JP3271018B2 - 液晶光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光透過−光散乱型液晶表
示素子の製造方法に関し、更に詳しくは、高コントラス
ト、低電圧駆動及び急峻性等の表示特性に優れた液晶表
示素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶ディスプレイは、低消費電
力、軽量及び薄型等の特徴を有している為、文字や画像
の表示媒体として、腕時計、電卓、パソコン、テレビ等
に幅広く用いられている。一般的なＴＮ及びＳＴＮ−液
晶ディスプレイは、透明電極を有する２枚のガラス板間
に所定のシール等が施された液晶セル中に、液晶を封入
し、更に両面から偏光板でサンドイッチされたものであ
る。しかしながら、（１）２枚の偏光板が必要な為、視
野角が狭く、又、輝度が不足している為、高消費電力の
バックライトが必要である、（２）セル厚依存性が大き
く大面積化が困難である、（３）構造が複雑でセルへの
液晶の封入が困難な為、製造コストが高い等の問題があ
り、液晶ディスプレイの軽量化、薄型化、大面積化、低
消費電力化及び低コスト化に限界がある。この様な問題
点を解決する液晶表示素子として、液晶を高分子マトリ
クス中に分散させた液晶／高分子複合膜の応用が期待さ
れ、その研究開発が活発化してきた。

【０００３】この様な液晶／高分子複合膜の主たる製造
方法としては以下の如き方法が挙げられる。高分子多
孔質体に液晶を含浸させる方法。液晶をポリビニルア
ルコールの水溶液中に分散させたエマルジョンをキャス
ト及び乾燥する方法（特表昭５８−５０１６３１号公報
参照）。液晶と高分子を共通溶媒に溶解した溶液をキ
ャストし、溶媒の除去に伴って液晶と高分子を相分離さ
せる方法（特表昭６１−５０２１２８号公報参照）。
液晶とモノマーとの混合物中のモノマーを重合させ、液
晶と高分子の相分離構造を得る方法（特表昭６１−５０
２１２８号公報参照）。上記方法のなかではの方法が
製造が簡便であり、構造の制御及び膜厚の制御が容易
で、且つ大面積化が可能であるという利点が有り、調光
用のガラス等としては既に実用化されている。

【０００４】の方法により得た液晶／高分子複合膜
は、図１に示す様に、液晶がマトリクス樹脂中に微小球
状に分散されている。これに電圧が印加されていないと
きには、図１（ａ）に示す様に液晶分子はマトリクスの
球状壁に沿って並び、液晶分子の複屈折性により、入射
光は液晶球の内部及び界面で散乱される。この為液晶／
高分子複合膜は不透明状態となる。電圧が印加される
と、図１（ｂ）に示す様に、液晶分子が電界の方向に整
列する為、入射光は直進し、液晶／高分子複合膜は透明
状態となる。液晶分子を電界方向に整列させる為に必要
な電圧は、液晶球の径に依存する。即ち、液晶球が小さ
いほど、液晶分子が外壁から受ける束縛力が相対的に強
くなる為、液晶を電界方向に整列させるにはより高い電
界を必要とする。この為、液晶／高分子複合膜の中に大
きな液晶滴と小さな液晶滴が共存する場合には、平行光
透過率の電圧に対する変化曲線は緩やかなものになる。
一方、液晶滴の径が均一になっているときには、電圧に
対し急峻な平行光透過率の変化が起こる。

【０００５】又、電圧無印加状態での入射光を散乱する
能力は、液晶球の径に依存する。これは、光の波長と液
晶／樹脂界面の数に関連するものであって、液晶球の大
きさは、大きすぎても、小さすぎても十分な光散乱能が
得られない。従って、高コントラスト、低電圧駆動及び
急峻性を同時に実現する為には、液晶滴の径を均一に
し、適性化することが必要である。液晶／高分子複合膜
中の液晶球の径は、キャストするエマルジョンの液晶粒
子の径によって決定される。従って、液晶／高分子複合
膜も液晶球の径を制御する為には、エマルジョンの液晶
粒子の径を制御することが必要とされる。

