JPH04322227A - 強誘電性高分子液晶を用いた液晶光学素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイや広告媒
体に好適な強誘電性高分子液晶を用いた液晶光学素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置の表示方式には大きく分け
て２通りある。予め文字、数字、模様などの形に透明電
極をパターニングしておき、幾つかの電極を選択して特
定の表示を行う方式（セグメント方式）と、縦横にスト
ライプ状の電極を設け、任意の点を選択して文字、数字
、模様等を表示する方式（ドットマトリクス方式）であ
る。このうち、セグメント方式ではネマチック液晶を用
いて電卓、時計、卓上ゲーム機などのデジタル表示等に
広く用いられている。セグメント方式は静止画、文字を
表示するのに向いている。電極のパターンの工夫や駆動
回路側の工夫により擬似的な動画表示も可能であるが、
動画表示を得るには駆動回路側を複雑にする必要がある
。一方、ドットマトリクス方式では前者と同様にネマチ
ック液晶を用いてパソコンの表示画面や卓上液晶テレビ
などに応用されており、任意の表示ができるという利点
を有しているものの、元来ネマチック液晶は電界応答速
度が遅く、また時分割駆動時に発生するクロストークの
ため画素密度を高くできないこと、駆動回路が複雑にな
ること等の欠点を有している。また、どちらの方式でも
液晶セルを組み立てる工程が複雑なため大面積の表示が
できないという欠点を有している。

【０００３】また、液晶の電界変化に対する応答時間を
速くするために強誘電性液晶を用いる研究が活発になさ
れており、クラークとラゲルバルによる表示方式（特開
昭５６−１０７２１６号公報、特開昭６３−１５３５２
１号公報）などが提案されている。しかしながら、強誘
電性液晶もネマチック液晶にもましてセル組み立て工程
が複雑であるため大面積の表示を得ることは難しい。

【０００４】大面積の表示素子を得るために強誘電性液
晶を高分子化する試みがなされ、これを用いた表示素子
が考案された（特開昭６３−３１８５２６号公報、特開
昭６４−６９２２号公報など）。しかし、強誘電性高分
子液晶のみを用いた素子では大面積化は容易に得られる
ものの応答速度が遅く、ドットマトリクス表示をするの
が難しいこと、セグメント方式では駆動回路を複雑にし
ないと動画表示を行えないことなどの問題点を有してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は強誘電性高分
子液晶を用い、強誘電性高分子液晶の電界変化に対する
応答時間が平均分子量に依存するという性質（Ｍｏｌ．
Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．１９８８，ｖｏｌ．
１５５，ｐ９３−１０２，第１５回液晶討論会講演予稿
集２Ｂ０８〜０９）を利用し、セグメント方式でも擬似
的な動画表示を大面積でかつ簡単な駆動回路を用いて行
うことのできる強誘電性高分子液晶を用いた液晶光学素
子を得ようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するため鋭意検討を行ったところ、強誘電性高分子
液晶の平均分子量が液晶光学素子平面内で位置によって
異なる液晶光学素子により課題が解決されることを見出
し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、電
極付基板間に強誘電性高分子液晶を挟持してなる液晶光
学素子において、強誘電性高分子液晶が分子量に分布を
持つものであり、液晶光学素子平面内で強誘電性高分子
液晶の平均分子量が位置によって異なっていることを特
徴とする強誘電性高分子液晶を用いた液晶光学素子を提
供するものである。

【０００７】本発明の液晶光学素子は電極付基板間に強
誘電性高分子液晶を挟持してなる。図１は、本発明の液
晶光学素子の構成の一例を示す断面説明図である。強誘
電性高分子液晶１は２枚の電極２付基板３により挟持さ
れており、基板３の両外側には偏光板４が配置されてい
る。

【０００８】偏光板は必要に応じて電極付基板の両外側
又は片外側に設けられ、通常の液晶光学素子に使用され
る偏光板が好適に用いられる。偏光軸方向としては特に
制限はないが、基板の両外側に偏光板を設ける場合、２
枚の偏光板の偏光軸が互いに直交していることが好まし
い。また、一方の偏光板の偏光軸が液晶層に正又は負の
電界を印加したときの液晶分子軸すなわち光学軸に一致
しているか、あるいは強誘電性高分子液晶のスメクチッ
ク層法線方向（配向方向）に一致していることが好まし
い。

