JP3090077B2 - 液晶光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶光学素子及びそ
の製造方法に係り、特に規則的に並んだ液晶滴と高分子
材料の屈折率差に起因する光の干渉を利用した液晶光学
素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子手帳、携帯電話等の普及に伴
い、携帯端末の動作時間の更なる向上がクローズアップ
されるようになった。液晶光学素子により文字、図形等
を表示する表示装置を備えた携帯端末の動作時間の向上
の解決方法の一つは、液晶光学素子として、バックライ
トが不要なデバイス、すなわち、反射型の液晶光学素子
を使用することである。この反射型液晶光学素子に関し
ては、従来よりＧＨ（ゲストホスト）モード、電界制御
複屈折（ＥＣＢ）モードが報告されている。

【０００３】また、国際出願９２／１９６９５号公報に
開示されたカイラルネチック液晶中に微量の高分子材料
を分散する方法では、電界無印加下に液晶層はプレナー
テクスチャーを形成して可視光の選択反射状態となり、
電圧印加下にフォーカルコニックテクスチャーを形成し
て半透明となる液晶光学素子が得られている。

【０００４】一般に、高分子安定化コレステリックテク
スチャー（ＰＳＣＴ）素子と呼ばれるこの従来の液晶光
学素子は、カイラルネマチック液晶の相変化による選択
反射／半透過の特性を利用しており、光吸収層と組み合
わせることにより、選択反射状態と光吸収状態をとる反
射型液晶光学素子を作製できる。また、反射型液晶光学
素子は双安定性を有するため、単純マトリックスでの駆
動が可能である。

【０００５】一方、液晶材料と高分子材料から構成され
た反射型の液晶光学素子も従来より知られている（特開
平５−１３４２６６号公報）。この従来の反射型の液晶
光学素子では、規則的に並んだ液晶滴と高分子材料の屈
折率差に起因する光の干渉を利用して光の反射／透過を
制御しており、ホログラフィック高分子分散液晶光学素
子（ＨＰＤＬＣ）と呼ばれている。このホログラフィッ
ク高分子分散液晶光学素子中の高分子材料の屈折率は、
液晶材料の常光屈折率（ｎ_o）近傍に設定されている。
液晶材料としては、正の誘電異方性（Δε＞０）の液晶
が使用されている。

【０００６】このホログラフィック高分子分散液晶光学
素子では、電圧無印加状態においては液晶滴中の液晶分
子はランダムに配向しており、高分子材料と屈折率差が
生じている。この屈折率差と液晶滴の周期により光が選
択的に反射される。また、このホログラフィック高分子
分散液晶光学素子に電圧を印加していくと、高分子材料
と液晶滴との屈折率差が小さくなり、選択反射光強度が
低下していく。

【０００７】このホログラフィック高分子分散液晶光学
素子は、特公平３−５２８４３号公報等で開示されてい
る液晶材料をカプセル化し、高分子材料中に分散した透
過／散乱型の液晶光学素子と同様に偏光板を要しないた
め、光の利用効率が高く、ＴＦＴ（薄膜トランジス
タ）、ＭＩＭ（メタルインシュレータメタル）等のアク
ティブ素子での駆動が可能である等の利点を有してい
る。

【０００８】なお、この液晶光学素子では、液晶滴の間
隔の設定により、選択反射波長が異なる液晶光学素子が
作製できるため、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青
色）の三原色光の各波長を選択反射する画素を並置ある
いは積層することにより、マルチカラー化がカラーフィ
ルタ無しで実現できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の特開
平５−１３４２６６号公報で開示されたホログラフィッ
ク高分子分散液晶光学素子は、電圧無印加時に選択反射
状態をとり、電圧印加時に光吸収状態（吸収板使用）を
とるため、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の三
原色光の各波長を選択反射する画素を並置あるいは積層
して多色化した場合、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ
（青色）の各色の色純度をそれぞれ高くするためには、
他の２つの色の画素の選択反射光を完全に消失させる必
要があり、そのために、高い電圧（例えば約１００Ｖ程
度）が必要であるという欠点を有している。

【００１０】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
低駆動電圧で色純度の高い液晶光学素子及びその製造方
法を提供することを目的とする。

