JPH055869A - 液晶デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄型で白黒表示が可能な光散乱型液晶デバイ
スを提供する。 【構成】 透明性電極層を有する２枚の透明性基板間に
調光層を有し、前記調光層が液晶材料と透明性固体物質
から成り、光の透過散乱を電界効果により制御する液晶
デバイスにおいて、２枚の直交した偏光板の間に調光層
を有する。 【効果】 偏光板の設置により、平面発光型光源を用い
ることができ、薄型で軽量な液晶デバイスを作製でき、
更に白黒表示が可能となり、表示部分の視認性が向上し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の散乱及び透過を電
気的に制御し、透明性電極層を有する２枚の透明性基板
間に調光層を有し、前記調光層が液晶材料と透明性固体
物質から成り、液晶滴を透明性固体物質中に分散させた
液晶デバイス、又は、液晶材料の連続層中に三次元網目
状構造を形成して成る透明性固体物質を有する液晶デバ
イスに関し、更に詳しくは、視野の遮断、開放及び明か
りもしくは照明光の透過制御、遮断、透過を電気的に操
作し得るものであって、文字や図形を表示し、高速応答
性を以って電気的に表示を切り換えることによって、各
種デバイス、案内板、公告板、装飾表示板等の表示用と
して利用される液晶デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶デバイスは、従来、ネマチック液晶
を使用したＴＮ（ツイスティッド・ネマチック）型やＳ
ＴＮ（スーパー・ツイスティッド・ネマチック）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。

【０００３】一方また、明るくコントラストの良い、大
型で廉価な液晶デバイスを製造する方法として、液晶の
カプセル化により、ポリマー中に液晶滴を分散させ、そ
のポリマーをフィルム化する方法が知られている。ここ
でカプセル化物質としては、ゼラチン、アラビアゴム、
ポリビニルアルコール等が提案されている（特表昭５８
−５０１６３１号公報、米国特許第４４３５０４７号明
細書）。

【０００４】上記の明細書中で開示された技術において
は、ポリビニルアルコールによってカプセル化された液
晶分子は、それが薄層中で正の誘電率異方性を有するも
のであれば、電界の存在下でその液晶分子は電界の方向
に配列し、液晶の屈折率ｎ_oとポリマーの屈折率ｎ_pが等
しいときには透明性を発現する。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ｎ_o よ
りずれるため、液晶滴はその境界面で光を散乱し、光の
透過を遮断するので薄層体は白濁する。

【０００５】このように、カプセル化された液晶を分散
包蔵したポリマーを薄膜としている技術は、上記のもの
以外にもいくつか知られており、例えば、特表昭６１−
５０２１２８号公報には、液晶がエポキシ樹脂中に分散
したもの、特開昭６２−２２３１号公報には、特殊な紫
外線硬化ポリマー中に液晶が分散したもの、特開昭６３
−２７１２３３号公報には、光硬化性ビニル系化合物と
液晶との溶解物において、上記光硬化性ビニル系化合物
の光硬化に伴う液晶物質の相分離を利用し調光層を形成
させる技術等が開示されている。

【０００６】また、このようなポリマー中に液晶滴を分
散させ、調光層を形成せしめる技術とは別に、特開平１
−１９８７２５号公報には、液晶材料の連続層中にポリ
マーを三次元網目構造に形成せしめ、液晶デバイスの低
電圧駆動を可能にした技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の液晶デバイスは、非画像部分が白濁し、画像部分が透
明であるため、平面発光型光源を液晶デバイスの裏面側
に設置した場合、画像部分は透過する光によって、光源
の光そのものが見えてしまうため、表示の識別が難しく
なるという問題点があった。

