JPH09218397A - ポリマ分散型液晶を用いた表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動電界Ｅ９０とヒステリシスＨが低く、か
つ、電気抵抗が大きなポリマ分散型液晶を用いた表示素
子を提供するものである。 【解決手段】 水溶性ポリママトリックス中に液晶の小
滴が分散されたフィルムを用いてなるポリマ分散型液晶
を用いた表示素子において、上記液晶の界面に重合層を
形成すべく、上記フィルム中に２種類以上の重合性添加
剤を含有させ、上記水溶性ポリママトリックスと上記液
晶との界面に、２種類以上の上記重合層を形成したもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に係
り、特に、液晶フィルムを用いてなるポリマ分散型液晶
を用いた表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリママトリックス中に液晶が分散され
た、いわゆるポリマ分散型液晶フィルムを用いた表示素
子は、偏光板を使用しないため通常の液晶ディスプレイ
に比べ表示が明るいこと、画面を大型化できること等の
種々の利点を有している。

【０００３】このポリマ分散型液晶フィルムにおけるポ
リママトリックス中の液晶小滴を均一に分散させる方法
としては、重合、熱、溶媒除去などによる相分離を利用
する方法、ポリビニルアルコールに代表される水溶性ポ
リマの水溶液と液晶のエマルジョンを利用する方法の２
つがある。この内、水溶性ポリマの水溶液と液晶のエマ
ルジョンを利用する方法は、相分離を利用する方法に比
べて、液滴の制御やフィルム作製が容易であるなどの利
点を有する。

【０００４】このエマルジョンを使用するフィルム作製
方法は、水溶性ポリマ水溶液中に液晶が液滴として分散
しているエマルジョンを、ドクターブレードなどの塗工
器具によって、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明
導電性膜を具備した電極基板上に塗布した後、その膜を
乾燥させ、さらに、もう一方の電極基板を貼合わせるこ
とからなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この水溶性ポ
リマの水溶液と液晶のエマルジョンとを利用して作製し
たポリマ分散型液晶フィルムを用いた表示素子は、一般
の液晶表示素子と比べて、駆動電界Ｅ９０が高く、か
つ、ヒステリシスＨが大きいという問題点を有している
ため、汎用の安価な駆動回路が使用できず、その応用が
制限されるといった問題点があった。

【０００６】そのため、本発明者らは、この駆動電界Ｅ
９０とヒステリシスＨを低減させるべく鋭意研究を行っ
た結果、水溶性ポリマと液晶小滴との界面に、非イオン
性界面活性剤層を形成することにより、駆動電界Ｅ９０
とヒステリシスＨを低減させることができるということ
を見い出した（特願平４−２８３５５号（特開平６−１
０２４８７号））。

【０００７】しかしながら、それらの非イオン性界面活
性剤として、例えば、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポ
リオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオ
キシエチレンアルキルエーテル類、フルオロアルキルエ
チレンオキシド付加物類などを用いた場合では、表示素
子の電気抵抗が低くなるため、素子の消費電力が大きく
なってしまうという問題を有しているということが判明
した。

【０００８】そこで、本発明は、上記課題を解決し、駆
動電界Ｅ９０とヒステリシスＨが低く、かつ、電気抵抗
が大きなポリマ分散型液晶を用いた表示素子を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、水溶性ポリママトリックス中に液
晶の小滴が分散されたフィルムを用いてなるポリマ分散
型液晶を用いた表示素子において、上記液晶の界面に重
合層を形成すべく、上記フィルム中に２種類以上の重合
性添加剤を含有させ、上記水溶性ポリママトリックスと
上記液晶との界面に、２種類以上の上記重合層を形成し
たものである。

【００１０】請求項２の発明は、上記フィルム中の上記
液晶に対して、上記２種類以上の重合性添加剤を０．１
〜２０重量％含有させる請求項１記載のポリマ分散型液
晶を用いた表示素子である。

【００１１】請求項３の発明は、駆動電界Ｅ９０が２．
０ＡＣメガボルト／ｍ未満、かつ、ヒステリシスＨが
０．０２以下である請求項１記載のポリマ分散型液晶を
用いた表示素子である。

