JP5613751B2 - 液晶ライトバルブ及びその製造法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、2011年12月7日出願の台湾特許出願第100145162号の利益を主張する。参照により上述の外国出願の全体を本出願に含める。

本発明は、液晶ライトバルブ、及び、その液晶ライトバルブ、特に、低電圧動作及び相当のエネルギー節約用として適応される液晶ライトバルブを製造するための方法に関する。

ポリマー分散液晶（PDLC）は、現在、散乱型ライトバルブにおいてもっとも支配的な応用であるが、それに必要な動作電圧はほぼ60から70ボルトの範囲に亘る。散乱型ライトバルブでは、液晶ライトバルブは、外部印加電圧の干渉が起こらない場合、光がブロックされるよう光散乱状態に維持される。しかしながら、外部電圧がその液晶ライトバルブに印加されると、液晶ライトバルブの外見は透明に変わり、光の透過を可能とする。

液晶ライトバルブ使用の詳細については、液晶ライトバルブ使用の斜視図を示す、図1A-図1Cを参照されたい。図1Aに示すように、外部動作電圧が液晶ライトバルブ101に印加されない場合、光は、液晶ライトバルブ101を透過することができない。この条件下では、液晶ライトバルブ101越しにはいかなる対象物も見ることができない。一方、外部電圧が印加されると（例えば、30ボルトの動作電圧を印加することによって）、液晶ライトバルブ101は光透過を示し始める。図1Bに示すように、光の一部が液晶ライトバルブ101を透過すると、液晶ライトバルブ101の後ろの対象物の視像が、大雑把ではあるが見ることが可能になる。

さらに、動作電圧を約60-70ボルトに上げると、液晶ライトバルブ101の光透過度は、それに対応してその最大レベルに上昇する。図1Cに示す状況下では、液晶ライトバルブ101はより多くの光の透過を可能とし、液晶ライトバルブ101背後の対象物の視像をより明確に見させる。

しかしながら、上述の公知の液晶ライトバルブ101にはなお多くの欠点を見て取ることができる。例えば、従来技術による液晶ライトバルブ101は、例外的に高い動作電圧を必要とすると考えられ（例えば、動作電圧として、前述のように、60から70ボルト）、このような実施形態は、従来型の液晶ライトバルブ101を動作状態に維持するには大量のエネルギー消費を意味すると受け取られる。さらに、公知の液晶ライトバルブ101は、長い反応時間を要求する。即ち、外部動作電圧がその初期状態から調節されると、液晶ライトバルブ101の光透過度は、変わった動作電圧に対し直ちには応答することができず、それに応じて自己調節する。それに加えて、この公知の液晶ライトバルブ101はさらに、この光バルブは必ずしも全ての視野角に対して適正ではないという、視野角関連問題に直面する。

上記に鑑みて、液晶ライトバルブは提示すべき優れた特性を有するが、依然として多くの欠点によって制約され、一般的な汎用性を見出すことができない。そのため、産業界では、新規の液晶ライトバルブが、即ち、応用用途においてより広い受容を可能とするよう、特定欠点の改善を可能とする液晶ライトバルブが求められている。

本発明の目的は、エネルギー消費を顕著に節約する、低圧で動作することが可能な液晶ライトバルブを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、偏光作用から隔離され、偏光子を不要とし、単純な製造プロセス、短い反応時間、高いコントラスト比、その他を有する液晶ライトバルブを提供することである。

本発明のさらにもう一つの目的は、液晶ライトバルブの製造法であって、単純な製造プロセスによって、液晶ライトバルブの生産コストを大幅に低下させることが可能な方法を提供することである。

前述の目的を達成するため、下記の本発明の液晶ライトバルブが、即ち、第1ポリマー層を含む第1基板；第2ポリマー層を含む第2基板、但し、第1ポリマー層及び第2ポリマー層は互いに向き合って配置される；及び、液晶材料層を含み、該液晶材料層が、第1ポリマー層及び第2ポリマー層の間に挿入される液晶ライトバルブにおいて、第1ポリマー層及び第2ポリマー層が粗面(roughened surface)を有し、この粗面が、第1ポリマー層と液晶材料層の間か、又は、第2ポリマー層と液晶材料層の間に配置される液晶ライトバルブが提供される。