【０００８】本発明が解決しようとする課題は、平面発
光型光源を用い、視認性が向上した光散乱型液晶デバイ
スを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、透明性電極層を有する２枚の透明性基板
と、この基板間に支持された調光層を有し、前記調光層
が液晶材料と透明性固体物質から成り、光の透過散乱を
電界効果により制御する液晶デバイスにおいて、２枚の
偏光板の間に（ａ）調光層、あるいは（ｂ）基板及び調
光層を有することを特徴とする液晶デバイスを提供す
る。

【００１０】本発明に係わる液晶デバイスの構造の一例
を第１図に模式的に示した。第１図中、１は偏光板であ
り、２は透明性基板であり、３は透明性電極層であり、
４は調光層であり、５は平面発光型光源である。

【００１１】本発明の液晶デバイスにおいて使用する２
枚の偏光板は、クロスニコル状（直交偏光子間）に設置
される。偏光板を設置することによって、従来の光散乱
型液晶デバイスにおいて、電圧印加部分は透明であった
が、本発明の液晶デバイスでは、電圧印加部分の光は偏
光板を通過しないので、黒色表示が可能となり、表示の
視認性を向上させることができる。

【００１２】また、本発明の液晶デバイスは平面発光型
光源を用いるので、薄型で軽量な光散乱型液晶デバイス
を提供することができる。本発明の液晶デバイスにおい
て、偏光板は基板と調光層の間に設置しても、基板の外
側に設置してもよく、これらの組み合わせであっても良
い。

【００１３】本発明で使用する基板は、堅固な材料、例
えば、ガラス、柔軟性を有する材料、例えば、プラスチ
ックフィルムの如きものであっても良い。そして、基板
は、２枚が対向して適当な間隔を隔て得るものであり、
その２枚の間に挟持される液晶層及び透明性固体物質を
有する層から成る調光層を外界から視覚させるものでな
ければならない。但し、完全な透明性を必須とするもの
ではない。この基板には、目的に応じて透明、不透明の
適宜な電極が、その全面又は部分的に配置されても良
い。

【００１４】但し、プラスチックフィルムの如き柔軟性
を有する材料の場合には、堅固な材料、例えば、ガラ
ス、金属等に固定した上で用いるのが良い。尚、２枚の
基板間には、通常、周知の液晶デバイスと同様、間隔保
持用のスペーサーを介在させることもできる。

【００１５】スペーサーとしては、例えば、マイラー、
アルミナ、ロッドタイプのガラスファイバー、ガラスビ
ーズ、ポリマービーズ等、種々の液晶セル用のものを用
いることができる。

【００１６】本発明で使用する液晶材料は、単一の液晶
性化合物であることを要しないのは勿論で、２種以上の
液晶化合物や液晶化合物以外の物質も含んだ混合物であ
っても良く、通常この技術分野で液晶材料として認識さ
れるものであれば良く、そのうちの正の誘電率異方性を
有するものが好ましい。用いる液晶としては、ネマチッ
ク液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶が好ま
しく、ネマチック液晶が特に好ましい。その性能を改善
するために、コレステリック液晶、カイラルネマチック
液晶、カイラルスメクチック液晶等やカイラル化合物や
２色性染料等が適宜含まれていてもよい。

【００１７】本発明で使用する液晶材料は、以下に示し
た化合物群から選ばれる１種以上の化合物から成る配合
組成物が好ましく、液晶材料の特性、即ち、等方性液体
と液晶の相転移温度、融点、粘度、屈折率異方性（Δ
ｎ）、誘電率異方性（Δε）及び重合性組成物等との溶
解性等を改善することを目的として適宜選択、配合して
用いることができる。

【００１８】液晶材料としては、例えば、４−置換安息
香酸４’−置換フェニルエステル、４−置換シクロヘキ
サンカルボン酸４’−置換フェニルエステル、４−置換
シクロヘキサンカルボン酸４’−置換ビフェニルエステ
ル、４−（４−置換シクロヘキサンカルボニルオキシ）
安息香酸４’−置換フェニルエステル、４−（４−置換
シクロヘキシル）安息香酸４’−置換フェニルエステ
ル、４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸４’−置
換シクロヘキシルエステル、４−置換４’−置換ビフェ
ニル、４−置換フェニル４’−置換シクロヘキサン、４
−置換４”−置換ターフェニル、４−置換ビフェニル
４’−置換シクロヘキサン、２−（４−置換フェニル）
５−置換ピリミジン等を挙げることができる。

