JP2737941B2

JP2737941B2 - 液晶デバイス

Info

Publication number: JP2737941B2
Application number: JP63203768A
Authority: JP
Inventors: 清文竹内; 晴義高津
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1998-04-08
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JPH0253020A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、大面積になし得る液晶包蔵薄膜に関するも
ので、本発明の液晶デバイスは、視野の遮断、開放およ
び明りもしくは照明光の透過制限、遮断、透過を電気的
に操作し得るものであって、建物の窓やショーウィンド
ウで視野遮断のスクリーンや、採光コントロールのカー
テンに利用されると共に、文字や図形を表示し、高速応
答性を以って電気的にその表示を切換えることによっ
て、広告板、案内板、装飾表示板等の表示用デバイスと
して利用される。

（従来の技術）液晶表示素子は、従来、ネマチック液晶を使用したTN
型や、STN型のものが実用されている。また強誘電性液
晶を利用したものも提案されている。これらは偏光板を
要するものであり、また配向処理を要するものでもあ
る。一方また、それらを要さず、明るくコントラストの
良い、大型で廉価な液晶デバイスを製造する方法とし
て、液晶のカプセル化により、ポリマー中に液晶滴を分
散させ、そのポリマーをフィルム化する方法が知られて
いる。ここでカプセル化物質としては、ゼラチン、アラ
ビアゴム、ポリビニルアルコール等が提案されている
（特表昭58−501631号、USP4435047号）。

上記明細書で開示された技術においては、ポリビニル
アルコールでカプセル化された液晶分子は、それが薄層
中で正の誘電率異方性を有するものであれば、電界の存
在下でその液晶分子が電界の方向に配列し、液晶の屈折
率n_oとポリマーの屈折率n_pが等しいときには、透明性を
発現する。電界が除かれると、液晶分子はランダム配列
に戻り、液晶滴の屈折率がn_oよりずれるため、液晶滴は
その境界面で光を散乱し、光の透過を遮断するので、薄
層体は白濁する。この様にカプセル化された液晶を分散
包蔵したポリマーを薄膜としている技術は、上記のもの
以外にもいくつか知られており、例えば、特表昭61−50
2128号には、液晶がエポキシ樹脂中に分散したもの、特
開昭62−2231号には、特殊な紫外線硬化ポリマー中に液
晶が分散したもの等が開示されている。

（発明が解決しようとする課題）前記の如き大型液晶デバイスの実用化において要求さ
れる重要な特性として（ｉ）低電圧で駆動できること（ii）十分なコントラストがあること（iii）時分割駆動ができることがある。

特に（ｉ）と（iii）はデバイスの駆動部分を廉価な
ものにするために極めて重要な特性である。しかしなが
ら、現在までのところ、（ｉ）〜（iii）の性質を備え
た偏光板を必要としない液晶デバイスは製作できていな
い。

本発明者らは、液晶デバイスの構造と該デバイスに使
用される液晶材料の化学的構造との好ましい組合せにつ
いて鋭意検討した結果、従来の大型液晶デバイスより遥
かに低電圧で駆動でき、しかも偏光板の使用を必要とし
ない大型化可能な液晶デバイスを製作することに成功し
た。

（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、以下に記述する
液晶デバイスを提供するものである。

即ち、本発明に係る液晶デバイスは、 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
この基板の間に支持された調光層を有し、この調光層が
下記の一般式（Ｉ）の化合物と下記の一般式（II）の化
合物を含有するネマチック液晶材料と透明固体物質、即
ち紫外線硬化型樹脂とからなり、前記液晶材料が連続層
を形成し、前記透明性固体物質、即ち紫外線硬化型樹脂
が前記液晶材料中に分散していることを特徴とする液晶
デバイスである。

一般式（Ｉ）（式中、Ｒは炭素原子数１〜10の直鎖状アルキル基を表
わす。）で表わされる化合物（以下、式（Ｉ）の化合物とい
う。）。

一般式（II）（式中、Ｒは炭素原子数１〜10の直鎖状アルキル基を表
わし、Ｒ′は炭素原子数１〜10の直鎖状アルキル基又は
直鎖状アルコキシル基を表わす。）で表わされる化合物（以下、式（II）の化合物とい
う。）。

