反射型液晶表示素子
【課題】低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させる反射型液晶表示素子を提供する。
【解決手段】第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板とに挟持され、右巻き及び左巻きのいずれか一方へ螺旋を巻く液晶分子を含むカイラルネマチック液晶層と、前記第１の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第１の光学活性部位を有する第１の薄膜と、を備える反射型液晶表示素子により、上記課題の解決を図る。
【解決手段】第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板とに挟持され、右巻き及び左巻きのいずれか一方へ螺旋を巻く液晶分子を含むカイラルネマチック液晶層と、前記第１の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第１の光学活性部位を有する第１の薄膜と、を備える反射型液晶表示素子により、上記課題の解決を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型液晶表示素子に用いられる液晶としてカイラルネマチック液晶がある。カイラルネマチック液晶を用いた反射型液晶による表示方式では、その液晶分子の配向状態によって表示の制御を行う。カイラルネマチック液晶には、入射光を反射するプレーナ状態と、入射光を透過するフォーカルコニック状態がある。この２つの状態は、液晶層に電圧を印加することにより制御することができ、電圧をＯＦＦにした後の無電界下でも安定して存在できる。
【０００３】
プレーナ状態の時には、液晶分子の螺旋ピッチ（らせん構造の１周期）に応じた波長の円偏光を選択的に反射する（選択反射）。このとき、反射される光は螺旋ピッチの嘗性に応じて左右どちらか一方の円偏光となる。反射されない嘗性の円偏光は液晶層を透過する。自然光は左右の円偏光が入り混じった状態であるため、自然光がプレーナ状態である液晶層に入射すると、入射光の５０％が反射し、５０％が透過する。
【０００４】
液晶の平均屈折率ｎ、液晶分子の螺旋ピッチｐとすると、反射が最大となる選択反射波長λは、λ＝ｎ・ｐの式で示される。
【０００５】
一方、選択反射波長λは、液晶の屈折率異方性Δｎに伴って大きくなる。したがって、液晶の屈折率異方性Δｎを調整することにより、所定の色を発現する素子を形成することができる。例えば、選択反射波長λが５４５ｎｍである液晶を用いて素子を形成すれば、プレーナ状態でＧｒｅｅｎを発現する素子を形成することができる。
【０００６】
また、入射光が透過するフォーカルコニック状態の性質から、画面の観察面の逆側に光吸収層を設けることにより、フォーカルコニック状態を黒色表示として利用することができる。
【０００７】
このように反射型液晶方式では表示素子の裏側に光吸収層を設けることで、プレーナ状態を「明状態」、フォーカルコニック状態を「暗状態」として表示に利用する構造を構成することができる。
【０００８】
また、カイラルネマチック液晶方式においては、選択反射波長λの値を調整してＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅを表示する素子を作製し、これらの素子を積層することでカラー表示を実現することができる。
【０００９】
液晶材料の中には、単独種にて常温（２５℃）でコレステリック相となる物質がある。一方で、単独種または複数種の液晶材料でネマチック相となる液晶材料に対して、光学活性化合物（カイラル剤）を加えることにより、コレステリック相を誘起することもできる。
【００１０】
カイラル剤をネマチック相となる液晶材料に加えると、そのカイラル剤の種類によって、液晶分子は、右巻きまたは左巻きの螺旋を形成する。カイラル剤は、それぞれ異なる螺旋誘起力（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｔｗｉｓｔｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ）を有する。螺旋誘起力をβM、液晶分子の螺旋ピッチをｐ、カイラル剤の濃度をｃとすると、βM＝（ｐ・ｃ）-1となる。
【００１１】
例えば、右巻きの螺旋誘起力β１MLを有するカイラル剤Ｌ１を濃度ｃ１にてネマチック相となる液晶材料に混入させた場合、液晶分子の螺旋のピッチｐ１は、＝（β１ML・ｃ）-1となる。このときの液晶分子の選択反射波長λは、上述したλ＝ｎ・ｐの関係より、ｎ・（β１ML・ｃ）-1で表される（ｎ：液晶層の屈折率）。
【００１２】
カイラルネマチック液晶の選択反射を利用した反射型液晶表示素子においては、上述したように、単一の液晶層では、入射した光の５０％までしか表示光として使用できなかった。そこで、カイラルネマチック液晶を用いた反射型液晶表示素子の明度を向上させる方法として、例えば、光学活性な高分子を用いることで、反射型液晶の反射ハンド幅を広げる高分子分散型液晶素子が知られている。具体的には、光学活性な高分子と、コレステリック相を呈する液晶物質とを含む複数の薄膜からなり、薄膜毎に液晶物質に対する高分子の螺旋誘起方向及び／又は螺旋形成力が異なるように構成された表示層を有する液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置では、液晶相内に張り巡らす高分子ネットワークの高分子として光学活性な高分子を用いることにより、液晶分子の螺旋ピッチに影響を与えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１９８２９３号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６４６１号公報
【特許文献３】特開２００７−１６９１７８号公報
【特許文献４】特開２００８−２０９７１１号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】小池毅、横小路修、青木良夫、野平博之、「反射型コレステリック液晶用低粘性カイラル材料の合成と性質」、日本液晶学会討論会講演予稿集(1999)、1999/09/28、p.220-221
【非特許文献２】中田秀俊、佐々木誠、竹内清文、高津晴義、「新規キラル化合物の物性と応用」、DIC Technical Review 2003年、No.9、p. 29-33
【非特許文献３】市村國宏、「コレステリック液晶の光配向制御」日本液晶学会討論会講演予稿集、2000年, 2000/10/23、p. 507-508
【非特許文献４】井上長三、小出直之、艸林成和、野平博之、古川顕治、松永義夫、「液晶の化学」、季刊化学総説 22、日本化学会 編、1994年4、p.102-107
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
反射型液晶表示素子において、低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
実施の形態に係る反射型液晶表示素子は、第１の基板と、第２の基板と、カイラルネマチック液晶層と、第１の薄膜と、を備える。第２の基板は、前記第１の基板に対向する。カイラルネマチック液晶層は、前記第１の基板と第２の基板とに挟持され、右巻き及び左巻きのいずれか一方へ螺旋を巻く液晶分子を含む。第１の薄膜は、前記第１の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第１の光学活性部位を有する。
【発明の効果】
【００１７】
実施の形態に係る反射型液晶表示素子によれば、低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】反射型液晶表示素子における一例を説明するための図である。
【図２】液晶分子の螺旋のピッチ長の変化による選択反射スペクトルについて説明するための図である。
【図３】上部基板、下部基板のそれぞれの側から、選択反射光を測定した場合の選択反射光のスペクトルを説明するための図である。
【図４】側鎖部に光学活性物質誘導体を有するポリイミド材料５ａ−１，５ｂ−１を上部基板２ａ及び下部基板２ｂに製膜した反射型液晶表示素子の一例を説明するための図である。
【図５】図４の場合における、液晶分子の螺旋ピッチの伸縮を説明するための図である。
【図６】側鎖部に光学活性物質誘導体を有するポリイミド材料５ｂ−２を、片側基板にのみ製膜した反射型液晶表示素子の一例を説明するための図である。
