JP4828249B2 - 液晶調光デバイスの駆動方法 - Google Patents
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Description
本発明の第二の目的は、二色性色素の染着や分解に伴う透過性や着色性の低下がない調光デバイスの駆動方法を提供することである。
[1] 印加電圧に応じて、散乱したフォーカルコニック相状態と透明なネマチック相状態とを呈する液晶を含む液晶組成物が、透明電極を対向させたセル間に充填されてなる液晶調光デバイスについて、前記液晶組成物が、高分子中に液晶を内包したカプセルを分散したものではなく、フォーカルコニック相状態で所定電圧を印加することにより散乱したフォーカルコニック相状態を維持する散乱状態保持動作周期を有し、かつ、透明なネマチック相保持動作周期では、しきい値電圧より高い電圧パルスを連続的に印加し、前記散乱状態保持動作周期では、間隔をあけてパルスを印加することを特徴とする液晶調光デバイスの駆動方法。
[2] 印加電圧に応じて、散乱したフォーカルコニック相状態とネマチック相状態とを呈する液晶を含み、且つ高分子中に液晶を内包したカプセルを分散したものではない液晶組成物が、透明電極を対向させたセル間に充填されてなる液晶調光デバイスに、(1)所定電圧を印加することにより、散乱したフォーカルコニック相状態からネマチック相状態へ変更する第一の相切換動作と、(2)所定電圧を印加することにより、ネマチック相状態を維持するネマチック相保持動作周期と、(3)印加電圧を遮断することにより、ネマチック相状態からフォーカルコニック相状態へ変更する第二の相切換動作と、(4)前記第二の相切換動作後に所定電圧を印加することにより散乱したフォーカルコニック相状態を維持する散乱状態保持動作周期と、のいずれかを選択して調光を行い、前記ネマチック相保持動作周期では、しきい値電圧より高い電圧パルスを連続的に印加し、前記散乱状態保持動作周期では、間隔をあけてパルスを印加することを特徴とする液晶調光デバイスの駆動方法である。
図1に示すように、印加電圧を遮断した直後にフォーカルコニック相の散乱状態が強くなり、最も透過率が低くなるが、時間の経過と共に、透過率が高くなるという特性を有している。
図2(A)は、ネマチック相保持のための印加電圧しているときの液晶の様子を示した模式図であり、図2(B)は、ネマチック相保持のための印加電圧を遮断した直後の液晶の様子を示した模式図であり、図2(C)は、印加電圧を遮断してから時間が経過したときの液晶の様子を示した模式図である。
図2(B)に示すように、印加電圧を遮断した直後では、基板近傍とセル中心部の配向に不整合が生じ、ドメインを発生させる。基板近傍のドメインでは、フォーカルコニック相の螺旋軸の方向は基板に対し垂直方向となっており、セル中心部のドメインでは、フォーカルコニック相の螺旋軸の方向は基板に対し傾斜している。このようにドメイン毎に、フォーカルコニック相の螺旋軸の向きが少しづつずれており、ドメイン界面での散乱によって、散乱状態を呈している。
しかし、時間経過と共に図2(C)に示すように、ドメイン同士が結合し大きなドメインとなって、フォーカルコニック相の螺旋軸が一定方向に揃い、ドメイン境界が少なくなっていると推測される。したがって、ドメイン境界が多く存在する印加電圧の遮断直後には、透過率が低くなって散乱状態が強くなり、時間経過と共に散乱状態が弱くなるものと考える。
なお、上述のように、散乱したフォーカルコニック相状態は、ある一定の時間、散乱を維持できる特性を有するため、前記相保持動作周期における液晶に対して、電圧を印加し続けなくても、適当な時間間隔で電圧を印加すればよいという利点を有する。
また、上記[2]の発明によれば、透明状態と散乱状態を任意の時間で切り替え、かる時間の経過により散乱(遮光性)が低下するのを防止でき、一定の調光性能を維持できる液晶調光デバイスの駆動方法を提供することができる。
したがって、前記散乱状態保持動作周期では、前記ネマチック相保持動作周期での印加電圧よりも小さい電圧を印加することでも、散乱状態を保持することができ、消費電力の節減という観点からも好適である。
[6] 前記液晶組成物がカイラルドーパントを含有し、該カイラルドーパントの含有率が、液晶組成物全体に対して、2質量%〜40質量%であることを特徴とする前記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の液晶調光デバイスの駆動方法である。
