JPH06347771A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、確実なフェイルセイフ機能を
有し、しかも応答速度の速い液晶素子を提供する。 【構成】 液晶性高分子、液晶性または非液晶性の側鎖
を唯一つ有するオリゴマー、低分子の液晶材料、電解質
を含み、素子の使用温度領域でネマチック性を示す高分
子液晶／低分子液晶混合膜１を、一対の基材２で挟持し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＶ画面や一般ＯＡ機
器用、自動車等の表示パネル用、車載ナビゲーション用
等のディスプレイ画面、あるいは調光ガラス、自動車等
のサンルーフ等に使用される液晶素子と、その製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、高分子の骨格鎖に、柔軟な屈曲鎖
等を介して、液晶材料に相当する側鎖（側鎖液晶性基）
を結合した側鎖型液晶性高分子を、通常の低分子量の液
晶材料と混合して形成された、均一なスメクチック相を
示す高分子液晶／低分子液晶混合膜を、表面に電極層を
形成した、一定間隔に配置された一対の基材間に挟持し
てなる液晶素子が、九州大学の梶山千里教授らのグルー
プによって開発された（Chem. Lett., 1989, PP817-82
0）。

【０００３】この液晶素子の特徴は、電極間に低周波
（または直流）および高周波の電場を印加することによ
って、光散乱、光透過の２状態間のスイッチングを行え
ることと、スイッチング後に電場印加を停止した後も上
記光散乱、光透過の２状態を安定に保持するメモリー性
を有することである。以下にこの液晶素子の動作原理に
ついて詳述する。

【０００４】液晶素子の混合膜に、電極を介して低周波
または直流の電場を印加すると、当該膜内で電場に付随
してイオンが移動し、側鎖型液晶性高分子の主鎖に衝突
して、液晶の配列が乱される。このため入射光が散乱さ
れて液晶素子は不透明な白濁状態になる。一方、混合膜
に高周波の電場を印加すると、当該膜内の液晶分子が電
場方向にホメオトロピック配向して、入射光が散乱され
ずに透過できるようになり、液晶素子は透明な状態とな
る。

【０００５】またこの液晶素子では、混合膜材料がスメ
クチック相構造を形成するため、透明、白濁の両状態と
もに、電場印加停止後も安定に保持されるいわゆるメモ
リー性を有する（特開平４−２１７２９４号公報等参
照）。したがって上記高分子液晶／低分子液晶混合膜を
用いた液晶素子では、そのメモリー性のために、常時電
場を印加しておく必要はなくなるものの、白濁状態から
透明状態へのスイッチングに電場の印加が不可欠であ
る。

【０００６】近年、車載用の調光リヤウインドウやフロ
ントウインドウへの表示用素子として、液晶素子を使用
することが検討されている。このような用途に使用され
る液晶素子は、故障等の不測の事態によって電場が印加
されなくなった際に、ただちに透明状態に転換して運転
者の視界を確保するという、フェイルセイフ機能を備え
ている必要がある。

【０００７】たとえば、前記のようにメモリー性を有す
る混合膜を備えた液晶素子の場合には、混合膜が白濁状
態のときに電場が印加されなくなると運転者の視界が妨
げられて危険なので、フェイルセイフ機能を確保すべ
く、自動的にあるいは手動操作によって素子を透明に変
換させる機構を設ける必要がある。このため、上記メモ
リー性を有する混合膜を備えた液晶素子を、車載用の調
光リヤウインドウやフロントウインドウへの表示用素子
として使用した場合には、装置の構造が複雑になるとい
う問題がある。また上記の機構が素子の駆動系と同時に
故障した場合には、全く手の施しようがないという問題
もある。

【０００８】以上の事情に鑑みて本発明者らは、混合膜
を構成する高分子種、液晶種の選定を行い、かつ配合を
設計した。その結果、混合膜が素子の使用温度領域でネ
マチック性を示すようにすると、電場の印加を停止した
際に自動的に透明状態になる液晶素子が得られることを
見出した。本発明者らの検討によれば、素子の使用温度
領域でスメクチック性を示す混合膜は、前記のようにメ
モリー性を有するため、白濁状態で電場の印加が停止す
ると、そのまま白濁状態が維持されるため、何等かのフ
ェイルセイフ機構が必要となる。また弱いスメクチック
性を示す混合膜は、白濁状態で電場の印加が停止する
と、白濁でも透明でもない中間の光透過状態となり、依
然として何等かのフェイルセイフ機構を必要とする。

