JP2001311967A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレステリック液晶を用いた液晶表示素子で
あって、双安定性に優れるとともに、明るく視認性に優
れた画像表示ができ、例えば、黒色などの背景色を利用
してモノクロ（モノカラー）画像表示を行う場合、良好
なコントラスト、明るさ等の特性を得ることができ、駆
動電圧を低く抑えることができる液晶表示素子を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも一方が透光性を有する一対の
基板１１、１２と、基板１１、１２間にコレステリック
液晶２１を含む液晶層２１０とを有し、液晶２１中に実
質的にポリマーを含まない液晶表示素子Ａ〜Ｄであり、
着色状態における液晶２１の選択反射波長ｎＰ（ｎは液
晶２１の平均屈折率、Ｐは液晶２１のヘリカルピッチ）
における光反射率をＲ、液晶２１の屈折率異方性をΔｎ
とした場合の波長λの関数として表される式｛ｅｘｐ−
〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域に
おける積分値Ｓａが、着色状態における波長―光反射率
スペクトルを表す関数ｆ（λ）の可視波長域における積
分値Ｓｂの４０％以上６０％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子（換言
すれば液晶光変調素子）に関する。特に、室温でコレス
テリック相を示す液晶を用いた二つの安定状態のスイッ
チング（双安定スイッチング）を利用した液晶表示素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ネマティック液晶にカイラル材を
添加することにより、室温においてコレステリック相を
示すようにしたカイラルネマティック液晶などのコレス
テリック液晶を用いた液晶表示素子が種々研究されてい
る。

【０００３】かかる液晶表示素子は、例えば、コレステ
リック液晶の選択反射を利用した反射型の液晶表示素子
として用いられることがある。この反射型の液晶表示素
子には、紙や書籍等の代替を目的として、白っぽい色
と、黒色などの背景色とを利用するモノクロ（モノカラ
ー）画像表示を行うものがある。

【０００４】カイラルネマティック液晶の選択反射を利
用した液晶表示素子では、一般的に、着色状態において
波長―光反射率スペクトルにおける選択反射の光反射率
のピークが選択反射波長の近傍領域に集中しており、そ
の部分のスペクトル波形が鋭いため、液晶表示素子が単
層の状態では色純度の高い（換言すれば白色度の低い）
鮮やかな色の表示しかできない点で不十分であり満足し
難い。

【０００５】コレステリック液晶を使用した反射型モノ
クロ液晶表示素子としては、カイラルネマティック液晶
の選択反射を利用した高分子安定型液晶表示素子が提案
されている（例えば、米国特許第５，８４７，７９８
号）。この液晶表示素子では、選択反射状態での反射ス
ペクトルをブロードにすることによって、単層の液晶表
示素子でモノクロ表示が実現できるとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カイラ
ルネマティック液晶の選択反射を利用した高分子安定型
液晶表示素子では、液晶中にネットワーク化された（換
言すれば、網目構造の）高分子体（ポリマー）を含むた
め駆動電圧が比較的高くなり、また、画像表示において
背景色表示特性（例えば黒色表示特性）が満足できるほ
ど十分ではなく、そのためコントラストが低くなる。

【０００７】そこで本発明は、コレステリック液晶を用
いた液晶表示素子であって、双安定性に優れるととも
に、明るく視認性に優れた画像表示ができ、例えば、黒
色などの背景色を利用してモノクロ（モノカラー）画像
表示を行う場合、良好なコントラスト、明るさ等の特性
を得ることができる液晶表示素子を提供することを課題
とする。

【０００８】また本発明は、コレステリック液晶を用い
た液晶表示素子であって、駆動電圧を低く抑えることが
できる液晶表示素子を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究を重ねたところ、次のことを見出した。

【００１０】すなわち、一対の基板間にコレステリック
液晶を含む液晶層を有し、該コレステリック液晶中に実
質的にポリマーを含まない液晶表示素子であって所定の
電圧印加によって液晶を着色状態と散乱状態に切り替え
て表示を行う液晶表示素子においては、コレステリック
液晶の選択反射のピークをブロードにすることで、換言
すれば着色状態において波長―光反射率スペクトルにお
ける選択反射の光反射率のピークをブロードにする（よ
り広範囲の可視波長域に広げる）ことで、液晶表示素子
が単層の状態で例えば黒色などの背景色と白っぽい色と
を利用した良好なモノクロ（モノカラー）表示を行うこ
とができる。

【００１１】通常、コレステリック相を示す液晶は、液
晶分子のヘリカル軸が基板に対して垂直に並んだプレー
ナ配列状態でヘリカルピッチと該液晶の平均屈折率の積
に対応する波長の光を選択的に反射する。従って、選択
反射波長が例えば赤色波長域、青色波長域、緑色波長域
にあたる液晶を用いれば、それぞれ赤色、青色、緑色に
着色して見える。この液晶を例えば不完全なプレーナ状
態を生じ得るようにすることで、選択反射の光反射率の
ピークを各ドメイン（各領域）の反射方向によりランダ
ムに発生させてブロードにできる。

【００１２】本発明者の研究によると、一対の基板間に
コレステリック液晶を含む液晶層を有し、該コレステリ
ック液晶中に実質的にポリマーを含まない液晶表示素子
であって所定の電圧印加によって液晶を着色状態と散乱
状態に切り替えて表示を行う液晶表示素子においては、
着色状態において波長―光反射率スペクトルにおける選
択反射の光反射率のピークをブロードにし、さらに着色
状態において、前記コレステリック液晶の選択反射波長
ｎＰ（ｎはコレステリック液晶の平均屈折率、Ｐはコレ
ステリック液晶のヘリカルピッチ）における光反射率を
Ｒ、前記コレステリック液晶の屈折率異方性をΔｎとす
ると、波長λの関数として表される式｛ｅｘｐ−〔２
（λ−ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域におけ
る積分値が、着色状態における波長―光反射率スペクト
ルを表す関数ｆ（λ）の可視波長域における積分値の概
ね４０％〜６０％のときに、色純度の低い（換言すれば
白色度の高い）、明るく視認性の優れた画像表示を行う
ことができる。例えば、黒色などの背景色を利用してモ
ノクロ（モノカラー）画像表示を行う場合、良好なコン
トラスト、明るさ等の特性を得ることができる。しか
も、双安定性に優れており、比較的低い電圧で駆動でき
る。

【００１３】なお、前記式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）
² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒは中心波長（選択反射波長ｎＰ）
における反射率がＲ、分散が（ΔｎＰ／２）² である正
規分布関数を表わす。

【００１４】前記式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）² ／Δ
ｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域における積分値を、着色状
態における波長―光反射率スペクトルを表す関数ｆ
（λ）の可視波長域における積分値の６０％より大きく
すると、選択反射の光反射率のピークをブロードにする
ことが困難となり、換言すれば光反射率のピーク部分の
スペクトル波形が鋭くなり、色純度の高い、鮮やかな色
の画像表示になり易い。また、４０％より小さくする
と、選択反射の光反射率のピークを視感反射率の大きい
波長域、例えば波長５００ｎｍ〜波長８００ｎｍ程度の
波長域において発生させることが困難となり、視認性が
低下し易い。従って、６０％より大きい場合及び４０％
より小さい場合のいずれにおいても、視認性の低い画像
表示となる。

【００１５】本発明はかかる知見に基づくものであり、
前記課題を解決するため、少なくとも一方が透光性を有
する一対の基板と、該一対の基板間にコレステリック液
晶を含む液晶層とを有し、該コレステリック液晶中に実
質的にポリマーを含まない（液晶以外のポリマーを含ま
ない）液晶表示素子であって所定の電圧印加によって液
晶を着色状態と散乱状態に切り替えて（すなわち、各画
素領域において着色状態と散乱状態とに切り替えて）表
示を行う液晶表示素子であり、着色状態における前記コ
レステリック液晶の選択反射波長ｎＰ（ｎはコレステリ
ック液晶の平均屈折率、Ｐはコレステリック液晶のヘリ
カルピッチ）における光反射率をＲ、前記コレステリッ
ク液晶の屈折率異方性をΔｎとした場合の波長λの関数
として表される式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ
² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域における積分値が、着色状態
における波長―光反射率スペクトルを表す関数ｆ（λ）
の可視波長域における積分値の４０％以上６０％以下で
あることを特徴とする液晶表示素子を提供する。

