JP5164350B2 - 液晶光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶光学素子及びその製造方法に関する。

ポリマー分散型液晶ディスプレイ（ＰＤ−ＬＣＤ）、またはポリマーネットワーク液晶ディスプレイ（ＰＮ−ＬＣＤ）は、例えば、反射型ディスプレイとして用いられている（特許文献１参照）。

一方の基板上に光重合材料膜を形成し、光重合材料膜に所定ピッチで紫外線を照射し、所定ピッチで並ぶポリマー壁を形成して、液晶光学素子を作製する技術が開示されている（特許文献２参照）。

特開２００５−６０７０３号公報 特開２００５−４３８４１号公報

ＰＤ−ＬＣＤまたはＰＮ−ＬＣＤでは、駆動電圧がセル厚にほぼ比例するので、セル厚が薄いほど駆動電圧を低くすることができる。また、セル厚が薄いほど、レスポンスも速くできる。しかし一方で、オフ時の散乱度は、セル厚が厚くなるほど高くできる傾向がある。一般的に、オフ時の散乱度は、セル厚の対数に比例するといわれている。従って、駆動電圧を低くするとともに、オフ時の散乱度も高くすることは困難である。

本発明の一目的は、駆動電圧を低くし、かつオフ時の散乱度を高くすることが容易な液晶光学素子及びその製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、印加電圧制御により電圧無印加時の散乱状態と電圧印加時の透明状態とが切り替えられる液晶光学素子の製造方法であって、（ａ）第１の電極が形成された第１の基板、及び、第２の電極が形成された第２の基板を準備する工程と、（ｂ）前記第１及び第２の基板を対向配置して、空セルを形成する工程と、（ｃ）前記空セルに、液晶、モノマー、及び光重合開始剤を含む混合材料を注入して、液晶セルを形成する工程と、（ｄ）前記第１の電極と前記第２の電極とが対向する領域内において、前記液晶セルの表面の第１の方向に関して、光の当たる第１の領域と、光の当たらない第２の領域とが交互に複数個ずつ並び、前記第１の領域の幅及び前記第２の領域の幅が、それぞれ１０μｍ〜３０μｍの範囲であるように、該液晶セルに光を照射する工程とを有する液晶光学素子の製造方法が提供される。

混合材料からなる液晶層の表面の第１の方向に関して、光の当たる領域と、光の当たらない領域とが交互に複数個ずつ並ぶように光が照射される。液晶層の光の当たる領域は、相対的にモノマーのポリマー化が進み、光の当たらない領域は、相対的にモノマーのポリマー化が進まない。液晶層にこのような構造を形成することにより、駆動電圧を低くしかつオフ時の散乱度を高くすることが容易な液晶光学素子を作製できる。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照して、本発明の第１の実施例による液晶光学素子の作製方法について説明する。図１（Ａ）に示すように、まず、上面に透明電極層１１が形成された下側透明基板１０、及び、下面に透明電極層２１が形成された上側透明基板２０を準備する。下側透明基板１０及び上側透明基板２０は、例えば青板ガラスからなり、厚さは例えば０．７ｍｍｔである。透明電極層１１及び２１は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなり、厚さは例えば２００ｎｍである。透明電極層１１は、例えば、下側透明基板１０の上面全面に形成され、透明電極層２１は、例えば、上側透明基板２０の下面全面に形成される。

透明電極層１１の上面、及び透明電極層２１の下面に、それぞれ配向膜１２及び２２を形成する。配向膜１２及び２２として、例えば、日産化学製のＳＥ−４１０を用いることができる。なお、水平配向膜材料であればこれに限らない。配向膜１２及び２２の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲とすることができ、例えば８０ｎｍである。ラビング等による配向処理を、アンチパラレルに行う。なお、配向膜形成、及びラビング等による配向処理は行わなくてもよい。

次に、配向膜１２の上に、ギャップコントロール剤を含んだメインシール剤からなるシール層１５を形成する。シール層１５の形成には、例えばスクリーン印刷やディスペンサが用いられる。ギャップコントロール剤として、液晶層３０の厚さ（セル厚）に対応する径のものが適宜選択される。例えば、液晶層３０の厚さを５μｍと設定し、ギャップコントロール剤として径が５μｍのグラスファイバーを用い、このグラスファイバーをシール剤に３ｗｔ％添加してメインシール剤とすることができる。シール剤として、例えば、三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００が用いられる。

