JP2885116B2 - Liquid crystal optical element and manufacturing method thereof - Google Patents
Liquid crystal optical element and manufacturing method thereofInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電圧無印加時に透明状
態となる透過散乱型の液晶光学素子に関する。本発明の
液晶光学素子は、文字、図形等を表示するディスプレイ
等の表示装置、入射光の透過と遮断を制御する調光ガラ
ス、車載用ガラス等に利用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission scattering type liquid crystal optical element which becomes transparent when no voltage is applied. INDUSTRIAL APPLICABILITY The liquid crystal optical element of the present invention is used for a display device such as a display for displaying characters, figures and the like, a light control glass for controlling transmission and blocking of incident light, a glass for vehicles, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、液晶材料を用いた光学素子として
は、主に表示装置として実用化されているツイステッド
・ネマティック（ＴＮ）モードを利用したものがある。
このモードは液晶材料の旋光特性を利用して光のスイッ
チングを行うものであり、偏光板の使用が不可欠である
ために光利用効率を５０％以上とすることができない。2. Description of the Related Art Hitherto, as an optical element using a liquid crystal material, there is an optical element utilizing a twisted nematic (TN) mode which has been put to practical use as a display device.
In this mode, light is switched using the optical rotation characteristic of the liquid crystal material. Since the use of a polarizing plate is indispensable, the light use efficiency cannot be increased to 50% or more.
【０００３】偏向板を使用せず、光の利用効率の高い素
子として、透過状態と散乱状態の間でスイッチングを行
う液晶光学素子（材料）が、例えば特公昭３−５２８４
３号公報や特公表６１−５０２１２８号公報に開示され
ており、一般に高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）、ＮＣＡＰ
等の名で呼ばれている。これらは、調光ガラスとして実
用化されるとともに、ディスプレイ等の表示装置への応
用も試みられている。これらの液晶光学素子においては
正の誘電異方性を有する液晶材料が高分子材料中に微小
滴として分散している。これらの素子においては電圧無
印加時には液晶分子がランダムな方向を向いているため
に、液晶相の屈折率とマトリックスを形成する高分子材
料の屈折率の不一致により光が散乱され、白濁状態とな
る。電圧印加時には、液晶分子の誘電異方性が正である
ため、液晶分子は電界方向に配列し、液晶相の屈折率と
高分子マトリックスの屈折率とが一致するため光を透過
し、透明状態となる。A liquid crystal optical element (material) that switches between a transmission state and a scattering state without using a deflecting plate and has high light use efficiency is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 3-5284.
No. 3 and Japanese Patent Publication No. 61-502128, and generally include polymer dispersed liquid crystal (PDLC), NCAP
It is called by such names. These have been put to practical use as light control glass, and have also been applied to display devices such as displays. In these liquid crystal optical elements, a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is dispersed as fine droplets in a polymer material. In these devices, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules are oriented in a random direction, so that the light is scattered due to a mismatch between the refractive index of the liquid crystal phase and the refractive index of the polymer material forming the matrix, resulting in a cloudy state. . When a voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field because the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules is positive, and light is transmitted because the refractive index of the liquid crystal phase matches the refractive index of the polymer matrix, and the liquid crystal is in a transparent state. Becomes
【０００４】これらの素子においては透明状態を得るた
めに、常に電圧を印加しておく必要があるという問題点
がある。例えば、透明状態を基本状態としたい窓ガラス
等においては常に電圧を印加しておく必要があり、消費
電力が大きくなる。また、車載用ガラスにおいては、何
らかの電気系統の故障により電圧が印加されない状態に
なると、視界が遮られることになり、安全性において極
めて問題である。さらに、近年ディスプレイ等において
広く普及しているＴＮ型液晶素子は、電圧無印加時にお
いて透明となるノーマリホワイト型であるため、印加電
圧と透過率の関係が逆になり、ディスプレイとして使用
するためには、電気信号を反転させるための新たな回路
を付加する必要があるという問題点もある。[0004] In these devices, there is a problem that a voltage must be constantly applied in order to obtain a transparent state. For example, it is necessary to always apply a voltage to a window glass or the like whose transparent state is desired to be a basic state, and power consumption is increased. In addition, in the case of a vehicle glass, if a voltage is not applied due to a failure of an electric system, visibility is obstructed, which is a serious problem in safety. Furthermore, TN-type liquid crystal elements, which are widely used in displays and the like in recent years, are of a normally white type that is transparent when no voltage is applied, so that the relationship between the applied voltage and the transmittance is reversed, and the TN-type liquid crystal element is used as a display. Has a problem that a new circuit for inverting an electric signal needs to be added.
【０００５】これに対して、電圧無印加時において透過
状態となり、電圧印加時に散乱状態となる素子において
は、上記の問題が生じないという利点がある。このタイ
プ（以下「リバースモード」という）の素子として、古
くは電界印加下での液晶分子の動的散乱状態を利用した
動的散乱（ＤＳ）モードがあった。近年、開示されたリ
バースモード素子に関する技術としては、国際出願９２
／１９６９５号公報、特開平６−１１８３９８号公報が
ある。On the other hand, an element which is in a transmission state when no voltage is applied and is in a scattering state when voltage is applied has an advantage that the above problem does not occur. As an element of this type (hereinafter, referred to as a “reverse mode”), there has been a dynamic scattering (DS) mode using a dynamic scattering state of liquid crystal molecules under application of an electric field. In recent years, as a technology relating to a reverse mode element disclosed in International Application 92
/ 19695 and JP-A-6-118398.
【０００６】国際出願９２／１９６９５号公報に開示さ
れた技術においては、ラビング等の水平配向処理がされ
た基板、正の誘電異方性を有するカイラルネマティック
液晶、高分子材料を構成要素とすることにリバースモー
ド駆動を可能にしている。従来より、カイラルネマティ
ック液晶は、印加電圧が増加するにつれて、プラナーテ
ックスチャー（平面組織）からフォーカルコニックテッ
クスチャー（フォーカルコニックテック組織）に変化す
ることが知られている。プラナーテックスチャーにおい
ては素子は透明であり、フォーカルコニックテックスチ
ャーにおいては液晶のダイレクターの乱れから、光は散
乱される。当該開示技術では、液晶相に高分子を加える
ことにより、相（組織）の安定性、応答速度を改善して
いる。[0006] In the technology disclosed in International Application No. 92/19695, a substrate which has been subjected to a horizontal alignment treatment such as rubbing, a chiral nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy, and a polymer material are used as constituent elements. And reverse mode driving is enabled. Conventionally, it has been known that chiral nematic liquid crystals change from planar texture (planar texture) to focal conic texture (focal conic texture) as the applied voltage increases. In the planar texture, the element is transparent, and in the focal conic texture, light is scattered due to disturbance of the director of the liquid crystal. In the disclosed technology, the stability of the phase (structure) and the response speed are improved by adding a polymer to the liquid crystal phase.
【０００７】特開平６−１１８３９８号公報において開
示された技術では、高分子樹脂中に液晶材料がドロップ
レット状に分散した素子において、垂直配向処理された
基板と負の誘電異方性を有する液晶を使用することによ
りリバースモードの素子を得ている。当該開示技術で
は、基板の配向効果により液晶滴（ドロップレット）の
形状を配向方向に変形した回転楕円体とし、電圧無印加
時における液晶分子の初期配向を基板に垂直としてい
る。電界無印加では液晶材料の屈折率ｎo （常光線屈折
率）と高分子材料の屈折率ｎp が一致するため透明状態
となり、一方電圧印加状態では液晶材料の屈折率ｎ
e （異常光線屈折率）と高分子材料の屈折率ｎpが一致
しなくなるため散乱状態となる。According to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-118398, in a device in which a liquid crystal material is dispersed in a polymer resin in a droplet shape, a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy and a substrate subjected to a vertical alignment treatment are used. Is used to obtain a reverse mode element. In the disclosed technology, the shape of a liquid crystal droplet (droplet) is formed into a spheroid that is deformed in the alignment direction due to the alignment effect of the substrate, and the initial alignment of liquid crystal molecules when no voltage is applied is perpendicular to the substrate. When no electric field is applied, the liquid crystal material becomes transparent because the refractive index n o (ordinary ray refractive index) of the liquid crystal material and the refractive index n p of the polymer material coincide with each other.
Since e (the extraordinary ray refractive index) and the refractive index n p of the polymer material do not coincide with each other, a scattering state occurs.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】これら従来のリバース
モード素子では、以下のような問題点を有している。These conventional reverse mode devices have the following problems.
