JP3214118B2 - 液晶デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大面積になし得る液晶
デバイスの製造方法に関し、さらに詳しくは、視野のし
ゃ断、開放ならびに自然光または照明光の透過制限、し
ゃ断、透過を電気的に操作し得るものであって、建物の
窓やショーウインドウなどで視野しゃ断のスクリーン
や、採光コントロールのカーテンに利用されるととも
に、文字や図形を表示し、高速応答性を以て電気的に表
示を切り換えることによって、ＯＡ機器のディスプレイ
やプロジェクション用デバイス等のハイインフォーメー
ション表示体や広告板、案内板、装飾表示板などとして
利用される液晶デバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶デバイスは、従来、ネマチック液晶
を使用したＴＮ（ツイスティッド・ネマチック）型やＳ
ＴＮ（スーパー・ツイスティッド・ネマチック）型のも
のが実用化されている。また、強誘電性液晶を利用した
ものも提案されている。

【０００３】しかしながら、これらの液晶デバイスは偏
光板を要するものであり、また配向処理を要するもので
もあった。

【０００４】一方また、それらを要さず、明るくコント
ラストの良い、大型で廉価な液晶デバイスを製造する方
法として、液晶のカプセル化により、ポリマー中に液晶
滴を分散させ、そのポリマーをフィルム化する方法が知
られている（特表昭５８−５０１６３１号、米国特許第
４４３５０４７号、特表昭６１−５０１３４５号、特開
昭６２−４８７８９号）。

【０００５】上記の明細書中で開示された技術において
は、ポリビニルアルコールによってカプセル化された液
晶分子は、それが薄層中で正の誘電率異方性を有するも
のであれば、電界の存在下でその液晶分子は電界の方向
に配列し、液晶の常光屈折率ｎ_oとポリマーの屈折率ｎ_p
が等しいときには、透明性を発現する。電界が除かれる
と、液晶分子はランダム配列に戻り、液晶滴の屈折率が
ｎ_oよりずれるため、液晶滴はその境界面で光を散乱
し、光の透過をしゃ断するので、薄層体は白濁する。

【０００６】このように、カプセル化された液晶を分散
包蔵したポリマーを薄膜としている技術は上記のもの以
外にもいくつか知られており、例えば、特表昭６１−５
０２１２０８号には液晶がエポキシ樹脂中に分散したも
の、特願昭６１−３０５５２８号、特開昭６２−２２３
１号には、光硬化性樹脂と液晶の混合液に紫外線を照射
することによって、液晶と光硬化性樹脂とを相分離させ
て、液晶が樹脂中に分散した調光層を形成する方法が報
告されている。

【０００７】このような調光層を有する液晶デバイスに
おける駆動電圧は約２０V以上も必要であり、多くの場
合、４０V以上の高電圧を必要とするものであった。

【０００８】さらに、液晶デバイスに必要な光散乱性
能、光透過性能を得るためには、液晶材料と樹脂成分の
屈折率の一致、不一致を最適化しなければならず、液晶
材料と樹脂材料の組合せを選択する上で制限があった。

【０００９】このような問題点から、前述のような液晶
デバイスの実用化に要求される重要な特性である低電圧
駆動特性、高コントラスト、時分割駆動を可能にするた
めに、特開平１−１９８７２５号と特開平２−８５８２
２号には、液晶材料が連続層を形成し、この連続層中
に、三次元網目状の高分子物質を形成してなる調光層を
有する液晶デバイスが開示されている。

【００１０】このような液晶デバイスは、電極層を有す
る透明な２枚の基板間に、液晶材料と光重合性組成物と
光重合開始剤とを含有する調光層形成材料を存在させ、
調光層形成材料が等方性液体状態において光を照射して
前記光重合性組成物を重合させることによって、前述の
ような液晶材料と透明性固体物質からなる調光層を有す
る液晶デバイスを製造することができるものであり、通
常、光源として電極放電式紫外線ランプを用いていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
製造方法において用いられている放電ランプ方式の紫外
線照射装置は紫外線以外に赤外線をも大量に発生し、そ
のために被照射体の温度が上昇してしまう。

