JP2500566B2 - Liquid crystal optical element and liquid crystal display element - Google Patents

Liquid crystal optical element and liquid crystal display element

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JP2500566B2
JP2500566B2 JP12423692A JP12423692A JP2500566B2 JP 2500566 B2 JP2500566 B2 JP 2500566B2 JP 12423692 A JP12423692 A JP 12423692A JP 12423692 A JP12423692 A JP 12423692A JP 2500566 B2 JP2500566 B2 JP 2500566B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、一対の電極付基板間
に、液晶が樹脂マトリクス中に分散保持された液晶光学
素子及び液晶表示素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal optical element and a liquid crystal display element in which liquid crystal is dispersed and held in a resin matrix between a pair of substrates with electrodes.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶ディスプレイは、近年その低消費電
力、低電圧駆動等の特長を生かしてパーソナルワードプ
ロセッサー、ハンドヘルドコンピューター、ポケットT
V等に広く利用されている。中でも注目され、盛んに開
発されているのが、画素電極毎に能動素子を配置した液
晶表示素子である。
2. Description of the Related Art Liquid crystal displays have recently taken advantage of their features such as low power consumption and low voltage drive, and are used in personal word processors, handheld computers and pocket T's.
Widely used for V etc. Among them, a liquid crystal display element in which an active element is arranged for each pixel electrode is attracting attention and is being actively developed.

【0003】このような液晶表示素子は当初は、DSM
(動的散乱)型の液晶を用いた液晶表示素子も提案され
ていたが、DSM型では液晶中を流れる電流値が高いた
め、消費電流が大きいという欠点があり、現在ではTN
(ツイストネマチック)型液晶を用いるものが主流とな
っており、ポケットTVとして市場に現われている。T
N型液晶では、漏れ電流は極めて小さく、消費電力が少
ないので、電池を電源とする用途には適している。
Initially, such a liquid crystal display device was manufactured by DSM.
A liquid crystal display element using a (dynamic scattering) type liquid crystal has also been proposed, but the DSM type has a drawback that it consumes a large amount of current because the current value flowing in the liquid crystal is high.
The liquid crystal using (twisted nematic) type liquid crystal has become the mainstream, and has appeared in the market as a pocket TV. T
The N-type liquid crystal has an extremely small leakage current and consumes less power, and is therefore suitable for a battery-powered application.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】能動素子を配置した液
晶表示素子をDSモードで使用する場合には、液晶自身
の漏れ電流が大きい。このため、各画素と並列に大きな
蓄積容量を設けなくてはならなく、かつ、液晶表示素子
自体の消費電力が大きくなるという問題点を有してい
た。
When a liquid crystal display element in which an active element is arranged is used in the DS mode, the leakage current of the liquid crystal itself is large. For this reason, there is a problem that a large storage capacitance must be provided in parallel with each pixel and the power consumption of the liquid crystal display element itself increases.

【0005】TNモードにおいては、液晶自身の漏れ電
流は極めて小さいので、大きな蓄積容量を付加する必要
はないし、液晶表示素子自体の消費電力は小さくでき
る。しかし、TNモードでは、2枚の偏光板を必要とす
るので、光の透過率が小さいという問題点を有してい
る。特に、カラーフィルターを用いてカラー表示を行う
場合には、入射する光の数%しか利用できないこととな
り、強い光源を必要とし、そのため結果として消費電力
を増加させてしまう。
In the TN mode, since the leakage current of the liquid crystal itself is extremely small, it is not necessary to add a large storage capacity, and the power consumption of the liquid crystal display element itself can be reduced. However, the TN mode requires two polarizing plates and thus has a problem that the light transmittance is small. In particular, when performing color display using a color filter, only a few percent of the incident light can be used, and a strong light source is required, resulting in an increase in power consumption.

【0006】また、画像の投影を行う際には極めて強い
光源を必要とし、投影スクリーン上で高いコントラスト
が得られにくいことや、光源の発熱による液晶表示素子
への影響という問題点を有している。
Further, when an image is projected, an extremely strong light source is required, and it is difficult to obtain a high contrast on the projection screen, and there is a problem that heat generation of the light source affects the liquid crystal display element. There is.

【0007】そこで、TNモードの課題を解決すべく、
ネマチック液晶を樹脂マトリクス中に分散保持した液晶
樹脂複合体を使用して、その散乱−透過特性を利用した
10V以下の低電圧で駆動できるモードが提案されてい
る。
Therefore, in order to solve the problem of the TN mode,
A liquid crystal resin composite in which a nematic liquid crystal is dispersed and held in a resin matrix is used, and its scattering-transmission characteristics are utilized.
A mode that can be driven at a low voltage of 10 V or less has been proposed.

【0008】しかし、従来の液晶樹脂複合体において
は、その電圧−透過率特性にヒステリシスが存在する、
すなわち、昇圧時と降圧時において透過率が異なるとい
う課題を有しており、そのため、表示画面の変化時に前
画面の情報が数秒以上にわたって残ってしまうという焼
付き現象が生ずることがあるという問題点があった。
However, in the conventional liquid crystal resin composite, there is hysteresis in the voltage-transmittance characteristic,
That is, there is a problem that the transmissivity is different between step-up and step-down, and therefore, when the display screen is changed, the image sticking phenomenon may occur in which the information on the previous screen remains for several seconds or more. was there.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、高輝度、高コ
ントラスト比を有し、中間調表示がきれいにでき、液晶
樹脂複合体のヒステリシスに基づく焼付き現象を低減し
た液晶光学素子及び液晶表示素子を提供するものであ
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a liquid crystal optical element and a liquid crystal display which have high brightness and a high contrast ratio, can display halftones neatly, and reduce the burn-in phenomenon due to the hysteresis of the liquid crystal resin composite. It provides an element.

【0010】即ち、一対の電極付基板間に、液晶が樹脂
マトリクス中に分散保持され、電圧印加時または非印加
時のいずれか一方でその樹脂マトリクスの屈折率が使用
する液晶の屈折率とほぼ一致し、他方で両屈折率が一致
しない液晶樹脂複合体を挟持してなる液晶光学素子にお
いて、樹脂マトリクスを構成する樹脂材料の弾性率が20
℃で 3×107N/m2 以下、40℃で 1×103N/m2 以上である
ことを特徴とする液晶光学素子、及び、その樹脂マトリ
クスを構成する樹脂材料の損失弾性率の極大になる温度
が、 0℃以下であることを特徴とする液晶光学素子、及
び、それらの樹脂マトリクスを構成する樹脂材料が光硬
化性ビニル系化合物を光硬化させたものであることを特
徴とする液晶光学素子、及び、それらの液晶光学素子の
一対の電極付基板として、画素電極毎に能動素子を設け
たアクティブマトリクス基板と、対向電極を設けた対向
電極基板とを用い、かつ、その間に挟持される液晶樹脂
複合体として、正の誘電異方性を有するネマチック液晶
が樹脂マトリクス中に分散保持され、その樹脂マトリク
スの屈折率が使用する液晶の常光屈折率(n0)とほぼ一致
するようにされた液晶樹脂複合体を用い、中間調を含む
表示を行うことを特徴とする液晶表示素子を提供するも
のである。
That is, the liquid crystal is dispersed and held in the resin matrix between the pair of electrodes-attached substrates, and the refractive index of the resin matrix is approximately equal to the refractive index of the liquid crystal used when the voltage is applied or not applied. In a liquid crystal optical element that sandwiches a liquid crystal resin composite that has the same refractive index and the other refractive index does not match, the elastic modulus of the resin material that constitutes the resin matrix is 20
Liquid crystal optical element characterized by 3 × 10 7 N / m 2 or less at 40 ° C. and 1 × 10 3 N / m 2 or more at 40 ° C., and loss loss modulus of the resin material constituting the resin matrix A liquid crystal optical element having a maximum temperature of 0 ° C. or less, and a resin material forming a resin matrix thereof is a photocurable vinyl compound photocured. A liquid crystal optical element to be used, and an active matrix substrate having an active element for each pixel electrode and a counter electrode substrate having a counter electrode are used as a pair of electrodes-attached substrates of the liquid crystal optical element, and between them. As a sandwiched liquid crystal resin composite, a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is dispersed and held in a resin matrix, and the refractive index of the resin matrix substantially matches the ordinary refractive index (n 0 ) of the liquid crystal used. Liquid crystal tree Using complex, there is provided a liquid crystal display device which is characterized in that a display including halftone.

【0011】本発明によれば上記の構成をとることによ
り、ヒステリシスに基づく焼付き現象を低減し、かつ高
コントラスト比を有し、低電圧で駆動できる液晶光学素
子及び液晶表示素子を得ることができる。
According to the present invention, by adopting the above-mentioned structure, it is possible to obtain a liquid crystal optical element and a liquid crystal display element which can reduce the image sticking phenomenon due to hysteresis, have a high contrast ratio, and can be driven at a low voltage. it can.

【0012】本発明では、一対の電極付基板間に、液晶
が樹脂マトリクス中に分散保持され、電圧印加時または
非印加時のいずれか一方でその樹脂マトリクスの屈折率
が使用する液晶の屈折率とほぼ一致し、他方で両屈折率
が一致しない液晶樹脂複合体を挟持して用いる。
In the present invention, the liquid crystal is dispersed and held in the resin matrix between the pair of electrode-attached substrates, and the refractive index of the resin matrix is used when the voltage is applied or not applied. The liquid crystal resin composite is sandwiched and used.

【0013】特に、正の誘電異方性を有するネマチック
液晶が樹脂マトリクス中に分散保持され、その樹脂マト
リクスの屈折率が使用する液晶の常光屈折率(n0)とほぼ
一致するようにされた液晶樹脂複合体を用いる。そし
て、液晶樹脂複合体を、画素電極毎に能動素子を設けた
アクティブマトリクス基板と、対向電極を設けた対向電
極基板との間に挟持する。
In particular, a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is dispersed and held in a resin matrix, and the refractive index of the resin matrix is made to substantially match the ordinary refractive index (n 0 ) of the liquid crystal used. A liquid crystal resin composite is used. Then, the liquid crystal resin composite is sandwiched between an active matrix substrate provided with an active element for each pixel electrode and a counter electrode substrate provided with a counter electrode.

【0014】この電極付基板とは、ガラス、プラスチッ
ク、セラミック等の基板上に電極が形成されたものをい
う。通常この電極は、ITO(In2O3-SnO2)やSnO2等の
透明電極とされる。さらに必要に応じて、クロム、アル
ミニウム等の金属電極を併用してもよい。また、反射型
で用いられる場合には、反射電極とされることもありう
る。また、この一対の基板としては、アクティブマトリ
クス基板と対向電極基板との組み合わせもある。
The electrode-attached substrate refers to a substrate having electrodes formed on a substrate such as glass, plastic, or ceramic. Usually, this electrode is a transparent electrode such as ITO (In 2 O 3 —SnO 2 ) or SnO 2 . Further, if necessary, a metal electrode such as chromium or aluminum may be used together. When used in a reflective type, it may be used as a reflective electrode. Further, as the pair of substrates, there is a combination of an active matrix substrate and a counter electrode substrate.

