JP3758634B2

JP3758634B2 - Liquid crystal display element

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Publication number: JP3758634B2
Application number: JP2002350921A
Authority: JP
Inventors: 茂代吉本
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2004184670A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子（換言すれば液晶光変調素子）に関する。特に、室温でコレステリック相を示す液晶を用いた二つの安定状態のスイッチング（双安定スイッチング）を利用した液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、基本的に透明電極を有する一対の基板とこの基板間に挟持された液晶層とからなる。この液晶層に駆動電圧を印加することで液晶分子の配列を制御し、素子に入射される外光を変調して目的とする画像の表示等を行う。
【０００３】
液晶表示素子は様々なものが提案されているが、近年、ネマチック液晶にカイラル材料を添加することにより、室温においてコレステリック相を示すようにしたカイラルネマチック液晶を用いた液晶表示素子が種々研究されている。かかる液晶表示素子は、例えば、カイラルネマチック液晶の選択反射を利用した低消費電力を特徴とする反射型の液晶表示素子として用い得ることが知られている。
【０００４】
この反射型表示素子では高低のパルス電圧を印加することにより液晶をプレーナ状態（着色状態）とフォーカルコニツク状態（透明状態）に切り替えて表示を行なわせる。また、パルス電圧を印加した後もプレーナ状態であった領域はプレーナ状態が、フォーカルコニツク状態であった領域はフォーカルコニツク状態が保持されることで、電圧の印加を停止した後も表示が保たれるようにすることが可能である。このようなプレーナ及びフォーカルコニツクの各状態の保持性を一般的に双安定性又はメモリー性と呼んでいる。
【０００５】
このような反射型液晶表示素子には、紙や書籍等の代替を目的として、白っぽい色と黒色などの背景色とを利用するモノクロ（モノカラー）画像表示を行うものがある。
【０００６】
もっとも、カイラルネマチック液晶の選択反射を利用した液晶表示素子では、一般的に、着色状態において波長−光反射率スペクトルにおける選択反射のピークが選択反射波長の近傍付近に集中しており、その部分のスペクトル波形が鋭いため、液晶層が単層の状態では色純度の高い、換言すれば白色純度の低い鮮やかな色の表示しかできず、画像視認性等の点で満足し難い。
【０００７】
この点、カイラルネマチック液晶中に高分子前駆体を混合し、これを用いて液晶セルを形成した後、該前駆体を重合させて高分子網を形成させる高分子安定型液晶表示素子が、米国特許第５，８４７，７９８号等において数多く提案されている。この種の液晶表示素子によると、選択反射状態での反射スペクトルをブロードにすることによって、単層の液晶層でモノクロ表示ができるとされている。
【０００８】
また、高分子安定型液晶表示素子のように高分子前駆体を重合させた高分子網を採用しない液晶表示素子であって、室温においてコレステリック相を示す液晶を用い、該液晶の選択反射状態において、換言すれば着色状態において、波長−光反射率スペクトルにおける選択反射の光反射率のピークをブロードにする（より広範囲の可視波長域に広げる）ことで、良好なモノクロ画像表示を行えるとされる液晶表示素子も提案されている（特開２００１−３１１９６７号公報）。
【０００９】
高分子安定型液晶表示素子のように高分子前駆体を重合させた高分子網を採用しない液晶表示素子であって、室温においてコレステリック相を示すカイラルネマチック液晶を用い、選択反射における光反射率のピークをブロードにするとともに温度補償範囲を広くした液晶表示素子も提案されている（特開２００１−３１１９６８号公報）。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５，８４７，７９８号
【特許文献２】
特開２００１−３１１９６７号公報
【特許文献３】
特開２００１−３１１９６８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記高分子安定型液晶表示素子では、液晶中にネットワーク化された高分子体を含むため、画像表示のための駆動電圧が比較的高くなり、また、背景表示特性（例えば黒色表示特性）が満足できるほど十分ではない。
【００１２】
また、前記特開２００１−３１１９６７号公報や特開２００１−３１１９６８号公報に開示されている液晶表示素子は白黒表示を行う液晶表示素子とするとき、白色表示部分における白色純度や明るさをできる限り向上させることが望ましい。
【００１３】
そこで本発明は、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子であって、双安定性に優れるとともに、高分子安定型液晶表示素子と比べると低電圧駆動可能で、明るく視認性に優れた画像表示ができ、黒色背景色を利用して白黒画像表示を行う場合、良好な白色純度、明るさの特性を得ることができる液晶表示素子を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決すべく研究を重ね次の知見を得た。
液晶表示素子は基本的には少なくとも画像観察側に配置される基板が透光性を有した一対の基板と、前記素子観察側基板に設けられた透明電極と、前記一対の基板間に挟持された液晶層とを含んでいる。
【００１５】
このような液晶表示素子においては、少なくとも一方の基板には、両基板間の電気的短絡防止のための絶縁膜や液晶分子の配列制御のための安定化膜が形成され、液晶層はそのような膜を介して基板間に挟まれることがある。
【００１６】
このように液晶層と基板間の極めて近接した距離間に何層もの膜が配置される場合、素子を通過する光が各層間で多重反射を起こしたり、散乱したりすることがある。しかし、このような多重反射や散乱は、各層の屈折率に依存するため、高屈折率の無機物の薄膜である透明電極の影響が大きい。
【００１７】
そこで、基板と透明電極の干渉により現れる可視短波長領域の散乱ピークを利用することで、白黒表示における白色純度、明るさを向上させることができる。さらに言えば、透明電極の界面で起こる反射光の干渉を利用し、その干渉の強め合いの効果が大きくなるように、前記両基板上の電極のうち少なくとも素子観察側の基板の電極の厚みを比較的薄くし（但し、電極の面抵抗が大きくなりすぎない範囲で薄くし）、その電極の膜特性の影響を大きし、可視短波長域の光の干渉を増やすことで、白黒画像表示を行う場合に良好な白色純度、明るさを得ることができる。
【００１８】
特に、透明電極の厚みｄ（ｎｍ）を８０ｎｍ未満とした場合に反射光の干渉による強め合いが大きくなり、液晶層をフォーカルコニツク状態としたときの素子の、光波長λ（ｎｍ）の関数ｆ₁（λ）で表される光反射率（％）が、該液晶層のプレーナ状態での選択反射波長λ_P（ｎｍ）に対して、３６０（ｎｍ）≦λ_t＜λ_Pとなる波長λ_t（ｎｍ）で極大となり、且つ、ｆ₁（λ_t）＞ｆ₁（λ_P）の関係が成立する反射ピークが液晶層をフォーカルコニック状態にしたときに現れ、着色状態における波長一光反射率スペクトルのスペクトル波形を広範囲の可視領域に広げることができ、背景色を黒色とした場合に白色純度の優れた白黒画像表示を行うことができる。
【００１９】
かかる知見に基づき本発明は、少なくとも素子観察側に配置される基板が透光性を有した一対の基板と、前記素子観察側基板に設けられた透明電極と、前記一対の基板間に挟持されたコレステリック液晶（室温でコレステリック相を示す液晶）を含む液晶層とを有し、素子観察側とは反対側の基板が黒色に着色されており、前記透明電極の厚みｄ（ｎｍ）は８０ｎｍ未満であり、前記液晶層をフォーカルコニツク状態にしたときの素子の、光波長λ（ｎｍ）の関数ｆ₁（λ）で表される光反射率（％）が、該液晶層のプレーナ状態での選択反射波長λ_P（ｎｍ）に対して、３６０（ｎｍ）≦λ_t＜λ_Pとなる波長λ_t（ｎｍ）で極大となり、且つ、ｆ₁（λ_t）＞ｆ₁（λ_P）の関係が成立する反射ピークがフォーカルコニック状態で存在する液晶表示素子を提供する。
【００２０】
なお、素子観察側とは反対側の基板の黒色着色は、基板そのものが黒色に着色されていてもよいが、黒色着色基板として、例えば透明基板の外面（裏面）に黒色層等の光吸収層（黒色表示層）を設けたものを採用してもよい。
【００２１】
電極の厚みを薄くする場合、それは電極の面抵抗が大きくなりすぎない範囲で行うことが望ましい。電極材質や電極形成方法によっても異なるが、概して、電極の厚みｄが０＜ｄ＜５０（ｎｍ）と薄くなると、反射光の干渉による強め合いはより大きくなるものの、電極面抵抗が５００Ω／□以上と非常に大きくなる恐れがあるので、電極厚さｄ〔ｎｍ〕は５０ｎｍ≦d ＜８０ｎｍとすることが好ましい。
【００２２】
良好な白色純度、明るさを得るうえで、前記反射ピークはｆ₁（λ_t）＞ｆ₁（λ_P）＋５％を満たすことがより望ましい。また、前記液晶層をフォーカルコニック状態にしたとき、素子の反射率が前記波長λ_tで最大となることが好ましい。
【００２３】
良好な白色純度、明るさを得るうえで、前記液晶表示素子に含まれるコレステリック液晶の着色状態（プレーナ状態）のときの選択反射波長ｎＰ（ｎは該コレステリック液晶の平均屈折率、Ｐは該コレステリック液晶のヘリカルピッチ）における光反射率をＲ、該コレステリック液晶の屈折率異方性をΔｎとすると、波長λの関数として表される式
｛ｅｘｐ−［２（λ−ｎＰ）²／Δｎ²Ｐ²］｝Ｒの可視波長域における積分値Ｓａが、前記液晶層をプレーナ状態にしたときの素子の波長−光反射率スペクトルを表す関数ｆ₂（λ）の可視波長域における積分値Ｓｂの４０％以上５５％以下となることが好ましい。
【００２４】
ここでいう可視波長域は３６０ｎｍ〜７４０ｎｍの範囲の波長域を意味している。式｛ｅｘｐ−［２（λ−ｎＰ）²／Δｎ²Ｐ²］｝Ｒは中心波長（選択反射波長ｎＰ）における反射率がＲ、分散が（ΔｎＰ／２）²である正規分布関数を表している。Ｓｂは可視光域のスペクトルの全積分値、Ｓａは散乱部分を除いたスペクトルの積分値なのでＳａ／Ｓｂ値が小さいほど、より白い表示を行える。
【００２５】
しかし、４０％より下まわってくると、選択反射の光反射率のピークを視感反射率の大きい波長領域において発生させることが困難になってきて素子の視認性が低下してくるので、４０％以上が望ましいと言える。
【００２６】
良好な白色純度、明るさを得る観点からすると、前記液晶層に含まれるコレステリック液晶のプレーナ状態での選択反射波長ｎＰとして５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下を例示できる。前記液晶層に含まれるコレステリック液晶の屈折率異方性Δｎとして、０．１８から０．３２を例示できる。
【００２７】
液晶表示素子の光入射方向に光散乱能を有する機能面を配置してもよい。さらに言えば、例えば一対の基板のうち素子観察側の基板の最外表面を光散乱能を有する機能面としてもよい。そうすることで、電極界面における反射光の干渉はさらに効果的に現れ、着色状態における波長一光反射率スペクトルをより広範囲の可視領域に広げることができる。
【００２８】
素子観察側とは反対側の基板として透明基板を採用し、その外面（裏面）に黒色層等の光吸収層（黒色表示層）を設ける場合には、該黒色表示層に対向する基板面も光散乱能を有する機能面としてもよく、そうすることで、液晶層着色状態における白色純度は顕著に向上し、また、該光散乱機能面は黒表示に影響を及ぼさないので、これを設けない場合と同程度の黒色表示が得られるため、コントラストも向上する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
【００３０】
図１は第１実施形態の液晶表示素子の、図２は第２実施形態の液晶表示素子の、図３は第３実施形態の液晶表示素子の断面図である。
【００３１】
図１の液晶表示素子ＬＣＤ１は、一対の基板１１、１２の間に液晶層５を挟持したものである。光入射側（画像観察側）基板１１は透明基板であり、反対側の基板１２は可視光吸収性の黒色基板である。なお、基板１２は透明基板でもよく、その場合は該基板の裏面（外面）に黒色層を設けるとよい。
【００３２】
基板１１には細幅帯状の透明電極２１が多数本平行に形成されている。基板１２にも細幅帯状の透明電極２２が多数本平行に形成されている。両基板１１、１２は、これら電極が互いに対向するように、且つ、基板面側からみると電極２１、２２が互いに直交するように向かい合っている。すなわち、マトリクス電極構造が形成されている。基板面側からみて電極２１、２２が交差する部位が画素となっている。
【００３３】
一方の基板１１の電極２１を有する面上には電極間の短絡防止のための絶縁膜３１が、さらにその上に液晶分子を配向させる配向膜（配向安定化膜）４１が形成されている。他方の基板１２の電極２２を有する面上にも絶縁膜３２が、さらにその上に配向膜（配向安定化膜）４２が形成されている。なお、絶縁膜や配向膜は必ずしも要せず、必要に応じて設けるとよい。
【００３４】
また、両基板１１、１２間には液晶層５の厚さを規定するためのスペーサ６を分散配置してあり、液晶層５は両基板間に形成したシール壁７に囲繞され、液晶の漏洩が防止されている。液晶層５は室温でコレステリック相を示すコレステリック液晶を含んでいる。
【００３５】
両基板間には、必要に応じ、両基板間の間隔維持、自己保持性（両基板の相互結合、素子の強度維持等）のうち１又は２以上を満足させるための適当な柱状構造物ＣＬを設けてもよい。
【００３６】
電極２１、２２はマトリクス駆動のための素子駆動部Ｄに接続されている。それぞれの画素において該駆動部により電極２１、２２間に所定のパルス電圧が印加されることで、該画素における液晶層がプレーナ状態（着色状態）、フォーカルコニック状態（透明状態、従って黒色表示層による黒色表示状態）に設定でき、それにより画像表示が可能である。この液晶表示素子ＬＣＤ１はメモリー性を有している。すなわち、プレーナ状態又はフオーカルコニツク状態はパルス電圧印加後も維持される。
【００３７】
