JP3148188B2 - 液晶表示装置並びにその製造方法及び駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示装置並
びにその製造方法及び駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ノートパソコンやＰＤＡ（Personal Dig
ital Assistant）などの携帯用情報機器の需要が高ま
り、低消費電力で、薄型かつ軽量であることはもとよ
り、表示品位の高いカラー表示可能なディスプレイへの
要求が高まっている。これを実現するものとして、反射
型カラー液晶表示装置が盛んに研究開発されている。そ
の中でも、偏光素子やカラーフィルタを用いないブラッ
グ反射方式の体積ホログラム光学素子が注目されてい
る。このブラッグ反射方式の素子では、原理的にブラッ
グ条件を満たした波長の光をほぼ１００％反射できるこ
とから、高明度、高色純度の表示が期待される。

【０００３】前述した体積ホログラム光学素子として、
例えば、特開平６―２９４９５２に記載された光学素子
が挙げられる。図７に特開平６―２９４９５２に記載さ
れた表示素子の概略図を示し、この図をもとにしてこの
光学素子の動作原理を説明する。電圧を印加しない場合
に入射光１０８が入射すると、液晶液滴１０５と高分子
材料１０６との屈折率差及び周期間隔によりブラッグ反
射が起こり、特定の波長帯域の光１０９を反射し、それ
以外の波長の光を透過１１０する。この状態を表示素子
の反射状態として利用する。次に、透明電極１０３と透
明電極１０４との間に電圧を印加すると、液晶液滴１０
５の屈折率が変化し、液晶液滴１０５と高分子材料１０
６との屈折率差が小さくなるにつれてブラッグ反射強度
が減少し、屈折率差が完全に無くなると入射光１０８が
全て透過する。この状態を表示素子の透過状態として利
用する。

【０００４】しかしながら、前記光学素子では、無印加
時の液晶が素子内でランダムな配向を示すため、液晶層
としての屈折率は液晶の異方性から算出される屈折率差
に較べて小さくなり、高分子材料との屈折率差で決まる
反射率が最大限に利用できていない問題がある。この解
決策として、特開平１０−１２３５６１に記載されてい
る光学素子が挙げられる。

【０００５】前記特開平１０−１２３５６１の光学素子
は、図８及び図９に示すように、電界で制御可能な光学
異方性材料（２１）と、電圧に依存しない光学異方性材
料（２２）とが一定方向に配向し、交互に積層した多層
構造（２０）である。この構造において、電圧を印加し
て電界で制御される光学異方性材料（２３）を電界方向
に再配向させ、電界に依存しない光学異方性材料（２
４）と配向方向が直交した反射状態を形成すると、光学
異方性の屈折率差を最大限に利用できることから反射強
度も最大となり、前記課題を解決することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平６―２９４９５２及び特開平１０−１２３５６１に
記載されている素子構成では、同一空間内のある特定の
入射光を利用し、単色のブラッグ反射光しか得ることが
できないため、同一空間内での光利用効率が低いという
問題があった。

【０００７】本発明は、前述した課題を解決するために
なされたもので、その目的は、同一空間内に異なる波長
の光を選択反射できる周期構造を複数具備するととも
に、これらの周期構造が独立に駆動できる構造を備え、
同一空間内での光利用効率を高めることができる液晶表
示装置を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、前記構造を備えた液晶表示装置の製造方法及び駆動
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、下記（１）〜（４）に示す液晶表示装置、
（５）〜（１０）に示す液晶表示装置の製造方法、及
び、（１１）〜（１４）に示す液晶表示装置の駆動方法
を提供する。

【０００９】（１）同一空間内に屈折率が変調する周期
構造が複数形成され、それぞれの周期構造は、電界によ
り配向方向を制御できる液晶材料からなる層と、電界に
より配向方向を制御できない光硬化性材料からなる層と
が交互に積層した多層構造であり、かつ、前記液晶材料
として誘電異方性が負の液晶、前記光硬化性材料として
光学異方性材料である液晶性モノマーを用いているとと
もに、各周期構造が異なる波長帯を選択反射するためと
独立に駆動するための電極対が具備されていることを特
徴とする液晶表示装置。

【００１０】（２）同一空間内に屈折率が変調する周期
構造が複数形成され、それぞれの周期構造は、電界によ
り配向方向を制御できる液晶材料からなる層と、電界に
より配向方向を制御できない光硬化性材料からなる層と
が交互に積層した多層構造であり、かつ、前記液晶材料
として印加電圧の周波数により誘電異方性が正又は負と
なる二周波液晶、前記光硬化性材料として光学異方性材
料である液晶性モノマーを用いているとともに、各周期
構造が異なる波長帯を選択反射するためと独立に駆動す
るための電極対が具備されていることを特徴とする液晶
表示装置。

