JPH0868987A

JPH0868987A - 光散乱型液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0868987A
Application number: JP20343394A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Maruyama; 和則丸山
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【構成】電極層を有する少なくとも一方が透明な２枚
の基板と、該基板間に挟持された調光層を有し、該調光
層が液晶材料の連続層中に三次元網目構造の透明性固体
物質を有する光散乱型液晶表示素子において、透明性固
体物質の三次元網目構造の網目の大きさを空隙間隔と
し、空隙間隔の全分布における１０〜９０％の幅を空隙
間隔の分布幅Ｗとし、平均空隙間隔をγとした場合、空
隙間隔の分布幅Ｗと平均空隙間隔γとが、式【数１】Ｗ＜γ で表わされる関係にある光散乱型液晶表示素子。【効果】本発明の光散乱型液晶表示素子は、大面積で
薄膜型のものであり、電圧光透過率の急峻性が優れてい
て、時分割駆動を可能とし、時分割駆動時にも高いコン
トラストを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大面積になし得る液晶
デバイスの製造方法に関し、更に詳しくは、光の遮断、
透過を電気的又は熱的に操作し得るものであって、文字
や図形を表示し、高速応答性を以って電気的に表示を切
り換えることによって、広告板、案内板、装飾表示板等
の表示体として利用される光散乱型液晶表示素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光散乱型液晶表示素子の一種としてＤＳ
型液晶標示素子が知られている。ＤＳ型液晶表示素子
は、電圧印加でイオン性電流により乱流が発生し、動的
散乱の原理を利用するものであって、光の散乱光を表示
に利用し、偏光板不要の直視型の液晶表示素子として用
いられた。

【０００３】しかしながら、この液晶表示素子には、光
反射板が取り付けられているため、表示面が鏡面とな
り、見難いなどの欠点があった。また、この液晶表示素
子は、電流動作型であるため、寿命が短く、実用的では
なかった。

【０００４】液晶材料及び透明性固体物質からなる調光
層を有する光散乱型液晶表示素子は、光の透過と散乱を
電界効果により制御するものであり、電界を印加しない
場合に、液晶分子の配向がランダムとなり、光を散乱さ
せて白濁する散乱状態と、電界を印加した場合に、液晶
分子が電界の方向に配列し、光を透過する透明状態との
間での切り換えにより表示を認識させるものである。

【０００５】このような光散乱型液晶表示素子として、
特開平１−１９８７２５号公報及び特開平２−８５８２
２号公報には、液晶材料が連続層を形成し、この連続層
中に、三次元網目状の高分子物質を形成して成る調光層
を有する液晶デバイスが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液晶材料及び透明性固
体物質からなる調光層を有する光散乱型液晶表示素子
は、電圧印加時の透過率と無印加時の白濁性に優れてい
る。

【０００７】この光散乱型液晶表示素子を案内板等の文
字表示に使用し、高コントラストを得る方法としては、
スタテック駆動等の方法がある。しかしながら、この方
法は、基板の配線や駆動回路が複雑になり、また、液晶
表示装置が大型化してしまう等の問題点がある。

【０００８】また、液晶材料及び透明性固体物質からな
る調光層を有する光散乱型液晶表示素子を時分割駆動さ
せた場合、電圧印加による透過率の急峻性が悪く、この
駆動方法により、動作電圧を印加する部分に充分な透過
率を得るには、バイアス電圧を高めに設定しなければな
らない。しかしながら、バイアス電圧を高くすると、バ
イアス電圧を印加する部分が動作してしまい、その結
果、白濁度が減少する。また、バイアス電圧を印加する
部分に充分な白濁性を持たせると、動作電圧を印加した
部分で十分な透明性が得られない。このため、液晶材料
及び透明性固体物質からなる調光層を有する光散乱型液
晶表示素子を時分割駆動させた場合、高コントラストを
得ることが難しかった。

