JPH0764064A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPH0764064A
JPH0764064A JP21287393A JP21287393A JPH0764064A JP H0764064 A JPH0764064 A JP H0764064A JP 21287393 A JP21287393 A JP 21287393A JP 21287393 A JP21287393 A JP 21287393A JP H0764064 A JPH0764064 A JP H0764064A
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JP
Japan
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liquid crystal
meth
crystal display
acrylate
display element
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JP21287393A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Kawatsuki
喜弘 川月
Koji Ono
浩司 小野
Toshiaki Itaya
利昭 板谷
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Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 少なくとも2種の(メタ)アクリル酸エステ
ルの共重合体からな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。上記の共重合体として
は、フェニル環を含むエステル残基を有する(メタ)ア
クリル酸エステルと、フッ素原子を1つ以上含むアルキ
ルアルコール残基を有する(メタ)アクリル酸とをそれ
ぞれ1種以上含むことが好ましい。 【効果】 低電圧での駆動が可能で、高いコントラスト
の得られる液晶表示素子が提供される。

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
を散乱し、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2種の(メタ)アクリル酸エステル
の共重合体からな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】上記の高分子材料としては、共重合体が下
記一般式(1)または(2)
【化2】 (式中、R1は水素原子またはメチル基を表し、R2、R
3およびR4はそれぞれ水素原子、フッ素以外のハロゲン
原子、アルキル基、アルキルオキシ基またはシアノ基を
表し、nは0以上10以下の整数、mは0以上3以下の
整数を表す。)で表されるフェニル環を含むエステル残
基を有する(メタ)アクリル酸エステルと、フッ素原子
を1つ以上含むアルキルアルコール残基を有する(メ
タ)アクリル酸エステルとをそれぞれ少なくとも1種以
上含むことが好ましい。さらに、上記の一般式(1)ま
たは(2)で表されるフェニル環を含むエステル残基を
有する(メタ)アクリル酸エステルが10〜90モル%
の範囲、フッ素原子を1つ以上含むアルキルアルコール
残基を有する(メタ)アクリル酸エステルを0.5〜1
5モル%の範囲でそれぞれ含む共重合体であることが好
ましい。
【0008】上記フェニル環を有する(メタ)アクリル
酸エステルのモノマー成分としては下記一般式(3)〜
(6)で表される化合物、例えばフェニルメタクリレー
ト、フェニルアクリレート、ベンジルメタクリレート、
ベンジルアクリレート、p−ベンジルメタクリレート、
p−ベンジルアクリレート、p−フェニルベンジルメタ
クリレート、p−フェニルベンジルアクリレート等のメ
タクリル酸エステルまたはアクリル酸エステルが掲げら
れる。
【化3】 (式中、R1は水素原子またはメチル基を表し、R2、R
3およびR4はそれぞれ水素原子、フッ素以外のハロゲン
原子、アルキル基、メトキシ基などのアルキルオキシ基
またはシアノ基を表し、nは0以上10以下の整数、m
は0以上3以下の整数を表す。)
【0009】また、フッ素を1つ以上含むアルキルアル
コール残基を有する(メタ)アクリル酸エステルのモノ
マー成分としては、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
ルオロヘキシルエチルメタクリレート、パーフルオロヘ
キシルエチルアクリレート、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
等のメタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステルが
掲げられる。
【0010】なお、本発明における高分子材料は、他の
(メタ)アクリル系のモノマーとの共重合体であっても
良い。この場合に、共重合体を構成する他の(メタ)ア
クリル系のモノマーとしては、メタクリル酸メチル、メ
タクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル
酸ブチル等のメタクリル酸アルキル化合物、メタクリル
酸シクロヘキシル、メタクリル酸イソボルニル等の環状
化合物エステル基を有するメタクリル酸エステル、アク
リル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピ
ル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸アルキル化合物、
アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボルニル等
の環状化合物エステル基を有するアクリル酸エステル、
グリシジルメタクリレート、2−ブテニルメタクリレー
ト、シンナミルメタクリレートなどの光または熱架橋性
のあるエステル残基をもつ化合物が挙げられる。
【0011】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。
【0012】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。
【0013】
【作用】本発明におけるフェニル環を含むエステル残基
を有する(メタ)アクリル酸エステルとフッ素原子を1
つ以上含むアルキルアルコール残基を有する(メタ)ア
クリル酸エステルとをそれぞれ一種以上含む共重合体
は、液晶材料との相互作用が弱く、互いに反発し易いこ
とから、該共重合体からなる高分子材料と液晶材料の混
合物からなる液晶層を備える液晶表示素子は、駆動電圧
が低減される。
【0014】また、本発明における共重合体を用いるこ
とにより、液晶材料の常光に対する屈折率と高分子材料
との屈折率とを合わせることができる。すなわち、一般
に液晶材料の常光に対する屈折率は1.45〜1.55
の間にあり、メチルメタクリレート、メチルアクリレー
ト等のアルキル(メタ)アクリレートの屈折率と近い値
を有する。一方、側鎖にパイ電子を有する材料は高い屈
折率を有し、特にフェニル環を有する(メタ)アクリル
酸エステルの屈折率は高く、例えばポリベンジルメタク
リレートの屈折率は1.568である。したがって、こ
のような高分子材料と液晶材料との混合物を用いた液晶
表示素子では、駆動電圧は低いが、液晶材料の常光に対
する屈折率と高分子材料の屈折率との差が大きく異な
り、電圧印加時の透明性が劣る問題がある。反対に、フ
ッ素を含む高分子材料の屈折率は1.5より低く、また
低電圧での駆動を可能にするためにはフッ素の含有量を
多くする必要があり、このような材料では屈折率が1.