【００１１】また、本発明の他の目的は、マルチカラー
化に好適な液晶光学素子およびその製造方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明者らは、電圧無印加時に光吸収状態、電圧印
加時に光反射状態を示すホログラフィック高分子分散液
晶において、低駆動電圧、かつ、赤色（Ｒ）、緑色
（Ｇ）、青色（Ｂ）のマルチカラーの色純度の高い液晶
光学素子が得られることを見出し、本発明に到った。す
なわち、本発明の液晶光学素子は、表面に第１の電極層
が形成された透明性基板と、表面に第２の電極層が形成
された光吸収基板と、透明性基板上の第１の電極層と光
吸収基板上の第２の電極層との間に挟持された、液晶滴
が高分子材料中に規則的に配列され、かつ、液晶滴中の
液晶材料の常光屈折率が高分子材料の屈折率と一致又は
ほぼ一致している調光層とを有し、液晶滴中の液晶材料
が第１及び第２の電極層間に対する電圧無印加時は透明
性基板及び光吸収基板に対して垂直に配向し、電圧印加
時は平行に配向するように構成したものである。

【００１３】この発明では、電圧無印加時には入射光は
調光層を透過して光吸収基板に吸収されるため、完全に
光吸収（黒表示）状態であり、電圧印加時には液晶滴中
の液晶材料が透明性基板及び光吸収基板に対して平行に
配向されるため、光選択反射状態となり、印加電圧が増
加するに従い反射光の強度が増加する。なお、本明細書
において、「電極層が基板上に形成されている」とは、
基板自体が導電性を有していて電極層を兼ねているもの
も含むものとする。

【００１４】ここで、本発明における、調光層中の液晶
滴は、正負の両方の誘電率異方性をとることができる２
周波駆動液晶材料でも、負の誘電率異方性及び正の磁化
率異方性をとる液晶材料でもよい。

【００１５】また、本発明における、調光層は、三原色
光を構成する各原色光をそれぞれを別々に反射する３つ
の反射層が並列に配置された構成であり、３つの反射層
は電圧印加時に選択反射状態を示し、電圧無印加時は光
吸収状態とした構成でもよい。

【００１６】また、本発明は、表面に第１の電極層が形
成された第１の透明性基板と、表面に第２の電極層が形
成された光吸収基板と、第１の電極層と第２の電極層と
の間に挟持された、液晶滴が高分子材料中に規則的に配
列され、かつ、液晶滴中の液晶材料の常光屈折率が高分
子材料の屈折率と一致又はほぼ一致している第１の調光
層とからなる第１の液晶セルと、表面に第３の電極層が
形成された第２の透明性基板と、表面に第４の電極層が
形成された第３の透明性基板と、第３の電極層と第４の
電極層の間に挟持された、液晶滴が高分子材料中に規則
的に配列され、かつ、液晶滴中の液晶材料の常光屈折率
が高分子材料の屈折率と一致又はほぼ一致している第２
の調光層とからなる第２の液晶セルとを有し、第１の液
晶セル上に第２の液晶セルを２つ積層し、第１の液晶セ
ルと２つの第２の液晶セルのそれぞれに別々に電圧を印
加した時は、透明性基板及び光吸収基板に対して液晶滴
中の液晶材料が平行に配向し、電圧無印加時は透明性基
板及び光吸収基板に対して液晶滴中の液晶材料が垂直に
配向する構成としたものである。

【００１７】この発明では、第１の液晶セルと２つの第
２の液晶セルは、電圧印加時はそれぞれ三原色光のう
ち、予め定められたいずれか一の原色光をそれぞれ選択
反射し、かつ、全体で三原色光を選択反射することを特
徴とする。

【００１８】また、前記目的を達成するため、本発明製
造方法は、表面に第１の電極層が形成された透明性基板
と、表面に第２の電極層が形成された光吸収基板とを第
１及び第２の電極層側を離間対向させ、第１及び第２の
電極層の間に、高分子材料の前駆体である光硬化性化合
物と液晶材料及び光重合開始剤からなる溶液を注入する
第１の工程と、 溶液中の液晶材料が透明性基板及び光
吸収基板に対して垂直に配向するような電界又は磁界を
印加する第２の工程と、透明性基板上方から光を照射し
て溶液中の光硬化性化合物を硬化させて液晶材料の配向
を固定化させ、液晶滴が高分子材料中に規則的に配列さ
れ、かつ、液晶滴中の液晶材料の常光屈折率が高分子材
料の屈折率と一致又はほぼ一致している調光層が第１及
び第２の電極層間に形成された液晶光学素子を作製する
第３の工程とを含むことを特徴とする。