図２の液晶表示素子ＬＣＤ２は、図１の素子において黒色基板１２に代えて透明基板１３を採用し、その裏面に黒色層８を設けるとともに画像観察側基板１１の表面（外面）に光散乱層９を設けたものである。基板１１と光散乱層９を合わせて画像観察側基板と見ることもでき、その場合基板は表面に光散乱能を有する機能面を有する基板である。なお、基板１１の表面それ自体が光散乱能を有する面であってもよい。それ以外の点は図１の素子と同構造である。図１の素子と同様の部分には図１と同じ参照符号を付してある。
【００３８】
図３の液晶表示素子ＬＣＤ３は、図２の素子において基板１３と黒色層８との間に光散乱層９’をさらに設けたものである。基板１３と光散乱層９’を合わせて画像観察側とは反対側の基板と見ることもでき、その場合基板は表面（外面）に光散乱能を有する機能面を有する基板である。なお、基板１３の表面それ自体が光散乱能を有する面であってもよい。それ以外の点は図２の素子と同構造である。図２の素子と同様の部分には図２と同じ参照符号を付してある。
【００３９】
次に液晶表示素子ＬＣＤ１〜ＬＣＤ３の各部について説明する。
＜基板１１、１２、１３＞
一対の基板は、少なくとも一方が透光性を有していることが必要である。透光性を有する基板としてはガラス基板を代表例として挙げることができるが、ガラス基板以外にも、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなるフレキシブル基板を使用することができる。
＜電極２１、２２＞
電極としては、例えば、Indium Tin Oxide(ITO：インジウム錫酸化物）、Indium Zinc Oxide (IZO：インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電膜を採用できる。アルミニウム、シリコン等の金属電極、或いはアモルフアスシリコン、BSO (Bismuth Silicon Oxide) 等の光導電性膜等も用いることができる。
【００４０】
電極をマトリクス状に形成するには、例えば基板上にITO などの透明電極膜をスパッタリング法等でマスク蒸着するか、ITO などの透明電極膜を基板上に全面形成した後、フォトリソグラフイ法でパターニングすればよい。さらに、スイッチング素子とし複数のTFT を用いてもよい。
＜絶縁膜３１、３２＞
絶縁膜は液晶表示素子の信頼性を向上させるためのガスバアリ層を兼ねていてもよい。
【００４１】
絶縁膜としては、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウムやそのアルコキシド等からなる無機材料膜や、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等からなる有機膜を例示できる。これらの材料を用いて蒸着法、スピンコート法、ロールコート法などの公知の方法によって形成することができる。
【００４２】
絶縁膜は前記の材料に色素を添加すればカラーフィルタとしても機能する。さらに、絶縁膜は柱状構造物ＣＬに用いる高分子樹脂と同じ材料を用いて形成することもできる。
＜配向安定化膜４１、４２＞
配向安定化膜の材料として、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂等の有機膜や、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の無機材料を例示できる。これらの材料を用いて形成した配向膜にはラビング処理等を施してもよい。
＜スペーサ６＞
スペーサは一対の基板間ギャップを決定し、且つ、該ギャップを均一に保持するためのものである。スぺ−サとしては、樹脂等の有機材料製又は無機酸化物（ガラス、セラミック等）製の球体等を例示できる。また、表面に熱可塑性の樹脂をコーティングしてある固着・接着性能を有するスペーサも好適に用いられる。
【００４３】
柱状構造物ＣＬを採用するときには、該柱状構造物の膜厚（高さ）より小さいサイズのスペーサを配置し、加熱や加圧下に該柱状構造物をスペーササイズまで圧縮することで基板間ギャップ精度を向上させることができ、そうすることでそれだけ電圧印加ムラ、表示ムラ等を低減できる。
＜コレステリック液晶層５＞
液晶層５はコレステリック液晶を含んでいる。かかるコレステリック液晶として、ネマチック液晶に以下に説明するカイラル材を適量添加することによって得られるカイラルネマチック液晶を例示できる。カイラルネマチック液晶は室温でコレステリック相を示す。また、カイラル材の添加量の大小で選択反射波長が調整可能である。
【００４４】
ネマチック液晶としては、例えば、従来知られている液晶性エステル化合物、液晶性ピリミジン化合物、液晶性シアノビフェニル化合物や、フッ素原子、フルオロアルキル基、シアノ基等の極性基を有する液晶性化合物等を単一、或いは混合したものを挙げることができ、正の誘電率異方性を有する液晶化合物を主成分とするものが好ましい。さらに、色素及び（又は）紫外線吸収剤を添加してもよい。
【００４５】
カイラルネマチック液晶は添加するカイラルドーパントの量を変えることにより、カイラルネマチック液晶の螺旋構造のピッチを変化させることができ、これにより液晶の選択反射波長を制御することができるという利点がある。なお、一般的には、液晶分子の螺旋構造のピッチを表す用語として、液晶分子の螺旋構造に沿って液晶分子が３６０°回転したときの分子間の距離で定義されるヘリカルビッチが用いられる。
【００４６】
添加するカイラル材料としては、コレステリック環を有するコレステリック液晶、カイラルネマチック液晶、その他、液晶性は示さないがネマチック液晶の分子をねじる作用を有する有機化合物を使用することができる。
【００４７】
例えばビフェニル化合物、ターフェニル化合物、エステル化合物、ピリミジン化合物、アゾキシ化合物などでネマチック液晶分子に層状のヘリカル構造（液晶分子の螺旋構造に沿って液晶分子が３６０°回転した分子構造）を与えるものを使用できる。
【００４８】
化合物の末端基に光学活性基を有する市販のカイラル材料を用いることもできる。また、コレステリックナノレートに代表されるコレステリック環を有するコレステリック液晶も使用できる。
【００４９】
カイラル材の添加量は、ネマチック液晶及びカイラル材の合計の重量を基準として、約７ｗｔ％〜約４５ｗｔ％を推奨できる。７ｗｔ％より少なくなってくると十分なメモリー性を得られない場合が生じ、４５ｗｔ％より多くなってくると室温でコレステリック相を示さなくなったり、固化したりする場合がある。添加するカイラル材の種類は１種類でも、複数種類でもよいが、液晶種により複数種の材料を使用した方が温度補償や安定性の点で有利な湯合もある。
【００５０】
また本発明の目指す良好な素子特性を実現するためには、高屈折率異方性を有する液晶組成物を使用するのが望ましい。すなわち、屈折率異方性が０．１８〜０．３２程度であることが望ましい。屈折率異方性が小さすぎると反射率が低くなり、散乱成分も少なくなるため、ブロードな選択反射ピークが得られ難くなる。
【００５１】
また誘電率異方性は５〜４０であることが望ましい。誘電率異方性が低すぎると駆動電圧が高くなってしまい、逆に高すぎると素子としての安定性や信頼性が悪くなり、画像欠陥、画像ノイズが発生しやすくなってしまう。
【００５２】
コレステリック液晶（コレステリック液晶組成物）の選択反射波長は可視光を選択反射させるように調整すれば、より明るい反射が得られる。さらに５００ｎｍ〜８００ｎｍ、より好ましくは５７０ｎｍ〜６３０ｎｍに調整することで、明るさと色味を両立させることができる。
＜柱状構造物ＣＬ＞
柱状構造物として高分子組成物（特に樹脂材料）からなるものを例示できるが、柱状構造物に関しては、まず、構造面について説明する。
【００５３】
柱状構造物としては、例えば、格子配列等の所定のパターンに一定の間隔で配列された、円柱状体、四角柱状体、楕円柱状体、台形柱状体、円錐柱状体等の柱状構造物を挙げることができる。また、所定間隔で配置されたストライプ状のものでもよい。この柱状構造物の配列は、ランダムな配列ではなく、等間隔の配列、間隔が徐々に変化する配列、所定の配置パターンが一定の周期で繰り返される配列等、基板の間隙を適切に保持でき、且つ、画像表示を妨げないように考慮された配列であることが好ましい。柱状構造物は液晶表示素子の表示領域に占める面積の割合が１％〜４０％であれば、適度な強度を保持しながら液晶表示素子に実用上満足できる特性を与えることができる。
【００５４】
樹脂材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂等の一般的な樹脂であれば使用可能である。
【００５５】
ポリエステル樹脂を用いた柱状構造物の製作方法について説明しておく。例えば、所定のパターンが形成されたＩＴＯ電極を形成した基板上にポリエステル樹脂溶液をロールコーターやグラビアコーター等の印刷機を用いて印刷した後、乾操、硬化させればよい。
【００５６】
液晶表示素子を形成するときには、柱状構造物を挟持した基板間に液晶組成物を真空注入法等によって注入すればよい。或いは一対の基板を貼り合わせる際に、液晶組成物を滴下しておき、基板の貼り合わせと同時に液晶組成物を封入するようにしてもよい。
＜シール壁７＞
シール壁の材料としては、エボキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化型、或いは光硬化型接着剤が使用可能である。
＜光散乱層＞
光散乱層としては、プラスチックフィルム中に透明微粒子を分散させたものや、表面を粗面化したプラスチックフィルムを代表例として挙げることができる。また、光散乱層を配設する位置としては、例えば素子観察側の基板の最表面側や、素子観察側とは反対側の基板と光吸収層との間を挙げることができる。基板自体が光散乱層を兼ねていてもよい。
＜その他：紫外線吸収層＞
一般に液晶は、３８０ｎｍ以下の光成分により特性変化することが知られている。特性の変化は、表示ムラや、駆動電圧の劣化のような形で発生する。これを防ぐために紫外線カットフィルタ又は紫外線カット樹脂膜を設けてもよい。
【００５７】
偏向板又は位相差板を採用するときはその上に紫外線吸収剤を含む保護膜として、紫外線吸収層を形成してもよい。また、透明基板上に紫外線吸収層を形成してもよい。
【００５８】
紫外線吸収層の形成は、特段の限定はなく、任意の方法で形成すればよい。代表的な方法として、アクリル樹脂、シリコン樹脂等に紫外線吸収剤を混ぜて基板等に塗布して硬化する方法や、トリアセテート等の材料に紫外線吸収材料を添加したフィルタを挟み込む等の方法でもよい。
代表的な紫外線吸収材料としては、ベンゾフェノンやベンゾトリアゾール等があるが、これに限定されない。
【００５９】
素子ＬＣＤ１〜ＬＣＤ３のいずれにおいても、電極２１、２２（特に画像観察側の電極２１）の厚みは８０ｎｍ未満５０ｎｍ以上とされる。そして電極の厚みをこのような範囲のものとし、液晶層５をフォーカルコニツク状態にしたときの素子の、光波長λ（ｎｍ）の関数ｆ₁（λ）で表される光反射率（％）が、液晶層５のプレーナ状態での選択反射波長λ_P（ｎｍ）に対して、３６０（ｎｍ）≦λ_t＜λ_Pとなる波長λ_t（ｎｍ）で極大となり、且つ、ｆ₁（λ_t）＞ｆ₁（λ_P）の関係が成立する反射ピークがフォーカルコニック状態で存在するように全体を調製してある。
【００６０】
図４は液晶層５をフォーカルコニック状態としたとき、素子の光反射率が３６０（ｎｍ）≦λ_t＜λ_Pとなる波長λ_t（ｎｍ）で最大となり、且つ、ｆ₁（λ_t）＞ｆ₁（λ_P）の関係、さらに言えばｆ₁（λ_t）＞ｆ₁（λ_P）＋５％の関係が成立している例を示している。
【００６１】
また、液晶層５を提供するコレステリック液晶として、着色状態（プレーナ状態）のときの選択反射波長ｎＰ（ｎは該コレステリック液晶の平均屈折率、Ｐは該コレステリック液晶のヘリカルピッチ）における光反射率をＲ、該コレステリック液晶の屈折率異方性をΔｎとすると、波長λの関数として表される式
｛ｅｘｐ−［２（λ−ｎＰ）²／Δｎ²Ｐ²］｝Ｒの可視波長域における積分値Ｓａが、液晶をプレーナ状態にしたときの素子の波長−光反射率スペクトルを表す関数ｆ₂（λ）の可視波長域における積分値Ｓｂの４０％以上５５％以下となるようなものを採用している。ここでいう可視波長域は３６０ｎｍ〜７４０ｎｍの範囲の波長域である。Ｓｂは可視光域のスペクトルの全積分値であり、Ｓａは散乱部分を除いたスペクトルの積分値であるから、Ｓａ／Ｓｂ値が小さいほど、より白い。図５はＳａとＳｂの関係を示す図である。
【００６２】
液晶表示素子ＬＣＤ１〜ＬＣＤ３のそれぞれは、着色状態（液晶がフォーカルコニック状態）における波長−光反射率スペクトルのスペクトル波形を広範囲の可視領域に広げることができ、黒色を背景色として白色純度の優れた、視認性良好な明るい白黒画像表示を行うことができる。また高分子安定型液晶表示素子と比べると駆動電圧は低く済む。
【００６３】
図２の素子ＬＣＤ２では、素子の光入射側（画像観察側）に光散乱層９を設けてあることで、電極（特に電極２１）の界面における反射光の干渉はさらに効果的に現れ、着色状態における波長−光反射率スペクトルのスペクトル波形をより広範囲の可視領域に広げることができ、一層、黒色を背景色として白色純度の優れた白黒画像表示を行うことができる。
【００６４】
図３の素子ＬＣＤ２では、素子の光入射側とは反対側基板１３と黒色層８との間にも光散乱層９’を設けてあるので、着色状態における白色純度は顕著に向上する。また、黒色層８と基板１３間の光散乱層９’は黒表示に影響を及ぼさないので、これを設けない場合と同程度の黒色表示が得られるため、コントラストも向上する。
【００６５】
次に本発明に係る液晶表示素子の性能評価実験を行なったので、比較実験例とともに説明するが、本発明はそれらの実験例に限定されるものではない。
【００６６】
素子の分光反射特性及びＹ値（視感反射率）はミノルタ株式会社製分光測色計ＣＭ３７００ｄで測定した。白色純度とは、色をＸＹ座標で表示した場合の白色校正版の白の座標からの距離を示した値である。すなわちその値が小さいほど、より白いといえる。０．０８以下が好ましい。
＜実験例１＞
ネマテイツク液晶（屈折率異方性Δｎ：０．２８６、誘電率異方性Δε：１７．３、ＮＩ点：１１３℃、粘度η：７１）８６．０９ｗｔ／％にカイラル材（メルク社製ＣＢ１５）１１．２３ｗｔ％及びカイラル材（メルク社製Ｒ１０１１）２．６８％を添加してカイラルネマチック液晶Ａを調製した。このカイラルネマチック液晶Ａはコレステリック相を示し、選択反射波長λ_Pは５８０ｎｍ付近であった。
