JP2001281643A

JP2001281643A - 液晶光学素子およびその製造方法

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Publication number: JP2001281643A
Application number: JP2000100803A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Goto; 智久五藤; Daisaku Nakada; 大作中田; Hideya Murai; 秀哉村井
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; NEC Corp; New Energy and Industrial Technology Development Organization
Current assignee: NEC Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; New Energy and Industrial Technology Development Organization
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】一度のレーザー干渉露光で多色を表示する液
晶光学素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】ギャップの定まった２枚の基板間に液晶
材料がマトリックス樹脂中に分散した調光層６と液晶層
５が存在する液晶光学素子１０である。この液晶光学素
子１０は高精細なＲＧＢ表示画素並置型のＨＰＤＬＣ素
子を実現する。また、この液晶光学素子の製造方法によ
れば、一種類のレーザーと一種類のＨＰＤＬＣ前駆体溶
液でＲＧＢの全てが作製できるため、製造工程が簡便と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光板、カラーフ
ィルターが不要な選択反射型のホログラフィック高分子
分散液晶光学素子（ＨＰＤＬＣ）等に関し、詳しくは、
文字、図形等を表示する表示装置、入射光の反射または
透過と遮断を制御するライトバルブ等に利用される液晶
光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低消費電力化を目標にバックライ
トが不要な反射型の液晶光学素子が提案されている（特
開平５−１３４２６６号公報、以下、従来技術１と呼
ぶ、参照）。従来技術１において、液晶と高分子から構
成された反射型の液晶素子が開示されている。この開示
技術の液晶光学素子では、規則的に並んだ液晶滴と高分
子材料の屈折率差に起因する光の干渉を利用して光の反
射／透過を制御しており、ホログラフィック高分子分散
液晶素子（ＨＰＤＬＣ）と呼ばれている。この高分子分
散液晶素子中の高分子材料の屈折率は、液晶材料の常光
屈折率近傍に設定されている。電圧無印加状態では、液
晶滴中の液晶分子はランダムに配向しており、高分子材
料と屈折率差が生じている。この屈折率差と液晶滴の周
期により特定の波長の光が選択的に反射される。

【０００３】また、この液晶光学素子に電圧を印加して
いくと、高分子材料と液晶滴との屈折率差が小さくな
り、選択反射光強度が低下していく。この液晶光学素子
は、特公平３−５２８４３号公報等で開示されている液
晶をカプセル化し高分子材料中に分散した透過／散乱型
の液晶光学素子と同様に偏光板を要しないため光の利用
効率が高いということ、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、
ＭＩＭ等のアクティブ素子での駆動が可能であるという
利点を有している。なお、この液晶光学素子では、液晶
滴の間隔の設定により選択反射波長が異なる液晶光学素
子が製造できるため、ＲＧＢ（赤、緑、青）の各波長を
選択反射する画素を並置あるいは積層することによりカ
ラー表示がカラーフィルター無しで実現できる。

【０００４】上記従来技術１で開示されたホログラフィ
ック高分子分散液晶においては、ＲＧＢの各画素が並置
された構造を製造する方法として、ＲＧＢの各色ごとに
レーザーの波長や交差角を変える方法が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
のＲＧＢを並置したＨＰＤＬＣ素子の製造方法において
は、各画素ごとにレーザーの波長や交差角を変える必要
があり、結果として３回のレーザー干渉露光が必要とな
る。即ち、ＲＧＢの各画素を別々に作製していくわけで
あるが、この製造方法では、通常のＬＣＤに利用される
ような微細な画素パターンを作製することは困難であ
る。

【０００６】その理由は、レーザー干渉露光によりＨＰ
ＤＬＣ素子を製造において、レーザー光線は基板の法線
方向から入射されず、それ以外のある特定の角度から入
射される。このため、内部での反射が発生し隣の画素部
分も硬化する。

【０００７】また、製造されたＨＰＤＬＣ素子は完全に
透明ではなく、レーザー光が散乱して隣りの未硬化の画
素部分も硬化させてしまう。

【０００８】さらに、各レーザー照射の間にラジカル重
合のラジカルが横方向に移動して硬化部分がさらに広が
るという問題もある。また、波長の異なる複数のレーザ
ーを使用するには、それに対応したＨＰＤＬＣ前駆体材
料を必要とするが、２つ以上の異なる材料を基板面内の
微細な各表示画素ごとに配置するには複雑なプロセスが
必要となる。このように、高精細なＲＧＢ並置ＨＰＤＬ
Ｃ素子を簡単な方法で実現する構造および製造方法は開
示されていない。

