(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレーナ状態で第１波長の光を反射するように、
ネマティック液晶に、
コレステリック相を形成させる第一の旋光性のカイラル材が重量比で３０ｗｔ％添加された液晶に、
第二の旋光性のカイラル材を全体重量比でさらに３ｗｔ％混合して作製され、
第一の旋光性を示す第１の液晶層と、
プレーナ状態で前記第１波長より長い第２波長の光を反射するように、
ネマティック液晶に、
コレステリック相を形成させる第二の旋光性のカイラル材が重量比で３０ｗｔ％添加された液晶に、
第一の旋光性のカイラル材を全体重量比でさらに５ｗｔ％混合して作製され、
第二の旋光性を示す第２の液晶層と
を有し、ネマティック液晶の屈折率異方性のΔｎ値が、前記各カイラル材のΔｎ値より大きいこと
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示素子において、
前記第２の液晶層は赤色用液晶層である
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶表示素子において、
前記第１及び第２の液晶層は、
それぞれ異なる一対の基板間に封止されている
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、
前記第１の液晶層と、
前記第２の液晶層とは、表示面側からこ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５】
プレーナ状態で第１波長の光を反射するように、
ネマティック液晶に、
コレステリック相を形成させる第一の旋光性のカイラル材が重量比で３０ｗｔ％添加された液晶に、
第二の旋光性のカイラル材を全体重量比でさらに３ｗｔ％混合して作製され、
第一の旋光性を示す第１の液晶層と、
プレーナ状態で前記第１波長より長い第２波長の光を反射するように、
ネマティック液晶に、
コレステリック相を形成させる第二の旋光性のカイラル材が重量比で３０ｗｔ％添加された液晶に、
第一の旋光性のカイラル材を全体重量比でさらに５ｗｔ％混合して作製され、
第二の旋光性を示す第２の液晶層と、
プレーナ状態で前記第１波長より短い第３波長の光を反射するように、
ネマティック液晶に、
コレステリック相を形成させる第二の旋光性のカイラル材が重量比で３０ｗｔ％添加され、第二の旋光性を示す第３の液晶層と
を有し、ネマティック液晶の屈折率異方性のΔｎ値が、前記各カイラル材のΔｎ値より大きいこと
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項６】
請求項５に記載の液晶表示素子において、
前記第１の液晶層は緑色用液晶層であり、
前記第２の液晶層は赤色用液晶層であり、
前記第３の液晶層は青色用液晶層である
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の液晶表示素子において、
前記第１乃至第３の液晶層は、
それぞれ異なる一対の基板間に封止されている
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記第３の液晶層と、
前記第１の液晶層と、
前記第２の液晶層とは、表示面側からこ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】
所定の画像を表示する表示部を有する電子ペーパーにおいて、
前記表示部は、
請求項１乃至８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コレステリック相が形成される液晶組成物及び液晶組成物の作成方法並びに液晶組成物を用いた液晶表示素子及びそれを備えた電子ペーパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各企業及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。電子ペーパーが期待されている応用市場として、電子ブックを筆頭に、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、多用な応用携帯機器が提案されている。電子ペーパーの有力な表示方式の１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）を用いた表示素子がある。コレステリック液晶は、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、及び高解像度特性等の優れた特徴を有している。【０００３】
図１０は、コレステリック液晶を用いたフル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とを有している。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上方に観測者の目及びその観察方向（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層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。コレステリック液晶はカイラルネマティック液晶とも称される。【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又はフォーカルコニック状態のいずれかの状態をとることができ、一旦プレーナ状態又はフォーカルコニック状態になると、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。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に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に電界を与えた後に急激に電界をゼロにすることにより得られる。【０００７】
このコレステリック液晶を用いた液晶表示素子の表示原理をＢ表示部４６ｂを例にとって説明する。図１１（ａ）は、Ｂ表示部４６ｂのＢ用液晶層４３ｂがプレーナ状態におけるコレステリック液晶の液晶分子３３の配向状態を示している。図１１（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。【０００８】