【０００９】電極付基板の基板としては、透明性の材料
からなるものであれば特に制限はない。例えば、ガラス
、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテ
ルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）など
のプラスチックフィルムなどが挙げられる。本発明では
高分子液晶を用いているので生産性を向上させるためプ
ラスチックフィルムのような可撓性基板を用いることが
好ましい。基板の厚さとしては１０μｍ〜数ｍｍが好ま
しい。

【００１０】電極としては、酸化インジウム又は酸化イ
ンジウムと酸化スズとの混合物からなるＩＴＯ等の透明
電極を基板に蒸着したものなどが好ましい。上記の電極
付基板間に挟持される強誘電性高分子液晶としては、使
用温度で強誘電相を示す高分子液晶であれば特に制限は
ない。例えば、ポリアクリレート系、ポリメタクリレー
ト系、ポリクロロアクリレート系、ポリオキシラン系、
ポリシロキサン系、ポリエステル系等の強誘電性高分子
液晶が挙げられる。

【００１１】ポリアクリレート系強誘電性高分子液晶の
繰り返し単位としては、例えば、

【化１】 などが挙げられる。

【００１２】ポリメタクリレート系強誘電性高分子液晶
の繰り返し単位としては、例えば、

【化２】 などが挙げられる。

【００１３】ポリクロロアクリレート系強誘電性高分子
液晶の繰り返し単位としては、例えば、

【化３】 などが挙げられる。

【００１４】ポリオキシラン系強誘電性高分子液晶の繰
り返し単位としては、例えば、

【化４】 などが挙げられる。

【００１５】ポリシロキサン系強誘電性高分子液晶の繰
り返し単位としては、例えば、

【化５】 などが挙げられる。

【００１６】ポリエステル系強誘電性高分子液晶の繰り
返し単位としては、例えば、

【化６】 などが挙げられる。

【００１７】なお、上記の強誘電性高分子液晶の繰り返
し単位は、側鎖の骨格がビフェニル骨格、フェニルベン
ゾエート骨格、ビフェニルベンゾエート骨格、フェニル
−４−フェニルベンゾエート骨格で置き換えられてもよ
く、これらの骨格中のベンゼン環がピリミジン環、ピリ
ジン環、ピリダジン環、ピラジン環、テトラジン環、シ
クロヘキサン環、ジオキサン環、ジオキサボリナン環で
置き換えられてもよく、フッ素、塩素などのハロゲン基
あるいはシアノ基で置換されてもよく、１−メチルアル
キル基、２−フルオロアルキル基、２−クロロアルキル
基、２−クロロ−３−メチルアルキル基、２−トリフル
オロメチルアルキル基、１−アルコキシカルボニルエチ
ル基、２−アルコキシ−１−メチルエチル基、２−アル
コキシプロピル基、２−クロロ−１−メチルアルキル基
、２−アルコキシカルボニル−１−トリフルオロメチル
プロピル基などの光学活性基で、あるいはエーテル結合
、エステル結合を介してこれらの光学活性基で置換され
ていてもよく、またスペーサの長さは、メチレン鎖長が
２〜３０の範囲で変化してもよい。

【００１８】また、次に示す液晶共重合体も使用可能で
ある。

【化７】

【化８】

【化９】

【００１９】強誘電性高分子液晶の数平均分子量として
は、１０００〜２０万が好適である。また、強誘電性高
分子液晶には必要に応じて各種添加物が含まれていても
よい。

【００２０】本発明では、このような強誘電性高分子液
晶であって、分子量に分布を持つものを用いる。そして
、分子量の異なるものを液晶光学素子平面上に分散させ
て、液晶光学素子平面内で強誘電性高分子液晶の平均分
子量が位置によって異なるようにしている。分子量の異
なる強誘電性高分子液晶の分散のしかたとしては、液晶
光学素子平面内の位置によって電界変化に対する応答時
間が異なるように液晶光学素子平面内で強誘電性高分子
液晶の平均分子量が位置によって異なっていればよく、
特に制限はないが、光学素子平面内の特定の１ｃｍ×１
ｃｍの面内の高分子液晶の数平均分子量Ｍｎを考えたと
き、光学素子内で最大の値Ｍｎｍａｘと最小の値Ｍｎｍ
ｉｎの比がＭｎｍａｘ／Ｍｎｍｉｎ＞１．５であること
が好ましい。また、強誘電性高分子液晶の平均分子量が
液晶光学素子の一方の端から他方の端に向って連続的に
変化していることが好ましい。平均分子量が連続的に変
化する態様としては、例えば、液晶光学素子の一方の端
で平均分子量が低く、他方の端に向って高くなるように
連続的に変化させたり、液晶光学素子の一方の端で平均
分子量が低く、中央部が高く、他方の端に向って再び低
くなるように連続的に変化させたりする例が挙げられる
。

