JPH07248487A - 液晶光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動電圧が低く且つ表示のコントラスト比が
大きい液晶光学素子を提供すること。 【構成】 液晶粒子が高分子マトリックス中に分散して
なる液晶／高分子複合膜を、少なくとも一方が透明であ
る導電性基板間に挟持してなる液晶光学素子において、
液晶粒子の体積分布の平均値（直径）が、０．５〜２μ
ｍの範囲内にあることを特徴とする液晶光学素子、液晶
粒子の重量分布の平均値（直径）が、１．１〜２．１μ
ｍの範囲内にあることを特徴とする液晶光学素子、及び
液晶粒子の個数分布の平均値（直径）が、０．９〜１．
５μｍの範囲内にあることを特徴とする液晶光学素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界や熱応答性を有し
情報の表示や記録を行うことが出来る液晶／高分子複合
膜を用いた液晶光学素子に関し、本発明の液晶光学素子
は、ディスプレイ、調光パネル、書き換え可能な表示・
記録媒体（カード、ＯＨＰ等）等に幅広く用いることが
出来る。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶ディスプレイは、低消費電
力、軽量、薄膜等の特徴を有している為、文字や画像の
表示媒体として、腕時計、電卓、パソコン、テレビ等に
幅広く用いられている。一般的なＴＮ−及びＳＴＮ−液
晶ディスプレイは、透明電極を有するガラス板間に所定
のシール等が施された液晶セル中に液晶を封入し、更に
両面から偏光板でサンドイッチされたものである。

【０００３】しかしながら、上記の液晶ディスプレイ
は、（１）２枚の偏光板が必要である為に視野角が狭
く、又、輝度が不足している為に高消費電力のバックラ
イトが必要である、（２）セル厚依存性が大きく大面積
化が困難である、（３）構造が複雑で、セルへの液晶の
封入が困難な為に製造コストが高い等の問題があり、液
晶ディスプレイの軽量化、薄膜化、大面積化、低消費電
力化及び低コスト化等には限界がある。

【０００４】この様な問題点を解決する液晶表示媒体と
して、液晶を高分子マトリックス中に分散させた液晶／
高分子複合膜を用いた光散乱機構に基づく液晶光学素子
の応用が期待され、その研究開発が活性化してきた。こ
の様な液晶／高分子複合膜を用いた液晶光学素子の主た
る製造方法として以下の如き方法が挙げられる。

【０００５】（１）高分子多孔質体に液晶を含浸させる
方法、（２）液晶をポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水
溶液で分散したエマルジョンから作製する方法（特表昭
５８−２０１６３１号公報参照）、（３）液晶と高分子
マトリックスを共通溶媒に溶解した溶液をキャストし、
溶媒の除去に伴って液晶と高分子を相分離させる方法
（特表昭６１−５０２１２８号公報参照）、（４）液晶
とモノマーとの混合物中のモノマーを重合させ、液晶と
高分子の相分離構造を得る方法（特表昭６１−５０２１
２８号公報参照）。

【０００６】上記方法の中では（２）の方法が製造上簡
便であり、構造の制御及び膜厚の制御が容易で、且つ大
面積化が可能であるという利点があり、調光用のガラス
等としては既に実用化されている。この様な液晶／高分
子複合膜を用いた液晶光学素子の表示特性として、コン
トラスト、駆動電圧、電圧−光透過率曲線の急峻性及び
視認性等が挙げられる。コントラスト及び駆動電圧につ
いては、分散して存在する液晶粒子の粒子径の大きさ
と、電圧−光透過率曲線の急峻性については、この液晶
粒子の粒子径分布と密接な関係がある。視認性について
も、コントラストという観点からはこの液晶粒子の粒子
径に依存する。

【０００７】

【問題が解決しようとしている問題点】しかしながら、
従来技術におけるエマルジョン法では、分散している液
晶粒子大きさ及び分布の制御が困難であり、液晶粒子の
粒度分布が広い。その為、小さい粒子径の液晶粒子が多
すぎると、得られた素子の駆動電圧が高いがコントラス
ト比が増加し、一方、大きい粒子径の液晶粒子が多すぎ
ると、得られる素子の駆動電圧は低下するが、コントラ
スト比も低下する為、いずれにしても優れた性能の液晶
光学素子が提供されないという問題がある。従って、本
発明は、駆動電圧が低く且つ表示のコントラスト比が大
きい液晶光学素子を提供することである。

