JPH0634954A - 光変調素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パタ−ンコーティングを容易に行うことが出
来、又、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コーテイングを容易に行うこと
が出来、その結果優れた特性を有する光変調素子及びそ
の製造方法を提供すること。 【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／高分子複合膜を用いた光変調素子において、
該複合膜が、液晶粒子と、重合度が３００〜１，２００
且つ鹸化度が５０％〜８５％のポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）と、シリカ超微粒子とからなり、ＰＶＡ／液
晶の混合比（重量比）が５／９５〜５０／５０である液
晶／高分子複合膜を用いることを特徴とする光変調素
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、電界や熱に対して応答
性を有し、各種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及びその製造方法
に関するものであり、本発明の光変調素子は、調光パネ
ル、ディスプレイ、記録媒体等に幅広く応用することが
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枚の偏光板が必要である為、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、低コスト化等には限界がある。

【０００３】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に分散させた液晶／高
分子複合膜を用いた光散乱機構に基づく光変調素子の応
用が期待され、その研究開発が活発化してきた。既に、
液晶／高分子複合膜を用いた光変調素子及びその製造方
法が多数開示されているが、その一つとして、液晶をポ
リビニルアルコール（ＰＶＡ）水溶液で分散したエマル
ジョンから作製する方法（特公平３−５２８４３号公
報）を挙げることが出来る。この方法で作製された光変
調素子は、二色性染料を添加することによってコントラ
スト比を向上させるが可能である、電圧ＯＦＦ時の透過
率が低い等の特徴を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとしている問題点】上記の液晶のＰ
ＶＡ分散水溶液から作製された光変調素子は、上述した
様な特徴を有しているが、液晶のＰＶＡ分散水溶液は、
電極基板に対する濡れ性が悪く、光変調素子に用いるこ
とが出来る、均一な液晶／高分子複合膜を形成すること
が困難である。ＰＶＡとして、適度な重合度（３００〜
１，２００）及び鹸化度（８５％〜５０％）のものを用
いれば、電極基板の濡れ性に関しては、ブレ−ドコーテ
ィングによって問題ないレベルに成膜可能であるが、塗
膜エッジ、塗り始め及び塗り終わりの塗布ムラや、高価
な余分な分散液を使用するという問題がある。

【０００５】又、上記ＰＶＡの水溶液は粘度が低い為、
該水溶液に液晶を乳化させたエマルジョンで、電極基板
上の必要なところにのみ複合膜を形成するパタ−ンコー
ティングを行うには、従来の加工方法（ブレ−ドコーテ
ィング等）を適用することが出来ないという問題があ
り、又、メッシュのないスクリーン印刷や電極基板上に
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方法を用いて
も、同様に粘度が低い為、版の裏面への分散液の裏回り
や区画室内の中心部の膜へこみ等の問題点がある。

【０００６】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−ンコーティングを容易に行うこ
とが出来、又、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コーテイングを容易に行
うことが出来、その結果優れた特性を有する光変調素子
及びその製造方法を提供することである。

【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
用いた光変調素子において、該複合膜が、液晶粒子と、
重合度が３００〜１，２００且つ鹸化度が５０％〜８５
％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と、シリカ超微粒
子とからなり、ＰＶＡ／液晶の混合比（重量比）が５／
９５〜５０／５０である液晶／高分子複合膜を用いるこ
とを特徴とする光変調素子、及びその製造方法である。

【０００８】

【作用】液晶のＰＶＡ分散液の分散性は、加工適性、特
に電極基板に対する濡れ性だけでなく、電気光学特性に
も大きな影響を及ぼす。そこで、液晶の分散性を重合度
が３００〜１，２００且つ鹸化度が５０％〜８５％のＰ
ＶＡの水溶液を用いて向上させ、液晶分散液の流動特性
を、適当なシリカ超微粒子、特に好ましくは疎水性シリ
カ超微粒子を添加して改善することによって、加工適性
及び電気光学特性に優れた液晶／高分子複合膜の作製が
可能になった。

【０００９】即ち、先ず、液晶を重合度３００〜１，２
００且つ鹸化度５０％〜８５％のＰＶＡの水溶液中に分
散させた後、そこに、適当なシリカ超微粒子、例えば、
疎水性シリカ超微粒子を１〜１０重量％添加して作製さ
れた液晶のＰＶＡ分散液を用い、例えば、メッシュのな
いメタルスクリーン印刷及び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。

