TW201643524A - 液晶光學元件 - Google Patents

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TW201643524A TW105112016A TW105112016A TW201643524A TW 201643524 A TW201643524 A TW 201643524A TW 105112016 A TW105112016 A TW 105112016A TW 105112016 A TW105112016 A TW 105112016A TW 201643524 A TW201643524 A TW 201643524A
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新山聰
川上玲美
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旭硝子股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於提供一種作成大型基板也有高品質且可低耗電化的液晶光學元件。 解決手段上，本發明之液晶光學元件具備：一對基板，係彼此相對向且其中至少一者具透光性；電光學機能層，其被前述一對基板所夾持；及施加電場機構，其使電場發生於電光學機能層內；電光學機能層含有液晶化合物及配向調節材，其中該液晶化合物具有正介電各向導性且顯示出液晶性，該配向調節材則調節液晶化合物之配向；施加電場機構係構造成可產生電場，該電場含有與前述一對基板之至少一基板面大致平行之方向的電力線。

Description

液晶光學元件 發明領域
本發明係關於具備含有液晶及配向調節材之電光學機能層的液晶光學元件。
發明背景
液晶元件具有低耗電、薄型、輕量等優點，所以廣泛運用在行動電話、數位相機、攜帶型資訊終端機、電視機等多種電子機器上。其中，近年有提議出一種利用電場控制液晶分子之配列以改變光散射狀態之方式的液晶光學元件。
專利文獻1中揭示出一種液晶光學元件，其係於附一對電極之基板上形成垂直配向用聚醯亞胺薄膜，並將液晶與未硬化之硬化性化合物的混合物夾持在該等基板間，在該混合物中顯示液晶相之狀態下利用曝光使前述硬化性化合物硬化而形成液晶/硬化性複合體層。又，專利文獻2亦揭示一種液晶光學元件，其係將含有特定的二官能聚合性化合物與非聚合性液晶性組成物之液晶性混合物夾持在附一對電極之基板間，在該混合物中顯示液晶相之 狀態下將前述聚合性化合物聚合形成高分子，因而具有含液晶及高分子之電光學機能層。
使用具有透射-散射型動作模式之液晶/高分子複合體(Liquid Crystal Polymer Composite)的液晶光學元件係使液晶/高分子複合體夾持在附一對電極之基板間並對該等電極施加電壓來改變液晶之光學特性的方式，亦稱作高分子分散型液晶元件或是分散液晶。不同於舊式的TN型液晶光學元件等，透射-散射型液晶光學元件原理上不需要偏光板，因此光之吸收損耗很少且具有高散射特性，元件整體的光利用效率很高。此特性常活用在調光玻璃、光閘、雷射裝置及顯示裝置等。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2000-119656號公報
專利文獻2：特開日本專利2005-202391號公報
發明概要
驅動透射-散射模式之液晶的原動力為電場強度。該電場強度與晶格間隙(cell gap)成反比，因此即使施加相同強度的電場，在晶格間隙為1μm之情況與10μm之情況下，電場強度差10倍。晶格間隙不同，光學特性或施加電壓-未施加電壓時的回應速度便會依區域而有所不同。因此，在一個元件中將晶格間隙維持恆定相當重要。 然而，隨著基板邁向大型化，很難將晶格間隙維持恆定。又，使用曲面基板作為一對基板時，還存有很難使其曲率完全一致以將晶格間隙維持恆定的問題。