【０００９】これに対し、素子の使用温度領域で混合膜
がネマチック性を示すように、当該混合膜を構成する高
分子種、液晶種の選定を行いかつ配合を設計すると、電
場の印加を停止した際に自動的に透明状態になる液晶素
子が得られる。つまりネマチック性を示す混合膜は、電
極を介して低周波または直流の電場を印加すると、従来
の混合膜と同様に膜内で電場に付随してイオンが移動
し、液晶性高分子の主鎖に衝突して液晶の配列が乱され
るため、入射光が散乱されて白濁状態になるが、電場の
印加を停止すると、液晶の配向性のために膜内で液晶分
子が自然に配列して、入射光が散乱されずに透過できる
ようになり、自動的に透明状態に転換する、という機能
を有するものとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記ネマチック性を示
す高分子液晶／低分子液晶混合膜を用いた液晶素子は、
現状でも十分な応答速度が得られるが、とくに表示装置
等の分野で、表示の複雑化にともなって、透明から白濁
および白濁から透明への転換の応答速度のさらなる向上
が要求されるようになってきた。

【００１１】混合膜中の液晶性高分子の比率を下げる
か、または液晶性高分子の重合度（分子量）を下げるこ
とで混合膜の粘性を低下させれば、素子の応答速度が速
くなるように考えられるが、実際には、逆に応答速度、
とくに透明から白濁への転換の応答速度が極めて遅くな
るか、または全く転換しなくなるという問題が生じる。
この原因は、前記のように液晶性高分子の主鎖が、透明
から白濁への転換に関与しているためであると考えられ
る。つまり液晶性高分子の比率や重合度が低いと、電場
に付随して移動したイオンが液晶性高分子の主鎖に衝突
する確率が小さくなり、液晶配列の乱れが十分に起こら
ないため、透明から白濁への転換が悪化するのである。

【００１２】また、上記のように液晶性高分子の比率や
重合度を下げると、混合膜の自己支持性が低下するとい
う問題も生じる。主鎖を架橋した液晶性高分子を使用す
ると、架橋構造ゆえ混合膜の自己支持性の向上が可能に
なるとともに、イオンの衝突によって生じた液晶配列の
乱れが、架橋を通じて、混合膜の広範囲にわたって迅速
に伝わることから、応答性の改善が期待された。

【００１３】しかし液晶性高分子を架橋すると、その分
子量が大きくなって混合膜の粘性が高くなり、応答速度
が遅くなる場合があった。本発明は、以上の事情に鑑み
てなされたものであって、特別な機構を必要とせずによ
り簡単な構成で、しかも確実なフェイルセイフ機能を有
するとともに、応答速度の速い液晶素子を提供すること
を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するための、本発明の液晶素子は、素子の使用温度領
域でネマチック性を示す混合膜を構成する液晶性高分子
の一部を、主鎖の１個所のみに、側鎖として、柔軟なス
ペーサ部とメソゲン基とからなる液晶性基を結合したオ
リゴマー、および、主鎖の１個所のみに、側鎖として非
液晶性基を結合したオリゴマーのうちの少なくとも一方
で置き換えたことを特徴とする。

【００１５】混合膜の動作のうち透明から白濁への転換
においては、液晶性高分子の運動性がその速度を律し、
白濁から透明への転換は、液晶性基の配向性がその速度
を律している。液晶性高分子の一部を、より分子量が小
さくかつ液晶性基の数が少ない上記オリゴマー、または
分子量が小さくかつ液晶性基を全く有さないオリゴマー
で置き換えると、混合膜全体の平均分子量が下がり、ま
たその粘度も低くなることから、白濁→透明の転換時に
は、液晶性基が配向しやすくなって、その転換速度が向
上する。

【００１６】また上記両オリゴマーは、液晶性高分子と
同様に主鎖構造を有するため、単に液晶性高分子の比率
を下げたときのように、混合膜全体の主鎖濃度は低下し
ない。よって、イオンの主鎖への衝突頻度も低下しない
ので、透明→白濁の転換速度が低下するおそれはない。
のみならず、上記両オリゴマーは分子量が小さいので、
イオンの衝突が強く伝わって主鎖が乱れやすいことが予
想され、混合膜全体の粘度が低くなって、液晶性高分子
の主鎖が動きやすくなることと相俟って、透明→白濁の
転換速度は向上する可能性もある。

【００１７】また混合膜は液晶性高分子を混在している
ので、良好な白濁度を維持することができる。しかも上
記混合膜は、素子の使用温度でネマチック性を示すの
で、先に説明したように、電場の印加を停止すると自動
的に透明状態に転換する機能を有している。

【００１８】したがって上記混合膜を用いた本発明の液
晶素子は、特別な機構を必要とせずにより簡単な構成
で、確実なフェイルセイフ機能を発揮し、しかも高速応
答性を有するので、前述した車載用の調光リヤウインド
ウやフロントウインドウへの表示用素子として、好適に
使用できるという利点がある。また本発明の液晶素子
は、透明状態では全く電力を消費しないので、使用時間
の大部分が透明状態である車載用の防眩ミラーや、ある
いは調光窓、室内の間仕切りガラス等にも、経済性の点
で好適に使用することができる。また車載用の防眩ミラ
ーは、調光リヤウインドウ等と同様にフェイルセイフ機
能が要求されるので、安全性の観点からも、本発明の液
晶素子が好適に使用される。

