JPH085995A

JPH085995A - 液晶光学素子

Info

Publication number: JPH085995A
Application number: JP6138787A
Authority: JP
Inventors: Masao Yamamoto; 雅夫山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶光学素子に重合開始剤の光吸収領域の光
を遮断する手段を設けたことにより、高分子分散型液晶
の劣化を抑制し、信頼性の高い液晶光学素子を提供す
る。【構成】透明電極１５を有する上下一対の基板１１、
１２をスペーサ兼シール樹脂１７を介して貼り合わせ作
製した空セルに、液晶１３と未重合の重合性材料１４を
用いて作製した高分子分散型液晶樹脂を挟持した液晶光
学素子を作製する。この液晶光学素子に重合開始剤の光
吸収を遮断できる手段１６を備え付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶が高分子樹脂マト
リクス中に分散保持された高分子分散型液晶を用いた液
晶光学素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶分子の屈折率とほぼ同じ屈折
率を有する高分子に、ネマチック液晶を分散保持させた
高分子分散型液晶を、電極を有する上下一対の基板間に
挟み込み、電界の有無により、液晶の屈折率を変化さ
せ、散乱状態と透過状態とを切り換える液晶光学素子が
多く提案されている（例えば特表昭５８−５０１６３１
号公報、特開昭６０−２５２６８７号公報、特表昭６１
−５０２１２８号公報）。図２（ａ）（ｂ）は、この液
晶光学素子の表示原理を示す概略図である。電圧無印加
状態（図２（ａ））では、液晶２４の分子軸がランダム
な方向を向くため液晶領域の屈折率が周囲の高分子層２
５の屈折率と異なり、液晶光学素子に入った入射光２２
は散乱光２３となり、その結果、散乱状態が得られる。
一方、透明電極層２１に電界を印加すると（図２
（ｂ））、液晶２４の分子軸が電界方向に配列し、基板
に垂直に入射した光に対しては、液晶領域の屈折率が周
囲の高分子層２５の屈折率とほぼ一致するため、光の散
乱が生じず透過光２６となり、その結果、透過状態が得
られる。

【０００３】この高分子分散型液晶を用いた液晶光学素
子は、光の散乱を利用するため、偏光板を使用する必要
がなく、従来のツイステッドネマチック（ＴＮ）型の液
晶光学素子のように、直線偏光を得るために、偏光板が
必要な液晶光学素子に比べ、画面が明るく、視野角の広
い表示が可能になる。さらに、従来のＴＮ型等の液晶光
学素子は、配向処理や上下基板間隔を正確に制御する必
要があり、大面積の表示に関しては、表示むらが出易い
という課題を有していたが、高分子分散型液晶を用いた
液晶光学素子は、配向処理が不要で基板間隔の制御も厳
密でなく、大面積の液晶光学素子も容易に作製できると
いう特徴を有する。

【０００４】高分子分散型液晶の製造法には、高分子と
液晶を共通の溶媒に溶解し、基板上にキャストする溶媒
キャスト法（J.Membrance Sci.,vol.11,p.39-52,Jan.,1
982)、高分子多孔質膜の空孔中に、液晶を含浸させる含
浸法（Applied physics Letters,vol.48,no.1,p22-24,J
an.1982)、高分子の水溶液に液晶を乳化、分散させてキ
ャストする乳化法(SID Int.Symp.Dig.Tech.,vol.16.p6
8,1985)、液晶と重合性モノマーの均一溶液を作り、こ
れを重合によって相分離し、相分離構造を形成する重合
法（Applied physics Letters,vol.48,no.4,p269-271,J
an.1985)等がある。これらの製造法のうち、含浸法は、
工業的に応用した例は少ない。乳化法、溶媒キャスト
法、重合法は、応用例はあるが、高分子分散型液晶を液
晶光学素子等のディスプレイ用に応用する場合、高分子
分散型液晶を電極を有する基板上に形成し、精密に上下
一対の基板の位置を合わせる必要があり、分散溶媒であ
る水や溶剤を基板上で揮発する必要のある乳化法、溶媒
キャスト法では、基板の貼り合わせが困難である。従っ
て、ディスプレイに応用する際には、溶媒を必要としな
い重合法が適しており、特に、重合時間が短く、製造が
極めて簡単に行える光重合法がよく用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、重合法
によって作製した高分子分散型液晶では重合が十分でな
く、未重合の低分子量モノマーや未反応の重合開始剤が
その内部に残存する場合がしばしば起こる。これら物質
の残存は液晶光学素子の電荷保持特性に悪影響を及ぼす
が、特に未反応の重合開始剤は、光源等からの光によっ
て種々の活性なラジカル種を発生させる。この様にして
発生したラジカル種は液晶材料やポリマー材料の劣化反
応が誘発し、液晶光学素子の表示性能を著しく悪化させ
るという問題があった。

