JPH11160725A

JPH11160725A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH11160725A
Application number: JP32458397A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamaguchi; 剛史山口; Yasushi Kawada; 靖川田; Hajime Yamaguchi; 一山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】表示品位が高く消費電力が小さな反射型液晶
表示素子を提供する。【解決手段】ガラスなどの透明絶縁材料からなる基板
１３ａと基板１３ｂとの間に、ネマティック液晶と光学
活性物質の第１の異性体とからなる第１の液晶層２１を
挟持した第１のセル１１と、ガラスなどの透明絶縁材料
からなる基板１４ａと基板１４ｂとの間に、ネマティッ
ク液晶と第１の液晶層２１に添加した光学活性物質と光
学異性の関係にある第２の異性体とからなる第２の液晶
層２２を挟持した第２のセル１２とを積層する。このよ
うな構成を採用することにより、反射率の向上と駆動電
圧の低電圧化を図ることができ、視認性の優れた液晶表
示素子を提供することができる。また液晶層２１、２２
の電気光学応答が複雑になることなく駆動が容易にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に関
し、とくにコレステリック相を呈する液晶層を用いた液
晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に液晶表示素子は一定の距離を隔て
て対向配置された一対の基板に液晶材料を挟持し、これ
らの基板の液晶挟持面の少なくとも一方の面に電極を配
設し、この電極により形成される電界と液晶層との電気
−光学応答により透過光あるいは反射光の変調を行うも
のである。また各基板の液晶挟持面には、電極を覆うよ
うにして液晶層の配向を制御するための配向膜を配設し
ている。このような液晶表示素子では、画素部において
基板上に透明または非透明電極が積層され、さらに電極
上に配向膜が形成されており、電極によって液晶に対し
て電圧の印加がなされる。特に近年では、基板にマトリ
クスアレイ状に電極を配設し、各電極に選択的に表示信
号を供給するための薄膜トランジスタ等の非線形スイッ
チング素子が配設されたアクティブマトリクス型の液晶
表示素子が実用化されている。

【０００３】上述したような液晶表示素子の構成材料の
うち、液晶材料はその配列状態を外部より印加される電
場、磁場等により変形され、光学的な性質を変えること
により光スイッチング素子として機能している。一般的
には、偏光板により制御された光成分（偏光）を液晶配
列により制御して明状態と暗状態とを実現するツイスト
ネマチック素子やＳＳＦＬＣ、ＡＦＬＣ等が用いられて
いるが、これらの表示モードでは偏光板を用いるため
に、その光利用効率は最大５０％程度にとどまるという
問題がある。したがって、光の利用効率を向上するため
には、偏光板を用いない表示モードを採用することが好
ましい。

【０００４】偏光板を用いない表示モードとして、高分
子材料中に液晶材料を分散し、その散乱状態と非散乱状
態により光スイッチングをおこなうためＰＤＬＣ等が提
唱され実用化が目指されているが、散乱能の低さなどに
より反射状態での光利用効率は比較的小さいという問題
がある。

【０００５】さらに、これら液晶表示モードのうちＳＳ
ＦＬＣ、ＡＦＬＣ等を除いては、外場を取り除いてしま
うとその変形状態が元の初期配列状態に戻ってしまうた
めに、ＴＦＴやその他の補助的な手法により保持状態を
形成してやる必要がある。

【０００６】これら透過、散乱モードに対して液晶材料
の複雑な捻れ構造により特定の波長を有する光を選択的
に反射する、コレステリック液晶材料の選択反射モード
と呼ばれる表示モードがＧｅｏｒｇｅＨ．Ｈｅｉｌｍ
ｅｉｅｒ，ＪｏｅｌＥ．Ｇｏｌｄｍａｃｈｅｒ（Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１３，１３２（１９６
８）．）らにより提案されている。この表示モードは、
コレステリック液晶、カイラルネマティック液晶の螺旋
軸が液晶層を挟持する基板面にほぼ垂直な配向状態であ
るプレーナー構造状態における選択反射あるいは可視光
領域以外の波長の光の反射を伴う透明状態と、螺旋軸が
基板面に対してほぼ平行なフォーカルコニック構造状態
における散乱（または弱散乱）状態における光スイッチ
ングを行う。さらに、それぞれの配向状態は外場を取り
除いた後も一時的に保持するストレージ効果を示すた
め、大型のマトリクス駆動への実用化が試みられた。

【０００７】偏光板を必要としないこの表示モードは、
透明状態の透過率が高く光利用効率は高いが、散乱状態
における散乱能が十分でなく、コントラストが低いなど
の問題があり十分な表示性能を実現することは難しい。
また、フォーカルコニック状態でのストレージ性が比較
的不安定なため、信頼性などの問題を有している。これ
に対して、Ｄ．−Ｋ．Ｙａｎｇ，Ｌ．−Ｃ．Ｃｈｅｉ
ｎ，Ｊ．Ｗ．Ｄｏａｎｅ（ＳＩＤ９５ＤＩＧＥＳ
Ｔ．７０６（１９９５）．）らにより同コレステリック
液晶材料中に高分子材料を少量分散させたＰＳＣＴ（Ｐ
ｏｌｙｍｅｒＳｔａｂｉｌｉｚｅｄＣｈｏｌｅｓｔ
ｅｒｉｃＴｅｘｔｕｒｅ）が提唱され表示特性の改
善、各変形状態でのストレージ性の安定化により実用化
が試みられている。

【０００８】ＰＳＣＴでは、プレーナー状態における可
視光領域の選択反射とフォーカルコニック状態における
弱散乱透過状態とにより表示をおこなうため、比較的コ
ントラストか高い表示が可能ではあるが、ポリマーマト
リクスにより液晶の変形状態を固定し安定化するため
に、実際の反射率は約３０〜４０％程度が限度であり、
また透過時に散乱を生じるためコントラスト向上にも限
界を伴うという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためになされたものである。すなわち本
発明は、表示品質が高く、消費電力の小さな液晶表示素
子を提供することを目的とする。また本発明は、反射率
の向上を図るための積層した液晶層を有する液晶表示素
子において、中間調表示を含めた駆動が容易である液晶
表示素子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、本発明の液晶表示素子は以下のような構成を備
えている。