【００１１】（３）同一空間内に２つの周期構造が形成
されており、周期構造間の配向方向が直交していること
を特徴とする（１）又は（２）の液晶表示装置。

【００１２】（４）同一空間内に３つの周期構造が形成
されており、周期構造間の配向方向が６０°異なってい
ることを特徴とする（１）又は（２）の液晶表示装置。

【００１３】（５）前記（１）〜（４）のいずれか１項
に記載の液晶表示装置の製造方法であって、液晶材料と
光学異方性を有する光硬化性材料との混合物を基板間に
挟み込み複数方向に配向させる工程と、前記挟み込んだ
基板に複数の干渉光を照射し、光硬化性材料が重合した
層と重合しない層とが交互に積層した多重の多層構造を
製造する工程とを備えていることを特徴とする液晶表示
装置の製造方法。

【００１４】（６）４光束のレーザ光の内、入射面に対
して２光束はＰ偏光とし、この２光束が干渉し、残り２
光束はＳ偏光で干渉することを特徴とする（５）の液晶
表示装置の製造方法。

【００１５】（７）各偏光の入射角度が異なることを特
徴とする（５）又は（６）の液晶表示装置の製造方法。

【００１６】（８）異なる単一波長を発振するレーザを
２つ用い、各レーザ光を２光束に分岐し、分岐した２光
束が干渉し、光硬化性材料を硬化することを特徴とする
（５）の液晶表示装置の製造方法。

【００１７】（９）入射面に対して１つのレーザ光から
分岐された２光束の偏光がＰ偏光、残り２光束の偏光が
Ｓ偏光であることを特徴とする（８）の液晶表示装置の
製造方法。

【００１８】（１０）１つのレーザ光から分岐された２
光束の交差角度がもう１つのレーザで作製される干渉縞
間隔と同一にならない角度であることを特徴とする
（８）又は（９）の液晶表示装置の製造方法。

【００１９】（１１）前記（１）〜（４）の液晶表示装
置の駆動方法であって、複数個の電極対に異なった電圧
を印加し、実質的に一方向の電界を生じさせることを特
徴とする液晶表示装置の駆動方法。

【００２０】（１２）前記（１）〜（４）の液晶表示装
置の駆動方法であって、複数個の電極対に異なった電圧
を一定時間印加し、実質的に一方向の電界を生じさせた
後、印加電圧の値を変化させ、実質的に一方向の電界を
前記電界とは異なる方向に一定時間生じさせる操作を繰
り返し、電圧印加時間の平均として、実質的に複数方向
の電界を生じさせることを特徴とする液晶表示装置の駆
動方法。

【００２１】（１３）電極対の数が４つであることを特
徴とする（１１）又は（１２）の液晶表示装置の駆動方
法。

【００２２】（１４）実質的な複数の方向が直交する２
方向であることを特徴とする（１２）又は（１３）の液
晶表示装置の駆動方法。

【００２３】（１５）質的な複数の方向が直交する２方
向である（１３）又は（１４）の液晶表示装置の駆動方
法。

【００２４】本発明において開示される発明のうち代表
的なものの概略を以下に簡単に説明する。本発明の液晶
表示装置は、同一空間内に屈折率変調が可変な周期構造
が複数形成され、それぞれの周期構造は、電界により配
向方向を制御できる液晶材料からなる層と、電界により
配向方向を制御できない光学異方性を有する光硬化性材
料からなる層とが交互に積層した多層構造であり、か
つ、独立に駆動することが可能であり、かつ、各周期構
造が異なる波長帯を選択反射するためと独立に駆動する
ための電極対が複数具備されている。

【００２５】前記電極対は、表示領域内で一方向の均一
電界を得るために、複数対の電極を使用することが好ま
しい。この場合、電極対は、図１（ｂ）に示すように２
対（３７、３８）のものを用いてもよいが、電極対の数
は多い方がよい。しかし、あまり多くすると表示装置の
作製等が煩雑になるので、例えば図１（ｃ）に示すよう
に４対の電極（３９）を用いることが望ましい。目的は
全く異なるが、電極に囲まれた部分の液晶を回転させる
ために、このような電極によって実質的に一方向の電界
を生じさせ、その方向を時間ごとに変えることが、O pl
us E, vol.20,No.10, P.1145 (1988)に述べられてい
る。すなわち、このような４対の電極に図１（ｃ）に示
すような規則的に異なった電圧を印加すると、その電界
の重ね合わせにより、実質的に一方向の電界を生じさせ
ることができる。このとき電極の断面は、図１（ｄ）に
示すように完全な壁にし、基板と平行な方向に実質的に
均一な電極を生じさせてもよいし、図１（ｅ）に示すよ
うにどちらか一方の基板のみに電極を作成してもよい。
また、図１（ｆ）のように上下基板に電極を作成し、基
板に対して傾斜した電界が生じるようにしてもよい。

