JPH0588212A

JPH0588212A - 液晶表示素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0588212A
Application number: JP4020121A
Authority: JP
Inventors: Chisato Kajiyama; 千里梶山; Junichi Ono; 純一小野; Toru Kashiwagi; 亨柏木; Koji Hara; 浩二原; Kensaku Takada; 憲作高田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】室温を含む広い温度範囲で使用することがで
き、応答の速度、安定性及び再現性に優れた液晶表示素
子を提供すること。【構成】側鎖型高分子液晶と低分子液晶との混合膜が、
電極間に挟着された構造を有し、前記低分子液晶が２種
類以上の低分子液晶を含有する混合液晶であり、さらに
上記混合膜は、その総量に対して０．００５乃至１重量
％の割合で電解質を含有する液晶表示素子である。

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、及びその
製造方法に関する。

【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板の間に液晶材料を注入するこ
とによって形成されていた。しかし、上記構成では、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
入した一対の透明電極板には、それぞれ、偏光軸が互い
に直交した偏向板を取り付ける必要があるため、画面の
明るさ、視野角等が不十分であった。

【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乃至２μｍという極めて薄いセルギ
ャップ制御及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えることが困難であった。

【０００４】一方、最近では、高分子の骨格鎖にフレキ
シブルな炭素骨格などを介して、液晶化合物に相当する
部分を結合した側鎖を有する側鎖型高分子液晶と、通常
の低分子の液晶材料とを溶剤中に溶解した溶液を、透明
電極板等の板状体又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─１２
７４９４号公報、Chem. Lett.,817(1989) 、Polym. Pre
prints, Japan 39 (8) 2373 (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
に液晶の配列が乱れて、入射光が強く散乱され、不透明
な状態となる。また、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。また、この液晶表示素子では、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。

【０００６】

【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、低分子液晶が単一成分で
あるので、メモリー性を示すスメティック相の温度範囲
が狭く、室温では動作しないという問題があった。ま
た、Polym. Preprints, Japan 39 (8) 2373 (1990)には
２種類の低分子液晶を混合した系が開示されているが、
当該２種類の低分子液晶のうち、１種類のものの役割は
高分子液晶の液晶基を代替することである。しかし、こ
のような混合膜ではその動作温度範囲が狭く、充分に満
足できるものではなかった。高分子液晶の液晶基の代替
は、高分子液晶の側鎖と類似の化学構造の低分子液晶を
導入することにより、液晶相の化学組成をほとんど変化
させないで高分子液晶の分率を減少させ、混合膜の粘度
を減少させるために行われる。

【０００７】さらに、上記混合膜における透明から白濁
への変化は、混合膜中に極微量存在するイオンが直流ま
たは低周波電場にしたがって、移動し、液晶の配列を乱
すことにより起こるが、この透明から白濁への変化の応
答速度が遅く、また電場の印加に対する応答の安定性お
よび再現性が悪いという問題があった。本発明は、上記
問題を解決するためになされたものであって、室温を含
む広い温度範囲で使用することができ、柔軟性、応答速
度、応答の安定性及び再現性に優れ、十分実用に供する
ことができる液晶表示素子およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の液晶
表示素子は、側鎖型高分子液晶と低分子液晶とを含む混
合膜を、少なくとも一方が透明である電極間に挟着した
ものであって、上記低分子液晶が２種類以上の液晶を含
む混合液晶であり、かつ上記混合膜がその総量に対して
０．００５乃至１重量％、好ましくは０．０１乃至１重
量％の割合で電解質を含有していることを特徴とする。

【０００９】上記低分子液晶は、側鎖型高分子液晶の側
鎖液晶基を代替することができる低分子液晶を含んだ混
合液晶であってもよい。

【００１０】また、本発明の液晶表示素子の製造方法
は、側鎖型高分子液晶、２種類以上の低分子液晶を含む
混合液晶及び電解質を溶解した溶液を、少なくとも一方
が透明である一対の電極のうち一方の表面に塗布し、乾
燥固化させて、電解質を含む混合膜を形成した後、他方
の電極を上記混合膜上に積層することを特徴とする。ま
た、本発明の液晶表示素子の他の製造方法は、側鎖型高
分子液晶、２種類以上の低分子液晶を含む混合液晶、電
解質及びスペーサーを含む混合物を一方の透明電極の一
辺に載置した後、少なくとも１本の圧着ローラーを用い
て、上記一方の透明電極を他方の透明電極と貼り合わせ
ることを特徴とする。