【００１２】請求項４の発明は、上記２種類以上の重合
性添加剤は、熱または光重合開始剤を含有すると共に、
熱または光によって重合させる請求項１または２記載の
ポリマ分散型液晶を用いた表示素子である。

【００１３】上記請求項中における数値の限定理由を以
下に述べる。

【００１４】液晶に対して添加剤の含有量を０．１〜２
０重量％に限定した理由は、液晶に対する添加剤の含有
量が０．１重量％以下では、前述したポリママトリック
スと液晶との界面に形成される重合層の形成が不十分で
あり、目的とする駆動電界Ｅ９０、ヒステリシスＨの低
下が実現されないためである。また、液晶に対する添加
剤の含有量が２０重量％以上では、液晶小滴の形成が困
難になるためである。

【００１５】以上の構成によれば、水溶性ポリママトリ
ックスと液晶との界面に、２種類以上の重合層を形成し
たため、駆動電界Ｅ９０とヒステリシスＨが低く、か
つ、電気抵抗が大きなポリマ分散型液晶を用いた表示素
子を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１７】前述したように、本発明者らは、ポリマ分
散型液晶フィルムを用いた表示素子の駆動電界Ｅ９０と
ヒステリシスＨは、ポリママトリックスと液晶小滴との
界面の状態に強く依存していることを見い出し、水溶性
ポリマと液晶小滴との界面に非イオン性添加剤層を形成
することによって、駆動電界Ｅ９０とヒステリシスＨを
低減できる方法を見い出した（特願平４−２８３５５号
（特開平６−１０２４８７号））。

【００１８】さらに、本発明者らは、界面の状態を変え
る目的で、ポリママトリックスと液晶との界面に、新た
な２種類以上の重合体層を形成することによって、より
一層の駆動電界Ｅ９０とヒステリシスＨの低減を図る方
法を見い出した。

【００１９】本発明のポリマ分散型液晶を用いた表示素
子は、水溶性ポリママトリックス中に分散された液晶の
小滴の周囲に、２種類以上の重合体の層を形成したフィ
ルムからなる。

【００２０】この２種類以上の重合体の層は、２種類以
上の重合性添加剤が液晶の界面においてそれぞれ重合す
ることによって形成される。重合性能を有する添加剤
は、目的に応じて第１添加剤と第２添加剤に分類され
る。第１添加剤は、液晶小滴の表面に第１重合層を形成
するために添加されるものであって、この第１重合層の
形成によって液晶の駆動電界Ｅ９０とヒステリシスＨの
特性を向上することができる。第２添加剤は、液晶小滴
の表面に形成された第１重合層の表面に、第２重合層を
形成するために添加されるものであって、この第２重合
層の形成によって液晶の電気抵抗を高め、消費電力特性
を向上することができる。尚、この第２重合層は、必要
に応じて二層以上形成してもよい。

【００２１】本発明のポリマ分散型液晶を用いた表示素
子に用いられる第１添加剤は、液晶の表面に重合層を形
成し、液晶小滴の電圧印加時において配向のためのエネ
ルギを低くするものであれば特に限定されないが、
（１） ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポ
リエチレングリコールジアクリレート、（２） ポリエ
チレングリコールモノメタクリレート、ポリエチレング
リコールジメタクリレート、（３） ポリプロピレング
リコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコール
ジアクリレート、（４） ポリプロピレングリコールモ
ノメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタク
リレート、（５） ポリエチレングリコールモノアリー
ルエーテル、ポリエチレングリコールジアリールエーテ
ル、（６） ポリプロピレングリコールモノアリールエ
ーテル、ポリプロピレングリコールジアリールエーテル
などの界面活性性能を有する化合物などが挙げられる。

【００２２】また、本発明のポリマ分散型液晶を用いた
表示素子に用いられる第２添加剤は、比較的高い電気抵
抗を有していれば特に限定されないが、（ａ） メチル
メタクリレートに代表されるアルキルメタクリレート、
（ｂ） メチルアクリレートに代表されるアルキルアク
リレート、（ｃ） ジアリルフタレートやトリアリルイ
ソシアヌレートに代表されるアリール化合物、（ｄ）
スチレンやジビニルベンゼンに代表されるスチレン化合
物などが挙げられる。

