JPH07301786A - 光変調素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶／高分子複合膜を作製する際及び該膜を
少なくとも一方が透明な基板で狭持する場合に空気が混
入しない光変調素子を提供すること。 【構成】 液晶粒子が高分子マトリックス中に分散して
なる液晶／高分子複合膜を、少なくとも一方が透明であ
る２枚の基板で狭持してなる光変調素子の製造方法にお
いて、液晶／高分子複合膜を２枚の基板上に、あるいは
基板上及び保護層上に夫々形成し、夫々の液晶／高分子
複合膜面を対向させて両基板等を貼り合わせることを特
徴とする光変調素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界や熱応答性を有
し、情報の表示や記録を行うことが出来る液晶／高分子
複合膜を用いた光変調素子に関し、本発明の光変調素子
は、ディスプレイ、調光パネル、書き換え可能表示・記
録媒体（カード・ＯＨＰ等）等に幅広く用いることが出
来る。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶ディスプレイは、低消費電
力、軽量、薄膜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、上記液晶ディスプレイは、
（１）２枚の偏光板が必要である為に視野角が狭く、
又、輝度が不足している為に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、薄膜化、大面積化、低消費電力
化及び低コスト化等には限界がある。

【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水中に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】以上の如き液晶
／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、低価格化の可能性がある有利な方法であり、
通常は液晶エマルジョンをシルクスクリーンやメタルス
クリーンによって基板上に塗布し乾燥させて形成してい
る。しかしながら、液晶／高分子複合膜を用いた光変調
素子は、上述した様な特徴を有しているが、液晶／高分
子複合膜を作製する際及び該膜を少なくとも一方が透明
な２枚の基板で挟持する場合あるいは基板と透明な保護
層で挟持する場合に空気が混入し、複合膜中に気泡が生
じてしまう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、液晶／高分子複合
膜を作製する際及び該膜を少なくとも一方が透明な２枚
の基板で挟持する場合あるいは基板と透明な保護層で挟
持する場合に空気が混入しない光変調素子を提供するこ
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
によって達成される。即ち、本発明は、液晶粒子が高分
子マトリックス中に分散してなる液晶／高分子複合膜
を、少なくとも一方が透明である２枚の基板で挟持して
なる光変調素子の製造方法において、液晶／高分子複合
膜を少なくとも一方が透明である２枚の基板上に夫々形
成し、夫々の液晶／高分子複合膜面を対向させて両基板
を貼り合わせることを特徴とする光変調素子の製造方法
である。

【０００７】

【作用】本発明により、２枚の基板間に、あるいは基板
と保護層の間に液晶／高分子複合膜を挟持する場合に、
空気が混入して気泡が生じることがなく、欠陥のない液
晶／高分子複合膜を用いた光変調素子を作製することが
出来る。

【０００８】

【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及び
２は本発明の好ましい実施態様の光変調素子の製造方法
を図解的に説明する図である。先ず、図１及び２に示す
様に、基板の表面にＩＴＯ膜等の電極が形成されている
動電性基板１，１’又は３と保護層４を用意する。

【０００９】図１における導電性基板１、１’は、従来
公知の液晶表示素子に一般的に使用されているものであ
って、本発明では、従来公知の導電性基板はいずれも使
用可能であり、具体的には、例えば、ＩＴＯ系、ＳｎＯ
₂ 系、ＺｎＯ系の様な透明導電性材料をガラスや高分子
フィルム等の様な透明基板に付着させた一対の電極基板
である。この時、他の一方に不透明導電性基板を用いる
場合には、その電極が反射板としての機能も要求される
為、例えば、アルミニウム反射電極を設けた基板が好ま
しい。その基板自体はガラス、高分子フィルム或いはそ
の他のものであってもよい。又、ＩＴＯ系、ＳｎＯ_２
系、ＺｎＯ系の様な透明導電性材料を白ＰＥＴ（ポリエ
チレンテレフタレート）等の様な反射板に付着させたも
のであってもよい。

【００１０】図２においては、基板３は図１の１、１’
と同様であるが、保護層４は架橋重合体フィルムで形成
される。架橋重合体は、例えば、トリメチロールプロパ
ントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトール
ヘキサ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテ
トラ（メタ）アクリレート等の多官能性モノマーの少な
くとも１種又はこれと他の共重合性モノマーとの架橋
（共）重合体が挙げられる。

