JP2008191524A - 液晶光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】散乱・透過のコントラストが大きい、かつ、透過−散乱特性の安定性および生産性に優れる、液晶光学素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の態様１にかかる液晶光学素子は、少なくとも一方が透明である一対の絶縁基板１１、２１と、絶縁基板の各内面に形成された電極１２、２２と、透明基板の内面間に挟持されたカイラルネマティック液晶と硬化物との複合体５０とを備えた液晶光学素子である。旋光方向の異なる複数の光学活性物質を含有し、その一部が未硬化の硬化性化合物であるカイラルネマティック液晶組成物をフォーカルコニック配向とした状態で、硬化性化合物を硬化させることにより複合体５０が得られる。
【選択図】図１

Description

この発明は、液晶光学素子に関する。

液晶光学素子は、低消費電力、薄型、軽量等の利点を有するため、携帯電話、デジタルカメラ、携帯情報端末、テレビ等の多くの電子機器に広く用いられている。その中で、近年、電界により液晶分子の配列を制御して、光散乱状態を変化させる液晶光学素子が提案されている。

また、ＬＣＰＣ（Liquid Crystal Polymer Composite）、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）、ＮＣＡＰ（Nematic Curvilinear Aligned Phase）等、液晶と硬化物との複合体を備えた液晶光学素子（以下、液晶／硬化物複合体素子という）が知られている（特許文献１参照）。一般的に、液晶／硬化物複合体素子では、樹脂相中にネマティック液晶相が均一に分散しており、電圧を印加して樹脂相と液晶相の屈折率の一致／不一致を切替えることにより、光の透過／散乱を制御している。この液晶／硬化物複合体素子は、原理的に偏光板を必要としないため、光透過率が高い。このため、例えば、自動車のサンルーフなどに利用される光シャッター、文字や模様を表示できるショーウィンドウ、各種掲示板、自動車のインストルメントパネル、ウィンドウ等の用途に適している。

しかしながら、上記液晶／硬化物複合体素子では、通常２０ｍａｓｓ％以上、好ましくは３０ｍａｓｓ％以上の硬化物の含有を必須とする。ここで、液晶相が複数の屈折率を有するのに対し、硬化物相は通常単一の屈折率のみを有するため、大型の窓ガラスに適用する場合などには、屈折率が一致している方向以外では、透過時のヘイズ値が大きいという問題があった。すなわち、透過時に、パネルに対し垂直方向から見た場合、パネルは透明に見えるが、斜め方向から見た場合、パネルが充分に透明に見えないという問題があった。また、重合相分離方式により製造される液晶／硬化物複合体素子では、高い耐熱温度すなわち高い相転移温度Ｔ_ｃの液晶相が要求される場合、重合前に均一な液晶混合物から液晶相が析出するのを防止するため、液晶混合物を加熱しながら重合硬化させる必要があった。上記２つの問題点を回避するため、可視外光を選択反射する螺旋ピッチを有するカイラルネマティック液晶に微量の硬化性化合物を添加し、カイラルネマティック液晶のフォーカルコニック配向を安定化させ、電圧非印加時に散乱状態としたＰＳＣＴ（Polymer Stabilized Cholesteric Texture）が開示されている（特許文献２参照）。
特開２０００−１１９６５６号公報 米国特許第５４３７８１１号明細書

しかしながら、特許文献２で開示されるＰＳＣＴでは、電圧非印加時に光散乱状態を示し、電圧印加で透明状態となる液晶光学素子を提供する場合、未硬化の液晶組成物に電圧を印加しながら硬化性化合物を硬化させる必要があった。そのため、特に大型の液晶光学素子では、全体を均一に製造することが困難であり、生産性に劣る問題があった。また、カイラルネマティック液晶のフォーカルコニック配向による光散乱状態を電圧印加で透明状態とするのに必要な動作電圧はカイラルネマティック液晶の螺旋ピッチに依存する。通常螺旋ピッチが大きいほど低い電圧で透明状態とすることができ好ましいが、一方でフォーカルコニック配向での光散乱の強度は、螺旋ピッチが小さい方が高く、透過と散乱でのコントラストが高くなり好ましい。すなわち、従来技術では、低い動作電圧で透過と散乱のコントラストが高い液晶光学素子を得ることは困難であった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、電圧変化に対する散乱・透過のコントラストが大きい、かつ生産性に優れる液晶光学素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の態様１にかかる液晶光学素子は、少なくとも一方が透明である一対の絶縁基板と、前記絶縁基板の各内面に形成された電極と、前記透明基板の内面間に挟持されたカイラルネマティック液晶と硬化物との複合体とを備えた液晶光学素子であって、前記複合体は、旋光性を有する光学活性物質として実質的に未硬化の硬化性化合物を含有するカイラルネマティック液晶組成物中の前記硬化性化合物を硬化させることにより得られるものである。これより、電圧変化に対し散乱・透過コントラストが大きい液晶光学素子が得られる。

