JP2001033805A

JP2001033805A - 液晶光変調素子

Info

Publication number: JP2001033805A
Application number: JP11203520A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kobayashi; 信幸小林; Masako Iwamatsu; 雅子岩松; Hideaki Ueda; 秀昭植田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高品質でのフルカラー表示が可能な積層構造
の液晶光変調素子を得る。【解決手段】三つの液晶表示セル１１０Ｒ，１１０
Ｇ，１１０Ｂを積層したフルカラーの液晶表示素子。各
セル中には液晶性化合物と添加剤とを含む液晶組成物１
７が封止されており、一つのセル中の液晶組成物の組成
種が他の少なくとも一つのセル中の液晶組成物の組成種
とは異なっている。各セルにおいて、液晶組成物１７が
特定の波長をピークとする光を反射し、フルカラーで画
像を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶光変調素子、
詳しくは、複数のセルを積層した液晶光変調素子に関す
る。

【０００２】

【発明の背景と課題】近年、液晶を用いた表示素子の研
究／開発が活発である。特に、ネマティック液晶にカイ
ラル材を添加することにより室温でコレステリック相を
示すカイラルネマティック液晶組成物を用いた表示素
子、ネマティック液晶に二色性色素を添加したゲスト−
ホスト形の表示素子が注目されている。

【０００３】ところで、前述の表示素子のフルカラー化
を実現する一つの方法として、各色を表示する複数のセ
ルを積層した構造を採用することが考えられる。しか
し、未だに実用に適した表示特性や駆動特性を持つ積層
構造を有する液晶表示素子は実現されていない。

【０００４】そこで、本発明の目的は、高画質表示が可
能な新規な積層構造の液晶光変調素子を提供することに
ある。また、本発明の他の目的は、駆動制御の容易な、
新規な積層構造の液晶光変調素子を提供することにあ
る。

【０００５】

【発明の要旨及び効果】以上の目的を達成するため、第
１の発明に係る液晶光変調素子は、それぞれ液晶組成物
を含む複数の液晶層が積層され、各液晶層が特定波長域
の光を変調する液晶光変調素子において、前記液晶層に
含まれる液晶組成物の組成種が各液晶層ごとに全て異な
ることを特徴とする。

【０００６】液晶層に含まれる液晶組成物の組成種を各
液晶層ごとに全て異ならせることにより、各液晶層ごと
に最適な光変調特性を持たせることが可能となり、積層
構造を持つ液晶光変調素子全体として高品位な光変調特
性が可能となる。

【０００７】第２の発明に係る液晶光変調素子は、それ
ぞれ液晶組成物を含む複数の液晶層が積層され、各液晶
層が特定波長域の光を変調する液晶光変調素子におい
て、前記複数の液晶層には、液晶層に含まれる液晶組成
物の組成種が異なると共にその厚さが異なる少なくとも
二つの液晶層が含まれていることを特徴とする。

【０００８】液晶組成物の組成種が異なると共にその厚
さが異なる少なくとも二つの液晶層を設けることによ
り、最適な光変調特性を持たせながら、容易に各液晶層
の駆動電圧のバラツキを抑制することが可能となる。

【０００９】第２の発明に係る液晶光変調素子におい
て、前記複数の液晶層には、互いに層の厚さが異なると
共に厚い方の層に含まれる液晶組成物の誘電率異方性が
他方より大きい一組の液晶層が含まれていてもよい。誘
電率異方性が大きいほど液晶層を着色／消色させるため
の電圧は小さくなるので、このように構成するとより正
確に各液晶層の駆動電圧のバラツキを打ち消すことが可
能となる。

【００１０】また、前記液晶組成物の誘電率異方性が他
方より大きい液晶層に含まれる液晶組成物には、極性基
を有する液晶性化合物が含まれていてもよい。極性基を
有する液晶性化合物として、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、液晶性シアノフェニルシクロヘキサン化合物、液晶
性シアノターフェニル化合物、液晶性ジフルオロスチル
ベン化合物からなる群より選択される少なくとも一つの
液晶性化合物を含むことができる。

【００１１】さらに、複数の液晶層の厚さを全て異なら
せてもよいし、各液晶層に含まれる液晶組成物の誘電率
異方性を全て異ならせてもよい。このようにすると、液
晶層に含まれる液晶組成物の設計の自由度が高くなり、
各液晶層ごとに求められる光変調特性を最適化すること
ができる。

【００１２】第３の発明に係る液晶光変調素子は、それ
ぞれ液晶組成物を含む複数の液晶層が積層され、各液晶
層が特定波長域の光を変調する液晶光変調素子におい
て、前記複数の液晶層には、液晶層に含まれる液晶組成
物種が異なると共にその駆動電圧範囲が等しい少なくと
も二つの液晶層が含まれていることを特徴とする。

【００１３】液晶組成物の組成種が異なると共にその駆
動電圧範囲が等しい少なくとも二つの液晶層を設けるこ
とにより、最適な光変調特性を持たせながら、駆動制御
を容易にすることができる。

【００１４】第３の発明に係る液晶光変調素子におい
て、前記複数の液晶層の駆動電圧範囲を全て等しくして
もよい。このようにすると、駆動制御がより容易にな
る。

【００１５】第２及び第３の発明に係る液晶光変調素子
のいずれにおいても、全液晶層の液晶組成物の組成種を
互いに異なるものとしてもよい。このようにすること
で、各液晶層ごとに最適な光変調特性を持たせることが
可能となり、積層構造を持つ液晶光変調素子全体として
高画質表示が可能となる。

【００１６】また、第１、第２、第３の発明に係る液晶
光変調素子のいずれにおいても、各液晶層に含まれる液
晶組成物は液晶性化合物と添加剤とを含むのものとして
もよい。そして、一つの液晶層の液晶組成物に含まれる
添加剤の種類が、他の液晶層に含まれる添加剤の種類と
は異なるようにしてもよいし、一つの液晶層の液晶組成
物に含まれる液晶性化合物の種類が、他の液晶層に含ま
れる液晶組成物の種類とは異なるようにしてもよい。

【００１７】添加剤は少なくとも一つの不斉炭素を有す
る化合物を含むものであってもよい。このような添加剤
をカイラル材としてネマティック液晶に添加することに
より、室温でコレステリック相を示す液晶組成物とする
ことができる。カイラル材の添加量や種類を代えること
により、液晶組成物の選択反射波長などの特性を変化さ
せることができる。

【００１８】添加剤は多色性色素であってもよい。多色
性色素を用いることで液晶層の表示色の色純度を向上さ
せることができる。

【００１９】液晶層が、選択反射状態と透過状態とを切
り換え可能であってもよく、例えば、液晶組成物は室温
でコレステリック相を示すものであってもよい。この場
合、複数の液晶層が、光入射側から順に積層された、青
色を表示する青色用液晶層、緑色を表示する緑色用液晶
層、赤色を表示する赤色用液晶層の３層からなるように
すると、良好なフルカラー画像を表示することができ
る。

【００２０】液晶層が、特定波長域の光を吸収する状態
と透過状態とを切り換え可能であってもよく、例えば、
各液晶層はゲスト・ホスト効果による表示を行うもので
あってもよい。このような表示は、例えば、ネマティッ
ク液晶に添加剤として多色性色素を添加してなる液晶組
成物を用いることによって実現できる。この場合、液晶
の分子配列の変化で色素分子の向きを制御することによ
り、液晶層を着色状態と透明状態とに切り換えることが
できる。

【００２１】少なくとも一組の隣り合う液晶層間にカラ
ーフィルタが配置されていてもよい。カラーフィルタを
配することにより、液晶層の表示の色純度を高めたり、
視野角特性の改善を図ることができる。

【００２２】各液晶層はぞれぞれ一対の基板により挟持
されていることが好ましい。一対の基板の少なくとも一
方は可撓性を有するものであってもよい。可撓性基板を
用いることにより、フレキシブルな液晶表示素子とする
ことができる。特に、樹脂フィルム基板を用いると、液
晶表示素子の軽量化を図ることができる。

【００２３】液晶層を挟持する一対の基板間における光
変調領域内に樹脂構造物が配置されていてもよい。樹脂
構造物を配置することで、正確に基板間距離が一定に保
たれ、液晶層の厚みが均一になる。また、可撓性基板を
用いても良好に基板間距離が保たれ、大面積化も容易で
ある。

【００２４】各液晶層は網目状高分子マトリクス中に前
記液晶組成物が分散されてなる複合膜であってもよい。
このようにすることで、大面積化が容易になり、また視
野角特性も良好となる。

【００２５】液晶層を挟持する一対の基板の少なくとも
一方には機能性薄膜が設けられ、該機能性薄膜の厚みが
各液晶層ごとに等しくしてもよい。このようにすると、
各液晶層の機能性薄膜付き基板の構成を同じにすること
ができ、製造が容易になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液晶光変調素
子の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

