JPH0973074A

JPH0973074A - 液晶光学素子、液晶表示素子、及び投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0973074A
Application number: JP8169965A
Authority: JP
Inventors: Yousuke Fujino; 陽輔藤野; Satoshi Niiyama; 聡新山; Yoshinori Hirai; 良典平井
Original assignee: AG Technology Co Ltd
Current assignee: AG Technology Co Ltd
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】低温での表示特性を改善する。【解決手段】能動素子４と画素電極３を有する基板２
と、対向電極６を有する基板５の間に液晶／樹脂複合体
７が挟持され、樹脂相を構成する光硬化性ビニル系化合
物の硬化物は、その損失誘電率（測定周波数＝１００Ｈ
ｚ）の温度特性における極大値が２０℃以下となるよう
に設けられた液晶表示素子。【効果】液晶表示素子１の電圧保持率を向上し、光の高
透過率を得て、明るい画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の電極付基板
間に、液晶と樹脂とを含む複合体が挟持された液晶光学
素子、液晶表示素子及びそれを用いた投射型液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイは、その低消費電力
性、低電圧駆動等の特長を生かしてパーソナルワードプ
ロセッサ、ハンドヘルドコンピュータ、ポケットＴＶ等
に近年広く利用されている。なかでも注目され、盛んに
開発されているのが、視角性がよく、高速かつ高密度表
示が可能な能動素子を備えた液晶表示素子である。

【０００３】当初、動的散乱型（ＤＳＭ）の液晶表示素
子（ＬＣＤ）が提案されていた。しかし、ＤＳＭ−ＬＣ
Ｄでは液晶中を流れる電流値が高いため、消費電流が大
きいという欠点があった。現在では偏光板を用いたツイ
ストネマチック型（ＴＮ）のＬＣＤが主流となってお
り、ポケットＴＶや可搬型の情報機器の表示素子として
市場で用いられている。ＴＮ−ＬＣＤでは、漏れ電流は
きわめて小さく、消費電力が少ないので、電池を電源と
する用途に適する。

【０００４】そこで、これらの課題を解決すべく、ネマ
チック液晶を樹脂などのマトリックス中に分散保持した
り、連続の液晶相に網目状形態の樹脂を複合して形成せ
しめた液晶／樹脂複合体が提案された。そして、その散
乱−透過特性を利用し、偏光板を用いずに直接光のオン
とオフの制御を行いうる液晶表示素子が得られた。分散
型液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子などと呼ば
れている。その基本的構造や製造方法について以下に説
明する。

【０００５】この液晶光学素子には、正の誘電異方性を
有するネマチック液晶が用いられ、高分子相の屈折率が
液晶の常光屈折率（ｎ_o ）とほぼ一致するように通常設
けられる。そして、一対の電極付基板の間に液晶／樹脂
複合体が挟持される。

【０００６】電極付基板とは、ガラス、プラスチック、
セラミック等の基板上に透明な電極、たとえばＩＴＯ
（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）やＳｎＯ₂ 等が形成されたも
のである。さらに必要に応じて、クロム、アルミニウム
等の金属電極を併用してもよい。反射型の動作モードで
用いられる場合には、反射電極としてもよい。

【０００７】この液晶／樹脂複合体は、電極基板間電圧
の印加状態により、液晶／樹脂複合体中の液晶の屈折率
が変化する。そして、その樹脂相の屈折率が、液晶の屈
折率とほぼ一致した時に光が透過し、一致しない時に光
が散乱する。この液晶光学素子は、偏光板を用いないの
で、基本的に明るい表示が得られる。

【０００８】電圧印加時には、液晶分子が電界方向に平
行に配列するので、屈折率が制御しやすく、この液晶光
学素子は透過時に高い透過率が得られる。

【０００９】次に、液晶／樹脂複合体を用いた液晶光学
素子の従来例を説明する。特開昭６３−２７１２３３
（従来例１）には高分子材料にビニル系化合物、具体的
には、高分子量のアクリルウレタン化合物を含むアクリ
ロイル系化合物を用いて液晶と高分子材料との混合物か
ら光重合相分離のプロセスによって液晶相と樹脂相とを
形成させ、高性能の液晶／樹脂複合体が形成できること
が開示されている。そして、液晶／樹脂複合体の層を通
過する光のオン・オフを外部の電気信号で制御し、外観
性のよい高性能の調光体が得られると示している。

