JP2003161932A

JP2003161932A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2003161932A
Application number: JP2001359803A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hisatake; 雄三久武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】充分なコントラスト比が得られるとともに、消
費電力の低減を図ることが可能な液晶表示素子を提供す
ることにある。【解決手段】対向配置された前面基板１および背面基板
２の間に、複数のネマティック液晶滴４を含んだネマテ
ィック液晶ポリマー層３が配置されている。ネマティッ
ク液晶ポリマーの液晶分子３ａは、その長軸が背面基板
とほぼ平行となる方向に一様に配向されている。ネマテ
ィック液晶滴の液晶分子３ａは、その長軸が背面基板と
平行で、かつ、ネマティック液晶ポリマーの液晶分子の
長軸方向とほぼ直交若しくは平行となる方向に一様に配
向されている。ネマティック液晶ポリマー層に対し、ネ
マティック液晶ポリマーの液晶分子の長軸方向とほぼ直
交若しくは平行な方位に電界を印可する電極５ａ、５ｂ
が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型および透過
型の液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示素子はノートパソコン、
モニター、カーナビゲーション、関数電卓、中小型ＴＶ
など様々な分野に応用されている。中でも反射型の液晶
表示素子は、バックライトが不要であることから低消費
電力、且つ薄型軽量といった利点を活かすべく携帯機器
用ディスプレイに応用されている。しかしながら、従来
の反射型の液晶表示素子は、紙、印刷物などと比較して
明るさの点で表示性能が劣っている。

【０００３】また、透過型の液晶表示素子も携帯機器用
ディスプレイに応用されている。しかしながら、透過型
の液晶表示素子はバックライト等の光源が必要であり、
電池を電源とするため、十分な駆動時間を得ようとする
とバックライトの輝度を下げざるを得ず、この場合、十
分な明るさが得られない。結果的、コントラスト比も不
十分なものであった。

【０００４】上記のような液晶表示素子の明るさが不十
分となる主な要因は、以下の２つがある。一つは、表示
の明暗を制御するのに必要な部材、例えば、偏光板や液
晶に添加した染料（ＧＨモード）による光吸収が挙げら
れる。もう一つは、表示に色を付ける手段にある。表示
に色を付ける手段として、特定波長の光を吸収する方法
を用いた場合、例えば、カラーフィルター方式を用いた
場合である。

【０００５】これら問題を解決する手段として、ＰＤＬ
Ｃに代表される散乱型液晶表示素子が知られている。こ
の液晶表示素子は、ランダム配列された液晶と屈折率異
方性のない等方層との屈折率差、若しくはランダム配列
された液晶の分子同志の屈折率差により、入射した光の
散乱及び散乱反射を利用して表示するものである。

【０００６】この液晶表示素子を反射型として用いる場
合、散乱反射により明状態を作り出し、また、液晶層に
電界を印可し、光が入射する方向に対して上記等方層と
液晶層との屈折率を等しくすることにより、あるいは、
液晶層の分子間の屈折率を等しくすることにより、素子
後方に配置した遮光層にて入射光を吸収し暗状態を得て
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記屈
折率差は、液晶分子の異常光屈折率および通常光屈折率
の平均値と常光屈折率との差分しか得することができな
い。例えば、現在実用的に用いられる液晶材料では、大
きくても０．１４程度の屈折率差しか得られない。この
ため、十分な反射率を得るには、液晶層の厚みを厚くす
る必要があり、液晶層の駆動電圧が著しく高くなる。従
って、この液晶表示素子は、消費電力が高く、携帯機器
用ディスプレイに不適となってしまう。

【０００８】また、散乱型液晶表示素子を透過型として
用いる場合、散乱反射で暗状態を得ているが、反射型同
様、十分なコントラストを得るには、液晶層の厚みを厚
くする必要がある。従って、この液晶表示素子は、駆動
電圧が著しく高くなる。従って、消費電力が高くなり、
携帯機器用ディスプレイに不適となる。

【０００９】この発明は以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、充分なコントラスト比が得られるとと
もに、消費電力の低減を図ることが可能な液晶表示素子
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決する手段】上記目的を達成するため、この
発明の一態様に係る液晶表示素子は、対向配置された少
なくとも２枚の基板と、上記基板間に配設されていると
ともに、複数のネマティック液晶滴を含んだネマティッ
ク液晶ポリマー層と、を備え、上記ネマティック液晶ポ
リマーの液晶分子は、その長軸が上記基板とほぼ平行と
なる方向に一様に配向され、上記ネマティック液晶滴の
液晶分子は、その長軸が上記基板と平行で、かつ、上記
ネマティック液晶ポリマーの液晶分子の長軸方向とほぼ
直交若しくは平行となる方向に一様に配向され、上記ネ
マティック液晶ポリマー層に対し、上記ネマティック液
晶ポリマーの液晶分子の長軸方向とほぼ直交若しくは平
行な方位に電界を印可する電界印加手段が設けられてい
ることを特徴としている。

