JP4196527B2 - 液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ネマティック液晶にカイラル材料を添加することにより、室温においてコレステリック相を示すようにしたカイラルネマティック液晶などのコレステリック相を示す液晶を用いた液晶表示素子が種々研究されている。
【0003】
かかる液晶表示素子は、通常一対の基板間にコレステリック相を示す液晶を含む液晶層が挟持されており、例えば、コレステリック相を示す液晶の選択反射を利用した反射型の液晶表示素子として用いられる。この反射型の液晶表示素子では高低の電圧印加により液晶をプレーナ状態(着色状態)とフォーカルコニック状態(消色状態)に切り替えて表示を行う。
【0004】
また、この液晶表示素子には液晶分子の配向を制御するために配向膜が設けられることがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまでのコレステリック相を示す液晶を使用した反射型の液晶表示素子においては、配向膜が設けられる場合、液晶と配向膜の相互作用が弱いと液晶分子に均一に配向効果を及ぼすことができず、画像表示において、フォーカルコニック状態での散乱が多くなり十分なコントラストを得難い。
【0006】
そこで本発明は、一対の基板間にコレステリック相を示す液晶を含む液晶層が挟持された液晶表示素子であって、前記液晶における液晶分子に均一に配向効果を及ぼすことができ、これにより画像表示におけるコントラストを向上させることができる液晶表示素子を提供することを課題とする。
【0007】
また本発明は、一対の基板間にコレステリック相を示す液晶を含む液晶層が挟持された液晶表示素子であって、視角依存性を少なくすることができる液晶表示素子を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決するため研究を重ねたところ、少なくとも一方に配向膜を有する一対の基板間にコレステリック相を示す液晶を含む液晶層が挟持された液晶表示素子においては、前記配向膜中に前記液晶における液晶分子との分子間相互作用をもつ置換基であるメソゲン基を導入することで、該液晶と該配向膜の相互作用が強くなって液晶分子に均一に配向効果を及ぼすことができ、フォーカルコニック状態での散乱が少なくなり、画像表示におけるコントラストが向上することを見出した。また、該配向膜をラビング処理しないことで視角依存性を少なくすることができることも見出した。
【0009】
本発明はかかる知見に基づくものであり、前記課題を解決するため、少なくとも一方に配向膜を有する一対の基板間にコレステリック相を示す液晶を含む液晶層が挟持された液晶表示素子であり、
前記配向膜が構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなり、且つ、ラビング処理されていないことを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【0010】
本発明にいうメソゲン基とは、分子が液晶性を示すのに必要な剛直構造の置換基をいう。このメソゲン基としては、例えば、コレステロール基、ビフェニル基、フェニルベンゾエート基などを挙げることができる。
【0011】
本発明に係る液晶表示素子は、コレステリックを示す液晶の選択反射を利用した反射型の液晶表示素子として用いることができる。
【0012】
本発明の液晶表示素子では、反射型の液晶表示素子として用いる場合、高低の電圧印加により液晶をプレーナ状態(着色状態)とフォーカルコニック状態(消色状態)に切り替えて表示を行う。
【0013】
本発明に係る液晶表示素子によると、前記配向膜が構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなるので、前記液晶と前記配向膜の相互作用が強くなり、前記液晶における液晶分子に均一に配向効果を及ぼすことができ、それだけ画像表示におけるコントラストを向上させることができる。また、前記配向膜がラビング処理されていないので、視角依存性を少なくすることができる。
【0014】
前記メソゲン基として次のものを例示できる。
(a)ステロイド骨格、ビフェニル骨格及びフェニルシクロヘキサン骨格のうちのいずれかを含むメソゲン基。
(b)ポリイミドを形成するジアミン化合物の側鎖。
(c)前記(a)、(b)を組み合わせたもの。
【0015】
前記配向膜原料を合成する化合物の化学構造式を(1)〜(5)に示す。
【0016】
【化1】
【0017】
前記配向膜として、例えば、次の膜を挙げることができる。すなわち、
