JPH04168421A - 液晶電気光学素子 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶テレビ、液晶プロジェクタ−１液晶デイ
スプレィなどの、液晶電気光学素子に関するものである
。

［従来の技術］ 液晶電気光学素子は、薄型、低電圧駆動が可能で、低消
費電力であり、またＩＣによって直接駆動が可能である
ため装置の薄型化、軽量化が容易で、ネマチック液晶を
使用したＴＮ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ　　Ｎｅｍａｔｉｃ）
モードについては従来から腕時計、電卓等に広く用いら
れている。さらに近年においては、単純マトリクス駆動
による５ＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　　Ｔｗｉｓｔｅｄ　　Ｎｅ
ｍａｔｉＣ）モードを用いたラップトツブパソコンの商
品化、アクティブ素子とＴＮモードの組合せによるポケ
ットテレビ、液晶プロジェクタ−の商品化も実現してい
る。また強誘電性液晶を利用したものも提案されている
。しかし、これらの液晶電気光学素子は偏光子を要する
ため、明るさが不足する。

また配向処理を要し、高度のセル厚制御が要求される。

一方、従来、偏光子を必要とせず、光の透過、散乱を動
作原理とする液晶電気光学素子には、動的散乱モード及
び相転移モードが知られている。

動的散乱モードは、電圧を印加しない透過状態と、しき
い値電圧より高い電圧印加により動的散乱を発生させ透
過率を低下させた状態を制御するものである。また、相
転移モードはコレステリック液晶を用い、電圧を印加し
ないフォーカルコニック配列もしくはブレーナ配列のコ
レステリック相（散乱）と電圧印加によるホメオトロピ
ック配列のネマチック相（透過）の状態間の制御を行な
うものである。動的散乱モード、相転移モードいずれも
偏光子を使用しないため、広い視角が得られるが、前者
は駆動電圧が高く、対流発生に電荷注入が必要なため消
費電力が大きく、また電流がセル中を流れるため液晶の
信頼性が低下する等の欠点を有する。一方、後者におい
ても動作電圧が電極間距離／液晶のピッチに依存するた
め、高い精度での均一なギャップ制御が必要とされ、両
者とも表示素子への実現性に乏しい。

近年、同様に偏光子を必要とせず、明るくコントラスト
の良いモードとして、液晶の複屈折率異方性を利用した
、高分子分散型液晶による液晶電気光学表示素子が提案
されている。このモードは、第１図に示したように透明
な高分子マトリクス中に液晶が安定に保持され、電界の
有無により液晶の屈折率を変化させ、高分子マトリクス
との屈折率を調節することにより、透過、散乱状態を制
御するものである。この動作原理による液晶電気光学素
子は、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、４０（１）　
２２（１９８２）でＨ、Ｇ、Ｃｒａｉｇｈｅａｄらが液
晶を多孔体に含浸させる方法で、また特公昭５８−５０
１６３１ではポリビニルアルコールを使ってマイクロカ
プセル化したネマチック液晶により、またＮ　ＣＡ　Ｐ
　（Ｎｅｍａｔｉｃ　Ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ　Ａｌｉ
ｇｎｅｄ　Ｐｈａｓｅ）液晶と呼ばれる技術により作成
されている。また特公昭６１−５０２１２８では、高分
子マトリクスがエポキシ樹脂、さらに特開平１−３１２
５２７では紫外線硬化型樹脂により、いずれもプレポリ
マーを硬化させ２層分離を固定化することにより作成し
ている。いずれの方法においても、電圧を印加していな
いときの、液晶分子のランダム配列により生じる光学的
無秩序状態（散乱）と電圧印加による液晶分子の配列し
た光学的秩序状態（透過）が基本原理である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の高分子分散型液晶は電気光学特性
に問題がある。電圧−透過率特性については急峻性が低
いため、高デユーティ駆動（単純マトリクス）ができな
い。このため、高分子分散型液晶を用い鮮明な表示を行
なうためには、アクティブマトリクス型が前提になって
いたが、低電圧でコントラストの高い高分子分散型液晶
を得ることは、非常に困難であり、高い駆動電圧を必要
とする。その為、耐電圧性の高いドライバーを用いる必
要があり、従来の液晶電気光学表示素子の利点である低
電圧駆動、低消費電力が失われる問題があった。また、
実際には非線形素子の耐圧以下で駆動する必要があるた
めＴＰＴ素子での駆動は不可能であった。また、電圧−
透過率特性にビステリシスがあるため、中間調表示が困
難であった。