次に、配向膜２２の表面に、ギャップコントロール剤２５を散布する。ギャップコントロール剤２５として、例えば、径が５μｍのプラスチックボールが用いられる。ギャップコントロール剤の散布には、例えば乾式のギャップ散布機が用いられる。

なお、液晶層３０の厚さは、５μｍに限られず、２μｍ〜１５μｍの範囲とすればよい。メインシール剤中のギャップコントロール剤の含有率は、３ｗｔ％に限られず、２ｗｔ％〜５ｗｔ％の範囲とすればよい。

次に、下側透明基板１０と上側透明基板２０とを、配向膜１２と配向膜２２とが対向するように重ね合わせ、プレス機等で一定の圧力を加えた状態の下で熱処理を行って、メインシール剤を硬化させる。この熱処理は、例えば１５０℃で３時間行う。このようにして、液晶層３０の充填される空隙の厚さが例えば５μｍの空セルを作製する。

作製した空セルの中へ、液晶にモノマーと光重合反応開始剤とを混合した材料を真空注入して、液晶セルが形成される。ホスト液晶として、誘電率異方性Δεが正で、屈折率異方性Δｎが例えば０．２９８の液晶を用いることができる。このような液晶として、例えば、大日本インキ化学工業製のＲＤＰ−８５４７５を用いることができる。

モノマーとして、例えばアクリレート系のモノマーが用いられる。液晶層３０を構成する混合材料中のモノマーの添加量は、例えば１５ｗｔ％である。光重合反応開始剤として、例えばチバケミカルズ製のイルガキュア（登録商標）が用いられる。液晶層３０中の光重合反応開始剤の添加量は、例えば０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％である。液晶層３０の注入後、注入口にエンドシール剤を塗布して、セルを封止する。

なお、液晶層３０中のモノマーの添加量は、１５ｗｔ％に限られず、１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲とすればよい。光重合反応開始剤は特に限定されず、紫外線（例えば波長３６５ｎｍ付近）に感度を持つものであればよい。

次に、液晶セルに、フォトマスク４０を介して紫外線Ｌを照射する。紫外線照射には、例えば、高圧水銀ランプを光源とする目白プレシジョン製の光配向装置を用いることができる。なお、紫外線の光源は、高圧水銀ランプに限らず、キセノンランプ、メタルハライドランプ、低圧水銀ランプ等としてもよい。

フォトマスク４０として、例えば、透光性支持部材４２の表面に、ストライプ状の開口部を有する遮光部材４１が形成された構造のものを用いることができる。各開口部分（透光部分）及び各遮光部分の幅が、例えばそれぞれ２０μｍである。コンタクト露光、またはプロキシミティ露光を行うことができる。これにより、フォトマスク４０の透光パタンと、液晶セルの表面（または、液晶層３０の表面）における露光パタンをほぼ合同とすることができる。

図１（Ｂ）は、液晶層３０の上面における光の照射状態を示す。線状の明部３１と線状の暗部３２とが、明部３１及び暗部３２の幅方向に、交互に複数個ずつ並んで、ストライプ状のパタンが形成されている。このように、明部と暗部からなるパタンを液晶層３０に露光する方法を「パタン露光」と呼ぶこととする。

液晶セル表面における紫外線の照射パワー密度は、例えば８３ｍＷ／ｃｍ^２である。照射パワー密度は、例えば、波長３５０ｎｍの紫外照度計により測定することができる。照射時間は、例えば３０秒である。上述の照射パワー密度のとき、照射時間３０秒に対応する照射エネルギ密度は、２．５Ｊ／ｃｍ^２である。

明部３１には紫外線が照射されるので、モノマーのポリマー化が進み、暗部３２には紫外線が照射されないので、モノマーのポリマー化が進まない。このように、液晶層３０に、相対的にポリマー化が進んだ領域と、相対的にポリマー化が進んでいない領域とが、露光パタンに対応したパタンで形成される。

次に、第２の実施例による液晶光学素子の作製方法について説明する。第１の実施例の方法では、液晶層３０をセルに真空注入したが、第２の実施例の方法では、液晶層３０を、毛細管現象を利用して大気圧下でセルに注入する。他の工程は、第１の実施例と同様である。

