JP4032830B2 - 液晶表示素子および電子教科書 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カイラルネマチック液晶層を備え、無電源で表示を長期間維持できるメモリ性を有する液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＴＮ、ＳＴＮ、ＴＦＴなどの液晶表示素子が実用化されている。他に、高速応答性・メモリ性に特徴がある強誘電性・反強誘電性液晶表示素子や、カラー化で注目されるゲスト・ホスト表示素子などの実用化も検討されている。
【０００３】
同様に、コレステリック液晶またはカイラルネマチック液晶による液晶表示素子（カイラルネマチックＬＣＤともいう。）が知られている。カイラルネマチックＬＣＤはメモリ性を有し、表示を保持する状態では全く電力を消費しないことから、次世代の液晶表示素子として注目され、その実用化が検討されている。
【０００４】
カイラルネマチックＬＣＤの基本的な動作原理は以下の通りである。カイラルネマチックＬＣＤの液晶層は少なくとも安定な２状態の間を遷移可能であり、入射光の一部を反射する液晶配列状態（プレナー状態とも呼ばれる。以下、ＰＬという。）または反射を示さず微散乱状態を呈する液晶配列状態（フォーカルコニック状態、以下、ＦＣという。）を示す。電圧印加を停止した後の無電界状態であっても、カイラルネマチックＬＣＤの液晶層の配列状態が保持される。
【０００５】
ＰＬは以下のようにして形成される。カイラルネマチック液晶をホメオロピック液晶配列（ＨＯと呼ぶ）にする高い電圧Ｖ₁を印加した後（図１（Ａ）参照）、その電圧を遮断する。すると、ほぼ一定のピッチを持つねじれ構造のねじれ方向と垂直方向の配向軸（ヘリカル軸と呼ぶ）がほぼ電極基板と垂直方向にそろう。その配列状態が理想的に整列した状態が完全ＰＬである（図１（Ｂ）参照）。通常は、液晶ドメインの各ヘリカル軸は液晶層全体で一定のばらつきを有している（図１（Ｃ）参照）。
【０００６】
このとき、カイラルネマチック液晶層は、液晶のねじれ方向と同一方向の円偏光を選択反射せしめる状態とすることができる。その際、選択反射される光の波長域は使用されるカイラルネマチック液晶層の物性によってほぼ決定される所定の波長域を有している。
【０００７】
液晶ドメインのピッチ（Ｐ）と、基板面に平行な方向の断面における液晶の平均屈折率（ｎ_AVG）とによって、選択反射光の波長域の中心波長（λ_CEN）が決定される。なお、ピッチＰはカイラルネマチック液晶を形成する、ネマチック液晶およびカイラル材の種類と混合比とによって主に決定される。用いる材料によってカイラルネマチック液晶層の物性が決まり、それに応じて選択反射光の諸特性も決まる。通常、選択反射光は波長に対してほぼ単峰性の特性を示す（図７参照）。図７中、Ｌｃｅｎで示すのが中心波長である。
【０００８】
従来技術では、選択反射光を可視域に設定し、その光量をコントロールすることで液晶光学素子として用いることもできるが、選択反射光の反射帯域に限界があるため反射光が色づいてしまい、白表示を行うことができなかった。
【０００９】
一方、選択反射光の中心波長を実質的に可視外の領域に設定すると、観察者はカイラルネマチック液晶層による選択反射光を視認しない。よって、液晶表示素子として求められる光学的な動作をさせる上で、カイラルネマチック液晶層をほぼ透明な層として使用できる。
【００１０】
特公昭５７−４９９１４号公報には、赤外光を選択反射せしめるカイラルネマチック液晶層を準備し、可視域の帯域で「透過・散乱」の動作モードを呈する液晶表示素子が示されている。基板面と液晶層との界面には、ジメチルジクロロシランのようなシランカップリング剤を使用し、界面の疎水化処理を行なって、液晶分子を垂直配向させる構成を採用している。この従来例では、応答時間を低減せしめるために、界面の配向制御を行なっている。
【００１１】
また、特願２００１−３７３２７４に記載したとおり、選択反射光を可視外に設定し、一対の偏光板に挟んだり、偏光板や位相差板、光学反射板を組み合わせて、良好な白黒表示を行うことができる。すなわち、一対の透明電極付き基板間にカイラルネマチック液晶層を挟持してなる液晶表示素子において、前記透明電極の少なくとも一方の上に、ラビング処理が施されたプレチルト角６０°以上の樹脂膜がカイラルネマチック液晶層に接するよう設けられ、赤外域の光の波長が選択反射され得るカイラルネマチック液晶層を用いることで、配向欠陥を著しく減らすとともに液晶分子の配向を安定化し、良好な光学特性が得られる。