本発明の態様２にかかる液晶光学素子は、上記発明の態様において、前記カイラルネマティック液晶組成物をフォーカルコニック配向とした状態で、前記硬化性化合物を硬化させることを特徴とするものである。これにより、確実に、電圧変化に対する散乱・透過のコントラストが大きい液晶光学素子が得られる。

本発明の態様３にかかる液晶光学素子は、上記発明の態様における複合体を構成するカイラルネマティック液晶の螺旋ピッチが、未硬化の硬化性化合物を含むカイラルネマティック液晶組成物の螺旋ピッチよりも大きいことを特徴とするものである。これにより、確実に、電圧変化に対する散乱・透過のコントラストが大きい液晶光学素子が得られる。

本発明の態様４にかかる液晶光学素子は、上記発明の態様において、前記複合体を構成するカイラルネマティック液晶の旋光方向と、前記複合体の前駆体である未硬化の硬化性化合物を含むカイラルネマティック液晶組成物の旋光方向とが、互いに異なることを特徴とするものである。これにより電圧変化に対する散乱・透過のコントラストが大きい液晶光学素子が得られる。

本発明の態様５にかかる液晶光学素子は、上記発明の態様において、硬化性化合物の含有率が液晶組成物全体に対して０．１〜２０ｍａｓｓ％であることを特徴とするものである。これにより、確実に散乱・透過のコントラストが大きい液晶光学素子が得られる。

本発明の態様６にかかる液晶光学素子は、上記発明の態様において、カイラルネマティック液晶組成物が、光学活性物質でない未硬化の硬化性化合物を含有することを特徴とするものである。これにより、液晶光学素子中の硬化物の含有量を調整することができ電圧印加による透過―散乱の動作を安定化させることができる。

本発明の態様７にかかる液晶光学素子は、上記発明の態様において、ネマティック液晶は正の誘電異方性を有することを特徴とするものである。これにより、電圧印加時に透過状態となる液晶光学素子が得られる。

本発明の態様８にかかる液晶光学素子は、上記発明の態様において、硬化性化合物を硬化させる硬化剤を含有することを特徴とするものである。これにより、生産性に優れる液晶光学素子が得られる。

本発明の態様９にかかる液晶光学素子の製造方法は、カイラルネマティック液晶と硬化物との複合体とを備えた液晶光学素子の製造方法であって、少なくとも一方が透明である一対の絶縁基板の各内面に電極を形成する工程と、旋光性の方向がお互いに異なる複数の光学活性物質を含有し、その一部のみが未硬化の硬化性化合物であるカイラルネマティック液晶組成物を介し、前記透明基板の内面同士を対向させて当該透明基板を貼り合わせる工程と、前記カイラルネマティック液晶組成物をフォーカルコニック配向とする工程と、前記液晶組成物中の前記硬化性化合物を硬化させることにより前記複合体を形成する工程とを備えるものである。これにより、電圧変化に対する光透過率の変化が急峻であり、かつ、透過−散乱特性の安定性および生産性に優れる、液晶光学素子が得られる。

本発明の態様１０にかかる液晶光学素子の製造方法は、上記発明の態様において、前記複合体を構成するカイラルネマティック液晶の螺旋ピッチは、前記複合体の前駆体である未硬化の硬化性化合物を含むカイラルネマティック液晶組成物の螺旋ピッチよりも大きいことを特徴とするものである。これにより、より低い印加電圧で透明状態となる液晶光学素子が得られる。

本発明の態様１１にかかる液晶光学素子の製造方法は、上記発明の態様において、カイラルネマティック液晶に電圧を印加してフォーカルコニック配向とすることを特徴とするものである。これにより、未硬化の液晶組成物を容易にフォーカルコニック配向させることができる。

本発明により、散乱・透過のコントラストが大きい、かつ、透過−散乱特性の安定性および生産性に優れる、液晶光学素子およびその製造方法を提供できる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。

図１は、本発明の実施の形態にかかる液晶光学素子の構成の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態にかかる液晶光学素子１は、第１の透明基板１１、第１の透明電極１２、第１の絶縁膜１３、第１の配向膜１４、第２の透明基板２１、第２の透明電極２２、第２の絶縁膜２３、第２の配向膜２４、シール材３０、スペーサ４０および複合体層５０を備えている。

