JPH07134285A - 液晶光学素子の製造方法 - 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、液晶エマルジョンの浪費がなく且
つ液晶光学素子における液晶／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光学素子を提
供すること。 【構成】 液晶が高分子マトリックス中に分散して存在
する液晶／高分子複合膜を、少なくとも一方が透明であ
る一対の導電性基板で狭持してなる液晶光学素子の製造
方法において、 ａ）基板上に電気絶縁性材料からなる隔壁で複数の区画
室を形成する工程 ｂ）隔壁の頂部に剥離層を設ける工程 ｃ）液晶エマルジョンを区画室内に塗布充填する工程 ｄ）塗布層を乾燥後、上記剥離層を剥離する工程、及び ｅ）全面に対向電極を張り合せる工程 を有する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、液晶光学素子に関し、
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光学素子に関する。

【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、透明電極を有する一対のガラス板間に
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。

【０００３】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。

【０００４】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。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
ルジョン法としては、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。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。

【０００５】

【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。

【０００６】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８０〜９
０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、液晶光学素子において要求され
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光学素子における液
晶／高分子複合膜中に気泡が全く含有していない表示特
性に優れた液晶光学素子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、液晶が高分子マ
トリックス中に分散して存在する液晶／高分子複合膜
を、少なくとも一方が透明である一対の導電性基板で狭
持してなる液晶光学素子の製造方法において、 ａ）基板上に電気絶縁性材料からなる隔壁で複数の区画
室を形成する工程 ｂ）隔壁の頂部に剥離層を設ける工程 ｃ）液晶エマルジョンを区画室内に塗布充填する工程 ｄ）塗布層を乾燥後、上記剥離層を剥離する工程、及び ｅ）全面に対向電極を張り合せる工程 を有することを特徴とする液晶光学素子の製造方法であ
る。

【０００９】

【作用】電気絶縁性材料からなる隔壁で複数の区画室を
設けた後、液晶エマルジョンを塗布及び乾燥した場合、
溶媒の蒸発によって、液晶／高分子複合膜の膜厚が隔壁
よりも低くなり、対向電極を、気泡や空間を残さずに液
晶／高分子膜面に密着させて貼り合わせることが出来な
い。これに対して本発明では、隔壁の上に、乾燥によっ
て減少する膜厚に相当する高さの剥離層を形成してお
き、液晶エマルジョンの塗布層を乾燥した場合の膜の厚
さが隔壁の高さと同じ高さになる様にしておき、液晶／
高分子複合膜を形成後、上記剥離層を剥離除去し、この
状態で対向電極を貼り合わせることにより、膜と対向電
極の間に気泡や空間を残さずに対向電極を密着して貼り
合わせることが出来る。上記隔壁は、一対の電極のシー
ルの作用もし、素子の信頼性の向上につながるだけでな
く、ブラックに着色することによってブラックマトリッ
クスの役割を果たすことが出来、視認性も向上させるこ
とが出来る。

【００１０】

【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実施態様の液晶光学素子の製造工程を
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ＩＴＯ膜等の透明導電膜２が形
成されており、透明導電膜２上に該膜面を任意の領域に
区画する電気絶縁性の隔壁３を設ける。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。

【００１１】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。

【００１２】隔壁の形成材料としては、電気絶縁性の被
膜を形成する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
トを使用するが望ましく、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、２５μｍ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。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。

【００１３】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
て設定する。本発明の液晶光学素子で使用する液晶／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１０〜５０μｍである。

【００１４】次に上記隔壁３の上に剥離層４を形成す
る。図１（１）には剥離層４と隔壁３の間に離型層５が
形成されているが、これは剥離層４が剥離除去し易い様
にする為に設けたものであり、剥離層４と隔壁３との関
係で剥離層４が隔壁３から剥離し易い場合には離型層５
は不要である。この剥離層５は、図１（２）に示す様に
液晶エマルジョン６を隔壁間に充填した場合の堰の作用
をし、図１（３）に示す様に液晶エマルジョン塗布層を
乾燥した場合には、塗布層の厚みが減少するが、この減
少した厚みが隔壁３（離型層を設ける場合は隔壁３＋離
型層５）の高さと等しくなる様にする。図１（３）の状
態で剥離層４を剥離除去することにより、図１（４）の
状態となり、離型層５を含む隔壁４の高さと液晶／高分
子複合膜７の厚さとが同一となる。