【００１１】本発明の液晶表示素子における上記低分子
液晶は、２種類以上の低分子液晶を含む混合液晶である
ので、広い温度範囲で動作させることができる。また、
上記低分子液晶は、高分子液晶における側鎖液晶基（メ
ソゲン基等）を代替することのできる低分子液晶を含ん
でいてもよい。側鎖の液晶基を代替できる低分子液晶
は、以下の方法によって選定される。

【００１２】高分子液晶／高分子液晶における側鎖液晶
基をを代替できるか否かを選択する低分子液晶／側鎖液
晶基を代替しない低分子液晶からなる系（重量比で４／
１／５、３／２／５、２／３／５および１／４／５）
に、１ｋＨｚ、９０Ｖの交流電圧を５秒間印加する。印
加後、透明化した系について、電圧オフにしてから６０
秒経過後、すべての混合比の系について、透明性に変化
が認められなかったものであって、かつ９０Ｖの直流電
圧の５秒間印加で白濁し、電圧オフにしてから、６０秒
間透過率（白濁）に変化が認められなかったとき、当該
系に用いた選択されるべき低分子液晶を側鎖液晶基を代
替できる低分子液晶とする。このように側鎖型高分子
液晶の液晶基を代替する低分子液晶を、上記低分子液晶
の少なくとも一部として使用すると、液晶相の化学組成
をほとんど変化させずに高分子液晶の分率を減少させる
ことができる。

【００１３】側鎖型高分子液晶の液晶基を代替可能な低
分子液晶としては、側鎖型高分子液晶の側鎖に結合した
液晶基に類似した構造を有することが必要であり、例え
ば式：

【００１４】

【化１】

【００１５】〔式中、Ｒ¹はアルコキシ基( メトキシ基
等) またはシアノ基、ｍは１〜２０の整数である。波線
はポリマーの主鎖骨格を示している。〕で表される側鎖
型高分子液晶に対しては、下記の構造の低分子液晶を使
用する必要がある。

【００１６】

【化２】

【００１７】（各式中、Ｒ²およびＲ³はそれぞれ同一
または異なって、炭素数1 〜20のアルキル基、炭素数1
〜20のアルコキシ基またはシアノ基である。)また、
式：

【００１８】

【化３】

【００１９】（式中、Ｒ¹およびｍは前記と同じであ
る。）で表される側鎖型高分子液晶に対しては、下記の
構造の低分子液晶を使用する必要がある。

【００２０】

【化４】

【００２１】（各式中、Ｒ²およびＲ³は前記と同じで
ある。）

【００２２】また、側鎖型高分子液晶の液晶基を代替し
ない低分子液晶としては、通常用いられる各種低分子液
晶を用いることができる。また、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、およびネマテ
ィック相を示すもののいずれも使用することができる。
なお、高分子液晶及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。

【００２３】上記側鎖型高分子液晶の主鎖は特に限定さ
れず、例えばシロキサン主鎖、ポリエーテル主鎖、ポリ
エチレン主鎖等を用いることができる。また、側鎖型高
分子液晶の主鎖と液晶基とを結ぶスペーサー部は特に限
定されず、例えばアルキレン鎖( エチレン基等) 、シロ
キサン鎖、ポリエーテル鎖等を用いることができる。さ
らに、液晶基は特に限定されず、通常用いられる各種液
晶基を用いることができる。

【００２４】高分子液晶／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１／９〜６／
４であることが好ましい。これは、高分子液晶の割合が
上記範囲より多い場合は、応答速度が遅くなり、また低
分子液晶の割合が上記範囲より多い場合は、光散乱が十
分でなくなるためである。また、側鎖型高分子液晶の液
晶基を代替する低分子液晶を併用する場合は、（側鎖型
高分子液晶＋側鎖型高分子液晶の液晶基を代替する低分
子液晶）／（液晶基を代替しない低分子液晶）が３／７
〜６／４の範囲で使用するのが好ましい。

【００２５】また、上記混合膜は、０．００５乃至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、応答速度が高められると共に、確実
に且つ再現性良く透明から白濁への変化を生じる。上記
電解質としては、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：

【００２６】

【化５】

【００２７】であらわされる四級アンモニウム塩が挙げ
られる。なお、式中、Ｒ⁴、Ｒ⁵、Ｒ⁶およびＲ⁷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またはＢＦ₄等を示す。

【００２８】また、上記電解質は、１種類の電解質から
なるものでも、混合物でもよい。なお、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。また、
請求項４記載の本発明方法で用いられるスペーサーは、
通常の液晶表示素子に用いられているものが使用可能で
あり、形状としては、球、ロッド等が、また材質として
は樹脂、ガラス、シリカ等が使用可能である。

