JPH0553153A

JPH0553153A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0553153A
Application number: JP21382691A
Authority: JP
Inventors: Chisato Kajiyama; 千里梶山; Toru Kashiwagi; 亨柏木; Koji Hara; 浩二原; Kensaku Takada; 憲作高田; Junichi Ono; 純一小野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】応答速度が速く、しかも、自己支持性に優れ
た高分子液晶／低分子液晶混合膜を有する液晶表示素子
を提供する。【構成】高分子液晶／低分子液晶混合膜中に含まれ
る、側鎖メソゲンが高分子主鎖にグラフトした側鎖型高
分子液晶の、側鎖メソゲンのグラフト率を、２５％以
上、１００％未満とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＶや一般ＯＡ機器用
の液晶表示装置等に使用される液晶表示素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子は、数μｍの間隔に
固定した一対の透明電極間に液晶材料を注入することに
よって形成されていたが、このような構成では、大面積
のデイスプレイの作成が困難であり、また液晶を封入し
た一対のガラス基板にはそれぞれ偏光軸が互いに直交し
た偏光板を取付ける必要があるため、画面の明るさ、視
野角等が不充分であった。

【０００３】また、従来の液晶表示素子では、強誘電性
液晶を用いる場合を除き、配向状態にメモリー性がない
ため、大画素数の表示画面用には製造歩留りの悪いＴＦ
Ｔ等を用いたアクテイブマトリクス駆動が必要となり、
高価になるという問題があった。また、強誘電性液晶を
用いた場合には、１〜２μｍという極めて薄いセルギャ
ップ制御および液晶の均一な配向制御が必要なため、小
面積ですら満足な表示を得ることが困難であった。

【０００４】近時、高分子の骨格鎖に、側鎖として、フ
レキシブルな炭素骨格などを介して、液晶材料に相当す
る部分（側鎖メソゲン）を結合した側鎖型高分子液晶
を、通常の低分子の液晶材料ととにも溶剤中に溶解し
て、透明電極板等の板状体またはフィルム状の支持体上
に流延塗布し、乾燥固化させて高分子液晶／低分子液晶
混合膜を形成した後、この高分子液晶／低分子液晶混合
膜上にもう一枚の支持体を重ね合わせた液晶表示素子が
提案されている（特開平２─１９３１１５号公報、特開
平２─１２７４９４号公報、Chem. Lett.,817(1989) 、
Polym. Preprints,Japan 39 (3) 761 (1990) 等参
照）。

【０００５】この液晶表示素子においては、高分子液晶
／低分子液晶混合膜に低周波または直流の電場を印加す
ると、当該膜内で電場に付随してイオンが移動するため
に乱流を生じて、入射光が強く散乱され、不透明な状態
となる。一方、高周波の電場を印加すると、高分子液晶
／低分子液晶混合膜内の液晶分子が、電気光学効果によ
って、電場方向にホメオトロピック配向して、入射光が
散乱されずに通過できるようになり、透明な状態に転換
する。

【０００６】上記高分子液晶／低分子液晶混合膜を有す
る液晶表示素子は、上記両状態にて電場を除去した際に
光の散乱状態または非散乱状態を安定に保持するメモリ
ー性があるので、制御回路を簡易化することができる。
また、この液晶表示素子は、前記のように、高分子液晶
と低分子液晶とを含有する溶液を塗布、乾燥させるだけ
で、液晶表示機能を有する高分子液晶／低分子液晶混合
膜を形成しうるため、液晶表示素子の大面積化を容易に
行うことができる。

【０００７】さらに、上記高分子液晶／低分子液晶混合
膜は、高分子液晶を含むため、これを支持体間に充填し
たとき、スペーサ等を用いなくてもセル間隔を保持する
程度の自己支持性を持たせることができる。このため、
例えば、混合膜の自己支持性を利用して、柔軟なプラス
チックフィルム等からなる支持体と組み合わせることに
より、柔軟性に富む液晶表示素子を製造できるという利
点もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の高分子
液晶／低分子液晶混合膜では、高分子液晶の粘性が高い
ため、透明から不透明への転換の応答速度、および、不
透明から透明への転換の応答速度が遅いという問題があ
った。応答速度を速くするために、低分子液晶の比率を
多くして、混合膜全体の粘性を下げることが考えられた
が、この場合には、相対的に、混合膜中における高分子
液晶分子の数が減少するので、混合膜の自己支持性が低
下して、特に、柔軟性に富む液晶表示素子を製造できな
くなるという問題がある。