【００６７】
液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれとして、面状の透明電極を形成したガラス基板（厚み１ｍｍ）を採用した。該透明電極は厚さ７３ｎｍ、面抵抗３２０Ω／□のＩＴＯ（インジウム錫酸化物）の透明電極である。
【００６８】
いずれの基板についても、透明電極を設けた面上に配向膜材料ＪＡＬＳ−２０４（ＪＳＲ社製）を用いて厚さ８００Åの配向膜を形成した。
【００６９】
一方の基板について配向膜上に９μｍ径のスペーサ（積水ファインケミカル社製）を散布し、続いて該基板の周辺部にシール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）をスクリーン印刷し、一部に液晶注入用の開口部を残して所定高さのシール壁を形成した。その後、２枚の基板をそれらの電極が互いに対向するように、且つ、平面から見て互いに直交するように貼り合わせ、シール壁を加熱硬化処理した。
【００７０】
このようにして形成した空セルに前記シール壁開口部を介して真空注入法により前記液晶Ａをコレステリック相の状態で基板間に注入し、その後、シール壁開口部を光硬化性樹脂で閉鎖した。さらにセルの裏面（光を入射させる側（画像観察側）とは反対側の基板外面）に黒色の光吸収膜を設けた。
【００７１】
このようにして形成した液晶表示素子を駆動して素子特性を測定すると以下のとおりとなった。
【００７２】
電極間に７０Ｖ、５msecのパルス電圧印加後、２msec空けて５０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加し、また２msec空けて５０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをフォーカルコニック状態にし、その後電極間に７０Ｖ、５msecのパルス電圧を印加、２msec空けて７０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加、また２msec空けて７０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをプレーナ状態にした。
【００７３】
λ_t：３８０ｎｍ、ｆ₁（λ_t）：７．６％、ｆ₁（λ_P）：１．９％黒Ｙ値：１．７（閾値電圧５０Ｖ）、着色Ｙ値：１７．４（閾値電圧７０Ｖ）
ピーク反射率：２１．２％、Ｓａ／Ｓｂ：５０．３％
白色純度：０．０５４
ここで、ピーク反射率とはプレーナ状態における選択反射波長（λ_P）における反射率のことである。そして、選択反射状態における分光特性はＲ、Ｂ、Ｇなどの単色を表示する素子に比べてブロードなピークとなったり複数ピークが現れたりするため、ここでは最も高い反射率を示すピークに対応する反射波長を選択反射波長と定めた。
【００７４】
図６に実験例１におけるｆ₁（λ_t）、ピーク反射率等を示す。
＜比較実験例１＞
実験例１と同様にして調製した液晶組成物Ａを使用した。
【００７５】
液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれとして、面状の透明電極を形成したガラス基板（厚み０．７ｍｍ）を採用した。該透明電極は厚さ２３０ｎｍ、面抵抗７Ω／□のＩＴＯの透明電極である。
【００７６】
一方の基板については、透明電極を設けた面上に配向膜材料ＪＡＬＳ−２０４（ＪＳＲ社製）を用いて厚さ８００Åの配向膜を形成した。他方の基板については透明電極を設けた面上に配向膜材料ＪＡＬＳ−２０４（ＪＳＲ社製）を用いて厚さ８００Åの垂直配向膜を形成した。
【００７７】
前記一方の基板について配向膜上に９μｍ径のスペーサ（積水ファインケミカル社製）を散布し、続いて該基板の周辺部にシール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）をスクリーン印刷し、一部に液晶注入用の開口部を残して所定高さのシール壁を形成した。その後、２枚の基板をそれらの電極が互いに対向するように、且つ、平面から見て互いに直交するように貼り合わせ、シール壁を加熱硬化処理した。
【００７８】
このようにして形成した空セルに前記シール壁開口部を介して真空注入法により前記液晶Ａをコレステリック相の状態で基板間に注入し、その後、シール壁開口部を光硬化性樹脂で閉鎖した。さらにセルの裏面に黒色の光吸収膜を設けた。
【００７９】
このようにして形成した液晶表示素子を駆動して素子特性を測定すると以下のとおりとなった。
【００８０】
電極間に６０Ｖ、５msecのパルス電圧印加後、２msec空けて４０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加し、また２msec空けて４０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをフォーカルコニック状態にし、その後電極間に６０Ｖ、５msecのパルス電圧を印加、２msec空けて６０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加、また２msec空けて６０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをプレーナ状態にした。
【００８１】
λ_t：３８０ｎｍ、ｆ₁（λ_t）：４．７％、ｆ₁（λ_P）：１．５％
黒Ｙ値：１．２（閾値電圧４０Ｖ）、着色Ｙ値：１７．４（閾値電圧６０Ｖ）
ピーク反射率：２２．０％、Ｓａ／Ｓｂ：５８．２％
白色純度：０．０９４
透明電極を厚く形成すると、Ｓａ／Ｓｂ値が大きくなってしまうことが分かる。すなわち、すなわちスペクトル波形の散乱成分が減り（図６参照）、白色純度の値も大きくなってしまう。
【００８２】
図６に比較実験例１におけるｆ₁（λ_t）、ピーク反射率等を示す。
＜実験例２＞
実験例１と同様にして調製した液晶組成物Ａを使用し、黒色の光吸収膜を設ける手順までは実験例１と同じ手順を採用して表示素子を形成した。
【００８３】
さらに、該素子の光入射側面（画像観察側の面）に光散乱能を有する機能層Ｐ（大日本印刷社製光散乱フィルムＩＤＳ２１Ｋ）を配置した。
【００８４】
このようにして形成した液晶表示素子を駆動して素子特性を測定すると以下のとおりとなった。
【００８５】
電極間に７０Ｖ、５msecのパルス電圧印加後、２msec空けて５０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加し、また２msec空けて５０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをフォーカルコニック状態にし、その後電極間に７０Ｖ、５msecのパルス電圧を印加、２msec空けて７０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加、また２msec空けて７０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをプレーナ状態にした。
【００８６】
λ_t：４１０ｎｍ、ｆ₁（λ_t）：１０．３％、ｆ₁（λ_P）：２．８％黒Ｙ値：３．６（閾値電圧５０Ｖ）、着色Ｙ値：１９．９（閾値電圧７０Ｖ）
ピーク反射率：２３．４％、Ｓａ／Ｓｂ：５０．７％
白色純度：０．０４８
実験例１と比較するとＳａ／Ｓｂ値が大きくなっているのは、光散乱層が紫外線吸収能も有しているため、４００ｎｍ付近までの光がカットされ、その分全体のスペクトル面積が減ったためであるが、図６に示すとおり散乱成分は大きく増加している。
【００８７】
図６に実験例２におけるｆ₁（λ_t）、ピーク反射率等を示す。
＜実験例３＞
実験例１と同様にして調製した液晶組成物Ａを使用し、黒色の光吸収膜を設ける手順までは実験例１と同じ手順を採用して表示素子を形成した。
【００８８】
さらに、黒色の光吸収膜とガラス基板の間及び素子の光入射側面の双方に実験例３の場合と同様の光散乱層Ｐを設けた。
【００８９】
このようにして形成した液晶表示素子を駆動して素子特性を測定すると以下のとおりとなった。
【００９０】
電極間に７０Ｖ、５msecのパルス電圧印加後、２msec空けて５０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加し、また２msec空けて５０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをフォーカルコニック状態にし、その後電極間に７０Ｖ、５msecのパルス電圧を印加、２msec空けて７０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加、また２msec空けて７０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをプレーナ状態にした。
【００９１】
λ_t：４２０ｎｍ、ｆ₁（λ_t）：１１．４％、ｆ₁（λ_P）：３．８％
黒Ｙ値：３．７（閾値電圧５０Ｖ）、着色Ｙ値：２１．５（閾値電圧７０Ｖ）
ピーク反射率：２４．１％、Ｓａ／Ｓｂ：４５．２％
白色純度：０．０３０
＜実験例４＞
実験例１と同様にして調製した液晶組成物Ａを使用した。
【００９２】
液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれとして面状の透明電極を形成したガラス基板（厚み１ｍｍ）を採用した。該透明電極は厚さ４５ｎｍ、面抵抗５５０Ω／□のＩＴＯの透明電極である。
【００９３】
いずれの基板についても透明電極を設けた面上に配向膜材料ＪＡＬＳ−２０４（ＪＳＲ社製）を用いて厚さ８００Åの配向膜を形成した。
【００９４】
一方の基板について配向膜上に９μｍ径のスペーサ（積水ファインケミカル社製）を散布し、続いて該基板の周辺部にシール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）をスクリーン印刷し、一部に液晶注入用の開口部を残して所定高さのシール壁を形成した。その後、２枚の基板をそれらの電極が互いに対向するように、且つ、平面から見て互いに直交するように貼り合わせ、シール壁を加熱硬化処理した。
【００９５】
このようにして形成した空セルに前記シール壁開口部を介して真空注入法により前記液晶Ａをコレステリック相の状態で基板間に注入し、その後、シール壁開口部を光硬化性樹脂で閉鎖した。さらにセルの裏面に黒色の光吸収膜を設けた。
【００９６】
このようにして形成した液晶表示素子を駆動して素子特性を測定すると以下のとおりとなった。
【００９７】
電極間に１００Ｖ、５msecのパルス電圧印加後、２msec空けて７０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加し、また２msec空けて７０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをフォーカルコニック状態にし、その後電極間に１００Ｖ、５msecのパルス電圧を印加、２msec空けて１００Ｖ、２msecのパルス電圧を印加、また２msec空けて１００Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをプレーナ状態にした。
【００９８】
λ_t：３８０ｎｍ、ｆ₁（λ_t）：９．７％、ｆ₁（λ_P）：２．４％
黒Ｙ値：２．２（閾値電圧７０Ｖ）、着色Ｙ値：１７．５（閾値電圧 100Ｖ）
ピーク反射率：２０．９％、Ｓａ／Ｓｂ：４６．４％
白色純度：０．０４９
この実験から分かるように、透明電極の厚みを薄くすればするほど着色状態の白色純度を向上させることができる。但し、電極の面抵抗は増加し、閾値電圧は大きくなる。
＜比較実験例２＞
実験例１と同様にして調製した液晶組成物Ａを使用した。
【００９９】
液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれとして面状の透明電極を形成したガラス基板（厚み１ｍｍ）を採用した。該透明電極は厚さ１００ｎｍ、面抵抗２３０Ω／□のＩＴＯの透明電極である。
【０１００】
いずれの基板についても透明電極を設けた面上に配向膜材料ＪＡＬＳ−２０４（ＪＳＲ社製）を用いて厚さ８００Åの配向膜を形成した。
【０１０１】
一方の基板について配向膜上に９μｍ径のスペーサ（積水ファインケミカル社製）を散布し、続いて該基板の周辺部にシール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）をスクリーン印刷し、一部に液晶注入用の開口部を残して所定高さのシール壁を形成した。その後、２枚の基板をそれらの電極が互いに対向するように、且つ、平面から見て互いに直交するように貼り合わせ、シール壁を加熱硬化処理した。
【０１０２】
このようにして形成した空セルに前記シール壁開口部を介して真空注入法により前記液晶Ａをコレステリック相の状態で基板間に注入し、その後、シール壁開口部を光硬化性樹脂で閉鎖した。さらにセルの裏面に黒色の光吸収膜を設けた。
【０１０３】
このようにして形成した液晶表示素子を駆動して素子特性を測定すると以下のとおりとなった。
電極間に６０Ｖ、５msecのパルス電圧印加後、２msec空けて４０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加し、また２msec空けて４０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをフォーカルコニック状態にし、その後電極間に６０Ｖ、５msecのパルス電圧を印加、２msec空けて６０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加、また２msec空けて６０Ｖ、２msecのパルス電圧を印加して液晶Ａをプレーナ状態にした。
【０１０４】
λ_t：３８０ｎｍ、ｆ₁（λ_t）：５．８％、ｆ₁（λ_P）：１．５％
黒Ｙ値：１．３（閾値電圧４０Ｖ）、着色Ｙ値：１７．４（閾値電圧６０Ｖ）
ピーク反射率：２１．５％、Ｓａ／Ｓｂ：５７．５％
白色純度：０．０９１
電極の厚みが８０ｎｍを超えてくると白色純度、Ｓａ／Ｓｂ値は共に増加し、反射光の干渉による効果は見られなくなってくる。
【０１０５】
表１に以上説明した実験例、比較実験例をまとめて示す。
【表１】