【００１６】本発明に係る液晶表示素子は、コレステリ
ック液晶の選択反射を利用した反射型の液晶表示素子と
して用いることができる。この場合、例えば黒色などの
背景色を利用してモノクロ（モノカラー）画像表示が行
える。

【００１７】本発明に係る液晶表示素子によると、前記
式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの
可視波長域における積分値が、所定の着色状態における
波長―光反射率スペクトルを表す関数ｆ（λ）の可視波
長域における積分値の４０％以上６０％以下であるの
で、選択反射の光反射率のピークを適度にブロードにす
ることができ、着色状態において色純度が低く（換言す
れば白色度の高く）、また明るく視認性の優れた画像表
示ができる。例えば、黒色などの背景色を利用してモノ
クロ（モノカラー）画像表示を行う場合、良好なコント
ラスト、明るさ等の特性を得ることができる。また、双
安定性に優れており、駆動電圧を低く抑えることができ
る。従って、従来の高分子安定型液晶表示素子と比較し
ても駆動電圧や表示特性の点で有利である。また、液晶
表示素子が単層の状態で良好なモノクロ（モノカラー）
画像表示を行うことができるので、低コストのモノクロ
（モノカラー）液晶表示パネルを製造するために用いる
ことができる。

【００１８】本発明の液晶表示素子において、可視波長
域をいずれの波長範囲に設定するかについては、可視波
長域の考え方には一般に多少のバラツキがあり、その設
定には多少のバラツキが生じることがあるが、一般的に
可視波長域と認められている範囲であれば、たとえその
範囲にバラツキがあったとしても、前記式｛ｅｘｐ−
〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域に
おける積分値を、着色状態における波長―光反射率スペ
クトルを表す関数ｆ（λ）の可視波長域における積分値
の４０％以上６０％以下とすることで、色純度の低い、
明るく視認性の優れた画像表示を行うことができる。な
お、後述する発明の実施形態及び実験例では、可視波長
域を３６０ｎｍ〜７４０ｎｍとしている。

【００１９】前記液晶層に含まれるコレステリック液晶
の選択反射波長ｎＰとしては、それには限定されない
が、視感反射率の大きい波長域、例えば５００ｎｍ〜８
００ｎｍ程度を挙げることができる。

【００２０】着色状態において波長―光反射率スペクト
ルにおける選択反射の光反射率のピークをブロードにす
るためには、前記液晶層に含まれるコレステリック液晶
の屈折率異方性Δｎが比較的大きい方が好ましく、その
屈折率異方性Δｎとしては、それには限定されないが、
０．１８から０．３２程度を例示できる。

【００２１】また、前記液晶層は色素を含有していても
よい。この場合、該液晶層に含まれる色素としては、紫
外線吸収色素、色調整のための色素を例示できる。ま
た、選択反射波長ｎＰ付近及び（又は）選択反射波長ｎ
Ｐ×０．７付近の波長の光に極大吸収をもつ色素を用い
てもよい。このように選択反射波長ｎＰ付近及び（又
は）選択反射波長ｎＰ×０．７付近の波長の光に極大吸
収をもつ色素を前記液晶層に含有することで、着色状態
において波長―光反射率スペクトルにおける選択反射の
光反射率のピークをブロードにし易い。

【００２２】いずれにしても、前記液晶層に含まれるコ
レステリック液晶としては、室温でコレステリック相を
示すものが望ましい。その代表例としては、ネマティッ
ク液晶混合物に、少なくとも１種類のカイラル材を添加
してなるカイラルネマティック液晶を挙げることができ
る。この場合、カイラル材の含有率の好ましい範囲とし
ては、１０重量（ｗｔ）％〜４５重量（ｗｔ）％程度を
例示できる。また、前記カイラルネマティック液晶に含
まれるネマティック液晶材料としては、屈折率異方性が
例えば０．２〜０．３２程度の材料であることが望まし
い。

【００２３】いずれにしても、前記液晶層に含まれるコ
レステリック液晶は、コレステリック相からアイソトロ
ピック相（等方相）への相転移点（相転移温度）Ｔ_ch-I
が例えば６０℃〜１２０℃程度であることが望ましい。
液晶表示素子温度が室温から６０℃の範囲内において、
可視波長域における波長―光反射率スペクトルの波形に
変化（例えば、選択反射波長のシフト）が殆ど見られな
いように、温度補償範囲をとることが望ましい。例え
ば、選択反射波長ｎＰ付近で光反射率がピークとなる波
長の測定値において、液晶表示素子温度２５℃での測定
値と液晶表示素子温度６０℃での測定値との差が、３０
ｎｍ以内であることが望ましい。

【００２４】本発明に係る液晶表示素子のいずれにおい
ても、電圧の印加をやめた後でも着色状態であった領域
は着色状態が、散乱状態であった領域は散乱状態が保持
され得ることが望ましい。

【００２５】また、いずれにしても、色調の調整のため
にカラーフィルタを備えていてもよいし、基板間隔維
持、表示素子の強度向上等の目的で前記一対の基板間に
複数の、高分子材料主体の構造物（樹脂等の高分子構造
物や樹脂組成物等の高分子組成物からなる構造物等）が
設けられていてもよい。また、前記一対の基板のうちい
ずれか一方の基板に紫外線カットフィルタを備えていて
もよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２７】図１は本発明に係る液晶表示素子の第１の
実施形態Ａの内部構成を概略的に示す図であり、図
（Ａ）にパルス電源２５から該液晶表示素子に低電圧パ
ルスを印加した時におけるフォーカルコニック状態、す
なわち散乱状態（透明状態、ここでは黒色表示状態）を
示し、図（Ｂ）にパルス電源２５から該液晶表示素子に
高電圧パルスを印加した時におけるプレーナ状態、すな
わち着色状態（白色表示状態）を示す。

【００２８】図２は本発明に係る液晶表示素子の第２、
第４の実施形態Ｂ、Ｄの内部構成を概略的に示す図であ
り、パルス電源２５から該液晶表示素子に低電圧パルス
を印加した時におけるフォーカルコニック状態（散乱状
態）を示す図である。

【００２９】また、図３は本発明に係る液晶表示素子の
第３の実施形態Ｃの内部構成を概略的に示す図であり、
パルス電源２５から該液晶表示素子に低電圧パルスを印
加した時におけるフォーカルコニック状態（散乱状態）
を示す図である。

【００３０】なお、図１から図３の液晶表示素子Ａ〜Ｄ
において、同じ構成、作用を有する箇所については同じ
参照符号を付してある。

【００３１】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄ
は、一対の基板１１、１２とコレステリック液晶２１を
含む液晶層２１０を有している。一対の基板１１、１２
のうち少なくとも一方の基板、ここでは両方の基板１
１、１２は、透光性を有している。これらの基板１１、
１２は所定距離を離して互いに対向しており、その間に
液晶２１が挟まれている。液晶２１は室温でコレステリ
ック相を示す液晶組成物であり、その材料や組み合わせ
については後述する。

【００３２】液晶２１は、これら両基板１１、１２に同
時的に接触するように挟持されている。すなわち、液晶
表示素子Ａ〜Ｄを含め、本発明の液晶表示素子は、例え
ば網目状の高分子マトリックスに液晶が分散されてな
る、いわゆる高分子分散型液晶表示素子や高分子安定化
型液晶表示素子、液晶を微小な樹脂のカプセルに封入し
たものを用いた、いわゆるドロップレット型液晶表示素
子のように、液晶を微小領域に閉じ込めて双安定性を持
たせるような構造とは異なる、液晶２１中に実質的にポ
リマーを含まない液晶表示素子である。