本発明では、前述の粗面を形成するために、第1ポリマー層及び第2ポリマー層に対し加熱プロセス、次いで冷却プロセスを実施することが好ましい。ここで、前述の加熱プロセスでは、第1ポリマー層及び第2ポリマー層が、好ましくは、液晶材料層に溶解し、液晶材料層が、好ましくは、冷却プロセスにおいて分離され、第1ポリマー層及び第2ポリマー層に付着されることに注目することは特に興味深い。さらに、前述の加熱プロセスでは、温度が液晶材料層の相転移点を超えるように加熱することが好ましい。

さらに、液晶材料層の液晶の選択に制限はない。液晶材料は、ネマティック液晶、スメクティック液晶、又はコレステリック液晶であることが好ましい。より好ましくは、液晶材料はネマティック液晶である。

さらに、前述の第1基板及び第2基板のための基板の選択にも制限は無い。第1基板は、ガラス基板又は屈曲性基板であることが好ましい。第2基板は、ガラス基板、屈曲性基板であることが好ましい。前記によれば、第1基板及び第2基板は共に、同時にガラス基板又は屈曲性基板を用いてもよいし、あるいは、それらの内の一方がガラス基板を用い、他方が屈曲性基板を用いてもよい。さらに、ガラス基板は、形状において全く制限は無いが、好ましくは、インジウム錫酸化物（ITO）導電ガラス、インジウム亜鉛酸化物（IZO）導電ガラス、錫酸化物（SnO₂）導電ガラス、又は亜鉛酸化物（ZnO）導電ガラスである。

第1ポリマー層及び第2ポリマー層を構成する材料もまた制限されない。しかしながら、第1ポリマー層及び第2ポリマー層を作る材料は、本発明の液晶ライトバルブ製造法のためには、ポリ（N-ビニルカルバゾール）であることが好ましい。

本発明の液晶ライトバルブによれば、動作電圧は、0Vと20Vの間、より好ましくは、0Vと18Vの間であることが好ましい。さらに、光透過度は、0%と80%の間であることが好ましい。当業者であれば、動作電圧範囲に関する知識に基づいて、液晶ライトバルブに必要なこの動作電圧が低く、従って、エネルギー消費節約に役立つことが可能であることを知ることができよう。

前記目的を達成するために、本発明の液晶ライトバルブ調製法が提供される。但し、該方法は、下記の工程を含む、即ち：（A）第1基板及び第2基板を準備すること、但し、第1基板及び第2基板は、それぞれ、第1ポリマー層及び第2ポリマー層を形成し、且つ、第1ポリマー層と第2ポリマー層の間には液晶材料層が挿入される；（B）加熱プロセスを実行すること；及び（C）第1ポリマー層及び第2ポリマー層にそれぞれ、粗面を形成させるよう冷却プロセスを実行すること、但し、該粗面は、第1ポリマー層と液晶材料層の間か、又は、第2ポリマー層と液晶材料層の間に挿入される。

工程（A）では、第1基板及び第2基板から液晶セルを作製し、この液晶セルの内部に前述の液晶材料層を満たすことが好ましい。次に、液晶材料層において使用される液晶のタイプは特に限定はされないが、該液晶材料層は、ネマティック液晶、スメクティック液晶、又はコレステリック液晶であることが好ましい。しかしながら、ネマティック液晶であることがより好ましい。

次に、工程（B）における加熱温度は、50℃から150℃であることが好ましい。ここに、加熱プロセスは、液晶材料層の相転移点を超えるように作動すべきであることを指摘することは特に興味深い。次に、第1基板と第2基板の間に形成される第1ポリマー層及び第2ポリマー層は、好ましくは、工程（B）の加熱プロセスの際、液晶材料層に溶解される。さらに、液晶材料層に溶解される第1ポリマー層及び第2ポリマー層は、好ましくは、分離析出され、第1ポリマー層及び第2ポリマー層に付着される。