[7] 前記二色性色素の含有率は、前記液晶組成物全体に対して、0.1質量%〜20質量%であることを特徴とする前記[4]〜[6]のいずれか1項に記載の液晶調光デバイスの駆動方法である。
また、二色性色素の染着や分解に伴う透過性や着色性が低下しない調光デバイスの駆動方法を提供することができる。
このように、本発明の液晶調光デバイスの駆動方法では、(1)前記第一の相切換動作と、(2)ネマチック相保持動作周期と、(3)第二の相切換動作と、(4)散乱状態保持動作周期とを有する。
本発明における第一の相切替動作は、散乱したフォーカルコニック相状態(以下、適宜「散乱状態」と称する。)からネマチック相状態へ変更させるものである。ネマチック相状態にするためには、印加する電圧は、しきい値電圧よりも高くなければならない。
ネマチック相保持動作周期では、液晶の無色透明状態を保持する。したがって、ネマチック相保持動作周期で印加する電圧パルスは、無色透明状態を維持する時間だけのパルス数と、しきい値電圧より高い電圧からなる。この電圧パルスは、直流、交流のどちらでもよく、その波形も矩形波、三角波、サイン波などの任意の波形でよく、周波数もある特定の範囲に限定されるものではない。
このような電圧パルスを印加したときの液晶の様子を、図2(A)に示す。誘電率異方性(△ε)が正の液晶を用いているため、図2(A)に示すように、しきい値電圧以上の電圧を印加すると、電極に対し垂直方向に液晶分子が配向する。液晶分子に追随して二色性色素も電極に対し垂直に配向するので、光の吸収が行われず、無色透明の状態を呈する。
第二の相切替動作は、ネマチック相状態から散乱したフォーカルコニック相状態へ変更させるものであり、ネマチック相を保持するために印加していた電圧を遮断するという動作である。印加電圧を遮断することにより液晶分子の配向が乱れ、散乱したフォーカルコニック相状態となる。そのときの液晶の様子を図2(B)に示す。
印加電圧を遮断した直後では、基板近傍とセル中心部の配向に不整合が生じ、ドメインを発生させる。基板近傍のドメインでは、フォーカルコニック相の螺旋軸の方向は基板に対し垂直方向となっており、セル中心部のドメインでは、フォーカルコニック相の螺旋軸の方向は基板に対し傾斜している。このようにドメイン毎に、フォーカルコニック相の螺旋軸の向きが少しづつずれており、ドメイン界面での散乱によって、散乱状態を呈している。したがって、液晶組成物が二色性色素を含有しない場合には、第二の相切換動作によって、無色透明状態から白色散乱状態へ変化する。
また、液晶組成物が二色性色素を含有する場合には、液晶分子の配向の乱れに伴い、二色性色素の配向も乱れるため、着色する。したがって、第二の相切換動作によって、無色透明状態から着色散乱状態へ変化する。
散乱状態保持動作周期では、第二の相切替動作によって生じた、散乱したフォーカルコニック相状態を保持する。
この散乱状態を維持するための印加する電圧パルスは、直流、交流のどちらでもよく、その波形も矩形波、三角波、サイン波などの任意の波形でよく、周波数もある特定の範囲に限定されるものではない。また、印加時間、印加するパルス数も特に限定するものでないが、単パルスを印加することでも散乱状態の維持は可能であり、消費電力を低減する観点からも好ましい。
本発明にかかる液晶調光デバイスにおいて、着色散乱状態(散乱したフォーカルコニック相状態)での透過率に対する、無色透明状態(ネマチック相状態)での透過率の比率は、全光において4倍程度であり、高いコントラストを示す。
セルの間隔は、散乱したフォーカルコニック相状態を呈し易いよう、つまりドメイン境界が多く存在するよう、15μm以上50μm以下であることが好ましく、15μm以上30μm以下であることが、散乱度を高める上で、より好ましい。セルの間隔はスペーサーなどによって調整することができる。
C<n/(HTP×0.8)
n:液晶の平均屈折率、HTP:カイラルドーパントのHTP値(μm-1)
ホスト液晶として具体的は、メルク社製E7、E90、MLC−6621−000、MLC−6621−100、旭電化社製HA−11757C、HA−11756C、HA−11731Cなどや、これらの混合物が好適である。
水平配向膜:SE−130(日産化学製)を塗布、焼成したITO基板(100Ω/□、イーエッチシー製)、20μmの真球スペーサー(SP−220、積水化学製)、エポキシ系接着剤を用いて液晶セルを作製した。なお、配向膜については、ラビング処理は行っていない。
