JPH0876077A

JPH0876077A - 電界制御回折格子および液晶素子

Info

Publication number: JPH0876077A
Application number: JP21228994A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hisatake; 雄三久武; Takeshi Oyama; 毅大山; Makiko Satou; 摩希子佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【構成】屈折率異方性をもつ光媒体領域１０と屈折率異
方性をもつ液晶領域９を平面方向に交互に配置してなる
回折格子領域からなる電界制御回折格子７、８を２層に
重ね、これらを複数の画素を形成する電極３、４で挟ん
でなる液晶素子。【効果】散乱特性が高く、駆動電圧の低い、明るくコン
トラスト比の高い階調性に優れた液晶素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界で回折格子特性を
制御できる液晶を用いた電界制御回折格子およびこれを
用いた液晶素子に係わる。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子（ＬＣＤ）を光制御の観点
から分類すると、明暗の変化を液晶分子の偏光効果と偏
光子を組み合わせにより生じさせるものと、液晶の相転
移を利用し、光の散乱と透過により生じさせるもの、お
よび染料を添加し、染料の可視光吸収量を制御し、色の
濃淡変化により生じさせるもの等に分けられる。

【０００３】前者の偏光効果と偏光子を組み合わせたＬ
ＣＤは、例えば９０°捻れた分子配列をもつツイステッ
ドネマティック（ＴＮ）型液晶であり、原理的に薄い液
晶層厚、低電圧で偏光制御できることから、早い応答速
度、低消費電力にて、高いコントラスト比を示し、時計
や電卓、単純マトリクス駆動や、スイッチング素子を各
画素ごとに具備したアクティブマトリクス駆動で、ま
た、カラーフィルターと組み合わせて、フルカラーの表
示の液晶ＴＶなどに応用されている。

【０００４】しかし、これら偏光効果と偏光子を組み合
わせたＬＣＤは、原理上偏光板を用いることから素子の
透過率が著しく低く、また分子配列の方位性により見る
角度・方位によって表示色やコントラスト比が大きく変
化するといった視角依存性を持ち陰極線管の表示性能を
完全に越えるまでにはいたらない。

【０００５】一方、後者の液晶の相転移を利用したも
の、および染料の可視光吸収量を制御したＬＣＤは、例
えば、ヘリカル構造の分子配列をもつコレステリック相
からホメオトロピック分子配列のネマティック相への相
転移を電場印加で生じさせるＰＣ型液晶およびこれに染
料を添加してなるＷｈｉｔｅ−Ｔａｙｌｏｒ型ＧＨ液晶
であり、偏光子を用いず、原理的に偏光効果を用いない
ことから、明るく、広い視認角を示し、自動車機器や、
投影型表示器などに応用されている。

【０００６】しかし、充分な光の散乱を得るには、液晶
相厚を充分厚くしたり、散乱を生じさせるヘリカル強度
を強めたりする必要があり、高い駆動電圧を要し、応答
速度も極めて遅いといった問題点をもっているため表示
量（画素数）の多い表示素子への応用は困難とされてい
た。さらに、その印加電圧−透過率特性にヒステリシス
があり、マルチプレクス駆動することが困難など実用的
に問題があった。

【０００７】また、図６に示す様に有機高分子３１中に
液晶３２を球状に保持した高分子分散型（ＰＤ）ＬＣＤ
は散乱モードの液晶表示素子であり、偏光板を用いない
ため、明るく、広い視認角を示し、自動車機器や、投影
型表示器などに応用されている。しかしながら、外部か
ら印加した電圧は有機高分子中と液晶とに分圧され、液
晶には印加電圧の一部しか印加されず、実用的には動作
電圧が高まり問題であった。また、充分な光の散乱を得
るには、液晶厚を充分厚くする必要があり、応答速度も
遅いといった問題点をもっているため表示量（画素数）
の多い表示素子への応用は困難とされていた。さらに、
その印加電圧−透過率特性にヒステリシスがあり、マル
チプレクス駆動することが困難など実用的に問題があっ
た。これと同様の動作原理で動作する網目状有機高分子
中に液晶を保持した高分子分散型ＬＣＤにおいても、同
様の問題があった。

