JPH04278915A - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＶやＣＰＵ等の一般
ＯＡ機器、その他の表示装置等に使用される液晶表示素
子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子は、数μｍの間隔に
固定した一対の透明電極間に液晶材料を注入することに
よって形成されていた。しかしながら、上記構成では、
大面積のデイスプレイの作成が困難であり、また液晶を
封入した一対のガラス基板には、それぞれ、偏光軸が互
いに直交した偏光板を取付ける必要があるため、画面の
明るさ、視野角等が不充分であった。

【０００３】そこで近時、高分子材料と液晶材料とを溶
媒中に溶解した溶液を一方の透明電極上に流延塗布し、
溶媒を蒸発させて高分子材料と液晶材料とが相分離した
高分子／液晶複合膜を形成した後、この複合膜上に他方
の透明電極を重ね合わせた液晶表示素子が提案されてい
る［Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ，Ｊａｐａｎ
　Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．８，Ｐ２４５０（１９８８）］
。

【０００４】上記液晶表示素子においては、高分子／　
液晶複合膜が、スポンジ構造になったマトリックス高分
子の孔を液晶で充填した構造を有しており、無電圧時に
は、孔内の液晶分子がランダムな状態にあるため、入射
光が散乱されて不透明な状態になっている。そして、前
記高分子／　液晶複合膜に電圧が印加されると、Δε＞
０〔但し、Δεは誘電率異方性であって、式：

【０００
５】

【数１】

【０００６】で表される（なお、

【０００７】

【外１】

【０００８】は分子軸方向の誘電率、

【０００９】

【外２】

【００１０】は分子軸に対して直交方向の誘電率を示す
）〕のとき、電気光学効果によって液晶分子が電場方向
に配向して、入射光が散乱されずに通過できるようにな
り、高分子／　液晶複合膜が透明な状態に転換する。上
記構成からなる液晶表示素子においては、マトリックス
高分子と液晶材料とを含有する溶液を塗布、乾燥させる
だけで、上述した電気化学効果を有する複合膜を形成し
得るため、液晶表示素子の大画面化が容易である。しか
も、マトリクス高分子の選択により、複合膜に可撓性を
付与できる上、表面に透明導電膜を形成する等して導電
性を付与した可撓性の透明フィルム等を透明電極として
使用できるため、液晶表示素子への可撓性の付与が可能
になるという利点がある。

【００１１】なお、これに類似した液晶表示素子として
、タリック（Ｔａｌｉｑ　）社が製造する「ＮＣＡＰ液
晶」が市販されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記液晶表
示素子は、印加電圧に対する応答性が悪いため、応答速
度が遅い、透過率の変化量が小さい等の問題があり、高
精細度、高速応答性が要求されるマトリクス駆動型の液
晶素子に採用することが困難である。また、充分な透過
率の変化量を得ようとすると、駆動電圧を高圧化しなけ
ればならず、周辺機器等の高耐圧化が必要になるという
問題がある。

【００１３】さらに、高温高湿下で連続使用する場合、
白濁度（ＴＯ　）が経時と共に悪化し、次第にコントラ
ストの低下を招くおそれがあった。また、従来は、マト
リクス高分子と液晶材料とを含有した塗布液をバーコー
ト法により塗布していたが、白濁度（ＴＯ　）が充分に
低くなく、従ってコントラストが充分でないという問題
があった。

【００１４】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
のであって、印加電圧に対する応答性およびコントラス
トが高く、長期耐久性にすぐれた液晶表示素子の製造方
法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するための本発明の液晶表示素子の製造方法は、低沸
点溶媒中に、マトリックス高分子と液晶とを溶解または
分散させた塗布液を、一方の透明電極の表面にスピンコ
ート法により塗布し、乾燥固化させ、さらに上記高分子
を架橋させて、複合膜を形成し、この複合膜上に他方の
透明電極を重ね合わせて複合膜を一対の透明電極で挟着
することを特徴とする。

【００１６】すなわち、本発明では、低沸点溶媒を含む
塗布液を塗布し、乾燥固化させることにより、マトリク
ス高分子と液晶とが相分離し、スポンジ状の高分子マト
リクスの孔内に液晶材料が充填された構造の複合膜を形
成するものである。このとき、本発明では、上記塗布液
の塗布手段として、とくにスピンコート法を採用してい
る。一般に、スピンコート法は、面厚分布（塗布面の場
所による厚みのバラツキ）を小さくし、均一コーティン
グを行うため、試料（例えば本願発明における透明電極
の一方）を固定治具に真空密着させ、回転させながら、
試料表面に塗布液を供給してコーティングするものであ
る。従って、かかるスピンコート法を用いて、本発明に
おける上記塗布液を透明電極の一方にスピンコートする
と、低沸点溶媒の揮散スピードが従来のバーコート法、
ロールコート法等と比べて飛躍的に向上するため、液晶
相が肥大化する前に、マトリクス高分子と液晶とを速や
かに相分離させることができる。その結果、比較的粒径
の小さい液晶相が形成されるため、無電圧時の液晶の白
濁度合い（光散乱の度合い）がすぐれたものになる。

