JP3271025B2 - 高分子分散型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高分子分散型液晶表示装
置（以下単に液晶表示装置という）に係り、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
を使用した液晶表示装置に関する。

【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、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。

【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。既に、次に示す様な技術が開示されている。
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
には、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。

【０００４】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。相分離状態を固定する方法としてはエポキシ樹
脂中に液晶を分散した後、硬化する方法（特表昭６１−
５０２１２８号公報）、紫外線硬化樹脂中に液晶を分散
した後硬化する方法（特表昭６２−２２３１号公報）が
開示されている。膜形成時に液晶を相分離させる方法と
しては、硬化中に相分離させる方法、溶媒蒸発中に相分
離させる方法、及び熱可塑性樹脂の冷却過程で相分離さ
せる方法が、特表昭６３−５０１５１２号公報において
開示されているが、更に改良を加えた技術が種々報告さ
れている。

【０００５】硬化中に相分離させる方法としては、液晶
と紫外線硬化性樹脂混合系において硬化中に液晶を相分
離させる方法（特開昭６３−２７１２３３号公報、特開
平１−２５２６８９号公報）、液晶と熱硬化型エポキシ
樹脂混合系において加熱硬化中に液晶を相分離させる方
法（特開昭６３−２８７８２０号公報、特開平１−２９
９０２２号公報）等がある。溶媒蒸発中に相分離させる
方法としては、活性水酸基を有するアクリル樹脂をマト
リックスとするもの（特開平１−２３０６９３号公
報）、セルロースアセテートをマトリックスとするもの
（特開昭６３−１２４０２５号公報）、液晶と相溶性の
ない樹脂をマトリックスとするもの（特開昭６３−４３
９９３号公報）等がある。

【０００６】

【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液晶／高分子複合膜が
得られないという問題がある。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８０〜９０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、液晶表示装
置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表示装置における液
晶／高分子複合膜中に気泡が全く含有していない表示特
性に優れた液晶表示装置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、少なくとも一方
が透明な一対の電極基板間に液晶／高分子複合膜を挟持
してなる液晶表示装置において、上記液晶／高分子複合
膜が、電極基板面に形成され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に高分子分散液
晶エマルジョンから形成され且つ二色性色素によって着
色され、且つ該液晶／高分子複合膜面に導電層が形成さ
れていることを特徴とする液晶表示装置及びその製造方
法である。

【０００９】

【作用】本発明の液晶表示装置は、透明基板面に所定の
高さの隔壁を備えて、隔壁で区画された区画室内に液晶
エマルジョンをスキージ法で充填することが出来るの
で、任意の粘度の材料を利用することが出来、且つ極め
て容易に高精度の厚さで塗布し、区画室内に均一な厚み
の液晶／高分子複合膜を形成させることが出来る。更
に、非画素領域（必要な区画室外）の液晶エマルジョン
は隔壁によって排除されるので、表示部のみに高価な液
晶エマルジョンを利用することが出来ること等の利点が
あり、更に液晶エマルジョンの塗布の容易さから、従来
から可能性が論じられながら実現しなかった高分子材料
やフイルムからなる電極基板でも簡単に液晶表示装置の
作製が可能であり、液晶表示装置の大幅なコストダウン
が可能である。

【００１０】又、各区画室毎に液晶／高分子複合膜を異
なる色相の二色性色素によって着色することが容易なこ
とから、パターン毎に任意の色表示や多色表示が簡単に
なり、従来のＴＮ型やＳＴＮ型では表現することが出来
なかった反射型カラー表示パネルも安価に供給すること
が出来る。又、簡単な文字やパターン表示を行うスタテ
ィック型表示装置は勿論のこと、パソコンやワープロの
表示装置、カラーテレビ、その他の大容量の単色又はカ
ラーからなるアクティブマトリックス型の表示装置の様
な高精度表示装置に対しても同様に本発明を利用するこ
とが出来、且つ大面積表示装置の製造も可能となるの
で、従来の液晶表示装置の製造で最も大きな弱点であっ
た大面積化も容易に達成すること出来る等の広範囲な対
応が可能である。