それ以外では、前記の第1基板及び第2基板は、特定タイプの基板に特に限定されない。第1基板はガラス基板であるか、又は屈曲性基板であることが好ましい。且つ、その際、第2基板もガラス基板又は屈曲性基板であることが好ましい。前記によれば、第1基板及び第2基板は、同時に、ガラス基板又は屈曲性基板として選ばれてもよいが、一方はガス基板で、他方は屈曲性基板となるように設定されてもよい。ガス基板は、特定形状に特に限定されないが、好ましくは、インジウム錫酸化物（ITO）導電ガラス、インジウム亜鉛酸化物（IZO）導電ガラス、錫酸化物（SnO₂）導電ガラス、又は亜鉛酸化物（ZnO）導電ガラスである。

本発明の液晶ライトバルブ調製法では、第1ポリマー層及び第2ポリマー層の材料は制限されないが、しかし、本発明の液晶ライトバルブ調製法では、第1ポリマー層及び第2ポリマー層は、［ポリ（N-ビニルカルバゾール）］であることが好ましい。工程（A）で述べたように、第1ポリマー層及び第2ポリマー層は、第1基板及び第2基板の上に形成される。ここで、第1ポリマー層及び第2ポリマー層を形成する方法にはまったく制限がないことに注意しなければならない。しかしながら、この方法は、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレイ、インクジェットプリンティング、ローラープリンティング、又はスリットコーティングであることが好ましい。

1A-1Cは、本発明による液晶ライトバルブの使用を示す模式的斜視図である。 本発明の実施態様1の液晶ライトバルブを示す。 本発明の実施態様2の液晶ライトバルブの調製法を示すフローチャート図である。 4A-4Cは、本発明の実施態様2の液晶ライトバルブを製造する調製法を示す。 外部から印加される電圧と、本発明によって提供される液晶ライトバルブの光透過度との関係を示す。 6A及び6Bは、本発明によって提供される液晶ライトバルブの反応時間を示す図である。

以後、本発明の実施態様を具体的に示すために実施例を提供する。本発明の他の利点及び効果は、本発明の開示からより明らかにされる。本発明においては、他にも様々な特徴を実行又は応用することが可能であり、本発明の精神から逸脱することなく、様々な概念及び用途に基づいて種々の改変及び変種を製造することが可能である。

本発明の実施態様1の液晶ライトバルブについては、図2を参照されたい。図2は、本発明の実施態様1を示している。図2に示すように、本発明の実施態様1の液晶ライトバルブ200は：第1基板201、第2基板202、及び液晶材料層203を含む。

次に、第1ポリマー層2011が第1基板の上に形成され、第2ポリマー層2021が第2基板の上に形成される。第1ポリマー層2011と第2ポリマー層2021は、互いに向き合う方向に配置される。さらに、図2に示すように、液晶材料層203が、第1ポリマー層2011と第2ポリマー層2021の間に満たされる。

図2で注意すべきことは、第1ポリマー層2011及び第2ポリマー層2021が、それぞれ、粗面204を有することで、この粗面204は、第1ポリマー層2011と液晶材料層203の間、又は、第2ポリマー層2021と液晶材料層203の間に挿入される。

第1基板201及び第2基板202はいずれの基板にも限定されないが、本発明の実施態様1の液晶ライトバルブに関しては、第1基板201及び第2基板202は、ガラス基板又は屈曲性基板として選択することが可能である。ガラス基板は、例えば、インジウム亜鉛酸化物（IZO）導電ガラス、錫酸化物（SnO₂）導電ガラス、又は亜鉛酸化物（ZnO）導電ガラスであってもよい。本発明の実施態様1の液晶ライトバルブでは、第1基板201及び第2基板202はガラス基板であり、そのガラス基板は、インジウム錫酸化物導電ガラスである。

その外、前述の第1ポリマー層2011及び第2ポリマー層2021は、［ポリ（N-ビニルカルバゾール）］として選択することが可能である。上の記載から、第1ポリマー層1011及び第2ポリマー層2021は、それぞれ、第1基板201及び第2基板202上に形成されることは明らかである。この場合、第1ポリマー層2011及び第2ポリマー層2021の形成法としては、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレイ、インクジェットプリンティング、ローラープリンティング、又はスリットコーティングが挙げられる。本発明の実施態様1の液晶ライトバルブのためには、第1ポリマー層2011及び第2ポリマー層2021を形成するのにスピンコーティングが使用される。

