CN106249459A - 液晶光学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是即使是大型基板也能提供高品质、且低耗电的液晶光学元件。本发明的液晶光学元件100具备：至少一方具有透光性且彼此相向的一对基板10、20，夹持于一对基板的电光学功能层，和使电光学功能层内产生电场的电场施加单元；电光学功能层包含具有正介电各向异性且显示液晶性的液晶化合物、和限制液晶化合物取向的取向限制材料；电场施加单元构造成能够产生包含与一对基板的至少一方的基板面大致平行的方向的电力线的电场。

Description

液晶光学元件
技术领域
本发明涉及具备包含液晶和取向限制材料的电光学功能层的液晶光学元件。
背景技术
液晶元件因为具有低耗电、薄型、轻量等的优点，所以被广泛用于移动电话、数码照相机、便携信息终端、电视机等大量电子设备。其中，近年来提出了通过电场控制液晶分子的排列而使光散射状态变化的方式的液晶光学元件。
专利文献1中揭示了下述液晶光学元件：在一对带电极的基板上形成垂直取向用聚酰亚胺薄膜，在这些基板间夹持液晶和未固化的固化性化合物的混合物，以该混合物中显示液晶相状态通过光曝光使上述固化性化合物固化以形成液晶/固化性复合体层的液晶光学元件。此外，专利文献2揭示了一种液晶光学元件：在一对带电极的基板间夹持含有特定的二官能聚合性化合物和非聚合性的液晶性组合物的液晶性混合物，以该混合物中显示液晶相的状态通过将上述聚合性化合物聚合而形成高分子，从而具有包含液晶和高分子的电光学功能层。
采用具有透射－散射型的工作模式的液晶/高分子复合体(Liquid CrystalPolyer Composite)的液晶光学元件是液晶/高分子复合体夹持在一对带电极的基板间，对这些电极施加电压而使液晶的光学特性变化的方式，也称为高分子分散型液晶元件或分散液晶。与以往方式的TN型液晶光学元件等不同，透射-散射型的液晶光学元件因为在原理上不需要偏振片，所以光的吸收损失少，且具有高散射特性，元件整体的光的利用效率高。灵活运用该特性，将其用于调光玻璃、光遮蔽器、激光装置和显示装置等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2000-119656号公报
专利文献2：日本专利特开2005-202391号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
驱动透射－散射模式的液晶的原动力是电场强度。该电场强度与单元间隙(日文：セルギャップ)成反比，所以即使是在施加相同强度的电场时，单元间隙为1μm时与10μm时相比，电场强度差10倍。单元间隙不同时，光学特性及施加电压－未施加电压时的响应速度随区域而不同。因此，在一个元件中，将单元间隙保持为一定值是重要的。但是，随着基板大型化的发展，存在难以将单元间隙保持为一定值的问题。此外，作为一对基板使用曲面基板的情况下，存在难以使其曲率完全一致而将单元间隙保持为一定值的问题。
另外，上文中叙述了透射－散射模式的液晶光学元件中的课题，但是在通过施加电压和未施加电压来改变折射率等光学特性并进行光学调制的模式的液晶光学元件中也会产生同样的问题。
本发明是鉴于上述背景而完成的发明，其目的是无论基板的面积及形状如何都能提供高品质的液晶光学元件。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明提供具有以下[1]～[9]的构成的液晶光学元件。
