JP2003315825A

JP2003315825A - 液晶光学素子

Info

Publication number: JP2003315825A
Application number: JP2002126614A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Shibahara; 靖司芝原; Koichi Miyaji; 弘一宮地
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】視野角および開口率が大きいと共に、材料の
選択肢が広く、製造が容易な液晶光学素子を提供する。【解決手段】本発明の液晶光学素子は、一対の電極
と、一対の電極の間に配置された液晶層２４とを有する
液晶光学素子であり、液晶層２４は、第１の液晶層４
と、第１の液晶層４に対して一対の電極の面の法線方向
に隣接して配置された第２の液晶層５とを有し、第１の
液晶層４は、重合性組成物を重合して生成された高分子
および、液晶材料を含み、第２の液晶層５の配向状態
は、第１の液晶層４の配向状態によって制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶光学素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電
力というような、ＣＲＴに比べて有利な特徴を有してい
るため、テレビジョンシステムやコンピュータ用の表示
装置、あるいは携帯用機器の表示装置などとして広く利
用されている。現在利用されている液晶表示装置の多く
にはネマチック性を示す液晶材料が用いられている。こ
の液晶表示装置では一般に、ツイスト配向のネマチック
液晶分子に基板面の法線方向に電界を印加したときに液
晶分子がアウトオブプレーン（液晶層または基板の法線
方向）にスイッチングするモードを用いて表示を行って
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のモ
ードを用いた液晶表示装置は視野角が狭いという欠点を
有している。

【０００４】特開平６−１６０８７８号公報は、ネマチ
ック液晶を面内スイッチングさせて表示を行う液晶表示
装置を開示している。この液晶表示装置では、液晶層を
挟む基板の一方の液晶層側表面に金属等からなる複数の
電極を配置し、液晶層の面内方向に電界（横電界）を印
加することによって、液晶分子を面内スイッチングさせ
ている。この液晶表示装置は視野角を広くすることはで
きるが、表示領域内に透明でない複数の電極を設ける必
要があるので開口率が低くなるという問題がある。

【０００５】これに対して強誘電性液晶または反強誘電
性液晶などのスメクチック液晶は、液晶層の層面に垂直
に電界が印加された場合、液晶分子が液晶層の面内方向
にスイッチングする。従って、強誘電性液晶または反強
誘電性液晶などのスメクチック液晶を液晶表示装置に用
いた場合、上記ネマチック液晶を用いた液晶表示装置に
必要とされた横電界を形成するための複数の電極が必要
でないため、開口率を低下することなしに視野角を広く
することができる。しかしながら、強誘電性液晶または
反強誘電性液晶を液晶層に用いた液晶表示装置では、液
晶層に接する表面によって液晶分子の配向状態を制御
（いわゆる表面安定化）する必要があるために、セル厚
を２μｍ以下程度にする必要があり、製造が困難である
という問題を有していた。

【０００６】Ｂ．Ｓｔｅｂｌｅｒは、ＷＯ００／０３２
８８において、バルク液晶層の表面に、面内スイッチン
グする液晶層（動的表面層）を設けることにより、バル
ク液晶層が面内スイッチングするのを誘起する液晶表示
装置を開示している。その実施形態に開示されている面
内スイッチングを誘起する動的表面層は、高分子液晶
（液晶性の側鎖を有する高分子）から形成されている。
この液晶表示装置では、面内スイッチングモードを用い
て表示を行うために視野角を広くすることができ、さら
に、強誘電性液晶または反強誘電性液晶を液晶層に用い
た液晶表示装置に比べて、セル厚を大きくすることがで
きる。しかしながら、動的表面層の液晶材料に高分子液
晶を用いているために、材料の選択肢が制限されるとい
う問題があった。

【０００７】本発明は上記の課題を解決するためのもの
であり、視野角および開口率が大きいと共に、材料の選
択肢が広く、製造が容易な液晶光学素子を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶光学素子
は、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置された液
晶層とを有する液晶光学素子であって、前記液晶層は、
第１の液晶層と、前記第１の液晶層に対して前記一対の
電極の面の法線方向に隣接して配置された第２の液晶層
とを有し、前記第１の液晶層は、重合性組成物を重合し
て生成された高分子および、液晶材料を含み、前記第２
の液晶層の配向状態は、前記第１の液晶層の配向状態に
よって制御され、これにより上記課題が解決される。