(a)化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成される、構造中にステロイド骨格を含むメソゲン基を有するポリイミドからなる膜。
(b)化学構造式(1)、(2)、(4)で示される化合物から合成される、構造中にビフェニル骨格を含むメソゲン基を有するポリイミドからなる膜。
(c)化学構造式(1)、(2)、(5)で示される化合物から合成される、構造中にフェニルシクロヘキサン骨格を含むメソゲン基を有するポリイミドからなる膜。
【0018】
いずれにしても、前記コレステリック相を示す液晶はネマティック液晶にカイラル材を添加したカイラルネマティック液晶であってもよい。この場合、前記カイラル材の含有量としては、例えば7重量(wt)%〜50重量(wt)%程度が好ましい。
【0019】
前記コレステリック相を示す液晶として、ネマティック液晶にカイラル材を添加したカイラルネマティック液晶を用いる場合、このカイラルネマティック液晶は、添加するカイラルドーパント(カイラル材)の量を変えることにより、選択反射波長を制御することができるという利点がある。カイラル材の添加量が少なすぎると十分なメモリー性(すなわち、電圧印加をやめた後の、プレーナ状態であった領域のプレーナ状態の保持性、或いはフォーカルコニック状態であった領域のフォーカルコニック状態の保持性)を得られないことがあり、多すぎると室温でコレステリック相を示さなくなったり、固化したりすることがある。
【0020】
いずれにしても、前記配向膜は膜厚が薄すぎると液晶分子の配向を制御ができないことがあり、厚すぎると駆動電圧の上昇を招く。例えば、前記配向膜の膜厚としては100Å〜2000Å程度が好ましい。
【0021】
本発明に係る液晶表示素子は、これを少なくとも2層積層して積層型液晶表示素子とすることもできる。この場合、少なくとも2層の液晶表示素子として、互いに異なる色表示を行う液晶表示素子を用いることで、2色以上のカラー表示を行うことができる。なお、青色表示を行う液晶表示素子、緑色表示を行う液晶表示素子、赤色表示を行う液晶表示素子の少なくとも三つの液晶表示素子を採用するとフルカラー表示を行うことができる。
【0022】
いずれにしても、かかる積層型液晶表示素子においては、隣り合う液晶表示素子において、その両者間の基板を共通にしてもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0024】
図1は本発明に係る液晶表示素子の1例の概略断面図である。また、図2は本発明に係る液晶表示素子の他の例であり、青色表示を行う液晶層、緑色表示を行う液晶層、赤色表示を行う液晶層の3層の液晶層を含む積層型液晶表示素子の概略断面図である。なお、図1及び図2の液晶表示素子において、基本的に同じ構成、作用を有する箇所については同じ参照符号を付してある。
【0025】
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相を示す液晶6を含む液晶層10が挟持されいる。また、図2に示す液晶表示素子は、一対の基板1、2間に、コレステリック相を示す液晶6bを含む青色表示を行う液晶層10b、コレステリック相を示す液晶6gを含む緑色表示を行う液晶層10g、コレステリック相を示す液晶6rを含む赤色表示を行う液晶層10rがそれぞれ挟持されいる。
【0026】
基板1、2を含め、本発明の液晶表示素子に用いることができる一対の基板は、少なくとも一方が透光性を有していることが必要である。また、光を入射させる側とは反対側の基板の外面(裏面)には、必要に応じて、可視光吸収層が設けられる。ここでは基板1、2はいずれも透光性を有しており、図1の例では基板2の裏面(外面)に、図2の例では液晶層10rを挟持している外側の基板2の裏面(外面)に黒色の光吸収層3が設けられている。
【0027】
透光性を有する基板としては、ガラス基板を例示できる。このガラス基板以外に、高分子樹脂からなる基板、例えば、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート等のフレキシブルな樹脂基板等も使用可能である。
【0028】
基板1、2は、それぞれ透明電極11、12を有している。透明電極11、12は、ここではITOからなっている。
【0029】
図1及び図2に示す液晶表示素子においては、透明基板1、2の表面にそれぞれ間隔おいて平行に並んだ複数の帯状の透明電極11、12が形成されており、両基板1、2は、透明電極11、12の向きが互いに直角方向となるように対向させてあり、透明電極11、12が重なり合う領域が表示画素となる。
【0030】
