JPH0915565A

JPH0915565A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0915565A
Application number: JP18637095A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Takiguchi; 康之滝口; Yumi Matsuki; ゆみ松木; Akihiko Kanemoto; 明彦金本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は動作電圧の温度変化が少なく、ま
た、さらに低電圧で動作する高分子分散型液晶表示素子
を得ることを目的とする。【構成】画素電極を有する一対の基板間に、高分子マ
トリクスの形成する微小構造中に液晶が保持された液晶
調光層を挾持した液晶表示素子において、液晶が誘電異
方性が正で、自然ピッチが１０〜２００μｍの液晶であ
ることを特徴とする液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、高分子分散型の液晶表示素子に
関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示素子の表示方式には、ツイステッ
ドネマティック（ＴＮ）モードやスーパーツイステッド
ネマティックモードに代表されるような偏向板を用いて
液晶による複屈折や旋光性を利用したものと、動的散乱
モードや相移転モードのような偏光板を用いずに液晶に
よる光散乱を利用した方式がある。このうち光散乱方式
は偏光板を必要としないため、偏光板による光の損失
（吸収）を伴わず、より明るい表示が可能となるという
特徴を有している。光散乱方式の一つに、近年盛んに開
発が進められている高分子分散型の液晶表示素子があ
る。これは、樹脂等の支持体により液晶を液滴状に分散
させたり、液晶中に樹脂の網目構造を形成した液晶分散
膜を電極付基板で挾持した構造を有している。この方式
では、一般に電圧を印加していない状態では、支持体に
よって液晶の配向が乱された状態にあり、微小な屈折率
のゆらぎのために光を散乱する。本素子に電圧を印加す
ると、液晶が正の誘電異方性を有する場合には液晶分子
は電界方向に配列し、屈折率のゆらぎが低減するために
透明状態となる。本方式は、表示の明るさに加えて、応
答速度が速いという利点を併せ持っている。さらに、従
来の散乱型の液晶表示素子に比べ高信頼性化が可能で、
材料や製法によっては従来の散乱型の液晶表示素子より
低電圧で動作させることができるという特徴をも有して
いる。このような光散乱型液晶表示素子の問題点とし
て、その動作電圧が温度に大きく依存するという問題が
ある。例えばＴＮ型の場合、飽和電圧の温度１℃当たり
の変化率は１０ｍＶ／℃程度であるが、高分子分散型で
は４０ｍＶ／℃ないしそれ以上であり、４０℃の温度変
化では１．６Ｖ以上も飽和電圧が変化してしまう。この
ような大きな変化は、低温での駆動電圧の大きな上昇を
招き、限られた電源電圧では十分なコントラストが得ら
れなくなるという問題を生ずる。また、駆動電圧を調整
する機能を装置または表示素子に付加しなければ使用す
ることができないため、コスト上昇を招くという問題も
ある。

【０００３】

【目的】本発明は動作電圧の温度変化が少なく、また、
さらに低電圧で動作する高分子分散型液晶表示素子を得
ることを目的とする。

【０００４】

【構成】本発明は、画素電極を有する一対の基板間に、
高分子マトリクスの形成する微小構造中に液晶が保持さ
れた液晶調光層を挾持した液晶表示素子において、液晶
が誘電異方性が正で、自然ピッチが１０μｍ〜２００μ
ｍのコレステリック液晶であることを特徴とする液晶表
示素子に関する。すなわち、本発明は、液晶表示素子の
高分子分散型の調光層として、液晶として誘電異方性が
正で、自然ピッチが１０〜２００μｍの液晶を用いるこ
とにより前記目的を達成するものである。以下、本発明
を図面に基づいて、更に詳細に説明する。図１はネマテ
ィック液晶（メルクリミテッド社製ＴＬ２０３、商品
名）を用いた高分子分散型液晶の電圧−透過率特性の温
度変化を示したものである。ごく一般的な液晶表示素子
の動作温度範囲である０℃〜４０℃の範囲で電圧−透過
率特性のカーブが大きくシフトしている。図２は、ネマ
ティック液晶（メルクリミテッド社製ＴＬ２０３、商品
名）に光学活性物質であるＥ．メルク社製Ｓ８１１（商
品名）を０．５重量％添加した液晶を用いた本発明の液
晶表示素子の電圧−透過率特性の温度変化を示したもの
である。図２のものは、図１のものに比較して、温度変
化が約１／２となっていることがわかる。前記のような
効果は、コレステリック液晶の自然ピッチが２００μｍ
を越えて長すぎる場合には十分な効果が得られず、ま
た、１０μｍ未満で短か過ぎる場合には、飽和電圧が高
くなったり、電圧を印加していないときの光散乱が弱く
なり、コントラストが低下するという問題が生ずる。前
記自然ピッチのより好ましい範囲は、１５〜１００μｍ
の範囲である。

