JP3308353B2

JP3308353B2 - 液晶光学素子

Info

Publication number: JP3308353B2
Application number: JP20292093A
Authority: JP
Inventors: 仁嗣大阿久; 英昌高; 裕熊井; 聡渭原
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp; AGC Inc
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 2002-07-29
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JPH0736041A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マルチプレックス駆動
に適した透過散乱型液晶光学素子の素子構成に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光散乱を動作原理とする液晶光学素子に
は動的散乱（ＤＳ），相転移（ＰＣ）及び高分子分散型
の３つのモードが知られている。

【０００３】ＤＳモードは、透明電極付き基板間に、導
電性物質を添加した誘電異方性が負の液晶を封入したも
のであり、電圧を印加しない透過状態と、しきい値電圧
より高い電圧の印加により動的散乱を生じさせ透過率を
低下させた状態と、の二状態を制御するものである。

【０００４】ＰＣモードは、必要に応じて配向処理した
透明電極付き基板間にコレステリック液晶を封入し、電
圧印加の有無により、ホメオトロピック配列のネマティ
ック相（透過）と、フォーカルコニック配列又はプレー
ナ配列のコレステリック相（散乱）と、の二状態を制御
するものである。

【０００５】高分子分散型液晶は液晶と高分子の複合体
を光学素子に用いたものであり、さまざまな形態があ
る。特に、R.A.M.Hikmetが、J.Appl.Phys.,68(9)4406(1
990)、及び特開平４−２２７６８４号公報に開示した方
法は、ネマティック液晶に１〜１０重量％のアクリレー
トを添加し、いわゆる異方性ゲルを形成して、これを透
明電極付き基板間に挟持し、電圧無印加時には透過、電
圧印加時には散乱の二状態を制御するものである。

【０００６】比較的多量の高分子のマトリクス中に液晶
分子を分散保持するタイプの液晶電気素子の場合は、液
晶と高分子との屈折率差により散乱状態を作るものであ
るが、Ｈｉｋｍｅｔの方法は、むしろ液晶の配向状態の
差により散乱−透過状態を作り出すものであり、高分子
は配向を固定し散乱状態における散乱度をより高める役
割を果たしているといえる。

【０００７】この方法において、ホメオトロピックの状
態で液晶中に異方性ゲルを形成すれば、電圧非印加の状
態が散乱状態となり、電圧印加状態が透明状態になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上に示した各モードに
ついて、共通する問題点として、マルチプレックス駆動
に向いていないという点があった。マルチプレックス駆
動を行うためには、電圧−透過率曲線が急峻であるか、
又はメモリー性を備えた双安定性を有することが必要で
ある。しかし、いずれのモードも電圧を印加して液晶の
再配向を行うときの急峻性が十分でなく、また、実質的
にはメモリー性を有するともいえない。

【０００９】ＰＣモードについては、わずかにメモリー
性を有する場合があることが報告されている。すなわ
ち、ＰＣモードのホメオトロピック配列のネマティック
相は不完全ではあるがピッチによってはメモリー性を持
ち、印加電圧を液晶の立ち上がり電圧以下に急激に低下
させた場合、数ミリ秒〜数秒程度の間ネマティック相は
保たれ、双安定状態が形成される。しかし、ピッチ等が
特定の条件でしかメモリー性をもたないため、散乱状態
の色相調節、駆動電圧の調整などのための素子設計の自
由度が小さい問題点がある。例えば、ＰＣモードで、透
過散乱制御を行うものとして、Proceedings of theSID,
Vol.26,No.4,p.243,1985.のような発表が知られてい
る。このモードでは電圧無印加時の散乱が十分でない、
つまり、オフ時の透過率が高いという欠点があり、これ
を改善するためには、液晶のネジレネマティック配向の
ピッチ長を短くする、又は液晶層の厚みを厚くするなど
の方法が考えられるが、この場合メモリー性を安定に保
つことは困難である。

【００１０】このように、ＰＣモードではＴＦＴを用い
るなどしたアクティブ駆動によらない限りコントラスト
のよい大容量表示は困難である。

【００１１】また、高分子分散型液晶については、散乱
時の散乱度が、ＰＣモードに比べて高い有利さがある
が、一方で駆動電圧が高くなってしまう欠点がある。高
分子の部分に基板間の電圧降下が消費されてしまうから
である。このため、特にパルス印加の必要のあるマルチ
プレックス駆動においては、非常に高い電圧を印加する
ことになるが、そのような電圧に耐えられる駆動ＩＣは
非常に少ないのが現状である。このように駆動電圧の高
さは、高分子を含む液晶素子について特有かつ本質的な
問題点となっている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明はネマティック液
晶、カイラルネマティック液晶又はコレステリック液晶
を挟持してなる液晶光学素子において、液晶の立ち上が
りしきい値電圧以上の電圧印加が行われた場合に生じる
液晶のホメオトロピック配向状態を安定化させるように
施された高分子を液晶中に分散させ、液晶の立ち上がり
急峻性を向上させるとともに、しきい値電圧以上の電圧
が印加された際に生じる液晶のホメオトロピック配向状
態を安定化させることにより、ホメオトロピック配列状
態にメモリー性を生じさせ、液晶の立ち上がりしきい値
電圧と立ち下がりしきい値電圧の差（ヒステリシス）を
増大させた液晶光学素子を提供することを目的とする。
本発明によれば、十分なメモリー性を有する双安定型の
透過−散乱型素子が得られるうえ、駆動電圧を低く抑え
ることが可能になり、散乱−透過タイプの表示素子、特
に、ペーパーホワイトの背景色を有する反射型大容量の
表示素子などの実用化に途を開くことができる。