【0015】このアクティブマトリクス基板とは、基板
上に電極と、薄膜トランジスタ(TFT)、薄膜ダイオ
ード、金属絶縁体金属非線形抵抗素子(MIM)等の能
動素子とが形成された基板である。この各画素電極には
夫々に1個乃至複数個の能動素子が接続されている。ま
た、この対向電極基板は、基板上に電極が形成され、ア
クティブマトリクス基板基板と組み合わせて、表示が可
能なようにされている。
The active matrix substrate is a substrate on which electrodes and active elements such as thin film transistors (TFTs), thin film diodes, and metal insulator metal nonlinear resistance elements (MIM) are formed. One or a plurality of active elements are connected to each pixel electrode. Further, this counter electrode substrate has electrodes formed on the substrate and is combined with an active matrix substrate substrate to enable display.

【0016】この一対の電極基板間に、液晶樹脂複合体
を挟持する。この液晶樹脂複合体は、電圧の印加状態に
より、液晶樹脂複合体中の液晶の屈折率が変化する。そ
の樹脂マトリクスの屈折率が、液晶の屈折率とほぼ一致
した時に、光が透過し、一致しない時に光が散乱する。
これには、偏光板を用いていないので、明るい表示が容
易に得られる。
A liquid crystal resin composite is sandwiched between the pair of electrode substrates. In this liquid crystal resin composite, the refractive index of the liquid crystal in the liquid crystal resin composite changes depending on the voltage application state. Light is transmitted when the refractive index of the resin matrix substantially matches the refractive index of the liquid crystal, and light is scattered when they do not match.
Since a polarizing plate is not used for this, a bright display can be easily obtained.

【0017】この際、その樹脂マトリクスの屈折率が使
用する液晶の常光屈折率(n0)とほぼ一致するようにされ
ることにより、電圧を印加した時に光を透過し、電圧を
印加しない時に光が散乱することになる。電圧印加時に
は、液晶分子が電界方向に平行に配列するので、屈折率
が制御し易く、このタイプの素子は透過時に高い透過率
が得られる。
At this time, the refractive index of the resin matrix is made to substantially match the ordinary refractive index (n 0 ) of the liquid crystal used, so that light is transmitted when a voltage is applied and is transmitted when a voltage is not applied. Light will be scattered. When a voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned in parallel to the direction of the electric field, so that the refractive index is easy to control, and this type of element can obtain a high transmittance when transmitting.

【0018】本発明の液晶光学素子は、主として液晶表
示素子として用いられる。もっとも、調光窓や光シャッ
ターとして用いることもできる。この液晶表示素子とし
ては、直視型表示素子、投射型表示素子の両方で用いる
ことができる。直視型表示素子として用いる場合、得た
い表示特性に応じて、バックライト、レンズ、プリズ
ム、ミラー、拡散板、光吸収体、カラーフィルターなど
を組み合わせて表示装置を構成すればよい。
The liquid crystal optical element of the present invention is mainly used as a liquid crystal display element. However, it can also be used as a light control window or an optical shutter. As the liquid crystal display element, both a direct-view display element and a projection display element can be used. When used as a direct-view display device, a display device may be configured by combining a backlight, a lens, a prism, a mirror, a diffusion plate, a light absorber, a color filter, etc., depending on the desired display characteristics.

【0019】本発明の液晶表示素子は、特に、投射型表
示装置に適しており、投射用光源、投射光学系などと組
み合わせて、投射型液晶表示装置とすることができる。
投射用光源、投射光学系は従来から公知の投射用光源、
レンズ等の投射光学系が使用でき、通常は上記液晶表示
素子を投射用光源と投射レンズとの間に配置して用いれ
ばよい。
The liquid crystal display device of the present invention is particularly suitable for a projection type display device, and can be combined with a light source for projection, a projection optical system and the like to form a projection type liquid crystal display device.
The projection light source and the projection optical system are conventionally known projection light sources,
A projection optical system such as a lens can be used, and normally, the liquid crystal display device may be used by being arranged between the projection light source and the projection lens.

【0020】本発明の液晶光学素子では、一対の電極付
基板間に、透過−散乱型の液晶樹脂複合体を挟持してい
る。
In the liquid crystal optical element of the present invention, a transmission-scattering type liquid crystal resin composite is sandwiched between a pair of substrates with electrodes.

【0021】具体的には、本発明では、液晶光学素子と
して細かな孔の多数形成された樹脂マトリクスとその孔
の部分に充填された液晶とからなる液晶樹脂複合体を用
いる。この液晶樹脂複合体を一対の電極付基板間に挟持
する。その電極間への電圧の印加状態によりその液晶の
屈折率が変化し、樹脂マトリクスの屈折率と液晶の屈折
率との関係が変化する。これら両者の屈折率が一致した
時には透過状態となり、屈折率が異なった時には散乱状
態となるような液晶表示素子が使用できる。
Specifically, in the present invention, a liquid crystal resin composite comprising a resin matrix having a large number of fine holes and a liquid crystal filled in the holes is used as a liquid crystal optical element. The liquid crystal resin composite is sandwiched between a pair of substrates with electrodes. The refractive index of the liquid crystal changes depending on the state of voltage applied between the electrodes, and the relationship between the refractive index of the resin matrix and the refractive index of the liquid crystal changes. It is possible to use a liquid crystal display element in which the liquid crystal display element is in a transmissive state when the refractive indexes of these two are the same, and is in a scattering state when the refractive indexes are different.

【0022】この細かな孔の多数形成された樹脂マトリ
クスとその孔の部分に充填された液晶とからなる液晶樹
脂複合体は、マイクロカプセルのような液泡内に液晶が
封じ込められたような構造である。しかし、個々のマイ
クロカプセルが完全に独立していなくてもよく、多孔質
体のように個々の液晶の液泡が細隙を介して連通してい
てもよい。
A liquid crystal resin composite comprising a resin matrix having a large number of fine pores and liquid crystals filled in the pores has a structure in which liquid crystals are contained in liquid bubbles such as microcapsules. is there. However, individual microcapsules do not have to be completely independent, and liquid bubbles of individual liquid crystals may communicate with each other through a slit like a porous body.

【0023】本発明の液晶表示素子に用いる液晶樹脂複
合体は、次のようにして製造される。液晶と、樹脂マト
リクスを構成する硬化性化合物とを混ぜ合わせて溶液状
またはラテックス状にする。次いで、これを光硬化、熱
硬化、溶媒除去による硬化、反応硬化等させて樹脂マト
リクスを分離し、樹脂マトリクス中に液晶が分散した状
態をとるようにすればよい。
The liquid crystal resin composite used in the liquid crystal display device of the present invention is manufactured as follows. The liquid crystal and the curable compound forming the resin matrix are mixed to form a solution or latex. Next, the resin matrix may be separated by subjecting it to light curing, heat curing, curing by removing a solvent, reaction curing, or the like so that the liquid crystal is dispersed in the resin matrix.

【0024】本発明では、この樹脂材料として、その弾
性率が20℃で 3×107N/m2 以下、40℃で 1×103N/m2
上である樹脂材料を用いる。特に、使用温度域の多くの
部分で上記範囲に入るようにされることが好ましい。こ
れにより、ヒステリシスによる焼付き現象を低減するこ
とができる。さらに使用する硬化性化合物を、光硬化ま
たは熱硬化タイプにすることにより、密閉系内で硬化で
きるため好ましい。特に、光硬化タイプの硬化性化合物
を用いることにより、熱による影響を受けなく、短時間
で硬化させることができ好ましい。
In the present invention, a resin material having an elastic modulus of 3 × 10 7 N / m 2 or less at 20 ° C. and 1 × 10 3 N / m 2 or more at 40 ° C. is used as the resin material. In particular, it is preferable that the temperature be within the above range in many parts of the operating temperature range. Thereby, the image sticking phenomenon due to hysteresis can be reduced. Further, the curable compound used is preferably a photocurable type or a thermosetting type because it can be cured in a closed system. In particular, the use of a photocurable curable compound is preferable because it can be cured in a short time without being affected by heat.

【0025】具体的な製法としては、従来の通常のネマ
チック液晶と同様にシール材を用いてセルを形成し、注
入口から液晶と硬化性化合物との未硬化の混合物を注入
し、注入口を封止して後、光照射をするか加熱して硬化
させることもできる。
As a specific manufacturing method, a cell is formed by using a sealing material as in the case of a conventional normal nematic liquid crystal, and an uncured mixture of liquid crystal and a curable compound is injected from an injection port, and the injection port is opened. After sealing, it can be cured by irradiation with light or heating.

【0026】また、本発明の液晶光学素子の場合には、
シール材を用いなく、例えば、透明電極を設けた基板上
に、液晶と硬化性化合物との未硬化の混合物を供給し、
その後、他方の電極付基板を重ねて、光照射等により硬
化させることもできる。
In the case of the liquid crystal optical element of the present invention,
Without using a sealing material, for example, on a substrate provided with a transparent electrode, supply an uncured mixture of liquid crystal and a curable compound,
After that, the other electrode-attached substrate may be overlaid and cured by light irradiation or the like.

【0027】もちろん、その後、周辺にシール材を塗布
して周辺をシールしてもよい。この製法によれば、単に
液晶と硬化性化合物との未硬化の混合物をロールコー
ト、スピンコート、印刷、ディスペンサーによる塗布等
の供給をすればよいため、注入工程が簡便であり、生産
性が極めてよい。
Of course, thereafter, a sealing material may be applied to the periphery to seal the periphery. According to this manufacturing method, the uncured mixture of the liquid crystal and the curable compound may be simply supplied by roll coating, spin coating, printing, coating with a dispenser, etc., so that the injection step is simple and the productivity is extremely high. Good.

【0028】また、これらの液晶と硬化性化合物との未
硬化の混合物には、基板間隙制御用のセラミック粒子、
プラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサー、顔料、
色素、粘度調整剤、その他本発明の性能に悪影響を与え
ない添加剤を添加してもよい。
The uncured mixture of the liquid crystal and the curable compound contains ceramic particles for controlling the substrate gap,
Spacers such as plastic particles, glass fibers, pigments,
Dyes, viscosity modifiers, and other additives that do not adversely affect the performance of the present invention may be added.

【0029】電圧印加時に透過状態になる素子に、この
硬化工程の際に特定の部分のみに充分高い電圧を印加し
た状態で硬化させることにより、その部分を常に光透過
状態にすることができるので、固定表示したいものがあ
る場合には、そのような常透過部分を形成してもよい。
逆に、電圧印加時に散乱状態になる素子を用いた場合に
は、同様にして常散乱部分を形成できる。
By curing an element which is in a transmissive state when a voltage is applied in such a state that a sufficiently high voltage is applied only to a specific portion in this curing step, that portion can be kept in a light transmissive state at all times. If there is something that is desired to be fixedly displayed, such a normal transmission part may be formed.
On the contrary, when an element that is in a scattering state when a voltage is applied is used, the ordinary scattering portion can be formed in the same manner.

【0030】なお、この液晶樹脂複合体を使用した液晶
光学素子の透過状態での透過率は高いほどよく、散乱状
態でのヘイズ値は80%以上であることが好ましい。
The higher the transmittance in the transparent state of the liquid crystal optical element using this liquid crystal resin composite, the better, and the haze value in the scattered state is preferably 80% or more.

