JP2005173149A - 液晶素子、その製造方法及び調光パネル - Google Patents

Abstract

【課題】 臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層が、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなることを特徴とする液晶素子であって、容易に白色度の異なるパターン形成を可能にした液晶素子を提供する。
【解決手段】 少なくとも一方が、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層を有する基板であり、該基板と他の一方の基板間に、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を配し、該調光層が上記臨界表面張力パターンに対応して異なる高分子マトリックス構造となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部電界により光散乱状態と透明状態が制御可能であり、かつ、外部電界が無印加であっても光散乱状態の異なるパターンを同一素子内に形成する液晶素子、その製造方法及び調光パネルに関する。

従来、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な液晶素子としては、高分子分散型液晶カプセル（以下、ＮＣＡＰという。特許文献１参照）や高分子マトリックス中に液晶を分散させた方式（以下、ＰＮＬＣという。特許文献２参照）及びネマチック液晶のＤＳＭ方式等がある。

ただし、ＮＣＡＰ及びＰＮＬＣは電界無印加で光散乱状態を示し、電界印可で光透過状態になる方式である。ＤＳＭ方式は、この逆に動作し、電界印可で光散乱、電界無印加で光透過となる。

ＮＣＡＰ方式の液晶層構造のモデル図を図５に示した。透明電極を有する透明な基板５３の間に、高分子樹脂５２に囲まれて液晶カプセル５１が分散した構造となっており、電界無印加では液晶カプセル内の液晶分子配向が均一でないために、高分子樹脂の屈折率と不整合とすることで入射光が散乱され、その後方散乱光により白色状態として観測される。電界を印可すると液晶分子が電界方向に配列し、（図５の基板５３間に平行に配列する）この状態で液晶カプセルの屈折率と高分子樹脂の屈折率が同等になるために光透過状態とすることができる。

ＰＮＬＣ方式の液晶層構造のモデル図を図６に示した。透明電極を有する透明な基板５３の間に、高分子マトリックス樹脂６２の中に液晶６１が連続相として分散した構造となっており、ＮＣＡＰの場合と同様に、電界無印加では液晶分子配向が均一でないために、高分子マトリックス樹脂の屈折率と不整合とすることで入射光が散乱され、その後方散乱光により白色状態として観測される。電界を印可すると液晶分子が電界方向に配列し、（図６の基板５３間に平行に配列する）この状態で液晶の屈折率と高分子マトリックス樹脂の屈折率が同等になるために光透過状態とすることができる。

ＮＣＡＰの作製方法には、カプセル化法、重合相分離法、熱相分離法及び溶媒蒸発相分離法等、様々な技術がある。特に光重合を用いる重合相分離法は大面積に対応できる方式とされている。

光重合相分離法とは、光重合性モノマーもしくはオリゴマーと液晶材料及び重合開始剤を混合した溶液（以後、調光層前駆体と呼ぶ）にＵＶを照射することで、その重合反応過程において高分子樹脂と液晶の相分離をさせながら液晶カプセルを形成する方法である。ＵＶの強度が大きいほど直径が小さくなり、逆にＵＶの強度が小さいほど直径の大きな液晶カプセルが形成される。同一組成の場合、液晶カプセルの直径をＵＶ照射強度により制御することで、電界無印加時の光散乱の度合いが異なる。一般に、光の波長レベルの直径に近いほど散乱性が強くなり、高い白色状態として観測できる。

図６に示すＰＮＬＣの液晶層の作製方法としては、光重合相分離法が用いられる。この方法はＮＣＡＰでの光重合相分離法と同様で、光重合性モノマーもしくはオリゴマーと液晶材料及び重合開始剤を混合した溶液（以後、調光層前駆体と呼ぶ）にＵＶを照射することで、その重合反応過程において高分子樹脂と液晶の相分離をさせながら高分子マトリックスを形成し、そのマトリックス中に液晶を連続相として分散させる方法である。

同一組成であっても、ＰＮＬＣ作製時の、ＵＶの強度が大きいほど高分子マトリックスが細かく密に形成され、逆にＵＶの強度が小さいほど高分子マトリックスが粗く疎に形成される。この高分子マトリックスのメッシュ径をＵＶ照射強度により制御することで、電界無印加時の光散乱の度合いが異なる。一般に、光の波長レベルのメッシュ径に近いほど散乱性が強くなり、高い白色状態として観測できる。