【０００９】液晶材料及び透明性固体物質からなる調光
層を有する光散乱型液晶表示素子を時分割駆動により動
作させるには、電圧印加による透過率の急峻性の改善が
不可欠である。

【００１０】本発明が解決しようとする課題は、時分割
駆動時に、光散乱時の白さが明るく、高コントラストが
得られる光散乱型液晶表示素子を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、電極層を有する少なくとも一方が透明な２
枚の基板と、該基板間に挟持された調光層を有し、該調
光層が液晶材料の連続層中に三次元網目構造の透明性固
体物質を有する光散乱型液晶表示素子において、透明性
固体物質の三次元網目構造の網目の大きさを空隙間隔と
し、空隙間隔の全分布における１０〜９０％の幅を空隙
間隔の分布幅Ｗとし、平均空隙間隔をγとした場合、空
隙間隔の分布幅Ｗと平均空隙間隔γとが、式

【００１２】

【数２】Ｗ＜γ

【００１３】で表わされる関係にあることを特徴とする
光散乱型液晶表示素子を提供する。

【００１４】光散乱型液晶表示素子の調光層中の透明性
固体物質の三次元網目構造の空隙間隔の分布幅が広い場
合、透明性固体物質からなる網目の大きさが不均一であ
るため、空隙間隔が大きい網目部分の液晶は、低い印加
電圧で動きだし、空隙間隔が小さい網目部分の液晶は、
高い印加電圧でないと動き出さない。即ち、この光散乱
型液晶表示素子の電圧光透過率の急峻性は、緩慢とな
る。

【００１５】逆に、光散乱型液晶表示素子の調光層中の
透明性固体物質の三次元網目構造の空隙間隔の分布幅が
狭い場合、網目の大きさが均一であるため、印加電圧が
閾値電圧を超えると空隙間隔中の液晶は、一斉に動きだ
し、電圧光透過率の急峻性は、急峻となる。

【００１６】ポリマーの三次元網目構造の空隙間隔は、
液晶種とモノマー種と重合開始剤種の選択、及びその比
率、重合用紫外線の種類、及びその波長域、重合用紫外
線の強度、照射時における液晶とモノマーと重合開始剤
からなる溶液の温度、セル厚等により左右される。

【００１７】そのため、上記の空隙間隔の分布幅を有す
る光散乱型液晶表示素子は、液晶種とモノマー種と重合
開始剤種の選択、及びその比率、重合用紫外線の種類、
及びその波長域、重合用紫外線の強度、照射時における
液晶とモノマーと重合開始剤からなる溶液の温度、セル
ギャップ等を選択することにより製作することができ
る。

【００１８】本発明で使用する基板は、堅固な材料、例
えば、ガラス等であってもよく、柔軟性を有する材料、
例えば、プラスチックフィルムの如きものであってもよ
い。

【００１９】具体的な透明板の一例として、堅固な材料
としては、ソーダライムガラス板、シリカコートソーダ
ライムガラス板、ボロシリケートガラス板、無アルカリ
ガラス板、ポリカーボネート板等が挙げられる。柔軟性
を有する材料としては、ポリエーテルスルホンフィル
ム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリアリレ
ートフィルム、フェノキシエーテルフィルム等が挙げら
れる。

【００２０】そして、２枚の基板は対向して適当な間隔
を隔て得るものであり、２枚の基板は透明性を有し、そ
の２枚の間に挟持される液晶層及び透明性高分子物質を
有する層からなる調光層を外界から視覚させるものでな
ければならない。また、この基板には、目的に応じて透
明電極が、その全面又は部分的に配置される。

【００２１】基板に均一に付着させる透明性固体物質の
厚みを制御するために、２枚の基板間には、通常周知の
液晶デバイスと同様、間隔保持用のスペーサーを介在さ
せるのが望ましい。

【００２２】スペーサーとしては、例えば、マイラー、
アルミナ、ロッドタイプのガラスファイバー、ガラスビ
ーズ、ポリマービーズ等種々の液晶セル用のものを用い
ることができる。

