JPS622231A - 光応答性薄膜及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は液晶材料を組込んだ光学薄膜に係る。より具体
的には、本発明は液晶材料の分散した微小液滴を組込ん
だ紫外線（ＵＶ）硬化ポリマの薄膜に係る。

液晶デバイスの用途が増すにつれ、これらの特別の材料
のパッケージを作ったり用いたりする新しく容易な方法
を開発することの必要性が生じた。液晶材料及び液体エ
ポ、キシポリマプリカーサを一諸に混合し、液体混合物
カーストを薄膜にし、エポキシプリカーサ材料を反応さ
せ、硬化させることは現在知られている。生じるものは
液晶材料の多くの非常に小さな液滴をその中に分散させ
るか封じたエポキシ薄膜である。液晶材料の性質及び薄
１戻の温度に依存して、薄膜は室温で不透明になること
がある。しかし、薄膜を加熱したり厚さ全体に渡り電界
又は磁界を印加した時、薄膜の処理した部分は透明にな
る。

硬化されたエポキシポリマ・マトリクス薄膜中の液晶材
料の分散は、液晶とともに働かせるのに便利なパッケー
ジである。しかし、エポキシ薄膜を作ることには、いく
つかの欠点がある。エポキシプリカーサは硬化が早く行
われないように、二つに分けて扱わなければならない。

一般的に用いられている液晶材料は通常高温は許容され
ない。エポキシプリカーサはほぼ室温で硬化されるもの
でなければならない。一度すべての成分が混合されると
、硬化が始まる。それは比較的遅く、液晶液滴の大きさ
や大きさの分布を制御する機会は、はとんどない。更に
、硬化が遅いため、エポキシ薄膜中で経年変化の問題を
起すこともある。

従って、Ｕｖでイ便化が可能なポリマプリカーサ材料を
用いて、分散した液晶材料の薄膜を実際に作れるように
することが、本発明の目的である。その場合、液晶材料
は硬化が始壕る前所望の分布をする。硬化は分布を保つ
ために非常に急速に行われる。

分散した液晶材料のＵＶ硬化ポリマ薄膜を作る容易な方
法を実現することも、不発明のもう一つの目的である。

薄Ｎ４はガラス又は合成プラスチックの平担な光学プレ
ート間又は別の適当な基板上に形成してもよい。得られ
た薄膜は支持なしにか又は少くとも一方が光学的に清浄
な−ないし二つの基板により支持されてもよい。薄膜は
任意の大きさ又は形に作ることができ、柔軟でなお耐久
性がある。

液晶材料の液滴を含むポリマ薄膜を作る方法を実現する
ことも、不発明のもう一つの目的である。その方法にお
いて、ポリマの硬化が始る前に、液滴の大きさ及び大き
さの分布を制御することが可能である。

劣化や分散した液晶材料との他の副反応を最小にするた
め、室温で急速かつ実質的に完全に硬化させることがで
きるポリマ材料を用いた液晶を含むポリマ薄膜の作成方
法を実現することが、本発明の別の目的である。

ＵＶ硬化薄膜を実現することが、本発明のより特徴的な
目的である。その薄膜は含まれるネマティック、コレス
テリック又はスメクテイク相の液晶材料と両立する適当
な具体的なプリカーサ材料との反応生成物である。

本発明の好ましい実施例に従うと、これら及び他の目的
及び利点は、以下のように実現される。トリアリル・イ
ソシアヌレート、ペンタエリチリトル・テトラキス（２
−メルカプト−プロパノエート）及びベンゾフェノンか
ら成るポリマプリカーサの液体混合物を、はぼ５５：４
１：４のモル濃度比で準備した。

これらポリマプリカーサの少量を、ネマテイク中間相を
示すよく知られたビフェニル型液晶材料のごく少量と混
合する。混合は手で撹拌して行った。液体混合物は硬化
が始るまで所望の長さ保持し、液晶材料の適当な大きさ
の微小液滴を分離又は形成させろことができる。次に、
液体混合物を二つの薄いガラス板間に広げ、高強度の紫
外線に露出させる。ポリマプリカーサはおよそ数秒で速
く反応し、硬化ポリママトリクスを形成する。

ポリマ部分は室温で可視光に対し本質的に透明で、ビフ
ェニル型液晶材料の等方的な相とかなり密接に整合する
屈折率をもつ。液晶材料はポリマ材料中で直径が十分の
数ミクロンというオーダーの、きわめて小さす液滴とし
て分散する。もし液晶組成が室温でのその中間相をもつ
ように選択されるなら、液晶の常光綴屈折率及び異常光
線屈折率が相互に十分異なる限り、上で述べたように作
られた時、薄膜は乳白色で不透明になる。しかし、材料
が等方性液体になる温度以上に薄膜が加熱された時、合
成薄膜は透明になる。薄膜にＤＣ電位又は比較的低周波
の交流電流電位又は磁界のいずれかを印加することによ
り、薄膜は不透明から透明へ遷移させることができる。

