JP4572446B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メモリ性を有する液晶層を含む液晶表示素子に関し、さらに詳しく言えば、透明電極と液晶層との間に樹脂薄膜層（配向膜）を有する素子構成において、双安定性の確保と正規反射状態とを両立させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在では、主としてＴＮ，ＳＴＮ，ＴＦＴなどの液晶表示素子が実用化されているが、他の液晶表示素子として、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（以下、コレステリックＬＣＤと呼ぶ）も、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】
コレステリックＬＣＤの表示原理そのものは古くから知られている。すなわち、コレステリック液晶は、一旦所定の電圧を印加した後、その電圧を遮断すると、入射光の一部を反射する液晶配列状態（プレナーと呼ぶ）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と呼ぶ）を示し、その液晶配列状態を保持するメモリー性を有している。
【０００５】
プレナーとは、コレステリック液晶配列をネマチック液晶配列にする高い電圧Ｖ１を印加した後、その電圧を遮断すると、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い、液晶のピッチと基板と平行な断面での液晶の平均屈折率で決定される特定の中心波長を有する、液晶のねじれ方向と同一方向の円偏光を選択的に反射する状態をいう。なお、ピッチはベース液晶とカイラル材の種類と混合比で決定される。
【０００６】
一方、フォーカルコニックとは、先のプレナーから電圧Ｖ１より低い電圧を印加するか、または電圧Ｖ１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印加することにより、ヘリカル軸が電極基板に対してばらばらの方向を向いた微散乱状態となって反射を呈さず、液晶パネルの背面側に色が塗られている場合には、その色が表示される状態をいう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＴＮ，ＳＴＮに代表される従来の液晶表示素子では、多くの場合、低いプレチルト角をもった樹脂薄膜層を透明電極と液晶層との間に形成し、その樹脂薄膜層をラビング処理することにより、液晶分子の配向を安定化し、良好な特性を得るようにしている。
【０００８】
しかしながら、この手法はコレステリックＬＣＤにとって好ましくない。すなわち、コレステリックＬＣＤにおいて、上記と同じく低いプレチルト角を有する樹脂薄膜層を形成した後、これをラビング処理した場合には、フォーカルコニックが安定ではなく、双安定性が確保できない。
【０００９】
一方、同様に低いプレチルト角を有する樹脂薄膜層を形成した後、これをラビング処理しない場合には、通常のプレナーとフォーカルコニックの間で双安定性が確保される。また、逆に高いプレチルト角を有する樹脂薄膜層を形成し、これをラビング処理しない場合にも、同様に通常のプレナーとフォーカルコニックの間で双安定性を示すが、これには次のような課題があった。
【００１０】
すなわち、プレナー状態のときに、ヘリカル軸の向きのばらつきが小さいほど、かつ、ヘリカル軸が基板界面に対して垂直の場合に、鏡と同様の正規反射状態となり、特定の方向にきわめて強い選択反射光が観測される。
【００１１】
これを完全プレナーと呼ぶが、上記した「通常のプレナー」とは、ヘリカル軸の向きがある程度のばらつきの範囲内でそろっている状態であり、厳密に基板界面に対して垂直な方向を向いているわけではない。したがって、完全プレナー状態に比べて光の反射率が低く、明るさの点で見劣りがすることは否めない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、コレステリックＬＣＤにおいて、プレナー状態とフォーカルコニック状態の双安定性の確保と、正規反射を示すような高い反射率から得られる明るい表示とを両立させることができる。
【００１３】
そのため、本発明は、一対の透明電極付き基板間に、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶からなる液晶層を挟持してなる液晶表示素子において、少なくとも片方の上記透明電極上には、ラビング処理が施されたプレチルト角６０°以上（好ましくは８０゜以上）の樹脂薄膜層が上記液晶層に接するよう設けられていることを特徴としている。
【００１４】
これにより、完全プレナーとフォーカルコニックの両状態にて双安定性を実現することができ、また、完全プレナー状態のときには、着色した鏡のように特定の方向にきわめて強い選択反射光が得られるため、少なくともその特定の方向においてきわめて明るくコントラストも高い素子特性が得られる。なお、プレチルト角が６０゜未満であると、フォーカルコニック状態が安定しなくなり、双安定性を確保することが難しくなる。