【0031】本発明では、電圧を印加している状態で、
樹脂マトリクス(硬化後の)の屈折率が、使用する液晶
の常光屈折率(no)と一致するようにされることが好まし
い。これにより、樹脂マトリクスの屈折率と液晶の屈折
率とが一致した時に光が透過し、一致しない時に光が散
乱(白濁)することになる。この素子の散乱性は、従来
のDSモードの液晶表示素子の場合よりも高く、高いコ
ントラスト比の表示が得られる。
In the present invention, in the state where voltage is applied,
The refractive index of the resin matrix (after curing) is preferably made to match the ordinary refractive index (n o ) of the liquid crystal used. As a result, the light is transmitted when the refractive index of the resin matrix and the refractive index of the liquid crystal match, and the light is scattered (cloudy) when they do not match. The scattering property of this element is higher than that of the conventional DS mode liquid crystal display element, and a display with a high contrast ratio can be obtained.

【0032】本発明の最も大きな目的は、液晶樹脂複合
体のヒステリシスに基づく焼付き現象を低減し、かつ低
電圧で駆動できる液晶光学素子を提供するものである。
この液晶光学素子は、能動素子と組み合わせることによ
り、高密度表示というより高い機能を発現することがで
きる。もちろんこのほか、中間調の必要な他の用途
(窓、シャッター、ディスプレイ、空間変調器など)に
おいても、その機能は有効に発揮できる。
The greatest object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element capable of reducing the image sticking phenomenon due to the hysteresis of the liquid crystal resin composite and driving at a low voltage.
By combining this liquid crystal optical element with an active element, a higher function of high density display can be exhibited. Of course, in addition to this, the function can be effectively exerted even in other applications requiring a halftone (window, shutter, display, spatial modulator, etc.).

【0033】従来の液晶樹脂複合体においては、電圧−
透過率特性にヒステリシスが存在しそれが階調表示をす
る際の問題点となっていた。ヒステリシスとは、電圧を
上昇する過程と電圧を降下させる過程において透過率が
異なるといった現象である。ヒステリシスが存在する
と、階調表示の際に前画面の情報が残ってしまう、即
ち、画像が焼付くという現象が生じ、これが、画質を低
下させていた。
In the conventional liquid crystal resin composite, the voltage-
Hysteresis is present in the transmittance characteristics, which has been a problem in gradation display. Hysteresis is a phenomenon in which the transmittance is different in the process of increasing the voltage and the process of decreasing the voltage. The presence of the hysteresis causes a phenomenon that the information on the previous screen remains in the gradation display, that is, the image is burned, which deteriorates the image quality.

【0034】液晶樹脂複合体においてヒステリシスが存
在する原因の一つは、液晶樹脂複合体が、液晶が樹脂中
に分散保持されているという構造による。即ち、分離し
て樹脂中に存在する液晶同士の相互作用によってヒステ
リシスが存在すると考えられる。このヒステリシスの大
小は、樹脂中に保持される液晶中に蓄えられる弾性的エ
ネルギー、外から印加される電界による電気的エネルギ
ーと、分離して樹脂中に存在する液晶同士の相互作用エ
ネルギーによって決定されるものである。従って、この
エネルギーバランスを最適化することによってヒステリ
シスは低減することができ、階調表示の際にも焼付きの
ない優れた表示を得ることができる。
One of the causes of the existence of hysteresis in the liquid crystal resin composite is due to the structure in which the liquid crystal is dispersed and held in the resin. That is, it is considered that there is hysteresis due to the interaction between the liquid crystals separated and present in the resin. The magnitude of this hysteresis is determined by the elastic energy stored in the liquid crystal retained in the resin, the electrical energy due to the electric field applied from the outside, and the interaction energy between the liquid crystals separated in the resin. It is something. Therefore, by optimizing this energy balance, the hysteresis can be reduced, and an excellent display without burn-in can be obtained even in gradation display.

【0035】本発明の目的は、高いコントラスト比、高
い輝度、優れた応答性を有し、ヒステリシスを低減した
液晶光学素子を得ることである。さらには、従来のTN
用の能動素子や駆動回路で駆動できる液晶光学素子を得
ることである。
An object of the present invention is to obtain a liquid crystal optical element having a high contrast ratio, high brightness, excellent responsiveness and reduced hysteresis. Furthermore, conventional TN
Is to obtain a liquid crystal optical element that can be driven by an active element or a driving circuit.

【0036】上記のエネルギーバランスを決定する重要
な要因は、樹脂中に分散保持される液晶の平均粒子径
R、液晶粒子の形状、液晶の誘電率並びにその異方性Δ
ε、液晶の弾性定数、樹脂マトリクスの弾性率、誘電率
などである。上記の目的のため最適化を行う場合、この
エネルギーバランスが素子の電圧−透過率特性、液晶の
動的特性(応答性)とも密接に関連していることを考慮
して最適化を行うことが重要である。
The important factors that determine the above energy balance are the average particle diameter R of the liquid crystal dispersed and held in the resin, the shape of the liquid crystal particles, the dielectric constant of the liquid crystal and its anisotropy Δ.
ε, elastic constant of liquid crystal, elastic modulus of resin matrix, dielectric constant and the like. When performing optimization for the above purpose, it is necessary to consider that this energy balance is closely related to the voltage-transmittance characteristic of the device and the dynamic characteristic (responsiveness) of the liquid crystal. is important.

【0037】上記のエネルギーバランスにおいて、樹脂
マトリクスの弾性的性質は、液晶配列の安定性という点
で、重要な役割を果たす。用いる液晶の持つ弾性定数と
比して充分に大きな弾性率をマトリクスが持つ場合(液
晶よりもマトリクスが充分に硬い場合)、電界の印加に
より液晶が再配列する際に、マトリクスの変形はほとん
ど生じない。このため、無電界時の液晶粒子形状のまま
液晶自体の電気的、弾性的エネルギーにより液晶配列は
決定される。
In the above energy balance, the elastic property of the resin matrix plays an important role in the stability of the liquid crystal alignment. When the matrix has a sufficiently large elastic modulus compared to the elastic constant of the liquid crystal used (when the matrix is sufficiently harder than the liquid crystal), the matrix is almost always deformed when the liquid crystal is rearranged by applying an electric field. Absent. Therefore, the liquid crystal alignment is determined by the electric and elastic energies of the liquid crystal itself while maintaining the shape of the liquid crystal particles when there is no electric field.

【0038】一方、電界印加による液晶再配列の際に、
マトリクス自体の変形を生ずる場合には、液晶自体の電
気的、弾性的エネルギーと、マトリクスの弾性的エネル
ギーにより、液晶配列は決定される。一般に、液晶の弾
性定数は10-11N程度であり、また液晶粒子の平均的直径
は 1〜 3μm程度である。このため、マトリクスの弾性
率が107N/m2 程度もしくはそれよりも小さい場合に、マ
トリクスの変形がエネルギー的に寄与するようになる。
このような柔かいマトリクスにおいては、印加された電
界に応じてマトリクスの変形をともなって液晶の再配列
が起こる。
On the other hand, when rearranging the liquid crystal by applying an electric field,
When the matrix itself is deformed, the liquid crystal alignment is determined by the electrical and elastic energy of the liquid crystal itself and the elastic energy of the matrix. Generally, the elastic constant of liquid crystal is about 10 −11 N, and the average diameter of liquid crystal particles is about 1 to 3 μm. Therefore, when the elastic modulus of the matrix is about 10 7 N / m 2 or smaller, the deformation of the matrix contributes energetically.
In such a soft matrix, liquid crystal rearrangement occurs with the deformation of the matrix according to the applied electric field.

【0039】ヒステリシスの1つの要因として、それぞ
れの液晶粒子における液晶の配列変化がその場所の誘電
率の大きな変化を生ずることが挙げられる。この誘電率
変化は他の液晶粒子の場所に対して電界の変化を生じさ
せる。このため、系に分散する液晶粒子中の液晶配列
が、外部からのある印加電圧に対して一意的には決まら
ないといった現象が生ずる。
One of the causes of hysteresis is that a change in the alignment of liquid crystals in each liquid crystal particle causes a large change in the dielectric constant at that location. This change in the dielectric constant causes a change in the electric field with respect to the location of other liquid crystal particles. Therefore, a phenomenon occurs in which the liquid crystal alignment in the liquid crystal particles dispersed in the system is not uniquely determined for a certain applied voltage from the outside.

【0040】この観点から、液晶の配列の変化時に、マ
トリクスの形状が変形し得る、即ち、柔かいということ
が望ましい。充分に硬いマトリクスにおいては、液晶と
マトリクスの境界面が固定されていることになる。これ
により、印加電界の上昇にともないある電界において急
激な配列の変化(フレデリクス転移)が生じる。このた
め、これが大きな誘電率変化を起こし、ヒステリシスを
生ずる要因となる。
From this point of view, it is desirable that the shape of the matrix can be deformed when the alignment of the liquid crystal is changed, that is, it is soft. In a sufficiently hard matrix, the boundary surface between the liquid crystal and the matrix is fixed. As a result, an abrupt array change (Freedericksz transition) occurs in a certain electric field as the applied electric field rises. Therefore, this causes a large change in the dielectric constant, which is a factor that causes hysteresis.

【0041】一方、充分に柔かいマトリクスにおいて
は、液晶配列の急激な変化は生じにくく、マトリクスの
変形により、印加されている電界に対して液晶の配列は
安定化され、ヒステリシスは低減される。また、充分に
柔かいマトリクスにおいては、外部から小さな電気的エ
ネルギーを加えることにより、液晶の配列変化とマトリ
クスの変形が起こりうる。このため、ヒステリシスの低
減と低電圧での駆動が同時に達成しやすいという利点を
も持つ。
On the other hand, in a sufficiently soft matrix, abrupt changes in the liquid crystal alignment are unlikely to occur, and the matrix deformation stabilizes the liquid crystal alignment against the applied electric field and reduces the hysteresis. Further, in a sufficiently soft matrix, a change in alignment of the liquid crystal and a deformation of the matrix may occur by applying a small electric energy from the outside. Therefore, it also has an advantage that it is easy to simultaneously achieve reduction of hysteresis and driving at low voltage.

【0042】以上に述べたことより、マトリクスを構成
する樹脂材料の弾性率としては、20℃で 3×107N/m2
下である。特に、 1.5×107N/m2 以下が好ましい。
As described above, the elastic modulus of the resin material forming the matrix is 3 × 10 7 N / m 2 or less at 20 ° C. Particularly, 1.5 × 10 7 N / m 2 or less is preferable.

【0043】マトリクスの弾性率が低すぎる場合には、
マトリクスの構造安定性に問題を生じたり、電界のオ
ン、オフの際に、液晶配列を復元させる充分な力が働か
ないといった問題が生じたりする。このため、マトリク
スの弾性率は下限を有しており、40℃で 1×103N/m2
上とされる。通常の室温程度で使用される場合には、20
〜40℃の温度域で、 3×107N/m2 〜 1×103N/m2 とされ
る。特に、 5×103N/m2以上がより好ましい。
If the elastic modulus of the matrix is too low,
This may cause a problem in the structural stability of the matrix, or a problem that a sufficient force for restoring the liquid crystal alignment does not work when the electric field is turned on and off. For this reason, the elastic modulus of the matrix has a lower limit, and is 1 × 10 3 N / m 2 or more at 40 ° C. 20 when used at normal room temperature
In the temperature range of -40 ℃, it is set to 3 × 10 7 N / m 2 〜 1 × 10 3 N / m 2 . Particularly, 5 × 10 3 N / m 2 or more is more preferable.