【００３３】基板１１、１２は、既述のとおり、いずれ
も透光性を有しているが、基板１１、１２を含め、本発
明の液晶表示素子に用いることができる一対の基板は、
少なくとも一方が透光性を有していることが必要であ
る。透光性を有する基板としては、ガラス基板を例示で
きる。このガラス基板以外に、例えば、ポリカーボネー
ト、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリアリレート等のフレキシブルな樹脂基板等も使
用可能である。

【００３４】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄを
含め、本発明の液晶表示素子には電極を設けることがで
きる。電極としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de）に代表される透明導電性膜、アルミニウム、シリコ
ン等の金属電極、或いはアモルファスシリコン、ＢＳＯ
（Bismuth Silicon Oxide ）等の光導電性膜が使用可能
である。

【００３５】図１から図３の液晶表示素子Ａ〜Ｄにおい
ては、透明基板１１、１２の表面にそれぞれ間隔おいて
平行に並んだ複数の帯状の透明電極１３、１４が形成さ
れており、両基板１１、１２は、透明電極１３、１４の
向きが互いに直角方向となるように対向させてあり、透
明電極１３、１４が重なり合う領域が表示画素となる。

【００３６】電極をこのように形成するには、例えば、
基板上にＩＴＯ膜をスパッタリング法等で形成した後、
フォトリソグラフィ法でパターニングすればよい。さら
に、各画素に対応するスイッチング素子として複数のＴ
ＦＴを用いてもよい。

【００３７】液晶表示素子Ａ〜Ｄでは、所定の電圧印加
によって液晶２１の各画素領域において着色状態と散乱
状態とに切り替えて表示を行う。なお、本明細書におい
ては、液晶によって光変調が行われる領域、すなわち画
像表示がなされる領域を表示領域と呼ぶ。その周囲は光
変調が行われない表示領域外となる。

【００３８】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄを
含め、本発明の液晶表示素子では絶縁性能・ガスバリア
性能を向上させるために、電極上に有機及び（又は）無
機材料からなる絶縁性薄膜が形成されていてもよい。ま
た、基板表面には必要に応じて、配向安定化膜を設ける
ことができる。配向安定化膜の材質等を選択して、基板
近傍の液晶分子のプレーナ状態と該基板から離れた部位
（沖合）の液晶分子のプレーナ状態が異なるような特性
を発現するようにすることで、結果的に選択反射ピーク
をブロードにすることができる。

【００３９】図１から図３の液晶表示素子Ａ〜Ｄでは、
電極１３が形成された基板１１上に絶縁性薄膜１５がコ
ーティングされており、その上に配向安定化膜１６が設
けられている。電極１４が形成された基板１２上に配向
安定化膜１６が設けられている。

【００４０】絶縁性薄膜を構成する材料としては、例え
ば、アクリル系やエポキシ系、ウレタン系等の樹脂材料
は勿論のこと、配向膜に用いられるポリイミドやシリコ
ーン系等の樹脂材料も使用可能である。なお、絶縁性薄
膜として、前記の樹脂材料の中に色素を混合して形成さ
れたカラーフィルタ等も使用可能である。

【００４１】配向安定化膜を構成する材料としては、例
えば、ポリイミドなど通常配向膜材料として用いられる
ものが使用可能である。また、アクリレート、シランカ
ップリング剤やポリシロキサン等のシロキサン構造の材
料やシリコン原子をもつ化合物を含有する材料なども使
用できる。

【００４２】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄの
コレステリック液晶２１だけでなく、本発明の液晶表示
素子のコレステリック液晶としては、特に、室温でコレ
ステリック相を示すものが好ましい。

【００４３】このコレステリック液晶では、着色状態に
おけるコレステリック液晶の選択反射波長ｎＰ（ｎはコ
レステリック液晶の平均屈折率、Ｐはコレステリック液
晶のヘリカルピッチ）における光反射率をＲ、コレステ
リック液晶の屈折率異方性をΔｎとした場合の波長λの
関数として表される式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）²／
Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域における積分値が、着色
状態における波長―光反射率スペクトルを表す関数ｆ
（λ）の可視波長域における積分値の４０％以上６０％
以下である。

【００４４】図４に図１から図３に示す液晶表示素子Ａ
〜Ｄの着色状態におけるコレステリック液晶２１の選択
反射波長ｎＰ（ｎは液晶２１の平均屈折率、Ｐは液晶２
１のヘリカルピッチ）における光反射率をＲ、コレステ
リック液晶の屈折率異方性をΔｎとした場合の波長λの
関数として表される式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）²／
Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの波形（図中破線ａ）及び着色状態に
おける波長―光反射率スペクトルの一例（図中実線ｂ）
を示す。

【００４５】なお、前記式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）
² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒは、中心波長（選択反射波長ｎ
Ｐ）における反射率がＲ、分散が（ΔｎＰ／２）² であ
る正規分布関数を表わしている。また、ここでの可視波
長域は、既述のとおり３６０ｎｍ〜７４０ｎｍとしてお
り、図中ｃは横軸（波長軸）対する波長３６０ｎｍでの
垂線であり、ｄは横軸に対する波長７４０ｎｍでの垂線
である。

【００４６】本例ではコレステリック液晶２１の選択反
射波長ｎＰは７００ｎｍに調整されている。液晶表示素
子Ａ〜Ｄでは、図４の波形ｂに示すように、その着色状
態における波長―光反射率スペクトルは波長ｎＰである
７００ｎｍ付近と、波長ｎＰ×０．７である５００ｎｍ
付近に極大を有しており、反射波長は可視光の波長（こ
こでは３６０ｎｍ〜７４０ｎｍ）全域にわたっている。

【００４７】式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ²
Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域（３６０ｎｍ〜７４０ｎｍ）に
おける積分値、すなわち図４に示す波形ａ、線ｄ及び横
軸に囲まれた面積Ｓａが、着色状態における波長―光反
射率スペクトルを表す関数ｆ（λ）の可視波長域（３６
０ｎｍ〜７４０ｎｍ）における積分値、すなわち図４に
示す波形ｂ、線ｃ、ｄ及び横軸に囲まれた面積Ｓｂの４
０％以上６０％以下である。

【００４８】液晶表示素子Ａ〜Ｄを含め、本発明に係る
液晶表示素子のコレステリック液晶としては、ネマティ
ック液晶に、例えば、以下に説明するカイラル材を適量
添加することによって得られるカイラルネマティック液
晶を用いることができる。このカイラルネマティック液
晶は室温でコレステリック相を示す。また、カイラル材
の添加量の大小で選択反射波長が調整可能である。ネマ
ティック液晶としては、例えば、従来知られている液晶
性エステル化合物、液晶性ピリミジン化合物、液晶性シ
アノビフェニル化合物や、フッ素原子、フルオロアルキ
ル基、シアノ基等の極性基を有する液晶性化合物等を単
一、或いは混合して使用することができる。また、正の
誘電率異方性を有する液晶化合物を主成分とするものが
好ましい。さらに、色素又は（及び）紫外線吸収剤を添
加してもよい。

【００４９】カイラルネマティック液晶は、添加するカ
イラルドーパント（カイラル材）の量を変えることによ
り、カイラルネマティック液晶の螺旋構造のピッチを変
化させることができ、これにより液晶の選択反射波長を
制御することができるという利点がある。なお、一般的
には、液晶分子の螺旋構造のピッチを表す用語として、
液晶分子の螺旋構造に沿って液晶分子が３６０°回転し
たときの分子間の距離で定義されるヘリカルピッチを用
いる。

【００５０】また、本発明者の研究によると、本発明の
液晶表示素子により良好な素子特性を実現するために
は、高屈折率異方性をもつ液晶組成物を使用するとよ
い。そのためには、高屈折率異方性のネマティック液晶
混合物を使用し、且つ、あまり屈折率異方性を低下させ
ないカイラル材を使用すればよい。しかし、カイラル材
料の選択の幅はネマティック液晶混合物の選択の幅と比
べて非常にせまいため、ネマティック液晶混合物は、屈
折率異方性が例えば０．２〜０．３２程度の屈折率異方
性の高い材料を選択することが望ましい。

