JP2005202093A - コレステリック液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配向処理が施されていない基材と、コレステリック規則性を有する液晶層とを備え、少なくとも可視光領域の一部の光を選択反射するコレステリック液晶表示素子であり、上記の液晶層を3次元架橋によって配向が固定化されているとともに、後方散乱特性を有するものとし、かつ、液晶層の厚みを後方散乱特性が飽和する厚み以上とする。
【選択図】 図1
Description
また、コレステリック液晶層の配向自体に光拡散性を付与することにより、コレステリックの鏡面反射を拡散させようとする提案がなされている(特許文献1、2、3)。この方法では、コレステリック液晶相における螺旋軸方向を膜厚方向に一様に平行でないように配向制御することにより非鏡面性のコレステリック液晶フィルムを得ている。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、コレステリック液晶の選択反射色を損なうことなく、視野角依存性の少ない明るく鮮明な画像表示を可能とするコレステリック液晶表示素子とその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の他の態様として、前記基材と前記液晶層の間および/または前記基材の液晶層非形成面に光吸収層を備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記液晶層は、少なくとも反射光が赤、緑、青の3種の液晶層であり、各反射光の液晶層が積層されているような構成とした。
本発明の他の態様として、前記液晶層は、後方拡散性を付与するために、コレステリック液晶材料とは屈折率の異なる微粒子を含有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記液晶層は、配向を制御するための界面活性剤を含有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記液晶層の観察者側に拡散層を備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、コレステリック規則性を有する液晶材料を溶媒に溶解した塗布溶液を前記基材上に塗布する塗布工程と、溶媒を除去することにより液晶の分子配向を乱す溶媒除去工程と、光または熱により3次元架橋する架橋工程を有し、溶媒除去工程では、室温以上で液晶転移温度以下の温度範囲で加熱して溶媒を除去するような構成とした。
[コレステリック液晶表示素子]
図1は本発明のコレステリック液晶表示素子の一実施形態を示す概略断面図である。図1において、コレステリック液晶表示素子1は、配向処理が施されていない基材2と、この基材2上に設けられた液晶層3とを備えている。本発明では、液晶層3は、入射された光の一部を反射することによって反射光を着色するコレステリック規則性を有する液晶層であり、3次元架橋によって配向が固定化されているとともに、後方散乱特性を有し、かつ、液晶層3の厚みは後方散乱特性が飽和する厚み以上とする。
本発明のコレステリック液晶表示素子1における液晶層3の厚みは、上述のように後方散乱特性が飽和する厚み以上であり、後方散乱特性が飽和する厚みは、液晶層3を構成する重合可能なネマチック液晶材料、カイラル剤の種類、カイラル剤の含有量等により決まる。液晶層3の厚みが後方散乱特性が飽和する厚みを超える場合、本発明の効果の更なる向上はほとんど得られず、材料コストの増大、製造効率の低下を来たすので、後方散乱特性が飽和する厚みから0〜5μm程度厚い範囲で液晶層3の厚みを設定することが好ましい。
また、基材2には、必要に応じて、黒色樹脂層、保護層、ハードコート層、易接着層、粘着層等を設けることができる。
含有する微粒子としては、平均粒子径が可視光の波長程度、例えば、400〜1000nmの範囲のものを使用することができる。これにより、液晶の分子配向を乱し、かつ、微粒子自体による光拡散性を得ることができる。このような微粒子としては、コレステリック液晶材料とは屈折率の異なる微粒子であり、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉛、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウム等の無機微粒子、有機微粒子等を挙げることができ、液晶層3における微粒子の含有量は、0.1〜10重量%の範囲で設定することが好ましい。
尚、本発明のコレステリック液晶表示素子11,11′を構成する基材12は、上述の実施形態における基材2と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
液晶層23を構成する各反射光の液晶層23R,23G,23Bは、各液晶層に要求されるコレステリック規則性(選択反射光の色)に応じて使用するネマチック液晶材料、カイラル剤を適宜選択する他は、上述の実施形態における液晶層3と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
尚、本発明のコレステリック液晶表示素子21を構成する基材22は、上述の実施形態における基材2と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