【００１１】本発明方法では、上記の基板又は保護層上
に夫々液晶／高分子複合膜を形成するが、次に複合膜の
製造に付いて説明するが、この方法に限定されるもので
はない。複合膜のマトリックを形成する高分子と液晶
は、エマルジョンとして使用されるが、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、液晶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高分子と
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。

【００１２】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。これらの
液晶は、本発明で得られる光変調素子の用途によって選
択されるが、例えば、ディスプレイ用の場合にはネマチ
ック液晶が、書き換え可能な表示媒体としての用途の場
合にはスメクチック液晶が用いられる。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もよい。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と共に、
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。

【００１３】着色に使用する二色性色素は、ＴＮ及びＳ
ＴＮ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マトリックスへの溶解度が小さく、
しかも２色性比が大きいものが良いが、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マトリック
ス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、本発明で得られる
素子をディスプレイ用途に用いる場合には、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。又、書き換え可能な表示媒体として用いる場合に
は、液晶に対して１〜１０重量％の範囲で使用すること
が好ましい。

【００１４】次に、複合膜におけるこれらの液晶の使用
量としては、ディスプレイ用途として用いる場合には、
マトリックス高分子／液晶の混合比（重量比）は５／９
５〜５０／５０の範囲が好ましくで、又書き換え可能な
表示媒体として用いる場合の混合比は５５／４５〜３５
／６５の範囲が好ましく、いずれれの場合も液晶の使用
量が少なすぎると、電圧印加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、電圧無印加時の散乱（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。複合
膜形成の為に、マトリックスを形成する高分子の水溶液
に上記液晶を分散させるが、分散方法としては、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、ＰＨＡＲＭＴＥＣＨ ＪＡＰＡ
Ｎ 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、得られる
光学素子の用途や用いる分散方法に依存するが、ディス
プレイ用途の場合には、一般的には体積分布において液
晶粒子の平均粒子径（直径）が０．５〜２μｍの範囲に
あり、重量分布において液晶粒子の平均粒子径（直径）
が１．１〜２．１μｍの範囲にあり、又、個数分布にお
いて液晶粒子の平均粒子径（直径）が０．９〜１．５μ
ｍの範囲内にあることが好ましい。又、書き換え可能な
表示媒体用途の場合には、体積分布において１μｍ以下
の粒子径（直径）が全粒子の１０重量％以下であること
が好ましい。

【００１５】本発明で得られる光学素子を、例えば、デ
ィスプレイ用途に用いる場合には、上記一対の基板１、
１’上に、又、書き換え可能な表示媒体用途に用いる場
合には、基板３と保護層４上に液晶エマルジョンをコー
ティングするがコーティング方法としては、例えば、ド
クターコ−ティング法やブレ−ドコ−ティング法、電着
コーティング法、スクリーン印刷、メタルマスクを用い
たステンシル印刷、刷毛塗り、スプレーコーティング等
が挙げられる。製造する光学素子の用途に応じて最適な
方法を用いて液晶／高分子複合膜が形成される。

【００１６】この様にして各基板面や保護層面に形成さ
れる液晶／高分子複合膜２、２’あるいは５、５’の厚
みは、通常約１〜２２μｍ程度である。又、塗布された
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。両方の基板を複合膜面
を対向させて貼り合わせる方法としては、ラミネーター
を使う方法が有効である。ラミネートする時に加える温
度としては、マトリックスとして用いている高分子材料
のガラス転移点以上であることが望ましい。上記温度未
満であると貼り合わせる膜面が軟化しにくい為に貼り合
わせた時に空気が混入して気泡が生じてしまうことがあ
る。マトリックス樹脂としてポリビニルアルコールを用
いた場合には加える温度としては５０℃〜１００℃であ
ることが望ましい。

【００１７】この様にして両方の基板１、１’上にある
いは基板３、保護層４上に形成した液晶／高分子複合膜
２、２’面あるいは５、５’面を夫々対向させ、貼り合
わせることによって本発明の光学変調素子とすることが
出来る。この様に貼り合わせた状態における液晶／高分
子複合膜の厚みは、光学素子をディスプレイ用途として
用いる場合には、（２＋２’）の厚みは、は通常約３〜
１３μｍの範囲が好ましい。書き換え可能な表示媒体と
しての用途の場合には、（５＋５’）の厚みは通常約３
〜２３μｍの範囲が好ましい。いずれの場合も、膜厚が
夫々上記範囲未満であると表示のコントラストが低くな
る等の点で好ましくなく、一方、膜厚が上記範囲を越え
ると表示を消去する際の電圧（駆動電圧）が高くなる等
の点で好ましくない。