【０００８】

【問題を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明に
よって達成される。即ち、本発明は、液晶粒子が高分子
マトリックス中に分散してなる液晶／高分子複合膜を、
少なくとも一方が透明である導電性基板間に挟持してな
る液晶光学素子において、液晶粒子の体積分布の平均値
（直径）が、０．５〜２μｍの範囲内にあることを特徴
とする液晶光学素子、液晶粒子の重量分布の平均値（直
径）が、１．１〜２．１μｍの範囲内にあることを特徴
とする液晶光学素子、及び液晶粒子の個数分布の平均値
（直径）が、０．９〜１．５μｍの範囲内にあることを
特徴とする液晶光学素子である。

【０００９】

【作用】エマルジョン法によって液晶光学素子を作製す
る際に、液晶エマルジョン中に分散している液晶粒子の
粒度分布を特定の範囲にすることにより、駆動電圧が低
く且つ表示のコントラスト比が大きい液晶光学素子を提
供することが出来る。

【００１０】

【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を挙げて本
発明を更に詳しく説明する。本発明の光変調素子は、少
なくとも一方が透明である導電性基板と、該基板間に挟
持された液晶／高分子複合膜からなる。上記導電性基板
は、従来公知の液晶表示素子に一般的に使用されている
ものであって、本発明では、従来公知の導電性基板はい
ずれも使用可能であり、具体的には、例えば、ＩＴＯ
系、ＳｎＯ₂ 系、ＺｎＯ系の様な透明導電性材料をガラ
スや高分子フィルム等の様な透明基板に付着させた一対
の電極基板である。この時、他の一方に不透明導電性基
板を用いる場合には、その電極が反射板としての機能も
要求される為、例えば、アルミニウム反射電極を設けた
基板が好ましい。その基板自体はガラス、高分子フィル
ム或いはその他のものであってもよい。

【００１１】本発明で云う液晶とは、常温付近で液晶状
態を示す有機混合物であって、ネマチック液晶、コレス
テリック液晶、スメクチック液晶が含まれる。このうち
ネマチック液晶若しくはコレステリック液晶を添加した
ネマティック液晶が表示素子として用いる場合には特性
上好ましい。又、メモリー機能が要求される場合にはス
メチック液晶を使用することが望ましい。尚、液晶中に
コントラスト或いは色調を改善させる為に色素を含有さ
せることも出来る。二色性色素を添加した場合には、散
乱−透過型の複合膜としてばかりでなく、色素のゲスト
−ホスト効果により、光吸収（着色）−透明状態でスイ
ッチングする複合膜として使用することも出来る。

【００１２】着色に使用する二色性色素は、ＴＮ及びＳ
ＴＮ型液晶ディスプレイで一般的に使用されているゲス
ト・ホストタイプのものを用いてもよいし、液晶／高分
子複合膜用の色素を用いてもよい。但し、液晶への溶解
度が大きくて高分子マトリックスへの溶解度が小さく、
しかも二色性比が大きく、電圧印加時の吸収が少ないも
のが良いが、これらの特性は、用いる液晶によって異な
るので液晶毎に決定する必要がある。

【００１３】色素の添加量が多過ぎると高分子マトリッ
クスへの溶解が多くなり、電圧印加時の色残りが生じて
好ましくない。又、色素の量が少な過ぎると電圧印加時
と無印加時の光の吸収の差が小さくなり、コントラスト
の向上効果が十分ではない。その為に、用いる液晶に対
して０．１〜５重量％の範囲で使用することが好まし
い。更には１〜３重量％の濃度に溶解させるのが好まし
い。

【００１４】本発明で使用する液晶エマルジョンは従来
公知の液晶エマルジョン法によるものでも相分離法によ
るものであってもよく、特に限定されないが、エマルジ
ョン法によるものが好ましい。エマルジョン法で使用す
るマトリックス樹脂としては、ＰＶＡが好ましく用いら
れるが、ゼラチン、アクリル酸共重合体、水溶性アルキ
ド樹脂等、水に分散若しくは溶解するものであればよ
い。これらの液晶の使用量としては、液晶／マトリック
ス樹脂（重量比）が９５／５〜５０／５０であり、液晶
の使用量が少なすぎると、電圧印加時の透明性が不足す
るだけでなく、膜を透明状態にする為に多大の電圧を必
要とする等の点で不十分であり、一方、液晶の使用量が
多すぎると、電圧無印加時の散乱（濁度）が不足するだ
けでなく、膜の強度が低下したりするので好ましくな
い。

【００１５】高分子マトリックスの水溶液に前記液晶を
分散させる方法としては、超音波分散機等の各種の撹拌
装置による混合方法や、膜乳化法（中島忠夫・清水政
高、ＰＨＡＲＭＴＥＣＨ ＪＡＰＡＮ ４巻、１０号
（１９８８）参照）等の分散方法が有効である。