図1及び図2に示す液晶表示素子を含め、本発明の液晶表示素子において、基板表面には必要に応じて、電極間の短絡を防止したり、ガスバリア層として液晶の信頼性を向上させる機能を有する絶縁膜を設けることができる。図1及び図2の液晶表示素子では、透明電極11、12上に絶縁膜7がそれぞれ設けられている。絶縁膜7上には配向膜8が設けられている。配向膜8は構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなり、且つ、ラビング処理されていない。なお、配向膜8は、ここでは一対の基板1、2のそれぞれに設けられているが、一対の基板1、2のうち少なくとも一方に設けられていればよい。
【0031】
図1及び図2に示す液晶表示素子を含め、本発明の液晶表示素子には液晶が漏れないように素子の周囲をシールするシール材を設けることができる。図示例の基板1、2間には、表示領域外である基板1、2の周縁部に液晶6、6r、6g、6bを封じ込めるためのシール材Sが設けられている。
【0032】
シール材としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化型或いは光硬化型接着剤が使用可能である。
【0033】
図1及び図2に示す液晶表示素子を含め、本発明の液晶表示素子は、一対の基板間に、該基板間のギャップを均一に保持するためのスペーサが設けられていてもよい。図1及び図2に示す液晶表示素子は、基板1,2間にスペーサ5を配置してある。このスペーサとしては、樹脂製又は無機酸化物製の球体を例示できる。
【0034】
図1及び図2に示す液晶表示素子を含め、本発明の液晶表示素子は、強い自己保形性を付与するために、一対の基板間が複数の樹脂構造物で支持されていてもよい。本例の液晶表示素子には、図1及び図2に示すように基板1、2間の表示領域内に柱状構造物4が設けられている。
【0035】
図3は樹脂構造物4の配置状態例を示す図である。図3に示すように、表示領域内の樹脂構造物4は、例えば、格子配列などの所定の配置規則に基づいて、一定の間隔をおいて配列された、円柱状、断面四角柱状、断面楕円柱状などのドット状のものとすることができる。
【0036】
図1の液晶表示素子では、所定の電圧印加によって液晶6の各画素領域においてプレーナ状態(着色状態)とフォーカルコニック状態(消色状態、黒色表示状態)とに切り替えて表示を行う。
【0037】
また、図2の液晶表示素子では、所定の電圧印加によって液晶6r、6g、6bの各画素領域において着色状態と消色状態とに切り替えて表示を行う。なお、図2の液晶表示素子において、液晶6r、6g、6bをいずれも着色状態にすると白色表示となり、いずれも消色状態にすると黒色表示となる。
【0038】
以上説明した液晶表示素子によると、配向膜8が構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなるので、液晶6、6b、6g、6rと配向膜8の相互作用が強くなり、液晶6、6b、6g、6rにおける液晶分子に対して均一に配向効果を及ぼすことができ、それだけ画像表示におけるコントラストを向上させることができる。また、配向膜8がラビング処理されていないので、視角依存性を少なくすることができる。
【0039】
次に本発明に係る液晶表示素子の性能評価実験を行ったので、比較実験とともに以下に説明する。
【0040】
以下の各実験例において、Δnは屈折率異方性、Δεは誘電率異方性、TN−Iは等方相転移温度である。また、コントラストの測定はY値(視感反射率)を測定することで行った。Y値の測定は、白色光源を有する分光測色計CM3700d(ミノルタ社製)を用いて行った。
【0041】
なお、コントラストは(高反射率状態でのY値/低反射率状態でのY値)で与えられる。以下に説明する各実験例における液晶表示素子においては、液晶表示素子を着色状態としたときに高反射率状態となり、消色状態としたときに低反射率状態となる。
(実験例1)
ネマティック液晶混合物B(Δn=0.210、Δε=38.7、TN−I=119℃)に対して、カイラル材料S−811(メルク社製)を26wt%添加した液晶組成物B1を調製した。液晶組成物B1は560nm付近の波長の光を選択反射するように調製されている。
【0042】
一方の基板として、透明電極が設けられたガラス基板を用意し、該ガラス基板に設けられた透明電極上に前記化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成される、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みで形成した。
【0043】