【００１５】
また、観察面側基板の外面に入射光を散乱する光拡散板を付加することにより、完全プレナー状態時の強い指向性をもつ反射光を緩和することができる。したがって、明るくかつ視野角依存性の小さい表示素子、あるいは色フィルターとして利用価値が高められる。
【００１６】
さらに、ラビング処理が施されたプレチルト角６０゜以上の樹脂薄膜層を反観察面側の透明電極付き基板のみに設けることにより、反観察面側の基板界面では反射率の高いプレナー状態となり、観察面側の基板界面では液晶のヘリカル軸の向きのばらつきにより散乱性を有することになる。すなわち、光拡散板を外部に配設しなくとも、明るくかつ視野角依存性の小さい液晶表示素子を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１の模式的な断面図により、本発明の実施の形態について説明する。この液晶表示素子１は、第１基板２と第２基板３とを備え、各基板２，３の内面には、ＩＴＯ（インジウム・酸化錫）からなる透明電極２１，３１がそれぞれ形成されている。
【００１８】
透明電極２１，３１は、その一方がストライプ状パターンの行電極（Ｘ電極）、他方がストライプ状パターンの列電極（Ｙ電極）からなるフルドット表示であってもよいし、セグメント表示などの非フルドット表示であってもよく、本発明はその表示形態に限定されない。また、基板２，３の材質は、ガラスもしくはプラスチックのいずれでもよい。
【００１９】
各基板２，３の透明電極２１，３１上には、平滑化を兼ねた電気絶縁層２２，３２が形成され、その上に樹脂薄膜層２３，３３がそれぞれ形成されている。本発明において、樹脂薄膜層２３，３３の少なくともいずれか一方が、６０°以上（好ましくは８０゜以上）のプレチルト角を有し、かつ、ラビング処理されていることが重要である。
【００２０】
当然のことながら、各樹脂薄膜層２３，３３がともに、この要件を満たしている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にカラーフィルタが設けられてもよい。
【００２１】
各基板２，３は、周辺シール材４を介して圧着され、その基板２，３間にはメモリー性を有する例えばコレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶からなる液晶層５が封入されている。また、観察面側である第１基板２の外面（反透明電極形成面側）には、入射光を散乱する光拡散板６が設けられている。
【００２２】
この構成によれば、プレナー状態とフォーカルコニック状態の双安定性の確保と、反射率の高い明るい表示を両立させることができる。また、観察面側の基板２に光拡散板６が設けられているため、完全プレナー状態時の強い指向性をもつ反射光が緩和され、視野角依存性の小さい明るい表示が得られる。
【００２３】
また、反観察面側である第２基板３のみにラビング処理が施された６０゜以上のプレチルト角を有する樹脂配向膜を形成することで、第２基板３と液晶層の界面近傍できわめて強い配向規制力を有することになる。
【００２４】
すなわち、液晶のヘリカル軸を基板面に対して垂直方向に整列させる力が働き、入射光に対して反射率の高い状態が得られる。一方、第１基板２と液晶層との界面近傍では、配向規制力がないために、液晶のヘリカル軸方向はばらつきを有し、光を散乱させることができる。
【００２５】
つまり、液晶層内で強い選択反射機能と光散乱機能を具備し、特に、観察面側の光散乱性により、液晶パネルの外部に光拡散板を配置しないでも、視野角依存性が小さく、かつ明るい表示を得ることができる。
【００２６】
【実施例】
《実施例１》
ＩＴＯよりなる透明導電膜付き基板を２枚用意した。そして、各基板の電極形成面側に電気絶縁層を形成した後、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した。この樹脂薄膜層の膜厚は５００Å、プレチルト角は８９°程度であった。
この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の面内スペーサを撒布したうえで、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セルを作製した。
次に、ネマチック液晶（Ｔｃ＝９７℃，Δｎ＝０．２４２，Δε＝１３．８）６６．５部、下記化１の光学活性物質１６．７５部、下記化２の光学活性物質１６．７５部からなる液晶組成物を調製して、セルに真空注入法にて注入した後、注入口を光硬化樹脂で封止し、液晶パネルを得た。
【００２７】
【化１】

【００２８】
【化２】

【００２９】
この液晶パネルの片方（反観察面側）の基板面を艶消し黒の塗料で塗装し、両基板の電極取り出し部（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４０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後遮断したところ、ただちに全面プレナー状態となり、さらに７秒経過後に全面正規反射状態（完全プレナー状態）となった。この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。
