JP4889327B2 - Liquid crystal light modulator, method for manufacturing the same, and liquid crystal display device - Google Patents

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Description

本発明は、液晶を用いて光を変調する液晶光変調器、その製造方法および液晶表示装置に関するものである。   The present invention relates to a liquid crystal light modulator that modulates light using liquid crystal, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device.

一般に液晶光変調器は、液体である液晶が、電極層を付設された少なくとも一方が透明体よりなる1対の基板の間に挾まれて構成される。2つの電極間に電圧を印加して、液晶分子の配列状態を変化させると、液晶の光学的性質が変化するため、入射する光を電圧で変調する機能が得られる。すなわち、液晶の電気光学効果を応用すると、光変調器を容易に実現できる。液晶表示素子は、他の電気光学効果を示す光学結晶に比べて低電圧で動作するため、表示装置用の電気光学素子として、近年、急速に普及しつつある。   In general, a liquid crystal light modulator is formed by sandwiching a liquid crystal, which is a liquid, between a pair of substrates, at least one of which is provided with an electrode layer and made of a transparent body. When a voltage is applied between the two electrodes to change the alignment state of the liquid crystal molecules, the optical properties of the liquid crystal change, so that a function of modulating incident light with voltage can be obtained. That is, an optical modulator can be easily realized by applying the electro-optic effect of liquid crystal. Since liquid crystal display elements operate at a lower voltage than optical crystals exhibiting other electro-optic effects, they are rapidly spreading in recent years as electro-optic elements for display devices.

このような液晶表示素子の中でも、高度にねじれた分子配向を有するコレステリック液晶を透明基板の間に保持して形成された素子は、反射型の表示素子として有用である(例えば、下記非特許文献1参照)。   Among such liquid crystal display elements, an element formed by holding a cholesteric liquid crystal having a highly twisted molecular orientation between transparent substrates is useful as a reflective display element (for example, the following non-patent document) 1).

この場合、電圧が印加されていない状態では、この素子はグランジャン組織もしくはプレーナ配向と呼ばれる状態(分子配向のねじれ軸が基板面に垂直)とされている。このとき、プレーナ配向の波長選択反射(散乱)の効果により反射光が生じて、表示光となる(明状態)。一方、この素子に電圧が印加されると、液晶のねじれ軸が回転して、フォーカルコニック組織(分子配向のねじれ軸が基板面に平行)に一様に変化する。この状態では選択反射の効果が解消されるため表示光はなくなる(暗状態)。   In this case, in the state where no voltage is applied, this element is in a state called Grandian structure or planar orientation (the torsion axis of molecular orientation is perpendicular to the substrate surface). At this time, reflected light is generated by the wavelength selective reflection (scattering) effect of the planar alignment, and becomes display light (bright state). On the other hand, when a voltage is applied to this element, the twist axis of the liquid crystal rotates and changes uniformly into a focal conic structure (the twist axis of molecular orientation is parallel to the substrate surface). In this state, the effect of selective reflection is eliminated, so that the display light disappears (dark state).

K. Ochi, E. Yamakawa, K. Hashimoto and K.Kohriyama: ”Full color displaysystem using reflective memory type chiral nematic LCDs” Proc. International Display Workshops, PLC1-1, pp.281-284 (2000).K. Ochi, E. Yamakawa, K. Hashimoto and K. Kohriyama: “Full color display system using reflective memory type chiral nematic LCDs” Proc. International Display Workshops, PLC1-1, pp.281-284 (2000).

しかし、一般的にコレステリック液晶では、温度変化に応じて液晶分子のねじれピッチが変動するため、屋外用途に適用した場合や、使用環境温度が変化するような場合には、選択反射光の波長がシフトして表示色が変化してしまうという問題がある。   However, in general, in cholesteric liquid crystals, the twist pitch of liquid crystal molecules fluctuates according to changes in temperature. Therefore, when applied to outdoor applications or when the operating environment temperature changes, the wavelength of the selectively reflected light is reduced. There is a problem that the display color changes due to the shift.

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ねじれ配向状態とされたコレステリック液晶を用いる場合に、温度変化に伴う、液晶分子のねじれピッチの変動を抑制して、屋外用途に適用した場合や、使用環境温度が変化するような場合にも表示色の変化を阻止し得る液晶光変調器、その製造方法および液晶表示装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and when using a cholesteric liquid crystal in a twisted alignment state, the variation in the twist pitch of liquid crystal molecules accompanying a temperature change is suppressed, and when applied to outdoor applications, An object of the present invention is to provide a liquid crystal light modulator capable of preventing a change in display color even when the use environment temperature changes, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device.