【００１２】一方、活性光線の照射によって液晶と透明
性固体物質よりなる調光層を形成する場合、調光層の性
能に大きく影響を与える透明性固体物質の網目の大き
さ、分布比率、ならびに液晶滴の大きさとその分布比率
は、活性光線の照射時の温度条件によって大きく左右さ
れる。したがって、活性光線照射時温度を調整すること
は非常に重要であり、従来の放電ランプ方式の紫外線照
射装置では調整がし難く良好な特性、特に急峻性に優れ
た調光層を得ることは困難であり、時分割駆動の性能に
制約あった。

【００１３】本発明が解決しようとする課題は、照射時
の温度上昇を小さくし、かつ照射強度の大きい活性光線
源を用いることによって効率的にかつ特性の優れた、特
に急峻性に優れた時分割駆動可能な調光層を有する液晶
表示体の製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討した結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、（１）
電極層を有する少なくとも一方が透明な２枚の基板間
に、液晶材料と重合性組成物と重合開始剤とからなる調
光層形成材料を存在させた後、活性光線を照射して、前
記重合性組成物を重合させることによって液晶材料と透
明性固体物質とからなる調光層を形成する液晶デバイス
の製造方法において、前記活性光線の光源として無電極
放電ランプを用いることを特徴とする液晶デバイスの製
造方法、あるいは、（２）電極層を有する少なくとも一
方が透明な２枚の基板の一方の基板の電極層上に、液晶
材料と重合性組成物と重合開始剤とからなる調光層形成
材料を塗布する第１工程と、調光層構成材料に活性光線
を照射して前記重合性組成物を重合させることによって
液晶材料と透明性固体物質とからなる調光層を形成した
後、他方の基板を貼合わせる第２工程とからなる液晶デ
バイスの製造方法において、活性光線の光源として無電
極放電ランプを用いることを特徴とする液晶デバイスの
製造方法を提供する。

【００１５】本発明の製造方法は、調光層形成材料を挟
持する基板に短時間で均一で温度上昇の少ない活性光線
を照射するので、得られる液晶デバイスは調光層が均一
に形成され、コントラストがよく、しきい値の急峻性が
よい。

【００１６】本発明で使用する基板は、堅固な材料、例
えば、ガラス、金属などであってもよく、柔軟性を有す
る材料、例えば、プラスチックフィルムのようなもので
あってもよい。そして、基板は２枚が対向して適当な間
隔を隔て得るものであり、その少なくとも一方は透明性
を有し、その２枚の間に挟持される液晶層および透明性
固体物質を有する層からなる調光層を外界から視覚させ
るものでなければならない。ただし、完全な透明性を必
須とするものではない。もし、この液晶デバイスが、デ
バイスの一方の側から他方の側へ通過する光に対して作
用させるために使用される場合には、２枚の基板はとも
に適宜な透明性が与えられる。この基板には目的に応じ
て、透明、不透明の適宜な電極が、その全面または部分
的に配置されてもよい。

【００１７】ただし、プラスチックフィルムのような柔
軟性を有する材料の場合には、堅固な材料、例えば、ガ
ラス、金属等に固定したうえで本発明の製造方法に用い
ることができる。

【００１８】なお、２枚の基板間には、液晶材料および
透明性固体物質からなる調光層が挟持されるが、この２
枚の基板間には、通常、周知の液晶デバイスと同様、間
隔保持用のスペーサーを存在させることもできる。

【００１９】スペーサーとしては、例えば、マイラー、
アルミナ、ポリマービ−ズなどの種々の液晶セル用のも
のを用いることができる。

【００２０】本発明で使用する液晶材料は、単一の液晶
化合物であることを要しないのはもちろんであり、２種
以上の液晶化合物や液晶化合物以外の物質を含んだ混合
物であってもよく、通常この技術分野で液晶材料として
認識されるものであればよく、そのうちの正の誘電率異
方性を有するものが好ましい。