【００１１】また、この発明の他の態様に係る液晶表示
素子によれば、上記ネマティック液晶ポリマー層は、上
記ネマティック液晶滴が上記基板の法線方向に対して赤
色光の波長の半分のピッチで周期的に配列されているネ
マティック液晶ポリマー層と、上記ネマティック液晶滴
が上記基板の法線方向に対して緑色光の波長の半分のピ
ッチで周期的に配列されているネマティック液晶ポリマ
ー層と、上記ネマティック液晶滴が上記基板の法線方向
に対して青色光の波長の半分のピッチで周期的に配列さ
れているネマティック液晶ポリマー層とを上記基板の法
線方向に積層して形成され、上記電界印加手段は、各ネ
マティック液晶ポリマー層にそれぞれ電界印加する複数
の電極を備えていることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態に係る液晶表示素子について詳細に説明す
る。ここでは、始めに、本実施の形態に係る液晶表示素
子の基本構造および基本動作について説明する。

【００１３】図１に示すように、液晶表示素子１０は、
所定の隙間を置いて対向配置された透明な前面基板１お
よび背面基板２を備え、これらの基板間には、ネマティ
ック液晶を架橋させてポリマー化したネマティック液晶
ポリマー層３が挟持されている。ネマティック液晶ポリ
マー層３を構成する液晶分子３ａは、一様なホモジニア
ス配列となっている。すなわち、液晶分子３ａは、その
長軸が前面基板１および背面基板２の表面とほぼ平行と
なる方向に一様に配向されている。

【００１４】ネマティック液晶ポリマー層３の両側に
は、このネマティック液晶ポリマー層に電界を印加する
一対の電極５ａ、５ｂが設けられている。これらの電極
５ａ、５ｂは、互いに平行に配置されているとともに、
背面基板２とほぼ平行に延びている。また、これらの電
極５ａ、５ｂは電源６が接続され、液晶分子３ａの長軸
方向とほぼ直交する方向に電界を印加する。

【００１５】ネマティック液晶ポリマー層３内には、架
橋していない、つまり、ポリマーでないネマティック液
晶滴４が設けられている。図１に示すように、電界を印
可しない状態において、ネマティック液晶滴４の液晶分
子４ａはその長軸がネマティック液晶ポリマー層３の液
晶分子３ａの長軸と平行になるようホモジニアス配列と
している。すなわち、電界が印加されていない状態にお
いて、液晶分子４ａは、その長軸が前面基板１および背
面基板２の表面と平行で、かつ、ネマティック液晶ポリ
マーの液晶分子３ａの長軸方向とほぼ平行となる方向に
一様に配向されている。

【００１６】ネマティック液晶ポリマーの液晶分子３ａ
の長軸方向の屈折率をnpe 、これと直交する方位の屈折
率をnpo 、ネマティック液晶滴４内のネマティック液晶
分子４ａの長軸方向の屈折率をnne 、これと直交する方
位の屈折率をnno とすると、 npe ＞npo 、 nne ＞nno であり、 npe ≒nne 、 npo ≒nno であれば、ネマティック液晶
ポリマー層３内の屈折率は、方位に拘わらずほぼ一様と
なる。そのため、ネマティック液晶ポリマー層３に入射
した光は、ネマティック液晶ポリマー層をそのまま透過
する。前面基板１から入射した光、つまり外光は、背面
基板２側へ出射し、また、背面基板２から入射した光は
前面基板側へ出射する。

【００１７】これに対し、図２に示すように、電極５
ａ、５ｂによってネマティック液晶ポリマー層３に電界
を印可すると、ネマティック液晶滴４中のネマティック
液晶分子４ａのみが電界に応答する。ネマティック液晶
滴４内の液晶分子４ａの誘電率異方性が負の場合（ｎ型
液晶の場合）、電界を印可しない状態でのネマティック
液晶滴４内の液晶分子４ａの長軸と平行な方位Ｘに電界
を印加すると、図２に示すように、ネマティック液晶滴
４中の液晶分子４ａは、その長軸がネマティック液晶ポ
リマーの液晶分子３ａの長軸方位（Ｘ方位）と直交する
方位（Ｙ方位）に配向される。従って、Ｘ方位の屈折率
は、ネマティック液晶ポリマー層３がnpe、ネマティッ
ク液晶滴４内がnno となり、屈折率差が生じる。Ｙ方位
でも屈折率は、ネマティック液晶ポリマー層３がnpo 、
ネマティック液晶滴４内がnne となり、屈折率差が生じ
る。

【００１８】Ｘ方位、Ｙ方位それぞれの屈折率差は、ネ
マティック液晶ポリマーおよびネマティック液晶の屈折
率異方性とほぼ等しく、従来の散乱型液晶における方位
別屈折率差よりも極めて大きい屈折率差が得られる。こ
れら屈折率差は互いに直交する２つの方位Ｘ、Ｙに対し
て得られるため、偏光していない光、つまり非偏光、自
然光に対して得られるものである。

【００１９】電界が印可された状態の液晶表示素子１０
に光が入射すると、前面基板１から入射した光つまり外
光は、ネマティック液晶ポリマー層３内において、ネマ
ティック液晶ポリマーとネマティック液晶滴との界面で
上記屈折率差によって反射され、前面基板１側に出射さ
れる。逆に、背面基板２から入射した光は、ネマティッ
ク液晶ポリマーとネマティック液晶滴との界面で上記屈
折率差によって反射され、背面基板２側へ出射する。

