JPH0440416A - 液晶光学素子及びその製造方法 - Google Patents

液晶光学素子及びその製造方法

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JPH0440416A
JPH0440416A JP14734790A JP14734790A JPH0440416A JP H0440416 A JPH0440416 A JP H0440416A JP 14734790 A JP14734790 A JP 14734790A JP 14734790 A JP14734790 A JP 14734790A JP H0440416 A JPH0440416 A JP H0440416A
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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】 [産業上の利用分野コ 本発明は透過散乱型の液晶光学素子及びその製造方法に
関するものである。
[従来の技術] 近年、光散乱を動作原理とする液晶光学素子が再び注目
を集めてきている。
英国特許1442360号には液晶とガラス球を用いて
屈折率の一致不一致により透過−散乱を制御する液晶光
学素子が示されており、特表昭58−501631には
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
ネマヂック液晶を用いて屈折率の一致不一致により透過
−散乱を制御する液晶光学素子が示されている。このほ
か、同様の素子は、特開昭60−252687号に種々
のラテックス取り込み液晶により、特表昭61−502
128号にエポキシ樹脂中に液晶を分散固化させる方法
により作成されている。
これらの素子では、表示に必要な電極をパタニングしな
くてはならなかった。
この表示としては、電極が対向している部分と対向して
いない部分との透過−非透過(透過率の値が2値)の2
値表示しかできなかった。
また、丸や四角の枠の中に図形や文字を表示することは
できなかった。
また、電圧を印加した時のみ表示を行うものであった。
[発明の解決しようとする課題] 本発明者らは、特開昭63−301.922号で、マス
クを用いて、固化性化合物として光硬化性化合物を用い
、これを光露光により固化させて液晶物質と固化物との
相分離を固定化することにより、特定のパターンで特定
の配向を生じせしめて、その部分を常透過部分や常散乱
部分にすることを提案している。
この固定表示を形成する方法は、マスクを取り替えるこ
とにより、自由な固定表示パターンを得ることができる
反面、位置合わせミスによる露光時にパターンずれを生
じたり、マスクが基板の外側に配置されるため基板の厚
みの視差を生じパターンの周辺部にぼけた部分が形成さ
れたりする傾向があり、さらに2回露光が必要になると
いう問題点を有しており、かかる点の改善が望まれてい
た。
[課題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
、得られる固化物の屈折率が、使用する液晶物質の電圧
印加時または電圧非印加時のいずれかでの屈折率と一致
するように選ばれた固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、固化性化合物を固化さ
せて液晶物質と固化物との相分離を固定化した液晶光学
素子の製造方法において、少な(とも方の電極付基板に
表示用パターンを形成した電極と特定の配向を形成せし
めるための固定表示用パターンを形成した電極を絶縁層
を介して積層した2層電極付基板とし、固化性化合物を
固化をさせる際に、固定表示用パターンを形成した電極
とそれに対向する電極間に電圧を印加しつつ固化させ、
固定表示用パターン部分に特定の配向を生じせしめるこ
とを特徴とする液晶光学素子の製造方法、及び、その得
られる固化物の屈折率が液晶の常光屈折率(n0)と一
致するように選択され、電圧の印加の有無によらずに常
に光が透過する液晶光学素子の製造方法、及び、その固
化性化合物が、光硬化性化合物であり、光露光により固
化せしめられる液晶光学素子の製造方法、及び、それら
の製造方法により製造された液晶光学素子を提供するも
のである。
本発明の素子は、液晶と固化性化合物を用いて、固化過
程を経ることにより、液晶と固化物とを相分離により固
定化させ、固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、液晶と固化物の分布が一様となり、外観
品位、生産性に優れている。
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の液晶物質の屈折率が、固化さ
せられた固化物の屈折率と一致するようにされる。これ
により、得られた固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。