【０００９】そこで、本発明の技術的課題は、高精細な
ＲＧＢ並置ＨＰＤＬＣ素子を簡単な方法で実現する液晶
光学素子およびその製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ギャッ
プの定まった２枚の基板間に液晶材料がマトリックス樹
脂中に分散した調光層と液晶層が存在することを特徴と
する液晶光学素子が得られる。

【００１１】また、本発明によれば、前記液晶光学素子
において、前記液晶層が連続層であることを特徴とする
液晶光学素子が得られる。

【００１２】また、本発明によれば、前記いずれかの液
晶光学素子において、前記調光層では、液晶材料が周期
的に分散していることを特徴とする液晶光学素子が得ら
れる。

【００１３】また、本発明によれば、前記いずれかの液
晶光学素子において、前記調光層が可視光を選択反射す
ることを特徴とする液晶光学素子が得られる。

【００１４】また、本発明によれば、前記いずれかの液
晶光学素子において、前記液晶層の厚みが異なる２つ以
上のドメインを有することを特徴とする液晶光学素子が
得られる。

【００１５】また、本発明によれば、前記いずれかの液
晶光学素子において、前記調光層は、互いに選択反射波
長が異なる２つ以上の調光層によって構成されているこ
とを特徴とする液晶光学素子が得られる。

【００１６】また、本発明によれば、ギャップの定まっ
た２枚の基板間に液晶材料がマトリックス樹脂中に分散
した調光層と液晶層が存在する液晶光学素子を製造する
方法であって、前記調光層を収縮させることによって、
選択反射波長を変化させることを特徴とする液晶光学素
子の製造方法が得られる。

【００１７】また、本発明によれば、前記液晶光学素子
の製造方法において、前記選択反射波長の変化は短波長
化であることを特徴とする液晶光学素子の製造方法が得
られる。

【００１８】また、本発明によれば、ギャップの定まっ
た２枚の基板間に特定の波長を選択反射する調光層を製
造した後、前記調光層の少なくとも一部を収縮させて選
択反射波長を変化させ、さらに収縮した調光層に光照射
または熱処理により選択反射波長を固定化することを特
徴とする液晶光学素子の製造方法が得られる。

【００１９】さらに、本発明によれば、ギャップの定ま
った２枚の基板間に特定の波長を選択反射する調光層を
製造した後、前記調光層の少なくとも一部を収縮させて
選択反射波長を変化させる液晶光学素子の製造方法であ
って、前記調光層が収縮している途中で２つ以上の異な
るドメインに光照射または熱処理を順次行い、選択反射
波長の異なる２つ以上のドメインを製造することを特徴
とする液晶光学素子の製造方法が得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付した図面を参照しながら詳述する。

【００２１】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態による液晶光学素子の概略構成を示す断面
図である。図１を参照すると、ギャップの定まった基板
１，２の対向面に電極層３，４が夫々形成され、それら
の間の電極層３側には連続層の液晶層５が、電極層４側
には、液晶材料がマトリックス樹脂中に分散した調光層
６が形成されている。

【００２２】ここで、基板１，２としては、ガラス、プ
ラスチック等が使用できる。この基板１，２は光学素子
として機能するために、使用の際には少なくとも一方が
透明であることが必要である。

【００２３】また、基板１，２は、光学的に透明である
ことが望ましい。そして、基板１，２の間隔（ギャッ
プ）設定には、通常の液晶素子に用いられるガラスまた
は高分子樹脂等から成るロッド状、球状のスペーサーを
使用することができ、その間隔は３μｍ以上３０μｍ以
下程度が望ましい。

【００２４】本発明の第１の実施の形態による液晶光学
素子１０は、後に詳しく述べる他の実施の形態において
も同様に、特定の波長を回折し選択的に反射する反射型
液晶素子に利用できるが、反射型の液晶光学素子とする
場合は、更に、光吸収層１８を付加することが望まし
い。この光吸収層の設置場所としては調光層６を形成し
た基板の反対の面に光吸収層を付加することもできる
し、電極層を形成した調光層６の上に光吸収層を直接形
成することもできる。この場合、光吸収層と調光層６の
間にガラス等に基板が無いため、不要な反射等を抑制で
きる。

【００２５】また、この調光層６と光吸収層の保護のた
めに、保護膜や保護基板を付与することもできる。ここ
で、光吸収層は可視光を吸収する材料で構成されていれ
ば無機材料でも有機材料でも構わない。吸収強度または
吸収波長は目的とする素子特性により任意に変更できる
が、一般に黒色であることが望ましい。

