JP2001296520A - Polymer/liquid crystal composite optical modulator - Google Patents
Polymer/liquid crystal composite optical modulatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光変調型液晶表示
装置に関するもので、特に反射型および透過型の直視型
液晶ディスプレイ、投影型液晶プロジェクター、光情報
処理デバイスに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light modulation type liquid crystal display device, and particularly to a reflection type and transmission type direct-view type liquid crystal display, a projection type liquid crystal projector, and an optical information processing device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液晶表示装置の表示方式には、液晶の複
屈折性や旋光性を利用するＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅ
ｍａｔｉｃ）モードや、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ−Ｔｗｉｓ
ｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モードが、現在一般的に使用さ
れている。これらの方式は液晶による旋光性や複屈折を
利用したもので偏光板を２枚用いる必要があり、そこで
の光の吸収損失は約６０％程度にもなり、表示が暗くな
ってしまう。一方、それとは別に、偏光板を用いない方
式で、液晶に二色性色素を添加するゲスト−ホスト（Ｇ
−Ｈ）方式、また、動的散乱モード、相転移モード、高
分子分散モードに代表されるような光散乱を利用した方
式が提案されている。これの方式では偏光板による光の
損失がないため、前者に比べより明るい表示が可能とな
る。2. Description of the Related Art A display method of a liquid crystal display device includes a TN (Twisted Ne) that utilizes birefringence and optical rotation of liquid crystal.
magnetic) mode, STN (Super-Twis)
The tedNematic mode is currently commonly used. These methods use the optical rotation and birefringence of liquid crystal, and require the use of two polarizing plates. The absorption loss of light there is about 60%, and the display becomes dark. On the other hand, separately, a guest-host (G) in which a dichroic dye is added to a liquid crystal by a method without using a polarizing plate.
-H) system, and a system utilizing light scattering such as a dynamic scattering mode, a phase transition mode, and a polymer dispersion mode have been proposed. In this method, since there is no light loss due to the polarizing plate, a brighter display can be performed as compared with the former method.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記ゲスト−ホスト方
式においては、２色性色素の光吸収はｐ型色素を用いた
場合、光吸収は光の偏光方向が分子長軸に対して平行な
場合に最大で、光路と分子長軸が平行な場合に最小とな
る（ｎ型色素を用いた場合はその逆となる）。従って、
一般に用いられている平行配向を用いた液晶表示素子で
は、電界無印加時において、並行配向した液晶分子およ
び２色性色素による有色の表示色、電界印加時におい
て、垂直配向した液晶分子および２色性色素による無色
の表示色という２値状態を取りうる。In the guest-host system, the dichroic dye absorbs light when a p-type dye is used, and when the polarization direction of light is parallel to the molecular long axis. And the minimum when the optical path and the molecular long axis are parallel (the reverse is true when an n-type dye is used). Therefore,
In a generally used liquid crystal display device using parallel alignment, when an electric field is not applied, parallel display of liquid crystal molecules and a colored display color by a dichroic dye, and when an electric field is applied, vertically aligned liquid crystal molecules and two colors. It can take a binary state of a colorless display color due to a sex dye.
【０００４】ここで、偏光板を用いずに輝度、コントラ
ストを上げるにはゲスト−ホスト液晶層を多層構造にす
る方法か、コレステリック液晶の相転移モードを利用す
る方法がある。しかし、多層構造はパネルの作製が困難
であり、高コスト、さらには像の２重映りなどの課題が
ある。またコレステリックの相転移モードにおいてもコ
ントラスト、駆動電圧、応答速度等の基本特性がＴＮモ
ードに比べ劣っており、実用化には至っていない。Here, in order to increase brightness and contrast without using a polarizing plate, there are a method of forming a guest-host liquid crystal layer in a multilayer structure and a method of utilizing a phase transition mode of cholesteric liquid crystal. However, it is difficult to produce a panel with a multilayer structure, and there are problems such as high cost and double reflection of an image. Also, in the cholesteric phase transition mode, basic characteristics such as contrast, drive voltage, and response speed are inferior to the TN mode, and have not been put to practical use.
【０００５】一方、光散乱を利用した表示方式において
は、一般に、反射型液晶表示装置の背後を黒色の光吸収
体とし、液晶層が透明状態の時に黒表示、散乱状態の時
に後方光散乱による白表示を実現している。動的散乱モ
ード、相転移モードにおいては、信頼性、応答速度、駆
動電圧等が実用的でないため、現在は高分子分散モード
（図７参照）が広く研究されている。図７において、光
変調素子は、各々が電極１０２，１０５を有する一対の
透明基板１０１，１０６と、該基板１０１，１０６間に
挟持された、液晶（または高分子）１０３及び高分子
（または液晶）１０４の高分子／液晶複合層を有してい
る。[0005] On the other hand, in a display system utilizing light scattering, a black light absorber is generally provided behind the reflective liquid crystal display device, and black display is performed when the liquid crystal layer is in a transparent state and backward light scattering is performed when the liquid crystal layer is in a scattered state. White display is realized. In the dynamic scattering mode and the phase transition mode, reliability, response speed, drive voltage, and the like are not practical, and therefore, polymer dispersion mode (see FIG. 7) has been widely studied at present. In FIG. 7, a light modulation element includes a pair of transparent substrates 101 and 106 each having electrodes 102 and 105, and a liquid crystal (or polymer) 103 and a polymer (or liquid crystal) sandwiched between the substrates 101 and 106. And 104) a polymer / liquid crystal composite layer.