具体的には、液晶光学素子１は、第１の透明基板１１と第２の透明基板２１とが互いに対向し、第１および第２の透明基板１１、２１の間で液晶／硬化物の複合体層５０を挟持して構成されている。

第１および第２の透明基板１１、２１は絶縁基板であり、例えば、ガラス基板や、ポリカーボネート、アクリル樹脂などからなるフィルム基板等が用いられる。ただし、本実施の形態では、第１および第２の透明基板１１、２１としたが、必ずしも両方の基板が透明である必要はなく、一方のみが透明であってもよい。
第１の透明基板１１の内面上には、複数の第１の透明電極１２がストライプ状に形成されている。一方、第２の透明基板２１の内面上には、複数の第２の透明電極２２がストライプ状に形成されている。なお。複数の第２の透明電極２２は、複数の第１の透明電極１２に対して略直交して交差するように形成されている。第１および第２の透明電極１２、２２は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる。第１および第２の透明電極１２、２２のうち、いずれか一方は、Ａｌや誘電体多層膜の反射電極であってもよい。もちろん、電極の形状は直交するストライプ状のものに限られることはなく、基板面全体が一つの電極であったり、特定のマークやキャラクターを表示できるものでも良い。

第１および第２の絶縁膜１３、２３は、各々第１および第２の透明電極１２、２２を覆うように形成されている。第１および第２の絶縁膜１３、２３は、電気絶縁性を向上させるためのものであり、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の金属酸化物やその他の絶縁性物質からなる。なお、第１および第２の絶縁膜１３、２３はなくてもよい。

第１および第２の絶縁膜１３、２３上には各々第１および第２の配向膜１４、２４が形成されている。配向膜１４、２４は、複合体層５０内の液晶を所定の方向に配向させるため、液晶と接するように形成されている。硬化前駆体のカイラルネマティック液晶組成物の配向を安定させるためには配向膜を用いた方が好ましいが、配向膜１４、２４はなくてもよい。

シール材３０は、第１および第２の透明基板１１、２１の間において、第１および第２の透明基板１１、２１の周縁に沿って形成されている。第１および第２の透明基板１１、２１は、シール材３０により接合されている。シール材３０の材料には、例えば、紫外線硬化樹脂（以下、ＵＶ樹脂という）や熱硬化性樹脂が用いられる。第１および第２の透明基板１１、２１の内面間距離すなわち複合体層５０の厚さ（セルギャップ）は一定であり、シール材３０の高さは、第１および第２の透明基板１１、２１の内面間の距離と等しくなっている。すなわち、液晶光学素子１はフラットな形状である。

スペーサ４０は、第１および第２の透明基板１１、２１とシール材３０に囲われた空間内に、均一に散布されている。スペーサ４０は、セルギャップを制御する。セルギャップすなわちスペーサ４０の直径は２〜５０μｍが好ましく、４〜３０μｍがさらに好ましい。セルギャップが小さすぎると透過状態と散乱状態のコントラストが低下し、大き過ぎると駆動電圧が上昇する。スペーサ４０は、例えば、ガラス粒子、シリカ粒子、架橋したアクリル粒子等の硬質な材料からなる。なお、球状でなく、リブ状のスペーサを一方の基板に形成したものでもよい。

複合体層５０は、第１および第２の透明基板１１、２１とシール材３０に囲われた空間内に封入されている。複合体層５０は、液晶と微量の光硬化性樹脂の混合物からなる。光硬化性樹脂の含有率は、０．１〜２０ｍａｓｓ％であることが好ましい。０．１ｍａｓｓ％未満では、散乱状態において、カイラルネマティック液晶のフォーカルコニック配向を固定化することができず、電圧非印加時の光散乱を安定的に呈することができない。一方、２０ｍａｓｓ％を越えると、従来の液晶／硬化物複合体素子と同様に透過状態でのヘイズ値が増大する。また、さらに好ましくは、硬化物の含有率が０．５〜１０ｍａｓｓ％であり、散乱状態での散乱強度を高く、透過−散乱が切り替わる電圧値を低くすることができる。

複合体層５０の原料たる液晶組成物としては、ネマティック液晶に旋光性を有する少なくとも２種の光学活性物質を添加したカイラルネマティック液晶を用いる。ここで、上記２種の光学活性物質のうちの一方のみが未硬化の硬化性化合物である。なお、２種類以上のネマティック液晶を組み合わせて用いてもよい。ネマティック液晶に旋光性を有する光学活性物質すなわちカイラル剤を所定量以上添加すると、螺旋構造を有するカイラルネマティック液晶（コレステリック液晶ともいう）に相変化する。ここで、螺旋構造の周期すなわち螺旋ピッチｐは、カイラル剤の濃度ｃおよびＨＴＰ（Helical Twisting Power）を用い、ｐ＝１／（ｃ・ＨＴＰ）で表現される。

