JP4398637B2

JP4398637B2 - Liquid crystal display element

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Publication number: JP4398637B2
Application number: JP2002295269A
Authority: JP
Inventors: 聡新山; 慎哉田原; 斉対馬
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP2003233089A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カイラルネマチック液晶層を備え、メモリ性の動作を有する液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＴＮ、ＳＴＮ、ＴＦＴなどの液晶表示素子が実用化されている。他に、高速応答性・メモリ性に特徴がある強誘電性・反強誘電性液晶表示素子や、カラー化で注目されるゲスト・ホスト表示素子などの実用化も検討されている。
【０００３】
同様に、コレステリック液晶またはカイラルネマティック液晶による液晶表示素子（また、ＣＬ−ＬＣＤともいう。）が知られている。ＣＬ−ＬＣＤはメモリ性を有し、明るい反射型表示が可能であることから、次世代の液晶表示素子として注目され、その実用化が検討されている。
【０００４】
ＣＬ−ＬＣＤの基本的な動作原理は以下の通りである。ＣＬ−ＬＣＤの液晶層は少なくとも安定な２状態の間を遷移可能であり、入射光の一部を反射する液晶配列状態（プレナー状態とも呼ばれる。以下、ＰＬという。）または反射を示さず微散乱状態を呈する液晶配列状態（フォーカルコニック状態、以下、ＦＣという。）を示す。電圧印加を停止した後の無電界状態であっても、ＣＬ−ＬＣＤの液晶層の配列状態が保持される。
【０００５】
ＰＬは以下のようにして形成される。カイラルネマティック液晶をホメオロピック液晶配列（ＨＯと呼ぶ）にする高い電圧Ｖ_１を印加した後（図４（Ａ）参照）、その電圧を遮断する。すると、ほぼ一定のピッチを持つねじれ構造のねじれ方向と垂直方向の配向軸（ヘリカル軸と呼ぶ）がほぼ電極基板と垂直方向にそろう。その配列状態が理想的に整列した状態が完全ＰＬである（図４（Ｂ）参照）。通常は、液晶ドメインの各ヘリカル軸の向きは液晶層全体で一定のばらつきを有している（図４（Ｃ）参照）。
【０００６】
このとき、カイラルネマチック液晶層は、液晶ドメインのねじれ方向と同一方向の円偏光を選択反射せしめる状態を呈する。その際、選択反射された選択反射光は一定の波長域を有しており、その特性は使用するカイラルネマチック液晶層の物性によってほぼ決定される。
【０００７】
液晶ドメインのピッチ（Ｐ）と、基板面に平行な方向の断面における液晶の平均屈折率（ｎ_ＡＶＧ）によって、選択反射光の帯域の中心波長（λ_ＣＥＮ）が決定され、λ_ＣＥＮ＝ｎ_ＡＶＧ・Ｐの関係を満足する。カイラルネマティック液晶のピッチＰは、ネマティック液晶とカイラル材の種類と混合比によって主に決定される。用いる材料によってカイラルネマチック液晶層の物性が決まり、それに応じて選択反射光の諸特性も決まる。通常、選択反射光は波長に対してほぼ単峰性の特性を示す（図５参照）。
【０００８】
その際に、選択反射光の中心波長を実質的に可視外の領域に設定すると、観察者はカイラルネマチック液晶層による選択反射光を視認しない。よって、液晶表示素子として求められる光学的な動作をさせる上で、カイラルネマチック液晶層をほぼ透明な層として使用できる。
【０００９】
一方、ＦＣは以下のようにして形成する。上述したＰＬの状態において、駆動電圧として電圧Ｖ_１よりも低い電圧をカイラルネマチック液晶層に印加する。または、電圧Ｖ_１を印加した後に、所定の空白期間を設けて、さらにそれよりも低い電圧をカイラルネマチック液晶層に印加する。このことにより、ヘリカル軸の向きが電極基板に対してばらばらの方向を向いた液晶配列の態様を示すようになる。ＦＣでは、入射光はカイラルネマチック液晶層によって散乱されることより、観察者には白濁状態を呈する層として視認される。
【００１０】
また、特公昭５７−４９９１４号公報には、赤外光を選択反射せしめるカイラルネマチック液晶層を準備し、可視域の帯域で「透過・散乱」の動作モードを呈する液晶表示素子が示されている。基板面と液晶層との界面に、ジメチルジクロロシランのようなシランカップリング剤を使用し、界面の疎水化処理を行っている。そして、液晶分子を垂直配向をさせる構成を採用する。この従来例では、応答時間を低減せしめるために、界面の配向制御を行っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＣＬ−ＬＣＤの光学性能を決定する上で、カイラルネマチック液晶層内部における液晶の配向状態を制御することが重要である。従来から、ＴＮ−ＬＣＤやＳＴＮ−ＬＣＤ等のツイスト配向型の液晶表示素子では、低プレチルト角を有する樹脂膜を、透明電極と液晶層との間に形成し、その樹脂膜に対してラビング配向処理を施すことが行われている。この構成によって、液晶分子の配向を安定化し、良好な光学特性を得るようにしている。
【００１２】
同様に、ＣＬ−ＬＣＤにおいても、低プレチルト角の樹脂膜を形成した後、これをラビング配向処理して用いることができる。ＣＬ−ＬＣＤにおいては、液晶分子の配向が安定化し、配向欠陥が著しく低下する。配向欠陥の減少は、カイラルネマチック液晶層のＰＬでの反射特性を高めることができる。
【００１３】
特に、カイラルネマチック液晶層に接する両側の樹脂膜をラビング配向処理した場合には、鏡面的な反射態様を呈するようになる。この場合、正規反射時の反射率はきわめて高い。また、赤外域の光を反射するＣＬ−ＬＣＤでは、配向欠陥の減少させることで高い透明性を発現させることができる。
【００１４】
一方、メモリ性の観点から評価すると、ＣＬ−ＬＣＤにおいて、上記のラビング配向処理を施した樹脂膜を備えることは好ましくない。低プレチルト角の樹脂膜にラビング配向面を設けると、ＦＣの安定性を弱めることがあるからである。特に、カイラルネマチック液晶層に接する両側の樹脂膜に、それぞれラビング配向面を設けた場合にはＦＣの安定性が著しく低下する。そして、ＣＬ−ＬＣＤの重要な特性であるメモリ性そのものが発現しないことがある。
【００１５】
カイラルネマチック液晶層に接する両側の樹脂膜のうち、一方の樹脂膜のみにラビング配向面を設け、他方にラビング配向面を有しない樹脂膜を設けることで、液晶表示素子全体としてのメモリ性の喪失を避けることができる。しかし、ラビング配向面を有する樹脂膜を一方の基板に設けると、カイラルネマチック液晶層内におけるＦＣの液晶の一部がＰＬに戻る。そのため、ＰＬとＦＣの２状態を利用して光学的な表示動作をさせる際に、得られるコントラスト比が大きく低下する。
【００１６】
ラビング配向面を有しない樹脂膜で液晶に接するように配置したＣＬ−ＬＣＤにおいては、ＰＬ、ＦＣ間の安定したメモリ性の動作を発現させることができる。しかし、その反面、液晶セル内部での配向欠陥は非常に多くなり、液晶表示素子全体としての反射率は低下する。赤外域の光を選択反射するＣＬ−ＬＣＤでは、この配向欠陥によりＰＬでの透明性が損なわれ、やや散乱した濁った透明状態を呈することが多い。