【０００９】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
のであって、応答速度が速く、しかも、自己支持性に優
れた高分子液晶／低分子液晶混合膜を有する液晶表示素
子を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するため、本発明者らは、素子の動作時における、高
分子液晶／低分子液晶混合膜中での各成分分子の挙動
と、素子の応答速度との関係について検討を行った。そ
して、高分子液晶、低分子液晶の運動性により、素子の
応答速度が影響を受けることを見出した。

【００１１】すなわち、高分子液晶／低分子液晶混合膜
は、高周波の電場を印加すると、前述したように、膜内
の液晶分子が、電気光学効果によって電場方向にホメオ
トロピック配向して、櫛の歯状に配列された側鎖型高分
子液晶の側鎖メソゲン間に、低分子液晶が入り込んで配
列された、スメクティックＡ構造になるとともに、高分
子液晶の主鎖が平行に配列されて、透明状態になる。

【００１２】この白濁→透明の変化においては、高分子
液晶の側鎖メソゲンの運動が応答速度を律している。一
方、高分子液晶／低分子液晶混合膜に低周波または直流
の電場を印加すると、当該混合膜内で電場に付随してイ
オンが移動するために乱流を生じて、側鎖メソゲンおよ
び低分子液晶がランダムに配向した状態になるととも
に、高分子液晶の主鎖もランダムに配向した状態とな
り、白濁化する。

【００１３】この透明→白濁の変化においては、高分子
液晶の主鎖の運動が素子の応答速度を律しており、その
主たる原因は、主鎖に付随した多数の側鎖メソゲンが、
当該主鎖の運動を制限することにあると考えられる。そ
こで、本発明者らは、側鎖型高分子液晶における側鎖メ
ソゲンのグラフト率を下げて側鎖部に空隙を設け、それ
によって、高分子液晶としての性質、硬さ、容積等をあ
る程度保ちながら、混合膜化した際の、主鎖、側鎖メソ
ゲンおよび低分子液晶の運動性を向上することを考え
た。

【００１４】すなわち、側鎖メソゲンのグラフト率を下
げると、主鎖の運動が、側鎖メソゲンにより制限を受け
る度合いが低下するので、主鎖の運動性が向上する。ま
た、側鎖部に空隙が生じたことにより、側鎖メソゲンお
よび低分子液晶の運動性も向上する。したがって、側鎖
メソゲンのグラフト率を下げた側鎖型高分子液晶を使用
すれば、混合膜中における低分子液晶の比率を多くしな
くても、応答速度を速くすることができるので、自己支
持性に優れ、かつ、応答速度が速い高分子液晶／低分子
液晶混合膜を有する素子を製造することが可能となるの
である。

【００１５】そこで、本発明者らは、さらに、側鎖メソ
ゲンのグラフト率の具体的な数値範囲について検討を行
い、その結果、本発明を完成するに至った。すなわち、
本発明の液晶表示素子は、液晶材料に相当する側鎖メソ
ゲンが高分子主鎖にグラフトした側鎖型高分子液晶と、
低分子液晶と、電解質とを含有する混合膜を一対の透明
電極で挟着した液晶表示素子であって、上記側鎖型高分
子液晶における側鎖メソゲンのグラフト率が、２５％以
上、１００％未満であることを特徴とする。

【００１６】側鎖メソゲンのグラフト率の下限範囲が２
５％に限定されるのは、以下の理由による。すなわち、
グラフト率が２５％未満では、電気光学効果を発揮する
側鎖メソゲン量が少なくなり過ぎて、電場に対する応答
性が悪化する。また、上記側鎖メソゲンは、電場を除去
した際に、低分子液晶のように容易に流動せず、混合膜
のメモリー性を維持するものであるため、この側鎖メソ
ゲン量が少なくなり過ぎると、電場を除去した際のメモ
リー性も悪化する。さらに、この側鎖メソゲン量が少な
くなり過ぎると、高分子液晶の粘度が低下するため、混
合膜の自己支持性も悪化する。