【００１９】以下に本発明を説明する。本発明の液晶素
子は、少なくとも一方の表面に電極層を形成した、一定
の距離に配置された一対の基材間に、側鎖に唯一つの液
晶基あるいは非液晶基を有するオリゴマーと、液晶性高
分子と、低分子の液晶材料と、電解質とを含有し、かつ
素子の使用温度領域でネマチック性を示す高分子液晶／
低分子液晶混合膜を挟持することで構成される。

【００２０】上記両オリゴマーを構成する主鎖の化学構
造は任意でよいが、ある程度柔軟な構造を含むものが好
ましく、そのような例としては、これに限定されるもの
ではないが、たとえばポリエーテル鎖、ポリシロキサン
鎖、ポリオキセタン鎖、ポリアクリレート鎖、ポリメタ
クリレート鎖、ポリオキシエチレン鎖、ポリクロロアク
リレート鎖、ポリエステル鎖等があげられる。

【００２１】前者のオリゴマーは、上記主鎖の１個所の
みに、側鎖として、柔軟なスペーサ部とメソゲン基とか
らなる液晶性基を結合することで構成される。スペーサ
部としては、たとえばアルキレン鎖（メチレン鎖等）、
オキシアルキレン鎖、シロキサン鎖、エステル鎖、エー
テル鎖、オキセタン鎖、ブタジエン鎖等があげられ、メ
ソゲン基としては、通常の液晶材料のコア部の化学構造
に相当する従来公知の種々のメソゲン基を、任意に採用
することができる。

【００２２】一方、後者のオリゴマーは、上記主鎖の１
個所のみに、側鎖として、上記のような液晶性基以外の
非液晶性基を結合したこと以外は、その非液晶性基の種
類等について、任意の構成を選択することができる。上
記両オリゴマーの分子量は、液晶性高分子の分子量より
小さく、混合膜全体の平均分子量を下げることができる
範囲であればよく、その具体的な数値についてはとくに
限定されない。

【００２３】上記両オリゴマーと液晶性高分子との配合
割合についても、本発明ではとくに限定されないが、重
量比で（オリゴマー）／（液晶性高分子）＝１／９〜８
／２程度が好ましい。オリゴマーの割合が上記範囲より
少ないと、混合膜の粘性を下げる効果があまり得られ
ず、逆にオリゴマーの割合が上記範囲より多いと、混合
膜の白濁時の白濁度が不十分になるおそれがある。

【００２４】かかるオリゴマーはそれぞれ１種類を単独
で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また液
晶性基を有するオリゴマーと非液晶性基を有するオリゴ
マーを、それぞれ１種ずつまたはそれ以上併用すること
も可能である。上記両オリゴマーとともに混合膜を構成
する液晶性高分子としては、主鎖型あるいは側鎖型の種
々の液晶性高分子を使用することができるが、とくに高
分子の主鎖に、スペーサ部とメソゲン基とからなる側鎖
液晶性基をグラフトした側鎖型のものが好適に使用され
る。

【００２５】側鎖型液晶性高分子を構成する主鎖の化学
構造は任意でよいが、ある程度柔軟な構造を含むものが
好ましく、そのような例としては、これに限定されるも
のではないがたとえば、ポリオキセタン鎖、ポリシロキ
サン鎖、ポリメタクリレート鎖、ポリアクリレート鎖、
ポリオキシエチレン鎖、ポリクロロアクリレート鎖、ポ
リエステル鎖等があげられる。

【００２６】側鎖型液晶性高分子の側鎖液晶性基を構成
するスペーサ部およびメソゲン基としては、前記オリゴ
マーの説明中で例示したものなどが好適に使用される。
側鎖液晶性基のグラフト率は任意に設定される。液晶性
高分子の構造、平均分子量、分子量分布等の条件は、素
子の特性に重大な影響を及ぼすので、これらの条件は、
要求される素子の特性に合わせて適宜設定するのがよ
い。

【００２７】たとえば液晶性高分子は、架橋構造を有し
ていてもよい。架橋した液晶性高分子は、系全体の自己
保持性を高めるとともに、直流または低周波の電場を印
加した際に電解質の移動、衝突によって生じる液晶配列
の乱れを広範囲にわたって迅速に伝えるため、混合膜の
応答性を向上する。液晶性高分子の架橋は主鎖同士の間
で直接に行われても、あるいは適当な架橋剤を介して行
われてもよい。また側鎖型液晶性高分子の場合は、側鎖
液晶性基を介して主鎖同士が架橋してもよい。架橋のた
めの結合構造は、任意の化学結合（共有結合、イオン結
合、水素結合、配位結合等）でよい。

