JPH0764063A - 液晶表示素子およびその作製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 少なくとも一種の（メタ）アクリル酸エステ
ルからなる高分子化合物であって、その数平均分子量が
２，０００以上５０，０００以下、重量平均分子量が
４，０００以上１００，０００以下の範囲にある高分子
材料と低分子液晶材料との混合物からなる液晶層を備え
る。本発明の液晶光学素子は、上記の高分子材料を低分
子液晶とともに、両者を溶解する溶媒に溶解する工程、
得られた混合溶液を用いて薄膜を作製する工程および該
薄膜から溶媒を除去する工程により液晶層を形成するこ
とにより作製できる。 【効果】 低電圧での駆動が可能で、高いコントラスト
の得られる液晶光学素子およびそれを作製する方法が提
供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電界を印加しないときに
は入射光を散乱し、電界を印加したときには光を透過す
る光散乱型の液晶表示素子およびその作製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ネマチック液晶などの低分子の液
晶材料と高分子材料との混合物からなる液晶層を備え、
電界を印加しないときには入射光を散乱し、電界を印加
したときには光を透過する光散乱型の液晶表示素子が開
発されている。この液晶表示素子は、液晶材料の複屈折
性を利用したものであり、液晶材料と高分子材料との混
合物が相分離した状態であることに特徴がある。すなわ
ち、相分離しているため、電界を印加しない場合には、
液晶材料と高分子材料との屈折率が異なるので、入射光
は散乱し、一方、電界を印加した場合には、液晶材料が
ホメオトロピックに配向し、高分子材料の屈折率と液晶
材料の屈折率とが一致するために入射光は透過する。こ
の液晶表示素子は偏光膜を必要としないため、明るい表
示を可能にするものとして期待されている。液晶材料と
高分子材料とが相分離した液晶表示素子の作製方法には
大きく分けて以下の３つの方法がある。（１）ＰＶＡな
どの水溶性高分子の水溶液中に水に不溶な液晶材料を分
散させエマルジョン化したものからフィルムを得て液晶
表示素子を作製する方法。この方法では、液晶材料と高
分子材料とが最初から分離している。（２）ＰＭＭＡ、
ポリスチレンなどの有機溶媒に溶解する高分子材料を用
い、高分子材料と液晶材料の両方を溶解する溶媒に両者
を溶解し、フィルム化する際に、溶媒の蒸発とともに液
晶材料を相分離させる方法。（３）熱硬化性のエポキシ
樹脂、光硬化性のモノマー、オリゴマーなどの高分子前
駆体中に、液晶材料を溶解し、薄膜を作製後、高分子前
駆体を硬化させながら液晶を相分離させる方法。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記（１）の方法には
エマルジョンの作製が困難であるという問題点が存在す
る。また、上記（２）の方法によれば、フィルム化が容
易であるが、駆動電圧の低い素子を得ることができなか
った。一方、上記（３）の方法によれば、低電圧で駆動
する素子を作製することは可能であるが、この方法によ
り良好な特性をもつ液晶表示素子を作製するためには、
重合速度、重合温度などの非常に複雑な重合条件のコン
トロールを要する。また、架橋反応を起こさせるために
添加される重合開始剤を不純物として液晶表示素子中に
残したり、未反応のモノマーまたはオリゴマーを液晶表
示素子中に残したりする問題が発生することがある。か
かる問題の発生を防ぐため、液晶表示素子から未反応モ
ノマーおよび重合開始剤とともに液晶材料を抽出し、そ
の後、液晶材料を再充填することによって、不純物を含
まない液晶表示素子を作製する技術が開発されている。

【０００４】さらに、高分子材料と液晶材料とを用いる
液晶表示素子においては、駆動電圧を低減するために、
膜厚を薄くすると、コントラストが低くなり、コントラ
ストを上げると膜厚が厚くなるので駆動電圧がさらに高
くなる問題があった。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、低電圧での駆動が可能で、高いコントラストの得ら
れる液晶表示素子およびそれを作製する方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的は、少なくとも１種の（メタ）アクリル酸エステル
からなる高分子化合物であって、その数平均分子量が
２，０００以上５０，０００以下、重量平均分子量が
４，０００以上１００，０００以下の範囲にある高分子
材料と低分子液晶材料との混合物からなる液晶層を備え
ることを特徴とする液晶表示素子により達成される。

