JPH085996A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 透明性電極層を有する少なくとも一方が透明
な２枚の基板間に挟持された調光層を有し、該調光層が
液晶材料の連続層及び三次元網目構造を有する透明性固
体物質を含有する直視形液晶表示素子において、前記三
次元網目構造の平均空隙間隔が０．５〜１．０μｍの範
囲にあり、かつ、液晶材料の屈折率異方性が０．２７以
上であることを特徴とする直視形液晶表示素子。 【効果】 本発明の液晶表示素子は、従来の光散乱形液
晶表示素子と比較して、散乱性及びコントラストを飛躍
的に向上させ、高い白濁性を達成したものであり、直視
形液晶表示装置として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、明るく高コントラスト
を達成できる液晶表示素子に関するものであり、更に詳
しくは、高速応答性を以て電気的にその表示を切り換え
ることによって、公告板等の装飾表示板や、明るい画面
を必要とする時計、電卓、コンピュータ端末等の各種の
液晶表示装置として利用される液晶表示素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置に用いられる液晶素子は、
従来、ネマチック液晶を使用したＴＮ（ツイスティッド
・ネマチック）型や、ＳＴＮ（スーパー・ツイスティッ
ド・ネマチック）型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、偏光板を要するために表示を明るくすることに限界
がある。

【０００３】一方、偏光板や配向処理を要さず、明るく
コントラストのよい、大型で廉価な液晶素子を製造する
方法として、液晶のカプセル化により、ポリマー中に液
晶滴を分散させ、そのポリマーをフィルム化する方法が
知られている。特表昭５８−５０１６３１号公報、米国
特許第４４３５０４７号明細書には、カプセル化物質と
して、ゼラチン、アラビアゴム、ポリビニルアルコール
等が提案され、これら以外にも、例えば、特表昭６１−
５０２１２８号公報、特開昭６１−３０５５２８号公
報、特開昭６２−２２３１号公報、特開昭６３−１４４
３２１号公報が知られている。

【０００４】さらに、前述の如き液晶素子の実用化に要
求される重要な特性である低電圧駆動性、高コントラス
ト、時分割駆動性を可能にするために、特開平１−１９
８７２５号公報には、液晶材料が連続層を形成し、この
連続層中に、高分子物質が三次元網目状に存在する構造
を有する液晶素子が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】液晶材料及び透明性固
体物質を含有する調光層を有する光散乱形液晶表示素子
に要求される表示特性、特に広告板等の装飾表示板や時
計、電卓の表示装置等の直視形表示装置の用途には、白
濁性、即ち、反射率を改善することによるコントラスト
の向上が重視されている。

【０００６】本発明が解決しようとする課題は、電圧無
印加時の反射率、即ち白濁性を向上させ、高いコントラ
スト比を達成した液晶材料及び透明性固体物質を含有す
る調光層を有する直視形液晶表示素子を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、液晶表示
素子を構成する液晶材料と透明性固体物質について鋭意
検討した結果、本発明を解決するに至った。

【０００８】即ち、本発明は上記課題を解決するため
に、透明性電極層を有する少なくとも一方が透明な２枚
の基板間に挟持された調光層を有し、該調光層が液晶材
料の連続層中に三次元網目構造の透明性固体物質を有す
る直視形液晶表示素子において、前記三次元網目構造の
平均空隙間隔が０．５〜１．０μｍの範囲にあり、か
つ、液晶材料の屈折率異方性が０．２７以上であること
を特徴とする直視形液晶表示素子を提供する。

【０００９】本発明で使用する基板は、堅固な材料とし
て、ガラスであっても良く、柔軟性を有する材料とし
て、プラスチックフィルムの如きものであっても良い。
この基板には、目的に応じて透明、不透明の適宜な電極
が、その全面又は部分的に配置されても良い。尚、２枚
の基板間には、通常、周知の液晶デバイスと同様、間隔
保持用のスペーサーを介在させることもできる。本発明
の液晶デバイスは、コンピュ−タ端末の表示装置等に利
用される場合、透明性電極層に非線形素子又は能動素子
を設けることが好ましい。

【００１０】本発明で使用する液晶材料はΔｎ≧０．２
７の条件を除いて、単一の液晶性化合物であることを要
しないのは勿論で、２種以上の液晶化合物や液晶化合物
以外の物質も含んだ混合物であってもよく、通常この技
術分野で液晶材料として認識されるものであればよい。
そのうちの正の誘電率異方性を有するものが特に好まし
い。

【００１１】用いられる液晶としては、ネマチック液
晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶が好まし
く、ネマチック液晶が特に好ましい。その性能を改善す
るために、コレステリック、カイラルネマチック液晶、
カイラルスメクチック液晶等やカイラル化合物が適宜含
まれてもよい。

