(57)【要約】【課題】可撓性の液晶表示素子で所定のセルギャップを安定して維持するスペーサ構造物を有すると共に書く画素は注入口につながるようにした液晶表示素子において、コントラスト比を向上する。【解決手段】第１帯状電極14を有する第１基板11と、第２帯状電極15を有する第２基板13と、第１基板と第２基板を接着固定して基板間を所定間隔に維持するスペーサ構造物41と、基板間に充填された液晶12と、を備える単純マトリクス構造を有する液晶表示素子であって、複数の第１帯状電極および複数の第２帯状電極により画素部分が画定され、各画素を第１基板と第２基板の間に液晶を充填するための液晶注入口に接続する経路の厚さは、表示範囲において、液晶のらせんピッチより薄い。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に平行に伸びる複数の第１帯状電極を有する第１基板と、前記第１の方向に交わる第２の方向に平行に伸びる複数の第２帯状電極を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板を接着固定して前記第１基板と前記第２基板間を所定間隔に維持するスペーサ構造物と、前記第１基板と前記第２基板の間に充填された液晶と、を備える液晶表示素子であって、
前記複数の第１帯状電極および前記複数の第２帯状電極により画素部分が画定され、
各画素を前記第１基板と前記第２基板の間に前記液晶を充填するための液晶注入口に接続する経路の厚さは、表示範囲において、前記液晶のらせんピッチより薄いことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記スペーサ構造物は、前記複数の第１帯状電極の間の隙間部分および前記複数の第２帯状電極の間の隙間部分に対応した連続した形状を有し、
前記第１帯状電極および前記第２帯状電極の少なくとも一方のエッジ部分は、前記画素部分に対応して少なくとも１個の切り欠きを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
各画素を前記液晶注入口に接続する前記経路は、前記切り欠きを有する帯状電極の隙間および前記切り欠きと、前記スペーサ構造物とがなす空間を、含むことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
第１の方向に平行に伸びる複数の第１帯状電極を有する第１基板と、前記第１の方向に交わる第２の方向に平行に伸びる複数の第２帯状電極を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板を接着固定して前記第１基板と前記第２基板間を所定間隔に維持するスペーサ構造物と、前記第１基板と前記第２基板の間に充填された液晶と、を備える液晶表示素子であって、
前記複数の第１帯状電極および前記複数の第２帯状電極により画素部分が画定され、
前記スペーサ構造物は、前記複数の第１帯状電極の間の隙間部分および前記複数の第２帯状電極の間の隙間部分に対応して、連続した形状を有し、
前記第１帯状電極および前記第２帯状電極の少なくとも一方のエッジ部分は、前記画素部分に対応して少なくとも１個の切り欠きを有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】
前記スペーサ構造物は、前記切り欠きを有する帯状電極を有する基板と、前記帯状電極のみを接着し、前記帯状電極の間の隙間部分を接着しないことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記切り欠きは、１つの前記帯状電極の両側のエッジ又は片側のエッジに設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関し、特に単純マトリクス構造を有する液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源を切っても表示内容を保持できる書換え可能な表示デバイスとして、電子ペーパーの開発が盛んに進められている。電子ペーパーは、電源を切ってもメモリ表示可能な超低消費電力と、目に優しく、疲れない反射型の表示と紙のような可撓性があるフレキシブルで薄型の表示体の実現を目指して研究が進められている。電子ペーパーの利用が期待されている応用分野として、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カードの表示部など、多様な応用形態が提案されている。
