JP2010145727A - Optical modulator element and method of driving the same - Google Patents
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光変調素子および光変調素子の駆動方法に関する。 The present invention relates to a light modulation element and a method for driving the light modulation element.
紙パルプの原料である森林資源の破壊や、ごみの廃却、焼却による環境汚染などから、オフィスを中心とする大量の紙の消費が問題になっている。しかしながら、パーソナルコンピュータの普及、インターネットを始めとする情報化社会の発達により、電子情報の一時的な閲覧を目的とする、いわゆる短寿命文書としての紙の消費は、益々増加する傾向にあり、紙に代わる書き換え可能な表示媒体の実現が望まれている。 Consumption of a large amount of paper, especially in offices, has become a problem due to destruction of forest resources, which are raw materials for paper pulp, waste disposal, and environmental pollution caused by incineration. However, with the spread of personal computers and the development of the information society such as the Internet, the consumption of paper as a so-called short-lived document for the purpose of temporary browsing of electronic information tends to increase more and more. It is desired to realize a rewritable display medium that can replace the above.
ところで、コレステリック光変調素子は無電源で表示を保持できるメモリ性を有すること、偏光板を使用しないため明るい表示が得られること、カラーフィルターを用いずにカラー表示が可能なことなどの特長を有することから近年注目を集めている。 By the way, the cholesteric light modulation element has a memory property that can hold a display with no power supply, a bright display can be obtained because a polarizing plate is not used, and a color display can be performed without using a color filter. That has attracted attention in recent years.
液晶分子が螺旋構造を持つコレステリック液晶は、入射した光を右円偏光と左円偏光に分け、螺旋の捩じれ方向の円偏光成分をブラッグ反射し、残りの光を透過させる選択反射現象を起こす。反射光の中心波長λ、および反射波長幅Δλは、螺旋ピッチをp、平均屈折率をn、複屈折率をΔnとすると、それぞれλ=n・p、Δλ=Δn・pで表され、コレステリック液晶層による反射光は螺旋ピッチに依存した鮮やかな色を呈する。 A cholesteric liquid crystal in which liquid crystal molecules have a spiral structure divides incident light into right circularly polarized light and left circularly polarized light, causes a circularly polarized component in the twisted direction of the spiral to Bragg, and causes a selective reflection phenomenon that transmits the remaining light. The center wavelength λ of reflected light and the reflected wavelength width Δλ are expressed as λ = n · p and Δλ = Δn · p, respectively, where the helical pitch is p, the average refractive index is n, and the birefringence is Δn. The reflected light from the liquid crystal layer exhibits a vivid color depending on the helical pitch.
正の誘電異方性を有するコレステリック液晶は、図3(A)に示すように、螺旋軸がセル表面に垂直になり、入射光に対して上記の選択反射現象を起こすプレーナ状態、図3(B)に示すように、螺旋軸がセル表面に平行になり、入射光を少し前方散乱させながら透過させるフォーカルコニック状態、および図3(C)に示すように、螺旋構造がほどけて液晶ダイレクタが電界方向を向き、入射光を透過させるホメオトロピック状態、の3つの状態を示す。 As shown in FIG. 3A, the cholesteric liquid crystal having positive dielectric anisotropy has a planar state in which the spiral axis is perpendicular to the cell surface and causes the selective reflection phenomenon described above with respect to incident light. As shown in FIG. 3B, the helical axis is parallel to the cell surface and the incident light is transmitted while being slightly scattered forward, and as shown in FIG. Three states are shown: a homeotropic state in which the electric field direction is directed and incident light is transmitted.
上記の3つの状態のうち、プレーナ状態とフォーカルコニック状態は、無電圧で双安定に存在することができる。したがって、コレステリック液晶の配向状態は、液晶層に印加される電圧に対して一義的に決まらず、プレーナ状態が初期状態の場合には、印加電圧の増加に伴って、プレーナ状態、フォーカルコニック状態、ホメオトロピック状態の順に変化し、フォーカルコニック状態が初期状態の場合には、印加電圧の増加に伴って、フォーカルコニック状態、ホメオトロピック状態の順に変化する。一方、液晶層に印加した電圧をゼロにした場合には、プレーナ状態とフォーカルコニック状態はそのままの状態を維持し、ホメオトロピック状態はプレーナ状態に変化する。そして、印加するパルス電圧の高さによって上記3つの状態を相互に遷移させることができる。 Of the above three states, the planar state and the focal conic state can exist bistable without voltage. Therefore, the alignment state of the cholesteric liquid crystal is not uniquely determined with respect to the voltage applied to the liquid crystal layer. When the planar state is the initial state, the planar state, the focal conic state, When the focal conic state is the initial state, the focal conic state and the homeotropic state are changed in this order as the applied voltage increases. On the other hand, when the voltage applied to the liquid crystal layer is reduced to zero, the planar state and the focal conic state are maintained as they are, and the homeotropic state is changed to the planar state. Then, the above three states can be shifted to each other depending on the height of the applied pulse voltage.
この電気光学応答を示したものが図4である。図4中、曲線Aは初期状態がプレーナ状態の場合を示し、曲線Bは初期状態がフォーカルコニック状態の場合を示す。 This electro-optic response is shown in FIG. In FIG. 4, curve A shows the case where the initial state is the planar state, and curve B shows the case where the initial state is the focal conic state.
図4において(a)で示す領域はプレーナ状態またはフォーカルコニック状態(選択反射状態または透過状態)を、(b)で示す領域は遷移領域を、(c)で示す領域はフォーカルコニック状態(透過状態)を、(d)で示す領域は遷移領域を、(e)で示す領域はホメオトロピック状態を示し、ホメオトロピック状態で電圧を0にするとプレーナ状態(選択反射状態)に変化する。また、Vpf,90 、Vpf,10 、Vfh,10 、Vh,90とは、前記の2つの遷移領域の前後において、正規化反射率が90または10になる電圧(正規化反射率が90以上を選択反射状態とし、10以下を透過状態とする)を意味する。 In FIG. 4, the region indicated by (a) is a planar state or focal conic state (selective reflection state or transmission state), the region indicated by (b) is a transition region, and the region indicated by (c) is a focal conic state (transmission state). ), The region indicated by (d) indicates the transition region, the region indicated by (e) indicates the homeotropic state, and when the voltage is set to 0 in the homeotropic state, the region changes to the planar state (selective reflection state). In addition, Vpf, 90, Vpf, 10, Vfh, 10, Vh, 90 are voltages at which the normalized reflectance is 90 or 10 before and after the two transition regions (the normalized reflectance is 90 or more). It means a selective reflection state and 10 or less is a transmission state).
そして、コレステリック液晶層の背面に、少なくとも選択反射色が有する波長の光を吸収する層を配置することで、プレーナ状態とフォーカルコニック状態を利用した反射型メモリ表示を実現できる。 A reflective memory display using a planar state and a focal conic state can be realized by disposing at least a layer that absorbs light having a wavelength of the selective reflection color on the back surface of the cholesteric liquid crystal layer.
コレステリック光変調素子は、一対の支持基板間に液晶を連続相として封入する構造のほかに、高分子バインダ中にコレステリック液晶をドロップ状に分散したPDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)や、高分子バインダ中に液晶マイクロカプセル化された液晶を分散したPDMLC(Polymer Dispersed Microencapsulated Liquid Crystal)と称される表示方法が知られている(例えば、特許文献1〜特許文献3参照)。 Cholesteric light modulators have a structure in which liquid crystal is sealed as a continuous phase between a pair of supporting substrates, PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) in which cholesteric liquid crystal is dispersed in a polymer binder in a drop shape, There is known a display method called PDMLC (Polymer Dispersed Microencapsulated Liquid Crystal) in which liquid crystal microencapsulated liquid crystal is dispersed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
ここで、色純度を低下させずに視野角を広くする方法として、モノドメインとポリドメインを混在させる液晶素子が開示されている(例えば、特許文献4参照)。具体的には、視野側にポリドメインを、対向側にモノドメインを配置させている。
本発明の目的は、視野角の広さを調整可能な光変調素子および光変調素子の駆動方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a light modulation element capable of adjusting the width of the viewing angle and a method for driving the light modulation element.
上記課題は、以下の本発明により達成される。
すなわち、本発明の請求項1に係る発明は、
少なくとも一方が透光性を有する一対の基板を有し、
且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、液晶を含有する第1の調光層および第2の調光層と、少なくとも前記第1の調光層に電圧を印加する電極層と、を有すると共に、
前記電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを制御する制御部を有する光変調素子である。
The above-mentioned subject is achieved by the following present invention.
That is, the invention according to claim 1 of the present invention is
At least one has a pair of translucent substrates,
And it has the 1st light control layer and the 2nd light control layer containing a liquid crystal, and the electrode layer which applies a voltage to at least the 1st light control layer in the field between the pair of substrates. With
It is a light modulation element which has a control part which controls the height of the applied voltage applied to the 1st light control layer from the electrode layer.
請求項2に係る発明は、
少なくとも一方が透光性を有する一対の基板を有し、
且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、第1の電極層と、前記第1の調光層と、中間層と、前記第2の調光層と、第2の電極層と、をこの順に有すると共に、
前記第1の電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを制御する制御部を有する請求項1に記載の光変調素子である。
The invention according to claim 2
At least one has a pair of translucent substrates,
In a region sandwiched between the pair of substrates, the first electrode layer, the first light control layer, the intermediate layer, the second light control layer, and the second electrode layer are provided. Have in order,
2. The light modulation element according to claim 1, further comprising a control unit configured to control a height of an applied voltage applied from the first electrode layer to the first light control layer.
請求項3に係る発明は、
少なくとも一方が透光性を有する一対の基板を有し、且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、液晶を含有する第1の調光層および第2の調光層と、少なくとも前記第1の調光層に電圧を印加する電極層と、を有する光変調素子に対し、
前記電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを調整して、前記第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズを制御する光変調素子の駆動方法である。
The invention according to claim 3
At least one has a pair of light-transmitting substrates, and a first light control layer and a second light control layer containing liquid crystal in a region sandwiched between the pair of substrates, and at least the first light control layer An electrode layer for applying a voltage to the light control layer,
It is a method for driving a light modulation element that controls the domain size of the liquid crystal contained in the first light control layer by adjusting the height of an applied voltage applied from the electrode layer to the first light control layer. .
請求項4に係る発明は、
少なくとも一方が透光性を有する一対の基板を有し、且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、第1の電極層と、前記第1の調光層と、中間層と、前記第2の調光層と、第2の電極層と、をこの順に有する光変調素子に対し、
前記第1の電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを調整して、前記第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズを制御する請求項3に記載の光変調素子の駆動方法である。
The invention according to claim 4
At least one has a pair of light-transmitting substrates, and a region sandwiched between the pair of substrates includes a first electrode layer, the first light control layer, an intermediate layer, and the second layer. For the light modulation element having the light control layer and the second electrode layer in this order,
4. The domain size of the liquid crystal contained in the first light control layer is controlled by adjusting a height of an applied voltage applied from the first electrode layer to the first light control layer. 5. This is a method of driving the light modulation element.
請求項1に係る発明によれば、視野角の広さを調整することができる。 According to the first aspect of the present invention, the viewing angle can be adjusted.
請求項2に係る発明によれば、視野角の広さをより簡易に調整することができる。 According to the invention which concerns on Claim 2, the breadth of a viewing angle can be adjusted more simply.
請求項3に係る発明によれば、視野角の広さを調整することができる。 According to the invention of claim 3, the width of the viewing angle can be adjusted.
請求項4に係る発明によれば、視野角の広さをより簡易に調整することができる。 According to the invention which concerns on Claim 4, the breadth of a viewing angle can be adjusted more simply.