【００２３】また、これらの化合物に、過酸化物に代表
される熱重合開始剤や、光増感剤に代表される光重合開
始剤を重合の形態に応じて添加してもよい。

【００２４】本発明のポリマ分散型液晶を用いた表示素
子に用いられるフィルムの膜厚を２〜２０μｍに限定し
た理由は、フィルムの膜厚が２μｍ以下では、ポリマ分
散型液晶フィルム膜の塗布が難しく、素子の絶縁性が不
十分となり、目的とする駆動電界Ｅ９０、ヒステリシス
Ｈの低下が実現されないためである。また、フィルムの
膜厚が２０μｍ以上では、ポリマ分散型液晶フィルム膜
の塗布が難しく、駆動電圧が高くなるためである。

【００２５】本発明のポリマ分散型液晶を用いた表示素
子に用いられるポリマは特に限定されないが、通常の水
溶性ポリマ、具体的にはポリビニルアルコール、メチル
セルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒド
ロキシプロピルメチルセルロースなどが挙げられ、さら
に、これらの水溶性ポリマに適当な精製を施してイオン
性の不純物を除去し、高純度化したものを用いることが
より好ましい。

【００２６】また、本発明のポリマ分散型液晶を用いた
表示素子に用いられる液晶は特に限定されないが、アゾ
メチン化合物、アゾキシ化合物、シアノビフェニル類、
シアノフェニルエステル、安息香酸エステル、シアノ置
換フェニルピリジン、アルコキシ置換フェニルピリジ
ン、フェニルジオキサン、アルケニルシクロヘキシルベ
ンゾニトリルなど、及びそれらの混合物に代表されるネ
マチック液晶が挙げられ、さらに、これらの液晶に適当
な精製を施して導電性の不純物を除去し、高純度化した
ものを用いることがより好ましい。尚、このネマチック
液晶に、コントラスト比を高める目的で、２色性色素を
添加してもよいことは言うまでもない。

【００２７】

【実施例】 （実施例１）液晶（ＴＬ２０４；メルク社製）を４ｇ、
光重合触媒として、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトンを０．００４ｇ含む、ポリプロピレングリコ
ールモノメタクリレート（ブレンマーＰＰ５００；日本
油脂社製）を０．１６ｇ、および１０％ポリビニルアル
コール（ポバール２０５；クラレ社製）水溶液を１０ｇ
混合してなる混合物を、４まい羽式のホモジナイザーで
５，０００ＲＰＭの回転数で１０分間攪拌してエマルジ
ョンを得た。このエマルジョンに紫外線を照射し、液晶
液滴の表面に第１重合層を形成した。さらに、このエマ
ルジョンに、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケ
トンを０．００４ｇ含む、メチルメタクリレートを０．
１６ｇ添加し、４まい羽式のホモジナイザーで１，００
０ＲＰＭの回転数で３分間攪拌した。これを脱泡のため
３日間放置した後、透明電極付きガラス基板上に３０μ
ｍのギャップのドクターブレードで塗布し、その後、２
０℃、４０％ＲＨの環境下で２４時間放置させて水を乾
燥させた。この透明電極付きガラス基板に別の透明電極
付きガラス基板を貼合わせて対向電極基板とし、紫外線
を照射して第２重合層を形成させ、ポリマ分散型液晶フ
ィルム層の厚さが７μｍの液晶セルを得た。

【００２８】（実施例２）第１重合層を形成するための
第１添加剤として、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトンを０．００４ｇ含む、ポリプロピレングリコ
ールモノアクリレート（ブレンマーＡＰ４００；日本油
脂社製）を０．１６ｇ添加し、また、第２重合層を形成
するための第２添加剤として、１−ヒドロキシシクロヘ
キシルフェニルケトンを０．００４ｇ含む、トリメリロ
ールプロパントリアクリレートを０．１６ｇ添加し、実
施例１と同様にしてポリマ分散型液晶フィルム層の厚さ
が７μｍの液晶セルを得た。