好ましい1つの態様としては、液晶物質の常光屈折率(
n0)が固化させられた固化物の屈折率と一致するよう
にされるものがあり、電圧非印加において散乱状態、電
圧印加状態において透過状態となる。
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。
本発明では、この固化工程の際に特定の部分のみに電圧
を印加した状態で固化させてやることにより、特定の配
向が形成される。通常、しきい値電圧以上の電圧を印加
した状態で固化させてやることにより、その部分が常に
光透過状態または光散乱状態となる。即ち、電圧印加時
に透過状態になる液晶光学素子の場合には、電圧を印加
した状態で固化することにより、常透過状態となる。逆
に、電圧印加時に散乱状態になる液晶光学素子の場合に
は、電圧を印加した状態で固化することにより、常散乱
状態となる。
もっとも、使用する固化性化合物と液晶物質との系によ
り、この印加電圧に対する配向形成に差があるため、し
きい値電圧以上の電圧を印加しても、常に光透過状態に
ならないこともあり、しきい値電圧よりも充分高い電圧
を印加したり、系の配合を適切に選択するようにする。
この部分は、固化後には電圧の印加に無関係に光がほぼ
透過または散乱する。これにより、電極のバターニング
をすることなしに、特定の文字や図形を表示可能、即ち
、固定表示可能となる。また、文字、図形、グラフ等を
連続した枠で囲むことも容易に可能となり、表示の自由
度、表示パターンの設計の容易性が向上するという利点
も有する。
その際に、低めの電圧を印加した状態で固化させた部分
や、電圧は印加したが短時間であった部分は、ある程度
光が透過して、かつ電圧の印加により光の透過率が変化
するようになる。
これにより、中間調の部分を形成することができる。
第1図は、本発明の液晶光学素子の断面図を示している
第1図において、 IA、IBは基板、2Aは固定表示
形成用のパターンを形成した電極、2Bは表示用のパタ
ーンを形成した電極、2Cはそれらの対向電極、3は電
極2Aと電極2Bとの間に積層されている絶縁層、 4
は液晶物質が分散した固化物による液晶分散層を示して
いる。
この場合、電極2Aと電極2Cとの対向しているパター
ンが固定表示パターンとなる。電極2Cが全面ベタ電極
であれば、電極2Aのパターン自体が固定表示パターン
となり、電極2Cが全面ベタ電極でなければ、そのパタ
ーンと電極2Aのパターンの対向している部分のパター
ンが固定表示パターンとなる。
この基板IA、IBは、ガラス、プラスチック等の基板
であり、少なくとも一方の基板は透明とされる。電極2
A、2B、2Cは通常I T O(In203Sno2
) 、 SnO□等の透明電極とされる。なお、裏側の
基板が不透明である場合には、もつとも裏側の電極は不
透明な電極であってもよい。
また、絶縁層はSiO□、TiO□、Zr02等の無機
物の層であっても、ポリイミド、ポリアミド、シリコン
等の有機物の層であってもよい。
この絶縁層を介して積層された電極2Aと2Bとは、い
ずれが基板側であってもよいし、3層構造にすることも
できる。もっとも、表示用の電極2Aを基板側にする方
が、駆動時の電圧を低下させる点で有利である。
第2図は、本発明の液晶光学素子の他の例の断面図を示
している。
第2図において、 IIA、 11Bは基板、12Aは
固定表示形成用のパターンを形成した電極、 12Bは
表示用のパターンを形成した電極、 12Gはその表示
用の対向電極、 120は固定表示形成用の対向電極、
 13A、13Bは電極12Aと電極12Bとの間及び
電極12Cと電極12Dとの間に積層されている絶縁層
、14は液晶物質が分散した固化物による液晶分散層を
示している。
この例は、夫々の基板に固定表示形成用のパターンを形
成した電極が形成されている。第1図の例よりも構成は
複雑となるが、電極12Aのパターンと電極12Dのパ
ターンとの対向部分が固定表示パターンとなるので、複
雑な固定表示パターンを形成することを希望する場合に
は有効である。
この場合も、電極12A、12B及び電極12C112
Dは夫々上下逆であってもよい。
本発明においては、固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、形成し
たい配向状態により、印加電圧は実験的に定めることが
好ましい。
なお、本発明ではこの固化物の屈折率と、使用する液晶
物質の屈折率とを一致させるものであり、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。もっとも
、固化物として有機物を用いる場合には、透過状態に悪
影響を与えない程度に、はぼ一致するようにしておけば
良い。これは、液晶物質により有機物の固化物が膨潤し
て、固化物が本来持っていた屈折率よりも液晶物質の屈
折率に近ずくため、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、熱等により固化する化合物や混合によ