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る光変調素子は、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板を有し、且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、液晶を含有する第1の調光層および第2の調光層と、少なくとも前記第1の調光層に電圧を印加する電極層と、を有すると共に、前記電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを制御する制御部を有することを特徴とする。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
The light modulation element according to the present embodiment has a pair of substrates, at least one of which has translucency, and a first light control layer and a second liquid crystal containing liquid crystal in a region sandwiched between the pair of substrates. A light control layer and an electrode layer for applying a voltage to at least the first light control layer, and a control for controlling a height of an applied voltage applied from the electrode layer to the first light control layer It has the part.
また、本実施形態に係る光変調素子の駆動方法は、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板を有し、且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、液晶を含有する第1の調光層および第2の調光層と、少なくとも前記第1の調光層に電圧を印加する電極層と、を有する光変調素子に対し、前記電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを調整して、前記第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズを制御することを特徴とする。 In addition, in the driving method of the light modulation element according to the present embodiment, at least one has a pair of light-transmitting substrates, and a first adjustment that includes liquid crystal in a region sandwiched between the pair of substrates. With respect to a light modulation element having a light layer and a second light control layer, and an electrode layer for applying a voltage to at least the first light control layer, the electrode layer applies the light to the first light control layer The domain size of the liquid crystal contained in the first light control layer is controlled by adjusting the height of the applied voltage.
従来の光変調素子においては、調光層に含有される液晶のドメインサイズを大きくすると良好な色純度が得られるものの視野角が狭くなり、一方ドメインサイズを小さくすると視野角は広くなるものの色純度が悪化してしまうとの問題を有していた。これに対し、色純度を低下させずに視野角を広くする方法として、モノドメインとポリドメインを混在させる光変調素子が提案されている。しかし、光変調素子が用いられる状況によって求められる視野角の広さは異なるものであり、視野角の広さを調整可能な光変調素子が求められていたが、未だに提供されていないのが実状であった。 In conventional light modulation elements, increasing the domain size of the liquid crystal contained in the light control layer can achieve good color purity, but the viewing angle is narrowed. On the other hand, decreasing the domain size increases the viewing angle, but the color purity Had the problem of getting worse. On the other hand, as a method for widening the viewing angle without reducing the color purity, a light modulation element in which a monodomain and a polydomain are mixed has been proposed. However, the required viewing angle varies depending on the situation in which the light modulation element is used, and a light modulation element capable of adjusting the width of the viewing angle has been sought, but it has not been provided yet. Met.
これに対し、本実施形態に係る光変調素子は、液晶を含有する第1の調光層および第2の調光層と、少なくとも前記第1の調光層に電圧を印加する電極層と、を有すると共に、前記電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを制御する制御部を有する。前記制御部は、前記電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを調整して、前記第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズを制御する機能を有する。上記のごとく、第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズを制御することによって、視野角の広さを調整することができる。
本発明者らの鋭意検討により、調光層に含有される液晶に対して印加する印加電圧の高さを制御することにより、該液晶のドメインサイズを制御できることが判明した。具体的には、印加電圧を高くすることにより液晶のドメインサイズが大きくなり、一方印加電圧を低くすることにより液晶のドメインサイズが小さくなる。液晶のドメインサイズが大きくなれば光の直進性が上がるために視野角は狭くなり、一方液晶のドメインサイズが小さくなれば光の直進性が下がるために視野角は広くなる。これにより、本実施形態によれば、視野角の広さを調整することができるものと推察される。
On the other hand, the light modulation element according to the present embodiment includes a first light control layer and a second light control layer containing liquid crystal, and an electrode layer that applies a voltage to at least the first light control layer, And a controller that controls the height of the applied voltage applied from the electrode layer to the first light control layer. The control unit has a function of controlling a domain size of liquid crystal contained in the first light control layer by adjusting a height of an applied voltage applied from the electrode layer to the first light control layer. . As described above, the width of the viewing angle can be adjusted by controlling the domain size of the liquid crystal contained in the first light control layer.
As a result of intensive studies by the inventors, it has been found that the domain size of the liquid crystal can be controlled by controlling the height of the applied voltage applied to the liquid crystal contained in the light control layer. Specifically, the domain size of the liquid crystal is increased by increasing the applied voltage, while the domain size of the liquid crystal is decreased by decreasing the applied voltage. If the domain size of the liquid crystal is increased, the straight angle of light is increased and the viewing angle is narrowed. On the other hand, if the domain size of the liquid crystal is decreased, the straight angle of light is decreased and the viewing angle is widened. Thereby, according to this embodiment, it is guessed that the breadth of a viewing angle can be adjusted.
尚、液晶のドメインサイズを確認するには、顕微鏡観察によってドメインサイズを測定する或いは確認する方法が挙げられる。 In addition, in order to confirm the domain size of a liquid crystal, the method of measuring or confirming a domain size by microscopic observation is mentioned.
<第1実施形態>
ここで、本実施形態に係る光変調素子の構成として、第1実施形態に係る光変調素子について説明する。第1実施形態に係る光変調素子は、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板を有し、且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、第1の電極層と、液晶を含有する第1の調光層と、中間層と、液晶を含有する第2の調光層と、第2の電極層と、をこの順に有すると共に、前記第1の電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の大きさを制御する制御部を有する。
<First Embodiment>
Here, the light modulation element according to the first embodiment will be described as the configuration of the light modulation element according to the present embodiment. The light modulation element according to the first embodiment includes a first electrode layer and a liquid crystal containing a liquid crystal in a region sandwiched between the pair of substrates, at least one of which has a light-transmitting property. 1 light control layer, an intermediate layer, a second light control layer containing liquid crystal, and a second electrode layer in this order, and from the first electrode layer to the first light control layer And a control unit for controlling the magnitude of the applied voltage applied to the.
尚、第1実施形態に係る光変調素子では、前記第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズが、印加される電圧の大きさによって制御される。具体的には、前記第1の電極層から前記第1の調光層に印加される印加電圧の大きさが制御されることにより、第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズが制御され、その結果視野角の広さを調整することができる。 In the light modulation element according to the first embodiment, the domain size of the liquid crystal contained in the first light control layer is controlled by the magnitude of the applied voltage. Specifically, the domain size of the liquid crystal contained in the first light control layer is controlled by controlling the magnitude of the applied voltage applied from the first electrode layer to the first light control layer. As a result, the width of the viewing angle can be adjusted.
また、第1実施形態に係る光変調素子では、前記第2の調光層は、含有される液晶のドメインサイズが印加される電圧の大きさによって調整されない態様であってもよい。
尚、第2の調光層には、良好な色純度を得る観点からドメインサイズの大きい液晶を用いることが好ましい。
In the light modulation device according to the first embodiment, the second light control layer may be configured such that the domain size of the contained liquid crystal is not adjusted by the magnitude of the applied voltage.
In addition, it is preferable to use a liquid crystal with a large domain size from the viewpoint of obtaining good color purity for the second light control layer.
本実施形態の光変調素子にはこの他に、必要に応じて非表示面側の基板の電極上に遮光層を設けてもよく、更に、遮光層と調光層、電極と調光層等が接着層を介して設けられていてもよい。
また、本実施形態の光変調素子に用いる液晶はコレステリック液晶、ネマチック液晶、ゲスト・ホスト液晶など、特に制限なく用いられるが、以下ではコレステリック液晶を例にとって説明する。
In addition to this, the light modulation element of the present embodiment may be provided with a light shielding layer on the electrode of the substrate on the non-display surface side, if necessary. Further, the light shielding layer and the light control layer, the electrode and the light control layer, etc. May be provided via an adhesive layer.
The liquid crystal used in the light modulation element of this embodiment is cholesteric liquid crystal, nematic liquid crystal, guest / host liquid crystal, etc., without particular limitation. Hereinafter, cholesteric liquid crystal will be described as an example.
次いで、図を用いて前記第1実施形態に係る光変調素子について説明する。
図1に示すように、第1実施形態の光変調素子10は、対向して設けられた一対の非表示面基板11と表示面基板21とで挟まれる領域に、液晶を含む第1の調光層30Aおよび第2の調光層30Bが設けられている。非表示面基板11上には第2の電極12を積層し、表示面基板21上には第1の電極22を積層した構成となっている。
Next, the light modulation element according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the light modulation element 10 of the first embodiment includes a first adjustment liquid crystal containing liquid crystal in a region sandwiched between a pair of non-display surface substrates 11 and a display surface substrate 21 provided to face each other. An optical layer 30A and a second light control layer 30B are provided. The second electrode 12 is laminated on the non-display surface substrate 11, and the first electrode 22 is laminated on the display surface substrate 21.
なお、図示は省略するが、非表示面基板11上には遮光層を設けてもよく、また表示面基板21と調光層30Aとは、接着層を介して積層された構成となっていてもよい。電極22と調光層30A、および電極12と前記遮光層等が接着層を介して設けられていてもよい。更に、前記遮光層は非表示面基板11の外側、即ち電極12が形成されていない側、あるいは表示面基板21側の電極22と調光層30Aとに挟まれる領域に設けてられていてもよい。 Although not shown, a light shielding layer may be provided on the non-display surface substrate 11, and the display surface substrate 21 and the light control layer 30A are laminated via an adhesive layer. Also good. The electrode 22, the light control layer 30A, the electrode 12, the light shielding layer, and the like may be provided via an adhesive layer. Further, the light shielding layer may be provided outside the non-display surface substrate 11, that is, on the side where the electrode 12 is not formed, or in a region sandwiched between the electrode 22 and the light control layer 30A on the display surface substrate 21 side. Good.
このように構成された光変調素子10において、制御部60から、対向する電極22および電極12へ電圧に印加される印加電圧を調整することにより、印加電圧に応じてコレステリック液晶の配向状態が制御され、調光層30Aおよび30Bへ入射された入射光が、コレステリック液晶により選択反射される。 In the light modulation element 10 configured as described above, the alignment state of the cholesteric liquid crystal is controlled according to the applied voltage by adjusting the applied voltage applied to the voltage from the control unit 60 to the opposing electrode 22 and the electrode 12. The incident light incident on the light control layers 30A and 30B is selectively reflected by the cholesteric liquid crystal.
次に、前記で説明した光変調素子に用いる各構成部材について説明する。
−基板−
基板は、絶縁性を有する、ガラス、およびシリコーン、またはポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネートなどの高分子フィルムを用いて形成され、少なくとも一方、特に視認される側の支持基板(表示面基板を構成する支持基板)は、入射光および反射光に対して透過性を有する材料により形成される。また必要に応じて、支持基板の表面に、防汚膜、耐磨耗膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
Next, each component used for the light modulation element described above will be described.
-Board-
The substrate is formed of glass and silicone having an insulating property, or a polymer film such as polyethylene terephthalate, polysulfone, polyethersulfone, or polycarbonate, and at least one of the substrates that is particularly visually recognized (display surface substrate). Is formed of a material that is transparent to incident light and reflected light. Moreover, you may form well-known functional films, such as a pollution protection film, an abrasion-resistant film | membrane, a light reflection prevention film, and a gas barrier film, on the surface of a support substrate as needed.
−電極−
電極は、導電性を有する、金やアルミなどの金属薄膜、酸化インジウムや酸化スズなどの金属酸化物、またはポリピロール、ポリアセチレン、ポリアニリンなどの導電性有機高分子を用いて形成され、少なくとも表示面側にある電極は、入射光および反射光に対して透過性を有する材料により形成する。また必要に応じて、その表面に、密着力改善膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
-Electrode-
The electrode is formed using a conductive metal thin film such as gold or aluminum, a metal oxide such as indium oxide or tin oxide, or a conductive organic polymer such as polypyrrole, polyacetylene, or polyaniline, at least on the display surface side. The electrode is formed of a material that is transparent to incident light and reflected light. Moreover, you may form well-known functional films, such as an adhesive force improvement film | membrane, a light reflection prevention film | membrane, and a gas barrier film, on the surface as needed.