本発明の液晶光変調器は、電極膜が付された1対の基板を、該電極膜が対向するように配置し、前記一対の基板の間に、表面が分子配向した網目状合成樹脂とねじれ配向のコレステリック液晶からなる複合膜を挟み、前記コレステリック液晶のねじれ配向のねじれピッチで決定される反射・表示光の強度が、前記電極膜に印加する電圧で変調されるように構成され、前記網目状合成樹脂の表面の分子配向方向と、前記コレステリック液晶のねじれ配向の方向とが、互いに同様かつ一様な方向となるように構成されてなることを特徴とするものである。 In the liquid crystal light modulator of the present invention, a pair of substrates provided with an electrode film is disposed so that the electrode films face each other, and a network-like synthetic resin whose surface is molecularly oriented between the pair of substrates and sandwiching the composite film comprising a cholesteric liquid crystal twisted orientation, the intensity of the reflected-display light is determined by the twist pitch of the twisted orientation of the cholesteric liquid crystal, is configured to be modulated by the voltage applied to the electrode film, the The molecular orientation direction of the surface of the reticulated synthetic resin and the twisted orientation direction of the cholesteric liquid crystal are configured to be the same and uniform directions .

また、本発明の液晶光変調器の製造方法は、上述した液晶光変調器を製造する方法であって、前記コレステリック液晶と前記網目状合成樹脂の原材料とが混合された混合液について、前記コレステリック液晶がねじれ配向となっている状態で、前記網目状合成樹脂の原材料を硬化させて、前記複合膜を形成することを特徴とするものである。   The method for producing a liquid crystal light modulator of the present invention is a method for producing the above-described liquid crystal light modulator, wherein the cholesteric liquid is mixed with the cholesteric liquid crystal and the raw material of the network synthetic resin. The composite film is formed by curing the raw material of the network synthetic resin in a state where the liquid crystal is in a twisted orientation.

ここで、前記網目状合成樹脂の原材料を硬化させる際には、前記混合液に対し紫外線を照射して網目構造を形成することが好ましい。   Here, when the raw material of the network synthetic resin is cured, it is preferable to form a network structure by irradiating the mixed solution with ultraviolet rays.

また、本発明の液晶表示装置は、上述し液晶光変調器を備えてなることを特徴とするものである。 The liquid crystal display device of the present invention is characterized by comprising a liquid crystal light modulator described above.

本発明の液晶光変調器および液晶表示装置によれば、表面が分子配向した網目状合成樹脂をコレステリック液晶の内部に分散・形成することにより、分子配向した合成樹脂の表面が、液晶のねじれ配向を安定化するように作用し、温度変化に伴う液晶固有のねじれピッチの変動を抑制することができるので、温度変化が発生しても安定した表示色を得ることができる。   According to the liquid crystal light modulator and the liquid crystal display device of the present invention, the surface of the molecule-oriented synthetic resin is twisted and aligned by liquid crystal by dispersing and forming a network-like synthetic resin having a molecule-oriented surface inside the cholesteric liquid crystal. Since the fluctuation of the twist pitch inherent to the liquid crystal accompanying the temperature change can be suppressed, a stable display color can be obtained even if the temperature changes.

また、本発明の液晶光変調器の製造方法によれば、混合液中のコレステリック液晶がねじれ配向となっている状態で、網目状合成樹脂の原材料を硬化させることで、液晶のねじれ配向を安定化させる表面を有する構成を得るようにしているので、上述した液晶光変調器の製造が容易である。   In addition, according to the method for manufacturing a liquid crystal light modulator of the present invention, the twisted alignment of the liquid crystal is stabilized by curing the raw material of the network synthetic resin in a state where the cholesteric liquid crystal in the mixed solution is in the twisted alignment. Since the structure having the surface to be converted is obtained, the above-described liquid crystal light modulator can be easily manufactured.

以下、本発明の実施形態に係る液晶光変調器について図面を参照しつつ説明する。図1は本発明による反射型の液晶光変調器の一実施形態を示す断面模式図である。   Hereinafter, a liquid crystal light modulator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a reflective liquid crystal light modulator according to the present invention.

