JP2001311968A

JP2001311968A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2001311968A
Application number: JP2000133837A
Authority: JP
Inventors: Masako Iwamatsu; 雅子岩松; Satoshi Hisamitsu; 聡史久光; Nobuyuki Kobayashi; 信幸小林; Hideaki Ueda; 秀昭植田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】カイラルネマティ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、例えば、黒背景色を利
用してモノクロ（モノカラー）画像表示を行う場合、温
度補償範囲が大きく、良好なコントラスト、明るさ等の
特性が得られる。【解決手段】少なくとも一方が透光性を有し、互いに
対向配置された一対の基板間１１、１２に、液晶組成物
２１を含む液晶層２１０が挟持され、少なくとも一方の
基板は、基板近傍の液晶組成物２１における液晶分子の
配列状態を基板から離れた部位とは異ならせうる機能層
１６（機能面）を備える。液晶組成物２１は、屈折率異
方性０．２〜０．３４のネマティック液晶混合物に、少
なくとも１種類のカイラル材料を添加したものであって
室温でコレステリック相を示し、相転移温度６０℃以上
である誘電率異方性が正のカイラルネマティック液晶で
あり、液晶層２１０の選択反射光の波長域が４８０ｎｍ
〜７００ｎｍの全域にわたる。

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料
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、カイラル
ネマティ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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でのカイラルネマティック液晶を使用した反射型の液晶
表示素子では、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、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
示が得られていないというのが実状であり、画像表示に
おける明るさ、コントラストや視角依存性等の特性は十
分に満足できるものではない。また、この種の液晶表示
素子では、良好な温度補償特性や温度補償範囲の拡大も
要求されている。

【０００５】そこで本発明は、カイラルネマティック液
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。

【０００６】また本発明は、カイラルネマティック液晶
を用いた液晶表示素子であって、温度補償範囲が大きい
液晶表示素子を提供することを課題とする。

【０００７】

【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。

【０００８】すなわち、互いに対向配置された一対の基
板間に、コレステリック相を示すカイラルネマティック
液晶を含む液晶層が挟持されている液晶表示素子におい
ては、液晶の選択反射の光反射率のピークをブロードに
する（より広範囲の可視光波長域に広げる）ことで、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、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）表示を行うことができ
る。

【０００９】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、基板近傍の液晶組成物に
おける液晶分子の配列状態を該基板から離れた部位（沖
合）の液晶分子の配列状態とは異ならせうる機能を有す
る機能面を備えた一対の基板に挟持することにより、液
晶を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。

【００１０】本発明者の研究によると、少なくとも一方
が透光性を有し、互いに対向配置された一対の基板間
に、液晶組成物を含む液晶層が挟持されている液晶表示
素子においては、前記一対の基板のうち少なくとも一方
に、前記液晶組成物に接して該基板近傍の液晶組成物に
おける液晶分子の配列状態を該基板から離れた部位の液
晶分子の配列状態とは異ならせうる機能を有する機能面
を設け、前記液晶組成物として、高屈折率（屈折率異方
性０．２〜０．３４）のネマティック液晶混合物に、少
なくとも１種類のカイラル材料を添加して（或いは少な
くとも１種類のカイラル材料を添加して可視波長域に選
択反射波長を調整して）室温でコレステリック相を示す
カイラルネマティック液晶を採用し、且つ、この液晶組
成物は相転移温度（コレステリック相から等方相（アイ
ソトロピック相）への相転移温度）Ｔ_ch-Iが６０℃以上
で、正の誘電率異方性を示す液晶とすることで、液晶を
不完全なプレーナ状態を生じ得るようにすることがで
き、選択反射の光反射率のピークをブロードにできる。
すなわち、このときの選択反射光の波長域を４８０ｎｍ
〜７００ｎｍの全域にわたらせることができ、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、温度補償範
囲が大きい。なお、カイラル材の添加量は液晶のフォー
カルコニック構造及びプレーナ構造を形成するのに有効
な量を添加する。