【００１７】また、本発明におけるマトリクス高分子と
しては、分子中に水酸基、カルボキシル基等を有する高
分子を利用することができる。これらは、例えばイソシ
アネート基によるウレタン架橋やエポキシ基による架橋
等が可能であり、複合膜自体の耐熱性が向上するため、
高温高湿下での耐久性が大幅に向上し、それゆえコント
ラストの低下が長期間にわたって防止される。

【００１８】本発明における透明電極としては、ガラス
、プラスチックフィルム［例えばポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）］
等の透明支持体の表面に、ＩＴＯ（インジウム・チン・
オキサイド）やＳｎＯ２　等の導電膜を蒸着やスパッタ
リング等で形成したものが挙げられる他、通常の液晶パ
ネルに用いられる透明導電ガラスやフィルムも使用でき
る。

【００１９】本発明における低沸点溶媒としては、例え
ばジクロロエタン、ジクロロエタン、クロロホルム、テ
トラヒドロフラン、アセトン等の沸点が約３０〜８０℃
の溶媒があげられる。本発明における液晶材料としては
、通常の液晶表示素子に用いられるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅ
ｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　）系等のネマティック液晶が好適
に使用される。 このネマティック液晶としては、特に限定されないが、
誘電率異方性Δεが大きいものを使用するのが、良好な
特性を得る上で好ましい。

【００２０】マトリクス高分子としては、透明なもので
あれば種々の高分子材料が使用可能であり、例えばポリ
アクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のア
クリル樹脂、ポリジイソプロピルフマレート等のフマレ
ート系樹脂が好適に使用される。上記アクリル樹脂は、
透明性に優れ、しかも透明電極や液晶材料と屈折率が近
いため（屈折率ｎ＝１．４６〜１．５２程度）、均一で
明瞭な表示を行うことができる。また、上記アクリル樹
脂は、溶媒蒸発時に液晶と相分離しやすいという利点も
ある。また、複合膜の耐熱性向上のためには、ガラス転
移点の高い非架橋系ポリマーを用いるか、ポリマーその
ものを架橋させる方法がある。

【００２１】上記アクリル樹脂を架橋させるには、アク
リル樹脂のうち、ＯＨ基またはＣＯＯＨ基を有するもの
が望ましく、これらの官能基を有するアクリル系のモノ
マー、例えばヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキ
シエチルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸等
を共重合させれば良い。この方法では、モノマーの仕込
み量や反応条件を調整することにより、アクリル樹脂中
における、官能基としての上記ＯＨ基またはＣＯＯＨ基
の量を変化できるので、可撓性等の架橋物の物性を制御
することが可能となる。

【００２２】マトリクス高分子が有するＯＨ基、ＣＯＯ
Ｈ基の割合は特に限定されず、緻密な架橋物を得るため
には、できるだけ多いほうが好ましいが、上記アクリル
樹脂の場合には、ＯＨ基またはＣＯＯＨ基を有するモノ
マーの、全モノマー中に占める割合が、２〜２５％、よ
り好ましくは３〜１５％であるのが好ましい。マトリク
ス高分子と液晶材料との割合は、通常、マトリクス高分
子／液晶材料の重量比で２／８〜５／５程度であるのが
適当であり、この範囲よりもマトリクス高分子が多くな
ると、白濁度が悪化し、、また液晶材料が多くなると複
合膜自体の耐熱性が低下し、いずれも好ましくない。

【００２３】また、低沸点溶媒の添加量は、固形分１０
重量部に対して約１０〜９０重量部であるのが適当であ
り、溶媒量がこの範囲を越えるときは溶媒の揮散に時間
を要するため、液晶相の肥大化が生じ、液晶の白濁度合
いが劣るようになり、明瞭なコントラストが得られなく
なり、また溶媒量が上記範囲を下回るときは塗布液の粘
度が高いため、スピンコート時の溶媒の供給に支障をき
たすようになり、いずれも好ましくない。