【００１１】

【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実施態様の液晶表示装置の構成とその
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の表面にはＩＴＯ膜等の
透明導電膜２が形成されており、透明導電膜２上には、
該膜面を任意の領域に区画する電気絶縁性の隔壁３が設
けられている。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。

【００１２】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。隔壁の形成材料としては、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されるが望ましく、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、２５μ
ｍ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。

【００１２】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。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
て逐次設定することが好ましい。本発明の液晶表示装置
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
る隔壁の間隔が大きく、表示部内部に隔壁を設ける時に
は、液晶エマルジョンの塗布時におけるスキージ圧力に
耐え得る幅である必要があるが、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１０〜５０μ
ｍである。

【００１４】次に、上記隔壁３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５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６で表面
を平坦化し且つ乾燥することによって、各区画室内に同
一の色相の液晶／高分子複合膜が形成される。各区画室
内に異なる色相の液晶／高分子複合膜を形成する場合に
は、図１（２）に示す様に、隔壁３を設けた基板面に、
隔壁と同調した複数の開口部を有するメタル製等のマス
ク４を重ね、気泡を十分に取り除いた液晶エマルジョン
５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６で表面を平坦化し、この操作を色相の異なる
液晶エマルジョン毎に行うことによって、各区画室内に
異なる色相の液晶／高分子複合膜が形成される。

【００１５】マスクとしては、いずれのマスクを用いて
もよいが、例えば、メタルマスクを使用する場合には、
メタルマスクの開口部の大きさは、エマルジョンを充填
する隔壁間の幅と同調しているのが望ましいが、隔壁の
性質によっては、形成される液晶／高分子複合膜のエッ
ジの***を生じさせたりするので、その場合には、マス
クの開口部は隔壁によって区画される区画室の大きさよ
りも若干小さくすることでエッジの***を無くすること
が出来る。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。

【００１６】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
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十分な着色が出来な
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。

【００１７】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。例えば、ポリビニルアルコール水溶
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、PHARMTECH JAPAN ４巻、１０号（１９
８８）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。

【００１８】図１（３）に示す様に、区画室内に充填さ
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と、体積が減少した
液晶／高分子複合膜７が得られる。次に図１の矢印
（４）で示す様に、前記工程（３）で充填されなかった
区画室に整合した開口部を有する別のパターンのマスク
と、二色性色素によって異なる色に着色された液晶エマ
ルジョンを用いて上記及びの操作を繰り返すことに
よって、複数色の二色性色素によって着色された液晶／
高分子複合膜が透明導電膜面に区画室毎に形成される。

【００１９】必要な区画室に全て液晶エマルジョンが充
填された状態で、液晶エマルジョンを乾燥することによ
り、図１（５）に示す様に、液晶／高分子複合膜７が形
成されるが、液晶／高分子複合膜７は乾燥によって体積
が減少しており、液晶／高分子複合膜の面は隔壁３の頂
部より低くなる。この部分に図１（５）に示す様にペー
スト状導電剤８をスキージ９によって充填する。このペ
ースト状導電剤としては、一般に市販されている銀ペー
スト等を用いてもよいが、有機溶剤の含有率が高いもの
や、熱硬化タイプでは、その乾燥或は硬化時に液晶／高
分子複合膜が破壊される虞がある。そこで無溶剤タイプ
や常温硬化タイプのペースト状導電剤が望ましい。次に
図１（６）に示す様に、透明導電膜１０を形成した対向
基板１１の透明導電膜面を上記導電剤面に密着させ、そ
のまま密着硬化させることによって本発明の液晶表示装
置が完成する。

【００２０】

【００２１】

【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、ドライフイルムフォトレジスト（サン
ノプコ（株）製、Ｆ−１０２５、２５μｍ厚）をラミネ
ート機を用いてラミネートし、マスクパターンを重ねて
紫外線照射し、現像して隔壁を作製した。得られた隔壁
間の凹部に二色性色素（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（Ｅ−４４、
メルク社製）をＰＶＡ水溶液に分散させたエマルジョン
を注ぎ、スクリーン印刷用のスキージを用いて表面を平
坦化した。室温で１昼夜乾燥させた後、体積減少で生じ
た凹部に酸化チタンで白く着色した導電剤をスキージに
よって充填させた後風乾し、本発明の液晶表示装置を得
た。得られた表示装置は、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、液晶／高分子膜が無
色透明になり、白の下地に青のパターンが反射型で鮮明
に表示された。