另外，以上係言及透射-散射模式液晶光學元件之課題，但在藉由施加或未施加電壓來改變折射率等光學特性而產生光學調變之模式的液晶光學元件中也可能發生相同的課題。
本發明係有鑒於上述背景而起，其目的在於提供一種不受基板面積或形狀影響的高品質液晶光學元件。
本發明提供一具有以下[1]~[9]之構成的液晶光學元件。
[1]一種液晶光學元件，具備：一對基板，係彼此相對向且其中至少一者具透光性；電光學機能層，其被前述一對基板所夾持；及施加電場機構，其使電場發生於前述電光學機能層內；前述電光學機能層含有液晶化合物及配向調節材，其中該液晶化合物具有正介電各向導性且顯示出液晶性，該配向調節材則調節前述液晶化合物之配向；前述施加電場機構係構造成可產生電場，該電場含有與前述一對基板之至少一基板面大致平行之方向的電力線。
[2]如[1]中記載之液晶光學元件，其在未施加電壓時顯示透明狀態，施加電壓時則顯現入射光散射之狀態。
[3]如[1]或[2]中記載之液晶光學元件，其中前述配向調節材係由高分子結構體構成。
[4]如[1]~[3]中任一項記載之液晶光學元件，其中前述施加電場機構係由形成於前述一對基板之至少一基板上的第1電極及第2電極所構成，且藉由在前述第1電極與前述第2電極之間施加電壓來產生前述電場。
[5]如[4]中記載之液晶光學元件，其中前述第1電極及前述第2電極分別具有多對相互平行的電極偶，並且，前述第1電極之前述電極偶與前述第2電極之前述電極偶係以與前述基板之基板面相互平行的方式交錯配置。
[6]如[1]~[5]中任一項記載之液晶光學元件，其中前述液晶化合物之長軸的平均方向在未施加電壓時與前述一對基板之至少一基板面的法線方向大致一致。
[7]如[1]~[6]中任一項記載之液晶光學元件，其中前述配向調節材為高分子結構體，該高分子結構體含有柱狀樹脂，且該柱狀樹脂至少具有朝前述基板面之法線方向延伸的成分。
[8]如[1]~[8]中任一項記載之液晶光學元件，其在前述電光學機能層之外側形成有配向機能層，且該配向機能層為垂直配向機能層。
根據本發明，具有可提供不受基板面積影響的高品質液晶光學元件的絕佳效果。
1‧‧‧電光學機能層
2‧‧‧液晶化合物
3‧‧‧配向調節材
10‧‧‧第1基板
11‧‧‧第1配向機能層
20‧‧‧第2基板
21‧‧‧第2配向機能層
30‧‧‧施加電場機構
31‧‧‧第1電極
32、37‧‧‧連結部
33、38‧‧‧櫛齒部
36‧‧‧第2電極
100‧‧‧液晶光學元件
圖1係本實施形態之液晶光學元件在未施加電壓時其主要部位的示意說明圖。
圖2係用以說明本實施形態之施加電壓機構構成的示意平面圖。
圖3係本實施形態之液晶光學元件在施加電壓時其主要部位的示意說明圖。
圖4係顯示本實施形態之液晶光學元件在施加電壓時之電力線一例的說明圖。
用以實施發明之形態
本發明之液晶光學元件可因應施加驅動電壓而可逆地控制光學調變。光學調變具有藉由有無施加驅動電壓而可逆地控制光線透射狀態與光線散射狀態的模式，以及因應施加驅動電壓而可逆地控制折射率等光學特性的模式。該等光學調變通常係適用於可見光，不過亦可依用途利用可見光以外之頻帶區(以下稱作其它頻帶區)的光線。以下係說明適用本發明之本實施形態一例。此外，應無需明言，只要符合本發明主旨，其它實施形態亦得歸屬本發明範疇。又，以下圖式之各構件的尺寸或比率係為方便說明之數值，與實際上不同。
在本實施形態，係說明未施加電壓時為光線透射狀態且於施加電壓時為入射光散射之狀態的液晶光學元件一例。圖1係顯示本實施形態之液晶光學元件一例之主要部位的示意說明圖。該圖係顯示未施加電壓時的狀態。
