JP2005345567A - 液晶光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐衝撃性を向上させた液晶光学素子を提供する。
【解決手段】第１電極１０２Ａ、第１配向膜１０３Ａを形成した第１基板１０１Ａの配向膜形成面側にスペーサ１０５及び熱可塑性樹脂の粒子１０６を散布し、第２電極１０２Ｂ、第２配向膜１０３Ｂを形成した第１基板１０１Ｂとシール材を用いて加熱圧着することにより、液晶光学素子中に柱状の構造物を形成する。これによって、表示特性を劣化させることなく、耐衝撃性を向上させることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶光学素子に関し、特に液晶／硬化物複合体を備える液晶光学素子、およびその製造方法に関する。

液晶光学素子は、低消費電力および薄型かつ軽量という利点を有することから、携帯端末機器、音響映像機器などの表示素子として広く使用されている。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表示方式の液晶光学素子が提案された。

この液晶光学素子は、液晶と透明な高分子とを複合して、高分子と液晶、または液晶内部（微小領域間）の屈折率差を生じさせる透過−散乱型の光学素子である。液晶／高分子複合体素子、液晶／樹脂複合体素子あるいは分散型液晶素子などと呼ばれている。この素子は、ＴＮ型液晶パネル等の従来方式と異なり、原理的に偏光板を必要としない。したがって、光の吸収損失が少なく、かつ高い散乱性能を有し、素子全体における光の利用効率が高い。

この特性を生かして、調光ガラス、光シャッター、レーザー装置および表示装置などに用いられている。電圧非印加時に散乱状態、電圧印加時には透明状態のものが商用化された。

さらに、特許文献１では、液晶と重合性の液晶を用いた素子が開示されている。この従来技術では、電圧非印加時において素子内の液晶と重合された液晶とが同じ配向方向を有しているので、素子をどの方向から見ても透明状態を呈する。そして、電圧印加時には、素子内の液晶の配向が電界によって制御され、液晶分子の配列方向が微小領域においてさまざまに変化することにより、素子は散乱状態を呈する。

また、カイラル剤を添加して初期配向にヘリカル構造を設けることで、コントラスト比が向上することが開示されている。この素子は、「異方性ゲル」または「液晶ゲル」と呼ばれている。この従来技術ではアクリロイル基を末端に持つメソゲンモノマーが使用された。

また、特許文献２にも同様の構成を持つ素子が開示されている。特許文献１と同様の動作モードであって、カイラルネマティック液晶中に微量の高分子を分散させ、電圧非印加時に透明状態、電圧印加時に散乱状態を得る。この素子はＰＳＣＴ（ポリマー・スタビライズド・コレステリック・テクスチャー）と呼ばれている。この特許文献２にもアクリロイル基を末端に持つメソゲンモノマーが開示された。

特許文献３では、電極を有する基板間に、液晶と光硬化性樹脂との混合体を狭持している液晶光学素子が開示されている。具体的には、液晶と光硬化性樹脂の混合体を露光して光硬化させ、透過状態と散乱状態の透過率の差を大きくしてコントラストを向上させている。このような液晶光学素子において、電圧非印加時に液晶は基板と垂直に配向して透明状態となる。また、電圧印加時には、液晶がランダム配向して散乱状態となる。

このような液晶光学素子は、電圧印加時において光を透過する透過状態であるため、商品を展示するショーウインドウや自動車のメーターを示すインパネなどに利用することが提案されている。このような用途の場合、液晶表示素子の耐衝撃性が問題になる。液晶光学素子の一方の基板に応力が加わると、液晶の配向が乱れ、配向欠陥が生じる可能性がある。これにより、その部分の表示特性が劣化してしまう。
米国特許公報第５１８８７６０号明細書 国際公開第９２／１９６９５号パンフレット 特開２０００−１１９６５６号公報

