JPH05281522A

JPH05281522A - 非線形光学材料

Info

Publication number: JPH05281522A
Application number: JP11213992A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takahashi; 裕幸高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、液晶ドメインの大きさ及び形状を
精密に容易に制御したポリマー分散型液晶表示素子の提
供を目的とする。【構成】電極層を有した、少なくとも一方が透明性を
有する２枚の基板と、この基板間に狭持された液晶層を
有し、該液晶層がポリマーにより形成された三次元網状
構造媒体中に液晶を分散させたものにより構成される液
晶表示素子において、三次元網状構造媒体として、感光
性樹脂膜を微細パターン状に露光および現像して得られ
る孔部を有する樹脂膜を積層することにより形成したも
のを使用することを特徴とする液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、高分子分散型液晶表示素子に関
する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示装置における表示方式の一つに、
液晶層に電圧が印加された場合と印加されない場合と
で、光を透過する状態と光を散乱する状態とに変化する
ことを利用した、いわゆる散乱型がある。この方式は偏
光板を必要とするＴＮ型やＳＴＮ型に対して偏光板が不
要である。したがって偏光板による光の損失を伴わず、
明るい表示が可能となり、バックライト等の照明を必要
としない直視型（反射型）の液晶表示装置が可能とな
る。この散乱型のなかでも近年、ポリマーのマトリック
ス中に液晶をドロプレット状に分散させたり（ＮＣＡ
Ｐ：ＮｅｍａｔｉｃＣｕｒｖｉｌｉｎｅａｒＡｌｉ
ｇｎｅｄＰｈａｓｅ）、またポリマーにより形成され
た三次元網状構造すなわちポリマーネットワーク中に液
晶を分散させた（ＰＮＬＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＮｅｔｗｏ
ｒｋＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）、いわゆるポリ
マー分散型液晶（ＰＤＬＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐ
ｅｒｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）の提案が
なされている。これらは、偏光板が不要なため明るい表
示が可能、大面積化が可能、応答速度が大きい、ＳＴＮ
型等に比べて液晶層の厚さの影響を受けにくい、等の特
徴を持つことから注目され、ディスプレイへの応用開発
も進められているが、一方、駆動電圧が高い、電気光学
特性の急峻性が小さいなど、重要な問題も残っている。
これらの問題の改善のためには、相分離構造を精密に制
御して、ドロプレット構造やネットワーク構造の大きさ
及び形状の分布をシャープにすることが必要である。ま
たこれとは別に階調性を重視した表示装置の実現かつ高
歩留まり生産のためには液晶ドメインの大きさが比較的
広範囲にかつすべてのロット間で一様に分布することが
必要であり、ここでも構造の大きさの分布を精密に制御
することが必要となる。ポリマー分散型液晶の作製法と
しては、高分子と液晶を共通溶媒に溶解し、基板上にキ
ャストする溶媒蒸発法、高分子多孔質膜の空隙中に液晶
を含浸させる含浸法、高分子の水溶液に液晶を乳化・分
散させてキャストする乳化法、液晶と重合性モノマーの
混合溶液からモノマーを重合させる重合法など、いくつ
かの方法があるが、各製法とも液晶ドメインの大きさ及
び形状を精密に制御するには至っていない。

【０００３】

【目的】本発明は、液晶ドメインの大きさ及び形状を精
密に容易に制御したポリマー分散型液晶表示素子の提供
を目的とする。

【０００４】

【構成】本発明の液晶表示素子は、電極が形成された一
対の基板を離間、対向して配置し、その間にポリマーに
より形成された三次元網状構造すなわちポリマーネット
ワーク中に液晶を分散させた液晶層を有するポリマー分
散型液晶表示素子に関する。本発明の液晶表示素子は、
基板間に配置される液晶層の網状構造媒体が、感光性樹
脂膜を微細パターン状に露光および現像して得られる孔
部を有する樹脂膜を積層することにより形成したもので
あり、特に該三次元網状構造の単位構造サイズ（孔部サ
イズ）の値（平均値）が０．７〜５μｍ（好ましくは１
〜３μｍ）の範囲にあることを特徴とする。

