JPH05241130A - ポリマー分散形液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 動作しきい値電圧、動作しきい値特性、表示
のオン・オフ時のヒステリシス特性が改善され、ドロッ
プレットの大きさのバラツキが小さく、大型になっても
垂直に保持したときに内部の液晶の垂れ下がりのないポ
リマ−分散形液晶表示装置を提供する。 【構成】 ビフェニル系液晶11が、光硬化されたアクリ
ル系ポリマー10との合計量に対して45〜75重量％存在
し、かつ前記アクリル系ポリマーは、細胞膜状の微小閉
ループを形成してビフェニル系液晶をとり囲み、該ビフ
ェニル系液晶の開口率を70％以上としていることを特徴
とし、さらに、光重合開始剤をアクリル系ポリマーとの
合計量に対して 5〜15重量％含む混合物を前記液晶注入
穴から空セル容器内に充填、封着し、基板面を光照射し
てアクリル系光重合性物質を硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリマ−分散形液晶表
示装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来多用されてきた電界効果形のＴＮ形
表示素子やＳＴＮ形表示素子では、電界のオン・オフに
対して偏光板を透過した偏光の透過、不透過あるいは複
屈折を利用して映像の表示が行われていたため、偏光板
による光損失が大きく、明るい映像を表示することがで
きないという問題があった。

【０００３】最近、誘電異方性が正の液晶に光重合性組
成物を分散させ、これを１対の電極基板間に挟持させた
後、光重合性組成物を重合させて、液晶セル内部に微小
なドロップレット（小滴）を形成させ、これによって偏
光板を不要にしたポリマ−分散形液晶表示装置が提案さ
れている。

【０００４】ポリマ−分散形液晶表示装置では、電圧無
印加時にドロップレットの内壁に沿って液晶分子が水平
に配列するため、液晶分子の配列が異なるドメインが多
数形成され、この結果、液晶とポリマーの屈折率のミス
マッチング、ドメイン内部の液晶分子の空間的歪み、ド
メイン相互間の液晶分子の不連続的歪みなどによって、
入射光を散乱して不透明になり、電界印加時には全ての
液晶分子が垂直方向に再配列して透明になる。そしてポ
リマ−分散形液晶表示装置では、この光散乱状態と透明
状態を利用して映像を表示するので、偏光板が不要とな
り、非常に明るい映像の表示ができるのである。

【０００５】ところで、従来のポリマ−分散形液晶表示
装置では、高分子／液晶複合膜の液晶分率が低い場合に
は、液晶は膜中でドロップレット状に相分離するが、液
晶分率が増加するにつれてドロップレットは大きくな
り、液晶分率が50％を越えるとドロップレットが互いに
接着し合って液晶がポリマー中で３次元的に連なった相
を形成するようになる。

【０００６】このように液晶が複雑な３次元構造をとる
と、動作しきい値電圧が高くなって、動作しきい値特性
が非常に緩慢となり、かつ、表示のオン・オフ時にヒス
テリシス特性が現れ、表示を消したときに最初の散乱状
態に戻らないという問題があった。また、基板と接する
ドロップレットの大きさにバラツキが大きいため有効開
口率が非常に低いという問題もあった。

【０００７】さらに、最近、液晶表示装置の大型化が望
まれているが、電極基板が大型化した場合、液晶表示装
置の下部の内圧が上部のそれより大きくなるため、基板
の下部の基板間隔に広がりが生じて該部の表示機能が損
なわれるという問題もあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、ポリマ−
分散形液晶表示装置の高分子／液晶複合膜について研究
をすすめていたところ、意外なことに特定の液晶と光硬
化性モノマーとの組合わせにおいて、上記光硬化性モノ
マーの光重合開始剤を通常より多く（光硬化性モノマー
に 5重量％以上）配合したときに、液晶を光硬化性モノ
マーより過剰に配合しても、硬化ポリマーが細胞膜状の
閉ループをなして液晶をドロップレット状にとり囲み、
70％以上の開口率を実現できることを見出した。