また、もう一方の基板として、透明電極が設けられたガラス基板を用意し、該ガラス基板上の透明電極上には、まず厚み2000Åの絶縁膜HIM3000(日立化成社製)を形成した後、さらにその上に前記化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成される、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みで形成した。
【0044】
続いて、一方の基板上の周縁部にシール材XN21S(三井化学社製)をスクリーン印刷して所定高さの壁を形成した。
【0045】
両基板を対向させ、基板間に7μm径のスペーサ(積水ファインケミカル社製)を挟んでセルギャップを調整し、前記の液晶組成物B1を挟持し、これを液晶表示素子とした。
【0046】
この液晶表示素子の光を入射させる側とは反対側の基板の外面(裏面)に黒色の光吸収体を設けた。
【0047】
本液晶表示素子を着色状態と消色状態にするために所定電圧(着色時65V、5ms、消色時40V、5ms)で駆動したところ、緑色表示時のY値は22.4、黒色表示時のY値は2.6、コントラストは8.6:1であり、着色・黒色表示特性共に良好で、特に黒色表示特性が良好なためコントラストの高い液晶表示素子となった。
(実験例2)
ネマティック液晶混合物A(Δn=0.212、Δε=44、TN−I=103℃)、ネマティック液晶混合物B(Δn=0.210、Δε=38.7、TN−I=119℃)、ネマティック液晶混合物C(Δn=0.214、Δε=7.6、TN−I=143℃)に対して、それぞれにカイラル材料S−811(メルク社製)を所定量、すなわち21wt%、26wt%、36wt%添加した液晶組成物A1、B1、C1を調製した。液晶組成物A1は680nm付近の、液晶組成物B1は560nm付近の、液晶組成物C1は480nm付近の波長の光を選択反射するように調製されている。
【0048】
次に、一方の基板として、透明電極が設けられた三つのポリカーボネート(PC)からなるフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板に設けられた透明電極上に前記化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成される、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を500Åの厚みでそれぞれ形成し、その上に9μm、7μm、5μm径のスペーサ(積水ファインケミカル社製)をそれぞれ散布した。
【0049】
また、もう一方に基板として、透明電極が設けられた三つのPCフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板上の透明電極上には、まず厚み2000Åの絶縁膜HIM3000(日立化成社製)をそれぞれ形成した後、その上に前記化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成される、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を500Åの厚みでそれぞれ形成形成した。
【0050】
続いて、一方の各基板上の周縁部にシール材XN21S(三井化学社製)をスクリーン印刷して所定高さの壁をそれぞれ形成した。
【0051】
その後該一方の各基板上にシール材の高さとシール材に囲まれた部分の面積から計算された量の液晶組成物A1、B1、C1をそれぞれ塗布し、それぞれ2枚の基板を電極形成面が対向するように重ね合わせ、この基板対の両側から加圧しながら加熱した。加圧および加熱は、例えば、図4に示す貼り合わせ装置を用いて平板(図中91)上に一方の基板(図中1)を載せ、これにもう一方の基板(図中2)を重ね、端部から加熱・加圧ローラ(図中92)により加熱・加圧しながら、ローラ92と平板91との間に相対的に通過させることにより行なうことができる。なお、図4においてS及び5はそれぞれシール壁及びスペーサである。こうしてそれぞれ2枚の基板を貼り合わせ、150℃で1時間加熱し、液晶セルa1、b1、c1を作製した。
【0052】
これら3種類の液晶セルをa1、b1、c1の順に積層し、これを液晶表示素子とした。この液晶表示素子の裏面(液晶セルa1の外面(裏面))には黒色の光吸収膜を設けた。
【0053】
各液晶セルを着色状態と消色状態にするために所定電圧(着色時:a1には60V 5ms、b1には65V 5ms、c1には75V 5ms、消色時:a1には40V 5ms、b1には40V 5ms、c1には50V 5ms)でそれぞれ駆動したところ、液晶表示素子の白色表示時のY値は28.5、黒色表示時のY値は4.3、液晶表示素子のコントラストは6.6:1(W(白色)/B(黒色))であり、白色・黒色表示特性共に良好で、特に黒色表示特性が良好なためコントラストの高い液晶表示素子となった。