【０００７】本発明に用いる液晶材料としては、たとえ
ば、メルク社製のＥ−７，Ｅ−８，Ｅ−４４，Ｅ−６
３，ＺＬＩ−２０６１，ＺＬＩ−１１３２などの、室温
領域でネマチックである市販の混合液晶、複数の市販の
液晶材料の混合物が好適に用いられる。高分子材料と混
合した際に良好な散乱特性を得るために、液晶材料と高
分子材料とが重量比で４：６〜８：２の範囲にあるよう
に混合して用いることが好ましい。また、電界の印加時
に高い透明性を得るために、高分子材料の屈折率と液晶
材料の常光に対する屈折率との差は、小さいことが好ま
しく、その差が０．０２以下であることが好ましい。

【０００８】本発明に用いられる高分子材料としては、
ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポ
リメタクリル酸プロピル、ポリメタクリル酸ブチルなど
のポリメタクリル酸アルキル化合物、ポリメタクリル酸
シクロヘキシル、ポリメタクリル酸イソボルニルなどの
環状エステル基を有するメタクリル酸エステル、ポリメ
タクリル酸ベンジル、ポリメタクリル酸ｐ−ブロモベン
ジル、ポリメタクリル酸フェニルなどのポリメタクリル
酸エステルでフェニル基をエステル基に持つ化合物、ポ
リアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアク
リル酸プロピル、ポリアクリル酸ブチルなどのポリアク
リル酸アルキル化合物、ポリアクリル酸シクロヘキシ
ル、ポリアクリル酸イソボルニルなどの環状エステル基
を有するポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸ベン
ジル、ポリアクリル酸ｐ−ブロモベンジル、ポリアクリ
ル酸フェニルなどのポリアクリル酸エステルでフェニル
基をエステル基に持つ化合物などの単独重合体もしくは
共重合体、または、トリフルオロエチルメタクリレー
ト、トリフルオロエチルアクリレート、２，２，３，３
−テトラフルオロプロピルメタクリレート、２，２，
３，３−テトラフルオロプロピルアクリレート、パーフ
ルオロオクチルエチルメタクリレート、パーフルオロオ
クチルエチルアクリレート、パークロロオクチルメタク
リレート、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブ
チルメタクリレートなどのハロゲン元素を有するメタク
リル酸エステルもしくはアクリル酸エステルを上記のハ
ロゲン元素をもたないメタクリル酸エステルもしくはア
クリル酸エステルと共重合した高分子化合物が掲げられ
る。

【０００９】本発明の液晶表示素子は、少なくとも１種
の（メタ）アクリル酸エステルからなる高分子化合物で
あって、作製時の高分子材料の数平均分子量が２，００
０以上５０，０００以下、重量平均分子量が４，０００
以上１００，０００以下の範囲にある高分子材料を液晶
材料とともに、両者を溶解する溶媒に溶解する工程、得
られた混合溶液を用いて薄膜を作製する工程、および該
薄膜から溶媒を除去する工程により液晶層を形成するこ
とで作製される。ここで、薄膜から溶媒を除去する際の
温度が液晶材料の液晶状態から非晶状態への相転移点よ
り低いことが好ましい。

【００１０】本発明の液晶表示素子の構造の一例を図１
に示す。図中、１は基板、２は透明電極、３は上記の高
分子材料、４は液晶材料をそれぞれ表し、高分子材料３
中に液晶材料４が分散された液晶層の両側に基板１が透
明電極２を介挿するように積層されている。なお、上記
の基板としては、ガラス、プラスチックガラス等の堅い
材料であっても、プラスチックフィルムのような柔軟性
のある材料であっても良い。また、２枚の基板のうち少
なくとも一方は透明性を有している。本発明により高分
子材料と液晶材料との混合物を光散乱型の投射型の液晶
表示素子に利用すると、電界を印加していない部分は液
晶材料が高分子材料との相分離状態にあり、液晶材料が
ランダムな方向で分散しているので、光が散乱するため
黒色になる。一方、電界を印加した部分は液晶のみがホ
メオトロピックに配向し、高分子材料と屈折率が近くな
り、透明になる。