この液晶光変調器20は、それぞれ透明電極1が付設された1対の透明な基板2の間に、合成樹脂製の表面が分子配向した網目状構造体3とコレステリック液晶4とからなる複合膜5、および両基板2の間に介在し、これら基板2を接着・保持して複合膜5の厚みを維持する合成樹脂製のスペーサ構造体10(実際には多数個存在するが1つのみを記載)、を互いに隣接するようにして配置してなる。なお、上記複合膜5内の合成樹脂表面の分子配向は、樹脂表面に接する液晶配向と同様な向きを有する。   This liquid crystal light modulator 20 is a composite film composed of a network structure 3 and a cholesteric liquid crystal 4 made of synthetic resin and having a molecular orientation between a pair of transparent substrates 2 each having a transparent electrode 1 attached thereto. 5 and a synthetic resin spacer structure 10 which is interposed between the two substrates 2 and maintains the thickness of the composite film 5 by adhering and holding these substrates 2 (in reality, only one but only one is present). Are arranged adjacent to each other. The molecular orientation of the synthetic resin surface in the composite film 5 has the same orientation as the liquid crystal orientation in contact with the resin surface.

また、両電極1は、リード線9を介して電圧源8と接続されている。
これにより、この液晶光変調器20に対し、入射光6を入射させると、この液晶光変調器20からは所定波長の出射光7が反射表示光として出射される。
Both electrodes 1 are connected to a voltage source 8 through lead wires 9.
As a result, when incident light 6 is incident on the liquid crystal light modulator 20, emitted light 7 having a predetermined wavelength is emitted from the liquid crystal light modulator 20 as reflected display light.

ところで、コレステリック液晶4の液晶分子の配向は、初期状態ではねじれ軸が基板面に対して垂直方向となっている(グランジャン組織もしくはプレーナ配向)。この場合、波長選択反射効果が生じ、入射光6はコレステリック液晶のねじれ配向の周期構造に応じてブラッグ反射され、出射光7すなわち表示光となる。このとき、明表示の状態となる。   By the way, the orientation of the liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal 4 is such that the twist axis is perpendicular to the substrate surface in the initial state (Grandjean structure or planar orientation). In this case, a wavelength selective reflection effect is generated, and the incident light 6 is Bragg-reflected according to the periodic structure of the twisted orientation of the cholesteric liquid crystal, and becomes outgoing light 7, that is, display light. At this time, a bright display state is obtained.

これに対して、電圧源8からリード線9を介して、両電極1間に、所定値以上の高い電圧が印加されると、コレステリック液晶4のねじれ軸が基板面に対して水平方向となるように変化する(フォーカルコニック組織もしくはフィンガプリント組織)。この場合、ねじれ配向が横倒しとなり、波長選択反射効果は生ぜず、入射光6は直進・透過するため、表示光は消失して、黒表示の状態となる。   On the other hand, when a voltage higher than a predetermined value is applied between the electrodes 1 from the voltage source 8 via the lead wire 9, the torsion axis of the cholesteric liquid crystal 4 becomes horizontal with respect to the substrate surface. (Focal conic organization or fingerprint organization). In this case, the twisted orientation is laid down, the wavelength selective reflection effect does not occur, and the incident light 6 travels straight and transmits, so that the display light disappears and a black display state is obtained.

なお、さらに高い電圧が印加されると、ねじれ配向が解消され、すべての液晶分子が基板面に対して垂直方向に配向することになる(ホメオトロピック配向)。   When a higher voltage is applied, the twisted alignment is eliminated and all liquid crystal molecules are aligned in the direction perpendicular to the substrate surface (homeotropic alignment).

また、本発明の実施形態に係る液晶光変調器の製造方法は、相分離を用いた簡便な作製工程により構成できる。その具体的な作製方法は以下の通りである。   In addition, the method for manufacturing a liquid crystal light modulator according to the embodiment of the present invention can be configured by a simple manufacturing process using phase separation. The specific manufacturing method is as follows.

すなわち、それぞれ透明電極1を付設した1対の基板2を使用し、一方の基板2上にコレステリック液晶4と樹脂原材料の混合液を塗布した後、当該塗布液上に他方の基板2を載せ貼り合わせる。この時、コレステリック液晶4と樹脂の混合液(複合膜6)の厚みを制御するために、フォトリソグラフィ法を用いてスペーサ樹脂構造を基板上に形成するか、球状スペーサを液晶/樹脂混合液内に分散する。   That is, a pair of substrates 2 each provided with a transparent electrode 1 is used, a mixed liquid of cholesteric liquid crystal 4 and a resin raw material is applied on one substrate 2, and the other substrate 2 is placed on the coating liquid. Match. At this time, in order to control the thickness of the mixed liquid (composite film 6) of the cholesteric liquid crystal 4 and the resin, a spacer resin structure is formed on the substrate by using a photolithography method, or a spherical spacer is formed in the liquid crystal / resin mixed liquid. To disperse.

