JPH0728040A

JPH0728040A - 高分子分散型液晶複合膜およびその製造方法、並びに高分子分散型液晶光学素子

Info

Publication number: JPH0728040A
Application number: JP17536193A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kita; 修市喜多; Shin Tabata; 伸田畑; Masaya Mizunuma; 昌也水沼; Hitoshi Koyama; 均小山; Akira Tamaya; 晃玉谷; Tatsuo Masumi; 達生増見
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-07-15
Filing date: 1993-07-15
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】相対透過率が９０％に達する電圧Ｖ９０が１
０Ｖ以下で、高コントラストの高分子分散型液晶複合膜
を得ることができる。【構成】高分子分散型液晶複合膜は、マトリックス高
分子前駆体の光重合体を主成分とするマトリックス１
と、液晶２とで構成されている。液晶２は、正の誘電異
方性を有し、複屈折が０．１以上で、その含有分率が７
０重量％〜８５重量％である。マトリックス高分子前駆
体は、多官能成分を１０重量％〜４０重量％含有してい
る。マトリックスの屈折率（ｎ_m）と上記液晶の常光屈
折率（ｎ_o）との差｜ｎ_m−ｎ_o｜が０．０４以下であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低電圧で駆動可能な高分
子分散型液晶複合膜およびその製造方法とそれを用いた
高分子分散型液晶光学素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高分子分散型液晶複合膜は、偏光板を必
要とせず、電圧で透過光量を制御することができるの
で、従来のＴＮ液晶を用いた表示素子に比べ、高輝度の
表示素子を可能とする材料として、精力的に研究されて
いる。しかしながら、飽和電圧（透過率が飽和値に達す
る電圧）が高く、アクティブマトリックス駆動が可能な
高分子分散型液晶複合膜は得られていない。即ち、高分
子分散型液晶複合膜をアクティブマトリックス駆動する
ためには、飽和電圧は１０Ｖ以下である必要があり、で
きれば５Ｖ以下が好ましく、例えば特開平４―６５２５
号公報に示されているように、飽和電圧を低下するため
に、液晶材料、高分子材料について種々検討され、マト
リックス高分子の屈折率（ｎ_p）と液晶の常光屈折率
（ｎ_o）との差｜ｎ_p−ｎ_o｜をできるだけ小さく（特開
平４―６５２５号公報によると｜ｎ_p−ｎ_o｜＜０．０
３）することが必要で、特定の屈折率を有するマトリッ
クス高分子を選択する必要があると考えられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
高分子分散型液晶複合膜に用いられ正の誘電異方性を有
する液晶の常光屈折率（ｎ_o）は１．５程度あり、一般
の高分子材料の屈折率より大きく、｜ｎ_p−ｎ_o｜＜０．
０３の関係を満たす高分子材料が限定され、これまで、
上記特性を満足する高分子分散型液晶複合膜は得ること
の実用化がなされていないのが現状である。

【０００４】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、相対透過率が９０％に達する電圧Ｖ９０
が１０Ｖ以下で、高コントラストの高分子分散型液晶複
合膜およびその製造方法を得ることを目的とし、さら
に、それを用いた光学素子を得ることを目的とするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の高分子分散型
液晶複合膜は、マトリックス高分子を主成分とするマト
リックス、およびこのマトリックスに分散保持された液
晶を備えたものにおいて、上記液晶が、正の誘電異方性
を有し、複屈折が０．１以上で、その含有分率が７０重
量％〜８５重量％であり、重合により上記マトリックス
高分子となるマトリックス高分子前駆体が、多官能成分
を１０重量％〜４０重量％含有し、かつ上記マトリック
スの屈折率（ｎ_m）と上記液晶の常光屈折率（ｎ_o）との
差｜ｎ_m−ｎ_o｜が０．０４以下であることを特徴とする
ものである。

【０００６】請求項２の高分子分散型液晶複合膜の製造
方法は、請求項１に記載の光重合性マトリックス高分子
前駆体と、液晶とを相溶させて相溶体を得、｜ｎ_m−ｎ_o
｜が０．０４以下となるように、温度と光照度を制御し
て上記相溶体のマトリックス高分子前駆体を重合し、上
記相溶体をマトリックスと液晶とに相分離する方法であ
る。

【０００７】請求項３の高分子分散型液晶複合膜は、請
求項１において、マトリックス高分子前駆体がアクリル
酸およびメタクリル酸誘導体を含有するものである。

【０００８】請求項４の高分子分散型液晶複合膜の製造
方法は、請求項２において、マトリックス高分子前駆体
がアクリル酸およびメタクリル酸誘導体を含有するもの
の方法である。

【０００９】請求項５の高分子分散型液晶複合膜は、請
求項１において、液晶が、分子内にハロゲン元素を有す
るネマティック液晶を含有するものである。

【００１０】請求項６の高分子分散型液晶複合膜の製造
方法は、請求項２において、液晶が、分子内にハロゲン
元素を有するネマティック液晶を含有するものの方法で
ある。