【００１１】

【作用】液晶材料と高分子材料とを用いた液晶表示素子
で、その両者を溶解した状態から溶媒を蒸発させるとと
もに相分離状態をつくる方法で作製した液晶表示素子で
は、高分子化合物の分子量が、液晶表示素子の相分離状
態に多大な影響を及ぼしていることが見出された。すな
わち、構造式、共重合比等が同じであってもその分子量
によって、電気光学特性が大いに異なるのである。した
がって、分子量を限定することによって、駆動電圧の低
電圧化および高コントラスト化が図られる。また、本発
明の液晶表示素子を作製する際、溶媒を除去する際の温
度は液晶材料の液晶状態から非晶状態への相転移点より
低いことが好ましい。すなわち、高分子材料と液晶材料
が良好に相分離し安定になるためには、溶解した溶媒は
完全に除去されることが好ましく、また、完全に除去
し、良好な相分離状態を維持するには溶媒除去時の温度
は液晶材料の相転移点より低いことが好ましい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。なお、以下の実施例および比較例において測定波長
は６３３ｎｍ、印加電圧は１ｋＨｚの矩形波である。

【００１３】実施例１：低分子液晶材料として、メルク
社製のＥ−７（相転移点：５８℃）を６０重量部、高分
子化合物として、重量平均分子量が１２，３００、数平
均分子量が５，９００のポリメタクリル酸メチル４０重
量部をクロロホルム２００重量部に溶解した。得られた
溶液を１５００ｒｐｍでＩＴＯガラス基板上にスピンコ
ートしてフィルムを作製した。続いてこれを３０℃のオ
ーブンで１日乾燥させ、フィルムを他の１枚のＩＴＯガ
ラス基板で挟み込んで液晶表示素子を作製した。ここ
で、該フィルムの厚さは１８μｍであった。作製した液
晶表示素子の電気光学特性を図２（図中（ａ））に示
す。本素子における最小透過率（以下、ＴＯと示す。）
は０．５％、最大透過率（以下、Ｔ１００と示す。）は
８２％で、最大コントラスト比は１６４であった。最小
透過率を０、最大透過率を１００と規格化したときの透
過率９０％に対応する電気値（以下、Ｖ９０と示す。）
は５５Ｖであった。

【００１４】実施例２：低分子液晶材料として、メルク
社製のＥ−７を６０重量部、高分子化合物として、ベン
ジルメタクリレートとパーフルオロオクチルエチルメタ
クリレートとの３１：２の共重合体（重量平均分子量が
４３，１００、数平均分子量が１８，７００）４０重量
部をクロロホルム２００重量部に溶解した。この溶液を
１５００ｒｐｍでＩＴＯガラス基板上にスピンコートし
てフィルムを作製した。続いてこれを３０℃のオーブン
で１日乾燥させ、フィルムを他の１枚のＩＴＯガラス基
板で挟み込んで液晶表示素子を作製した。ここで、該フ
ィルムの厚さは２０μｍであった。作製した液晶表示素
子の電気光学特性を図３（図中（ａ））に示す。本素子
におけるＶ９０は１４．５Ｖ、ＴＯは０．９％、Ｔ１０
０は８２％で最大コントラスト比は９１であった。

【００１５】実施例３：低分子液晶材料として、メルク
社製のＺＬＩ−２０６１（相転移点：９１℃）を６０重
量部、高分子化合物として、実施例２で用いたのと同じ
もの４０重量部をクロロホルム２００重量部に溶解し
た。得られた溶液を１０００ｒｐｍでＩＴＯガラス基板
上にスピンコートしてフィルムを作製した。続いてこれ
を３０℃のオーブンで１日乾燥させ、フィルムを他の１
枚のＩＴＯガラス基板で挟み込んで液晶表示素子を作製
した。ここで、該フィルムの厚さは２０μｍであった。
作製した液晶表示素子におけるＶ９０が２５Ｖ、ＴＯが
０．５％、Ｔ１００が７６％で最大コントラスト比が１
５２であった。