特に反射型液晶表示素子として用いる場合には、観察面側に１枚の偏光板が配置され、裏面側に位相差板を介して反射面が配置され、カイラルネマチック液晶層によって赤外域の光が選択反射される状態で、観察面より入射されて前記反射面によって反射される反射光が前記偏光板によって吸収されてなる液晶表示素子が提供される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記反射型液晶表示素子は偏光板、透明電極付き表側基板、カイラルネマチック液晶層、透明電極付き裏側基板、位相差板および光学反射板から構成されるが、液晶層と光学反射板との距離が裏側基板と位相差板との厚さの合計とほぼ等しいため、その距離はガラス基板では０．７ｍｍ〜１．１ｍｍ程度あった。特に、斜めから見た場合には液晶層で表示される像と、液晶層を一旦通過して光学反射板で反射した後に表示される像とが二重に見え、視差を生じるため、読みづらいといった問題点が高解像度や大画面の表示素子において顕著であった。
【００１３】
本発明の目的は、良好な白黒表示ができ、コントラストの良好な、安定したメモリ性を有する新規な反射型液晶表示素子を提供することにある。さらに、斜めから見たときの画素ずれ（視差）のない、明るい反射型液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の態様１は、偏光板、位相差板、透明電極付き表側基板、カイラルネマチック液晶層、電極と光学反射板とを備えた裏側基板の順に配置されてなる液晶表示素子であって、
カイラルネマチック液晶層は、入射光が選択反射されて選択反射光が生じせしめられる第一の状態と、入射光が散乱せしめられる第二の状態とを有し、
選択反射光に赤外域または紫外域の波長が含まれ、
第一の状態の場合に、偏光板と位相差板との組み合わせにより楕円偏光または円偏光が表側基板を通して、カイラルネマチック液晶層に入射せしめられ、裏側基板の光学反射板で反射され、カイラルネマチック液晶層を透過した可視光が、位相差板でその偏光方向が変化せしめられ、偏光板によって吸収され、
第二の状態の場合に、偏光板と位相差板との組み合わせにより楕円偏光または円偏光が表側基板を通して、カイラルネマチック液晶層に入射せしめられ、カイラルネマチック液晶層で散乱された可視光の一部または全部が偏光板を透過する液晶光学素子を提供する。
【００１５】
本発明の態様２は、液晶層と光学反射板との距離が０．５ｍｍ以下である上記態様１に記載の液晶表示素子を提供する。
【００１６】
本発明の態様３は、
偏光板と位相差板との間、または位相差板と表側基板との間、またはカイラルネマチック液晶層と裏側基板との間に拡散層を有することを特徴とする上記態様１または２に記載の液晶表示素子を提供する。
【００１７】
本発明の態様４は、
少なくとも一方の電極の上にプレチルト角が６０度以上の樹脂膜が設けられ、樹脂膜にはラビング配向面が設けられ、
カイラルネマチック液晶層とラビング配向面が接するよう配置され、
選択反射光に赤外域の波長が含まれることを特徴とする
上記態様１，２または３に記載の液晶表示素子を提供する。
【００１８】
本発明の態様５は、
直線偏光を円偏光に変換する機能を有する位相差板を用いることを特徴とする上記態様１，２，３または４に記載の液晶表示素子を提供する。
【００１９】
本発明の態様６は、位相差板として４分の１波長板と２分の１波長板とを組み合わせて用いることを特徴とする上記態様１，２，３，４または５に記載の液晶表示素子を提供する。
【００２０】
本発明の態様７は、裏側基板に備えられる電極と光学反射板とが絶縁層を介して構成されることを特徴とする上記態様１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子を提供する。
【００２１】
本発明の態様８は、選択反射光の中心波長が０．７〜１．２μｍである上記態様１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子を提供する。
【００２２】
本発明の態様９は、選択反射光の中心波長が０．２〜０．３８μｍである上記態様１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子を提供する。
【００２３】
本発明の態様１０は、上記態様１〜９のいずれか１項に記載の液晶表示素子を備えた電子教科書を提供する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明において、液晶表示素子は偏光板、位相差板、透明電極付き表側基板、カイラルネマチック液晶層、電極と光学反射板とを備えた裏側基板の順に配置されてなり、カイラルネマチック液晶層は、入射光が選択反射されて選択反射光が生じせしめられる第一の状態と、入射光が散乱せしめられる第二の状態とを有し、選択反射光に赤外域または紫外域の波長が含まれ、第一の状態の場合に、偏光板と位相差板との組み合わせにより楕円偏光または円偏光が表側基板を通して、カイラルネマチック液晶層に入射せしめられ、裏側基板の光学反射板で反射され、カイラルネマチック液晶層を透過した可視光が偏光板によって吸収されてなるようにする。