【0044】また、ヒステリシスの低減を実用的な温度
範囲で達成するためには、マトリクスのガラス転移温度
は使用温度域よりも充分に低いことが好ましい。具体的
には、液晶樹脂複合体の樹脂マトリクスを構成する樹脂
材料の主鎖のガラス転移に起因した損失弾性率の極大と
なる温度が、使用温度域よりも低いことが好ましい。一
般的には、損失弾性率の極大となる温度が 0℃以下であ
ることが好ましい。
In order to reduce the hysteresis in a practical temperature range, the glass transition temperature of the matrix is preferably sufficiently lower than the operating temperature range. Specifically, the temperature at which the loss elastic modulus is maximized due to the glass transition of the main chain of the resin material forming the resin matrix of the liquid crystal resin composite is preferably lower than the operating temperature range. Generally, it is preferable that the temperature at which the loss elastic modulus becomes maximum is 0 ° C. or less.

【0045】なお、ここでいう樹脂材料とは、液晶を含
まない樹脂材料そのものをさす。また、弾性率は、11H
z、動的歪が 1%以下の正弦波振幅を加え、昇温速度 3
℃/分で、引っ張り時の粘弾性測定により得られた動的
貯蔵弾性率で定義する。
The resin material here means the resin material itself which does not contain liquid crystal. The elastic modulus is 11H
z, adding a sine wave amplitude with a dynamic strain of 1% or less, heating rate 3
It is defined as the dynamic storage elastic modulus obtained by measuring the viscoelasticity at the time of pulling in ° C / min.

【0046】樹脂マトリクスの樹脂部分は、樹脂のみで
構成されていても、液晶で膨潤した樹脂で構成されても
よい。液晶で膨潤している場合には、一般に、液晶樹脂
複合体としてのガラス転移温度は、樹脂単体の場合より
も低温度域にシフトし、また、絶対的な弾性率も低下す
る。従って、上記の範囲の望ましい樹脂材料をマトリク
ス構成材料として用い、更に、液晶による膨潤を利用す
ることにより、より細かなマトリクス弾性率の制御が可
能である。マトリクス中に膨潤する液晶量は、用いる液
晶材料、樹脂材料により異なり、樹脂材料に対して、 0
〜数十wt%の膨潤量を取ることができる。
The resin portion of the resin matrix may be composed of only resin or resin swollen with liquid crystal. When the liquid crystal is swollen, the glass transition temperature of the liquid crystal resin composite generally shifts to a lower temperature range than that of the resin alone, and the absolute elastic modulus also decreases. Therefore, it is possible to control the matrix elastic modulus more finely by using the desirable resin material in the above range as the matrix constituent material and further utilizing the swelling by the liquid crystal. The amount of liquid crystal that swells in the matrix differs depending on the liquid crystal material and resin material used, and
It can take up to several tens of wt% of swelling amount.

【0047】従って、液晶で膨潤したマトリクスの弾性
率としては、一般に、上記の樹脂のみの場合の弾性率よ
りも低い範囲で規定され、20℃で 8×106N/m2 以下が好
ましく、特に、 4×106N/m2 以下がより好ましい。ま
た、下限としては、40℃で103N/m2 以上とされ、 2×10
3N/m2 以上がより好ましい。また、液晶樹脂複合体の液
晶で膨潤したマトリクスの損失弾性率の極大となる温度
は、-5℃以下であることが好ましい。
Therefore, the elastic modulus of the matrix swollen with liquid crystal is generally defined in a range lower than the elastic modulus of the above resin alone, and is preferably 8 × 10 6 N / m 2 or less at 20 ° C. Particularly, 4 × 10 6 N / m 2 or less is more preferable. The lower limit is 10 3 N / m 2 or higher at 40 ° C, which is 2 × 10
3 N / m 2 or more is more preferable. The temperature at which the loss elastic modulus of the matrix swollen with the liquid crystal of the liquid crystal resin composite becomes maximum is preferably -5 ° C or lower.

【0048】一方、樹脂が-(Si(CH3)2-O-)n-(ポリシロ
キサン構造)や、-C6H12- (ヘキサメチレン構造)等を
含むことで、そのガラス転移温度を低下させることが可
能であり、ここで用いる樹脂の一部にこのような構造を
設けてもよい。
[0048] On the other hand, the resin - and (polysiloxane structure), -C 6 H 12 - - (Si (CH 3) 2 -O-) n ( hexamethylene structure) or the like by including, its glass transition temperature It is possible to lower the temperature, and a part of the resin used here may be provided with such a structure.

【0049】さらに、1分子中の硬化部位の数としては
1〜10のものが選ばれるが、構造の安定性という意味で
2〜 6官能のものを、マトリクスを構成する樹脂の 5wt
%以上用いることが好ましい。さらには、液晶樹脂複合
体の液晶粒子径、粒子径分布、粒子密度などを制御する
ためには、分子量の異なる 2種以上の硬化性化合物を混
合して用いることが好ましく、それらの分子量の最大の
ものと最小のものとの比が、 1.5倍以上あるものが好ま
しい。
Further, as the number of curing sites in one molecule,
1 to 10 are selected, but in terms of structural stability
2 to 6 functional ones, 5 wt% of resin that constitutes the matrix
% Or more is preferably used. Furthermore, in order to control the liquid crystal particle diameter, particle diameter distribution, particle density, etc. of the liquid crystal resin composite, it is preferable to use a mixture of two or more curable compounds having different molecular weights, and the maximum molecular weight It is preferable that the ratio of the minimum value to the minimum value is 1.5 times or more.

【0050】具体的な製造方法としては、硬化後に上記
物性範囲を満たす硬化性化合物を液晶材料と均一に溶解
させ、硬化性化合物の硬化により液晶と樹脂マトリクス
の相分離構造を形成させる手法などが挙げられる。この
際、他の硬化性化合物や反応開始剤等を適宜混合するこ
とにより硬化前後の系の相溶性のバランスとマトリクス
の特性を制御することが可能である。特に、光硬化性ビ
ニル系化合物を用い、光照射により相分離構造を形成す
ることは、構造制御、生産性の両面から望ましいもので
ある。この場合、アクリル系樹脂、特に、官能基として
アクリル基を持つものが望ましい。
As a concrete manufacturing method, there is a method in which a curable compound satisfying the above physical properties is uniformly dissolved with a liquid crystal material after curing, and a phase separation structure of a liquid crystal and a resin matrix is formed by curing the curable compound. Can be mentioned. At this time, it is possible to control the balance of the compatibility of the system before and after curing and the characteristics of the matrix by appropriately mixing other curable compounds, reaction initiators and the like. In particular, it is desirable to use a photocurable vinyl compound to form a phase-separated structure by light irradiation, from the viewpoint of both structure control and productivity. In this case, an acrylic resin, particularly one having an acrylic group as a functional group is desirable.

【0051】液晶粒子が樹脂マトリクス中に分散してい
ることに伴うヒステリシスを低減するには、液晶の誘電
率、その異方性Δε並びに樹脂マトリクスの誘電率のバ
ランスを取ることも重要である。また、液晶の粒子の形
状も、重要な因子である。これら、他の要因とのバラン
スを取ることによって、本発明の効果は強めることが可
能である。使用する液晶の誘電異方性Δεとしては、 5 < Δε < 13 の関係を満たすことが好ましい範囲である。
In order to reduce the hysteresis caused by the liquid crystal particles dispersed in the resin matrix, it is important to balance the dielectric constant of the liquid crystal, its anisotropy Δε and the dielectric constant of the resin matrix. The shape of liquid crystal particles is also an important factor. The effect of the present invention can be enhanced by balancing these factors. The dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal used is preferably in the range of satisfying the relationship of 5 <Δε <13.

【0052】Δεは、ヒステリシス並びに駆動電圧双方
と関係する量であり、上限は、ヒステリシスの大きさよ
り、下限は駆動電圧より決められる。この条件はΔεが
大きいほど駆動電圧が低くなるという従来のTN型液晶
表示素子の常識からは一見不利に見える。しかし、この
ような液晶粒子の分散した系においては、駆動電圧がΔ
εの平方根に反比例するという従来のTN型液晶表示素
子の概念は成立しない。
Δε is a quantity related to both hysteresis and drive voltage, and the upper limit is determined by the size of hysteresis and the lower limit is determined by the drive voltage. This condition seems to be disadvantageous from the common sense of the conventional TN type liquid crystal display element that the driving voltage becomes lower as Δε increases. However, in such a system in which liquid crystal particles are dispersed, the driving voltage is Δ
The concept of the conventional TN type liquid crystal display device that is inversely proportional to the square root of ε does not hold.

【0053】これは、液晶部分とマトリクス部分への電
圧配分が液晶の配列により異なるためである。一般にこ
のような系では、Δεは駆動電圧にあまり大きな影響は
示さず、Δεが 5より大きな範囲では、Δεを小さくす
ることにより駆動電圧が極めて高くなるということはな
い。
This is because the voltage distribution to the liquid crystal portion and the matrix portion differs depending on the arrangement of the liquid crystals. Generally, in such a system, Δε does not show a great influence on the driving voltage, and in the range where Δε is larger than 5, the driving voltage does not become extremely high by reducing Δε.

【0054】また、ヒステリシスの低減には、液晶樹脂
複合体のしきい値電圧以下の充分に低い電圧に対する誘
電率εm と、使用する液晶の誘電率異方性Δεが、 Δε < 1.45・εm の関係を持つことが好ましい。
In order to reduce the hysteresis, the dielectric constant ε m of the liquid crystal resin composite at a sufficiently low voltage equal to or lower than the threshold voltage and the dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal used are Δε <1.45 · ε. It is preferable to have a relationship of m .

【0055】Δεがこの範囲より大きいと、1つの液晶
粒子内の液晶の動きがその粒子内の大きな誘電率変化と
なる。その結果、その粒子の周辺に大きな電界変化を生
じさせる。このため、ヒステリシスを引き起こす要因で
ある液晶粒子間の電気的相互作用が大きくなってしま
う。εm は、樹脂マトリクスの誘電率とも関係する量で
あり、樹脂マトリクスの誘電率が増大すると、液晶樹脂
複合体全体の誘電率εmは増大し、取りうるΔεの範囲
も広がる。
When Δε is larger than this range, the movement of the liquid crystal within one liquid crystal particle causes a large change in the dielectric constant within the particle. As a result, a large electric field change occurs around the particles. Therefore, the electrical interaction between the liquid crystal particles, which is a factor that causes hysteresis, becomes large. ε m is a quantity that is also related to the dielectric constant of the resin matrix, and when the dielectric constant of the resin matrix increases, the dielectric constant ε m of the entire liquid crystal resin composite increases and the range of possible Δε also widens.

【0056】本発明で使用する液晶は、ネマチック液晶
またはスメクチック液晶が使用できるが、ネマチック液
晶の使用が好ましい。また、その一部にコレステリック
液晶を添加したり、2色性色素や単なる色素を添加した
りしてもよい。さらに、これに粘度調整剤、アルミナ粒
子やガラス繊維等のスペーサー、その他添加剤等を加え
てもよい。
The liquid crystal used in the present invention may be a nematic liquid crystal or a smectic liquid crystal, but a nematic liquid crystal is preferably used. Further, a cholesteric liquid crystal may be added to a part thereof, or a dichroic dye or a simple dye may be added. Further, a viscosity modifier, spacers such as alumina particles and glass fibers, and other additives may be added thereto.