(実験例3)
ネマティック液晶混合物A(Δn=0.212、Δε=44、TN−I=103℃)、ネマティック液晶混合物B(Δn=0.210、Δε=38.7、TN−I=119℃)、ネマティック液晶混合物C(Δn=0.214、Δε=7.6、TN−I=143℃)に対して、それぞれにカイラル材料S−811(メルク社製)を所定量、すなわち21wt%、26wt%、36wt%添加した液晶組成物A1、B1、C1を調製した。液晶組成物A1は680nm付近の、液晶組成物B1は560nm付近の、液晶組成物C1は480nm付近の波長の光を選択反射するように調製されている。
【0054】
次に、一方の基板として、透明電極が設けられた三つのポリカーボネート(PC)からなるフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板に設けられた透明電極上に前記化学構造式(1)、(2)、(4)で示される化合物から合成される、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みでそれぞれ形成し、その上に9μm、7μm、5μm径のスペーサ(積水ファインケミカル社製)をそれぞれ散布した。
【0055】
また、もう一方に基板として、透明電極が設けられた三つのPCフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板上の透明電極上には、まず厚み2000Åの絶縁膜HIM3000(日立化成社製)をそれぞれ形成した後、その上に前記化学構造式(1)、(2)、(4)で示される化合物から合成される、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みでそれぞれ形成した。
【0056】
続いて、一方の各基板上の周縁部にシール材XN21S(三井化学社製)をスクリーン印刷して所定高さの壁をそれぞれ形成した。
【0057】
その後該一方の各基板上にシール材の高さとシール材に囲まれた部分の面積から計算された量の液晶組成物A1、B1、C1をそれぞれ塗布し、実験例2と同様にして貼り合わせ装置を用いてそれぞれ2枚の基板を貼り合わせ、150℃で1時間加熱し、液晶セルa1、b1、c1を作製した。
【0058】
これら3種類の液晶セルをa1、b1、c1の順に積層し、これを液晶表示素子とした。この液晶表示素子の裏面(液晶セルa1の外面(裏面))には黒色の光吸収膜を設けた。
【0059】
各液晶セルを着色状態と消色状態にするために所定電圧(着色時:a1には60V 5ms、b1には65V 5ms、c1には75V 5ms、消色時:a1には40V 5ms、b1には40V 5ms、c1には50V 5ms)でそれぞれ駆動したところ、液晶表示素子の白表示時のY値は28.8、黒表示時のY値は4.8、コントラストは6.0:1(W/B)であり、白・黒表示特性共に良好で、特に黒表示特性が良好なためコントラストの高い液晶表示素子となった。
(実験例4)
ネマティック液晶混合物D(Δn=0.204、Δε=7.4、TN−I=91.7℃)に対して、それぞれにカイラル材料S−811(メルク社製)を所定量、すなわち22wt%、28wt%、48wt%添加した液晶組成物D1、D2、D3を調製した。液晶組成物D1は680nm付近の、液晶組成物D2は560付近の、液晶組成物D3は480nm付近の波長の光を選択反射するように調製されている。
【0060】
次に、一方の基板として、透明電極が設けられた三つのポリカーボネート(PC)からなるフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板に設けられた透明電極上に前記化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成されるポリイミドからなる、構造中にメソゲン基を有する配向膜を1000Åの厚みでそれぞれ形成し、その上に9μm、7μm、5μm径のスペーサ(積水ファインケミカル社製)をそれぞれ散布した。
【0061】
また、もう一方に基板として、透明電極が設けられた三つのPCフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板上の透明電極上には、まず厚み2000Åの絶縁膜HIM3000(日立化成社製)をそれぞれ形成した後、その上に前記化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成される、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を1000Åの厚みでそれぞれ形成した。
【0062】