【００１１】請求項７の高分子分散型液晶光学素子は、
請求項１ないし６の高分子分散型液晶複合膜、並びにこ
の高分子分散型液晶複合膜を介して対向して設けた第１
および第２電極付き基板を備えたものである。

【００１２】請求項８の高分子分散型液晶光学素子は、
請求項７において、第１および第２電極付き基板が、透
明電極付基板のものである。

【００１３】請求項９の高分子分散型液晶光学素子は、
請求項７において、第１および第２電極付き基板の少な
くとも一方に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を形成
したものである。

【００１４】請求項１０の高分子分散型液晶光学素子
は、請求項７項において、第１電極付き基板が透明電極
であり、第２電極付き基板が光導電性を有する基板であ
るものである。

【００１５】

【作用】図１（ａ）および（ｂ）は、各々電圧無印加時
および電圧印加時の一般的な高分子分散型液晶複合膜の
動作原理図であり、１はマトリックス、２は液晶小滴、
３は液晶ディレクタ、４は入射光、５は散乱光、６は透
過光である。高分子分散液晶複合膜の光散乱のメカニズ
ムは、一般に以下のように考えられている。電圧無印加
時には、透明電極間のマトリックス相１中に液晶２が分
散した構造をしており、ネマチック液晶のディレクタ３
は液晶中でランダムな配向をしている｛図１（ａ）｝。
この時、液晶の平均屈折率とマトリックスの屈折率に差
があるので入射光４は散乱光５となる。電圧を印加する
と液晶が正の誘電異方性（Δε＞０）を有する場合、液
晶分子は電場と平行に配向し、透明電極面に対し、垂直
に配向する｛図１（ｂ）｝。マトリックスの屈折率（ｎ
_m）と液晶の常光屈折率（ｎ_o）が近接していると、電極
に垂直に入射する光は散乱されることなく透過光６とな
る。即ち、高分子分散型液晶複合膜において、電圧印加
時の透過率を高めるためには、上記従来の特開平４―６
５２５号公報に示されている考えに対して、本発明で
は、マトリックスの屈折率（ｎ_m）と液晶の常光屈折率
（ｎ_o）とが近接していることが望ましいと考えられ
る。つまり、請求項１において、高分子分散型液晶複合
膜のマトリックスの屈折率（ｎ_m）は、マトリックス高
分子前駆体単独で重合して得られるマトリックス高分子
の屈折率（ｎ_p）とは異なっており、マトリックスの屈
折率（ｎ_m）はマトリックス高分子の屈折率（ｎ_p）より
も大きくなる。さらに、高分子分散液晶複合膜における
光散乱は、マトリックスと液晶の屈折率差だけでなく、
液晶の複屈折の寄与も大きいことを見いだした。即ち、
複屈折が０．１以上の液晶を用いれば、マトリックスの
屈折率と液晶の常光屈折率との差を厳密になくする必要
がなく、｜ｎ_m−ｎ_o｜が０．０４以下であれば、高コン
トラストでしきい値電圧の低い高分子分散型液晶複合膜
を得ることができる。また、液晶の含有量は、全体の７
０重量％から８５重量％の範囲にあり、７０重量％未満
ではしきい値電圧が高くなり、８５重量％を越えるとコ
ントラストが低下する。マトリックス高分子前駆体の単
官能成分と多官能成分の割合は、多官能成分が１０から
４０重量％の範囲にあり、１０重量％未満ではコントラ
ストの低下や特性の経時変化、熱安定性の低下が起こ
り、４０重量％を越えると、しきい値電圧の上昇や硬化
収縮が発生する。

【００１６】光重合性のマトリックス高分子前駆体と液
晶との相溶体に、紫外線などを光照射して上記高分子を
光重合する過程で、相溶体は相分離し高分子分散型液晶
複合膜を製造する。この時、重合温度と照度を制御する
と、相溶体は、液晶とマトリックス高分子に完全に相分
離するのではなく、マトリックス高分子中に一部の液晶
化合物が分子状に溶解し（これがマトリックスとな
る）、マトリックスと液晶とに相分離することになる。
つまり、請求項２の高分子分散型液晶複合膜の製造方法
において、紫外線の照度、重合温度などを制御すること
により、高分子分散型液晶複合膜のマトリックス高分子
中に分子レベルで溶解する液晶の量を制御することがで
き、マトリックスの屈折率（ｎ_m）を制御することがで
きる。即ち、マトリックスの屈折率（ｎ_m）は、マトリ
ックス高分子前駆体のみを重合させたマトリックス高分
子の屈折率（ｎ_p）並びに溶解する液晶の平均屈折率
（ｎ_av＝（ｎ_e＋２ｎ_o）／３）およびその量を制御する
ことで調整できることがわかった。