【００１７】
すなわち、赤外域の光を選択反射せしめるＣＬ−ＬＣＤにおいて、ＰＬでの高い透明性とＦＣでの散乱状態の安定性を両立することが困難であった。つまり、カイラルネマチック液晶層が呈する、基本的な「透過−散乱」の動作モードを用いて、高コントラスト比の表示と、安定したメモリ動作を呈するＣＬ−ＬＣＤは得られていなかった。
【００１８】
本発明の目的は、メモリ性を有するＣＬ−ＬＣＤにおいて、カイラルネマチック液晶層で赤外域を含む光を選択反射させるようにする。さらに、ＰＬとＦＣのメモリ性を維持しながら、ＰＬでの配向欠陥を著しく低減させる。そして、カイラルネマチック液晶層の高い透明性と、可視域における「透過−散乱」の動作モードを利用し、高コントラスト比の表示を発現できる液晶表示素子を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の態様１は、一対の透明電極付き基板間にカイラルネマチック液晶層が挟持されてなる液晶表示素子において、少なくとも一方の透明電極の上にプレチルト角が６０°以上の樹脂膜が設けられ、樹脂膜にはラビング配向面が設けられ、カイラルネマチック液晶層とラビング配向面とが接するよう配置され、カイラルネマチック液晶層は、入射光が選択反射されて選択反射光が生じせしめられる第１の状態と、入射光が散乱せしめられる第２の状態とを有し、選択反射光に赤外域の波長が含まれ、カイラルネマチック液晶層が可視域で透明状態であることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００２０】
また、態様２は、表側偏光板、透明電極付き表側基板、カイラルネマチック液晶層、透明電極付き裏側基板、裏側偏光板の順に配置されてなる液晶表示素子であって、少なくとも一方の透明電極の上にプレチルト角が６０°以上の樹脂膜が設けられ、樹脂膜にはラビング配向面が設けられ、カイラルネマチック液晶層とラビング配向面とが接するよう配置され、カイラルネマチック液晶層は、入射光が選択反射されて選択反射光が生じせしめられる第１の状態と、入射光が散乱せしめられる第２の状態とを有し、選択反射光に赤外域の波長が含まれ、カイラルネマチック液晶層が可視域で透明状態であり、第１の状態の場合に、裏側から入射した光のうちカイラルネマチック液晶層を透過せしめられた波長域の光が表側偏光板によって吸収されてなる液晶表示素子を提供する。
【００２１】
また、態様３は、偏光板、透明電極付き表側基板、カイラルネマチック液晶層、透明電極付き裏側基板、位相差板および反射面の順に配置されてなる液晶表示素子であって、少なくとも一方の透明電極の上にプレチルト角が６０°以上の樹脂膜が設けられ、樹脂膜にはラビング配向面が設けられ、カイラルネマチック液晶層とラビング配向面とが接するよう配置され、カイラルネマチック液晶層は、入射光が選択反射されて選択反射光が生じせしめられる第１の状態と、入射光が散乱せしめられる第２の状態とを有し、選択反射光に赤外域の波長が含まれ、カイラルネマチック液晶層が可視域で透明状態であり、第１の状態の場合に、表側から入射され反射面によって表側に反射される反射光が偏光板によって吸収されてなる液晶表示素子を提供する。
【００２２】
また、態様４は位相差板が４分の１波長板である態様３に記載の液晶表示素子を提供する。
【００２３】
また、態様５は、透明電極間に印加される駆動電圧によって第１の状態と第２の状態との間の状態転移が制御せしめられ、駆動電圧が実質的に０Ｖである場合に、第１の状態または第２の状態が保持されてなる態様１、２、３または４に記載の液晶表示素子を提供する。
【００２４】
また、態様６は、液晶表示素子の裏面側に照明装置が配置され、第１の状態の場合に、カイラルネマチック液晶層に入射せしめられ、カイラルネマチック液晶層を実質的に透過せしめられる透過光量をＩ_a、第２の状態の場合に、カイラルネマチック液晶層を実質的に透過せしめられる透過光量をＩ_bとすると、Ｉ_b／Ｉ_a≧２を満足する態様１、２、３、４または５に記載の液晶表示素子を提供する。
【００２５】
また、態様７は、それぞれの透明電極の上にラビング配向面を有する樹脂膜が配置され、それぞれのラビング配向面がカイラルネマチック液晶層に接するように配置されてなる態様１〜６のいずれかに記載の液晶表示素子を提供する。
【００２６】
また、態様８は、選択反射光の中心波長が０．７〜１．２μｍである態様１〜７のいずれかに記載の液晶表示素子を提供する。
【００２７】
また、態様９は、カイラルネマチック液晶層の状態を変化させるのに必要な駆動電圧の最大電圧値をＶ_ｍ（Ｖ）、カイラルネマチック液晶層の厚みをｄ（μｍ）とすると、Ｖ_ｍ／ｄ≦１０である態様１〜８のいずれかに記載の液晶表示素子を提供する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明によって、ＣＬ−ＬＣＤにおけるＰＬの液晶配向欠陥を著しく低減させることができる。そして、ＰＬでの高い透明性を発現できる。本発明においては、少なくとも一方の基板側にラビング配向処理を施した樹脂膜を設ける。本発明においては、ラビング配向処理を施した樹脂膜を用いるが、カイラルネマチック液晶層のＦＣの安定性を実質的に損ねることがない。
【００２９】
また、カイラルネマチック液晶層のＰＬとＦＣの各状態のメモリ性を充分に発現できる。さらに、ＰＬでの透明性とＦＣでの散乱性とを組み合わせてＣＬ−ＬＣＤの「透過・散乱」の動作モードをさせる場合に、高コントラスト比の表示動作が可能となる。
【００３０】
また、上記の態様２においては、ＰＬで透明状態を呈しているカイラルネマチック液晶層を２枚の偏光板間に配置する。その際に、液晶表示素子のカイラルネマチック液晶層で散乱され基板を通過して外部に透過しようとする可視光を偏光板で吸収するように構成する。
【００３１】
すなわち、外部に透過しようとする可視光が最も吸収されるように、一対の偏光板の偏光軸を調節する。すると、第１の状態の場合に、カイラルネマチック液晶層および基板面を透過する透過光は偏光板によって吸収される。しかし、第２の状態の場合には、入射光がカイラルネマチック液晶層で散乱されるために、その偏光方向が変化し、カイラルネマチック液晶層の外側に配置された偏光板を通過できる。
【００３２】
このようにして、入射光のうちの一部の光が液晶表示素子を透過できる。このことを利用して、液晶表示素子として、「透過−吸収」の動作モードをさせることが可能となり、高コントラスト比の表示を行うことができる。
【００３３】
この際、カイラルネマチック液晶層の裏面側にバックライトなどの照明装置を設けることができる。そして、視認性がさらに高い液晶表示素子を提供できる。また、ＣＬ−ＬＣＤがＰＬの場合の透過光量をＩ_a、ＦＣの場合の透過光量をＩ_bとすると、液晶表示素子としてのコントラスト比を示す指標値である「Ｉ_b／Ｉ_a」を２以上に設定することが視認性の面から好ましい。
【００３４】