【００２５】
カイラルネマチック層としては、カイラルネマチック液晶そのものを用いることもできるし、双安定に達するまでの時間を短くするためには液晶性を有するモノマーをカイラルネマチック液晶に混合して、紫外光や可視光、電子線、熱などの手段で配向状態において硬化させたものを用いることもできる。
【００２６】
第一の状態はＰＬ配向であり、選択反射光は可視域外である赤外線または紫外線の波長を含むため液晶層は実質的に透明である。偏光板と位相差板との組み合わせにより楕円偏光または円偏光をカイラルネマチック液晶層に入射すると、選択反射光が紫外光に相当するピッチである場合はほぼそのまま透過し、赤外光に相当するピッチである場合は楕円偏光の楕円率はほとんど変化せず旋光が起こる。そして、光学反射板において楕円偏光または円偏光の偏光方向が逆転するため、再度表側の偏光板に光が到達したときには光は偏光板に大部分が吸収される。
【００２７】
特に円偏光の場合に光がもっともよく吸収されるため、コントラストを高く保ちたい用途には、位相差板として、直線偏光板を円偏光板に変換できる機能を有する位相差板を用いることが好ましい。また、そのような位相差板としては四分の一波長板を用いることもできるし、さらに四分の一位相差板と二分の一位相差板とを組み合わせて用いると広い波長帯域で円偏光が得られるため着色を少なくすることができて好ましい。
【００２８】
なお、選択反射光には可視光も含まれ得るが、図７に示すような範囲で中心波長を設定すれば可視光の影響を少なくできる。また、表示コントラストをつけるために偏光板に吸収される光は可視光であり、その他の波長領域については必ずしも吸収されなくても良い。
【００２９】
第二の状態はＦＣ配向であり、選択反射は起こらない。液晶はドメインに分かれているため散乱が生じ、楕円偏光や円偏光をカイラルネマチック液晶層に入射した場合には偏光解消が起こる。したがって、ＰＬ配向の場合には吸収されていた光が、理想的には円偏光が無偏光に変換され、半分の光が偏光板を透過することとなる。
【００３０】
このようにして第一の状態と第二の状態とで明るさが大きく異なるため高コントラストの反射型液晶表示素子として利用できるようになる。また、コントラストをつけるための偏光板や位相差板が観察側にあるため、光学反射板を液晶層に接するか、非常に近い位置に設置でき、斜めから見たときの二重像（視差）を防止することができる。具体的には裏側基板上にアルミニウムや銀などで、光学反射板と電極が一体となった反射電極を直接設置するか、基板上に形成した光学反射板上にシリカやチタニアなどの無機層、または保護膜などの有機層からなる絶縁層を介してＩＴＯなどの透明電極を形成してもよい。液晶層と光学反射板との間の距離としては、具体的には０．５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、裏側基板上にはＩＴＯなどの透明電極を形成し、裏側基板下（裏側基板の外側）に光学反射板を形成することも可能である。本発明における電極と光学反射板とを備えた裏側基板の構成には上記の全ての場合を含ませることができる。
【００３１】
光学反射板や反射電極の反射特性としては鏡面反射性でも拡散反射性でもよいが、コントラストを重視する場合には鏡面反射性の反射層を用いることが好ましい。
【００３２】
また、表示時のぎらつきを抑えるためと明るさを増すために拡散層を設置することもできる。
【００３３】
拡散層は偏光板と位相差板との間、または位相差板と透明電極付き表側基板の間、またはカイラルネマチック液晶層と裏側基板との間に設けることができる。液晶層と裏側基板との間に設置する場合は反射電極そのものを、拡散反射性を持つものとしてもよい。ただし、拡散性が強すぎるとコントラストが大幅に低下するため、拡散性は弱いものとする。
【００３４】
図２に液晶として選択反射波長が赤外域の液晶を用いた本発明の一例を模式的に示す。液晶表示素子１０は偏光板６、位相差板７、透明電極付き表側基板（１Ｆ＋２Ｆ）、カイラルネマチック液晶層５、電極と光学反射板とを備えた裏側基板（２Ｒ＋８＋１Ｒ）の順に配置されてなり、たとえば、ネマチック液晶としてメルク社製ＭＪ００４２３を８２．２質量％、カイラル材としてＲ−８１１を８．９質量％、ＣＢ−１５を８．９質量％含有する液晶組成物を使用することができる。基板間隙の厚みｄを、たとえば４．２μｍとし、カイラルネマチック液晶のピッチＰを０．５５９μｍとする。なお、図２中の絶縁膜、樹脂膜の存在は必須ではない。
