JPH06242425A - 高分子分散型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来技術の問題点を解決し、パターンコート
が極めて容易であり、液晶分散液の浪費がなく且つ液晶
表示装置における液晶／高分子複合膜中に気泡が全く含
有していない表示特性に優れた液晶表示装置を提供する
こと。 【構成】 一対の電極基板間に、液晶／高分子複合膜を
挟持してなる高分子分散型液晶表示装置において、上記
液晶／高分子複合膜が、電極基板面に形成された隔壁に
よって区画された複数の区画室内に形成され且つ上記複
合膜上には中間層を介して導電層が形成されていること
を特徴とする高分子分散型液晶表示装置及びその製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高分子分散型液晶表示装
置（以下単に液晶表示装置という）に係り、更に詳しく
は高分子物質中に液晶を分散させた液晶／高分子複合膜
を使用した液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶ディスプレイは、低消費電
力、軽量、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型液晶
ディスプレイは、透明電極を有する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、上記従来の液晶ディスプレイは、（１）二枚の
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）配
向膜の形成、そのラビング処理及びセルへの液晶の封入
等、その製造工程が複雑な為に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、低コスト化に限界がある。

【０００３】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。既に、次に示す様な技術が開示されている。
液晶／高分子複合膜の製造方法は主としてエマルジョン
法と相分離法に分類することが出来る。エマルジョン法
には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を保護コロイド
として液晶を乳化した水溶液から作製する方法（特表昭
５８−５０１６３１号公報）、液晶エマルジョンをラテ
ックスと混合して水溶液から作製する方法（特開昭６０
−２５２６８７号公報）等が挙げられる。

【０００４】一方、相分離法は、液晶とマトリックス樹
脂の相分離状態を固定する方法と膜形成時に、液晶をマ
トリックス樹脂から相分離させる方法に分類することが
出来る。相分離状態を固定する方法としてはエポキシ樹
脂中に液晶を分散した後、硬化する方法（特表昭６１−
５０２１２８号公報）、紫外線硬化樹脂中に液晶を分散
した後硬化する方法（特表昭６２−２２３１号公報）が
開示されている。膜形成時に液晶を相分離させる方法と
しては、硬化中に相分離させる方法、溶媒蒸発中に相分
離させる方法、及び熱可塑性樹脂の冷却過程で相分離さ
せる方法が、特表昭６３−５０１５１２号公報において
開示されているが、更に改良を加えた技術が種々報告さ
れている。

【０００５】硬化中に相分離させる方法としては、液晶
と紫外線硬化性樹脂混合系において硬化中に液晶を相分
離させる方法（特開昭６３−２７１２３３号公報、特開
平１−２５２６８９号公報）、液晶と熱硬化型エポキシ
樹脂混合系において加熱硬化中に液晶を相分離させる方
法（特開昭６３−２８７８２０号公報、特開平１−２９
９０２２号公報）等がある。溶媒蒸発中に相分離させる
方法としては、活性水酸基を有するアクリル樹脂をマト
リックスとするもの（特開平１−２３０６９３号公
報）、セルロースアセテートをマトリックスとするもの
（特開昭６３−１２４０２５号公報）、液晶と相溶性の
ない樹脂をマトリックスとするもの（特開昭６３−４３
９９３号公報）等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとしている問題点】液晶／高分子複
合膜を用いることにより光利用効率の高い明るい液晶表
示素子が得られ、製造も塗布法を用いることが出来、低
価格化の可能性もあって一見極めて有利な方法である様
に思えるが、実際の製造においては種々の問題が存在す
る。特に、塗布液自体の塗布適性が好ましくない為に、
塗布方法によっては特性の優れた均一な液晶／高分子複
合膜が得られないという問題がある。水溶性高分子物質
の水溶液と液晶とを混合・撹拌して得られる液晶分散溶
液は、駆動電圧の低下等の電気光学特性を向上させる為
に、液晶成分を８０〜９０重量％とし高分子物質成分を
出来る限り少なくすることで行なわれているが、液晶分
散液は水溶性高分子物質の水溶液に特有のチキソトロピ
ック性を有する為に、混入した空気の気泡の除去が困難
となる。表示装置の様な製品では気泡の存在は致命的な
問題であり、特に塗布時に混入した気泡は除去すること
が出来ず、製品化が極めて困難である。従って、液晶表
示装置において要求される電圧特性の全面均一化を満足
させることも困難である。