【００２６】一方、本発明の第１の実施の形態による液
晶光学素子１０は、後に詳しく説明する他の実施の形態
においても同様に、反射型のみならず透過型としても用
いることができる。すなわち、透過型としては、特定の
波長を通さないフィルターとして利用できる。

【００２７】また、電極層３，４の材料としては、ＩＴ
Ｏ等の通常の電極材料が利用できる。また、使用する基
板自身が導電性を有している場合は、基板１，２を電極
としても利用することもできる。

【００２８】また、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、メタ
ルインシュレーターメタル（ＭＩＭ）等のアクティブ素
子を付加することもできる。必要に応じ電極層をパター
ニングすることもできる。

【００２９】本発明の第１の実施の形態において使用す
る液晶層５を構成する液晶材料としては、後述する他の
実施の形態においても同様に、ネマチック液晶、スメク
チック液晶、コレステリック液晶等などが使用可能であ
る。

【００３０】作製される素子１０の構成、駆動方法によ
り正の誘電異方性を有する液晶材料を利用することもで
きるし、負の誘電異方性を有する液晶材料を利用するこ
ともできる。

【００３１】また、周波数により誘電異方性の符号が変
化する２周波駆動液晶も利用できる。低駆動電圧および
高反射率特性の点からは、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。

【００３２】また、本発明の第１の実施の形態による液
晶素子１０をＴＦＴ等の能動素子で駆動させるために
は、液晶材料の電気抵抗が大きく、電荷保持率の大きい
ことが望ましく、フッ素系、塩素系等の高抵抗の液晶材
料が利用できる。

【００３３】図２は図１の調光層６を示す概略図であ
る。図２に示すように、調光層６において、液晶材料８
がマトリックス樹脂９中に周期的に分散しているもので
ある。この調光層６は、可視光線の特定の波長を選択的
に反射するホログラフィック層からなる。

【００３４】ここで、本発明による調光層とは、マトリ
ックス樹脂中に液晶材料が分散した構成である。マトリ
ックス樹脂中に分散する液晶材料はネットワーク上に連
結していても構わない。

【００３５】調光層６の一例としては、ホログラフィッ
ク高分子分散液晶がある。ホログラフィック高分子分散
液晶においては可視光を選択反射するように液晶材料は
マトリックス樹脂中に周期性を有して分散している。そ
れらの周期性は目的とする選択反射波長により任意に設
定することができる。

【００３６】なお、本発明の第１の実施の形態におい
て、液晶光学素子１０における調光層６の表示画素と
は、一般の液晶ディスプレイにおける一つの画素を示し
ており、電極を含んだ繰り返し表示部の一つである。こ
れは、他の実施の形態においても同様である。

【００３７】ここで、本発明の第１の実施の形態に限ら
ず、他の実施の形態も含む本発明において、調光層に利
用されるマトリックス樹脂はマトリックス樹脂前駆体が
光により高分子化すなわち光重合したものである。

【００３８】このマトリックス樹脂前駆体としては、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
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、ジ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−ビス［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。さらにフッ素元素を含マトリックス樹脂前駆
体として、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、フッ素含有ウレタン
アクリレートオリゴマー等を含む化合物が挙げられるが
これに限定されるものではない。これらのマトリックス
樹脂前駆体は単独で利用することもできるし、二種類以
上を混合することもできるが、光硬化後のマトリックス
樹脂の強度や安定性から、マトリックス樹脂前駆体は少
なくとも１種類の多官能性の化合物を含有していること
が好ましい。

【００３９】一方、マトリックス樹脂前駆体およびマト
リックス樹脂は、光学的に等方性であることに限定され
ず、光学異方性を有していても良い。すなわち、マトリ
ックス樹脂の前駆体は液晶性を有していても構わない。

【００４０】マトリックス樹脂の屈折率およびその異方
性は目的とする液晶光学素子の反射または透過特性によ
り任意に設定できる。その一例としては、高分子材料の
屈折率は液晶材料の常光屈折率またはその近くに設定し
た場合がある。マトリックス樹脂前駆体には、光照射に
よる重合を起こしやすくするために光重合開始剤を添加
することが望ましい。具体的には、光重合開始剤として
は、アセトフェノン系、ベンゾイン系、ベンゾフェノン
系、チオキサンソン系等の通常の光重合開始剤が使用で
きる。例えば、カンファーキノン、５，７−ヨード−３
−ブトキシ−６−フルオレン、ジエトキシアセトフェノ
ン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパ
ン−１−オン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾイン
エチルエーテル、４−フェニルベンゾフェノン、２−ク
ロロチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン等およ
びこれらの化合物の誘導体がある。