【０００９】まず、ＤＳモードにおいては散乱特性を上
げるために、液晶材料の導電率を高くするとともに高電
界を印加する必要がある。このため、ＤＳモードの素子
は消費電力が大きく、他の液晶素子（それらは「電界効
果型」である）にみられるような低消費電力の素子が得
られない。また、この素子においては応答速度が遅いと
いう問題点がある。First, in the DS mode, it is necessary to increase the electric conductivity of the liquid crystal material and to apply a high electric field in order to improve the scattering characteristics. For this reason, the DS mode element consumes large power, and a low power consumption element as seen in other liquid crystal elements (they are “field effect type”) cannot be obtained. In addition, this element has a problem that the response speed is slow.
【００１０】国際出願９２／１９６９５号公報に開示さ
れている方法においては、その散乱の程度がカイラルネ
マティックのらせん構造に起因するため、強い散乱状態
を得るためには、多量のカイラル剤を添加する必要があ
る。多量のカイラル剤の存在は素子の駆動電圧の上昇を
もたらすとともに、カイラルネマティック特有の性質の
ために素子の電圧−透過率曲線のヒステリシスが大きく
なるという問題がある。また、カイラル分子のピッチは
温度依存性を有するため素子の特性が温度変化とともに
変化するという問題点がある。さらに、均一な初期状態
を得るためにラビング処理が不可欠であるため、ラビン
グ工程における不純物の混入による生産性の低下という
問題もある。In the method disclosed in International Application No. 92/19695, a large amount of a chiral agent is added in order to obtain a strong scattering state because the degree of the scattering is due to the helical structure of the chiral nematic. There is a need. The presence of a large amount of the chiral agent causes a problem that the driving voltage of the device is increased, and the hysteresis of the voltage-transmittance curve of the device is increased due to the characteristic characteristic of the chiral nematic. In addition, since the pitch of the chiral molecule has temperature dependency, there is a problem that the characteristics of the element change with a change in temperature. Furthermore, since a rubbing treatment is indispensable to obtain a uniform initial state, there is a problem that productivity is reduced due to contamination of impurities in the rubbing step.
【００１１】特開平６−１１８３９８号公報において開
示された方法では、配向膜の効果により液晶滴の形状を
変形させることにより、液晶分子の初期配向を得てい
る。しかし、実際には均一溶液からの液晶滴の形成過程
は同時に、配向能を有しない高分子相の生成過程でもあ
るため、配向膜の効果は層の内部までは十分に届かず、
層の内部の液晶滴の形状を配向膜の配向方向に変形させ
ることは困難である。また、楕円体内部においても、す
べての液晶分子が液晶滴の長軸方向と同一方向に配向し
ているわけではない。これらの理由により、この開示技
術においては初期透過率が高く、かつコントラストの高
い素子を得ることは困難である。さらに、当該技術にお
いては液晶材料と高分子材料の屈折率の差により散乱を
生じさせているため、従来のＰＤＬＣ同様、透明状態に
おいても少し斜めから見ると不透明（散乱状態）となっ
てしまうという欠点がある。In the method disclosed in JP-A-6-118398, the initial alignment of liquid crystal molecules is obtained by deforming the shape of liquid crystal droplets by the effect of an alignment film. However, in practice, the process of forming liquid crystal droplets from a uniform solution is also the process of forming a polymer phase without alignment ability, so the effect of the alignment film does not reach the inside of the layer sufficiently,
It is difficult to change the shape of the liquid crystal droplet inside the layer in the alignment direction of the alignment film. Also, inside the ellipsoid, not all liquid crystal molecules are oriented in the same direction as the major axis direction of the liquid crystal droplet. For these reasons, it is difficult to obtain an element having a high initial transmittance and a high contrast in the disclosed technology. Further, in this technology, since scattering is caused by the difference in the refractive index between the liquid crystal material and the polymer material, it is opaque (scattering state) when viewed from a slight angle even in a transparent state, as in the conventional PDLC. There are drawbacks.
【００１２】本発明は、前述の課題を解決するために鋭
意検討した結果なされたものであり、駆動電圧が低く、
ヒステリシス特性に優れるとともに、電圧無印加時の透
過率が高く、広い視野角において透明性を有する新規な
液晶光学素子を提供することを目的としている。The present invention has been made as a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, and has a low driving voltage.
It is an object of the present invention to provide a novel liquid crystal optical element having excellent hysteresis characteristics, high transmittance when no voltage is applied, and having transparency over a wide viewing angle.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の液晶光学素子
は、少量分散された高分子材料により液晶層中の液晶分
子の動きを部分的に制限することにより上記目的を達成
している。The liquid crystal optical element of the present invention achieves the above object by partially restricting the movement of liquid crystal molecules in a liquid crystal layer by a small amount of a polymer material dispersed therein.
【００１４】つまり本発明は、電極を有する少なくとも
一方が透明の２枚の基板間に液晶を含有する透光性材料
層が挟持されている液晶光学素子において、基板の少な
くとも一方が液晶分子を垂直に配向させるように処理さ
れており、かつ前記透光性材料層は負の誘電異方性を有
する液晶材料と、液晶材料中に分散されて一部分の液晶
分子の動きを制限する高分子材料よりなることを特徴と
する液晶光学素子およびその製造方法である。That is, according to the present invention, in a liquid crystal optical element in which a translucent material layer containing a liquid crystal is sandwiched between two substrates having at least one electrode having transparency, at least one of the substrates has liquid crystal molecules vertically. And the light-transmitting material layer is made of a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy and a polymer material dispersed in the liquid crystal material and restricting movement of a part of liquid crystal molecules. A liquid crystal optical element and a method for manufacturing the same.
【００１５】この高分子材料の分散状態として、いくつ
かの形態が考えられる。高分子材料がネットワーク状と
なって液晶材料中に分散されている場合には、ネットワ
ークが液晶分子と絡むことによって一部の液晶分子の動
きを制限し、電圧印加時に散乱状態が得られる。また、
高分子材料中に液晶材料が固定されている場合にも一部
の液晶分子の動きが制限され、同様な効果が得られる。
さらに、これらの構造においては、印加電圧が低い時に
良好な散乱状態が得られ、さらに印加電圧を増加してい
くことによって逆に透過率が増加する、中間の印加電圧
でのみ散乱状態となる透過−散乱−透過型の新規な液晶
素子を得ることも可能である。Several forms can be considered as the dispersed state of the polymer material. When the polymer material is dispersed in the liquid crystal material in the form of a network, the network entangles with the liquid crystal molecules to restrict the movement of some of the liquid crystal molecules, and a scattering state is obtained when a voltage is applied. Also,
Even when the liquid crystal material is fixed in the polymer material, the movement of some liquid crystal molecules is restricted, and the same effect can be obtained.
Furthermore, in these structures, a good scattering state can be obtained when the applied voltage is low, and the transmittance increases when the applied voltage is further increased. It is also possible to obtain a novel liquid crystal element of the scattering-transmission type.
【００１６】なお、いずれの分散形態においても、多少
材料によって差異は見られるが、高分子材料の含有量は
透光性材料層中に１重量％以上２０重量％以下含有され
ていることが好ましい。In any of the dispersion forms, although a slight difference is seen depending on the material, the content of the polymer material is preferably 1% by weight or more and 20% by weight or less in the translucent material layer. .
【００１７】[0017]
【作用】本発明の液晶光学素子の構造、機能および効果
について、断面図（図１）を用いて説明する。The structure, function and effect of the liquid crystal optical element of the present invention will be described with reference to a sectional view (FIG. 1).
【００１８】透明電極２２、３２を有する垂直配向処理
された基板２１、３１の間に、液晶材料（誘電異方性が
負）１１を主成分とする液晶層が挟持されている。液晶
層中には少量の高分子材料１２が分散されており、液晶
分子の一部はその高分子のため動きが制限された状態に
ある。基板２１、３１が垂直配向処理されているために
電圧無印加時においては、全ての液晶分子１１が基板２
１、３１に垂直、均一に配向しており、液晶のダイレク
ターの乱れによる散乱は生じない（図１（ａ））。A liquid crystal layer mainly composed of a liquid crystal material (having a negative dielectric anisotropy) 11 is sandwiched between substrates 21 and 31 having transparent electrodes 22 and 32 and subjected to a vertical alignment process. A small amount of the polymer material 12 is dispersed in the liquid crystal layer, and some of the liquid crystal molecules are in a state where movement is restricted due to the polymer. Since no vertical voltage is applied to the substrates 21 and 31, all the liquid crystal molecules 11
The liquid crystal molecules are oriented perpendicularly and uniformly to the liquid crystal elements 1 and 31, and scattering due to disturbance of the liquid crystal director does not occur (FIG. 1A).