【００３５】
電極と光学反射板とを備えた裏側基板は、裏側基板上のアルミニウムなどの反射電極層をパターニングして構成してもよいし、裏側基板上の反射層上に絶縁層を介して透明電極層をパターニングして構成してもよい。また、反射層上には誘電体膜などの単層または多層で反射率を向上させる膜を形成することもできる。
【００３６】
カイラルネマチック液晶層に接する両側の電極上に、ラビング処理が施されたプレチルト角６０°以上（好ましくは８０゜以上）の樹脂膜を設けることができる。この構成によって、ＰＬの配向欠陥を最も低減させることができ、高い透明性を実現できる。樹脂膜として、ポリイミド樹脂を用いることでラビング時の配向均一性を向上でき、液晶表示素子の耐熱性も高くなるので好ましい。
【００３７】
このようにすると、配向欠陥が極めて少ないため高いコントラスト比を達成できる。この樹脂膜と透明電極との間にシリカ、チタニアなどの金属酸化物からなる薄い電気絶縁層を形成して電気的な短絡を防止することもできる。
【００３８】
また、赤外光を選択反射するカイラルネマチックＬＣＤの選択反射の中心波長は０．７〜１．２μｍに設定することが好ましい。０．７μｍ未満ではＰＬの選択反射光色が視認できるため、吸収時に選択反射光が偏光板を通して洩れてきて、コントラスト比が低下する場合がある。
【００３９】
また、選択反射の中心波長が１．２μｍを超えると、ＦＣの散乱が弱くなり、偏光解消が不十分となるため明るさが低下し、コントラスト比が低下する場合がある。
【００４０】
また、紫外光を選択反射するカイラルネマチックＬＣＤの選択反射の中心波長は０．２〜０．３８μｍに設定することが好ましい。０．２μｍ未満ではＦＣ時の散乱強度が弱くなり明るさが低下する傾向が出てくる。また、選択反射の中心波長が０．３８μｍを超えると、ＰＬ時に可視光が反射するようになりコントラストが低下する傾向が出てくる。
【００４１】
一般に、カイラルネマチックＬＣＤの選択反射は一定の選択反射帯域を有しているが、その半値幅Δλは、使用する液晶の屈折率異方性（Δｎ）と液晶のヘリカルピッチ（Ｐ）とによって決定される。Δｎの大きい液晶を用いた場合、Δλが０．１μｍ前後になることがあるが、十分にまたは完全に透過光の着色を回避するためには、選択反射の中心波長が赤外線の帯域であれば、中心波長を０．７６μｍ以上とすることが好ましい。また、選択反射の中心波長が紫外線の帯域であれば、中心波長を０．３７μｍ以下とすることが好ましい。図７に本発明の液晶表示素子の各波長域における選択反射の特性を示す。
【００４２】
本発明による液晶表示素子を使用すれば、たとえば、カイラルネマチックＬＣＤを構成する透明電極を行電極、列電極よりなる複数本のストライプ電極とし、ドットマトリクス表示によるメモリ性能を有する情報表示装置を提供できる。
【００４３】
本発明による液晶表示素子は、良好な白黒表示ができ、コントラストが良好であり、また、斜めから見たときの画素ずれ（視差）がなく、明るい表示ができるようにすることができるため、このような安定したメモリ性を有する情報表示装置として、標識、広告等の表示、新聞，雑誌，単行本，辞書，辞典，教科書等の機能を有する電子ブック、たとえば電子教科書に好ましく使用することができる。
【００４４】
本発明の液晶表示素子を使用した電子教科書を、学校や塾、予備校、専門学校、講習会などの教育機関で利用する方法を説明する。以下の説明は、一般的な学校を想定したものであるが、不特定の生徒を対象にした臨時のレクチュアー等の場合も同様である。
【００４５】
図８は、教室内で電子教科書を設置し、使用する状況を模式的に示すものである。Ｌ行Ｋ列のマトリクス状に生徒の机が配置され、それぞれの机の上に電子教科書が置かれる。机がない場合は生徒の位置情報を特定できるようにしてから、授業を行なえばよい。また、共通的な表示を行うのであれば、位置情報は基本的に不要であり、生徒はランダムな位置に着席可能であり、その状態で授業を進めることができる。標準的な授業の形式としては、生徒全員に対して、同一の表示情報を実質的に同時に提供する。
【００４６】
そのため、生徒一人一人に対して電子教科書を配布し、各人が使用できるようにする。表示情報のなかに、使用する生徒の氏名と番号、教室名、学校名を表示することが好ましい。本人の確認と受けようとする授業との関係を特定できるからである。
【００４７】