このデバイスにおいて、基板は、堅固な材料例えばガ
ラス、金属等であっても良く、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良い。そ
して基板は、２枚が対向して適当な間隔を隔て得るもの
である。またその少なくとも一方は透明性を有し、その
２枚の間に支持され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。但し完全な透明性を必須とするも
のではない、もしこの液晶デバイスが、デバイスの一方
の側から他方の側へ通過する光に対して作用させるため
に使用される場合は、２枚の基板は共に適宜な透明性が
与えられる。この基板には、目的に応じて透明、不透明
の適宜な電極が、その全面または部分的に配置されても
良い。

２枚の基板間には液晶材料および透明性固体成分が介
在される。尚、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常法に従って
介在させるのが望ましい。

液晶材料は、２枚の基板間で連続層を形成することを
要する。液晶材料成分の比率が低いと連続層を形成しに
くい。調光層成分に占める液晶材料の比率は、好ましく
は70重量％以上であり、より一層好ましくは70〜90重量
％である（以下、％は重量％を意味する。）。

この液晶材料の連続層中に介在する透明性固体成分
は、粒子状に分散するものでも良いが好ましくは３次元
ネットワーク状の構造を有するものである。いずれにし
ても液晶材料との間で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。その透明性はデバイスの
使用目的に応じて適当に定め得ると共に、その固体性に
ついては、堅固なものに限らず目的に応じ得る限り、可
撓性、柔軟性、弾性を有するものであっても良い。粒子
状の場合その粒子は、光の波長に比して大きすぎたり小
さ過ぎる場合は光散乱性が期待できないが、目的に応じ
て適当な大きさ、形状のものを選択することができる。

これらの透明性固体成分としては紫外線硬化型樹脂が
好適である。３次元ネットワーク状の構造を与えるもの
としては紫外線硬化型のモノマー若しくはオリゴマーが
好ましい。

これらの液晶デバイスの製造は好ましくは次のように
して行なうことができる。

即ち、電極層を有する少なくとも一方が透明性を有す
る２枚の基板間に、必須成分として前記の液晶材料と、
紫外線硬化型の高分子形成性モノマー若しくはオリゴマ
ー、および任意成分として重合開始剤、連鎖移動剤、光
増感剤、染料架橋剤その他よりなる溶液を介在させ、透
明基板を通して紫外線を照射し、それによって前記モノ
マー若しくはオリゴマーを重合させることにより、液晶
材料が連続層を形成すると共に、３次元ネットワーク状
の透明性固体合成樹脂成分、即ち紫外線硬化型樹脂成分
が液晶連続層中に分散した液晶デバイスを製造する方法
である。

この方法において、必須成分である紫外線硬化型の高
分子形成性モノマー若しくはオリゴマーは、照射される
紫外線によって、液晶材料の連続層中に３次元ネットワ
ークを形成するものであれば良く、その様な高分子形成
性モノマーの好例は、トリメチロールプロパントリアク
リレート、トリシクロデカンジメチロールジアクリレー
ト、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロ
ピレングリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジ
アクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレー
ト、トリス（アクリルオキシエチル）イソシアヌレート
等々である。

同様に、高分子形成性オリゴマーの好例は、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である。

任意成分としては、重合開始剤、連鎖移動剤、光増感
剤、染料、架橋剤等が挙げられ、前記モノマー、オリゴ
マー等の種類や、所望の液晶デバイスの性能に合わせて
適宜選択することができる。

特に連鎖移動剤の併用は、モノマーまたはオリゴマー
の種類によっては極めて効果的で、樹脂の架橋度が高く
なり過ぎるのを防止し、それによって液晶材料が電界に
応じて応答し易くされ、低電圧駆動性が発揮される。連
鎖移動剤の好例は、ブタンジオールジチオプロピオネー
ト、ペンタエリスリトールテトラキス（β−チオプロピ
オネート）、トリエチレングリコールジメルカプタン等
々である。連鎖移動剤の添加量は、使用するモノマーま
たはオリゴマーの種類によっても異なるが、あまりに少
ないと効果が薄く、多過ぎるとデバイスの不透明度が低
下して表示のコントラストが悪くなる。その有効量は、
モノマーまたはオリゴマーに対して0.05〜30％と考えら
れるが、0.1〜20％が好適である。

この様な各成分を包含する溶液を２枚の基板間に支持
させるには、この溶液を基板間に注入しても良いが、一
方の基板上にスピンナー等のコーターを使用して塗布
し、次いで他方の基板を重ねても良い。

