JP2005206647A - 液晶組成物及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コントラストの良好な表示を可能とするコレステリック液晶相を示す液晶組成物及び該液晶組成物を表示媒体とする液晶表示装置を得る。
【解決手段】 液晶成分とカイラル材とを含みコレステリック液晶相を示す液晶組成物であって、屈折率異方性Δｎ、誘電率異方性Δε、等方相への転移点Ｔｃ、２０℃における粘度η（ｃｐｓ）が以下の条件を満たしている、即ち、０．０２＜Δｎ＜０．０７、５＜Δε＜２５、７０℃＜Ｔｃ＜１００℃、３０＜η＜１００である液晶組成物。この液晶組成物は、基板１１，１２の間に所定の厚みで保持されており、基板１１，１２の対向面には電極１３，１４、絶縁膜１５、配向膜１６が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶組成物及び液晶表示装置、特に、液晶成分とカイラル材とを含みコレステリック液晶相を示す液晶組成物及び該液層組成物を用いた液晶表示装置に関する。

近年、携帯電話やモバイルパーソナルコンピュータなどの表示デバイスとして反射型の液晶表示装置を応用する研究、開発が急速に進んでいる。反射型の液晶表示装置は、環境光（外部からの光）を反射することにより表示を行うため、低消費電力、薄型、軽量等の利点を有している。

現在、実用化されている一般的な反射型液晶表示装置は、ネマチック液晶を用いており、ＴＮ（ツイスティッドネマチック）モード、ＳＴＮ（スーパーツイスティッドネマチック）モードで駆動されるものが代表的である。しかし、これらのネマチック液晶はメモリ性がないため、表示期間中は常に電力を消費してしまう（バックライトを用いる透過型の液晶表示装置よりも省電力ではあるが）という問題点を有している。

ところで、近年では、さらなる省電力化が期待できるメモリ性を有する反射型の液晶表示装置の開発が盛んになってきている。その代表例は、ネマチ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液晶相を示すカイラルネマチック液晶組成物を用いた液晶表示装置である。

この種の液晶組成物は、電圧の印加に応じてプレーナ配列とフォーカルコニック配列に変化して双安定状態で存在する。即ち、電力の供給を停止しても表示状態を保持するメモリ性を有している。

特許文献１には、プレーナ配列において液晶自体が入射光のうち特定波長の光を選択的に反射し、フォーカルコニック配列では入射光を実質的に反射しない特性を利用して表示を行う液晶組成物及び液晶表示素子について開示されている。

特許文献２には、フォーカルコニック配列において液晶が屈折率異方性を示し、プレーナ配列では屈折率異方性を示さない特性を利用して、コレステリック液晶層の少なくとも観察側に円偏光板を配置した構成を備え、フォーカルコニック配列では白表示、プレーナ配列では黒表示を行う液晶表示素子について開示されている。

ところで、特許文献１に開示されている液晶表示素子では、色純度（刺激純度）や黒表示の品質が必ずしも十分ではなく、コントラスト向上という点でまだ改善の余地がある。また、特許文献２に開示されている液晶表示素子においても、コントラストの高い白黒表示が十分に達成されているとは言い難く、このタイプの液晶表示素子に適した液晶の特性については明確でないのが現状である。
特開２０００−１２９２６１号公報 特開２００３−１４９６８２号公報

そこで、本発明の目的は、コントラストの良好な表示を可能とするコレステリック液晶相を示す液晶組成物及び該液晶組成物を表示媒体とする液晶表示装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明に係る液晶組成物は、液晶成分とカイラル材とを含みコレステリック液晶相を示す液晶組成物であって、屈折率異方性Δｎ、誘電率異方性Δε、等方相への転移点Ｔｃ、２０℃における粘度η（ｃｐｓ）が以下の条件を満たしていること、即ち、０．０２＜Δｎ＜０．０７、５＜Δε＜２５、７０℃＜Ｔｃ＜１００℃、３０＜η＜１００であることを特徴とする。

本発明に係る液晶組成物においては、以上の条件を満たすことにより、特に、屈折率異方性Δｎが０．０２＜Δｎ＜０．０７の条件を満たすことにより、コントラストが向上し、良好な表示を得ることができる。特に、液晶の選択反射特性を利用したタイプの表示素子に用いれば、液晶内での散乱が低く抑えられることにより、色純度や黒表示の品質が向上する。また、表示素子の駆動電圧が大きくなりすぎたり、表示素子の安定性や信頼性が不十分になったりすることが防止され、実用化に適した表示素子が得られる液晶組成物とすることができる。

本発明に係る液晶組成物は、選択反射波長のピーク値が４００〜１２００ｎｍの間に設定されていることが好ましい。

特に、屈折率異方性Δｎが０．０２＜Δｎ＜０．０５５の条件を満たしていることにより、液晶の屈折率異方性に基づく特性を利用したタイプの表示素子に用いれば、液晶層の厚みを小さくして適切なリタデーションΔｎｄ（位相差）を与えることができる。

