JPH09101508A

JPH09101508A - 高分子分散型液晶電気光学素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09101508A
Application number: JP25662495A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yazaki; 正幸矢崎; Hideto Iizaka; 英仁飯坂; Yutaka Tsuchiya; 豊土屋; Hidekazu Kobayashi; 英和小林; Shuhei Yamada; 周平山田; Eiji Chino; 英治千野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1995-10-03
Publication date: 1997-04-15

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子分散型の液晶電気光学素子において、
液晶高分子複合層の圧力や熱に対する耐久性を高めるこ
とによって、液晶表示の表示不良、コントラストの低下
を防止し、液晶電気光学素子の品質及び生産性を向上さ
せる。【解決手段】液晶に高分子前駆体が相溶した溶液に、
官能基を備えたオリゴマー、好ましくはアクリレートオ
リゴマーを添加する。特に、２以上の官能基を備えたア
クリレートオリゴマーを添加することが望ましい。当該
オリゴマーは構造的に高分子よりも柔軟性を備えてお
り、高分子中に介在して、高分子の圧力や温度に対する
耐久性を高めるため、液晶高分子複合層の透明状態に圧
力や熱によって白濁が生じるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高分子分散型液晶電
気光学素子及びその製造方法に係り、液晶電気光学素子
の光学特性を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、偏光板が不要で、液晶と高分子の
屈折率の差を利用した高分子分散型液晶 (Polymer disp
ersed liquidcrystal)の表示素子が開発されている。こ
の高分子分散型液晶表示素子は、液晶と高分子とを互い
に分散させて、これらを相分離させた液晶高分子複合層
を形成したものである。その動作原理は、電界の印加又
は除去により液晶の配向状態が変化することによって、
液晶と高分子との屈折率の差が生じたり消滅したりし、
両者に屈折率の差がない場合には光透過状態若しくは低
散乱状態（透明状態）となり、屈折率に差が生じると光
散乱状態若しくは低透過状態（白濁状態）となるもので
ある。

【０００３】この高分子分散型液晶表示素子にも多くの
種類があり、米国特許第３６０００６０号に記載されて
いるように、無秩序に配向した状態で硬化した高分子中
に液晶が分散配置されたもの、２色性色素を添加したも
の、特開平５−１１９３０２号に記載されているよう
に、所定方向に配向された液晶中に同様に配向された高
分子粒子を分散させたもの等が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記高分子分散型液晶
表示素子においては、透明状態と白濁状態とを実現する
ために液晶高分子複合層内の屈折率の差を利用してい
る。この場合、表示素子としての表示特性、特に表示の
コントラストを向上させるためには、透明状態における
光透過率をなるべく高く、白濁状態における光透過率を
なるべく低くするように形成する必要がある。

【０００５】しかし、上記高分子は液晶との間の屈折率
の関係、その前駆体の液晶に対する親和性から所定構造
のものに限定されるが、これらの高分子は構造的に自由
度の低いものが多く、機械的及び化学的に脆いものが多
いため、液晶層が圧力や熱を受けると高分子が破壊さ
れ、例えば透明状態における光透過率が低下する等の原
因により表示体のコントラストが低下するという問題点
があった。

【０００６】特に、近年脱フロン化を図るために液晶表
示体の洗浄工程において加熱した純水を用いる場合があ
るが、この洗浄工程時に受ける熱により高分子が変質し
て表示体が白濁化し、製品化できなくなるという深刻な
問題点がある。

【０００７】そこで、本発明は上記問題点を解決するも
のであり、その課題は、液晶高分子複合層の圧力や熱に
対する耐久性を高めることによって、液晶表示の表示不
良、コントラストの低下を防止し、液晶電気光学素子の
品質及び生産性を向上させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、液晶と高分子とを互いに分散
させるとともに前記液晶と前記高分子とを相分離させた
液晶高分子複合層を有し、該液晶高分子複合層に印加す
る電界の有無により光散乱状態を変化せしめるように構
成された高分子分散型液晶電気光学素子において、前記
液晶高分子複合層を、前記高分子の内部に介在するよう
に結合し、前記高分子の基本構造よりも構造的に柔軟性
を有するオリゴマーが添加されて成るものとすることを
特徴とする。

【０００９】構造的に柔軟性を有するオリゴマーを高分
子の内部に添加することによって、高分子の構造的な柔
軟性が増大し、外部からの圧力を受けたり温度が上昇し
たりしても高分子構造を安定に保持することができ、光
学特性の安定性が向上するので、表示不良や表示コント
ラストの低下を防止することができる。また、温度や圧
力に対する耐性が向上することによって生産時の加熱や
搬送等の取扱いが容易になり、製品の品位が向上すると
ともに生産性も向上する。