【００１７】したがって、側鎖メソゲンのグラフト率の
下限範囲は２５％に限定される。なお、側鎖メソゲンの
グラフト率は、前述した電場に対する応答性、電場を除
去した際のメモリー性、並びに、混合膜の自己支持性等
を考慮すると、５０〜８５％であることがより好まし
い。高分子液晶／低分子液晶混合膜に含まれる低分子液
晶としては、通常用いられる各種低分子液晶材料を使用
することができる。上記低分子液晶は、単独で、あるい
は２種以上混合して使用することかできる。

【００１８】一方、側鎖型高分子液晶としては、下記一
般式(I) で表される繰り返し単位を有する、シロキサン
主鎖型の高分子液晶が好適に使用されるが、ビニル重合
体の主鎖やアルキレンオキサイドの主鎖に側鎖メソゲン
をグラフトさせた、種々の側鎖型高分子液晶を使用する
こともできる。

【００１９】

【化２】

【００２０】（式中、ｍは正の整数、ａ，ｂは下記数式
を満足する任意の正の数、Ｒは−ＣＮ、−ＯＣＨ₃等の
任意の置換基を表す。）

【００２１】

【数２】

【００２２】上記一般式(I) で表されるシロキサン主鎖
型の高分子液晶の、側鎖メソゲンのグラフト率を、前記
範囲内に制御する方法としては、側鎖メソゲンを主鎖へ
結合するためのヒドロシリル化反応における反応率を制
御する方法や、上記ヒドロシリル化反応により側鎖メソ
ゲンが結合される部分である、主鎖中のSi−Ｈ結合の数
が制御された高分子主鎖原料を用いて、ヒドロシリル化
反応を行う方法があげられる。

【００２３】また、ビニル重合体の主鎖を有する側鎖型
高分子液晶の場合には、側鎖メソゲンを有する単量体と
有しない単量体とを所定の比率で配合したものを、交互
共重合あるいはランダム共重合させればよい。上記側鎖
型高分子液晶としては、スメクティック相を示すもの、
ネマティック相を示すものの何れをも使用することがで
きる。高分子液晶および低分子液晶の両方がネマティッ
ク相を示すものである場合は、混合によりスメクティッ
ク相が誘起されるような混合系を選択する必要がある。

【００２４】高分子液晶と低分子液晶の比率は、各液晶
の分子構造にも依存するが、通常重量比で２／８〜７／
３の範囲であることが好ましい。これは、高分子液晶の
比率が上記範囲より多い場合は、応答速度が遅くなり、
また低分子液晶の比率が上記範囲より多い場合は、自己
支持性が十分でなくなるためである。なお、混合膜の自
己支持性は、高分子液晶／低分子液晶混合膜中における
高分子液晶分子の数に大きく依存するので、高分子液晶
と低分子液晶の重量比は、高分子液晶分子の分子量に応
じて、上記範囲内で調整することが望ましい。

【００２５】上記混合膜は、０．０１〜１重量％の割合
で電解質を含有しており、この電解質に起因したイオン
により、応答速度がさらに高められるとともに、確実か
つ再現性よく、透明→白濁の変化を生じる。上記電解質
としては、高分子液晶および低分子液晶を適当な溶媒に
溶解した、高分子液晶／低分子液晶混合膜の原料である
塗布液に溶解するものであれば、いずれも使用すること
ができ、たとえば、下記一般式(II)であらわされる四級
アンモニウム塩が好ましいものとしてあげられる。

【００２６】

【化３】

【００２７】（式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴は、
それぞれ同一または異なって、メチル、エチル、プロピ
ル、イソプロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル基等の
アルキル基を示し、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｃｌ
Ｏ₄、ＰＦ₄、ＢＦ₄等を示す。）かかる電解質は、１
種類のみを使用してもよく、あるいは混合物で使用して
もよい。