また、誘電率異方性Δεが５＜Δε＜２０の条件を満たしていることにより、高温での使用環境下にあっても信頼性の低下を抑制することができる。

本発明に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明な一対の基板間に、液晶成分とカイラル材とを含みコレステリック液晶相を示す液晶組成物が挟持されており、該液晶組成物の物性値である屈折率異方性Δｎ、誘電率異方性Δε、等方相への転移点Ｔｃ、２０℃における粘度η（ｃｐｓ）が以下の条件を満たしていること、即ち、０．０２＜Δｎ＜０．０７、５＜Δε＜２５、７０℃＜Ｔｃ＜１００℃、３０＜η＜１００であることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置にあっては、液晶組成物の物性値が以上の条件を満たすことにより、コントラストの良好な表示を得ることができる。特に、液晶の選択反射特性を利用したタイプの表示装置にあっては、液晶内での散乱が低く抑えられることにより、色純度や黒表示の品質が向上する。

本発明に係る液晶表示装置においては、前記液晶組成物の選択反射波長のピーク値が４００〜１２００ｎｍの間に設定されていることが好ましい。

また、観察面側に偏光素子を備えることにより、液晶の屈折率異方性に基づく特性を利用したタイプの表示装置とすることができる。この場合、偏光素子は直線偏光板と位相差板とからなる円偏光素子を好適に用いることができる。

以下、本発明に係る液晶組成物及び液晶表示装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（第１実施例、図１参照）
図１に示す液晶表示装置は、コレステリック液晶の選択反射特性を利用したタイプの表示装置であり、液晶表示素子１０と制御部３０とで構成されている。

液晶表示素子１０は、透光性を有する一対の基板１１，１２の各対向面に、帯状の透明電極１３，１４が基板１１，１２に垂直な方向から見て互いに直交するように形成され、さらに、必要に応じて絶縁膜１５、配向膜１６が設けられている。また、基板１２の裏面には必要に応じて光吸収層１７が設けられている。

基板１１，１２の間には、液晶２１が保持されており、さらに、基板間ギャップを均一に保持するためのスペーサ１８、基板間ギャップの精度のより一層の向上や基板間の接着性の向上を図るための柱状樹脂構造物２０が設けられている。また、基板１１，１２の周辺部分には液晶２１を基板間に封止するためのシール材２４が設けられている。

透明電極１３，１４は、それぞれ微細な間隔を保って平行に並べられた複数の帯状の透明電極よりなり、電極の並ぶ向きが互いに直角方向になるように対向させてある。これら上下の帯状の電極に順次通電が行われる。即ち、液晶２１に対してマトリクス状に順次電圧が印加されて表示が行われる。これをマトリクス駆動と称し、電極１３，１４が交差する部分が各画素を構成することになる。このようなマトリクス駆動を行うことにより、液晶表示素子１０に画像の表示を行う。

詳しくは、２枚の基板間にコレステリック相を示す液晶を保持した液晶表示素子では、コレステリック液晶の状態をプレーナ配列とフォーカルコニック配列に切り換えて表示を行う。プレーナ配列の場合、液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶の平均屈折率をｎとすると、波長λ＝Ｐ・ｎの光が選択的に反射される。また、フォーカルコニック配列では、液晶の選択反射が赤外光域にある場合には散乱し、それよりも短い場合には可視光を透過する。

そのため、選択反射波長を可視光域に設定し、素子の観察面側と反対側に光吸収層を設けることにより、プレーナ配列で選択反射色の表示、フォーカルコニック配列で黒色の表示が可能になる。また、プレーナ配列での表示色の補色の関係にある光吸収層を液晶層の背面に設けることにより、プレーナ配列で白色の表示、フォーカルコニック配列で前記補色の表示を行うこともできる（例えば、黄色の選択反射色と青色の光吸収層の組み合わせで白青表示が可能）。さらに、ブロードなピークを示す分光反射特性を持つ液晶組成物を使用することにより、プレーナ配列で白色の表示、フォーカルコニック配列で黒色の表示を行うこともできる。さらに、選択反射波長を赤外光域に設定し、素子の観察面側と反対側に光吸収層を設けることにより、プレーナ配列では赤外光域の波長の光を反射するが可視光域の光は透過するので黒色の表示、フォーカルコニック配列では散乱による白色の表示が可能になる。

基板１１，１２は少なくとも一方（観察面側）が透光性を有している。透光性を有する基板としては、ガラス以外に、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルムが使用可能である。

電極１３，１４としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明電極や、アルミニウム、シリコン等の金属電極、あるいは、アモルファスシリコン、ビスマスシリコン酸化物（ＢＳＯ）等の光導電性膜が使用可能である。観察面側の電極１３には透明電極を用いることが必要になる。電極１３，１４を微細な帯状に形成するには、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、フォトリソ法でパターニングすればよい。