プレーナ状態では、液晶分子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。【０００９】
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及び螺旋ピッチｐを決める。平均屈折率ｎは液晶材料及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。【００１０】
図１１（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におけるコレステリック液晶の液晶分子３３の配向状態を示している。図１１（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。【００１１】
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透過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及びＲ用液晶層４３ｒに、プレーナ状態時に緑又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止してフルカラー表示の液晶表示素子５１が作製される。【００１２】
図１２は、各液晶層４３ｂ、４３ｇ、４３ｒ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４３ｂ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４３ｇでの反射スペクトルは■印を結ぶ曲線で示し、Ｒ用液晶層４３ｒでの反射スペクトルは◆印を結ぶ曲線で示している。【００１３】
図１２に示すように、各液晶層４３ｂ、４３ｇ、４３ｒのプレーナ状態での反射スペクトルの中心波長は、Ｂ、Ｇ、Ｒの順に長くなるので、コレステリック液晶の螺旋ピッチは、液晶層４３ｂ、４３ｇ、４３ｒの順に長くなる。このため、液晶層４３ｂ、４３ｇ、４３ｒのコレステリック液晶のカイラル材の含有率は、液晶層４３ｂ、４３ｇ、４３ｒの順に低くする必要がある。
一般に、反射波長が短くなるほど、液晶分子を強く捻って螺旋ピッチを短くする必要があるのでコレステリック液晶中のカイラル材の含有率は高くなる。また、一般に、カイラル材の含有率が高くなるほど駆動電圧が高くなる傾向がある。また、反射帯域幅Δλはコレステリック液晶の屈折率異方性Δｎが大きくなるに従って大きくなる。
【特許文献１】特開２００３−１４７３６３号公報
【特許文献２】特開２００４−２７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、コレステリック液晶を用いたＲ、Ｇ、Ｂの積層構造のカラー液晶表示素子は、色再現範囲のバランスの悪化とコントラストの低下が生じ易いという課題を有している。色再現範囲のバランスやコントラストの善し悪しは、暗状態、つまりフォーカルコニック状態になっている層での光の散乱に大きく左右される。例えば、いずれか１色の液晶層がプレーナ状態で、残りの２色の液晶層がフォーカルコニック状態となっている場合、フォーカルコニック状態の液晶層での光の散乱が大きいと、プレーナ状態の液晶層の反射光にフォーカルコニック状態の液晶層での光の散乱分がノイズとして加わってしまう。この結果、表示色の色純度が低下してしまう。また、黒表示のときには、ＲＧＢの各液晶層が全てフォーカルコニック状態となるが、各液晶層での光の散乱が大きいと、黒濃度が著しく低下する。つまり、表示画像のコントラストが低下して、ぼやけた表示となってしまう。【００１５】
フォーカルコニック状態での液晶層の光の散乱を支配する物性は液晶材料固有の屈折率異方性Δｎであると考えられている。図１３は、屈折率異方性Δｎと液晶層での光の反射との関係を示している。図１３（ａ）は、プレーナ状態における屈折率異方性Δｎと反射光の明るさとの関係を示している。横軸は屈折率異方性Δｎを表し、縦軸は明るさ（白色板比；％）を表している。図１３（ｂ）は、フォーカルコニック状態における屈折率異方性Δｎと光の散乱との関係を示している。横軸は屈折率異方性Δｎを表し、縦軸は散乱（白色板比；％）を表している【００１６】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、Δｎ値を大きくすると、プレーナ状態での液晶層の反射率が高くなるため、液晶表示素子の表示画面の明るさは向上するが、フォーカルコニック状態での液晶層の光の散乱も同時に上昇してしまう。一方、Δｎ値を小さくすると、フォーカルコニック状態での液晶層の光の散乱は低減するが、プレーナ状態での液晶層の反射率も低下してしまうため、表示画面の明るさは低下してしまう。このように、反射光の明るさと散乱とはトレードオフの関係にあり、表示画面の良好な明るさと低い散乱の両立はΔｎ値の制御だけでは困難である。【００１７】
特許文献１には、ＲＧＢ用の各液晶層のコレステリック液晶について、カイラル材の旋光性が異なる２つの光学異性体であるＲ体とＳ体の混合比率を異ならせ、カイラル材添加量は各液晶層で等しくする技術が開示されている。しかし、ＲＧＢ用の各液晶層のカイラル材添加量を等しくしてΔｎ等の物性値を等しくしても光の散乱特性は各液晶層で異なるため、表示画面のカラーバランスやコントラストを完全に改善することは困難である。【００１８】
本発明の目的は、暗状態（フォーカルコニック状態）での光の散乱を十分に低減できる液晶組成物を提供することにある。
また、本発明の目的は、カラーバランスの改善及びコントラストの向上に優れる液晶表示素子及びそれを用いた電子ペーパーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的は、プレーナ状態で第１波長の光を反射するように、ネマティック液晶中に含有されてコレステリック相を形成させる第１のカイラル材を備えた第１の液晶層と、プレーナ状態で前記第１波長より長い第２波長の光を反射するように、前記第１のカイラル材の含有率より高い含有率でネマティック液晶中に含有されてコレステリック相を形成させる第２のカイラル材を備えた第２の液晶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。【００２０】
上記本発明の液晶表示素子において、前記第２のカイラル材は、旋光性が異なる２種類の光学異性体を含むことを特徴とする。【００２１】