【００１６】これらの乳化分散方法を使用して、乳化分
散条件を変えて、液晶を水性媒体中に分散させることに
よって、液晶エマルジョン中の液晶粒子の体積分布の平
均値（直径）が、０．５〜２μｍの範囲内にあり、液晶
粒子の重量分布の平均値（直径）が、１．１〜２．１μ
ｍの範囲内にあり、又、液晶粒子の個数分布の平均値
（直径）が、０．９〜１．５μｍの範囲内である液晶エ
マルジョンが得られる。例えば、多孔質ガラス（ＭＰ
Ｇ）膜乳化システムにより液晶のＯ／Ｗエマルジョンを
得る場合には、用いるＭＰＧの平均細孔径（直径）を
０．１〜０．４μｍの範囲内にすることにより、乳化分
散する液晶粒子の体積分布、重量分布及び個数分布を上
記範囲にすることが出来る。

【００１７】又、超音波分散方法を用いることによって
も上記範囲の様な体積分布、重量分布及び個数分布を有
する液晶粒子を含む液晶エマルジョンを得ることが出来
る。例えば、１分間以上超音波分散することによって、
液晶粒子の体積、重量及び個数分布を上記範囲にするこ
とが出来る。液晶粒子の粒度分布において小さい粒子径
の液晶粒子が多すぎると、得られた素子の駆動電圧が高
いがコントラスト比が増加し、一方、大きい粒子径の液
晶粒子が多すぎると、得られる素子の駆動電圧は低下す
るが、コントラスト比も低下する。

【００１８】上記素子基板上に液晶エマルジョンをコー
ティングする方法としては、ドクターコ−ティング法や
ブレ−ドコ−ティング法等の従来公知のいずれのコーテ
ィング方法も使用することが出来るが、好ましい１例と
しては、電着コーティング法が挙げられる。この電着コ
ーティング方法では、液晶／高分子複合膜中の液晶含率
を高くすることが出来る為、電気光学特性に優れた膜を
高い膜厚精度で形成することが出来る。又、微細なパタ
ーン状に液晶／高分子複合膜を形成させることも可能で
ある。塗布された液晶エマルジョンは、室温又はエマル
ジョンに影響を与えない程度の温度で乾燥させることに
よって液晶／高分子複合膜となる。

【００１９】又、一対の基板間に形成される液晶／高分
子複合膜の厚みは一般的に約３〜１３μｍ程度が好まし
い。膜厚が上記範囲未満であると表示のコントラストが
低くなる等の点で好ましくなく、一方、膜厚が上記範囲
を越えると表示を消去する際の電圧（駆動電圧）が高く
なる等の点で好ましくない。この様に素子基板上に形成
した液晶／高分子膜面に、常法に従って対向電極を貼合
せることによって本発明の光変調素子とすることが出来
る。

【００２０】

【実施例】次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に
具体的に説明する。 実施例１ ＰＶＡ：ＫＰ−０６（日本合成化学工業製、重合度：６
００、鹸化度：７１．０〜７５．０）の５重量％水溶液
に、液晶：ＢＬ−０１０（メルク社製）を液晶／ＰＶＡ
の混合比が９５／５（ｗ／ｗ）となる様に添加して、孔
径：０．２０μｍ（直径）の多孔質ガラス膜管（伊勢化
学工業（株）社製）を用いて膜乳化方法で分散し、液晶
粒子の粒子径の体積分布、重量分布及び個数分布を測定
した。この体積分布の測定にはマイクロトラックＭＫ−
IIＳＰＡ粒度分布計（ＬＥＥＤ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ社
製）を用い、重量及び個数分布の測定にはコールター・
マルチサイザーII（ＣＯＵＬＴＥＲ社製）を用いた。液
晶粒子の体積分布の平均粒子径（直径）は１．６μｍ、
重量分布の平均粒子径（直径）は１．１μｍ、そして個
数分布の平均粒子径（直径）は１．４μｍであった。

