專利名稱：顯示元件和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有高速響應和廣視野的顯示性能的顯示元件和顯示裝置。
背景技術(shù)：
液晶顯示元件在各種顯示元件中具有厚度薄、重量輕和消耗電力少的優(yōu)點。因此，廣泛用于包括電視或顯示器等圖像顯示裝置，和文字處理器、個人電腦等辦公自動化(OA)設(shè)備、攝像機、數(shù)碼相機、移動電話等信息終端等的圖像顯示裝置中。
作為液晶顯示元件的液晶顯示方式，以往，使用向列型液晶的扭轉(zhuǎn)向列(TN)模式或使用鐵電液晶(FLC)或反鐵電液晶(AFLC)的顯示模式、高分子分散型顯示模式等都是已知的。
在這些液晶顯示方式中，例如TN模式的液晶顯示元件已經(jīng)實用化了。但是，在使用TN模式的液晶顯示元件中，具有響應緩慢、視野角狹窄等缺點，這些缺點對于其超過CRT(cathode ray tube，陰極射線管)造成很大的妨礙。
使用FLC或AFLC的顯示模式具有響應迅速、視野角廣闊的優(yōu)點，可是在耐沖擊性能和溫度特性等方面存在著很大的缺點，使之不能廣泛地實用化。
利用光散射的高分子分散型液晶顯示模式，無須偏光板就有可能進行高輝度的顯示，但由于實質(zhì)上不能通過相位片進行視角控制，在響應特性上具有問題，相對于TN模式的優(yōu)勢不大。
這些顯示方式中的任何一種，由于在液晶分子處于一定方向整齊排列的狀態(tài)下，從相對于液晶分子不同角度的觀察都是不同的，所以其視角是有限制的。而這些顯示方式中的任何一種，都利用通過施加電場使液晶分子旋轉(zhuǎn)的性能，由于液晶分子保持排列一齊旋轉(zhuǎn)，所以響應是需要時間的。在使用FLC或AFLC的顯示模式情況下，在響應速度或視野角方面是有利的，但通過外力對取向產(chǎn)生不可逆的破壞成為問題。
另外，與利用通過施加電壓使液晶分子旋轉(zhuǎn)的顯示方式不同，提出過利用2次電光效應的電子極化的顯示方式。
所謂電光效應是物質(zhì)的折射率受到外部電場的影響而變化的現(xiàn)象。在電光效應中，有與電場的1次方成比例的效應和與2次方成比例的效應，分別稱為Pockels效應和Kerr效應。特別是作為2次電光效應的Kerr效應，在高速光學光閘中的應用很早已取得了迅速的進展，在特殊的計量設(shè)備中已經(jīng)實用化。
Kerr效應是J.Kerr在1875年發(fā)現(xiàn)的，迄今為止，作為顯示出Kerr效應的材料，已知有硝基苯或二硫化碳等有機液體。這些材料應用于比如上述的光學光閘、光調(diào)諧元件、光偏振元件或電力電纜等高電場強度的測定等。
其后，液晶材料顯示出具有比較大的Kerr常數(shù)，對在光調(diào)諧元件、光偏振元件，特別是在光集成電路中的應用進行了基礎(chǔ)的研究，已經(jīng)報告了顯示出超過硝基苯200倍Kerr常數(shù)的液晶化合物。
在這樣的狀況下，開始對Kerr效應在顯示裝置中的應用進行了研究。由于Kerr效應是與電場的2次方成比例的，與和電場的一次方成比例的Pockels效應相比，能夠預見在相對低電壓進行驅(qū)動，并且實質(zhì)上顯示出幾個微秒到幾個毫秒的響應特性，所以預期在高速響應的顯示裝置上具有應用。
由于Kerr效應在顯示元件上展開了應用，在實用上的一個大問題是其驅(qū)動電壓要高于現(xiàn)有的液晶顯示元件。針對這個問題，在比如日本專利公報中的特開2001-249,363號公報(
公開日期2001年9月14日，以下稱為專利文獻1)中，提出了對使具有負型液晶性的分子取向的顯示元件，在基板表面上預先施加取向處理，制成容易顯現(xiàn)Kerr效應的方法。
在上述專利文獻1所述的顯示元件中，在一對基板之間夾持具有負型液晶性的分子。所謂負型是指介電各向異性為負的類型。另外，在兩個基板內(nèi)側(cè)分別形成電極，在電極表面上，形成經(jīng)過磨擦處理的取向膜。另外，在兩個基板的外側(cè)設(shè)置偏光板，使吸收軸互相重直。另外，在兩個電極的表面上形成的取向膜的磨擦方向形成為互相反向平行或平行，而且與偏光板的吸收軸形成45°的角度。
