JP6927876B2 - ポリマー含有散乱型液晶素子の製造方法及びポリマー含有散乱型液晶素子 - Google Patents

Description

本発明は、ヒステリシス特性が改善されたポリマー含有散乱型ＶＡ液晶素子に関する。

市販の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の多くは、液晶材料の複屈折を利用し、透過光の偏光状態を輝度レベルへと変換する１つ又は２つの偏光子を必要とする。一方で、光の散乱に基づき、偏光シートを必要としないＬＣＤがある。散乱性液晶素子は、電圧をかけることによって透明状態から白濁状態へ切り替わり、それにより光透過率を制御する素子である。偏光板による吸収がないため、そのような素子はより高い光透過率を提供する。これらの特性のため、散乱型液晶素子はまた、ウィンドウを透過性から不透明状態へ変換することができる切り替え可能なウィンドウとしても使用される。２種類の散乱性液晶素子がある：１つ目は、電圧がかけられていないとき散乱状態にあり、電圧をかけると透明状態へと変化する、ノーマルタイプである。２つ目は、電圧をかけないと透明であり、電圧をかけると散乱状態へと変化する、リバースタイプである。ノーマルタイプは、通常、携帯電話用ディスプレイ又はガラスウィンドウの透明−不透明切り替え用に使用される。セグメント型ディスプレイ素子に使用するためには、典型的には、ディスプレイ全体は散乱状態にあり、そして、電極部は電圧をかけると透明になる。投写型ディスプレイに使用するためには、ディスプレイ表面が透明であり、電極部が電圧をかけると散乱状態へ変化するような、リバースタイプが好ましい。

散乱型液晶素子の多くは、液晶材料がポリマー中に分散された複合材料に基づく。「ポリマー分散型液晶」（ＰＤＬＣ）という名称は、科学技術及び関連素子に広く使用されている。

ＥＰ０４８８１１６Ａ２は、電場が印加されていないとき透明であるリバースタイプのポリマー分散液晶素子の構成を記載している。それは、ポリマー及び液晶が相互に分散されており、電場が印加されていないとき双方が同じ方向に配向される、液晶ポリマー複合層を使用する。液晶のアラインメントは、基板に対して平行であっても垂直であってもよい。アラインメントが基板に平行であるなら、正の誘電率異方性を有する液晶が使用され、一方、垂直アラインメント（ＶＡ）の場合には負の誘電率異方性を有する液晶が使用される。液晶をアラインするために、基板表面のアラインメント処理が、例えば、平行又は垂直アラインメント特性を有するアラインメント層をそれぞれデポジットすることによって実施され得る。平行アラインメントの場合、その後のアラインメント層のブラッシングが基板面内の配向方向を規定するが、一方、垂直アラインメントの場合にはさらなるアラインメント処理は必要ない。例として、ポリマー対液晶の比率は、およそ１：１０又は１５：８５である。ＥＰ０４８８１１６Ａ２は、液晶の最適量が５０乃至９７％であること、並びに、液晶含量が９７％よりも高いと適切なコントラストが生成されないことを教示している。組成物がポリマー前駆体を含むならば、そのプレポリマーは、室温での紫外線への曝露によって重合される。

多くのＰＤＬＣ素子の欠点は、ヒステリシスと呼ばれる、電圧を増加及び減少させて測定された電圧−透過曲線の不一致である。

H. Murai et. al., J. Appl. Phys. 81(4), p. 1962 はホメオトロピックなリバースモードポリマー液晶素子を開示し、１乃至５重量％のポリマー含量について検討した。当該ポリマーは、液晶相でモノマー反応を開始して、その結果としてホメオトロピック方向にアラインされたポリマーネットワークを生じさせることによって形成されている。その液晶中の３乃至５重量％のモノマー含量は、良好な特性を与えることが判明した。含量が３重量％未満であるならば、不十分なオン状態の散乱があり、そして、しばしば、その透過率は、かけた電圧を切っても初期値に戻らない。その実験では、セル基板をホメオトロピックなアラインメント層で覆ったが、ラビング処理を適用していなかった。

ＪＰ２０００３４７１４は、ポリマー分散体を含む液晶層を有するＶＡ−ＬＣＤを開示している。当該液晶層は、液晶とモノマーの混合物を一対の基板の間に提供し、そして、液晶が液晶相にある間に当該モノマーを重合することによって製造されている。形成されたポリマー分散体は、液晶層中で液晶分子のプレチルト角を維持する。

ＵＳ５，４９６，４９７は、液晶並びに単官能性及び二官能性アクリラート成分を含む組成物を開示しており、後者の２つは特定の範囲内で極性を有する。そのような組成物で製造されたＰＤＬＣ素子は、低下したヒステリシスを示す。