【００２６】本発明の液晶表示装置におけるそれぞれの
周期構造は、電界で配向方向を制御できる液晶材料の層
と、電界で配向方向を制御できない光学異方性を有する
光硬化性材料の層との屈折率差によりブラッグ反射を生
じさせるものであり、周期構造ごとに設けてある電極対
により独立に屈折率差を変えることができ、各周期構造
の屈折率周期により異なる波長帯を反射することができ
る。そして、各周期構造は、異なる入射光を利用してい
ることから、同一空間内での光利用効率を高めることが
できる。

【００２７】本発明における液晶表示装置の製造方法
は、液晶材料と光学異方性を有する光硬化性材料との混
合物を基板間に挟み込み複数方向に配向させる工程と、
前記挟み込んだ基板に複数の干渉光を照射し、光硬化性
材料が周期的に重合した層と重合しない層とが交互に積
層した多層構造を製造する工程とを備えていることを特
徴とする。

【００２８】前記手法によれば、液晶材料と光学異方性
を有する光硬化性材料との混合物を基板間に挟み込み、
少なくともこの混合物を複数方向に配向させる工程と、
前記挟み込んだ基板に複数の干渉光を照射し、光硬化性
材料を重合させる工程とを交互に又は同時に行なうこと
によって、電界により配向方向を制御できる液晶材料層
と電界に依存せずに配向した光硬化性材料層とが交互に
積層され、かつ、液晶層と光硬化性材料層の配向方向が
概ね一致し、かつ、その配向方向が複数存在する多重の
多層構造を作製することができる。

【００２９】ここで、電界で配向方向を制御できる液晶
材料としては、誘電異方性が負の液晶を用いるか、ある
いは印加電圧の周波数により誘電異方性が正又は負とな
る二周波液晶を用いればよく、電界に依存せず配向して
いる光学異方性材料としては、感光性を有する液晶性モ
ノマーを用いればよい。

【００３０】混合物を複数方向に配向させる工程及び光
硬化性材料を重合させる工程としては、各電極対に電界
を印加して混合物を電界方向に配向させ、その状態を保
持して干渉光を照射して光硬化性材料を重合させる工程
を、順次電界を用いて混合物の配向方向を変化させなが
ら複数回繰り返せばよい。また、複数回のラビング処理
を行い、混合物を複数方向に配向させ、かつ、偏光方向
の異なる複数の干渉光を順次又は同時に混合物に照射し
て光硬化性材料を重合させる工程を行ってもよい。光硬
化性材料を重合させる光源としては、単一波長を発振す
るレーザを複数に分岐して干渉光を作成してもよく、異
なる波長を発振するレーザを複数用いて干渉光を作成し
てもよい。

【００３１】次に、本発明の液晶表示装置の動作原理を
説明する。図１に示すように、第１の周期での液晶材料
３１と光学異方性を有する光硬化性材料３２の異常光軸
が同じ方向を向いており、第２の周期の液晶材料３３と
光学異方性を有する光硬化性材料３４の異常光軸は、第
１の周期構造の異常光軸と直交する方向に配向してい
る。それぞれの周期構造を駆動するために、図１（ｃ）
に示すような電極対３９が具備されており、電圧が印加
していない状態では、液晶材料と光硬化性材料との屈折
率差が一致しているため、ブラッグ反射が起こらず、入
射光は全て透過する透過状態となる。

【００３２】ここで、例えば４対の電極に図１（ｃ）の
ような比率で電圧を一定時間印加すると、実質的に一方
向の電界が液晶３１の長軸方向に生じる。誘電異方性が
負の液晶を用いれば、液晶はその長軸が電界に対し垂直
方向に向くように回転する。このとき基板に平行な回転
を防ぐには、液晶３３の長軸方向に実質的に一方向とな
る電界が生じるように、別の一定時間、第二の電圧を図
１（ｃ）の電圧の比率で９０°回転した方向に印加すれ
ばよい。さらにこの９０°方向の違う電圧が液晶３１の
フレデリクス転移の電圧以下の電圧であれば、液晶３３
が回転することはない。

【００３３】以上のような電圧を液晶の応答時間以内の
周期で交互に印加すれば、液晶３１のみを基板と垂直方
向に回転させることができ、その結果、第１周期の液晶
のみが応答し、屈折率の差が生じてブラッグ条件を満た
すことになり、この周期に対応した反射光のみが生じ
る。