【００１０】また、特開昭６１−１９６２２９（従来例
２）には高分子と液晶からなる液晶／樹脂複合体層とア
クティブマトリックス基板とが組み合わされた液晶表示
素子についての一般的な記載がある。

【００１１】アクティブマトリックス基板とは、基板上
に電極と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、薄膜ダイオー
ド、金属絶縁体金属非線形抵抗素子（ＭＩＭ）等の能動
素子が形成された基板である。各画素電極には夫々に１
個又は複数個の能動素子が接続されている。この対向電
極基板には、共通電極やパターン化された電極が形成さ
れ、アクティブマトリックス基板基板と組み合わされて
表示が行われる。

【００１２】能動素子としてＴＦＴ等の三端子素子を使
用する場合、対向電極基板は全画素共通のベタ電極が設
けられる。ＭＩＭ素子、ＰＩＮダイオード等の二端子素
子を用いる場合には、対向電極基板はストライプ状のパ
ターニングが施される。

【００１３】また、特開平１−３３５２３（従来例３）
に記載されているように、液晶／樹脂複合体を光重合に
よって形成せしめる際に、外部から電界を印加して、液
晶／樹脂複合体中の液晶に一定の配向規制を行い、常透
過部分や半透過部分をあらかじめ形成することも行われ
ている。固定表示したいものがある場合には、そのよう
な常透過部分を形成できる。

【００１４】また、特開平５−１３４２３８（従来例
４）では用いる樹脂相の弾性率に着目し、その弾性率が
２０℃で３×１０⁷ Ｎ／ｍ² 以下、４０℃で１×１０³
Ｎ／ｍ² 以上となるような樹脂材料を用いることが示さ
れている。そして、この樹脂相の弾性率の制御によって
ヒステリシス低減に大きな寄与があり、動画表示であっ
ても残像や焼付きのないきわめて美しい表示が得られる
との記載がある。

【００１５】また、これらの液晶／樹脂複合体は、エマ
ルジョン法、ラテックス法（溶媒除去など）や、重合相
分離法（光硬化、熱硬化など）によって製造される。な
かでも光重合相分離法は、光硬化性化合物と液晶の混合
物から樹脂を光重合で析出せしめ、短時間で樹脂相と液
晶相とを分離形成し、液晶セル内の三次元的空間に複雑
な界面を形成できる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の液晶／
樹脂複合体を備えた液晶光学素子においては、画素を高
速で駆動する際に重要となる電圧保持率が低いために、
大きな補助容量を必要とし、開口率を高くできない問題
があった。特に、高階調、高密度、高速度の画像表示を
得ようとするアクティブマトリックス駆動の場合におい
て、特に大きな問題となっていた。特に、光重合相分離
法では用いる光硬化性化合物の選択に制限があり、一定
の光学特性を獲得し、かつ、良好な電気的特性（電圧保
持率）を同時に達成することが困難であった。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、光学特性を維
持しつつ、電気的特性を改良した液晶／樹脂複合体を備
えた液晶光学素子、液晶表示素子、及び投射型液晶表示
装置を提供する。

【００１８】すなわち、第１の発明は、一対の電極付基
板間に、液晶／樹脂複合体が挟持された液晶光学素子に
おいて、樹脂相を構成する樹脂が損失誘電率（測定周波
数＝１００Ｈｚ）の温度特性における極大値が２０℃以
下とされたことを特徴とする液晶光学素子である。

【００１９】第２の発明は、第１の発明において、樹脂
相が光硬化性ビニル系化合物の硬化物からなることを特
徴とする液晶光学素子である。

【００２０】第３の発明は、第２の発明において、光硬
化性ビニル系化合物がヘキサメチレン構造、又は、側鎖
を有するヘキサメチレン構造を含むことを特徴とする液
晶光学素子である。

【００２１】第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれ
かにおいて、樹脂が液晶により５〜２０重量％膨潤され
てなることを特徴とする液晶光学素子である。