【００５１】添加するカイラル材としては、例えば、コ
レステリック環を有するコレステリック液晶、カイラル
ネマティック液晶、その他、液晶性は示さないがネマテ
ィック液晶の分子をねじる作用を有する有機化合物を使
用することができる。

【００５２】例えば、ビフェニル化合物、ターフェニル
化合物、エステル化合物、ピリミジン化合物、アゾキシ
化合物などでネマティック液晶分子に層状のヘリカル構
造（液晶分子の螺旋構造に沿って液晶分子が３６０°回
転した分子構造）を与えるものを使用できる。化合物の
末端基に光学活性基を有する市販のカイラル材料を用い
ることができる。また、コレステリックノナノレートに
代表されるコレステリック環を有するコレステリック液
晶も使用できる。

【００５３】以下にその例として化学構造式（Ｃ₁ ）〜
（Ｃ₇ ）を示す。 （カイラル材の化学構造式）

【００５４】

【化１】

【００５５】カイラル材の添加量は、ネマティック液晶
及びカイラル材の合計の重量を基準として、例えば約１
０重量（ｗｔ）％〜約４５重量（ｗｔ）％より好ましく
は、１５ｗｔ％〜４０ｗｔ％がよい。１０ｗｔ％以下で
は、十分なメモリー性（すなわち、電圧印加をやめた後
の、着色状態であった領域の着色状態の保持性、或いは
散乱状態であった領域の散乱状態の保持性）を得られな
い場合を生じ、また、４５ｗｔ％以上では、室温でコレ
ステリック相を示さなくなったり、固化したりする場合
がある。添加するカイラル材料の種類は、１種類でも、
複数種類でもよい。但し、液晶種により複数種の材料を
使用したほうが温度補償や安定性の点で有利な場合があ
る。

【００５６】カイラルネマティック液晶に色素を添加す
る場合、添加される色素としては、例えば、アゾ化合
物、キノン化合物、アントラキノン化合物等、或いは２
色性色素等、従来知られている各種の色素が使用可能で
ある。色素の添加量としては、それには限定されない
が、ネマティック液晶とカイラル材の合計の重量に対
し、５ｗｔ％以下、好ましくは３ｗｔ％以下を例示でき
る。

【００５７】カイラルネマティック液晶に紫外線吸収剤
を添加する場合、添加される紫外線吸収剤としては、液
晶組成物の紫外線劣化、例えば経時に伴なう退色や応答
性の変化等を防止できるもの、例えば、ベンゾフェノン
化合物、ベンゾトリアゾール化合物、サリシレート化合
物等の材料が使用可能である。紫外線吸収剤の添加量と
しては、それには限定されないが、ネマティック液晶と
カイラル材の合計の重量に対し、５ｗｔ％以下、好まし
くは３ｗｔ％以下を例示できる。

【００５８】本発明の液晶表示素子において、カイラル
ネマティック液晶に色素又は（及び）紫外線吸収剤を添
加する場合、色素又は（及び）紫外線吸収剤の役割とし
は、例えば、よりブロードな反射ピークを得、画像表示
の白さを増す役割を挙げることができる。

【００５９】コレステリック液晶組成物は、屈折率異方
性が０．１８〜０．３２程度であることが好ましく、よ
り好ましくは０．２〜０．３程度を例示できる。液晶組
成物の屈折率異方性があまり小さくなると散乱成分が少
なくなり、ブロードな選択反射ピークが得られ難くな
る。また、逆に屈折率異方性があまり大きくなると、散
乱成分が多くなりすぎて液晶表示素子におけるフォーカ
ルコニック状態（散乱状態）での透明表示（例えば黒色
の背景色表示）状態が悪くなり易く（透明がでにくく）
表示性能が低下し易い。従って、透明状態（散乱状
態）、着色状態ともに、良好なコントラスト特性を得る
ために屈折率異方性が前記の範囲にあることが望まし
い。

【００６０】コレステリック液晶組成物の相転移温度Ｔ
_ch-Iとしては、６０℃〜１２０℃程度であることが望ま
しく、より好ましくは、７０℃〜１２０℃程度を例示で
きる。１２０℃以上でも、低温側の温度補償が可能であ
ればよいが、組成的に高温の温度補償範囲を広げること
で低温側の補償下限が上昇することが常なので、実用液
晶表示素子として使用する範囲では、前記の範囲である
ことが望ましい。

【００６１】コレステリック液晶としてカイラルネマテ
ィック液晶組成物を用いる場合においては、カイラルネ
マティック液晶組成物は少なくとも室温から６０℃の範
囲で殆ど選択反射波長のシフトが見られないように温度
補償をとることが望ましい。この温度補償範囲は、所定
の液晶に対して温度上昇に伴ない選択反射波長を長波長
シフトさせるカイラル材料と短波長シフトさせるカイラ
ル材料を所定の比率で混合することや、所定の液晶に対
して温度により波長シフトが生じ難いカイラル材料を選
んで調製することで実現可能である。また、このように
調製されたカイラルネマティック液晶組成物は、本実施
形態のように所定の配向状態で用いた場合も、観察側か
ら反射波形のシフトがほとんど生じない。

【００６２】また、コレステリック液晶組成物の誘電率
異方性の上限値としては、４０以下、望ましくは３０以
下を例示できる。誘電率異方性が大きすぎると長期信頼
性に問題が生じることがある。

【００６３】本発明に係る液晶表示素子において、コレ
ステリック液晶組成物の選択反射波長は、可視光（例え
ば、３６０ｎｍ〜７４０ｎｍの波長域の光）を選択反射
させるように調製すれば、より明るい反射が得られる。
さらに波長５００ｎｍ〜８００ｎｍ程度、より好ましく
は波長５７０ｎｍ〜６３０ｎｍ程度に調製することで、
明るさと色味（白さ）を両立させることができる。

【００６４】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄを
含め、本発明の液晶表示素子には液晶組成物が漏れない
ように素子の周囲をシールするシール材を設けることが
できる。液晶表示素子Ａ〜Ｄの基板１１、１２間には、
表示領域外である基板１１、１２の周縁部に液晶組成物
２１を封じ込めるためのシール材２４が設けられてい
る。

【００６５】シール材としては、例えば、エポキシ樹
脂、アクリル樹脂等の熱硬化型或いは光硬化型接着剤が
使用可能である。

【００６６】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄを
含め、本発明の液晶表示素子は、一対の基板間に、該基
板間のギャップを均一に保持するためのスペーサが設け
られていてもよい。本例の液晶表示素子Ａ〜Ｄにおいて
スペーサは図示を省略してある。

【００６７】このスペーサとしては、樹脂製又は無機酸
化物製の球体を例示できる。また、例えば、固着・接着
性能を有するものも使用可能である。

【００６８】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄを
含め、本発明の液晶表示素子は、強い自己保持性を付与
するために、一対の基板間が複数の、高分子材料を主体
とする構造物で支持されていてもよい。

【００６９】液晶表示素子素子Ｂ、Ｄには、図２に示す
ように基板１１、１２間の表示領域内に柱状構造物２０
が設けられている。液晶表示素子素子Ｃには、図３に示
すように基板１１、１２の間隙の中間部まで延びた小柱
状構造物２０’が形成されている。

【００７０】柱状構造物に関しては、まず構造面につい
て説明する。柱状構造物の形状としては、例えば円柱状
・四角柱状・楕円状等を挙げることができるが、それに
限定されるものではなく、形状はどのようなものでもよ
い。柱状構造物の配置としては、ランダムでも規則性が
あってもよい。一対の基板間の間隙を適切に保持すると
いう目的のためには、等間隔な配列、間隔が徐々に変化
する配列、所定の配置パターンが一定の周期で繰り返さ
れる配列、所定間隔で配置されたストライプ状の配列等
を例示でき、ある程度の規則性がある配列の方が望まし
い。また、画像表示を妨げないように考慮することはい
うまでもない。それらを作製する手段については、例え
ば、紫外線硬化型のモノマー・レジスト材料等にマスク
を介して紫外線を照射し、該材料の未硬化部分を除去す
るフォトリソ法や、熱可塑性樹脂をスクリーン印刷して
圧着加熱・冷却させて硬化させる方法などを挙げること
ができる。