光散乱型の液晶素子において、大面積で均一な表示を可能にするため、例えば特許文献３では一対の基板間に挟持された、電界印可により光散乱性が変化する液晶層を有する液晶表示装置で、基板の屈折率より高い屈折率を有する層を、観察者に対して裏面側の基板外側に密接して設ける等の方法が提案されている。この従来例に見られるような、素子全面の明るさを改善する方法はいくつか出願されている。
特公平７−３６０６８号公報 特許第２７２４５９６号公報 特開平７−２５３５７０号公報

しかしながら、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能なＮＣＡＰ及びＰＮＬＣのような液晶素子において、無電界状態で同一素子内に光散乱状態の異なるパターンを形成しようとする場合、
（１）光散乱状態の異なるパターンに対応して、調光層材料が異なる。
（２）調光層形成時のＵＶ照射を多段階照射する。
（３）パターンに合わせたＵＶ光の透過率の異なるマスクを使用する。
等の方法が考えられる。

しかし、（１）では、２枚の対向する基板間に異なる材料を混じり合わないように配置することは、生産性上、非常に困難が伴うため現実的ではない。

また、（２）の方法では、例えば２つの光散乱性の異なるパターンを実現するため、あらかじめ一方の光散乱性を持つパターンのマスクでＵＶ照射後、改めて残りのパターンに合わせたマスクでＵＶ照射する方法が考えられるが、一段階時の照射部では、その境界部の外側にも調光層前駆体が存在するため、高分子樹脂と液晶の相分離がうまく進まず、高分子樹脂が支配的に存在する構造ができることにより、外部電界への応答が悪く（例えば極めて駆動電圧が高い）散乱性がほとんどないパターンになる。

また、（３）の方法では、調光層前駆体に、ある異なる強度パターンのＵＶ光が同時に照射されることになる。ＵＶ照射強度が異なる場合、高分子が重合し始めると同時に開始される相分離の速度が異なるためパターン境界での、構造が不均一になってしまい解像度が低いパターンとなってしまう。

また、従来のＰＮＬＣの応用例では、例えば特許文献２に記載されているように、視野の遮断、開放及び明かりもしくは照明光の透過制限、遮断、透過を電気的に操作するものであり、広告板、案内板等が提示されている。しかしながら、これらの応用では、電圧無印加では全面が均一な遮光面となるために、文字や図形を表示するためには、電極パターンを形成する必要があるし、また、例えば常時表示する文字や図形であっても、電界を印可するためエネルギー消費が大きい。

よって、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外部電界により光散乱状態と透明状態が制御可能であり、かつ、外部電界が無印加であっても光散乱状態の異なるパターンが同一素子内に形成された新規の液晶素子とその製造方法及び該液晶素子を用いた調光パネルを提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも一方が、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層を有する基板であり、該基板と他の一方の基板間に、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を配し、該調光層が上記臨界表面張力パターンに対応して異なる高分子マトリックス構造となっていることで、無電界であって、白色度の異なるパターン形成を可能にした液晶素子を提供することを目的とする。

また、本発明は、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層が、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなることを特徴とする液晶素子であって、容易に白色度の異なるパターン形成を可能にした液晶素子を提供することを目的とする。

また、本発明は、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料の表面層が、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることで、任意の臨界表面張力に対応して、白色度を制御した液晶素子を提供することを目的とする。

