JPH0792455A

JPH0792455A - 液晶調光素子

Info

Publication number: JPH0792455A
Application number: JP25934393A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanioka; 聡谷岡; Shinichi Saito; 伸一斉藤; Demusu Deiitoritsuhi; デムスデイートリッヒ
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】高コントラスト、低駆動電圧でヒステリシス
が小さく、かつ、実用上充分な安定性及び成形性を有す
る液晶調光素子を提供することである。【構成】少なくとも一方が透明である一対の電極層の間
に、透明樹脂中に液晶組成物および透明液体物質を分散
させた調光層を挟持させてなる高分子分散型液晶調光素
子において、該調光層が互いに不溶な透明樹脂、液晶組
成物および透明液体物質の３要素からなることを特徴と
する液晶調光素子よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光散乱を動作原理とす
る液晶調光素子に関するものである。更に詳しくは透明
樹脂中に液晶組成物及び透明液体物質を分散させた調光
層を有する高分子分散型液晶調光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界を印加すると散乱、吸収、反射など
の光学特性が変化する現象を利用した液晶調光素子が知
られている。これらはディスプレイ、光シャッターなど
に幅広く使用されている。近年では、新しい型の液晶調
光素子として光散乱モードの高分子分散型液晶調光素子
が注目されている。この素子は以下の優れた点を有して
いる。基板の配向処理が必要ないので、素子の作製が容
易である。加えて、広い面積に渡って膜厚制御が容易で
あるため、均一な大面積表示の素子が作製可能である。
さらに、偏光板を必要としないので、明るい表示が可能
である。また、光散乱効果を利用するので視野角が広い
といった特徴を有している。これらの優れた性質を持っ
ているため、この液晶調光素子は調光ガラスや投射型デ
ィスプレイ、大面積ディスプレイなどの分野への応用が
期待されている。

【０００３】従来からの高分子分散型液晶調光素子は、
透明樹脂中に粒径が数μｍ程度の液晶滴が分散した構
造、或いは３次元スポンジ状の透明樹脂中に連通状態で
液晶が充填・分散された構造の調光層を有している。第
１図は従来の高分子分散型液晶調光素子の一例の断面図
を示す。液晶調光素子は、対向する一対の電極層（１．
１）の間に調光層（１．２）を挟持している。この調光
層（１．２）は、３次元スポンジ状の透明樹脂（１．
３）中に液晶組成物（１．４）が連通状態で分散した構
造を有する。一般的に、高分子分散型液晶調光素子の
動作原理は、以下に示すように考えられている。電圧無
印加の状態では、透明樹脂ー液晶組成物の界面（１．
５）の相互作用によって液晶組成物がランダムに配向し
ている。複屈折性を持つ液晶組成物（１．４）がランダ
ムに配向し、可視光の波長の大きさのオーダーで透明樹
脂（１．３）中に分散しているため、調光層（１．２）
は強い光散乱を示す。これに電界を印加すると液晶組成
物（１．４）が電界に沿って一方向に配列するため、調
光層（１．２）は透明状態に変化する。この状態から電
界を除去すると、透明樹脂ー液晶組成物の界面（１．
５）の相互作用によって、液晶組成物はランダムな配向
に戻り調光層（１．２）は再び強い光散乱を示す。ま
た、適当な大きさの電界を印加することによって、光散
乱強度を調整することが可能である。

【０００４】従来の高分子分散型液晶調光素子は、一般
的に光散乱強度を上げるために、液晶滴の粒径或いは透
明樹脂ネットワークの空隙の大きさを１〜２μｍ程度に
制御していた。実際、粒径が大きすぎると光の散乱回数
が少なくなるので、又小さすぎて可視光の波長より小さ
くなると、ともに光散乱強度が低下した。液晶調光素子
の駆動電圧は、調光層の膜厚、或いは調光層中の液晶組
成物の重量分率などに依存していた。例えば、膜厚が薄
くなるほど、或いは液晶組成物の重量分率が高くなるほ
ど駆動電圧が低下して電気光学特性が向上する傾向にあ
った。一般的に、これらの液晶調光素子の印加電圧に
対する光透過率の変化（印加電圧ー光透過率曲線）は、
電圧を上げる場合と、下げる場合とで同一の軌跡をたど
らずヒステリシス曲線を示す。ヒステリシスが大きくな
ると、特に液晶調光素子をディスプレイデバイスとして
用いるような場合に、中間調の表示が困難であった。一
般的に、このヒステリシス特性は、透明樹脂と液晶組成
物の界面の状態に依存していると考えられている。