【００２２】第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれ
かにおいて、樹脂が分子量の異なる２種以上の光硬化性
ビニル系化合物の混合物の硬化物であり、それらの光硬
化性ビニル系化合物の分子量の最大のものと最小のもの
との分子量の比が１．５倍以上とされたことを特徴とす
る液晶光学素子である。

【００２３】第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれ
かにおいて、電圧印加時又は非印加時に樹脂の屈折率が
使用する液晶の常光屈折率（ｎ_o ）、又は異常光屈折率
（ｎ_e ）とほぼ一致せしめられたことを特徴とする液晶
光学素子である。

【００２４】第７の発明は、第１〜第６の発明のいずれ
かにおいて、外部信号によって液晶／樹脂複合体を通る
電界が変化せしめられ、非飽和の電界値によって中間調
表示が行われることを特徴とする液晶光学素子である。

【００２５】第８の発明は、アクティブマトリックス基
板と対向電極基板との間に、第１〜第７の発明のいずれ
かの液晶光学素子の液晶／樹脂複合体を挟持せしめて形
成したことを特徴とする液晶表示素子である。

【００２６】第９の発明は、第８の発明の液晶表示素子
と、投射用光源と、投射光学系とが組み合わされたこと
を特徴とする投射型液晶表示装置である。

【００２７】第１０の発明は、第９の発明において、投
射用光源の光源光をＲＧＢの色光に分解せしめ、各色光
毎に、液晶表示素子を配置せしめ、液晶表示素子によっ
て変調された各色光を合成し、投射光学系からフルカラ
ーの画像光を投射せしめることを特徴とする投射型液晶
表示装置である。

【００２８】第１１の発明は、一対の電極付基板間に、
液晶と光硬化性の樹脂材料との混合物を挟持せしめ、重
合相分離によって樹脂材料を硬化し、樹脂相と液晶相と
の液晶／樹脂複合体を形成する液晶光学素子の製造方法
において、樹脂相を構成する樹脂の硬化物の損失誘電率
（測定周波数＝１００Ｈｚ）の温度特性における極大値
を２０℃以下としたことを特徴とする液晶光学素子の製
造方法である。

【００２９】第１２の発明は、第１１の発明において、
電圧印加時又は非印加時に樹脂の屈折率が使用する液晶
の常光屈折率（ｎ_o ）、又は異常光屈折率（ｎ_e ）とほ
ぼ一致せしめられたことを特徴とする液晶光学素子の製
造方法である。

【００３０】第１３の発明は、第１１又は第１２の発明
において、光を用いて重合相分離を行うことを特徴とす
る液晶光学素子の製造方法である。

【００３１】本発明によれば上記の構成をとることによ
り、電圧保持率の高い液晶光学素子、液晶表示素子、及
び高性能の投射型液晶表示装置が得られる。

【００３２】本発明の液晶光学素子では、従来例と同様
に一対の電極付基板間に、透過−散乱型の動作モードを
有する液晶／樹脂複合体、たとえば液晶と樹脂（たとえ
ば、光硬化性ビニル系化合物の硬化物）とからなる液晶
／樹脂複合体を挟持する。

【００３３】具体的には、本発明では、液晶光学素子と
して、選択された樹脂材料と液晶材料とを用いる。そし
て、三次元的に相分離した構造を有する液晶／樹脂複合
体を形成する。そして、この液晶／樹脂複合体を、一対
の電極付基板間に挟持する。その電極間への電圧の印加
状態により、その液晶の屈折率が変化し、高分子相の屈
折率（ｎ_p ）と液晶の屈折率との関係が変化する。

【００３４】この、樹脂と液晶とが三次元的に相分離し
た構造としては、細かな孔が多数形成された樹脂マトリ
ックスのその孔の部分に充填された構造や、連続体の液
晶相中に網目状形態の樹脂が形成された構造、又は樹脂
マトリックスに液晶が含浸したような構造、又は、樹脂
マトリックス中に液晶を内包したマイクロカプセルが多
数分散したような構造や、粒子状に相分離した液晶相が
三次元的に連結したような構造などが例示される。

【００３５】これらの三次元的相分離構造は、樹脂マト
リックスを介して６０〜１００％の液晶が連続又は連通
した連続液晶相構造と、連続又は連通した液晶相が３０
％以下である独立液晶相を呈する相分離構造に大別され
る。両者を比べると散乱状態でのヘイズ値が高くかつ高
コントラスト比の液晶光学素子を得るには、相分離した
液晶ドメイン間の光散乱効果を利用できる連続液晶相構
造のものが好ましい。