次に、図２〜図４を参照し、実施例の方法で作製された液晶光学素子の電気光学特性について説明する。まず、図２を参照して、液晶セルへの印加電圧に対するヘイズ値の依存性を調べた実験について説明する。ヘイズ値は、全透過光に占める散乱光成分の割合を百分率で表したものであり、値が大きいほど散乱性が高い。ヘイズ値の測定は、スガ試験機社製のヘーズコンピューターを用いて行った。

第１の実施例の方法（真空注入）で、露光時間を１０秒、２０秒、３０秒、１分、５分、及び１０分としたサンプルを作製した。また、第２の実施例の方法（毛細管現象による注入）で、露光時間を３０秒としたサンプルを作製した。さらに、パタン露光の効果を評価するため、フォトマスクを用いず、液晶層の全面に１分露光したサンプルも作製した。パタン露光における紫外線の照射パワー密度は８３ｍＷ／ｃｍ^２であった。

図２に示すグラフの横軸が印加電圧をＶ単位で示し、縦軸がヘイズ値を％単位で示す。曲線Ａ１０ｓ、Ａ２０ｓ、Ａ３０ｓ、Ａ１ｍ、Ａ５ｍ、及びＡ１０ｍが、それぞれ、第１の実施例の方法で露光時間を１０秒、２０秒、３０秒、１分、５分、及び１０分としたサンプルの結果を示し、曲線Ｂ３０ｓが、第２の実施例の方法で３０秒の露光を行ったサンプルの結果を示し、曲線Ｃ１ｍが、１分の全面露光を行ったサンプルの結果を示す。

実施例の液晶光学素子は、印加電圧を０Ｖとしたオフ時に散乱状態となり、所定の印加電圧（駆動電圧）が加えられたオン時に透明状態となることが好ましい。つまり、オフ時のヘイズ値が大きく、オン時のヘイズ値が小さいことが好ましい。

まず、パタン露光の効果について考察する。全面露光したサンプル（曲線Ｃ１ｍ）では、印加電圧を０Ｖから５Ｖまで上昇させてもヘイズ値があまり低下しない。すなわち、この印加電圧の範囲において、印加電圧で散乱状態と透明状態とを切り替える制御が難しい。

それに対して、パタン露光したサンプル（曲線Ａ１０ｓ〜Ａ１０ｍ、及び曲線Ｂ３０ｓ）では、印加電圧を０Ｖから５Ｖまで上昇させると、ヘイズ値が印加電圧のある範囲で大幅に低下し、その後ほぼ一定となる。このように、パタン露光により、印加電圧でヘイズ値を制御して、散乱状態と透明状態とを切り替えることが容易になる。パタン露光したサンプルにおいて、ヘイズ値がほぼ一定となる印加電圧の範囲の下限を、液晶セルをオンにする駆動電圧とすることができる。

次に、パタン露光したサンプルのオフ時におけるヘイズ値について考察する。露光時間１０秒及び２０秒のサンプル（曲線Ａ１０ｓ及び２０ｓ）のオフ時のヘイズ値は、５０％〜６０％の間である。露光時間３０秒のサンプル（曲線Ａ３０ｓ及びＢ３０ｓ）のオフ時のヘイズ値は、液晶層の注入方法に依らず最も大きく、６０％を超えている。露光時間１分以上のサンプル（曲線Ａ１ｍ〜Ａ１０ｍ）のオフ時のヘイズ値は、露光時間１０秒及び２０秒のサンプルよりも小さく、５０％に達しない。なお、全面露光１分のサンプル（曲線Ｃ１ｍ）でも、オフ時のヘイズ値が５０％に達しない。

次に、パタン露光したサンプルのオン時におけるヘイズ値について考察する。印加電圧の充分に高い範囲（例えば３Ｖ以上）でほぼ一定となったヘイズ値は、すべてのサンプルについて、概ね１０％程度である。つまり、オン時のヘイズ値は、どのサンプルについても１０％程度とすることができる。