【０００６】

【発明が解決しようとしている問題点】従来方法による
液晶エマルジョンの調製方法としては、高速撹拌機を用
いた機械的乳化や、超音波ホモジナイザーを用いた乳化
が行われてきた。しかしながら、これらの方法では、得
られる液晶分散粒子径の分布を狭くすることが不可能で
あった。この為、従来の液晶／高分子複合膜は高い駆動
電圧を必要とし、急峻性が悪いという欠点を有してい
た。この欠点は、特にマルチプレクス駆動する為の障害
となっていた。更に、従来の液晶／高分子複合膜の製造
方法における問題点として、製造上の制約及び困難が大
きいことが挙げられる。の製造方法では、キャストす
る液晶分散液は水系のチキソトロピックな溶液である。
その為一般に塗布特性が悪く、泡の混入等により均一な
液晶層を形成させるのが容易でない。又、液晶材料層の
厚さを乾燥時数μｍから十数μｍとする為に十分な時間
を費やして長時間乾燥することが必要である。

【０００７】又、キャスティングにより得られた液晶／
高分子複合膜は、通常周辺部にエッジの盛り上がりがあ
る為、サンドイッチセルを作製するには、周辺部をカッ
トしなければならない。この為、基板上の必要な領域の
みに、液晶／高分子複合膜を設けることが出来ず、液晶
が高価である為にディスプレイセルの作製上及び製造コ
スト上大きな問題となる。又、高分子分散型液晶パネル
を高品質表示体パネルとして用いる為には、液晶材料層
中にごみ、泡、塗布むら等が存在してはならないが、脱
泡や塗布・乾燥の難しさ等から製造速度、良品率、その
他に大きな課題が発生し高品質の素子を安価に製造出来
ないのが現状である。この様な製造上の問題点を解決す
る方法として、電着塗布方法を用いる製造法が提案され
ている。しかしながら、電着塗布を用いた場合でも、液
晶球径の制御は困難であり、駆動電圧、立ち上がり急峻
性に問題がある。従って本発明の目的は、高コントラス
ト、低電圧駆動及び急峻性等の表示特性に優れ、且つ高
い生産性で高品質の液晶表示素子を提供する事である。

【０００８】

【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
により解決される。即ち、本発明は、高分子マトリクス
中に液晶粒子が分散した層を、２枚の導電性基材で狭持
してなる液晶光学素子の製造方法であって、多数の貫通
した孔を有する膜の一方の面に沿って水を主体とする分
散媒体を流し、膜の他方の面から所定の圧力をもって上
記水を主体とする分散媒体の中に液晶を圧入することに
より、液晶粒子が分散した水中油滴型のエマルジョンを
製造する工程と、該工程により得られたエマルジョンを
含有する液を電着性塗料とし、導電性基材上に電着塗布
及び乾燥することにより、高分子マトリクス中に液晶粒
子が分散した層を形成する工程とを含むことを特徴とす
る液晶光学素子の製造方法である。

【０００９】

【作用】液晶の微細乳化に、膜乳化法を用いることによ
り液晶が均一粒径で分散した液晶エマルジョンを得ら
れ、該エマルジョンを電着性にして利用することによっ
て、高コントラスト、低電圧駆動及び急峻性等の表示特
性に優れた液晶／高分子複合膜を含む液晶表示素子を提
供することが出来る。

