JPH05100251A

JPH05100251A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH05100251A
Application number: JP25774991A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kinugasa; 直己衣笠; Yuichi Yano; 祐一矢野; Akio Takigawa; 章雄滝川
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】より広い視野角を有する液晶素子を提供す
る。【構成】多孔性粒子、より好ましくは均一孔径を有す
る多孔性粒子を液晶物質中に浸漬させ、必要に応じて攪
拌を行なう。その後、余分な液晶物質を取り除き、液晶
物質を多孔性粒子の孔に保持した液晶含有粒子のみを抽
出する。さらに、前記液晶含有粒子に支持媒質を添加
し、両者を充分に混合分散するように攪拌する。そし
て、この混合物をドクターブレードを用いて透明導電膜
付き基板上に塗布し、もう一方の透明導電膜付き基板と
で挟持させることにより、本発明の液晶素子を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶材料により構成さ
れた液晶素子に関し、さらに詳しくは液晶材料が電界の
有無に応答して選択的に光を散乱あるいは透過させる液
晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶素子としてネマティック液晶
を使用したＴＮ方式や、ＳＴＮ方式のものが実用化され
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。これらは偏光板を必要とし、また配向処理を要
するものである。偏光板は、光を吸収して画面を暗くす
る上、視野角を狭くするという欠点があり、配向処理は
液晶素子の大面積化に制限を与えている。

【０００３】一方、それらを必要とせず、明るくコント
ラストが良く、かつ大面積化を可能とする液晶素子とし
ては、特開昭５８−５０１６３１号公報に記載される曲
線的な配列相のネマティック（ＮＣＡＰ：Nematic Curv
ilinear Aligned Phase）液晶素子（以下ＮＣＡＰ液晶
素子という）が知られている。

【０００４】安価なポリマー中に液晶滴を分散させた前
記公報に記載のＮＣＡＰ液晶素子は、電圧を印加しない
状態でポリマー壁の曲面に沿って液晶が配列することに
より、光路がねじ曲げられたり、ポリマーと液晶滴との
界面において光が反射して散乱し乳白色に見える。

【０００５】一方、電圧を印加した状態では、液晶滴内
の液晶が外部電界により電界方向に配列し、このとき液
晶の常光屈折率ｎoとポリマーの屈折率ｎpとが一致する
ように選択することにより、液晶素子面に垂直に入射し
た光は液晶とポリマーの界面で反射することなく通過す
るため、ＮＣＡＰ液晶素子は透明となる。

【０００６】ところで、前記した液晶素子は、特開昭６
０−２５２６８７号公報に記載されているように、液晶
とラテックスを混合した後、あるいは混合しながら攪拌
して乳化剤を混練し、この乳化液（以下エマルジョンと
いう）を透明電極基板上に塗布して乾燥させた後、もう
一方の透明電極基板で挟むという方法により作製され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法においてエマルジョンを形成するための攪拌は、コロ
イドミル、高速ディスパーサなどの機械的手段により行
われているため、乳化後のエマルジョンの液晶粒子径が
かなり不揃いである。液晶粒子径は、ＮＣＡＰ液晶素子
の性能に大きく影響するので、その粒子径制御を厳密に
行うことは極めて重要であるが、上記機械的手段におい
ては、その要求を完全に満たすことは困難である。

【０００８】一方、特開平３−１３９１８号公報には、
上記問題点を解決するために特殊なフィルターを使用し
てＮＣＡＰ液晶素子を製造する方法が開示されている。
すなわち、前記フィルターの片側にポリビニルアルコー
ル（以下ＰＶＡという）水溶液を流し、前記フィルター
の反対側から一定の圧力でフィルターを通じて液晶を注
入してＰＶＡ水溶液中に液晶球を分散させたエマルジョ
ンを作る。そして、このエマルジョンの水分を一部蒸発
させて粘性を高め、これを基板上に塗布し乾燥させてＮ
ＣＡＰ液晶素子を製造するものである。

【０００９】しかしながら、前記従来技術にあっては、
液晶分散質に比べてＰＶＡ水溶液中の水分散媒の量が多
いため、エマルジョンの水分を蒸発させてもＮＣＡＰ液
晶素子中の液晶含有量を増加させることは困難である。
従って、電圧を印加しない状態で充分に光を散乱させる
ことができず、そのため高いコントラストが得られない
という問題点も有している。

【００１０】また、英国特許第１４４２３６０号および
１５４０８７８号の明細書には、電圧を印加しない状態
で光が反射して散乱し、また電圧を印加した状態におい
ては液晶が外部電界により電界方向に配列して透明とな
る液晶素子について開示されており、光を散乱させるた
めの手段として凹凸面を有するガラス基板を用いる旨の
記載がされている。