【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子であって、双安定性に優れるとともに、高分子安定型液晶表示素子と比べると低電圧駆動可能で、明るく視認性に優れた画像表示ができ、黒色背景色を利用して白黒画像表示を行う場合、良好な白色純度、明るさの特性を得ることができる液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の１例の概略断面図である。
【図２】本発明に係る液晶表示素子の他の例の概略断面図である。
【図３】本発明に係る液晶表示素子のさらに他の例の概略断面図である。
【図４】関数ｆ₁（λ）で表される光反射率（％）が３６０（ｎｍ）≦λ_t＜λ_Pとなる波長λ_t（ｎｍ）で極大となる例を示す図である。
【図５】式｛ｅｘｐ−［２（λ−ｎＰ）²／Δｎ²Ｐ²］｝Ｒの可視波長域における積分値Ｓａ及び関数ｆ₂（λ）の可視波長域における積分値Ｓｂの関係を示す図である。
【図６】実験結果であるｆ₁（λ_t）、ピーク反射率等を示す図である。
【符号の説明】
ＬＣＤ１、ＬＣＤ２、ＬＣＤ３液晶表示素子
１１、１２、１３基板
２１、２２電極
３１、３２絶縁性膜
４１、４２配向膜
５液晶層
６スペーサ
７シール壁
８黒色層
９、９’ 光散乱層
ＣＬ柱状構造物
Ｄ駆動部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display element (in other words, a liquid crystal light modulation element). In particular, the present invention relates to a liquid crystal display element using two stable state switching (bistable switching) using a liquid crystal exhibiting a cholesteric phase at room temperature.
[0002]
[Prior art]
The liquid crystal display element basically includes a pair of substrates having transparent electrodes and a liquid crystal layer sandwiched between the substrates. By applying a driving voltage to the liquid crystal layer, the arrangement of liquid crystal molecules is controlled, and external light incident on the element is modulated to display a target image.
[0003]
Various liquid crystal display elements have been proposed. Recently, various liquid crystal display elements using chiral nematic liquid crystals that exhibit a cholesteric phase at room temperature by adding a chiral material to nematic liquid crystals have been studied. Yes. It is known that such a liquid crystal display element can be used, for example, as a reflective liquid crystal display element characterized by low power consumption utilizing selective reflection of chiral nematic liquid crystal.
[0004]
In this reflection type display element, by applying high and low pulse voltages, the liquid crystal is switched between a planar state (colored state) and a focal conic state (transparent state) for display. In addition, the area that was in the planar state after applying the pulse voltage is maintained in the planar state, and the area that was in the focal conic state is maintained in the focal conic state, so that the display is possible even after the voltage application is stopped. It is possible to keep it. Such retention of each state of the planar and focal connection is generally called bistability or memory property.
[0005]
Some of such reflective liquid crystal display elements perform monochrome (monocolor) image display using a whitish color and a background color such as black for the purpose of replacing paper or books.
[0006]
However, in a liquid crystal display device using selective reflection of chiral nematic liquid crystal, in general, the peak of selective reflection in the wavelength-light reflectance spectrum is concentrated in the vicinity of the selective reflection wavelength in the colored state. Since the spectrum waveform is sharp, when the liquid crystal layer is a single layer, it is possible to display only vivid colors with high color purity, in other words, with low white purity, which is not satisfactory in terms of image visibility.
[0007]
In this regard, a polymer-stable liquid crystal display element in which a polymer precursor is mixed in a chiral nematic liquid crystal and a liquid crystal cell is formed using the polymer precursor and then polymerized to form a polymer network is disclosed in the United States. Many proposals have been made in Japanese Patent No. 5,847,798. According to this type of liquid crystal display element, it is said that monochrome display can be performed with a single liquid crystal layer by broadening the reflection spectrum in the selective reflection state.
[0008]
In addition, a liquid crystal display element that does not employ a polymer network in which a polymer precursor is polymerized, such as a polymer-stable liquid crystal display element, uses a liquid crystal that exhibits a cholesteric phase at room temperature, and in a selective reflection state of the liquid crystal In other words, in a colored state, a favorable monochrome image display can be performed by broadening the peak of the selective reflection light reflectance in the wavelength-light reflectance spectrum (widening it to a wider visible wavelength range). A liquid crystal display element has also been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-311967).
[0009]
A liquid crystal display element that does not use a polymer network in which a polymer precursor is polymerized, such as a polymer stable liquid crystal display element, and uses a chiral nematic liquid crystal that exhibits a cholesteric phase at room temperature, and has a light reflectance of selective reflection. A liquid crystal display element having a broad peak and a wide temperature compensation range has also been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-311968).
[0010]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 5,847,798
[Patent Document 2]
JP 2001-31967 A
[Patent Document 3]
JP 2001-31968 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the polymer-stable liquid crystal display element includes a networked polymer in the liquid crystal, the driving voltage for image display is relatively high, and background display characteristics (for example, black display characteristics) Is not enough to be satisfied.
[0012]
In addition, when the liquid crystal display elements disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-311967 and 2001-31968 are liquid crystal display elements that perform black and white display, white purity and brightness in the white display portion are as much as possible. It is desirable to improve.
[0013]
Therefore, the present invention is a liquid crystal display element using cholesteric liquid crystal, which is excellent in bistability, can be driven at a lower voltage than a polymer stable liquid crystal display element, and can display a bright and excellent image display. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display element capable of obtaining good white purity and brightness characteristics when performing black and white image display using a black background color.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted research to solve the above problems and has obtained the following knowledge.
The liquid crystal display element is basically sandwiched between a pair of substrates having a translucent substrate disposed on at least the image observation side, a transparent electrode provided on the element observation side substrate, and the pair of substrates. Liquid crystal layer.
[0015]
In such a liquid crystal display element, at least one substrate is formed with an insulating film for preventing an electrical short circuit between the two substrates and a stabilizing film for controlling the alignment of liquid crystal molecules, and the liquid crystal layer is formed as such. May be sandwiched between the substrates via a thin film.
[0016]
In this way, when multiple layers of films are arranged at a very close distance between the liquid crystal layer and the substrate, the light passing through the element may cause multiple reflection or scattering between the layers. However, since such multiple reflection and scattering depend on the refractive index of each layer, the influence of the transparent electrode, which is an inorganic thin film having a high refractive index, is large.
[0017]
Therefore, white purity and brightness in black and white display can be improved by using the scattering peak in the visible short wavelength region that appears due to the interference between the substrate and the transparent electrode. Furthermore, the thickness of at least the electrode on the device observation side of the electrodes on both the substrates is set so as to increase the effect of strengthening the interference by utilizing interference of reflected light occurring at the interface of the transparent electrode. By making it relatively thin (however, it is thin as long as the surface resistance of the electrode does not become too large), increasing the influence of the film characteristics of the electrode, and increasing interference of light in the visible short wavelength region, it is possible to display black and white images When performed, good white purity and brightness can be obtained.
[0018]
In particular, when the thickness d (nm) of the transparent electrode is less than 80 nm, strengthening due to interference of reflected light increases, and the function of the light wavelength λ (nm) of the device when the liquid crystal layer is in a focal conic state f ₁ The light reflectance (%) represented by (λ) is the selective reflection wavelength λ in the planar state of the liquid crystal layer. _P (Nm) 360 (nm) ≦ λ _t <Λ _P Wavelength λ _t (Nm) is maximized and f ₁ (Λ _t )> F ₁ (Λ _P ) Appears when the liquid crystal layer is in the focal conic state, and the spectral waveform of the wavelength-one-light reflectance spectrum in the colored state can be expanded to a wide visible range, and the background color is black. In this case, it is possible to display a monochrome image with excellent white purity.
[0019]
Based on such knowledge, the present invention is sandwiched between the pair of substrates, at least a pair of substrates in which the substrate arranged on the element observation side has translucency, a transparent electrode provided on the element observation side substrate, and the pair of substrates. And a liquid crystal layer containing a cholesteric liquid crystal (liquid crystal exhibiting a cholesteric phase at room temperature), the substrate opposite to the element observation side is colored black, and the thickness d (nm) of the transparent electrode is less than 80 nm And the function f of the light wavelength λ (nm) of the device when the liquid crystal layer is in a focal conic state. ₁ The light reflectance (%) represented by (λ) is the selective reflection wavelength λ in the planar state of the liquid crystal layer. _P (Nm) 360 (nm) ≦ λ _t <Λ _P Wavelength λ _t (Nm) is maximized and f ₁ (Λ _t )> F ₁ (Λ _P A liquid crystal display element in which a reflection peak that satisfies the relationship (1) exists in a focal conic state is provided.
[0020]
In addition, the black coloring of the substrate opposite to the element observation side may be that the substrate itself may be colored black, but as the black colored substrate, for example, a light absorbing layer such as a black layer on the outer surface (back surface) of the transparent substrate. You may employ | adopt what provided (black display layer).
[0021]
When reducing the thickness of the electrode, it is desirable to do so as long as the surface resistance of the electrode does not become too large. Although it depends on the electrode material and the electrode forming method, generally, when the electrode thickness d is reduced to 0 <d <50 (nm), the strengthening due to interference of reflected light becomes larger, but the electrode surface resistance is 500 Ω / □. The electrode thickness d [nm] is preferably 50 nm ≦ d <80 nm because there is a fear that it will be very large as described above.
[0022]
In obtaining good white purity and brightness, the reflection peak is f ₁ (Λ _t )> F ₁ (Λ _P ) + 5% is more desirable. Further, when the liquid crystal layer is in a focal conic state, the reflectance of the element is the wavelength λ. _t It is preferable that the maximum is obtained.
[0023]
In order to obtain good white purity and brightness, the selective reflection wavelength nP (n is the average refractive index of the cholesteric liquid crystal and P is the cholesteric liquid crystal) when the cholesteric liquid crystal contained in the liquid crystal display element is in a colored state (planar state). When the optical reflectance at the helical pitch of the liquid crystal is R and the refractive index anisotropy of the cholesteric liquid crystal is Δn, an expression expressed as a function of the wavelength λ
{Exp- [2 (λ-nP) ² / Δn ² P ² ] The integral value Sa in the visible wavelength region of R represents a function f representing the wavelength-light reflectance spectrum of the device when the liquid crystal layer is in the planar state. ₂ It is preferable that the integral value Sb in the visible wavelength region of (λ) is 40% or more and 55% or less.
[0024]
The visible wavelength range here means a wavelength range of 360 nm to 740 nm. Formula {exp- [2 (λ-nP) ² / Δn ² P ² ] R is reflectivity R at the center wavelength (selective reflection wavelength nP), and dispersion is (ΔnP / 2) ² Represents a normal distribution function. Since Sb is the total integral value of the spectrum in the visible light region and Sa is the integral value of the spectrum excluding the scattered portion, the smaller the Sa / Sb value, the more white display can be made.
[0025]
However, if it falls below 40%, it becomes difficult to generate a light reflectance peak of selective reflection in a wavelength region where the luminous reflectance is large, and the visibility of the element is lowered. % Or more is desirable.
[0026]
From the viewpoint of obtaining good white purity and brightness, the selective reflection wavelength nP in the planar state of the cholesteric liquid crystal contained in the liquid crystal layer may be 500 nm or more and 800 nm or less. Examples of the refractive index anisotropy Δn of the cholesteric liquid crystal contained in the liquid crystal layer include 0.18 to 0.32.
[0027]
A functional surface having light scattering ability may be arranged in the light incident direction of the liquid crystal display element. Furthermore, for example, the outermost surface of the substrate on the element observation side of the pair of substrates may be a functional surface having light scattering ability. By doing so, interference of the reflected light at the electrode interface appears more effectively, and the wavelength-one-light reflectance spectrum in the colored state can be extended to a wider visible region.
[0028]
When a transparent substrate is adopted as the substrate opposite to the element observation side and a light absorption layer (black display layer) such as a black layer is provided on the outer surface (back surface), the substrate surface facing the black display layer is also It may be a functional surface having light scattering ability, and by doing so, the white purity in the colored state of the liquid crystal layer is remarkably improved, and the light scattering functional surface does not affect the black display, so this is not provided. Since a black display similar to the case can be obtained, the contrast is also improved.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0030]
1 is a cross-sectional view of the liquid crystal display element of the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid crystal display element of the second embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid crystal display element of the third embodiment.
[0031]
1 has a liquid crystal layer 5 sandwiched between a pair of