【００１２】本発明で使用する屈折率異方性が０．２７
以上である液晶材料としては、例えば、１−置換フェニ
ル２−置換シクロヘキシルフェニルアセチレン、２−
（４−置換フェニル)−５−置換ピリジン、２−（４−
置換フェニル)−５−（４’−置換フェニル)ピリジン、
２−（４−置換フェニル）−５−（４’−置換フェニ
ル)ピリミジン、４−置換４’−置換ターフェニル、４
−置換ビフェニル４’−置換シクロヘキサン、４−置換
シクロヘキサンカルボン酸４’−置換ビフェニルエステ
ル等の化合物を混合して得ることができる。これらの化
合物において、末端に塩素原子、シアノ基、アルコキシ
ル基を有する化合物がさらに好ましい。これらの化合物
は、屈折率異方性が０．２５〜０．４５と大きい特性を
示すことが期待されるものである。従って、これらの化
合物から成る液晶材料では、０．３０〜０．４０の屈折
率異方性を有することができる。また、後述の液晶材料
と組み合わせた場合でも、上記の化合物を少なくとも２
０重量％程度含有させることによって、屈折率異方性が
０．２７以上の液晶材料を得ることができる。

【００１３】本発明で使用する液晶材料の他の特性、す
なわち、等方性液体と液晶の相転移温度、融点、粘度、
Δε（誘電率異方性）および透明性固体物質等との溶解
性等を改善することを目的として、屈折率異方性が０．
２７を下回らない程度に以下に示した化合物を、適宜選
択して用いることができる。例えば、４−置換安息香酸
４’−置換フェニルエステル、４−置換シクロヘキサン
カルボン酸４’−置換フェニルエステル、４−（４−置
換シクロヘキサンカルボニルオキシ)安息香酸４’−置
換フェニルエステル、４−（４−置換シクロヘキシル)
安息香酸４’−置換フェニルエステル、４−（４−置換
シクロヘキシル)安息香酸４’−置換シクロヘキシルエ
ステル、４−置換４’−置換ビフェニル、４−置換フェ
ニル４’−置換シクロヘキサン等を挙げることができ
る。これらの化合物においても、末端に塩素原子、シア
ノ基、アルコキシル基を有する化合物がさらに好まし
い。これらの化合物は、屈折率異方性が０．２７に到ら
ないものではある。しかし、前述した液晶化合物と組み
合わせることにより、０．２７以上の液晶材料を得るこ
とができるものであり、この場合、８０重量％程度混合
しても良いものである。

【００１４】本発明の液晶表示素子の調光層は、特開平
１−１９８７２５号公報に記載の如き、液晶材料が連続
層を形成し、この連続層中に、透明性固体物質を構成す
る高分子材料が三次元網目状に分布した構造を有するも
のである。この場合、高分子材料に対する液晶材料の割
合は、６０重量％以上が好ましく、７０〜９５重量％の
範囲がより好ましく、７５〜８５重量％の範囲が特に好
ましい。形成される三次元網目状構造の平均径は、０．
５〜１μｍの範囲である。また、調光層の層厚は使用目
的に応じ設計できるが、光散乱による不透明性と電気的
に達成した光透過性との間の十分なコントラストを得る
ために２〜２０μｍの範囲が好ましい。

【００１５】三次元網目状構造の平均空隙間隔を制御す
る代表的な方法としては、ＵＶ照射時の温度を変える方
法、ＵＶ照射強度を変える方法、硬化速度の速い樹脂を
使用する方法、開始剤濃度を変える方法等が挙げられ
る。このうち、温度を変える方法ではより温度が高い方
が、ＵＶ照射強度を変える方法ではＵＶ強度がより高い
方が、また開始剤濃度を変える方法では開始剤濃度がよ
り高い方が一般に三次元網目構造を細かくすることがで
る。本発明で明かにした０．５〜１μｍの範囲にするに
は、これらの条件を適宜組み合わせて設定することによ
って作製することができる。具体的には、ＵＶ照射時の
温度では液晶材料と高分子形成性モノマーもしくはオリ
ゴマーと光重合開始剤との均一溶液のネマチック−アイ
ソトロピック相転移温度（透明点）よりも２〜４０℃程
度高い温度を選択する。ＵＶ照射強度では、平均空隙間
隔が１μｍ以上となる場合より１〜５倍強い強度を選択
する。光重合開始剤では、２〜１０重量％から選択する
ことができる。