【図７】図６の場合における、液晶分子の螺旋ピッチの伸縮を説明するための図である。
【図８】反射型液晶表示素子を適用した電子ペーパーの構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上述した高分子分散型液晶素子では、液晶相内に高分子ネットワークが構築される。そのため、液晶物質がプレーナ状態及びフォーカルコニック状態の一方から他方へ状態が変化する場合、高分子ネットワークが障害となって液晶物質の動きが制限されるために状態変化を起こしにくくなる。そのため、このような液晶物質に状態変化を起こさせるためには、通常の場合と比べてより高い電圧を印加する必要がある。電圧印加により液晶を駆動する場合、上下電極間のギャップを１０μｍ以下とした場合でも、例えば、４００Ｖ以上といった非常に高い電圧を必要とする。
【００２０】
そこで、以下では、低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させる反射型液晶表示素子について説明する。
【００２１】
図１は、反射型液晶表示素子における一例を説明するための図である。反射型液晶表示素子１００は、上部基板２ａとカイラルネマチック液晶層４、及び下部基板２ｂとカイラルネマチック液晶層４との界面付近に、後述する光学活性部位を有する膜材料を配置していないものである。
【００２２】
カイラルネマチック液晶層（以下、単に液晶層という）４は、ネマチック相を呈する液晶分子３と、右巻きの螺旋誘起力を有するカイラル剤とを含んでいる。したがって、液晶分子３は、このカイラル剤の右巻きの螺旋誘起力により、右巻きの螺旋構造を形成している。反射型液晶表示素子１００の場合、液晶層４におけるカイラル剤の濃度は均一であるから、液晶分子３の螺旋ピッチ（カイラルピッチ）はいずれも等しい。
【００２３】
反射型液晶表示素子１は、各基板（上部基板２ａ、下部基板２ｂ）と液晶層４との界面付近に、光学活性部位を有する膜材料５ａ，５ｂを配置したものである。反射型液晶表示素子１は、反射型液晶表示素子１００に対して、各基板（上部基板２ａ、下部基板２ｂ）と液晶層４との界面付近に、光学活性部位を有する膜材料５ａ，５ｂを配置したものである。なお、反射型液晶表示素子１の液晶層４は、反射型液晶表示素子１００と同じものである。
【００２４】
上述したように、光学活性な不斉分子（カイラル剤）は、螺旋誘起力を有するため、液晶分子３の螺旋ピッチに影響を与える。このことから、液晶界面付近に光学活性部位を有する膜材料を配置することにより、上下基板と液晶層との界面付近の液晶分子３の螺旋ピッチに影響を与えると考えられる。そこで、膜材料５ａ，５ｂの側鎖に導入されたアルキル鎖の末端に光学分割されたＲ体分子、Ｓ体分子をそれぞれ、上部基板２ａ，下部基板２ｂに配置する。ここで、Ｒ体分子及びＳ体分子は、不斉炭素を持った構造であっても、分子骨格に螺旋不斉を持っている構造であってもよい。
【００２５】
膜材料５ａは、膜材料６、側鎖部位７、光学活性部位８ａを有する。膜材料５ｂも、同様に、膜材料６、側鎖部位７、光学活性部位８ｂを有する。膜材料６は、基板と液晶との界面に配置される。側鎖部位７は、膜材料６に光学活性部位を導入するための側鎖部位である。光学活性部位８ａは、例えばＲ体分子であって、右巻きの螺旋誘起力を有するものとする。光学活性部位８ｂは、例えばＳ体分子であって、左巻きの螺旋誘起力を有するものとする。
【００２６】
この場合、上部基板２ａと液晶層４との界面付近にある液晶分子３は、右巻きの螺旋誘起力を有する光学活性部位８ａの影響を受ける。すなわち、上部基板２ａと液晶層４との界面付近では、右巻きの螺旋誘起力を有する光学活性化合物の量が増加することになるから、カイラル剤の濃度が高くなるといえる。その結果、螺旋ピッチｐ＝（βM・ｃ）-1の関係より、ネマチック液晶分子３の螺旋ピッチｐは短くなる。
【００２７】
一方、下部基板２ｂと液晶層４との界面付近にある液晶分子３は、左巻きの螺旋誘起力を有する光学活性部位８ｂの影響を受ける。すなわち、液晶層４の成分である右巻きの螺旋誘起力を有するカイラル剤と、左巻きの螺旋誘起力を有する光学活性部位８ｂとは、互いに偏光面の回転方向が異なる旋光性を有するので、螺旋誘起力の向きも異なる。したがって、上述の通り、相反する螺旋誘起力が相殺されることになる。すなわち、下部基板２ｂと液晶層４との界面付近では、カイラル剤の濃度が低下するといえる。その結果、螺旋ピッチｐ＝（βM・ｃ）-1の関係より、液晶分子３の螺旋ピッチｐは長くなる。
【００２８】
このように、液晶層との界面側の基板表面に光学活性部位を有する膜材料を配置することにより、基板と液晶層との界面付近における液晶分子の螺旋ピッチを変化させることができる。
【００２９】
ここで、液晶分子３の螺旋のピッチ長に応じて、選択反射波長がどのように変化するかについて説明する。図２は、液晶分子３の螺旋のピッチ長の変化による選択反射スペクトルについて説明するための図である。
【００３０】
図２において、液晶層４のうち、上部基板２ａと液晶層４との界面付近を上層４ａ、下部基板２ｂと液晶層４との界面付近を下層４ｂ、上層４ａと下層４ｂとの間を中間層４ｃとする。
【００３１】
中間層４ｃには、光学活性部位８ａ，８ｂが存在しないから、光学活性部位８ａ，８ｂの影響を受けない。よって、選択反射波長のピークは、各基板（上部基板２ａ，下部基板２ｂ）と液晶層４との界面付近に光学活性部位を有する膜材料を配置していない反射型液晶表示素子１００の液晶層４の選択反射波長と同様のピークになる。
【００３２】
上層４ａは、上述の通り、光学活性部位８ａの影響を受けるので、液晶分子３の螺旋のピッチが短くなる。したがって、上述したλ＝ｎ・ｐの関係より、上層４ａにおける選択反射波長は短くなる。よって、図２に示すように、中間層４ｃのときと比べて、選択反射波長は短波長側にシフトする。
【００３３】
下層４ｂは、上述の通り、光学活性部位８ｂの影響を受けるので、液晶分子３の螺旋のピッチが長くなる。したがって、上述したλ＝ｎ・ｐの関係より、下層４ｂにおける選択反射波長は長くなる。よって、図２に示すように、中間層４ｃのときと比べて、選択反射波長は長波長側にシフトする。
【００３４】
その結果、液晶層４の選択反射波長は短波長側及び長波長側のいずれにもシフトすることから、液晶層４全体としては、選択反射波長の波形の幅は広がったように見える。これについて、図３を用いて説明する。
【００３５】
図３は、上部基板、下部基板のそれぞれの側から、選択反射光を測定した場合の選択反射光のスペクトルを説明するための図である。反射型液晶表示素子１の液晶の配向状態が、図１及び図２で説明したような状態の場合、上部基板側から選択反射光のスペクトルを測定したとする。この場合、反射型液晶表示素子１の選択反射スペクトルは、破線で示すスペクトル波形のように、上層４ａ，中間層４ｃ，下層４ｂにおける選択反射光のスペクトル波形の和になると予想され、半値幅が広がる。なお、実際には、ピークの位置は中央よりずれた位置になると予想される。
【００３６】
また、反射型液晶表示素子１の液晶の配向状態が、図１及び図２で説明したような状態の場合、下部基板側から選択反射光のスペクトルを測定したとする。この場合、反射型液晶表示素子１の選択反射スペクトルは、実線で示すスペクトル波形のように、上層４ａ，中間層４ｃ，下層４ｂにおける選択反射光のスペクトル波形の和になると予想され、半値幅が広がる。
【００３７】
このように、反射型液晶表示素子１の構造を採用することにより、選択反射波長の半値幅を広げることができる。したがって、反射型液晶表示素子の駆動電圧を低電圧に保ったままで、反射スペクトルの半値幅の広げることができる。
【００３８】
なお、例えば、上部基板２ａと下部基板２ｂ間がｔで、液晶分子３における上部基板２ａからの任意の位置をｘとする。このとき、例えば、上部基板２ａ側から選択反射波長を測定した場合に位置ｘから得られる選択反射光は、下部基板２ｂ側から選択反射波長を測定した場合にはｔ−ｘ位置から得られる。したがって、下部基板側から選択反射光のスペクトル波形は、上部基板側から選択反射光のスペクトル波形とは左右が反転した波形に近い波形になると考えられる。その結果、選択反射光の反射スペクトルにおいて、上部基板２ａ側から測定した場合と、下部基板２ｂ側から測定した場合とで、反射スペクトルのピークトップが異なる。また、反射型液晶表示素子１は選択反射波長を可視域に持つのが好ましい。
【００３９】
次に、カイラル剤及び光学活性部位を有する膜材料５ａ，５ｂ（膜材料６、側鎖部位７、光学活性部位８ａ，８ｂ）について詳述する。
【００４０】