【００１９】この発明では、電圧無印加時には完全に光
吸収（黒表示）状態であり、電圧印加時には光選択反射
状態となる液晶光学素子を製造することができる。な
お、配向の固定化技術は、特開昭６３−３０１９２２号
公報において紫外線硬化樹脂を使用し硬化を行い、液晶
と高分子材料がランダムに配置された液晶光学素子にお
いて知られているが、可視光領域のレーザー光の干渉に
より規則正しく整列した液晶滴を形成させるホログラフ
ィック高分子分散液晶光学素子において、本発明のよう
に配向の固定化ができることは知られていない。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１及び図２は本発明になる液
晶光学素子の第１の実施の形態の構成図を示す。この実
施の形態は、透明性基板１の底面に形成された電極層２
ａと、光吸収基板６の上面に形成された電極層２ｂとを
それぞれ対向させ、かつ、それら電極層２ａ及び２ｂの
間に液晶滴３が高分子材料５中に規則的に配列された調
光層を挟持した構造である。

【００２１】透明性基板１は、例えばガラス、プラスチ
ック等により構成されている。また、電極層２ａ及び２
ｂの材料としては、ＩＴＯ（インジウム・シン・オキサ
イド）等の材質のものが利用できるが、使用する基板１
自身が導電性を有している場合は、基板を電極としても
利用することもできる。

【００２２】光吸収基板６は、可視光を吸収する材料で
構成されていれば、無機材料でも有機材料でも構わな
い。光吸収基板６の吸収強度又は吸収波長は、目的とす
る素子特性により任意に変更できる。光吸収材料はガラ
ス、プラスチック等の透明性基板上に光吸収材料をコー
ティングしてもよいし、透明性基板上に光吸収基板を張
り合わせて作製したものも使用できる。

【００２３】透明性基板１と光吸収基板６の間隔設定
は、通常の液晶デバイスに用いられるガラス又は高分子
樹脂等からなるロッド状、球状のスペーサを使用するこ
とができ、その間隔は例えば５μｍ以上３０μｍ以下程
度が望ましい。電極層２ａ、２ｂが形成されている透明
性基板１と光吸収基板６は、液晶が配向するように処理
されている必要はないが、処理されていても構わない。
これらの配向処理には、ねじれネマティック（ＴＮ）液
晶、超ねじれネマティック（ＳＴＮ）液晶等に用いられ
るポリイミド等の通常の配向膜が利用できる。また、ラ
ビング処理することが望ましい。

【００２４】高分子材料５は、調光層中に２０重量％以
上９０重量％以下含有されていることが望ましい。特
に、高分子材料５が多過ぎると素子の駆動電圧が高くな
り、他方、少な過ぎると液晶滴３の規則的な配列が形成
されず、可視光の反射率が低下するからである。

【００２５】この実施の形態において、入射光８は透明
性基板１の上方から入射する。ここで、高分子材料５の
屈折率は、液晶材料の常光屈折率（ｎ_o）又はその近傍
の値に設定されているため、図１に示すように、電極層
２ａ及び２ｂ間に交流電源７が接続されない時（電圧無
印加時）には、液晶分子のダイレクタ４ａが透明性基板
１及び光吸収基板６のそれぞれに対して垂直に配向し、
上記の入射光８は、液晶滴３及び高分子材料５からなる
調光層を透過して光吸収基板６により吸収され、黒表示
となる。

【００２６】一方、電極層２ａ及び２ｂ間に交流電源７
が接続される時（電圧印加時）には、図２に示すよう
に、液晶分子のダイレクタ４ｂが透明性基板１及び光吸
収基板６のそれぞれに対して平行に配向する。このた
め、高分子材料５と規則的に配列した液晶滴３との間に
屈折率差が生じ、上記の入射光８は、液晶滴３及び高分
子材料５からなる調光層において選択反射され、反射光
９が得られる。この反射光９は交流電源７の交流電圧が
増加するほど強度が高くなる。

【００２７】このように、この実施の形態では、電圧無
印加状態では素子は完全に黒であり、他方、印加電圧が
増加するに従い反射光９の強度が増加するため、印加電
圧が低くても高い色純度が得られる。すなわち、Ｒ（赤
色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の各色の色純度をそれ
ぞれ高くするためには、他の２つの色の画素の選択反射
光を完全に消失させる必要があるが、この実施の形態で
は電圧無印加により完全に選択反射光を消失させること
ができ、よって印加電圧が従来よりも低くても色純度を
高くでき、印加電圧を高くするほど同じ色純度で明るさ
を増加できる。

【００２８】図３は上記の本発明の液晶光学素子の第１
の実施の形態の製造方法を示す構成図である。同図中、
図１及び図２と同一構成部分には同一符号を付してあ
る。図３において、透明性基板１ａの底面に形成された
電極層２ａと、光吸収基板６の上面に形成された電極層
２ｂとをそれぞれ対向させ、かつ、それら電極層２ａ及
び２ｂの間のセルに液晶、光硬化性化合物混合溶液１０
が注入されている。

