JPH06331967A - 液晶光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】一対の電極層2に挟持された調光層3を備え、電
極層2に印加する電界に応じて調光層3で入射光を散乱す
る状態と透過する状態とを変化させることのできる液晶
光学素子において、低電圧での駆動を可能にする。 【構成】調光層3は、液晶性化合物と非液晶性化合物と
の混合体を、高分子樹脂中に滴状あるいは３次元網目状
に分散させたものとする。この非液晶性化合物には、光
あるいは熱に対する反応率が5％未満、常圧下での沸点
が100℃以上で20℃での蒸気圧が13.3ｋPa以下、液晶性
化合物への溶解度が樹脂への溶解度よりも高く、抵抗率
が10ＭΩ・ｍ以上であり、かつ樹脂を形成する硬化性化
合物とは異なる化合物を用いる。さらに非液晶性化合物
の液晶性化合物に対する混合比率は、0.1重量％以上
で、かつ調光層中で液晶が誘電率異方性を示さなくなる
量未満の範囲とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも一方が透明
な、一対の電極層に挟持された調光層が、電極層に印加
する電界に応じて入射光を散乱する状態と透過する状態
とを変化させることのできる液晶光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気信号により、光の散乱と透過を制御
した液晶光学素子には、すでにいくつかの提案がある。
ファーガソンらは液晶分子をマイクロカプセル化した
後、該カプセルを液晶滴として樹脂膜中に分散させた液
晶膜に於て、その液晶滴による光の散乱による不透明性
と、電場印加による液晶滴内の液晶分子の配向による透
明性とを利用した液晶光学素子（以下、ＮＣＡＰ）を提
案している（特表昭58-501631 号公報）。

【０００３】一方、ケント大学（特表昭61-502128 号公
報および特表昭63-501512 号公報）、旭硝子（株）（特
開昭63-278035 号公報）および、大日本インキ（株）
（特開平01-198725 号公報）においては、重合性のモノ
マーあるいはオリゴマーあるいはそれらの混合物（以下
プレポリマーと呼ぶ）に液晶を溶解し、プレポリマーを
紫外線または電子線の照射あるいは熱による重合反応に
より硬化させ、液晶成分をドロップレットとして析出
し、分散状態を得る液晶光学素子、および液晶光学素子
作成法を提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの方式ではＴＮ
液晶セルやＳＴＮ液晶セルと異なり、偏光板を用いる必
要が無いため表示画像が明るく、また製造工程上も簡便
であり、バックライトを必要としないという優れた特徴
を有する。しかしこれらの液晶光学素子は、これまで一
般に駆動電圧が高いという課題を有していた。

【０００５】本発明はかかる課題を解決して、構造およ
び製法が容易で、かつ低電圧で駆動でき、電圧を印加し
たときに従来の液晶光学素子と同等の透過率を持ちなが
ら、電圧を印加しないときには高い光散乱能を持った液
晶光学素子を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる液晶光学
素子は、少なくとも一方が透明な一対の電極層と、この
一対の電極層に挟持された調光層とを備える。そして電
極層に印加する電界に応じて、調光層で入射光を散乱す
る状態と透過する状態とを変化させることのできるもの
である。

【０００７】その際に本発明で調光層は、液晶性化合物
と１種類以上の非液晶性化合物との混合体を、高分子樹
脂中に滴状あるいは３次元網目状に分散させたものであ
ることを特徴としている。さらにここで非液晶性化合物
としては、光あるいは熱に対する反応率が5 ％未満、常
圧下での沸点が100 ℃以上で20℃における蒸気圧が13.3
ｋPa以下、液晶性化合物への溶解度が樹脂への溶解度よ
りも高く、体積抵抗率が10ＭΩ・ｍ以上であり、かつ樹
脂を形成する硬化性化合物とは異なる化合物であること
を特徴としてる。

【０００８】ところで、高分子樹脂中に液晶を分散させ
た形の高分子分散型液晶（ファーガソンらによるマイク
ロカプセル化したＮＣＡＰも含めて、以下ＰＤＬＣと呼
ぶ。）における駆動電圧を決定する要因の１つとして、
液晶の物性値を挙げることができる。