【０００９】前記第１の液晶層の配向状態は、前記一対
の電極に印加された電圧によって制御され得る。

【００１０】前記一対の電極に電圧が印加されたとき
に、前記第１の液晶層の液晶分子の配向方向が前記液晶
層の面内で変化し、それに応じて前記第２の液晶層の液
晶分子の配向方向が前記液晶層の面内で変化し得る。

【００１１】前記第１の液晶層はカイラルスメクチック
相を示すことが好ましい。

【００１２】前記第１の液晶層は、強誘電性、反強誘電
性、およびフェリ誘電性のうちの少なくともいずれか一
つを示すことが好ましい。

【００１３】前記第２の液晶層は、負の誘電異方性を有
するネマチック液晶材料を含むことが好ましい。

【００１４】前記重合性組成物は液晶性を有することが
好ましい。

【００１５】前記重合性組成物は、液晶性（メタ）アク
リレートを含むことが好ましい。前記液晶性（メタ）ア
クリレートは例えば一般式

【００１６】

【式３】で表され、前記一般式（Ｉ）において、Ｘは水素原子ま
たはメチル基であり、ｎは０または１の整数であり、六
員環Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ、

【００１７】

【式４】（ＩＩ）の中から独立して選択されたものであり、前記
式（ＩＩ）において、ｍは１〜４の整数であり、Ｙ１及
びＹ２はそれぞれ、単結合、―ＣＨ₂ＣＨ₂―、―ＣＨ₂
Ｏ―、―ＯＣＨ₂―、―ＯＣＯ―、―ＣＯＯ―、―ＣＨ
＝ＣＨ―、―ＣＦ＝ＣＦ―、―（ＣＨ₂）₄―、―ＣＨ₂
ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ―、―ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂―、―ＣＨ＝Ｃ
ＨＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ―、および―ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ＝ＣＨ―の
中から独立して選択されたものであり、Ｙ３は単結合、
―Ｏ―、―ＯＣＯ―、または―ＣＯＯ―であり、Ｒは水
素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜２０のア
ルキル基、アルケニル基、またはアルコキシル基であ
る。

【００１８】前記一般式（Ｉ）において、前記Ｘは前記
水素原子を表し、前記ｎは０を表し、前記六員環Ａ及び
Ｃはそれぞれ、１，４―フェニレン基、および１，４―
トランスシクロヘキシル基の中から独立して選択された
ものであり、前記Ｙ１は単結合または―Ｃ≡Ｃ―を表
し、前記Ｙ３は単結合を表し、前記Rはハロゲン原子、
シアノ基または炭素原子数１〜２０のアルキル基を表す
ことが好ましい。

【００１９】前記重合性組成物は、エポキシアクリレー
トを含むことが好ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の液晶光学素子は、一対の
電極と、この一対の電極の間に配置された液晶層とを有
している。液晶層は少なくとも、表面液晶層（第１の液
晶層）と、表面液晶層に対して一対の電極の面の法線方
向に隣接して配置されたバルク液晶層（第２の液晶層）
とを有している。

【００２１】バルク液晶層は表面液晶層の厚さよりも大
きく、バルク液晶層が主として表示に寄与する。この液
晶光学素子では、一対の電極に電圧が印加されると、こ
の電圧印加に応答して、表面液晶層の配向状態が変化す
る。バルク液晶層は表面液晶層に隣接して配置されてい
るので、表面液晶層の配向変化に誘起されてバルク液晶
層の配向状態が変化する。すなわち、表面液晶層の配向
状態の変化によって、バルク液晶層の配向が制御され
る。従って、表面液晶層の配向状態を適宜制御すること
により、バルク液晶層を所望の配向状態にすることがで
きる。なお、バルク液晶層も電圧に応答しても良いが、
第一義的には表面液晶層が電圧に応答することが重要で
ある。

【００２２】表面液晶層は液晶層に少なくとも１層設け
られていればよいが、バルク液晶層の電極面側表面のい
ずれにも設けられている方がより好ましい。表面液晶層
がバルク液晶層の両面に設けられている場合、バルク液
晶層の電極側表面の両方において配向状態を制御するこ
とができるので、液晶層の液晶分子の応答速度をより大
きくすることができるという効果を得ることができる。