ポリマー分散型液晶素子の利点の１つは、それがオン状態とオフ状態の間の輝度差を観測するための偏光子を必要としないことであるが、そのような偏光子を依然として備えることができ、その場合、より高いコントラストの利点を有する。ノーマルタイプのＶＡポリマー分散型ＬＣＤの場合、コントラストは特に高い。しかしながら、当該技術分野の最先端のＶＡポリマー分散型液晶ディスプレイのヒステリシスは高すぎて、濃淡画像を高品質で表示できない。

それゆえ、本発明の目的は、ヒステリシスが低下した散乱型ＶＡ液晶素子並びに当該素子を製造するための方法を提供することである。

上記の目的は、以下の工程を含む、ポリマー含有散乱型ＶＡ液晶素子を製造するための方法によって達成される：電極を有する２つの基板を準備する工程；基板の間のギャップを介して対向する内側に電極を有する２つの基板を配置することによってセルを製造する工程；負の誘電率異方性を有する液晶材料及びポリマー前駆体を含む液晶混合物をセルに充填する工程；セルに液晶混合物を充填する前又は後のいずれかに、液晶混合物が基板に対する法線方向から傾斜したプレチルト角で配向されるように液晶混合物にアラインメント処理を適用する工程、並びにポリマー前駆体を液晶混合物の透明化温度（clearing temperature）よりも高い温度で重合する工程。

上記の製造方法は、ポリマー分散型ＶＡ液晶素子へと導く。上述した公知のＰＤＬＣ素子と混同しないために、本発明に係る素子には、ポリマー含有散乱型ＶＡ液晶素子という用語を使用する。いかなる偏光子も接続することなく、本発明に係る素子は、電圧をかけない限り透過性であり、そして、電圧を当該素子の電極にかけると入射光を散乱する。

ポリマー前駆体は、好ましくは単官能性、二官能性又は多官能性モノマー、より好ましくは単官能性、二官能性又は多官能性アクリラートである。また、液晶混合物が複数のポリマー前駆体を含むことも可能である。ポリマー前駆体は、等方性材料であってよいが、少なくとも１つのポリマー前駆体が液晶相を有することが好ましい。

液晶混合物は、好ましくは、重合開始剤を含む。光重合が望まれるならば、液晶混合物は、光重合開始剤を含むことが好ましい。

液晶材料に関する主な必要条件は、誘電率異方性が負であることである。しかしながら、液晶材料は、ゼロ又は正の誘電率異方性を有する化合物も含む混合物であってもよい。

好ましくは、上記の方法から生じたポリマーは、液晶材料から相分離している。

液晶材料、そして好ましくは液晶材料中のポリマーをも基板に対する法線方向から傾斜した特定の方向でアラインする効果は、当該素子を実質的にヒステリシスなしに切り替えることができることである。したがって、本発明の方法を使用することによって製造されたセグメントディスプレイ、受動マトリックスディスプレイ及びＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などの能動素子を使用した直視型透過又は投写型ディスプレイの表示性能は、顕著に改善される。また、ウインドウペインの調光に使用される場合、電圧がかけられていないとき透明であり、電圧をかけたときに曇るフェイルセーフ調光ウインドウペインが実現される。

好ましい方法において、アラインメント層が基板の内面の少なくとも１つにデポジットされる。

当該技術分野において公知の任意の方法を使用して傾斜アラインメントを生成することができる。例えば、特定の方向の液晶の傾斜アラインメントを、基板の内面側の少なくとも１つのアラインメント処理によって達成することができる。次いで、ブラッシング方法を適用して、液晶混合物についてプレチルト角を有するアラインメントを生成することができる。好ましくは、アラインメント層は、アライニング光で適切に照射された場合にプレチルト角を有するアラインメントが生成される光アライン可能な材料を含む。

傾斜アラインメントはまた、電場又は磁場によって達成され得る。この場合、アライニング層のアラインメント処理は必要ない。例えば、ポリマー前駆体を含む液晶混合物を有するセルは、重合を開始する前に、外部磁場中でアラインされ得る。好ましくは、電場及び／又は磁場はまた、重合プロセスの最中にも印加される。

本出願の文脈において、「アライニング光」という用語は、光アライン可能な材料に異方性を誘引することができる光であって、少なくとも部分的に直線又は楕円偏光された光及び／又は斜め方向から光アライン可能な材料の表面に入射される光を意味するものとする。好ましくは、アライニング光は、５：１より高い偏光度で直線偏光されている。アライニング光の波長、強度及びエネルギーは、光アライン可能な材料の感光性に依って選択される。