次に、パタン露光したサンプルの駆動電圧について考察する。駆動電圧は、露光時間１０秒のサンプル（曲線Ａ１０ｓ）で１Ｖ程度、露光時間２０秒のサンプル（曲線Ａ２０ｓ）で３Ｖ程度、液晶層を真空注入した露光時間３０秒のサンプル（曲線Ａ３０ｓ）で３Ｖ程度、液晶層を毛細管現象で注入した露光時間３０秒のサンプル（曲線Ｂ３０ｓ）で２Ｖ程度と見積もられる。また、露光時間１分と露光時間５分のサンプル（曲線Ａ１ｍと曲線Ａ５ｍ）は、駆動電圧が２Ｖ〜３Ｖ程度、露光時間１０分のサンプル（曲線Ａ１０ｍ）は、駆動電圧が１．５Ｖ程度と見積もられる。以上説明したように、パタン露光により、オフ時に所望の散乱状態を示し、かつ例えば３Ｖ程度の駆動電圧で透明状態に切り替えられる液晶光学素子を作製できる。

次に、液晶セルへの印加電圧に対する光の広がり幅の依存性を調べた実験について説明する。光の広がり幅は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）から放射された光を、凸レンズを通して液晶光学素子に当て、液晶光学素子を透過した光をスクリーンに投影し、この投影像のサイズを測定することにより求めた。液晶光学素子を透過した光による投影像のサイズと、光が散乱されない場合の投影像のサイズとの差分を、光の広がり幅と定義した。

光の広がり幅が大きいほど、光が大きく広げられていること、すなわち散乱性が高いことを示す。実施例の液晶光学素子は、オフ時の光の広がり幅が大きく、オン時の光の広がり幅が小さいことが好ましい。

まず、図３を参照し、パタン露光と全面露光とで、印加電圧に対する光の広がり幅の依存性がどのように変化するかを調べた実験について説明する。第１の実施例の方法によりフォトマスクを介してパタン露光したサンプルと、フォトマスクを用いずに全面露光したサンプルとを作製した。全面露光のサンプルとして、波長２５４ｎｍの光に対する偏光フィルターを通して偏光の紫外光を全面露光したものと、偏光フィルターを通さずに非偏光の紫外光を全面露光したものを作製した。

すべてのサンプルについて、液晶層の厚さを５μｍとし、モノマーの添加量を１５ｗｔ％とし、露光時間を１分とした。パタン露光のサンプルでは、各透光部分及び各遮光部分の幅がそれぞれ２０μｍのストライプ状パタンのフォトマスクを用いた。液晶層表面での露光パタンは、フォトマスクの透光パタンとほぼ合同であると考えられる。パタン露光における紫外線の照射パワー密度は８３ｍＷ／ｃｍ^２であった。

光の広がり幅の測定において、液晶層の表面に平行な面内で、縦方向と、縦方向に直交する横方向を定義した。パタン露光したサンプルで、ストライプ状パタンの各明部及び各暗部の長さ方向を、縦方向と一致させた。

図３に示すグラフの横軸が印加電圧をＶ単位で示し、縦軸が光の広がり幅をｍｍ単位で示す。曲線ＤＬ及びＤＴが、それぞれ、パタン露光したサンプルの縦方向及び横方向に関する光の広がり幅を示し、曲線ＥＬ及びＥＴが、それぞれ、偏光を全面露光したサンプルの縦方向及び横方向に関する光の広がり幅を示し、曲線ＦＬ及びＦＴが、それぞれ、非偏光を全面露光したサンプルの縦方向及び横方向に関する光の広がり幅を示す。

全面露光したサンプル（曲線ＥＬ、ＥＴ、ＦＬ及びＦＴ）では、偏光か非偏光かに依らず、また、縦方向か横方向かに依らず、印加電圧を０Ｖから１０Ｖまで変化させても、光の広がり幅が１０ｍｍ程度であり、ほとんど変化しない。すなわち、印加電圧により光の広がり幅を制御することが困難である。

一方、パタン露光したサンプル（曲線ＤＬ及びＤＴ）の光の広がり幅は、印加電圧を０Ｖから上昇させると大幅に低下して、一定の値に収束する傾向を示す。このサンプルでは、縦方向及び横方向ともに、オフ時の光の広がり幅が３５ｍｍ程度であり、例えば印加電圧を７Ｖまで上昇させると、光の広がり幅が１２ｍｍ程度まで低下する。このように、光の広がり幅についても、ヘイズ値と同様に、パタン露光を行うことで印加電圧による制御が容易になる。

