JP2006145952A - 反射型液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の利用効率が高く、かつ、超低消費電力の反射型液晶表示素子を提供すること。
【解決手段】 観察面側に配置される基板が透明である一対の基板、観察面側に配置される電極が透明である一対の電極、一対の基板及び一対の電極に挟まれる位置に配置される光学的な複屈折性を示す第１液晶層、第１液晶層の観察面とは反対側に配置される第２液晶層、を備え、第１液晶層は、ヘリカルピッチｐが２μｍ未満であり室温でコレステリック相を示す液晶を含み、且つ、式 ｄ／ｐ＞２ で表される比を有し、第２液晶層は、特定偏光成分の光のみを選択的に反射するプレーナ状態に固定されているコレステリック相を示す液晶を含む反射型液晶表示素子。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射型液晶表示素子に関し、特にコレステリック液晶相の選択反射を利用して表示を行うメモリ性を有する反射型液晶表示素子に関する。

反射型液晶表示素子は、外部からの光を反射することにより表示を行うものであり、バックライトが必要な透過型液晶表示素子に比べ、消費電力が少ない、薄型である、軽量である等の利点がある。

現在実用化されている一般的な反射型液晶表示素子は、ネマチック液晶を用いた素子である。ＴＮ（ツイスティッドネマチック）モードあるいはＳＴＮ（スーパーツイスティッドネマチック）モードが代表的である。これらの反射型液晶表示素子は、観察面側から順次配置された、円偏光板、カラーフィルター、ネマチック液晶層、メタル反射板等で構成される。

これらの反射型液晶表示素子は、携帯電話やモバイルＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの携帯電子機器で実用化されているものの、反射率が低いために明るさが乏しく、視認性が悪い、といった問題がある。

そのため、反射型液晶表示素子を実用化するに当たっては、反射率の向上が求められている。しかしながら、メタル反射板を用いた場合、光のロスが発生するという問題がある。例えば、メタル反射板として銀を用いた場合の光のロスは約１０％で、アルミニウムを用いた場合のそれは約２０％である。そのため、メタル反射板を用いた反射型液晶表示素子は暗い表示となり、実用上問題がある。

明るさを改善する対策として、反射板でのロスを小さくする手段が検討されている。例えば、薄型軽量、低消費電力で、光の利用効率が良く、高コントラストを確保し、広い色再現性を示す反射型液晶表示装置を提供することを目的として、光学的な複屈折性を示すネマチック液晶層と、特定偏光成分の光のみ選択的に反射する選択反射層として原理的に反射ロスのないコレステリック液晶を用いた技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

また、反射型液晶表示素子を携帯電話やモバイルＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの携帯電子機器の表示手段とする場合、電源としてはバッテリーが一般的であるため、さらなる消費電力の低減が求められている。
特開２００１−１８３６４４号公報

特許文献１に開示された液晶表示素子は、明るさを改善した表示はできる。しかし、表示を維持するには、常に電圧を印加し続ける必要がある。近年、電子書籍や電子値札など更新頻度が比較的低く同じ表示が長時間継続されるような新たなディスプレイ用途の出現や、環境面の配慮等から更なる消費電力の低減が要求されている。従って、特許文献１に記載される液晶表示素子など、単に反射型表示を行えるというだけでは、これらの要求に十分応えられなくなっている。しかしながら、明るさの改善を図りつつ、表示を更新するとき以外は完全に電力消費がゼロとなるような超低消費電力をも達成できるような反射型の液晶表示素子についてはこれまで提案されていないのが実情であった。

従って、本発明は、光の利用効率を高くしつつ視認性に富み、かつ、超低消費電力を実現した新規かつ有用な反射型液晶表示素子を提供することを目的とする。

本発明者は鋭意研究を重ねた結果、以下の記載のいずれかの手段により前記目的を達成することができた。

請求項１に係る反射型液晶表示素子は、少なくとも観察面側に配置される基板が透明である一対の基板と、少なくとも観察面側に配置される電極が透明である一対の電極と、前記一対の基板及び前記一対の電極に挟まれる位置に配置される光学的な複屈折性を示す第１液晶層と、前記第１液晶層の観察面とは反対側に配置される第２液晶層とを備え、前記第１液晶層は、ヘリカルピッチｐが２μｍ未満であり室温でコレステリック相を示す液晶を含み、且つ、式 ｄ／ｐ＞２ （ｄ（μｍ）は第１液晶層の厚みを表す）で表される比を有し、前記第２液晶層は、特定偏光成分の光のみを選択的に反射するプレーナ状態に固定されているコレステリック相を示す液晶を含むことを特徴とするものである。

