JPH04124615A - 液晶光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表示素子や調光素子と 用される液晶光学素子に関する。

して好適に使 〔従来の技術〕 従来の高速応答性を有する強誘電性液晶を用いた液晶光
学素子には一般に複屈折モードとゲストホストモードの
２つの表示方式がある。複屈折モードの液晶光学素子で
は、液晶セルのセルギャップを２μｍ以下と薄（しない
と干渉色による着色現象が著しく表示品位が悪くなるが
、このような薄いセルを均一に製造することは困難が多
い。また、ゲストホストモードの液晶光学素子では、高
コントラストの表示を得難いという問題がある。

このため、複屈折モードによる表示方式において液晶セ
ルを２層重ね合わせ、この２層を直交又は平行な偏光板
間に配置してリタデーションを０゜１３〜０．２６μｍ
とし、セルギャップを厚くしても複屈折干渉による着色
を小さくする液晶表示素子が提案されている（特開昭６
１−２９０’４２０号公報）。しかし、このような液晶
表示素子では、■２層の強誘電性液晶を電界によって互
いに逆向きに応答させ、偏光板を直交又は平行にして表
示させるためには、２層の配向方向をそれぞれ逆向きに
チルト角分傾けなければならないこと、■良好なコント
ラストを得るためには２層の液晶のチルト角を揃える必
要があること、０２層のリタデーションの差が重要なの
でそれぞれのセル厚の差を精密に設定する必要があるこ
となどの問題点がある。

また、ゲストホスト効果を有する強誘電性液晶を用いて
パネル構造を２層としコントラストを向上させた液晶表
示素子が提案されている（特開昭６２−２６６５２４号
公報）、シかし、このような液晶表示素子では、■２層
の配向方向をそれぞれ逆向きにチルト角分傾けなければ
ならないこと、■良好なコントラストを得るためには上
下２層の液晶のチルト角の和が４５層前後でなければな
らず、材料の制限があることなどの問題点がある。

更に、一対の偏光板間に強誘電性高分子液晶層を２層設
け、その配向方向を一方の偏光板の偏光軸から互いに逆
向きに同角度傾斜した液晶表示素子で見掛けのリタデー
ションを小さくして表示品質を向上させることが提案さ
れている（特開平１−１７７０１９号公報）。しかし、
このような液晶表示素子では、■チルト角の揃った液晶
を用いなければならないこと、０２層のリタデーション
値を近く、すなわちセル厚を近くしなければならないこ
となどの問題点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、液晶層を厚くしても複屈折効果による色づき
を少なくし明るい表示を得ることが可能であり、液晶層
を厚くすることで導通欠陥を減少させることのできる液
晶光学素子を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは前記ｌｌ！題を解決するために鋭意研究を
重ねた結果、強誘電性液晶からなる液晶層を２層用いた
特定の構成の液晶光学素子によりその目的が達成される
ことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに
至った。

すなわち本発明は、２層の強誘電性液晶からなる液晶層
、液晶層に電界を印加する電極及び２枚の偏光板からな
る液晶光学素子であって、各液晶層が光路に対して互い
に重なり合って２枚の偏光板間に配置されており、各液
晶層のスメクチック層法線が一致しかつ素子面に平行で
あり、各液晶層の液晶分子が電界によってチルトする向
きが互いに逆であり、各偏光板の偏光軸が液晶層のスメ
クチック層法線に対し各液晶層の液晶のチルト角分だけ
互いに逆向きに傾いてい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。

本発明の液晶光学素子は２１ｉの強誘電性液晶からなる
液晶層、液晶層に電界を印加する電極及び２枚の偏光板
からなる。

２層の液晶層の強誘電性液晶としては、異種の液晶の組
み合わせであっても同種の液晶の組み合わせであっても
構わない。

強誘電性液晶としては、適当な温度で強誘電性を示す液
晶を使用することができる１本発明では、２層の強誘電
性液晶の強誘電性を示す温度範囲が重なったところで、
両液晶を強誘電相として使用するので、２層の強誘電性
液晶の組み合わせとしては、強誘電性を示す温度範囲に
重なりがある組み合わせとすることが好ましい。