在這樣構(gòu)成的上述專利文獻1的顯示元件中，當在二個電極間施加電場(電壓)，在基板法線方向產(chǎn)生電場時，具有負型液晶性的分子的極化在電場方向取向，同時，分子的長軸方向，與磨擦方向平行取向。這樣，利用上述專利文獻1的顯示元件，通過施加電場(電壓)，可發(fā)揮透過率上升的光學響應性。
然而，在上述專利文獻1所示的方式中，容易顯現(xiàn)Kerr效果的范圍限制在基板界面附近。即利用上述專利文獻1的技術(shù)，只能使進行了取向處理的基板界面附近的分子取向。因此，利用上述專利文獻1的技術(shù)，只能略微降低驅(qū)動電壓。
這是由于通過施加電場發(fā)生的分子取向，即由于Kerr效應造成的分子取向，其遠距離的秩序是很小的。也就是說，在比如TN模式等的液晶顯示裝置中，在基板的法線方向上，幾乎全部的液晶分子的取向方向都變化了，而在使用Kerr效應的液晶顯示裝置中，在基板附近的分子取向秩序很難向單元(cell)內(nèi)部(主體(bulk)區(qū)域)內(nèi)傳播。因此，按照上述專利文獻1的方式得到的降低驅(qū)動電壓的效果，還不能解決實用上的問題。
在使通過在基板法線方向上產(chǎn)生電場而具有負型液晶性的分子取向的顯示元件中，在適用上述專利文獻1的技術(shù)的情況下，在主體區(qū)域，分子長軸的方向的方位不能定在一個方向上就是個問題。這就是說，在實施了摩擦處理的基板附近，由于施加電場使液晶分子在摩擦方向上配置排列，但在遠離基板的主體區(qū)域內(nèi)，分子的長軸方向的方位向著基板面內(nèi)的所有方向。這是由于，即使分子的極化被配置排列，極化大致是存在于分子的短軸方向上的。這就是說，即使通過施加電場使極化取向，當從正面方向(基板面法線方向)觀察主體區(qū)域時，在光學上為各向同性，無助于光學響應。從而，即使對此顯示元件使用上述專利文獻1的技術(shù)，以實用水平的電壓得到的光學響應也只是在基板附近，除非施加遠高于實用水平的驅(qū)動電壓，否則在主體區(qū)域就不能得到光學響應。
另外，利用上述專利文獻1所示的顯示元件，存在當不施加電場時產(chǎn)生光泄漏，引起對比度降低的問題。施加電場時，帶有近似黃色，產(chǎn)生帶色現(xiàn)象的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在通過控制分子取向秩序，改變透過率的顯示元件和顯示裝置中，將驅(qū)動電壓隆低至實用水平，同時，提高對比度，減少帶色現(xiàn)象。
為了達到上述目的，本發(fā)明的顯示元件，它具有至少一個為透明的一對基板和夾持在上述兩基板間的物質(zhì)層(例如，介電性物質(zhì)層)，在通過將外場(優(yōu)選為電場)加在上述兩基板之間進行顯示，同時，其特征在于，上述物質(zhì)層包含通過施加外場光學各向異性的程度發(fā)生變化的媒質(zhì)；而且在光學各向異性顯現(xiàn)的狀態(tài)下的上述媒質(zhì)中的分子的取向方向成為一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
另外，在本發(fā)明中，所謂在光學各向異性顯現(xiàn)的狀態(tài)下的上述媒質(zhì)中的分子的取向方向，僅形成一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，指的是上述媒質(zhì)中的分子取向，在光學各向異性顯現(xiàn)狀態(tài)下，形成產(chǎn)生一個方向的旋光性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。即上述媒質(zhì)中的分子在光學各向異性顯現(xiàn)的狀態(tài)下，僅形成右扭轉(zhuǎn)或左扭轉(zhuǎn)中任何一種扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(扭曲結(jié)構(gòu))，(更嚴密地說，產(chǎn)生形成上述扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的簇(分子小集團)，而產(chǎn)生旋光性。