【００１９】また、基板間に形成される透明性固体物質
は、従来の技術の欄に記載した液晶材料を含有するマイ
クロカプセル状のものでも良いが、三次元網目状の構造
を有するものがより好ましい。

【００２０】この透明性固体物質の三次元網目状部分に
は、液晶材料が充填され、且つ、液晶材料が連続層を形
成することが好ましく、液晶材料の無秩序な状態を形成
することにより、光学的境界面を形成し、光の散乱を発
現させる上で必須である。

【００２１】これらの透明性固体物質としては、合成樹
脂が好適である。三次元網目状構造を与えるものとして
は、高分子形成性モノマー若しくはオリゴマーを重合さ
せて得られる熱硬化型樹脂又は紫外線硬化型樹脂が好ま
しい。また、有機溶剤に可溶性の合成樹脂、水に可溶性
の合成樹脂も好適である。

【００２２】透明性固体物質を形成する高分子形成性モ
ノマーとしては、例えば、スチレン、クロロスチレン、
α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン：置換基とし
て、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、３−クロロ−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
エチル等の如き基を有するアクリレート、メタクリレー
ト又はフマレート；エチレングリコール、ポリエチレン
グリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレング
リコール、1,3 −ブチレングリコール、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、グリセリン及び
ペンタエリスリトール等のモノ（メタ）アクリレート又
はポリ（メタ）アクリレート；酢酸ビニル、酪酸ビニル
又は安息香酸ビニル、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− 又は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、Ｎ−ヒドロキシメチルアク
リルアミド又はＮ−ヒドロキシエチルメタクリルアミド
及びそれらのアルキルエーテル化合物；ネオペンチルグ
リコール１モルに２モル以上のエチレンオキサイド若し
くはプロピレンオキサイドを付加して得たジオールのジ
（メタ）アクリレート；トリメチロールプロパン１モル
に３モル以上のエチレンオキサイド若しくはプロピレン
オキサイドを付加して得たトリオールのジ又はトリ（メ
タ）アクリレート；ビスフェノールＡ１モルに２モル以
上のエチレンオキサイド若しくはプロピレンオキサイド
を付加して得たジオールのジ（メタ）アクリレート；２
−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート１モルとフェ
ニルイソシアネート若しくはｎ−ブチルイソシアネート
１モルとの反応生成物；ジペンタエリスリトールのポリ
（メタ）アクリレート等を挙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。

【００２３】透明性固体物質を形成する高分子形成性オ
リゴマーとしては、例えば、エポキシ（メタ）アクリレ
ート、ポリエステル（メタ）アクリレート、ポリウレタ
ン（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリ
レート、等が挙げられる。

【００２４】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184」）、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65
1」）、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」）、2,4 −ジエチルチオキサ
ントン（日本化薬社製「カヤキュアDETX」)とｐ−ジメ
チルアミノ安息香酸エチル（日本化薬社製「カヤキュア
−ＥＰＡ」）との混合物、イソプロピルチオキサントン
（ワードプレキンソップ社製「カンタキュアＩＴＸ」）
とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチルとの混合物等が挙
げられる。

【００２５】可視光線によって重合させる場合には、重
合開始剤として３９０〜８００ｎｍの可視光領域に吸収
を有するもの、例えば、カンファーキノン等のジカルボ
ニル系化合物、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニル
ホスフィンオキシド等のアシルフォスフィンオキシド系
化合物、２−クロルチオオキサンソン等のチオキサンソ
ン系化合物等の用いることができ、更に、アミン類等の
増感剤を併用することによって重合性を改善することが
できる。

