(57)【要約】【課題】  液晶調光器及びその製造方法の提供。【解決手段】  液晶ケースを具え、該液晶ケースに上下の二つの透明基板が設けられ、該液晶ケースの周囲にシールリングが設けられた液晶調光器において、二つの透明基板の内表面に透明電極が設けられ、透明電極の内表面にプレティルト角を具えた配向層が設けられ、該配向層のプレティルト角範囲が１度から８９度とされ、上述の二つの透明基板の間に一次元配列されたフォーカルコニック（Ｆｏｃａｌ  Ｃｏｎｉｃ）液晶層が設けられ、この液晶層はコレステリック液晶であり、該液晶の螺旋軸は同一方向にあり、並びに上述の二つの透明基板と平行である。【選択図】        図１
2005266469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶ケースを具え、該液晶ケースに上下の二つの透明基板が設けられ、該液晶ケースの周囲にシールリングが設けられた液晶調光器において、二つの透明基板の内表面に透明電極が設けられ、透明電極の内表面にプレティルト角を具えた配向層が設けられ、該配向層のプレティルト角範囲が１度から８９度とされ、上述の二つの透明基板の間に一次元配列されたフォーカルコニック液晶層が設けられ、この液晶層はコレステリック液晶であり、この液晶の螺旋軸は同一方向にあり、並びに上述の二つの透明基板と平行であり、駆動電圧を調節することにより側方向入射光の反射光波長を改変することを特徴とする、液晶調光器。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶調光器において、液晶ケースの厚さが１〜１０μｍとされたことを特徴とする、液晶調光器。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶調光器において、コステリック液晶がネマティック液晶と光活性化材料を重量比２：３〜１０：１で混合してなることを特徴とする、液晶調光器。
【請求項４】
請求項１に記載の液晶調光器において、配向層のプレティルト角が６５度とされたことを特徴とする、液晶調光器。
【請求項５】
液晶調光器の製造方法において、
Ａ．ネマティック液晶、光活性化材料を、重量比２：３〜１０：１で混合して混合液晶を形成するステップ、
Ｂ．上下の基板の表面に透明電極を蒸着し、その上にポリイミドを塗布し、配向層とするステップ、
Ｃ．上下の基板のポリイミド配向層に対して反対方向の平行ラビングを行なうステップ、
Ｄ．真空注入或いは毛細現象注入により、混合液晶を液晶ケースに注入し、並びに樹脂でシールするステップ、
Ｅ．上下二つの基板の外表面を擦ってきれいにし、樹脂を塗布し、並びに二片の台形プリズムの斜面をその上に接合し、接合過程で気泡が残留しないようにするステップ、
Ｆ．製造した装置を炉に入れ、混合液晶のクリア点の温度より高い温度で加熱し、その後、ゆっくりと冷却し、良好に配向された一次元フォーカルコニック構造を得、その加熱温度は摂氏７０度から摂氏１００度とするステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、液晶調光器の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の液晶調光器の製造方法において、
Ａ．ネマティック液晶、光活性化材料を、重量比２：３〜１０：１で混合して混合液晶を形成するステップ、
Ｂ．透明電極を蒸着した上下の基板の表面にＳｉＯ2 を蒸着し、そのプレティルト角を６５度とするステップ、
Ｃ．上下の基板のポリイミド配向層に対して反対方向の平行ラビングを行なうステップ、
Ｄ．真空注入或いは毛細現象注入により、混合液晶を液晶ケースに注入し、並びに樹脂でシールするステップ、
Ｅ．上下二つの基板の外表面を擦ってきれいにし、樹脂を塗布し、並びに二片の台形プリズムの下底面を擦ってきれいにしてその上に接合し、接合過程で気泡が残留しないようにするステップ、