【００４１】この重合開始剤は、固体でも液体でも構わ
ないが素子の均一性の点から液晶中に溶解または相溶す
るものが望ましい。

【００４２】この重合開始剤濃度は、マトリックス樹脂
の前駆体の３０重量％以下が好ましい。

【００４３】また、必要の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。

【００４４】さらに、重合開始剤の吸収励起波長が光重
合に使用する可視光の光源の波長と合わなければ、長波
長の可視の光を吸収して重合開始剤にエネルギートラン
スファーする色素増感剤を添加することができる。

【００４５】この色素増感剤としては、クマリン系色
素、ケトクマリン系色素、ローダミン系色素、オキサジ
ン系色素、カルボシアニン系色素、ジカルボシアン系色
素、トリカルボシアン系色素、テトラカルボシアン系色
素、ペンタカルボシアン系色素、オキソノール系色素、
スチリル系色素、キサンテン系色素、メロシアニン系色
素、ローダシアニン系色素、ポルフィリン系色素、アク
リジン系色素等が挙げられるが、これに限定されるもの
では無い。色素増感剤は可視光により励起され、エネル
ギーを光重合開始に移動させるものであればいずれのも
の構わない。

【００４６】（第２の実施の形態）図３は本発明の第２
の実施の形態による液晶光学素子の概略構成を示す断面
図である。また、図４は本発明の第２の実施の形態によ
る液晶光学素子の製造方法の説明に供せられる図であ
る。図５は本発明の第２の実施の形態による液晶光学素
子におけるレーザー干渉露光の模式的な光学系を示す図
である。図６は本発明の第２の実施の形態における液晶
層の厚みが異なる２つのドメインを有する液晶光学素子
の模式的な断面図である。

【００４７】図３を参照すると、液晶光学素子１１は、
液晶層の厚みが異なる２つ以上のドメイン５ａ，５ｂを
有している。即ち、液晶層が厚みの異なるということ
は、２枚の基板１，２間のギャップは一定であるので、
そのドメインに対応する調光層の厚みが異なることを意
味している。

【００４８】図３の例では、厚いドメイン５ａに対応し
て、厚みが薄い短波長反射調光層６ａが形成され、薄い
ドメイン５ｂに対応した厚い長波長反射調光層６ｂが形
成されている。このように、調光層の厚みによって、選
択反射波長が異なっている。

【００４９】ここで、本発明の第２の実施の形態及び後
述する別の実施の形態も含む、本発明において、液晶層
とは、ある厚みを有した連続的な液晶の層であり、調光
層に分散している液晶材料と同じ液晶材料であるが、そ
の存在位置や形状が異なる。そして、液晶層は、調光層
と基板の間に存在する。すなわち、液晶層はある厚みを
有した連続層であり、調光層の収縮により、液晶材料が
調光層から出てくることにより形成される。

【００５０】従って、レーザーの二光束干渉露光により
調光層を製造した直後は、この液晶層は形成されにくい
が、形成されていても構わない。なお、調光層の収縮に
より調光層の選択反射波長は短波長化する。

【００５１】尚、本発明において、液晶層の厚みが異な
る二つ以上のドメインとは、ギャップの定まった二枚の
基板間に厚みの異なる調光層が二つ以上存在することを
示す。

【００５２】図４に示すように、本発明の第２の実施の
形態による調光層を形成するマトリックス樹脂の前駆体
の光重合に用いられる光線としては可視光レーザーが利
用できる。特に、調光層内に格子状に高分子材料を配置
するために光重合は、図４の符号２１，２２に示すよう
に、２光束レーザー干渉露光により行う。この時、選択
反射波長はレーザー波長および交差角度の調整により任
意に設定できる、異なる波長のレーザー光源を使用す
る。ここで、レーザー光源としては、アルゴンイオンレ
ーザー等のガスレーザーや各種の半導体レーザー等が使
用できる。

【００５３】図５はレーザー干渉露光装置の一例の概略
構成を示す図である。図５に示すように、レーザー干渉
露光装置２０は、レーザービーム２４を放射するレーザ
ー光源２３と、放射されたレーザー光を２方向に分離す
るビームスプリッタ２５と、ビームスプリッタ２５によ
って透過したレーザービーム、反射して分離されたレー
ザービームは夫々ミラー２６，２７で反射して表裏両面
の２方向から液晶セル２８内に入射する。

