JPH04204517A - 液晶表示素子 - 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］ 本発明は液晶表示素子に関し、特に液晶と透明微粒子を
混合した組成物を用いた液晶表示素子に関するものであ
る。

［従来の技術およびその課題］ 液晶を高分子物質で包み込む、いわゆる液晶をドロプレ
ッ］・化して使用した表示材料についてはいろいろ開示
されている。例えば、特開昭５０−１０１１１０号公報
、特開昭５５−４６７１８号公報、特開昭５８−５０１
６３号公報、特開昭５９−２２６３２２号公報、特開昭
６１−１８７７９４号公報、米国特許箱３．５８５．３
８１号などかある。これらのドロプレット化液晶の高分
子物質バインダとしては、水不溶性高分子物質か主体と
して使用されているものか多い。

Ｕ発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらドロプレット化液晶を表示材料と
して使用１−るため２枚の透明電極基板で挟持しようと
する時、液晶を分散した溶液を一方の透明電極基板に塗
布し、他方の透明電極基板をその塗膜上に接着する方法
をとるか、粒子状となる液晶ドロプレットの粒径の標準
偏差（おおよそ３０％以上）か大きくなるため、駆動飽
和電圧が高くなり、液晶デイスプレィ等での応用時での
アクチイブ駆動か困難になる問題が生じている。

一方、カラス微粒子を液晶と混合した組成物を用いたこ
とを特徴とする液晶素子に関する特許として、イギリス
特許第１４４２３６０号か公開されている。しかしなが
ら、ガラス微粒子を用いた場合もその粒径の標準偏差に
ついて考慮されておらず、通常はかなり大きな値を有す
るものが用いられていたので、上記と同様の欠点があっ
た。また液晶とガラス微粒子の比重か異なるため、長期
にわたり使用した場合には、ガラス微粒子か片奇ること
により、表示むらが発生するという問題も生じていた。

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決して、
駆動飽和電圧が低く、長期にわたって分散状態が安定で
あり、高い表示コントラストを呈するアクティブマトリ
クス駆動に適した液晶分散型電界応答性の液晶表示素子
を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、液晶と、この液晶中に分散された光学的に透
明な微粒子とを少なくとも含有する組成物を用いた液晶
表示素子であって、微粒子の粒径の標準偏差か５％以下
であることを特徴とする液晶表示素子である。

本発明において、組成物中には、微粒子を結合させる結
合剤を含むことを好適とする。また、微粒子は高分子樹
脂で必ること、また液晶に対する配向処理か施されてい
ることを好適とする。

本発明では、粒径の標準偏差か５％以下の光学的に透明
な微粒子、例えばガラス微粒子や高分子微粒子を液晶と
混合した組成物を液晶表示素子の基本的材料とする。上
記のカラス微粒子あるいは高分子微粒子は、シランカッ
プリング剤等により液晶に対して水平配向処理されてい
ても良い。また上記の組成物中には結合剤、例えば高分
子バインダを含めても良いとする。液晶と上記微粒子と
の体積比率は２：１から１：２の範囲か好ましい。

結合剤を用いる場合は、結合剤／微粒子（体積比率）は
１／１以下か望ましい。

液晶と上記微粒子ｄ３よび結合剤を混合する際には、液
晶をその等方性液体温度にまで加熱し、スタークによる
攪拌および超音波処理により充分な均一分散を実現する
ようにする。

塗布の方法は色々あるが、次の３つの方法が使える。デ
ィッピング塗布法とドクターブレード転写法および圧延
法の各方法である。塗布面積や塗膜の厚みによって使い
分けることができる。基板にはインジュウムースズの酸
化物（ＩＴＯ＞等の透明電極を透明ガラス基板あるいは
透明高分子フィルム等に蒸着したものを用いることがで
きる。