ところで、基板2には配向膜が設けられているため、液晶4と樹脂原材料の分子は、ねじれ軸が面内で一様な方向となる。このように分子配向した混合液を基板2で挟み込んだ状態で、外部から紫外線を照射して、混合液中の樹脂原材料の重合もしくは架橋反応を誘起する。これにより、合成樹脂の分子量が急速に増加して液晶4との相分離を起こし、コレステリック液晶4中に樹脂の網目状構造体3が形成される。このようにして作製することにより樹脂表面も配向した状態となるため、液晶4のねじれ配向を保持する効果が得られる。   By the way, since the substrate 2 is provided with the alignment film, the molecules of the liquid crystal 4 and the resin raw material have a uniform twist axis in the plane. In such a state where the molecularly oriented mixed liquid is sandwiched between the substrates 2, ultraviolet rays are irradiated from the outside to induce polymerization or crosslinking reaction of the resin raw materials in the mixed liquid. As a result, the molecular weight of the synthetic resin increases rapidly, causing phase separation with the liquid crystal 4, and the resin network 3 is formed in the cholesteric liquid crystal 4. Since the resin surface is also aligned by manufacturing in this way, the effect of maintaining the twisted alignment of the liquid crystal 4 can be obtained.

なお、網目状構造体3の網目サイズは、紫外線強度が大きい程、すなわち硬化速度が大きい程、微細なものとなる。また紫外線の強度、樹脂の配合比、および硬化温度のうち少なくとも1つの要素を変更することにより、最終的に安定化される液晶のねじれピッチを制御することができる。すなわち、表示光である反射光の波長を所望の値に安定して制御することができる。一般に液晶は、樹脂原材料を分離する過程でねじれピッチが小さくなるが、その一方で、樹脂原材料の硬化条件に応じ、液晶中に残留する樹脂原材料の量や樹脂原材料の硬化のタイミングが異なるため、最終的に固定される液晶のねじれピッチが大きく左右される。したがって、本実施形態においては、紫外線の強度、樹脂の配合比、および硬化温度のうち少なくとも1つ、望ましくは全ての要素を変更することで液晶のねじれピッチを調整するようにしている。   The mesh size of the mesh structure 3 becomes finer as the ultraviolet intensity is higher, that is, as the curing speed is higher. Further, the twist pitch of the liquid crystal finally stabilized can be controlled by changing at least one element among the intensity of ultraviolet rays, the blending ratio of the resin, and the curing temperature. That is, the wavelength of reflected light that is display light can be stably controlled to a desired value. In general, the liquid crystal has a smaller twist pitch in the process of separating the resin raw material, but on the other hand, depending on the curing conditions of the resin raw material, the amount of resin raw material remaining in the liquid crystal and the timing of curing of the resin raw material are different. The twist pitch of the finally fixed liquid crystal is greatly affected. Therefore, in the present embodiment, the twist pitch of the liquid crystal is adjusted by changing at least one of ultraviolet intensity, resin blending ratio, and curing temperature, and preferably all elements.

なお、液晶の電気光学効果を効率よく引き出すためには、複合膜6中のコレステリック液晶4の含有率を少なくとも70%以上とする必要がある。また、複合膜6の厚みは、駆動電圧の抑制という観点からは100μm以下とすることが望ましく、表示のコントラスト比を高めるという観点からは5μm以上とすることが望ましい。   In order to efficiently draw out the electro-optic effect of the liquid crystal, the content of the cholesteric liquid crystal 4 in the composite film 6 needs to be at least 70% or more. The thickness of the composite film 6 is preferably 100 μm or less from the viewpoint of suppressing the driving voltage, and is preferably 5 μm or more from the viewpoint of increasing the contrast ratio of display.

