JPH11258579A

JPH11258579A - 液晶素子およびカラー液晶素子

Info

Publication number: JPH11258579A
Application number: JP6022798A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kuma; 均熊; Takamitsu Nagase; 隆光長瀬
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶組成物と高分子との屈折率差による光散
乱を低減できる液晶素子およびカラー液晶素子を提供す
る。【解決手段】一対の基板の間に液晶層を設けた液晶セ
ルの液晶分子が基板に平行かつ同一方位に配向する液晶
素子において、液晶層中に高分子領域を設け、この高分
子の屈折率を数１を満足する範囲に設定する。これによ
り、液晶組成物の配向強度を高めることができるととも
に、液晶組成物と高分子との屈折率差による光散乱を低
減できる。従って、液晶セルの偏光板に対する配置が光
散乱防止のために制限されることがなくなるので、素子
設計の自由度を高めることができるうえ、コントラスト
の向上を図ることができる。【数１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶素子およびカ
ラー液晶素子に関し、詳しくは、少なくとも一方が透光
性を有する一対の基板とこれらの基板の間に設けられた
液晶層とを備えた液晶セルを有する液晶素子、および、
制御信号に応じて異なるリタデーションを与える可変リ
タデーション板と、この可変リタデーション板に積層さ
れたニュートラル偏光板と、可変リタデーション板に積
層されかつ色選択偏光軸を有するカラー偏光板とを備え
たカラー液晶素子に関する。

【０００２】

【背景技術】近年、電気光学効果を利用した液晶表示素
子として、一対の基板の間にＵＶ硬化樹脂等の高分子の
ネットワークを形成し、このネットワーク中に液晶を分
散させた高分子分散型液晶素子が盛んに研究されてい
る。

【０００３】高分子分散型液晶素子は、液晶の配向状態
によって光の透過および散乱を制御するものであり、偏
光板が不要なため、表示が非常に明るいという特徴を持
つとともに、高分子によって二枚の基板を所定の間隔に
保持できるので、液晶配向の機械的強度に優れている。
このような高分子分散型液晶素子の表示のコントラスト
を高めるためには、光の散乱強度を大きくする必要が生
じる。すなわち、光の散乱は、電界の作用により、液晶
の屈折率が高分子の屈折率からずれたときに生じるの
で、このときの液晶と高分子との屈折率差を可能な限り
大きくして散乱強度を高める工夫がされている。

【０００４】例えば、高分子の屈折率を、電界を印加し
ないときの液晶の屈折率にほぼ等しくすることにより、
電界無印加時に光を透過させて、電界印加時に光を大き
く散乱させる方法が提案されている（特開平４−９７２
２１号公報）。この方法では、光を透過させるために電
圧を印加し続けなくてもよいので、消費電力を低減でき
る。

【０００５】一方、ＴＮ（Twisted Nematic）液晶素子
や、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）液晶素子等にお
いては、液晶配向の機械的強度を高めるために、一対の
基板に挟持された液晶層中に高分子の柱を設ける検討が
されている。このような液晶素子に高分子の柱を設けた
場合、液晶と高分子の柱との屈折率差が大きいと、その
界面で局所的な光散乱が発生するので、表示画面のざら
つきが大きくなる。このため、高分子の屈折率を、液晶
の平均的な屈折率に合わせることにより、画面のざらつ
きを抑える方法が提案されている。

【０００６】例えば、一対の基板間に、高分子壁に囲ま
れた液晶領域をマトリクス状に形成したＴＮ液晶素子で
は、液晶の常光屈折率をｎ_o、異常光屈折率をｎ_eとし
たときに、高分子の屈折率ｎ_pを、

【０００７】

【数３】ｎ_o≦ｎ_p≦（ｎ_o＋ｎ_e）／２

【０００８】を満足する範囲内、つまり、液晶の常光屈
折率ｎ_oから当該常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eと
の中間値までの範囲内に設定する方法が提案されている
（特開平７−１０４２４９号公報）。

【０００９】すなわち、ＴＮ液晶素子の液晶分子は、電
界無印加時にその長軸が二枚の基板間で９０度ねじれた
状態に配向し、電界印加時に基板に対して垂直に配向す
るため、高分子の屈折率ｎ_pを前記数３の範囲に設定す
ることで、いずれの電界モードにおいても光散乱を少な
くできる。

【００１０】一方、外部電界に対する高速応答性を有す
る液晶素子として、自発分極をもつ強誘電性液晶や反誘
電性液晶を用いた液晶素子が注目されている。この種の
液晶素子は、電圧印加によって切り替えられる各液晶分
子配列状態（各動作モード）において、液晶分子が基板
に対して平行かつ同一方位に配向するように構成されて
いる。このため、液晶層の光軸に相当するのは、液晶分
子の軸方向、つまり、液晶の配向方向となる。

【００１１】このような一軸性の液晶素子においても、
前述したＴＮ液晶素子等と同様に、液晶層中に高分子領
域を設けて液晶配向強度を高めることが考えられるが、
ＴＮ液晶素子等と同様に、液晶と高分子との屈折率差に
よる光散乱が生じて、画面のざらつきが発生することが
予想される。このため、高分子の屈折率を前述した数３
の範囲に設定することが考えられる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶分
子が基板に平行かつ同一方位に配向する液晶素子では、
偏光板を組み合わせた場合、液晶の配向方向（液晶分子
の軸方向）が、入射側偏光板の偏光軸方向と一致すると
きに、大きな光散乱が生じるという問題があった。

【００１３】例えば、図４に示すように、一対の基板８
８，８９に挟まれた強誘電性液晶層８００中に高分子の
島（図示省略）を設けた液晶セル８０を、二枚のニュー
トラル偏光板９１，９２（直交ニコル）で挟み込んだ構
造の液晶素子８では、図４（Ａ）に示すように、液晶層
８００を構成する液晶組成物の配向方向（液晶分子８１
の長軸方向８１Ａ）と入射側偏光板９１の偏光軸方向と
が４５度の角度で交差するときに、入射偏光は液晶層８
００で９０度だけ回転して出射側の偏光板９２を透過す
る。