また、上記目的は、所定の画像を表示する表示部を有する電子ペーパーにおいて、前記表示部は、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。【００２２】
さらに、上記目的は、ネマティック液晶と、前記ネマティック液晶中に含有されてコレステリック相を形成させるカイラル材とを備えた液晶組成物であって、前記カイラル材は、プレーナ状態で、第１波長より長い第２波長の光を反射するように、前記第１波長の光を反射させる含有率より高い含有率を有していることを特徴とする液晶組成物によって達成される。【００２３】
またさらに、上記本発明の液晶組成物において、前記カイラル材は、前記ネマティック液晶より小さな屈折率異方性を有することを特徴とする液晶組成物によって達成される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、暗状態での光の散乱を十分に低減できる液晶組成物が実現できる。
また、本発明によれば、カラーバランス及びコントラストに優れる液晶表示素子及びそれを用いた電子ペーパーが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の一実施の形態による液晶組成物及びそれを用いた液晶表示素子並びにそれを備えた電子ペーパーについて図１乃至図９を用いて説明する。まず、暗状態での光の散乱を低減させる基本原理とそれを用いた液晶組成物について図１乃至図３を用いて説明する。発明者らは、フォーカルコニック状態での光の散乱は一般に、プレーナ状態で青色光を反射する青色（Ｂ）用液晶層、緑色光を反射する緑色（Ｇ）用液晶層、赤色光を反射する赤色（Ｒ）用液晶層の順に強くなり、特に、Ｒ用液晶層での光の散乱が強いため、青や緑の色純度を大きく低下させてしまうことを見出し、その改良について鋭意検討を進めた。【００２６】
まず、Ｒ用液晶層での光の散乱が相対的に強くなってしまう原因について図１を用いて説明する。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１０及び図１１に示した従来のカラー液晶表示素子５１のＢ、Ｇ、Ｒの各液晶層４３ｂ、４３ｇ、４３ｒ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液晶分子３３の配向状態を示している。図１（ａ）はＢ用液晶層４３ｂを示し、図１（ｂ）はＧ用液晶層４３ｇを示し、図１（ｃ）はＲ用液晶層４３ｒを示している。【００２７】
従来のＢ用液晶層４３ｂのコレステリック液晶（ネマティック液晶とカイラル材の混合物）のカイラル材の含有率（＝１００×（含有されているカイラル材の重量）／（コレステリック液晶の重量））は３０重量（ｗｔ）％であり、Ｇ用液晶層４３ｇのカイラル材の含有率は２７ｗｔ％であり、Ｒ用液晶層４３ｒの含有率は２３ｗｔ％である。【００２８】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれにおいても、上下基板４７、４９基板面近傍の液晶分子３３ｓ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なフォーカルコニック状態を維持している。これは、基板と液晶との界面では液晶分子に対し基板からの配向規制力が強く働くためであると考えられる。
【００２９】
一方、セル厚方向の中央部（バルク領域）の液晶分子３３ｂには、基板面の配向規制力が直接作用することはなく、液晶の連続性による配向の伝搬が支配的になる。このとき、カイラル材の含有率が相対的に高ければバルク領域まで配向規制力を伝搬できるが、含有率が低くなるとバルク領域に十分な配向力を伝搬できなくなる。【００３０】
このため、カイラル材の含有率が高いＢ用液晶層４３ｂでは、セル厚方向にほぼ均一に十分なフォーカルコニック状態が出現するが、相対的にカイラル材の含有率が低いＧ用液晶層４３ｇとＲ用液晶層４３ｒでは、バルク領域にフォーカルコニック状態と異なる配向状態が生じ得る。Ｇ用液晶層４３ｇではバルク領域の液晶の螺旋軸の向きのバラツキが大きくなる程度であるが、Ｒ用液晶層４３ｒでは、螺旋軸の向きだけでなく螺旋ピッチを含む螺旋構造のバラツキが大きくなると考えられる。このように、カイラル材の含有率が低くなるほど、フォーカルコニック状態でのバルク領域の配向不良が増大し、これにより光の散乱の程度が大きくなってしまうと考えられる。
以上がＲ用液晶層での光の散乱が相対的に強くなってしまうことの考え得る原因である。【００３１】
一方、上記原因は見方を変えれば、ネマティック液晶中に含有されてコレステリック相を形成させるカイラル材が、液晶分子の螺旋構造のバラツキの抑制効果を有していることを示唆している。【００３２】
そこで、本実施の形態では、プレーナ状態で、第１波長より長い第２波長の光を反射させる液晶組成物のカイラル材の含有率を、プレーナ状態で第１波長の光を反射させる液晶組成物のカイラル材の含有率より高くすると共に、カイラル材は旋光性が異なる２種類の光学異性体を含むことを基本原理とした。なお、本稿では以降、これらの光学異性体をそれぞれＲ体とＬ体と呼称して説明するが、これらはＲ／Ｓ表示法によるＲ体とＳ体と同じ意味である。【００３３】
暗状態での光の散乱を低減させる上記基本原理を用いた液晶組成物（コレステリック液晶）は、Ｒ体又はその光学異性体であるＬ体のベース（基準）液晶を基本組成として作製される。
Ｒ体のベース液晶は、所定重量のネマティック液晶ＬＣｎに、Ｒ体のカイラル材ＣＨｒ１とＲ体のカイラル材ＣＨｒ２とを所定重量添加して作製する。カイラル材ＣＨｒ１の含有率（ネマティック液晶ＬＣｎと２種のカイラル材ＣＨｒ１、ＣＨｒ２との合計重量に対する重量割合（ｗｔ％）；以下同様）は２７ｗｔ％である。カイラル材ＣＨｒ２の含有率は３ｗｔ％である。以下、含有されたカイラル材ＣＨｒ１とカイラル材ＣＨｒ２とをまとめてカイラル材ＣＨｒという。【００３４】
ネマティック液晶ＬＣｎは、例えば、屈折率異方性Δｎ＝０．２５、誘電率異方性Δε＝２０、室温での粘度μ＝５０（ｍＰａ・ｓ）である。カイラル材ＣＨｒ１は、例えば、Δｎ＝０．２２、Δε＝２２であり、螺旋を巻く力ＨＴＰ＝１０である。カイラル材ＣＨｒ２は、Δｎ値及びΔε値はカイラル材ＣＨｒ１と同一でＨＴＰ＝２０である。作製されたＲ体のベース液晶の選択反射の主波長λｂは約４８０ｎｍであり、Δｎ＝０．２３である。【００３５】
例えば、ネマティック液晶ＬＣｎの物性値は以下のようにして測定又は算出される。まず、ガラス製テスト用セルに、ネマティック液晶ＬＣｎを注入する。次いで、市販のＬＣＲメータを用いて、ネマティック液晶ＬＣｎの比抵抗、比誘電率等を測定して算出する。また、粘度は市販の粘度計により測定する。
