JPH0675208A - 光変調素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高価な液晶分散液の浪費がなく、パタ−ンコ
−ティングを容易に行うことが出来、従って優れた特性
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／高分子複合膜を有する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）と増粘剤と消泡剤とからなり、（ＰＶＡ＋増
粘剤）／液晶の最終混合比（重量比）が５／９５〜５０
／５０である液晶／高分子複合膜であってパターン状に
形成されていることを特徴とする光変調素子。

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／高分子複合膜を有する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、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。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
分子複合膜を有する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／高分子複合膜を有する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−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、
電極基材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（５０％〜８５％）のものを用
いれば、電極基材の濡れ性に関しては、ブレ−ドコ−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
な分散液を余分に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−
ティングを行うには、従来の加工方法（ブレ−ドコ−テ
ィング等）を適用することが出来ないという問題があ
る。又、パターンコーティングが可能なスクリーン印刷
方法を使用すると、上記分散液がメッシュを通過する時
点で気泡が発生したり、粘度が低く且つチキソトロッピ
ック性がない為、スクリーン版の裏側へのインキの回り
込みが生じ、シャープで正確なパターンを形成すること
が出来ないという問題がある。従って、本発明の目的
は、上記従来技術の問題点を解決し、高価な液晶分散液
の浪費がなく、パタ−ンコ−ティングを容易に行うこと
が出来、従って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。

【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
有する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）と増粘剤と消泡剤
とからなり、（ＰＶＡ＋増粘剤）／液晶の最終混合比
（重量比）が５／９５〜５０／５０である液晶／高分子
複合膜であってパターン状に形成されていることを特徴
とする光変調素子及びその製造方法である。

【０００７】

【作用】液晶ＰＶＡ分散液中の液晶粒子の分散性は、加
工適性、特に電極基材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ＰＶＡの水溶液を用いて向上させ、液晶分散液
の流動特性を、適当な増粘剤、特に好ましくは重合度が
１，５００〜３，０００且つ鹸化度が５０％〜１００％
のＰＶＡ又は疎水性シリカ超微粒子を用いて改善し、且
つ粘度上昇による気泡の混入を消泡剤によって阻止する
ことによって、スクリーン印刷によるパターン成膜が容
易となり、加工適性、電気光学特性に優れた液晶／高分
子複合膜を有する光変調素子の作製が可能になった。

【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。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。

【０００９】

【表１】 各種ＰＶＡの鹸化度と重合度

【００１０】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

【００１１】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、電極基材に対する濡
れ性が悪く、加工適性が低下すると共に（表２）、液晶
／高分子複合膜の液晶粒子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及び６）、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（５０％〜
８５％）であれば、電極基材に対する濡れ性に関して
は、問題ないレベルに達するが、必要なところだけにパ
タ−ンコ−ティングするには、上記ＰＶＡでは粘度が低
い為、従来の加工方法を適用することが出来ない。

【００１２】この様な作用が、ＰＶＡの重合度及び分子
量によってもたらせるが、上述した様に、パタ−ンコ−
トする為には、一種類のＰＶＡだけでは、加工適性と電
気光学特性の両者を満足することは出来ない。そこで、
先ず、上記液晶を分散させたＰＶＡ水溶液に増粘剤を加
えて液晶分散液の粘度を上昇させ、加工適性を付与す
る。増粘剤は、ＰＶＡ以外の適当な水溶性ポリマーやチ
キソトロピック付与剤でもよいが、最も好適な増粘剤は
重合度１，５００〜３，０００且つ鹸化度５０％〜１０
０％のＰＶＡ又は疎水性シリカ超微粒子であり、特に後
者は分散液のチキソトロピック性付与に有効でる。かか
るＰＶＡの水溶液又は疎水性シリカ超微粒子を添加して
液晶のＰＶＡ分散液の粘度及びチキソトロッピック性を
上昇させ、更にスクリーン印刷時に気泡の発生を防止す
る為に消泡剤を添加する。消泡剤としては、特にシリコ
ーン系消泡剤が優れた効果を有し、シリコーン系のエマ
ルジョン型消泡剤としては、ＫＭ７１、ＫＭ７５、ＫＭ
８５、ＫＭ７３等（いずれも信越化学工業製）、ＳＭ５
５１２、ＳＨ５５１０、ＳＭ５５１１等（いずれもトー
レ・シリコン製）、及びシリコーン系の変性油型消泡剤
としては、ＫＳ６８、ＫＳ５０２、ＫＳ５０６等（いじ
れも信越化学工業製）等が挙げられ、該消泡剤は上記液
晶分散液に対して約０．１〜５重量％の量で使用するこ
とが好ましい。又、高分子系の非イオン界面活性剤でも
Ｈ．Ｌ．Ｂ．値が１〜８の消泡性を示すものも使用する
ことが出来る。尚、従来技術として、アルコール類を添
加することが一般的に知られているが、アルコール類で
は消泡効果が少なく、添加量の増加に伴い液晶エマルジ
ョンが破壊される為好ましくない。この様な塗工液組成
にすることによって、液晶分散液をスクリーン印刷によ
って電極基板の上の必要箇所にのみ塗布して、液晶高分
子複合膜をシャープなパターン状に形成することが出来
る。

【００１３】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＝２．５／９７．５〜１５／８５となる
様に添加して、機械的撹拌や超音波によって分散させる
のが好ましい。混合比が２．５／９７．５未満では、液
晶の分散不能となり、又、混合比が１５／８５を越える
と液晶粒子の分散性が悪くなる。