substrates

11 and 12. The light incident side (image viewing side) substrate 11 is a transparent substrate, and the opposite substrate 12 is a visible light absorbing black substrate. The substrate 12 may be a transparent substrate. In that case, a black layer may be provided on the back surface (outer surface) of the substrate.
[0032]
A large number of narrow strip-like transparent electrodes 21 are formed in parallel on the substrate 11. A large number of narrow strip-shaped transparent electrodes 22 are also formed in parallel on the substrate 12. The two

substrates

11 and 12 face each other so that these electrodes face each other, and when viewed from the substrate surface side, the

electrodes

21 and 22 are orthogonal to each other. That is, a matrix electrode structure is formed. A portion where the

electrodes

21 and 22 intersect as seen from the substrate surface side is a pixel.
[0033]
An insulating film 31 for preventing a short circuit between the electrodes is formed on the surface of the substrate 11 having the electrodes 21, and an alignment film (alignment stabilizing film) 41 for aligning liquid crystal molecules is formed thereon. An insulating film 32 is also formed on the surface of the other substrate 12 having the electrodes 22, and an alignment film (alignment stabilizing film) 42 is further formed thereon. Note that an insulating film and an alignment film are not necessarily provided, and may be provided as necessary.
[0034]
In addition, spacers 6 for defining the thickness of the liquid crystal layer 5 are distributed between the

substrates

11 and 12, and the liquid crystal layer 5 is surrounded by a seal wall 7 formed between the substrates, thereby leaking liquid crystal. Is prevented. The liquid crystal layer 5 includes cholesteric liquid crystal exhibiting a cholesteric phase at room temperature.
[0035]
Appropriate columnar structures CL for satisfying one or more of the maintenance of the distance between the two substrates and the self-holding property (mutual coupling of the two substrates, the maintenance of the element strength, etc.) between the substrates. May be provided.
[0036]
The

electrodes

21 and 22 are connected to an element driving unit D for matrix driving. In each pixel, a predetermined pulse voltage is applied between the

electrodes

21 and 22 by the driving unit, so that the liquid crystal layer in the pixel is in a planar state (colored state) or a focal conic state (transparent state, and hence a black display layer). Black display state), thereby enabling image display. The liquid crystal display element LCD1 has a memory property. That is, the planar state or focal connection state is maintained even after the pulse voltage is applied.
[0037]
The liquid crystal display element LCD2 of FIG. 2 employs a transparent substrate 13 instead of the black substrate 12 in the element of FIG. 1, and has a black layer 8 provided on the back surface thereof and a light scattering layer on the surface (outer surface) of the image observation side substrate 11. 9 is provided. The substrate 11 and the light scattering layer 9 may be combined to be regarded as an image observation side substrate. In this case, the substrate is a substrate having a functional surface having light scattering ability on the surface. The surface of the substrate 11 itself may be a surface having light scattering ability. The other points are the same as those of the element shown in FIG. Parts similar to those of the element of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG.
[0038]
The liquid crystal display element LCD3 of FIG. 3 is obtained by further providing a light scattering layer 9 ′ between the substrate 13 and the black layer 8 in the element of FIG. Substrate 13 and light scattering layer 9 ' Can be viewed as a substrate opposite to the image observation side, in which case the substrate is a substrate having a functional surface having light scattering ability on the surface (outer surface). The surface of the substrate 13 itself may be a surface having light scattering ability. The other points are the same as those of the element shown in FIG. Parts similar to those of the element of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as in FIG.
[0039]
Next, each part of the liquid crystal display elements LCD1 to LCD3 will be described.
<