Ｆ．二つの基板の間に解旋電圧より大きい作業電圧を印加し、コレステリック液晶をネメティック状態となし、その後、電圧をゆっくりと下げて良好に配向された一次元フォーカルコニック構造を得るステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、液晶調光器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の液晶調光器に関する。該調光器はコレステリック液晶で製造された特殊な調光器であり、該調光器の反射光波長は印加電圧により制御され、反射光色は赤から緑、緑から青に急速変換され、カラー表示を実現する。本発明の核心技術は調光器中のコレステリック液晶が終始良好な配向のフォーカルコニックモードとされ、即ち螺旋軸が全て同一方向にあり、ただ螺旋ピッチが電圧に伴い変化する。
【背景技術】
【０００２】
工業の発展に伴い、電力消耗が少ないカラー液晶ディスプレイに対する要求がますます高まっている。ある応用では、大スクリーンＬＣＯＳプロジェクタにおいて、ディスプレイにリアルで、急速な色の表示と光の利用率アップが要求されるほか、強光照射に耐え、光の吸収をほぼ０とすることが求められる。
【０００３】
現在、液晶ディスプレイにあって実現されているカラー表示の技術には二種類がある。最もよく目にされるのは、ＳＴＮ−ＬＣＤとＴＦＴ−ＬＣＤに採用されている技術であり、その画素カラーはカラーフィルタにより決定され、外界条件では改変できない。もう一種のＥＣＢ（電界制御複屈折）液晶ディスプレイに採用されている技術であり、その画素カラーは液晶層への印加電圧を改変することで、その光学遅延量を改変することにより達成され、その透過光は中心分布を呈し、辺縁は不明晰で、光の利用率は高くない。これら二種類の技術に対応するディスプレイの層状構造中には、いずれも光を吸収する偏光板、カラーフィルタ、及び表示点の周囲のブラックマトリクスがある。プロジェクタのイメージャー（ｉｍａｇｅｒ）とされると、強光が通過する時、顕著な温度上昇を発生してディスプレイの温度を正常な作業範囲より大幅に超過させてしまう。このため既存のカラー表示技術の液晶ディスプレイはいずれもプロジェクタのイメージャーの要求を満足させることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、液晶調光器及びその製造方法を提供することにあり、この調光器の反射光波長は印加する電圧により制御され、駆動電圧を調節することにより、その側方向入射の反射光波を改変し、反射光の色を赤から緑、緑から青に急速に変換し、カラー表示を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、液晶ケースを具え、該液晶ケースに上下の二つの透明基板が設けられ、該液晶ケースの周囲にシールリングが設けられた液晶調光器において、二つの透明基板の内表面に透明電極が設けられ、透明電極の内表面にプレティルト角を具えた配向層が設けられ、該配向層のプレティルト角範囲が１度から８９度とされ、上述の二つの透明基板の間に一次元配列されたフォーカルコニック液晶層が設けられ、この液晶層はコレステリック液晶であり、この液晶の螺旋軸は同一方向にあり、並びに上述の二つの透明基板と平行であり、駆動電圧を調節することにより側方向入射光の反射光波長を改変することを特徴とする、液晶調光器としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の液晶調光器において、液晶ケースの厚さが１〜１０μｍとされたことを特徴とする、液晶調光器としている。
請求項３の発明は、請求項１に記載の液晶調光器において、コステリック液晶がネマティック液晶と光活性化材料を重量比２：３〜１０：１で混合してなることを特徴とする、液晶調光器としている。