請求項２に係る反射型液晶表示素子は、請求項１に記載の反射型液晶表示素子において、前記第１液晶層に含まれる室温でコレステリック相を示す液晶のヘリカルピッチｐが１μｍ未満であり、かつ、前記第１液晶層が、２＜ｄ／ｐ＜３０で表される比を有することを特徴とするものである。

請求項３に係る反射型液晶表示素子は、請求項１または２に記載の反射型液晶表示素子において、前記第１液晶層に含まれる室温でコレステリック相を示す液晶の選択反射のピーク波長が０．４μｍ以下であることを特徴とするものである。

請求項４に係る反射型液晶表示素子は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子において、前記第１液晶層は、第１液晶層に含まれる液晶がフォーカルコニック状態であるときにλ／２（λは入射光の波長を表す）のリタデーションを有する層であることを特徴とするものである。

請求項５記載の反射型液晶表示素子は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子において、前記第１液晶層の観察面側に円偏光板が配置されていることを特徴とするものである。

請求項６に係る反射型液晶表示素子は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子において、前記第１液晶層の観察面側及び観察面とは反対側の少なくとも一方には、前記第１液晶層と接して配向処理を施していない水平配向膜が設けられていることを特徴とするものである。

請求項７に係る反射型液晶表示素子は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子において、前記第２液晶層は、選択反射する波長が可視光域にわたりほぼ一定の反射率を示すことを特徴とするものである。

請求項８に係る反射型液晶表示素子は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子において、前記第２液晶層は、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ選択的に反射する３つの領域で構成され、前記３つの領域が面内に規則的に配列されていることを特徴とするものである。

請求項９に係る反射型液晶表示素子は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子において、前記第２液晶層の観察面側及び観察面とは反対側の少なくとも一方には、前記第２液晶層と接して配向処理を施した水平配向膜が設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、光学的な複屈折性を示す第１液晶層に含まれる液晶として、ヘリカルピッチｐが２μｍ未満の室温でコレステリック相を示す液晶を用い、第１液晶層の厚みｄとヘリカルピッチｐの比を２より大きくすると共に、特定偏光成分の光のみを選択的に反射するプレーナ状態に固定されているコレステリック相を示す液晶を用いることにより、光の反射率が高く、コントラストの高い表示を得ることができると共に、バイアス電圧を印加し続けることなく電圧無印加で表示内容を保持することができるので、消費電力を大幅に低減した反射型液晶表示素子を得ることができる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態である反射型液晶表示素子Ｉの基本構成を説明するための断面構造の模式図である。透明電極（第１電極）５を有する透明基板１と基板２との間に、第１液晶層３と第２液晶層４が設けられている。第１液晶層３と第２液晶層４との間には電極（第２電極）６が設けられている。透明電極５と第１液晶層３との間、第２液晶層４と基板２との間、及び、第１液晶層３と電極６との間には、それぞれ配向膜７、８、９が設けられている。また、透明電極５及び電極６には、それぞれ第１液晶層３にパルス電圧を印加するための電源１２がつながっている。透明基板１の観察面側には、入射光ａに偏光を加える偏光膜１１が設けられている。基板２の観察面側と反対側には光吸収層１０が設けられている。

次にそれぞれの構成要素について、さらに詳しく述べる。

第１液晶層３は、室温でコレステリック相を示す液晶を含み、高いパルス電圧を印加した後に液晶がプレーナ状態（Ｐ）を示し、低いパルス電圧を印加した後に液晶がフォーカルコニック状態（Ｆ）を示す。この第１液晶層３は、電圧無印加で液晶のプレーナ状態又はフォーカルコニック状態を維持することができる、いわゆる双安定状態をとる（メモリ性を有する）液晶層である。なお、プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間調表示を電圧無印加で維持することもできる。