【０００５】本発明の液晶表示素子で用いる液晶の自然
ピッチは、従来公知の方法によって容易に調整可能であ
る。例えばネマチック液晶にコレステリック液晶などの
光学活性物質を添加すると自然ピッチは添加濃度に反比
例して短くなるので、コレステリック液晶などの光学活
性物質の適当な添加量を選択することにより、任意に自
然ピッチの調整が可能である。ただし、比例係数は用い
る光学活性物質の固有ピッチに大きく依存し、またネマ
ティック液晶の種類にも若干依存するため、自然ピッチ
から好ましい添加量を一義的に例示することはできな
い。用いる光学活性物質としては液晶相の安定性からコ
レステリック液晶が好ましく、コレステロール誘導体や
以下に例示した式（１）〜（８）の液晶が代表的であ
る。コレステリック液晶として、メルク社製の商品名Ｓ
８１１を例にすれば、好ましい添加量はおおよそ０．０
５重量％〜１重量％の範囲であり、同社のＣＢ１５を例
にすれば０．１重量％〜２重量％の範囲、同社のＣ１５
を例にすれば０．３重量％〜８重量％である。

【０００６】

【化１】

【０００７】本発明になる液晶表示素子は、従来公知の
製造方法で製造することができる。一般に、高分子分散
型の液晶調光層を形成するには、重合性モノマーおよび
／またはオリコマー（プレポリマーともいう。）と液晶
を混合し、該混合物を重合させることによって相分離を
誘起する重合誘起相分離法とポリマー水溶液中に液晶を
分散させ、この分散液を塗布乾燥させるエマルジョン
法、高分子と液晶を有機溶剤に溶解させ、これを塗布乾
燥することによって相分離を誘起する溶媒誘起相分離法
（またはｃａｓｔ法）が代表的である。本発明は特に製
造方法を限定するものではないが、分散構造の制御の容
易性から、重合誘起相分離法を好ましく用い、中でもア
クリレートやメタクリレートなどのラジカル重合性モノ
マーおよび／またはオリゴマーをプレポリマーとした光
重合法を特に好ましく用いる。前記光学活性物質と混合
して用いるネマティック液晶は誘電異方性が正のもの
で、例えば、シアノビフェニル系、シアノフェニルシク
ロヘキサン系、シアノターフェニル系、シアノフェニル
ベンゾエート系、シアノフェニルピリミジン系、シアノ
フェニルトラン系、シクロヘキサンカルボン酸シアノフ
ェニルエステル系、シアノフェニルエタン系、シアノフ
ェニルジオキサン系などのシアノ基を分子末端に持つ以
下のような誘電異方性が正の液晶の混合組成物や、これ
らの誘電異方性が正の液晶に粘度や液晶温度範囲などを
調整する意味で誘電異方性がほぼ中性の液晶や負の液晶
を添加した全体として誘電異方性が正のネマティック液
晶を例示できる。前記のようなネマティック液晶として
例えば、下式（９）〜（２４）のものが挙げられる。

【化２】

【化３】（前式中、Ｒはアルキル基またはアルコキシ基を意味す
る。）

【０００８】また、ネマティック液晶としては、前記シ
アノ基を有するネマティック液晶において、シアノ基の
代わりにフッ素原子や塩素原子、トリフルオロメチル基
などを電子吸引性基として有するハロゲン置換液晶も用
いることができる。ハロゲン置換液晶の場合にもシアノ
置換液晶の場合と同様に誘電異方性がほぼ中性の液晶や
負の液晶を添加することもできる。特に重合誘起相分離
法ではプレポリマーと液晶の相溶性が、得られる分散構
造を大きく左右し、プレポリマーに対して相溶性の高い
液晶を使用した際に低電圧で動作し、高コントラストの
液晶表示素子が得られる。ハロゲン置換液晶はシアノ置
換液晶に比較してプレポリマーに対する相溶性が高く、
したがって重合誘起相分離法においてはハロゲン置換液
晶が特に好ましい。このようなハロゲン置換液晶として
は、例えば下式（２５）〜（３９）のものが挙げられ
る。