【００１７】請求項３および４において、マトリックス
高分子前駆体が、アクリル酸、メタクリル酸誘導体を含
有すると、マトリックスと液晶との相溶性および重合反
応の速度が向上する。

【００１８】請求項５および６において、液晶が、分子
内にハロゲン元素を有するネマティック液晶を含有する
と、比抵抗、耐光性、耐紫外線および耐直流電圧が向上
する。

【００１９】請求項７ないし１０において、高コントラ
ストでしきい値電圧の低い高分子分散型液晶複合膜を用
いることにより、高コントラストでしきい値電圧の低い
高分子分散型液晶光学素子を得ることができる。

【００２０】

【実施例】本発明で用いられるマトリックス高分子前駆
体である単官能のアクリル酸、メタクリル酸誘導体とし
ては、既存の化合物を用いることができる。これらの化
合物としては、例えば、２―エチルヘキシルアクリレー
ト（２ＥＨＡ）、２―エチルヘキシルメタクリレート
（２ＥＨ）、２―ヒドロキシエチルアクリレート（２Ｈ
ＥＡ）、２―ヒドロキシエチルメタクリレート（２Ｈ
Ｅ）、ｎ―ブチルアクリレート（ｎＢＡ）、ｎ―ブチル
メタクリレート（ｎＢ）、２―ヒドロキシブチルアクリ
レート（２ＨＢＡ）、２―ヒドロキシブチルメタクリレ
ート（２ＨＢ）、ラウリルアクリレート（ＬＡ）、ラウ
リルメタクリレート（Ｌ）、イソボルニルアクリレート
（ＩＢＸＡ）、イソボルニルメタクリレート（ＩＢ
Ｘ）、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレー
ト、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシエチル
メタクリレート、フェノキシポリエチレングリコールア
クリレート｛共栄社油脂化学工業（株）製，商品名：Ｐ
―２００Ａ｝、２―ヒドロキシ３―フェノキシプロピル
アクリレート、トリメチロールプロパンアクリル酸安息
香酸エステル、臭素化フェニルアクリレート｛第一工業
製薬（株）製，商品名：ＳＲ―８０４｝、臭素化フェニ
ルメタクリレート｛第一工業製薬（株）製，商品名：Ｓ
Ｒ―８０３｝、臭素化フェノキシポリエチレングリコー
ルアクリレート｛第一工業製薬（株）製，商品名：ＧＸ
６０９９｝および臭素化フェノキシポリエチレングリコ
ールメタクリレート｛第一工業製薬（株）製，商品名：
ＧＸ６０４５｝等の単官能モノマーなどを挙げることが
できるが、これに限定されるものではない。また、複合
膜の相分離状態の熱的な安定性の観点から、単官能成分
と多官能成分の混合物を用いる。さらに、硬化収縮を少
なくするために、多官能オリゴマを用いることもでき
る。

【００２１】また、上記単官能のアクリル酸、メタクリ
ル酸誘導体と混合して用いられる多官能のアクリ酸、メ
タアクリル酸誘導体はエチレンオキサイド変性ビスフェ
ノールＡジアクリレート｛共栄社油脂化学工業（株）
製，商品名：ＢＰ―４ＥＡ｝、プロピレンオキサイド変
性ビスフェノールＡジアクリレート｛共栄社油脂化学工
業（株）製，商品名：ＢＰ―４ＰＡ｝、エチレンオキサ
イド付加ビスフェノールＡジメタクリレート｛共栄社油
脂化学工業（株）製，商品名：ＢＰ―２ＥＭ｝、ジメチ
ロールトリシクロデカンジアクリレート｛共栄社油脂化
学工業（株）製，商品名：ＤＣＰ―Ａ｝、エチレンオキ
サイド変性臭素化ビスフェノールＡジアクリレート｛第
一工業製薬（株）製，商品名：ＧＸ６１８３｝おＹＢＩ
エチレンオキサイド変性臭素化ビスフェノールＡジメタ
クリレート｛第一工業製薬（株）製，商品名：ＧＸ６０
９４｝などジアクリレート広く既存の化合物を用いるこ
とができ、日本化薬製，商品名：ＨＢＡ−０２４Ｅや日
本化薬製，商品名：ＨＢＡ―２４０Ｐなどの水素添加ビ
スＡ骨格を有するジアクリレートやトリアクリレート、
エチレングリコールジアクリレート等のエチレングリコ
ール変性ジアクリレートやエポキシアクリレート系、ウ
レタンアクリレート系｛例えば東亜合成製，商品名：Ｍ
―１２００など｝およびポリエステルアクリレート系の
多官能オリゴマを挙げることができるが、これに限定さ
れるものではない。なお、上記マトリックス高分子前駆
体の単官能成分と多官能成分の割合は、多官能成分が１
０から４０重量％の範囲にあり、１０重量％未満ではコ
ントラストの低下や特性の経時変化、熱安定性の低下が
起こり、４０重量％を越えると、しきい値電圧の上昇や
硬化収縮が発生する。

