(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔で対向配置された一対の基板と、
該一対の基板間に挟持され、液晶と二色性色素とを含むゲストホスト型液晶層と、
前記液晶層と前記一対の基板の一方との間で前記液晶層に対して３μｍから２００μｍの範囲の間隔を置いて配置された光反射層と、
を有し、前記ゲストホスト型液晶層の液晶分子の配向方向は基板面と垂直な方向に関してはツイストなし、またはほぼ一定のツイスト角を示し、基板面と平行な方向には、多数のミクロドメインを有し、各ミクロドメイン内では液晶分子の配向方向が揃っており、前記３μｍから２００μｍの範囲の間隔が前記ミクロドメインの平均直径より大きい、反射型ゲストホスト型液晶表示素子。
【請求項２】
前記光反射層と前記液晶層との間に配置した前記３μｍから２００μｍの範囲の間隔に相当する厚みを持つ透明な薄膜をさらに有する請求項１記載の反射型ゲストホスト型液晶表示素子。
【請求項３】
前記ゲストホスト型液晶層は、基板面と平行な方向に関し、多数のミクロドメイン間に液晶分子の配向方向がほぼ連続的に変化する領域を含む請求項１または２記載の反射型ゲストホスト型液晶表示素子。
【請求項４】
前記一対の基板は、前記液晶分子に対する積極的配向構造を有しない請求項１〜３のいずれかに記載の反射型ゲストホスト型液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子に関し、特に反射光を表示に利用する、二色性色素を含む反射型ゲストホスト型液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の産業分野において種々の液晶表示素子が用いられている。液晶表示素子においては、液晶分子が一定の配向状態に揃おうとする性質を利用して光を制御する。典型的には、電界によって制御される液晶の配向状態に応じて光がオン／オフ制御される。
【０００３】
通常の液晶表示素子においては、液晶分子自体が入射光の偏光方向や散乱を制御する。液晶層に入射する光の偏光方向を揃えるためには偏光板が用いられる。
【０００４】
二色性色素は、通常細長い棒状の分子で構成され、二色性色素分子の方向によって光の吸収特性が変化する。二色性色素分子の長軸方向が光の電気ベクトルと平行な方向を向いているか直角の方向を向いているかにより、透過光のスペクトルが変化する。
【０００５】
二色性色素分子の方向を制御するために、液晶分子を用いることができる。細長い形状を有する液晶分子（ホスト）中にやはり細長い形状を有する二色性色素分子（ゲスト）を混入すると、二色性色素分子は、周囲の液晶分子の配向に従って配向する。二色性色素分子の方向を制御することにより、入射光に対する吸収特性を制御することができる。
【０００６】
このようなゲストホスト型液晶表示素子として、ネマティック液晶、カイラルネマティック液晶、コレステリック液晶を用いたものが知られている。ゲストホスト型液晶表示素子の一対の基板は、基板上の液晶分子の配向方向が一定の関係になるようにラビング等の配向処理が施されている。このような配向処理をしたゲストホスト型液晶表示素子の液晶分子は、基板上で全面にわたって一定の方向に配向する。液晶層の厚さ方向に対しては、一定のツイスト角を持つように配向方向が設定される。
【０００７】
ゲストホスト液晶表示素子の特徴の一つとしては、偏光板を用いる必要がないということである。従って光の利用率が良いために透過型と反射型のいずれの場合でも明るい表示素子を実現できる。しかし、その反面コントラストが低い。
【０００８】
本願と同一の出願人による特許出願の特願平７−２６７８４号の明細書中実施例には、基板に積極的な配向処理をほどこさず、基板面内に多数のミクロドメインを有し各ミクロドメイン内では基板間にわたって液晶分子の配向方向が揃っているマルチドメイン構造を有するゲストホスト型液晶表示素子によりコントラストが改善されることが示されている。
【０００９】
