JP2569677B2

JP2569677B2 - 液晶光学素子及びその製造方法並びにそれを用いた調光体及び表示装置

Info

Publication number: JP2569677B2
Application number: JP63007627A
Authority: JP
Inventors: 友紀郡島; 裕熊井; 實赤▲塚▼; 祥一土屋
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1987-01-22
Filing date: 1988-01-19
Publication date: 1997-01-08
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: JPS6433523A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は透過散乱型の液晶光学素子及びその製造方法
並びにその利用に関するものである。

［従来の技術］従来、光散乱を動作原理とする液晶光学素子には動的
散乱（DS）及び相転移（PC）の２つのモードが知られて
いる。DSモードは水平もしくは垂直配向処理を行なった
透明電極付基板に、導電性物質を添加した誘電異方性が
負の液晶を封入したものであり、電圧を印加しない透過
状態と、しきい値電圧より高い電圧印加により動的散乱
を生じさせ、透過率を低下させた状態との二状態を制御
するものである。またPCモードは、必要に応じて配向処
理した透明電極付基板にコレステリック液晶を封入し、
電圧印加の有無によりホメオトロピック配列のネマチッ
ク相（透過）とフォーカルコニック配列もしくはプレー
ナ配列のコレステリック相（散乱）の二状態を制御する
ものである。DSモード、PCモードのいずれも偏光板を使
用しないため、広い視角が得られる利点はあるものの、
前者は液晶中に導電性物質を添加した電流効果型である
ため、消費電力が大きくなる、液晶の信頼性が低下する
といった欠点を有している。

一方、後者においても動作電圧が、（電極間距離／液
晶のピッチ）に依存するため、大面積化しようとする場
合、高い精度で均一なギャップを必要とするといった困
難な問題を有している。

一方、H.G.CraigheadらがAppl.Phys.Lett.,40（１）2
2（1982）に開示した方法は、液晶が屈折率異方性を有
する特徴をいかしたものであり、具体的には液晶を多孔
体に含浸させ、電圧印加の有無により液晶の屈折率を変
化させ、多孔体との屈折率を調節することにより、透過
と散乱とを制御するものである。この方法は偏光板を用
いることなく原理的DSモード、PCモードがもつ欠点を克
服することが可能であり有用な方法である。同様の素子
はJ.L.Fergasonらがポリビニルアルコールを使ってマイ
クロカプセル化したネマチック液晶により、（特表昭58
-501631号）、またK.N.Pearlmanらは種々のラテックス
取り込み液晶により（特開昭60-252687号）、またJ.W.D
oaneらは、エポキシ樹脂中に液晶を分散硬化させる方法
（特表昭61-502128号）で作成している。

［発明の解決しようとする問題点］ H.G.Craigheadらの方法は多孔体への含浸といった手
段をとっているため、使用する多孔体の孔や溝のサイズ
にばらつきがある、液晶の含浸が難しい、多孔体と液晶
の量比に自由度がないといった問題点から、透過率変化
が十分とれない、素子作成が困難であるといった欠点を
有していた。

また、これらの素子は樹脂のマトリックス中に液晶物
質が分散したような構造を有しているため、一般に通常
の液晶表示素子に比してはるかに高い駆動電圧を必要と
していた。

これは従来の液晶表示素子等が利点としている低電
圧、低消費電圧という利点を生かせないばかりか、調光
用途のような大面積の用途には感電事故の危険性も有し
ていた。

［問題点を解決するための手段］本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであ
り、得られる硬化物の屈折率が、使用する液晶物質の常
光屈折率（n_o）、異常光屈折率（n_e）または液晶物質が
ランダムに配向した場合の屈折率（n_x）のいずれかと一
致するように選ばれた光硬化性化合物及び液晶物質の混
合物を一対の電極付基板間に保持し、光露光により、光
硬化性化合物を硬化させて液晶物質と硬化物との相分離
を固定化した液晶光学素子において、光硬化性化合物を
硬化させる際に、基板間に電圧を印加して液晶分子が平
均的に見て基板面にほぼある角度傾いて配向するように
したことを特徴とする液晶光学素子、または、基板間の
電圧を印加しつつ光露光して光硬化性化合物を硬化さ
せ、基板間に電圧を印加せずに光露光して光硬化性化合
物を硬化させた場合によりも、電圧無印加時には光を透
過するが散乱状態を示し、しきい値以上の電圧印加時に
は透過状態となることを特徴とする液晶光学素子を提供
するものである。

また、これらの液晶光学素子と、それに電圧を印加す
る駆動手段とからなる調光体、または、液晶光学素子を
複数個組合せ、夫々を個々に駆動可能な駆動手段を設け
た表示装置を提供するものである。