【００５４】例えば、図５に示すレーザー干渉露光装置
２０において、レーザー光源２３として波長４８８ｎｍ
のアルゴンイオンレーザーを使用し、９０度の交差角度
で２光束を入射させて液晶光学素子の調光層を製造する
と、電圧印加時に約５３０ｎｍの選択反射を示す特性が
得られる。

【００５５】レーザー照射時には、フォトマスク等の光
遮蔽膜を使用し、任意のパターンを形成することもでき
る。なお、１つの調光層中に液晶滴間隔の異なる２つの
周期構造すなわち回折格子を作製するために２光束以上
のレーザー光束を使用しても構わない。この時、波長の
異なる２つのレーザーを使用して４光束を同時に照射す
ることができるし、また、レーザー照射時に電場あるい
は磁場等を調光層の前駆体に印加することもできる。

【００５６】図６に示すように、液晶層の厚みが異なる
２つのドメインを有する液晶光学素子１２において、二
枚の基板１，２間のギャップは一定であり、調光層６
ａ，６ｂの厚みが異なることは、調光層と一方の基板と
の間の空間に存在する液晶層の厚みも異なるものであ
る。

【００５７】このとき、全てのドメインにおいて液晶層
が存在する必要はなく、少なくとも一部のドメインが液
晶層と調光層から構成されていれば良い。

【００５８】例えば、表示部が二つのドメインから構成
されており、二色を表示する場合、一つのドメインは基
板間に調光層だけが存在していても構わない。

【００５９】この時、調光層の厚みが薄くなる、すなわ
ち液晶層の厚みが厚くなるに従い、調光層の選択反射波
長は短波長となる。図６の例においては、基板２の表面
には、反射型の液晶光学素子の特長である光吸収層１８
が形成されている。

【００６０】なお、本発明におけるドメインとは、液晶
光学素子の表示部の一部分を示し、例えば、通常の液晶
ディスプレイのように一画素がＲＢＧの３つに空間分割
されている場合は、３つに分割されたうちの一つを示
す。

【００６１】本発明の液晶光学素子は、選択反射波長の
異なる２つ以上のドメインを並置した単層構造のみなら
ず積層構造にも適応でき、その積層数に制限はないが、
カラー反射型の液晶光学素子として利用する場合は、赤
色反射層、緑色反射層、青色反射層の３層を積層するこ
とによりフルカラーの表示が可能となり特に有効であ
る。赤色反射層、緑色反射層、青色反射層の３層を積層
する場合、積層の順番、各層の厚み等は任意に選択でき
る。

【００６２】本発明の液晶光学素子における調光層は、
収縮により選択反射波長が短波長化する。この短波長化
を停止させる方法としては、光照射または熱処理があ
り、光としては紫外線、可視光線、電子線等が使用でき
るが、特に紫外線照射が望ましい。この短波長化を停止
させるための光照射には、通常のフォトマスクを使用す
ることができ、任意のドメインに光照射することが可能
である。

【００６３】調光層の収縮率や収縮速度は、調光層を形
成する液晶材料とマトリックス樹脂の材料物性、液晶材
料とマトリックス樹脂の混合比率、重合開始剤濃度、レ
ーザーの二光束干渉露光後の硬化率、調光層と基板との
接着性等に依存し、これらの条件は、素子の反射特性に
合わせて任意に設定することができる。収縮率や収縮速
度を促進する一つの方法として、少なくとも一方の基板
の電極層と調光層のマトリックス材料との接着仕事を小
さくする方法がある。この時、接着仕事は８５ｍＮ／ｍ
以下が好ましい。なお、接着仕事を制御するために、電
極層表面を他の材料でコーティングしても構わない。

【００６４】本発明の第２の実施の形態による液晶光学
素子の製造方法は、次の通りである。尚、各材料は第１
の実施の形態において、挙げたものと同様なものを用い
ることができる。

【００６５】まず、図３に示すように、ギャップの定ま
った２枚の電極層３，４付き透明基板１，２間に、液晶
材料とマトリックス樹脂前駆体と重合開始剤の混合溶液
（ＨＰＤＬＣ前駆体溶液）を液晶セルに注入する。

【００６６】次に、図４に示すように、図５の装置を用
いてレーザーの二光束干渉露光を行い特定の波長を選択
反射する調光層を製造した後、収縮して選択反射波長を
変化している調光層に紫外線等を照射して選択反射波長
を固定化する。

【００６７】さらに、図６のように、選択反射の異なる
２色以上のドメインの製造方法として、調光層が収縮し
ている途中で２つ以上の異なるドメインに紫外線等を順
次照射する。この調光層は収縮により、選択反射波長は
短波長化する。