液晶化合物としてのE63(メルク製)に、カイラルドーパントとしてR−1011(メルク製)3質量%と、二色性色素として下記に示すアントラキノン系色素を1.5質量%溶解し液晶組成物とした。この液晶組成物を前述の液晶セルに注入し、注入口をエポキシ系接着剤で封止することでデバイスを作製した。
前記液晶組成物のしきい値電圧は、75Vであった。このデバイスは、周波数:100Hz、電圧:±75Vの矩形波を印加することで、無色透明状態になる。
作製した液晶調光デバイスに、周波数:100Hz、電圧:±75Vの矩形波を印加したのち、放置し、透過特性を島津製作所製UV−2400で測定したところ、印加直後に比べ、透過率が上昇し、散乱性が弱くなっていると判断した。
作製した液晶調光デバイスに、周波数:100Hz、電圧:±75Vの矩形波を印加したのち、10分間隔で1秒間のみ、電圧75Vを印加したところ、散乱状態が維持され、一定の透過率特性を維持できるようになった。
作製した液晶調光デバイスに、周波数:100Hz、電圧:±75Vの矩形波を印加したのち、分間隔で1秒間のみ、周波数:100Hz、電圧:±25Vの矩形波を印加したところ、散乱状態が維持され、一定の透過率特性を維持できるようになった。また、散乱を維持させるための電圧を印加した際でも、調光デバイスが無色透明状態に変化することなく、散乱を維持させることを実現した。
Claims (7)
- 印加電圧に応じて、散乱したフォーカルコニック相状態と透明なネマチック相状態とを呈する液晶を含む液晶組成物が、透明電極を対向させたセル間に充填されてなる液晶調光デバイスについて、
前記液晶組成物が、高分子中に液晶を内包したカプセルを分散したものではなく、
フォーカルコニック相状態で所定電圧を印加することにより散乱したフォーカルコニック相状態を維持する散乱状態保持動作周期を有し、
かつ、透明なネマチック相保持動作周期では、しきい値電圧より高い電圧パルスを連続的に印加し、
前記散乱状態保持動作周期では、間隔をあけてパルスを印加することを特徴とする液晶調光デバイスの駆動方法。 - 印加電圧に応じて、散乱したフォーカルコニック相状態とネマチック相状態とを呈する液晶を含み、且つ高分子中に液晶を内包したカプセルを分散したものではない液晶組成物が、透明電極を対向させたセル間に充填されてなる液晶調光デバイスに、(1)所定電圧を印加することにより、散乱したフォーカルコニック相状態からネマチック相状態へ変更する第一の相切換動作と、(2)所定電圧を印加することにより、ネマチック相状態を維持するネマチック相保持動作周期と、(3)印加電圧を遮断することにより、ネマチック相状態からフォーカルコニック相状態へ変更する第二の相切換動作と、(4)前記第二の相切換動作後に所定電圧を印加することにより散乱したフォーカルコニック相状態を維持する散乱状態保持動作周期と、のいずれかを選択して調光を行い、前記ネマチック相保持動作周期では、しきい値電圧より高い電圧パルスを連続的に印加し、前記散乱状態保持動作周期では、間隔をあけてパルスを印加することを特徴とする液晶調光デバイスの駆動方法。
- 前記ネマチック相保持動作周期での液晶への印加電圧が、前記散乱状態保持動作周期での液晶への印加電圧よりも大きいことを特長とする請求項1又は請求項2に記載の液晶調光デバイスの駆動方法。
- 前記液晶組成物が、二色性色素を含有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の液晶調光デバイスの駆動方法。
- 前記セル間が、15μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の液晶調光デバイスの駆動方法。
- 前記液晶組成物がカイラルドーパントを含有し、該カイラルドーパントの含有率が、液晶組成物全体に対して、2質量%〜40質量%であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の液晶調光デバイスの駆動方法。
- 前記二色性色素の含有率は、前記液晶組成物全体に対して、0.1質量%〜20質量%であることを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載の液晶調光デバイスの駆動方法。
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