【０００５】前記の要件を満足する液晶媒体を形成する
積層用樹脂膜は例えば以下のようにして作成される。
光、好適には紫外線硬化型ポリマー形成性モノマーまた
はオリゴマーに、重合開始剤、希釈剤あるいはその他の
添加剤等を混合したもの、さらには必要に応じて前記混
合物を適当な溶剤に溶解して作成した組成物を基板上に
パターン状に塗布、重合させ樹脂膜を形成し、次に該樹
脂膜をパターン状に硬化させ、次に非硬化部分を溶解除
去、および該形成した樹脂膜を基板から分離して作成す
ることができる。

【０００６】本発明において好適に用いられる紫外線硬
化型高分子形成性モノマーとしては例えば、スチレン、
クロロスチレン、ジビニルベンゼン；メチル、エチル、
プロピル、ブチル、アミル、２−エチルヘキシル、オク
チル、ノニル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシ
ル、シクロヘキシル、ベンジル、メトキシエチル、ブト
キシエチル、フェノキシエチル、アルリル、メタリル、
グリシジル、２−ヒドロキシエチル、２−ヒドロキシプ
ロピル、ジメチルアミノエチル、ジエチルアミノエチル
等の置換基を有してもよいアクリレートまたはメタクリ
レートまたはフマレート；エチレングリコール、プロピ
レングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメ
チレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチ
ロールプロパン等のメタクリレート；酢酸ビニル、酪酸
ビニル、安息香酸ビニル、アクリロニトリル、セチルビ
ニルエーテル、リモネン、シクロヘキセン、ジアリルフ
タレート、ジアリルイソフタレート、２−、３−、４−
ビニルピリジン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル
アミド、メタクリルアミド等をあげることができるが、
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）イソシアヌレートが特に好ましい。同様に
高分子形成性オリゴマーとしては、例えばカプロラクト
ン変性ヒドロキシピパ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が挙げられる重合開始剤としては例えば、２−ヒドロキシ−２−メチ
ル−１−フェニルプロパン−１−オン（メルク社製「ダ
ロキュア１１７３」）、１−ヒドロキシシクロヘキシル
フェニルケトン（チバガイギー社製「イルガキュア１８
４」）、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒド
ロキシ−２−メチルプロパン−１−オン（メルク社製
「ダロキュア１１１６」）、ベンジルジメチルケタール
（チバガイギー社製「イルガキュア６５１」）、２−メ
チル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モル
ホリノプロパノン−１（チバガイギー社製「イルガキュ
ア９０７」）等があげられるが、紫外線硬化型高分子形
成性モノマーまたはオリゴマーとの相溶性の点で２−ヒ
ドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オ
ンが特に好ましい。前記高分子形成性モノマー、オリゴ
マーおよび重合開始剤に、希釈剤その他の添加剤を混合
し、さらに必要に応じて適当な溶剤に溶解して使用され
る。

【０００７】これらを基板上に膜形成を行なう手段とし
ては、例えばスピンコート法、ブレンド法、デイツピン
グ法、印刷法等が挙げられ、その膜厚は塗布法によりそ
れぞれ調整される。露光の光源としては、例えば紫外線
を発するレーザやメタルハライドランプ等が用いられ、
場合により光学系装置により略平行で微細なビームとし
て照射される。露光によるパターン形成は、前記単位構
造サイズ（孔部直径サイズ）が０．７〜５μｍ、好まし
くは１〜３μｍの範囲になるように行なわれ、このよう
なサイズの場合には、可視光線の散乱効率が向上し、大
きなコントラスト比が得られる。本発明においては、フ
ォトマスクのパターン設計、あるいは光ビーム径やその
走査方法等により、二次元網状構造の単位構造形状およ
びサイズを任意に精密に制御できる。例えば、前記単位
構造サイズ内で液晶ドメインのサイズを微細にかつ形状
を均一に制御することにより、低駆動電圧で電気光学特
性の急峻な液晶表示素子が得られる。露光した感光性樹
脂膜の現像は、硬化部は溶解しないが、非硬化部を溶解
する溶剤を使用し、非硬化部を溶解除去して行なうこと
ができる。また、特に階調性を重視した液晶表示素子の
作製および高い歩留まりでの生産のためには、三次元網
状構造における単位構造の大きさを比較的広範囲にかつ
すべてのロット間で一様に分布させることが必要である
が、本発明によれば、フォトマスクのパターン設計、あ
るいは紫外線ビーム径やその走査方法等により三次元網
状構造における単位構造サイズを任意に制御できるた
め、該単位構造サイズを、可視光線の散乱効率が大きい
０．７〜５μｍの範囲で広く分散させることができる。
これによりなだらかで直線的な電気光学特性を有する、
階調制御性に優れた液晶表示素子が実現できる。