【００２９】 この液晶、光硬化性化合物混合溶液１０
は、高分子材料の前駆体である光硬化性化合物と液晶材
料及び光重合開始剤からなる溶液であり、その中の液晶
材料が基板に対して垂直に配向した状態となるような電
界あるいは磁界を印加した後、図３に示すように、レー
ザー光１１を透明性基板１ａの上方から照射する二光束
干渉法により液晶、光硬化性化合物混合溶液１０中の光
硬化性化合物を硬化させて液晶材料の配向が固定化され
る。これにより、図１及び図２に示した液晶滴３及び高
分子材料５からなる調光層が作製される。このようにし
て作製した液晶光学素子に、液晶材料の配向が基板平面
に対して水平となる電界を印加する。

【００３０】なお、液晶材料、重合開始剤及び光硬化性
化合物の混合物である液晶、光硬化性化合物混合溶液１
０の注入は、減圧下でも常圧下でも構わない。また、必
要であれば、加温を行っても構わない。

【００３１】本発明の液晶光学素子に使用される前記調
光層中、又は液晶、光硬化性化合物混合溶液１０中のネ
マチック液晶材料としては、周波数を変化させることに
より、液晶分子の長軸方向の誘電率

【００３２】

【外１】 が正負両方の値をとることのできる、いわゆる２周波駆
動液晶、又は負の誘電率異方性かつ正の磁化率異方性を
有することを特徴とする液晶材料であれば、シアノ系、
フッ素系、塩素系等のいずれの液晶でも使用することが
できるが、アクティブ駆動を行うためには、高電荷保持
率、高屈折率異方性Δｎ、高誘電率Δεの液晶が望まし
い。

【００３３】また、上記の光硬化性化合物としては、光
照射によりポリマー化するモノマー又はオリゴマーある
いはモノマーとオリゴマーの混合物等を用いることがで
きる。すなわち、アクリロイル基、メタクリロイル基、
ビニル基等の通常の光重合性基を有する高分子前駆体で
あれば、いずれも使用できる。光重合性基は、高分子前
駆体−分子中に複数あっても構わない。

【００３４】モノマーとしては、単官能アクリレート化
合物、単官能メタクリレート化合物、多官能アクリレー
ト化合物あるいは多官能メタクリレート化合物がある。
ここで、単官能アクリレート化合物には、例えば、２−
エチルヘキシルアクリレート、ブチルエチルアクリレー
ト、ブトキシエチルアクリレート、２−シアノエチルア
クリレート、ベンジルアクリレート、シクロヘキシルア
クリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２
−エトキシエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミ
ノエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレー
ト、ジシクロペンテニルアクリレート、グリシジルアク
リレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソ
ボニルアクリレート、イソデシルアクリレート、ラウリ
ルアクリレート、モルホリンアクリレート、フェノキシ
エチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコール
アクリレート等がある。

【００３５】また、単官能メタクリレート化合物には、
２−エチルヘキシルメタクリレート、ブチルエチルメタ
クリレート、ブトキシエチルメタクリレート、２−シア
ノエチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シ
クロヘキシルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピル
メタクリレート、２−エトキシエチルメタクリレート、
Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ，Ｎ
−ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジシクロペン
タニルメタクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレ
ート、グリシジルメタクリレート、テトラヒドロフルフ
リルメタクリレート、イソボニルメタクリレート、イソ
デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、モル
ホリンメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレー
ト、フェノキシジエチレングリコールメタクリレート等
がある。

【００３６】また、多官能アクリレート化合物には、ジ
エチレングリコールジアクリレート、１，４−ブタンジ
オールジアクリレート、１，３−ブチレングリコールジ
アクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、グ
リセロールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオール
ジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレー
ト、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリメ
チロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリト
ールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリア
クリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレ
ート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジ
ーンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレー
ト等がある。

【００３７】更に、多官能メタクリレート化合物には、
ジエチレングリコールジメタクリレート、１，４−ブタ
ンジオールジメタクリレート、１，３−ブチレングリコ
ールジメタクリレート、ジシクロペンタニルジメタクリ
レートグリセロールジメタクリレート、１，６−ヘキサ
ンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコール
ジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタク
リレート、トリメチロールプロパントリメタクリレー
ト、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ペン
タエリスリトールトリメタクリレート、ジトリメチロー
ルプロパンテトラメタクリレート、ジペンタエリスリト
ールヘキサメタクリレート、ジペンタエリスリトールモ
ノヒドロキシペンタメタクリレート等がある。また、オ
リゴマーとしては、ウレタンアクリレートオリゴマー等
があるが、これに限定されるものではない。