在本發(fā)明中，所謂通過施加外場(電場)光學各向異性的程度發(fā)生變化是指隨著施加外場，光學各向異性的大小變化，更具體地說是隨著施加外場，折射率橢圓體的形狀變化。即在本發(fā)明的顯示元件中，通過利用不施加外場和施加外場時折射率橢圓體形狀的變化，可以實現(xiàn)不同的顯示狀態(tài)。
即一般物質(zhì)中的折射率不是各向同性的，隨著方向不同而不同。該折射率的各向異性，即上述物質(zhì)的光學各向異性，通常用折射率橢圓體表示。一般地，對于在任意方向行進的光，通過原點，與光波行進方向重直的面認為是折射率橢圓體的切口。該橢圓的主軸方向為光波的偏光的成分方向，主軸長度的一半相當于該方向的折射率。因此，如果由這種折射率隨圓體捕捉光學各向異性，則在現(xiàn)有的液晶顯示裝置中，不施加外場和施加外場時(對現(xiàn)有的液晶顯示裝置的驅(qū)動方式而言，施加電場時和不施加電場時)，液晶分子的折射率橢圓體的形狀(折射率橢圓體切口形狀)為橢圓形而不變化，利用長軸方向的方向變化(旋轉(zhuǎn))，實現(xiàn)不同的顯示狀態(tài)。而在本發(fā)明中，利用不施加外場和施加外場時，構(gòu)成上述媒質(zhì)的分子折射率橢圓體的形狀(折射率橢圓體的切口形狀)的變化，實現(xiàn)不同的顯示狀態(tài)。
這樣，現(xiàn)有的液晶顯示元件僅利用隨著施加電場液晶分子的旋轉(zhuǎn)造成的取向方向變化，進行顯示。由于液晶分子在一定方向排列的狀態(tài)下一致地旋轉(zhuǎn)，因此液晶固有的粘度對響應速度影響大。與此相對，采用本發(fā)明，利用媒質(zhì)的光學各向異性程度的變化進行顯示。因此，利用本發(fā)明，沒有如現(xiàn)有的液晶顯示元件那樣的、液晶固有粘度對響應速度影響大的問題，從而可以實現(xiàn)高速響應。由于本發(fā)明的顯示元件具有高速響應性，可以在場序制彩色方式的顯示裝置中利用。
另外，現(xiàn)有的液晶顯示元件中，驅(qū)動溫度范圍受液晶相的相轉(zhuǎn)移點附近的溫度的限制，必需極高精度的溫度控制。與此相對，而用本發(fā)明，由于將上述媒質(zhì)保持在通過施加外場，光學各向異性的程度發(fā)生變化狀態(tài)的溫度下，因此容易進行溫度控制。
另外，采用本發(fā)明，由于利用媒質(zhì)的光學各向異性的變化進行顯式比改變液晶分子的取向方向進行顯示的現(xiàn)有的液晶顯示元件，可以實現(xiàn)廣視野角特性。
采用上述結(jié)構(gòu)，上述物質(zhì)層中含有的媒質(zhì)的分子的取向方向為一個方向的掌性，即僅為右扭轉(zhuǎn)或左扭轉(zhuǎn)中的任何一種的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。因此，各個扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)互相的方位不相關(guān)，具有一定的穩(wěn)光性。由于這樣，作為上述物質(zhì)層全體，可以顯現(xiàn)出大的旋光性。這樣，可在低電壓下得到最大的透過率，可將驅(qū)動電壓降低至實用水平。
另外，采用上述結(jié)構(gòu)，由于不需取向膜，不會產(chǎn)生如現(xiàn)有的顯示元件那樣，由經(jīng)磨擦后的取向膜產(chǎn)生的相位差或在取向膜上吸附的分子產(chǎn)生的相位差引起的光泄漏。另外，采用上述結(jié)構(gòu)，沒有如在存在由左扭轉(zhuǎn)和右扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多區(qū)域的情況那樣，在區(qū)域的邊界上透過率降低的問題，可以提高透過率。因此，采用上述結(jié)構(gòu)，可得到高的對比度。