また、本発明は、臨界表面張力を変化させるエネルギーの付与が紫外線照射であることで、高精細で、生産性の高い液晶素子を提供することを目的とする。

また、本発明は、一方の基板にエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、該表面層の一部にエネルギーを付与することにより臨界表面張力の小さい領域とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、他方の基板にもエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、表面層に、第一の基板と略対向するように同様の臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、かつ上記２枚の基板を表面層が対向するように配置し、２枚の該基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする液晶素子の製造方法であって、高精細で、生産性の高い製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、一方の基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、表面層の一部にエネルギーを付与することにより臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、他方の基板には全面に均一な臨界表面張力を有する表面層を形成する工程を施し、かつ上記２枚の基板を表面層が対向するように配置し、２枚の該基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、正の誘電異方性を有する液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする液晶素子の製造方法であって、低コストで生産性の高い製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成し、該表面層にエネルギーを付与しない、もしくは全面に均一にエネルギー付与することにより、全面が均一な臨界表面張力を有する表面層が形成した基板を得る製造方法であって、表面層に同一材料を用いることで、さらなる低コスト化と、生産性の高い製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記液晶素子を用いることで省エネルギーな調光パネルを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも一方が、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層を有する基板であり、基板と他の一方の基板間に、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を配し、調光層が上記臨界表面張力パターンに対応して異なる高分子マトリックス構造となっていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層が、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、表面層が、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、臨界表面張力を変化させるエネルギーの付与が紫外線照射であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項２から４のいずれか１項に記載の液晶素子の製造方法であって、一方の基板にエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、表面層の一部にエネルギーを付与することにより臨界表面張力の小さい領域とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、他方の基板にもエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、表面層に、第一の基板と略対向するように同様の臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、かつ上記２枚の基板を表面層が対向するように配置し、２枚の基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項２から４のいずれか１項に記載の液晶素子の製造方法であって、一方の基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、表面層の一部にエネルギーを付与することにより臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、他方の基板には全面に均一な臨界表面張力を有する表面層を形成する工程を施し、かつ上記２枚の基板を表面層が対向するように配置し、２枚の基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、正の誘電異方性を有する液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成し、表面層にエネルギーを付与しない、もしくは全面に均一にエネルギー付与することにより、全面が均一な臨界表面張力を有する表面層が形成した基板を得ることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶素子を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも一方が、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層を有する基板であり、該基板と他の一方の基板間に、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を配し、該調光層が上記臨界表面張力パターンに対応して異なる高分子マトリックス構造となっていることで、無電界であって、遮光状態（白色度）の異なるパターン形成を可能にした液晶素子を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明は、高分子材料からなる臨界表面張力が異なる表面層を有する基板間に形成されるＰＮＬＣが、その臨界表面張力が大きいほど、光散乱性が高くなることを実験的に見いだしたことを利用することにより考案されたものである。

一般的に、２枚の基板間での液晶分子の均一な分子配向を制御することで種々の動作モードの液晶素子が用いられている。この液晶分子の配向には、配向剤と呼ばれる高分子材料であるポリイミド樹脂が用いられている。液晶分子を基板にホモジニアス配向もしくはホメオトロピック配向させる、さらには基板に対してある角度（プレチルト角と呼ぶ）で傾いた配向を実現することのできる種々の配向剤が開発されている。これらのポリイミド材料において、その臨界表面張力の違いが液晶分子の配向に大きく寄与していることは良く知られている。つまり液晶のポリイミド表面に対する濡れ性が大きく関与しているといえる。

本発明は、臨界表面張力の異なるポリイミド樹脂を表面層として、ＰＮＬＣの反射率に対する表面層の影響を検討し、以下の知見を得ることができた。

評価するための素子構造を図１に示した。透明電極を有する２枚の基板１１の表面に表面層１２を配置したセル間に調光層１３としてＰＮＬＣが形成されたものである。この素子の反射率は図３に示す測定系で測定した。

用いたポリイミド樹脂は、チッソ石油化学製のPIA-X491、PIA-5310とＪＳＲ製のAL-3046の３種類である。それぞれのポリイミド樹脂を用いた表面層の臨界表面張力、ＰＮＬＣ素子としての反射率及びＰＮＬＣ調光層の高分子マトリックスのメッシュ径（ＳＥＭ観察）を表１に示した。

参考のため臨界表面張力測定時の純水の接触角（濡れ性の目安となる）も提示した。２枚の基板に同一の材料により表面層を形成した液晶素子であり、基板間の厚み（セル厚）は２２μmとした。

臨界表面張力の大きな表面層（高エネルギー表面）を配したＰＮＬＣ構造が、その高分子マトリックスのメッシュ径が小さく、反射率が高いことがわかる。ＰＮＬＣの反射率を高くするためには、高分子マトリックスのメッシュ径が光の波長レベルのサイズに近い場合が最も高くなることは、良く知られている事実であり、上記の結果は整合するものである。しかしながら、表面層の違いでメッシュ径が異なる要因は明確でないが、その臨界表面張力がＰＮＬＣ調光層形成時のＵＶ照射による相分離過程に何らかの相関を有していると考えている。