【００１３】すなわち、本発明は、少なくとも１枚は垂
直配向処理を施された複数の電極付き基板と、前記基板
間に挟持された誘電異方性が正で自発ねじれ性を有する
液晶層と、液晶分子を液晶層の厚み方向全体にわたって
基板に略垂直方向に配向せしめる配向手段と、を有し、
前記液晶層の自発ねじれ力に対する前記配向手段の配向
規制力を所定の強さに調整することにより、前記の電極
間に飽和電圧が印加された場合には実質的にホメオトロ
ピック配向をとり、前記の電極間に電圧が印加されない
場合には、実質的にねじれ配向をとり、前記電極間に飽
和電圧より小さい所定の中間電圧が印加された場合に
は、ホメオトロピック配向とねじれ配向とのメモリー性
を有する双安定状態をとるようにされ、配向手段は、基
板間に挟持された液晶層中に高分子材料を添加した後、
液晶層がホメオトロピック配向をとった状態で該高分子
材料を硬化せしめてなる液晶光学素子を提供するもので
ある。

【００１４】本発明で使用する液晶材料は、単一の液晶
化合物であることは必要ではなく、２種以上の液晶化合
物や、液晶化合物以外の物質も含んだ混合物であっても
よく、通常この技術分野で液晶材料として認識されるも
のであればよい。そのうち正の誘電異方性を有するもの
である。用いる液晶としては、ねじれ構造を有するもの
であり、スメクティック液晶、ネマティック液晶、カイ
ラルネマティック液晶、コレステリック液晶が望まし
く、特に、カイラルネマティック液晶が望ましい。その
性能を改善するために、コレステリック液晶、カイラル
スメクティック液晶等や、二色性色素、通常の色素、顔
料等が適宜含まれていてもよい。

【００１５】本発明で使用する液晶材料は、以下に示す
化合物群から選ばれる１種以上の化合物からなる配合組
成物が望ましく、液晶の特性、例えば、等方性液体と液
晶の相転移温度、融点、粘度、屈折率異方性（Δｎ）、
誘電率異方性（Δε）、及び分散する高分子原料との溶
解度等を改善することを目的として適宜選択して用いる
ことが望ましい。そして、これに液晶光学素子の応答特
性、立ち上がりしきい値電圧等の特性を考慮し、同様に
以下に示すカイラル物質又はコレステリック液晶を添加
・混合し、カイラルネマティック液晶として用いること
が望ましい。

【００１６】このとき、添加・混合後の液晶分子のねじ
れのピッチは液晶層の厚みの１０倍以下であることが、
液晶光学素子の応答特性、立ち上がり急峻性等の特性か
ら望ましく、さらに、０．５倍以下であることが液晶立
ち上がりしきい値電圧以下の電圧印加時の散乱能（白濁
度）の点から望ましい。

【００１７】また、ピッチが０．８μｍを超え、好まし
くは、１．０μｍを超える場合には、ほぼ白色に散乱す
るため、印加電圧によって、白色散乱状態と、透明状態
の二状態をとることができるようになる。一方、ピッチ
が０．２μｍ〜０．８μｍの場合には、ピッチによる選
択反射が生じ、印加電圧により、着色散乱状態と、透明
状態との二状態をとることができるようになる。

【００１８】液晶材料としては、例えば、４−置換安息
香酸４−置換フェニルエステル、４−置換シクロヘキサ
ンカルボン酸４−置換フェニルエステル、４−置換シク
ロヘキサンカルボン酸４’−置換−４−ビフェニリルエ
ステル、４−（４−置換シクロヘキサンカルボニルオキ
シ）安息香酸４−置換フェニルエステル、４−（４−置
換シクロヘキシル）安息香酸４−置換フェニルエステ
ル、４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸４−置換
シクロヘキシルエステル、４−置換４’−置換ビフェニ
ル、１−（４−置換フェニル）−４−置換シクロヘキサ
ン、４−置換４”置換ターフェニル、１−（４’−置換
−４−ビフェニリル）−４−置換シクロヘキサン、２−
（４−置換フェニル）５−置換ピリミジン等が挙げられ
る。

【００１９】カイラル物質としてはカイラルネマチック
液晶を用いるのが一般的であり、４’−（光学活性（以
下略）２−メチルブチル）−４−シアノビフェニル、
４’−（３−メチルペンチル）−４−シアノビフェニ
ル、４’−（２−メチルブトキシ）−４−シアノビフェ
ニル、４−（２−メチルブチル）安息香酸４−シアノフ
ェニルエステル、４−（２−メチルブトキシ）安息香酸
４−シアノフェニルエステル、４−（２−メチルブトキ
シ）安息香酸４’−シアノ−４−ビフェニリルエステ
ル、４−（２−メチルブトキシ）安息香酸４’−シアノ
−４−ビフェニリルエステル、４−（ｐ−２ーメチルブ
チルフェニル）−４’−シアノビフェニル、４−（２−
メチルブチル）シクロヘキサンカルボン酸４’−シアノ
−４−ビフェニリルエステル、４−アルコキシ−４’−
（２−メチルブチル）アゾキシベンゼン、４−アルキル
フェニル安息香酸２−メチルブチルエステル、４−アル
コキシフェニル安息香酸２−メチルブチルエステル等が
ある。

