JP2940081B2

JP2940081B2 - 光学パネル

Info

Publication number: JP2940081B2
Application number: JP16315190A
Authority: JP
Inventors: 雅幸服部; 澄笠井
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1999-08-25
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JPH0452622A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光学パネルに関し、さらに詳しくは粒子と媒
体との屈折率の差によって生ずる光学特性の変化を利用
した、光学的表示材料として好適な光学パネルに関す
る。

〔従来の技術〕

従来、光学的表示材料として偏光板を利用した液晶パ
ネルが用いられているが、偏光板を用いているため、明
るい白色表示が得られないという欠点があった。最近で
は、この欠点をカバーするためにバックライトを用いた
表示方法が採用されている。しかし、この方法では、低
消費電力という液晶本来の長所を損なうとともに、薄型
化および軽量化の点で不利となる欠点があった。

この欠点をなくすために、偏光板を使用しない反射型
の白黒表示法、すなわち、（１）ネマチック液晶をマイ
クロカプセル化した状態で高分子媒体に分散させ、媒体
と液晶粒子の屈折率が一致した場合には透明となり、不
一致の場合には散乱状態となる効果を利用した方法（公
表特許公報昭58−501631号、公表特許公報昭61−502128
号、特開昭62−2231号等）、（２）ネマチック液晶媒体
中にシリカ粒子やポリマー粒子などの透明性粒子を分散
させ、粒子としての光の散乱ではなく、粒子が液晶分子
の配向を乱すことによる液晶自身の光散乱現象を利用し
た方法（特開昭54−21859号公報、特開昭53−96629号公
報、特開平１−312527号公報等）が開発されている。

しかしながら、これらの方法ではいずれも散乱能が不
足するため、反射型ペーパーホワイトディスプレイとし
て使用するためには大幅な改善が必要であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、偏光
板を使用しない反射型のペーパーホワイトディスプレイ
として使用することができる、光散乱能に優れた光学パ
ネルを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、
適切な粒子径のポリマー微粒子を粒子状態で媒体中に分
散させ、ポリマー微粒子自身の光の散乱を効率的に利用
し、媒体の屈折率をコントロールすることにより、反射
型ペーパーホワイトディスプレイとして充分使用でき
る、優れた散乱能が得られることを見出し、本発明に到
達した。

すなわち、本発明の光学パネルは、平均粒子径が0.2
〜２μｍであるポリマー微粒子を粒子状態で、屈折率が
変化する媒体に分散し、これを少なくとも一方が透明で
ある２枚の基板に挟持したことを特徴とする。

本発明に用いられるポリマー微粒子は、0.2〜２μ
ｍ、好ましくは0.3〜１μｍの範囲の平均粒子径を有す
る。ポリマーの粒子径が0.2μｍ未満では長波長側の可
視光が散乱されず散乱能が不充分となり、明るい白色が
得られない。また２μｍを超えるとすべての波長の可視
光が散乱されるが、散乱される回数が著しく低下するた
め散乱能が不充分となり、層厚を大きくしなければ充分
な白色が得られない。ポリマーの粒子径分布はできるだ
け狭い方が好ましく、具体的には粒子径の変動係数が10
％以下のものが好ましい。

ポリマー微粒子は、例えば乳化重合法で合成すること
により、または乳化重合法により得られた重合体をシー
ドとしてシード重合し、これを凝固、洗浄、乾燥および
粉体化することにより得ることができる。ポリマー粒子
を構成するモノマーには特に制限はなく、例えば、乳化
重合に通常用いられる、スチレン、α−メチルスチレ
ン、フルオロスチレン、ビニルピリジン、ジビニルベン
ゼンなどの芳香族ビニル化合物、アクリロニトリル、メ
タクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物、ブチル
アクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、メチ
ルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、
グリシジルアクリレート、N,N′−ジメチルアミノエチ
ルアクリレートなどのアクリル酸エステルモノマー、ブ
チルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレー
ト、メチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタ
クリレートグリシジルメタクリレート、N,N′−ジメチ
ルアミノエチルメタクリレートなどのメタクリル酸エス
テルモノマー、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン
酸、イタコン酸などのモノまたはジカルボン酸およびジ
カルボン酸の酸無水物、アクリルアミド、メタクリルア
ミドなどのアミド系モノマー、さらにスチレンスルホン
酸ナトリウム、スルホン化イソプレンなどのイオン性モ
ノマー、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、
トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレートなどを
用いることができる。また重合速度および重合安定性の
点で許容される範囲内において、ブタジエン、イソプレ
ンなどの共役二重結合化合物や酢酸ビニルなどのビニル
エステル化合物、４−メチル−１−ペンテン、その他の
α−オレフィン化合物も使用することができる。

