JPH11125570A - External force sensor - Google Patents

External force sensor

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Publication number
JPH11125570A
JPH11125570A JP9291326A JP29132697A JPH11125570A JP H11125570 A JPH11125570 A JP H11125570A JP 9291326 A JP9291326 A JP 9291326A JP 29132697 A JP29132697 A JP 29132697A JP H11125570 A JPH11125570 A JP H11125570A
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JP
Japan
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liquid crystal
external force
state
embedded image
region
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Pending
Application number
JP9291326A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Hasegawa
直樹 長谷川
Masaya Kawakado
昌弥 川角
Arimitsu Usuki
有光 臼杵
Kenzo Obata
賢三 小幡
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication of JPH11125570A publication Critical patent/JPH11125570A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an external force sensor that can detect an external force and further maintain the detection state by incorporating a constituent for maintaining the molecular array state of a liquid crystal, into the liquid crystal which is filled between substrates that can be elastically deformed by the external force. SOLUTION: When a substrate 2 that can be elastically deformed by applying an external force is deformed, a liquid crystal composition 4 is deformed in a region corresponding to the deformation of the substrate 2, and the molecular array state of liquid crystal 6 is disturbed, thereby a contrast of the array state of the liquid crystal 6 at the reasion to other region where the external force is not applied is generated, and the external force can be detected. Even after the external force is removed and the deformation of the substrate 2 is recovered, the molecular array state of the liquid crystal 6 in the region is continuously maintained by a second constituent 8. As a result, the molecular array state of the liquid crystal 6 in the region deformed by the external force is distinguished from that of the peripheral liquid crystal 6, even after the external force is eliminated, and the state where the contrast is generated is maintained, and the detection state of the external force is retained. The detection state of the external force can be erased by applying an appropriate electric field.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、外力センサーに
関し、詳しくは、外力を液晶組成物の変形によってセン
シングし、外力をメモリーするとともに、繰り返し使用
できる外力センサーに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an external force sensor, and more particularly, to an external force sensor that senses an external force by deformation of a liquid crystal composition, stores the external force, and can be used repeatedly.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、面に対してかかる外力を圧力とし
てセンシングするものとして感圧紙がある。これは、色
素を閉じこめたマイクロカプセルが圧力により壊れるこ
とにより発色表示するようになっているものである。感
圧紙によれば、圧力の大小を、発色表示の濃淡によって
検出するようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is pressure-sensitive paper as a device for sensing external force applied to a surface as pressure. In this method, a microcapsule in which a dye is confined is broken by pressure to perform color display. According to the pressure-sensitive paper, the magnitude of the pressure is detected by the density of the color display.

【0003】感圧紙によれば、一旦検出した圧力は、発
色によって持続的な表示(外力除去後にも表示状態が維
持することをいう。)が得られる。しかしながら、一旦
使用した感圧紙を再生して繰り返し使用することは不可
能である。また、発色により得られた圧力量を数値化す
るには、色の読みとりに特別な装置が必要である。
According to the pressure-sensitive paper, the pressure once detected provides a continuous display (meaning that the display state is maintained even after the external force is removed) by coloring. However, it is impossible to recycle pressure-sensitive paper that has been used once and use it repeatedly. In addition, a special device is required for reading the color in order to digitize the amount of pressure obtained by coloring.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
外力を検出可能で、しかも、その検出状態を持続できる
外力センサーを提供することを目的とする。
Therefore, in the present invention,
An object of the present invention is to provide an external force sensor capable of detecting an external force and maintaining the detection state.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明者らは、液晶に液晶の分子配列状態を維持
する第2成分を混在させた液晶組成物を得ることが可能
であり、この液晶組成物を利用して液晶素子を構成する
ことにより、外力を検出し、かつその検出状態を保持で
きること見いだして本発明を完成した。すなわち、本発
明では、少なくとも一方が外力により弾性変形可能であ
る、一対の基板と、これらの基板間に充填された、液晶
とこの液晶の分子配列状態を維持する第2成分とを含有
する液晶組成物、とを備えた外力センサーを創作した。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors can obtain a liquid crystal composition in which a liquid crystal is mixed with a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal. The present invention has been completed by finding that an external force can be detected and the detection state can be maintained by forming a liquid crystal element using the liquid crystal composition. That is, in the present invention, a liquid crystal containing a pair of substrates, at least one of which is elastically deformable by an external force, and a liquid crystal and a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal filled between the substrates. An external force sensor comprising the composition and was created.

【0006】本発明の外力センサー1の作用を図1に示
す。外力が付与されて弾性変形可能な基板2が変形され
ると、この変形に対応する領域において、液晶組成物4
が変形される。この変形により、この領域においては、
液晶6の分子配列状態が乱される。これにより、外力が
付与されていない他の領域との間で液晶の配列状態のコ
ントラストが生じる。すなわち、外力が検出される。外
力が除去されて、基板2の変形が回復した後において
も、この領域における液晶6の分子配列状態は、第2成
分8により維持されつづける。この結果、外力によって
変形された領域の液晶6の分子配列状態は、外力除去後
にも、周囲の液晶6の分子配列状態と区別されて、前記
コントラストが生じた状態が維持される。したがって、
外力の検出状態が保持される。この外力検出状態は、適
当な電界を印加して、液晶6の分子配列状態を整列させ
て前記コントラストを消去することによって消去するこ
とができる。なお、本明細書において、外力とは、外部
からはたらく力、圧力、応力及び仕事のいずれも包含す
るものとする。この外力センサーによると、外力が液晶
の配列状態の乱れとして検出される。また、この検出状
態は恒久的に保持されうる。さらに、電圧印加によりこ
の検出状態は消去され、再び、外力を検出することがで
きる。
FIG. 1 shows the operation of the external force sensor 1 of the present invention. When the elastically deformable substrate 2 is deformed by applying an external force, the liquid crystal composition 4 is deformed in a region corresponding to the deformation.
Is deformed. Due to this deformation, in this area,
The molecular alignment state of the liquid crystal 6 is disturbed. As a result, a contrast in the alignment state of the liquid crystal is generated between the other regions to which no external force is applied. That is, an external force is detected. Even after the external force is removed and the deformation of the substrate 2 is recovered, the molecular alignment state of the liquid crystal 6 in this region is maintained by the second component 8. As a result, the molecular alignment state of the liquid crystal 6 in the region deformed by the external force is distinguished from the molecular alignment state of the surrounding liquid crystal 6 even after the external force is removed, and the state in which the contrast occurs is maintained. Therefore,
The detection state of the external force is maintained. This external force detection state can be erased by applying an appropriate electric field, aligning the molecular arrangement state of the liquid crystal 6, and eliminating the contrast. In this specification, the external force includes any of externally applied force, pressure, stress, and work. According to this external force sensor, the external force is detected as a disorder of the alignment state of the liquid crystal. Also, this detection state can be kept permanently. Further, this detection state is erased by applying the voltage, and the external force can be detected again.

【0007】この場合、前記液晶組成物としては、いず
れかの周波数においてその誘電異方性が正である液晶
と、下記の3特性、すなわち、前記液晶が連続相あるい
は不連続相を形成した状態でこの液晶と混在され、この
液晶の分子の配向を規制する官能基を備えた高分子材料
からなる第2成分を用いることが好ましい。
In this case, the liquid crystal composition comprises a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy at any frequency and the following three properties, that is, a state in which the liquid crystal forms a continuous phase or a discontinuous phase. It is preferable to use a second component made of a polymer material having a functional group that is mixed with the liquid crystal and regulates the alignment of the molecules of the liquid crystal.

【0008】この液晶組成物によると、液晶が正の誘電
異方性を有する周波数で電圧を基板間に印加すると、基
板間で電場方向に平行に液晶分子の長軸が配向されて整
列された状態(以下、本明細書において、かかる液晶分
子の配列状態を、整列状態あるいは光透過状態ともい
う。)が得られる。基板を介した外力により液晶組成物
が変形された領域では、液晶の分子配列状態が乱されて
整列状態ではなくなる(以下、かかる液晶の分子配列状
態を、ランダム配列状態あるいは光散乱状態ともい
う。)。この乱れた分子配列状態は、高分子材料の官能
基との相互作用により再配向することが規制され、この
結果、付与した外力を除去した後にも、この領域では、
ランダム配列状態が維持される。したがって、変形され
た領域では、ランダム配列状態が維持され、変形を受け
た領域と他の整列状態の領域との間で液晶の配列状態の
コントラストが生じた状態が維持される。ここで、再
び、液晶が正の誘電異方性を有する周波数で電圧を印加
すると、基板間で電場方向に平行に液晶の分子の長軸が
配向されて整列され、透明状態が復帰し、前記コントラ
ストが消去される。すなわち、表示が消去される。この
液晶組成物は、光散乱型液晶を構成するため、明るい表
示が可能であるとともに、配向膜や偏光板等を必要とし
ない外力センサーを形成できる。
According to this liquid crystal composition, when a voltage is applied between the substrates at a frequency at which the liquid crystal has a positive dielectric anisotropy, the major axes of the liquid crystal molecules are aligned between the substrates in parallel to the direction of the electric field. A state (hereinafter, such an arrangement state of the liquid crystal molecules is also referred to as an alignment state or a light transmission state) is obtained. In a region where the liquid crystal composition is deformed by an external force via the substrate, the molecular alignment state of the liquid crystal is disturbed and the liquid crystal composition is not aligned (hereinafter, such a liquid crystal molecular alignment state is also referred to as a random alignment state or a light scattering state). ). This disordered molecular arrangement state is restricted from reorienting due to interaction with the functional group of the polymer material. As a result, even after removing the applied external force, in this region,
The random arrangement state is maintained. Therefore, in the deformed area, a random alignment state is maintained, and a state in which a contrast in the alignment state of the liquid crystal occurs between the deformed area and the other aligned state is maintained. Here, again, when a voltage is applied at a frequency at which the liquid crystal has positive dielectric anisotropy, the long axes of the molecules of the liquid crystal are aligned and aligned between the substrates in parallel to the direction of the electric field, and the transparent state is restored. The contrast is erased. That is, the display is deleted. Since this liquid crystal composition constitutes a light scattering type liquid crystal, a bright display is possible, and an external force sensor that does not require an alignment film, a polarizing plate, or the like can be formed.

【0009】前記液晶組成物として、いずれかの周波数
においてその誘電異方性が正である液晶と、この液晶中
に分散され、この液晶の分子と親和性を示す扁平形状の
粒子である第2成分を用いることが好ましい。
As the liquid crystal composition, a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy at any frequency and flat particles dispersed in the liquid crystal and exhibiting an affinity for molecules of the liquid crystal are described. It is preferred to use components.