【００１１】しかしながら、前記ガラス基板により配列
の乱される液晶の量は、それ以外の液晶の量に比べ圧倒
的に少なく、したがって前記技術においては、充分に光
を散乱させることができず、やはり高いコントラストは
得られない。

【００１２】さらに、アプライドフィジックスレター
（Applied Physics Letter）４０巻１号（１９８２
年）には、液晶を多孔体に含浸させた液晶素子が開示さ
れている。

【００１３】しかしながら、上記技術において液晶素子
を形成するための多孔体は、メッシュ構造を有するフイ
ルターである。液晶粒子径、分布および密度は、ＮＣＡ
Ｐ液晶素子の性能に大きく影響するので、それらを厳密
に制御することは極めて重要であるが、上記技術におい
ては、その要求を完全に満たすことは困難であった。

【００１４】本発明は、上記した従来の問題点を解決す
るためになされたもので、耐光性および耐候性に優れ、
より広い視野角を有する液晶素子の提供を目的とするも
のである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、少な
くとも一方が透明である一対の基板の内側面にそれぞれ
透明導電膜を配設し、透明材料からなる多孔性粒子の孔
に液晶物質を保持させた多数の液晶含有粒子を前記透明
導電膜間に介在させることを特徴とする液晶素子であ
る。

【００１６】また、本発明においては、前記液晶含有粒
子相互の間隙およびこの粒子と前記透明導電膜との間隙
を多孔性粒子の屈折率にほぼ整合させた屈折率を有する
支持媒質で充たすことが好ましい。このとき、多孔性粒
子の屈折率と支持媒質の屈折率との差が０．０２以下で
あることが、散乱による光学的界面の発生を回避する上
で望ましい。

【００１７】さらに、前記支持媒質には、液晶含有粒子
と電極基板とを相互に接着するバインダ機能も併せ持つ
ことが好ましい。

【００１８】上記した性質を有する支持媒質で、前記液
晶粒子相互の間隙およびこの粒子と透明導電膜との間隙
を充たすことにより、光学的均一性、及び物理的耐久性
に優れた液晶素子を得ることができる。このような支持
媒質として、例えばラテックスやＰＶＡなどのポリマー
材料、あるいはフリットガラスなどの無機質材料を適用
することが可能である。

【００１９】本発明において使用される液晶物質は、特
に限定されるものではないが、ネマティック液晶、コレ
ステリック液晶およびスメクティック液晶が好ましい。
中でも、正の誘電異方性を示すネマティック型液晶が特
に好ましく、例えば常光屈折率がｎｏ＝１．４〜１．５
の範囲のネマチック型液晶の中から、多孔性粒子の屈折
率に整合してマクロ光学的に画像の歪みを生じさせない
ような液晶物質を適宜選択することが可能である。

【００２０】また、作製される液晶素子中の液晶物質の
径は、多孔性粒子の孔径に依存する。したがって、粒子
径および孔径分布が非常に狭く孔径がほぼ揃っており、
かつ孔内表面に液晶物質を保持するような化学的性質を
有し、さらに使用される液晶物質の屈折率に整合した屈
折率を有する多孔性粒子を選択することにより、結果的
に厳密に制御された液晶含有粒子径を有する液晶素子が
提供される。

【００２１】このような本発明の多孔性粒子として、粒
子径がほぼ揃っており、また例えば屈折率ｎ＝１．４９
７を有する多孔質ガラス粉体、あるいはシラスバルーン
などの透明体を用いることができる。また、液晶物質を
保持させる前記多孔性粒子の孔形状は、貫通孔あるいは
窪んだ孔のいずれも適用可能である。

【００２２】多孔性粒子の孔径が小さくなる程、液晶物
質を整列させるに必要な印加電圧は大きくなるが、液晶
物質が電界方向に一様に整列し、液晶素子面に垂直に入
射した光が液晶とポリマーに界面で反射することなく通
過してより透明な状態を形成するので好ましく、応答時
間もそれだけ短くなる。本発明では、多孔性粒子の粒径
は０．０１〜５０μｍ、また孔径は０．０１〜１０μｍ
の範囲で用いることが好ましい。そして、特に散乱の生
じる孔径０．１〜１０μｍの範囲においては、多孔性粒
子、液晶物質および支持媒体の屈折率を整合させること
が望ましい。

【００２３】液晶含有粒子と支持媒質との混合物の厚
み、すなわち液晶素子の対向する基板の内側面間の厚み
は、多孔性粒子の粒径により多少異なるが、およそ１０
〜５０μｍの範囲が好ましい。また、上記混合物のうち
液晶含有粒子の容積比率を多くすることが、厳密に制御
された液晶素子を作製する上で好ましく、そのため多孔
性粒子の粒子径はできるだけ小さくすることが望まし
い。