本発明の液晶表示素子は、電源をオフにしても、その表示を維持できる点に特徴があるので、教室内で必要とする表示情報を電源なしでそのまま維持できる。表示情報の書き換えをする際に、その表示情報を外部から与える場合に、有線通信または非有線通信（ブルートゥース（ Bluetooth: 登録商標）等の無線技術、赤外線）によって受信することができる。この場合には、そのための通信機能を電子教科書内部に備えていることが必要となる。
【００４８】
有線で行う場合には、各人の机に書き換え装置を備え、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、ＬＡＮ等の有線接続を書き換え装置と接続し、それによって、表示情報の書き換えが可能となる。
【００４９】
非有線によって表示を書き換える場合には、通信機能と所望の電源を電子教科書に内蔵するようにすればよい。書き換え頻度と受信する表示情報のボリュームによるけれども、一定の期間、内蔵する電源を交換せずに使用できる。この場合、電源として太陽電池を用いてもよい。
【００５０】
教室内で特定の座席位置に応じて、それぞれの生徒に応じた表示情報を選択的に送信することができる。または、教室内の生徒をグループに分けて、それぞれのグループに対して特定の表示情報を送ることもできる。教員は授業の進行状況に応じて、特定の表示情報を選別し、生徒に提供することができる。
【００５１】
また、生徒に対して例題を提示し、授業中に解答をさせることができる。その際に各生徒の習熟度合いに応じて例題の難易度を設定し、提示できるので好ましい。さらに、解答方法と採点とを即時に提示できるので教員の負担が大幅に減少する。また、教育結果の統計的なデータをネットを介して集計できるので、マクロ的な管理が可能となり、それを授業にフィードバックできるという利点もある。
【００５２】
また、授業中に教員が黒板に記述する情報と同等の表示情報を、電子教科書の液晶表示情報に送信し、表示させることもできる。この場合、生徒が座っている位置による視認度の差が解消できるので好ましい。
【００５３】
また、難しい漢字などの筆順を順次表示することで、生徒に学習させることもできる。生徒が自分の理解度に応じて、表示情報を書き換えることができるようにシステムを設定することもできる。従来の授業に比して、インタラクティブにすることが容易であり、生徒の満足度が向上する。
【００５４】
したがって、教室内の授業の進行が改善され、生徒の習熟度の進捗が向上する。また、生徒の満足度も向上する。
【００５５】
また、電子教科書を生徒が自宅に持ち帰ることができるので、それを組み込んだ授業システムを構築できる。その際に、教員はその日の宿題を各生徒に電子的に配布し、その表示情報を内蔵した電子教科書を生徒が自宅に持ち帰ることができる。生徒は例題を書き写す手間を必要としない。よって、授業を進行する上で、時間の損失がなくなり効率が向上する。また、例題の書き間違えが発生せず、ペーパレスで処理できるので好ましい。
【００５６】
教員は教壇に設置したコンソールから電子教科書に対する指令を送信する。学校またはネットを介して接続可能なデータベースのなかから授業で必要とする、表示情報を選別し、さらに、その授業の特定のタイミングで必要な表示情報を生徒の電子教科書上で表示できるように操作できる。
【００５７】
テキスト情報だけでなく、写真、絵画などのグラフィック情報を送信・受信できるようにすることができる。あるいは、字画数の多い難しい漢字の一文字を拡大して、一画面上に大きく表示することもできる。外国語の授業の場合には、自国語の単語を最初に表示し、その外国語の単語を後から対比的に表示するようにできる。また、あわせて、音声情報を送信して、イヤホンを通して生徒が聞くことができるようにもできる。
【００５８】
また、画面の複数分の表示情報を電子教科書内の半導体メモリに収容し、それを随時表示させるようにすることもできる。
【００５９】
また、電子教科書に双方向通信機能を備えれば、生徒側の解答や個別の質問などの情報を教員が短時間で収集し知ることができる。また、生徒の授業に対する満足度を集計し、その統計的データを学校側が知ることも出来る。
【００６０】
また、本発明は電子教科書の用途に限定されるものではなく、本出願による特願２００１−３８９３９４「式場用表示装置、式場用表示システムおよび式場における表示方法」、特願２００２−２３９０３「液晶表示装置および電子棚札システム」、特願２００２−３２４８５「斎場用表示装置、斎場用表示システムおよび斎場における表示方法」、特願２００２−７６３８８「展示情報システムおよび展示情報の表示方法」、特願２００２−１２２５５０「ＩＤ認識装置およびＩＤシステム」で示した種々の応用に際して、好ましく用いることができる。
【００６１】
本発明は、電子棚札、ポップアップサインシステム、公衆表示、ＩＤシステム、展示情報装置などに適用できる。