本発明の実施態様1の液晶ライトバルブによれば、動作電圧は、好ましくは0Vと20Vの間、より好ましくは0Vと18Vの間である。さらに、透過度は、0%と80%の間であることが好ましく、本発明の実施態様1の液晶ライトバルブに関しては、液晶ライトバルブの光透過度は76.7%であり、本発明の実施態様1の動作電圧範囲に基づくならば、必要動作電圧が、従来型液晶ライトバルブにおいて要求されるそれよりもはるかに低く、従って、エネルギー消費節約に寄与することが可能であることが理解されよう。

本発明の実施態様2の液晶ライトバルブの調製法については図3を参照されたい。図3は、本発明の実施態様2の液晶ライトバルブの調製法を示すフローチャート図であり、この方法は、下記の工程を含む、即ち：（A）第1基板及び第2基板を準備すること、但し、第1基板及び第2基板は、それぞれ、第1ポリマー層及び第2ポリマー層を形成し、且つ、第1ポリマー層と第2ポリマー層の間には液晶材料層が挿入される；（B）加熱プロセスを実行すること；及び（C）第1ポリマー層及び第2ポリマー層が粗面を形成するよう冷却プロセスを実行すること、但し、該粗面は、第1ポリマー層と液晶材料層の間か、又は、第2ポリマー層と液晶材料層の間に挿入される。

下記に、本発明の液晶ライトバルブの調製法に関するより詳細な説明を提供する。

図4A-図4Cを参照すると、図4A-図4Cは、本発明の実施態様2の液晶ライトバルブを製造するための調製法を示す。ここで図4Aを参照すると、先ず、第1基板401及び第2基板402が準備される。本発明の実施態様2の液晶ライトバルブの調製法では、第1基板401はガラス基板であり、これは、インジウム錫酸化物導電ガラスであり、第2基板402は、屈曲性基板である。次に、第1基板401及び第2基板402は、それぞれ、第1ポリマー層4011及び第2ポリマー層4021を形成し、第1ポリマー層4011と第2ポリマー層4021は、互いに向き合う方向に配置される。

ここで特に興味深いのは、第1ポリマー層4011と第2ポリマー層4021を構成する材料が、［ポリ（N-ビニルカルバゾール）］であり、第1ポリマー層4011と第2ポリマー層4021が、それぞれ、第1基板401と第2基板402の上にディップコーティング法によって形成されることである。さらに、液晶材料層403が、第1ポリマー層4011と第2ポリマー層4021の間に挿入される。次に、液晶材料層403のための液晶のタイプは、ネマティック液晶である。

さらにここで興味深いのは、本発明の実施態様2の液晶ライトバルブの調製法では、第1基板401と第2基板402が、先ず、加工されて液晶セルを形成し、次いで、その容器が、液晶材料層403によって満たされることである。しかしながら、この工程は、本発明にとって必要工程ではない。

次の工程は、この液晶セルに対し加熱プロセスを実施することである。図4Bを参照すると、加熱プロセスを液晶セルに実施する場合、加熱プロセスは、温度を上げて液晶材料層403の相転移点を超えさせ、それによって液晶材料に等方性配置を与えることが好ましい。これによって、第1ポリマー層4011及び第2ポリマー層4021は、各等方性結晶材料層403に溶解する。図4B中の丸がポリ（N-ビニルカルバゾール）であることは重要である。さらに、加熱プロセスの温度は50℃と150℃の間にあり、本発明の実施態様2の液晶ライトバルブの調製法では、加熱プロセスの温度は60℃である。

次に、液晶セルに対し、その液晶セルの温度を室温に下げる冷却プロセスを実施する。液晶セルの温度が室温に低下されると、液晶材料層403の中に溶解したポリ（N-ビニルカルバゾール）は、液晶材料層403から分離析出し、第1ポリマー層4011及び第2ポリマー層4021に付着する。このようにして、第1ポリマー層4011及び第2ポリマー層4021は協働して、図4Cに示す粗面を形成する。