【００２１】次に、この分散液に増粘剤としてＰＶＡ：
ＫＨ−２０（日本合成化学工業製、重合度：２，００
０、鹸化度：７８．５〜８１．５）をＢＬ−０１０／
（ＫＰ−０６＋ＫＨ−２０）＝８３／１７（ｗ／ｗ）と
なる様に添加して撹拌した。この分散液を用い、ＩＴＯ
蒸着ガラス基板上にドクターブレードを用いて塗布し、
乾燥させて成膜を行なった。形成された液晶／高分子複
合膜の膜厚は８．４μｍであった。この複合膜をＩＴＯ
蒸着ＰＥＴフイルムで狭持して、駆動電圧とコントラス
トを測定した。この測定にはＬＣＤ−５０００（大塚電
子（株）製）を用いた。尚、測定条件として、集光角を
２．７°、印加電圧を１ｋＨｚ、サイン波とした。測定
の結果、コントラスト比：１０．０、駆動電圧：３．５
Ｖであった。ここで、コントラスト比は、１００％飽和
電圧印加時の透過率（Ｔ（１００））に対する電圧無印
加時の透過率（Ｔ（０））の値：Ｔ（１００）／Ｔ
（０）とし、駆動電圧は、透過率が［Ｔ（０）＋｛Ｔ
（１００）−Ｔ（０）｝×０．９］となる時の電圧とし
た。

【００２２】実施例２ ＰＶＡ（ＫＰ−０６、日本合成化学工業製、重合度：６
００、鹸化度：７１．０〜７５．０）の５重量％水溶液
に、液晶（ＢＬ−０１０、メルク社製）を液晶／ＰＶＡ
の混合比が９５／５（ｗ／ｗ）となる様に添加して、Ｔ
ＩＰ ＳＥＬＥＣＴ：３φ、Ｖ−ＬＥＶＥＬ：４０μＡ
の条件で１２分間超音波分散した（超音波分散機：
（株）日本精機製作所製、ＭＯＤＥＬ：ＵＳ−３００
Ｔ）。実施例１と同様に、液晶粒子の粒子径分布を測定
した結果、液晶粒子の体積分布の平均粒子径（直径）は
１．５μｍ、重量分布の平均粒子径（直径）は１．２μ
ｍ、そして個数分布の平均粒子径（直径）は１．３μｍ
であった。

【００２３】次にこの分散液に増粘剤としてＰＶＡ（Ｋ
Ｈ−２０、日本合成化学工業製、重合度：２，０００、
鹸化度：７８．５〜８１．５）をＢＬ−０１０／（ＫＰ
−０６＋ＫＨ−２０）＝８３／１７（ｗ／ｗ）となる様
に添加して撹拌した。この分散液を用い、ＩＴＯ蒸着ガ
ラス基板上にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥さ
せて成膜を行った。形成された液晶／高分子複合膜の膜
厚は８．６μｍであった。この複合膜をＩＴＯ蒸着ＰＥ
Ｔフィルムで挟持して、駆動電圧とコントラストを実施
例１と同様に測定した結果、コントラスト比：１０．
５、駆動電圧：３．７Ｖであった。

【００２４】比較例１ ＰＶＡ：ＫＰ−０６（日本合成化学工業製、重合度：６
００、鹸化度：７１．０〜７５．０）の５重量％水溶液
に、液晶：ＢＬ−０１０（メルク社製）を液晶／ＰＶＡ
の混合比が９５／５（ｗ／ｗ）となる様に添加して、孔
径：０．４９μｍ（直径）の多孔質ガラス膜管（伊勢化
学工業（株）社製）を用いて膜乳化方法で分散した。実
施例１と同様に、液晶滴の粒子径分布を測定した結果、
液晶粒子の体積分布の平均粒子径（直径）は４．５μ
ｍ、重量分布の平均粒子径（直径）は１．８μｍ、個数
分布の平均粒子径（直径）は４．６μｍであった。

【００２５】次に、この分散液に増粘剤としてＰＶＡ：
ＫＨ−２０（日本合成化学工業製、重合度：２０００、
鹸化度：７８．５〜８１．５）をＢＬ−０１０／（ＫＰ
−０６＋ＫＨ−２０）＝８３／１７（ｗ／ｗ）となる様
に添加して撹拌した。この分散液を用い、ＩＴＯ蒸着ガ
ラス基板上にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥さ
せて成膜を行なった。液晶／高分子複合膜の膜厚は８．
５μｍであった。ＩＴＯ蒸着ＰＥＴフイルムで狭持し
て、駆動電圧とコントラストを実施例１と同様に、測定
した結果、コントラスト比：９．７、駆動電圧：１４．
３Ｖであった。