采用上述結(jié)構(gòu)，由于分子取向狀態(tài)為扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，難以受到波長分散的影響，因此可減少帶色現(xiàn)象。
在本發(fā)明中，上述外場，即作為在上述顯示元件中顯現(xiàn)光學各向異性的裝置，有電場，磁界，光等。其中，電場由于在上述顯示元件的設(shè)計和進行驅(qū)動控制上容易而優(yōu)選。優(yōu)選在上述兩個基板上，分別形成用于將電場施加在上述兩基板間的電極。從電子學觀點來看，電場驅(qū)動是最一般的驅(qū)動方法，由于可以原樣利用通用的IC(集成電路，integrated circuit)、LSI(大規(guī)模集成電路，large-scale integration)、驅(qū)動電路、電子零件等，制造成本方面非常有利。
由于在上述兩基板上分別形成上述電極，可以在上述一對基板的基板面法線方向產(chǎn)生電場。這樣，上述電極通過在上述一對基板的基板面法線方向產(chǎn)生電場，可以不犧牲電極面積部分，將基板上的全部區(qū)域作為顯示區(qū)域，可實現(xiàn)開口率的提高、透過率的提高、以及驅(qū)動電壓的低電壓化。采用上述結(jié)構(gòu)，不限于上述物質(zhì)層的與兩基板的界面的附近，可以促進從兩基板離開的區(qū)域中光學各向異性的顯現(xiàn)。另外，關(guān)于驅(qū)動電壓，與利用梳齒電極，使電極間隔成為狹小間隙的情況比較，可以作成狹小的間隙。
在本發(fā)明中，作為上述物質(zhì)層，優(yōu)選使用由介電性物質(zhì)構(gòu)成的介電性物質(zhì)層。另外，上述媒質(zhì)可以為施加電場或不施加電場時，顯示光學各向同性的物質(zhì)。在用電場驅(qū)動上述顯示元件時，例如使用液晶那樣的介電性物質(zhì)，利用電光效果進行顯示，從該顯示元件的壽命和可靠性觀點來看較好。
即本發(fā)明的顯示元件，它具有至少一個為透明的一對基板，夾持在上述兩個基板間的物質(zhì)層具體地為介電性物質(zhì)層，以及分別在上述兩基板上形成、用于將電場施加在上述介電性物質(zhì)層上的電極，通過施加外場在上述物質(zhì)層(介電性物質(zhì)層)上，進行顯示，同時，其特征在于，上述物質(zhì)層(介電性物質(zhì)層)包含施加外場時和不施加外場顯示光學光學同性，通過施加外場光學各向異性的程度發(fā)生變化的媒質(zhì)；而且光學各向異性顯現(xiàn)的狀態(tài)下的上述媒質(zhì)中的分子的取向方向成為一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
另外，為了達到上述目的，本發(fā)明顯示裝置具有上述任何一種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的顯示元件。
采用上述結(jié)構(gòu)，在通過控制分子的取向秩序，改變透過率的顯示裝置中，具有驅(qū)動溫度范圍廣、廣視野角特性和高速響應特性，且可以實現(xiàn)在將驅(qū)動電壓降低至實用水平的同時，提高對比度，減少帶色現(xiàn)象的顯示裝置。
如上所述，由于本發(fā)明的上述顯示元件具有高速響應性，本發(fā)明的顯示裝置利用這種高速響應性，可在場序制彩色方式的顯示裝置中利用。
本發(fā)明的其他目的，特征和優(yōu)點，由以下所述可以清楚地了解。另外，本發(fā)明的效果從參照附圖的下列說明中可以了解。