【００１４】一方、図４（Ｂ）に示すように、液晶層８
００の配向方向（液晶分子８１の長軸方向８１Ａ）と入
射側偏光板９１の偏光軸方向とが一致するとき、９０度
の旋光性は消失し、直交ニコル状態では、光は遮断され
る。このとき、入射偏光の感じる強誘電性液晶層８００
の屈折率は、液晶組成物の異常光屈折率ｎ_eに相当す
る。ここで、常光屈折率ｎ_oとは、図５に示すように、
液晶分子８１の短軸方向８１Ｂ、つまり液晶分子８１の
長軸８１Ａ方向と直交する方向に振動する光である常光
線に対する屈折率であり、異常光屈折率ｎ_eとは、液晶
分子８１の長軸方向８１Ａと平行に振動する光である異
常光線に対する屈折率である。このため、高分子の屈折
率ｎ_pを、前述したＴＮ液晶素子と同様に、

【００１５】

【数４】ｎ_o≦ｎ_p≦（ｎ_o＋ｎ_e）／２

【００１６】の範囲とした場合、液晶組成物と高分子
（図示省略）との屈折率差が大きくなるため、光散乱が
発生して光漏れが生じるという不具合があった。

【００１７】このような不具合を解消するためには、図
６に示すように、偏光板９１，９２をそれぞれ液晶セル
８０に対して、図４の状態から各面内で９０度回転させ
た角度に配置しなければならない。つまり、図６（Ｂ）
の光遮断状態において、液晶層８００の液晶組成物の配
向方向と入射側偏光板９１の偏光軸方向とを直交させ
て、液晶セル８０に入射する偏光の感じる屈折率を常光
屈折率ｎ_oに一致させなければならず、液晶セル８０と
偏光板９１，９２との相対位置が制限されるので、液晶
素子８の設計の自由度が低くなる。

【００１８】また、図７に示すように、強誘電性液晶層
８００中に高分子の島（図示省略）を設けた液晶セル８
０を、カラー偏光板９３とニュートラル偏光板９４とで
挟み込んだ（直交ニコル）構造のカラー液晶素子９があ
る。カラー偏光板９３は、偏光軸と直交する色選択偏光
軸を有するものであり、偏光軸方向に白色光を透過し、
かつ、色選択偏光軸方向にカラー光を透過するものであ
る。このような液晶素子９では、図７（Ａ）に示すよう
に、強誘電性液晶層８００を構成する液晶組成物の配向
方向と入射側のカラー偏光板９３の偏光軸方向とが４５
度の角度で交差した状態で、入射光が液晶層８００で９
０度だけ回転する。そして、出射側のニュートラル偏光
板９４と偏光軸方向が一致する白色光のみが当該偏光板
９４を通過し、カラー光は遮断される。

【００１９】一方、図７（Ｂ）に示すように、液晶層８
００の配向方向と入射側のカラー偏光板９３の偏光軸方
向とが一致するときには、９０度の旋光性は消失し、ニ
ュートラル偏光板９４では、カラー光のみが透過されて
白色光は遮断される。このとき、液晶セル８０に入射す
る直線偏光の感じる液晶層８００の屈折率は、液晶組成
物の異常光屈折率ｎ_eとなるため、高分子の屈折率ｎ_p
を、前述した数４の範囲内に設定すると、図６の場合と
同様に、強誘電性液晶と高分子（図示省略）との屈折率
差が大きくなることから、液晶層８００で光散乱が発生
する。

【００２０】このような白色光の散乱を防止するために
は、図８に示すように、偏光板９３，９４を、それぞれ
図７の状態から９０度回転させ、図８（Ｂ）の白色光遮
断状態における液晶層８００の配向方向とカラー偏光板
９３の偏光軸方向とを直交させて、液晶セル８０に入射
する直線偏光の感じる屈折率を、液晶組成物の常光屈折
率ｎ_oに一致させることが考えられる。しかしながら、
この配置では、液晶セル８０に入射するカラー偏光の感
じる液晶層８００の屈折率が、液晶組成物の異常光屈折
率ｎ_eとなり、高分子との屈折率差が大きくなるため、
カラー光が散乱することになる。

【００２１】とくに、このようなカラー液晶素子９を、
複数のカラー偏光板と液晶素子とを積層したカラーシャ
ッタ（特開平３−３６５２６号公報）に適用した場合、
白色光およびカラー光のいずれか一方が必ず散乱するた
め、色純度の低下や画面のざらつきが生じるという問題
があった。

【００２２】本発明の目的は、液晶分子が基板に平行か
つ同一方位に配向する液晶素子において、液晶と高分子
との屈折率差による光散乱を低減でき、これにより、素
子設計の自由度を高めることができ、かつ、表示のざら
つきを防止できるとともにコントラストの向上を図るこ
とができる液晶素子およびカラー液晶素子を提供するこ
とにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、高分子の屈折
率を所定の範囲に規定することで前記目的を達成しよう
とするものである。具体的には、本発明は、少なくとも
一方が透光性を有する一対の基板およびこれらの基板の
間に設けられた液晶層を備えた液晶セルを有する液晶素
子であって、前記液晶層は、液晶組成物の液晶分子が前
記基板に対して平行かつ互いに同一方位に配向するよう
に構成され、当該液晶層中には、高分子材料からなる高
分子領域が設けられ、前記液晶組成物の常光屈折率をｎ
_o、異常光屈折率をｎ_eとしたときに、前記高分子の屈
折率ｎ_pは、