上述のように、液晶材料中に溶解したポリ（N-ビニルカルバゾール）は分離析出して、第1基板及び第2基板の二つの辺縁に付着して、図4Cに示す粗れた不均一構造をもたらす。この構造は、液晶材料配置を、光散乱を可能とする無秩序状態に変換することを可能とする。このようにして、本発明の調製法によって作製される液晶ライトバルブによれば、印加電圧の外部的供給が無い場合は、光は、液晶ライトバルブを透過することができない。この液晶ライトバルブに外部の動作電圧が加えられると、このライトバルブの液晶における変化は明白になる。なぜなら液晶が電場に反応し、ライトバルブを通じて、光を透過させるからである。

動作電圧を供給すると、それに応じてライトバルブの光透過度は増す。このことは、光の透過及び散乱が、動作電圧を操作することによって手動レベルで調節が可能であることを意味する。ここで図5を参照すると、図5は、外部的に印加された電圧と、本発明によって提供される液晶ライトバルブの光透過度の間の関係を示す。図5から、本発明の調製法から得られる液晶ライトバルブでは、その効率は300のコントラスト比に、動作電圧は約18ボルトに、最大透過度は80%近くに達することが可能であることが示される。それ故、公知の液晶ライトバルブと比べると、本発明の液晶ライトバルブの動作電圧は、僅か20ボルト付近と顕著に低下させることが可能であり、従って、消費エネルギーが相当量低く抑えられる。

さらに、参照は図6A及び図6Bへ向けられる。これらは、本発明の液晶ライトバルブの反応時間を表わす図を示す。図6Aは、外部動作電圧を0ボルトから20ボルトに上げた場合の、液晶ライトバルブの反応時間を示し、図6Bは、外部動作電圧を20ボルトから0ボルトに下げた場合の液晶ライトバルブの反応時間を示す。

図6Aから、外部動作電圧を0ボルトから20ボルトに上げると、液晶ライトバルブの透過度を、10%におけるその最小値から90%におけるその最大値まで上げるのに約1.25msしかかからない（図6Aに示す例では、反応時間は1.26 msである）ことが理解され、図6Bからは、外部動作電圧を20ボルトから0ボルトに下げると、液晶ライトバルブの透過度を、90%におけるその最大値から10%におけるその最小値まで下げるのに約5.7 msしかかからない（図6Bに示す例では、反応時間は5.7msである）ことが示される。

さらに、本発明によって提供される液晶ライトバルブの生産法は、単純直截で、一連の複雑な工程の実行を要せず、ただ製造プロセスにおいて低エネルギーの消費を必要とするにすぎない。それ故、液晶ライトバルブ製造に要する関連経済コストは大きく下げることが可能であり、これは、大量生産には有利であると考えられる。

本発明の実施態様3の液晶ライトバルブの調製法は、実施態様2において記載されたものと近似するが、その違いは、本発明の実施態様3の液晶ライトバルブの調製法では、第1基板がガラス基板であり、且つ、亜鉛錫酸化物導電ガラスであることである。さらに、液晶材料層の液晶のタイプはコレステリック液晶である。さらに、第1ポリマー層及び第2ポリマー層を構成する材料は、コレステリック液晶であり、このコレステリック液晶は、E7型ネマティック液晶及びキラル材料の混合物から製造される。キラル材料のタイプについて制限は無く、本発明の実施態様3の液晶ライトバルブの調製法では、キラル材料はCB15である。さらに、加熱プロセスの温度は80℃である。

本発明の実施態様2の液晶ライトバルブの調製法に対する他の類似点についてはこれ以上詳細には述べない。

上記実施態様は、簡単な具体的説明のための一例として提供されるもので、本発明の求める保護の範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められるべきものであって、上記実施態様のみに限定されるものではない。

Claims (15)

