JP2007016155A

JP2007016155A - 液晶組成物及び液晶表示素子

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Publication number: JP2007016155A
Application number: JP2005199878A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kobayashi; 信幸小林; Michio Izumi; 倫生泉; Satoshi Hisamitsu; 聡史久光; Kenji Hanabusa; 謙二英
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】白さを良くし、白黒コントラスト比の高い液晶表示素子を得ること。
【解決手段】自己組織型ゲル化剤と、室温でコレステリック相を示す液晶と、を含有する液晶組成物において、前記自己組織型ゲル化剤が、下記一般式（１）で表される化合物であることを特徴とする液晶組成物。

（式中、Ａ₁、Ａ₂は、分岐基を有するアルキル基を表す。）
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示素子の液晶組成物に関する。

液晶表示素子の分野においては、従来より、ネマチック液晶に螺旋を誘起させるための化学活性化合物であるカイラル剤を添加することにより、室温下でコレステリック相を示すことができるようにしたカイラルネマチック液晶組成物を用いた液晶表示素子が知られている。このような液晶表示素子は、基本的には、透明電極を有する一対の基板間にカイラルネマチック（コレステリック）液晶組成物を挟持させておき、電極間に高低のパルス電圧（駆動電圧）を印加することにより、液晶をプレーナ（ＰＬ）状態からフォーカルコニック（ＦＣ）状態またはホメオトロピック（Ｈｏｍｅｏ）状態に切り替え、画像の表示を行うものである。特に、ＰＬ状態は特定のピーク波長の光を選択反射する性質を有しており、この性質を用いて、液晶表示画像における白地を形成することができる。

そして、これらの液晶材料を表示素子として使用する場合、良好な白黒表示や広視野角表示を行うために、液晶組成物の流動性をある程度抑えておく必要があり、そのために液晶材料中にゲル化剤を添加していた。例えば、ネマチック液晶組成物にモノマーおよび重合開始剤を含有させ、一旦、表示素子を作製した後に紫外線（ＵＶ）照射などによりポリマーを形成して、液晶組成物の流動性を抑制させるようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
Ｒ．Ｑ．Ｍａ、外１名、"ＳＩＤ９７ＤＩＧＥＳＴ"、ｐ．１０１−１０４

しかしながら、非特許文献１に開示された技術では、表示素子中に未反応のモノマーを残存させないようにすることが望ましいが、重合を完全に行ってモノマーを残存させないようにすることは現実にはきわめて難しいことであった。したがって、表示素子中に未反応のモノマーが残存する結果、素子の使用時に残存モノマーが紫外線の影響で徐々に反応し、素子の表示性能に変化をきたすという問題を発生させていた。具体的には、表示色を変化させたり、液晶画像のコントラストを低下させるという問題が挙げられる。特に、ＰＬ状態で白地を表示し、ＦＣ状態またはＨｏｍｅｏ状態で文字などの黒画像を表示する黒白表示方式の液晶表示素子では、上記の問題が顕著にあらわれた。

コントラストを向上させる手段として、例えば、ＰＬ状態において比較的広い波長域にわたり光を反射させるようにして反射率を上げ、白を表示した時の白さ（白地性）を向上させることにより、コントラストの向上を図ろうとした技術がある。しかしながら、この方法ではＰＬ状態のときに広い波長域にわたり光を反射させることができる材料を選択することが難しく、また、広い波長域にわたって反射率を上げるためにはセルギャップを大きくしなくてはならず、そのために駆動電圧が大きくなるといった問題を抱えていた。

本発明は、モノマーを用いることなく液晶材料の流動性を抑制させることができるようにするとともに、液晶画像上における白地性を向上させて、白黒コントラスト比を向上させることが可能な液晶表示素子を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る液晶組成物は、自己組織型ゲル化剤と、室温でコレステリック相を示す液晶と、を含有する液晶組成物において、前記自己組織型ゲル化剤が、下記一般式（１）で表される化合物であることを特徴とするものである。