また、一対の電極付基板間に得られる硬化物の屈折率
が、使用する液晶物質の常光屈折率（n_o）、異常光屈折
率（n_e）または液晶物質がランダムに配向した場合の屈
折率（n_x）のいずれかと一致するように選ばれた光硬化
性化合物及び液晶物質の混合物を供給し、光を照射する
ことによりこの混合物を硬化させて硬化物のマトリック
ス中に液晶物質が散在する液晶光学素子の製造方法にお
いて、基板間に電圧を印加しつつ、光露光することによ
り、光硬化性化合物を硬化させて、硬化物のマトリック
ス中に液晶物質を散在させて、散在させられた液晶物質
中の液晶分子が平均的に見て基板面にほぼある角度傾い
て配向するようにしたことを特徴とする液晶光学素子の
製造方法を提供するものであり、一対の電極付基板間に
得られる硬化物の屈折率が、使用する液晶物質の常光屈
折率（n_o）、異常光屈折率（n_e）または液晶物質がラン
ダムに配向した場合の屈折率（n_x）のいずれかと一致す
るように選ばれた光硬化性化合物及び液晶物質の混合物
を供給し、光を照射することによりこの混合物を硬化さ
せる液晶光学素子の製造方法において、混合物として光
硬化性ビニル系化合物を液晶物質に溶解した溶液を使用
し、基板間に電圧を印加しつつ、光露光することによ
り、光硬化性ビニル系化合物を硬化させて、相分離によ
り光硬化性ビニル系化合物の網目状の硬化物中の空間に
液晶物質が分散された構造となり、基板間に電圧を印加
せずに光露光して光硬化性化合物を硬化させた場合によ
りも、電圧無印加時には光を透過するが散乱状態を示
し、しきい値以上の電圧印加時には透過状態となるよう
にしたことを特徴とする液晶光学素子の製造方法を提供
するものである。

本発明の素子は、液晶と光硬化性化合物を用い、光硬
化過程を経ることにより、液晶と硬化物とを相分離によ
り固定化させ、硬化物のマトリックス中に液晶物質が散
在した構造となり、液晶と硬化物の分布が一様となり、
外観品位、生産性にすぐれた素子といえる。

本発明では、電圧を印加していない状態又は印加して
いる状態のいずれか一方で、光露光により硬化させられ
た硬化物の屈折率が、使用する液晶物質の常光屈折率
（n_o）、異常光屈折率（n_e）または液晶物質がランダム
に配向した場合の屈折率（n_x）のいずれかと一致するよ
うにされる。

これにより、得られた硬化物の屈折率と液晶物質の屈
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。

この特性を生かして、本発明の液晶光学素子は調光体
に使用するとその効果が大きい。

また、本発明の素子は、得られる硬化物の屈折率が、
使用する液晶物質の屈折率をn_oまたはn_eと一致させてお
くことにより、電圧が印加されていない場合は、配列し
ていない液晶物質と、硬化物の屈折率の違いにより、散
乱状態（つまり白濁状態）を示し、また電圧を印加した
場合は、液晶物質が配列し、液晶の屈折率（n_oあるいは
n_e）と光硬化により得られた硬化物の屈折率とが一致す
ることにより透過状態を示すものであり、可逆的な調光
機能をもつすぐれた素子と言える。

この素子は、この硬化工程の際に電圧を印加した状態
で硬化させてやることにより、電圧無印加時には基板間
に電圧を印加せずに光露光した光硬化性化合物を硬化を
させた液晶光学素子よりも光を透過するが散乱状態を示
し、しきい値電圧以上の電圧印加時には透過状態になる
ような配向が形成される。なお、この駆動時の駆動電圧
を実際には、液晶物質のしきい値電圧以上といっても、
かなり高い電圧を印加しないと充分透明にはならいの
で、通常数十Ｖ程度印加することが多い。具体的には、
硬化物のマトリックス中に散在させられた液晶物質の液
晶分子が平均的に見て基板面にほぼある角度傾いて配向
されることとなる。

また、本発明では、硬化時に印加される電圧のみで配
向が定まるのでなく、電圧の印加時間によっても異な
る。即ち、光露光の前期間にわたって電圧を印加せず
に、一部の期間のみ電圧を印加して、残りの期間は電圧
を印加しないようにすることもできる。

もっとも、使用する光硬化性化合物と液晶物質との系
により、この光露光時の印加電圧に対する配向形成に差
があるため、液晶物質のしきい値電圧近傍の電圧を印加
する場合もあるし、しきい値電圧以上の電圧を印加する
場合もあり、使用する材料の応じて実験的に定められれ
ば良い。具体的には、通常0.5〜50V程度とされれば良
い。

本発明の液晶光学素子は、電圧を印加せずに光露光し
て光硬化性化合物を硬化させた液晶光学素子よりも電圧
無印加時には光を透過するが散乱状態を示し、しきい値
以上の電圧印加時には透過状態となるため、電圧の印加
の有無により光の透過率を制御できる。また、通常は、
このしきい値以上の電圧を印加した状態の光の透過率
も、電圧無印加で硬化させた液晶光学素子に比して高
く、常に透過率が高い。

本発明の液晶光学素子の最大の特長は、駆動電圧が電圧
を印加せずに硬化させた液晶光学素子に比して低いこと
であり、同じ電圧を印加した時の応答速度が速いことで
ある。

この低電圧駆動の目的のためには、全面に特定の配向を
形成するように電圧を印加しつつ硬化して得られた液晶
光学素子の誘電率の値（ε）と印加電圧以外は同様にし
て得られた液晶光学素子の２状態で測定した誘電率、つ
まり（１）液晶が充分に基板に垂直方向に配列できる電圧で
測定した誘電率（ε_ON）（２）液晶のしきい値電圧以下で測定した誘電率（ε
_OFF）との関係式が次のようになることが好ましい。