【００１６】実施例４：低分子液晶材料として、メルク
社製のＥ−７を６０重量部、高分子化合物として、ベン
ジルメタクリレートとパーフルオロオクチルエチルメタ
クリレートとの３１：２の共重合体（重量平均分子量が
８１，０００、数平均分子量が３１，０００）４０重量
部をクロロホルム２００重量部に溶解した。得られた溶
液を１５００ｒｐｍでＩＴＯガラス基板上にスピンコー
トしてフィルムを作製した。続いてこれを３０℃のオー
ブンで１日乾燥させ、フィルムを他の１枚のＩＴＯガラ
ス基板で挟み込んで液晶表示素子を作製した。ここで、
該フィルムの厚さは１５μｍであった。作製した液晶表
示素子におけるＶ９０が９．５Ｖ、ＴＯが２％、Ｔ１０
０が８２％で最大コントラスト比が４１であった。

【００１７】比較例１：低分子液晶材料として、メルク
社製のＥ−７を６０重量部、高分子化合物として、重量
平均分子量が３１３，０００、数平均分子量が１１４，
０００のポリメタクリル酸メチル４０重量部をクロロホ
ルム４００重量部に溶解した。得られた溶液を１５００
ｒｐｍでＩＴＯガラス基板上にスピンコートしてフィル
ムを作製した。続いてこれを３０℃のオーブンで１日乾
燥させ、フィルムを他の１枚のＩＴＯガラス基板で挟み
込んで液晶表示素子を作製した。ここで該フィルムの厚
さは１５μｍであった。作製した液晶表示素子の電気光
学特性を図２（図中（ｂ））に示す。本素子におけるＶ
９０が８０Ｖ以上、ＴＯが５％、Ｔ１００が４０％で最
大コントラスト比は８であった。

【００１８】比較例２：低分子液晶材料として、メルク
社製のＥ−７を６０重量部、高分子化合物として、ベン
ジルメタクリレートとパーフルオロオクチルエチルメタ
クリレートとの３１：２の共重合体（重量平均分子量が
１７０，０００、数平均分子量が５５，９００）４０重
量部をクロロホルム３００重量部に溶解した。得られた
溶液を１５００ｒｐｍでＩＴＯガラス基板上にスピンコ
ートしてフィルムを作製した。続いてこれを３０℃のオ
ーブンで１日乾燥させ、フィルムを他の１枚のＩＴＯガ
ラス基板で挟み込んで液晶表示素子を作製した。ここ
で、該フィルムの厚さは１８μｍであった。作製した液
晶表示素子の電気光学特性を図３（図中（ｂ））に示
す。本素子におけるＶ９０が５５Ｖ、ＴＯが６．５％、
Ｔ１００が７６％で最大コントラスト比が１２であっ
た。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば低電圧での駆動が可能
で、高いコントラストの得られる液晶光学素子およびそ
れを作製する方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の構造の一例を示す断面
図である。

【図２】本発明１および比較例１の電気光学特性を示す
図である。

【図３】本発明２および比較例２の電気光学特性を示す
図である。

【符号の説明】

１．基板 ２．透明電極 ３．高分子材料 ４．液晶材料

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１種の（メタ）アクリル酸エ
   ステルからなる高分子化合物であって、その数平均分子
   量が２，０００以上５０，０００以下、重量平均分子量
   が４，０００以上１００，０００以下の範囲にある高分
   子材料と低分子液晶材料との混合物からなる液晶層を備
   えることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 少なくとも１種の（メタ）アクリル酸エ
   ステルからなる高分子化合物であって、作製時の高分子
   材料の数平均分子量が２，０００以上５０，０００以
   下、重量平均分子量が４，０００以上１００，０００以
   下の範囲にある高分子材料を低分子液晶とともに、両者
   を溶解する溶媒に溶解する工程、得られた混合溶液を用
   いて薄膜を作製する工程および該薄膜から溶媒を除去す
   る工程により液晶層を形成することを特徴とする液晶表
   示素子の作製法。
3. 【請求項３】 薄膜から溶媒を除去する際の温度が低分
   子液晶材料の液晶状態から非晶状態への相転移点より低
   いことを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子の作製
   法。