（式中、Ａ₁、Ａ₂は、分岐基を有するアルキル基を表す。）
請求項２に係る液晶組成物は、請求項１に記載の液晶組成物において、一般式（１）中のＡ₁とＡ₂とが、独立して下記一般式（２）で表されるアルキル基であることを特徴とするものである。

（式中、Ｘ、Ｙ及びＺはそれぞれ０又は自然数を表す。）
請求項３に係る液晶組成物は、請求項２に記載の液晶組成物において、一般式（２）中のＸとＹの和が０以上２０以下であることを特徴とするものである。

請求項４に係る液晶組成物は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の液晶組成物において、前記自己組織型ゲル化剤の割合が、前記コレステリック相を示す液晶と前記自己組織型ゲル化剤の合計量に対して０．５〜４．０質量％であることを特徴とするものである。

請求項５に係る液晶組成物は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の液晶組成物において、前記コレステリック相を示す液晶がネマチック液晶及びカイラル剤を含むことを特徴とするものである。

請求項６に係る液晶組成物は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の液晶組成物において、前記液晶組成物の選択反射のピーク波長が５００〜７００ｎｍであることを特徴とするものである。

請求項７に係る液晶表示素子は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の液晶組成物からなる液晶層を基材上に有することを特徴とするものである。

本発明によれば、液晶組成物中に一般式（１）で示される自己組織型ゲル化剤を含有させることにより、液晶材料の流動性を抑制し、かつ、液晶画像上で白地性と白黒コントラスト比を向上させた液晶表示素子を提供することを可能にした。

また、本発明によれば、液晶組成物中に自己組織型ゲル化剤を含有しているので、液晶表示素子の中にモノマーを添加して重合を行うことによりゲル化剤を形成していた従来の液晶表示素子で発生した表示色の変色を懸念する必要がなくなった。

本発明は、特定構造を有する有機化合物を室温でコレステリック相を示す液晶材料にゲル化剤として用いることにより、表示素子中にモノマーを添加、重合する工程を経ることなく液晶材料の流動性を抑制できるようにした発明である。本発明者は、液晶材料の流動性抑制を実現する化合物として、比較的分子量が大きく、しかも、水素結合やファンデルワールス力などの分子間引力を分子間で相互に発現させ易い構造の有機化合物は、ポリマーなみの流動性の抑制を発現できるものと推測した。そして、種々の有機化合物を模索、検討した結果、以下で説明する構造を有する有機化合物が液晶材料用のゲル化剤としての性能を発現することを見出し、本発明に到ったのである。

特に、本発明によれば、液晶表示素子の白地性を大幅に向上させることができたが、これは、ゲル化剤として用いられている有機化合物が枝分かれの多い構造の分岐鎖を有しているため、液晶材料の配向方向性が阻害されて白地性が向上したものと推測される。すなわち、プレーナ状態のときも液晶材料の配向が乱れ、規則性のない構造となっているので、広い波長域にわたる光が乱反射して白地を向上させたものと推測される。そして、このように白地性が向上したことにより、液晶画像上においてコントラストが向上したものと推測される。

また、本発明では、ゲル化剤の分岐鎖の影響で液晶材料が配向しにくい構造にありながら、文字等の黒画像を表示するときには黒品位の劣化のない良好な画像が得られており、このこともコントラストの向上に寄与しているものと推測される。

以下、本発明について、説明する。

図１は、本発明の一実施形態である液晶表示素子の断面構造を示す概略図である。図１に示す液晶表示素子は、一対の基板１、２間に液晶層（液晶組成物）１１が挟持されてなる構造を有する。図１において、基板１、２のそれぞれの表面には、互いに平行な複数の帯状に形成された透明電極３、４が設けられている。透明電極３と透明電極４とは互いに交差するように向かい合わされて配置されている。透明電極３、４上には絶縁性薄膜５がコーティングされている。さらに、絶縁性薄膜５の上には配向膜７が形成されている。１０はスペース保持部材としての高分子構造物、１３は同様にスペース保持部材としてのスペーサーである。１２は液晶組成物１１をセル内部に封じこめるためのシール材である。また光を入射させる側と反対側の基板２の外面（裏面）には、必要に応じて黒色の可視光吸収層９が設けられる。なお、可視光吸収層９を設ける代わりに、基板２自体が可視光吸収性を有するものを用いても良い。