【０００９】本発明者らはこの液晶の物性値のうち、特
にしきい値電圧に注目したところ、液晶に添加する非液
晶性化合物によってしきい値電圧が大きく変化し、かつ
しきい値電圧の変化量は添加した非液晶性化合物の量、
および種類に依存していることを見い出した。すなわ
ち、液晶に対する非液晶性化合物の添加量を増加する
と、ある量までは液晶特性を損なうことなくしきい値電
圧が減少することが明らかになった。ただしここで液晶
のしきい値電圧とは、液晶を一対の電極層間に電極層に
対して平行配向させた状態で挟み、電界を印加させたと
き、電界方向の液晶の誘電率が変化し始める電圧を表
す。

【００１０】一方ＰＤＬＣ膜においても、非液晶性化合
物の１，５，５−トリメチルシクロヘキセン−３−オン
を添加した液晶を含有させた場合、液晶単品のしきい値
電圧とＰＤＬＣの駆動電圧との間には相関関係があるこ
とが判った。すなわち、本発明による非液晶性化合物の
液晶化合物への添加は、液晶光学素子としての駆動電圧
を低下させることができる。

【００１１】その際に本発明における非液晶性化合物と
しては、次の特性を有していることが必要である。 (1) 光あるいは熱に対する反応率が5 ％未満。 (2) 常圧下での沸点が100 ℃以上で、かつ20℃における
蒸気圧が13.3ｋPa以下。 (3) 液晶性化合物への溶解度が樹脂への溶解度よりも高
い。 (4) 体積抵抗率が10ＭΩ・ｍ以上。

【００１２】この４点のうちまず(1) に関しては、本発
明における液晶光学素子を熱または光によって硬化させ
る際に反応率が高いと、樹脂中に取り込まれてしまい、
液晶光学素子中に分散された液晶に添加される量が減少
したり、非液晶性分子同士の反応や液晶分子との反応で
液晶性を低下させたり、また耐久性を低下させるという
ような弊害を生じる。ここで反応率が5 ％未満とは、Ｐ
ＤＬＣ作製条件下で反応率（100 ×反応分子数／全分子
数）が約５％未満であることを示す。

【００１３】(2) に関しては、低沸点化合物または蒸気
圧の高い化合物を用いた場合には、添加物蒸発のために
経時変化等が生じてしまう。そこで常圧下での沸点が10
0 ℃以上で、かつ20℃における蒸気圧が13.3ｋPa以下で
あることが必要である。より好ましくは常圧下での沸点
は120 ℃以上、20℃における蒸気圧が1.3 ｋPa以下であ
る。

【００１４】(3) に関しては、樹脂への溶解度が液晶性
化合物への溶解度よりも高いと、非液晶性化合物が樹脂
中にに取り込まれてしまうため、(1) の場合で述べたよ
うに添加効果が減少してしまう。このため、(3) の条件
が必要となる。

【００１５】また(4) に関しては、本発明の液晶光学素
子を表示素子として使用するために、体積抵抗率が10Ｍ
Ω・ｍ以上必要となる。またその際の駆動方法によって
は、100 ＭΩ・ｍ以上が好ましい場合もある。

【００１６】以上(1) から(4) の条件を満たす非液晶性
化合物としては、例えば、炭化水素系、ハロゲン化炭化
水素系、アルコール系、フェノール系、エーテル系、エ
ステル系、アルデヒド系、アセタール系、ケトン系、ニ
トロ系、アミン系、アミド系等を挙げることができる。
さらに詳しく例を挙げると、１，５，５−トリメチルシ
クロヘキセン−３−オンを挙げることができる。

【００１７】こうした中から、共に用いる樹脂や液晶性
化合物等に応じて、非液晶性化合物は選択される。その
際に、非液晶性化合物は１種類に限らず、２種類以上の
混合物であっても構わない。また本発明における非液晶
性化合物には、色素化合物および２色性色素化合物を含
まないが、本液晶光学素子を着色させるときにはこれら
を添加しても良い。

【００１８】一方液晶性化合物に関しては、１種類に限
らず、２種類以上の混合物であっても構わず、シアノビ
フェニル系液晶が好適に用いられるがこれに限定される
ものではない。