【０００５】一方、特開平５ー１０７５６３号公報は、
液晶組成物および液晶組成物以外の液体からなる調光層
を有するエマルジョン型液晶調光素子を開示している。
この液晶調光素子の調光層は、液晶組成物中に液体物質
がコロイド状の微粒子として分散した構造を有してい
る。第２図はこのエマルジョン型液晶調光素子の断面図
を示す。第１図と同様に、液晶調光素子は、対向する一
対の電極層（２．１）の間に調光層（２．２）を挟持し
ている。調光層（２．２）は、液晶組成物（２．４）中
に透明液体物質（２．６）を孤立状態で分散させた構造
を有する。この液晶組成物と透明液体物質の相分離系
は、高分子分散型液晶調光素子と同様の動作原理によっ
て駆動するため、明るく視野角が広いといった特徴を有
している。電圧無印加の状態では、液晶組成物ー透明液
体物質の界面（２．７）の相互作用によって液晶組成物
がランダムに配向し、調光層（２．２）は強い光散乱を
示す。これに電圧を印加すると液晶組成物が電界に沿っ
て一方向に配列し、調光層（２．２）は透明状態に変化
する。この液晶調光素子においては、液晶組成物に対す
る透明液体物質の重量分率を下げても充分な光散乱効果
および良好なコントラストが得られた。したがって、透
明液体物質の重量分率を下げて液晶組成物の割合を多く
することにより、低駆動電圧で動作させることが可能で
あった。また、透明液体物質の種類によっては、ヒステ
リシスを小さくする効果も認められた。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】従来の高分子分散型
液晶調光素子においては、その構造、組成を変えたり、
界面活性剤その他の添加剤を加えたりして所望の電気光
学特性を得る試みが提案されてきている。しかしなが
ら、それらの試みにおいては、充分に高いコントラス
ト、低い駆動電圧、そして印加電圧ー光透過率曲線のヒ
ステリシスの充分小さな素子を得るには到っていない。

【０００７】特開平５ー１０７５６３号公報に開示され
ているエマルジョン型の液晶調光素子おいては、コント
ラスト、駆動電圧、ヒステリシスの点で満足な素子が得
られている。しかしながら、調光層の成形性が悪いた
め、調光層の厚さの制御が難しくて素子の大面積化が困
難であった。また、長期間放置すると透明液体物質の凝
集・融合がおこるため、電気光学特性が劣化するといっ
た問題があった。

【０００８】本発明は、高コントラスト、低駆動電圧で
ヒステリシスが小さい特性を保持しながら、更に充分な
安定性及び成形性を持ち、大面積化が可能な高分子分散
型液晶調光素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は少なくとも一方
が透明である一対の電極層の間に、透明樹脂中に液晶組
成物および透明液体物質を分散させた調光層を挟持させ
てなる高分子分散型液晶調光素子において、該調光層が
互いに不溶な透明樹脂、液晶組成物および透明液体物質
の３要素からなることを特徴とする液晶調光素子よりな
る。

【００１０】本発明で用いられる透明樹脂は、液晶組成
物および透明液体物質に不溶であるものであれば特に限
定はされるものではない。例えば、アクリル系樹脂、メ
タクリル系樹脂、カーボネート系樹脂、酢酸ビニル系樹
脂、その加水分解物、セルロース系樹脂、スチレン系樹
脂、アミド系樹脂、ニトリル系樹脂、アセタール系樹
脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの
熱可塑性樹脂または、ＳＢＲ系ゴム、ブタジエン系ゴ
ム、ブチレン系ゴム、イソプレン系ゴム、アクリル系ゴ
ム、ニトリル系ゴム、ウレタン系ゴム、フッ素系ゴム、
クロロプレン系ゴムなどの合成ゴムや天然ゴム、不飽和
ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、メラミ
ン樹脂、エポキシ樹脂アルキッド樹脂、架橋された熱可
塑性樹脂などを好ましく用いることができる。これらの
透明樹脂は単独で用いてもよく、２種類以上併用しても
よい。

【００１１】本発明で用いられる液晶組成物は、透明樹
脂および透明液体物質と不溶であるものであればよい。
ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクチック
液晶など特に限定されるものではないが、ネマティック
液晶を特に好ましく用いることができる。