このように従来の液晶光学素子では、衝撃を受けた部分の表示特性が乱れてしまうという問題があった。

本発明は、上記のような事情を背景としてなされたものであって、本発明の目的は、耐衝撃性が改善された液晶光学素子を提供することである。

本発明の第１の態様にかかる液晶光学素子は、少なくとも一方が透明な一対の電極付き基板を有する液晶光学素子であって、前記基板間に狭持されたネマチック液晶／硬化物複合体であって、前記電極間に電圧を印加することにより散乱状態から透明状態に切り替わる液晶／硬化物複合体と、前記一対の電極付き基板間の間隔を保持する非熱可塑性樹脂のスペーサと、前記一対の電極付き基板間に基板間隔と等しい高さの熱可塑性樹脂の柱構造とを備えるものである。このような構成を有することにより、液晶光学素子の耐衝撃性を向上させることができる。

また、一対の基板と柱構造とがそれぞれ接着していることが好ましい。これによって、さらに耐衝撃性を向上させることができる。

前記硬化物が光硬化性化合物の硬化物であることが好ましい。これによって、容易に耐衝撃性を向上させることができる構造を形成することができる。

柱構造は、基板に対して接している面が略円状であることが好ましい。

液晶は負の誘電異方性を有し、液晶を基板面に垂直に配向させる配向膜が少なくとも一方の基板に備えられていることが好ましい。これによって、液晶光学素子の表示特性を向上させることができる。

柱構造の幅が１２０μｍ以下であることが好ましい。これによって、液晶光学素子の表示特性を劣化させることがない。

前記柱構造の占める平面内面積比率が０．５％以上５％以下であることが好ましい。これによって、液晶光学素子の表示特性を劣化させることがない。

本発明の第２の態様にかかる液晶光学素子の製造方法は、少なくとも一方が透明な一対の電極付き基板間を有する液晶光学素子の製造方法であって、一対の電極付き基板の少なくとも一方に非熱可塑性樹脂のスペーサと熱可塑性樹脂を配置するステップと、前記一方の基板と他方の基板とを対向配置するステップと、一対の電極付き基板を加熱しながら押圧することにより、熱可塑性樹脂の粒子を加熱変形させて柱構造を形成するステップと、
柱構造が形成された基板間にネマチック液晶と光硬化性化合物の混合物を狭持するステップと、ネマチック液晶と光硬化性化合物の混合物に光照射して、電極間に電圧を印加することにより散乱状態から透明状態に切り替わることができる液晶／硬化物複合体を形成するステップとを備える。これによって、容易に耐衝撃性を向上させる構造物を作製することができる。

また、前記製造方法において、スペーサ及び熱可塑性樹脂の球状粒子を同時に散布することが好ましい。これによって、製造工程の増加を抑制することができる。

記柱構造を形成するステップで、熱可塑性樹脂の粒子を加熱し、基板と接着させることが好ましい。これによって、さらに耐衝撃性を向上させることができる。

本発明によれば、耐衝撃性の強い液晶光学素子を提供できる。

以下、図を参照しながら本発明の説明を行う。これらの図及び説明は、本はつめのいくつかの態様を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。他の態様も本発明に含まれることは言うまでもない。

本発明にかかる液晶光学素子の構成例について図１を参照して説明する。図１は、本発明の個性例１の液晶光学素子１００の概略断面図である。１０１Ａと１０１Ｂは第１および第２の基板、１０２Ａと１０２Ｂは第１および第２の電極、１０３Ａと１０３Ｂは第１および第２の配向膜、１０４は液晶と硬化物との複合体層、１０５はスペーサ、１０６は熱可塑性樹脂からなる柱構造である。

電極を支持する第１の基板１０１Ａ、第２の基板１０１Ｂは、例えば、透明なガラス基板でもフィルム基板でもよく、またガラス基板とフィルム基板の組み合わせでもよい。また、片方がアルミニウムや誘電体多層膜の反射電極であってもよい。

フィルム基板の場合、連続で供給される電極付き基板を２本のゴムロール等で挟み、その間に、スペーサ１０５を含有分散させた液晶と硬化性化合物との混合物を供給し、挟み込み、その後連続で硬化させることができるので生産性が高い。

ガラス基板の場合、電極面内に微量のスペーサ１０５を散布し、対向させた基板の４辺をエポキシ樹脂等のシール剤で封止セルとし、２カ所以上の設けたシールの切り欠きの一方を液晶と硬化性化合物の混合物に浸し、他方より吸引することでセル内に混合物を満たし、硬化させ所望の液晶光学素子を得ることができる。また、真空注入法を用いることもできる。

