JPH0437821A - 液晶光学素子及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、樹脂マトリクス中で液晶を分散させ、電気、
磁気、熱等によって光の透過散乱特性を変えられる液晶
光学素子及びその製造方法に関するものである。より詳
細に述べれば電気、磁気、熱等で制御された方法によっ
て光の透過散乱特性を変化させることを目的としたブラ
インド゛、デイスプレィなど、あるいは特定の光のみ偏
光させることを目的とした光シヤツター等を作製するよ
うな場合に好適な液晶分散型の液晶光学素子に関するも
のである。

［従来の技術及び問題点］ 液晶分散型の液晶光学素子の詳細な原理は、例えば特許
出願公表時６１−５０２１２８、あるいは同時６３−５
０１５１２などに記載されている。また、該液晶光学素
子の製造方法は、例えば公開特許公報昭６３−１３７２
１１に記載されている。これらの素子は、樹脂マトリク
ス中に液晶を分散させた液晶調光物質を、−対の電極間
に挟み込むことで構成される。分散された液晶は、樹脂
マトリクス中にそれぞれが独立した小滴の状態であって
もよいし、樹脂マトリクスがスポンジ状で、その空隙を
埋めるように小滴が部分的に連通した状態でもよい。そ
して、電気、磁気、熱等によって液２晶を変化させるこ
とにより、光の透過散乱性を変化させる。

こうした素子は、以下のように従来の液晶を用いた素子
に比べ有利な点を持つ。電気、磁気、熱等に制御された
方法によって光変調を行う各種液晶素子は、通常一対の
透明電極間に液晶を封入することによって得られ、時計
、電卓、デイスプレィ等の表示素子において実用化され
ている。しかし、液晶は粘度を有する液状物質であるた
め、液晶を支持するために平面電極として剛直なガラス
基板を用いなければならない。更に均一な表示を得るた
めには電極間の距離を厳密に制御しなければならず、大
面積の電極においてそれを行うのは現状では困難とされ
ている。このような問題点に対して、液晶分散型の液晶
光学素子は、液晶を樹脂マトリクスで封じ込めた固体の
形状を有するため、支持電極としてフレキシブルな透明
高分子フィルムを採用することが可能である。その製造
方法としては、まず樹脂マトリクスとなる硬化性の化合
物中に液晶を溶かし、均一な溶液を作る。これを一対の
電極間に直接挟み込んだ後に硬化性化合物を硬化させ、
樹脂と液晶を相分離させて、・樹脂マトリクス中に液晶
を分散させた液晶調光物質を得る。電極間の距離は従来
の液晶素子に比べそれほど厳密にコントロールされなく
てもよく、例えば、予め硬化性化合物と液晶の溶液の中
に適当なスペーサーを少量混合させておけば、基板がフ
レキシブルな透明高分子フィルムであるような電極基板
を用いて、電極が内側になるようにラミネートするだけ
で、十分均一な大面積の素子を容易に得ることが出来る
。あるいは、一方の電極基板上に硬化性化合物と液晶の
溶液をバーコーターて均一に塗布した後、もう一方の電
極基板で挟み込むことて、十分均一な大面積の素子を得
ることが可能である。このような素子では、ＴＮ型液晶
素子の製造課程で行われるような電極面の配向処理は全
く不用であり、工程が簡略化するほか、偏光板を原理的
に必要をしないため明るい表示面を形成できる。

こうした優れた液晶分散型の液晶光学素子において、特
に大面積な素子を得るためには、生産性、加工性より透
明高分子フィルム上に酸化インジウム系の透明電極を形
成した基板を用いることが望ましい。

一方、こうした液晶光学素子においては、電極と液晶調
光物質とが直接接するため、長期的には電極そのものの
信頼性が問題となり、ひいては素子そのものの信頼性・
耐久性が問題となる。このため、長期に渡り液晶調光物
質を支持する電極そのものの劣化を抑えることが必要で
あった。特に酸化インジウム系の透明電極を用いる場合
、その信頼性を大きく向上させることが望まれていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来技術での液晶調光物質と電極とが直接接
するため長期的な電極の信頼性に問題が生じるという欠
点を克服し、基板の電極表面に薄い保護膜を設けること
で電極を保護し、電極の信頼性、ひいては液晶光学素子
の信頼性・耐久性を向上させる為になされたものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の課題を解決するためのものであり、 （１）基板とその表面に形成された電極よりなる電極基
板であって、対向する電極基板のうち少なくとも一方が
透明であって、電極を内側にして樹脂マトリクス中に液
晶を分散させた液晶調光物質を挟み込んだ液晶光学素子
において、少なくとも一方の電極基板の電極表面を薄い
保護膜で保護したことを特徴とする液晶光学素子。