【0010】この液晶組成物によると、液晶が正の誘電
異方性を有する周波数で基板間に電圧を印加すると、基
板間で電場方向に液晶分子の長軸が配向されて整列さ
れ、整列状態が得られる。基板を介した外力により液晶
組成物が変形された領域では、液晶の分子と扁平形状粒
子の配列状態が乱されて、ランダム配列状態となる。こ
の乱れた分子配列状態は、乱れた状態のままの扁平形状
粒子が有する親和性により、再配向することが規制され
る。この結果、付与した外力を除去した後にも、この領
域では、整列状態とは異なった分子配列状態が維持され
る。したがって、この領域では、ランダム配列状態が維
持され、変形を受けた領域と他の領域との間で液晶の配
列状態のコントラストが生じた状態が維持される。ここ
で、再び、液晶が正の誘電異方性を有する周波数で基板
間に電圧を印加すると、基板間で電場方向に平行に液晶
の分子の長軸が配向されて整列され、整列状態が復帰
し、前記コントラストが消去される。すなわち、表示が
消去される。この液晶組成物は、光散乱型液晶を構成で
きるため、前記した液晶組成物と同様の点の利点を有し
た外力センサーを形成できる。
According to this liquid crystal composition, when a voltage is applied between the substrates at a frequency at which the liquid crystal has a positive dielectric anisotropy, the major axes of the liquid crystal molecules are aligned and aligned in the direction of the electric field between the substrates. Is obtained. In a region where the liquid crystal composition is deformed by an external force via the substrate, the arrangement state of the liquid crystal molecules and the flat particles is disturbed, and the liquid crystal composition is in a random arrangement state. In the disordered molecular arrangement state, the reorientation is regulated by the affinity of the flat particles in the disordered state. As a result, even after the applied external force is removed, a molecular arrangement state different from the aligned state is maintained in this region. Therefore, in this region, a random alignment state is maintained, and a state in which the contrast of the alignment state of the liquid crystal occurs between the deformed region and another region is maintained. Here, when a voltage is again applied between the substrates at a frequency at which the liquid crystal has a positive dielectric anisotropy, the long axes of the liquid crystal molecules are aligned and aligned between the substrates in parallel to the direction of the electric field, and the alignment state is restored. Then, the contrast is eliminated. That is, the display is deleted. Since this liquid crystal composition can constitute a light scattering type liquid crystal, an external force sensor having the same advantages as the liquid crystal composition described above can be formed.

【0011】本発明の外力センサーでは、弾性変形可能
な基板に与えられた外力の大きさに応じて、液晶の分子
配列状態が変化される。すなわち、外力の大きさに応じ
た広さの領域で液晶の分子配列状態が変化され、外力の
大きさに応じて液晶の分子配列状態が乱れる程度が変化
される。このような液晶組成物の変形領域の大きさや、
液晶の分子配列状態の乱れの程度の変化に基づく光透過
量、光反射量、あるいは電気容量の変化を測定すること
により、外力の大きさを数値化することができる。
In the external force sensor according to the present invention, the molecular alignment state of the liquid crystal is changed according to the magnitude of the external force applied to the elastically deformable substrate. That is, the molecular arrangement state of the liquid crystal is changed in a region having a width corresponding to the magnitude of the external force, and the degree of disorder of the molecular arrangement state of the liquid crystal is changed according to the magnitude of the external force. The size of the deformation region of such a liquid crystal composition,
The magnitude of the external force can be quantified by measuring the change in the amount of light transmission, the amount of light reflection, or the change in the capacitance based on the change in the degree of the disorder in the molecular alignment state of the liquid crystal.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、詳細に説明する。本発明の外力センサーは、一対の
基板と、これらの基板間に充填された、液晶とこの液晶
の分子配列状態を維持する第2成分とを含有する液晶組
成物とを備えた液晶素子を基本構成とする。本発明に用
いる液晶組成物は、液晶と液晶の分子配列状態を維持で
きる第2成分とを含有した組成物である。 (液晶)液晶は、一種類のものを単独で用いてもよい
が、2種類以上の液晶の混合物を用いてもよい。一般に
は、種々の性質を満足する液晶を得るために、2種類以
上の液晶の混合物を用いることが好ましい。液晶は、い
ずれかの周波数においてその誘電異方性が正であること
が好ましい。なお、いずれかの周波数において誘電異方
性が正であれば、周波数により正あるいは負の誘電異方
性を併せ有する液晶(2周波駆動性液晶)であってもよ
い。周波数の選択により合目的的に使用できるからであ
る。なお、混合液晶の場合、誘電異方性が負である液晶
を含んでいても、混合液晶全体において、いずれかの周
波数において誘電異方性が正であればよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. An external force sensor according to the present invention is based on a liquid crystal element including a pair of substrates and a liquid crystal composition filled between the substrates and containing a liquid crystal and a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal. Configuration. The liquid crystal composition used in the present invention is a composition containing a liquid crystal and a second component capable of maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal. (Liquid crystal) One type of liquid crystal may be used alone, or a mixture of two or more types of liquid crystal may be used. Generally, it is preferable to use a mixture of two or more liquid crystals in order to obtain a liquid crystal satisfying various properties. The liquid crystal preferably has a positive dielectric anisotropy at any frequency. If the dielectric anisotropy is positive at any frequency, a liquid crystal (dual-frequency driving liquid crystal) having both positive and negative dielectric anisotropy depending on the frequency may be used. This is because the frequency can be selected and used appropriately. In the case of a mixed liquid crystal, even if the mixed liquid crystal includes a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy, it is sufficient that the dielectric anisotropy is positive at any frequency in the entire mixed liquid crystal.

【0013】また、液晶は、ネマチック性のもの、電場
を印加して表示を消去する差異の電場応答性が高いとい
う点で好ましいが、コレステリック性又はスメチック性
のものも、所要の電場応答性を示す限りにおいては使用
できる。さらに、液晶分子の分子量は問わないが、電場
応答性が高く、表示を消去するための電場応答のための
閾値電圧を低く設定することができる、低分子量のもの
を用いることが好ましい。なお、ここでいう「低分子
量」とは、液晶分子の化学構造に応じて異なるが、例え
ば分子量1000以下であることをいう。このような液
晶としては、例えば、[化1]〜[化58]に示すもの
がある。これらに示す化学式中、n,mは、それぞれ1
〜17の整数である。ただし、本発明に用いることがで
きる液晶は、低分子量のものに限られない。
The liquid crystal is preferably a nematic liquid crystal or a liquid crystal having a high electric field response characteristic of a difference of erasing a display by applying an electric field, but a cholesteric or smectic liquid crystal has a required electric field response. It can be used as far as shown. Further, although the molecular weight of the liquid crystal molecule is not limited, it is preferable to use a liquid crystal molecule having a high electric field response and a low molecular weight which can set a low threshold voltage for an electric field response for erasing display. The term “low molecular weight” here depends on the chemical structure of liquid crystal molecules, but means, for example, that the molecular weight is 1000 or less. As such a liquid crystal, for example, there are those shown in [Formula 1] to [Formula 58]. In these chemical formulas, n and m are each 1
-17. However, the liquid crystal that can be used in the present invention is not limited to a liquid crystal having a low molecular weight.

【0014】[0014]

【化1】 Embedded image

【0015】[0015]

【化2】 Embedded image

【0016】[0016]

【化3】 Embedded image

【0017】[0017]

【化4】 Embedded image

【0018】[0018]

【化5】 Embedded image

【0019】[0019]

【化6】 Embedded image

【0020】[0020]

【化7】 Embedded image

【0021】[0021]

【化8】 Embedded image

【0022】[0022]

【化9】 Embedded image

【0023】[0023]

【化10】 Embedded image

【0024】[0024]

【化11】 Embedded image

【0025】[0025]

【化12】 Embedded image

【0026】[0026]

【化13】 Embedded image

【0027】[0027]

【化14】 Embedded image

【0028】[0028]

【化15】 Embedded image

【0029】[0029]

【化16】 Embedded image

【0030】[0030]

【化17】 Embedded image

【0031】[0031]

【化18】 Embedded image

【0032】[0032]

【化19】 Embedded image

【0033】[0033]

【化20】 Embedded image

【0034】[0034]

【化21】 Embedded image

【0035】[0035]

【化22】 Embedded image

【0036】[0036]

【化23】 Embedded image

【0037】[0037]

【化24】 Embedded image

【0038】[0038]

【化25】 Embedded image

【0039】[0039]

【化26】 Embedded image

【0040】[0040]

【化27】 Embedded image

【0041】[0041]

【化28】 Embedded image

【0042】[0042]

【化29】 Embedded image

【0043】[0043]

【化30】 Embedded image

【0044】[0044]

【化31】 Embedded image

【0045】[0045]

【化32】 Embedded image

【0046】[0046]

【化33】 Embedded image

【0047】[0047]

【化34】 Embedded image

【0048】[0048]

【化35】 〔式中、R1 は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R2 は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R 1 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R 2 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0049】[0049]

【化36】 〔式中、R3 は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R4 は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R 3 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R 4 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0050】[0050]

【化37】 〔式中、R5 は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R6 は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R5 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R6 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0051】[0051]

【化38】 〔式中、R7 は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R8 は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R 7 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R 8 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0052】[0052]

【化39】 〔式中、R9 は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R10は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R 9 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R 10 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0053】[0053]

【化40】 〔式中、R11は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R12は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R11 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R12 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0054】[0054]

【化41】 〔式中、R13は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R13 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0055】[0055]

【化42】 〔式中、R14は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R14 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0056】[0056]

【化43】 〔式中、R15は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R15 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0057】[0057]

【化44】 〔式中、R16は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R16 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0058】[0058]

【化45】 〔式中、R17は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R17 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0059】[0059]

【化46】 〔式中、R18は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R18 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0060】[0060]

【化47】 〔式中、R19は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R20は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R19 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R20 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0061】[0061]

【化48】 〔式中、R21は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R22は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R21 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R22 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0062】[0062]

【化49】 〔式中、R23は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R24は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R23 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R24 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0063】[0063]

【化50】 〔式中、R25は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R26は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R25 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R26 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0064】[0064]

【化51】 〔式中、R27は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R28は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R27 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R28 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0065】[0065]

【化52】 〔式中、R29は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R30は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R29 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R30 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0066】[0066]

【化53】 〔式中、R31は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R32は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R31 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R32 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0067】[0067]

【化54】 〔式中、R33は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R34は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R33 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R34 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0068】[0068]

【化55】 〔式中、R35は、炭素数1〜17のアルキル基を表
し、R36は、炭素数1〜17のアルキル基を表す〕
Embedded image [Wherein, R35 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, and R36 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0069】[0069]

【化56】 〔式中、R37は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R37 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0070】[0070]

【化57】 〔式中、R38は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R38 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0071】[0071]

【化58】 〔式中、R39は、炭素数1〜17のアルキル基を表
す〕
Embedded image [Wherein, R39 represents an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms]

【0072】(第2成分)第2成分は、外部刺激を受け
ない限り、液晶の分子配列状態を維持することのできる
成分である。なお、ここで言う外部刺激とは、電場、磁
場、熱、応力による変形等をいう。このような第2成分
を含んだ液晶組成物であると、例えば、誘電異方性が正
を示す周波数の電場をかけると、液晶分子は、電場方向
に配向して、整列状態となり、液晶組成物は、光透過性
を発現する。第2成分は、電圧印加停止後も、このよう
な光透過性を発現する整列状態を維持する。また、この
整列状態にある液晶組成物において、外力が作用して液
晶組成物が変形した領域では、液晶の分子配列状態が変
化されてランダム配列状態(光散乱状態)となる。第2
成分は、外力除去後にもその変化した分子配列状態、す
なわち、ランダム配列状態を、電圧無印加状態で持続的
に維持する。
(Second Component) The second component is a component that can maintain the molecular alignment state of the liquid crystal unless it receives an external stimulus. In addition, the external stimulus mentioned here means deformation due to an electric field, a magnetic field, heat, or stress. In the case of a liquid crystal composition containing such a second component, for example, when an electric field having a frequency at which the dielectric anisotropy is positive is applied, the liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field to be in an aligned state. The object develops light transmittance. The second component maintains the aligned state that expresses such light transmittance even after the voltage application is stopped. Further, in the liquid crystal composition in the aligned state, in a region where the liquid crystal composition is deformed due to an external force, the molecular alignment state of the liquid crystal is changed to a random alignment state (light scattering state). Second
The components maintain the changed molecular arrangement state, that is, the random arrangement state even after the external force is removed, in a state where no voltage is applied.