【００２４】

【数５】

【００２５】とされていることを特徴とする。

【００２６】ここで、常光屈折率ｎ_oとは、液晶組成物
の光軸となる液晶分子の配列方向（軸方向）と直交する
方向、具体的には、液晶分子の短軸方向に振動する常光
線に対する屈折率である。また、異常光屈折率ｎ_eと
は、液晶組成物の光軸となる液晶分子の配列方向（軸方
向）と平行に振動する異常光線に対する屈折率である。

【００２７】本発明では、液晶セルに入射する直線偏光
の偏光方向と液晶組成物の配向方向（液晶分子の軸方
向）とが直交する場合、入射偏光の感じる液晶層の屈折
率は、液晶組成物の常光屈折率ｎ_oに一致するので、高
分子の屈折率が前記数５の範囲よりも小さいと、液晶組
成物および高分子の屈折率差が大きくなることから、液
晶組成物および高分子領域の界面で発生する光散乱が大
きくなる。また、入射偏光の偏光方向と液晶組成物の配
向方向（液晶分子の軸方向）とが平行な場合、入射偏光
の感じる液晶層の屈折率は、液晶組成物の異常光屈折率
ｎ _eに一致するので、高分子の屈折率が、前記数５の範
囲を超えて大きいと、屈折率差が大きくなって、光散乱
が大きくなる。

【００２８】従って、高分子の屈折率を数５の範囲とす
ることで、入射光の偏光方向と液晶組成物の配向方向と
が直交する場合およびこれらの方向が平行な場合のいず
れの場合においても、液晶組成物と高分子との屈折率差
による光散乱を確実に低減できる。

【００２９】また、高分子の屈折率を所定範囲に制限す
るだけで光散乱を低減できるため、液晶セルに偏光板を
積層する場合、従来のように相互配置が制限されること
がなくなるから、液晶素子の設計の自由度を高めること
ができる。

【００３０】さらに、液晶セルに、色選択偏光軸を有す
るカラー偏光板を積層した場合でも、光の振動方向に拘
わらず、液晶組成物の屈折率と高分子の屈折率との差を
小さくできるため、光散乱を確実に低減できる。

【００３１】そして、高分子の屈折率は、より好ましく
は、次の数６の範囲であり、この範囲とすることで、液
晶層における光散乱を一層低減できる。

【００３２】

【数６】

【００３３】また、液晶層中には、高分子領域が設けら
れているので、液晶組成物の配向強度を高めることがで
きる。この高分子領域を構成する高分子材料としては、
ポリスチレンやポリメチルメタクリレート等の熱可塑性
高分子、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化型高分
子、紫外線硬化型の高分子等を採用できる。

【００３４】前記基板は、光学的異方性がない透明な材
料により構成でき、例えば、フィルム状に形成された可
撓性を有するものであってもよい。具体的には、ポリエ
ーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡ
ｒ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル、ポリ
スルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド
等のプラスチックにより形成された透明プラスチックフ
ィルムを採用できる。また、基板の表面には、液晶層に
電圧を印加するための透明導電膜、例えば、ＩＴＯ膜
（酸化インジウム膜）やＮＥＳＡ膜（酸化錫膜）等の透
明薄膜が設けられていてもよい。このような透明導電膜
は、スパッタリング法やイオンビーム蒸着法等の公知の
方法により成膜できる。

【００３５】また、透明導電膜上には、上下の基板間の
電気的短絡を防止するために電気絶縁層が設けられてい
てもよい。この電気絶縁層は、一般に用いられている電
気絶縁材料を用いて構成できる。例えば、有機材料で
は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フ
ッ素系熱硬化性樹脂、シリコン系熱硬化性樹脂、シロキ
サン系熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルアル
コール樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、シアノエチル
化セルロース等が挙げられる。また、アクリル系または
シリコン系等の紫外線硬化型樹脂を用いてもよい。無機
材料では、酸化珪素や酸化チタン、酸化アルミニウム、
酸化タンタル等の金属酸化物が挙げられる。

【００３６】これらの電気絶縁材料を用いて電気絶縁層
を形成するには、有機材料の場合は、溶媒に溶解させた
溶液を塗工する方法を採用すればよい。この場合の溶液
濃度は、有機材料や溶媒の種類により異なるが、０．１
〜２０重量％、好ましくは、１〜１０重量％の範囲であ
り、２５℃での粘度が１〜１０センチポイズの範囲に調
整してあるものが好適に用いられる。この場合に用いる
溶媒としては、例えば、エポキシ系熱硬化性樹脂では、
メチルエチルケトンやメチルイソブチルケトン等が好適
であり、ポリアミド樹脂では、メタノールやエタノール
が好適に用いられる。また、無機材料を用いる場合に
は、金属アルコキシド等を溶媒に溶解させて塗工した
後、適当な温度で焼成して形成する方法が好適である。
このようにして形成する電気絶縁層の厚さは、対向する
電極間の電気抵抗や液晶層の配向性、光学的特性、使用
材料の誘電率や硬度に応じて、０．０１〜１μｍの範囲
から選定するのが好ましい。

【００３７】前記液晶層を構成する液晶組成物は、複数
の配向状態、つまり、印加する電圧の極性や大きさを変
えて分子配列を変化させることにより得られる複数の動
作モードにおいて、液晶分子が、見かけ上、基板に対し
て平行かつ互いに同一方位に配向するものであれば任意
である。つまり、各動作モードにおいて、全体の液晶分
子を巨視的に眺めたときに、液晶分子軸が優先的に配向
している方向（ディレクタ）が、基板に対して平行かつ
一方向であればよい。このような液晶組成物は、単一種
類の液晶により構成してもよく、或いは、複数種類の液
晶を混合した混合物により構成してもよい。