【００１１】本発明の液晶表示素子は、ネマティック液
晶と、光学活性物質の第１の異性体とからなる第１の液
晶層と、前記第１の液晶層と積層され、前記ネマティッ
ク液晶と、前記光学活性物質と光学異性の関係にある第
２の異性体とからなる第２の液晶層とを具備したことを
特徴とする。

【００１２】また本発明の液晶表示素子は、ネマティッ
ク液晶と、光学活性物質の第１の異性体とからなる第１
の液晶層と、前記第１の液晶層と積層され、前記ネマテ
ィック液晶と、前記光学活性物質と光学異性の関係にあ
る第２の異性体とからなる第２の液晶層と、前記第１の
液晶層および前記第２の液晶層との間に、前記第１の液
晶層および前記第２の液晶層と電磁気的に相互作用する
ように配設された第１の電極とを具備したことを特徴と
する。

【００１３】また本発明の液晶表示素子は、第１の電極
が配設された第１の基板と、前記第１の基板と対向配置
され、第２の電極が配設された第２の基板と、前記第１
の基板と前記第２の基板との間に配設され、ネマティッ
ク液晶と、光学活性物質の第１の異性体とからなる第１
の液晶層と、前記第１の液晶層と前記第２の基板との間
に配設され、前記ネマティック液晶と、前記光学活性物
質と光学異性の関係にある第２の異性体とからなる第２
の液晶層とを具備したことを特徴とする。

【００１４】また、第１および第２の液晶層が積層され
同時に駆動されるコレステリック液晶表示素子におい
て、第１の液晶層を構成する液晶組成物に含まれる光学
活性物質と第２の液晶層を構成する液晶組成物に含まれ
る光学活性物質が互いに他の対掌体である光学活性物質
を少なくとも１種類含むようにしてもよい。双方または
片方が光透過可能な第１及び第２の透明基板と、前記二
つの基板によって狭持された、第１の液晶層を構成する
液晶組成物に含まれる光学活性物質と第２の液晶層を構
成する液晶組成物に含まれる光学活性物質が互いに他の
対掌体である光学活性物質を少なくとも１種類含む液晶
組成物を採用するようにしてもよい。

【００１５】本発明の液晶表示素子の液晶層を構成する
ネマチック液晶は、それが正の誘電異方性を有する限り
において特に限定されるものではない。ネマチック液晶
として有用な物質として、例えば、ＢＬ０３５（メルク
社製）、ＢＬ００６（メルク社製）、Ｅ４８（メルク社
製）などをあげることができる。これらの、またはその
他のネマチック液晶物質は、単独で使用しても混合して
使用してもよい。

【００１６】本発明の液晶表示素子の液晶層を構成する
光学活性物質は、それが２つの液晶層に各々含まれる光
学活性物質が互いに対掌体である限りにおいて特に限定
されるものではない。これらの中で本発明の液晶表示素
子に好適に用いることのできる光学活性化合物として
は、例えば下記のようなものがある。

【００１７】

【化１】

【化２】

【化３】

【化４】

【化５】

【化６】

【化７】

【化８】

【化９】

【化１０】

【化１１】ここで、Ｒ^*はＣ_ｎＨ_２ｎ＋１（ｎ＝４〜７）で構成
される不斉炭素を有するアルキル基およびＣ_ｎＨ
_２ｎ＋１Ｏ（ｎ＝４〜７）で構成される不斉炭素を有す
るアルコキシ基（例えば２−メチルブチル基、２−メチ
ルブトキシ基、４−メチルヘキシル基等）、ＸはＣＮ、
Ｆ、Ｃｌ等の極性基、Ｙ_１、Ｙ_２はＨ、ＣＮ、Ｆ、Ｃｌ
等などである。

【００１８】これらの光学活性物質は、単独で使用して
も混合して使用してもよい。

【００１９】特に、化学式（化１）として示した化合物
の中でも化学式（化２）として示した化合物、すなわち
４−Ｃｙａｎｏｐｈｅｎｙｌ−４−［（Ｓ）−２−Ｍｅ
ｔｈｙｌｂｕｔｙｌ］ｂｅｎｚｏａｔｅおよび４一Ｃｙ
ａｎｏｐｈｅｎｙｌ−４−［（Ｒ）−２−Ｍｅｔｈｙｌ
ｂｕｔｙｌ］ｂｅｎｚｏａｔｅなどが本発明の液晶表示
素子に好適に用いることができる。

【００２０】また化学式（化３）として示した化合物の
中でも化学式（化４）として示した化合物、すなわち４
−Ｃｙａｎｏｐｈｅｎｙｌ−４−［（Ｓ）−２−Ｍｅｔ
ｈｙｌｂｕｔｙｌ］ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅおよび４−
Ｃｙａｎｏｐｈｅｎｙｌ−４−［（Ｒ）−２−ｅｔｈｙ
ｌｂｕｔｙｌ］ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅなどが本発明の
液晶表示素子に好適に用いることができる。

【００２１】また化学式（化５）として示した化合物の
中でも化学式（化６）として示した化合物、すなわち４
−Ｃｙａｎｏｐｈｅｎｙｌ−４−［（Ｓ）−２−Ｍｅｔ
ｈｙｌｂｕｔｙｌ］ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅおよび４−Ｃ
ｙａｎｏｐｈｅｎｙｌ−４−［（Ｒ）−２−Ｍｅｔｈｙ
ｌｂｕｔｙｌ］ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）などが本発明の
液晶表示素子に好適に用いることができる。