次に、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た。これにより、すぐに全面黒（フォーカルコニック状態）となった。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、液晶パネル法線に対して３０°の傾きを持って入射する蛍光灯下にて完全プレナー状態を観察すると、パネル法線に対して入射光と反対側に３０°の傾きを持つ出射方向においてきわめて強い選択反射光が観察された。
そこで、観察面側すなわち艶消し塗料塗布面ではないほうの基板表面に光拡散板を貼りつけたところ、きわめて強い選択反射光は観察されず、なおかつ、どの方向から見ても明るく均一な選択反射色が観察された。
【００３０】
《実施例２》
ＩＴＯよりなる透明導電膜付き基板を２枚用意し、その各基板に電極間の間隔（線間幅）を１０μｍとしてエッチングし、１６０本のストライプ電極を形成して行電極と列電極とした以外は、上記実施例１と同様にしてセルを作成した。このセルに上記実施例１と同じ液晶組成物を注入し、その注入口を封止して液晶パネルを得た。
この液晶パネルにおいても、上記実施例１と同じく、片方の基板面に艶消し黒の塗料を塗布した。そして、線順次駆動を行ない、全面プレナー表示にし終わった後に電圧無印加状態にしたところ、全面正規反射状態（完全プレナー状態）となった。この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。
次に、同様にして全面黒表示（フォーカルコニック状態）にした後に電圧無印加状態したところ、５日間放置しておいても変化がなかった。
さらに、液晶パネル法線に対して３０°の傾きを持って入射する蛍光灯下にて完全プレナー状態を観察すると、パネル法線に対して入射光と反対側に３０°の傾きを持つ出射方向においてきわめて強い選択反射光が観察された。
そこで、上記実施例１と同様に、艶消し塗料塗布面ではないほうの基板表面に光拡散板を貼りつけたところ、きわめて強い選択反射光は観察されず、なおかつ、どの方向から見ても明るく均一な選択反射色が観察された。
【００３１】
《実施例３》
ＩＴＯよりなる透明導電膜付き基板を２枚用意し、各基板の電極形成面に電気絶縁膜を形成した後に、上記実施例１と同様な樹脂溶液を塗布し焼成した。そして、観察面側となる基板の樹脂薄膜層のみにラビング処理を施した。その後、上記実施例１と同様にしてセルを作製し、このセルに上記実施例１と同じ液晶組成物を注入し、その注入口を封止して液晶パネルを得た。
また、上記実施例１と同じく、反観察面側の基板の外側に艶消し黒の塗料を塗布した。両基板の電極取り出し部（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４０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後遮断したところ、ただちに全面プレナー状態となり、さらに９秒経過後にやや正規反射に近いプレナー状態となった。この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。次に、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た。これにより、すぐに全面黒（フォーカルコニック状態）となった。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、液晶パネル法線に対して３０゜の傾きを持って入射する蛍光灯下にてプレナー状態を観察すると、パネル法線に対して入射光と反対側に３０゜の傾きを持つ出射方向において強い選択反射光が観察された。また、これは正規反射以外のどの方向から見てもほぼ均一で、後述する比較例２の通常プレナーより明るい選択反射色であった。
そこで、観察面側すなわち艶消し塗料塗布面ではない方の基板表面に光拡散板を貼り付けたところ、強い選択反射光は観察されず、なおかつ、どの方向から見ても明るく均一な選択反射色が観察された。
【００３２】
《実施例４》
反観察面側の基板に形成された樹脂薄膜層のみにラビング処理を施した以外は上記実施例３と同様にして液晶パネルを得た。
そして、上記実施例３と同じく反観察面側の基板の外側に艶消し黒の塗料を塗布した。両基板の電極取り出し部（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４０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後遮断したところ、ただちに全面プレナー状態となり、さらに９秒経過後に若干正規反射の加わったプレナー状態となった。この状態は５日間放置しておいても変化がなかった。次に、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た。これにより、すぐに全面黒（フォーカルコニック状態）となった。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、液晶パネル法線に対して３０゜の傾きを持って入射する蛍光灯下にてプレナー状態を観察すると、パネル法線に対して入射光と反対側に３０゜の傾きを持つ出射方向において上記実施例１，２または３のようなきわめて強い選択反射光は観察されず、液晶パネルの外部に光拡散板を配置しないでも、正規反射以外のどの方向から見ても明るく、コントラストの高い表示が得られた。