【００３８】また、液晶セルには、偏光板を積層するこ
とができる。積層する偏光板の種類は、特に限定され
ず、例えば、全ての可視光領域をほぼ吸収するニュート
ラル偏光板、特定の波長域のみを吸収するカラー偏光板
等を採用できる。偏光板としては、可撓性を有するフィ
ルム状のもの等を採用でき、具体的には、ヨウ素や二色
性色素を含浸させて偏光性をもたせたポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）膜をトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）
フィルムやポリエステルフィルム等の光学的に透明な保
護フィルムで挟み込んだ偏光フィルム、ポリエチレンテ
レフタレート（ＰＥＴ）フィルム中に二色性色素を分散
してから一軸延伸した偏光フィルム等がある。

【００３９】そして、偏光板の液晶素子と接する面に
は、当該液晶素子に貼着するための粘着層が設けられて
いてもよい。この粘着層は、例えば、アクリル系高分子
等からなる粘着剤を予め塗布することにより形成でき、
その厚さは、例えば、１０μｍ〜１０００μｍである。
この粘着層には、離型フィルムが積層されていてもよ
い。

【００４０】また、偏光板の表面には、液晶層に電圧を
印加するための透明導電膜、例えば、ＩＴＯ膜（酸化イ
ンジウム膜）やＮＥＳＡ膜（酸化錫膜）等の透明薄膜が
設けられていてもよく、これらの薄膜は、スパッタリン
グ法やイオンビーム蒸着法等の方法により成膜できる。
なお、このような透明導電膜を偏光板に設けた場合、前
述した基板の透明導電膜は省略できる。

【００４１】そして、偏光板を液晶セルの出射側に配置
した場合、この偏光板の表面には、室内蛍光灯等の外光
の反射を防ぐためのアンチグレア処理やアンチリフレク
ション処理が施されていてもよい。これらの処理は、偏
光板の出射側の表面、具体的には、観測者に最も近い露
出する側の表面に対してのみ行ってもよい。

【００４２】以上において、前記液晶組成物は、強誘電
性液晶、反強誘電性液晶、および電界誘起チルトを示す
カイラルスメクティックＡ液晶より選ばれた少なくとも
一種を用いて構成されていることが好ましい。

【００４３】特に、前記液晶組成物は、強誘電性液晶に
より構成することが望ましい。

【００４４】ここで、強誘電性液晶とは、強誘電性（自
発分極）を示す液晶のみで構成されたものだけでなく、
強誘電性を示す液晶と強誘電性を示さない液晶との混合
物をも含む。また、強誘電性液晶を構成する液晶の種類
は、単一種類であってもよく、或いは、複数種類であっ
てもよい。例えば、強誘電性液晶としては、強誘電性高
分子液晶と低分子液晶とからなるものを採用できる。こ
の場合、強誘電性液晶全体における強誘電性高分子液晶
の割合は、好ましくは、１０〜９９wt％であり、より好
ましくは、１０〜７０wt％である。

【００４５】強誘電性液晶を用いた場合、液晶層の厚さ
を強誘電性液晶の螺旋ピッチ以下の厚さに設定するとと
もに液晶を配向させることで、印加電界の極性によって
切り替わる二つの動作モードのいずれにおいても、液晶
分子が基板に対して平行かつ互いに同一方位に配向する
液晶層を構成できる。液晶の配向処理は、公知の方法に
より行えばよい。すなわち、ポリイミド膜表面をラビン
グ処理した膜やシリカ等の無機物の斜方蒸着膜等からな
る配向膜を用いる場合には、例えば、徐冷法により行う
ことができる。また、配向膜がない場合には、導電性を
有する配向ロールを用いて液晶材料に電界を印加しなが
ら曲げ変形による剪断を加える曲げ剪断法（特開平３−
１６３５２５号公報）等を採用できる。

【００４６】さらに、前記高分子領域は、前記高分子材
料を前記液晶層の１〜３０wt％含有させることにより形
成されていることが好ましい。すなわち、高分子材料の
添加量が１wt％未満であると、液晶組成物の配向強度を
充分に向上できない場合があり、３０wt％を越えると、
基板と直交する方向からみて、液晶セルの単位面積当た
りの高分子領域が占める比率が大きくなることから、コ
ントラストの低下等の光学特性上の不具合が生じるおそ
れがある。

【００４７】そして、前記液晶層は、前記液晶組成物の
配向方向に沿って配列する二色性色素を含んで構成され
ていてもよい。このようにすれば、ゲストホスト効果に
より、ホストの液晶分子配列を電場で変化させることに
よって、ゲストの二色性色素の分子配列も同時に変化さ
せ、これにより、色素の可視光吸収量を電気的に制御で
きる。従って、液晶素子を透過する光の色相を変化させ
ることができるから、カラーディスプレイ等に利用でき
る。

【００４８】一方、本発明は、制御信号に応じて異なる
リタデーションを与える可変リタデーション板と、この
可変リタデーション板に積層されたニュートラル偏光板
と、前記可変リタデーション板に積層されかつ色選択偏
光軸を有するカラー偏光板とを備えたカラー液晶素子で
あって、前記可変リタデーション板は、少なくとも一方
が透光性を有する一対の基板およびこれらの基板の間に
設けられた液晶層を備えた液晶セルにより構成され、前
記液晶層は、液晶組成物の液晶分子が前記基板に対して
平行かつ互いに同一方位に配向するように構成され、当
該液晶層中には、高分子材料からなる高分子領域が設け
られ、液晶組成物の常光屈折率をｎ_o、異常光屈折率を
ｎ_eとしたときに、前記高分子の屈折率ｎ_pは、

【００４９】

【数７】

【００５０】とされていることを特徴とする。

【００５１】本発明では、高分子の屈折率ｎ_pを数７の
範囲とすることで、前述した通り、入射光の偏光方向と
液晶組成物の配向方向とが直交する場合およびこれらの
方向が平行な場合のいずれの場合においても、液晶組成
物と高分子との屈折率差による光散乱を確実に低減でき
る。従って、光散乱によって生じる表示のざらつきを防
止できるとともにコントラストの向上を図ることができ
る。