【０００８】前記散乱モード同様の効果を得る表示モー
ドとして、光の回折格子現象を利用した表示素子（以下
ＬＣＤＧ＝Liquid Crystal Diffraction Gratingと称す
る）が提案されている（例えばHideya Murai ,Liquid C
rystals, 1993,Vol.15,No.5,627-642 ）。図１２、１３
に、このＬＣＤＧの構造を示す。図示するようにセルを
構成する基板４１、４２間に液晶組成物４３の常光屈折
率ｎo もしくは異常光屈折率ｎe のいづれかと等しい光
屈折率媒体４４（以下グレーティングと称する）と液晶
組成物４３を平面的に交互に配置した構成からなってい
る。屈折率楕円体で表される屈折率をもつ液晶分子の配
列を電界により制御して、液晶層４３のセル平面方向に
おける屈折率の値を変化させてグレーティング層４４と
液晶層４３とで、回折格子現象を発生させたり、させな
かったりして前記散乱モード同様の効果を得ようとして
いるものである。

【０００９】しかしながら、液晶分子は屈折率異方性を
持つもののその屈折率楕円体の形状や大きさは不変であ
り、制御可能なのは配列方向を一様に変化させることだ
けである。このため、平面的な屈折率楕円形状を、大き
い円から小さい円、もしくは小さい円から大きい円に変
化させることは原理的に不可能である。図９、１０に一
般的な液晶分子の形状、いいかえると屈折率楕円形状を
示す。ここに図９はｎe ＞ｎo で、ｎe を回転軸とした
場合の屈折率楕円体、図１０は同じくｎo を回転軸とし
た場合の屈折率楕円体を示す。

【００１０】これらを例にとって前記屈折率楕円形状
を、大きい円から小さい円、もしくは小さい円から大き
い円に変化させることは原理的に不可能な理由を説明す
る。図９の形状も図１０の形状もある方位すなわち楕円
体の回転軸方位から観察すると円の形に観察される。し
かしながら、２種の大きさの円形状はいかなる形状であ
っても観察されない。よって、前記屈折率楕円形状を、
大きい円から小さい円、もしくは小さい円から大きい円
に変化させることは原理的に不可能であることとなる。
このことから、前記回折格子現象を液晶セル平面のすべ
ての方位の偏光成分に対して発生させる構成（図１１：
図９の屈折率楕円体（ｎe 軸）の液晶組成物を用いた場
合、なお符号４４ａはグレーティング層４４の屈折率を
示す）、（図１２：図１０の屈折率楕円体（ｎo 軸）の
液晶組成物を用いた場合、なお符号４４ｂはグレーティ
ング層４４の屈折率を示す。）とすると、電界制御によ
り液晶層４３のセル平面方向における屈折率の値を変化
させて、回折格子現象を解消しようとしても１方向の偏
光成分に対してしか解消されず、図１３の２ｂ＠４４３
ａ１のように図１１の光学異方性の液晶組成物の分子配
列を変化させても、同じく図１４の符号４３ｂ１のよう
に図１２の光学異方性の液晶組成物の分子配列を変化さ
せても、素子の透過率を原理的に５０％以下にしてしま
うことになる。

【００１１】逆の配置で、回折格子現象がセル平面のす
べての方位の偏光成分に対して発生しない構成を図１５
のように図９の液晶組成物４３ａを用いて構成した場合
でも、図１６のように図１０の液晶組成物４３ｂを用い
て構成しても、電界制御により液晶層４３のセル平面方
向における屈折率の値を変化させたとして屈折率は１方
位でしか変化しないので、回折格子現象は１方位に対し
てしか発生しない。したがって、素子のコントラスト比
を原理的に２：１以下にしてしまうこととなる。

【００１２】これに対しては入射する光を偏光させるこ
とにより改善できるが、高価なプリズム等を多用しない
限り入射光強度を低下させることなく入射する光を直線
偏光とすることは困難であり、実用上は入射光強度を５
０％以下に低減させてしまう偏光板を用いることとな
る。よって、これら従来のＬＣＤＧは実用上、素子の透
過率が５０％以下となり、暗い表示しか実現できない。