【０００６】例えば、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐ
ｏ１ｙｍｅｒ ＤｉｓｐｅｒｓｅｄＬｉｑｕｉｄ Ｃｒ
ｙｓｔａ１）としては、特許第２７２４５９６号公報や
特表昭５８−５０１６３１号公報が知られており、電界
の有無により高分子に対する液晶の屈折率を変化させ、
散乱状態と透明状態を切換えて画像表示を可能にしてい
る。For example, polymer dispersed liquid crystal (PDLC: P
o1ymer DispersedLiquid Cr
As Ysta1), Japanese Patent No. 2724596 and Japanese Patent Publication No. 58-501631 are known. The refractive index of a liquid crystal with respect to a polymer is changed depending on the presence or absence of an electric field.
Switching between the scattering state and the transparent state enables image display.
【０００７】しかしながら、高分子分散型液晶は高分子
と液晶との界面の相互作用が強く、一般に駆動電圧が高
い。さらに、液晶や高分子といった有機材料の屈折率は
狭い範囲で限られており、大きくてもその比率は１．２
程度であるため、光散乱型液晶表示素子の後方散乱度率
は低く十分なコントラストを得ることはできない。その
ため、セルギャップを厚くして高い後方散乱率を得る必
要があり、駆動電圧はより高くなってしまう。However, the polymer-dispersed liquid crystal has a strong interaction at the interface between the polymer and the liquid crystal, and generally has a high driving voltage. Further, the refractive index of an organic material such as a liquid crystal or a polymer is limited in a narrow range.
Therefore, the light scattering type liquid crystal display element has a low backscattering rate and cannot obtain a sufficient contrast. Therefore, it is necessary to increase the cell gap to obtain a high backscattering rate, and the driving voltage becomes higher.
【０００８】このような高電圧化を解決する手法とし
て、特許第２５６９６７７号公報においては、光硬化性
化合物を硬化させて液晶物質と硬化物との相分離を固定
化した液晶光学素子において、光硬化性化合物を硬化さ
せる際に基板間に電圧を印加する方法を提案している。
これは、電圧印加によって液晶が均一に配列した状態で
液晶のドメインが形成されるので、ランダムな状態で硬
化させた場合より低電圧駆動が実現できるというもので
ある。また、特開平５−８８１５０号公報においては、
高分子分散型液晶に用いる液晶にコレステリック液晶と
カイラルスメクティックＣ相を示す強誘電性液晶の混合
物を用いる方法を提案している。これは捻れ力は弱くと
もポリドメイン構造への自発回復時間が遅い液晶系と捩
れ力は比較的強くポリドメイン構造への自発回復時間が
速い液晶系という捻れ力の異なる相を２種類混在させる
ことによって低電圧駆動を実現するものである。As a technique for solving such a high voltage, Japanese Patent No. 2569677 discloses a liquid crystal optical element in which a photocurable compound is cured to fix the phase separation between a liquid crystal substance and a cured product. A method of applying a voltage between substrates when curing a curable compound has been proposed.
This is because a domain of liquid crystal is formed in a state where liquid crystal is uniformly arranged by applying a voltage, so that lower voltage driving can be realized as compared with a case where the liquid crystal is cured in a random state. Also, in JP-A-5-88150,
A method using a mixture of a cholesteric liquid crystal and a ferroelectric liquid crystal exhibiting a chiral smectic C phase as a liquid crystal used for a polymer dispersed liquid crystal has been proposed. This is due to the mixture of two liquid crystal systems with different twisting powers: a liquid crystal system with a slow spontaneous recovery time to a polydomain structure even though the twisting force is weak, and a liquid crystal system with a relatively strong twisting force and a spontaneous recovery time to a polydomain structure. Thus, low-voltage driving is realized.
【０００９】しかし、上記特許第２５６９６７７号にお
いては、光露光の工程時に電圧印加の必要があり、工程
の複雑化、信頼性、コスト等に問題が生じる。さらに
は、ランダム配向に比べて散乱強度も低下しているもの
と考えられる。また、特開平５−８８１５０号公報にお
いては、カイラル剤の添加によって逆に飽和電圧が上昇
するという欠点が生じ、その結果十分な透明度を得るに
はより高い電圧が必要になってしまう。However, in the above-mentioned Japanese Patent No. 2,569,677, it is necessary to apply a voltage during the light exposure process, which causes problems in the process complexity, reliability, cost and the like. Further, it is considered that the scattering intensity is lower than that in the random orientation. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-88150 has a disadvantage that the saturation voltage is increased by the addition of the chiral agent, and as a result, a higher voltage is required to obtain sufficient transparency.
