JP2007148232A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、駆動電圧を高くすることなく、また、簡易な駆動回路で、明るい表示が可能な経済的な液晶表示素子を提供することを目的とする。
【解決手段】第１及び第２のコレステリック液晶層は螺旋ねじれ方向が同一であり、第１及び第２のコレステリック液晶層のうち少なくとも一方の層はゲル化剤を含有すること。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示素子に関する。

液晶表示素子の分野においては、従来より、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コレステリック（カイラルネマティック）液晶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コレステリック（カイラルネマティック）液晶を挟持させておき、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、液晶をプレーナー（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。この中で、プレーナー（ＰＬ）状態は特定の波長の光を選択反射する性質を有している。

このコレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、コレステリック液晶の螺旋構造に基づく選択反射特性を使用しているので、反射は螺旋方向に一致した回転方向の円偏光に対してしか生じない。すなわち、右円偏光を反射する特性を持つと仮定すると、反射される光は右円偏光の内の螺旋ピッチに対応した特定波長の光に限られる。この時、左円偏光の光はすべて透過し、反射率はたかだか５０％が限界値であり、暗いという問題がある。

この問題を解決するために、螺旋ねじれ方向の異なるコレステリック液晶を積層し、上層で反射されずに透過した光を下層で反射する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。また、螺旋ねじれ方向が同じコレステリック液晶層を位相補償層（円偏光の方向を変換する層）を介して積層し、上層を透過してくる光の円偏光の方向を変えることで、下層で反射する方法（例えば、特許文献４参照。）も提案されている。
特開平９−２１８４２１号公報 特開平７−２８７２１４号公報 特開平１０−３１９３８５号公報 特開平１０−１４２５９３号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に開示された方法では、螺旋ねじれ方向が異なる液晶組成物を２種類準備する必要がありコスト高になる。また、同じネマティック液晶と互いに光学異性体であるカイラル剤を用いて調製した螺旋ねじれ方向のみ異なる１組の液晶組成物を使用した場合であれば、駆動特性は同じになり、駆動方法が簡略化されると思われるが、実際は用いたカイラル剤の純度（光学純度も含む）が異なるため、液晶組成物の物性が互いに同じとはならず、駆動電圧などの設定値を別々に設定して駆動する必要があり、駆動回路が複雑になってしまうという問題がある。

また、特許文献４に開示された方法では、組成物は１種類でいいが、位相補償層フィルムという特殊な光学フィルムを用いるため、高価なものとなっている。

本発明の目的は、以上のような問題に対し、駆動電圧を高くすることなく、また、簡易な駆動回路で、明るい表示が可能な経済的な液晶表示素子を提供することである。

本発明者は鋭意研究を重ねたところ、以下の手段により、前記課題を解決することができた。

請求項１に係る液晶表示素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板間に、室温でコレステリック相を示す液晶組成物を含有する第１及び第２の液晶層を積層してなる液晶表示素子において、前記一対の基板の少なくとも一方に電極が設けられ、前記第１及び第２の液晶層に含有されるコレステリック相を示す液晶組成物の螺旋ねじれ方向が同一であるとともに、前記第１及び第２の液晶層のうち少なくとも一方にゲル化剤を含有することを特徴とするものである。

請求項２に係る液晶表示素子は、請求項１に記載の液晶表示素子において、前記ゲル化剤層は、前記第１及び第２の液晶層のうち、観察側に配置された液晶層に含有されることを特徴とするものである。

請求項３に係る液晶表示素子は、請求項１または２に記載の液晶表示素子において、前記第１及び第２の液晶層を分離する分離シートを有し、前記分離シートはガラスまたは樹脂からなることを特徴とするものである。

請求項４に係る液晶表示素子は、請求項３に記載の液晶表示素子において、前記分離シートは、少なくとも一方の面、又は、内部に電極を有することを特徴とするものである。

請求項５に係る液晶表示素子は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の液晶表示素子において、前記液晶組成物が、ネマティック液晶材料とカイラル剤からなることを特徴とするものである。

