(57)【要約】  本発明は、液晶表示素子およびその製造方法並びにそれを備えた電子ペーパーに関し、外力による表示の変化を抑制できる液晶表示素子およびその製造方法並びにそれを備えた電子ペーパーを実現することを目的とする。  １つのＢ画素領域１２ｂは、４つの壁面構造体３１および４つのポリマー層３５によって切れ目なく囲まれている。壁面構造体３１は、下基板９ｂ上に形成されて、上基板７ｂ（図５では不図示）に接触している。ポリマー層３５は、コレステリック液晶及び壁面構造体３１のいずれとも異なる材料の重合性物質（モノマーやオリゴマー）をコレステリック液晶と共に上下基板７ｂ、９ｂ間に注入し、当該重合性物質を重合して形成される。
2008041268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板間に封止された液晶と、
前記一対の基板の双方に接触して形成された壁面構造体と、
前記壁面構造体で囲まれた領域を連結する開口部と、
前記液晶及び前記壁面構造体のいずれとも異なる材料の重合性物質を重合して前記開口部に形成したポリマー層と
を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示素子において、
前記重合性物質は、光硬化性を有すること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】
請求項２記載の液晶表示素子において、
前記重合性物質は、室温（２５℃）で液晶性を示すこと
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記壁面構造体は、前記一対の基板の双方に接着されていること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記壁面構造体及び前記ポリマー層は、切れ目のない構造体を形成していること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記液晶は、コレステリック液晶であること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示素子がそれぞれ第１乃至第３表示部として３層積層され、
前記第１乃至第３表示部の前記液晶は、光を反射する状態、透過する状態、又はそれらの中間的な状態を示し、
前記第１乃至第３表示部の前記液晶のそれぞれが、青色、緑色又は赤色のいずれかの光を反射すること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項８】
請求項７記載の液晶表示素子において、
前記第１表示部の前記液晶は、前記青色の光を反射し、
前記第２表示部の前記液晶は、前記緑色の光を反射し、
前記第３表示部の前記液晶は、前記赤色の光を反射し、
表示面側から前記第１、第２及び第３表示部の順に積層されていること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項９】
請求項８記載の液晶表示素子において、
前記第２表示部の前記液晶の旋光性は、前記第１及び第３表示部の前記液晶の旋光性と異なること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の液晶表示素子において、
前記表示面側とは反対側の最下部に配置された光吸収層をさらに有すること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項１１】
画像を表示する電子ペーパーにおいて、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液晶表示素子を備えていること
を特徴とする電子ペーパー。
【請求項１２】
一対の基板の一方の基板上に、壁面構造体と、前記壁面構造体で囲まれた領域を連結する開口部とを形成し、
前記壁面構造体が前記一対の基板の双方に接触するように前記一対の基板を貼り合わせ、
液晶と前記液晶及び前記壁面構造体のいずれとも異なる材料であり光硬化性を有する重合性物質とを前記一対の基板間に注入し、
前記開口部を露光して前記重合性物質を重合し、
前記開口部にポリマー層を形成すること
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の液晶表示素子の製造方法において、
前記重合性物質は、室温（２５℃）で液晶性を示すこと
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の液晶表示素子の製造方法において、
前記壁面構造体及び前記ポリマー層が切れ目のない構造体を形成するように前記壁面構造体及び前記ポリマー層を形成すること
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法において、
前記開口部に前記ポリマー層を形成した後に画素領域を露光して、前記画素領域内部に残存する前記重合性物質を重合すること
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子およびその製造方法並びにそれを備えた電子ペーパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各企業および各大学等において、電子ペーパーの開発が盛んに進められている。電子ペーパーの利用が期待されている適用分野として、電子書籍を筆頭に、モバイル端末機器のサブディスプレイやＩＣカードの表示部等の携帯機器分野がある。電子ペーパーに用いられる表示素子の一つに、コレステリック相が形成される液晶組成物（コレステリック液晶またはカイラルネマティク液晶と称される。以下、コレステリック液晶と言う）を用いた液晶表示素子がある。コレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、半永久的な表示保持特性（メモリ性）、鮮やかなカラー表示特性、高コントラスト特性、および高解像度特性等の優れた特徴を有している。【０００３】
図１３は、コレステリック液晶を用いたカラー表示が可能な液晶表示素子５１の断面構成を模式的に示している。液晶表示素子５１は、表示面から順に、青色（Ｂ）表示部４６ｂと、緑色（Ｇ）表示部４６ｇと、赤色（Ｒ）表示部４６ｒとが積層された構造を有している。図示において、上方の基板４７ｂ側が表示面であり、外光（実線矢印）は基板４７ｂ上方から表示面に向かって入射するようになっている。なお、基板４７ｂ上方に観測者の目およびその観察方向（破線矢印）を模式的に示している。【０００４】
Ｂ表示部４６ｂは、一対の上下基板４７ｂ、４９ｂ間に封止された青色（Ｂ）用液晶層４３ｂと、Ｂ用液晶層４３ｂに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源４１ｂとを有している。Ｇ表示部４６ｇは、一対の上下基板４７ｇ、４９ｇ間に封止された緑色（Ｇ）用液晶層４３ｇと、Ｇ用液晶層４３ｇに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源４１ｇとを有している。Ｒ表示部４６ｒは、一対の上下基板４７ｒ、４９ｒ間に封止された赤色（Ｒ）用液晶層４３ｒと、Ｒ用液晶層４３ｒに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源４１ｒとを有している。Ｒ表示部４６ｒの下基板４９ｒ裏面には光吸収層４５が配置されている。【０００５】
各Ｂ、Ｇ、Ｒ用液晶層４３ｂ、４３ｇ、４３ｒに用いられているコレステリック液晶は、ネマティック液晶にキラル性の添加剤（カイラル材ともいう）を数十ｗｔ％の含有率で比較的大量に添加した液晶混合物である。ネマティック液晶にカイラル材を比較的大量に含有させると、ネマティック液晶分子を強く螺旋状に捻ったコレステリック相を形成することができる。【０００６】
コレステリック液晶は双安定性（メモリ性）を備えており、液晶に印加する電界強度の調節によりプレーナ状態、フォーカルコニック状態またはプレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態のいずれかの状態をとることができ、一旦プレーナ状態、フォーカルコニック状態またはそれらが混在した中間的な状態になると、その後は無電界下においても安定してその状態を保持する。【０００７】
プレーナ状態は、上下基板４７、４９間に所定の高電圧を印加して液晶層４３に強電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。フォーカルコニック状態は、例えば、上記高電圧より低い所定電圧を上下基板４７、４９間に印加して液晶層４３に電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。【０００８】
プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態は、例えば、フォーカルコニック状態が得られる電圧よりも低い電圧を上下基板４７、４９間に印加して液晶層４３に電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。【０００９】
このコレステリック液晶を用いた液晶表示素子５１の表示原理を、Ｂ表示部４６ｂを例にとって説明する。図１４（ａ）は、Ｂ表示部４６ｂのＢ用液晶層４３ｂがプレーナ状態である場合の液晶分子３３の配向状態を示している。図１４（ａ）に示すように、プレーナ状態での液晶分子３３は、基板厚方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ垂直になる。【００１０】
プレーナ状態では、液晶分子３３の螺旋ピッチに応じた所定波長の光が選択的に液晶層で反射される。液晶層の平均屈折率をｎとし、螺旋ピッチをｐとすると、反射が最大となる波長λは、λ＝ｎ・ｐで示される。【００１１】
従って、Ｂ表示部４６ｂのＢ用液晶層４３ｂでプレーナ状態時に青色の光を選択的に反射させるには、例えばλ＝４８０ｎｍとなるように平均屈折率ｎおよび螺旋ピッチｐを決める。平均屈折率ｎは液晶材料およびカイラル材を選択することで調整可能であり、螺旋ピッチｐは、カイラル材の含有率を調整することにより調節することができる。【００１２】
図１４（ｂ）は、Ｂ表示部４６ｂのＢ用液晶層４３ｂがフォーカルコニック状態である場合の液晶分子３３の配向状態を示している。図１４（ｂ）に示すように、フォーカルコニック状態での液晶分子３３は、基板面内方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ平行になる。フォーカルコニック状態では、Ｂ用液晶層４３ｂに反射波長の選択性は失われ、入射光の殆どが透過する。透過光はＲ表示部４６ｒの下基板４９ｒ裏面に配置された光吸収層４５で吸収されるので暗（黒）表示が実現できる。【００１３】
プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態では、プレーナ状態とフォーカルコニック状態との存在割合に応じて反射光と透過光との割合が調整され、反射光の強度が変化する。従って、反射光の強度に応じた中間調表示が実現できる。【００１４】
このように、コレステリック液晶では、螺旋状に捻られた液晶分子３３の配向状態で光の反射量を制御することができる。上記のＢ用液晶層４３ｂと同様にして、Ｇ用液晶層４３ｇおよびＲ用液晶層４３ｒに、プレーナ状態時に緑または赤の光を選択的に反射させるコレステリック液晶をそれぞれ封入してカラー表示の液晶表示素子５１が作製される。液晶表示素子５１は、メモリ性があり、画面書き換え時以外には電力を消費せずにカラー表示が可能である。【００１５】
しかしながら、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子には、その表示面を押圧したり曲げたり等の外力が印加されると、記憶された表示状態が変化してしまうという問題がある。ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ；ねじれネマティック）型やＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ；超ねじれネマティック）型の液晶表示素子では、液晶は電気的に常時駆動されている状態にある。従って、表示が変化しても、すぐに元の表示に復帰することができる。しかしながら、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子では、コレステリック液晶は画面書き換え時以外には駆動されない。従って、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子では、一旦表示が変化してしまうと、再駆動されるまで表示は元に戻らない。コレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、表示のメモリ性を最大の特長とする。従って、この問題は、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子を実用化する上で大きな課題である。【００１６】
【特許文献１】特開平１０−３０７２８８号公報
【特許文献２】実開昭５８−１３５１５号公報
【特許文献３】特開平８−７６１３１号公報
【特許文献４】特開２０００−１４７５２７号公報
【特許文献５】特開２００２−８２３４０号公報
【特許文献６】特開２００４−２１９９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、外力による表示の変化を抑制できる液晶表示素子およびその製造方法並びにそれを備えた電子ペーパーを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的は、対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶と、前記一対の基板の双方に接触して形成された壁面構造体と、前記壁面構造体で囲まれた領域を連結する開口部と、前記液晶及び前記壁面構造体のいずれとも異なる材料の重合性物質を重合して前記開口部に形成したポリマー層とを有することを特徴とする液晶表示素子によって達成される。【００１９】
また、上記目的は、画像を表示する電子ペーパーにおいて、上記本発明の液晶表示素子を備えていることを特徴とする電子ペーパーによって達成される。【００２０】
また、上記目的は、一対の基板の一方の基板上に、壁面構造体と、前記壁面構造体で囲まれた領域を連結する開口部とを形成し、前記壁面構造体が前記一対の基板の双方に接触するように前記一対の基板を貼り合わせ、液晶と前記液晶及び前記壁面構造体のいずれとも異なる材料であり光硬化性を有する重合性物質とを前記一対の基板間に注入し、前記開口部を露光して前記重合性物質を重合し、前記開口部にポリマー層を形成することを特徴とする液晶表示素子の製造方法によって達成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外力による表示の変化を抑制できる液晶表示素子およびその製造方法並びにそれを備えた電子ペーパーを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００４９２５に提案された液晶表示素子８０６の一部を基板面法線方向に見た構成を示す平面図である
【図２】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１の断面構成を模式的に示す図である。
【図４】液晶表示素子のプレーナ状態での反射スペクトルの一例を示す図である。
【図５】表示部６ｂの一部を基板面法線方向に見た構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１の駆動波形の一例を示す図である。
【図７】コレステリック液晶の電圧−反射率特性の一例を示す図である。
【図８】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１の製造工程を示す図（その１）である。
【図９】コレステリック液晶に混合される単官能アクリルモノマーの構造式を示す図である。
【図１０】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１の製造工程を示す図（その２）である。
【図１１】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１の製造工程を示す図（その３）である。
【図１２】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１の製造工程を示す図（その４）である。
【図１３】従来のカラー表示可能な液晶表示素子の断面構成を模式的に示す図である。
【図１４】従来の液晶表示素子の一液晶層の断面構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１、５１、８０６  液晶表示素子
３ｂ、４３ｂ  Ｂ用液晶層
３ｇ、４３ｇ  Ｇ用液晶層
３ｒ、４３ｒ  Ｒ用液晶層
６ｂ、４６ｂ  Ｂ表示部
６ｇ、４６ｇ  Ｇ表示部
６ｒ、４６ｒ  Ｒ表示部
７ｂ、７ｇ、７ｒ、４７ｂ、４７ｇ、４７ｒ  上基板
９ｂ、９ｇ、９ｒ、４９ｂ、４９ｇ、４９ｒ  下基板
１２  画素領域
１２ｂ  青（Ｂ）画素領域
１２ｇ  緑（Ｇ）画素領域
１２ｒ  赤（Ｒ）画素領域
１５  可視光吸収層
１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ  走査電極
１９ｒ、１９ｇ、１９ｂ  データ電極
２１ｂ、２１ｂ、２１ｒ  シール材
２３  制御回路
２４  駆動部
２５  走査電極駆動回路
２７  データ電極駆動回路
３１  壁面構造体
３３  液晶（液晶分子）
３５  ポリマー層
４１ｂ、４１ｇ、４１ｒ  パルス電圧源
６１  モノマー
６３  ポリマー
７１  フォトマスク