【００２６】基板に均一に付着させる透明性固体物質の
厚みを制御するために、液晶材料とモノマーもしくはオ
リゴマーの溶液、あるいは、有機溶剤とモノマーもしく
はオリゴマーの溶液に、スペーサーを混合しても良く、
一方の基板上にスペーサーを塗布しても良い。

【００２７】均一な三次元網目状の構造を有する透明性
固体物質を含む調光層を基板上に形成する方法として
は、例えば、液晶材料と、高分子形成性モノマーもしく
はオリゴマーと、必要に応じて光重合開始剤との均一溶
液を、等方性液体状態に保ちながら、２枚の透明性電極
層を有する透明性基板間に挟持させるか、あるいは、一
方の透明性電極層を有する基板上にスピンコーター等の
コーターを使用して塗布し、次いで他方の基板を重ねて
も良く、これに紫外線、可視光線又は電子線等の放射線
を照射するか、あるいは、熱的に重合硬化させて、三次
元網目状構造の透明性固体物質を形成する。

【００２８】しかしながら、三次元網目状構造を有する
透明性固体物質を均一に基板上に形成させる方法は、こ
れらの方法に限定されるものではない。このような作製
法により形成された透明性固体物質の三次元網目状構造
の形状の平均径が光の波長に比べて大きすぎたり、小さ
すぎる場合、光散乱性が劣る傾向にあるので、0.2〜２
μｍの範囲が好ましい。また、透明性固体物質を有する
調光層の層厚は、使用目的に応じ、電圧無印加部分の光
散乱による白濁性と、電圧印加部分の透明性との間の十
分なコントラストを得るために、２〜15μｍの範囲が好
ましい。

【００２９】このような方法によって製造される液晶デ
バイスの基板間隔は、２〜30μmの範囲が好ましく、特
に５〜20μmの範囲が好ましい。本発明で使用する偏光
板は、市販のものが特に制限なく使用できる。２枚の偏
光板は、クロスニコル状（直交偏光子間）に設置され、
基板の外側に設置されても、基板と調光層の間に設置さ
れてもよく、これらの組み合わせでもよい。

【００３０】本発明の液晶デバイスは、一方の基板の外
側、あるいは偏光板の外側に平面発光型光源（バックラ
イトパネル）を設置して使用される。平面発光型光源は
市販のものが特に制限なく使用できる。

【００３１】

【作用】本発明の液晶デバイスによれば、電圧が印加さ
れた部分は液晶分子が電界方向に配向して調光層は透明
状態になるが、調光層の外側にある２枚の直交した偏光
板によって光が透過せず、黒い画像部として認識するこ
とができる。

【００３２】一方、電圧が印加されない部分は液晶分子
がランダムに配向して、光が散乱するので偏光性を失
い、２枚の直交した偏光板の間を光が透過して白濁した
非画像部として認識することができる。

【００３３】更に、一般に用いられている平面発光型光
源を、従来の偏光板のない光散乱型液晶デバイスに使用
した場合、散乱光源であるため、非画像部の白地と画像
部の透明状態との識別が難しくなるが、本発明の液晶デ
バイスでは非画像部分の光は偏光板を通過しないので、
平面発光型光源を使用することができる。その結果、白
黒表示が可能で、薄型の液晶デバイスを提供できる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に
具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実
施例に限定されるものではない。

【００３５】評価特性の各々は以下の記号及び内容を意
味する。 Ｔ₀ ：白濁度；印加電圧０の時の光透過率（％） Ｔ₁₀₀ ：透明度；印加電圧を増加させていき光透過率が
ほとんど増加しなくなった時の光透過率（％） Ｖ₁₀：しきい値；Ｔ₀ を０％、Ｔ₁₀₀ を１００％とした
とき光透過率が１０％となる印加電圧（Ｖ_rms ） Ｖ₉₀：飽和電圧；同上光透過率が９０％となる印加電圧
（Ｖ_rms ） ＣＲ：コントラスト＝Ｔ₁₀₀ ／Ｔ₀ （実施例１）