上述のように、螺旋誘起力を有するカイラル剤となる物質としては、分子構造内にキラリティを持った物質のうちＲ体、Ｓ体の存在比率に偏りがあり、ラセミ体となっていない物質が考えられる。光学分割によりＲ体、Ｓ体それぞれのみを取り出せば、より高い螺旋誘起力を有するカイラル剤になると考えられる。キラリティを持つ物質としては、例えば、分子内に不斉炭素をもつ物質、または以下のようなヘリセンのように分子骨格内に螺旋構造を持った物質が挙げられる。
【００４１】
【化１】
【００４２】
次に、液晶の界面付近に配置する膜材料６としては、以下の一般式（１）で表されるポリイミド系の材料を用いることが考えられる。
【００４３】
【化２】
【００４４】
このＲ’の側鎖に光学活性部位を付加した分子構造を有するポイリミド系材料を生成し、この生成物を、側鎖に光学活性物質を有する配向膜材料５ａ，５ｂとすることができる。例えば、以下の式（２）に示すような長鎖アルキル鎖を持ったポリイミドを用いて、アルキル鎖長が液晶のプレチルト角に与える影響について、非特許文献４にて述べている。このＲを光学活性を持ったアルキル鎖とすることで、側鎖部に光学活性を持ったポリイミド系材料とすることができる。
【００４５】
【化３】
【００４６】
このＲ部を、光学活性部位を持ったアルキル鎖とすることにより、側鎖部に光学活性部位を有するポリイミド系材料を得ることができる。具体的な光学活性物質としては、光学分割された形態で市販されている、以下の（Ｒ）−ビナフトール及び（Ｓ）−ビナフトールの誘導体等が考えられる。
【００４７】
【化４】
【００４８】
また、Ｒ部に導入する光学活性物質としては、４´−アクリロイル−４−（２−メチルブチル）ビフェニル、４´−アクリロイル−４−（２−メチルブトキシ）ビフェニル、４´−アクリロイル−４−（２−メチルヘプチルオキシ）ビフェニル、４´−（６−アクリロイルヘキシルオキシ）−４−（２−メチルブチル）ビフェニル、４´−アクリロイル−４−（２−メチルブトキシ）シクロヘキシルフェニルアクリレイト、２−メチル−４−（４−ビフェニル）ブチルアクリレート、１，４−ジ−（４−（６−アクリロイルオキシ−３−メチルヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ）ベンゼン、１，４−ジ−（４−（６−アクリロイルオキシ−４−メチルヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ）ベンゼンの各Ｓ体、Ｒ体を挙げることができる。
【００４９】
次に、反射型液晶表示素子１のより具体的な例について説明する。
図４は、側鎖部に光学活性物質誘導体を有するポリイミド材料５ａ−１，５ｂ−１を上部基板２ａ及び下部基板２ｂに製膜した反射型液晶表示素子の一例を説明するための図である。図４において、図１と同じ構成、物質については同一の符号を付し、その説明を省略する。図４の反射型液晶表示素子１−１では、光学活性部位８ａ−１，８ｂ−１としてそれぞれ、（Ｒ）−ビフナトール誘導体等のＲ体、（Ｓ）−ビフナトール誘導体等のＳ体を用いている。
【００５０】
図５は、図４の場合における、液晶分子の螺旋ピッチの伸縮を説明するための図である。図５に示すように、液晶層４の中間層４ｃに比べて、上層４ａでは、液晶分子３の螺旋ピッチは短くなる。一方で、液晶層４の中間層４ｃに比べて、下層４ｂでは、液晶分子３の螺旋ピッチは長くなる。
【００５１】
図６は、側鎖部に光学活性物質誘導体を有するポリイミド材料５ｂ−２を、片側基板にのみ製膜した反射型液晶表示素子の一例を説明するための図である。図６において、図１と同じ構成、物質については同一の符号を付し、その説明を省略する。図６の反射型液晶表示素子１−２では、上部基板２ａ側には、光学活性物質誘導体を導入していないポリイミド材料を製膜している。一方、下部基板２ｂ側のポリイミド材料５ｂ−２には、光学活性部位８ｂ−２として（Ｓ）−ビフナトール誘導体等のＳ体を導入している。
【００５２】
図７は、図６の場合における、液晶分子の螺旋ピッチの伸縮を説明するための図である。図６の場合、上部基板２ｂとの界面付近における液晶分子３は、元々存在するカイラル剤以外の光学活性物質の影響を受けない。したがって、この場合、図７に示すように、液晶層４の上層４ａにおける液晶分子３の螺旋ピッチは、中間層４ｃにおける液晶分子３の螺旋ピッチと同じである。
【００５３】
一方、下部基板２ｂとの界面付近における液晶分子３は、元々存在するカイラル剤の螺旋誘起力とは反対方向の螺旋誘起力を有する光学活性物質の影響を受ける。したがって、カイラルネマチック液晶層４の中間層４ｃに比べて、下層４ｂでは、液晶分子３の螺旋ピッチは長くなる。
【００５４】
上記の反射型液晶表示素子によれば、見かけ上選択反射波長の半値幅を広げることができる。このとき、液晶分子の状態変化を妨げる高分子は液晶層にはないので、液晶を駆動させる場合に高電圧を印加しなくてもよい。したがって、液晶表示素子の駆動電圧を低電圧に保ったままで、反射スペクトルの半値幅の広げることができる。
【００５５】
図８は、反射型液晶表示素子を適用した電子ペーパーの構成例を示す。電子ペーパー１０は、表示部３０、制御部４０、電源部６０を含む。表示部３０は、画像や文字を表示する。制御部４０は、外部システムや内蔵メモリ５０から入力された表示コンテンツデータを種々の所望の表示データに変換する。また、制御部４０は、当該表示データを表示部３０に表示させるための駆動回路を制御する。電源部６０は、表示部３０、制御部４０、及びその他回路に電力を供給する。
【００５６】
表示部３０は、積層型液晶表示素子を有している。積層型液晶表示素子では、それぞれ上下基板間にカイラルネマチック液晶が封止された青（Ｂ）用表示パネル３０ｂ、緑（Ｇ）用表示パネル３０ｇ、及び赤（Ｒ）用表示パネル３０ｒが表示面Ｄ側からこの順に積層されている。青（Ｂ）用表示パネル３０ｂ、緑（Ｇ）用表示パネル３０ｇ、及び赤（Ｒ）用表示パネル３０ｒはそれぞれ、上述したように、選択反射波長λの値を調整して、青、緑、赤を実現した反射型液晶表示素子である。この反射型液晶表示素子は、図１の反射型液晶表示素子１、図４の反射型液晶表示素子の１−１、または図６の反射型液晶表示素子１−２である。
【００５７】
各表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒは、複数の行電極３１ｂ，３１ｇ，３１ｒを有している。また、各表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒは、各行電極３１ｂ，３１ｇ，３１ｒにほぼ直交する列電極３２ｂ，３２ｇ，３２ｒを有している。各表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒは、いわゆるパッシブマトリクス型の構成を有している。
【００５８】
積層されたＢ，Ｇ，Ｒ用表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒのそれぞれには、行電極３１ｂ，３１ｇ，３１ｒに行電極用データ信号を供給するＢ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒが設けられている。また、積層されたＢ，Ｇ，Ｒ用表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒのそれぞれには、列電極３２ｂ，３２ｇ，３２ｒに列電極用データ信号を供給するＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒが設けられている。
【００５９】
Ｂ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒ及びＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒのそれぞれには、種々の制御用入力端子が設けられており、制御部４の所定の制御用出力端子と接続されている。
【００６０】
例えば、Ｂ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒ及びＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒのそれぞれには、制御部４０から、種々の信号が入力される。たとえば、スキャン／データモード信号（Ｓ／Ｄ＿ｍｏｄ）、データ取込みクロック信号（Ｄ＿ｃｌｋ）、パルス極性制御信号（Ｐ＿ｃｔｌ）、フレーム開始信号（Ｆ＿ｓｔ）が入力される。また、例えば、データラッチ・スキャンシフト信号（Ｄ＿ｌｔ／Ｓ＿ｓｆｔ）、ドライバ出力オフ信号（Ｄｖ＿ｏｆｆ）、表示データ信号（Ｄ＿ｓｉｇ）、及び走査方向切替信号（Ｓｃａｎ＿ｄ）が入力される。