１３３  開口部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の一実施の形態による液晶表示素子およびその製造方法並びにそれを備えた電子ペーパーについて図１乃至図１２を用いて説明する。本願出願人は、コレステリック液晶を用いる液晶表示素子において、表示面が押圧されたり曲げられたりすることにより表示が変化してしまうメカニズムを、実験により突き止めた。本願出願人は、先に出願した国際出願「ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１３３８０（国際公開番号：ＷＯ２００６／０３０４９５）」でこのメカニズムを説明している。【００２５】
表示面が押圧されたり曲げられたりすることによる表示状態の変化は、コレステリック液晶がフォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化したことに起因している。これは、画素領域内部の液晶が流動し、基板の界面に液晶分子が引きずられ、液晶分子が基板に平行な状態となって、プレーナ状態に変化してしまうためであると考えられる。また、液晶表示素子のセルギャップが薄いほど、表示状態の変化は顕著である。これは、セルギャップが薄い程、相対的に基板の界面付近の液晶が多いため、基板の界面の影響を受け易いためと考えられる。【００２６】
以上のような考察により、本願出願人は、画素領域内部の液晶の流動性が抑制されるように壁面構造体を形成することにより、液晶表示素子の表示面に対する押圧や液晶表示素子の曲げなどによる表示状態の変化を防止できることを突き止めた。【００２７】
本実施の形態の前提となる液晶表示素子について説明する。本願出願人は、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００４９２５において、表示の変化を抑制することができる液晶表示素子を提案している。国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００４９２５に提案された液晶表示素子は、表示部４６ｂ、４６ｇ、４６ｒと同様に、対向配置された上下基板と、上下基板間に封止されたコレステリック液晶を備えた液晶層とを有している。下基板上の対向面側には、互いに平行に延びる複数のデータ電極が形成されている。上基板上の対向面側には、基板面法線方向に見て複数のデータ電極と垂直に交差する複数の走査電極が形成されている。複数の走査電極は、互いに平行に延びている。【００２８】
図１は、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００４９２５に提案された液晶表示素子８０６の一部を基板面法線方向に見た構成を示す平面図である。走査電極およびデータ電極が交差する領域（基板面法線方向に見て走査電極およびデータ電極が重なる領域）のそれぞれが、画素領域１２となる。図１に示すように、複数の画素領域１２は、マトリクス状に配置されている。図１では、９個の画素領域１２およびその周囲を図示している。【００２９】
壁面構造体３１は、下基板９上に形成されて、上基板（図１では不図示）に接触している。壁面構造体３１は、接着性を有する部材であり、上基板および下基板９の双方に接着されている。基板面法線方向に見て、壁面構造体３１は２辺の長さがほぼ等しい略十字形状を有している。壁面構造体３１は、隣接する画素領域１２間に形成されている。１つの画素領域１２は、４つの壁面構造体３１によって囲まれている。壁面構造体３１の中心は、画素領域１２の角部に位置している。【００３０】
隣接する２つの壁面構造体３１間には開口部１３３が形成されている。壁面構造体３１端部は、開口部１３３を挟んで隣接する壁面構造体３１の端部と対向している。開口部１３３は、画素領域１２の４つの側面それぞれの中央近傍に形成されている。１つの画素領域１２は、４つの開口部１３３と接している。隣接する画素領域１２の液晶層は、開口部１３３を介して連結されている。開口部１３３は、画素領域１２内部に液晶を注入するために形成されている。コレステリック液晶を例えば真空注入法により液晶表示素子８０６内部に注入すると、開口部１３３を通じて全ての画素領域１２内部に液晶が充填される。【００３１】
液晶表示素子８０６では、画素領域１２の側面が開口部１３３を除いて壁面構造体３１によって囲まれ、壁面構造体３１は上基板および下基板９の双方に接着されているため、画素領域１２内部の液晶の流動が制限される。このため、液晶表示素子８０６の表示面が押圧された場合や折り曲げられた場合でも、液晶表示素子８０６の表示の変化を抑制できる。すなわち、メモリ表示状態（消費電力＝０での画像表示状態）の押圧、曲げに対する耐性が向上する。【００３２】
しかしながら、液晶表示素子８０６においても液晶の流動が若干残存し、そのために強い押圧や曲げ等の外力によって表示が変化してしまうことがあった。図１を用いてその原因を説明する。液晶表示素子８０６では、画素領域１２内部に液晶を注入するために、画素領域１２の４つの側面それぞれに開口部１３３が形成されている。従って、図１中の矢印で模式的に示すように、複数の開口部１３３を通り複数の画素領域１２を行方向および列方向に横断する液晶の流路が形成される。当該流路は画素領域１２内部を通る。従って、液晶表示素子８０６では、押圧や曲げ等の外力が印加されたときに、画素領域１２内部の液晶が流動する余地が残っている。【００３３】
特許文献１には、少なくとも一方が透明な１対の電極付き基板と、当該基板間に保持され、樹脂壁およびコレステリック相を示す液晶を含む複合膜とを有し、当該電極が画素を形成している液晶素子が開示されている。複合膜には、１画素内に樹脂壁の密度、配列ピッチおよび形状の１または２以上が互いに異なる複数の領域が存在する。【００３４】
樹脂壁は、以下の製造工程によって形成される。まず、基板間に、室温でコレステリック相を示す液晶と、光硬化性樹脂の前駆体（例えば紫外線硬化性樹脂の前駆体）であるモノマーまたはオリゴマーと、重合開始剤とを所定の比率で混合した混合液を満たす。次いで、透明基板の外側に所定パターンを有するフォトマスクを置き、該フォトマスクを介して所定照度の光（例えば紫外線）を該コレステリック相を示す液晶のクリアリングポイント以上の温度（液晶が等方相となる温度）で照射する。これにより、光が照射された部位で樹脂モノマーまたはオリゴマーが硬化し、液晶と樹脂とが相分離して、マスク形状に対応した樹脂壁が形成される。【００３５】
特許文献１に開示された液晶素子において、樹脂壁を形成する目的は、１画素内に樹脂壁の密度、配列ピッチおよび形状の１または２以上が互いに異なる複数の領域を形成することによって、多階調表示を実現することである。しかしながら、特許文献１に開示された液晶素子では、樹脂壁を形成するために多くの光硬化性樹脂を液晶に添加する必要があるので、液晶の駆動電圧が高くなる。従って、特許文献１に開示された液晶素子には、汎用のドライバＩＣを適用できないという問題がある。また、樹脂壁の強度が弱く押圧に対する耐性が十分ではないという問題がある。【００３６】
液晶表示素子８０６において、開口部１３３の部分にも壁面構造体３１を形成して、画素領域１２の側面四方を切れ目なく囲むように壁面構造体３１を形成し、液晶の注入と基板の貼り合わせとを同時に行う方法が考えられる。この方法では、画素領域１２の側面四方が壁面構造体３１で完全に囲まれるので、複数の画素領域１２を横断する液晶の流路は形成されない。従って、押圧や曲げによる液晶の流動がさらに抑制されるので、表示の変化がさらに抑制される。【００３７】
しかしながら、この方法では、液晶を注入するために、インクジェット方式等の特殊な方法を用いる必要がある。また、この方法では、注入する液晶の量を制御することも非常に困難である。従って、この方法では、液晶表示素子８０６内部に液晶を封入することが非常に困難であるという問題がある。また、基板貼り合わせ工程において、上基板（対向基板）と壁面構造体３１との間に液晶が存在するため、上基板と壁面構造体３１とを接着させることも困難である。さらに、壁面構造体が未硬化の状態で液晶と接触するため汚染の問題もある。【００３８】
本実施の形態による液晶表示素子は、液晶表示素子８０６と比較して、外力による表示の変化をさらに抑制する。また、本実施の形態による液晶表示素子は、液晶を容易に注入でき、かつ押圧、曲げに対する耐性が高い。【００３９】
本実施の形態による液晶表示素子について図２乃至図５を用いて説明する。本実施の形態では、液晶表示素子として、青（Ｂ）、緑（Ｇ）および赤（Ｒ）用コレステリック液晶を用いた液晶表示素子１を例にとって説明する。図２は、本実施の形態による液晶表示素子１の概略構成の一例を示している。図３は、図２の左右方向に平行な直線で液晶表示素子１を切断した断面構成を模式的に示している。【００４０】