【００３４】これは、１つの電極対に図２に示すような
横方向の電界を印加し、その電界方向に配向している液
晶材料のみを電界方向に再配向させた結果、光硬化性材
料との間で屈折率差が生じるのでブラッグ反射が起こ
り、第１の反射状態を形成したことと等価である。この
際、もう１つの周期における液晶材料の配向方向は電界
方向と直交しているので、該液晶材料は電界方向に再配
向せず、この周期構造からのブラッグ反射は起こらな
い。液晶３３も回転させたい場合は、第二の電圧をフレ
デリクス転移以上の電圧にすればよく、この電界によっ
て液晶３１の基板に垂直な面内での回転は影響を受けな
い。このときは、第２の反射状態を形成できる。ここで
反射される波長は、第１の反射状態の波長とは周期構造
の周期間隔が異なるために異なる。このように同一空間
内に複数形成された周期構造を独立に駆動することがで
き、かつ、異なる波長を選択反射できることから、同一
空間内での光利用効率を高めることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態
における液晶表示装置の構成を示す図であり、（ａ）は
装置構成の概略を示す断面図、（ｂ）は装置の平面図、
（ｃ）は望ましい電極構造の一例を示す平面図、
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は望ましい電極構造の３種類の
断面図である。図１において、３１は第１の周期構造に
おける液晶材料、３２は第１の周期構造における光硬化
性材料、３３は第２の周期構造における液晶材料、３４
は第２の周期構造における光硬化性材料、３５、３６は
液晶材料と光硬化性材料との混合物を挟み込む基板、３
７は第１の周期構造に電界を印加するための電極対、３
８は第２の周期構造に電界を印加するための電極対であ
る。また、３９は実質的に一方向の電界を生じさせるこ
とができる電極対である。

【００３６】本実施形態における表示装置の電極対３７
及び３８並びに３９は、基板３５、３６に対して平行に
電界を印加できるようになっており、電極対３７と電極
対３８の電界方向は画素の中心付近で直交するようにな
っている。電極対３７は第１の周期構造の液晶材料を駆
動させ、電極対３８は第２の周期構造の液晶材料を駆動
させるために設けられている。

【００３７】両基板３５及び３６には、それぞれポリイ
ミド配向膜が設けられており、液晶及び液晶性モノマー
の配向方向が電極対３７による電界方向に対して平行な
方向と直交した方向になるようにラビング処理を施し、
アンチパラレルとなるように約１０μｍの間隔で貼り合
わされてある。そこに、誘電異方性が負の液晶と、光照
射により重合し、かつ液晶と同様に配向性を有する光硬
化性液晶性モノマーとを混合したものが注入されてい
る。

【００３８】注入された液晶及び液晶性モノマーは、前
記ラビング処理の効果により、電極対３７による電界方
向とそれに直交する方向の２方向に配向している。そこ
に後述する干渉光を表示装置に照射すると、干渉による
定在波の腹の部分で液晶性モノマーが配向した状態で重
合し、液晶性モノマーが重合した層と液晶性モノマーが
重合していない層（すなわち、液晶材料層）とが交互に
積層した第１の周期構造が形成される。この際、液晶性
モノマーが全て重合しないようにする。すなわち、重合
を完了させるのに必要な照射量の多くとも１／２以下の
照射量を照射する。

【００３９】前記操作により第１の周期構造が形成され
た後、定在波の周期間隔をレーザの入射角度により変え
て、あるいは波長の異なるレーザを用いて、前記と同様
に表示装置に干渉光を照射すると、配向した状態で液晶
性モノマーが重合し、第２の周期構造が形成される。こ
れらの操作の結果、同一空間内に２つの周期構造を作製
することができ、２つの周期構造の配向方向は直交して
いる。

【００４０】本実施形態１の表示装置において、電圧を
印加しない状態では、それぞれの周期構造における液晶
と液晶性モノマーが配向しているので屈折率差がなく、
かつ第１と第２の周期構造の間には周期性がないのでブ
ラッグ反射による反射光は観測されず、透明状態であ
る。ところが、電極対３７に電圧を印加すると、第１の
周期構造の液晶材料３１が電界方向に再配向し、ブラッ
グ反射による青の反射光を観測できる効果が生じる。こ
の際、第２の周期構造の液晶材料３３は、電界方向と配
向方向が直交していることから電界によって再配向する
ことはなく、ブラッグ反射は起こらない。また、電極対
３８に電圧を印加すると、第２の周期構造の液晶材料３
３が電界方向に再配向し、第２の周期構造の液晶材料及
び液晶性モノマーとの屈折率が生じるので、ブラッグ反
射による緑の反射光を観測できる効果が生じる。

【００４１】本発明における第２の実施形態の液晶表示
装置は、前記第１の実施形態で示した両基板３５及び３
６に液晶と光硬化性液晶性モノマーとの混合物が狭持さ
れ、電極対３９が具備されたものである。前記第１の実
施形態との違いは、電極対３９により、画素内の広い範
囲にわたり、実質的に一方向の電界を任意の時間印加す
ることができる点にある。また、直交する電界を時間的
に分けて液晶に印加する点にある。