【００１３】また、図１５、１６の構成のように入射光
が偏光であれば、高い散乱強度（強い回折格子現象）が
得られる構成の場合、同様のセルを平行配置して２層化
し、前述した屈折率差を生じさせる方位を２枚のセル間
で直交させる構成とすれば、回折格子現象を２方位に対
して発生させることができる。さらに工夫して、２枚の
セルを用いて、相互間の機能を１つの液晶セルで実現さ
せる構成が類推できる。例えば、図１７にこの構成を
示す。基板４１、４２間に液晶層５４とグレーティング
層４６からなる回折格子を２層形成し、液晶層の屈折率
４５ａとグレーティング層４６ａの屈折率差を得る方位
が相互間で直交した配置としている。これを実現するた
め液晶層の分子配列方位は２層の回折格子間で直交して
いる。この場合、２層の回折格子間で液晶層同志が対向
すると、その２層貫通した液晶層の分子配列は必然的に
９０°ツイストするため旋光性が生じてしまう。このた
め、この部分では、１層目で回折格子現象が発生しなか
った方位の偏光成分はやはり２層目でも回折格子現象が
発生しない方位に入射するため結局回折格子現象を全く
得ないでセルを通過することとなる。よって図１７に示
すように液晶層とグレーティング層が２層の回折格子で
入子の関係を得るようにする必要があることとなってし
まう。これらのことから、回折格子を形成する微細なパ
ターン（液晶領域とグレーティング層）を１つのセル内
に２層形成し、これらの間で極めて高精細なパターンに
対するアライメントを必要とすることとなり、事実上生
産は困難である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の液晶表示素子は、偏光を制御するモードの場合、実用
上は入射光強度を５０％以下に低減させてしまう偏光板
を用いるため表示が暗いといった問題点をもっており、
また、光散乱効果を用いるモードの場合、構成によって
は前記問題を解決し得るが、いづれの構成においても、
駆動電圧が高かったり、応答速度が遅かったり、電気光
学特性にヒステリシスがあったりして実用的な解決手段
とはなっていない。このように従来の液晶表示素子は、
表示が暗いといった問題点を持っている。

【００１５】本発明は、この問題を解決する新規な液晶
表示装置の構造を提案し、より優れた表示性能を得る新
規な液晶表示装置を提案することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の並列さ
れたストライプ構成体で形成され、光の入射する方位に
対して屈折率楕円体で表される屈折率異方性をもつ光媒
体で構成され、前記屈折率楕円体の軸が前記ストライプ
状層の延長方向に対して一定の方向に配置され、前記屈
折率楕円体の軸が電界によって変化しないグレーティン
グ層と、前記グレーティング層のストライプ構成体間に
配置され、前記グレーティング層の屈折率異方性に実質
的に等しい屈折率異方性をもつ液晶組成物で構成され
て、その屈折率楕円体の軸が電界印加により前記グレー
ティング層の屈折率楕円体の軸に対して少なくとも平行
方向と垂直方向の２状態に制御される液晶分子配列をと
り得るようにされた液晶領域とからなる電界制御回折格
子を得るものである。

【００１７】さらに、複数の電界制御回折格子からな
り、第１の電界制御回折格子と第２の電界制御回折格子
とが各電界制御回折格子のストライプ構成体が直交する
ように重ねられてなる電界制御回折格子を得るものであ
る。

【００１８】さらに、屈折率異方性をもつ第１の光媒体
領域と、屈折率異方性をもつ第１の液晶組成物領域を平
面方向に交互に配置してなる第１の回折格子領域と、前
記第１の回折格子領域に重ねられ、屈折率異方性をもつ
第２の光媒体領域と、屈折率異方性をもつ第２の液晶組
成物領域を平面方向に交互に配置してなる第２の回折格
子領域と、これら第１の回折格子領域と第２の回折格子
領域を電界を印加可能に挟み複数の画素を形成する電極
とを具備してなる液晶素子を得るものである。