また、上記の態様３においては、液晶表示素子の裏面側に、位相差板を介して反射面を配置し、観察者側に偏光板を設ける。言い換えると、反射面を備えた反射型構成をとることができる。ＣＬ−ＬＣＤがＰＬである場合に、赤外域の光が選択反射せしめられ、カイラルネマチック液晶層が可視域で透明状態である。このとき、液晶表示素子に入射された入射光が裏面側に置かれた反射面で表側に向かって、その光路が折り返される。
【００３５】
そして、折り返された反射光が、表側に置かれた偏光板で吸収されるように偏光板の偏光軸を調整する。この反射構成によって、コントラスト比を高くできるので好ましい。この反射構成をとる場合に、裏面側に置く位相差板を４分の１波長板とすると、さらに高コントラスト比の表示を発現できるので特に好ましい。
【００３６】
また、態様７においては、カイラルネマチック液晶層に接する両側の透明電極上に、ラビング配向処理が施されたプレチルト角６０°以上（好ましくは８０゜以上）の樹脂膜を設ける。
【００３７】
この構成によって、ＰＬの配向欠陥を最も低減させることができ、高い透明性を実現できる。樹脂膜として、ポリイミド樹脂を用いることでラビング時の配向均一性を向上でき、液晶表示素子の耐熱性も高くなるので好ましい。
【００３８】
よって、上述した３つの態様に応じて利用できる、「透過−散乱」、「透過−吸収」および「透過−反射」のいずれの動作モードにおいても、高コントラスト比の表示を達成できる。なお、本発明において、カイラルネマチック液晶層に接する樹脂膜と透明電極との間にシリカ、チタニアなどの金属酸化物からなる薄い電気絶縁層を形成して電気的な短絡を防止することもできる。
【００３９】
また、赤外域の光を含む選択反射光は所定の帯域幅を有している。本発明において、ＣＬ−ＬＣＤの帯域幅の中心波長を０．７〜１．２μｍに設定することが好ましい。０．７μｍ未満ではＰＬの選択反射光色が視認できるため、「透過−散乱」の動作モードでは透過光が着色する。また、偏光板を用いた「透過−吸収」の動作モードでは、吸収時に選択反射光が偏光板を通過して、洩れるためにコントラスト比が低下する。
【００４０】
また、選択反射光の中心波長が１．２μｍを超えると、ＦＣの散乱が弱くなり、「透過−散乱」の動作モードでのコントラスト比が低下する。偏光板を使用した動作モードでも、入射光の偏光解消が不充分となりコントラスト比が低下する。
【００４１】
ＣＬ−ＬＣＤの選択反射光の帯域幅の半値幅Δλは、使用する液晶の屈折率異方性（Δｎ）と液晶のヘリカルピッチ（Ｐ）とによって決定される。Δｎの大きい液晶を用いた場合、Δλが０．１μｍ前後になることがある。完全に透過光の着色を回避するためには、選択反射の中心波長を０．７６μｍ以上とすることが好ましい。さらに、０．８０μｍ以上にすることが特に好ましい。図５に本発明の液晶表示素子の各波長域における選択反射の特性を示す。およそ、選択反射光は波長に対して単峰性をほぼ示し、その帯域の中心波長は０．７〜１．２μｍの間にある。反射率の最大値は約４０％である。
【００４２】
また、ＣＬ−ＬＣＤのメモリ動作に必要な駆動電圧の最大電圧をＶ_ｍ（Ｖ）、カイラルネマチック液晶層の厚みをｄ（μｍ）とすると、Ｖ_ｍ／ｄ≦１０を満足するように設定することが好ましい。駆動電圧を低減できるからである。また、ｄを３μｍ以上に設定すると、製造時における両基板間での短絡欠陥を低減できるので特に好ましい。
【００４３】
また、本発明において、ＣＬ−ＬＣＤを構成する透明電極を行電極、列電極よりなる複数本のストライプ電極とし、ドットマトリクス表示によるメモリ性能を有する情報表示装置を提供できる。
【００４４】
【実施例】
図１を参照し本発明の説明を行う。液晶パネル１０は、第１基板１Ｆと第２基板１Ｒとを備え、各基板の内面には、ＩＴＯ（インジウム・酸化錫）からなる透明電極２Ｆ、２Ｒがそれぞれ形成されている。
【００４５】
透明電極２Ｆ、２Ｒは、直交配置するストライプ状パターンの行電極と列電極（または、Ｘ電極とＹ電極）に形成し、フルドット表示用の電極構成とすることができる。また、セグメント表示などの非フルドット表示であってもよい。本発明は、液晶表示素子の表示形態に限定されるものではない。また、各基板の材質は、ガラスまたはプラスチックのいずれでもよい。
【００４６】
透明電極２Ｆ、２Ｒのそれぞれの上には、平滑化を兼ねた電気絶縁層３Ｆ、３Ｒがそれぞれ形成されている。さらに、その上に樹脂膜４Ｆ、４Ｒがそれぞれ形成されている。本発明において、樹脂膜４Ｆ、４Ｒの少なくともいずれか一方は、６０°以上、好ましくは８０゜以上のプレチルト角を有し、かつ、ラビング処理が施されたものを採用する。樹脂膜４Ｆ、４Ｒはカイラルネマチック液晶層５に接するように配置される。
【００４７】
両方の基板の樹脂膜４Ｆ、４Ｒがともに、「プレチルト角が６０°以上」の要件を満たすことがより好ましい。なお、視感性の調整などの目的でいずれか一方の基板内面側もしくは外面側にカラーフィルタが設けられてもよい。
【００４８】
両基板１Ｆ、１Ｒは、周辺シール材（図示を省略）によって圧着される。基板間にはスペーサを散布して配置する（図示を省略）。上記の基板間隙を所定の厚みにするためである。このようにして、ＰＬの場合に、赤外光を選択反射するカイラルネマチック液晶層５がセル内に形成される。この構成によって、ＰＬとＦＣのメモリ性を維持しつつ、ＰＬで液晶配向欠陥の少ない、高い透明度を有する表示モードが得られる。
【００４９】
この構成によって、「透過−散乱」の動作モードで、メモリ機能を有する表示素子として充分に使用できる。さらに、以下に説明するように、偏光板または位相差板と組み合わせて、透過型または反射型の動作モードを有するメモリ表示素子として使用できる。
【００５０】
すなわち、透過仕様のメモリ性液晶表示素子として使用する場合には、上記と同様にして作成した液晶パネルを２枚の偏光板で挟み、裏面側に照明装置を設置する（図２参照）。また、反射仕様のメモリ性の液晶表示素子として使用する場合には、上記の液晶パネルを表側の１枚の偏光板６と、裏面側の１枚の位相差板７で挟み、さらに裏面側に反射面８を設置する（図３参照）。
【００５１】
（例１）
図１を参照しつつ本例の説明を行う。ＩＴＯよりなる透明導電膜付き基板１Ｆ、１Ｒを２枚用意した。そして、各基板の電極２Ｆ、２Ｒを形成した面に電気絶縁層３Ｆ、３Ｒをそれぞれ形成した。その後、ポリイミド（ＪＳＲ社製、品番：ＪＡＬＳ−６８２−Ｒ３）の樹脂溶液を塗布し焼成してラビング処理を施した。この樹脂膜４Ｆ、４Ｒの膜厚は５００Å、プレチルト角は８９°程度であった。
【００５２】
このようにして形成した２枚の基板を、それらの電極が対向するように配置し、その対向面間に直径４μｍのスペーサを撒布した。その後、液晶注入口となる部分を除いて基板の４辺に、直径４μｍの微量のグラスファイバーを含むエポキシ樹脂からなる周辺シール材を塗布し、２枚の基板を貼り合わせて空セルを作製した。
【００５３】
次に、ネマチック液晶（メルクジャパン社製：ＭＪ００４２３、Ｔ_ｃ＝９７℃，Δｎ＝０．２４２，Δε＝１３．８）８２．２部、下記化１の光学活性物質８．９部、下記化２の光学活性物質８．９部からなる液晶組成物を調製して、セルに真空注入法にて注入した後、注入口を光硬化樹脂で封止し、液晶パネル１０を形成した。基板間隙の厚みｄが４μｍで、カイラルネマチック液晶層に形成されたピッチＰは０．５５９μｍとなった。
【００５４】
【化１】