【００２２】本発明において、光重合に光反応開始剤を
用いてもよく、光反応開始剤としては、これまでに知ら
れている光反応開始剤を広く用いることができる。例え
ば、アセトフェノン系のメルク製のダロキュア１１１６
（商品名：Ｄ１１１６）、ダロキュア９５３（商品名：
Ｄ９５３）、ダロキュア１１７３（商品名：Ｄ１１７
３）、チバガイギ製のイルガキュア１８４（商品名：Ｉ
１８４）、イルガキュア６５１（商品名：Ｉ６５１）お
よびイルガキュア９０７（商品名：Ｉ９０７）等やベン
ゾイン系のイルガキュア１８４（商品名：Ｉ１８４）、
ベンゾフェノン系の日本化薬製の商品名：カヤキュアＭ
ＢＰなどを挙げることができるが、これに限定されるも
のではない。

【００２３】本発明で使用される液晶は正の誘電異方性
を有し複屈折が０．１以上のものであれば、広く使用で
き屈折率、相溶性がマトリックス高分子前駆体と適合す
るものを選択すればよい。これらの液晶としては、例え
ば、メルク社製，商品名：ＢＬ００１、ＢＬ００２、Ｂ
Ｌ００３、ＢＬ００４、ＢＬ００５、ＢＬ００６、ＢＬ
００９、ＢＬ０１１、ＢＬ００１２、ＢＬ００１３、Ｂ
Ｌ０１５、ＢＬ０２３、ＢＬ０２４、ＢＬ０３２、ＢＬ
０３３、ＢＬ０３４、ＢＬ０３５、ＢＬ０３６、ＢＬ０
３７、ＢＬ０３８、ＢＬ０４５、ＢＬ０４６、ＭＬ１０
０１、ＭＬ１００２、ＭＬ１００３、ＭＬ１００４、Ｍ
Ｌ１００５、ＭＬ１００６、ＭＬ１００７、ＭＬ１００
８、ＭＬ１００９やＴＬ２０２、ＴＬ２０４、ＴＬ２０
５、ＺＬＩ―３６５１、ＺＬＩ―３７７１、ＺＬＩ―３
７８８、ＺＬＩ―４１８０、ＺＬＩ―４２７７、ＺＬＩ
―４５８０、ＺＬＩ―４５８１およびＺＬＩ―４７４９
などを挙げることができる。また、必要に応じてこれら
を混合して用いることができる。

【００２４】さらに、アクティブマトリックスで駆動さ
せる光学素子においては、高分子分散型液晶複合膜の比
抵抗が５×１０¹⁰Ω・ｃｍ以下であると、印加電圧が漏
電流により低下し、高分子分散型液晶複合膜に実効的に
印加される電圧が減少する、いわゆる保持率が低いとい
う問題がある。また、残像の低減や信頼性の観点からも
イオン性不純物の少ない材料の使用が望ましい。さら
に、高分子分散型液晶複合膜を作製する時の紫外線や使
用環境における光による液晶の劣化や、直流電圧による
液晶の劣化により比抵抗が低下し、上記問題点が発生す
る。比抵抗、耐紫外線性、耐光性、耐直流電圧に優れた
高分子分散型液晶複合膜を得るには、比抵抗が１０¹¹Ω
・ｃｍ以上有する液晶材料として塩素系又は弗素系の液
晶の使用が好ましい。これらの液晶材料としては、メル
ク社製ＴＬ２０２、ＴＬ２０４、ＴＬ２０５、ＺＬＩ―
３６５１、ＺＬＩ―３７７１、ＺＬＩ―３７８８、ＺＬ
Ｉ―４１８０、ＺＬＩ―４２７７、ＺＬＩ―４５８０、
ＺＬＩ―４５８１、ＺＬＩ―４７４９などを挙げること
ができるが、これに限定されるものではない。しかしな
がら、これらの液晶はシアノ系液晶に比較し、複屈折や
誘電率異方性が低い。これらを改善するために、シアノ
系液晶を添加することで、特性を改善することもでき
る。シアノ系液晶の添加量は特に限定するものではない
が、余り多すぎると比抵抗が比抵抗が１０¹¹Ω・ｃｍ以
下に低下し、塩素系又は弗素系の液晶を用いる効果が低
下する。特に、塩素系のＴＬ２０２、２０４、２０５は
シアノ系液晶と共融混合物となり、しきい値電圧やコン
トラストの改善効果が大きい。液晶の配合量は、全体の
７０重量％から８５重量％が好ましい。７０重量％より
少ないとしきい値電圧が高くなり、８５重量％を越える
とコントラストが低下する。即ち、比抵抗が高く、耐紫
外線性、耐直流電圧に優れた材料を用いて製造され、比
抵抗が５×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上有する高分子分散型液晶
複合膜は、高い電圧保持率を有し、アクティブマトリッ
クスで駆動する光学素子に好適であり、この高分子分散
型液晶複合膜を用いた光学素子は、高輝度光源を有する
プロジェクションＴＶに用いても、光劣化による比抵抗
の低下が防止されるという特徴を有し、これらの用途に
好適である。