【００２０】上記屈折率差は、ネマティック液晶ポリマ
ー及びネマティック液晶の屈折率異方性が大きいほど大
きく、ネマティック液晶ポリマー層３内での光反射は、
ネマティック液晶ポリマー及びネマティック液晶の屈折
率異方性が大きいほど大きい。逆に、電界を印可してい
ない状態で、ネマティック液晶ポリマー層３内における
光反射を防ぐには、npe とnne との差、およびnpo とnn
o との差が少ないほどよい。

【００２１】なお、電界を印可した状態、およびを電界
を印可しない状態のいずれにおいても、ネマティック液
晶滴４内のネマティック液晶の誘電異方性を正とすれ
ば、つまり、ｐ型液晶とすれば上記と同様の効果を得る
ことができる。しかしながら、この場合、ネマティック
液晶ポリマー内の屈折率を一様にするためにはある程度
高い電圧が必要となる。従って、図１および図２に示す
ように、電界を印可していない状態でネマティック液晶
ポリマー内の屈折率が一様となるように構成した方が、
駆動電圧を低減でき好ましい。

【００２２】また、ネマティック液晶滴４は微細で多数
存在するほど、ネマティック液晶ポリマーとの界面が増
加し、入射光の反射効果が高まる。上記構成の液晶表示
素子により複数の画素を形成し、画素毎に印加する電界
を制御する電界印加手段を設け、かつ、ネマティック液
晶ポリマー層への入射光の反射、透過制御用にカラーフ
ィルタを設けることにより、カラー表示が可能となる。
電界印加手段としては、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子等のス
イッチング素子、および単純マトリクス電極を用いたマ
ルチプレックス駆動を適用することができる。

【００２３】図３に示す液晶表示素子１０によれば、前
面基板１と背面基板２との間に、３層のネマティック液
晶ポリマー層を基板の法線方向に積層して設けられてい
る。上述した液晶表示素子と同様に、各ネマティック液
晶ポリマー層は、ネマティック液晶滴を分散した構成で
あるが、このネマティック液晶滴がネマティック液晶ポ
リマー層の法線方向に対して周期的に配置されており、
その周期が可視光波長の半分となっている。

【００２４】すなわち、ネマティック液晶ポリマー層
は、ネマティック液晶滴４がネマティック液晶ポリマー
層の法線方向に対して赤色光の波長の半分のピッチで周
期的に位置したネマティック液晶ポリマー層３３ａと、
ネマティック液晶滴４がネマティック液晶ポリマー層の
法線方向に対して緑色光の波長の半分のピッチで周期的
に位置したネマティック液晶ポリマー層３３ｂと、ネマ
ティック液晶滴４がネマティック液晶ポリマー層の法線
方向に対して青色光の波長の半分のピッチで周期的に位
置したネマティック液晶ポリマー層３３ｃと、を含んで
いる。隣合うネマティック液晶ポリマー層間には、透明
な中間基板７が設けられている。

【００２５】また、背面基板２、および各中間基板７に
は、各ネマティック液晶ポリマー層３３ａ、３３ｂ、３
３ｃに個々に電界を印加する電極５ａ、５ｂが設けられ
ている。

【００２６】ネマティック液晶滴４に誘電率異方性が負
のネマティック液晶を用いネマティック液晶滴内のネマ
ティック液晶分子の分子長軸と平行な方位に電界を印可
すると、図１および図２に示した液晶表示素子と同様
に、ネマティック液晶ポリマー層内に屈折率差が生じ
る。但し、これら屈折率差が生じる屈折率界面はネマテ
ィック液晶ポリマー層の法線方向に対して周期的に発生
することとなるため、その周期が可視光波長の半分とな
っている場合、ブラッグ反射により、その周期の倍の波
長の光を反射する。

【００２７】したがって、ネマティック液晶ポリマー層
３３ａ、３３ｂ、３３ｃに、赤（波長６４０ｎｍ）、緑
（波長５５０ｎｍ）、青（波長４４０ｎｍ）の半分の周
期でネマティック液晶滴４をそれぞれ分散させることに
より、電界を印可した際、各ネマティック液晶ポリマー
層はそれぞれ対応する波長の光を反射する。電界を印可
しない場合、屈折率差は発生せず入射した光は透過す
る。ネマティック液晶ポリマー層３３ａ、３３ｂ、３３
ｃの各々に電界を印可する電極５ａ、５ｂを設けること
により、赤色、緑色、青色の反射、透過を個々に制御す
ることできる。そのため、本液晶表示素子によれば、カ
ラーフィルタを用いる場合と異なり、光の吸収を伴わず
にフルカラー表示を実現することができる。

【００２８】また、上述のブラッグ反射を利用した構造
とすれば、各ネマティック液晶ポリマー層３３ａ、３３
ｂ、３３ｃが比較的薄い膜厚であっても、ブラッグ反射
を得る波長に対しては１００％の反射率が得られる。ま
た、感光性のあるネマティック液晶モノマーと感光性の
ないネマティック液晶とを混合し、レーザを用いて干渉
露光することにより、半波長毎に光が強めあった部分で
ポリマーが生成し、弱めあった部分に液晶が析出しネマ
ティック液晶滴となる。これにより、上記の構成の液晶
表示素子が得られる。