【００１９】また、液晶層中の高分子材料の量は少量で
あり、波長以下の大きさで分散しているため散乱を引き
起こすことがない。このため電圧無印加時において本発
明の素子は、高い透過率が得られる。Further, since the amount of the polymer material in the liquid crystal layer is small and dispersed in a size smaller than the wavelength, scattering does not occur. Therefore, when no voltage is applied, the device of the present invention can obtain high transmittance.
【００２０】また、本発明の素子においては、従来のＰ
ＤＬＣのような液晶材料と高分子材料の屈折率差による
散乱を利用していないため、斜め方向からの入射光に対
しても高分子材料と液晶材料の屈折率の差による屈折、
散乱は問題とならず、広い視野角にわたる透明状態が得
られる。In the device of the present invention, the conventional P
Since the scattering due to the difference in the refractive index between the liquid crystal material and the polymer material such as DLC is not used, refraction due to the difference in the refractive index between the polymer material and the liquid crystal material, even for incident light obliquely,
Scattering is not a problem, and a transparent state over a wide viewing angle can be obtained.
【００２１】基板上の電極２２、３２の間に電圧を印加
すると、負の誘電異方性を有する液晶分子１１は電界方
向に対して垂直（基板に平行）になろうとする（図１
（ｂ））。しかし、液晶分子の一部は少量分散した高分
子により動きが制限されているため電場に追随すること
ができない。従って、高分子１２により固定されて電界
に応答できない液晶分子と電界により応答する液晶分子
の間で配向方向が９０度近く異なるために、透光層の内
部には屈折率がｎo の部分とｎe の部分が生じることに
なり、その屈折率の不一致により光は散乱される。ま
た、電界に応答可能な液晶分子は基板に水平な面内にあ
るが、高分子１２で固定された部分がある種の欠陥とな
るため、電場に応答する液晶分子間でも配向の乱れが生
じ、散乱が生じる。When a voltage is applied between the electrodes 22 and 32 on the substrate, the liquid crystal molecules 11 having negative dielectric anisotropy tend to be perpendicular (parallel to the substrate) to the direction of the electric field (FIG. 1).
(B)). However, some liquid crystal molecules cannot follow the electric field because their movement is restricted by a small amount of dispersed polymer. Therefore, in order to different alignment direction 90 degrees near between the liquid crystal molecules in response by the liquid crystal molecules and the electric field is fixed can not respond to an electric field by the polymer 12, the refractive index inside of the light transmitting layer and the portion of the n o will be part of the n e occurs, the light is scattered by the mismatch of the refractive index. In addition, although liquid crystal molecules that can respond to an electric field are in a plane horizontal to the substrate, a portion fixed by the polymer 12 becomes a certain kind of defect, so that alignment disorder occurs between liquid crystal molecules that respond to the electric field. , Scattering occurs.
【００２２】また、本発明の素子における、高分子材料
による動きの制限のない液晶分子については、ほぼ液晶
材料単品と同じ状態で存在していることになり、液晶材
料単品と同程度の低い電圧による駆動が可能である。Further, in the device of the present invention, the liquid crystal molecules which are not restricted by the movement of the polymer material exist almost in the same state as the liquid crystal material alone, and the voltage is as low as that of the liquid crystal material alone. Can be driven.
【００２３】印加電圧を取り除くと、基板からの垂直配
向力および分散した高分子との相互作用により、液晶分
子の配向方向は初期状態である垂直方向に回復する。高
分子が存在しない素子では垂直配向力が基板表面からの
み伝搬するため、応答速度は遅いが、本発明の素子にお
いては分散した高分子材料の存在により、配向力の伝搬
距離は著しく短くなり、応答速度が改善されるととも
に、ヒステリシスの発生は抑えられる。When the applied voltage is removed, the alignment direction of the liquid crystal molecules is restored to the initial vertical direction due to the vertical alignment force from the substrate and the interaction with the dispersed polymer. In a device without a polymer, the response speed is slow because the vertical alignment force propagates only from the substrate surface, but in the device of the present invention, the propagation distance of the alignment force is significantly reduced due to the presence of the dispersed polymer material, The response speed is improved and the occurrence of hysteresis is suppressed.
【００２４】さらに、本発明においては液晶材料と高分
子材料の選択により、高分子材料による液晶分子の動き
の制限を自由に制御することが可能である。たとえば、
適度な大きさの相互作用を有する液晶分子と高分子材料
の組合せを選ぶことにより、中間の電圧領域でのみ白濁
する素子を作製することが可能になる。すなわち、高分
子と液晶分子の相互作用を中間の強さとすることによ
り、中間の電界領域では液晶分子が電界に追従せず散乱
状態となり、強い電界領域では電界に追従し透明状態と
なる透過−散乱−透過型の素子が得られる。強い電界下
での透過−散乱−透過型の素子の内部状態を図１（ｃ）
に示す。Further, in the present invention, by selecting the liquid crystal material and the polymer material, it is possible to freely control the movement of the liquid crystal molecules by the polymer material. For example,
By selecting a combination of a liquid crystal molecule and a polymer material having an appropriate size of interaction, it becomes possible to manufacture an element which becomes opaque only in an intermediate voltage region. In other words, by setting the interaction between the polymer and the liquid crystal molecules to have an intermediate strength, the liquid crystal molecules do not follow the electric field in an intermediate electric field region but are in a scattering state, and in the strong electric field region, the liquid crystal molecules follow the electric field and become a transparent state. A scattering-transmission type element is obtained. FIG. 1C shows the internal state of the transmission-scattering-transmission element under a strong electric field.
Shown in
【００２５】また、高分子材料中に液晶が垂直配向した
まま固定されていることによっても本発明の効果が得ら
れる（図２（ａ））。つまり、高分子材料中に存在する
少量の液晶材料は、電圧無印加状態では透過状態とな
り、電圧印加状態では固定された高分子材料中の液晶は
その動きを阻害されているために平行状態となることは
できず、散乱状態となる（図２（ｂ））。The effect of the present invention can also be obtained by fixing the liquid crystal in the polymer material while keeping the liquid crystal vertically aligned (FIG. 2A). In other words, a small amount of liquid crystal material present in the polymer material is in a transmissive state when no voltage is applied, and the liquid crystal in the fixed polymer material is in a parallel state in the voltage applied state because its movement is hindered. Cannot be formed, and a scattering state occurs (FIG. 2B).
【００２６】以下、本発明に使用する材料等について説
明する。Hereinafter, materials and the like used in the present invention will be described.
【００２７】本発明で使用する液晶材料としてはネマテ
ィック液晶、スメクチック液晶などが使用可能である。
リバースモード素子として使用するためには負の誘電異
方性を有するものが望ましい。また、２周波駆動液晶を
誘電率異方性が負になる領域で駆動させるような場合も
負の誘電異方性を有する液晶材料に該当する。低駆動電
圧および散乱特性の点からは、誘電率の異方性が大き
く、屈折率の異方性が大きいものが望ましい。また、本
発明の素子をＴＦＴ等の能動素子として駆動させるため
には、液晶材料の電気抵抗が大きく、電荷保持率の大き
いことが要求される。従って、フッ素系、塩素系等の高
抵抗の液晶材料であり、また紫外線照射により電荷保持
率特性の低下しないものが望ましい。As the liquid crystal material used in the present invention, a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal and the like can be used.
For use as a reverse mode element, an element having a negative dielectric anisotropy is desirable. A case where the two-frequency driving liquid crystal is driven in a region where the dielectric anisotropy is negative also corresponds to a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy. From the viewpoint of low driving voltage and scattering characteristics, it is desirable that the dielectric constant has large anisotropy and the refractive index has large anisotropy. In addition, in order to drive the device of the present invention as an active device such as a TFT, it is required that the liquid crystal material has a large electric resistance and a large charge holding ratio. Therefore, it is desirable to use a high-resistance liquid crystal material such as a fluorine-based or chlorine-based liquid crystal material that does not lower the charge retention characteristics due to ultraviolet irradiation.