【０００９】すなわち、従来公知のポリマ−分散形液晶
表示装置に用いるアクリル系ポリマー／液晶複合膜に
は、アクリル系モノマーに1 重量％程度配合されてお
り、この光重合開始剤は液晶の紫外線劣化を促進させる
ことから、これより増量する試みはなされていなかった
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる知見に
基づいてなされたもので、第１の発明のポリマ−分散形
液晶表示装置は、対向する１対の透明基板間に、高分子
中に液晶をドロップレット状に分散させた高分子／液晶
複合膜を介在させてなるポリマ−分散形液晶表示装置に
おいて、前記高分子／液晶複合膜は、光硬化されたアク
リル系ポリマーとビフェニル系液晶とから主としてな
り、前記ビフェニル系液晶は、該ビフェニル系液晶と前
記光硬化されたアクリル系ポリマーとの合計量に対して
45〜75重量％存在し、かつ前記アクリル系ポリマーは、
細胞膜状の微小閉ループを形成してビフェニル系液晶を
とり囲み、該ビフェニル系液晶の開口率を70％以上とし
ていることを特徴としており、また、第２の発明の、そ
の製造方法は、液晶表示装置を構成する１対の透明電極
基板の透明電極の形成された面を対向させ、液晶注入穴
を除いた周辺部分を気密に封着して空セル容器を形成す
る工程と、（ａ）ビフェニル系液晶と、（ｂ）アクリル
系光重合性物質と、（ｃ）光重合開始剤とから主として
なり、（ａ）を（ａ）と（ｂ）の合計量に対して45〜75
重量％の範囲で含み、（ｃ）を（ｂ）と（ｃ）との合計
量に対して 5〜15重量％含む混合物を前記液晶注入穴か
ら空セル容器内に充填する工程と、前記液晶注入穴を封
着し前記基板面を光照射してセル容器内のアクリル系光
重合性物質を硬化させる工程とを含むことを特徴として
いる。

【００１１】上記の光照射してセル容器内のアクリル系
光重合性物質を硬化させる工程では、液晶が液晶状態か
ら等方性液体に変わる相転移温度よりもわずかに高温の
もとで（例えば相転移温度よりも3 〜4 ℃高温側）光照
射を行うことが望ましい。

【００１２】本発明に使用されるアクリル系光重合性組
成物に用いる光重合性物質としては、メチルアクリレー
ト、エチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレー
ト、ウレタンアクリレート、メチルメタクリレート、エ
チルメタクリレート等のモノマーおよびこれらのダイマ
ー、オリゴマー等が例示される。

【００１３】また、これらのアクリル系モノマー等に配
合される光重合開始剤としては、1-ヒドロキシシクロヘ
キシルフェニルケトン、ベンジルジメチルケタール等が
例示される。

【００１４】これらの光重合開始剤のアクリル系光重合
性物質に対する配合量は非常に重要である。本発明にお
いては、光重合開始剤の配合量は、該光重合開始剤とア
クリル系重合性物質との合計量に対して5 〜15重量％の
範囲とする。

【００１５】光重合開始剤の配合量が5 重量％未満で
は、本発明の特徴とする動作電圧オン・オフ時における
ヒステリシス特性の解消と、急峻な電気光学的しきい値
特性、動作電圧の低減化および細胞膜状の閉ループをな
してビフェニル系液晶をとり囲むセル構造の形成は達成
されず、逆に配合量が15重量％を越えると液晶に対する
紫外線劣化作用が著しくてなってしまう。

【００１６】本発明に使用するビフェニル系液晶として
は、例えば 4′-n- プロポキシ-4-シアノビフェニル、
4′-n- ペンチル-4- シアノビフェニル、 4′-n- ヘプ
チル-4- シアノビフェニル、 4′-n- ペントキシ-4- シ
アノビフェニル、 4′-n- オクトキシ-4- シアノビフェ
ニル、 4′-n- オクチロキシ-4- シアノビフェニル、
4′-n- ペンチル-4- シアノターフェニル等の単独また
はこれらの混合物が用いられる。

【００１７】ビフェニル系液晶とアクリル系光重合性物
質の配合比率は、ビフェニル系液晶が、該ビフェニル系
液晶とアクリル系光重合性物質との合計量に対して45〜
75重量％の範囲で存在するようにする。

【００１８】上記範囲より多い場合、少ない場合のいず
れの場合も、開口率が急激に低下するようになる。

【００１９】また、本発明においては、正の黒色染料
を、該染料とビフェニル系液晶との合計量に対して、 3
〜10重量％添加することにより、液晶の表示面を、電圧
無印加時に全面黒色とし、電圧印加時には透明な表示と
することができる。そして、このポリマ−分散形液晶表
示装置とカラーフィルタを組合わせることにより黒色背
景にフルカラーの映像を明瞭に表示することができる。

【００２０】なお、 3重量％未満ではこのような効果が
得られず、10重量％を越えると染料の均一溶解または分
散が得られず、動作電圧の上昇を招くので好ましくな
い。