【００２７】（第１実施形態、図１参照）図１に本発明
の第１実施形態である液晶表示素子１０の概略構成を示
す。この液晶表示素子１０は赤色の選択反射状態と透明
状態に切り換えられる赤色表示層１１Ｒを含む液晶表示
セル１１０Ｒと、緑色の選択反射状態と透明状態に切り
換えられる緑色表示層１１Ｇを含む液晶表示セル１１０
Ｇと、青色の選択反射状態と透明状態に切り換えられる
青色表示層１１Ｂを含む液晶表示セル１１０Ｂを積層し
たものである。さらに、矢印Ａで示す観察方向の反射側
には光吸収層１９が設けられている。

【００２８】各液晶表示セル１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１
０Ｂには、それぞれ透明基板１２間に液晶組成物１７が
封止されている。基板１２の内面には、電極が形成され
ており、さらに絶縁膜及び／又は配向制御膜が必要に応
じて形成され、これらの詳細は図２、図３、図４を参照
して以下に説明する。

【００２９】（セル構造の第１例、図２参照）図２は前
記液晶表示セル１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂの任意の
一つのセル１１０を示す。各基板１２の表面には互いに
平行な複数の帯状に形成された透明電極１３，１４が設
けられている。これらの電極１３，１４はマトリクス状
に互いに交互するように向かい合わされている。電極１
３上には絶縁膜１５及び配向制御膜１６が形成され、電
極１４上には配向制御膜１６が形成されている。液晶組
成物１７は、以下に詳述するように、室温でコレステリ
ック相を示すもので、スペーサ２１と共にシール材２５
によって基板１２間に封止されている。

【００３０】（セル構造の第２例、図３参照）図３は前
記液晶表示セル１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂの任意の
一つのセル１１０を示す。基本的な構成は図２に示した
セル１１０と同様であり、基板１２間には高分子物質か
らなる柱状の構造物２２が形成されている。

【００３１】（セル構造の第３例、図４参照）図４も前
記液晶表示セル１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂの任意の
一つのセル１１０を示す。基本的な構成は図２に示した
セル１１０と同様であり、基板１２間には網目状高分子
マトリクス２３が形成されている。

【００３２】（第２実施形態、図５参照）図５に本発明
の第２実施形態である液晶表示素子４０の概略構成を示
す。この液晶表示素子４０は、液晶表示セル４１Ｘ，４
１Ｙからなる２層構造をなす。

【００３３】なお、図５において、図１〜図４と同じ部
材は同じ符号で示し、その説明は省略する。また、各セ
ル４１Ｘ，４１Ｙに図３に示した柱状の高分子構造物２
２や図４に示した網目状高分子マトリクス２３を形成し
てもよい。

【００３４】前記いずれの実施形態においても、積層型
液晶表示素子には、互いに厚さの異なる少なくとも二つ
の液晶層が含まれていてもよい。液晶層の厚みを各層で
異ならせるようにすると、容易に各液晶層の駆動電圧の
バラツキを打ち消すことができるようになる。

【００３５】複数の液晶層には、互いに層の厚さが異な
ると共に厚い方の層に含まれる液晶組成物の誘電率異方
性が他方より大きい一組の液晶層が含まれるようにする
ことが好ましい。誘電率異方性が大きいほど液晶層を着
色／消色させるための電圧は小さくなるので、このよう
に構成するとより正確に各液晶層の駆動電圧のバラツキ
を打ち消すことが可能となる。

【００３６】複数の液晶層の厚さが全て異なっていても
よく、各液晶層に含まれる液晶組成物の誘電率異方性が
全て異なっていてもよい。このようにすると、液晶層に
含まれる液晶組成物の設計の自由度が高くなり、各液晶
層ごとに求められる光変調特性を最適化することができ
る。

【００３７】全液晶層の駆動電圧を等しくしてもよい。
全ての液晶層の駆動電圧を等しくすることにより、駆動
制御が一層容易になり、駆動ＩＣを共通化することもで
きる。

【００３８】（表示方法１、コレステリック相による選
択反射を利用する場合）以上の構成からなる液晶表示素
子１０，４０の各セルにおいては、電極１３，１４にパ
ルス電圧を印加することで表示が行われる。即ち、液晶
組成物１７がコレステリック相を示すものを用いている
場合、比較的高いエネルギーのパルス電圧を印加するこ
とで、液晶がプレーナ状態となり、液晶分子の螺旋のピ
ッチと屈折率に基づいて決まる波長の光を選択的に反射
する。比較的低いエネルギーのパルス電圧を印加するこ
とで、液晶がフォーカルコニック状態となり、透明状態
となる。各状態は電圧無印加時にも保たれる。

【００３９】フォーカルコニック状態とプレーナ状態と
の中間状態も存在することが判明しており、中間的なエ
ネルギーのパルス電圧を印加することにより、中間調の
表現も可能である。中間状態では、フォーカルコニック
状態とプレーナ状態とが混在するものと考えられ、この
状態も電圧無印加時に維持される。なお、可視光吸収層
１９を設けると、フォーカルコニック状態では黒色を表
示することになる。

【００４０】本液晶表示素子では帯状の電極１３，１４
が交差する領域が表示画素となる。本明細書では、液晶
によって光変調が行われる領域を光変調領域と称し、そ
の周辺は光変調が行われない光変調領域外となる。本液
晶表示素子では光変調領域が表示領域となる。

【００４１】（表示方法２、ゲスト・ホスト効果による
表示）液晶組成物として、液晶に二色性色素などの多色
性色素を混ぜた材料を用いている場合、電極１３と電極
１４間に電圧を印加している間と電圧無印加時との間で
液晶の分子軸の方向を変化させることができるため、着
色状態と無色状態とを切り換えることができる。

【００４２】（基板）基板１２は少なくとも最下層に位
置するものを除いて透明であることが必要である。透明
な基板としては、ガラス以外に、ポリカーボネート（Ｐ
Ｃ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）等のフレキシブル基板等が使
用可能である。

【００４３】（電極）電極１３，１４としては、ＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）に代表される透明導電性膜、ア
ルミニウム、シリコン等の金属電極、あるいはアモルフ
ァスシリコン、ＢＳＯ（Bismuth Silicon Oxide）等
の光導電性膜が使用可能である。電極１３，１４を帯状
に形成するには、例えば、基板１２上にＩＴＯ膜をスパ
ッタリング法等で形成した後、フォトリソグラフィ法で
パターニングすればよい。

【００４４】（絶縁膜、配向制御膜、カラーフィルタ）
絶縁膜１５は酸化シリコン等の無機膜あるいはポリイミ
ド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等
の有機膜であり、電極１３，１４間の短絡を防止した
り、ガスバリア層として液晶の信頼性を向上させる機能
を有する。また、配向制御膜１６として機能するポリイ
ミド樹脂やシリコン樹脂を用いてもよい。さらに、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、高分子構造物２２に用いる高分子体と同じ材料を絶
縁膜１５として使用してもよい。

【００４５】（液晶組成物）液晶のコレステリック相に
よる選択反射を利用する場合、液晶組成物としては室温
でコレステリック相を示すものが好ましい。ネマティッ
ク液晶にカイラル材を添加したカイラルネマティック液
晶が好適である。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り、選択反射波長を可視光域に設定
したり、可視光域外に設定することができる。液晶組成
物に色素を添加してもよい。ネマティック液晶は、棒状
の液晶分子が平行に配列しているが、層状構造は有して
いない。

【００４６】このようなネマティック液晶としては、特
に限定されることなく各種のものが使用可能である。特
に、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、液晶性シアノフェニル
シクロヘキサン化合物、液晶性シアノターフェニル化合
物、液晶性ジフルオロスチルベン化合物、液晶性トラン
化合物などの極性基を有する液晶性化合物を含むネマテ
ィック液晶は液晶組成物の誘電率異方性を大きくさせる
うえで有用である。ネマティック液晶は、複数の液晶性
化合物の混合物であってもよい。前記化合物以外では、
等方相への相転移温度を上昇させるための多環化合物や
Ｎ型化合物等の液晶成分を含むことができる。

【００４７】カイラルネマティック液晶は、カイラル材
の添加量を変えることにより、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度回転した
ときの分子間の距離で定義される「ヘリカルピッチ」を
用いる。

【００４８】ここで誘電率異方性を大きくすることがで
きる液晶性化合物の代表的な６種について、その一般構
造式（Ｉ）〜（VI）を以下に示す。

【００４９】

【化１】

【００５０】カイラル材は、ネマティック液晶に添加さ
れた場合にネマティック液晶の分子を捩る作用を有する
添加剤である。カイラル材をネマティック液晶に添加す
ることにより、所定の捩れ間隔を有する液晶分子の螺旋
構造が生じ、これによりコレステリック相を示す。