[1]液晶光学元件，其具备：至少一方具有透光性且彼此相向的一对基板，夹持于所述一对基板的电光学功能层，和使所述电光学功能层内产生电场的电场施加单元；所述电光学功能层包含具有正介电各向异性且显示液晶性的液晶化合物、和限制所述液晶化合物取向的取向限制材料；所述电场施加单元构造成能够产生包含与所述一对基板的至少一方的基板面大致平行的方向的电力线的电场。
[2]如[1]所述的液晶光学元件，其中，未施加电压时显示透明状态，施加电压时显示散射入射光的状态。
[3]如[1]或[2]所述的液晶光学元件，其中，所述取向限制材料由高分子结构体构成。
[4]如[1]～[3]中任一项所述的液晶光学元件，其中，所述电场施加单元由在所述一对基板的至少一方的基板上形成的第1电极和第2电极构成，通过在所述第1电极和所述第2电极之间施加电压来产生所述电场。
[5]如[4]所述的液晶光学元件，其中，所述第1电极和所述第2电极分别具有相互平行的多个电极对，所述第1电极中的所述电极对和所述第2电极中的所述电极对以相互平行的方式交替地配置在所述基板的基板面上。
[6]如[1]～[5]中任一项所述的液晶光学元件，其中，所述液晶化合物的长轴的平均方向与未施加电压时所述一对基板的至少一方的基板面的法线方向大致一致。
[7]如[1]～[6]中任一项所述的液晶光学元件，其中，所述取向限制材料是高分子结构体，该高分子结构体包含柱状树脂，所述柱状树脂至少具有在所述基板面的法线方向上延伸的成分。
[8]如[1]～[8]中任一项所述的液晶光学元件，其中，在所述电光学功能层的外侧形成有取向功能层，该取向功能层是垂直取向功能层。
发明效果
根据本发明，具有无论基板面积如何都能够提供高品质的液晶光学元件的优异的效果。
附图说明
图1是本实施方式的液晶光学元件的未施加电压时的主要部分的示意说明图。
图2是用于说明本实施方式的电压施加单元的构成的示意俯视图。
图3是本实施方式的液晶光学元件的施加电压时的主要部分的示意说明图。
图4是表示本实施方式的液晶光学元件的施加电压时的电力线的一例的说明图。
符号说明
1 电光学功能层
2 液晶化合物
3 取向限制材料
10 第1基板
11 第1取向功能层
20 第2基板
21 第2取向功能层
30 电场施加单元
31 第1电极
32、37 连结部
33、38 梳齿部
36 第2电极
100 液晶光学元件
具体实施方式
本发明的液晶光学元件可根据驱动电压的施加可逆地控制光学调制。光学调制有下述模式：通过是否施加驱动电压而可逆地控制光线透射状态和光线散射状态的模式、及根据驱动电压的施加而可逆地控制折射率等光学特性的模式。这些光学调制通常适用于可见光，但也可以根据用途而利用可见光以外的光带(以下称为其他光带)的光线。以下，对适用本发明的本实施方式的一例进行说明。另外，只要符合本发明的技术思想，其他的实施方式当然也属于本发明的范畴。此外，下面的图中的各部件的尺寸和比率是为了便于说明，与实际的物体不同。
本实施方式中，对未施加电压时为光线透射状态、施加电压时散射入射光的状态的液晶光学元件的一例进行说明。图1是示出本实施方式的液晶光学元件的一例的主要部分的示意说明图。该图中显示未施加电压时的状态。
本实施方式的液晶光学元件100中，平板状的第1基板10和第2基板20隔着规定的间隙相向配置。
在第1基板10的与第2基板20相向的面上形成有电场施加单元30，以覆盖电场施加单元30的方式形成有第1取向功能层11。此外，在第2基板20的与第1基板10相向的面上设置有第2取向功能层21。为了将第1基板10和第2基板20的间隙保持为规定的间隔，设置有间隔物(未图示)，在第1基板10和第2基板间的外周端部形成有周边密封垫(未图示)，通过周边密封垫将两基板贴合。于是，电光学功能层1被密封在由第1基板10、第2基板20和周边密封垫围成的空间内。通过在电场施加单元和取向功能层之间设置绝缘层，在第1基板10和第2基板20之间混入导电性的异物时，能够抑制通电时的短路，所以优选。