【００２９】上記混合膜を挟着する少なくとも一方が透
明である一対の電極としては、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（ＰＥ
Ｔ）、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Ｓｎ
Ｏ₂等の導電膜を蒸着やスパッタリング等で形成したも
のが挙げられるほか、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挙げられる。

【００３０】請求項３記載の本発明方法では、一方の透
明電極上に上記塗布液を塗布し、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
わせることにより液晶表示素子を得るので、従来の液晶
表示素子の製造工程に比して、余分な工程を行う必要が
ない。また、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、適宜設定することが
できる。

【００３１】上記塗布液を透明電極上に塗布する方法と
しては、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を採用す
ることができる。また、請求項４記載の本発明方法で
は、一方の透明電極上に上記混合物とスペーサーとの混
合物を載置し、１本または２本の圧着ローラーを用い
て、一方の透明電極を他方の透明電極上に圧着する（す
なわち、混合物の塗布側から圧着する）ため、従来の液
晶表示素子の製造方法に比して、セル作製、セルへの液
晶注入等の余分な工程を行う必要がない。

【００３２】混合物を作製する方法としては、(1) 高分
子液晶、低分子液晶、電解質を溶剤に溶解した溶液にス
ペーサーを混入攪拌し、スペーサーが分散した状態でそ
の溶液を乾燥することにより溶剤を除去する方法、(2)
溶剤を用いずに高分子液晶、低分子液晶、電解質および
スペーサーを直接混合して混合物を作製する方法等によ
り行うことができる。

【００３３】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説
明する。尚、本発明は以下の実施例のみに限定されるも
のではない。また、実施例中、「部」とあるのはすべて
重量部である。実施例１高分子液晶としてのポリ（４─シアノフェニル─４’─
ヘキシロキシベンゾエートメチルシロキサン）３０部、
側鎖型高分子液晶の液晶基を代替しない低分子液晶とし
てのＥ６３（メルクジャパン社製、５成分以上の低分子
液晶を含むと推定される。）２０部および電解質として
全体に対して０．０５重量％となる量のテトラエチルア
ンモニウムブロミドを、アセトン／ジクロロエタン＝５
０／５０（重量比）混合溶媒に溶解して、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３０分間乾燥させて混合膜を形成した後、該混合膜
上にもう一枚の上記透明導電フィルムを積層することに
より、液晶表示素子を得た。実施例２高分子液晶として、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）２５
部、低分子液晶としてのＥ６３（前出）２５部を用いた
他は、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）１０部、
高分子液晶の側鎖液晶基を代替する低分子液晶として
（４−ｎ−ブチルベンゾイックアシッド−４’─ｎ−オ
クチルオキシフェニルエステル）１５部、他の低分子液
晶としてのＥ６３（前出）２５部を用いた他は、実施例
１と同様にして液晶表示素子を得た。実施例４高分子液晶としてポリ（４─シアノフェニル─４’─ヘ
キシロキシベンゾエートメチルシロキサン）１４部、高
分子液晶の側鎖液晶基を代替する低分子液晶として４−
ｎ−ブチルベンゾイックアシッド−４’─ｎ−オクチル
オキシフェニルエステル１４部、他の低分子液晶として
のＥ３１ＬＶ（メルクジャパン社製、７成分以上の低分
子液晶を含むと推定される。）を２２部を用いた他は、
実施例１と同様にして液晶表示素子を得た。実施例５高分子液晶の側鎖液晶基を代替する低分子液晶として、
４−ｎ−ペンチルベンゾイックアシッド−４’─ｎ−ヘ
キシルオキシフェニルエステルを用いた他は実施例３と
同様にして液晶表示素子を得た。実施例６高分子液晶の側鎖液晶基を代替する低分子液晶として、
４−ｎ−ヘキシルベンゾイックアシッド−４’─ｎ−ペ
ンチルオキシフェニルエステルを用いた他は実施例３と
同様にして液晶表示素子を得た。実施例７高分子液晶の側鎖液晶基を代替する低分子液晶として、
４−ｎ−ヘキシルオキシベンゾイックアシッド−４’─
ｎ−ペンチルフェニルエステルを用いた他は実施例３と
同様にして液晶表示素子を得た。実施例８高分子液晶の側鎖液晶基を代替する低分子液晶として、
４−ｎ−シアノベンゾイックアシッド−４’─ｎ−ペン
チルフェニルエステルを用いた他は実施例３と同様にし
て液晶表示素子を得た。実施例９高分子液晶としてポリ（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）１０部、
高分子液晶の側鎖液晶基を代替する低分子液晶として４
−ｎ−ブチルベンゾイックアシッド−４’─ｎ−オクチ
ルオキシフェニルエステル１５部、他の低分子液晶とし
てのＥ６３（前出）２５部、スペーサーとしてエポスタ
ー（粒径１０μｍ、日本触媒社製）を液晶全体に対して
２重量％を、アセトン／ジクロロメタン（重量比で１：
１）の混合溶媒５０部に溶解して、５０℃で３０分間乾
燥して溶媒を除去し、混合物を得た。その混合物を一方
の透明電極フィルムに載置し、ついで２本のローラーを
用いて他方の透明導電フィルムと貼り合わせ液晶表示素
子を得た。実施例１０電解質としてテトラブチルアンモニウムブロミドを０．
０５重量％で用いた他は、実施例１と同様にして液晶表
示素子を得た。実施例１１電解質としてテトラエチルアンモニウムクロライドを
０．０５重量％で用いた他は、実施例１と同様にして液
晶表示素子を得た。実施例１２高分子液晶としてポリ（４─シアノフェニル─４’─オ
クチロキシベンゾエートメチルシロキサン）を用いた他
は、実施例１と同様にして液晶表示素子を得た。実施例１３高分子液晶としてポリ（４─メトキシフェニル─４’─
プロピロキシベンゾエートメチルシロキサン）を用いた
他は、実施例１と同様にして液晶表示素子を得た。比較例電解質を添加しなかった他は、実施例１と同様にして液
晶表示素子を得た。評価試験実施例１乃至１３および比較例で得た各液晶表示素子に
ついて、室温下、１ｋＨｚの交流を印加した状態におけ
る透明から白濁への応答時間及び白濁から透明への応答
時間を、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３３ｎｍ）により
調べた。また、形成された混合膜がスメティック相であ
る温度範囲を偏光顕微鏡を用いて観察することにより調
べた。それらの結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１より、実施例１乃至１３で得た液晶表
示素子は、いずれも室温を含む広い温度範囲スメティッ
ク相となり、メモリー性のある配向状態となることがわ
かる。また、透明から白濁への応答時間及び白濁から透
明への応答時間が、短いこともわかる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる液晶表示
素子は、側鎖型高分子液晶と低分子液晶とを含む混合膜
を、少なくとも一方が透明である電極間に挟着したもの
であって、上記低分子液晶が２種類以上の液晶を含む混
合液晶であり、かつ上記混合膜が、その総量に対して
０．００５乃至１重量％の割合で電解質を含有している
ので、室温を含む広い温度範囲で使用することができ、
応答の速度、安定性及び再現性に優れている。