以下、液晶表示素子の主要な構成部材について詳しく説明する。
（基板）
図１において基板１、２はいずれも透光性を有しているが、上記の液晶表示素子に用いることができる一対の基板は、少なくとも一方の基板（少なくとも、光を入射させる側の基板１）が透光性を有していればよい。透光性を有する基板としては、ガラス基板、ならびにポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレートおよびポリエチレンテレフタレート等のフレキシブル基板を使用することができる。素子の軽量化の観点からはフレキシブル基板を使用することが好ましい。一対の基板のうち少なくとも一方の基板、好ましくは両方の基板としてフレキシブル基板を用いると、軽量で薄型の素子を作製でき、また破損（割れ）を抑えることができる。
（電極）
透明電極３、４としては、例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ：インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電膜や、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、ＢＳＯ（ＢｉｓｍｕｔｈＳｉｌｉｃｏｎＯｘｉｄｅ）等の光導電性膜等を用いることができる。図１に示す液晶表示素子においては、既述の通り、基板１、２の表面に互いに平行な複数の帯状の透明電極３、４が形成されており、これらの電極３、４は互いに交差するように向かい合わされている。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マスク蒸着するか、ＩＴＯ膜を全面形成した後、フォトリソグラフィ法でパターニングすればよい。
（絶縁性薄膜）
原理上必須のものではないが、電極間の短絡を防止したり、液晶表示素子のガスバリア性に対する信頼性を向上させたりするために、透明電極３、４の少なくとも一方に絶縁性薄膜５が形成されていることが好ましい。絶縁性薄膜５としては、例えば、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成る無機膜やポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の有機膜を例示できる。これらの材料を用いて蒸着法、スピンコート法、ロールコート法などの公知の方法によって形成することができる。さらに、絶縁性薄膜５は高分子構造物１０に用いる高分子樹脂と同じ材料を用いて形成することもできる。
（配向膜）
配向膜７を用いることにより、素子の安定化をより確実に行うことが可能である。配向膜７が形成される場合、透明電極３、４上に絶縁性薄膜５が形成されているときは当該絶縁性薄膜５上に、透明電極３、４上に絶縁性薄膜５が形成されていないときは透明電極３、４上に形成される。配向膜７としては、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂等の有機膜や、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の無機膜が例示される。これらの材料を用いて形成した配向膜７は、ラビング処置等を施してもよい。さらに、配向膜７は高分子構造物１０に用いる高分子樹脂と同じ材料を用いて形成することもできる。
（スペーサー）
一対の基板間には、該基板間のギャップを均一に保持するためのスペーサー１３が設けられる。スペーサー１３としては、樹脂製または無機酸化物製の球体を例示できる。例えば、ボール状のガラスやセラミックス粉、あるいは有機材料からなる球状粒子が挙げられる。また、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ーも好適に用いられる。なお、基板１、２間のギャップをより均一に保持するためには、図１に示すように、スペーサー１３と高分子構造物１０との両方を設けることが好ましいが、いずれか一方のみを設けてもよい。スペーサー１３の直径は高分子構造物１０を形成する場合はその高さ以下、好ましくは当該高さに等しい。高分子構造物１０を形成しない場合はスペーサー１３の直径がセルギャップの厚み、すなわち液晶組成物からなる液晶層１１の厚みに相当する。
（液晶層）
液晶層１１はコレステリック相を示す液晶（コレステリック液晶とも言う）に自己組織型ゲル化剤を含有させた液晶組成物からなるものである。