さらに、市販のアッベ屈折計等によりネマティック液晶ＬＣｎのΔｎを測定する。また、水平配向及び垂直配向した液晶がそれぞれ注入されたテスト用セルのそれぞれの静電容量を測定し、ネマティック液晶ＬＣｎのΔεを算出する。Δεはダイレクタ（液晶分子の長軸の平均的方向）方向の誘電率とそれに垂直な成分の誘電率との差である。【００３６】
Ｌ体のベース液晶は、所定重量のネマティック液晶ＬＣｎに、Ｌ体のカイラル材ＣＨｌ１とＬ体のカイラル材ＣＨｌ２とを所定重量添加して作製する。カイラル材ＣＨｌ１の含有率（ネマティック液晶ＬＣｎと２種のカイラル材ＣＨｌ１、ＣＨｌ２との合計重量に対する重量割合（ｗｔ％）；以下同様）は２７ｗｔ％である。カイラル材ＣＨｌ２の含有率は３ｗｔ％である。以下、含有されたカイラル材ＣＨｌ１とカイラル材ＣＨｌ２とをまとめてカイラル材ＣＨｌという。
【００３７】
Ｌ体のベース液晶のネマティック液晶ＬＣｎのΔｎ値、Δε値、粘度μは上記Ｒ体のベース液晶のそれらと同一である。カイラル材ＣＨｌ１のΔｎ値、Δε値、ＨＴＰ値は上記Ｒ体のカイラル材ＣＨｒ１と同一である。カイラル材ＣＨｌ２のΔｎ値、Δε値、ＨＴＰ値は上記Ｒ体のカイラル材ＣＨｒ２と同一である。また、作製されたＬ体のベース液晶のλｂ及びΔｎは上記Ｒ体のベース液晶のそれと同一である。なお、ネマティック液晶ＬＣｎ及びカイラル材ＣＨｒ１、ＣＨｒ２、ＣＨｌ１、ＣＨｌ２は通常の市販材料を用いている。
【００３８】
図２は、上記Ｒ体又はＬ体のベース液晶を基本組成に用いた液晶組成物の材料組成比率を示している。図２（ａ）は、プレーナ状態で青色の光（第１波長の光）を反射するＢ用液晶層（第１の液晶層）に用いられるコレステリック液晶の組成比率を示し、図２（ｂ）は、緑色の光（第２波長の光）を反射するＧ用液晶層（第２の液晶層）に用いられるコレステリック液晶の組成比率を示し、図２（ｃ）は、赤色の光（第３波長の光）を反射するＲ用液晶層（第３の液晶層）に用いられるコレステリック液晶の組成比率を示している。【００３９】
図２（ａ）に示すように、Ｂ用液晶層にはＲ体のベース液晶（以下、Ｂ用コレステリック液晶ＬＣｂという）が用いられる。すなわち、Ｂ用コレステリック液晶ＬＣｂの選択反射の主波長λｂは約４８０ｎｍであり、Δｎ＝０．２３である。【００４０】
図２（ｂ）に示すように、Ｇ用液晶層にはＬ体のベース液晶にＲ体のカイラル材ＣＨｒ１が含有率約３ｗｔ％で混合された液晶（以下、Ｇ用コレステリック液晶ＬＣｇという）が用いられる。Ｇ用コレステリック液晶ＬＣｇの選択反射の主波長λｇは約５６０ｎｍであり、Δｎ値はＢ用コレステリック液晶とほぼ同じである。【００４１】
図２（ｃ）に示すように、Ｒ用液晶層にはＲ体のベース液晶にＬ体のカイラル材ＣＨｌ１が含有率約５ｗｔ％で混合された液晶（以下、Ｒ用コレステリック液晶ＬＣｒという）が用いられる。Ｒ用コレステリック液晶ＬＣｒの選択反射の主波長λｒは約６１０ｎｍであり、Δｎ値はＢ用コレステリック液晶とほぼ同じである。【００４２】
このように、本実施の形態ではＢ用及びＲ用のコレステリック液晶ＬＣｂ、ＬＣｒの旋光性（Ｒ）は同じで、Ｇ用コレステリック液晶ＬＣｇでの旋光性（Ｌ）と異なっている。また、カイラル材の含有率は、Ｂ用コレステリック液晶ＬＣｂよりＧ用コレステリック液晶ＬＣｇの方が高く、Ｇ用コレステリック液晶ＬＣｇよりＲ用コレステリック液晶ＬＣｒの方が高くなっている。なお、Ｂ、Ｇ、及びＲ用コレステリック液晶ＬＣｂ、ＬＣｇ、ＬＣｒは室温でコレステリック相が形成される。【００４３】
次に、上記のＢ、Ｇ、及びＲ用コレステリック液晶ＬＣｂ、ＬＣｇ、ＬＣｒを用いた液晶表示素子及び電子ペーパーについて図３乃至図６を用いて説明する。図３は、本実施の形態による液晶表示素子１の概略構成を示している。図４は、液晶表示素子１の断面構成を模式的に示している。
図３及び図４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（第１波長の光）を反射するＢ用液晶層（第１の液晶層）３ｂを備えたＢ表示部６ｂと、プレーナ状態で緑色の光（第２波長の光）を反射するＧ用液晶層（第２の液晶層）３ｇを備えたＧ表示部６ｇと、プレーナ状態で赤色の光（第３波長の光）を反射するＲ用液晶層（第３の液晶層）３ｒを備えたＲ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。【００４４】
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、図２（ａ）に示す組成のＢ用コレステリック液晶ＬＣｂを有している。【００４５】
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、図２（ｂ）に示す組成のＧ用コレステリック液晶ＬＣｇを有している。【００４６】
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、図２（ｃ）に示す組成のＲ用コレステリック液晶ＬＣｒを有している。【００４７】
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用及びＲ用液晶層３ｂ、３ｒでの旋光性とを異ならしているので、図１２に示す青と緑、及び緑と赤の反射スペクトルが重なる領域では、Ｂ用液晶層３ｂ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、反射光の損失を低減させて、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】
上基板７ｂ、７ｇ、７ｒ、及び下基板９ｂ、９ｇ、９ｒは、透光性を有することが必要である。本実施の形態では、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。本実施の形態では、上基板７ｂ、７ｇ、７ｒ、及び下基板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】
Ｂ表示部６ｂの下基板９ｂのＢ用液晶層３ｂ側には、図３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９ｂのＢ用液晶層３ｂ側には、図３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。本実施の形態では、３２０×２４０ドットのＱＶＧＡ表示ができるよう、ＩＴＯ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複数の走査電極１７及び複数のデータ電極１９を形成している。【００５０】
