JPH07181454A - 高分子分散型液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印加電圧−透過率特性のヒステリシスが小さ
く、かつ、その急峻性が高い高分子分散型液晶表示素子
及びその製造方法を提供することである。 【構成】 透明基板１２上に液晶と重合材料との混合溶
液２１の層を配置し、この混合溶液２１中の重合材料を
重合して液晶と樹脂１７とを相分離するとともに混合溶
液２１の層を押圧することにより、内部の液晶カプセル
１８を押圧し、平板状の扁平な液晶カプセル１８を形成
する。樹脂１７近傍の液晶分子１９は液晶カプセル１８
の壁面に沿って配向し、この配向状態は液晶カプセル１
８の中央部の液晶分子にも波及する。従って、液晶分子
１９のチルトは、電界無印加の状態においてほぼ揃った
状態となる。このため、液晶素子の電気−光学特性はヒ
ステリシスが小さく、急峻なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高分子分散型液晶表
示素子及びその製造方法に関し、特に、印加電圧に対す
る透過率の変化のヒステリシスが小さく、かつ、その急
峻性が高い高分子分散型液晶表示素子及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高分子分散型液晶表示素子の断面
構成を図６に示す。図示するように、従来の高分子分散
型液晶表示素子は、対向面に透明電極３、４が形成され
た透明基板１、２間に液晶と樹脂の複合膜からなる高分
子分散液晶層５を配置して形成されている。高分子分散
液晶層５は高分子樹脂６中に球形の液晶カプセル（マイ
クロカプセル）７を分散して構成されている。

【０００３】透明電極３、４間に電圧を印加していない
状態（電界無印加時）では、液晶カプセル７の壁面近傍
では、液晶分子８は、液晶カプセル７の壁面にほぼ沿っ
て配向し、液晶カプセル７の中心に近づくに従って３次
元的にランダムに配向する。この状態では、入射光は液
晶と高分子樹脂６との屈折率の差により液晶カプセル７
と高分子樹脂６の境界面で屈折して散乱し、この液晶表
示素子の画面は曇（暗）状態となる。

【０００４】一方、透明電極３、４間にしきい値以上の
電圧を印加した状態（電界印加時）には、液晶分子８は
電界に平行、即ち、基板面に対して垂直に一様に配列す
る。このため、光の電気スペクトルの振動方向が液晶分
子のダイレクタの方向に対し直交する通常光の屈折率、
即ち、常光屈折率は高分子樹脂６の屈折率とほぼ等しく
なり、入射光は光散乱作用をほとんど受けずに高分子分
散液晶層５を透過する。従って、この液晶表示素子の画
面は透明（明）状態となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、電界無
印加時においては、液晶分子８は三次元的にランダムな
向きを向いており、そのチルト（チルト角）は様々な値
を持っている。一方、電界印加時においては、液晶分子
８は基板面に垂直に配向しており、そのチルトはほぼ揃
っている。

【０００６】このため、電界無印加状態から電界印加状
態への変化時には、液晶分子８は様々なチルトから基板
面に垂直な一様のチルトに変化し、電界印加状態から電
界無印加状態への変化時には、液晶分子８は一様なチル
トから様々なチルトに変化することになる。このため、
電界無印加状態から電界印加状態への変化時と電界印加
状態から電界無印加状態への変化時では、液晶分子８の
動きに大きな差が生ずる。

【０００７】また、液晶カプセル７がほぼ球形をしてい
るため、高分子分散液晶層５に生じる電界方向に対する
液晶カプセル７の厚さが位置に応じて異なり、これによ
り液晶分子８が受ける電界の強さが液晶カプセル７内の
位置に応じて変化する。このため、液晶分子８の動きに
ばらつきが生じる。

【０００８】これらの原因が相乗的に作用する結果、従
来の高分子分散型液晶表示素子の透明電極３、４間の印
加電圧に対する透過率Ｔの変化（電気−光学特性）は図
７に示すようにヒステリシスが大きく、さらに、その変
化の急峻性が小さい。なお、透過率Ｔは最大透過率に対
する割合で示している。電気−光学特性のヒステリシス
が大きいと、印加電界に対する透過率Ｔが一義的に定ま
らないため、階調表示が困難となり、また、電気−光学
特性の急峻性が悪いと明暗がはっきりしなくなるという
問題がある。