【００７１】次に柱状構造物の形成方法について説明す
る。柱状構造物は従来公知の各種の方法により形成する
ことができる。例えば、光硬化性樹脂材料を少なくとも
一方の基板に塗布した後、所望のパターンの開口が形成
されたマスクを介して所定波長の光を照射することによ
り、光硬化性樹脂材料を重合させ、不要部分を取り除い
て樹脂構造物を形成する方法や、少なくとも一方の基板
に樹脂材料をスクリーン印刷法で、転写、硬化、乾燥さ
せて樹脂構造物を形成する方法、液晶組成物と光硬化性
樹脂材料との混合物を一方の基板に塗布した後、他方の
基板を重ねて、所望のパターンの開口が形成されたマス
クを介して所定波長の光を照射することで光硬化性樹脂
材料を重合させ前記混合物から相分離することにより樹
脂構造物を形成する方法などを挙げることができる。

【００７２】なお、図２に示す液晶表示素子Ｄは、柱状
構造物２０をスクリーン印刷法で形成したものである。

【００７３】スクリーン印刷法による柱状構造物の形成
方法は、例えば、次のようにして行う。すなわち、所定
のパターンが形成されたスクリーンを少なくとも一方の
基板の電極等が形成された面上に被せ、該スクリーン上
に印刷材料（柱状構造物形成のための組成物、例えば光
硬化性樹脂など）を載せる。そしてスキージを所定の圧
力、速度で移動させる。これによって、印刷材料がスク
リーンのパターンを介して該基板上に転写される。次
に、転写された材料を硬化、乾燥させる。

【００７４】スクリーン印刷法で柱状構造物を形成する
場合、それに用いる樹脂材料としては、既述の光硬化性
樹脂に限らず、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等
の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂も使用できる。熱可塑性
樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化
ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリメタクリル
酸エステル樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、ポリス
チレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ
アクリロニトリル樹脂、ポリビニールエーテル樹脂、ポ
リビニールケトン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリビニー
ルプロリドン樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂、塩素化ポリエーテル樹脂等を挙げることが
できる。なお、樹脂材料は、例えば樹脂を適当な溶剤に
溶解するなどして、ペースト状にして用いることが望ま
しい。

【００７５】柱状構造物に用いる樹脂材料として熱硬化
性樹脂や熱可塑性樹脂材料を用い、一対の基板間にスペ
ーサを設ける場合、例えば、次のようにして液晶表示素
子を作製することができる。

【００７６】すなわち、まず樹脂材料を少なくとも一方
の基板上に配置した後、スペーサを少なくとも一方の基
板上に散布し、一対の基板を複数の帯状電極等の形成面
を対向させて重ね合わせる。重ね合わせた一対の基板を
両側から加圧しながら加熱することにより、樹脂材料を
軟化させた後、冷却することにより再びこれを固化さ
せ、空セルを形成する。

【００７７】この空セルを液晶表示素子とするには、柱
状構造物を挟持した基板間に液晶組成物を、例えば真空
注入法等によって注入すればよい。

【００７８】ところで、液晶は、一般的に波長３８０ｎ
ｍ以下の光成分により特性変化することが知られてい
る。この特性の変化は、画像表示における表示ムラや、
駆動電圧の劣化のような形で発生することがある。これ
を防ぐために、液晶表示素子に例えば、紫外線カットフ
ィルタ及び（又は）紫外線カット樹脂膜を設けることが
望ましい。

【００７９】本発明の液晶表示素子においては、偏光板
又は位相板を設けることができ、この場合、その偏光板
又は位相板上に紫外線吸収剤を含む保護膜として、紫外
線吸収層を形成することができる。また、それに限らず
透明基板上に紫外線吸収層を形成してもよい。

【００８０】紫外線吸収層の製造方法については、特に
限定されるものではなく任意の方法を用いることができ
る。代表的な方法としては、例えば、アクリル樹脂、シ
リコーン樹脂等に紫外線吸収剤を混ぜて基板等に塗布し
硬化させる方法や、トリアセテート等の材料に紫外線吸
収剤を添加したフィルタを挟みこむ等の方法を挙げるこ
とができる。

【００８１】代表的な紫外線吸収材料としては、ベンゾ
フェノンやベンゾトリアゾール等を例示できる。但し、
紫外線吸収材料についても特に限定されるものではな
い。

【００８２】図２に示す液晶表示素子Ｂ、Ｄにおいて
は、基板１１の外面に紫外線吸収フィルタ２６を設けて
ある。

【００８３】また、図１から図３に示す液晶表示素子Ａ
〜Ｄを含め、本発明の液晶表示素子においては、光を入
射させる側とは反対側の基板の外面に黒色などの可視光
吸収層を設けることができる。本例の液晶表示素子Ａ〜
Ｄでは、基板１２の外面に黒色の可視光吸収層１９が設
けられている。

【００８４】パルス電源２５は電極１３、１４に接続さ
れており、電極１３、１４にパルス状の所定電圧を印加
できる。

【００８５】以上の構成からなる液晶表示素子Ａ〜Ｄに
おいては、電源２５から電極１３、１４にパルス電圧を
印加することで画像表示が行われる。すなわち、液晶組
成物２１としてコレステリック相を示すものを用いてい
るので、比較的高いパルス電圧を印加することで、液晶
２１がプレーナ状態（着色状態）となり（図１（Ｂ）参
照）、図４に示すように、コレステリックピッチ（液晶
２１のヘリカルピッチ）と液晶２１の平均屈折率に基づ
いて決まる波長付近に主ピークをもつブロードな反射ス
ペクトルを示し白色表示状態となる。

【００８６】比較的低いパルス電圧を印加することで、
液晶２１がフォーカルコニック状態（散乱状態）となり
透明状態となる（図１（Ａ）参照）。なお、図１から図
３に示すように、本例では、黒色の可視光吸収層１９を
設けてあるので、フォーカルコニック状態では黒色の背
景色表示となる。

【００８７】なお、一般的なコレステリック液晶では、
図４の破線で示した正規分布に近いスペクトルとなり、
色純度の高い（すなわち白色度の低い）表示となる。ま
た、ブロードな反射スペクトルであっても、例えば選択
反射波長のピーク値が図４の矢印Ｘに示す方向に下がっ
てくると、先の式に基づく積分値が上記範囲を下回り、
結果的にコントラストの低い暗い表示となる。

【００８８】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄに
よると、前記式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ²
Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域における積分値Ｓａが、着色状
態における波長―光反射率スペクトルを表す関数ｆ
（λ）の可視波長域における積分値Ｓｂの４０％以上６
０％以下であるので、選択反射の光反射率のピークをブ
ロードにすることができ、着色状態において色純度が低
く（換言すれば白色度の高く）、また明るく視認性の優
れたモノクロ画像表示ができ、良好なコントラスト、明
るさ等の特性を得ることができる。また、双安定性に優
れており、駆動電圧を低く抑えることができる。従っ
て、従来の高分子安定型液晶表示素子と比較しても駆動
電圧や表示特性の点で有利である。また、液晶表示素子
が単層の状態で良好なモノクロ画像表示を行うことがで
きるので、低コストのモノクロ液晶表示パネルを製造す
るために用いることができる。

【００８９】次に本発明に係る液晶表示素子の性能評価
実験を行ったので、比較実験とともに以下に説明する。

【００９０】以下の各実験例において、Ｙ値（視感反射
率）、波長―光反射率スペクトル等の測定は、白色光源
を有する分光測色計ＣＭ３７００ｄ（ミノルタ社製）を
用いて行った。

【００９１】なお、コントラストは（高反射率状態での
Ｙ値／低反射率状態でのＹ値）で与えられる。以下に説
明する各実験例における液晶表示素子においては、液晶
表示素子を着色状態としたときに高反射率状態となり、
散乱状態としたときに低反射率状態となる。 （実験例１）ネマティック液晶混合物（屈折率異方性：
０．２１０、誘電率異方性：３８．７、等方相転移温
度：１１５℃）に、構造式Ｃ₇ で示されるカイラル材料
１８．３ｗｔ％を混合し、選択反射波長が５１０ｎｍを
示すカイラルネマティック液晶組成物を調製した。この
カイラルネマティック液晶組成物は、室温でコレステリ
ック相を示した。