【００３７】また、低分子液晶の少なくとも一部に、上
記側鎖型高分子液晶の液晶基を代替可能な低分子液晶を
使用することにより、液晶相の化学組成をほとんど変化
させずに高分子液晶の分率を減少させ、混合膜の粘度を
下げることができるという効果がある。

【００３８】また、本発明方法によれば、余分な工程を
経ることなく、本発明に係る液晶表示素子を製造するこ
とができる。さらに、本発明による液晶表示素子は、偏
光板を用いないため、光の利用効率が高く、特に反射
型、プロジェクション型の表示に好適である。

フロントページの続き (72)発明者原浩二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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】側鎖型高分子液晶と低分子液晶とを含む混
合膜を、少なくとも一方が透明である電極間に挟着した
液晶表示素子であって、上記低分子液晶が２種類以上の液晶を含む混合液晶であ
り、かつ上記混合膜が、その総量に対して０．００５乃
至１重量％の割合で電解質を含有していることを特徴と
する液晶表示素子。
【請求項２】上記低分子液晶が側鎖型高分子液晶の側鎖
液晶基を代替することができる低分子液晶を含んだ混合
液晶であ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】側鎖型高分子液晶、２種類以上の低分子液
晶を含む混合液晶及び電解質を溶解した溶液を、少なく
とも一方が透明である一対の電極のうち一方の電極の表
面に塗布し、乾燥固化させて電解質を含む混合膜を形成
した後、他方の電極を上記混合膜上に積層することを特
徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項４】側鎖型高分子液晶、２種類以上の低分子液
晶を含む混合液晶、電解質及びスペーサーを含む混合物
を一方の透明電極の一辺に載置した後、少なくとも１本
の圧着ローラーを用いて、上記一方の透明電極を他方の
透明電極と貼り合わせることを特徴とする液晶表示素子
の製造方法。