【００５２】このように、高分子の屈折率を数７の範囲
に設定するだけで、光散乱を低減できるため、従来のよ
うに液晶セルおよび偏光板の配置が制限されることがな
くなるから、カラー液晶素子の設計の自由度を高めるこ
とができる。

【００５３】さらに、光の振動方向に拘わらず、液晶組
成物の屈折率と高分子の屈折率との差を小さくできるた
め、色選択偏光軸（吸収軸）および非吸収軸が交差する
カラー偏光板を液晶セルに積層しても、光散乱を確実に
低減できる。

【００５４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。〔第一実施形態〕図１には、本実施形態の液晶素子１が
示されている。液晶素子１は、一対の透光性を有するフ
ィルム状の基板１１，１２の間に液晶層１３を設けた液
晶セル１０と、この液晶セル１０を挟む一対のフィルム
状の偏光板１４，１５とを有して構成されている。偏光
板１４，１５は、それぞれ液晶セル１０の入射側および
出射側に直交ニコル状態で積層されている。

【００５５】液晶セル１０の基板１１，１２は、図示し
ないスペーサを介して平行に対向配置されている。これ
らの基板１１，１２間には、スペーサに対応した間隔の
隙間が形成され、この隙間に液晶層１３が設けられてい
る。これらの基板１１，１２の互いに対向する面には、
それぞれＩＴＯ膜等からなる膜状の透明電極１１１，１
２１が設けられ、各透明電極１１１，１２１に電圧を印
加することにより、液晶層１３を構成する液晶組成物２
０の配向状態（配向方位）を変化させるようになってい
る。また、これらの透明電極１１１，１２１の表面に
は、厚さ０．０１μｍ〜１μｍの電気絶縁層（図示省
略）が形成されている。この電気絶縁層の厚さは、使用
する絶縁材料の誘電率や硬度に応じて選定される。

【００５６】液晶層１３を構成する液晶組成物２０は、
強誘電性液晶により構成され、具体的には、強誘電性高
分子液晶および低分子液晶の混合物からなる強誘電性液
晶により構成されている。この液晶層１３においては、
液晶分子２１が基板１１，１２に対して平行かつ互いに
同一方位に配向するように構成されている。すなわち、
本実施形態では、液晶層１３の厚さが強誘電性液晶の螺
旋ピッチ以下に設定されるとともに、液晶分子２１が基
板１１，１２と平行に並ぶように平行配向処理が施され
ている。

【００５７】なお、液晶層１３は、液晶組成物２０に、
当該液晶組成物２０の配向方向に沿って配列する二色性
色素を溶解させることにより構成されていてもよい。

【００５８】このような液晶層１３中には、高分子材料
からなる高分子領域３０が設けられ、この高分子領域３
０は、一対の基板１１，１２を連結する柱状に形成され
ている。なお、高分子領域３０の一部は、透明電極１１
１，１２１の表面に設けられた電気絶縁層（図示省略）
上に粒子状に付着していてもよい。この高分子領域３０
を構成する高分子材料は、液晶組成物２０よりも少ない
割合とされ、具体的には、高分子材料は、液晶層１３全
体の１〜３０wt％配合されている。これにより、液晶組
成物２０の配向強度を向上できるとともに、コントラス
トの低下等の光学特性上の不具合を防止できる。

【００５９】このような高分子領域３０を構成する高分
子の屈折率ｎ_pは、液晶組成物２０の常光屈折率を
ｎ_o、異常光屈折率をｎ_eとしたときに、次の数８の範
囲とされている。

【００６０】

【数８】

【００６１】本実施形態の液晶素子１では、入射側偏光
板１４を通過した直線偏光が液晶セル１０に入射し、液
晶セル１０から出射された光は、その振動方向と出射側
偏光板１５の偏光軸方向とが一致した場合にのみ当該出
射側偏光板１５を通過する。このとき、液晶セル１０に
電圧を印加して電場の極性を切り替えることにより、液
晶分子２１（分子長軸）の配向方位は、基板１１，１２
と平行な面内で変化し、分子配列は二つの動作モード
（配列状態）に切り替わる。すなわち、液晶セル１０に
加える電圧の極性を変化させることで、液晶分子２１の
配向方向は、基板１１，１２と平行な面内で所定角度だ
け変化し、これにより、二つの動作モード（配列状態）
の間をスイッチングできる。このような二つの動作モー
ドにより、液晶セル１０に入射した入射偏光の透過およ
び遮断が制御される。

【００６２】このように構成された本実施形態によれ
ば、以下のような効果がある。すなわち、入射偏光の偏
光方向と液晶組成物２０の配向方向（液晶分子２１の軸
方向）とが直交する場合、入射偏光の感じる液晶層１３
の屈折率は、液晶組成物２０の常光屈折率ｎ_oに一致す
る。また、入射偏光の偏光方向と液晶組成物２０の配向
方向（液晶分子２１の軸方向）とが平行な場合、入射偏
光の感じる液晶層１３の屈折率は、液晶組成物２０の異
常光屈折率ｎ_eに一致する。従って、高分子の屈折率ｎ
_pを前記数８の範囲とすることで、入射光の偏光方向と
液晶組成物２０の配向方向とが直交する場合およびこれ
らの方向が平行な場合のいずれの場合においても、液晶
組成物２０と高分子との屈折率差による光散乱を確実に
低減できる。

【００６３】また、高分子の屈折率を所定範囲に制限す
るだけで光散乱を低減できるため、従来のように、液晶
セル１０および偏光板１４，１５の相互配置が制限され
ることがなくなるから、液晶素子１の設計の自由度を高
めることができる。