第１および第２の基板１０１Ａ、１０１Ｂの上にはそれぞれ第１および第２の電極１０２Ａ、１０２Ｂのパターンが形成されている。この第１および第２の電極１０２Ａ、１０２Ｂは例えば、ＩＴＯ等の透明導電膜により形成されている。また、この第１および第２の電極１０２Ａ、１０２Ｂは表示画面に対応してパターニングされていてよい。電極１０２Ａ、１０２Ｂの上には液晶を配向させるための第１および第２の配向膜１０３Ａ、１０３Ｂがそれぞれ設けられている。第１および第２の配向膜１０３Ａ、１０３Ｂは液晶と接するように第１および第２の基板１０１Ａ、１０１Ｂの表面にそれぞれ形成される。第１および第２の配向膜１０３Ａ、１０３Ｂのうち、少なくとも一方は液晶を基板面に垂直に配向させることが望ましい。これにより、表示特性を向上することができる。また、一対の配向処理済み基板の配向方向の組み合わせとしては、平行、直交、いずれでもよく、混合物を液晶セル内に置いたときに液晶セルの表示面のむらが最小となるよう角度を設定すればよい。

この２枚の基板の間には液晶と硬化性化合物の混合物に光照射することにより形成される複合体層１０４が狭持されている。複合体層１０４は、基板間に形成された樹脂構造と、垂直配向せしめられた液晶とを備えている。液晶はもっぱら、ドメイン構造を有しており、電圧印加時に散乱するので、散乱表示部と呼ばれる。散乱表示部は電圧非印加時には透明状態であるが、電圧印加時には透過率が変化して散乱状態となる。従って、散乱表示部は電圧によって液晶が動作する動作領域となる。

第１および第２の電極１０２Ａ、１０２Ｂに電圧を印加すると電極間の電界により液晶がランダムに配向して、複合体層１０４が散乱状態となる。一方、第１および第２の電極１０２Ａ、１０２Ｂに電圧を印加していないときは、液晶が配向しているので複合体層１０４が透明状態となる。透明状態の複合体層１０４は、液晶光学素子の背面を観察することができる。このように電圧の印加、非印加によって、散乱状態と透明状態が変化するため、形成されている第１および第２の電極１０２Ａ、１０２Ｂのパターンに応じて所望の画像を表示することができる。

液晶光学素子の透過−散乱モードとして、電圧印加時に光線透過状態をとり、電圧非印加時に光線散乱状態をとるものもある。しかし、液晶光学素子を使用しないとき（電圧非印加時）は透明であって、液晶光学素子の存在自体が、利用者に目障りになったり、圧迫感を与えることが少なく、開放感を与える液晶光学素子を実現することが好ましいが、どちらの形態をとっていてもよい。

また、この２枚の基板間の距離は、球状のスペーサ１０５で保持されている。スペーサ１０５は架橋したアクリル樹脂など従来使用されている材料からなる。基板間隔は２〜５０μｍが好ましく、さらには４〜３０μｍが好ましい。従って、スペーサのサイズはこの基板間隔に対応する値となることが好ましい。電極間隔は小さすぎるとコントラストが低下し、大きすぎると駆動電圧が上昇する。ここでは、基板間隔６μｍとするために、直径約６μｍの球状スペーサを用いている。

さらに、この２枚の基板間には、接着性を有する熱可塑性樹脂の粒子１０６が散布される。この熱可塑性樹脂の粒子１０６は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などからなる。また、この熱可塑性樹脂の粒子１０６は、製造工程の増加を防ぐために、スペーサ１０５の散布時に同時に散布することが好ましいが、スペーサ１０５と別々に散布してもよい。同時に散布する場合は、スペーサと熱可塑性樹脂を均一に混合して散布することが好ましい。この熱可塑性樹脂の粒子１０６を散布し、２枚の基板をシール材を用いて加熱圧着する。これにより熱可塑性樹脂の粒子１０６が、液晶光学素子１００の耐衝撃性を向上させるための柱構造となる。

