製造後にアニールすることにより配向欠陥な
どを修復できるのと対照的である。 (iii) 高温での注入が困難であり、注入時にしばしば樹
脂と液晶とが分離する。この分離状態は、均一に再生す
ることが困難である。

【００１０】(iv)コントラストを上げる目的で２色性染
料を使用しようとしても、２色性染料がポリマーマトリ
ックス内に等方的に分散するため、所期の目的を達成で
きない。（２）機械的衝撃に対する脆弱性多くの分散型液晶は、いわゆる脆い樹脂により構成され
ているため、わずかの衝撃により亀裂が入りやすい。こ
の亀裂は修復が困難である。（３）電気光学的な欠点 (i) 作動時の液晶と高分子の屈折率を一致させる必要が
あるため、液晶と高分子の選択に制約が生じる。 (ii)電圧を印加した際にヒステリシスを生じる。このこ
とは中間調の表示を不可能にする。 (iii) 駆動電圧が高い。

【００１１】本発明の目的は、偏光板を必要とせずに明
るい画像を形成でき、視野角が広く、配向処理が不要で
あるという長所をもち、かつ高分子分散型液晶のもつ欠
点を回避できる液晶表示素子を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の液晶表示
素子は、電極が形成された２枚の基板間に、パーフルオ
ロアルキル基および有機残基からなる有機化合物と、該
有機化合物中に分散された液晶物質とを含有し、ゲル状
態を示す混合物を構成要素とする液晶層を設けたことを
特徴とするものである。

【００１３】本発明において、パーフルオロアルキル基
を構成要素とする有機化合物とは、パーフルオロアルキ
ル基と、有機残基とから構成される。パーフルオロアル
キル基は炭素数が２以上のものであれば、特に限定され
ない。有機残基としては、アルキル基、芳香族構造（ベ
ンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環など）、ヘテロ
環構造（ピリジン環、ピペリジン環など）が挙げられ
る。パーフルオロアルキル基を構成要素とする有機化合
物を下記一般式で示す。

【００１４】

【化１】

【００１５】（式中、ｍ、ｎは３〜３０の整数。ｐ、
ｑ、ｒ、ｓは０または１。Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗは、−Ｏ−、
−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、＝ＣＨ
＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−結合のいずれかを示す）。これら
は単独で使用してもよいし、複数で使用してもよい。本
発明において、液晶物質は、室温において液晶状態を示
すものであれば特に限定されない。ただし、本発明の目
的には、ネマチック液晶が特に適している。

【００１６】本発明においては、その他の化合物とし
て、コントラストを向上させる目的で２色性染料などを
用いてもよい。本発明では、液晶層内で２色性染料が等
方的に分散することがなく、効率よくコントラストを向
上できる。

【００１７】本発明において、パーフルオロアルキル基
を含む有機化合物の、液晶物質に対する割合は、重量比
で、０．０１〜９０％、好ましくは０．１〜５０％であ
る。液晶物質に対してパーフルオロアルキル基を含む有
機化合物の重量比が低い場合、電圧印加時の透明性は向
上するが、電圧無印加時の不透明性（遮光性）は減少す
るため、コントラストが低下する。重量比が高すぎる場
合、電圧無印加時の不透明性（遮光性）は増加するが、
電圧印加時の透明性は減少するため、やはりコントラス
トが低下する。

【００１８】２色性染料を用いる場合、液晶物質に対す
る重量比は、０．０１〜１０％、好ましくは０．１〜５
％である。重量比が低い場合、コントラストが十分に向
上しない。重量比が高すぎる場合、電圧印加時でも着色
が残り、やはりコントラストが低下する。次に、本発明
の表示素子の製造方法を具体的に述べる。

【００１９】基板としては、ＩＴＯによりパターンが形
成されたガラス基板、ＴＦＴ素子が形成された基板、表
面にＩＴＯが形成されたカラーフィルタなどが用いられ
る。２枚の基板間の距離、すなわちセルの厚みは、１〜
１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍである。セルの厚
みが薄い場合、コントラストが十分でない。セルの厚み
が厚すぎる場合、駆動電圧が大きくなる。