【００６１】
制御部４０は、データ変換回路４１、複数の出力端子、表示方向算出回路４２、レイアウト構成回路４５、重力センサ５１、重力方向検出回路４３、感圧ボタン５２、押圧位置検出回路４４を有する。また、制御部４０は、モード選択回路４６、テキスト／画像判別回路４７、内蔵メモリ５０、入力スイッチ群５３を有する。
【００６２】
複数の出力端子は、Ｂ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒ及びＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒに接続される。表示方向算出回路４２は、表示部３０で表示させる画像や文字の表示方向データを生成してデータ変換回路４１に出力する。レイアウト構成回路４５は、表示データのレイアウト構成を決めてデータ変換回路４１に出力する。
【００６３】
重力センサ５１は、表示部３０の表示面Ｄ近傍に設けられ、観察者の観察方向を表示面Ｄの重力方向に対する向きとして検出する。重力方向検出回路４３は、重力センサ５１からの出力信号により重力方向を検出して表示方向算出回路４２に出力する。
【００６４】
感圧ボタン５２は、表示部３０の表示面Ｄ周囲に設けられ、観察者の観察方向を表示面Ｄ周囲を触れた観察者の手の位置に基づいて検出する。押圧位置検出回路４４は、感圧ボタン５２からの出力信号により使用者の手等による押圧位置を検出して表示方向算出回路４２に出力する。
【００６５】
なお、重力方向検出回路４３と押圧位置検出回路４４とは、いずれか一方だけ備えるようにしてもよいし、双方を備えて切替えていずれか一方を用いるようにしてもよい。あるいは、双方を同時に用いるようにしてもよい。
【００６６】
表示方向算出回路４２は、これらの検出結果より、表示部３０の表示面Ｄに画像や文字を表示させる方向がいずれであるかを決定して、書換え用の表示方向データをデータ変換回路４１に出力する。
【００６７】
テキスト／画像判別回路４７には、外部システムや内蔵メモリ５０から表示コンテンツデータが入力される。テキスト／画像判別回路４７は、コンテンツ内のテキストデータと画像データを判別して、テキストデータにはテキストデータタグを付加し、画像データには画像データタグを付加してレイアウト構成回路４５に出力する。
【００６８】
モード選択回路４６により、レイアウト優先モードか文字サイズ優先モードかを観察者が任意に設定できる。モード選択回路４６は、テキストデータと画像データとが１画面内に混在した場合に最適な表示をするために用いられる。
【００６９】
データ変換回路４１は、フレームメモリ４１ａ、フレームメモリ４１ｂを有する。フレームメモリ４１ａは、座標変換前のＢ，Ｇ，Ｒ用表示データを各１フレーム分格納する。フレームメモリ４１ｂは、座標変換後のＢ，Ｇ，Ｒ用表示データを各１フレーム分格納する。
【００７０】
データ変換回路４１は、レイアウト構成回路４５から出力されたテキストデータ及び画像データを順次フレームメモリ４１ａに格納する。また、データ変換回路４１は、フレームメモリ４１ａに全表示データを格納する際に、各データに付加されたテキストデータタグ及び画像データタグの数をそれぞれ計数して不図示の記憶部に記憶しておく。
【００７１】
また、データ変換回路４１は、フレームメモリ４１ａ内の表示データに対し、表示方向データＤｄやレイアウト変更コマンドを使って、表示データのアドレス変換やレイアウト変更のための幾何学的変換（座標変換等）を行ってフレームメモリ４１ｂに格納する。
【００７２】
また、データ変換回路４１は、表示方向データを使って、各行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒと各列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒのいずれを走査電極駆動回路として機能させ、いずれをデータ電極駆動回路として機能させるかを決定する。さらにデータ変換回路４１は、各行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒと各列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒを介して各行電極３１ｂ，３１ｇ，３１ｒと各列電極３２ｂ，３２ｇ，３２ｒに印加する電圧レベルの切替えを行う。
【００７３】
電源部６は、電源６１、昇圧部６２、電圧切替部６３、電圧安定部６４を有する。昇圧部６２は、論理電圧を昇圧させる。電圧切替部６３は、昇圧された電圧を複数の駆動電圧に切替える。電圧安定部６４は、切替えた電圧を安定化させて出力する。電圧安定部６４により安定させられた電力は、Ｂ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒ及びＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒの駆動電圧となる。
【００７４】
このように、上記の反射型液晶表示素子は、第１の基板と、第２の基板と、カイラルネマチック液晶層と、第１の薄膜とを含む。第２の基板は、前記第１の基板に対向する。第１の基板、第２の基板はそれぞれ、例えば上記実施の形態でいえば、上部基板２ａ、下部基板２ｂに相当する。
【００７５】
カイラルネマチック液晶層は、前記第１の基板と第２の基板とに挟持され、右巻き及び左巻きのいずれか一方へ螺旋を巻く液晶分子を含む。カイラルネマチック液晶層は、例えば上記実施の形態でいえば、カイラルネマチック液晶層４に相当する。
【００７６】
第１の薄膜は、前記第１の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第１の光学活性部位を有する。第１の薄膜は、例えば上記実施の形態でいえば、膜材料５ａ，５ｂのいずれかに相当する。
【００７７】
このように構成することにより、基板と液晶層との界面付近における液晶分子の螺旋ピッチを変化させることができる。また、低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させることができる。
【００７８】
前記液晶表示素子は、さらに、第２の薄膜を含む。第２の薄膜は、前記第２の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第２の光学活性部位を有する。第２の薄膜は、例えば上記実施の形態でいえば、第１の薄膜が膜材料５ａ，５ｂのいずれかであれば、その他方の膜材料に相当する。このとき、前記第１の光学活性部位と前記第２の光学活性部位とは、互いに偏光面の回転方向が異なる旋光性を有する。
【００７９】
このように構成することにより、上下部基板と液晶層との界面付近における液晶分子の螺旋ピッチを変化させることができる。
また、前記液晶表示素子は、可視域に選択反射波長を有することが好ましい。また、このような反射型液晶表示素子を少なくとも１つ含んで積層型液晶表示素子を形成してもよい。また、このような反射型液晶表示素子を含んだ電子ペーパーを形成してもよい。
【００８０】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１，１−１，１−２ 反射型液晶表示素子
２ａ 上部基板
２ｂ 下部基板
３ 液晶分子
４ カイラルネマチック液晶層
５ａ，５ｂ 膜材料
６ 膜材料
７ 側鎖部位
８ａ，８ｂ 光学活性部位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型液晶表示素子に用いられる液晶としてカイラルネマチック液晶がある。カイラルネマチック液晶を用いた反射型液晶による表示方式では、その液晶分子の配向状態によって表示の制御を行う。カイラルネマチック液晶には、入射光を反射するプレーナ状態と、入射光を透過するフォーカルコニック状態がある。この２つの状態は、液晶層に電圧を印加することにより制御することができ、電圧をＯＦＦにした後の無電界下でも安定して存在できる。
【０００３】
プレーナ状態の時には、液晶分子の螺旋ピッチ（らせん構造の１周期）に応じた波長の円偏光を選択的に反射する（選択反射）。このとき、反射される光は螺旋ピッチの嘗性に応じて左右どちらか一方の円偏光となる。反射されない嘗性の円偏光は液晶層を透過する。自然光は左右の円偏光が入り混じった状態であるため、自然光がプレーナ状態である液晶層に入射すると、入射光の５０％が反射し、５０％が透過する。
【０００４】