【００２０】コレステリック液晶としては、塩化コレス
テロール、脂肪酸コレステロールエステル、ノナン酸コ
レステロール、酢酸コレステロール、炭酸アルキルコレ
ステロールエステル、炭酸メチルコレステロール、炭酸
エチルコレステロール、安息香酸コレステロール、安息
香酸Δ５，６−コレステン−３β−オール、ｐ（又は
ｏ，ｍ）−置換安息香酸コレステロールエステル、ｐ−
メトキシ安息香酸コレステロール、ｐ−アミノ安息香酸
コレステロール、フェニル脂肪酸及びその誘導体のコレ
ステロールエステル、ｐ−アミノケイ皮酸コレステロー
ル、シトステロールエステル、酪酸シトエステル、安息
香酸（又はその誘導体）のコレスタノールエステル、安
息香酸コレスタノール、安息香酸のコレスタジエンエス
テル、等がある。

【００２１】本発明の配向手段としては、実質的に透明
なものであって、液晶分子の動作を極端に妨げないもの
であれば、使用できる。この観点では、液晶層中に高分
子材料を、一定量分散させたものであることが好まし
い。本発明の配向手段は、液晶分子を基板に略垂直方向
に配向せしめるような配向力を有する必要がある。この
ような配向力は、高分子材料を、液晶層中に添加した
後、液晶層がホメオトロピック配向をとった状態で高分
子材料を硬化する又はゲル状とすることで、高分子材料
に付与できる。

【００２２】すなわち、基板に保持した混合物に液晶の
立ち上がりの飽和電圧以上の電圧を印加し、液晶をホメ
オトロピック配列にしたうえで、露光又は加熱を行うこ
と等により、液晶のホメオトロピック配列を安定化する
ように液晶に作用する高分子を液晶中に分散させる。な
お、ここでいう露光とは、一般に紫外線照射、電子線照
射を意味する。加熱を行う場合は、液晶の相転移温度以
下で行うことが好ましい。

【００２３】このようにして得られた高分子は液晶がホ
メオトロピック状態で安定化するように液晶に対して規
制力を持つ。

【００２４】また電圧非印加時には液晶の自発ねじれ力
により、配向の乱れたフォーカルコニック配列又はプレ
ーナ配列のコレステリック相等を生じ強い散乱状態（白
濁）を示す。そして電圧印加時にはいずれの場合もホメ
オトロピック配列になり透過率が高くなる。

【００２５】そのとき前記配向手段の作用によりホメオ
トロピック配列状態は高分子を含まない場合に比べ安定
化されているため、立ち上がりしきい値電圧の低下と立
ち上がり急峻性の向上がもたらされる。これによって、
時分割駆動をした際のコントラストに向上が見られる。

【００２６】高分子として、光硬化型の化合物又は熱硬
化型の化合物を使用できる。光硬化型の化合物を用いる
場合は、硬化速度を速めるために、光硬化開始剤を加え
てもよい。特に、ラジカル種により光硬化可能なもので
あれば、外観品位、信頼性に優れた素子を作成できる。

【００２７】光硬化型化合物を用いる場合には、例え
ば、光硬化性ビニル系化合物を使用することが好まし
い。この光硬化性ビニル系化合物は、大別すると、光照
射によって分解硬化するものと、重合硬化するものとに
分類される。

【００２８】重合硬化するものは、さらに光二量化する
ものと重合高分子化するものとに分けられる。前者は光
硬化性ビニル系化合物中でも、シンナモイル基やシンナ
ミリデン基をもつものが多く、例えばポリケイ皮酸ビニ
ルなどが例示される。後者はモノマーやオリゴマーが光
により活性化されて、相互に又は他のポリマーやオリゴ
マー、モノマーと重合硬化するものであり、光硬化性ビ
ニル系化合物中でもアクリロイル系、アリル系、スピラ
ン系、ビニルベンゼン系のモノマー、オリゴマー、ポリ
マー等が挙げられる。

【００２９】重合高分子化するものとしては、具体的に
は、モノアクリレート、ジアクリレート、Ｎ−置換アク
リルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、スチレン及びその
誘導体、ポリオールアクリレート、ポリエステルアクリ
レート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレー
ト、シリコーンアクリレート、フルオロアルキルアクリ
レート、ポリブタジエン骨格を有するポリアクリレー
ト、イソシアヌル酸骨格を有するポリアクリレート、ヒ
ダントイン骨格を有するアクリレート、不飽和シクロア
セタールなどに代表される単官能および多官能ビニル基
を有する化合物が例示される。

【００３０】本発明では、これら種々の光硬化性ビニル
系化合物が使用できるが、アクリロイル系化合物を使用
することが、露光後の液晶への硬化物の作用及びその均
一性に優れていること、また、露光による硬化速度が速
く硬化物が安定であることから好ましい。なお、ここで
いうアクリロイル系化合物のアクリロイル基は、α位、
β位の水素原子がフェニル基、アルキル基、ハロゲン原
子、シアノ基等で置換されていてもよい。

