JP4260752B2 - 表示素子および表示装置 - Google Patents
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Description
また、上記配向補助材は、構造的異方性を有するものであってもよい。この構成によれば、上記分子の配向方向の変化を、上記配向補助材との分子間相互作用によって促進させることができる。したがって、構造的異方性を有する配向補助材は、外場印加時における光学的異方性の程度の変化を促進させるために好適である。
この場合、上記多孔質構造体が、少なくとも外場印加時または外場無印加時に光学的に等方性であるので、外場印加時または外場無印加時における上記媒質の透過率が低下することがなく、良好な表示を行うことができる。
本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。なお、本明細書における各実施の形態では、主に、媒質の光学的異方性の程度を変化させるための手段として電界を用いる場合について説明するが、本発明はこれに限るものではなく、例えば磁場や光などの他の外場を用いてもよい。また、本実施の形態では、電界(外場)印加時または電界(外場)無印加時に光学的等方性(巨視的、具体的には、可視光波長領域、つまり、可視光の波長スケール、もしくは、それよりも大きなスケールで見て等方であればよい)を示す媒質を用いて表示を行う場合を中心に説明するが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、必ずしも電界(外場)印加時または電界(外場)無印加時に光学的等方性を示す媒質を用いる必要はなく、電界(外場)無印加時に光学的異方性を示し、電界(外場)を印加することによって光学的異方性の程度が変化する媒質を用いてもよい。
なお、ポリアミック酸やポリビニルアルコールを用いる場合には、基板上にこれらの材料を塗布して配向膜を形成した後にラビング処理を施せばよい。また、シランカップリング剤を用いる場合には、LB膜のように引き上げ法で作成すればよい。また、ポリビニルシンナメートを用いる場合には、基板上にポリビニルシンナメートを塗布した後、UV(紫外線)照射すればよい。
例えば、下記の構造式(10)からなる化合物が好ましい。
本発明の他の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態1にかかる表示素子と同様の構成および機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
本発明のさらに他の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態1にかかる表示素子と同様の構成および機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
まず、基板1の表面に、電極4aおよび5aを形成する。形成方法は、従来の液晶表示素子の製造方法と同様の方法を用いることができる。
物質層3に封入される媒質として、例えば、光学波長未満(可視光の波長未満)のスケールの、キュービック対称性(立方晶の対称性)を有する秩序構造からなる、キュービック相(cubic phase,立方晶相)を示す媒質を用いることができる。
物質層3に封入する媒質として、液晶相の一つであるスメクチックD相(SmD)を示す分子からなる媒質を適用できる。
n-15 Cr 127 SmC 187 Cub 198 SmA 204 I
この液晶性物質(ANBC16、上記化学構造式(21)においてn=16)は、171.0℃〜197.2℃の温度範囲において、スメクチックD相を示す。スメクチックD相は、複数の分子がジャングルジム(登録商標)のような三次元的格子を形成しており、その格子定数が数十nm以下であり、光学波長未満である。すなわち、スメクチックD相は、分子の配列がキュービック対称性を示す秩序構造(配向秩序)を有する。なお、上記ANBC16の格子定数は約6nmである。このため、スメクチックD相は、光学的には等方性を示す。
物質層3に封入する媒質として、液晶マイクロエマルションを適用できる。ここで、液晶マイクロエマルションとは、山本らによって名づけられた、O/W型マイクロエマルション(油の中に水を界面活性剤で水滴の形で溶解させた系で、油が連続相となる)の油分子をサーモトロピック液晶分子で置換したシステム(混合系)の総称である(非特許文献2参照)。
物質層3に封入する媒質として、特定の相を有するリオトロピック液晶(ライオトロピック液晶)を適用できる。ここで、リオトロピック液晶とは、一般に液晶を形成する主たる分子が、他の性質を持つ溶媒(水や有機溶剤など)に溶けているような他成分系の液晶を意味するものとする。また、上記の特定の相とは、電界印加時と電界無印加時とで、光学的異方性の程度が変化する相である。このような特定の相としては、例えば、非特許文献7に記載されているミセル相、スポンジ相、キュービック相、逆ミセル相がある。図11に、リオトロピック液晶相の分類図を示す。
物質層3に封入する媒質として、ミセル相、スポンジ相、キュービック相、逆ミセル相などの、電界印加時と電界無印加時とで光学的異方性の程度が変化する相を示す液晶微粒子分散系を適用できる。ここで、液晶微粒子分散系とは、溶媒(液晶)中に微粒子を混在させた混合系である。
物質層3に封入する媒質として、デンドリマー(デンドリマー分子)を適用できる。ここで、デンドリマーとは、モノマー単位ごとに枝分かれのある三次元状の高分岐ポリマーである。