【００１１】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、次の第１及び第２の液晶表示
素子を提供する。（１）第１の液晶表示素子少なくとも一方が透光性を有し、互いに対向配置された
一対の基板間に、液晶組成物を含む液晶層が挟持されて
いる液晶表示素子であり、前記一対の基板のうち少なく
とも一方の基板は、前記液晶組成物に接して該基板近傍
の液晶組成物における液晶分子の配列状態を該基板から
離れた部位（沖合）の液晶分子の配列状態とは異ならせ
うる機能を有する機能面を備えており、前記液晶組成物
は、屈折率異方性０．２〜０．３４のネマティック液晶
混合物に、少なくとも１種類のカイラル材料を添加した
ものであって室温でコレステリック相を示し、相転移温
度６０℃以上である誘電率異方性が正のカイラルネマテ
ィック液晶であり、前記液晶層の選択反射光の波長域が
４８０ｎｍ〜７００ｎｍの全域にわたることを特徴とす
る液晶表示素子。（２）第２の液晶表示素子少なくとも一方が透光性を有し、互いに対向配置された
一対の基板間に、液晶組成物を含む液晶層が挟持されて
いる液晶表示素子であり、前記一対の基板のうち少なく
とも一方の基板は、前記液晶組成物に接して該基板近傍
の液晶組成物における液晶分子の配列状態を該基板から
離れた部位（沖合）の液晶分子の配列状態とは異ならせ
うる機能を有する機能面を備えており、前記液晶組成物
は、屈折率異方性０．２〜０．３４のネマティック液晶
混合物に、少なくとも１種類のカイラル材料を添加して
可視波長域に選択反射波長を調整したものであって室温
でコレステリック相を示し、相転移温度６０℃以上であ
る誘電率異方性が正のカイラルネマティック液晶であ
り、前記液晶層の選択反射光の波長域が４８０ｎｍ〜７
００ｎｍの全域にわたることを特徴とする液晶表示素
子。本発明に係る前記第１及び第２のタイプのいずれの
液晶表示素子においても、前記機能面は一対の基板のい
ずれか一方又はそれぞれに設けることができる。基板に
設けられた機能面は、例えば該基板近傍の液晶組成物に
おける液晶分子の配列状態を該基板から離れた部位の液
晶分子の配列状態とは異ならせうる機能を有するものと
することができる。なお、基板には通常電極（普通には
透明電極）が設けられるが、機能面は、かかる電極より
液晶組成物側に設けるとよい。

【００１２】本発明に係る第１及び第２の液晶表示素子
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。

【００１３】本発明に係る第１及び第２の液晶表示素子
によると、前記一対の基板のうち少なくとも一方が、前
記液晶組成物に接して該基板近傍の液晶組成物における
液晶分子の配列状態を該基板から離れた部位の液晶分子
の配列状態とは異ならせうる機能を有する機能面を備え
ており、前記液晶組成物が、屈折率異方性０．２〜０．
３４のネマティック液晶混合物に、少なくとも１種類の
カイラル材料を添加したもの、或いは少なくとも１種類
のカイラル材料を添加して可視波長域に選択反射波長を
調整したものであって室温でコレステリック相を示し、
相転移温度６０℃以上である誘電率異方性が正のカイラ
ルネマティック液晶であり、前記液晶層の選択反射光の
波長域が４８０ｎｍ〜７００ｎｍの全域にわたるので、
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、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、温度補償範
囲が大きい。前記機能面としては、例えば、シリコン原
子又はシロキサン骨格を含有している機能面、ポリイミ
ド骨格を含有している機能面、アクリレート及びポリイ
ミド系化合物からなる機能面などを挙げることができ
る。

【００１４】本発明に係る第２の液晶表示素子におい
て、可視波長域は、一般的に可視波長域と認められてい
る範囲であればよく、波長３６０ｎｍ〜７４０ｎｍ程度
を例示できる。

【００１５】本発明の第２の液晶表示素子において、前
記可視波長域に調整された選択反射波長の好ましい範囲
としては、視感反射率の大きい波長域、例えば５５０ｎ
ｍ〜６５０ｎｍ程度、より好ましくは５８０ｎｍ〜６２
０ｎｍ程度を挙げることができる。

【００１６】本発明に係る第１及び第２の液晶表示素子
のいずれにおいても、前記カイラルネマティック液晶の
誘電率異方性の好ましい範囲としては、５〜４０程度、
より好ましくは１０〜３０程度を例示できる。前記ネマ
ティック液晶混合物の屈折率異方性としては、例えば、
０．２２〜０．３２程度が望ましい。