【０００７】又、相分離型においても高分子マトリック
ス成分を可能な限り少なくしなければならない為に、液
の基板に対する濡れ性が悪く、液のはじきが生じたりし
て均一な膜の形成が困難である。この様に塗布適性が悪
い為に各種の塗布方法が有効に適用出来ない状況であ
る。例えば、ブレードコーティング法では、塗膜エッ
ジ、塗り始め及び塗り終りの塗布ムラ等の問題点があ
り、更にパターンコートが不可能で、且つ高価な余分な
液晶エマルジョンを使用するという問題点がある。又、
スクリーン印刷法ではメッシュを通過する時点での気泡
の発生や版の裏面へのエマルジョンの裏回りという問題
点がある。従って本発明の目的は、上記従来技術の問題
点を解決し、パターンコートが極めて容易であり、液晶
エマルジョンの浪費がなく且つ液晶表示装置における液
晶／高分子複合膜中に気泡が全く含有していない表示特
性に優れた液晶表示装置を提供することである。

【０００８】

【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、少なくとも一方
が透明な一対の電極基板間に、液晶／高分子複合膜を挟
持してなる高分子分散型液晶表示装置において、上記液
晶／高分子複合膜が、電極基板面に形成された隔壁によ
って区画された複数の区画室内に形成され且つ上記複合
膜上には中間層を介して導電層が形成されていることを
特徴とする高分子分散型液晶表示装置及びその製造方法
である。

【０００９】

【作用】本発明の液晶表示装置は、透明基板面に所定の
高さの隔壁を備えて、隔壁で区画された区画室内に液晶
エマルジョンをスキージ法で充填することが出来るの
で、任意の粘度の材料を利用することが出来、且つ極め
て容易に高精度の厚さで塗布し、均一な厚みの液晶／高
分子複合膜を形成させることが出来る。更に、非画素領
域（必要な区画室外）の液晶エマルジョンは隔壁によっ
て排除されるので、表示部のみに高価な液晶エマルジョ
ンを利用することが出来ること等の利点があり、更に液
晶エマルジョンの塗布の容易さから、従来から可能性が
論じられながら実現しなかった高分子材料やフイルムか
らなる電極基板でも簡単に液晶表示装置の作製が可能で
あり、液晶表示装置の大幅なコストダウンが可能であ
る。

【００１０】又、各区画室毎に液晶／高分子複合膜を異
なる色相の二色性色素によって着色することが容易なこ
とから、パターン毎に任意の色表示や多色表示が簡単に
なり、従来のＴＮ型やＳＴＮ型では表現することが出来
なかった反射型カラー表示パネルも安価に供給出来る。
又、簡単な文字やパターン表示を行うスタティック型表
示装置は勿論のこと、パソコンやワープロの表示装置、
カラーテレビ、その他の大容量の単色又はカラーからな
るアクティブマトリックス型の表示装置の様な高精度表
示装置に対しても同様に本発明を利用することが出来、
且つ大面積表示装置の製造も可能となるので、従来の液
晶表示装置の製造で最も大きな弱点であった大面積化も
容易に達成すること出来る等の広範囲な対応が可能であ
る。

【００１１】

【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を示す添付
図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。図１は本
発明の好ましい１実施態様の液晶表示装置の構成とその
製造工程を図解的に説明する図である。先ず、図１
（１）に示す様に、透明基板１の表面にはＩＴＯ膜等の
透明導電膜２を形成しており、透明導電膜２上には、該
膜面を任意の領域に区画する電気絶縁性の隔壁３が設け
られている。本発明で使用される上記透明基板１として
は、例えば、ガラス板、石英板、各種合成樹脂製板又は
フイルム等が用いられる。

【００１２】上記隔壁３は、一般には複数の平行線状、
四辺形状、多角形状、四角状、長楕円形状等、目的に応
じた形状に形成される。例えば、適当な大きさの文字や
パターン表示の場合には、その表示部個別単位で外周の
みに隔壁を形成させるだけでよいこともあり、又、隔壁
間隔が大きすぎる場合には、その領域内を更に任意に区
画したり、柱状或いは板状の独立柱を設けてもよく、隔
壁の形状は何ら限定されない。しかしながら、塗布作業
上は任意の独立した形の隔壁が連続しているものが好ま
しい。