【００６２】
また、管理装置と液晶表示素子とを備えた端末との間の情報送信の手法については、特願２００２−１２５６３９に示した。また、カイラルネマチック液晶表示素子のマルチカラー表示について、特願２００２−１１９０４１に示した。
【００６３】
【実施例】
（例１）
図２を参照し本発明の説明を行なう。液晶パネルは、第１基板１Ｆと第２基板１Ｒとを備え、各基板の内面には、ＩＴＯ（インジウム・酸化錫）からなる透明電極２Ｆ、２Ｒがそれぞれ形成されている。
【００６４】
透明電極２Ｆ、２Ｒは、直交配置するストライプ状パターンの行電極と列電極（または、Ｘ電極とＹ電極）として形成し、フルドット表示用の電極構成とすることができる。また、セグメント表示などの非フルドット表示であってもよい。本発明は、液晶表示素子の表示形態に限定されるものではない。また、各基板の材質は、ガラスまたはプラスチックのいずれでもよい。
【００６５】
透明電極２Ｒの下には絶縁膜９を介して光学反射板８が形成されている。絶縁膜は樹脂などの有機膜でもよいし、シリカやチタニアなどの無機膜でもよい。
【００６６】
透明電極２Ｆ、２Ｒのそれぞれの上には、平滑化を兼ねた電気絶縁層３Ｆ、３Ｒがそれぞれ形成されている。さらに、その上に樹脂膜４Ｆ、４Ｒがそれぞれ形成されている。カイラルネマチック液晶が赤外線選択反射の場合には、樹脂膜４Ｆ、４Ｒの少なくともいずれか一方に、６０°以上、好ましくは８０゜以上のプレチルト角を有し、かつ、ラビング処理が施されたものを採用することができる。樹脂膜４Ｆ、４Ｒはカイラルネマチック液晶層５に接するように配置するのが好ましい。両方の基板の樹脂膜４Ｆ、４Ｒがともにこの要件を満たすことがより好ましい。なお、視感性の調整などの目的でいずれか一方の基板内面側もしくは外面側にカラーフィルタを設けてもよい。
【００６７】
両基板１Ｆ、１Ｒは、周辺シール材（図示を省略）によって圧着される。液晶層を形成する空間にはスペーサを散布配置する（図示を省略）。液晶層の間隙を所定の厚みにするためである。
【００６８】
（例２）
ＩＴＯよりなる透明電極２Ｆを備えた透明導電膜付き基板１Ｆと、同じくＩＴＯよりなる透明電極２Ｒと絶縁膜９と光学反射板８とを備えた基板１Ｒとを用意した。そして、各基板の電極２Ｆ、２Ｒを形成した面に電気絶縁層３Ｆ、３Ｒをそれぞれ形成した。その後、ポリイミド（ＪＳＲ社製、品番：ＪＡＬＳ−６８２−Ｒ３）の樹脂溶液を塗布し焼成してラビング処理を施した。この樹脂膜４Ｆ、４Ｒの膜厚は５０ｎｍ、プレチルト角は８９°程度であった。
【００６９】
このようにして形成した２枚の板を、それらの電極が対向するように配置し、その対向面間に直径４μｍのスペーサを撒布した。その後、液晶注入口となる部分を除いて板の四辺に、直径４μｍの微量のグラスファイバーを含むエポキシ樹脂からなる周辺シール材を塗布し、２枚の板を貼り合わせて空セルを作製した。
【００７０】
次に、ネマチック液晶Ａ（Ｔｃ＝９７℃，Δｎ＝０．２４２，Δε＝１３．８）８２．２質量部、下記式（１）の光学活性物質８．９質量部、下記式（２）の光学活性物質８．９質量部からなる液晶組成物を調製して、セルに真空注入法にて注入した後、注入口を光硬化樹脂で封止し、液晶パネルを形成した。
【００７１】
【化１】

【００７２】
・・・・（１）
【００７３】
【化２】

【００７４】
・・・・（２）
この液晶パネルの基板１Ｆ側に偏光板６および四分の一波長板７を貼り合わせた。この際に、偏光板６の偏光軸（吸収軸）と四分の一波長板７の主軸（遅相軸）とが成す角度を約４５゜に設定し、液晶表示素子１０を作成した。図３にその様子を示す。図３の右側の二つの組み合わせの内、右側の組み合わせを採用した。なお、拡散層を使用する場合は図４〜６の積層方法を採用することができる。
【００７５】
この液晶パネルの両基板１Ｆ、１Ｒの電極２Ｆ、２Ｒの取り出し部（端子部）に導電性粘着材付きの銅箔テープを貼った。
【００７６】
そして、その電極取り出し部に、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値２０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。この結果、液晶パネルは黒状態を示し、この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。
【００７７】