プレチルト角は基板の法線方向から好ましくは０．２°乃至４４．５°、より好ましくは０．２°乃至１０°の間、最も好ましくは０．５°乃至４°の間の範囲である。

傾斜は特定の方向に向いているので、方位角配向方向は、対応する隣接基板上への傾斜方向の投射を意味するものとする。

両基板の内面が、液晶について特定の方向に傾斜アラインメントを誘引するために処理される場合、２つの基板の方位角配向方向は、互いに対して任意の角度とすることができる。好ましくは、２つの配向方向の間の角度は１８０°であり、これは、ラビングがアラインメント処理として使用される場合、通常逆平行ラビング配向と呼ばれる。より好ましいのは、角度が約９０°であることである。

上に挙げた電極の１つは、反射層として役立ち得る。また、観測者から見て素子の後ろに反射層を加えることも可能である。

好ましくは、上に挙げたポリマーは、好ましくはアクリラート基又はメタクリラート基を有する、単官能性、二官能性又は多官能性モノマーから製造されている。好ましくは、上に挙げたポリマーは、一の液晶相が存在するように、上に挙げた液晶と相溶性である。

本発明に係るポリマー含有散乱型ＶＡ液晶素子は、電極を有する２つの基板の間に封止された液晶相を有する組成物を含む。その組成物は、負の誘電率異方性を有する液晶材料及びその中に分散されたポリマーを含む。その液晶は、電場が印加されていないとき基板に対する法線方向に対してプレチルト角を有する。いかなる追加の層もなしに、特に追加の偏光子なしに、可視光に対する透過率は、好ましくは、電圧がかけられていないとき９０％超であり、そして、適切な電圧をかけると素子は散乱状態になる。素子の特性は、適切な電圧を調整することにより、入射方向に沿って平行化された入射光の透過率３０％未満を達成できることが好ましい。

本発明に係るポリマー含有散乱型ＶＡ液晶素子は、好ましくは、上述した方法の１つに従って製造される。

本発明は、添付の図面によってさらに例示される。様々な特徴は、必ずしも一定の率で拡大縮小したものではないことは強調しておく。特に、図に描かれたようなポリマーのサイズ及び形状は、ポリマーの分子量又は立体配置を決して限定するものではない。

本発明に係るポリマー含有散乱型ＶＡ液晶素子の断面図を示す概略図である。図１（ａ）は電場が印加されていないときの動作状態を示し、図１（ｂ）は電場が印加されたときの動作状態を示す。 素子の両側に追加の偏光子を有する図１の素子を示す図である。 実施例１のポリマー含有散乱型液晶素子の電気光学的特性を示すグラフである。 実施例２のポリマー含有散乱型液晶素子の電気光学的特性を示すグラフである。 比較例１のポリマー含有散乱型液晶素子の電気光学的特性を示すグラフである。 比較例２のポリマー含有散乱型液晶素子の電気光学的特性を示すグラフである。 比較例１（図７ａ）及び実施例１（図７ｂ）において電圧を印加するときの切り替え手順の概略図である。

発明の詳細な説明
本発明に係るポリマー含有散乱型液晶素子の一実施態様を図１（ａ）に示す。液晶材料１０４及びポリマー１０５を含む液晶ポリマー複合層１０９は、２つの透明基板１０１と１０８との間に挟まれている。液晶材料１０４は、負の誘電率異方性を有し、かつ基板に垂直な方向からわずかに傾斜した方向に配向されている。好ましくは、また、ポリマーも基板に垂直な方向からわずかに傾斜した方向に配向されている。ポリマー１０５は、液晶材料１０４中に溶解又は分散されたポリマー前駆体の重合によって製造された。重合中、温度は、液晶材料とポリマー前駆体とを含む混合物の透明化温度より高くした。好ましくは、ポリマー前駆体は、液晶材料１０４と混和性である。混合物中のポリマー前駆体の濃度は、好ましくは１０重量％未満、より好ましくは３重量％未満、最も好ましくは２重量％未満である。

２つの基板１０１及び１０８は、透明電極１０２及び１０７をそれぞれ内表面に有し、アラインメントフィルム１０３及び１０６がそれぞれ透明電極１０２及び１０７上にさらに形成されている。電極及びアラインメントフィルムを含む基板は、それぞれ被覆された基板１１０及び１１１を形成する。液晶材料１０４及びポリマー１０５は、被覆された基板１１０と１１１との間に密封されている。アラインメントフィルム１０３及び１０６は、基板１０１及び１０８の垂直な方向からわずかに傾斜した方向にアラインメントを引き起こすために配向処理に供された。

電場が印加されていないと、図１（ａ）に示すように、液晶材料１０４及び好ましくはポリマー１０５も、基板に垂直な方向からわずかに傾斜した方向と平行に位置付けられる。この状態では、屈折率の局所的変化はないので透明になる。電圧が透明電極１０２及び１０７に印加されたとき、液晶１０４は、基板に平行な方向へ向かってさらに傾斜を始め、そして、ポリマーは、同時に電場方向に動き始めて液晶分子と衝突し、これが、光散乱された状態を引き起こし、そして素子が白濁になる。