【００２９】（実施例３）第１重合層を形成するための
第１添加剤として、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトンを０．００４ｇ含む、ポリプロピレングリコ
ールモノアクリレート（ブレンマーＡＰ４００；日本油
脂社製）を０．１６ｇ添加し、また、第２重合層を形成
するための第２添加剤として、１−ヒドロキシシクロヘ
キシルフェニルケトンを０．００４ｇ含む、フェノキシ
エチルアクリレート（ＮＫエステルＡＭＰ−１０Ｇ；新
中村化学社製）を０．１６ｇ添加し、実施例１と同様に
してポリマ分散型液晶フィルム層の厚さが７μｍの液晶
セルを得た。

【００３０】（実施例４）第１重合層を形成するための
第１添加剤として、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトンを０．００４ｇ含む、ポリエチレングリコー
ル／ポリプロピレングリコールモノアリールエーテル
（ユニセーフＰＫＡ５０１３；日本油脂社製）を０．１
６ｇ添加し、また、第２重合層を形成するための第２添
加剤として、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケ
トンを０．００４ｇ含む、ｎ−ブチルアクリレートを
０．１６ｇ添加し、実施例１と同様にしてポリマ分散型
液晶フィルム層の厚さが７μｍの液晶セルを得た。

【００３１】（比較例１）第１重合層を形成するための
第１添加剤、および第２重合層を形成するための第２添
加剤を添加することなく、実施例１と同様にしてポリマ
分散型液晶フィルム層の厚さが７μｍの液晶セルを得
た。

【００３２】（比較例２）第１重合層を形成するための
第１添加剤として、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトンを０．０２５ｍｇ含む、ポリプロピレングリ
コールモノメタクリレート（ブレンマーＰＰ５００；日
本油脂社製）を０．００１ｇ添加し、また、第２重合層
を形成するための第２添加剤として、１−ヒドロキシシ
クロヘキシルフェニルケトンを０．０２５ｍｇ含む、メ
チルメタクリレートを０．００１ｇ添加し、実施例１と
同様にしてポリマ分散型液晶フィルム層の厚さが７μｍ
の液晶セルを得た。

【００３３】（比較例３）液晶（ＴＬ２０４；メルク社
製）を４ｇ、光重合触媒として、１−ヒドロキシシクロ
ヘキシルフェニルケトンを０．０３ｇ含む、ポリプロピ
レングリコールモノメタクリレート（ブレンマーＰＰ５
００；日本油脂社製）を０．６ｇ、および１０％ポリビ
ニルアルコール（ポバール２０５；クラレ社製）水溶液
を１０ｇ混合してなる混合物を、４まい羽式のホモジナ
イザーで５，０００ＲＰＭの回転数で１０分間攪拌して
エマルジョンを得た。このエマルジョンに紫外線を照射
し、液晶液滴の表面に第１重合層を形成した。さらに、
このエマルジョンに、１−ヒドロキシシクロヘキシルフ
ェニルケトンを０．０３ｇ含む、メチルメタクリレート
を０．６ｇ添加し、４まい羽式のホモジナイザーで１，
０００ＲＰＭの回転数で３分間攪拌した。これを脱泡の
ため３日間放置した後、透明電極付きガラス基板上に３
０μｍのギャップのドクターブレードで塗布し、その
後、２０℃、４０％ＲＨの環境下で２４時間放置させて
水を乾燥させた。

【００３４】表１に、実施例１〜４および比較例１〜３
の素子の組成と評価（駆動電界Ｅ９０、ヒステリシス
Ｈ、体積抵抗率）を示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１において、駆動電界Ｅ９０（＝Ｖ９０
／ｄ）は、表示素子を０．５ボルト／秒で昇圧駆動した
時の素子の最大光透過率に対して、９０％光透過率を示
す電圧Ｖ９０をポリマ分散型液晶フィルムの膜厚ｄで除
することによって求めた。

【００３７】ヒステリシスＨは、Ｈ＝（Ｅｄｏｗｎ５０
−Ｅｕｐ５０）／Ｅｄｏｗｎ５０の式で定義されるもの
であって、Ｅｕｐ５０（＝Ｖｕｐ５０／ｄ）は、表示素
子を０．５ボルト／秒で昇圧駆動した時の素子の最大光
透過率に対する５０％光透過率を示す電圧Ｖｕｐ５０を
ポリマ分散型液晶フィルムの膜厚ｄで除することによっ
て、Ｅｄｏｗｎ５０（＝Ｖｄｏｗｎ５０／ｄ）は、表示
素子を０．５ボルト／秒で降圧駆動した時の素子の最大
光透過率に対する５０％光透過率を示す電圧Ｖｄｏｗｎ
５０をポリマ分散型液晶フィルムの膜厚ｄで除すること
によって求めた。