【化４】

【化５】（前式中、Ｒはアルキル基またはアルコキシ基、Ｘは
Ｆ，Ｃｌ，ＣＦ₃またはＯＣＦ₃を意味する。）

【０００９】本発明の液晶表示素子で用いる液晶組成物
の誘電異方性△εは正、好ましくは＋５〜＋２０の範
囲、さらに好ましくは＋７〜＋１５の範囲である。△ε
が前記範囲より小さい場合には動作電圧が高くなり、高
すぎる場合にもポリマーマトリクスの誘電率との関係か
ら液晶部分に印加される電圧が低くなり動作電圧が上昇
する。高分子マトリクスによって形成され、液晶が保持
された微小構造の大きさは１μｍ〜４μｍの範囲が好ま
しく、１．５μｍ〜３．５μｍの範囲であることがより
好ましい。この範囲以下であると動作電圧の上昇が顕著
であり、大きすぎた場合には電圧無印加時の光散乱性が
低下してコントラストが損なわれてしまう。微小構造の
大きさをこの範囲に制御するには光重合法の場合、主に
相分離速度を制御することによって制御可能であり、具
体的には重合開始剤の選択や添加量、露光強度、波長の
制御による反応開始速度の制御、プレポリマーに対する
液晶濃度の制御、プレポリマーの選択による液晶との相
溶性の制御、プレポリマー中の反応性二重結合量の制
御、プレポリマー中の多官能モノマーないしオリゴマー
の種類と添加量の制御などによって制御可能である。

【００１０】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。

【００１１】実施例１二官能アクリレート〔日本化薬製ＭＡＮＤＡ（商品
名）〕と単官能アクリレートである２−エチルヘキシル
アクリレート、光重合開始剤であるベンゾインエチルエ
ーテルを４８．５：４８．５：３の重量比で含むプレポ
リマー組成物を調整した。メルク社製のシアノ置換液晶
ＢＬ０４６（△ε＝＋１３．２）にメルク社製のカイラ
ルネマティック液晶Ｓ８１１を０．５重量％の割合で加
え、自然ピッチが２０μｍの液晶組成物を調整した。プ
レポリマー組成物と液晶組成物を液晶濃度が７５重量％
となるよう混合し、この混合液をギャップが７μｍであ
る液晶セルに注入した。このセルを混合物が均一相とな
る２７℃に保ち、８０Ｗ／ｃｍ²の高圧水銀灯で光照射
して液晶滴が約２．５μｍの大きさで分散した高分子分
散型の液晶表示素子を作製した。この素子の電圧−透過
率特性を測定したところ、室温で５Ｖで透過率が飽和
し、この飽和電圧の温度係数は２５ｍＶ／℃であった。
なお、温度係数は０℃での飽和電圧と４０℃の飽和電圧
の差を温度範囲（＝４０℃）で割って算出した。

【００１２】比較例１実施例１において液晶にＳ８１１を添加せずに液晶表示
素子を作製したところ、室温で同様の電圧で飽和したも
のの、飽和電圧の温度係数は７０ｍＶ／℃と非常に大き
かった。

【００１３】実施例２実施例１においてネマティック液晶としてＢＬ０４６の
代わりにハロゲン置換液晶を主体とした液晶組成物ＴＬ
２０３（△ε＝＋１１）を用いた他は同様にして液晶表
示素子を作製した。液晶の自然ピッチは２２μｍであっ
た。この素子は室温で３．２Ｖで飽和し、シアノ液晶を
用いた実施例１よりさらに低電圧で動作した。その飽和
電圧の温度係数は−２０ｍＶ／℃と優れていた。

【００１４】比較例２実施例２においてＳ８１１を添加せずに同様にして液晶
表示素子を作製した。この素子は室温では同様の電圧で
飽和したものの、飽和電圧の温度係数は４５ｍＶ／℃と
非常に大きかった。