【００２８】本発明の素子は液晶材料の中に二色性染料
を溶解することにより、ゲストホスト（ＧＨ）型の素子
とすることもできる。この場合には、透過−散乱型では
なく、透過−吸収型の素子が得られる。また、本発明の
素子では、液晶分子のダイレクターの方向は電界の有無
により９０度変化するため、二色性染料の吸光特性の違
いを最大限に利用することにより、ランダム配向と垂直
配向でスイッチングを行う従来のＧＨ型のＰＤＬＣなど
に比べて大きなコントラストが得られるという利点があ
る。The device of the present invention can be a guest-host (GH) type device by dissolving a dichroic dye in a liquid crystal material. In this case, a transmission-absorption element, not a transmission-scattering element, is obtained. In the device of the present invention, the direction of the director of the liquid crystal molecules changes by 90 degrees depending on the presence or absence of an electric field. There is an advantage that a large contrast can be obtained as compared with a conventional GH-type PDLC that performs switching.
【００２９】前述の透過−散乱−透過型の素子に二色性
染料を溶解した場合は、液晶分子が水平方向に配向した
場合に有色になり、散乱状態においてのみ不透明となる
ために、無色透明−有色不透明−有色透明の３つの状態
で切り替わる素子が得られる。液晶材料と高分子材料の
選択により不透明になる電圧の異なる層とすることがで
きるので、たとえばＲＧＢの染料を溶解させたこれらの
層を垂直配向処理をした隔膜により積層することによ
り、印加電圧の変化によりＲＧＢそれぞれおよびそれら
の混合色を表示するフルカラーディスプレイとすること
が可能である。When a dichroic dye is dissolved in the above-mentioned transmission-scattering-transmission-type element, the liquid crystal becomes colored when the liquid crystal molecules are oriented in the horizontal direction, and becomes opaque only in the scattering state. An element that switches between three states of colored opaque and colored transparent is obtained. By selecting a liquid crystal material and a polymer material, it is possible to form layers having different voltages that become opaque. For example, these layers in which RGB dyes are dissolved are laminated by a vertically-aligned diaphragm, so that the applied voltage can be reduced. It is possible to provide a full color display that displays each of RGB and a mixed color thereof by the change.
【００３０】本発明で液晶層に分散する高分子材料とし
ては、高分子材料を液晶材料中に分散したものを用いる
こともできるし、液晶中で高分子前駆体であるモノマ
ー、オリゴマ等を反応させることもできる。しかし、液
晶分子の初期配向をより完全なものとするために、液晶
層中でモノマー等を反応させることが望ましい。As the polymer material dispersed in the liquid crystal layer in the present invention, a polymer material dispersed in a liquid crystal material can be used, or a polymer precursor such as a monomer or an oligomer can be reacted in the liquid crystal. It can also be done. However, in order to make the initial alignment of the liquid crystal molecules more complete, it is desirable to react a monomer or the like in the liquid crystal layer.
【００３１】透光層内で反応させるモノマー、オリゴマ
としては、反応の条件により光硬化性モノマー、紫外線
硬化性モノマー、熱硬化性モノマー、あるいはこれらの
オリゴマ等のいずれを使用することもできるが、光また
は紫外線硬化モノマーを使用することが操作が容易であ
り、特に望ましい。As the monomers and oligomers to be reacted in the light-transmitting layer, any of a photocurable monomer, an ultraviolet curable monomer, a thermosetting monomer, and these oligomers can be used depending on the reaction conditions. The use of a light or ultraviolet curable monomer is easy to operate and is particularly desirable.
【００３２】本発明で使用する光または紫外線硬化モノ
マーとしては、２−エチルヘキシルアクリレート、ブチ
ルエチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、
２−シアノエチルアクリレート、ベンジルアクリレー
ト、シクロヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシプロ
ピルアクリレート、２−エトキシエチルアクリレート、
Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−
ジメチルアミノエチルアクリレート、ジシクロペンタニ
ルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、グ
リシジルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリ
レート、イソボニルアクリレート、イソデシルアクリレ
ート、ラウリルアクリレート、モルホリンアクリレー
ト、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチ
レングリコールアクリレート、２，２，２−トリフルオ
ロエチルアクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフ
ルオロプロピルアクリレート、２，２，３，３−テトラ
フルオロプロピルアクリレート、２，２，３，４，４，
４−ヘキサフルオロブチルアクリレート等の単官能アク
リレート化合物、２−エチルヘキシルメタクリレート、
ブチルエチルメタクリレート、ブトキシエチルメタクリ
レート、２−シアノエチルメタクリレート、ベンジルメ
タクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２−ヒ
ドロキシプロピルメタクリレート、２−エトキシエチル
アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルメタクリ
レート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレー
ト、ジシクロペンタニルメタクリレート、イシクロペン
テニルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、テ
トラヒドロフルフリルメタクリレート、イソボニルメタ
クリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタ
クリレート、モルホリンメタクリレート、フェノキシエ
チルメタクリレート、フェノキシジエチレングリコール
メタクリレート、２，２，２−トリフルオロエチルメタ
クリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピル
メタクリレート、２，２，３，４，４，４−ヘキサフル
オロブチルメタクリレート等の単官能メタクリレート化
合物、４，４′−ビフェニルジアクリレート、ジエチル
スチルベストロールジアクリレート、１，４−ビスアク
リロイルオキシベンゼン、４，４′−ビスアクリロイル
オキシジフェニルエーテル、４，４′−ビスアクリロイ
ルオキシジフェニルメタン、３．９［１，１−ジメチル
−２−アクリロイルオキシエチル］−２，４，８，１０
−テトラスピロ［５，５］ウンデカン、α、α′−ビス
［４−アクリロイルオキシフェニル］−１，４−ジイソ
プロピルベンゼン、１，４−ビスアクリロイルオキシテ
トラフルオロベンゼン、４，４′−ビスアクリロイルオ
キシオクタフルオロビフェニル、ジエチレングリコール
ジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレー
ト、１，３−ブチレングリコールジアクリレート、ジシ
クロペンタニルジアクリレート、グリセロールジアクリ
レート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネ
オペンチルグリコールジアクリレート、テトラエチレン
グリコールジアクリレート、トリメチロールプロパント
リアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレ
ート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジトリ
メチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリ
スリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトー
ルモノヒドロキシペンタアクリレート、４，４′−ジア
クリロイルオキシスチルベン、４，４′−ジアクリロイ
ルオキシジメチルスチルベン、４，４′−ジアクリロイ
ルオキシジエチルスチルベン、４，４′−ジアクリロイ
ルオキシジプロピルスチルベン、４，４′−ジアクリロ
イルオキシジブチルスチルベン、４，４′−ジアクリロ
イルオキシジペンチルスチルベン、４，４′−ジアクリ
ロイルオキシジヘキシルスチルベン、４，４′−ジアク
リロイルオキシジフルオロスチルベン、２，２，３，
３，４，４−ヘキサフルオロペンタンジオール、１，５
−ジアクリレート、１，１，２，２，３，３−ヘキサフ
ルオロプロピル−１，３−ジアクリレート、ウレタンア
クリレートオリゴマー等の多官能アクリレート化合物、
ジエチレングリコールジメタクリレート、１，４−ブタ
ンジオールジメタクリレート、１，３−ブチレングリコ
ールジメタクリレート、ジシクロペンタニルジメタクリ
レートグリセロールジメタクリレート、１，６−ヘキサ
ンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコール
ジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタク
リレート、トリメチロールプロパントリメタクリレー
ト、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ペン
タエリスリトールトリメタクリレート、ジトリメチロー
ルプロパンテトラメタクリレート、ジペンタエリスリト
ールヘキサメタクリレート、ジペンタエリスリトールモ
ノヒドロキシペンタメタクリレート、２，２，３，３，
４，４−ヘキサフルオロペンタンジオール、１，５−ジ
メタクリレート、ウレタンメタクリレートオリゴマー等
の多官能メタクリレート化合物、スチレン、アミノスチ
レン、酢酸ビニル等があるがこれに限定されるものでは
ない。The light or ultraviolet curable monomers used in the present invention include 2-ethylhexyl acrylate, butyl ethyl acrylate, butoxyethyl acrylate,
2-cyanoethyl acrylate, benzyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-ethoxyethyl acrylate,
N, N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-
Dimethylaminoethyl acrylate, dicyclopentanyl acrylate, dicyclopentenyl acrylate, glycidyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, isobonyl acrylate, isodecyl acrylate, lauryl acrylate, morpholine acrylate, phenoxyethyl acrylate, phenoxydiethylene glycol acrylate, 2,2 2-trifluoroethyl acrylate, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl acrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acrylate, 2,2,3,4,4
Monofunctional acrylate compounds such as 4-hexafluorobutyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate,
Butylethyl methacrylate, butoxyethyl methacrylate, 2-cyanoethyl methacrylate, benzyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 2-ethoxyethyl acrylate, N, N-diethylaminoethyl methacrylate, N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, dicyclo Pentanyl methacrylate, icyclopentenyl methacrylate, glycidyl methacrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate, isobonyl methacrylate, isodecyl methacrylate, lauryl methacrylate, morpholine methacrylate, phenoxyethyl methacrylate, phenoxydiethylene glycol methacrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 2,2 Monofunctional methacrylate compounds such as 3,3-tetrafluoropropyl methacrylate, 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate, 4,4'-biphenyl diacrylate, diethylstilbestrol diacrylate, 4-bisacryloyloxybenzene, 4,4'-bisacryloyloxydiphenyl ether, 4,4'-bisacryloyloxydiphenylmethane, 3.9 [1,1-dimethyl-2-acryloyloxyethyl] -2,4,8, 10