【００３８】光重合開始剤としては、ベンゾイン系、ベ
ンゾフェノン系、チオキサンソン系等の通常の光重合開
始剤が使用できる。光重合開始剤は固体でも液体でも構
わないが、素子の均一性の点から液晶中に溶解又は相溶
するものが望ましい。光重合開始剤の濃度は高分子樹脂
前駆体の３０重量％以下が望ましい。また、必要に応じ
て光開始助剤、あるいは増感剤を添加してもよい。ま
た、必要に応じてメチルジエタノールアミン、４−ジエ
メチルアミノ安息香酸等の光開始助剤を添加することも
できる。更に、クマリン等の色素増感剤を添加しても構
わない。

【００３９】光硬化性化合物の光重合に用いられる光線
としては、可視光のレーザー光線等を用いることができ
る。レーザー光を基板に対して図６及び図４に示したよ
うに２方向より入射し、レーザー光が干渉した状態（二
光束干渉法）で光硬化化合物の硬化を行う。

【００４０】図４は本発明の液晶光学素子の第２の実施
の形態の構成図を示す。同図中、図３と同一構成部分に
は同一符号を付してある。図４に示す実施の形態は、透
明性基板１ａの底面に形成された電極層２ａと、光吸収
基板６の上面に形成された電極層２ｂとをそれぞれ対向
させ、かつ、それら電極層２ａ及び２ｂの間に赤色反射
層１２、緑色反射層１３及び青色反射層１４を並列に挟
持した構造である。

【００４１】ここで、上記の反射層１２、１３及び１４
は、液晶材料が基板に対して垂直に配向した状態となる
ように電界あるいは磁界を印加した後、前記二光束干渉
法により光硬化性化合物を硬化させて液晶材料の配向を
固定化した液晶、光硬化性化合物混合溶液である点は第
１の実施の形態と同様であるが、３つのマスクを用意
し、上記の二光束干渉法で用いるレーザー光の波長を３
種類として別々に作製されたものである。なお、選択反
射波長の変更には、レーザー光の波長は一定で、レーザ
ー光の入射角度を調整しても構わない。

【００４２】この実施の形態は、電圧無印加時に光吸収
状態（黒表示状態）を示し、電圧印加状態では赤色反射
層１２では赤色光である反射光９ａ、緑色反射層１３で
は緑色光である反射光９ｂ、青色反射層１４では青色光
である反射光９ｃをそれぞれ得られる選択反射状態を示
すため、従来に比べて色純度の高いマルチカラーの液晶
光学素子を実現できる。

【００４３】図５は本発明の液晶光学素子の第３の実施
の形態の構成図を示す。同図中、図１〜図４と同一構成
部分には同一符号を付してある。図５に示す実施の形態
は、図６に示すように、表面に電極層２ａ、２ｂが形成
されたギャップの定まった２つの透明性基板１ａ、１ｂ
を、電極層２ａ、２ｂが形成された側を対向配置し、そ
れらの間のセル中に液晶、光硬化性化合物混合溶液１０
を挟持した後、電界あるいは磁界の印加下、光を照射し
て製造した構造の液晶セルを用いる。

【００４４】ここで、液晶、光硬化性化合物混合溶液１
０は、図３と共に説明したように、高分子材料の前駆体
である光硬化性化合物と液晶材料及び光重合開始剤の混
合物であり、その中の液晶材料が基板に対して垂直に配
向した状態となるような電界あるいは磁界を印加した
後、図６に示すように、レーザー光１１を透明性基板１
ａと１ｂの両方向から照射する二光束干渉法により液
晶、光硬化性化合物混合溶液１０中の光硬化性化合物を
硬化させて液晶材料の配向が固定化される。このように
して作製した液晶セルは、電圧無印加で透明状態を示
し、電圧印加時には液晶材料の配向が基板平面に対して
水平となり選択反射状態を示す。

【００４５】ここで、図６に示した液晶セルの液晶、光
硬化性化合物混合溶液１０に対する二光束干渉法で用い
るレーザー光の波長を設定することにより、図５に示す
ように、表面に電極層２ａ、２ｂが形成されたギャップ
の定まった２つの透明性基板１ａ、１ｂを、電極層２
ａ、２ｂが形成された側を対向配置し、それらの間に赤
色反射層１２を挟持した構造の第１の液晶セルと、表面
に電極層２ｃ、２ｄが形成されたギャップの定まった２
つの透明性基板１ｃ、１ｄを、電極層２ｃ、２ｄが形成
された側を対向配置し、それらの間に緑色反射層１３を
挟持した構造の第２の液晶セルとが製造される。

