(57)【要約】【課題】高い透過率と良好なコントラストを得ることができる液晶光変調膜、液晶表示素子および液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶光変調膜１０は、２枚の含浸膜１２ａ、１２ｂで構成され、含浸膜１２ａ、１２ｂは、ポリマーが一方向に配向した多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂ中に液晶１６が含浸され、さらに液晶１６中に二色性色素１８が含まれた構造を有する。液晶１６は、多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂの配向方向と同じ方向に配向される。二色性色素１８は、液晶１６の配向挙動に追随して、液晶１６と同じ方向に配向する。液晶光変調膜１０は、透明電極２０ａ、２０ｂを設けた２枚の透明基板２２ａ、２２ｂに挟持され、液晶表示素子２４とされる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質樹脂膜中に二色性色素を含む液晶が含浸された含浸膜からなることを特徴とする液晶光変調膜。
【請求項２】
前記多孔質樹脂膜はポリマーが一方向に配向してなることを特徴とする請求項１記載の液晶光変調膜。
【請求項３】
前記含浸膜が前記ポリマーの配向方向を違えて少なくとも２枚積層されてなることを特徴とする請求項２記載の液晶光変調膜。
【請求項４】
前記含浸膜のうちの２枚が前記ポリマーの配向方向を直交するように積層されてなることを特徴とする請求項３に記載の液晶光変調膜。
【請求項５】
前記多孔質樹脂膜は、延伸により配向されてなることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の液晶光変調膜。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶光変調膜がそれぞれ透明電極付きの２枚の透明基板により挟持されてなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】
前記透明基板が樹脂フィルムからなることを特徴とする請求項６記載の液晶表示素子。
【請求項８】
請求項６または７記載の液晶表示素子と、バックライトとを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶光変調膜、液晶表示素子および液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶に電界を加えて液晶分子の配向状態を変化させるという、液晶の電気光学効果を応用すると、光の強度を主に変化させる光変調器を実現することができる。この液晶を用いた光変調器は、他の電気光学効果を示す光学結晶に比べて低電圧で動作する。このため、液晶を用いた光変調器を光変調層（膜）として備えた液晶表示素子は、平面表示装置に好適に用いられている。
【０００３】
しかしながら、液晶表示素子は、液晶の配向処理が必要であるため、大面積の素子を作製することは容易ではない。
【０００４】
これに対して、樹脂ポリマー中に誘電異方性をもつ液晶を分散させたポリマー分散型液晶（光変調膜）も知られており、この場合、配向処理を必要としないため、大面積の液晶表示素子を安価に作製することができる。
【０００５】
ところが、ポリマー分散型液晶は、電界が加わっていない状態において液晶がランダムに配列したとき、入射した光が散乱されて出射するため十分な暗状態を得ることができず、したがってコントラストの良好な表示を得ることができない。
【０００６】
ポリマー分散型液晶における上記の不具合を改善するために、液晶とともに二色性色素を樹脂ポリマー中に分散させた液晶表示素子が提案されている（特許文献１）。ここで、二色性色素とは、光の吸収に異方性がある色素をいう。
【０００７】
上記の液晶表示素子は、電界が加わっていない状態において散乱光を二色性色素が吸収するため、良好な暗状態が得られ、これにより、十分なコントラストを得ることができるとされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２１９４号公報。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二色性色素を樹脂ポリマー中に分散させた液晶表示素子は、二色性色素の配向方向が樹脂ポリマーによって規制された状態となっているため、光変調動作の過程において二色性色素の光吸収機能を加減することができない。このため、入射光に対する透過率が必ずしも高くなく、また、必ずしも良好なコントラストを得ることができないものと考えられる。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、高い透過率と良好なコントラストを得ることができる液晶光変調膜、液晶表示素子および液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶光変調膜（液晶光変調器）は、多孔質樹脂膜中に二色性色素を含む液晶が含浸された含浸膜からなることを特徴とする。
【００１２】