続いて、一方の各基板上の周縁部にシール材XN21S(三井化学社製)をスクリーン印刷して所定高さの壁をそれぞれ形成した。
【0063】
その後該一方の各基板上にシール材の高さとシール材に囲まれた部分の面積から計算された量の液晶組成物D1、D2、D3をそれぞれ塗布し、実験例2と同様にして貼り合わせ装置を用いてそれぞれ2枚の基板を貼り合わせ、150℃で1時間加熱し、液晶セルd1、d2、d3を作製した。
【0064】
これら3種類の液晶セルをd1、d2、d3の順に積層し、これを液晶表示素子とした。この液晶表示素子の裏面(液晶セルd1の外面(裏面))には黒色の光吸収膜を設けた。
【0065】
各液晶セルを着色状態と消色状態にするために所定電圧(着色時:d1には105V 5ms、d2には85V 5ms、d3には60V 5ms、消色時:d1には60V 5ms、d2には50V 5ms、d3には35V 5ms)でそれぞれ駆動したところ、液晶表示素子の白表示時のY値は27.9、黒表示時のY値は4.4、コントラストは6.3:1(W/B)であり、白・黒表示特性共に良好で、特に黒表示特性が良好なためコントラストの高い液晶表示素子となった。
(実験例5)
ネマティック液晶混合物D(Δn=0.204、Δε=7.4、TN−I=91.7℃)に対して、それぞれにカイラル材料S−811(メルク社製)を所定量、すなわち22wt%、28wt%、48wt%添加した液晶組成物D1、D2、D3を調製した。液晶組成物D1は680nm付近の、液晶組成物D2は560付近の、液晶組成物D3は480nm付近の波長の光を選択反射するように調製されている。
【0066】
次に、一方の基板として、透明電極が設けられた三つのポリカーボネート(PC)からなるフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板に設けられた透明電極上に前記化学構造式(1)、(2)、(5)で示される化合物から合成されるポリイミドからなる、構造中にメソゲン基を有する配向膜を300Åの厚みでそれぞれ形成し、その上に9μm、7μm、5μm径のスペーサ(積水ファインケミカル社製)をそれぞれ散布した。
【0067】
また、もう一方に基板として、透明電極が設けられた三つのPCフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板上の透明電極上には、まず厚み2000Åの絶縁膜HIM3000(日立化成社製)をそれぞれ形成した後、その上に前記化学構造式(1)、(2)、(5)で示される化合物から合成されるポリイミドからなる、構造中にメソゲン基を有する配向膜を300Åの厚みでそれぞれ形成した。
【0068】
続いて、一方の各基板上の周縁部にシール材XN21S(三井化学社製)をスクリーン印刷して所定高さの壁をそれぞれ形成した。
【0069】
その後該一方の各基板上にシール材の高さとシール材に囲まれた部分の面積から計算された量の液晶組成物D1、D2、D3をそれぞれ塗布し、実験例2と同様にして貼り合わせ装置を用いてそれぞれ2枚の基板を貼り合わせ、150℃で1時間加熱し、液晶セルd1、d2、d3を作製した。
【0070】
これら3種類の液晶セルをD1、D2、D3の順に積層し、これを液晶表示素子とした。この液晶表示素子の裏面(液晶セルd1の外面(裏面))には黒色の光吸収膜を設けた。
【0071】
各液晶セルを着色状態と消色状態にするために所定電圧(着色時:d1には105V 5ms、d2には85V 5ms、d3には60V 5ms、消色時:d1には60V 5ms、d2には50V 5ms、d3には35V 5ms)でそれぞれ駆動したところ、液晶表示素子の白表示時のY値は27.4、黒表示時のY値は4.7、コントラストは5.8:1(W/B)であり、白・黒表示特性共に良好で、特に黒表示特性が良好なためコントラストの高い液晶表示素子となった。
(比較実験例1)
ネマティック液晶混合物B(Δn=0.210、Δε=38.7、TN−I=119℃)に対して、カイラル材料S−811(メルク社製)を26wt%添加した液晶組成物B1を調製した。液晶組成物B1は560nm付近の波長の光を選択反射するように調製されている。
【0072】
一方の基板として、透明電極が設けられたガラス基板を用意し、該ガラス基板に設けられた透明電極上に前記化学構造式(1)、(2)で示される化合物から合成されるポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みで形成した。
【0073】
また、もう一方の基板として、透明電極が設けられたガラス基板を用意し、該ガラス基板上の透明電極上には、まず厚み2000Åの絶縁膜HIM3000(日立化成社製)を形成した後、さらにその上に前記化学構造式(1)、(2)で示される化合物から合成されるポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みで形成した。