【０００６】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、高分子分散型液晶の劣化を抑制し、信頼性の高い液
晶光学素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の液晶光学素子は、液晶材料と重合性樹脂材
料及び重合開始剤を含む組成物を用い、重合法により作
製した高分子樹脂マトリクス中に分散保持された高分子
分散型液晶を用いた液晶光学素子であって、前記液晶光
学素子に前記重合開始剤の光吸収領域の光を遮断する手
段を設けたことを特徴とする。

【０００８】前記構成においては、光遮断手段が、高分
子分散型液晶を挟持する２枚の透明基板の外側に配置さ
れ、かつ透明プレートであることが好ましい。前記構成
においては、透明プレートが、ガラスまたは樹脂フィル
ムであることが好ましい。

【０００９】また本発明の液晶光学素子は、液晶と重合
性樹脂材料及び重合開始剤からなる組成物を、少なくと
も一方が透明な電極層を有する一対の基板間に挟持し、
光あるいは熱等により重合を行い作製した液晶光学素子
に、前記重合開始剤の光吸収波長領域の光を遮断する手
段を備え付けた液晶光学素子であることが好ましい。

【００１０】

【作用】前記本発明の液晶光学素子の構成によれば、液
晶材料と重合性樹脂材料及び重合開始剤を含む組成物を
用い、重合法により作製した高分子樹脂マトリクス中に
分散保持された高分子分散型液晶を用いた液晶光学素子
であって、前記液晶光学素子に前記重合開始剤の光吸収
領域の光を遮断する手段を設けたことにより、高分子分
散型液晶の劣化を抑制し、信頼性の高い液晶光学素子を
実現できる。すなわち、重合後に高分子分散型液晶中に
残存した重合開始剤の光吸収を抑えることが可能にな
り、その結果、重合開始剤の光吸収によるラジカル種の
発生は抑制される。従って液晶材料やポリマー材料の劣
化も抑えることができ、液晶光学素子は長期にわたり安
定な表示性能を示す。

【００１１】前記において、光遮断手段が、高分子分散
型液晶を挟持する２枚の透明基板の外側に配置され、か
つ透明プレートであると、従来の素子の構成を大きく変
更することなく、しかも見やすいものとなる。

【００１２】前記において、透明プレートが、ガラスま
たは樹脂フィルムであると、実用的である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例の液晶光学素子につ
いて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例
の液晶表示素子の概略を示す図である。インジウム・錫
酸化物よりなる透明電極１５を形成した上下一対の透明
基板１１、１２を用意し、スペーサ兼シール樹脂１７を
介して貼り合わせ、空セルを完成した。その後、空セル
の開口部より液晶１３と重合開始剤を含む未重合の重合
性樹脂材料１４を加熱、撹拌した均一溶液を注入した。
注入後、開口部を封止し、紫外線または熱により樹脂を
重合させ、いわゆる高分子分散型液晶からなる液晶セル
を作製した。このように作製した液晶セルに、紫外線カ
ットフィルター等の重合開始剤の光吸収を抑える手段１
６を具備した。

【００１４】以下、具体的実施例をあげさらに詳しく説
明する。（実施例１）インジウム・錫酸化物よりなる透明電極を
形成したガラスを２枚用意し、前記透明電極が内面を向
くように配置し、図３（ａ）（ｂ）に示すようにその片
方の支持板（例えば下側基板３２）の表面にスペーサ兼
シール樹脂３３として直径１３μｍのガラス繊維を分散
した酸無水物硬化型エポキシ樹脂を２辺のみ辺の中央に
約５ｍｍの幅を残して他の周辺に０．２ｍｍ幅で印刷し
た。前記エポキシ樹脂が存在しない部分を開口部３４と
呼ぶ。上側基板３１と下側基板３２を対向させた状態で
加圧し、１４０℃で４時間加熱して硬化接着し、空セル
を完成した。次に、液晶材料として、メルク（株）製の
フッ素系液晶（商品名：ＺＬＩ４７９２）を８．２００
ｇ、高分子形成モノマーとして、２−エチルヘキシルア
クリレートを０．９５４ｇ、オリゴマーとしてポリウレ
タンアクリレートを０．８０８ｇ、光重合開始剤として
ベンジルジメチルケタール（日本化薬（株）製）を０．
０３８ｇを用意し、、上記した成分から成る組成物を５
０℃で十分撹拌し、液晶と重合性樹脂材料の均一溶液を
調整した。図４〜図７に本実施例で使用したＺＬＩ４７
９２、モノマー材料、オリゴマー材料及びベンジルジメ
チルケタールの光吸収スペクトルをを示す。これらの光
吸収スペクトルはセルギャップ１３μｍの石英セルを用
いて測定した。