【００５５】
【化２】

【００５６】
この液晶パネル１０の両基板１Ｆ、１Ｒの電極２Ｆ、２Ｒの取り出し部（端子部）に導電性粘着材付きの銅箔テープを貼った。そして、その電極取り出し部に、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値２０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネル１０は透明状態を示し、この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。
【００５７】
次に、実効値１３Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネル１０は散乱状態を示し、この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。さらに、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値２０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶パネル１０は再び透明度の高い透明状態を示した。
【００５８】
このＰＬの透明状態とＦＣの散乱状態のコントラストを集光角１０°のシュリーレン光学系で測定したところ６．４であった。
【００５９】
（例２）
例１と同様にして作成した液晶パネルを偏光板２枚で挟み込み、裏面側にバックライトを設置した。偏光板の偏光軸の角度を約６７°に設定し、液晶表示素子２０を作成した（図２参照）。
【００６０】
そして、パルス幅２０ｍｓ、実効値２０Ｖのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し３分間静置した。液晶表示素子の表示面は配向の欠陥の少ないＰＬとなり、２枚の偏光板を通過した表示光の透過色は紫がかった黒であった。
【００６１】
つづいて、実効値パルス幅２０ｍｓ、実効値１３Ｖのバイポーラ矩形波パルスを印加した後遮断し、３分間静置した。カイラルネマチック液晶層５はＦＣとなり散乱を呈し、２枚の偏光板を通した透過色は白であった。このときに、ＰＬの場合の透過光量をＩ_a、ＦＣの場合の透過光量Ｉ_bとの比（Ｉ_b／Ｉ_a）は８．３となった。
【００６２】
このように、コントラスト比の高い白黒表示を得ることができた。なお、カイラルネマチック液晶層に接する樹脂膜として、ラビング配向処理を施していないポリイミドを用いた例を同様に試作し、その動作を評価した。すると、低いコントラスト比での白黒表示を行うことができた。
【００６３】
（例３）
例１と同様にして作成した液晶パネルを、表側に置いた１枚の偏光板６と裏側に置いた４分の１波長板７とで挟み込んだ。また、液晶パネルの裏面側に反射面８を設置した。この際に、偏光板６の偏光軸（吸収軸）と４分の１波長板７の主軸（遅相軸）とが成す角度を約２３゜に設定し、液晶表示素子３０を作成した（図３参照）。
【００６４】
次に、パルス幅２０ｍｓ、実効値２０Ｖのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶表示素子の表示面は配向の欠陥の少ないＰＬとなり、表側から入射した入射光は偏光板６により吸収され暗状態となった。
【００６５】
つづいて、実効値パルス幅２０ｍｓ、実効値１３Ｖのバイポーラ矩形波パルスを印加した後、遮断し、３分間静置した。液晶表示素子の表示面はＦＣとなり散乱を呈し、入射した光の一部が裏面側の反射面によって反射されることで明状態を示した。
【００６６】
この液晶表示素子３０を、基板に対する方線方向を０°としたときに、２０°となる方向に光源を設置した。方線方向に設置した受光器より反射光強度を測定する光学測定装置により反射光強度を測定した。液晶パネルがＰＬであるときの反射光強度をＩ_ｃ、ＦＣの時の反射光強度をＩ_ｄとすると、Ｉ_ｄ／Ｉ_ｃは４．８であった。次の表１に、本発明の３つの態様の動作について対比して示す。
【００６７】
【表１】