【００１０】そこで、本発明はかかる課題を解決するた
めになされたものであり、高分子／液晶複合型光変調素
子において低電圧駆動を実現することを目的とする。Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to realize low voltage driving in a composite polymer / liquid crystal light modulator.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る液晶光学素子では、各々が電極を有
し、かつ少なくとも一方が透明基板である一対の基板
と、該基板間に挟持された高分子／液晶複合層を有し、
該液晶成分がネマティック液晶とスメクティック液晶の
混合物からなることを特徴とする。In order to achieve the above object, in a liquid crystal optical element according to the present invention, a pair of substrates each having an electrode and at least one of which is a transparent substrate is provided between the pair of substrates. Having a sandwiched polymer / liquid crystal composite layer,
The liquid crystal component comprises a mixture of a nematic liquid crystal and a smectic liquid crystal.
【００１２】このように構成することにより、スメクテ
ィック液晶はネマティック液晶と高分子との界面に配置
し、界面の束縛エネルギーを低減させる効果があるもの
と考えられる。With this configuration, it is considered that the smectic liquid crystal is arranged at the interface between the nematic liquid crystal and the polymer, and has an effect of reducing the binding energy at the interface.
【００１３】上記高分子／液晶複合層は、高分子を構成
する反応性のモノマー（あるいは反応性樹脂）と液晶と
を含有する重合性組成物を硬化させて形成することがで
きる。ここで、反応性のモノマー（あるいは反応性樹
脂）としては、光透過性樹脂を構成する光硬化性モノマ
ーを使用することが好ましく、例えば、アクリレートモ
ノマー、メタクリルモノマー等があげられる。重合性組
成物には、該モノマーの硬化のための重合開始剤、カイ
ラル剤、色素等を含有させることができる。The polymer / liquid crystal composite layer can be formed by curing a polymerizable composition containing a reactive monomer (or a reactive resin) constituting a polymer and a liquid crystal. Here, as the reactive monomer (or the reactive resin), it is preferable to use a photocurable monomer constituting the light transmissive resin, and examples thereof include an acrylate monomer and a methacrylic monomer. The polymerizable composition may contain a polymerization initiator for curing the monomer, a chiral agent, a dye, and the like.
【００１４】上記液晶は従来より公知の液晶物質を使用
することができ、その特定の組み合わせ及び配合割合は
後述する。As the liquid crystal, conventionally known liquid crystal substances can be used, and specific combinations and compounding ratios thereof will be described later.
【００１５】さらに、上記構成において、該一対の基板
の表面が配向処理されておらず、該ネマティック液晶と
該スメクティック液晶がともにアキラルもしくはラセミ
体であることを特徴とする。Further, in the above structure, the surfaces of the pair of substrates are not subjected to an alignment treatment, and the nematic liquid crystal and the smectic liquid crystal are both achiral or racemic.
【００１６】このように構成することにより、高分子／
液晶複合型光変調素子は電界無印加時に散乱状態、電界
印加時に透明状態をとる、一般にノーマルモードＰＤＬ
Ｃとよばれるモードにおいて、液晶自体に自発的な捻れ
がないため、駆動電圧を低減することができる。With this configuration, the polymer /
The liquid crystal composite type light modulation element takes a scattering state when no electric field is applied and a transparent state when an electric field is applied.
In the mode called C, the driving voltage can be reduced because the liquid crystal itself does not have spontaneous twist.
【００１７】さらに、上記構成において、該高分子／液
晶複合層における高分子の割合が１０〜５０重量％であ
ることを特徴とする。さらに好ましくは２０〜４０重量
％である。Further, in the above structure, the ratio of the polymer in the polymer / liquid crystal composite layer is 10 to 50% by weight. More preferably, it is 20 to 40% by weight.
【００１８】このように構成することにより、高分子と
液晶のドメインサイズがサブミクロンオーダーに制御さ
れ、ノーマルモードＰＤＬＣにおけるコントラスト比を
向上させることができる。With such a configuration, the domain sizes of the polymer and the liquid crystal are controlled to the order of submicrons, and the contrast ratio in the normal mode PDLC can be improved.
【００１９】次に、最初の構成において、該一対の基板
の表面が配向処理されており、該ネマティック液晶の変
わりに、表面の配向処理の角度に合せて液晶分子が一様
に捩じれるように螺旋ピッチが調整されているコレステ
リック液晶が用いられており、該高分子もコレステリッ
ク液晶とともに捩じれていることを特徴とする。Next, in the first configuration, the surfaces of the pair of substrates are aligned, and instead of the nematic liquid crystal, the liquid crystal molecules are twisted uniformly according to the angle of the surface alignment. A cholesteric liquid crystal whose helical pitch is adjusted is used, and the polymer is twisted together with the cholesteric liquid crystal.
