JPH0688958A - 液晶光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速応答性で且つヒステリシスが小さい液晶
光学素子及びその製造方法を提供すること。 【構成】 一対の電極基板間に、高分子マトリクス中に
液晶粒子が分散した液晶／高分子複合膜を挟持してなる
透過散乱型液晶光学素子において、上記高分子マトリク
スが架橋されたＰＶＡであることを特徴とする液晶光学
素子、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、透過散乱型液晶光学素
子及びその製造方法に関し、更に詳しくは特に高速応答
性でヒステリシスが小い液晶光学素子及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶光学素子の代表例である液晶ディス
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、例えば、腕時計、
電卓、パソコン、テレビ等の画像表示に幅広く用いられ
ている。一般的なＴＮ−及びＳＴＮ−液晶ディスプレイ
は、配向膜が形成された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。

【０００３】

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
上記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ディスプレイとして、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た。

【０００４】この様な液晶／高分子複合膜の主な製造方
法は以下の如くである。 （１）高分子多孔質体に液晶を含浸させる方法。 （２）液晶をポリビニルアルコール（以下ＰＶＡと略称
する）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）。 （３）液晶と高分子と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）。 （４）液晶とモノマーとの混合物よりモノマーを重合さ
せ、液晶と高分子の相分離構造を得る方法（特表昭６１
ー５０２１２８号公報参照）。 これらの中で上記（２）の方法は製造が簡便であり、構
造の制御、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、調光用のガラスとしては既に実
用化されているものである。

【０００５】しかしながら、この方法により得られた液
晶／高分子複合膜の問題点として、大きな電圧履歴を持
つことが挙げられ、より詳しくは以下の如き特性を有し
ている。 （１）印加電圧を増加させて行く時と、減少させて行く
ときで、電圧−透過率曲線が同一にならず、大きなヒス
テリシスが観測される。 （２）電圧の印加時間が長くなるほど立ち下がりの応答
時間が長くなる。 従って本発明の目的は、上述の如き従来技術の問題点を
解決し、高速応答性で且つヒステリシスが小さい液晶光
学素子及びその製造方法を提供することである。

【０００６】

【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって解決される。即ち、本発明は、一対の電極基板
間に、高分子マトリクス中に液晶粒子が分散した液晶／
高分子複合膜を挟持してなる透過散乱型液晶光学素子に
おいて、上記高分子マトリクスが架橋されたＰＶＡであ
ることを特徴とする液晶光学素子、及びその製造方法で
ある。

【０００７】

【作用】液晶表示素子を構成する液晶／高分子複合膜の
ＰＶＡ系マトリクスを架橋させることによって、高速応
答性で且つヒステリシスが小さい液晶光学素子が提供さ
れる。

【０００８】

【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を挙げて本
発明を更に詳細に説明する。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。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−透過型の複合膜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複合膜として使用することも出
来る。

【０００９】本発明で用いることが出来るＰＶＡは従来
公知であり、市場から入手されるＰＶＡはいずれも使用
することが出来るが、重合度が３００以上１，２００以
下で、且つ鹸化度が５０％以上８５％以下のものが好ま
しい。更に、好ましくは、重合度が、５００以上１，０
００以下、鹸化度が６０％以上８０％以下のＰＶＡであ
る。ＰＶＡの液晶乳化能は、その水溶液の表面張力測定
によって推測することが出来る。例えば、ＰＶＡ水溶液
の表面張力は、重合度及び鹸化度の低下と共に、低濃度
領域から減少する傾向にある。このことは、ＰＶＡの気
液界面への吸着能が重合度及び鹸化度が低い程高いこと
を示している。即ち、ＰＶＡ水溶液中において、重合度
が低く、鹸化度が低い程、液晶をエマルジョンに分散す
る能力が高いことを表わしている。

【００１０】従って、適切なＰＶＡを選択することによ
って、水相中に存在する液晶の割合が少なく、液晶がＰ
ＶＡでカプセル化され、粒子径の揃った液晶／高分子複
合膜が形成される可能性が高くなることを意味する。以
上の如きＰＶＡは１〜２０重量％の水溶液として用いる
のが一般的であり、必要に応じてエタノール、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。上記Ｐ
ＶＡに対する前記液晶の使用量としては、ＰＶＡ／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、又、適当な基材にエ
マルジョンを塗布するときに弾きの原因になるので好ま
しくない。

【００１１】ＰＶＡ水溶液に液晶を分散させる方法とし
ては、特に限定されるものではないが、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、ＰＨＡＲＭＴＥＣＨ 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０．５〜７μｍの範囲にある
ことが好ましく、１〜５μｍの範囲であることが更に好
ましい。

【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方法は、適当な基材上に通
常の塗布方法で前記エマルジョンを塗布及び乾燥する方
法である。塗布方法としては、電着方法、ブレードコー
ティング、ナイフコーティング、スライドコーティン
グ、スクリーンコーティング、イクストルージョンコー
ティング、ファウンテンコーティング等の一般的な塗布
方法であってもよい。この様にして得られる複合膜の厚
みは５〜１５μｍ程度が好適である。

【００１３】本発明の別の好ましい実施態様では、前記
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／高分子複合膜を作製することが出来る。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、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。