【００１０】

【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を挙げて本
発明を更に詳しく説明する。本発明で云う多孔質の膜を
用いてエマルジョンを製造する方法は、膜乳化法と呼ば
れ、近年医薬品、化粧品、食品等の製造に利用が期待さ
れているものである（中島忠夫・清水政高、PHARM TECH
JAPAN ４巻、１０号（１９８８）参照）。本発明者
は、液晶表示素子の心臓部である液晶／高分子複合膜の
作成に上記膜乳化法を採用することが最適であり、液晶
が均一粒径で分散したエマルジョンが得られることを見
い出し、該エマルジョンを利用して電着方法により液晶
／高分子複合膜を作成することによって、高コントラス
ト、低電圧駆動及び急峻性等の表示特性に優れた液晶／
高分子複合膜を作製することが出来ることを見出した。
上記膜乳化法では、液晶エマルジョン粒子の大きさは、
用いる多孔質膜の細孔径に依存する為、細孔径分布の狭
い多孔質膜を用いることにより、粒子径の揃ったエマル
ジョンを得ることが可能となる。エマルジョン中の液晶
分散粒子の径は０．５〜７μｍの範囲にあることが好ま
しく、１〜５μｍの範囲であることが更に好ましい。

【００１１】本発明方法で用いる多孔質膜としては、均
一な細孔径を有し、妥当な機械的強度を保持する必要が
ある。以上の条件を満たすものとして、Ｎａ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ
₃−ＳｉＯ₂系ガラスの分相現象を利用して作られる多孔
質ガラスを挙げることが出来る（米国特許第２，２１
５，０３９号明細書参照）。次に好ましい１例として、
パイプ状に加工された多孔質ガラスを用いる液晶エマル
ジョンの製造装置の概念図を図２に示す。エマルジョン
タンク（ｄ）には、好ましくはポリビニルアルコール等
の保護コロイドや界面活性剤を含む水を主体とする分散
媒体を入れ、これをポンプ（ｅ）により、バルブ
（ｉ）、多孔質膜の管内圧力計（ｊ）及びニードルバル
ブ（ｋ）に至るラインに沿って循環させる。循環ポンプ
（ｅ）は、生成したエマルジョン粒子が破壊されない様
に、剪断力が低く且つ更に脈流の小さな機種を選ぶこと
が好ましい。

【００１２】一方、液晶タンク（ｃ）は、窒素ボンベ
（ｂ）から導入される窒素の圧力によって加圧されてお
り、バルブ（ｆ）によって圧力調整された液晶は、内面
に多孔質体の開口部が開放されている管状体（ａ）中に
圧入され、管内を流れている分散媒体中に微細球状に分
散させられる。この際使用する多孔質体の細孔径は通常
は０．１〜１μｍであり、好ましくは０．２〜０．４μ
ｍである。又、液晶圧入圧力は装置のサイズ、液晶の種
類、多孔質体の微孔径、分散媒体の組成等によって異な
るが、通常は１〜１０Ｋｇｆ／ｃｍ²であり、好ましく
は１．５〜４ｋｇｆ／ｃｍ²である。又、タンク（ｄ）
に入れる水を主体とする分散媒体は、予め水溶性若しく
は水分散性のマトリクス樹脂を添加しておいてもよい
が、粘度等により乳化に支障をきたす場合には、エマル
ジョンを製造した後に、マトリクス樹脂を溶解若しくは
分散してもよい。又、エマルジョンを製造した後、電着
塗布に適する様に水を除去し、濃縮することも可能であ
る。又、マトリクス樹脂の溶解性及び電着適性を得る為
に、エタノール、エチルセルソルブ等の水溶性有機溶剤
を添加することが好ましい。