【００２１】本発明の強誘電性高分子液晶を用いた液晶
光学素子は、例えば以下の方法により好適に製造するこ
とができる。先ず、電極付基板として電極付可撓性プラ
スチック基板を用い、ロールコーター、グラビアコータ
ー等を用いて電極付可撓性プラスチック基板の電極面に
溶媒に溶解した状態の強誘電性高分子液晶を塗布、製膜
する。

【００２２】図２及び図３は、強誘電性高分子液晶の塗
布方法を示す説明図である。図２では、電極付基板５の
電極面にノズル６から供給される強誘電性高分子液晶溶
液７を塗布する方法を示す。また、図３では、回転する
ロールコーター８表面に付着して上がってきた強誘電性
高分子液晶溶液７をドクターナイフ９で厚みを整えて電
極付基板５の電極面に塗布する方法を示す。

【００２３】このとき、強誘電性高分子液晶の平均分子
量を連続的に変化させて塗布するためには、強誘電性液
晶溶液の供給方法を以下のようにすると好適である。例
えば、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰ
Ｃ）カラムを用いて使用する強誘電性高分子液晶から分
子量の異なるものを分取しつつ、直接図２に示したノズ
ル６の上部又は図３に示したドクターナイフ９の下部に
供給する。あるいは、ＧＰＣを用いて使用する強誘電性
高分子液晶から予め高分子量をもつ材料、低分子量をも
つ材料等を分取して異なる分子量を有する材料を２〜３
種類用意し、これらの溶液の割合を少しづつ変えながら
混合して、この混合物を図２に示したノズル６の上部又
は図３に示したドクターナイフ９の下部に供給すること
も好適である。用いる溶媒としては、例えばジクロロメ
タン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン（ＴＨ
Ｆ）等が挙げられる。次いで、上記のように強誘電性高
分子液晶溶液を塗布し溶媒を乾燥した後、対向基板をラ
ミネートして液晶セルを作製する。

【００２４】本発明の液晶光学素子構成では配向膜を設
けていないため、通常強誘電性高分子液晶を塗布しただ
けでは十分な均一配向が得られず、光学素子としての役
割を果さない。そこで、強誘電性高分子液晶を塗布乾燥
し対向基板をラミネートした後、配向処理を行うことが
望ましい。本発明では高分子液晶を用いるので、剪断法
と呼ばれる方法で簡便に配向処理を行うことができる。

【００２５】図４は剪断法による配向処理の方法を表す
略示図である。上下の電極付基板５に剪断応力をかける
。更に上下の電極付基板５に逆方向に剪断を１〜数回か
けることにより液晶層１０を構成する強誘電性高分子液
晶の均一配向が得られる。電極付基板としてフィルム状
の電極付可撓性基板を用いる場合には、一組のロール群
を用いて曲げ変形により配向処理すると、生産性良く均
一配向を得ることができて好ましい。なお、このような
曲げ変形による配向処理は、強誘電性高分子液晶を製膜
し電極付基板に挟持しないで強誘電性高分子液晶単独に
適用してもよい。

【００２６】図５は、曲げ変形による配向装置の一例で
ある。加熱装置１３で加熱された液晶光学素子１１は、
一組の自由回転ロール１２により曲げ変形され配向処理
される。加熱装置の代りに加熱ロールを用いて液晶光学
素子を加熱してもよい。その後、所望の長さに切出して
目的とする液晶光学素子を得ることができる。必要に応
じて切出す前又は後に偏光板を電極付基板の両外側又は
片外側に設けることが好ましい。