図２および図３に示すように、液晶表示素子１は、プレーナ状態で青色の光を反射するＢ用液晶層３ｂを備えたＢ表示部（第１表示部）６ｂと、プレーナ状態で緑色の光を反射するＧ用液晶層３ｇを備えたＧ表示部（第２表示部）６ｇと、プレーナ状態で赤色の光を反射するＲ用液晶層３ｒを備えたＲ表示部（第３表示部）６ｒとを有している。Ｂ、Ｇ、Ｒの各表示部６ｂ、６ｇ、６ｒは、この順に光入射面（表示面）側から積層されている。【００４１】
Ｂ表示部６ｂは、対向配置された一対の上下基板７ｂ、９ｂと、両基板７ｂ、９ｂ間に封止されたＢ用液晶層３ｂとを有している。Ｂ用液晶層３ｂは、青色の光を選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されたＢ用コレステリック液晶を有している。【００４２】
Ｇ表示部６ｇは、対向配置された一対の上下基板７ｇ、９ｇと、両基板７ｇ、９ｇ間に封止されたＧ用液晶層３ｇとを有している。Ｇ用液晶層３ｇは、緑色の光を選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されたＧ用コレステリック液晶を有している。【００４３】
Ｒ表示部６ｒは、対向配置された一対の上下基板７ｒ、９ｒと、両基板７ｒ、９ｒ間に封止されたＲ用液晶層３ｒとを有している。Ｒ用液晶層３ｒは、赤色の光を選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されたＲ用コレステリック液晶を有している。【００４４】
Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒを構成する液晶組成物は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を１０〜４０ｗｔ％添加したコレステリック液晶である。カイラル材の添加率は、ネマティック液晶成分とカイラル材との合計量を１００ｗｔ％としたときの値である。ネマティック液晶としては従来公知の各種のものを用いることができるが、液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの駆動電圧を比較的低くするには、誘電率異方性Δεが２０≦Δε≦５０であることが好ましい。また、コレステリック液晶の屈折率異方性Δｎの値は、０．１８≦Δｎ≦０．２４であることが好ましい。屈折率異方性Δｎがこの範囲より小さいと、プレーナ状態での各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの反射率が低くなる。一方、屈折率異方性Δｎがこの範囲より大きいと、液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒはフォーカルコニック状態での散乱反射が大きくなるほか、粘度も高くなり、応答速度が低下する。【００４５】
また、Ｂ用およびＲ用のコレステリック液晶に添加されるカイラル材と、Ｇ用のコレステリック液晶に添加されるカイラル材とは、互いに旋光性が異なる光学異性体である。従って、Ｂ用およびＲ用のコレステリック液晶の旋光性は同じで、Ｇ用コレステリック液晶の旋光性と異なっている。【００４６】
図４は、各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒのプレーナ状態での反射スペクトルの一例を示している。横軸は、反射光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は、反射率（白色板比；％）を表している。Ｂ用液晶層３ｂでの反射スペクトルは図中▲印を結ぶ曲線で示されている。同様に、Ｇ用液晶層３ｇでの反射スペクトルは■印を結ぶ曲線で示し、Ｒ用液晶層３ｒでの反射スペクトルは◆印を結ぶ曲線で示している。【００４７】
図４に示すように、各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒのプレーナ状態での反射スペクトルの中心波長は、液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの順に長くなる。Ｂ、Ｇ、Ｒの各表示部６ｂ、６ｇ、６ｒの積層構造において、プレーナ状態におけるＧ用液晶層３ｇでの旋光性と、Ｂ用およびＲ用液晶層３ｂ、３ｒでの旋光性とを異ならしているので、図４に示す青と緑、および緑と赤の反射スペクトルが重なる領域では、例えば、Ｂ用液晶層３ｂとＲ用液晶層３ｒで右円偏光の光を反射させ、Ｇ用液晶層３ｇで左円偏光の光を反射させることができる。これにより、入射した光を効率よく反射することが可能となり、液晶表示素子１の表示画面の明るさを向上させることができる。【００４８】
本実施の形態では、上基板７ｂ、７ｇ、７ｒ、および下基板９ｂ、９ｇ、９ｒとして、縦横の長さが１０（ｃｍ）×８（ｃｍ）の大きさに切断した２枚のポリカーボネート（ＰＣ）フィルム基板を用いている。また、ＰＣ基板に代えてガラス基板やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルム基板を使用することもできる。これらのフィルム基板は十分な可撓性を備えている。上基板７ｂ、７ｇ、７ｒ、および下基板９ｂ、９ｇは、透光性を有することが必要である。本実施の形態では、上基板７ｂ、７ｇ、７ｒおよび下基板９ｂ、９ｇ、９ｒはいずれも透光性を有しているが、最下層に配置されるＲ表示部６ｒの下基板９ｒは不透光性であってもよい。【００４９】
図２および図３に示すように、Ｂ表示部６ｂの下基板９ｂのＢ用液晶層３ｂ側には、図２の図中上下方向に延びる複数の帯状のデータ電極１９ｂが並列して形成されている。また、上基板７ｂのＢ用液晶層３ｂ側には、図２の図中左右方向に延びる複数の帯状の走査電極１７ｂが並列して形成されている。図２に示すように、上下基板７ｂ、９ｂを電極形成面の法線方向に見て、複数の走査電極１７ｂとデータ電極１９ｂとは、互いに交差して対向配置されている。本実施の形態では、３２０×２４０ドットのＱＶＧＡ表示ができるように、透明電極をパターニングして０．２４ｍｍピッチのストライプ状の３２０本の走査電極１７ｂおよび２４０本のデータ電極１９ｂを形成している。なお、図３での符号１９ｂは、複数のデータ電極１９ｂの存在領域を示しているのであって、それらの形状は示唆していない。走査電極１７ｂおよびデータ電極１９ｂが交差する領域（基板面法線方向に見て走査電極およびデータ電極が重なる領域）のそれぞれが、Ｂ画素領域１２ｂとなる。複数のＢ画素領域１２ｂは３２０行×２４０列のマトリクス状に配置されている。画素領域がマトリクス状に配列されて表示画面を形成している。【００５０】
走査電極１７ｂおよびデータ電極１９ｂの形成材料としては、例えばインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）が代表的であるが、その他インジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｃ  Ｏｘｉｄｅ；ＩＺＯ）等の透明導電膜、アルミニウムあるいはシリコン等の金属電極、またはアモルファスシリコン等の光導電性膜等を用いることができる。【００５１】
両電極１７ｂ、１９ｂ上には機能膜として、それぞれ絶縁膜や液晶分子の配列を制御するための配向膜（いずれも不図示）がコーティングされていることが好ましい。絶縁膜は、電極１７ｂ、１９ｂ間の短絡を防止したり、ガスバリア層として液晶表示素子１の信頼性を向上させたりする機能を有している。また、配向膜には、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および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用いることができる。本実施の形態では、例えば電極１７ｂ、１９ｂ上の基板全面には、配向膜が塗布（コーティング）されている。配向膜は絶縁性薄膜と兼用されてもよい。【００５２】
図３に示すように、上下基板７ｂ、９ｂの外周囲に塗布されたシール材２１ｂにより、Ｂ用液晶層３ｂは両基板７ｂ、９ｂ間に封止されている。また、Ｂ用液晶層３ｂの厚さ（セルギャップ）ｄは均一に保持する必要がある。所定のセルギャップｄを維持するには、樹脂製または無機酸化物製の球状スペーサをＢ用液晶層３ｂ内に散布したり、柱状スペーサをＢ用液晶層３ｂ内に複数形成したりする。本実施の形態の液晶表示素子１においても、Ｂ用液晶層３ｂ内に球状スペーサ（不図示）が挿入されてセルギャップｄの均一性が保持されている。Ｂ用液晶層３ｂのセルギャップｄは、３μｍ≦ｄ≦６μｍの範囲であることが好ましい。セルギャップｄがこれより小さいとプレーナ状態での液晶層３ｂの反射率が低くなり、これより大きいと駆動電圧が高くなりすぎる。【００５３】
図５は、Ｂ表示部６ｂの一部を基板面法線方向に見た構成を示している。図５に示すように、Ｂ表示部６ｂは、液晶表示素子８０６に対して、開口部１３３に形成したポリマー層３５を有している点に特徴を有している。図５では、９個のＢ画素領域１２ｂおよびその周囲を示している。【００５４】