【００１０】この場合、電界無印加時には前記液晶と前
記高分子とが所定方向に配向して透明状態であり、電界
印加時には前記液晶の配向方向が変化して光散乱状態と
なるように構成すると、前記高分子が予め所定方向に配
向されているので、上記オリゴマーの添加により高分子
の配向状態の乱れも防止されることとなり、透明状態の
白濁が防止され、圧力や熱等の外来作用に対する光学特
性の安定性がより顕著になる。

【００１１】ここで、前記オリゴマーを、前記基本構造
に結合可能な官能基を備えたアクリレートオリゴマーと
することが好ましい。

【００１２】アクリレートオリゴマーは通常の高分子分
散型液晶電気光学素子に用いる高分子モノマーよりも構
造的に柔軟性があり、上記の効果を奏することができ
る。しかも、アクリレートオリゴマーは、液晶と高分子
前駆体とを予め相溶させた溶液に添加することによっ
て、高分子前駆体を重合硬化させる際に、高分子前駆体
に結合して高分子中に介在する。

【００１３】この場合に、前記アクリレートオリゴマー
の添加量を前記高分子の量の１〜５０ｗｔ％とすること
が望ましい。

【００１４】アクリレートオリゴマーの量を上記範囲内
にすることによって、添加の効果を確保することができ
るとともに、高分子若しくは高分子前駆体の液晶性等の
特性を保持し、液晶との相溶性も確保することができる
ので、光散乱特性及びコントラストを確保することがで
きる。

【００１５】また、前記アクリレートオリゴマーの分子
量を２００〜２５００とすることが望ましい。

【００１６】アクリレートオリゴマーの分子量を上記範
囲内にすることによって、印加電界の値を抑制しつつ光
散乱特性及びコントラストを確保することができる。

【００１７】さらに、前記オリゴマーを、前記高分子の
基本構造に結合可能な官能基を複数備えたものとするこ
とが望ましい。

【００１８】複数の官能基を備えたオリゴマーとするこ
とによって、オリゴマーが高分子の基本構造間に有効に
介在するように結合するため、上記効果を著しく増大さ
せることができ、高分子の安定性をさらに高めることが
できる。

【００１９】最後に、液晶と高分子前駆体とを予め相溶
し、該高分子前駆体を重合させることによって、前記高
分子を硬化させるとともに前記液晶と前記高分子とを相
分離させて液晶高分子複合層を形成し、該液晶高分子複
合層に印加する電界の有無により光散乱状態を変化せし
めるように構成された高分子分散型液晶電気光学素子の
製造方法としては、相溶する前記液晶と前記高分子前駆
体に加えて、前記高分子前駆体に結合可能な官能基を備
え、前記高分子前駆体よりも構造的に柔軟性を有するオ
リゴマーを添加するものである。

【００２０】このように、オリゴマーを溶液に添加する
だけで従前の製造工程を殆ど変更することなく、容易に
製造することができ、さらに、温水洗浄工程や製品の搬
送工程中に加熱されたり圧力を受けたりしても高分子の
損傷、変質が抑制されるので、工程管理が容易になると
ともに品位の高い液晶電気光学素子を生産することがで
き、その生産性も向上する。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明に係
る高分子分散型液晶電気光学素子及びその製造方法の実
施形態を説明する。この発明においては、液晶と高分子
とが互いに分散し、相分離した液晶高分子複合層が形成
される。この液晶高分子複合層では、電界に対して所定
の誘電特性を有し、電界の有無によって配向状態が変化
する液晶と、この液晶のある配向状態に対しては当該液
晶と近似した屈折率を備え、他の配向状態に対しては異
なる屈折率を備えた高分子とを適宜選定して組み合わせ
て用いる。

【００２２】液晶としては、ＲＮ００１，ＬＶ−Ｒ２，
ＲＤＰ８０６１６，ＲＤＰ１０２４８，ＰＤＮ００７７
５，ＲＤ００７７５（製品番号、ロディック社製）、Ｚ
ＬＩ−３９２６、ＴＬ２１５（製品番号、メルク社製）
等の種々の液晶を用いることができる。特に、屈折率異
方性が大きいものがコントラストの向上のために好まし
い。

【００２３】液晶と高分子には、相互に分散して相分離
しうるとともに、上記屈折率の条件を満たす材質が要求
される。特に、予め液晶と高分子前駆体とを相溶してお
き、この状態から高分子前駆体のみを重合硬化させるこ
とによって、液晶と高分子とを分散させるとともに相分
離させることが好ましい。