本発明でいう自己組織型ゲル化剤とは、化学反応を行わずにゲル化剤分子間に網目構造を形成することが可能なゲル化剤のことをいう。すなわち、このようなゲル化剤は分子中に極性基などの極性を発現する部位を有し、この部位で発現される極性を介してゲル化剤分子間で水素結合などを形成することによりゲル化剤分子の網目構造を形成している。従って、液晶組成物中に自己組織型ゲル化剤を均一に分散させておくことにより、液晶組成物中にはゲル化剤の網目構造が均等に形成されることになるので、局所的に粘度のばらつきを有さない高品質の液晶材料を提供することが可能である。その結果、液晶組成物中の網目構造の密度にばらつきがないので液晶材料中に透過した光が当方的に散乱され易くなり、白地性が良くなるものと推測される。

本発明においては、かかる液晶組成物は、得られる表示素子の選択反射のピーク波長が５００〜７００ｎｍ、特に５５０〜６５０ｎｍとなるように、当該液晶組成物の含有成分および含有割合を調整して、調製されることが好ましい。ピーク波長が５００ｎｍ未満であったり、または７００ｎｍを超えると、プレーナー時の反射率が低下するために高コントラストを達成することが困難になる。

本明細書中、白地性は以下の方法によって得られた距離（ｄ）の値を用いて評価している。

プレーナー状態の表示素子から分光分布曲線を測定し、当該分光分布曲線から色度座標（ｘ，ｙ）を求め、Ｄ６５標準（白色：ｘ＝０．３１２７，ｙ＝０．３２９）からの距離（ｄ）を算出する。この距離（ｄ）をもって白地性を評価している。距離（ｄ）は白さを表すひとつのパラメーターであり、距離（ｄ）が小さいほど白色であることを示す。

本実施形態において使用されるゲル化剤は自己組織型に属するものであり、詳しくはＵＶ照射等の他の手段なしに、当該ゲル化剤を添加・混合するだけで、自ら組織化し、擬似網目構造を形成し得るものである。自己組織型のゲル化剤を添加することにより、他の手段なしに、添加前よりもコレステリック液晶の流動性を低下させて、当該粘度を増大させ得る。そのような自己組織型のゲル化剤を含有させるため、本実施形態の液晶表示素子は長期にわたって、良好な白黒表示が可能でかつ初期の表示色および優れたコントラストを維持可能であるという顕著な効果が得られる。そのような効果が得られる詳細なメカニズムは明らかではないが、ゲル化剤分子が液晶組成物中において分子レベルで均一に分散され易く、水素結合による擬似網目構造を形成するため、当該網目構造がより細かな緻密性と適度な柔軟性とを有することに基づくものと考えられる。また、広い波長域にわたって反射率を向上させる方法に比べると、セルギャップを厚くする必要がないので低い印加電圧で駆動が行え、材料選択にも制約が少ない。さらに、自己組織型ゲル化剤を添加しない素子に比べて広視野角表示が行えるという特徴も有している。

自己組織型ゲル化剤は自己分子間で水素結合を形成可能な有機化合物であり、例えば、少なくとも分子間水素結合性基を有する有機化合物、好ましくは分子間水素結合性基およびアルキレン基を有する有機化合物が挙げられる。分子間水素結合性基とともにアルキレン基を有する有機化合物を自己組織型ゲル化剤として使用するとアルキレン基同士の分子間力によって擬似網目構造の形成が促進される。

分子間水素結合性基は例えば、アミド結合基（−ＮＨＣＯ−）等が挙げられる。分子間水素結合性基は分子内に１個以上、好ましくは２個以上含有されることが望ましい。

本発明に係る自己組織型ゲル化剤は、一般式（１）で表されるものであり、一般式（１）中、Ａ₁とＡ₂は、分岐基を有するアルキル基であることが好ましい。

一般式（１）において、シクロヘキサン環の置換位置は実験例では１位と２位になっているが、１位と２位に限定されるものではない。また、シクロヘキサン環に結合しているジアミドは、トランス構造でもシス構造でもよい。