【００１９】そして本発明においては、こうした非液晶
性化合物の液晶性化合物に対する添加量を、下限は0.1
重量％以上で、かつ上限は液晶がその誘電率異方性を示
す範囲にする必要がある。添加量が0.1 重量％未満では
液晶のしきい値電圧が十分低下せず、ＰＤＬＣ駆動電圧
低下の効果が小さく、添加量が高すぎると液晶が本来の
液晶性を示さず、等方相的挙動を示すようになる。

【００２０】また、良好な遮光性、耐久性等を得るため
には、液晶性化合物と非液晶性化合物との混合体の液晶
光学素子の調光層中での割合を、50重量％以上かつ80重
量％以下とすることが望ましい。更に望ましくは60重量
％以上かつ75重量％以下である。

【００２１】そしてこうした本発明の液晶光学素子を製
造する際には、非液晶性化合物と硬化性化合物とを混合
して溶解させ、熱および／または光を照射により硬化さ
せることにより、調光層を形成することができる。ある
いは、液晶性化合物と１種類以上からなる非液晶性化合
物との混合体を、カプセル包含用手段によりマイクロカ
プセル化した後、樹脂中に分散させて調光層を形成する
こともできる。

【００２２】すなわち、少なくとも一方が透明の一対の
電極層間に、光硬化性化合物、液晶性化合物、および前
述の１種類以上の非液晶性化合物を溶解させ、光照射に
より硬化させることにより、溶解度の差を利用して高分
子樹脂中に液晶性化合物、および非液晶性化合物混合体
を滴状、あるいは３次元網目状に分散させる。または少
なくとも一方が透明の一対の電極層間に、熱硬化性化合
物、液晶性化合物、および前述の１種類以上の非液晶性
化合物を溶解させ、熱により硬化させることにより、高
分子樹脂中に液晶性化合物、および非液晶性化合物混合
体を滴状、あるいは３次元網目状に分散させ、目的の液
晶光学素子を得る。

【００２３】あるいは、マイクロカプセル化の手段とし
ては液晶性化合物、非液晶性化合物、カプセル媒体、お
よびキャリヤー媒体を混合し、ブレンダー等のミキサー
により乳濁液を形成させ、その後、乾燥させてキャリヤ
ー媒体を蒸発させることにより液晶性化合物、および非
液晶性化合物がカプセル媒体に包含されたマイクロカプ
セルを得る。カプセル媒体としては樹脂が使用され、特
にポリビニルアルコール等が好適に使用され、キャリヤ
ー媒体としては水等が適当である。マイクロカプセル内
における非液晶性化合物の含有量は、乳化させる際に投
入した非液晶性化合物量、および、非液晶性化合物の液
晶性化合物とキャリヤー媒体に対する溶解度の差によっ
て主に決定される。なお、液晶性化合物および非液晶性
化合物混合体をマイクロカプセル化する手段はこの方法
のみに限定されるものではない。この様にして得られた
マイクロカプセルを樹脂中に分散させ、目的の液晶光学
素子を得る。

【００２４】

【実施例１〜３】図１は、本発明の一実施例を示す液晶
光学素子の構成断面図である。図中、１はガラス基板、
２は透明電極層、３は調光層を示す。すなわちガラス基
板１上に形成された透明電極層２の一対によって、セル
ギャップ10μｍのガラスセルが形成され、その間に調光
層３が挟持される構造になっている。この構造を有する
液晶光学素子を次のようにして製造し、その駆動特性を
評価した。

【００２５】まず液晶性化合物としては、シアノビフェ
ニル系液晶であるＢＬ０１１（メルク社製）を使用し
た。また、樹脂モノマーとして（株）興人製のＡＣＭＯ
（アクリロイルモルフォリン）を使用した。光重合開始
剤としてはチバガイギー社製のイルガキュアー９０７
を、樹脂モノマーに対して4.7 重量％添加混合した。

【００２６】一方非液晶性化合物としては、１，５，５
−トリメチルシクロヘキセン−３−オンとして、和光純
薬工業（株）製のイソホロンを用いた。これを液晶性化
合物に対してそれぞれ0.9 、1.7 、4.1 重量％の割合で
添加して、実施例１〜３とした。

【００２７】これらの液晶性化合物と非液晶性化合物と
の混合体を、全体の69重量％となるように混合し、ガラ
スセルの中に注入した。注入後、28℃に温度コントロー
ルした状態で、水銀ランプを光源として光強度20ｍＷ／
平方ｃｍの紫外光を３分間照射した。