素子は、電圧をかけないと透明状態にあり、そして、適切な電圧をかけると散乱状態にあるので、透明から不透明へ又は中間の透明度へ切り替えることが可能であり、これが異なる輝度レベルを提供する。したがって、図１の透明素子について、明状態は、図１ａに対応する透過状態にあり、一方、不透明状態は、図１ｂに対応する。

好ましくは、素子は、１つ又は２つの偏光子をさらに含み、その場合には、より高いコントラストという利点を有する。図１の透過性デバイスについて、偏光子１１３及び１１４は、図２に示すように素子の両側に配置され得る。好ましくは、２つの偏光子の偏光方向は、描画面内の方向については矢印１１５、そして、描画面に垂直な方向については円１１６によって示されているように、互いに交差する。例えば図２ａの上部から垂直に入射される光は、方向１１５に従った偏光方向で偏光子１１３によって直線偏光される。電圧が素子にかけられない限りは、図２ａのように、垂直にアラインされた液晶材料は、光の偏光状態を変化させず、よって、複合層１０９を通過した後の光の偏光方向は依然として方向１１５に沿っており、それゆえ、それは偏光子１１４によって遮断される。したがって、図２ａは暗状態に対応する。

適切な電圧が電極にかけられる場合、図２ｂに示すように、複合層は散乱モードに切り替わる。図２ａの上部から入射される光は、方向１１５に従った偏光方向で偏光子１１３によって直線偏光される。複合層では、光は散乱効率に依って散乱され、同時に光を偏光解消する。印加される電圧がより高くなるにつれて散乱がより強くなるので、偏光解消は電圧の増加と共に最大になるまで増加する。結果として、偏光解消された光は、底部で偏光子１１４を部分的に通過することができる。最大透過のための印加電圧で、図２ｂは明状態に対応する。中間の電圧については、暗状態と明状態との間の任意のグレーレベルが調整され得る。図２ａのオフ状態における光透過率は主に偏光子の消光比に依存するので、非常に高いコントラストが達成され得る。光が斜め方向から入射されるならば、オフ状態（図２ａ）における垂直にアラインされた液晶材料の屈折率異方性は、光の偏光状態を変化させ、その結果、光の一部が偏光子１１４を通過することができ、これが斜めに入射した光についてのコントラストを減少させる。斜めに入射した光についての性能を改善するために、補償ホイル、例えばネガティブＣプレートを、市販の垂直にアラインされたマルチドメインＬＣＤで行われているのと同様に、偏光子１１３と偏光子１１４の間のどこかに挿入することができる。好ましくは、補償層は、基板１０８と偏光子１１３の間及び／又は基板１０１と偏光子１１４の間にある。電圧をかけると（図２ｂ）、斜めに入射した光は高い対称性で散乱され、これは、その視野角に対して輝度の強い依存がないという効果を有する。それゆえ、２つの交差した偏光子を有する散乱型ＶＡ−ＬＣＤ（図２）は、周知のマルチドメインＶＡ−ＬＣＤにおいて行われているように、複雑な画素細分化の必要なしに対称な視野角性能を提供する。この利点は、複雑さの減少と共に生産コストの減少をもたらす。

本発明の好ましい実施態様においては、素子を反射モードで作動することができるように、反射体が観測者側とは反対の基板上に配置される。反射体は、観測者から見たときに基板の前でも後ろでもよい。好ましくは、電極が反射体として形成される。反射体が複合層１０９と基板の１つとの間にあるならば、前記基板は不透明であり得る。

本発明は、以下の例によってより具体的に説明される：

実施例１
２つの基板１０１及び１０８の表面に、スパッタリング法によって透明導電性フィルムＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を形成する。電極の上部に、スピンコーターを使用して垂直アラインメント用の材料４８１１（Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｌｔｄ．から入手可能）を塗布する。塗布された基板１１０及び１１１を、ホットプレート上にて、８０℃で６０秒間予備焼成し、次に、オーブン内にて２００℃で４０分間焼成する。このようにして、約１００ｎｍの厚さをそれぞれ有する垂直アラインメントのためのアラインメントフィルム１０３及び１０６が形成される。アラインメントフィルム１０３及び１０６の表面を、ポリエステル不織布（繊維長：２．０ｍｍ）が３０ｍｍの直径を有するローラー上に巻かれ、圧力が約４０ｇに設定されたラビング装置を使用して、ラビング処理に１０回供する。３μｍの直径を有するスペーサーを塗布された基板１１０上に広げ、二成分エポキシ接着剤を基板１１０の外周上に塗布し、塗布された基板１１０及び１１１をセル厚が３μｍになるように固定する。