【００２３】この液晶光学素子では、表面液晶層が、重
合性組成物を重合して生成された高分子および、液晶材
料を含んでいることを１つの特徴としている。図１は表
面液晶層４の模式図である。以下、図１を参照して表面
液晶層４を説明する。

【００２４】表面液晶層４に含まれる液晶材料には例え
ば、スメクチック液晶材料、ネマチック液晶材料、また
はコレステリック液晶材料を用いることが可能である。
特に液晶分子の方位および重心の位置に周期的秩序性が
あり、かつ液晶分子の長軸方向が液晶層面の法線方向か
ら傾斜しているカイラルスメクチック液晶材料（例えば
カイラルスメクチックＣ液晶材料）を用いることが好ま
しい。具体的には、強誘電性、反強誘電性、フェリ誘電
性を示すスメクチック液晶材料が例示される。例えば強
誘電性を示すカイラルスメクチック液晶材料では図１に
示すように液晶分子３２の長軸方向が液晶層面の法線方
向から傾斜している。特に、強誘電相、反強誘電相、ま
たはフェリ誘電相を示す温度領域よりも高い温度領域
で、スメクチックＡ相及び、または（カイラル）ネマチ
ック相を示す液晶材料であることが好ましい。これらの
液晶材料は配向制御が行いやすい。

【００２５】表面液晶層４は図１に示すように、上記液
晶材料からなる液晶層３０に高分子鎖３５が貫入するよ
うに形成されて構成されている。これにより、液晶層３
０に含まれる液晶分子３２の配向が高分子鎖３５によっ
て安定化されている。

【００２６】高分子は、重合性組成物を例えば、光、
熱、あるいは光と熱とによって重合することにより生成
される。なお、重合反応が速やかに行われるように、重
合性組成物に重合開始剤が含まれていることが好まし
い。高分子は、架橋構造を有していても良いし、線状構
造を有していても良い。

【００２７】表面液晶層４を液晶材料および重合性組成
物を重合して生成された高分子を用いて形成することに
より、上記公報ＷＯ００／０３２８８に開示されている
ように表面液晶層４を高分子液晶で形成する場合に比べ
て、材料の選択肢が広がる。

【００２８】さらに、表面液晶層４を液晶（低分子液
晶）および高分子を用いて形成することにより、上記公
報ＷＯ００／０３２８８の液晶表示素子に比べて、コン
トラスト比を高くし、バルク液晶層の配向制御をより均
一に行うこともできる。これは、高分子液晶と低分子液
晶とでは、電圧印加による配向状態の変化に違いがある
ことによる。以下、より詳細に説明する。

【００２９】低分子液晶の場合、あるしきい電圧以上の
電圧が印加されると殆ど全ての液晶分子の配向状態が変
化する。これに対して高分子液晶の場合、しきい電圧以
上の電圧が印加されても、剛直な液晶骨格部分が高分子
鎖に束縛されているために、液晶骨格部分の配向状態が
完全には変化しにくい。従って、高分子液晶からなる液
晶層を液晶光学素子に用いた場合、配向変化を起こしに
くい部分から光漏れが生じるために、コントラスト比が
低くなる傾向がある。すなわち、高分子液晶は、高分子
鎖に束縛されているがゆえに、均一に配向させるのが難
しく、コントラスト比が低くなる傾向がある。

【００３０】さらに、上記公報ＷＯ００／０３２８８に
開示されているように、バルク液晶層の配向状態を制御
するための動的表面層を高分子液晶から形成した場合、
電圧印加によって配向状態の変化を起こしにくい部分が
動的表面層自体に存在するため、バルク液晶層の配向状
態の制御を完全に行うことが困難になる恐れがある。

【００３１】本実施形態の液晶光学素子は、バルク液晶
層の配向状態を制御する表面液晶層が低分子の液晶材料
および高分子を含んでいるので、上記公報に開示されて
いる液晶表示素子に比べて、表面液晶層によってバルク
液晶層の配向状態がより均一に制御されやすく、また、
コントラスト比の低下も抑制される。なお、後述するよ
うに、表面液晶層に含める高分子の割合を低分子の液晶
材料に対して小さくすることにより、より効果的にバル
ク液晶層の配向状態を制御し、コントラスト比の低下を
抑制できる。