【００２８】こうして得られた液晶光学素子における、
透過率、駆動電圧の測定結果を表１に示す。この表１
中、２つの電極層間に印加した電圧が0 Ｖのときの透過
率をＴ0 （遮光性）、電圧印加を増加させて飽和に達し
たときの透過率をＴ100 、透過率がＴ100 の90％に達し
たときの印加電圧をＶ90（駆動電圧）で示す。

【００２９】

【比較例１】非液晶性化合物を添加しないこと以外は、
実施例１〜３と同じ条件で液晶光学素子を製造し、評価
した。その評価結果を表１に示す。

【００３０】

【比較例２】非液晶性化合物として、１，５，５−トリ
メチルシクロヘキセン−３−オンの代わりに、水を液晶
量に対して0.9 重量％添加した以外は、実施例１〜３と
同じ条件で液晶光学素子を製造し、評価した。ここで水
はＢＬ０１１液晶に対して難溶である。そしてこの評価
結果を表１に示す。

【００３１】

【実施例４〜６】液晶性化合物としては、シアノビフェ
ニル系液晶であるＥ８（メルク社製）を使用した。また
樹脂モノマーとしては、東亜合成（株）製のＭ１１３
（ノニルフェノキシエチレンオキサイドアクリレー
ト）、共栄社油脂化学工業製のＨＯＰ−Ａ（２−ヒドロ
キシプロピルアクリレート）、大阪有機化学工業製のビ
スコート８−Ｆ（オクタフロロペンチルアクリレー
ト）、共栄社油脂化学工業製のＰＥ−４Ａ（ペンタエリ
スリトール４−アクリレート）を、重量混合比でそれぞ
れ、Ｍ１１３：ＨＯＰ−Ａ：８−Ｆ：ＰＥ−４Ａ＝60：
20：20：1.5 の割合で混合した。光重合開始剤としては
チバガイギー社製のイルガキュアー９０７を樹脂モノマ
ーに対して4.7 重量％添加混合した。

【００３２】一方非液晶性化合物としては、実施例１〜
３と同じ１，５，５−トリメチルシクロヘキセン−３−
オンを用いた。これを実施例４〜６においては、液晶性
化合物に対してそれぞれ2.0 、4.0 、4.8 重量％の割合
で添加した。

【００３３】これ以外の条件は実施例１〜３と同じにし
て液晶光学素子を製造し、評価した。この評価結果を表
１に示す。

【００３４】

【比較例３】非液晶性化合物を添加しないこと以外は、
実施例４〜６と同じ条件で液晶光学素子を製造し、評価
した。その評価結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】本発明は以上詳述してきたように、構造
および製法が容易で、かつ低電圧で駆動でき、電圧を印
加したときに従来の液晶光学素子と同等の透過率を持ち
ながら、電圧を印加しないときには高い光散乱能を持っ
た液晶光学素子を得ることができる。そしてこうした液
晶光学素子は、液晶シャッター、調光材または表示材等
に広く利用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶光学素子の断面構造

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 透明電極層 ３ 調光層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 辰一郎 東京都日野市旭が丘４丁目３番２号 帝人 株式会社東京研究センター内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の電極層と、
   この一対の電極層に挟持された調光層とを備え、電極層
   に印加する電界に応じて調光層で入射光を散乱する状態
   と透過する状態とを変化させることのできる液晶光学素
   子において、調光層は液晶性化合物と１種類以上の非液
   晶性化合物との混合体を、高分子樹脂中に滴状あるいは
   ３次元網目状に分散させたものであって、さらに非液晶
   性化合物は光あるいは熱に対する反応率が5 ％未満、常
   圧下での沸点が100 ℃以上で20℃における蒸気圧が13.3
   ｋPa以下、液晶性化合物への溶解度が樹脂への溶解度よ
   りも高く、抵抗率が10ＭΩ・ｍ以上であり、かつ樹脂を
   形成する硬化性化合物とは異なる化合物であり、さらに
   そのうえ非液晶性化合物の液晶性化合物に対する混合比
   率が、0.1 重量％以上で、かつ調光層中で液晶が誘電率
   異方性を示さなくなる量未満の範囲であるであることを
   特徴とする液晶光学素子。