【０００８】基板としては、前記のようにして作成した
積層用ポリマー膜が該基板から分離可能なものであれば
特にその種類は制限されず、例えばガラス、あるいはプ
ラスチック基板が挙げられる。特に、基板としては、そ
れを溶剤によって溶解除去することができる材料で作成
されたものが好ましい。このような材料としては、例え
ば水溶性の塩類、場合によりゼラチン、ＰＶＡ等が挙げ
られる。前記のような非硬化部を除去するために使用す
る溶剤によって溶解除去される基板を使用すると、前記
樹脂膜の現像と基板の溶解除去を同時に行なうことがで
き、孔部を有する積層用樹脂膜を効率良く作成すること
ができる。また、基板が積層用樹脂膜を溶解除去する溶
剤によって溶解除去できないものであっても、前記非硬
化部を溶解除去後、別種類の溶剤によって該基板を溶解
除去しても差し支えない。但し、本発明の積層用樹脂膜
の作成方法は、前記のような作成方法に限定されるもの
ではなく、あらかじめ形成された硬化型ポリマーを塗布
してもよいし、また、前記硬化型ポリマー形成性モノマ
ーまたはオリゴマーとしては、光硬化型ポリマー特に紫
外線硬化型ポリマーを与えるものが好ましいが、これに
限定されるものではなく、例えば熱硬化型ポリマーを与
えるモノマーまたはオリゴマーであってもよい。

【０００９】本発明の液晶表示素子は、前記のようにし
て作成した積層用ポリマー膜の複数枚を、電極層を有し
た、少なくとも一方が透明性を有する２枚の基板間に貼
り合わせ、三次元網状構造ポリマー積層膜を形成し、該
積層膜にネマティック液晶等の液晶材料を含浸させ、液
晶層とすることにより製造することができる。本発明の
液晶表示素子を構成する基板としては、ガラス、および
ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ
エーテルサルフォン、ポリアリレートなどのような透明
なポリマーがあげられるが、二枚のうち少なくとも一方
が透明性を有していればよく、他方は不透明なものでも
よい。これら基板にはＩＴＯ等の電極が設けられてお
り、少なくとも透明基板の方は透明電極が必要である。
膜厚については薄すぎるとコントラスト比が小さくな
り、厚すぎると駆動電圧が大きくなるため、５〜２０μ
ｍ程度が好ましい。積層用ポリマー膜の１単位当りの厚
さは、所望の液晶層厚の１／２以下であればよく、所望
の液晶厚と積層数から設定される。本発明の液晶表示素
子において、コントラスト比や駆動電圧等の表示特性の
点から、液晶層全体積（液晶の体積＋三次元網状構造を
形成するポリマーの体積）に対し、液晶の体積が６０％
以上であることが好ましい。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。実施例１基板としてＩＴＯ付ガラス板を用い、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を
用い、これに重合開始剤として２−ヒドロキシ−２−メ
チル−１−フェニルプロパン−１−オンを５ｗｔ％添加
したものをスピンコート法により約２μｍの厚さで塗布
する。これを図２のようなパターンを有するフォトマス
クを用いてメタルハライドランプを光源とした平行光を
照射してパターン状に硬化させ、未硬化部を適当な溶剤
により除去する。フォトマスクのパターン形状およびサ
イズは図２に限定されるものではなく、種々の形状及び
サイズを用いることも考えられる。また、フォトマスク
を用いずに、紫外線ビームを所望のパターン形状にした
がって照射してもよい。一方、該ポリマー膜上にさらに
積層するポリマー膜も上述と同様に作製されるが、用い
る基板上の電極は不要であり、基板材料についても他の
ものでもよい。このように作製されたポリマー膜は基板
から単離され、隣接するポリマー膜に対し図３のような
位置関係で（隣接するポリマー膜の孔部の一部が重なり
あうように）、ＩＴＯ付ガラス板上に形成したポリマー
膜上に貼り合わせていくことにより、三次元網状構造を
有するポリマー積層膜が得られる。計５枚のポリマー膜
を積層させ膜厚は約１０μｍとする。こうして得られた
三次元網状構造ポリマー積層膜にネマティック液晶材料
を含浸させ、ＩＴＯ付基板を貼りあわせることにより、
駆動が可能な液晶表示素子とした。