【００１９】さらに、第１の液晶組成物領域と第２の液
晶組成物領域とが同じ液晶組成物でなり、連続している
ことを特徴とする液晶素子を得るものである。

【００２０】さらに、第１の光媒体領域と第１の回折格
子領域の屈折率差δｎが最大になる方位と第２の光媒体
領域と第２の回折格子領域の屈折率差δｎとが最大にな
る方位とが直交するように第１の回折格子領域と第２の
回折格子領域とが配置され、これら回折格子領域の厚み
をｄとしたとき、屈折率差δｎおよび厚みｄが各回折格
子領域において、ともに２６０＋ｍ・５５０≦δｎ・ｄ≦２９０＋ｍ・５５０（ｍ＝０，１，２，３…、単位nm）の関係を満たしている子とを特徴とする液晶セルを得る
ものである。

【００２１】

【作用】図１は、本発明の構成の一例を説明するもので
ある。本発明の特徴は第１に、ＬＣＤＧにおけるフレー
ティング層に屈折率の異方性を持たせることにある。図
１（ａ）は液晶セルの各部分の分解図、同図（ｂ）は断
面図で、上基板１に電極３、配向膜５、下基板２に電極
４、配向膜６を付け、上基板１の配向膜５の配向処理方
向１１と、下基板２の配向膜６の配向処理方向１２を直
交するように両基板を配置する。これら基板間に２層の
電界制御回折格子７、８を重ねて配置する。第１の電界
制御型回折格子７は方位に対して屈折率楕円体で表され
る屈折率異方性１０ａをもつ高分子液晶などからなる屈
折率が電界によって不変な光媒体の複数の並列ストライ
プ構成体のグレーティング層１０と、これらストライプ
構成体間に配置された同じく屈折率異方性９ａをもつ液
晶組成物からなる液晶領域９とで形成される。第２の電
界制御型回折格子８も第１の電界制御型回折格子７と同
構成であり、そのストライプ構成体１４および液晶領域
１３は、第１の電界制御型回折格子７のストライプ構成
体の延長方向７ａ（図２（ｂ））と直交する方向８ａ
（図２（ａ））に形成される。

【００２２】第１の電界制御型回折格子７と第２の電界
制御型回折格子８のストライプ構成体１０、１２が相互
に突き合わされる面は配向処理されており、ストライプ
構成体１０の配向処理方向１５は下基板の配向処理方向
１２に平行に、ストライプ構成体１４の配向処理方向１
６は上基板の配向処理方向１１に平行に形成する。

【００２３】液晶領域９、１３は正の誘電異方性をもつ
ネマティック液晶組成物でなり、電極に電圧を印加しな
い状態では、配向処理方向１１または１２に沿ってグレ
ーティング層に平行に分子配列する。この様子を図１の
屈折率楕円体９ａ、１３ａで示している。液晶領域は電
界制御により、配列方向を水平状態と垂直状態の２状態
に制御されるので、屈折率楕円体も、グレーテイグ層と
同一の水平状態９ａ、１３ａと、グレーティング層と異
なる垂直状態９ｂ、１３ｂに変化する。

【００２４】平行状態の配列は、回折格子現象を発生さ
せない状態を得るときにグレーティング層との屈折率差
を方位性なく零にするためである。こうすることにより
液晶層に異方性がある状態（液晶分子が水平配向した状
態）で回折格子現象を発生させない状態を得られる。す
なわち、グレーティング層と液晶領域の屈折率異方性を
実質的に同じにしておき、電界によって不変な屈折率を
もつグレーティング層を形成するストライプ構成体の屈
折率楕円体の回転軸とストライプ構成体間に配置する液
晶領域の液晶組成物の屈折率楕円体の回転軸を同一方位
に一致させることにより、回折格子現象無発生状態をつ
くりだすことができる。この作用は図１に示すように回
折格子層を２層直交配置しても得られる。

【００２５】これに対し、回折格子現象を発生させた状
態を得るには、液晶層の液晶分子を垂直配列させればよ
いこととなる。すなわち、電極間に電界を印加すると、
液晶分子は基板に垂直に配列する（９ｂ、１３ｂ）。こ
うすることにより、液晶領域は基板方向から観察する
と、屈折率の異方性がなくなり、一方、グレーティング
層には変わらず異方性があるので、液晶層とグレーティ
ング層の間に屈折率差が生じる。この屈折率差は各回折
格子層で１方位に発生するものであるから、前記各回折
格子層で屈折率差の発生する方位が互いに直交していれ
ば回折格子現象は、直交した２方位で発生することとな
る。