【００１７】いずれにしても、前記ネマティック液晶混
合物中に液晶性シアノビフェニル化合物と、液晶性シア
ノターフェニル化合物の少なくとも一方が３０重量（ｗ
ｔ）％以上含有されていることが好ましい。この場合、
液晶性シアノターフェニル化合物の結晶化度制御のた
め、前記ネマティック液晶混合物において、前記液晶性
シアノビフェニル化合物の含有率が、前記液晶性シアノ
ターフェニル化合物の含有率より大きいことが望まし
い。

【００１８】前記カイラルネマティック液晶組成物とし
ては、次の場合を例示できる。すなわち、（ａ）前記カイラル材料の含有率が１０重量（ｗｔ）％
〜４５重量（ｗｔ）％である場合。（ｂ）複数種類のカイラル材料を含んでいる場合。（ｃ）屈折率異方性が０．１８〜０．３２である場合。（ｄ）相転移温度が６０℃〜１２０℃である場合。（ｅ）末端にＣＮ基をもつ構造のカイラル材料を少なく
とも一種含有している場合。（ｆ）色素を含有している場合。（ｇ）紫外線吸収剤を含有している場合。（ｈ）前記（ａ）〜（ｇ）のうち二つ又はそれ以上を組
み合わせた場合。

【００１９】いずれにしても、基板間距離の維持、強度
の向上等のために前記一対の基板間に複数の、高分子材
料主体の構造物（樹脂構造物、樹脂組成物構造物等）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。

【００２０】

【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。

【００２１】図１は本発明に係る液晶表示素子の第１、
第４の実施形態Ａ、Ｄ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（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（白色表示状
態）を示す。

【００２２】図２は本発明に係る液晶表示素子の第２の
実施形態Ｂ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を示す図である。

【００２３】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を示す図であ
る。

【００２４】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。また、液晶表示素子Ａ〜Ｄは、
いずれもメモリ性を有しており、パルス電圧の印加をや
めた後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る。

【００２５】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と液晶組成物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１１、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。

【００２６】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、液晶を微小
な樹脂のカプセルに封入したものを用いた液晶表示素子
のように、液晶が両基板と同時的に接触するのを妨げる
ような高分子体が存在するものとは異なる液晶表示素子
である。例えば、柱状の樹脂構造物を設けて液晶が両基
板に同時的に接触できるようにした液晶表示素子や、基
板間に樹脂構造物が存在しない液晶表示素子である。

【００２７】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
ト等のフレキシブル基板等が使用可能である。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。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。

【００３１】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一対の基板のうち少な
くとも一方は、液晶組成物に接して該基板近傍の液晶組
成物における液晶分子の配列状態を該基板から離れた部
位（沖合）の液晶分子の配列状態とは異ならせうる機能
を有する機能層（機能面を提供する機能層）を備えてい
る。なお、絶縁性能・ガスバリア性能を向上させるため
に、透明電極上に有機及び（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。

【００３２】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、その上に機能層１６が設けられ
ている。電極１４が形成された基板１２上に機能層１６
が設けられている。

【００３３】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。

【００３４】機能層を構成する材料としては、例えば、
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。特にシランカップリング剤やポリシロキサン等のシ
ロキサン構造やシリコン原子をもつ化合物を含有するも
のを使用すると、さらに良好な特性を得ることができ
る。

【００３５】また、機能層を構成する材料において、側
鎖にコレステロール骨格、アダマンチル骨格、多環骨
格、デンドリマー骨格（スターバースト型化合物）、又
は炭素数３以上のアルキル基などを含んでいると、液晶
組成物においてさらに良好な分子配列状態を得ることが
できる。この場合、側鎖の置換率は、主鎖を形成する炭
素・窒素に結合できる総数に対する側鎖の置換率とし
て、例えば１％以上５０％未満が望ましい。

【００３６】前記化合物の化学構造式を（Ｄ１）〜（Ｄ
５）に示す。

【００３７】

【化１】

【００３８】なお、機能層は両基板のそれぞれに形成さ
れていてもよいし、いずれか一方のみに形成されていて
もよい。本例の液晶表示素子Ａ〜Ｄでは、既述のとおり
両基板１１、１２にそれぞれ形成されている。