第１液晶層３に、室温でコレステリック相を示す液晶を用いることにより、バイアス電圧を印加し続けることなく電圧無印加で表示を保つことができるので、反射型液晶表示素子としての消費電力を大幅に低減することができる。

本願明細書において、室温とは地域、季節によっても異なり、一概には決められないが、概ね１０℃から４０℃である。第１液晶層３に含まれる液晶は、少なくとも２５℃においてコレステリック相を示す液晶である。

室温でコレステリック相を示す液晶としては、コレステリック液晶やネマチック液晶に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が挙げられる。特に、カイラルネマチック液晶が好ましい。

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に添加することにより、所定のヘリカルピッチを有する液晶分子のヘリカル構造が生じ、これによりコレステリック相を示す。このヘリカルピッチが長いと双安定状態が悪くなり、短いほど双安定性が増す傾向にある。

第１液晶層３の厚みは、薄いとプレーナ状態の安定性が良くなるが、フォーカルコニック状態の安定性が悪くなる傾向にある。良好な双安定性を得るには、ヘリカルピッチｐが２μｍ未満で、第１液晶層３の厚みｄとヘリカルピッチｐとをｄ／ｐ＞２の関係にする。さらに好ましい条件としては、ヘリカルピッチｐが１μｍ未満で、第１液晶層３の厚みｄとヘリカルピッチｐとが２＜ｄ／ｐ＜３０の関係を満たす場合である。

ヘリカルピッチｐを所定のピッチに調整する方法としては、カイラル材の添加量で調整する方法がある。カイラル材の添加量を多くするとヘリカルピッチｐは、小さくなる傾向にある。ヘリカルピッチｐの測定は、ギャップが数μｍ程度の一対のガラス基板間に、コレステリック相を示す液晶を注入して、分光測色計（ＣＭ−３７００ｄ コニカミノルタ社製）などでの分光反射率の測定値から算出することができる。分光反射率を測定すると、選択反射のピーク波長がわかる。選択反射のピーク波長（λｐ）は、λｐ＝ｎ×ｐ （ｎ：平均屈折率）で表せる。この選択反射のピーク波長を平均屈折率ｎで割り算することによりヘリカルピッチｐを算出することができる。

コレステリック液晶としては、液晶表示素子の分野で知られているコレステリック液晶の中でヘリカルピッチｐが２μｍ未満のものを用いることができる。

ネマチック液晶の種類は、カイラル材の添加によって室温でコレステリック相を示すカイラルネマチック液晶組成物となりうるものであれば、特に制限されるものではない。液晶表示素子の分野で知られているネマチック液晶としては、例えば、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、ならびにフッ素原子、フルオロアルキル基およびシアノ基等の極性基を有する他の液晶性化合物、およびそれらの混合物等がある。

カイラル材は、ネマチック液晶に添加することにより、液晶組成物に室温でコレステリック相を示させるようにするものである。詳しくは室温でネマチック液晶の分子に層状のヘリカル構造を形成させ得るものである。そのようなカイラル材は、それ自体で液晶性を示すものであってもよいし、液晶性を示さないものであってもよい。

そのようなカイラル材として、例えば、コレステリック環を有するコレステリック化合物、ビフェニル骨格を有するビフェニル化合物、ターフェニル骨格を有するターフェニル化合物、２つのベンゼン環がエステル結合によって連結されてなる骨格を有するエステル化合物、シクロヘキサン環がベンゼン環に直接的に連結されてなる骨格を有するシクロヘキサン化合物、ピリミジン環がベンゼン環に直接的に連結されてなる骨格を有するピリミジン化合物、２つのベンゼン環がアゾキシ結合またはアゾ結合によって連結されてなる骨格を有するアゾキシまたはアゾ化合物等が挙げられる。

これら、ネマチック液晶及びカイラル材は、メルク（株）やチッソ（株）や大日本インキ（株）などから市販されている。これらを適宜に混合することによって、所望のコレステリック液晶を調製することができる。

ネマチック液晶に対するカイラル材の添加量は、その組み合わせ種あるいは所望とするヘリカルピッチによって異なるが、大体、ネマチック液晶に対してカイラル材が５〜４０質量％程度を添加する。