【００３２】さらに、本実施形態の液晶光学素子の表面
液晶層は、重合性組成物を重合して生成された高分子、
および液晶材料を含んでいるので、重合性組成物の割合
や組み合わせを様々に設定することにより、バルク液晶
層の配向制御を様々に調整することができる。従って、
バルク液晶層の配向制御をより適当に行うことができ
る。

【００３３】重合性組成物は、剛直な液晶骨格と重合性
官能基とを１分子内に有する、液晶性を有する化合物を
含んでいることが好ましい。この化合物から生成される
高分子は液晶骨格３４を有するので、液晶分子３２の配
向を安定化させることができる。

【００３４】剛直な液晶骨格３４と重合性官能基とを分
子内に有する重合性組成物としては液晶性（メタ）アク
リレートを用いることが好ましい。この液晶性（メタ）
アクリレートの中でも、液晶骨格と重合性官能基との間
にメチレンスペーサーが存在しない単官能液晶性アクリ
レート、更に詳しくは２つの六員環を有する液晶骨格を
部分構造として有する環状アルコール、フェノールまた
は芳香族ヒドロキシ化合物のアクリル酸またはメタクリ
ル酸エステルである単官能（メタ）アクリレートが好ま
しい。上記の単官能（メタ）アクリレートは、（メタ）
アクリロイルオキシ基と液晶骨格の間に、アルキレン基
またはオキシアルキレン基などの柔軟性の連結基がな
い。このため、上記の単官能（メタ）アクリレートを重
合させて得られる重合体の主鎖には、連結基を介さず直
接剛直な液晶骨格が統合し、液晶骨格の熱運動が高分子
主鎖により制限され、表面液晶層４の液晶分子３２の配
向をより安定化させることができると考えられる。さら
に、単官能（メタ）アクリレートは、重合体が三次元架
橋構造を形成しにくい。従って、液晶分子３２を重合体
の籠で三次元的に囲い込むような効果による駆動電圧の
上昇が抑制されると考えられる。結果として、中間調表
示と低電圧駆動との両方に優れた液晶光学素子が得られ
る。

【００３５】重合性化合物にエポキシアクリレートなど
を混合し、高分子鎖に架橋構造を形成してもよい。エポ
キシアクリレートは１分子中に光照射により重合するア
クリル基と、加熱により重合するカルボニル基および水
酸基とを併せ持っている。従って、表面液晶層４を硬化
するために光照射または加熱を行った場合、少なくとも
いずれか一方の官能基が反応するため、未反応部分がな
くなる。重合性化合物にエポキシアクリレートなどを混
合して、高分子鎖に架橋構造を導入することにより、液
晶分子３２の配向をより安定にできる。

【００３６】重合性組成物と液晶材料との合計に対する
重合性組成物の濃度は、０．０５〜１０重量％の範囲に
あることが好ましい。重合性組成物の濃度が０．０５％
よりも低い場合、重合性組成物の液晶骨格３４の配向方
向と液晶材料の液晶分子３２の配向方向のなす平均角度
がほぼ同じ方向に安定化することができない場合があ
る。また、１０％よりも多い場合、駆動電圧が増大する
おそれがある。

【００３７】上記カイラルスメクチックＣ液晶材料およ
び高分子を含む表面液晶層４では、液晶層４の層面に垂
直な方向（図３のＺ方向）に電圧が印加されると、液晶
分子３２が液晶層の面内方向（図３のＸＹ面）にスイッ
チングする。この表面液晶層４の配向変化により、表面
液晶層４に隣接して設けられたバルク液晶層の液晶分子
の配向が制御される。