反射型液晶表示素子においては、一対の基板の内の背面側基板の外側か、あるいは背面側基板の内側の基板面に反射板が配置される。表面側（表示面）基板から入射して液晶層を通過して反射板で反射した光は再度液晶層を逆に通過して表面側基板から出て見る人の目に入ることになる。光が液晶層を２回通過する間に透過状態が制御される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特願平７−２６７８４号の明細書においては、マルチドメイン構造を有するゲストホスト液晶表示素子を反射型にする場合、反射板を液晶セルの外側に配置する構造と、液晶セルの内側に配置する構造との二例が示されている。
【００１１】
前者の構造の場合には図２（Ａ）に示すように、表面側基板１ａから入射した光９ａはゲストホスト型液晶層６を通過し、背面側基板１ｂを透過し、その外側に基板から間隔をおいて配置された反射板１０で反射する。そして反射光９ｂは背面側基板１ｂを透過し、ゲストホスト型液晶層６を通過して表面側基板１ａから出る。
【００１２】
この場合は、反射板１０の前に背面ガラス基板１ｂが配置しているために、液晶表示素子を斜め方向から視認した場合、多重反射および屈折効果等により背面ガラス基板１ｂの厚み分だけの視差が生じてしまい表示が二重に見えてしまうという問題がある。
【００１３】
さらに後者の液晶セルの内側に反射板を配置する構造の場合には図２（Ｂ）に示すように、表面側基板１ａから入射した光９ａはゲストホスト型液晶層６を通過し、反射板１１で反射する。そして反射光９ｂはゲストホスト型液晶層６を通過して表面側基板１ａから出る。この場合は、図２（Ａ）の場合のような二重表示の問題はないが、コントラスト比が図２（Ａ）の構造よりも低くなる。その理由は以下のようであると考えられる。
【００１４】
図２（Ｂ）の構造では、反射板１１の反射点１２の近傍での斜めより入射する入射光９ａと反射光９ｂとは接近しており、従って入射光９ａと反射光９ｂとは同じミクロドメイン４を通過することになる。つまり液晶の配向方向が同じドメインを通過するので光の吸収が少なくなる。
【００１５】
一方、図２（Ａ）の構造では、反射板１０がセルから離れて配置しているために、セル内の入射光９ａの位置と反射光９ｂの位置とは離れており、従って入射光９ａと反射光９ｂとは異なるミクロドメイン４ａと４ｂを通過することになる。
【００１６】
多数のミクロドメインの配向方向は互いにランダムに変化しているために、異なるミクロドメイン４ａと４ｂ同志は互いに異なる配向方向を持っている確率が高い。異なる配向方向のミクロドメイン４ａと４ｂを通過した光９ｂはより多く吸収を受けるので、電圧無印加時の実質的な反射率が図２（Ａ）の構造の方が図２（Ｂ）の構造よりも低下するために前者の方がコントラストが高くなると考えられる。
【００１７】
本発明の目的は、特願平７−２６７８４号の明細書中実施例に開示されたマルチドメイン構造を有するゲストホスト液晶表示素子を反射型として使用する場合に、２重表示のような問題がなく、しかもコントラストは高い反射型ゲストホスト液晶表示素子を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による反射型ゲストホスト液晶表示素子は、所定間隔で対向配置された一対の基板と、該一対の基板間に挟持され、液晶と二色性色素とを含むゲストホスト型液晶層と、前記液晶層と前記一対の基板の一方との間で前記液晶層に対して３μｍから２００μｍの範囲の間隔を置いて配置された光反射層と、を有し、前記ゲストホスト型液晶層の液晶分子の配向方向は基板面と垂直な方向に関してはツイストなし、またはほぼ一定のツイスト角を示し、基板面と平行な方向には、多数のミクロドメインを有し、各ミクロドメイン内では液晶分子の配向方向が揃っており、前記３μｍから２００μｍの範囲の間隔が前記ミクロドメインの平均直径より大きい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例による反射型ゲストホスト液晶表示素子を示す。図１（Ａ）は、液晶表示素子の一部断面図であり、図１（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、基板面上での液晶分子の配向状態を示す概略図である。
【００２０】