Substrate

11, 12, 13>
At least one of the pair of substrates needs to have translucency. As a substrate having translucency, a glass substrate can be given as a typical example. In addition to a glass substrate, for example, polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES), polyarylate (PAr), polyethylene terephthalate (PET). A flexible substrate made of, for example, can be used.
<

Electrodes

21 and 22>
As the electrode, for example, a transparent conductive film such as Indium Tin Oxide (ITO: Indium Tin Oxide) or Indium Zinc Oxide (IZO: Indium Zinc Oxide) can be employed. A metal electrode such as aluminum or silicon, or a photoconductive film such as amorphous silicon or BSO (Bismuth Silicon Oxide) can also be used.
[0040]
In order to form the electrodes in a matrix, for example, a transparent electrode film such as ITO is vapor-deposited on the substrate by a sputtering method or the like, or a transparent electrode film such as ITO is formed on the entire surface of the substrate, and then the photolithographic method is used. What is necessary is just to pattern. Further, a plurality of TFTs may be used as switching elements.
<Insulating

films

31, 32>
The insulating film may also serve as a gas barrier layer for improving the reliability of the liquid crystal display element.
[0041]
Examples of the insulating film include inorganic material films made of silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide and alkoxides thereof, and organic films made of polyimide resin, acrylic resin, urethane resin, and the like. It can form by well-known methods, such as a vapor deposition method, a spin coat method, and a roll coat method, using such materials.
[0042]
The insulating film also functions as a color filter if a dye is added to the above material. Furthermore, the insulating film can be formed using the same material as the polymer resin used for the columnar structure CL.
<