【００１２】例えば、一般式（１）

【化１】で表される液晶化合物〔式中、Ｒ₁ は、炭素原子数１〜
１０個の直鎖状アルキル基または炭素原子数２〜１０個
のアルケニル基を表わし、Ｒ₂は炭素原子数１〜１０個
の直鎖状アルキル基または直鎖状アルコキシ基、或いは
−ＣＮ、フッ素原子、−ＣＦ₃、−ＣＨＦ₂、−ＯＣＦ₃
または−ＯＣＨＦ₂を表わし、Ｓ₁、Ｓ₂は同一でも異
なっていてもよく、各々水素原子、フッ素原子、−ＣＦ
₃、−ＣＨＦ₂、−ＯＣＦ₃または−ＯＣＨＦ₂を表わし、
Ｚ₁は、−ＣＯＯ−、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ＝ＣＨ
−、−Ｃ≡Ｃ−または単結合を表わし、Ａ₁は一般式
（２）

【化２】で表される基である〕あるいは一般式（３）で表される
液晶化合物

【化３】〔式中、Ｒ₃ は、一般式（１）のＲ₁と同意義であり、
Ｒ₄は一般式（１）のＲ₂と同意義であり、Ｓ₃、Ｓ₄は、
同一でも異なっていてもよく、各々一般式（１）の
Ｓ₁、Ｓ₂と同意義であり、Ｚ₂、Ｚ₃は、同一でも異なっ
ていてもよく、各々一般式（１）のＺ₁と同意義であ
り、Ａ₂、Ａ₃は、同一でも異なっていてもよく、各々
一般式（１）のＡ₁と同意義である。〕などを使用する
ことができる。

【００１３】これらの液晶組成物の成分は、単一成分で
あっても複数成分の混合物であっても良い。たとえば、
ＢＤＨ社製のＥ−８、Ｅ−４４やチッソ社製のＧＲ−６
３などの混合液晶を使用することができる。また、二色
性色素などを含有したものであってもよい。用いられる
液晶組成物としては、液晶調光素子のコントラストを上
げるためには屈折率異方性（△ｎ）の大きい物が好まし
い。また、駆動電圧を小さくするためには誘電率異方性
（△ε）の大きい物が好ましい。

【００１４】本発明で用いられる透明液体物質は、透明
樹脂および液晶組成物に不溶であるものであればよい。
例えば、水、多価アルコール類、多価アルコール類の誘
導体、流動パラフィン類、シリコンオイル類、フッ素オ
イル類など特に限定されるものではないが、シリコンオ
イル類、フッ素オイル類を特に好ましく用いることがで
きる。これらの透明液体物質は、単独で用いてもよく２
種以上併用してもよい。用いられる透明液体物質として
は、沸点が高く揮発性が小さい物、爆発性・毒性が小さ
く危険性が少ない物、化学的に安定である物が好まし
い。

【００１５】調光層中での液晶組成物の占める割合は、
５０％（重量％、以下同様）以上であり好ましくは７０
％以上である。電界に応答する液晶組成物の占める割合
が５０％より小さくなると、調光層の電気光学特性が極
端に悪化する。

【００１６】一方、調光層中での透明液体物質の占める
割合は、０．１〜４５％であり好ましくは１〜２５％で
ある。透明液体物質の占める割合が０．１％より小さく
なると、液晶組成物ー透明液体物質の界面の面積が小さ
くなって透明液体物質の効果が低減する。４５％より大
きくなると、相対的に透明樹脂の割合が低下して、調光
層の安定性・成形性が低下する。

【００１７】また、調光層中の透明樹脂の占める割合は
５〜４９．９％であり、好ましくは２０〜４０％であ
る。

【００１８】上述した様な透明液体物質、液晶組成物及
び透明樹脂より本発明の液晶調光素子の調光層は例えば
以下に示す方法で形成することができる。（１）透明樹脂、液晶組成物および透明液体物質の混合
物に溶剤を加えて溶液または乳濁液とした後、溶剤を蒸
発させる方法。（２）加熱により透明樹脂、液晶組成物および透明液体
物質を溶融させた後、冷却により相溶性を低下させ相分
離させる方法。