【００５１】添加されるカイラル材としては、少なくと
も一つの不斉炭素を有する少なくとも１種類の化合物を
含有し、そのヘリカルセンス（液晶に与えられる捩れの
方向）については同一方向でも異なる方向でもよい。添
加量は液晶化合物に対して約４５ｗｔ％以下、より好ま
しくは４０ｗｔ％以下であることが好ましい。４５ｗｔ
％を超えると結晶が析出する等の不具合が発生しやすく
なる。カイラル材の添加量の下限は、液晶組成物に選択
反射を生じさせる程度の量であれば特に制限はないが、
１０ｗｔ％以上とすることが好ましい。

【００５２】ネマティック液晶に添加するカイラル材と
して、複数種のカイラル材を混合して使用してもよく、
また旋光性の同じ種類の組合わせに加えて旋光性の異な
る種類の組み合わせも使用できる。複数種のカイラル材
の使用や、多環化合物、Ｎ型化合物等の液晶成分をカイ
ラル材として使用すると、コレステリック液晶の相転移
温度を変化させたり、温度変化に応じた選択反射波長の
変化を軽減したりする他、誘電率異方性、屈折率異方性
や粘度等のコレステリック液晶の諸物性値を変化させる
ことができ、表示素子としての特性を向上させる働きが
ある。

【００５３】ここで、代表的なカイラル材の一般構造式
（Ａ）〜（Ｆ）及び具体的構造式（Ａ₁）〜（Ａ₁₀），
（Ｂ₁）〜（Ｂ₁₀），（Ｃ₁）〜（Ｃ₁₀），（Ｄ₁）〜
（Ｄ₁₀），（Ｅ₁）〜（Ｅ₁₀），（Ｆ₁）〜（Ｆ₉）を示
す。

【００５４】

【化２】

【００５５】

【化３】

【００５６】

【化４】

【００５７】

【化５】

【００５８】

【化６】

【００５９】

【化７】

【００６０】

【化８】

【００６１】

【化９】

【００６２】

【化１０】

【００６３】

【化１１】

【００６４】

【化１２】

【００６５】

【化１３】

【００６６】

【化１４】

【００６７】

【化１５】

【００６８】

【化１６】

【００６９】

【化１７】

【００７０】

【化１８】

【００７１】

【化１９】

【００７２】各表示層１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにおい
て、選択反射によって行われる表示の色純度の向上や、
透明状態時の透明度の低下につながる光成分を吸収する
ために、各表示層に色素を添加したり、それと同等の効
果をもたらす着色フィルタ層、即ち、色ガラスフィルタ
やカラーフィルム等の板状部材を各表示層に配してもよ
い。色素は各表示層を構成する液晶材料、樹脂材料、透
明電極材料、透明基板材料のいずれに添加してもよく、
各構成要素の複数が色素を含有していてもよい。但し、
表示品位を低下させないためにも、添加する色素及び追
加するフィルタ層は、各表示層の選択反射による色表示
を妨げないようにすることが望ましい。

【００７３】液晶材料に添加する色素としては、従来知
られている各種色素を使用することができ、液晶と相溶
性の良好なものが好ましい。例えば、アゾ化合物、キノ
ン化合物、アントラキノン化合物等あるいは二色性色素
等が使用可能であり、これらを複数種用いてもよい。こ
れらの色素の中から、液晶の選択反射波長による表示を
妨げず、表示を低下させる原因となる波長域のスペクト
ル光を吸収する色素を各表示層ごとに適宜選択して使用
すればよい。また、表示品位を低下させる光成分は、主
として短波長側に存在するものと考えられることから、
液晶の各選択反射波長よりも短波長側の波長域のスペク
トル光を吸収する色素をそれぞれ使用することがより好
ましい。

【００７４】色素の添加量は、液晶の表示のための切り
換え動作特性を著しく低下させない範囲であれば特に制
限はないが、液晶材料に対して少なくとも０．１ｗｔ％
以上添加することが好ましく、２ｗｔ％程度あれば充分
である。

【００７５】色素添加の代わりにカラーフィルターを採
用する場合、追加するフィルタ層材料としては、無色透
明物質に色素を添加したものであってもよい。色素を添
加せずとも本来的に着色状態にある材料や、前記色素と
同様の働きをする特定の物質の薄膜等であってもよい。
フィルタ層を配する代わりに、透明基板１２自体を以上
のようなフィルタ層材料と置き換えても同様の効果が得
られることは明らかである。

【００７６】ゲスト・ホスト効果を利用する場合、ネマ
ティック液晶に二色性色素などの多色性色素を添加した
ものを用いることが好ましい。ネマティック液晶として
は、前述したものと同様のものを用いることができる。
また、多色性色素としては、前述したものと同様のもの
を用いることができる。

【００７７】いずれの実施形態においても、複数の液晶
層の中には、各液晶層に含まれる液晶組成物の組成種が
互いに異なる少なくとも二つの液晶層が含まれている。
液晶組成物の組成種を異ならせるためには、一つの液晶
層の液晶組成物に含まれる液晶性化合物の種類が他の液
晶層に含まれる液晶組成物の種類と異なるようにした
り、一つの液晶層の液晶組成物に含まれる添加剤の種類
が、他の液晶層に含まれる添加剤の種類と異なるように
すればよい。なお、ゲスト・ホスト効果により表示を行
わせる場合は、多色性色素の添加量等による駆動電圧の
変動幅は小さいので、母体となるネマティック液晶の組
成種を変更することが好ましい。

【００７８】液晶層に含まれる液晶組成物の組成種を各
液晶層ごとに全て異ならせてもよい。このようにする
と、各液晶層ごとに最適な表示特性を持たせることが可
能となり、積層構造を持つ液晶表示素子全体として高画
質表示が可能となる。

【００７９】また、複数の液晶層には、液晶層に含まれ
る液晶組成物の組成種が異なると共にその厚さが異なる
少なくとも二つの液晶層を含むようにしてもよい。この
ようにすると、最適な表示特性を持たせながら、容易に
各液晶層の駆動電圧のバラツキを抑制することが可能と
なる。液晶層の厚さは、使用するスペーサのサイズによ
って制御することができ、各液晶層ごとに異なるサイズ
のスペーサを使用すればよい。

【００８０】さらに、複数の液晶層には、液晶層に含ま
れる液晶組成物種が異なると共にその駆動電圧範囲が等
しい少なくとも二つの液晶層を含むようにしてもよい。
このようにすることにより、最適な光変調特性を持たせ
ながら、駆動制御を容易にすることができる。駆動電圧
は、液晶性化合物と添加剤との組合せを適切に選択した
り、液晶層の厚みを適切に調整するなどにより実現する
ことができる。

【００８１】（スペーサ）スペーサ２１は基板１２間の
ギャップを所定の値に保持するためのもので、例えば、
樹脂製又は無機酸化物製の球状又は棒状のものが使用で
きる。基板１２に対して固着／溶着性を有するものであ
ってもよい。スペーサ２１の大きさはギャップに合わせ
て決めればよいが、１〜２０μｍが好ましい。高分子構
造物２２と併用する場合、スペーサ２１の高分子構造物
２２に対する比は１／２〜１／２００程度に設定するこ
とが好ましい。

【００８２】（高分子構造物）高分子構造物２２は、円
柱状体、楕円状体、四角柱状体など、形状はどのような
ものでもよく、また、その配置はランダムであってもよ
いし、格子状など規則性を有するものであってもよい。
このような高分子構造物を設けることにより、基板間ギ
ャップを一定に保つことが容易になり、また、液晶表示
素子自身の自己保持性を高めることができる。特に、ド
ット形状の高分子構造物を一定間隔で配置すると、表示
性能を均一化しやすい。

【００８３】高分子構造物を形成するには、紫外線硬化
型モノマーからなるホトレジスト材料などの光硬化性樹
脂材料を用いて、所望の厚さで基板に塗布し、これにマ
スクを通して紫外線を照射するなどしてパターン露光を
行い、未硬化部分を除去するいわゆるフォトリソ法を用
いることができる。

【００８４】また、熱可塑性樹脂を適当な溶剤に溶かし
た樹脂材料などを用いて、熱可塑性樹脂からなる高分子
構造物を形成してもよい。この場合、スクリーン版やメ
タルマスク等を用いて熱可塑性樹脂材料をスキージで押
し出すことにより基板上に印刷を行う印刷法や、ディス
ペンサ法やインクジェット法などの、樹脂材料をノズル
の先から基板上に吐出して形成する方法、あるいは、樹
脂材料を平板あるいはローラ上に供給した後、これを基
板表面に転写する転写法などにより高分子構造物を配置
することができる。こうして配置された高分子構造物上
に対向基板を載せた後、加熱・加圧することにより基板
間に高分子構造物が挟持された液晶セルを作製すること
ができる。

【００８５】液晶表示素子とするには、高分子構造物を
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。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。