【０００９】この発明は、上記実状を鑑みてなされたも
ので、電気−光学特性（印加電圧−透過率特性）のヒス
テリシスが小さい高分子分散型液晶表示素子及びその製
造方法を提供することを目的とする。また、この発明
は、電気−光学特性の急峻性に優れた高分子分散型液晶
表示素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる高分子分散型液晶表
示素子は、内面に電極をそれぞれ設けた一対の基板間に
樹脂と液晶との複合膜からなる高分子分散液晶層を設
け、液晶と樹脂との境界面を前記基板にほぼ平行とした
ことを特徴とする。

【００１１】また、この発明の第２の観点にかかる高分
子分散型液晶表示素子は、内面に電極をそれぞれ設けた
一対の基板間に樹脂中に液晶溜まりを分散させて形成さ
れた複合膜からなる高分子分散液晶層を設け、前記高分
子分散型液晶表示素子の厚さ方向の前記液晶溜まりの厚
さをほぼ一定に形成したことを特徴とする。

【００１２】また、この発明の第３の観点にかかる高分
子分散型液晶表示素子の製造方法は、 一方の基板上に
液晶と重合材料との混合溶液の層を配置する工程と、前
記混合溶液中の重合材料を重合して液晶と樹脂とを相分
離する相分離工程と、前記相分離工程の過程中に実行さ
れ、分離過程にある前記混合溶液層を押圧することによ
り前記混合溶液層中の液晶溜まりを押圧する押圧工程と
を備えることを特徴とする。この前記押圧工程は、前記
混合溶液層を押圧することにより、前記相分離工程の過
程において製造される液晶のカプセルを押圧して扁平な
液晶カプセルを製造する工程を含む。

【００１３】

【作用】樹脂近傍の液晶分子は樹脂の表面に沿って配向
し、この配向状態は液晶溜まりの中央部の液晶分子にも
波及する。従って、上記第１〜第３の観点にかかる液晶
表示素子においては、液晶分子は、電界無印加の状態に
おいて基板にほぼ平行に比較的揃った状態となり、電界
印加の状態において基板にほぼ垂直に揃った状態とな
る。このため、電圧無印加状態から電圧印加状態への変
化時、及び、電圧印加状態から電圧無印加状態への変化
時における、液晶分子の動きは共にほぼ揃った状態から
ほぼ揃った状態への変化となる。また、液晶溜まりの厚
さがほぼ均一であるため、液晶分子に印加される電圧
も、その位置によらず、ほぼ均一となる。このため、液
晶素子の電気−光学特性はヒステリシスが小さく、急峻
なものとなる。

【００１４】また、この発明にかかる液晶表示素子の製
造方法によれば、平板状の液晶溜まりを形成することが
可能となる。従って、この製造方法により製造された高
分子分散型液晶表示素子は、優れた電気−光学特性を有
する。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。 （第１実施例）図１は第１実施例にかかる高分子分散型
液晶表示素子の概略断面図である。図示するように、こ
の実施例の高分子分散型液晶表示素子は、透明電極（例
えば、ＩＴＯ電極）１３、１４を設けた一対の透明基板
（例えばガラス基板）１１、１２を枠状のシール材１５
を介して接合して形成したセル１０内に高分子分散液晶
層（高分子樹脂と液晶との複合膜）１６を設けた構成と
なっている。

【００１６】図２は高分子分散液晶層１６の拡大断面図
である。図示するように、高分子分散液晶層１６は、平
板状又は楕円状の断面を有する液晶カプセル（液晶溜ま
り、ドメイン）１８を高分子樹脂１７中に分散させた構
造を有する。液晶カプセル１８は基板１１（あるいは１
２）上から見ると図３に示すように円形をしており、そ
れらが多層に積層された構造になっている。各液晶カプ
セル１８の断面の厚さ（短径）は０．５μｍ〜３μｍ、
長さ（長径）は２μｍ〜８μｍであり、厚さは長さの１
／２以下であることが望ましい。また、各液晶カプセル
１８の上下面は透明基板１１、１２に対しほぼ平行又は
なだらかな曲面形状を有し、その厚さもほぼ一定又は変
化の度合いが小さい。

