JP4393917B2 - Display element - Google Patents
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Description
本発明は、高速応答性並びに広視野の表示性能を有する表示素子に関するものである。 The present invention relates to a display element having high-speed response and wide-field display performance.
液晶表示素子は、各種表示素子のなかでも薄型で軽量かつ消費電力が小さいといった利点を有し、テレビやビデオ等の画像表示装置や、モニター、ワープロ、パーソナルコンピュータ等のOA(Office Automation)機器に広く用いられている。 Liquid crystal display elements have the advantage of being thin, light and low in power consumption among various display elements, and can be used for OA (Office Automation) devices such as TV, video, and other image display devices, monitors, word processors and personal computers. Widely used.
液晶表示素子の液晶表示方式としては、従来、例えば、ネマチック液晶を用いたTN(ツイステッドネマチック)モ−ドや、強誘電性液晶(FLC)あるいは反強誘電性液晶(AFLC)を用いた表示モード、高分子分散型液晶表示モ−ド等が知られている。 Conventionally, as a liquid crystal display method of a liquid crystal display element, for example, a display mode using a TN (twisted nematic) mode using a nematic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal (FLC), or an antiferroelectric liquid crystal (AFLC). A polymer dispersion type liquid crystal display mode is known.
そのなかでも、従来、実用化されている液晶表示素子としては、例えば、ネマチック液晶を用いたTN(ツイステッドネマチック)モ−ドの液晶表示素子が挙げられるが、該TNモードを用いた液晶表示素子には、応答が遅い、視野角が狭い等の欠点があり、これら欠点は、CRT(cathode ray tube)を凌駕する上で大きな妨げとなっている。 Among them, conventionally used liquid crystal display elements include, for example, TN (twisted nematic) mode liquid crystal display elements using nematic liquid crystal, and the liquid crystal display elements using the TN mode. Have drawbacks such as a slow response and a narrow viewing angle. These disadvantages greatly hinder CRT (cathode ray tube) from surpassing.
また、FLCあるいはAFLCを用いた表示モ−ドの場合、応答が速く、視野角が広いといった利点を有してはいるものの、耐ショック性、温度特性等の面で大きな欠点があり、広く実用化されるまでには至っていない。 In addition, the display mode using FLC or AFLC has advantages such as quick response and wide viewing angle, but it has major drawbacks in terms of shock resistance, temperature characteristics, etc. It has not yet been realized.
さらに、光散乱を利用する高分子分散型液晶表示モ−ドは、偏光板を必要とせず、高輝度表示が可能であるが、本質的に位相板による視角制御ができない上、応答特性の面で課題を有しており、TNモードに対する優位性は少ない。 Furthermore, the polymer dispersion type liquid crystal display mode using light scattering does not require a polarizing plate and can display a high luminance, but the viewing angle cannot be controlled by the phase plate, and the response characteristic is not necessary. There is little advantage over the TN mode.
これら表示方式は、何れも、液晶分子が一定方向に整列した状態にあり、液晶分子に対する角度によって見え方が異なるため、視角制限がある。また、これら表示方式は、何れも、電界印加による液晶分子の回転を利用するものであり、液晶分子が整列したまま揃って回転するため、応答に時間を要する。なお、FLCやAFLCを用いた表示モードの場合、応答速度や視野角の面では有利であるが、外力による非可逆的な配向破壊が問題となる。 In any of these display methods, the liquid crystal molecules are aligned in a certain direction, and the appearance differs depending on the angle with respect to the liquid crystal molecules. Each of these display systems uses rotation of liquid crystal molecules due to application of an electric field, and the liquid crystal molecules rotate in an aligned manner, so that it takes time to respond. In the case of a display mode using FLC or AFLC, although it is advantageous in terms of response speed and viewing angle, irreversible alignment breakage due to external force becomes a problem.
一方、電界印加による分子の回転を利用するこれら表示方式に対して、二次の電気光学効果を利用した電子分極による表示方式が提案されている。 On the other hand, a display method based on electronic polarization using a secondary electro-optic effect has been proposed in contrast to these display methods utilizing the rotation of molecules by applying an electric field.
電気光学効果とは物質の屈折率が外部電界によって変化する現象である。電気光学効果には、物質の屈折率が電界の一次に比例する効果と二次に比例する効果とがあり、それぞれポッケルス効果、カー効果と呼ばれている。特に、カー効果と呼ばれる二次の電気光学効果は、高速の光シャッターへの応用が早くから進められており、特殊な計測機器において実用化がなされている。カー効果は、1875年にJ. Kerr(カー)によって発見されたものであり、これまでに、カー効果を示す材料としては、ニトロベンゼンや二硫化炭素等の有機液体等の材料が知られており、これら材料は、例えば、前記した光シャッターの他に、電力ケーブル等の高電界強度測定等に利用されている。 The electro-optic effect is a phenomenon in which the refractive index of a substance is changed by an external electric field. The electro-optic effect has an effect in which the refractive index of a substance is proportional to the first order of the electric field and an effect that is proportional to the second order. In particular, the secondary electro-optic effect called the Kerr effect has been applied to high-speed optical shutters from an early stage, and has been put to practical use in special measuring instruments. The Kerr effect was discovered by J. Kerr in 1875. So far, materials such as organic liquids such as nitrobenzene and carbon disulfide have been known as materials showing the Kerr effect. These materials are used for, for example, high electric field strength measurement of power cables and the like in addition to the optical shutter described above.
その後、液晶材料が大きなカー定数を有することが示され、光変調素子、光偏光素子、さらには光集積回路応用に向けての基礎検討が行われ、前記ニトロベンゼンの200倍を越えるカー定数を示す液晶化合物も報告されている。 After that, it was shown that the liquid crystal material has a large Kerr constant, and a basic study for application to a light modulation element, a light polarization element, and an optical integrated circuit was performed, and the Kerr constant exceeding 200 times that of the nitrobenzene was shown. Liquid crystal compounds have also been reported.
このような状況において、カー効果の表示装置への応用が検討され始めている。カー効果を示す物質の屈折率は電界の二次に比例するため、カー効果を示す物質を配向分極に用いると、ポッケルス効果を示す物質を配向分極に用いた場合に比べて低電圧駆動を見込むことができる。さらに、カー効果を示す物質は、数マイクロ秒〜数ミリ秒の応答特性を示すため、表示装置による表示を入力電圧に対して高速に応答させるために用いられることが期待される。 In such a situation, application to a display device of the Kerr effect is being studied. Since the refractive index of a material exhibiting the Kerr effect is proportional to the second order of the electric field, when a material exhibiting the Kerr effect is used for orientation polarization, a lower voltage drive is expected than when a material exhibiting the Pockels effect is used for orientation polarization. be able to. Furthermore, since a substance exhibiting the Kerr effect exhibits a response characteristic of several microseconds to several milliseconds, it is expected to be used for causing a display by a display device to respond to an input voltage at high speed.
しかしながら、カー効果を示す物質を表示素子へ応用する際の課題として、カー効果の安定性がある。すなわち、カー効果(それ自身は、等方相状態で観察される)は、液晶相−等方相相転移温度近傍で最大となり、温度上昇とともに急激に減少することが知られている。このため、カー効果の安定性が悪く、実用上の大きな問題となっている。 However, there is a stability of the Kerr effect as a problem when a substance exhibiting the Kerr effect is applied to a display element. That is, it is known that the Kerr effect (which is itself observed in the isotropic phase state) becomes maximum near the liquid crystal phase-isotropic phase transition temperature and rapidly decreases as the temperature rises. For this reason, the stability of the Kerr effect is poor, which is a serious problem in practical use.
これに対して、カー効果を示す液晶分子を高分子中に閉じ込め、カー効果の安定性を高める取り組みが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記特許文献1は、カー効果の安定性を維持するという点では有効な方法ではあるものの、光重合等によって反応性モノマーを重合させる必要があると共に、液晶領域サイズを0.1μm以下にする必要がある。このため、特許文献1に記載の液晶材料を用いて表示素子を製造することは容易ではない。さらに、液晶材料と高分子とが接する面積が多いため、高分子中のイオン等の不純物が液晶材料に溶けることによって信頼性が落ちてしまう。このため、表示素子としての高い信頼性を得ることが困難である。
However, although
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カー効果の高い安定性を有するとともに、容易に製造することが可能な表示素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a display element that has high Kerr effect and can be easily manufactured.
本発明に係る表示素子は、上記課題を解決するために、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に挟持され、電界の無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示す媒質とを備えた表示素子であって、上記媒質は、カイラル剤を含むことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a display element according to the present invention is sandwiched between a pair of substrates, at least one of which is transparent, and exhibits optical isotropy when no electric field is applied. A display element including a medium that sometimes exhibits optical anisotropy, wherein the medium includes a chiral agent.
また、本発明の表示素子は、上記構成に加えて、上記媒質には、液晶性物質が含まれており、上記媒質は、ミセル相,逆ミセル相,スポンジ相またはキュービック相を示すリオトロピック液晶からなる媒質、ミセル相,逆ミセル相,スポンジ相またはキュービック相を示す液晶微粒子分散系からなる媒質、キュービック対称性を示す秩序構造を有する媒質、キュービック相またはスメクチックD相を示す分子からなる媒質、及び、液晶マイクロエマルションからなる媒質の何れかからなり、上記媒質には、カイラル物質としてのカイラル剤が含まれていることを特徴としている。 Further, in the display element of the present invention, in addition to the above structure, the medium includes a liquid crystalline substance, and the medium is formed of a lyotropic liquid crystal exhibiting a micelle phase, a reverse micelle phase, a sponge phase, or a cubic phase. A medium comprising a liquid crystal fine particle dispersion exhibiting a micelle phase, reverse micelle phase, sponge phase or cubic phase, a medium having an ordered structure exhibiting cubic symmetry, a medium comprising a molecule exhibiting cubic phase or smectic D phase, and The liquid crystal microemulsion is any one of the mediums, and the medium contains a chiral agent as a chiral substance.
上記の構成によれば、媒質にカイラル剤が含有されている。カイラル剤は、隣接する分子と互いに捩れた構造をとる。この場合、分子間の相互作用のエネルギーが低くなる。このため、媒質にカイラル剤を含有させることにより、媒質およびカイラル剤は自発的に捩れ構造をとり、構造が安定化する。それゆえ、カイラル剤を含む媒質は、例えば、等方相−液晶相相転移温度近傍においても元の構造が安定であるので急激な構造変化が起こらず、その結果としてカー効果を安定化させることができる。ここで、カー効果が安定化するとは、カー定数の変化が小さいことを意味する。 According to said structure, the chiral agent contains in the medium. A chiral agent has a structure twisted with an adjacent molecule. In this case, the energy of interaction between molecules is reduced. For this reason, by including a chiral agent in the medium, the medium and the chiral agent spontaneously take a twisted structure, and the structure is stabilized. Therefore, the medium containing the chiral agent is stable in the original structure even in the vicinity of the isotropic phase-liquid crystal phase transition temperature, for example, so that abrupt structural change does not occur, and as a result, the Kerr effect is stabilized. Can do. Here, the stabilization of the Kerr effect means that the change in the Kerr constant is small.
すなわち、捩れ構造によって安定化している状態を変えるためには大きなエネルギーが必要になる。つまり大きなエネルギーを与えなければ捩れ構造が壊れない。よって、捩れ構造により安定化されたある系が、ある一定のカー定数を持つ場合にその状態を変えるためには、捩れ構造によって安定化されていない状態を変えるために必要なエネルギーよりも大きなエネルギーが必要になると考えられる。つまり捩れ構造がある場合にはカー定数があまり変化しなくなる。よって、カー効果を安定化させることができる。 That is, a large amount of energy is required to change the state stabilized by the twisted structure. In other words, the twisted structure will not be broken unless a large amount of energy is applied. Therefore, in order for a system stabilized by a twisted structure to have a certain Kerr constant, to change its state, an energy larger than the energy required to change the state not stabilized by the twisted structure. Is considered necessary. That is, when there is a twisted structure, the Kerr constant does not change much. Therefore, the Kerr effect can be stabilized.
従って、カイラル剤を添加するといった簡易な方法でカー効果を安定化させた表示素子を容易に実現できるという効果を奏する。 Therefore, it is possible to easily realize a display element in which the Kerr effect is stabilized by a simple method of adding a chiral agent.
本発明に係る表示素子は、上記課題を解決するために、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に挟持され、電界の無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示す媒質とを備えた表示装置であって、上記媒質は、カイラル物質であることを特徴としている。すなわち、上記媒質が、カイラル物質である。 In order to solve the above problems, a display element according to the present invention is sandwiched between a pair of substrates, at least one of which is transparent, and exhibits optical isotropy when no electric field is applied. A display device including a medium that sometimes exhibits optical anisotropy, wherein the medium is a chiral substance. That is, the medium is a chiral substance.
上記の構成によれば、媒質自体がカイラル物質からなっている。カイラル物質は、カイラル性を有する物質(光学的に活性な物質)のことである。カイラル物質は、捩れ構造をとることにより、分子間相互作用のエネルギーが低くなる。このため、媒質自身が自発的に捩れ構造をとり、構造が安定化する。それゆえ、カイラル物質からなる媒質は、例えば、等方相−液晶相相転移温度近傍においても元の構造が安定であるので急激な構造変化が起こらず、その結果としてカー効果を安定化させることができる。すなわち、上記と同様に、捩れ構造がある場合にはカー定数があまり変化しなくなるため、カー効果を安定化させることができる。 According to said structure, the medium itself consists of a chiral substance. The chiral substance is a substance having chirality (an optically active substance). A chiral substance has a twisted structure, so that the energy of intermolecular interaction is lowered. For this reason, the medium itself spontaneously takes a twisted structure, and the structure is stabilized. Therefore, a medium composed of a chiral substance has a stable original structure even in the vicinity of an isotropic phase-liquid crystal phase transition temperature, for example, and therefore does not undergo a sudden structural change, and as a result, stabilizes the Kerr effect. Can do. That is, similarly to the above, the Kerr constant does not change much when there is a twisted structure, so that the Kerr effect can be stabilized.