【００３６】

【化１】

【００３７】から成る液晶組成物（Ａ）を調製した。こ
の液晶組成物（Ａ）の諸特性は以下の通りであった。 転移温度 68.5℃（Ｎ−Ｉ） ＜−25 ℃（Ｃ−Ｎ） 屈折率 ｎ_e ＝1.787 ｎ_o ＝1.583 屈折率の異方性 Δｎ＝0.254 しきい値電圧 Ｖ_th＝1.15Ｖ ２０℃の粘度 ５９ c.p. 誘電率の異方性 Δε＝26.9 （上記の転移温度において、Ｃは結晶相、Ｎはネマチッ
ク相、Ｉは等方性液体相をそれぞれ表わす。） この液晶組成物（Ａ）80.0％、「KAYARAD-HX-620」（日
本化薬社製カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸エ
ステルネオペンチルグリコールジアクリレート）19.6
％、及び重合開始剤として「ダロキュア1173」（メルク
社製２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパ
ン−１−オン）0.4％から成る調光層構成材料を、11.0
ミクロンのガラスファイバー製スペーサーが塗布された
２枚のＩＴＯ電極ガラス基板にはさみ込み、基板全体を
38℃に保ちながら、25mＷ／cm²の紫外線を60秒間照射
し、調光層の厚さが11.5ミクロンの液晶デバイスを得
た。得られた液晶デバイスの調光層を電子顕微鏡で観察
したところ、三次元網目状の透明性固体物質が確認でき
た。

【００３８】この液晶デバイスの印加電圧と光透過率に
関する諸特性を測定した結果、Ｔ₀＝3.2％、Ｔ₁₀₀＝89
％、ＣＲ＝27.2、Ｖ₁₀＝7.1Ｖ_rms 、Ｖ₉₀＝16.1 Ｖ_rms
であった。

【００３９】この液晶デバイスの一方の基板の外側に、
バックライトパネル（三菱レイヨン社製ＢＬタイプ）を
設置し、この液晶デバイスに16.1Ｖの電圧を印加したと
ころ、バックライトからの光が乱反射するために、表示
を見分けることができなかった。

【００４０】次に、この液晶デバイスの双方の基板の外
側に偏光板（日東電工社製、Ｆ−１２２５）をクロスニ
コル状に設置し、一方の偏光板の外側にバックライトパ
ネル（三菱レイヨン社製ＢＬタイプ）を設置した。この
液晶デバイスに16.1Ｖの電圧を印加したところ、偏光板
の作用により、鮮明な白黒表示を確認できた。

【００４１】

【発明の効果】本発明の液晶デバイスによれば、時計、
案内表示板、広告板、装飾表示板等の大型表示可能な液
晶デバイスに、平面発光型光源を適用できるので、昼夜
あるいは屋内外を問わず表示の識別がし易く、白黒表示
が可能な、薄型で軽量な液晶デバイスを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は本発明の液晶デバイスの一例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ 偏光板 ２ 透明性基板 ３ 透明性電極層 ４ 調光層 ５ 平面発光型光源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 透明性電極層を有する２枚の透明性基板
   と、この基板間に支持された調光層を有し、前記調光層
   が液晶材料と透明性固体物質から成り、光の透過散乱を
   電界効果により制御する液晶デバイスにおいて、２枚の
   偏光板の間に調光層を有することを特徴とする液晶デバ
   イス。 【請求項２】 少なくとも一方の偏光板が基板の外側に
   設置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶デ
   バイス。 【請求項３】 調光層が液晶材料の連続層中に三次元網
   目状構造を形成して成る透明性固体物質を有することを
   特徴とする請求項１又は２記載の液晶デバイス。