物質層3に封入する媒質として、コレステリックブルー相を示す分子からなる媒質を適用できる。なお、図5、図15には、コレステリックブルー相の概略構造が示されている。
RM257 2.6mol%(5.0wt%)
DMPAP 0.33mol%(0.28wt%)
JC−1041xx 44.7mol%(47.1wt%)
5CB 43.4mol%(35.2wt%)
ZLI−4572 4.9mol%(10.1wt%)
なお、上記の分量比で混合した後、混合物質が常にコレステリックブルー相になるように温度調節しながら、電界を印加せず紫外線照射を行って得られた媒質は、326.4Kから260K以下まで安定してコレステリックブルー相を示した。すなわち、温度範囲を従来の1.1Kから大幅に拡大することができた。これにより、液体相よりも低い駆動電圧を有するものの、実用的な温度範囲を有していなかった相の温度範囲を飛躍的に拡大することができた。このようなコレステリックブルー相は、たとえば図13のような電極構造にて駆動することが可能であり、表示素子として広い温度範囲において低電圧で駆動することが可能になる。図15にコレステリックブルー相および固定化のメカニズムを示す。
物質層3に封入する媒質として、スメクチックブルー(BPSm)相を示す分子からなる媒質を適用できる。
△n(E)=λBE2
で記述できる。ここで、λは光の波長、Bはカー定数、Eは印加電界強度である。
T=sin2(π×Δn(E)×d/λ)=sin2(πBE2d)
ここで、dは物質層3の厚さである。
の場合である。
である。ここで、Q(E)は配向秩序パラメータである。
V=ES=S×sqrt(1/(2×B×d))∝S×sqrt(1/(Δn×Δε)×d)
になる。
本発明の他の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態1にかかる表示素子と同様の構成および機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
Aは比例定数であり、HTP(Helical twist power)というカイラル剤の捩れ力を示す指標である。つまり、カイラル添加濃度が増える程、カイラル(螺旋)ピッチは短くなることが分かる。また、Aの値はカイラル剤によって異なる材料固有のものであるとともに、混合する相手の液晶材料(ホスト液晶材料)によっても異なる。
本発明の他の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、上記各実施の形態にかかる表示素子と同様の構成および機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
3 物質層
4、5、4a、5a 電極
6、7 偏光板
8、9 配向膜
10,30 表示素子
11 高分子鎖(配向補助材)
12 分子
100 表示装置
Claims (42)
- 少なくとも一方が透明な一対の基板と、上記両基板間に挟持された液晶性物質からなる物質層とを備え、上記物質層に外場を印加することによって表示を行う表示素子であって、
上記物質層は、外場無印加時に光学的等方性を示し、外場を印加することによって光学的異方性を示す媒質からなり、かつ、上記物質層には、上記媒質が光学的異方性を示している状態のときに当該媒質を構成する分子の配向方向に配向している配向補助材が形成されており、
上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板に、上記媒質を構成する分子を所望の方向に配向させるための配向膜が形成されていることを特徴とする表示素子。 - 上記配向補助材は、上記両基板間における基板面法線方向の全域に分散するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の表示素子。
- 上記配向補助材は、上記媒質の秩序構造を安定化することを特徴とする請求項1に記載の表示素子。
- 上記配向補助材は、構造的異方性を有することを特徴とする請求項1または2に記載の表示素子。
- 上記物質層には、液晶性を示す媒質が封入されており、
上記配向補助材は、上記媒質に液晶相を発現させた状態で形成されたものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の表示素子。 - 上記配向補助材は、上記物質層を多数の小領域に分割し、上記媒質を構成する分子の配向秩序構造を固定化することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記配向補助材は水素結合体からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記配向補助材は微粒子からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記微粒子は、平均粒子径が0.2μm以下であることを特徴とする請求項8に記載の表示素子。
- 上記微粒子の含有量は、当該微粒子および上記物質層を構成する媒質の総重量に対して0.05重量%以上20重量%以下であることを特徴とする請求項8または9に記載の表示素子。
- 上記配向補助材は重合性化合物からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記重合性化合物の含有量は、当該重合性化合物および上記物質層を構成する媒質の総重量に対して、0.05重量%以上、15重量%以下であることを特徴とする請求項11に記載の表示素子。