【0073】このような第2成分としては、以下に説明
する高分子材料と、扁平形状の粒子を挙げることがで
き、これらの第2成分は、液晶と複合体を形成する。
Examples of such a second component include a polymer material described below and particles having a flat shape. These second components form a composite with a liquid crystal.

【0074】(液晶−高分子複合体)第2成分の一つ
は、透明性で、液晶が連続相あるいは不連続相を形成し
た状態で液晶と混在され、液晶の分子の配向を規制する
官能基を備えた高分子材料である。
(Liquid-Crystal-Polymer Composite) One of the second components is a transparent one, which is mixed with the liquid crystal in a state where the liquid crystal forms a continuous phase or a discontinuous phase, and controls the orientation of the liquid crystal molecules. It is a polymer material having a group.

【0075】この高分子材料は、それ自体透明性がある
ことが好ましい。光透過性の液晶セルから外力センサー
を構成した場合の、光透過性を良好にすることができる
からである。光透過性が良好であると、明るい表示の可
能な外力センサーが構成され、あるいは目視あるいは光
学的手段による外力の検出感度等が向上される。また、
高分子材料が透明性である場合、その屈折率は、複合化
される液晶の常光屈折率とほとんど一致することが好ま
しい。 この高分子材料は、また、液晶と混在されてい
ることが必要である。液晶組成物のいずれの領域におい
ても、与えられた変形に対応して、均一な表示の持続を
可能とするためである。また、高分子材料は、液晶が連
続相あるいは不連続相を形成した状態で液晶と混在され
る。
It is preferable that the polymer material itself has transparency. This is because, when the external force sensor is formed of a light transmissive liquid crystal cell, the light transmissivity can be improved. When the light transmittance is good, an external force sensor capable of displaying a bright image is formed, or the sensitivity of external force detection by visual or optical means is improved. Also,
When the polymer material is transparent, it is preferable that the refractive index almost coincides with the ordinary light refractive index of the compounded liquid crystal. This polymer material needs to be mixed with the liquid crystal. This is because, in any region of the liquid crystal composition, uniform display can be maintained in response to given deformation. The polymer material is mixed with the liquid crystal in a state where the liquid crystal forms a continuous phase or a discontinuous phase.

【0076】液晶組成物において、液晶が連続相を形成
した状態とは、高分子材料が3次元ネットワーク状に分
散し、このネットワーク構造体の連続する空隙に液晶が
存在した状態(いわゆるPNLCタイプ)、さらには、
粒子状あるいは薄片の高分子材料が、液晶中に分散され
た状態を挙げることができる。これらの場合に、高分子
材料により形成される空隙の大きさや形状は必要に応じ
て選択することができる。そのサイズは、0.05μm
〜10μmであり、好ましくは、0.1μm〜5μmで
あり、さらに好ましくは、0.5μm〜5μmである。
空隙のサイズは、可視光の波長と同等程度であること
が、表示時の光散乱に最も効果があり、大きすぎる場合
には光散乱効果が弱まる。小さすぎる場合には光透過時
の透明性が損なわれ、あるいは表示の消去に高い電圧が
必要となる。このように液晶が連続相を形成する高分子
材料を用いた液晶組成物は、液晶が不連続相で存在する
液晶組成物に比較して、表示を消去する際の閾値電圧を
低くでき、また、応答速度も速いため、好ましい。
In the liquid crystal composition, a state in which the liquid crystal forms a continuous phase means a state in which the polymer material is dispersed in a three-dimensional network, and the liquid crystal is present in continuous voids of the network structure (a so-called PNLC type). ,Furthermore,
An example is a state in which a polymer material in the form of particles or flakes is dispersed in a liquid crystal. In these cases, the size and shape of the void formed by the polymer material can be selected as needed. The size is 0.05μm
10 μm to 10 μm, preferably 0.1 μm to 5 μm, and more preferably 0.5 μm to 5 μm.
The size of the void is approximately equal to the wavelength of visible light, which is most effective for light scattering during display. If the size is too large, the light scattering effect is weakened. If it is too small, transparency at the time of light transmission is impaired, or a high voltage is required to erase the display. As described above, the liquid crystal composition using a polymer material in which a liquid crystal forms a continuous phase can lower the threshold voltage when erasing a display as compared with a liquid crystal composition in which a liquid crystal exists in a discontinuous phase, and This is preferable because the response speed is high.

【0077】液晶組成物において、液晶が不連続相を形
成した状態とは、高分子材料に完全に囲繞された液晶の
ドメインが多数形成されている状態をいう。具体的に
は、高分子材料が独立空胞を有しており、この空胞内に
液晶が満たされている状態(いわゆるPDLCタイプ)
を挙げることができる。この場合に高分子材料の空胞
は、必要に応じて、その大きさや形状を選択することが
できるが、そのサイズは、0.05μm〜10μmであ
り、好ましくは、0.1μm〜5μm、さらに好ましく
は0.5μm〜5μmである。空胞のサイズは、可視光
の波長と同程度であることが表示時の光散乱に最も効果
があり、大きすぎる場合には光散乱効果が弱まる。小さ
すぎる場合には光透過時の透明性が損なわれ、あるいは
表示の消去に高い電圧が必要となる。
In the liquid crystal composition, a state in which the liquid crystal forms a discontinuous phase means a state in which a large number of liquid crystal domains completely surrounded by a polymer material are formed. Specifically, a state in which the polymer material has independent vacuoles and the liquid crystals are filled in the vacuoles (so-called PDLC type)
Can be mentioned. In this case, the size and shape of the vacuoles of the polymer material can be selected as necessary, and the size is 0.05 μm to 10 μm, preferably 0.1 μm to 5 μm, and more preferably 0.1 μm to 5 μm. Preferably it is 0.5 μm to 5 μm. It is most effective for light scattering during display that the size of the vacuole is substantially equal to the wavelength of visible light, and the light scattering effect is weakened when it is too large. If it is too small, transparency at the time of light transmission is impaired, or a high voltage is required to erase the display.

【0078】このような複合体構造を形成するには、液
晶と高分子材料との複合体を形成する公知の各種方法
(液晶をマイクロカプセル化する方法、液晶とポリマー
を溶解している溶剤を蒸発させる方法、加熱溶解した液
晶と熱可塑性樹脂の均一混合液を冷却させる方法等)を
用いることができる。また、粒子状や薄片状の高分子材
料を単に液晶に混合するだけでもよい。好ましくは、重
合して高分子材料を形成することができるモノマーと液
晶との混合液に紫外線照射や加熱等の刺激を加えてモノ
マーを重合させることであり、より好ましくは、紫外線
照射による重合である。なお、重合に際しては、架橋剤
を混入させておいて、重合体を架橋させることもでき
る。また、光開始重合剤、光増感剤などの添加剤、反応
性希釈剤、有機溶媒等を添加して重合させることもでき
る。
In order to form such a composite structure, various known methods for forming a composite of a liquid crystal and a polymer material (a method of microencapsulating a liquid crystal, a method of dissolving a liquid crystal and a polymer in a solvent) are used. E.g., a method of evaporating, a method of cooling a homogeneous liquid mixture of a liquid crystal and a thermoplastic resin melted by heating, and the like). Alternatively, the polymer material in the form of particles or flakes may be simply mixed with the liquid crystal. Preferably, the monomer is polymerized by applying a stimulus such as ultraviolet irradiation or heating to a liquid mixture of a monomer and a liquid crystal that can be polymerized to form a polymer material, and more preferably by polymerization by ultraviolet irradiation. is there. At the time of polymerization, a polymer may be cross-linked by mixing a cross-linking agent. Polymerization can also be carried out by adding an additive such as a photoinitiator, a photosensitizer, a reactive diluent, an organic solvent and the like.

【0079】例えば、モノマー重合法による場合には、
液晶が連続相を形成するか、不連続相を形成するかは、
液晶と高分子材料の種類(原料としては高分子を形成す
るモノマー)との組み合わせにもよるが、液晶とモノマ
ーとの割合を選択することにより、おおよそ作り分けす
ることができる。一般にモノマーの割合が多いとPDL
Cタイプになりやすく、モノマーの割合が少ないとPN
LCタイプになりやすい。液晶−高分子複合体における
高分子材料の割合は、5〜95重量%であり、好ましく
は5〜80重量%である。さらに好ましくは、10〜8
0重量%であり、より好ましくは、20〜80重量%で
ある。高分子材料の割合が多すぎたり、少なすぎる場合
には光散乱効果が弱まる。また、高分子材料の割合が多
すぎる場合には、表示の消去に高い電圧が必要となる。
For example, in the case of the monomer polymerization method,
Whether the liquid crystal forms a continuous phase or a discontinuous phase depends on
Although it depends on the combination of the liquid crystal and the type of polymer material (as a raw material, a monomer that forms a polymer), it can be roughly made by selecting the ratio between the liquid crystal and the monomer. Generally, if the proportion of monomer is large, PDL
It is easy to become C type, and if the ratio of monomer is small, PN
Easy to be LC type. The proportion of the polymer material in the liquid crystal-polymer composite is 5 to 95% by weight, preferably 5 to 80% by weight. More preferably, 10-8
0% by weight, more preferably 20 to 80% by weight. If the proportion of the polymer material is too large or too small, the light scattering effect is weakened. If the proportion of the polymer material is too large, a high voltage is required to erase the display.

【0080】高分子材料は、液晶の分子配列状態を維持
できるように、液晶の分子の配向を規制することができ
る官能基を備えている。より具体的には、液晶の分子を
再配向させる外部刺激が加わらないかぎり、液晶の分子
の配向を規制できる官能基である。高分子材料がこのよ
うな官能基を有する形態としては、高分子材料が官能基
を有するモノマーからなり、あるいはかかるモノマーを
含んでいることにより、官能基が高分子材料の一部をな
している場合、あるいは、官能基を含む化合物が高分子
材料に均一に混合されている場合も含まれる。
The polymer material has a functional group capable of regulating the alignment of the liquid crystal molecules so that the molecular alignment state of the liquid crystal can be maintained. More specifically, it is a functional group capable of regulating the alignment of the liquid crystal molecules unless an external stimulus for realigning the liquid crystal molecules is applied. As the form in which the polymer material has such a functional group, the polymer material is composed of a monomer having a functional group, or the functional group forms a part of the polymer material by including such a monomer. This also includes the case where the compound containing the functional group is uniformly mixed with the polymer material.