【００８６】さらに、基板間ギャップ制御の精度向上の
ため、高分子構造物を形成するときに、樹脂の膜厚より
小さいサイズのスペーサ材料、例えば、ガラスファイバ
ー、ボール状のガラスやセラミックス粉、あるいは有機
材料からなる球状粒子を配置し、加熱や加圧でギャップ
が変化し難いようにすると、よりギャップ精度が向上
し、電圧むら、発色むら等が低減できる。

【００８７】（高分子膜）高分子マトリクス２３は液晶
組成物とで３次元的な網目状のネットワークを構成する
複合膜である。この高分子マトリクス２３は、光重合開
始剤を添加した樹脂材料と液晶組成物とを所定の割合で
よく混合した後、基板上に滴下し、いま一つの基板を被
せて十分に密着させた後、紫外線を照射して樹脂材料を
重合させて製作する。樹脂材料としては、例えば、メタ
クリレート化合物等を使用することができる。

【００８８】（シール材）シール材２５は、液晶組成物
１７が基板１２外に漏れないように封入するためのもの
であり、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹
脂、あるいは光硬化性接着剤等を使用することができ
る。

【００８９】（カラー表示の方法１、コレステリック相
による選択反射を利用する場合）前記表示層１１Ｒ，１
１Ｇ，１１Ｂを積層した液晶表示素子１０は、青色表示
層１１Ｂ及び緑色表示層１１Ｇを液晶がフォーカルコニ
ック配列となった透明状態とし、赤色表示層１１Ｒを液
晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることによ
り、赤色表示を行うことができる。また、青色表示層１
１Ｂを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態
とし、緑色表示層１１Ｇ及び赤色表示層１１Ｒを液晶が
プレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、
イエローの表示を行うことができる。同様に、各表示層
の状態を透明状態と選択反射状態とを適宜選択すること
により赤色、緑色、青色、白色、シアン、マゼンタ、イ
エロー、黒色の表示が可能である。さらに、各表示層１
１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの状態として中間の選択反射状態
を選択することにより中間色の表示が可能となり、フル
カラー表示素子として使用できる。

【００９０】さらに、液晶表示素子１０における各表示
層１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの積層順については、図１に
示す以外の場合も可能である。しかし、短波長領域に比
べて長波長領域の光の方が透過率が高いことを考慮する
と、上側の層に含まれる液晶の選択反射波長の方を下側
の層に含まれる液晶の選択反射波長よりも短くしておく
方が、下側の層へより多くの光が透過するので明るい表
示を行うことができる。従って、観察側（矢印Ａ方向）
から順に、青色表示層１１Ｂ、緑色表示層１１Ｇ、赤色
表示層１１Ｒとなることがもっとも望ましく、この状態
が最も好ましい表示品位が得られる。

【００９１】（カラー表示の方法２、ゲスト・ホスト効
果を利用する場合）例えば、前記液晶表示素子４０のい
ずれか一方のセルを背景色とし、他方のセルを表示色と
して画像を単色で表示する。例えば、下層のセルを赤色
着色状態と透明状態に切り換えられる表示層として構成
し、上層のセルを青色の着色状態と透明状態に切り換え
られる表示層として構成すれば、青地に赤色の画像を表
示することができる。勿論、地色と表示色の組合せは任
意である。

【００９２】（セルの製作例）ここで、液晶表示素子の
各セルを製作する一例について説明する。まず、樹脂フ
ィルム等の基板１２に、公知のスパッタリング法などに
よりＩＴＯ薄膜などの透明電極を形成し、必要に応じて
絶縁膜、配向制御膜を形成する。次に、樹脂材料をスク
リーン印刷機等により前記基板１２に図６に示すように
印刷し、高分子構造物２２を形成する。さらに、周囲に
シール材２５を設ける。対向基板として、透明電極と、
必要に応じて絶縁膜、配向制御膜を形成したものを用
い、前記基板に透明電極面が対向するように重ね、図７
に示すような平板５１とローラ５０とを備えた貼り合わ
せ装置で両基板間に液晶組成物を滴下してから、ローラ
５０で加熱・加圧しながら液晶組成物を封止する。こう
して一つの液晶表示セルを作製する。液晶組成物を変え
て、同様の方法で複数のセルを作製し、これらを積層す
ることでカラー表示を行う積層型の液晶表示素子が作製
される。

【００９３】（表示素子の駆動回路及び駆動方法）前記
液晶表示素子１０の各液晶表示セルにおける画素構成は
単純マトリクスであるため、図８に示すように、走査電
極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍと信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎのｍ×
ｎのマトリクスで表わすことができる。走査電極Ｒａと
信号電極Ｃｂ（ａ，ｂはａ≦ｍ、ｂ≦ｎを満たす自然
数）との交差部分の画素をＬＣａ−ｂとする。また、こ
れらの電極群はそれぞれ走査駆動ＩＣ３１、信号駆動Ｉ
Ｃ３２の出力端子に接続されており、これらの駆動ＩＣ
３１，３２から各電極に走査電圧及び選択電圧を印加す
る。

【００９４】なお、液晶表示素子１０の駆動回路は、前
記マトリクス構成のドライバに限定されるものではな
く、走査駆動ＩＣ３１の１ラインごとに、信号駆動ＩＣ
３２からラインラッチメモリを介して画像データをシリ
アル転送してもよい。この場合、走査駆動ＩＣ３１はラ
イン対応ではなく、シリアル用で済み、ドライバのコス
トが安価になる。

【００９５】前記液晶表示素子１０において、液晶層の
表示状態は印加電圧とパルス幅の関数になっている。液
晶のコレステリック相による選択反射を用いて表示を行
う場合を例にとって説明すると、各液晶層に対して最初
に最も低いＹ値（視感反射率）を示すフォーカルコニッ
ク状態にリセットしておいてから、幅が一定のパルス電
圧を液晶層に印加すると、図９に示すように表示状態が
変化する。図９において、縦軸はＹ値、横軸は印加電圧
を示す。電圧Ｖｐのパルスが印加されると最も高いＹ値
を示すプレーナ状態が選択され、電圧Ｖｆのパルスが印
加されると最も低いＹ値を示すフォーカルコニック状態
が選択される。また、その中間の電圧を印加すると、中
間のＹ値を示すプレーナ状態とフォーカルコニック状態
が混在した状態が選択され、中間調表示が可能となる。

【００９６】図１０は、画像データを書き換えるように
した駆動・画像信号処理回路３０を示す。液晶表示素子
１０には前記走査駆動ＩＣ３１、信号駆動ＩＣ３２が接
続され、これらのＩＣ３１，３２は、それぞれ走査コン
トローラ３３、信号コントローラ３４からの制御信号に
よって駆動される。新たに表示する画像データはメモリ
３６から信号コントローラ３４に入力されるが、その前
に画像データ変換手段３５により選択信号に変換され
る。

【００９７】（実験例１）液晶性フェニルシクロヘキサ
ン化合物を３５ｗｔ％含有すると共に液晶性エステル化
合物を３０ｗｔ％含有すると共に、残りの成分がＰ型３
環化合物及びＮ型２環化合物からなる液晶混合物Ａと、
液晶性フェニルシクロヘキサン化合物を３５ｗｔ％含有
すると共に液晶性シアノビフェニル化合物を２０ｗｔ％
含有すると共に、残りの成分が液晶性ターフェニル化合
物及びＮ型２環化合物からなる液晶混合物Ｂと、液晶性
トラン化合物を３５ｗｔ％含有すると共に、残りの成分
が液晶性ピリミジン化合物及びＮ型２環化合物からなる
液晶混合物Ｃに対して、それぞれに前記化学式（Ｃ₉）
で表わされるカイラル材Ｓ８１１（メルクジャパン社
製）を所定量、即ち、Ａには１４ｗｔ％、Ｂには２０ｗ
ｔ％、Ｃには２４ｗｔ％添加し、液晶組成物Ａ１，Ｂ
１，Ｃ１を調製した。液晶組成物Ａ１は６８０ｎｍ付
近、液晶組成物Ｂ１は５６０ｎｍ付近、液晶組成物Ｃ１
は４８０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するように調整
されている。液晶組成物Ａ１，Ｂ１，Ｃ１のそれぞれの
誘電率異方性Δεは１７，１２，７であり、屈折率異方
性Δｎは０．２１，０．１４，０．１４であった。

【００９８】次に、パターニングされた透明電極が形成
されたＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）フィルムの透明
電極形成面に、ポリイミド系配向制御膜ＡＬ４５５２
（ＪＳＲ社製）を８００オングストロームの厚さで形成
し第１基板とした。配向制御膜にはラビング処理を行わ
なかった。そしてこの第１基板の配向制御膜形成面に、
所定サイズのスペーサを所定量散布した。同時に、透明
電極を有するいま一つのＰＥＳフィルム（第２基板）上
に、絶縁膜ＨＩＭ３０００（日立化成社製）を厚さ２０
００オングストロームに形成し、さらにその上に配向制
御膜ＡＬ４５５２を厚さ８００オングストロームに形成
した。配向制御膜にはラビング処理は行わなかった。続
いて、第１基板上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てシール壁を形成した。

