JPH02217821A - 強誘電性高分子液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は強誘電性高分子液晶を用いた液晶素子に関し、
特に高速での駆動を容易にした強誘電性高分子液晶素子
に関する。

［従来の技術］ 従来、メモリーやデイスプレィ等に使用されている液晶
素子は、高速応答性等の要求に応じるために、低分子液
晶が多く用いられている。しかしながら、近年、大画面
デイスプレィの要望や液晶素子の実装の簡素化などの点
から、高分子液晶性化合物と低分子液晶性化合物との混
合系、あるいは高分子液晶系などいわゆる高分子液晶組
成物を用いた液晶素子の検討が行なわれてきた。

この様な高分子液晶組成物を用いることは、以下の点で
有効であると考えられる。

■　高分子液晶組成物は、溶液塗布等により成膜化する
ことが可能であり、また液晶素子の大面積化が実現でき
る上に、薄膜化、膜厚制御が容易なため、従来、低分子
液晶で行なわれているセル基板間のギャップ制御などの
難点が解消される。

■　高分子液晶組成物の中には、延伸等によって配向さ
せることが可能なものもあり、低分子液晶で用いられて
いる配向膜が不要になる可能性がある。

■　メモリーやデイスプレィなどに液晶素子な用いる際
には、コントラストの向上のために、光吸収性色素を含
有させることが行なわれる。高分子液晶組成物の場合は
、ポリマーの色素に対する相溶性などを活用できるため
、染料や顔料などの色素類を均一に分散させることがで
きる。

このような有効性が見出される一方、応答速度が遅いた
め動画や書き換えを高速で行なう用途には適していない
欠点があった。

以上の欠点を解決する方法の１つとして、強誘電性高分
子液晶［エヌ　ニー　ブラーテ等「ポリマー　ブレツ：
／Ｊ（Ｎ、＾、　Ｐｌａｔｅ　ｅｔ　ａｌ、　’Ｐｏｌ
ｙｍｅｒＢｕｆｆｅｔｉｎ」）　、　１２．２９９頁、
　　（１９８４年）］の使用が報告されている。この強
誘電性高分子液晶は。

従来の高分子液晶に比較して大巾に応答速度を向上でき
るため、その実用化が期待されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ガラス基板を用いた通常の液晶セルを使
用して強誘電性高分子液晶を高速駆動しようとすると、
高分子特有の高粘性のために、低分子の強誘電性液晶に
比較して高く駆動電圧を必要とする。そのため、駆動電
圧を高くすると、ガラスの比誘電率が大きいことから、
液晶セルの電気容量が大きくなり高速化しにくいという
欠点があった。

本発明は、この様な従来技術の欠点を改善するためにな
されたものであり、基板に比誘電率が低いプラスチック
フィルムを使用し、そのフィルム基板間に強誘電性高分
子液晶を挟持することにより、液晶セルの電気容量の増
加が抑えられ、比較的低電圧でも高速駆動が可能な強誘
電性高分子液晶素子を提供することを目的とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明は、電極を有する一対の基板間に強誘電性
高分子液晶を挟持してなる強誘電性高分子液晶素子にお
いて、前記基板が比誘電率４．０以下のプラスチックフ
ィルムからなることを特徴とする強誘電性高分子液晶素
子である。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）は本発明の強誘電性高分子液晶素子の一例
を示す概ｗＩＳ図、第１図（ｂ）は本発明の強誘電性高
分子液晶素子の一対の基板上に設けたストライプ状電極
の方向と偏光板の偏光方向との関係を示す構成図である
。同図においては、偏光ガラス、またはポリビニルアル
コールにヨウ素多量体を吸着後−軸延伸したものや、ポ
リビニルアルコールあるいはポリエチレンテレフタレー
トに二色性染料を染着後−軸延伸したもの等のプラスチ
ック偏光フィルム等からなる偏光板４，４ａの間に、基
板１，１ａｉＪ７に強、ｍｌ！電性高分子液、Ｍ１層２
を挟持してなるａ！層体を設けた構造からなる液晶素子
を示す、第１図（ａ）においては、ストライプ状電極３
，３ａは基板１．ｌａの外側に設けられている。