本実施形態においては、第１液晶層に含まれる室温でコレステリック相を示す液晶の選択反射のピーク波長λｐが、λｐ＜０．４μｍであることが好ましい。このような範囲にすることにより、可視光の選択反射がなく、透過することができ、光の利用効率が高くなる。また、コレステリック相を示す液晶の反射光は、視角を振ると選択反射のピーク波長が短波長側にシフトすることが知られているが、この範囲にすることにより、可視域での反射が生じることがなく、視角依存が生じないという利点がある。

第２液晶層４は、特定偏光成分の光のみを選択的に反射するプレーナ状態に固定されているコレステリック相を示す液晶を含む層である。ここでプレーナ状態に固定するとは、外部から電界を印加しても液晶分子は動かず、その配列方向を変えないで、プレーナ状態を維持することを意味する。

第２液晶層には、硬化性のコレステリック相を示す液晶が用いられる。硬化性のコレステリック相を示す液晶とは、光などの物理的なエネルギーを与えると、コレステリック相を示した状態で固化する液晶である。このような硬化性のコレステリック相を示す液晶としては、光硬化性コレステリック液晶、光硬化性カイラルネマチック液晶などがあげられる。コレステリック相を示す液晶自身が重合性を有すもの以外に、コレステリック相を有す液晶・重合性化合物・重合開始剤などの混合物、ネマチック液晶・重合性カイラル材などの混合物、重合性ネマチック液晶・カイラル材などの混合物、などがある。ここでの重合は、線状高分子を生成する重合だけでなく、架橋構造の形成を伴ってもよい。また、光は重合性化合物を重合させることが可能な放射線であればよく、典型的には、紫外線である。

第２液晶層４を形成するには、硬化前の上記材料を、スクリーン印刷、スピンコート、インクジェットなどの手段によって膜を塗布し、コレステリック相を呈しかつ所望の選択反射特性を示す温度で、光を照射し重合させることにより硬化させればよい。例えば、市販の材料としては、ＷＡＣＫＥＲ社製：「ＴＣ３９４７Ｌ」などを用いることができる。硬化前において、この材料の選択反射ピーク波長は、４０℃で０．６５μｍ、７０℃で０．５５μｍ、１００℃で０．４５μｍとなる。この材料が所望の反射特性を示すように温度を調整した状態で、紫外線を照射して硬化することにより、所望の反射特性を有す第２液晶層を作製できる。

透明基板１及び基板２に用いられる基板材質としては、液晶表示素子に用いられる一般的な材質のものが用いられる。中でも、ガラスやフィルム基板などが好適であり、フィルム基板としては、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフレキシブルな樹脂基板を使用することができる。

基板２の観察面側と反対側に設けられている光吸収層１０は、第２液晶層４を透過した光を吸収する層であり、クロム等の金属、金属等の表面を荒らし光が反射しないようにした膜、黒色の染料もしくは顔料等を含む樹脂を用いてもよい。また、基板２が光吸収層１０を兼ねる基板でもよい。また、光吸収層は、偏光板と１／４波長板とから構成されてもよい。図面では、光吸収層１０は、基板２の観察面側と反対側に設けたが、第２液晶層４の観察面側と反対側であれば基板２の観察面側であってもよい。

第１電極５は、透明基板１と第１液晶層３との間に位置し、第２電極６は、第１液晶層
３と第２液晶層４との間に配置されているが、この第２電極６は、基板２と第２液晶層４との間にあってもよい。しかし、第１液晶層３を駆動する駆動電圧を小さくできるという観点から、第２電極６は、第１液晶層３と第２液晶層４との間にある方が好ましい。

第１電極５及び第２電極６に用いる電極材料としては、一般的な液晶表示素子に用いられる材料であれば用いることができるが、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極が好適である。

透明基板１の観察面側には、円偏光板１１が配置され、入射光を右、又は左に円偏光している。円偏光板１１は、一般的な液晶表示素子に用いられる円偏光板を用いることができる。

配向膜７、８、９としては、一般的な液晶表示素子に用いられる配向膜であれば、いずれも用いることができる。本実施形態においては、一般的に水平配向膜と呼ばれるものが好適である。水平配向膜とは、液晶分子を膜に対して平行に保持する配向膜であり、主に、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ＳｉＯ等がある。