第1基板10和第2基板20的至少一方使用相对于可见光为透明的透光性基板。第1基板10和第2基板20可以都是透光性基板，根据用途也可以是在其他光带显示透光性的基板。作为第1基板10和第2基板20，可使用例如透明的玻璃基板、聚酯膜等树脂基板、由它们的组合构成的基板。不需要用相同种类的基板来构成第1基板10和第2基板20，可以根据目的选择反射基板或半透射的半反射基板等各种基板。
电场施加单元30起到使电光学功能层1内产生电场的作用。只要是能产生具有与一对基板的至少一方的基板面平行的方向的电力线的电场的电场施加单元即可。本实施方式中，在第1基板10的主面中的设有电光学功能层1的一侧的面上，如图2的示意俯视图所示，作为电场施加单元30，形成有梳齿形状的第1电极31和第2电极36。
第1电极31如图2所示，具有在第1基板10的一边附近沿X方向延伸的线状的连结部32、和在自连结部32朝向相向的一边的Y方向上延伸的多个线状的梳齿部33。第2电极36具有在与第1电极31的连结部32相对的一边附近沿X方向延伸的线状的连结部37、和在自连结部37朝向相向的连结部32的Y方向上延伸的多个线状的梳齿部38。梳齿部33、38互相平行、且交替地配置。梳齿部33、38互相形成电极对，使电光学功能层1产生电场。
第1电极31和第2电极36优选使用透明导电膜。作为透明导电膜，可使用ITO(氧化铟-氧化锡)及氧化锡等金属氧化物的膜等。例如，第1基板10和第2基板20使用玻璃基板，作为第1电极31和第2电极36，使用设置有ITO等金属氧化物的图案的带透明导电膜的玻璃、在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上设有ITO膜的带透明导电膜的聚酯膜、或者带透明导电膜的PES(聚醚砜)等。作为透明导电膜的替代，可使用基于金属膜的细线的电极、包含金属纳米线或纳米粒子的导电油墨的图画、基于纳米压印的电极。
电光学功能层1包含具有正介电各向异性的显示液晶性的化合物(以下称为液晶化合物)2、和限制上述液晶化合物2取向的取向限制材料3。图1中，为了便于说明，图示了数个液晶化合物2，但实际上在没有形成取向限制材料3的区域内也填充有液晶化合物2。
液晶化合物2中，化合物的长轴方向的介电常数εA的值比化合物的短轴方向的介电常数εB的值大，Δε＝εA-εB的值为正数。另外，液晶通常在呈现液晶相的环境下使用，但并不排除以各向同性相使用。
作为液晶的种类，可使用向列型液晶、胆甾型液晶、近晶型液晶和铁电液晶等。从增大工作温度范围、且提高工作速度的观点考虑，优选使用向列型液晶。
作为液晶化合物2，可使用作为通常的显示材料、或电场驱动型显示元件的材料使用的各种液晶化合物。具体而言，可例举联苯类、苯甲酸苯酯类、环己基苯类、氧化偶氮苯类、偶氮苯类、甲亚胺类、联三苯类、苯甲酸联苯酯类、环己基联苯类、苯基吡啶类、环己基嘧啶类、胆甾醇类等。
与通常使用的情况相同，液晶化合物2不一定必须单独使用，可以将两种以上的液晶化合物组合使用。此外，为了降低驱动电压，优选使用介电各向异性的绝对值大的液晶化合物。作为介电各向异性的绝对值大的液晶化合物，从化学稳定性考虑，使用作为取代基具有氰基、及氟、氯等卤素原子的化合物。在重视驱动电压的下降的情况下，使用作为取代基具有氰基的化合物；在重视可靠性的情况下，使用作为取代基具有氟原子的化合物。
为了提高对比度及稳定性的目的，电光学功能层1中可添加各种化合物。例如，为了提高对比度的目的，可使用蒽醌类、苯乙烯类、甲亚胺类、偶氮类等各种二色性色素。该情况下，二色性色素优选基本上与液晶化合物相溶、与高分子化合物不相溶。此外，从提高稳定性和耐久性的观点考虑，优选使用抗氧化剂、紫外线吸收剂、各种增塑剂。