第２図は本発明の強誘電性高分子液晶素子の他の例を示
す概略図であり、ストライプ状電極３゜３ａを接着層や
絶縁層を介して基板１．ｌａの内側に設けた積層構造の
液晶素子を示す、あるいは、素子構成によっては、接着
層や絶縁層を介在させない積層構造のものでも良い。

本発明において使用される基板１．ｌａは、その基板材
料の比誘電率が４．０以下、好ましくは３．５以下であ
るようなプラスチックフィルムか。

大面積でフレキシブルな液晶素子を提供する点で望まし
い０強誘電性高分子液晶素子を高速駆動するためには、
低分子の強誘電性液晶に比較して高電圧を印加する必要
があるため、基板の比誘電率が４．０を越える場合には
、液晶セルの電気容量の増加により応答速度を速めよう
として高電圧にすると、絶縁破壊に対する配慮が必要に
なったり、実用的な電圧レベルを越える等の影響が出て
くるので好ましくない。

そのような本発明において使用される基板としては、大
面積でフレキシブルな素子を提供する点でポリマーフィ
ルムを使用するのが好ましく、具体的には、ポリエチレ
ンテレフタレートフィルム、ボリカーボネニトフィルム
、ポリイミドフィルム、ポリメタクリル酸メチルフィル
ム、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体フィルム、
ポリスチレンフィルム、スチレン−アクリロニトリル共
重合体フィルム、ポリプロピレンフィルム、ボリ塩化ビ
ニルフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、
ポリクロロトリフルオロエチレンフィルム、フッ化エチ
レン−プロピレン共重合体フィルム、ボリアリレートフ
ィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルエーテル
ケトンフィルム等が挙げられるが、これらに限定される
ものてはない。

本発明において用いられる強、Ｊ’ｉｌｔ性高分子液高
分子液晶、カイラルスメクチックＣ相（Ｓａｃ”）　。

Ｈ相（Ｓａｉｌ’）　、　Ｉ相（Ｓｇ＋ｌ’）　、　Ｊ
相（ＳｍＪ”）　、　Ｋ相（ＳｍＫ”）　、　Ｇ相（Ｓ
ｍＧ”）又はＦ相（Ｓｄ”）な有する側鎖型高分子液晶
性化合物および主鎖型高分子液晶性化合物等を用いるこ
とができ、具体的には下記に示すようなものが挙げられ
るが、これらに限定されるものではない、（但し、式φ
＊は不斉炭素中心を示す、） −（−ＣＩ＋、−ＣＨ）ｒ− ｍ≧５゜ ｎ＝４〜１８ 七１１２−ＣＨｈ− ｆ＝１〜２゜ ｋ＝１〜２゜ ｎ＝４〜１８゜ ｍ≧５ −（−Ｃ＋夏、−ＣＨ＋ ρ＝　１〜２．に＝１〜２゜ ｊ＝ｏまたは１゜ ｎ＝４〜＋８゜ ｍ≧５ ｊ＝＝Ｑまたはｌ、ｍ≧５ ｙ＝０．１　〜１．０　　、ｍ＝４〜＋２．　　ｎ≧３
これらの強誘電性高分子液晶は１種または２種以上を混
合あるいは共重合して用いたり、低分子液晶性化合物と
ブレンドして用いる等の方法で素子化に適した組成のも
のが使用される。

また、ブレンドによって強誘電性を発現することが可能
な光学活性高分子液晶も用いることができる。その具体
例を下記に示す、ブレンドするものとしては、一般の低
分子強誘電性液晶が用いられる。ただし、低分子強誘電
性液晶とのブレンドを行う場合、相溶性を考慮しなけれ
ばならない。