また、一般式（１）中、Ａ₁とＡ₂は、独立して一般式（２）で表されるアルキル基であることがより好ましい。一般式（２）中、Ｘ、Ｙ及びＺはそれぞれ０又は自然数を表す。アルキル基は長鎖アルキル基であり、好ましくは長鎖アルキル基（−（ＣＨ₂）_n−）は直線状ではなく、少なくとも一部で枝分れしているものが望ましい。アルキル基が枝分れすることで散乱光の量が増すためである。アルキル基の炭素数は、Ｘ＋Ｙが０以上の２価飽和炭化水素基である。アルキル基は分子内に好ましくは２個以上含有されることが望ましい。好ましくは、Ｘ＋Ｙが０以上２０以下であることがよりその効果が大きく望ましい。さらに好ましくは、Ｘ＋Ｙが５以上１０以下であることがよりその効果が大きく望ましい。一般式（２）において、分岐部の炭素は不斉炭素でもよく、また、そうでなくてもよい。

自己組織型ゲル化剤は少なくとも分子間水素結合性基、好ましくは分子間水素結合性基およびアルキレン基を有する有機化合物であり上記構造を示す限り、その構造は特に制限されない。

そのような自己組織型ゲル化剤として、例えば、下記式（３）〜（１４４）で表される化合物等が挙げられる。

これらの化合物は公知の合成方法に従って合成することができる。

自己組織型ゲル化剤の含有量は本発明の目的を達成できる限り特に制限されるものではなく、例えば、コレステリック液晶および自己組織型ゲル化剤の合計量に対して０．５〜４．０質量％が好ましい。この範囲に設定されると、黒表示時のＹ値を低減することができ、結果としてコントラストをより有効に向上できる。Ｙ値についての詳細は、後述する。

自己組織型ゲル化剤が含有されるコレステリック液晶は室温においてコレステリック相を示すものであり、特にネマチック液晶とカイラル剤からなるカイラルネマチック液晶が好ましい。

ネマチック液晶としては、特に制限されず、従来から液晶表示素子の分野で知られているネマチック液晶が使用可能である。そのようなネマチック液晶材料としては、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、液晶性トラン化合物、液晶性フェニルシクロヘキサン化合物、液晶性ターフェニル化合物、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挙げられる。

カイラル剤としては、液晶表示素子の分野で従来から知られている種々のものが使用可能である。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。

カイラル剤の含有量は、特に制限されず、通常、コレステリック液晶および自己組織型ゲル化剤の合計量に対して３〜４０質量％である。

液晶組成物には、紫外線吸収剤等の添加剤をさらに添加してもよい。

紫外線吸収剤は、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ものである。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。添加量は、コレステリック液晶および自己組織型ゲル化剤の合計量に対して、５質量％以下、好ましくは３質量％以下である。

このような液晶組成物は各材料を所定の比率で混合して得られる。

液晶組成物は所望により、イオン交換樹脂や吸着剤等と接触させて精製を行ない水分や不純物を除去した後で、素子の製造に用いるとよい。
（シール材）
シール材１２は液晶組成物１１が基板１、２の間から外に漏れないように封入するためのものであり、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは光硬化性接着剤等を使用することができる。
（高分子構造物）
高分子構造物１０は、円柱状体、楕円柱状体、四角柱状体など、形状はどのようなものでもよく、また、その配置はランダムであってもよいし、格子状などの規則性を有するものであってもよい。このような高分子構造物１０を設けることにより、基板１、２間のギャップを一定に保つことが容易になり、また、液晶表示素子自身の自己保持性を高めることができる。特に、ドット形状の高分子構造物１０を一定間隔で配置すると、表示性能を均一化しやすい。高分子構造物１０の高さはセルギャップの厚み、すなわち液晶組成物からなる液晶層１１の厚みに相当する。液晶層１１を挟持する基板としてフレキシブルな樹脂製基板を用いる場合に高分子構造物１０を設けることが特に効果的である。