【００２８】また液晶性高分子は、たとえば分子量１０
０００以下程度のオリゴマーであってもよい（但しこの
オリゴマーは、とくに側鎖型である場合に、前記液晶性
基を側鎖に有するオリゴマーと区別される必要がある。
つまり液晶性高分子であるオリゴマーは、側鎖液晶性基
が１つしかないオリゴマーと違い、素子の白濁度を維持
するために、複数の側鎖液晶性基を有するものでなけれ
ばならない。）かかる液晶性高分子は、１種類を単独で
使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

【００２９】オリゴマーや液晶性高分子とともに混合膜
を構成する低分子の（ここでいう「低分子の」とは、液
晶性高分子のような主鎖構造、側鎖構造を有しないとい
うことを表し、決して分子量で規定しているのではな
い。）液晶材料としては、主鎖型あるいは側鎖型の液晶
性高分子を除外した、通常用いられる市販あるいは公知
で、かつ単成分もしくは複数成分からなる種々の液晶材
料を使用することができる。

【００３０】低分子の液晶材料の物性としては、屈折率
異方性Δｎが大きいものが好ましい。またとくに重要な
要素として、液晶性高分子と混合した際に、素子の使用
温度領域でネマチック性を示すことがあげられる。これ
により混合膜は、前述したように電極間に低周波または
直流の電場を印加すると白濁状態となり、電場の印加を
停止すると透明状態になる特性を示す。かかる液晶材料
は、１種類を単独で使用しても、２種以上を併用しても
よい。

【００３１】低分子の液晶材料の配合比率はとくに限定
されないが、全液晶中に占める低分子の液晶材料の割合
が２０〜９５重量％の範囲内であることが好ましく、６
０〜９０重量％の範囲内であることがより好ましい。低
分子の液晶材料の割合が上記範囲未満では、素子の応答
速度が遅くなるおそれがあり、逆に低分子の液晶材料の
割合が上記範囲を超えた場合には、主鎖にイオンが衝突
する確率が小さくなって、透明から白濁への転換が起こ
りにくくなるおそれがあるとともに、混合膜の自己支持
性が不十分となって、とくにフレキシブルな基材を用い
た屈曲性のある大面積の液晶素子を構成できなくなるお
それがある。

【００３２】混合膜には、微小量の電解質が配合され
る。電解質としては、液晶材料中に溶解するものであれ
ばいずれも使用することができ、たとえば一般式(1) ：

【００３３】

【化１】

【００３４】（式中Ｒ¹ ，Ｒ² ，Ｒ³ ，Ｒ⁴ は同一また
は異なって、直鎖のまたは分岐した炭素数１〜６のアル
キル基を示し、ＹｏはＦ、Cl、Br、Ｉ、ClＯ₄ 、Ｐ
Ｆ₄ 、ＢＦ ₄ 等を示す。）で表される４級アンモニウム
塩が好適なものとしてあげられる。電解質の添加量は、
混合膜の総量に対して０．０５〜１重量％程度が好まし
い。かかる電解質は、１種類を単独で使用しても、２種
以上を併用してもよい。

【００３５】上記各成分からなる混合膜には、表示をカ
ラー化するために、従来公知の各種２色性色素を配合す
ることもできる。また混合膜には、その特性を損なわな
い範囲で、各種添加物や非液晶性化合物等を混合して特
性を調整することもできる。また混合膜には、当該混合
膜を挟持する一対の基材間の間隔を一定に保つべく、シ
リカ製、ガラスファイバー製または樹脂製で、かつ粒
状、針状等の任意の形状のスペーサ材を混入、分散させ
ることもできる。スペーサ材の粒径は、所望する基材間
の距離（すなわち混合膜の膜厚）に合わせて設定され
る。スペーサ材の混合割合は、これに限定されるもので
はないが、液晶面積１mm² 当り１０〜３００個程度であ
るのが望ましい。

【００３６】混合膜の材料として使用される、上記各成
分からなる混合物は、液晶性高分子を含有しているので
比較的粘度が高く、このため、液晶の流動によってスペ
ーサ材が局在化するおそれがない。したがってスペーサ
材は混合膜中に均一に分散され、基材の間隔を一定に保
つために十分に作用する。混合膜の膜厚は、本発明では
とくに限定されないが、１〜３０μｍ程度であるのが、
素子のコントラストおよび駆動電圧等の点で好ましい。