この熱可塑性樹脂の粒子１０６により設けられた柱構造の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は液晶光学素子の圧着前の構成を示す模式的断面図である。

第１の基板１０１Ａおよび第２の基板１０１Ｂにそれぞれ第１の電極１０２Ａ、第１の配向膜１０３Ａ、第２の電極１０２Ｂ、第２の配向膜１０３Ｂを形成する。配向膜の焼成を行った後、所定の配向方向が得られるようにラビングなどの配向処理を行う。その後、第１の基板の配向膜形成面側にスペーサ１０５および熱可塑性樹脂の粒子１０６を散布機を用いて散布する。液晶光学素子を形成するもう一方の第２の基板１０１Ｂには、シール材を塗布する。

第１の基板１０１Ａと第２の基板１０１Ｂとは、アライメントマークなどを用い位置あわせを行った後、加熱圧着する。加熱圧着することにより、熱可塑性樹脂の粒子１０６は、押しつぶされ、第１の基板及び第２の基板間を接着する。押しつぶされた熱可塑性樹脂の粒子１０６は、耐衝撃性を向上させる柱構造となる。圧着後の基板間隔は、スペーサ１０５によって保持され、熱可塑性樹脂の粒子１０６は基板間隔の高さの柱構造となる。柱構造を形成した後の基板間には、ネマチック液晶と光硬化製化合物の混合物を注入・封止し、紫外線光源などを用いて露光する。これによって、耐衝撃性の強い液晶光学素子を製造することができる。

熱可塑性樹脂の粒子１０６は、球状であることが好ましい。散布後に基板と接する面が一様になりやすいからである。そして、同程度のサイズの柱構造を安定して形成できるからである。また、球状である場合には、加熱圧着後、２枚の基板にそれぞれ接する面が略円状となる。また、全体の形状は略円柱状になる。より厳密には、図３に示すように、２枚の基板に接し、円柱の真ん中が膨らんだ太鼓状の形状を示す。しかし、粒子１０６を球状以外の形状とした場合、加熱圧着後はそれに対応した形状となり、どのような形状を取っていてもよい。

また、この熱可塑性樹脂の粒子１０６は、液晶光学素子内に均等に分散していることが好ましいが、部分的に連接していてもよい。

熱可塑性樹脂の粒子１０６の大きさは、スペーサ１０５の大きさよりも大きいことが好ましい。スペーサの大きさよりも小さいと、基板同士の接着性が得られないためである。

図４は、視認側から見た本発明にかかる液晶光学素子１００の概略図である。基板１０１上に、スペーサ１０５と熱可塑性樹脂の粒子１０６とがランダムに散布されている。

基板面において、この熱可塑性樹脂の粒子１０６の基板との接触面積の占める割合は、０．５％以上５％以下であることが好ましい。より好ましくは、１％以上３％以下である。さらに好ましくは、１．５％以上３％以下である。この割合が大きすぎるとヘイズが増加し、液晶光学素子１００の表示特性が低下する。また、小さすぎると耐衝撃性を十分に向上させることができない恐れがある。

また、この熱可塑性樹脂の粒子１０６の基板との接触面の幅が小さすぎる場合、基板同士を接着することができないか、もしくは接着性が弱くなってしまう。このため、圧着前の熱可塑性樹脂の粒子１０６の粒径の下限は目標とするセルギャップの１０５％以上が好ましい。基板間隔が６μｍの場合は、６．３μｍ以上とすることが好ましい。幅が大きすぎる場合、散乱時に目視で確認できるようになるため、散乱の面内均一性が悪くなる。このため、圧着前の熱可塑性樹脂の粒子１０６の粒径は、１２０μｍ以下とすること好ましい。より好ましくは５０μｍ以下、さらに２０μｍ以下とすることが好ましい。接触面の幅は表示体と使用者の距離により良好な範囲は異なるので用途に応じて上限は異なる。