従って、媒質としてカイラル物質を用いるだけでカー効果を安定化させた表示素子を容易に実現できるという効果を奏する。 Therefore, it is possible to easily realize a display element in which the Kerr effect is stabilized only by using a chiral substance as a medium.
本発明に係る表示素子では、上記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板における上記媒質との対向面とは反対側に偏光板が配置されていることが好ましい。上記の構成によれば、媒質に電界を印加して複屈折を発現させることで透過率を変調させることが可能となる。 In the display element according to the present invention, it is preferable that a polarizing plate is disposed on the opposite side to the surface facing the medium of at least one of the pair of substrates. According to said structure, it becomes possible to modulate a transmittance | permeability by applying an electric field to a medium and expressing birefringence.
本発明に係る表示素子では、上記一対の基板のうち一方の基板に、基板面に対して略平行な電界を上記媒質に印加する電界印加手段を備えていることが好ましい。上記の構成によれば、基板に対して垂直な方向に通過する光に対して略直交する方向、つまり基板面に平行な方向に容易に電界を印加することができ、電界印加で発生する複屈折異方性を光信号の変化として容易に取り出すことができる。 In the display element according to the present invention, it is preferable that one of the pair of substrates includes an electric field applying unit that applies an electric field substantially parallel to the substrate surface to the medium. According to the above configuration, an electric field can be easily applied in a direction substantially perpendicular to light passing in a direction perpendicular to the substrate, that is, a direction parallel to the substrate surface. Refractive anisotropy can be easily extracted as a change in the optical signal.
本発明に係る表示素子では、上記電界印加手段は、上記一対の基板における媒質側に設けられ、かつ、櫛歯部分が互いに噛み合う方向に対向配置された、少なくとも一対の櫛型電極を備えていることが好ましい。 In the display element according to the present invention, the electric field applying means includes at least a pair of comb-shaped electrodes provided on the medium side of the pair of substrates and arranged to face each other in a direction in which the comb-tooth portions are engaged with each other. It is preferable.
上記の構成によれば、上記電界印加手段は、少なくとも1対の櫛型電極であって、上記一対の基板における媒質側に設けられ、かつ、櫛歯部分が互いに噛み合う方向に対向配置されている。上記櫛型電極における櫛歯部分が、互いに噛み合うように配置されていることで、櫛型電極による電界は、基板に略平行な電界になる。それゆえ、上記の構成によれば、櫛型電極が基板に略平行な電界を媒質に印加するので、駆動電圧の低減された表示素子を実現できる。なお、上記「櫛型電極」とは、複数の電極(櫛歯部分)が、1つの電極(櫛根部分)から、その長手方向に対して所定の方向に伸長した電極のことをいう。 According to said structure, the said electric field application means is at least 1 pair of comb-shaped electrodes, Comprising: It is provided in the medium side in the said pair of board | substrate, and is opposingly arranged in the direction which a comb-tooth part mutually meshes | engages . Since the comb-tooth portions of the comb-shaped electrode are arranged so as to mesh with each other, the electric field generated by the comb-shaped electrode becomes an electric field substantially parallel to the substrate. Therefore, according to the above configuration, since the comb-shaped electrode applies an electric field substantially parallel to the substrate to the medium, a display element with a reduced driving voltage can be realized. The “comb-shaped electrode” refers to an electrode in which a plurality of electrodes (comb tooth portions) are extended from one electrode (comb root portion) in a predetermined direction with respect to the longitudinal direction.
本発明に係る表示素子では、上記櫛歯部分が、楔型形状を有することが好ましい。「楔型形状」とは、櫛歯部分が、所定の角度で折れ曲がった形状のことをいう。上記構成によれば、このような櫛型電極における楔型形状の櫛歯部分が、互いに噛み合うように対向配置されているので、この櫛型電極により生成される電界は、電界印加方向が少なくとも2方向になる。 In the display element according to the present invention, the comb tooth portion preferably has a wedge shape. The “wedge shape” refers to a shape in which the comb tooth portion is bent at a predetermined angle. According to the above configuration, the wedge-shaped comb teeth of the comb-shaped electrode are disposed so as to be engaged with each other, so that the electric field generated by the comb-shaped electrode has an electric field application direction of at least 2 Become a direction.
それゆえ、上記の構成によれば、電界印加方向が少なくとも2方向存在することで、上記媒質の光学的異方性の方向が異なる媒質ドメインが存在する。このため、上記表示素子において視野角特性を向上させることができる。 Therefore, according to the above configuration, there are medium domains in which the direction of optical anisotropy of the medium is different because there are at least two electric field application directions. For this reason, viewing angle characteristics can be improved in the display element.
本発明に係る表示素子では、上記楔型形状の折れ曲がり部分のなす角度が、90度±10度未満であることが好ましい。「楔型形状の折れ曲がり部分のなす角度」とは、櫛歯部分が折れ曲がった角度のことをいう。それゆえ、上記の構成によれば、上記楔型形状の折れ曲がり部分のなす角度が、90度±10度未満であるので、媒質の光学異方性の方向が互いにほぼ直交する(略90度の角度をなす)媒質ドメインが存在する。それゆえ、各媒質ドメインにおける斜め視角の色つき現象を互いに補償しあうことが可能になる。したがって、透過率を損なうことなく、視野角特性をより向上させることができる表示素子を実現できる。 In the display element according to the present invention, the angle formed by the wedge-shaped bent portion is preferably less than 90 ° ± 10 °. “An angle formed by a wedge-shaped bent portion” refers to an angle at which a comb-tooth portion is bent. Therefore, according to the above configuration, since the angle formed by the wedge-shaped bent portion is less than 90 degrees ± 10 degrees, the directions of the optical anisotropy of the medium are substantially orthogonal to each other (approximately 90 degrees). There is a medium domain that forms an angle. Therefore, it becomes possible to compensate each other for the coloring phenomenon of the oblique viewing angle in each medium domain. Therefore, it is possible to realize a display element that can further improve the viewing angle characteristics without impairing the transmittance.
本発明に係る表示素子では、上記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板における上記媒質との対向面に配向膜が配置されていることが好ましい。また、上記配向膜が、有機薄膜であることが好ましく、上記配向膜が、ポリイミドからなることが特に好ましい。 In the display element according to the present invention, it is preferable that an alignment film is disposed on a surface of at least one of the pair of substrates facing the medium. The alignment film is preferably an organic thin film, and the alignment film is particularly preferably made of polyimide.
上記の構成によれば、上記媒質の上記配向膜との界面付近における、媒質の配向方向を所望の方向に確実に規定することができる。また、上記媒質に液晶相を発現させた状態において、上記媒質を構成する分子を、所望の方向に確実に配向させることができる。 According to said structure, the orientation direction of a medium in the vicinity of the interface with the said alignment film of the said medium can be prescribed | regulated reliably in a desired direction. In addition, in a state where the liquid crystal phase is developed in the medium, the molecules constituting the medium can be reliably aligned in a desired direction.
本発明に係る表示素子では、上記配向膜は、基板に対して平行または反平行に水平配向処理が施されていることが好ましい。上記基板に対して平行または反平行に水平配向処理が施されていることで、コントラストの最大化を図ることができ、例えば黒輝度をより一層小さくすることができるという効果を奏する。なお、本発明において、平行とは、互いの配向処理方向が、平行でかつ向きが同じ場合を示すものとし、反平行とは、互いの配向処理方向が、平行でかつ向きが反対(逆)の場合を示すものとする。 In the display element according to the present invention, the alignment film is preferably subjected to a horizontal alignment process in parallel or antiparallel to the substrate. Since the horizontal alignment process is performed in parallel or anti-parallel to the substrate, the contrast can be maximized, and for example, the black luminance can be further reduced. In the present invention, “parallel” means that the alignment treatment directions are parallel and the same direction, and “anti-parallel” means that the alignment treatment directions are parallel and opposite (reverse). This case shall be shown.
本発明に係る表示素子では、上記媒質は、電界無印加時に光の波長以下の配向秩序を有していることが好ましい。配向秩序が光の波長以下であれば、光学的に等方性を示す。従って、電界無印加時に配向秩序が光の波長以下となる媒質を用いることにより、電圧無印加時と電圧印加時とにおける表示状態を確実に異ならせることができる。 In the display element according to the present invention, it is preferable that the medium has an alignment order equal to or less than the wavelength of light when no electric field is applied. If the alignment order is less than the wavelength of light, it is optically isotropic. Therefore, by using a medium in which the alignment order is equal to or less than the wavelength of light when no electric field is applied, it is possible to reliably change the display state when no voltage is applied and when a voltage is applied.
本発明に係る表示素子では、上記媒質には、液晶性物質が含まれていることが好ましい。液晶性物質に電界を印加することにより、微細構造に歪みが与えられ、光学変調を誘起させることが可能となる。 In the display element according to the present invention, the medium preferably contains a liquid crystal substance. By applying an electric field to the liquid crystalline substance, the fine structure is distorted and optical modulation can be induced.
また、上記媒質は、キュービック対称性を示す秩序構造を有するものであってもよい。 Further, the medium may have an ordered structure exhibiting cubic symmetry.
また、上記媒質は、キュービック相またはスメクチックD相を示す分子からなるものであってもよい。 The medium may be composed of molecules exhibiting a cubic phase or a smectic D phase.
また、上記媒質は、液晶マイクロエマルションからなるものであってもよい。 The medium may be made of a liquid crystal microemulsion.
また、上記媒質は、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、またはキュービック相を示すリオトロピック液晶からなるものであってもよい。 The medium may be composed of a lyotropic liquid crystal exhibiting a micelle phase, a reverse micelle phase, a sponge phase, or a cubic phase.
また、上記媒質は、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、またはキュービック相を示す液晶微粒子分散系からなるものであってもよい。 The medium may be composed of a liquid crystal fine particle dispersion system exhibiting a micelle phase, reverse micelle phase, sponge phase, or cubic phase.
また、本発明の関連発明では、上記媒質を、デンドリマーからなるものとすることもできる。 In the related invention of the present invention, the medium may be a dendrimer .
また、上記媒質は、コレステリックブルー相を示す分子からなるものであってもよい。 The medium may be composed of molecules exhibiting a cholesteric blue phase.
また、上記媒質は、スメクチックブルー相を示す分子からなるものであってもよい。 The medium may be composed of molecules exhibiting a smectic blue phase.
上記した物質は、いずれも電界を印加することによって光学的異方性が変化する。従って、上記した物質はいずれも上記媒体として用いることができる。 In any of the above substances, the optical anisotropy changes when an electric field is applied. Therefore, any of the above substances can be used as the medium.
本発明に係る表示素子は、以上のように、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に挟持され、電界の無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示す媒質とを備えた表示素子であって、上記媒質はカイラル剤を含む構成である。媒質にカイラル剤を含有させることにより、媒質およびカイラル剤は自発的に捩れ構造をとり、構造が安定化する。その結果、カー効果を安定化させた表示素子を実現できるという効果を奏する。 As described above, the display element according to the present invention is sandwiched between a pair of substrates, at least one of which is transparent, and exhibits optical isotropy when no electric field is applied, and optically when an electric field is applied. The display element includes a medium exhibiting anisotropy, and the medium includes a chiral agent. By including a chiral agent in the medium, the medium and the chiral agent spontaneously take a twisted structure, and the structure is stabilized. As a result, it is possible to realize a display element in which the Kerr effect is stabilized.
本発明の実施の一形態について図1ないし図11に基づいて説明すれば、以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11 as follows.
図1(a)は、電圧無印加状態(OFF状態)における本実施の形態にかかる表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図であり、図1(b)は電圧印加状態(ON状態)における本実施の形態にかかる表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。 FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a main part of the display element according to the present embodiment in a voltage non-application state (OFF state), and FIG. It is sectional drawing which shows typically schematic structure of the principal part of the display element concerning this Embodiment in an ON state.