圖1(a)為說明施加電場時，本發(fā)明的一個實施例的顯示元件的分子取向狀態(tài)的截面示意圖；圖1(b)為說明不施加電場時，本發(fā)明的一個實施例的顯示元件的分子取向狀態(tài)的截面示意圖；圖2為表示比較用的顯示元件的大概結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為表示比較用的顯示元件的取向膜的摩擦方向和偏光板的吸收軸方向的說明圖；圖4(a)為說明施加電場時，比較用顯示元件的分子取向狀態(tài)的截面示意圖；圖4(b)為說明不施加電場時，比較用顯示元件的分子取向狀態(tài)的截面示意圖；圖5為表示使用本發(fā)明的一個實施例的顯示元件的顯示裝置的主要部分的大概結(jié)構(gòu)的方框圖；圖6為表示圖5所示的顯示裝置所用的顯示元件的周邊的大致結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7為表示本發(fā)明的一個實施例的顯示元件的偏光板的吸收軸方向和施加電場方向的關(guān)系的說明圖；圖8為表示本發(fā)明的一個實施例的顯示元件的大概結(jié)構(gòu)的另一個例子的截面示意圖；
圖9為表示測定本發(fā)明的一個實施例的單元(1)、(2)和比較用單元(1)的電壓-透過率特性的結(jié)果的圖形；圖10為表示在圖9所示的各個單元(1)、(2)和比較用單元(1)和上述各個單元(1)、(2)中，由封入改變手性試劑添加濃度構(gòu)成的單元(3)中的各個介電性物質(zhì)的向列-各向同性的相轉(zhuǎn)移溫度得出的溫度ΔTe、與從各個溫度ΔTe下的電壓-透過率特性估計的施加電壓VOP的關(guān)系的圖形；圖11為用于說藍色相的圖；圖12為表示藍色相的DTC(Double Twist Cylinder，雙扭曲圓筒)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖13為表示藍色相的體心立方結(jié)構(gòu)的示意圖；圖14為用于說明光學活性的機理的圖；圖15(a)為示意地表示不施加電場時，現(xiàn)有的TN方式的液晶顯示元件的媒質(zhì)的平均折射率橢圓體的形狀的截面圖；圖15(b)為示意地表示施加電場時，現(xiàn)有的TN方式的液晶顯示元件的媒質(zhì)的平均折射率橢圓體的形狀的截面圖；圖15(c)為示意地表示不施加電場時，現(xiàn)有的VA方式的液晶顯示元件的媒質(zhì)的平均折射率橢圓體的形狀的截面圖；圖15(d)為示意地表示施加電場時，現(xiàn)有的VA方式的液晶顯示元件的媒質(zhì)的平均折射率橢圓體的形狀的截面圖；圖15(e)為示意地表示不施加電場時，現(xiàn)有的IPS方式的液晶顯示元件的媒質(zhì)的平均折射率橢圓體的形狀的截面圖；圖15(f)為示意地表示施加電場時，現(xiàn)有的IPS方式的液晶顯示元件的媒質(zhì)的平均折射率橢圓體的形狀的截面圖；圖15(g)為示意地表示不施加電場時，本實施例的顯示元件的媒質(zhì)的平均折射率橢圓體的形狀的截面圖；圖15(h)為示意地表示施加電場時，本實施例的顯示元件的媒質(zhì)的平均折射率橢圓體的形狀的截面圖；圖16為表示本發(fā)明的一個實施例的單元(4)和比較用單元(2)、(3)的施加電壓VOP與折射率各向異性Δn和介電常數(shù)各向異性Δε的絕對值的積(Δn×|Δε|)的關(guān)系的圖形；
圖17為表示施加電場時，本發(fā)明的一個實施例的顯示元件的一個分子的折射率橢圓體的形狀的示意圖；具體實施方式
現(xiàn)根據(jù)圖1～圖17說明本發(fā)明的一個實施例。圖1(a)和圖1(b)為表示本實施例的顯示元件的大概結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖1(a)表示電場施加在基板間的狀態(tài)，圖1(b)表示不施加電場的狀態(tài)。另外，圖5為表示使用本實施例的顯示元件的顯示裝置主要部分的大概結(jié)構(gòu)的方框圖，圖6為表示圖5所示的顯示裝置中的顯示元件周邊的大致結(jié)構(gòu)的示意圖。