さらに、一方の基板に臨界表面張力の小さなPIA-X491、他方の基板に臨界表面張力の大きなAL-3046の表面層を形成して、同様の液晶素子を作製し評価したところ、反射率１３．７％、メッシュ径約２μm程度であった。これは、PIA-X491同士の表面層を持つ反射率１０．６％とAL-3046での反射率１５．３％の中間的な特性であり、高分子マトリックス構造も、この特性を反映している。このことは、２枚の基板に異なる臨界表面張力を持つ材料の表面層を配置することで、任意の構造を持つ、つまりは任意の反射率（白色度）を持つ液晶素子が得られることを示唆している。

上記の知見をもとに、本発明の構成を説明する。
基本構成を図２に示した。図２（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’の断面図である、一方の基板に臨界表面張力の大きな表面層１の部分と、表面層１に比して臨界表面張力の小さな表面層２を形成する。この、異なる臨界表面張力の表面層パターンの形成方法としては、例えば、基板全面に表面層１をスピンコーティング法により形成したのち、この上に、所定のパターンの版を用いて表面層２を、フレキソ印刷法で形成することができる。この、スピンコーティング法、フレキソ印刷法、の組合せ以外にも、ディッピング法、インクジェット法、キャスト法、バーコート法等の塗布方法を適便、組み合わせることによりパターン形成できる。

さて、他方の基板にも同様の表面層パターンを対向するように形成し、該第一の基板とを所望の間隔で重ね合わせることで、調光層のない空のセルが作製される。この基板間に調光層前駆体を封入し、高圧水銀ランプにより波長３６５nm中心（３００nm以下の短波長の紫外線は、調光層前駆体材料が分解する可能性があるためカットした）の紫外線を全面に照射することで、ＰＮＬＣ調光層を形成する。ＰＮＬＣ形成時の紫外線に対して、表面層の材料が極端に吸収がないものを使用することで、表面層１及び２のパターン部での紫外線透過率をほぼ同等にできるので、パターン部間での調光層前駆体への照射強度のばらつきがなくなり、高分子が重合し始めると同時に開始される相分離の速度を均一にできる。このため、表面層１及び２の臨界表面張力の違いにより制御される、解像度の優れた高分子マトリックス構造の異なるパターンを有する液晶素子とすることができる。

ここで、ＰＮＬＣ形成時の紫外線に対して、表面層の材料が極端に吸収がないものを使用することはもとより、表面層の違いによる紫外線透過率を、より均一にするためには表面層の層厚を３０nm〜３μmにすることが好ましい。

また、一方の基板に表面層１，２の臨界表面張力の異なるパターンを形成し、他の一方の基板には全面にある臨界表面張力を有する材料の表面層を形成しても良い。所望する反射率（白色度）のパターンに対応した、臨界表面張力の異なる表面層の組合せを用いることができる。

さらに、エネルギーの付与によって臨界表面張力が変化する材料からなる表面層であって、該表面層に所望のパターンに紫外線等のエネルギービームを照射することで得られる臨界表面張力パターンを形成した基板を用いることで、上記同様の液晶素子を作製できる。

臨界表面張力の異なるパターンにおいて、その異なる臨界表面張力の差が大きいほど、液晶素子での反射率（白色度）のコントラストが取れるので、エネルギーの付与により、より大きく臨界表面張力が変化する材料が好ましい。かような材料としては、凝集性の側鎖を有する高分子材料を用いるのが望ましい。

具体的には図４の概念図に示すように、ポリイミドやアクリレート等の骨格を有する主鎖Lにアルキル基（-(CH₂)_xCH₃）等の凝集力の強い側鎖Rが結合しているもの等が挙げられる。このアルキル基はハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基または炭素数1〜12の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基やアルコキシ基で置換されたフェニル基を含有していてもよい。Rの結合部位が多いほど臨界表面張力が小さくなると考えられる。紫外線照射（好ましくは１００〜３００nmの短波長の紫外線）等によって、結合の一部が切断される、あるいは配向状態が変化するために臨界表面張力が増加すると推察される。