壁面構造体３１は、下基板９ｂ上に形成されて、上基板７ｂ（図５では不図示）に接触している。壁面構造体３１は、接着性を有する部材であり、上基板７ｂおよび下基板９ｂの双方に接着されている。壁面構造体３１は、球状スペーサと共に、セルギャップｄを維持するためのスペーサとしても機能する。基板面法線方向に見て、壁面構造体３１は２辺の長さがほぼ等しい略十字形状を有している。壁面構造体３１は、隣接するＢ画素領域１２ｂ間に形成されている。１つのＢ画素領域１２ｂは、４つの壁面構造体３１によって囲まれている。壁面構造体３１の中心は、Ｂ画素領域１２ｂの角部に位置している。【００５５】
壁面構造体３１は、例えばフォトレジストで形成されている。壁面構造体３１は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成される。壁面構造体３１は、例えば以下の工程によって形成される。上下基板７ｂ、９ｂの貼り合わせ工程および液晶注入工程の前に、下基板９ｂ上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトレジストを露光、現像し、壁面構造体３１を形成する。【００５６】
壁面構造体３１の接着性は、例えば以下のようにして発現させることができる。壁面構造体３１のポストベークを行う前に、壁面構造体３１を形成した下基板９ｂと上基板７ｂとを貼り合わせ、上基板７ｂおよび下基板９ｂを貼り合わせた後に、壁面構造体３１のポストベークを行う。これにより、壁面構造体３１の形成材料によっては、壁面構造体３１に接着性を発現させることができる。【００５７】
上下基板７ｂ、９ｂとしてフィルム基板を用いた液晶表示素子は、一般に強度およびセルギャップの均一性を高めることが難しい。しかしながら、本実施の形態によれば、壁面構造体３１が上基板７ｂおよび下基板９ｂの双方に接着されているので、Ｂ表示部６ｂの強度が高められ、またセルギャップの均一性が高められる。【００５８】
液晶の熱膨張率は、一般的に壁面構造体の熱膨張率よりも大きい。従って、仮に、壁面構造体３１に接着性がない場合、温度変化等によって液晶が膨張すると、壁面構造体３１と上基板７ｂとの間に空間が形成される。この場合、Ｂ画素領域１２ｂ内部の液晶は当該空間を介して他のＢ画素領域１２ｂに移動することが可能となるので、液晶は上基板７ｂおよび下基板９ｂ間を自由に流動してしまい、その結果表示の変化が著しく生じてしまう。一方、Ｂ表示部６ｂの壁面構造体３１は接着性を有し、上基板７ｂおよび下基板９ｂの双方に接着されている。従って、熱膨張等が原因で生じる液晶の流動を防止することができる。従って、Ｂ表示部６ｂは、急激な温度変化による表示の変化を防止することができる。【００５９】
隣接する２つの壁面構造体３１間の開口部１３３にはポリマー層３５が形成されている。ポリマー層３５は、コレステリック液晶および壁面構造体３１のいずれとも異なる材料の重合性物質（モノマーやオリゴマー）を重合して形成される。当該重合性物質は、コレステリック液晶に混合され、コレステリック液晶と共にＢ用液晶層３ｂに注入される。壁面構造体３１端部は、ポリマー層３５を挟んで隣接する壁面構造体３１の端部と対向している。ポリマー層３５は、Ｂ画素領域１２ｂの４つの側面それぞれの中央近傍に形成されている。１つのＢ画素領域１２ｂは、４つのポリマー層３５と接している。１つのＢ画素領域１２ｂは、４つの壁面構造体３１および４つのポリマー層３５によって切れ目なく囲まれている。Ｂ画素領域１２ｂ内部の液晶層３ｂは、ポリマー層３５と同様に、重合性物質を重合して形成されたポリマー（図５では図示せず）を有している。当該ポリマーは、ポリマー層３５と同一の材料で形成されている。【００６０】
Ｂ表示部６ｂでは、Ｂ画素領域１２ｂの側面が４つの壁面構造体３１および４つのポリマー層３５によって切れ目なく囲まれ、壁面構造体３１は上基板７ｂおよび下基板９ｂの双方に接着されているため、液晶表示素子８０６と比較して、Ｂ画素領域１２ｂ内部の液晶の流動がさらに制限される。このため、液晶表示素子８０６と比較して、Ｂ表示部６ｂの表示面への押圧や折り曲げ等の外力によるＢ表示部６ｂの表示の変化をさらに抑制できる。すなわち、液晶表示素子８０６と比較して、メモリ表示状態の押圧、曲げに対する耐性がさらに向上する。【００６１】
Ｇ表示部６ｇおよびＲ表示部６ｒは、Ｂ表示部６ｂと同様の構造を有しているため、説明は省略する。図２および図３に示すように、Ｒ表示部６ｒの下基板９ｒの外面（裏面）、すなわち表示面側とは反対側の最下部には、可視光吸収層１５が配置されている。可視光吸収層１５が設けられているので、Ｂ、Ｇ、Ｒの各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒで反射されなかった光が効率よく吸収される。従って、液晶表示素子１はコントラスト比の高い表示を実現できる。なお、可視光吸収層１５は必要に応じて設ければよい。【００６２】
上基板７ｂ、７ｇ、７ｒには、複数の走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒを駆動する走査電極用ドライバＩＣが実装された走査電極駆動回路２５が接続されている。また、下基板９ｂ、９ｇ、９ｒには、複数のデータ電極１９ｂ、１９ｇ、１９ｒを駆動するデータ電極用ドライバＩＣが実装されたデータ電極駆動回路２７が接続されている。走査電極駆動回路２５およびデータ電極駆動回路２７を含んで駆動部２４が構成されている。【００６３】
走査電極駆動回路２５は、制御回路２３から出力された所定の信号に基づいて、所定の３本の走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒを選択して、それら３本の走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒに対して走査信号を同時に出力するようになっている。一方、データ電極駆動回路２７は、制御回路２３から出力された所定の信号に基づいて、選択された走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒ上のＢ、Ｇ、Ｒ画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒに対する画像データ信号をデータ電極１９ｂ、１９ｇ、１９ｒのそれぞれに出力するようになっている。走査電極用およびデータ電極用ドライバＩＣとして、例えばＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣが用いられている。【００６４】
走査電極駆動回路２５の所定の出力端子は、走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒの所定の各入力端子に共通接続されている。こうすることにより、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各表示部６ｂ、６ｇ、６ｒ毎に走査電極駆動回路２５を設ける必要がなくなるので液晶表示素子１の駆動回路の構成を簡略化することができる。また、走査電極用ドライバＩＣの数を削減できるので液晶表示素子１の低コスト化を実現することができる。なお、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の走査電極駆動回路２５の出力端子の共通化は、必要に応じて行えばよい。【００６５】
本実施の形態による液晶表示素子１は、液晶としてコレステリック液晶を用いている。従って、カラー表示およびメモリ表示（消費電力＝０での画像表示）を容易に実現できる。【００６６】
次に、液晶表示素子１の駆動方法について図６および図７を用いて説明する。図６は、液晶表示素子１の駆動波形の一例を示している。図６（ａ）は、コレステリック液晶をプレーナ状態にさせるための駆動波形であり、図６（ｂ）は、コレステリック液晶をフォーカルコニック状態にさせるための駆動波形である。図６（ａ）および図６（ｂ）において、図上段は、データ電極駆動回路２７から出力されるデータ信号電圧波形Ｖｄを示し、図中段は、走査電極駆動回路２５から出力される走査信号電圧波形Ｖｓを示し、図下段はいずれかの画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒの液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒに印加される印加電圧波形Ｖｌｃを示している。また、図６（ａ）および図６（ｂ）において、図の左から右に時間経過を表し、図の上下方向は電圧を表している。【００６７】
図７は、コレステリック液晶の電圧−反射率特性の一例を示している。横軸はコレステリック液晶に印加される電圧値（Ｖ）を表し、縦軸はコレステリック液晶の反射率（％）を表している。図７に示す実線の曲線Ｐは、初期状態がプレーナ状態におけるコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示し、破線の曲線ＦＣは、初期状態がフォーカルコニック状態におけるコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示している。【００６８】