【００２１】用いる液晶としては、ネマチック液晶、ス
メクチック液晶、コレステリック液晶が好ましく、ネマ
チック液晶が、特に好ましい。その性能を改善するため
に、コレステリック液晶、キラルネマチック液晶、キラ
ルスメクチック液晶やキラル化合物や二色性色素などが
適宜含まれていてもよい。

【００２２】本発明で使用する液晶材料は、以下に示し
た化合物群から選ばれる１種以上の化合物からなる配合
組成物が好ましく、液晶材料の特性、すなわち、等方性
液体と液晶の相転移温度、融点、粘度、屈折率異方性
（Δｎ）、誘電率異方性（Δε）、および重合性組成物
との溶解性等を考慮して、適宜、選択配合して用いるこ
とができる。

【００２３】液晶材料としては、例えば、４−置換安息
香酸４’−置換フェニルエステル、４−置換シクロヘキ
サンカルボン酸４’−置換フェニルエステル、４−置換
シクロヘキサンカルボン酸４’−置換ビフェニルエステ
ル、４−（４−置換シクロヘキサンカルボニルオキシ）
安息香酸４’−置換フェニルエステル、４−（４−置換
シクロヘキシル）安息香酸４’−置換フェニルエステ
ル、４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸４’−置
換シクロヘキシルエステル、４−置換４’−置換ビフェ
ニル、４−置換フェニル−４’−置換シクロヘキサン、
４−置換４”−置換ターフェニル、４−置換ビフェニル
−４’−置換シクロヘキサン、２−（４−置換フェニ
ル）−５−置換ピリミジンなどを挙げることができる。

【００２４】調光層形成材料中の液晶材料、重合性組成
物の含有量は、重量比で６０：４０〜９５：５の範囲が
好ましく、７５：２５〜８５：１５の範囲が特に好まし
い。これは液晶材料が多すぎたり少なすぎる場合、液晶
材料と透明性固体物質の分散状態が均一にならないの
で、光散乱による調光機能が発現しなくなり、好ましく
ない。

【００２５】前記調光層中に形成される透明性固体物質
は、ポリマー中に液晶材料が球状となって分散するもの
でもよいが、三次元網目状構造を有するものがより好ま
しい。

【００２６】この透明性固体物質の三次元網目状部分に
は、液晶材料が充填され、かつ液晶材料が連続層を形成
することが好ましく、液晶材料の無秩序な状態を形成す
ることにより、光学的境界面を形成し、光の散乱を発現
させる上で必須である。

【００２７】調光層形成材料を２枚の基板間に存在させ
るには、この調光層形成材料を基板間に注入してもよい
が、一方の基板に適当な溶液塗布機やスピンコーターな
どを用いて均一に塗布し、次いで他方の基板を重ね合わ
せて圧着させてもよい。

【００２８】また、一方の基板上に調光層形成材料を均
一な厚さに塗布し、光重合性組成物を重合し、硬化させ
た調光層を形成した後、他方の基板を貼り合わせる液晶
デバイスの製造方法も有効である。

【００２９】本発明の透明性固体物質としては、光硬化
性の合成樹脂が好適である。三次元網目状構造を与える
ものとしては、高分子形成性モノマーもしくはオリゴマ
ーを重合させて得られる光硬化型樹脂が好ましい。

【００３０】基板間に形成される透明性固体物質が三次
元網目状構造を形成する方法としては、セル中に封入さ
れた調光層形成材料をほぼ均一液体状態に保持しながら
活性光線を照射し、光重合性組成物を重合させる方法が
挙げられる。