本實施形態之液晶光學元件100係平板狀的第1基板10與第2基板20以預定間隙相對向配置。
在第1基板10之與第2基板20的相對向面形成有施加電場機構30，且形成有第1配向機能層11以覆蓋施加電場機構30。此外，在第2基板20之與第1基板10的相對向面設有第2配向機能層21。為了將第1基板10與第2基板20之間隙保持為預定間隔，設有隔件(未圖示)，且在第1基板10與第2基板間之外周端部形成有周邊封件(未圖示)，兩基板便是藉由周邊封件貼合。而且，由第1基板10、第2基板20及周邊封件所包圍之空間內密封有電光學機能層1。藉由在施加電場機構與配向機能層之間設置絕緣層，則在第1基板10與第2基板20之間混入導電性的異物時，可抑制通電時的短路，故為適宜。
第1基板10及第2基板20之至少一者係使用對可見光呈透明的透光性基板。亦可以是第1基板10及第2基板20皆為透光性基板，或可以是因應用途對其它頻帶區顯示透光性的基板。第1基板10及第2基板20可使用例如透明的玻璃基板、聚酯薄膜等樹脂基板以及由該等組合構成之基板。第1基板10及第2基板20無須以同種類基板構成，可在反射基板或半透射的半透明鏡(half mirror)基板等當中依目的選擇各類基板。
施加電場機構30負責使電場發生於電光學機能層1內，只要是可發生電場且該電場具有與一對基板之至少一基板面為平行方向之電力線者即可。在本實施形態，如圖2之示意平面圖顯示，於第1基板10主面中之配置電光學機能層1側的一面上，形成有櫛齒狀的第1電極31及第2 電極36作為施加電場機構30。
如圖2所示，第1電極31具有一線狀連結部32以及多個線狀櫛齒部33，該連結部32係沿第1基板10之其中一邊附近朝X方向延伸，該櫛齒部33則係從連結部32朝對向邊在Y方向上延伸。第2電極36具有一線狀連結部37以及多個線狀櫛齒部38，該連結部37係沿著與第1電極31之連結部32相對向之一邊附近朝X方向延伸，該櫛齒部38則係從連結部37朝對向之連結部32在Y方向上延伸。櫛齒部33、38係相互並排且交錯配置。櫛齒部33、38彼此形成電極偶並使電場發生於電光學機能層1。
於第1電極31及第2電極36宜使用透明導電膜。透明導電膜可使用ITO(氧化銦-氧化錫)或氧化錫等金屬氧化物之膜等。例如，可於第1基板10及第2基板20使用玻璃基板，第1電極31及第2電極36則使用設有ITO等金屬氧化物之圖案的附透明導電膜之玻璃、或是於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)設有ITO膜之附透明導電膜之聚酯薄膜或附透明導電膜之PES(聚醚碸)等。若不使用透明導電膜，亦可改用由金屬膜細線所構成的電極，或是由含有金屬奈米線或奈米粒子之導電墨水的繪圖或奈米壓模所構成的電極。
電光學機能層1含有具正介電各向導性且顯示出液晶性之化合物(以下稱作液晶化合物)2、及用以調節前述液晶化合物2之配向的配向調節材3。圖1中，為了方便說明而圖示有複數個液晶化合物2，實際上液晶化合物2係充填在未形成有配向調節材3的區域內。
液晶化合物2係化合物之長軸方向的介電係數εA值大於化合物之短軸方向的介電係數εB值，即△ ε=εA-εB之值為正值。此外，液晶通常在顯現液晶相之環境下使用，但並不排除在等向相之下作利用。
就液晶種類而言，可使用向列型液晶、膽固醇型液晶、層列型液晶及鐵電型液晶等。若從可擴大動作溫度範圍且增加動作速度的觀點來看，宜使用向列型液晶。
液晶化合物2可採用可作為一般顯示材料或是作為電場驅動型顯示元件之材料使用的各種化合物。具體上，可列舉聯苯系、苯甲酸苯酯系、環己苯系、氧偶氮苯系、偶氮苯系、次甲基偶氮系、聯三苯系、苯甲酸聯苯酯系、環己聯苯系、苯吡啶系、環己嘧啶系、膽固醇系等。