【００２１】本発明のポリマ−分散形液晶表示装置は、
次のようにして製造される。

【００２２】まず、図１に示すように、透明なガラス板
や透明なプラスチック板等の透明基板１，２の片面に液
晶表示装置に信号を供給するためのＩＴＯやＳｎＯ₂ な
どの透明電極３，４を形成した透明電極基板５，６を用
意し、この透明電極基板５，６の透明電極３，４被着面
を対向させ所望の基板間隔を維持するためのスペ−サ
７，７，……を介在させて重ね合わせ、液晶注入穴（図
示せず）を除いた周辺部分を気密に封着して空セル容器
を形成する。

【００２３】なお、空セル容器を形成する前に、電極
３，４面に、スピンナ−塗布、浸漬塗布、はけぬり、ロ
−ラ塗布など適宜の方法でアクリル系光重合性組成物を
塗布し、塗布面に紫外線のような高エネルギーの電磁波
（光）を照射して硬化（重合）させて塗膜８，９を形成
させるようにしてもよい。このアクリル系光重合性組成
物としては、前述した液晶と混合させるアクリル系光重
合性組成物と同一の組成物を使用することができる。

【００２４】塗膜８，９の厚さは、500 〜1000μｍ程度
が望ましい。

【００２５】この空セル容器には、液晶注入穴から、ビ
フェニル系液晶とアクリル系光重合性物質と光重合開始
剤とから主としてなる混合物（ビフェニル系液晶をアク
リル系光重合性物質との合計量に対して45〜75重量％、
光重合開始剤をアクリル系光重合性物質との合計量に対
して5 〜15重量％）が注入されて液晶注入穴は封着され
る。

【００２６】この後、透明電極基板上から光照射を行っ
て、アクリル系光重合物質を重合させてポリマ−分散形
液晶表示装置を得る。

【００２７】

【作用】本発明のポリマ−分散形液晶表示装置は、光硬
化されたアクリル系ポリマーが細胞膜状の微小閉ループ
をなしてビフェニル系液晶をとり囲み、ビフェニル系液
晶の60％以上の大きい開口率を実現している。

【００２８】このような光硬化されたアクリル系ポリマ
ーによる細胞膜状の閉ループの形成がどのようなメカニ
ズムによるものかは必ずしも明確ではないが、狭いセル
容器中に閉じ込められたビフェニル系液晶中で光重合促
進剤の存在下でアクリル系光重合物質が架橋する際、架
橋の進行による液晶からの分離とポリマー相互の凝集の
バランスがこのような細胞膜状の構造を実現したものと
考えられる。

【００２９】これによって、従来のポリマー分散形液晶
表示装置にみられた動作電圧オン・オフ時におけるヒス
テリシス現象は解消し、動作しきい値特性の急峻化と、
動作しきい値電圧の低減化を実現することができる。

【００３０】また、本発明のポリマ−分散形液晶表示に
おいて、電極基板上にアクリル系光重合性組成物の光硬
化被膜を形成した場合には、セル内のアクリル系ポリマ
ーが電極基板上のアクリル系ポリマー被膜と強固に接着
するため、装置を垂直に配置しても液晶の自重による垂
れ下がり現象が発生せず、大面積で大容量の表示装置が
実現できる。

【００３１】

【実施例】

実施例１ ビフェニル系液晶材料ＢＬ００１（メルク社製 商品
名）70重量％と、シアノアクリルモノマ−１００（サン
ライズメイセイ社製 商品名）26重量％と、光重合開始
剤イルガキュア１８４（チバガイギ−社製 商品名) 4
重量％を添加した液晶混合物を調整した。

【００３２】液晶表示装置を構成する１対の透明電極の
形成された透明ガラス電極基板の透明電極面にシアノア
クリルモノマ−１００と光重合開始剤とを上記比率で混
合させた光重合性組成物を塗布し、ブラックライト４０
Ｓ−ＢＬＢ（松下電工（株）製）４灯照射でモノマ−を
硬化させた。次にこの透明ガラス電極基板の透明電極面
をスペーサーを介在させて対向させ、注入口を除いて周
縁部分を気密に封着して空セル容器を構成した。

【００３３】しかる後、この空セル容器に上記液晶混合
物を封入し、ブラックライト４０Ｓ−ＢＬＢ ４灯照射
で上記液晶混合物の液晶が液晶状態から等方性液体に変
る相転移温度（26℃）よりも若干高い温度（29〜30℃）
のもとでモノマ−を硬化させた。