【００２２】また化学式（化７）として示した化合物の
中でも化学式（化８）として示した化合物、すなわち４
一Ｃｙａｎｏｐｈｅｎｙｌ−４−［（Ｓ）−２−Ｍｅｔ
ｈｙｌｂｕｔｙｌ］ｄｉｏｘａｎｅおよび４−Ｃｙａｎ
ｏｐｈｅｎｙｌ−４−［（Ｒ）−２−Ｍｅｔｈｙｌｂｕ
ｔｙｌ］ｄｉｏｘａｎｅなどが本発明の液晶表示素子に
好適に用いることができる。

【００２３】また化学式（化９）として示した化合物の
中でも化学式（化１０）として示した化合物などが本発
明の液晶表示素子に好適に用いることができる。

【００２４】本発明者らは、本発明を完成するに先駆け
て、ネマティック液晶と光学活性物質を混合することに
よって安定化されるコレステリック液晶組成物におい
て、電場誘起コレステリック−ネマチック相転移に要す
る閾値電界強度Ｅ_CNと誘電率に対する、液晶層に混合す
る光学活性物質の材料依存性について検討した。

【００２５】図１は誘電異方性が正を示すコレステリッ
ク液晶組成物に電圧を印加した時のセル中の液晶ダイレ
クタの配向状態を説明するための図である。電圧無印加
状態の液晶層では図１（ａ）に示すように液晶ダイレク
タは螺旋構造をとり、螺旋軸は基板に垂直（基板の法線
方向）、すなわち、プレーナ状態である。液晶層に印加
する電圧を徐々に大きくしていくと、図１（ｂ）に示す
ように螺旋軸は電界方向に垂直、基板に平行な状態に遷
移する。さらに液晶層に印加する電圧を大きくすると螺
旋構造は解消され、図１（ｃ）に示すように、液晶ダイ
レクタは基板に垂直な方向に揃い、ネマチック相の一種
であるホメオトロピック状態となる。

【００２６】発明者らはこのときの印加電圧をＶthと
し、ホスト液晶であるネマチック液晶を固定して種々の
光学活性物質を同じピッチの螺旋構造となるように混合
比を調整し混合した液晶組成物のＶthを評価した。

【００２７】図２は駆動電圧Ｖthと温度との関係を示す
グラフであり、液晶層に混合する光学活性物質に依存し
ている様子を示している。一般にホメオトロピック状態
への閾値電界強度Ｅ_CNは次式で表されることが知られて
いる。Ｅ_CN＝（π²／Ｐ₀）×（Ｋ₂₂／ε₀Δε）^1/2 ここで、Ｐ₀は螺旋ピッチ、Ｋ₂₂はツイストの弾性定
数、そしてΔεは誘電率異方性である。上記の評価では
混合比を調整しＰ₀を固定しているので、光学活性物質
によってＫ₂₂及びΔεへの影響が異なることがわかる。

【００２８】また図３は、液晶組成物の誘電率の電圧依
存性を示すグラフであり、コレステリック液晶組成物に
バイアス電圧を印加しながら電気容量を測定した誘電率
を印加電圧に対してプロットしたものである。プロファ
イル３１は、ネマティック液晶ＺＬＩ４９００約５８ｗ
ｔ％と化学式（化１１）のカイラル剤約４２ｗｔ％とか
らなる液晶組成物を用いた場合であり、プロファイル３
２は、ネマティック液晶ＺＬＩ４９００約６３ｗｔ％と
化学式（化２）のカイラル剤約３７ｗｔ％とからなる液
晶組成物を用いた場合であり、プロファイル３３は、ネ
マティック液晶ＺＬＩ４９００約６３ｗｔ％とカイラル
剤ＣＢ−１５約３７ｗｔ％とからなる液晶組成物を用い
た場合である。

【００２９】印加電圧が０Ｖの時の誘電率はプレーナー
状態の誘電率、印加電圧に対して飽和している誘電率は
ホメオトロピック状態の誘電率を示している。この図か
らホメオトロピック状態の誘電率ε_homeo、およびプレ
ーナ状態の誘電率ε_planar等は、液晶層に混合された光
学活性物質によって大きく異なることがわかった。

【００３０】図４は、これらの異なる光学活性物質（互
いに光学異性の関係にない）からなる２つのコレステリ
ック液晶層を積層した液晶表示素子の電気光学特性を測
定した結果を示す図である。このように異なる光学活性
物質からなる複数のコレステリック液晶層を積層した液
晶表示素子では、中間調領域で電気光学特性が複雑にな
っていることががわかった。また、このような液晶表示
素子を１つの駆動手段で同時に駆動する場合、各液晶層
の誘電率により電界強度が分配されてしまい、２つの液
晶層を同時に駆動することが困難であることがわかっ
た。さらに、２つの液晶層各々に駆動手段を付与する場
合、その駆動手段への信号タイミング、電圧レベル等を
調整する必要があり、このために複雑な調整用の回路を
設けなければならないことがわかった。

【００３１】本発明者らは、前述した各評価に用いた光
学活性物質と対掌体である光学活性物質を合成し、同様
の測定を行った。その結果、ある光学活性物質とその光
学活性物質と光学異性の関係にある光学活性物質（対掌
体）を添加した液晶組成物の閾値電圧および誘電率等の
電気特性はほぼ一致することがわかった。これらの光学
異性の関係にある光学活性物質を添加した２つの液晶層
を駆動したところ、積層した複数の液晶層を有する表示
素子の電気光学応答が複雑になることなく、中間調表示
も容易に行うことができた。本発明は発明者らが得たこ
のような知見にもとづいてなされたものである。本発明
によると、高いコントラスト比の反射型液晶表示素子が
得られる。特に、前記のような構成を有しているので、
一つの駆動手段で２つの液晶層を同時に駆動することが
でき容易に中間調表示が可能なため、従来のＴＮ型のア
クティブマトリクス液晶液晶表示素子に使用したような
能動素子や駆動用ＩＣを用いて、表示品質の優れた動画
表示を行うことができる液晶表示素子を容易に製造する
ことができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態の例につ
いて詳細に説明する。