【００１５】さらに、この均一溶液を５０℃で上記した
製造法により作製した空セルに、その開口部３４から注
入し、その後開口部３４をエポキシ樹脂で封止した後、
５０℃で紫外線（２４．５ｍＷ／ｃｍ²）を１０秒照射
し、高分子分散型液晶からなる液晶セルを作製した（以
下液晶セルＡとする）。

【００１６】次に、液晶セルＡの両表示面に、図８に示
した光透過特性を有する紫外線カットフィルター（東芝
色ガラスフィルター：商品名Ｙ−４３）をガラス面に接
して備え付け、目的とする液晶光学素子（以下液晶光学
素子Ａとする）を完成した。こうして完成した液晶光学
素子Ａの信頼性試験として、図９に示す分光特性を有す
るキセノンランプ（出力６ｋＷ，放射照度６１０Ｗ／ｍ
²）を用いた光暴露試験を行った。ガラス基板の表面温
度は約６０℃で試験を行った。

【００１７】液晶光学素子Ａの特性評価は、フレーム周
期３０Ｈｚ、電圧±５Ｖ，ＯＮ時間６０μｓｅｃの矩形
波を液晶光学素子に印加したときの電荷の保持特性の経
時変化を指標にして調べた。電荷の保持特性は、電荷保
持率として定量化し、ＯＮ時間内に蓄積された電荷が、
その後フレーム期間に渡り変化が全く起こらないものを
電荷保持率１００％とした。液晶光学素子の性能の劣化
により、電荷の保持特性が悪くなるに従って、電荷保持
率は徐々に低下する。電荷保持率の測定温度は４０℃で
行った。この結果を（表１）に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１から、明らかな通り、本実施例の液晶
光学素子Ａの電荷保持率は９３．０％と非常に高い値を
示し、キセノンランプ１０００時間暴露後も、暴露前の
電荷保持率とほとんど変化無く、液晶光学素子の性能は
劣化していないことが確認できた。

【００２０】（比較例１）実施例１記載と同種、同量の
液晶、モノマー、オリゴマー及び重合開始剤を使用し、
実施例１と同様の操作により高分子分散型液晶からなる
液晶光学素子を完成した。この液晶光学素子には、紫外
線カットフィルターは備え付けていない（以下液晶光学
素子Ｂとする）。この液晶光学素子Ｂについて、実施例
１に記載した同様の光暴露試験を行った。その結果を表
１に示すが、暴露時間が５時間で、すでに電荷保持率が
暴露前の約５０％に低下し、液晶光学素子の性能は大き
く劣化していることがわかる。

【００２１】（比較例２）実施例１記載と同種、同量の
液晶、モノマー、オリゴマー及び光重合開始剤を使用
し、実施例１と同様の操作により高分子分散型液晶から
なる液晶光学素子を作製した。この液晶光学素子には紫
外線カットフィルター（東芝色ガラスフィルター：商品
名ＵＶ−３１）を備え付けた（以下液晶表示素子Ｃとす
る）。ＵＶ３１の光透過特性を図１０に示す。図１０か
らわかるようにＵＶ−３１では、実施例１記載の液晶光
学素子（液晶光学素子Ａ）に設けた紫外線カットフィル
ターＹ−４３に比べ紫外線の透過量が多く、重合開始剤
の光吸収の遮断は不十分である。この液晶光学素子Ｃに
ついて、実施例１に記載した同様の光暴露試験を行っ
た。その結果を表１に示すが、暴露時間が５時間で、電
荷保持率の低下が始まり、さらに２４時間で暴露前の約
５０％に低下し、液晶光学素子の性能は大きく劣化して
いることがわかる。