ここで、カイラルネマティック相であるとは、第１の透明基板１１と第２の透明基板２１間における液晶のツイスト角θとすると、θ＞３６０°であることをいう。換言すると、セルギャップｄの場合、カイラルネマティック相であるとは、液晶の螺旋ピッチｐ＜ｄであることをいう。液晶のツイスト角は、例えば、少なくとも片方の基板の内面にラビング処理を施したプレチルト角が１０°以下となる配向膜を備えた一対の透明基板に液晶組成物を挟持して、偏光顕微鏡観察において偏光板を回転させながら透過光を観察することで測定できる。また、くさび形状のセルに液晶組成物を挟持して、その回位線間の距離の観察によって求めることができる。

また、複数のカイラル剤のうち、一部のカイラル剤は未硬化の硬化性化合物である。この硬化性化合物は、液晶組成物を電極付き基板に挟持した後に、硬化剤により硬化性化合物を硬化させることによりカイラルネマティック液晶のフォーカルコニック配向を固定化する。同時に、硬化により高分子化することでカイラル剤としての旋光機能の一部または全部を喪失する。そのため、カイラルネマティック液晶の螺旋ピッチｐが変化する。透過・散乱のコントラストが大きい液晶光学素子を得るためには、硬化前のカイラルネマティック液晶組成物のフォーカルコニック配向による光散乱の強度を高くするために螺旋ピッチ小さいカイラルネマティック液晶組成物を提供し、硬化後にはフォーカルコニック配向を透明状態に変化させる動作電圧を低くするために螺旋ピッチが大きくなるよう、すなわち、本発明に係る液晶複合体の螺旋ピッチ変化は、硬化性を有する未硬化の光学活性物質の硬化により螺旋ピッチが大きくなるように液晶組成物を調整するのが好ましい。

例えば、一方のみが未硬化の硬化性化合物であり、同じ旋光性の方向を有する２種類のカイラル剤のみを添加した場合、硬化後の螺旋ピッチは大きくなる。更に、ある一方向の旋光性の方向を有する未硬化の硬化性カイラル剤に、逆方向のカイラル剤を加えることで、硬化後において効果前と逆方向に大きい螺旋ピッチを持つカイラルネマティック液晶とすることが可能であり、この場合、硬化の過程において螺旋ピッチが有さないネマティック液晶状態を経由することになる。ここで、ネマティック液晶であるとは、ツイスト角θがθ≦３６０°であること、すなわち、ｐ≧ｄであることをいう。

硬化性を有するカイラル剤としては、例えば、ＢＡＳＦ社製のＰａｌｉｏｃｏｌｏｒ ＬＣ ７５６のような右旋性（Right-handed）の旋光性化合物が好適である。もちろん、硬化性を有するカイラル剤として左旋性の硬化性化合物を使用してもよい。自然界に存在する旋光性物質を原料にして旋光性化合物を準備すると比較的安価に右旋性の化合物を提供することができる。硬化性化合物の硬化に起因し、その硬化過程においてカイラルネマティック液晶の螺旋ピッチが長くなる方向に相変化するような液晶組成物であれば、本発明の効果を発現させることができる。

以上から、本発明にかかる液晶組成物は、複数の光学活性物質を含有し、全体としてカイラルネマティック相を示す液晶組成物であり、かつ、その光学活性物質の一部が未硬化の硬化性化合物であるため、硬化後のカイラルネマティック液晶分子の螺旋ピッチが、硬化前のカイラルネマティック液晶分子の螺旋ピッチよりも長くなる液晶組成物であると言うこともできる。また、上述の通り、カイラル剤の含有量とＨＴＰとにより液晶組成物全体の螺旋ピッチを調整する。この硬化前の液晶組成物をフォーカルコニック配向とした後、硬化性を有するカイラル剤を硬化させることにより液晶／硬化物複合体を形成する。ここで、未硬化の液晶組成物の螺旋ピッチがフォーカルコニック配向時の液晶組成物の光散乱状態の様態に大きく影響する。すなわち、未硬化の液晶組成物が強い光散乱を示す状態で硬化性化合物を硬化させて、液晶／硬化物複合体を形成すると、電圧の印加／非印加での透過状態と光散乱状態の光学的なコントラストの高い電気光学素子が得られ、好ましい。未硬化のカイラルネマティック液晶組成物の螺旋ピッチとしては、０．５μｍ〜２μｍが好ましい。さらに好ましくは、０．６μｍ〜１μｍの螺旋ピッチの液晶組成物がフォーカルコニック配向した場合の光散乱特性が良好である。