請求項６に係る液晶表示素子は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の液晶表示素子において、前記第１及び第２の液晶層の選択反射のピーク波長が５００〜７００ｎｍの間に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項に記載の液晶表示素子において、前記第１の液晶層から反射される光の反射スペクトルと、前記第２の液晶層から反射される光の反射スペクトルとが、少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とするものである。

請求項８に係る液晶表示素子は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の液晶表示素子において、前記第１の液晶層の選択反射のピーク波長と前記第２の液晶層の選択反射のピーク波長との差が５０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

請求項９に係る液晶表示素子は、請求項１乃至８の何れか１項に記載の液晶表示素子において、前記第１及び第２の液晶層が略同一組成の液晶組成物からなることを特徴とするものである。

請求項１０に係る液晶表示素子は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の液晶表示素子において、前記一対の基板の少なくとも一方に垂直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１１に係る液晶表示素子は、請求項３乃至１０の何れか１項に記載の液晶表示素子において、前記分離シートの少なくとも一方の面に垂直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１２に係る液晶表示素子は、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の液晶表示素子において、前記第１及び第２の液晶層の対応する画素を同時に駆動する駆動回路を備えることを特徴とするものである。

本発明は、第１及び第２のコレステリック液晶層の螺旋ねじれ方向が同一であり、前記第１及び第２のコレステリック液晶層のうち少なくとも一方の層はゲル化剤を含有することにより、従来の積層型の場合に比べ、経済的で明るい液晶表示素子を提供することができる。

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間にコレステリック液晶組成物１１が挟持されてなる構造のものを２層積層したもので、上層を第１のコレステリック液晶層、下層を第２のコレステリック液晶層としたものである。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の上には垂直配向膜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はコレステリック液晶組成物１１をセル内部に封じこめるためのシール材である。３０は、第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層と接着するための透明接着層である。また光を入射させる側と反対側の第２のコレステリック液晶層の基板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、第２のコレステリック液晶層の基板２自体が可視光吸収性を有するものを用いても良い。

このような液晶表示素子において、第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層の液晶組成物の螺旋ねじれ方向を同じ方向のものを用い、且つ、少なくとも第１又は第２のコレステリック液晶層にゲル化剤を含有させることにより、位相補償層等を用いることなく、１層のコレステリック液晶表示素子よりも、より明るい表示素子を得ることができる。

この理由については、まだ良く理解されてはいないが、以下のように考えることができる。

例えば、上層の第１のコレステリック液晶層にゲル化剤が含まれている場合を考えると、入射した光は、ゲル化剤を含むコレステリック液晶層内部で光散乱し、偏光状態が解消され、また、ヘリカル軸がランダムに傾いているために選択反射される光の円偏光選択性が高くなくなっていることが考えられる。そのため、ゲル化剤を含んだ第１のコレステリック液晶層で反射されず、第２のコレステリック液晶層に入ってきた光は、偏光状態が解消された状態になっているので、下の層での選択反射がより効率的に起こる。

また、下の層の第２のコレステリック液晶層だけにゲル化剤が含まれる場合は、上の層で反射されなかった円偏光が下の層に入射した後、下の層の内部で、偏光状態の解消が起こるため、上層にゲル化剤を入れた構成より、やや劣るが、下の層でも効率的に選択反射が起こる。

ゲル化剤は、第１又は第２の液晶層、又は第１及び第２の液晶層に含まれていれば良いが、上層にある観察側の第１の液晶層に含まれているのが好ましい。この時、観察側とは、表示素子の表示内容を見る側のことを言う。

また、駆動回路を考えた場合、第１と第２のコレステリック液晶層の液晶組成物を同一のものにするのが良い。同一の組成とすることにより、駆動特性が同じになるため、駆動回路を共通化することができ、表示機器の小型化や低コスト化に有利である。

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、第２のコレステリック液晶層の基板２は、必ずしも透光性を有さなくても良い。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、好ましくはすべて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。
（電極構成、分離シート）
透明電極３、４としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：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（Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ）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、これらの透明電極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。また、駆動電源２０は、同一のものを２つ用いているが、一つを共通に用いても良い。