これにより、液晶の配向に追随して二色性色素も液晶と同一方向に配向されるため、液晶光変調膜を表示素子に用いるときに、電圧印加時における二色性色素の光吸収が少なく、高い透過率と良好なコントラストを得ることができる。
【００１３】
この場合、前記多孔質樹脂膜はポリマーが一方向に配向してなると、液晶光変調膜を表示素子に用いるときに、配向膜を設ける必要がないため好適である。
【００１４】
また、この場合、前記含浸膜が前記ポリマーの配向方向を違えて少なくとも２枚積層されてなり、また、より好ましくは、前記含浸膜のうちの２枚が前記ポリマーの配向方向を直交するように積層されてなると、厚みの薄い液晶光変調膜で入射光の偏光角が異なり、より好ましくは偏光角が直交する偏光成分を吸収することができるため、厚みの薄い表示素子を得ることができる。また、偏光板が必要でないため、高い光利用効率を得ることができる。
【００１５】
また、この場合、前記多孔質樹脂膜は、延伸により配向されてなると、多孔質樹脂膜が良好な配向性を有するため、好適である。
【００１６】
また、本発明に係る液晶表示素子は上記の液晶光変調膜がそれぞれ透明電極付きの２枚の透明基板により挟持されてなることを特徴とする。
【００１７】
これにより、上記本発明の液晶光変調膜の効果を好適に得ることができる。
【００１８】
この場合、前記透明基板が樹脂フィルムからなると、軽量で変形が可能な液晶表示素子を得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る液晶表示装置は、上記の液晶表示素子と、バックライトとを備えることを特徴とする。
【００２０】
これにより、コントラスト比の良好な表示装置を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る液晶光変調膜、液晶表示素子および液晶表示装置の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
【００２２】
まず、本実施の形態例に係る液晶光変調膜（液晶光変調器）および液晶表示素子について、図１を参照して説明する。なお、図１は、液晶光変調膜を模式的に示したものである。
【００２３】
液晶光変調膜１０は、２枚の含浸膜１２ａ、１２ｂで構成される。それぞれの含浸膜１２ａ、１２ｂは、多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂ中に二色性色素を含む液晶が含浸された構造を有する。
【００２４】
含浸膜１４ａ、１４ｂは自立性を有する。ここで、自立性とは、一定の剛性をもち、自ら独立して一定の形状を保持し得る性質をいう。すなわち、含浸膜１２ａ、１２ｂからなる液晶光変調膜１０は、表示素子に用いるとき、２枚の基板で挟持するまでもなく、小さな力が加わっても変形等することなく、一定の形状を保持する。これに対して通常の液晶のみを用いた変調膜は、そのままでは定型性を有せず、言い換えれば、自立性を有せず、表示素子に用いるとき、２枚の基板で挟持することによりはじめて一定の形状に形成される。
【００２５】
多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂに用いる樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、または例えばアクリルウレタン樹脂等、それらの樹脂の共重合体や、さらにはセルロース等を用いることができる。また、配向性に優れた樹脂として、液晶性のモノマーを硬化させた合成樹脂や、高分子液晶を用いることもできる。
【００２６】
多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂは、上記の樹脂を相分離して得られる多孔質樹脂材料を、機械的に延伸することにより得ることができる。
【００２７】
多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂの構造は、ポリマーが高い秩序で配向しているか、あるいは、ポリマー分子の主鎖もしくは側鎖が高い秩序で分子配向していることが好ましい。また、多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂは、網目状の構造を有するものが好ましい。このような多孔質樹脂膜も相分離や延伸等の作製方法により得ることができる。
【００２８】
また、多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂは、ポリマーの凝集密度、あるいはポリマー繊維の長さや分子の大きさを調整することで、表示素子に用いたときの光変調の応答速度や、表示のコントラスト比を制御することが可能となる。例えば、ポリマーがネットワークを形成する繊維の場合、繊維の太さは１μｍ以下程度が望ましい。また、コントラスト比の良好な光変調を行うためには、多孔質樹脂膜の厚みは２〜５０μｍ程度が適当である。
【００２９】