【００２９】また、赤色光、緑色光、青色光を対応する
ネマティック液晶ポリマー層で反射、透過制御する場
合、各層に設ける電極はＩＴＯのような透明電極が望ま
しい。これは、入射光を透過させる場合、電極自体で遮
光、若しくは反射させないためである。なお、複数のネ
マティック液晶ポリマー層を積層しない構成の場合、電
極は反射率が低ければ透明である必要性はない。

【００３０】また、上記液晶表示素子では、３つネマテ
ィック液晶ポリマー層３３ａ、３３ｂ、３３ｃを連続積
層し、つまり中間基板７や各層毎の電極５ａ、５ｂを設
けることなく２枚の基板１，２間に挟持する形態として
もよい。この場合、３層のネマティック液晶ポリマー層
に基板と平行な方向の電界を一括して印加することによ
り、図１および図２に示す液晶表示素子と同様、可視光
全域の光を一括して反射、透過制御することができる。

【００３１】図４に示す液晶表示素子によれば、液晶表
示素子１０の背面、つまり、背面基板２の外面に遮光層
８が設けられている。電界を印可していない場合、液晶
表示素子１０の上方から前面基板１に入射した光はネマ
ティック液晶ポリマー層３を透過し、背面に設けた遮光
層８に吸収される。従って、液晶表示素子１０の上方か
ら観察すると暗表示となる。

【００３２】また、電界を印可した状態では、液晶表示
素子１０の上方から前面基板１に入射した光は、ネマテ
ィック液晶ポリマー層３で反射される。従って、液晶表
示素子１０の上方から観察すると、明表示となる。これ
により、液晶表示素子１０は反射型の液晶表示素子とな
る。

【００３３】図５に示す液晶表示素子１０によれば、図
３に示した液晶表示素子の背面に遮光層８を設けた構造
を有している。これにより、ネマティック液晶ポリマー
層３３ａ、３３ｂ、３３ｃの各層に電界を印可すること
により、赤色光、緑色光、青色光の反射、透過吸収が制
御でき、フルカラーの反射型液晶表示素子を得ることが
できる。

【００３４】図４および図５に示す液晶表示素子のいず
れもにおいても、遮光層８は、背面基板２とネマティッ
ク液晶ポリマー層との間に空気界面を設けずに形成する
ことが望ましい。これは空気層との界面での界面反射を
発生させないためである。従って、遮光層８は、観察側
に対し最も反対側に位置した基板、すなわち、背面基板
２の外面に貼付するか、内面に形成するか、あるいは、
背面基板そのものに遮光性を持たせ遮光層とすることが
望ましい。

【００３５】図５に示すようなブラック反射を利用した
液晶表示素子１０の場合、ネマティック液晶ポリマー層
３３ａ、３３ｂ、３３ｃでの光反射は正反射となる。そ
のため、図５および図３に示した液晶表示素子１０で
は、反射成分の拡散性が弱い場合、光拡散する手段を別
途設けることにより、輝度視角の広い反射型液晶表示素
子が得られる。また、液晶表示素子表面での界面反射
（空気との界面反射）を低減するため、液晶表示素子の
最も観察側に位置した表面に反射防止膜を設けることが
望ましい。

【００３６】そこで、図５に示すように、前面基板１の
表面に拡散層１８を設け、更に、拡散層の表面に反射防
止膜９を設けることにより、ネマティック液晶ポリマー
層３３ａ、３３ｂ、３３ｃで反射した光が拡散され、そ
の結果、輝度視角が広くなり、かつ高いコントラスト特
性が得られる。拡散層１８としては、後方反射がなく前
方散乱するものが望ましく、例えば、透明媒体に、この
媒体と屈折率の異なる透明微粒子を分散したものが適用
できる。

【００３７】図６に示す液晶表示素子１０は、図３に示
した液晶表示素子の背面に対向してバックライト１１を
設けた構造を有している。つまり、観察側に対し最も反
対側に位置した基板、すなわち、背面基板２の外面に対
向してバックライト１１が設けられている。この液晶表
示素子によれば、図３に示した液晶表示素子と同様に、
ネマティック液晶ポリマー層３３ａ、３３ｂ、３３ｃの
各層に印加する電界をＯＮ、ＯＦＦすることにより、バ
ックライト１１から背面基板２に入射した光は、赤色
光、緑色光、青色光の反射、透過が制御される。そし
て、反射した光はバックライトに戻るため観察者側へは
届かず暗表示となる。従って、フルカラーの透過型液晶
表示素子が得られる。

【００３８】以下、上述した基本構造のいずれかを備え
た本発明の実施形態に係る液晶表示素子について詳細に
説明する。図７に示すように、第１の実施の形態に係る
液晶表示素子１０は、所定の隙間を置いて対向配置され
た前面基板１および背面基板２を備えている。背面基板
２上には、互いに平行に延びた複数のドレイン電極５ａ
および共通電極５ｂ、マトリック状に形成された図示し
ない複数の信号線およびゲート線、各信号線とゲート線
との交差部に接続されたＴＦＴ素子１２、およびパター
ン形成された複数のスペーサが設けられ、ＩＰＳ（イン
・プレイン・スイッチング）型のＴＦＴアレイ基板を形
成している。背面基板２の外面には遮光層８が設けられ
ている。なお、ドレイン電極５ａ、共通電極５ｂ、ゲー
ト線、信号線、およびＴＦＴ素子１２は、ネマティック
液晶ポリマー層３に電界を印加する電界印加手段として
機能する。