【００２４】この場合、高分子として熱可塑性、熱硬化
性、光硬化性のいずれの特性を有するものでもよく、こ
れらの重合反応は、高分子そのものの反応特性であって
も、高分子に重合開始剤等を添加することによって引き
起こされるものであってもよい。

【００２５】本発明の主題は高分子を強靱なものとして
圧力や熱によって変質しないようにすることにあり、上
記のような高分子分散型の液晶高分子複合層を有する液
晶電気光学素子であれば効果を有する。特に、液晶高分
子複合層の中の高分子が所定方向に配向されている場
合、例えば、電界無印加時に液晶と高分子とを同じ所定
方向に配向させて液晶高分子複合層を透明状態とし、電
界印加時には液晶を電界方向に配向させて液晶高分子複
合層を光散乱状態とする場合には、圧力や熱等の外来作
用により高分子の配向状態に乱れが生じるため、光学特
性の悪化が特に大きくなる。しかし、上記本発明の構成
によって外来作用による高分子の配向状態の乱れがなく
なるため、このような形式の液晶電気光学素子の場合に
は光学特性の安定性に対する効果がさらに顕著となる。

【００２６】この場合には、高分子として、液晶に溶解
し、混合液が液晶性を有する（液晶相を呈する）ものが
必要になる。このような高分子としては、高分子中にベ
ンゼン骨格、好ましくはビフェニル骨格が導入されてい
るものである。また、ベンゼン骨格を有しなくても、液
晶とともに配向する高分子であれば同様に使用すること
ができる。

【００２７】高分子及び高分子前駆体（モノマー）の具
体的な材質としては、ビフェニルメタノール若しくはナ
フトールのメタクリル酸エステル若しくはアクリル酸エ
ステル又はこれらの化合物の誘導体がある。また、これ
らに、ビフェノールのメタクリル酸エステル若しくはア
クリル酸エステル誘導体を混合して用いてもよい。さら
に、α−メチルスチレン、エポキシ樹脂等を用いること
もできる。

【００２８】上記液晶と高分子の比率は、上述のように
高分子を予め配向させる方式で形成する場合には、一般
に、液晶の量を全体の５０〜９５ｗｔ％の範囲内にする
ことが好ましい。液晶含有量がこれより少ないと電界に
対して応答しなくなり、また、これより多いとコントラ
ストが取れなくなる。

【００２９】高分子に添加されるオリゴマーとしては、
上記高分子化合物に結合し、高分子の基本構造間に介在
し得る官能基を備えるとともに、高分子の柔軟性或いは
安定性を高め得る構造的柔軟性を備えたオリゴマーであ
ればよい。特に、上述のように液晶と混合して重合させ
る製造方法に適合した材質として、アクリレートオリゴ
マーがある。アクリレートオリゴマーのうち単一の官能
基を有する単官能アクリレートオリゴマーとしては、

【００３０】

【化１】

【００３１】

【化２】

【００３２】

【化３】

【００３３】がある。

【００３４】また、２以上の官能基を備えた多官能アク
リレートオリゴマーとしては、

【００３５】

【化４】

【００３６】

【化５】

【００３７】がある。

【００３８】添加するオリゴマーの分子量は２００〜２
５００の範囲内であることが好ましい。分子量が２００
未満では表示素子の駆動電圧が高くなり実用に適さず、
分子量が２５００を越えると、液晶と混合した場合に液
晶性を損ない、均一に配向させることができなくなるた
め、表示素子の光散乱度やコントラストが低下する。駆
動電圧と光学特性の観点からは、上記分子量は３００〜
２０００の範囲内がより望ましい。

【００３９】オリゴマーの添加量は、高分子の量に対し
て１〜５０ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。添加
量が１ｗｔ％未満では添加した効果が得られず、添加量
が５０ｗｔ％を越えると、液晶と混合した場合に液晶性
を損ない、均一に配向させることができなくなるため、
表示素子の光散乱度やコントラストが低下する。光学特
性の観点からは、上記添加量は５〜４０ｗｔ％の範囲内
であることがより望ましい。

【００４０】本発明の液晶電気光学素子の製造方法の実
施形態としては、概略以下の様になる。まず、図１に示
すように、２枚の透明基板１，８の内側表面上にＩＴＯ
（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ）からなる透明電極２，７を蒸着法、
スパッタリング法等により適宜の形状に形成する。次
に、これらの透明電極２，７の表面上にポリイミド、ポ
リビニルアルコール等からなる溶液を塗布し、焼成する
ことによって配向膜３，６を形成する。この配向膜３，
６の表面には所定方向にラビング処理を施す。