【００３６】本発明では、樹脂として、損失誘電率（測
定周波数＝１００Ｈｚ）の温度特性の極大値が２０℃以
下である樹脂を選択する。特に、使用最低温度以下にな
るものが好ましい。これにより、液晶光学素子としての
高い電圧保持率を実現できる。さらに、損失誘電率の温
度特性の極大値が−１０℃以下である樹脂を選択すれ
ば、より低温域でも使用でき、好ましい。

【００３７】この場合、樹脂として光硬化性又は熱硬化
性の化合物の硬化物を用いれば、密閉系内で樹脂相を形
成できるので好ましい。特に、光硬化性化合物を用いる
ことにより、熱による影響を受けなく、短時間で硬化で
き、好ましい。

【００３８】液晶／樹脂複合体の具体的な製法として
は、従来例と同様にシール材を用いて空セルを形成し、
注入口から液晶と硬化性化合物との混合物を注入し、注
入口を封止後、光照射をするか加熱して硬化させる。も
ちろん、その後、周辺にシール材を塗布して周辺をシー
ルしてもよい。この製法によれば、単に液晶と硬化性化
合物との混合物をロールコート、スピンコート、印刷、
ディスペンサによる塗布等の供給をすればよいため、注
入工程が簡便であり、生産性がきわめてよい。

【００３９】次に、本発明における電圧保持率と液晶／
樹脂複合体、具体的には硬化性化合物の硬化物を用いた
液晶／樹脂複合体との関係について説明する。

【００４０】従来の液晶／樹脂複合体においては、アク
ティブマトリックス駆動を行う場合、電圧保持率が低い
ために、大きな補助容量を必要とし、パネル透過率を低
下させていた。

【００４１】液晶／樹脂複合体の電圧保持率を低下させ
る要因は、残留イオン性不純物によるＤＣ比抵抗の低下
によるものと、樹脂を形成する高分子の誘電緩和による
ものとに分けられる。高分子の誘電緩和による電圧保持
率の低下は、液晶／樹脂複合体において特有の現象であ
り、これは高分子の主鎖のミクロブラウン運動／局所的
運動、長い側鎖の運動によって生じると考えられる。

【００４２】したがって、実用的な温度範囲で高い電圧
保持率を達成するには、樹脂相を構成する高分子の損失
誘電率（測定周波数＝１００Ｈｚ）の極大値の位置が使
用温度域より充分低いところにあることが好ましい。一
般的には、２０℃以下であることが好ましい。なお、こ
こでいう樹脂とは液晶を含まない樹脂そのものをさす。

【００４３】樹脂相の樹脂部分は、樹脂を構成する高分
子のみで構成されていても、液晶で膨潤した高分子で構
成されてもよい。液晶で膨潤している場合には、一般
に、液晶／樹脂複合体としての損失誘電率の極大値は、
高分子単体の場合よりも低温度域に移動する。したがっ
て、液晶による膨潤を利用することにより、さらに、温
度に対する損失誘電率の極大値の位置を低温側に下げる
ことができる。樹脂相中に膨潤する液晶量は、用いる液
晶材料や、樹脂の種類により異なり、樹脂に対して、０
〜数１０重量％の膨潤量をとることができる。

【００４４】一方、樹脂が、−（ＣＨ₂ ）₆ −（ヘキサ
メチレン構造）や、−ＣＨ₂ Ｃ（ＣＨ₃ ）₂ ＣＨ₂ ＣＨ
（ＣＨ₃ ）ＣＨ₂ ＣＨ₂ −（側鎖を有するヘキサメチレ
ン構造の一例）、−（Ｓｉ（ＣＨ₃ ）₂ −Ｏ−）_n −
（ポリシロキサン構造）等を含むことで、そのガラス転
移温度を低下させること、すなわち損失誘電率の極大値
の温度を低下させることができ、ここで用いる高分子の
一部にこのような構造を設けてもよい。