従来の高分子分散型液晶の電圧−透過率特性の閾値電圧
が高い理由としては、高分子マトリクスと液晶層界面に
おけるアンカーリングエネルギーによるエネルギー損失
及び高分子マトリクス中での電圧降下よって液晶層に作
用する有効電場の低下が原因であると考えられる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
で、その目的とするところは、高分子マトリクスとネマ
チック液晶分子間のアンカーリングエネルギーの低い材
料を提供することにより、また、高分子マトリクスの性
能を単官能モノマーと２官能モノマーの加酸的な性能発
揮により、さらに液晶相のサイズを制御することにより
、低電圧でコントラストの良いアクティブマトリクス型
高分子分散型液晶表示素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の液晶電気光学素子は、上記課題を解決するため
に、画素電極層を有した、少なくとも一方が透明な相対
する基板間に電界効果型調光層を保持した表示素子にお
いて、前記電界効果型調光層が透明性高分子とネマチッ
ク液晶とからなる高分子分散型液晶である液晶電気光学
素子において、前記透明性高分子が、 ａ、単官能のアクリル系モノマー ｂ、エステル結合を主体とした２官能のアクリル系モノ
マー から成る混合物を重合させて得られることを特徴とする
。また単官能のアクリル系モノマーと単官能あるいは２
官能のアクリル系モノマーの混合割合が重量比５：１〜
１：１にあることを特徴とする。さらに、透明性高分子
が、一般式（Ｉ）ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯＣＨ２ＣＨ○−■ Ｈ で表わされるモノマーと、 一般式（ＩＩ　） ＣＨ２＝　ＣＨＣ○○−Ｒ＋Ｃ○○−Ｒ２０ＣＯＣＨ＝
ＣＨ２ （式中、Ｒ１，２は一般式、−Ｃ６Ｈ５，−で表わされ
、鎖は、分岐してもよい。）で表わされるアクリル系モ
ノマーを重合して得られる高分子分散型液晶を用いたこ
とを特徴とする。さらに、液晶成分が高分子と液晶とか
ら成る高分子分散型液晶の６５〜８５重量％の範囲にあ
ることを特徴とする。

本発明に使用する透明性高分子は、３次元ネットワーク
構造を形成する透明材料であれば何でも良いが、特に高
分子分散型液晶の形成の容易さ、液晶層の光露光強度に
よるサイズの制御の容易さから、紫外線硬化型樹脂が望
ましい。更に液晶の信頼性、あるいは作業性の面から硬
化速度の速い材料が望ましく、層分離状態の均一性から
、アクリロイル系化合物が特に望ましい。

本発明による液晶電気光学素子は、紫外線硬化型の千ツ
マ−と液晶からなる混合溶液をセル内に封入し、紫外線
を照射することによりモノマーを硬化させ液晶層と硬化
物層との層分離を固定化するものである。単官能モノマ
ーと２官能モノマーの混合系においては、両者の機能の
加酸的な発揮を目的とする。単官能モノマーと２官能モ
ノマーの混合割合は５：１〜１：１の範囲にすることが
望ましい。単官能モノマーの２官能モノマーに対する重
量比が、５倍より大きくなると硬化に伴う体積収縮から
、液晶層のサイズの拡大により散乱能の低下を招くため
、電圧無印加時の透過率を低下させることから、コント
ラストの確保が困難である。一方、１以下になると、液
晶−高分子界面での相互作用の増大から電圧−透過率特
性のしきい値電圧が高くなる。また液晶層のサイズ制御
が困難となり、それぞれの千ツマー単体の性質が支配的
になることから上述の範囲が望ましい。同時にこの範囲
においては、重量比、光露光強度により液晶層のサイズ
を制御できる。