【００４６】更に、図３に示した実施の形態の液晶、光
硬化性化合物混合溶液１０に対する二光束干渉法で用い
るレーザー光の波長を設定することにより、図５に示す
ように、表面に電極層２ｅ、２ｆが形成されたギャップ
の定まった透明性基板１ｅ、光吸収基板６を、電極層２
ｅ、２ｆが形成された側を対向配置し、それらの間に青
色反射層１４を挟持した構造の第３の液晶セルを製造す
る。そして、この実施の形態の液晶光学素子は、それら
第１、第２、第３の液晶セルを図５に示すように積層
し、更に電極層２ａ、２ｂ間、電極層２ｃ、２ｄ間、電
極層２ｅ、２ｆ間にそれぞれ交流電圧源７ａ、７ｂ、７
ｃを印加できる構造としたものである。

【００４７】この実施の形態も電圧無印加時には上記の
第１及び第２の液晶セルが、いずれも透明状態を示し、
かつ、第３の液晶セルが光吸収状態（黒表示状態）を示
し、電圧印加状態ではいずれも選択反射状態を示すた
め、従来に比べて色純度の高いマルチカラーの液晶光学
素子を実現できる。

【００４８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面と共に説
明する。なお、本発明はその要旨を越えない限り以下の
実施例に限定されるものではない。

【００４９】（第１実施例）本実施例は、図１乃至図３
に示した本発明の液晶光学素子の第１の実施の形態の実
施例で、液晶、光硬化性化合物混合溶液１０として、ヘ
キサペンテニルジアクリレートとウレタンアクリレート
オリゴマーの混合物である光硬化性化合物と、２周波駆
動液晶ＮＲ−１０１２ＸＸ（１３ｋＨｚ以下の周波数で
Δε＞０、１３ｋＨｚ以上の周波数でΔε＜０の、チッ
ソ株式会社製の液晶）と、可視光領域に吸収を有する光
重合開始剤の混合溶液をギャップ１０μｍの液晶セル中
に注入したものを使用した。

【００５０】液晶セルの基板としては、一枚が電極層２
ａ付き透明性基板１ａ、もう一枚が電極層２ｂ付き光吸
収基板６を使用した。この液晶セルに１００Ｈｚ、１５
Ｖの矩形波の交流電圧を印加しながら、波長５１４．５
ｎｍのアルゴンレーザーを二光束干渉法により照射し、
光硬化性化合物を重合させた。得られた液晶光学素子
は、電圧無印加時に光吸収（黒表示）状態を示した。こ
の素子に３０ｋＨｚの交流電圧を印加すると、緑色の反
射光が得られ、電圧の増加に従い、反射光強度は増加し
２０Ｖで飽和した。

【００５１】（第２実施例）本実施例は、図１乃至図３
に示した本発明の液晶光学素子の第１の実施の形態の実
施例で、液晶、光硬化性化合物混合溶液１０として、ヘ
キサペンテニルジアクリレートとウレタンアクリレート
オリゴマーの混合物である光硬化性化合物と、負の誘電
率異方性及び正の磁化率異方性を有する液晶ＮＲ−１０
２３ＸＸと、可視光領域に吸収を有する光重合開始剤の
混合溶液をギャップ１０μｍの液晶セル中に減圧下で注
入したものを使用した。

【００５２】液晶セルの基板としては、一枚が電極層２
ａ付き透明性基板１ａ、もう一枚が電極層２ｂ付き光吸
収基板６を使用した。この液晶セルに、液晶のしきい値
以上の磁界を基板平面に対して垂直方向に印加しなが
ら、波長５１４．５ｎｍのアルゴンレーザーを二光束干
渉法により照射し、光硬化性化合物を重合させた。得ら
れた液晶光学素子は、電圧無印加時に光吸収（黒表示）
状態を示した。この素子に１ｋＨｚの交流電圧を印加す
ると、緑色の反射光が得られ、電圧の増加に従い、反射
光強度は増加し１５Ｖで飽和した。

【００５３】（第３実施例）本実施例は、図４に示した
第２の実施の形態の実施例で、３つのマスクを使用し、
３種類の画素に異なるレーザー光を照射する以外は、す
べて第１実施例と同様の方法で光硬化性化合物の硬化を
行った。レーザー光の光源としては、波長４８８ｎｍ、
５１４．５ｎｍのアルゴンイオンレーザー、６３２．８
ｎｍのヘリウムネオンレーザーを使用した。作製した液
晶光学素子は、図４に示した構造であり、電圧無印加時
では光吸収（黒表示）状態を示した。次に、各画素に電
圧を印加した結果、それぞれの画素を構成する青色反射
層１４、緑色反射層１３、赤色反射層１２より青色、緑
色、赤色の選択反射光９ｃ、９ｂ、９ａを得た。