【００３１】透明性固体物質を形成する重合体形成性モ
ノマ−としては、例えば、スチレン、クロロスチレン、
α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン：置換基として
は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、２−
エチルヘキシル、オクチル、ノニル、ドデシル、ヘキサ
デシル、オクタデシル、シクロヘキシル、ベンジル、メ
トキシエチル、ブトキシエチル、フェノキシエチル、ア
ルリル、メタリル、グリシジル、２−ヒドロキシエチ
ル、２−ヒドロキシプロピル、３−クロロ−２−ヒドロ
キシプロピル、ジメチルアミノエチル、ジエチルアミノ
エチル等のごとき基を有するアクリレート、メタクリレ
ートまたはフマレート；エチレングリコール、ポリエチ
レングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレ
ングリコール、１，３−ブチレングリコール、テトラメ
チレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペ
ンチルグリコール、トリメチロールプロパン、グリセリ
ンおよびペンタエリスリトール等のモノ（メタ）アクリ
レートまたはポリ（メタ）アクリレート；酢酸ビニル、
酪酸ビニルまたは安息香酸ビニル、アクリロニトリル、
セチルビニルエーテル、リモネン、シクロヘキセン、ジ
アリルフタレート、ジアリルイソフタレート、２−、３
−または４−ビニルピリジン、アクリル酸、メタクリル
酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−ヒドロキ
シメチルアクリルアミドまたはＮ−ヒドロキシエチルメ
タクリルアミドと、それらのアルキルエーテル化合物、
トリメチロールプロパン、１モルに３モル以上のエチレ
ンオキサイドもしくはプロピレンオキサイドを付加して
得たトリオールのジまたはトリ（メタ）アクリレート、
ネオペンチルグリコール１モルに２モル以上のエチレン
オキサイドもしくはプロピレンオキサイドを付加して得
たジオールのジ（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ
エチル（メタ）アクリレート１モルとフェニルイソシア
ネートもしくはｎ−ブチルイソシアネート１モルとの反
応生成物、ジペンタエリスリトールのポリ（メタ）アク
リレート、トリス−（ヒドロキシエチル）−イソシアヌ
ル酸のポリ（メタ）アクリレート、トリス−（ヒドロキ
シエチル）−リン酸のポリ（メタ）アクリレート、ジ−
（ヒドロキシエチル）−ジシクロペンタジエンのモノ
（メタ）アクリレートまたはジ（メタ）アクリレート、
ピバリン酸ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレ
ート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペ
ンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、直鎖脂肪族
ジ（メタ）アクリレート、ポリオレフィン変性ネオペン
チルグリコールジ（メタ）アクリレート等を挙げること
ができる。

【００３２】重合体形成性オリゴマーとしては、例え
ば、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエステル（メ
タ）アクリレート、ポリウレタン（メタ）アクリレー
ト、ポリエーテル（メタ）アクリレート等を用いること
ができる。

【００３３】重合開始剤としては、例えば、２−ヒドロ
キシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン
（メルク社製「ダロキュア１１７３」) 、１−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン（チバ・ガイギー社製
「イルガキュア１８４」）、１−（４−イソプロピルフ
ェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−
オン（メルク社製「ダロキュア１１１６」）、ベンジル
ジメチルケタール（チバ・ガイギー社製「イルガキュア
６５１」）、２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フ
ェニル〕−２−モルホリノプロパノン−１（チバ・ガイ
ギー社製「イルガキュア９０７」）、２，４−ジエチル
チオキサントン（日本化薬社製「カヤキュアＤＥＴ
Ｘ」)とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル（日本化薬
社製「カヤキュア−ＥＰＡ」）との混合物、イソプロピ
ルチオキサントン（ワードプレキンソップ社製「カンタ
キュアＩＴＸ」）とｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル
との混合物等が挙げられる。