【００２３】前記調光層中に形成される透明性高分子物
質は、三次元網目状構造を有するものであり、この透明
性高分子物質の三次元網目状部分には、液晶材料が充填
され、且つ、液晶材料が連続層を形成することが好まし
く、液晶材料の無秩序な状態を形成することにより、光
学的境界面を形成し、光の散乱を発現させる上で必須で
ある。

【００２４】本発明で使用する透明性高分子物質として
は、エネルギー線硬化性の合成樹脂が好適である。三次
元網目状構造を与えるものとしては、高分子形成性モノ
マーもしくはオリゴマーを重合させて得られる光硬化型
樹脂が好ましい。

【００２５】基板間に形成される透明性高分子物質が三
次元網目状構造を形成する方法としては、例えば、２枚
の基板間に挟持された（ａ）液晶材料、（ｂ）高分子形
成モノマーもしくはオリゴマーから成る光重合性組成物
及び（ｃ）重合開始剤を含有する調光層形成材料を等方
性液体状態に保持しながら活性光線を照射し、光重合性
組成物を重合させる方法が挙げられる。

【００２６】透明性固体物質から形成された三次元網目
構造の網目の平均間隔は、０．２〜３μｍの範囲が好ま
しく、０．４〜２μｍの範囲が更に好ましい。又、透明
性固体物質を有する層の層厚は、使用目的に応じ、光散
乱による不透明性と電気的或は熱的に達成した透明性と
の間の十分なコントラストを得るために、５〜３０μｍ
の範囲が好ましい。

【００２７】重合用エネルギーは、紫外線、可視光線、
電子線等を用いることができるが、紫外線が好適であ
る。紫外線照射による光重合性組成物の液晶材料中での
重合において、光照射強度及び照射量も一定の強さ以上
を必要とするが、それは、光重合性組成物の反応性及び
重合開始剤の種類、濃度によって左右され、適切な光強
度の選択により三次元網目状の透明性固体物質の形成及
びその網目の大きさを均一化を図ることができる。光照
射方法として、時間的、平面的に均一に照射すること
は、基板間に介在する重合性組成物を瞬間的に強い光を
当てて重合を進行させ、網目の大きさを均一化を図る上
で効果的である。即ち、適切な光強度でパルス状に照射
することにより、均一な三次元網目状の重合体を液晶層
中に実現できる。

【００２８】この網目形成用重合性組成物は、任意成分
の重合体形成性モノマー、オリゴマー及び重合開始剤等
である。

【００２９】重合体形成性モノマーとしては、例えば、
スチレン、クロロスチレン、α−メチルスチレン、ジビ
ニルベンゼン；置換基として、メチル、エチル、プロピ
ル、ブチル、アミル、２−エチルヘキシル、オクチル、
ノニル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、シク
ロヘキシル、ベンジル、メトキシエチル、ブトキシエチ
ル、フェノキシエチル、アルリル、メタリル、グリシジ
ル、２−ヒドロキシエチル、２−ヒドロキシプロピル、
３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル、ジメチルアミノ
エチル、ジエチルアミノエチルの如き基を有するアクリ
レート、メタクリレート又はフマレート；エチレングリ
コール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ポリプロピレングリコール、１，３−ブチレングリ
コール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレング
リコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプ
ロパン、グリセリン及びペンタエリスリトール等のポリ
（メタ）アクリレート又はポリ（メタ）アクリレート；
酢酸ビニル、酪酸ビニル又は安息香酸ビニル、アクリロ
ニトリル、セチルビニルエーテル、リモネン、シクロヘ
キセン、ジアリルフタレート、２−、３−又は４−ビニ
ルピリジン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミ
ド、メタクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシメチルアクリル
アミド又はＮ−ヒドロキシエチルメタクリルアミド及び
それらのアルキルエーテル化合物；トリメチロールプロ
パン１モルに３モル以上のエチレンオキサイド若しくは
プロピレンオキサイドを付加して得たトリオールのジ又
はトリ（メタ）アクリレート；ネオペンチルグリコール
１モルに２モル以上のエチレンオキサイド若しくはプロ
ピレンオキサイドを付加して得たジオールのジ（メタ）
アクリレート；２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレ
ート１モルとフェニルイソシアネート若しくはｎ−ブチ
ルイソシアネート１モルとの反応生成物；ジペンタエリ
スリトールのポリ（メタ）アクリレート；トリス−（ヒ
ドロキシエチル）−イソシアヌル酸のポリ（メタ）アク
リレート；トリス−（ヒドロキシエチル）−リン酸のポ
リ（メタ）アクリレート；ジ−（ヒドロキシエチル）−
ジシクロペンタジエンのモノ（メタ）アクリレート又は
ジ（メタ）アクリレート；ピバリン酸エステルネオペン
チルグリコールジアクリレート；カプロラクトン変性ヒ
ドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジ
アクリレート；直鎖脂肪族ジアクリレート；ポリオレフ
ィン変性ネオペンチルグリコールジアクリレート等を挙
げることができる。