ヘイズ値の印加電圧に対する依存性から駆動電圧を見積もったのと同様に、光の広がり幅の印加電圧に対する依存性からも、駆動電圧を見積もることもできる。光の広がり幅がほぼ一定となる印加電圧の範囲の下限を、液晶セルをオンにする駆動電圧とすることができる。光の広がり幅の印加電圧に対する依存性からは、１分のパタン露光をしたサンプル（曲線ＤＬ及びＤＴ）の駆動電圧を、５Ｖ程度と見積もることができる。

次に、図４を参照し、パタン露光の露光時間を変化させた場合に、印加電圧に対する光の広がり幅の依存性がどのように変化するかを調べた実験について説明する。第１の実施例の方法（真空注入）で、露光時間を１０秒、２０秒、３０秒、２分、５分、及び１０分としたサンプルを作製した。また、第２の実施例の方法（毛細管現象による注入）で、露光時間を３０秒としたサンプルを作製した。

すべてのサンプルについて、液晶層の厚さを５μｍとし、モノマーの添加量を１５ｗｔ％とした。各透光部分及び各遮光部分の幅がそれぞれ２０μｍのストライプ状パタンのフォトマスクを用いた。液晶層表面での露光パタンは、フォトマスクの透光パタンとほぼ合同であると考えられる。紫外線の照射パワー密度は８３ｍＷ／ｃｍ^２であった。ストライプ状パタンの各明部及び各暗部の長さ方向を、光の広がり幅測定における縦方向と一致させた。

図４に示すグラフの横軸が印加電圧をＶ単位で示し、縦軸が光の広がり幅をｍｍ単位で示す。曲線ＧＬ１０ｓ、ＧＬ２０ｓ、ＧＬ３０ｓ、ＧＬ２ｍ、ＧＬ５ｍ、及びＧＬ１０ｍが、それぞれ、第１の実施例の方法で露光時間を１０秒、２０秒、３０秒、２分、５分、及び１０分としたサンプルの縦方向の光の広がり幅を示し、曲線ＧＴ１０ｓ、ＧＴ２０ｓ、ＧＴ３０ｓ、ＧＴ２ｍ、ＧＴ５ｍ、及びＧＴ１０ｍが、それぞれ、第１の実施例の方法で露光時間を１０秒、２０秒、３０秒、２分、５分、及び１０分としたサンプルの横方向の光の広がり幅を示す。曲線ＨＬ３０ｓ及びＨＴ３０ｓが、それぞれ、第２の実施例の方法で３０秒の露光を行ったサンプルの縦方向及び横方向の光の広がり幅を示す。

まず、オフ時における光の広がり幅について考察する。露光時間１０秒及び２０秒のサンプル（曲線ＧＬ１０ｓ、ＧＴ１０ｓ、ＧＬ２０ｓ、及びＧＴ２０ｓ）のオフ時の光の広がり幅は、４５ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。露光時間３０秒のサンプル（曲線ＧＬ３０ｓ、ＧＴ３０ｓ、ＨＬ３０ｓ、及びＨＴ３０ｓ）のオフ時の光の広がり幅は、液晶層の注入方法に依らず最も大きく、５０ｍｍ〜５５ｍｍ程度である。露光時間２分以上のサンプル（曲線ＧＬ２ｍ、ＧＴ２ｍ、ＧＬ５ｍ、ＧＴ５ｍ、ＧＬ１０ｍ、及びＧＴ１０ｍ）のオフ時の光の広がり幅は、露光時間１０秒及び２０秒のサンプルよりもかなり小さく、２５ｍｍに達しない。

次に、オン時における光の広がり幅について考察する。印加電圧の充分に高い範囲（例えば３Ｖ以上）でほぼ一定となった光の広がり幅、すなわちオン時の光の広がり幅は、すべてのサンプルについて、１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。

露光時間２分以上のサンプルは、オフ時の光の広がり幅が小さいので、印加電圧により制御できる光の広がり幅の範囲が狭い（例えば５ｍｍ程度の変化幅）。一方、例えば、液晶層を真空注入した露光時間３０秒のサンプルでは、印加電圧により光の広がり幅を５５ｍｍ程度から１５ｍｍ程度まで、４０ｍｍ程度連続的に制御することができる。