【0057】液晶の屈折率異方性Δn も、電気光学特性
を決める重要な要因である。電界をかけない状態での散
乱性を大きく取るためには、使用する液晶の屈折率異方
性が0.18以上であることが好ましく、特には0.20以上が
より好ましい。
The refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal is also an important factor that determines the electro-optical characteristics. In order to obtain a large scattering property without applying an electric field, the liquid crystal to be used preferably has a refractive index anisotropy of 0.18 or more, and more preferably 0.20 or more.

【0058】本発明では、電圧印加時に液晶と樹脂マト
リクスの屈折率が一致するようにすることにより、透過
時の透過率が高くなるので好ましい。このため、正の誘
電異方性のネマチック液晶を使用し、液晶の常光屈折率
(no)が樹脂マトリクスの屈折率npとほぼ一致するようす
ることが好ましい。この時、電圧印加時に高い透明性が
得られる。具体的にはno−0.03<np<no+0.05の関係を
満たすことが好ましい。
In the present invention, it is preferable that the liquid crystal and the resin matrix have the same refractive index when a voltage is applied, because the transmittance at the time of transmission becomes high. Therefore, a nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy is used, and the ordinary refractive index of the liquid crystal is used.
It is preferable that (n o ) substantially matches the refractive index n p of the resin matrix. At this time, high transparency is obtained when a voltage is applied. Specifically, it is preferable to satisfy the relationship of n o -0.03 <n p <n o +0.05.

【0059】樹脂マトリクス中に分散保持される液晶
は、独立した粒子、または一部が連通した粒子であるこ
とが好ましい。これは、高い散乱能と低電圧で駆動した
際の高い透過性を両立するために有効である。散乱は液
晶と樹脂の界面の存在により引き起こされる。このた
め、この界面の面積が大きいほど散乱性は向上する。
The liquid crystal dispersed and held in the resin matrix is preferably independent particles or particles partially communicating with each other. This is effective in achieving both high scattering power and high transparency when driven at a low voltage. Scattering is caused by the presence of the liquid crystal / resin interface. Therefore, the larger the area of this interface, the higher the scattering property.

【0060】ある最適な平均粒子径で、この界面の面積
を増大させるためには、独立して樹脂と分離した液晶量
を多くする、即ち、液晶粒子密度を多くすることが重要
である。しかし、樹脂と分離した液晶量を増大していく
と、いずれ夫々の液晶粒子が連通するようになり、さら
には液晶が全て連通した構造を取るようになる。これは
樹脂と分離した液晶界面の喪失につながるため、散乱能
の低下につながる。
In order to increase the area of this interface with a certain optimum average particle diameter, it is important to increase the amount of liquid crystal separated from the resin independently, that is, increase the liquid crystal particle density. However, when the amount of liquid crystal separated from the resin is increased, the respective liquid crystal particles eventually come into communication with each other, and further, the liquid crystal comes to have a structure in which they all communicate with each other. This leads to the loss of the liquid crystal interface separated from the resin, leading to a decrease in the scattering ability.

【0061】また、駆動電圧を低くするためには、樹脂
中に保持される夫々の液晶がほぼ等しい駆動電界を持つ
ことが重要である。このためには、液晶が明確な界面を
樹脂との間に持つ方が有利であり、界面の喪失は駆動電
界の分散につながり、コントラスト比の低下と駆動電圧
の上昇を生じる傾向がある。このため、樹脂中に分散保
持される液晶は、高密度に存在する独立粒子または一部
が連通した粒子であることが好ましい。
Further, in order to lower the driving voltage, it is important that the respective liquid crystals held in the resin have substantially the same driving electric field. For this purpose, it is advantageous for the liquid crystal to have a clear interface with the resin, and the loss of the interface leads to dispersion of the driving electric field, which tends to cause a decrease in contrast ratio and an increase in driving voltage. For this reason, it is preferable that the liquid crystal dispersed and held in the resin is independent particles that are present at a high density or particles that partially communicate with each other.

【0062】上記の説明では、単独の液晶光学素子の場
合を説明している。投射型液晶表示装置等に用いるよう
に、例えば3個の液晶表示素子を用い、RGB3色の光
を各液晶表示素子に分けて透過させる場合には、各色毎
に液晶の粒径、基板間隙、液晶の屈折率等を調整して、
各色毎にその特性を揃えておくことが好ましい。
In the above description, the case of a single liquid crystal optical element has been described. For example, when three liquid crystal display elements are used and light of RGB three colors is divided and transmitted to each liquid crystal display element as in a projection type liquid crystal display device, the liquid crystal particle size, substrate gap, Adjust the refractive index of the liquid crystal,
It is preferable to have the same characteristics for each color.

【0063】また、無電界時の散乱性を向上させるに
は、液晶樹脂複合体の動作可能な液晶の体積分率Φを増
加させることが有効である。具体的にはΦ>20%が好ま
しく、より高い散乱性を有するにはΦ>35%が好まし
く、さらにはΦ>45%が好ましい。一方Φがあまり大き
くなると、液晶樹脂複合体の構造安定性が悪くなるた
め、Φ<70%が好ましい。
Further, in order to improve the scattering property under no electric field, it is effective to increase the volume fraction Φ of the operable liquid crystal of the liquid crystal resin composite. Specifically, Φ> 20% is preferable, Φ> 35% is more preferable to have higher scattering property, and Φ> 45% is further preferable. On the other hand, if Φ is too large, the structural stability of the liquid crystal resin composite deteriorates, so Φ <70% is preferable.

【0064】本発明の液晶光学素子は、その樹脂マトリ
クスの屈折率が使用する液晶の常光屈折率(n0)とほぼ一
致するようにすることが好ましい。この場合、電圧が印
加されていない場合は、強制的に基板に垂直方向に配列
していない液晶と、樹脂マトリクスの屈折率の違いによ
り、散乱状態(つまり白濁状態)を示す。このため、電
極のない部分は光が散乱される。
In the liquid crystal optical element of the present invention, it is preferable that the refractive index of the resin matrix of the liquid crystal optical element substantially matches the ordinary refractive index (n 0 ) of the liquid crystal used. In this case, when a voltage is not applied, a scattering state (that is, a white turbid state) is exhibited due to the difference in refractive index between the liquid crystal that is not forcibly aligned in the direction perpendicular to the substrate and the resin matrix. For this reason, light is scattered at the portion where there is no electrode.

【0065】この液晶光学素子を投射型表示装置として
用いる場合には、画素部分以外の部分は光が散乱される
ので、遮光膜を設けなくても、光が投射スクリーンに到
達しないため、黒く見える。このことにより、画素電極
以外の部分からの光の漏れを防止するために、画素電極
以外の部分を遮光膜等で遮光する必要がない。このた
め、遮光膜の形成工程が不要となるという利点も有す
る。
When this liquid crystal optical element is used as a projection type display device, since light is scattered at portions other than the pixel portion, light does not reach the projection screen even if a light shielding film is not provided, so that it looks black. . Thus, in order to prevent light from leaking from the portion other than the pixel electrode, it is not necessary to shield the portion other than the pixel electrode with a light shielding film or the like. Therefore, there is also an advantage that the step of forming the light shielding film is unnecessary.

【0066】これに所望の画素に電界を印加する。この
電界を印加された画素部分では、液晶が配列し、液晶の
常光屈折率(no)と樹脂マトリクスの屈折率(np)とが一致
する。これにより透過状態を示し、当該所望の画素で光
が透過することとなり、投射スクリーンに明るく表示さ
れる。
An electric field is applied to desired pixels. In the pixel portion to which this electric field is applied, the liquid crystal is aligned, and the ordinary refractive index (n o ) of the liquid crystal and the refractive index (n p ) of the resin matrix match. As a result, a transparent state is shown, and light is transmitted through the desired pixel, which is brightly displayed on the projection screen.

【0067】この素子に、この硬化工程の際に特定の部
分のみに充分に高い電圧を印加した状態で硬化させるこ
とにより、その部分を常に光透過状態とすることができ
る。固定表示したいものがある場合にはそのような常透
過部分を形成してもよい。
By curing this device in such a state that a sufficiently high voltage is applied only to a specific portion during this curing step, that portion can be kept in a light transmitting state at all times. When there is something that is desired to be fixedly displayed, such a normal transmission part may be formed.

【0068】また、本発明の液晶表示素子は、カラーフ
ィルターを設けることによりカラー表示を行うことがで
きる。このカラーフィルターは、1個の液晶表示素子に
3色設けてもよいし、1個の液晶表示素子に1色設けて
もこれを3個組み合わせてもよい。このカラーフィルタ
ーは、基板の電極面側に設けてもよいし、外側に設けて
もよい。
Further, the liquid crystal display element of the present invention can perform color display by providing a color filter. This color filter may be provided in three colors in one liquid crystal display element, one color in one liquid crystal display element, or a combination of three colors. This color filter may be provided on the electrode surface side of the substrate or may be provided on the outside.

【0069】また、液晶樹脂複合体中に染料、顔料等を
混入しておくことにより、カラー表示を行うようにして
もよい。
Color display may be performed by mixing a dye, a pigment or the like in the liquid crystal resin composite.

【0070】図1は、本発明の例の断面図であり、アク
ティブマトリクス基板を使用した液晶表示素子の例の断
面図である。図1において、 1は液晶表示素子、 2はア
クティブマトリクス基板用のガラス、プラスチック等の
基板、 3はITO(In2O3-SnO2)、SnO2等の画素電極、 4
はトランジスタ、ダイオード、非線形抵抗素子等の能動
素子、 5は対向電極基板用のガラス、プラスチック等の
基板、 6はITO、SnO2 等の対向電極、 7は両基板間に
挟持された液晶樹脂複合体を示している。
FIG. 1 is a sectional view of an example of the present invention and is a sectional view of an example of a liquid crystal display device using an active matrix substrate. In FIG. 1, 1 is a liquid crystal display element, 2 is a glass or plastic substrate for an active matrix substrate, 3 is a pixel electrode such as ITO (In 2 O 3 -SnO 2 ), SnO 2, and the like, 4
Is an active element such as a transistor, a diode or a non-linear resistance element, 5 is a glass or plastic substrate for the counter electrode substrate, 6 is a counter electrode such as ITO or SnO 2 and 7 is a liquid crystal resin composite sandwiched between both substrates Showing the body.

【0071】図2は、図1の液晶表示素子を用いた投射
型液晶表示装置の模式図である。図2において、11は投
射用光源、21は液晶表示素子、13はレンズ、アパーチャ
ー等を含む投射光学系、14は投射する投射スクリーンを
示している。なお、投射光学系はこの例では、孔のあい
た板であるアパーチャーやスポット15、集光レンズ16、
投射レンズ17を含んでいる。
FIG. 2 is a schematic view of a projection type liquid crystal display device using the liquid crystal display element of FIG. In FIG. 2, 11 is a light source for projection, 21 is a liquid crystal display element, 13 is a projection optical system including a lens and an aperture, and 14 is a projection screen for projection. Incidentally, the projection optical system is, in this example, an aperture or a spot 15 which is a plate with holes, a condenser lens 16,
It includes a projection lens 17.