絶縁膜１５は、電極１３，１４間の短絡を防止したり、ガスバリア層として素子の信頼性を向上させる機能を有する。絶縁膜１５としては、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウムやそのアルコキシド等からなる無機膜、ポリイミド、アクリル、ウレタン等の有機膜が用いられる。蒸着法、スピンコート法、ロールコート法等の周知の方法によって成膜することができる。絶縁膜１５に色素を添加することによりカラーフィルタとしても機能させることができる。

配向膜１６としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリビニルブチラール、アクリル等の有機膜や、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の無機膜を使用することができる。これらの配向膜はラビング処理を施してもよい。なお、配向膜１６は液晶表示素子１０の動作原理上必須のものではないが、素子１０の安定性向上等のために設けておくことが好ましい。

スペーサ１８は、樹脂製や無機酸化物製又はそれらのハイブリッド材料からなる球体であり、該球体の表面に熱可塑性の樹脂がコーティングしてある固着スペーサも好適に用いることができる。

柱状樹脂構造物２０は、円柱、四角柱状、楕円柱状等を格子配列したもので、エポキシ、アクリル、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド等一般的な樹脂材料を用いることができる。なお、柱状樹脂構造物２０とスペーサ１８は選択的に用いてよい。

液晶２１としては、室温でコレステリック液晶相を示すものが好ましく、特に、ネマチック液晶成分にコレステリック液晶相を示すのに十分なカイラル材を添加することにより得られるカイラルネマチック液晶組成物が好適である。

カイラル材は、ネマチック液晶に添加された場合にネマチック液晶の分子を捩る作用を有する添加剤である。カイラル材をネマチック液晶成分に添加することにより、所定の捩れ間隔を有する液晶分子の螺旋構造が生じ、これによりコレステリック液晶相を示すようになる。カイラル材の添加量や種類、ネマチック液晶成分の種類などを変えることにより、カイラルネマチック液晶組成物の分光反射特性を変化させることができる。例えば、選択反射のピーク波長を所望の位置に設定できる。

ネマチック液晶成分としては、ビフェニル系、フェニルシクロヘキシル系、ターフェニル系、トラン系、ピリミジン系、スチルベン系等の従来公知のネマチック液晶成分を用いることができる。カイラル材としては、コレステロール環などの光活性基を含む、エステル化合物、ピリミジン化合物、アゾキシ化合物、トラン化合物等の従来公知の各種のカイラル材を用いることができる。

本第１実施例で使用される液晶組成物は、屈折率異方性Δｎが０．０２＜Δｎ＜０．０７、誘電率異方性Δεが５＜Δε＜２５、等方相への転移点Ｔｃが７０℃＜Ｔｃ＜１００℃、２０℃における粘度η（ｃｐｓ）が３０＜η＜１００の条件を満たしていることが、以下に示す実験例から明らかなように好ましい。

特に、本発明者らは、液晶組成物の屈折率異方性Δｎを０．０２＜Δｎ＜０．０７という比較的小さい値にして、本例のような液晶の選択反射特性を利用した表示装置に用いた場合、プレーナ配列時の反射率は低下するものの、フォーカルコニック配列時の反射率が非常に小さくなることで、黒色の表示品位とコントラストの良好な表示装置が得られることを見出している。

なお、屈折率異方性Δｎが０．０７以上であると、色純度が低下し、コントラストも低下する。誘電率異方性Δεが５以下であると駆動電圧が高くなってしまい、２５以上であると画像欠陥、画像ノイズが発生しやすくなり、安定性や信頼性に欠けることになる。

また、粘度ηが１００以上になると駆動電圧が高くなりすぎ、粘度ηを３０ｃｐｓ以下にすると概して誘電率異方性Δεや等方相への転移点Ｔｃも低下する結果、前記特性を全て満たすことが難しくなる。さらに、等方相への転移点Ｔｃが低すぎると、周囲温度の上昇によって劣化が起こり、耐熱安定性が悪化し、表示性能が低下する。等方相への転移点Ｔｃが高すぎると粘度ηも高くなりすぎて液晶組成物の応答性が低下する結果、駆動特性が低下する。

（第２実施例、図２参照）
図２に示す液晶表示装置は、前記第１実施例として示した液晶表示素子１０（１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒ）を３層に積層し、フルカラーの液晶表示装置として構成したものである。図示しないが、各液晶表示素子１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒのそれぞれには各駆動回路が設けられている。

この液晶表示装置は、光吸収層１７の上に、赤色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う赤色表示素子１０Ｒを配し、その上に緑色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う緑色表示素子１０Ｇを配し、その上に青色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う青色表示素子１０Ｂを配したものである。