【００３３】
〈比較例１〉
ＩＴＯよりなる透明導電膜付きの各基板に、膜厚８００Å、プレチルト角１〜１．５°程度のポリイミド薄膜層（日立化成社製、品番：ＨＬ１１１０）を形成した後、これをラビング処理した以外は、上記実施例１と同様にしてセルを作製した。このセルに上記実施例１と同じ液晶組成物を注入し、その注入口を封止して液晶パネルを得た。
この液晶パネルにおいても、上記実施例１と同じく、片方の基板面に艶消し黒の塗料を塗布し、また、両基板の電極取り出し部に導電性粘着材付きの銅箔テープを貼った。
そして、上記実施例１と同じく、その電極取り出し部に、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値４０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後遮断したところ、ただちに全面プレナーになり、さらに２秒経過後には正規反射を示す完全プレナー状態となった。この状態は５日間放置しておいても安定であった。
次に、上記実施例１と同じく、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たところ、ただちに全面黒（フォーカルコニック状態）になったが、１５秒経過後には正規反射を示す完全プレナー状態にもどってしまい、双安定性が失われた。
【００３４】
〈比較例２〉
上記比較例１と同じポリイミド薄膜層を形成したあとにラビング処理をしない以外は、上記実施例１と同様にしてセルを作製した。このセルに上記実施例１と同じ液晶組成物を注入し、その注入口を封止して液晶パネルを得た。
この液晶パネルにおいても、上記実施例１と同じく、片方の基板面に艶消し黒の塗料を塗布し、また、両基板の電極取り出し部に導電性粘着材付きの銅箔テープを貼った。
そして、上記実施例１と同じく、その電極取り出し部に、パルス幅２０ｍｓｅｃ、実効値４０Ｖｒｍｓのバイポーラ矩形波パルスを印加した後遮断したところ、ただちに全面プレナーになり、特定の方向できわめて強い選択反射光が観測されることはなかった。すなわち、完全プレナー状態にはならなかった。なお、この状態は５日間放置しておいても安定であった。
次に、上記実施例１と同じく、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たところ、ただちに全面黒（フォーカルコニック状態）になった。この状態は５日間放置しておいても安定であった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶からなる液晶層による液晶表示素子において、その液晶層との界面に、６０°以上より望ましくは８０°以上のプレチルト角をもち、ラビング処理された樹脂薄膜層を形成することにより、正規反射を示すような高い反射率から得られる明るい表示と、完全プレナー状態とフォーカルコニック状態の双安定性とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示素子の一実施例を示した概略的な断面図。
【符号の説明】
１ 液晶表示素子
２ 第１基板
３ 第２基板
４ 周辺シール材
５ 液晶層
６ 光拡散板
２１，３１ 透明電極
２２，３２ 電気絶縁層
２３，３３ 樹脂薄膜層

Claims (4)

1. 一対の透明電極付き基板間に、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶からなる液晶層を挟持してなる液晶表示素子において、少なくとも片方の上記透明電極上には、ラビング処理が施されたプレチルト角６０°以上の樹脂薄膜層が上記液晶層に接するよう設けられていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 行電極、列電極をそれぞれの透明電極付き基板に形成した請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 観察面側の透明電極付き基板の外面には、入射光を散乱する光拡散板が設けられている請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. ラビング処理が施されたプレチルト角６０゜以上の樹脂薄膜層が反観察面側の透明電極付き基板のみに設けられている請求項１または２に記載の液晶表示素子。

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