【００３７】上記混合膜を挟持する一対の基材として
は、ガラス板等の、液晶素子の基材として従来より使用
されている種々の基材が使用可能であるが、重くかつ割
れやすいというガラス板の欠点を解消して、軽量でしか
も丈夫な素子を得るには、プラスチックフィルムやプラ
スチック板が、基材として好適に使用される。プラスチ
ックフィルムとしては、たとえば耐熱性、実用的強度、
光学的均一性などにすぐれたポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）フィルムやポリエーテルスルホン（ＰＥ
Ｓ）フィルム等があげられる。プラスチックフィルムの
厚みは、これに限定されるものではないが、５０〜５０
０μｍ程度が好ましい。

【００３８】プラスチック板としては、たとえば各種ア
クリル樹脂板、ポリカーボネート板、ポリスチレン板等
の、光学的特性にすぐれたプラスチック板が好適に使用
される。プラスチック板の厚みは、これに限定されるも
のではないが０．５〜３mm程度が好ましい。一対の基材
のうち少なくとも一方の表面には、混合膜に電場を印加
するための電極層が形成される。透過型の素子の場合、
電極層としては、ＩＴＯ（インジウム−チン−オキサイ
ド）やSnＯ₂ 等の透明導電材料からなる透明導電膜が好
適に使用される。透明導電膜は、真空蒸着法や反応性ス
パッタリング法により形成される他、上記透明導電材料
を含むインクを基材上に塗布あるいは印刷して形成する
こともできる。また本発明の液晶素子をデータ等の表示
に用いる場合、上記電極層には、エッチング等によって
所定の表示パターンを形成することもできる。

【００３９】本発明の液晶素子では、配向処理は必須の
要件ではないが、上記基材の、混合膜と接する最表面
（電極層を有する基材の場合は当該電極層の表面、電極
を有さない基材の場合は基材自身の表面）には、液晶の
配向を制御する配向処理を施すこともできる。前述した
ように混合膜の透明化は液晶の配向により発生するた
め、当該混合膜が白濁状態から透明状態へ変化する速度
や、透明状態での光透過率、透明状態での液晶の安定性
等の特性には基材の表面状態が大きく影響しており、混
合膜と接する基材の最表面に配向処理を施して、液晶の
配向を制御すると、上記の特性を向上できる可能性があ
る。

【００４０】たとえば本発明者らが、透明状態の混合膜
における液晶分子の状態を、オルソスコープを用いて観
察したところによると、洗浄済のＩＴＯ電極付きＰＥＳ
フィルムを基材として使用した素子では、液晶分子が基
材面に対してホメオトロピック配向していたが、ＩＴＯ
電極上にさらに水平配向性の高分子膜からなる液晶配向
膜を形成して、その表面をラビング処理したＰＥＳフィ
ルムを基材として使用した素子では、液晶分子がホモジ
ニアス配向しており、液晶配向膜により液晶の配向性を
制御できることが認められた。

【００４１】本発明の液晶素子において、液晶の配向は
基材面に対して水平、垂直のいずれでもよいので、基材
の最表面に施す配向処理の方向性は、混合膜を構成する
材料の特性を考慮して、適宜選択すればよい。基材表面
の配向処理方法としては、水平配向性の処理の場合、 基材の最表面に、SiＯ等を斜方蒸着する、 基材の最表面を１方向にラビング処理する、 基材の最表面に高分子からなる液晶配向膜を形成
し、その液晶配向膜の表面を１方向にラビング処理し
て、水平配向性を付与する、 １方向に延伸した高分子フィルムを貼付する、 等の方法があるが、とくにの液晶配向膜を形成してそ
の表面を１方向にラビング処理する方法が好適に採用さ
れる。また垂直配向性の配向処理としては、上記の方
法が用いられる他、基材の最表面に、高分子からなる垂
直配向性の液晶配向膜を形成する方法があげられる。こ
の場合、ラビング処理はとくに必要ではない。

【００４２】上記水平配向性または垂直配向性の液晶配
向膜としては、耐熱性、安定性、他の液晶表示方式での
使用実績等を考慮すると、ポリイミド系の高分子やその
誘導体、あるいはその共重合体の薄膜が好適に使用され
るが、混合膜材料との相性等を考慮して、ポリビニルア
ルコール等の他の高分子からなる薄膜を使用することも
できる。また素子の特性等を考慮すると、液晶配向膜を
構成する高分子材料は着色が少なく透明性にすぐれると
ともに、素子の電圧降下を少なくするために高誘電率で
あるのが望ましい。

【００４３】上記液晶配向膜は、高分子材料を適当な溶
媒に溶解または分散させた塗布液を、基材表面に塗布ま
たは印刷した後、溶媒を乾燥除去するか、または高分子
材料の硬化性のプレポリマーを、適当な溶媒に溶解また
は分散させた塗布液を基材表面に塗布または印刷して、
溶媒を乾燥除去するとともに、プレポリマーを硬化させ
ることにより形成される。液晶配向膜の膜厚はとくに限
定されないが、２０Å〜０．５μｍ程度がよい。液晶配
向膜の表面をラビング処理して水平配向性を付与する場
合には、従来同様に、適当な布地を使用すればよい。

