JP3295493B2 - 光変調素子及びその製造方法 - Google Patents

光変調素子及びその製造方法

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忠文 進藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶・高分子複合膜を
利用する光変調素子及びその製造方法に関するものであ
り、電界や熱に対して応答性を有し、各種の情報の表示
や記録を行うことが出来る調光パネル、ディスプレイ、
記録媒体等に幅広く応用することが出来る光変調素子及
びその製造方法を提供する。
【0002】
【従来の技術】液晶を利用した光変調素子、例えば、液
晶ディスプレイは、低消費電力、軽量、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−液晶ディスプレイには、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
でサンドイッチしたものが利用されている。
【0003】しかしながら、この種の液晶ディスプレイ
は、 (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、等の種々の問題があり、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、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
表示媒体として、液晶を高分子マトリックスに分散させ
た液晶・高分子複合膜の応用が期待され、その研究開発
が活発化してきている。既に、液晶・高分子複合膜を利
用する光変調素子及びその製造方法が多数開示されてお
り、その1つとして、液晶をポリビニルアルコール(P
VA)水溶液で分散したエマルジョンによって液晶・高
分子複合膜を作製する方法(特公平3−52843号公
報)が提案されている。この液晶・高分子複合膜を利用
する光変調素子は、二色性染料を添加することによって
コントラスト比を向上させることが可能であり、しか
も、電圧OFF時の透過率が低い等の特徴を有してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】ところで、前述の
ポリビニルアルコール(PVA)に代表される水溶性高
分子溶液で液晶を分散させたエマルジョンによって作製
した液晶・高分子複合膜を利用する光変調素子は、液晶
を分散するマトリックスポリマーとなる水溶性高分子の
分子運動性が高く、剛直性が不足している為に、「印加
電圧−光透過率曲線」での昇圧時における光透過率曲線
と降圧時における光透過率曲線とが不一致になるヒステ
リシス現象が発生するという欠点がある。このヒステリ
シス現象の発生は、光変調素子をディスプレイとして駆
動させる際のトラブルの発生に繋るものである。従って
本発明の目的は、水溶性高分子溶液で液晶を分散させた
エマルジョンによって作製した液晶・高分子複合膜を利
用する光変調素子において、昇圧時における光透過率曲
線と降圧時における光透過率曲線とが不一致になるヒス
テリシス現象の発生の無い光変調素子を提供することで
ある。
【0005】
【課題を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明に
よって達成される。即ち、本発明は、高分子マトリック
ス中に液晶が分散して存在する液晶・高分子複合膜が、
少なくとも一方の導電性基材が透明である2枚の導電性
基材で挟持されてなる光変調素子において、液晶を分散
させる高分子マトリックスが、重合性二重結合基を15
〜50mol%有するポリビニルアルコール(以下ポリ
ビニルアルコールを「PVA」という)を架橋させた樹
脂からなることを特徴とする光変調素子及びその製造方
法である。
【0006】
【作用】本発明の光変調素子は、該光変調素子における
液晶・高分子複合膜の高分子マトリックスが、重合性二
重結合基を15〜50mol%有するPVAを架橋させ
た樹脂からなるものである為、高分子マトリックスの分
子運動性が低く抑えられており、「印加電圧−光透過率
曲線」におけるヒステリシス現象の発生が無い。
【0007】
【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を挙げて本
発明の光変調素子及びその製造方法を更に詳しく説明す
る。本発明の光変調素子及びその製造方法に利用される
2枚の導電性基材のうちの透明な導電性基材は、例え
ば、ガラス板或はポリエチレンテレフタレートフイルム
等に透明導電性膜を形成したもの等である。導電性基材
のうちの一方に不透明のものを使用する場合には、該導
電性基材として、例えば、アルミニウム蒸着フイルムや
鏡面ステンレススチール板の様な反射電極を兼備するも
のが好ましい。
【0008】液晶・高分子複合膜のマトリックスとなる
水溶性高分子としては、PVAである。
【0009】PVAへの重合性二重結合基の導入は、例
えば、PVAの側鎖である水酸基に(メタ)アクリロイ
ル基等を化学的に導入することによって行われ、例え
ば、PVAに、カルボキシル基、酸クロライド、グリシ
ジル基等を具備する(メタ)アクリレートを反応させる
方法等を利用し得る。