−調光層−
調光層は、液晶を含有してなる。調光層の層厚は、1μm以上100μm以下であることが好ましい。
-Light control layer-
The light control layer contains a liquid crystal. The layer thickness of the light control layer is preferably 1 μm or more and 100 μm or less.
(液晶)
第1実施形態において用いることができる液晶材料としては、屈折率異方性があり、電圧印加によって配向が変化するものであればどの液晶材料であってもよいが、好ましくは、コレステリック液晶(カイラルネマチック液晶を含む)が挙げられる。
(liquid crystal)
The liquid crystal material that can be used in the first embodiment may be any liquid crystal material as long as it has a refractive index anisotropy and the orientation changes upon application of voltage, but preferably a cholesteric liquid crystal (chiral). A nematic liquid crystal).
なお、第1実施形態で用いられるコレステリック液晶材料として、ステロイド系コレステロール誘導体、あるいはシッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、安息香酸エステル系、ビフェニル系、ターフェニル系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、ビフェニルシクロヘキサン系、ピリミジン系、ジオキサン系、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル系、シクロヘキシルエタン系、シクロヘキサン系、トラン系、アルケニル系、スチルベン系、縮合多環系などのネマチック液晶やスメクチック液晶、またはこれらの混合液晶に、シッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系などの光学活性材料からなるカイラル成分を添加した材料を用いることができる。 The cholesteric liquid crystal material used in the first embodiment is a steroidal cholesterol derivative, or a Schiff base, azo, azoxy, benzoate, biphenyl, terphenyl, cyclohexylcarboxylate, phenylcyclohexane. , Biphenylcyclohexane, pyrimidine, dioxane, cyclohexylcyclohexane ester, cyclohexylethane, cyclohexane, tolan, alkenyl, stilbene, condensed polycyclic nematic liquid crystals, smectic liquid crystals, or mixed liquid crystals thereof In addition, a material to which a chiral component made of an optically active material such as Schiff base, azo, ester, or biphenyl is added can be used.
尚、第1実施形態における第1の調光層に含有する液晶としては、印加電圧によってドメインサイズを制御しやすいとの観点から、抵抗値が高いほうがよく、望ましくは第2の調光層の3倍以上の抵抗値であることが好ましい。
一方、第1実施形態における第2の調光層に含有する液晶としては、良好な色純度を得る観点からドメインサイズの大きい液晶を用いることが好ましい。好ましい液晶としては屈折率異方性が大きく、抵抗値が第1の調光層よりも低いほうがよい。
The liquid crystal contained in the first light control layer in the first embodiment should have a high resistance value from the viewpoint that the domain size can be easily controlled by the applied voltage, and preferably the second light control layer. The resistance value is preferably three times or more.
On the other hand, as the liquid crystal contained in the second light control layer in the first embodiment, it is preferable to use a liquid crystal having a large domain size from the viewpoint of obtaining good color purity. As a preferable liquid crystal, it is preferable that the refractive index anisotropy is large and the resistance value is lower than that of the first light control layer.
−中間層−
中間層とは、第1の電極層から第1の調光層に印加される印加電圧が第2の調光層に影響を与えないように介在される層であり、且つ第2の電極層から第2の調光層に印加される印加電圧が第1の調光層に影響を与えないように介在される層である。
該中間層の材料としては、例えば、ガラス製またはプラスチック製など公知の透明基板が使用され、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルフィルムをはじめとするフレキシブル基板が適用される。
中間層の膜厚としては、0.1μm以上10μm以下であることが好ましい。
-Intermediate layer-
The intermediate layer is a layer interposed so that an applied voltage applied from the first electrode layer to the first dimming layer does not affect the second dimming layer, and the second electrode layer To the second light control layer is an intervening layer so that the applied voltage applied to the second light control layer does not affect the first light control layer.
As the material of the intermediate layer, for example, a known transparent substrate such as glass or plastic is used, and a flexible substrate including a polyester film such as polyethylene terephthalate is applied.
The thickness of the intermediate layer is preferably from 0.1 μm to 10 μm.
−接着層−
接着層は、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂など、熱や圧力によって調光層と遮光層を密着させることができる材料を用いる。なお、接着層を挿入する位置はこの実施形態に限らず、電極と調光層、電極と遮光層等が該接着層を介して設けられていてもよい。電極と調光層とが接着層を介して設けられる場合は、少なくとも入射光および反射光に対して透過性を有する材料により形成する。
-Adhesive layer-
For the adhesive layer, a material that can adhere the light control layer and the light shielding layer by heat or pressure, such as urethane resin, epoxy resin, acrylic resin, or silicone resin, is used. The position where the adhesive layer is inserted is not limited to this embodiment, and an electrode and a light control layer, an electrode and a light shielding layer, and the like may be provided via the adhesive layer. In the case where the electrode and the light control layer are provided via an adhesive layer, the electrode and the light control layer are formed of a material that is transparent to at least incident light and reflected light.
−遮光層−
遮光層は、絶縁性を有する、カドミウム系、クロム系、コバルト系、マンガン系、カーボン系などの無機顔料、またはアゾ系、アントラキノン系、インジゴ系、トリフェニルメタン系、ニトロ系、フタロシアニン系、ペリレン系、ピロロピロール系、キナクリドン系、多環キノン系、スクエアリウム系、アズレニウム系、シアニン系、ピリリウム系、アントロン系などの有機染料や有機顔料、あるいはこれらをゼラチンに分散した材料を用いて形成され、少なくとも反射光に対して、光吸収性を有するように構成する。
-Light shielding layer-
The light shielding layer is an insulating cadmium-based, chromium-based, cobalt-based, manganese-based, carbon-based inorganic pigment, or azo-based, anthraquinone-based, indigo-based, triphenylmethane-based, nitro-based, phthalocyanine-based, perylene. , Pyrrolopyrrole, quinacridone, polycyclic quinone, squalium, azurenium, cyanine, pyrylium, anthrone, and other organic dyes and pigments, or materials dispersed in gelatin , At least with respect to the reflected light.
−光導電層−
光導電層は、a−Si:H、a−Se、Te−Se、As2Se3、CdSe、CdS
などの無機光導電体、あるいはアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、キナクリドン顔料、ピロロピロール顔料、インジゴ顔料、アントロン顔料などの電荷発生材料とアリールアミン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、PVKなどの電荷輸送材料を組合せた有機光導電体などにより構成する。
-Photoconductive layer-
The photoconductive layer is composed of a-Si: H, a-Se, Te-Se, As 2 Se 3 , CdSe, CdS.
Inorganic photoconductors such as azo pigments, phthalocyanine pigments, perylene pigments, quinacridone pigments, pyrrolopyrrole pigments, indigo pigments, anthrone pigments, and charge transport materials such as arylamines, hydrazones, triphenylmethane, and PVK It is composed of an organic photoconductor combined with the above.
次に第1施形態の光変調素子の作製方法について説明する。なお、第1実施形態では、説明を簡略化するために、図1に示すように、対向して設けられた非表示面基板と表示面基板とで挟まれる領域に、液晶ドロップを含む調光層が設けられている場合を説明する。
第1実施形態の光変調素子の作製方法は、表面に電極を有する支持基板としての非表示面基板上に遮光層を積層した後更に第2の調光層を積層し、また、表面に電極を有する支持基板としての表示面基板上に第1の調光層を積層した後に、中間層を介して、表面に電極を有する支持基板としての表示面基板を電極が形成された側と表面に電極を有する支持基板としての非表示面基板の電極が形成された面とが対向するように重ね合わせて接着することにより作製される。
Next, a method for manufacturing the light modulation element of the first embodiment will be described. In the first embodiment, in order to simplify the description, as shown in FIG. 1, dimming including a liquid crystal drop in a region sandwiched between the non-display surface substrate and the display surface substrate provided to face each other. A case where a layer is provided will be described.
In the method of manufacturing the light modulation element according to the first embodiment, a light-shielding layer is laminated on a non-display surface substrate as a support substrate having electrodes on the surface, and then a second light control layer is further laminated. After laminating the first light control layer on the display surface substrate as the support substrate having the electrode, the display surface substrate as the support substrate having the electrode on the surface is disposed on the surface and the surface where the electrodes are formed via the intermediate layer. The non-display surface substrate as the supporting substrate having the electrodes is manufactured by overlapping and bonding so that the surface on which the electrodes are formed faces each other.
次に、前記光変調素子の調光層の作製方法について説明する。
なお、第1の調光層と第2の調光層とは、それぞれ用いる液晶やゼラチン、架橋剤、溶媒等が同じであっても異なっていてもよいが、それぞれの調光層の形成方法は以下に順ずるものである。よって説明を簡略化するために、第1の調光層を表示面基板上に形成する場合を例にとって説明する。
まず、調光層用塗布液の調製について詳細に説明する。
Next, a method for producing the light control layer of the light modulation element will be described.
In addition, although the 1st light control layer and the 2nd light control layer may respectively use the same liquid crystal, gelatin, a crosslinking agent, a solvent, etc., or different, the formation method of each light control layer Is the following: Therefore, in order to simplify the description, a case where the first light control layer is formed on the display surface substrate will be described as an example.
First, preparation of the light control layer coating solution will be described in detail.
[調光層用塗布液の調製]
第1実施形態に用いる調光層用塗布液は、ゼラチン、ゼラチンを架橋するための架橋剤、および液体を含有する溶液に、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルを分散することによって調製される。
まず、液晶ドロップおよび液晶マイクロカプセルの調製方法について説明する。
[Preparation of light control layer coating solution]
The light control layer coating solution used in the first embodiment is prepared by dispersing liquid crystal drops or liquid crystal microcapsules in a solution containing gelatin, a crosslinking agent for crosslinking gelatin, and a liquid.
First, a method for preparing a liquid crystal drop and a liquid crystal microcapsule will be described.
<液晶ドロップエマルジョンの調製>
液晶ドロップエマルジョンは、少なくともコレステリック液晶を含む分散相を、分散相と相溶しない連続相、例えば、水相中にドロップ状に乳化分散させることにより調製される。乳化する手段として、分散相と連続相を混合した後、ホモジナイザ−などの機械的なせん断力で分散相を微小な液滴として分散させる方法や、分散相を連続相中に多孔質膜を通して押出し、微小な液滴として分散させる膜乳化法などを用いることができる。特に膜乳化法は乳化液滴の粒径ばらつきが小さくなるため、均一な粒径の液晶ドロップを形成することができるため好ましい。なお、乳化時の連続相中に、乳化を安定させるための界面活性剤や保護コロイドを混合しておいてもよい。
<Preparation of liquid crystal drop emulsion>
The liquid crystal drop emulsion is prepared by emulsifying and dispersing a dispersed phase containing at least a cholesteric liquid crystal into a continuous phase that is incompatible with the dispersed phase, for example, an aqueous phase. As a means for emulsification, after mixing the dispersed phase and the continuous phase, a method of dispersing the dispersed phase as fine droplets by mechanical shearing force such as a homogenizer, or the dispersed phase is extruded through the porous film into the continuous phase. For example, a film emulsification method in which fine droplets are dispersed can be used. In particular, the membrane emulsification method is preferable because liquid crystal drops having a uniform particle diameter can be formed because the dispersion of the particle diameters of the emulsified droplets is small. A surfactant and a protective colloid for stabilizing the emulsification may be mixed in the continuous phase at the time of emulsification.