【００４４】本発明の液晶素子においては、混合膜を挟
持する一対の基材のうち少なくとも一方の基材の外側
に、偏光板を配置してもよい。偏光板としては、フィル
ム状、板状等の種々の形状のものが使用でき、これらの
形状を有する市販品を使用するのが簡単でよい。上記本
発明の液晶素子は、従来公知の種々の製造方法により製
造することができる。たとえば基材として、フィルム等
の屈曲性のある基材を使用する場合には、図１(a)(b)に
示すように、上記各成分を適当な溶媒に溶解し、かつス
ペーサ材ｓを分散した後、乾燥して得たペースト状の混
合物１′を一方の基材２上に載置し、その上にもう一方
の基材２を重ねてラミネートロールｒ，ｒによってラミ
ネート処理することで高分子液晶／低分子液晶混合膜１
を形成する、いわゆるラミネート法が好適に採用され
る。

【００４５】またガラス基材や硬質プラスチック基材等
の従来同様の基材を使用する際には、一定距離に保持し
た一対の基材間に上記混合物を注入して、高分子液晶／
低分子液晶混合膜を形成する方法や、あるいは一方の基
材の表面に、上記各成分を適当な溶媒に溶解した塗布液
を塗布し、乾燥固化させて高分子液晶／低分子液晶混合
膜を形成した後、もう一方の基材を重ね合わる方法等が
採用される。前者において、混合物を基材間に注入する
方法としては、混合物を毛細管現象によって基材間に含
浸させる方法や、基材間の隙間を減圧状態にして混合物
を吸い込ませる方法等があげられる。これらの方法によ
り混合物を基材間に注入する際には、その注入をスムー
ズに行わせるために、混合物を加熱して粘度を低下させ
てもよい。また同時に基材を加熱してもよい。混合物お
よび基材の加熱温度はとくに限定されず、液晶性高分子
や高分子材料等が分解したり変質したりしない温度範囲
で、かつ注入がスムーズになる温度に加熱すればよい。

【００４６】また後者において、塗布液を基材の表面に
塗布する方法としては、バーコート法、スピンコート
法、スプレーコート法、ローラーコート法等の従来公知
の種々の塗布方法が採用できる。上記各製造方法で製造
された液晶素子はそのままの状態でも十分に使用可能で
あるが、製造後の任意の段階で、混合物の等方相転移温
度以上に昇温した後室温まで冷却するアニール処理を行
って、液晶の均一性をより一層向上させることもでき
る。

【００４７】以上詳述したように本発明の液晶素子の特
徴は、液晶性高分子と、液晶性または非液晶性の側鎖を
唯一つ有するオリゴマーと、低分子の液晶材料と、電解
質とが均一な相をなし、かつ素子の使用温度領域でネマ
チック性を示す混合膜により、液晶層が構成される点に
ある。当該本発明の液晶素子においては、混合膜に印加
された電場に付随して移動したイオンが、液晶性高分子
やオリゴマーの主鎖に衝突することで、液晶の配列が乱
されて白濁状態になり、電場の印加を停止すると、液晶
の配向性のために膜内で液晶分子が自然に配列して自動
的に透明状態に転換する、という混合膜の動作機構から
判るように、液晶性高分子、オリゴマー、低分子の液晶
材料および電解質の四つが、混合膜を構成するための必
須の成分である。

【００４８】上記本発明の液晶素子に類似した技術とし
て、負の誘電率異方性を示す低分子量のネマチック液晶
に電解質を溶解したものを、当該ネマチック液晶がホモ
ジニアス配向するように表面を配向処理した一対の電極
付き基材で挟持した、動的散乱モードの液晶素子が知ら
れている。しかしこの動的散乱モードの液晶素子は、 液晶性高分子およびオリゴマーを用いず、 基材表面の配向処理が必須の要件であり、 ネマチック液晶が負の誘電率異方性を示す必要があ
る、 という点で、 ′液晶性高分子およびオリゴマーを必須の要件とし、 ′基材表面の配向処理が必須の要件ではなく、 ′ネマチック液晶は正負何れの誘電率異方性を示すも
のでもよい、 本発明の液晶素子とは、全く異なるものである。