また、第１のコレステリック液晶層の基板２と第２のコレステリック液晶層の基板１とを共通にして、図４に示す透明な分離シート４０の表裏に電極４を形成し、また、第１と第２のコレステリック液晶層の画素に対応する電極同士を互いに接続することで、構成部品を少なくすることができる。これは、第１のコレステリック液晶層と第２にコレステリック液晶層の液層組成物１１が同じであるため、駆動特性が同じであることから、駆動回路を共通化できるためである。

分離シート４０の材料としては、透光性を有し、シート状に形成できるガラス又は樹脂からなるものであればよい。例えば、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を用いた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。

さらに図５のように透明な分離シート４０に電極４を形成し、１つの電極４で第１のコレステリック液晶層と第２のコレステリック液晶層を駆動することができ、より経済的な構成となる。
（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。
（垂直配向膜）
垂直配向膜７は、素子の安定化などのために、一対の基板１、２の少なくとも一方の面に設けておくことが良い。垂直配向膜７は、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。また、図５にある内部に電極４を形成した分離シート４０を用いる場合は、その表面の少なくとも一方の面に垂直配向膜を設けることが良い。垂直配向膜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垂直配向膜は、ラビング処置等を施してもよい。さらに、垂直配向膜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１、２間には、該基板１、２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）
液晶組成物１１はコレステリック液晶にゲル化剤を含有させた液晶組成物からなるものである。本実施形態においては、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、調製されることが良い。ピーク波長を５００〜７００ｎｍとすることにより、プレーナー状態の時に全ての可視光線が確実に反射されるようになり、良好な白地性を実現して高コントラストの白黒画像表示を可能にする。

また、第１と第２のコレステリック液晶層から反射される光の反射スペクトルは、部分的に重なり合っているのが良い。好ましくは、それぞれの選択反射のピーク波長の差が５０ｎｍ以下であることが良く、より好ましくはほぼ同じものが良い。第１と第２のコレステリック液晶層の選択反射の波長をほぼ同じものにするには、第１と第２の液晶組成物の組成をほぼ同じにすることで得ることが得きる。

このようにすることで、可視光線の反射をより多くすることができ、明るくコントラストの高い表示が可能になる。

本実施形態で使用されるゲル化剤は、化学構造式（Ｇ１）〜（Ｇ４１）で表されるものが好ましい。

これらのゲル化剤は、公知の合成方法に従って合成することができる。

ゲル化剤の含有量は本発明の課題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ゲル化剤の合計量に対して０．５〜４．０質量％が好ましい。

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、例えば、ネマティック液晶とカイラル剤からなるカイラルネマティック液晶が挙げられる。

ネマティック液晶としては、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ティック液晶が使用可能である。そのようなネマティ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。

具体的には、以下の化学構造式（Ｃ１）〜（Ｃ７）で表されるものが好ましい。

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１、２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フォ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ない、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の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。
（セルギャップ）
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が好ましいが、より好ましくは３〜１５μｍである。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、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１、２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間への注入や液晶層１１の形成が短時間で容易に行える。

このように作製したセルを２枚作製し、それぞれを透明な接着剤で接着すればよい。

また、このように作製した液晶表示素子の観察側もしくは背面側に、さらに螺旋ねじれ方向が同一もしくは逆で、選択反射波長の違うコレステリック液晶層を１層以上積層するようにしても良い。このようにすることにより、さらに別な色の表示が可能となる。
（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。第１及び第２のコレステリック液晶層を同じ液晶組成物にすれば、駆動回路２０を共通に用いることができる。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ー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ー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ー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。

以下に本発明の実施例を記載して説明するが、本発明は下記実施例によって制限されるものではない。
（素子の評価方法）
作製した表示素子の表示特性の評価は、以下のようにした。