【００１７】上記構成の高分子分散型液晶表示素子にお
いては、液晶カプセル１８の上下面が透明基板１１、１
２に対しほぼ平行又はなだらかな曲面状に形成されてい
るため、透明電極１３、１４間に電圧を印加していない
状態では、図２に示すように、壁面近傍の液晶分子１９
は透明基板１１、１２に対しほぼ平行に配向する。壁面
近傍の液晶分子１９の配向の影響を受けて液晶カプセル
１８の中心部分の液晶分子も透明基板１１、１２に対し
ほぼ平行に配向する。即ち、液晶分子は透明基板１１、
１２にほぼ平行に一様に配向する。

【００１８】この状態では、液晶の光の進行方向に対す
る屈折率と高分子樹脂１７の屈折率の差により、両者の
界面で入射光が反射し、散乱する。また、液晶分子１９
自身によっても入射光は散乱させられる。このため、表
示は曇（暗）状態となる。

【００１９】一方、透明電極１３、１４間にしきい値電
圧以上の電圧を印加すると、液晶分子１９は電界にほぼ
平行、即ち、透明基板１１、１２に対してほぼ垂直に一
様に配列する。このため、液晶の光の進行方向に対する
屈折率と高分子樹脂１７の屈折率がほぼ等しくなり、入
射光が光散乱作用をほとんど受けずに高分子分散液晶層
１６を透過し、画面は透明（明）状態となる。

【００２０】上述のように、電界無印加時の液晶分子１
９の配向状態は、透明基板１１、１２にほぼ平行に一様
であり、そのチルトはほぼ揃っている。また、液晶カプ
セル１８の厚さもほぼ一様であり、印加電界の強度も場
所によらずほぼ一様である。従って、この状態で電界を
印加すると、液晶分子１９は印加電界に応じて一様に動
作して、透明基板１１、１２に対し垂直に配向する状態
に一斉に変化する。

【００２１】また、電界印加状態における液晶分子１９
の配向状態は、透明基板１１、１２にほぼ垂直であり、
そのチルト角はほぼ揃っている。従って、この状態で電
界を０にすると、液晶分子１９はほぼ一様に動作して、
透明基板１１、１２に対しほぼ平行に配向する状態に一
斉に変化する。

【００２２】従って、高分子分散型液晶表示素子の透過
率Ｔ（最大透過率を１００％とする）と透明電極１３と
１４間の印加電圧の関係は図４に示すようにヒステリシ
スが小さく、急峻性の高いものとなる。

【００２３】次に、図５を参照して図２に示すような平
板状の液晶カプセル１８を備える高分子分散型液晶表示
素子の製造方法を説明する。まず、ネマティック液晶
（高分子分散液晶層に対して４０〜６０重量％）と重合
により高分子樹脂となる重合材料（モノマー、オリゴマ
ー等）を十分に混合した混合溶液２１を形成する。な
お、液晶の割合が低すぎると、光の散乱が困難となり、
また、液晶の割合が多すぎると、高分子分散液晶層１６
はネットワーク状の樹脂１７中に液晶が充填された構造
となり、液晶はカプセル状にならない（第３実施例参
照）。

【００２４】この混合溶液２１を透明電極１４及びシー
ル材１５が形成された下透明基板１２の上に図５（Ａ）
に示すように印刷等により塗布する。混合溶液２１の層
の厚さは製造後の高分子分散液晶層１６の厚さ（シール
材１５の高さ）の２〜４倍程度であり、その体積は、製
造後の高分子分散液晶層１６の体積より若干大きい。な
お、透明基板１２上には必要に応じて、スペーサ（図示
せず）を散布しておく。また、シール材１５には、混合
溶液２１を外部に逃がすための開口を予め形成してお
く。

【００２５】次に、保持具２３を用いて透明電極１３が
形成された上透明基板１１を混合溶液２１の層の上に配
置する。次に、比較的弱い紫外線を混合溶液２１に照射
し、重合材料を重合して高分子樹脂に変換する。重合の
過程で、液晶分子１９は高分子樹脂１７と分離され、径
が２〜４μｍ程度の球形の液晶カプセル（液晶溜まり）
１８が図５（Ｂ）に示すように混合溶液２１の層（生成
過程にある高分子分散液晶層１６）内に分散して形成さ
れる。このとき、混合溶液２１中の重合材料は未だ重合
が終了していない。