【０００３】
電子ペーパーは、各種の表示方式が提案されているが、表示電子ペーパーの有力な方式の１つに、コレステリック液晶がある。コレステリック液晶は、半永久的な表示保持（メモリ性）や鮮やかなカラー表示、高コントラスト、高解像度といった優れた特徴を有している。
【０００４】
コレステリック液晶は、カライラルネマティック液晶とも称されることがあり、ネマティック液晶にキラル性の添加剤（カイラル材）を比較的多く（数十％）添加することにより、ネマティック液晶の分子がらせん状のコレステリック相を形成する液晶である。
【０００５】
図１は、コレステリック液晶の状態を説明する図である。図１の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、コレステリック液晶を利用した表示素子１０は、上側基板１１と、コレステリック液晶層１２と、下側基板１３と、有する。コレステリック液晶には、図１の（Ａ）に示すように入射光を反射するプレーナ状態と、図１の（Ｂ）に示すように入射光を透過するフォーカルコニック状態と、があり、これらの状態は、無電界下でも安定してその状態が保持される。
【０００６】
プレーナ状態の時には、液晶分子のらせんピッチに応じた波長の光を反射する。反射が最大となる波長λは、液晶の平均屈折率ｎ、らせんピッチｐから次の式で表される。
【０００７】
λ＝ｎ・ｐ
一方、反射帯域Δλは、液晶の屈折率異方性Δｎにより大きく異なる。
【０００８】
プレーナ状態の時には、入射光が反射するので「明」状態、すなわち白を表示することができる。一方、フォーカルコニック状態の時には、下側基板１３の下に光吸収層を設けることにより、液晶層を透過した光が吸収されるので「暗」状態、すなわち黒を表示することができる。
【０００９】
上記のように、プレーナ状態の時には、液晶分子のらせんピッチに応じた波長の光を反射するので、液晶材料およびカイラル材を選択し、カイラル材の含有率を決定すると、青（ブルー）、緑（グリーン）および赤（レッド）の各波長を選択反射する３層のパネルが得られ、それらを積層すると、カラー表示素子が得られる。
【００１０】
コレステリック液晶素子およびその駆動方法については、例えば、特許文献１などに記載されているので、ここでは詳しい説明は省略する。本出願において、特許文献１の記載内容は参照される。
【００１１】
一般に、液晶表示素子は、ガラス基板や樹脂基板などの透明基板間を所定の間隔（セルギャップ）で保持し、その空隙に所定の特性を有する液晶材料が充填される。液晶表示素子では均一なセルギャップを実現するため、スペーサと呼ばれる直径がセルギャップに対応する粒体を一方の基板上に散布した上で、他方の基板を貼り合わせている。また、一方の透明基板上にセルギャップに対応する高さのスペーサ構造物を形成し、他方の基板を貼り合わせることも行われている。コレステリック液晶表示素子においても、スペーサ構造物により所定のセルギャップを実現することが行われており、特に、接着性のスペーサ構造物を形成して基板を接着固定することにより、可撓性の液晶表示素子でも、所定のセルギャップを安定して維持することが可能である。
【００１２】
液晶表示素子を完成するには、上下基板の間に形成されるセル内に液晶を配置する。液晶を配置する方法としては、セル内を真空にした後に、全セルにつながる注入口から液晶を吸い上げて充填する「真空汲み上げ法」や、貼り合わせ前に上下基板の一方に液晶を滴下しておき、その後他方の基板を載せて貼り合わせることで基板間に液晶を配置する「液晶滴下公報（ＯＤＦ）」などがある。「真空汲み上げ法」を用いるのであれば、全セルは経路または隣接するセルを介して注入口に接続される必要がある。
【００１３】
可撓性の電子ペーパーに使用する上記の選択反射型のコレステリック液晶表示素子の場合、表示素子を曲げたりその表面を押すなどにより生じる外力の発生や、温度分布の変化が発生すると、それにより液晶が流動する。このような液晶の流動が発生すると、画像を表示している配向状態が乱れることにより表示が変化するという問題を生じる。一般に、液晶が流動すると、指向性が高く、反射率が高い相（プレーナ状態）が現れるため、表示相の消失、表示コントラストの低下が起きる。各セルを完全に囲って閉領域にすれば、このような問題を低減できるが、上記のように「真空汲み上げ法」を用いる場合には各セルは注入口につながる必要があり、セルを閉領域にすることはできない。
【００１４】