上記方法で得た塗膜基板を液晶の等方性液体温度まで加
熱し、真空中に於て、対向基板を静かに重ねることによ
り、気泡かないサンドイッチ構造の分散性液晶表示素子
を形成することができる。

素子のギャップはシリカスペーサを液晶と微粒子の混合
系に混入することによって制御することかできる。一方
、基板と対向基板を透明高分子フィルムとしたときには
、張り合わせ法として、ラミネー１〜法を採用すること
かできる。

微粒子としてはガラスや高分子樹脂か挙げられるが、高
分子微粒子とすると、液晶と微粒子との比重がほぼ等し
くなるので、分散状態の安定したものとなる。

液晶には、大別して、］コレステリック液晶ネマチック
液晶、スメクチック液晶の３種類に分類されるが、本発
明の場合には、コレステリック液晶またはネマティック
液晶か好ましい。液晶の通常光屈折率と結合剤でおる高
分子物質の屈折率との比を０１９８から１．０２、好ま
しくは０５９９から１．０１の範囲に入るように液晶ま
たは結合剤の高分子物質を選択することによって、透明
度が高い表示材料が得られる。液晶として、例えば、メ
ルク社から市販されている７１　１−１５６３．７１　
ｌ−１８４０、Ｚ　Ｉ　　ｌ−２２９３など、Ｂ　Ｄ　
ｌ−１社より市販されでいるＥ−７、Ｆ−１８，Ｆ−４
０，Ｅ−４３，Ｆ−６３など、チッソ社から市販されて
いる２０１０．２０２０゜２０３０、２０７０などが使
用できる。

個々の微粒子を結合する高分子物質どしては、単独で塗
膜ｉしたときに白濁ｕ１に透明で必ることか必要て必る
。また耐湿性の観点からＡｓ丁Ｍ−［）−５７０の方法
で測定した吸水率が５％以下でおることが好ましい。上
記条件を満足する高分子物質としては、例えばポリメチ
ルメタアクリレ−１〜。

ポリビニルホルマール、エポキシ、ポリブテン。

ポリアリールメタアクリレート、ニトロセルロース、ポ
リイソプレン、塩化ビニル−酢酸共重合体。

ナイロン、ナロピルスチレンーブタジエン共重合体、エ
チルセルロース、セルロースアセテートブチレート、セ
ルロースなどを挙げることができる。

膜厚は５〜２０μｍの間が好ましい。この溶液中に必要
なら染料、界面活性剤、可塑剤等の添加物を加えても支
障はない。

透明電極基板としては、カラスのほかに、ポリエチレン
テレフタレート、ポリサルホン、三酢酸セルロース、ポ
リカーボネート、ポリメチルメタアクリレートなどのプ
ラスチックシート等に金属あるいは金属酸化物を、蒸着
、スパッタリング等で導電層を（＝Ｊ−’−ｊシたもの
、あるいは導電層とじて導電性高分子物質を付与した通
常の透明電極基板をそのまま使用することかできる。本
発明の素子では、ＴＮ型液晶素子の場合と異なり、基板
表面の液晶配向処理は不要である。

１作用］ 第１図は本発明による素子の模式的断面図であり、これ
を用いて本発明による液晶表示素子の作用を説明する。

第１図（ａ）に示すように、電圧を印加しない状態では
、透明電極基板１，４間の液晶２は光学的に透明な微粒
子３の回りにおおよそ沿って配向している。配向の向き
は各々の微粒子３の近傍では一つの方向に平均的に向い
ているとすることができる。ただし、各々の微粒子毎に
それぞれの平均的に向いている方向か異なるため、全体
としては液晶の向きが無秩序な方向になっている。その
結果、表示素子面に垂直に入射する光６に対して、液晶
２と微粒子３の間に屈折率の不整合性か生じるために出
射光５は散乱が起き、白濁状態になる。