【００１４】次に、加工適性を向上させる増粘剤として
は、重合度１，５００〜３，０００且つ鹸化度５０％〜
１００％のＰＶＡ又は疎水性シリカ超微粒子を好ましく
用いることが出来る。このとき、機械的分散や超音波分
散では、第１工程において分散された液晶粒子の粒子径
分布が破壊される為、振とうの様な穏やかな条件で均一
な分散水溶液とする必要がある。更にスクリーン印刷す
る前に適当な消泡剤を添加し、最終分散液として、トー
タルのＰＶＡ（又はＰＶＡとシリカ）がＰＶＡ／液晶＝
５／９５〜５０／５０となる様に添加する。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、トータルのＰＶＡ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。トータルのＰＶＡの最終濃度
は、１０重量％〜６０重量％となる様に調製することが
好ましい。１０重量％未満では粘度が低くなりすぎ、６
０重量％を越えると粘度が高くなりすぎ、取り扱いが困
難となる。

【００１５】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。

【００１６】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、ＰＨＡＲ
ＭＴＥＣＨ ＪＡＰＡＮ４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、１〜４μ
ｍの範囲であることが更に好ましい。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スクリーン印
刷方法で前記エマルジョンをパターン状に塗布及び乾燥
する方法である。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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】

【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）を超音波分散した後、ＫＨ−１７
（日本合成化学工業製、重合度：約１，７００、鹸化
度：７８．５〜８１．５）の１０重量％水溶液を添加し
て、最終的にＰＶＡ／液晶＝２０／８０（重量比）とな
る様に液晶のＰＶＡ分散水溶液を作製した。この分散液
から得られた液晶／高分子複合膜の電気光学特性は、Ｋ
Ｐ−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から得られたものと比較し
て、劣ることはなくむしろ優れている（図６）。この分
散液に消泡剤（ＫＭ−７１、信越化学工業製）を分散液
の３重量％の割合で添加した。この分散液を用いスクリ
−ン印刷で素子基板上にパターン状に印刷し、乾燥させ
て成膜を行なったところ、印刷時に気泡の発生がなく又
版の裏面に液の回り込みもなくエッジがシャープで正確
なパターン膜が形成された。次いでシール剤層を設けた
対向電極基材を貼り合わせて本発明の光変調素子を得
た。

【００２０】実施例２ ＫＰ−０６（日本合成化学工業製、重合度：約８００、
鹸化度：７１．０〜７５．０％）の１０重量％水溶液
に、Ｅ−４４（メルク社製）を、ＫＰ−０６／Ｅ−４４
＝２０／８０（ｗ／ｗ）となる様に添加し、超音波分散
方法で分散させた後、アエロジル３８０を５重量％添加
して撹拌した後、消泡剤（ＫＭ−７１、信越化学工業
製）を分散液の３重量％の割合で添加して、液晶のＰＶ
Ａ分散水溶液を作製した。この分散液から実施例１と同
様にして得られたパターン状の液晶／高分子複合膜を有
する液晶光学素子はその加工性及び電気光学特性ともに
優れていた。

【００２１】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、スクリーン印
刷によってパタ−ンコ−トを行ったが、分散液の粘度が
極めて低い為、版の裏への分散液の裏移りやスキ−ジで
印刷したときの膜厚の均一性等に問題があった。 比較例２ ＫＰ−０６の１０重量％水溶液にＥ−４４を、ＫＰ−０
６／Ｅ−４４＝１５／８５（重量比）となる様に添加
し、膜乳化方法で分散且つ成膜したものは、電気光学特
性にも劣り、同様の方法でコーティングしても形成され
た膜には均一性の問題があった。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、素子基板上の必要なとこ
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、素子作成コスト低減を達成
することが出来る。又、エマルジョンの塗布ムラによる
視認性の低下や対向電極基材の貼り合せ不良等も改善す
ることが出来る。一方、高分子量のＰＶＡや疎水性シリ
カ超微粒子を併用する為、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。

【００２３】

【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。

【図６】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／高分子複合膜を有する光変調素子におい
   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）と増粘剤と消泡剤とからなり、（ＰＶＡ＋
   増粘剤）／液晶の最終混合比（重量比）が５／９５〜５
   ０／５０である液晶／高分子複合膜であってパターン状
   に形成されていることを特徴とする光変調素子。
2. 【請求項２】 増粘剤が、重合度１，５００〜３，００
   ０且つ鹸化度５０％〜１００％のＰＶＡ又は疎水性シリ
   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】 消泡剤が界面活性剤である請求項１に記
   載の光変調素子。
4. 【請求項４】 液晶粒子が高分子マトリックス中に分散
   してなる液晶／高分子複合膜を有する光変調素子の製造
   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
   中に分散した後、更に増粘剤及び消泡剤を、（ＰＶＡ＋
   増粘剤）／液晶の最終混合比（重量比）が５／９５〜５
   ０／５０となる様に添加してなる液晶エマルジョンを用
   い、スクリーン印刷によって電極基材上にパターン状に
   成膜し、次いでシール剤層を設けた対向電極基材を貼り
   合わせる工程を含むことを特徴とする光変調素子の製造
   方法。
5. 【請求項５】 増粘剤が、重合度１，５００〜３，００
   ０且つ鹸化度５０％〜１００％のＰＶＡ又は疎水性シリ
   カ超微粒子である請求項４に記載の光変調素子の製造方
   法。
6. 【請求項６】 消泡剤が界面活性剤である請求項４に記
   載の光変調素子の製造方法。