【００３１】また、硬化性化合物は、単独で又は複数混
合で用いてもよく、素子作成に必要な改質剤、作成した
素子の改質剤等を含んでいてもよい。具体的には、架橋
剤、界面活性剤、希釈剤、増粘剤、消泡剤、接着性付与
剤、安定剤、吸収剤、色素、重合促進剤、連鎖移動剤、
重合禁止剤等を含んでいてもよい。

【００３２】また、光硬化開始剤は、ベンゾインエーテ
ル系、ベンゾフェノン系、アセトフェノン系、チオキサ
ントン系などが例示される。

【００３３】本発明における高分子として、熱硬化型の
化合物を用いる場合、グアナミン樹脂、ビスマレイミド
・トリアジン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、フラン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリ
ジアリルフタレート、ポリビニルエステル、メラミン樹
脂、ユリア樹脂、イソブチレン−無水マレイン酸共重合
体、エポキシ樹脂、ＤＦＫ樹脂、キシレン樹脂、クマロ
ン樹脂、ケトン樹脂、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化
ビニリデンラテックス、ポリテルペン、ポリビニルアル
コール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラート、
ポリビニルホルマール、ポリプロピオン酸ビニル、マレ
イン酸樹脂、シリコーン、等がある。

【００３４】また、熱可塑型の化合物を用いる場合、ア
イオノマー、アクリロニトリル−エチレン−プロピレン
−ジエン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン
樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂
（ＡＢＳ）、ＡＢＳ−ポリ塩化ビニル樹脂、アクリロニ
トリル−塩素化エチレン−スチレン樹脂、メチルメタク
リレート−ブタジエン−スチレン樹脂、液晶ポリマー、
エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル
共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、塩素
化ポリ塩化ビニル、塩素化ポリプロピレン、芳香族ポリ
エステル、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレ
ン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロア
ルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオ
ロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合
体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリア
クリレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリアミド
イミド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエ
ーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、
ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、ポリサルホン、ポ
リスチレン、ポリパラバン酸、ポリパラメチルスチレ
ン、ポリフェニレンエーテル、ポリブタジエン、ポリフ
ェニレンスルフィド、ポリブチレンテレフタレート、ポ
リプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、メチルペンテ
ンポリマー、セルロース誘導体（エチルセルロース、
他）ポリビニルアセテート、等がある。

【００３５】本発明では、液晶層の自発ねじれ力に対す
る配向手段の配向規制力を所定の強さに調整する。

【００３６】液晶層の自発ねじれの力については、さま
ざまな経験式が知られている。しかし、液晶の自発ねじ
れ力を大きく変化させることは現実には難しい。むし
ろ、配向手段たる高分子材料の液晶層への添加量を調整
することにより、それぞれの力を調整できる。

【００３７】高分子材料を液晶層に添加する場合の量
は、液晶高分子複合層に対して重量で０．１〜１０％、
特に０．５〜５％の中で選ぶことが好ましい。あまり少
ないと、必要な配向規制力を得ることができないし、多
すぎると、駆動電圧が大きくなりすぎる。また、液晶を
ホメオトロピック状態にしようとする力が強すぎるた
め、散乱状態が不安定になり、電圧非印加時での光透過
率の上昇、又は、反射モードでの反射率の低下がおこる
おそれがある。駆動電圧は、２〜３％程度の高分子材料
を加えた状態では、驚くべきことに、むしろ高分子材料
を多く添加した方が駆動電圧が低下することがわかっ
た。これは、この付近の量で、高分子材料の配向力によ
る駆動電圧の低下と、電圧降下による駆動電圧の上昇と
が、バランスする状態にあるのではないかと推察され
る。

【００３８】発明者は、セルの基板に垂直配向処理を施
した場合、液晶層の自発ねじれ力に対する配向手段の配
向規制力を所定の強さに調整することにより、いわゆる
メモリー性を有する双安定状態をとることができること
を見いだした。つまり、電極間に飽和電圧より低い特定
の中間電圧が印加された場合に、ホメオトロピック配向
とねじれ配向とのメモリー性を有する双安定状態をとる
ことができる。

【００３９】この場合、中間電圧（以下、バイアス電圧
ともいう）を印加することで飽和電圧印加により生じた
ホメオトロピック配列が安定に存在し、液晶光学素子は
透明な状態を維持する。このとき、電圧無印加時の散乱
状態（白濁）に前記バイアス電圧と等しい電圧を印加し
ても液晶素子に配向変化は生じず、白濁のままであるこ
とから、バイアス電圧を印加する際二つの安定状態（双
安定状態）が存在することになる。したがって、この双
安定状態を用いたマルチプレックス駆動が可能となり、
ＴＦＴ等を用いたアクティブ駆動によることなく、コン
トラストの高い大容量表示が可能となる。

【００４０】本発明において、基板に垂直配向処理を行
うことの別の利点は、駆動電圧を大幅に下げうることで
ある。特にマルチプレックス駆動を行う場合は、より高
いパルス振幅が必要となるために、駆動ＩＣ利用の観点
では、駆動電圧を下げることの必要性は極めて高い。