本発明に用いることのできる液晶としては、一般的な表示材料として、あるいは電界駆動型表示素子の材料として使用されるネマチック液晶などの液晶が使用可能である。これらの液晶は、一般的に使用されている液晶と同様に、単独で使用される必要はなく、２種類以上の液晶化を組み合わせて使用してもよい。また、電界による表示を目的とする場合は、液晶の配向方向を垂直にすることで、表示特性の改善ができることから、誘電率異方性が負のものを用いるのが好ましい。しかし、誘電率異方性の極性は、正負どちらを取っていてもよい。また、駆動電圧を低下させるためには、誘電率異方性が大きいほうが好ましい。

本発明に好適な光硬化性化合物について説明する。
本発明の液晶光学素子は、液晶と光硬化性化合物の複合体層１０４を形成する化合物が、少なくとも次の化学式（１）で示される二官能重合性化合物（Ａ）の一種以上、化学式（２）で示される二官能重合性化合物（Ｂ）の一種以上及び非重合性の前記液晶を含む混合物に由来する複合体である。

前記二官能重合性化合物（Ａ）は、高分子化合物のなかで、剛直性を有する主骨格成分を形成する。一方、前記二官能重合性化合物（Ｂ）は、高分子化合物のなかで、衝撃吸収の役割を果たすことができる柔軟成分を形成する。このような物性の異なる化合物を組み合わせることによって、電子光学素子として良好な液晶／硬化性化合物の複合体を形成できる。

二官能重合性化合物（Ａ）について説明する。二官能重合性化合物（Ａ）は化学式（１）の条件を満たす化合物であれば、格別に制限はない。このような化合物としてはメソゲンモノマーや液晶モノマー、重合性液晶などといった名称で呼ばれることがあるが、必ずしもそのような化合物に限定されることはなく、非重合性の液晶への溶解性が良好であるものを選択して用いることができる。

たとえば、特開平４−２２７６８４号公報などに記載されている公知の化合物を適宜選択して使用できる。このような構造を有していると、液晶への溶解性が向上するからである。さらに二官能重合性化合物（Ａ）は以下のような構造であることが好ましい。

化学式（１）で表される二官能重合性化合物（Ａ）が下記条件を満たす化合物であることが好ましい。
Ａ_１、Ａ_２が、それぞれ独立に、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基またはビニルエーテル基である。
Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４が、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基または１，４−シクロヘキシレン基である。
Ｘ_１、Ｘ_２が、それぞれ独立に、単結合、酸素原子またはエステル結合である。
Ｒ_１、Ｒ_２が、それぞれ独立に、単結合または炭素原子間に一個または複数個のエーテル性酸素原子を有していてもよい直鎖または分枝状炭素数２〜２０のアルキレン基である。
Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３が、それぞれ独立に、単結合、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ_２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＨ_２−である。
ｐ、ｑが、いずれも０であるかまたは一方が０で他方が１である。

また、化学式（１）で表される二官能重合性化合物（Ａ）が下記条件を満たす化合物であることが好ましい。
Ａ_１、Ａ_２が、それぞれ独立に、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基である。
Ｑ_１、Ｑ_２がいずれも置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基であり、Ｑ_３、Ｑ_４が、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基または１，４−シクロヘキシレン基である。
Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３が、それぞれ独立に、単結合、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−または−Ｃ≡Ｃ−である。
ｐ、ｑが、いずれも０であるかまたは一方が０で他方が１である。

また、化学式（１）で表される二官能重合性化合物（Ａ）が下記条件を満たす化合物であることが好ましい。
Ａ_１、Ａ_２がいずれもアクリロイルオキシ基である。
Ｑ_１、Ｑ_２がいずれも置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基であり、Ｑ_３、Ｑ_４が、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基または１，４−シクロヘキシレン基である。
Ｒ_１、Ｒ_２が、それぞれ独立に、直鎖または分枝状炭素数２〜２０のアルキレン基である。
Ｚ_１が、単結合、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−または−Ｃ≡Ｃ−であり、Ｚ_２、Ｚ_３がいずれも単結合である。
ｐ、ｑが、いずれも０であるかまたは一方が０で他方が１である。