図1(a)・(b)に示すように、本実施の形態にかかる表示素子は、互いに対向して配置された、少なくとも一方が透明な一対の基板(以下、画素基板11および対向基板12と記す)を備え、これら一対の基板間に、光学変調層として、電界の印加により光学変調する媒質(以下、媒質Aと記す)からなる媒質層3が挟持されているセル構造を有している。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the display element according to the present embodiment includes a pair of substrates (hereinafter referred to as a pixel substrate 11 and a counter substrate 12) that are arranged to face each other and at least one of them is transparent. And a cell structure in which a
また、上記画素基板11および対向基板12は、図1(a)・(b)に示すように、媒質保持手段(光学変調層保持手段)としての基板1・2をそれぞれ有し、これら一対の基板1・2の外側(画素基板11および対向基板12の外側)、つまり、これら両基板1・2の対向面とは反対側の面に、偏光板6・7がそれぞれ設けられている構成を有している。
Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the pixel substrate 11 and the
上記一対の基板1・2のうち、少なくとも一方の基板は透光性を有する、例えばガラス基板等の透明な基板からなり、これら一対の基板1・2のうち、一方の基板1における他方の基板2との対向面上には、図1(a)・(b)に示すように上記基板1に略平行な電界(横向きの電界)を上記媒質層3に印加するための電界印加手段である電極4・5が互いに対向配置されている。
Of the pair of
上記電極4・5は、例えばITO(インジウム錫酸化物)等の透明電極材料等の電極材料からなり、本実施の形態では、例えば線幅5μm、電極間距離(電極間隔)5μm、厚み0.6μmに設定されている。但し、上記電極材料並びに線幅、電極間距離、および厚みは単なる一例であり、これに限定されるものではない。上記電極4・5の一例としては、上記媒質層3を印加するとともに、媒質層3の媒質Aを光学変調させることが可能であれば、特に限定されるものではないが、例えば、上記基板1に略平行な電界(横向きの電界)を上記媒質層3に印加する電極が挙げられる。
The
以下、電極4・5の電極構造の一例を図2を参照にして説明する。図2は、本発明の実施の表示素子における電極4・5の構造と偏光板吸収軸との関係を説明する図である。
Hereinafter, an example of the electrode structure of the
電極4・5は、櫛歯部分4a・5aが楔型形状を有し、かつ、互いに噛み合う方向に対向配置された櫛形電極である。「楔形形状」とは、櫛歯部分4a・5aが、所定の角度αで折れ曲がった形状のことをいう。また、櫛歯部分4a・5aは、図2に示すように、楔型形状を複数有した形状でもよい。このように、楔型形状を複数有する形状の一例としては、鋸歯形状が挙げられる。
The
ここでいう「櫛形電極」とは、複数の電極(櫛歯部分)4aが、1つの電極(櫛根部分)4bから、その長手方向に対して所定の方向に伸長した電極のことをいう。また、「鋸歯形状」とは、図2に示すように、櫛歯部分が、櫛根部分4bの長手方向に対して遠ざかる方向に、角度αで交互に折れ曲がりながら伸長した形状のことをいう。
Here, the “comb-shaped electrode” refers to an electrode in which a plurality of electrodes (comb tooth portions) 4a extend from one electrode (comb root portion) 4b in a predetermined direction with respect to the longitudinal direction. Further, as shown in FIG. 2, the “sawtooth shape” refers to a shape in which the comb tooth portion is extended while being alternately bent at an angle α in a direction away from the longitudinal direction of the
図2に示すように、電極4は、櫛歯部分4aと櫛根部分4bとからなる。櫛歯部分4aは、櫛根部分4bの長手方向に対して遠ざかる方向に、交互に折れ曲がりながら伸長している。また、櫛歯部分4aは、鋸歯成分4c及び鋸歯成分4dが構成する鋸歯単位4eが連続して伸長した構成になっている。この鋸歯単位4eは、鋸歯成分4cと鋸歯成分4dとが角度αの角度をなすように折れ曲がった構成である。そして、電極4の櫛歯部分4aにおいては、櫛根部分4bの長手方向に対して遠ざかる方向に、等間隔で交互に折れ曲がりながら伸長した構成になっている。
As shown in FIG. 2, the
また、電極5における櫛歯部分5aも、電極4における櫛歯部分4aと同様に、鋸歯成分5c及び鋸歯成分5dが構成する鋸歯単位5eが連続して伸長した構成になっており、鋸歯単位5eにおける鋸歯成分5cと鋸歯成分5dとが、角度αの角度をなすように折れ曲がった構成である。
Similarly to the comb-
上記電極4及び5における角度αは、90度±10度未満であることが好ましく、90度±5度未満であることがより好ましく、90度であることが最も好ましい。
The angle α in the
また、図2に示すように、電極4と電極5とは、それぞれの櫛歯部分4aと櫛歯部分5aとが噛み合うように対向配置されている。すなわち、電極4と電極5とは、櫛歯部分4aにおける鋸歯成分4c及び鋸歯成分4dが、各々櫛歯部分5aにおける鋸歯成分5c及び鋸歯成分5dと平行になるように、対向配置されている。それゆえ、電極4・5に電圧を印加すると、電界印加方向が互いに異なる2つの電界が形成される。すなわち、鋸歯成分4cと鋸歯成分5cとの間の電界(図2の電界印加方向45c)、及び、鋸歯成分4dと鋸歯成分5dとの間の電界(図2の電界印加方向45d)が形成される。
Further, as shown in FIG. 2, the
また、上記の鋸歯単位4e、及び、鋸歯単位5eは、その形状から、「く」の字型形状を有しているとも言える。それゆえ、上記「鋸歯形状」は、鋸歯単位に相当する「く」の字成分が、櫛根部分の長手方向に対して遠ざかる方向に伸長した形状であるともいえる。また、「櫛歯部分が鋸歯形状」とは、櫛歯部分が「く」の字型形状を有するジグザグ線の形状であるともいえる。
In addition, it can be said that the
また、上記の鋸歯単位4e、及び、鋸歯単位5eは、その形状から、「v」の字の形状を有しているとも言える。それゆえ、上記「鋸歯形状」は、鋸歯単位に相当する「v」の字成分が、櫛根部分の長手方向に対して遠ざかる方向に伸長した形状であるともいえる。また、「櫛歯部分が鋸歯形状」とは、櫛歯部分が「v」の字型形状を有するジグザグ線の形状であるともいえる。
Further, it can be said that the
また、図2に示すように、電界印加方向45cと電界印加方向45dとは互いに垂直である。このため、媒質Aの光学異方性の方向が互いに直交する(90度の角度をなす)媒質ドメインが存在し、表示素子において、各媒質ドメインにおける斜め視角の色つき現象を互いに補償しあうことが可能になる。
As shown in FIG. 2, the electric
また、本実施の形態では、両基板1・2にそれぞれ設けられた偏光板6・7は、図2に示すように、互いに偏光板吸収軸方向が直交するように配置されているとともに、各偏光板6・7における偏光板吸収軸6a・7aは、電極4・5により形成される、上述の2方向の電界印加方向45c・45dに対して45度の角度をなしている。
In the present embodiment, the
このように、基板1に設けられた電極4・5は、その電界印加方向が、少なくとも2方向になるように設けられている。電界印加方向が少なくとも2方向存在することで、媒質層3で、媒質Aの光学的異方性の方向が異なる媒質ドメインが存在する。このため、上記表示素子において視野角特性が向上するという効果を奏する。また、上記少なくとも2方向の電界印加方向が互いに垂直になるように、電極4・5が設けられている場合、媒質Aの光学異方性の方向が互いに直交する(90度の角度をなす)媒質ドメインが存在する。このため、表示素子において、各媒質ドメインにおける斜め視角の色つき現象を互いに補償しあうことが可能になる。したがって、透過率を損なうことなく、視野角特性をより向上させることができる表示素子を実現できる。また、媒質Aの光学異方性の方向が互いに直交し、かつ、上記偏光板6・7の偏光板吸収軸6a・7aとの角度が45度の角度をなすように配置されている場合、斜め視角の色付き現象の補償度が増し、視野角特性をさらに向上させる表示素子を実現できる。
Thus, the
さらに、上記基板1における基板2との対向面上、つまり、上記画素基板11における対向基板12との対向面表面には、ラビング処理が施された配向膜8(誘電体薄膜)が、上記電極4・5を覆うように、上記基板1における基板2との対向面全面に渡って形成されている。
Further, on the surface of the
また、上記基板2における基板1との対向面上、つまり、上記対向基板12における画素基板11との対向面表面にも、ラビング処理が施された配向膜9(誘電体薄膜)が、上記基板2における基板1との対向面全面に渡って形成されている。
An alignment film 9 (dielectric thin film) that has been subjected to rubbing treatment on the surface of the
上記配向膜8・9は、そのラビング方向が、上記偏光板6・7の吸収軸6a・7aのうち何れか一方の偏光板吸収軸と一致するように、上記ラビング処理として、配向処理方向が基板面内方向の水平ラビング処理(水平配向処理)が施されている。
As the rubbing treatment, the alignment treatment direction of the
本実施の形態にかかる表示素子において、媒質層3は、図1(b)に示すように電界印加方向に配向秩序度が上昇することにより光学的異方性が発現し、透過率が変化するシャッタ型の表示素子として機能し得る。したがって、互いに直交する偏光板吸収軸方向に対して、その異方性方向は、45度の角度をなす時に最大透過率を与える。なお、媒質Aの光学的異方性が発現する方位が、偏光板吸収軸にそれぞれ±θ(度)の角度に存在するとしたときの透過率(P)は、P(%)=Sin2(2θ)より見積もられ、上記θが45度の時の透過率を100%とすれば、ほぼ90%以上であれば人間の目には最大輝度を有していると感じられることから、上記θは、35度<θ<55度であれば、人間の目には最大輝度を有していると感じられる。つまり、本実施の形態に示すように、電界が例えば基板1に略平行に印加される表示素子では、偏光板吸収軸方向、言い換えれば、水平配向処理における配向処理方向(ラビング方向)が、上記電極4・5による電界印加方向に対し、45度±10度未満、より好適には45度±5度未満、最も好適には45度の角度をなすことで、透過率を最大化することができる。
In the display element according to the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the
本実施の形態では、図2に示すように、両基板1・2にそれぞれ設けられた偏光板6・7は、互いの偏光板吸収軸方向が直交すると共に、各偏光板6・7における偏光板吸収軸と電極4・5(櫛歯部分4a・5a)の電極伸長方向とが45度の角度をなすように形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
よって、上記表示素子において、上記電極4・5による電界印加方向は、上記偏光板6・7の偏光板吸収軸方向並びに配向膜8・9のラビング方向と45度の角度をなしている。
Therefore, in the display element, the electric field application direction by the
本実施の形態において、上記配向膜8・9におけるラビング方向は、図2に示すように、上記偏光板6・7の何れか一方の偏光板吸収軸と一致してさえいれば、互いに平行(互いの配向(処理)方向が、平行でかつ向きが同じ)であってもよく、反平行(逆平行)、つまり、互いの配向(処理)方向が、平行でかつ向きが反対(逆)であってもよく、直交していてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the rubbing directions in the
本実施の形態において用いられる上記配向膜8・9は、それぞれ、有機膜であってもよいし、無機膜であってもよく、上記媒質Aを構成する分子10の配向の秩序の度合いを向上させ、該分子10を、所望の方向に配向させることができさえすれば、特に限定されるものではないが、上記配向膜8・9を有機薄膜により形成した場合、良好な配向効果を示すことから、上記配向膜8・9としては有機薄膜を用いることがより望ましい。このような有機薄膜の中でもポリイミドは安定性、信頼性が高く、極めて優れた配向効果を示すことから、配向膜材料にポリイミドを使用することで、より良好な表示性能を示す表示素子を提供することができる。
Each of the
なお、上記配向膜8・9としては、市販の水平配向膜を用いることができる。また、上記配向膜8・9としては、その配向制御が容易であることから光感応性を有する官能基(以下、光官能基と記す)を有していてもよい。上記光官能基としては、例えば二量化反応をするシンナメート系、カルコン系等や、異性化反応をするアゾ系等が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
A commercially available horizontal alignment film can be used as the
上記配向膜8・9が光官能基を有する場合、上記画素基板11および対向基板12表面、すなわち、上記配向膜8・9表面に、偏光された紫外線の照射(以下、偏光紫外光照射と記す)を行って配向規制力を発現させることにより、容易に所望の配向処理を行うことができる。
When the
上記表示素子は、例えば、上記画素基板11と対向基板12とを、図示しないシール剤により、必要に応じて、例えば図示しないプラスチックビーズやガラスファイバースペーサ等のスペーサを介して貼り合わせ、その空隙に、前記媒質Aを封入することにより形成される。
In the display element, for example, the pixel substrate 11 and the
本実施の形態に用いられる上記媒質Aは、電界を印加することにより、光学的異方性が変化する媒質である。物質中に外部から電界Ejを加えると、電気変位Dij=εij・Ejを生じるが、そのとき、誘電率(εij)にもわずかな変化が見られる。光の周波数では屈折率(n)の自乗は誘電率と等価であるから、上記媒質Aは、電界の印加により、屈折率が変化する物質と言うこともできる。 The medium A used in the present embodiment is a medium whose optical anisotropy changes when an electric field is applied. When an electric field E j is applied to the material from the outside, an electric displacement D ij = ε ij · E j is generated, and at that time, a slight change is also seen in the dielectric constant (ε ij ). Since the square of the refractive index (n) is equivalent to the dielectric constant at the frequency of light, the medium A can also be said to be a substance whose refractive index changes when an electric field is applied.
このように、本実施の形態にかかる表示素子は、物質の屈折率が外部電界によって変化する現象(電気光学効果)を利用して表示を行うものであり、電界印加により分子(分子の配向方向)が揃って回転することを利用した液晶表示素子とは異なり、光学的異方性の方向は殆ど変化せず、その光学的異方性の程度の変化(主に、電子分極や配向分極)により表示を行うようになっている。 As described above, the display element according to the present embodiment performs display using a phenomenon (electro-optic effect) in which the refractive index of a substance is changed by an external electric field. Unlike liquid crystal display elements that utilize the fact that they rotate together, the direction of optical anisotropy hardly changes, and the degree of optical anisotropy changes (mainly electronic polarization and orientation polarization). Is displayed.
上記媒質Aとしては、ポッケルス効果またはカー効果を示す物質等、電界無印加時には光学的に等方(巨視的に見て等方であればよい)であり、電界印加により光学変調(特に電界印加により複屈折が上昇することが望ましい)を発現する媒質である。 As the medium A, a substance exhibiting the Pockels effect or the Kerr effect is optically isotropic when the electric field is not applied. Therefore, it is desirable that the birefringence be increased.