【００６８】（第３の実施の形態）図７は本発明の第３
の実施の形態におけるの２つの表示ドメインを有する液
晶光学素子の模式的な上面図である。図８は本発明の第
３の実施の形態による液晶光学素子における製造方法に
係わる模式的な紫外線照射方法を示す図である。図９は
本発明の第３の実施の形態による液晶光学素子の模式的
な断面図である。図１０は本発明の第３の実施の形態に
よる液晶光学素子における製造方法に係わる模式的な紫
外線照射方法である。図１１は、本発明の第３の実施の
形態による液晶光学素子の模式的な断面図である。

【００６９】図７乃至図１１を参照して、本発明の第３
の実施の形態における緑色反射ドメインと青色反射ドメ
インの２つのドメインを並置した液晶光学素子の製造方
法の一例を示していく。

【００７０】まず、図８に示すように、ギャップの定ま
った２枚の電極層３，４付き透明基板１，２間に液晶材
料とマトリックス樹脂前駆体と重合開始剤の混合溶液
（ＨＰＤＬＣ前駆体溶液）を液晶セルに注入する。この
液晶材料とマトリックス樹脂前駆体と重合開始剤の混合
溶液は、第１及び第２の実施の形態において例示したも
のと同様のものを使用することができる。

【００７１】次に、図４に示すものと同様に、図５の装
置を用いてレーザーの二光束干渉露光を表示部の全面に
行う。

【００７２】次に、図８に示すように、フォトマスク５
２を用いて表示部の一部に紫外線５１を照射する。

【００７３】次に、図９に示すように紫外線未照射部分
の調光層を収縮させて調光層７ｃと液晶層５ｃの積層を
形成する。

【００７４】さらに、図１０に示すように、調光層の選
択反射波長が短波長化し、任意の値となった時点で残り
の部分にフォトマスク５４を介して紫外線５３を照射
し、図１１に示す選択反射色の異なる２つの調光層７
ｂ，７ｃ’を並置した液晶光学素子を製造する。なお、
収縮の飽和により短波長を反射する調光層が製造できる
ため、必ずしも短波長反射調光層（ドメイン）に紫外線
を照射する必要は無い。

【００７５】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態による赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の画
素を有する液晶光学素子の製造方法を図１２乃至図１４
を参照して説明する。

【００７６】図１２は本発明の液晶光学素子における製
造方法に係わる模式的な紫外線照射方法を示す図であ
る。また、図１３は本発明の第４の実施の形態による液
晶光学素子における製造方法に係わる模式的な断面図で
ある。また、図１４は本発明の第４の実施の形態による
液晶光学素子における製造方法に係わる模式的な紫外線
照射方法を示す図である。また、図１５は本発明の第４
の実施の形態による液晶光学素子における製造方法に係
わる模式的な断面図である。また、図１６は本発明の第
４の実施の形態による液晶光学素子における製造方法に
係わる模式的な紫外線照射方法を示す図である。さら
に、図１７は本発明におけるの３つの表示ドメインを有
するの液晶光学素子の模式的な上面図である。

【００７７】図１２を参照して、まず、ギャップの定ま
った２枚の基板間に赤色反射調光層７ａを製造する。次
に、図１２に示すように、フォトマスク５７の部分に赤
色表示用のドメイン部分に紫外線を照射し、収縮を停止
させ選択反射波長を固定化させる。

【００７８】次に、図１３に示すように、赤色表示用の
ドメイン以外の調光層を収縮させて液晶層５ｃと緑色反
射調光層７ｂとを形成し、選択反射波長を緑色にする。

【００７９】次に、図１４に示すように、フォトマスク
５９を介して、緑色表示用のドメインに紫外線５８を照
射して選択反射波長を固定化する。

【００８０】次に、図１５に示すように、赤色と緑色表
示用のドメイン以外の調光層を収縮させて、青色反射調
光層７ｃと、液晶層５ｃとの２層構造を形成し、選択反
射波長を青色にする。

【００８１】最後に、図１６に示すように、青色表示用
のドメインに紫外線６１を照射して選択反射波長を固定
化させて、図１７に示す赤色反射ドメイン３３、緑色反
射ドメイン３１、及び青色反射ドメイン３２を備えた液
晶光学素子を得る。なお、収縮の飽和により青色を反射
する調光層となるものであれば、必ずしも青色表示用の
ドメインに、図１６に示すような紫外線６１を照射する
必要は無い。