【００６８】
（比較例１）
樹脂膜の材料として、日産化学社製のＳＥ−３８４０を使用した以外は例１と同様にして、液晶パネルを作成した。このＳＥ−３８４０は低プレチルト角の配向膜材料である。例１と同様に、本例の液晶表示素子の表示面の液晶層をＰＬとする電圧パルスを印加後、静置し、観察すると透明度の高い透明状態を呈した。
【００６９】
次に、例１と同様にＦＣとなるよう幾つかの電圧値の電圧パルスを印加後、静置した。しかし、本例の液晶表示素子の液晶層はＦＣとならず、散乱状態を示さず、メモリ性の動作を示さなかった。
【００７０】
（比較例２）
樹脂膜の材料として、日産化学社製のＳＥ−３８４０を使用し、ラビング処理を行わない以外は例１と同様にして液晶パネルを作成した。これに例１と同様に、液晶表示素子の表示面の液晶層をＰＬとする電圧パルスを印加後、静置した。カイラルネマチック液晶層を観察すると、部分的に白濁状態があり、透明度の低い透明状態を呈した。
【００７１】
次に、例１と同様にＦＣとなる電圧パルスを印加後、静置した。するとカイラルネマチック液晶層は散乱状態を示した。この液晶パネルを例１と同様に、一対の偏光板で狭持し、ＰＬとＦＣでの透過光量を測定したところ、コントラスト比は２未満であった。
【００７２】
（比較例３）
ラビング配向処理を行わない以外は例１と同様にして液晶パネルを作成した。例１と同様にして、液晶表示素子の表示面のカイラルネマチック液晶層をＰＬとする電圧パルスを印加後、静置した。カイラルネマチック液晶層を観察すると、部分的に白濁状態が存在していた。
【００７３】
特に、斜め方向から観察すると、透明度の低い透明状態を呈していることがわかった。４５°に傾けた場合の透過率を集光角１０°のシュリーレン光学系で測定したところ、例１の透過率が８５％であるのに対して、本例の透過率は５０％に低下していた。
【００７４】
【発明の効果】
本発明において、赤外域の光を選択反射せしめつつ、高コントラスト比の表示を得ることができる。また、カイラルネマチック液晶層の各状態が安定であり、高い透明性と安定した散乱状態を保持できるので、すぐれた光学特性を有する液晶表示素子を形成できる。
【００７５】
また、本発明の液晶パネルのメモリ特性は安定しており、無電源で表示を行う表示装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子１０の構成構成を示す模式図。
【図２】本発明の透過仕様である液晶表示素子２０の配置構成を示す模式図
【図３】本発明の反射仕様である液晶表示素子３０の配置構成を示す模式図。
【図４】カイラルネマチック液晶層のＨＯ（Ａ）、完全ＰＬ（Ｂ）および通常のＰＬ（Ｃ）を示す模式図。
【図５】選択反射の波長域を示す説明図。
【符号の説明】
１Ｆ、１Ｒ：基板
２Ｆ、２Ｒ：透明電極
３Ｆ、３Ｒ：電気絶縁膜
４Ｆ、４Ｒ：樹脂膜
５：カイラルネマチック液晶層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display element including a chiral nematic liquid crystal layer and having a memory operation.
[0002]
[Prior art]
Currently, liquid crystal display elements such as TN, STN, and TFT are put into practical use. In addition, the practical application of ferroelectric / antiferroelectric liquid crystal display elements characterized by high-speed response and memory characteristics, and guest / host display elements that are attracting attention in colorization is also being studied.
[0003]
Similarly, a liquid crystal display element using cholesteric liquid crystal or chiral nematic liquid crystal (also referred to as CL-LCD) is known. Since the CL-LCD has a memory property and enables bright reflection type display, it is attracting attention as a next-generation liquid crystal display element, and its practical use is being studied.
[0004]
The basic operation principle of the CL-LCD is as follows. The liquid crystal layer of the CL-LCD is capable of transitioning between at least two stable states, and is a liquid crystal alignment state (also referred to as a planar state, hereinafter referred to as PL) that reflects a part of incident light, or does not exhibit reflection and is slightly scattered. A liquid crystal alignment state that exhibits a state (focal conic state, hereinafter referred to as FC) is shown. Even in the non-electric field state after the voltage application is stopped, the alignment state of the liquid crystal layer of the CL-LCD is maintained.
[0005]
PL is formed as follows. High voltage V that makes the chiral nematic liquid crystal a homeotropic liquid crystal alignment (referred to as HO). ₁ Is applied (see FIG. 4A), the voltage is cut off. Then, the orientation axis (referred to as a helical axis) in the direction perpendicular to the twist direction of the twist structure having a substantially constant pitch is aligned substantially in the direction perpendicular to the electrode substrate. A state in which the arrangement state is ideally aligned is a complete PL (see FIG. 4B). Usually, the orientation of each helical axis of the liquid crystal domain has a certain variation in the entire liquid crystal layer (see FIG. 4C).
[0006]
At this time, the chiral nematic liquid crystal layer exhibits a state in which circularly polarized light in the same direction as the twist direction of the liquid crystal domain is selectively reflected. At that time, the selectively reflected selectively reflected light has a certain wavelength range, and its characteristics are substantially determined by the physical properties of the chiral nematic liquid crystal layer to be used.
[0007]
The pitch (P) of the liquid crystal domain and the average refractive index (n of the liquid crystal in the cross section parallel to the substrate surface) _AVG ) To select the center wavelength (λ _CEN ) Is determined and λ _CEN = N _AVG -Satisfy the relationship of P. The pitch P of the chiral nematic liquid crystal is mainly determined by the type and mixing ratio of the nematic liquid crystal and the chiral material. The material used determines the physical properties of the chiral nematic liquid crystal layer, and the characteristics of the selectively reflected light are also determined accordingly. Normally, the selectively reflected light has a substantially unimodal characteristic with respect to the wavelength (see FIG. 5).
[0008]
At this time, if the center wavelength of the selectively reflected light is set to a substantially invisible region, the observer does not visually recognize the selectively reflected light from the chiral nematic liquid crystal layer. Therefore, the chiral nematic liquid crystal layer can be used as a substantially transparent layer in performing an optical operation required for a liquid crystal display element.
[0009]
On the other hand, FC is formed as follows. In the above-described PL state, the voltage V is used as the drive voltage. ₁ A lower voltage is applied to the chiral nematic liquid crystal layer. Or voltage V ₁ Is applied, a predetermined blank period is provided, and a voltage lower than that is applied to the chiral nematic liquid crystal layer. As a result, the liquid crystal alignment mode is shown in which the direction of the helical axis is different from the electrode substrate. In FC, incident light is scattered by the chiral nematic liquid crystal layer, so that it is visually recognized by the observer as a layer exhibiting a cloudy state.
[0010]
Japanese Examined Patent Publication No. 57-49914 discloses a liquid crystal display element that has a chiral nematic liquid crystal layer that selectively reflects infrared light and exhibits an operation mode of “transmission / scattering” in the visible band. . A silane coupling agent such as dimethyldichlorosilane is used at the interface between the substrate surface and the liquid crystal layer to make the interface hydrophobic. A configuration in which liquid crystal molecules are vertically aligned is employed. In this conventional example, the interface orientation is controlled in order to reduce the response time.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in determining the optical performance of the CL-LCD, it is important to control the alignment state of the liquid crystal inside the chiral nematic liquid crystal layer. Conventionally, in twist alignment type liquid crystal display elements such as TN-LCD and STN-LCD, a resin film having a low pretilt angle is formed between a transparent electrode and a liquid crystal layer, and the rubbing alignment is performed on the resin film. Processing is performed. With this configuration, the alignment of the liquid crystal molecules is stabilized and good optical characteristics are obtained.
[0012]
Similarly, in a CL-LCD, after a resin film having a low pretilt angle is formed, it can be used after being rubbed. In the CL-LCD, the alignment of liquid crystal molecules is stabilized, and the alignment defects are significantly reduced. The reduction of the alignment defect can improve the reflection characteristic at the PL of the chiral nematic liquid crystal layer.
[0013]
In particular, when the resin films on both sides in contact with the chiral nematic liquid crystal layer are subjected to rubbing alignment treatment, a specular reflection mode is exhibited. In this case, the reflectance during regular reflection is extremely high. In addition, in a CL-LCD that reflects light in the infrared region, high transparency can be exhibited by reducing alignment defects.
[0014]
On the other hand, when evaluated from the viewpoint of memory properties, it is not preferable to provide a resin film subjected to the rubbing alignment treatment in the CL-LCD. This is because providing a rubbing alignment surface on a resin film having a low pretilt angle may weaken FC stability. In particular, when a rubbing alignment surface is provided on each of the resin films on both sides in contact with the chiral nematic liquid crystal layer, the stability of FC is significantly reduced. Then, the memory property itself, which is an important characteristic of the CL-LCD, may not appear.
[0015]
Of the resin films on both sides in contact with the chiral nematic liquid crystal layer, only one resin film is provided with a rubbing alignment surface, and the other is provided with a resin film having no rubbing alignment surface, thereby losing the memory performance of the entire liquid crystal display element. Can be avoided. However, when a resin film having a rubbing alignment plane is provided on one substrate, part of the liquid crystal of FC in the chiral nematic liquid crystal layer returns to PL. Therefore, when an optical display operation is performed using two states of PL and FC, the obtained contrast ratio is greatly reduced.
[0016]
In a CL-LCD arranged so as to be in contact with the liquid crystal with a resin film having no rubbing alignment plane, a stable memory operation between PL and FC can be exhibited. On the other hand, however, the alignment defects inside the liquid crystal cell are extremely increased, and the reflectance of the entire liquid crystal display element is lowered. In a CL-LCD that selectively reflects light in the infrared region, transparency at the PL is impaired by this orientation defect, and it often exhibits a slightly scattered and turbid transparent state.
[0017]
That is, in a CL-LCD that selectively reflects light in the infrared region, it is difficult to achieve both high transparency at PL and stability of the scattering state at FC. In other words, a CL-LCD having a high contrast ratio display and a stable memory operation has not been obtained using the basic “transmission-scattering” operation mode exhibited by the chiral nematic liquid crystal layer.
[0018]
An object of the present invention is to selectively reflect light including an infrared region in a chiral nematic liquid crystal layer in a CL-LCD having memory characteristics. Furthermore, alignment defects in PL are significantly reduced while maintaining the memory performance of PL and FC. Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display element that can display a high contrast ratio by utilizing the high transparency of the chiral nematic liquid crystal layer and the “transmission-scattering” operation mode in the visible range.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to aspect 1 of the present invention, in a liquid crystal display element in which a chiral nematic liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates with transparent electrodes, a resin film having a pretilt angle of 60 ° or more is provided on at least one transparent electrode. In addition, the resin film is provided with a rubbing alignment surface, and is disposed so that the chiral nematic liquid crystal layer and the rubbing alignment surface are in contact with each other. The chiral nematic liquid crystal layer is a first layer that selectively reflects incident light to generate selective reflected light. And a second state in which incident light is scattered, the selective reflected light includes an infrared wavelength, and the chiral nematic liquid crystal layer is transparent in the visible region. Elementary Child provide.
[0020]
Aspect 2 is a liquid crystal display device in which a front-side polarizing plate, a front-side substrate with a transparent electrode, a chiral nematic liquid crystal layer, a back-side substrate with a transparent electrode, and a back-side polarizing plate are arranged in this order, Is provided with a resin film having a pretilt angle of 60 ° or more, a rubbing alignment surface is provided on the resin film, and the chiral nematic liquid crystal layer and the rubbing alignment surface are in contact with each other. A first state in which selective reflected light is reflected and a second state in which incident light is scattered; the selective reflected light includes wavelengths in the infrared region; and the chiral nematic liquid crystal layer is visible. In the transparent state and in the first state, Of the light incident from the back side The light in the wavelength range transmitted through the chiral nematic liquid crystal layer table Provided is a liquid crystal display element absorbed by a side polarizing plate.
[0021]
Aspect 3 is a liquid crystal display device in which a polarizing plate, a front substrate with a transparent electrode, a chiral nematic liquid crystal layer, a back substrate with a transparent electrode, a retardation plate, and a reflective surface are arranged in this order, and at least one transparent electrode A resin film having a pretilt angle of 60 ° or more is provided on the substrate, the resin film is provided with a rubbing alignment surface, and the chiral nematic liquid crystal layer and the rubbing alignment surface are in contact with each other. Are selectively reflected to generate selectively reflected light, and the second state is that incident light is scattered. The selective reflected light includes an infrared wavelength, and the chiral nematic liquid crystal layer has A liquid crystal display element that is transparent in the visible range and is reflected by the polarizing plate in the first state, and the reflected light that is incident from the front side and reflected by the reflective surface to the front side is absorbed Child provide.
[0022]
Aspect 4 provides the liquid crystal display element according to aspect 3, wherein the retardation plate is a quarter-wave plate.
[0023]
Further, in the fifth aspect, the state transition between the first state and the second state is controlled by the driving voltage applied between the transparent electrodes, and the first voltage is applied when the driving voltage is substantially 0V. The liquid crystal display element according to the first, second, third, or fourth aspect, in which the state or the second state is maintained.
[0024]
Further, in the aspect 6, the illumination device is disposed on the back side of the liquid crystal display element, and in the first state, the transmitted light amount that is incident on the chiral nematic liquid crystal layer and is substantially transmitted through the chiral nematic liquid crystal layer is obtained. I _a In the case of the second state, the amount of transmitted light that can be substantially transmitted through the chiral nematic liquid crystal layer is expressed as I _b Then I _b / I _a The liquid crystal display element according to the