【００３４】無電極放電ランプ方式の活性光線照射装置
には、急速スタートアップと再スタートができるためシ
ャッター機構がなくても使用可能であり、また紫外線出
力効率が大きく赤外線出力が小さく、寿命が長いなどの
特徴がある。それらの特徴により、紫外線照射時におけ
る調光層形成材料の温度上昇が抑えられ、しきい値の急
峻性に優れ、コントラストの改良された調光層が提供で
きる。また、紫外線の発光強度が大きいために、ブラッ
クマトリックス付き基板やカラーフィルター付き基板や
二色性色素含有調光層形成材料を用いる場合にも有効に
作用する。そのような紫外線照射装置として、フュージ
ョンシステム社（アメリカ合衆国）の装置が知られてい
る。

【００３５】本発明による液晶デバイスの調光層の厚み
は、５〜５０μmの範囲が好ましく、８〜２５μmの範囲
が特に好ましい。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明をさら
に具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。

【００３７】以下の実施例において、「％」は、『重量
％』を表わす。また、実施例中の評価特性の各々の記号
の意味および内容を以下で説明する。

【００３８】（１）Ｔ₀：白濁度の値で、印加電圧０の
ときの光透過率（％）を表わす。

【００３９】（２）Ｔ₁₀₀：透明度の値で、印加電圧を
増加させていき光透過率がほとんど増加しなくなったと
きの光透過率（％）を表わす。

【００４０】（３）Ｖ₁₀：電圧無印加時の液晶デバイス
の光透過率（Ｔ₁₀₀）を１００％とし、印加電圧の増大
に伴って光透過率が最小になったときの透過率（Ｔ₀）
を０％とするとき、光透過率１０％となるときの印加電
圧（V_rms）を表わし、「しきい値」と呼ばれる。

【００４１】（４）Ｖ₉₀：電圧無印加時の液晶デバイス
の光透過率（Ｔ₁₀₀）を１００％とし、印加電圧の増大
に伴って光透過率が最小になったときの透過率（Ｔ₀）
を０％とするとき、光透過率９０％となるときの印加電
圧（V_rms）を表わし、「飽和電圧」と呼ばれる。

【００４２】（３）ＣＲ コントラストを表わし、下記の式によって定義される。

【００４３】

【式１】ＣＲ＝Ｔ₁₀₀／Ｔ₀

【００４４】（４）γ 急峻性を表わし、下記の式によって定義される。

【００４５】

【式２】γ＝Ｖ₉₀／Ｖ₁₀

【００４６】また、紫外線の照度は、ウシオ電機社製紫
外線照度計で受光器ＵＶＤ−３６５ＰＤ付きユニメータ
（ＵＩＴ−１０１）を用いて測定したものである。

【００４７】（実施例 １）ＩＴＯ電極を形成した２枚
の透明基板間の一方の基板上に、スペーサーとして１０
ミクロンのポリマービーズ（積水ファインケミカル社製
「ミクロパールＳＰ２１０」）、他方の基板にシール剤
として「ＤＳＡ−００１」（ロディック社製）を塗布
し、貼り合わせ焼成硬化し、１０cm×１０cm角、セル厚
１０．２μmの空セルを作製した。

【００４８】次に、液晶組成物「ＰＮ−００５」（ロデ
ィック社製）８２％、光重合性組成物として「ＫＡＹＡ
ＲＡＤ−ＨＸ２２０」（日本化薬社製カプロラクトン変
性ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコー
ルジアクリレート）５．８％、「アロニクスＭ−１１
７」（東亜合成社製プロピレンオキシド変性４−ノニル
フェノキシアクリレート）１２．０％および光重合開始
剤として「イルガキュア６５１」（チバガイギー社製ベ
ンジルジメチルケタール）０．２％からなる調光層形成
材料を調製し、４５℃に保ちながら空セル中に真空注入
法を用いて注入した。

【００４９】このようにして調光層形成材料を注入した
セルを、３６℃に保ちながら、無電極放電ランプの照度
を３０mW／cm²となる紫外線を２５秒間照射し、白濁不
透明な液晶デバイスを得た。照射直後のセルの温度を測
定したところ、３６．５℃であった。