【００１６】更に具体的には、例えば、後述する実施例
の如く製造時の温度のみを変える方法について明かにし
ている。即ち、液晶材料と高分子形成性モノマーもしく
はオリゴマーと光重合開始剤との均一溶液のネマチック
−アイソトロピック相転移温度（透明点）よりも１０〜
２５℃程度高い温度で作製することにより０．５〜１μ
ｍの範囲である三次元網目状の構造を与える透明性固体
成分を作製することができた。

【００１７】０．５〜１μmの範囲である三次元網目状
の構造を与える透明性固体成分としては、熱硬化型樹脂
又は紫外線硬化型樹脂が好ましい。

【００１８】透明性固体物質を形成する高分子形成性モ
ノマーとしては、例えば、スチレン、クロロスチレン、
α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン：置換基とし
て、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、２−
エチルヘキシル、オクチル、ノニル、ドデシル、ヘキサ
デシル、オクタデシル、シクロヘキシル、ベンジル、メ
トキシエチル、ブトキシエチル、フェノキシエチル、ア
ルリル、メタリル、グリシジル、２−ヒドロキシエチ
ル、２−ヒドロキシプロピル、３−クロロ−２−ヒドロ
キシプロピル、ジメチルアミノエチル、ジエチルアミノ
エチル等の如き基を有するアクリレート、メタクリレー
ト又はフマレート；エチレングリコール、ポリエチレン
グリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレング
リコール、１，３−ブチレングリコール、テトラメチレ
ングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチ
ルグリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン及
びペンタエリスリトール等のモノ（メタ）アクリレート
又はポリ（メタ）アクリレート；酢酸ビニル、酪酸ビニ
ル又は安息香酸ビニル、アクリロニトリル、セチルビニ
ルエーテル、リモネン、シクロヘキセン、ジアリルフタ
レート、ジアリルイソフタレート、２−、３− 又は４
−ビニルピリジン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリ
ルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシメチルア
クリルアミド又はＮ−ヒドロキシエチルメタクリルアミ
ド及びそれらのアルキルエーテル化合物；ネオペンチル
グリコール１モルに２モル以上のエチレンオキサイド若
しくはプロピレンオキサイドを付加して得たジオールの
ジ（メタ）アクリレート；トリメチロールプロパン１モ
ルに３モル以上のエチレンオキサイド若しくはプロピレ
ンオキサイドを付加して得たトリオールのジ又はトリ
（メタ）アクリレート；ビスフェノールＡ１モルに２モ
ル以上のエチレンオキサイド若しくはプロピレンオキサ
イドを付加して得たジオールのジ（メタ）アクリレー
ト；２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート１モル
とフェニルイソシアネート若しくはｎ−ブチルイソシア
ネート１モルとの反応生成物；ジペンタエリスリトール
のポリ（メタ）アクリレート等を挙げることができる
が、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリシ
クロデカンジメチロールジアクリレート、ポリエチレン
グリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコール
ジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、ネ
オペンチルグリコールジアクリレート、トリス−（アク
リルオキシエチル）イソシアヌレートが特に好ましい。

【００１９】透明性固体物質を形成する高分子形成性オ
リゴマーとしては、例えば、カプロラクトン変性ヒドロ
キシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアク
リレート（日本化薬社製「ＨＸ−６２０」「ＨＸ−２２
０」）が挙げられる。

【００２０】重合開始剤としては、例えば、２−ヒドロ
キシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン
（メルク社製「ダロキュア１１７３」）、１−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン（チバ・ガイギー社製
「イルガキュア１８４」）、１−（４−イソプロピルフ
ェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−
オン（メルク社製「ダロキュア１１１６」）、ベンジル
ジメチルケタール（チバ・ガイギー社製「イルガキュア
６５１」）、２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フ
ェニル〕−２−モルホリノプロパノン−１（チバ・ガイ
ギー社製「イルガキュア９０７」）、２，４−ジエチル
チオキサントン（日本化薬社製「カヤキュアＤＥＴ
Ｘ」）とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル（日本化薬
社製「カヤキュアＥＰＡ」）との混合物、イソプロピル
チオキサントン（ワードプレキンソップ社製「カンタキ
ュアＩＴＸ」）とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチルと
の混合物等が挙げられるが、液状である２−ヒドロキシ
−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オンが液晶
材料、高分子形成性モノマー若しくはオリゴマーとの相
溶性の面で特に好ましい。

【００２１】本発明の液晶表示素子は、例えば、液晶材
料と高分子形成性モノマーもしくはオリゴマーと光重合
開始剤との均一溶液を、電極層を有する２枚の基板間に
狭持させるか、あるいは一方の基板上にスピンコーター
等のコーターを使用して塗布し次いで他方の基板を重ね
ても良く、これに紫外線を照射するか、あるいは、熱的
に重合硬化させることによって製造することができる。