ここでは、図２に示すＢ表示部６ｂの第１列目のデータ電極１９ｂ（１）と第１行目の走査電極１７ｂ（１）との交差部の青（Ｂ）画素領域１２ｂ（１，１）に所定の電圧を印加する場合を例にとって説明する。図６（ａ）に示すように、第１行目の走査電極１７ｂ（１）が選択される選択期間Ｔ１の前側の約１／２の期間では、データ信号電圧Ｖｄが＋３２Ｖとなるのに対し走査信号電圧Ｖｓが０Ｖとなり、後側の約１／２の期間では、データ信号電圧Ｖｄが０Ｖとなるのに対し走査信号電圧が＋３２Ｖとなる。このため、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂには、選択期間Ｔ１の間に±３２Ｖのパルス電圧が印加される。図７に示すように、コレステリック液晶に所定の高電圧ＶＰ１００（例えば、３２Ｖ）が印加されて強い電界が生じると、液晶分子の螺旋構造は完全にほどけ、全ての液晶分子が電界の向きに従うホメオトロピック状態になる。従って、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂの液晶分子は選択期間Ｔ１では、ホメオトロピック状態になる。【００６９】
選択期間Ｔ１が終了して非選択期間Ｔ２になると、第１行目の走査電極１７ｂ（１）には、例えば＋２８Ｖまたは＋４Ｖの電圧が選択期間Ｔ１の１／２の周期で印加される。一方、１列目のデータ電極１９ｂ（１）には、所定のデータ信号電圧Ｖｄが印加される。図６（ａ）では、例えば＋３２Ｖおよび０Ｖの電圧が選択期間Ｔ１の１／２の周期で第１列目のデータ電極１９ｂ（１）に印加されている。このため、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂには、非選択期間Ｔ２の間に±４Ｖのパルス電圧が印加される。これにより、非選択期間Ｔ２の間では、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂに生じる電界はほぼゼロになる。【００７０】
液晶分子がホメオトロピック状態のときに液晶印加電圧がＶＰ１００（±３２Ｖ）からＶＦ０（±４Ｖ）に変化して急激に電界がほぼゼロになると、液晶分子は螺旋軸が両電極１７ｂ（１）、１９ｂ（１）に対してほぼ垂直な方向に向く螺旋状態になり、螺旋ピッチに応じた光を選択的に反射するプレーナ状態になる。従って、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂはプレーナ状態になって光を反射するため、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）には青が表示される。【００７１】
一方、図６（ｂ）に示すように、選択期間Ｔ１の前側の約１／２の期間および後側の約１／２の期間で、データ信号電圧Ｖｄが２４Ｖ／８Ｖとなるのに対し、走査信号電圧Ｖｓが０Ｖ／＋３２Ｖとなると、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂには、±２４Ｖのパルス電圧が印加される。図７に示すように、コレステリック液晶に所定の低電圧ＶＦ１００ｂ（例えば、２４Ｖ）が印加されて弱い電界が生じると、液晶分子の螺旋構造が完全には解けない状態になる。非選択期間Ｔ２になると、第１行目の走査電極１７ｂ（１）には、例えば＋２８Ｖ／＋４Ｖの電圧が選択期間Ｔ１の１／２の周期で印加され、データ電極１９ｂ（１）には、所定のデータ信号電圧Ｖｄ（例えば＋２４Ｖ／８Ｖ）の電圧が選択期間Ｔ１の１／２の周期で印加される。このため、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂには、非選択期間Ｔ２の間に、−４Ｖ／＋４Ｖのパルス電圧が印加される。これにより、非選択期間Ｔ２の間では、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂに生じる電界はほぼゼロになる。【００７２】
液晶分子の螺旋構造が完全には解けない状態において、コレステリック液晶の印加電圧がＶＦ１００ｂ（±２４Ｖ）からＶＦ０（±４Ｖ）に変化して急激に電界がほぼゼロになると、液晶分子は螺旋軸が両電極１７ｂ（１）、１９ｂ（１）に対してほぼ平行な方向に向く螺旋状態になり、入射光を透過するフォーカルコニック状態になる。従って、Ｂ画素領域１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂはフォーカルコニック状態になって光を透過する。なお、図７に示すように、ＶＰ１００（±３２Ｖ）の電圧を印加して、液晶層に強い電界を生じさせた後に、緩やかに電界を除去しても、コレステリック液晶はフォーカルコニック状態にすることができる。【００７３】
上記駆動電圧、駆動方法は一例であり、室温で、両電極１７ｂ（１）、１９ｂ（１）間に３０〜３５Ｖのパルス状電圧を実効時間２０ｍｓの間印加すると、Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶は選択反射状態（プレーナ状態）となり、１５〜２２Ｖのパルス状の電圧を実効時間２０ｍｓの間印加すると、良好な透過状態（フォーカルコニック状態）となる。【００７４】
なお、コレステリック液晶に中間的な強さの電界を与え、急激に当該電界を除去すると、プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間調となり、多階調表示が可能となる。【００７５】
上述のＢ画素領域１２ｂ（１，１）の駆動と同様にして緑（Ｇ）画素領域１２ｇ（１，１）および赤（Ｒ）画素領域１２ｒ（１，１）を駆動することにより、３つのＢ、Ｇ、Ｒ画素領域１２ｂ（１，１）、１２ｇ（１，１）、１２ｒ（１，１）を積層した画素領域１２（１，１）にカラー表示をすることができる。また、第１行から第３２０行までの走査電極１７ｂ（１）〜１７ｂ（３２０）、１７ｇ（１）〜１７ｇ（３２０）、１７ｒ（１）〜１７ｒ（３２０）をいわゆる線順次駆動（線順次走査）させて１行毎に各データ電極１９ｂ、１９ｇ、１９ｒのデータ電圧を書き換えることにより、画素領域１２（１，１）から画素領域１２（３２０，２４０）までの全てに表示データを出力して１フレーム（表示画面）分のカラー表示が実現できる。【００７６】
次に、液晶表示素子１の製造方法の一例について図３、図８乃至図１２を用いて説明する。まず、Ｂ表示部６ｂの製造方法について説明する。まず、縦横の長さが１０（ｃｍ）×８（ｃｍ）の大きさに切断した２枚のポリカーボネート（ＰＣ）フィルム基板（上下基板）７ｂ、９ｂ上にＩＴＯ透明電極を形成してエッチングによりパターニングし、０．２４ｍｍピッチのストライプ状の電極（走査電極１７ｂまたはデータ電極１９ｂ）をそれぞれ形成する。３２０×２４０ドットのＱＶＧＡ表示ができるよう、２枚のＰＣフィルム基板７ｂ、９ｂ上にそれぞれストライプ状の電極１７ｂ、１９ｂが形成される。【００７７】
次に、図８に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、一方のＰＣフィルム基板（下基板）９ｂ上の隣接画素領域１２ｂ間に、壁面構造体３１および開口部１３３を形成する。より具体的には、一方のＰＣフィルム基板（下基板）９ｂ上に、アクリル系感光性樹脂（フォトレジスト）を塗布する。次に、アクリル系感光性樹脂を露光、現像し、図８に示すように、画素領域１２ｂ間に壁面構造体３１および開口部１３３を形成する。壁面構造体３１（アクリル系感光性樹脂）のポストベークは、この段階では行わない。なお、壁面構造体３１の形成材料は、２枚のＰＣフィルム基板（上下基板）７ｂ、９ｂを重ね合わせたとき、接着性を発現するものが好ましい。【００７８】
開口部１３３は、Ｂ画素領域１２ｂの４つの側面それぞれの中央近傍に形成される。１つのＢ画素領域１２ｂは、４つの開口部１３３と接する。開口部１３３は、隣接するＢ画素領域１２ｂ間の液晶層を連結する。開口部１３３は、Ｂ画素領域１２ｂ内部に液晶を注入するために形成される。【００７９】
一方、他方のＰＣフィルム基板（上基板）７ｂ上には、ポリイミド系の配向膜材料をスピンコートにより約７００Åの厚さに塗布する。次に、配向膜材料が塗布されたＰＣフィルム基板（上基板）７ｂを９０℃のオーブン中で１時間のベーク処理を行い、配向膜を形成する。なお、配向膜を両基板７ｂ、９ｂに形成してもよい。次に、一方のＰＣフィルム基板（下基板）９ｂ上の周縁部にエポキシ系のシール材２１ｂをディスペンサを用いて塗布する。シール材２１ｂは液晶を注入するための注入口を有する。【００８０】
次に、他方のＰＣフィルム基板（上基板）７ｂに、４μｍ径のスペーサ（積水ファインケミカル社製）を散布する。次いで、壁面構造体３１が２枚のＰＣフィルム基板（上下基板）７ｂ、９ｂの双方に接触するように２枚のＰＣフィルム基板（上下基板）７ｂ、９ｂを貼り合わせる。次に、貼り合わせた両基板７ｂ、９ｂを１６０℃で１時間加熱し、シール材２１ｂおよび壁面構造体３１を硬化する。壁面構造体３１の形成材料によっては、両基板７ｂ、９ｂを貼り合わせた後に壁面構造体３１のポストベークを行うことにより、壁面構造体３１に接着性を発現させることができる。これにより、シール材２１ｂおよび壁面構造体３１は、両基板７ｂ、９ｂに接着される。【００８１】