【００２６】一定時間紫外線を照射し、球形の液晶カプ
セル１８が形成されると、保持具２３を用いて上透明基
板１１を加圧し、透明基板１１と１２間に圧力を加え、
混合溶液２１の層を図５（Ｃ）に示すように徐々に押圧
する。そして、押しながら、紫外線を照射し続ける。こ
れにより、球形の液晶カプセル１８も徐々に圧力を加え
られ、徐々に平板状になる。高分子分散液晶層１６を押
圧する過程で混合溶液２１がシール材１５の外にあふれ
出た場合は、これを適宜除去しつつ押圧と紫外線の照射
を続ける。

【００２７】上透明基板１１がシール材１５の上端に接
する直前に、あふれた混合溶液２１をふき取り、シール
材１５の上面に接着材を塗布し、シール材１５と上透明
基板１１を接合する。この際、透明基板１１と１２との
間隔はスペーサにより所望の値に保持される。その後、
さらに、紫外線の照射を続け、高分子樹脂１７の硬化が
完了すると、シール材１５の開口を光硬化性樹脂等を用
いて封止して、図１〜図３に示す高分子分散型液晶表示
素子が完成する。

【００２８】このような製造方法によれば、液晶カプセ
ル１８の厚さが、通常に製造される球形の場合に比して
１／２〜１／４程度となり、平らな形状となる。従っ
て、前述のように、その上下面が透明基板１１、１２に
ほぼ並行或いは緩やかな曲面状となり、従って、この製
造方法により製造された高分子分散型液晶表示素子の電
気−光学特性はヒステリシスが小さく、かつ、急峻性に
優れたものとなる。

【００２９】なお、上記実施例では、液晶及び高分子樹
脂が無駄にならないように、混合溶液２１の体積を高分
子分散液晶層１６の体積より若干大きくしたが、その体
積は任意である。また、上記実施例では、光重合性の重
合材料を使用する例を説明したが、重合材料は熱重合性
のものでもよい。この場合は熱を加えつつ混合溶液２１
の層を押圧する。また、上記実施例では、液晶カプセル
１８が形成されてから押圧を開始したが、例えば、紫外
線の照射を開始すると同時に押圧を開始してもよい。

【００３０】（第２実施例）第１実施例においては、高
分子分散液晶層１６を押圧して、平板状の液晶カプセル
１８を形成したが、他の製造方法を使用してもよい。例
えば、平板状の液晶カプセル１８を予め形成しておき、
これと重合材料の混合溶液を透明基板に塗布し、重合材
料を重合することにより、平板状の液晶カプセルを含む
高分子分散液晶層１６を形成するようにしてもよい。な
お、平板状の液晶カプセル１８は、例えば、コアセルベ
ーション（カプセル化）の最終段階で液晶カプセル１８
の壁膜を硬化する際に、液晶カプセル１８を押圧した状
態でアルデヒド等の硬膜剤を添加して壁膜を硬化するこ
とにより、形成できる。

【００３１】（第３実施例）第１、２実施例において
は、液晶カプセル１８を使用するタイプの高分子分散型
液晶表示素子について説明したが、この発明は液晶カプ
セル１８を使用するタイプのものに限定されず、ネット
ワーク状の高分子樹脂中に液晶を充填したタイプの高分
子分散型液晶表示素子にも適用可能である。この場合、
液晶と重合材料の混合溶液２１を生成する際に、液晶の
重量を高分子分散液晶層１６の６０〜８０％とするほか
は、第１実施例の製造方法と同様の製造方法で、例え
ば、比較的平坦な液晶溜まり（ドメイン）を形成でき、
電気−光学特性に優れた高分子分散型液晶表示素子が得
られる。

【００３２】なお、この発明は上記実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例で
は、液晶をネマティック液晶としたが、コレステリック
液晶、スメクテック液晶、強誘電性を有する液晶、染料
を含むゲストホストタイプの液晶等を用いてもよい。ま
た、この発明は単純マトリクスタイプの高分子分散型液
晶表示素子及びＴＦＴ（薄膜トランジスタ）高分子分散
型液晶表示素子等のアクティブマトリクスタイプの高分
子分散型液晶表示素子のいずれにも適用可能である。