ブレンドする低分子液晶の割合としては、１〜９０％、
好ましくは５〜５０％の範囲が望ましい。

（＠２＝２〜１５゜ ｘ＋ｙ＝１） （）＜＋ｙ＝１．　　量、＝２〜１５）（ｘ＋ｙ−１） （ｘ＋ｙ＝１） （Ｘ　＋　Ｙ　＝　ｌ　、　　ｍｔ＝　２〜１５）（ｘ
＋ｙ＝１．勧＝２〜Ｉｓ） （ｍ、＝　１〜５） （ｓ４＝１〜３゜ １＝Ｌ〜２０） （ｍ、＝Ｏ〜５） （ｍ、＝０〜５） （勧＝０〜５） （ｓ、＝０〜５） これらの強誘電性高分子液晶の比誘電率は、数十１１ｚ
〜数百ｌｌｚ程度の周波数では、低分子の強誘電性液晶
で報告されている［例えば、ジャパニーズジャーナル　
オフ　アプライド　フィシ・ンクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ
　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ　）　２６゜２頁、　Ｆｅｂｒｕａｒｙ、　Ｌ７７
−Ｌ７８　］のと同様に、カイラルスメクチック相（Ｓ
ｓ”相）の温度で大きな値となる０強誘電性高分子液晶
の比誘電率の大きさは分子構造の種類に依存して変化す
るので２ＳＰ相においては特に制限されないが、Ｓｓ”
相より高温側の相（例えば、スメクチックＡ相）および
低温側の相（例えば、ガラス状固体）においては、比誘
電率か１００〜！００叶２で１０以下、より好ましくは
４以下が望ましい、比誘電率がｌＯを越えると、カイラ
ルスメクチック相において前記と同様の理由により、高
速駆動が難しくなるために望ましくない。

本発明において、比誘電率の測定は、例えば、セル間の
厚さが数十ｐｇの配向処理した電極付きガラス基板によ
り形成されたセル内に１強誘電性高分子液晶を等実相状
態で真空封入し、徐冷して強誘電性高分子液晶を水平配
向させて１分子長軸（あるいは、らせん軸）に垂直な方
向の誘電率（Ｃ１，）を、ＬＣＲメーター等を使用して
測定することにより行なうことができる。

本発明においては、フィルム状に成形された強誘電性高
分子液晶を延伸した後に、これを基板間にはさんで圧着
したり１強誘電性高分子液晶と基板とを積層した後に基
板とともに共延伸する等の方法により、第１図あるいは
第２図に示す構成の素子を得ることができる。これにら
の手法は配向性を付与する点で有効である。

その他、従来用いられている公知の手法も使用できる０
例えば、加熱溶融あるいは溶媒に溶解して基板上に塗工
後、それぞれ冷却あるいは溶媒蒸発する等の手法が挙げ
られる。

また、このようにして基板上に形成した強誘電性高分子
液晶層を塗工時にせん断力なかけて配向させたり、或い
は予め基板上に配向膜等の配向処理を行なっておき等吉
相から液晶相へ徐冷する等の公知の配向手法の使用も可
能である。

［作用］ 本発明の強誘電性高分子液晶素子は、電極を有する−・
対の基板間に強誘電性高分子液晶を挟持してなる強誘電
性高分子液晶素子において、前記基板に比誘電率が４．
０以下のプラスチックフィルムを使用し、さらにＳｓ″
相より高温側の相および低温側の相における比誘電率が
１００〜１０００　Ｈｚで１０以五であるような強誘電
性高分子液晶と組み合わせることにより、電気容量の増
加を低減し、高速駆動が可能となるものである。

［実施例］ 以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１ 下記の構造式（Ｉ）で示される側鎖型強誘電性高分子液
晶と市販のＣ５−１０１４（チウソー製の低分子液晶の
商品名）の１　：　ｌ　（！ｌ！量比）の液晶混合物を
ジクロロエタンに溶解させて、これを１００μ農厚のポ
リエチレンテレフタレー）−（ＰＥＴ）（比誘電率コ、
０）基板上にスピンコード法でコーチインフラ行い、ジ
クロロエタンを加熱除去し、ＰＥＴ　３板上に３終膳厚
の液晶フィルム層を作成した。

（ｎ＝２０）　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｉ）
３０℃　　　　　　　７４℃　　　　　８３℃ｇｌａｓ
ｓ　　−Ｓｓ＋Ｃ”　　　　　　　　　ＳｓＡ　　　　
　　　　Ｉｇｏ。

一方、前記の液晶混合物を水平配向処理したＩ５μ麿厚
のガラスセルに封入して、１ｋＨｚの周波数で誘電率を
測定したところ、７８℃で：１．５　、　Ｓａｃ”相で
４．６〜４．８　、２５℃て２．８であった。