【００２２】

【００２３】実施例２ １００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍのＩＴＯ付きガラ
スのＩＴＯ側に、ドライフイルムフォトレジスト（サン
ノプコ（株）製、Ｆ−１０２５、２５μｍ厚）をラミネ
ート機を用いてラミネートし、マスクパターンを重ねて
紫外線照射し、現像して隔壁を作製した。得られた隔壁
間の凹部に二色性色素（Ｍ−１３７、三井東圧染料
（株）製）を溶解させたネマチック液晶（ＢＬ−９０、
メルク社製）をＰＶＡ水溶液に分散させたエマルジョン
をメタルマスクを重ねた上から注ぎ、スクリーン印刷用
のスキージを用いて表面を平坦化した。室温で数時間乾
燥させた後、同様にして２色性色素（Ｓ−４２１、三井
東圧染料（株）製）で着色したエマルジョンを別のメタ
ルマスクの上から同様にコーティングした。乾燥後更に
２色性色素（Ｓ−４２６、三井東圧染料（株）製）で着
色したエマルジョンを別のメタルマスクの上から同様に
コーティングし、室温で１昼夜乾燥させた後、体積減少
で生じた凹部に導電剤をスキージによって充填させた後
風乾し、本発明の液晶表示装置を得た。得られた表示装
置は、電圧を印加しなければ赤、青及び緑に着色された
不透明なものであるが、全体に電圧を印加すると、全体
が無色透明になり、又、パターン毎に電圧の印加及び無
印加を選択すると様々な色模様のパターンを表示するこ
とが出来た。

【００２４】

【００２５】

【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
液晶表示装置における液晶／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表示装置を提供
することが出来る。

【００２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好ましい１実施態様の液晶表示装置
の構成とそ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 ２，１０：透明導電膜 ３：隔壁 ４：マスク ５：液晶エマルジョン ６，９：スキージ ７：液晶／高分子複合膜 ８：導電剤ペースト １１：対向基板

フロントページの続き (72)発明者 安藤 雅之 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−84121（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−284418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−15223（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−328523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−231930（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−90128（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−308679（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−297382（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−289069（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334 G02F 1/13 101 B41M 1/12

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が透明な一対の電極基板
   間に液晶／高分子複合膜を挟持してなる高分子分散型液
   晶表示装置において、上記液晶／高分子複合膜が、電極
   基板面に形成され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に高分子分散液晶エマルジ
   ョンから形成され且つ二色性色素によって着色され、且
   つ該液晶／高分子複合膜面に導電層が形成されているこ
   とを特徴とする高分子分散型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 液晶／高分子複合膜が各区画室毎に色相
   の異なる二色性色素によって着色されている請求項１に
   記載の高分子分散型液晶表示装置。
3. 【請求項３】 隔壁が光不透過性である請求項１又は２
   に記載の高分子分散型液晶表示装置。
4. 【請求項４】 少なくとも一方が透明な一対の電極基板
   間に液晶／高分子複合膜を挟持させてなる高分子分散型
   液晶表示装置の製造方法において、電極基板面に電気絶
   縁性材料からなる隔壁によって複数の区画室を形成し、
   該複数の区画室に整合したマスクを重ね、マスクの開口
   部を通して二色性色素で着色された高分子分散液晶エマ
   ルジョンを上記選択された区画室内に充填及び乾燥して
   区画室内に液晶／高分子複合膜を形成する工程、及び該
   液晶／高分子複合膜に導電性ペーストから導電層を形成
   する工程を含むことを特徴とする液晶／高分子複合膜の
   製造方法。
5. 【請求項５】 マスクの開口部の大きさが区画室の大き
   さよりも小さい請求項４に記載の高分子分散型液晶表示
   装置の製造方法。