これは、0.8以上になると駆動時に電圧を印加しなく
ても透過してくる光が多くなり、電圧の印加の有無によ
り制御できる範囲が狭くなるためである。特には、0.1
〜0.6程度とされることが実用的である。これは、0.1以
上となると駆動電圧の低下のメリットが大きく、0.6以
下では電圧の印加の有無により制御できる範囲が比較的
に広いためである。

また、本発明の素子は、光露光により硬化させられた
硬化物の屈折率が、使用する液晶物質がランダムに配向
した場合の屈折率(n_x）と一致するようにされることも
できる。ここでいうランダムに配向することは、全ての
液晶分子が基板面に対して平行又は垂直に配列している
のでなく、硬化物のマトリックスを構成する網目もしく
はカプセルの影響により種々の方向を向いていることを
表わす。この場合には、電圧が印加されていない場合
は、配列していない（ランダムに配向）液晶物質と、硬
化物の屈折率が一致しているため、透過状態を示す。逆
に、電圧を印加した場合には、液晶物質が配列し、液晶
の屈折率（n_oあるいはn_e）と光硬化により得られた硬化
物の屈折率とが一致しなくなり、散乱状態（つまり白濁
状態）を示すこととなる。これにより電圧を印加しない
状態で透明の素子が得られるが、光硬化により得られた
硬化物が網目状もしくはカプセル状に存在し、液晶がこ
の硬化物の影響を受けランダムに配向しているのと同様
の状況にあるために、均一な状態とすることが難しいと
いう問題点がある。これは、前者のように垂直または水
平に配向させた場合には、均一に配向させやすいが、ラ
ンダムに配向させるのは、マクロ的にみればランダムで
あっても、部分的にみれば配向状態が微妙に異なり、屈
折率の差を生じ、これがムラとなって、見え易いためで
ある。

このタイプの素子は、この硬化工程の際に電圧を印加
した状態で硬化させてやることにより、硬化物のマトリ
ックス中に散在させられた液晶物質中の液晶分子が平均
的に見て基板面にほぼある角度傾いて配向することにな
り、電圧を印加せずに硬化させた場合に比して光が散乱
するが、光が透過するようにされる。

これは、液晶物質が完全に配向しきらない程度の電圧
を印加しつつ光露光するか、または電圧を印加してある
程度硬化が進行する程度の短時間光露光する等すればよ
い。これにより電圧の印加の有無により透過−散乱を制
御でき、低電圧駆動及び高速応答が可能になる。

この場合も、使用する光硬化性化合物と液晶物質との
系により、印加電圧に対する配向形成に差があるため、
印加電圧、印加時間は実験的に定めることが好ましい。

なお、本発明ではこの硬化物の屈折率と、使用する液
晶物質の屈折率（n_o、n_e、n_xのいずれか）とを一致させ
るものであるが、この一致とは完全に一致させることが
好ましいものであるが、透過状態に悪影響を与えない程
度に、ほぼ一致するようにしておけば良い。具体的に
は、屈折率の差を0.15程度以下にしておくことが好まし
い。これは、液晶物質により硬化物が膨潤して、硬化物
が本来持っていた屈折率よりも液晶物質の屈折率に近づ
くため、この程度の差があっても、光はほぼ透過するよ
うになる。

本発明では光硬化性の化合物が使用される。

この光硬化性とは、赤外線、可視光線、紫外線、電子
線によって硬化する化合物であればよい。その光の作用
も、硬化を促進するものであれば何でもよく、光子、電
子、熱のいずれによってでもよい。

従って、光硬化性化合物は、ビニル重合、付加重合、
縮合重合、カチオン重合、アニオン重合、リビング重合
等何れであってもよいが、水分、腐食性物質等の液晶物
質を劣化させるおそれのある物質を発生する縮合重合は
一般的にみて好ましくない。

また、重合の系は、均一、不均一系を問わない。例え
ば、光硬化性化合物と液晶との混合物であってもよい
し、光硬化性化合物と液晶をポリビニルアルコール等と
混合しマイクロカプセル化したものでもよい。

本発明で使用される、光硬化性化合物は、硬化速度を
速めたいなら、光硬化開始剤を加えるなどしてよく、ラ
ジカル種により光硬化可能なものであれば、外観品位、
信頼性にすぐれた素子を作成することができる。この光
硬化ビニル系化合物は化合物自身が光反応性をもつも
の、光照射によって生成した物質により硬化が誘起され
るものであってもよく、大別すると、光照射によって分
解硬化するものと、重合硬化するものに分類される。重
合硬化するものは、さらに光二量化するものと重合高分
子化するものに分けられる。前者はビニル基の中でも、
シンナモイル基やシンナミリデン基をもつものが多く、
たとえばポリケイ皮酸ビニル、ポリシンナミリデン酢酸
ビニル、フェニレンジアクリル酸エステルなどが例示さ
れる。後者は、モノマーやオリゴマーが光により活性化
されて、相互にあるいは他のポリマーやオリゴマー、モ
ノマーと重合硬化するものであり、ビニル基の中でもア
クリロイル系、アリル系、スピラン系、ビニルベンゼン
系のモノマー、オリゴマー、ポリマーなどがあげられ
る。具体的には、モノアクリレート、ジアクリレート、
Ｎ−置換アクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、スチ
レン及びその誘導体、ポリアールアクリレート、ポリエ
ステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシ
アクリレート、シリコーンアクリレート、フロロアルキ
ルアクリレート、ポリブタジエン骨格を有するポリアク
リレート、イソシアヌル酸骨格を有するポリアクリレー
ト、ヒダントイン骨格を有するアクリレート、不飽和シ
クロアセタールなどに代表される単官能及び多官能ビニ
ル基を有する化合物が例示される。