液晶の平均屈折率ｎ、液晶分子の螺旋ピッチｐとすると、反射が最大となる選択反射波長λは、λ＝ｎ・ｐの式で示される。
【０００５】
一方、選択反射波長λは、液晶の屈折率異方性Δｎに伴って大きくなる。したがって、液晶の屈折率異方性Δｎを調整することにより、所定の色を発現する素子を形成することができる。例えば、選択反射波長λが５４５ｎｍである液晶を用いて素子を形成すれば、プレーナ状態でＧｒｅｅｎを発現する素子を形成することができる。
【０００６】
また、入射光が透過するフォーカルコニック状態の性質から、画面の観察面の逆側に光吸収層を設けることにより、フォーカルコニック状態を黒色表示として利用することができる。
【０００７】
このように反射型液晶方式では表示素子の裏側に光吸収層を設けることで、プレーナ状態を「明状態」、フォーカルコニック状態を「暗状態」として表示に利用する構造を構成することができる。
【０００８】
また、カイラルネマチック液晶方式においては、選択反射波長λの値を調整してＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅを表示する素子を作製し、これらの素子を積層することでカラー表示を実現することができる。
【０００９】
液晶材料の中には、単独種にて常温（２５℃）でコレステリック相となる物質がある。一方で、単独種または複数種の液晶材料でネマチック相となる液晶材料に対して、光学活性化合物（カイラル剤）を加えることにより、コレステリック相を誘起することもできる。
【００１０】
カイラル剤をネマチック相となる液晶材料に加えると、そのカイラル剤の種類によって、液晶分子は、右巻きまたは左巻きの螺旋を形成する。カイラル剤は、それぞれ異なる螺旋誘起力（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｔｗｉｓｔｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ）を有する。螺旋誘起力をβM、液晶分子の螺旋ピッチをｐ、カイラル剤の濃度をｃとすると、βM＝（ｐ・ｃ）-1となる。
【００１１】
例えば、右巻きの螺旋誘起力β１MLを有するカイラル剤Ｌ１を濃度ｃ１にてネマチック相となる液晶材料に混入させた場合、液晶分子の螺旋のピッチｐ１は、＝（β１ML・ｃ）-1となる。このときの液晶分子の選択反射波長λは、上述したλ＝ｎ・ｐの関係より、ｎ・（β１ML・ｃ）-1で表される（ｎ：液晶層の屈折率）。
【００１２】
カイラルネマチック液晶の選択反射を利用した反射型液晶表示素子においては、上述したように、単一の液晶層では、入射した光の５０％までしか表示光として使用できなかった。そこで、カイラルネマチック液晶を用いた反射型液晶表示素子の明度を向上させる方法として、例えば、光学活性な高分子を用いることで、反射型液晶の反射ハンド幅を広げる高分子分散型液晶素子が知られている。具体的には、光学活性な高分子と、コレステリック相を呈する液晶物質とを含む複数の薄膜からなり、薄膜毎に液晶物質に対する高分子の螺旋誘起方向及び／又は螺旋形成力が異なるように構成された表示層を有する液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置では、液晶相内に張り巡らす高分子ネットワークの高分子として光学活性な高分子を用いることにより、液晶分子の螺旋ピッチに影響を与えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１９８２９３号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６４６１号公報
【特許文献３】特開２００７−１６９１７８号公報
【特許文献４】特開２００８−２０９７１１号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】小池毅、横小路修、青木良夫、野平博之、「反射型コレステリック液晶用低粘性カイラル材料の合成と性質」、日本液晶学会討論会講演予稿集(1999)、1999/09/28、p.220-221
【非特許文献２】中田秀俊、佐々木誠、竹内清文、高津晴義、「新規キラル化合物の物性と応用」、DIC Technical Review 2003年、No.9、p. 29-33
【非特許文献３】市村國宏、「コレステリック液晶の光配向制御」日本液晶学会討論会講演予稿集、2000年, 2000/10/23、p. 507-508
【非特許文献４】井上長三、小出直之、艸林成和、野平博之、古川顕治、松永義夫、「液晶の化学」、季刊化学総説 22、日本化学会 編、1994年4、p.102-107
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
反射型液晶表示素子において、低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
実施の形態に係る反射型液晶表示素子は、第１の基板と、第２の基板と、カイラルネマチック液晶層と、第１の薄膜と、を備える。第２の基板は、前記第１の基板に対向する。カイラルネマチック液晶層は、前記第１の基板と第２の基板とに挟持され、右巻き及び左巻きのいずれか一方へ螺旋を巻く液晶分子を含む。第１の薄膜は、前記第１の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第１の光学活性部位を有する。
【発明の効果】
【００１７】
実施の形態に係る反射型液晶表示素子によれば、低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】反射型液晶表示素子における一例を説明するための図である。
【図２】液晶分子の螺旋のピッチ長の変化による選択反射スペクトルについて説明するための図である。
【図３】上部基板、下部基板のそれぞれの側から、選択反射光を測定した場合の選択反射光のスペクトルを説明するための図である。
【図４】側鎖部に光学活性物質誘導体を有するポリイミド材料５ａ−１，５ｂ−１を上部基板２ａ及び下部基板２ｂに製膜した反射型液晶表示素子の一例を説明するための図である。
【図５】図４の場合における、液晶分子の螺旋ピッチの伸縮を説明するための図である。
【図６】側鎖部に光学活性物質誘導体を有するポリイミド材料５ｂ−２を、片側基板にのみ製膜した反射型液晶表示素子の一例を説明するための図である。
【図７】図６の場合における、液晶分子の螺旋ピッチの伸縮を説明するための図である。
【図８】反射型液晶表示素子を適用した電子ペーパーの構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上述した高分子分散型液晶素子では、液晶相内に高分子ネットワークが構築される。そのため、液晶物質がプレーナ状態及びフォーカルコニック状態の一方から他方へ状態が変化する場合、高分子ネットワークが障害となって液晶物質の動きが制限されるために状態変化を起こしにくくなる。そのため、このような液晶物質に状態変化を起こさせるためには、通常の場合と比べてより高い電圧を印加する必要がある。電圧印加により液晶を駆動する場合、上下電極間のギャップを１０μｍ以下とした場合でも、例えば、４００Ｖ以上といった非常に高い電圧を必要とする。
【００２０】
そこで、以下では、低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させる反射型液晶表示素子について説明する。
【００２１】
図１は、反射型液晶表示素子における一例を説明するための図である。反射型液晶表示素子１００は、上部基板２ａとカイラルネマチック液晶層４、及び下部基板２ｂとカイラルネマチック液晶層４との界面付近に、後述する光学活性部位を有する膜材料を配置していないものである。
【００２２】
カイラルネマチック液晶層（以下、単に液晶層という）４は、ネマチック相を呈する液晶分子３と、右巻きの螺旋誘起力を有するカイラル剤とを含んでいる。したがって、液晶分子３は、このカイラル剤の右巻きの螺旋誘起力により、右巻きの螺旋構造を形成している。反射型液晶表示素子１００の場合、液晶層４におけるカイラル剤の濃度は均一であるから、液晶分子３の螺旋ピッチ（カイラルピッチ）はいずれも等しい。
【００２３】
反射型液晶表示素子１は、各基板（上部基板２ａ、下部基板２ｂ）と液晶層４との界面付近に、光学活性部位を有する膜材料５ａ，５ｂを配置したものである。反射型液晶表示素子１は、反射型液晶表示素子１００に対して、各基板（上部基板２ａ、下部基板２ｂ）と液晶層４との界面付近に、光学活性部位を有する膜材料５ａ，５ｂを配置したものである。なお、反射型液晶表示素子１の液晶層４は、反射型液晶表示素子１００と同じものである。