【００３３】上記実施例においては、液晶カプセルを押
圧された形状の平板状としたが、この発明はこれに限定
されず、液晶分子のチルトを揃えることができるなら
ば、他の手法を用いてもよい。例えば、液晶カプセルを
方向の揃った円柱状としても同様の効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】この発明の高分子分散型液晶表示素子に
よれば、液晶と樹脂との複合膜からなる高分子分散液晶
層中の液晶カプセルの形状を平板状にしたので、液晶分
子に印加される電圧が均一になると共に電界無印加時の
液晶分子のチルトがほぼ一様となるので、電界の印加・
無印加による液晶分子の動作が揃い、ヒステリシスが小
さく、かつ、急峻性の高い電気光学特性を有する高分子
分散型液晶表示素子が得られる。また、この発明にかか
る液晶表示素子の製造方法によれば、液晶と重合材料と
の混合膜を素子の厚み方向に押圧して液晶樹脂複合膜を
形成する段階で、製造途中の液晶カプセル又はドメイン
も押圧され、平板状又はほぼ平坦な表面を有するドメイ
ンを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる高分子分散型液晶表
示素子の概略断面図である。

【図２】図１に示す高分子分散型液晶表示素子の拡大断
面図である。

【図３】図１及び図２に示す高分子分散型液晶表示素子
における液晶カプセルの平面形状及びその配置を示す図
である。

【図４】図１〜図３に示す高分子分散型液晶表示素子の
電気−光学特性を示すグラフである。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は図１〜図３に示す高分子分散
型液晶表示素子の製造工程を示す図である。

【図６】従来の高分子分散型液晶表示素子の概略断面図
である。

【図７】従来の高分子分散型液晶表示素子の電気−光学
特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・透明基板、２・・・透明基板、３・・・透明電極、４・・・
透明電極、５・・・高分子分散液晶層、６・・・高分子樹脂、
７・・・液晶カプセル（液晶溜まり）、８・・・液晶分子、１
０・・・セル、１１・・・上透明基板、１２・・・下透明基板、
１３・・・透明電極、１４・・・透明電極、１５・・・シール
材、１６・・・高分子分散液晶層、１７・・・高分子樹脂、１
８・・・液晶カプセル、１９・・・液晶分子、２１・・・液晶と
重合材料の混合溶液、２３・・・保持具

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面に電極をそれぞれ設けた一対の基板間
   に樹脂と液晶との複合膜からなる高分子分散液晶層を設
   けた高分子分散型液晶表示素子において、 液晶と樹脂との境界面を前記基板にほぼ平行としたこと
   を特徴とする高分子分散型液晶表示素子。
2. 【請求項２】内面に電極をそれぞれ設けた一対の基板間
   に樹脂中に液晶溜まりを分散させて形成された複合膜か
   らなる高分子分散液晶層を設けた高分子分散型液晶表示
   素子において、 前記高分子分散型液晶表示素子の厚さ方向の前記液晶溜
   まりの厚さをほぼ一定に形成したことを特徴とする高分
   子分散型液晶表示素子。
3. 【請求項３】一方の基板上に液晶と重合材料との混合溶
   液の層を配置する工程と、 前記混合溶液中の重合材料を重合して液晶と樹脂を相分
   離する相分離工程と、 前記相分離工程の過程中に前記混合溶液層を押圧するこ
   とにより前記混合溶液層中の液晶溜まりを押圧する押圧
   工程とを備えることを特徴とする高分子分散型液晶表示
   素子の製造方法。
4. 【請求項４】前記押圧工程は、前記混合溶液層を押圧す
   ることにより、前記相分離工程の過程において製造され
   る液晶のカプセルを押圧して扁平な液晶カプセルを製造
   する工程を含むことを特徴とする請求項３記載の高分子
   分散型液晶表示素子の製造方法。
5. 【請求項５】内面に電極をそれぞれ設けた一対の基板間
   に樹脂中に液晶溜まりを分散させて形成された複合膜か
   らなる高分子分散液晶層を設けた高分子分散型液晶表示
   素子において、 前記液晶溜まり内の液晶分子の電界無印加時のチルトを
   ほぼ一定としたことを特徴とする高分子分散型液晶表示
   素子。