このような強誘電性液晶としては、特に製膜性、配向性
に優れた強誘電性の高分子液晶組成物を用いることが好
ましい。

具体的には、低分子の強誘電性液晶としては、例えば以
下のものが挙げられる。

Ｈ３ ＣＨｌ また、高分子の強誘電性液晶としては、例えば以下のも
のが挙げられる。

（１）ポリアクリレート主鎖を有する強誘電性高分子液
晶 （特開昭６３−９９２０４号公報） （２）ポリメタクリレート主鎖を有する強誘電性高分子
液晶 Ｈｓ （Ｊ、　Ｃ，Ｄｕｂｏｉｓ　　ら、　Ｍｏ１．　Ｃｒｙ
ｓｔ、　Ｌｉｑ、　Ｃｒｙｓｔ、＋　１９８６、　１３
７．　３４９） （３）ポリクロロアクリレート主鎖を有する強誘電性高
分子液晶 （Ｊ、　Ｃ，Ｄｕｂｏｔｓ　ら＋　Ｍｏ１．　Ｃｒｙｓ
ｔ、　Ｌｉｑ、　Ｃｒｙｓｔ、＋　１９８６、　１３７
．　３４９） （４）ポリオキシラン主鎖を有する強誘電性高分子液晶 （特開昭６３−２６４６２９号公報） ポリシロキサン主鎖を有する強誘電性高分子液晶 ＣＨｌ ２８０７４２号公報） ６４０号公報） 晶 Ｈｉ ２４号公報） （特開昭６１−２２９１８号公報） （Ｒ，Ｚｅｎｔｅｌら、　Ｌｉｑ、　Ｃｒｙｓｔ、　　
１９８７．２．８３）なお、各高分子液晶の側鎖（メソ
ゲン）部分は、低分子液晶において知られている様々な
骨格（例えばビフェニル骨格、フェニルベンゾエート骨
格、ビフェニルベンゾエート骨格、フェニル−４−フェ
ニルベンゾエート骨格）を有している。そして、各骨格
中のベンゼン環は、それぞれ、例えば、ピリミジン環、
ピリジン環、ピリダジン環、シクロヘキサン環、ジオキ
ソボリナン環等で置き換工られていてもよく、また、フ
ッ素、塩素等のハロゲン基を有していてもよい。また、
光学活性基は、例えば、ｌ−メチルアルキル基、２−フ
ルオロア／Ｌ／　キ／Ｌ７５．２−クロロアルキル基、
２−クロロ−３−メチルアルキル基、１−トリフルオロ
メチルアルキル基、１−アルコキシカルボニルエチル基
、２−アルコキシ−１−メチルエチル基、２−アルコキ
シプロピル基、２−クロロ−１−メチルアルキル基、２
−アルコキシカルボニル−１−トリフルオロメチルプロ
ピル基等で置き換えられていてもよい、また、スペーサ
ーの長さは、強誘電性を示す限り１〜３０の範囲で変化
してもよい。

強誘電性液晶の自発分極の符号は液晶分子のカイラル部
の構造によって容易に変更できるので、使用する強誘電
性液晶としてＲ体、３体を適宜選択して使用することが
好ましい。

なお、本発明で使用される強誘電性液晶には、必要に応
じて接着剤、減粘荊等が含まれていてもよい。

本発明の液晶光学素子では、上述のような強誘電性液晶
からなる２層の液晶層が光路に対して互いに重なり合っ
て２枚の偏光板間に配置されており、各液晶層のスメク
チック層法線が一致しかつ素子面に平行であり、各液晶
層の液晶分子が電界によってチルトする向きが互いに逆
となっている。

そして、各偏光板の偏光軸が液晶層のスメクチック層法
線に対し各液晶層の液晶のチルト鶏骨だけ互いに逆向き
に傾いている。

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の液晶光学素子の動作
原理を示す説明図である。

本発明の液晶光学素子では、第１の液晶層のスメクチッ
ク層法線１と第２の液晶層のスメクチック層法線２とを
一致させている。そして、第１の液晶層の液晶分子３と
第２の液晶層の液晶分子４のチルトする方向を印加電界
の向きによって互いに逆向きにスイッチングさせる。

第１図（ａ）は第１の液晶層の液晶分子３がスメクチッ
ク層法線１に対してマイナス方向にθ１、第２の液晶層
の液晶分子４がスメクチック層法、［２に対してプラス
方向にθ２だけ傾いた状態を示し、第１図（ｂ）は第１
の液晶層の液晶分子３がスメクチック層法＆ｌ！１に対
してプラス方向にθ１、第２の液晶層の液晶分子４がス
メクチック層法線２に対してマイナス方向に０２だけ傾
いた状態を示す。

ここで、θ８及びθ２はそれぞれ第１の液晶層の液晶分
子３のチルト角、第２の液晶層の液晶分子４のチルト角
を表し、スメクチック層法線に対して時計回り方向をプ
ラス方向としている。