【００２８】また、上記混合膜には、液晶表示素子をカ
ラー表示タイプにするため、従来公知の各種二色性色素
を配合することもできる。混合膜を挟着する一対の透明
電極としては、ガラス、プラスチックフィルム〔例えば
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテル
サルホン（ＰＥＳ）〕等の透明支持体の表面にＩＴＯ
（インジウムチンオキサイド）やＳｎＯ₂等の透明導電
膜を蒸着やスパッタリング等で形成したものがあげられ
るほか、通常の液晶表示素子に用いられる透明導電ガラ
スやフィルムがあげられる。

【００２９】本発明の液晶表示素子は、従来と同様に、
一方の透明電極上に、前記各成分を溶解した塗布液を塗
布し、乾燥固化させて混合膜を形成した後、この混合膜
上に他方の透明電極を重ね合わせることにより製造でき
るので、製造が容易で、工程数の削減が可能である。上
記塗布液に含まれる各成分の配合割合は、塗布液を透明
電極上に塗布するコート方法の種類や形成される混合膜
の膜厚に応じて、適宜決定することができる。

【００３０】上記塗布液を透明電極上に塗布するには、
バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ロ
ーラコート法等の従来公知のコート法がいずれも採用可
能である。

【００３１】

【実施例】以下に、本発明を、実施例並びに比較例に基
づいて説明する。＊実施例１下記の各成分を、アセトンとジクロロエタンの混合溶媒
（重量比５０：５０）に溶解させて、塗布液を得た。こ
の塗布液を透明導電フィルム（ＩＴＯ─ＰＥＳ、膜厚み
１００μｍ）上にバーコート法により塗布し、室温で３
０分間乾燥させて混合膜を形成した後、当該混合膜上に
もう一枚の上記透明導電フィルムを積層して、液晶表示
素子を得た。

【００３２】高分子液晶：４─メトキシフェニル─４’─ヘキシロキシベンゾエートメチルシロキサンとジメチルシロキサンとの共重合体［ジメチルシロキサン分率１５〜１８％、側鎖メソゲンのグラフト率８２〜８５％、平均分子量１８０００、一般式(I) のｍが６、Ｒが−ＯＣＨ₃基である高分子］ …４３重量部低分子液晶：Ｅ６３（メルクジャパン社製） …５０重量部電解質：テトラエチルアンモニウムブロミド …両液晶の総量に対して０．０５重量％＊実施例２高分子液晶として、同じ４─メトキシフェニル─４’─
ヘキシロキシベンゾエートメチルシロキサンとジメチル
シロキサンとの共重合体で、かつ、ジメチルシロキサン
分率４５〜５０％、側鎖メソゲンのグラフト率５０〜５
５％、平均分子量３０００のものを３１重量部（実施例
１で使用した高分子液晶とほぼ等モル数）使用したこと
以外は、上記実施例１と同様にして、液晶表示素子を得
た。＊実施例３高分子液晶として、同じ４─メトキシフェニル─４’─
ヘキシロキシベンゾエートメチルシロキサンとジメチル
シロキサンとの共重合体で、かつ、ジメチルシロキサン
分率６５〜７０％、側鎖メソゲンのグラフト率３０〜３
５％、平均分子量２０００のものを２３重量部（実施例
１で使用した高分子液晶とほぼ等モル数）使用したこと
以外は、上記実施例１と同様にして、液晶表示素子を得
た。＊比較例１高分子液晶として、同じ４─メトキシフェニル─４’─
ヘキシロキシベンゾエートメチルシロキサンとジメチル
シロキサンとの共重合体で、かつ、ジメチルシロキサン
分率９６〜９７％、側鎖メソゲンのグラフト率３〜４
％、平均分子量１５００のものを１１重量部（実施例１
で使用した高分子液晶とほぼ等モル数）使用したこと以
外は、上記実施例１と同様にして、液晶表示素子を得
た。＊実施例４高分子液晶として、４─メトキシフェニル─４’─ヘキ
シロキシベンゾエートメチルシロキサンをヒドロシリル
化反応の反応率を制御して合成した、側鎖メソゲンのグ
ラフト率５０％、平均分子量７０００のものを３１重量
部（実施例１で使用した高分子液晶とほぼ等モル数）使
用したこと以外は、上記実施例１と同様にして、液晶表
示素子を得た。＊比較例２高分子液晶として、側鎖メソゲンのグラフト率１００
％、平均分子量３００００のポリ（４─メトキシフェニ
ル─４’─ヘキシロキシベンゾエートメチルシロキサ
ン）５０重量部（実施例１で使用した高分子液晶とほぼ
等モル数）を使用したこと以外は、上記実施例１と同様
にして、液晶表示素子を得た。＊比較例３上記比較例２で使用した、高分子液晶としてのポリ（４
─メトキシフェニル─４’─ヘキシロキシベンゾエート
メチルシロキサン）の配合量を３１重量部としたこと以
外は、上記比較例２と同様にして、液晶表示素子を得
た。