第２実施例である３層の反射型液晶表示装置においては、青色表示素子１０Ｂ及び緑色表示素子１０Ｇを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態とし、赤色表示素子１０Ｒを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、赤色の表示を行うことができる。また、青色表示素子１０Ｂを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態とし、緑色表示素子１０Ｇ及び赤色表示素子１０Ｒを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、イエローの表示を行うことができる。同様に、各表示素子１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒの状態を透明状態と反射状態とを適宜選択することにより、赤色、緑色、青色、白色、シアン、マゼンタ、イエロー、黒色の表示が可能である。さらに、各表示素子１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒの状態として中間の選択反射状態を選択することにより、中間色の表示が可能であり、フルカラーの液晶表示装置として利用される。

なお、図２において、図１と同じ部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。各部材の作用や材料は前記第１実施例と同様である。

（第３実施例、図３〜図６参照）
図６に示す液晶表示装置は、液晶の屈折率異方性に基づく特性を利用したタイプの表示装置であり、まず、図３〜図５に基づいてその基本的な構成と表示原理を説明する。なお、図３〜図６において図１と同じ部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

この液晶表示装置は、図３に示すように、観察面から、吸収軸４２ａを有する直線偏光板４２と遅相軸４３ａを有する１／４λ位相差板４３とからなる円偏光素子４１と、液晶表示素子４５と、反射板４６とを積層したものである。

液晶表示素子４５は、それぞれ対向面に電極を形成した一対の基板間にカイラルネマチック液晶を保持したものである。カイラルネマチック液晶は、フォーカルコニック配列時にΔｎｄ＝（１／４）λの条件を満たすように調製されている。Δｎｄは一般的にリタデーション（位相差）と呼ばれている値（単位はｎｍ）であり、Δｎは液晶の屈折率異方性、ｄは基板間ギャップである。反射板４６は液晶層を透過した光を反射するものであり、アルミニウムや銀などからなる。

円偏光素子４１（直線偏光板４２及び位相差板４３）に入射した光はその５０％が円偏光素子４１に吸収され、残り５０％の光が円偏光状態（右／左いずれか一方の円偏光状態）で透過する（図４及び図５の（１），（２）参照）。

このような円偏光がカイラルネマチック液晶に入射すると、ドメインがプレーナ配列の場合、円偏光は偏光状態が変化することなく液晶層を透過する（図４の（３），（４）参照）。透過した円偏光は反射板４６で反射される。このとき、円偏光の光の進行方向が逆転するため、逆回りの円偏光となる（図４の（５）参照）。

反射された光はそのまま液晶層を透過し（図４の（６）参照）、円偏光素子４１に再入射する。この再入射光は逆回りの円偏光となっているため、円偏光素子４１に吸収され（図４の（７），（８）参照）、黒表示として観察される。

一方、ドメインがフォーカルコニック配列の場合、円偏光素子４１を透過した円偏光は、複屈折効果によって１／４λのリタデーション（位相差）の影響を受けて直線偏光となって液晶層を透過する（図５の（３），（４）参照）。透過した直線偏光は反射板４６で反射され、液晶層でさらに１／４λのリタデーションの影響を受けて元の円偏光となる（図５の（５），（６）参照）。この円偏光はそのまま円偏光素子４１を透過し（図５の（７），（８）参照）、白表示として観察される。

なお、図４、図５において、（１）は素子に入射する前、（２）は直線偏光板透過後、（３）は位相差板透過後、（４）は液晶層透過後、（５）は反射板による反射後、（６）は液晶層再透過後、（７）は位相差板再透過後、（８）は直線偏光板再透過後、のそれぞれの光の状態を模式的に示している。

この液晶表示装置は、図６に示すように、観察面から、円偏光素子４１（直線偏光板４２及び位相差板４３）と、液晶表示素子４５とを積層したものである。

液晶表示素子４５は、基板１１，１２の間にカイラルネマチック液晶２１を保持したもので、表面側（観察面側）の基板１１は透過率の高い透明材料からなり、裏面側の基板１２は透明であっても不透明であってもよい。基板１１，１２としては、ガラス製の薄板やポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂フィルムが用いられ、それぞれの対向面に電極１３，１４及び配向膜１６が設けられている。配向膜１６に加えて絶縁性薄膜を設けてもよい。なお、液晶表示素子４５においても配向膜１６は必須のものではないが安定性向上等の観点から設けておくことが好ましい。

電極１３はＩＴＯやＩＺＯなどからなる透明電極である。電極１４は透明又は不透明のいずれであってもよいが、少なくともその表面が金属材料からなり、反射板として機能するように形成されている。詳しくは、電極１４が透明電極であれば、その表面にアルミニウムや銀をコーティングして反射板としての機能を付与する。また、電極１４自体をアルミニウムや銀にて形成し、反射板を兼用させてもよい。

なお、観察側から遠い方の基板１２を透明とし、基板１２の後方に反射板を配置することも可能ではある。但し、この場合は、反射板と液晶層とを近づけるために基板１２をできるだけ薄くする必要がある。