当在电光学功能层1内未施加电压时，取向限制材料3起到限制液晶化合物2的长轴而使其沿大致同一方向取向的作用。另外，这里的“大致同一方向”包括具有光学波长以下的有序结构、在能维持透明性的水平下液晶化合物取向。此外，取向限制材料3起到以下作用：在施加电压时通过电场和取向限制材料3，使液晶化合物的长轴方向变化为与未施加电压时所限制的方向不同的多个方向。在电光学功能层1中，利用电场施加单元30产生电场时，至少一部分液晶化合物2变化为与由取向限制材料3限制的方向不同的方向。籍此，通过施加电压和未施加电压的切换进行光学调制。本实施方式中，通过施加电压和未施加电压的切换，由透射状态变化为散射状态。
基于施加电压和未施加电压的切换而引起的由透射状态变化为散射状态的原理虽然不明确，但认为是以下原因。
图3示出了对本实施方式的液晶光学元件100施加电压时的主要部分的示意说明图。施加电压时，如图4所示，产生包含与基板面平行的方向的电力线的电场，使液晶化合物2的长轴以与电力线的方向一致的方式变动。此时，取向限制材料3附近的液晶化合物2，其与电力线方向一致的变动受到取向限制材料3阻止，而采取与电力线不同的方位。即，通过使用取向限制材料3，在施加电压时，全部液晶化合物2的长轴不在与电力线一致的方向上取向，而是液晶化合物2的长轴朝向多个方位。其结果是，有序结构被打乱，显示散射状态。另外，图3的液晶分子的长轴的方位是为了便于说明，实际上，液晶分子集合体(域)中的液晶分子的平均长轴方位(导向偶极子)的排列受到复杂形状的取向限制材料3阻碍，无法在基板面的平行方向上取向，而在具有平行方向的矢量成分的多方位取向。
液晶分子的长轴的平均方向优选在未施加电压时与一对基板的至少一方的基板面的法线方向大致一致。而且，在施加电压时，液晶分子的长轴在包含与一对基板面的至少一方平行的方位成分的多个方向上取向。
作为取向限制材料3的优选例子，可例举柱状高分子结构体、网眼状高分子结构体、多孔质无机结构体等。取向限制材料3可以如间隔物那样离散设置在电光学功能层1内，也可以构造成将液晶相的域完全分割成间隔壁或蜂窝状。此外，也可以采用在基板的最外表面形成膜状或网络状的结构和将它们结合的结构。本实施方式中，对使用柱状的高分子结构体作为取向限制材料3的例子进行说明。
本实施方式的电光学功能层1中所含的高分子结构体包含多个柱状树脂的集合体。柱状树脂优选其长轴方向与带电极的基板面的法线方向大致一致的柱状树脂、与自该法线方向倾斜的柱状树脂混合。另外，自法线方向倾斜的柱状树脂是指以基板面的法线为基准，柱状树脂的长轴方向倾斜的情况。
从提高耐冲击性的观点考虑，电光学功能层1中的高分子结构体优选如下形成：形成多个柱状树脂的集合体，这些柱状树脂的集合体分别具有与带电极的基板面的法线方向大致一致的轴心，且随着远离带电极的基板，与带电极的基板面水平的方位面上的电光学功能层中的柱状树脂的占有面积变得越小。
此外，从提高耐冲击性的观点考虑，优选使柱状树脂的集合体连接，形成液晶的域区域(日文：ドメイン領域)。这里，液晶域区域是指液晶分子占有的空间。另外，柱状树脂可以与由取向膜等形成的基板表面化学地或物理地接合，也可以不接合。