ポッケルス効果、カー効果(それ自身は、等方相状態で観察される)は、それぞれ、電界の一次または二次に比例する電気光学効果であり、電圧無印加状態では、等方相であるため光学的に等方的であるが、電圧印加状態では、電界が印加されている領域において、電界方向に化合物の分子の長軸方向が配向し、複屈折が発現することにより透過率を変調することができる。例えば、カー効果を示す物質を用いた表示方式の場合、電界を印加して1つの分子内での電子の偏りを制御することにより、ランダムに配列した個々の分子が各々別個に回転して向きを変えることから、応答速度が非常に速く、また、分子が無秩序に配列していることから、視角制限がないという利点がある。なお、上記媒質Aのうち、大まかに見て電界の一次または二次に比例しているものは、ポッケルス効果またはカー効果を示す物質として扱うことができる。 The Pockels effect and the Kerr effect (which are themselves observed in the isotropic phase state) are electro-optic effects that are proportional to the primary or secondary electric field, respectively, and are in the isotropic phase when no voltage is applied. Although optically isotropic, in the voltage application state, in the region where an electric field is applied, the long axis direction of the compound molecules is oriented in the electric field direction, and birefringence is expressed, thereby modulating the transmittance. be able to. For example, in the case of a display method using a substance exhibiting the Kerr effect, by controlling the bias of electrons within one molecule by applying an electric field, each randomly arranged individual molecule rotates and becomes oriented. Is advantageous in that the response speed is very fast and the molecules are arranged randomly, and there is no viewing angle limitation. The medium A that is roughly proportional to the primary or secondary electric field can be treated as a substance exhibiting the Pockels effect or the Kerr effect.
ポッケルス効果を示す物質としては、例えば、ヘキサミン等の有機固体材料等が挙げられるが、特に限定されるものではない。上記媒質Aとしては、ポッケルス効果を示す各種有機材料、無機材料を用いることができる。 Examples of the substance exhibiting the Pockels effect include, but are not limited to, organic solid materials such as hexamine. As the medium A, various organic materials and inorganic materials exhibiting the Pockels effect can be used.
また、カー効果を示す物質としては、下記構造式(1)〜(7) Moreover, as a substance which shows a Kerr effect, following structural formula (1)-(7)
で示される液晶性物質等が挙げられるが、特に限定されるものではない。 Although the liquid crystalline substance shown by these is mentioned, it does not specifically limit.
カー効果は、入射光に対して透明な媒質中で観測される。このため、カー効果を示す物質は、透明媒質として用いられる。通常、液晶性物質は、温度上昇に伴って、短距離秩序を持った液晶相から、分子レベルでランダムな配向を有する等方相に移行する。つまり、液晶性物質のカー効果は、ネマチック相ではなく、液晶相−等方相温度以上の等方相状態の液体に見られる現象であり、上記液晶性物質は、透明な誘電性液体として使用される。 The Kerr effect is observed in a medium transparent to incident light. For this reason, the substance showing the Kerr effect is used as a transparent medium. Usually, a liquid crystalline substance shifts from a liquid crystal phase having a short-range order to an isotropic phase having random orientation at a molecular level as the temperature rises. In other words, the Kerr effect of liquid crystalline substances is not a nematic phase, but a phenomenon seen in liquids in the isotropic phase state above the liquid crystal phase-isotropic phase temperature. The liquid crystalline substance is used as a transparent dielectric liquid. Is done.
液晶性物質等の誘電性液体は、加熱による使用環境温度(加熱温度)が高いほど、等方相状態となる。よって、上記媒質として液晶性物質等の誘電性液体を使用する場合には、該誘電性液体を透明、すなわち可視光に対して透明な液体状態で使用するために、例えば、(1)媒質層3の周辺に、図示しないヒータ等の加熱手段を設け、該加熱手段により上記誘電性液体をその透明点以上に加熱して用いてもよいし、(2)バックライトからの熱輻射や、バックライトおよび/または周辺駆動回路からの熱伝導(この場合、上記バックライトや周辺駆動回路が加熱手段として機能する)等により、上記誘電性液体をその透明点以上に加熱して用いてもよい。また、(3)上記基板1・2の少なくとも一方に、ヒータとしてシート状ヒータ(加熱手段)を貼合し、所定の温度に加熱して用いてもよい。さらに、上記誘電性液体を透明状態で用いるために、透明点が、上記表示素子の使用温度範囲下限よりも低い材料を用いてもよい。
A dielectric liquid such as a liquid crystal substance is in an isotropic phase state as the use environment temperature (heating temperature) by heating is higher. Therefore, when a dielectric liquid such as a liquid crystal substance is used as the medium, in order to use the dielectric liquid in a liquid state that is transparent, that is, transparent to visible light, for example, (1)
上記媒質Aは、液晶性物質を含んでいることが望ましく、上記媒質Aとして液晶性物質を使用する場合には、該液晶性物質は、巨視的には等方相を示す透明な液体であるが、微視的には一定の方向に配列した短距離秩序を有する分子集団であるクラスタを含んでいることが望ましい。なお、上記液晶性物質は可視光に対して透明な状態で使用されることから、上記クラスタも、可視光に対して透明(光学的に等方)な状態で用いられる。また、液晶性物質は、単体で液晶性を示すものであってもよく、複数の物質が混合されることによって液晶性を示すものであってもよく、これらの物質に他の非液晶性物質が混入されたものであってもよい。 The medium A preferably contains a liquid crystalline substance. When a liquid crystalline substance is used as the medium A, the liquid crystalline substance is a transparent liquid that shows a macroscopic isotropic phase. However, microscopically, it is desirable to include a cluster which is a molecular group having a short-range order arranged in a certain direction. Since the liquid crystalline substance is used in a state transparent to visible light, the cluster is also used in a state transparent (optically isotropic) to visible light. Further, the liquid crystalline substance may be a single substance exhibiting liquid crystallinity, or may exhibit liquid crystallinity by mixing a plurality of substances, and other non-liquid crystalline substances may be included in these substances. May be mixed.
このために、上記表示素子は、上述したように、ヒータ等の加熱手段を用いて温度制御を行ってもよいし、媒質層3を、高分子材料等を用いて小区域に分割して用いてもよく、上記液晶性物質の直径を例えば0.1μm以下とする等、上記液晶性物質を、光の波長よりも小さな径を有する微小ドロップレットとし、光の散乱を抑制することにより透明状態とするか、あるいは、使用環境温度(室温)にて透明な等方相を示す液晶性化合物を使用する等してもよい。上記液晶性物質の直径、さらにはクラスタの径(長径)が0.1μm以下、つまり、光の波長(入射光波長)よりも小さい場合の光の散乱は無視することができる。このため、例えば上記クラスタの径が0.1μm以下であれば、上記クラスタもまた可視光に対して透明である。
For this purpose, as described above, the display element may be temperature-controlled using a heating means such as a heater, or the
なお、上記媒質Aは、上述したようにポッケルス効果またはカー効果を示す物質に限定されない。このため、上記媒質Aは、分子の配列が、光の波長以下(例えばナノスケール)のスケールのキュービック対称性を有する秩序構造を有し、光学的には等方的に見えるキュービック相(非特許文献1・3・6参照)を有していてもよい。キュービック相は上記媒質Aとして使用することができる液晶性物質の液晶相の一つであり、キュービック相を示す液晶性物質としては、例えば、下記構造式(8)
The medium A is not limited to a substance exhibiting the Pockels effect or the Kerr effect as described above. For this reason, the medium A has an ordered structure in which the molecular arrangement has cubic symmetry of a scale equal to or smaller than the wavelength of light (for example, nanoscale), and is optically isotropic cubic phase (non-patent document)
で示されるBABH8等が挙げられる。このような液晶性物質に電界を印加すれば、微細構造に歪みが与えられ、光学変調を誘起させることが可能となる。 BABH8 etc. which are shown by these. When an electric field is applied to such a liquid crystalline substance, the fine structure is distorted and optical modulation can be induced.
BABH8は、136.7℃以上、161℃以下の温度範囲では、光の波長以下のスケールのキュービック対称性を有する秩序構造からなるキュービック相を示す。該BABH8は、光の波長以下の秩序構造を有し、上記温度範囲において、電圧無印加時に光学的等方性を示すことで、直交ニコル下において良好な黒表示を行うことができる。
BABH8 shows a cubic phase composed of an ordered structure having cubic symmetry of a scale below the wavelength of light in a temperature range of 136.7 ° C. or more and 161 ° C. or less. The
一方、上記BABH8の温度を、例えば前記した加熱手段等を用いて136.7℃以上、161℃以下に制御しながら、電極4・5(櫛形電極)間に電圧を印加すると、キュービック対称性を有する構造(秩序構造)に歪みが生じる。すなわち、上記BABH8は、上記の温度範囲において、電圧無印加状態では等方的であり、電圧印加により異方性が発現する。
On the other hand, when a voltage is applied between the
これにより、上記媒質層3において複屈折が発生するので、上記表示素子は、良好な白表示を行うことができる。なお、複屈折が発生する方向は一定であり、その大きさが電圧印加によって変化する。また、電極4・5(櫛形電極)間に印加する電圧と透過率との関係を示す電圧透過率曲線は、136.7℃以上、161℃以下の温度範囲、すなわち、約20Kという広い温度範囲において安定した曲線となる。このため、上記BABH8を上記媒質Aとして使用した場合、温度制御を極めて容易に行うことができる。すなわち、上記BABH8からなる媒質層3は、熱的に安定な相であるため、急激な温度依存性が発現せず、温度制御が極めて容易である。
As a result, birefringence occurs in the
また、上記媒質Aとしては、液晶分子が光の波長以下のサイズで放射状に配向した集合体で充填された、光学的に等方的に見えるような系を実現することも可能であり、その手法としては非特許文献2に記載の液晶マイクロエマルションや、液晶・微粒子分散系(溶媒(液晶)中に微粒子を混在させた混合系、以下、単に液晶微粒子分散系と記す)の手法を応用することも可能である。これらに電界を印加すれば、放射状配向の集合体に歪みが与えられ、光学変調を誘起させることが可能である。
Further, as the medium A, it is also possible to realize a system that is optically isotropic, in which liquid crystal molecules are filled with aggregates that are radially aligned with a size equal to or smaller than the wavelength of light. As a technique, a liquid crystal microemulsion described in
なお、これら液晶性物質は、何れも、単体で液晶性を示すものであってもよいし、複数の物質が混合されることにより液晶性を示すものであってもよいし、これらの物質に他の非液晶性物質が混入されていてもよい。さらには、高分子・液晶分散系の物質を適用することもできる。また、ゲル化剤を添加してもよい。 Any of these liquid crystalline substances may be liquid crystalline as a single substance, or may be liquid crystalline by mixing a plurality of substances. Other non-liquid crystalline substances may be mixed. Furthermore, a polymer / liquid crystal dispersion material can also be applied. Moreover, you may add a gelatinizer.
また、上記媒質Aとしては、有極性分子を含有することが望ましく、例えばニトロベンゼン等が媒質Aとして好適である。なお、ニトロベンゼンもカー効果を示す媒質の一種である。 The medium A preferably contains a polar molecule. For example, nitrobenzene or the like is suitable as the medium A. Nitrobenzene is also a type of medium that exhibits the Kerr effect.
以下に、上記媒質Aとして用いることができる物質もしくは該物質の形態の一例を示すが、本発明は以下の例示にのみ限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the substance or the form of the substance that can be used as the medium A will be shown, but the present invention is not limited to the following examples.
〔スメクチックD相(SmD)〕
スメクチックD相(SmD)は、上記媒質Aとして使用することができる液晶性物質の液晶相の一つであり、三次元格子構造を有し、その格子定数が光の波長以下である。このため、スメクチックD相は、光学的には等方性を示す。
[Smectic D phase (SmD)]
The smectic D phase (SmD) is one of liquid crystal phases of a liquid crystalline material that can be used as the medium A, has a three-dimensional lattice structure, and has a lattice constant equal to or less than the wavelength of light. For this reason, the smectic D phase is optically isotropic.
スメクチックD相を示す液晶性物質としては、例えば、非特許文献1もしくは非特許文献3に記載の下記一般式(9)・(10)
Examples of liquid crystalline substances exhibiting a smectic D phase include the following general formulas (9) and (10) described in
で表されるANBC16等が挙げられる。なお、上記一般式(6)・(7)において、mは任意の整数、具体的には、一般式(6)においてはm=16、一般式(7)においてはm=15を示し、Xは−NO2基を示す。 ANBC16 represented by the following. In the general formulas (6) and (7), m represents an arbitrary integer, specifically, m = 16 in the general formula (6), m = 15 in the general formula (7), and X Represents a —NO 2 group.
上記ANBC16は、171.0℃〜197.2℃の温度範囲において、スメクチックD相が発現する。スメクチックD相は、複数の分子がジャングルジム(登録商標)のような三次元的格子を形成しており、その格子定数が光学波長以下である。このため、スメクチックD相は、光学的には等方性を示す。 The ANBC16 exhibits a smectic D phase in a temperature range of 171.0 ° C. to 197.2 ° C. In the smectic D phase, a plurality of molecules form a three-dimensional lattice such as jungle gym (registered trademark), and the lattice constant is equal to or less than the optical wavelength. For this reason, the smectic D phase is optically isotropic.
また、ANBC16がスメクチックD相を示す上記の温度領域において、ANBC16に電界を印加すれば、ANBC16の分子自身に誘電異方性が存在するため、分子が電界方向に向こうとして格子構造に歪が生じる。すなわち、ANBC16に光学的異方性が発現する。なお、ANBC16に限らず、スメクチックD相を示す物質であれば、本実施の形態にかかる表示素子の媒質Aとして適用することができる。 In addition, when an electric field is applied to the ANBC 16 in the above temperature range in which the ANBC 16 exhibits a smectic D phase, the ANBC 16 molecules themselves have dielectric anisotropy, so that the molecules are distorted in the lattice structure as the molecules move in the direction of the electric field. . That is, the optical anisotropy appears in ANBC16. Note that the material is not limited to ANBC16, and any material exhibiting a smectic D phase can be applied as the medium A of the display element according to the present embodiment.