【００３９】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄの
液晶組成物２１だけでなく、本発明の液晶表示素子の液
晶組成物は、屈折率異方性が０．２〜０．３４（望まし
くは０．２２〜０．３２）のネマティック液晶混合物
に、少なくとも１種類のカイラル材料を添加したもので
あって室温でコレステリック相を示し、相転移温度が６
０℃以上である誘電率異方性が正のカイラルネマティッ
ク液晶組成物である。さらに、色素を添加してもよい。

【００４０】ネマティック液晶混合物は、機能層による
液晶分子の配列状態を効果的に形成するため、末端に極
性基をもつ液晶化合物の比率が高いことが望ましい。極
性基がＣＮ基であればなおよい。

【００４１】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０．２〜０．３４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。さらに望まし
くは、屈折率異方性が０．２２〜０．３２程度を例示で
きる。

【００４２】高屈折率異方性を実現し、且つ、安定性向
上のために、ネマティック液晶混合物中に液晶性シアノ
ビフェニル化合物と、液晶性シアノターフェニル化合物
が含有されていることが望ましい。さらに、少なくとも
一方が３０ｗｔ％以上含有されていることが好ましい。
液晶性シアノターフェニル化合物は、粘性をあげてしま
うので温度補償範囲の拡大に必要な範囲にとどめ、液晶
性シアノビフェニル化合物の含有量より少ないことが望
ましい。

【００４３】ここで、使用可能な液晶性シアノビフェニ
ル化合物の一般構造式（Ａ）及び使用可能な液晶性シア
ノターフェニル化合物の一般構造式（Ｂ）を以下に示
す。また、液晶性シアノビフェニル化合物及び液晶性シ
アノターフェニル化合物の例として、具体的な化学構造
式をいくつか挙げる。なお、使用可能な化合物はここに
示すものに限定されるものではない。（Ａ）液晶性シアノビフェニル化合物の一般構造式

【００４４】

【化２】

【００４５】（液晶性シアノビフェニル化合物の具体
例）

【００４６】

【化３】

【００４７】（Ｂ）液晶性シアノターフェニル化合物の
一般構造式

【００４８】

【化４】

【００４９】（液晶性シアノターフェニル化合物の具体
例）

【００５０】

【化５】

【００５１】添加するカイラル材料としては、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）を有
す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。

【００５２】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）

【００５３】

【化６】

【００５４】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。

【００５５】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、紫外線吸収色素等、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。

【００５６】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を添加する場合、色素の役割と
しは、例えば、よりブロードな反射ピークを得、画像表
示の白さを増したり、短波長側の散乱を抑え、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、背景色（例えば黒色）表示をクリアに
する役割を挙げることができる。

【００５７】色素として紫外線吸収色素を用いる場合、
この紫外線吸収色素としては、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す
る効果も合わせもつことができるもの、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。

【００５８】カイラルネマティック液晶組成物は、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０．２１〜０．３２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。

【００５９】カイラルネマティ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。

【００６０】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℃の範囲で概ね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。

【００６１】また、カイラルネマティック液晶組成物の
誘電率異方性としては、例えば少なくとも５以上である
ことが望ましく、さらに望ましくは１０以上、１５以上
あればなお良い。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。また、誘電率異方
性が５未満であると駆動電圧が高くなりすぎることがあ
る。

【００６２】本発明に係る液晶表示素子において、カイ
ラルネマティ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５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ程度、より好
ましくは波長５８０ｎｍ〜６２０ｎｍ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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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、高分子材料主体の
構造物で支持されていてもよい。

【００６８】液晶表示素子素子Ａ、Ｄには、図１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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】なお、図１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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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
収材料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。

【００８０】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。

【００８１】図１に示す液晶表示素子Ａ、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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】図４に図１から図３に示す液晶表示素子Ａ
〜Ｄの波長―光反射率スペクトルの一例を示す。

【００８６】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（波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの全領
域で反射光を得る状態）を示し白色表示状態となる。

【００８７】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。

【００８８】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、結果的にコントラストの低い暗い表示とな
る。