第1取向功能层11和第2取向功能层21形成在第1基板10和第2基板20上，与电光学功能层1连接，且起到使电光学功能层1中的取向限制材料3、即高分子结构体的前体在制造工序中沿要求的方向取向的作用。换言之，第1取向功能层11和第2取向功能层21形成于电光学功能层1的外侧。在第1取向功能层11和第2取向功能层21上，大致整面形成有高分子结构体的层。对第1取向功能层11和第2取向功能层21的材料没有特别限定，作为一例，可例举聚酰亚胺、具有烷基及氟烷基的硅烷化合物、烯烃化合物等。从耐热性、刚性的观点考虑，优选聚酰亚胺。可通过摩擦处理或光取向法将这些取向功能层赋予例如薄膜。为了在基板面上形成法线方向的柱状树脂，简便的是使用垂直取向功能层作为第1取向功能层11和第2取向功能层21，可以不采用摩擦处理。另外，本实施方式中，只要形成取向限制材料3即可，可以不需要设置第1取向功能层11和第2取向功能层21。
间隔物起到限定液晶单元的厚度的作用。通过间隔物限定夹持在基板间的电光学功能层1的厚度。作为间隔物的材料，可使用例如玻璃粒子、树脂粒子、氧化铝粒子、玻璃纤维、膜。作为间隔物的形状，可例示球状间隔物、纤维型间隔物、柱状的间隔物等。也可以使用光刻法来设置壁状、矩形的间隔物。
电光学功能层1的厚度通常为1～50μm，更优选3～30μm。这是因为：如果间隔过于小，则对比度下降，相反，如果间隔过于大，则导致驱动电压上升。
接着，对本实施方式的电光学功能层的制造方法的一例进行说明。但是，本发明并不限定于以下的制造方法。
电光学功能层1可以由电光学功能层的前体的混合液(以下也简称为“混合液”)形成。从该混合液的状态，经过相分离的处理，形成能发挥光学作用的良好的电光学功能层1是很重要的。相分离不充分的情况下，用于使液晶工作的驱动电压升高，会发生无法作为液晶光学元件工作等的不良情况。另外，相分离结构是指经过相分离处理而形成的、能够显示电光学的特性·功能的液晶单元内部的结构。
电光学功能层1的相分离结构的微细形状可根据构成前体的混合液的化合物的种类、性质、混合比等进行各种改变。使用的材料的组合及混合比，在考虑透射-散射特性等光学特性、驱动电压的大小、作为电子光学元件要求的可靠性的程度后进行确定。作为电光学功能层1的前体的混合液，只要能得到上述的电光学功能层1就没有特别限定，可以由含有液晶化合物和聚合性化合物的混合液形成。为了得到透射-散射的电光学特性均匀的高品位的电光学功能层1，优选适当选择掺合物的种类和混合比，使前体的混合液显示均匀的电光学功能层。
作为优选的电光学功能层1的前体的混合液，可使用例如包含液晶化合物<C>、第1聚合性化合物<A>、和适当添加的聚合引发剂的混合液。作为第1聚合性化合物<A>，如下进行选定：将其与液晶化合物<C>、聚合引发剂的组合物通过后述的方法注入上述基板间而进行聚合的情况下，该聚合得到的高分子形成与基板面的法线方向大致垂直的柱状树脂。将第1聚合性化合物<A>的优选的一例示于化学式(1)。上述混合液中可以添加第2聚合性化合物<B>，将该组合物通过后述的方法注入上述基板间进行聚合的情况下，形成任意形状的柱状树脂，由此选定第2聚合性化合物<B>。将第2聚合性化合物<B>的优选的一例示于化学式(2)。
[化1]
[化2]
上述液晶化合物<C>优选为非聚合性的液晶化合物。第1聚合性化合物<A>与第2聚合性化合物<B>的种类可以分别为一种，也可以使用多种。聚合得到的高分子可以是无规共聚物、交替共聚物等共聚物，也可以分别为均聚物。考虑电光学功能层中的高分子的均匀性时，优选共聚物。可以单独使用第1聚合性化合物<A>，但通过使用第1聚合性化合物<A>和第2聚合性化合物<B>，能够得到与基板面的法线方向大致一致的柱状树脂和倾斜取向的柱状树脂混合的物质。
第1基板10和第2基板20是膜基板的情况下，用两支橡胶辊等夹住连续供给的带电极的第1基板10和第2基板20，在该期间，向混合液中供给分散有间隔物的液体，夹入，然后能够连续聚合，所以生产性高。