【００６４】さらに、液晶層１３中には、高分子領域３
０が設けられているので、液晶層１３を構成する液晶組
成物２０の配向強度を高めることができる。

【００６５】そして、液晶組成物２０に、その配向方向
に沿って配列する二色性色素を溶解させて液晶層１３を
構成した場合には、液晶分子配列を電場で変化させるこ
とによって、二色性色素の分子配列も同時に変化させる
ことができるから、色素の可視光吸収量を電気的に制御
できる。従って、液晶セル１０を透過する光の色相を変
化させることができるから、液晶素子１をカラーディス
プレイ等に利用できる。

【００６６】〔第二実施形態〕図２に示す本実施形態の
カラー液晶素子であるカラーシャッタ４は、前記第一実
施形態の液晶セル１０を用いて構成されたものであり、
図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略
し、以下には異なる部分のみを詳述する。本実施形態の
カラーシャッタ４は、制御信号に応じて異なるリタデー
ションを与える二枚の可変リタデーション板４１，４２
と、これらの可変リタデーション板４１，４２に積層さ
れたニュートラル偏光板４３およびカラー偏光板４４，
４５，４６，４７とを備え、これらは互いに平行に重ね
られている。

【００６７】本実施形態の可変リタデーション板４１，
４２は、それぞれ前記第一実施形態の液晶セル１０（図
１参照）により構成され、これらと平行なＸＹ座標平面
において、正のＤＣ電圧を印加したときに、ディレクタ
の向きＤ、つまり液晶組成物２０（図１参照）の配向方
向Ｄがｙ軸方向と一致するように構成されている。

【００６８】光源５１側の可変リタデーション板４１の
入射側にはニュートラル偏光板４３が配置され、その偏
光軸４３Ｐは、ｙ軸方向と平行に設定されている。この
可変リタデーション板４１の出射側には、Ｙ（Yellow）
のカラー偏光板４４が配置され、その色選択偏光軸（吸
収軸）４４Ｐは、ｘ軸方向と平行に設定され、偏光軸４
４Ｐと直交するｙ軸方向が非吸収軸となっている。

【００６９】可変リタデーション板４２の入射側には、
前記カラー偏光板４４と隣接してＶ（Violet）のカラー
偏光板４５が配置され、その色選択偏光軸４５Ｐは、ｙ
軸方向と平行に設定され、この色選択偏光軸４５Ｐと直
交するｘ軸方向が非吸収軸となっている。

【００７０】可変リタデーション板４２の出射側には、
Ｒ（Red ）のカラー偏光板４６が配置され、その色選択
偏光軸４６Ｐは、ｘ軸方向と平行に設定され、この色選
択偏光軸４６Ｐと直交するｙ軸方向が非吸収軸となって
いる。

【００７１】このカラー偏光板４６の出射側には、Ｂ
（Blue）のカラー偏光板４７が配置され、その色選択偏
光軸４７Ｐは、ｙ軸方向と平行に設定され、色選択偏光
軸４７Ｐと直交するｘ軸方向が非吸収軸となっている。

【００７２】このようなカラー偏光板４３〜４７では、
色選択偏光軸４３Ｐ〜４７Ｐと平行な直線偏光は、光吸
収を受け、これにより、着色光が出射される。また、色
選択偏光軸４３Ｐ〜４７Ｐと直交する直線偏光は、その
光軸が非吸収軸と一致するため、吸収を受けずにそのま
ま透過し、これにより、無色の光が出射される。

【００７３】このように構成された本実施形態のカラー
シャッタ４は、二つの、可変リタデーション板（液晶セ
ル）４１，４２に選択的に電圧を印加することにより、
発色を制御するようになっている。各可変リタデーショ
ン板４１，４２に印加する電圧と表示色との関係は、次
の表１に示す通りである。

【００７４】

【表１】

【００７５】このような本実施形態によれば、前記第一
実施形態と同様な作用、効果を奏することができる他、
以下のような効果がある。すなわち、前記第一実施形態
と同様に、可変リタデーション板（液晶セル）４１，４
２の高分子の屈折率ｎ_pは、前記数８の範囲とされてい
るので、入射光の偏光方向と液晶組成物２０（図１参
照）の配向方向とが直交する場合、およびこれらの方向
が平行な場合のいずれの場合においても、液晶組成物２
０と高分子との屈折率差による光散乱を確実に低減でき
る。従って、光散乱によって生じるカラー表示のざらつ
きを防止できるとともにコントラストの向上を図ること
ができる。

【００７６】また、高分子の屈折率ｎ_pを数８の範囲に
設定するだけで、光散乱を低減できるため、液晶セル１
０（図１参照）および偏光板４３〜４７の配置が制限さ
れることがなくなるから、カラーシャッタ４の設計の自
由度を高めることができる。

【００７７】さらに、光の振動方向に拘わらず、液晶組
成物２０の屈折率と高分子の屈折率との差を小さくでき
るため、カラー偏光板４４〜４７を、前記第一実施形態
の液晶セルからなる可変リタデーション板４１，４２と
積層しても、光散乱を確実に低減できる。

【００７８】

【実施例】次に、本発明の効果を、具体的な実施例に基
づいて説明する。〔実施例１〕本実施例１では、前記第一実施形態に基づ
き、以下の具体的な材料および手順等を採用して前記第
一実施形態における液晶セルを作成した。

【００７９】〈１〉材料基板ＩＴＯ膜付きＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）フィル
ム基板（住友ベークライト株式会社製ＦＳＴ）を採用し
た。電気絶縁膜電気絶縁材料として、シアノエチル化プルラン〔信越化
学社製；ＣＲ−Ｓ〕を用い、二枚の基板の各透明電極
（ＩＴＯ膜）上に電気絶縁層を形成した。すなわち、前
記シアノエチル化プルランの３重量％濃度のアセトン溶
液をロールコータにより透明電極上に塗布し、１４０℃
において４分間乾燥して、電気絶縁層を形成した。これ
により形成された電気絶縁層の厚さは、０．１μｍであ
った。