（２）基板とその表面に形成された電極よりなる電極基
板であって、対向する電極基板のうち少なくとも一方が
透明であって、電極を内側にして樹脂マトリクス中に液
晶を分散させた液晶調光物質を挟み込んだ液晶光学素子
において、少なくとも一方の電極基板の電極表面に薄い
保護膜を設けた電極基板で、液晶調光物質を挟み込んだ
ことを特徴とする液晶光学素子の製造方法。

に関するものである。

本発明において液晶調光物質とは、樹脂マトリクス中に
液晶を分散させたもので、分散された液晶は、樹脂マト
リクス中にそれぞれが独立した小滴の状態であフてもよ
いし、樹脂マトリクスがスポンジ状で、その空隙を埋め
るように小滴が部分的に連通した状態でもよい。

また、本発明において用いられる基板とは、例えばガラ
スや透明高分子フィルム等である。電極とは、例えばＩ
ＴＯ（酸化インジウム、酸化錫）や酸化錫等の金属酸化
物、金、パラジウム等の金属の薄膜である。表面に電極
を形成した電極基板とは、基板の表面に例えば蒸着法や
スパッタ法で電極の薄膜を形成した基板である。特に大
面積な素子を得るためには、生産性、加工性より透明高
分子フィルム基板上にＩＴＯ電極を形成した基板を用い
ることが望ましい。

液晶分散型の液晶光学素子においては、液晶調光物質と
電極とが直接接するため、電極の信頼性、ひいては素子
そのものの信頼性・耐久性が問題となり、特に大面積の
液晶光学素子を構成する場合には、ＩＴＯ電極の信頼性
・耐久性を向上させることが必要であった。本発明にお
いては、電極表面に、保護膜を液晶光学素子の電気光学
特性を損なわない程度に薄くコートすることで、その信
頼性・耐久性を容易に向上させることを可能とした。

ＩＴＯ電極の保護膜としては、有機物（例えばアクリル
樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド、
ポリイミド、ポリエステル、セルロース類等）、金属（
パラジウム、金、白金等）、無機酸化物（酸化珪素、酸
化アルミニウム、酸化イツトリウム等）、等の薄膜や、
有機物をバインダーとした微細な無機物の薄膜、シラン
カップリング剤による表面のコートが挙げられる。薄膜
の形成法としては、例えば有機物や有機物と無機物とを
複合させた場合はモノマーや溶剤に溶かしたポリマー　
無機物を分散させた溶液をスピンコード法・バーコード
法・印刷法等で塗布した後、硬化あるいは溶剤をとばし
て薄膜を形成する方法がある。金属や無機酸化物の場合
は、例えば蒸着法やスパッタ法がよく使われる。その他
にも、公知の様々な薄膜形成法がそのまま使用できる。

これらの保護膜の膜厚は、電極保護の効果があり、しか
も液晶光学素子の電気光学特性を損なわない程度の厚み
であるが、０．０１〜１０μｍはど、好ましくは１μｍ
以下がよい。

これらの膜には、 １）電極表面で液晶光学素子の電気光学特性を損なわな
い程度に薄く、一定の膜厚にコントロールされているこ
と。特に、保護膜の屈折率と膜厚を適切にコントロール
した場合には、電極基板の透過率が保護膜無しの場合よ
りもあがり、明るい素子を形成できる効果も生まれる。

２）電極と密着性の良いこと。

３）素子の製造課程においては挟み込む硬化性化合物と
液晶の溶液とよく馴染み、完成した素子においては液晶
を分散した液晶調光物質との密着性に優れていること。

特に製造課程において、挟み込む溶液が電極にたいして
塗ね性が悪く馴染みにくい場合には、溶液と馴染み易い
保護膜を設けることにより、塗れ性を改善できる効果も
生まれる。

また、完成した素子に−おいて液晶調光物質と電極との
密着性が悪く剥離し易い場合には、液晶調光物質と密着
性のよい保護膜を設けることで、大きな剥離強度を有す
る素子を構成できる。

４）液晶調光物質や電極を痛めるような不純物や可塑剤
を含まないこと。

５）耐熱性、耐光性、耐湿性等の耐久性に優れること。

が要求される。

本発明においては、こうした保護膜を電極表面に形成し
電極を保護することによって、液晶光学素子において電
極の化学的、電気化学的な劣化をおさえ、長期的な電極
の信頼性、ひいては素子そのものの信頼性・耐久性を向
上させる効果が得られる。