液晶１０４として、Ｎｏ．８２００５０（ＬＣＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）、ＮＩ点（ネマチック−等方性転移温度）１００．５℃、誘電率異方性Δε＝−５．６９を使用する。ＵＶ硬化性二官能性モノマー

を、ポリマー前駆体として、液晶及びポリマー前駆体を含む混合物に対して０．７乃至２．０重量％の量で加える。重合開始剤として、Ｉｒｇａｃｕｒｅ ９０７（ＢＡＳＦ ＡＧから入手可能）を、二官能性モノマーの量に基づいて１５重量％の量で加える。液晶、光重合性モノマー及び重合開始剤の混合物を、毛細管力を利用することによって基板１０１と１０８との間の空間に注入する。その液晶セルを、温度を１０１℃乃至１０３℃に制御しておいたホットプレート上に置き、ＵＶボックス（ＫＥＮＩＳ Ｌｔｄ．によって製造）内にてＵＶ線を用いて５．０ｍＷ／ｃｍ^２（３５２ｎｍ）の強度で３２分間照射し、これにより、ポリマー前駆体の重合によってポリマー１０５を形成する。

そのように作製された素子の作動原理は、以下のように説明することができる。図１に示される液晶１０４及びポリマー１０５は、同程度の屈折率異方性を示し、配向方向に平行な方向の屈折率は約１．５２であり、配向方向に垂直な方向の屈折率は約１．７３である。したがって、図１（ａ）に示すように、電場が印加されていないとき、液晶１０４及びポリマー１０５は同じ方向に配向され、そして、屈折率は１．５２と同じであり、それによって光は散乱されず、素子は透明である。

これに対して、図１（ｂ）に示すように、ＡＣ電場が電極１０２と１０７との間に印加されると、表面にデポジットされたポリマー１０５の方向は変化しないままであるが、液晶１０４は電場の方向を横切る方向へ回り始める。この場合、有効屈折率は、約１．７３に増加し、表面にデポジットされたポリマーの屈折率１．５２とは約０．２１の屈折率の違いが生成する。また、液晶中に分散されたポリマー１０５は電場へ動き始め、そして、その分子運動は、液晶分子との衝突を引き起こして動的散乱を生成する。したがって、表面のポリマー１０５と液晶１０４との間の屈折率の違いによる散乱とポリマー１０５と液晶１０４の衝突による動的散乱の両方が起こる。

０．７重量％の二官能性モノマーを含む液晶混合物を使用して製造した素子の、電圧の増減に対する電圧透過特性を図３に示す。６０Ｈｚの周波数の０乃至１１Ｖの矩形波を液晶素子に印加する。透過強度の測定に関し、散乱強度の測定は、液晶素子にＨｅ−Ｎｅレーザー（６３２．８ｎｍ）を照射し、Ｐｉｎ型フォトダイオードＳ３８８３（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｋ．Ｋ．）によって光を観測することによって実施する。図３の２つの曲線から、実質的にヒステリシスなしの良好なディスプレイ性能を得ることができることが理解できる。

実施例２
実施例１のように、垂直アラインメント材料４８１１（Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｌｔｄ．）の層を、導電性ＩＴＯフィルムを有する基板１０１及び１０８上にスピンコーティングによって塗布する。熱処理後、アラインメントフィルム１０３及び１０６を、ラビング処理に１０回供する。３μｍの直径を有するスペーサーを基板１０１上に広げ、二成分エポキシ接着剤を基板１０１の外周上に塗布し、基板１０１及び１０２をセル厚が３μｍになるように固定する。

液晶１０４として、Ｎｏ．８２００５０（ＬＣＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）、ＮＩ点：１００．５℃、誘電率異方性Δε＝−５．６９を使用する。ＵＶ硬化性単官能性モノマー

を、ポリマー前駆体として、液晶及びポリマー前駆体を含む混合物に対して０．７乃至２．０重量％の量で加える。重合開始剤として、Ｉｒｇａｃｕｒｅ ９０７（ＢＡＳＦ ＡＧから入手可能）を、単官能性モノマーの量に基づいて１５重量％の量で加える。液晶、光重合性モノマー及び重合開始剤の混合物を、毛細管力を利用することによって基板１０１と１０８との間の空間に注入する。その液晶セルを、１０１℃乃至１０３℃の温度のホットプレート上に置き、ＵＶボックス（ＫＥＮＩＳ Ｌｔｄ．によって製造）内にてＵＶ線を用いて５．０ｍＷ／ｃｍ^２（３５２ｎｍ）の強度で３２分間照射する。