これらのそれぞ扛の場合、液晶は正の誘電的非等方性と
正の反磁性的非等方性を゛もつ必要がある。更に、液晶
とポリマの屈折率の相対的な値に対する新しい条件が、
効果を最適にするために明らかに適用される。

不発明の基本的な点は、液晶材料を微小液滴として分散
することのできる適当なＵＶ硬化が可能なポリマプリカ
ーサ族を発見したことである。本発明を実施する上で、
異なる型の液晶材料を用いてもよい。ネマチック、コレ
ステリック及びスメティック中間層を示すそのような材
料は、これまで用いられ成功してきた。

ＵＶ硬化が可能なポリマはトリアリル・イソシアヌレー
トとＺ　（ＯＣＯ（ＣＨ２）　ｎＳＨ）ｍがら成る類か
ら信捩される１以上の適当なポリチオールとの反応生成
物に基く。ここで、２はグリセロール又はペンタエリチ
リトルのような三価又は四価アルコールのＣＨｏ−３基
含有核である多価有機成分で、ｍ＝３又ｒユ４、ｎ＝１
ないし５である。トリアリル・イソシアヌレートとポリ
チオールの比は、比（咬的高分子量ポリマを生成するよ
うな実質的に化学的に等価なものに選択される。適当な
光イニシェータが用いられる。ベンゾフェノンがこの目
的に適している。

本発明の他の目的及び利点についてに、以下の詳細な説
明から、より明らかになるであろう。

二三の具体例で、更に本発明の実施例を示す。

第１例 市販の光学的に固着性の材料を、ＵＶ硬化可能なポリマ
プリカーサ組成として用いた。

材料は約５５モルパーセントのトリアリル・イソシアヌ
レート、４１モルパーセントのペンタエリチリトル・テ
トラキス（２−メルカプト−プロパノエート）及び４モ
ルパーセントのベンゾフェノンから成った。用いた液晶
混合物は、イー・エム・ケミカルズ、ホーソーン、ニュ
ーヨークから供給されている混合物Ｅ８であった。ネマ
チック材料の混合物は、Ｎ量パーセントにして、４′ｎ
−ペンチル−４−シアノビフェニル（５ＣＢ）、４３ｗ
ｔチ：４’−ｎ−プロポキシ−４−シアノビフェニル（
３０ＣＢ）、１７ｗｔ％；４’−ｎ−ペントキシ−４−
シアノビフェニル（５０ＣＢ）、１３ｗｔ％；　４／−
ｎ−オクチロキシ−４−シアノビフェニル（８０ＣＢ）
、１７ｗｔ幅；及び４′−〇−ペンチルー４−シアノテ
ルフェニル（５ＣＴ）、ｌＱｗｔチから成った。ポリマ
プリカーサ混合物の７５容量部を、液晶混合物の５０容
量部と、へらを用いて混合した。いくつ／・のガラスス
ライドサンドイッチを、以上のように準備した。混合物
のわずかな部分を、薄い平担な長方形ガラス根土に置い
た。直径約２０ミクロンの数個の微小球を、板上にそそ
ぎ、ガラス板間のスペーサとして働かせた。ガラス板は
表面上に酸化スズの薄い導電１曽を肩し、それに液晶混
合物をのせた。

同様のガラス板を混合物及びスペーサの上に置き、約２
０ミクロンの厚さの混合物薄膜を形成するために、押し
下げた。

各スライド構造中の混合物は次に、３００ワット／イン
チバルブをもつＵＶランプ（）ニージョンシステム社、
ロックビル、メリーランド）下で硬化させた。スライド
構造はランプ下を、７．６２−１０．１６ｃｒｎ（３−
４インチ）下のベルト上にのせ、毎分３．０４８メート
ル（毎分１０フイート）の速度で通過させた。準備した
いくつかの薄膜を用いた。適当に硬化させるためには、
３回通過させるか全露出時間が約６秒になるようにする
ことが適当であると決められた。

液晶材料の市販の混合物Ｅ８がほぼ通常の室温で、ネマ
チック中間相を示すことが認識されよう。上で述べた実
施例により準備した薄膜は、室温で乳白色の不透明であ
った。しかし、簿膜を８０℃付近のネマチック−等方相
遷移温度まで加熱した時、それらは急激に明るく透明に
なった。薄膜は約８０℃以上の温度でハ透明であったが
、その温度以下に冷却した時、乳白色に戻った。