【００５４】（第４実施例）本実施例は図５に示した本
発明の第３の実施の形態の実施例である。まず、液晶セ
ルの基板が２枚とも図６のような透明性基板であること
以外は、第２実施例と同じ条件で素子を作製する。これ
により、図５に示した、表面に電極層２ｃ、２ｄが形成
されたギャップの定まった２つの透明性基板１ｃ、１ｄ
を、電極層２ｃ、２ｄが形成された側を対向配置し、そ
れらの間に緑色反射層１３を挟持した構造の第２の液晶
セルが作製される。

【００５５】また、レーザー光の光源として、波長６３
２．８ｎｍのヘリウムネオンレーザーを使用すること、
及び液晶セルの基板が２枚とも図６のような透明性基板
であること以外は第２実施例と同じ条件で別の液晶セル
を作製した。これにより、図５に示した、表面に電極層
２ａ、２ｂが形成されたギャップの定まった２つの透明
性基板１ａ、１ｂを、電極層２ａ、２ｂが形成された側
を対向配置し、それらの間に赤色反射層１２を挟持した
構造の第１の液晶セルが作製される。作製した２つの液
晶セル（第１及び第２の液晶セル）は双方とも電圧無印
加時で透明状態を示し、印加電圧の増加と共に反射光強
度が増加した。

【００５６】次に、レーザー光の光源として、波長４８
８ｎｍのアルゴンレーザーを使用すること以外は第２実
施例と同じ条件で別の液晶セルを作製した。これによ
り、図５に示した、表面に電極層２ｅ、２ｆが形成され
たギャップの定まった透明性基板１ｅ、光吸収基板６
を、電極層２ｅ、２ｆが形成された側を対向配置し、そ
れらの間に青色反射層１４を挟持した構造の第３の液晶
セルが作製される。

【００５７】そして、第３の液晶セルを最下層にし、そ
の上に第１及び第２の液晶セルを積層し、図５に示した
ような３層構造の液晶光学素子を試作した。この液晶光
学素子は電圧無印加時で光吸収状態を示した。交流電圧
を各層に独立して印加すると各層からの選択反射光が得
られた。

【００５８】なお、本発明は以上の実施の形態及び実施
例に限定されるものではなく、例えば図５の実施の形態
において、最下層に光吸収基板６を設けること以外は赤
色反射層１２、緑色反射層１３及び青色反射層１４の積
層順は任意でよい。また、図６において、レーザー光１
１は２つの透明性基板１ａ及び１ｂのうちの一方のみか
ら照射するようにしてもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電圧無印加時には入射光は調光層を透過して光吸収基板
に吸収されて完全に光吸収（黒表示）状態となり、電圧
印加時には液晶滴中の液晶材料が透明性基板及び光吸収
基板に対して平行に配向されて光選択反射状態となり、
印加電圧が増加するに従い反射光の強度が増加するた
め、三原色のうちの他の２つの原色の画素の選択反射光
を、電圧無印加により完全に消失させることができ、よ
って従来よりも低い駆動電圧により色純度を高くでき、
印加電圧を高くするほど同じ色純度で明るさを増加でき
る。また、本発明によれば、調光層を三原色光の各原色
光を別々に選択反射する構成とすることにより、色純度
の高いマルチカラーの液晶光学素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる液晶光学素子の第１の実施の形態
の電圧無印加時の構成図である。

【図２】本発明になる液晶光学素子の第１の実施の形態
の電圧印加時の構成図である。

【図３】本発明になる液晶光学素子の第１の実施の形態
の製造方法を説明する図である。

【図４】本発明になる液晶光学素子の第２の実施の形態
の電圧無印加時の構成図である。

【図５】本発明になる液晶光学素子の第３の実施の形態
の電圧無印加時の構成図である。

【図６】本発明になる液晶光学素子の第３の実施の形態
の要部の製造方法を説明する図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 透明性基板 ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ 電極層 ３ 液晶滴 ４ａ、４ｂ 液晶分子のダイレクタ ５ 高分子材料 ６ 光吸収基板 ７、７ａ、７ｂ、７ｃ 交流電源 ８ 入射光 ９ 反射光 ９ａ、赤色反射光 ９ｂ 緑色反射光 ９ｃ 青色反射光 １０ 液晶、光硬化性化合物混合溶液 １１ レーザー光 １２ 赤色反射層 １３ 緑色反射層 １４ 青色反射層