０．７重量％の単官能性モノマーを含む液晶混合物を使用して製造した素子の、電圧の増減に対する電圧透過特性を図４に示す。６０Ｈｚの周波数の０乃至１１Ｖの矩形波を液晶素子に印加する。透過強度の測定に関し、散乱強度の測定は、液晶素子にＨｅ−Ｎｅレーザー（６３２．８ｎｍ）を照射し、Ｐｉｎ型フォトダイオードＳ３８８３（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｋ．Ｋ．）によって光を観測することによって実施する。図４の２つの曲線から、実質的にヒステリシスなしの良好なディスプレイ性能を得ることができることが理解できる。

比較例１
実施例１と同じ材料を使用し、アラインメントフィルムの表面に配向を付与するためのラビング処理に供しない以外は、同じ作製方法を用いる。すなわち、２つの基板１０１及び１０８の表面上に、透明導電性フィルムＩＴＯ（酸化インジウムスズ）をスパッタリング法によって形成する。これらの基板１０１及び１０８に、スピンコーターを使用して垂直アラインメント用の材料４８１１（Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｌｔｄ．から入手可能）を塗布し、塗布された材料を、ホットプレート上にて、８０℃で６０秒間予備焼成し、次に、オーブン内にて２００℃で４０分間焼成する。このようにして、約１００ｎｍの厚さをそれぞれ有する垂直アラインメントのためのアラインメントフィルム１０３及び１０６が形成される。３μｍの直径を有するスペーサーを基板１０１上に広げ、二成分エポキシ接着剤を基板１０１の外周上に塗布し、基板１０１及び１０２をセル厚が３μｍになるように固定する。

液晶１０４として、Ｎｏ．８２００５０（ＬＣＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）、ＮＩ点１００．５℃、誘電率異方性Δε＝−５．６９を使用する。ＵＶ硬化性二官能性モノマー

を、ポリマー前駆体として、液晶及びポリマー前駆体を含む組成物に対して０．７、１．４又は２．０重量％の量で加える。重合開始剤として、Ｉｒｇａｃｕｒｅ ９０７（ＢＡＳＦ ＡＧから入手可能）を、二官能性モノマーの量に基づいて１５重量％の量で加える。液晶、光重合性モノマー及び重合開始剤の混合物を、毛細管力を利用することによって基板１０１と１０８との間の空間に注入する。その液晶セルを、１０１℃乃至１０３℃の温度のホットプレート上に置き、ＵＶボックス（ＫＥＮＩＳ Ｌｔｄ．によって製造）内にてＵＶ線を用いて５．０ｍＷ／ｃｍ^２（３５２ｎｍ）の強度で３２分間照射し、これにより、ポリマー前駆体の重合によってポリマー１０５を形成する。

０．７重量％の二官能性モノマーを含む液晶混合物を使用して製造した素子の、電圧の増減に対する電圧透過特性を図５に示す。６０Ｈｚの周波数の０乃至１１Ｖの矩形波を液晶素子に印加する。透過強度の測定に関し、散乱強度の測定は、液晶素子にＨｅ−Ｎｅレーザー（６３２．８ｎｍ）を照射し、Ｐｉｎ型フォトダイオードＳ３８８３（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｋ．Ｋ．）によって光を観測することによって実施する。

図３中の実施例１を図５中の比較例１と比較すると、本発明のアラインメントフィルムの表面に傾斜配向を付与することによって実質的にヒステリシスなしのディスプレイを得ることができることが理解できる。

比較例２
実施例２で使用したものと同じ材料をこの比較例の作製に使用し、アラインメントフィルムの表面に配向を付与するためのラビング処理に供しない以外は、同じ作製方法を用いる。すなわち、２つの基板１０１及び１０８の表面に、透明導電性フィルムＩＴＯ（酸化インジウムスズ）をスパッタリング法によって形成する。これらの基板１０１及び１０８に、スピンコーターを使用して垂直アラインメント用の材料４８１１（Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｌｔｄ．から入手可能）の層を塗布し、塗布された材料を、ホットプレート上にて、８０℃で６０秒間予備焼成し、次に、オーブン内にて２００℃で４０分間焼成する。このようにして、約１００ｎｍの厚さをそれぞれ有する垂直アラインメントのためのアラインメントフィルム１０３及び１０６が形成される。３μｍの直径を有するスペーサーを基板１０１上に広げ、二成分エポキシ接着剤を基板１０１の外周上に塗布し、基板１０１及び１０２を、セル厚が３μｍになるように固定する。

液晶１０４として、Ｎｏ．８２００５０（ＬＣＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）、ＮＩ点１００．５℃、誘電率異方性Δε＝−５．６９を使用する。ＵＶ硬化性単官能性モノマー