【0010】PVAへの重合性二重結合基の導入量は、
該PVAによる液晶を分散する能力と、該PVAが架橋
することによって「印加電圧−光透過率曲線」でのヒス
テリシス現象を解消する能力とを満足する範囲のもので
なければならなく、15〜50mol%の範囲内で
る。即ち、PVAへの重合性二重結合基の導入量が15
mol%未満の場合には、液晶を分散する能力と「印加
電圧−光透過率曲線」でのヒステリシス現象を解消する
能力とのいずれもが十分ではなく、又、50mol%を
超えると、ヒステリシス現象を解消する能力は十分では
あるが、液晶を分散する能力が不十分になる。本発明で
使用される液晶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、用途に応じて使い分ける必要が
ある。
【0011】液晶は、液晶を内包するマイクロカプセル
として使用することができる。液晶のマイクロカプセル
化方法、即ち、液晶のマイクロカプセルを得る方法とし
ては、化学的作製法及び物理化学的作製法のいずれをも
利用することが出来る。化学的作成法については合成反
応を用いる界面重合法、in situ重合法及び高分
子物性変化を生じさせる液中硬化被覆法がある。界面重
合法は重縮合或いは重付加反応する様な二種のモノマー
として、水溶性のものと油溶性のものとを選択し、いず
れかを分散させてその界面で反応させる方法である。i
n situ重合法は核材の内、又は外の一方からリア
クタント(モノマー及び開始剤)を供給し、カプセル壁
膜表面で反応させる方法である。
【0012】物理化学的作成法としては、相分離を利用
したコアセルベーション法、界面沈殿法、液中濃縮法、
液中乾燥法及び二次エマルジョン法等がある。溶解性の
減少により相分離を生じさせる単純コアセルベーション
法、電気的相互作用により相分離を生じさせる複合コア
セルベーション法も用いることが出来る。界面沈殿法は
激しい反応や急激なpH変化等が伴わない、温和な条件
でカプセル化が可能な方法であり、例えば、液晶核材を
分散したエマルジョンを疎水性高分子の溶剤溶液中に分
散させた後、更に保護コロイド水溶液に再分散させるも
のである。上記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−透過型の光変調素子として
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光変調素子と
して使用することも出来る。
【0013】これらの液晶の使用量としては、マトリッ
クス樹脂/液晶の混合比(重量比)が5/95〜50/
50である。液晶の使用量が少なすぎると、電圧ON時
の透明性が不足するだけでなく、膜を透明状態にする為
に多大の電圧を必要とする等の点で不十分であり、一
方、液晶の使用量が多すぎると、電圧OFF時の散乱
(濁度)が不足するだけでなく、膜の強度が低下した
り、又、適当な基材に塗工液を塗布するときに弾きの原
因になるので好ましくない。重合性二重結合基を有する
PVA溶液に液晶を分散させる方法としては、機械的分
散法、超音波分散法等の一般的な分散法を利用すること
ができる。尚、電気光学特性上から液晶粒子の大きさを
揃える方が好ましく、膜乳化法を利用するのが良い。
【0014】導電性基材上に、重合性二重結合基を有す
るPVAで液晶を分散させた溶液を塗布する方法として
は、グラビアコーティング法、ブレードコーティング
法、ワイヤーバーコーティング法等の一般的な塗布方法
も利用し得るが、電着塗布方法が最も好適である。ここ
で云う電着塗布方法とは、塗布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、塗布液中の固形分
(マトリックス樹脂+液晶粒子)を電気的に基板上に吸
着若しくは沈着させる方法であり、次いで塗布基板を取
り出して溶剤を除去することにより、液晶粒子が重合性
二重結合基を有するPVAによるマトリックス中に分散
した液晶・高分子複合膜を得ることが出来る。
【0015】対向電極と液晶・高分子複合膜との間に空
気が入るのを防止する為に、液晶・高分子複合膜と対向
電極とのラミネートを良好に行なう必要があり、この
為、液晶・高分子複合膜の上に中間層を形成し、ラミネ
ート界面の平滑性を高めるか、或は、対向電極上に流動
性のある中間層を設けて置くのが良い。尚、この中間層
としては、硬化性の材料を利用し、対向電極とのラミネ
ート後に所定の手段により硬化させてもよい。重合性二
重結合基を有するPVAを架橋させる方法としては、熱
架橋法と電離性放射線による架橋法とのいずれの方法を
も利用することができるが、熱架橋法の場合には不純物
となる重合開始剤を必要とし、しかも、熱による構造破
壊の問題もある為、電離性放射線による架橋の方が好ま
しい。
【0016】又、電離性放射線による架橋方法として
は、γ−線、電子線、紫外線による架橋方法を利用し得
るが、重合開始剤を必要としないγ−線や電子線による
方法が好ましく、電子線による架橋方法としては、例え
ば、コックロフトワルトン型、バンデグラフ型、共振変
圧型、絶縁コア変圧器型、直線型、ダイナミトロン型、
高周波型等の各種電子線加速機から放出される50〜
1,000KeV、好ましくは100〜300KeVの
エネルギーを有する電子線が使用される。電離性放射線