本発明では、これら種々の光硬化性ビニル系化合物の
使用が好ましい。中でも、アクリロイル系化合物を使用
することが、光露光後の液晶と硬化物の相分離状態及び
その均一性にすぐていること、また光露光による硬化速
度が速く硬化物が安定であることから好ましい。尚ここ
でいうアクリロイル系化合物のアクリロイル基は、α
位、β位の水素がフェニル基、アルキル基、ハロゲン原
子、シアノ基等で置換されていてもよい。

本発明では、これらの光硬化性ビニル系化合物の内、
光照射によって重合硬化するもの、特に重合高分子化す
るオリゴマーを含有するものが好ましい。

具体的には、光硬化性ビニル系化合物としてビニル基
を２個以上含有するアクリルオリゴマーを15〜17wt％含
有することが好ましく、光硬化後に硬化に伴う収縮が少
なく、液晶光学素子に微小なクラックが発生しにくく、
成形性が良好となる。この微小クラックが多くなれば、
光透過状態での光の透過率が低下する傾向となり、素子
の性能が低下する。このアクリルオリゴマーの粘度は高
すぎても低すぎても成形性に悪影響を与えるので50℃で
150〜50000cps程度とすることが好ましい。

光硬化性ビニル系化合物の残りの部分は、ビニル系の
モノマーが使用できる。特に、アクリル系のモノマーが
アクリルオリゴマーと相性が良く好ましい。

本発明で使用することが好ましいアクリルオリゴマー
としては、以下に示す一般式（Ｉ）の構造を有する。

このＸで表わされる部分は、ポリオール、ポリエステ
ル、エポキシ、ウレタン、ヒダントイン等の骨格から選
ばれれば良く、少なくとも両側にアクリル酸の構造（CH
₂＝CH−COO−）持っていれば良い。具体的には、以下の
ような構造がありうる。

CH₂CH₂O_n、C₃H₆O_n等のＲ−Ｏ_n（Ｒはア
ルキレン基、Ｒ′は水素またはアルキル基を表わし、フ
ェニレンで置換もしくはシクロヘキシレンで置換されて
いてもよい。また、同一構造式中に複数のＲ、Ｒ′等が
ある場合には、全てが同一の基でも良いし、夫々異なっ
ていてもよい。以下も同じ。）尚、これらの骨格は単なる例示にすぎなく、素子の形
状、特性等を考慮して適宜選択すれば良い。

また、光硬化性化物質は、単独もしくは複数混合で用
いてもよく、素子作成に必要な改質剤、作成した素子の
改質剤などを含んでいてもよい。具体的には、架橋剤、
界面活性剤、希釈剤、増粘剤、消泡剤、接着性付与剤、
安定剤、吸収剤、色素、重合促進剤、連鎖移動剤、重合
禁止剤などを含んでいてよい。

本発明の素子で使用する光硬化性化合物は、前記の要
件を満たした種々の材料の中から、液晶の屈折率、液晶
との溶解性を勘案して選択すればよい。

また、光硬化開始剤は、ベンゾインエーテル系、ベン
ゾフェノン系、アセトフェノン系、チオキサントン系な
どが例示される。

本発明で使用される液晶物質は、ネマチック液晶物
質、スメクチック液晶物質等があり、単独で用いても組
成物を用いても良いが、動作温度範囲、動作電圧など種
々の要求性能を満たすには組成物を用いた方が有利とい
える。特に、ネマチック液晶の使用が好ましい。

また、使用される液晶物質は、光硬化性化合物に均一
に溶解することが好ましく、光露光後の硬化物とは、溶
解しない、もしくは困難なものが必要であり、組成物を
用いる場合は、個々の液晶物質の溶解度ができるだけ近
いものが望ましい。

本発明の素子を製造する際、光硬化性化合物と液晶物
質とは5:95〜45:55程度の混合物とすればよく、液状な
いしは粘稠物として使用されればよい。

本発明の素子を製造する際、調製する光硬化性化合物
と液晶物質との混合物は液状であっても粘稠物であって
も均一に混合されていれば良く、素子の製造方法によっ
て最適なものを選べば良い。たとえば、In₂O₃−SnO₂，S
nO₂等の透明電極付のガラス基板が、相対向するように
配して周辺をシールしたセルには、液状で注入した方が
一般に便利であり、透明電極付のプラスチック、ガラス
等の基板に塗布し、対向する基板を重ね合わせようとす
る場合には、一般に粘稠状態の方が便利である。