【0081】高分子材料が備えている官能基としては、
水酸基、アミド基、アミノ基、ウレア基、ウレタン基、
カルボン酸基、フェノール基等の官能基が好適に用いら
れる。また、モノマーを重合することにより高分子材料
に官能基を導入する場合に用いるモノマーとしては、光
又は熱等で重合可能な2重結合等の基を1つ有した単官
能性、又は2つ以上有した多官能性のものを挙げること
ができる。また、モノマーは、前記官能基を1つ又は2
つ以上有していても構わず、2つ以上の場合その官能基
が同一でも、それぞれ異なっていても構わない。具体的
には、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、1
−又は2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、
1−又は2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、
1,4−ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、
1,6−ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、
グリセロールモノ(メタ)アクリレート、2−アミノエ
チル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、
モノアルキル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリ
ルアミド、モノアルキル(メタ)アクリルアミド、(メ
タ)アクリル酸、4−ヒドロキシベンジル(メタ)アク
リレート、Kayarad R-167, Kayarad PET-128, Kayarad
R-128H(以上の3製品は、いずれも日本化薬製であ
る。) 等を挙げることができる。
The functional groups included in the polymer material include:
Hydroxyl group, amide group, amino group, urea group, urethane group,
A functional group such as a carboxylic acid group and a phenol group is preferably used. Further, as a monomer used when a functional group is introduced into a polymer material by polymerizing the monomer, monofunctional having one group such as a double bond or the like which can be polymerized by light or heat, or two monomers The polyfunctional compounds having the above-mentioned properties can be mentioned. Further, the monomer may include one or two of the functional groups.
Two or more functional groups may be the same or different from each other. Specifically, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 1
-Or 2-hydroxypropyl (meth) acrylate;
1- or 2-hydroxybutyl (meth) acrylate,
1,4-butanediol mono (meth) acrylate,
1,6-hexanediol mono (meth) acrylate,
Glycerol mono (meth) acrylate, 2-aminoethyl (meth) acrylate, (meth) acrylamide,
Monoalkyl (meth) acrylamide, (meth) acrylamide, monoalkyl (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, 4-hydroxybenzyl (meth) acrylate, Kayarad R-167, Kayarad PET-128, Kayarad
R-128H (all the above three products are manufactured by Nippon Kayaku).

【0082】また、高分子材料における前記官能基を有
するモノマーの割合は、5重量%〜100重量%であ
り、好ましくは、20重量%〜100重量%であり、さ
らに好ましくは、40重量%〜100重量%である。前
記官能基を有するモノマーの割合が少なすぎると、光透
過時の透明性が損なわれる場合がある。
The proportion of the monomer having a functional group in the polymer material is 5% by weight to 100% by weight, preferably 20% by weight to 100% by weight, and more preferably 40% by weight to 100% by weight. 100% by weight. If the proportion of the monomer having a functional group is too small, transparency at the time of light transmission may be impaired.

【0083】また、共重合モノマー、架橋剤としては、
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレ
ート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)
アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、1,4
−ブタンジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキシルジ
(メタ)アクリレート、ポリエチレンジ(メタ)アクリ
レート、ポリプロピレンジ(メタ)アクリレート、Kaya
rad HX-620、KayaradHX-220、Kayarad R-684 、Kayarad
TMPTA 、Kayarad GPO-303 、Kayarad R-551、Kayarad
R-712 ( 以上の7製品はいずれも日本化薬製である。)
を挙げることができる。架橋剤の添加により、高分子材
料の機械的強度を向上させることができる。光開始重合
剤としては、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェノ
キシプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール等
を挙げることができる。
Further, as the copolymerizable monomer and the crosslinking agent,
Methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth)
Acrylate, hexyl (meth) acrylate, 1,4
-Butane di (meth) acrylate, 1,6-hexyl di (meth) acrylate, polyethylene di (meth) acrylate, polypropylene di (meth) acrylate, Kaya
rad HX-620, Kayrad HX-220, Kayrad R-684, Kayrad
TMPTA, Kayarad GPO-303, Kayarad R-551, Kayarad
R-712 (All seven products are made by Nippon Kayaku.)
Can be mentioned. By adding a cross-linking agent, the mechanical strength of the polymer material can be improved. Examples of the photoinitiator include 2-hydroxy-2-methyl-1-phenoxypropan-1-one, benzyldimethylketal, and the like.

【0084】このような高分子材料と混在される液晶
は、いずれかの周波数においてその誘電異方性が正であ
る液晶が好ましい。かかる液晶であれば、明るいディス
プレイを構成できる光散乱型液晶を形成でき、偏光板や
配向膜も不要となる。
The liquid crystal mixed with such a polymer material is preferably a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy at any frequency. With such a liquid crystal, a light-scattering liquid crystal capable of forming a bright display can be formed, and a polarizing plate and an alignment film are not required.

【0085】図2には、一例として、弾性変形可能な基
板14と、もう一方の基板16と、液晶組成物として、
いずれかの周波数でその誘電異方性が正である液晶20
と液晶が連続相を形成するようなネットワーク構造を有
する高分子材料21との液晶−高分子複合体18を用い
た外力センサー12の断面構造を示す。(a)では、誘
電異方性が正となる周波数の電場を基板14、16間に
印加すると、液晶20は電場方向と平行に配向されて整
列され、光透過状態となる。この状態は、外部刺激が作
用されない限り、電圧印加終了後も継続する。そして、
次に、電場無印加状態とし、(b)に示すように、基板
14に外力を加えると、基板14は変形され、さらに、
対応する領域の液晶20の分子配列状態が乱れる。この
結果、この領域においては光散乱状態となり、光透過状
態の領域との間で液晶の分子配列状態のコントラストが
生じる。この際、高分子材料21に備えられた官能基に
より、その再配向が規制され、乱れた分子配列状態が維
持される。その後、基板14の変形が回復しても、液晶
20の分子配列は、官能基により、外力作用中の分子配
列状態に維持される。この結果、外力が付与されない領
域(透明領域)とのコントラストが生じた状態が維持さ
れる((c)参照)。さらに、その後、誘電異方性が正
となる周波数の電場を基板間14、16に印加すると、
液晶20が電場方向に沿って配向され、検出状態は消去
され、光透過状態となる((a)参照)。なお、図2で
は、液晶が連続相を形成する液晶−高分子複合体につい
て説明したが、液晶が不連続相を形成する液晶−高分子
複合体についても、同様の作用を奏する。
FIG. 2 shows, as an example, an elastically deformable substrate 14, another substrate 16, and a liquid crystal composition.
A liquid crystal 20 whose dielectric anisotropy is positive at any frequency.
1 shows a cross-sectional structure of an external force sensor 12 using a liquid crystal-polymer composite 18 of a polymer material 21 having a network structure such that a liquid crystal forms a continuous phase. In (a), when an electric field having a frequency at which the dielectric anisotropy is positive is applied between the substrates 14 and 16, the liquid crystal 20 is aligned and aligned in parallel with the direction of the electric field, and enters a light transmitting state. This state continues even after the voltage application ends unless an external stimulus is applied. And
Next, when no electric field is applied and an external force is applied to the substrate 14 as shown in (b), the substrate 14 is deformed.
The molecular alignment state of the liquid crystal 20 in the corresponding region is disturbed. As a result, the region is in a light scattering state, and a contrast of the molecular alignment state of the liquid crystal is generated between the region and the region in the light transmitting state. At this time, the reorientation is regulated by the functional group provided in the polymer material 21, and the disordered molecular arrangement state is maintained. After that, even if the deformation of the substrate 14 is recovered, the molecular arrangement of the liquid crystal 20 is maintained in the molecular arrangement state under the action of the external force by the functional group. As a result, the state where the contrast with the region (transparent region) to which no external force is applied is maintained (see (c)). Further, thereafter, when an electric field having a frequency at which the dielectric anisotropy becomes positive is applied between the substrates 14 and 16,
The liquid crystal 20 is oriented along the direction of the electric field, the detection state is erased, and the light transmission state is established (see (a)). In FIG. 2, the liquid crystal-polymer composite in which the liquid crystal forms a continuous phase has been described. However, the liquid crystal-polymer composite in which the liquid crystal forms a discontinuous phase has the same effect.

【0086】(液晶−扁平形状の粒子の複合体)扁平形
状の粒子の「扁平」とは、粒子のアスペクト比がある程
度以上大きいことを言い、効率的に液晶組成物中に液晶
のドメインを形成し、この粒子の有する親和性により液
晶分子の配列状態を維持するには、一般的にはアスペク
ト比が2以上、より好ましくは5以上であることが望ま
しい。粒子の形状は、板状のものに限らず、棒状あるい
は針状であっても良い。
(Compound of Liquid Crystal-Flat Shaped Particles) The term “flat” of flat shape particles means that the aspect ratio of the particles is larger than a certain level, and efficiently forms liquid crystal domains in the liquid crystal composition. However, in order to maintain the alignment state of the liquid crystal molecules due to the affinity of the particles, it is generally desirable that the aspect ratio is 2 or more, more preferably 5 or more. The shape of the particles is not limited to a plate shape, but may be a rod shape or a needle shape.

【0087】扁平形状の粒子を構成する材料については
限定しない。粒子には親和性が求められるが、親和性は
材料処理によっても付与することもできる。また、必ず
しも透明でなくてもよい。この扁平形状の粒子が電場に
より自ら配向変化を起こす粒子である場合には、その配
向変化が明瞭・迅速に起こり、これにより、応答速度を
速くすることができるとともに、入力表示の消去の際の
閾値電圧を低くすることができる。
The material constituting the flat particles is not limited. The particles are required to have an affinity, but the affinity can also be imparted by material processing. Further, it is not always necessary to be transparent. When the flat particles are particles that undergo an orientation change by an electric field, the orientation change occurs clearly and quickly, thereby increasing the response speed and reducing the time required to erase the input display. The threshold voltage can be reduced.

【0088】電場により自ら配向変化を起こす扁平形状
の粒子の好ましい例として、層状粘土鉱物や、酸化チタ
ン,アルミナホワイト(水不溶性塩基性硫酸アルミニウ
ム),炭酸カルシウム,薄片状酸化亜鉛,鱗片状アルミ
ニウム粉,紺青,ヘマタイト酸化物,各種セラミックス
の板状結晶,グラファイト等が挙げられる。更に、有機
物結晶や有機物の金属錯体等も使用できる。なお、電場
により自ら配向変化を起こさない粒子も、本願発明にお
いて使用することができる。電場応答性の小さい、ある
いは殆どない粒子の例として、ポリエチレン,ポリプロ
ピレン,ポリテトラフルオロエチレン等の有機ポリマ−
より構成される粒子が挙げられる。
Preferred examples of the flat particles whose orientation changes by the electric field include layered clay mineral, titanium oxide, alumina white (water-insoluble basic aluminum sulfate), calcium carbonate, flaky zinc oxide, and flaky aluminum powder. , Navy blue, hematite oxide, plate crystals of various ceramics, graphite and the like. Further, organic crystals and metal complexes of organic substances can also be used. It should be noted that particles that do not cause an orientation change by the electric field can be used in the present invention. Examples of particles having little or no electric field response include organic polymers such as polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene.
And particles composed of the same.