次に、駆動電圧について考察する。駆動電圧は、露光時間１０秒のサンプル（曲線ＧＬ１０ｓ及びＧＴ１０ｓ）で１Ｖ程度、露光時間２０秒のサンプル（曲線ＧＬ２０ｓ及びＧＴ２０ｓ）で２Ｖ〜３Ｖ程度、液晶層を真空注入した露光時間３０秒のサンプル（曲線ＧＬ３０ｓ及びＧＴ３０ｓ）で３Ｖ程度、液晶層を毛細管現象で注入した露光時間３０秒のサンプル（曲線ＨＬ３０ｓ及びＨＴ３０ｓ）で１．５Ｖ程度と見積もられる。

なお、液晶層を真空注入した露光時間３０秒のサンプル（曲線ＧＬ３０ｓ及びＧＴ３０ｓ）で、横方向の光の広がり幅（ＧＴ３０ｓ）が、縦方向の光の広がり幅（曲線ＧＬ３０ｓ）よりもやや大きい傾向が見られた。すなわち、ストライプ状パタンの各明部及び各暗部の長さ方向よりも、幅方向に関して散乱が強い傾向が見られた。このことから、パタン露光により散乱に異方性を付与できる可能性が示唆される。

以上説明したヘイズ値に関する実験、及び光の広がり幅に関する実験の結果を踏まえて、パタン露光の好適な露光時間について考察する。オフ時におけるヘイズ値及び光の広がり幅を大きくするために、露光時間は６０秒以下とすることが好ましいと考えられる。なお、露光時間が短すぎれば、オフ時に充分な散乱性を付与できないので、好適な露光時間の下限が存在すると考えられる。オフ時のヘイズ値及び光の広がり幅について、露光時間１分の結果よりも、露光時間１０秒の結果の方が良好であったことから、好適な露光時間の下限は１０秒よりも短く、例えば１秒程度であろう。１秒程度より短くなれば、充分なエネルギを照射できなくなると思われる。

なお、上述のヘイズ値及び光の広がり幅に関する実験で、紫外光の照射パワー密度を８３ｍＷ／ｃｍ^２とした。この照射パワー密度に好適な露光時間を掛けることにより、好適な照射エネルギ密度の範囲が見積もられる。紫外光の好適な照射エネルギ密度の範囲は、８０ｍＪ／ｃｍ^２〜５Ｊ／ｃｍ^２と見積もられる。

なお、パタン露光で低い駆動電圧となる理由として、例えば以下のようなものが考えられる。液晶層のうち光の照射された領域（照射領域）ではポリマー化が進み、電圧を印加しても液晶分子が動きにくくなると考えられる。一方、光の照射されなかった領域（非照射領域）では、ポリマー化が進まないので、電圧印加により液晶分子が動きやすい。このため、非照射領域の液晶分子がわずかに動くだけで、照射領域と非照射領域との間の屈折率差が変化し、散乱性が変化するものと考えられる。

なお、上述したように、パタン露光において露光時間を過剰に長くすると、オフ時のヘイズ値及び光の広がり幅が低下し、印加電圧によるヘイズ値及び光の広がり幅の制御が容易でなくなる。例えば、露光時間が過剰に長くなると、光の拡散や回折に起因して、フォトマスクで遮光されるべき領域においても充分に光が照射されてポリマー化反応が進行してしまい、全面露光に近い状態となるのではないかと考えられる。

上記実施例では、ストライプ状パタンを液晶セルに露光した。ストライプ状パタンの、各明部及び各暗部の幅を例えば２０μｍとしたが、各明部及び各暗部の幅は２０μｍに限られず、１０μｍ〜３０μｍの範囲とすることができる。なお、液晶層の厚さが５μｍの液晶光学素子では、各明部及び各暗部の幅が３０μｍより広いストライプ状パタンを照射した場合に、オフ時の散乱性を充分に高められないことがわかっている。

なお、上記実施例では、ストライプ状パタンの露光を行ったが、液晶層に照射する光のパタンはこれに限らない。格子状パタン、同心円状パタン、ランダムパタン等とすることもできる。なお、パタン露光によって、散乱に異方性を付与できる可能性について上述したが、パタンに依存して、付与される異方性は異なるであろう。

次に、図５を参照して、液晶層中のモノマーの添加量の好適な範囲について説明する。図５に示すグラフの横軸がモノマーの添加量をｗｔ％で示し、縦軸がヘイズ値を％単位で示す。曲線ＩＯＦＦがオフ時のヘイズ値を示し、曲線ＩＯＮがオン時のヘイズ値を示す。