基板間ギャップは、５〜100μｍにて動作することが
できるが、印加電圧、オン・オフ時のコントラストを配
慮すれば、７〜40μｍに設定することが適当である。こ
のようにして、基板に保持した混合物を、光露光によ
り、液晶物質と硬化物との相分離状態で固定化する。硬
化物の屈折率を液晶物質のn_oまたはn_eと一致させる場合
には、光露光前は、基板に保持された内容物は均一に溶
解していれば、無色透明であるが、光露光後は配列して
いない液晶物質と硬化物による屈折率散乱のため白濁状
態となる。こうして作成した本発明の素子は、電圧印加
することにより、液晶物質が配列し、硬化物と屈折率が
一致するため透過状態となる。

本発明では、電圧を印加しつつ、光露光により硬化性
化合物の硬化を行なう。

このようにして作成した本発明の素子は、電圧を印加
することにより、液晶が配列し、硬化物の屈折率と液晶
の屈折率とが一致して透過状態になるものであり、電圧
を印加せずに硬化させた液晶光学素子に比して低電圧で
駆動可能であり、かつ高速応答となる。

また、硬化物の屈折率を液晶物質の屈折率（n_x）と一
致させた場合には、光露光前は、基板に保持された内容
物は均一に溶解していれば、無色透明であり、光露光後
は配列していない液晶物質と硬化物による屈折率が一致
するため透過状態となる。

このようにして作成した本発明の素子は、電圧印加す
ることにより、液晶物質が配列し、硬化物と屈折率がず
れて散乱するため白濁状態となるものであり、電圧を印
加せずに硬化させた液晶光学素子に比して低電圧で駆動
可能であり、かつ高速応答となる。

本発明では、この液晶中に２色性色素や単なる色素、顔
料を添加したり、硬化性化合物として着色したものを使
用したり、基板に着色基板を使用したり、カラーフィル
ターを積層したりして特定の色を付けることもできる。

本発明では、液晶物質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、信頼性が高く、か
つ、光硬化物性化合物で２枚の基板を接着する硬化も有
するため、シール剤を不要にすることもできる。

このため、一方の電極付基板上に光硬化性化合物及び
液晶物質の溶解物を供給し、さらにその上に他方の電極
付基板を重ね合せ、その後、光を照射して硬化させると
いう生産性の良い製造方法が採用できる。

特に、電極付基板にプラスチック基板を使用すること
により、連続プラスチックフィルムを使用した長尺の液
晶光学素子が容易に製造できる。

このような液晶と硬化性化合物のマトリックスによる
液晶を使用することにより、大面積にしても、上下の透
明電極が短絡する危険性が低く、かつ、通常のツイスト
ネマチック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、大面積を有する液晶調光体を極
めて生産性良く製造できる。なお、光の透過状態のムラ
を少なくするためには、基板間隙はある程度一定である
方が良い。このため、ガラス粒子、プラスチック粒子、
セラミック粒子等の間隙制御用のスペーサーを基板間隙
に配置する方が好ましい。具体的には、基板上に光硬化
性化合物及び液晶物質の混合物に基板間隙制御用のスペ
ーサーを含有させて供給するか、混合物を供給前または
後にスペーサー供給して、他方の基板を重ね合わせるよ
うにすれば良い。この場合、重ね合わせた後に加圧し、
その後、硬化させることにより、より均一な基板間隙に
なりやすい。

このような液晶光学素子は、表示素子としても使用可
能であるが、大面積化が容易であること及び後で切断し
て所望のサイズにできること等から調光体として使用し
た場合に好適である。調光体として使用される場合に
は、通常は透過型であるため、電極は透明電極とされ
る。もちろん、その一部に低抵抗化するための金属リー
ド部を併設したりしてもよい。また、調光鏡として使用
する場合には、一方の電極を反射電極としてもよい。

この液晶光学素子は、基板がプラスチックや薄いガラ
スの場合にさらに保護のためにプラスチックやガラス等
の保護板を積層したり、基板を強化ガラス、合せガラ
ス、線入ガラス等にしてもよい等種々の応用が可能であ
る。

特に、電極付基板としてプラスチック基板を使用して
液晶光学素子とし、電極取り出し線を付けて、これを液
晶光学素子よりもやや大きい２枚のガラス板間にポリビ
ニルブチラール等の接着性材料層を介して挟持して、加
熱又は光照射により、接着性材料層を硬化させて、液晶
光学素子とガラス板とを一体化し合せガラス状にして使
用することが好ましい。中でも接着性材料をポリビニル
ブチラールとすることにより、通常の合わせガラスと極
めて類似した構造とすることができる。

この液晶光学素子を製造するには、所望の形状の基板
を２枚準備して、これを組合せて液晶光学素子を製造し
てもよいし、連続プラスチックフィルム基板を使用した
り、長尺ガラス基板を用いて製造して、後で切断する方
式で製造してもよい。

この液晶光学素子を用いた調光体の用途としては窓、
天窓、間仕切り、扉等の建築材料、窓、ムーンルーフ等
の車両用材料、各種電気製品用のケース、ドア、蓋等の
材料に使用可能である。