【0089】一方、液晶組成物の応答速度を液晶そのも
のの応答速度と同等に保つためには、扁平形状の粒子は
液晶分子と界面を通してのみ相互作用し、液晶の内部粘
性に殆ど影響を与えないものであることが好ましい。
On the other hand, in order to keep the response speed of the liquid crystal composition equal to that of the liquid crystal itself, the flat particles interact only with the liquid crystal molecules through the interface and hardly affect the internal viscosity of the liquid crystal. Preferably, it is

【0090】以上の要求を考慮した時、扁平形状の粒子
として用いる材料としては、層状粘土鉱物が最も好まし
い。層状粘土鉱物としては、天然のあるいは合成された
モンモリロナイト,サポナイト,マイカ,ヘクトライト
等を用いることができるが、とりわけ、液晶中に比較的
分散し易いという理由から、モンモリロナイトが代表的
である。また、扁平形状の粒子として特願平4−360
551号( 特開平6−200034号公報)に記載され
た層状有機ケイ素系ポリマーも特に好ましい。ここに、
層状有機ケイ素系ポリマーとは、ケイ素又は金属を中心
原子とする4面体シートと金属を中心原子とする8面体
シートとの積層体からなる結晶性層状ポリマーであっ
て、前記4面体シートの中心原子であるケイ素又は金属
の一部ないし全部の原子がそれぞれ共有結合により有機
基と結合していることを特徴とする層状有機ケイ素系ポ
リマーである。以下、「層状粘土鉱物等」といういうと
きは、層状粘土鉱物及び層状有機ケイ素系ポリマーを指
す。
In view of the above requirements, the material used as the flat particles is most preferably a layered clay mineral. As the layered clay mineral, natural or synthetic montmorillonite, saponite, mica, hectorite and the like can be used, and montmorillonite is a typical example because it is relatively easily dispersed in liquid crystal. Further, as flat particles, Japanese Patent Application No. 4-360
No. 551 (JP-A-6-200034) is also particularly preferred. here,
The layered organosilicon-based polymer is a crystalline layered polymer composed of a laminate of a tetrahedral sheet having silicon or a metal as a central atom and an octahedral sheet having a metal as a central atom. Is a layered organosilicon polymer characterized in that some or all of the atoms of silicon or metal are bonded to an organic group by a covalent bond. Hereinafter, the term "layered clay mineral or the like" refers to a layered clay mineral and a layered organosilicon polymer.

【0091】扁平形状の粒子の粒径(粒径とは、ここで
は、粒子の最大長をいうものとする。)は、0.1〜2
0μm程度が適当である。粒径がこの範囲より小さい
と、液晶のドメインを有効に形成させることができず、
粒子の親和性により、配列状態を有効に維持することが
できない、という不具合がある。粒径がこの範囲より大
きいと、調光材料やそれを用いたデバイスを構成した場
合に液晶組成物の不均一性が目立ち、外観上の不具合を
生じ、また、デバイスとして数十μmのセルギャップを
有するセルを構成した場合に物理的に配向が不十分にな
る恐れがある。特に好ましい粒径の範囲は0.2〜5μ
mである。層状粘土鉱物等をこれらの適当な粒径の範囲
で調製することは容易である。
The particle size of the flat particles (the particle size here means the maximum length of the particles) is from 0.1 to 2.
About 0 μm is appropriate. If the particle size is smaller than this range, liquid crystal domains cannot be effectively formed,
There is a disadvantage that the alignment state cannot be effectively maintained due to the affinity of the particles. If the particle size is larger than this range, when a light modulating material or a device using the same is formed, the non-uniformity of the liquid crystal composition is conspicuous, causing a defect in appearance, and a cell gap of several tens μm as a device. In the case where a cell having the above structure is formed, the orientation may be physically insufficient. A particularly preferred particle size range is 0.2 to 5 μm.
m. It is easy to prepare a layered clay mineral or the like in such an appropriate particle size range.

【0092】扁平形状の粒子は、液晶のドメインを有効
に形成させる程度の密度に分散していることが好まし
い。一方、扁平形状の粒子の密度が高すぎて、互いにそ
の配向の変化を束縛する程になるのも好ましくない。こ
れらの要求に同時に答える密度は、液晶の種類あるいは
扁平形状の粒子の種類やサイズ等に応じて異なり、一律
に規定することは困難であるが、一般的には、液晶10
0重量部に対し扁平形状の粒子1〜10重量部を分散さ
せるのが望ましい。扁平形状の粒子が層状粘土鉱物等で
ある場合にも、この範囲が当てはまる。
The flat particles are preferably dispersed at such a density that liquid crystal domains can be effectively formed. On the other hand, it is also not preferable that the density of the flat particles is too high, so that the change in the orientation is restricted. The density that simultaneously responds to these requirements differs according to the type of liquid crystal or the type and size of flat-shaped particles, and it is difficult to uniformly define the density.
It is desirable to disperse 1 to 10 parts by weight of flat particles with respect to 0 parts by weight. This range also applies when the flat particles are a layered clay mineral or the like.

【0093】扁平形状の粒子の液晶中における分散状態
として、かならずしも個々の粒子が完全に分散した状態
を要求されるものではなく、粒子の一部が数個〜数十個
凝集していても、全体として扁平形状の粒子の前記作用
・効果が奏される程度に分散していれば足りる。例え
ば、層状粘土鉱物等は、液晶中での分散状態において、
その一部は往々にして数十の粒子個体(単位層)が重な
った状態で存在するが、それでも十分に扁平形状の粒子
の前記作用・効果が奏される。
The dispersion state of the flat particles in the liquid crystal is not necessarily required to be a state in which the individual particles are completely dispersed, and even if some to several tens of particles are aggregated, It suffices that the particles having a flat shape as a whole are dispersed to such an extent that the above-mentioned effects and effects are exhibited. For example, layered clay minerals, etc., in a dispersed state in the liquid crystal,
Some of the particles often exist in a state in which dozens of individual particles (unit layers) are superimposed, but the action and effect of sufficiently flat particles are still exerted.

【0094】このような粒子は、液晶の分子配列状態を
維持するために、液晶との親和性を有している。扁平形
状の粒子が、例えば一部の有機物結晶や有機物の金属錯
体のように、もともと液晶との親和性を有する材料から
成っている場合は、そのまま用いれば良い。しかし、扁
平形状の粒子が、例えば層状粘土鉱物等の如き無機物か
らなる粒子のように、液晶との親和性を有しない材料か
ら成っている場合には、液晶との親和性を持たせるため
の処理が必要となる。このような処理の例として、一般
的には粒子の表面に有機物を吸着させたり結合させたり
する処理がある。
Such particles have an affinity for the liquid crystal in order to maintain the molecular alignment state of the liquid crystal. If the flat particles are made of a material that originally has an affinity for liquid crystal, for example, some organic crystals or metal complexes of organic materials, the particles may be used as they are. However, when the flat particles are made of a material that does not have an affinity for the liquid crystal, such as particles made of an inorganic substance such as a layered clay mineral, etc. Processing is required. As an example of such a treatment, there is generally a treatment for adsorbing or binding an organic substance to the surface of the particle.

【0095】特に扁平形状の粒子が層状粘土鉱物である
場合には、これに液晶との親和性を持たせるために、イ
オン交換を行うことが有効である。即ち、層状粘土鉱物
の層間にはアルカリ金属イオンが存在するので、これを
液晶分子と親和性のある有機オニウムイオンや、液晶基
を有するオニウムイオンと交換(いわゆる、有機化)す
ることにより液晶との親和性を持たせることができる。
In particular, when the flat particles are layered clay minerals, it is effective to carry out ion exchange in order to give them affinity for liquid crystal. That is, since alkali metal ions are present between the layers of the layered clay mineral, the alkali metal ions are exchanged with organic onium ions having affinity for liquid crystal molecules or onium ions having a liquid crystal group (so-called organicization) to form liquid crystals. Affinity.

【0096】上記オニウムイオンの種類は、液晶分子と
親和性の優れたものが良いから、使用する液晶分子の種
類の応じて最適なものが選択されるが、例えばアルキル
アンモニウムイオン等が代表的である。なお、有機オニ
ウムイオンの選択により、層状粘土鉱物の表面の性質
や、電気的、光学的性質、分散性、電場に対する応答性
等を種々に制御することができる、という利点がある。
As the type of the onium ion, one having an excellent affinity for the liquid crystal molecules is preferred, and therefore, the most suitable type is selected according to the type of the liquid crystal molecules to be used. is there. The selection of the organic onium ion has the advantage that the surface properties, electrical and optical properties, dispersibility, response to an electric field, and the like of the layered clay mineral can be variously controlled.

【0097】液晶と、これに対する親和性を有する扁平
形状の粒子との組成物を調製するに当たっては、両者を
単に混合すれば足りる。但し、共通溶媒を利用して両者
を均一に混合した後、共通溶媒を適当な手段で除去する
と、より均一に混合される。液晶と層状粘土鉱物等との
組成物を調製するに当たっても、同じことが言える。
In preparing a composition of liquid crystal and flat particles having affinity for the liquid crystal, it is sufficient to simply mix the two. However, if both are uniformly mixed using a common solvent and then the common solvent is removed by an appropriate means, the mixture is more uniformly mixed. The same can be said for preparing a composition of a liquid crystal and a layered clay mineral or the like.

【0098】このような扁平形状の粒子と混合される液
晶は、いずれかの周波数においてその誘電異方性が正で
ある液晶であることが好ましい。かかる液晶であれば、
明るいディスプレイを構成できる光散乱型液晶を形成で
き、偏光板や配向膜も不要となる。
The liquid crystal mixed with such flat particles is preferably a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy at any frequency. With such a liquid crystal,
A light-scattering liquid crystal capable of forming a bright display can be formed, and a polarizing plate and an alignment film are not required.