【００１３】こうして得られた液晶粒子分散液から、液
晶／高分子複合膜を形成する本発明の方法は、液晶表示
素子の一方の電極基板である導電性基板上に電着塗布方
法で上記の複合膜を直接形成する方法である。ここで云
う電着塗布とは、塗液中に塗布基板となる主電極と対向
電極とを配置して通電し、電気的に液晶粒子及び高分子
マトリクスを基板上に吸着若しくは沈着させ、次いで塗
布基板を取り出して分散媒体を除去することにより塗膜
を得るものである。実際の液晶表示体に用いるパネルの
製造においては、パネルの表示領域はＩＴＯ、その他の
導電性材料で構成されているので、そのパネルを電着の
主電極として直接利用すれば、パネル面に必要な膜厚の
液晶／高分子複合膜を形成することが出来る。この場合
の液晶の状態は、球状を基本とするが、その一部は合一
していてもよい。又、硬化性のマトリクス樹脂を用いる
場合には、熱、紫外線、電子線等のしかるべき硬化手段
を採用することも出来る。以上の如く形成された液晶／
高分子複合膜中の液晶の量は、膜全体の重量の６０〜９
０重量％を占める範囲中が好ましく、又、複合膜の厚み
は５〜１５μｍ程度が好適である。

【００１４】又、パネルに、電着専用の導電性基板（必
要に応じてパターン化しておいてもよい）を設けてお
き、液晶粒子と高分子マトリクスからなる適性な塗膜を
形成した後、他のパネル部材面の所定位置上に塗膜を転
写してもよい。この方法によれば、良好な塗膜のみを選
択的にパネル化することが出来るし、電着用の電気配線
を１枚毎のパネル面に形成しておく必要がなく、電着基
板は反復して使用することが出来、簡便且つ合理的な工
程を組むことが出来る等の多くの利点がある。ＩＴＯ基
板上に直接電着塗布する場合には、電極還元による塗膜
の着色を避ける為、アニオン電着が好ましく用いられ
る。他の基材に電着塗布後これを転写する場合には、ア
ニオン電着及びカチオン電着の双方を使用することが出
来る。本発明で云う液晶とは、常温付近で液晶状態を示
す有機混合物であって、ネマチック液晶、コレステリッ
ク液晶、スメクチック液晶が含まれる。このうちネマチ
ック液晶若しくはコレステリック液晶を添加したネマテ
ィック液晶が特性上好ましい。液晶中にコントラスト或
いは色調を改善させる為に色素を含有させることも出来
る。二色性色素を添加した場合には、散乱−透過型の表
示素子としてばかりでなく、色素のゲスト−ホスト効果
により、光吸収（着色）−透明状態でスイッチングする
表示媒体として使用することも出来る。

【００１５】

【００１６】本発明で使用するマトリクス樹脂として
は、イオン性の官能基を有し、電子の交換により水に不
溶化して析出する様な樹脂を含むことが好ましく、例え
ば、アクリル酸共重合体、水溶性アルキド樹脂、変性マ
レイン化油、変性フェノール樹脂等が好ましく用いられ
る。

【００１７】

【実施例】次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に
具体的に説明する。尚、文中部又は％とあるのは特に断
りのない限り重量基準である。 実施例１ 伊勢化学工業製の膜乳化システムを用い、以下の条件で
連続相と分散相の重量比が２００：４０の液晶エマルジ
ョンＡを製造した。 分散相‥‥ネマティック液晶（ＢＤＨ製Ｅ−４４） 連続相‥‥ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレー
ト（花王製Ｔｗｅｅｎ２０）１％水溶液 多孔質ガラス‥‥伊勢化学工業製ＭＰＧ、細孔径０．２
７μｍ 管内圧力‥‥２．３５〜２．４５ｋｇｆ／ｃｍ² この液の粒度分布を測定したところ、図３（ａ）に示す
如く狭い粒度分布を示した。上記エマルジョンＡより以
下の組成の電着塗装用の塗液を調製した。組成： エマルジョンＡ ２４０部 メタクリル酸−メタクリル酸ブチル共重合体 ５部 トリエチルアミン １．４部 メチルセルソルブ ７部 水 ２０部 エタノール １５部