【００１４】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】以上の如き液晶エマルジョンを用いて、従
来公知の液晶ディスプレイ用電極基板上に液晶／高分子
複合膜が形成されるが、本発明においては、マトリック
ス高分子であるＰＶＡを架橋させることを特徴としてい
る。ＰＶＡを架橋させる工程は、液晶エマルジョンを電
極基板上に塗布した後、或はその面に他の電極基板を密
接させた後に行うことが好ましい。塗布前にＰＶＡを架
橋させた場合には、製膜が著しく困難になり、又、場合
によっては不溶性になったポリマーが塗布前の液晶エマ
ルジョン中で沈殿することもある。ＰＶＡを架橋させる
方法としては、電極基板にエマルジョンを塗布後に電子
線若しくは紫外線照射により架橋させる方法が最も簡便
で効果的であるが、種々の架橋剤、例えば、液晶エマル
ジョン中に予めジアルデヒドやメチロール化合物或は安
定化イソシアネート化合物等を加えておき、その後に加
熱処理等によってアセタール化反応、メチロール化反
応、ウレタン化反応等を生じさせて架橋させる方法であ
ってもよい。この場合には、イオン性の成分により液晶
／高分子複合膜に導電性が付与されない様に留意する必
要がある。

【００１６】放射線を用いる場合には、架橋反応と共に
分解反応も起こる為、架橋反応が優先する様な条件で照
射することが必要である。具体的には加熱して照射す
る、水の共存下で照射する、酸素の補給されにくい
状態で照射する等の条件が挙げられ、これらのうちの１
つ以上の条件を満たすことが望ましい。紫外線照射の場
合、安息香酸等の増感剤を用いてもよいが、この場合に
はイオン性の成分により液晶／高分子複合膜に導電性が
付与されない様留意する必要がある。以上の如くしてＰ
ＶＡを架橋させることによって本発明の目的が達成され
るが、それ以外にも液晶／高分子複合膜に耐水性が付与
されるという効果も得られる。

【００１７】ＰＶＡを架橋することによって、本発明の
液晶ディスプレイの耐履歴性が改善される理由について
は、架橋によってマトリクスを形成しているＰＶＡの分
子運動が抑えられる為である考えられる。又、液晶はＰ
ＶＡマトリクス中に液滴状に分散されているが、架橋さ
れていないＰＶＡの場合には、液晶のダイレクトの動き
に応じて、ＰＶＡ／液晶界面でのＰＶＡの分子が動いて
しまうが、この動きは液晶の動きに対し遅いものである
為履歴が観測される。しかしながら、本発明において液
晶のマトリクスであるＰＶＡを架橋すると、この分子運
動が抑えられる為に履歴が小さくなるものと思われる。

【００１８】

【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 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。 ネマチック液晶：Ｅ−４４（ＢＤＨ製） ３．０ｇ ＰＶＡ（ゴーセノールＥＧ−０５、日本合成化学製）１０％水溶液 １５ｇ 上記液晶エマルジョンを、ＩＴＯをコーティングしたガ
ラス基板上にバーコーティングにより塗布し、電子線１
０Ｍｒａｄを照射した。室温及び常圧下で１日乾燥した
後、ＩＴＯをコーティングしたＰＥＴフィルムで該塗布
層をサンドイッチし、本発明の光学素子を作製した。乾
燥後の塗布層の厚みは約１０μｍであった。上記素子の
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、１ｋＨｚの矩形波を用いた。図１は１０Ｖ／ｍｉ
ｎ．の速度で電圧を上げ下げしたときの透過率の変化を
示したものである。この図１から明らかである様に本発
明の液晶光学素子のヒステリシスは、充分に小さい。

【００１９】比較例１ 電子線を照射しないことを除き、実施例１と同様にして
比較例の液晶光学素子を作製した。実施例１と同様の方
法で透過率の変化を測定した。図３は１０Ｖ／ｍｉｎ．
の速度で電圧を上げ下げしたときの透過率の変化を示し
たものである。この液晶光学素子の場合には、大きなヒ
ステリスが観測された。前記実施例１と上記比較例１の
夫々の素子の電圧印加時間と立ち下がり応答速度とを測
定したところ図２の結果が得られた。図２ａ（実施例１
の素子）は、５０Ｖの電圧を印加した際、印加時間と立
ち下がり応答速度（透過率の変化が全透過率変化量の９
０％から１０％に推移するに要する時間）の関係を示し
たものである。図２ｂ（比較例１の素子）は、５０Ｖの
電圧を印加した際、印加時間と立ち下がり応答速度の関
係を示したものである。印加時間の増加にともない立ち
下がり応答時間は著しく増加している。

【００２０】

【発明の効果】以上の如き本発明によれば、液晶表示素
子を構成する液晶／高分子複合膜のＰＶＡマトリクスを
架橋させることによって、高速応答性で且つヒステリシ
スが小い液晶光学素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶光学素子のヒステリシスを説明す
る図。

【図２】実施例１（ａ）と比較例（ｂ）１の夫々の素子
の電圧印加時間と立ち下がり応答速度との関係を説明す
る図。

【図３】比較例の液晶光学素子のヒステリシスを説明す
る図。

───────────────────────────────────────────────────── 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一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極基板間に、高分子マトリクス
   中に液晶粒子が分散した液晶／高分子複合膜を挟持して
   なる透過散乱型液晶光学素子において、上記高分子マト
   リクスが、架橋されたポリビニルアルコールであること
   を特徴とする液晶光学素子。
2. 【請求項２】 液晶粒子をポリビニルアルコールの水溶
   液中に分散してなる液晶エマルジョンを一方の電極基板
   に塗布及び乾燥して液晶／高分子複合膜を形成し、該膜
   面に他方の電極基板を密接してなる透過散乱型液晶光学
   素子の製造方法において、上記ポリビニルアルコールを
   架橋せしめる工程を含むことを特徴とする液晶光学素子
   の製造方法。
3. 【請求項３】 ポリビニルアルコールを放射線によって
   架橋させる請求項２に記載の液晶光学素子の製造方法。