〔液晶マイクロエマルション〕
液晶マイクロエマルションとは、非特許文献2において提案された、O/W型マイクロエマルション(油の中に水を界面活性剤で水滴の形で溶解させた系で、油が連続相となる)の油分子をサーモトロピック液晶分子で置換したシステム(混合系)の総称である。
[Liquid crystal microemulsion]
A liquid crystal microemulsion is an O / W type microemulsion proposed in Non-Patent Document 2 (a system in which water is dissolved in oil in the form of water droplets in an oil, and the oil becomes a continuous phase). A generic term for a system (mixed system) in which oil molecules are replaced with thermotropic liquid crystal molecules.
液晶マイクロエマルションの具体例としては、例えば、非特許文献2に記載されている、ネマチック液晶相を示すサーモトロピック液晶であるペンチルシアノビフェニル(5CB)と、逆ミセル相を示すリオトロピック(ライオトロピック)液晶であるジドデシルアンモニウムブロマイド(DDAB)の水溶液との混合系がある。この混合系は、図3および図4に示すような模式図で表される構造を有している。
Specific examples of the liquid crystal microemulsion include, for example, pentylcyanobiphenyl (5CB) which is a thermotropic liquid crystal exhibiting a nematic liquid crystal phase and a lyotropic (lyotropic) liquid crystal which exhibits a reverse micelle phase described in
また、この混合系は、典型的には逆ミセルの直径が5nm(50Å)程度、逆ミセル間の距離が20nm(200Å)程度である。これらのスケールは光の波長より一桁程度小さい。また、逆ミセルが三次元空間的にランダムに存在しており、各逆ミセルを中心に5CBが放射状に配向している。したがって、この混合系は、光学的には等方性を示す。 In this mixed system, the diameter of reverse micelles is typically about 5 nm (50 mm), and the distance between the reverse micelles is about 20 nm (200 mm). These scales are about an order of magnitude smaller than the wavelength of light. In addition, reverse micelles exist randomly in three-dimensional space, and 5CB are radially oriented around each reverse micelle. Therefore, this mixed system is optically isotropic.
そして、この混合系からなる媒質に電界を印加すれば、5CBに誘電異方性が存在するため、分子自身が電界方向に向こうとする。すなわち、逆ミセルを中心に放射状に配向していたため光学的に等方であった系に、配向異方性が発現し、光学的異方性が発現する。なお、上記の混合系に限らず、電圧無印加時には光学的に等方性を示し、電圧印加によって光学的異方性が発現する液晶マイクロエマルションであれば、本実施の形態にかかる表示素子の媒質Aとして適用することができる。 When an electric field is applied to a medium composed of this mixed system, the molecule itself tends to move in the direction of the electric field because there is dielectric anisotropy in 5CB. That is, orientation anisotropy appears in a system that is optically isotropic because it is oriented radially around a reverse micelle, and optical anisotropy appears. The liquid crystal microemulsion is not limited to the above-described mixed system, and is optically isotropic when no voltage is applied, and exhibits optical anisotropy when voltage is applied. It can be applied as the medium A.
〔リオトロピック液晶〕
媒質Aとして、特定の相を有するリオトロピック(ライオトロピック)液晶を適用できる。リオトロピック液晶とは、液晶を形成する主たる分子が、他の性質を持つ溶媒(水や有機溶剤など)に溶けているような他成分系の液晶を意味する。また、上記の特定の相とは、電界無印加時に光学的に等方性を示す相である。このような特定の相としては、例えば、非特許文献4に記載されているミセル相、スポンジ相、キュービック相、逆ミセル相がある。図5に、リオトロピック液晶相の分類図を示す。
[Lyotropic LCD]
As the medium A, a lyotropic liquid crystal having a specific phase can be applied. The lyotropic liquid crystal means a liquid crystal of another component system in which main molecules forming the liquid crystal are dissolved in a solvent having other properties (such as water or an organic solvent). The specific phase is a phase that is optically isotropic when no electric field is applied. Examples of such a specific phase include a micelle phase, a sponge phase, a cubic phase, and a reverse micelle phase described in
両親媒性物質である界面活性剤には、ミセル相を発現する物質がある。例えば、イオン性界面活性剤である硫酸ドデシルナトリウムの水溶液やパルチミン酸カリウムの水溶液等は球状ミセルを形成する。また、非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルと水との混合液では、ノニルフェニル基が疎水基として働き、オキシエチレン鎖が親水基として働くことにより、ミセルを形成する。他にも、スチレン−エチレンオキシドブロック共重合体の水溶液でもミセルを形成する。 Surfactants that are amphiphilic substances include substances that develop a micelle phase. For example, an aqueous solution of sodium decyl sulfate, which is an ionic surfactant, an aqueous solution of potassium palmitate, and the like form spherical micelles. Further, in a mixed solution of polyoxyethylene nonylphenyl ether, which is a nonionic surfactant, and water, micelles are formed by the nonylphenyl group acting as a hydrophobic group and the oxyethylene chain acting as a hydrophilic group. In addition, micelles are formed even in an aqueous solution of a styrene-ethylene oxide block copolymer.
例えば、球状ミセルは、分子が空間的全方位にパッキング(分子集合体を形成)して球状を示す。また、球状ミセルのサイズは、光学波長以下であるため、光学波長領域では異方性を示さず等方的に見える。しかしながら、このような球状ミセルに電界を印加すれば、球状ミセルが歪むため異方性を発現する。よって、球状ミセル相を有するリオトロピック液晶を、本表示素子の媒質Aとして適用することができる。なお、球状ミセル相に限らず、他の形状のミセル相、すなわち、紐状ミセル相、楕円状ミセル相、棒状ミセル相等を媒質Aとして使用しても、略同様の効果を得ることができる。 For example, spherical micelles exhibit a spherical shape by packing molecules (forming molecular aggregates) in all spatial directions. In addition, since the size of the spherical micelle is equal to or smaller than the optical wavelength, it appears isotropic without showing anisotropy in the optical wavelength region. However, when an electric field is applied to such spherical micelles, the spherical micelles are distorted, so that anisotropy is expressed. Therefore, a lyotropic liquid crystal having a spherical micelle phase can be applied as the medium A of the display element. In addition, not only the spherical micelle phase but also a micelle phase having other shapes, that is, a string-like micelle phase, an elliptical micelle phase, a rod-like micelle phase, and the like can be used to obtain substantially the same effect.
また、濃度、温度、界面活性剤の条件によっては、親水基と疎水基とが入れ替わった逆ミセルが形成されることが一般に知られている。このような逆ミセルは、光学的にはミセルと同様の効果を示す。したがって、逆ミセル相を媒質Aとして適用することにより、ミセル相を用いた場合と同等の効果を奏する。なお、前述した液晶マイクロエマルションは、逆ミセル相(逆ミセル構造)を有するリオトロピック液晶の一例である。 Further, it is generally known that reverse micelles in which a hydrophilic group and a hydrophobic group are interchanged are formed depending on the conditions of concentration, temperature, and surfactant. Such reverse micelles optically show the same effects as micelles. Therefore, by applying the reverse micelle phase as the medium A, an effect equivalent to that obtained when the micelle phase is used is obtained. The liquid crystal microemulsion described above is an example of a lyotropic liquid crystal having a reverse micelle phase (reverse micelle structure).
また、非イオン性界面活性剤であるペンタエチレングリコール−ドデシルエーテルの水溶液には、図5に示したような、スポンジ相やキュービック相を示す濃度および温度領域が存在する。このようなスポンジ相やキュービック相は、光学波長以下の秩序を有しているので、光学波長領域では透明な物質である。すなわち、これらの相からなる媒質は、光学的には等方性を示す。そして、これらの相からなる媒質に電圧を印加すると、配向秩序が変化して光学的異方性が発現する。したがって、スポンジ相やキュービック相を有するリオトロピック液晶を、本表示素子の媒質Aとして適用することができる。 In addition, the aqueous solution of pentaethylene glycol-dodecyl ether, which is a nonionic surfactant, has a concentration and temperature range showing a sponge phase and a cubic phase as shown in FIG. Such a sponge phase or cubic phase has an order equal to or less than the optical wavelength, and is therefore a transparent material in the optical wavelength region. That is, a medium composed of these phases is optically isotropic. When a voltage is applied to a medium composed of these phases, the orientation order changes and optical anisotropy appears. Therefore, a lyotropic liquid crystal having a sponge phase or a cubic phase can be applied as the medium A of the display element.
〔液晶微粒子分散系〕
また、媒質Aは、例えば、非イオン性界面活性剤ペンタエチレングリコール−ドデシルエーテルの水溶液に、表面を硫酸基で修飾した直径10nm(100Å)程度のラテックス粒子を混在させた、液晶微粒子分散系であってもよい。上記液晶微粒子分散系ではスポンジ相が発現するが、本実施の形態において用いられる媒質Aとしては、前述したミセル相、キュービック相、逆ミセル相等を発現する液晶微粒子分散系であってもよい。なお、上記ラテックス粒子に代えて前記DDABを使用することによって、前述した液晶マイクロエマルションと同様な配向構造を得ることもできる。
[Liquid crystal fine particle dispersion]
The medium A is, for example, a liquid crystal fine particle dispersion system in which latex particles having a diameter of about 10 nm (100 mm) whose surface is modified with a sulfate group are mixed in an aqueous solution of a nonionic surfactant pentaethylene glycol-dodecyl ether. There may be. In the liquid crystal fine particle dispersion system, a sponge phase is expressed. However, the medium A used in the present embodiment may be a liquid crystal fine particle dispersion system that expresses the aforementioned micelle phase, cubic phase, reverse micelle phase, or the like. In addition, by using the DDAB in place of the latex particles, an alignment structure similar to the liquid crystal microemulsion described above can be obtained.
〔デンドリマー〕
デンドリマーとは、モノマー単位毎に枝分かれのある三次元状の高分岐ポリマーである。デンドリマーは、枝分かれが多いために、ある程度以上の分子量になると球状構造となる。この球状構造は、光学波長以下の秩序を有しているので、光学波長領域では透明な物質であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的異方性が発現する。したがって、デンドリマーもまた、本実施の形態に関連する実施形態では、かかる表示素子の媒質Aとして適用することができる。また、本実施の形態に関連する実施形態では、前述した液晶マイクロエマルションにおいてDDABに代えて上記デンドリマーを使用することにより、前述した液晶マイクロエマルションと同様な配向構造を得ることができる。このようにして得られた媒質もまた、本実施の形態に関連する実施形態では、上記媒質Aとして適用することができる。
[Dendrimer]
A dendrimer is a three-dimensional hyperbranched polymer having a branch for each monomer unit. Since dendrimers have many branches, they have a spherical structure when the molecular weight exceeds a certain level. Since this spherical structure has an order equal to or less than the optical wavelength, the spherical structure is a transparent material in the optical wavelength region, and the orientation order is changed by application of a voltage to exhibit optical anisotropy. Therefore, a dendrimer can also be applied as the medium A of such a display element in the embodiment related to this embodiment. Further, in the embodiment related to the present embodiment, an alignment structure similar to that of the liquid crystal microemulsion described above can be obtained by using the dendrimer in place of DDAB in the liquid crystal microemulsion described above. The medium thus obtained can also be applied as the medium A in the embodiment related to the present embodiment .
〔コレステリックブルー相〕
また、液晶性物質として、コレステリックブルー相を適用することができる。なお、図6にはコレステリックブルー相の概略構成が示されている。
[Cholesteric blue phase]
A cholesteric blue phase can be used as the liquid crystalline substance. FIG. 6 shows a schematic configuration of the cholesteric blue phase.
図6に示すように、コレステリックブルー相は、螺旋軸が3次元的に周期構造を形成しており、その構造は、高い対称性を有していることが知られている(例えば、非特許文献6参照)。コレステリックブルー相は、光学波長以下の秩序を有しているので、光学波長領域では概ね透明な物質であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的異方性が発現する。すなわち、コレステリックブルー相は、光学的に概ね等方性を示し、電界印加によって液晶分子が電界方向に向こうとするために格子が歪み、異方性を発現する。よって、媒質Aとして、コレステリックブルー相を適用できる。 As shown in FIG. 6, the cholesteric blue phase is known to have a three-dimensional periodic structure in the helical axis, and the structure has high symmetry (for example, non-patent Reference 6). Since the cholesteric blue phase has an order equal to or less than the optical wavelength, the cholesteric blue phase is a substantially transparent substance in the optical wavelength region, and the orientation order is changed by application of a voltage to exhibit optical anisotropy. That is, the cholesteric blue phase is optically substantially isotropic, and the liquid crystal molecules tend to move in the electric field direction when an electric field is applied, so that the lattice is distorted and anisotropy is expressed. Therefore, a cholesteric blue phase can be applied as the medium A.
なお、コレステリックブルー相を示す物質としては、例えば、「JC1041」(商品名、チッソ社製混合液晶)を48.2重量%、「5CB」(4−シアノ−4’−ペンチルビフェニル、ネマチック液晶)を47.4重量%、カイラル剤「ZLI−4572」(商品名、メルク社製)を4.4重量%の割合で混合してなる組成物が知られている。該組成物は、330.7Kから331.8Kの温度範囲で、コレステリックブルー相を示す。 In addition, as a substance showing a cholesteric blue phase, for example, “JC1041” (trade name, mixed liquid crystal manufactured by Chisso Corporation) is 48.2 wt%, “5CB” (4-cyano-4′-pentylbiphenyl, nematic liquid crystal). Is a composition obtained by mixing 47.4% by weight of a chiral agent “ZLI-4572” (trade name, manufactured by Merck & Co., Inc.) at a ratio of 4.4% by weight. The composition exhibits a cholesteric blue phase in the temperature range of 330.7K to 331.8K.