異なる材料で臨界表面張力の異なるパターンを実現するためには、製造上、それぞれの塗布工程による塗り分けが必要となるために生産性が悪くなってしまう。また、前記のようなフレキソ印刷法等の塗布方法を用いる場合は、より高精細なパターンを形成する上で不利である。

エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料で、臨界表面張力の異なるパターンを形成する場合には、例えば、該材料で基板全面に均一な表面層を形成後、所望のパターンのメタルマスク、もしくは石英ガラス基板のフォトマスク等を用いて、該表面層に短波長の紫外線を照射することで、容易にパターン形成ができるために生産性が高いというメリットがある。また、メタルマスク、フォトマスクでのパターン形成は、印刷等の方式に比較して、より高精細にできる利点もある。

また、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料においては、付与するエネルギー量により、臨界表面張力をある範囲内で制御できるため、所望の反射率（白色度）パターンの液晶素子を得るための、２枚の基板の表面層での異なる臨界表面張力の組合せに対応する場合でも、同一材料だけで実現できるため、低コスト化にも有利である。

本発明の調光パネルは、基本的に光を遮断する散乱状態と、透過する透明状態を制御するものであり、かつ光を遮断する散乱状態（電界が無印加な状態）において、異なる散乱を示すパターン（反射率が異なることに対応する）を表示できる。例えば図１に示した基本構成の液晶素子を調光パネルとして用いると臨界表面張力の大きな表面層１の部分は遮光性が高く、それに比して、臨界表面張力の小さな表面層２の部分は遮光性が低いパターンが形成される。つまり、遮光性の高く白色度に優れた背景の中に、白色度は低いものの遮光性を持った、パターン（図１ではＲ文字）が表示できる。このパターンは文字や図形に任意に形成できるため、建物の窓やショーウィンドウの視野遮断スクリーンに用いると、広告板、案内板、装飾表示板等としての役割を担わすことができるし、また、部分的に採光がコントルールされた（例えば、上下で異なる採光状態）カーテンなどへの応用も考えられる。この調光パネルに充分に高い電界を印可すると、全面が透明状態となり視野の遮断がなくなる。

図２に示すパターンの液晶素子を作製した。
まず、上下の基板となる透明電極付きのガラス基板上にスピンコーティングにより、ポリイミド膜であるＪＳＲ製のAL-3046を成膜した。この、膜厚は約６０nmであった。さらに、AL-3046が成膜された一方の基板に、Ｒ文字のパターンの印刷版を用いてチッソ石油化学製のポリイミド膜PIA-X491をフレキソ印刷法で成膜し、他方の基板にはＲ文字のネガパターンに印刷版でPIA-X491をフレキソ印刷法で成膜した。PIA-X491の膜厚はいずれも約８０nmであった。

以上の異なる表面層が形成された一方の基板にシール剤としてアミン硬化エポキシ樹脂中をディスペンサー塗布し、他方の基板には２２μm粒径の樹脂ビーズを、イソプロピルアルコールを溶媒として、約１００個／mm²の密度で散布し、互いのＲ文字パターンが対向するように貼り合わせ加熱硬化させて空セルを作製した。この空セルに、大日本インキ化学工業（株）製のＰＮＬＣ用の液晶組成物、モノマー組成物、および重合開始剤の混合物である調光層前駆体材料（製品名：PNM-101）を封入した後、高圧水銀ランプにより波長３６５nm中心の紫外線（照射光強度５０ｍＷ／ｃｍ２）を２分間照射しＰＮＬＣ調光層を形成した。

作製した液晶素子の反射率を図３の測定系で測定したところ、Ｒ文字パターン部では１０％、それ以外の背景部では１５％の反射率であった。電界無印加状態でＲ文字のやや光遮断が弱い表示を有する調光パネルが得られた。このパネルに３０Ｖの60Hz矩形波電界を印可したところ、全面が透過率約８０％の透明状態になった。

実施例１と同様に、まず、上下の基板となる透明電極付きのガラス基板上にスピンコーティングにより、ポリイミド膜であるＪＳＲ製のAL-3046を成膜した。この、膜厚は約６０nmであった。さらに、AL-3046が成膜された一方の基板に、Ｒ文字のパターンの印刷版を用いてチッソ石油化学製のポリイミド膜PIA-X491をフレキソ印刷法で成膜した。PIA-X491の膜厚は約８０nmであった。他方の基板は全面がAL-3046の表面層のままとした。