モノマーの添加量を０ｗｔ％から増やすにつれて、オフ時のヘイズ値が上昇する。モノマーの添加量が１０ｗｔ％程度で、オフ時のヘイズ値は５０％を超える高い水準となり、モノマーの添加量が１５ｗｔ％程度に達すると、オフ時のヘイズ値は６０％程度に達して飽和する。

一方、オン時のヘイズ値は、モノマーの添加量が３０ｗｔ％程度までは１０％程度以下の低い水準であるが、モノマーの添加量が３０％を超えると急激に増加する。モノマーの添加量が４０％で、オン時のヘイズ値は６０％程度に達する。

以上より、オフ時のヘイズ値を充分に高くし、かつオン時のヘイズ値を充分に低くするために、液晶層に添加されるモノマーの添加量は１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲とするのが好適と考えられる。

次に、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照し、パタン露光した液晶光学素子を光学顕微鏡で観察した場合に見出される特徴について説明する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、実施例の方法で作製された液晶光学素子の光学顕微鏡による顕微鏡写真を示す。図６（Ａ）はオフ時の写真であり、図６（Ｂ）はオン時の写真である。オン時の駆動電圧は５Ｖである。ストライプ状パタンを露光した。

比較のため、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に、全面露光した液晶光学素子の光学顕微鏡による顕微鏡写真を示す。図７（Ａ）はオフ時の写真であり、図７（Ｂ）は印加電圧５Ｖでの写真である。

図６（Ａ）に示すように、パタン露光した液晶光学素子では、オフ時において、露光パタンに対応したストライプ状の明暗のパタンが観察される。図６（Ｂ）に示すように、オン時においては、オフ時に観察された明暗のパタンがほぼ消失している。一方、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、全面露光した液晶光学素子では、オフ時及び印加電圧５Ｖの時の双方で、ストライプ状等の明暗のパタンが観察されない。

このように、パタン露光された液晶光学素子は、光学顕微鏡で観察したとき、光の照射された領域と光の照射されなかった領域とが形成するパタン（すなわち、相対的にポリマー化が進んだ領域と相対的にポリマー化が進んでいない領域とが形成するパタン）に対応して、明暗のパタンが観察される。このため、パタン露光により作製された液晶光学素子かどうか、光学顕微鏡による観察で区別することが可能である。

以上説明したように、パタン露光を行うことにより、液晶層の厚さが例えば５μｍと薄くても、オフ時の散乱度の高い液晶光学素子を作製することができる。液晶層の厚さを薄くできるので、駆動電圧を例えば３Ｖ程度と低くできるとともに、応答を高速にすることができる。応答時間は例えば５０ｍｓである。

なお、実施例の方法で作製された液晶光学素子は、偏光板が不要であるため、偏光板を必要とする一般的な液晶光学素子に比べて、高透過率にできる。例えば、無反射コーティングを施すことにより、空気を透過する光を１００％として、９５％以上の透過率とすることが可能である。

実施例の方法で作製された液晶光学素子の裏側に光源を配置して用いるとき、オフ時は散乱状態であるので、電圧を印加することなく、液晶光学素子の表側から光源が見えないように隠すことができる。

なお、上記実施例では透明基板の全面に透明電極を形成したが、透明電極は必要に応じて所望のパタンに形成することができる。例えば、セグメント型やマトリクス型の液晶表示装置を作製することができる。

実施例の方法で作製された液晶光学素子は、例えば、デジタルスチルカメラのストロボ灯具、光学系、及びビューファインダー用表示装置等に用いることができる。また、カメラ付き携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パソコン等の有する表示装置等に用いることもできる。また、普通乗用車、軽自動車、トラック、バス等の自動車用の灯具や、オートバイ、自転車等の二輪用の灯具に用いることもできる。また、屋内照明、街路灯、懐中電灯等の一般照明や、レーザプリンタ、スキャナ、コピー機等の有する光学系に用いることもできる。各種光学装置の配光制御部に用いることもできる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１（Ａ）は、本発明の実施例による液晶光学素子の概略的な断面図を示し、図１（Ｂ）は、液晶層に照射される光のパタンを概略的に示す平面図である。 液晶光学素子の印加電圧に対するヘイズ値の依存性を示すグラフである。 パタン露光と全面露光で、液晶光学素子の印加電圧に対する光の広がり幅の依存性がどのように変化するかを示すグラフである。 パタン露光の露光時間によって、液晶光学素子の印加電圧に対する光の広がり幅の依存性がどのように変化するかを示すグラフである。 液晶層中のモノマーの添加量に対するヘイズ値の依存性を示すグラフである。 図６（Ａ）は、パタン露光した液晶光学素子をオフ時に光学顕微鏡で観察した顕微鏡写真を示し、図６（Ｂ）は、パタン露光した液晶光学素子をオン時に光学顕微鏡で観察した顕微鏡写真を示す。 図７（Ａ）は、全面露光した液晶光学素子をオフ時に光学顕微鏡で観察した顕微鏡写真を示し、図７（Ｂ）は、全面露光した液晶光学素子を所定電圧印加時に光学顕微鏡で観察した顕微鏡写真を示す。