高分子構造物１０を形成するには、紫外線硬化型モノマーからなるホトレジスト材料などの光硬化性樹脂材料を用いて、所望の厚さで基板１、２の最表面膜（絶縁性薄膜５、配向膜７）に塗布し、これにマスクを通して紫外線を照射するなどしてパターン露光を行い、未硬化部分を除去するいわゆるフォトリソグラフィ法を用いることができる。

また、熱可塑性樹脂を適当な溶剤に溶かした樹脂材料などを用いて、熱可塑性樹脂からなる高分子構造物１０を形成してもよい。この場合、スクリーン版やメタルマスク等を用いて熱可塑性樹脂材料をスキージで押し出すことにより基板上に印刷を行う印刷法や、デイスペンサ法やインクジェット法などの、樹脂材料をノズルの先から基板上に吐出して形成する方法、あるいは、樹脂材料を平板あるいはローラー上に供給した後、これを基板１、２表面に転写する転写法などにより高分子構造物１０を配置することができる。
（散乱層）
散乱層（図示せず）を基板１の表面（図中、上面）または／および基板２と可視光吸収層９との間に設けてもよい。散乱層を設けることによって、白表示時の散乱度合いが上がり、白地性が向上する。散乱層としては、例えば、製品名ＦＴ−０１４（ポラテクノ社製）などが挙げられる。

液晶表示素子におけるセルギャップの厚み、すなわち液晶組成物からなる液晶層１１の厚みは、大きくなるほど白表示時の反射率は大きくなるが、駆動電圧や黒表示時の反射率も大きくなる。よって、本発明においてセルギャップの厚みは２〜５０μｍであってよいが、３〜１５μｍが好ましい。そのような好ましい範囲とすることにより、比較的低い印加電圧でも高コントラストを達成できるという本発明の効果をより有効に得ることができるためである。
（製造方法）
本発明の好適な実施形態である液晶表示素子の製造方法は、自己組織型ゲル化剤を含有するコレステリック液晶を加熱した状態で液晶空セル中に真空注入する方法であるが、貼り合せ滴下法を用いても良い。

液晶組成物の封入に際しては、以下の方法を採用すればよい。

加熱された液晶組成物を液晶表示素子の空セルに真空注入し、その後注入孔を塞ぐ。液晶組成物は熱可逆性である。液晶表示素子の空セルは、液晶表示素子の上記所定の構成部材が形成された２枚の基板を、それらの部材形成面が互いに対向するように重ね合わせて加熱または／および加圧することにより作製可能である。加熱により液晶組成物が流動性を増すので、基板１、２間への注入や基板１、２上への液晶層１１の形成が短時間で容易に行える。
（表示方法）
以上の構成からなる液晶表示素子では、透明電極３、４に駆動回路２０からパルス電圧を印加することで表示が行われる。例えば、液晶層１１をプレーナー状態とフォーカルコニック状態との間で切り替えることによって表示を行うＰＬ−ＦＣ駆動方式を採用してもよいし、または液晶層１１をプレーナー状態とホメオトロピック状態との間で切り替えることによって表示を行うＰＬ−Ｈｏｍｅｏ駆動方式を採用してもよい。

例えば、ＰＬ−ＦＣ駆動方式では、比較的高いエネルギーのパルス電圧を印加することで、液晶がプレーナー状態となり、液晶分子のらせんのピッチと屈折率に基づいて決まる波長の光を選択的に反射する。一方、比較的低いエネルギーのパルス電圧を印加することで、液晶がフォーカルコニック状態となり、透明状態となる。いくつかの駆動波形が提案されており、例えば、比較的低い電圧を長く印加することで液晶をフォーカルコニック状態にリセットした後に所望の部分のみプレーナ状態に変化させる駆動波形、高い電圧を印加した状態から急激に電圧をオフすることによって液晶をプレーナ状態にリセットした後に所望の部分のみフォーカルコニック状態に変化させる駆動波形、リセットパルスを印加し液晶をホメオトロピック状態にした後、最終的に得ようとする表示状態に応じた大きさの選択パルスを印加し、最後に選択した状態を確立するためのパルスを印加する３つのステージからなる駆動波形などを採用することができる。これらの駆動方式では液晶表示素子のメモリー性を利用して電圧印加停止後も表示を維持することができる。なお、可視光吸収層９を設けると、フォーカルコニック状態では黒色を表示することになる。