【００２０】このように構成することにより、高分子／
液晶複合型光変調素子は電界無印加時に透明状態、電界
印加時に散乱状態をとる、一般にリバースモードＰＤＬ
Ｃ（図８参照）とよばれるモードにおいて、一様配向が
得られコントラスト比を向上させることができる。図８
に示す光変調素子は、各々が配向膜１０９，１１２と電
極１０８，１１３を有する一対の透明基板１０７，１１
４と、該基板１０７，１１４間に挟持された、液晶１１
０及び高分子１１１の高分子／液晶複合層を有してい
る。With this configuration, the polymer /
A liquid crystal composite type light modulation element takes a transparent state when no electric field is applied and a scattering state when an electric field is applied.
In a mode called C (see FIG. 8), uniform orientation can be obtained, and the contrast ratio can be improved. FIG.
Is a pair of transparent substrates 107 and 11 having alignment films 109 and 112 and electrodes 108 and 113, respectively.
4 and the liquid crystal 11 sandwiched between the substrates 107 and 114.
It has a polymer / liquid crystal composite layer of 0 and the polymer 111.
【００２１】さらに、上記構成において、該高分子／液
晶複合層における高分子の割合が１〜２０重量％である
ことを特徴とする。さらに、好ましくは５〜１０重量％
である。Further, in the above structure, the ratio of the polymer in the polymer / liquid crystal composite layer is 1 to 20% by weight. Furthermore, preferably 5 to 10% by weight
It is.
【００２２】このように構成することにより、高分子と
液晶のドメインサイズがサブミクロンオーダーに制御さ
れ、リバースモードＰＤＬＣにおけるコントラスト比を
向上させることができる。With this configuration, the domain sizes of the polymer and the liquid crystal are controlled to the order of submicrons, and the contrast ratio in the reverse mode PDLC can be improved.
【００２３】さらに、上記構成において、該液晶中に２
色性色素を含有することを特徴とする。Further, in the above structure, the liquid crystal may have
It is characterized by containing a coloring pigment.
【００２４】このように構成することにより、電界印加
時に光散乱状態、電界無印加時で２色性色素による光吸
収状態を得ることができる。With this configuration, it is possible to obtain a light scattering state when an electric field is applied and a light absorbing state with a dichroic dye when no electric field is applied.
【００２５】次に、上記すべての構成において、該高分
子／液晶複合層における該スメクティック液晶の割合が
０．１〜５重量％であることを特徴とする。さらに好ま
しくは０．２〜２重量％である。Next, in all the above structures, the ratio of the smectic liquid crystal in the polymer / liquid crystal composite layer is 0.1 to 5% by weight. More preferably, it is 0.2 to 2% by weight.
【００２６】このように構成することにより、好適な駆
動電圧低下効果を得ることができる。With this configuration, a suitable driving voltage lowering effect can be obtained.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる具体的な実
施形態を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described.
【００２８】（比較例１）正の誘電異方性をもち、届折
率ｎｅ＝１．７６４６、ｎｏ＝１．５２５１、屈折率異
方性△ｎ＝０．２３９５であるネマティック液晶ＴＬ２
１３（Ｍｅｒｃｋ社製）８０重量％、屈折率ｎ＝１．４
９８の等方性アクリレートモノマーＡ １９重量％、重
合開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ６６１（チバガイギー社製）
１重量％の混合材料を、透明電極を具備したセルギャッ
プ１５μｍのセルヘ注入し、室温２５℃にて、３ｍＷ／
ｃｍ2（波長３６５ｍｍ）の紫外線を１２０秒照射して
等方性アクリレートモノマーＡを重合し、高分子／液晶
複合型光変調素子を作製した。なお、セルの上下側基板
は一般的なガラス基板７０５９（コーニング社製）を使
用しており、ラビング等の配向処理は行っていない。(Comparative Example 1) A nematic liquid crystal TL2 having a positive dielectric anisotropy, a delivery index ne = 1.7646, a no = 1.5251, and a refractive index anisotropy Δn = 0.2395.
13 (manufactured by Merck) 80% by weight, refractive index n = 1.4
19 weight% of 98 isotropic acrylate monomer A, polymerization initiator Irgacure 661 (manufactured by Ciba-Geigy)
1% by weight of the mixed material was injected into a cell having a transparent electrode and having a cell gap of 15 μm, and at room temperature 25 ° C., 3 mW /
Ultraviolet rays of cm 2 (wavelength 365 mm) were irradiated for 120 seconds to polymerize the isotropic acrylate monomer A, thereby producing a polymer / liquid crystal composite light modulation device. Note that a general glass substrate 7059 (manufactured by Corning Incorporated) is used for the upper and lower substrates of the cell, and no alignment treatment such as rubbing is performed.
【００２９】この素子は電圧無印加時に散乱状態、電圧
印加時に透過状態を示すノーマルモードＰＤＬＣであ
る。This element is a normal mode PDLC which shows a scattering state when no voltage is applied and a transmission state when a voltage is applied.
【００３０】（実施形態１）比較例１のＴＬ２１３に替
えて、スメクティックＣ相をとる液晶ＳＭ−１をＴＬ２
１３に対して、０．５重量％添加した材料を用いて、比
較例１同様に高分子／液晶複合製光変調素子を作製し
た。なお、ＳＭ−１はピリミジン系の液晶材料で、その
基本構造、相系列は以下の通りである。ＳＭ−１の基本
構造：(Embodiment 1) The liquid crystal SM-1 having a smectic C phase is replaced by TL2 instead of TL213 of Comparative Example 1.