請求項４の発明は、請求項１に記載の液晶調光器において、配向層のプレティルト角が６５度とされたことを特徴とする、液晶調光器としている。
請求項５の発明は、液晶調光器の製造方法において、
Ａ．ネマティック液晶、光活性化材料を、重量比２：３〜１０：１で混合して混合液晶を形成するステップ、
Ｂ．上下の基板の表面に透明電極を蒸着し、その上にポリイミドを塗布し、配向層とするステップ、
Ｃ．上下の基板のポリイミド配向層に対して反対方向の平行ラビングを行なうステップ、
Ｄ．真空注入或いは毛細現象注入により、混合液晶を液晶ケースに注入し、並びに樹脂でシールするステップ、
Ｅ．上下二つの基板の外表面を擦ってきれいにし、樹脂を塗布し、並びに二片の台形プリズムの斜面をその上に接合し、接合過程で気泡が残留しないようにするステップ、
Ｆ．製造した装置を炉に入れ、混合液晶のクリア点の温度より高い温度で加熱し、その後、ゆっくりと冷却し、良好に配向された一次元フォーカルコニック構造を得、その加熱温度は摂氏７０度から摂氏１００度とするステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、液晶調光器の製造方法としている。
請求項６の発明は、請求項５記載の液晶調光器の製造方法において、
Ａ．ネマティック液晶、光活性化材料を、重量比２：３〜１０：１で混合して混合液晶を形成するステップ、
Ｂ．透明電極を蒸着した上下の基板の表面にＳｉＯ2 を蒸着し、そのプレティルト角を６５度とするステップ、
Ｃ．上下の基板のポリイミド配向層に対して反対方向の平行ラビングを行なうステップ、
Ｄ．真空注入或いは毛細現象注入により、混合液晶を液晶ケースに注入し、並びに樹脂でシールするステップ、
Ｅ．上下二つの基板の外表面を擦ってきれいにし、樹脂を塗布し、並びに二片の台形プリズムの下底面を擦ってきれいにしてその上に接合し、接合過程で気泡が残留しないようにするステップ、
Ｆ．二つの基板の間に解旋電圧より大きい作業電圧を印加し、コレステリック液晶をネメティック状態となし、その後、電圧をゆっくりと下げて良好に配向された一次元フォーカルコニック構造を得るステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、液晶調光器の製造方法としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の応用範囲は非常に広く、例えば、それはＬＣＯＳプロジェクタディスプレイに応用可能である。三層調光器が一つに重ね合わされ、調光器の層間距離と照射光の入射角を調整することで、それに照射される白光を整然と分けられて近接する赤、緑、青の三色の光帯となすことができ、ＬＣＯＳの全部の画素に同時に照射する。三つの調光器の電圧を改変する時、三本の色帯が変換されてＬＣＯＳに照射されて同期に相応する画素を駆動し、スクリーンに投影し、フルカラー画像を得られる。分光、合光を採用した三片式ＬＣＯＳプロジェクタディスプレイ及び色輪を採用する光学システムと比較すると、このような調光器を採用したＬＣＯＳプロジェクタディスプレイは、構造が簡単で、ただ一片のＬＣＯＳを使用し、煩瑣で困難な三色光点アライメント問題を回避でき、光利用率が高く、その性能と価格はその他のＬＣＯＳプロジェクタディスプレイより遥かに優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は一種の液晶調光器を提供し、それは、液晶ケースを具え、該液晶ケースに上下の二つの透明基板が設けられ、該液晶ケースの周囲にシールリングが設けられた液晶調光器において、二つの透明基板の内表面に透明電極が設けられ、透明電極の内表面にプレティルト角を具えた配向層が設けられ、該配向層のプレティルト角範囲が１度から８９度とされ、上述の二つの透明基板の間に一次元秩序を有するフォーカルコニック（Ｆｏｃａｌ  Ｃｏｎｉｃ）液晶層が設けられ、この液晶層はコレステリック液晶であり、該液晶の螺旋軸は同一方向にあり、並びに上述の二つの透明基板と平行である。