を、ポリマー前駆体として、液晶及びポリマー前駆体を含む組成物に対して０．７、１．４又は２．０重量％の量で加える。重合開始剤として、Ｉｒｇａｃｕｒｅ ９０７（ＢＡＳＦ ＡＧから入手可能）を、単官能性モノマーの量に基づいて１５重量％の量で加える。液晶、光重合性モノマー及び重合開始剤の組成物を、毛細管力を利用することによって基板１０１と１０８との間の空間に注入する。その液晶セルを、１０１℃乃至１０３℃の温度のホットプレート上に置き、ＵＶボックス（ＫＥＮＩＳ Ｌｔｄ．によって製造）内にてＵＶ線を用いて５．０ｍＷ／ｃｍ^２（３５２ｎｍ）の強度で３２分間照射する。

０．７重量％の単官能性モノマーを含む液晶混合物を使用して製造した素子の、電圧の増減に対する電圧透過特性を図６に示す。６０Ｈｚの周波数の０乃至１１Ｖの矩形波を液晶素子に印加する。透過強度の測定に関し、散乱強度の測定は、液晶素子にＨｅ−Ｎｅレーザー（６３２．８ｎｍ）を照射し、Ｐｉｎ型フォトダイオードＳ３８８３（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｋ．Ｋ．）によって受光することによって実施する。図６は、電圧が０Ｖから１１Ｖへ増加したときと電圧が１１Ｖから０Ｖへ減少したときの透過率の変化を示す。図４中の実施例２を図６中の比較例２と比較すると、本発明の配向フィルムの表面に傾斜配向を付与することによって実質的にヒステリシスなしのディスプレイを得ることができるが理解できる。

本発明及び比較例の切り替え手順の概略を図７に示す。図７（ａ）は比較例を示し、このとき液晶分子は基板に対して垂直に配向されている。また、ポリマーは、相分離され、基板表面に、すなわちアラインメントフィルム上に沈殿した材料としても、液晶中に分散された材料としても存在する。ＡＣ電場が印加されると、液晶素子の内側の液晶分子１０４は、電場方向を垂直に横切る方向に配向を開始する。ポリマーは同時に、液晶の動きに追随して動き始める。しかしながら、基板界面の液晶分子は、ＵＳ２００３／０４８，４０１Ａ１に記載されているように表面にデポジットされたポリマーによって固定され、そのため、これらはほとんど動くことができない。液晶分子は、好ましいチルト方向なしに基板に対して垂直に配向され、その結果、液晶素子の内側の液晶の回転方向は一方向に決定されず、ランダムな方向で回転を開始する。結果として、図７（ａ）（２）に示すように、液晶の配向において不連続点（回位）１２０が生成され、シュリーレン構造が形成される。電圧がさらに増加すると、図７（ａ）（３）に示すように電気流体工学の観点で不安定な状態が現れ、直線状のウィリアムスドメインが形成される。電圧がさらに増加すると、図７（ａ）（４）に示すように、素子の内側のポリマーの動きによって液晶分子の散乱が誘引される。ヒステリシスの原因は、図７（ａ）（２）に示されるシュリーレン構造の形成である。不連続点（回位）の形成は、系のエネルギーレベルによって決定されるのであるから、それは、電圧の上昇及び下降の際の不連続点（回位）の形成電圧の差に起因するのである。

図７（ｂ）は、本発明の切り替え手順を示す。液晶分子１０４は、液晶分子を基板に対して垂直から傾斜させるプレチルト角で配向されている。また、ポリマー１０５は、比較例と同様に、相分離によって基板表面上に、すなわちアラインメントフィルム上に沈殿した材料としても、液晶中に分散された材料としても存在する。ＡＣ電場が印加されると、液晶素子の内側の液晶分子は、電場方向を垂直に横切る方向に配向を開始する。その内側のポリマーは同時に、液晶の動きに追随して動き始める。このとき、基板界面の液晶分子は、ＵＳ２００３／０４８，４０１Ａ１に開示されているように表面にデポジットされたポリマーによって固定され、そのため、これらはほとんど動くことができない。液晶分子は、基板に対して垂直からわずかに傾斜して配向され、その結果、液晶素子の内側の液晶の回転方向は一方向に決定され得る。結果として、不連続点（回位）は、液晶素子の内側に生成されず、したがって、シュリーレン構造は形成されない（図７（ｂ）（２））。電圧がさらに増加すると、図７（ｂ）（３）に示すように電気流体工学の観点で不安定な状態が現れ、直線状のウィリアムスドメインが形成される。電圧がさらに増加すると、図７（ｂ）（４）に示すように、素子の内側のポリマーの動きによって液晶分子の散乱が誘引される。