【００８０】液晶組成物次の一般式１に示す強誘電性高分子液晶Ａ（出光興産株
式会社製）と、次の一般式２に示す低分子液晶Ｂ（出光
興産株式会社製）と、次の一般式３に示す低分子液晶Ｃ
（みどり化学社製）と、次の一般式４に示す低分子液晶
Ｄ（みどり化学社製）とを、５：３：１：１の重量比で
混合した混合物を採用した。この液晶組成物のランダム
状態における屈折率ｎは、ｎ＝１．５６である。

【００８１】

【化１】

【００８２】

【化２】

【００８３】

【化３】

【００８４】

【化４】

【００８５】高分子材料非液晶性高分子材料である協立化学社製ＵＶ硬化型接着
剤ＸＶＬ−１４を採用した。この接着剤の屈折率ｎ
_pは、ｎ_p＝１．５２である。

【００８６】〈２〉手順液晶組成物と高分子材料とを１００：１５の重量比で
混合し、この混合物をメチルエチルケトンに溶解して、
２８重量％の溶液を得た。この溶液をロールコータにより一方のフィルム基板に
塗布した後、これと対向する他方の基板を重ねて互いに
貼り合わせて液晶セルを組み立てた。この液晶セルに±
４０Ｖの矩形波電圧を印加しながらフィルム基板の長手
方向に平行に曲げ変形を与え、これにより、液晶組成物
の配向処理を行った。配向処理の後、メタルハライドランプを用い、１８０
０mJ／cm²のＵＶ光を液晶セルに照射することにより、
高分子材料である接着剤を硬化させて液晶層中に高分子
領域を形成した。

【００８７】〔実施例２〕本実施例２では、前記実施例
１における条件を以下のように変更したうえで、前記実
施例１と同様にして液晶セルを得た。〈１〉材料液晶組成物前記実施例１の強誘電性高分子液晶Ａと、次の一般式５
に示す低分子液晶Ｅ（出光興産株式会社製）とを、７：
３の重量比で混合した混合物を採用した。この液晶組成
物のランダム状態における屈折率ｎは、ｎ＝１．４８で
ある。

【００８８】

【化５】

【００８９】二色性色素日本感光色素社製の二色性色素Ｇ−２３２を採用した。

【００９０】〈２〉手順液晶組成物に二色性色素を４重量％添加し、これと高分
子材料とを１００：１５の重量比で混合して、この混合
物をメチルエチルケトンに溶解して、２７重量％の溶液
を得た。この溶液を用いて、前記実施例１と同様な手順
で液晶セルを作成した。

【００９１】〔比較例１〕本比較例１では、前記実施例
１における条件を以下のように変更したうえで、前記実
施例１と同様にして液晶セルを得た。すなわち、高分子
材料（非液晶性）として、ＵＶ硬化接着剤である昭和高
分子株式会社製ＳＰ１５０９を採用した。この接着剤の
屈折率ｎ_pは、ｎ_p＝１．５９である。

【００９２】〔比較例２〕本比較例２では、前記実施例
１において、高分子材料（非液晶性）として、ポリスチ
レンを採用した以外は、前記実施例１と同様にして液晶
セルを得た。このポリスチレンは、分子量５０００で、
屈折率ｎ_pがｎ_p＝１．５８のものである。

【００９３】〔液晶セルの評価〕以上の実施例１，２お
よび比較例１，２で得た各液晶セルについて、高分子の
屈折率ｎ_pと液晶組成物の常光屈折率ｎ_oおよび異常光
屈折率ｎ_eとの関係を求めるとともに、散乱光量を求め
て光散乱を評価した。

【００９４】すなわち、液晶層の膜厚（厚さ）ｄをＩＲ
吸収法により測定するとともに、位相差計を用いて＋２
０Ｖの直流電圧を加えながら液晶セルの面内リターデー
ションＲを測定し、得られた膜厚ｄおよび面内リターデ
ーションＲと、液晶組成物の屈折率ｎとから、次の数式
９により常光屈折率ｎ_oを算出し、数式１０により異常
光屈折率ｎ_eを算出した。その結果を表２に示す。

【００９５】

【数９】

【００９６】

【数１０】

【００９７】

【表２】

【００９８】これらの常光屈折率ｎ_oおよび異常光屈折
率ｎ_eから、高分子の屈折率ｎ_pが前記数８の範囲内に
あるかどうかを調べた。

【００９９】また、実施例１，２および比較例１，２の
各液晶セルの散乱光量は、それぞれ次のような手順で測
定した。すなわち、サンリッツ社製ニュートラル偏光板
ＬＬＣ２−９２１８からなる二枚の偏光板をパラニコル
に配置し、液晶セルを介装しないで、直径５mmの平行ビ
ームを透過させたときの透過光量を１００％とした。そ
して、これらの偏光板の間に液晶セルを平行に配置する
とともに、検光子となる偏光板の出射側にピンホール板
を配置し、同様にして平行ビームを透過させた。このピ
ンホール板は、前記平行ビームの光軸上にピンホールを
形成したものであり、ピンホールが直径７mmの場合と直
径３０mmの場合との各透過光量の差を散乱光量とした。
散乱光量は、４５０ｎｍ、５３０ｎｍ、６２０ｎｍの各
波長における散乱光量として求めた。その結果を表３に
示す。

【０１００】

【表３】

【０１０１】表２および表３より、実施例１および実施
例２では、高分子の屈折率ｎ_pが数８を満足する範囲内
とされているため、散乱光量が少ないことがわかる。な
お、実施例１の液晶セルを用いて、ドットマトリクス型
の液晶表示素子を作成してその表示を確認したところ、
ざらつきのない鮮明な画像が得られた。

【０１０２】一方、比較例１および比較例２では、高分
子の屈折率ｎ_pが数８の範囲を越えて大きいことから、
実施例１，２よりも散乱光量が多く、光散乱が大きいこ
とがわかる