【００８２】次に、本発明の実施の形態における液晶光
学素子の具体的な製造例について説明する。

【００８３】（例１）５μｍのガラスロッドをスペーサ
ーとして、ＩＴＯ電極を有する２枚のガラス基板を使用
し空セルを作製した。正の誘電率異方性のネマチック液
晶ＢＬ３６（メルク社製）０．３部とマトリックス樹脂
前駆体ラックストラックＬＣＲ２０８（東亜合成社製）
０．６９部、光重合開始剤カンファーキノン０．００５
部、光重合開始助剤ジエタノールアミン０．００５部の
混合溶液を作製した空セルに注入し、室温下でこの液晶
セルに波長４８８ｎｍのアルゴンレーザーを二光束干渉
露光し、光硬化を行う。レーザーの交差角度は９０度と
した。製造された液晶光学素子は電圧無印加時で緑色の
選択反射状態を示した。この選択反射波長は経時的に短
波長化し、青色で飽和した。この青色の素子に電圧（１
００Ｈｚ、１００Ｖの矩形波）を印加したところ青色の
選択反射波長は消失した。

【００８４】（例２）５μｍのガラスロッドをスペーサ
ーとして、ＩＴＯ電極を有する２枚のガラス基板を使用
し空セルを作製した。正の誘電率異方性のネマチック液
晶Ｅ８（メルク社製）０．３部とマトリックス樹脂前駆
体ラックストラックＬＣＲ２０８（東亜合成社製）０．
６９部、光重合開始剤カンファーキノン０．００５部、
光重合開始助剤ジエタノールアミン０．００５部の混合
溶液を作製した空セルに注入し、室温下でこの液晶セル
に波長４８８ｎｍのアルゴンレーザーを二光束干渉露光
し、光硬化を行う。レーザーの交差角度は９０度とし
た。製造された液晶光学素子は電圧無印加時で緑色の選
択反射状態を示した。この緑色反射部分の一部をマスク
した後、３６５ｎｍ、強度１０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を
照射した。この紫外線を照射した部分は選択反射光波長
の経時変化はなかった。マスクした部分の選択反射波長
は経時的に短波長化し、青色で飽和した。結果として緑
色反射ドメインと青色反射ドメインが表示部に形成され
た。

【００８５】（例３）５μｍのガラスロッドをスペーサ
ーとして、ＩＴＯ電極を有する２枚のガラス基板を使用
し空セルを作製した。正の誘電率異方性のネマチック液
晶ＢＬ３６（メルク社製）０．３部とマトリックス樹脂
前駆体ラックストラックＬＣＲ２０８（東亜合成社製）
０．６９部、重合開始剤ＢＴＴＢ０．００５部および光
増感色素０．００５部の混合溶液を作製した空セルに注
入し、室温下でこの液晶セルに波長５３２ｎｍの半導体
レーザーを二光束干渉露光し、光硬化を行う。レーザー
の交差角度は６０度とした。製造された液晶光学素子は
電圧無印加時で赤色の選択反射状態を示した。この緑色
反射部分の一部をマスクした後、波長３６５ｎｍ、強度
１０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を照射した。この紫外線を照
射した部分では選択反射光波長の経時変化はなかった。
マスクした部分の選択反射波長は経時的に短波長化し、
緑色になった。この緑色の一部をマスクした後、波長３
６５ｎｍ、強度１０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を照射した。
紫外線を照射した部分では選択反射光波長の経時変化は
なかった。紫外線未照射部の選択反射波長は経時的に短
波長化し、青色で飽和した。結果として赤色反射ドメイ
ンと緑色反射ドメインと青色反射ドメインが表示部に形
成された。

【００８６】なお、本発明は、上記例に限定されず、本
発明の技術思想の範囲内において、適宜決められ得るこ
とは明らかである。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶光学
素子およびその製造方法によれば、高精細なＲＧＢ表示
画素並置型のＨＰＤＬＣ素子を実現できる。

【００８８】また、本発明の液晶光学素子の製造方法に
よれば、一種類のレーザーと一種類のＨＰＤＬＣ前駆体
溶液でＲＧＢの全てが作製できるため、製造工程が簡便
となる。

【００８９】さらに、本発明の製造方法においては、選
択反射波長を任意に選択できるため、カラーバランスの
調整が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による液晶光学素子
の概略構成を示す断面図である。

【図２】図１の調光層６を示す概略図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態による液晶光学素子
の概略構成を示す断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による液晶光学素子
の製造方法の説明に供せられる図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態による液晶光学素子
におけるレーザー干渉露光の模式的な光学系を示す図で
ある。