液晶化合物2與一般使用情況相同，無須單獨使用，可將二種類以上之液晶化合物組合使用。此外，為了降低驅動電壓，宜使用介電各向導性之絕對值較大者。基於化學的穩定性，介電各向導性之絕對值較大的液晶化合物可使用具有氰基、氟或氯等鹵素原子作為取代基的化合物。在重視降低驅動電壓之情況下可使用具有氰基作為取代基之化合物，在重視可靠性之情況下則可使用具有氟原子作為取代基之化合物。
在提升對比率或穩定性之目的下，電光學機能層1亦可添加有各種化合物。例如，當目的為提升對比時，可使用蒽醌系、苯乙烯基系、次甲基偶氮系、偶氮系等各種二色性色素。屆時，二色性色素基本上與液晶化合 物相溶且與高分子化合物不相溶為佳。此外，基於提升穩定性或耐久性，亦宜使用抗氧化劑、紫外線吸收劑及各種可塑劑。
配向調節材3負責在未施加電壓時，於電光學機能層1內進行調節以使液晶化合物2之長軸大致朝一方向配向。至於，在此所謂的「大致朝一方向」係包含具有光學波長以下之有序結構並以可維持透明性的程度形成液晶化合物配向者。此外，配向調節材3還負責在施加電壓時，藉由電場與配向調節材3改變液晶化合物之長軸方向，令其朝向與未施加電壓時所調節之方向不同的多重方向。藉由施加電場機構30使電場發生於電光學機能層1時，至少有一部分的液晶化合物2會改朝向與受配向調節材3調節之方向不同的方向。藉此，可利用施加電壓與未施加電壓之轉換來進行光學調變。在本實施形態中，藉由施加電壓與未施加電壓之轉換可從透射狀態變成散射狀態。
藉由施加電壓與未施加電壓之轉換而從透射狀態變成散射狀態的原理尚不確定，吾等以為如下。
圖3中顯示出對本實施形態之液晶光學元件100施加電壓時其主要部位的示意說明圖。如圖4所示，一施加電壓，就會產生電場且該電場含有與基板面平行之方向的電力線，液晶化合物2之長軸便欲移動成與電力線方向一致。此時，配向調節材3附近的液晶化合物2會被配向調節材3阻止朝與電力線方向一致的動作，而取與電力線不一樣的方位。即，施加電壓時，因為使用配向調節材3，所 以並非所有的液晶化合物2之長軸皆會朝與電力線一致之方向配向，而是液晶化合物2之長軸朝向多重方位。結果便是有序結構混亂而顯示散射狀態。另外，圖3之液晶分子的長軸方位僅為方便說明，實際上係液晶分子聚結體(液晶域(domain))中之液晶分子的平均長軸方位(導軸(director))被形狀複雜的配向調節材3阻礙配列，無法與基板面呈平行方向，而是在具有平行方向之向量成分的多重方位配向。
在未施加電壓時，液晶分子之長軸的平均方向與一對基板之至少一基板面的法線方向大致一致為宜。而且，在施加電壓時液晶分子之長軸係朝多重方向配向，且該多重方向含有與一對基板面之其中至少一者平行的方位成分。
配向調節材3的理想範例可列舉柱狀高分子結構體、網目狀高分子結構體、多孔質無機結構體等。配向調節材3可如隔件分散設置在電光學機能層1內，也可構造成以分隔壁或蜂巢狀將液晶相晶域完全分離的構成。此外，亦可為在基板之最表面形成膜狀或網狀之構成、以及組合該等之構成。在本實施形態係說明使用柱狀高分子結構體作為配向調節材3的例子。
本實施形態之電光學機能層1中所含高分子結構體係由多數個柱狀樹脂之聚結體構成。柱狀樹脂宜混雜有其長軸方向與附電極之基板面之法線方向略一致者及傾斜偏離該法線方向者。至於，傾斜偏離法線方向的柱狀樹脂 係指柱狀樹脂之長軸方向以基板面之法線為基準呈傾斜的情況。
從提高耐衝撃性之觀點來看，電光學機能層1之高分子結構體宜形成為如下：形成有多個柱狀樹脂之聚結體，該等柱狀樹脂之聚結體分別具有一與附電極之基板面之法線方向略一致的軸心，並且，電光學機能層之與附電極之基板面呈水平之方位面中，柱狀樹脂佔有面積會隨著離開附電極之基板而減少。
此外，從提升耐衝撃性的觀點來看，宜讓柱狀樹脂之聚結體連接而形成液晶的晶域區(domain region)。在此，液晶晶域區意指液晶分子所佔有的空間。至於，柱狀樹脂可與以配向膜等形成之基板表面化學性或物理性接著，亦可未接著。