第1基板10和第2基板20是玻璃基板的情况下，在其面内散布微量的间隔物，用环氧树脂等密封剂将相向的基板的四边密封而形成密封单元，通过将设有两处以上的密封缺口的一方浸在混合液中，从另一方进行吸引而使混合液充满液晶单元内来进行聚合即可。较小的小型单元的情况下，通过真空注入法，能够无气泡地将混合液填充在具有一处以上的密封缺口的单元内，因而优选。制造大型单元的情况下，可通过下述方法制得，在第1基板10或第2基板20中任一方的基板的周缘部设置的固化性密封材料的内侧，通过分配器或喷墨头涂布混合物，在减压气氛下层叠其他基板，并介以周缘的密封材料进行接合后，恢复至大气气氛，用UV光等使周缘密封材料固化(ODF法)。
首先，在第1基板10和第2基板20上分别形成第1电极31和第2电极36、第1取向功能层11、第2取向功能层21等。进行取向膜的烧成后，根据需要进行摩擦等取向处理。然后，使用散布机在第1基板10的形成取向膜的表面侧散布间隔物。在第2基板20上涂布密封材料。使用对准标记等将第1基板10和第2基板20对齐后，进行加热压接。压接后的基板间通过间隔物进行保持。
接着，将作为电光学功能层1的前体的混合液注入基板间，进行密封。作为密封方法，可使用公知的方法。
然后，对电光学功能层1的前体的混合液施加外部刺激，形成电光学功能层1。作为外部刺激，可例举可见光线、紫外线、电子射线等光线照射，以及热等。其中，从能够容易地控制聚合时的温度的观点考虑，优选采用光照射。在光照射中，从操作性、制造容易度等的观点考虑，更优选使用紫外线。
在通过光聚合使电光学功能层1的前体的混合液发生相分离而得到电光学功能层1的所谓的光聚合相分离法的情况下，作为光源，可使用高压汞灯、低压汞灯、金属卤化物灯、化学灯、LED灯等。
通过光照射使电光学功能层1的前体的混合液聚合时的光照射条件，根据聚合性单体的种类进行设定。作为对混合液进行直接照射时的照射光的强度，优选采用0.1～400mW/cm2。这是因为：如果不足0.1mW/cm2，则相分离速度慢且散射强度降低，如果超过400mW/cm2，则由于光反应而发生分解反应，引起保持率的下降。
光照射时的温度优选设为混合液能显示液晶相的温度范围。这是因为，以在混合液显示相溶状态的相溶温度以下的条件进行聚合时，在光聚合之前发生相分离，液晶可能会形成不均匀状态的液晶/高分子复合体。此外，混合液的温度过高时，混合液由液晶相相转移为各向同性相，有可能无法确保液晶光学元件的散射-透射的电光学特性。聚合时，为了使液晶光学元件100的整面在均匀的条件(光照射和聚合温度)下进行聚合，优选使用恒温槽及鼓风机等温度控制装置，在一定的环境下进行。
作为聚合引发剂，可适当选择公知的聚合催化剂，在光聚合的情况下，可使用苯偶姻醚类、苯乙酮类、氧化膦类等通常光聚合中使用的光聚合引发剂。热聚合的情况下，根据聚合部位的种类，可使用过氧化物类、硫醇类、胺类、酸酐类等热聚合引发剂，此外，根据需要也可以使用胺类等固化助剂。
聚合引发剂的含量相对于100质量份的聚合性单体的总量，通常为0.1～20质量份，优选0.1～10质量份以下。在聚合后的高分子(聚合物)中，在要求高分子量和高电阻率的情况下，优选为0.1～5质量份。聚合引发剂的含量超过20质量份时，会阻碍混合液的相溶性，因而不优选。
此外，聚合引发剂的含量低于0.1质量份时，即使能使混合溶液中所含的聚合性单体聚合，聚合性单体也无法充分聚合。无法形成所需的相分离结构。因此，优选满足上述的范围。此外，为了提高施加电场/未施加电场时的液晶光学元件的对比度，可在混合溶液中添加公知的手性试剂，为了控制施加电场/未施加电场时的液晶光学元件的色调，也可添加二色性色素或通常的色素、颜料等。