一方、本発明においては、未硬化の液晶組成物がフォーカルコニック配向以外の場合にも実現可能である。未硬化の液晶組成物が接する基板面に設置した配向膜がプレチルト角１０°以下で、かつ、一方向にラビング処理が施されている場合、液晶組成物は基板面にほぼ垂直方向にヘリカル軸を持つプレナー配向となる場合がある。未硬化の液晶組成物をプレナー配向として、含有する硬化性化合物を硬化させて、電圧非印加状態で光散乱を示し、電圧印加で透過状態となる液晶光学素子を形成することもできる。ただし、光散乱状態と透過状態でのコントラストは、未硬化の液晶組成物をフォーカルコニック配向させる場合の方が良好である。

本発明の効果は、液晶組成物の誘電率異方性（Δε）が正の場合でも負の場合でも発現可能であり、また、基板内面に備える配向膜のプレチルトも１０°以下の場合や６０°以上の場合、いずれにおいても発現できる。さらに配向膜にラビング処理を行ってもよい。

正の誘電率異方性を有する当該カイラルネマティック液晶組成物をフォーカルコニック配向させ、その後、当該液晶組成物中に含まれる硬化性を有するカイラル剤を硬化させると、硬化反応により生成する硬化物が、硬化反応の過程で出現する、より長い螺旋ピッチを有するカイラルネマティック液晶のフォーカルコニック配向を、効果的に固定化して複数の領域（ドメイン）に分割することができる。ドメインに分割されたカイラルネマティック液晶のフォーカルコニック配向は、ドメイン毎に異なるヘリカル軸を有し、そのヘリカル軸はランダムに配向する。硬化物により固定化されたフォーカルコニック配向により、電圧非印加時に光散乱状態が得られる。一方、電圧印加時は、各ドメインにおいて正の誘電異方性を有するカイラルネマティック液晶分子がホメオトロピック配向となり、透過状態が得られるものと推察される。

本発明にかかる液晶光学素子は、電圧変化に対する散乱・透過のコントラストが大きい。これは上述の通り、カイラルネマティック液晶分子の螺旋ピッチが硬化過程において長くなる方向へと変化することが起因していると考えられる。カイラルネマティック液晶に電界を印加した状態で硬化性化合物を硬化させて、その配向状態を安定化させる文献２に記載のＰＳＣＴとは全く異なる。液晶光学素子形成の過程において、液晶組成物に電圧を印加しながら硬化性化合物を硬化させる必要がなく、硬化させる前に未硬化の液晶組成物に、フォーカルコニック配向などの所定の配向状態を付与しておけば良い。ここで、カイラルネマティック液晶がその本質として有する配向記憶能力を利用して、電界の印加などの外部刺激を未硬化の液晶組成物に与えることで、フォーカルコニック配向を記憶させ、効果的な光散乱状態付与した上で硬化性化合物を硬化させると、電圧非印加状態での光散乱能力を向上させることができ、好ましい。

また、重合相分離方式を用いないため、未硬化の液晶混合物からの液晶相の析出を防止するために加熱する必要もない。

硬化前後でカイラルネマティック液晶の螺旋ピッチが長くなる方向へと変化しながら、カイラルネマティック液晶のフォーカルコニック配向が固定化され、複数のドメインに分割されることにより散乱状態を得る。短い螺旋ピッチで硬化するため強い散乱能は保持され、素子中のカイラルネマティック液晶は硬化前より大きい螺旋ピッチを有するため、低い電圧においてホメオトロピック配向へと変化することで透過状態を示すようになる。

なお、誘電率異方性の極性は、正負どちらでも本発明に開示される硬化性化合物の硬化前後における液晶の相変化を実現可能であるが、電圧非印加時と印加時の光学的コントラストが高い電気光学素子を得るには正の誘電異方性の液晶を用いることが好ましい。また、駆動電圧を低減するためには、誘電率異方性が大きい方が好ましい。さらに、散乱強度を高めて、透過−散乱のコントラストを改善するためには、液晶組成物の屈折率異方性（Δｎ）を大きくすることが好ましい。一方、誘電率異方性が大き過ぎると液晶組成物の電気絶縁性（比抵抗値）が低下するおそれがある。また、屈折率異方性が大き過ぎると、紫外線に対する耐久性が低下するおそれもある。

また、硬化性化合物を硬化させるには、重合開始剤を用いることが好ましい。例えば、光重合を用いる場合、ベンゾインエーテル系、アセトフェノン系、フォスフィンオキサイド系などの一般的な光重合開始剤を用いることができる。