【００２４】また、マトリクス高分子を架橋させるため
に、上記塗布液に架橋剤を添加しておく必要がある。か
かる架橋剤としては、マトリクス高分子と室温ないし１
００℃前後で反応する、２ないし多官能のイソシアネー
ト化合物または２ないし多官能のエポキシ化合物のうち
の少なくとも１種を使用するのが好ましい。この場合、
イソシアネート化合物はマトリクス高分子のＯＨ基と反
応させ、エポキシ化合物はＣＯＯＨ基と反応させるのが
好ましい。これ以外の組み合わせを採用することもでき
るが、イソシアネート化合物と−ＣＯＯＨ基のように、
反応によってガス等の遊離物を生成する組み合わせは、
遊離物が複合膜の膜質に影響を与えるおそれがあるので
好ましくない。但し、真空吸引等によって上記遊離物を
除去しつつ架橋できるのであれば、遊離物を生成する組
み合わせを採用しても差し支えない。また、液晶材料に
含まれる官能基（例えばシアノ基、エステル結合、エー
テル結合等）によって阻害される反応を伴う組み合わせ
は、架橋物の架橋構造が不完全になり、耐熱性等が低下
するおそれがあるので、やはり避けるべきである。

【００２５】スピンコート法による塗布液の塗布は、透
明電極の一方を固定治具に密着固定し、塗布液の所定量
を透明電極上に供給したのち、この透明電極を約６０〜
１５００ｒｐｍの回転数で回転させることによって行わ
れる。塗布液の供給は透明電極を回転させながら行って
もよいが、使用する溶媒によっては、供給した塗布液か
ら即座に溶媒が蒸発してしまい、形成される膜にムラが
できるおそれがある。

【００２６】また、スピンコート法における透明電極の
回転時間を長くして溶媒を揮散させるようにしてもよい
が、塗布後、完全に溶媒が揮散していない状態で回転を
止め、加熱・真空乾燥または室温での自然乾燥にて溶媒
を揮散させてもよい。架橋する場合は、乾燥後、加熱し
てマトリクス高分子を架橋させて複合膜を得る。得られ
た複合膜は、スポンジ状の高分子マトリクスの孔内に液
晶材料が充填された構造を有している。そして、高分子
マトリクスは架橋によってマトリクス内の孔が繋がって
いるため、この孔内に充填された液晶材料は、印加電圧
に対して、１つの相として速やかに反応することができ
る。また、架橋物は、３次元網目状の分子構造を有する
ため、従来の熱可塑性樹脂に比べて耐熱性に優れる。

【００２７】上記複合膜の膜厚は、光散乱方式の液晶表
示素子とするために、可視光の波長以上である必要があ
る。ただし、あまりに厚さが大なるときは、素子の駆動
電圧が高くなりすぎるという問題があるため、実際上は
１０〜３０μｍ程度が適当である。また、複合膜には、
液晶表示素子をカラー表示タイプにするため、従来公知
の各種染料を配合することもできる。

【００２８】上記のようにして形成された複合膜の上に
、もう一枚の透明電極をラミネートすれば、本発明にか
かる液晶表示素子が完成する。

【００２９】

【実施例】以下、実施例および比較例をあげて本発明の
液晶表示素子の製造方法をより詳細に説明する。 実施例１ 下記の配合量にて各成分を混合して塗布液を調製した。

【００３０】 　　　　　　　　　　（成分）　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（重量比）　　　　マトリクス高分子（非架橋性ポ
リメチルメタクリレート）　　　　４　　　　（旭化成
（株）製のデルペット）　　　　液晶（メルクジャパン
社製の商品名「Ｅ６３」）　　　　　　　　　　　　６
　　　　　　溶媒（ジクロロエタン）　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４
０　　一方、基材であるＰＥＳフィルム３０ｍｍ×４０
ｍｍの表面に透明電極としてＩＴＯ膜を形成したのち、
ガラス板上にＩＴＯを上面にして密着貼付し、さらにガ
ラス板を固定治具上に真空密着させた。ついで、スピン
コート法により前記塗布液を塗布した。すなわち、ＩＴ
Ｏ膜上に前記塗布液約２ｍｌを供給して広げたのち、基
材を５００ｒｐｍで３分間回転させ、塗布液をＩＴＯ膜
上に塗布した。このときの塗布厚さは１００μｍであっ
た。

【００３１】基材の回転停止後、形成された膜を室温（
２５℃）で３０分間放置して自然乾燥させ、厚さ１８μ
ｍの複合膜を得た。しかるのち、透明電極を有するもう
一方のＰＥＳフィルムを複合膜上に密着させて液晶表示
素子を得た。 比較例１ スピンコート法に代えて、バーコート法にて塗布液をコ
ートしたほかは実施例１と同様にして、厚さ１８μｍの
複合膜を有する液晶表示素子を作製した。