【００９９】その後、第１基板上に液晶組成物Ａ１を塗
布し、貼り合わせ装置を用いて第１及び第２基板を貼り
合わせ、１５０℃で１時間加熱し赤色用液晶表示セルを
得た。同様に、液晶組成物Ｂ１，Ｃ１を用いて、第１基
板及び第２基板を貼り合せ、それぞれ緑色用、青色用の
液晶表示セルを得た。なお、液晶組成物Ａ１は厚さ９μ
ｍのセルに、液晶組成物Ｂ１は厚さ７μｍのセルに、液
晶組成物Ｃ１は厚さ５μｍのセルに充填した。これらの
３種のセルを観察側から見て青色用、緑色用、赤色用の
順に積層し、積層体の裏面（液晶組成物Ａ１を含むセル
の裏面）には黒色の光吸収膜を設けた。

【０１００】各セルを着色状態（プレーナ配列）と消色
状態（フォーカルコニック配列）にするためにパルス幅
５ｍｓｅｃのパルス電圧を用いて駆動したところ、積層
体のコントラストは６：１（Ｗ／Ｂ）であり、極めて優
れた表示特性を示した。駆動電圧は各液晶組成物Ａ１，
Ｂ１，Ｃ１に対して、着色時は６０Ｖ、消色時は３０Ｖ
であった。

【０１０１】なお、コントラストを測定するための反射
率等の測定は、分光測色計ＣＭ−３７００ｄ（ミノルタ
社製）を用いた。以下の実験例、比較例でも同様であ
る。また、駆動電圧範囲の測定は、着色状態で最も強度
の強い着色状態を得るのに必要な最小の電圧と、透明状
態で最大の透過率が得られる最大の電圧とを測定するこ
とによって行った。

【０１０２】（実験例２）前記実験例１に示した液晶組
成物Ａ１，Ｂ１，Ｃ１を使用した。そして、透明電極の
形成された３枚のＰＥＳフィルム基板の電極面に、それ
ぞれ８００オングストロームの厚みの配向制御膜ＡＬ４
５５２（ＪＳＲ社製）を形成し、所定サイズのスペーサ
を散布した。一方、透明電極を有する他の３枚のＰＥＳ
フィルム（第２基板）上に絶縁膜ＨＩＭ３０００を厚さ
２０００オングストロームに形成し、さらにその上に配
向制御膜ＡＬ４５５２を厚さ８００オングストロームに
形成した。続いて、第２基板上の周辺部にシール材ＸＮ
１１３Ｅ（三井化学社製）をスクリーン印刷してシール
壁を形成した。そして、それぞれ第１及び第２基板を貼
り合わせて所定圧力を付与しつつ１５０℃で１時間加熱
して三つのセルを作製した。

【０１０３】次に、前記液晶組成物Ａ１，Ｂ１，Ｃ１に
それぞれ２ｗｔ％ずつアクリレートモノマーＲ６８４
（日本化薬社製）を添加した後、各セルに真空注入法に
て充填した。液晶組成物Ａ１は厚さ９μｍのセルに、液
晶組成物Ｂ１は厚さ７μｍのセルに、液晶組成物Ｃ１は
厚さ５μｍのセルに充填した。その後、各セルに高圧水
銀灯を用いて１５ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を５分間照射
し、液晶層中に高分子複合膜を形成し、それぞれ液晶組
成物Ａ１を含む赤色用液晶表示セル、液晶組成物Ｂ１を
含む緑色用液晶表示セル、液晶組成物Ｃ１を含む青色用
液晶表示セルとした。これらの３種のセルを観察側から
見て青色用、緑色用、赤色用の順に積層し、積層体の裏
面（液晶組成物Ａ１を含むセルの裏面）には黒色の光吸
収膜を設けた。

【０１０４】各セルを着色状態（プレーナ配列）と消色
状態（フォーカルコニック配列）にするためにパルス幅
５ｍｓｅｃのパルス電圧を用いて駆動したところ、積層
体のコントラストは４：１（Ｗ／Ｂ）であり、極めて優
れた表示特性を示した。駆動電圧は各液晶組成物Ａ１，
Ｂ１，Ｃ１に対して、着色時は８０Ｖ、消色時は５０Ｖ
であった。

【０１０５】（実験例３）前記実験例１に示した液晶混
合物Ａ，Ｂ，Ｃに対して、それぞれにカイラル材とし
て、前記化学式（Ｃ₉）で表わされるＲ８１１及び前記
化学式（Ｆ₁）で表わされるＣＢ１５（メルクジャパン
社製）を３：１の割合で混合したものを所定量、即ち、
Ａには１４ｗｔ％、Ｂには２０ｗｔ％、Ｃには２４ｗｔ
％添加し、液晶組成物Ａ６，Ｂ６，Ｃ６を調製した。液
晶組成物Ａ６は６８０ｎｍ付近、液晶組成物Ｂ６は５６
０ｎｍ付近、液晶組成物Ｃ６は４８０ｎｍ付近の波長の
光を選択反射するように調整されている。液晶組成物Ａ
６，Ｂ６，Ｃ６のそれぞれの誘電率異方性Δεは１８，
１３，８であり、屈折率異方性Δｎは０．２１，０．１
４，０．１４であった。

【０１０６】次に、パターニングされた透明電極が形成
されたＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）フィルムの透明
電極形成面に、ポリイミド系配向制御膜ＡＬ４５５２
（ＪＳＲ社製）を８００オングストロームの厚さで形成
し第１基板とした。配向制御膜にはラビング処理を行わ
なかった。そしてこの第１基板の配向制御膜形成面に、
所定サイズのスペーサを散布した。同時に、透明電極を
有するいま一つのＰＥＳフィルム（第２基板）上に絶縁
膜ＨＩＭ３０００を厚さ２０００オングストロームに形
成し、さらにその上に配向制御膜ＡＬ４５５２を厚さ８
００オングストロームに形成した。配向制御膜にはラビ
ング処理は行わなかった。続いて、第２基板上に熱可塑
性樹脂を主成分とするインクを、直径約１００μｍの多
数の穴が約５００μｍの間隔で形成されたメタルマスク
上に載置し、スキージを用いてスクリーン印刷を行い、
高さ５〜１０μｍの円柱状の高分子構造物を形成した。
続いて、第１基板上の周辺部にシール材ＸＮ２１Ｓをス
クリーン印刷してシール壁を形成した。

【０１０７】その後、第１基板上に液晶組成物Ａ６を塗
布し、貼り合わせ装置を用いて第１及び第２基板を貼り
合わせ、１５０℃で１時間加熱し赤色用液晶表示セルを
得た。同様に、液晶組成物Ｂ６、Ｃ６を用いて第１基板
及び第２基板を貼り合せ、それぞれ緑色用、青色用の液
晶表示セルを得た。なお、液晶組成物Ａ６は厚さ９μｍ
のセルに、液晶組成物Ｂ６は厚さ７μｍのセルに、液晶
組成物Ｃ６は厚さ５μｍのセルに充填した。これらの３
種類のセルを観察側から見て青色用、緑色用、赤色用の
順に積層し、積層体の裏面（液晶組成物Ａ６を含むセル
の裏面）には黒色の光吸収膜を設けた。

【０１０８】各セルを実験例１と同じ方式で駆動したと
ころ、積層体のコントラストは６．５：１（Ｗ／Ｂ）で
あり、極めて優れた表示特性を示した。駆動電圧は各液
晶組成物Ａ６，Ｂ６，Ｃ６に対して、着色時は５５Ｖ、
消色時は３０Ｖであった。

【０１０９】（実験例４）前記実験例１に示した液晶組
成物Ａ１，Ｂ１，Ｃ１を使用した。そして、透明電極を
有する３枚のＰＥＳフィルム（第１基板）を用意し、そ
のうちの１枚には赤色カラーフィルタ膜（富士フィルム
オリン社製）、もう１枚には黄色のカラーフィルタ膜
（富士フィルムオリン社製）、残りの１枚には絶縁膜Ｈ
ＩＭ３０００をぞれぞれ厚さ２０００オングストローム
に形成し、さらにその上に配向制御膜ＡＬ４５５２を厚
さ８００オングストロームに形成し、所定サイズのスペ
ーサを散布した。配向制御膜にはラビング処理は行わな
かった。一方、透明電極を有する他の３枚のＰＥＳフィ
ルム（第２基板）上に絶縁膜ＨＩＭ３０００を厚さ２０
００オングストロームに形成し、さらにその上に配向制
御膜ＡＬ４５５２を厚さ８００オングストロームに形成
した。配向制御膜にはラビング処理は行わなかった。続
いて、第２基板上に熱可塑性樹脂を主成分とするインク
を、直径約１００μｍの多数の穴が約５００μｍの間隔
で形成されたメタルマスク上に載置し、スキージを用い
てスクリーン印刷を行い、高さ５〜１０μｍの円柱状の
高分子構造物を形成した。続いて、第１基板上の周辺部
にシール材ＸＮ２１Ｓをスクリーン印刷してシール壁を
形成した。