【００２５】実施例１〜１０、比較例１〜８実施例および比較例に用いた高分子分散型液晶複合膜の
マトリックス高分子前駆体の配合とマトリックス高分子
の屈折率（ｎ_p）の値を表１に示した。なお、表中の数
字は重量部を表す。

【００２６】

【表１】

【００２７】実施例１〜１０、比較例１〜８の高分子分
散型液晶複合膜の作製は以下の手順で行った。即ち、透
明電極付の１０μｍギャップのセルにマトリックス高分
子前駆体と液晶とを相溶状態でキャピラリ法で注入し、
それぞれ所定の温度で３分間静置後、高圧水銀灯で紫外
線を照射した。重合温度は、高分子分散型液晶前駆体の
相分離温度より、０．５℃〜２０℃高い温度で、紫外線
照射度は５ｍＷ／ｃｍ²〜２００ｍＷ／ｃｍ²の範囲で、
｜ｎ_m−ｎ_o｜が０．０４以下であり、Ｖ９０が最低とな
る重合条件で製造した。なお、光量は全て約４Ｊであっ
た。

【００２８】電気光学特性の測定は以下の手順で行っ
た。得られた高分子分散型液晶複合膜光学素子に３０Ｈ
ｚの矩形波を印加しながら、電圧に対する透過率の変化
を測定した。光源の波長は５４３．５ｎｍ、集光角は５
度とした。図２は本発明に係わる高分子分散型液晶複合
膜の電気光学特性評価用光学系を示す構成図であり、７
は高分子分散型液晶複合膜光学素子、８はディテクタ、
９はピンホール、１０はＨｅ―Ｎｅレーザ、１１は電源
装置、１２は散乱光である。得られたしきい値電圧（Ｖ
１０、Ｖ９０）およびコントラスト比（Ｖ９０印加時の
透過率／電圧無印加時の透過率）および比抵抗の測定結
果をｎ_m、ｎ_o、（ｎ_m―ｎ_o）の値とともに実施例につい
て表２に、比較例について表３に示した。ｎ_mの値は、
各高分子分散型液晶複合膜と同じ製造条件（硬化温度、
紫外線照度）で、液晶が相分離しないで重合する最大の
液晶分率で複合膜を調製し、アッベの屈折計で測定した
屈折率を示した。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】表によると、実施例の高分子分散型液晶複
合膜が、低しきい値電圧を示しているのに対して、｜ｎ
_m−ｎ_o｜が０．０４を越える比較例１〜３は、しきい値
電圧が高いことがわかる。これはマトリックスの屈折率
が高いため、液晶の配向変化による屈折率の整合が低電
圧側で起きたためである。このことを確かめるために、
実施例１と比較例１について、電気光学特性のしきい値
電圧（Ｖ９０）と誘電率のしきい値電圧（Ｖｅ９０）を
測定した。誘電率のしきい値電圧（Ｖｅ９０）は、実施
例１、比較例１とも１０Ｖであったが、電気光学特性の
しきい値電圧（Ｖ９０）はそれぞれ表２および３に示し
たように、実施例１では９．５Ｖ、比較例１では１５．
５Ｖと大きく異なった。Ｖｅ９０が等しいことは電場に
対する液晶の応答は実施例１、比較例１でほぼ同じであ
ることを示している。一方Ｖ９０が実施例１の方が低い
のはマトリックスの屈折率が液晶の常光屈折率よりも高
く（ｎ_m−ｎ_o＞０）、液晶が完全に配向するまでに、屈
折率が一致した為と考えられる。実施例１のマトリック
ス高分子の屈折率（ｎ_p）は１．５１４であり、液晶Ｂ
Ｌ００２の常光屈折率１．５２５よりも低いにも拘ら
ず、このような効果をもたらしたのは、光重合誘起相分
離過程で液晶がマトリックス高分子中に残存し、マトリ
ックスの屈折率（ｎ_m＝１．５３０：表１）がマトリッ
クス高分子の屈折率よりも高くなったためである。即
ち、高分子分散型液晶複合膜のマトリックスの屈折率ｎ
_mは、溶解する液晶の量を制御することにより、マトリ
ックス高分子の屈折率ｎ_pより大きくすることができ
た。さらに、実施例１、３、４、５、１０の様に、ｎ_m
−ｎ_oが正の場合には、誘電率のしきい値電圧と比較し
て、電気光学特性のしきい値電圧を低くできる。