の照射工程は、重合性二重結合基を有するPVAで液晶
を分散させた溶液を一方の導電性基材に塗布及び乾燥し
た後であれば、対向する他方の導電性基材を貼り合わせ
る前であっても、或は、貼り合わせた後であってもよい
が、対向する他方の導電性基材を貼り合わせる前の方が
好ましい。
【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。 実施例1 (1)「側鎖に重合性二重結合基を有するPVAの製
造」 PVA(日本合成化学工業 (株) 製:KP−06、重合
度=約600、鹸化度=71.0〜75.0mol%)
12.1gとピリジン110mlとをセパラブルフラス
コに入れ、メカニカルスタラーで撹拌しながら5mlの
メタクリル酸クロライドをゆっくりと室温で添加した。
メタクリル酸クロライドの滴下と共に反応液が薄黄色に
変化し、不均一溶液から均一溶液に変化した。その後、
室温で2時間の撹拌を続けた後、反応混合物をヘキサン
中に投入し、黄色の液状沈殿物を回収し、これをアセト
ンに投入し、白色の沈殿物を得た。続いて、この白色の
沈殿物をエタノールに溶かした後に再度アセトンに投入
して精製し、側鎖に重合性二重結合基を有するPVAた
る反応性PVAを得た。
【0018】 (2)「重合性二重結合基を有するPVAで液晶を分散
させた乳化液の製造」 前述の側鎖に重合性二重結合基を有するPVA(反応性
PVA)の5重量%水溶液を調整した後、該水溶液中に
液晶(メルク社製:E−44)を、反応性PVA/E−
44=5/95(w/w)となる様に超音波分散させ
た。更に、得られた分散液に、PVA(日本合成化学工
業 (株) 製:KH−17、重合度=約1700、鹸化度
=78.5〜81.5mol%)の10重量%水溶液を
添加し、(反応性PVA+KH−17)/E−44=2
0/80(w/w)の液晶の分散水溶液を得た。
【0019】(3)「光変調素子の製造」 50mm×50mm×1.1mmのITO付きガラス基
板のITO側に、前記液晶の分散水溶液をワイヤーバー
コーティングで塗布及び乾燥後、電子線10Mradを
照射し、続いてその上に透明導電膜付PET(ポリエチ
レンテレフタレート)フイルムを透明導電性膜が向き合
う様にして貼り合わせ、目的とする光変調素子を得た。
得られた光変調素子における液晶・高分子複合膜の電気
光学特性を、毎分4Vの速度で0Vから80Vまで周波
数1KHzの短形波電圧を印加し、「印加電圧−光透過
率曲線」によって測定したところ、電圧昇圧時と降圧時
のヒステリシス現象は発生しなかった。
【0020】比較例1 実施例1において、KP−06のPVAの変性工程を省
略し、又、液晶の分散水溶液をワイヤーバーコーティン
グで塗布及び乾燥後の電子線の照射工程を省略し、それ
以外の手順は全て実施例1に準じて行ない、比較の為の
光変調素子を得た。得られた光変調素子における液晶・
高分子複合膜の電気光学特性を、実施例1と同一条件で
行ない、「印加電圧−光透過率曲線」によって測定した
ところ、電圧昇圧時と降圧時のヒステリシス現象が発生
した。
【0021】
【発明の効果】本発明の光変調素子には、ヒステリシス
現象の発生が無く、該光変調素子をディスプレイとして
駆動させる際のトラブルの発生が抑えられる。又、本発
明の光変調素子は、該光変調素子における液晶・高分子
複合膜の機械的強度が高く、安定した電気光学特性が得
られる。更に、本発明の製造方法によれば、前記特性を
有する光変調素子を、的確にかつ容易に得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−86724(JP,A) 特開 平2−824(JP,A) 特開 平6−242427(JP,A) 特開 平5−196917(JP,A) 特開 平6−75206(JP,A) 特開 平4−303842(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1334 G02F 1/13 101

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高分子マトリックス中に液晶が分散して
    存在する液晶・高分子複合膜が、少なくとも一方の導電
    性基材が透明である2枚の導電性基材で挟持されてなる
    光変調素子において、液晶を分散させる高分子マトリッ
    クスが、重合性二重結合基を15〜50mol%有する
    ポリビニルアルコールを架橋させた樹脂からなることを
    特徴とする光変調素子。
  2. 【請求項2】 高分子マトリックス中に液晶が分散して
    存在する液晶・高分子複合膜を、少なくとも一方の導電
    性基材が透明である2枚の導電性基材で挟持することか
    らなる光変調素子の製造方法において、一方の導電性基
    材上に、側鎖に重合性二重結合基を15〜50mol%
    有するポリビニルアルコールで液晶を分散させた乳化液
    を塗布及び乾燥する工程と、これに電離性放射線を照射
    する工程と、該照射前又は後に他方の導電性基材を貼り
    合わせる工程とを有することを特徴とする光変調素子の
    製造方法。
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