<液晶マイクロカプセルスラリーの調製>
高分子シェル内にコレステリック液晶が内包された液晶マイクロカプセルの調製には、公知の液晶マイクロカプセル化手法、例えば、相分離法、界面重合法、in situ重合法を用いることができる。具体的には、前記のごとくして作製した液晶ドロップを、高分子シェル材料を含む溶液中に分散させ、または前記材料に応じて熱硬化などさせ、液晶ドロップの周囲に高分子シェルを形成する。また、ウレタン・ウレア系の高分子シェルを作る場合には、あらかじめ液晶ドロップに多価イソシアネート化合物を含ませておき、液晶ドロップを、多価アルコールを含む溶液中に添加してウレタン・ウレア生成反応を起こさせることが好ましい。
<Preparation of liquid crystal microcapsule slurry>
In preparing a liquid crystal microcapsule in which a cholesteric liquid crystal is encapsulated in a polymer shell, a known liquid crystal microencapsulation method such as a phase separation method, an interfacial polymerization method, or an in situ polymerization method can be used. Specifically, the liquid crystal drop produced as described above is dispersed in a solution containing a polymer shell material, or is thermoset according to the material to form a polymer shell around the liquid crystal drop. . Also, when making urethane / urea polymer shells, a polyisocyanate compound is added to the liquid crystal drop in advance, and the liquid crystal drop is added to a solution containing the polyhydric alcohol to generate a urethane / urea reaction. It is preferable to cause
高分子シェルとしては内包する液晶材料に溶解しない材料を用い、例えば、ゼラチン、セルロース誘導体、ゼラチン−アラビアゴム、ゼラチン−ゲランゴム、ゼラチン−ペプトン、ゼラチン−カルボキシメチルセルロース、ポリスチレン、ポリアミド、ナイロン、ポリエステル、ポリフェニルエステル、ポリウレタン、ポリウレア、メラミンホルマリン樹脂、フェノールホルマリン樹脂、尿素ホルマリン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂などが挙げられる。 As the polymer shell, a material that does not dissolve in the encapsulated liquid crystal material is used. For example, gelatin, cellulose derivative, gelatin-gum arabic, gelatin-gellan gum, gelatin-peptone, gelatin-carboxymethylcellulose, polystyrene, polyamide, nylon, polyester, poly Examples include phenyl ester, polyurethane, polyurea, melamine formalin resin, phenol formalin resin, urea formalin resin, acrylic resin, and methacrylic resin.
液晶マイクロカプセルの粒径は小さすぎると充分な反射特性が得られず、表示特性を悪化させると共に、コントラストの低下を招く。一方、高分子シェルによる液晶マイクロカプセルの壁厚は、厚すぎると液晶マイクロカプセル内に内包される液晶材料の量が少なくなり、薄すぎると強度が低下する。したがって、コントラストが高く且つ強度の低下を抑制するには、液晶マイクロカプセルの壁厚は、液晶マイクロカプセルの半径の1%以上25%以下が好ましく、更に3%以上21%以下の範囲内にすることが好ましい。 If the particle size of the liquid crystal microcapsules is too small, sufficient reflection characteristics cannot be obtained, which deteriorates display characteristics and lowers contrast. On the other hand, if the wall thickness of the liquid crystal microcapsule by the polymer shell is too thick, the amount of the liquid crystal material included in the liquid crystal microcapsule decreases, and if it is too thin, the strength decreases. Therefore, in order to suppress the decrease in strength with high contrast, the wall thickness of the liquid crystal microcapsule is preferably 1% or more and 25% or less of the radius of the liquid crystal microcapsule, and further within the range of 3% or more and 21% or less. It is preferable.
なお、液晶マイクロカプセルおよび液晶ドロップの体積平均一次粒径は、1μm以上100μm以下が好ましく、更に好ましくは3μm以上20μm以下、特に好ましくは10μm以上15μm以下である。液晶マイクロカプセルおよび液晶ドロップの体積平均一次粒径が20μmを超えると駆動電圧の上昇を生じ、3μm未満であると充分な反射特性が期待できないおそれがある。 The volume average primary particle size of the liquid crystal microcapsules and the liquid crystal drop is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 3 μm or more and 20 μm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 15 μm or less. If the volume average primary particle size of the liquid crystal microcapsule and the liquid crystal drop exceeds 20 μm, the driving voltage increases, and if it is less than 3 μm, sufficient reflection characteristics may not be expected.
<濃縮>
上記工程後の液晶ドロップエマルジョン、または液晶マイクロカプセルスラリーの不揮発分濃度が低く、塗布時の調光層用塗布液で必要となる不揮発分濃度に調整できない場合は濃縮を行う。液晶ドロップ、または液晶マイクロカプセルと連続相の比重差を利用して、静置や遠心分離によって沈殿、あるいは沈降させて分離した連続相を除去する方法や、メンブランフィルタで濾過する方法などを用いる。
<Concentration>
If the non-volatile concentration of the liquid crystal drop emulsion or the liquid crystal microcapsule slurry after the above process is low and cannot be adjusted to the non-volatile concentration required for the light control layer coating liquid during application, concentration is performed. Using a liquid crystal drop or a difference in specific gravity between the liquid crystal microcapsule and the continuous phase, a method of removing by precipitation or sedimentation by standing or centrifuging, a method of filtering with a membrane filter, or the like is used.
<調光層用塗布液の調製>
前記のごとくして得られた液晶ドロップエマルジョンまたは液晶マイクロカプセルスラリーを、ゼラチン、ゼラチンを架橋するための架橋剤、および溶媒を含む溶液に分散することにより調光層用塗布液を調製する。
<Preparation of coating solution for light control layer>
A liquid crystal drop emulsion or liquid crystal microcapsule slurry obtained as described above is dispersed in a solution containing gelatin, a crosslinking agent for crosslinking gelatin, and a solvent to prepare a light control layer coating solution.
(調光層用塗布液の調製方法)
第1実施形態では、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルを支持基板上に塗布する。そこで、密度計や比重計を用いて、前記液晶ドロップエマルジョンまたは液晶マイクロカプセルスラリー内の各成分の含有量を測定し、調光層用塗布液のゼラチン、溶媒および液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの混合割合を調整する。
(Preparation method of light control layer coating solution)
In the first embodiment, a liquid crystal drop or a liquid crystal microcapsule is applied on a support substrate. Therefore, using a density meter or a specific gravity meter, the content of each component in the liquid crystal drop emulsion or liquid crystal microcapsule slurry is measured, and the gelatin, solvent, and liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule in the light control layer coating liquid are mixed. Adjust the percentage.
調光層用塗布液体積に対する不揮発成分体積の比率(体積率)をSr、不揮発成分体積に対する液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの体積の比率(体積率)をLr、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの平均粒径(μm)をDL、背面基板上へのウェット塗布厚(μm)をtWとすると、塗布面積に対する液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの被覆面積の比率ALは、 The ratio (volume ratio) of the non-volatile component volume to the coating liquid volume for the light control layer is Sr, the ratio (volume ratio) of the liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule volume to the non-volatile component volume is Lr, and the average particle size of the liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule diameter (μm) D L, the wet coating thickness on the rear substrate ([mu] m) and t W, the ratio a L of coverage of liquid drops or a liquid crystal microcapsules in a coating area,
[式]
AL=(3/2)・(tW・Sr・Lr/DL)…式(1)
となる。そして、ALが、
[formula]
A L = (3/2) · (t W · Sr · Lr / D L ) (1)
It becomes. And A L is
[式]
0.8<AL<1.0…式(2)
の範囲になるように塗布調光層用塗布液を調整することが好ましい。
前記Srは、調光層用塗布液Xccから溶媒を蒸発させた場合に残る不揮発成分がYccの場合、Sr=Y/Xを意味し、また不揮発成分YccにZccの液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルが含まれる場合Lr=Z/Yを意味する。
[formula]
0.8 <A L <1.0 Formula (2)
It is preferable to adjust the coating liquid for coating light control layer so as to be in the range.
The Sr means Sr = Y / X when the non-volatile component remaining when the solvent is evaporated from the light control layer coating solution Xcc is Ycc, and a Zcc liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule is included in the non-volatile component Ycc. If included, it means Lr = Z / Y.
また、圧力などによる破壊を防ぐため、前記不揮発成分体積に対する液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの体積の比率(体積率)Lrを0.9以下にすることが好ましい。
算出した混合割合に基づき、液晶ドロップエマルジョン、または液晶マイクロカプセルスラリーに対する、ゼラチン、溶媒、および架橋剤の混合量を調整して塗布調光層用塗布液を作製する。ここで、増粘剤、濡れ性改善剤、乾燥速度調整剤など、公知の調光層用塗布液特性改質剤を添加してもよい。
In order to prevent breakage due to pressure or the like, the ratio (volume ratio) Lr of the volume of the liquid crystal drop or the liquid crystal microcapsule to the volume of the non-volatile component is preferably 0.9 or less.
Based on the calculated mixing ratio, the amount of gelatin, solvent, and crosslinking agent mixed in the liquid crystal drop emulsion or liquid crystal microcapsule slurry is adjusted to prepare a coating liquid for coating light control layer. Here, you may add well-known coating liquid characteristic modifiers for light control layers, such as a thickener, a wettability improving agent, and a drying rate modifier.
(溶媒)
第1実施形態の調光層用塗布液に含有される溶媒としては、ゼラチンを溶解し、液晶ドロップの場合は液晶を溶解させないものが用いられ、液晶マイクロカプセルを用いる場合は少なくとも液晶マイクロカプセルの高分子シェルを溶解させないものが用いられる。
この溶媒としては、純水、イオン交換水、蒸留水、水道水等の水、水溶性有機溶媒、あるいはイオン交換水、蒸留水、水道水等の水と水溶性有機溶媒を混合した液体、非水溶性有機溶媒、およびイオン性液体等が用途や使用条件等に応じて選択される。
(solvent)
As the solvent contained in the light control layer coating liquid of the first embodiment, a solvent that dissolves gelatin and does not dissolve liquid crystal in the case of liquid crystal drop is used, and in the case of using liquid crystal microcapsules, at least the liquid crystal microcapsules are used. Those that do not dissolve the polymer shell are used.
Examples of the solvent include pure water, ion-exchanged water, distilled water, tap water, and the like, water-soluble organic solvents, or liquids obtained by mixing water such as ion-exchanged water, distilled water, and tap water with water-soluble organic solvents. A water-soluble organic solvent, an ionic liquid, etc. are selected according to a use, use conditions, etc.
第1実施形態において、上記溶媒は、調光層用塗布液に対して、75質量%以上95質量%以下含有されることが好ましく、80質量%以上90質量%以下含有されることがより好ましい。溶媒の含有量が75質量%以上90質量%以下の範囲内であると、調光層用塗布液を塗布できる粘度に調整することができる In 1st Embodiment, it is preferable that the said solvent contains 75 to 95 mass% with respect to the coating liquid for light control layers, and it is more preferable to contain 80 to 90 mass%. . When the content of the solvent is in the range of 75% by mass or more and 90% by mass or less, the viscosity can be adjusted so that the light control layer coating liquid can be applied.
<調光層の形成方法>
次に第1実施形態の光変調素子の調光層(前述の通り一例として第1の調光層)を設ける工程について説明する。
第1実施形態の光変調素子の調光層を設ける工程は、光変調素子の調光層を設ける工程が、表示面基板上に、ゼラチン、ゼラチンを架橋しうる架橋剤、および溶媒を含む溶液に液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルが分散された調光層用塗布液を塗布する第1の塗布工程と、基板上に塗布された調光層用塗布液によって形成された塗布層中の溶媒をゼラチンの凝固点より高い温度で揮発させて乾燥させると共に調光層用塗布液中に含まれるゼラチンを架橋剤によって架橋する架橋乾燥工程と、ゼラチンを膨潤させるための液体を架橋乾燥工程により乾燥および架橋された塗布層に塗布する第2の塗布工程と、塗布層中の液体をゼラチンの凝固点以下の温度で揮発させて乾燥させる乾燥工程と、を有している。
この調光層を設ける工程について、以下に詳細に説明する。
<Method of forming light control layer>
Next, the process of providing the light control layer (1st light control layer as an example as mentioned above) of the light modulation element of 1st Embodiment is demonstrated.