根据本实施方式的液晶光学元件，能够产生包含与上述一对基板的至少一方的基板面大致平行的方向的电力线的电场。即，因为使用包含横向电场的电场施加单元，所以电场强度不受基板间距离的影响。专利文献1、2等的利用一对带电极的基板施加电场的施加纵向电场的情况下，为了获得品质高的液晶光学元件，电场强度随单元间隙发生大的变化，所以需要将单元间隙保持恒定。相对于此，根据本实施方式，不需要介于基板间形成电极，可以在一方的基板上设置电场施加单元，所以能增大相对于厚度方向的边缘(日文：マージン)。因此，也可使用较厚的、或面平滑性不充分的带电极的玻璃基板，特别是容易生产大型的液晶光学元件，所以优选。在一方的基板上形成电极对的情况下，可通过光刻工序、印刷、压印等形成图案，所以无论基板面积如何都能同样地形成电极对的图案。
还有，因为使用具有正介电各向异性的液晶化合物，所以能增大Δε的绝对值。因此，能够降低驱动电压，可实现节约电能。
以下，对相对于上述实施方式的变形例的一例进行说明，但本发明不限定于此。
作为一对相向基板，可由平面基板和曲面基板形成一对基板，来代替使用两块平面基板的例子。此外，可以将两块具有曲面部分和平面部分的基板组合以形成一对基板，也可将两块曲面基板组合以形成一对基板。
另外，也可以使用多面基板。根据本发明的液晶光学元件，因为使用包含与至少一方的基板面平行的方向的电力线的电场，所以即使像上述专利文献1、2等那样，未将单元间隙保持恒定，也能提供品质高的液晶光学元件。
作为电场施加单元，说明了使用梳齿状的第1电极31、第2电极36的例子，作为其替代，可以在同一基板上将一方的电极设为梳齿状电极，将另一方的电极以平面状电极的形式设置在梳齿状电极的下层。此外，也可以将一方的电极设为狭缝状电极，将另一方电极以平面状电极的形式设置在狭缝状电极的下层。
此外，上述实施方式中，采用了在第2基板20上未设置电极的构成，也可以在第2基板上设置第3电极，同时具备对第1电极和第3电极、或第2电极和第3电极、或者第1电极和处于同电位的第2电极及第3电极施加电场且能施加纵向电场的模式。通过这样的构成，在上述实施方式的透射-散射模式中，可提高对透明状态的响应速度，在使液晶/固化性化合物聚合时，能通过外部电场在赋予液晶取向的状态下形成，不需要对电极基板设置取向功能层，因而优选。此外，在想要恢复至液晶分子的未施加电压时的初期状态时，可施加纵向电场。
此外，在上述实施方式中，对具有透射－散射模式的液晶光学元件的例子进行了说明，但也可应用于折射率等光学特性变化的液晶光学元件。此外，通过使用TFT基板作为第1基板，能够逐个像素地控制透射－散射模式。该情况下，只要在第1取向功能层的下层形成作为电场施加单元的像素电极(第1电极)、对置电极(第2电极)、开关元件、向开关元件供给信号的布线等即可。此外，通过使用滤色片基板作为第2基板，还能赋予色彩。
此外，上述实施方式中，作为限制液晶分子取向的手段，使用了取向限制材料，但也可以同时使用取向限制材料和取向功能层来限制液晶分子的取向。
本发明的液晶光学元件，根据是否施加电压能够控制透射－散射，所以可适用于液晶光学遮蔽器、液晶调光装置、透明显示器等。此外，根据是否施加电压能控制光学状态，所以可用作光学调制元件。
此外，可用于能够显示文字及图案的橱窗、各种电子公告板、汽车的仪表盘等。
[实施例]
将90质量％的具有正介电各向异性的向列型液晶(Tc＝92℃、Δn＝0.228、Δε＝17.9)、和10质量％的化学式(1)的固化性化合物1(取向限制材料的前体)混合。进一步混合相对于上述硬化性化合物1为1质量％的量的光聚合引发剂(苯偶姻异丙基醚)，在设定为60℃的加热搅拌器上进行加热搅拌，得到混合物1。