【００８９】図１から図３に示す液晶表示素子Ａ〜Ｄに
よると、一対の基板１１、１２のうち少なくとも一方
が、液晶組成物２１に接して該基板近傍の液晶組成物に
おける液晶分子の配列状態を該基板から離れた部位の液
晶分子の配列状態とは異ならせうる機能を有する機能層
１６を備えており、液晶組成物２１が、屈折率異方性
０．２〜０．３４のネマティック液晶混合物に、少なく
とも１種類のカイラル材料を添加して可視波長域に選択
反射波長を調整したものであって室温でコレステリック
相を示し、相転移温度６０℃以上である誘電率異方性が
正のカイラルネマティック液晶であり、液晶層２１０の
選択反射光の波長域が４８０ｎｍ〜７００ｎｍの全域に
わたるので、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、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、温度補償範囲が大き
い。

【００９０】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。

【００９１】以下の各実験例において、Ｙ値（視感反射
率）の測定は、白色光源を有する分光測色計ＣＭ３７０
０ｄ（ミノルタ社製）を用いて行った。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、液晶表示素子を不完全なプレー
ナ状態としたときに高反射率状態となり、フォーカルコ
ニック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：
０．３１０、誘電率異方性：１５．５、等方相転移温
度：１０８℃）に、構造式Ｃ₇で示されるカイラル材料
１０．２ｗｔ％を混合し、選択反射波長が７００ｎｍ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０．２６７、誘電率
異方性は８．５、等方相転移温度は８５℃であった。

【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
を主成分とする機能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Ｘ
Ｎ２１Ｓ（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２に示す液晶表示素
子Ｂ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８０
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、波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの
全波長領域で反射光を得た。この時のＹ値は１５．８３
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（透明状態）となり、Ｙ値
は４．１５を示した。コントラストは３．８１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：
０．２８２、誘電率異方性：１５．９、等方相転移温
度：１０９℃）に、構造式Ｃ₃で示されるカイラル材料
２５ｗｔ％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０．２１７、誘電率異方
性は１３．５、等方相転移温度は７０℃であった。

【００９４】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コレステロール
骨格を１５％含む樹脂を主成分とする機能膜をそれぞれ
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。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２に示す液晶表示素子Ｂと実質上同構成である。

【００９５】この液晶表示素子において、電極間に８０
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、波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの
全波長領域で反射光を得た。この時のＹ値は１８．９３
を示した。さらに、４５Ｖ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３．０７を示した。コントラストは６．１７であっ
た。（実験例３）液晶性シアノビフェニル化合物を５８％
と、液晶性シアノターフェニル化合物を２８％含有する
ネマティック液晶混合物（屈折率異方性：０．２６７、
誘電率異方性：１８、等方相転移温度：９６℃）に、構
造式Ｃ₇で示されるカイラル材料２７．８ｗｔ％を混合
し、選択反射波長が５２０ｎｍ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０．２２５、誘電率異方性は９．８、等方
相転移温度は６５℃であった。

【００９６】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機能膜を
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
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機能膜が形成
されていないことを除いて、図２に示す液晶表示素子Ｂ
と実質上同構成である。

【００９７】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、波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの
全波長領域で反射光を得た。この時のＹ値は１６．０３
を示した。さらに、６０Ｖ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４．０１を示した。コントラストは４．００であっ
た。（実験例４）液晶性シアノ化合物（シアノビフェニル、
３環シアノ化合物）１００％のネマティック液晶混合物
（屈折率異方性：０．２４１、誘電率異方性：２６、等
方相転移温度：９７℃）に、カイラル材として構造式Ｃ
₃及び構造式Ｃ₇の３：２混合物３０．６ｗｔ％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０．２０８、誘電率異方性は１０、等方相
転移温度は６０℃であった。

【００９８】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、一方の基板上
に全面にわたってポリイミド樹脂を主成分とする機能膜
を形成した。さらに、その基板上に１０μｍのギャップ
制御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。他方の基板上には、絶縁膜上に
全面にわたってコレステロール骨格を１５％含む樹脂を
主成分とする機能膜を形成した。

【００９９】その上に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
状構造物を作製した。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。

【０１００】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、さらに光入射側の基
板の外面に紫外線カットフィルタ（日東電工社製）を設
け、液晶表示素子を作製した。この液晶表示素子は、光
吸収層が設けられている側の基板に絶縁性薄膜形成され
ていることを除いて、図１に示す液晶表示素子Ｄと実質
上同構成である。