り固化性の化合物が使用される。この固化時に、所望の
部分に特定の配向を形成させて、固定表示部分を形成す
ることが容易にできる。
即ち、基板の電極の固定表示用のパターンとその対向電
極間に電圧を印加しつつ固化することにより、容易に特
定の部分のみを固化させて、特定の配向を形成させて、
常に光が透過して(るか散乱している固定表示部分を形
成することができる。しかもこの場合には、同時に他の
正常な部分(電圧の印加状態により透過−散乱を制御で
きる部分)も固化することができ、固化の工程が1工程
ですむ。
これにより、2工程でも固化できる光硬化性化合物はも
ちろんのこと、1工程で全体が固化してしまう熱硬化性
化合物や、2液温合硬化型の化合物を用いることもでき
るし、加熱して溶融状態にしておいてこれを冷却して固
化させるような化合物を用いることもできる。本発明で
は固化時間とか取り扱い易さの点からみて、光硬化性化
合物の使用が最適である。
この光硬化性とは、赤外線、可視光線、紫外線、電子線
によって固化する化合物であればよい。その光の作用も
、固化を促進するものであれば何でもよ(、光子、電子
、熱のいずれによってでもよい。
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。
本発明では、これら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、光露光後の液晶と固化物の相分離状態及びその均一
性にすぐれていること、また光露光による固化速度が速
く固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、シアノ等
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
照射によって重合固化するもの、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15〜70wt
%含有することが好ましく、光硬化後に固化に伴う収縮
が少なく、液晶光学素子に微小なりラックが発生しに(
(、成形性が良好となる。この場合、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。
また、固化性化合物は、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、固化性化合物に均一に溶
解することが好ましく、固化後の固化物とは、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、固化性化合物と液晶物質と
は5:95〜45:5層程度の混合物とすればよく、液
状な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、調製する固化性化合物と液
晶物質との混合物は、透明電極(」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、透明型極付のプラス
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、光露光等に
より、液晶物質と固化物との相分離状態で固定化する。
電圧印加時の液晶物質の屈折率と固化物の屈折率とが一
致するように選ばれた場合には、固化後は、固化物の屈
折率と液晶物質の屈折率が一致していなく、液晶物質と
固化物による屈折率散乱のため白濁状態となる。この素
子は、電圧を印加することにより、液晶物質の分子長軸
が電界方向に平行に配列し、固化物の屈折率と液晶物質
の屈折率が一致するため透過状態となる。
本発明では、この際に固定表示用パターンを形成した電
極を設けておいて、それにより固化時に部分的に電圧を
印加しつつ固化させて、固定表示のための特定の配向を
生じせしめる。
本発明では、固定表示を形成する電極を、表示用の電極
と区分けして2層に形成したので、パターンの自由度が
大きく、固定表示部分も通常の表示部分も同時に固化す
ることができ、固化工程が1工程ですむので、極めて生
産性が良いものである。
これにより、例えばドツトマトリクス表示、セグメント
表示、バーグラフ表示に固定表示の文字や図形を組み合
わせたり、連続した枠を形成したりすることもできる。
さらに、前述のごと(、固化させる際の電圧をしきい値
電圧付近で段階的に変化させたり、電圧印加時間を調整
することにより、白濁度が低いが電圧により透過率が変
化する中間調の透過部分を形成してもよい。
このようにして作成した本発明の素子は、電圧印加時に
透過状態となる素子の場合には、特定の配向により常に
光が透過して(る部分と、通常は白濁しているが、電圧
を印加することにより、液晶が電界方向に平行に配列し
、固化物の屈折率と液晶の屈折率とが一致して透過状態
になるため透過率が変化する部分を有する。
また、電圧非印加時に透過状態となる素子の場合には、
特定の配向により常に光が散乱している部分と、通常は
透過状態であるが、電圧を印加することにより、液晶が