【００４９】また他の類似技術として、スポンジ状の多
孔構造を有する透明体マトリクス（高分子等）からなる
担体膜の連続した孔内に、液晶材料が充填された構造、
あるいは透明体マトリクスからなる担体中に、液晶材料
が粒状に分散した構造の複合膜を、一対の透明電極で挟
持した高分子／液晶複合膜型素子（Chem.Lett., 1989,
PP813-816 ）や高分子分散型液晶（ＰＬＤＣ、特表昭６
３−５０１５１２号公報）、カプセル型液晶（ＮＣＡ
Ｐ、特公平３−５２８４３号公報）等が知られている。

【００５０】しかしながら上記各液晶素子はいずれも、
透明体マトリクスである高分子と液晶材料とが相分離を
生じ、それによって光散乱状態を作り出している、相分
離型の液晶素子である。これに対し本発明の液晶素子
は、液晶性高分子とオリゴマーと低分子の液晶材料と電
解質とが均一な相をなし、かつ液晶性高分子およびオリ
ゴマーの乱れにより光散乱状態を生じる非相分離型の液
晶素子であるから、上記相分離型の液晶素子とも、全く
異なるものである。

【００５１】また上記相分離型の液晶素子は、電場を印
加していない状態では、液晶分子が透明体マトリクスと
の界面の形状的な規制（界面作用）を受けてランダムな
状態となるため、入射光が散乱されて白濁状態となり、
電場を印加すると、その電場の大きさに応じて、正の誘
電率異方性（Δε）をもつ液晶分子が電場方向に配向し
て配列の乱れが解消されるため、光の透過率が上昇して
透明状態となる。このため、これら相分離型の液晶素子
を、先に述べた車載用の調光リヤウインドウやフロント
ウインドウへの表示用素子として使用する場合には、フ
ェイルセイフのための機構が必要となる。

【００５２】これに対し、本発明の液晶素子は、電場印
加時に白濁、非印加時に透明となるためフェイルセイフ
のための機構は全く不要で、上記の用途に簡便に使用す
ることができ、この点でも、上記相分離型の液晶素子と
は、全く異なるものである。なお本発明の液晶素子は、
混合膜を構成する成分のうち液晶性高分子の一部が前記
のオリゴマーによって置き換えられていることと、混合
膜が素子の使用温度領域でネマチック性を示すこと以外
の構成についてはとくに限定されない。たとえば一方の
基材の裏面に反射膜を設ける等して反射型の素子とする
など、本発明の要旨を変更しない範囲で、従来の液晶素
子と同様な、種々の設計変更を施すことができる。

【００５３】

【実施例】以下に本発明を、実施例、比較例に基づき説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１ 下記反応式中に式(3) で表される１，５−ジブロモペン
タンの１４０ミリモルを、４５mlのヘキサンに溶解した
溶液を反応容器に入れ、そこへ式(2) で表されるジエチ
リンの４５ミリモルを加えた。つぎに、０．７５モルの
水酸化ナトリウムを６０mlの蒸留水に溶かした溶液を、
反応容器中にゆっくり滴下した後、攪拌下、還流しつつ
８０℃で２４時間反応させた。反応終了後、反応液に蒸
留水を加えてヘキサン相から未反応成分を抽出除去し、
さらにヘキサン相を濃縮後、減圧蒸留して中間生成物を
得た。

【００５４】得られた中間生成物を、赤外分光分析法
（ＩＲ法）により分析したところ、図２の結果が得ら
れ、式(4) で表される構造を有することが確認された。

【００５５】

【化２】

【００５６】つぎに、上記反応生成物２０．２ミリモル
を、溶媒としてのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５ml
に溶解して、窒素置換した反応容器に入れた。そして、
下記反応式中に式(5) で表される４−シアノ−４′−ヒ
ドロキシビフェニルの１４．４ミリモルを、５mlのＤＭ
Ｆに溶解した溶液を、上記反応容器中にゆっくり滴下し
た後、室温で３０分間攪拌し、さらに６０℃で３０分間
攪拌した。つぎに、１９ミリモルのNaＨを１５mlのＤＭ
Ｆに溶解した溶液を、上記反応容器中にゆっくり滴下し
た後、６０℃で１５時間攪拌して反応させた。反応終了
後、反応液に蒸留水とクロロホルムを加えて、クロロホ
ルム相から未反応成分を抽出除去し、さらにクロロホル
ム相を濃縮後、ヘキサンとジエチルエーテルの混合物
（重量比１：１）を移動相用溶媒として使用して、カラ
ムクロマトグラフ法による分離精製を行い、目的物であ
るオリゴマーを得た。

【００５７】得られたオリゴマーを、ＩＲ法により分析
したところ、図３の結果が得られ、式(6) で表される構
造を有することが確認された。

【００５８】

【化３】

【００５９】＊液晶素子の作製 上記オリゴマーの製造で得られたオリゴマー５重量部
を、下記式(7) ：

【００６０】

【化４】

【００６１】で表される繰り返し単位を有する側鎖型液
晶性高分子（重量平均分子量Ｍ_w ＝１００００）１５重
量部、低分子の液晶材料（メルクジャパン社製の品番Ｅ
６３）８０重量部、ならびに、上記両液晶材料の総量に
対して０．０５重量％の、電解質としてのテトラエチル
アンモニウムブロマイドとともに攪拌混合して混合物を
製造した。