次に、図９（ａ）および図９（ｂ）に示す２種類の単官能アクリルモノマー（例えば、ＵＶキュアラブル液晶、大日本インキ化学工業株式会社製、ＵＣＬ−００１）を、Ｂ用コレステリック液晶に混合する。図９（ａ）および図９（ｂ）は、コレステリック液晶に混合される単官能アクリルモノマー（以下、単にモノマーと言う）の構造式をそれぞれ示している。図９（ａ）および図９（ｂ）に示す２種類のモノマーは、液晶分子と同様に剛直な棒状構造を有し、室温（２５℃）で液晶性を示し、コレステリック液晶に対して高い相溶性を有する。よって、２種類のモノマーは、コレステリック液晶に対して分子オーダーで混ざり合う。従って、均質な混合液を得ることができる。また、混合液も室温（２５℃）で液晶性を示す。２種類のモノマーは、液晶および壁面構造体３１のいずれとも異なる材料である。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、２種類のモノマーは、いずれも二重結合を有している。２種類のモノマーは、いずれも光硬化性を有する。モノマーの添加率は、３〜２０ｗｔ％が好ましい。【００８２】
図１０（ａ）乃至図１２（ａ）は、液晶表示素子１の製造工程を示す図であり、Ｂ表示部６ｂの一部を基板面法線方向に見た構成を示している。図１０（ｂ）乃至図１２（ｂ）は、図１０（ａ）乃至図１２（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面を示している。真空注入法により、一対の上下基板７ｂ、９ｂ間に液晶および２種類のモノマーの混合液を注入口から注入する。図１０（ａ）に示すように、注入された液晶３３および２種類のモノマー６１は、開口部１３３を介して、全てのＢ画素領域１２ｂ内部に充填される。このように、開口部１３３は全てのＢ画素領域１２ｂ内部に液晶およびモノマー６１を充填するための液晶３３およびモノマー６１の流路となる。また、図１０（ｂ）に示すように、液晶３３およびモノマー６１は開口部１３３にも充填される。図１０（ａ）および図１０（ｂ）では、液晶３３およびモノマー６１を楕円で模式的に示している。次に、エポキシ系の封止材で注入口を封止する。【００８３】
本実施の形態による液晶表示素子１の製造方法では、液晶３３およびモノマー６１を注入する際に、隣接するＢ画素領域１２ｂ間の液晶層を連結する開口部１３３が形成されているので、液晶３３およびモノマー６１の注入に真空注入法を用いることができる。また、液晶３３およびモノマー６１の混合液も、液晶と同様に室温（２５℃）で液晶性を示す。従って、液晶３３およびモノマー６１を容易に基板７ｂ、９ｂ間に注入することが可能である。【００８４】
次に、図１１（ｂ）に示すように、例えば、Ｂ画素領域１２ｂおよび壁面構造体３１を遮光するフォトマスク７１を用いて、開口部１３３を紫外光（中心波長３６５ｎｍ）で露光する。紫外光の露光量は、例えば、照射輝度が中心波長３６５ｎｍで２ｍＷ／ｃｍ２、照射時間が４分間である。なお、Ｂ画素領域１２ｂを遮光するフォトマスクを用いて、壁面構造体３１および開口部１３３を露光してもよい。【００８５】
液晶３３および２種類のモノマー６１は、液晶３３の熱的ゆらぎにより上下基板７ｂ、９ｂ間を流動している。紫外光を開口部１３３に照射することより、二重結合を有する２種類のモノマー６１が開口部１３３で重合して、ポリマーが化学合成される。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、分子量が増したポリマーは繊維状のネットワークとして開口部１３３に析出・硬化し、開口部１３３にポリマー層３５が形成される。ポリマー層３５が形成されることにより、Ｂ画素領域１２ｂは壁面構造体３１およびポリマー層３５によって切れ目なく囲まれる。なお、図１１（ａ）に示すように、一部のモノマー６１が重合されず、Ｂ画素領域１２ｂ内部にモノマー６１が残存することもある。【００８６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、Ｂ表示部６ｂを（Ｂ画素領域１２ｂを含めて）全面露光する。これにより、図１２（ａ）に示すように、未露光部であるＢ画素領域１２ｂ内部に残存する２種類のモノマー６１が重合されてポリマー６３がＢ画素領域１２ｂ内部に形成される。なお、当該全面露光工程は、必要に応じて行えばよい。以上の工程により、Ｂ表示部６ｂの作製が完了する。同様の方法により、Ｇ、Ｒ表示部６ｇ、６ｒを作製する。【００８７】
次に、図３に示すように、表示面側からＢ、Ｇ、Ｒ表示部６ｂ、６ｇ、６ｒをこの順に積層する。次いで、Ｒ表示部６ｒの下基板９ｒ裏面に可視光吸収層１５を配置する。次に、積層したＢ、Ｇ、Ｒ表示部６ｂ、６ｇ、６ｒの走査電極１７の端子部およびデータ電極１９の端子部にＴＣＰ構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣを圧着し、さらに電源回路および制御回路２３を接続する。こうしてＱＶＧＡ表示が可能な液晶表示素子１が完成する。なお図示は省略するが、完成された液晶表示素子１に入出力装置および全体を統括制御する制御装置（いずれも不図示）を設けることにより電子ペーパーが完成する。【００８８】
本実施の形態による液晶表示素子１の製造方法によれば、液晶注入前に、画素領域１２の大部分を囲む壁面構造体３１と液晶表示素子内部に液晶を注入するための開口部１３３とを形成する。従って、本実施の形態による液晶表示素子１の製造方法によれば、真空注入法を用いて、液晶を容易に注入できる。また、液晶表示素子１は、壁面構造体３１によって液晶表示素子１の強度を向上させ、かつ液晶の流動を抑制することができる。また、本実施の形態による液晶表示素子１の製造方法によれば、液晶注入後に開口部１３３にポリマー層３５を形成する。従って、液晶表示素子１は、画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ内部の液晶の流動をさらに抑制できる。従って、液晶表示素子１は、表示面への押圧や曲げ等の外力による表示の変化（メモリ性の消失）に対する耐性を壁面構造体３１によって高められ、開口部１３３にポリマー層３５を形成することで当該耐性をさらに高められる。液晶表示素子１は、液晶注入の容易性と、表示面への押圧や曲げ等の外力による表示の変化に対する耐性とを両立できる。【００８９】
また、本実施の形態による液晶表示素子１の製造方法によれば、モノマーが光硬化性を有する物質である。従って、モノマーを液晶と一緒に液晶表示素子内部に注入することができ、液晶およびモノマー注入後にマスク露光でモノマーを開口部１３３で硬化させることができる。【００９０】
なお、液晶表示素子１において、壁面構造体３１を形成せず、ポリマー層３５を画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ間全体に形成することも考えられる。ポリマー層３５が画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ間全体に形成され、画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒがポリマー層３５によって切れ目なく囲まれるので、当該液晶表示素子も表示の変化を抑制できる。しかしながら、画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒを切れ目なく囲むようにポリマー層３５を形成するためには、壁面構造体３１を形成する場合と比較して大量のモノマーを液晶に混合する必要がある。よって、モノマーの添加率が高くなる。従って、当該液晶表示素子には、液晶の駆動電圧が高くなるという問題が生じる。また、壁面構造体３１が形成されないので、当該液晶表示素子には、液晶表示素子の強度が低下し、かつセルギャップの均一性を維持するのが困難であると言う問題が生じる。【００９１】
（実施例）
液晶表示素子１の押圧および曲げに対する耐性を調べた。液晶表示素子１は、曲率半径Ｒ＝３０ｍｍの曲げに対して、記憶された表示に変化は見られなかった。また、液晶表示素子１は、６ｋｇ／ｃｍ２の押圧に対しても記憶された表示に変化は見られなかった。【００９２】
このように、液晶表示素子１は、押圧、曲げなどの外力に対して、高い耐性を示す。液晶表示素子１の外力に対する高い耐性は、開口部１３３をポリマー層３５で塞ぐことによる液晶の流動の抑制と、壁面構造体３１の圧縮に対する高い耐性と、壁面構造体３１が上下基板の双方に接着されていることによるセルギャップ変化の抑制とによるものである。【００９３】
（比較例）