この２枚の基板で実施例１と同様に空セルを作製し、ＰＮＬＣ調光層も同様の材料、作製条件で形成した。Ｒ文字のパターン部で１３％、背景部で１５％の反射率を有する調光パネルを作製できた。このパネルも３０Ｖの60Hz矩形波電界を印可したところ、全面が透過率約８０％の透明状態になった。

エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料として、ポリイミド骨格にアルキル基を有するチッソ石油化学製のPIA-X491の紫外線照射による臨界表面張力変化を評価した。試料は、ガラス基板上にPIA-X491をスピンコートし、２１０℃で焼成し成膜したものを用いた。膜厚は約８０nmである。

（１）高圧水銀ランプを用い、250nmの光の強度が5mW/cm²となるように光源と基板との距離を調整し、照射時間を変化させることにより（250nmの波長に対する）照射量を変え、水に対する接触角の変化を観測した。図７は紫外線照射量と水に対する接触角の関係を示したものである。未照射時には接触角が90°を超え疎水性（撥水性）であるが、照射量10J/cm²以上では20°程度に低下し親水性に変化している。この変化を誘起するのに有効な光の波長に合わせた光源を用いることによって照射量をさらに小さくすることが可能であると考えられる。

（２）上記紫外線を9J/cm²照射した場合と未照射の場合において、表面エネルギーの異なる数種類の液体の接触角を測定した。図８は液体の表面張力と接触角の関係を示したものである。図から臨界表面張力は未照射の場合に約24mN/m、紫外線照射した場合に約40mN/mであることがわかる。

以上の知見をもとに、図２に示すパターンの液晶素子を作製した。
まず、上下の基板となる透明電極付きのガラス基板上にスピンコーティングにより、PIA-X491を膜厚約８０nmで成膜した。この、一方の基板に、遮光部がＲ文字パターンの石英基板のフォトマスクを介して、250nmの光強度が5mW/cm²の紫外線を３０分間照射（照射量９J/ cm²）した。この、紫外線照射により臨界表面張力が約４０mN/mの表面層を背景とし、臨界表面張力が約２４mN/mのＲ文字パターンの表面層を有する基板が作製された。他方の基板にはＲ文字がネガパターンのフォトマスクを用いて同様の条件で紫外線を照射した。この２枚の基板で、Ｒ文字パターンの臨界表面張力が小さい領域を対向させるように、実施例１と同様の工程及び材料で空セル、さらに調光層を作製した。

Ｒ文字領域で約１０％、背景部で約１４．５％の反射率を有する調光パネルを作製できた。このパネルも３０Ｖの60Hz矩形波電界を印可したところ、全面が透過率約８０％の透明状態になった。

実施例３と同様にまず、上下の基板となる透明電極付きのガラス基板上にスピンコーティングにより、PIA-X491を膜厚約８０nmで成膜した。この、一方の基板に、遮光部がＲ文字パターンの石英基板のフォトマスクを介して、250nmの光強度が5mW/cm²の紫外線を３０分間照射（照射量９J/ cm²）した。この、紫外線照射により臨界表面張力が約４０mN/mの表面層を背景とし、臨界表面張力が約２４mN/mのＲ文字パターンの表面層を有する基板が作製された。他方の基板には全面に250nmの光強度が5mW/cm²の紫外線を３０分間照射（照射量９J/ cm²）した。これにより、全面が約４０mN/mの臨界表面張力を有する表面層の基板となった。この２枚の基板で、実施例１と同様の工程及び材料で空セル、さらに調光層を作製した。
Ｒ文字領域で約１２％、背景部で約１４．５％の反射率を有する調光パネルを作製できた。このパネルも３０Ｖの60Hz矩形波電界を印可したところ、全面が透過率約８０％の透明状態になった。

以上、本発明の実施例によれば、少なくとも一方が、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層を有する基板であり、該基板と他の一方の基板間に、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を配し、該調光層が上記臨界表面張力パターンに対応して異なる高分子マトリックス構造となっていることで、無電界であって、遮光状態（白色度）の異なるの異なるパターン形成を可能にした液晶素子を提供することができる。