【００２０】液晶物質を含むゲル状物質は、セルに注入
する直前に調製してもよいし、前もって調製してもよ
い。作業の効率を考えれば前もって調製しておくことが
好ましい。調整後、長期間保存した場合には、加熱によ
りいったん均一な等方性の液体にして、撹拌した後、用
いるようにする。セルに液晶物質を含むゲル状物質を注
入する際には、加熱により等方性液体とした後、注入す
ることが好ましい。このような方法を用いることができ
ない場合には、セル内にゲル状態の混合物を注入し、セ
ルをいったん加熱して等方性液体とした後、徐冷するこ
とによってゲル状態にしてもよい。本発明の素子では、
液晶層中でゲル状物質と液晶物質とが分離することはな
い。注入後、熱硬化性もしくは光硬化性樹脂により注入
口を封止する。本発明では、従来の高分子分散型液晶表
示素子の場合と同様、偏光板は不要である。また、ラビ
ングによる配向処理が不要であるという大きなメリット
がある。以上のように、本発明の液晶表示素子は、従来
の高分子分散型液晶に比べ、製造方法が極めて容易とな
り、工程の条件による特性のバラツキも減少する。

【００２１】なお、本発明の表示素子を構成する液晶層
には、熱可塑性樹脂を含有させてもよい。また、熱硬化
性樹脂、硬化剤および硬化促進剤、または光硬化性樹
脂、光硬化剤および硬化促進剤を含有させてもよい。後
者のように、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含有さ
せる場合、セルに混合物を注入した後、加熱するかまた
は光を照射して樹脂を硬化させる。

【００２２】本発明の液晶表示素子は、以下に示すよう
な特性上の特徴を有する。（１）ヒステリシスを生じな
い表示が可能である。これは、ヒステリシスの主要要因
である、液晶滴内部での液晶の段階的変形のモデルが成
立しないためである。（２）１：５０〜１：８０とい
う、ＴＮ型液晶セル並みの高いコントラストを実現でき
る。すなわち、通常の高分子分散型液晶に比較して、電
圧無印加時に光の散乱が強くなるため、遮光性が向上
し、コントラストが増加する。（３）Ｖ_thが２〜４Ｖで
あり、ＴＮ型液晶セル並みの低電圧での駆動が可能であ
る。（４）偏光板を必要としないため、電圧印加状態の
透過率が８０〜９０％となり、極めて明るい表示が得ら
れる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２４】以下の実施例では、図１（ａ）および
（ｂ）に示す液晶セルを作製した。（ａ）は断面図、
（ｂ）は平面図である。図１において、２枚のガラス基
板１の表面には、ＩＴＯ透明電極２が形成されている。
これらのガラス基板１はＩＴＯ透明電極２を互いに対向
させた状態で、接着剤層３を介して周縁部が接着されて
いる。これらのガラス基板１の間に液晶層４が設けられ
る。この液晶表示素子の寸法は、縦３ｃｍ、横２ｃｍで
あり、セルギャップｌ（μｍ）は適宜設定される。実施例１

【００２５】液晶層の原料として、ネマチック液晶（Ｍ
ｅｒｋ社製、ＺＬＩ−１１３２）１０ｇおよび１Ｈ，１
Ｈ，１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロオクチル４´−ｎ−オ
クチルオキシ−４−ビフェニルカルボン酸エステル５０
０ｍｇを用い、以下のようにして本発明に係る液晶表示
素子を作製した。

【００２６】これらの原料をガラス製サンプルビン内で
１００℃に加熱し、透明・均一になるまで撹拌した。得
られた混合物を室温まで冷却すると、白色ゲル状の物質
が得られた。この混合物を再度１００℃に加熱して、等
方性の液体とした。ｌ＝１０μｍの液晶セルを真空中に
おいて熱板上で１００℃に加熱し、このセル内に加熱さ
れた等方性の液体を注入した。その後、室温まで徐冷し
た。得られたセルの特性は、Ｖ_th（９０％）が４．２
Ｖ、コントラストが１：３０、透過率が８０％であっ
た。また、ヒステリシスは観察されなかった。実施例２ｌ＝３０μｍの液晶セルを用いた以外は、実施例１と同
様にして液晶表示素子を作製し、特性を評価した。その
結果、Ｖ_th（９０％）が１２Ｖ、コントラストが１：６
５、透過率が６０％であった。ヒステリシスは観察され
なかった。実施例３

【００２７】パーフルオロ基を有する有機化合物とし
て、ｎ−オクチル４´−パーフルオロオクチルオキシ
−４−ビフェニルカルボン酸エステルを用いた以外は、
実施例１と同じ方法で、セルを作製し、特性を評価し
た。その結果、Ｖ_th（９０％）が４Ｖ、コントラストが
１：３０、透過率が８０％であった。ヒステリシスは観
察されなかった。実施例４