Alignment stabilizing films

41 and 42>
Examples of the material for the alignment stabilizing film include organic films such as polyimide resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, polyvinyl butyral resin, and acrylic resin, and inorganic materials such as silicon oxide and aluminum oxide. The alignment film formed using these materials may be subjected to a rubbing treatment or the like.
<Spacer 6>
The spacer is for determining a gap between the pair of substrates and maintaining the gap uniformly. Examples of the spacer include a sphere made of an organic material such as a resin or an inorganic oxide (glass, ceramic, etc.). In addition, a spacer having a fixing / adhesion performance in which a thermoplastic resin is coated on the surface is also preferably used.
[0043]
When adopting the columnar structure CL, a spacer having a size smaller than the thickness (height) of the columnar structure is arranged, and the gap accuracy between substrates is reduced by compressing the columnar structure to the spacer size under heating or pressurization. As a result, voltage application unevenness, display unevenness, and the like can be reduced accordingly.
<Cholesteric liquid crystal layer 5>
The liquid crystal layer 5 includes cholesteric liquid crystal. Examples of such cholesteric liquid crystal include chiral nematic liquid crystal obtained by adding an appropriate amount of a chiral material described below to nematic liquid crystal. Chiral nematic liquid crystals exhibit a cholesteric phase at room temperature. In addition, the selective reflection wavelength can be adjusted by the amount of the chiral material added.
[0044]
Examples of nematic liquid crystal include conventionally known liquid crystal ester compounds, liquid crystal pyrimidine compounds, liquid crystal cyanobiphenyl compounds, and liquid crystal compounds having a polar group such as a fluorine atom, a fluoroalkyl group, and a cyano group. One or a mixture thereof may be mentioned, and a liquid crystal compound having a positive dielectric anisotropy as a main component is preferable. Furthermore, you may add a pigment | dye and / or a ultraviolet absorber.
[0045]
The chiral nematic liquid crystal has the advantage that the pitch of the spiral structure of the chiral nematic liquid crystal can be changed by changing the amount of the chiral dopant to be added, thereby controlling the selective reflection wavelength of the liquid crystal. In general, as a term representing the pitch of the helical structure of the liquid crystal molecules, a helical bitch defined by the distance between the molecules when the liquid crystal molecules rotate 360 ° along the helical structure of the liquid crystal molecules is used.
[0046]
As the chiral material to be added, a cholesteric liquid crystal having a cholesteric ring, a chiral nematic liquid crystal, or an organic compound that does not exhibit liquid crystallinity but has a function of twisting nematic liquid crystal molecules can be used.
[0047]
For example, biphenyl compounds, terphenyl compounds, ester compounds, pyrimidine compounds, azoxy compounds, etc. that give nematic liquid crystal molecules a layered helical structure (a molecular structure in which liquid crystal molecules rotate 360 ° along the helical structure of liquid crystal molecules) it can.
[0048]
A commercially available chiral material having an optically active group at the terminal group of the compound can also be used. A cholesteric liquid crystal having a cholesteric ring typified by cholesteric nanolates can also be used.
[0049]
The addition amount of the chiral material can be about 7 wt% to about 45 wt% based on the total weight of the nematic liquid crystal and the chiral material. If the amount is less than 7 wt%, sufficient memory properties may not be obtained. If the amount exceeds 45 wt%, the cholesteric phase is not exhibited or solidified at room temperature. Case There is. The type of chiral material to be added may be one type or a plurality of types, but there are some advantages in terms of temperature compensation and stability when using a plurality of types of materials depending on the type of liquid crystal.
[0050]
Further, in order to realize the favorable device characteristics aimed by the present invention, it is desirable to use a liquid crystal composition having a high refractive index anisotropy. That is, the refractive index anisotropy is desirably about 0.18 to 0.32. If the refractive index anisotropy is too small, the reflectance is lowered and the scattering component is also reduced, so that it is difficult to obtain a broad selective reflection peak.
[0051]
The dielectric anisotropy is desirably 5 to 40. If the dielectric anisotropy is too low, the driving voltage becomes high. On the other hand, if the dielectric anisotropy is too high, the stability and reliability of the device deteriorates, and image defects and image noise are likely to occur.
[0052]
If the selective reflection wavelength of the cholesteric liquid crystal (cholesteric liquid crystal composition) is adjusted to selectively reflect visible light, brighter reflection can be obtained. Furthermore, by adjusting to 500 nm to 800 nm, more preferably 570 nm to 630 nm, both brightness and color can be achieved.
<Columnar structure CL>
Examples of the columnar structure include those made of a polymer composition (particularly a resin material). First, the structure surface of the columnar structure will be described.
[0053]
Examples of the columnar structure include columnar structures such as a columnar body, a quadrangular columnar body, an elliptical columnar body, a trapezoidal columnar body, and a conical columnar body, which are arranged in a predetermined pattern such as a lattice arrangement. be able to. Alternatively, stripes arranged at predetermined intervals may be used. The arrangement of the columnar structures is not a random arrangement, and can appropriately hold the gaps of the substrate, such as an equidistant arrangement, an arrangement in which the interval gradually changes, and an arrangement in which a predetermined arrangement pattern is repeated at a constant period. In addition, the arrangement is preferably considered so as not to disturb the image display. If the ratio of the area occupied in the display area of the liquid crystal display element is 1% to 40%, the columnar structure can give practically satisfactory characteristics to the liquid crystal display element while maintaining an appropriate strength.
[0054]
As a resin material, any general resin such as an epoxy resin, an acrylic resin, a polyester resin, a polyether resin, a polyethylene resin, or a polyimide resin can be used.
[0055]
A method for manufacturing a columnar structure using a polyester resin will be described. For example, a polyester resin solution may be printed on a substrate on which an ITO electrode having a predetermined pattern is formed using a printing machine such as a roll coater or a gravure coater, and then dried and cured.
[0056]
When a liquid crystal display element is formed, a liquid crystal composition may be injected between the substrates sandwiching the columnar structures by a vacuum injection method or the like. Alternatively, the liquid crystal composition may be dropped when the pair of substrates are bonded, and the liquid crystal composition may be sealed simultaneously with the bonding of the substrates.
<Seal wall 7>
As the material of the seal wall, a thermosetting type or a photosetting type adhesive such as an epoxy resin or an acrylic resin can be used.
<Light scattering layer>
Typical examples of the light scattering layer include those in which transparent fine particles are dispersed in a plastic film, and plastic films having a roughened surface. Moreover, as a position which arrange | positions a light-scattering layer, the outermost surface side of the board | substrate by the side of element observation and the space between the board | substrate on the opposite side to an element observation side and a light absorption layer can be mentioned, for example. The substrate itself may also serve as the light scattering layer.
<Others: UV absorbing layer>
In general, it is known that the characteristics of liquid crystals change due to light components of 380 nm or less. The change in characteristics occurs in the form of display unevenness or drive voltage deterioration. In order to prevent this, an ultraviolet cut filter or an ultraviolet cut resin film may be provided.
[0057]
When a deflection plate or a phase difference plate is employed, an ultraviolet absorbing layer may be formed thereon as a protective film containing an ultraviolet absorber. Further, an ultraviolet absorbing layer may be formed on the transparent substrate.
[0058]
The ultraviolet absorbing layer is not particularly limited and may be formed by any method. As a typical method, a method in which an ultraviolet absorbent is mixed in an acrylic resin, a silicon resin, or the like and applied to a substrate or the like and cured, or a method in which a filter in which an ultraviolet absorbent material is added to a material such as triacetate is sandwiched may be used.
Representative ultraviolet absorbing materials include, but are not limited to, benzophenone and benzotriazole.
[0059]
In any of the elements LCD1 to LCD3, the thickness of the electrodes 21 and 22 (particularly the electrode 21 on the image observation side) is set to be less than 80 nm and 50 nm or more. The function f of the light wavelength λ (nm) of the element when the thickness of the electrode is in such a range and the liquid crystal layer 5 is in the focal conic state. ₁ The light reflectance (%) represented by (λ) is the selective reflection wavelength λ in the planar state of the liquid crystal layer 5. _P (Nm) 360 (nm) ≦ λ _t <Λ _P Wavelength λ _t (Nm) is maximized and f ₁ (Λ _t )> F ₁ (Λ _P The whole is prepared so that the reflection peak that satisfies the relationship (1) exists in the focal conic state.
[0060]
FIG. 4 shows that when the liquid crystal layer 5 is in the focal conic state, the light reflectance of the element is 360 (nm) ≦ λ. _t <Λ _P Wavelength λ _t (Nm) is the maximum, and f ₁ (Λ _t )> F ₁ (Λ _P ), Or f ₁ (Λ _t )> F ₁ (Λ _P ) + 5% relationship is established.
[0061]
Further, as a cholesteric liquid crystal that provides the liquid crystal layer 5, the light reflectance at a selective reflection wavelength nP (n is an average refractive index of the cholesteric liquid crystal and P is a helical pitch of the cholesteric liquid crystal) in a colored state (planar state). R, an equation expressed as a function of wavelength λ, where Δn is the refractive index anisotropy of the cholesteric liquid crystal
{Exp- [2 (λ-nP) ² / Δn ² P ² ] The integral value Sa in the visible wavelength region of R is a function f representing the wavelength-light reflectance spectrum of the element when the liquid crystal is in the planar state. ₂ A value that is 40% to 55% of the integrated value Sb in the visible wavelength range of (λ) is employed. The visible wavelength range here is a wavelength range of 360 nm to 740 nm. Since Sb is the total integral value of the spectrum in the visible light region, and Sa is the integral value of the spectrum excluding the scattered portion, the smaller the Sa / Sb value, the whiter it is. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between Sa and Sb.
[0062]
Each of the liquid crystal display elements LCD1 to LCD3 can spread the spectrum waveform of the wavelength-light reflectance spectrum in a colored state (liquid crystal is in a focal conic state) to a wide visible region, and has excellent white purity with black as a background color. Therefore, it is possible to display a bright black and white image with good visibility. Further, the driving voltage is lower than that of the polymer stable liquid crystal display element.
[0063]
In the element LCD 2 of FIG. 2, since the light scattering layer 9 is provided on the light incident side (image observation side) of the element, interference of reflected light at the interface of the electrode (particularly the electrode 21) appears more effectively and is colored. The spectrum waveform of the wavelength-light reflectance spectrum in the state can be expanded to a wider visible region, and a black and white image display with excellent white purity can be performed with black as a background color.
[0064]
In the element LCD 2 of FIG. 3, since the light scattering layer 9 ′ is also provided between the substrate 13 opposite to the light incident side of the element and the black layer 8, the white purity in the colored state is remarkably improved. Further, since the light scattering layer 9 ′ between the black layer 8 and the substrate 13 does not affect the black display, a black display similar to the case where it is not provided can be obtained, and the contrast is also improved.
[0065]
Next, since the performance evaluation experiment of the liquid crystal display element which concerns on this invention was performed, it demonstrates with a comparative experiment example, However, This invention is not limited to those experiment examples.
[0066]
Spectral reflection characteristics and Y value (luminous reflectance) of the element were measured with a spectrocolorimeter CM3700d manufactured by Minolta Co., Ltd. White purity is a value indicating the distance from the white coordinate of the white calibration plate when the color is displayed in XY coordinates. In other words, the smaller the value, the more white it can be said. 0.08 or less is preferable.
<Experimental example 1>
Nematic liquid crystal (refractive index anisotropy Δn: 0.286, dielectric anisotropy Δε: 17.3, NI point: 113 ° C., viscosity η: 71) 86.09 wt /% chiral material (CB15 manufactured by Merck) A chiral nematic liquid crystal A was prepared by adding 11.23 wt% and 2.68% of a chiral material (R1011 manufactured by Merck). This chiral nematic liquid crystal A exhibits a cholesteric phase and has a selective reflection wavelength λ. _P Was around 580 nm.
[0067]
As each of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer, a glass substrate (thickness 1 mm) on which a planar transparent electrode was formed was employed. The transparent electrode is an ITO (indium tin oxide) transparent electrode having a thickness of 73 nm and a surface resistance of 320 Ω / □.
[0068]
For any of the substrates, an alignment film having a thickness of 800 mm was formed on the surface provided with the transparent electrode using an alignment film material JALS-204 (manufactured by JSR).
[0069]
One substrate was sprayed with a 9 μm diameter spacer (manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) on the alignment film, followed by screen printing of a sealing material XN21S (manufactured by Mitsui Chemicals) on the periphery of the substrate, and partly for liquid crystal injection A sealing wall having a predetermined height was formed leaving the opening. Thereafter, the two substrates were bonded so that their electrodes face each other and orthogonal to each other when seen from the plane, and the sealing wall was heat-cured.
[0070]
The liquid crystal A was injected between the substrates in the cholesteric phase state by vacuum injection through the seal wall opening into the empty cell thus formed, and then the seal wall opening was closed with a photocurable resin. . Further, a black light absorption film was provided on the back surface of the cell (the substrate outer surface opposite to the light incident side (image observation side)).
[0071]
The device characteristics measured by driving the liquid crystal display device thus formed were as follows.
[0072]
Apply 70V, 5msec pulse voltage between the electrodes, apply 2msec 50V, 2msec pulse voltage, and apply 2msec 50V, 2msec pulse voltage to bring liquid crystal A into the focal conic state, and then between the electrodes Then, 70 V, 5 msec pulse voltage was applied to the liquid crystal, 2 msec apart, 70 V, 2 msec pulse voltage was applied, and 2 msec apart, 70 V, 2 msec pulse voltage was applied, and the liquid crystal A was brought into the planar state.
[0073]
λ _t : 380 nm, f ₁ (Λ _t ): 7.6%, f ₁ (Λ _P ): 1.9% Black Y value: 1.7 (threshold voltage 50V), Colored Y value: 17.4 (threshold voltage 70V)
Peak reflectance: 21.2%, Sa / Sb: 50.3%
White purity: 0.054
Here, the peak reflectance is the selective reflection wavelength (λ in the planar state). _P ). The spectral characteristic in the selective reflection state has a broad peak or a plurality of peaks as compared with an element displaying a single color such as R, B, and G, and therefore corresponds to the peak showing the highest reflectance here. The reflection wavelength was determined as the selective reflection wavelength.
[0074]
FIG. 6 shows f in Experimental Example 1. ₁ (Λ _t ), Peak reflectance and the like.
<Comparative Experimental Example 1>
A liquid crystal composition A prepared in the same manner as in Experimental Example 1 was used.
[0075]
As each of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer, a glass substrate (thickness 0.7 mm) on which a planar transparent electrode was formed was employed. The transparent electrode is an ITO transparent electrode having a thickness of 230 nm and a surface resistance of 7Ω / □.
[0076]
For one substrate, an alignment film having a thickness of 800 mm was formed on the surface provided with the transparent electrode using an alignment film material JALS-204 (manufactured by JSR). About the other board | substrate, the 800-thick thickness vertical alignment film was formed on the surface in which the transparent electrode was provided using alignment film material JALS-204 (made by JSR).
[0077]
A spacer of 9 μm diameter (manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) is sprayed on the alignment film on the one substrate, and then a sealant XN21S (manufactured by Mitsui Chemicals Co., Ltd.) is screen-printed on the periphery of the substrate, and a liquid crystal is injected in part. A sealing wall having a predetermined height was formed leaving an opening for use. Thereafter, the two substrates were bonded so that their electrodes face each other and orthogonal to each other when seen from the plane, and the sealing wall was heat-cured.
[0078]
The liquid crystal A was injected between the substrates in the cholesteric phase state by vacuum injection through the seal wall opening into the empty cell thus formed, and then the seal wall opening was closed with a photocurable resin. . Further, a black light absorption film was provided on the back surface of the cell.
[0079]
The device characteristics measured by driving the liquid crystal display device thus formed were as follows.
[0080]
After applying 60V, 5msec pulse voltage between the electrodes, 2msec apart, 40V, 2msec pulse voltage is applied, and 2msec apart, 40V, 2msec pulse voltage is applied to bring liquid crystal A into a focal conic state, and then between the electrodes 60 V, 5 msec pulse voltage was applied to the liquid crystal, 2 msec apart, 60 V, 2 msec pulse voltage was applied, and 2 msec apart, 60 V, 2 msec pulse voltage was applied, and the liquid crystal A was brought into the planar state.
[0081]
λ _t : 380 nm, f ₁ (Λ _t ): 4.7%, f ₁ (Λ _P ): 1.5%
Black Y value: 1.2 (threshold voltage 40V), coloring Y value: 17.4 (threshold voltage 60V)
Peak reflectance: 22.0%, Sa / Sb: 58.2%
White purity: 0.094
It can be seen that the Sa / Sb value increases when the transparent electrode is formed thick. That is, the scattered component of the spectrum waveform is reduced (see FIG. 6), and the white purity value is also increased.
[0082]
FIG. 6 shows f in Comparative Experimental Example 1. ₁ (Λ _t ), Peak reflectance and the like.
<Experimental example 2>
A liquid crystal composition A prepared in the same manner as in Experimental Example 1 was used, and the same procedure as in Experimental Example 1 was adopted up to the procedure of providing a black light absorption film to form a display element.
[0083]
Furthermore, the functional layer P (Dai Nippon Printing Co., Ltd. light-scattering film IDS21K) which has light-scattering ability was arrange | positioned on the light-incidence side surface (image observation side surface) of this element.
[0084]
The device characteristics measured by driving the liquid crystal display device thus formed were as follows.
[0085]
Apply 70V, 5msec pulse voltage between the electrodes, apply 2msec 50V, 2msec pulse voltage, and apply 2msec 50V, 2msec pulse voltage to bring liquid crystal A into the focal conic state, and then between the electrodes Then, 70 V, 5 msec pulse voltage was applied to the liquid crystal, 2 msec apart, 70 V, 2 msec pulse voltage was applied, and 2 msec apart, 70 V, 2 msec pulse voltage was applied, and the liquid crystal A was brought into the planar state.
[0086]
λ _t : 410 nm, f ₁ (Λ _t ): 10.3%, f ₁ (Λ _P ): 2.8% black Y value: 3.6 (threshold voltage 50 V), coloring Y value: 19.9 (threshold voltage 70 V)
Peak reflectance: 23.4%, Sa / Sb: 50.7%
White purity: 0.048
Compared with Experimental Example 1, the Sa / Sb value is large because the light scattering layer also has ultraviolet absorption ability, so light up to around 400 nm is cut, and the entire spectrum area is reduced accordingly. However, as shown in FIG. 6, the scattering component is greatly increased.
[0087]
FIG. 6 shows f in Experimental Example 2. ₁ (Λ _t ), Peak reflectance and the like.
<Experimental example 3>
A liquid crystal composition A prepared in the same manner as in Experimental Example 1 was used, and the same procedure as in Experimental Example 1 was adopted up to the procedure of providing a black light absorption film to form a display element.
[0088]
Further, a light scattering layer P similar to that in Experimental Example 3 was provided between the black light absorption film and the glass substrate and on both sides of the light incident side of the element.
[0089]
The device characteristics measured by driving the liquid crystal display device thus formed were as follows.
[0090]
Apply 70V, 5msec pulse voltage between the electrodes, apply 2msec 50V, 2msec pulse voltage, and apply 2msec 50V, 2msec pulse voltage to bring liquid crystal A into the focal conic state, and then between the electrodes Then, 70 V, 5 msec pulse voltage was applied to the liquid crystal, 2 msec apart, 70 V, 2 msec pulse voltage was applied, and 2 msec apart, 70 V, 2 msec pulse voltage was applied, and the liquid crystal A was brought into the planar state.
[0091]
λ _t : 420 nm, f ₁ (Λ _t ): 11.4%, f ₁ (Λ _P ): 3.8%
Black Y value: 3.7 (threshold voltage 50V), coloring Y value: 21.5 (threshold voltage 70V)
Peak reflectance: 24.1%, Sa / Sb: 45.2%
White purity: 0.030
<Experimental example 4>
A liquid crystal composition A prepared in the same manner as in Experimental Example 1 was used.
[0092]
A glass substrate (thickness 1 mm) on which a planar transparent electrode was formed was adopted as each of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer. The transparent electrode is an ITO transparent electrode having a thickness of 45 nm and a surface resistance of 550 Ω / □.
[0093]
For any of the substrates, an alignment film having a thickness of 800 mm was formed on the surface provided with the transparent electrode using an alignment film material JALS-204 (manufactured by JSR).
[0094]
One substrate was sprayed with a 9 μm diameter spacer (manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) on the alignment film, followed by screen printing of a sealing material XN21S (manufactured by Mitsui Chemicals) on the periphery of the substrate, and partly for liquid crystal injection A sealing wall having a predetermined height was formed leaving the opening. Thereafter, the two substrates were bonded so that their electrodes face each other and orthogonal to each other when seen from the plane, and the sealing wall was heat-cured.
[0095]
The liquid crystal A was injected between the substrates in the cholesteric phase state by vacuum injection through the seal wall opening into the empty cell thus formed, and then the seal wall opening was closed with a photocurable resin. . Further, a black light absorption film was provided on the back surface of the cell.
[0096]
The device characteristics measured by driving the liquid crystal display device thus formed were as follows.
[0097]
Apply 100V, 5msec pulse voltage between electrodes, apply 2msec pulse voltage, 70V, 2msec pulse voltage, apply 2msec pulse voltage, 70V, 2msec pulse voltage to bring liquid crystal A into a focal conic state, and then between electrodes 100 V, 5 msec pulse voltage was applied to the liquid crystal, 2 msec apart, 100 V, 2 msec pulse voltage was applied, and 2 msec apart, 100 V, 2 msec pulse voltage was applied, and the liquid crystal A was brought into the planar state.
[0098]
λ _t : 380 nm, f ₁ (Λ _t ): 9.7%, f ₁ (Λ _P ): 2.4%
Black Y value: 2.2 (threshold voltage 70V), coloring Y value: 17.5 (threshold voltage 100V)
Peak reflectance: 20.9%, Sa / Sb: 46.4%
White purity: 0.049
As can be seen from this experiment, the thinner the transparent electrode, the more the white purity of the colored state can be improved. However, the surface resistance of the electrode increases and the threshold voltage increases.
<Comparative Experiment Example 2>
A liquid crystal composition A prepared in the same manner as in Experimental Example 1 was used.
[0099]
A glass substrate (thickness 1 mm) on which a planar transparent electrode was formed was adopted as each of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer. The transparent electrode is an ITO transparent electrode having a thickness of 100 nm and a surface resistance of 230Ω / □.
[0100]
For any of the substrates, an alignment film having a thickness of 800 mm was formed on the surface provided with the transparent electrode using an alignment film material JALS-204 (manufactured by JSR).
[0101]
One substrate was sprayed with a 9 μm diameter spacer (manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) on the alignment film, followed by screen printing of a sealing material XN21S (manufactured by Mitsui Chemicals) on the periphery of the substrate, and partly for liquid crystal injection A sealing wall having a predetermined height was formed leaving the opening. Thereafter, the two substrates were bonded so that their electrodes face each other and orthogonal to each other when seen from the plane, and the sealing wall was heat-cured.
[0102]
The liquid crystal A was injected between the substrates in the cholesteric phase state by vacuum injection through the seal wall opening into the empty cell thus formed, and then the seal wall opening was closed with a photocurable resin. . Further, a black light absorption film was provided on the back surface of the cell.
[0103]
The device characteristics measured by driving the liquid crystal display device thus formed were as follows.
After applying 60V, 5msec pulse voltage between the electrodes, 2msec apart, 40V, 2msec pulse voltage is applied, and 2msec apart, 40V, 2msec pulse voltage is applied to bring liquid crystal A into a focal conic state, and then between the electrodes 60 V, 5 msec pulse voltage was applied to the liquid crystal, 2 msec apart, 60 V, 2 msec pulse voltage was applied, and 2 msec apart, 60 V, 2 msec pulse voltage was applied, and the liquid crystal A was brought into the planar state.
[0104]
λ _t : 380 nm, f ₁ (Λ _t ): 5.8%, f ₁ (Λ _P ): 1.5%
Black Y value: 1.3 (threshold voltage 40V), coloring Y value: 17.4 (threshold voltage 60V)
Peak reflectance: 21.5%, Sa / Sb: 57.5%
White purity: 0.091
When the thickness of the electrode exceeds 80 nm, both the white purity and the Sa / Sb value increase, and the effect due to the interference of the reflected light cannot be seen.
[0105]
Table 1 summarizes the experimental examples and comparative experimental examples described above.
[Table 1]