また、上記樹脂原材料としては、モノマやオリゴマが使用される。重合反応が進み易く、重合後の分子量変化が著しい材料ほど樹脂が液晶と相分離しやすいため、単官能性もしくは多官能性のモノマが使用可能である。さらに、液晶との溶解性に優れた樹脂原材料が望ましく、フェニル基やシクロヘキサン基などの液晶に類似した分子骨格をコアに有する有機材料が好適である。そのような樹脂原材料は自発的な分子配向機能(液晶性)を示し、液晶に溶解された場合でも、液晶分子とともに分子配向機能を保持する。この性質を活用することにより、紫外線による硬化後、ポリマ表面が液晶分子に対して強い配向規制力を及ぼすようにすることが可能となり、液晶のねじれ配向を安定化させることできる。具体的な樹脂原材料としては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フッ素系樹脂(例えばポリテトラフルオロエチレンなど)、またはそれらの共重合体なども使用することができる。   As the resin raw material, monomers and oligomers are used. Monofunctional or polyfunctional monomers can be used because the resin is more likely to proceed and the resin is more likely to undergo phase separation from the liquid crystal as the molecular weight changes significantly after polymerization. Furthermore, a resin raw material excellent in solubility with a liquid crystal is desirable, and an organic material having a molecular skeleton similar to a liquid crystal such as a phenyl group or a cyclohexane group in the core is preferable. Such resin raw materials exhibit a spontaneous molecular alignment function (liquid crystallinity), and retain the molecular alignment function together with liquid crystal molecules even when dissolved in liquid crystal. By utilizing this property, after curing with ultraviolet rays, the polymer surface can exert a strong alignment regulating force on the liquid crystal molecules, and the twisted alignment of the liquid crystal can be stabilized. Specific resin raw materials include acrylic resin, methacrylic resin, urethane resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyolefin resin, epoxy resin, polystyrene resin, polyvinyl alcohol resin, fluorine-based resin (for example, polytetrafluoroethylene), or those Copolymers of the above can also be used.

また、使用するコレステリック液晶材料としては、不斉炭素原子を含み、自らねじれ配向を有する液晶材料のほかに、不斉炭素原子を含まないネマティック液晶にねじれ配向を誘発するカイラル剤を添加して使用することができる。カイラル添加剤には、小量で短いらせんピッチが得られる材料が好ましく、光学活性を持つ不斉炭素原子を含むカイラル化合物、もしくはコレステリック相を示すコレステロール誘導体が適当である。   Also, as the cholesteric liquid crystal material to be used, in addition to a liquid crystal material containing an asymmetric carbon atom and having its own twisted orientation, a chiral agent that induces twist orientation is added to a nematic liquid crystal that does not contain an asymmetric carbon atom. can do. As the chiral additive, a material capable of obtaining a small helical pitch with a small amount is preferable, and a chiral compound containing an asymmetric carbon atom having optical activity or a cholesterol derivative exhibiting a cholesteric phase is suitable.

また液晶内に生じるねじれピッチは、カイラルドーパントの濃度と反比例の関係にある。フォーカルコニック組織の配向(コレステリック相)を発現させるには、ねじれピッチを基板間隔の2分1以下に制御することが望まれる。   The twist pitch generated in the liquid crystal is inversely proportional to the concentration of the chiral dopant. In order to develop the orientation (cholesteric phase) of the focal conic structure, it is desirable to control the twist pitch to be 1/2 or less of the substrate interval.

また電圧印加に対して高速応答性を得る液晶には、低粘性かつ高弾性の材料が適しており、化学構造としては、液晶の屈折率異方性Δn(Δn=異常光屈折率n−常光屈折率n)が大きいシアノ系、ビフェニル系、タフェニル系、ピリミジン系、トラン系、フッ素系が適している。 Also in the liquid crystal to obtain a high-speed responsiveness to the voltage application, and the low viscosity and high elasticity material suitable as the chemical structure, the liquid crystal refractive index anisotropy [Delta] n ([Delta] n = extraordinary refractive index n e - Cyano, biphenyl, taphenyl, pyrimidine, tolan, and fluorine are suitable for which the ordinary refractive index n o ) is large.

液晶分子のねじれ配向を素子面内で一様化するために、透明電極の表面に液晶分子の配向を揃えるための配向膜を用いる。その配向膜の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルシンナメート樹脂、アゾ系化合物などが好適である。その配向処理法としては、レーヨンやナイロン布などで樹脂膜表面を摩擦するラビング配向処理、もしくは偏光紫外線の照射による露光処理を用いることができる。配向膜の塗布法には、フレキソ印刷法、グラビア印刷法など既存の各種印刷法のほかに、ロールコーティング、ディッピング、スピンコーティング、キャスティング、スプレー、ドクターブレードコーティングおよびワイヤバーコーティングなどが挙げられるが、それら以外の塗布技術を用いることもできる。また、無機材料の配向膜として、斜法真空蒸着したSiO膜もしくはSiO2膜を基板表面に形成することも可能である。これらの配向膜の配向処理は、2枚の基板の双方について行ってもよいし、一方について行ってもよい。 In order to make the twisted alignment of the liquid crystal molecules uniform in the element plane, an alignment film for aligning the alignment of the liquid crystal molecules on the surface of the transparent electrode is used. As the material of the alignment film, polyimide resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinyl cinnamate resin, azo compound, and the like are suitable. As the alignment treatment method, rubbing alignment treatment in which the resin film surface is rubbed with rayon or nylon cloth, or exposure treatment by irradiation with polarized ultraviolet rays can be used. In addition to various existing printing methods such as flexographic printing and gravure printing, alignment film coating methods include roll coating, dipping, spin coating, casting, spraying, doctor blade coating, and wire bar coating. Other coating techniques can also be used. It is also possible to form an oblique vacuum deposited SiO film or SiO 2 film on the substrate surface as the alignment film of the inorganic material. The alignment treatment of these alignment films may be performed on both of the two substrates or on one of them.