上記の液晶フィルム層の上に１００　ｇｍ厚のＰＥＴフ
ィルムを積層して、約８５°Ｃのヒートロールを通過さ
せて積層体を得た。このＭｉ層体を強誘電性高分子液晶
がＳａｃ”相を示す温度で一軸延伸を行ない、−軸配向
させた。

次に、ＩＴＯ透明透明付極付ＰＥＴフィルムを上記基板
の外側に接着し、直交する２枚の偏光板間に挟み、±１
５Ｖの電圧を印加した時の電界応答の速度をＪｌｌ定し
たところ、０．３鳳ｓｅｃてのスイ・ンチングが確認さ
れた。

実施例２ 実施例１の強誘電性高分子液晶素子において、基板をポ
リカーボネート（比誘電率コ、１）に代えた以外は同様
にして作成したａ屠体に、実施例１と同様の電圧を印加
し、電界応答の速度を測定したところ、　０．４ｍ５ｅ
ｃでのスイッチングが確認された。

実施例３ 実施例１の強誘電性高分子液晶／低分子液晶混合物の代
わりに、下記の構造式（■）で示されるｓ＃１型強！ｉ
ｔ性高分子液晶を用いた以外は同様にして作成した積層
体に、実施例１と同様の電圧を印加し、電界応答の速度
を測定したところ、１５ｍ５ｅｅでのスイッチングが確
認された。

（ｎ＝２０）　　　　　　　　　　　　　　　　　（■
）０６Ｃ３７℃　　　　　９０℃　　　１０２　℃ｇｌ
ａｓｓ　　−５ＥＸ−Ｓａｃ″　□　Ｓｓ＾　　　　　
　　ｌｓｏ。

実施例１と同様にして測定した強誘電性高分子液晶の比
誘電率は、９５℃で３．４　、　Ｓａｃ’相で４．５〜
４．８　、２５℃で３．０であった。

比較例１ 実施例１の強誘電性高分子液晶素子において、基板をポ
リフッ化ビニリデン（比誘電率８．４）に代えた以外は
同様にして作成した積層体に、実施例１と同様の電圧を
印加し、電界応答の速度を測定したところ、スイッチン
グ速度は２　ｍ５ｅｃ以上に上がらなかった。電圧を±
２５Ｖにすると、スイッチング速度は１．：１ｍ５ｅｃ
になったが、±ＩＳＶでは絶縁破壊して測定できなかっ
た。

比較例２ 実施例３の強誘電性高分子液晶素子において４基板をポ
リ塩化ビニリデン（比誘電率５．２）に代えた以外は同
様にして作成した積層体に、実施例１と同様の電圧を印
オｕし、電界応答の速度を測定したところ、スイッチン
グ速度は５０ｍ５ｅｃであった。電圧を±２５Ｖにする
と：１５ｓ＋ｓｅｃになったが、±３５Ｖでは絶縁破壊
した。

［発明の効果］ 以上説明したように５本発明の強誘電性高分子液晶素子
は、比誘電率４．０以下のプラスチックフィルムからな
る基板間に強誘電性高分子液晶を挟持してなるので、液
晶セルの電気容量の増加が抑えられ、比較的低電圧でも
高速駆動が可能となるため、軽量で大面積の表示素子等
への応用が容易になる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の強誘電性高分子液晶素子の一例
を示す概略図、第１図（ｂ）は本発明の強誘電性高分子
液晶素子の一対の基板上に設けたストライブ状電極の方
向と偏光板の偏光方向との関係を示す構成図およびＭＳ
２図は本発明の強誘電性高分子液晶素子の他の例を示す
概略図である。 １．１ａ−＝基板 ２・・・強誘電性高分子液晶層 ３．３ａ−・・ストライブ状電極 ４．４ａ・・・偏光板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を有する一対の基板間に強誘電性高分子液晶
   を挟持してなる強誘電性高分子液晶素子において、前記
   基板が比誘電率４．０以下のプラスチックフィルムから
   なることを特徴とする強誘電性高分子液晶素子。
2. （２）前記強誘電性高分子液晶のカイラルスメクチック
   相より高温側の相および低温側の相における比誘電率が
   １００〜１０００Ｈｚで１０以下である請求項１記載の
   強誘電性高分子液晶素子。