本発明の実施例に係る液晶素子によれば、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層が、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなることで、容易に遮光状態の異なるパターン形成を可能にした液晶素子を提供することができる。

また、本発明の実施例によれば、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料の表面層が、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることで、材料入手が容易であるばかりでなく、任意の臨界表面張力を実現できるため、多彩な遮光状態の液晶素子を提供することができる。

また、本発明の実施例によれば、臨界表面張力を変化させるエネルギーの付与が紫外線照射であることで、高精細で、生産性の高い液晶素子を提供することができる。

また、本発明の実施例である製造法によれば、一方の基板にエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、該表面層の一部にエネルギーを付与することにより臨界表面張力の小さい領域とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、他方の基板にもエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、該表面層に、第一の基板と略対向するように同様の臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、かつ上記２枚の基板を表面層が対向するように配置し、２枚の該基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする製造方法であって、高精細で、生産性の高い製造方法を提供することができる。

また、本発明の実施例である製造法によれば、一方の基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、該表面層の一部にエネルギーを付与することにより臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、他方の基板には全面に均一な臨界表面張力を有する表面層を形成する工程を施し、かつ上記２枚の基板を表面層が対向するように配置し、２枚の該基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、正の誘電異方性を有する液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする製造方法であって、低コストで生産性の高い製造方法を提供することができる。

また、本発明の実施例である製造方法によれば、基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成し、該表面層にエネルギーを付与しない、もしくは全面に均一にエネルギー付与することにより、全面が均一な臨界表面張力を有する表面層が形成した基板を得る製造方法であって、表面層に同一材料を用いることで、さらなる低コスト化と、生産性の高い製造方法を提供することができる。

また、本発明の実施例である調光パネルによれば、上記各実施例に係る液晶素子を用いることで省エネルギーな調光パネルを提供することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本発明の実施例である液晶素子構造を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例である液晶素子の基本構造を示す断面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図である。 本発明の実施例に係る測定系を示す模式図である。 本発明の実施例に係る高分子材料を示す概念図である。 ＮＣＡＰ方式の液晶層構造を示す模式図である。 ＰＮＬＣ方式の液晶層構造を示す模式図である。 本発明の実施例３に係り、紫外線照射量と水に対する接触角の関係を示したグラフである。 本発明の実施例３に係り、液体の表面張力と接触角の関係を示したグラフである。

符号の説明

１１ 透明電極基板
１２ 表面層
１３ 調光層
５１ 液晶カプセル
５２ 高分子樹脂
５３ 基板
６１ 液晶
６２ 高分子マトリックス樹脂

Claims (8)

1. 少なくとも一方が、臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層を有する基板であり、該基板と他の一方の基板間に、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を配し、該調光層が上記臨界表面張力パターンに対応して異なる高分子マトリックス構造となっていることを特徴とする液晶素子。
2. 臨界表面張力の異なる少なくとも２つの臨界表面張力パターンの表面層が、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
3. 前記表面層が、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることを特徴とする請求項２記載の液晶素子。
4. 臨界表面張力を変化させるエネルギーの付与が紫外線照射であることを特徴とする請求項２又は３記載の液晶素子。
5. 一方の基板にエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、
   該表面層の一部にエネルギーを付与することにより臨界表面張力の小さい領域とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、他方の基板にもエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、
   該表面層に、第一の基板と略対向するように同様の臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、かつ上記２枚の基板を表面層が対向するように配置し、
   ２枚の該基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、
   高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の液晶素子の製造方法。
6. 一方の基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、
   該表面層の一部にエネルギーを付与することにより臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、他方の基板には全面に均一な臨界表面張力を有する表面層を形成する工程を施し、かつ上記２枚の基板を表面層が対向するように配置し、
   ２枚の該基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、正の誘電異方性を有する液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、
   高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の液晶素子の製造方法。
7. 基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成し、
   該表面層にエネルギーを付与しない、もしくは全面に均一にエネルギー付与することにより、全面が均一な臨界表面張力を有する表面層が形成した基板を得ることを特徴とする請求項６記載の、液晶素子の製造方法。
8. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶素子を備えたことを特徴とする調光パネル。

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