このとき、第１図（Ｃ）に示すように、第１の液晶層の
外側にある偏光板の偏光軸５を液晶層のスメクチック層
法線１に対してマイナス方向にθ１だけ傾け、第２の液
晶層の外側にある偏光板の偏光軸６を液晶層のスメクチ
ック層法線２に対してプラス方向にθ２だけ傾けて設置
すると、第１図（ａ）の状態では明表示、第１図（ｂ）
の状態では暗表示となる。すなわち、第１図（ａ）の状
態では、通常のツイストネマチックセルにおける明表示
の場合に憤た原理により、液晶層はほとんど透明となり
明るい表示となる。また、第１図の）の状態では、複屈
折による着色により暗表示となる。このとき、複屈折楕
円体は２層の液晶層を光が透過することにより２つ重な
って球に近づき、その結果液晶層の厚みをかなり厚くし
ても黒以外の着色がしにくくなる。

したがって、本発明の液晶光学素子では、液晶層を厚く
しても複屈折効果による着色を少なくして明るい表示を
行うことが可能であり、同時に液晶層を厚くすることで
液晶光学素子の導通欠陥を減少させることができる。ま
た、偏光板は直交又は平行ニコルとは限らないので、２
Ｎの液晶層のリタデーション値の差も重要でなくなり、
素子の製造が容易となる。

第１図（ｄ）に示すように、偏光軸５及び６の方向を第
１図（Ｃ）の場合と逆にすると、明暗の表示が逆となる
。

以下、本発明の液晶光学素子の好適な態様について説明
する。

第２図（ａ）〜（Ｃ）は、本発明の液晶光学素子の例を
示す断面説明図である。各図は液晶光学素子の１画素分
に相当する部分を表している。

第２図（ａ）及び（ｂ）に示す液晶光学素子は、２つの
液晶セルを単純に重ね合わせた単純積層型の例である。

第１の液晶層７と第２の液晶層８はそれぞれ別個に基板
９により支持された透明電極１０によって挟持されて液
晶セルを形成しており、この２つの液晶セルが重ね合わ
せられている。そして、重ね合わせられた液晶セル全体
の両弁側に偏光板１１が設けられている。１２は電圧源
である。

２つの液晶セルは密着して重ね合わせられていても、空
隙を介して重ね合わせられていても構わない。

この型では、通常第１の液晶層と第２の液晶層の液晶の
配向方向が同じであれば、単純に２つの液晶セルをその
まま重ね合わせることにより、各液晶層のスメクチック
層法線を一致させることができる。あるいは、２つの液
晶セルを重ね合わせた後、積層物全体に配向処理を施し
て第１の液晶層と第２の液晶層の各液晶を同時に配向さ
せ、各液晶層のスメクチック層法線を一致させることも
できる。各液晶層の液晶のスメクチック層法線は素子面
に平行とする。

２枚の偏光板は、それらの偏光軸が液晶層のスメクチッ
ク層法線に対し各液晶層の液晶のチルト鶏骨だけ互いに
逆向きに傾くように設置する。

第２図（ａ）は、第１の液晶層と第２の液晶層の液晶の
自発分極の符号が異なる場合の構成例である。

この場合には、各液晶層の両側にある電極間を各液晶層
に同じ向きの電界が印加されるように電圧源に接続する
。このように電極間を接続することによって、電界によ
って第１の液晶層と第２の液晶層の液晶分子がチルトす
る向きが互いに逆となるようにしている。

各液晶層の液晶の自発分極の符号が同し場合には、第２
図（ロ）に示すように、電極間を各液晶層に互いに逆向
きの電界が印加されるように電圧源に接続するとよい、
この場合、可撓性基板により支持された電極を使用し、
この電極に挟持された長尺の液晶層を途中で折り返し、
折り返されて重なり合った液晶層を２層の液晶層として
利用すると、簡単に各液晶層に互いに逆向きの電界を印
加することができて好ましい。

このような単純積層型の液晶光学素子においては、２つ
の液晶セルの中心部の基板を共有にして基板共有型とす
ることもできる。

第２図（Ｃ）に示す液晶光学素子は、第１の液晶層７と
第２の液晶層８を直接積層し、その両側にのみ透明電極
１０を設けた一体型の例である。

この型では、第１の液晶層と第２の液晶層の液晶として
、自発分極の符号が逆のものを用い、電界によって第１
の液晶層と第２の液晶層の液晶分子がチルトする向きが
互いに逆となるようにする。

