[发明专利]液晶显示元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用胆甾型液晶的液晶显示元件。

背景技术

近年来，电子纸在商业组织和大学中日益蓬勃发展。对于预期的电子纸应用市场，提出了各种应用形式，包括以目录作为标题的电子书、用于移动终端的子显示器、用于IC卡的显示部件等。

电子纸最有前途的模式之一是使用胆甾型液晶的模式。胆甾型液晶具有优异的特性，如半永久显示保持功能(存储功能)、明亮的彩色显示、高对比度和高分辨率。

胆甾型液晶有时被称为手性(chiral)向列液晶。通过在向列液晶中添加相对大量(例如，重量百分比为百分之几十)的手性添加剂(还称为手性剂)，使向列晶体分子成为强螺旋缠绕状态(也称为胆甾相)，从而反射和干涉入射光，由此获得胆甾型液晶。

使用胆甾型液晶的液晶显示元件的显示和驱动原理如下所示。通过液晶分子的对准状态来控制胆甾型液晶进行的显示。在胆甾型液晶的对准状态下，有反射入射光1的平面状态2和透射入射光1的焦点圆锥状态3，如图1所示。在不施加电场的情况下它们稳定地存在。被反射的光4进入人眼5。

在平面状态下，其波长与液晶分子的螺距相对应的光被反射。反射最大的波长λ在下面的公式中用平均折射率n和液晶的螺距p表示。反射带Δλ是在横坐标绘制波长且在纵坐标绘制光反射率时在反射率峰值半高处的峰宽度值，反射带Δλ随着液晶的折射率各向异性Δn的增加而变大。即，Δn越大，显示越亮。

λ＝n·p

相比之下，在焦点圆锥状态下，光通过胆甾型液晶。因此，通过在液晶层的背面设置光吸收层，可以防止光反射，以便显示黑色。

图2A、图2B是使用胆甾型液晶的液晶显示元件的驱动实例。当强电场施加于胆甾型液晶时，液晶分子的螺旋结构变得完全松散，从而处于垂直(homeotropic)状态，其中所有的分子都沿着电场方向。在这个操作中，施加交流电，如图2A中的标记21所示，以便防止液晶的退化。这些电压是用以获得平面状态的驱动电压。当从垂直状态电位急剧地变为零时(在图2A的情况中由标记22所示)，液晶的螺旋轴变得垂直于电极，并且形成对应于螺距而选择性地反射光的平面状态。这里，应该指出的是，尽管在这幅图中的所有情况下都使用了矩形波，但是波形不限于此，可以组合使用各种形状。

另一方面，当施加弱电压(如图2B中的标记23所示)以致胆甾型液晶的液晶分子的螺旋结构不会变得松散(这些电压是用于获得焦点圆锥状态的驱动电压)，然后消除这些电压(如图2B中的标记24所示)时，或者当施加大电压，然后使电压逐渐减小时，液晶的螺旋轴变得平行于电极，形成焦点圆锥状态而透射入射光。此外，当施加中间值电压，然后急剧地消除电压时，存在平面状态和焦点圆锥状态的混合状态，从而可以显示中间色调。使用胆甾型液晶并利用这些现象，进行信息显示。

已知液晶的响应速度越大，液晶的粘度越小，或者液晶厚度(或单元间隙)越小。而且，在胆甾型液晶的情况下，粘度越小，当施加电压时，对垂直状态的响应越快。即，随着粘度变小，平面状态可能以较短的脉宽(脉冲施加时间)实现，从而使驱动电压下降。

相反，当粘度变大时，变为垂直状态的时间变长。因此，为了实现平面状态，必须施加更长时间的电压，或者施加更高电压。当粘度变得甚至更高时，难以实现完全焦点圆锥状态，从而使透射率减小和光的散射增加。

由于这些情况，在低温下驱动液晶显示元件时有时不能得到所需的对比度。液晶成分的粘度一般随着温度降低而升高，因此从驱动和显示质量的角度考虑，抑制粘度尽可能小幅度地升高也是很重要的。

图3表示在从初始平面状态向焦点圆锥状态的过渡期间用实线表示的电压响应特性。横坐标轴表示在施加驱动电压、然后停止施加电压的一组操作(如图2A、图2B中的标记21、23所示)中驱动电压的绝对值。例如，当驱动电压是+32V和-32V的组合时，绝对值是32V。下面，有时将驱动电压的绝对值简单地称为驱动电压。液晶在初始平面状态区31中反射光。之后，当脉冲电压的绝对值(即驱动电压)从0V升高时，它通过过渡状态区32进入焦点圆锥状态区33，并在该值进一步升高时，经过过渡状态区34进入平面状态区31。

相比之下，当液晶从初始焦点圆锥状态变为平面状态时，如图3中的虚线所示，液晶在初始焦点圆锥状态区35中透射光。之后，当脉冲电压的绝对值升高时，它通过过渡状态区36进入平面状态区31。

还应该注意到，如果胆甾型液晶的厚度(或单元间隙)为2μm或更大，则它提供一定的亮度值，因此平面状态下的亮度随着厚度增加而提高。为此，较厚的单元间隙一般是优选的。