【０１０３】〔実施例３〕本実施例３では、前記第二実
施形態に基づいてカラーシャッタを作成し、液晶セルと
して前記実施例１の液晶セルを用いるとともに、光源と
して図３に示すような発光スペクトルを有する白色光源
を採用した。

【０１０４】〔比較例３〕前記実施例３において、液晶
セルとして前記比較例１の液晶セルを用いた以外は、前
記実施例３と同様にしてカラーシャッタを得た。

【０１０５】〔カラーシャッタの評価〕実施例３および
比較例３で得られた各カラーシャッタについて、二枚の
液晶セルに印加する電圧をそれぞれ切り替えることによ
り、赤、青、緑の表示を行い、各表示カラーの色度（Ｘ
ＹＺ表色系）を測定した。そして、これらの赤、青、緑
の各座標を結ぶ三角形を色度図（座標平面）上に設定
し、その面積を求めた。

【０１０６】その結果、実施例３のカラーシャッタにお
ける各表示カラーの色度座標は、赤（０．５９３，０．３７１）青（０．１９４，０．１１９）緑（０．２８３，０．６１７）となり、色度図上の三角形の面積は、０．０８８であっ
た。

【０１０７】また、比較例３では、各表示カラーの色度
座標は、赤（０．５５７，０．３７５）青（０．１９９，０．１３４）緑（０．２９５，０．６２６）となり、色度図上の三角形の面積は、０．０７６５であ
った。

【０１０８】また、カラーシャッタの透過スペクトル
を、液晶セルおよび偏光板のジョーンズ行列の積から算
出し、これを基にＸＹＺ表色系における各表示カラーの
色度座標を計算して、各色度座標を結ぶ三角形の面積を
求めた。その結果、各表示カラーの理論上の色度座標
は、赤（０．６０７，０．３６４）青（０．１８３，０．１２８）緑（０．３１１，０．６２３）となり、色度図上の三角形の面積の理論値は、０．０９
０となった。

【０１０９】色度図上の三角形の面積について、この理
論値と、実施例３および比較例３の各実測値とを比較す
ると、実施例３の三角形の面積の実測値は、理論値とほ
ぼ同じであり、カラーシャッタの液晶セルを構成する液
晶層中の高分子の屈折率ｎ_pが前記数８を満足する範囲
内とされているため、コントラストの高い所期の性能を
有するカラーシャッタが得られることがわかる。一方、
比較例３の三角形の面積の実測値は、理論値よりも大幅
に低く、液晶層の高分子の屈折率ｎ_pが数８の範囲外と
なっているため、光散乱が生じて所期のコントラストが
得られないことがわかる。

【０１１０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
液晶セルの一対の基板の間に設けられた液晶層中に高分
子領域を設け、この高分子の屈折率の範囲を所定範囲に
規定することで、配向強度を高められるとともに、液晶
組成物と高分子との屈折率差による光散乱を確実に低減
できる。また、光散乱を低減するために液晶セルおよび
偏光板の相互配置を規定する必要がなくなるので、素子
設計の自由度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態を模式的に示す断面図。

【図２】本発明の第二実施形態を模式的に示す分解斜視
図。

【図３】本発明の実施例３で用いる光源の発光スペクト
ルを示す線図。

【図４】従来の液晶素子を示す斜視図。

【図５】従来の液晶素子を構成する液晶分子を示す図。

【図６】従来の他の液晶素子を示す斜視図。

【図７】従来のカラー液晶素子を示す斜視図。

【図８】従来の他のカラー液晶素子を示す斜視図。

【符号の説明】

１液晶素子４カラーシャッタ（カラー液晶素子）１０液晶セル１１，１２基板１３液晶層２０液晶組成物２１液晶分子３０高分子領域４１，４２可変リタデーション板４３ニュートラル偏光板４４，４５，４６，４７カラー偏光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透光性を有する一対の
基板およびこれらの基板の間に設けられた液晶層を備え
た液晶セルを有する液晶素子であって、前記液晶層は、液晶組成物の液晶分子が前記基板に対し
て平行かつ互いに同一方位に配向するように構成され、当該液晶層中には、高分子材料からなる高分子領域が設
けられ、前記液晶組成物の常光屈折率をｎ_o、異常光屈折率をｎ
_eとしたときに、前記高分子の屈折率ｎ_pは、【数１】とされていることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】請求項１に記載した液晶素子において、前記液晶組成物は、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、お
よび電界誘起チルトを示すカイラルスメクティックＡ液
晶より選ばれた少なくとも一種を用いて構成されている
ことを特徴とする液晶素子。
【請求項３】請求項１に記載した液晶素子において、前記液晶組成物は、強誘電性液晶からなることを特徴と
する液晶素子。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれかに
記載した液晶素子において、前記高分子領域は、前記高分子材料を前記液晶層の１〜
３０wt％含有させることにより形成されていることを特
徴とする液晶素子。
【請求項５】請求項１から請求項４までのいずれかに
記載した液晶素子において、前記液晶層は、前記液晶組成物の配向方向に沿って配列
する二色性色素を含んで構成されていることを特徴とす
る液晶素子。
【請求項６】制御信号に応じて異なるリタデーション
を与える可変リタデーション板と、この可変リタデーション板に積層されたニュートラル偏
光板と、前記可変リタデーション板に積層されかつ色選択偏光軸
を有するカラー偏光板とを備えたカラー液晶素子であっ
て、前記可変リタデーション板は、少なくとも一方が透光性
を有する一対の基板およびこれらの基板の間に設けられ
た液晶層を備えた液晶セルにより構成され、前記液晶層は、液晶組成物の液晶分子が前記基板に対し
て平行かつ互いに同一方位に配向するように構成され、当該液晶層中には、高分子材料からなる高分子領域が設
けられ、前記液晶組成物の常光屈折率をｎ_o、異常光屈折率をｎ
_eとしたときに、前記高分子の屈折率ｎ_pは、【数２】とされていることを特徴とするカラー液晶素子。