JPH0627447A

JPH0627447A - 液晶光学素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0627447A
Application number: JP20426192A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tabei; 達也田部井; Tadafumi Shindo; 忠文進藤; Hiromi Maeda; 博己前田; Masayuki Ando; 雅之安藤
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】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晶分散液を、基
材上に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少なくと
も含むことを特徴とする液晶光学素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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
ー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ー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ー５
０２１２８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
球状壁にそって並び、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。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。

【０００７】

【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枚の導電性基板で狭持
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
含有する液晶分散液を、基板上に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
形成する工程とを少なくとも含むことを特徴とする液晶
光学素子の製造方法である。

【０００８】

【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、該エマルジョンを利用して液晶／高分子複合膜を形
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／高分子複合膜を含む
液晶表示素子を提供することが出来る。

【０００９】

【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、１〜５μ
ｍの範囲であることが更に好ましい。

【００１０】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、Ｎａ₂ Ｏ−Ｂ₂
Ｏ₃−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２，２
１５，０３９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。

【００１１】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、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。
更にマトリクス樹脂の溶解性や塗工適性を良好にする為
に、エタノール、エチルセロゾルブ等の水溶性有機溶剤
を添加してもよい。

【００１２】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、基板上に
通常の塗布方法で塗布及び乾燥する方法又はこれを素子
の電極基板に転写する方法である。塗布方法としては、
ブレードコーティング、ナイフコーティング、ロッドコ
ーティング、ロールコーティング、グラビアコーティン
グ、ビードコーティング、スプレーコーティング、スク
リーン印刷等が挙げられる。特に基板上にパターン状に
コーティングする場合には、液晶エマルジョンに適当な
増粘剤を加えて増粘させ、メッシュのないメタルスクリ
ーン印刷が好適であり、この方法によれば、所定の位置
に所定のサイズの液晶層をコーティングが可能で、高価
な液晶を無駄に使用することがなく経済的である。特に
電極基板上に形成し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のみに液晶エマルジョン
を充填し、乾燥後、隔壁の高さよりも低い、区画室内に
形成された液晶／高分子複合膜と、対向電極基板との空
間を導電性物質で充填して導電性物質と電極とを接続す
ることによって、必要なところだけに液晶／高分子複合
膜を形成するパタ−ンコートが可能になる。

【００１３】液晶エマルジョンの塗布は、液晶表示素子
の一方の電極基板である導電性基板上に塗布して上記の
複合膜を直接形成する方法が特に好ましい。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。
尚、成膜中の液晶の状態は、球状を基本とするが、その
一部は合一していてもよい。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〜
９０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。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。

【００１４】本発明の別の好ましい実施態様では、前記
膜乳化法により得られた液晶エマルジョンを処理して、
液晶を内包するマイクロカプセルを製造し、該マイクロ
カプセル分散液をそのまま或は分離後再度塗液を調製し
て上記の如き方法により液晶／高分子複合膜からなる本
発明の液晶表示素子を作製することが出来る。膜乳化法
により得た液晶の分散したエマルジョンからマイクロカ
プセルを製造する方法としては、化学的作製法及び物理
化学的作製法の両者を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、ｉｎｓ
ｉｔｕ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。ｉｎｓｉｔｕ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。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。

【００１５】本発明で使用するマトリクス樹脂として
は、ポリビニルアルコール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。マトリク
ス樹脂としてポリビニルアルコールを用いる場合、鹸化
度の低いポリビニルアルコールを使用すれば、ポリビニ
ルアルコール自体が界面活性剤としての能力を有する為
に、他の界面活性剤を使用しなくても良好に液晶エマル
ジョンを製造することが出来る。