【００２４】

【作用】本発明においては、多孔性粒子の孔に液晶物質
を保持させることとしたので、所望且つ均一な径を有す
る液晶粒子を得ることが可能である。加えて、上記多孔
性粒子は、多孔質ガラス粉体など耐光性および耐湿性に
優れた無機質材料であるため、それを用いた本発明の液
晶素子は、入射光による悪影響を受け得ず、また湿気の
ある環境での安定性にも優れる。したがって、長期間に
わたる継続的使用が可能である。

【００２５】さらに、上記多孔性粒子より作製された本
発明の液晶素子は、より低電圧での駆動が可能であり、
また透過率−電圧曲線が急峻となるため、ドットマトリ
クス駆動に有効である。

【００２６】またさらに、上記多孔性粒子より作製され
た本発明の液晶素子は、電界印加状態でより広い視野角
を得ることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づき
説明する。

【００２８】図１は、本発明により作製された液晶素子
の模式図であり、また図２は多孔性粒子の孔に液晶物質
が含浸される様子を示す概念図である。

【００２９】図２において、まず分級されて均一孔径を
有する多孔性粒子（５）をビーカー（７）中に入れる
（図２ａ）。続いて、前記多孔性粒子（５）を入れたビ
ーカー（７）に液晶物質（６）を注入して多孔性粒子
（５）を浸漬させる（図２ｂ）。その際、必要に応じて
攪拌や真空脱泡の手法を用いる。これにより、液晶物質
（６）は多孔性粒子（５）の孔中に含浸され、ほぼ球状
または他の曲線状表面に閉じ込められる。

【００３０】余分な液晶物質（６）を取り除き、多孔性
粒子の孔に液晶物質（６）を保持した液晶含有粒子
（３）のみを抽出する（図２ｃ）。さらに、この液晶含
有粒子（３）に前記多孔性粒子（５）の屈折率にほぼ整
合させた屈折率を有する支持媒質（４）を添加し（図２
ｄ）、液晶含有粒子（３）と支持媒質（４）とが充分に
混合分散するように攪拌する（図２ｅ）。

【００３１】この後、この液晶含有粒子（３）と支持媒
質（４）との混合物をドクターブレードを用いて予め透
明導電膜（２）が形成された基板（１）の透明導電膜
（２）面上に必要な厚みに塗布して乾燥させ、さらに透
明導電膜（２）側を内面側としてもう一方の基板（１）
で積層挟持させることにより、図１に示す液晶素子を得
る。

【００３２】（実施例１）孔径が１．０μｍで、粒子径
が１０μｍの屈折率ｎ＝１．４９７を有する多孔質ガラ
ス粉体（伊勢化学製）を使用して、液晶素子を作製し
た。

【００３３】まず、多孔質ガラス粉体を屈折率ｎｏ＝
１．４９７のネマチック液晶シアノビフェニルＥ２０１
（ＢＤＨ製）中に浸漬し、マグネット式攪拌機で１時間
攪拌した後、さらに２４時間放置した。その後、上澄み
の液晶物質を取り除き、多孔質ガラス粉体の孔に液晶物
質を保持した液晶含有粒子のみを抽出した。

【００３４】得られた液晶含有粒子に、支持媒質として
前記多孔質ガラス粉体の屈折率にほぼ整合させた屈折率
ｎｐ＝１．４８４を有する３０重量％のラテックス粒子
を含むアデカボンタイターＨＵＸ−２１２（旭電化工業
製）を、多孔質ガラス粉体と重量比１／１となるように
添加し、１５分間攪拌した。

【００３５】この液晶含有粒子と支持媒質との混合物
を、ドクターブレードを用いてインジウム錫酸化物（Ｉ
ＴＯ）膜が予め被覆された厚み１７５μｍのポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムのＩＴＯ膜面上に
塗布し乾燥させた。塗布乾燥後の厚みは、約２０μｍで
あった。混合物の乾燥の後、ＩＴＯ膜側が前記乾燥した
混合物に接するようにもう一方のＰＥＴフィルムで貼合
し、液晶素子を得た。

【００３６】作製された上記液晶素子のＩＴＯ膜間の混
合物は、その厚み方向に約二層の液晶含有粒子が形成さ
れ、最密充填に近い状態であった。また、その液晶含有
粒子相互間およびその粒子とＩＴＯ膜間との間隙も、支
持媒質で充たされていた。

【００３７】作製された液晶素子の対向するＩＴＯ膜間
に電圧を印加し、その時の平行透過率をヘイズメータ
（スガ試験機製）を用いて測定した。平行透過率と印加
電圧との関係は、図３（ａ）に示す曲線を示した。