【００３８】駆動電圧は、５０Ｈｚの交流を用いて実行
値とし、光透過率は、５５５ｎｍの平行光に近い光ファ
イバの透過光により測定されたものである。

【００３９】素子の消費電力の目安である素子の体積抵
抗率は、２２℃、直流電圧１０Ｖを３０秒間印加した時
に測定される値を用いた。

【００４０】この結果、表１から明らかなように、実施
例１〜４のポリマ分散型液晶を用いた表示素子において
は、いずれも駆動電界Ｅ９０が２．０ＡＣ（ＭＶ／ｍ）
未満、かつ、ヒステリシスＨが０．０２以下であった。
さらに、いずれも素子の体積抵抗率が６．０（×１０¹²
Ω・ｃｍ）以上と高いため、素子の消費電力も小さい。

【００４１】これに対して、比較例１のポリマ分散型液
晶を用いた表示素子においては、水溶性ポリママトリッ
クス（１０％ポリビニルアルコール）と液晶との界面
に、重合層が形成されていないため、素子の駆動電界Ｅ
９０、およびヒステリシスＨのレベルが高く、また、素
子の体積抵抗率もかなり低いため、素子の消費電力も大
きい。

【００４２】比較例２のポリマ分散型液晶を用いた表示
素子においては、水溶性ポリママトリックス（１０％ポ
リビニルアルコール）と液晶との界面に形成される第１
および第２重合層を形成するための第１および第２添加
剤の含有量の合計が、液晶に対して、０．１重量％以下
（０．０５重量％）である。このため、比較例１と比較
すると、ヒステリシスＨの微減および体積抵抗率が微増
しているものの、全体として、素子の駆動電界Ｅ９０、
およびヒステリシスＨのレベルが依然として高く、ま
た、素子の体積抵抗率のレベルも低いままであった。

【００４３】比較例３のポリマ分散型液晶を用いた表示
素子においては、水溶性ポリママトリックス（１０％ポ
リビニルアルコール）と液晶との界面に形成される第１
および第２重合層を形成するための第１および第２添加
剤の含有量の合計が、液晶に対して、２０重量％以上
（３０重量％）である。このため、透明電極付きガラス
基板上に形成された膜における液晶の浸み出しが激し
く、ポリマに液晶小滴が分散した形状の膜は得られなか
った。

【００４４】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、駆動電界
Ｅ９０を２．０ＡＣメガボルト／ｍ未満、かつ、ヒステ
リシスＨを０．０２以下に低減することが可能となり、
しかも素子の体積抵抗率が高いため、素子の消費電力も
小さくすることができるという優れた効果を発揮する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水溶性ポリママトリックス中に液晶の小
   滴が分散されたフィルムを用いてなるポリマ分散型液晶
   を用いた表示素子において、上記液晶の界面に重合層を
   形成すべく、上記フィルム中に２種類以上の重合性添加
   剤を含有させ、上記水溶性ポリママトリックスと上記液
   晶との界面に、２種類以上の上記重合層を形成したこと
   を特徴とするポリマ分散型液晶を用いた表示素子。
2. 【請求項２】 上記フィルム中の上記液晶に対して、上
   記２種類以上の重合性添加剤を０．１〜２０重量％含有
   させる請求項１記載のポリマ分散型液晶を用いた表示素
   子。
3. 【請求項３】 駆動電界Ｅ９０が２．０ＡＣメガボルト
   ／ｍ未満、かつ、ヒステリシスＨが０．０２以下である
   請求項１記載のポリマ分散型液晶を用いた表示素子。
4. 【請求項４】 上記２種類以上の重合性添加剤は、熱ま
   たは光重合開始剤を含有すると共に、熱または光によっ
   て重合させる請求項１または２記載のポリマ分散型液晶
   を用いた表示素子。