【００１５】上記において、離型層５を用いる場合は、
剥離層４の形成材料は、熱硬化性樹脂、例えば、アクリ
ル−メラミン系硬化性材料、アクリル材料、ポリエステ
ル材料等を用いることが可能である。一方、離型層５を
用いない場合は、剥離層４の形成材料は、剥離性を有す
ると共に剥離層４を印刷する時に隔壁３の膜面を溶剤等
で侵すこのがない熱硬化性樹脂、電離放射線硬化性材
料、撥水性の高い（例えば、ポリジメチルシロキサン骨
格を有する樹脂や弗素系樹脂）材料等を用いることが出
来る。これらの材料から剥離層４を形成する方法として
は、スクリーン印刷方法等が使用されるが、他の方法と
して、隔壁用のフォトレジスト層を形成し、その面の必
要に応じて薄い離型層を形成し、更にその上に剥離層用
のホトレジスト層を積層し、この３層を同時に露光及び
現像して１回の露光及び現像によって隔壁３、離型層５
及び剥離層４を同時に形成することが出来る。形成する
剥離層４の厚みは、塗布された液晶エマルジョンの乾燥
時の厚みの減少と少なくとも同じ厚みであることが好ま
しい。上記において、離型層５を形成する材料として
は、離型性を有する材料であれば特に限定はなく、例え
ば、シロキサン結合を有するポリマー（例えば、ポリジ
メチルシロキサン）又は架橋密度の高いポリマーを用い
ると接着性が低下する為、多官能アクリレートオリゴマ
ーや多官能エポキシオリゴマー、更にはアクリル−メラ
ミン系の硬化性材料等が挙げられ、これらの材料からな
る離型層５の厚みは、離型性が発揮される厚さであれば
よく、例えば、０．１〜１．０μｍ程度でもよい。

【００１６】隔壁３（必要に応じて離型層５）及び剥離
層４を形成した後、図１（２）に示す様に、隔壁３（必
要に応じて離型層５）及び剥離層４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６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８で
表面を平坦化する。液晶エマルジョン６を塗付する方法
としては、いずれの方法でもよいが、液晶エマルジョン
の浪費を少なくし、隔壁間の区画室内に正確に充填する
為には、隔壁上に区画室に整合したマスクを重ね、マス
クの開孔部を通じて液晶エマルジョンを区画室内に充填
する方法が好ましい。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。

【００１７】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。

【００１８】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、Ｐ
ＨＡＲＭＴＥＣＨ ＪＡＰＡＮ ４巻、１０号（１９８
８）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、１〜５μｍの範囲であることが更に好ましい。

【００１９】、区画室内に充填された液晶エマルジョン
６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、図１（３）に示す様に、体積が減少
した液晶／高分子複合膜７が得られる。必要な液晶／高
分子複合膜７が形成された後、図１（４）に示す様に、
剥離層４を剥離除去する。液晶／高分子複合膜７は乾燥
によって体積が減少しているが、その膜面は剥離層４を
除いた隔壁３（＋必要に応じて離型層５）と同一の高さ
となっており、図１（５）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液晶／高分
子複合膜７に、気泡や空間を残すことなくそのまま密着
させることが出来る。

【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、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付し、
加熱硬化させた後、このレジスト上にマスクパターンを
重ねて紫外線を照射して焼付け及び現像して膜厚約１０
μｍの隔壁を作製した。得られた隔壁の上に、ソルダー
マスキング剤（サンノプコ（株）製、ＴＣ−５８０−Ｓ
Ｎ）をスクリーン印刷法を用いて隔壁と同じパターンに
塗付し、１５０℃で２０分間加熱硬化させて剥離層を形
成した。

【００２１】この様な隔壁で作られた区画室内に、ネマ
チック液晶（ＢＬ−０１０、メルク社製）をポリビニル
アルコールＫＰ−０６（日本合成化学工業（株）製）の
１０重量％水溶液に膜乳化法で分散させた液晶エマルジ
ョンを注ぎ、スクリーン印刷用スキージで余分な液晶エ
マルジョンを取り除いた。室温で２４時間乾燥させて液
晶／高分子複合膜（膜厚１０μｍ）を形成し、その後剥
離層を除去した。次いで、ＩＴＯ付きポリエチレンテレ
フタレートフイルム（膜厚１２５μｍ、帝人（株）製）
を液晶／高分子複合膜を含む全面にラミネートし、周囲
を紫外線硬化型シール剤で固定することによって、本発
明の液晶光学素子を作製した。この液晶光学素子におい
て、液晶／高分子膜とＩＴＯ付きポリエチレンテレフタ
レート膜は完全に密着しており、該素子は電圧を印加し
なければ白色不透明であるが、電圧を印加すると速やか
に無色透明になった。