【００３９】前面基板１の内面にはカラーフィルタ１３
が形成され、また、外面には、反射防止膜９が設けられ
ている。更に、背面基板２および前面基板１には、表示
領域全体を覆うように、水平配向膜１５がそれぞれ形成
されている。

【００４０】前面基板１および背面基板２は、シール材
１４を介して周縁部同士が接合されている。そして、前
面基板１と背面基板２との間には、ネマティック液晶滴
４を含むネマティック液晶ポリマー層３が挟持されてい
る。

【００４１】上記液晶表示素子１０においては、一対の
ドレイン電極５ａ、これらのドレイン電極間に配置され
た共通電極５ｂ、およびこれらと対向する液晶層領域に
よって一画素２０を構成している。これにより、液晶表
示素子１０は、マトリクス状に配列された多数の画素を
備えている。

【００４２】次に、上記液晶表示素子１０の構成をその
製造手順と合わせて説明する。まず、ガラス基板上に、
通常のＴＦＴプロセスによりＴＦＴ素子１２及びドレイ
ン電極５ａ、共通電極５ｂ、信号線、ゲート線、パター
ン形成したスペーサを形成したＩＰＳ型のＴＦＴアレイ
基板を形成する。各電極の最表面は２層クロムを用いて
反射率を低減してある。これを背面基板２として用い
る。

【００４３】一方、前面基板１としては、通常のプロセ
スにより、ガラス基板上にカラーフィルタ１３を形成し
たものを用いる。そして、前面基板１および背面基板２
の表示領域全域をそれぞれ覆うように水平配向膜１５を
フレキソ印刷し、１８０℃、４０分の焼成を施して６０
０オングストロームの膜厚となる水平配向膜１５を形成
する。

【００４４】続いて、前面基板１および背面基板２をラ
ビングする。背面基板２のラビング方向は、ドレイン電
極５ａおよび共通電極５ｂと直交する方位であり、ドレ
イン電極と共通電極と間に印可する電界と平行な方向と
する。また、前面基板１のラビング方向は、背面基板２
のラビング方向と非平行となる方向に設定する。

【００４５】その後、背面基板２の周辺部にＵＶシール
材をスクリーン印刷で塗布する。更に、シール材パター
ンの内側に、ネマティック液晶滴４が分散されたネマテ
ィック液晶ポリマー層３を形成するための材料を滴下法
で充填する。この材料としては、ネマティック液晶ポリ
マーに誘電異方性が負のネマティック液晶を重量比９０
wt%で混合したものを用いた。

【００４６】その後、シール材１４を介して背面基板２
に前面基板１を貼り合わせる。そして、ネマティック液
晶ポリマー層３の層厚がスペーサの高さと一致するよう
前面基板１を加圧し、この状態で、全体を１００℃まで
加熱し、ネマティック液晶ポリマー層３を等方状態とす
る。次に、全体を徐冷してホモジニアス配列のネマティ
ック液晶ポリマー層３を得る。

【００４７】続いて、背面基板２および前面基板１にこ
れらの基板外面側から紫外線を照射して液晶層のネマテ
ィック液晶ポリマー成分を架橋させ、ネマティック液晶
滴４を析出させた。同時に、シール材１４を硬化させ
た。

【００４８】以上のプロセスにより、ネマティック液晶
滴４内の液晶分子４ａは、図１に示したように、前面基
板１および背面基板２と平行で、かつ、ネマティック液
晶ポリマーの液晶分子３ａと平行に配列したホモジニア
ス配列を形成する。仮に、等方相まで加熱後、冷却とい
ったアニールプロセスを施しても、ポリマー界面の液晶
分子配列が固定されるため、再び前述したホモジニアス
配列を得ることができる。

【００４９】その後、背面基板２の外面に遮光層８とし
て黒色のフィルムを貼付し、また、前面基板１の外面に
反射防止膜９を貼付することにより、反射型の液晶表示
素子１０が完成する。

【００５０】なお、出来上がった液晶表示素子１０にお
いて、ネマティック液晶ポリマー層３の液晶分子３ａの
屈折率は、分子長軸方向の屈折率npe が１．６２、これ
と直交する方位の屈折率npo が１．５０となっている。
また、ネマティック液晶滴４内のネマティック液晶分子
４ａは、分子長軸方向の屈折率npe が１．６２、これと
直交する方位の屈折率npo が１．５０であり、ネマティ
ック液晶ポリマーの液晶分子３ａの屈折率と等しい値と
なっている。

【００５１】上記のように構成された液晶表示素子１０
の光学特性を評価したところ、駆動電圧、つまり、液晶
層に印可される電圧を４．４Ｖとした場合、積分球反射
率４８％、コントラスト比５０：１、応答速度（２階調
間平均）１５ｍｓｅｃ、色再現範囲ＮＴＳＣ比４５％を
得た。