【0074】
続いて、一方の基板上の周縁部にシール材XN21S(三井化学社製)をスクリーン印刷して所定高さの壁を形成した。
【0075】
両基板を対向させ、基板間に7μm径のスペーサ(積水ファインケミカル社製)を挟んでセルギャップを調整し、前記の液晶組成物B1を挟持し、これを液晶表示素子とした。
【0076】
この液晶表示素子の光を入射させる側とは反対側の基板の外面(裏面)に黒色の光吸収体を設けた。
【0077】
本液晶表示素子を着色状態と消色状態にするために所定電圧(着色時65V、5ms、消色時40V、5ms)で駆動したところ、緑色表示時のY値は22.6、黒色表示時のY値は3.8、コントラストは5.9:1であり、特に黒色表示特性が悪いためコントラストの低い液晶表示素子となってしまった。
(比較実験例2)
ネマティック液晶混合物A(Δn=0.212、Δε=44、TN−I=103℃)、ネマティック液晶混合物B(Δn=0.210、Δε=38.7、TN−I=119℃)、ネマティック液晶混合物C(Δn=0.214、Δε=7.6、TN−I=143℃)に対して、それぞれにカイラル材料S−811(メルク社製)を所定量、すなわち21wt%、26wt%、36wt%添加した液晶組成物A1、B1、C1を調製した。液晶組成物A1は680nm付近の、液晶組成物B1は560nm付近の、液晶組成物C1は480nm付近の波長の光を選択反射するように調製されている。
【0078】
次に、一方の基板として、透明電極が設けられた三つのポリカーボネート(PC)からなるフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板に設けられた透明電極上に前記化学構造式(1)、(2)で示される化合物から合成されるポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みで形成し、その上に9μm、7μm、5μm径のスペーサ(積水ファインケミカル社製)をそれぞれ散布した。
【0079】
また、もう一方に基板として、透明電極が設けられた三つのPCフィルム基板を用意し、該各PCフィルム基板上の透明電極上には、まず厚み2000Åの絶縁膜HIM3000(日立化成社製)をそれぞれ形成した後、その上に前記化学構造式(1)、(2)で示される化合物から合成されるポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みでそれぞれ形成した。
【0080】
続いて、一方の各基板上の周縁部にシール材XN21S(三井化学社製)をスクリーン印刷して所定高さの壁をそれぞれ形成した。
【0081】
その後該一方の各基板上にシール材の高さとシール材に囲まれた部分の面積から計算された量の液晶組成物A1、B1、C1をそれぞれ塗布し、実験例2と同様にして貼り合わせ装置を用いてそれぞれ2枚の基板を貼り合わせ、150℃で1時間加熱し、液晶セルa1、b1、c1を作製した。
【0082】
これら3種類の液晶セルをa1、b1、c1の順に積層し、これを液晶表示素子とした。この液晶表示素子の裏面(液晶セルa1の外面(裏面))には黒色の光吸収膜を設けた。
【0083】
各液晶セルを着色状態と消色状態にするために所定電圧(着色時:a1には60V 5ms、b1には65V 5ms、c1には75V 5ms、消色時:a1には40V 5ms、b1には40V 5ms、c1には50V 5ms)でそれぞれ駆動したところ、液晶表示素子の白表示時のY値は29.3、黒表示時のY値は6.1、コントラストは4.8:1(W/B)であり、特に黒表示特性が悪いためコントラストの低い液晶表示素子となってしまった。
(比較実験例3)
ネマティック液晶混合物B(Δn=0.210、Δε=38.7、TN−I=119℃)に対して、カイラル材料S−811(メルク社製)を26wt%添加した液晶組成物B1を調製した。液晶組成物B1は560nm付近の波長の光を選択反射するように調製されている。
【0084】
一方の基板として、透明電極が設けられたガラス基板を用意し、該ガラス基板に設けられた透明電極上に前記化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成されるポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みで形成し、ナイロン布で一方向にラビングした。
【0085】