基板2上への液晶/樹脂原材料混合液の塗布法としては、ロールコーティング、ディッピング、スピンコーティング、キャスティング、スプレー、ドクターブレードコーティングおよびワイヤバーコーティングなどが、生産性や量産性に優れた方法として用いられる。また、フレキソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷など各種の印刷技術も用いることができる。   As a method of applying the liquid crystal / resin raw material mixture onto the substrate 2, roll coating, dipping, spin coating, casting, spraying, doctor blade coating, wire bar coating, etc. are used as methods with excellent productivity and mass productivity. It is done. Various printing techniques such as flexographic printing, screen printing, and gravure printing can also be used.

また、上記混合液の樹脂原材料を硬化させる紫外線の光源としては、液晶を分解しない長波長の紫外線を効率良く放出するものが適しており、高出力水銀キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、エキシマランプ、キセノンランプなどが好適であるが、これらに限られるものではない。   Further, as the ultraviolet light source for curing the resin raw material of the mixed liquid, a light source that efficiently emits long-wavelength ultraviolet light that does not decompose the liquid crystal is suitable, and a high-power mercury xenon lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, an excimer lamp, A xenon lamp or the like is preferable, but is not limited thereto.

また基板2としては、現在の液晶表示装置に多く使用されている、厚みが1mm以下の薄いガラス基板はもとより、0.4mm以下のポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレートなど柔軟なプラスティックフィルムを用いることができる。   The substrate 2 is not only a thin glass substrate with a thickness of 1 mm or less, which is often used in current liquid crystal display devices, but also a flexible plastic film such as polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethersulfone, and polyethylene terephthalate with a thickness of 0.4 mm or less. Can be used.

基板2に設ける透明電極1としては、錫をドープした酸化インジウム(ITO)をはじめ、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛などが好適である。それらの透明電極1は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法で成膜することができる。また、金属酸化物以外の透明電極1として、ポリチオフェン系樹脂などの透明な有機系導電性材料を、スピンコートや印刷法などにより塗布してもよい。   As the transparent electrode 1 provided on the substrate 2, indium oxide doped with tin (ITO), indium oxide, tin oxide, zinc oxide and the like are suitable. Those transparent electrodes 1 can be formed by a method such as vacuum deposition, sputtering, or ion plating. Further, as the transparent electrode 1 other than the metal oxide, a transparent organic conductive material such as a polythiophene resin may be applied by spin coating or printing.

なお本実施形態のものでは、表示させるための原理として、コレステリック液晶の波長選択反射効果を利用しているため、素子の背面に光吸収体を配置することが望まれる。また、特定の波長の光を選択的に反射できるようにしているので、コレステリック液晶のねじれピッチを調整することにより、カラー表示も可能になる。この方式ではバックライトを用いないため、低消費電力の反射型表示装置を構成できる。このような反射型表示装置の場合、光非入射側の基板を不透明化したり、光非入射側の電極を金属電極に置き換えることも可能である。   In the present embodiment, since the wavelength selective reflection effect of cholesteric liquid crystal is used as a principle for display, it is desirable to dispose a light absorber on the back surface of the element. In addition, since light of a specific wavelength can be selectively reflected, color display is possible by adjusting the twist pitch of the cholesteric liquid crystal. Since this method does not use a backlight, a reflective display device with low power consumption can be configured. In the case of such a reflection type display device, it is possible to make the light non-incident side substrate opaque or to replace the light non-incident side electrode with a metal electrode.