さらに、コントラスト比や安定性の向上を目的として、種々の化合物を添加することもできる。例えば、コントラストの向上を目的として、アントラキノン系、スチリル系、アゾメチン系、アゾ系等の各種二色性色素を用いることができる。その場合、二色性色素は、基本的に液晶化合物と相溶し、硬化性化合物とは不相溶であることが好ましい。この他に、酸化防止剤、紫外線吸収剤、各種可塑剤の添加も、安定性や耐久性向上の点から好ましい。

次に、液晶光学素子１の製造方法について説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかる液晶光学素子の製造フローの一例を示す図である。図２に示すように、本製造フローはＳＴ２０１〜ＳＴ２０７までの７ステップからなる。

まず、第１および第２の透明基板１１、２１の内面上に第１および第２の透明電極１２、２２を形成するための透明電極膜を、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成する（ＳＴ２０１）。透明電極膜としては、上述の通り、ＩＴＯが好適である。この透明電極膜を、例えば、フォトリソグラフィ法により所望の文字や模様の形状にパターニングして、第１および第２の透明電極１２、２２を形成する。

次に、第１および第２の絶縁膜１３、２３を、ゾルゲル法、スパッタリング法、真空蒸着法等により、各々第１および第２の透明電極１２、２２を覆うように形成する（ＳＴ２０２）。

次に、第１および第２の絶縁膜１３、２３上に、各々第１および第２の配向膜１４、２４を形成する（ＳＴ２０３）。第１および第２の配向膜１４、２４は、カイラルネマティック相を示す未硬化の液晶組成物を一対の電極付き基板間で所定の方向に配向させるため、液晶と接するように形成する。上述の通り、透明基板１１、２１のそれぞれに形成された配向膜１４、２４のうち、少なくとも一方を、液晶を透明基板１１、２１の内面に水平に配向させるように形成する。具体的には、プレチルト角１０°以下の配向膜を形成することが好ましい。また、液晶組成物を均一に配向させるため、ラビング処理を施してもよい。

次に、第１または第２の透明基板１１、２１の内面上に、散布機を用いてスペーサ４０の粒子を散布する（ＳＴ２０４）。

次に、第１または第２の透明基板１１、２１の内面上に、当該第１または第２の透明基板１１、２１の周縁に沿って、シール材３０を塗布する（ＳＴ２０５）。ここで、シール材３０には、ＵＶ樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。なお、シール材３０がスペーサを含んでいてもよい。

次に、上記第１または第２の透明基板１１、２１を貼り合わせ、これにより形成されたセル内に液晶組成物を充填する（ＳＴ２０６）。ここで、２カ所以上の設けたシール材の切り欠きの一方を液晶組成物に浸し、他方より吸引する。または、ＯＤＦ（one-drop-fill）法を用いて、第１または第２の透明基板１１、２１の内面に、液晶組成物を滴下し、減圧下で、第１および第２の透明基板１１、２１の間をシール材３０により貼り合わせてもよい。このＯＤＦ法は、真空装置を要するが、上記吸引法に比べ、短時間で、液晶組成物を充填でき、大型液晶光学素子の製造に効果的である。ただし、上記以外の方法を用いてもよい。なお、ＯＤＦ法は、液晶滴下法、真空滴下法などとも呼ばれる。

次に、カイラルネマティック液晶組成物を、電圧印加によりフォーカルコニック配向とした後に、液晶組成物中の硬化性化合物を硬化させる（ＳＴ２０７）。硬化性化合物が光硬化性化合物の場合には、紫外線光源などにより露光し、硬化させる。露光により、光硬化性化合物が硬化し、液晶／硬化物の複合体層５０が形成される。また、上述のＯＤＦ法の場合にシール材３０として光硬化性のシール材を使用した場合、同時にシール材を硬化させることもできる。なお、シール材３０に光硬化性樹脂を用いない場合、シール材の硬化は別途行う必要がある。

以下に、本発明にかかる実施例を示す。透過率は、シュリーレン光学系にて測定した。

［実施例］
正の誘電率異方性を示すネマティック液晶（メルク社製：品名ＢＬ−００２、Ｔｃ＝７２℃、Δｎ＝０．２４６、Δε＝１６）に、左旋性の光学活性物質(メルク社製 : Ｓ-１０１１ )を添加し、螺旋ピッチが２．５μｍの左旋性カイラルネマティック液晶とした。これに、更に右旋性の光学活性物質（ＢＡＳＦ社製：Ｐａｌｉｏｃｏｌｏｒ ＬＣ７５６）を添加し、螺旋ピッチが０．７μｍの右旋性カイラルネマティック液晶とした。上記右旋性の光学活性物質は未硬化の光硬化性化合物であり、上記液晶組成物におけるその含有率は３．０ｍａｓｓ％である。さらに、上記液晶組成物に含まれる光硬化性化合物に対し、約１ｍａｓｓ％の光重合開始剤（ベンゾインイソプロピルエーテル）を添加することにより、本発明にかかる液晶組成物（液晶組成物Ａ）を得た。