図３に示すように、上下基板７ｂ、９ｂの電極形成面を法線方向に見て、両電極１７ｂ、１９ｂは、互いに交差して対向配置されている。両電極１７ｂ、１９ｂの各交差領域がそれぞれピクセル（画素）となる。ピクセルがマトリクス状に配列されて表示画面を形成している。なお、図４に示す番号１７ｂ、１９ｂは、両電極１７ｂ、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。【００５１】
両電極１７ｂ、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、又はアモルファスシリコンや珪酸ビスマス（Ｂｉｓｍｕｔｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｘｉｄｅ；ＢＳＯ）等の光導電性膜等を用いることができる。【００５２】
両電極１７ｂ、１９ｂ上には機能膜として、それぞれ絶縁性薄膜や液晶分子の配向安定化膜（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。絶縁性薄膜は、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、配向安定化膜には、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及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、配向安定化膜が塗布（コーティング）されている。配向安定化膜は絶縁性薄膜と兼用されてもよい。【００５３】
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間に封入されている。また、Ｂ用液晶層３ｂの厚さ（セルギャップ）は均一に保持する必要がある。所定のセルギャップを維持するには、樹脂製又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、表面に熱可塑性の樹脂がコーティングされた柱状スペーサを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内にスペーサ（不図示）が挿入されてセルギャップ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。【００５４】
Ｇ表示部６ｇ及び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。Ｒ表示部６ｒの下基板９ｒの外面（裏面）には、可視光吸収層１５が設けられている。このため、Ｂ、Ｇ、Ｒの各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの全てがフォーカルコニック状態の際に、液晶表示装置１の表示画面には黒色が表示される。なお、可視光吸収層１５は必要に応じて設ければよい。【００５５】
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。これらの駆動回路２５、２７は、制御回路２３から出力された所定の信号に基づいて、走査信号やデータ信号を所定の走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒあるいはデータ電極１９ｂ、１９ｇ、１９ｒに出力するようになっている。【００５６】
本実施の形態では、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの駆動電圧をほぼ同じにすることができるので、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。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。
【００５７】
次に、液晶表示素子１の駆動方法について図５及び図６を用いて説明する。図５は、液晶表示素子１の駆動波形の一例を示している。図５（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５（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５（ａ）及び図５（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、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒのいずれかのピクセルに印加される印加電圧波形Ｖｌｃを示している。また、図５（ａ）及び図５（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。【００５８】
図６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６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。【００５９】
ここで、図３に示すＢ表示部６ｂの第１列目のデータ電極１９ｂと第１行目の走査電極１７ｂとの交差部の青（Ｂ）ピクセル（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５（ａ）に示すように、第１行目の走査電極１７ｂが選択される選択期間Ｔ１の前半の約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、後半の約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Ｖｓが＋３２Ｖとなる。このため、Ｂピクセル（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６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ピクセル（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。【００６０】