【００９２】ＩＴＯ電極がそれぞれ形成された二つのガ
ラス基板上に絶縁膜として酸化シリコン薄膜をそれぞれ
形成し、さらにその上に全面にわたってポリイミド樹脂
を主成分とする配向安定化膜をそれぞれ形成し、一方の
基板の周縁部に前記液晶組成物を封じ込めるためのシー
ル材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）を形成した。該二つの
基板を対向させ、両基板間にスペーサを挟んで基板間ギ
ャップを５μｍに調整し、前記液晶組成物を挟持した。
さらに光を入射させる側とは反対側の基板の外面に黒色
の光吸収体を設け、液晶表示素子を作製した。この液晶
表示素子は、光吸収体が設けられている側の基板に絶縁
性薄膜が形成されていることを除いて、図１に示す液晶
表示素子Ａと実質上同構成である。

【００９３】この液晶表示素子において、電極間に４０
Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると不完全なプレーナ状
態（白色状態）となり、この時のＹ値は１０．５２を示
した。さらに、２５Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると
フォーカルコニック状態（透明状態）となり、Ｙ値は
２．０２を示した。コントラストは５．２１であった。

【００９４】着色状態において式｛ｅｘｐ−〔２（λ−
ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視光域（可視波長域）
における積分値は波長―光反射率スペクトルを表わす関
数ｆ（λ）の可視光域（可視波長域）における積分値の
４８％であった。 （実験例２）ネマティック液晶混合物（屈折率異方性：
０．２５４、誘電率異方性：４４．９、等方相転移温
度：１０４℃）に、構造式Ｃ₇ で示されるカイラル材料
１２．９ｗｔ％を混合し、選択反射波長が６３０ｎｍを
示すカイラルネマティック液晶組成物を調製した。この
カイラルネマティック液晶組成物は、室温でコレステリ
ック相を示した。

【００９５】ＩＴＯ電極がそれぞれ形成された二つのガ
ラス基板上に絶縁膜として酸化シリコン薄膜をそれぞれ
形成し、さらにその上に全面にわたってポリイミド樹脂
を主成分とする配向安定化膜をそれぞれ形成し、一方の
基板の周縁部に前記液晶組成物を封じ込めるためのシー
ル材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）を形成した。該二つの
基板を対向させ、両基板間にスペーサを挟んで基板間ギ
ャップを７μｍに調整し、前記液晶組成物を挟持した。
さらに光を入射させる側とは反対側の基板の外面に黒色
の光吸収体を設け、液晶表示素子を作製した。この液晶
表示素子は、光吸収体が設けられている側の基板に絶縁
性薄膜が形成されていることを除いて、図１に示す液晶
表示素子Ａと実質上同構成である。

【００９６】この液晶表示素子において、電極間に４５
Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると不完全なプレーナ状
態（白色状態）となり、この時のＹ値は１６．２４を示
した。さらに、３０Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると
フォーカルコニック状態（透明状態）となり、Ｙ値は
３．２１を示した。コントラストは５．０６であった。

【００９７】着色状態において式｛ｅｘｐ−〔２（λ−
ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視光域における積分値
は波長―光反射率スペクトルを表わす関数ｆ（λ）の可
視光域における積分値の５０％であった。 （実験例３）実験例２で用いたカイラルネマティック液
晶に、二色性色素（光吸収極大波長６６５ｎｍ）を０．
５ｗｔ％添加した。

【００９８】ＩＴＯ電極がそれぞれ形成された二つのガ
ラス基板上に絶縁膜として酸化シリコン薄膜をそれぞれ
形成し、さらにその上に全面にわたってポリイミド樹脂
を主成分とする配向安定化膜をそれぞれ形成し、一方の
基板の周縁部に前記液晶組成物を封じ込めるためのシー
ル材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）を形成した。該二つの
基板を対向させ、両基板間にスペーサを挟んで基板間ギ
ャップを７μｍに調整し、前記液晶組成物を挟持した。
さらに光を入射させる側とは反対側の基板の外面に黒色
の光吸収体を設け、液晶表示素子を作製した。この液晶
表示素子は、光吸収体が設けられている側の基板に絶縁
性薄膜が形成されていることを除いて、図１に示す液晶
表示素子Ａと実質上同構成である。

【００９９】この液晶表示素子において、電極間に４５
Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると不完全なプレーナ状
態（白色状態）となり、この時のＹ値は１４．９９を示
した。さらに、３０Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると
フォーカルコニック状態（透明状態）となり、Ｙ値は
２．８８を示した。コントラストは５．２０であった。

【０１００】反射波形は、選択反射ピークがかなりブロ
ードとなり、実験例２の液晶表示素子と比較して着色状
態（白色状態）における画像表示の白味が増した。ま
た、透明状態における画像表示がクリアになりコントラ
ストが向上した。

【０１０１】着色状態において式｛ｅｘｐ−〔２（λ−
ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視光域における積分値
は波長―光反射率スペクトルを表わす関数ｆ（λ）の可
視光域における積分値の４６％であった。 （実験例４）ネマティック液晶混合物（屈折率異方性：
０．３１０、誘電率異方性：１５．５、等方相転移温
度：１０８℃）に、カイラル材として構造式Ｃ₂ 及び構
造式Ｃ ₃ の１：１混合物１３．４ｗｔ％を混合し、選択
反射波長が５９０ｎｍを示すカイラルネマティック液晶
組成物を調製した。このカイラルネマティック液晶組成
物は、室温でコレステリック相を示した。

【０１０２】次にＩＴＯ電極がそれぞれ形成された二つ
のポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）基板上に絶縁膜と
して酸化シリコン薄膜をそれぞれ形成し、さらにその上
に全面にわたってシランカップリング剤を主成分とする
配向安定化膜をそれぞれ形成した。一方の基板上に９μ
ｍのギャップ調整用スペーサを所定量散布した後、基板
の周縁部にシール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）を切れ
目のないようにスクリーン印刷した。他方の基板には、
熱可塑性樹脂を主成分とするインクを直径約１００μｍ
の穴が約５００μｍ間隔で形成されたメタルマスクを介
して載せた後、スキージを用いてスクリーン印刷を行な
い、高さ約１０μｍの円柱状の柱状構造物を形成した。
その後、先に調整した液晶組成物を塗布した。これら両
基板を貼り合わせ装置を用いて貼り合わせた後、１５０
℃で１時間加熱した。

【０１０３】次に柱状構造物を設けた側の基板の裏面
（外面）に黒色の光吸収層を設け、液晶表示素子を作製
した。この液晶表示素子は、光入射側の基板に紫外線カ
ットフィルタが設けられていないこと及び光吸収層が設
けられている側の基板に絶縁性薄膜が形成されているこ
とを除いて、図２に示す液晶表示素子Ｄと実質上同構成
である。

【０１０４】この液晶表示素子において、電極間に１０
５Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると不完全なプレーナ
状態（白色状態）となり、この時のＹ値は２３．０７を
示した。さらに、６５Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加する
とフォーカルコニック状態（透明状態）となり、Ｙ値は
３．２４を示した。コントラストは７．１２であった。

【０１０５】着色状態において式｛ｅｘｐ−〔２（λ−
ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視光域における積分値
は波長―光反射率スペクトルを表わす関数ｆ（λ）の可
視光域における積分値の５８％であった。 （実験例５）ネマティック液晶混合物（屈折率異方性：
０．２８６、誘電率異方性：１７．３、等方相転移温
度：１１３℃）に、カイラル材として構造式Ｃ₂ 及び構
造式Ｃ ₃ の２：３混合物１２．７ｗｔ％を混合し、選択
反射波長が６９０ｎｍを示すカイラルネマティック液晶
組成物を調製した。このカイラルネマティック液晶組成
物は、室温でコレステリック相を示した。