【００５２】次に、この発明の第２の実施の形態に係る
反射型の液晶表示素子について説明する。図８に示すよ
うに、液晶表示素子１０は、対向配置された前面基板１
および背面基板２と、これら前面基板および背面基板の
間に配置された２枚の中間基板７ａ、７ｂと、を備えて
いる。そして、これらの前面基板１、背面基板２、中間
基板７ａ、７ｂは、それぞれ所定の隙間を置いてほぼ平
行に対向配置されているとともに、それぞれシール材１
４を介して周縁部同士が接合されている。

【００５３】背面基板２の上面、つまり、前面基板１側
の表面、および中間基板７ａ、７ｂの上面には、それぞ
れＴＦＴアレイが形成されている。背面基板２を代表し
て説明すると、この背面基板２上には、互いに平行に延
びた複数のドレイン電極５ａおよび共通電極５ｂ、マト
リック状に形成された図示しない複数の信号線およびゲ
ート線、各信号線とゲート線との交差部に接続されたＴ
ＦＴ素子１２、およびパターン形成された複数のスペー
サが設けられ、ＩＰＳ型のＴＦＴアレイ基板を形成して
いる。中間基板７ａ、７ｂは、基板の厚さが背面基板２
に比較して薄い点を除き、背面基板と同様に構成されて
いる。そして、背面基板２および中間基板７ａ、７ｂの
ＴＦＴアレイ領域ほぼ全体を覆って水平配向膜１５が形
成されている。また、中間基板７ａ、７ｂおよび前面基
板１の下面、つまり、背面基板２側の表面には、表面領
域のほぼ全体を覆って水平配向膜１５が形成されてい
る。

【００５４】前面基板１と中間基板７ｂとの間、中間基
板７ａ、７ｂ間、および中間基板７ａと背面基板２との
間には、ネマティック液晶滴４を含むネマティック液晶
ポリマー層３３ａ、３３ｂ、３３ｃがそれぞれ挟持され
ている。

【００５５】ネマティック液晶ポリマー層３３ａは、３
２０ｎｍの周期で分散されネマティック液晶滴４を含
み、電界印可時、赤色光をブラッグ反射する。ネマティ
ック液晶ポリマー層３３ｂは、２７５ｎｍの周期で分散
されネマティック液晶滴４を含み、電界印可時、緑色光
をブラッグ反射する。更に、ネマティック液晶ポリマー
層３３ｃは、２２０ｎｍの周期で分散されネマティック
液晶滴４を含み、電界印可時、青色光をブラッグ反射す
る。なお、背面基板２の外面には遮光層８が設けられ、
前面基板１の外面には反射防止膜９が設けられている。

【００５６】次に、上記液晶表示素子１０の構成をその
製造手順と合わせて説明する。まず、ガラス基板上に、
通常のＴＦＴプロセスによりＴＦＴ素子１２を形成する
とともに、ドレイン電極５ａ、共通電極５ｂ、信号線、
ゲート線、パターン形成したスペーサを形成し、ＩＰＳ
型のＴＦＴアレイ基板を形成する。ドレイン電極５ａ及
び共通電極５ｂは、ＩＴＯを用いて形成する。これら以
外の電極は、最表面に２層クロムを用いて反射率を低減
してある。そして、このＴＦＴアレイ基板を背面基板２
として使用する。なお、背面基板２の厚みは０．５ｍｍ
である。

【００５７】一方、中間基板７ａ、７ｂとして、厚みが
０．４ｍｍのガラス板を用意し、上記背面基板の形成プ
ロセルと同様のプロセスにより、それぞれ背面基板と同
一構成のＩＰＳ型の中間基板７ａ、７ｂを用意する。す
なわち、中間基板７ａ、７ｂは、厚さが薄い以外、背面
基板２と同様の構成を備えている。

【００５８】次に、背面基板２および中間基板７ａの表
面領域ほぼ全体を覆うように、水平配向膜をそれぞれフ
レキソ印刷し、１８０℃、４０分の焼成を施して６００
オングストローム厚の水平配向膜１５を形成する。各水
平配向膜１５は、背面基板２ではＴＦＴ素子１２を設け
た面、中間基板７ａではＴＦＴ素子１２を設けた面と反
対側の面にそれぞれ形成する。

【００５９】続いて、背面基板２および中間基板７ａを
ラビングする。背面基板２のラビング方向は、ドレイン
電極５ａおよび共通電極５ｂと直交する方位であり、ド
レイン電極と共通電極と間に印可する電界と平行な方向
とする。また、中間基板７ａのラビング方向は、背面基
板２のラビング方向と非平行となる方向に設定する。

【００６０】その後、背面基板２の周辺部にＵＶシール
材をスクリーン印刷で塗布する。更に、シール材パター
ンの内側に、ネマティック液晶滴４が分散されたネマテ
ィック液晶ポリマー層３３ｃを形成するための材料を滴
下法で充填する。この材料としては、ネマティック液晶
ポリマーに誘電異方性が負のネマティック液晶を重量比
９０wt%で混合したものを用いた。

【００６１】その後、シール材１４を介して背面基板２
に中間基板７ａを貼り合わせる。この際、中間基板７ａ
は、ＴＦＴ素子１２が形成されている面と反対側の面が
背面基板２と対向するように重ね合わせる。そして、ネ
マティック液晶ポリマー層３３ｃの層厚がスペーサの高
さと一致するよう中間基板７ａを加圧し、この状態で、
全体を１００℃まで加熱し、ネマティック液晶ポリマー
層３３ｃを等方状態とする。次に、全体を徐冷してホモ
ジニアス配列のネマティック液晶ポリマー層３３ｃを得
る。