なお、前述したように、液晶4内の合成樹脂の微細化(照射する紫外線強度の増加)および分散量の増大(モノマ添加量の増加)により、液晶4のねじれ配向の安定化効果を高めることができる。しかし、その強い配向規制力により、ポリマ構造に歪みがあれば、液晶4のねじれ配向も大きく歪められることにもなるため、反射効果が弱まったり(反射率の低下)、温度変動に伴い液晶4のねじれ配向が乱れやすくなる等という現象も生じる。そのため、ポリマの分散量や紫外線強度は適切な値に設定することが望ましい。   In addition, as described above, the effect of stabilizing the twisted alignment of the liquid crystal 4 is enhanced by miniaturizing the synthetic resin in the liquid crystal 4 (increasing the intensity of ultraviolet rays to be irradiated) and increasing the amount of dispersion (increasing the amount of monomer added). Can do. However, if the polymer structure is distorted due to its strong alignment regulating force, the twisted alignment of the liquid crystal 4 is also greatly distorted, so that the reflection effect is weakened (decrease in reflectivity), and the liquid crystal 4 varies with temperature fluctuations. There is also a phenomenon that the twisted orientation of the film is easily disturbed. Therefore, it is desirable to set the polymer dispersion amount and the ultraviolet intensity to appropriate values.

このような観点からモノマの添加量としては、30重量%以下が適当である。また、モノマの硬化に用いる紫外線の強度としては、液晶4へのダメージも考慮して、10mW/cm2〜100mW/cm2の範囲が適当である。 From this viewpoint, the amount of monomer added is suitably 30% by weight or less. As the intensity of ultraviolet rays used for curing monomers, even damage to the liquid crystal 4 by considering the range of 10mW / cm 2 ~100mW / cm 2 are suitable.

以下に本発明の実施例に係る光変調器の検討結果について示す。   The examination result of the optical modulator according to the embodiment of the present invention will be described below.

ポリイミド配向膜(AL-1254、JSR社)を塗付した透明電極(ITO)付きのガラス基板を、5μmのスペーサ粒子を介して重ね合わせ、周囲を光硬化性の樹脂で固めた。この場合、あらかじめ一方の基板のみ、ラビング(摩擦)による配向処理を施した。その一方、ねじれのないネマティック液晶(JB-1010XX、チッソ社)にカイラル剤(CM-33、チッソ社、23重量%)と、紫外線で硬化する液晶性の単官能モノマ(UCL-001、DIC社、10重量%)を混ぜた混合液(コレステリック相)を、ガラス基板間に注入して混合液にねじれ配向を誘起した。この状態で、中心波長365nmの長波長の紫外線を照射して、網目状樹脂を相分離により析出・凝集させて実施例を作製した。その際の、紫外線照射の強度および時間をそれぞれ33mW/cm2および5分とした。 A glass substrate with a transparent electrode (ITO) coated with a polyimide alignment film (AL-1254, JSR) was superposed through 5 μm spacer particles, and the periphery was hardened with a photocurable resin. In this case, only one of the substrates was previously subjected to orientation treatment by rubbing (friction). On the other hand, nematic liquid crystal without twist (JB-1010XX, Chisso), chiral agent (CM-33, Chisso, 23% by weight), and liquid crystalline monofunctional monomer (UCL-001, DIC) that cures with ultraviolet rays. , 10 wt.%) Mixed solution (cholesteric phase) was injected between the glass substrates to induce torsional orientation in the mixed solution. In this state, an ultraviolet ray having a central wavelength of 365 nm was irradiated, and a network resin was precipitated and aggregated by phase separation to produce an example. At that time, the intensity and time of ultraviolet irradiation were set to 33 mW / cm 2 and 5 minutes, respectively.

その一方、ねじれのないネマティック液晶(JB-1010XX、チッソ社)にカイラル剤(CM-33、チッソ社)のみを混ぜた混合液(コレステリック相)を、ガラス基板間に注入し、その他は上記実施例と同様にして比較例を作製した。   On the other hand, a liquid mixture (cholesteric phase) in which only a chiral agent (CM-33, Chisso) is mixed with nematic liquid crystal (JB-1010XX, Chisso) without twisting is injected between the glass substrates, and the others are implemented above. Comparative examples were prepared in the same manner as the examples.

上記の如くして作製した実施例と比較例の光変調器に係るコレステリック液晶素子(プレーナ配向)を加熱しながら、透過スペクトルを測定した。実施例についての結果を図2に、比較例についての結果を図3に示す。なお、図2、3のグラフでは、反射した光波長成分が透過率の落ち込みとして表されている。   The transmission spectrum was measured while heating the cholesteric liquid crystal elements (planar alignment) according to the optical modulators of Examples and Comparative Examples produced as described above. The results for the example are shown in FIG. 2, and the results for the comparative example are shown in FIG. 2 and 3, the reflected light wavelength component is represented as a drop in transmittance.

図2から明らかなように、実施例のものでは、温度を変化させても選択反射の中心波長はほとんどシフトせず一定である。
その一方、図3から明らかなように、比較例のものでは、温度変化により反射光の中心波長が大きく変化している。
As is apparent from FIG. 2, in the example, the center wavelength of selective reflection is almost unchanged even when the temperature is changed.
On the other hand, as is clear from FIG. 3, in the comparative example, the center wavelength of the reflected light greatly changes due to the temperature change.