符号の説明

１０ 下側透明基板
２０ 上側透明基板
１１、２１ 透明電極層
１２、２２ 配向膜
１５ シール層
２５ ギャップコントロール剤
３０ 液晶層
３１ 明部
３２ 暗部
４０ フォトマスク
４１ 遮光部材
４２ 透光性支持部材
Ｌ 紫外線

Claims (11)

1. 印加電圧制御により電圧無印加時の散乱状態と電圧印加時の透明状態とが切り替えられる液晶光学素子の製造方法であって、
   （ａ）第１の電極が形成された第１の基板、及び、第２の電極が形成された第２の基板を準備する工程と、
   （ｂ）前記第１及び第２の基板を対向配置して、空セルを形成する工程と、
   （ｃ）前記空セルに、液晶、モノマー、及び光重合開始剤を含む混合材料を注入して、液晶セルを形成する工程と、
   （ｄ）前記第１の電極と前記第２の電極とが対向する領域内において、前記液晶セルの表面の第１の方向に関して、光の当たる第１の領域と、光の当たらない第２の領域とが交互に複数個ずつ並び、前記第１の領域の幅及び前記第２の領域の幅が、それぞれ１０μｍ〜３０μｍの範囲であるように、該液晶セルに光を照射する工程と
   を有する液晶光学素子の製造方法。
2. 前記工程（ｃ）で、前記混合材料中に、モノマーが１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲で添加されている請求項１に記載の液晶光学素子の製造方法。
3. 前記工程（ｄ）で、光の照射時間は１ｓ〜６０ｓの範囲である請求項１または２に記載の液晶光学素子の製造方法。
4. 前記工程（ｄ）で、エネルギ密度が８０ｍＪ／ｃｍ^２〜５Ｊ／ｃｍ^２の範囲の紫外光が照射される請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶光学素子の製造方法。
5. 前記工程（ｄ）で、前記液晶セルに、ストライプ状のパタンの光を照射する請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶光学素子の製造方法。
6. 前記工程（ｄ）は、前記液晶セルにフォトマスクを介して光を照射する請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶光学素子の製造方法。
7. 前記液晶セルのセル厚は、２μｍ〜１５μｍの範囲である請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶光学素子の製造方法。
8. 第１の電極が形成された第１の基板、及び、第２の電極が形成された第２の基板を含むセルと、
   前記セル内に形成され、液晶、モノマー、及び光重合開始剤を含む液晶層であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向する領域内において、該液晶層の表面の第１の方向に関して、相対的に該モノマーのポリマー化が進んだ第１の領域と、相対的に該モノマーのポリマー化が進んでいない第２の領域とが、前記第１の領域の幅及び前記第２の領域の幅が、それぞれ１０μｍ〜３０μｍの範囲で、交互に複数個ずつ並ぶ該液晶層と
   を有し、印加電圧制御により電圧無印加時の散乱状態と電圧印加時の透明状態とが切り替えられる液晶光学素子。
9. 前記液晶層を光学顕微鏡で観察したとき、前記第１の領域と第２の領域とが形成するパタンに対応する明暗のパタンが観察される請求項８に記載の液晶光学素子。
10. 前記液晶層において、前記第１の領域及び第２の領域が、ストライプ状に配置される請求項８または９に記載の液晶光学素子。
11. 前記液晶層の厚さは、２μｍ〜１５μｍの範囲である請求項８〜１０のいずれか１項に記載の液晶光学素子。