【００２６】ここで、この回折格子現象を得る状態は液
晶分子を垂直配列にした状態で得ているので図１に示す
ように２層の各回折格子間で液晶層同志が対向しても、
従来技術で問題となっていた光が旋光するといった問題
は生じない。

【００２７】よって、全ての方位の偏光成分に対し、回
折格子現象を生じさせることができ、且つ逆に全く回折
格子現象が生じない状態も形成できることとなり、こう
した作用を図１に示すごとく、２層の回折格子パターン
のアライメント無しで得ることが可能となり、実用上容
易な製造工程にて前述した１つのセルでの高コントラス
トなＬＣＤＧモードのＬＣＤが実現できることとなる。

【００２８】さて、こうして得られたＬＣＤＧの光散乱
効果は回折格子層の層厚ｄと前記屈折率差δｎに依存す
る。これは屈折率が異なる媒体を光が通過する場合にい
かように光路差が生じるかによって、回折の仕方が異な
るためである。よって、回折格子現象の光回折効果Ｓは
次式のように表せる。

【００２９】Ｓ＝ｃｏｓ²（πδｎｄ／λ）……………………………………………（１） λ：入射光波長よって、回折格子現象を最も強く得るには、δｎｄを、 δｎｄ＝（１＋２ｍ）λ／２………………………………………………（２）（ｍ＝０，１，２，３………）とすればよいことになる。セルに入射させる光の波長は
フルカラー表示をさせる場合、可視光全域に及ぶ。一般
的に投影型液晶表示装置においてはカラー表示を実現す
るためにＲＧＢ３色のカラーフィルターを１つのセルに
設ける方式（単板方式）と光源の光をダイオクロイック
ミラー等を用いてＲＧＢに分光し、３つのセルを用いて
実現する方式（３板方式）とがある。前者の単板方式で
（２）式を完全に満足するためにはｄの値を各カラーフ
ィルター毎に変える必要があり、これを２層の回折格子
を形成した本発明に適用することは容易ではない。実現
させる場合、多大な製造コストとなる。また、後者の３
板方式で（２）式を完全に満足するためにはｄの値を各
セル毎に変える必要がある。この場合も３枚のセルを差
別化して製造する必要があり、製造コストが高くなる。

【００３０】こうしたことから、いづれの場合において
も、ｄの値は１つとできればより低コストのＬＣＤが実
現できることとなる。そのためには、可視光ＲＧＢいづ
れの波長にたいしても実用的にに十分な特性を得るｄの
共通解を見出だす必要がある。そこで、可視光ＲＧＢの
中心的波長であり、最も視感度の強い５５０ｎｍの波長
にｄを合わせることが、最も優れた特性を得ることとな
るわけである。（１）式のＳの値がＲＧＢの波長に対
し、あまり依存しないようにするためには、δｎｄの値
を（２）式の条件から±２０ｎｍに押さえる必要があ
る。こうすることによってＳの値を最大値の９８％とす
ることができ、一般的なコントラスト比の実用値（＝５
０：１以上）を得ることができるからである。このｄ、
つまりδｎｄの最適条件は（１）式が周期関数あること
から明らかなように複数の解となる。よって、本発明の
液晶表示素子は前記δｎｄの値が次式を満足したときに
極めて優れた特性を得ることとなる。

【００３１】２６０＋ｍ・５５０≦δｎ・ｄ≦２９０＋ｍ・５５０…………………（３）（ｍ＝０，１，２，３……、単位nm）

【００３２】

【実施例】以下本発明の実施例を詳細に説明する。

【００３３】（実施例１）１画素の形状が図２に示すよ
うな電極構造からなり、画素数が６４０×４８０である
る２枚の電極付き基板を用いる。（ａ）は下基板、すな
わちアクティブマトリクス板の一画素分を示し、画素電
極４は電極間に配線されたゲート線１７、信号線１８に
よりＴＦＴトランジスタ１９を介して駆動される。
（ｂ）は上基板に設けた共通電極３の一画素領域を示
す。これら電極３、４は配向膜が被着された後、図３に
示すようなグレーティング層２０を各基板２１上に形成
した。