-Tetraspiro [5,5] undecane, α, α'-bis [4-acryloyloxyphenyl] -1,4-diisopropylbenzene, 1,4-bisacryloyloxytetrafluorobenzene, 4,4'-bisacryloyloxyocta Fluorobiphenyl, diethylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, dicyclopentanyl diacrylate, glycerol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate , Tetraethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, pentaerythritol triacrylate, ditrimethylolpropane Tetraacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, dipentaerythritol monohydroxypentaacrylate, 4,4'-diacryloyloxydimethylstilbene, 4,4'-diacryloyloxydimethylstilbene, 4,4'-diacryloyloxydiethylstilbene, 4 4,4'-Diacryloyloxydipropylstilbene, 4,4'-Diacryloyloxydibutylstilbene, 4,4'-Diacryloyloxydipentylstilbene, 4,4'-Diacryloyloxydihexylstilbene, 4,4'-di Acryloyloxydifluorostilbene, 2,2,3
3,4,4-hexafluoropentanediol, 1,5
Polyfunctional acrylate compounds such as diacrylate, 1,1,2,2,3,3-hexafluoropropyl-1,3-diacrylate, urethane acrylate oligomer,
Diethylene glycol dimethacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, dicyclopentanyl dimethacrylate glycerol dimethacrylate, 1,6-hexanediol dimethacrylate, neopentyl glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol Dimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, pentaerythritol tetramethacrylate, pentaerythritol trimethacrylate, ditrimethylolpropane tetramethacrylate, dipentaerythritol hexamethacrylate, dipentaerythritol monohydroxypentamethacrylate, 2,2,3,3
Examples include, but are not limited to, polyfunctional methacrylate compounds such as 4,4-hexafluoropentanediol, 1,5-dimethacrylate, and urethane methacrylate oligomer, styrene, aminostyrene, and vinyl acetate.
【００３３】特に本発明の素子は、透光層中に分散した
少量の高分子材料により十分な散乱を得る必要があるた
めに、３以上の官能基を有する多官能性化合物を含むモ
ノマー、オリゴマからなるものであることが特に望まし
い。具体的には、トリメチロールプロパントリアクリレ
ート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペン
タエリスリトールトリアクリレート、ジトリメチロール
プロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトール
ヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒド
ロキシペンタアクリレート、トリメチロールプロパント
リメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタク
リレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、
ジトリメチロールプロパンテトラメタクリレート、ジペ
ンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ジペンタエ
リスリトールモノヒドロキシペンタメタクリレート等が
あるがこれに限定されるものではない。In particular, the device of the present invention requires a small amount of a polymer material dispersed in the light-transmitting layer to obtain sufficient scattering, so that a monomer or oligomer containing a polyfunctional compound having three or more functional groups is required. It is particularly desirable that it consist of Specifically, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, pentaerythritol triacrylate, ditrimethylolpropane tetraacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, dipentaerythritol monohydroxypentaacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, pentaerythritol tetraacrylate Methacrylate, pentaerythritol trimethacrylate,
Examples include, but are not limited to, ditrimethylolpropane tetramethacrylate, dipentaerythritol hexamethacrylate, dipentaerythritol monohydroxypentamethacrylate, and the like.
【００３４】また、本発明の素子の駆動電圧は、高分子
材料と液晶材料の界面相互作用にも影響されるため、フ
ッ素元素を含む高分子であることが望ましい。このよう
な高分子として、２，２，３，３，４，４−ヘキサフル
オロペンタンジオール １，５−ジアクリレート、１，
１，２，２，３，３−ヘキサフルオロプロピル−１，３
−ジアクリレート、２，２，２−トリフルオロエチルア
クリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロ
ピルアクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプ
ロピルアクリレート、２，２，３，４，４，４−ヘキサ
フルオロブチルアクリレート、２，２，２−トリフルオ
ロエチルメタクリレート、２，２，３，３−テトラフル
オロプロピルメタクリレート、２，２，３，４，４，４
−ヘキサフルオロブチルメタクリレート、ウレタンアク
リレートオリゴマー等を含む化合物から合成された高分
子が挙げられるがこれに限定されるものではない。Since the driving voltage of the device of the present invention is also affected by the interface interaction between the polymer material and the liquid crystal material, it is preferable that the device be a polymer containing elemental fluorine. Such polymers include 2,2,3,3,4,4-hexafluoropentanediol 1,5-diacrylate,
1,2,2,3,3-hexafluoropropyl-1,3
-Diacrylate, 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl acrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acrylate, 2,2,3,4 , 4,4-hexafluorobutyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate, 2,2,3,4,4,4
-A polymer synthesized from a compound containing hexafluorobutyl methacrylate, a urethane acrylate oligomer, or the like, but is not limited thereto.
【００３５】本発明の素子の高分子として光または紫外
線硬化モノマーを使用する場合には、一般に光または紫
外線によりラジカルを発生する開始剤を使用する。この
開始剤としては、種々のものが使用可能であり、たとえ
ば、２，２−ジエトキシアセトフェノン、２−ヒドロキ
シ−２−メチル−１−フェニル−１−オン、１−（４−
イソプロピルフェニル−）−２−ヒドロキシ−２−メチ
ルプロパン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）
−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン等の
アセトフェノン系、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾ
インエチルエーテル、ベンジルメチルケタール等のベン
ゾイン系、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、４−
フェニルベンゾフェノン、３，３−ジメチル−４−メト
キシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系、チオキサン
ソン、２−クロルチオキサンソン、２−メチルチオキサ
ンソン等のチオキサンソン系、ジアゾニウム塩系、スル
ホニウム塩系、ヨードニウム塩系、セレニウム塩系等が
使用できる。When a light or ultraviolet curable monomer is used as the polymer of the device of the present invention, an initiator which generates radicals by light or ultraviolet light is generally used. Various initiators can be used, for example, 2,2-diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-one, 1- (4-
Isopropylphenyl-)-2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1- (4-dodecylphenyl)
Acetophenones such as -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin such as benzyl methyl ketal, benzophenone, benzoylbenzoic acid, 4-
Benzophenones such as phenylbenzophenone and 3,3-dimethyl-4-methoxybenzophenone; thioxanthones such as thioxanthone, 2-chlorothioxanthone and 2-methylthioxanthone; diazonium salts; sulfonium salts; iodonium salts; selenium Salts and the like can be used.
【００３６】また、本発明の素子においては高分子材料
がきわめて少量であるため、紫外線硬化モノマーを使用
した場合には、従来のＰＤＬＣとは異なり、使用する開
始剤の種類により素子の特性が異なる。これは、開始剤
の特性により、高分子材料の分散状態が変化するためと
考えられ、３００nm以上の波長領域に吸収ピークを有す
るラジカル発生効率の高い開始剤を使用したときに、良
好な特性の素子が得られる。このような開始剤として、
具体的には、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フ
ェニル］−２−モルホリノプロパン−１、１−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２
−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−（４
−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチ
ルプロパン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）
−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、ベ
ンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソプロピ
ルエーテル等があるはこれに限定されるものではない。In the device of the present invention, since the amount of the polymer material is extremely small, the characteristics of the device differ depending on the type of initiator used, unlike the conventional PDLC, when an ultraviolet curable monomer is used. . This is considered to be because the dispersion state of the polymer material changes due to the characteristics of the initiator. When an initiator having a high radical generation efficiency having an absorption peak in a wavelength region of 300 nm or more is used, good characteristics are obtained. An element is obtained. As such an initiator,
Specifically, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropane-1, 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone, 2-hydroxy-2
-Methyl-1-phenylpropan-1-one, 1- (4
-Isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1- (4-dodecylphenyl)
Examples include, but are not limited to, 2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, benzoin isopropyl ether, benzoin isopropyl ether, and the like.