電極１３，１４はそれぞれ図示しない走査駆動ＩＣ及び信号駆動ＩＣに接続されており、電極１３，１４にそれぞれ所定のパルス電圧が印加される。この印加電圧に応じてカイラルネマチック液晶２１がプレーナ配列又はフォーカルコニック配列に変化し、表示状態が切り換えられる。また、この液晶はいずれの配列状態であっても電圧の印加を停止した後もその配列状態を維持し、双安定性（メモリ性）を有している。電極１３，１４の形状、配置は前記第１実施例で説明したとおりである。

液晶２１としては、室温でコレステリック液晶相を示すものが好ましく、特に、ネマチック液晶成分にコレステリック液晶相を示すのに十分な量のカイラル材を添加することによって得られるカイラルネマチック液晶組成物が好適である。螺旋ピッチは長すぎると双安定性が確保できなくなるため、双安定性に優れた１０００ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、ネマチック液晶成分やカイラル材としては先の実施例で挙げたのと同様の種々の化合物やその混合物を使用することができる。

このような液晶組成物の特性は、前記第１実施例で説明したのと同様に、屈折率異方性Δｎが０．０２＜Δｎ＜０．０７、誘電率異方性Δεが５＜Δε＜２５、等方相への転移点Ｔｃが７０℃＜Ｔｃ＜１００℃、２０℃における粘度η（ｃｐｓ）が３０＜η＜１００の条件を満たしていることが、以下に示す実験例から明らかなように好ましい。

また、液晶層はフォーカルコニック配列時に発生する前記リタデーション（Δｎｄ）が光の波長λの１／４になるように調整されていることが望ましい。円偏光素子が理想的な完全なものであると仮定した場合、液晶表示装置のフォーカルコニック配列における反射率Ｒは次式により計算できる。

Ｒ＝（１／２）｛ｓｉｎ²（２πΔｎｄ／λ）｝
Δｎ：フォーカルコニック配列時の屈折率異方性
ｄ：液晶層の厚み

良好な白黒表示を実現するには、前記式で反射率Ｒのピーク値が可視光領域（λ＝４００〜７００ｎｍ）になるようなリタデーションが望ましい。即ち、Δｎｄがλ＝４００〜７００ｎｍの１／４の値である１００〜１７５ｎｍであることが望ましい。特に良好な白表示（可視光域でフラットな分光反射特性）を得るためには、フォーカルコニック配列時にΔｎｄが１３５±１０ｎｍであることが望ましい。

液晶表示素子４５を設計する際に、カイラルネマチック液晶のΔｎｄは１３５±１０ｎｍよりも若干大きくしておくほうがよい。フォーカルコニック配列時の螺旋軸が完全な０°（基板に対して平行）ではないからである。そのため、液晶表示素子４５のΔｎｄは、フォーカルコニック配列時の螺旋軸が０°でないために減少するリタデーション（位相差）を補うように、大きめに、例えばΔｎｄを１６０±２０ｎｍ、より好ましくは１６０±１５ｎｍ、さらに好ましくは１６０±１０ｎｍ程度に設定しておくのが好ましい。

例えば、液晶表示素子４５のΔｎｄを１６０±１０ｎｍに設定するには、液晶のΔｎとその厚みｄとを以下のように組み合わせればよい。

Δｎｄ＝１６０ｎｍ＝０．０３２０（Δｎ）×５．０μｍ（ｄ）
Δｎｄ＝１６０ｎｍ＝０．０４００（Δｎ）×４．０μｍ（ｄ）
Δｎｄ＝１６０ｎｍ＝０．０４５７（Δｎ）×３．５μｍ（ｄ）
Δｎｄ＝１６０ｎｍ＝０．０５３３（Δｎ）×３．０μｍ（ｄ）

ところで、良好な黒表示を得るためには、プレーナ配列時の螺旋軸が基板に対して９０°（リタデーションΔｎｄ＝０ｎｍ）であることが望ましい。しかし、実際上のプレーナ配列は完全な９０°ではなく、若干の傾きを生じており、液晶層の厚みｄによっても傾き具合が異なる。本発明者らの実験では、液晶層の厚みｄが薄くなるに伴ってプレーナ配列時の螺旋軸の傾きは小さくなる（基板に対して９０°に近くなる）傾向を確認している。即ち、液晶層の厚みｄが小さくなるほど良好な黒表示が得られる。

但し、液晶層の厚みｄが小さくなると素子４５の製作が困難になる。従って、液晶層の厚みｄは、表示特性及び製作の容易性から好ましくは３．０〜４．５μｍ、より好ましくは３．０〜４．０μｍ、さらに好ましくは３．０〜３．５μｍである。このような観点から、本例のようにコレステリック液晶層の観察面側に円偏光素子を配置するタイプの表示装置においては、液晶組成物の屈折率異方性Δｎが０．０２＜Δｎ＜０．５５の範囲にあることがさらに好ましい。