【００４５】さらに、液晶／樹脂複合体の液晶ドメイン
のサイズや液晶粒子径、ドメインサイズ又は粒子径の分
布、ドメイン密度又は粒子密度などを制御するには、分
子量の異なる２種以上の硬化性化合物を混合して用いる
ことが好ましく、それらの分子量の最大のものと最小の
ものとの比が、１．５倍以上であるものが好ましい。

【００４６】さらに、上記物性範囲の樹脂材料を用いる
ことにより、従来例３に記載されているように、ヒステ
リシスの低減もあわせて達成できる。

【００４７】具体的な製造方法としては、硬化後に上記
物性範囲を満たす硬化性化合物を液晶材料と均一に溶解
させ、樹脂材料の硬化により液晶相と樹脂相の相分離構
造を形成させる手法などが挙げられる。この際、他の硬
化性化合物や反応開始剤等を適宜混合することにより硬
化前後の系の相溶性のバランスと樹脂相の特性を制御で
きる。特に、光硬化性ビニル系化合物を用い、光照射に
より相分離構造を形成することは、液晶相と樹脂相の構
造制御、生産性の両面から望ましい。この場合、光硬化
性ビニル系化合物として、（メタ）アクリル系化合物、
特に、硬化部位としてアクリロイル基を持つものが好ま
しい。

【００４８】また、無電界時の散乱性を向上させるに
は、液晶／樹脂複合体の動作可能な液晶の体積分率Φを
増加させることが有効である。具体的にはΦ＞４０％が
好ましい。一方Φがあまり大きくなると、液晶／樹脂複
合体の構造安定性が悪くなるため、Φ≦９０％が好まし
い。上述した連続液晶相かつ連続樹脂相を形成するに
は、５５％≦Φ≦７５％が特に好ましい。

【００４９】本発明では、前述の液晶／樹脂複合体の樹
脂を形成する材料として、光硬化性化合物を用いる場
合、光硬化性ビニル系化合物の使用が好ましい。具体的
には、光硬化性アクリル系化合物が好ましい。たとえば
アルキルアクリレート、アルキレングリコールジアクリ
レート、ポリエーテルポリオールのポリアクリレート、
ポリエーテルポリオール使用アクリルウレタンなどが使
用される。

【００５０】光硬化性ビニル系化合物としては比較的高
分子量の化合物と低分子量の化合物を併用することが好
ましい。低分子量の化合物としては、たとえばアルキル
アクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレート、アル
キレングリコールジアクリレートなどがある。その分子
量は特に限定されないが、５００以下、特に３００以下
が好ましい。

【００５１】比較的高分子量の光硬化性化合物として
は、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオー
ル、ポリカーボネートポリオールなどの比較的高分子量
のポリオールを使用して得られるアクリルウレタンやア
クリレートが好ましい。特に、アクリルウレタンが好ま
しく、その原料としてヘキサメチレンジイソシアネート
やトリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどの前
記ヘキサメチレン構造を有するイソシアネートを用いる
ことにより、ヘキサメチレン構造を含むアクリルウレタ
ンが得られる。

【００５２】比較的高分子量の光硬化性ビニル系化合物
の分子量は特に限定されないが、６００以上、特に１０
００以上が好ましい。また、比較的高分子量の化合物と
低分子量の化合物を併用する場合、その分子量の最大の
ものと最小のものとの分子量の比は１．５倍以上が好ま
しく、特に３倍以上が好ましい。

【００５３】本発明の液晶は、光硬化性化合物を用いた
場合には、光硬化性化合物を均一に溶解することが好ま
しい。そして、光露光後の硬化物は液晶に溶解しない
か、もしくは溶解困難なものとされる。液晶の組成物を
用いる場合は、個々の液晶の溶解度ができるだけ近いも
のが望ましい。

【００５４】本発明では、液晶／樹脂複合体の形成にお
いて、液晶を溶媒として使用し、光露光により光硬化性
化合物を硬化させることにより、硬化時に不要となる単
なる溶媒や水を蒸発させる必要がない。このため、密閉
系で硬化できるため、従来技術と同様に、液晶セルへの
注入という製造法がそのまま採用でき、信頼性が高くな
る。さらに、光硬化性化合物の硬化で２枚の基板を接着
する効果も有するため、より信頼性が高くなる。