【００３７】また、必要に応じてメチルジエタノールア
ミン、４−ジメチルアミノ安息香酸等の光開始助剤を添
加することもできる。If necessary, a photoinitiating auxiliary such as methyldiethanolamine and 4-dimethylaminobenzoic acid can be added.
【００３８】本発明の素子においては配向膜の効果によ
り液晶分子を配向膜の配向方向に配向させるため、液晶
層中の高分子材料の量は液晶分子の配向状態が妨げられ
ることがない程度に低くする必要がある。また、本発明
の素子における電圧印加時の散乱は、液晶材料の屈折率
と高分子材料の屈折率の不一致を利用せず、液晶分子同
士の配向方向の違い、ダイレクターの乱れによるため、
高分子材料の量をかなり小さくしても十分な散乱が得ら
れる。具体的には高分子材料の種類、液晶分子との相互
作用にもよるが、高分子材料の量は、高分子材料および
液晶材料の全量に対して１％以上２０％以下が望まし
く、特に望ましくは３％から１０％である。In the device of the present invention, since the liquid crystal molecules are aligned in the alignment direction of the alignment film by the effect of the alignment film, the amount of the polymer material in the liquid crystal layer is set to such an extent that the alignment state of the liquid crystal molecules is not hindered. Must be lower. In addition, the scattering at the time of voltage application in the device of the present invention does not use the mismatch between the refractive index of the liquid crystal material and the refractive index of the polymer material, and is due to the difference in the alignment direction between the liquid crystal molecules and the disturbance of the director.
Even if the amount of the polymer material is considerably reduced, sufficient scattering can be obtained. Specifically, although it depends on the type of the polymer material and the interaction with the liquid crystal molecules, the amount of the polymer material is preferably 1% or more and 20% or less, and particularly preferably the total amount of the polymer material and the liquid crystal material. Is 3% to 10%.
【００３９】このように高分子の量が少ないことによ
り、本発明の素子は以下のような利点を有する。すなわ
ち、高分子材料が少ないために液晶材料との混合が容易
であり、通常の相分離によるＰＤＬＣに比較し、高分子
材料と液晶材料の組合せの自由度が高く、素子特性の制
御が容易である。また高分子材料の量が少ないために、
高分子前駆体を液晶材料に混合したときの溶液の粘度の
増加は小さく、通常のＴＮ液晶パネルと同様の液晶注入
技術により溶液を基板間に導入でき、素子を容易に作製
することができる。Due to the small amount of the polymer, the device of the present invention has the following advantages. That is, mixing with the liquid crystal material is easy due to the small amount of the polymer material, and the degree of freedom of the combination of the polymer material and the liquid crystal material is higher than that of the PDLC by ordinary phase separation, and the control of the device characteristics is easy. is there. Also, because the amount of polymer material is small,
The increase in the viscosity of the solution when the polymer precursor is mixed with the liquid crystal material is small, and the solution can be introduced between the substrates by a liquid crystal injection technique similar to that of a normal TN liquid crystal panel, and the element can be easily manufactured.
【００４０】光学素子と機能するために、本発明の基板
は少なくとも一方が透明であることが必要である。しか
し、例えば反射型素子においては一方が反射板を兼ねた
不透明なものであっても良い。In order to function as an optical element, at least one of the substrates of the present invention needs to be transparent. However, for example, in a reflection type element, one may be opaque as a reflection plate.
【００４１】本発明の素子の基板の少なくとも一方は配
向処理されていることが必要であり、リバースモード型
においては、垂直配向処理であることが必要である。少
なくとも一方の基板が配向処理されていないと液晶分子
が同一方向に配向せず、電圧無印加時において大きな透
過率が得られないからである。垂直配向処理とは、厳密
に垂直である必要はなく、電圧無印加時に透明性が得ら
れる程度であれば、多少傾いている場合も含まれる。It is necessary that at least one of the substrates of the device of the present invention has been subjected to an alignment treatment, and in the case of the reverse mode type, it has to be a vertical alignment treatment. This is because if at least one of the substrates is not subjected to the alignment treatment, the liquid crystal molecules are not aligned in the same direction, and a large transmittance cannot be obtained when no voltage is applied. The vertical alignment treatment does not need to be strictly vertical, and may include a slight inclination as long as transparency is obtained when no voltage is applied.
【００４２】垂直配向膜としてはポリイミドなどが使用
できるほか、界面活性剤による場合、基板自身が垂直配
向特性を有する場合も可能である。As the vertical alignment film, polyimide or the like can be used, and when a surfactant is used, the substrate itself can have vertical alignment characteristics.
【００４３】本発明のリバースモード型の素子では配向
膜は垂直配向であるために、水平配向処理のようなラビ
ングの工程は不要である。従って、ラビング工程におけ
る不純物の混入、配向膜の破損等の問題は生じず、生産
性が向上するという利点もある。In the reverse mode type device of the present invention, the rubbing step such as the horizontal alignment process is not required since the alignment film is vertically aligned. Therefore, there is no problem such as mixing of impurities in the rubbing step, breakage of the alignment film, and the like, and there is an advantage that productivity is improved.
【００４４】本発明の素子においては、紫外線照射後に
駆動すると、メモリー（電圧印加後に、電圧を除いても
初期透過率に回復しない）性を示す場合や大きなヒステ
リシスを示す場合がある。このような場合には、紫外線
照射後に熱処理を行うことによって特性が著しく改善さ
れる。この熱処理は、透光層内の未反応モノマーを反応
させる、または高分子鎖が安定なエネルギー状態に遷移
するためと考えられ、熱処理温度としては液晶材料の液
晶層−等方相転移温度より１０℃低い温度より高い温度
である場合に特に良好な硬化が得られる。When the device of the present invention is driven after irradiation with ultraviolet rays, it may exhibit a memory property (the initial transmittance is not restored even after the voltage is removed even after the voltage is removed) or a large hysteresis. In such a case, the characteristics are significantly improved by performing a heat treatment after the irradiation of the ultraviolet rays. This heat treatment is considered to cause unreacted monomers in the light-transmitting layer to react, or to cause the polymer chains to transition to a stable energy state. The heat treatment temperature is set to be 10 times higher than the liquid crystal layer-isotropic phase transition temperature of the liquid crystal material. Particularly good curing is obtained when the temperature is higher than the low temperature.
【００４５】[0045]
【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
【００４６】（実施例１）透明電極を有するガラス基板
にサンエバ７５１１Ｌをスピンコータ３０００ｒｐｍで
塗布、２００℃で熱処理し、垂直配向処理された基板を
得た。１０ミクロンのガラスロッドをスペーサーとして
空セルを作製した。Example 1 A glass substrate having a transparent electrode was coated with 7511 L of San-Eva using a spin coater at 3000 rpm and heat-treated at 200 ° C. to obtain a substrate which had been subjected to a vertical alignment treatment. An empty cell was prepared using a glass rod of 10 microns as a spacer.
【００４７】負の誘電率異方性を有する液晶材料ＺＬＩ
−４７８８（メルク社製：転移温度８３℃）０．９５ｇ
と紫外線硬化モノマー ２，２，３，３，４，４−ヘキ
サフルオロペンタンジオール １，５−ジアクリレート
０．０５ｇ、イルガノックス９０７（２−メチル−［４
−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノ−プロ
パン−１−オン：最大吸収波長３０５nm）０．００５ｇ
からなる溶液を加熱後、室温まで冷却すると液晶性を示
す、均一の溶液が得られた。得られた溶液を作製した空
セルに注入した。室温で紫外線を１０分間照射した後、
８０℃で１時間熱処理した。素子に変化は見られず透明
のままであった。Liquid crystal material ZLI having negative dielectric anisotropy
0.95 g of -4788 (manufactured by Merck Ltd .: transition temperature 83 ° C.)
And UV-curable monomer 2,2,3,3,4,4-hexafluoropentanediol 1,5-diacrylate 0.05 g, Irganox 907 (2-methyl- [4
-(Methylthio) phenyl] -2-morpholino-propan-1-one: maximum absorption wavelength 305 nm) 0.005 g
After heating the solution consisting of and then cooling to room temperature, a uniform solution exhibiting liquid crystallinity was obtained. The obtained solution was injected into the prepared empty cell. After irradiating with UV light for 10 minutes at room temperature,
Heat treatment was performed at 80 ° C. for 1 hour. No change was observed in the device, and the device remained transparent.