また例えば、ＰＬ−Ｈｏｍｅｏ駆動方式では、高い電圧を印加した状態から急激に電圧をオフするなどしてプレーナ状態を実現する一方、高い電圧を印加し続けることにより液晶をホメオトロピック状態に保つ。ホメオトロピック状態での透明度がフォーカルコニック状態のそれよりも高くなり、コントラスト向上に有利ではある（可視光吸収層９を設けるとホメオトロピック状態ではやはり黒色を呈する）が、表示を維持するために電圧を印加し続ける必要がある。

以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。
１．試料の作製
以下、「部」は「質量部」を意味するものとする。
（１）実施例１〜３、及び、比較例１と３の作製
ネマチック液晶（ＢＬ０３５；メルク社製）６０部、式（１４５）で表されるカイラル剤（ＭＬＣ６４２８；メルク社製）３８部、式（３）で表される自己組織型ゲル化剤２部を混合し、カイラルネマチック液晶組成物を作製した。

液晶組成物をギャップ５．５μｍのセルに注入後、フォトレック（積水化学社製）を用いて封止して、図３に示すような表示素子（但し、高分子構造物と絶縁性薄膜は省略）を作製した。なお、液晶素子を作製する際に使用した部材は以下の通りである。

基板：０．７ｍｍ厚ガラス
ＩＴＯシート抵抗値：１０Ω／□
配向膜
材質：可溶性ポリイミド（ＪＳＲ社製ＡＬ−２０２２）
厚み：６０ｎｍ
スペーサー；ミクロパール（平均粒径５．５μｍ）
（積水ファインケミカル社製）
シール材：スミライトＥＲＳ−２４００（主剤住友ベークライト社製）；ＥＲＳ−２８４０（硬化剤住友ベークライト社製）
作製した表示素子を実施例１とした。そして、実施例１で使用した式（３）で示す自己組織型ゲル化剤の代わりに、表１に示す各ゲル化剤を使用して液晶組成物を作製し、作製した液晶組成物を実施例１と同様の手順でギャップ５．５μｍのセルに注入して、実施例２、３を作製した。さらに、式（３）で示す自己組織型ゲル化剤の代わりに、下記に示す式（１４６）と式（１４７）で表される化合物を用いた他は上記と同様の手順で比較例１と３を作製した。

（２）実施例４〜７、及び、比較例２と４の作製
次に、ネマチック液晶（Ｅ４４；メルク社製）６０部、式（１４５）で表されるカイラル剤（ＭＬＣ６４２８；メルク社製）３８部、および式（３）で表される自己組織型ゲル化剤２部を混合し、カイラルネマチック液晶組成物を作製し、実施例１と同様の手順で作製した液晶組成物をギャップ５．５μｍのセルに注入して、表示素子を作製し、これを実施例４とした。そして、実施例４で使用した式（３）で示す自己組織型ゲル化剤の代わりに、表１に示す各ゲル化剤を使用して各液晶組成物を作製し、作製した液晶組成物を実施例４と同様の手順でギャップ５．５μｍのセルに注入して、実施例５〜７を作製した。さらに、式（３）で示す自己組織型ゲル化剤の代わりに、前述した式（１４６）と式（１４７）で表される化合物を用いた他は上記と同様の手順で比較例２と４を作製した。
２．評価方法
（１）コントラストの評価
プレーナ状態（着色時）及びフォーカルコニック状態（消色時）のＹ値からコントラストの評価を行った。評価は以下の手順で行った。