【００３８】バルク液晶層はネマチック液晶であること
が好ましい。バルク液晶層に強誘電性液晶などを使用し
た場合、液晶層の厚さを小さくする（例えば２μｍ以
下）必要があるが、ネマチック液晶を用いた場合、液晶
層の厚さを大きくすることができるので、製造方法が困
難になることがない。さらに、ネマチック液晶は、負の
誘電異方性を有していることが好ましい。バルク液晶層
が負の誘電異方性を有するネマチック材料を含む場合、
印加電圧に応答して面内方向に配向状態が制御され得る
が、バルク液晶層が正の誘電異方性を有するネマチック
材料を含む場合、印加電圧に応答して面外方向に配向状
態が制御され得る。従って、バルク液晶層が正の誘電異
方性を有するネマチック材料を含む場合、表面液晶層４
の液晶分子３２の面内スイッチングによって、液晶分子
の面内スイッチングが誘起されても、全体として液晶層
の面内および面外の両方に配向が制御され得ることにな
る。従って、バルク液晶層に負の誘電異方性を有するネ
マチック液晶材料を用いる方が、正の誘電異方性を有す
るネマチック液晶材料を用いる場合に比べて、バルク液
晶層の液晶分子をより安定して面内スイッチングさせる
ことができる。

【００３９】バルク液晶層を面内スイッチングさせて表
示を行うことにより、視野角の広い液晶光学素子を提供
することができる。また、この液晶光学素子では、表面
液晶層４によって、バルク液晶層が面内スイッチングす
るように液晶分子の配向を制御している。従って、バル
ク液晶層を面内スイッチングさせるためにバルク液晶層
の面内方向に電界（横電界）をかける必要がない。従っ
て表示領域内に金属などからなる電極を配置する必要が
ないため、開口率を低下させるおそれがない。

【００４０】以下に図２から図４を参照して、実施例を
説明する。（実施例）図２は、本実施例の液晶光学素子２０の模式
的断面図である。液晶光学素子２０は、対向する２枚の
偏光板６と、この偏光板６の間に配置された液晶セル２
２とを備えている。液晶セル２２は、対向する２枚の透
明基板１と、この透明基板１の間に配置された液晶層２
４とを有しており、２枚の透明基板１の液晶層２４側表
面にはそれぞれ、透明電極２および配向膜３が設けられ
ている。

【００４１】液晶層２４は、２つの表面液晶層４と、こ
の表面液晶層４に挟まれたバルク液晶層５とを有してい
る。表面液晶層４およびバルク液晶層５は互いに、基板
１の法線方向に隣接して配置されている。表面液晶層４
とバルク液晶層５とは非相溶である。液晶層２４におい
て、表面液晶層４はバルク液晶層５よりも膜厚が小さ
く、例えば表面液晶層４の膜厚は約１００〜２００ｎｍ
であり、バルク液晶層５の膜厚は例えば約１〜１０μｍ
である。液晶光学素子２０では主としてバルク液晶層５
が表示に寄与する。バルク液晶層５には、ネマチック液
晶を使用した。

【００４２】以下、表面液晶層４を説明する。

【００４３】表面液晶層４は、液晶材料と、高分子とを
含んでいる。

【００４４】液晶材料には、強誘電性を示すスメクチッ
ク液晶を用いた。

【００４５】高分子を生成する重合性組成物は、液晶性
（メタ）アクリレート、エポキシアクリレートおよび開
始剤を含んでいる。まず、液晶性（メタ）アクリレート
を説明する。液晶性（メタ）アクリレートは、下記の一
般式（Ｉ）で表されるものを用いた。

【００４６】

【式５】一般式（Ｉ）において、Ｘは水素原子またはメチル基を
表し、ｎは０または１の整数を表す。六員環Ａ、Ｂ及び
Ｃはそれぞれ、

【００４７】

【式６】（ＩＩ）の中から独立して選択されたものである。化学
式（ＩＩ）で、ｍは１〜４の整数である。

【００４８】さらに上記一般式（Ｉ）において、Ｙ１及
びＹ２はそれぞれ、単結合、―ＣＨ ₂ＣＨ₂―、―ＣＨ₂
Ｏ―、―ＯＣＨ₂―、―ＯＣＯ―、―ＣＯＯ―、―ＣＨ
＝ＣＨ―、―ＣＦ＝ＣＦ―、―（ＣＨ₂）₄―、―ＣＨ₂
ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ―、―ＯＣＨ₂ＣＨ ₂ＣＨ₂―、―ＣＨ＝Ｃ
ＨＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ―、および―ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ＝ＣＨ―の
中から独立して選択されたものであり、Ｙ３は単結合、
―Ｏ―、―ＯＣＯ―、または―ＣＯＯ―であり、Ｒは水
素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜２０のア
ルキル基、アルケニル基、またはアルコキシル基であ
る。