【0072】能動素子としてTFT(薄膜トランジス
タ)等の3端子素子を使用する場合、対向電極基板は全
画素共通のベタ電極を設ければよい。MIM素子、PI
Nダイオード等の2端子素子を用いる場合には、対向電
極基板はストライプ状のパターニングをされる。
When a three-terminal element such as a TFT (thin film transistor) is used as an active element, the counter electrode substrate may be provided with a solid electrode common to all pixels. MIM element, PI
When using a two-terminal element such as an N diode, the counter electrode substrate is patterned in a stripe shape.

【0073】また、能動素子として、TFTを用いる場
合には、半導体材料としてはシリコンが好適であり得
る。特に多結晶シリコンは、非結晶シリコンのように感
光性がないため、光源からの光を遮光膜により遮光しな
くてもまたは厳密な遮光膜でなくても誤動作しにくく、
好ましい。この多結晶シリコンは、本発明のように投射
型液晶表示装置として用いる場合、強い投射用光源を利
用でき、明るい表示が得られる。
When a TFT is used as the active element, silicon may be suitable as the semiconductor material. In particular, since polycrystalline silicon has no photosensitivity like amorphous silicon, malfunction does not easily occur even if the light from the light source is not blocked by the light blocking film or is not a strict light blocking film.
preferable. When this polycrystalline silicon is used as a projection type liquid crystal display device as in the present invention, a strong light source for projection can be used and a bright display can be obtained.

【0074】また、従来のTN型液晶光学素子の場合に
は、画素間からの光の漏れを抑止するために、画素間に
遮光膜を形成することが多い。この際に、ついでに能動
素子部分にも同時遮光膜を形成することができる。この
ため、能動素子部分に遮光膜を形成することは全体の工
程にあまり影響を与えない。即ち、能動素子として多結
晶シリコンを用いて、能動素子部分に遮光膜を形成しな
いことにしても、画素間に遮光膜を形成する必要があれ
ば、工程を減らすことはできない。
Further, in the case of the conventional TN type liquid crystal optical element, a light-shielding film is often formed between the pixels in order to suppress light leakage between the pixels. At this time, the simultaneous light-shielding film can be subsequently formed on the active element portion. Therefore, forming the light-shielding film on the active element portion does not significantly affect the entire process. That is, even if polycrystalline silicon is used as the active element and the light shielding film is not formed in the active element portion, the number of steps cannot be reduced if the light shielding film needs to be formed between the pixels.

【0075】これに対して、本発明では、前述の如く、
樹脂マトリクスの屈折率が使用する液晶の常光屈折率(n
o)とほぼ一致するようにされた液晶樹脂複合体を使用す
ることが好ましい。これにより、電界を印加しない部分
では光が散乱して投射された投射スクリーン上では黒く
なるため、画素間に遮光膜を形成しなくてよい。一方、
能動素子として多結晶シリコンを用いる場合、能動素子
部分に遮光膜を形成しなくてもよい。このため、遮光膜
を形成する工程をなくすことができ、生産性が向上す
る。
On the other hand, in the present invention, as described above,
The refractive index of the liquid crystal used is the ordinary refractive index (n
It is preferable to use a liquid crystal resin composite which is made to substantially match o ). As a result, light is scattered in the portion to which the electric field is not applied and becomes black on the projection screen on which the light is projected. Therefore, it is not necessary to form the light shielding film between the pixels. on the other hand,
When polycrystalline silicon is used as the active element, the light shielding film need not be formed in the active element portion. Therefore, the step of forming the light-shielding film can be eliminated, and the productivity is improved.

【0076】なお、非結晶シリコンを用いても、その半
導体部分に遮光膜を形成すれば、使用することができ
る。電極は通常は透明電極とされるが、反射型の液晶表
示装置として使用する場合には、クロム、アルミニウム
等の反射電極としてもよい。
Even if amorphous silicon is used, it can be used if a light-shielding film is formed on the semiconductor portion thereof. The electrodes are usually transparent electrodes, but when used as a reflective liquid crystal display device, they may be reflective electrodes of chromium, aluminum, or the like.

【0077】本発明の液晶光学素子は、このほか赤外線
カットフィルター、紫外線カットフィルター等を積層し
たり、文字、図形等を印刷したりしてもよいし、複数枚
の液晶光学素子を用いたりするようにしてもよい。
In addition to the above, the liquid crystal optical element of the present invention may be laminated with an infrared cut filter, an ultraviolet cut filter or the like, or may be printed with characters or figures, or a plurality of liquid crystal optical elements may be used. You may do it.

【0078】さらに、本発明では、この液晶光学素子の
外側にガラス板、プラスチック板等の保護板を積層して
もよい。これにより、その表面を加圧しても、破損する
危険性が低くなり、安全性が向上する。
Further, in the present invention, a protective plate such as a glass plate or a plastic plate may be laminated on the outside of the liquid crystal optical element. As a result, even if the surface is pressed, the risk of damage is reduced, and safety is improved.

【0079】本発明では、前述の液晶樹脂複合体を構成
する硬化性化合物として、光硬化性化合物を用いる場
合、光硬化ビニル系化合物の使用が好ましい。具体的に
は、光硬化性アクリル系化合物が好ましい。
In the present invention, when a photocurable compound is used as the curable compound constituting the above-mentioned liquid crystal resin composite, it is preferable to use a photocurable vinyl compound. Specifically, a photocurable acrylic compound is preferable.

【0080】本発明の液晶は、光硬化性化合物を用いた
場合には、光硬化性化合物を均一に溶解することが好ま
しい。そして、光露光後の硬化物は溶解しない、もしく
は溶解困難なものとされる。液晶の組成物を用いる場合
は、個々の液晶の溶解度ができるだけ近いものが望まし
い。
When a photocurable compound is used in the liquid crystal of the present invention, it is preferable that the photocurable compound is uniformly dissolved. The cured product after light exposure is not dissolved or is difficult to dissolve. When a liquid crystal composition is used, it is desirable that the solubilities of the individual liquid crystals be as close as possible.

【0081】本発明では、液晶樹脂複合体として液晶を
溶媒として使用し、光露光により光硬化性化合物を硬化
させることにより、硬化時に不要となる単なる溶媒や水
を蒸発させる必要がない。このため、密閉系で硬化でき
るため、従来のセルへの注入という製造法がそのまま採
用でき、信頼性が高くなる。さらに、光硬化性化合物で
2枚の基板を接着する効果も有するため、より信頼性が
高くなる。
In the present invention, liquid crystal is used as a solvent in the liquid crystal resin composite, and the photocurable compound is cured by photoexposure, so that there is no need to evaporate a simple solvent or water which is unnecessary at the time of curing. Therefore, since it can be cured in a closed system, the conventional manufacturing method of injecting into a cell can be adopted as it is, and the reliability is increased. Furthermore, with a photocurable compound
Since it also has the effect of adhering two substrates, the reliability becomes higher.

【0082】本発明では、このように液晶樹脂複合体と
することにより、上下の透明電極が短絡する危険性が低
くなる。さらに、通常のTN型の表示素子のように配向
や基板間隙を厳密に制御する必要もなく、透過状態と散
乱状態とを制御しうる液晶光学素子を極めて生産性良く
製造できる。
In the present invention, the use of the liquid crystal resin composite as described above reduces the risk of short circuit between the upper and lower transparent electrodes. Further, unlike a normal TN type display element, it is not necessary to strictly control the orientation and the substrate gap, and a liquid crystal optical element capable of controlling the transmission state and the scattering state can be manufactured with extremely high productivity.

【0083】投射用光源、投射光学系、投射スクリーン
等は従来からの投射用光源、投射光学系、投射スクリー
ンが使用でき、投射用光源と投射光学系との間に本発明
の液晶表示素子を配置すればよい。もちろん、複数の液
晶表示素子の像を光学系を用いて合成して表示するよう
にしてもよい。また、これに冷却系を付加したり、LE
D等のTVチャンネル表示等を付加したりしてもよい。
As the projection light source, the projection optical system, the projection screen, etc., the conventional projection light source, projection optical system and projection screen can be used, and the liquid crystal display device of the present invention is provided between the projection light source and the projection optical system. Just place it. Of course, images of a plurality of liquid crystal display elements may be combined and displayed using an optical system. Also, a cooling system can be added to this, or LE
A TV channel display such as D may be added.

【0084】特に、この投射型の表示をする場合、光路
上に拡散光を減ずる装置、例えば、図2の15で示される
ようなアパーチャーやスポットを設置することにより、
表示コントラストを大きくすることができる。
Particularly, in the case of this projection type display, by installing a device for reducing diffused light on the optical path, for example, an aperture or spot as shown by 15 in FIG.
The display contrast can be increased.

【0085】即ち、拡散光を減ずる装置とは、液晶光学
素子を通過した光の内、入射光に対して直進する光(画
素部分が透過状態の部分を透過する光)を取り出し、直
進しない光(液晶樹脂複合体が散乱状態の部分で散乱さ
れる光)を減ずるものであればよい。特に、直進する光
は減ずることなく、直進しない光、即ち、拡散光を減ず
ることが好ましい。
That is, the device for reducing the diffused light is the light that goes straight to the incident light (the light that passes through the portion where the pixel portion is in the transmission state) out of the light that has passed through the liquid crystal optical element and does not go straight. Any light source capable of reducing (light scattered by the liquid crystal resin composite in the scattering state) may be used. In particular, it is preferable to reduce light that does not travel straight, that is, diffused light, without reducing light that travels straight.

【0086】具体的な装置としては、図2のように、液
晶表示素子と投射光学系とで構成され、液晶表示素子1
2、集光レンズ16、孔のあいた板であるアパーチャーや
スポット15、投射レンズ17を設けたものがある。
As a concrete device, as shown in FIG. 2, the liquid crystal display element 1 is composed of a liquid crystal display element and a projection optical system.
2, some have a condenser lens 16, an aperture or a spot 15 which is a plate with holes, and a projection lens 17.

【0087】この例によれば、投射用光源からでて液晶
表示素子12を通過した光のうち、入射光に対して直進す
る光は集光レンズ16により集光され、アパーチャーやス
ポット15に開けられた孔を通過して、投射レンズ17を通
し投射される。一方、液晶表示素子12で散乱させられた
直進しない光は、集光レンズ16により集光されても、ア
パーチャーやスポット15に開けられた孔を通過しない。
このため、散乱光が投射されないことになり、コントラ
スト比が向上する。
According to this example, of the light that has passed through the liquid crystal display element 12 from the projection light source, the light that goes straight on with respect to the incident light is condensed by the condensing lens 16 and opened to the aperture or spot 15. The light passes through the hole and is projected through the projection lens 17. On the other hand, the non-straight light scattered by the liquid crystal display element 12 does not pass through the aperture or the hole formed in the spot 15 even if it is condensed by the condenser lens 16.
Therefore, scattered light is not projected and the contrast ratio is improved.

【0088】また、他の例としては、アパーチャーやス
ポット15の代りに、小さな面積を有する鏡を同じ位置に
斜めに配置し、反射させてその光軸上に配置された投射
レンズを通して投射させることもできる。また、このよ
うな集光レンズを用いることなく、投射レンズにより光
線が絞られる位置にスポット、鏡等を設置してもよい。
また、特別なアパーチャー等を用いなくとも、投射用レ
ンズの焦点距離、口径を、散乱光が除去されるように選
択してもよい。
Further, as another example, instead of the aperture or the spot 15, a mirror having a small area is obliquely arranged at the same position, reflected and projected through a projection lens arranged on the optical axis. You can also Further, a spot, a mirror or the like may be installed at a position where the light beam is focused by the projection lens without using such a condenser lens.
Further, the focal length and aperture of the projection lens may be selected so as to remove scattered light without using a special aperture or the like.