次に、実効値１３Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネルは白状態を示し、この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。さらに、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値２０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネルは再び白状態を示した。
【００７８】
続いて光学特性評価を行った。ミノルタ社製白色校正板ＣＳ−Ａ５を反射率１００％として相対評価を行った。白色校正板の評価では、校正板の法線方向を０゜としたときに４５゜となる方向に光源を設置した。続いてこの液晶表示素子１０について、基板に対する法線方向を０゜としたときに、２０゜となる方向に光源を設置した。反射光強度は、法線方向に設置した受光器により反射強度を測定する光学測定装置により測定した。液晶パネルがＰＬであるときの反射光強度をＩｐ、ＦＣの時の反射光強度をＩｆとすると、Ｉｐ＝２．７％、Ｉｆ＝１５．７％であり、良好な明るい白黒表示を示した。コントラスト比Ｉｆ／Ｉｐは５．８であった。なお、斜めから見たときの画素ずれ（視差）も認められなかった。
【００７９】
（例３）
カイラルネマチック液晶としてネマチック液晶Ａ５４．８質量％、式（１）の光学活性化合物２２．６質量％、式（２）の光学活性化合物２２．６質量％を用い、スペーサとして２．０μｍのスペーサを用い、樹脂膜４Ｆ、４Ｒを形成しない以外は例１と同様にして液晶光学素子を作成した。
【００８０】
そして、その電極取り出し部に、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値２０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネルは黒状態を示し、この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。
【００８１】
次に、実効値１３Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネルは白状態を示し、この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。さらに、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値２０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネルは再び白状態を示した。
【００８２】
続いて光学特性評価を行った。ミノルタ社製白色校正板ＣＳ−Ａ５を反射率１００％として相対評価を行った。白色校正板の評価では、校正板法線方向を０゜としたときに４５゜となる方向に光源を設置した。続いてこの液晶表示素子１０について、基板に対する法線方向を０゜としたときに２０゜となる方向に光源を設置した。反射光強度は、法線方向に設置した受光器により反射光強度を測定する光学測定装置により測定した。液晶パネルがＰＬであるときの反射光強度をＩｐ、ＦＣの時の反射光強度をＩｆとすると、Ｉｐ＝４．７％、Ｉｆ＝２６．３％であり、良好な明るい白黒表示を示した。コントラスト比Ｉｆ／Ｉｐは５．７であった。なお、斜めから見たときの画素ずれ（視差）も認められなかった。
【００８３】
（例４）
四分の一波長板７と表側基板１Ｆとの間にヘイズ値３０％の拡散層を形成した以外は例２と同様にして液晶光学素子を作成した。
【００８４】
そして、その電極取り出し部に、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値２０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネルは黒状態を示し、この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。
【００８５】
次に、実効値１３Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネルは白状態を示し、この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。さらに、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値２０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネルは再び白状態を示した。
【００８６】