【００４１】このように処理した２枚の透明基板１と８
を所定間隔（例えば５〜１０μｍ程度）を以て対向した
状態に保持し、透明基板１と８の間に、液晶と高分子前
駆体（モノマー）とを所定割合（例えば１：１０）で相
溶させた溶液を封入する。このとき、溶液には所定量の
上記のオリゴマーを添加する。この後、高分子前駆体の
材質に応じた適宜の条件で高分子前駆体に重合反応を誘
起させることによって、高分子を硬化させると同時に液
晶４と高分子５とを相分離させ、液晶高分子複合層１０
を形成する。例えば、紫外線硬化型の高分子を用いた場
合には、適宜の温度（３０〜５０℃）下で透明基板１，
８を通して紫外線を照射することによって液晶高分子複
合層１０を形成することができる。

【００４２】上記のようにして形成された液晶高分子複
合層１０を有する液晶電気光学素子は、透明電極２，７
に電界を印加していないときには、図１（ａ）に示すよ
うに液晶４と高分子５とが配向膜３，６のラビング方向
（図中の方向Ａ及びＢ）に配向しており、このとき、予
め設定されている液晶４と高分子５の屈折率はほぼ同じ
（例えば１．５）であるため、液晶高分子複合層１０は
透明状態になる。

【００４３】これに対して、透明電極２，７に適宜の電
界（例えば５〜２５ｖ）を印加すると、図１（ｂ）に示
すように、液晶４は電界方向（図中の方向Ｃ）に配向
し、屈折率異方性を有する液晶４の屈折率は変化する
（例えば１．５から１．７へ）ため、配向方向の変わら
ない高分子５との間に屈折率の差が生じ、液晶高分子複
合層１０は光を散乱するようになる。

【００４４】このとき、高分子５の中には、上述のよう
に選定されたオリゴマーが存在し、上記の重合反応時に
高分子５のモノマーに結合し、高分子５の構造的な柔軟
性及び安定性を向上させる。特に、複数の官能基を有す
るオリゴマーは、高分子５のモノマー間に結合して高分
子５全体の機械的、化学的特性を著しく安定させる。こ
のことによって、上記液晶高分子複合層１０は、圧力や
温度によっても影響されることが少なくなり、圧力や温
度による光透過率の低下、表示のコントラストの低下を
防止することができる。

【００４５】

【実施例】次に、本発明に係る液晶電気光学素子の実施
例を比較例とともに説明する。この実施例は上記の実施
形態と同様に発明の実施態様を示すものであり、本発明
の技術的範囲を何ら限定するものではない。

【００４６】（比較例）ＴＬ−２１３（製品番号、メル
クジャパン製）を母液晶として８０重量部、添加液晶と
して以下の化６に示す液晶を５重量部、化７に示す液晶
を５重量部、化８に示す液晶を１０重量部、それぞれ混
合したものを液晶として用い、この液晶にカイラル剤と
して０．５重量部のＲ−１０１１（製品番号、メルクジ
ャパン製）を加えた。高分子前駆体としては、以下の化
９に示すモノマー７重量部を上記液晶と相溶させた。こ
の溶液を上述のように基板間に封入して、紫外線照射を
行うことによってモノマーを重合させて液晶高分子複合
層とし、対角４インチの液晶パネルを製作した。

【００４７】

【化６】

【００４８】

【化７】

【００４９】

【化８】

【００５０】

【化９】

【００５１】この液晶パネルを照明下に配置して、その
反射輝度を測定した。電界無印加状態（透明状態）の反
射輝度は、４３ｃｄ／ｍ² であった。

【００５２】この液晶パネルの中央部を直径１ｃｍの端
面を備えた棒で圧力２５ｋｇ／ｃｍ² を加えて押すと、
パネル中央に直径６ｃｍの白濁した領域が形成された。
この領域の反射輝度は、９８ｃｄ／ｍ² となった。

【００５３】上記液晶パネルを温水洗浄工程（８０℃、
５分間）に通すと、パネル全面が白濁しているのが肉眼
でもはっきりと見られ、反射輝度は１５４ｃｄ／ｍ² に
増加していた。

【００５４】（実施例）上記比較例と同一の組成の溶液
に、アクリレートオリゴマーとして、上記化４に示すア
ロニックス；Ｍ−６２００（商品名；製品番号、東亜合
成株式会社製）を１重量部添加し、上記と同様に対角４
インチの液晶パネルを製作した。電界無印加状態（透明
状態）の反射輝度は３２ｃｄ／ｍ² であった。