【００３０】重合体形成性オリゴマーとしては、例え
ば、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエステル（メ
タ）アクリレート、ポリウレタン（メタ）アクリレー
ト、ポリエーテル（メタ）アクリレート等、各種アクリ
レートオリゴマーを用いることができる。

【００３１】この三次元網目構造を有する透明性固体物
質は、堅固な物に限らず、目的に応じ得る限り柔軟性、
弾性を有するものであっても良い。

【００３２】重合開始剤としては、例えば、２−ヒドロ
キシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン
（メルク社製「ダロキュア１１７３」）、１−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン（チバ・ガイギー社製
「イルガキュア１８４」）、１−（４−イソプロピルフ
ェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−
オン（メルク社製「ダロキュア１１１６」）、ベンジル
ジメチルケタール（チバ・ガイギー社製「イルガキュア
６５１」）、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フ
ェニル］−２−モルホリノプロパノン−１（チバ・ガイ
ギー社製「イルガキュア９０７」）、２，４−ジエチル
チオキサントン（日本化薬社製「カヤキュアＤＥＴ
Ｘ」）とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル（日本化薬
社製「カヤキュアＥＰＡ」）との混合物、イソプロピル
チオキサントン（ワードプレキンソツプ社製「カンタキ
ュアーＩＴＸ」）とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル
との混合物等が挙げられる。

【００３３】重合開始剤の使用割合は、重合性組成物の
０．１〜１０．０％の範囲が好ましい。

【００３４】本発明で使用する液晶材料は、単一の液晶
性化合物であることを要しないのは勿論で、２種以上の
液晶化合物や液晶化合物以外の物質も含んだ混合物であ
っても良く、通常この技術分野で液晶材料として認識さ
れるものであれば良く、そのうちの正の誘電率異方性を
有するものが好ましく、製作後の液晶デバイスが、良好
な特性を得られる液晶であれば良い。

【００３５】用いられる液晶としては、ネマチック液
晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶が好まし
く、ネマチック液晶が特に好ましい。その性能を改善す
るために、コレステリック液晶、カイラルネマチック液
晶、カイラルスメクチック液晶等、カイラル化合物や２
色性染料等が適宜含まれていてもよい。

【００３６】本発明で使用する液晶材料は、以下に示し
た化合物群から選ばれた１種以上の化合物から成る配合
組成物が好ましく、液晶材料の特性、即ち、等方性液体
と液晶の相転移温度、融点、粘度、屈折率異方性Δｎ、
誘電率異方性Δε及び重合性組成物等との溶解性等を改
善することを目的として適宜選択、配合して用いること
ができる。