一方、電圧を印加した場合には、第１図（ｂ）に示すよ
うに、液晶２が電圧印加方向、すなわち光の進行方向に
配向するため、素子面に垂直に入射する光６からみて、
液晶２と微粒子３の屈折率に不整合性か小さくなるため
、光の散乱が小さくなり、透明状態になる。この場合、
上記した液晶２の微粒子３界面上での液晶配向プレチル
ト角が小さいように配向処理されている場合に、不整合
性が小さくなり、透明度が向上する。従って、印加電圧
ＯＮ、ＯＦＦ時の透過光量コントラストか向上する。微
粒子３と液晶２の界面での液晶２の配向プレチルト角は
微粒子の水相や配向処理法によって変えることができる
。

透明状態になるのは、微粒子と液晶の通常の屈折率の比
を１に近い値に選んであるからである。

結合剤を用いた場合、あるいは、液晶の比重に近い高分
子微粒子を用いた場合には、微粒子の片寄りか起こらす
、長期的に分散状態が安定する。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ 材料の組成は次のよってある。

体積比 シリカ粒子（粒径−１，２３±０．０３μｍ）　　　２
シリ力粒子（粒径＝１５μｍ、セル ギャップ規定用）触媒化成工業（株）０．１液晶　ＺＬ
Ｉ−１５６３メルク礼　　　　　　３上記材料は次のよ
うに作成する。即ち、シリカ粒子をシランカップリング
剤　５Ｈ６０２０（信越ポリマー社製）（０，５ｗｔ％
水溶液）に１０分間浸漬させたのち、１時間流水にてリ
ンスすることにより、液晶を水平配向させる特性をシリ
カ粒子表面に持たせる。次いで、液晶と混合し、液晶の
等方性温度でスタイラーによる攪拌、超音波処理にて、
シリカ粒子を液晶中に均一分散させる。

透明電極基板には、インジュウムースズの酸化　・物（
ＪＴＯ）よりなる透明導電膜（表面抵抗率：１００Ω／
口）層および保護層としてポリイミド薄膜（約１０００
オンゲス１〜ローム）を設け１ニガラス板を用いる。上
記の組成よりなる溶液を液晶の等方性温度状態に保ちな
がらドクターブレード法にて上記透明電極基板上に塗布
することにより、膜厚２０μｍの膜を得る。次に、対向
基板を上記基板に重ね合わせて、液晶の等方性温度で圧
延することにより、セルギャップ厚か１５μｍの素子を
形成することができる。この素子に電圧を印加したとき
の透過率の変化を第２図に示す。飽和電界が２０ボルト
と低くなっていることと、しきい値特性が向上している
とともにコントラスト６０か得られていることか分かる
。

実施例２ 材料の組成は次のようである。

体積比 メタクリル酸メチルポリマー（ＰＭＭＡ）１シリ力粒子
（粒径＝１．２３±０．０３μｍ）　　　４シリ力粒子
（粒径−１５μｍ、セル ギャップ規定用）触媒化成工業（株）０，１液晶　ＺＬ
Ｉ　１５６３　　メルク社　　　　　　６上記材料の混
合は次のように行う。即ち、シリ力粒子をシランカップ
リング剤　５Ｈ６０２０（信越ポリマー社製）（０，５
ｗｔ％水溶液）に１０分間浸漬させたのち、１時間流水
にてリンスすることにより液晶を水平配向させる特性を
シリカ粒子表面に持たせる。次いて、液晶と混合し、さ
らに、メタクリル酸メチルポリマーを混ぜ、液晶の等方
性温度でスタイラーによる攪拌、超音波処理を行い、シ
リカ粒子を液晶中に均一分散させる。このようにして、
液晶中に分散したシリカ粒子かメタクリル酸メチルポリ
マーで連結されることにより、シリカ粒子の分散状態か
安定化され、片寄りが起こりにくくなる。従って、表示
不良か起こりにくくなる。