aspect

1, 2, 3, 4 or 5 that satisfies ≧ 2 is provided.
[0025]
Further, Aspect 7 is any one of Aspects 1 to 6 in which a resin film having a rubbing alignment surface is disposed on each transparent electrode, and each rubbing alignment surface is disposed in contact with the chiral nematic liquid crystal layer. The liquid crystal display element described is provided.
[0026]
Aspect 8 provides the liquid crystal display element according to any one of Aspects 1 to 7, wherein the central wavelength of the selectively reflected light is 0.7 to 1.2 μm.
[0027]
In the ninth aspect, the maximum voltage value of the drive voltage required to change the state of the chiral nematic liquid crystal layer is expressed as V. _m (V), where the thickness of the chiral nematic liquid crystal layer is d (μm), V _m The liquid crystal display element in any one of the aspects 1-8 which are / d <= 10 is provided.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the present invention, liquid crystal alignment defects of PL in a CL-LCD can be significantly reduced. And high transparency in PL can be expressed. In the present invention, a resin film subjected to rubbing alignment treatment is provided on at least one substrate side. In the present invention, a resin film subjected to rubbing alignment treatment is used, but the stability of FC of the chiral nematic liquid crystal layer is not substantially impaired.
[0029]
Further, the memory properties of the PL and FC states of the chiral nematic liquid crystal layer can be sufficiently exhibited. Furthermore, when the “transmission / scattering” operation mode of the CL-LCD is made by combining the transparency at PL and the scattering at FC, a display operation with a high contrast ratio is possible.
[0030]
Moreover, in said aspect 2, the chiral nematic liquid crystal layer which is exhibiting the transparent state by PL is arrange | positioned between two polarizing plates. At that time, the polarizing plate absorbs visible light which is scattered by the chiral nematic liquid crystal layer of the liquid crystal display element and is transmitted through the substrate to the outside.
[0031]
That is, the polarization axes of the pair of polarizing plates are adjusted so that visible light that is going to be transmitted to the outside is most absorbed. Then, in the first state, the transmitted light transmitted through the chiral nematic liquid crystal layer and the substrate surface is absorbed by the polarizing plate. However, in the case of the second state, since the incident light is scattered by the chiral nematic liquid crystal layer, the polarization direction is changed and can pass through the polarizing plate disposed outside the chiral nematic liquid crystal layer.
[0032]
In this way, part of the incident light can pass through the liquid crystal display element. By utilizing this fact, the liquid crystal display element can be operated in a “transmission-absorption” operation mode, and display with a high contrast ratio can be performed.
[0033]
At this time, an illumination device such as a backlight can be provided on the back side of the chiral nematic liquid crystal layer. And a liquid crystal display element with higher visibility can be provided. Also, the amount of transmitted light when the CL-LCD is PL is expressed as I _a , The amount of transmitted light in the case of FC _b Then, “I” which is an index value indicating a contrast ratio as a liquid crystal display element. _b / I _a "Is preferably set to 2 or more from the viewpoint of visibility.
[0034]
Moreover, in said aspect 3, a reflective surface is arrange | positioned through a phase difference plate in the back surface side of a liquid crystal display element, and a polarizing plate is provided in an observer side. In other words, it is possible to take a reflective configuration having a reflective surface. When the CL-LCD is PL, infrared light is selectively reflected, and the chiral nematic liquid crystal layer is transparent in the visible region. At this time, the optical path of the incident light incident on the liquid crystal display element is turned back toward the front side by the reflecting surface placed on the back side.
[0035]
Then, the polarization axis of the polarizing plate is adjusted so that the reflected light that is turned back is absorbed by the polarizing plate placed on the front side. This reflection configuration is preferable because the contrast ratio can be increased. In the case of adopting this reflection configuration, it is particularly preferable that the retardation plate placed on the back surface side is a quarter-wave plate because a higher contrast ratio can be displayed.
[0036]
In Embodiment 7, a resin film having a pretilt angle of 60 ° or more (preferably 80 ° or more) subjected to rubbing alignment treatment is provided on the transparent electrodes on both sides in contact with the chiral nematic liquid crystal layer.
[0037]
With this configuration, PL alignment defects can be reduced most, and high transparency can be realized. It is preferable to use a polyimide resin as the resin film because the alignment uniformity during rubbing can be improved and the heat resistance of the liquid crystal display element is increased.
[0038]
Therefore, a display with a high contrast ratio can be achieved in any of the “transmission-scattering”, “transmission-absorption”, and “transmission-reflection” operation modes that can be used in accordance with the three modes described above. In the present invention, a thin electrical insulating layer made of a metal oxide such as silica or titania can be formed between the resin film in contact with the chiral nematic liquid crystal layer and the transparent electrode to prevent an electrical short circuit.
[0039]
Further, the selectively reflected light including the light in the infrared region has a predetermined bandwidth. In the present invention, the center wavelength of the CL-LCD bandwidth is preferably set to 0.7 to 1.2 μm. If it is less than 0.7 μm, the selective reflection light color of PL can be visually recognized. Therefore, the transmitted light is colored in the “transmission-scattering” operation mode. Further, in the “transmission-absorption” operation mode using the polarizing plate, the selective reflection light passes through the polarizing plate at the time of absorption and leaks, so that the contrast ratio is lowered.
[0040]
On the other hand, when the center wavelength of the selectively reflected light exceeds 1.2 μm, the FC scattering becomes weak, and the contrast ratio in the “transmission-scattering” operation mode decreases. Even in an operation mode using a polarizing plate, the depolarization of incident light is insufficient and the contrast ratio is lowered.
[0041]
The full width at half maximum Δλ of the selective reflection light of the CL-LCD is determined by the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystal to be used and the helical pitch (P) of the liquid crystal. When a liquid crystal having a large Δn is used, Δλ may be around 0.1 μm. In order to completely avoid the coloring of transmitted light, it is preferable that the center wavelength of selective reflection is 0.76 μm or more. Furthermore, it is particularly preferable that the thickness is 0.80 μm or more. FIG. 5 shows the selective reflection characteristics in each wavelength region of the liquid crystal display element of the present invention. In general, the selectively reflected light is almost unimodal with respect to the wavelength, and the center wavelength of the band is between 0.7 and 1.2 μm. The maximum reflectance is about 40%.
[0042]
In addition, the maximum driving voltage required for the memory operation of the CL-LCD is V _m (V), where the thickness of the chiral nematic liquid crystal layer is d (μm), V _m It is preferable to set so as to satisfy / d ≦ 10. This is because the driving voltage can be reduced. Further, it is particularly preferable that d is set to 3 μm or more because short-circuit defects between the two substrates at the time of manufacture can be reduced.
[0043]
Further, in the present invention, an information display device having memory performance by dot matrix display can be provided by using a plurality of stripe electrodes including row electrodes and column electrodes as the transparent electrodes constituting the CL-LCD.
[0044]
【Example】
The present invention will be described with reference to FIG. The liquid crystal panel 10 includes a first substrate 1F and a second substrate 1R, and transparent electrodes 2F and 2R made of ITO (indium / tin oxide) are formed on the inner surface of each substrate.
[0045]
The transparent electrodes 2F and 2R can be formed on the row and column electrodes (or the X electrode and the Y electrode) in a stripe pattern arranged orthogonally to form an electrode configuration for full dot display. Further, non-full dot display such as segment display may be used. The present invention is not limited to the display form of the liquid crystal display element. The material of each substrate may be either glass or plastic.
[0046]
On each of the transparent electrodes 2F and 2R, electrical insulating