本実施例において、基板表面をラビングする方法を使用して、液晶ポリマー複合層中の液晶及びポリマーを基板の垂直方向から特定の方向にわずかに傾斜させて配向させたが、本発明は上記に限定されず、光配向、ＰＳＡ手段（そこに電場を印加しながらＵＶ線を照射する）などを含む任意の手段を使用することができる。

本実施例において使用されるような光反応性モノマーの代わりに、熱重合性モノマーを使用することもできる。

比較例３
最終液晶セルの照射を８１℃で行ったという違いのほかは、同じ材料を使用して、セルを実施例１と同様に製造した。したがって、重合反応は液晶混合物のＮＩ点（１００．５℃）未満で開始した。

ＡＣ電圧をセルの電極にかけたとき、散乱状態もまた観測することができたが、開始電圧は、実施例１のセルのそれより約３倍高かった。加えて、散乱効率は、実施例１より低かった。

Claims (13)

1. ポリマー含有散乱型液晶素子を製造するための方法であって、以下の工程を含む方法：
   −電極（１０２、１０７）を有する２つの基板（１０１、１０８）を準備する工程、
   −基板の間のギャップを介して対向する内側に電極を有する２つの基板を配置することによってセルを製造する工程、
   −負の誘電率異方性を有する液晶材料（１０４）及びポリマー前駆体を含む液晶混合物をセルに充填する工程であって、前記液晶混合物中の前記ポリマー前駆体の比率が１０重量％未満である工程、
   −セルが製造される前に、基板の少なくとも一方の表面を処理することによって、又は液晶混合物がセル中に充填された後に、電場又は磁場を印加することによって、液晶混合物が基板に対する法線方向から傾斜したプレチルト角で配向されるように液晶混合物にアラインメント処理を適用する工程、並びに
   −液晶混合物の透明化温度（clearing temperature）よりも高い温度でポリマー前駆体を重合する工程。
2. セルが製造される前に、基板（１０１、１０８）の少なくとも一方に垂直アラインメントのためのアラインメント層（１０３、１０６）が形成される、請求項１に記載の方法。
3. セルが製造される前に、基板の少なくとも一方にラビング処理が適用され、液晶材料（１０４）にプレチルトを与えるアラインメントがアラインメント層（１０３、１０６）中に生成される、請求項１又は２に記載の方法。
4. セルが製造される前に、基板（１０１、１０８）の少なくとも一方に垂直アラインメントのための光アラインメント層が形成され、そして、別の工程で、光アラインメント層がアライニング光に曝露されて、それによって液晶材料（１０４）にプレチルトを与えるアラインメントがアラインメント層（１０３、１０６）中に生成される、請求項１に記載の方法。
5. 液晶混合物がセル中に充填された後に、電場又は磁場が使用されて、基板の法線に対してプレチルト角を有する液晶材料（１０４）の傾斜アラインメントが生成される、請求項１又は２に記載の方法。
6. 基板の法線に対するプレチルト角が０．２°乃至１０°の間である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 電極（１０２、１０７）を有する２つの基板（１０１、１０８）を含むセルであって、前記２つの基板の間のギャップを介して対向する内側に前記電極を有するように配置されたセル、
   前記セル中に、前記２つの基板の間に封止された液晶相を有する複合層（１０９）であって、負の誘電率異方性を有し、電場が印加されていないとき垂直方向に対して０．２°乃至４４．５°の範囲のプレチルト角を有する液晶材料（１０４）とその中に分散されたポリマー（１０５）を含み、前記液晶材料中の前記ポリマーの比率が１０重量％未満である複合層（１０９）、
   を含む、ポリマー含有散乱型液晶素子であって、
   偏光子などのいかなる追加の層もなしに測定すると、素子が、電圧がかけられていないとき９０％超の可視光に対する透過率を有し、適切な電圧をかけると散乱状態にあることを特徴とする、ポリマー含有散乱型液晶素子。
8. ポリマー（１０５）が、単官能性、二官能性又は多官能性アクリラートから製造されている、請求項７に記載のポリマー含有散乱型液晶素子。
9. ポリマー（１０５）が液晶材料（１０４）から相分離している、請求項７又は８に記載のポリマー含有散乱型液晶素子。
10. 偏光子（１１３、１１４）がセルの各側に取り付けられている、請求項７乃至９のいずれか一項に記載のポリマー含有散乱型液晶素子。
11. 偏光子（１１３、１１４）の偏光方向が互いに垂直である、請求項１０に記載のポリマー含有散乱型液晶素子。
12. 反射体をさらに含む、請求項７乃至９のいずれか一項に記載のポリマー含有散乱型液晶素子。
13. 追加の偏光子（１１３、１１４）によって特徴付けられる、請求項１２に記載のポリマー含有散乱型液晶素子。

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