【００３４】すなわち、基板２１上に電極２２（図２の
符号３および４の電極）を形成し、その上に配向膜２３
を形成する。配向膜に矢印２４方向のラビング配向処理
を施してから、屈折率異方性２５が図９に示す屈折率楕
円体を示す光媒体のグレーティング層２０を形成する。
最大屈折率ｎe が楕円体軸方向であり、ストライプ構成
体の延長方向および配向膜２３の配向処理方向２４に一
致させる。このグレーティング層２０の上面にそのスト
ライプに直交する方向にラビング配向処理２６を施して
ある。

【００３５】このプロセスを図４に示す。先ず、基板上
に電極２１、配向膜２２を形成し、図３に示すグレーテ
ィング層２０の屈折率がｎe の方位にラビング処理２４
を施す（図４（ａ））。次いで、基板２１上に高分子液
晶（棒状系材料Δｎ＝０．０９３，ｎe ＝１．５６
６，ｎo ＝１．４７３）を液体状態に加熱し塗布し
た。塗布後冷却し、高分子液晶膜２０ａを得た。厚さは
２，７５０ｎｍとした（図４（ｂ））。次にこの高分子
液晶膜２０ａを、前記ラビングから左回りに９０°回転
した方向にラビング処理２６した（図４（ｃ））。次い
で、この高分子液晶膜上にレジスト材（商品名ＯＦＰＲ
−５０００、東京応化（株）製）を塗布し、露光、現像
し、酢酸水溶液（１０ｖｏｌ％）にてエッチングし、複
数の並列したストライプ構成体からなるグレーティング
層２０を形成した。同様の工程にて対向する基板（例え
ば上基板）にもグレーティング層２０を形成した（図４
（ｄ））。ここでのグレーティング層のパターンおよび
ラビング方向は、前記基板（例えば下基板）のパターン
（いづれもストライプパターン（図３参照））およびラ
ビング方向と直交している。

【００３６】こうして得られた２枚のグレーティング層
付き基板を対向させ、スペーサを用いないで周辺をシー
ルし、加圧しながらシールを硬化させて、いわゆる空セ
ルを作成した。しかるのち、前記空セルに誘電異方性が
正のネマティック液晶組成物（商品名ＺＬＩ−２００
２、（株）メルクジャパン製、 Δｎ＝０．０９３，ｎ
e ＝１．５６６，ｎo ＝１．４７３）を注入し、本実
施例の液晶表示素子を得た。δｎ・ｄは５４８．７ｎｍ
である。

【００３７】こうして得られた本実施例の液晶素子の電
極に、ＴＦＴ１９を介して電圧を印加して電気光学特性
（透過率−印加電圧曲線）を測定した。透過率−印加電
圧曲線を求めるために、液晶素子に白色光源を直線光に
変換したもの（非偏光）を入射させ、透過率を測定し
た。光のスポット径は２mmで、透過した光は液晶素子か
ら距離２０cmのところにあるフォトダイオードにより検
出した。図５に０Ｖから徐々に印加電圧（Ｖａｃ）を５
Ｖまで増加、５Ｖから徐々に０Ｖまで減少させていった
ときの透過率−印加電圧曲線を示す。電圧を印加してい
ない状態（０Ｖ印加）では透過率約８０％であった。ま
た、印加電圧５．０Ｖでは最小透過率０．２５％と、良
好な散乱状態が得られた。また、図の特性Ｔ1 から明ら
かなように電気光学特性にヒステリシスは全くなかっ
た。また、印加電圧５．０Ｖおよび０Ｖにて、応答速度
を測定したところ立上がり６ｍｓｅｃ、立ち下がり１８
ｍｓｅｃと極めて速い値を得た。

