JPH11344698A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は分散型液晶に於ける光の散乱効率を
向上させるものである。 【解決手段】 ドロップレットの形状は球形でいるより
は扁平な形態をしていて調光層の厚み方向に扁平したド
ロップレットが積層しているほうが光の散乱状態として
は効率がよい。このような状態にドロップレットを変形
させるためには通常の工程で作製したドロップレットを
基板同士を加圧することによって変形させればよい。そ
れにより基板間距離は小さくなりドロップレットは扁平
な形になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高分子樹脂の中に液
晶材料を分散させた液晶樹脂複合体を有する分散型の液
晶電気光学装置に関するものである。特に、基板間隔が
大きくないにもかかわらず、散乱効率が高い液晶電気光
学装置を提案するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶電気光学装置はネマチック液
晶等を使用したＴＮ型やＳＴＮ型のものが広く知られ、
実用化されている。また、最近では強誘電性液晶を使用
したものも知られている。これらの液晶電気光学装置
は、基本的には基板上に電極及びリードを有する第１の
基板と基板上に電極とリードを有する第２の基板によっ
て、液晶組成物を挟持しており、前記基板上の電極によ
って、液晶組成物に電界を加え、液晶材料自身の誘電率
の異方性によって、または強誘電性液晶の場合は自発分
極によって、液晶分子の状態を変化させ、その結果液晶
分子の状態の変化に伴う電気光学効果を利用するもので
ある。

【０００３】ＴＮ、ＳＴＮ型の液晶電気光学装置におい
て、液晶分子は、液晶層の両基板接触面では配向処理の
ために行われるラビングによって規制力につられて、ラ
ビング方向に並ぶ。上下基板においては、このラビング
方向が９０゜または２００゜〜２９０゜に位置するよう
にずらせてある。液晶層の中間付近では、９０゜〜２９
０゜に位置する上下の分子の間をエネルギーが一番小さ
くなるように螺旋状に液晶分子が並ぶことになる。この
時、ＳＴＮ型の場合は必要に応じて液晶材料にカイラル
物質を混合している。

【０００４】これらの装置はいずれも偏光板を有しかつ
液晶分子を液晶電気光学装置内で一定の方向に規則正し
く配向させる必要があった。この配向処理は、配向膜
（通常は有機膜）を綿やベルベットの布で一定方向に擦
るというもので、この処理がなければ、一定方向に液晶
分子は配列せず、液晶の電気光学効果を利用することは
できない。そのため、装置の構造は、一対の基板によっ
て液晶材料を保持する容器を構成して、その容器内に液
晶を注入し、液晶を配向させてその光学的な効果を利用
していた。

【０００５】一方、これらの偏光板や配向処理等を必要
とせず、画面の明るいコントラストのよい分散型液晶が
知られている。第２図に従来の分散型液晶の概略図を示
す。透光性を有する基板（１００、１００’）に挟持さ
れた分散型液晶とは透光性の固相ポリマー（１０２）が
液晶材料（１０３）を粒状または海面状に保持して調光
層を構成しているものである。この液晶装置の作製方法
としては、カプセル化された液晶材料をポリマー中に分
散させ、そのポリマーをフィルムあるいは基板上に薄膜
として形成されたものが知られている。ここで、カプセ
ル化材料してはアラビアゴム、ポリビニルアルコール、
ゼラチン等が用いられている。

【０００６】例えば、ポリビニルアルコールでカプセル
化された液晶分子は、それらが薄膜中で正の誘電異方性
を有するものであるならば電界の存在下でその液晶分子
が液晶分子の長軸を電界に平行になるように配列させ、
液晶の屈折率とポリマーの屈折率が等しい場合には透明
性が発現する。一方電界がない場合には、液晶は特定の
方向に配列せず様々な方向を向いているので、液晶の屈
折率がポリマーの屈折率との差が大きいために光は散乱
され光の透過を妨げ、白濁状態になる。このような透明
性と白濁状態との差を利用して、各種情報を提供するも
のである。分散型液晶としてはこのようなカプセル化さ
れたもの以外にも液晶材料がエポキシ樹脂内に分散され
たものや、液晶と光硬化型の樹脂とを混合し、樹脂硬化
の為の光を照射して、液晶と樹脂との相分離を利用した
もの、３次元につながったポリマーの中に液晶を含侵さ
せたものなどが知られている。本発明においてはこれら
を総称して分散型液晶と呼ぶ。