【００４２】第１の実施形態と同様に、両基板３５、３
６には、それぞれポリイミド配向膜が設けられており、
液晶及び液晶性モノマーの配向方向が矢印４０の方向に
対して平行な方向と直交した方向になるようにラビング
処理を施し、アンチパラレルとなるように約１０μｍの
間隔で貼り合わされてある。そこに、誘電異方性が負の
液晶と、光照射により重合し、かつ液晶と同様に配向性
を有する光硬化性液晶性モノマーとを混合したものが注
入されている。

【００４３】注入された液晶及び液晶性モノマーは、前
記ラビング処理の効果により、矢印４０の方向とそれに
直交する方向の２方向に配向している。そこに後述する
干渉光を表示装置に照射すると、干渉による定在波の腹
の部分で液晶性モノマーが配向した状態で重合し、液晶
性モノマーが重合した層と液晶性モノマーが重合してい
ない層（すなわち、液晶材料層）とが交互に積層した第
１の周期構造が形成される。この際、液晶性モノマーが
全て重合しないようにする。すなわち、重合を完了させ
るのに必要な照射量の多くとも１／２以下の照射量を照
射する。

【００４４】前記操作により第１の周期構造が形成され
た後、定在波の周期間隔をレーザの入射角度により変え
て、あるいは波長の異なるレーザを用いて、前記と同様
に表示装置に干渉光を照射すると、配向した状態で液晶
性モノマーが重合し、第２の周期構造が形成される。こ
れらの操作の結果、同一空間内に２つの周期構造を作製
することができ、２つの周期構造の配向方向は直交して
いる。

【００４５】本実施形態２の表示装置において、電圧を
印加しない状態では、それぞれの周期構造における液晶
と液晶性モノマーが配向しているので屈折率差がなく、
かつ第１と第２の周期構造の間には周期性がないのでブ
ラッグ反射による反射光は観測されず、透明状態であ
る。ところが、液晶の応答速度より速い周期で、半周期
に相当する時間、電極対３９に図１（ｃ）にあるような
比率で電圧を印加し、次の半周期の際、第二の電圧を図
１（ｃ）の比率で９０°回転した方向に、その大きさを
液晶のフレデリクス転移以下に設定して印加すると、第
１の周期構造の液晶材料３１が電界方向に再配向し、ブ
ラッグ反射による青の反射光を観測できる効果が生じ
る。この際、第２の周期構造の液晶材料３３は、電界方
向と配向方向が直交していることから電界によって再配
向することはなく、ブラッグ反射は起こらない。さら
に、第二の電圧の大きさをフレデリクス転移以上の大き
さにすると、液晶材料３３の再配向も起こり、ブラッグ
反射による緑の反射光も観測できる。

【００４６】本発明における第３の実施形態の液晶表示
装置は、前記第１の実施形態で示した両基板３５及び３
６に液晶と光硬化性液晶性モノマーとの混合物が狭持さ
れ、電極対３９が具備されたものである。前記第１の実
施形態との違いは、液晶として、印加電圧の周波数によ
り誘電異方性が正又は負となる二周波液晶を用いること
と、両基板３５、３６にラビング処理を施さないことに
ある。

【００４７】本実施形態３の表示装置の製造において
は、電極対３９に図１（ｃ）にあるような比率で、実質
的に矢印４０の方向に、液晶の誘電率異方性が正になる
周波数の電界を印加する。このとき、注入された液晶及
び液晶性モノマーが電界方向に配向し、液晶の異常光軸
が電界方向に向くことになる。その状態を保持し、後述
する干渉光を表示装置に照射すると、前記第１の実施形
態と同様に、配向した液晶性モノマーが重合した層と液
晶材料層とが交互に積層した第１の周期構造が形成され
ることになる。この際、液晶性モノマーが全て重合しな
いようにする。すなわち、重合を完了させるのに必要な
照射量の多くとも１／２以下の照射量を照射する。

【００４８】前記操作により第１の周期構造が形成され
た後、電極対３９に前記と同様に、図１（ｃ）の比率を
９０°回転させ、実質的に矢印４０と垂直の方向に、液
晶の誘電率異方性が正になる周波数の電界を印加する
と、液晶の異常光軸とまだ重合していない液晶性モノマ
ーがその電界方向に再び配向すし、その状態で表示装置
に干渉光を照射すると、第２の周期構造を形成できる。
これらの操作の結果、同一空間内に２つの周期構造を作
製することができ、かつ２つの周期構造の配向方向は直
交している。この方法で作製した第３の実施形態の表示
装置は、前記第１の実施形態の表示装置と同様の効果を
奏する。