13, a polymer / liquid crystal composite light modulation element was produced in the same manner as in Comparative Example 1 using a material in which 0.5% by weight was added. Note that SM-1 is a pyrimidine-based liquid crystal material, and its basic structure and phase sequence are as follows. Basic structure of SM-1:
【００３１】[0031]
【化１】 Embedded image
【００３２】相系列： ＳｍＸ（５℃）ＳｍＣ（７２．３℃）Ｎ（７７．４℃）
ＩｓｏPhase series: SmX (5 ° C.) SmC (72.3 ° C.) N (77.4 ° C.)
Iso
【００３３】（実施形態２）比較例１のＴＬ２１３に替
えて、スメクティックＣ相をとる液晶ＳＭ−１をＴＬ２
１３に対して１．５重量％添加した材料を用いて、比較
例１同様に高分子／液晶複合型光変調素子を作製した。(Embodiment 2) Instead of TL213 of Comparative Example 1, the liquid crystal SM-1 having a smectic C phase is replaced with TL2.
A polymer / liquid crystal composite-type light modulation device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 using a material added at 1.5% by weight based on the weight of Sample No. 13.
【００３４】（実施形態３）比較例１のＴＬ２１３に替
えて、スメクティックＡ、スメクティックＣ相をとる液
晶ＳＭ−２をＴＬ２１３に対して０．５重量％添加した
材料を用いて、比較例１同様に高分子／液晶複合型光変
調素子を作製した。なお、ＳＭ−２はピリジン系とチア
ジアゾール系からなる液晶材料で、その基本構造、相系
列は以下の通りである。ＳＭ−２の基本構造：(Embodiment 3) In the same manner as in Comparative Example 1, except that TL213 of Comparative Example 1 was replaced by a material obtained by adding 0.5% by weight of liquid crystal SM-2 having smectic A and smectic C phases to TL213. Then, a polymer / liquid crystal composite-type light modulation device was manufactured. In addition, SM-2 is a liquid crystal material composed of a pyridine-based and a thiadiazole-based, and its basic structure and phase series are as follows. Basic structure of SM-2:
【００３５】[0035]
【化２】 Embedded image
【００３６】相系列： ＳｍＣ（７４．８℃）ＳｍＡ（８４．２℃）Ｎ（９５．
２℃）ＩｓｏPhase series: SmC (74.8 ° C.) SmA (84.2 ° C.) N (95.
2 ° C) Iso
【００３７】（実施形態４）比較例１のＴＬ２１３に替
えて、スメクティックＡ、スメクティックＣ相をとる液
晶ＳＭ−２をＴＬ２１３に対して１．５重量％添加した
材料を用いて、比較例１同様に高分子／液晶複合型光変
嗣素子を作製した。(Embodiment 4) In the same manner as in Comparative Example 1, except that TL213 of Comparative Example 1 was replaced with a liquid crystal SM-2 having a smectic A and a smectic C phase added to TL213 by 1.5% by weight. Then, a polymer / liquid crystal composite type photovoltaic device was prepared.
【００３８】（実施形態５）比較例１のＴＬ２１３に替
えて、スメクティックＡ相をとる液晶ＳＭ−３をＴＬ２
１３に対して１．０重量％添加した材料を用いて、比較
例１同様に高分子／液晶複合型光変調素子を作製した。
なお、ＳＭ−３はチアジアゾール系液晶材料（単品）で
基本構造、相系列は以下の通りである。ＳＭ−３の基本
構造：(Embodiment 5) In place of TL213 of Comparative Example 1, a liquid crystal SM-3 having a smectic A phase is replaced with TL2.
A polymer / liquid crystal composite-type light modulation device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 using a material added in an amount of 1.0% by weight with respect to 13.
In addition, SM-3 is a thiadiazole-based liquid crystal material (single product), and its basic structure and phase sequence are as follows. Basic structure of SM-3:
【００３９】[0039]
【化３】 Embedded image
【００４０】相系列： ＳｍＸ（５５．５℃）ＳｍＡ（１０１．５℃）Ｎ（１１
５．５℃）ＩｓｏPhase series: SmX (55.5 ° C.) SmA (101.5 ° C.) N (11
5.5 ° C) Iso
【００４１】（比較例２）比較例１のＴＬ２１３に替え
て、カイラル剤Ｓ８１１（Ｍｅｒｃｋ社製）をＴＬ２１
３に対して０．５重量％添加した材料を用いて、比較例
１同様に高分子／液晶複合型光変調素子を作製した。Comparative Example 2 A chiral agent S811 (manufactured by Merck) was used instead of TL213 in Comparative Example 1 for TL21.
3, a polymer / liquid crystal composite light modulation device was produced in the same manner as in Comparative Example 1 using a material in which 0.5% by weight of 3 was added.