【０１０１】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、波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの
全波長領域で反射光を得た。この時のＹ値は１５．３９
を示した。さらに、６０Ｖ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２．３６を示した。コントラストは６．５２であっ
た。（実験例５）液晶性シアノビフェニル化合物を６０％
と、液晶性シアノターフェニル化合物を３０％含有する
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Ｃ ₃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６０
０ｎｍ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０．２５
６、誘電率異方性は１３、等方相転移温度は８０℃であ
った。

【０１０２】このカイラルネマティック液晶は、室温か
ら６０℃までほとんど選択反射の波長のシフトが見られ
なかった。

【０１０３】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、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機能膜
をそれぞれ形成した。一方の基板上に９μｍのギャップ
制御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。他方の基板上には、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５
００μｍ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
９μｍの円柱状の柱状構造物を作製した。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。

【０１０４】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形成されていること
を除いて、図１に示す液晶表示素子Ｄと実質上同構成で
ある。

【０１０５】この液晶表示素子において、電極間に８５
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、波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの
全波長領域で反射光を得た。この時のＹ値は２０．０１
を示した。さらに、６０Ｖ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２．７６を示した。コントラストは７．２５であっ
た。（実験例６）実験例５で用いたカイラルネマティック液
晶に、紫外線吸収剤ＭＢＴ―１７５（日本化薬製）を
０．５ｗｔ％添加した。

【０１０６】このカイラルネマティック液晶は、室温か
ら６０℃までほとんど選択反射の波長のシフトが見られ
なかった。

【０１０７】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、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機能膜をそ
れぞれ形成した。一方の基板上に９μｍのギャップ制御
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。他方の基板上には、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５００
μｍ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９μ
ｍの円柱状の柱状構造物を作製した。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。

【０１０８】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形成されていること
を除いて、図１に示す液晶表示素子Ｄと実質上同構成で
ある。

【０１０９】この液晶表示素子において、電極間に８５
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、波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの
全波長領域で反射光を得た。この時のＹ値は１５．１８
を示した。さらに、６０Ｖ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１．９７を示した。コントラストは７．７１であっ
た。

【０１１０】反射波形は、選択反射のピークがブロード
になり、実施例５の液晶表示素子と比較して画像表示に
おける白味が増した。また、短波長側の散乱が小さくな
り透明状態における画像表示がクリアになった。（実験例７）ネマティック液晶混合物（屈折率異方性：
０．２１２、誘電率異方性：４４、等方相転移温度：１
０３℃）に、カシラル材として構造式Ｃ₃及び構造式Ｃ
₂の５：３混合物１３．７ｗｔ％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
０．１９８、誘電率異方性は２７、等方相転移温度は８
５℃であった。

【０１１１】ＩＴＯ電極がそれぞれ形成された二つの基
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
成分とする機能膜を形成し、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２に示す液晶表示素子Ｂと実質上
同構成である。

【０１１２】この液晶表示素子において、電極間に６５
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、波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの
全波長領域で反射光を得た。この時のＹ値は１２．９５
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（透明状態）となり、Ｙ値
は２．６８を示した。コントラストは４．８３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、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。

【０１１３】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機能膜を
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電極のみを形成し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１
０μｍ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７０
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、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（透明状態）となり、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。

【０１１５】以上のように、実験例１〜７の液晶表示素
子では、いずれも波長４８０ｎｍ〜７００ｎｍの全波長
領域で反射光を得ることができた。そして、明るく視認
性の優れた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。これに対
し、比較実験例１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。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、カ
イラルネマティ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。