【００４９】この一般式（Ｉ）で示される化合物の中で
も特に、Ｘが水素原子であり、ｎが０、６員環Ａおよび
Ｃがそれぞれ１，４―フェニレン基、または１，４―ト
ランスシクロヘキシル基であり、Ｙ１が単結合または―
Ｃ≡Ｃ―でり、Ｙ３が単結合であり、Ｒがハロゲン原
子、シアノ基または炭素原子数１〜２０のアルキル基で
あることが好ましい。この化合物は、室温近傍で液晶相
を示すため、特に好適に利用される。

【００５０】重合性組成物に混合するエポキシアクリレ
ートとしては、ビスフェノールＡ型エポキシアクリレー
ト、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシアクリレー
ト、またはフェノールノボラック型エポキシアクリレー
トなどが代表例としてあげられる。

【００５１】重合性組成物と液晶材料との合計に対する
重合性組成物の濃度は、０．０５〜１０重量％の範囲に
設定することが好ましい。これにより、重合性組成物の
液晶骨格の配向方向と、強誘電性液晶材料の液晶分子の
配向方向とを、ほぼ同じ方向に安定化することができる
からである。

【００５２】次に、開始剤を説明する。上述した重合性
組成物は、光または熱、または光および熱の組み合わせ
により重合され、高分子が生成される。この重合反応が
速やかに進行するように、重合開始剤が好適に添加され
る。

【００５３】重合開始剤としては、メチルエチルケトン
パーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、キュメン
ハイドロイドパーオキサイド、ターシャリブチルパーオ
クトエート、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルアル
キルエーテル系、アセトフェノン系、ベンゾフェノン
系、キサントン系ベンゾインエーテル系、ベンジルケタ
ール系などが挙げられる。例えば市販品としては、ダロ
キュア１１７３、１１１６（メルク社）、イルガキュア
１８４、３６９、６５１、９０７（チバケミカル）、カ
ヤキュアＤＥＴＸ，ＥＰＡ，ＩＴＡ（日本化薬）などを
そのまま、あるいは適宜混合して用いるのが好ましい。

【００５４】重合開始剤の添加量は、重合性組成物に対
して１０重量％以下であることが好ましい。１０重量％
より多く添加すると重合開始剤が不純物として作用し
て、液晶層の比抵抗が低下するおそれがある。

【００５５】なお、表面液晶層４の液晶組成物の安定性
を向上させるために、さらに、安定剤を添加しても良
い。安定剤としては例えば、ヒドロキノン、ヒドロキノ
ンアルキルエーテル類、第３ブチルカテコール類等を用
いることができる。またその割合は重合性組成物に対し
て１重量％以下であることが好ましい。１重量％より多
く添加すると安定剤が不純物として作用し、液晶層の比
抵抗が低下する。

【００５６】上述の重合性組成物は、配向膜３が形成さ
れた基板１上に塗布後、光照射によって重合され、高分
化される。光重合性組成物を光照射により高分子化させ
る場合、光の照射量は、使用する液晶組成物及び光重合
開始剤、さらにその濃度に依存するが、５０から１００
００ｍＪ／ｃｍ²の範囲が好ましい。照射光量が５０ｍ
Ｊ／ｃｍ²以下である場合、光重合性組成物が完全に硬
化せず、また１００００ｍＪ／ｃｍ²以上である場合液
晶組成物が大きく光劣化するためである。

【００５７】表面液晶層４の厚さは、約１００から２０
０ｎｍ程度であることが好ましい。膜厚を１００ｎｍよ
りも薄くすると、表面液晶層４の液晶分子と基板１との
アンカリング効果により、表面液晶層４の液晶分子が動
きにくくなり、スイッチングしにくくなるおそれがあ
る。一方、膜厚を２００ｎｍよりも大きくすると、表面
液晶層４の液晶分子が基板１に垂直な方向に立ち始め、
面内スイッチングされなくなるおそれがある。