【００３２】一方、マトリックスの屈折率を高くする
と、コントラストが低下すると考えられる。即ち、電圧
を印加していない状態での液晶相とマトリックスの屈折
率差が小さくなるために、電圧オフ時の透過率が上昇す
ると考えられるからである。しかしながら、実施例１に
示したように、マトリックスの屈折率を高くしても、コ
ントラストの低下はほとんど見られなかった。これは、
高分子分散型液晶複合膜の光散乱には、液晶相とマトリ
ックスとの屈折率差だけでなく、液晶相の複屈折に起因
する光散乱も寄与しているためである。より詳細には、
透過光強度Ｉ_tは、入射光強度をＩ₀として、Ｉ_t＝Ｉ₀・
ｅｘｐ（−τ・ｄ）で表される。ここで、τは濁度と呼
ばれる散乱能を表すパラメータで大きいほど散乱能が高
く透過率が低くなる。ｄは試料の厚みである。高分子分
散型液晶複合膜の場合、τは｜ｎ_m−ｎ_lc｜²に比例する
と考えられてきた｛Ｊ．ＷｉｌｌｉａｍＤｏａｎ
ｅ、”ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓＡｐｐｌｉｃ
ａｔｉｏｎ＆Ｕｓｅｓ”Ｖｏｌ．１Ｃｈａｐｔｅ
ｒ１４、ＷｏｒｌｄＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、（１９９
０）｝が、これではｎ_mが大きくなると、ｎ_m−ｎ_lcが小
さくなり、コントラストが低下することになり、本実験
結果を説明できない。即ち、本実験の結果、高分子分散
型液晶複合膜の光散乱の場合、τには｜ｎ_m−ｎ_lc｜²だ
けでなくΔｎ²の寄与もあり、ｎ_mが大きくなり、ｎ_m−
ｎ_lcの寄与が小さくなっても、Δｎの寄与があるためコ
ントラストが低下しないことが明らかとなった。この事
実は、高分子の球晶の光散乱については、既に見いださ
れている｛「高分子実験学１７、高分子の固体構造Ｉ
Ｉ」３章、共立出版（１９８４）｝。また、Δｎの寄与
を十分に得るためには、Δｎが０．１以上の液晶を用い
る必要がある。

【００３３】さらに、実施例で明かな様に、高分子分散
型液晶複合膜は、マトリックス高分子前駆体の屈折率
は、従来考えられていたように、液晶の常光屈折率と一
致していなくても、低しきい値電圧の特徴を有してい
る。最も顕著な例は、実施例６では、ｎ_p＝１．４７
２、ｎ_o＝１．５２３（ＴＬ２０２）であり、屈折率差
は｜ｎ_p―ｎ_o｜＝０．０５１と大きく、特開平４―６５
２５号公報による｜ｎ_p−ｎ_o｜＜０．０３の条件を満た
していないにも拘らず、低しきい値電圧で高コントラス
トを有している。これは、請求項２の製造方法により、
マトリックスの屈折率ｎ_mは１．４９１、｜ｎ_m−ｎ_o｜
＝０．０３２となったためである。

【００３４】実施例および比較例４以外に用いた液晶の
複屈折は全て０．１以上であるのに対し、比較例４で用
いた液晶の複屈折は０．０８７１と低いために、実施例
３と同じマトリックス高分子前駆体を用いてもコントラ
ストが低く、低しきい値電圧化の効果も十分ではない。

【００３５】実施例と比較例５、６との比較から明らか
なように、実施例が低しきい値電圧でかつ高コントラス
トであるのと比べ、比較例の高分子分散型液晶複合膜
は、多官能成分が４０重量％より多いと、高コントラス
トを示すが、しきい値電圧が高くなり（比較例５）、多
官能成分が１０重量％より少ないと、低しきい値電圧を
示すが、コントラストが著しく低下する（比較例６）。
また、比較例７、８との比較から明らかなように、液晶
分率が８５重量％を越えるとコントラストが低下し（比
較例７）、７０重量％より少ないとしきい値電圧が高く
なる（比較例８）。

【００３６】実施例６から１０に示したように、ハロゲ
ン元素を分子内に有する液晶を用いることにより、比抵
抗が高く、しきい値電圧の低い高分子分散型液晶複合膜
が得られる。また、シアノ系液晶と混合することにより
（実施例７、８）、しきい値電圧とコントラストを改善
できることがわかる。

【００３７】以上の様に実施例１から１０は低電圧で駆
動可能な高分子分散型液晶複合膜を用いた光学素子であ
り、調光硝子として窓硝子などに使用し、遮光と透過を
切り変えるシャッタ機能を付加した窓などに広く応用で
きる。