【０１１０】その後、第１基板上に液晶組成物Ａ１を塗
布し、貼り合わせ装置を用いて第１及び第２基板を貼り
合わせ、１５０℃で１時間加熱し赤色用液晶表示セルを
得た。同様に、液晶組成物Ｂ１，Ｃ１を用いて、第１基
板及び第２基板を貼り合せ、それぞれ緑色用、青色用の
液晶表示セルを得た。なお、液晶組成物Ａ１は厚さ９μ
ｍのセルに、液晶組成物Ｂ１は厚さ７μｍのセルに、液
晶組成物Ｃ１は厚さ５μｍのセルに充填した。これらの
３種類のセルを観察側から見て青色用、緑色用、赤色用
の順に積層し、積層体の裏面（液晶組成物Ａ１を含むセ
ルの裏面）には黒色の光吸収膜を設けた。

【０１１１】各セルを実験例１と同じ方式で駆動したと
ころ、積層体のコントラストは６：１（Ｗ／Ｂ）であ
り、極めて優れた表示特性を示した。駆動電圧は各液晶
組成物Ａ１，Ｂ１，Ｃ１に対して、着色時は６０Ｖ、消
色時は３０Ｖであった。

【０１１２】（実験例５）前記実験例１に示した液晶混
合物Ａ，Ｂ，Ｃに対して、Ａにはカイラル材ＣＢ１５を
２０ｗｔ％、Ｂにはカイラル材Ｓ８１１を１６ｗｔ％、
Ｃには前記化学式（Ｅ₉）で表わされるカイラル材ＣＭ
３１（チッソ社製）を１５ｗｔ％添加し、液晶組成物Ａ
７，Ｂ７，Ｃ７を調製した。液晶組成物Ａ７は６８０ｎ
ｍ付近、液晶組成物Ｂ７は５６０ｎｍ付近、液晶組成物
Ｃ７は４８０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するように
調整されている。液晶組成物Ａ７，Ｂ７，Ｃ７のそれぞ
れの誘電率異方性Δεは１７，１３，１３であり、屈折
率異方性Δｎは０．１８，０．１５，０．１５であっ
た。

【０１１３】次に、前記実験例１と同じ構成、材料から
なるセルを同じ方法で製作し、液晶組成物Ａ７，Ｂ７，
Ｃ７を封止し、赤色用、緑色用、青色用の液晶表示セル
を得た。なお、液晶組成物Ａ７は厚さが９μｍのセル、
液晶組成物Ｂ７のセルは厚さが７μｍ、液晶組成物Ｃ７
のセルは厚さが５μｍのセルである。これらの３種のセ
ルを観察側から見て青色用、緑色用、赤色用の順に積層
し、積層体の裏面（液晶組成物Ａ７を含むセルの裏面）
には黒色の光吸収体を設けた。

【０１１４】各セルを実験例１と同じ方式で駆動したと
ころ、積層体のコントラストは５：１（Ｗ／Ｂ）であ
り、極めて優れた表示特性を示した。駆動電圧は各液晶
組成物Ａ７，Ｂ７，Ｃ７に対して、着色時は６０Ｖ、消
色時は３０Ｖであった。

【０１１５】（実験例６）液晶性エステル化合物を２５
ｗｔ％、液晶性トラン化合物を３０ｗｔ％含有すると共
に、残りの成分がＮ型３環化合物及びＮ型２環化合物か
らなる液晶混合物Ｈと、液晶性フェニルシクロヘキサン
化合物を３０ｗｔ％、液晶性エステル化合物を１５ｗｔ
％含有すると共に、残りの部分がＮ型２環化合物からな
る液晶混合物Ｉと、液晶性シアノビフェニル化合物を３
５ｗｔ％、液晶性トラン化合物を１６ｗｔ％含有すると
共に、残りの成分が液晶性ピリミジン化合物及びＮ型２
環化合物からなる液晶混合物Ｊのそれぞれに対して、カ
イラル材料Ｓ８１１（メルクジャパン社製）をそれぞれ
１４ｗｔ％、１８ｗｔ％、２２ｗｔ％添加し、選択反射
波長がそれぞれ約６８０ｎｍの液晶組成物Ｈ１、約５６
０ｎｍの液晶組成物Ｉ１、約４８０ｎｍの液晶組成物Ｊ
１を調製した。液晶組成物Ｈ１，Ｉ１，Ｊ１の誘電率異
方性はそれぞれ２０，１２，７であった。また、それら
の屈折率異方性はそれぞれ０．２１，０．１４，０．１
４であった。

【０１１６】次に、透明電極の形成された３枚のＰＥＳ
フィルム基板上に、それぞれ０．３μｍ、０．２５μ
ｍ、０．２μｍの厚みの絶縁膜ＨＩＭ３０００（日立化
成社製）を形成した。さらにその上に、８００オングス
トロームの厚みの配向制御膜ＡＬ４５５２（ＪＳＲ社
製）を形成した。なお、配向制御膜にはラビング処理は
行わなかった。続いて、これらの基板の配向制御膜上に
粒径約７μｍのスペーサを散布した。

【０１１７】また、透明電極の形成された３枚のＰＥＳ
フィルム基板の透明電極上に、それぞれ８００オングス
トロームの厚みの配向制御膜ＡＬ４５５２を形成した。
配向制御膜にはラビング処理を行わなかった。そして、
これらの基板の配向制御膜上には、熱可塑性樹脂を主成
分とする樹脂材料を直径約１００μｍの孔が約５００μ
ｍ間隔で形成されたメタルマスク上に載せ、スキージで
押し出すことによりスクリーン印刷を行い、高さ約８μ
ｍの円柱状の高分子構造物を形成した。

【０１１８】その後、平板上に載置した基板の高分子構
造物形成面に前記液晶組成物Ｈ１を供給し、厚さ０．３
μｍの絶縁膜が形成された基板を撓ませながら加圧ロー
ラを用いて貼り合せ、１５０℃で１時間加熱し、赤色用
液晶表示層を作製した。同様に、液晶組成物Ｉ１と厚さ
０．２５μｍの絶縁膜が形成された基板とを用いて緑色
用液晶表示層を作製し、液晶組成物Ｊ１と厚さ０．２μ
ｍの絶縁膜が形成された基板とを用いて青色用液晶表示
層を作製した。

【０１１９】こうして作製した三つの液晶表示層はいず
れも６０Ｖのパルス電圧を印加すると着色状態となり、
３０Ｖのパルス電圧を印加すると透明状態となった。こ
れらの各液晶表示層を観察側から青色用、緑色用、赤色
用の順で積層し、赤色用液晶表示層の観察側とは反対側
の面に可視光を吸収する光吸収層を設けることにより、
フルカラー表示が可能な積層型液晶表示素子を得ること
ができた。この積層型液晶表示素子のコントラスト比は
５：１（白／黒）と非常に高い値であった。

【０１２０】（実験例７）炭素数が４のアルキル鎖を有
する液晶性フェニルシクロヘキサン化合物を１５ｗｔ％
含有すると共に炭素数が５のアルキル鎖を有する液晶性
フェニルシクロヘキサン化合物を１０ｗｔ％含有する液
晶混合物Ｄと、炭素数が５のアルキル鎖を有する液晶性
フェニルシクロヘキサン化合物を１５ｗｔ％含有すると
共に炭素数が６のアルキル鎖を有する液晶性フェニルシ
クロヘキサン化合物を１０ｗｔ％含有する液晶混合物Ｅ
と、炭素数が６のアルキル鎖を有する液晶性フェニルシ
クロヘキサン化合物を１５ｗｔ％含有すると共に炭素数
が７のアルキル鎖を有する液晶性フェニルシクロヘキサ
ン化合物を１０ｗｔ％含有する液晶混合物Ｆに対して、
それぞれにカイラル材Ｓ８１１を所定量、即ち、Ｄには
１６ｗｔ％、Ｅには１８ｗｔ％、Ｆには２０ｗｔ％添加
し、液晶組成物Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１を調製した。液晶組成
物Ｄ１は６８０ｎｍ付近、液晶組成物Ｅ１は５６０ｎ
ｍ、液晶組成物Ｅ１は４８０ｎｍ付近の波長の光を選択
反射するように調整されている。液晶組成物Ｄ１，Ｅ
１，Ｆ１のそれぞれの誘電率異方性Δεは１３，１２，
１１であり、屈折率異方性Δｎは０．１７，０．１６，
０．１５であった。なお、液晶混合物Ｄ，Ｅ，Ｆの残り
の成分は、液晶性ピリミジン化合物及びＮ型２環化合物
からなる。