【００５８】図３は、液晶光学素子２０を模式的に示す
斜視図である。上述した表面液晶層４とバルク液晶層５
とを有する液晶層２４に電圧が印加されると、図３に示
すように、表面液晶層４の液晶分子が液晶層の面内（図
３のＸＹ面）にスイッチングする。この表面液晶層５の
スイッチングに応じて、表面液晶層４に隣接するバルク
液晶層５の液晶分子が液晶層の面内（図３のＸＹ面）に
スイッチングする。液晶光学素子２０は、この面内スイ
ッチングモードによって表示を行うので、広視野角であ
る。

【００５９】以下に、図２を参照して液晶光学素子２０
の構成をより詳細に説明する。

【００６０】液晶層２４を挟む透明基板１は例えば、ガ
ラス、プラスチック、または金属等から形成される。カ
ラー表示可能な液晶光学素子を得るには例えば、基板１
にカラーフィルターを形成するか、または、顔料や色素
等を基板中に分散することが好ましい。

【００６１】基板１の液晶層２４側表面に設けられてい
る透明電極２は例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）
または、ポリピロール等の有機導電性薄膜から形成され
る。あるいは、使用する基板１自身が導電性を有してい
る場合には、基板１を電極２としても利用することがで
きる。

【００６２】透明電極２の液晶層２４側表面にそれぞれ
形成されている配向膜３は、表面液晶層４の液晶分子が
ホモジニアス配向するように配向処理されたものである
ことが好ましい。配向膜３には例えば、ＴＮ液晶、また
はＳＴＮ液晶を用いた液晶光学素子に一般に用いられる
ポリイミド等から形成された配向膜が利用される。この
ポリイミド等から形成される配向膜には例えば、ポリイ
ミド等が溶剤に溶け込んだ可溶性タイプのもの、また
は、焼成してポリイミド化する焼成タイプのものが使用
される。また、液晶分子を十分に配向させるために、ラ
ビング等の配向処理が施されていても良い。あるいは、
ポリビニルシンナメート、またはポリイミド薄膜等の有
機薄膜に紫外線を照射することにより、液晶を配向処理
できる光配向膜を用いてもよい。あるいは、ＳｉＯｘな
どを基板の電極２表面に斜めから蒸着することにより、
配向能が与えられた基板を用いてもよい。

【００６３】２枚の基板１の間隔の設定には、通常の液
晶光学素子に用いられるガラスまたは高分子樹脂からな
るロッド状、球状、柱状のスペーサーを使用した。基板
１の間隔は１μｍ程度から１０μｍ程度であることが望
ましい。基板間隔が１μｍより小さい場合、十分な光学
的スイッチングが得られなくなるおそれがあり、また１
０μｍより大きいと影響を与える液晶が螺旋構造を形成
して十分な面内スイッチングが得られないおそれがあ
る。本実施形態例では、約４μｍの球状スペーサを用い
た。

【００６４】次に、本実施例の液晶光学素子の光透過率
の測定結果を説明する。図４は、印加電圧および透過率
の時間変化を示す。

【００６５】時間０を境に、液晶層２４を挟む電極２に
印加する電圧の極性を変えて液晶光学素子２０の光透過
率を測定した。図４より、印加電圧の極性変化に伴っ
て、液晶光学素子２０の光透過率が変化していることが
わかる。印加電圧の極性変化に伴って表面液晶層４が面
内スイッチングし、この表面液晶層４の面内スイッチン
グを受けてバルク液晶層５の液晶分子が面内に配向変化
し、光透過率が変化したと考えられる。

【００６６】

【発明の効果】視野角および開口率が大きいと共に、材
料の選択肢が広く、製造が容易な液晶光学素子を提供す
ることができた。本発明は、文字、図形等を表示する表
示装置、入射光の透過量が変化する調光装置、光シャッ
タ−等に利用される液晶光学素子に好適に利用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の表面液晶層の模式図であ
る。