【0089】また、マイクロレンズ系なども用いること
もできる。具体的には、液晶表示素子の投射光学系側に
マイクロレンズアレイと細やかな穴がアレイ化されたス
ポットアレイを配置して、不要な散乱光を除去すること
ができる。この場合、散乱光除去に必要な光路長を非常
に短くすることができるため全体の投射型表示装置をコ
ンパクトにできるという利点を持つ。光路長の短縮に関
しては、投射光学系の中に拡散光を減ずる装置である散
乱除去系を組み込むことも有効である。この場合、独立
に投射光学系と散乱除去系を設置するより光学系がシン
プルになると共に、サイズを小さく抑えることができ
る。
A microlens system or the like can also be used. Specifically, by disposing a microlens array and a spot array in which fine holes are arrayed on the projection optical system side of the liquid crystal display element, unnecessary scattered light can be removed. In this case, since the optical path length required for removing scattered light can be made extremely short, there is an advantage that the entire projection display device can be made compact. In order to shorten the optical path length, it is also effective to incorporate a scattering removal system, which is a device for reducing diffused light, in the projection optical system. In this case, the size of the optical system can be reduced and the size of the optical system can be simplified as compared with the case where the projection optical system and the scattering elimination system are independently installed.

【0090】これらの光学系は、ミラー、ダイクロイッ
クミラー、プリズム、ダイクロイックプリズム、レンズ
などと組合せ、画像の合成、カラー化ができる。また、
カラーフィルターと組み合わせることによっても画像の
カラー化が可能である。
These optical systems can be combined with a mirror, a dichroic mirror, a prism, a dichroic prism, a lens, etc. to synthesize an image and colorize it. Also,
Images can be colored by combining with a color filter.

【0091】投射スクリーン上に到達する直進成分と散
乱成分との比は、スポット、鏡等の径及びレンズの焦点
距離により制御可能で、所望の表示コントラスト、表示
輝度を得られるように設定すればよい。
The ratio of the straight-ahead component and the scattered component reaching the projection screen can be controlled by the diameter of the spot, the mirror, etc. and the focal length of the lens, and can be set so that desired display contrast and display brightness can be obtained. Good.

【0092】図2のような拡散光を減ずる装置を用いる
場合、表示の輝度を上げるためには、投射用光源から液
晶表示素子に入射される光はより平行であることが好ま
しい。そのためには、高輝度でかつできるだけ点光源に
近い光源と、凹面鏡、コンデンサーレンズ等を組み合わ
せて投射用光源を構成することが好ましい。
When a device for reducing diffused light as shown in FIG. 2 is used, in order to increase the display brightness, it is preferable that the light incident on the liquid crystal display element from the projection light source is more parallel. For that purpose, it is preferable to configure a projection light source by combining a light source having high brightness and as close as possible to a point light source, a concave mirror, a condenser lens, and the like.

【0093】また、上記の説明では、主として透過型液
晶表示装置で説明したが、反射型の投射型液晶表示装置
であってもよい。例えば、スポットの代りに小型の鏡を
配置して必要な光のみを取り出すようにすることができ
る。
Further, in the above description, the transmission type liquid crystal display device was mainly explained, but a reflection type projection type liquid crystal display device may be used. For example, a small mirror can be placed instead of the spot so that only the necessary light is extracted.

【0094】[0094]

【実施例】実施例1 誘電異方性が正のネマチック液晶(Δn =0.24、Δε=
11.8、K33 =15×10-12N、η=40cSt )とアクリレート
モノマー 2種(2-エチルヘキシルアクリレート、2-ヒド
ロキシエチルアクリレート)、 2官能ウレタンアクリレ
ートオリゴマー(日本化薬社製「UX4101」)、光反応開
始剤を、均一に溶解し、未硬化の混合物を製造した。混
合物における液晶の分率は66wt%であった。
EXAMPLES Example 1 A nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy (Δn = 0.24, Δε =
11.8, K33 = 15 × 10 -12 N, η = 40cSt) and 2 kinds of acrylate monomers (2-ethylhexyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate), bifunctional urethane acrylate oligomer (“UX4101” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), light The reaction initiator was uniformly dissolved to prepare an uncured mixture. The liquid crystal fraction in the mixture was 66 wt%.

【0095】一方、多結晶シリコンTFTが画素毎に形
成されたアクティブマトリクス基板と、全面ベタ電極が
形成された対向電極基板とを、周辺部に配置したシール
材でシールして、電極基板間隙13μmのセルを形成し
た。
On the other hand, the active matrix substrate in which the polycrystalline silicon TFT is formed for each pixel and the counter electrode substrate in which the entire surface solid electrode is formed are sealed with the sealing material arranged in the peripheral portion, and the gap between the electrode substrates is 13 μm. Cells were formed.

【0096】このセルに、前記の未硬化の混合物を注入
した後、紫外線露光により硬化させ、液晶樹脂複合体と
した。この液晶表示素子の駆動電圧は約 8Vであった。
この液晶樹脂複合体のしきい値電圧以下(測定電圧=
0.3V)の誘電率は、1KHzで約8.2 であった。
The above-mentioned uncured mixture was injected into this cell and then cured by exposure to ultraviolet rays to obtain a liquid crystal resin composite. The driving voltage of this liquid crystal display device was about 8V.
Below the threshold voltage of this liquid crystal resin composite (measured voltage =
The dielectric constant of 0.3 V) was about 8.2 at 1 KHz.

【0097】この液晶表示素子をビデオ信号で駆動した
ところ、画像の切り替え時にも焼付きのほとんどない動
画像が得られた。また、この素子と、投射光源、投射光
学系を組み合わせて投射型表示装置とし、スクリーン上
に画像の投影を行ったところ、スクリーン上のコントラ
スト比は約110 であった。なお、投射光学系の集光角
(集光角δ=2tan-1( Φ/2f)、Φはアパーチャー、スポ
ットの直径、 fはレンズの焦点距離)は全角で 6度とし
た。
When this liquid crystal display device was driven by a video signal, a moving image with almost no image sticking was obtained even when the images were switched. When this element, a projection light source and a projection optical system were combined to form a projection type display device and an image was projected on the screen, the contrast ratio on the screen was about 110. The converging angle of the projection optical system (converging angle δ = 2tan -1 (Φ / 2f), Φ is the aperture, the diameter of the spot, and f is the focal length of the lens) is 6 degrees in all angles.

【0098】前記の混合物から液晶を除いた混合物を作
成し、この混合物を紫外線硬化させて、厚さ約 500μ
m、長さ約15mmのフィルムを製造した。このフィルムの
弾性率(動的弾性率)を粘弾性測定装置(オリエンテッ
ク社製、レオバイブロンDDV 型)を用いて測定したとこ
ろ、20℃で 5×106N/m2 、40℃で 3×105N/m2 であり、
温度の上昇に対して単調に減少した。
A liquid crystal was removed from the above mixture to prepare a mixture, and the mixture was UV-cured to a thickness of about 500 μm.
A film having a length of m and a length of about 15 mm was produced. The elastic modulus (dynamic elastic modulus) of this film was measured using a viscoelasticity measuring device (Rheovibron DDV type manufactured by Orientec Co., Ltd.) and found to be 5 × 10 6 N / m 2 at 20 ° C and 3 × at 40 ° C. 10 5 N / m 2 ,
It decreased monotonically with increasing temperature.

【0099】また、損失弾性率の極大となる温度は、−
10℃であった。なお、測定条件は、周波数11Hz、動的歪
が 1%以下の正弦波振幅を加え、昇温速度 3℃/分で引
っ張りによる測定である。
The temperature at which the loss elastic modulus becomes maximum is −
10 ° C. The measurement conditions were a frequency of 11 Hz, a sine wave amplitude with a dynamic strain of 1% or less, and a tensile rate of 3 ° C / min.

【0100】比較例1、2、実施例2 樹脂材料のみを代えて、実施例1とほぼ同様に、アクテ
ィブマトリクス液晶表示素子を作成した。
Comparative Examples 1 and 2 and Example 2 An active matrix liquid crystal display device was prepared in substantially the same manner as in Example 1 except that only the resin material was changed.

【0101】比較例1としては、実施例1の 2官能ウレ
タンアクリレートオリゴマーを、東亜合成社製「M1200
」に代えた。この素子の駆動電圧は 9Vであった。
As Comparative Example 1, the bifunctional urethane acrylate oligomer of Example 1 was used as "M1200" manufactured by Toagosei Co., Ltd.
Was replaced with The driving voltage of this element was 9V.

【0102】比較例2としては、実施例1とモノマーの
一部が異なり、2-エチルヘキシルアクリレートを、 2官
能アクリレートモノマー(サートマー社製「SR640 」)
に代えた。この素子の駆動電圧は、12Vであった。
In Comparative Example 2, a part of the monomer is different from that in Example 1, and 2-ethylhexyl acrylate is used as a bifunctional acrylate monomer (“SR640” manufactured by Sartomer).
Replaced with. The drive voltage of this element was 12V.

【0103】実施例2としては、比較例1とはオリゴマ
ーの一部が異なり、比較例1で用いたオリゴマー「M120
0 」の1/3 を分子量約3000のジメチルシロキサンの両末
端にアクリロイル基を設けた硬化性樹脂に置き換えて液
晶樹脂複合体を得た。この素子の駆動電圧は、10Vであ
った。
In Example 2, a part of the oligomer was different from that in Comparative Example 1, and the oligomer "M120" used in Comparative Example 1 was used.
One third of "0" was replaced with a curable resin having acryloyl groups at both ends of dimethylsiloxane having a molecular weight of about 3000 to obtain a liquid crystal resin composite. The drive voltage of this element was 10V.

【0104】これらの液晶表示素子をビデオ信号で駆動
し、画像の切り替え時の焼付き現象を調査した。また、
この素子と、投射光源、投射光学系を組み合わせて投射
型表示装置とし、スクリーン上に画像の投影を行い、ス
クリーン上のコントラスト比を測定した。なお、投射光
学系の集光角は全角で 6度とした。
These liquid crystal display elements were driven by a video signal, and the burn-in phenomenon when switching images was investigated. Also,
This device, a projection light source, and a projection optical system were combined to form a projection display device, an image was projected on the screen, and the contrast ratio on the screen was measured. The total angle of the projection optical system was 6 degrees.

【0105】前記の3種類の混合物から液晶を除いた混
合物を作成し、この混合物を紫外線硬化させて、厚さ約
500μm、長さ約15mmのフィルムを製造した。このフィ
ルムの20℃と40℃での弾性率を粘弾性測定装置で測定し
た。
A mixture was prepared by removing the liquid crystal from the above-mentioned three kinds of mixture, and the mixture was cured by ultraviolet rays to a thickness of about
A film having a thickness of 500 μm and a length of about 15 mm was produced. The elastic moduli of the film at 20 ° C. and 40 ° C. were measured with a viscoelasticity measuring device.