【０１２１】次に、前記実験例３と同じ構成、材料から
なるセルを同じ方法で製作し、液晶組成物Ｄ１，Ｅ１，
Ｆ１を封止し、赤色用、緑色用、青色用の液晶表示セル
を得た。なお、液晶組成物Ｄ１のセルは厚さが９μｍ、
液晶組成物Ｅ１のセルは厚さが７μｍ、液晶組成物のセ
ルは厚さが５μｍである。これらの３種のセルを観察側
から見て青色用、緑色用、赤色用の順に積層し、積層体
の裏面（液晶組成物Ｄ１を含むセルの裏面）には黒色の
光吸収膜を設けた。

【０１２２】各セルを実験例１と同じ方式で駆動したと
ころ、積層体のコントラストは５：１（Ｗ／Ｂ）であ
り、極めて優れた表示特性を示した。駆動電圧は各液晶
組成物Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１に対して着色時は７０Ｖ、消色
時は４０Ｖであった。

【０１２３】（実験例８）炭素数が４のアルキル鎖を有
する液晶性フェニルシクロヘキサン化合物を１５ｗｔ％
含有すると共に炭素数が６のアルキル鎖を有する液晶性
フェニルシクロヘキサン化合物を１０ｗｔ％含有し、残
りの成分がＰ型３環化合物及びＮ型２環化合物からなる
液晶混合物Ｇに対して、それぞれカイラル材ＣＢ１５を
２０ｗｔ％添加した液晶組成物Ｇ１、カイラル材Ｓ８１
１を１６ｗｔ％添加した液晶組成物Ｇ２、カイラル材Ｃ
Ｎ（メルクジャパン社製）を１８ｗｔ％添加した液晶組
成物Ｇ３を調製した。液晶組成物Ｇ１は６８０ｎｍ付
近、液晶組成物Ｇ２は５６０ｎｍ付近、液晶組成物Ｇ３
は４８０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するように調整
されている。液晶組成物Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のそれぞれの
誘電率異方性Δεは１３，１２，１１であり、屈折率異
方性Δｎは０．１８，０．１６，０．１６であった。

【０１２４】次に、前記実験例３と同じ構成、材料から
なるセルを同じ方法で製作し、液晶組成物Ｇ１，Ｇ２，
Ｇ３を封止し、赤色用、緑色用、青色用の液晶表示セル
を得た。なお、液晶組成物Ｇ１のセルは厚さが９μｍ、
液晶組成物Ｇ２のセルは厚さが７μｍ、液晶組成物Ｇ３
のセルは厚さが５μｍである。これらの３種のセルを観
察側から見て青色用、緑色用、赤色用の順に積層し、積
層体の裏面（液晶組成物Ｇ１を含むセルの裏面）には黒
色の光吸収膜を設けた。

【０１２５】各セルを実験例１と同じ方式で駆動したと
ころ、積層体のコントラストは５：１（Ｗ／Ｂ）であ
り、極めて優れた表示特性を示した。駆動電圧は各液晶
組成物Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３に対して着色時は７５Ｖ、消色
時は４０Ｖであった。

【０１２６】（実験例９）この実験例９は図５に示した
２層構造の液晶表示素子として構成したものである。前
記実験例１に示した液晶混合物Ａ，Ｂに対して、それぞ
れにＲ，Ｂを呈色する波長域の光を吸収するような二色
性色素ＳＩ−４２６，Ｍ５７０（三井化学社製）を２ｗ
ｔ％ずつ添加し、液晶組成物Ａ８，Ｂ８を調製した。液
晶組成物Ａ８は６８０ｎｍ付近、液晶組成物Ｂ８は４８
０ｎｍ付近の波長の光を吸収するように調整されてい
る。液晶組成物Ａ８，Ｂ８のそれぞれの誘電率異方性Δ
εは２０，１５であり、屈折率異方性Δｎは０．２２，
０．１５であった。

【０１２７】次に、パターニングされた透明電極が形成
されたＰＥＳフィルムの透明電極形成面に、ポリイミド
系配向制御膜ＡＬ４５５２（ＪＳＲ社製）を８００オン
グストロームの厚さで形成し第１基板とした。そしてこ
の第１基板の配向制御膜形成面に、所定サイズのスペー
サを散布した。同時に、いま一つのパターニング透明電
極付きＰＥＳフィルム（第２基板）上に絶縁膜ＨＩＭ３
０００を厚さ２０００オングストロームに形成し、さら
にその上にポリイミド系配向制御膜ＡＬ４５５２を厚さ
８００オングストロームに形成した。続いて、第１基板
上の周辺部にシール材ＸＮ２１Ｓをスクリーン印刷し、
液晶組成物の注入口を除いて所定高さのシール壁を形成
した。そして第１及び第２基板を貼り合わせて所定圧力
を付与しつつ１５０℃で１時間加熱して２つのセルを作
製した。

【０１２８】次に、前記液晶組成物Ａ８、Ｂ８を各セル
に注入口から真空注入法にて充填し、赤色用、青色用液
晶表示セルとした。なお、液晶組成物Ａ８のセルは厚さ
が７μｍ、液晶組成物Ｂ８のセルは厚さが５μｍであ
る。これらの２種のセルを観測者側から見て青色用、赤
色用の順に積層し、積層体の裏面（液晶組成物Ａ８を含
むセルの裏面）には黒色の光吸収膜を設けた。

【０１２９】各セルを駆動したところ、積層体のコント
ラストは４：１であり、それぞれを同時に着色した場合
の表示特性（青地に赤色）も良好であった。駆動電圧は
各液晶組成物Ａ８，Ｂ８に対して着色時は３Ｖ、消色時
は０Ｖ（電圧無印加）であった。

【０１３０】（実験例１０）前記実験例６で用いたのと
同様の液晶性シアノビフェニル化合物を３５ｗｔ％及び
液晶性トラン化合物を１６ｗｔ％含有する液晶混合物Ｊ
に対して、カイラル材料Ｓ８１１（メルクジャパン社
製）をそれぞれ１５ｗｔ％、１８ｗｔ％、２２ｗｔ％添
加し、選択反射波長がそれぞれ約６８０ｎｍの液晶組成
物Ｊ２、約５６０ｎｍの液晶組成物Ｊ３、約４８０ｎｍ
の液晶組成物Ｊ４を調製した。液晶組成物Ｊ２、Ｊ３、
Ｊ４の誘電率異方性Δεはそれぞれ１１，９，７であっ
た。また、それらの屈折率異方性Δｎはそれぞれ０．２
１，０．１７，０．１４であった。

【０１３１】そして、実験例６において、液晶組成物Ｈ
１，Ｉ１，Ｊ１の代わりにそれぞれ液晶組成物Ｊ２、Ｊ
３、Ｊ４を用いた以外は実験例６と同様にして赤色用、
緑色用、青色用の３つの液晶表示セルを作製し、積層型
液晶表示素子を得た。

【０１３２】その結果、液晶表示素子のコントラスト比
は２：１（白／黒）と低い値であった。また、赤色表示
層は８０Ｖのパルス電圧を印加すると着色状態となり、
４５Ｖのパルス電圧を印加すると透明状態となった。緑
色表示層は８５Ｖのパルス電圧を印加すると着色状態と
なり、５０Ｖのパルス電圧を印加すると透明状態となっ
た。青色表示層は９０Ｖのパルス電圧を印加すると着色
状態となり、５５Ｖのパルス電圧を印加すると透明状態
となった。

【０１３３】（実験例１１）液晶性トラン化合物を３８
ｗｔ％、液晶性フェニルシクロヘキサン化合物を１０ｗ
ｔ％含有すると共に、残りの成分が液晶性ピリミジン化
合物及びＮ型２環化合物からなる液晶混合物Ｌに対し
て、それぞれにカイラル材料Ｓ−８１１（メルクジャパ
ン社製）を所定量、即ち、１７ｗｔ％、２２ｗｔ％、２
６ｗｔ％添加した液晶組成物Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を調製し
た。液晶組成物Ｌ１は６８０ｎｍ付近、Ｌ２は５６０ｎ
ｍ付近、Ｌ３は４８０ｎｍ付近の波長の光を選択反射す
るように調製されている。液晶組成物Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３
の誘電率異方性Δεはそれぞれ１２，１０，８であり、
屈折率異方性Δｎは０．２，０．１８，０．１６であっ
た。

【０１３４】次に、透明電極が形成された３枚のＰＥＳ
フィルム基板の透明電極上に厚み８００オングストロー
ムの配向膜ＡＬ４５５２（ＪＳＲ社製）を形成し、その
上に７μｍ径のスペーサ（積水ファインケミカル社製）
を散布した。また、他の３枚の透明電極付きＰＥＳフィ
ルム基板上の透明電極上には、まず厚み２０００オング
ストロームの絶縁膜ＨＩＭ３０００（日立化成社製）を
形成した後、その上に厚み８００オングストロームの配
向膜ＡＬ４５５２を形成した。続いて、第１基板上の周
辺部にシール材ＸＮ２１Ｓ（三井化学社製）をスクリー
ン印刷してシール壁を形成した。