【００４８】得られた素子について印加電圧にともなう
透過率の変化を測定した（Ｈｅ−Ｎｅレーザ使用。リフ
ァレンス：空気、ｆ数＝１２）。得られた透過率−電圧
曲線を図３に示す。駆動電圧（Ｖ90）が１０Ｖ、コント
ラストが３１の良好な特性の素子が得られた。また、電
圧無印加時において素子を傾けても白濁状態とはなら
ず、光線の入射角と透過率の関係を測定すると入射角５
０°における透過率の低下は約５％程度であった（リフ
ァレンス：ガラス基板）。応答時間を測定するとｏｎ時
（１５Ｖ）１５ｍｓ、ｏｆｆ時３５ｍｓであった。The change in transmittance of the obtained device with the applied voltage was measured (using a He-Ne laser; reference: air, f-number = 12). FIG. 3 shows the obtained transmittance-voltage curve. An element having a good drive voltage (V 90 ) of 10 V and a contrast of 31 was obtained. Further, even when the element is tilted when no voltage is applied, the element does not become clouded even if the element is tilted.
The decrease in transmittance at 0 ° was about 5% (reference: glass substrate). When the response time was measured, it was 15 ms when on (15 V) and 35 ms when off.
【００４９】（実施例２）実施例１と同様の方法で空セ
ルを作製した。負の誘電率異方性を有する液晶材料ＮＲ
−１０２５ＸＸ（チッソ石油化学製）０．９５ｇに紫外
線硬化樹脂Ｒ５５１（日本化薬製）０．０５ｇ、ベンゾ
インメチルエーテル、０．００５ｇを混合し、加熱後、
室温まで冷却すると液晶性を示す、均一の溶液となって
いた。得られた溶液を、作製したセルに注入した。室温
で紫外線を１０分間照射しても変化は見られず透明のま
まであった。得られた素子について印加電圧にともなう
透過率の変化を測定した（Ｈｅ−Ｎｅレーザ使用。リフ
ァレンス：空気、ｆ数＝１２）。得られた透過率−電圧
曲線を図４に示す。電圧無印加時において素子を傾けて
も白濁状態とはならず、光線の入射角と透過率の関係を
測定すると入射角５０°における透過率の低下は約５％
程度であった（リファレンス：ガラス基板）。応答時間
を測定するとｏｎ時（１５Ｖ）１０ｍｓ、ｏｆｆ時３０
ｍｓであった。Example 2 An empty cell was produced in the same manner as in Example 1. Liquid crystal material NR having negative dielectric anisotropy
0.95 g of -1025XX (manufactured by Chisso Petrochemical), 0.05 g of UV-curable resin R551 (manufactured by Nippon Kayaku), 0.005 g of benzoin methyl ether, and after heating,
Upon cooling to room temperature, a uniform solution showing liquid crystallinity was obtained. The obtained solution was injected into the produced cell. Even when irradiated with ultraviolet rays at room temperature for 10 minutes, no change was observed and the film remained transparent. The change in transmittance of the obtained element with the applied voltage was measured (using a He-Ne laser; reference: air, f-number = 12). FIG. 4 shows the obtained transmittance-voltage curve. Even when the element is tilted when no voltage is applied, the element does not become clouded even if the element is tilted. When the relationship between the incident angle of light and the transmittance is measured, the decrease in transmittance at an incident angle of 50 ° is about 5%.
(Reference: glass substrate). When the response time is measured, it is 10 ms for on (15 V) and 30 for off
ms.
【００５０】（実施例３）紫外線硬化樹脂としてフッ素
系オリゴマＵＶ−３０００（ダイキン化成工業製）０．
０５％を用いた以外は、実施例１と同様の方法で素子を
作製した。得られた素子について透過率−電圧曲線およ
び誘電率−電圧曲線を図５に示す。１５Ｖ程度でのみ散
乱状態となる透過−散乱−透過型の素子が得られている
ことが分かる。印加電圧にともなう素子のキャパシタン
スの単調な増加は、図１に示した液晶分子の動きを示唆
している。Example 3 Fluorine-based oligomer UV-3000 (manufactured by Daikin Kasei Kogyo) as an ultraviolet curable resin
An element was produced in the same manner as in Example 1 except that the element used was 05%. FIG. 5 shows a transmittance-voltage curve and a dielectric constant-voltage curve of the obtained device. It can be seen that a transmission-scattering-transmission element which is in a scattering state only at about 15 V is obtained. The monotonic increase in the capacitance of the device with the applied voltage suggests the movement of the liquid crystal molecules shown in FIG.
【００５１】（実施例４）実施例１と同様の方法で空セ
ルを作製した。負の誘電率異方性を有する液晶材料ＺＬ
Ｉ−４８５０（メルク社製：転移温度９３℃）０．９５
ｇと紫外線硬化モノマー ペンタエリスリトールトリア
クリレート０．０５ｇ、イルガノックス９０７、０．０
０５ｇからなる溶液を加熱後、室温まで冷却すると液晶
性を示す、均一の溶液となっていた。得られた溶液を、
作製した２つのセルに注入した。室温で紫外線を１０分
間照射しても変化が見られず透明のままであった。得ら
れた素子の一方を８０℃で他方を１００℃で３０分間ず
つ熱処理した。得られた素子について印加電圧にともな
う透過率の変化を測定すると、１００℃で熱処理した素
子は、駆動電圧１２Ｖ、コントラスト１０、ヒステリシ
スは０．２Ｖであったが、８０℃で熱処理した素子は、
駆動電圧１５Ｖ、コントラスト１０、ヒステリシスは
５．２Ｖと大きかった。Example 4 An empty cell was produced in the same manner as in Example 1. Liquid crystal material ZL having negative dielectric anisotropy
I-4850 (manufactured by Merck: transition temperature 93 ° C.) 0.95
g and ultraviolet curable monomer pentaerythritol triacrylate 0.05 g, Irganox 907, 0.0
After heating the solution consisting of 05 g and cooling to room temperature, a uniform solution showing liquid crystallinity was obtained. The resulting solution is
The two cells were injected. Even when irradiated with ultraviolet rays for 10 minutes at room temperature, no change was observed and the film remained transparent. One of the obtained devices was heat-treated at 80 ° C. and the other at 100 ° C. for 30 minutes. When the change in transmittance with the applied voltage of the obtained device was measured, the device heat-treated at 100 ° C. had a driving voltage of 12 V, a contrast of 10, and a hysteresis of 0.2 V.
The driving voltage was 15 V, the contrast was 10, and the hysteresis was as large as 5.2 V.
【００５２】（比較例１）高分子を混合しない以外は、
実施例２と同様に素子を作製した。素子のキャパシタン
スの変化より１０Ｖ以下で液晶分子の配向方向が変化す
ることが確認できたが、透過率の変化はほとんど見られ
なかった。Comparative Example 1 Except that no polymer was mixed,
An element was produced in the same manner as in Example 2. From the change in the capacitance of the device, it was confirmed that the orientation direction of the liquid crystal molecules changed at 10 V or less, but almost no change in transmittance was observed.
【００５３】（比較例２）液晶材料と紫外線硬化樹脂の
混合量を液晶材料を０．７ｇ、紫外線硬化樹脂０．３ｇ
とした以外は、実施例２と同様に素子を作製した。紫外
線照射前は透明であった素子が紫外線照射とともに白濁
し、紫外線照射後の透過率は４０％であった。素子の駆
動電圧は高く、電圧５０Ｖで透過率は１５％まで減少し
たが、飽和値には至らなかった。(Comparative Example 2) The mixed amount of the liquid crystal material and the ultraviolet curable resin was 0.7 g for the liquid crystal material and 0.3 g for the ultraviolet curable resin.
A device was fabricated in the same manner as in Example 2, except that The element which was transparent before the ultraviolet irradiation became cloudy with the ultraviolet irradiation, and the transmittance after the ultraviolet irradiation was 40%. The driving voltage of the device was high, and at a voltage of 50 V, the transmittance decreased to 15%, but did not reach a saturation value.
【００５４】（比較例３）配向膜のない基板を使用した
以外は、実施例１と同様に素子を作製した。紫外線照射
後の透過率は２０％と低く、印加電圧を５０Ｖまで増加
させたが透過率は２０％から１０％まで減少した。Comparative Example 3 An element was produced in the same manner as in Example 1 except that a substrate without an alignment film was used. The transmittance after ultraviolet irradiation was as low as 20%, and the applied voltage was increased to 50 V, but the transmittance decreased from 20% to 10%.