【0099】図3には、一例として、透明性で弾性変形
可能な基板24と、もう一方の基板26と、液晶組成物
として、いずれかの周波数でその誘電異方性が正である
液晶30と液晶中に分散された、液晶と親和性を有する
扁平形状の粒子32との液晶−扁平形状粒子複合体28
を用いた外力センサー22の断面構造を示す。(a)に
示すように、誘電異方性が正となる周波数の電場を基板
24、26間に印加すると、液晶30が電場方向と平行
に配向されて整列され、また、扁平形状粒子32は、液
晶30に対する親和性を有するために、液晶30ととも
に電場方向と平行に配列され、シート12は、光透過状
態となる。この状態は、さらに外部刺激が作用されない
限り、電圧印加終了後の継続する。そして、次に、
(b)に示すように、電場印加停止後に、基板24に外
力を加えると、基板24は変形され、さらに、対応する
領域の液晶30の分子配列状態と扁平形状粒子32との
配列状態が乱れ、この領域のみ光散乱状態となり、光透
過状態の領域との間で液晶の分子配列状態のコントラス
トが生じる。この際、液晶30は、扁平形状粒子32の
有する親和性により、再配向が規制され、扁平形状粒子
32とともに乱れた配列状態が維持される。その後、基
板24の変形が回復しても、扁平形状粒子32と液晶3
0の配列状態は、外力作用中の配列状態に維持される。
この結果、外力が付与されない領域との間で前記コント
ラストが生じた状態が維持される((c)参照)。さら
に、その後、誘電異方性が正となる周波数の電場を基板
24、26間に印加すると、液晶30と扁平形状粒子3
2は、電場方向に沿って配向され、光透過状態とされ、
検出状態が消去される((a)参照)。
FIG. 3 shows, as an example, a transparent and elastically deformable substrate 24, another substrate 26, and a liquid crystal 30 whose liquid crystal composition has a positive dielectric anisotropy at any frequency. -Flat particle composite 28 of flat particles 32 having affinity for liquid crystal dispersed in liquid crystal
2 shows a cross-sectional structure of an external force sensor 22 using the same. As shown in (a), when an electric field having a frequency at which the dielectric anisotropy is positive is applied between the substrates 24 and 26, the liquid crystal 30 is aligned and aligned in parallel with the direction of the electric field, and the flat particles 32 In order to have an affinity for the liquid crystal 30, the sheet 12 is arranged in parallel with the direction of the electric field together with the liquid crystal 30, and the sheet 12 is in a light transmitting state. This state continues after the voltage application ends unless an external stimulus is further applied. And then,
As shown in (b), when an external force is applied to the substrate 24 after the application of the electric field is stopped, the substrate 24 is deformed, and the molecular alignment state of the liquid crystal 30 and the alignment state of the flat particles 32 in the corresponding region are disturbed. Only this region is in a light scattering state, and a contrast of a liquid crystal molecular alignment state is generated between the region and the light transmitting state. At this time, realignment of the liquid crystal 30 is regulated by the affinity of the flat particles 32, and the liquid crystal 30 maintains the disordered alignment state with the flat particles 32. Thereafter, even if the deformation of the substrate 24 is recovered, the flat particles 32 and the liquid crystal 3
The arrangement state of 0 is maintained in the arrangement state during the action of the external force.
As a result, the state in which the contrast is generated between the region and the region to which no external force is applied is maintained (see (c)). Thereafter, when an electric field having a frequency at which the dielectric anisotropy becomes positive is applied between the substrates 24 and 26, the liquid crystal 30 and the flat particles 3
2 are oriented along the direction of the electric field and are in a light transmitting state,
The detection state is deleted (see (a)).

【0100】(基板)外力センサーを構成する一対の基
板は、少なくとも一方が弾性変形可能である必要があ
る。双方とも弾性変形可能な基板とすることもできる。
また、基板は、透光性とすることができる。少なくとも
一方の基板を透光性とすることにより、外力による液晶
組成物の変化を目視することができる。また、外力によ
る液晶組成物の変形領域の光散乱強度等を光学的に測定
することができる。弾性変形可能かつ透光性の基板を用
いると、外力による液晶組成物の変化の状態が、外力を
受けた基板側から目視することができる。あるいは、弾
性変形可能な基板に対向する他方の基板を透光性とする
こともできる。そうすると、外力を受けた反対側の基板
側から、液晶組成物の変化の状態を目視することができ
る。一対の基板の双方が透光性でありかつ弾性変形可能
であってもよい。これらの組み合わせは、外力センサー
における外力検出方式等に応じて選択する。なお、弾性
変形可能とは、外力を加えた時に凹陥し、その後回復可
能であることをいう。
(Substrate) At least one of the pair of substrates constituting the external force sensor needs to be elastically deformable. Both may be elastically deformable substrates.
Also, the substrate can be translucent. By making at least one of the substrates light-transmitting, a change in the liquid crystal composition due to an external force can be visually observed. Further, it is possible to optically measure the light scattering intensity and the like in a deformation region of the liquid crystal composition due to an external force. When an elastically deformable and translucent substrate is used, the state of change of the liquid crystal composition due to an external force can be visually observed from the substrate subjected to the external force. Alternatively, the other substrate facing the elastically deformable substrate can be made to transmit light. Then, the state of the change of the liquid crystal composition can be visually observed from the side of the substrate opposite to the external force. Both of the pair of substrates may be translucent and elastically deformable. These combinations are selected according to the external force detection method or the like in the external force sensor. Note that “elastically deformable” means that it is depressed when an external force is applied and can be recovered thereafter.

【0101】透光性で弾性変形可能であるものとして
は、例えば、PETフィルム,アクリルフィルムのよう
な透明な樹脂フィルム,ポリイソプレン等のゴムのフィ
ルム等が挙げられる。透明で弾性体でないものとして
は、例えば、ガラスや、PET板、アクリル板、ポリス
チレン板のような透明な樹脂板等が挙げられる。透明で
ない弾性変形可能な基板としては、例えば、ポリプロピ
レン,ポリエチレン,ナイロン等の結晶性の樹脂フィル
ムや、カ−ボンブラック等を添加した樹脂、ゴムのフィ
ルムが挙げられる。また、これらにアルミニウム等を蒸
着したり、アルミニウム箔等の金属箔をはることによ
り、反射効率を高めたものでも良い。このような弾性変
形可能な基板の表面には、入力に支障がなければ、傷つ
き防止のために、ハ−ドコ−ト材料等が塗布してあって
も構わない。
Examples of the light-transmitting and elastically deformable materials include transparent resin films such as PET films and acrylic films, and rubber films such as polyisoprene. Examples of the transparent and non-elastic body include glass and a transparent resin plate such as a PET plate, an acrylic plate, and a polystyrene plate. Examples of the non-transparent elastically deformable substrate include a crystalline resin film such as polypropylene, polyethylene, and nylon, and a resin or rubber film to which carbon black or the like is added. Further, the reflection efficiency may be increased by vapor-depositing aluminum or the like on these, or applying a metal foil such as an aluminum foil. A hard coat material or the like may be applied to the surface of such an elastically deformable substrate as long as the input is not hindered, in order to prevent damage.

【0102】透明電極としては、インジウムスズオキサ
イド(ITO)等が挙げられる。透明ではない電極とし
ては、鉄,銅,クロム,金,銀等の通常の導電性の材料
が挙げられる。これらの電極を基板として使用すること
もできる。また、さまざまな電極パタ−ンが形成されて
いても良い。
Examples of the transparent electrode include indium tin oxide (ITO). Non-transparent electrodes include common conductive materials such as iron, copper, chromium, gold, silver, and the like. These electrodes can also be used as a substrate. Also, various electrode patterns may be formed.

【0103】(スペ−サ)基板間のギャップを規定し、
かつ基板の変形が過度に外力の作用した領域以外に及ば
ないよう基板を支えるために、スペ−サを用いることが
好ましい。特に、液晶組成物が、全体が流動性を示す液
晶−粒子複合体の場合には所定量のスペ−サを用いるこ
とが必要である。このスペ−サとしては、ポリスチレン
やガラスビ−ズのような球状粒子や所定の穴のあいたポ
リマフィルムなどが挙げられる。ビ−ズの量は、液晶組
成物として液晶−高分子複合体を用いるか、液晶−粒子
複合体を用いるかにより異なり、液晶−高分子複合体の
場合は、1mm2当たり1〜500個であり、液晶−粒
子複合体の場合は1mm2当たり50〜500個が好ま
しい。また、そのサイズは、セルギャップにより決まる
が、液晶素子における表示コントラストとの兼ね合いか
ら2〜50μm程度が好ましい。さらに、好ましくは5
〜30μmである。ポリマフィルムの場合は、その占有
面積が、90%以下となり、かつ効率的に表示素子のす
べての部分を支える構造とすることが好ましい。そのよ
うな構造として、例えばハニカム構造を有するフィルム
が挙げられる。ハニカムのセルサイズは、20〜500
μm程度であることが好ましい。また、ハニカムセルの
壁の厚みはセルサイズの1/5から1/100程度であ
ることが好ましい。もちろん、セルの形状はハニカムに
限定されるものではなく、円形でも多角形でもよい。フ
ィルムの厚さは、ビ−ズの場合と同様に、2〜50μm
程度が好ましい。
(Spacer) The gap between the substrates is defined,
In addition, it is preferable to use a spacer in order to support the substrate so that the deformation of the substrate does not extend to a region other than the region where the external force is excessively applied. In particular, when the liquid crystal composition is a liquid crystal-particle composite showing fluidity as a whole, it is necessary to use a predetermined amount of spacer. Examples of the spacer include spherical particles such as polystyrene and glass beads, and a polymer film having predetermined holes. The amount of the beads differs depending on whether a liquid crystal-polymer composite or a liquid crystal-particle composite is used as the liquid crystal composition. In the case of the liquid crystal-polymer composite, the amount is 1 to 500 per 1 mm 2. In the case of a liquid crystal-particle composite, the number is preferably 50 to 500 per 1 mm 2. The size is determined by the cell gap, but is preferably about 2 to 50 μm in consideration of the display contrast in the liquid crystal element. Furthermore, preferably 5
3030 μm. In the case of a polymer film, it is preferable that the area occupied by the polymer film is 90% or less, and that the structure efficiently supports all parts of the display element. An example of such a structure is a film having a honeycomb structure. The cell size of the honeycomb is 20 to 500
It is preferably about μm. Further, the thickness of the honeycomb cell wall is preferably about 1/5 to 1/100 of the cell size. Of course, the shape of the cell is not limited to the honeycomb, and may be circular or polygonal. The thickness of the film is 2 to 50 μm, as in the case of beads.
The degree is preferred.

【0104】(シ−ル剤)液晶素子の周囲は、セルの機
械的強度を保ち、液晶の酸化劣化などを防止するために
シ−ル剤等でシ−ルしておくことが好ましい。このシ−
ル剤には特に限定はなく、エポキシ系シ−ル剤など一般
的なものを用いることができる。
(Sealant) The periphery of the liquid crystal element is preferably sealed with a sealant or the like in order to maintain the mechanical strength of the cell and prevent the liquid crystal from being oxidized and degraded. This sheet
The sealing agent is not particularly limited, and a general agent such as an epoxy-based sealing agent can be used.