【００３８】実施例１１セルギャップを１０μｍの８万画素ポリシリコンＴＦＴ
アレイを試作し、実施例７の高分子分散型液晶複合膜に
用いたマトリックス高分子前駆体と液晶の相溶体をキャ
ピラリ注入し、実施例７と同様に紫外線で重合した。ポ
リシリコンＴＦＴのオフ電流は１０^-11Ａ、オン電流は
１０⁴Ａであった。画素電極と並列に０．６ｐＦの保持
容量を設けた。ポリシリコンＴＦＴアレイの開口率は５
５％であった。対向基板には、ＴＦＴ部のみを遮光する
マスクを設けた。このポリシリコンＴＦＴパネルを６
Ｖ、３０ＨｚでＴＦＴ駆動し、図２に示した光学系でコ
ントラストを評価した結果、コントラストは１００以上
であり、スタティック駆動とほぼ同じコントラストであ
った。スタティック駆動はＴＦＴのゲートを常時開放し
た状態で駆動する方法で、高分子分散型液晶複合膜によ
るリーク電流による電圧低下の影響を受けない。従っ
て、ＴＦＴ駆動とスタティック駆動でのコントラストを
比較することにより、高分子分散型液晶複合膜の比抵抗
の影響を評価でき、上記のようにして得られた高分子分
散型液晶光学素子であるアクティブマトリックス高分子
分散型液晶表示素子が、低しきい値電圧で高コントラス
トの特徴を有していることが実証された。

【００３９】比較例９実施例１１と同様に、比較例１の高分子分散型液晶複合
膜を用いたポリシリコンＴＦＴパネルを作製した。ただ
しセルギャップは６Ｖで駆動するために６．５μｍとし
た。このパネルをＴＦＴ駆動した時のコントラストは１
０であり、スタティック駆動時のコントラスト３０より
も著しく悪かった。

【００４０】実施例１２実施例１１で作製したポリシリコンＴＦＴパネルを３枚
利用し、図３に示した光学系で、プロジェクションＴＶ
を試作した。図３は本発明の高分子分散型液晶光学素子
を用いたプロジェクションＴＶの光学系を示す構成図で
あり、１３は高分子分散型液晶光学素子、１４は投射用
レンズ、１５はピンホール、１６はダイクロイックミラ
―、１７は光源である。光源１７に２５０Ｗのメタルハ
ライドランプを用い、対角６０インチのゲイン５のスク
リーンに投射した。白色のピーク輝度５００ルクス、コ
ントラスト１００を得た。また、１００時間連続動作後
もコントラストの低下は見られなかった。請求項９の高
分子分散型液晶光学素子を用いたプロジェクションＴＶ
は、低しきい値電圧で高コントラスト、しかも、信頼性
に優れていることが実証された。

【００４１】比較例１０比較例９で作製したポリシリコンＴＦＴパネルを３枚利
用し、実施例１２と同様にプロジェクションＴＶを試作
し、投射画像を評価した。白色のピーク輝度５０ルク
ス、コントラスト１０を得た。また、１００時間連続動
作試験後のＴＦＴ駆動時のコントラストは５まで低下
し、スタティック駆動時のコントラスト３０よりも著し
く悪かった。

【００４２】実施例１３図４は本発明の高分子分散型液晶光学素子である空間変
調素子の断面構成図であり、１８はガラス基板、１９は
透明電極、２０は光導電層、２１は誘電体ミラー、２２
は高分子分散型液晶複合膜である。このライトバルブの
作製方法を以下に示す。まず、ガラス基板１８の表面に
ＩＴＯからなる透明電極１９をスパッタ法により形成し
た。次に、この表面にアモルファスシリコンからなる光
導電体層２０をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Depos
ition）により形成した。アモルファスシリコンは高抵
抗を得るために小量のボロンをドーピングした。この
後、アモルファスシリコンの表面に、蒸着により誘電体
ミラー２１を形成した。この積層基板とＩＴＯを蒸着し
たガラス基板をスペーサーを挟んで張り合わせ、そこに
実施例１〜１０のマトリックス高分子前駆体と液晶の相
溶体をキャピラリ注入し、紫外線硬化し高分子分散型液
晶複合膜２２とし、目的の空間変調素子を得た。この空
間変調素子を図５の光学系に設置し、電圧を印加した状
態で１ｋＷメタルハライド光源の読み出し光を照射した
ところ、最大７０％以上の高い反射率を示した。図５は
本発明の空間変調素子を用いた光学装置の構成図であ
り、２３は書き込み光源、２４は高分子分散型液晶複合
膜空間変調素子、２５は電源装置、２６は偏光ビームス
プリッタ、２７は読みだし光源、２８は投射スクリーン
である。反射光をスクリーンに投影するとコントラスト
１００、高輝度１５００ルクスの表示が得られた。即
ち、請求項１０の高分子分散型液晶光学素子である空間
変調素子は、低しきい値電圧で高コントラストの特徴を
有していることがわかる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、液晶が、正の
誘電異方性を有し、複屈折が０．１以上で、その含有分
率が７０重量％〜８５重量％であり、マトリックス高分
子前駆体が多官能成分を１０重量％〜４０重量％含有
し、かつマトリックスの屈折率（ｎ_m）と液晶の常光屈
折率（ｎ_o）との差｜ｎ_m−ｎ_o｜が０．０４以下である
ので、相対透過率が９０％に達する電圧Ｖ９０が１０Ｖ
以下で、高コントラストの高分子分散型液晶複合膜を得
ることができる。