【００３８】さらに、印加電圧５Ｖにて分光光度を分光
光度計にて測定したところ、可視光波長での最大透過率
は１．５０％と極めて低い値であった。

【００３９】さらに、この本実施例の液晶素子を３枚用
いて、それぞれにダイクロイックミラーによって分光さ
れたＲＧＢの波長の光を入射させこれらをシュリーレン
光学系にて投影し、プロジェクションとして評価したと
ころ極めて高いコントラスト（実測値２６７：１）であ
り、明るい表示であることがわかった。

【００４０】（比較例１）実施例１に置けるグレーティ
ング値として、屈折率に異方性がなく屈折率の値が１．
５６６であるＳｉＯｘ膜を用いる以外実施例１同様にし
て、従来技術の液晶素子を作成した。

【００４１】実施例１同様の評価を行ったところ、電圧
を印加していない状態における透過率以外は実施例１同
様の特性が得られたが、電圧を印加していない状態にお
ける透過率は３６％と極めて低く偏光板を用いたＴＮ−
ＬＣＤ程度の透過率であった。

【００４２】（比較例２）比較例１とは逆に、グレーテ
ィング層として、屈折率に異方性がなく屈折率の値が
１．４７３であるＳｉＯｘ膜を用いる以外実施例１同様
にして、従来技術の液晶素子を作成した。

【００４３】実施例１同様の評価を行ったところ、５Ｖ
の電圧を印加した状態における透過率以外は実施例１同
様の特性が得られた、５Ｖの電圧を印加した状態におけ
る透過率は４２％と極めて高く、全く実用性の無いコン
トラスト特性しか得られなかった。

【００４４】（実施例２）実施例１におけるラビング処
理の前にＯＤＳ−Ｅアルコール．５ｖｏｌ％溶液
（（株））チッソ製）にて垂直配向処理を施して実施例
１同様にしてグレーティング層を形成し、液晶材料とし
て誘電異方性が負の液晶材料（商品名ＺＬＩ−２２２
２、（株）メルクジャパン製、屈折率は実施例１と同
じ）を注入して、本実施例の液晶素子を得た。ここで、
他の条件、プロセスは実施例１と全く同じとしている。

【００４５】実施例１同様の評価を行ったところ、図５
に示すように電気光学特性Ｔ2 は、実施例１と逆の形状
となったが、コントラスト特性等、他の特性は実施例１
同様優れた特性であることがわかった。

【００４６】（実施例３）実施例１において、グレーテ
ィング層の厚みを、双方の基板ともに３，３３３ｎｍと
する以外、実施例１同様の製法、及び条件にて本発明の
液晶表示素子を得た。

【００４７】こうして得られた本実施例の液晶素子に、
ＴＦＴを介して電圧を印加して電気光学特性（透過率−
印加電圧曲線）を測定した。透過率−印加電圧曲線を求
めるために、液晶表示素子にＨｅ−Ｎｅレーザーの直線
光（非偏光）を入射させ、透過率を測定した。光のスポ
ット径は２mmで、透過したレーザー光は液晶表示素子か
ら距離２０cmのところにあるフォトダイオードにより検
出した。この結果、ほぼ実施例１同様の結果Ｔ3 が得ら
れた（図５参照）。電圧を印加していない状態（０Ｖ印
加）では透過率約８０％であった。しかしながら、印加
電圧５．０Ｖでは最小透過率０．０５％と、実施例１以
上に良好な散乱状態（コントラスト比１６００：１）が
得られた。また、図からあきらかなように電気光学特性
にヒステリシスは全くなかった。また、印加電圧５．０
Ｖおよび０Ｖにて、応答速度を測定したところ立上がり
６ｍｓｅｃ、立ち下がり１８ｍｓｅｃと実施例１同様の
値を得た。

【００４８】本実施例は３板方式を差別化した３枚のセ
ルで実現する場合を想定して行ったものである。このよ
うに、３枚のセルを各色に対応した条件にて、個々に製
造するためには、実施例１、２以上の製造コストを要す
ることとなるが、前述したように極めて高いコントラス
ト特性が得られることが確認できた。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、散乱特性が高く、駆動
電圧の低い、明るくコントラスト比の高い階調性に優れ
た液晶素子が得られる。