図１（Ａ）に示すように、液晶表示素子は一対のガラス基板１ａ、１ｂで液晶セルを構成し、その内部に液晶層６を挟持する。上側のガラス基板１ａは表示面となる表側である。上側ガラス基板１ａの内側表面には透明電極２が形成される。さらにその上には配向処理を行っていない配向膜（図示せず）が形成されている。下側ガラス基板１ｂは背面側基板である。背面側ガラス基板１ｂの上には反射板８が形成されている。反射板８は下側電極を兼ねたアルミ層であり、反射面は光が乱反射するようにザラザラに荒らした処理がしてある。反射板８の上にはさらに透明なアクリル樹脂膜７をスピンコートし焼成して形成してある。そして透明アクリル層７の上には配向処理を行っていない配向膜（図示せず）が形成されている。
【００２１】
配向膜には配向処理を行ってないため、液晶セル内に注入された液晶層６は、基板面に平行に配向しようとする力は受けるが、面内方向に関しては配向力を受けない。
【００２２】
液晶層６は、ネマティック液晶、カイラルネマティック液晶あるいはコレステリック液晶の液晶分子３に二色性色素分子５を混入したものである。
【００２３】
基板が配向方向を有さないため、液晶層６はランダムな方向に配向する。ただし、液晶セルのセル厚はたかだか数μｍと小さいため、セルの厚さ方向に関しては液晶層６は液晶の性質に応じた配向をする。図には、カイラルネマティック液晶を注入した場合を示す。液晶分子３は、そのカイラリティーに従って一方の基板１ａから他方の基板１ｂに向かうに従って一定のツイストを示す。二色性色素分子５は、液晶分子３の配向に従って配向する。
【００２４】
このような積極的な配向処理は行わずに、多数のミクロドメインからなるマルチドメイン構造の液晶セルの製造方法は、本願出願人と同一人による特許出願である特願平４−２３６６５２号や、特願平６−１９４６５５号あるいは、特願平６−５３６３９号、さらにはそれらをゲストホスト型液晶表示素子に適用する特願平７−２６７８４号の明細書中実施例に開示の方法などが利用できる。すなわち、これらの明細書開示の方法を利用すれは、セルの基板間のギャップと液晶のカイラルピッチとを特定の関係となるように配置し、液晶の熱光学効果を利用して配向をさせている。つまり、液晶の相転移温度以上に液晶材料を加熱して等方性の液体にした状態つまり等方相でセルに注入し、その後徐冷して液晶状態つまり液晶相に相転移させて配向させるものである。それにより、微小な配向領域すなわちミクロドメインを多数ランダムに形成することができる。
【００２５】
図１（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、基板上に配向処理を行わなかった場合に発生する液晶分子の配向状態を示す。
【００２６】
図１（Ｂ）の場合には、基板面内に多数のミクロドメイン４が形成され、各ミクロドメイン４の内部では液晶分子３は矢印で示すように、ある一定の方向にほぼ揃って平行配向する。この配向方向は、ミクロドメイン４毎に異なり、基板面内全体で見ると、ランダムな配向をすることになる。
【００２７】
図１（Ｃ）においては、基板面内において液晶分子３の配向方向が連続的に変化している。この連続性には規則がなく、基板面全面で見ると配向はランダムになっている。
【００２８】
図１（Ｄ）においては、ミクロドメイン４が散点状に分布する。各ミクロドメイン４内においては液晶分子がほぼ一定方向に配向する。ミクロドメイン４間の領域においては、液晶分子３が連続的に配向方向を変化させて存在する。図１（Ｄ）の配向状態は、図１（Ｂ）、（Ｃ）の組み合わせと考えることもできよう。
【００２９】
【実施例】
上記の先願の方法を利用して、図１（Ａ）で示すようなマルチドメイン構造のゲストホスト型液晶セルを製作した。その際、アルミ反射膜８の上のアクリル樹脂膜７の膜厚を１μｍ、３μｍ、１０μｍ、５０μｍと変化させた４種類のセルを作成した。但し、５０μｍのものは重ね塗りをした。
【００３０】
さらに本実施例では、最大吸収波長６００ｎｍの紺色色素（日本感光色素研究所製Ｇ２５６）を自然ピッチが１５．４３μｍのカイラルネマティック液晶に０．７５ｗｔ％混入したゲストホスト液晶を、セル厚９μｍの空セルに液晶のネマティック・アイソトロピック相転移温度以上（１２０℃）で注入した（特願平４−２３６６５２号明細書中実施例に開示の方法）。
【００３１】