電界方向に平行に配列し、固化物の屈折率と液晶の屈折
率とが致しなくなり散乱状態になるため透過率が変化す
る部分を有する。
もちろん、これらのいずれの場合においても、中間調部
分を形成することもできる。
本発明では、この液晶物質中に2色性色素や単なる色素
、顔料を添加したり、固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。
特に、固化時に副生物を生じたり、溶媒を除去する必要
のない系を用いることが好ましく、中でも、液晶物質を
溶媒として使用し、固化性化合物として光硬化性化合物
を用い、光露光により光硬化性化合物を硬化させること
が、信頼性が高く、生産性からみて好ましい。
本発明では、液晶物質と固化性化合物との混合物を、一
方の電極付基板上に流し込みもしくは塗布した後、他方
の電極付基板を積層し、固化性化合物を固化させてもよ
いし、予め2枚の電極付基板を相対向させて周辺をシー
ルし、セルを形成し、このセルに注入し、固化性化合物
を固化させるようにしてもよい。
このような液晶物質と固化性化合物のマトリクスによる
液晶層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(、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、液晶光学素子を極めて生産性
良く製造できる。特に、大面積を有する液晶光学素子で
あっても、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よいので、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。
このような液晶光学素子は、通常の液晶表示素子のよう
な小型の表示素子や光シヤツター素子としても、スコア
ボード、交通標識、広告体等の大面積の表示素子や、窓
、鏡、ショーウィンドウ、ショウケース、家具、電気製
品用等の調光体としても好適である。
基板が薄いガラスやプラスチックの場合にさらに保護の
ためにプラスデ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。
この液晶光学素子を駆動するための駆動手段としては、
通常数〜100Vで10〜l000Hz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。固化させる
際に印加する電圧は、はぼ完全に透過または散乱状態に
したい場合には、それよりもやや高い電圧を印加しつつ
固化すればよい。もっとも、中間調を形成したい場合に
は中間程度の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。
また、カラーフィルターを併用したり、7夜品中に二色
性色素を混入したりしてカラー化したり、他のデイスプ
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1 n−ブチルアクリレート 1部、2−ヒドロキシエヂル
アクリレート 1部及びアクリルオリゴマー(東亜合成
化学(株)製rM−1200J ) 4部、光硬化開始
剤としてメルク社製[グロキュアー1116Jを0.6
部に液晶(BDH社製rE−8J )を12部を均一に
溶解し、25μmのセルギャップをもったITO付ガツ
ガラス基板セル入した。
このITO付ガツガラス基板セル1図のように片側の基
板のみが2層のITO電極とされており、基板側が固定
表示したい文字パターンにパターニングされ、液晶層側
が表示用にパターニングされた電極とした。電極間の絶
縁層はSiO□層とした。
注入孔を封止した後、固定表示したい文字パターンにパ
ターニングされた電極と、他方の基板の対向電極との間
に50Hz、40Vの交流電圧を印加しつつ、紫外線照
射装置により、約60秒光照射した。
これにより、固定表示したい文字パターン型に透明な部
分があり、他の部分は白濁した素子が得られた。
この素子の表示用の電極と対向電極との間ににAC30
V (50t(zlの交流電圧を印加したところ、表示
すべき部分が透過状態となった。
なお、第2図のように両方の基板に電極を2層に形成し
た基板を用いた場合にも、同様な効果が得られた。
実施例2 実施例1と同じセルを用いて、固化時の電圧を種々変化
させて、実施例1と同様にして固化させた。
このようにして製造した液晶光学素子は、固化時に印加
した電圧によって、常透過表示部分(固定表示部分)の
電圧を印加しない時の透過率が変化し、印加電圧が低い
程透過率が低いものであった。このやや白濁している固
定表示部分であっても、表示用の電極を有する部分は、
電圧印加によって完全に透過状態とすることができた。
実施例3 実施例1の混合物7部、ポリビニルアルコール3部を水
に分散後、2層のITO付きポリエチレンテレフタレー
トフィルム上に流延し、水を揮発させたあと、ITO付
きポリエチレンテレフタレートフィルムを重ね合せた。