【００４２】（比較例３）比較例１のＴＬ２１３に替え
て、カイラル剤Ｓ８１１、スメクティックＣ相をとる液
晶ＳＭ−１を、ＴＬ２１３に対して各々０．５重量％添
加した材料を用いて、比較例１同様に高分子／液晶複合
型光変調素子を作製した。Comparative Example 3 Instead of TL213 of Comparative Example 1, a chiral agent S811 and a liquid crystal SM-1 having a smectic C phase were added in a content of 0.5% by weight with respect to TL213. In the same manner as in Example 1, a polymer / liquid crystal composite light modulation device was produced.
【００４３】（比較例４）ＴＬ２１３ ８９重量％、カ
イラル剤Ｓ８１１ １重量％、屈折率ｎｅ＝１．６８
６、ｎｏ＝１．５０９、屈折率異方性△ｎ＝０．１７７
の液晶性アクリレートモノマーＢ ９．５重量％、重合
開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１ ０．５重量％の混合材
料を、配向膜、透明電極を具備したセルギャップ１０μ
ｍのセルヘ注入し、室温２５℃にて、２．２ｍＷ／ｃｍ
2（波長３６５ｎｍ）の紫外線を３００秒照射して光重
合性モノマーを重合し、高分子／液晶複合型光変調素子
を作製した。Comparative Example 4 89% by weight of TL213, 1% by weight of chiral agent S811, refractive index ne = 1.68
6, no = 1.509, refractive index anisotropy Δn = 0.177
Of a liquid crystal acrylate monomer B (9.5% by weight) and a polymerization initiator Irgacure 651 (0.5% by weight) was mixed with a cell gap 10 μm having an alignment film and a transparent electrode.
m, and 2.2 mW / cm at room temperature 25 ° C.
2 (wavelength: 365 nm) was irradiated for 300 seconds to polymerize the photopolymerizable monomer to produce a polymer / liquid crystal hybrid light modulation device.
【００４４】なお、セルの上下側基板はガラス基板７０
５９を使用しており、両面の配向膜は反平行方向にラビ
ング処理を行っている。ここで、ＴＬ２１３はＳ８１１
１重量％の添加によってコレステリック相を呈し、約
１０μｍピッチのらせんを自発的に巻くように調整して
ある。The upper and lower substrates of the cell are glass substrates 70.
The rubbing process is performed on the alignment films on both surfaces in the antiparallel direction. Here, TL213 is S811
The addition of 1% by weight gives a cholesteric phase and is adjusted so that a spiral having a pitch of about 10 μm is spontaneously wound.
【００４５】この素子は電圧無印加時に透過状態電圧印
加時に散乱状態を示すリバースモードＰＤＬＣである。This element is a reverse mode PDLC which shows a transmission state when no voltage is applied and a scattering state when a voltage is applied.
【００４６】（実施形態６）比較例４のＴＬ２１３に替
えて、スメクティックＣ相をとる液晶ＳＭ−１をＴＬ２
１３に対して０．５重量％添加した材料を用いて、比較
例４同様に高分子／液晶複合型光変調素子を作製した。(Embodiment 6) Instead of TL213 of Comparative Example 4, a liquid crystal SM-1 having a smectic C phase is replaced with TL2.
A polymer / liquid crystal composite-type light modulation device was produced in the same manner as in Comparative Example 4 using a material added at 0.5% by weight to the amount of the compound 13 described above.
【００４７】各比較例、実施形態の駆動電圧をまとめる
と以下の表１のようになる。Table 1 below summarizes the drive voltages of the respective comparative examples and embodiments.
【００４８】[0048]
【表１】 [Table 1]
【００４９】（リバースモードは印加電圧にともなう透
過光強度の値が完全に飽和しないので記載せず） まず、比較例１と実施形態１、２の電圧−透過光強度曲
線を図１に示す。(The reverse mode is not described because the value of the transmitted light intensity according to the applied voltage is not completely saturated.) First, the voltage-transmitted light intensity curves of Comparative Example 1 and Embodiments 1 and 2 are shown in FIG.
【００５０】測定条件は温度２５℃、印加電圧の周波数
は６０Ｈｚ、透過光強度はセルの真下から入射した光を
真上に配置した受光器で測定している。スメクティック
Ｃ相をとる液晶ＳＭ−１の添加効果により、しきい値電
圧が低下していることがわかる。この効果は図２、図３
に示すように、スメクティックＡ、スメクティックＣ両
相を相系列にもつ液晶ＳＭ−２、スメクティックＡ相を
とるＳＭ−３を添加した場合においても確認される。ま
た、図５に示すように、この効果はノーマルモードＰＤ
ＬＣのみならず、リバースモードＰＤＬＣにおいても確
認される。The measurement conditions were a temperature of 25 ° C., a frequency of an applied voltage of 60 Hz, and a transmitted light intensity measured by a light receiver arranged just above the light incident from directly below the cell. It can be seen that the threshold voltage is lowered due to the effect of adding the liquid crystal SM-1 having the smectic C phase. This effect is shown in FIGS.