以上の検証結果から、網目状樹脂をコレステリック相を有する液晶中に分散することにより、温度変化に対して反射波長が安定化すること、すなわち、液晶分子のねじれピッチが温度変化に対して安定化することが確認できた。   From the above verification results, it is possible to stabilize the reflection wavelength against temperature change by dispersing the network resin in the liquid crystal having a cholesteric phase, that is, to stabilize the twist pitch of liquid crystal molecules against temperature change. I was able to confirm.

なお、上記実施例において、照射する上記紫外線の強度を変化させて作製した複数の試料を評価した結果、紫外線の強度が大きいほど、網目状樹脂の構造が微細になり、液晶のねじれピッチの安定化効果が高まることが明らかとなった。   In the above examples, as a result of evaluating a plurality of samples prepared by changing the intensity of the ultraviolet rays to be irradiated, the larger the intensity of the ultraviolet rays, the finer the structure of the network resin, and the more stable the twisted pitch of the liquid crystal. It has been clarified that the crystallization effect is enhanced.

本発明の実施形態に係る液晶光変調器を示す断面模式図1 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal light modulator according to an embodiment of the present invention. 実施例の液晶光変調器について、透過スペクトルを測定した結果を示すグラフ(光透過特性)The graph which shows the result of having measured the transmission spectrum about the liquid crystal light modulator of an Example (light transmission characteristic) 比較例の液晶光変調器について、透過スペクトルを測定した結果を示すグラフ(光透過特性)The graph which shows the result of having measured the transmission spectrum about the liquid crystal light modulator of a comparative example (light transmission characteristic)

符号の説明Explanation of symbols

1 透明電極
2 基板
3 網目状構造体
4 コレステリック液晶
5 複合膜
6 入射光
7 反射光(表示光)
8 電圧源
9 リード線
10 スペーサ構造体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent electrode 2 Substrate 3 Network-like structure 4 Cholesteric liquid crystal 5 Composite film 6 Incident light 7 Reflected light (display light)
8 Voltage source 9 Lead wire 10 Spacer structure

Claims (4)

電極膜が付された1対の基板を、該電極膜が対向するように配置し、前記一対の基板の間に、表面が分子配向した網目状合成樹脂とねじれ配向のコレステリック液晶からなる複合膜を挟み、前記コレステリック液晶のねじれ配向のねじれピッチで決定される反射・表示光の強度が、前記電極膜に印加する電圧で変調されるように構成され
前記網目状合成樹脂の表面の分子配向方向と、前記コレステリック液晶のねじれ配向の方向とが、互いに同様かつ一様な方向となるように構成されてなることを特徴とする液晶光変調器。
A pair of substrates provided with an electrode film is disposed so that the electrode films face each other, and a composite film composed of a network-like synthetic resin whose surface is molecularly oriented and a twisted cholesteric liquid crystal between the pair of substrates. And the intensity of the reflected / display light determined by the twist pitch of the twist orientation of the cholesteric liquid crystal is modulated by the voltage applied to the electrode film ,
A liquid crystal light modulator comprising: a molecular orientation direction of the surface of the mesh-like synthetic resin and a twist orientation direction of the cholesteric liquid crystal that are the same and uniform directions .
請求項記載の液晶光変調器の製造方法において、前記コレステリック液晶と前記網目状合成樹脂の原材料とが混合された混合液について、前記コレステリック液晶がねじれ配向となっている状態で、前記網目状合成樹脂の原材料を硬化させて、前記複合膜を形成することを特徴とする液晶光変調器の製造方法。 2. The method of manufacturing a liquid crystal light modulator according to claim 1 , wherein the cholesteric liquid crystal is mixed with the raw material of the network synthetic resin, and the network is in a state in which the cholesteric liquid crystal is twisted. A method for producing a liquid crystal light modulator, comprising: curing a synthetic resin raw material to form the composite film. 前記網目状合成樹脂の原材料を硬化させる際には、前記混合液に対し紫外線を照射して網目構造を形成することを特徴とする請求項記載の液晶光変調器の製造方法。 3. The method of manufacturing a liquid crystal light modulator according to claim 2 , wherein when the raw material of the network synthetic resin is cured, the mixed solution is irradiated with ultraviolet rays to form a network structure. 請求項記載の液晶光変調器を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device comprising the liquid crystal light modulator according to claim 1 .
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