また、本発明における電極保護の効果は、ＩＴＯ電極に
限らず、他の電極材料を用いた場合でも、同様にして得
ることが可能である。

こうして得られた信頼性の高い電極基板を使用すること
で、従来の製造方法を全く変えることなく、信頼性・耐
久性の優れた液晶分散型の液晶光学素子を得ることが出
来る。その製造方法としては、まず樹脂マトリクスとな
る硬化性の化合物中に液晶を溶かし、均一な溶液を作る
。これを一対の電極間に直接挟み込んだ後に硬化性化合
物を硬化させ、樹脂と液晶を相分離させて樹脂マトリク
ス中に液晶の分散させた液晶調光物質を得る。電極間の
距離は従来の液晶素子に比へそれほど厳密にコントロー
ルされなくてもよく、例えば、予め硬化性化合物と液晶
の溶液の中に適当なスペーサーを少量混合させておけば
、基板がフレキシブルな透明高分子フィルムであるよう
な電極基板を用いて、電極が内側になるようにラミネー
トするだけで、十分均一な大面積の素子を容易に得るこ
とが出来る。あるいは、一方の電極基板上に硬化性化合
物と液晶の溶液をバーコーターで均一に塗布した後、も
う一方の電極基板で挟み込むことでも、十分均一な大面
積の素子を得ることが可能である。

このような素子ではＴＮ型液晶素子の製造課程で行われ
るような電極面の配向処理は全く不用であり、工程が簡
略化すやほか、偏光板を原理的に必要をしないため明る
い表示面を形成できる。

［作用コ 透明高分子フィルム基板の表面にＩＴＯ電極を形成した
電極基板で、さらにその電極の表面にシアノエチルセル
ロース系樹脂の保護膜を形成した電極基板（Ａ）、パラ
ジウムの保護膜を形成した電極基板（Ｂ）、保護膜を形
成してない電極基板（Ｃ，Ｄ）を用いて液晶分散型の液
晶光学素子を作成し、通常の使用条件よりも過酷な条件
下で素子の信頼性・耐久性の評価を行った。

液晶光学素子の通常の使用条件として駆動するための印
加電圧は交流６０〜１００■であるが、電極の変化を評
価するために、印加電圧を直流６０Ｖおよび交流１５０
Ｖにして調べた。

その結果、直流６０Ｖを印加した試験では、電極基板Ｃ
，Ｄを用いた素子は４５分後に電極のうち陰極であった
ものが茶褐色に変色した。電極基板Ａ、　　Ｂを用いた
ものは１２時間後も変化が無かった。交流１５０Ｖｕ印
加した試験では、電極基板Ｃ，Ｄを用いた素子は５分後
に電極の一方が茶褐色に変色した。電極基板Ａ、　　Ｂ
を用いたものは、２時間後も変化がなかった。

こうした試験で変色したＣ、　　Ｄの電極基板の電極を
調べたところ、ＩＴ○電極の一部が還元され変色したも
のと考えられた。

以上のように電極の表面に保護膜を形成した電極基板を
用いることで、電極の信頼性、ひいては素子そのものの
信頼性・耐久性を向上することが可能となった。

以下に実施例により本発明の詳細を述べるが、本発明は
これらの実施例に縛られるものではない。

実施例１ 電極基板Ａ　：　ポリエステルフィルムを基板としたア
モルファスのＩＴｏ電極（東洋紡社製「３００ＲＪ）の
表面に、保護膜としてシアノエチルセルロース系高誘電
率樹脂を０．　２μｍの膜厚で設けたもの。

少量の硬化触媒を加えた脂肪族系エボキパノ樹脂とポリ
メルカプタン系硬化剤２部に、ネマティック液晶ＣＢＤ
Ｈ社製ｒＥ４３」）１部を溶解し、保護膜を設けた電極
基板Ａに挟み込み、７０℃で硬化させ液晶光学素子を得
た。この素子を室温で駆動させたところ、ＯＦＦ時には
９４．５％のヘーズが交流６０Ｖで１１．１％になり、
良好な動作が得られた。この素子の耐久性を調べるため
、室温で直流６０Ｖの電圧を１２時間印加したところ、
素子に異常なかった。

［実施例コ 実施例２ 電極基板Ｂ　：　ポリエステルフィルムを基板としたア
モルファスのＩＴＯ電極（東洋紡社製「３００ＲＪ）の
表面に、保護膜としてパラジウムをスパッタ法により設
けたもの。

実施例１と同様の液晶調光物質を電極基板Ｂに挟み込み
、液晶光学素子を得た。この素子を室温で駆動させたと
ころ、ＯＦＦ時には９３．５％のヘーズが交流６０Ｖで
１０．３％になり、良好な動作が得られた。この素子の
耐久性を調べるため、室温で直流６０Ｖの電圧を１２時
間印加したところ、異常なかった。