【００２４】
上述したように、光学活性な不斉分子（カイラル剤）は、螺旋誘起力を有するため、液晶分子３の螺旋ピッチに影響を与える。このことから、液晶界面付近に光学活性部位を有する膜材料を配置することにより、上下基板と液晶層との界面付近の液晶分子３の螺旋ピッチに影響を与えると考えられる。そこで、膜材料５ａ，５ｂの側鎖に導入されたアルキル鎖の末端に光学分割されたＲ体分子、Ｓ体分子をそれぞれ、上部基板２ａ，下部基板２ｂに配置する。ここで、Ｒ体分子及びＳ体分子は、不斉炭素を持った構造であっても、分子骨格に螺旋不斉を持っている構造であってもよい。
【００２５】
膜材料５ａは、膜材料６、側鎖部位７、光学活性部位８ａを有する。膜材料５ｂも、同様に、膜材料６、側鎖部位７、光学活性部位８ｂを有する。膜材料６は、基板と液晶との界面に配置される。側鎖部位７は、膜材料６に光学活性部位を導入するための側鎖部位である。光学活性部位８ａは、例えばＲ体分子であって、右巻きの螺旋誘起力を有するものとする。光学活性部位８ｂは、例えばＳ体分子であって、左巻きの螺旋誘起力を有するものとする。
【００２６】
この場合、上部基板２ａと液晶層４との界面付近にある液晶分子３は、右巻きの螺旋誘起力を有する光学活性部位８ａの影響を受ける。すなわち、上部基板２ａと液晶層４との界面付近では、右巻きの螺旋誘起力を有する光学活性化合物の量が増加することになるから、カイラル剤の濃度が高くなるといえる。その結果、螺旋ピッチｐ＝（βM・ｃ）-1の関係より、ネマチック液晶分子３の螺旋ピッチｐは短くなる。
【００２７】
一方、下部基板２ｂと液晶層４との界面付近にある液晶分子３は、左巻きの螺旋誘起力を有する光学活性部位８ｂの影響を受ける。すなわち、液晶層４の成分である右巻きの螺旋誘起力を有するカイラル剤と、左巻きの螺旋誘起力を有する光学活性部位８ｂとは、互いに偏光面の回転方向が異なる旋光性を有するので、螺旋誘起力の向きも異なる。したがって、上述の通り、相反する螺旋誘起力が相殺されることになる。すなわち、下部基板２ｂと液晶層４との界面付近では、カイラル剤の濃度が低下するといえる。その結果、螺旋ピッチｐ＝（βM・ｃ）-1の関係より、液晶分子３の螺旋ピッチｐは長くなる。
【００２８】
このように、液晶層との界面側の基板表面に光学活性部位を有する膜材料を配置することにより、基板と液晶層との界面付近における液晶分子の螺旋ピッチを変化させることができる。
【００２９】
ここで、液晶分子３の螺旋のピッチ長に応じて、選択反射波長がどのように変化するかについて説明する。図２は、液晶分子３の螺旋のピッチ長の変化による選択反射スペクトルについて説明するための図である。
【００３０】
図２において、液晶層４のうち、上部基板２ａと液晶層４との界面付近を上層４ａ、下部基板２ｂと液晶層４との界面付近を下層４ｂ、上層４ａと下層４ｂとの間を中間層４ｃとする。
【００３１】
中間層４ｃには、光学活性部位８ａ，８ｂが存在しないから、光学活性部位８ａ，８ｂの影響を受けない。よって、選択反射波長のピークは、各基板（上部基板２ａ，下部基板２ｂ）と液晶層４との界面付近に光学活性部位を有する膜材料を配置していない反射型液晶表示素子１００の液晶層４の選択反射波長と同様のピークになる。
【００３２】
上層４ａは、上述の通り、光学活性部位８ａの影響を受けるので、液晶分子３の螺旋のピッチが短くなる。したがって、上述したλ＝ｎ・ｐの関係より、上層４ａにおける選択反射波長は短くなる。よって、図２に示すように、中間層４ｃのときと比べて、選択反射波長は短波長側にシフトする。
【００３３】
下層４ｂは、上述の通り、光学活性部位８ｂの影響を受けるので、液晶分子３の螺旋のピッチが長くなる。したがって、上述したλ＝ｎ・ｐの関係より、下層４ｂにおける選択反射波長は長くなる。よって、図２に示すように、中間層４ｃのときと比べて、選択反射波長は長波長側にシフトする。
【００３４】
その結果、液晶層４の選択反射波長は短波長側及び長波長側のいずれにもシフトすることから、液晶層４全体としては、選択反射波長の波形の幅は広がったように見える。これについて、図３を用いて説明する。
【００３５】
図３は、上部基板、下部基板のそれぞれの側から、選択反射光を測定した場合の選択反射光のスペクトルを説明するための図である。反射型液晶表示素子１の液晶の配向状態が、図１及び図２で説明したような状態の場合、上部基板側から選択反射光のスペクトルを測定したとする。この場合、反射型液晶表示素子１の選択反射スペクトルは、破線で示すスペクトル波形のように、上層４ａ，中間層４ｃ，下層４ｂにおける選択反射光のスペクトル波形の和になると予想され、半値幅が広がる。なお、実際には、ピークの位置は中央よりずれた位置になると予想される。
【００３６】
また、反射型液晶表示素子１の液晶の配向状態が、図１及び図２で説明したような状態の場合、下部基板側から選択反射光のスペクトルを測定したとする。この場合、反射型液晶表示素子１の選択反射スペクトルは、実線で示すスペクトル波形のように、上層４ａ，中間層４ｃ，下層４ｂにおける選択反射光のスペクトル波形の和になると予想され、半値幅が広がる。
【００３７】
このように、反射型液晶表示素子１の構造を採用することにより、選択反射波長の半値幅を広げることができる。したがって、反射型液晶表示素子の駆動電圧を低電圧に保ったままで、反射スペクトルの半値幅の広げることができる。
【００３８】
なお、例えば、上部基板２ａと下部基板２ｂ間がｔで、液晶分子３における上部基板２ａからの任意の位置をｘとする。このとき、例えば、上部基板２ａ側から選択反射波長を測定した場合に位置ｘから得られる選択反射光は、下部基板２ｂ側から選択反射波長を測定した場合にはｔ−ｘ位置から得られる。したがって、下部基板側から選択反射光のスペクトル波形は、上部基板側から選択反射光のスペクトル波形とは左右が反転した波形に近い波形になると考えられる。その結果、選択反射光の反射スペクトルにおいて、上部基板２ａ側から測定した場合と、下部基板２ｂ側から測定した場合とで、反射スペクトルのピークトップが異なる。また、反射型液晶表示素子１は選択反射波長を可視域に持つのが好ましい。
【００３９】
次に、カイラル剤及び光学活性部位を有する膜材料５ａ，５ｂ（膜材料６、側鎖部位７、光学活性部位８ａ，８ｂ）について詳述する。
【００４０】
上述のように、螺旋誘起力を有するカイラル剤となる物質としては、分子構造内にキラリティを持った物質のうちＲ体、Ｓ体の存在比率に偏りがあり、ラセミ体となっていない物質が考えられる。光学分割によりＲ体、Ｓ体それぞれのみを取り出せば、より高い螺旋誘起力を有するカイラル剤になると考えられる。キラリティを持つ物質としては、例えば、分子内に不斉炭素をもつ物質、または以下のようなヘリセンのように分子骨格内に螺旋構造を持った物質が挙げられる。
【００４１】
【化１】
【００４２】
次に、液晶の界面付近に配置する膜材料６としては、以下の一般式（１）で表されるポリイミド系の材料を用いることが考えられる。
【００４３】
【化２】
【００４４】
このＲ’の側鎖に光学活性部位を付加した分子構造を有するポイリミド系材料を生成し、この生成物を、側鎖に光学活性物質を有する配向膜材料５ａ，５ｂとすることができる。例えば、以下の式（２）に示すような長鎖アルキル鎖を持ったポリイミドを用いて、アルキル鎖長が液晶のプレチルト角に与える影響について、非特許文献４にて述べている。このＲを光学活性を持ったアルキル鎖とすることで、側鎖部に光学活性を持ったポリイミド系材料とすることができる。
【００４５】
【化３】
【００４６】
このＲ部を、光学活性部位を持ったアルキル鎖とすることにより、側鎖部に光学活性部位を有するポリイミド系材料を得ることができる。具体的な光学活性物質としては、光学分割された形態で市販されている、以下の（Ｒ）−ビナフトール及び（Ｓ）−ビナフトールの誘導体等が考えられる。
【００４７】
【化４】
【００４８】
また、Ｒ部に導入する光学活性物質としては、４´−アクリロイル−４−（２−メチルブチル）ビフェニル、４´−アクリロイル−４−（２−メチルブトキシ）ビフェニル、４´−アクリロイル−４−（２−メチルヘプチルオキシ）ビフェニル、４´−（６−アクリロイルヘキシルオキシ）−４−（２−メチルブチル）ビフェニル、４´−アクリロイル−４−（２−メチルブトキシ）シクロヘキシルフェニルアクリレイト、２−メチル−４−（４−ビフェニル）ブチルアクリレート、１，４−ジ−（４−（６−アクリロイルオキシ−３−メチルヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ）ベンゼン、１，４−ジ−（４−（６−アクリロイルオキシ−４−メチルヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ）ベンゼンの各Ｓ体、Ｒ体を挙げることができる。