【０１３５】その後、各第１基板上にそれぞれ液晶組成
物Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を塗布し、貼り合わせ装置を用いて
第１及び第２基板を貼り合わせ、１５０℃で１時間加熱
し、赤色用、緑色用、青色用の液晶表示セルを得た。こ
れら３種類のセルを観察側から見て赤色用、緑色用、青
色用の順に積層し、積層体の裏面に黒色の光吸収層を設
け、積層型液晶表示素子とした。

【０１３６】各セルを着色状態と消色状態にするために
所定電圧で駆動したところ、積層体のコントラストは
２：１（Ｗ／Ｂ）であり、特に黒表示特性が悪いためコ
ントラストの低い素子となった。

【０１３７】駆動電圧は、液晶組成物Ａ１は着色／消色
が８５Ｖ／５５Ｖ、Ａ２は着色／消色が９０Ｖ／６０
Ｖ、Ａ３は着色／消色が９５Ｖ／６５Ｖであった。

【０１３８】（他の実施形態）なお、本発明に係る液晶
光変調素子は前記各実施形態、実験例に限定されるもの
ではなく、その要旨の範囲内で種々に変更可能である。
特に、液晶等の各種材料の具体例や数値はあくまで一例
に過ぎない。また、表示素子の駆動方法は様々であり、
最適なものを採用すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である液晶表示素子を示
す断面図。

【図２】前記液晶表示素子を構成するセルの第１例を示
す断面図。

【図３】前記液晶表示素子を構成するセルの第２例を示
す断面図。

【図４】前記液晶表示素子を構成するセルの第３例を示
す断面図。

【図５】本発明の第２実施形態である液晶表示素子を示
す断面図。

【図６】セルを構成するフィルム基板上に柱状構造物及
びシール材を形成した状態を示す平面図。

【図７】前記セルの製作工程を示す説明図。

【図８】前記液晶表示素子のマトリクス駆動回路を示す
ブロック図。

【図９】前記マトリクス駆動回路で選択信号に印加する
電圧とＹ値との関係を示すグラフ。

【図１０】前記液晶表示素子の駆動・画像信号処理回路
を示すブロック図。

【符号の説明】

１０，４０…液晶表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ，４１Ｘ，４１Ｙ…表示層１７…液晶組成物２１…スペーサ２２…高分子構造物２３…網目状高分子マトリクス１１０Ｂ，１１０Ｇ，１１０Ｒ…液晶表示セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者植田秀昭大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H089 HA04 HA09 HA23 JA04 JA05 KA08 LA07 LA09 LA19 MA04Y MA07X NA13 NA14 NA25 NA41 QA04 QA14 QA16 RA06 SA01 SA03 TA01 TA04 TA05 TA06 TA12 TA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ液晶組成物を含む複数の液晶層
が積層され、各液晶層が特定波長域の光を変調する液晶
光変調素子において、前記液晶層に含まれる液晶組成物
の組成種が各液晶層ごとに全て異なることを特徴とする
液晶光変調素子。
【請求項２】それぞれ液晶組成物を含む複数の液晶層
が積層され、各液晶層が特定波長域の光を変調する液晶
光変調素子において、前記複数の液晶層には、液晶層に
含まれる液晶組成物の組成種が異なると共にその厚さが
異なる少なくとも二つの液晶層が含まれていることを特
徴とする液晶光変調素子。
【請求項３】前記複数の液晶層には、互いに層の厚さ
が異なると共に厚い方の層に含まれる液晶組成物の誘電
率異方性が他方より大きい一組の液晶層が含まれている
ことを特徴とする請求項２記載の液晶光変調素子。
【請求項４】前記液晶組成物の誘電率異方性が他方よ
り大きい液晶層に含まれる液晶組成物には、極性基を有
する液晶性化合物が含まれていることを特徴とする請求
項３記載の液晶光変調素子。
【請求項５】前記極性基を有する液晶性化合物とし
て、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、液晶性シアノフェニル
シクロヘキサン化合物、液晶性シアノターフェニル化合
物、液晶性ジフルオロスチルベン化合物からなる群より
選択される少なくとも一つの液晶性化合物を含むことを
特徴とする請求項４記載の液晶光変調素子。
【請求項６】前記複数の液晶層の厚さが全て異なって
いることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項４又
は請求項５記載の液晶光変調素子。
【請求項７】前記各液晶層に含まれる液晶組成物の誘
電率異方性が全て異なっていることを特徴とする請求項
２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６記載の
液晶光変調素子。
【請求項８】それぞれ液晶組成物を含む複数の液晶層
が積層され、各液晶層が特定波長域の光を変調する液晶
光変調素子において、前記複数の液晶層には、液晶層に
含まれる液晶組成物種が異なると共にその駆動電圧範囲
が等しい少なくとも二つの液晶層が含まれていることを
特徴とする液晶光変調素子。
【請求項９】前記複数の液晶層の駆動電圧範囲が全て
等しいことを特徴とする請求項８記載の液晶光変調素
子。
【請求項１０】各液晶層の液晶組成物の組成種が各液
晶層ごとに全て異なるものであることを特徴とする請求
項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求
項７、請求項８又は請求項９記載の液晶光変調素子。
【請求項１１】前記各液晶層に含まれる液晶組成物は
液晶性化合物と添加剤とを含むことを特徴とする請求項
１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項
６、請求項７、請求項８、請求項９又は請求項１０記載
の液晶光変調素子。
【請求項１２】一つの液晶層の液晶組成物に含まれる
液晶性化合物の種類が、他の液晶層に含まれる液晶性化
合物の種類とは異なっていることを特徴とする請求項１
１記載の液晶光変調素子。
【請求項１３】一つの液晶層の液晶組成物に含まれる
添加剤の種類が、他の液晶層に含まれる添加剤の種類と
は異なっていることを特徴とする請求項１１記載の液晶
光変調素子。
【請求項１４】前記添加剤は少なくとも一つの不斉炭
素を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１１、
請求項１２又は請求項１３記載の液晶光変調素子。
【請求項１５】前記液晶層が、選択反射状態と透過状
態とを切り換え可能であることを特徴とする請求項１、
請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、
請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１
１、請求項１２、請求項１３又は請求項１４記載の液晶
光変調素子。
【請求項１６】前記液晶組成物は室温でコレステリッ
ク相を示すことを特徴とする請求項１、請求項２、請求
項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求
項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１
２、請求項１３、請求項１４又は請求項１５記載の液晶
光変調素子。
【請求項１７】前記複数の液晶層が、光入射側から順
に積層された、青色を表示する青色用液晶層、緑色を表
示する緑色用液晶層、赤色を表示する赤色用液晶層の３
層からなることを特徴とする請求項１６記載の液晶光変
調素子。
【請求項１８】前記液晶層が、特定波長域の光を吸収
する状態と透過状態とを切り換え可能であることを特徴
とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求
項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求
項１０、請求項１１又は請求項１２記載の液晶光変調素
子。
【請求項１９】前記各液晶層はゲスト・ホスト効果に
よる表示を行うことを特徴とする請求項１、請求項２、
請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、
請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１又は請求
項１２記載の液晶光変調素子。
【請求項２０】前記添加剤は多色性色素であることを
特徴とする請求項１１記載の液晶光変調素子。
【請求項２１】少なくとも一組の隣り合う液晶層間に
カラーフィルタが配置されていることを特徴とする請求
項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求
項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請
求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求
項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項
１９又は請求項２０記載の液晶光変調素子。
【請求項２２】前記各液晶層はぞれぞれ一対の基板に
より挟持されていることを特徴とする請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項
７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請
求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５、請求
項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求項
２０又は請求項２１記載の液晶光変調素子。
【請求項２３】前記一対の基板の少なくとも一方は可
撓性を有するものであることを特徴とする請求項２２記
載の液晶光変調素子。
【請求項２４】前記一対の基板間における光変調領域
内に樹脂構造物が配置されていることを特徴とする請求
項２２又は請求項２３記載の液晶光変調素子。
【請求項２５】前記各液晶層は網目状高分子マトリク
ス中に前記液晶組成物が分散されてなる複合膜であるこ
とを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項
９、請求項１０、請求項１１、請求項１２、請求項１
３、請求項１４、請求項１５、請求項１６、請求項１
７、請求項１８、請求項１９、請求項２０、請求項２
１、請求項２２又は請求項２３記載の液晶光変調素子。
【請求項２６】前記一対の基板の少なくとも一方には
機能性薄膜が設けられており、該機能性薄膜の厚みが各
液晶層ごとに等しいことを特徴とする請求項２２、請求
項２３又は請求項２４記載の液晶光変調素子。