【００２８】パーフルオロ化合物基を有する有機化合物
として、ｎ−オクチル４´−パーフルオロオクチルオ
キシフェニルカルボン酸エステルを用いた以外は、実施
例１と同じ方法で、セルを作製し、特性を評価した。そ
の結果、Ｖ_th（９０％）が４．３Ｖ、コントラストが
１：３０、透過率が８３％であった。ヒステリシスは観
察されなかった。比較例

【００２９】液晶層の原料として、ネマチック液晶（Ｍ
ｅｒｋ社製、ＺＬＩ−１１３２）１０ｇ、エポキシ樹脂
（油化シェル社製、エピコート８２８）１．５ｇ、トリ
エチレンテトラミン（ＴＴＡ）１０ｍｇを用い、従来の
高分子分散型液晶表示素子を作製した。まず、これらの
原料を混合し、図１のセルに注入した。しかし、セル内
で液晶とエポキシ樹脂とが分離したため、使用不可能で
あった。

【００３０】そこで、図１のセルを構成する２枚の基板
のうち、下側の基板上に１０μｍの球状スペーサを分布
させ、上記の混合物を滴下し、簡易型のセルを形成し
た。このセルを１６０℃で１時間加熱し、エポキシ成分
を硬化させ、高分子分散型液晶セルを作製し、特性を評
価した。得られたセルの特性は、Ｖ_th（９０％）が１５
Ｖ、コントラストが１：７．５、透過率が７０％であっ
た。また、ヒステリシスが観察された。実施例５

【００３１】液晶層の原料として、ネマチック液晶（Ｍ
ｅｒｋ社製、ＺＬＩ−１１３２）１０ｇ、エポキシ樹脂
（油化シェル社製、エピコート８２８）１．５ｇ、トリ
エチレンテトラミン（ＴＴＡ）１０ｍｇ、および１Ｈ，
１Ｈ，１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロオクチル４´−ｎ−
オクチルオキシ−４−ビフェニルカルボン酸エステル５
００ｍｇを用い、以下のようにして本発明に係る液晶表
示素子を作製した。

【００３２】これらの原料をガラス製サンプルビン内で
１００℃に加熱し、透明・均一になるまで撹拌した。得
られた混合物を室温まで冷却すると、白色ゲル状の物質
が得られた。

【００３３】図１のセルを構成する２枚の基板のうち、
下側の基板上に１０μｍの球状スペーサーを介在させ、
上記の混合物を滴下し、簡易型のセルを形成した。この
セルを１６０℃で１時間加熱し、エポキシ成分を硬化さ
せた。このようにして作製されたセルの特性を評価し
た。得られたセルの特性は、Ｖ_th（９０％）が１５．５
Ｖ、コントラストが１：４５、透過率が７０％であっ
た。また、ヒステリシスは観察されなかった。実施例６

【００３４】エポキシ樹脂１．５ｇ、トリエチレンテト
ラミン１０ｍｇの代わりに、感光性モノマーとしてブチ
ルアクリレート１．５ｇ、感光剤としてイルガキュア６
５１（チバガイギー社製商品名）を用いた以外は実施例
５と同様に組成物を調製した。

【００３５】実施例５の場合と全く同様に、図１のセル
を構成する２枚の基板のうち、下側の基板上に１０μｍ
の球状スペーサーを介在させ、上記の組成物を滴下し、
簡易型のセルを形成した。このセルに８０Ｗ／ｃｍの水
銀ランプの光を照射し、感光性モノマーであるブチルア
クリレートを硬化させた。このようにして作製されたセ
ルの特性を評価した。得られたセルの特性は、Ｖ_th（９
０％）が１５Ｖ、コントラストが１：４０、透過率が７
０％であった。また、ヒステリシスは観察されなかっ
た。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の液晶表示素
子は、従来の高分子分散型液晶表示素子と比較して、簡
便かつ安価な方法で再現性よく製造することができる。
かつ高品位で明るい表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る液晶表示素子の断面図、
（ｂ）は平面図。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２…ＩＴＯ透明電極、３…接着剤層、
４…液晶層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極が形成された２枚の基板間に、パー
フルオロアルキル基および有機残基からなる有機化合物
と、該有機化合物中に分散された液晶物質とを含有し、
ゲル状態を示す混合物を構成要素とする液晶層を設けた
ことを特徴とする液晶表示素子。