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には、例えば＋２８Ｖ及び＋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には、所定のデータ信号電圧Ｖｄが印加される。図５（ａ）では、例えば＋３２Ｖ及び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１７ｂに印加されている。このため、Ｂピクセル（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ピクセル（１，１）のＢ用液晶層３ｂに生じる電界はほぼゼロになる。
【００６１】
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、１９ｂ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ピクセル（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ピクセル（１，１）には青が表示される。【００６２】
一方、図５（ｂ）に示すように、選択期間Ｔ１の前半の約１／２の期間及び後半の約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ピクセル（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６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ピクセル（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ピクセル（１，１）のＢ用液晶層３ｂに生じる電界はほぼゼロになる。【００６３】
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、１９ｂ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ピクセル（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６に示すように、ＶＰ１００（Ｖ）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。【００６４】
上記駆動電圧は一例であり、室温で、両電極１７ｂ、１９ｂ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のパルス上の電圧を実効時間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。【００６５】
上述のＢピクセル（１，１）の駆動と同様にして緑（Ｇ）ピクセル（１，１）及び赤（Ｒ）ピクセル（１，１）を駆動することにより、３つのＢ、Ｇ、Ｒピクセル（１，１）を積層したピクセル（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ｎ行までの走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒをいわゆる線順次駆動させて１行毎に各データ電極１９のデータ電圧を書き換えることにより、ピクセル（１，１）からピクセル（ｎ，ｍ）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。
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、フルカラーの表示が可能となる。【００６６】
次に、液晶表示素子１の製造方法の一例について簡単に説明する。
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１７又はデータ電極１９）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フィルム基板上にそれぞれストライプ状の電極が形成される。次に、２枚のＰＣフィルム基板７、９上のそれぞれのストライプ状の透明電極１７、１９上に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２枚のＰＣフィルム基板７、９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。次に、一方のＰＣフィルム基板７又は９上の周縁部にエポキシ系のシール材２１をディスペンサを用いて塗布して所定の高さの壁を形成する。【００６７】
次いで、他方のＰＣフィルム基板９又は７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、２枚のＰＣフィルム基板７、９を貼り合わせて１６０℃で１時間加熱し、シール材２１を硬化する。次に、真空注入法によりＢ用コレステリック液晶ＬＣｂを注入した後、エポキシ系の封止材で注入口を封止し、Ｂ表示部６ｂを作製する。同様の方法により、Ｇ、Ｒ表示部６ｇ、６ｒを作製する。【００６８】
次に、図４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の端子部及びデータ電極１９の端子部に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を圧着し、さらに電源回路及び制御回路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に入出力装置及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。【００６９】
次に、上述の製造方法により作製され、上述のような構成及び動作を有する本実施の形態による液晶組成物及びそれを備えた液晶表示素子１の表示特性について、比較例との対比を含めて説明する。【００７０】
まず、比較例として用いる従来の液晶組成物の材料組成比率について図７を用いて説明する。図７（ａ）は、Ｂ用液晶層に用いる従来のＢ用コレステリック液晶の組成比率を示し、図７（ｂ）は、Ｇ用液晶層に用いる従来のＧ用コレステリック液晶の組成比率を示し、図７（ｃ）は、Ｒ用液晶層に用いる従来のＲ用コレステリック液晶の組成比率を示している。【００７１】
図７（ａ）に示す従来のＢ用コレステリック液晶は、所定重量のネマティック液晶ＬＣｎ’に、Ｒ体のカイラル材ＣＨｒ’を添加して作製する。カイラル材ＣＨｒ’の含有率は３０ｗｔ％である。ネマティック液晶ＬＣｎ’は、Δｎ＝０．２０、Δε＝２０であり、室温での粘度μ＝３７（ｍＰａ・ｓ）である。カイラル材ＣＨｒ’は、Δｎ＝０．２９、Δε＝２２であり、室温で粉末状である。作製された従来のＢ用コレステリック液晶の選択反射の主波長λｂは約４８０ｎｍであり、Δｎ＝０．２３である。【００７２】