【0105】(外力センサー)このような液晶組成物と
基板等から、本発明の外力センサーが構成される。本発
明の外力センサーは、測定対象が及ぼす外力をそのまま
受け取って検出するものである。本発明の外力センサー
の形態は、外力を弾性変形可能な基板を介して液晶の分
子配列状態の乱れとして検出できるものであれば、特に
限定しない。作用した外力の量、位置、作用する外力の
有無等のいずれを検出するものであってもよく、これら
のうち2種類以上を同時に検出するように構成すること
もできる。具体的には、外力の量を検出する圧力センサ
ー、衝撃センサー、重量センサー、外力の作用した位置
を2次元的に検出する2次元(面)センサー、圧覚セン
サー、外力の有無を検出する触覚センサー、凸部センサ
ー等の形態を取ることができる。
(External Force Sensor) The external force sensor of the present invention is composed of such a liquid crystal composition and a substrate. The external force sensor according to the present invention receives and detects the external force exerted by the measurement target as it is. The form of the external force sensor of the present invention is not particularly limited as long as the external force can be detected as disturbance of the molecular alignment state of the liquid crystal via the elastically deformable substrate. Any of the amount and position of the applied external force, the presence or absence of the applied external force, and the like may be detected, and two or more of these may be detected simultaneously. Specifically, a pressure sensor that detects the amount of external force, an impact sensor, a weight sensor, a two-dimensional (surface) sensor that two-dimensionally detects the position where the external force has acted, a pressure sensor, and a tactile sensor that detects the presence or absence of external force , A convex sensor or the like.

【0106】(外力の検出)外力は、液晶組成物の変形
領域における液晶の分子配列状態の乱れとして検出でき
る。液晶の分子配列状態の乱れは、基板の少なくとも一
方が透光性である場合には、目視にて検出することがで
きる。基板の少なくとも一方が透光性である場合には、
液晶の光反射量や光透過量の変化を光学的検出手段によ
って測定することにより、検出することができる。さら
に、液晶の電気容量の変化を電気的検出手段によって測
定することにより、検出することができる。
(Detection of External Force) The external force can be detected as a disorder of the molecular alignment state of the liquid crystal in the deformation region of the liquid crystal composition. Disorder in the molecular alignment state of the liquid crystal can be visually detected when at least one of the substrates is translucent. When at least one of the substrates is translucent,
The change can be detected by measuring the change in the amount of light reflection or the amount of light transmission of the liquid crystal by optical detection means. Furthermore, the change can be detected by measuring the change in the electric capacity of the liquid crystal by the electric detection means.

【0107】(量的データへの変換)外力によって液晶
組成物が変形された領域、すなわち、外力によって液晶
の分子配列状態が乱された領域の大きさによって、作用
した外力の量を得ることができる。作用した外力に応じ
て、液晶の分子配列状態が乱される領域の大きさが変化
するからである。また、液晶素子あるいは変形領域の、
光散乱強度、光透過量あるいは光反射量の変化量によっ
ても、作用した外力の量を得ることができる。作用した
外力に応じて、液晶の分子配列状態の乱れの程度や変形
領域の大きさが異なるからである。光散乱強度、光透過
量あるいは光反射量は、精度及び正確性の観点から、フ
ォトマル等の光学的検出手段で電気信号(電流値)に変
換することにより得るようにするのが好ましい。また、
電子コピーやCCDカメラによる撮像、さらには、スキ
ャナーによる読みとりなど、公知の様々な光学的検出手
段も用いることができる。さらに、液晶素子あるいは変
形領域の電気容量の変化量によっても、作用した外力の
量を得ることができる。液晶の分子配列状態の乱れは、
電気容量の変化となって現れるからである。電気容量
は、従来公知の様々な手段を用いる計測することができ
る。
(Conversion to Quantitative Data) It is possible to obtain the amount of the applied external force according to the size of the region where the liquid crystal composition is deformed by the external force, that is, the region where the molecular alignment state of the liquid crystal is disturbed by the external force. it can. This is because the size of the region where the molecular alignment state of the liquid crystal is disturbed changes according to the applied external force. In addition, in the liquid crystal element or the deformation region,
The amount of applied external force can also be obtained by the amount of change in light scattering intensity, light transmission amount, or light reflection amount. This is because the degree of disorder in the molecular alignment state of the liquid crystal and the size of the deformation region differ depending on the applied external force. It is preferable that the light scattering intensity, the light transmission amount, or the light reflection amount be obtained by converting the light scattering intensity, the light transmission amount, or the light reflection amount into an electric signal (current value) by an optical detection unit such as a photomultiplier. Also,
Various known optical detection means such as electronic copying, imaging by a CCD camera, and reading by a scanner can also be used. Further, the amount of applied external force can be obtained also by the amount of change in the capacitance of the liquid crystal element or the deformation region. The disorder of the liquid crystal molecular alignment state is
This is because it appears as a change in electric capacity. The electric capacity can be measured using various conventionally known means.

【0108】(位置的データへの変換)変形領域の位置
を目視できる場合には、実測することにより、作用した
外力の位置を得ることができる。また、レーザー等の光
線で外力センサーを走引し、光透過量や光反射量を測定
し、光透過量等をフォトマルで電気信号に変換すること
により、外力作用部分を特定することもできる。目視で
きない場合でも、例えば、マトリックス状のX−Y電極
を形成して、電気容量を計測することにより、外力作用
部分を特定することができる。なお、単に、外力の作用
の有無を検出する場合にも、同様の方法で行うことがで
きる。
(Conversion to Positional Data) When the position of the deformation area can be visually checked, the position of the applied external force can be obtained by performing actual measurement. It is also possible to specify an external force acting portion by running an external force sensor with a light beam such as a laser, measuring the amount of light transmission or light reflection, and converting the amount of light transmission or the like into an electric signal with a photomultiplier. . Even when it is not possible to visually check, for example, an external force acting portion can be specified by forming a matrix XY electrode and measuring the electric capacitance. The same method can be used to simply detect the presence or absence of an external force.

【0109】なお、本発明の外力センサーにおいては、
弾性変形可能な基板の変形特性や液晶組成物の特性や厚
み等を変化させることにより、測定しようとする外力の
種類、外力の検出感度あるいは外力量の測定可能な範囲
を調整することができる。例えば、弾性変形可能な基板
の材質や厚み、液晶組成物中の液晶の種類、第2の成分
の種類、及びこれらの配合量、液晶層の厚み、スペーサ
の濃度等を変化させることができる。
In the external force sensor of the present invention,
By changing the deformation characteristics of the elastically deformable substrate, the characteristics of the liquid crystal composition, the thickness, and the like, the type of external force to be measured, the detection sensitivity of the external force, or the measurable range of the amount of external force can be adjusted. For example, the material and thickness of the elastically deformable substrate, the type of liquid crystal in the liquid crystal composition, the type of the second component, and the amounts thereof, the thickness of the liquid crystal layer, the concentration of the spacer, and the like can be changed.

【0110】図4には、本発明の外力センサーを2次元
センサー40とした場合を例示する。この例において
は、液晶素子をシート状に形成し、外力を受ける表面側
を弾性変形可能で透明性のある基板で構成している。こ
の2次元センサー40によれば、外力の作用した部分に
おいて、それぞれの外力に応じて変形領域が形成され
る。この2次元センサー40においては、変形領域を目
視可能であるので、外力の大きさを変形領域の大きさや
光散乱状態の程度から検出することができる。また、外
力の作用位置も実測することができる。さらに、この2
次元センサー40に適当な電気容量検出手段をもうけれ
ば、外力の大きさや位置を電気容量の変化から検出する
こともできる。また、図5に例示するように、走引可能
な光源42、フォトマル44、制御部46等を備えた光
学的検出手段等を用いることにより、光反射量や光透過
量の変化を電気信号に変換して、外力の大きさや位置を
検出することができる。
FIG. 4 illustrates a case where the external force sensor of the present invention is a two-dimensional sensor 40. In this example, the liquid crystal element is formed in a sheet shape, and the surface side that receives an external force is formed of an elastically deformable and transparent substrate. According to the two-dimensional sensor 40, a deformed region is formed in a portion where the external force has acted according to each external force. In the two-dimensional sensor 40, since the deformation area can be visually observed, the magnitude of the external force can be detected from the size of the deformation area and the degree of the light scattering state. In addition, the position where the external force acts can be measured. Furthermore, this 2
If an appropriate capacitance detecting means is provided in the dimensional sensor 40, the magnitude and position of the external force can be detected from the change in the capacitance. Also, as shown in FIG. 5, by using an optical detecting means including a light source 42, a photomultiplier 44, a control unit 46, etc., which can be driven, a change in the amount of light reflection or light transmission can be detected by an electric signal. And the magnitude and position of the external force can be detected.

【0111】また、図6には、本発明の外力センサーを
凸部センサー50とした場合を例示する。この例におい
ても、液晶セルをシート状として、外力を受ける表面側
を弾性変形可能で透明性のある基板で構成している。測
定対象60に凸部60aがある場合、凸部60a側を凸
部センサー50の表面側にあてると、凸部60aに対応
した領域の液晶の分子配列状態が変化される。分子配列
状態の乱れは、図4に例示した2次元センサー40と同
様にして検出される。
FIG. 6 illustrates a case where the external force sensor of the present invention is a convex sensor 50. Also in this example, the liquid crystal cell is formed in a sheet shape, and the surface side that receives an external force is formed of a transparent substrate that is elastically deformable. When the measurement target 60 has the protrusion 60a, if the protrusion 60a side is applied to the surface side of the protrusion sensor 50, the molecular alignment state of the liquid crystal in a region corresponding to the protrusion 60a is changed. The disorder of the molecular arrangement state is detected in the same manner as in the two-dimensional sensor 40 illustrated in FIG.

【0112】(検出状態の消去)外力センサーにおける
検出状態は、液晶の分子配列状態を変化させることので
きる手段によって、外力によって形成された液晶組成物
の変形領域の液晶の分子配列を整列させることにより、
消去することができる。すなわち、全領域の液晶の分子
配列状態を整列させるように変化させるか、あるいは、
変形領域をランダム配列状態から整列状態へと変化させ
るかにより、消去することができる。誘電異方性が正の
液晶を用いる場合、基板間に、液晶が誘電異方性が正を
呈する周波数の電場を印加することにより、液晶分子
を、電界方向に平行に整列させて、整列状態を形成する
ことができる。検出状態消去手段としては、液晶の分子
配列状態を変化させることができる手段であればよい。
かかる手段であれば、液晶組成物において、液晶の分子
配列状態のコントラストがある状態を解消して整列状態
を形成できる。検出状態消去手段は、具体的には、一対
の基板にそれぞれ備えた電極と、この電極間に電圧を印
加する手段によって達成される。
(Erase of Detection State) The detection state of the external force sensor is determined by aligning the molecular arrangement of the liquid crystal in the deformation region of the liquid crystal composition formed by the external force by means capable of changing the molecular arrangement state of the liquid crystal. By
Can be erased. That is, the molecular arrangement state of the liquid crystal in all regions is changed so as to be aligned, or
It can be erased by changing the deformation region from the random arrangement state to the aligned state. When a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used, by applying an electric field between the substrates at a frequency at which the liquid crystal exhibits a positive dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules are aligned in parallel to the direction of the electric field, and the alignment state is obtained. Can be formed. The detection state erasing means may be any means that can change the molecular alignment state of the liquid crystal.
According to such means, in the liquid crystal composition, the state where there is a contrast in the molecular arrangement state of the liquid crystal can be eliminated to form the aligned state. Specifically, the detection state erasing means is achieved by electrodes provided on a pair of substrates, respectively, and means for applying a voltage between the electrodes.