The step of providing the light control layer of the light modulation element of the first embodiment is the same as the step of providing the light control layer of the light modulation element, comprising a solution containing gelatin, a crosslinking agent capable of crosslinking gelatin, and a solvent on the display surface substrate. A first coating step in which a liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule dispersed liquid crystal coating liquid is coated on the substrate; and a solvent in the coating layer formed by the light control layer coating liquid coated on the substrate is gelatin It is evaporated and dried at a temperature higher than the freezing point, and the gelatin contained in the light control layer coating solution is crosslinked and crosslinked by the crosslinking agent, and the liquid for swelling the gelatin is dried and crosslinked by the crosslinking drying step. A second coating step for coating the coated layer, and a drying step for volatilizing and drying the liquid in the coated layer at a temperature below the freezing point of gelatin.
The process of providing this light control layer is demonstrated in detail below.
(第1の塗布工程)
前記のごとく濃度調製を行った調光層用塗布液の表示面基板への塗布は、アプリケータ、エッジコータ、スクリーンコータ、ロールコータ、カーテンコータ、ダイコータなど所望のウェット厚に塗布できる公知の装置を用いて行う。
(First coating process)
The application of the light-adjusting layer coating solution with the concentration adjusted as described above to the display surface substrate is performed using a known apparatus that can be applied to a desired wet thickness such as an applicator, an edge coater, a screen coater, a roll coater, a curtain coater, and a die coater. To do.
なお、第1の塗布工程では、調光層塗布液のゼラチンを融点より高い温度に加熱して流動性のあるゾル状態に保持する必要がある。ゼラチンは、融点より高い温度に温めるとゾル化し、凝固点以下の温度に下げるとゲル化し流動性を失う。ゼラチン水溶液の濃度、pHなどによって変化するが、市販ゼラチンの凝固点は20℃以上30℃以下で、融点はそれよりも約5℃高い。このため、塗布工程では、調光層塗布液は、凝固点20℃以上の温度として、20℃以上80℃以下の調光層用塗布液温度に保持することが好ましい。更に好ましくは、30℃℃以上70℃以下の調光層用塗布液温度に保持することが好ましく、特に好ましくは、40℃℃以上60℃以下の調光層用塗布液温度に保持することが好ましい。調光層用塗布液の温度が20℃未満であると、ゼラチンのゾル化が不十分なため塗布インクとしての適度な粘性が得られず、80℃を超えると液晶材料の揮発などが発生しやすくなり液晶化合物の組成比が変化してしまうという問題がある。 In the first coating step, it is necessary to heat the gelatin of the light control layer coating solution to a temperature higher than the melting point to maintain a fluid sol state. Gelatin becomes sol when heated to a temperature higher than the melting point and gels and loses fluidity when lowered to a temperature below the freezing point. Although it varies depending on the concentration and pH of the gelatin aqueous solution, the freezing point of commercially available gelatin is 20 ° C. or higher and 30 ° C. or lower, and the melting point is about 5 ° C. higher than that. For this reason, in a coating process, it is preferable to hold | maintain the light control layer coating liquid at the temperature of 20 degreeC or more and 80 degrees C or less of light control layer coating liquid temperature as a freezing point 20 degreeC or more. More preferably, it is preferably maintained at the temperature of the light control layer coating solution of 30 ° C. or more and 70 ° C. or less, and particularly preferably, it is maintained at the temperature of the light control layer of 40 ° C. or more and 60 ° C. or less. preferable. If the temperature of the coating liquid for the light control layer is less than 20 ° C., the gelatin cannot be made into a suitable viscosity because of insufficient sol formation, and if it exceeds 80 ° C., volatilization of the liquid crystal material occurs. There is a problem that the composition ratio of the liquid crystal compound is easily changed.
(架橋乾燥工程)
次に、前記塗布工程により表示面基板上に形成された塗布層を密閉容器の中に保持し、且つ表示面基板上への加熱を継続することにより塗布層を融点より高い温度に加熱して、40℃以上60℃以下の温度となる状況下に塗布層を保持し、且つ、塗布層を、塗布層中の飽和蒸気圧と同一またはこの溶媒の飽和蒸気圧に近い雰囲気中で、5分間以上25分間以下加熱処理を続けることによって、塗布層中の溶媒を揮発させて乾燥させると共に、塗布膜中のゼラチンを架橋剤によって架橋する架橋乾燥工程を行う。
(Crosslinking drying process)
Next, the coating layer formed on the display surface substrate by the coating step is held in a sealed container, and the heating to the display surface substrate is continued to heat the coating layer to a temperature higher than the melting point. The coating layer is held under a temperature of 40 ° C. or more and 60 ° C. or less, and the coating layer is kept in the same atmosphere as the saturated vapor pressure in the coating layer or in an atmosphere close to the saturated vapor pressure of this solvent for 5 minutes. By continuing the heat treatment for 25 minutes or less, the solvent in the coating layer is volatilized and dried, and a cross-linking drying step is performed in which gelatin in the coating film is cross-linked with a cross-linking agent.
加熱するための加熱装置としては、オーブン、温風ブロー装置、ホットプレートなどを用いることができる。
なお、塗布層温度は、20℃以上80℃以下が好ましく、特に好ましくは30℃以上70℃以下、更に好ましくは40℃以上60℃以下となるように調整することが好ましい。80℃を超えると液晶化合物の組成比が揮発により変化してしまうという問題があり、20℃未満であると塗布層中の粘性が低いため流動性が低く液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルが稠密に配置しにくくなるため好ましくない。
As a heating device for heating, an oven, a hot air blowing device, a hot plate, or the like can be used.
The coating layer temperature is preferably 20 to 80 ° C., particularly preferably 30 to 70 ° C., and more preferably 40 to 60 ° C. When the temperature exceeds 80 ° C., there is a problem that the composition ratio of the liquid crystal compound changes due to volatilization. When the temperature is less than 20 ° C., the viscosity in the coating layer is low, so the fluidity is low and liquid crystal drops or liquid crystal microcapsules are densely arranged. Since it becomes difficult to do, it is not preferable.
この条件で乾燥を行うと、調光層用塗布液中に含まれる溶媒の揮発とともに、分散していた液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルがお互いの位置関係を少しずつ変えながら稠密状態へと自然に変化していく。
なお、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの動きが不十分な場合、乾燥架橋工程の一部または全部において、前記塗布層に振動、例えば超音波振動子などによる機械的な振動を加えれば、溶剤が完全に揮発したときに、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルが単層稠密に配置し、表面凹凸が小さく、フラットな高分子分散型の調光層を得ることができる。
When drying under these conditions, the liquid crystal drops or liquid crystal microcapsules that have been dispersed naturally change into a dense state while gradually changing the positional relationship with the volatilization of the solvent contained in the light control layer coating liquid. I will do it.
If the movement of the liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule is insufficient, the solvent can be completely removed by applying vibration, for example, mechanical vibration such as an ultrasonic vibrator, to the coating layer in part or all of the drying and crosslinking step. When it volatilizes, a liquid crystal drop or a liquid crystal microcapsule is densely arranged in a single layer, and the surface unevenness is small and a flat polymer dispersed light control layer can be obtained.
なお、乾燥速度が大きすぎる条件では、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルが、乾燥端部の激しい液流動によって歪んだ形状になりやすく、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセル中の液晶の配向方向が支持基板面に対して傾斜する傾向がある。たとえばコレステリック液晶を用いた場合には、選択反射光に大きい視野角依存性が生じる問題がある。したがって、穏和な乾燥条件に制御して急激な溶媒揮発を抑えることが好ましい。急激な溶媒揮発を抑えるには、塗布部を、その蒸気圧が調光層用塗布液に含まれる溶媒の飽和蒸気圧と同じかまたは前記飽和蒸気圧に近い雰囲気中に保持すればよい。このためには、塗布部を、できる限り小さい容積の容器内で保持する方法、溶媒の蒸気発生部をもつチャンバー内で保持する方法、あるいは、溶媒の飽和蒸気圧を大気圧以下にする方法などを用いることができる。 Under conditions where the drying speed is too high, the liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule tends to be distorted due to intense liquid flow at the dry end, and the alignment direction of the liquid crystal in the liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule is on the support substrate surface. There is a tendency to tilt. For example, when a cholesteric liquid crystal is used, there is a problem that a large viewing angle dependency occurs in the selectively reflected light. Therefore, it is preferable to control rapid drying of the solvent by controlling mild drying conditions. In order to suppress abrupt solvent volatilization, the coating part may be held in an atmosphere whose vapor pressure is the same as or close to the saturated vapor pressure of the solvent contained in the light control layer coating solution. For this purpose, a method of holding the application part in a container having a volume as small as possible, a method of holding it in a chamber having a vapor generation part of the solvent, a method of reducing the saturated vapor pressure of the solvent to atmospheric pressure or the like, etc. Can be used.
この高湿度下で架橋乾燥されることによって、塗布層中に含まれるゼラチンは、架橋剤により架橋されて、ゼラチンが架橋剤によって架橋されたゾル状態(架橋ゾル状態)の塗布層が得られる By being crosslinked and dried under high humidity, the gelatin contained in the coating layer is crosslinked by a crosslinking agent, and a coating layer in a sol state (crosslinked sol state) in which gelatin is crosslinked by the crosslinking agent is obtained.
(第2の塗布工程)
次に、表示面基板を冷却することによって塗布層中のゼラチンをゼラチンの凝固点以下の温度に冷却し、このゼラチンの凝固点以下の温度下で、上記架橋乾燥工程によってゼラチンが架橋ゾル状態とされた塗布層に、塗布層中に含有されるゼラチンを膨潤させるための液体を塗布する。
(Second application process)
Next, the gelatin in the coating layer was cooled to a temperature below the freezing point of gelatin by cooling the display surface substrate, and the gelatin was brought into a crosslinked sol state by the above-described crosslinking drying step at a temperature below the freezing point of gelatin. A liquid for swelling the gelatin contained in the coating layer is applied to the coating layer.
なお、第2の塗布工程では、表示面基板を室温による自然冷却、あるいは冷却装置を用いて強制冷却することによって、ゼラチンの凝固点以下の30℃以下の塗布層温度にすることが好ましい。
表示面基板を冷却するための冷却装置としては、ペルチェなどを用いた冷却プレート、冷風ブロー装置等を用いることができる。
In the second coating step, it is preferable that the display surface substrate is naturally cooled at room temperature or forcedly cooled using a cooling device so that the coating layer temperature is 30 ° C. or lower, which is below the freezing point of gelatin.
As a cooling device for cooling the display surface substrate, a cooling plate using a Peltier or the like, a cold air blowing device, or the like can be used.
ゼラチンが架橋ゾル状態にある塗布層に塗布する液体は、ゼラチンを膨潤しうる液体であればよく、この液体としては、純水、イオン交換水、蒸留水、水道水等の水、水溶性有機溶媒、あるいはイオン交換水、蒸留水、水道水等の水と水溶性有機溶媒を混合した液体、非水溶性有機溶媒、およびイオン性液体等が用途や使用条件等に応じて選択される。また、ゼラチンを膨潤しうる液体には、粘度を調節するための高分子材料が添加されていてもよい。高分子材料には、架橋ゾル状態となった塗布層を汚染したり溶解したりしないものであればなんでもよく、例えばゼラチン、ポリビニルアルコールなどがあげられる。
さらに、増粘剤、濡れ性改善剤、乾燥速度調整剤など、公知の溶液特性改質剤を添加してもよい。
The liquid to be applied to the coating layer in which the gelatin is in a crosslinked sol state may be any liquid that can swell the gelatin. Examples of the liquid include pure water, ion-exchanged water, distilled water, and tap water. A solvent, or a liquid obtained by mixing water such as ion-exchanged water, distilled water, or tap water with a water-soluble organic solvent, a water-insoluble organic solvent, an ionic liquid, or the like is selected according to the use or use conditions. In addition, a polymer material for adjusting viscosity may be added to a liquid capable of swelling gelatin. The polymer material may be anything as long as it does not contaminate or dissolve the coating layer in the crosslinked sol state, and examples thereof include gelatin and polyvinyl alcohol.