次に、透明電極としてＩＴＯ薄膜（インジウム錫酸化物）を内面に設けた一対のガラス基板のＩＴＯ電極上に、絶縁層としてＳｉＯ₂−ＴｉＯ_２系の金属酸化物薄膜（セイミケミカル社製：ＭＩＣ−５５）を約５０ｎｍの厚みに形成する。さらにその上にプレチルト角が１０°以下となるポリイミド薄膜からなる配向膜を形成する。一対のこのガラス基板を、直径４μｍの樹脂ビーズからなるスペーサを介して対向させ、液晶組成物を注入するための孔以外をエポキシ樹脂により封止してセルを作製した。このセル内に上記液晶組成物Ａを室温にて真空注入法により充填した後、注入孔を室温硬化性の封着材にて封止した。次に、上記一対のＩＴＯ電極間に実効値２０Ｖでパルス幅が５００ｍｓのバイポーラーの矩形波パルスを印加したところ、このセルは白濁して均一な光散乱状態を示した。室温にて、ガラス基板面に中心波長が３６５ｎｍで照射強度が３０Ｗ／ｍ^２の紫外線をセルの両面から１０分間照射して、硬化性化合物を硬化させることにより液晶光学素子を得た。

紫外線照射後、液晶光学素子は光散乱能を有していた。紫外線照射により、フォーカルコニック配向を保持したままドメイン毎にランダム配向し、安定化したものと考えられる次に、上記一対のＩＴＯ電極間に２００Ｈｚ、５０Ｖの矩形波電圧を印加したところ、液晶光学素子は透明となり、電圧印加を除去すると再び元の光散乱状態となった。すなわち、電圧印加時に透過状態、電圧非印加時に散乱状態となる液晶光学素子が得られた。

得られた液晶光学素子の上記一対のＩＴＯ電極間に２００Ｈｚの矩形波電圧を、１０Ｖ／ｍｉｎの速度で、０Ｖから５０Ｖまで印加させ、素子透過率の変化を集光角５°のシュリーレン光学系にて測定した。このとき、電圧非印加時の透過率をＴｓ、５０Ｖ印加した際の透過率をＴｔとして、素子のコントラストＣ＝Ｔｔ／Ｔｓと定義した。測定の結果、本素子の透過・散乱のコントラストは１０であり、良好なコントラストを示した。

本発明にかかる液晶組成物Ａを用いれば、特許文献２に記載のＰＳＣＴと異なり、液晶光学素子形成の過程において、未硬化の液晶組成物に電圧を印加しながら硬化性化合物を硬化させる必要がない。

［比較例１］
正の誘電率異方性を示すネマティック液晶（メルク社製：品名ＢＬ００２、Ｔｃ＝７２℃、Δｎ＝０．２４６、Δε＝１６）に、右旋性の光学活性物質（メルク社製：Ｓ−１０１１）を添加し、螺旋ピッチが２．５μｍの右旋性カイラルネマティック液晶とした。これに、未硬化の液晶組成物中の硬化性化合物の含有量が実施例と等しくなるよう、下記化学式（１）で示される光学活性物質でない硬化性化合物（硬化性化合物Ｒ）を、（１）を含む全体に対して３ｍａｓｓ％となるように添加した。

さらに、上記液晶組成物に含まれる光硬化性化合物に対し、約１ｍａｓｓ％の光重合開始剤（ベンゾインイソプロピルエーテル）を添加することにより、本発明にかかる液晶組成物（液晶組成物Ｂ）を得た。

液晶組成物Ｂを同様に真空注入法にて実施例１と同様のセルに注入して注入孔を封止した。次に、このセルの電極端子部に、実効値３Ｖでパルス幅が５００ｍｓのバイポーラーの矩形波パルスを印加したところ、このセルは弱い光散乱状態を示した。実施例１と同様にして、このセルに紫外線を照射して硬化性化合物を硬化させることにより液晶光学素子を得た。次に同様に、上記一対のＩＴＯ電極間に２００Ｈｚ、５０Ｖの矩形波電圧を印加したところ、液晶光学素子は透明となった。すなわち、電圧印加時に透過状態、電圧非印加時に散乱状態となる液晶光学素子が得られた。同様に集光角５°のシュリーレン光学系にて、本素子の透明状態と白濁状態とのコントラストを室温にて測定したところ、３であった。