【００３３】上記各実施例、比較例で得た液晶表示素子
について、以下の各試験を行った。＊応答性試験各実施例、比較例で得た液晶表示素子に、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ光（波長６３３ｎｍ）を照射しつつ、室温下、１ｋ
Ｈｚの交流（９０Ｖ）を印加し、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光の
透過率が１０％から９０％に達するまでの時間を計測し
て、白濁から透明への応答時間とした。また、同様にし
て、室温下、直流（９０Ｖ）を印加し、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ光の透過率が９０％から１０％に達するまでの時間を
計測して、透明から白濁への応答時間とした。＊自己支持性試験各実施例、比較例で得た液晶表示素子の中央部に、直径
１０mm、重さ５０ｇの円柱状の錘を載せた際の、混合膜
の厚みおよび外観の変化を観察した。そして、変化が見
られたものを自己支持性不良（×）、変化の見られなか
ったものを自己支持性良（○）として評価した。

【００３４】以上の結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】上記表１の結果より、側鎖メソゲンのグラ
フト率が２５％を下回る高分子液晶を使用した比較例１
は、電圧を印加しても応答しない上、混合膜の自己支持
性も悪いことが判った。また、側鎖メソゲンのグラフト
率が１００％の高分子液晶を使用した比較例２は、透明
→白濁、白濁→透明の応答速度が遅いことが判った。

【００３７】さらに、高分子液晶の配合量を少なくし
て、相対的に低分子液晶の比率を多くした比較例３は、
上記比較例２に比べて応答速度が速くなるものの、混合
膜の自己支持性が悪化することが判った。これに対し、
側鎖メソゲンのグラフト率が２５％以上、１００％未満
である実施例１〜４は、何れも、透明→白濁、白濁→透
明の応答速度が速く、かつ、混合膜の自己支持性が優れ
ていることが判明した。

【００３８】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子においては、高分
子液晶／低分子液晶混合膜を構成する側鎖型高分子液晶
として、側鎖メソゲンのグラフト率を下げることで、混
合膜内での運動性を向上させた高分子液晶を使用してい
るので、混合膜中における低分子液晶の比率を多くしな
くても、応答速度を速くすることができる。したがっ
て、本発明の液晶表示素子は、自己支持性に優れ、か
つ、応答速度が速い高分子液晶／低分子液晶混合膜を有
するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田憲作大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者小野純一大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶材料に相当する側鎖メソゲンが高分子
主鎖にグラフトした側鎖型高分子液晶と、低分子液晶
と、電解質とを含有する混合膜を一対の透明電極で挟着
した液晶表示素子であって、上記側鎖型高分子液晶にお
ける側鎖メソゲンのグラフト率が、２５％以上、１００
％未満であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】側鎖型高分子液晶が、下記一般式(I) で表
される繰り返し単位を有する高分子である請求項１記載
の液晶表示素子。【化１】（式中、ｍは正の整数、ａ，ｂは下記数式を満足する任
意の正の数、Ｒは−ＣＮ、−ＯＣＨ₃等の任意の置換基
を表す。）【数１】