また、高分子と液晶とから成る高分子分散型液晶が含有
する液晶成分の量は、６５〜８５重量％にあることが望
ましい。液晶成分が６５重量％未満であると、高分子の
占有体積が多くなり、液晶層のサイズが細粒化し、散乱
能の低下、すなわち電圧無印加時の透過率が高くなり、
コントラストの低下につながる。一方、液晶成分が８５
重皿％より大きくなると、液晶層が密となり、また液晶
層の重なりから、液晶相のサイズは大きくなるため、電
圧印加時の散乱度が低く、コントラストが悪い素子とな
るため、上述の範囲が望ましい。

本発明で使用する２官能のアクリル系モノマーは、例え
ば、上述のＲ１、Ｒ２として、ＣＨ３ＣＨ３ −Ｃ２Ｈ２ＣＣ２Ｈ２−、ＣＨ２ＣＣＨ２−等がＩ ＣＨａ　　　　　　　　　　ＣＨ３ 挙げられる。

［作用コ 本発明の上記の構成によれば、液晶層間の低インピーダ
ンス化が可能なため、液晶層の印加される有効電場が上
昇し、さらに本発明では、アンカーリングエネルギーの
低い材料系で、かつ液晶層のサイズの制御が可能なため
、高分子分散型液晶の閾値電圧が低下させることが可能
となった。また、電圧印加時の透過率が高く、コントラ
ストの良い液晶電気光学素子を得ることができた。さら
には、アクティブマトリクスに適用が可能となり、また
偏光板が不必要なため、鮮明な液晶デイスプレィが得ら
れた。

以下、実施例により本発明の詳細な説明する。

［実施例］ 〈実施例１〉 単官能モノマー ＣＨ２＝ＣＨＣ○○ＣＨ２ＣＨＯ−■ Ｈ （日本化薬社製ＫＡＹＡＲＡＤ　　Ｒ−１２８）１７部
、２官能モノマー ＣＨ２＝ＣＨＣＯ〇　− ＣＨ３ＣＨ３ −　Ｃ２Ｈ２ＣＣ２Ｈ２ＣＯ２−ＣＨ２ＣＣＨ２−ＣＨ
３ＣＨ３ −ｏＣＯＣＨ＝　ＣＨ２ （日本化薬社製ＫＡＹＡＲＡＤ　　ＭＡＮＤＡ）４゜１
部、光重合開始剤として２．４−ジエチルチオキサント
ン１部、ネマチック液晶ロブイック社製ＰＮ−００１，
７７，９部からなる混合溶液を、セル厚１７μｍのセル
（ＩＴＯにて電極形成、表示領域２０ｘ２０ｍｍ）に真
空封入した。続いて、紫外線照射装置にて、７　ｍ　Ｗ
　／　ｃ　ｍ　２の照射強度にて、７４３秒間照射する
ことにより、千ツマ−を硬化（高分子化）し液晶とマト
リクス高分子を２相分離させ、素子を作成した。与えた
エネルギーは、　５２００ｍＪ／ｃｍ２に相当する。

得られた素子は、電圧を印加してない状態では良好な散
乱状態を示した。続いて、電気光学特性（電圧〜透過率
特性）を８００Ｈｚの駆形波にて駆動したところ、区２
に示したように８．４Ｖ、。

、にて透過率６７．７％に達した。また、電圧を印加し
ていない状態での透過率は、０．０４％であった。光源
はＨｅ−Ｎｅレーザー（波長６３２゜８部ｍ）を用い、
光電子増倍管にて透過率変化を検出した。素子と受光部
の距離は３０ｃｍとした。

〈実施例２〜６〉 液晶、単官能モノマー、２官能七ツマ−及び光重合開始
剤は実施例１と同じ材料を使用し、第１表に示した組成
比で混合し、実施例１と同様にして液晶電気光学素子を
作成した。混合溶液に加える光重合開始剤の含有率は、
すべて１部とした。

実施例１と同じ条件にて測定した電圧−透過率特性の測
定結果について、第２表に示す。評価項目Ｖ９０及びＶ
ＩＯとは、素子の最大透過率を１００％、最低透過率を
０％としたときの、それぞれ透過率９０％と１０％に換
算されるポイントでの電圧値で定義される。また、Ｔ１
００、ＴＯは、それぞれ素子の最大透過率、最小透過率
を示す。