【００１８】

【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 ＰＶＡ（ＫＰ−０６、日本合成化学工業製、重合度：６
００、鹸化度：７１．０〜７５．０）の５重量％水溶液
に、液晶（ＢＬ−０１０、メルク社製）を液晶／ＰＶＡ
の混合比が９５／５（重量比）となる様に添加して、孔
径：０．２０μｍ（直径）の多孔質ガラス膜管（伊勢化
学工業（株）社製）を用いて膜乳化方法で分散し、液晶
粒子の粒子径の体積分布、重量分布及び個数分布を測定
した。この体積分布の測定にはマイクロトラックＭＫ−
IIＳＰＡ粒度分布計（ＬＥＥＤ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ社
製）を用い、重量、個数分布の測定にはコールター・マ
ルチサイザーII（ＣＯＵＬＴＥＲ社製）を用いた。

【００１９】液晶粒子の体積分布の平均粒子径（直径）
は１．６μｍ、重量分布の平均粒子径（直径）は１．１
μｍ、個数分布の平均粒子径（直径）は１．４μｍであ
った。次にこの分散液に増粘剤としてＰＶＡ（ＫＨ−２
０、日本合成化学工業製、重合度：２，０００、鹸化
度：７８．５〜８１．５）をＢＬ−０１０／（ＫＰ−０
６＋ＫＨ−２０）＝８３／１７（重量比）となる様に添
加して撹拌した。この分散液を用い、一方のＩＴＯ蒸着
ガラス基板上にドクターブレードを用いて塗付し乾燥さ
せて成膜を行なった。この液晶／高分子複合膜の膜厚は
４．３μｍであった。

【００２０】又、先の分散液を用いて、ＩＴＯ蒸着ＰＥ
Ｔフイルム上に、ドクターブレードを用いて塗付し乾燥
させて成膜を行なった。この液晶／高分子複合膜の膜厚
は４．１μｍであった。この様にして作製した基板とフ
ィルムを液晶／高分子複合膜面を対向させる様にして、
温度６０℃下でラミネーター（ＬＡＰ−３３０、日本オ
フィスラミネーター（株））を用いて積層した。得られ
た光変調素子は空気の混入もなく外観も良い光変調素子
であった。次に、ＬＣＤ−５０００（大塚電子（株）
製）を用いて電圧印加前後の透過率を測定した。尚、測
定条件として、集光角を２．７°、印加電圧を１ｋＨ
ｚ、８．４Ｖのサイン波とした。測定の結果、電圧印加
前の透過率は全面１．６％以下、電圧印加後の透過率は
全面５５．１％以上であった。

【００２１】実施例２ 細孔径（直径）０．２０μｍの多孔質ガラスを装着した
ＭＰＧ膜乳化システム（伊勢化学工業（株）製）を用い
て、以下の組成からＯ／Ｗ型エマルジョンを作製した。 油相： メタクリル酸メチル ６．００部 メタクリル酸 ２．００部 ネマチック液晶ＢＬ−０１０（メルク社製） １００．００部 アゾイソブチロニトリル ０．１６部 水相： ポリビニルアルコール（ＫＰ−０６、 ５．３０部 日本合成化学工業（株）製） 水 １００．７０部 このエマルジョンを７０℃で２０時間加熱することによ
って、液晶をメタクリル酸メチルメタクリル酸共重合体
でマイクロカプセル化した。実施例１と同様にして、マ
イクロカプセル化した液晶粒子の粒子径分布を測定した
結果、液晶粒子の体積分布の平均粒子径（直径）は１．
５μｍ、重量分布の平均粒子径（直径）１．３μｍ、そ
して個数分布の平均粒子径（直径）は１．３μｍであっ
た。