フロントページの続き (72)発明者 大西 康晴 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 佐藤 正春 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−34949（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−61023（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−309024（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に第１の電極層が形成された透明性
   基板と、 表面に第２の電極層が形成された光吸収基板と、 前記透明性基板上の前記第１の電極層と前記光吸収基板
   上の前記第２の電極層との間に挟持された、液晶滴が高
   分子材料中に規則的に配列され、かつ、該液晶滴中の液
   晶材料の常光屈折率が該高分子材料の屈折率と一致又は
   ほぼ一致している調光層とを有し、前記液晶滴中の液晶
   材料が前記第１及び第２の電極層間に対する電圧無印加
   時は前記透明性基板及び光吸収基板に対して垂直に配向
   し、電圧印加時は平行に配向することを特徴とする液晶
   光学素子。
2. 【請求項２】 前記調光層中の液晶滴は、正負の両方の
   誘電率異方性をとることができる２周波駆動液晶材料で
   あることを特徴とする請求項１記載の液晶光学素子。
3. 【請求項３】 前記調光層中の液晶滴は、負の誘電率異
   方性及び正の磁化率異方性をとる液晶材料であることを
   特徴とする請求項１記載の液晶光学素子。
4. 【請求項４】 前記調光層は、三原色光を構成する各原
   色光をそれぞれを別々に反射する３つの反射層が並列に
   配置された構成であり、該３つの反射層は電圧印加時に
   選択反射状態を示し、電圧無印加時は光吸収状態である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記
   載の液晶光学素子。
5. 【請求項５】 表面に第１の電極層が形成された第１の
   透明性基板と、表面に第２の電極層が形成された光吸収
   基板と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に
   挟持された、液晶滴が高分子材料中に規則的に配列さ
   れ、かつ、該液晶滴中の液晶材料の常光屈折率が該高分
   子材料の屈折率と一致又はほぼ一致している第１の調光
   層とからなる第１の液晶セルと、 表面に第３の電極層が形成された第２の透明性基板と、
   表面に第４の電極層が形成された第３の透明性基板と、
   前記第３の電極層と第４の電極層の間に挟持された、液
   晶滴が高分子材料中に規則的に配列され、かつ、該液晶
   滴中の液晶材料の常光屈折率が該高分子材料の屈折率と
   一致又はほぼ一致している第２の調光層とからなる第２
   の液晶セルとを有し、前記第１の液晶セル上に前記第２
   の液晶セルを２つ積層し、該第１の液晶セルと２つの該
   第２の液晶セルのそれぞれに別々に電圧を印加した時
   は、前記透明性基板及び光吸収基板に対して前記液晶滴
   中の液晶材料が平行に配向し、電圧無印加時は前記透明
   性基板及び光吸収基板に対して前記液晶滴中の液晶材料
   が垂直に配向することを特徴とする液晶光学素子。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２の調光層中の液晶滴
   は、正負の両方の誘電率異方性をとることができる２周
   波駆動液晶材料であることを特徴とする請求項５記載の
   液晶光学素子。
7. 【請求項７】 前記第１及び第２の調光層中の液晶滴
   は、負の誘電率異方性及び正の磁化率異方性をとる液晶
   材料であることを特徴とする請求項５記載の液晶光学素
   子。
8. 【請求項８】 前記第１の液晶セルと２つの第２の液晶
   セルは、電圧印加時はそれぞれ三原色光のうち、予め定
   められたいずれか一の原色光をそれぞれ選択反射し、か
   つ、全体で三原色光を選択反射することを特徴とする請
   求項５乃至７記載のうちいずれか一項記載の液晶光学素
   子。
9. 【請求項９】 表面に第１の電極層が形成された透明性
   基板と、表面に第２の電極層が形成された光吸収基板と
   を該第１及び第２の電極層側を離間対向させ、該第１及
   び第２の電極層の間に、高分子材料の前駆体である光硬
   化性化合物と液晶材料及び光重合開始剤からなる溶液を
   注入する第１の工程と、 該溶液中の液晶材料が前記透明性基板及び光吸収基板に
   対して垂直に配向するような電界又は磁界を印加する第
   ２の工程と、 前記透明性基板上方から光を照射して前記溶液中の光硬
   化性化合物を硬化させて前記液晶材料の配向を固定化さ
   せ、液晶滴が前記高分子材料中に規則的に配列され、か
   つ、該液晶滴中の液晶材料の常光屈折率が該高分子材料
   の屈折率と一致又はほぼ一致している調光層が前記第１
   及び第２の電極層間に形成された液晶光学素子を作製す
   る第３の工程とを含むことを特徴とする液晶光学素子の
   製造方法。