【０００８】
本発明はまた一種の液晶調光器の製造方法を提供し、それは、
Ａ．混合液晶形成。  ネマティック液晶、光活性化材料を、重量比２：３〜１０：１で混合して混合液晶を形成する。
Ｂ．上下の基板の表面に透明電極を蒸着し、その上にポリイミドＳＥＲ１１を塗布し、配向層とする。
Ｃ．上下の基板のポリイミド配向層に対して反対方向の平行ラビングを行なう。
Ｄ．真空注入或いは毛細現象注入により、混合液晶を液晶ケースに注入し、並びに樹脂でシールする。
Ｅ．上下二つの基板の外表面を擦ってきれいにし、樹脂を塗布し、並びに二片の台形プリズムの斜面をその上に接合し、接合過程で気泡が残留しないようにする。
Ｆ．製造した装置を炉に入れ、混合液晶のクリア点の温度より高い温度で加熱し、その後、ゆっくりと冷却し、良好に配向された一次元フォーカルコニック構造を得る。その加熱温度は摂氏７０度から摂氏１００度である。
【０００９】
一般にケース中で、螺旋構造を具えたコレステリック液晶は平面（ｐｌａｎａｒ）モードとフォーカルコニックモードの二種類の構造状態で存在する。
【００１０】
平面モード時には、螺旋軸は基板に対して垂直或いは垂直に近い。外来光線が照射される時、一部はブラッグ反射され、別の部分は液晶層を透過する。
【００１１】
零電場、即ち電圧を印加しない時、反射光の波長λとバンド幅△λはそれぞれ、以下のようである。
λ＝ｎ  Ｐｃｏｓθ                                        （１）
△λ＝△ｎ／ｎ  λｃｏｓθ  或いは△λ＝△ｎ  Ｐｃｏｓθ  （２）
ｎ＝（ｎｅ＋ｎ０）／２                                    （３）
ｎはコレステリック液晶材料の平均屈折率、Ｐはコレステリック液晶の螺旋構造の固有螺旋ピッチ、θは入射光と螺旋軸の夾角、△ｎ＝ｎ３−ｎ０。ｎｅはコレステリック液晶の非尋常光の屈折率、ｎ０はコレステリック液晶の尋常光の屈折率である。
【００１２】
普通のフォーカルコニックモードにあって、螺旋軸は基板に対して平行か平行に近く、二次元無秩序分布を呈する。外来光線照射時には、少量が散乱されるほか、ほぼ全部がディスプレイを透過する。
【００１３】
零電場にあって、コレステリック液晶の二種類のモード及び多くのいわゆるグレースケールレベルの中間状態はいずれも安定しており、螺旋軸方向が小範疇で異なるもので構成される。一定の電場作用下では、二種類の構造状態は同一物相下で相互に変換可能である。
【００１４】
本発明の原理は一種の特殊な表面処理と駆動技術を採用し、全部或いは一部の液晶層に、安定し、一次元秩序を有する特殊フォーカルコニックモードを得させることにあり、即ち、フォーカルコニックモードの螺旋軸を同一方向にあって、側方向入射光の反射体となす。入射光と反射光はそれぞれ液晶層の両側にある。
【００１５】
（１）の式に基づき、反射光の波長を螺旋構造の螺旋ピッチＰ、入射／出射角θと液晶材料の平均屈折率ｎにより決定する。コレステリック液晶の螺旋構造のピッチＰは印加される電磁場強度の変化に伴い変化し、即ち、Ｐは電磁場強度の関数Ｐ（Ｖ）であり、図１に示されるとおりである。外から印加される電磁場強度が十分に強い時、Ｐは無限長に変化し、液晶相は光を反射するコレステリックモードから光を反射しないネマティックモードに変化する。本液晶調光器はＰが有限値とされる範囲内でのみ動作し、即ち、作業過程中に、液晶は終始良好な配向状態のフォーカルコニックモードとされ、平面モードとネマティック相構造は出現しない。異なる電磁場強度は異なる螺旋ピッチＰ（Ｖ）に対応し、これにより異なる反射波長に対応し、反射波長は可視光範囲とされ、異なる色に対応する。これにより反射光の中心波長は連続調整可能である。