【００４４】請求項２の発明によれば、光重合性マトリ
ックス高分子前駆体と、液晶とを相溶させて相溶体を
得、｜ｎ_m−ｎ_o｜が０．０４以下となるように、温度と
光照度を制御して上記相溶体の上記高分子を重合し、上
記相溶体をマトリックスと、液晶に相分離することによ
り、相対透過率が９０％に達する電圧Ｖ９０が１０Ｖ以
下で、高コントラストの高分子分散型液晶複合膜の製造
方法を得ることができる。

【００４５】請求項３および４によれば、マトリックス
高分子前駆体がアクリル酸、メタクリル酸誘導体を含有
することにより、液晶との相溶性および重合反応の速度
が向上する。

【００４６】請求項５および６によれば、液晶が、分子
内にハロゲン元素を有するネマティック液晶を含有する
ことにより、比抵抗、耐光性、耐紫外線および耐直流電
圧が向上する。

【００４７】請求項７ないし１０の発明によれば、請求
項第１ないし第６に記載の高分子分散型液晶複合膜を用
いているので、低しきい値電圧で高コントラストの高分
子分散型液晶光学素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な高分子分散型液晶複合膜の動作原理図
である。

【図２】本発明に係わる高分子分散型液晶複合膜の電気
光学特性評価用光学系を示す構成図である。

【図３】本発明の高分子分散型液晶光学素子を用いたプ
ロジェクションＴＶの光学系を示す構成図である。

【図４】本発明の高分子分散型液晶光学素子である空間
変調素子の断面構成図である。

【図５】本発明の空間変調素子を用いた光学装置の構成
図である。

【符号の説明】

１マトリックス２液晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小山均尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者玉谷晃尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者増見達生尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス高分子を主成分とするマト
リックス、およびこのマトリックスに分散保持された液
晶を備えたものにおいて、上記液晶が、正の誘電異方性
を有し、複屈折が０．１以上で、その含有分率が７０重
量％〜８５重量％であり、重合により上記マトリックス
高分子となるマトリックス高分子前駆体が、多官能成分
を１０重量％〜４０重量％含有し、かつ上記マトリック
スの屈折率（ｎ_m）と上記液晶の常光屈折率（ｎ_o）との
差｜ｎ_m−ｎ_o｜が０．０４以下であることを特徴とする
高分子分散型液晶複合膜。
【請求項２】請求項１に記載の光重合性マトリックス
高分子前駆体と、液晶とを相溶させて相溶体を得、｜ｎ
_m−ｎ_o｜が０．０４以下となるように、温度と光照度を
制御して上記相溶体のマトリックス高分子前駆体を重合
し、上記相溶体をマトリックスと液晶とに相分離する高
分子分散型液晶複合膜の製造方法。
【請求項３】請求項１に記載のものにおいて、マトリ
ックス高分子前駆体がアクリル酸およびメタクリル酸誘
導体を含有することを特徴とする高分子分散型液晶複合
膜。
【請求項４】請求項２に記載のものにおいて、マトリ
ックス高分子前駆体がアクリル酸およびメタクリル酸誘
導体を含有することを特徴とする高分子分散型液晶複合
膜の製造方法。
【請求項５】請求項１に記載のものにおいて、液晶
が、分子内にハロゲン元素を有する液晶を含有すること
を特徴とする高分子分散型液晶複合膜。
【請求項６】請求項２に記載のものにおいて、液晶
が、分子内にハロゲン元素を有する液晶を含有すること
を特徴とする高分子分散型液晶複合膜の製造方法。
【請求項７】請求項１ないし６に記載の高分子分散型
液晶複合膜、並びにこの高分子分散型液晶複合膜を介し
て対向して設けた第１および第２電極付き基板を備えた
高分子分散型液晶光学素子。
【請求項８】請求項７に記載のものにおいて、第１お
よび第２電極付き基板が、透明電極付基板であることを
特徴とする高分子分散型液晶光学素子。
【請求項９】請求項７に記載のものにおいて、第１お
よび第２電極付き基板の少なくとも一方に、ＴＦＴ（Th
in Film Transistor）を形成したことを特徴とする高分
子分散型液晶光学素子。
【請求項１０】請求項７に記載のものにおいて、第１
電極付き基板が透明電極であり、第２電極付き基板が光
導電性を有する基板であることを特徴とする高分子分散
型液晶光学素子。