また、第１の液晶層と第２の液晶層の液晶として互いに
相溶性のないものを用いることが長期安定性の点で好ま
しい。

本発明の液晶光学素子では、各液晶層の厚みとしては、
２層の厚みは同じであっても異なっていてもよく、０．
５〜１０μｍの範囲であることが好ましい。小さ過ぎる
とコントラストが十分にとれないことがあり、逆に大き
過ぎると印加電圧を大きくしないと高速応答性が得られ
ないことがある。

本発明の液晶光学素子の作製方法としては、特に制限は
ない。従来使用されている任意の電極を使用して、公知
の全ての方法により作製することができる。

好ましい電極としては、ＩＴＯ電極等の透明電極が挙げ
られ、ガラスやプラスチック等の基板に支持された電極
が好適に使用される。特に、連続生産に適した可視性基
板に支持された透明電極を用いることが好ましい。

また、好ましい作製方法としては、電極付き可撓性基板
を使用して液晶を塗布法により電極上に製膜し、この液
晶膜上に同様の電極付き可撓性基板を電極面を内側にし
てローラーを用いてラミネートすることにより液晶セル
を作り、この液晶セルを用いてそのまま積層したり必要
に応じて中心部の基板等を省略したものを積層したりし
て積層物とし、更に偏光板をこの積層物の両側に１枚ず
つ所定の方向に設置して液晶光学素子を作製する方法が
挙げられる。

各液晶層の液晶の配向処理方法としては、本発明の液晶
光学素子では２層の液晶層の液晶の配向方向が同じで良
いので、あらゆる方法で簡単に行うことができ、工程の
複雑化を防止できる。各液晶セル毎に配向処理を施して
も、積層された液晶光学素子全体に配向処理を施しても
よい。特に、可撓性基板を用いた場合には液晶光学素子
の曲げ変形により長尺の液晶光学素子で極めて高速、容
易に配向処理を行うことができる。液晶の配向処理は偏
光板設置工程の前後いずれで行ってもよい。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。

実施例１ 下記の構造を有する液晶■と液晶■とを用いた。

液晶■ Ｃｆｌ。

相ｌ」ト１軌 （ｃｒｙｓｔ、　：結晶相、５Ｌｌｃ”　：　カイラル
スメクチックＣ相、Ｓ■Ａ：スメクチックＡ相、Ｉｓｏ
　：等吉相〕 自発分極の符号：（−） 液晶■ 〔ｇニガラス状態〕 自発分極の符号：（＋） 片面にＩＴＯｌを極を有するガラス基板（１００閣×２
００閣Ｘ　Ｏ，８ｗｍ　）を２枚と両面にＩＴＯ電極を
有する同寸法のガラス基板について予め電極面にポリイ
ミド膜をコートし、基板の長手方向にラビングした。第
３図に示すように、両面に電極を有するガラス基板を中
央に、その両側に電極面を内側にして片面に電極を有す
るガラス基板をラビング方向を揃えて配置し、２層型セ
ルを作製した。ガラス基板間のセル厚は、ガラスのスペ
ーサー材を用いていずれも７μｍとした。

このセルの２つのギャップ中にそれぞれ上記の液晶■及
び液晶■を等吉相（９０°Ｃ）で注入し、５℃／分で徐
冷して各液晶を一軸水平配向させた。

この結果、両液晶のスメクチック層法線はラビング方向
に揃っていることを偏光顕微鏡で確認した。

その後、第３図のように各液晶に同方向の電界が印加さ
れるように電極間を接続し、更にセルの両弁側に偏光板
を配置した。このとき、第１図（Ｃ）に示したように、
液晶■の外側の偏光板の偏光軸は液晶■及び液晶■のス
メクチック層法線に対しマイナス方向にθ１＝１５°、
液晶■の外側の偏光板の偏光軸はプラス方向にθｔａ＝
ｓｏ’傾けた。

得られた液晶光学素子を用いて電極間に電圧源によりＩ
Ｈｚ、ＩＯＶのステップ電圧を加えたところ、明暗のコ
ントラスト比は１８であった。また。

明表示のときには透明感に優れ、暗表示のときには着色
はほとんどなくやや茶色味を帯びた黒であった。

実施例２ 下記の繰り返し単位を有する液晶■と液晶■とを用いた
。

液晶■ ｎ 自発分極の符号： 液晶■ Ｈｉ ｎ １．１０００ 基板として■ＴＯｔ極付きＰＥＳ基板（住友ベークライ
ト　ＦＳＴｎ幅３０幅間００閣１００μｍ、長さ２５ｍ
）を用いて、第２図（Ｃ）に示した一体化型の液晶光学
素子を作製した。