さらに、液晶２１中には基板１１，１２間のギャップを保持するために無機材からなるスペーサ及び／又は有機材からなる柱状構造物（図示せず）が配置されている。但し、このような構造に限らず、従来知られている高分子の３次元網目構造のなかに液晶が分散された、あるいは、液晶中に高分子の３次元網目構造が形成された、いわゆる高分子分散型の液晶複合膜として液晶層を構成することも可能である。この点は前記第１及び第２実施例においても同様である。

円偏光素子４１は、直線偏光板４２と位相差板４３とを組み合わせたものである。直線偏光板としては従来公知のものを、また、位相差板としても従来公知の１／４λ位相差板を用いることができる。円偏光素子４１は、これら直線偏光板と位相差板をそれぞれの光学軸のなす角度が４５°あるいは１３５°になるように貼り合わせることで作製できる。

但し、この構成では完全な円偏光素子にはならず、可視光におけるある特定波長の光についてのみ完全な円偏光素子となり、他の波長の可視光については楕円偏光素子となる。理想的な円偏光素子に近づけるには、複数の位相差板を積層することが必要となる。しかし、位相差板の枚数が多くなるとコストの点で不利であり、位相差板の積層数は多くても３枚程度にすることが好ましい。典型的には１枚の位相差板を用い、実用上十分な表示特性を得ると共にコストを最小化するとよい。

円偏光素子は、右円偏光素子（透過した光が右円偏光）と左円偏光素子（透過した光が左円偏光）とが存在し、本発明の好適な実施形態において良好な白黒表示を行う場合は、液晶層で選択反射されない方向の円偏光を透過させる円偏光素子であることが好ましい。

なお、プレーナ配列での選択反射をも利用して白及び他色による表示（例えば、白・青表示）を行う場合は、液晶層で選択反射される方向の円偏光を透過させる円偏光素子を用いればよい。

（実験例１）
図１に示した第１実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＭＬＣ６２５６（メルク社製）７２重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を２８重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、６７０ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．０５９、誘電率異方性Δεは１０、等方相への転移点Ｔｃは８３℃、２０℃における粘度ηは６０ｃｐｓであった。

観察面側の基板１１としてＰＣフィルムを用い、該フィルム１１上にＩＴＯ電極１３を形成すると共に、ＡＬ４５５２（ＪＳＲ社製）を厚さ８００オングストロームに形成して配向膜１６とした。またラビング処理を施した。また、該配向膜１６上にポリエステル樹脂材料をスクリーン印刷し、柱状樹脂構造物２０を作製した。さらに、該その上に直径５μｍのスペーサ１８（積水ファインケミカル社製）を散布した。

裏面側の基板１２としてＰＣフィルムを用い、該フィルム１２上にＩＴＯ電極１４を形成すると共に、ＡＬ４５５２（ＪＳＲ社製）を厚さ８００オングストロームに形成して配向膜１６とした。

続いて、前記基板１１上の周辺部にＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）をスクリーン印刷して所定高さのシール材２４を形成し、所定量の前記カイラルネマチック液晶組成物を滴下した。その後、基板１１，１２を重ね合わせ、加熱硬化させた。さらに、基板１２の裏面に黒色の光吸収層１７を設けた。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、着色時には４０Ｖを５ｍｓ、消色（黒色）時には２０Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、消色（黒色）時のＹ値（視感感度）が０．９、着色時のＹ値が２．７で、コントラストは１：３であり、刺激純度は６５％であった。即ち、色純度（刺激純度）及びコントラストが高く、黒色時のＹ値が非常に小さく、低電圧で駆動可能な液晶表示素子が得られた。なお、駆動電圧は、消色時Ｙ値、着色時Ｙ値が、それぞれの飽和値から５％程度の範囲内になるのに最低限必要な電圧値を測定することによって決定している。以下の実験例及び比較例でも同様である。

（実験例２）
図１に示した第１実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＭＬＣ６２５６（メルク社製）５０重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を５０重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、４００ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．０４６、誘電率異方性Δεは５、等方相への転移点Ｔｃは７２℃、２０℃における粘度ηは４５ｃｐｓであった。

前記液晶組成物以外は前記実験例１と同様の材料で同じ数値、同じ手順で液晶表示素子を製作した。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、着色時には４０Ｖを５ｍｓ、消色（黒色）時には２０Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、消色（黒色）時のＹ値（視感感度）が０．６、着色時のＹ値が１．２で、コントラストは１：２であり、刺激純度は６８％であった。即ち、色純度（刺激純度）及びコントラストが高く、黒色時のＹ値が非常に小さく、低電圧で駆動可能な液晶表示素子が得られた。

（実験例３）
図１に示した第１実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＭＬＣ６０６８−０００（メルク社製）８９．５重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を６重量部及びカイラル材Ｒ１０１１（メルク社製）を４．５重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、８００ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．０６８、誘電率異方性Δεは２５、等方相への転移点Ｔｃは９２℃、２０℃における粘度ηは９３ｃｐｓであった。