【００５５】この液晶パネルに対して、上述と同様に中
央部に圧力を加えると、その中央の領域では反射輝度が
４８ｃｄ／ｍ² となった。

【００５６】また、液晶パネルを上記と同様の温水洗浄
工程に通した後の反射輝度は３７ｃｄ／ｍ² であった。

【００５７】このように、本実施例では、アクリレート
オリゴマーを添加することによって液晶高分子複合層の
透過状態における温度耐性及び圧力耐性が著しく向上
し、光透過率の低下が殆ど完全に抑制されたので、温度
や圧力を原因とする表示のコントラストの低下を防止す
ることができ、液晶パネルの耐久性も向上させることが
できる。

【００５８】なお、上記実施例では、図１に示すよう
に、液晶と高分子の双方を予め配向させ、液晶中に高分
子の粒子が分散された状態となっている液晶高分子複合
層を例にとって説明したが、本発明はこれに限ることな
く、液晶を予め高分子との界面にそって無秩序に配向し
たもの等、種々の高分子分散型液晶に対して適用できる
ものである。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下の顕
著な効果を奏する。

【００６０】構造的柔軟性を有するオリゴマーを高分子
の内部に添加することによって、高分子の構造的な柔軟
性が増大し、外部からの圧力を受けたり温度が上昇した
りしても高分子の構造及び配向状態を安定に保持するこ
とができるので、光学特性の安定性が向上し、表示不良
や表示コントラストの低下を防止することができる。ま
た、温度や圧力に対する耐性が向上することによって生
産時の加熱や搬送等の取扱いが容易になり、製品の品位
が向上するとともに生産性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶電気光学素子の実施形態を示す概
略断面図である。

【符号の説明】

１，８透明基板２，７透明電極３，６配向膜４液晶５高分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林英和長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者山田周平長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者千野英治長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶と高分子とを互いに分散させるとと
もに前記液晶と前記高分子とを相分離させた液晶高分子
複合層を有し、該液晶高分子複合層に印加する電界の有
無により光散乱状態を変化せしめるように構成された高
分子分散型液晶電気光学素子において、前記液晶高分子複合層は、前記高分子の内部に介在する
ように結合し、前記高分子の基本構造よりも構造的に柔
軟性を有するオリゴマーが添加されて成ることを特徴と
する高分子分散型液晶電気光学素子。
【請求項２】液晶と高分子とを互いに分散させるとと
もに前記液晶と前記高分子とを相分離させた液晶高分子
複合層を有し、該液晶高分子複合層に印加する電界の有
無により光散乱状態を変化せしめるように構成され、電
界無印加時には前記液晶と前記高分子とが所定方向に配
向して透明状態であり、電界印加時には前記液晶の配向
方向が変化して光散乱状態となる高分子分散型液晶電気
光学素子において、前記液晶高分子複合層は、前記高分
子の内部に介在するように結合し、前記高分子の基本構
造よりも構造的に柔軟性を有するオリゴマーが添加され
て成ることを特徴とする高分子分散型液晶電気光学素
子。
【請求項３】請求項１において、前記オリゴマーは、
前記基本構造に結合可能な官能基を備えたアクリレート
オリゴマーであることを特徴とする高分子分散型液晶電
気光学素子。
【請求項４】請求項３において、前記アクリレートオ
リゴマーの添加量は前記高分子の量の１〜５０ｗｔ％で
あることを特徴とする高分子分散型液晶電気光学素子。
【請求項５】請求項３において、前記アクリレートオ
リゴマーの分子量は２００〜２５００であることを特徴
とする高分子分散型液晶電気光学素子。
【請求項６】請求項１において、前記オリゴマーは、
前記高分子の基本構造に結合可能な官能基を複数備えて
いることを特徴とする高分子分散型液晶電気光学素子。
【請求項７】液晶と高分子前駆体とを予め相溶し、該
高分子前駆体を重合させることによって、前記高分子を
硬化させるとともに前記液晶と前記高分子とを相分離さ
せて液晶高分子複合層を形成し、該液晶高分子複合層に
印加する電界の有無により光散乱状態を変化せしめるよ
うに構成された高分子分散型液晶電気光学素子の製造方
法において、相溶する前記液晶と前記高分子前駆体に加えて、前記高
分子前駆体に結合可能な官能基を備え、前記高分子前駆
体よりも構造的に柔軟性を有するオリゴマーを添加する
ことを特徴とする高分子分散型液晶電気光学素子の製造
方法。