As shown in (1), it is confirmed even when liquid crystal SM-2 having both smectic A and smectic C phases in a phase series and SM-3 having smectic A phase are added. In addition, as shown in FIG.
This is confirmed not only in LC but also in reverse mode PDLC.
【００５１】スメクティック液晶をほんの少量添加する
だけでＰＤＬＣのしきい値電圧が劇的に低下することか
ら、おそらくスメクティック液晶がネマティック液晶と
形成されたポリマーとの界面に相分離して配置している
のではないかと考えられる。実際、図６に示したよう
に、３μｍのＴＮセルでＴＬ−２１３のみの液晶とＳＭ
−１を０．５％添加した混合液晶のＶＴ特性はほぼ一致
しており、電気光学応答に関係する液晶そのものの物理
定数が大きく変化している様子はない。さらに、ＰＤＬ
Ｃの応答速度を測定してみると、スメクティック液晶を
添加したＰＤＬＣはｔｏｎ（電圧ｏｎ時の応答速度）は
高速化し、ｔｏｆｆ（電圧ＯＦＦ時の応答速度）は低速
化している。これは、液晶とポリマーの界面のアンカリ
ングエネルギーが低下していることを裏付けている。Since the threshold voltage of the PDLC is drastically lowered by adding a small amount of the smectic liquid crystal, the smectic liquid crystal is probably arranged at the interface between the nematic liquid crystal and the formed polymer in a phase-separated manner. It is thought that it may be. Actually, as shown in FIG. 6, the liquid crystal of only TL-213 and the SM
The VT characteristics of the mixed liquid crystal in which -1 is added by 0.5% are almost the same, and there is no appearance that the physical constant of the liquid crystal itself related to the electro-optical response is largely changed. Furthermore, PDL
When measuring the response speed of C, the ton (the response speed when the voltage is on) and the toff (the response speed when the voltage is off) of the PDLC to which the smectic liquid crystal is added are reduced. This confirms that the anchoring energy at the interface between the liquid crystal and the polymer is reduced.
【００５２】次に、図４に示すように、液晶がキラルな
分子を含有していると、初期のしきい値電圧Ｖ１０（透
過光強度が飽和値の１０％に達する電圧）は低下するも
のの、飽和する電圧Ｖ９０（透過光強度が飽和値の９０
％に達する電圧）は上昇してしまう。Next, as shown in FIG. 4, when the liquid crystal contains chiral molecules, the initial threshold voltage V10 (the voltage at which the transmitted light intensity reaches 10% of the saturation value) decreases, , The saturation voltage V90 (the transmitted light intensity is 90% of the saturation value)
% Of the voltage).
【００５３】これは、液晶自信が捻れているため、透明
状態を得るには捻れをほどくための余分な電界エネルギ
ーが必要となるからである。よって、用いるネマティッ
ク液晶、および添加するスメクティック液晶はともにア
キラルなもの、もしくはラセミ体であるものが好まし
い。This is because, since the liquid crystal itself is twisted, extra electric field energy is required to untwist to obtain a transparent state. Therefore, the nematic liquid crystal to be used and the smectic liquid crystal to be added are both preferably achiral or racemic.
【００５４】添加濃度に関しては、用いる液晶や光重合
性モノマーにも依存するが、だいたい０．１〜５％程度
が適当であった。０．１％未満であると低電圧化の効果
は小さくなるし、５％を越えると低電圧化の効果が小さ
くなるだけでなく、ｔｏｆｆが急激に低速化してしまい
実用的ではなくなった。The concentration of the additive depends on the liquid crystal and the photopolymerizable monomer used, but is preferably about 0.1 to 5%. If it is less than 0.1%, the effect of lowering the voltage is reduced, and if it exceeds 5%, not only the effect of lowering the voltage is reduced, but also the toff is sharply reduced in speed, making it impractical.
【００５５】また、リバースモードＰＤＬＣの液晶中に
色素を含有させた場合にも、スメクティック液晶添加に
よる低電圧化の効果が確認された。Also, when a dye was contained in the liquid crystal of the reverse mode PDLC, the effect of lowering the voltage by adding the smectic liquid crystal was confirmed.
【００５６】[0056]
【発明の効果】以上のように、本発明に係る高分子／液
晶複合型光変調素子によれば、液晶成分がネマティック
液晶とスメクティック液晶の混合物からなることによっ
て、低電圧化が実現される。As described above, according to the polymer / liquid crystal composite-type light modulation device of the present invention, the voltage can be reduced because the liquid crystal component is a mixture of a nematic liquid crystal and a smectic liquid crystal.
【００５７】この光変調型液晶表示装置は、反射型およ
び透過型の直視型液晶ディスプレイ、投影型液晶プロジ
ェクター、光情報処理デバイスなどへの応用が可能であ
る。This light modulation type liquid crystal display device can be applied to reflection type and transmission type direct-view type liquid crystal displays, projection type liquid crystal projectors, optical information processing devices and the like.
【図１】 本発明に係る電圧−透過光強度特性を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing a voltage-transmitted light intensity characteristic according to the present invention.