【００１０】

【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。下記表１と図１に示す様
に、ＰＶＡの重合度及び鹸化度によってその水溶液の表
面張力は異なってくる。即ち、ＰＶＡの重合度及び鹸化
度によって、ＰＶＡが液晶を分散する能力に差が生じ
る。この様に重合度が低い程、又、鹸化度が低い程、Ｐ
ＶＡが液晶を分散する能力が高くなる。

【００１１】

【表１】 各種ＰＶＡの鹸化度と重合度

【００１２】その結果、下記表２に示す各種ＰＶＡの水
溶液を用いて液晶（Ｅ−４４）を分散したとき、各ＰＶ
Ａによって液晶粒子の分散性は異なり、液晶粒子の粒子
径分布は、図２及び図３に示した様に変化する。

【表２】 各種ＰＶＡの液晶（Ｅ−４４）分散系におけ
るＰＶＡの構造と加工適性

【００１３】一方、ＰＶＡの鹸化度が高いと、液晶粒子
の分散性が悪くなり、水相中に液晶が存在する割合が増
加すると共に、粒子径分布が広く、粒子径が大きくな
る。その結果、分散性の悪い場合、電極基板に対する濡
れ性が悪く、加工適性が低下すると共に（表２）、液晶
／高分子複合膜の粒子径分布が広く、粒子径が大きくな
る為（図４）、電気光学特性も低下する（図５）。又、
ＰＶＡの重合度が大きい場合も、液晶粒子の分散性が悪
く、粒子径分布が広く、粒子径も大きくなり、電気光学
特性は低下するが（図５）、粘度が高くなる為、加工適
性は良くなる。この様な中で、適度な重合度（３００〜
１，２００）及び鹸化度（８５％〜５０％）のＰＶＡで
あれば、電極基板の濡れ性に関しては、問題のないレベ
ルに達するが、必要なところだけにパタ−ンコーティン
グするには、上記ＰＶＡでは粘度が低く、チキソトロピ
ック性を有していない為、従来の加工方法を適用するこ
とが出来ない。

【００１４】とかろが、上述した様な電気光学特性に優
れた液晶のＰＶＡ分散液にシリカ微粒子を１〜１０重量
％添加することによって、チキソトロピック性が付与さ
れ、加工適性と電気光学特性の両者を満足させることが
出来る。この加工適性を付与した分散液を用い、例え
ば、メッシュのないメタルスクリーン印刷及び電極基板
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。

【００１５】更に詳しく説明すると、先ず、電気光学特
性を満足させる様な、液晶を分散するＰＶＡとしては、
重合度３００〜１，２００且つ鹸化度５０％〜８５％の
ものが用いられる。重合度３００未満では、液晶／高分
子複合膜としてＰＶＡの力学的強度が不足する。重合度
が１，２００越えると、液晶の分散性が悪くなる。分散
条件としては、ＰＶＡの１〜１５重量％水溶液に、液晶
をＰＶＡ／液晶＝５／９５〜５０／５０となる様に添加
して、膜乳化方法、機械的撹拌、超音波等によって分散
させるのが好ましい。特に膜乳化方法によって分散させ
ることによって、液晶滴の粒径が均一となり、形成され
る膜の電気光学特性に優れたものが得られる。ＰＶＡの
使用量が５／９５未満では、膜としての強度が維持出来
ず、得られる素子の光散乱能が低下する。又、ＰＶＡの
使用量がＰＶＡ／液晶＝５０／５０を越えると素子の駆
動電圧が高くなり、応答性が悪くなる。

【００１６】次に、加工適性を向上させるシリカ微粒子
としては、表面が疎水性処理されている疎水性シリカ微
粒子が好ましく、かかる疎水性シリカ微粒子としては、
アエロジル（日本アエロジル社製商品名）として市販さ
れている。、例えば、粒子径７〜５０μｍのＡＥＲＯＳ
ＩＬ １３０、２００、３００、ＯＸ５０等の商品名で
入手して本発明で使用することが出来る。添加量は１重
量％〜１０重量％の範囲が好ましく、この範囲外では、
十分なチキソトロピック性を付与することが出来ない。

【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。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乳化方法や、膜乳化法（中
島忠夫・清水政高、ＰＨＡＲＭＴＥＣＨ ＪＡＰＡＮ
４巻、１０号（１９８８）参照）等の乳化方法が有効で
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、１〜４μｍの範囲であることが更に
好ましい。

【００１８】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、適当な電
極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、電極基板全
面に液晶高分子複合膜を形成する場合には、通常の塗布
方法でもよい。しかしながら、基板の所定位置又は所定
部分のみに均一な複合膜をパターン状の形成する場合に
は、メッシュのないメタルスクリーンを用いてコーティ
ングしたり、又、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区画室に液晶エマルジ
ョン充填する場合にはメッシュのないメタルスクリーン
版とスキージを用いる方法等を用いることが望ましい。
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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】