【００３７】液晶材料としては、例えば、４−置換安息
香酸４’−置換フェニルエステル、４−置換シクロヘキ
サンカルボン酸４’−置換フェニルエステル、４−置換
シクロヘキサンカルボン酸４’−置換ビフェニルエステ
ル、４−（４−置換シクロヘキサンカルボニルオキシ）
安息香酸４’−置換フェニルエステル、４−（４−置換
シクロヘキシル）安息香酸４’−置換フェニルエステ
ル、４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸４’−置
換シクロヘキシルエステル、４−置換４’−置換ビフェ
ニル、４−置換フェニル−４’−置換シクロヘキサン、
４−置換４”−置換ターフェニル、４−置換ビフェニル
４’−置換シクロヘキサン、２−（４−置換フェニル）
−５−置換ピリミジン等を挙げることができる。

【００３８】調光層中の液晶材料の割合は、６０重量％
以上が好ましく、７０〜９０重量％の範囲が特に好まし
い。（以下、「％」は、「重量％」を意味する）

【００３９】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に
具体的に説明する。しかしながら、本発明は、これらの
実施例に限定されるものではない。以下の実施例及び比
較例において「％」は「重量％」を表わし、評価特性は
以下の記号及び内容を意味する。

【００４０】紫外線の強度は、ウシオ電機社製ユニメー
ター「ＵＩＴ−１０１」と受光素子「ＵＶＤ−３６５Ｐ
Ｄ］を用いて測定した値である。また、ポリマーの網目
構造の平均空隙間隔は、電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測
定した。

【００４１】Ｔ₀ ：白濁度；印加電圧０の時の光透過率（％）Ｔ₁₀₀ ：透明度；印加電圧を増加させていき光透過率が
ほとんど増加しなくなった時の光透過率（％）Ｖ₁₀ ：しきい値電圧；Ｔ₀ を０％、Ｔ₁₀₀ を１００％
とした時、光透過率が１０％となる印加電圧（Ｖrms ）Ｖ₉₀ ：飽和電圧；同上光透過率が９０％となる印加電
圧（Ｖrms ） γｒ：急峻性＝Ｖ₉₀／Ｖ₁₀

【００４２】（実施例１）＜液晶材料＞「ＰＮ０１１」（大日本インキ化学工業(株)製）８０．０％＜光重合性組成物＞ラウリルアクリレート８．８２％「カヤラッド（KAYARAD）−ＨＸ−２２０」１０．７８％（日本化薬社製のカプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート）＜重合開始剤＞「イルガキュア６５１」（チバガイギー社製）０．４％から成る調光層形成材料を調製した。この調光層形成材
料を、１１．０ミクロンのガラスファイバー製スペーサ
ーが塗布されたＩＴＯ電極付きガラス基板間に挟み込
み、基板全体を１９℃に保ちながら、４０ｍＷ／cm²の
紫外線を６０秒間照射して、液晶材料及び透明性固体物
質から成る調光層を有する光散乱型液晶表示素子を得
た。

【００４３】得られた光散乱型液晶表示素子の調光層を
電子顕微鏡で観察したところ、三次元網目状の透明性高
分子物質が確認できた。また、この光散乱型液晶表示素
子のポリマーの平均空隙間隔及び空隙間隔の分布幅を測
定すると、平均空隙間隔γ＝１．２２（μｍ）、空隙間
隔の分布幅Ｗ＝１．１５（μｍ）であった。

【００４４】この光散乱型液晶表示素子の電圧光透過率
特性の急峻性を測定すると、γｒ＝１．４１であった。

【００４５】＜液晶材料「ＰＮ０１１」の特性＞転移温度６６．３℃（Ｎ−Ｉ）＜−５０ ℃（Ｃ−Ｎ）屈折率ｎ_e ＝１．７０８ｎ_o ＝１．５１２ Δｎ＝０．１９６しきい値電圧（Ｖth）１．４０Ｖ２０℃の粘度４８．５ｃ．ｐ．誘電率異方性 Δε＝１３．９