【０００７】これらの分散型液晶電気光学装置は、従来
のＴＮ、ＳＴＮ等の電気光学装置に比して偏光板を使用
しないために液晶電気光学装置の光の透過率は格段に高
い。具体的には偏光板一枚の透過率は約５０％であり、
それを組み合わせて使うアクティブマトリクスの場合１
％程度の光しか透過しない、ＳＴＮ系では２０％程度で
あり、そのためこれらの場合は後部照明の照度を高め画
面を明るくする努力をしている。一方、分散型液晶電気
光学装置の場合５０％以上の光が透過する。これは一重
に分散型液晶装置が偏光板を必要としないことによる、
優位性である。

【０００８】前述のように分散型液晶は透明状態と白濁
状態との間で使用し、液晶電気光学装置を透過する光の
量が多いので、通常は透過型の液晶電気光学装置として
研究開発がなされている。特に、透過型の中でも、投影
型の液晶電気光学装置として、開発されている。この投
影型の液晶電気光学装置とは液晶電気光学装置パネルを
光源から発せられる光の光路上に配置させ、パネルに通
過してきた光を一定の角度を有したスリットを通して壁
面上に投影するものである。このパネルの液晶は、印加
電圧に応答しない閾値以下の低電界領域では様々な方向
に向いており、白濁状態となっている。この時に入射し
てきた光はパネル通過後に散乱され、入射してきた光の
光路を大きく広げることになる。そしてその次に配置さ
れたスリットで散乱された光をカットしてしまうために
壁面上にはほとんど光が達せずに黒状態が得られる。一
方、電界印加時で液晶が応答し電界方向に対して液晶分
子が平行に配列するときには入射してきた光は散乱する
ことなく直進し、壁面上には高輝度の明状態が得られ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように分
散型液晶のスイッチングの原理は、透光性の基板側から
入射した光が調光層に於ける屈折率の異なる樹脂と液晶
ドロップレットの中を数回に渡って通過し両界面におい
て光路を変えながら反対の基板面に達し、光が散乱す
る。その時には入射光の光は大きく散乱した状態になっ
ている。この時の調光層に於ける散乱効率を大きくする
ためには、樹脂と液晶ドロップレットとの接する回数が
調光層の厚み方向に多いことが望ましい。そのたび毎に
光は散乱していくからである。従って、調光層の厚みを
大きくすればするほど散乱効率は大きくなる。しかしな
がら、基板間隔、ひいては電極間隔が大きくなり、調光
層をスィッチングするための駆動電圧が大きくなってし
まう問題が生じた。そのために散乱効率は良くなっても
通常のＩＣでの駆動、ＴＦＴでの駆動が出来なくなって
しまった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は分散型液晶に於
ける光の散乱効率を向上させるものである。調光層には
樹脂のなかにそれと屈折率の異なる液晶ドロップレット
が数回にわたって存在し屈折率の異なる境界面において
光は屈折しながら通過していくことになる。従って調光
層に於ける散乱効率を上げるためには樹脂と液晶の屈折
率の差を大きくする事と両者の接する回数を増やしてや
ればよい。液晶の屈折率の大きさは通常０．２〜０．３
程度であり限界がある。

【００１１】次に従って液晶ドロップレットについて考
えることにする。調光層に於ける液晶ドロップレットの
代表的な作製方法は、以下に示す３種類である。 １）液晶材料と紫外線硬化樹脂を４：６から８：２の割
合で混合したものを基板間に注入し、基板面から紫外線
を照射して樹脂を硬化させるものである。照射するとき
には液晶と樹脂の混合体の等方相から液晶相への転移す
る温度から５から４０℃程度に加熱した状態に試料の温
度を調節しておくことが望ましい。 ２）溶媒の中に液晶と樹脂を溶解したものを調整し、基
板上にスピナー法か、キャスト法により塗布した後、溶
媒を徐々に揮散させて作製することが出来る。樹脂とし
てはポリエチレンテレフタレートやポリフマル酸エステ
ルやポリカルバゾールやＰＭＭＡ等が挙げられる。 ３）ポリビニルアルコールを用いて液晶カプセルにした
ものこれらはいずれにしても液晶ドロップレットの形状
は図２に示すように球形を呈している。特に外場を印加
しているわけでもなく、等方的な状態がドロップレット
にとって安定なだけである。散乱効率だけを考えるなら
ば液晶と樹脂が接する回数が多ければ多いほど望まし
い。図１に本発明の概略図を示す。ドロップレットの形
状は球形でいるよりは偏平な形態をしていて調光層の厚
み方向に偏平したドロップレット（１０４）が積層して
いるほうが光の散乱状態としては効率がよい。このよう
な状態にドロップレットを変形させるためには通常の工
程で作製したドロップレットを基板同士を加圧すること
によって変形させればよい。それにより基板間距離は小
さくなりドロップレットは偏平な形になる。この場合、
温度としては５０から１５０℃に加熱して、圧力１〜５
ｋｇ／ｃｍ２で加圧するとドロップレットは容易に変形
し、温度を４０℃以下にした状態で加圧をやめると変形
後に元の状態に戻ることもない。その時の偏平したドロ
ップレット径の短軸の長軸に対する比（基板法線に平行
な軸の長さの基板法線に垂直な軸の長さに対する比）が
１：１．２〜１：５．０程度のときに散乱効率が良かっ
た。