【００２２】（実施例２）液晶材料、高分子形成モノマ
ー及びオリゴマー材料は実施例１と同じ材料を用い、各
成分の混合量は同じにして重合開始剤のみを２，４−ジ
エチルチオキサントンに代え、実施例１に記載した同様
の操作で液晶セル（液晶セルＤとする）を完成した。
２，４−ジエチルチオキサントンの光吸収スペクトルは
図１１に示すように４２０ｎｍまでテイルを引いてい
る。

【００２３】次に液晶セルＤの両表示面に４２０ｎｍ以
下の波長の光をカットできる図１３に示した光透過特性
を有する紫外線カットフィルター（東芝色ガラスフィル
ター：商品名Ｙ−４５）をガラス面に接して備え付け、
目的とする液晶光学素子（以下液晶光学素子Ｄとする）
を完成した。

【００２４】この液晶光学素子について実施例１に記載
した同様の光暴露試験を行った。この結果を（表２）に
示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から明らかな通り、液晶光学素子Ｄの
電圧保持率はキセノンランプ１０００時間暴露後も暴露
前の電圧保持率と殆ど変化無く、液晶光学素子の性能は
劣化していないことがわかる。

【００２７】（比較例３）実施例２記載と同種、同量の
液晶、モノマー、オリゴマー及び光重合開始剤を使用
し、実施例１と同様の操作により高分子分散型液晶から
なる液晶光学素子を作製した。この液晶光学素子には紫
外線カットフィルター（東芝色ガラスフィルター：商品
名Ｙ−４４）を備え付けた（以下液晶表示素子Ｅとす
る）。Ｙ−４４の光透過特性を図１２に示す。図１２か
らわかるようにＹ−４４では、液晶材料やモノマー及び
オリゴマー材料の光吸収は抑えることはできるが重合開
始剤の光吸収の遮断は不十分である。

【００２８】この液晶光学素子Ｅについて、実施例１に
記載した同様の光暴露試験を行った。その結果を表２に
示すが、暴露時間が５時間で、電荷保持率の低下が始ま
り、さらに２４時間で暴露前の約５０％に低下し、液晶
光学素子の性能は大きく劣化していることがわかる。

【００２９】（比較例４）実施例２記載と同種、同量の
液晶、モノマー、オリゴマー及び光重合開始剤を使用
し、実施例１と同様の操作により高分子分散型液晶から
なる液晶光学素子を作製した。この液晶光学素子には図
８に示す光透過特性を有する紫外線カットフィルター
（東芝色ガラスフィルター：商品名Ｙ−４３）を備え付
けた（以下液晶表示素子Ｆとする）。

【００３０】図８からわかるようにＹ−４３では、液晶
材料やモノマー及びオリゴマー材料の光吸収は抑えるこ
とはできるが重合開始剤の光吸収の遮断は不十分であ
り、また液晶光学素子Ｅに設けた紫外線カットフィルタ
ーＹ−４４より紫外線の透過量は多い。

【００３１】この液晶光学素子Ｆについて、実施例１に
記載した同様の光暴露試験を行った。その結果を（表
２）に示すが、暴露時間が５時間で、電荷保持率の低下
が始まり、さらに２４時間で暴露前の約５０％に低下
し、液晶光学素子の性能は大きく劣化しており、更に劣
化の程度は比較例３の液晶光学素子Ｅより大きいことが
わかる。

【００３２】上記した実施例及び比較例から、重合法で
作製した高分子分散型液晶を用いた液晶光学素子の信頼
性には重合終了後に高分子分散型液晶中に残存した重合
開始剤の光吸収が大きく関係しており、液晶光学素子の
信頼性向上には、いかに重合終了後に、重合開始剤の光
吸収を遮断するかが重要であることがわかる。液晶光学
素子に重合開始剤の光吸収を抑えることのできる紫外線
カットフィルターを設けた本発明の液晶光学素子は有効
な手段となる。尚、使用する液晶材料は上記したフッ素
系のＺＬＩ４７９２に限定されるものでなく、シアノ系
やクロル系等種々のネマチック液晶等が利用できる。高
分子分散型液晶中の液晶割合も本実施例の８２重量％に
限定されるものでない。高分子形成モノマー材料、オリ
ゴマー材料としては、今回使用したアクリル系のモノマ
ー、ウレタン系のオリゴマーに限定されるものでなく、
一般に市販されているアクリル系、ウレタン系以外の市
販品でも応用が可能である。