【００５０】本発明による液晶素子は、表示素子として
ＴＦＴ駆動による大表示容量のディスプレーに適し、ま
た優れた散乱特性が得られることから投影型ディスプレ
ーへの応用に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例の液晶素子の構成、作用を説明す
るもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図。

【図２】本発明の実施例１の液晶素子の電極構成を説明
する図で、（ａ）は下基板の一部平面図、（ｂ）は上基
板の一部平面図。

【図３】本発明の実施例１における液晶素子のグレーテ
ィング層の形状およびラビング処理方向を説明する図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。

【図４】（ａ）乃至（ｄ）は図３のグレーティング層の
製造プロセスを説明する断面図。

【図５】本発明の実施例１、２、３における電気光学特
性の測定結果を示す印加電圧対絶対透過率曲線図。

【図６】従来技術の液晶素子であるＰＤＬＣＤの構造を
説明する断面図。

【図７】従来技術の液晶素子であるＬＣＤＧの構造を説
明する断面図。

【図８】従来技術の液晶素子であるＬＣＤＧの構造を説
明する断面図。

【図９】液晶分子の屈折率楕円体の一例を示す図。

【図１０】液晶分子の屈折率楕円体の一例を示す図。

【図１１】ＬＣＤＧの光散乱原理を説明する図。

【図１２】ＬＣＤＧの光散乱原理を説明する図。

【図１３】ＬＣＤＧの光散乱原理を説明する図。

【図１４】ＬＣＤＧの光散乱原理を説明する図。

【図１５】ＬＣＤＧの光散乱原理を説明する図。

【図１６】ＬＣＤＧの光散乱原理を説明する図。

【図１７】２層ＤＧ型ＬＣＤＧの構成を説明する図。

【符号の説明】

１…上基板、２…下基板、３，４…電極、７，８…電界制御回折格子、９…液晶領域、１０…グレーティング層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の並列されたストライプ構成体で形
成され、光の入射する方位に対して屈折率楕円体で表さ
れる屈折率異方性をもつ光媒体で構成され、前記屈折率
楕円体の軸が前記ストライプ構成体の延長方向に対して
一定の方向に配置され、前記屈折率楕円体の軸が電界に
よって変化しないグレーティング層と、前記グレーティング層のストライプ構成体間に配置さ
れ、前記グレーティング層の屈折率異方性に実質的に等
しい屈折率異方性をもつ液晶組成物で構成されて、その
屈折率楕円体の軸が電界印加により前記グレーティング
層の屈折率楕円体の軸に対して少なくとも平行方向と垂
直方向の２状態に制御される液晶分子配列をとり得るよ
うにされた液晶領域とからなる電界制御回折格子。
【請求項２】複数の電界制御回折格子からなり、第１
の電界制御回折格子と第２の電界制御回折格子とが各電
界制御回折格子のストライプ構成体が直交するように重
ねられてなる請求項１記載の電界制御回折格子。
【請求項３】屈折率異方性をもつ第１の光媒体領域と
屈折率異方性をもつ第１の液晶領域を平面方向に交互に
配置してなる第１の回折格子領域と、前記第１の回折格
子領域に重ねられ屈折率異方性をもつ第２の光媒体領域
と屈折率異方性をもつ第２の液晶領域を平面方向に交互
に配置してなる第２の回折格子領域と、これら第１の回
折格子領域と第２の回折格子領域を電界を印加可能に挟
み複数の画素を形成する電極とを具備してなる液晶素
子。
【請求項４】第１の液晶領域と第２の液晶領域とが同
じ液晶組成物でなり、連続していることを特徴とする請
求項３記載の液晶素子。
【請求項５】第１の光媒体領域と第１の回折格子領域
の屈折率差δｎが最大になる方位と第２の光媒体領域と
第２の回折格子領域の屈折率差δｎとが最大になる方位
とが直交するように第１の回折格子領域と第２の回折格
子領域とが配置され、これら回折格子領域の厚みをｄと
したとき、屈折率差δｎおよび厚みｄが各回折格子領域
において、ともに２６０＋ｍ・５５０≦δｎ・ｄ≦２９０＋ｍ・５５０（ｍ＝０，１，２，３…、単位nm）の関係を満たしていることを特徴とする請求項３記載の
液晶素子。