【００５５】（比較例４）紫外線硬化モノマーとして、
２官能性アクリレートである１，５−ペンタンジオール
ジアクリレートを用いた以外は、実施例１と同様に素子
を作製した。得られた素子は駆動電圧が２２Ｖと高く、
コントラストは８であった。また、電圧を除いても３％
のメモリーが残った。Comparative Example 4 As an ultraviolet curable monomer,
A device was produced in the same manner as in Example 1, except that 1,5-pentanediol diacrylate which was a bifunctional acrylate was used. The obtained device has a high driving voltage of 22 V,
The contrast was 8. 3% even without voltage
Memory left.
【００５６】（比較例５）開始剤としてジエトキシアセ
トフェノン（最大吸収波長２６０nm）を使用した以外
は、実施例１と同様に素子を作製した。紫外線照射とと
もにわずかに白濁した。電圧を印加すると、透過率が増
加し、リバースモードの素子とはならなかった。Comparative Example 5 A device was produced in the same manner as in Example 1 except that diethoxyacetophenone (maximum absorption wavelength: 260 nm) was used as an initiator. It became slightly cloudy with UV irradiation. When a voltage was applied, the transmittance increased, and the device did not become a reverse mode device.
【００５７】（比較例６）紫外線照射後に熱処理をしな
い以外は、実施例１と同様にして素子を作製した。得ら
れた素子の透過率−電圧曲線を測定すると、最初の電圧
印加時の曲線はほとんど同一であったが、電圧減少時と
のヒステリシスは約４Ｖと大きく、また電圧非印加時に
おいて５％の透過率の低下が認められた。(Comparative Example 6) An element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that no heat treatment was performed after irradiation with ultraviolet rays. When the transmittance-voltage curve of the obtained device was measured, the curve at the time of the initial voltage application was almost the same, but the hysteresis with the voltage decrease was as large as about 4 V, and the hysteresis at the time of no voltage application was 5%. A decrease in transmittance was observed.
【００５８】以上説明したように、本発明による液晶光
学素子は、少量分散された高分子材料により液晶層中の
液晶分子の動きを部分的に制限することにより、駆動電
圧が低く、ヒステリシス特性に優れるとともに、電圧無
印加時の透過率が高く、広い視野角において透明性を有
する新規な液晶光学素子を提供する。As described above, the liquid crystal optical element according to the present invention has a low driving voltage and a low hysteresis characteristic by partially restricting the movement of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer by the polymer material dispersed in a small amount. Provided is a novel liquid crystal optical element which is excellent, has high transmittance when no voltage is applied, and has transparency over a wide viewing angle.
【図１】本発明の液晶光学素子（透過−散乱−透過型）
の断面図である。FIG. 1 is a liquid crystal optical element of the present invention (transmission-scattering-transmission type).
FIG.
【図２】本発明の液晶光学素子の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the liquid crystal optical element of the present invention.
【図３】本発明の液晶光学素子の透過率−電圧曲線（リ
バースモード）を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a transmittance-voltage curve (reverse mode) of the liquid crystal optical element of the present invention.
【図４】本発明の液晶光学素子の透過率−電圧曲線（リ
バースモード）を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a transmittance-voltage curve (reverse mode) of the liquid crystal optical element of the present invention.
【図５】本発明の液晶光学素子の透過率、誘電率−電圧
曲線（透過−散乱−透過型）を示す図である。FIG. 5 is a view showing a transmittance, a dielectric constant-voltage curve (transmission-scattering-transmission type) of the liquid crystal optical element of the present invention.
【図６】従来技術のリバースモード液晶光学素子を示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing a conventional reverse mode liquid crystal optical element.
１１ 液晶材料 １２ 高分子材料 ２１、３１ ガラス基板 ２２、３２ 電極 ４１ 電源 Reference Signs List 11 liquid crystal material 12 polymer material 21, 31 glass substrate 22, 32 electrode 41 power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−216020（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−51351（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−118398（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−257126（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−346572（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−61018（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−240613（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/1333 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-216020 (JP, A) JP-A-6-51351 (JP, A) JP-A-6-118398 (JP, A) JP-A-5-118398 257126 (JP, A) JP-A-5-346572 (JP, A) JP-A-5-61018 (JP, A) JP-A-4-240613 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 6 , DB name) G02F 1/1333
Claims (10)
の基板間に液晶を含有する透光性材料層が挟持されてい
る液晶光学素子において、 基板の少なくとも一方が液晶分子を垂直に配向させるよ
うに処理されており、 前記透光性材料層は、負の誘電異方性を有する液晶材料
と、液晶材料中に透過波長以下の大きさで分散され一部
分の液晶分子を束縛して液晶分子の動きを制限し透光性
材料層中３〜１０重量％を占める高分子材料とよりなる
ことを特徴とする液晶光学素子。1. A liquid crystal optical element in which a translucent material layer containing a liquid crystal is sandwiched between two substrates, at least one of which has electrodes, is transparent, and at least one of the substrates vertically aligns liquid crystal molecules. The translucent material layer includes a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy and a liquid crystal material dispersed in the liquid crystal material with a size equal to or smaller than the transmission wavelength to restrain a part of the liquid crystal molecules. A liquid crystal optical element comprising a polymer material which restricts the movement of light and occupies 3 to 10% by weight in the translucent material layer.
材料中に分散され一部の液晶分子に絡みつくことを特徴
とする請求項１記載の液晶光学素子。2. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the polymer material is networked and dispersed in the liquid crystal material and entangled with a part of liquid crystal molecules.
まま固定されることで液晶分子の動きが部分的に制限さ
れていることを特徴とする請求項１記載の液晶光学素
子。3. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the movement of the liquid crystal molecules is partially restricted by fixing the liquid crystal material in the polymer material in a vertically aligned state.
し、さらに印加電圧を増加することにより透過率が増加
することを特徴とする請求項１記載の液晶光学素子。4. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the transmittance decreases as the applied voltage increases, and the transmittance increases as the applied voltage increases.
子材料である請求項１記載の液晶光学素子。5. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the polymer material is a polymer material containing a fluorine atom.
能化合物を含むモノマー、オリゴマを重合して得られる
高分子材料である請求項１記載の液晶光学素子。6. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the polymer material is a polymer material obtained by polymerizing a monomer or an oligomer containing a polyfunctional compound having three or more functional groups.
り、かつ少なくとも一方の基板表面が液晶分子を垂直に
配向させるように処理されている２枚の基板間に、負の
誘電異方性を有する液晶材料と開始剤および紫外線硬化
樹脂３〜１０重量％を含み、液晶材料中に開始剤および
紫外線硬化樹脂を分散させた混合溶液を注入し、その後
紫外線を照射することによって液晶材料中に透過波長以
下の大きさで分散され一部分の液晶分子を束縛して液晶
分子の動きを制限し透光性材料層中３〜１０重量％を占
める高分子材料を形成する工程を有することを特徴とす
る液晶光学素子の製造方法。7. A negative dielectric anisotropy between at least one of the substrates having at least one of the electrodes which is transparent and at least one of the surfaces of which is treated so as to vertically align liquid crystal molecules. A mixed solution containing a liquid crystal material, an initiator, and an ultraviolet-curable resin in an amount of 3 to 10% by weight, in which the initiator and the ultraviolet-curable resin are dispersed, is injected into the liquid crystal material, and then the liquid crystal material is irradiated with ultraviolet light to transmit a transmission wavelength into the liquid crystal material. Less than
The liquid crystal is dispersed in the size below and restrains some liquid crystal molecules.
Restricts the movement of molecules and occupies 3 to 10% by weight in the translucent material layer
A method for manufacturing a liquid crystal optical element, comprising a step of forming a polymer material to be formed .
収ピークを有する開始剤であることを特徴とする請求項
７記載の液晶光学素子の製造方法。8. The method according to claim 7, wherein the initiator is an initiator having an absorption peak in a wavelength region of 300 nm or more.
徴とする請求項７記載の液晶光学素子の製造方法。9. The method for manufacturing a liquid crystal optical element according to claim 7, wherein the element is subjected to a heat treatment after irradiation with ultraviolet rays.
材料の液晶相−等方相転移温度）より高い温度である請
求項９記載の液晶光学素子の製造方法。10. The method according to claim 9, wherein the heat treatment temperature is higher than Tc-10 ° C. (Tc is a liquid crystal phase-isotropic phase transition temperature of a liquid crystal material).
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