【００４１】垂直配向処理法として、物理吸着現象を利
用した溶液塗布法があり、配向剤としてはレシチン、ス
テアリン酸、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロ
ミド（ＣＴＡＢ）、オクタデシルアミン塩酸塩等を用い
る。また、化学吸着現象を利用した溶液塗布法があり、
配向剤としては一塩基性カルボン酸クロム錯体（例え
ば、シリスチン酸クロム錯体、パーフルオロノナン酸ク
ロム錯体等）、有機シラン（例えば、ｎ−オクタデシル
トリエトキシシラン）等を用いる。

【００４２】また、プラズマ重合を利用した方法があ
り、配向剤としてはヘキサメチルジシロキサン、パーフ
ルオロジメチルシクロヘキサン、テトラフルオロエチレ
ン、等を用いる。また、スパッタリングを利用した方法
があり、配向剤としてはポリテトラフルオロエチレン、
等が用いられる。また、液晶に配向剤を溶解した後、液
晶セルにこの液晶を注入し、結果として基板処理が行わ
れる方法があり、物理吸着現象を利用する配向剤とし
て、レシチン、ＣＴＡＢ、パーミサイド１００、オクタ
デシルマロン酸、等が用いられる。

【００４３】本発明の素子を製造する際、調整する硬化
性化合物と液晶物質との混合物は溶液状であっても、粘
稠物であっても、分散液であっても、均一になっていれ
ばよく、素子の製造方法によって最適なものを選べばよ
い。

【００４４】具体的には、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 、Ｓｎ
Ｏ₂ 等の透明電極付きガラス基板が相対向するように配
して周辺をシールしたセルには、液状で注入するのが一
般に便利であり、透明電極付きのプラスチック、ガラス
等の基板に塗布し、対向する基板を重ね合わせようとす
る場合には、一般に粘稠状態の方が便利である。またこ
の時、本発明の液晶光学素子を反射型の表示素子として
用いる場合には、片側基板（裏側）上の電極は透明であ
る必要はなく、銅、アルミニウム等の金属材料等、不透
明な材料を用いてもよい。

【００４５】基板間のギャップは１〜１００μｍにて動
作できるが、印加電圧、オン・オフ時のコントラストを
配慮すれば、３〜４０μｍに設定することが適当であ
る。

【００４６】本発明では、この液晶中に二色性色素や単
なる色素、顔料を添加したり、硬化性化合物として着色
したものを使用したり、基板に着色基板を使用したり、
カラーフィルターを積層したりして、特定の色をつける
こともできる。

【００４７】本発明の液晶光学素子は透過と散乱（白
濁）の双安定状態を印加する電圧により制御するモード
であり、通常の時分割駆動によるツイストネマティック
型の表示素子のように、基板間隔を厳密に制御する必要
はなく、大面積を有する液晶調光体をきわめて生産性良
く製造できる。しかし、光の透過状態のムラを少なくす
るためには、基板間隔はある程度一定である方がよい。
そのためには、液晶材料と硬化物の原料にスペーサーを
混合してもよく、一方の基板上に、スペーサーを塗布し
てもよい。スペーサーとしては、例えば、アルミナ、ロ
ッドタイプのガラスファイバー、ガラスビーズ、ポリマ
ービーズ等、種々の液晶セル用のものを使用できる。

【００４８】本発明の液晶光学素子は電圧を印加して駆
動する時には、液晶の配列が変化するような交流電圧を
印加すればよく、その大きさ、周波数の制限は特にはな
い。具体的には、５〜１００Ｖで１０〜１０００Ｈｚ程
度の交流電圧を印加すればよい。

【００４９】また本発明では液晶の飽和電圧以下のバイ
アス電圧を設定することにより、散乱状態（白濁）とホ
メオトロピック配列（透過）の双安定性を利用でき、Ｔ
ＦＴ等のアクティブ駆動によることなくマルチプレック
ス駆動できる散乱（白濁）−透過モードの液晶光学素子
を提供できる。

【００５０】したがって、従来マルチプレックス駆動が
困難であった表示用素子への応用が可能である。とりわ
け反射型で明るく、大容量の表示が可能な表示素子に適
している。また、調光素子、光シャッター等数多くの利
用が考えられる。また、電球等の光源の前に設置して、
例えばフォグランプと通常のランプの切り替えを電気的
に行う用途等にも使用できる。

【００５１】また、本発明では、一方の電極を鏡面反射
電極として鏡として使用してもよく、この場合には、裏
側の基板は不透明なガラス、プラスチック、セラミッ
ク、金属製とされてもよい。

【００５２】また、カラーフィルターを併用したり、液
晶中に二色性色素を混入したりして、カラー化したり、
他のディスプレーであるツイストネマティック型液晶表
示素子、エレクトロクロミック表示素子、エレクトロル
ミネッセンス表示素子等と積層して使用してもよく、種
々の応用が可能である。