前記液晶組成物以外は前記実験例１と同様の材料で同じ数値、同じ手順で液晶表示素子を製作した。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、着色時には４５Ｖを５ｍｓ、消色（黒色）時には２５Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、消色（黒色）時のＹ値（視感感度）が０．９５、着色時のＹ値が２．８で、コントラストは１：２．９であり、刺激純度は６０％であった。即ち、色純度（刺激純度）及びコントラストが高く、黒色時のＹ値が非常に小さく、低電圧で駆動可能な液晶表示素子が得られた。

（実験例４）
図１に示した第１実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＭＬＣ６０６８−０００（メルク社製）７９重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を１５重量部及びカイラル材Ｒ１０１１（メルク社製）を６重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、４３０ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．０５９、誘電率異方性Δεは１５、等方相への転移点Ｔｃは８３℃、２０℃における粘度ηは８０ｃｐｓであった。

前記液晶組成物以外は前記実験例１と同様の材料で同じ数値、同じ手順で液晶表示素子を製作した。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、着色時には４５Ｖを５ｍｓ、消色（黒色）時には２５Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、消色（黒色）時のＹ値（視感感度）が０．６５、着色時のＹ値が１．３で、コントラストは１：２であり、刺激純度は６３％であった。即ち、色純度（刺激純度）及びコントラストが高く、黒色時のＹ値が非常に小さく、低電圧で駆動可能な液晶表示素子が得られた。

（実験例５）
図６に示した第３実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＭＬＣ６０６８−０００（メルク社製）７９重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を１５重量部及びカイラル材Ｒ１０１１（メルク社製）を６重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、４３０ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．０５９、誘電率異方性Δεは１５、等方相への転移点Ｔｃは８３℃、２０℃における粘度ηは８０ｃｐｓであった。

前記液晶組成物以外は前記実験例１と同様の材料で同じ数値、同じ手順で液晶表示素子を製作した。なお、液晶層の厚みを３μｍとするために、スペーサ１８は直径３μｍのものを用いた。

また、円偏光素子４１（直線偏光板４２及び位相差板４３）には、直線偏光板４２としてＥＧ１４２５ＤＵ（日東電工社製）と位相差板４３としてＲ−１４０（日東電工社製ＰＣ１軸延伸フィルム）を用いた。これらを透過する光が左円偏光（コレステリック液晶が選択反射しない偏光）になるように、直線偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸とのなす角度が４５°になるように配置した。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、白色表示時には３０Ｖを５ｍｓ、黒色表示時には２０Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、黒色表示時のＹ値（視感感度）が７、白色表示時のＹ値が２５で、コントラストは１：３．６であった。即ち、コントラストが高く、低電圧で駆動可能な液晶表示素子が得られた。

（実験例６）
図６に示した第３実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＭＬＣ６２５６（メルク社製）５０重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を５０重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、４００ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．１２４１、誘電率異方性Δεは５．５、等方相への転移点Ｔｃは７２℃、２０℃における粘度ηは４５ｃｐｓであった。

前記液晶組成物以外は前記実験例５と同様の材料で同じ数値、同じ手順で液晶表示素子を製作した。なお、液晶層の厚みを３．５μｍとするために、スペーサ１８は直径３．５μｍのものを用いた。円偏光素子４１も実験例５と同様のものを用い、同様に配置した。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、白色表示時には３０Ｖを５ｍｓ、黒色表示時には２０Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、黒色表示時のＹ値（視感感度）が５、白色表示時のＹ値が２５で、コントラストは１：５であった。即ち、コントラストが高く、低電圧で駆動可能な液晶表示素子が得られた。

（比較例１）
図１に示した第１実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＺＬＩ１５６５（メルク社製）８４．７重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を１１．２重量部及びカイラル材Ｒ１０１１（メルク社製）を４．１重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、７００ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．１２５、誘電率異方性Δεは７、等方相への転移点Ｔｃは６５℃、２０℃における粘度ηは６３ｃｐｓであった。

前記液晶組成物以外は前記実験例１と同様の材料で同じ数値、同じ手順で液晶表示素子を製作した。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、着色時には４５Ｖを５ｍｓ、消色（黒色）時には２５Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、消色（黒色）時のＹ値（視感感度）が４．１、着色時のＹ値が７．１で、コントラストは１：１．７であり、刺激純度は４６．８％であった。即ち、色純度（刺激純度）及びコントラストが前記実験例１〜５よりも低くなった。その理由は、液晶組成物の屈折率異方性Δｎが０．１２５と比較的高かったことによる。

（比較例２）
図１に示した第１実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＺＬＩ１５６５（メルク社製）７８重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を１６．１重量部及びカイラル材Ｒ１０１１（メルク社製）を５．９重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、４９０ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．１２４１、誘電率異方性Δεは５．５、等方相への転移点Ｔｃは６０℃、２０℃における粘度ηは６８ｃｐｓであった。