本発明の液晶光学素子で用いる液晶／硬化物複合体を形成するための、前記二官能重合性化合物（Ａ）の具体例としては、下記化学式（３）の化合物を例示することができる。

前記二官能重合性化合物（Ａ）は、その性質から液晶性を有する化合物と液晶性を有しない化合物に分けられる。液晶性を有する二官能重合性化合物（Ａ）を混合物の一成分として使用することができる。つまり、液晶性を有しない二官能重合性化合物（Ａ）のみを用いる場合以外に、液晶性を有しない二官能重合性化合物（Ａ）と液晶性を有する二官能重合性化合物（Ａ）を組み合わせて用いたり、液晶性を有する二官能重合性化合物（Ａ）を単独で用いることができる。

次に、二官能重合性化合物（Ｂ）について説明する。二官能重合性化合物（Ｂ）は、化学式（２）を満たすものであれば格別制限されない。例えば、下記条件を満たす化合物である。
Ａ_３、Ａ_４が、それぞれ独立に、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基またはビニルエーテル基である。
Ｒ_３が、−Ｒ_４−または−（Ｒ_５−Ｏ）_ｎ−Ｒ_５−である。
ただし、Ｒ_４は炭素数２〜２０の直鎖または分枝状アルキレン基であり、Ｒ_５は炭素数２〜８の直鎖または分枝状アルキレン基であり、ｎは１〜１０の整数である。
または、Ｒ_４が炭素数２〜２０の直鎖アルキレン基であり、Ｒ_５が−（ＣＨ₂）ｒ−、−ＣＨ_２−ＣＨ（ＣＨ₃）−、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ（ＣＨ₃）−または−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（ＣＨ₃）_２−であり（ただし、ｒは２〜５の整数）、ｎが１〜６の整数である、化合物である。

前記化合物（Ｂ）は、単独で使用することもできるし、あるいは２種類以上組み合わせて使用することもできる。下記化学式（４）に具体例を示す。

二官能重合性化合物（Ｂ）は重合性基Ａ_３，Ａ_４を有し、重合性基間を連結するＲ_３を有する。Ｒ_３としては原子間に単結合を有し分子内回転の自由度の高い基から選択して用いる。このように構成することで、重合された高分子の柔軟性を向上させることができる。また、重合相分離の反応性を高めることにも寄与する。

Ａ_３，Ａ_４間の炭素原子数、エーテル性酸素原子数が多いほど柔軟性は向上する。一方、液晶との相溶性は原子数が多いほど低下する傾向がある。そのため、原子数を適切に選択する。また、炭素原子数は、混合液を液晶セル内に真空注入する製造方法を採用する場合には、混合液からの揮発性成分の飛散を考慮して８以上、好ましくは１１以上とする。エーテル性酸素原子は含まれていても含まれていなくてもよい。エーテル性酸素原子を含んでいる場合は、高分子の柔軟性が向上するので、好ましい。

化学式（Ｂ）の化合物は分子内にＱ_１のような基を含まないためＲ_３に含まれる炭素原子数を増やすことが比較的容易である。この構造の採用により、高分子の柔軟性の向上に大きく寄与する。

重合性モノマーを重合させるためには、重合開始剤を使用することが好ましい。このような重合開始剤としては、公知の重合触媒から適宜選択できるが、光重合相分離法を用いる場合は、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に光重合に用いられる光重合開始剤を使用できる。

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。たとえば、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が使用可能である。その場合、二色性色素は、基本的に液晶化合物と相溶し、高分子化合物とは不相溶であることが好ましい。このほかに、酸化防止剤、紫外線吸収剤、各種可塑剤も、安定性や耐久性向上の点から好ましく使用される。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。まず、実施例１〜５について説明し、次にその比較例１について説明する。
実施例１〜５のいずれの場合も、上述の液晶光学素子の製造方法で液晶光学素子を製造し、耐衝撃性、ヘイズ、透過率の評価を行った。熱可塑性樹脂の粒子１０６としては、綜研化学社のスペーサ（型番：ＢＴＳ、以下ＢＴＳと呼ぶ）を用いた。実施例１〜４では、同じＢＴＳを用い、ＢＴＳの散布密度を変化させた。実施例５では、粒子径の異なるＢＴＳを用いた。圧着条件は、１．５ｋｇ／ｃｍ^２とし、１５０℃で６０分間行った。液晶の露光条件は、３６℃で、片側から２ｍＷ／ｃｍ^２とした。