〈比較例１〜４〉 比較例として、混合溶液の成分中液晶、単官能子ツマ−
１及び重合開始剤は実施例２〜６と同様とし、単官能モ
ノマー、２官能モノマーの混合割合が上述の範囲外にな
るように混合し、素子を作成したもの（比較例１．２）
、及び高分子分散型液晶が含有する液晶成分が上述の範
囲外にあるもの（比較例３．４）、更に２官能モノマー
の分子構造の違うもの（比較例５） ○　　　　　　　　　〇− １１／ ＣＨ２＝ＣＨＣ０ＣＨ２−Ｃ−Ｃ ＼ ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３ ＼　／ ／　＼ −ＣＨ２ＣＨ２０ＣＣＨ＝ＣＨ２ について、組成比を第１表に、電気光学特性の結果を第
２表に示す。

第２表から明かな如く、上述の単官能モノマーと２官能
モノマーの混合割合の範囲内および高分子分散型液晶の
含有する液晶成分の範囲内、更に２官能モノマー中にエ
ステル結合を有するモノマーにおいて、低電圧でコント
ラストの良い、液晶電気光学素子が得られている。

第１表 Ｒ６は、日本化薬社製ＫＡＹＡＲＡＤ　　Ｒ６０４をそ
れぞれ示す。

第２表 ［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、単官能のアクリル系
モノマーと２官能のアクリル系モノマーの持つ機能を、
両者の適切な組成比により加酸的に発揮させることによ
り、また高分子分散型液晶が含有する液晶成分量の適切
な範囲により、マトリクス高分子層での電圧降下を極力
低下させることにより、かつ良好な散乱状態が得られる
ことから、低電圧でコントラストが高い液晶電気光学素
子を提供することが可能である。さらには、電圧印加時
の素子は、光学的な歪が小さいため素子の透過率が高く
、また偏光板が不要なため、従来の液晶電気光学素子に
比べ非常に明るく、視角の広いため、鮮明で認識性の優
れた液晶電気光学素子を提供することができる。また、
本発明により低電圧駆動がはかられたため、アクティブ
素子による駆動が可能となり、高分子分散型液晶の表示
素子へ様々な応用が期待できるとともに、液晶表示素子
の用途を拡大する上で多大の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高分子分散型液晶を用いた液晶電気光学素子
の表示原理を示す図面。 第２図は、本発明の実施例１により得られた電気光学特
性を示す図面。 １、ガラス基板 ２、透明電極 ３、高分子マトリクス ４、液晶 ５、入射光 ６゜散乱光 ７、透過光 以上 出願人　　セイコーエプソン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）画素電極層を有した、少なくとも一方が透明な相
   対する基板間に電界効果型調光層を保持し、前記電界効
   果型調光層が透明性高分子とネマチック液晶とからなる
   高分子分散型液晶である液晶電気光学素子において、 前記透明性高分子が、 ａ、単官能のアクリル系モノマー ｂ、エステル結合を主体とした２官能のアクリル系モノ
   マー から成る混合物を重合させて得られることを特徴とする
   液晶電気光学素子。 （２）単官能のアクリル系モノマーと単官能あるいは２
   官能のアクリル系モノマーの混合割合が重量比５：１〜
   １：１にあることを特徴とする請求項１記載の液晶電気
   光学素子。（３）請求項１記載の液晶電気光学素子にお
   いて透明性高分子が、一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされるモノマーと、 一般式（II） ＣＨ２＝ＣＨＣＯ−Ｒ＿１−ＣＯＯ−Ｒ＿２−ＯＣＯＣ
   Ｈ＝ＣＨ＿２ （式中、Ｒ＿１、＿２は一般式、−Ｃ＿ｎＨ＿２＿ｎ−
   で表わされ、鎖は、分岐してもよい。）で表わされるア
   クリル系モノマーを重合して得られる、高分子分散型液
   晶を用いたことを特徴とする液晶電気光学素子。 （４）液晶成分が、高分子と液晶とからなる高分子分散
   型液晶の６５〜８５重量％の範囲にあることを特徴とす
   る請求項１記載の液晶電気光学表示素子。