Furthermore, you may add well-known solution characteristic modifiers, such as a thickener, a wettability improving agent, and a drying rate modifier.
第1実施形態において、上記液体は、ゾル−ゲル変化をさせるために充分な量が必要であるため、塗布膜厚に対して、0.5倍以上20倍以下の割合で塗布層上に塗布されることが好ましく、特に1倍以上10倍以下の割合で塗布されることがより好ましい。
上記液体の塗布層への塗布は、アプリケータ、エッジコータ、スクリーンコータ、ロールコータ、カーテンコータ、ダイコータ等の所望の量を塗布できる公知の装置を用いて行う。第2の塗布工程では、ゼラチンが架橋ゾル状態にある塗布層に液体を塗布することにより、塗布層中のゼラチンが液体を吸収して膨潤すると共に、この第2の塗布工程は、ゼラチンの凝固点以下の温度下において行われるので、塗布層中のゼラチンが架橋ゲル状態となる。
In the first embodiment, since the liquid needs a sufficient amount to change the sol-gel, it is applied on the coating layer at a ratio of 0.5 to 20 times the coating thickness. In particular, it is more preferably applied at a ratio of 1 to 10 times.
Application of the liquid to the application layer is performed using a known apparatus capable of applying a desired amount such as an applicator, an edge coater, a screen coater, a roll coater, a curtain coater, or a die coater. In the second coating step, the gelatin is applied to the coating layer in which the gelatin is in a crosslinked sol state, so that the gelatin in the coating layer absorbs the liquid and swells. Since it is performed under the following temperature, the gelatin in the coating layer is in a crosslinked gel state.
また、コーティング以外の方法として、調光層への蒸気の噴霧、高湿状態で調光層を保管するゼラチンのゾル−ゲル変化が生じることができる公知の装置を用いて行うようにしてもよい。このように第2の塗布工程では、ゾル状態のゼラチンが液体を吸収して膨潤するときに、ゼラチンは架橋された状態にあることから、この架橋乾燥工程において形成された稠密構造が崩壊することなく塗布層が膨潤される。また、この膨潤工程は、ゼラチンの凝固点以下の温度下において行われるので、ゼラチンはゾル状態からゲル状態に変化する。 Further, as a method other than the coating, it may be carried out using a known apparatus capable of causing a sol-gel change of gelatin in which the light control layer is sprayed with steam or the light control layer is stored in a high humidity state. . Thus, in the second coating step, when the gelatin in the sol state swells by absorbing the liquid, the gelatin is in a crosslinked state, so that the dense structure formed in this crosslinking and drying step is destroyed. The coating layer is swollen without. Moreover, since this swelling process is performed under the temperature below the freezing point of gelatin, gelatin changes from a sol state to a gel state.
ここで、前記ゼラチンおよび架橋剤について説明する。
−ゼラチン−
本実施形態の調光層に用いられるゼラチンとしては、ゼラチンの物性として、ゼリー強度が大きく、ゾル粘度が低いものが好ましい。
Here, the gelatin and the crosslinking agent will be described.
-Gelatin-
As gelatin used for the light control layer of this embodiment, the thing with a large jelly strength and a low sol viscosity is preferable as a physical property of gelatin.
このゼラチンとしては、α鎖の多量体である高分子量のβ鎖・γ鎖や、α鎖の主鎖が途中で切れた低分子量成分が少なく、α鎖残量の多いものが適している。牛骨を酸処理して製造されたゼラチン材料は、この条件を満たし、とくにゼリー強度が大きく、ゾル粘度が低いため好ましい。また、原料のコラーゲンを加水分解する際に最初に抽出される第一抽出品がよい。なお、液晶材料のイオン汚染を防止するため、ゼラチン中に残留するイオン成分をイオン交換樹脂など公知の手法を用いて除去してもよい。 As the gelatin, those having a high molecular weight β chain / γ chain which is a multimer of α chains and low molecular weight components in which the main chain of the α chain is cut off in the middle and a large amount of α chain remaining are suitable. A gelatin material produced by acid treatment of bovine bone is preferable because it satisfies this condition, and particularly has high jelly strength and low sol viscosity. Moreover, the 1st extract extracted first when hydrolyzing the collagen of a raw material is good. In order to prevent ionic contamination of the liquid crystal material, ionic components remaining in the gelatin may be removed using a known technique such as an ion exchange resin.
−架橋剤−
本実施形態の調光層用塗布液に含有され、ゼラチンを架橋しうる架橋剤としては、ゼラチンとの関係で好適なものを選択すればよいが、中でも、ゼラチン分子間で架橋を形成し、ゼラチンを難溶化するものが好ましく、例えば、アルデヒド系化合物(アルデヒド基を有する化合物)のホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、グルタルアルデヒド、およびグリオキサールや、多価金属塩化合物のカリミョウバン水和物、あるいはアジピン酸ジヒドラジド、メラミンホルマリンオリゴマ、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリアミドエピクロロヒドリン、ポリカルボジイミド等を挙げることができる。
-Crosslinking agent-
The crosslinking agent contained in the light control layer coating liquid of the present embodiment and capable of crosslinking gelatin may be selected from those suitable in relation to gelatin, but among them, a crosslinking is formed between gelatin molecules, Those which make gelatin hardly soluble are preferred, such as formaldehyde, acetaldehyde, glutaraldehyde, and glyoxal of aldehyde compounds (compounds having an aldehyde group), potassium alum hydrate of polyvalent metal salt compounds, or adipic acid dihydrazide, Examples include melamine formalin oligomer, ethylene glycol diglycidyl ether, polyamide epichlorohydrin, polycarbodiimide, and the like.
中でも、コレステリック液晶中へのイオン性不純物の溶出がなく、調光層中に含有されていても電気特性に影響を与えない点で、アルデヒド基を持つ化合物(アルデヒド系化合物)が好ましい。この理由としては、アルデヒド基を持つ化合物は、アルコールを酸化して精製しているため、イオン性物質が混入しにくいのではないかと予想している。また、ゼラチン分子のアミノ基との反応からも副生成物の発生はしない。 Among them, a compound having an aldehyde group (aldehyde compound) is preferable in that ionic impurities are not eluted into the cholesteric liquid crystal and the electric characteristics are not affected even if contained in the light control layer. The reason for this is that a compound having an aldehyde group is purified by oxidizing an alcohol, so that it is expected that an ionic substance is hardly mixed. Also, no by-product is generated from the reaction with the amino group of the gelatin molecule.
さらには、単官能アルデヒド化合物(例えばホルムアルデヒド)では、充分な架橋効果が得られず、下記一般式(1)で表される多官能アルデヒド(nは0以上)では、nで示される官能基間鎖長が大きいと、ゼラチン分子との架橋機会が増すため架橋反応が早すぎて調光層用塗布液がゲル化してしまう。 Furthermore, with a monofunctional aldehyde compound (for example, formaldehyde), a sufficient crosslinking effect cannot be obtained, and in the polyfunctional aldehyde represented by the following general formula (1) (n is 0 or more), the functional group represented by n If the chain length is large, the opportunity for cross-linking with gelatin molecules increases, so that the cross-linking reaction is too early and the light control layer coating solution gels.
[式]
OHC−(CH2)n−CHO 一般式(1)
[formula]
OHC- (CH 2) n -CHO general formula (1)
そのため、塗布工程での凝固点以上での加熱による架橋反応の進行が緩やかであり、加熱を長時間行っても調光層塗布液の粘性を著しく増加させない点で、アルデヒド基を持つ化合物のグリオキサールが好適である。 Therefore, the progress of the crosslinking reaction by heating above the freezing point in the coating process is slow, and the viscosity of the light control layer coating solution is not significantly increased even if heating is performed for a long time. Is preferred.
本実施形態において、上記架橋剤は、調光層塗布液中の不揮発成分に対して、0.1質量%以上20質量%以下含有されることが好ましく、1質量%以上10質量%以下含有されていることがより好ましい。架橋剤の含有量が、0.1質量%未満だと充分な架橋効果が得られず、また20質量%を超えると調光層塗布液の粘性を著しく増加させてしまう。 In the present embodiment, the crosslinking agent is preferably contained in an amount of 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, with respect to the nonvolatile component in the light control layer coating solution. More preferably. If the content of the crosslinking agent is less than 0.1% by mass, a sufficient crosslinking effect cannot be obtained, and if it exceeds 20% by mass, the viscosity of the light control layer coating solution is remarkably increased.
(乾燥工程)
最後に、上記第2の塗布工程により表示面基板上に形成された塗布層をゲル状態に維持したまま、塗布層中のゼラチンに吸収されている液体を、ゼラチンの凝固点以下の温度下で揮発させて乾燥させる。
(Drying process)
Finally, the liquid absorbed in the gelatin in the coating layer is volatilized at a temperature below the freezing point of the gelatin while the coating layer formed on the display surface substrate in the second coating step is maintained in a gel state. Let dry.
ここで、ゼラチンはコラーゲンの熱変性物であるため、ゾル状態でのゼラチンの分子構造はランダムコイル状となっているが、ゲル状態でのゼラチンは分子の一部が元のコラーゲンのらせん構造をとりネットワークが形成される。そのため、ゾル状態よりもゲル状態で乾燥工程を行ったほうが、塗布層中の液体の揮発に伴うゼラチンの体積収縮は大きい。上記保持工程で稠密配列された液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルは、乾燥工程をゲル状態にすることでゾル状態での乾燥に比べて、厚み方向には圧縮力が、面方向には引っ張り力が働くため変形し、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセル各々が多面体化される。 Here, since gelatin is a heat-denatured product of collagen, the molecular structure of gelatin in the sol state is a random coil shape, but gelatin in the gel state has a part of the molecule's original collagen helical structure. Network is formed. Therefore, the volumetric shrinkage of gelatin accompanying the volatilization of the liquid in the coating layer is larger when the drying process is performed in the gel state than in the sol state. The liquid crystal drops or liquid crystal microcapsules that are densely arranged in the holding step have a compressive force in the thickness direction and a tensile force in the plane direction compared to drying in the sol state by bringing the drying step into a gel state. Therefore, the liquid crystal drops or the liquid crystal microcapsules are each polyhedral.
以上の各工程(第1の塗布工程、架橋乾燥工程、第2の塗布工程、および乾燥工程)を、液晶ドロップがゼラチン、架橋剤、および溶媒を含む溶液に分散された調光層用塗布液を用い、塗布部をできる限り小さい容積の容器内で保持する場合について、図2を用いて説明する。 Each of the above steps (first coating step, crosslinking drying step, second coating step, and drying step) is performed by applying a light control layer coating solution in which a liquid crystal drop is dispersed in a solution containing gelatin, a crosslinking agent, and a solvent. The case where an application part is hold | maintained in the container of the volume as small as possible using FIG. 2 is demonstrated using FIG.