- 上記重合性化合物は、高分子からなることを特徴とする請求項11または12に記載の表示素子。
- 上記高分子は、鎖状高分子、網目状高分子、環状高分子のいずれかからなることを特徴とする請求項13に記載の表示素子。
- 上記重合性化合物は、構造的異方性を有することを特徴とする請求項11から14のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記物質層には、液晶性を示す媒質が封入されており、
上記重合性化合物は、上記媒質に液晶相を発現させた状態で重合されたものであることを特徴とする請求項11から15のいずれか1項に記載の表示素子。 - 上記重合性化合物は、上記物質層を多数の小領域に分割し、上記媒質を構成する分子の配向秩序構造を固定化することを特徴とする請求項11から16のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記配向補助材は多孔質構造体からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記多孔質構造体は、多孔質無機材料からなることを特徴とする請求項18に記載の表示素子。
- 上記多孔質構造体は、微小細孔フィルムであることを特徴とする請求項18に記載の表示素子。
- 上記多孔質構造体は、構造的異方性を有することを特徴とする請求項18から20のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記光学的異方性は、上記媒質を構成する分子の配向方向が変化することによって発現することを特徴とする請求項1から21のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記媒質は、電界を印加することによって光学的異方性が発現することを特徴とする請求項1から22のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記物質層は、電界の2次に比例して屈折率が変化する媒質が封入されてなることを特徴とする請求項23に記載の表示素子。
- 上記物質層は、有極性分子を含有する媒質が封入されてなることを特徴とする請求項23に記載の表示素子。
- 上記媒質を構成する分子は、
外場無印加時に光学波長未満の秩序構造を有し、外場を印加することによって秩序構造が変化することを特徴とする請求項1から25のいずれか1項に記載の表示素子。 - 上記媒質は、400nm以下の選択反射波長域または螺旋ピッチを持つことを特徴とする請求項1から26のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記配向膜は、水平配向膜であることを特徴とする請求項1に記載の表示素子。
- 上記配向膜は、ラビング処理または光照射を施されてなることを特徴とする請求項1に記載の表示素子。
- 上記両基板に、
互いのラビング方向が異なる方向となるようにラビング処理が施された配向膜がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1から29のいずれか1項に記載の表示素子。 - 上記両基板の基板面法線方向に電界を発生する電極を備えていることを特徴とする請求項23に記載の表示素子。
- 上記一対の基板の一方にのみ、スイッチング素子とカラーフィルターと遮光膜とが形成されており、
上記物質層には、光照射によって重合した重合性化合物が形成されていることを特徴とする請求項31に記載の表示素子。 - 少なくとも一方の基板における、基板面平行方向に電界を発生する電極を備えていることを特徴とする請求項23に記載の表示素子。
- 上記物質層には、光照射によって重合した重合性化合物が形成されており、上記電極は透明であることを特徴とする請求項33に記載の表示素子。
- 上記物質層には、光照射によって重合した重合性化合物が形成されており、
上記電極は、スイッチング素子とカラーフィルターと遮光膜とが形成された基板上に形成されていることを特徴とする請求項33に記載の表示素子。 - 上記物質層に、カイラル剤が添加された媒質が封入されていることを特徴とする請求項1から35のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記物質層に、カイラル性を示す媒質が封入されていることを特徴とする請求項1から35のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記媒質を構成する分子の、光学的異方性が発現している状態における配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすことを特徴とする請求項1から37のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記物質層に、添加濃度8重量%以上のカイラル剤が添加された媒質が封入されていることを特徴とする請求項36に記載の表示素子。
- 上記配向補助材、または上記水素結合体、または上記微粒子、または上記重合性化合物、または上記多孔質構造体は、上記物質層を多数の小領域に分割することを特徴とする請求項1から39のいずれか1項に記載の表示素子。
- 上記分割された各小領域の大きさが、可視光波長以下であることを特徴とする請求項40に記載の表示素子。
- 請求項1から41のいずれか1項に記載の表示素子を備えていることを特徴とする表示装置。
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