【００１６】
以下に図面を参照して具体的に本発明を説明する。
図１に示されるように、本発明の液晶調光器は、液晶ケース１００を具え、該液晶ケース１００に上下の二つの透明基板１０１が設けられ、該透明基板１０１はガラス或いはその他の材料で形成され、該液晶ケース１００の周囲にシールリング１０２が設けられ、上述の二つの透明基板１０１の内表面に透明電極１０３が設けられ、透明電極１０３は一般にＩＴＯ等の材料で形成される。該透明電極１０３の内表面にプレティルト角を具えた配向層１０４が設けられ、該配向層１０４のプレティルト角範囲は１度から８９度であり、高いプレティルト角（＞４５度）であるほどフォーカルコニック構造が安定する。この一層の作用は表面の液晶層に一定の配向とプレティルト角を具備させることにある。本実施例ではプレティルト角範囲は６５度とされる。
【００１７】
上述の二つの透明基板の間には一次元秩序を有するフォーカルコニックモード液晶層１０５が設けられ、この液晶層はコレステリック液晶であり、該液晶の螺旋軸（１０６）は同一方向にあり、並びに上述の二つの透明基板１０１と平行とされ、駆動電圧を調節することによりその側方向入射の反射光波を改変できる。上述のコレステリック液晶の材料は、一般に市販されているネメティック液晶と光活性化材料で組成される。ある特殊な要求を満足させるため、少量の、総重量の５％を超過しないモノマー、ポリマー及び表面活性剤等を更に添加しうる。液晶材料中、ネメティック液晶と光活性化材料の比は、使用要求と使用材料に基づき、重量比２：３〜１０：１の間で変化し、好ましくは２：３〜２：１の間とされる。
【００１８】
液晶調光器の製造に重要であるのは、液晶ケース１００構造の設計とコレステリック液晶材料の選択である。液晶ケース１００の厚さは小さくする必要があり、本実施例の液晶ケース１００の厚さは１〜１０ミクロンとされ、そのサイズは０．８英インチ×０．３英インチの方形液晶ケースとされ、スペーサはない。
【００１９】
コレステリック液晶螺旋構造のピッチＰ（μｍ）は以下の式に表される。
Ｐ＝１／ΣＡｉ  Ｃｉ
式中、Ａｉは第ｉ種の光活性化材料の液晶に対するねじれ能力である。Ｃｉは第ｉ種の光活性化材料のネメティック液晶材料中の百分率である。
【００２０】
図２を参照されたい。本発明と二つの補助用の台形プリズム２００、２０２は一体に形成される。製造工程を簡易化し大規模生産できるように、好ましくは屈折率がマッチングする材料を使用し、例えばカナダ樹脂或いはエポキシ樹脂で透明プリズムの下底面と基板を接合する。液晶ケース内に一次元秩序を有するフォーカルコニック構造のコレステリック液晶材料２０１を注入し、その螺旋軸２０６は相互に平行で並びに基板に平行である。入射光２０３、２０４、反射光２０５は液晶層平面両側にあり、並びに螺旋軸と同一平面内にある。入射光の白色自然光は分解されて左螺旋と右螺旋の二つの円偏光に光成分に分解されるが、螺旋ピッチに相応した波長の光成分のみを反射し、別の成分及びその他の光は液晶層を透過して射出され、投射光２０５を形成する。この投射光２０５は反射光の補色光であり、即ち入射光から反射光を除去した残りの部分である。
反射光の中心波長は、
λ＝ｎ  Ｐ  ｃｏｓθ
ここでθは入射光と螺旋軸の夾角である。もしθが十分に小さければ、液晶層は十分に厚く、△ｎは十分に大きく、即ち反射光中、選択反射される光は全反射され、且つバンド幅は矩形である。
【００２１】
さらに図３に示されるように、液晶ケースに印加される駆動電圧がＶ０である時、曲線３０１の表示するのは中心波長が４００ｎｍの反射スペクトルである。
【００２２】
液晶ケースに印加される駆動電圧がＶ１の時、曲線３０２が表示するのは中心波長が４５０ｎｍの反射スペクトルである。
【００２３】