【００２２】このようにして製造された本発明の液晶表
示素子は、電圧無印加時の白濁性が非常に高いものであ
った。この効果は、液晶材料の屈折率異方性を０．２７
以上、三次元網目構造の平均空隙間隔を０．５〜１μm
に選択した結果である。本発明者らは、種々の液晶表示
素子を作製し、その光散乱を特に光の波長による散乱特
性を測定し、更に検討を行った。その結果、本発明の液
晶表示素子では、赤色を示す長波長の光の反射率に比べ
青色を示す短波長の光の反射率の方がより高いことが明
かとなった。従って、本発明は、青色を示す光として例
えば波長４５０ｎｍでの反射率が赤色を示す光として波
長７５０ｎｍでの反射率と比較して２倍以上の比になる
と、拡散光源下において可視光領域の光の反射率が非常
に高くなり、直視形表示装置として優れた特性を有する
ことを見いだしたものである。これは、実使用における
自然光に対し更に優れた効果を示す。自然光の中で大き
な存在を示す長波長側の光を比較的透過させ、短波長側
の光は比較的強く反射される特性によって、色純度の高
い白濁性を得るに到ったからである。本発明の液晶表示
素子は赤色を示す長波長の光に対して比較的弱い散乱状
態であり、例えば液晶表示素子を光源に透過して見る
と、赤みをおびた光源が観察され、更に平行光源で電圧
無印加時の透過率を測定すると比較的高い値を示し、ど
ちらかといえば劣ると判断されることからすれば、上述
した知見は驚くべき特段の効果を有するものであると思
われる。

【００２３】このようにして製造された液晶表示素子
は、本発明者らが光散乱不透明状態と透明状態を利用す
る液晶表示素子を構成する液晶材料と透明性固体物質に
ついて鋭意検討し、三次元網目構造を有する透明性固体
物質及び液晶材料の屈折率異方性により改善されること
ができることを見いだした結果であり、従来の光散乱形
液晶表示素子と比較して、高散乱性及び高コントラスト
比の課題を達成し、直視形表示装置に有用なものであ
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に
具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実
施例に限定されるものではない。

【００２５】なお、各実施例及び比較例中の評価特性の
各々は以下の記号及び内容を意味する。

【００２６】（１）網目平均径：基板間に形成された硬
化物の断面を走査型電子顕微鏡で観察したときの透明性
固体物質の平均空隙間隔。

【００２７】（２）反射率：拡散光源の点灯時に標準白
色板の反射率を１００％とし、消灯時の反射率を０％と
したときの素子の反射率。

【００２８】（３）各波長での反射率：平行光源の点灯
時に標準白色板に法線方向から平行光線を照射したと
き、法線方向から２５゜の角度での標準白色板の反射率
を１００％とし、消灯時の反射率を０％とする。液晶表
示素子に電圧無印加状態でパネル面の法線方向から平行
光線を照射したとき、法線方向から２５゜の角度での波
長４５０ｎｍ及び７５０ｎｍの光の反射率。

【００２９】尚、各液晶組成物の物性として記載された
Ｖ_thは、８μｍのＴＮ−ＬＣＤで測定されたしきい値電
圧を示したものである。

【００３０】（実施例１）高分子形成性オリゴマーとし
て、「ＨＸ−２２０」（日本化薬社製カプロラクトン変
性ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコー
ルジアクリレート）１９．８％、重合開始剤として、２
−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１
−オン０．２％及び液晶材料として、下記液晶組成物
（Ａ）８０％を混合した均一溶液を、平均粒径１０μｍ
のスペーサーを透明電極層上に少量散布した５×５cmの
２枚のＩＴＯガラス板の間に挟み込み、温度６５℃にお
いて紫外線を照射し、高分子形成性オリゴマーを硬化さ
せた。硬化条件は、メタルハライドランプ（８０Ｗ／cm
²）の下を、 ３．５ｍ／分の速度で通過させ、５００ｍ
Ｊ／cm²に相当するエネルギーの紫外線を照射し、 光散
乱形液晶表示素子（Ｉ）を得た。この基板間に形成され
た硬化物の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、
ポリマーの三次元ネットワークが認められた。

【００３１】

【化１】

【００３２】液晶組成物（Ａ）の物性： 転移温度 Ｔ_NI ＝９７．９℃ 屈折率 Δｎ ＝ ０．２７１ 誘電率 Δε ＝１７．４ しきい値電圧 Ｖ_th ＝ １．６８Ｖ