【００３３】（実施例１）図５は本発明の液晶表示素子
の構成の例を概略的に示す図である。

【００３４】この液晶表示素子は、ガラスなどの透明絶
縁材料からなる基板１３ａと基板１３ｂとの間に、ネマ
ティック液晶と光学活性物質の第１の異性体とからなる
第１の液晶層２１を挟持した第１のセル１１と、ガラス
などの透明絶縁材料からなる基板１４ａと基板１４ｂと
の間に、ネマティック液晶と第１の液晶層２１に添加し
た光学活性物質と光学異性の関係にある第２の異性体と
からなる第２の液晶層２２を挟持した第２のセル１２と
を積層したものである。

【００３５】基板１３ａと基板１３ｂとの第１の液晶層
２１挟持面には、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘ
ｉｄｅ）などからなる透明な電極１５ａ、１５ｂが配設
され、同様に基板１４ａと基板１４ｂとの第２の液晶層
２２挟持面には透明な電極１６ａ、電極１６ｂが配設さ
れている。なお反射型液晶表示素子を構成する場合に
は、基板１３ａと電極１５ａとの間または電極１６ｂと
基板１４ｂとの間の一方、あるいは基板１３ａの外側ま
たは基板１４ｂの外側の一方に、例えば黒色樹脂などを
用いて光吸収層を配設するようにすればよい。このよう
な構成により、電圧印加時には液晶層が光透過状態にな
り吸収層により黒表示を行うことができる。

【００３６】また電極１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ
の液晶層を挟持する面には例えばポリイミドにラビング
処理を施した配向膜１７が配設されている。さらに第１
のセルと第２のセルとの間、すなわち基板１３ｂと基板
１４ａとの間には、基板を構成するガラスなどの透明絶
縁性材料とほぼ同じ屈折率を有するマッチングオイルを
充填して屈折率整合層１８を配設し、空気層によるガラ
ス界面の光反射を軽減させている。

【００３７】また、第１のセル１１の一方の電極と第２
の液晶層１２の一方の電極とを電気的に接続し、２つの
液晶層２１、２２に直列に電圧が印加できるようにして
液晶表示素子を構成した。

【００３８】この液晶表示素子の製造方法を概略的に説
明する。

【００３９】まず、透明電極を配設したガラス基板の液
晶材料と接する界面に、配向膜としてポリイミド（オプ
トマーＡＬ−３０４６：日本合成ゴム（株）製）を約６
０ｎｍの厚さにスピナーによりキャストし、ついで各基
板面には貼りあわせのためのエポキシ接着剤を所定の位
置に付与した。次に基板面に直径約１．５μｍの樹脂製
のスペーサボールを密度１００個／ｍｍ²以下になるよ
うに静電散布などにより散布し、対向する基板と組み合
わせてセルを作製した。このときの基板間隔は約１．５
μｍであった。

【００４０】この基板間隙にネマチック液晶材料Ｅ４８
（Ｍｅｒｃｋ社製）約６３ｗｔ％と化学式［化２］で示
される光学活性物質のＳ体を約３７ｗｔ％とを混合した
液晶材料を注入して第１の液晶層２１を形成した。ま
た、上述同様に作製したセルにネマティック液晶材料Ｅ
４８を約６３ｗｔ％と、化学式［化２］で示される光学
活性物質のＲ体約３７ｗｔ％とを混合した液晶材料を注
入して第２の液晶層２２を形成した。

【００４１】（比較例１）比較のため、化学式［化２］
で示される光学活性物質のＳ体ではなく、カイラル物質
ＣＢ１５（Ｍｅｒｃｋ社製）約３９ｗｔ％と実施例１で
使用したネマチック液晶Ｅ４８約６１ｗｔ％を混合した
液晶組成物を用いて第１の液晶層２１を構成した以外
は、実施例１と同様の構成を有する液晶表示素子を製造
した。

【００４２】そして実施例１と比較例１の反射型液晶表
示素子について、印加電圧−反射率特性およびコントラ
ストを測定した。なお、反射率およびコントラストは、
ハロゲン光源からの光を液晶表示素子前面（基板１３ａ
側）から入射させ、液晶表示素子の基板面の法線方向上
に設置した輝度計（ＢＭ−７：トプコン社製）により測
定した（以下同様）。

【００４３】実施例１の液晶表示素子（本発明）では、
印加電圧１１Ｖで反射率６５％、コントラスト５５を得
ることができた。これに対して比較例１の液晶表示素子
では同じ印加電圧１１Ｖでは反射率３８％、コントラス
ト２０しか得ることができなかった。比較例１の液晶表
示素子で６１％の反射率を得るには印加電圧を１５Ｖに
まで大きくする必要があり、このときのコントラストは
４８であった。

【００４４】このように本発明の液晶表示素子によれ
ば、反射率を向上するとともに駆動電圧を低減すること
ができる。したがって、表示品質を向上するとともに消
費電力を低減することができる。また積層した第１の液
晶層２１と第２の液晶層２２とを同時に駆動する液晶表
示素子の電気光学応答が複雑になるのを防ぐことができ
るため、容易な駆動を図ることができる。

【００４５】なお、図５では第１の液晶層２１と第２の
液晶層２２とをそれぞれ１対の電極で挟持した構成を例
示したが、第１の液晶層２１および第２の液晶層２２と
電磁気的に応答するような共通の電極を備えるようにし
てもよい。

【００４６】図６、図７は本発明の液晶表示素子の構成
の別の例を概略的に示す図である。図６の例では、第１
の液晶層２１と第２の液晶層２２とを共通の透明電極１
５ｃにより隔てており、図７の例では第１の液晶層２１
と第２の液晶層２２とを透明なフィルム２３などで隔て
て、共通な１対の電極１５ａ、１６ｂにより駆動電圧を
印加している。