【０１０６】ＩＴＯ電極がそれぞれ形成された二つのガ
ラス基板上に絶縁膜として酸化シリコン薄膜をそれぞれ
形成し、さらにその上に全面にわたってポリイミド樹脂
を主成分とする配向安定化膜をそれぞれ形成し、一方の
基板の周縁部に前記液晶組成物を封じ込めるためのシー
ル材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）を形成した。該二つの
基板を対向させ、両基板間にスペーサを挟んで基板間ギ
ャップを９μｍに調整し、前記液晶組成物を挟持した。
さらに光を入射させる側とは反対側の基板の外面に黒色
の光吸収体を設け、液晶表示素子を作製した。この液晶
表示素子は、光吸収体が設けられている側の基板に絶縁
性薄膜が形成されていることを除いて、図１に示す液晶
表示素子Ａと実質上同構成である。

【０１０７】この液晶表示素子において、電極間に９０
Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると不完全なプレーナ状
態（白色状態）となり、この時のＹ値は１５．７５を示
した。さらに、５５Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると
フォーカルコニック状態（透明状態）となり、Ｙ値は
４．２６を示した。コントラストは３．７０であった。

【０１０８】着色状態において式｛ｅｘｐ−〔２（λ−
ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視光域における積分値
は波長―光反射率スペクトルを表わす関数ｆ（λ）の可
視光域における積分値の４０％であった。

【０１０９】また、この液晶表示素子をヒータに固定し
て室温から徐々に加熱していったところ、選択反射波長
ｎＰ付近で光反射率がピークとなる波長の測定値は、液
晶表示素子温度２５℃での測定値が６９０ｎｍ、液晶表
示素子温度６０℃での測定値が７１０ｎｍであり、その
差は２０ｎｍであった。 （比較実験例１）ネマティック液晶混合物（屈折率異方
性：０．１２３、誘電率異方性：８．２、等方相転移温
度：１０２℃）に、カイラル材として構造式Ｃ₃ で示さ
れるカイラル材料３２．２ｗｔ％を混合し、選択反射波
長が６３０ｎｍを示すカイラルネマティック液晶組成物
を調製した。このカイラルネマティック液晶組成物は、
室温でコレステリック相を示し、その屈折率異方性は
０．１２８、誘電率異方性は７．０、等方相転移温度は
７０℃であった。

【０１１０】ＩＴＯ電極が形成されたガラス基板上に絶
縁膜として酸化シリコン薄膜を形成し、さらにその上に
全面にわたってポリイミド樹脂を主成分とする配向安定
化膜を形成し、基板の周縁部に前記液晶組成物を封じ込
めるためのシール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）を形成
した。該基板と、ＩＴＯ電極のみが形成されたガラス基
板を対向させ、両基板間にスペーサを挟んで基板間ギャ
ップを１０μｍに調整し、前記液晶組成物を挟持した。
さらに光を入射させる側とは反対側の基板の外面に黒色
の光吸収体を設け、液晶表示素子を作製した。

【０１１１】この液晶表示素子において、電極間に７０
Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加するとプレーナ状態、すな
わち着色状態（白色状態）になり、この時のＹ値は６．
４２を示した。さらに、５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印
加するとフォーカルコニック状態、すなわち散乱状態
（透明状態）になり、Ｙ値は２．４８を示した。コント
ラストは２．５９であり、暗く、コントラストの低い表
示になった。

【０１１２】着色状態において、反射スペクトルは比較
的ブロードであったが、式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）
² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域における積分値は、
波長―光反射率スペクトルを表わす関数ｆ（λ）の可視
波長域における積分値の３３％であった。 （比較実験例２）ネマティック液晶混合物（屈折率異方
性：０．１７９、誘電率異方性：２８、等方相転移温
度：１００℃）に、カイラル材として構造式Ｃ₃ 及び構
造式Ｃ₂ の２：１混合物１７．０ｗｔ％を混合し、選択
反射波長が６００ｎｍを示すカイラルネマティック液晶
組成物を調製した。このカイラルネマティック液晶組成
物は、室温でコレステリック相を示し、その屈折率異方
性は０．１５６、誘電率異方性は２０、等方相転移温度
は７５℃であった。

【０１１３】ＩＴＯ電極がそれぞれ形成された二つのガ
ラス基板上に絶縁膜として酸化シリコン薄膜をそれぞれ
形成し、さらにその上に全面にわたってポリイミド樹脂
を主成分とする平行配向膜をそれぞれ形成し、一方の基
板の周縁部に前記液晶組成物を封じ込めるためのシール
材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）を形成した。該二つの基
板を対向させ、両基板間にスペーサを挟んで基板間ギャ
ップを７μｍに調整し、前記液晶組成物を挟持した。さ
らに光を入射させる側とは反対側の基板の外面に黒色の
光吸収体を設け、液晶表示素子を作製した。

【０１１４】この液晶表示素子において、電極間に５５
Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加するとプレーナ状態、すな
わち赤っぽい着色状態になり、この時のＹ値は１２．７
２を示した。さらに、４０Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加
するとフォーカルコニック状態、すなわち散乱状態（透
明状態）になり、Ｙ値は２．１８を示した。コントラス
トは５．８３であった。

【０１１５】着色状態において式｛ｅｘｐ−〔２（λ−
ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域における積分
値は、波長―光反射率スペクトルを表わす関数ｆ（λ）
の可視波長域における積分値の８１％であり、色純度の
高い画像表示となり、また視角による色の変化が大きく
なった。 （比較実験例３）ネマティック液晶混合物（屈折率異方
性：０．２８６、誘電率異方性：１７．３、等方相転移
温度：１１３℃）に、カイラル材として構造式Ｃ₃ 及び
構造式Ｃ ₂ の２：１混合物１７．０ｗｔ％を混合し、選
択反射波長が６００ｎｍを示すカイラルネマティック液
晶組成物を調製した。このカイラルネマティック液晶組
成物は、室温でコレステリック相を示し、その屈折率異
方性は０．２５６、誘電率異方性は１３、等方相転移温
度は８０℃であった。

【０１１６】ＩＴＯ電極がそれぞれ形成された二つのガ
ラス基板上に絶縁膜として酸化シリコン薄膜をそれぞれ
形成し、さらにその上に全面にわたってポリイミド樹脂
を主成分とする配向安定化膜をそれぞれ形成し、一方の
基板の周縁部に前記液晶組成物を封じ込めるためのシー
ル材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）を形成した。該二つの
基板を対向させ、両基板間にスペーサを挟んで基板間ギ
ャップを９μｍに調整した。そして前記液晶組成物に光
重合開始材Irgacure187 （チバガイギー社製）を０．０
９ｗｔ％と光硬化性モノマーR684（日本化薬社製）を
２．９ｗｔ％加えた混合物を両基板間に挟持した。さら
に光を入射させる側とは反対側の基板の外面に黒色の光
吸収体を設けた。対向するＩＴＯ電極間に直流電圧５０
Ｖを印加しながら紫外光（出力１０ｍＷ／ｃｍ² ）を５
分間照射して前記光硬化性モノマーを高分子化させ、高
分子安定型の液晶表示素子を作製した。

【０１１７】この液晶表示素子において、電極間に１１
０Ｖのパルス電圧を５ｍｓ印加すると不完全なプレーナ
状態、すなわち着色状態（白色状態）になり、この時の
Ｙ値は１４．８５を示した。さらに、７０Ｖのパルス電
圧を５ｍｓ印加するとフォーカルコニック状態、すなわ
ち散乱状態（透明状態）になり、Ｙ値は４．７６を示し
た。コントラストは３．１１であり、暗く、コントラス
トの低い表示になり、駆動電圧も他のいずれの実験例と
比べて高くなってしまった。

【０１１８】着色状態において式｛ｅｘｐ−〔２（λ−
ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域における積分
値は、波長―光反射率スペクトルを表わす関数ｆ（λ）
の可視波長域における積分値の３３％であった。