本発明に用いるポリマーとしては、ジビニルベンゼン
やエチレングリコールジメタクリレートなどの架橋性モ
ノマーを１重量％以上含有するものが、マトリックスと
なる物質（媒体）を吸収、膨潤しにくいため好ましい。

またポリマー微粒子の製造に際しては、ポリマー組成
を適宜選定し、電界または温度の特定条件下における媒
体の屈折率との差が通常0.01以下、好ましくは0.005以
下となるようにコントロールするのが好ましい。

本発明に用いられる上記ポリマー微粒子を分散させる
媒体としては、電界、温度などにより屈折率が変化する
ものであれば特に制約はないが、屈折率が0.01以上変化
するものが好ましく、より好ましくは0.02以上である。

電界により屈折率が変化する媒体としては液晶が挙げ
られる。液晶は外部電界に対して比較的容易に分子配列
を可逆的に変化し、これにより屈折率が0.1程度変化す
るために好ましい。液晶としては、ネマチック型液晶や
コレステリック型液晶を挙げることができる。ネマチッ
ク型液晶としては、シッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ
系、安息香酸エステル系、ビフェニル系、ターフェニル
系、シクロヘキシカルボン酸エステル系、フェニルシク
ロヘキサン系、ビフェニルシクロヘキサン系、ピリミジ
ン系、ジオキサン系のものを、コレステリック型液晶と
しては、コレステリールハライド、コレステリールベン
ゾエート、コレステリールアセテート等を挙げることが
できる。

また液晶には二色性色素などを添加してもよい。

温度により屈折率が変化する媒体としては、ポリスチ
レンやポリエステルなどのポリマーが挙げられる。例え
ば分子量3600のポリスチレンは、100℃の温度昇温によ
り屈折率が0.02小さくなるが（高分子学会編集、光ファ
イバ光学材、p8、共立出版（1987）参照）、これは光の
散乱により白色表示を得るのに十分な変化である。この
ポリスチレンに、ポリマー粒子として屈折率の温度依存
性の少ない例えばポリジビニルベンゼンの粒子を練り込
んで作製したフィルムは、大きな温度変化を可視化した
いような場合の表示材料として好適に使用することがで
きる。

上記ポリマー微粒子配合割合は、媒体の５〜50体積％
が好ましい。この割合が５体積％未満では入射光の散乱
能が不充分であり、50体積％を超えると、媒体中にポリ
マー粒子を均一に分散させることが困難であり、屈折率
の変化も小さくなり好ましくない。このポリマー粒子と
媒体とからなる層の厚さは、３〜500μｍ、特に６〜100
μｍが好ましい。

本発明に用いられる基板は、２枚の基板のうち少なく
とも一方が透明であればよく、この基板としては、ガラ
ス、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポ
リスチレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等
が用いられる。電界により屈折率が変化する媒体を用い
る場合には、基板に接する面に、酸化インジウム、IT
O、フッ素またはアンチモンをドープした二酸化スズ、
インジウム、アルミニウム、ケイ素などをドープした酸
化亜鉛等の透明電極が設置される。

第１図は、本発明の一実施例を示す、媒体として液晶
を用いた光学パネルの断面図である。このパネルは、液
晶分子６からなる液晶中にポリマー微粒子７が分散した
層と、この層の上下に配され、電源８に接続した透明電
極５と、該透明電極５のそれぞれの面上に設けられたガ
ラス基板４とからなる。

第１図の左側には、透明電極５に電圧を印加した状態
（ON状態）を示した。このON状態においては、液晶分子
６は、垂直方向に配列し、上方からの入射光１に対して
見掛けの屈折率がポリマー微粒子６の屈折率と一致する
ため、光が透過し、透過光２が得られる。従って、透過
する側に黒板を設置すれば光の透過により黒色が表示さ
れる。