比較例１ 電極基板Ｃ：　ポリエステルフィルムを基板としたアモ
ルファスのＩＴＯ電極（東洋紡社製「３００ＲＪ） 電極基板Ｄ　：　ポリエステルフィルムを基板としたア
モルファスのＩＴＯ電極（帝人社製ｒＢ　−１２５Ｊ） 実施例１と同様の液晶調光物質をそれぞれ電極基板Ｃ９
およびＤに挟み込み、液晶光学素子を得た。この素子を
室温で駆動させたところ、それぞれＯＦＦ時には９４．
１％、９２．９％ノヘーズが交流ｅｏｖで１２．６％、
９．８％になり、良好な動作が得られた。この素子の耐
久性を調べるため、室温で直流６０Ｖの電圧を４５分間
印加したところ、電極基板Ｃ９およびＤを用いたサンプ
ルはともに陰極のＩＴＯ電極が茶褐色に変色した。

このＩＴＯ電極を剥し分析したところ、酸化インジウム
の還元ピークを検出した。このことより酸化インジウム
の一部が還元され変色したものと思われる。

実施例３ 実施例１と同様の液晶調光物質を電極基板Ａに挟み込み
、液晶光学素子を得た。この素子を室温で駆動させたと
ころ、ＯＦＦ時には９４．２％のヘーズが交流６０Ｖで
１１．８％になり、良好な動作が得られた。この素子の
耐久性を調べるため、室温で交流１５０■の電圧を２時
間印加したところ、異常なかった。

実施例４ 実施例１と同様の液晶調光物質を電極基板Ｂに挟み込み
、液晶光学素子を得た。この素子を室温で駆動させたと
ころ、ＯＦＦ時には９３．２％のヘーズが交流６０Ｖで
１０．０％になり、良好な動作が得られた。この素子の
耐久性を調べるため、室温で交流１５０Ｖの電圧を２時
間印加したところ、異常なかった。

比較例２ 実施例１と同様の液晶調光物質をそれぞれ電極基板Ｃ２
およびＤに挟み込み、液晶光学素子を得た。この素子を
室温で駆動させたところ、それぞれＯＦＦ時には９３．
９％、９２．０％ノヘーズが交流６０Ｖで１１．６％、
９．０％になり、良好な動作が得られた。この素子の耐
久性を調べるため、室温で交流１５０Ｖの電圧を５分間
印加したところ、電極基板Ｃ９およびＤを用いたサンプ
ルはともに一方のＩＴＯ電極が茶褐色に変色した。

このＩＴＯ電極を剥し分析したところ、直流電圧を印加
した試験で変色した時と同じ様な酸化インジウムの還元
ピークを検出した。このことより、交流を印加した場合
においても電圧波形の非対称性により一方の電極の酸化
インジウムの一部が還元され変色したものと思われる。

実施例５ 実施例１と同様の液晶調光物質をそれぞれ電極基板Ａ、
およびＢに挟み込み、液晶光学素子を得た。この素子を
室温で駆動させたところ、それぞれＯＦＦ時には９４．
１％、９３．１％のヘーズが交流６０Ｖで１１．０％、
１０．９％になり、良好な動作が得られた。この素子の
耐久性を調べるため、室温で交流１００Ｖの○Ｎ／○Ｆ
Ｆのサイクル試験をした。その結果、１００万回以上試
験しても異常はなかった。

［発明の効果コ 以上のように、本発明では電極基板の電極表面に保護膜
を設けることで、液晶光学素子の電気光学特性を損なう
事なく電極の信頼性を上げ、素子全体の信頼性・耐久性
を向上させることが可能となった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板とその表面に形成された電極よりなる電極基
   板であって、対向する電極基板のうち少なくとも一方が
   透明であって、電極を内側にして樹脂マトリクス中に液
   晶を分散させた液晶調光物質を挟み込んだ液晶光学素子
   において、少なくとも一方の電極基板の電極表面を薄い
   保護膜で保護したことを特徴とする液晶光学素子。
2. （２）基板とその表面に形成された電極よりなる電極基
   板であって、対向する電極基板のうち少なくとも一方が
   透明であって、電極を内側にして樹脂マトリクス中に液
   晶を分散させた液晶調光物質を挟み込んだ液晶光学素子
   において、少なくとも一方の電極基板の電極表面に薄い
   保護膜を設けた電極基板で、液晶調光物質を挟み込んだ
   ことを特徴とする液晶光学素子の製造方法。