【００４７】このように本発明の液晶表示素子は、コレ
ステリック相を呈する複数の液晶表示素子を積層した構
成を有するものであれば、種々変形して用いることがで
きる。（実施例２）透明電極を配設したガラス基板の
液晶材料と接する界面に、配向膜１７としてポリイミド
（オプトマーＡＬ−１０５１：日本合成ゴム（株））を
約５０ｎｍの厚さにスピナーによりキャストし、各基板
面には貼りあわせのためのエポキシ接着剤を所定の位置
に付与した。次に基板面に直径約１．５μｍの樹脂製の
スペーサボールを密度１００個／ｍｍ²以下程度になる
ように散布し、対向する基板と組み合わせ液晶セルを作
製した。このときの基板間隔は約１．５μｍであった。

【００４８】対向配置した基板間隙に、ネマチック液晶
材料ＢＬ０３５（Ｍｅｒｃｋ社製）約６３ｗｔ％と、化
学式［化２］で示される光学活性物質のＳ体約３７ｗｔ
％とを混合した液晶材料を注入し第１の液晶層２１を形
成した。また、上記と同様に作製したセルにネマティッ
ク液晶材料ＢＬ０３５約６３ｗｔ％と、化学式［化２］
で示される光学活性物質のＲ体約３７ｗｔ％を混合した
液晶材料を注入し第２の液晶層２２を形成した。

【００４９】また第１のセル１１と第２のセル１２との
間にガラスとほほ同じ屈折率を有するマッチングオイル
からなる屈折率整合層１８を充填し、空気層によるガラ
ス界面の光反射を軽減させた。さらに、第１のセルの片
方の電極１５ｂと第２のセル２２の片方の電極１６ａと
を電気的に接続し２つの液晶セルに直列に電圧が印加で
きるように駆動回路１９を構成して反射型液晶液晶表示
素子を構成した。

【００５０】（比較例２）比較のため、化学式［化２］
で示される光学活性物質のＲ体の代わりに、カイラル物
質Ｓ８１１（Ｍｅｒｃｋ社製）約２８ｗｔ％と、実施例
２で使用したネマチック液晶ＢＬ０３５約７２ｗｔ％と
を混合した液晶組成物を用いて第２の液晶層２２を構成
した以外は、実施例２と同様の構成を有する液晶表示素
子を製造した。

【００５１】そして実施例２と比較例２の反射型液晶表
示素子について、印加電圧−反射率特性およびコントラ
ストを測定した。実施例２の液晶表示素子（本発明）で
は、印加電圧１２Ｖで反射率６８％、コントラスト５８
を得ることができた。これに対して比較例２の液晶表示
素子では同じ印加電圧１２Ｖでは反射率３２％、コント
ラスト１４しか得ることができなかった。比較例２の液
晶表示素子で６３％の反射率を得るには印加電圧を１８
Ｖにまで大きくする必要があり、このときのコントラス
トは４９であった。

【００５２】このように本発明の液晶表示素子によれ
ば、反射率を向上するとともに駆動電圧を低減すること
ができる。したがって、表示品質を向上するとともに消
費電力を低減することができる。また積層した第１の液
晶層２１と第２の液晶層２２とを同時に駆動する液晶表
示素子の電気光学応答が複雑にならないため、容易な駆
動を図ることができる。

【００５３】（実施例３）透明電極を配設したガラス基
板の液晶材料と接する界面に、配向膜１７としてポリイ
ミド（オプトマーＡＬ−１０５１：日本合成ゴム
（株））を約５０ｎｍの厚さにスピナーによりキャスト
し、各基板面には貼りあわせのためのエポキシ接着剤を
所定の位置に付与した。次に基板面に直径約１．５μｍ
の樹脂製のスペーサボールを密度１００個／ｍｍ²以下
程度になるように散布し、対向する基板と組み合わせ液
晶セルを作製した。このときの基板間隔は約１．５μｍ
であった。

【００５４】このセルに、ネマチック液晶材料ＢＬ００
６（Ｍｅｒｃｋ社製）約６１ｗｔ％と、化学式［化６］
で示される光学活性物質のＳ体約３９ｗｔ％とを混合し
た液晶材料を注入して第１の液晶層２１を形成した。

【００５５】また上記と同様に作製したセルに、ネマテ
ィック液晶材料ＢＬ００６約６１ｗｔ％と、化学式［化
６］で示される光学活性物質のＲ体約３９ｗｔ％とを混
合した液晶材料を注入して第２の液晶層２２を形成し
た。

【００５６】また、第１のセル１１と第２のセル１２と
の間には、液晶セルの基板を構成するガラスとほぼ同じ
屈折率を有するマッチングオイルを充填して屈折率整合
層とし、空気層によるガラス界面の光反射を軽減させ
た。さらに、第１のセル１１の片方の電極１５ｂと第２
のセル１２の片方の電極１６ａとを電気的に接続して、
第１の液晶層２１と第２の液晶層２２とに直列に電圧が
印加できるようにして反射型液晶液晶表示素子を構成し
た。

【００５７】（比較例３）比較のため、化学式［化６］
で示される光学活性物質のＲ体の代わりに、カイラル物
質Ｓ−１０１１約９ｗｔ％と実施例３で使用したネマチ
ック液晶ＢＬ００６約９１ｗｔ％とを混合した液晶組成
物を用いて第２の液晶層２２を構成した以外は、実施例
３と同様の構成を有する反射型液晶表示素子を作製し
た。

【００５８】そして実施例３と比較例３の反射型液晶表
示素子について、印加電圧−反射率特性およびコントラ
ストを測定した。実施例３の液晶表示素子（本発明）で
は、印加電圧１４Ｖで反射率６４％、コントラスト５６
を得ることができた。これに対して比較例３の液晶表示
素子では同じ印加電圧１４Ｖでは反射率３５％、コント
ラスト１６しか得ることができなかった。比較例３の液
晶表示素子で６３％の反射率を得るには印加電圧を２０
Ｖにまで大きくする必要があり、このときのコントラス
トは４９であった。