【００１６】

【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‥‥ポリビニルアルコール（日本合成化学工業製
ＫＰ−０６）をメタノールにより精製したものの５％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 管内流速‥‥０．８ｍ／ｓｅｃこの液の粒度分布を測定したところ、図３（ａ）の様に
狭い粒度分布を示した。この液をＩＴＯ付ポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムにミヤバーを用い塗
布し、４０℃で５時間減圧乾燥することにより、膜厚１
０μｍの液晶／高分子複合膜を作製した。該膜を他のＩ
ＴＯ付ＰＥＴフィルムでサンドイッチし、本発明の液晶
光学素子である液晶セルを作製した。該素子の光透過率
の測定は、大塚電子製ＰＨＯＴＡＬ５０００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、１
ｋＨｚ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の全
てにおいて優れたものであった。

【００１７】比較例１以下の混合物をホモミキサーを用いて回転数５，０００
ｒｐｍで５分間撹拌し、液晶エマルジョンとした。Ｅー４４‥‥４０部ＫＰ−０６（１０％水溶液）‥‥１００部得られたエマルジョンの粒度分布を測定したところ、図
３（ｂ）の様な広い粒度分布を示した。該エマルジョン
から、実施例１と同様に膜厚１０μｍの液晶／高分子複
合膜からなる比較例のセルを作製した。このセルの光透
過率の変化は図４（ｂ）に示す様に駆動電圧が高く、急
峻性の悪いものであった。実施例２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を製造した。分散相（Ｅ−４４）３７．３部ポリイソシアネート（日本ポリウレタン工業製コロネートＨＸ）２．７部連続相‥‥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０．３７μｍ管内圧力‥‥２．７５〜２．８５ｋｇｆ／ｃｍ²

【００１８】得られたエマルジョンにジエチレントリア
ミンの５％水溶液１５部を徐々に滴下し、６０℃にて５
時間撹拌することにより液晶を内包するカプセルを製造
した。該カプセル分散液を不揮発成分が４０％となるま
で減圧下で水を除去し、更にＫＰ−０６の２０％水溶液
１００部を加えたものをＩＴＯ付ＰＥＴフィルムにミヤ
バーを用い塗布した。４０℃で５時間減圧乾燥すること
により、膜厚１０μｍの液晶／高分子複合膜を作製し
た。該膜を他のＩＴＯ付ＰＥＴフィルムでサンドイッチ
し、本発明の液晶表示素子である液晶セルを作製した。
このセルの光透過率変化は、図４（ａ）に示したと同様
にコントラスト、駆動電圧及び急峻性が十分なものであ
った。比較例２エマルジョンの製造をホモミキサーを用いて５，０００
ｒｐｍで５分間撹拌し行った以外は実施例２と同様にし
て比較例の液晶セルを作製した。このセルの光透過率の
変化は図４（ｂ）に示すと同様に駆動電圧が高く、急峻
性の悪いものであった。

【００１９】

【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、該エマルジョンを利用
して液晶／高分子複合膜を形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／高分子複合膜を含む液晶表示素子を提供するこ
とが出来る。

【００２０】

【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

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【手続補正書】

【提出日】平成５年２月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】液晶光学素子の製造方法

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【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枚の導電性基板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晶分散液
を、基板上に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少
なくとも含むことを特徴とする液晶光学素子の製造方
法。
【請求項２】塗布方法が、メッシュのないメタルスク
リーン版とスキ−ジで電極基板上にパタ−ン塗布する方
法である請求項１に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項３】液晶エマルジョンを、電極基板上に形成
した電気絶縁性材料からなる隔壁によって区画された複
数の区画室内のみに充填し、乾燥後、隔壁の高さよりも
低い、区画室内に形成された液晶／高分子複合膜と、対
向電極基板との空間を導電性物質で充填して導電性物質
と電極とを接続する請求項１に記載の光変調素子の製造
方法。
【請求項４】液晶エマルジョン中の液晶粒子をカプセ
ル化する工程を含む請求項１に記載の液晶光学素子の製
造方法。
【請求項５】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。
【請求項６】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。
【請求項７】界面活性剤がポリビニルアルコールであ
る請求項５に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項８】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。