【００３３】（実施例２）実施例１において、液晶組成
物（Ａ）に代えて、下記液晶組成物（Ｂ）を使用し、作
製温度を６８℃とした以外は実施例１と同様にして本発
明の液晶表示素子（II）を得た。

【００３４】

【化２】

【００３５】液晶組成物（Ｂ）の物性： 転移温度 Ｔ_NI ＝９４．３℃ 屈折率 Δｎ ＝ ０．２７９ 誘電率 Δε ＝１３．９ しきい値電圧 Ｖ_th ＝ ２．０２Ｖ

【００３６】（実施例３）実施例１において、液晶組成
物（Ａ）に代えて、下記液晶組成物（Ｃ）を使用し、作
製温度を７５℃とした以外は実施例１と同様にして本発
明の液晶表示素子（III）を得た。

【００３７】

【化３】

【００３８】液晶組成物（Ｃ）の物性： 転移温度 Ｔ_NI ＝１１９．４℃ 屈折率 Δｎ ＝ ０．２８３ 誘電率 Δε ＝ １６．５ しきい値電圧 Ｖ_th ＝ １．８４Ｖ

【００３９】（比較例１）実施例２において、作製温度
を５８℃とした以外は実施例２と同様にして本発明外の
表示素子（ｉ）を得た。

【００４０】（比較例２）実施例１において、液晶組成
物（Ａ）に代えて、下記混合液晶（ａ）を使用し、作製
温度を２０℃とした以外は実施例１と同様にして本発明
外の表示素子（ii）を得た。

【００４１】

【化４】

【００４２】混合液晶（ａ）の物性： 転移温度 Ｔ_NI ＝５５．３℃ 屈折率 Δｎ ＝ ０．２２９ 誘電率 Δε ＝１０．４ しきい値電圧 Ｖ_th ＝ １．６２Ｖ

【００４３】（評価）作製した本発明の液晶表示素子と
本発明外の液晶表示素子について以下の測定を行ない、
その結果を表１に示した。 （１）形成された透明性固体物質の三次元網目状構造の
平均径。 （２）液晶表示素子に電圧無印加状態で拡散光線を照射
したときの素子の反射率。 （３）液晶表示素子に電圧無印加状態でパネル面の法線
方向から平行光線を照射したとき、法線方向から２５゜
の角度での波長４５０ｎｍ及び７５０ｎｍの光の反射率
とその比。

【００４４】尚、上記（２）及び（３）の測定には、光
散乱形液晶パネル評価装置「ＬＣＤ−７０００ＰＮ（大
塚電子社製）」を用いた。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１に示した通り、本発明の液晶表示素子
（Ｉ）、 （II）及び（III）の三次元網目状構造の平均
径は０．５〜１μｍの範囲であるのに対し、本発明外の
液晶表示素子（ｉ）、（ii）の三次元網目状構造の平均
径は１〜３μｍの範囲である。また、本発明の液晶表示
素子は本発明外の液晶表示素子と比較して、電圧無印加
状態での反射率が５％以上向上していた。よって、本発
明の液晶表示装置は、電圧無印加時の白濁性を向上させ
ていることが明かとなった。また、このときの波長４５
０ｎｍ及び７５０ｎｍの反射率比は、液晶表示素子
（Ｉ）、（II）及び（III）では２倍以上であるのに対
し、 本発明外の液晶表示素子（ｉ）及び（ii）では２
倍以下であった。このことから、液晶表示素子の白濁性
を向上させるには、波長４５０ｎｍ付近の短波調側の光
を優先的に反射させることが重要であると判明した。

【００４７】これらの結果から、本発明の液晶表示素子
は、比較例の液晶表示に比べ電圧無印加時の白濁性を向
上させていることが明かであり、直視形表示に優れてい
ることが明かである。

【００４８】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、従来の光散乱
形液晶表示素子と比較して、高散乱性及び高コントラス
トを達成した優れたものである。従って、本発明の液晶
表示素子は、直視形表示装置として有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明性電極層を有する少なくとも一方が
   透明な２枚の基板間に挟持された調光層を有し、該調光
   層が液晶材料の連続層中に三次元網目構造の透明性固体
   物質を有する直視形液晶表示素子において、前記三次元
   網目構造の平均空隙間隔が０．５〜１．０μｍの範囲に
   あり、かつ、液晶材料の屈折率異方性が０．２７以上で
   あることを特徴とする直視形液晶表示素子。
2. 【請求項２】 電圧無印加状態の前記素子において、波
   長４５０ｎｍでの光の反射率が波長７５０ｎｍでの光の
   反射率の２倍以上であることを特徴とする請求項１記載
   の直視形液晶表示素子。