1. 液晶ライトバルブであって：
   その上に第1ポリマー層を形成させる第1基板；
   その上に第2ポリマー層を形成させる第2基板、但し、第1ポリマー層及び第2ポリマー層は互いに向き合って配置される；及び、
   液晶材料層、但し、該液晶材料層は、第1ポリマー層及び第2ポリマー層の間に充填される、
   を含み、
   但し、第1ポリマー層及び第2ポリマー層はそれぞれ、粗面を有し、該粗面は、第1ポリマー層と液晶材料層の間か、又は、第2ポリマー層と液晶材料層の間に配置され、
   その粗面は、前記第1ポリマー層及び第2ポリマー層に対し、加熱プロセス、次いで冷却プロセスが実施されて形成され、、
   前記第1ポリマー層及び第2ポリマー層は、加熱プロセスの実施後、前記液晶材料層に溶解し、該第1ポリマー層及び第2ポリマー層が、冷却プロセスの実施後、分離・析出されて、第1ポリマー層及び第2ポリマー層上に付着され、
   そして、前記加熱プロセス中に変動する温度が、前記液晶材料層の相転移点に向かって上昇し、それを超える、
   液晶ライトバルブ。
2. 前記液晶材料が、ネマティック液晶、スメクティック液晶、又はコレステリック液晶である、請求項1に記載の液晶ライトバルブ。
3. 前記第1基板及び第2基板が、それぞれ個別に、ガラス基板又は屈曲性基板である、請求項1に記載の液晶ライトバルブ。
4. 前記ガラス基板が、インジウム錫酸化物（ITO）導電ガラス、インジウム亜鉛酸化物（IZO）導電ガラス、錫酸化物（SnO₂）導電ガラス、又は亜鉛酸化物（ZnO）導電ガラスである、請求項３に記載の液晶ライトバルブ。
5. 前記第1ポリマー層及び第2ポリマー層が、ポリ（N-ビニルカルバゾール）から製造される、請求項1に記載の液晶ライトバルブ。
6. 前記液晶ライトバルブの動作電圧が0Vと18Vの間である、請求項1に記載の液晶ライトバルブ。
7. 前記液晶ライトバルブの透過度が、液晶ライトバルブの動作電圧が0V のとき0%で、液晶ライトバルブの動作電圧が１８V のとき80%である、請求項1に記載の液晶ライトバルブ。
8. 液晶ライトバルブを調製する方法であって、下記の工程：
   （A）第1基板及び第2基板を準備すること、但し、該第1基板及び第2基板は、それぞれ、第1ポリマー層及び第2ポリマー層を形成し、該第1ポリマー層と第2ポリマー層は互いに向き合って配置され、且つ、液晶材料層は、該第1ポリマー層及び第2ポリマー層の間に配置される；次いで、
   （B）加熱プロセスを実行すること、ここで、該第1ポリマー層と第2ポリマー層は、液晶材料層に溶解する；次いで、
   （C）冷却プロセスを実行して該第1ポリマー層及び第2ポリマー層のそれぞれに粗面を形成させること、そして、該粗面は、第1ポリマー層と液晶材料層の間か、又は、第2ポリマー層と液晶材料層の間に配置される、ここで、前記液晶材料層に溶解した、該第1ポリマー層及び第2ポリマー層は、分離・析出されて、第1ポリマー層及び第2ポリマー層上に付着される、
   を含む方法。
9. 工程（A）では、前記第1基板及び第2基板を調製して液晶セルを形成させ、且つ、該液晶セルが液晶材料層によって満たされる、請求項８に記載の液晶ライトバルブの調製法。
10. 工程（A）では、前記液晶材料が、ネマティック液晶、スメクティック液晶、コレステリック液晶である、請求項８に記載の液晶ライトバルブの調製法。
11. 工程（A）では、前記第1基板及び第2基板が、それぞれ個別に、ガラス基板又は屈曲性基板である、請求項８に記載の液晶ライトバルブの調製法。
12. 工程（A）では、前記第1ポリマー層及び第2ポリマー層が、［ポリ（N-ビニルカルバゾール）］から製造される、請求項８に記載の液晶ライトバルブの調製法。
13. 工程（A）では、前記ポリマー層を形成する方法が、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレイ、インクジェットプリンティング、ローラープリンティング、又はスリットコーティングである、請求項８に記載の液晶ライトバルブの調製法。
14. 工程（B）では、加熱温度が50℃と150℃の間にある、請求項８に記載の液晶ライトバルブの調製法。
15. 工程（B）では、前記加熱プロセスが、温度を上げて前記液晶材料層の相転移点を超えるように実施される、請求項８に記載の液晶ライトバルブの調製法。