【００１３】隔壁の形成材料としては、一般の液状フォ
トレジストやドライフォトレジスト等を用いることが出
来る。例えば、２５μｍ以下の高さの隔壁を作成する場
合には、液状フォトレジストを使用されるが望ましく、
例えば、スピンコート法やブレードコート法等を用いて
液状フォトレジストを基板上にパターン状に塗布、硬化
及び現像させて隔壁を作成することが出来る。一方、２
５μｍ以上の高さの隔壁を作成する場合には、ドライフ
イルムフォトレジストを使用することが望ましい。

【００１４】これらの隔壁は、着色しても着色しなくて
もよいが、色が異なり且つ隣接する区画室内の他の色と
色の混合が生じない様に、光不透過性に着色することが
好ましい。隔壁の着色は隔壁作成後に染料や塗料で等で
行ってもよいし、液状ホトレジストの場合には、該レジ
スト中に予め染料を溶解させておいたり顔料等を分散さ
せておいて、該着色レジストで隔壁を作成してもよい。
又、着色されたドライフイルムも市場から入手可能であ
り、これらを利用して着色した隔壁を容易に作成するこ
とも出来る。以上の如くして形成する隔壁の高さは、液
晶エマルジョンの塗布後の乾燥による体積減少を考慮し
て逐次設定することが好ましい。本発明の液晶表示装置
で使用する液晶／高分子複合膜の厚みは約３〜１５μｍ
程度であり、又、使用する液晶エマルジョンの固形分は
約３０〜５０重量％であるので、隔壁の高さは一般的に
は約６〜５０μｍ程度である。又、隔壁の幅は、表示部
の形状によって任意に変化させ得るが、表示部を形成す
る隔壁の間隔が広すぎて、表示部内部にも隔壁を設ける
時には、液晶エマルジョンの塗布時におけるスキージ圧
力に耐え得る幅が必要であるが、幅が広過ぎると隔壁が
目立ち外観が悪くなる為に、一般的には約１０〜５０μ
ｍである。

【００１５】次に、図１（２）に示す様に、隔壁３を設
けた基板面に、気泡を十分に取り除いた液晶エマルジョ
ン４を静かに注ぎ、柔軟な金属や硬質ゴム等から作られ
たスキージ５で表面を平坦化する。本発明で使用する液
晶エマルジョンは従来公知の液晶エマルジョン法による
ものでも、又、相分離法によるものであってもよく、特
に限定されないが、エマルジョン法によるものが好まし
い。エマルジョン法で使用するマトリックス樹脂として
は、ＰＶＡが好ましく用いられるが、ゼラチン、アクリ
ル酸共重合体、水溶性アルキド樹脂等、水に分散若しく
は溶解するものであればよい。

【００１６】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
ネマチック液晶が特性上好ましい。これらの液晶はマイ
クロカプセル化されたものであってもよい。上記の液晶
は二色性色素で着色しておくことも出来る。液晶を着色
する理由としては、着色によるカラー表示という目的も
あるが、電圧印加時と無印加時の光の吸収の差を利用し
て表示画像のコントラストを高めるという目的もある。
着色に使用する二色性色素は、ＴＮ及びＳＴＮ型液晶デ
ィスプレイで一般的に使用されているゲスト・ホストタ
イプのものを用いてもよいし、液晶／高分子複合膜用の
色素を用いてもよい。但し、液晶への溶解度が大きくて
高分子への溶解度が小さく、しかも２色比が大きく、電
圧印加時の吸収が少ないものが良いが、これらの特性
は、用いる液晶によって異なるので液晶毎に決定する必
要がある。色素の添加量が多過ぎると高分子への溶解が
多くなり、電圧印加時の色残りが生じて好ましくない。
又、色素の量が少な過ぎると電圧印加時と無印加時の光
の吸収の差が小さくなり、コントラストの向上効果が十
分ではない。その為に、用いる液晶に対して０．１〜５
重量％の範囲で使用することが好ましい。更には１〜３
重量％の濃度に溶解させるのが好ましい。