【００３３】また、光重合開始剤もベンジルジメチルケ
タールや２，４ジエチルチオキサントンに限定されるも
のでなく、メルク（株）製のダロキュア１１７３、ダロ
キュア１１１６やチバガイキー（株）製のイルガキュア
６５１等でもよい。

【００３４】本実施例では光重合性の樹脂を用いている
が、これに限定されるものでなく熱重合性樹脂であって
もよい。紫外線カットフィルターは本実施例で使用した
ものに限定されるものでなく、使用する重合開始剤の光
吸収に合ったものを適宜選択して使用できる。また、ガ
ラス基板の代わりに、紫外線吸収剤を予め含有したフィ
ルム基板を用いても同様の効果が実現できる。これらの
基板は実施例に示したように、液晶光学素子のガラス基
板に接して配置してもよいし、それ以外にガラス基板と
の間に間隔をおいて配置してもよい。

【００３５】上述したように、高分子分散型液晶を利用
した液晶光学素子の信頼性には重合終了後に高分子分散
型液晶中に残存した重合開始剤の光吸収が関係してお
り、液晶光学素子に重合開始剤の光吸収を遮断できる手
段を備えることで、液晶光学素子の信頼性を大幅に向上
することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の液晶光学素
子は、液晶材料と重合性樹脂材料及び重合開始剤を含む
組成物を用い、重合法により作製した高分子樹脂マトリ
クス中に分散保持された高分子分散型液晶を用いた液晶
光学素子であって、前記液晶光学素子に前記重合開始剤
の光吸収領域の光を遮断する手段を設けたことにより、
高分子分散型液晶の劣化を抑制し、信頼性の高い液晶光
学素子を実現できる。すなわち、重合後に高分子分散型
液晶中に残存した重合開始剤の光吸収を抑えることが可
能になり、その結果、重合開始剤の光吸収によるラジカ
ル種の発生は抑制される。従って液晶材料やポリマー材
料の劣化も抑えることができ、液晶光学素子は長期にわ
たり安定な表示性能を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶光学素子の一実施例の構成を示す
断面図である。

【図２】高分子分散型液晶を用いて作製した液晶光学素
子の表示原理を示す概略図である。

【図３】（ａ）は本発明の液晶光学素子の一実施例の平
面図、（ｂ）は断面図である。

【図４】実施例１に記載した、液晶材料（ＺＬＩ４７９
２）の光吸収スペクトルを示す図である。

【図５】実施例１に記載した、モノマー材料の光吸収ス
ペクトルを示す図である。

【図６】実施例１に記載した、オリゴマー材料の光吸収
スペクトルを示す図である。

【図７】実施例１に記載した、重合開始剤（ベンジルジ
メチルケタール）の光吸収スペクトルを示す図である。

【図８】実施例１及び比較例４に記載した紫外線カット
フィルター（Ｙ−４３）の光透過特性を示す図である。

【図９】同暴露試験に使用したキセノンランプの分光特
性を示す図である。

【図１０】比較例２に記載した紫外線カットフィルター
（ＵＶ−３１）の光透過特性を示す図である。

【図１１】本発明の実施例２に記載した、重合開始剤
（２，４ジエチルチオキサントン）の光吸収スペクトル
を示す図である。

【図１２】同実施例２に記載した紫外線カットフィルタ
ー（Ｙ−４４）の光透過特性を示す図である。

【図１３】比較例３に記載した紫外線カットフィルター
（Ｙ−４５）の光透過特性を示す図である。

【符号の説明】

１１上側基板１２下側基板１３液晶１４重合性樹脂１５透明電極１６紫外線カットフィルター２１透明電極２２入射光２３散乱光２４液晶分子２５高分子層２６透過光３１上側基板３２下側基板３３スペーサ兼シール樹脂３４開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶材料と重合性樹脂材料及び重合開始
剤を含む組成物を用い、重合法により作製した高分子樹
脂マトリクス中に分散保持された高分子分散型液晶を用
いた液晶光学素子であって、前記液晶光学素子に前記重
合開始剤の光吸収領域の光を遮断する手段を設けたこと
を特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】光遮断手段が、高分子分散型液晶を挟持
する２枚の透明基板の外側に配置され、かつ透明プレー
トである請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】透明プレートが、ガラスまたは樹脂フィ
ルムである請求項１に記載の液晶光学素子。