【００４９】
次に、反射型液晶表示素子１のより具体的な例について説明する。
図４は、側鎖部に光学活性物質誘導体を有するポリイミド材料５ａ−１，５ｂ−１を上部基板２ａ及び下部基板２ｂに製膜した反射型液晶表示素子の一例を説明するための図である。図４において、図１と同じ構成、物質については同一の符号を付し、その説明を省略する。図４の反射型液晶表示素子１−１では、光学活性部位８ａ−１，８ｂ−１としてそれぞれ、（Ｒ）−ビフナトール誘導体等のＲ体、（Ｓ）−ビフナトール誘導体等のＳ体を用いている。
【００５０】
図５は、図４の場合における、液晶分子の螺旋ピッチの伸縮を説明するための図である。図５に示すように、液晶層４の中間層４ｃに比べて、上層４ａでは、液晶分子３の螺旋ピッチは短くなる。一方で、液晶層４の中間層４ｃに比べて、下層４ｂでは、液晶分子３の螺旋ピッチは長くなる。
【００５１】
図６は、側鎖部に光学活性物質誘導体を有するポリイミド材料５ｂ−２を、片側基板にのみ製膜した反射型液晶表示素子の一例を説明するための図である。図６において、図１と同じ構成、物質については同一の符号を付し、その説明を省略する。図６の反射型液晶表示素子１−２では、上部基板２ａ側には、光学活性物質誘導体を導入していないポリイミド材料を製膜している。一方、下部基板２ｂ側のポリイミド材料５ｂ−２には、光学活性部位８ｂ−２として（Ｓ）−ビフナトール誘導体等のＳ体を導入している。
【００５２】
図７は、図６の場合における、液晶分子の螺旋ピッチの伸縮を説明するための図である。図６の場合、上部基板２ｂとの界面付近における液晶分子３は、元々存在するカイラル剤以外の光学活性物質の影響を受けない。したがって、この場合、図７に示すように、液晶層４の上層４ａにおける液晶分子３の螺旋ピッチは、中間層４ｃにおける液晶分子３の螺旋ピッチと同じである。
【００５３】
一方、下部基板２ｂとの界面付近における液晶分子３は、元々存在するカイラル剤の螺旋誘起力とは反対方向の螺旋誘起力を有する光学活性物質の影響を受ける。したがって、カイラルネマチック液晶層４の中間層４ｃに比べて、下層４ｂでは、液晶分子３の螺旋ピッチは長くなる。
【００５４】
上記の反射型液晶表示素子によれば、見かけ上選択反射波長の半値幅を広げることができる。このとき、液晶分子の状態変化を妨げる高分子は液晶層にはないので、液晶を駆動させる場合に高電圧を印加しなくてもよい。したがって、液晶表示素子の駆動電圧を低電圧に保ったままで、反射スペクトルの半値幅の広げることができる。
【００５５】
図８は、反射型液晶表示素子を適用した電子ペーパーの構成例を示す。電子ペーパー１０は、表示部３０、制御部４０、電源部６０を含む。表示部３０は、画像や文字を表示する。制御部４０は、外部システムや内蔵メモリ５０から入力された表示コンテンツデータを種々の所望の表示データに変換する。また、制御部４０は、当該表示データを表示部３０に表示させるための駆動回路を制御する。電源部６０は、表示部３０、制御部４０、及びその他回路に電力を供給する。
【００５６】
表示部３０は、積層型液晶表示素子を有している。積層型液晶表示素子では、それぞれ上下基板間にカイラルネマチック液晶が封止された青（Ｂ）用表示パネル３０ｂ、緑（Ｇ）用表示パネル３０ｇ、及び赤（Ｒ）用表示パネル３０ｒが表示面Ｄ側からこの順に積層されている。青（Ｂ）用表示パネル３０ｂ、緑（Ｇ）用表示パネル３０ｇ、及び赤（Ｒ）用表示パネル３０ｒはそれぞれ、上述したように、選択反射波長λの値を調整して、青、緑、赤を実現した反射型液晶表示素子である。この反射型液晶表示素子は、図１の反射型液晶表示素子１、図４の反射型液晶表示素子の１−１、または図６の反射型液晶表示素子１−２である。
【００５７】
各表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒは、複数の行電極３１ｂ，３１ｇ，３１ｒを有している。また、各表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒは、各行電極３１ｂ，３１ｇ，３１ｒにほぼ直交する列電極３２ｂ，３２ｇ，３２ｒを有している。各表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒは、いわゆるパッシブマトリクス型の構成を有している。
【００５８】
積層されたＢ，Ｇ，Ｒ用表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒのそれぞれには、行電極３１ｂ，３１ｇ，３１ｒに行電極用データ信号を供給するＢ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒが設けられている。また、積層されたＢ，Ｇ，Ｒ用表示パネル３０ｂ，３０ｇ，３０ｒのそれぞれには、列電極３２ｂ，３２ｇ，３２ｒに列電極用データ信号を供給するＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒが設けられている。
【００５９】
Ｂ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒ及びＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒのそれぞれには、種々の制御用入力端子が設けられており、制御部４の所定の制御用出力端子と接続されている。
【００６０】
例えば、Ｂ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒ及びＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒのそれぞれには、制御部４０から、種々の信号が入力される。たとえば、スキャン／データモード信号（Ｓ／Ｄ＿ｍｏｄ）、データ取込みクロック信号（Ｄ＿ｃｌｋ）、パルス極性制御信号（Ｐ＿ｃｔｌ）、フレーム開始信号（Ｆ＿ｓｔ）が入力される。また、例えば、データラッチ・スキャンシフト信号（Ｄ＿ｌｔ／Ｓ＿ｓｆｔ）、ドライバ出力オフ信号（Ｄｖ＿ｏｆｆ）、表示データ信号（Ｄ＿ｓｉｇ）、及び走査方向切替信号（Ｓｃａｎ＿ｄ）が入力される。
【００６１】
制御部４０は、データ変換回路４１、複数の出力端子、表示方向算出回路４２、レイアウト構成回路４５、重力センサ５１、重力方向検出回路４３、感圧ボタン５２、押圧位置検出回路４４を有する。また、制御部４０は、モード選択回路４６、テキスト／画像判別回路４７、内蔵メモリ５０、入力スイッチ群５３を有する。
【００６２】
複数の出力端子は、Ｂ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒ及びＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒに接続される。表示方向算出回路４２は、表示部３０で表示させる画像や文字の表示方向データを生成してデータ変換回路４１に出力する。レイアウト構成回路４５は、表示データのレイアウト構成を決めてデータ変換回路４１に出力する。
【００６３】
重力センサ５１は、表示部３０の表示面Ｄ近傍に設けられ、観察者の観察方向を表示面Ｄの重力方向に対する向きとして検出する。重力方向検出回路４３は、重力センサ５１からの出力信号により重力方向を検出して表示方向算出回路４２に出力する。
【００６４】
感圧ボタン５２は、表示部３０の表示面Ｄ周囲に設けられ、観察者の観察方向を表示面Ｄ周囲を触れた観察者の手の位置に基づいて検出する。押圧位置検出回路４４は、感圧ボタン５２からの出力信号により使用者の手等による押圧位置を検出して表示方向算出回路４２に出力する。
【００６５】
なお、重力方向検出回路４３と押圧位置検出回路４４とは、いずれか一方だけ備えるようにしてもよいし、双方を備えて切替えていずれか一方を用いるようにしてもよい。あるいは、双方を同時に用いるようにしてもよい。
【００６６】
表示方向算出回路４２は、これらの検出結果より、表示部３０の表示面Ｄに画像や文字を表示させる方向がいずれであるかを決定して、書換え用の表示方向データをデータ変換回路４１に出力する。
【００６７】
テキスト／画像判別回路４７には、外部システムや内蔵メモリ５０から表示コンテンツデータが入力される。テキスト／画像判別回路４７は、コンテンツ内のテキストデータと画像データを判別して、テキストデータにはテキストデータタグを付加し、画像データには画像データタグを付加してレイアウト構成回路４５に出力する。