【００３８】（実施例２）孔径が１．０μｍで粒子径が
１０μｍの多孔質ガラス粉体を使用して、液晶素子を作
製した。

【００３９】多孔質ガラス粉体をネマチック液晶シアノ
ビフェニルＥ２０１に浸漬し、マグネット式攪拌機で１
時間攪拌した後、０．１Ｔｏｒｒ以下の真空槽内に１時
間放置した。その後、液晶物質中に浸漬された多孔質ガ
ラス粉体を真空槽から取り出し、実施例１と同様の方法
にて液晶素子を作製した。

【００４０】（比較例１）特開昭６０−２５２６８７号
公報に記載されている方法、すなわちラテックスと液晶
物質とを攪拌混合してエマルジョンを形成し、予め透明
導電膜としてＩＴＯ膜が形成されたＰＥＴフィルムのＩ
ＴＯ膜面上にドクタープレートを用いて前記エマルジョ
ンを塗布乾燥させ、もう１枚のＩＴＯ膜付きＰＥＴフィ
ルムとで挟持して前記エマルジョン中に含まれる平均粒
子径が約１．０μｍのＮＣＡＰ液晶素子を作製した。そ
の素子の厚みは、約２０μｍであった。

【００４１】作製されたＮＣＡＰ液晶素子の対向するＩ
ＴＯ膜間に電圧を印加し、その時の平行透過率を前述の
ヘイズメータを用いて測定した。平行透過率と印加電圧
との関係を、実施例１による曲線と対比させて図３
（ｂ）に示す。

【００４２】図３から明らかなように、飽和電圧Ｖsat
は曲線（ａ）、（ｂ）でほぼ等しいにもかかわらず、そ
のしきい値電圧Ｖthは曲線（ａ）の方が高い。即ち、多
孔質ガラス粉体をマトリックスとした本発明による液晶
素子は、従来のＮＣＡＰ液晶素子に比べて良好な急峻性
γ＝Ｖsat／Ｖthを示し、より密度の高い表示に適して
いる。

【００４３】次に、本発明の多孔質ガラス粉体を使用し
て得られた液晶素子と、比較例によるＮＣＡＰ液晶素子
の透過率をそれぞれ測定した。この測定は、液晶素子面
に垂直な方向を基準とし、液晶素子面への入射角と透過
率との関係を液晶評価装置（大塚電子製）を用いて行っ
た。その結果を、それぞれ図４に示す。

【００４４】図４から明かなとおり、多孔質ガラス粉体
をマトリックスとした本発明の液晶素子（実線）は、Ｎ
ＣＡＰを用いた従来の液晶素子（破線）に比較して電界
印加時により広い視野角を有していることがわかる。

【００４５】以上、２枚の透明基板について説明した
が、両基板とも透明であることは必ずしも必要でない。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、多孔性粒子の孔に液晶
物質を保持させることとしたので、均一な径を有する液
晶含有粒子を得ることが可能である。加えて、上記多孔
性粒子は耐光性および耐湿性に優れた無機質材料である
ため、それを液晶粒子として用いた本発明の液晶素子
は、入射光による悪影響を受け得ず、また湿度のある環
境下での安定性にも優れる。したがって、長期間にわた
る継続的使用が可能である。

【００４７】さらに、実施例からも明かなとおり、従来
の方法で得られる液晶素子より低電圧で動作させること
が可能であり、急峻な印加電圧と透過率の関係が得ら
れ、より広い視野角が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により作製された液晶素子の断面図

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、本発
明により液晶物質が多孔性粒子内に含浸される手順を概
念的に示す図

【図３】本発明の液晶素子と従来の液晶素子との印
加電圧と平行透過率の関係を示すグラフ

【図４】本発明の液晶素子と従来の液晶素子との視
野角を比較したグラフ

【符号の説明】

（１）基板（２）透明導電膜（３）液晶含有粒子（４）支持媒質（５）多孔性粒子（６）液晶物質（７）ビーカー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明である一対の基板の
内側面にそれぞれ透明導電膜を配設し、多孔性粒子の孔
に液晶物質を保持させた多数の液晶含有粒子を前記透明
導電膜間に介在させることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記多数の液晶含有粒子相互の間隙および
この粒子と前記透明導電膜との間隙を、前記多孔性粒子
の屈折率にほぼ等しい屈折率を有する支持媒質で充たし
ている請求項１に記載の液晶粒子。
【請求項３】前記多孔性粒子が多孔質ガラス粉体からな
る請求項１、２に記載の液晶素子。
【請求項４】前記多孔性粒子がシラスバルーンである請
求項１、２に記載の液晶素子。