[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a liquid crystal display element using cholesteric liquid crystal has excellent bistability, can be driven at a lower voltage than a polymer stable liquid crystal display element, and is bright and excellent in visibility. When a black and white image is displayed using a black background color, a liquid crystal display element capable of obtaining good white purity and brightness characteristics can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another example of the liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of still another example of the liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 4 is a function f. ₁ The light reflectance (%) represented by (λ) is 360 (nm) ≦ λ _t <Λ _P Wavelength λ _t It is a figure which shows the example which becomes maximum in (nm).
FIG. 5 shows an expression {exp− [2 (λ−nP) ² / Δn ² P ² ]} Integral value Sa and function f in the visible wavelength range of R ₂ It is a figure which shows the relationship of the integral value Sb in the visible wavelength range of ((lambda)).
FIG. 6 shows the experimental result f ₁ (Λ _t ) And peak reflectivity and the like.
[Explanation of symbols]
LCD1, LCD2, LCD3 Liquid crystal display element
11, 12, 13 substrate
21 and 22 electrodes
31, 32 Insulating film
41, 42 Alignment film
5 Liquid crystal layer
6 Spacer
7 Seal wall
8 Black layer
9, 9 'Light scattering layer
CL Columnar structure
D drive unit

Claims

少なくとも素子観察側に配置される基板が透光性を有した一対の基板と、前記素子観察側基板に設けられた透明電極と、前記一対の基板間に挟持されたコレステリック液晶を含む液晶層とを有し、素子観察側とは反対側の基板が黒色に着色されており、前記透明電極の厚みｄ（ｎｍ）は８０ｎｍ未満であり、前記液晶層をフォーカルコニツク状態にしたときの素子の、光波長λ（ｎｍ）の関数ｆ₁（λ）で表される光反射率（％）が、該液晶層のプレーナ状態での選択反射波長λ_P（ｎｍ）に対して、３６０（ｎｍ）≦λ_t＜λ_Pとなる波長λ_t（ｎｍ）で極大となり、且つ、ｆ₁（λ_t）＞ｆ₁（λ_P）の関係が成立する反射ピークがフォーカルコニック状態で存在することを特徴とする液晶表示素子。A pair of substrates in which at least a substrate disposed on the element observation side has translucency; a transparent electrode provided on the element observation side substrate; and a liquid crystal layer including a cholesteric liquid crystal sandwiched between the pair of substrates; The substrate opposite to the element observation side is colored black, the transparent electrode has a thickness d (nm) of less than 80 nm, and the liquid crystal layer is in a focal conic state. The light reflectance (%) represented by the function f ₁ (λ) of the light wavelength λ (nm) is 360 (nm) with respect to the selective reflection wavelength λ _P (nm) in the planar state of the liquid crystal layer. ≦ λ _t <λ _P , which is a maximum at a wavelength λ _t (nm), and a reflection peak that satisfies the relationship of f ₁ (λ _t )> f ₁ (λ _P ) exists in a focal conic state. A liquid crystal display element.

前記反射ピークはｆ₁（λ_t）＞ｆ₁（λ_P）＋５％を満たす請求項１記載の液晶表示素子。The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the reflection peak satisfies f ₁ (λ _t )> f ₁ (λ _P ) + 5%.

前記コレステリック液晶のプレーナ状態における選択反射波長ｎＰ（ｎは該コレステリック液晶の平均屈折率、Ｐは該コレステリック液晶のヘリカルピッチ）における光反射率をＲ、該コレステリック液晶の屈折率異方性をΔｎとすると、波長λの関数として表される式｛ｅｘｐ−［２（λ−ｎＰ）²／Δｎ²Ｐ²］｝Ｒの可視波長域における積分値Ｓａが、前記液晶層をプレーナ状態にしたときの素子の波長−光反射率スペクトルを表す関数ｆ₂（λ）の可視波長域における積分値Ｓｂの４０％以上５５％以下である請求項１又は２記載の液晶表示素子。The light reflectance at the selective reflection wavelength nP of the cholesteric liquid crystal in the planar state (where n is the average refractive index of the cholesteric liquid crystal and P is the helical pitch of the cholesteric liquid crystal) is R, and the refractive index anisotropy of the cholesteric liquid crystal is Δn. Then, the integral value Sa in the visible wavelength region of the expression {exp− [2 (λ−nP) ² / Δn ² P ² ]} R expressed as a function of the wavelength λ is obtained when the liquid crystal layer is in a planar state. 3. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the function value f ₂ (λ) representing the wavelength-light reflectance spectrum of the element is not less than 40% and not more than 55% of the integrated value Sb in the visible wavelength region.

前記透明電極の厚みｄが５０ｎｍ以上である請求項１、２又は３記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 1, wherein a thickness d of the transparent electrode is 50 nm or more.

前記液晶層をフォーカルコニック状態にしたとき、前記素子の反射率が前記波長λ_tで最大となる請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示素子。Wherein when the liquid crystal layer in the focal conic state, the liquid crystal display device according to any one reflectivity of 4 claims 1 to a maximum at the wavelength lambda _t of the element.

前記素子観察側の基板は外表面に光散乱能を有する機能面を有している請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示素子。The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the substrate on the element observation side has a functional surface having light scattering ability on an outer surface.

前記素子観察側とは反対側の基板は、外面に光吸収層を設けた透明基板であり、該光吸収層を設けた基板外面は光散乱能を有する機能面を有している請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示素子。The substrate opposite to the element observation side is a transparent substrate having a light absorption layer provided on an outer surface, and the substrate outer surface provided with the light absorption layer has a functional surface having light scattering ability. 7. A liquid crystal display element according to any one of items 1 to 6.