【図２】実施例の液晶光学素子の模式的断面図である。

【図３】実施例の液晶光学素子の模式的斜視図である。

【図４】実施例の液晶光学素子の印加電圧と透過率の時
間変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１基板２電極３配向膜４表面液晶層５バルク液晶層６偏光板２０液晶光学素子２２液晶セル２４液晶層３０液晶層３２液晶３４液晶骨格３５高分子鎖

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 GA02 GA04 HA01 HA02 HA03 HA18 JA17 KA02 KA27 MA07 2H089 HA29 QA16 SA16 TA04 TA07 TA17 4H027 BA01 BA06 BA07 BA13 BA16 BD11 BD12 BD21 BD24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極と、前記一対の電極の間に配
置された液晶層とを有する液晶光学素子であって、前記液晶層は、第１の液晶層と、前記第１の液晶層に対
して前記一対の電極の面の法線方向に隣接して配置され
た第２の液晶層とを有し、前記第１の液晶層は、重合性組成物を重合して生成され
た高分子および、液晶材料を含み、前記第２の液晶層の配向状態は、前記第１の液晶層の配
向状態によって制御される液晶光学素子。
【請求項２】前記第１の液晶層の配向状態は、前記一
対の電極に印加された電圧によって制御される請求項１
に記載の液晶光学素子。
【請求項３】前記一対の電極に電圧が印加されたとき
に、前記第１の液晶層の液晶分子の配向方向が前記液晶
層の面内で変化し、それに応じて前記第２の液晶層の液
晶分子の配向方向が前記液晶層の面内で変化する請求項
１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】前記第１の液晶層はカイラルスメクチッ
ク相を示す請求項１から３のいずれかに記載の液晶光学
素子。
【請求項５】前記第１の液晶層は、強誘電性、反強誘
電性、およびフェリ誘電性のうちの少なくともいずれか
一つを示す請求項１から４のいずれかに記載の液晶光学
素子。
【請求項６】前記第２の液晶層は、負の誘電異方性を
有するネマチック液晶材料を含む請求項１から５のいず
れかに記載の液晶光学素子。
【請求項７】前記重合性組成物は液晶性を有する請求
項１から６のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項８】前記重合性組成物は、液晶性（メタ）ア
クリレートを含む請求項１から７のいずれかに記載の液
晶光学素子。
【請求項９】前記液晶性（メタ）アクリレートは一般
式【式１】で表され、前記一般式（Ｉ）において、Ｘは水素原子またはメチル
基であり、ｎは０または１の整数であり、六員環Ａ、Ｂ
およびＣはそれぞれ、【式２】（ＩＩ）の中から独立して選択されたものであり、前記
式（ＩＩ）において、ｍは１〜４の整数であり、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ、単結合、―ＣＨ₂ＣＨ₂―、―
ＣＨ₂Ｏ―、―ＯＣＨ₂―、―ＯＣＯ―、―ＣＯＯ―、―
ＣＨ＝ＣＨ―、―ＣＦ＝ＣＦ―、―（ＣＨ₂）₄―、―Ｃ
Ｈ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ―、―ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂―、―ＣＨ＝
ＣＨＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ―、および―ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ＝ＣＨ―
の中から独立して選択されたものであり、Ｙ３は単結
合、―Ｏ―、―ＯＣＯ―、または―ＣＯＯ―であり、Ｒ
は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜２０
のアルキル基、アルケニル基、またはアルコキシル基で
ある請求項８に記載の液晶光学素子。
【請求項１０】前記一般式（Ｉ）において、前記Ｘは
前記水素原子を表し、前記ｎは０を表し、前記六員環Ａ
及びＣはそれぞれ、１，４―フェニレン基、および１，
４―トランスシクロヘキシル基の中から独立して選択さ
れたものであり、前記Ｙ１は単結合または―Ｃ≡Ｃ―を
表し、前記Ｙ３は単結合を表し、前記Rはハロゲン原
子、シアノ基または炭素原子数１〜２０のアルキル基を
表す請求項９記載の液晶光学素子。
【請求項１１】前記重合性組成物は、エポキシアクリ
レートを含む請求項１から１０のいずれか記載の液晶光
学素子。
【請求項１２】前記重合性組成物と前記液晶材料との
合計に対する前記重合性組成物の濃度が０．０５〜１０
重量％の範囲にある請求項１から１１のいずれかに記載
の液晶光学素子。