液晶ケースに印加される駆動電圧がＶ２の時、曲線３０３が表示するのは中心波長が４５０ｎｍの反射スペクトルである。
【００２４】
液晶ケースに印加される駆動電圧がＶ３の時、曲線３０４が表示するのは中心波長が６１０ｎｍの反射スペクトルである。
【００２５】
本実施例に記載の駆動電圧は直流成分を有さないパルス電圧である。
【００２６】
以下は液晶調光器の製造方法の実施例１である。
Ａ．混合液晶形成。  ＥＭ化学社製のネメティック液晶ＢＬ００３と、実力克社生産の光活性化材料ＣＢ１５を、重量比ＢＬ００３：ＣＢ１５＝６：１で混合し混合液晶を形成する。
Ｂ．上下の基板の表面に透明電極を蒸着し、並びにその上にＮＩＳＳＯＮ社製のポリイミドＳＥＲ１１を塗布し、配向層とし、そのプレティルト角は６５度とする。
Ｃ．上下の基板のポリイミド配向層に対して反対方向の平行ラビングを行なう。
Ｄ．厚さが２．３μｍ、サイズが０．８英インチ×０．８英インチの方形液晶ケースに対して真空注入或いは毛細現象注入により、混合液晶を液晶ケースに注入し、並びに樹脂でシールする。
Ｅ．上下二つの基板の外表面を擦ってきれいにし、カナダ樹脂を塗布し、並びに二片の台形プリズムの斜面を擦ってきれいにしてその上に接合し、接合過程で気泡が残留しないようにする。
Ｆ．製造した装置を炉に入れ、混合液晶のクリア点の温度より高い温度で加熱し、その後、ゆっくりと冷却し、良好に配向された一次元フォーカルコニック構造を得る。その加熱温度は摂氏７０度から摂氏１００度、好ましくは摂氏８０度である。
【００２７】
以下は液晶調光器の製造方法の実施例２である。
Ａ．混合液晶形成。  ＥＭ化学社製のネメティック液晶ＢＬ００９と、実力克社生産の光活性化材料ＣＢ１５、Ｒ１０１１とＲ８１１を、重量比ＢＬ００９：ＣＢ１５：Ｒ１０１１：Ｒ８１１＝６５：６：１２：７で混合し混合液晶を形成する。
Ｂ．透明電極を蒸着したそうげの二つの基板表面にＳｉＯ2 を蒸着し、そのそのプレティルト角は６５度とする。
Ｃ．上下の基板のポリイミド配向層に対して反対方向の平行ラビングを行なう。
Ｄ．液晶ケースに対して真空注入或いは毛細現象注入により、混合液晶を液晶ケースに注入し、並びに樹脂でシールする。
Ｅ．上下二つの基板の外表面を擦ってきれいにし、樹脂を塗布し、並びに二片の台形プリズムの下底面を擦ってきれいにしてその上に接合し、接合過程で気泡が残留しないようにする。
Ｆ．二つの基板の間に解旋電圧より大きい作業電圧を印加し、この交流電源の周波数は１ｋＨｚとし、その電圧は２５Ｖとし、続けて１０ミリ秒印加し、２秒かけて、ゆっくりと電圧を１０Ｖまで下げ、コレステリック液晶をネメティック状態となし、その後、ゆっくりと電圧を下げ、良好な一次元フォーカルコニック構造を得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の液晶調光器の第１実施例表示図である。
【図２】本発明の液晶調光器の第２実施例表示図である。
【図３】本発明の波形図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００  液晶ケース                    １０１  透明電極
１０２  シールリング                  １０３  透明電極
１０４  配向層                        １０５  フォーカルコニック液晶層
１０６  螺旋軸
２００  台形透明プリズム              ２０１  コステリック液晶材料
２０２  台形透明プリズム              ２０３  入射光
２０４  入射光                        ２０５  反射光
２０６  螺旋軸
【図１】
2005266469.tif 000003
【図２】
2005266469.tif 000004
【図３】
2005266469.tif 000005