【図２】 本発明に係る電圧−透過光強度特性を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing a voltage-transmitted light intensity characteristic according to the present invention.
【図３】 本発明に係る電圧−透過光強度特性を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing a voltage-transmitted light intensity characteristic according to the present invention.
【図４】 本発明に係る電圧−透過光強度特性を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing a voltage-transmitted light intensity characteristic according to the present invention.
【図５】 本発明に係る電圧−透過光強度特性を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing a voltage-transmitted light intensity characteristic according to the present invention.
【図６】 ３μｍのＴＮセルにおけるネマティック液晶
ＴＬ−２１３とＴＬ−２１３とＳＭ−１の混合物の電圧
−透過光強度特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing voltage-transmitted light intensity characteristics of nematic liquid crystal TL-213 and a mixture of TL-213 and SM-1 in a 3 μm TN cell.
【図７】 ノーマルモードＰＤＬＣの摸式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a normal mode PDLC.
【図８】 リバースモードＰＤＬＣの摸式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a reverse mode PDLC.
１０１ 基板 １０２ 電極 １０３ 液晶（または高分子） １０４ 高分子（または液晶） １０５ 電極 １０６ 基板 １０７ 基板 １０８ 電極 １０９ 配向膜 １１０ 液晶 １１１ 高分子 １０６ 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate 102 Electrode 103 Liquid crystal (or polymer) 104 Polymer (or liquid crystal) 105 Electrode 106 Substrate 107 Substrate 108 Electrode 109 Alignment film 110 Liquid crystal 111 Polymer 106 Substrate
フロントページの続き (72)発明者 三ツ井 精一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 箕浦 潔 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 富川 昌彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 実吉 秀治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H089 HA04 JA04 JA05 KA08 QA16 RA04 4H027 BA01 BA03 BB11 BD04 BE05 DB01 DE01 DJ01 Continued on the front page (72) Inventor Seiichi Mitsui 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside (72) Inventor Kiyoshi Minoura 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Sharp (72) Inventor Masahiko Tomikawa 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp Corporation (72) Inventor Hideharu Mikichi 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp Corporation F-term ( Reference) 2H089 HA04 JA04 JA05 KA08 QA16 RA04 4H027 BA01 BA03 BB11 BD04 BE05 DB01 DE01 DJ01
Claims (7)
が透明基板である一対の基板と、該基板間に挟持された
高分子／液晶複合層とを有し、該液晶成分がネマティッ
ク液晶とスメクティック液晶の混合物からなることを特
徴とする高分子／液晶複合型光変調素子。1. A liquid crystal display device comprising: a pair of substrates each having an electrode, at least one of which is a transparent substrate; and a polymer / liquid crystal composite layer sandwiched between the substrates, wherein the liquid crystal component is a nematic liquid crystal. A polymer / liquid crystal hybrid light modulation device comprising a mixture of smectic liquid crystals.
おらず、該ネマティック液晶と該スメクティック液晶が
ともにアキラルもしくはラセミ体であることを特徴とす
る請求項１に記載の高分子／液晶複合型光変調素子。2. The polymer / liquid crystal composite according to claim 1, wherein the surfaces of the pair of substrates are not subjected to an alignment treatment, and the nematic liquid crystal and the smectic liquid crystal are both achiral or racemic. Type light modulation element.
の割合が１０〜５０重量％であることを特徴とする請求
項２に記載の高分子／液晶複合型光変調素子。3. The composite polymer / liquid crystal light modulation device according to claim 2, wherein the proportion of the polymer in the composite polymer / liquid crystal layer is 10 to 50% by weight.
おり、該ネマティック液晶の変わりに、表面の配向処理
の角度に合せて液晶分子が一様に捩じれるように螺旋ピ
ッチが調整されているコレステリック液晶が用いられて
おり、該高分子もコレステリック液晶とともに捩じれて
いることを特徴とする請求項１に記載の高分子／液晶複
合型光変調素子。4. The helical pitch is adjusted so that liquid crystal molecules are uniformly twisted in accordance with the angle of the surface alignment treatment instead of the nematic liquid crystal. 2. A composite polymer / liquid crystal light modulator according to claim 1, wherein a cholesteric liquid crystal is used, and the polymer is twisted together with the cholesteric liquid crystal.
の割合が１〜２０重量％であることを特徴とする請求項
４に記載の高分子／液晶複合型光変調素子。5. The composite polymer / liquid crystal light modulator according to claim 4, wherein the proportion of the polymer in the composite polymer / liquid crystal layer is 1 to 20% by weight.
を特徴とする請求項５に記載の高分子／液晶複合型光変
調素子。6. The composite polymer / liquid crystal light modulation element according to claim 5, wherein the liquid crystal contains a dichroic dye.
クティック液晶の割合が０．１〜５重量％であることを
特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高分子／液
晶複合型光変調素子。7. The polymer / liquid crystal composite type according to claim 1, wherein the ratio of the smectic liquid crystal in the polymer / liquid crystal composite layer is 0.1 to 5% by weight. Light modulation element.
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