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ー状態にリセットしている）を印加し、Ｖ−Ｙ曲線を求める。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）を分光測色計（ＣＭ３７００ｄ；コニカミノルタセンシング（株）社製）により複数回繰り返し測定し、Ｖ（電圧の絶対値）−Ｙ（Ｙ値）曲線を作成する。Ｖ−Ｙ曲線の一例を図３に示す。Ｖ−Ｙ曲線において最大のＹ値を示す状態をプレーナー状態（ＰＬ）、最小のＹ値を示す状態をフォーカルコニック状態（ＦＣ）とする。それらのときのＹ値をそれぞれＹ値（ＰＬ）、Ｙ値（ＦＣ）とする。この場合、コントラストはＹ値（ＰＬ）／Ｙ値（ＦＣ）で表すことができる。駆動電圧はＹ値がＹ値（ＰＬ）となったときの電圧とした。

また、同時にプレーナー状態（白表示状態）おける表示素子の分光分布曲線を測定した。白色度は測定した分光分布曲線からＣＩＥ１９３１表色系の色度座標（ｘ，ｙ）を求め、標準の光Ｄ６５（ｘ＝０．３１２７，ｙ＝０．３２９０）からの距離（ｄ）を次式により算出した。

この距離（ｄ）をもって白色度と呼んでいる。距離（ｄ）は白さを表すひとつのパラメーターであり、距離（白色度）が小さいほど白色であることを示す。
白色度（ｄ）については以下の知見が得られている。

ｄ≦０．０４以下：ほぼ白と見なすことが出来る
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
よって、ｄ≦０．０４に設定するのが良い。なお各値の測定温度は２５℃であった。
（実施例１）
ネマティック液晶（ＢＬ０３５；メルク社製）８１質量部と化学構造式（Ｃ７）で表されるカイラル剤１９質量部を加熱攪拌して均一な状態になった後冷却して、カイラルネマティック液晶組成物Ａ（選択反射波長６００ｎｍ）を得た。さらに液晶組成物Ａを９７質量部と化学構造式（Ｇ２）で表されるゲル化剤３質量部を混合したカイラルネマティック液晶組成物Ｂ（選択反射波長６００ｎｍ）を得た。

一方、以下のようにして空セルを作成した。ＩＴＯ電極を形成した０．７ｍｍ厚のガラス基板上に可溶性ポリイミド配向膜ＡＬ２０２２（ＪＳＲ社製）を印刷により形成した。

上記基板を対向させ、基板間にスペーサー（ミクロパール・積水ファインケミカル社製）を挟んで５．５μｍに調整し、シール材（スミライトＥＲＳ−２４００（主剤）−ＥＲＳ−２８４０（硬化剤）・住友ベークライト社製）で液晶注入部・空気排出部を除いてシールした。

以上のようにして作成した空セルを２枚用意し、一方には所定量の液晶組成物Ａを、もう一方には所定量の液晶組成物Ｂを、それぞれ加熱して等方相状態にして毛管現象で注入したあと冷却し、開口部をフォトレック（積水ファインケミカル社製）を用いて封止した。

これらのセルを透明粘着シートを用いて積層し、液晶表示素子とした。

さらに液晶組成物Ａを注入したセルの側に黒色の光吸収体を設け、図６に示す構成の液晶表示素子を作製した。

得られた表示素子の表示特性を測定したところ、以下のとおりであった。
・Ｙ値（ＰＬ；白表示状態）：１５．２
・Ｙ値（ＦＣ；黒表示状態）：３．１
・コントラスト比（ＣＲ比）：４．９
・駆動電圧：５９Ｖ（上層・下層とも同じ）
（実施例２）
ネマティック液晶（ＢＬ００６；メルク社製）８４質量部、カイラル剤（化学構造式（Ｃ６）で表される化合物および化学構造式（Ｃ２）で表される化合物の２：１混合物）１５質量部、および化学構造式（Ｇ３６）で表されるゲル化剤１質量部を用いて調製したカイラルネマティック液晶組成物Ｃ（選択反射波長６００ｎｍ）を得た。

一方、実施例１と同様にして作成した空セルを２枚用意し、所定量の液晶組成物Ｃを加熱して等方相状態にして毛管現象で注入したあと冷却し、開口部をフォトレック（積水ファインケミカル社製）を用いて封止した。