また、もう一方の基板として、透明電極が設けられたガラス基板を用意し、該ガラス基板上の透明電極上には、まず厚み2000Åの絶縁膜HIM3000(日立化成社製)を形成した後、さらにその上に前記化学構造式(1)、(2)、(3)で示される化合物から合成される、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を800Åの厚みで形成し、ナイロン布で一方向にラビング処理した。
【0086】
続いて、一方の基板上の周縁部にシール材XN21S(三井化学社製)をスクリーン印刷して所定高さの壁を形成した。
【0087】
両基板をラビング方向が平行になるように対向させ、基板間に7μm径のスペーサ(積水ファインケミカル社製)を挟んでセルギャップを調整し、前記の液晶組成物B1を挟持し、これを液晶表示素子とした。
【0088】
この液晶表示素子の光を入射させる側とは反対側の基板の外面(裏面)に黒色の光吸収体を設けた。
【0089】
本液晶表示素子を着色状態と消色状態にするために所定電圧(着色時65V、5ms、消色時40V、5ms)で駆動したところ、着色状態における視角依存性が非常に強く、Y値及びコントラストの測定を適切に行なうことはできなかった。
【0090】
実験結果を以下にまとめて示す。
【0091】
【表1】
【0092】
このように、一層の液晶表示素子については、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を有する実験例1の素子ではコントラストが8.6:1と高かった。これに対し、比較実験例1の素子ではコントラストが5.9:1と低かった。なお、実験例1の素子において配向膜をラビング処理した比較実験例3の素子では着色状態における視角依存性が非常に強く、Y値及びコントラストの測定を適切に行なうことはできなかった。
【0093】
また、液晶表示素子を三層積層した積層型液晶表示素子については、構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなる配向膜を有する実験例2〜5の素子ではコントラストが5.8:1〜6.6:1と高かった。これに対し、比較実験例2の素子ではコントラストが4.8:1と低かった。
【0094】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、一対の基板間にコレステリック相を示す液晶を含む液晶層が挟持された液晶表示素子であって、前記液晶における液晶分子に均一に配向効果を及ぼすことができ、これにより画像表示におけるコントラストを向上させることができる液晶表示素子を提供することができる。
【0095】
また本発明によると、一対の基板間にコレステリック相を示す液晶を含む液晶層が挟持された液晶表示素子であって、視角依存性を少なくすることができる液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶表示素子の1例の概略断面図である。
【図2】本発明に係る液晶表示素子の他の例であり、青色表示を行う液晶層、緑色表示を行う液晶層、赤色表示を行う液晶層の3層の液晶層を含む液晶表示素子の概略断面図である。
【図3】本発明に係る液晶表示素子に設けられる樹脂構造物の配置状態の一例を示す図である。
【図4】本発明に係る液晶表示素子を製造するために一対の基板を貼り合わすための貼り合わせ装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
1、2 一対の基板
3 光吸収層
4 柱状構造物
5 スペーサ
6、6b、6g、6r 液晶
7 絶縁膜
8 配向膜
10、10b、10g、10r 液晶層
11、12 透明電極
91 平板
92 加熱・加圧ローラ
S シール材
Claims (6)
- 少なくとも一方に配向膜を有する一対の基板間にコレステリック相を示す液晶を含む液晶層が挟持された液晶表示素子であり、
前記配向膜が構造中にメソゲン基を有するポリイミドからなり、且つ、ラビング処理されていないことを特徴とする液晶表示素子。 - 前記メソゲン基がステロイド骨格、ビフェニル骨格及びフェニルシクロヘキサン骨格のうちのいずれかを含む請求項1記載の液晶表示素子。
- 前記メソゲン基がポリイミドを形成するジアミン化合物の側鎖である請求項1又は2記載の液晶表示素子。
- 前記コレステリック相を示す液晶はネマティック液晶にカイラル材を添加したカイラルネマティック液晶であり、該カイラル材の含有量が7重量%〜50重量%である請求項1、2又は3記載の液晶表示素子。
- 前記配向膜は膜厚が100Å〜2000Åである請求項1から4のいずれかに記載の液晶表示素子。
- 請求項1から5のいずれかに記載の液晶表示素子を少なくとも二層積層している積層型液晶表示素子。
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