【００６２】続いて、背面基板２および中間基板７ａの
基板外面からアルゴンイオンレーザー（４６４．８ｎ
ｍ）を照射し、干渉光を露光してネマティック液晶ポリ
マー層３３ｃのネマティック液晶ポリマー成分を架橋さ
せる。これにより、図３に示したように、ネマティック
液晶滴４を２２０ｎｍの周期で析出させた。

【００６３】次に、中間基板７ａのＴＦＴ素子形成面、
および予め用意した中間基板７ｂのＴＦＴ素子形成面と
反対側の面に、これらの表面領域ほぼ全体を覆うように
水平配向膜をフレキソ印刷し、１８０℃、４０分の焼成
を施して６００オングストローム厚の水平配向膜１５を
それぞれ形成する。

【００６４】その後、上記と同様の工程により、各配向
膜のラビング処理、シール材塗布、ネマティック液晶ポ
リマーの充填、基板の貼り合わせ、ポリマー成分の架橋
を行い、２層目のネマティック液晶ポリマー層３３ｂを
形成する。なお、図３に示したように、ネマティック液
晶ポリマー層３３ｂでは、ネマティック液晶滴４を２７
５ｎｍの周期で析出させた。

【００６５】続いて、上記と同様の工程により、厚さ
０．５ｍｍの前面基板１を用いて、この前面基板と中間
基板７ｂとの間に３層目のネマティック液晶ポリマー層
３３ａを形成する。ただし、前面基板１には水平配向膜
１５のみを形成し、電極などは形成していない。なお、
図３に示したように、ネマティック液晶ポリマー層３３
ａでは、ネマティック液晶滴４を３２０ｎｍの周期で析
出させた。

【００６６】また、同時にシール材１４も硬化した。

【００６７】以上の工程により、ネマティック液晶ポリ
マー層３３ａ、３３ｂ、３３ｃの各層において、ネマテ
ィック液晶滴４内の液晶分子４ａは、図３に示したよう
に、ネマティック液晶ポリマー層３の液晶分子３ａと平
行に配列したホモジニアス配列を形成している。

【００６８】その後、背面基板２の外面に遮光層８とし
て黒色のフィルムを貼付し、また、前面基板１の外面に
反射防止膜９を貼付することにより、反射型の液晶表示
素子１０が完成する。

【００６９】なお、出来上がった液晶表示素子の液晶層
４の液晶分子の屈折率は、ネマティック液晶ポリマーの
液晶分子が分子長軸方向の屈折率npe が１．６２であ
り、これと直交する方位の屈折率npo が１．５０であ
る。また、液晶滴内のネマティック液晶分子の屈折率も
分子長軸方向の屈折率npe が１．６２であり、これと直
交する方位の屈折率npo が１．５０であり、ネマティッ
ク液晶ポリマーの液晶分子の屈折率に等しい値となって
いる。

【００７０】上記のように構成された液晶表示素子１０
の光学特性を評価したところ、駆動電圧４．５Ｖとした
場合、積分球反射率８８％、コントラスト比８０：１、
応答速度（２階調間平均）１５ｍｓｅｃ、色再現範囲Ｎ
ＴＳＣ比１２０％が得られた。

【００７１】次に、この発明の第３の実施の形態に係る
透過型の液晶表示素子１０について説明する。図９に示
すように、液晶表示素子１０は、上述した第２の実施の
形態に係る液晶表示素子とほぼ同一の構成を有し、前面
基板１外面の反射防止膜および背面基板２外面の遮光層
を省略し、代わりに、背面基板２の外面に対向してバッ
クライト１１が設けられている。他の構成および製造工
程は第２の実施の形態に係る液晶表示素子と同一であ
り、同一部分には同一の参照符号を付してその詳細な説
明を省略する。

【００７２】上記第３の実施の形態に係る透過型の液晶
表示素子の光学特性を評価したところ、駆動電圧４．５
Ｖとした場合、透過率７８％、コントラスト比４５０：
１、応答速度（２階調間平均）１５ｍｓｅｃ、色再現範
囲ＮＴＳＣ比１４０％が得られた。

【００７３】以上のように構成された各実施の形態によ
れば、液晶層を厚くすることなく十分なコントラスト比
を得ることができ、消費電力が低減し表示品位の向上し
た液晶表示素子を得ることができる。

【００７４】なお、この発明は上述した実施の形態に限
定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能で
ある。例えば、上述した実施の形態では、電界を印加し
ていない状態において、ネマティック液晶滴の液晶分子
は、その長軸方向がネマティック液晶ポリマー層の液晶
分子の長軸方向と平行になるように配列した構成とした
が、その長軸方向がネマティック液晶ポリマー層の液晶
分子の長軸方向と直交するように配列しても良い。ま
た、この場合、ネマティック液晶ポリマーの分子長軸方
向と直交する方位に電界を印可する構成としても良い。

【００７５】更に、ネマティック液晶ポリマー層を積層
して形成された液晶表示素子においては、隣合うネマテ
ィック液晶ポリマー層間の中間基板を省略し、ネマティ
ック液晶ポリマー層を直接、積層する構成としても良
い。