【００３４】得られたポリマ−分散形液晶表示装置は、
図２に示すようにポリマ−１０部分が細胞膜状の微小閉
ループをなし、液晶ドロップレット１１部分がポリマ−
１０領域に比べて大きくなって、大きい開口率が得られ
た。

【００３５】そして、このドロップレット１１部分では
液晶分子のドメインが密にできて光散乱強度が強くな
り、電圧印加時と無印加時とで、良好なオン・オフ特性
が得られ非常に明るい映像を表示することができた。

【００３６】これに対して、シアノアクリルモノマ−１
００を29.55 重量％、光重合開始剤を0.45重量％（シア
ノアクリルモノマ−１００との合計量に対して1.5 重量
％）とした以外は実施例１と同一条件で製造したポリマ
−分散形液晶表示装置（比較例）では、液晶ドロップレ
ット部分の形状の輪郭が不鮮明であり、大きさのばらつ
きも大きく、また開口率も実施例の半分以下であった。

【００３７】また、図３に示す、実施例１の印加電圧に
対する光透過度特性と、図４に示す比較例のそれとを対
比すると明らかに認められるように、実施例１の装置し
て比較例の装置と比べて急峻な動作しきい値特性と低い
動作しきい値の値が得られた。 さらに、電極基板上に
設けたアクリル系ポリマー被膜とポリマー１０が強固に
接着しており、実施例１の装置を垂直に設置した場合に
も液晶材料の自重による移動（垂れ下がり）現象は発生
せず、大面積で大容量の表示装置を実現することができ
た。

【００３８】実施例２ ビフェニル系液晶材料ＢＬ００１ 50 重量％と耐紫外線
の正の黒色染料Ｓ−４２８（三井東圧染料製 商品名）
5重量％の混合物に対して、シアノアクリルモノマ−１
００を40重量％と、光重合開始剤イルガキュア１８４を
5 重量％を添加調合した液晶の混合物を調整した。

【００３９】この液晶混合物を用いて実施例１と同様に
してポリマ−分散形液晶表示装置を製造した。

【００４０】この実施例においても、実施例１の場合と
ほぼ同様の結果が得られた。

【００４１】そして、このポリマ−分散形液晶表示装置
では、表示画面は電圧無印加のとき全面黒色となり、電
圧印加においては透明になった。

【００４２】このポリマ−分散形液晶表示装置に、カラ
−フィルタを組合わせることによって、黒色背景にフル
カラ−の映像を鮮明に表示することができた。

【００４３】この実施例では、図２に示すように、ポリ
マ−１０が細胞膜状に薄く形成され、ドロップレット１
１領域が格段に大きくなり、ドロップレット１１の領域
の透過光量がポリマ−１０領域の透過光量よりもはるか
に大きいため、黒色染料がポリマ−１０領域中に多少分
散しているのにもかかわらず、高輝度、高コントラスト
表示を実現することができた。

【００４４】また、この実施例の装置を垂直に配置した
場合でも液晶材料の垂れ下がり現象が発生せず、大面積
で大容量の表示装置が実現できた。

【００４５】実施例３ ビフェニル系液晶材料ＢＬ００１と耐紫外線の正の黒色
染料Ｓ−４２８との混合比62:6〜65:3の混合物に対し
て、シアノアクリルモノマ−１００ 30 重量％と、光重
合開始剤イルガキュア１８４ 2重量％を配合した液晶混
合物を調整した。

【００４６】そして、ブラックライト４０Ｓ−ＢＬＢ
４灯照射、空冷のもとでモノマ−を硬化させた。

【００４７】この実施例の場合も実施例の場合とほぼ同
様の結果が得られた。

【００４８】なお、実施例１〜３における配合比を特許
請求の範囲に対応させて示すと次の通りである。（以下
余白） 実施例１ 実施例２ 実施例３ (a) ビフェニル系液晶 70重量％ 50重量％ 62-65 重量％ (b) シアノアクリルモノマー 26 〃 40 〃 30 〃 (c) 光重合開始剤 4 〃 5 〃 2 〃 (d) 黒色染料 - 5 〃 6 - 3 〃 a/(a+b)×100 72.9〃 55.6〃 67.4-68.4 〃 c/(b+c)×100 13.3〃 11.1〃 6.3 〃 d/(a+d)×100 - 9.1〃 8.8-4.4〃