【００５０】得られた液晶デバイスの印加電圧と光透過
率の関係を測定したところ、 Ｔ₀ ＝ ２．５％、 Ｔ₁₀₀＝８９．５％、 ＣＲ ＝３５．８、 Ｖ₁₀ ＝ ６．７V_rms、 Ｖ₉₀ ＝１０．５V_rms γ ＝ １．５７ であった。

【００５１】また、液晶組成物「ＰＮ−００５」の諸特
性は、以下のとおりであった。 転移温度 ７２．１℃（Ｎ−Ｉ） ＜−２５ ℃（Ｃ−Ｎ） 屈折率 ｎ_e＝１．７５９ ｎ₀＝１．５２５ 屈折率異方性 △ｎ＝０．２３４ しきい値電圧 Ｖth＝１．１０V ２０℃の粘度 ７７．６c．p． 誘電率異方性 △ε＝２７．８

【００５２】（比較例１）実施例１において、無電極ラ
ンプに代えて電極放電式ランプとしてメタルハライドラ
ンプを用いた以外は同様に操作し、白濁不透明な液晶デ
バイスを得た。照射直後のセルの温度を測定したとこ
ろ、３８．４℃であった。

【００５３】得られた液晶デバイスの印加電圧と光透過
率の関係を測定したところ、 Ｔ₀＝ ３．２％、 Ｔ₁₀₀＝８９．１％、 ＣＲ ＝２７．８、 Ｖ₁₀ ＝ ５．２V_rms、 Ｖ₉₀ ＝１１．３V_rms、 γ ＝ ２．１７ であった。

【００５４】下記の表１に示すとおり、本発明による液
晶デバイスは、比較例１の液晶デバイスに比べ、白濁度
すなわち光散乱性に優れ、コントラストが向上し、急峻
性にも優れた時分割駆動可能な液晶デバイスであること
が明らかである。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【発明の効果】本発明の製造方法は、調光層形成材料を
挟持する基板に無電極放電ランプを光源とする活性光線
を照射し、調光層を形成するので、調光層における発熱
が抑制され、そのため調光層が均一に形成され、コント
ラストがよく、しきい値の急峻性がよく、偏光板が不要
で明るい画面を提供でき、低電圧駆動が可能で、時分割
駆動が可能な液晶デバイスを得ることができる。また、
紫外線の照射強度を増大でき、生産性の向上に貢献でき
る。

【００５７】したがって、本発明は、コンピュータ端末
の表示器、プロジェクション用の光シャッター等の液晶
デバイスの製造方法として有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−198725（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−208083（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−191506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−48016（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−97333（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭58−501631（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334 G02F 1/13

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極層を有する少なくとも一方が透明な
   ２枚の基板間に、液晶材料と重合性組成物と重合開始剤
   とからなる調光層形成材料を存在させた後、活性光線を
   照射して、前記重合性組成物を重合させることによって
   液晶材料と透明性固体物質とからなる調光層を形成する
   液晶デバイスの製造方法において、前記活性光線の光源
   として無電極放電ランプを用いることを特徴とする液晶
   デバイスの製造方法。
2. 【請求項２】 電極層を有する少なくとも一方が透明な
   ２枚の基板の一方の基板の電極層上に、液晶材料と重合
   性組成物と重合開始剤とからなる調光層形成材料を塗布
   する第１工程と、調光層構成材料に活性光線を照射して
   前記重合性組成物を重合させることによって液晶材料と
   透明性固体物質とからなる調光層を形成した後、他方の
   基板を貼合わせる第２工程とからなる液晶デバイスの製
   造方法において、活性光線の光源として無電極放電ラン
   プを用いることを特徴とする液晶デバイスの製造方法。
3. 【請求項３】 調光層が、液晶材料の連続層と、その連
   続層中に三次元網目状の透明性固体物質からなることを
   特徴とする請求項１または２に記載の液晶デバイスの製
   造方法。
4. 【請求項４】 調光層形成材料が均一な液体状態におい
   て、活性光線を照射することを特徴とする請求項１、２
   または３に記載の液晶デバイスの製造方法。