【００１８】上記塗液を電着浴に入れ、陽極としてＩＴ
Ｏ付ガラス基板を、陰極として白金板を用い、室温にて
３０Ｖの電圧で２０秒間通電し陽極上に液晶粒子と高分
子マトリクスを電着させた。ＩＴＯ付ガラス基板を引き
上げ、水洗した後、約６０℃で１時間乾燥させたとこ
ろ、厚さ１１μｍの液晶／高分子複合膜が得られた。膜
を他のＩＴＯ付ガラス板でサンドイッチし、本発明の液
晶光学素子である液晶セルを作製した。上記セルの光透
過率の測定は、大塚電子製 ＰＨＯＴＡＬ５，０００を
用い、ハロゲンランプを光源として測定した。印加電圧
は、１ｋＨｚの矩形波を用いた。光透過率の変化は図４
（ａ）に示した様に、コントラスト、駆動電圧及び急峻
性に優れたものであった。ここで用いたメタクリル酸−
メタクリル酸ブチル共重合体は、以下の如くして合成し
た。合成方法 ： メタクリル酸２８部及びメタクリル酸ブチル８２部をメ
チルセルソルブ１７０部に溶解し、アゾイソブチロニト
リル２部を添加し、６０℃にて６時間撹拌し反応させ
る。反応終了後、水／メタノールの大量の混合液に注ぎ
こむことによりポリマーを得た。更にメタノール／水系
で再沈殿操作を行い、真空乾燥することにより精製し
た。

【００１９】比較例１ ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート（花王製
Ｔｗｅｅｎ２０）１％水溶液２００部及びＥ−４４の４
０部をホモミキサーを用いて回転数５，０００ｒｐｍで
５分間撹拌してエマルジョンを製造した。このエマルジ
ョンの粒度分布は図３（ｂ）に示す如く広いものであっ
た。このエマルジョンより実施例１と全く同じ様にして
セルを作製した。このセルの光透過率の変化は図４
（ｂ）に示す如く駆動電圧が高く、急峻性の悪いもので
あった。

【００２０】

【００２１】

【効果】以上の如き本発明によれば、液晶の微細乳化
に、膜乳化法を用いることにより液晶が均一粒径で分散
した液晶エマルジョンを得られ、該エマルジョンを電着
性にして利用することによって、高コントラスト、低電
圧駆動及び急峻性等の表示特性に優れた液晶／高分子複
合膜を含む液晶表示素子を提供することが出来る。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶表示素子の作動を図解的に説明する図。

【図２】膜乳化装置の概念図。

【図３】エマルジョンの粒度分布を説明する図。

【図４】光透過率の変化を説明する図。

【符号の説明】

ａ：膜モジュール ｂ：窒素ガスボンベ ｃ：貯蔵槽 ｄ：エマルジョンタンク ｅ：循環ポンプ

フロントページの続き (72)発明者 安藤 雅之 東京都新宿区市谷加賀町１丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子マトリクス中に液晶粒子が分散し
   た層を、２枚の導電性基材で狭持してなる液晶光学素子
   の製造方法であって、多数の貫通した孔を有する膜の一
   方の面に沿って水を主体とする分散媒体を流し、膜の他
   方の面から所定の圧力をもって上記水を主体とする分散
   媒体の中に液晶を圧入することにより、液晶粒子が分散
   した水中油滴型のエマルジョンを製造する工程と、該工
   程により得られたエマルジョンを含有する液を電着性塗
   料とし、導電性基材上に電着塗布及び乾燥することによ
   り、高分子マトリクス中に液晶粒子が分散した層を形成
   する工程とを含むことを特徴とする液晶光学素子の製造
   方法。
2. 【請求項２】 多数の貫通孔を有する膜が、多孔質ガラ
   スである請求項１に記載の液晶光学素子の製造方法。
3. 【請求項３】 水を主体とする分散媒体が界面活性剤を
   含む請求項１に記載の液晶光学素子の製造方法。
4. 【請求項４】 界面活性剤がポリビニルアルコール系保
   護コロイドである請求項３に記載の液晶光学素子の製造
   方法。
5. 【請求項５】 液晶分散粒子の径が０．５〜７μｍの範
   囲にある請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。