【００４９】

【発明の効果】本発明においては、アクリル系重合性物
質に対する光重合開始剤の添加量を、従来用いられてい
る量よりも多く使用することにより、ポリマ−部分を細
胞膜状の微小閉ループに形成することができ、ポリマ−
の領域に比してドロップレットの領域が大きくなり、そ
の結果、従来装置に比べて開口率が格段に向上し、非常
に明るい映像表示が可能となった。特に、重合を、混入
したビフェニル系液晶が液晶状態から等方性状液体に変
る相転移温度よりも若干高い温度で行うことによりさら
に良好な結果を得ることができた。

【００５０】また、本発明では、ドロップレット部分が
完全に閉ル−プの形状となるため、液晶分子のドメイン
が従来装置よりも密に形成できて、電圧無印加状態で従
来装置に比ベて強い散乱状態が得られる。さらに、従来
装置に比べて動作しきい値特性の急峻化と、動作しきい
値電圧の低減化を実現することができる。

【００５１】また、本発明においてはポリマ−領域が細
胞膜状となり、ドロップレット領域の透過光量がポリマ
−領域の透過光量に比して極端に大きくなるため、液晶
の混合液に黒色染料を適量混入すると、電圧無印加時に
は全面黒色で、電圧印加時には無色透明な表示が可能と
なり、その結果、カラ−フィルタと組み合わせることに
より、黒色背景にフルカラ−の映像を表示することがで
きる。

【００５２】さらに、透明電極基板の透明電極面上にア
クリル系被膜を形成することにより、電極基板とポリマ
−の接着が強固に行われ、装置を垂直に設置した場合で
も液晶材料の垂れ下がり現象が発生せず、大面積で大容
量の表示装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図。

【図２】本発明の実施例において発現するドロップレッ
トの形状を示す図。

【図３】本発明の実施例において実現する印加電圧に対
する光透過度特性を示すグラフ。

【図４】従来の装置の印加電圧に対する光透過度特性を
示すグラフ。

【符号の説明】

１，２…透明基板、３，４…透明電極、５，６…透明電
極基板、７，８…塗膜、９…スペ−サ、１０…ポリマ
−、１１…液晶ドロップレット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する１対の透明基板間に、高分子中
   に液晶をドロップレット状に分散させた高分子／液晶複
   合膜を介在させてなるポリマ−分散形液晶表示装置にお
   いて、 前記高分子／液晶複合膜は、光硬化されたアクリル系ポ
   リマーとビフェニル系液晶とから主としてなり、前記ビ
   フェニル系液晶は、該ビフェニル系液晶と前記光硬化さ
   れたアクリル系ポリマーとの合計量に対して45〜75重量
   ％存在し、かつ前記アクリル系ポリマーは、細胞膜状の
   微小閉ループを形成してビフェニル系液晶をとり囲み、
   該ビフェニル系液晶の開口率を70％以上としていること
   を特徴とするポリマ−分散形液晶表示装置。
2. 【請求項２】 正の黒色染料が、該黒色染料とビフェニ
   ル系液晶との合計量に対して、 3〜10重量％配合されて
   いることを特徴とする請求項１記載のポリマ−分散形液
   晶表示装置。
3. 【請求項３】 液晶表示装置を構成する１対の透明電極
   基板の透明電極の形成された面を対向させ、液晶注入穴
   を除いた周辺部分を気密に封着して空セル容器を形成す
   る工程と、 （ａ）ビフェニル系液晶と、（ｂ）アクリル系光重合性
   物質と、（ｃ）光重合開始剤とから主としてなり、
   （ａ）を（ａ）と（ｂ）の合計量に対して45〜75重量％
   の範囲で含み、（ｃ）を（ｂ）と（ｃ）との合計量に対
   して 5〜15重量％含む混合物を前記液晶注入穴から空セ
   ル容器内に充填する工程と、 前記液晶注入穴を封着し前記基板面を光照射してセル容
   器内のアクリル系光重合性物質を硬化させる工程とを含
   むことを特徴とするポリマ−分散形液晶表示装置の製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記光照射してセル容器内のアクリル系
   光重合性物質を硬化させる工程は、前記液晶が液晶状態
   から等方性液体に変わる相転移温度よりもわずかに高温
   のもとで光照射することにより行われることを特徴とす
   る請求項３記載のポリマ−分散形液晶表示装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 対向する１対の透明基板間に、高分子中
   に液晶をドロップレット状に分散させた高分子／液晶複
   合膜を介在させてなるポリマ−分散形液晶表示装置にお
   いて、 前記透明基板の対向面に、光硬化されたアクリル系ポリ
   マー被膜を形成してなることを特徴とするポリマ−分散
   形液晶表示装置。