【００１５】実施例３実施例２において、Ｓ８１１の添加量を０．２重量％と
して自然ピッチを５０μｍとした他は同様にして液晶表
示素子を作製した。この素子の飽和電圧の温度係数は２
８ｍＶ／℃であり、前記比較例に較べて改善されてい
た。

【００１６】実施例４実施例２において、Ｓ８１１の添加量を０．１重量％と
して自然ピッチを１００μｍとした他は同様にして液晶
表示素子を作製した。この素子においても温度係数は前
記比較例に較べて改善されていた。

【００１７】以下、本発明の具体的実施態様を示す。１．画素電極を有する一対の基板間に、高分子マトリク
スの形成する微小構造中に液晶が保持された液晶調光層
を挾持した液晶表示素子において、液晶が誘電異方性が
正で、自然ピッチが１０μｍ〜２００μｍの液晶である
ことを特徴とする液晶表示素子。２．前記１の液晶表示素子において、自然ピッチが１５
〜１００μｍの範囲である液晶表示素子。３．前記１ないし２の液晶表示素子において、液晶調光
層が液晶と重合性モノマーおよび／またはオリゴマーの
重合反応によって得られた相分離構造からなり、かつ前
記液晶がネマティック液晶に光学活性物質を添加した組
成物である液晶表示素子。４．前記３の液晶表示素子において、光学活性物質がコ
レステリック液晶である液晶表示素子。５．前記４の液晶表示素子において、コレステリック液
晶の添加量が、約０．０５〜８重量％である液晶表示素
子。

【００１８】６．前記４ないし５の液晶表示素子におい
て、ネマティック液晶が、シアノ基を分子末端に有する
ものである液晶表示素子。７．前記４ないし６の液晶表示素子において、ネマティ
ック液晶が、フッ素原子および／または塩素原子、ある
いはこれらのハロゲン原子を含有する置換基を有するも
のである液晶表示素子。８．前記７の液晶表示素子において、ネマティック液晶
が、フッ素原子、塩素原子およびトリフルオロメチル基
よりなる群から選ばれた少なくとも１種の電子吸引性基
を有するものである液晶表示素子。９．前記１ないし８の液晶表示素子において、液晶組成
物の誘電異方性△εが＋５〜＋２０、さらに好ましくは
＋７〜＋１５の範囲である液晶表示素子。１０．前記１ないし９の液晶表示素子において、液晶調
光層の液晶が保持された微小構造の大きさが１〜４μ
ｍ、好ましくは１．５〜３．５μｍの範囲である液晶表
示素子。

【００１９】

【効果】

１．請求項１および２作動電圧の温度変化が少ない高分子分散型の液晶表示素
子が得られる。２．請求項３前記１の効果に加えて、さらに低電圧で動作する液晶表
示素子が得られる。従って、本発明の液晶表示素子は、
特に小型の携帯機器の用途で液晶駆動電圧調整機能を有
さないような機器用の表示素子として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のネマティック液晶（メルクリミテッド社
製ＴＬ２０３、商品名）を用いた高分子分散型液晶の電
圧−透過率特性の温度変化を示す図である。

【図２】本発明の液晶表示素子〔メルクリミテッド社製
ＴＬ２０３＋Ｅ．メルク社製Ｓ８１１、商品名０．５
重量％、ピッチ＝２１μｍ〕の電圧−透過率特性の温度
変化を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素電極を有する一対の基板間に、高分
子マトリクスの形成する微小構造中に液晶が保持された
液晶調光層を挾持した液晶表示素子において、液晶が誘
電異方性が正で、自然ピッチが１０〜２００μｍのコレ
ステリック液晶であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示素子において、
液晶調光層が液晶と重合性モノマーおよび／またはオリ
ゴマーの重合反応によって、得られた相分離構造からな
り、かつ前記液晶がネマティック液晶に光学活性物質を
添加した組成物である液晶表示素子。
【請求項３】請求項１または２記載の液晶表示素子に
おいて、液晶がフッ素原子および／または塩素原子ある
いはこれらハロゲン原子を含有する置換基を有する液晶
を主成分とするものである液晶表示素子。