【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 ＫＰ−０６（日本合成化学工業製、重合度：約６００、
鹸化度：７１．０〜７５．０）の５重量％水溶液に、Ｅ
−４４（メルク社製）をＰＶＡ／液晶の混合比が２０／
８０（ｗ／ｗ）となる様に添加して超音波で分散した。
この分散液にＡＥＲＯＳＩＬ ３８０を５重量％添加し
て目的とするチキソトロピック性を有する液晶分散液を
作製した。上記液晶分散液を用い、メッシュのないメタ
ルスクリーン印刷で素子基板上に成膜を行なった結果良
好なパタ−ンコートが出来た。

【００２２】比較例１ ＫＰ−０６の１０重量％水溶液にＥ−４４をＫＰ−０６
／Ｅ−４４＝２０／８０（ｗ／ｗ）となる様に添加し、
超音波分散して得られた分散液を用いて、素子基板上に
メッシュのないパタ−ンコートを行ったが、粘度が極め
て低い為、版の裏への分散液の裏回りやスキ−ジで印刷
したときの膜厚の均一性等に問題があった。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、基板素子上の必要なとこ
ろだけに、液晶／高分子複合膜を形成することが出来、
パタ−ンニングされた、従来にない光変調素子を作製す
ることが出来るだけでなく、素子のコスト低減を達成す
ることが出来る。又、液晶分散液の塗布ムラによる視認
性の低下や対向電極基板の貼り合せ不良等も改善するこ
とが出来る。一方、超微粒子シリカを用いる為、液晶／
高分子複合膜の力学的強度が向上し、電気光学特性の安
定化にも効果がある。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＶＡの鹸化度及び分子量とＰＶＡ水溶液の表
面張力との関係（４％ＰＶＡ水溶液、測定温度２０℃）
を説明する図。

【図２】各種ＰＶＡ中の液晶粒子の粒子径分布を説明す
る図。

【図３】各種ＰＶＡ中の液晶粒子の粒子径分布を説明す
る図。

【図４】液晶／各種ＰＶＡ複合膜の構造を説明する図。

【図５】液晶／各種ＰＶＡ複合膜の電界応答性を説明す
る図。

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

【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】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＶＡの鹸化度及び分子量とＰＶＡ水溶液の表
面張力との関係（４％ＰＶＡ水溶液、測定温度２０℃）
を説明する図。

【図２】各種ＰＶＡ中の液晶粒子の粒子径分布を説明す
る図。

【図３】各種ＰＶＡ中の液晶粒子の粒子径分布を説明す
る図。

【図４】液晶／各種ＰＶＡ薄膜の構造を説明する写真。

【図５】液晶／各種ＰＶＡ複合膜の電界応答性を説明す
る図。

Claims (6)

【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／高分子複合膜を用いた光変調素子におい
   て、該複合膜が、液晶粒子と、重合度が３００〜１，２
   ００且つ鹸化度が５０％〜８５％のポリビニルアルコー
   ル（ＰＶＡ）と、シリカ超微粒子とからなり、ＰＶＡ／
   液晶の混合比（重量比）が５／９５〜５０／５０である
   液晶／高分子複合膜を用いることを特徴とする光変調素
   子。
2. 【請求項２】 シリカ超微粒子が、疎水性シリカ超微粒
   子である請求項１に記載の光変調素子。
3. 【請求項３】 液晶粒子が高分子マトリックス中に分散
   してなる液晶／高分子複合膜を用いた光変調素子の製造
   方法において、上記複合膜を、液晶を重合度が３００〜
   １，２００且つ鹸化度が５０％〜８５％のＰＶＡ水溶液
   中に、ＰＶＡ／液晶の混合比（重量比）が５／９５〜５
   ０／５０となる様に添加分散させた後、シリカ超微粒子
   を添加して得られる液晶エマルジョンを成膜する工程を
   含むことを特徴とする光変調素子の製造方法。
4. 【請求項４】 シリカ超微粒子が、疎水性シリカ超微粒
   子である請求項１に記載の光変調素子の製造方法。
5. 【請求項５】 液晶エマルジョンの成膜を、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
   −ン塗布した後、乾燥し、シ−ル材を形成した対向電極
   基板を貼り合せて行う請求項３に記載の光変調素子の製
   造方法。
6. 【請求項６】 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３に記載の光変調素子の製造
   方法。