【0113】以上、実施の形態において説明したよう
に、本発明は、以下の形態を取ることができる。 (1)少なくとも一方が外力により弾性変形可能である
一対の基板と、これらの基板間に充填された、液晶とこ
の液晶の分子配列状態を維持する第2成分とを含有する
液晶組成物、とを備え、前記液晶は、いずれかの周波数
においてその誘電異方性が正であり、前記第2成分は、
前記液晶が連続相あるいは不連続相を形成した状態でこ
の液晶と混在され、かつこの液晶の分子の配向を規制す
る官能基を備えた高分子材料であることを特徴とする外
力センサー。 (2)少なくとも一方が外力により弾性変形可能である
一対の基板と、これらの基板間に充填された、液晶とこ
の液晶の分子配列状態を維持する第2成分とを含有する
液晶組成物、とを備え、前記液晶は、いずれかの周波数
においてその誘電異方性が正であり、前記第2成分は、
この液晶中に分散され、この液晶と親和性を示す扁平形
状の粒子であることを特徴とする外力センサー。 (3)少なくとも一方が外力により弾性変形可能であ
り、少なくとも一方が透光性である一対の基板と、これ
らの基板間に充填された、液晶とこの液晶の分子配列状
態を維持する第2成分とを含有する液晶組成物、とを備
えた外力センサー。 (4)少なくとも一方が外力により弾性変形可能である
一対の基板と、これらの基板間に充填された、液晶とこ
の液晶の分子配列状態を維持する第2成分とを含有する
液晶組成物と、液晶の分子配列状態を変化させることの
できる手段、とを備えた外力センサー。 (5)少なくとも一方が外力により弾性変形可能である
一対の基板と、これらの基板間に充填された、液晶とこ
の液晶の分子配列状態を維持する第2成分とを含有する
液晶組成物と、液晶の分子配列状態の乱れを検出できる
手段、とを備えた外力センサー。
As described above, the present invention can take the following forms. (1) a liquid crystal composition containing a pair of substrates, at least one of which can be elastically deformed by an external force, and a liquid crystal and a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal, filled between the substrates; Wherein the liquid crystal has a positive dielectric anisotropy at any frequency, and the second component has
An external force sensor, wherein the liquid crystal is a polymer material which is mixed with the liquid crystal in a state of forming a continuous phase or a discontinuous phase and has a functional group which regulates the alignment of molecules of the liquid crystal. (2) a liquid crystal composition containing a pair of substrates, at least one of which can be elastically deformed by an external force, and a liquid crystal and a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal, filled between the substrates; Wherein the liquid crystal has a positive dielectric anisotropy at any frequency, and the second component has
An external force sensor comprising flat particles dispersed in the liquid crystal and exhibiting an affinity for the liquid crystal. (3) A pair of substrates, at least one of which is elastically deformable by an external force and at least one of which is translucent, a liquid crystal filled between these substrates, and a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal. A liquid crystal composition comprising: and an external force sensor comprising: (4) a liquid crystal composition containing a pair of substrates, at least one of which can be elastically deformed by an external force, and a liquid crystal and a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal, filled between the substrates; Means for changing the molecular alignment state of the liquid crystal. (5) a liquid crystal composition containing a pair of substrates, at least one of which is elastically deformable by an external force, and a liquid crystal filled between the substrates and a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal; Means for detecting disturbances in the molecular alignment state of the liquid crystal.

【0114】[0114]

【発明の効果】本発明の外力センサーによると、外力
を、液晶組成物中の液晶の分子配列状態の乱れとして検
出し、この検出状態を、液晶組成物中の第2成分によ
り、外力除去後も保持できる。
According to the external force sensor of the present invention, the external force is detected as disturbance of the molecular alignment state of the liquid crystal in the liquid crystal composition, and this detected state is detected by the second component in the liquid crystal composition after the external force is removed. Can also be held.

【0115】[0115]

【実施例】【Example】

(実施例1)液晶(E70,BDH社製)49重量%,
2−ヒドロキシエチルメタクリレ−ト(和光純薬製)3
4重量%,架橋剤(R167,日本化薬製)15重量
%,光開始剤(Irgacure184,チバガイギより購入)2重
量%を混合した。この混合物を12μmのスペ−サを介
してITO付PETフィルム(厚さ100μm、透光
性)とITO付ガラス基板(透光性)にはさんで、紫外
線(3.5mW/cm2)を180秒間照射し、基板間
に液晶−高分子複合体を形成し、シート状の液晶セルを
作製し、外力センサー70とした。図7に示すように、
この外力センサー70のPETフィルムに対して、セラ
ミック球(1.91g)80を各種高さより落下させ、
外力センサー70の変形領域の面積を測定した。この結
果を図8に示す。
(Example 1) 49% by weight of liquid crystal (E70, manufactured by BDH),
2-hydroxyethyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 3
4% by weight, 15% by weight of a crosslinking agent (R167, manufactured by Nippon Kayaku), and 2% by weight of a photoinitiator (Irgacure184, purchased from Ciba-Geigy) were mixed. This mixture was sandwiched between a PET film with ITO (thickness: 100 μm, translucent) and a glass substrate with ITO (translucent) through a 12 μm spacer, and ultraviolet light (3.5 mW / cm 2) was applied for 180 seconds. Irradiation was performed to form a liquid crystal-polymer composite between the substrates to form a sheet-like liquid crystal cell. As shown in FIG.
A ceramic ball (1.91 g) 80 is dropped from various heights onto the PET film of the external force sensor 70,
The area of the deformation region of the external force sensor 70 was measured. The result is shown in FIG.

【0116】図8に示すように、1.5〜8gcmの範
囲でセラミック球80による衝撃エネルギーと変形領域
の大きさは直線関係にあった。すなわち、変形領域の大
きさから衝撃エネルギーを測定できることがわかった。
As shown in FIG. 8, the impact energy by the ceramic sphere 80 and the size of the deformation region had a linear relationship in the range of 1.5 to 8 gcm. That is, it was found that the impact energy can be measured from the size of the deformation region.

【0117】(実施例2)実施例1と同様にして液晶と
高分子と架橋剤と光開始剤との混合物を調製し、この混
合物を、12μmのスペ−サを介して厚さ100μmの
ITO付PETフィルム(透光性)とITO付ガラス基
板(透光性)間に挟み込んで、紫外線(3.5mW/c
m2)を180秒間照射し、基板間に液晶−高分子複合
体を形成し、シート状の液晶セルを作製し、外力センサ
ー90Aとした。また、ITO付PETフィルムを、厚
さ125μmとする以外は、外力センサー90Aと同様
の方法により液晶セルを作製し、外力センサー90Bと
した。
Example 2 A mixture of a liquid crystal, a polymer, a crosslinking agent and a photoinitiator was prepared in the same manner as in Example 1, and this mixture was passed through a 12 μm spacer to form a 100 μm thick ITO. UV light (3.5 mW / c) sandwiched between a PET film (light transmitting) with ITO and a glass substrate (light transmitting) with ITO
m2) was irradiated for 180 seconds to form a liquid crystal-polymer composite between the substrates to produce a sheet-like liquid crystal cell, which was used as an external force sensor 90A. In addition, a liquid crystal cell was prepared in the same manner as the external force sensor 90A, except that the thickness of the PET film with ITO was 125 μm, and used as an external force sensor 90B.

【0118】図9に示すように、ボールペンののペン先
を用いて、外力センサー90A,90BのPETフィル
ム側に荷重をかけ、変形領域を形成し、変形領域におけ
る光透過率を測定した。この結果を、図10に示す。図
10に示すように、100μmのPETフィルムを弾性
変形可能な基板として使用した場合、0〜100gの範
囲で荷重の増加に伴って光透過率が減少していおり、光
透過率から荷重を測定できた。また、125μmのPE
Tフィルムを弾性変形可能な基板として使用した場合、
0〜140gの範囲で荷重の増加に伴って光透過率が減
少しており、光透過率から荷重を測定できた。さらに、
これらの結果から、弾性変形可能な基板の厚み、すなわ
ち、外力による変形を液晶組成物に伝達する弾性変形可
能な基板の変形特性を変化させることにより、外力の大
きさの測定範囲を変化させることができることがわかっ
た。
As shown in FIG. 9, a load was applied to the PET film side of the external force sensors 90A and 90B using the tip of a ballpoint pen to form a deformed area, and the light transmittance in the deformed area was measured. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 10, when a 100 μm PET film is used as an elastically deformable substrate, the light transmittance decreases as the load increases in the range of 0 to 100 g, and the load is measured from the light transmittance. did it. Also, 125 μm PE
When a T film is used as an elastically deformable substrate,
The light transmittance decreased with increasing load in the range of 0 to 140 g, and the load could be measured from the light transmittance. further,
From these results, it is possible to change the measurement range of the magnitude of the external force by changing the thickness of the elastically deformable substrate, that is, the deformation characteristic of the elastically deformable substrate that transmits the deformation due to the external force to the liquid crystal composition. I knew I could do it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の外力センサーにおける外力の検出原理
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a principle of detecting an external force in an external force sensor of the present invention.

【図2】本発明において、液晶組成物として、液晶−高
分子複合体を用いた場合の入力表示工程を示す図であ
る。
FIG. 2 is a view showing an input display step when a liquid crystal-polymer composite is used as a liquid crystal composition in the present invention.

【図3】本発明において、液晶組成物として、液晶−扁
平形状粒子複合体を用いた場合の入力表示工程を示す図
である。
FIG. 3 is a view showing an input display step when a liquid crystal-flat particle composite is used as a liquid crystal composition in the present invention.

【図4】本発明の外力センサーを2次元センサーとした
例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the external force sensor of the present invention is a two-dimensional sensor.

【図5】2次元センサーにおいて、外力を検出するため
の光学的検出手段の一例を示した図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an optical detection unit for detecting an external force in the two-dimensional sensor.

【図6】本発明の外力センサーを凸部センサーとした例
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the external force sensor of the present invention is a convex sensor.

【図7】実施例1における衝撃エネルギーの検出状態を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a detection state of impact energy in the first embodiment.

【図8】実施例1の測定結果を示すグラフ図である。FIG. 8 is a graph showing measurement results of Example 1.

【図9】実施例2における荷重の検出状態を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating a detection state of a load according to the second embodiment.

【図10】実施例2の測定結果を示す図である。FIG. 10 is a view showing measurement results of Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 外力センサー 2 弾性変形可能な基板 4 液晶組成物 6 液晶 8 第2成分 Reference Signs List 1 external force sensor 2 elastically deformable substrate 4 liquid crystal composition 6 liquid crystal 8 second component

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 臼杵 有光 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 小幡 賢三 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Arimitsu Usuki 41, Chukumi Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory, Inc. (72) Inventor Kenzo Obata 1 Showa-cho, Kariya City, Aichi Prefecture 1-chome Inside DENSO Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも一方が外力により弾性変形可能
である一対の基板と、 これらの基板間に充填された、液晶とこの液晶の分子配
列状態を維持する第2成分とを含有する液晶組成物、と
を備えた外力センサー。
1. A liquid crystal composition comprising: a pair of substrates at least one of which can be elastically deformed by an external force; and a liquid crystal filled between the substrates and a second component for maintaining a molecular alignment state of the liquid crystal. , And an external force sensor.
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