調光体として使用する場合には、この液晶光学素子
に、これを駆動するための駆動手段を付加すれば良い。
この駆動手段としては、後述するように通常数十Ｖ程度
の交流電圧を印加することができるものが使用される。

また、この調光体を使用して、種々の物体を配置する
配置手段と組み合せることにより、各種商品を展示する
ショーウインドウ、ショーケース等の物体展示体に使用
することもできる。これには、ショーケースに使用して
通常は白濁して中が見えないが、電圧を印加して透明に
すれば中が見えるというような応用もある。

また、本発明の液晶光学素子を複数個組合せて、夫々
を個別に駆動可能にし、文字や図形を表示するという表
示装置にも使用できる。例えば、10cm角の液晶光学素子
を16×16ドットになるように配置し、漢字を表示するこ
とにより、従来の液晶表示素子ではできなかったような
１文字が1m以上の大型表示装置も可能となる。

本発明の液晶光学素子は、駆動のために電圧を印加す
る時には、液晶の配列が変化するような交流電圧を印加
すればよい。具体的には、５〜100Vで10〜1000Hz程度の
交流電圧を印加すればよい。

また、電圧を印加しない時には、電極間をオープンに
するか短絡すればよい。これらの内でも、電極間のイン
ピーダンス、即ち、電極のインピーダンス、端子部での
接続インピーダンス、回路インピーダンスの合計インピ
ーダンスが、液晶物質と硬化物との層のインピーダンス
よりも低くなるようにすることにより、電圧を切った時
の液晶の応答が速い。

特に、電極間のインピーダンスが、液晶物質と硬化物
との層のインピーダンスの1/10以下になるようにするこ
とが好ましい。このため、電極のインピーダンス及び端
子部での接続インピーダンスが高い場合には、回路のイ
ンピーダンスを下げることが好ましい。

このように自己放電回路を形成することにより、通常
の液晶表示素子に比して素子自体の有するキャパシタン
スが非常に大きいものであっても、電極間に蓄積された
電荷が速やかに放電され、液晶がランダムな傾向に戻る
運動を阻害しなく、透過と散乱との間の変化が速くな
る。

本発明の素子は、表示用素子、とりわけ従来の液晶表
示素子が困難であった、大面積表示素子、湾曲状での表
示素子等に利用できるほか、大面積の調光素子、光シャ
ッター等、数多くの利用が考えられる。

また、電球等の光源の前に設置して、例えばフォグラ
ンプと通常のランプの切替を電気的に行う用途にも使用
できる。

また、本発明では一方の電極を鏡面反射電極として鏡
として使用してもよく、この場合には裏側の基板は不透
明なガラス、プラスチック、セラミック、金属製とされ
てもよい。

また、カラーフィルターを併用したり、液晶中に二色
性色素を混入したりしてカラー化したり、他のディスプ
レーであるTN液晶表示素子、エレクトロクロミック表示
素子、エレクトロルミネッセンス表示素子等と積層して
使用してもよく、種々の応用が可能である。

［実施例］以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。

実施例１ｎ−ブチルアクリレート１部及び２−ヒドロキシエチ
ルアクリレート３部、アクリルオリゴマー（東亜合成化
学（株）製Ｍ−1200）４部、光硬化開始剤としてメルク
社製ダロキュアー1116を0.16部、液晶Ｅ−８を４部を均
一に溶解した。

この溶解物を、25μｍのセルギャップをもったSnO₂電
極付ガラス基板セルに注入した。

注入孔を封止した後、セル全体に50Hzの交流電圧を印
加しながら紫外線照射装置により、約15秒光露光した。
この際、印加電圧を種々変化させた。

次いで、電圧を印加せずに、紫外線照射装置により、
約60秒光露光して硬化を完了させた。

このようにして製造した液晶光学素子の硬化時に印加
した電圧による透過率の変化を第１表に示す。なお、オ
ンの透過率はAV60V（50Hz）の交流電圧を印加して行な
った。

この系では、硬化時の印加電圧が1.5V以下程度で、電
圧を印加しない状態での透過率があまり上昇しないで、
駆動電圧を低下できる。

実施例２ｎ−ブチルアクリレート６部、２−ヒドロキシエチル
アクリレート16部、アクリルオリゴマー（Ｍ−1200）11
部、光硬化開始剤としてベンゾフェノン１部、液晶（Ｅ
−８）67部を均一に溶解した。

この溶解物を、25μｍのセルギャップをもったITO電
極付ガラス基板セルに注入した。

注入孔を封止した後、セル全体に50Hzの交流電圧を印
加しながら紫外線照射装置により、約20秒光露光した。
この際、印加電圧を種々変化させた。

このようにして製造した液晶光学素子の誘電率εを第
２表に示す。

なお、電圧を印加せずに硬化させた場合の液晶光学素
子のAC0.7V（1kHz）印加時のε（ε_OFFに相当）は10.1
であり、AC50V（1kHz）印加時のε（ε_ONに相当）は15.
5であった。