【００２７】

【作用】強誘電性高分子液晶の電界変化に対する応答時
間は、強誘電性高分子液晶の平均分子量に依存する。一
般に、数平均分子量Ｍｎ又は重量平均分子量Ｍｗと電界
変化に対する応答時間τとの関係は、Ｍｎ又はＭｗが大
きくなるとき、τも大きくなり、電界変化に対する応答
が遅くなる。そこで、液晶光学素子平面内で強誘電性高
分子液晶の平均分子量が位置によって異なっている本発
明の液晶光学素子を用いると、例えば以下のような表示
を行うことができる。

【００２８】図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、矢印
１６とその引き出し部１７からなるセグメント状電極が
形成された上側電極付基板１４及び下側電極付基板１５
を用意し、これらを上下基板で矢印の電極が重なり引き
出し部の電極が重ならないように電極面を内側にして対
向させて配し、その間に強誘電性高分子液晶を挟持する
。このとき、強誘電性高分子液晶の平均分子量は、図中
左端が小さく、右端に向って次第に大きくなるように連
続的に変化させる。更に、上下電極付基板の両外側に偏
光板を配置する。このとき、上下の偏光板の偏光軸を互
いに直交させて、図７（ａ）に示すようにその一方の偏
光軸１８を液晶層に正又は負の電界を印加したときの液
晶分子１９に一致させるか、あるいは、図７（ｂ）に示
すように一方の偏光軸１８を強誘電性高分子液晶のスメ
クチック層法線方向に一致させることが好ましい。矢印
２０は電界の方向を示す。

【００２９】このような液晶光学素子を用いて電極間に
電圧を印加し、図８（ｃ）に示すように電極間の電界を
下向きから上向きに変化させると、矢印の部分は、偏光
板の偏光軸方向を図７（ａ）に示したように設置した場
合には、図８（ａ）に示すように暗状態から明状態に変
化する。また偏光板の偏光軸方向を図７（ｂ）に示した
ように設置した場合には、図８（ｂ）に示すように明状
態から暗状態へ変化し更に明状態に変化する。

【００３０】この液晶光学素子の電極間に矩形波状の電
圧を１回反転させるように印加すると、偏光板の偏光軸
方向を図７（ａ）に示したように設置した場合には、左
方より徐々に明状態になり、また偏光板の偏光軸方向を
図７（ｂ）に示したように設置した場合には、左方より
暗状態が移動するように見える。

【００３１】このように、従来のセグメント状電極を用
いた液晶光学素子で動いて見えるような表示をするには
各セグメントに印加する電圧波形を徐々にずらすなど駆
動回路側で制御しなければならず複雑な駆動回路が必要
であったが、本発明の液晶光学素子では液晶光学素子平
面内で強誘電性高分子液晶の平均分子量が位置によって
異なっていることにより、１回の単純な電圧波形で動い
て見えるような画面を作ることが可能となる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明するが
、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 下記の繰り返し単位を有する強誘電性高分子液晶−１を
用いた。

【００３３】

【化１０】 相転移挙動 （ｇｌａｓｓ：ガラス状態、ＳｍＣ＊：カイラルスメク
チックＣ相、Ｉｓｏ：等方相）

【００３４】この強誘電性高分子液晶の数平均分子量Ｍ
ｎは、ＧＰＣ測定により１３０００であった。この液晶
３ｇをＧＰＣカラムを用いて高分子量側と低分子量側の
２種類のサンプルに分けた。それぞれを液晶−１Ｈ、液
晶−１Ｌと呼ぶ。液晶−１Ｈと液晶−１Ｌの平均分子量
を測定したところ、以下のとおりであった。 液晶−１Ｈ：Ｍｎ＝２００００（分取後１．２ｇ）液晶
−１Ｌ：Ｍｎ＝　　６７００（分取後１．６ｇ）

【００
３５】それぞれの液晶を２０重量％のトルエン溶液とし
、図３に示したロールコーターを用いてＩＴＯ電極付の
ポリエステルスルホン（ＰＥＳ）基板のＩＴＯ電極面上
に厚み４．０μｍに製膜した。このとき、各液晶溶液の
供給速度は図９に示す通りとし、初めは液晶−１Ｈの溶
液のみ、その後液晶−１Ｈの溶液の量を次第に減らすと
同時に液晶−１Ｌの溶液の量を増やし、最後には液晶−
１Ｌの溶液のみとなるように各液晶溶液の供給量を調整
しながら塗布を行った。