〔スメクチックブルー相〕
また、液晶性物質として、スメクチックブルー相を適用することができる。なお、図6にはスメクチックブルー相の概略構成が示されている。
[Smectic blue phase]
In addition, a smectic blue phase can be applied as the liquid crystalline substance. FIG. 6 shows a schematic configuration of the smectic blue phase.
図6に示すように、スメクチックブルー(BPSm)相は、コステリックブルー相と同様、高い対称性の構造を有している(例えば、非特許文献5・6等参照)。また、光学波長以下の秩序を有しているので、光学波長領域では概ね透明な物質であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的異方性が発現する。すなわち、スメクチックブルー相は、光学的に概ね等方性を示し、電界印加によって液晶分子が電界方向に向こうとするために格子が歪み、異方性を発現する。よって、媒質Aとして、スメクチックブルー相を適用できる。
As shown in FIG. 6, the smectic blue (BP Sm ) phase has a highly symmetric structure as in the case of the costic blue phase (see, for example,
なお、スメクチックブルー相を示す物質としては、例えば、非特許文献5に記載されているFH/FH/HH−14BTMHC等が挙げられる。該物質は、74.4℃〜73.2℃でBPSm3相、73.2℃〜72.3℃でBPSm2相、72.3℃〜72.1℃でBPSm1相を示す。BPSm相は、非特許文献6に示すように、高い対称性の構造を有するため、概ね光学的等方性が示される。また、物質FH/FH/HH−14BTMHCに電界を印加すると、液晶分子が電界方向に向こうとすることにより格子が歪み、同物質は異方性を発現する。よって、同物質は、本実施の形態にかかる表示素子の媒質Aとして使用することができる。
In addition, as a substance which shows a smectic blue phase, FH / FH / HH-14BTMHC etc. which are described in the
以上のように、本実施の形態にかかる表示素子において媒質Aとして使用することができる物質は、電界の印加により光学的異方性(屈折率、配向秩序度)が変化するものであればよく、キュービック相、スメクチックD相、コレステリックブルー相、スメクチックブルー相の何れかを示す分子からなるものであってもよく、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、キュービック相の何れかを示すリオトロピック液晶もしくは液晶微粒子分散系であってもよい。また、上記媒質Aは、液晶マイクロエマルションや、両親媒性分子、コポリマー、もしくは、上記以外の有極性分子等、本実施の形態に関連する実施形態ではデンドリマー(デンドリマー分子)であってもよい。 As described above, the substance that can be used as the medium A in the display element according to the present embodiment may be any substance that changes in optical anisotropy (refractive index, degree of orientation order) by application of an electric field. , A cubic phase, a smectic D phase, a cholesteric blue phase, a smectic blue phase, or a lyotropic liquid crystal exhibiting any of a micelle phase, a reverse micelle phase, a sponge phase, a cubic phase, or A liquid crystal fine particle dispersion may be used. The medium A may be a dendrimer (dendrimer molecule) in an embodiment related to the present embodiment, such as a liquid crystal microemulsion, an amphiphilic molecule, a copolymer, or a polar molecule other than the above.
また、上記媒質は、液晶性物質に限らず、電圧無印加時に光の波長以下の秩序構造(配向秩序)を有することが好ましい。秩序構造が光の波長以下であれば、光学的に等方性を示す。従って、電圧無印加時に秩序構造が光の波長以下となる媒質を用いることにより、電圧無印加時と電圧印加時とにおける表示状態を確実に異ならせることができる。 The medium is not limited to a liquid crystalline substance, and preferably has an ordered structure (alignment order) that is equal to or less than the wavelength of light when no voltage is applied. If the ordered structure is less than the wavelength of light, it is optically isotropic. Therefore, by using a medium whose ordered structure is equal to or less than the wavelength of light when no voltage is applied, it is possible to reliably change the display state when no voltage is applied and when a voltage is applied.
本発明の媒質Aは、さらにカイラル剤を含んでいる。カイラル剤は、液晶性物質において隣接する分子と互いにねじれ構造をとる。そして、液晶性物質中の分子間の相互作用のエネルギーが低くなり、液晶性物質は、自発的にねじれ構造をとり、構造が安定化する。それゆえ、カイラル剤を含む媒質Aは、等方相−液晶相相転移温度近傍では、急激な構造変化が起こらず、光学的等方性を有する液晶相が発現し、相転移温度を低下させるという効果を奏する。このようなカイラル剤としては、例えば、ZLI‐4572(メルク社製)、C15(メルク社製)、CN(メルク社製)、または、CB15(メルク社製)などが挙げられる。ただし、これらに限定されるものではない。 The medium A of the present invention further contains a chiral agent. The chiral agent has a twisted structure with adjacent molecules in the liquid crystal substance. Then, the energy of interaction between molecules in the liquid crystal material is lowered, and the liquid crystal material spontaneously takes a twisted structure, and the structure is stabilized. Therefore, in the medium A containing a chiral agent, a sudden structural change does not occur in the vicinity of the isotropic phase-liquid crystal phase transition temperature, a liquid crystal phase having optical isotropy appears, and the phase transition temperature is lowered. There is an effect. Examples of such a chiral agent include ZLI-4572 (manufactured by Merck), C15 (manufactured by Merck), CN (manufactured by Merck), or CB15 (manufactured by Merck). However, it is not limited to these.
上記媒質Aにおけるカイラル剤の濃度は、媒質Aにおいて液晶性物質の構造を安定化させることが可能な濃度であれば、特に限定されるものではないが、例えば、1〜15重量%が好ましく、3〜10重量%が特に好ましい。ただし、媒質Aにおけるカイラル剤の濃度は、カイラル剤の種類、表示素子の構成、または設計等に応じて適宜設定することができる。 The concentration of the chiral agent in the medium A is not particularly limited as long as it can stabilize the structure of the liquid crystalline substance in the medium A. For example, the concentration is preferably 1 to 15% by weight, 3 to 10% by weight is particularly preferred. However, the concentration of the chiral agent in the medium A can be appropriately set according to the type of the chiral agent, the configuration of the display element, the design, or the like.
なお、本発明では、媒質Aにカイラル剤を添加したものではなく、媒質A自体がカイラル性を有する(光学的に活性な)カイラル物質からなっていてもよい。この場合には、媒質Aは光学的に活性なため、媒質A自身が自発的に捩れ構造をとり、安定な状態になる。カイラル性を有するカイラル物質としては、分子中に光学活性炭素を有する化合物であればよい。具体的には、下記構造式(11) In the present invention, the chiral agent is not added to the medium A, and the medium A itself may be made of a chiral substance having chirality (optically active). In this case, since the medium A is optically active, the medium A itself spontaneously takes a twisted structure and becomes stable. The chiral substance having chirality may be a compound having optically active carbon in the molecule. Specifically, the following structural formula (11)
で表される4−(2−メチルブチル)フェニル−4’−オクチルビフェニル−4−カルボキシレート(略名:8SI*)を挙げることができる。すなわち、本発明の媒質Aは、カイラル性を有するものであればよく、光学的に活性なものであればよい。 4- (2-methylbutyl) phenyl-4'-octylbiphenyl-4-carboxylate (abbreviation: 8SI *) represented by That is, the medium A of the present invention only needs to have chirality and may be optically active.
ここで、図7(a)に示すように、電圧が印加されていない場合には、この捩れ構造が等方的に空間を埋めているため、表示素子は光学的に等方性である。一方、図7(b)に示すように、電圧を印加すると徐々に分子の長軸方向が電場の方向に向くようになる。これに従って、捩れ構造もほどけていく。つまり、電圧の印加によってその構造が変化し、これにより光学的異方性を生じる。 Here, as shown in FIG. 7A, when no voltage is applied, the twisted structure fills the space isotropically, so that the display element is optically isotropic. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when a voltage is applied, the major axis direction of the molecules gradually turns to the direction of the electric field. In accordance with this, the twisted structure is also unwound. That is, the structure is changed by application of a voltage, thereby causing optical anisotropy.
このように、媒質Aにカイラル剤を添加する、または、媒質Aとしてカイラル物質を用いることにより、媒質Aは捩れ構造をとる。その結果、カー定数はあまり変化せず、カー効果の安定性が増大する。なお、カイラル剤を添加することにより、媒質Aは左捩れまたは右捩れのいずれかの捩れ構造を誘起させることもできる。この場合、透過率をより向上させることが可能となる。 Thus, the medium A has a twisted structure by adding a chiral agent to the medium A or using a chiral substance as the medium A. As a result, the Kerr constant does not change so much and the stability of the Kerr effect increases. By adding a chiral agent, the medium A can also induce either a left-handed twist or a right-handed twisted structure. In this case, the transmittance can be further improved.
次に、本実施の形態にかかる表示素子における表示原理について、図1(a)・(b)、図7(a)〜(c)、及び図8(a)〜(g)を参照して以下に説明する。なお、以下の説明では、主に、上記表示素子として透過型の表示素子を使用し、電界無印加時に光学的にはほぼ等方、好適には等方であり、電界印加により光学的異方性が発現する物質を用いる場合を例に挙げて説明するものとするが、本発明はこれに限定されるものではない。 Next, the display principle of the display element according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) and (b), FIGS. 7 (a) to (c), and FIGS. 8 (a) to (g). This will be described below. In the following description, a transmissive display element is mainly used as the display element, which is optically isotropic and preferably isotropic when no electric field is applied. The case where a substance exhibiting sex is used will be described as an example, but the present invention is not limited to this.
図7(a)は、電界無印加状態(OFF状態)における本実施の形態にかかる表示素子の構成を模式的に示す要部平面図であり、図7(b)は、電圧印加状態(ON状態)における上記表示素子の構成を模式的に示す要部平面図である。なお、図7(a)・(b)は、上記表示素子における1画素中の構成を示すものとし、説明の便宜上、対向基板12の構成については図示を省略する。なお、上記電極4・5としては、図2に示したように、櫛形電極であってもよく、上記基板1・2に略平行な電界を印加することができるものでさえあれば、特に限定されるものではない。
FIG. 7A is a main part plan view schematically showing the configuration of the display element according to the present embodiment in an electric field non-application state (OFF state), and FIG. 7B is a voltage application state (ON). It is a principal part top view which shows typically the structure of the said display element in a state. 7A and 7B show the configuration of one pixel in the display element, and the illustration of the configuration of the
さらに、図7(c)は、図7(a)・(b)に示す表示素子における印加電圧と透過率との関係を示すグラフであり、図8(a)〜(g)は、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子と従来の液晶表示素子との表示原理の違いを、電圧無印加時(OFF状態)および電圧印加時(ON状態)における媒質の平均的な屈折率楕円体の形状(屈折率楕円体の切り口の形状にて示す)およびその主軸方向にて模式的に示す断面図であり、図8(a)〜(g)は、順に、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子の電圧無印加時(OFF状態)の断面図、該表示素子の電圧印加時(ON状態)の断面図、TN(Twisted Nematic)方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図、該TN方式の液晶表示素子の電圧印加時の断面図、VA(Vertical Alignment)方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図、該VA方式の液晶表示素子の電圧印加時の断面図、IPS(In Plane Switching)方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図、該IPS方式の液晶表示素子の電圧印加時の断面図を示す。 Further, FIG. 7C is a graph showing the relationship between the applied voltage and the transmittance in the display elements shown in FIGS. 7A and 7B, and FIGS. The difference in display principle between a display element that performs display using a change in optical anisotropy due to application and a conventional liquid crystal display element is described as a medium when no voltage is applied (OFF state) and when a voltage is applied (ON state). 8 is a cross-sectional view schematically showing the shape of the average refractive index ellipsoid (shown by the shape of the cut surface of the refractive index ellipsoid) and the principal axis direction thereof, and FIGS. , A cross-sectional view of a display element that performs display using a change in optical anisotropy due to application of an electric field when no voltage is applied (OFF state), a cross-sectional view of the display element when a voltage is applied (ON state), TN Sectional view when no voltage is applied to (Twisted Nematic) type liquid crystal display element, TN type liquid crystal display element Sectional view when voltage is applied, sectional view of liquid crystal display element of VA (Vertical Alignment) mode when no voltage is applied, sectional view of liquid crystal display element of VA mode when voltage is applied, IPS (In Plane Switching) liquid crystal A cross-sectional view of the display element when no voltage is applied and a cross-sectional view of the IPS liquid crystal display element when a voltage is applied are shown.