このような問題を解決するため、特許文献２は、十字形のスペーサ構造物を、隣接する４個の画素（セル）の間に設け、液晶の流動を制限する構成を記載している。図２は、特許文献２に記載されたスペーサ構造物を示す図であり、（Ａ）が斜視図であり、（Ｂ）が平面図であり、（Ｃ）がスペーサ構造物３１の拡大図である。図２の（Ｃ）に示すように、スペーサ構造物３１は、基板との接着の安定性を増加させるために、壁の一部が太くなっている。単純マトリクス構造を有する液晶表示素子では、対向する２枚の基板に、９０度異なる２方向に伸びる複数の帯状電極がそれぞれ形成され、帯状電極の交差部分に画素が形成される。図２の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、スペーサ構造物３１は、一方の直線部分が下側基板の下側帯状電極１５の間に位置し、他方の直線部分が図示していない上側基板の上側帯状電極の間に位置するように配置される。従って、各画素１６は、４個のスペーサ構造物３１で囲まれ、隣接するスペーサ構造物３１の間に４個の開口が形成される。これにより液晶の流動が制限されるため、表示の変化を低減することが可能である。また、各画素１６は、隣接するスペーサ構造物３１の間Ａを介して隣接する画素と接続され、最終的に注入口に接続される。
【００１５】
図３は、特許文献２に記載されたスペーサ構造物３１と、上下基板の帯状電極１４、１５との関係を詳細に示す図である。
【００１６】
しかし、特許文献２に記載された図２のスペーサ構造物を設けても、可撓性の電子ペーパーにおける液晶の流動性を十分に低減できず、液晶の流動性を一層低減することが求められた。そこで、画素を囲むように、数個の小さな開口を有する閉構造を設け、液晶の流動性を一層低減することが考えられている。図４は、２個の小さな開口を有する閉構造を有するスペーサ構造物３３の例を示す平面図である。スペーサ構造物３３は、下側基板の帯状電極１５の間の隙間部分に沿って伸びる部分と、この部分から上側基板の帯状電極１４の間の隙間部分に沿って伸びる部分とを有し、隣接する構造物との間に小さな開口Ｂを形成する。従って、１列の画素は、開口Ｂを介して互いに接続される。図４のスペーサ構造物３３を用いることにより、液晶の流動性は一層低減される。
【００１７】
また、特許文献３は、１個の小さな開口を有する画素毎に設けた閉構造画素を記載している。
【００１８】
図３および図４において、上下に電極が存在する部分においては、液晶を基板間に充填した後に、図１で説明したように、上下電極間に電圧を印加することにより液晶の状態を「プレーナ状態」と「フォーカルコニック状態」とすることができ、それにより表示を行う。
【００１９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００７／１１０９４９Ａ１
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００７／００７３９４Ａ１
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００８／０２３４１６Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、図３のＡで示された部分および図４のＡで示された部分は、上下電極の両方あるいは一方が存在せず電界を印加できないので、液晶は注入した後の層状態がそのまま維持される。この層状態は、液晶界面に配置した膜材料の材質などによって微妙な差異はあるが、プレーナ状態とフォーカルコニック状態の中間のような準プレーナ状態である。準プレーナ状態では、フォーカルコニック状態とは異なり、ピッチに応じた光を反射する。このように、上下の両方に電極を有さない部分は、常にある程度明るい状態となる。
【００２１】
コレステリック液晶を用いた反射型の液晶表示素子では、一般にプレーナ状態とフォーカルコニック状態の（ＣＭＹの）Ｙ値の比でコントラスト比を表す。上記のように、常に明状態である準プレーナ状態である部分が存在すると、フォーカルコニック状態（黒状態）のＹ値が押し上げられることになり、コントラスト比を大きく低下させる要因となる。
【００２２】
本発明は、可撓性の液晶表示素子で所定のセルギャップを安定して維持し、液晶の流動性を低減するために画素を囲むと共に「真空汲み上げ法」を使用できるように注入口につながる開口を有するスペーサ構造物を有する液晶表示素子において、コントラスト比を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明のドットマトリクス型表示素子は、各画素を液晶の注入口につなげる経路の厚さを薄くして、経路の部分で完全なプレーナ状態を形成せず、選択反射しない状態とする。