第1配向機能層11及第2配向機能層21係形成於第1基板10及第2基板20上且與電光學機能層1相接，並且，負責在製造步驟中使電光學機能層1中之配向調節材3的高分子結構體之前驅物強制朝向期望之方向作配向。換言之，第1配向機能層11及第2配向機能層21係形成在電光學機能層1之外側，而在第1配向機能層11及第2配向機能層21上又略整面地形成有高分子結構體層。第1配向機能層11及第2配向機能層21之材料並無特別限定，舉一例來說，可列舉聚醯亞胺、具有烷基或氟烷基之矽烷化合物、烯烴化合物等。從耐熱性及剛直性觀點來看，以聚醯亞胺為宜。該等配向機能層例如可藉由磨擦處理或光配向法而 賦予薄膜上。為於基板面形成法線方向的柱狀樹脂，簡便之方法係使用垂直配向機能層作為第1配向機能層11及第2配向機能層21，亦可不使用磨擦處理。至於，在本實施形態中只要可形成配向調節材3即可，不一定要設置第1配向機能層11及第2配向機能層21。
隔件負責決定液晶晶胞的厚度，即藉由隔件，可決定夾持在基板間之電光學機能層1的厚度。隔件之材料例如可使用玻璃粒子、樹脂粒子、氧化鋁粒子、玻璃纖維、薄膜。隔件之形狀則可列舉球狀隔件、纖維型隔件、柱狀隔件等。亦可使用光刻法來設置壁狀或矩形的隔件。
電光學機能層1的厚度通常為1~50μm，較宜為3~30μm。因為間隔太小對比就會降低，相反地，間隔太大驅動電壓便上升。
接下來說明本實施形態之電光學機能層的製造方法一例。惟，本發明不受以下製造方法限定。
電光學機能層1可由電光學機能層之前驅物的混合液(以下僅稱作「混合液」)形成。從該混合液之狀態開始，經過相分離之製程而形成可行光學機能之良好的電光學機能層1相當重要。相分離不夠充分時，可能會發生使液晶動作的驅動電壓上升或無法作為液晶光學元件動作等不良狀況。至於，相分離結構意指經過相分離製程而形成且可顯現電光學特性‧機能的液晶晶胞內部之結構。
電光學機能層1之相分離結構的微細形狀會依構成前驅物之混合液的化合物種類、性質、混合比等而有多 種變化。使用的材料組合或混合比則可考慮透射-散射特性等光學特性或是驅動電壓大小、作為電子光學元件所需的可靠性程度來決定。電光學機能層1之前驅物的混合液只要是可獲得上述電光學機能層1者即無特別限定，可由含有液晶化合物及聚合性化合物者形成。為了獲得透射一散射之電光學特性均衡的高品級電光學機能層1，宜適宜選擇摻混物之種類及混合比，讓前驅物之混合液呈現出均衡的電光學機能層。
適宜的電光學機能層1之前驅物混合液，例如可使用由液晶化合物<C>、第1聚合性化合物<A>以及適度加有聚合引發劑者所構成者。就第1聚合性化合物<A>而言，選定的是在藉由後述方法將其與液晶化合物<C>、聚合引發劑之組成物注入上述基板間進行聚合時，所聚合之高分子會形成與基板面之法線方向略垂直的柱狀樹脂者。第1聚合性化合物<A>的較佳一例顯示於化學式(1)。亦可於前述混合液添加第2聚合性化合物<B>，選定的是在以後述方法將該組成物注入上述基板間進行聚合時會形成無規狀之柱狀樹脂者。第2聚合性化合物<B>的較佳一例顯示於化學式(2)。
[化2]
上述液晶化合物<C>以非聚合性液晶化合物為佳。第1聚合性化合物<A>與第2聚合性化合物<B>之種類可分別各為一種，亦可使用多種種類者。聚合成之高分子可為無規共聚物、交替共聚物等共聚物，或可分別為同元聚合物。若考慮電光學機能層中之高分子的均勻性，以共聚物為佳。雖然可單獨使用第1聚合性化合物<A>，不過藉由使用第1聚合性化合物<A>及第2聚合性化合物<B>，可獲得混有與基板面之法線方向略一致的柱狀樹脂及傾斜配向的柱狀樹脂者。