layers

3F and 3R that also serve as smoothing are formed. Furthermore,

resin films

4F and 4R are formed thereon, respectively. In the present invention, at least one of the

resin films

4F and 4R has a pretilt angle of 60 ° or more, preferably 80 ° or more and is subjected to a rubbing process. The

resin films

4F and 4R are arranged in contact with the chiral nematic liquid crystal layer 5.
[0047]
It is more preferable that the

resin films

4F and 4R of both the substrates satisfy the requirement that “the pretilt angle is 60 ° or more”. Note that a color filter may be provided on the inner surface side or the outer surface side of one of the substrates for the purpose of adjusting visibility.
[0048]
Both substrates 1F and 1R are pressure-bonded by a peripheral sealing material (not shown). Spacers are scattered between the substrates (not shown). This is to make the above-mentioned substrate gap a predetermined thickness. Thus, in the case of PL, the chiral nematic liquid crystal layer 5 that selectively reflects infrared light is formed in the cell. With this configuration, it is possible to obtain a display mode having high transparency with few liquid crystal alignment defects at PL while maintaining the memory performance of PL and FC.
[0049]
With this configuration, the display device having the memory function can be sufficiently used in the “transmission-scattering” operation mode. Further, as described below, it can be used as a memory display element having a transmissive or reflective operation mode in combination with a polarizing plate or a retardation plate.
[0050]
That is, when used as a transmissive memory liquid crystal display element, a liquid crystal panel produced in the same manner as described above is sandwiched between two polarizing plates, and a lighting device is installed on the back side (see FIG. 2). When used as a reflective liquid crystal display element, the liquid crystal panel is sandwiched between one polarizing plate 6 on the front side and one retardation plate 7 on the back side, and further on the back side. The reflecting surface 8 is installed (see FIG. 3).
[0051]
(Example 1)
This example will be described with reference to FIG. Two substrates 1F and 1R with transparent conductive film made of ITO were prepared. Then, electrical insulating

layers

3F and 3R were formed on the surfaces of the substrates on which the electrodes 2F and 2R were formed, respectively. Thereafter, a resin solution of polyimide (manufactured by JSR, product number: JALS-682-R3) was applied and baked to be rubbed. The

resin films

4F and 4R had a thickness of 500 mm and a pretilt angle of about 89 °.
[0052]
The two substrates thus formed were arranged so that their electrodes face each other, and spacers having a diameter of 4 μm were distributed between the facing surfaces. Thereafter, a peripheral sealing material made of an epoxy resin containing a small amount of glass fiber having a diameter of 4 μm was applied to the four sides of the substrate except for the portion serving as the liquid crystal injection port, and the two substrates were bonded to produce an empty cell. .
[0053]
Next, nematic liquid crystal (Merk Japan, MJ00423, T _c = 97 ° C., Δn = 0.242, Δε = 13.8) 82.2 parts, a liquid crystal composition comprising 8.9 parts of the optically active substance of the following chemical formula 1 and 8.9 parts of the optically active substance of the chemical formula 2 shown below. After preparing and inject | pouring into a cell by the vacuum injection method, the injection port was sealed with photocuring resin, and the liquid crystal panel 10 was formed. The thickness d of the substrate gap was 4 μm, and the pitch P formed in the chiral nematic liquid crystal layer was 0.559 μm.
[0054]
[Chemical 1]

[0055]
[Chemical formula 2]

[0056]
A copper foil tape with a conductive adhesive material was attached to the take-out portions (terminal portions) of the electrodes 2F and 2R of both substrates 1F and 1R of the liquid crystal panel 10. Then, a bipolar rectangular wave pulse having a pulse width of 20 msec and an effective value of 20 Vrms was applied to the electrode take-out portion, and then cut off and allowed to stand for 3 minutes. The liquid crystal panel 10 showed a transparent state, and this state did not change even after being left for 5 days.
[0057]
Next, after applying a bipolar rectangular wave pulse having an effective value of 13 Vrms, it was cut off and allowed to stand for 3 minutes. The liquid crystal panel 10 showed a scattering state, and this state did not change even after being left for 5 days. Further, after applying a bipolar rectangular wave pulse having a pulse width of 20 msec and an effective value of 20 Vrms, it was cut off and allowed to stand for 3 minutes. The liquid crystal panel 10 again showed a highly transparent state.
[0058]
The contrast between the PL transparent state and the FC scattering state was measured with a schlieren optical system with a converging angle of 10 °, and found to be 6.4.
[0059]
(Example 2)
A liquid crystal panel produced in the same manner as in Example 1 was sandwiched between two polarizing plates, and a backlight was installed on the back side. The angle of the polarizing axis of the polarizing plate was set to about 67 °, and the liquid crystal display element 20 was created (see FIG. 2).
[0060]
Then, after applying a bipolar rectangular wave pulse having a pulse width of 20 ms and an effective value of 20 V, it was cut off and allowed to stand for 3 minutes. The display surface of the liquid crystal display element was PL with few alignment defects, and the transmission color of the display light that passed through the two polarizing plates was purple-black.
[0061]
Subsequently, a bipolar rectangular wave pulse having an effective value pulse width of 20 ms and an effective value of 13 V was applied and then blocked and allowed to stand for 3 minutes. The chiral nematic liquid crystal layer 5 was FC and scattered, and the transmitted color through the two polarizing plates was white. At this time, the amount of transmitted light in the case of PL is expressed as I _a , FC transmitted light I _b To the ratio (I _b / I _a ) Was 8.3.
[0062]
Thus, a black and white display with a high contrast ratio could be obtained. In addition, as a resin film in contact with the chiral nematic liquid crystal layer, an example in which polyimide that has not been subjected to rubbing alignment treatment was similarly manufactured and its operation was evaluated. Then, it was possible to perform black and white display with a low contrast ratio.
[0063]
(Example 3)
A liquid crystal panel produced in the same manner as in Example 1 was sandwiched between one polarizing plate 6 placed on the front side and a quarter-wave plate 7 placed on the back side. Moreover, the reflective surface 8 was installed in the back surface side of the liquid crystal panel. At this time, the angle formed by the polarization axis (absorption axis) of the polarizing plate 6 and the main axis (slow axis) of the quarter-wave plate 7 was set to about 23 °, and the liquid crystal display element 30 was created (FIG. 3).
[0064]
Next, after applying a bipolar rectangular wave pulse having a pulse width of 20 ms and an effective value of 20 V, it was cut off and allowed to stand for 3 minutes. The display surface of the liquid crystal display element became PL with few alignment defects, and incident light incident from the front side was absorbed by the polarizing plate 6 and became dark.
[0065]
Subsequently, a bipolar rectangular wave pulse having an effective value pulse width of 20 ms and an effective value of 13 V was applied, and then cut off and allowed to stand for 3 minutes. The display surface of the liquid crystal display element becomes FC and is scattered, and a part of the incident light is reflected by the reflection surface on the back surface side to show a bright state.
[0066]
The liquid crystal display element 30 was provided with a light source in a direction that would be 20 ° when the direction of the line relative to the substrate was 0 °. The reflected light intensity was measured by an optical measuring device that measures the reflected light intensity from a light receiver installed in the direction of the line. The reflected light intensity when the liquid crystal panel is PL is I _c Reflected light intensity at FC _d Then I _d / I _c Was 4.8. Table 1 below compares the operation of the three aspects of the present invention.
[0067]
[Table 1]