次に第１液晶層３と第２液晶層４の働きについて説明する。

第１液晶層３は、図１に示す様に偏光膜１１を通ってきた入射光ａの偏光状態を次のように制御する働きがある。例えば、入射光ａが偏光膜１１を通って、右円偏光光となっている場合、第１液晶層３に含まれる液晶がプレーナ状態にある時は、リタデーションＲｆが０となり、入射する右円偏光光は偏光状態を変化させることなく第２液晶層４に到達する。第１液晶層３に含まれる液晶が、フォーカルコニック状態にある時は、リタデーションＲｆがある値を持ち、右円偏光光が減少した状態で第２液晶層４に到達する。この時、右円偏光光の減少した分は、左円偏光光に変換されている。また、フォーカルコニック状態でのリタデーションＲｆが、入射光の波長λの１／２のとき、右円偏光光の減少が最大となり、左円偏光光への変換が最大となる。

第２液晶層４は、螺旋構造の捩れ方向が右であった場合には、右円偏光光を反射する働きがあり、左の捩れの場合は、その逆で左円偏光光を反射する働きがある。

例えば、図１に示す構成で、入射光ａが偏光板１１で右円偏光を受け、右円偏光光ａ’となり、第二液晶層４が右の捩れであった場合について説明する。

第１液晶層３に含まれる液晶が、プレーナ状態の時、入射光ａの偏光状態は変化せずに第２液晶層４に到達し、第２液晶層４は、その右円偏光光ａ’を選択反射し、観察面側に強い反射光を出射する。

第１液晶層３に含まれる液晶が、フォーカルコニック状態の時、右円偏光光ａ’は、リタデーションＲｆの影響を受け、右円偏光光ａ’が減少した状態で第２液晶層４に到達し、第２液晶層４は、少なくなった残りの右円偏光光のみを反射するので、弱い光となる。

第１液晶層３は、室温でコレステリック相を示す液晶を用いており、特定波長を選択反射する性質も併せ持つ。このため、本実施形態においては、少なくとも可視光域（４００〜７００ｎｍ）に選択反射のピーク波長を持たないことが好ましく、より好ましくは、選択反射のピーク波長が４００ｎｍ以下である。液晶がフォーカルコニック状態にある場合、第１液晶層３のリタデーションＲｆの値は、入射波長λの１／２（２００〜３５０ｎｍ）であるとき、最も偏光光の状態変化が大きくなり、フォーカルコニック状態での反射率を最小とすることができる。

本実施形態においては、観察面側に円偏光板（右円偏光板又は左円偏光板）を配置しているので、第１液晶層３に右円偏光あるいは左円偏光のいずれかの光のみを入射させることができるため、偏光状態の変化を大きくすることができ、反射率変化（コントラスト）が大きくなる。円偏光板は偏光子と１／４波長板とから形成することもできる。

本実施形態では、第２液晶層４を反射層として用いており、反射光の波長は第２液晶層４の選択反射波長に影響される。第２液晶層４の選択反射波長は、可視光域（４００〜７００ｎｍ）に持ち、かつ可視光域の広範囲な波長にわたってほぼ均一な反射特性を示すようにすることで、良好な白黒表示ができ、好ましいと言える。

液晶層の温度及び照射ＵＶ光の強度を制御することにより、第２液晶層４を所望の選択反射特性を示すように調整することができる。可視光域の広範囲な波長にわたってほぼ均一な反射特性を示すように、本実施形態では、第２液晶層４の観察面側（以下、上部とする）から観察面の反対側（以下、下部とする）にかけて連続的に液晶のピッチが増加するような形で液晶層が固化されている。この層は、以下の手順で作製することができる。まず、スピンコートで第２液晶層４を形成し、膜の上部を冷却し、下部を加熱する。これにより、第２液晶層４は、上部から下部にかけて温度傾斜が形成される。温度傾斜に応じて、第２液晶層４のピッチも上部から下部にかけて、連続的に変化する。そのような状態の第２液晶層４を、ＵＶ光を照射することによって固化する。こうして得られた第２液晶層４は、可視光域の広範囲な波長にわたってほぼ均一な反射特性を示す。