これらのセルを透明粘着シートを用いて積層し、液晶表示素子とした。

さらに黒色の光吸収体を設け、図６に示す構成の液晶表示素子を作製した。
得られた表示素子の表示特性を測定したところ、以下のとおりであった。
・Ｙ値（ＰＬ；白表示状態）：２５．６
・Ｙ値（ＦＣ；黒表示状態）：５．４
・コントラスト比（ＣＲ比）：４．７
・駆動電圧：５５Ｖ（上層・下層とも同じ）
（実施例３）
ネマティック液晶（ＢＬ００６；メルク社製）８３質量部、カイラル剤（化学構造式（Ｃ６）で表される化合物および化学構造式（Ｃ２）で表される化合物の２：１混合物）１６質量部、および化学構造式（Ｇ２１）で表されるゲル化剤１質量部を用いて調製したカイラルネマティック液晶組成物Ｄ（選択反射波長５７０ｎｍ）を得た。

一方、以下のようにして空セルを作成した。ＩＴＯ電極を形成した０．１ｍｍ厚のＰＣ（ポリカーボネート）フィルム上に可溶性ポリイミド配向膜ＡＬ２０２２（ＪＳＲ社製）を印刷により形成した。上記基板を対向させ、基板間にスペーサー（ミクロパール・積水ファインケミカル社製）を挟んで５．５μｍに調整し、シール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）で液晶注入部・空気排出部を除いてシールした。

以上のようにして作成した空セルを２枚用意し、所定量の液晶組成物Ｄを加熱して等方相状態にして毛管現象で注入したあと冷却し、開口部をフォトレック（積水ファインケミカル社製）を用いて封止した。

これらのセルを透明粘着シートを用いて積層し、液晶表示素子とした。

さらに黒色の光吸収体を設け、図６に示す構成の液晶表示素子を作製した。
得られた表示素子の表示特性を測定したところ、以下のとおりであった。
・Ｙ値（ＰＬ；白表示状態）：２７．８
・Ｙ値（ＦＣ；黒表示状態）：６．５
・コントラスト比（ＣＲ比）：４．３
・駆動電圧：５６Ｖ（上層・下層とも同じ）
（実施例４）
実施例３において、空セルの作製方法を以下のようにした。ＩＴＯ電極を形成した０．１ｍｍ厚のＰＣ（ポリカーボネート）フィルム上に可溶性ポリイミド配向膜ＡＬ２０２２（ＪＳＲ社製）を印刷により形成し、基板１とした。また、内部に電極を形成した０．２ｍｍ厚のＰＣフィルム上に可溶性ポリイミド配向膜ＡＬ２０２２（ＪＳＲ社製）を印刷により形成し、基板４０とした。基板４０を２枚の基板１で挟む構造にし、それぞれの基板間にスペーサー（ミクロパール・積水ファインケミカル社製）を挟んで５．５μｍに調整した。また、シール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）で液晶注入部・空気排出部を除いてシールした。このようにして、基板４０の上下に空セルを形成した。

以上のようにして作成した空セルに、所定量の液晶組成物Ｄを加熱して等方相状態にして毛管現象で注入したあと冷却し、開口部をフォトレック（積水ファインケミカル社製）を用いて封止した。

さらに黒色の光吸収体を設け、図５に示す構成の液晶表示素子を作製した。
得られた表示素子の表示特性を測定したところ、以下のとおりであった。
・Ｙ値（ＰＬ；白表示状態）：２８．８
・Ｙ値（ＦＣ；黒表示状態）：６．６
・コントラスト比（ＣＲ比）：４．４
・駆動電圧：５６Ｖ（上層・下層とも同じ）
（比較例１）
実施例１と同様にして作成した空セルを１枚用意し、所定量の液晶組成物Ｂを加熱して等方相状態にして毛管現象で注入したあと冷却し、開口部をフォトレック（積水ファインケミカル社製）を用いて封止した。