【００５５】この液晶／樹脂複合体を備えた液晶光学素
子は、主として人間が視認する表示素子として用いられ
る。全面ベタ電極や単純マトリックスなどの駆動方法を
用いて調光窓や光シャッタとしても用いられている。ま
た、この液晶光学素子は、直視型表示素子、投射型表示
素子の両方で使用できる。直視型表示素子として用いる
場合、得たい表示特性に応じて、バックライト、レン
ズ、プリズム、ミラー、拡散板、光吸収体、カラーフィ
ルタなどを組み合わせて表示装置が構成される。

【００５６】また、このほか赤外線カットフィルタ、紫
外線カットフィルタ等を積層したり、文字、図形等を印
刷したりしてもよい。また、液晶光学素子を複数枚用い
て構成できる。

【００５７】さらに、調光体として用いる場合、液晶光
学素子の外側にガラス板、プラスチック板等の保護板を
積層する。これにより、その表面を加圧しても、破損す
る危険性が低くなり、安全性が向上する。

【００５８】次に、本発明の液晶表示素子の構造につい
て説明する。図１は、アクティブマトリックス基板を使
用した場合の本発明の液晶表示素子の例の断面図であ
る。図１において、１は液晶表示素子、２はアクティブ
マトリックス基板用のガラス、プラスチック等の基板、
３はＩＴＯ、ＳｎＯ₂ 等の透明な画素電極、４はＴＦ
Ｔ、ダイオード、非線形抵抗素子等の能動素子、５は対
向電極基板用のガラス、プラスチック等の基板、６はＩ
ＴＯ、ＳｎＯ₂ 等の透明対向電極、７は両基板間に挟持
された液晶／樹脂複合体を示す。単板の液晶表示素子で
フルカラー表示を行う場合には、さらにＲＧＢのカラー
フィルタやブラックマスクなどを設ける。

【００５９】図２は、図１の液晶表示素子を用いた投射
型液晶表示装置の模式図である。図２において、１１は
投射用光源、１２は液晶表示素子、１３はレンズ、アパ
ーチャ等を含む投射光学系、１４は投射する投射スクリ
ーンを示す。なお、投射光学系はこの例では、孔のあい
た板であるアパーチャやスポット１５、集光レンズ１
６、投射レンズ１７を含んでいる。

【００６０】また、図２では単板構成のシステム構成の
一例を示したが、本発明は特開平７−１３４２９５（透
過型）や特開平７−５４１９（反射型）に示されたよう
なＲＧＢ３板構成のシステム構成にも適用できる。この
場合、白色光源をＲＧＢの色光に分離し、各色毎に液晶
表示素子を設け、再び色合成するので光の利用効率が向
上する。

【００６１】たとえば３個の液晶表示素子を用いて投射
型液晶表示装置を構成し、ＲＧＢ３色の光を各液晶表示
素子に分けて透過させる場合には、各色毎に液晶の粒径
又は液晶ドメインサイズ、基板間隙、液晶の屈折率等を
調整して、各色毎にその特性を揃えておくことが可能と
なる。

【００６２】液晶／樹脂複合体に使用する液晶は、ネマ
チック液晶又はスメクチック液晶が使用でき、ネマチッ
ク液晶の使用が好ましい。また、その一部にコレステリ
ック液晶を添加したり、２色性色素や単なる色素を添加
したりしてもよい。さらに、これに粘度調整剤、アルミ
ナ粒子やセラミック粒子、プラスチック粒子、ガラス繊
維等のスペーサ、顔料、色素、粘度調整剤、その他本発
明の性能に悪影響を与えない添加剤を添加してもよい。

【００６３】本発明では、電圧を印加している状態で、
硬化せしめて形成された後の樹脂相のｎ_p が用いる液晶
のｎ_o と一致するように設定される。これにより、樹脂
相の屈折率と液晶相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。
この液晶／樹脂複合体を使用した液晶光学素子の透過状
態での透過率は高く、また、散乱状態でのヘイズ値は８
０％以上が得られる。