【００１２】このように変形したドロップレットの表面
積は球形の時のそれに比べて大きくなる。分散型液晶の
場合、ドロップレット径が小さくなると電界印加時に於
いても透過状態にならずに散乱状態を保つ場合がある。
この現象はドロップレット径が小さくなったことで前述
したように界面の数が増加するために散乱効率は大きく
なるが、その一方において、液晶分子の動きを樹脂界面
が規制してしまうからだと考えられる。今までの実験結
果からすると０．５〜３μｍ以下のドロップレット径の
時にそのような状態となる。このような現象は偏平なド
ロップレット構造の時にも同様である。従って、比較的
ドロップレット径の大きな状態をはじめの段階で作製し
ておき、１〜４μｍ程度の短軸を有したドロップレット
に変形させると散乱効率が高く、かつ電界印加によって
透過率の高い状態に変化させる事が出来る。以下に実施
例を示し、本発明を説明する。

【００１３】

【実施例】『実施例１』 まずは図１に示すように通常
のプロセスにより分散型液晶電気光学装置を作製する。
本実施例では紫外線硬化型樹脂を用いた分散型液晶電気
光学装置について説明する。透光性を有する基板（１０
０、１００’）上に、透光性の導電膜であるインジウム
と錫の酸化膜（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）
（１０１、１０１’）を公知の蒸着法やスパッタ法にて
成膜した。膜厚は、５００から２０００Åであった。こ
の時のシート抵抗は２０から２００Ω／ｃｍ2 であっ
た。次にこれを通常のフォトリソグラフィ技術によりパ
ターニングした。次に前記第１の基板と第２の基板を５
〜１００μｍ、望ましくは７〜３０μｍの径を有する無
機製のスペーサを間に挟んで加圧して貼合わせた。その
結果ほぼスペサー径のセル間隔を保つ事が出来る。つぎ
に液晶材料について説明する。使用した液晶は、屈折率
が１．５８２、Δｎが０．２４０のシアノビフェニル系
のネマチック液晶であった。未硬化の光硬化性樹脂とし
て、屈折率が１．５７３のウレタン系オリゴマーとアク
リル系モノマーの混合系を使用した。

【００１４】この混合系の相図を図３に示した。液晶の
分率が増加するに従って等方相からネマチック相へ転移
する温度は低下した。液晶混合系のＮ−Ｉ相転移点より
も高温で前述の第１の基板と第２の基板により形成され
た液晶セルに注入し、約１０から１００ｍＷ／ｃｍ2 の
ＵＶ照射強度で約３０〜３００秒間紫外光照射し、液晶
と樹脂の相分離を起こさせながら樹脂を硬化させた。そ
の結果、樹脂（１０２）に取り囲まれた液晶ドロップレ
ット（１０３）が形成された。

【００１５】液晶材料と樹脂との混合比が６：４のとき
に硬化温度を変化させて作製したセルの電界無印加時の
散乱透過率（１０５）を図４に示した。このように変化
させた時５０℃の時の散乱透過率が最も小さかった。次
に、その液晶基板を圧力２ｋｇ／ｃｍ2 でプレスしたと
きの散乱透過率（１０６）を図４に示した。その結果全
体の散乱透過率は低下した。電界印加時の透過率を測定
した時には６０℃のときに作製したものが最も透過率が
高かった。その時の分散した液晶ドロップレットの断面
形状の寸法は短軸の直径は平均で２．３μｍ、長軸は
３．５μｍであった。