[0068]
(Comparative Example 1)
A liquid crystal panel was prepared in the same manner as in Example 1 except that SE-3840 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. was used as the material for the resin film. This SE-3840 is a low pretilt angle alignment film material. Similarly to Example 1, after applying a voltage pulse with PL as the liquid crystal layer on the display surface of the liquid crystal display element of this example, the liquid crystal layer was allowed to stand and observed to exhibit a highly transparent state.
[0069]
Next, after applying voltage pulses of several voltage values so as to be FC as in Example 1, it was allowed to stand. However, the liquid crystal layer of the liquid crystal display element of this example was not FC, did not show a scattering state, and did not show memory operation.
[0070]
(Comparative Example 2)
A liquid crystal panel was prepared in the same manner as in Example 1 except that SE-3840 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. was used as the material of the resin film and no rubbing treatment was performed. In the same manner as in Example 1, a voltage pulse with PL as the liquid crystal layer on the display surface of the liquid crystal display element was applied and then allowed to stand. When the chiral nematic liquid crystal layer was observed, it was partially cloudy and exhibited a transparent state with low transparency.
[0071]
Next, the same voltage pulse as FC was applied as in Example 1 and then allowed to stand. The chiral nematic liquid crystal layer showed a scattering state. As in Example 1, this liquid crystal panel was held between a pair of polarizing plates, and the amount of light transmitted through PL and FC was measured. The contrast ratio was less than 2.
[0072]
(Comparative Example 3)
A liquid crystal panel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the rubbing alignment treatment was not performed. In the same manner as in Example 1, a voltage pulse with PL as the chiral nematic liquid crystal layer on the display surface of the liquid crystal display element was applied and then allowed to stand. When the chiral nematic liquid crystal layer was observed, a partially cloudy state was present.
[0073]
In particular, when observed from an oblique direction, it was found that a transparent state with low transparency was exhibited. When the transmittance when tilted at 45 ° was measured with a Schlieren optical system with a converging angle of 10 °, the transmittance in Example 1 was 85%, whereas the transmittance in this example was reduced to 50%. It was.
[0074]
【The invention's effect】
In the present invention, a display with a high contrast ratio can be obtained while selectively reflecting light in the infrared region. In addition, since each state of the chiral nematic liquid crystal layer is stable and can maintain high transparency and a stable scattering state, a liquid crystal display element having excellent optical characteristics can be formed.
[0075]
In addition, the liquid crystal panel of the present invention has stable memory characteristics and is suitable for a display device that performs display with no power supply.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a liquid crystal display element 10 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an arrangement configuration of a liquid crystal display element 20 which is a transmission specification of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an arrangement configuration of a liquid crystal display element 30 which is a reflection specification of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing HO (A), complete PL (B), and normal PL (C) of a chiral nematic liquid crystal layer.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a wavelength range of selective reflection.
[Explanation of symbols]
1F, 1R: Substrate
2F, 2R: Transparent electrode
3F, 3R: Electrical insulation film
4F, 4R: Resin film
5: Chiral nematic liquid crystal layer

Claims

It is a liquid crystal display element that is arranged in the order of a front side polarizing plate, a front side substrate with a transparent electrode, a chiral nematic liquid crystal layer, a back side substrate with a transparent electrode, and a back side polarizing plate,
A resin film having a pretilt angle of 60 ° or more is provided on at least one transparent electrode, the resin film is provided with a rubbing alignment surface, and is disposed so that the chiral nematic liquid crystal layer and the rubbing alignment surface are in contact with each other.
The chiral nematic liquid crystal layer has a first state in which incident light is selectively reflected to generate selective reflected light, and a second state in which incident light is scattered.
Infrared wavelength is included in the selectively reflected light, the chiral nematic liquid crystal layer is transparent in the visible range, and in the first state, the wavelength transmitted through the chiral nematic liquid crystal layer in the light incident from the back side the liquid crystal display element which light frequency is to be absorbed by the front-side polarizing plate.

A polarizing plate, a front substrate with a transparent electrode, a chiral nematic liquid crystal layer, a back substrate with a transparent electrode, a retardation plate and a reflective surface, arranged in this order,
A resin film having a pretilt angle of 60 ° or more is provided on at least one transparent electrode, the resin film is provided with a rubbing alignment surface, and is disposed so that the chiral nematic liquid crystal layer and the rubbing alignment surface are in contact with each other.
The chiral nematic liquid crystal layer has a first state in which incident light is selectively reflected to generate selective reflected light, and a second state in which incident light is scattered.
The selectively reflected light includes a wavelength in the infrared region, the chiral nematic liquid crystal layer is transparent in the visible region, and in the first state, the reflected light that is incident from the front side and reflected by the reflecting surface to the front side is polarizing plate the liquid crystal display element comprising absorbed by.

The liquid crystal display element according to claim 2, wherein the retardation plate is a quarter-wave plate.

The state transition between the first state and the second state is controlled by the driving voltage applied between the transparent electrodes,
The liquid crystal display element according to claim 1, 2 or 3, wherein the first state or the second state is maintained when the drive voltage is substantially 0V.

An illuminating device is disposed on the back side of the liquid crystal display element, and in the first state, the amount of transmitted light that is incident on the chiral nematic liquid crystal layer and is substantially transmitted through the chiral nematic liquid crystal layer is expressed as I _a ,
In the second state, the substantially transparent allowed is the transmitted light amount of the chiral nematic liquid crystal layer and I _b, the liquid crystal display device according to claim 1 which satisfies the I _b / I _a ≧ 2.

The liquid crystal according to any one of claims 1 to 5, wherein a resin film having a rubbing alignment surface is disposed on each transparent electrode, and each rubbing alignment surface is disposed in contact with the chiral nematic liquid crystal layer. Display element.

The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the central wavelength of the selectively reflected light is 0.7 to 1.2 μm.

The drive voltage required to change the state of the chiral nematic liquid crystal layer is V _m (V), and the thickness of the chiral nematic liquid crystal layer is d (μm), so that V _m / d ≦ 10. The liquid crystal display element according to any one of 1 to 7.