作为一方的带电极的基板，在玻璃基板上形成作为透明电极的ITO薄膜(氧化铟锡)，以电极宽度为5μm、电极间距离为5μm的梳齿状进行图案化，形成一对梳齿状电极。在该玻璃基板的电极上，形成由预倾角为约90°的聚酰亚胺薄膜构成的取向膜。接着，作为另一方的基板，准备仅形成有由预倾角为约90°的聚酰亚胺薄膜构成的取向膜的玻璃基板。使上述两块玻璃基板介以由直径6μm的树脂珠构成的间隔物相向，通过使其夹持上述混合物1来得到液晶单元。
在将该液晶单元保持于35℃的状态下，利用主波长为约365nm的化学灯，从上下照射10分钟3mW/cm2的紫外线，将固化性化合物1固化，得到液晶光学元件。
照射紫外线后，液晶光学元件呈现透明状态。接着，对一方的玻璃基板上的上述一对梳形ITO电极间施加200Hz、40V的矩形波电压，结果本元件呈现散射状态。
本液晶光学元件的5μm宽度的电极间的散射特性如下算出：在本元件的背面设置光源，将未施加电压的透射状态变为施加电压的散射状态，将通过本液晶光学元件的光源亮度换算为透射率数据而导出。对本元件施加电压，在显示散射状态的情形下，使用光学透镜用CCD照相机拍摄规定区域的图像，从该图像数据测定位于5μm宽度的电极间区域的5μm×20μm的矩形区域的相关亮度水平。在3处实施测定，以平均值进行评价。
接着，作为对照元件，使用其他液晶光学元件，其通过施加不同水平的电压，显示由透射状态到散射状态的情形变化，使用聚光角为5°的纹影光学系统测定电压-透射率特性。对于上述对照元件，与上述同样地用亮度测定装置测定施加不同水平的电压时通过对照元件的光源亮度，测定了电压－亮度特性。根据得到的电压－透射率特性与电压－亮度特性的相关，导出亮度－透射率的换算特性。
使用本液晶光学元件测定电压-亮度特性，根据由对照元件导出的亮度-透射率的换算特性，仅对本液晶光学元件的梳形电极间使用聚光角为5°的纹影光学系统测定透射率。未施加电压时的透射状态的透射率为81％，施加矩形波40V的电压时的透射率为15％。

Claims (8)

1.液晶光学元件，其具备：
至少一方具有透光性且彼此相向的一对基板，夹持于所述一对基板的电光学功能层，和使所述电光学功能层内产生电场的电场施加单元；
所述电光学功能层包含具有正介电各向异性且显示液晶性的液晶化合物、和限制所述液晶化合物取向的取向限制材料；
所述电场施加单元构造成能够产生包含与所述一对基板的至少一方的基板面大致平行的方向的电力线的电场。
2.如权利要求1所述的液晶光学元件，其特征在于，未施加电压时显示透明状态，施加电压时显示散射入射光的状态。
3.如权利要求1或2所述的液晶光学元件，其特征在于，所述取向限制材料由高分子结构体构成。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液晶光学元件，其特征在于，所述电场施加单元由在所述一对基板的至少一方的基板上形成的第1电极和第2电极构成，通过在所述第1电极和所述第2电极之间施加电压来产生所述电场。
5.如权利要求4所述的液晶光学元件，其特征在于，所述第1电极和所述第2电极分别具有相互平行的多个电极对，所述第1电极中的所述电极对和所述第2电极中的所述电极对以相互平行的方式交替地配置在所述基板的基板面上。
6.如权利要求1～5中任一项所述的液晶光学元件，其特征在于，所述液晶化合物的长轴的平均方向与未施加电压时所述一对基板的至少一方的基板面的法线方向大致一致。
7.如权利要求1～6中任一项所述的液晶光学元件，其特征在于，所述取向限制材料是高分子结构体，该高分子结构体包含柱状树脂，所述柱状树脂至少具有在所述基板面的法线方向上延伸的成分。
8.如权利要求1～7中任一项所述的液晶光学元件，其特征在于，在所述电光学功能层的外侧形成有取向功能层，该取向功能层是垂直取向功能层。
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