【００５３】

【実施例】以下、実施例により、本発明を具体的に説明
する。例１〜６が本発明の実施例である。

【００５４】高分子材料として２, ２’, ６, ６’−テ
トラブロモビスフェノールＡジアクリレート、液晶とし
てＢＤＨ社製「Ｅ４８」、カイラル化合物としてメルク
社製「ＣＢ１５」、を表１に記載した量だけ用い、光硬
化開始剤としてベンゾインメチルエーテルを２, ２’,
６, ６’−テトラブロモビスフェノールＡジアクリレー
ト１部に対して０．０２部用いて均一に溶解して、液晶
高分子混合物を調整した。また、ＩＴＯ付きガラス基板
の表面を表１に示したように配向処理した。垂直配向処
理の場合は、処理用試薬であるｎ−オクタデシルトリエ
トキシシラン（東京化成工業社製）による。また、平行
配向処理の場合は、表面をラビング処理された５０ｎｍ
厚ポリイミド配向膜（日立化成工業社製ＬＸ−５８０
０）による。この基板に表１に示した径のスペーサーを
１ｍｍ² あたり約１個散布し、セル化した後、上記の液
晶高分子混合物をセルに注入した。この時、液晶のねじ
れの自然長（ねじれピッチ）はセルの基板間隔（液晶層
の厚み）の約０．２倍となっていた。

【００５５】注入孔を封止した後、表１に示した交流電
圧３０Ｖ（５０Ｈｚ）を印加しながら、紫外線照射装置
（旭硝子社製ＳＵＮＣＵＲＥＲＩＧＨＴ）により約２０
分露光し、電圧の印加を停止すると、露光面全面が白濁
した素子が得られた。電圧印加前の透過率、及び、飽和
電圧（４０Ｖ、５０Ｈｚ）印加時の透過率を表１に示す
（透過率計：大塚電子社製ＬＣＤ７０００）。また、そ
れぞれの電圧−光透過率カーブを表１に示した図番の図
に示した。

【００５６】

【表１】

【００５７】例１、例２においては、露光時の電圧を印
加しなかった以外全く同じ条件で素子を作成し、それぞ
れの電圧−光透過率カーブを図１、図２に示した。実線
が露光時の電圧を印加した場合であり、点線が露光時の
電圧を印加しなかった場合である。電圧印加露光によ
り、液晶の立ち上がりの急峻性が著しく向上しているこ
とがわかる。なお、この場合は、重合直後は透明である
が、一度電圧印加して白濁させると、電圧非印加状態に
おいても白濁状態を保持した。図１、図２は、このとき
の電圧−光透過率カーブとなっている。

【００５８】例６はピッチを小さくし、着色散乱−透明
の二状態をとるようにした例である。散乱色は緑色とな
った。さらにこの例においては、基板の垂直配向処理を
行うかわりに、平行配向処理を行った以外は、まったく
同じ条件で素子を作成し、電圧−光透過率カーブを点線
で図５に示した。垂直配向処理品は３４Ｖ程度でほぼ透
明状態が出現して飽和し、平行配向処理品は３８Ｖ〜４
０Ｖでほぼ透明状態になるが、以降も少なくとも５０Ｖ
近傍まで透明状態は変化し続けている。このように、垂
直配向処理品では、電圧しきい値が著しく小さくなって
いることがわかる。

【００５９】基板の垂直配向処理の効果は、図１、図
６、図７を比較することによっても明らかである。図１
では７Ｖ近傍から立ち上がり始め、１０Ｖでほぼ完全に
飽和する。配向処理のない図６や平行配向処理をした図
７では、では９〜１０Ｖ近傍から立ち上がり始め、１２
Ｖ付近でほぼ立ち上がるが、以降３０Ｖ付近でも立ち上
がり続ける。

【００６０】図４には、セルギャップ２０μｍの場合の
電圧−光透過率曲線を、高分子量が液晶−高分子複合体
に対して２重量％のもの（実線）と、３重量％のもの
（点線）とを比較して示した。３重量％のもののほうが
低電圧で立ち上がることがわかる。

【００６１】以下に各素子のメモリー性について評価し
た。

【００６２】例１の素子において、電圧無印加状態から
矩形波８Ｖ（５０Ｈｚ）を印加し、白濁状態（透過率１
０．５％）を確認した後、さらに矩形波１２．５Ｖ（５
０Ｈｚ）の電圧を印加し、素子が透明（透過率７９．１
％）になることを確認し、再び素早く印加電圧を８Ｖに
下げる。すると素子は先の白濁状態には戻らず、透明の
状態を保持する。この状態は２５℃の条件下で１時間以
上保たれる。以下ここで示した８Ｖの電圧印加を８Ｖの
バイアス電圧を印加したとし、１２．５Ｖの電圧印加を
立ち上がり電圧を印加したと表現する。

【００６３】比較例として、光硬化物を液晶に加えず、
したがって露光もしない他は例１と同様にして素子を作
成した。同様の測定を行ったが透明の状態（透過率９
０．２％）は１〜３秒程度しか保たれなかった。この結
果はバイアス電圧印加時の透過率を著しく変化させない
範囲でバイアス電圧を変化させても、また、立ち上がり
電圧を変化させても、大きな変化はなかった。

【００６４】例２の素子において、電圧無印加状態から
バイアス電圧として矩形波１７Ｖ（５０Ｈｚ）を印加
し、白濁状態（透過率６．４％）を確認した後、さらに
立ち上がり電圧として矩形波２５Ｖ（５０Ｈｚ）の電圧
を印加し、素子が透明（透過率７４．０％）になること
を確認し、再び素早く印加電圧をバイアス電圧１７Ｖに
下げる。すると素子は先の白濁状態には戻らず、透明の
状態を保持する。この状態は２５℃の条件下で１時間以
上保たれる。