［比較例２］
正の誘電率異方性を示すネマティック液晶（メルク社製：品名ＢＬ００２、Ｔｃ＝７２℃、Δｎ＝０．２４６、Δε＝１６）に、右旋性の光学活性物質（メルク社製：Ｓ−１０１１）を添加し、螺旋ピッチが０．７μｍの右旋性カイラルネマティック液晶とした。これに、更に光学活性物質でない硬化性化合物（硬化性化合物Ｒ）を、（１）を含む全体に対して３ｍａｓｓ％となるように添加した。さらに、上記液晶組成物に含まれる光硬化性化合物に対し、約１ｍａｓｓ％の光重合開始剤（ベンゾインイソプロピルエーテル）を添加することにより、本発明にかかる液晶組成物（液晶組成物Ｃ）を得た。

液晶組成物Ｃを同様に真空注入法にて実施例１と同様のセルに注入して注入孔を封止した。次に、このセルの電極端子部に、実効値２０Ｖでパルス幅が５００ｍｓのバイポーラーの矩形波パルスを印加したところ、このセルは白濁して均一な光散乱状態を示した。実施例１と同様にして、このセルに紫外線を照射して硬化性化合物を硬化させることにより液晶光学素子を得た。次に同様に、上記一対のＩＴＯ電極間に２００Ｈｚ、５０Ｖの矩形波電圧を印加したところ、液晶光学素子は透明となった。同様に集光角５°のシュリーレン光学系にて、本素子の透明状態と白濁状態とのコントラストを室温にて測定したところ、７であった。

本発明の実施の形態にかかる液晶光学素子の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態にかかる液晶光学素子の製造フローの一例を示す図である。

符号の説明

１ 液晶光学素子
１１ 第１の透明基板
１２ 第１の透明電極
１３ 第１の絶縁膜
１４ 第１の配向膜
２１ 第２の透明基板
２２ 第２の透明電極
２３ 第２の絶縁膜
２４ 第２の配向膜
３０ シール材
４０ スペーサ
５０ 複合体層

Claims (11)

1. 少なくとも一方が透明である一対の絶縁基板と、
   前記絶縁基板の各内面に形成された電極と、
   前記透明基板の内面間に挟持されたカイラルネマティック液晶と硬化物との複合体とを備えた液晶光学素子であって、
   前記複合体は、旋光性を有する光学活性物質として実質的に未硬化の硬化性化合物を含有するカイラルネマティック液晶組成物中の前記硬化性化合物を硬化させることにより得られる液晶光学素子。
2. 前記カイラルネマティック液晶組成物をフォーカルコニック配向とした状態で、前記硬化性化合物を硬化させることを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
3. 前記複合体を構成するカイラルネマティック液晶の螺旋ピッチは、前記複合体の前駆体である未硬化の硬化性化合物を含むカイラルネマティック液晶組成物の螺旋ピッチよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶光学素子。
4. 前記複合体を構成するカイラルネマティック液晶の旋光方向と、前記複合体の前駆体である未硬化の硬化性化合物を含むカイラルネマティック液晶組成物の旋光方向とが、互いに異なることを特徴とする請求項請求項１〜３のいずれかに記載の液晶光学素子。
5. 前記硬化性化合物の含有率が液晶組成物全体に対して０．１〜２０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶光学素子。
6. 前記カイラルネマティック液晶組成物が、光学活性物質でない未硬化の硬化性化合物を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶光学素子。
7. 前記ネマティック液晶は正の誘電異方性を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液晶光学素子。
8. 前記硬化性化合物を硬化させる硬化剤を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶光学素子。
9. カイラルネマティック液晶と硬化物との複合体とを備えた液晶光学素子の製造方法であって、
   少なくとも一方が透明である一対の絶縁基板の各内面に電極を形成する工程と、
   旋光方向の異なる複数の光学活性物質を含有し、その一部が未硬化の硬化性化合物であるカイラルネマティック液晶組成物を介し、前記透明基板の内面同士を対向させて当該透明基板を貼り合わせる工程と、
   前記カイラルネマティック液晶組成物をフォーカルコニック配向とする工程と、
   前記液晶組成物中の前記硬化性化合物を硬化させることにより前記複合体を形成する工程とを備える液晶光学素子の製造方法。
10. 前記複合体を構成するカイラルネマティック液晶の螺旋ピッチは、前記複合体の前駆体である未硬化の硬化性化合物を含むカイラルネマティック液晶組成物の螺旋ピッチよりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の液晶光学素子の製造方法。
11. 前記カイラルネマティック液晶組成物に電圧を印加してフォーカルコニック配向とすることを特徴とする請求項９又は１０に記載の液晶光学素子の製造方法。

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