液晶１６の材料としては、ビフェニル系、ターフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、フッ素系、トラン系またはエステル系のネマティック液晶、コレステリック液晶、あるいはスメクティック液晶が好適である。スメクティック液晶を用いる場合、自発分極を有して高速応答を示す強誘電性液晶が有用である。このような強誘電性液晶として、シッフ塩基系強誘電性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液晶、ビフェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶、フェニルピリミジン系強誘電性液晶等を挙げることができる。
【００３０】
また、二色性色素１８の材料としては、黒、赤、緑、青、黄、マゼンタ、シアン等の各色を呈するものが、表示素子として好適である。例えば、二色性比が高いアントラキノンやアゾ系の色素を調合したものが好ましい。
【００３１】
含浸膜１２ａ、１２ｂは、上記したように多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂに含浸された液晶１６中に二色性色素１８を含むため、二色性色素１８は液晶１６の配向挙動に追随して配向する。
【００３２】
また、含浸膜１２ａ、１２ｂは、多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂのポリマーが一方向に配向しているため、多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂに含浸された液晶１６（および二色性色素１８も）は多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂと同じ配向方向に配向される。
【００３３】
２枚の含浸膜１２ａ、１２ｂは、ポリマーの配向方向が、図１中、Ｘ方向およびＹ方向に直交するように積層される。
【００３４】
上記のように構成される本実施の形態例に係る液晶光変調膜１０は、それぞれ透明電極２０ａ、２０ｂを設けた２枚の透明基板２２ａ、２２ｂに挟持され、本実施の形態例に係る液晶表示素子２４とされる。
【００３５】
透明電極２０ａ、２０ｂの材料としては、スズをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）等の透明金属酸化物材料が好適であるが、有機系の高分子導電材料を用いてもよい。この場合、透明電極２０ａ、２０ｂ間に、透明な有機物や、二酸化ケイ素、二酸化チタン等の透明な無機酸化物からなる絶縁層を設けると、透明電極２０ａ、２０ｂ間の短絡をより確実に避けることができる。
【００３６】
また、透明基板２２ａ、２２ｂの材料としては、例えば厚みが０．７ｍｍ以下の薄いガラス板を用いることができ、これにより、表示素子の軽量化、大面積化を実現することができる。また、例えば厚みが０．４ｍｍ以下程度の薄くて可撓性を有する樹脂フィルムを用いてもよく、これにより、さらに、フレキシブルな表示素子を得ることができる。なお、この場合、液晶光変調膜１０の厚み、形状は、前記したように、２枚の透明基板間のギャップによってではなく、自立性を有する液晶光変調膜１０自体によって保持される。このような、樹脂フィルムに用いられる樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポルエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。
【００３７】
液晶表示素子２４の透明電極２０ａ、２０ｂは、リード線２６ａ、２６ｂを介して直流電圧もしくは交流電圧を供給する電圧源２８に接続される。
【００３８】
上記のように構成される本実施の形態例に係る液晶表示素子２４は、透明基板２２ａの側から光が入射され、透明電極２０ａ、２０ｂ間に印加される電圧の強度や極性に応じて、光変調されて透過光となる。
【００３９】
すなわち、液晶表示素子２４は、液晶１６の配向挙動に追随して二色性色素１８が配向するため、二色性色素１８の分子の長軸方向に偏光した光が二色性色素１８に良好に吸収される。このため、出射光の強度が小さくなり、良好な暗状態を得ることができる。この効果は、含浸膜が１枚のみであっても得ることができるが、特に、液晶表示素子２４は、２枚の含浸膜１２、１２ｂが多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂ、液晶１６および二色性色素１８のそれぞれの配向方向を直交して積層されているため、入射光の直交する偏光成分がいずれも二色性色素１８に吸収され、より好適な暗状態が得られる。
【００４０】
また、液晶表示素子２４は、透明電極２０ａ、２０ｂ間に電圧を印加したとき、液晶１６の分子が電界に平行に配向するとともに二色性色素１８もこれと同じ方向に配向するため、照射光は二色性色素１８には殆ど吸収されることなく、液晶光変調膜１０を透過する。これにより、高い強度の透過光が得られる。この透過光の強度は、透明電極２０ａ、２０ｂ間に印加する電圧の強度や電極の極性を変えることにより、連続的に制御することができる。
【００４１】
また、液晶表示素子２４は、液晶光変調膜１０自体を均一な厚みの所定の形状に形成することができるため、透明基板２２ａ、２２ｂ間のギャップを精密に設ける必要がなく、また、塗布等の方法により液晶を配向させる必要もないため、大面積の表示素子を容易に得ることができる。なお、この場合、硬質樹脂や二酸化ケイ素等からなる粒径の揃ったスペーサ粒子を含浸膜１２ａ、１２ｂ中に分散しておくと、含浸膜１２ａ、１２ｂの厚みをより精密に制御することができる。