図７（ｂ）に示す従来のＧ用コレステリック液晶は、所定重量のネマティック液晶ＬＣｎ’に、Ｌ体のカイラル材ＣＨｌ’を添加して作製する。カイラル材ＣＨｌ’の含有率は２６ｗｔ％である。ネマティック液晶ＬＣｎ’は従来のＢ用コレステリック液晶のものと同一である。カイラル材ＣＨｌ’のΔｎ値、Δε値はカイラル材ＣＨｒ’と同一であり、室温で粉末状である。作製された従来のＧ用コレステリック液晶の選択反射の主波長λｇは約５６０ｎｍであり、Δｎ＝０．２２である。【００７３】
図７（ｃ）に示す従来のＲ用コレステリック液晶は、所定重量のネマティック液晶ＬＣｎ’に、Ｒ体のカイラル材ＣＨｒ’’を添加して作製する。カイラル材ＣＨｒ’’の含有率は２４ｗｔ％である。ネマティック液晶ＬＣｎ’は従来のＢ用コレステリック液晶のものと同一である。カイラル材ＣＨｒ’’は、Δｎ＝０．２９、Δε＝２５であり、室温で粉末状である。作製された従来のＲ用コレステリック液晶の選択反射の主波長λｒは約６１０ｎｍであり、Δｎ＝０．２２である。なお、ネマティック液晶ＬＣｎ’及びカイラル材ＣＨｒ’、ＣＨｌ’等は通常の市販材料を用いている。【００７４】
このように、従来のＢ用及びＲ用のコレステリック液晶の旋光性（Ｒ）は同じで、従来のＧ用コレステリック液晶での旋光性（Ｌ）と異なっている。また、カイラル材の含有率は、従来のＲ用コレステリック液晶より従来のＧ用コレステリック液晶の方が高く、従来のＧ用コレステリック液晶より従来のＢ用コレステリック液晶の方が高くなっている。
調製された従来のＢ、Ｇ、Ｒ用の各コレステリック液晶は、本実施の形態の液晶表示素子１と同様の構成を有する比較用液晶表示素子（不図示）の各液晶層に封入される。【００７５】
図８及び図９は、本実施の形態による液晶表示素子１の表示特性の改善効果を比較用液晶表示素子と対比しつつ示したものである。【００７６】
図８は、フォーカルコニック状態でのＲ用液晶層３ｒの反射率（散乱）を示している。横軸は反射光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は散乱（％）を表している。図中の曲線Ａは、本実施の形態の液晶表示素子１のＲ用液晶層３ｒの散乱特性を示し、図中の曲線Ｂは、従来の液晶表示素子のＲ用液晶層の散乱特性を示している。本実施の形態の液晶表示素子１のＲ用液晶層３ｒのΔｎ値は０．２３であり、従来の液晶表示装置のＲ用液晶層のΔｎ値は０．２９であり、ほぼ同等の値である。しかしながら、図８に示すように、本実施の形態の液晶表示素子１のＲ用液晶層３ｒのフォーカルコニック状態での反射率、いわゆる散乱は測定波長の全範囲において、従来のＲ用液晶層での散乱より３０％から６０％程度低くなっていることが分かる。【００７７】
図９は、本実施の形態の液晶表示素子１及び従来の液晶表示素子のフォーカルコニック状態でのＢ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層の散乱特性を比較して示している。横方向は本実施の形態の液晶表示素子１（新液晶）及び従来の液晶表示素子（従来液晶）を表し、縦軸は散乱（白色板比）（％）を表している。図中◆印はＲ用液晶層の散乱特性を示し、図中■印はＧ用液晶層の散乱特性を示し、図中▲印はＧ用液晶層の散乱特性を示している。図９に示すように、本実施の形態の液晶表示素子１は、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層の全てで従来の液晶表示素子よりフォーカルコニック状態での散乱が低減されていることが分かる。具体的には、Ｒ用液晶層３ｒでは従来に比して６０％程度も散乱が低減している。Ｇ用及びＢ用液晶層３ｇ、３ｂでも従来に比して１０％程度散乱が低減している。なお、Ｂ用液晶層での散乱が低減しているのは、本実施の形態に液晶表示素子１では、カイラル材のΔｎ値がネマティック液晶のΔｎ値より小さいからであり、このΔｎの関係があると散乱をより好適に低減できることを経験的に突き止めている。【００７８】
なお、反射率の測定は反射型分光測器を用いて視感反射率（Ｙ値）を測定することで行っている。消色時のＹ値が小さいほど透明で黒表示が良好であり、着色時のＹ値が大きいほど色表示が良好である。コントラストは（プレーナ状態でのＹ値／フォーカルコニックでのＹ値）で算出される。【００７９】
本実施の形態によれば以下の作用効果を得ることができる。
まず、カイラル材の含有率が高いほど液晶分子が強く捻られて螺旋ピッチが短くなりプレーナ状態での反射光の波長は短くなる。このため、従来のコレステリック液晶のカイラル材の含有率は、Ｂ用よりＧ用が低く、Ｇ用よりＲ用が低くなっていた（図７参照）。
ところが、図１に示すように、カイラル材の含有率が相対的に低いコレステリック液晶を用いたＲ用液晶層では、バルク領域の液晶分子３３ｂの螺旋軸の向き及び螺旋構造のバラツキが大きいという問題が生じている。【００８０】
そこで、本実施の形態では、バルク領域まで配向規制力を伝搬できるＧ用コレステリック液晶ＬＣｇ（図２（ａ）参照）のカイラル材含有率より高いカイラル材含有率を有するＲ用コレステリック液晶ＬＣｒ（図２（ｃ）参照）をＲ用液晶層４３ｒに用いることにした。これにより、バルク領域まで配向規制力を伝搬できるようになり、セル厚方向にほぼ均一に十分なフォーカルコニック状態を作り出すことができる。Ｒ用液晶層４３ｒの液晶分子３３のダイレクタは、基板界面近傍だけでなくバルク領域でも上下基板７ｒ、９ｒの基板面にほぼ垂直になると共に、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。
さらに、Ｒ用コレステリック液晶ＬＣｒに含有されるカイラル材は旋光性が異なる２種類の光学異性体を所定割合で含むので、赤を選択反射するのに必要な螺旋ピッチを得ることができる。
【００８１】