【０１１９】以上説明した実験例及び比較実験例を以下
にまとめて示す。

【０１２０】 Ｙ値 コント 積分値比 駆動電圧（Ｖ） 透明状態／白色状態 ラスト 透明状態／白色状態 実験例１ 2.02 ／ 10.52 5.21 48％ 25 ／ 40 実験例２ 3.21 ／ 16.24 5.06 50％ 30 ／ 45 実験例３ 2.88 ／ 14.99 5.20 46％ 30 ／ 45 実験例４ 3.24 ／ 23.07 7.12 58％ 65 ／ 105 実験例５ 4.26 ／ 15.75 3.70 40％ 55 ／ 90 比較例１ 2.48 ／ 6.42 2.59 33％ 50 ／ 70 比較例２ 2.18 ／ 12.72 5.83 81％ 40 ／ 55 比較例３ 4.76 ／ 14.85 3.11 33％ 70 ／ 110 以上のように、積分値比が４０％以上６０％以下である
実験例１〜５の液晶表示素子では、いずれも明るく視認
性の優れた白色状態と背景色である黒色状態とを利用し
たモノカラー画像表示を行うことができ、良好なコント
ラスト、明るさ等の特性を得ることができた。また、い
ずれも駆動電圧を比較的低く抑えることができた。

【０１２１】これに対し、積分値比が４０％より小さい
比較実験例１、３の液晶表示素子では、暗く、コントラ
ストの低い表示になった。また、比較実験例３の液晶表
示素子では、駆動電圧が比較的高くなった。積分値比が
６０％より大きい比較実験例２の液晶表示素子では、色
純度の高い画像表示となり、また視角による色の変化が
大きくなった。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、コ
レステリック液晶を用いた液晶表示素子であって、双安
定性に優れるとともに、明るく視認性に優れた画像表示
ができ、例えば、黒色などの背景色を利用してモノクロ
（モノカラー）画像表示を行う場合、良好なコントラス
ト、明るさ等の特性を得ることができる液晶表示素子を
提供することができる。

【０１２３】また本発明によると、コレステリック液晶
を用いた液晶表示素子であって、駆動電圧を低く抑える
ことができる液晶表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子の第１の実施形態の
内部構成を概略的に示す図であり、図（Ａ）はパルス電
源から該液晶表示素子に低電圧パルスを印加した時にお
けるフォーカルコニック状態、すなわち散乱状態（透明
状態、ここでは黒色表示状態）を示す図であり、図
（Ｂ）はパルス電源から該液晶表示素子に高電圧パルス
を印加した時におけるプレーナ状態、すなわち着色状態
（白色表示状態）を示す図である。

【図２】本発明に係る液晶表示素子の第２、第４の実施
形態の内部構成を概略的に示す図であり、パルス電源か
ら該液晶表示素子に低電圧パルスを印加した時における
フォーカルコニック状態（散乱状態）を示す図である。

【図３】本発明に係る液晶表示素子の第３の実施形態の
内部構成を概略的に示す図であり、パルス電源から該液
晶表示素子に低電圧パルスを印加した時におけるフォー
カルコニック状態（散乱状態）を示す図である。

【図４】図１から図３に示す液晶表示素子の着色状態に
おけるコレステリック液晶の選択反射波長ｎＰにおける
光反射率をＲ、コレステリック液晶の屈折率異方性をΔ
ｎとした場合の波長λの関数として表される式｛ｅｘｐ
−〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの波形及び着
色状態における波長―光反射率スペクトルの一例を示す
図である。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 液晶表示素子 １１、１２ 基板 １３、１４ 透明電極 １５ 絶縁性薄膜 １６ 配向安定化膜 １９ 可視光吸収層 ２０ 柱状構造物 ２０’ 小柱状構造物 ２１ コレステリック液晶 ２１０ 液晶層 ２４ シール材 ２５ パルス電源 ２６ 紫外線吸収フィルタ ａ 式｛ｅｘｐ−〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝
Ｒの波形 ｂ 着色状態における波長―光反射率スペクトルの波形 ｃ 横軸（波長軸）対する波長３６０ｎｍでの垂線 ｄ 横軸に対する波長７４０ｎｍでの垂線 Ｓａ 波形ａ、線ｄ及び横軸に囲まれた面積 Ｓｂ 波形ｂ、線ｃ、ｄ及び横軸に囲まれた面積

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩松 雅子 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 植田 秀昭 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA02 EA49 FA02 GA02 GA03 GA12 GA13 GA17 HA03 HA11 JA06 JA15 JA16 KA04 KA06 KA12 KA20 MA02 MA06 MA09 4H027 BA02 BD02 BD04 BD07 BD17 BD20 BE02 BE05 CC08 CD07 CD08 CD10 CT08 CU01 DM07

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透光性を有する一対の基
   板と、該一対の基板間にコレステリック液晶を含む液晶
   層とを有し、該コレステリック液晶中に実質的にポリマ
   ーを含まない液晶表示素子であって所定の電圧印加によ
   って液晶を着色状態と散乱状態に切り替えて表示を行う
   液晶表示素子であり、 着色状態における前記コレステリック液晶の選択反射波
   長ｎＰ（ｎはコレステリック液晶の平均屈折率、Ｐはコ
   レステリック液晶のヘリカルピッチ）における光反射率
   をＲ、前記コレステリック液晶の屈折率異方性をΔｎと
   した場合の波長λの関数として表される式｛ｅｘｐ−
   〔２（λ−ｎＰ）² ／Δｎ² Ｐ² 〕｝Ｒの可視波長域に
   おける積分値が、着色状態における波長―光反射率スペ
   クトルを表す関数ｆ（λ）の可視波長域における積分値
   の４０％以上６０％以下であることを特徴とする液晶表
   示素子。
2. 【請求項２】前記液晶層に含まれるコレステリック液晶
   の選択反射波長ｎＰは、５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下
   である請求項１記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】前記液晶層に含まれるコレステリック液晶
   の屈折率異方性Δｎは、０．１８から０．３２である請
   求項１又は２記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】前記液晶層に含まれるコレステリック液晶
   は、等方相への転移温度が６０℃〜１２０℃である請求
   項１、２又は３記載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】前記液晶層は色素を含有している請求項１
   から４のいずれかに記載の液晶表示素子。
6. 【請求項６】前記色素は紫外線吸収色素である請求項５
   記載の液晶表示素子。
7. 【請求項７】前記色素は、選択反射波長ｎＰ付近及び
   （又は）選択反射波長ｎＰ×０．７付近の波長の光に極
   大吸収をもつ色素である請求項５記載の液晶表示素子。
8. 【請求項８】前記液晶層に含まれるコレステリック液晶
   は、ネマティック液晶混合物に、少なくとも１種類のカ
   イラル材を添加してなるカイラルネマティック液晶であ
   る請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示素子。
9. 【請求項９】前記カイラルネマティック液晶は、カイラ
   ル材の含有率が１０重量％〜４５重量％である請求項８
   記載の液晶表示素子。
10. 【請求項１０】前記カイラルネマティック液晶に含まれ
    るネマティック液晶材料は、屈折率異方性が０．２〜
    ０．３２である請求項８又は９記載の液晶表示素子。
11. 【請求項１１】電圧の印加をやめた後でも着色状態であ
    った領域は着色状態が、散乱状態であった領域は散乱状
    態が保持され得る請求項１から１０のいずれかに記載の
    液晶表示素子。
12. 【請求項１２】選択反射波長ｎＰ付近で光反射率がピー
    クとなる波長の測定値において、液晶表示素子温度２５
    ℃での測定値と液晶表示素子温度６０℃での測定値との
    差が、３０ｎｍ以内である請求項１から１１のいずれか
    に記載の液晶表示素子。
13. 【請求項１３】カラーフィルタを備えている請求項１か
    ら１２のいずれかに記載の液晶表示素子。
14. 【請求項１４】前記一対の基板間に複数の、高分子材料
    を主体とする構造物が設けられている請求項１から１３
    のいずれかに記載の液晶表示素子。
15. 【請求項１５】前記一対の基板のうちいずれか一方の基
    板に紫外線カットフィルタを備えている請求項１から１
    ４のいずれかに記載の液晶表示素子。