物質中の屈折率は、一般には等方的でなく方向によって異なっている。この屈折率の異方性は、基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両電極4・5の対向方向、基板面に垂直な方向(基板法線方向)、基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両電極4・5の対向方向に垂直な方向を、それぞれx,y,z方向とすると、任意の直交座標系(X1,X2,X3)を用いて下記関係式(1)
In general, the refractive index in a material is not isotropic and varies depending on the direction. This anisotropy of the refractive index is in a direction parallel to the substrate surface (in-plane direction), the opposing direction of the
(nji=nij、i,j=1,2,3)
で表される楕円体(屈折率楕円体)で示される。ここで、上記関係式(1)を楕円体の主軸方向の座標系(Y1,Y2,Y3)を使用して書き直すと、下記関係式(2)
(N ji = n ij , i, j = 1,2,3)
It is shown by the ellipsoid (refractive index ellipsoid) represented by these. Here, when the above relational expression (1) is rewritten using the coordinate system (Y 1 , Y 2 , Y 3 ) in the principal axis direction of the ellipsoid, the following relational expression (2)
で示される。n1,n2,n3(以下、nx,ny,nzと記す)は主屈折率と称され、楕円体における三本の主軸の長さの半分に相当する。原点からY3=0の面と垂直な方向に進行する光波を考えると、この光波はY1とY2との方向に偏光成分を有し、各成分の屈折率はそれぞれnx,nyである。一般に、任意の方向に進行する光に対しては原点を通り、光波の進行方向に垂直な面が、屈折率楕円体の切り口と考えられ、この楕円の主軸方向が光波の偏光の成分方向であり、主軸の長さの半分がその方向の屈折率に相当する。 Indicated by n 1 , n 2 , n 3 (hereinafter referred to as nx, ny, nz) are called main refractive indexes, and correspond to half the length of the three main axes in the ellipsoid. Considering a light wave traveling in a direction perpendicular to the Y 3 = 0 plane from the origin, this light wave has polarization components in the directions of Y 1 and Y 2, and the refractive indexes of the respective components are nx and ny, respectively. . In general, for light traveling in an arbitrary direction, the plane that passes through the origin and is perpendicular to the traveling direction of the light wave is considered to be the cut surface of the refractive index ellipsoid, and the principal axis direction of this ellipse is the component direction of the polarization of the light wave. Yes, half the length of the main axis corresponds to the refractive index in that direction.
まず、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子と従来の液晶表示素子との表示原理の相違について、従来の液晶表示素子として、TN方式、VA方式、IPS方式を例に挙げて説明する。 First, regarding a difference in display principle between a display element that performs display using a change in optical anisotropy due to application of an electric field and a conventional liquid crystal display element, a TN system, a VA system, and an IPS are used as conventional liquid crystal display elements. The method will be described as an example.
図8(c)・(d)に示すように、TN方式の液晶表示素子は、対向配置された一対の基板101・102間に液晶層105が挟持され、上記両基板101・102上にそれぞれ透明電極103・104(電極)が設けられている構成を有し、電圧無印加時には、液晶層105における液晶分子の長軸方向がらせん状に捻られて配向しているが、電圧印加時には、上記液晶分子の長軸方向が電界方向に沿って配向するようになっている。この場合における平均的な屈折率楕円体105aは、電圧無印加時には、図8(c)に示すように、その主軸方向(長軸方向)が基板面に平行な方向(基板面内方向)を向き、電圧印加時には、図8(d)に示すように、その主軸方向が基板面法線方向を向く。すなわち、電圧無印加時と電圧印加時とで、屈折率楕円体105aの形状は変わらずに、その主軸方向が変化する(屈折率楕円体105aが回転する)。
As shown in FIGS. 8C and 8D, in the TN liquid crystal display element, a
VA方式の液晶表示素子は、図8(e)・(f)に示すように、対向配置された一対の基板201・202間に液晶層205が挟持され、上記両基板201・202上にそれぞれ透明電極(電極)203・204が備えられている構成を有し、電圧無印加時には、液晶層205における液晶分子の長軸方向が、基板面に対して略垂直な方向に配向しているが、電圧印加時には、上記液晶分子の長軸方向が電界に垂直な方向に配向する。この場合における平均的な屈折率楕円体205aは、図8(e)に示すように、電圧無印加時には、その主軸方向(長軸方向)が基板面法線方向を向き、図8(f)に示すように、電圧印加時にはその主軸方向が基板面に平行な方向(基板面内方向)を向く。すなわち、VA方式の液晶表示素子の場合にも、TN方式の液晶表示素子と同様、電圧無印加時と電圧印加時とで、屈折率楕円体205aの形状は変わらずに、その主軸方向が変化する(屈折率楕円体205aが回転する)。
As shown in FIGS. 8E and 8F, the VA liquid crystal display element has a
また、IPS方式の液晶表示素子は、図8(f)・(g)に示すように、同一の基板301上に、1対の電極302・303が対向配置された構成を有し、図示しない対向基板との間に挟持された液晶層に、上記電極302・303により電圧が印加されることで、上記液晶層における液晶分子の配向方向(屈折率楕円体305aの主軸方向(長軸方向))を変化させ、電圧無印加時と電圧印加時とで、異なる表示状態を実現することができるようになっている。すなわち、IPS方式の液晶表示素子の場合にも、TN方式およびVA方式の液晶表示素子と同様、図8(f)に示す電圧無印加時と図8(g)に示す電圧印加時とで、屈折率楕円体305aの形状は変わらずに、その主軸方向が変化する(屈折率楕円体305aが回転する)。
In addition, as shown in FIGS. 8F and 8G, the IPS liquid crystal display element has a configuration in which a pair of
このように、従来の液晶表示素子では、電圧無印加時でも液晶分子が何らかの方向に配向しており、電圧を印加することによってその配向方向を変化させて表示(透過率の変調)を行っている。すなわち、屈折率楕円体の形状は変化しないが、屈折率楕円体の主軸方向が電圧印加によって回転(変化)することを利用して表示を行っている。つまり、従来の液晶表示素子では、液晶分子の配向秩序度は一定であり、配向方向を変化させることによって表示(透過率の変調)を行っている。 Thus, in the conventional liquid crystal display element, the liquid crystal molecules are aligned in some direction even when no voltage is applied, and display is performed by changing the alignment direction by applying a voltage (modulation of transmittance). Yes. That is, although the shape of the refractive index ellipsoid does not change, the display is performed by utilizing the fact that the principal axis direction of the refractive index ellipsoid is rotated (changed) by voltage application. That is, in the conventional liquid crystal display element, the degree of alignment order of liquid crystal molecules is constant, and display (modulation of transmittance) is performed by changing the alignment direction.
これに対し、本実施の形態にかかる表示素子も含め、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子は、図8(a)・(b)に示すように、電圧無印加時における屈折率楕円体3aの形状は球状、すなわち、光学的に等方(nx=ny=nz、配向秩序度=0)であり、電圧を印加することによって異方性(nx>ny、配向秩序度>0)が発現するようになっている。なお、上記nx,ny,nzは、それぞれ、基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両電極4・5の対向方向の主屈折率、基板面に垂直な方向(基板法線方向)の主屈折率、基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両電極4・5の対向方向に垂直な方向の主屈折率を表している。
On the other hand, a display element that performs display using a change in optical anisotropy due to the application of an electric field, including the display element according to this embodiment, is as shown in FIGS. The shape of the
このように、本実施の形態にかかる表示素子は、光学的異方性の方向は一定(電圧印加方向は変化しない)で例えば配向秩序度を変調させることによって表示を行うものであり、従来の液晶表示素子とは表示原理が大きく異なっている。 As described above, the display element according to the present embodiment performs display by modulating the degree of orientation order, for example, while the direction of optical anisotropy is constant (the voltage application direction does not change). The display principle is greatly different from that of a liquid crystal display element.
本実施の形態にかかる表示素子は、図1(a)に示すように、電極4・5に電圧を印加していない状態では、基板1・2間に封入される媒質A(媒質層3)が等方相を示す。また、媒質Aは捩れ構造をとっており、この捩れ構造が等方的に空間を埋めているため光学的にも等方となるため、黒表示になる。
As shown in FIG. 1A, the display element according to the present embodiment has a medium A (medium layer 3) sealed between the
一方、図1(b)に示すように、電極4・5に電圧を印加すると、上記媒質Aの各分子10が、その長軸方向が上記電極4・5間に形成される電界に沿うように配向され、捩れ構造もほどけていくため、複屈折現象が発現する。この複屈折現象により、電極4・5間の電圧に応じて表示素子の透過率を変調することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 1 (b), when a voltage is applied to the
なお、相転移温度(転移点)から十分遠い温度においては表示素子の透過率を変調させるために必要な電圧は大きくなるが、転移点のすぐ直上の温度では0〜100V前後の電圧で、十分に透過率を変調させることが可能になる。 Note that the voltage required to modulate the transmittance of the display element increases at a temperature sufficiently far from the phase transition temperature (transition point), but a voltage of about 0 to 100 V is sufficient at a temperature immediately above the transition point. It is possible to modulate the transmittance.
例えば、電界方向の屈折率と、電界方向に垂直な方向の屈折率とを、それぞれn//、n⊥とすると、複屈折変化(Δn=n//−n⊥)と、外部電界、すなわち電界E(V/m)との関係は、下記関係式(3)
Δn=λ・Bk・E2 …(3)
で表される。なお、λは真空中での入射光の波長(m)、Bkはカー定数(m/V2)、Eは印加電界強度(V/m)である。
For example, if the refractive index in the electric field direction and the refractive index in the direction perpendicular to the electric field direction are n // and n⊥, respectively, the birefringence change (Δn = n // − n⊥) and the external electric field, that is, The relationship with the electric field E (V / m) is as follows:
Δn = λ · B k · E 2 (3)
It is represented by Here, λ is the wavelength (m) of incident light in vacuum, B k is the Kerr constant (m / V 2 ), and E is the applied electric field strength (V / m).
カー定数Bは、温度(T)の上昇とともに1/(T−Tni)に比例する関数で減少することが知られており、転移点(Tni)近傍では弱い電界強度で駆動できていたとしても、温度(T)が上昇するとともに急激に必要な電界強度が増大する。このため、転移点から十分遠い温度(転移点よりも十分に高い温度)では透過率を変調させるために必要な電圧が大きくなるが、相転移直上の温度では、約100V以下の電圧で、透過率を十分に変調させることができる。 The Kerr constant B is known to decrease with a function proportional to 1 / (T-Tni) as the temperature (T) increases, and even if it can be driven with a weak electric field strength near the transition point (Tni). As the temperature (T) rises, the required electric field strength increases rapidly. For this reason, the voltage necessary for modulating the transmittance increases at a temperature sufficiently far from the transition point (a temperature sufficiently higher than the transition point), but at a temperature immediately above the phase transition, the transmission is performed at a voltage of about 100 V or less. The rate can be modulated sufficiently.
しかしながら、本願発明者等が検討した結果、配向秩序度を変調させることによって表示を行う場合、場合によっては、コントラストが低下することがあることが判った。 However, as a result of studies by the inventors of the present application, it has been found that when display is performed by modulating the degree of orientation order, the contrast may be lowered in some cases.
本願発明者等の検討によれば、コントラストが低下する要因としては、以下の2つの要因が挙げられる。 According to the study by the inventors of the present application, the following two factors can be cited as factors that cause the contrast to decrease.
まず一つには、電界の印加により光学的異方性が発現する媒質Aを表示媒質に用いた従来の表示素子または該表示素を備えた表示装置において電源の投入を行ったとき、周囲温度が低い場合には、上記媒質Aが本来駆動されるべき温度に達しておらず、媒質Aの物理的な状態が、素子駆動時に本来有しているべき状態とは異なっていることがあることが挙げられる。例えば、上記媒質Aがネマチック−等方相の相転移温度直上の等方相状態で、本来駆動しなければならない場合、電源投入時に、上記相転移温度よりも低温のネマチック状態になっていることがある。この場合、電界無印加状態では本来等方状態により黒表示を達成しなければならないときに、無電界印加でも光学的異方性を有するネマチックでは、その光学的異方性により光を透過させてしまうことになる。したがって、このような場合には、良好な黒表示ができなくなり、コントラストが低下してしまう。もちろん、ヒータや光源(バックライト)により表示素子を過熱し、良好な表示を得ることができるが、瞬時に温度を上昇させ、また安定化させることは容易なことではない。 First, when power is turned on in a conventional display element using a medium A that exhibits optical anisotropy by application of an electric field as a display medium or a display device including the display element, the ambient temperature If the temperature of the medium A is low, the temperature at which the medium A is originally driven has not been reached, and the physical state of the medium A may be different from the state that the medium A should originally have at the time of driving the element. Is mentioned. For example, when the medium A is in an isotropic phase state just above the nematic-isotropic phase transition temperature and must be driven originally, the medium A is in a nematic state lower than the phase transition temperature when the power is turned on. There is. In this case, when nematics that have optical anisotropy even when no electric field is applied must transmit black due to the optical anisotropy when black display must be achieved in an isotropic state when no electric field is applied. Will end up. Therefore, in such a case, good black display cannot be performed and the contrast is lowered. Of course, the display element can be overheated by a heater or a light source (backlight) to obtain a good display, but it is not easy to raise the temperature and stabilize it instantaneously.
もう一つは、基板界面から離れた領域では上記媒質A(表示媒質)が光学的等方状態を実現していても、基板界面、特に基板1界面では、基板1により媒質Aを構成する分子10が強固に吸着されてしまうために、光学的等方状態を実現できなくなる場合があることが挙げられる。例えば、ネマチック−等方相の相転移温度直上0.1Kの温度で駆動させる場合、基板界面付近はネマチック状態になっている。
The other is that even if the medium A (display medium) realizes an optically isotropic state in a region away from the substrate interface, the molecules constituting the medium A by the
いずれにせよ、基板界面付近では、吸着現象により、上記媒質Aの物理状態が、素子駆動時に本来有しているべき状態とは異なり、セル内部における、基板界面から離れたバルク領域とは異なる、基板界面近傍の媒質Aにより、黒表示時においても光が透過してしまう現象が発生し、この結果、コントラストが低下してしまうという問題がある。 In any case, near the substrate interface, due to the adsorption phenomenon, the physical state of the medium A is different from the state that should originally have at the time of driving the element, and is different from the bulk region in the cell away from the substrate interface. The medium A in the vicinity of the substrate interface causes a phenomenon that light is transmitted even during black display, resulting in a problem that the contrast is lowered.