【００１６】『実施例２』透光性基板上にスパッタ法で
成膜した透光性電極で形成し、さらに、パターニングし
て第１の基板とした。その基板上に、液晶として屈折率
が１．５８２、Δｎが０．２４０のシアノビフェニル系
ネマチック液晶、カプセル化材料としてポリビニルアル
コールを使用した混合系を、キャスト法にて溶媒を加熱
乾燥し散乱液晶層を成膜した。そのときの膜厚は２０μ
ｍであった。次に第２の基板上に成膜し、ここにＴＦＴ
等を形成した第２の基板を真空状態を利用したラミネー
ト法により密着、固定させることで液晶セルを作製し
た。ラミネータの使用は偏平なドロップレットを作製す
る本発明の作製には大きな威力を発揮してくれる。すな
わち、基板同士の接着と同時に分散している液晶ドロッ
プレットの偏平工程処理もおこなえるからである。

【００１７】この装置を使用し温度を７０℃に固定し圧
力を変化させてセルを作製した。散乱透過率は、圧力が
２から４ｋｇ／ｃｍ2 の時に最も低下した。それ以上の
圧力になると再び上昇した。加圧によりドロップレット
径の短径が１μｍ以下となり小さくなりすぎたためであ
る。

【００１８】本発明において、使用する液晶材料はネマ
チック、コレステリックまたはスメクチックの液晶材料
より適宜選択して使用でき、場合によっては混合物とし
て使用することも可能である。スメクチック液晶を使用
した場合、本発明のプレス工程において液晶の配列がさ
らに崩れ易くよりさんらんの程度の激しい液晶電気光学
装置を実現でき、表示コントラストがさらに向上する。
さらにこれらに加えて二色性の染料等を加えてゲストホ
スト型の液晶電気光学装置としてもよい。

【００１９】また本明細書において、分散された液晶材
料をドロップレットとして記載し、図面にも円または円
形状で表現しているが、特にこの形状に限定されること
はなくその他の形状や樹脂の３次元網目状の空洞中に液
晶が含侵されているものでも同様な効果を期待できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の構成をとることにより、分散型
液晶電気光学装置において散乱効率が大きく、かつ電界
印加時の透過特性の良好な分散型液晶の電気光学装置を
実現する事が出来た。

【００２１】さらに、偏光板を用いないために、光の損
失の少ない、明るい液晶ディスプレイができた。つまり
背景色が乳白色であり、紙のような印象の液晶パネルが
でき上がった。それはあたかも印刷物のような印象のデ
ィスプレイを再現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶電気光学装置の概略図を示す。

【図２】従来の分散型液晶電気光学装置の概略図を示
す。

【図３】液晶、樹脂混合系の相図の一例を示す。

【図４】温度を変化させて作製した試料の透過率を示
し、かつ本発明による効果の一例をあわせて示す。

【符号の説明】

１００・・・透光性基板 １０１・・・透光性電極 １０２・・・樹脂 １０３・・・液晶ドロップレット １０４・・・偏平な液晶ドロップレット １０６・・・基板を加圧した時のデータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極が形成された２枚の透光性基板と、 樹脂と前記樹脂中に複数のドロップレットを形成して分
   散された液晶材料とを含む前記２枚の基板間に狭持され
   た調光層と、を有する液晶電気光学装置であって、 前記調光層は、前記樹脂と前記ドロップレットとの間に
   境界面を有しており、前記ドロップレットは、光が通過
   する前記境界面の数が増加するように変形されているこ
   とを特徴とする液晶電気光学装置。
2. 【請求項２】電極が形成された２枚の透光性基板と、 樹脂と前記樹脂中に複数のドロップレットを形成して分
   散された液晶材料とを含む前記２枚の基板間に狭持され
   た調光層と、を有する液晶電気光学装置であって、 前記調光層は、前記樹脂と前記ドロップレットとの間に
   境界面を有しており、前記ドロップレットは、前記境界
   面の数が増加するように変形され、前記調光層の散乱効
   率が上がっていることを特徴とする液晶電気光学装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記ド
   ロップレットは、基板面に垂直な方向に短軸を有し、基
   板面に平行な方向に長軸を有する偏平な形状を有してい
   ることを特徴とする液晶電気光学装置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記長軸の前記短軸に
   対する比は１．２〜５．０であることを特徴とする液晶
   電気光学装置。
5. 【請求項５】請求項３または請求項４において、前記短
   軸は１〜４μｍであることを特徴とする液晶電気光学装
   置。
6. 【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか１項にお
   いて、前記樹脂はポリエチレンテレフタレート、ポリフ
   マル酸エステル、ポリカルバゾール、ＰＭＭＡまたはポ
   リビニルアルコールであることを特徴とする液晶電気光
   学装置。