【００６４】

【実施例】

（実施例１）分子量約１０００のポリプロピレングリコ
ール、２，２，４−トリメチル−１，６−ジイソシアネ
ートヘキサン、及び２−ヒドロキシエチルアクリレート
（２−ＨＥＡ）の反応生成物である２官能アクリルウレ
タン、２−エチルヘキシルアクリレート（２−ＥＨ
Ａ）、４−ヒドロキシブチルアクリレート（４−ＨＢ
Ａ）を重量比７：１：２で混合して光硬化性化合物の組
成物を調製した。

【００６５】さらに、微量の光重合開始剤をこれに添加
した。この混合物に、２５℃での物性値がΔｎ＝０．２
２、Δε＝１２、Ｋ₃₃＝１．３×１０^-11 Ｎ、η＝２５
ｃＳｔ、２０℃、３０Ｈｚでの交流比抵抗が５×１０¹¹
Ω・ｃｍの誘電異方性が正のネマチック液晶を、液晶の
比率が６５重量％となるように均一に溶解した。

【００６６】一方、ＩＴＯベタ電極が形成された電極基
板を、周辺部に配置したシール材でシールして、電極基
板間隙１３μｍの空セルを形成した。なお空セル内に
は、ギャップを均一に保つため直径１３μｍのスペーサ
を散布した。

【００６７】この空セルに、前記の硬化性混合物を注入
した後、紫外線露光により硬化させ、液晶／樹脂複合体
とした。その後、注入口はエポキシ系接着剤で封止し
た。

【００６８】この液晶表示素子の電圧保持率を測定し
た。具体的には、３０℃の恒温槽内で、セルにパルス幅
６０μｓｅｃ、５Ｖ（Ｖ_in）印加電圧を加え、セルの電
圧降下波形をデジタルオシロスコープで測定した。電圧
保持率は、１６．６７ｍｓｅｃ後の保持電圧（Ｖ_end ）
と印加電圧との比を百分率で計算した。測定結果を表１
に示す。

【００６９】また、前記の混合物から液晶を除いた混合
物を作製し、同様のセルに注入した後、紫外線硬化させ
た。このセルを恒温槽に入れ、インピーダンスアナライ
ザ（ヒューレット・パッカード社製：４１９２Ａ）を用
いて、セルのコンダクタンスＧを測定してこの混合物の
１００Ｈｚにおける損失誘電率ε″の温度特性を求め
た。コンダクタンス（Ｇ）と損失誘電率ε″（又は、比
誘電損率と呼ばれる。）の関係を数１に示す。

【００７０】

【数１】ε″＝Ｇ×ｄ／（２×π×ｆ×ε₀ ×Ｓ）

【００７１】ここで、ｄはセルギャップ、ｆは周波数、
ε₀ は真空の誘電率、Ｓは電極の面積である。その結
果、測定周波数＝１００Ｈｚにおける誘電損失率の極大
値の温度は約−１０℃であった。

【００７２】（実施例２）東亜合成化学社製２官能アク
リルウレタン「Ｍ１２００」、２−ＥＨＡを重量比１：
１で混合して光硬化性混合物を調製した。さらに、実施
例１と同様に微量の光重合開始剤をこれに添加した。こ
の材料に、実施例１と同じ液晶材料を同一の比率で均一
に溶解した。次に、実施例１と同様の方法で液晶／樹脂
複合体を形成し、同様の方法で３０℃での電圧保持率を
測定した。

【００７３】次に、この未硬化の混合物から液晶を除い
た未硬化の樹脂組成物を調製し、この組成物を同様のセ
ルに注入し、紫外線硬化させ、実施例１と同様の方法で
損失誘電率の極大値となる温度を測定したところ１５℃
であった。

【００７４】（比較例１）東亜合成化学社製２官能アク
リルウレタン「Ｍ１２００」、２−ＥＨＡ、４−ＨＢＡ
を重量比７：１：２で混合して光硬化性混合物を調製し
た。さらに、実施例１と同様の材料と方法で液晶／樹脂
複合体を形成した。次に、実施例１と同様の方法で３０
℃での電圧保持率を測定した。

【００７５】次に、この光硬化性化合物の混合物から液
晶を除いた未硬化の組成物を調製し、この組成物を同様
のセルに注入し、紫外線硬化させ、実施例１と同様の方
法で損失誘電率の極大値となる温度を測定したところ４
３℃であった。