【０１１７】また本発明によると、カイラルネマティッ
ク液晶を用いた液晶表示素子であって、温度補償範囲が
大きい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、第４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（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（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機能膜１９可視光吸収層２０柱状構造物２０’ 小柱状構造物２１カイラルネマティック液晶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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/1337 Ｇ０２Ｆ 1/1337 (72)発明者小林信幸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 HA06 HA11 HA14 JA06 JA15 JA16 KA04 KA06 KA20 KA26 LA09 MA02 MA06 2H090 HB03Y HB06Y HB08Y HB12Y HD11 KA06 KA13 LA02 LA04 LA20 MA01 MA04 4H027 BA02 BD02 BD07 BD10 BD17 BD20 BE02 BE03 BE05 CC08 CD04 CD07 CD08 CD10 CG04 CT08 CU01 DM07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透光性を有し、互いに対
向配置された一対の基板間に、液晶組成物を含む液晶層
が挟持されている液晶表示素子であり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、前記液
晶組成物に接して該基板近傍の液晶組成物における液晶
分子の配列状態を該基板から離れた部位の液晶分子の配
列状態とは異ならせうる機能を有する機能面を備えてお
り、前記液晶組成物は、屈折率異方性０．２〜０．３４のネ
マティック液晶混合物に、少なくとも１種類のカイラル
材料を添加したものであって室温でコレステリック相を
示し、相転移温度６０℃以上である誘電率異方性が正の
カイラルネマティック液晶であり、前記液晶層の選択反射光の波長域が４８０ｎｍ〜７００
ｎｍの全域にわたることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】少なくとも一方が透光性を有し、互いに対
向配置された一対の基板間に、液晶組成物を含む液晶層
が挟持されている液晶表示素子であり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、前記液
晶組成物に接して該基板近傍の液晶組成物における液晶
分子の配列状態を該基板から離れた部位の液晶分子の配
列状態とは異ならせうる機能を有する機能面を備えてお
り、前記液晶組成物は、屈折率異方性０．２〜０．３４のネ
マティック液晶混合物に、少なくとも１種類のカイラル
材料を添加して可視波長域に選択反射波長を調整したも
のであって室温でコレステリック相を示し、相転移温度
６０℃以上である誘電率異方性が正のカイラルネマティ
ック液晶であり、前記液晶層の選択反射光の波長域が４８０ｎｍ〜７００
ｎｍの全域にわたることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】前記可視波長域に調整された選択反射波長
は、５５０ｎｍ〜６５０ｎｍである請求項２記載の液晶
表示素子。
【請求項４】前記可視波長域に調整された選択反射波長
は、５８０ｎｍ〜６２０ｎｍである請求項２記載の液晶
表示素子。
【請求項５】前記カイラルネマティック液晶の誘電率異
方性は、５〜４０である請求項１から４のいずれかに記
載の液晶表示素子。
【請求項６】前記カイラルネマティック液晶の誘電率異
方性は、１０〜３０である請求項１から４のいずれかに
記載の液晶表示素子。
【請求項７】前記ネマティック液晶混合物の屈折率異方
性は、０．２２〜０．３２である請求項１から６のいず
れかに記載の液晶表示素子。
【請求項８】前記ネマティック液晶混合物中に液晶性シ
アノビフェニル化合物と、液晶性シアノターフェニル化
合物の少なくとも一方が３０重量％以上含有されている
請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項９】前記ネマティック液晶混合物において、前
記液晶性シアノビフェニル化合物の含有率が、前記液晶
性シアノターフェニル化合物の含有率より大きい請求項
８記載の液晶表示素子。
【請求項１０】前記カイラルネマティック液晶は、前記
カイラル材料の含有率が１０重量％〜４５重量％である
請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項１１】前記カイラルネマティック液晶は、複数
種類のカイラル材料を含んでいる請求項１から１０のい
ずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項１２】前記カイラルネマティック液晶は、屈折
率異方性が０．１８〜０．３２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。
【請求項１３】前記カイラルネマティック液晶の相転移
温度は、６０℃〜１２０℃である請求項１から１２のい
ずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項１４】前記カイラルネマティック液晶は、末端
にＣＮ基をもつ構造のカイラル材料を少なくとも一種含
有している請求項１から１３のいずれかに記載の液晶表
示素子。
【請求項１５】前記カイラルネマティック液晶は色素を
含有している請求項１から１４のいずれかに記載の液晶
表示素子。
【請求項１６】前記カイラルネマティック液晶は紫外線
吸収剤を含有している請求項１５記載の液晶表示素子。
【請求項１７】前記機能面はシリコン原子又はシロキサ
ン骨格を含有している請求項１から１６のいずれかに記
載の液晶表示素子。
【請求項１８】前記機能面はポリイミド骨格を含有して
いる請求項１から１６のいずれかに記載の液晶表示素
子。
【請求項１９】前記機能面はアクリレート又はポリイミ
ド系化合物からなる請求項１から１６のいずれかに記載
の液晶表示素子。
【請求項２０】前記一対の基板間に複数の、高分子材料
主体の構造物が設けられている請求項１から１９のいず
れかに記載の液晶表示素子。
【請求項２１】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２
０のいずれかに記載の液晶表示素子。