第1基板10及第2基板20為薄膜基板時，可以2支橡膠輥等夾持連續供給的附電極之第1基板10及第2基板20，並於其間供給且夾入在混合液中分散有隔件的液體然後連續聚合，所以生產性很高。
第1基板10及第2基板20為玻璃基板時，使微量的隔件散佈於其面內，以環氧樹脂等密封劑將相對向的基板四邊作成密封單元，並將設有二處以上之密封缺口的其中一缺口浸在混合液中且從另一缺口進行吸引，以使混合液充滿液晶晶胞內進行聚合即可。當為較小型的晶胞時，可藉由真空注入法將混合液無氣泡地充填至具有一處以上密封缺口的晶胞內為宜。製作大型晶胞時，則可藉由下述 ODF法供應：藉由灑佈機或噴墨頭將混合物塗佈於設在第1基板10或第2基板20其中任一基板之周緣部的硬化性密封材內側，在減壓環境下與其它基板積層並透過周緣之密封材進行接合後，回到大氣環境下以UV光等使周緣密封材硬化。
首先，分別於第1基板10及第2基板20上形成第1電極31及第2電極36、第1配向機能層11、第2配向機能層21等。將配向膜予以燒成後，因應需求進行磨擦等配向處理。其後，使用散佈機將隔件散佈於第1基板10之配向膜形成面側。於第2基板20塗佈密封材。在使用對準標記等對第1基板10與第2基板20進行對位後予以加熱壓接。壓接後之基板間距係由隔件保持。
接著，將成為電光學機能層1之前驅物的混合液注入基板間並予以密封。密封方法可利用公知方法。
其後，對電光學機能層1之前驅物混合液加諸外部刺激而形成電光學機能層1。外部刺激可列舉可見光線、紫外線、電子束等光線照射或熱能等。其中，若從可輕易控制聚合時之溫度的觀點來看，以光照射為佳。光照射中，從處置性、易製性等觀點來看，又以使用紫外線較佳。
在藉由光聚合使電光學機能層1之前驅物混合液相分離而獲得電光學機能層1即所謂的光聚合相分離法之情況下，光源可使用高壓水銀燈、低壓水銀燈、金屬鹵素燈、化學燈、LED燈等。
藉由光照射使電光學機能層1之前驅物混合液聚合時的光照射條件係按聚合性單體之種類設定。直接照射混合液時的照射光強度宜設為0.1~400mW/cm2。因為，低於0.1mW/cm2時，相分離速度會變慢且散射強度降低；超過400mW/cm2，則會因光反應引發分解反應而造成保持率降低。
光照射時之溫度以設定在混合液可顯示液晶相之溫度範圍為佳。因為，在混合液顯示相溶狀態之相溶溫度以下聚合時，恐在光聚合前便產生相分離，使液晶成為不均勻狀態之液晶/高分子複合體。此外，如果混合液之溫度過高，混合液有可能從液晶相相轉移成等向相，而無法確保液晶光學元件的散射-透射之電光學特性。聚合時，為了使液晶光學元件100整面在均衡條件(光照射及聚合溫度)下聚合，宜使用恆溫槽或送風機等溫度控制裝置在恆定環境下進行。
聚合引發劑可從公知的聚合觸媒適宜選擇，在光聚合的情況下，可使用苯偶姻醚系、苯乙酮系、膦氧化物系等一般在光聚合時使用的光聚合引發劑。在熱聚合的情況下，可按聚合部位之種類使用過氧化物系、硫醇系、胺系、酸酐系等熱聚合引發劑，此外亦可因應需求使用胺類等硬化助劑。
相對於聚合性單體之合計量100質量份，聚合引發劑之含量通常為0.1~20質量份，且以0.1~10質量份以下為佳。就聚合後之高分子(聚合物)來看，在講究高分子 量及高電阻率時，設定為0.1~5質量份更佳。聚合引發劑之含量若超過20質量份，會阻礙混合液之相溶性，故不適宜。
又，聚合引發劑之含量低於0.1質量份時，即使讓混合溶液中所含聚合性單體進行聚合，聚合性單體也無法充分聚合，無法形成期望的相分離結構。因此，滿足上述範圍為宜。此外，為了提升施加電場/未施加電場時之液晶光學元件的對比率，可於混合溶液添加公知的手性劑，或者，為了控制施加電場/未施加電場時的液晶光學元件之色調，亦可添加二色性色素或一般的色素、顏料等。