未硬化の溶液を硬化させるには、透明基板を通して紫
外線を適当な線量で照射して行なうことができる。モノ
マーまたはオリゴマーまたは任意成分の種類によって
は、熱または電子線で代替することもできる。

調光層の厚さは、通常５ミクロン〜30ミクロンの範囲
に調節される。

この様に構成された液晶デバイスは、従来の液滴分散
型液晶デバイスでは不可能であった時分割駆動が可能と
なり、更に、従来の液滴分散型液晶デバイスに比べて、
駆動電圧が低く、コントラストが大きく、しかも、応答
速度が速い。例えば、従来の液滴分散型液晶デバイスに
おいては、実効値で60V以上、多くの場合100V以上の駆
動電圧を要するに対し、本発明の液晶デバイスは、約20
Vの駆動電圧で立上り応答時間３〜4m秒、立下り応答時
間３〜4m秒が実現される。

（実施例）以下に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、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。

実施例１高分子形成性モノマーとしてトリメチロールプロパン
トリアクリレート19.8重量％（以下同様）、重合開始剤
として２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロ
パン−１−オン0.2％および液晶材料として後述の液晶
（Ａ）80％を混合し、スペーサーとして平均粒子10μｍ
のアルミナ粉を少量加え、20cm×20cmの２枚のITOガラ
ス板の間に挿入し、紫外線を照射し、モノマーを硬化
（高分子化）させた。硬化条件は、液晶デバイスを、メ
タルハライドランプ（80W/cm）の下を3.5m/分、の速度
で通過させ、紫外線を照射した。与えたエネルギーは50
0mJ/cm²に相当する。デバイスの電極間隔は11μｍであ
る。２枚のガラス板の間に形成さた調光層の断面を走査
型電子顕微鏡で観察したところ、ポリマーの３次元ネッ
トワークが認められた。

得られた液晶デバイスは、しきい値電圧を有し、V₁₀
＝9.3V,V₉₀＝21.4V,コントラスト＝1:17、立上り応答時
間2.2m秒、立下り応答時間3.1m秒、時分割線数N_max＝2.
1であった。

（１）液晶（Ａ）組成転移温度 70.1℃（Ｎ−Ｉ点） −11℃（Ｃ−Ｎ点）屈折率 n_e＝1.741 n₀＝1.517 Δｎ＝0.224 しきい値電圧（V_th） 1.39V 20℃の粘度 37.4c.p. （２）時分割駆動線数 N_max＝〔（α^２＋１）／（α^２−１）〕^２ただし、α＝V₉₀/V₁₀ （３）電圧無印加時のデバイスの光透過率を０％と
し、印加電圧の増大に伴って光透過率が変化しなくなっ
た時の光透過率を100％とするとき、光透過率90％とな
る印加電圧をV₉₀、光透過率10％となるときの印加電圧
をV₁₀とする。

（発明の効果）本発明は以上の如きものであるから、大面積の薄膜の
液晶デバイスであって、約21Vという低電圧での駆動が
可能でこの程度の低電圧でも立上り応答時間が３〜4m秒
と応答速度が高く、透明−不透明のコントラストが約1:
17と高く、しきい値を有し、1/2デューティの時分割駆
動が可能である。従って採光調節、視界調節、広告用等
の大形表示が極めて容易となり、しかもその様な液晶デ
バイスの製造を極めて容易に安価にするものである。

Claims

(57)【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
枚の基板とこの基板の間に支持された調光層を有し、前
記調光層が一般式（式中、Ｒは炭素原子数１〜10の直鎖状アルキル基を表
わす。）で表わされる化合物と一般式（式中、Ｒは炭素原子数１〜10の直鎖状アルキル基を表
わし、Ｒ′は炭素原子数１〜10の直鎖状アルキル基又は
直鎖状アルコキシル基を表わす。）で表わされる化合物を含有するネマチック液晶材料と透
明性固体物質から成り、前記液晶材料が連続層を形成
し、前記透明性固体物質が前記液晶材料中に３次元ネッ
トワーク状に分散しており、かつ、透明性固体物質が、
紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする液晶デバイ
ス。
【請求項２】液晶材料が調光層構成成分の70重量％以上
を占める請求項１記載の液晶デバイス。
【請求項３】調光層の厚さが５〜30ミクロンである請求
項１記載の液晶デバイス。