【００１７】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であり、液晶の使用量が少なすぎると、電圧オン時
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、電圧オフ時の散乱（濁
度）が不足するだけでなく、膜の強度が低下したりする
ので好ましくない。前記ＰＶＡ水溶液に上記液晶を分散
させる方法としては、超音波分散機等の各種の撹拌装置
による混合方法や、膜乳化法（中島忠夫・清水政高、PH
ARMTECH JAPAN ４巻、１０号（１９８８）参照）等の分
散方法が有効である。液晶エマルジョン粒子の大きさ
は、用いる分散方法に依存するが、一般的には平均粒径
が０．５〜７μｍの範囲にあることが好ましく、１〜５
μｍの範囲であることが更に好ましい。図１（３）に示
す様に、区画室内に充填された液晶エマルジョンは、室
温又はエマルジョンに影響を与えない程度の温度で乾燥
させると、体積が減少した液晶／高分子複合膜６が得ら
れる。必要な液晶／高分子複合膜が形成された後、図１
（４）に示す様に中間層７を設ける。

【００１８】上記中間層７は、導電剤の塗布時に導電剤
中の水分や有機溶剤によって液晶／高分子複合膜が破壊
されるのを防止する目的で設ける。かかる中間層は、例
えば、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロ
ース等の水溶性高分子、コロジォン溶液等を水面に展開
して得られる有機薄膜、ポリメチルメタクリレート、ポ
リカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン等の高分
子材料、アルミニウム、金、ＩＴＯ、酸化錫等の蒸着若
しくはスパッタリングによって形成される。この中間層
は、膜厚が薄ければ薄いほど駆動電圧の上昇が抑えられ
るが、薄過ぎると導電剤に侵され易くなるので、用いる
材料の材質によって適宜決定することが好ましいが、電
気絶縁性材料の場合には、一般的には約０．０１〜１μ
ｍの厚みである。

【００１９】液晶／高分子複合膜７は乾燥によって体積
が減少しており、液晶／高分子複合膜上に形成された中
間層７の面は隔壁３の頂部より低くなる。この部分に図
１（５）に示す様にペースト状導電剤８をスキージ等に
よって充填する。このペースト状導電剤としては、有機
溶剤タイプや熱硬化タイプの導電剤等、一般に用いられ
ているものが使用できるが、中間層の強度や材質によっ
ては、無溶剤タイプや常温硬化タイプが好ましい場合も
ある。次に図１（６）に示す様に、透明導電膜９を形成
した対向基板１０の透明導電膜面を上記導電剤面に密着
させ、そのまま密着硬化させることによって本発明の液
晶表示装置が完成する。

【００２０】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説
明する。 実施例１ １００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍのＩＴＯ付きガラ
スのＩＴＯ側に、ドライフイルムフォトレジスト（サン
ノプコ（株）製、Ｆ−１０２５、２５μｍ厚）をラミネ
ート機を用いてラミネートし、マスクパターンを重ねて
紫外線照射し、現像して隔壁を作製した。得られた隔壁
間の凹部に二色性色素（Ｇ−２６４、（株）日本感光色
素研究所製）を溶解させたネマチック液晶（Ｅ−４４、
メルク社製）をＰＶＡ水溶液に分散させたエマルジョン
を注ぎ、スクリーン印刷用のスキージを用いて表面を平
坦にした。室温で１昼夜乾燥させて所望の液晶／高分子
複合膜を形成した（約１４μｍ厚）。得られた複合膜面
にコロジォン溶液を水面上に展開して得られた薄膜を堆
積させ、温風で乾燥後、上部より導電剤をスキージによ
って充填させた。冷風乾燥後透明電極層を有する対向基
板を貼り合わせて本発明の液晶表示装置を得た。得られ
た表示装置の隔壁で区画された各画素部は、電圧を印加
しなければ青色不透明であるが、電圧を印加すると、液
晶／高分子膜が無色透明になり、導電剤の金属色が認め
られ、この金属色を下地に青のパターンが反射型で鮮明
に表示された。