なお、表中の駆動電圧は、透過率がAC100V印加時のT
_100Vと0V印加時のT_0Vとの丁度半分（T_100V−T_0V）/2と
なるための駆動電圧を表わす。

なお、表中の応答速度は、透過率が最小光量（0V）か
ら最大光量（AC100V）の90％まで変化する時間を表わ
す。

実施例３ｎ−ブチルアクリレート12部、アクリルオリゴマー
（Ｍ−1200）24部、光硬化開始剤としてダロキュア1116
を、1.4部、液晶（Ｅ−８）64部を均一に溶解した。

この溶解物を、ガラス基板に仮接着したITO付ポリエ
ステルフィルム基板上に塗布し、次いで、同様にガラス
基板に仮接着したITO付ポリエステルフィルム基板をセ
ル間隙が20μｍとなるように重ね合せた後、セル全体に
AC40V、50Hzの交流電圧を印加しながら紫外線照射装置
により、約120秒光露光した。

このようにして製造した液晶光学素子のAC0.7V（1kH
z）印加時の誘電率ε（ε_OFFに相当）は8.9であった
（第３表参照）。また、電圧を印加しないで硬化させた
以外は同様にして製作した液晶光学素子のAC0.7V（1kH
z）印加時の誘電率ε（ε_OFFに相当）は8.2、AC50V（1k
Hz）印加時の誘電率ε（ε_ONに相当）は13.7であった。

この表から、電圧を印加していない比較例と比べてAC
40Vを印加させて硬化したこの実施例は、低電圧駆動
化、高速応答化、高透過率化がはかられていることがわ
かる。

実施例４着色硬化物として、ベストキュア161（東華色素化学
工業（株）を1.5部加えて分散させた以外は、実施例３
と同様にして素子を作製した。

この素子は、電圧を印加せずに硬化させた素子に比し
て光の透過率がやや高いものであったが、均一に着色白
濁した素子であった。

この素子に交流電圧（AC40V、50Hz）を印加したとこ
ろ、全面にわたって透明状態となり、電圧をきると着色
白濁した状態になった。この透明状態での透過率は、電
圧を印加せずに硬化させた素子を駆動した場合に比して
光の透過率がやや高いものであった。

実施例５実施例２で製造した素子を、駆動するための交流電圧
（AC40V、50Hz）を印加しうる駆動手段に接続し、窓に
嵌込んで、調光窓として使用した。

この調光窓は、電圧を印加しない状態では白濁して反
対側が見えないが、交流電圧を印加すると全面が透明と
なって反対側が見えた。

実施例６実施例３で製造した素子と、２枚のガラス板の間にポ
リビニルブチラールフィルムを介して挟み、加熱圧着し
たものを、実施例５と同様に駆動するための交流電圧
（AC40V、50Hz）を印加しうる駆動手段に接続し、窓に
嵌込んで、調光窓として使用した。

この調光窓は、実施例５と同様に、電圧を印加しない
状態では白濁して反対側が見えないが、交流電圧を印加
すると全面が透明となって反対側が見えた。

また、プラスチックフィルムを基板として使用してい
るため、大面積の液晶光学素子が容易に製造でき、所望
のサイズへの切断やガラス板への貼り付けも容易にでき
るものであった。

さらに、両面にガラス板を貼り付けして合せガラス板
の構造を採っているため、極めて安全性の高いものであ
った。

これの外面に紫外線カットフィルターを貼り付けした
調光窓は、太陽光の直射光に当たる部分に使用しても、
劣化がほとんど無かった。

実施例７実施例３の素子を８×８個で１文字を表示できるよう
にしてドット表示型の表示装置を作成した。

この表示装置は、各ドットを構成する素子に電圧を印
加しない状態では、全体が白濁しており、交流電圧（AC
40V、50Hz）を印加すると印加したドットのみが全面透
明となって、表示がなされた。

［発明の効果］以上の如く、本発明は、新規な液晶光学素子及びその
製造方法を提供するものであり、得られる硬化物の屈折
率が、使用する液晶物質の常光屈折率（n_o）、異常光屈
折率（n_e）または液晶物質がランダムに配向した場合の
屈折率（n_x）のいずれかと一致するように選ばれた光硬
化性化合物と液晶物質とを均一溶解状態で一対の電極付
基板間に保持し、電圧を印加しつつ、光露光により、光
硬化性化合物を硬化させ、液晶物質と硬化物との相分離
を固定化した素子である。

したがって本発明は偏光板を必要とせず、外観品位、
生産性にすぐれた素子であって、光硬化性化合物を硬化
させる際に、その少なくとも一部の基板間に電圧を印加
して硬化させて、低電圧で駆動または同じ電圧では高速
応答を可能とした素子であり、表示用、とりわけ大面
積、湾曲状での表示に、また大面積での調光、光シャッ
ター等に広く利用することができる。