このような条件で作成した反射型ゲストホスト液晶表示素子中の液晶分子は上下基板間で２１０°ツイストすることになる。なお、本実施例の表示素子との比較のために、アクリル樹脂膜７を塗布しない表示素子（図２（Ｂ）と同じもの）も作成した。これらの表示素子のコントラストの測定結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
0003795608.tif 000002
【００３３】
表１の結果からわかるように、アクリル樹脂層７を設けたもの、特にその膜厚が３μｍ以上のものは、アクリル樹脂層を設けないもの（図２（Ｂ）の構造）に比べてコントラスト比の向上が見られた。しかも、反射板８はセルの内側に配置されているために、図２（Ａ）の液晶表示素子のような反射板をセルの外側に配置したために起こる２重表示は生じない。
【００３４】
一定の膜厚のアクリル樹脂層７を液晶層６と反射層８との間に配置して、反射層８を液晶層６から間隔をおいたことにより、コントラストが向上し、しかも２重表示の問題も解決した。
【００３５】
コントラスト向上の理由を図１（Ａ）を参照してより判りやすく説明する。入射光９ａの経路にある液晶層と、反射光９ｂの経路にある液晶層とを別々の液晶セルとして考えると、アクリル樹脂層７によりセル内での入射光と反射光の位置が離れるために、入射光９ａが通過するミクロドメイン４ａと、反射光９ｂの通過するミクロドメイン４ｂとは異なり、両ミクロドメインの配向方向は互いに異なる。
【００３６】
従って配向方向の異なる二つのゲストホスト型液晶表示素子を重ねた場合に相当する。二つのゲストホスト型液晶表示素子の配向方向が互いに直角の関係になった場合に光の吸収が最大になる。ミクロドメイン４はセル内で全体としてランダムに連続して配向方向が変化しているので、セル全体として光の吸収が多くなり電圧無印加時の反射率が実質的に低下する。
【００３７】
また、アクリル樹脂層７の膜厚が薄い場合にはコントラストの改善効果が少ないのは、膜厚が薄いために、斜めより入射してくる光に対して入射光９ａと反射光９ｂとの位置が近づき、光が通過するミクロドメインの配向方向の変化が少ないためと考えられる。
【００３８】
従って、アクリル樹脂層７の膜厚は、マルチドメイン構造を構成するミクロドメインの平均直径より大きいことが望ましい。しかし、アクリル樹脂層７の膜厚が余り厚すぎると、こんどは図２（Ａ）の場合で述べたような２重表示の問題が発生する。従って、アクリル樹脂層７の膜厚は、最大２００μｍ程度が限度であろう。なお、ミクロドメインの直径は小さいものでセル厚よりやや小さい程度、すなわち３μｍ程度であるために、アクリル樹脂層７の膜厚は、約３μｍから２００μｍ程度の範囲が良いと考えられる。
【００３９】
なお、液晶層と反射板との間を上記間隔とするために、アクリル樹脂層以外の他の透明な材料による層、あるいは空間をあけるような手段を採用することもできるであろう。
【００４０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００４１】
【発明の効果】
反射型ゲストホスト液晶表示素子において、反射層を液晶層から間隔をおいてセル内に配置したことにより、コントラストが向上し、しかも２重表示の問題がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による反射型ゲストホスト型液晶表示素子の断面図および基板状のミクロドメインの構成を示す概略図である。
【図２】特願平７−２６７８４号の明細書に開示された二種類の反射型ゲストホスト型液晶表示素子の断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ      ガラス基板
２              透明電極
３              液晶分子
４、４ａ，４ｂ  ミクロドメイン
５              二色性色素分子
６              液晶層
７              アクリル樹脂層
８              反射板（電極兼用）
９ａ            入射光
９ｂ            反射光
【図１】
0003795608.tif 000003
【図２】
0003795608.tif 000004