薄い透明導電性電極を含む２枚のガラススライドを、電
源に接続し、１００ボルト６０サイクルのＡＣを印加し
た時、不透明薄膜は再び無色透明になった。電圧を除い
た時、薄膜は直ちに不透明になった。

このように有用できわめて急速に硬化可能な液晶微小液
滴を分散させた薄膜が、生成した。薄膜は第１図中で１
０として概略的に（著しく拡大して）表わされている。

それは多くの液晶微小液ＭＸ　１４の分散を含むＵＶ硬
化ポリママトリクス１２を含む。第２図は２枚のガラス
板１６間の薄膜１０を示す。各板は薄膜１０上の透明導
電性被膜１８を有する。

薄膜は室温で不透明であるが、熱又は適当な電位を印加
することにより、透明薄膜に容易に変換できた。適当な
材料に溶解させることにより、ポリマ及び液晶の屈折率
を調整することによって、明らかに温度、駆動効果又は
電界あるいは磁界駆動効果を最適にすることができる。

そのような薄膜がディスプレイ、光シャッタ又は感温デ
バイスに適するようにできることは、明らかである。

第２例 ７５容量部の同じポリマプリカーサ混合物と、５０容量
部の単一の実質的に純粋な液晶材料、４−ｎ−ヘプチル
−４１−シアノビフェニル（７ＣＢ）を用いて、別の組
の薄膜を準備した。二つの液体はへらを用いて手で混合
し、上で述べたような透明導電性電極を有するガラス板
間に、薄膜を形成した。薄膜は室温で乳白色であったが
、約４５℃の温度に加熱した時、ただちに無色透明にな
った。その温度以下に冷却した時、薄膜は再び不透明に
なった。このことは何度でもくり返し行うことができた
。

第１例の液晶混合物を用いた場合のように、この例の薄
膜は２０ミクロン厚の薄膜に、５０ボルトｒｍｓの電位
を印加することにより、不透明から透明に変った。電位
を除去した時、透明薄膜は再び不透明になった。

上で述べた薄膜と本質的に同じように動作する別の薄膜
が、上記のＵＶ硬化可能なポリマプリカーサ混合物及び
ｐ−シアノフェニル−ｐ−ペンチルベンゾエートを用い
て作られた。同様にして、ｐ−シアノフェニル−トラン
ス−４−ペンチルシクロヘキサンカルボキシレートを用
いて、同様の薄１莫が作られた。

第３例 第２例の第１の組の薄膜と同様の薄膜が、プレキシガラ
スの二つの平担な厚板間に作られた。これらの薄膜は厚
さ数ミクロンの支持不要の１．薄膜として、厚板から容
易に分離できた。この方法により、柔軟で強く、容易に
作れ、任意の大きさ、形又は構成に切断できる温度セン
サ又は光シャッタとして用いるのに適した支持不要の薄
膜ができる。明らかに第１例及び第２例で述べた他の任
意の薄膜も、同じように作れた。

従って、一連の液晶薄膜が開発され、その薄膜中には液
晶材料が、トリアリル・イソシアヌレート及び適当なポ
リチオールを基本にしたＵｖ硬化ポリマ中に分散してい
る。これらの薄膜はネマチック、コレステリック又はス
メチック液晶材料を用いた時、特に有用であることがわ
かった。薄膜に色をつけたい時は、適当な色素をその中
に入れてもよい。

上で述べたように、ＵＶＶ化可能なポリマプリカーサ混
合物のポリチオール成分は、ｚ（ＯＣＯ（ＣＨ２）ｎＳ
Ｈ″１ｍから成る群から選ぶのが適当な組成である。こ
こで、Ｚ−多価有機成分で、グリセリン又はペンタエリ
チリトルのような三価又は四価アルコールのＣＨ，−３
基含有核、ｍ＝３又は４及びｎ　＝　１乃至５である。

上に含まれる本発明の実施例において、２容量部の液晶
材料に対して、約３容量部のポリマプリカーサ材料を用
いた。もちろん、マトリクスを形成する材料と液晶材料
の比は、所望の薄膜生成物を生じるように、ある程度変
えることができる。所望の結果は、ポリママトリクス全
体にきわめて微細に分割された液晶材料の分散を得るこ
とである。