さらに黒色の光吸収体を設け、単層構成の液晶表示素子を作製した。

得られた表示素子の表示特性を測定したところ、以下のとおりであった。
・Ｙ値（ＰＬ；白表示状態）：６．８
・Ｙ値（ＦＣ；黒表示状態）：１．６
・コントラスト比（ＣＲ比）：４．３
・駆動電圧：５９Ｖ
（比較例２）
実施例１と同様にして作成した空セルを２枚用意し、所定量の液晶組成物Ａを加熱して等方相状態にして毛管現象で注入したあと冷却し、開口部をフォトレック（積水ファインケミカル社製）を用いて封止した。

これらのセルを透明粘着シートを用いて積層し、液晶表示素子とした。

さらに黒色の光吸収体を設け、図６に示す構成の液晶表示素子を作製した。

得られた表示素子の表示特性を測定したところ、以下のとおりであった。
・Ｙ値（ＰＬ；白表示状態）：１２．７
・Ｙ値（ＦＣ；黒表示状態）：２．４
・コントラスト比（ＣＲ比）：５．３
・駆動電圧：５９Ｖ（上層・下層とも同じ）
以上の結果から、実施例１と比較例１から、比較例１の単層構成に比べ本実施例のように上層の第１のコレステリック液晶層にゲル化剤を含有させ、下層の第２のコレステリック液晶層の螺旋ねじれ方向を第１のコレステリック液晶層と同じにすることにより、より明るい液晶表示素子を得ることができると言える。

また、実施例１と比較例２から、実施例１のようにゲル化剤を含有させることで明るくなることが分かる。

さらに、実施例１〜４より、第１及び第２の駆動回路を共通にすることができ、経済的な構成を取ることができる。

実施例２からは、第１及び第２のコレステリック液晶層にともにゲル化剤を入れた場合でも良好な明るさを表示できることが分かる。実施例３では、透明基板に樹脂フィルムを用い、選択反射波長が実施例１に比べ変化した場合でも、良好な明るさを示すことが分かる。

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。 実施例で作成されたＶ−Ｙ曲線の一例を示す図である。 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。 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 垂直配向膜
９ 可視光吸収層
１０ 高分子構造物
１１ 液晶組成物
１２ シール材
１３ スペーサー
２０ 駆動回路
４０ 分離シート

Claims (12)

1. 少なくとも一方が透明な一対の基板間に、室温でコレステリック相を示す液晶組成物を含有する第１及び第２の液晶層を積層してなる液晶表示素子において、
   前記一対の基板の少なくとも一方に電極が設けられ、
   前記第１及び第２の液晶層に含有されるコレステリック相を示す液晶組成物の螺旋ねじれ方向が同一であるとともに、
   前記第１及び第２の液晶層のうち少なくとも一方にゲル化剤を含有することを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記ゲル化剤は、前記第１及び第２の液晶層のうち、観察側に配置された液晶層に含有されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１及び第２の液晶層を分離する分離シートを有し、前記分離シートはガラスまたは樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記分離シートは、少なくとも一方の面、又は、内部に電極を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
5. 前記液晶組成物が、ネマティック液晶材料とカイラル剤からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の液晶表示素子。
6. 前記第１及び第２の液晶層の選択反射のピーク波長が５００〜７００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液晶表示素子。
7. 前記第１の液晶層から反射される光の反射スペクトルと、前記第２の液晶層から反射される光の反射スペクトルとが、少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の液晶表示素子。
8. 前記第１の液晶層の選択反射のピーク波長と前記第２の液晶層の選択反射のピーク波長との差が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の液晶表示素子。
9. 前記第１及び第２の液晶層が略同一組成の液晶組成物からなることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の液晶表示素子。
10. 前記一対の基板の少なくとも一方に垂直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９の何れか１項に記載の液晶表示素子。
11. 前記分離シートの少なくとも一方の面に垂直配向膜が設けられていることを特徴とする請求項３乃至１０の何れか１項に記載の液晶表示素子。
12. 前記第１及び第２の液晶層の対応する画素を同時に駆動する駆動回路を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の液晶表示素子。

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