図2(A)は第1の塗布工程を示す概念図である。第1の塗布工程では、図2(A)に示すように、表示面基板20上に、ゼラチン、架橋剤、および溶媒を含む溶液37中に液晶ドロップ32が分散された調光層用塗布液を、塗布装置60によって塗布することにより、表示面基板20上に塗布層39を形成する。 FIG. 2A is a conceptual diagram showing the first coating process. In the first coating step, as shown in FIG. 2A, a light control layer coating solution in which a liquid crystal drop 32 is dispersed in a solution 37 containing gelatin, a crosslinking agent, and a solvent on the display surface substrate 20. Is applied by a coating device 60 to form a coating layer 39 on the display surface substrate 20.
次に、架橋乾燥工程では、図2(B)および図2(C)に示すように、図2(A)に示される第1の塗布工程で形成された塗布層39を密閉容器70の中に保持すると共に、表示面基板20を、図示を省略する加熱装置によって加熱することにより塗布層39をゼラチンの凝固点より高い温度に加熱する。密閉容器内の雰囲気は、塗布層39中の溶媒の初期揮発によって飽和蒸気圧に近い状態になっている。この状態では、塗布層39から溶媒が急速に揮発しないため、各液晶ドロップ32が激しい液流動によって歪むことはない。溶媒の揮発とともに塗布層39の厚みが減少し、それに伴って各液晶ドロップ32はお互いの位置関係を少しずつ変えながら稠密状態へと自然に配列する。 Next, in the cross-linking drying step, as shown in FIGS. 2B and 2C, the coating layer 39 formed in the first coating step shown in FIG. The display surface substrate 20 is heated by a heating device (not shown) to heat the coating layer 39 to a temperature higher than the freezing point of gelatin. The atmosphere in the sealed container is close to the saturated vapor pressure due to the initial volatilization of the solvent in the coating layer 39. In this state, since the solvent does not volatilize rapidly from the coating layer 39, each liquid crystal drop 32 is not distorted by vigorous liquid flow. As the solvent evaporates, the thickness of the coating layer 39 decreases, and accordingly, the liquid crystal drops 32 are naturally arranged in a dense state while gradually changing the positional relationship with each other.
架橋乾燥工程では、さらに、図2(C)に示すように、図2(B)に示されるゼラチンの凝固点より高い温度で且つ飽和蒸気圧に近い状態、すなわち高温高湿状態下で塗布層39をゼラチンの凝固点より高い温度となるように表示面基板20の加熱を継続することにより、塗布層39中に含まれるゼラチンを、塗布層39中に含まれる架橋剤によって架橋する。溶媒が完全に揮発すると、液晶ドロップ32が稠密に配列された凹凸の少ないフラットな塗布層39が得られる。このように、図2(B)および図2(C)に示す架橋乾燥工程により、ゼラチンが架橋剤によって架橋され且つゼラチンがゾル状態(架橋ゾル状態)の塗布層が得られる。 In the cross-linking drying step, as shown in FIG. 2C, the coating layer 39 is in a state higher than the freezing point of gelatin shown in FIG. 2B and close to the saturated vapor pressure, that is, in a high temperature and high humidity state. The display surface substrate 20 is continuously heated to a temperature higher than the freezing point of gelatin, whereby the gelatin contained in the coating layer 39 is crosslinked by the crosslinking agent contained in the coating layer 39. When the solvent is completely volatilized, a flat coating layer 39 with few irregularities in which the liquid crystal drops 32 are densely arranged is obtained. 2B and 2C, a coating layer in which gelatin is crosslinked with a crosslinking agent and gelatin is in a sol state (crosslinked sol state) is obtained.
次に、第2の塗布工程では、図2(D)に示すように、上記架橋乾燥工程によってゼラチンが架橋ゾル状態となった塗布層39が形成された表示面基板20を、密閉容器70外に保持し、塗布層39上に、塗布装置62によって塗布層中のゼラチンをゾル−ゲル変化させるための液体41を塗布する。なお、この第2の塗布工程は、塗布層39をゼラチンの凝固点以下の温度となる環境下において行われる。この第2の塗布工程によって、塗布層39中のゼラチンは塗布された液体を吸収して膨潤すると共に、塗布層39がゼラチンの凝固点以下の温度下に置かれることにより、架橋ゾル状態のゼラチンは架橋ゲル状態となる。 Next, in the second coating step, as shown in FIG. 2D, the display surface substrate 20 on which the coating layer 39 in which the gelatin is in a crosslinked sol state is formed by the crosslinking drying step is removed from the sealed container 70. The liquid 41 for changing the gelatin in the coating layer to the sol-gel is coated on the coating layer 39 by the coating device 62. This second coating step is performed in an environment where the coating layer 39 is at a temperature below the freezing point of gelatin. By this second coating step, the gelatin in the coating layer 39 absorbs the applied liquid and swells, and the coating layer 39 is placed at a temperature below the freezing point of the gelatin, so that the gelatin in the crosslinked sol state becomes It becomes a crosslinked gel state.
最後に、乾燥工程では、図2(E)に示すように、上記第2の塗布工程によってゼラチンをゾル−ゲル変化させるために塗布され、塗布層39中のゼラチンに吸収されている液体を、ゼラチンの凝固点以下の温度で揮発させる。 Finally, in the drying step, as shown in FIG. 2 (E), the liquid applied to change the sol-gel of gelatin in the second coating step and absorbed in the gelatin in the coating layer 39 is Volatilize at a temperature below the freezing point of gelatin.
上記第2の塗布工程において、ゼラチンは、架橋剤により架橋された状態のまま液体で膨潤すると共に、ゾル状態からゲル状態へと変化するので、該塗布層39中に含まれる液晶ドロップ32の稠密状態が崩されることなくゲル化される。ゼラチンは、ゾル状態に比べてゲル状態で乾燥させたほうが塗布層中の液体の揮発に伴うゼラチンの体積収縮が大きいことから、乾燥工程により液体が揮発されると、液体の揮発と共に塗布層39の厚みが減少し、ゼラチンの体積収縮に伴って、厚み方向には圧縮力が、面方向に引っ張り力がそれぞれ働き、各液晶ドロップ32は扁平化される。このとき、上記架橋乾燥工程により、液晶ドロップ32は稠密状態となっているので、液体の揮発に伴うゼラチンの体積収縮によって、各液晶ドロップは図2(E)に示すように稠密に配置された状態で多面体化される。 In the second coating step, the gelatin swells in the liquid while being crosslinked by the crosslinking agent, and changes from the sol state to the gel state. Therefore, the density of the liquid crystal drop 32 contained in the coating layer 39 is increased. Gelates without breaking the state. Gelatin has a larger volume shrinkage of gelatin due to volatilization of the liquid in the coating layer when it is dried in the gel state than in the sol state. As the volume of the gelatin decreases, a compressive force acts in the thickness direction and a tensile force acts in the surface direction as the volume of the gelatin shrinks, and each liquid crystal drop 32 is flattened. At this time, since the liquid crystal drops 32 are in a dense state by the cross-linking and drying step, the liquid crystal drops are densely arranged as shown in FIG. It is polyhedral in the state.
第1実施形態に用いるゼラチン材料は、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの動きを阻害しないようゾル粘度の小さいものが好ましく、且つ乾燥工程終了後の調光層表面に液晶滴の漏れ出しを抑制するゼリー強度の高いものが好ましく、以上の観点から牛骨を原料として酸処理を行ったゼラチンが好適である。 The gelatin material used in the first embodiment preferably has a low sol viscosity so as not to inhibit the movement of the liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule, and the jelly that suppresses leakage of liquid crystal droplets on the light control layer surface after the drying step is completed. Those having high strength are preferred, and gelatin subjected to acid treatment using beef bone as a raw material is preferred from the above viewpoint.
第1実施形態の特徴である、ゼラチンのゾル−ゲル変化による液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの多面体化の理由については、厳密に解明できていない。
ゼラチンはコラーゲンの熱変性物であるため、ゾル状態で乾燥させたゼラチンの分子構造はランダムコイル状となっているが、ゲル状態で乾燥させたゼラチンは、分子の一部が元のコラーゲンのらせん構造をとりネットワークが形成されている。ゼラチンがゾル状態からゲル状態へと変化すると体積収縮が生じると考えられる。そのため、塗布層を、ゾル−ゲル変化をさせずにゾル状態のまま乾燥しただけでは、塗布層中の液体の揮発に伴うゼラチンの体積収縮が生じないことから、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルを扁平化し、多面化することは困難であると考えられる。
The reason why the liquid crystal drop or liquid crystal microcapsule is polyhedral due to gelatin sol-gel change, which is a feature of the first embodiment, has not been clarified.
Since gelatin is a heat-denatured product of collagen, the molecular structure of gelatin dried in the sol state has a random coil shape. Gelatin dried in the gel state is part of the original collagen helix. A network is formed with a structure. It is considered that volume shrinkage occurs when gelatin changes from a sol state to a gel state. Therefore, if the coating layer is dried in the sol state without changing the sol-gel, the volumetric contraction of gelatin due to the volatilization of the liquid in the coating layer does not occur. Therefore, the liquid crystal drop or the liquid crystal microcapsule is flattened. It is considered difficult to make it multifaceted.
また、架橋剤を含めないように調光層用塗布液を調製し、塗布、乾燥工程を行った調光層では、ゾル−ゲル変化させるための液体を調光層に塗布したときに、ゼラチンの膨潤によって調光層中のゼラチンのネットワークが解けてしまい、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの保持が不可能となるため、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルの合体が生じ、その結果、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルが稠密に配列されたPDLC構造が崩れると考えられる。 In addition, in the light control layer prepared by preparing a light control layer coating solution so as not to contain a crosslinking agent, and applying and drying steps, when the liquid for changing the sol-gel is applied to the light control layer, gelatin Since the gelatin network in the light control layer is unwound due to the swelling of the liquid crystal, it becomes impossible to hold the liquid crystal drop or the liquid crystal microcapsule, and the liquid crystal drop or the liquid crystal microcapsule is coalesced. It is considered that the PDLC structure in which the capsules are densely arranged is broken.
一方、第1実施形態によれば、第1の塗布工程において支持基板上に、ゼラチン、ゼラチンを架橋しうる架橋剤、および溶媒を含む溶液に液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルが分散された調光層用塗布液を塗布し、次に架橋乾燥工程において、塗布層をゼラチンの凝固点よりも高い温度下において乾燥するとともに、塗布層中のゼラチンを架橋剤によって架橋することによって、塗布層中のゼラチンを架橋ゾル状態にし、さらに第2の塗布工程においてゼラチンをゾル−ゲル変化させるための液体を塗布した後に、乾燥工程においてゼラチンの凝固点以下の温度で揮発させて乾燥させるので、ゾル−ゲル変化させるための液体を塗布しても、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルが稠密に配列されたPDLC構造を崩すことなく塗布層中のゼラチンをゲル状態に変化させることができ、ゾル−ゲル変化させるための液体が揮発するのに伴って、厚み方向には圧縮力が、面方向には引っ張り力がそれぞれ働くため、液晶ドロップまたは液晶マイクロカプセルを扁平化し、最終的には多面体化することができる。 On the other hand, according to the first embodiment, a light control layer in which liquid crystal drops or liquid crystal microcapsules are dispersed in a solution containing gelatin, a crosslinking agent capable of crosslinking gelatin, and a solvent on the support substrate in the first coating step. In the crosslinking and drying step, the coating layer is dried at a temperature higher than the freezing point of the gelatin, and the gelatin in the coating layer is crosslinked with a crosslinking agent to thereby form the gelatin in the coating layer. In order to change the sol-gel, it is made into a crosslinked sol state, and after the liquid for changing the sol-gel of gelatin in the second coating step is applied, it is evaporated and dried at a temperature below the freezing point of gelatin in the drying step. Even if this liquid is applied, the liquid crystal drops or liquid crystal microcapsules are densely arranged without breaking the PDLC structure. Gelatin in the layer can be changed to a gel state, and as the liquid for changing the sol-gel is volatilized, a compressive force acts in the thickness direction and a tensile force acts in the surface direction. Drops or liquid crystal microcapsules can be flattened and finally polyhedral.