【0106】また、主鎖のガラス転移に起因する損失弾
性率の極大となる温度を測定した。なお、測定条件は、
実施例1と同様にした。また、この素子の電圧−透過率
特性におけるヒステリシスの大きさ(ヒステリシスルー
プの面積)も測定した。
Further, the temperature at which the loss elastic modulus due to the glass transition of the main chain was maximized was measured. The measurement conditions are
Same as Example 1. Further, the magnitude of hysteresis in the voltage-transmittance characteristic of this device (area of hysteresis loop) was also measured.

【0107】これらの結果を表1に示す。画像の切り替
え時の焼付き現象については有無、弾性率はN/m2で、損
失弾性率の極大となる温度は℃で、ヒステリシスの大き
さは実施例1のヒステリシスの大きさ(ヒステリシスル
ープの面積)に対する比率で示す。なお、弾性率はいず
れも20℃から40℃へ、温度の上昇に対して単調に減少し
た。
The results are shown in Table 1. The presence or absence of the image sticking phenomenon at the time of image switching, the elastic modulus is N / m 2 , the temperature at which the loss elastic modulus is maximum is ° C, and the magnitude of the hysteresis is the magnitude of the hysteresis of Example 1 (hysteresis loop Area). The elastic modulus decreased from 20 ℃ to 40 ℃ monotonically with increasing temperature.

【0108】[0108]

【表1】 [Table 1]

【0109】[0109]

【発明の効果】本発明の液晶光学素子では、一対の電極
付基板間に挟持される液晶材料として、電気的に散乱状
態と透過状態とを制御しうる液晶樹脂複合体を挟持した
液晶光学素子を用いているため、偏光板が不要であり、
透過時の光の透過率を大幅に向上できる。
In the liquid crystal optical element of the present invention, as a liquid crystal material sandwiched between a pair of substrates with electrodes, a liquid crystal optical element sandwiching a liquid crystal resin composite capable of electrically controlling the scattering state and the transmitting state. Since a polarizing plate is used,
The light transmittance at the time of transmission can be significantly improved.

【0110】本発明の液晶光学素子は、従来のTN型液
晶光学素子用の駆動用ICを用いた駆動においても、高
コントラスト比を有し、かつ高輝度の表示が可能にな
る。
The liquid crystal optical element of the present invention has a high contrast ratio and enables high-luminance display even when it is driven using a conventional driving IC for a TN type liquid crystal optical element.

【0111】さらに、本発明によれば、階調駆動を行っ
た際にも、中間調がきれいにでた階調表示ができ、ヒス
テリシスに基づく焼付き現象を低減することができる。
このため、本発明の液晶光学素子は、投射型表示にも有
効であり、画像の焼付きがなく、明るくコントラスト比
の良い投射型表示が得られる。また、光源も小型化でき
る。
Further, according to the present invention, even when gradation driving is performed, gradation display with clear halftone can be performed, and the burn-in phenomenon due to hysteresis can be reduced.
Therefore, the liquid crystal optical element of the present invention is also effective for projection type display, and it is possible to obtain a projection type display which is bright and has a good contrast ratio without image burn-in. Also, the light source can be downsized.

【0112】また、偏光板を用いなくてもよいため、光
学特性の波長依存性が少なく、光源の色補正等がほとん
ど不要になるという利点も有している。また、TN型液
晶光学素子に必須のラビング等の配向処理やそれに伴う
静電気の発生による能動素子の破壊といった問題点も避
けられるので、液晶光学素子の製造歩留りを大幅に向上
させることができる。
Further, since it is not necessary to use a polarizing plate, there is an advantage that the wavelength dependence of the optical characteristics is small and color correction of the light source is almost unnecessary. Further, since problems such as rubbing and other alignment treatments essential to the TN type liquid crystal optical element and destruction of the active element due to static electricity accompanying it can be avoided, the manufacturing yield of the liquid crystal optical element can be greatly improved.

【0113】さらに、この液晶樹脂複合体は、硬化後は
フィルム状になっているので、基板の加圧による基板間
短絡やスペーサーの移動による能動素子の破壊といった
問題点も生じにくい。
Further, since this liquid crystal resin composite is in the form of a film after being cured, problems such as short circuit between substrates due to pressurization of substrates and breakage of active elements due to movement of spacers are unlikely to occur.

【0114】また、この液晶樹脂複合体は、比抵抗が従
来のTNモードの場合と同等であり、従来のDSモード
のように大きな蓄積容量を画素電極毎に設けなくてもよ
い。このため、能動素子の設計が容易で、有効画素電極
面積の割合を大きくしやすく、かつ、液晶光学素子の消
費電力を少なく保つことができる。
Further, this liquid crystal resin composite has a specific resistance equivalent to that of the conventional TN mode, and it is not necessary to provide a large storage capacitance for each pixel electrode as in the conventional DS mode. Therefore, the active element can be designed easily, the ratio of the effective pixel electrode area can be easily increased, and the power consumption of the liquid crystal optical element can be kept low.

【0115】さらに、TNモードの従来の液晶光学素子
の製造工程から、配向膜形成工程を除くだけで製造が可
能になるので、生産が容易である。
Further, the manufacturing process is easy because the manufacturing process of the conventional liquid crystal optical element of TN mode can be carried out only by removing the alignment film forming process.

【0116】また、この液晶樹脂複合体を用いた液晶光
学素子は、応答時間が短いという特長も有しており、動
画の表示も容易なものである。さらに、この液晶光学素
子の電気光学特性(電圧−透過率)は、TNモードの液
晶光学素子に比して比較的なだらかな特性であるので、
階調表示への適用も容易である。
Further, the liquid crystal optical element using this liquid crystal resin composite has a feature that the response time is short, and a moving image can be easily displayed. Further, the electro-optical characteristic (voltage-transmittance) of this liquid crystal optical element is a comparatively gentle characteristic as compared with the liquid crystal optical element of the TN mode.
It is also easy to apply to gradation display.

【0117】また、本発明の液晶光学素子は、樹脂マト
リクスの屈折率と液晶の常光屈折率とがほぼ一致するよ
うにすることが好ましい。これにより、電界を印加しな
い部分では光が散乱されるため、画素以外の部分を遮光
膜により遮光しなくても投射時に光の漏れがなく、隣接
画素間の間隙を遮光する必要がない。
Further, in the liquid crystal optical element of the present invention, it is preferable that the refractive index of the resin matrix and the ordinary refractive index of the liquid crystal are substantially the same. As a result, light is scattered in a portion to which an electric field is not applied, so that light does not leak at the time of projection even if the portion other than the pixel is not shielded by the light shielding film, and it is not necessary to shield the gap between adjacent pixels.

【0118】このため、特に、能動素子として多結晶シ
リコンによる能動素子を用いることにより、能動素子部
分に遮光膜無しで高輝度の投射用光源を用いることがで
き、高輝度の投射型液晶表示装置を容易に得ることがで
きる。さらにこの場合には遮光膜を全く設けなくてもよ
いことになり、さらに生産工程を簡便化することができ
る。
Therefore, in particular, by using an active element made of polycrystalline silicon as the active element, a high-luminance projection light source can be used without a light-shielding film in the active element portion, and a high-luminance projection type liquid crystal display device. Can be easily obtained. Further, in this case, it is not necessary to provide the light shielding film at all, and the production process can be further simplified.

【0119】本発明は、この外、本発明の効果を損しな
い範囲内で種々の応用が可能である。
In addition to the above, the present invention can be applied in various ways within a range that does not impair the effects of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の液晶光学素子の基本的な構成を示す断
面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a basic configuration of a liquid crystal optical element of the present invention.

【図2】本発明の液晶表示素子を用いた投射型アクティ
ブマトリクス液晶表示装置の基本的な構成を示す模式
図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of a projection type active matrix liquid crystal display device using the liquid crystal display element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,12:液晶光学素子 2,5 :基板 3 :画素電極 4 :能動素子 6 :対向電極 7 :液晶樹脂複合体 11 :投射用光源 13 :投射光学系 14 :投射スクリーン 15 :スポット 16 :集光レンズ 17 :投射レンズ 1, 12: Liquid crystal optical element 2, 5: Substrate 3: Pixel electrode 4: Active element 6: Counter electrode 7: Liquid crystal resin composite 11: Projection light source 13: Projection optical system 14: Projection screen 15: Spot 16: Collection Optical lens 17: Projection lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊井 裕 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町松原1160 番地 エイ・ジー・テクノロジー株式会 社内 (72)発明者 郡島 友紀 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社 中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yutaka Kumai, 1160 Matsubara, Hazawa-machi, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture A-G Technology Co., Ltd. (72) Inventor, Yuki Korishima 1150, Hazawa-machi, Kanagawa-ku, Yokohama Address Asahi Glass Co., Ltd. Central Research Laboratory

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一対の電極付基板間に、液晶が樹脂マトリ
クス中に分散保持され、電圧印加時または非印加時のい
ずれか一方でその樹脂マトリクスの屈折率が使用する液
晶の屈折率とほぼ一致し、他方で両屈折率が一致しない
液晶樹脂複合体を挟持してなる液晶光学素子において、
樹脂マトリクスを構成する樹脂材料の弾性率が20℃で3
×107N/m2 以下、40℃で 1×103N/m2 以上であることを
特徴とする液晶光学素子。
1. A liquid crystal is dispersed and held in a resin matrix between a pair of substrates with electrodes, and the refractive index of the resin matrix is substantially the same as the refractive index of the liquid crystal used when a voltage is applied or not applied. In a liquid crystal optical element that is sandwiched between liquid crystal resin composites that match each other and that do not match in both refractive indices,
The elastic modulus of the resin material that constitutes the resin matrix is 3 at 20 ° C.
A liquid crystal optical element characterized by having a density of × 10 7 N / m 2 or less and 1 × 10 3 N / m 2 or more at 40 ° C.
【請求項2】請求項1の液晶光学素子において、樹脂マ
トリクスを構成する樹脂材料の損失弾性率の極大になる
温度が、 0℃以下であることを特徴とする液晶光学素
子。
2. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the temperature at which the loss elastic modulus of the resin material forming the resin matrix becomes maximum is 0 ° C. or less.
【請求項3】請求項1または2の液晶光学素子におい
て、樹脂マトリクスを構成する樹脂材料が光硬化性ビニ
ル系化合物を光硬化させたものであることを特徴とする
液晶光学素子。
3. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the resin material forming the resin matrix is a photocurable vinyl compound photocured.
【請求項4】請求項1または2または3の液晶光学素子
の一対の電極付基板として、画素電極毎に能動素子を設
けたアクティブマトリクス基板と、対向電極を設けた対
向電極基板とを用い、かつ、その間に挟持される液晶樹
脂複合体として、正の誘電異方性を有するネマチック液
晶が樹脂マトリクス中に分散保持され、その樹脂マトリ
クスの屈折率が使用する液晶の常光屈折率(n0)とほぼ一
致するようにされた液晶樹脂複合体を用い、中間調を含
む表示を行うことを特徴とする液晶表示素子。
4. An active matrix substrate having an active element provided for each pixel electrode and a counter electrode substrate having a counter electrode are used as a pair of electrodes-provided substrates of the liquid crystal optical element of claim 1, 2 or 3. And, as a liquid crystal resin composite sandwiched between them, a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is dispersed and held in a resin matrix, and the refractive index of the resin matrix is the ordinary refractive index (n 0 ) of the liquid crystal used. A liquid crystal display device, which uses a liquid crystal resin composite that is made to substantially match with, and performs display including a halftone.
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