【００２４】
具体的には、スペーサ構造物が、複数の第１帯状電極の間の隙間部分および複数の第２帯状電極の間の隙間部分に対応した連続した形状を有し、一方の基板の帯状電極に接触して接着し、帯状電極の間の隙間部分に接触しないように構成して、帯状電極の間の隙間部分を経路として利用する。この部分の厚さは、電極の厚さであるから、０．１μｍ程度であり、液晶のピッチ（例えば０．３４μｍ）より小さいので、液晶はプレーナ状態にならない。しかし、これだけでは画素とこの経路が接続されていないので、隙間部分を経路として利用する帯状電極の少なくとも一方のエッジ部分に切り欠きを設け、切り欠きとスペーサ構造物とがなす空間を介して、画素は帯状電極の間の隙間部分と接続される。
【００２５】
切り欠きは、帯状電極の両側のエッジに設けても、片側のエッジに設けてもよいが、各画素に少なくとも１個の切り欠きを設けて、各画素を経路に接続する必要がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、可撓性のコレステリック液晶表示素子を積層したフルカラーコレステリック液晶表示装置に本発明を適用した実施形態を説明するが、フルカラーコレステリック液晶表示素子については特許文献１から３などに詳細に記載されており、広く知られているので、フルカラーコレステリック液晶表示素子についての説明は省略する。本実施形態のコレステリック液晶表示素子は、所定のセルギャップで２枚の基板を貼り合わせる接着性のスペーサ構造物を有し、帯状電極の形状が、従来例と異なる。以下、異なる部分について説明する。
【００２７】
実施形態のコレステリック液晶表示素子は、１００μｍ厚のポリカーボネート製基板で作られ、各基板表面にＩＺＯまたはＩＴＯ透明導電膜による帯状電極が複数形成される。上側基板の帯状電極と下側基板の帯状電極は、互いに直交する方向に対向して配置され、パッシブ駆動される。透明電極の厚さは、０．１μｍ前後である。前述の式λ＝ｎ・ｐで、液晶の屈折率を１．６とすると、ピッチｐは０．３３７５μｍとなり、透明電極の厚さは液晶のピッチより小さい。
【００２８】
図５の（Ａ）は、実施形態において上側（第１）基板１１に形成された第１帯状電極１４の形状を示す平面図であり、図５の（Ｂ）は、実施形態において下側（第１）基板１３に形成された第２帯状電極１５の形状およびスペーサ構造物４１の形状を示す平面図である。上側帯状電極１４と下側帯状電極１５の帯状透明電極の交差部分に画素が形成され、スペーサ構造物４１は、帯状電極１４および１５の隙間部分に対応して連続して設けられた２次元格子形状を有する。スペーサ構造物４１は、下側基板１３上に形成されるので、下側帯状電極１５の間の隙間部分および下側帯状電極１５の上のエッジに近い部分の上に形成される。言い換えれば、下側基板１３の下側帯状電極１５の間の隙間部分は、スペーサ構造物４１が接着される。各上側帯状電極１４の両側のエッジには、画素ピッチで切り欠き４２が設けられる。
【００２９】
図６の（Ａ）は、図５の上下基板を貼り合わせた構造を示す斜視図であり、図の（Ｂ）は、その場合の切り欠きを含む部分の平面図である。図６の（Ｃ）は、設ける位置を変えた変形例の欠きを含む部分の平面図である。
【００３０】
図６の（Ａ）に示すように、スペーサ構造物４１は、貼り合わせることにより、上側帯状電極１４に接着されるので、スペーサ構造物４１と上側帯状電極１４の間の隙間部分は、上側帯状電極１４の伸びる方向に連続した空間になる。この空間は、表示範囲外で、ほかのスペーサ構造物４１と上側帯状電極１４の間の空間と一緒に液晶注入口に接続される。この空間の厚さは、上側帯状電極１４と同じ厚さであり、上記のように０．１μｍ程度である。
【００３１】
図６の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、切り欠き４２の一部が、格子状のスペーサ構造物４１の交差部分に重なるように配置すると、重ならない部分に開口Ｃが形成される。この開口Ｃは、画素の空間と、上記の上側帯状電極１４の間の隙間部分に形成される空間とを接続する。従って、各画素の空間は、開口Ｃおよび上側帯状電極１４の間の隙間部分に形成される空間を介して液晶注入口に接続されることになり、「真空汲み上げ法」による液晶注入が可能である。