また、前述の通り、非表示面基板上に第2の調光層を形成する方法も、上記の方法に順じて行われる。 Further, as described above, the method of forming the second light control layer on the non-display surface substrate is also performed in accordance with the above method.
<第2実施形態>
また、本実施形態に係る光変調素子の別の構成として、第2実施形態に係る光変調素子が上げられる。該第2実施形態に係る光変調素子の構成としては、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板を有し、且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、第1の液晶を含有する第1の調光層と、前記第1の液晶より閾値の大きい第2の液晶を含有する第2の調光層と、電極層と、を有すると共に、前記電極層から前記第1および第2の調光層に印加する印加電圧の大きさを制御する制御部を有する構成が上げられる。
尚、前記「閾値」とは、反応を起こさせる最低の刺激量を指し、即ち、ドメインサイズを大きくする(変化させる)最低の印加電圧を意味する。
<Second Embodiment>
Further, as another configuration of the light modulation element according to the present embodiment, the light modulation element according to the second embodiment can be mentioned. As a configuration of the light modulation element according to the second embodiment, at least one has a pair of light-transmitting substrates, and a first liquid crystal is contained in a region sandwiched between the pair of substrates. And a first light control layer, a second light control layer containing a second liquid crystal having a threshold larger than that of the first liquid crystal, and an electrode layer, and the first and second layers from the electrode layer. A configuration having a control unit that controls the magnitude of the applied voltage applied to the light control layer is raised.
The “threshold value” refers to the lowest stimulation amount that causes a reaction, that is, the lowest applied voltage that increases (changes) the domain size.
前記電極層から前記第1の調光層および第2の調光層に印加される印加電圧の大きさを、前記第2の液晶のドメインサイズが変化しない範囲において、前記第1の液晶のドメインサイズを変化させるよう制御することにより、第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズのみ制御され、その結果視野角の広さを調整することができる。 The domain of the first liquid crystal is adjusted so that the applied voltage applied from the electrode layer to the first dimming layer and the second dimming layer does not change the domain size of the second liquid crystal. By controlling to change the size, only the domain size of the liquid crystal contained in the first light control layer is controlled, and as a result, the width of the viewing angle can be adjusted.
〔実験例〕
以下、前述の第1実施形態に係る光変調素子である液晶表示素子の具体例を示し、その効果について検証する。
[Experimental example]
Hereinafter, a specific example of the liquid crystal display element which is the light modulation element according to the first embodiment will be shown, and the effect thereof will be verified.
−液晶材料の調製−
図1に示す第1の調光層30Aおよび第2の調光層30Bを形成する液晶材料として、ネマチック液晶にカイラル剤を混合して、波長550nmのグリーンの色光を選択反射するコレステリック液晶を調製した。その際、第1の調光層30Aに用いる液晶材料には、第2の調光層30Bに用いる液晶材料の3倍の抵抗値を持つ液晶材料を選んだ。
-Preparation of liquid crystal material-
As a liquid crystal material for forming the first dimming layer 30A and the second dimming layer 30B shown in FIG. 1, a cholesteric liquid crystal that selectively reflects green color light having a wavelength of 550 nm is prepared by mixing a nematic liquid crystal with a chiral agent. did. At that time, a liquid crystal material having a resistance value three times that of the liquid crystal material used for the second light control layer 30B was selected as the liquid crystal material used for the first light control layer 30A.
−液晶表示素子の作製−
表示面基板21としてのガラス基板上に、ITO電極膜を厚さ20nmとなるように作製して第1の電極層22を形成した。次いで、表示面基板21としてのガラス基板のITO電極膜上に、前記第1の調光層30A用の液晶を5μmの厚さで形成し、更に5μmの球状のスペーサビーズを散布した。該液晶の層の上に、中間層50として厚さ2μmのポリエチレンテレフタレートフィルムを前記スペーサビーズに接着するように密着させた。
-Production of liquid crystal display elements-
An ITO electrode film having a thickness of 20 nm was formed on a glass substrate as the display surface substrate 21 to form a first electrode layer 22. Next, on the ITO electrode film of the glass substrate as the display surface substrate 21, the liquid crystal for the first light control layer 30A was formed with a thickness of 5 μm, and spherical spacer beads of 5 μm were further dispersed. On the liquid crystal layer, a polyethylene terephthalate film having a thickness of 2 μm was adhered as the intermediate layer 50 so as to adhere to the spacer beads.
一方、非表示面基板11としてのガラス基板上に、ITO電極膜を厚さ20nmとなるように作製して第2の電極層12を形成した。次いで、非表示面基板11としてのガラス基板のITO電極膜上に、前記第2の調光層30B用の液晶を5μmの厚さで形成し、更に5μmの球状のスペーサビーズを散布した。 On the other hand, an ITO electrode film having a thickness of 20 nm was formed on a glass substrate as the non-display surface substrate 11 to form a second electrode layer 12. Next, the liquid crystal for the second light control layer 30B was formed to a thickness of 5 μm on the ITO electrode film of the glass substrate as the non-display surface substrate 11, and spherical spacer beads of 5 μm were further dispersed.
次いで、前記非表示面基板11としてのガラス基板の第2の調光層30B形成面に、前記表示面基板21としてのガラス基板の中間層50形成面を対向させ、該中間層50が第2の調光層30B中のスペーサビーズに接着するように密着させた。
更に非表示面基板11としてのガラス基板の第2の調光層30B形成面とは反対側の面に遮光層を形成した。
その後、スペーサビーズと、第1の電極層22としてのITO電極膜、第2の電極層12としてのITO電極膜および中間層50としてのポリエチレンテレフタレートフィルムと、を密着させるため、110℃に加熱して30分間保持し液晶表示素子を得た。
Next, the surface on which the intermediate layer 50 of the glass substrate as the display surface substrate 21 is opposed to the surface on which the second light control layer 30B of the glass substrate as the non-display surface substrate 11 is formed. The light adjusting layer 30B was adhered so as to adhere to the spacer beads.
Furthermore, the light shielding layer was formed in the surface on the opposite side to the 2nd light control layer 30B formation surface of the glass substrate as the non-display surface board | substrate 11. FIG.
Thereafter, the spacer beads are heated to 110 ° C. to bring the ITO electrode film as the first electrode layer 22, the ITO electrode film as the second electrode layer 12, and the polyethylene terephthalate film as the intermediate layer 50 into close contact. For 30 minutes to obtain a liquid crystal display element.
−評価−
図5に、印加電圧の大きさを変化させた場合における第1の調光層30Aの液晶材料のドメインサイズの様子を示す。(a)は印加電圧を200Vとした場合、(b)は印加電圧を500Vとした場合である。(a)では細かなドメインサイズの液晶が見えるのに対し、(b)では(a)と比べて大きなドメインサイズとなっていることが分かる。
-Evaluation-
FIG. 5 shows the domain size of the liquid crystal material of the first light control layer 30A when the magnitude of the applied voltage is changed. (A) is when the applied voltage is 200V, and (b) is when the applied voltage is 500V. In (a), a liquid crystal having a fine domain size can be seen, whereas in (b), it can be seen that the domain size is larger than that in (a).
また、反射特性の測定結果を図6に示す。図6は、第1の調光層30Aへの印加電圧を変化させた場合において、視野角度を変化させながら反射率(%)を測定したものである。図6から、印加電圧が低い場合(100Vおよび200V)では、反射率のピークがブロードとなり、即ち視野角が広がっていることが分かる。一方、印加電圧が高い場合(300Vおよび500V)では、反射率のピークがシャープとなり、即ち視野角が狭くなっていることが分かる。 In addition, the measurement results of the reflection characteristics are shown in FIG. FIG. 6 shows the reflectance (%) measured while changing the viewing angle when the voltage applied to the first light control layer 30A is changed. FIG. 6 shows that when the applied voltage is low (100 V and 200 V), the reflectance peak is broad, that is, the viewing angle is widened. On the other hand, when the applied voltage is high (300 V and 500 V), it can be seen that the reflectance peak is sharp, that is, the viewing angle is narrow.
以上の結果から、第1の電極層22から第1の調光層30Aおよび第2の調光層30Bに印加される印加電圧の大きさを、前記第2の調光層30Bにおける液晶のドメインサイズが変化しない範囲において、前記第1の調光層30Aにおける液晶のドメインサイズを変化させるよう制御することにより、第1の調光層30Aに含有される液晶のドメインサイズのみ変化させることができ、その結果視野角の広さを調整することができることが分かった。
尚、図6から分かるように、その場合の色純度は大きく変化しなかった。
From the above results, the magnitude of the applied voltage applied from the first electrode layer 22 to the first dimming layer 30A and the second dimming layer 30B is determined based on the domain of the liquid crystal in the second dimming layer 30B. By controlling to change the liquid crystal domain size in the first light control layer 30A within a range where the size does not change, only the liquid crystal domain size contained in the first light control layer 30A can be changed. As a result, it was found that the viewing angle can be adjusted.
As can be seen from FIG. 6, the color purity in that case did not change significantly.
10 光変調素子
11、21 基板
12、22 電極
30A、30B 調光層
32 液晶ドロップ
34 ゼラチン
36 液晶マイクロカプセル
37 溶液
39 塗布層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light modulation element 11, 21 Substrate 12, 22 Electrode 30A, 30B Light control layer 32 Liquid crystal drop 34 Gelatin 36 Liquid crystal microcapsule 37 Solution 39 Coating layer
Claims (4)
且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、液晶を含有する第1の調光層および第2の調光層と、少なくとも前記第1の調光層に電圧を印加する電極層と、を有すると共に、
前記電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを制御する制御部を有する光変調素子。 At least one has a pair of translucent substrates,
And it has the 1st light control layer and the 2nd light control layer containing a liquid crystal, and the electrode layer which applies a voltage to at least the 1st light control layer in the field between the pair of substrates. With
A light modulation element having a control unit for controlling a height of an applied voltage applied from the electrode layer to the first light control layer.
且つ前記一対の基板にて挟まれる領域に、第1の電極層と、前記第1の調光層と、中間層と、前記第2の調光層と、第2の電極層と、をこの順に有すると共に、
前記第1の電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを制御する制御部を有する請求項1に記載の光変調素子。 At least one has a pair of translucent substrates,
In a region sandwiched between the pair of substrates, the first electrode layer, the first light control layer, the intermediate layer, the second light control layer, and the second electrode layer are provided. Have in order,
The light modulation element according to claim 1, further comprising a control unit that controls a height of an applied voltage applied from the first electrode layer to the first light control layer.
前記電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを調整して、前記第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズを制御する光変調素子の駆動方法。 At least one has a pair of light-transmitting substrates, and a first light control layer and a second light control layer containing liquid crystal in a region sandwiched between the pair of substrates, and at least the first light control layer An electrode layer for applying a voltage to the light control layer,
A method for driving a light modulation element, wherein a domain size of a liquid crystal contained in the first light control layer is controlled by adjusting a height of an applied voltage applied from the electrode layer to the first light control layer.
前記第1の電極層から前記第1の調光層に印加する印加電圧の高さを調整して、前記第1の調光層に含有される液晶のドメインサイズを制御する請求項3に記載の光変調素子の駆動方法。 At least one has a pair of light-transmitting substrates, and a region sandwiched between the pair of substrates includes a first electrode layer, the first light control layer, an intermediate layer, and the second layer. For the light modulation element having the light control layer and the second electrode layer in this order,
4. The domain size of the liquid crystal contained in the first light control layer is controlled by adjusting a height of an applied voltage applied from the first electrode layer to the first light control layer. 5. Driving method of the light modulation element.
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