【００４９】図３は、本発明における第４の実施形態の
液晶表示装置の製造方法を説明した概略図である。図３
において、４１は表示装置、４２はレーザビーム、４３
はビームスプリッタ、４４及び４５はミラー、４６はレ
ーザを示す。

【００５０】本発明における第４の実施形態は、前記第
１、第２及び第３の実施形態に示したように基板間に液
晶と光硬化性液晶性モノマーとを混合した混合物を狭持
した表示装置４１の製造である。混合物には、極微量の
重合開始剤（カンファンキノン等）が添加されている。

【００５１】図３に示す光学系において、波長４８８ｎ
ｍのアルゴンレーザ４６よりのレーザビーム４２は、ビ
ームスプリッタ４３により２光束に分岐された後、ミラ
ー４４及び４５によってビームの進行方向を変え、表示
装置４１に入射する。この時、２光束のレーザビームの
偏光方向は、第１、第２の実施形態では液晶及び液晶性
モノマーがラビング処理により配向しているいずれかの
配向方向、第３の実施形態では誘電異方性が正となる周
波数を印加し液晶及び液晶性モノマーが配向している方
向と一致させておく。

【００５２】図４に示すようにある入射面に対してレー
ザビームの偏光をＰ偏光５１とし、表示装置の法線方向
から入射させ（２光束の交差角度は１８０°）、表示装
置内で干渉させると、その偏光方向に定在波が発生す
る。この定在波の腹の部分では配向を保持したまま光硬
化性液晶性モノマーが重合するが、節の部分では重合が
起こらない。すなわち、重合した部分では液晶性モノマ
ーの比率が大きくなるが、重合していない部分では液晶
の比率が高くなり、第１の周期構造が形成される。ただ
し、照射量は液晶性モノマーが全て重合しない程度に抑
えておく。すなわち、重合を完了させるのに必要な照射
量の多くとも１／２以下の照射量だけを照射する。

【００５３】次に、図４に示すように２光束のレーザビ
ームの交差角度を９０°、偏光方向をＳ偏光５２とし、
第１の実施形態では前述と直交した配向方向、第２の実
施形態では前述と直交した方向に誘電異方性が正となる
周波数を印加し液晶及び液晶性モノマーが配向している
方向と一致させて干渉光を照射すると、第２の周期構造
が形成できることになり、同一空間内で２つの周期間隔
の異なる周期構造が作製できることになる。これら２つ
の周期構造を独立に駆動することにより、青（中心波長
が４８８ｎｍ）と緑（中心波長が５１４ｎｍ）のブラッ
グ反射を得ることができる。

【００５４】図５は、本発明における第５の実施形態の
液晶表示装置の製造方法を説明した概略図である。図５
において６１は表示装置、６２はレーザビーム１、６３
はビームスプリッタ、６４及び６５はミラー、６６はレ
ーザ１、６７はレーザ２、６８はレーザビーム２、６９
はシャッタを示す。

【００５５】本発明における第５の実施形態は、前記第
１、第２及び第３の実施形態に示したように基板間に液
晶と光硬化性液晶性モノマーとを混合した混合物を狭持
した表示装置６１の製造である。前記第４の実施形態と
の違いは、波長が異なる２つのレーザを用いることにあ
る。異なる波長のレーザを用いることで、表示装置への
入射角度が同一であっても干渉縞間隔は異なる。ここで
は、レーザビームの入射角度を表示装置表面の法線方向
とし、両レーザビームの偏光方向を互いに直交させて１
つの周期構造を作製する場合には片側のレーザビームを
電子シャッタなどで遮断し、本発明における第４の実施
形態と同様の操作を順次行なえば、同様の表示装置を作
製することができる。

【００５６】図６は本発明における第６の実施形態の表
示装置の製造方法を説明した概略図である。図６におい
て７１は表示装置、７２はレーザビーム、７３はビーム
スプリッタ１、７４及び７５はミラー、７６はレーザ、
７７はビームスプリッタ２、７８はビームスプリッタ３
を示す。

【００５７】本発明における第６の実施形態は、前記第
１の実施形態に示すように基板間に液晶と光硬化性液晶
性モノマーを混合した混合物を狭持した表示装置５１の
製造である。前記第４及び第５の実施形態との違いは、
波長が異なる２つのレーザを表示装置に同時に照射する
ことにある。第５の実施形態と同様に異なる波長のレー
ザを用いることで、表示装置への入射角度が同一であっ
ても干渉縞間隔は異なり、レーザビームの入射角度を表
示装置表面の法線方向とし、両レーザビームの偏光方向
を互いに直交させて２つの周期構造を作製するために両
レーザビームを同時に表示装置に入射させれば、同一空
間内に２つの周期間隔の異なる周期構造を作製すること
ができる。