また第１図の右側には、透明電極５に電圧を印加しな
い状態（OFF状態）を示した。このOFF状態においては、
液晶分子６は、ランダムに存在しているため粒子と液晶
分子との間に屈折率の差が生じ、その結果すべての波長
の可視光が散乱されて白色が表示される。

この光学パネルは、液晶中に分散されたポリマー微粒
子自身の光散乱を効率的に利用できるため、従来のよう
に液晶の配向処理をする必要がなく、また液晶層を正確
にコントロールする必要がない。また従来の偏光板を用
いた液晶表示材料の製造工程と大差がないため、その製
造工程の切り換えが容易である。

〔実施例〕

以下に本発明を実施例によりさらに詳しく説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。なお、実施例中の「部」は「重量部」を意味する。

実施例１平均粒子径0.50μｍ（変動係数５％）のメチルメタク
リレートとジビニルベンゼンとからなるポリマー微粒子
（メチルメタクリレート／ジビニルベンゼン（重量比）
＝83/17、屈折率＝1.508）30部を、ネマチック液晶ZLI
2144（メルクジャパン社製、屈折率＝1.594）60部
に、超音波ホモジナイザーでよく分散させた。

この混合物を透明電極を有するガラス基板中に10μｍ
の厚みになるよう挟み込んで第１図の構造と同様の光学
パネルを作製した。この際、従来の液晶パネルで行われ
ているポリイミド塗布ラビング処理は施さなかった。

このようにして得られた反射型液晶表示パネルに電圧
を印加し、そのときの透過率を調べた。結果を第２図の
実線で示したが、優れた表示特性を示すことがわかっ
た。

比較例１実施例１において、粒子径３μｍのポリマー微粒子を
使用した以外は、実施例１と同一の液晶表示パネルを作
製し、そのときの透過率を調べた。結果を第２図の破線
で示したが、ON状態の透過率は高いが、OFF状態での透
過率が50％近くであるため散乱能が低くなり、明るい白
色表示が得られず表示材料として使用できなかった。

実施例２平均粒子径0.6μｍ（変動係数６％）のメチルメタク
リレートとスチレンとジビニルベンゼンからなるポリマ
ー微粒子（メチルメタクリレート／スチレン／ジビニル
ベンゼン（重量比）＝25/50/25、屈折率＝1.570）20部
を、分子量3600のポリスチレン（屈折率＝1.590）80部
に、２軸押出機を用いて分散させた。

この混合物を3mmの厚さとなるように２枚のガラス板
に挟みこんで感温式表示材料とした。この表示材料は、
室温ではポリマー微粒子と媒体であるポリスチレンとの
屈折率の差が0.02であるため、光の散乱により白色が表
示されていたが、60℃に加熱したところ、ポリマー微粒
子と媒体との屈折率が一致して透明になった。これによ
り、この表示材料は、温度変化を利用した光学的表示
板、窓パネル材料などに利用できることがわかった。

〔発明の効果〕

本発明の光学パネルは、特定のポリマー微粒子を電界
または温度により屈折率が変化する媒体に分散させてポ
リマー微粒子自身の光散乱を効率的に利用することがで
きるため、偏光板を使用せずに、パネルの配向処理を施
すことなく、またパネルの厚さを正確にコントロールす
ることなく、優れた光散乱能を得ることができ、反射型
ペーパーホワイトディスプレイとしての使用が可能であ
る。

また本発明の光学パネルの製造に際しては、従来の製
造工程をそのまま利用することができ、また従来の光学
的表示材料に比べて格段に製造が容易であるため、大幅
なコスト低減を図ることができる。

さらに本発明の光学パネルは、表示材料だけでなく、
光の透過率を電場、温度等で制御する窓パネル、壁面材
料、天井材等にも利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す、媒体として液晶を
用いた光学パネルの断面図、第２図は、実施例１および
比較例１で得られたパネルの印加電圧−透過率特性を示
す図である。１……入射光、２……透過光、３……散乱光、４……ガ
ラス基板、５……透明電極、６……液晶分子、７……ポ
リマー微粒子、８……電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1333 G02F 1/19

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径が0.2〜２μｍであるポリマー
微粒子を粒子状態で、屈折率が変化する媒体に分散し、
これを少なくとも一方が透明である２枚の基板に挟持し
たことを特徴とする光学パネル。