【００６５】比較例として、光硬化物を液晶に加えず、
したがって露光もしない他は例２と同様にして素子を作
成した。同様の測定を行ったが透明の状態（透過率９
０．４％）は１秒程度しか保たれなかった。この結果は
バイアス電圧、立ち上がり電圧を種々変化させても、大
きな変化はなかった。

【００６６】例３の素子において、電圧無印加状態から
バイアス電圧として矩形波１５Ｖ（５０Ｈｚ）を印加
し、白濁状態（透過率５．０％）を確認した後、さらに
立ち上がり電圧として矩形波２５Ｖ（５０Ｈｚ）の電圧
を印加し、素子が透明（透過率７４．２％）になること
を確認し、再び素早く印加電圧をバイアス電圧１５Ｖに
下げる。すると素子は先の白濁状態には戻らず、透明の
状態を保持する。この状態は２５℃の条件下で１時間以
上保たれる。

【００６７】比較例として、光硬化物を液晶に加えず、
したがって露光もしない他は例４と同様にして素子を作
成した。同様の測定を行ったが透明の状態（透過率９
０．４％）は１秒以下程度しか保たれなかった。この結
果はバイアス電圧、立ち上がり電圧を種々変化させて
も、大きな変化はなかった。

【００６８】例４の素子において、電圧無印加状態から
バイアス電圧として矩形波２５Ｖ（５０Ｈｚ）を印加
し、白濁状態（透過率３．６％）を確認した後、さらに
立ち上がり電圧として矩形波３５Ｖ（５０Ｈｚ）の電圧
を印加し、素子が透明（透過率７１．０％）になること
を確認し、再び素早く印加電圧をバイアス電圧２５Ｖに
下げる。すると素子は先の白濁状態には戻らず、透明の
状態を保持する。この状態は２５℃の条件下で１時間以
上保たれる。

【００６９】比較例として、光硬化物を液晶に加えず、
したがって露光もしない他は例４と同様にして素子を作
成した。同様の測定を行ったが透明の状態（透過率９
０．８％）は１秒以下程度しか保たれなかった。この結
果はバイアス電圧、立ち上がり電圧を種々変化させて
も、大きな変化はなかった。

【００７０】例５の素子において、電圧無印加状態から
バイアス電圧として矩形波２１．５Ｖ（５０Ｈｚ）を印
加し、白濁状態（透過率２．３％）を確認した後、さら
に立ち上がり電圧として矩形波３５Ｖ（５０Ｈｚ）の電
圧を印加し、素子が透明（透過率６７．７％）になるこ
とを確認し、再び素早く印加電圧をバイアス電圧２１．
５Ｖに下げる。すると素子は先の白濁状態には戻らず、
透明の状態を保持する。この状態は２５℃の条件下で１
時間以上無限に保たれる。

【００７１】比較例として、光硬化物を液晶に加えず、
したがって露光もしない他は例５と同様にして素子を作
成した。同様の測定を行ったが透明の状態（透過率９
０．８％）は１秒以下程度しか保たれなかった。この結
果はバイアス電圧、立ち上がり電圧を種々変化させて
も、大きな変化はなかった。

【００７２】例７の素子において、例１の素子と同様
に、電圧無印加状態からバイアス電圧として矩形波８Ｖ
（５０Ｈｚ）を印加し、白濁状態（透過率８．９％）を
確認した後、さらに立ち上がり電圧として、矩形波１
２．５Ｖ（５０Ｈｚ）の電圧を印加し、素子が透明（透
過率７６．６％）になることを確認し、再び素早く印加
電圧をバイアス電圧８Ｖに下げる。この時、例１の素子
とは異なり透明状態は保持されず、時間とともに透過率
の低下が見られた。なお透過率が６０％まで低下する時
間は、５０ｍｓｅｃであった。さらに、立ち上がり電圧
を矩形波１５Ｖ（５０Ｈｚ）とし、同様の検討を行った
が、やはり透明状態（透過率８３．３％）は保持され
ず、透過率が６０％まで低下する時間は７０ｍｓｅｃで
あった。バイアス電圧をバイアス電圧印加時の透過率が
著しく上昇しない範囲で種々変化させても、透明状態は
保持されなかった。

【００７３】例８の素子において、例１の素子と同様
に、電圧無印加状態からバイアス電圧として矩形波８Ｖ
（５０Ｈｚ）を印加し、白濁状態（透過率８．６％）を
確認した後、さらに立ち上がり電圧として、矩形波１
２．５Ｖ（５０Ｈｚ）の電圧を印加し、素子が透明（透
過率７１．７％）になることを確認し、再び素早く印加
電圧をバイアス電圧８Ｖに下げる。このとき、例１の素
子とは異なり透明状態は保持されず、時間とともに透過
率の低下が見られた。なお透過率が６０％まで低下する
時間は、９０ｍｓｅｃであった。さらに、立ち上がり電
圧を矩形波１５Ｖ（５０Ｈｚ）とし、同様の検討を行っ
たが、やはり透明状態（透過率７６．６％）は保持され
ず、透過率が６０％まで低下する時間は５００ｍｓｅｃ
であった。バイアス電圧をバイアス電圧印加時の透過率
が著しく上昇しない範囲で種々変化させても、透明状態
は保持されなかった。