【００２２】実施例２ 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付し、
加熱硬化させた後、このレジスト上にマスクパターンを
重ねて紫外線を照射して焼付け及び現像して膜厚約１０
μｍの隔壁を作製した。得られた隔壁の上にのみ、フイ
ルム（プロタック、大和化成（株）製）からなる剥離層
を貼り合わせた。この様な隔壁で作られた区画室内に、
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（ＢＬ−０１０、メル
ク社製）をポリビニルアルコールＫＰ−０６（日本合成
化学工業（株）製）の１０重量％水溶液に膜乳化法で分
散させた液晶エマルジョンを注ぎ、スクリーン印刷用ス
キージで余分な液晶エマルジョンを取り除いた。室温で
２４時間乾燥させて液晶／高分子複合膜（膜厚１０μ
ｍ）を形成し、その後剥離層を除去した。

【００２３】次いで、ＩＴＯ付きポリエチレンテレフタ
レートフイルム（膜厚１２５μｍ、帝人（株）製）を液
晶／高分子複合膜を含む全面にラミネートし、周囲を紫
外線硬化型シール剤で固定することによって、本発明の
液晶光学素子を作製した。この液晶光学素子において、
液晶／高分子膜とＩＴＯ付きポリエチレンテレフタレー
ト膜は完全に密着しており、該素子は電圧を印加しなけ
れば青色不透明であるが、電圧を印加すると速やかに無
色透明になった。

【００２４】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付し、
加熱硬化させた後、このレジスト上にマスクパターンを
重ねて紫外線を照射して焼付け及び現像して膜厚約１０
μｍの隔壁を作製した。得られた隔壁の上に、ソルダー
マスキング剤（サンノプコ（株）製、ＴＣ−５８０−Ｓ
Ｎ）をスクリーン印刷法を用いて隔壁と同じパターンに
塗付し、１５０℃で２０分間加熱硬化させて剥離層を形
成した。得られた隔壁の上にのみ、ソルダーマスキング
剤（サンノプコ（株）製、ＴＣ−５８０−ＳＮ）をスク
リーン印刷法を用いて隔壁と同じパターンに塗付し、１
５０℃で２０分間加熱及び硬化させて剥離層を形成し
た。

【００２５】この様な区画室内へ、隔壁と同じパターン
のメタルマスクを重ね、ステンシル印刷法と同様にし
て、スクリーン印刷用スキージで所定の部分のみに液晶
エマルジョンを充填した。液晶エマルジョンは、ネマチ
ック液晶（ＢＬ−０１０、メルク社製）をポリビニルア
ルコールＫＰ−０６（日本合成化学工業（株）製）の１
０重量％水溶液に膜乳化法で分散させて作製した。室温
で２４時間乾燥させて液晶／高分子複合膜（膜厚１０μ
ｍ）を形成した後、剥離層を除去した。次いで、ＩＴＯ
付きポリエチレンテレフタレートフイルム（膜厚１２５
μｍ、帝人（株）製）を液晶／高分子複合膜を含む全面
にラミネートし、周囲を紫外線硬化型シール剤で固定す
ることによって、本発明の液晶光学素子を作製した。こ
の液晶光学素子において、液晶／高分子膜とＩＴＯ付き
ポリエチレンテレフタレート膜は完全に密着しており、
該素子は電圧を印加しなければ白色不透明であるが、電
圧を印加すると速やかに無色透明になった。

【００２６】

【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
液晶光学素子における液晶／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光学素子を提供
することが出来る。

【００２７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい１実施態様の液晶光学素子の
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：剥離層 ５：離型層 ６：液晶エマルジョン ７：液晶／高分子複合膜 ８：スキージ １０：対向基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶が高分子マトリックス中に分散して
   存在する液晶／高分子複合膜を、少なくとも一方が透明
   である一対の導電性基板で狭持してなる液晶光学素子の
   製造方法において、 ａ）基板上に電気絶縁性材料からなる隔壁で複数の区画
   室を形成する工程 ｂ）隔壁の頂部に剥離層を設ける工程 ｃ）液晶エマルジョンを区画室内に塗布充填する工程 ｄ）塗布層を乾燥後、上記剥離層を剥離する工程、及び ｅ）全面に対向電極を張り合せる工程 を有することを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
2. 【請求項２】 隔壁上に設けられた剥離層が、剥離性レ
   ジストからなる請求項１に記載の液晶光学素子の製造方
   法。
3. 【請求項３】 隔壁と剥離層との間に離型層を設ける工
   程を含む請求項１に記載の液晶光学素子の製造方法。
4. 【請求項４】 液晶エマルジョンを塗付する方法が、区
   画室に整合したマスクを隔壁上に重ね、マスクの開孔部
   を通じて液晶エマルジョンを区画室内に充填する方法で
   ある請求項１に記載の液晶光学素子の製造方法。