【００５９】

【表１】このように本発明の液晶表示素子によれば、反射率を向
上するとともに駆動電圧を低減することができる。した
がって、表示品質を向上するとともに消費電力を低減す
ることができる。また積層した第１の液晶層２１と第２
の液晶層２２を同時に駆動する液晶表示素子の電気光学
応答が複雑にならないため、容易な駆動を図ることがで
きる。

【００６０】実施例１乃至実施例３の液晶表示素子と、
比較例１乃至比較例３の液晶表示素子の、印加電圧−反
射率特性およびコントラストの測定結果を表１に示す。

【００６１】（実施例４）透明電極を施したガラス基板
の液晶材料と接する界面に、配向膜１７としてポリイミ
ド（オプトマーＡＬ−１０５１：日本合成ゴム（株））
を５０ｎｍの厚さにスピナーによりキャストした。各基
板面には貼りあわせのためのエポキシ接着剤を所定の位
置に付与した。次に基板面に直径約１．５μｍの樹脂製
のスペーサボールを密度１００個／ｍｍ²以下程度にな
るように散布し、対向する基板と組み合わせセルを作製
した。このときの基板間隔は約１．５μｍであった。

【００６２】このセルに、ネマチック液晶材料ＢＬ０３
７（Ｍｅｒｃｋ社製）約６１ｗｔ％と、化学式［化８］
で示される光学活性物質のＳ体約３９ｗｔ％とを混合し
た液晶材料を注入して第１の液晶層２１を形成した。

【００６３】また上記と同様に作製したセルにネマティ
ック液晶材料ＢＬ０３７約６１ｗｔ％と、化学式［化
８］で示される光学活性物質のＲ体約３９ｗｔ％とを混
合した液晶材料を注入して、第２の液晶層２２を形成し
た。

【００６４】また第１のセル１１と第２のセル１２との
間に、ガラスとほぼ同じ屈折率を有するマッチングオイ
ルを充填して屈折率緩和層とし、空気層によるガラス界
面の光反射を軽減させた。さらに、第１のセル１１と第
２のセル１２とには独立に電圧を印加できるような駆動
回路１９ｂを配設して反射型液晶液晶表示素子を構成し
た。図８はこのように作製した本発明の液晶表示素子の
構成を概略的に示す図である。ここでは本発明を反射型
液晶表示素子に適用した例について説明する。この液晶
表示素子は、ガラスなどの透明絶縁材料からなる基板１
３ａと基板１３ｂとの間に、ネマティック液晶と光学活
性物質の第１の異性体とからなる第１の液晶層２１を挟
持した第１のセル１１と、ガラスなどの透明絶縁材料か
らなる基板１４ａと基板１４ｂとの間に、ネマティック
液晶と第１の液晶層２１に添加した光学活性物質と光学
異性の関係にある第２の異性体とからなる第２の液晶層
２２を挟持した第２のセル１２とを積層したものであ
る。

【００６５】基板１３ａと基板１３ｂとの第１の液晶層
２１挟持面には、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘ
ｉｄｅ）などからなる透明な電極１５ａ、１５ｂが配設
され、同様に基板１４ａと基板１４ｂとの第２の液晶層
２２挟持面には透明な電極１６ａと電極１６ｂとが配設
されている。また第１の液晶層２１、第２の液晶層２２
が光透過状態で（液晶分子がらせんを解除し基板の法線
方向に配列している状態）黒表示を行うために、この例
では電極１６ｂと基板１４ｂとの間に黒色樹脂等からな
る光吸収層２４を配設している。なおこの光吸収層２４
は基板１４ｂの外側に配設するようにしてもよいし（基
板１３ａ側から表示を観測する構成の場合）、また外側
基板１３ａと電極１５ａとの間、あるいは基板１３ａの
外側に配設するようにしてもよい（基板１４ｂ側から表
示を観測する構成の場合）。

【００６６】（比較例４）比較例として、化学式［化
８］で示される光学活性物質のＲ体の代わりに、カイラ
ル物質ＭＬＣ−６２４７（Ｍｅｒｃｋ社製）約２８ｗｔ
％と、実施例４で使用したネマチック液晶ＢＬ０３７約
７２ｗｔ％とを混合した液晶組成物を用いて第２の液晶
層２２を構成した以外は、実施例４と同様の構成を有す
る液晶表示素子を製造した。

【００６７】そして実施例４と比較例４の反射型液晶表
示素子について、印加電圧−反射率特性およびコントラ
ストを測定した。実施例４の液晶表示素子（本発明）で
は、第１のセル１１、第２のセル１２ともに印加電圧を
１２Ｖとしたとき、反射率６５％、コントラスト５６を
得ることができた。これに対して比較例４の液晶表示素
子では第１のセル１１、第２のセル１２ともに同じ印加
電圧１２Ｖを印加したときには反射率３２％、コントラ
スト１９しか得ることができなかった。比較例４の液晶
表示素子で６４％の反射率を得るには第１のセル１１の
印加電圧を１３Ｖに、第２のセル１２の印加電圧を１７
Ｖにまで大きくする必要があり、かつ第１のセル１１と
第２のセル１２とで異なった電圧を印加する必要があっ
た。またこのときのコントラストは５３であった。

【００６８】このように本発明の液晶表示素子によれ
ば、反射率を向上するとともに駆動電圧を低減すること
ができる。したがって、表示品質を向上するとともに消
費電力を低減することができる。また積層した第１の液
晶層２１と第２の液晶層２２とを同時に駆動する液晶表
示素子の電気光学応答が複雑にならず、容易な駆動を図
ることができる。さらに２層の液晶セルの駆動に際して
単一の電源を用いることができるため、液晶表示素子の
構成を単純にし、軽量、コンパクトな液晶表示素子を実
現することができる。