【００５８】図５は本発明における第７の実施形態の液
晶表示装置の製造方法を説明した概略図である。図５に
おいて６１は表示装置、６２はレーザビーム、６３はビ
ームスプリッタ、６４及び６５はミラー、６６、６７は
基板を示す。

【００５９】本発明における第７の実施形態は、前記第
１及び第２の実施形態に示したように基板間に液晶と光
硬化性液晶性モノマーとを混合した混合物を狭持した表
示装置６１の製造である。前記第４の実施形態との違い
は、レーザビームを４光束に分岐し、２光束ずつを干渉
させて、かつ２光束対の交差角度を１８０°及び９０°
とし、２つの干渉縞間隔が異なる干渉光を用いることに
ある。その際、２光束対の偏光方向は一致させ、２対光
束間の偏光方向は直交させておく。そして、本発明の第
１、第２の実施形態で互いに直交した２つの配向方向と
前記偏光方向とを一致させて、２つの干渉光を同時に表
示装置に照射すると、それぞれ液晶性モノマーが配向方
向に保持されたまま定在波の腹の部分で重合し、２つの
周期間隔が異なる周期構造を形成することができる。こ
の方法で作製した第７の実施形態の表示装置は、前記第
１の実施形態の表示装置と同様の効果を期待できる。

【００６０】なお、前記実施形態においては、２光束の
交差角度を１８０°又は９０°として説明してきたが、
これに限定されるものではない。層の向きも、作製する
際に２光束の方向を制御することにより制御可能であ
る。すなわち、複数のブラッグ反射光を一定の観測方向
に集中させたり、異なる方向に反射させたりすることが
できる。

【００６１】また、前記実施形態では、同一空間内に２
つの周期間隔の異なる周期構造を例に挙げて説明してき
たが、これに限定されるものでなく、同一空間内に３つ
又はそれ以上の複数の周期構造を前記実施形態を用いて
形成できることは明らかであり、これにより同一空間内
における光利用効率をより高めることができる。また、
これらの周期構造を独立駆動させるための電極対材料に
ついても限定されず、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）に代
表される透明電極やアルミニウム等の金属導体を用いる
ことができる。

【００６２】以上、本発明を実施形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱していない範囲において種々
変更可能である。

【００６３】

【発明の効果】本発明における効果を簡単に説明すれ
ば、以下の通りである。本発明における液晶表示装置
は、同一空間内に屈折率変調が可変な周期構造が複数形
成され、それぞれの周期構造は、電界により配向方向を
制御できる液晶材料からなる層と、電界により配向方向
を制御できない光学異方性を有する光硬化性材料からな
る層とが交互に積層した多層構造であり、かつ、独立に
駆動することが可能であり、かつ、各周期構造が異なる
波長帯を選択反射するためと独立に駆動するための電極
対が複数具備されている。また、必要に応じ、液晶の応
答速度より速い周期で、実質的に一方向となる電界を、
方向を変えて印加する。その結果、それぞれの周期構造
は、電界で配向方向を制御できる液晶材料の層と、電界
で配向方向を制御できない光学異方性を有する光硬化性
材料の層との屈折率差を、周期構造ごとに設けてある電
極対により独立に変えることができ、各周期構造の屈折
率周期により異なる波長帯を反射できることから、同一
空間内での光利用効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置の構成の一例を示し
た図である。