【００６８】
モード選択回路４６により、レイアウト優先モードか文字サイズ優先モードかを観察者が任意に設定できる。モード選択回路４６は、テキストデータと画像データとが１画面内に混在した場合に最適な表示をするために用いられる。
【００６９】
データ変換回路４１は、フレームメモリ４１ａ、フレームメモリ４１ｂを有する。フレームメモリ４１ａは、座標変換前のＢ，Ｇ，Ｒ用表示データを各１フレーム分格納する。フレームメモリ４１ｂは、座標変換後のＢ，Ｇ，Ｒ用表示データを各１フレーム分格納する。
【００７０】
データ変換回路４１は、レイアウト構成回路４５から出力されたテキストデータ及び画像データを順次フレームメモリ４１ａに格納する。また、データ変換回路４１は、フレームメモリ４１ａに全表示データを格納する際に、各データに付加されたテキストデータタグ及び画像データタグの数をそれぞれ計数して不図示の記憶部に記憶しておく。
【００７１】
また、データ変換回路４１は、フレームメモリ４１ａ内の表示データに対し、表示方向データＤｄやレイアウト変更コマンドを使って、表示データのアドレス変換やレイアウト変更のための幾何学的変換（座標変換等）を行ってフレームメモリ４１ｂに格納する。
【００７２】
また、データ変換回路４１は、表示方向データを使って、各行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒと各列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒのいずれを走査電極駆動回路として機能させ、いずれをデータ電極駆動回路として機能させるかを決定する。さらにデータ変換回路４１は、各行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒと各列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒを介して各行電極３１ｂ，３１ｇ，３１ｒと各列電極３２ｂ，３２ｇ，３２ｒに印加する電圧レベルの切替えを行う。
【００７３】
電源部６は、電源６１、昇圧部６２、電圧切替部６３、電圧安定部６４を有する。昇圧部６２は、論理電圧を昇圧させる。電圧切替部６３は、昇圧された電圧を複数の駆動電圧に切替える。電圧安定部６４は、切替えた電圧を安定化させて出力する。電圧安定部６４により安定させられた電力は、Ｂ，Ｇ，Ｒ用行電極駆動回路３３ｂ，３３ｇ，３３ｒ及びＢ，Ｇ，Ｒ用列電極駆動回路３４ｂ，３４ｇ，３４ｒの駆動電圧となる。
【００７４】
このように、上記の反射型液晶表示素子は、第１の基板と、第２の基板と、カイラルネマチック液晶層と、第１の薄膜とを含む。第２の基板は、前記第１の基板に対向する。第１の基板、第２の基板はそれぞれ、例えば上記実施の形態でいえば、上部基板２ａ、下部基板２ｂに相当する。
【００７５】
カイラルネマチック液晶層は、前記第１の基板と第２の基板とに挟持され、右巻き及び左巻きのいずれか一方へ螺旋を巻く液晶分子を含む。カイラルネマチック液晶層は、例えば上記実施の形態でいえば、カイラルネマチック液晶層４に相当する。
【００７６】
第１の薄膜は、前記第１の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第１の光学活性部位を有する。第１の薄膜は、例えば上記実施の形態でいえば、膜材料５ａ，５ｂのいずれかに相当する。
【００７７】
このように構成することにより、基板と液晶層との界面付近における液晶分子の螺旋ピッチを変化させることができる。また、低電圧に保ったままで反射型液晶表示素子の駆動を制御すると共に、明度を向上させることができる。
【００７８】
前記液晶表示素子は、さらに、第２の薄膜を含む。第２の薄膜は、前記第２の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第２の光学活性部位を有する。第２の薄膜は、例えば上記実施の形態でいえば、第１の薄膜が膜材料５ａ，５ｂのいずれかであれば、その他方の膜材料に相当する。このとき、前記第１の光学活性部位と前記第２の光学活性部位とは、互いに偏光面の回転方向が異なる旋光性を有する。
【００７９】
このように構成することにより、上下部基板と液晶層との界面付近における液晶分子の螺旋ピッチを変化させることができる。
また、前記液晶表示素子は、可視域に選択反射波長を有することが好ましい。また、このような反射型液晶表示素子を少なくとも１つ含んで積層型液晶表示素子を形成してもよい。また、このような反射型液晶表示素子を含んだ電子ペーパーを形成してもよい。
【００８０】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１，１−１，１−２ 反射型液晶表示素子
２ａ 上部基板
２ｂ 下部基板
３ 液晶分子
４ カイラルネマチック液晶層
５ａ，５ｂ 膜材料
６ 膜材料
７ 側鎖部位
８ａ，８ｂ 光学活性部位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と第２の基板とに挟持され、右巻き及び左巻きのいずれか一方へ螺旋を巻く液晶分子を含むカイラルネマチック液晶層と、
前記第１の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第１の光学活性部位を有する第１の薄膜と、
を備えることを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項２】
前記反射型液晶表示素子は、さらに、
前記第２の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第２の光学活性部位を有する第２の薄膜を備え、
前記第１の光学活性部位と前記第２の光学活性部位とは、互いに偏光面の回転方向が異なる旋光性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示素子。
【請求項３】
前記反射型液晶表示素子は、可視域に選択反射波長を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型液晶表示素子。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子を少なくとも１つ含む
ことを特徴とする積層型液晶表示素子。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子を含む電子ペーパー。
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と第２の基板とに挟持され、右巻き及び左巻きのいずれか一方へ螺旋を巻く液晶分子を含むカイラルネマチック液晶層と、
前記第１の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第１の光学活性部位を有する第１の薄膜と、
を備えることを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項２】
前記反射型液晶表示素子は、さらに、
前記第２の基板のうち液晶界面側の表面に配置された、側鎖に第２の光学活性部位を有する第２の薄膜を備え、
前記第１の光学活性部位と前記第２の光学活性部位とは、互いに偏光面の回転方向が異なる旋光性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示素子。
【請求項３】
前記反射型液晶表示素子は、可視域に選択反射波長を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型液晶表示素子。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子を少なくとも１つ含む
ことを特徴とする積層型液晶表示素子。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子を含む電子ペーパー。
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１６４１６３（Ｐ２０１１−１６４１６３Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８０４（Ｐ２０１０−２３８０４）
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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