【００１９】調光層中の液晶組成物の粒径は、透明樹
脂、液晶組成物および透明液体物質の組み合わせや混合
比、或いは調光層の製法などによって変わる。液晶組成
物の平均粒径は、通常１００μｍ以下であるものが好ま
しく、１．０〜２０μｍであるものがさらに好ましい。
粒径は、幅広い分布があってもよい。調光層の膜厚は通
常１〜１００μｍであり好ましくは２〜２０μｍであ
る。膜厚が１μｍ未満では調光層の散乱強度が低下して
コントラストが悪化し、１００μｍをこえると駆動電圧
が高くなる。

【００２０】また、調光層は必要に応じて少量の光吸収
性物質、光安定剤、酸化防止剤、滑剤、界面活性剤、無
機充填剤、などの各種添加剤を含んでいてもよい。

【００２１】調光層に電界を印加するための２枚の電極
層は、その少なくとも一方が透明であることが必要であ
る。電極層の具体例としては、ＩＴＯ（Indium Tin O
xide）、酸化錫などのような透明な金属酸化物の他に
銅、アルミニウムのような導電性金属を使用することが
できる。また、双方に透明電極を設けると作成された液
晶調光素子は透過型となり、光シャッター、投射型ディ
スプレイなどに使用することができる。

【００２２】

【作用】本発明は、透明樹脂、液晶組成物および透明液
体物質の３要素よりなる相分離系の調光層を有する高分
子分散型液晶調光素子である。この高分子分散型液晶調
光素子は、従来の性能を保持しつつ、コントラスト、駆
動電圧、ヒステリシス特性を改良されたものである。本
発明の液晶調光素子においては、透明樹脂、液晶組成物
及び透明液体物質は互いに不溶であるため、透明樹脂ー
液晶組成物、液晶組成物ー透明液体物質及び透明樹脂ー
透明液体物質の３種の界面が生じる。この３種の界面は
それぞれが光散乱因子となることから、従来の高分子分
散型液晶調光素子やエマルジョン型液晶調光素子に比べ
て、電圧無印加時の調光層の光散乱強度が増大しコント
ラストが向上する。

【００２３】調光層の構造は、透明樹脂、液晶組成物お
よび透明液体物質の組成比、密度、表面張力、溶解パラ
メーターなどの因子によって変わる。本発明において
は、例えば３次元スポンジ状の透明樹脂中に液晶組成物
および透明液体物質が分散しているような構造をとって
いると思われる。

【００２４】第３図は、本発明の液晶調光素子の一例の
断面図を示す。第１図、第２図と同様に、液晶調光素子
は、対向する一対の電極層（３．１）の間に調光層
（３．２）を挟持している。調光層（３．２）は、３次
元スポンジ状の透明樹脂（３．３）中に液晶組成物
（３．４）および透明液体物質（３．６）が分散した構
造を有している。したがって、流動性のある液晶組成物
（３．４）及び透明液体物質（３．６）は透明樹脂
（３．３）中で安定に保持されている。図に示すよう
に、透明樹脂ー液晶組成物の界面（３．５）に比べて液
晶組成物ー透明液体物質の界面（３．７）の割合が大き
くなると、液晶組成物ー透明液体物質の界面（３．７）
の相互作用が支配的になって、良好な電気光学特性が得
られる。

【００２５】

【実施例】実施例を用いて本発明を更に具体的に記載す
るが、本発明は、これらにより限定されるものではな
い。

【００２６】

【実施例１】透明樹脂として重合度が約７０００のポリ
メチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、液晶組成物として
チッソ社製のネマティック混合液晶（ＧＲ−６３）、透
明液体物質として信越化学工業社製のシリコンオイル
（ＫＦ−９９）を重量比がＰＭＭＡ／ＧＲ−６３／ＫＦ
−９９＝１５／７５／１０になるように混合した。次い
で、ＰＭＭＡの溶液濃度が３．７５％になるようにクロ
ロホルムを添加して透明溶液を作製した。スピンナーを
用いてＩＴＯ(Indium Tin Oxide)電極付のガラス基板
上に膜厚５μｍの均一な厚さの膜を形成させた。尚、ス
ピンナーの回転数は３，０００r.p.m.であった。次に別
のＩＴＯ電極付のガラス基板を、電極が膜面に接触する
ように対向させて液晶調光素子を作製した。この液晶調
光素子は、常温で強い光散乱を示し長期間安定であっ
た。得られた液晶調光素子に０〜１５０Ｖの電圧を印加
して印加電圧と光透過率の関係を調べた。第４図はＰＭ
ＭＡ／ＧＲ−６３／ＫＦ−９９＝１５／７５／１０の液
晶調光素子の印加電圧ー光透過率曲線を示す。この液晶
調光素子は、コントラスト＝６．１、しきい値電圧＝２
５Ｖ、ヒステリシスの大きさΔＶ＝７．８Ｖであった。