【００７６】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、充分なコントラスト比が得られるとともに、消費電
力が低く明るい反射型および透過型の液晶表示素子を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係る液晶表示素子の基
本構造において、電界が印加されていない状態を模式的
に示す断面図および平面図。

【図２】この発明の実施の形態に係る液晶表示素子の基
本構造において、電界が印加された状態を模式的に示す
断面図および平面図。

【図３】積層された３層のネマティック液晶ポリマー層
を備えた液晶表示素子の基本構造を模式的に示す断面
図。

【図４】図１に示す基本構造に遮光層を設けた液晶表示
素子を模式的に示す断面図。

【図５】図３に示す基本構造に遮光層、光拡散層、およ
び反射防止膜を設けた液晶表示素子を模式的に示す断面
図。

【図６】図３に示す基本構造にバックライトを設けた液
晶表示素子を模式的に示す断面図。

【図７】この発明の第１の実施の形態に係る反射型の液
晶表示素子を示す断面図。

【図８】この発明の第２の実施の形態に係る反射型の液
晶表示素子を示す断面図。

【図９】この発明の第３の実施の形態に係る透過型の液
晶表示素子を示す断面図。

【符号の説明】

１…前面基板２…背面基板３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…ネマティック液晶ポリマ
ー層３ａ…ネマティック液晶ポリマー液晶分子４…ネマティック液晶滴４ａ…ネマティック液晶分子５ａ…ドレイン電極５ｂ…共通電極６…電源７…中間基板８…遮光層９…反射防止膜１０…光拡散層１１…バックライト１２…ＴＦＴ素子１４…カラーフィルタ１４…シール材１５…水平配向膜３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…ネマティック液晶ポリマー層

フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 GA02 GA06 GA10 HA08 HA10 HA12 HA21 MA02 MA06 2H089 HA02 JA01 KA09 QA16 TA09 TA12 TA13 TA17 TA18 2H091 FA02Y FA14Y FA31Y FA37X GA13 JA01 LA17 LA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置された少なくとも２枚の基板と、上記基板間に配設されているとともに、複数のネマティ
ック液晶滴を含んだネマティック液晶ポリマー層と、を
備え、上記ネマティック液晶ポリマーの液晶分子は、その長軸
が上記基板とほぼ平行となる方向に一様に配向され、上記ネマティック液晶滴の液晶分子は、その長軸が上記
基板と平行で、かつ、上記ネマティック液晶ポリマーの
液晶分子の長軸方向とほぼ直交若しくは平行となる方向
に一様に配向され、上記ネマティック液晶ポリマー層に対し、上記ネマティ
ック液晶ポリマーの液晶分子の長軸方向とほぼ直交若し
くは平行な方位に電界を印可する電界印加手段が設けら
れていることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】上記ネマティック液晶ポリマー層および上
記ネマティック液晶滴は、互いにほぼ等しい屈折率異方
性を有していることを特徴とする請求項１に記載の液晶
表示素子。
【請求項３】上記ネマティック液晶敵の液晶分子は、そ
の長軸が上記基板とほぼ平行な方向で、且つ上記ネマテ
ィック液晶ポリマーの液晶分子の長軸方向とほぼ平行と
なる方向に一様に配向され、上記電界印加手段は、上記
ネマティック液晶ポリマーの液晶分子の長軸方向とほぼ
直交する方向の電界を印可するように設けられているこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】上記ネマティック液晶ポリマー層は、複数
の画素を形成し、上記電界印加手段は、上記画素毎に電
界を印加する複数の電極を備え、上記基板間にカラーフ
ィルタが設けられていることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】上記ネマティック液晶ポリマー層は、上記
ネマティック液晶滴が上記基板の法線方向に対して赤色
光の波長の半分のピッチで周期的に配列されているネマ
ティック液晶ポリマー層と、上記ネマティック液晶滴が
上記基板の法線方向に対して緑色光の波長の半分のピッ
チで周期的に配列されているネマティック液晶ポリマー
層と、上記ネマティック液晶滴が上記基板の法線方向に
対して青色光の波長の半分のピッチで周期的に配列され
ているネマティック液晶ポリマー層とを上記基板法線方
向に積層して形成され、上記電界印加手段は、各ネマティック液晶ポリマー層に
それぞれ電界印加する複数の電極を備えていることを特
徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶
表示素子。
【請求項６】上記隣合うネマティック液晶ポリマー層間
に配置された中間基板を備え、上記電界印加手段は、上
記基板の一方、および上記中間基板にそれぞれ設けられ
た複数の電極を備えていることを特徴とする請求項５に
記載の液晶表示素子。
【請求項７】観察側に対し最も反対側に位置した基板に
設けられた遮光層を備えていることを特徴とする請求項
１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項８】観察側に対し最も反対側に位置した基板は
遮光性を有し、上記遮光層を構成していることを特徴と
する請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項９】最も観察側に位置した基板に設けられ光を
前方散乱する光拡散層と、最も観察側に設けられた反射
防止膜と、を備えていることを特徴とする請求項７又は
８に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】観察側に対し最も反対側に位置した基板
の外面に対向して設けられたバックライトを備えている
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記
載の液晶表示素子。