【００６９】（実施例５）透明電極を配設したガラス基
板の液晶材料と接する界面に、配向膜１７としてポリイ
ミド（オプトマーＡＬ−３０４６：日本合成ゴム
（株））を約５０ｎｍの厚さにスピナーによりキャスト
し、各基板面には貼りあわせのためのエポキシ接着剤を
所定の位置に付与した。

【００７０】次に基板面に直径約１．５μｍの樹脂製の
スペーサボールを密度１００個／ｍｍ²以下程度になる
ように散布し、対向する基板と組み合わせ液晶セルを作
製した。このときの基板間隔は約１．５μｍであった。

【００７１】この液晶セルに、ネマチック液晶材料ＢＬ
００６（Ｍｅｒｃｋ社製）約６１ｗｔ％と、化学式［化
１０］で示される光学活性物質のＳ体約３９ｗｔ％とを
混合した液晶材料を注入して第１の液晶層２１を形成し
た。

【００７２】また上記と同様に作製したセルにネマティ
ック液晶材料ＢＬ００６約６１ｗｔ％と、化学式［化１
０］で示される光学活性物質のＲ体約３９ｗｔ％とを混
合した液晶材料を注入して第２の液晶層２２を形成し
た。

【００７３】さらに第１のセルと第２のセルとの間、す
なわち基板１３ｂと基板１４ａとの間には、基板を構成
するガラスとほぼ同じ屈折率を有するマッチングオイル
を充填して屈折率整合層１８を配設し、空気層によるガ
ラス界面の光反射を軽減させている。

【００７４】また、第１のセル１１と第２の液晶層１２
とに独立に電圧が印加できるようにして反射型の液晶表
示素子を構成した。

【００７５】（比較例５）比較例として化学式［化１
０］で示される光学活性物質のＳ体の代わりに、カイラ
ル物質ＣＢ１５約３８ｗｔ％と、実施例５で使用したネ
マチック液晶ＢＬ００６約６２ｗｔ％とを混合した液晶
組成物を用いて第１の液晶層２１を構成した以外は、実
施例５と同様の構成を有する反射型の液晶表示素子を製
造した。

【００７６】そして実施例５と比較例５の反射型液晶表
示素子について、印加電圧−反射率特性およびコントラ
ストを測定した。実施例５の液晶表示素子（本発明）で
は、第１のセル１１、第２のセル１２ともに印加電圧を
１４Ｖとしたとき、反射率６８％、コントラスト５８を
得ることができた。これに対して比較例５の液晶表示素
子では第１のセル１１、第２のセル１２ともに同じ印加
電圧１４Ｖを印加したときには反射率３５％、コントラ
スト２２しか得ることができなかった。比較例５の液晶
表示素子で６６％の反射率を得るには第１のセル１１の
印加電圧を１６Ｖに、第２のセル１２の印加電圧を１５
Ｖにまで大きくする必要があり、かつ第１のセル１１と
第２のセル１２とで異なった電圧を印加する必要があっ
た。またこのときのコントラストは５５であった。

【００７７】このように本発明の液晶表示素子によれ
ば、反射率を向上するとともに駆動電圧を低減すること
ができる。したがって、表示品質を向上するとともに消
費電力を低減することができる。また積層した第１の液
晶層２１と第２の液晶層２２を同時に駆動する液晶表示
素子の電気光学応答が複雑にならず、容易な駆動を図る
ことができる。さらに２層の液晶セルの駆動に際して単
一の電源を用いることができるため、液晶表示素子の構
成を単純にし、軽量、コンパクトな液晶表示素子を実現
することができる。

【００７８】実施例４乃至実施例５の液晶表示素子と、
比較例４乃至比較例５の液晶表示素子の、印加電圧−反
射率特性およびコントラストの測定結果を表２に示す。

【００７９】

【表２】（実施例６）なお、上述の説明ではコレステリック相を
呈する液晶層を、プレーナ状態とフォーカルコニック状
態またはホメオトロピック状態との間で遷移させて電気
光学応答を得る構成について説明したが、本発明はコレ
ステリック相を呈する複数の液晶層を用いる液晶表示素
子であれば適用することができる。

【００８０】例えば、コレステリック液晶の液晶分子の
らせんピッチを変化させることにより、選択反射光の波
長または透過光の波長を制御するようにしてもよい。

【００８１】図９は本発明の液晶表示素子の構成の別の
例を概略的に示す図である。

【００８２】この液晶表示素子は、透過光の波長を制御
するために、コレステリック液晶層のらせん方位の異な
る複数の液晶セルを積層したものである。ここでは、電
圧非印加時に青を選択反射する第１のセル１１ａと第２
のセル１２ａ、また電圧非印加時に緑を選択反射する第
３のセル１１ｂと第４のセル１２ｂの４枚の液晶セルか
ら液晶表示素子を構成する例について説明する。第１の
セル１１ａ、第３のセル１１ｂはらせん方位が右巻で右
円偏光成分を反射し、第２のセル１２ａと第４のセル１
２ｂはらせん方位が左巻で左円偏光成分を反射するよう
に構成されている。本発明の液晶表示素子では、前述の
ように第１のセル１１と第２のセル１２とは、互いに光
学異性の関係にある光学活性物質を用いて構成してい
る。すなわち、ネマティック液晶と光学活性物質の第１
の異性体とからなる第１の液晶層２１ａを挟持して第１
のセル１１ａを構成し、ネマティック液晶と第１の液晶
層２１ａに添加した光学活性物質と光学異性の関係にあ
る第２の異性体とからなる第２の液晶層２２ａを挟持し
て第２のセル１２ａを構成している。また同様に、第３
のセル１１ｂと第４のセル１２ｂとは、互いに光学異性
の関係にある光学活性物質を用いて構成している。すな
わち、ネマティック液晶と光学活性物質の第１の異性体
とからなる第１の液晶層２１ｂを挟持して第１のセル１
１ｂを構成し、ネマティック液晶と第１の液晶層２１ｂ
に添加した光学活性物質と光学異性の関係にある第２の
異性体とからなる第２の液晶層２２ｂを挟持して第２の
セル１２ｂを構成している。