図２と図７とを比較すると明らかなように本実施の形態の液晶表示素子１では、従来の組成とは全く逆に、カイラル材の含有率がＢ用液晶層よりＧ用液晶層、Ｇ用液晶層よりＲ用液晶層の方が高くなるようにすると共に、最も長波長の光を反射するＲ用液晶層にはＲ体及びＬ体のカイラル材が含まれるようにしている。このように、フォーカルコニック状態での光の散乱が強かったＲ用液晶層のカイラル材の含有率を高くすることにより、Ｒ用液晶層での光の散乱を広い波長範囲で一様に低減できる。従って、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層のカラーバランスとコントラストを十分に向上することができる。さらに、ネマティック液晶の屈折率異方性のΔｎ値がカイラル材のΔｎ値より大きい材料で形成されたコレステリック液晶を用いることにより、より好適に表示色の色純度とコントラストを向上させることができる。また、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層の駆動電圧を良好に一致させることが可能になるので、液晶表示素子の駆動回路の構成を簡略化できる。【００８２】
以上説明したように、本実施の形態のコレステリック液晶は、フォーカルコニック状態でのノイズ反射が良好に抑制されるので、色純度及びコントラストが十分に向上する。従って、当該コレステリック液晶を用いた液晶表示素子１及びそれを用いた電子ペーパーは、鮮明でコントラストが良好であり、色再現範囲の広いカラー画像表示を実現することができる。【００８３】
なお、本発明に係る液晶組成物及び液晶表示素子並びに電子ペーパーは上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、液晶表示素子１に用いられるコレステリック液晶の組成比率は、Ｒ用コレステリック液晶のカイラル材の含有率が最も高く、Ｒ用コレステリック液晶は旋光性が異なる２種類の光学異性体（Ｒ体及びＬ体のカイラル材）を含んでいればよい。従って、Ｇ用コレステリック液晶にはＲ体又はＬ体のカイラル材の一方のみが含まれるようにしてもよい。【００８４】
上記実施の形態で示したコレステリック液晶ＬＣｂ、ＬＣｇ、ＬＣｒの組成比率はこれに限られない。Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層を構成するコレステリック液晶のネマティック液晶（０．１８≦Δｎ≦０．２４）に含有させるカイラル材の含有率ｘは、２０ｗｔ％≦ｘ≦６０ｗｔ％であることが好ましい。従来公知の各種のネマティック液晶を用いることができるが、ネマティック液晶の屈折率異方性Δｎの値は、０．１８≦Δｎ≦０．２４であり、誘電率異方性Δεは、２０≦Δε≦５０であることが好ましい。ネマティック液晶の誘電率異方性Δεが２０以上であれば、使用可能なカイラル材の選択範囲は広くなる。【００８５】
コレステリック液晶としての誘電率異方性Δεは、２０≦Δε≦５０であることが好ましい。コレステリック液晶の誘電率異方性Δεが上記範囲より低すぎると駆動電圧が高くなってしまい、逆に上記範囲より高すぎると液晶表示素子としての安定性や信頼性が悪くなる。この結果、液晶表示素子に画像欠陥や画像ノイズが発生し易くなる。また、コレステリック液晶としての比抵抗値Ｒは、１０１０≦Ｒ≦１０１３（Ω・ｃｍ）の範囲が望ましく、比誘電率εはプレーナ状態で５≦ε≦１５、フォーカルコニック状態で１０≦ε≦２５であることが望ましい。また、粘性の低い方が低温時の電圧上昇やコントラスト低下を抑制できるため、室温での粘度μは２０≦μ≦１２００（ｍＰａ・ｓ）の範囲であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】従来のＢ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層のフォーカルコニック状態における液晶分子の状態を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による液晶組成物に含まれる材料の組成比率を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１の概略構成を示す図である。
【図４】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５】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６】本発明の一実施の形態による液晶組成物の電圧−反射率特性の一例を示す図である。
【図７】従来の液晶組成物に含まれる材料の組成比率を示す図である。
【図８】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１のフォーカルコニック状態でのＲ用液晶層の反射率（散乱）を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態による液晶表示素子１及び従来の液晶表示素子のＢ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層の散乱の比較例を示す図である。
【図１０】従来のフル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１１】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。
【図１２】従来の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１３】従来の液晶表示素子の屈折率異方性Δｎと液晶層での光の反射との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  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  上基板
９ｂ、９ｇ、９ｒ  下基板
４７、４９  基板
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
２５  走査電極駆動回路
２７  データ電極駆動回路
３１  液晶層
３３、３３ｂ、３３ｓ  液晶分子
４１  パルス電圧源
【図１】
0004722921.tif 000002
【図２】
0004722921.tif 000003
【図３】
0004722921.tif 000004
【図４】
0004722921.tif 000005
【図５】
0004722921.tif 000006
【図６】
0004722921.tif 000007
【図７】
0004722921.tif 000008
【図８】
0004722921.tif 000009
【図９】
0004722921.tif 000010
【図１０】
0004722921.tif 000011
【図１１】
0004722921.tif 000012
【図１２】
0004722921.tif 000013
【図１３】
0004722921.tif 000014