【００１１】

【効果】

（１）フォトマスクのパターン設計、あるいは紫外線ビ
ーム径やその走査方法等により三次元網状構造の単位構
造形状およびサイズを任意に制御できるので、液晶ドメ
インのサイズを微細にかつ形状を均一にすることにより
低駆動電圧で電気光学特性の急峻な液晶表示素子が実現
できる。（２）液晶層の三次元網状構造媒体を形成する樹脂膜と
して、現像溶媒に溶解する材料で構成される基板を用い
たので、露光現像後のポリマー膜を単離させる等の機械
的応力が加わるような操作なしに前記樹脂膜を形成でき
るので、該樹脂膜が剥離による膜の変化や破損を生じな
いため、それと積層した場合に高精度のサイズ及び形状
の三次元網状構造膜が得られる。（３）フォトマスクのパターン設計、あるいは紫外線ビ
ーム径やその走査方法等により、簡単に三次元網状構造
の単位構造形状およびサイズ（０．７〜５μｍ）に任意
に制御できるので、液晶ドメインのサイズを可視光線の
散乱効率が向上するようなサイズに設定でき、コントラ
スト比が大きな液晶表示素子が実現できる。（４）フォトマスクのパターン設計、あるいは紫外線ビ
ーム径やその走査方法等により、簡単に液晶層（液晶＋
三次元網状構造ポリマー）における液晶の含有率を制御
できるため、コントラスト比が大きく表示特性に優れた
液晶表示素子が実現できる。（５）フォトマスクのパターン設計、あるいは紫外線ビ
ーム径やその走査方法等により、簡単に三次元網状構造
における単位構造サイズを任意に制御できるため、該単
位構造サイズを、可視光線の散乱効率が大きい範囲
（０．７〜５μｍ）で広く分散させることができるので
階調制御性に優れた液晶表示素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の断面をモデル的に示す
図である。

【図２】本発明で使用する微細なパターンを有するフォ
トマスクを示す。

【図３】単位構造部と三次元網状構造部を形成するパタ
ーンの他の１例である。

【図４】孔部を有する積層用樹脂膜を、その孔部が一部
重なり合うように貼り合わせた状態を示す図である。

【符号の説明】

１基板２電極３液晶層４ポリマーマトリックス５液晶チャネル６上層のパターン７下層のパターン８マスク部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極層を有した、少なくとも一方が透明
性を有する２枚の基板と、この基板間に狭持された液晶
層を有し、該液晶層がポリマーにより形成された三次元
網状構造媒体中に液晶を分散させたものにより構成され
る液晶表示素子において、三次元網状構造媒体として、
感光性樹脂膜を微細パターン状に露光および現像して得
られる孔部を有する樹脂膜を積層することにより形成し
たものを使用することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】三次元網状構造媒体として露光感光性樹
脂膜の現像溶媒に可溶な材料で構成された基板上に形成
した感光性樹脂膜を微細パターン状に露光後、該露光樹
脂膜を現像溶媒を用いて現像すると同時に基板を溶解除
去して孔部を有する現像樹脂膜を分離し、該分離した樹
脂膜を積層させたものを使用することを特徴とする請求
項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】三次元網状構造の単位構造サイズ（孔部
サイズ）が略均一であり、その値（平均値）が０．７〜
５μｍの範囲にある請求項１または２記載の液晶表示素
子。
【請求項４】三次元網状構造の単位構造サイズ（孔部
サイズ）の値（平均値）が０．７〜５μｍの範囲にあ
り、かつ該サイズ範囲内で分散していることを特徴とす
る請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項５】液晶層が液晶層全体積（液晶の体積＋三
次元網状構造を形成するポリマーの体積）に対し６０％
以上の体積の液晶を含有するものである請求項１、２、
３または４記載の液晶表示素子。