【００２２】遠心分離法によりカプセルを単離し、以下
の組成の電着液を調整した。 マイクロカプセル化液晶 ５０．０部 トリエチルアミン １．１部 水 ２２０．０部 ＩＴＯ透明導電膜付きガラス基板上に、２０Ｖ、３０秒
通電し、液晶／高分子複合膜を形成した。次いで、電極
基板を電着浴から引上げ、水洗後、６０℃で１時間乾燥
させた。得られた液晶／高分子複合膜の厚さは４．４μ
ｍであった。又、先の電着液を用いて、ＩＴＯ蒸着ＰＥ
Ｔフイルム上に、上記と同様にして電着塗装し乾燥させ
て成膜を行なった。この液晶／高分子複合膜の膜厚は
４．０μｍであった。

【００２３】この様にして作製した基板とフィルムを液
晶／高分子複合膜面を対向させる様にして、温度６０℃
下でラミネーター（ＬＡＰ−３３０、日本オフィスラミ
ネーター（株））を用いて積層した。得られた光変調素
子は空気の混入もなく外観も良い光変調素子であった。
次に、ＬＣＤ−５０００（大塚電子（株）製）を用いて
電圧印加前後の透過率を測定した。尚、測定条件とし
て、集光角を２．７°、印加電圧を１ｋＨｚ、８．４Ｖ
のサイン波とした。測定の結果、電圧印加前の透過率は
全面１．５％以下、電圧印加後の透過率は全面５５．３
％以上であった。

【００２４】実施例３ 液晶（Ｓ−６、メルク社製）１００部にＰＶＡ（ＥＧ−
０５、日本合成化学社製）の１０％水溶液５１０部を添
加して機械分散を行った。得られた液晶粒子の平均粒子
径（直径）は７．１μｍであり、１μｍ以下の粒子の割
合は５．１％であった。粒子径は、粒度分布計マイクロ
トラック ＭＫ−ＩＩＳＰＡ（ＬＥＥＤ＆ ＮＯＲＴＨ
ＲＡＰ社製）を用いて測定した体積分布における平均粒
子径である。上記の分散液をＩＴＯ付きＰＥＴ基板のＩ
ＴＯ側に、ドクターブレードを用いて塗布及び乾燥させ
て４．６μｍ厚みの液晶／高分子複合膜を形成した。Ｐ
ＥＴ製離型フィルム（ＭＣ−１９ 麗光社製）にドクタ
ーブレードを用いてトリメチロールプロパントリアクリ
レート（ＥＸＧ−４０−８、大日精化工業社製）を塗布
し、乾燥させた後、４Ｍｒａｄの電子線を照射して該ア
クリレートの架橋重合体を形成させた。膜厚は２．０μ
ｍであった。この膜面に上記の分散液をドクターブレー
ドを用いて塗布、乾燥させて液晶／高分子複合膜を形成
させた。膜厚は４．１μｍであった。

【００２５】このようにして作成した基板上及び離型フ
ィルム上の夫々の複合膜面を対向させるようにしてラミ
ネーター（ＬＡＰ−３３０、日本オフィスラミネーター
社製）で６５℃で積層した。離型フィルムを剥離した結
果、平滑な（Ｒａ＝０．０１μｍ）保護層を有する光変
調素子が得られた。この光学変調素子は、空気の混入も
なく、外観も良好であった。透過率を測定した結果、全
面で１．８％以下であった。次に、この素子をコロナワ
イヤー下を通して電界強度約５０Ｖ／μｍの電圧を印加
した後に透過率を測定した結果５６．２％であった。

【００２６】

【効果】以上の如き本発明によれば、導電性基板間にあ
るいは導電性基板と保護層間に液晶／高分子複合膜を挟
持する場合に、空気が混入して気泡が生じることがな
く、欠陥のないな液晶／高分子複合膜を用いた光変調素
子を作製することが出来る。

【００２７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光変調素子の製造方法の１例を図解的
に説明する図。

【図２】本発明の光変調素子の製造方法の１例を図解的
に説明する図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶粒子が高分子マトリックス中に分散
   してなる液晶／高分子複合膜を、少なくとも一方が透明
   である２枚の基板で挟持してなる光変調素子の製造方法
   において、液晶／高分子複合膜を２枚の基板上に夫々形
   成し、夫々の液晶／高分子複合膜面を対向させて両基板
   を貼り合わせることを特徴とする光変調素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記の２枚の基板が導電性基板である請
   求項１に記載の光変調素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記の基板の一方が導電性基板で、他方
   が透明な保護層である請求項１に記載の光変調素子の製
   造方法。
4. 【請求項４】 液晶がマイクロカプセル化されている請
   求項１に記載の光変調素子の製造方法。