この実施形態では、液晶層33は、反射光が赤、緑、青の3種の液晶層33R,33G,33Bからなり、画素毎に各反射光の液晶層33R,33G,33Bがパターニングされ配設されている。さらに、各液晶層33R,33G,33Bは、それぞれ、赤色反射光波長域内でピークが異なる2種の液晶層33R1,33R2の積層、緑色反射光波長域内でピークが異なる2種の液晶層33G1,33G2の積層、青色反射光波長域内でピークが異なる2種の液晶層33B1,33B2の積層となっている。このように、各液晶層33R,33G,33Bを、反射光波長域内でピークが異なる2種の液晶層の積層とすることにより、反射帯域を広帯域化することや、表示色以外の光を反射させないようにすることが可能となる。
尚、本発明のコレステリック液晶表示素子31を構成する基材32は、上述の実施形態における基材2と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
この実施形態では、液晶層43は、反射光が赤、緑、青の3種の液晶層43R,43G,43Bからなり、各液晶層43R,43G,43Bは、それぞれが入射された光の一部を反射することによって反射光を着色するコレステリック規則性を有する液晶層であり、3次元架橋によって配向が固定化されているとともに、後方散乱特性を有し、かつ、各液晶層の厚みは後方散乱特性が飽和する厚み以上のものである。このような各液晶層43R,43G,43Bは、要求されるコレステリック規則性(選択反射光の色)に応じて使用するネマチック液晶材料、カイラル剤を適宜選択する他は、上述の実施形態における液晶層3と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
尚、本発明のコレステリック液晶表示素子41を構成する基材42は、上述の実施形態における基材2と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
このコレステリック液晶表示素子51においても、液晶層53は、入射された光の一部を反射することによって反射光を着色するコレステリック規則性を有する液晶層であり、3次元架橋によって配向が固定化されているとともに、後方散乱特性を有し、かつ、液晶層53の厚みは後方散乱特性が飽和する厚み以上とする。この液晶層53は、上述の実施形態における液晶層3と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
尚、本発明のコレステリック液晶表示素子51を構成する基材52は、上述の実施形態における基材2と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
コレステリック液晶表示素子71を構成する液晶層73は、上述の図4に示される液晶層23と同様に、画素毎に赤、緑、青の各反射光の液晶層73R,73G,73Bがパターニングされ配設されている。
次に、本発明のコレステリック液晶表示素子の製造方法について説明する。
本発明では、配向処理が施されていない基材上に、コレステリック規則性を有する液晶を分子配向を乱して配設し、該状態で3次元架橋させて固定化することにより、後方散乱特性が飽和した液晶層を形成する。
配向処理が施されていない基材としては、上述のコレステリック液晶表示素子の実施形態において挙げた基材を使用することができる。このように配向処理が施されていない基材を使用するのは、コレステリック規則性を有する液晶層が飽和状態となる厚みを薄くするためである。
上記の液晶材料は、重合可能なネマチック液晶材料およびカイラル剤であり、これらは上述のコレステリック液晶表示素子の実施形態において挙げた材料をそれぞれ使用することができる。
また、塗布溶液中には、微粒子、界面活性剤、光開始剤、多官能モノマー、カップリング剤、ポリマー等を、結晶性を大きく損なわせない範囲で添加することができ、これらの添加物は塗布溶液の0.001〜15重量%の範囲が好ましい。
上記の微粒子としては、コレステリック液晶材料とは屈折率の異なる微粒子を使用することができ、例えば、平均粒子径が400〜1000nmの範囲にある酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉛、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウム等の無機微粒子、有機微粒子等の微粒子、あるいは、上記のような材質の微粒子であって、平均粒子径がコレステリックの螺旋ピッチ長よりも大きく400nm未満である微粒子を挙げることができる。
さらに、塗布溶液中には、液晶性を示さない重合性の化合物、例えば、アクリレート化合物等の公知の高分子形成性モノマー、高分子形成性オリゴマー等を含有させることができる。
基材上への塗布溶液の塗布は、公知のスピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ダイコート法、ディッピングコート法等を用いて行なうことができる。塗布膜の厚みは、後述する溶媒除去工程、架橋工程により後方散乱特性が飽和した液晶層を形成するのに必要な厚みであり、使用する材料により適宜設定することができる。
次いで、架橋工程では、液晶転移温度以上に加熱して、光または熱により3次元架橋する。これにより、分子配向が均一に乱れた状態で液晶層が形成される。光または熱による架橋処理には特に制限はなく、従来公知の方法、手段を使用することができる。
[実施例]
厚さ0.7mmのガラス基板(コーニング社製1737ガラス)上に下記組成の光吸収層用の塗布溶液をスピンコート法により塗布し、その後、硬化処理(超高圧水銀灯を用い30mW/cm2で10秒間照射)を施して、厚さ1.5μmの光吸収層を形成した。