透明電極基板には、インジュウムースズの酸化物（ＩＴ
Ｏ）よりなる透明導電膜（表面抵抗率：１００Ω／口）
層および保護層としてポリイミド薄膜（約１０００オン
グストローム）を設けたガラス板を用いる。上記の組成
よりなる溶液を液晶の等方性温度状態に保ちなからドク
ターブレード法にて上記透明電極基板上に塗布すること
により、膜厚２０μｍの膜を得る。次に、対向基板を上
記基板に重ね合わせて、液晶の等方性温度で圧延するこ
とにより、セルギャップ厚が１５μｍの素子を形成する
ことかできる。このセルに電圧を印加したとぎ、飽和電
界が２２ボルトと低くなっていることと、しきい値特性
か向上するとともにコントラスト６０か得られた。この
セルを立てた状態で、１００時間通電試験を行っても、
シリカ粒子の片寄りに基づく表示不良か発生しなかった
。

実施例３ 材料の組成は次のようである。

体積比 ポリメチルメタクリレート ポリマー微粒子（粒径−約２μｍ）　　　２液晶　ＺＬ
Ｉ−１５６３メルク社　　　　　　３上記材料の混合は
次のように行う。即ち、懸濁法、放剣線照射法、相分離
法などで作成した上記の光学的に透明なポリメチルメタ
クリレートポリマー微粒子をシランカップリング剤　３
８８０２０　（信越ボリマー社製）（０，５ｗｔ％水溶
液）に１０分間浸漬させたのち、１時間流水にてリンス
することにより液晶を水平配向させる特性をポリマー微
粒子表面に持たせる。次いで、液晶と混合し、液晶の等
方性温度でスタイラーによる攪拌、超音波処理を行い、
ポリマー微粒子を液晶中に均一分散させる。このように
すると、液晶中に分散したポリマー微粒子は液晶とほぼ
同じ比重を持っているため、分散状態か安定化され、片
寄りが起こりにくくなっていた。

透明電極基板には、インジュウムースズの酸化物（ＩＴ
Ｏ）よりなる透明導電膜（表面抵抗率：１００Ω／口）
層および保護層としてポリイミド薄膜（約１０００オン
グストローム）を設（ブたカラス板を用いる。上記の組
成よりなる溶液を液晶の等方性温度状態に保ちながらド
クターブレード法にて上記透明電極基板上に塗布するこ
とにより、・膜厚２０μｍの膜を得る。次に、対向基板
を上記基板に重ね合わけて、液晶の等方性温度で圧延す
ることにより、セルキャップ厚か１５μｍの素子を形成
することかできる。このセルに電圧を印加したとき、飽
和電界か２２ポル１〜と低くなっていることと、しきい
値特性か向上するとともにコン１〜ラス１〜５０が得ら
れた。このセルを立てた状態で、１００時間通電試験を
行っても、ポリマー微粒子の片寄りに基づく表示不良が
発生しなかった。

［発明の効果］ 本発明によれば、飽和電圧が低く、長期安定性を有し、
かつコントラストが高く、アクティブマｌ〜リクス駆動
に適した高分子分散型液晶による電界応答性の表示素子
か提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶分散型素子の模式的断面図、
第２図は本発明による素子の一例の印加電圧に対する透
過率の変化を示す特性図で必る。 １．４・・・透明電極基板 ２・・・液晶 ３・・・微粒子 ５・・・出側光 ６・・・入射光 剣り÷２

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶と、この液晶中に分散された光学的に透明な
   微粒子とを少なくとも含有する組成物を用いた液晶表示
   素子であって、微粒子の粒径の標準偏差が５％以下であ
   ることを特徴とする液晶表示素子。
2. （２）組成物中には、微粒子を結合させる結合剤を含む
   請求項（１）記載の液晶表示素子。
3. （３）微粒子は高分子樹脂である請求項（１）記載の液
   晶表示素子。
4. （４）微粒子は液晶に対する配向処理が施されている請
   求項（１）記載の液晶表示素子。