【００４６】（実施例２）＜液晶材料＞上記「ＰＮ０１１」７８．０％＜光重合性組成物＞ラウリルアクリレート９．７２％「カヤラッド（KAYARAD）−ＨＸ−２２０」１１．８８％＜重合開始剤＞「イルガキュア６５１」０．４％から成る調光層形成材料を調製した。この調光層形成材
料を、１１．０ミクロンのガラスファイバー製スペーサ
ーが塗布されたＩＴＯ電極付きガラス基板間に挟み込
み、基板全体を２２℃に保ちながら、４０ｍＷ／cm²の
紫外線を６０秒間照射して、液晶材料及び透明性固体物
質から成る調光層を有する光散乱型液晶表示素子を得
た。

【００４７】得られた光散乱型液晶表示素子の調光層を
電子顕微鏡で観察したところ、三次元網目状の透明性高
分子物質が確認できた。また、この光散乱型液晶表示素
子のポリマーの平均空隙間隔及び空隙間隔の分布幅を測
定すると、平均空隙間隔γ＝１．１０（μｍ）、空隙間
隔の分布幅Ｗ＝１．０５（μｍ）であった。

【００４８】この光散乱型液晶表示素子の電圧光透過率
特性の急峻性を測定すると、γｒ＝１．３９であった。

【００４９】（比較例１）＜液晶材料＞「ＰＮ００１」（ロディック社製）８０．０％＜光重合性組成物＞ラウリルアクリレート３．９２％「カヤラッド（KAYARAD）−ＨＸ−６２０」１５．６８％（日本化薬社製カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート）＜重合開始剤＞「ダロキュア１１７３」０．４％（メルク社製２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１ −オン）から成る調光層形成材料を調製した。この調光層形成材
料を、１１．０ミクロンのガラスファイバー製スペーサ
ーが塗布されたＩＴＯ電極付きガラス基板間に挟み込
み、基板全体を３６℃に保ちながら、４５ｍＷ／cm²の
紫外線を６０秒間照射して、液晶材料及び透明性固体物
質から成る調光層を有する光散乱型液晶表示素子を得
た。

【００５０】得られた光散乱型液晶表示素子の調光層を
電子顕微鏡で観察したところ、三次元網目状の透明性高
分子物質が確認できた。また、この光散乱型液晶表示素
子のポリマーの平均空隙間隔及び空隙間隔の分布幅を測
定すると、平均空隙間隔γ＝１．５９（μｍ）、空隙間
隔の分布幅Ｗ＝２．０３（μｍ）であった。

【００５１】この光散乱型液晶表示素子の電圧光透過率
特性の急峻性を測定すると、γｒ＝１．８９であった。

【００５２】各実施例及び比較例に示した結果から、本
発明の光散乱型液晶表示素子は、比較例の光散乱型液晶
表示素子と比較して、はるかに急峻性に優れたものであ
ることが理解できる。

【００５３】

【発明の効果】本発明の光散乱型液晶表示素子は、大面
積で薄膜型のものであり、電圧光透過率の急峻性が優れ
ていて、時分割駆動を可能とし、時分割駆動時にも高い
コントラストを得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極層を有する少なくとも一方が透明な
２枚の基板と、該基板間に挟持された調光層を有し、該
調光層が液晶材料の連続層中に三次元網目構造の透明性
固体物質を有する光散乱型液晶表示素子において、透明
性固体物質の三次元網目構造の網目の大きさを空隙間隔
とし、空隙間隔の全分布における１０〜９０％の幅を空
隙間隔の分布幅Ｗとし、平均空隙間隔をγとした場合、
空隙間隔の分布幅Ｗと平均空隙間隔γとが、式【数１】Ｗ＜γ で表わされる関係にあることを特徴とする光散乱型液晶
表示素子。
【請求項２】透明性固体物質が紫外線硬化型樹脂から
なる請求項１記載の光散乱型液晶表示素子。