実施例１．
圧着前の粒子径が１０μｍであるＢＴＳを用い、液晶光学素子を作製した。ＢＴＳの散布密度は、２０５．２個／ｍｍ^２とした。圧着後ＢＴＳの形状は、太鼓状であり、基板との接触面が直径１２μｍの略円であった。このＢＴＳの接触面積は、液晶光学素子の面積の１．７８％であった。基板とＢＴＳ粒子は接着している（剥離なし）状態であった。

実施例２．
実施例１に用いたＢＴＳを同じものを用い、液晶光学素子を作製した。ＢＴＳの散布密度は、２９３．６個／ｍｍ^２とした。圧着後ＢＴＳの形状は、太鼓状であり、基板との接触面が直径１２μｍの略円であった。このＢＴＳの接触面積は、液晶光学素子の面積の２．４３％であった。基板とＢＴＳは接着していない（剥離あり）状態であった。

実施例３．
実施例１に用いたＢＴＳと同じものを用い、液晶光学素子を作製した。ＢＴＳの散布密度は、２．６８個／ｍｍ^２とした。圧着後ＢＴＳの形状は、太鼓状であり、基板との接触面が直径１２μｍの略円であった。このＢＴＳの接触面積は、液晶光学素子の面積の２．６８％であった。基板とＢＴＳ粒子は接着している（剥離なし）状態であった。

実施例４．
実施例１に用いたＢＴＳと同じものを用い、液晶光学素子を作製した。ＢＴＳの散布密度は、４１５．７個／ｍｍ^２とした。圧着後ＢＴＳの形状は、太鼓状であり、基板との接触面が直径１２μｍの略円であった。このＢＴＳの接触面積は、液晶光学素子の面積の３．５１％であった。基板とＢＴＳは接着していない（剥離あり）状態であった。

実施例５．
接着前の粒子径が２５μｍであるＢＴＳを用いて、液晶光学素子を作製した。ＢＴＳの散布密度は、２３．７個／ｍｍ^２とした。圧着後ＢＴＳの形状は、太鼓状であり、基板との接触面が直径５０μｍの略円となった。このＢＴＳの接触面積は、液晶光学素子の面積の４．５５％であった。基板とＢＴＳ粒子は接着している（剥離なし）状態であった。

比較例．
ＢＴＳを用いず、露光条件などほかの条件は同じである液晶光学素子を作製した。

（評価方法）
ここで、評価方法について説明する。
耐衝撃性試験は、液晶光学素子の上から鉄球（パチンコ玉）を自由落下で衝突させた衝撃を与え、衝撃により発生する衝撃印加点周辺の白濁部分のヘイズ値が試験前の値から０．５増加する加速度を算出し、これを指標とした。鉄球の落下高さを変化することで与える衝撃力の強弱を変化させた。さらに、鉄球の自由落下により発生する衝撃力は、エミック社製７１０−Ｃ（加速度ピックアップ）を用いて、加速度として定量化した。厚さ１ｍｍのシリコンゴムシートを介して鉄球を衝突させることで、人間がこぶしでセルを叩いたときに近い衝撃波形とした。衝撃持続時間は約５００μｓｅｃとした。落下試験では、実使用上の設置状態に近くするため、液晶光学素子１０の外周部を枠上の金属製試験台に設置して、衝撃印加点を中に浮いた状態とした。

ヘイズの測定には、スガ試験機社製の直読ヘーズコンピューター（HGM-3DP）を用いた。また、透過率の測定には、大塚電子（株）ＬＣＤ−５２００を用いて測定を行った。

評価結果は、以下の表に示すようになった。

上記の表１に示すように、実施例１〜５いずれの場合も、比較例と比較すると、いずれも高い耐衝撃性を実現した。電極間に電圧を印加していないときの透過率や透過率が１０％になる散乱時の駆動電圧に遜色なく、光学特性を損なわずに耐衝撃性を向上させることができる。

また、実施例１と３、２と４を比較すると、接触面積が大きいほうが、耐衝撃性が向上した。しかし、接触面積を多くすると、ヘイズが上昇し透明性は低下する。実施例５では、同等の接触面積で比較した場合、透明性が向上する（ヘイズが減る）。これは、ＢＴＳ粒子径を大きくしたため、耐衝撃性を向上させる柱構造の周囲の長さが減少するためである。