光硬化性物質である単官能アクリルモノマーをコレステリック液晶に混合せず、光硬化性物質を硬化させるための工程（図１１および図１２に示す工程）を省略する以外は、液晶表示素子１と同様の製造方法により、液晶表示素子を作製した。当該液晶表示素子の押圧および曲げに対する耐性を調べた。当該液晶表示素子は、曲率半径Ｒ＝６０ｍｍの曲げに対して、記憶された表示に変化はみられなかったものの、それ以上の曲げに対しては表示の乱れが確認された。また、当該液晶表示素子の耐押圧は、２ｋｇ／ｃｍ２であった。耐押圧は、液晶表示素子の表示面を人が指で押圧したときに、その液晶表示素子が表示変化に耐えうる最大の指の押圧力を示す。【００９４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子において、容易に液晶を注入でき、かつ押圧や曲げ等の外力による表示の変化を抑制できる液晶表示素子１が得られる。また、本実施の形態による液晶表示素子１を備えた電子ペーパーは、押圧や曲げ等の外力による表示の変化を抑制でき、明るく、カラー表示が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、パッシブマトリクス型（単純マトリクス型）の液晶表示素子を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）または薄膜ダイオード（ＴＦＤ）などのスイッチング素子が備えられたアクティブマトリクス型の液晶表示素子にも適用できる。【００９６】
また、上記実施の形態では、コレステリック液晶を用いる液晶表示素子を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、表示のメモリ性を有する他の液晶を用いる液晶表示素子にも適用可能である。【００９７】
また、上記実施の形態では、Ｂ、Ｇ、Ｒ表示部６ｂ、６ｇ、６ｒが積層された３層構造の液晶表示素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られず、２層または４層以上の構造の液晶表示素子にも適用できる。【００９８】
また、上記実施の形態では、プレーナ状態で青、緑または赤色の光を反射する液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒを備えた表示部６ｂ、６ｇ、６ｒを有する液晶表示素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られず、プレーナ状態でシアン、マゼンタまたはイエローの光を反射する液晶層を備えた表示部を３層有する液晶表示素子にも適用できる。【００９９】
また、上記実施の形態では、壁面構造体３１は画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ内には形成されていないが、本発明はこれに限らず、画素領域内、たとえば画素領域の中央部や画素領域内に複数個形成されてもよい。壁面構造体３１は、完全に画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒの外側に形成する必要はなく、画素領域の周辺部に重なってもよい。壁面構造体３１は、壁面構造体３１の強度を高め、接着性を安定させるために、画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ内の外周部に形成されていてもよい。【０１００】
また、ポリマー層３５の形成材料は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示す２種類のモノマーに限らず、光硬化性を有するその他のモノマーまたはオリゴマーでもよい。【０１０１】
また、壁面構造体３１の接着性の発現方法は、壁面構造体３１のポストベークを行う前に、壁面構造体３１を形成した下基板と上基板とを貼り合わせ、上基板および下基板を貼り合わせた後に、壁面構造体３１のポストベークを行う方法に限られない。壁面構造体３１の形成材料によっては、壁面構造体３１のポストベークを行った後に下基板と上基板とを貼り合わせることにより、接着性を発現できるものもある。【０１０２】
また、壁面構造体３１の形状は、２辺の長さがほぼ等しい略十字形状に限られない。画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒが壁面構造体３１およびポリマー層３５によって切れ目なく囲まれればよい。壁面構造体３１の形状は、例えば、２辺の長さが異なる略十字形状でもよい。【０１０３】
また、開口部１３３（ポリマー層３５）の数は、１つの画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒにつき４箇所に限られない。全ての画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒに液晶を注入することができるように開口部１３３（ポリマー層３５）が形成されればよく、開口部１３３（ポリマー層３５）を１つの画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ毎に２箇所、３箇所、または５箇所以上形成してもよい。また、開口部１３３（ポリマー層３５）の形成位置は、画素領域１２ｂ、１２ｇ、１２ｒの４つの側面それぞれの中央近傍に限られない。
【図１】
2008041268.tif 000003
【図２】
2008041268.tif 000004
【図３】
2008041268.tif 000005
【図４】
2008041268.tif 000006
【図５】
2008041268.tif 000007
【図６】
2008041268.tif 000008
【図７】
2008041268.tif 000009
【図８】
2008041268.tif 000010
【図９】
2008041268.tif 000011
【図１０】
2008041268.tif 000012
【図１１】
2008041268.tif 000013
【図１２】
2008041268.tif 000014
【図１３】
2008041268.tif 000015
【図１４】
2008041268.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月26日(2009.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板間に封止された液晶と、
前記一対の基板の双方に接触して形成された壁面構造体と、
前記壁面構造体で囲まれた領域を連結する開口部と、
前記液晶及び前記壁面構造体のいずれとも異なる材料の重合性物質を重合して前記開口部に形成したポリマー層と
を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示素子において、
前記重合性物質は、光硬化性を有すること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】
請求項２記載の液晶表示素子において、
前記重合性物質は、室温（２５℃）で液晶性を示すこと
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記壁面構造体は、前記一対の基板の双方に接着されていること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記壁面構造体及び前記ポリマー層は、切れ目のない構造体を形成していること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項６】
画像を表示する電子ペーパーにおいて、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示素子を備えていること
を特徴とする電子ペーパー。
【請求項７】
一対の基板の一方の基板上に、壁面構造体と、前記壁面構造体で囲まれた領域を連結する開口部とを形成し、
前記壁面構造体が前記一対の基板の双方に接触するように前記一対の基板を貼り合わせ、
液晶と前記液晶及び前記壁面構造体のいずれとも異なる材料であり光硬化性を有する重合性物質とを前記一対の基板間に注入し、
前記開口部を露光して前記重合性物質を重合し、
前記開口部にポリマー層を形成すること
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の液晶表示素子の製造方法において、
前記重合性物質は、室温（２５℃）で液晶性を示すこと
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の液晶表示素子の製造方法において、
前記壁面構造体及び前記ポリマー層が切れ目のない構造体を形成するように前記壁面構造体及び前記ポリマー層を形成すること
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法において、
前記開口部に前記ポリマー層を形成した後に画素領域を露光して、前記画素領域内部に残存する前記重合性物質を重合すること
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【国際調査報告】
2008041268.tif 000017
2008041268.tif 000018