【００８３】このような構成を採用することにより、電
圧印加時に液晶セル１１ａと液晶セル１２ａは緑を選択
反射し、液晶セル１１ｂと液晶セル１２ｂは赤を選択反
射するように印加電圧を制御するようにすればよい。例
えば電極１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂを櫛歯状にパ
ターニングして第１の液晶層２１、第２の液晶層２２に
横電界を印加し、液晶分子のらせんピッチを変化させる
ことにより、液晶層の透過光の波長、または液晶層によ
る選択反射光の波長が制御される。液晶層がプレーナー
構造をとっているとき、液晶層の平均屈折率をｎとする
と、液晶層はλ＝ｎ×Ｐ₀で規定される波長λを中心と
した選択反射領域の波長を有する光を反射する。液晶層
に駆動電圧を印加すると、液晶分子のらせんピッチ長が
伸びてらせんピッチ長Ｐi のプレーナー構造となり、選
択反射光の波長が長波長側にシフトする。したがって、
印加電圧を制御することで、選択反射光を加法混色の３
原色、すなわち赤、緑、青に設定することができる。図
１０は液晶層に印加される駆動電圧Ｖｉと液晶分子のら
せんピッチＰｉとの関係の例を説明するための図であ
る。

【００８４】例えば駆動電圧Ｖｉに対応する液晶分子の
らせんピッチをＰｉとすると、ＰｉはＶｉに応じて変化
するから、らせんピッチＰｉのときの選択反射光の波長
ｎ×Ｐｉを加法混色の３原色、すなわち赤、緑、青に設
定することにより液晶層１３の選択反射光の波長を赤、
緑、青に変化させることができ、したがって液晶カラー
シャッターとして動作させることができる。

【００８５】反射光の波長（例えば３原色）を切換えて
用いる場合には選択反射光をそのまま利用することがで
きる。一方、例えば透過光の３原色を切換えて用いるる
場合には３原色のうち２色の左右両円偏光成分を選択反
射光として液晶層への入射光から除く必要がある。

【００８６】なお以上の実施例は、本発明の実施形態の
例として記載されたものであり、本発明はこれらの実施
形態に限定されず、種々変形して用いることができる。

【００８７】

【発明の効果】このように本発明の液晶表示素子によれ
ば、反射率を向上するとともに駆動電圧を低減すること
ができる。したがって、表示品質を向上するとともに消
費電力を低減することができる。また第１の液晶層と第
２の液晶層とを積層して同時に駆動する液晶表示素子の
電気光学応答が複雑になることなく、中間調表示を含め
て容易な駆動を図ることができる。さらに２層の液晶セ
ルの駆動に際して単一の電源を用いることができるた
め、液晶表示素子の構成を単純にし、視認性が高く、軽
量かつコンパクトな液晶表示素子を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】誘電異方性が正を示すコレステリック液晶組成
物に電圧を印加した時のセル中の液晶ダイレクタの配向
状態を説明するための図。

【図２】閾値電圧Ｖthと温度との関係を示すグラフ。

【図３】液晶組成物の誘電率の電圧依存性を示すグラ
フ。

【図４】異なる光学活性物質からなる２つのコレステリ
ック液晶層を積層した液晶表示素子の電気光学特性を測
定した結果を示す図。

【図５】本発明の液晶表示素子の構成の例を概略的に示
す図。

【図６】本発明の液晶表示素子の構成の例を概略的に示
す図。

【図７】本発明の液晶表示素子の構成の例を概略的に示
す図。

【図８】本発明の液晶表示素子の構成を概略的に示す
図。

【図９】本発明の液晶表示素子の構成の別の例を概略的
に示す図。

【図１０】液晶層に印加される駆動電圧Ｖｉと液晶分子
のらせんピッチＰｉとの関係の例を説明するための図。

【符号の説明】

１１…………第１のセル１２…………第２のセル１３ａ、１３ｂ………基板１４ａ、１４ｂ………基板１５ａ………電極（透明電極）１５ｂ………電極（透明電極）１６ａ………電極（透明電極）１６ｂ………電極（透明電極）１７…………配向膜１８…………屈折率整合層１９…………駆動回路２１…………第１の液晶層２２…………第２の液晶層２３…………フィルム２４…………光吸収層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ネマティック液晶と、光学活性物質の第
１の異性体とからなる第１の液晶層と、前記第１の液晶層と積層され、前記ネマティック液晶
と、前記光学活性物質と光学異性の関係にある第２の異
性体とからなる第２の液晶層とを具備したことを特徴と
する液晶表示素子。
【請求項２】ネマティック液晶と、光学活性物質の第
１の異性体とからなる第１の液晶層と、前記第１の液晶層と積層され、前記ネマティック液晶
と、前記光学活性物質と光学異性の関係にある第２の異
性体とからなる第２の液晶層と、前記第１の液晶層および前記第２の液晶層との間に、前
記第１の液晶層および前記第２の液晶層と電磁気的に相
互作用するように配設された第１の電極とを具備したこ
とを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】第１の電極が配設された第１の基板と、
前記第１の基板と対向配置され、第２の電極が配設され
た第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との
間に配設され、ネマティック液晶と、光学活性物質の第
１の異性体とからなる第１の液晶層と、前記第１の液晶層と前記第２の基板との間に配設され、
前記ネマティック液晶と、前記光学活性物質と光学異性
の関係にある第２の異性体とからなる第２の液晶層とを
具備したことを特徴とする液晶表示素子。