【００３６】溶媒乾燥後、直ちに何も塗布していない同
種の電極付基板を液晶層と電極面が接するようにラミネ
ートし、配向処理前の未配向素子原反（幅１５０ｍｍ、
長さ１ｍ）を作製した。ここで、上記ＩＴＯ電極付ＰＥ
Ｓ基板は図１０に示すように、ＰＥＳ基板２１上のＩＴ
Ｏ電極２２が矢印と引き出し部を有する形状にエッチン
グ処理されているものを用いた。

【００３７】次いで、図１１に示すような４本の加熱ロ
ール２３群からなる配向装置を用いて上記未配向素子２
４の曲げ配向処理を行った。各加熱ロールは直径８０ｍ
ｍのクロムメッキを施した鉄製であり、幅３００ｍｍの
ものを用いた。各ロールの表面温度はＴ１＝１１５℃、
Ｔ２＝１０５℃、Ｔ３＝９５℃、Ｔ４＝８０℃にコント
ロールし、ライン速度はｖ＝４ｍ／分とした。この配向
装置によって未配向素子２４の強誘電性高分子液晶は曲
げ変形による剪断を与えられながら等方相から液晶相へ
冷却され、最終的に基板長手方向と垂直な方向に一軸水
平配向し、配向済素子２５が得られた。この配向済素子
のうち先端の４０ｃｍから後端の１０ｃｍに至る長さ５
０ｃｍの部分を切出し、素子上側に基板長手方向に偏光
軸が一致するよう偏光板を配し、素子下側に偏光軸が素
子上側の偏光板の偏光軸と直角方向になるようもう一方
の偏光板を配し、液晶光学素子とした。

【００３８】この液晶光学素子の上下電極間に３０℃で
±１０Ｖの矩形波電圧を印加したところ、左方（低分子
量側）から右方（高分子量側）に向って矢印が明滅し、
動いているように見える表示装置が得られた。３０℃で
の左端の強誘電性高分子液晶の電界変化に対する応答時
間は３５０ｍｓ、右端では１．８ｓであった。

【００３９】

【発明の効果】本発明の強誘電性高分子液晶を用いた液
晶光学素子は、セグメント方式でも擬似的な動画表示を
大面積でかつ簡単な駆動回路を用いて表示することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶光学素子の構成の一例を示す断面
説明図である。

【図２】強誘電性高分子液晶の塗布方法の例を示す説明
図である。

【図３】強誘電性高分子液晶の塗布方法の例を示す説明
図である。

【図４】剪断法による配向処理の方法を表す略示図であ
る。

【図５】曲げ変形による配向装置の一例を示す説明図で
ある。

【図６】（ａ）は本発明の液晶光学素子の位置例を示す
平面説明図であり、（ｂ）はその斜視説明図である。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は、液晶分子と偏光軸との関
係を示す説明図である。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は、透過光強度の時間変化を
表すグラフであり、（ｃ）は印加電圧を表すグラフであ
る。

【図９】実施例１の液晶溶液の供給速度を表すグラフで
ある。

【図１０】実施例１で使用した電極付基板の電極形状を
示す部分説明図である。

【図１１】実施例１で使用した配向装置を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１　　強誘電性高分子液晶 ２　　電極 ３　　基板 ４　　偏光板 ５　　電極付基板 ６　　ノズル ７　　強誘電性高分子液晶溶液 ８　　ロールコーター ９　　ドクターナイフ １０　　液晶層 １１　　液晶光学素子 １２　　自由回転ロール １３　　加熱装置 １４　　上側電極付基板 １５　　下側電極付基板 １６　　矢印 １７　　引き出し部 １８　　偏光軸 １９　　液晶分子 ２０　　電界の方向 ２１　　ＰＥＳ基板 ２２　　ＩＴＯ電極 ２３　　加熱ロール ２４　　未配向素子 ２５　　配向済素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電極付基板間に強誘電性高分子液晶を
   挟持してなる液晶光学素子において、強誘電性高分子液
   晶が分子量に分布を持つものであり、液晶光学素子平面
   内で強誘電性高分子液晶の平均分子量が位置によって異
   なっていることを特徴とする強誘電性高分子液晶を用い
   た液晶光学素子。
2. 【請求項２】　　強誘電性高分子液晶の平均分子量が液
   晶光学素子の一方の端から他方の端に向って連続的に変
   化している請求項１記載の液晶光学素子。