【００４２】
また、液晶表示素子２４は、液晶光変調膜１０が入射光の直交する偏光成分を吸収する２枚の薄い含浸膜で形成されるため、厚みの薄い表示素子を得ることができる。
【００４３】
また、液晶表示素子２４は、偏光板が必要でないため、高い光利用効率を得ることができる。
【００４４】
また、液晶表示素子２４は、液晶１６が多孔質樹脂膜１４ａ、１４ｂの配向方向に配向するため、従来の液晶表示素子のような、ラビング処理を伴うポリイミド樹脂の配向膜を透明電極上に設ける必要はない。また、これにより、ラビング時の静電気による薄膜トランジスタの破壊や発塵を回避することができるとともに、配向膜を高温で形成するプロセスが不要であり、熱処理に弱い樹脂基板や透明電極にダメージを与えることがないため、液晶表示素子の生産性を高めることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態例に係る液晶表示素子２４において、２枚の含浸膜は、配向方向を直交させることなく、違える程度、すなわち、一致させない程度に積層したものであってもよい。これによっても、１枚の含浸膜のみを用いた場合を超える上記本発明の効果を得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態例に係る液晶表示素子２４において、含浸膜を３枚以上積層すると、上記した本発明の電気光学効果をより一層得ることができる。なお、３枚以上の含浸膜を全て配列方向が直交するように積層する必要はなく、出射光の入射偏光依存性がなくなるように配置して積層すればよい。
【００４７】
また、本実施の形態例に係る液晶表示素子２４において、バックライトをさらに設けると、よりコントラスト比の良好な表示装置を得ることができる。一方、バックライトに変えて反射板や拡散板を設けてもよく、これにより消費電力の低い反射型液晶表示装置を得ることもできる。また、反射板または拡散板をバックライトと組み合わせて用いてもよい。これらの場合において、一方の透明基板や透明電極を透明でない基板や金属電極にしてもよい。
【００４８】
【実施例】
実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００４９】
ポリオレフィン樹脂を相分離して得られた、孔径０．０５μｍ、膜厚１５μｍ、気孔率４５％の多孔質樹脂材料を機械的に延伸して、厚みが１０μｍの多孔質樹脂膜を得た。ついで、この多孔質樹脂膜を２枚、樹脂の配向方向が直交するように積層した。一方、黒色の二色性色素（林原生物化学研究所製　ＮＫＸ−１３６６）をネマティック液晶１００重量部に対して３質量部添加して、二色性色素入り液晶を得た。そして、この二色性色素入り液晶を多孔質樹脂膜に含浸させて、２枚の液晶光変調膜を得た。さらに、この２枚の液晶光変調膜を、厚み７２ｎｍの透明電極付きのガラス基板２枚で挟み込むことで液晶表示素子（液晶光変調器）を得た。
【００５０】
上記の液晶表示素子の透明電極間に１００Ｖの交流電圧を印加したときの、印加電圧と光透過率との関係を図２に示す。図２は透過光の変調が可能であることを示しており、本発明の液晶表示素子の所望の動作が確認された。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る液晶光変調膜によれば、多孔質樹脂膜中に二色性色素を含む液晶が含浸された含浸膜からなるため、表示素子に用いたときに、高い透過率と良好なコントラストを得ることができる。
【００５２】
また、本発明に係る液晶光変調膜によれば、多孔質樹脂膜はポリマーが一方向に配向してなるため、液晶光変調膜を表示素子に用いるときに、配向膜を設ける必要がない。
【００５３】
また、本発明に係る液晶光変調膜によれば、含浸膜がポリマーの配向方向を違えて少なくとも２枚積層されてなり、また、より好ましくは、含浸膜のうちの２枚がポリマーの配向方向を直交するように積層されてなるるため、厚みの薄い表示素子を得ることができる。また、高い光利用効率を得ることができる。
【００５４】
また、本発明に係る液晶表示素子によれば、上記の液晶光変調膜がそれぞれ透明電極付きの２枚の透明基板により挟持されてなるため、上記本発明の液晶光変調膜の効果を好適に得ることができる。
【００５５】
また、本発明に係る液晶表示素子によれば、透明基板が樹脂フィルムからなるため、軽量で変形が可能な液晶表示素子を得ることができる。
【００５６】
また、本発明に係る液晶表示装置によれば、上記の液晶表示素子と、バックライトとを備えるため、コントラスト比の良好な表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例に係る液晶光変調膜および液晶表示素子の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例の液晶表示素子を動作させたときの光変調状態を示す図である。
【符号の説明】
１０　液晶光変調膜
１２ａ、１２ｂ　含浸膜
１４ａ、１４ｂ　多孔質樹脂膜
１６　液晶
１８　二色性色素
２０ａ、２０ｂ　透明電極
２２ａ、２２ｂ　透明基板
【図１】
2004109786.tif 000003
【図２】
2004109786.tif 000004