図５に示されるように、接触面積が同等の場合、基板とＢＴＳ粒子が接着している（剥離していない）方が耐衝撃性が高かった。

接着粒子の粒径は表示体と使用者の距離により良好な範囲は異なるので用途に応じて上限は異なる。したがって、使用用途によっては、実施例５で用いたＢＴＳでは粒子径が大きすぎ、散乱時に粒子として視認され、表示ムラになりうる。

上述のように、液晶光学素子中に熱可塑性樹脂を用いて、柱状構造物を形成することによって耐衝撃性を向上することができる。ただし、柱状構造物が視認されないような条件とすることが液晶光学素子の表示特性の観点から望ましい。もちろん、上記の条件以外の条件で形成してもよい。

さらに、熱可塑性樹脂の材料によって、好適な加熱圧着条件が変わるのは言うまでもない。本発明では、必要な耐衝撃性を得るために、熱可塑性樹脂を選択することができる。

本発明にかかる液晶光学素子の一例の模式的断面図である。 本発明にかかる液晶光学素子の一例の模式的断面図である。 本発明に係る熱可塑性樹脂の柱構造の一例の模式的断面図である。 本発明に係る液晶光学素子の一例の模式的平面図である。 接触面積と耐衝撃指数の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０１Ａ 第１の基板
１０１Ｂ 第２の基板
１０２Ａ 第１の電極
１０２Ｂ 第２の電極
１０３Ａ 第１の配向膜
１０３Ｂ 第２の配向膜
１０４ 複合体層
１０５ スペーサ
１０６ 熱可塑性樹脂

Claims (10)

1. 少なくとも一方が透明な一対の電極付き基板を有する液晶光学素子であって、
   前記基板間に狭持されたネマチック液晶／硬化物複合体であって、前記電極間に電圧を印加することにより散乱状態から透明状態に切り替わる液晶／硬化物複合体と、
   前記一対の電極付き基板間の間隔を保持する非熱可塑性樹脂のスペーサと、
   前記一対の電極付き基板間に基板間隔と等しい高さの熱可塑性樹脂の柱構造とを備える液晶光学素子。
2. 一対の基板と柱構造とがそれぞれ接着していることを特徴とする
   請求項１記載の液晶光学素子。
3. 前記硬化物が光硬化性化合物の硬化物である
   請求項１または２に記載の液晶光学素子。
4. 柱構造は、基板に対して接している面が略円状である
   請求項１、２または３に記載の液晶光学装置。
5. 液晶は負の誘電異方性を有し、
   液晶を基板面に垂直に配向させる配向膜が少なくとも一方の基板に備えられている
   請求項１、２、３または４に記載の液晶光学素子。
6. 柱構造の幅が１２０μｍ以下である
   請求項１、２、３、４または５に記載の液晶光学素子。
7. 前記柱構造の占める平面内面積比率が０．５％以上５％以下である
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
8. 少なくとも一方が透明な一対の電極付き基板間を有する液晶光学素子の製造方法であって、
   一対の電極付き基板の少なくとも一方に非熱可塑性樹脂のスペーサと熱可塑性樹脂を配置するステップと、
   前記一方の基板と他方の基板とを対向配置するステップと、
   一対の電極付き基板を加熱しながら押圧することにより、熱可塑性樹脂の粒子を加熱変形させて柱構造を形成するステップと、
   柱構造が形成された基板間にネマチック液晶と光硬化性化合物の混合物を狭持するステップと、
   ネマチック液晶と光硬化性化合物の混合物に光照射して、電極間に電圧を印加することにより散乱状態から透明状態に切り替わることができる液晶／硬化物複合体を形成するステップとを備える液晶光学素子の製造方法。
9. スペーサ及び熱可塑性樹脂の球状粒子を同時に散布する
   請求項８に記載液晶光学素子の製造方法。
10. 前記柱構造を形成するステップで、熱可塑性樹脂の粒子を加熱し、基板と接着させる
    請求項８または９に記載の液晶光学素子の製造方法。

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