藉由本實施形態之液晶光學元件，可使電場發生，且該電場含有與前述一對基板之至少一基板面大致平行之方向的電力線。即，因使用含有橫向電場之施加電場機構，所以電場強度不受基板間距離影響。像專利文獻1、2等在施加藉由附一對電極之基板施加電場的縱向電場之情況下，為了獲得高品質的液晶光學元件，會利用晶格間隙讓電場強度大幅度改變，因此必須將晶格間隙保持恆定。相對地，根據本實施形態，無須透過基板間形成電極，可於其中一基板上設置施加電場機構，因此可增加對厚度方向的邊限(margin)。藉此，亦可使用較厚或面平滑性不夠充分的附電極之玻璃基板，尤其容易生產大型的液晶光學元件，相當適宜。於其中一基板形成電極偶時，可藉由光刻步驟、印刷、刻印等形成圖案，故無論基板面積 如何，同樣能形成電極偶之圖案。
此外，由於使用具有正介電各向導性之液晶化合物，因此可增加△ ε之絕對值。所以，可降低驅動電壓，期許省電效益。
以下說明上述實施形態之一變形例，惟本發明不受該等限定。
作為一對對向基板，可將使用2片平面基板的作法改由平面基板及曲面基板形成一對基板。此外，亦可將2片具有曲面部分及平面部分之基板組合製成一對基板，或可將2片曲面基板組合形成一對基板。又，或可使用多面基板。根據本發明之液晶光學元件，係使用含有與至少一基板面為平行方向之電力線的電場，因此就算不像上述專利文獻1、2等保持恆定的晶格間隙，也可提供高品質的液晶光學元件。
以上已說明了使用櫛齒狀之第1電極31及第2電極36作為施加電場機構之例子，換個例子，亦可在同一基板上將其中一電極作成櫛齒狀電極，並將另一電極作成平面狀電極設置在櫛齒狀電極之下層。又，亦可將其中一電極作成狹縫狀電極，並將另一電極作成平面狀電極設置在狹縫狀電極之下層。
此外，在上述實施形態中係採用了未在第2基板20設置電極之構成，但亦可於第2基板上設置第3電極，作成兼具下述模式：對第1電極與第3電極或第2電極與第3電極、或是對第1電極與設為同電位之第2電極及第3電極施 加電場而可施加縱向電場。藉由構成這種模式，在上述實施形態之透射-散射模式中可提高對透明狀態的回應速度，或者在使液晶/硬化性化合物聚合時可在利用外部電場賦予液晶配向之狀態下予以形成，便無須於電極基板設置配向機能層，相當適宜。又，想恢復到液晶分子未施加電壓時的初始狀態時，亦可施加縱向電場。
此外，在上述實施形態係說明具有透射-散射模式之液晶光學元件一例，可適用在折射率等光學特性會產生變化的液晶光學元件上。又，可藉由使用TFT基板作為第1基板，於每一像素控制透射-散射模式。此時，於第1配向機能層之下層形成像素電極(第1電極)、對向電極(第2電極)、開關元件以及將信號供給至開關元件的配線等來作為施加電場機構即可。此外，還可使用濾色基板作為第2基板，以賦予色彩。
又，在上述實施形態中係使用配向調節材作為調節液晶分子之配向的手段，亦可將配向調節材與配向機能層併用來調節液晶分子之配向。
本發明之液晶光學元件可依照有無施加電壓來控制透射-散射，因此很適合應用在液晶光閘、液晶調光裝置、透明顯示器等。又，可依照有無施加電壓來控制光學狀態，因此可作為光學調變元件使用。
此外，亦可利用在可顯示文字或圖樣之展示窗、各種揭示板及汽車的儀表板等。
[實施例]
將90質量%之具有正介電各向導性之向列型液晶(Tc=92℃、△n=0.228、△ ε=17.9)與10質量%之化學式(1)之硬化性化合物1(成為配向調節材之前驅物)混合。再對前述硬化性化合物1混合1質量%之量的光聚合引發劑(苯偶姻異丙基醚)，在設定為60℃之熱攪拌器上加熱攪拌而獲得混合物1。
作為附電極之基板之其一，於玻璃基板上形成ITO薄膜(銦錫氧化物)作為透明電極，並進行圖案化形成櫛板狀且令電極寬為5μm、電極間距離為5μm，而形成出一對櫛齒狀電極。在該玻璃基板之電極上形成一由預斜角約90°之聚醯亞胺薄膜所構成的配向膜。接著，作為另一基板，準備了一玻璃基板，且該玻璃基板僅形成有由預斜角約90°之聚醯亞胺薄膜所構成的配向膜。使前述2片玻璃基板隔著由直徑6μm之樹脂珠所構成的隔件呈相對向並夾持前述混合物1而獲得液晶晶胞。