すなわち、先ず一方の基板の電極面に液晶■の２０重量
％トルエン溶液をマイクログラビアコーターで塗布し、
直ちに溶媒を乾燥させて厚み５μｍの液晶膜を形成した
。同時に対向基板の電極面にも別のマイクログラビアコ
ーターで同条件で５μｍの液晶■の膜を形成した。そし
て、両基板を互いに液晶同士が向かい合うように一対の
コールでラミネートして積層物とした。更に、対向電極
間に４０Ｖ、１００Ｈｚの交流を印加しながら、第４図
に示すように、２本の配向ロール１２を用いて４０℃で
積層物１３に曲げ変形を与えた。このとき、配向ロール
は直径１００膿の鉄製で、表面温度を４０℃に保った。

ライン速度はｖ＝２ｍ／分とした。この結果、直ちに両
液晶とも一軸木手配向し、そのスメクチンク層法線はい
ずれも基板長手方向と直角の方向に揃った。また、上記
の２種の高分子液晶は互いに相溶性が無いので、これら
の工程を経ても２層状態は保持されていた。次いで、こ
の配向処理された積層物から長さ４０Ｃ１１を切り出し
て、第１図（Ｃ）に示したように偏光軸を傾けて２枚の
偏光板を積層物の両側に設置した。

偏光軸の傾き角はθ、＝２２°、θ２＝３０°とした。

このようにして完成した液晶光学素子の電極間に室温で
±ＩＯＶを印加したところ、明暗のコントラスト比は２
５であった。また、明表示での透明感に優れ、゛暗表示
での着色は、トータルの液晶の厚みが１０μｍもあるに
もかかわらず殆どなく、黒色であった。更に液晶層を厚
くできたことで導通欠陥は全く観察されなかった。また
、強誘電性高分子液晶を使用したことで、セルギャップ
を一定に保つためのスペーサー材が不要であり、２つの
液晶に相溶性がないので２層の境界の基板を一枚不要と
することもできた。

〔発明の効果〕

本発明の液晶光学素子は、液晶層を厚くしても複屈折効
果による色づきを少なくし明るい表示を得ることが可能
であり、液晶層を厚くすることで導通欠陥を減少させる
ことのできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ロ）は、本発明の液晶光学素子の動作
原理を示す説明図である。 第２図（ａ）〜（Ｃ）は、本発明の液晶光学素子の例を
示す断面説明図である。 第３図は、実施例１で作製した液晶光学素子を示す断面
説明図である。 第４図は、実施例２で使用した配向装置を示す説明図で
ある。 符号の説明 第１の液晶層のスメクチック層法線 第２の液晶層のスメクチック層法線 第１の液晶層の液晶分子 第２の液晶層の液晶分子 第１の液晶層の外側にある偏光板の偏光軸第２の液晶層
の外側にある偏光板の偏光軸第１の液晶層　　　８　第
２の液晶層 基板　　　　　　　１０　透明電極 偏光板　　　　　１２　電圧源 ロール　　　　　１４　積層物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２層の強誘電性液晶からなる液晶層、液晶層に電界
   を印加する電極及び２枚の偏光板からなる液晶光学素子
   であって、各液晶層が光路に対して互いに重なり合って
   ２枚の偏光板間に配置されており、各液晶層のスメクチ
   ック層法線が一致しかつ素子面に平行であり、各液晶層
   の液晶分子が電界によってチルトする向きが互いに逆で
   あり、各偏光板の偏光軸が液晶層のスメクチック層法線
   に対し各液晶層の液晶のチルト角分だけ互いに逆向きに
   傾いていることを特徴とする液晶光学素子。 ２、強誘電性液晶が高分子液晶組成物である請求項１記
   載の液晶光学素子。 ３、各液晶層の液晶の自発分極の符号が同じであり、電
   極が各液晶層の両側にあり、電極間が各液晶層に互いに
   逆向きの電界を印加するように接続されている請求項１
   又は２記載の液晶光学素子。 ４、電極が可撓性基板により支持されており、２層の液
   晶層が電極に挟持された長尺の液晶層を途中で折り返し
   て積層されたものである請求項３記載の液晶光学素子。 ５、各液晶層の液晶の自発分極の符号が逆であり、電極
   が２層の液晶層の両側にのみある請求項１又は２記載の
   液晶光学素子。