本実施の形態にかかる表示素子でも、転移点未満の温度ではネマチック液晶相が析出する点は、上記従来の表示素子と同様である。しかしながら、本実施の形態にかかる表示素子によれば、例えば、電源投入時に周囲温度が上記転移点よりも低く、媒質Aが、本来駆動されるべき温度に達していない場合、析出したネマチック液晶相は、上記配向膜8・9における配向(処理)方向、この場合は、偏光板吸収軸方向に配向するために、上記ネマチック液晶相、つまり、物理的状態が本来の駆動時の状態と異なる媒質による光学的な寄与は無い。この結果、ヒータおよびバックライトにより表示素子の温度が上昇するまでの間においても良好な黒表示を実現することができた。
Even in the display element according to the present embodiment, the nematic liquid crystal phase is precipitated at a temperature lower than the transition point in the same manner as the conventional display element. However, according to the display element according to the present embodiment, for example, when the ambient temperature is lower than the transition point when the power is turned on and the medium A does not reach the temperature to be driven, the deposited nematic liquid crystal phase Is a medium in which the nematic liquid crystal phase, that is, the physical state is different from the original driving state in order to align in the alignment (treatment) direction in the
すなわち、本実施の形態によれば、たとえ電圧無印加時に光学異方性が発現したとしても、上記画素基板11および対向基板2における互いの対向表面に、一方の偏光板吸収軸と平行または直交する方向の水平配向処理を施し、その光学異方性の方向、つまり、配向方向を、上記偏光板吸収軸と平行または直交する方向にしておくことで、その光学的寄与を消失させることができる。つまり、本実施の形態において、上記画素基板11および対向基板12における互いの対向面表面に水平配向処理が施されていることで、基板界面の媒質A、厳密には該媒質Aを構成する分子10は、素子駆動温度未満の温度で、上記配向処理における配向(処理)方向に沿って配向する。
That is, according to the present embodiment, even if optical anisotropy is manifested when no voltage is applied, the opposing surfaces of the pixel substrate 11 and the
また、本実施の形態にかかる表示素子によれば、所望の駆動温度領域に達したとしても、基板界面に吸着した分子による黒表示時の光の漏れは観測されず、高いコントラストを実現することができた。この結果、コントラストが低下することがなく、高速応答性、視野角特性に優れた表示素子を得ることができた。 In addition, according to the display element according to the present embodiment, even when the desired driving temperature range is reached, light leakage during black display due to molecules adsorbed on the substrate interface is not observed, and high contrast is realized. I was able to. As a result, a display element excellent in high-speed response and viewing angle characteristics could be obtained without reducing the contrast.
なお、上記基板1・2における互いのラビング方向は、前記したように、直交、平行または反平行であることが望ましいが、より望ましくは、平行または反平行のときである。上記両基板1・2に水平配向処理を行うと共に、互いの水平配向方向を平行または反平行とすることで、コントラストを最大化することができ、この結果、黒輝度をより小さくすることができた。
As described above, the rubbing directions of the
なお、本実施の形態では、両基板1・2(画素基板11および対向基板12)に対し、配向膜8・9の形成並びにラビング処理を行ったが、上記した効果は、一方の基板のみにラビング処理を行った場合であっても得ることはできる。この場合、両基板1・2に上記配向膜8・9を形成した場合、つまり、両基板1・2に配向処理を施した場合ほどの効果は得られないが、電極4・5を形成した基板1とは反対側の基板2だけに配向膜(配向膜9)を形成しておけば、基板1側の配向膜8に由来する電圧降下が発生せず、素子の駆動電圧が上昇することもなく、実用上のメリットが大きい。また、所望の駆動温度になったとしても、基板界面に吸着した分子による光漏れは発生せず、高いコントラストを得ることができた。また、所望の駆動温度になったとしても、基板界面に吸着した分子による光漏れは発生せず、高いコントラストを得ることができた。
In this embodiment, the
なお、本実施の形態では、主に、透過型の表示素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、反射型の表示素子としてもよい。 Note that in this embodiment mode, the description has been mainly given of the transmissive display element as an example, but the present invention is not limited to this, and may be a reflective display element.
以下に、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
〔実施例1〕
以下の説明は、本実施の形態に係る、媒質にカイラル剤を含む表示素子について記載する。また〔比較例〕として、媒質にカイラル剤を含まない表示素子について記載する。
[Example 1]
The following description describes a display element including a chiral agent in a medium according to the present embodiment. In addition, as a [Comparative Example], a display element in which a medium does not contain a chiral agent is described.
図1に示す構成の表示素子として、電極4および5としてITOを使用した。具体的には、線幅5μm、電極間距離5μm、電極の厚み0.6μmとし、上述したように基板表面上に、90度±10度未満をなす楔型構造を有する電極が櫛歯状に形成した。基板にはガラス基板を用いた。また媒質として、構造式(1)〜(3)
ITO was used as the
で示される化合物を等量ずつ混合した混合物を使用し、さらにこの混合物にカイラル剤「ZLI−4572」(商品名、メルク社製)を7重量%添加したものを用いた。 A mixture obtained by adding an equal amount of the compound represented by the formula (7) to which 7% by weight of a chiral agent “ZLI-4572” (trade name, manufactured by Merck & Co., Inc.) was further added was used.
媒質層3の層厚(すなわち基板1と2との間の距離)は10μmとした。さらに、両方の上記ガラス基板の外側には偏光板を配置し、両方の上記ガラス基板の内側にはポリイミドからなる配向膜を形成した。配向膜にはあらかじめ水平ラビング処理を施した。
The layer thickness of the medium layer 3 (that is, the distance between the
外部加温装置(加熱手段)により上記混合物(媒質)をネマティック−等方相の相転移直上近傍の温度に保ち、電圧印加を行った。等方相−液晶相相転移温度は63℃であった。また、最大透過率は49Vで得られ、表示素子作成1ヶ月後の電圧保持率は98%であった。 The mixture (medium) was maintained at a temperature in the vicinity of the nematic-isotropic phase transition immediately by an external heating device (heating means), and voltage was applied. The isotropic phase-liquid crystal phase transition temperature was 63 ° C. The maximum transmittance was obtained at 49 V, and the voltage holding ratio one month after the display element was 98%.
〔比較例〕
媒質として、ネマチック液晶である5CB(90wt%)と、重合性モノマーである1,4−ジ(4−(6−アクリロイルオキシ)ヘキシルオキシ)ベンゾイルオキシ)−2−メチルベンゼン(10wt%)とを混合し、重合開始剤としてイルガキュア(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)を重合性モノマーに対して0.5wt%添加して混合物を調製した。この混合物を2枚のガラス基板間に注入した後、等方相の状態で高圧水銀ランプを用いて365nm近傍の紫外線を照射し表示素子を作成した。
[Comparative Example]
As a medium, nematic liquid crystal 5CB (90 wt%) and
外部加温装置により上記混合物をネマチック−等方相相転移直上近傍の温度に保ち、電圧印加を行った。等方相−液晶相相転移温度は28℃であった。また、最大透過率は66Vで得られ、表示素子作成1ヶ月後の電圧保持率は89%であった。 The above mixture was kept at a temperature just above the nematic-isotropic phase transition by an external heating device, and voltage was applied. The isotropic phase-liquid crystal phase transition temperature was 28 ° C. The maximum transmittance was obtained at 66 V, and the voltage holding ratio one month after the display element was 89%.
上記の結果から、本発明に係る表示素子に用いられる媒質は、比較例より最大透過率が得られる印加電圧が小さいことが分かる。すなわち、媒質にカイラル剤を添加することによって、カー効果の安定性が向上した媒質を実現できる。 From the above results, it can be seen that the medium used in the display element according to the present invention has a smaller applied voltage for obtaining the maximum transmittance than the comparative example. That is, by adding a chiral agent to the medium, a medium with improved Kerr effect stability can be realized.
すなわち、比較例では、モノマーの重合過程において、未反応の重合性モノマーや重合開始剤が残ってしまう。このため、重合性モノマーを光照射し、網目状高分子とすることでカー効果の安定性を向上させている反面、残余物が液晶の電圧保持率を悪化させてしまっている。 That is, in the comparative example, unreacted polymerizable monomer and polymerization initiator remain in the monomer polymerization process. For this reason, the stability of the Kerr effect is improved by irradiating the polymerizable monomer with light to form a network polymer, but the residue deteriorates the voltage holding ratio of the liquid crystal.
これに対して、本実施例1では、カイラル剤を添加している。このため、媒質が自発的に捩れ構造をとり、その結果カー効果も安定化される。また、高分子などで安定化する必要がないため、残余物等の液晶の電圧保持率を悪化させる原因を排除することができる。すなわち、信頼性の問題を解決できる。さらに、比較例では光重合のための紫外光照射過程が必須であるのに対して、本実施例1ではその必要がなく、製造上の問題も同時に解決できる。 On the other hand, in the present Example 1, a chiral agent is added. For this reason, the medium spontaneously takes a twisted structure, and as a result, the Kerr effect is also stabilized. Moreover, since it is not necessary to stabilize with a polymer etc., the cause of deteriorating the voltage holding ratio of the liquid crystal such as a residue can be eliminated. That is, the reliability problem can be solved. Furthermore, in the comparative example, the ultraviolet light irradiation process for photopolymerization is essential, but in the present Example 1, this is not necessary, and the manufacturing problem can be solved simultaneously.
〔実施例2〕
本実施例では、媒質として、構造式(5)〜(7)
[Example 2]
In this embodiment, the structural formulas (5) to (7) are used as the medium.
で示される化合物を混合した混合物を使用した以外は、カイラル剤も含めて実施例1と同様のものを用いた。なお、上記構造式(5)〜(7)に示す化合物の混合割合は、構造式(5)に示す化合物を30wt%、構造式(6)に示す化合物を40wt%、構造式(7)に示す化合物を30wt%とした。 The same thing as Example 1 including a chiral agent was used except having used the mixture which mixed the compound shown by. The mixing ratio of the compounds represented by the structural formulas (5) to (7) is 30 wt% for the compound represented by the structural formula (5), 40 wt% for the compound represented by the structural formula (6), and the structural formula (7). The compound shown was 30 wt%.
実施例1では、正の誘電異方性を有する化合物からなる媒質を用いていたが、本実施例では負の誘電異方性を有する化合物からなる媒質を用いている。この場合であっても、上記実施例1と同様の効果を得ることができた。すなわち、本発明では、正の誘電異方性を有する媒質のみならず、負の誘電異方性を有する媒質をも用いることができる。 In Example 1, a medium made of a compound having a positive dielectric anisotropy was used, but in this example, a medium made of a compound having a negative dielectric anisotropy was used. Even in this case, the same effect as in Example 1 could be obtained. That is, in the present invention, not only a medium having positive dielectric anisotropy but also a medium having negative dielectric anisotropy can be used.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明の表示素子は、広視野角特性および高速応答特性に優れた表示素子であり、例えば、テレビやモニタ等の画像表示装置や、ワードプロセッサ(ワープロ)やパーソナルコンピュータ等のOA機器、あるいは、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話等の情報端末等に備えられる画像表示装置に、広く適用することができる。また、本発明の表示素子は、上記したように、広視野角特性および高速応答特性を有し、また、液晶相−等方相相転移温度を低下させてカー効果を安定化し、かつ、駆動電圧を低減することができるので、大画面表示や動画表示にも適している。 The display element of the present invention is a display element having excellent wide viewing angle characteristics and high-speed response characteristics. For example, an image display device such as a television or a monitor, an OA device such as a word processor (word processor) or a personal computer, or a video The present invention can be widely applied to image display devices provided in information terminals such as cameras, digital cameras, and mobile phones. In addition, as described above, the display element of the present invention has a wide viewing angle characteristic and a high-speed response characteristic, and also stabilizes the Kerr effect by reducing the liquid crystal phase-isotropic phase transition temperature and driving. Since the voltage can be reduced, it is also suitable for large screen display and moving image display.
1 基板
2 基板
3 媒質層
4 電極(電界印加手段)
4a 櫛歯部分
5 電極(電界印加手段)
5a 櫛歯部分
6 偏光板
7 偏光板
11 画素基板(基板)
12 対向基板(基板)
45c、45d 電界印加方向
A 媒質
1
4a
12 Counter substrate (substrate)
45c, 45d Electric field application direction A Medium
Claims (15)
上記媒質には、液晶性物質が含まれており、
上記媒質は、ミセル相,逆ミセル相,スポンジ相またはキュービック相を示すリオトロピック液晶からなる媒質、ミセル相,逆ミセル相,スポンジ相またはキュービック相を示す液晶微粒子分散系からなる媒質、キュービック対称性を示す秩序構造を有する媒質、キュービック相またはスメクチックD相を示す分子からなる媒質、及び、液晶マイクロエマルションからなる媒質の何れかからなり、
上記媒質には、カイラル物質としてのカイラル剤が含まれていることを特徴とする表示素子。 A display element comprising a pair of substrates at least one of which is transparent and a medium sandwiched between the pair of substrates and exhibiting optical isotropy when no electric field is applied and exhibiting optical anisotropy when applying an electric field There,
The medium contains a liquid crystalline substance,
The above medium is a medium composed of lyotropic liquid crystal exhibiting micelle phase, reverse micelle phase, sponge phase or cubic phase, medium composed of liquid crystal fine particle dispersion system exhibiting micelle phase, reverse micelle phase, sponge phase or cubic phase, cubic symmetry A medium having an ordered structure, a medium composed of molecules exhibiting a cubic phase or a smectic D phase, and a medium composed of a liquid crystal microemulsion,
A display element, wherein the medium contains a chiral agent as a chiral substance.
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