本発明では光硬化性ビニル系化合物を使用することに
より素子の信頼性が高く、合せガラス様の構造を有して
おり、外圧による破損を生じにくく安全性が高い。

さらに、この基板の少なくとも一面に保護板を設ける
ことにより、安全性が向上し、特に、両面に保護板を設
けることにより破損を生じにくくなる。

特に、基板上に液晶物質、光硬化性化合物、特に光硬
化性ビニル系化合物、さらに必要に応じて光硬化開始剤
との混合物を供給し、その上に他方の基板を載置するこ
とにより、大面積の素子を極めて生産性良く製造でき
る。このため、ガラスの場合にもかなり長尺の基板が使
用できるし、プラスチックの基板では連続フィルムによ
る連続プロセスも可能となる。

特に、基板にプラスチック基板を使用した場合には、
生産性は良い反面、強度が劣っているため、大面積化し
た際に、破損し易くなったり、湾曲したりする。このた
め、両面に保護板を設ける硬化が大きい。中でも保護板
としてガラス戸を使用し、接着性材料で接着することに
より、合わせガラスと類似の構造となり、安全で信頼性
が高くなる。

又、本発明の液晶光学素子は、光硬化性ビニル系化合
物を使用することにより、液晶物質と硬化したビニル系
化合物とが細かな３次元網目状マトリックスを構成し
て、液晶物質が分散していることとなるため、素子を製
造後所望の大きさに切断して使用することもできる。

この場合、マトリックス中に液晶の分散体が互いにつ
ながっているため、電圧印加の際、液晶が均一に配列し
易いためマイクロカプセル状や独立した液晶粒から構成
される素子と比べて、透明状態でのヘーズが小さく、駆
動電圧が低くてすむ。また、白濁状態の際、素子が赤っ
ぽくなることを防ぐといった効果もある。

特に、光硬化性ビニル系化合物として、原料にアクリ
ルオリゴマーを使用することにより、硬化後の微小クラ
ックが少なく、電圧印加による透過率の変化が大きいも
のとなる。

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。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】得られる硬化物の屈折率が、使用する液晶
物質の常光屈折率（n_o）、異常光屈折率（n_e）または液
晶物質がランダムに配向した場合の屈折率（n_x）のいず
れかと一致するように選ばれた光硬化性化合物及び液晶
物質の混合物を一対の電極付基板間に保持し、光露光に
より、光硬化性化合物を硬化させて液晶物質と硬化物と
の相分離を固定化した液晶光学素子において、光硬化性
化合物を硬化させる際に、基板間に電圧を印加して液晶
分子が平均的に見て基板面にほぼある角度傾いて配向す
るようにしたことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】得られる硬化物の屈折率が、使用する液晶
物質の常光屈折率（n_o）、異常光屈折率（n_e）または液
晶物質がランダムに配向した場合の屈折率（n_x）のいず
れかと一致するように選ばれた光硬化性化合物及び液晶
物質の混合物を一対の電極付基板間に保持し、光露光に
より、光硬化性化合物を硬化させて液晶物質と硬化物と
の相分離を固定化した液晶光学素子において、基板間に
電圧を印加しつつ光露光して光硬化性化合物を硬化さ
せ、基板間に電圧を印加せずに光露光して光硬化性化合
物を硬化させた場合よりも、電圧無印加時には光を透過
するが散乱状態を示し、しきい値以上の電圧印加時には
透過状態となることを特徴とする液晶光学素子。
【請求項３】請求項１または２の液晶光学素子と、それ
に電圧を印加する駆動手段とからなる調光体。
【請求項４】請求項１または２の液晶光学素子を複数個
組合せ、夫々を個々に駆動可能な駆動手段を設けた表示
装置。
【請求項５】一対の電極付基板間に得られる硬化物の屈
折率が、使用する液晶物質の常光屈折率（n_o）、異常光
屈折率（n_e）または液晶物質がランダムに配向した場合
の屈折率（n_x）のいずれかと一致するように選ばれた光
硬化性化合物及び液晶物質の混合物を供給し、光を照射
することによりこの混合物を硬化させて硬化物のマトリ
ックス中に液晶物質が散在する液晶光学素子の製造方法
において、基板間に電圧を印加しつつ、光露光すること
により、光硬化性化合物を硬化させて、硬化物のマトリ
ックス中に液晶物質を散在させて、散在させられた液晶
物質中の液晶分子が平均的に見て基板面にほぼある角度
傾いて配向するようにしたことを特徴とする液晶光学素
子の製造方法。
【請求項６】一対の電極付基板間に得られる硬化物の屈
折率が、使用する液晶物質の常光屈折率（n_o）、異常光
屈折率（n_e）または液晶物質がランダムに配向した場合
の屈折率（n_x）のいずれかと一致するように選ばれた光
硬化性化合物及び液晶物質の混合物を供給し、光を照射
することによりこの混合物を硬化させる液晶光学素子の
製造方法において、混合物として光硬化性ビニル系化合
物を液晶物質に溶解した溶液を使用し、基板間に電圧を
印加しつつ、光露光することにより、光硬化性ビニル系
化合物を硬化させて、相分離により光硬化性ビニル系化
合物の網目状の硬化物中の空間に液晶物質が分散された
構造となり、基板間に電圧を印加せずに光露光して光硬
化性化合物を硬化させた場合よりも、電圧無印加時には
光を透過するが散乱状態を示し、しきい値以上の電圧印
加時には透過状態となるようにしたことを特徴とする液
晶光学素子の製造方法。