45よりも低い。したがって、フッ素を含む高分子材料
の屈折率は液晶材料の常光に対する屈折率よりも一般に
低く、このような高分子材料と液晶材料との混合物を用
いた液晶表示素子は、駆動電圧は低いが、屈折率差が大
きく、電圧印加時の透明性が劣る問題がある。そこで、
本発明では屈折率の高い高分子化合物と低い化合物とを
共重合させることで、液晶材料の屈折率と高分子材料の
屈折率を合わせることができ、電圧印加時の透明性を改
善する。
【0015】
【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。
【0016】実施例1:低分子液晶材料としてメルク社
製のZLI2061を60重量部と、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43,10
0、数平均分子量が18,700)40重量部とをクロ
ロホルム200重量部に溶解した。上記共重合体の屈折
率は1.53であった。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度のオーブンで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。フィルム厚さは20ミクロ
ンであった。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76%で、最小透過率を0、最大透過率を10
0と規格化したとき透過率90%に対応する電圧値(以
下、V90と示す。)は25Vであった。
【0017】実施例2:低分子液晶材料としてメルク社
製のE−7を60重量部と、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
分子が31,000)40重量部とをクロロホルム20
0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、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。フィルム厚さは15ミクロンであっ
た。本素子におけるV90が9.5V、TOが40%、
T100が82%であった。
【0018】実施例3:低分子液晶材料としてメルク社
製のE−7を60重量部と、実施例1で用いたのと同じ
共重合体40重量部とをクロロホルム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、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。フィルム厚さは20ミクロンであった。本素子にお
けるV90が14.5V、TOが1.9%、T100が
82%であった。
【0019】実施例4:低分子液晶材料としてメルク社
製のE−7を60重量部と、ベンジルメタクリレート、
パーフルオロオクチルエチルメタクリレートおよびメチ
ルメタクリレートの11:1:7の共重合体40重量部
とをクロロホルム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、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。フィルム厚さは
20ミクロンであった。本素子におけるV90が12
V、TOが0.5%、T100が83%であった。
【0020】実施例5:低分子液晶材料としてメルク社
製のE−7を60重量部と、ベンジルメタクリレートと
パーフルオロヘキシルエチルメタクリレートとの10:
1の共重合体40重量部とをクロロホルム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、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。フィルム厚さは18ミクロンであった。本素子
におけるV90が16V、TOが1%、T100が80
%であった。
【0021】比較例1:低分子液晶材料としてメルク社
製のE−7を60重量部と、ポリメタクリル酸メチル4
0重量部とをクロロホルム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、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。フィル
ム厚さは18ミクロンであった。本素子におけるV90
が55V、TOが0.5%、T100が82%であっ
た。
【0022】比較例2:低分子液晶材料としてメルク社
製のE−7を60重量部と、ポリベンジルメタクリレー
ト40重量部とをクロロホルム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、他の1枚のI
TOガラス基板で挟み込んで液晶表示素子を作製した。
フィルム厚さは20ミクロンであった。本素子における
V90は20Vと低かったが、最大透過率が32%と非
常に低かった。
【0023】
【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表示素子が提供さ
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。
【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2種の(メタ)アクリル酸エ
    ステルの共重合体からな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】 共重合体が下記の一般式(1)または
    (2)で表されるフェニル環を含むエステル残基を有す
    る(メタ)アクリル酸エステルと、フッ素原子を1つ以
    上含むアルキルアルコール残基を有する(メタ)アクリ
    ル酸エステルとをそれぞれ1種以上含むことを特徴とす
    る請求項1記載の液晶表示素子。 【化1】 (式中、R1は水素原子またはメチル基を表し、R2、R
    3およびR4はそれぞれ水素原子、フッ素以外のハロゲン
    原子、アルキル基、アルキルオキシ基またはシアノ基を
    表し、nは0以上10以下の整数、mは0以上3以下の
    整数を表す。)
  3. 【請求項3】 共重合体が上記の一般式(1)または
    (2)で表されるフェニル環を含むエステル残基を有す
    る(メタ)アクリル酸エステルを10〜90モル%の範
    囲、フッ素原子を1つ以上含むアルキルアルコール残基
    を有する(メタ)アクリル酸エステルを0.5〜15モ
    ル%の範囲でそれぞれ含むことを特徴とする請求項2記
    載の液晶表示素子。
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