在該液晶晶胞保持在35℃之狀態下，藉由主波長約365nm之化學燈自上下方照射3mW/cm2紫外線10分鐘，使硬化性化合物1硬化而獲得液晶光學元件。
照射紫外線後，液晶光學元件即呈透明狀態。接下來，對其中一玻璃基板上的前述一對櫛形ITO電極間施加200Hz、40V之矩形波電壓的結果，本元件係呈散射狀態。
本液晶光學元件之5μm寬之電極間的散射特性，係於本元件背面設置光源，並將自未施加電壓之透射 狀態到施加電壓之散射狀態時經由本液晶光學元件通過之光源輝度換算成透射率數據而導出。對本元件施加電壓並在顯示出散射狀態之樣態下，使用光學透鏡以CCD相機擷取預定區域之影像，並從該影像數據測出位在5μm寬之電極間區域的5μm×20μm矩形區域之相關輝度級數。測定係在3點實施並以平均值作評估。
接下來，作為參照元件，使用藉由施加不同級數電壓而顯示從透射狀態至散射狀態之樣態變化的另一個液晶光學元件，以會聚角5°之胥來侖(Schlieren)系光學系統測出電壓-透射率特性。前述參照元件以與前述同樣的方式，利用輝度測定裝置測定在施加不同級數電壓時經由參照元件通過之光源輝度以測定電壓-輝度特性。再從所得電壓-透射率特性與電壓-輝度特性之關連導出輝度-透射率的換算特性。
使用本液晶光學元件測出電壓-輝度特性，並從由參照元件導出之輝度-透射率的換算特性，以會聚角5°之胥來侖系光學系統，僅在本液晶光學元件之櫛形電極間測定透射率。未施加電壓時的透射狀態之透射率為81%，在施加矩形波40V之電壓時的透射率為15%。
1‧‧‧電光學機能層
2‧‧‧液晶化合物
3‧‧‧配向調節材
10‧‧‧第1基板
11‧‧‧第1配向機能層
20‧‧‧第2基板
21‧‧‧第2配向機能層
30‧‧‧施加電場機構
100‧‧‧液晶光學元件

Claims (8)

  1. 一種液晶光學元件，具備一對基板，係彼此相對向且其中至少一者具透光性；電光學機能層，其被前述一對基板所夾持；及施加電場機構，其使電場發生於前述電光學機能層內；前述電光學機能層含有液晶化合物及配向調節材，其中該液晶化合物具有正介電各向導性且顯示出液晶性，該配向調節材則調節前述液晶化合物之配向；前述施加電場機構係構造成可產生電場，該電場含有與前述一對基板之至少一基板面大致平行之方向的電力線。
  2. 如請求項1之液晶光學元件，其在未施加電壓時顯示透明狀態，施加電壓時則顯現讓入射光散射之狀態。
  3. 如請求項1或2之液晶光學元件，其中前述配向調節材係由高分子結構體構成。
  4. 如請求項1至3中任一項之液晶光學元件，其中前述施加電場機構係由形成於前述一對基板中之至少一基板上的第1電極及第2電極所構成，且藉由在前述第1電極與前述第2電極之間施加電壓來產生前述電場。
  5. 如請求項4之液晶光學元件，其中前述第1電極及前述第2電極分別具有多對相互平行的電極偶，並且，前述第1 電極之前述電極偶與前述第2電極之前述電極偶係以與前述基板之基板面相互平行的方式交錯配置。
  6. 如請求項1至5中任一項之液晶光學元件，其中前述液晶化合物之長軸的平均方向在未施加電壓時與前述一對基板之至少一基板面的法線方向大致一致。
  7. 如請求項1至6中任一項之液晶光學元件，其中前述配向調節材為高分子結構體，該高分子結構體含有柱狀樹脂，且該柱狀樹脂至少具有朝前述基板面之法線方向延伸的成分。
  8. 如請求項1至7中任一項之液晶光學元件，其在前述電光學機能層之外側形成有配向機能層，且該配向機能層為垂直配向機能層。
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