また、カラー表示を行うときには、第２液晶層４の選択反射波長を赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ選択的に反射する３色の反射領域となるように設定するとともに、３色の反射領域が面内に規則的に配列することで、良好なカラー表示を得ることができる。赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの選択反射波長は、第２液晶層４に用いる室温でコレステリック相を示す液晶のヘリカルピッチｐと平均屈折率ｎを所定の値に調整することで作製することができる。例えば、平均屈折率ｎ＝１．５５を用いて、ヘリカルピッチを温度で制御することによって、選択反射のピーク波長λｐを、それぞれ０．４５μｍ（青色光）、０．５５μｍ（緑色光）、０．６５μｍ（赤色光）となるようにすればよい。具体的には、温度を制御して、赤を選択反射するピッチにしておき、マスク露光により特定箇所のみ固化する。青及び緑についても同様の操作を行うことで、３色ドメインが規則的に配列した構成にすることができる。このように目的とする波長を任意に作製することができる。

次に、配向膜の配向処理について述べる。配向膜は、水平配向膜が適している。これは、水平配向膜には、界面で接する液晶分子を水平に保持するという特性があり、この保持する特性により、プレーナ状態及びフォーカルコニック状態の良好な双安定性が達成されるためである。この水平配向膜に配向処理を施すと、界面で接する液晶分子を配向（一方に配列）させ、かつ、液晶分子を水平に保持する特性があり、この配向処理を施した水平配向膜は、プレーナ状態の安定性を高める効果がある。配向処理は、一般的に、布等で膜を擦るラビング処理や、偏光ＵＶ光を膜に照射する光配向処理等があるが、その他の公知の配向処理であっても良い。ラビング処理等の配向処理を行うと、プレーナ状態の安定性が増す。この処理を第１液晶層３の両面に接する配向膜に施すと、プレーナ状態の安定性が強くなりすぎ、フォーカルコニック状態の安定性が著しく低下し、双安定性が劣化する。このため、良好な双安定性を得るには、第１液晶層３の少なくとも一方の配向膜には、配向処理をしないことが好ましい。第２液晶層４についていえば、水平配向膜に接していることが好ましく、また、その配向膜には特定方向に配向処理が施されていることが好ましい。これは、配向処理を施した水平配向膜を用いると、基板に対してのヘリカル軸が垂直になり、プレーナ状態になりやすくなり、第２液晶層４で良好な反射を得ることができる。以上のことから、図１に示す本実施形態では、配向膜７、８には配向処理を行っているが、配向膜９には、配向処理を行っていない。

本実施形態を採用することにより、光の反射率変化が大きく、また、双安定性を有することから、視認性に富み、消費電力の低い反射型液晶表示素子を得ることができる。

次に詳細な実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図２に実施例１の概略図を示す。

透明基板１として、透明電極ＩＴＯ付きの厚さ１００μｍのＰＥＳ（住友ベークライト製）を用いた。フォトリソ法でＩＴＯをパターニングし、必要な電極形状を得た。これにポリイミド樹脂からなる水平配向膜７（ＡＬ１２１６：ＪＳＲ社製）をフレキソ法で印刷した。この配向膜７の表面をコットンからなるラビング布で配向処理（ラビング）した。

基板２には、厚さ１００μｍのＰＥＳ基板（住友ベークライト製）を用いた。基板２の上に、ポリイミド樹脂からなる水平配向膜８をフレキソ法で印刷した。この配向膜８の表面をコットンからなるラビング布で配向処理（ラビング）した。さらに、その上に第２液晶層４として、ＵＶ硬化性の重合性コレステリック液晶をスピンコート法により塗布した。

このときの重合性コレステリック液晶は、左捩れ（左円偏光光を選択反射する）を用いた。重合性コレステリック液晶層の温度及び照射ＵＶ光の強度を制御することにより、選択反射が可視光域においてブロードになるヘリカルピッチに調整し、重合した。次に、この第２液晶層４の上に透明電極６として、ＩＴＯをスパッタ蒸着で形成し、その後フォトリソ法で、所定の形状にパターニングした。さらに水平配向膜９（ＡＬ１２１６：ＪＳＲ社製）を印刷した。このとき配向膜９の表面は、配向処理を施していない。