そのセルギャップは20μmであった。
実施例1と同様にして作成した素子に交流電圧(AC5
0V、50t(z)を印加したところ、同様の表示が得
られた。
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■)を1.5部加えて分散させた以外は、実施例1
と同様にして素子を作製した。
実施例1の白濁部分が着色白濁した状態となった点を除
き、実施例1と同様の効果が得られた。
実施例5 実施例1の電極付基板を両方とも2層の電極付基板とし
、周辺部に枠状のパターンに常透過部分を形成し、その
内部にバーグラフを表示可能にしたセルを形成した。こ
のセルに実施例1と同様の液晶物質と光硬化性化合物と
の混合物をを注入し、実施例1と同様にして液晶光学素
子を形成した。
この素子は、電圧を印加しない状態で素子の周辺部に枠
状常透過部分があり、表示に応じてその中心部にバーグ
ラフが表示された。
実施例6 実施例5と同様の構成で、道路標識で、道路に相当する
パターンを2本の線で示し、混雑している部分のみを表
示するようにパターニングした液晶光学素子を作成した
この液晶光学素子は、常に道路が2本の線により固定表
示パターンで表示されており、混雑した路線のみがその
道路全体が透過状態となって表示された。
実施例7 実施例1の2層の電極を、表示用パターンを形成した電
極と、表示用バクーン以外の部分を背景部分としてパタ
ーニングした電極とを絶縁層を介して積層した基板を用
い、実施例1と同様にしてセルを形成した。
この背景部分をパターニングした電極と、他方の基板の
対向電極との間に50 Hz、40Vの交流電圧を印加
しつつ、紫外線照射装置により、約60秒光照射した。
これにより、表示用パターン部分以外の背景部分が透過
状態であり、表示用パターン部分は白濁した素子が得ら
れた。
この素子の表示用の電極と対向電極との間ににAC30
V (50Hz)の交流電圧を印加したところ、表示す
べき部分が透過状態となった。
[発明の効果] 以上の如(、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、固定表示を形成する電極
を、表示用の電極と区分けして2層に形成したので、固
定表示部分も通常の表示部分も同時に固化することがで
き、固化工程が1工程ですむので、極めて生産性が良い
ものである。
また、固定表示を形成する電極を、表示用の電極と区分
けして2層に形成しているので、固定表示のパターンの
自由度が大きく、種々の固定表示が可能であり、さらに
中間調の固定表示も容易に形成できる。
特に、固化性化合物として光硬化性化合物を用いること
により、短時間で固化ができ、生産性が高い。
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。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の液晶光学素子の断面図を示している
。 第2図は、本発明の液晶光学素子の他の例の断面図を示
している。 基板   =IA、IB、11A、11B電極   :
2A、2B、2G、12A、 12B、12G、12 
D絶縁層  : 3.13A、13B 液晶分散層= 4.14 2C:電極 12D:電極 12C:電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)得られる固化物の屈折率が、使用する液晶物質の
    電圧印加時または電圧非印加時のいずれかでの屈折率と
    一致するように選ばれた固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、固化性化合物を固
    化させて液晶物質と固化物との相分離を固定化した液晶
    光学素子の製造方法において、少なくとも一方の電極付
    基板に表示用パターンを形成した電極と特定の配向を形
    成せしめるための固定表示用パターンを形成した電極を
    絶縁層を介して積層した2層電極付基板とし、固化性化
    合物を固化をさせる際に、固定表示用パターンを形成し
    た電極とそれに対向する電極間に電圧を印加しつつ固化
    させ、固定表示用パターン部分に特定の配向を生じせし
    めることを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
  2. (2)得られる固化物の屈折率が液晶の常光屈折率(n
    _0)と一致するように選択され、電圧の印加の有無に
    よらずに常に光が透過する請求項1の液晶光学素子の製
    造方法。
  3. (3)固化性化合物が、光硬化性化合物であり、光露光
    により固化せしめられる請求項1または2の液晶光学素
    子の製造方法。
  4. (4)請求項1または2または3の製造方法により製造
    された液晶光学素子。
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