続いて光学特性評価を行った。ミノルタ社製白色校正板ＣＳ−Ａ５を反射率１００％として相対評価を行った。白色校正板の評価では、校正板法線方向を０゜としたときに４５゜となる方向に光源を設置した。続いてこの液晶表示素子１０について、基板に対する法線方向を０゜としたときに２０゜となる方向に光源を設置した。反射光強度は、法線方向に設置した受光器により反射光強度を測定する光学測定装置により測定した。液晶パネルがＰＬであるときの反射光強度をＩｐ、ＦＣの時の反射光強度をＩｆとすると、Ｉｐ＝４．１％、Ｉｆ＝２４．７％であり、良好な明るい白黒表示を示した。コントラスト比Ｉｆ／Ｉｐは６．０であった。なお、斜めから見たときの画素ずれ（視差）も認められなかった。さらに拡散層を用いることで表示のぎらつきを軽減できた。
【００８７】
【発明の効果】
本発明により、良好な白黒表示ができ、コントラストの良好な、安定したメモリ性を有する新規な反射型液晶表示素子を提供できる。この液晶表示素子は、斜めから見たときの画素ずれ（視差）がなく、明るい表示ができる点でも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 カイラルネマチック液晶層のＨＯ（Ａ）、完全ＰＬ（Ｂ）および通常のＰＬ（Ｃ）を示す模式図。
【図２】 本発明に係る液晶表示素子の配置構成を示す模式図。
【図３】 本発明に係る液晶表示素子の配置構成を示す模式図。
【図４】 本発明に係る液晶表示素子の他の配置構成を示す模式図。
【図５】 本発明に係る液晶表示素子の他の配置構成を示す模式図。
【図６】 本発明に係る液晶表示素子の他の配置構成を示す模式図。
【図７】 選択反射の波長域を示す説明図。
【図８】 教室内で電子教科書を使用する状況を示す模式図。
【符号の説明】
１Ｆ，１Ｒ
基板
２Ｆ，２Ｒ
透明電極
３Ｆ，３Ｒ
電気絶縁膜
４Ｆ，４Ｒ
樹脂膜（配向膜）
５ カイラルネマチック液晶層
６ 偏光板
７ 位相差板
８ 光学反射板
９ 絶縁層
１０ 液晶表示素子

Claims (10)

1. 偏光板、位相差板、透明電極付き表側基板、カイラルネマチック液晶層、電極と光学反射板とを備えた裏側基板の順に配置されてなる液晶表示素子であって、
   カイラルネマチック液晶層は、入射光が選択反射されて選択反射光が生じせしめられる第一の状態と、入射光が散乱せしめられる第二の状態とを有し、
   選択反射光に赤外域または紫外域の波長が含まれ、
   第一の状態の場合に、偏光板と位相差板との組み合わせにより楕円偏光または円偏光が表側基板を通して、カイラルネマチック液晶層に入射せしめられ、裏側基板の光学反射板で反射され、カイラルネマチック液晶層を透過した可視光が、位相差板でその偏光方向が変化せしめられ、偏光板によって吸収され、
   第二の状態の場合に、偏光板と位相差板との組み合わせにより楕円偏光または円偏光が表側基板を通して、カイラルネマチック液晶層に入射せしめられ、カイラルネマチック液晶層で散乱された可視光の一部または全部が偏光板を透過する液晶光学素子。
2. 液晶層と光学反射板との距離が０．５ｍｍ以下である請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 偏光板と位相差板との間、または位相差板と表側基板との間、またはカイラルネマチック液晶層と裏側基板との間に拡散層を有す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. 少なくとも一方の電極の上にプレチルト角が６０度以上の樹脂膜が設けられ、
   樹脂膜にはラビング配向面が設けられ、
   カイラルネマチック液晶層とラビング配向面が接するよう配置され、
   選択反射光に赤外域の波長が含まれることを特徴とする
   請求項１，２または３に記載の液晶表示素子。
5. 直線偏光を円偏光に変換する機能を有する位相差板を用いることを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の液晶表示素子。
6. 位相差板として４分の１波長板と２分の１波長板とを組み合わせて用いることを特徴とする請求項１，２，３，４または５に記載の液晶表示素子。
7. 裏側基板に備えられる電極と光学反射板とが絶縁層を介して構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
8. 選択反射光の中心波長が０．７〜１．２μｍである請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
9. 選択反射光の中心波長が０．２〜０．３８μｍである請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の液晶表示素子を備えた電子教科書。

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