次に、上記のように電極と配向膜とが形成された透明基板１と、配向膜と液晶層と電極ともう一つの配向膜が形成された基板２との間に、以下の手順で第１液晶層３を封入した。

電極と配向膜とが形成した透明基板１に、シール部材１３をスクリーン印刷により形成した。次にその透明基板１上にコレステリック液晶を塗布した。一方、配向膜と液晶層と電極ともう一つの配向膜が形成された基板２には、第１液晶層３の厚みを調整するためのアクリル製球状スペーサを散布した。そして、この両基板をラミネートし、貼り合せた。

コレステリック液晶は、ネマチック液晶にカイラル材を添加したものを用いた。選択波長のピーク波長が０．３６μｍとなるように、分光測色計を用いて、ピーク反射波長を測定しながら、カイラル材の添加量を調整した。このとき、平均屈折率ｎは１．５６で、屈折率異方性Δｎは０．１であった。このときのヘリカルピッチｐを算出すると、ｐ＝０．２３であった。こうして調製したコレステリック液晶を第１液晶層３に用いた。液晶層３の厚みは、コレステリック液晶層が良好な双安定性を示すような厚みに設定した。ここでは、厚みを３μｍとした。この時、第１液晶層３のフォーカルコニック状態でのリタデーションは、Δｎ×ｄ＝０．３μｍであり、良好な複屈折層を示した。

透明基板１の観察面側には、右円偏光板１１を配置した。この右円偏光板１１は、直線偏光板と位相差板を組み合わせることにより作製した。また、基板２の観察面側と反対側の面に黒色の光吸収層１０を設けた。

以上のようにして作製した反射型液晶表示素子Ｉの電極５、６間に第１液晶層に含まれる液晶がプレーナ状態となるパルス電圧を印加し、第１液晶層３を選択反射状態とした場合、右円偏光板１１と通過した右円偏光光は、偏光状態を変えることなく第２液晶層４に到達した。第２液晶層４は、左捩れであるため、この右円偏光光は、そのまま通過し、光吸収層１０で吸収され、黒い表示がなされた。

第１液晶層３への印加電圧を変え、第１液晶層に含まれる液晶をフォーカルコニック状態にすることで、右円偏光光は、第１液晶層３を通過すると左円偏光光に変換される。左円偏光光に変換された光は、第２液晶層４で反射され、左円偏光光として再度、第１液晶層３に入射する。第１液晶層３に含まれる液晶は、フォーカルコニック状態であるため、右円偏光光に変換され、右円偏光板１１をそのまま通過し、反射光として出射し、白表示がなされた。

このように、第１液晶層３に含まれる液晶をプレーナ状態とフォーカルコニック状態に替えることで、反射率変化の大きい（すなわち、コントラストの大きい）、良好な白黒表示を行う反射型液晶表示素子を得ることができた。

本実施例１では、円偏光板１１に右円偏光板、第２液晶層４に左捩れの重合性コレステリック液晶を用いたが、左右がそれぞれ入れ替わっても、同じことである。また、両方とも右あるいは左であった場合は、表示が白黒反転するだけで、特に問題は無い。さらに、第１液晶層３の捩れ方向も、左右どちらでも可能である。

（実施例２）
図３に実施例２の概略図を示す。実施例１との違いは、第２液晶層４が、選択反射波長がそれぞれ赤色光、緑色光及び青色光である３色光に対応し、それら３色光のドメインが規則的に配列した構成になっていることである。このことより、各色光を選択反射することができ、カラー表示が可能となる。この液晶層の色は、コレステリック液晶のヘリカルピッチで決まる。このヘリカルピッチは、重合性コレステリック液晶にＵＶ光を照射して重合させるときに、温度を制御して決めることができる。

ここではまず、赤色光の規則的な配列を形成するために、赤色光に対応した温度制御下で規則的な開口を持つマスクにＵＶ露光することで赤色を選択反射するドメインを形成した。緑色光及び青色光についても同様な方法で加熱とマスク露光を行い、３色光ドメインが規則的に配列した第２液晶層を形成した。この第２液晶層４の捩れ方向は、実施例１と同様に左捩れの重合性コレステリック液晶を用いた。その他は実施例１と同様の手順で反射型液晶表示素子Ｉを作製した。