・開始剤 … 1.6重量部
2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1
・開始剤(4,4’-ジエチルアミノベンゾフェノン) … 0.3重量部
・開始剤(2,4-ジエチルチオキサントン) … 0.1重量部
・黒顔料 … 14.0重量部
(大日精化工業(株)製 TMブラック#9550)
・分散剤(ビックケミー(株)製 Disperbyk III) … 1.2重量部
・ポリマー(昭和高分子(株)製 VR60) … 2.8重量部
・モノマー(サートマー(株)製 SR399) … 3.5重量部
・エチレングリコールモノブチルエーテル … 75.8重量部
(液晶層用の塗布溶液組成)
・ネマチック液晶(上記の構造式6で示されるもの) … 20重量部
・カイラル剤(上記の構造式12で示されるもの) … 1重量部
・開始剤 … 1重量部
(チバステシャリティケミカルズ社製 Irugacure907)
・界面活性剤(下記の構造式13で示されるもの) … 0.05重量部
・シクロヘキサノン …78.95重量部
次に、超高圧水銀灯(中心波長365nm)にて20mW/cm2で10秒間照射して架橋反応を生じさせ、液晶層(厚み6μm)を形成し、本発明のコレステリック液晶表示素子を得た。尚、液晶層については、目視にてコレステリック色を観察し、コレステリック層が得られていることを確認した。
実施例と同様に、ガラス基板上に光吸収層を形成した。次いで、この光吸収層上にポリイミド配向剤(JSR(株)製 AL1254)をスピンコート法により塗布し、その後、乾燥して厚さ0.1μmのポリイミド膜を形成した。次いで、このポリイミド膜にラビング処理を施してポリイミド配向膜とした。
上記のポリイミド配向膜上に、実施例と同様に液晶層(厚み6μm)を形成して、コレステリック液晶表示素子を得た。
また、上述と同様にして、液晶層の厚みを変化させた複数のコレステリック液晶表示素子を作製し、実施例と同様にして拡散反射率を測定し、測定した拡散反射率と厚みの関係を図10に示した。図10から、液晶層の厚み10μmにおいても後方散乱特性が飽和しないことが確認された。
2,12,22,32,42,52,72…基材
3,13,23(23R,23G,23B),33(33R1,33R2、33G1,33G2、33B1,33B2),43(43R,43G,43B),53,73(73R,73G,73B)…液晶層
14,74…光吸収層
55…拡散層
61…液晶表示装置
Claims (12)
- 少なくとも可視光領域の一部の光を選択反射するコレステリック液晶表示素子において、
配向処理が施されていない基材と、コレステリック規則性を有する液晶層とを備え、該液晶層は3次元架橋によって配向が固定化されているとともに、後方散乱特性を有し、かつ、厚みは後方散乱特性が飽和する厚み以上であることを特徴とするコレステリック液晶表示素子。 - 前記基材と前記液晶層の間および/または前記基材の液晶層非形成面に光吸収層を備えることを特徴とする請求項1に記載のコレステリック液晶表示素子。
- 前記液晶層は、少なくとも反射光が赤、緑、青の3種の液晶層であり、画素毎に各反射光の液晶層がパターニングされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のコレステリック液晶表示素子。
- 画素毎の液晶層は、各反射光の波長域を複数に分割する2種以上の液晶層が積層されたものであることを特徴とする請求項3に記載のコレステリック液晶表示素子。
- 前記液晶層は、少なくとも反射光が赤、緑、青の3種の液晶層であり、各反射光の液晶層が積層されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のコレステリック液晶表示素子。
- 前記液晶層は、後方拡散性を付与するために、コレステリック液晶材料とは屈折率の異なる微粒子を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のコレステリック液晶表示素子。
- 前記微粒子の平均粒子径は、400〜1000nmの範囲であることを特徴とする請求項6に記載のコレステリック液晶表示素子。
- 前記微粒子の平均粒子径は、コレステリックの螺旋ピッチ長よりも大きく400nm未満であることを特徴とする請求項6に記載のコレステリック液晶表示素子。
- 前記液晶層は、配向を制御するための界面活性剤を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載のコレステリック液晶表示素子。
- 前記液晶層の観察者側に拡散層を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載のコレステリック液晶表示素子。
- 配向処理が施されていない基材上に、コレステリック規則性を有する液晶を分子配向を乱して配設し、該状態で3次元架橋させて固定化することにより、後方散乱特性が飽和した液晶層を形成することを特徴とするコレステリック液晶表示素子の製造方法。
- コレステリック規則性を有する液晶材料を溶媒に溶解した塗布溶液を前記基材上に塗布する塗布工程と、溶媒を除去することにより液晶の分子配向を乱す溶媒除去工程と、光または熱により3次元架橋する架橋工程を有し、溶媒除去工程では、室温以上で液晶転移温度以下の温度範囲で加熱して溶媒を除去することを特徴とする請求項11に記載のコレステリック液晶表示素子の製造方法。
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