【００２１】実施例２ １２５μｍ厚のＩＴＯ付きＰＥＴフイルムのＩＴＯ側
に、ドライフイルムフォトレジスト（サンノプコ（株）
製、Ｆ−１０２５、２５μｍ厚）をラミネート機を用い
てラミネートし、マスクパターンを重ねて紫外線照射
し、現像して隔壁を作製した。得られた隔壁間の凹部に
ネマチック液晶（ＢＬ−０１０、メルク社製）をＰＶＡ
水溶液に分散させたエマルジョンを注ぎ、スクリーン印
刷用のスキージを用いて表面を平坦にした。室温で１昼
夜乾燥させて所望の液晶／高分子複合膜を形成した（約
１０μｍ厚）。得られた複合膜面にコロジォン溶液を水
面上に展開して得られた薄膜を堆積させ、温風で乾燥
後、上部よりカーボンで黒色に着色された導電剤をスキ
ージによって充填させた。冷風乾燥後、透明電極層を有
する対向基板を貼り合わせて本発明の液晶表示装置を得
た。得られた表示装置は、電圧を印加しなければ白色不
透明であるが、電圧を印加すると、液晶／高分子膜が無
色透明になり、導電剤が黒く鮮明に表示された。

【００２２】実施例３ １００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍのＩＴＯ付きガラ
スのＩＴＯ側に、液状フォトレジスト（サンノプコ
（株）製、Ｌ−１５２０）をスピンコート法で塗布し、
加熱硬化させた。得られたレジスト上にマスクパターン
を重ねて紫外線照射し、現像して隔壁を作製した。得ら
れた隔壁間の凹部に二色性色素（ＳＩ−４２６、三井東
圧染料（株）製）を溶解させたネマチック液晶（ＢＬ−
０１０、メルク社製）をＰＶＡ水溶液に分散させたエマ
ルジョンを注ぎ、スクリーン印刷用のスキージを用いて
充填し且つ表面を平坦にした。室温で１昼夜乾燥させて
所望の液晶／高分子複合膜を形成した（約１０μｍ
厚）。得られた複合膜面上に５％ヒドロキシエチルセル
ロース水溶液をスクリーン印刷用のスキージを用いて塗
布し、冷風乾燥させて中間層とした（約０．５μｍ
厚）。更に上部よりチタンホワイトで白色に着色した導
電剤をスキージによって充填させた。冷風乾燥後透明電
極層を有する対向基板を貼り合わせて本発明の液晶表示
装置を得た。得られた表示装置は、電圧を印加しなけれ
ば赤色不透明であるが、電圧を印加すると、液晶／高分
子膜が無色透明になり、白地に赤のパターンが反射型で
鮮明に表示された。

【００２３】

【効果】以上の如き本発明によれば、パターンコートが
極めて容易であり、液晶エマルジョンの浪費がなく且つ
液晶表示装置における液晶／高分子複合膜中に気泡が全
く含有していない表示特性に優れた液晶表示装置を提供
することが出来る。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい１実施態様の液晶表示装置の
構成とその製造工程を図解的に説明する図。

【符号の説明】

１：透明基板 ２，９：透明導電膜 ３：隔壁 ４：液晶エマルジョン ５：スキージ ６：液晶／高分子複合膜 ７：中間層 ８：導電剤層 １０：対向基板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が透明な一対の電極基板
   間に、液晶／高分子複合膜を挟持してなる高分子分散型
   液晶表示装置において、上記液晶／高分子複合膜が、電
   極基板面に形成された電気絶縁性材料からなる隔壁によ
   って区画された複数の区画室内に形成され且つ上記複合
   膜上には中間層を介して導電層が形成されていることを
   特徴とする高分子分散型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 すくなくとも一方の基板が柔軟なフイル
   ムである請求項１に記載の高分子分散型液晶表示装置。
3. 【請求項３】 液晶／高分子複合膜が二色性色素によっ
   て着色されている請求項１又は２に記載の高分子分散型
   液晶表示装置。
4. 【請求項４】 隔壁が光不透過性である請求項１〜３に
   記載の高分子分散型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 導電剤が着色されている請求項１〜４に
   記載の高分子分散型液晶表示装置。
6. 【請求項６】 少なくとも一方が透明な一対の電極基板
   間に、液晶／高分子複合膜を挟持させてなる高分子分散
   型液晶表示装置の製造方法において、電極基板面に電気
   絶縁性材料からなる隔壁によって複数の区画室を形成
   し、該複数の区画室に高分子分散液晶エマルジョンを充
   填及び乾燥して区画室内に液晶／高分子複合膜を形成す
   る工程と上記複合膜の表面に中間層を介して導電層を形
   成する工程とを含むことを特徴とする液晶／高分子複合
   膜の製造方法。
7. 【請求項７】 導電剤が着色されている請求項５に記載
   の高分子分散型液晶表示装置の製造方法。