【００７４】

【発明の効果】以上のごとく、本発明は、新規な液晶光
学素子を提供するものであり、ネマティック液晶、カイ
ラルネマティック液晶又はコレステリック液晶を挟持し
てなる液晶光学素子において、液晶の飽和電圧以上の電
圧印加が行われた場合に生じる液晶のホメオトロピック
配向状態を安定化させるように施された高分子を液晶中
に分散させ、液晶の立ち上がり急峻性を向上させるとと
もに、しきい値電圧以上の電圧が印加された際に生じる
液晶のホメオトロピック配向状態を安定化させることに
よりホメオトロピック配列状態にメモリー性を生じさ
せ、液晶の立ち上がりしきい値電圧と立ち下がりしきい
値電圧の差（ヒステリシス）を増大させたことを特徴と
した液晶表示素子が得られる。

【００７５】本発明の素子は液晶中に高分子を分散させ
る際に液晶に電圧を印加しホオトロピック配列にした状
態で行うため、生成し分散する高分子は液晶がホメオト
ロピック状態で安定化するように液晶に対して規制力を
持つ。また電圧無印加時にはネマティック液晶を用いた
場合は高分子があるため液晶の初期配向が乱れ散乱状態
（白濁）が生じ、カイラルネマティック液晶、コレステ
リック液晶を用いた場合は配向の乱れたフォーカルコニ
ック配列又はプレーナ配列のコレステリック相を生じ強
い散乱状態（白濁）を示す。そして電圧印加時にはいず
れの場合ホメオトロピック配列になり透過率が向上す
る。そのとき前記高分子の作用によりホメオトロピック
配列状態は高分子を含まない場合に比べ安定化されてお
り、立ち上がりしきい値電圧の低下と立ち上がり急峻性
の向上をもたらし、時分割駆動をした際のコントラスト
に向上が見られる。

【００７６】そして垂直配向処理を施すことにより、メ
モリー性が安定に現れ、飽和電圧より低いバイアス電圧
を印加することで電圧印加により生じたホメオトロピッ
ク配列が安定に存在し、液晶光学素子は透明な状態を維
持する。このとき、電圧無印加時の散乱状態（白濁）に
前記バイアス電圧と等しい電圧を印加しても液晶素子に
配向変化は生じず、白濁のままであることから、バイア
ス電圧を印加する際二つの安定状態（双安定状態）が存
在することになる。

【００７７】一方、基板を垂直配向処理することによ
り、駆動電圧が大幅に下がることが見いだされた。これ
により、ＩＣ化された駆動回路によって、マルチプレッ
クス駆動を行うことについて途を開くことができる。

【００７８】したがって、この双安定状態を用いたマル
チプレックス駆動が可能となり、ＴＦＴ等を用いたアク
ティブ駆動に依ることなく、コントラストの高い大容量
表示が可能となる。

【００７９】本発明の液晶光学素子は偏光板を必要とせ
ず、外観品位、生産製に優れた素子であり、表示用に、
とりわけ安価で、大容量の表示素子に利用できるととも
に、安価で高性能の調光、光シャッターに広く利用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶光学素子と比較例の液晶光学素子
の電圧−光透過率カーブを示したグラフ

【図２】本発明の液晶光学素子の他の実施例の電圧−光
透過率カーブを示したグラフ

【図３】本発明の液晶光学素子の他の実施例の電圧−光
透過率カーブを示したグラフ

【図４】本発明の液晶光学素子の他の実施例の電圧−光
透過率カーブを示したグラフ

【図５】本発明の液晶光学素子の他の実施例の電圧−光
透過率カーブを示したグラフ

【図６】従来例の液晶光学素子の他の実施例の電圧−光
透過率カーブを示したグラフ

【図７】従来例の液晶光学素子の他の実施例の電圧−光
透過率カーブを示したグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊井裕神奈川県横浜市神奈川区羽沢町松原1160 番地エイ・ジー・テクノロジー株式会社内 (72)発明者渭原聡神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内 (56)参考文献特開昭55−111918（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1337

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１枚は垂直配向処理を施された
複数の電極付き基板と、前記基板間に挟持された誘電異方性が正で自発ねじれ性
を有する液晶層と、液晶分子を液晶層の厚み方向全体にわたって基板に略垂
直方向に配向せしめる配向手段と、を有し、前記液晶層の自発ねじれ力に対する前記配向手段の配向
規制力を所定の強さに調整することにより、前記の電極
間に飽和電圧が印加された場合には実質的にホメオトロ
ピック配向をとり、前記の電極間に電圧が印加されない
場合には、実質的にねじれ配向をとり、前記電極間に飽
和電圧より小さい所定の中間電圧が印加された場合に
は、ホメオトロピック配向とねじれ配向とのメモリー性
を有する双安定状態をとるようにされ、配向手段は、基板間に挟持された液晶層中に高分子材料
を添加した後、液晶層がホメオトロピック配向をとった
状態で該高分子材料を硬化せしめてなる液晶光学素子。
【請求項２】高分子材料の添加量は液晶層に対して、重
量比で０．１〜１０％である請求項１に記載の液晶光学
素子。
【請求項３】液晶層のねじれ配向のピッチが０．８μｍ
を超えている請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】液晶層のねじれ配向のピッチが０．２μｍ
〜０．８μｍである請求項１または２に記載の液晶光学
素子。