こうして作製した反射型液晶表示素子Ｉは、実施例１と同様に第１液晶層３をプレーナ状態とした時、各色光ともに黒表示となる。また、第１液晶層３をフォーカルコニック状態とした時は、赤色光のドメインでは、赤色光を選択反射し、緑色光及び青色光も、それぞれの色光を選択反射する。こうして、反射率の高いカラー表示のできる反射型液晶表示素子を得ることができた。

（実施例３）
図４に実施例３の概略図を示す。実施例１との違いは、電極６が基板２に直接形成されていることとと、配向膜９が無く、第１液晶層３と第２液晶層４とが、一方の面のみが配向膜７、８と接していることである。

本構成では、配向膜９が不要なため、作製プロセスが少なくて済むみ、歩留まりがよく安価な白黒表示の反射型液晶表示素子を得ることができる。

具体的な作製方法は、基板２として基板１と同様の透明電極付きＰＥＳ基板を用いフォトリソ法で電極をパターニングしたこと、基板２上の透明電極形成面に実施例１と同様の手順で配向膜８を形成しラビングを行ったこと、配向膜８上に実施例１と同様の手順で液晶層２を形成したこと、及び、液晶層２上には電極や配向膜を設けなかったこと以外は全て実施例１と同様の手順で反射型液晶表示素子Ｉを作製した。

こうして作製した反射型液晶表示素子は、反射率変化が大きく（すなわち、コントラストが大きく）、良好な白黒表示を行うことができた。

本発明の反射型液晶表示素子の一実施形態を示す概略図である。 本発明の反射型液晶表示素子の一実施形態を示す概略図である。 本発明の反射型液晶表示素子の一実施形態を示す概略図である。 本発明の反射型液晶表示素子の一実施形態を示す概略図である。

符号の説明

Ｉ 反射型液晶表示素子
１ 透明基板
２ 基板
３ 第１液晶層
４ 第２液晶層
５、６ 電極
７、８、９ 配向膜
１０ 光吸収層
１１ 右円偏光板
１２ 電源
１３ シール

Claims (9)

1. 少なくとも観察面側に配置される基板が透明である一対の基板と、少なくとも観察面側に配置される電極が透明である一対の電極と、前記一対の基板及び前記一対の電極に挟まれる位置に配置される光学的な複屈折性を示す第１液晶層と、前記第１液晶層の観察面とは反対側に配置される第２液晶層とを備え、前記第１液晶層は、ヘリカルピッチｐが２μｍ未満であり室温でコレステリック相を示す液晶を含み、且つ、式 ｄ／ｐ＞２ （ｄ（μｍ）は第１液晶層の厚みを表す）で表される比を有し、前記第２液晶層は、特定偏光成分の光のみを選択的に反射するプレーナ状態に固定されているコレステリック相を示す液晶を含むことを特徴とする反射型液晶表示素子。
2. 前記第１液晶層に含まれる室温でコレステリック相を示す液晶のヘリカルピッチｐが１μｍ未満であり、かつ、前記第１液晶層が、２＜ｄ／ｐ＜３０で表される比を有することを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示素子。
3. 前記第１液晶層に含まれる室温でコレステリック相を示す液晶の選択反射のピーク波長が０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型液晶表示素子。
4. 前記第１液晶層は、第１液晶層に含まれる液晶がフォーカルコニック状態であるときにλ／２（λは入射光の波長を表す）のリタデーションを有する層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子。
5. 前記第１液晶層の観察面側に円偏光板が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子。
6. 前記第１液晶層の観察面側及び観察面とは反対側の少なくとも一方には、前記第１液晶層と接して配向処理を施していない水平配向膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子。
7. 前記第２液晶層は、選択反射する波長が可視光域にわたりほぼ一定の反射率を示すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子。
8. 前記第２液晶層は、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ選択的に反射する３つの領域で構成され、前記３つの領域が面内に規則的に配列されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子。
9. 前記第２液晶層の観察面側及び観察面とは反対側の少なくとも一方には、前記第２液晶層と接して配向処理を施した水平配向膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子。

Images