【００２６】比較例２ ＰＶＡ：ＫＰ−０６（日本合成化学工業製、重合度：６
００、鹸化度：７１．０〜７５．０）の５重量％水溶液
に、液晶：ＢＬ−０１０（メルク社製）を液晶／ＰＶＡ
の混合比が９５／５（ｗ／ｗ）となる様に添加して、孔
径：０．２０μｍ（直径）の多孔質ガラス膜管（伊勢化
学工業（株）社製）を用いて膜乳化方法で分散した。実
施例１と同様に、液晶滴の粒子径分布を測定した結果、
液晶粒子の体積分布の平均粒子径（直径）は１．６μ
ｍ、重量分布の平均粒子径（直径）は１．１μｍ、個数
分布の平均粒子径（直径）は１．４μｍであった。

【００２７】次に、この分散液に増粘剤としてＰＶＡ：
ＫＨ−２０（日本合成化学工業製、重合度：２０００、
鹸化度：７８．５〜８１．５）をＢＬ−０１０／（ＫＰ
−０６＋ＫＨ−２０）＝８３／１７（ｗ／ｗ）となる様
に添加して撹拌した。この分散液を用い、ＩＴＯ蒸着ガ
ラス基板上にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥さ
せて成膜を行なった。液晶／高分子複合膜の膜厚は１
４．７μｍであった。ＩＴＯ蒸着ＰＥＴフイルムで狭持
して、駆動電圧とコントラストを実施例１と同様に、測
定した結果、コントラスト比：７０．９、駆動電圧：５
３．９Ｖであった。

【００２８】比較例３ ＰＶＡ：ＫＰ−０６（日本合成化学工業製、重合度：６
００、鹸化度：７１．０〜７５．０）の５重量％水溶液
に、液晶：ＢＬ−０１０（メルク社製）を液晶／ＰＶＡ
の混合比が９５／５（ｗ／ｗ）となる様に添加して、孔
径：０．２０μｍ（直径）の多孔質ガラス膜管（伊勢化
学工業（株）社製）を用いて膜乳化方法で分散した。実
施例１と同様に、液晶滴の粒子径分布を測定した結果、
液晶粒子の体積分布の平均粒子径（直径）は１．６μ
ｍ、重量分布の平均粒子径（直径）は１．１μｍ、個数
分布の平均粒子径（直径）は１．４μｍであった。

【００２９】次に、この分散液に増粘剤としてＰＶＡ：
ＫＨ−２０（日本合成化学工業製、重合度：２０００、
鹸化度：７８．５〜８１．５）をＢＬ−０１０／（ＫＰ
−０６＋ＫＨ−２０）＝４０／５０（ｗ／ｗ）となる様
に添加して撹拌した。この分散液を用い、ＩＴＯ蒸着ガ
ラス基板上にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥さ
せて成膜を行なった。液晶／高分子複合膜の膜厚は９．
０μｍであった。ＩＴＯ蒸着ＰＥＴフイルムで狭持し
て、駆動電圧とコントラストを実施例１と同様に、測定
した結果、コントラスト比：２．６、駆動電圧：３．０
Ｖであった。

【００３０】

【効果】以上の如き本発明によれば、エマルジョン法に
よって液晶光学素子を作製する際に、液晶エマルジョン
中に分散している液晶粒子の粒度分布を特定の範囲にす
ることにより、駆動電圧が低く且つ表示のコントラスト
比が大きい液晶光学素子を提供することが出来る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶粒子が高分子マトリックス中に分散
   してなる液晶／高分子複合膜を、少なくとも一方が透明
   である導電性基板間に挟持してなる液晶光学素子におい
   て、該液晶粒子の体積分布の平均値（直径）が、０．５
   〜２μｍの範囲内にあることを特徴とする液晶光学素
   子。
2. 【請求項２】 液晶粒子が高分子マトリックス中に分散
   してなる液晶／高分子複合膜を、少なくとも一方が透明
   である導電性基板間に挟持してなる液晶光学素子におい
   て、該液晶粒子の重量分布の平均値（直径）が、１．１
   〜２．１μｍの範囲内にあることを特徴とする液晶光学
   素子。
3. 【請求項３】 液晶粒子が高分子マトリックス中に分散
   してなる液晶／高分子複合膜を、少なくとも一方が透明
   である導電性基板間に挟持してなる液晶光学素子におい
   て、該液晶粒子の個数分布の平均値（直径）が、０．９
   〜１．５μｍの範囲内にあることを特徴とする液晶光学
   素子。
4. 【請求項４】 液晶／高分子複合膜の膜厚が３〜１３μ
   ｍである請求項１〜３に記載の液晶光学素子。
5. 【請求項５】 液晶／高分子複合膜の液晶／高分子マト
   リックスの混合比（重量比）が９５／５〜５０／５０で
   ある請求項１〜４に記載の液晶光学素子。