【００３２】
開口Ｃの部分は、画素と同じ厚さを有し、帯状電極１４が存在しない部分であり、液晶を注入すると準プレーナ状態になり、選択反射する。そのため、コントラスト比を低下させるので、開口Ｃの広さはできるだけ狭いことが望ましい。開口Ｃは、液晶の注入に必要な大きさがあればよい。なお、図６の（Ｂ）から明らかなように、開口Ｃは画素内に形成されるので、液晶注入口への経路には含まれず、画素に含まれるものとする。
【００３３】
切り欠き４２の開口Ｃ以外の部分の厚さも、上側帯状電極１４と同じ０．１μｍ程度であり、液晶のピッチより短いので、選択反射を発生することはない。従って、これらの部分は電圧の印加にかかわらず暗状態になり、コントラスト比を低下させることがない。
【００３４】
図６の（Ｂ）では、切り欠き４２の一部が、格子状のスペーサ構造物４１の交差部分に重なるように配置したが、かならずしも交差部分に配置する必要はない。図６の（Ｃ）に示すように、交差部分以外の位置に切り欠き４２を配置しても、各画素と上側帯状電極１４の間の隙間部分に形成される空間を接続する開口Ｃを形成できる。この場合も、開口Ｃは準プレーナ状態になりコントラスト比を低下させるので、開口Ｃはできるだけ小さいことが望ましく、開口Ｃが適切な大きさになるように、切り欠きの大きさを適宜決定する。
【００３５】
上記の実施形態では、帯状電極１４の両側のエッジに切り欠き４２を形成した。従って、各画素には２個の開口が接続されることになる。しかし、帯状電極１４の片側のエッジに切り欠きを形成してもよい。この場合、各画素には１個の開口が接続されることになる。また、切り欠きの形状は各種の変形例が可能である。
【００３６】
図７および図８に、帯状電極１４の片側のエッジに切り欠きを形成した変形例を示す。図７の（Ａ）は、帯状電極１４の片側のエッジに図５および図６と同じ長方形の切り欠き４３を形成した変形例を示す平面図である。図７の（Ｂ）は、帯状電極１４の片側のエッジに三角形の切り欠き４４を形成した変形例を示す平面図である。図８は、帯状電極１４の片側のエッジに半円の切り欠き４５を形成した変形例を示す平面図である。なお、図７の（Ｂ）および図８の形状の切り欠きを帯状電極１４の両側のエッジに設けることも可能であることはいうまでもない。また、帯状電極１４の両側のエッジに切り欠きを設ける場合に、位置をずらすなどの変形例も可能である。
【００３７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。例えば、実施形態では、コレステリック液晶を使用する例を説明したが、単純マトリクス構造を有する液晶表示素子であれば、ほかの液晶を利用するものにも適用可能である。
【００３８】
また、スペーサ構造物の形状については、上記の変形例を含めて、仕様に応じて最適な形状を選択することは、当業者には自明のことである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、コレステリック液晶の双安定状態（プレーナ状態とフォーカルコニック状態）を説明する図である。
【図２】図２は、スペーサ構造物の従来例を示す図である。
【図３】図３は、図２のスペーサ構造物の詳細を示す図である。
【図４】図４は、スペーサ構造物の別の従来例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態の液晶表示素子の上側帯状電極の形状、および下側帯状電極とスペーサ構造物を示す平面図である。
【図６】図６は、実施形態の液晶表示素子で上下基板を貼り合わせた状態を示す図である。
【図７】図７は、上側帯状電極の形状の変形例を示す平面図である。
【図８】図８は、上側帯状電極の形状の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    表示素子
１１    上側基板
１２    液晶層
１３    下側基板
１４    上側帯状電極
１５    下側帯状電極
３１，３２，４１    スペーサ構造物
４２，４３，４４，４５    切り欠き
Ｃ    開口部
【図１】
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【図２】
2009282469.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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