【００６２】次いで、表面にＩＴＯ膜が形成されたガラ
ス板を、フィルム状のスペーサを用いて２０μｍの間隔
に保持し、そこへ、上記の混合物を１００℃に加熱しつ
つ、毛細管現象によって注入した後、室温まで徐冷して
液晶素子を作製した。実施例２ 上記オリゴマーの配合量を１０重量部、液晶性高分子の
配合量を１０重量部に変更したこと以外は、上記実施例
１と同様にして液晶素子を作製した。

【００６３】実施例３ 上記オリゴマーに代えて、下記式(8) ：

【００６４】

【化５】

【００６５】〔式中Ｒはアルキル基である。〕で表され
るオリゴマー（信越化学社製の品番ＫＦ６１８）１５重
量部を使用したこと以外は、上記実施例１と同様にして
液晶素子を作製した。比較例１ オリゴマーを配合せず、液晶性高分子の配合量を２０重
量部に変更したこと以外は、上記実施例１と同様にして
液晶素子を作製した。

【００６６】評価試験 上記各実施例、比較例の液晶素子の一対のＩＴＯ膜間
に、表１に示す電圧の直流電場を印加した時の、透過光
強度の変化をHe−Neレーザを用いて観察し、当該He−Ne
レーザ光（波長６３３nm）の透過率変化が９０％から１
０％に減衰するのに要した時間を白濁化応答速度ｔ_ON、
電場の印加を停止した時に、上記He−Neレーザ光の透過
率変化が１０％から９０％に到達するのに要した時間を
透明化応答速度ｔ_OFF とした。また白濁時の白濁度を目
視にて観察した。

【００６７】液晶相観察 各実施例、比較例の素子を等方相転移温度以上に加熱し
たのち徐冷し、素子が室温まで冷却される過程での液晶
相の様子を、オルソスコープを用いて観察して、室温で
の液晶相を確認した。以上の結果を表１に示す。

【００６８】

【表１】

【００６９】上記表１にみるように、ネマチック性を示
す混合膜を構成する液晶性高分子の一部を、液晶性また
は非液晶性の側鎖を唯一つ有するオリゴマーで置き換え
た各実施例の液晶素子は、置き換えていない比較例に比
べて、透明化応答速度ｔ_OFFが速くなっている。一方、
白濁化応答速度ｔ_ONについてみると、各実施例の素子
は、比較例にくらべてほぼ同等かあるいは僅かに速くな
っており、白濁度が良好なことと併せ考えると、白濁化
応答は悪化していない。

【００７０】つまり上記各実施例の液晶素子は、比較例
に比べて、白濁化応答を悪化させることなく、透明化応
答速度を向上できたものといえる。

【００７１】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明の液晶素子
は、電場の印加時に白濁状態、非印加時に透明状態とな
るものであるため、特別なフェイルセイフ機構を必要と
せずにより簡単な構成で、しかも確実なフェイルセイフ
機能を有しており、とくに車載用の調光リヤウインドウ
やフロントウインドウへの表示用素子として好適に使用
できる。

【００７２】しかも本発明の液晶素子は、混合膜を構成
する液晶性高分子の一部を、白濁時の白濁度を維持しつ
つ混合膜全体の粘性を下げる機能を有する特定構造のオ
リゴマーで置き換えたものゆえ、応答速度が飛躍的に向
上し応答性にすぐれている。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図(a)(b)は、本発明の液晶素子をラミネート
法により製造する工程を説明する図である。

【図２】本発明の実施例１においてオリゴマーを合成す
る過程で生成した中間生成物の、赤外分光分析結果を示
すグラフである。

【図３】本発明の実施例１において合成したオリゴマー
の、赤外分光分析結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 高分子液晶／低分子液晶混合膜 ２ 基材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏木 亨 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方の表面に電極層を形成し
   た、一定の距離に配置された一対の基材間に液晶層を挟
   持してなり、上記液晶層が、液晶性高分子、低分子の液
   晶材料および電解質を含有し、かつ素子の使用温度領域
   でネマチック性を示す混合膜である液晶素子において、
   上記液晶性高分子の一部を、主鎖の１個所のみに、側鎖
   として、柔軟なスペーサ部とメソゲン基とからなる液晶
   性基を結合したオリゴマー、および、主鎖の１個所のみ
   に、側鎖として非液晶性基を結合したオリゴマーのうち
   の少なくとも一方で置き換えたことを特徴とする液晶素
   子。