表示素子に対して図２に示すパルス（この駆動波形では前段のパルスで液晶を一旦プレーナ状態にリセットしている）を印加してＶ−Ｙ曲線を求めた。

詳しくは、図２のパルスにおける区間（Ｘ）の電圧（Ｖ）を±２０〜±５０Ｖまで変化させながら記載の測定ポイントでの素子の分光分布曲線（波長−反射率曲線）およびＹ値（Ｙ）を分光測色器（ＣＭ３７００ｄ；コニカミノルタ（株）社製）で複数回繰り返し測定してＶ（電圧の絶対値）−Ｙ（Ｙ値）曲線を作成した。

図４は、Ｖ−Ｙ曲線の一例を示すものである。Ｖ−Ｙ曲線において最大のＹ値（Ｙｍａｘ）を示す状態をプレーナー状態（ＰＬ）、最小のＹ値（Ｙｍｉｎ）を示す状態をフォーカルコニック状態（ＦＣ）とし、Ｙ値（ＰＬ）、Ｙ値（ＦＣ）とした。そして、コントラストをＹ値（ＰＬ）／Ｙ値（ＦＣ）で表した。なお、コントラストは、大きい方がよく、具体的には５以上である。
（２）白地性の評価
分光測色器（ＣＭ３７００ｄ；コニカミノルタ（株）社製）を用いて、ＰＬ状態の表示素子の分光分布曲線を測定し、この分光分布曲線から色度座標（ｘ、ｙ）を求め、求めた色度座標のＤ６５標準（白色：ｘ＝０．３１２７、ｙ＝０．３２９）からの距離（ｄ）を算出した。この距離（ｄ）をもって白地性を評価した。

距離（ｄ）は白さを表すひとつのパラメーターであり、距離（ｄ）が小さいほど白色であることを示すもので、以下のように評価し、ｄが０．０４以下のときを合格とした。

ｄ≦０．０４：ほぼ白と見なすことができる
０．０４＜ｄ＜０．０５：光源により白と見なされない場合がある
ｄ≧０．０５：明らかに黄色や緑と見なされる。

白表示には、０．０４以下の白地性が必要である。

なお、上記評価を行う際に使用する選択反射波長は、５８０ｎｍに設定して行った。

結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜７の液晶表示素子は、いずれもコントラストが５以上であり、かつ、白地性も０．０４以下であることが確認され、いずれも美しい白地画像とめりはりのある白黒の画像表示が行えるものであった。一方、比較例１〜４の液晶表示素子では十分な白地性が得られず、また、コントラストも本発明で実現されたようなめりはりのある画像が得られず、実用的なものではないことが確認された。

本発明の実施形態である液晶表示素子の一例の概略断面図である。実施例で用いた駆動波形の例を示す図である。実施例で用いた液晶表示素子の概略断面図である。

符号の説明

１、２基板
３、４透明電極
５絶縁性薄膜
７配向膜
８可視光吸収層
１０高分子構造物
１１液晶層（液晶組成物）
１２シール材
１３スペーサ
２０駆動回路

Claims

自己組織型ゲル化剤と、室温でコレステリック相を示す液晶と、を含有する液晶組成物において、前記自己組織型ゲル化剤が、下記一般式（１）で表される化合物であることを特徴とする液晶組成物。

（式中、Ａ₁、Ａ₂は、分岐基を有するアルキル基を表す。）
一般式（１）中のＡ₁とＡ₂とが、独立して下記一般式（２）で表されるアルキル基であることを特徴とする請求項１に記載の液晶組成物。

（式中、Ｘ、Ｙ及びＺはそれぞれ０又は自然数を表す。）
一般式（２）中のＸとＹの和が０以上２０以下であることを特徴とする請求項２に記載の液晶組成物。
前記自己組織型ゲル化剤の割合が、前記コレステリック相を示す液晶と前記自己組織型ゲル化剤の合計量に対して０．５〜４．０質量％であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の液晶組成物。
前記コレステリック相を示す液晶がネマチック液晶及びカイラル剤を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の液晶組成物。
前記液晶組成物の選択反射のピーク波長が５００〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液晶組成物。
請求項１乃至６の何れか１項に記載の液晶組成物からなる液晶層を基材上に有することを特徴とする液晶表示素子。