【００３２】実施例１および比較例１で得られた液晶表
示素子について、以下の試験を行った。 電気光学応答性試験 液晶表示素子を分光光度計（島津製作所製の型番ＵＶ−
１６０）にセットした状態で、一対の透明電極間に６０
Ｈｚの正弦並交流電圧を印加して、６００ｎｍの波長の
光の透過率と印加電圧との関係を測定した。

【００３３】そして、印加電圧が０Ｖの時の透過率Ｔ０
　（％）、２０Ｖの時の透過率Ｔ２０（％）、印加電圧
が３０Ｖの時の透過率Ｔ３０（％）、および、コントラ
スト（上記印加電圧が３０Ｖの時の透過率Ｔ３０と０Ｖ
の時の透過率Ｔ０　の比：Ｔ３０／Ｔ０）を求めた。以
上の結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】実施例２ 下記の配合量にて各成分を混合して塗布液を調製した。 　　　　　　　　　　（成分）　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（重量比）　　　　マトリクス高分子（アクリル酸エス
テル共重合体　　）　　　　　　４　　　　液晶（メル
クジャパン社製の商品名「Ｅ６３」）　　　　　　　　
　　６　　　　　　架橋剤　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１　　　　　　（武田薬品工業（
株）製の芳香族３官能イソシアネート）　　　　溶媒（
ジクロロエタン）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　４０　　一方、基材である
ＰＥＳフィルム３０ｍｍ×４０ｍｍの表面に透明電極と
してＩＴＯ膜を形成したのち、ガラス板上にＩＴＯを上
面にして密着貼付し、さらにガラス板を固定治具上に真
空密着させた。ついで、スピンコート法により前記塗布
液を塗布した。すなわち、ＩＴＯ膜上に前記塗布液約２
ｍｌを供給して広げたのち、基材を５００ｒｐｍで３分
間回転させ、塗布液をＩＴＯ膜上に塗布した。このとき
の塗布厚さは１００μｍであった。

【００３６】基材の回転停止後、形成された膜を室温（
２５℃）で３０分間放置して自然乾燥させたのち、１０
０℃で６０分間加熱して架橋させ、厚さ１８μｍの複合
膜を得た。しかるのち、透明電極を有するもう一方のＰ
ＥＳフィルムを複合膜上に密着させて液晶表示素子を得
た。 比較例２ スピンコート法に代えて、バーコート法にて塗布液をコ
ートしたほかは実施例と同様にして、厚さ１８μｍの複
合膜を有する液晶表示素子を作製した。

【００３７】実施例２および比較例２で得られた液晶表
示素子について、上記と同様にして電気光学応答性試験
を行い、印加電圧が０Ｖの時の透過率Ｔ０　（％）、１
０Ｖの時の透過率Ｔ１０（％）、印加電圧が１５Ｖの時
の透過率Ｔ１５（％）およびコントラスト（上記印加電
圧が１５Ｖの時の透過率Ｔ１５と０Ｖの時の透過率Ｔ０
　の比：Ｔ１５／Ｔ０　）をそれぞれ求めた。

【００３８】以上の結果を表２に示す。

【００３９】

【表２】

【００４０】表１から、バーコート法を用いた比較例１
，２では、０Ｖ時の透過率Ｔ０　が大きく、コントラス
トが低いのに対して、実施例１，２では０Ｖ時の透過率
が低く、コントラストに優れている。０Ｖ時の透過率の
差異は、複合膜の厚さが両者とも同じであるところから
、溶媒蒸発速度の差によるものと考えられる。

【００４１】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子の製造方法によれ
ば、大面積化が容易で、かつ可撓性の付与が可能である
と共に、印加電圧に対する液晶の応答性がよく、応答速
度が速い上、コントラストにもすぐれた液晶表示素子を
得ることができる。さらに、本発明の方法によって得ら
れる液晶表示素子は、長期耐久性にもすぐれていること
から、高精度、高速応答性が要求されるマトリクス駆動
型の液晶素子に採用することが可能であり、上記マトリ
クス駆動型の液晶素子をより高精度化、高画素化しうる
という効果がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低沸点溶媒中に、マトリックス高分子と液
   晶とを溶解または分散させた塗布液を、一方の透明電極
   の表面にスピンコート法により塗布し、乾燥固化させて
   、複合膜を形成し、この複合膜上に他方の透明電極を重
   ね合わせて複合膜を一対の透明電極で挟着することを特
   徴とする液晶表示素子の製造方法。