【図６】本発明の第２の実施の形態における液晶層の厚
みが異なる２つのドメインを有する液晶光学素子の模式
的な断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態におけるの２つの表
示ドメインを有する液晶光学素子の模式的な上面図であ
る。

【図８】本発明の第３の実施の形態による液晶光学素子
における製造方法に係わる模式的な紫外線照射方法を示
す図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態による液晶光学素子
の模式的な断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態による液晶光学素
子における製造方法に係わる模式的な紫外線照射方法を
示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態による液晶光学素
子の模式的な断面図である。

【図１２】本発明の液晶光学素子における製造方法に係
わる模式的な紫外線照射方法を示す図である。

【図１３】本発明の第４の実施の形態による液晶光学素
子における製造方法に係わる模式的な断面図である。

【図１４】本発明の第４の実施の形態による液晶光学素
子における製造方法に係わる模式的な紫外線照射方法を
示す図である。

【図１５】本発明の第４の実施の形態による液晶光学素
子における製造方法に係わる模式的な断面図である。

【図１６】本発明の第４の実施の形態による液晶光学素
子における製造方法に係わる模式的な紫外線照射方法を
示す図である。

【図１７】本発明の第４の実施の形態におけるの３つの
表示ドメインを有するの液晶光学素子の模式的な上面図
である。

【符号の説明】

１，２基板３，４電極層５，５ａ，５ｂ，５ｃ液晶層（ドメイン）６調光層６ａ短波長反射調光層６ｂ長波長反射調光層７ａ，７ａ’ 赤色反射調光層７ｂ緑色反射調光層７ｃ，７ｃ’ 青色反射調光層８液晶材料９マトリックス樹脂１０，１１液晶光学素子２０レーザー干渉露光装置２１，２４レーザー光（ビーム）２３レーザー光源２５ビームスプリッタ２６，２７ミラー２８液晶セル３１緑色反射ドメイン３２青色反射ドメイン３３赤色反射ドメイン５１，５３，５８，６１紫外線５２，５４，５７，５９フォトマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者五藤智久東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者中田大作東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者村井秀哉東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 2H049 CA01 CA05 CA08 CA22 CA28 CA30 2H088 EA48 EA49 GA02 GA10 HA08 HA11 HA21 JA04 KA02 KA04 MA16 2H089 HA04 JA04 JA06 KA08 QA12 QA16 RA04 SA01 SA17 TA09 TA17 2K008 AA10 BB04 BB06 DD13 EE04 FF17 HH01 HH18 HH25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ギャップの定まった２枚の基板間に液晶
材料がマトリックス樹脂中に分散した調光層と液晶層が
存在することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】請求項１記載の液晶光学素子において、
前記液晶層が連続層であることを特徴とする液晶光学素
子。
【請求項３】請求項１又は２記載の液晶光学素子にお
いて、前記調光層では、液晶材料が周期的に分散してい
ることを特徴とする液晶光学素子。
【請求項４】請求項１乃至３の内のいずれかに記載の
液晶光学素子において、前記調光層が可視光を選択反射
することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項５】請求項１乃至４の内のいずれかに記載の
液晶光学素子において、前記液晶層の厚みが異なる２つ
以上のドメインを有することを特徴とする液晶光学素
子。
【請求項６】請求項１乃至３の内のいずれかに記載の
液晶光学素子において、前記調光層は、互いに選択反射
波長が異なる２つ以上の調光層によって構成されている
ことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項７】ギャップの定まった２枚の基板間に液晶
材料がマトリックス樹脂中に分散した調光層と液晶層が
存在する液晶光学素子を製造する方法であって、前記調
光層を収縮させることによって、選択反射波長を変化さ
せることを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
【請求項８】請求項７記載の液晶光学素子の製造方法
において、前記選択反射波長の変化は短波長化であるこ
とを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
【請求項９】ギャップの定まった２枚の基板間に特定
の波長を選択反射する調光層を製造した後、前記調光層
の少なくとも一部を収縮させて選択反射波長を変化さ
せ、さらに収縮した調光層に光照射または熱処理により
選択反射波長を固定化することを特徴とする液晶光学素
子の製造方法。
【請求項１０】ギャップの定まった２枚の基板間に特
定の波長を選択反射する調光層を製造した後、前記調光
層の少なくとも一部を収縮させて選択反射波長を変化さ
せる液晶光学素子の製造方法であって、前記調光層が収
縮している途中で２つ以上の異なるドメインに光照射ま
たは熱処理を順次行い、選択反射波長の異なる２つ以上
のドメインを製造することを特徴とする液晶光学素子の
製造方法。