【００２７】

【実施例２】透明液体物質として信越化学工業社製のシ
リコンオイル（ＫＦ−９６ー２０ＣＳ）を用いた以外は
実施例１と同様の方法で液晶調光素子を作製した。この
液晶調光素子は、常温で強い光散乱を示し長期間安定で
あった。得られた液晶調光素子に０〜１５０Ｖの電圧を
印加して印加電圧と光透過率の関係を調べたところ、コ
ントラスト＝５．８、しきい値電圧＝２８Ｖ、ヒステリ
シスの大きさΔＶ＝８．８Ｖであった。

【００２８】

【比較例１】ＰＭＭＡ／ＧＲ−６３の重量比が２５／７
５で、シリコンオイルを添加しないこと以外は実施例１
と同様の方法で液晶調光素子を作製した。この液晶調光
素子は、常温で強い光散乱を示し長期間安定であった。
得られた液晶調光素子に０〜１５０Ｖの電圧を印加して
印加電圧と光透過率の関係を調べた。第５図はＰＭＭＡ
／ＧＲ−６３＝２５／７５の液晶調光素子の印加電圧ー
光透過率曲線を示す。この液晶調光素子は、コントラス
ト＝２．５、しきい値電圧＝３９Ｖ、ヒステリシスの大
きさΔＶ＝１９．４Ｖであり実施例１及び実施例２の素
子より電気光学特性の点で劣るものであった。

【００２９】

【比較例２】ＫＦ−９９／ＧＲ−６３の重量比が２５／
７５で、ＰＭＭＡを添加しないこと以外は実施例１と同
様の方法で液晶調光素子を作製した。この液晶調光素子
は強い光散乱を示したが、２日間放置したところ散乱強
度が低下した。この素子はエマルジョン型液晶調光素子
であり、実施例１の素子より安定性・成形性の点で劣る
ものであった。

【００３０】

【比較例３】ＫＦ−９６ー２０ＣＳ／ＧＲ−６３の重量
比が２５／７５で、ＰＭＭＡを添加しないこと以外は実
施例２と同様の方法で液晶調光素子を作製した。この液
晶調光素子は強い光散乱を示したが、２日間放置したと
ころ散乱強度が低下した。この素子はエマルジョン型液
晶調光素子であり、実施例２の素子より安定性及び成形
性の点で劣るものであった。

【００３１】

【発明の効果】本発明の液晶調光素子は高コントラス
ト、低駆動電圧でヒステリシスが小さく、かつ、充分な
安定性及び成形性を有し、その実用価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の高分子分散型液晶調光素子の一例の断面
図を示す。

【図２】エマルジョン型液晶調光素子の一例の断面図を
示す。

【図３】本発明における液晶調光素子の一例の断面図を
示す。

【図４】実施例１の液晶調光素子の印加電圧ー光透過率
曲線を示す。

【図５】比較例１の液晶調光素子の印加電圧ー光透過率
曲線を示す。

【符号の説明】

１．１、２．１、３．１....電極層１．２、２．２、３．２....調光層１．３、３．３....透明樹脂１．４、２．４、３．４....液晶組成物１．５、３．５....透明樹脂ー液晶組成物の界面２．６、３．６....透明液体物質２．７、３．７....液晶組成物ー透明液体物質の界面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明である一対の電極
層の間に、透明樹脂中に液晶組成物および透明液体物質
を分散させた調光層を挟持させてなる高分子分散型液晶
調光素子において、該調光層が互いに不溶な透明樹脂、
液晶組成物および透明液体物質の３要素からなることを
特徴とする液晶調光素子。
【請求項２】液晶組成物がネマティック液晶叉はコレ
ステリック液晶のいずれかである特許請求項１記載の液
晶調光素子。
【請求項３】液晶組成物がスメクティック液晶である
特許請求項１記載の液晶調光素子。
【請求項４】透明液体物質がシリコンオイル類またはフ
ッ素オイル類のいずれかである特許請求項１記載の液晶
調光素子。