前記液晶組成物以外は前記実験例１と同様の材料で同じ数値、同じ手順で液晶表示素子を製作した。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、着色時には４５Ｖを５ｍｓ、消色（黒色）時には２５Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、消色（黒色）時のＹ値（視感感度）が４．４、着色時のＹ値が９．０で、コントラストは１：２であり、刺激純度は４８．８％であった。即ち、色純度（刺激純度）及びコントラストが前記実験例１〜５よりも低くなった。その理由は、液晶組成物の屈折率異方性Δｎが０．１２４１と比較的高かったことによる。

（比較例３）
図６に示した第３実施例である液晶表示素子を以下の材料を用いて製作した。

即ち、液晶成分ＺＬＩ１５６５（メルク社製）７８重量部に対してカイラル材ＣＢ１５（メルク社製）を１６．１重量部及びカイラル材Ｒ１０１１（メルク社製）を５．９重量部混合したカイラルネマチック液晶組成物を調製した。この液晶組成物は室温でコレステリック液晶相を示し、４９０ｎｍ付近にピーク波長を有する選択反射特性を示した。さらに、この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは０．１２４１、誘電率異方性Δεは５．５、等方相への転移点Ｔｃは６０℃、２０℃における粘度ηは６８ｃｐｓであった。

前記液晶組成物以外は前記実験例５と同様の材料で同じ数値、同じ手順で液晶表示素子を製作した。ちなみに、円偏光素子４１も同じ材料を用いた。なお、液晶層の厚みは３．５μｍであり、スペーサ１８は直径３．５μｍのものを用いた。

以上の如く製作した液晶表示素子に対して、所定の電圧、即ち、白色表示時には３０Ｖを５ｍｓ、黒色表示時には１５Ｖを５ｍｓ印加して駆動した。その結果、黒色表示時のＹ値（視感感度）が９、白色表示時のＹ値が２２で、コントラストは１：２．４であった。即ち、駆動電圧は実験例５と同等であったが、黒色表示時のＹ値が大きく、コントラストが低下したことによって黒の表示品位の悪い非常に見づらい画像となった。

以下の表１に前記実験例１〜６及び比較例１〜３における結果をまとめて示すと共に目視評価を併せて示す。目視評価において、○は良好、△は○より劣るが実使用可能、×は表示品位が悪く、実使用不可であることを示す。

（他の実施例）
なお、本発明に係る液晶組成物及び液晶表示装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、液晶表示素子の構成は任意であり、散乱層を積層したり、基板や反射電極に散乱機能を付与してもよい。また、コレステリック液晶成分やカイラル材は前記実験例以外にも種々の材料や組合せを採用することができる。

本発明に係る液晶表示装置の第１実施例を示す断面図である。 本発明に係る液晶表示装置の第２実施例を示す断面図である。 本発明に係る液晶表示装置の第３実施例の基本的構成を示す斜視図である。 前記第３実施例の表示原理（プレーナ配列）を示す説明図である。 前記第３実施例の表示原理（フォーカルコニック配列）を示す説明図である。 前記第３実施例を示す断面図である。

符号の説明

１０，１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒ，４５…液晶表示素子
１１，１２…基板
１３，１４…電極
４１…円偏光素子
４２…直線偏光板
４３…位相差板

Claims (7)

1. 液晶成分とカイラル材とを含みコレステリック液晶相を示す液晶組成物であって、屈折率異方性Δｎ、誘電率異方性Δε、等方相への転移点Ｔｃ、２０℃における粘度η（ｃｐｓ）が以下の条件を満たしていること、
   ０．０２＜Δｎ＜０．０７
   ５＜Δε＜２５
   ７０℃＜Ｔｃ＜１００℃
   ３０＜η＜１００
   を特徴とする液晶組成物。
2. 選択反射波長のピーク値が４００〜１２００ｎｍの間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶組成物。
3. 屈折率異方性Δｎが０．０２＜Δｎ＜０．０５５の条件を満たしていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶組成物。
4. 誘電率異方性Δεが５＜Δε＜２０の条件を満たしていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の液晶組成物。
5. 少なくとも一方が透明な一対の基板間に、液晶成分とカイラル材とを含みコレステリック液晶相を示す液晶組成物が挟持されており、該液晶組成物の物性値である屈折率異方性Δｎ、誘電率異方性Δε、等方相への転移点Ｔｃ、２０℃における粘度η（ｃｐｓ）が以下の条件を満たしていること、
   ０．０２＜Δｎ＜０．０７
   ５＜Δε＜２５
   ７０℃＜Ｔｃ＜１００℃
   ３０＜η＜１００
   を特徴とする液晶表示装置。
6. 前記液晶組成物の選択反射波長のピーク値が４００〜１２００ｎｍの間に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 観察面側に偏光素子を備えたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液晶表示装置。

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