本発明の実施において、液体材料はともに混合される。

この段階において、もし複数の液相が存在するならば、
どれだけ多くの相が存在するかを言うことは容易ではな
い。しかし、混合物は薄１鵬としての形をとらすことが
でき、Ｕｖ硬化が始まる前に、所望の長さだけ保持する
ことができる。硬化後、液滴の大きさを測定し、ポリマ
マトリクス中に分散した液晶材料の液滴の大きさの範囲
を測定するため、たとえば走査電子顕微椛（ＳＥＭ）に
より、薄膜を試験してもよい。好ましくは、液滴は薄膜
が表示に用いられるかあるいは可視光の制御用に用いら
れる時、約０．２ないし１ミクロンの寸法又は直径をも
つのがよい。

もし薄膜が赤外放射を含む用途に使われるならば、わず
かに大きな分散粒子を含むことが望ましいかもしれない
。最終的な生成物の液滴の大きさは、与えられた液晶薄
膜を作るため、適当な混合及び保持パラメータを決める
目的で、先のプロセスの混合時間又は保持時間の一方又
は両方と関連させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶を含む薄膜の概略拡大断面図、 第２図は二つの透明板間に配置された薄膜の拡大断面図
である。 （主要部分の符号の説明） １０・・・・・・・・・薄膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポリマー薄膜中に分散した液晶微小液滴（１４）を
   包含する光応答性薄膜であって、薄膜（１０）は、トリ
   アリル・イソシアヌ レートと、Ｚ〔ＯＣＯ（ＣＨ＿２）ｎＳＨ〕ｍ（ここで
   、Ｚはグリセロール又はペンタエリチリトル等の三価又
   は四価アルコールのＣＨ＿０＿−＿３基含有核である多
   価有機成分；ｍは３又は４；ｎは１ないし５；とする）
   より成るグループより選択されるポリチオールの紫外線
   硬化反応生成物より成り、 前記薄膜（１０）は不透明及び透明間の遷 移を、熱的、電気的又は磁気的にくり返し行わせること
   ができることを特徴とする光応答性薄膜。 ２、ポリマ薄膜（１０）中に分散したネマチック、コレ
   ステリック又はスメチック液晶微小液滴（１４）を含む
   特許請求の範囲第１項に記載された光応答性薄膜におい
   て、 薄膜（１０）はトリアリル・イソシアヌレ ート及びペンタエリチリトル・テトラキス （２−メルカプト−プロパノエート）の紫外線硬化反応
   生成物であることを特徴とする光応答性薄膜。 ３、ポリマ薄膜中に分散した液晶材料の微小液滴（１４
   ）を含む光応答性薄膜（１０）の製造方法において、 トリアリル・イソシアヌレートと、 Ｚ〔ＯＣＯ（ＣＨ＿２）ｎＳＨ〕ｍ（ここで、Ｚはグリ
   セロール又はペンタエリチリトル等の三価又は四価アル
   コールのＣＨ＿０＿−＿３基含有核である多価有機成分
   ；ｍは３又は４；ｎは１ないし５；とする）より成るグ
   ループより選択されるポリチオールの紫外線硬化可能な
   液体プリカーサ混合物と液晶材料（１４）を混合する工
   程と、 混合物を混合の時間保持し、その保持時間 は最終的なポリママトリクス中の所望の液滴寸法及び寸
   法範囲を得るように決める工程と、その後薄膜（１０）
   の形の混合物を、高強 度紫外線で硬化し、それにより前記イソシアヌレート及
   びポリチオールの反応生成物で ある硬化ポリママトリクス（１２）を形成させ、前記ポ
   リママトリクス（１２）はその中に分散した液晶材料の
   前記寸法の液滴（１４）を含んでいる工程より成ること
   を特徴とする光応答性薄膜の製造方法。 ４、ポリマ薄膜中に分散したネマチック、コレステリッ
   ク又はスメチック液晶材料の微小液滴（１４）を含む光
   応答性薄膜（１０）の作成方法において、 液晶材料（１４）をトリアリル・イソシア ヌレート及びペンタエリチリトル・テトラキス（２−メ
   ルカプト−プロパノエート）を含む紫外線硬化可能な液
   体プリカーサ混合物と混合する工程、次に混合物を混合
   の時間保持し、その保持時間は最終的なポリママトリク
   ス中の所望の液晶液滴寸法と寸法範囲を得るように決め
   られる工程、その後薄膜（１０）の形の混合物を、高強
   度紫外線で硬化し、それにより前記プリカーサの反応生
   成物である硬化ポリママトリクス（１２）が形成され、
   前記ポリママトリクス（１２）はその中に分散した液晶
   材料の前記寸法の液滴（１４）を含んでいる工程より成
   ることを特徴とする光応答性薄膜の製造方法。