【００７６】表１に示す実施例１、実施例２、比較例１
の測定結果から、液晶／樹脂複合体において、樹脂相を
形成する樹脂材料の損失誘電率の極大値を使用温度域よ
り低温側にシフトさせうるようになり、電圧保持率を向
上させうることがわかる。また、実験結果を図３のグラ
フに示す。

【００７７】

【表１】

【００７８】

【発明の効果】本発明によって、従来の液晶／樹脂複合
体では得られなかった高い電圧保持率が得られるように
なった。そのため、実用性のある液晶光学素子、液晶表
示素子、及び投射型液晶表示装置を提供できる。具体的
には従来のブラウン管ＴＶの代替が可能な液晶ＴＶプロ
ジェクタや、データプロジェクタを提供できる。

【００７９】言い換えれば、本発明においては高速かつ
高密度の表示画像であっても、所望の動作を達成し、明
るく高コントラストの画像を投射し、かつ連続動作させ
ることができる。

【００８０】また、本発明によって、高速の光シャッタ
素子を提供できる。また、広い使用温度域が求められる
屋外用電子機器の表示素子として使用できる。

【００８１】たとえば、携帯情報端末や車載用の表示装
置として使用できる。また、本発明の液晶表示素子で
は、ＴＦＴの設計に余裕が生じ、表示領域の開口率を大
きくでき、光の透過率を従来に増して高く設定できる。

【００８２】特に、光重合相分離法で形成した液晶／樹
脂複合体を備えた液晶光学素子における、良好な光学特
性と電気的特性との両立が達成できる。また、本発明
は、このほか本発明の効果を損しない範囲内で種々応用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の基本的な構成を示す断
面図。

【図２】本発明の投射型液晶表示装置の基本的な構成を
示す模式図。

【図３】損失誘電率の温度特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１：液晶表示素子２、５：基板３：画素電極４：能動素子６：対向電極７：液晶／樹脂複合体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ０８Ｆ 20/10 ＭＬＹＣ０８Ｆ 20/10 ＭＬＹ 290/06 ＭＲＸ 290/06 ＭＲＸ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極付基板間に、液晶／樹脂複合体
が挟持された液晶光学素子において、樹脂相を構成する
樹脂が損失誘電率（測定周波数＝１００Ｈｚ）の温度特
性における極大値が２０℃以下とされたことを特徴とす
る液晶光学素子。
【請求項２】樹脂相が光硬化性ビニル系化合物の硬化物
からなることを特徴とする請求項１の液晶光学素子。
【請求項３】光硬化性ビニル系化合物がヘキサメチレン
構造、又は、側鎖を有するヘキサメチレン構造を含むこ
とを特徴とする請求項２の液晶光学素子。
【請求項４】樹脂が液晶により５〜２０重量％膨潤され
てなることを特徴とする請求項１、２又は３の液晶光学
素子。
【請求項５】樹脂が分子量の異なる２種以上の光硬化性
ビニル系化合物の混合物の硬化物であり、それらの光硬
化性ビニル系化合物の分子量の最大のものと最小のもの
との分子量の比が１．５倍以上とされたことを特徴とす
る請求項１、２、３又は４の液晶光学素子。
【請求項６】電圧印加時又は非印加時に樹脂の屈折率が
使用する液晶の常光屈折率（ｎ_o ）、又は異常光屈折率
（ｎ_e ）とほぼ一致せしめられたことを特徴とする請求
項１〜５のいずれか１項の液晶光学素子。
【請求項７】外部信号によって液晶／樹脂複合体を通る
電界が変化せしめられ、非飽和の電界値によって中間調
表示が行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項の液晶光学素子。
【請求項８】アクティブマトリックス基板と対向電極基
板との間に、請求項１〜７のいずれか１項の液晶光学素
子の液晶／樹脂複合体を挟持せしめて形成したことを特
徴とする液晶表示素子。
【請求項９】請求項８の液晶表示素子と、投射用光源
と、投射光学系とが組み合わされたことを特徴とする投
射型液晶表示装置。
【請求項１０】投射用光源の光源光をＲＧＢの色光に分
解せしめ、各色光毎に、液晶表示素子を配置せしめ、液
晶表示素子によって変調された各色光を合成し、投射光
学系からフルカラーの画像光を投射せしめることを特徴
とする請求項９の投射型液晶表示装置。