【図２】本発明に係る液晶表示装置の表示動作の一例を
示した図である。

【図３】本発明に係る液晶表示装置の製造方法における
光学系の一例を示した図である。

【図４】本発明に係る液晶表示装置の製造方法における
レーザビームの偏光方向の一例を示した図である。

【図５】本発明に係る液晶表示装置の製造方法において
２つのレーザを用いた場合の光学系の一例を示した図で
ある。

【図６】本発明に係る液晶表示装置の製造方法において
４光束のレーザビームを用いた場合の光学系の一例を示
した図である。

【図７】従来の液晶表示素子の概略図である。

【図８】従来の液晶表示素子の多層構造体を説明するた
めの図である。

【図９】図８に示した多層構造体の電界無印加及び印加
時における各層の長軸方向を示す図である。

【符号の説明】

３１…第１の周期構造における液晶材料 ３２…第１の周期構造における光硬化性材料 ３３…第２の周期構造における液晶材料 ３４…第２の周期構造における光硬化性材料 ３５…液晶材料及び光硬化性材料の混合物を挟み込む基
板 ３６…液晶材料及び光硬化性材料の混合物を挟み込む基
板 ３７…第１の周期構造に電界を印加するための電極対 ３８…第２の周期構造に電界を印加するための電極対 ３９…第２の周期構造の逆格子ベクトル ４１…液晶表示装置 ４２…レーザビーム ４３…ビームスプリッタ ４４…ミラー ４５…ミラー ４６…レーザ ５１…レーザビームの偏光方向（Ｐ偏光） ５２…レーザビームの偏光方向（Ｓ偏光） ５３…２光束レーザビームの交差角度 ５４…液晶表示装置断面 ６１…液晶表示装置 ６２…レーザビーム１ ６３…ビームスプリッタ ６４…ミラー ６５…ミラー ６６…レーザ１ ６７…レーザ２ ６８…レーザビーム２ ６９…シャッタ ７１…液晶表示装置 ７２…レーザビーム ７３…ビームスプリッタ１ ７４…ミラー ７５…ミラー ７６…レーザ ７７…ビームスプリッタ２ ７８…ビームスプリッタ３ １０１…透明基板 １０２…透明基板 １０３…透明電極 １０４…透明電極 １０５…液晶液滴 １０６…高分子材料 １０７…電源 １０８…入射光 １０９…反射光 １１０…透過光 ２０…多層構造 ２１…長軸方向がある方向に向いた層 ２２…長軸方向が平行な方向に向いた層 ２３…長軸方向がある方向に向いた層 ２４…長軸方向が直交する方向に向いた層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−179111（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334 G02F 1/13 505

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一空間内に屈折率が変調する周期構造
   が複数形成され、それぞれの周期構造は、電界により配
   向方向を制御できる液晶材料からなる層と、電界により
   配向方向を制御できない光硬化性材料からなる層とが交
   互に積層した多層構造であり、かつ、前記液晶材料とし
   て誘電異方性が負の液晶、前記光硬化性材料として光学
   異方性材料である液晶性モノマーを用いているととも
   に、各周期構造が異なる波長帯を選択反射するためと独
   立に駆動するための電極対が具備されていることを特徴
   とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 同一空間内に屈折率が変調する周期構造
   が複数形成され、それぞれの周期構造は、電界により配
   向方向を制御できる液晶材料からなる層と、電界により
   配向方向を制御できない光硬化性材料からなる層とが交
   互に積層した多層構造であり、かつ、前記液晶材料とし
   て印加電圧の周波数により誘電異方性が正又は負となる
   二周波液晶、前記光硬化性材料として光学異方性材料で
   ある液晶性モノマーを用いているとともに、各周期構造
   が異なる波長帯を選択反射するためと独立に駆動するた
   めの電極対が具備されていることを特徴とする液晶表示
   装置。
3. 【請求項３】 同一空間内に２つの周期構造が形成され
   ており、周期構造間の配向方向が直交していることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 同一空間内に３つの周期構造が形成され
   ており、周期構造間の配向方向が６０°異なっているこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液
   晶表示装置の製造方法であって、液晶材料と光学異方性
   を有する光硬化性材料との混合物を基板間に挟み込み複
   数方向に配向させる工程と、前記挟み込んだ基板に複数
   の干渉光を照射し、光硬化性材料が重合した層と重合し
   ない層とが交互に積層した多重の多層構造を製造する工
   程とを備えていることを特徴とする液晶表示装置の製造
   方法。
6. 【請求項６】 ４光束のレーザ光の内、入射面に対して
   ２光束はＰ偏光とし、この２光束が干渉し、残り２光束
   はＳ偏光で干渉することを特徴とする請求項５に記載の
   液晶表示装置の製造方法。
7. 【請求項７】 各偏光の入射角度が異なることを特徴と
   する請求項５又は６に記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 【請求項８】 異なる単一波長を発振するレーザを２つ
   用い、各レーザ光を２光束に分岐し、分岐した２光束が
   干渉し、光硬化性材料を硬化することを特徴とする請求
   項５に記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 【請求項９】 入射面に対して１つのレーザ光から分岐
   された２光束の偏光がＰ偏光、残り２光束の偏光がＳ偏
   光であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装
   置の製造方法。
10. 【請求項１０】 １つのレーザ光から分岐された２光束
    の交差角度がもう１つのレーザで作製される干渉縞間隔
    と同一にならない角度であることを特徴とする請求項８
    又は９に記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の
    液晶表示装置の駆動方法であって、複数個の電極対に異
    なった電圧を印加し、実質的に一方向の電界を生じさせ
    ることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の
    液晶表示装置の駆動方法であって、複数個の電極対に異
    なった電圧を一定時間印加し、実質的に一方向の電界を
    生じさせた後、印加電圧の値を変化させ、実質的に一方
    向の電界を前記電界とは異なる方向に一定時間生じさせ
    る操作を繰り返し、電圧印加時間の平均として、実質的
    に複数方向の電界を生じさせることを特徴とする液晶表
    示装置の駆動方法。
13. 【請求項１３】 電極対の数が４つであることを特徴と
    する請求項１１又は１２に記載の液晶表示装置の駆動方
    法。
14. 【請求項１４】 実質的な複数の方向が直交する２方向
    であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の液
    晶表示装置の駆動方法。