本實施例的顯示元件，將驅(qū)動電路或信號線(數(shù)據(jù)信號線)，掃描線(掃描信號線)，開關(guān)元件等一起配置在顯示裝置中。
如圖5所示，本實施例的顯示裝置100具有像素10…成矩陣狀配置的顯示面板102，作為驅(qū)動電路的源極驅(qū)動器103和柵極驅(qū)動器104，電源電路106等。
如圖6所示，在上述各個像素10中，設(shè)有后述的、本實施例的顯示元件20和開關(guān)元件21。
另外，在上述顯示面板102上設(shè)置多根數(shù)據(jù)信號線SL1～SLn(n表示2以上的任意整數(shù))和分別與各個數(shù)據(jù)信號線SL1-SLn交叉的多根掃描信號線GL1-GLm(m表示2以上的任意整數(shù))、上述像素10…設(shè)在數(shù)據(jù)信號線SL1～SLn和掃描信號線GL1～GLm的每一個組合上。
上述電源電路106將在上述顯示面板102上進行顯示用的電壓供給至上述源極驅(qū)動器103和柵極驅(qū)動器104，這樣，上述源極驅(qū)動器103驅(qū)動上述顯示面板102的數(shù)據(jù)信號線SL1～SLn，柵極驅(qū)動器104驅(qū)動顯示面板102的掃描信號線GL1～GLm。
作為上述開關(guān)元件21使用FET(電場效果型晶體管)或TFT(薄膜晶體管)等。上述開關(guān)元件21的柵極22與掃描信號線GLi連接，源極23與數(shù)據(jù)信號線SLi連接，漏極24與顯示元件20連接。另外，顯示元件20的另一端與全部像素10…都是共同的圖中沒有示出的共通電極線連接。這樣，在上述各個像素10中，當選擇掃描信號線GLi(i為1以上的任意整數(shù))時，開關(guān)元件21導通，根據(jù)以圖中沒有示出的控制器輸入的顯示數(shù)據(jù)信號決定的信號電壓，通過數(shù)據(jù)信號線SLi(i為1以上的任意整數(shù))，由源極驅(qū)動器103施加在顯示元件20上。當上述掃描信號線GLi的選擇期間結(jié)束，開關(guān)元件21遮斷時，顯示元件20理想地以繼續(xù)保持遮斷時的電壓。
在本實施例中，上述顯示元件20使用施加電場(電壓)時或不施加電場(電壓)時顯示光學各向同性(宏觀的具體地說，可見光波長區(qū)域，即以可視光波長尺度或比它大的尺度看的各向同性也可以)的媒質(zhì)(液晶性媒質(zhì)(液晶材料)，介電性物質(zhì))進行顯示。
現(xiàn)參照圖1(a)和圖1(b)詳細說明本實施例的顯示元件20的結(jié)構(gòu)的一個例子。
如圖1(a)和圖1(b)所示，本實施例的顯示元件20具有在至少一個為透明的相對的二塊基板13、14(電極基板)之間，夾持介電性物質(zhì)層(介電性液體層)3作為光學調(diào)制層(物質(zhì)層)的結(jié)構(gòu)。如圖1(a)和圖1(b)所示，上述基板13、14分別具有玻璃基板等透明的基板1、2(透明基板)。該基板1、2的互相相對的表面(內(nèi)側(cè))上，分別配置作為將電場施加在介電性物質(zhì)層3上的施加電場裝置的電極(透明電極)4、5。另外，在與基板1、2的互相相對的面相反一側(cè)的面(外側(cè))上，分別具有偏光板6、7。
在本實施例中，上述顯示元件20的基板13、14之間的間隔，即形成有上述電極4、5的基板1、2之間的介電性物質(zhì)層3的厚度為5μm。另外，在電極4、5上使用由ITO(銦錫氧化物)構(gòu)成的透明電極。又如圖7所示，偏光板6、7的吸收軸6a、7a互相垂直配置。
在介電性物質(zhì)層3中封入添加手性試劑的負型液晶性混合物(媒質(zhì)，液晶材料)作為夾持在上述基板1、2之間的物質(zhì)。該負型液晶性混合物由用下述結(jié)構(gòu)式(1) 表示的化合物1-1(30重量％(wt％))、用下述結(jié)構(gòu)式(2)
表示的化合物1-2(40重量％(wt％))、和用下結(jié)構(gòu)式(3) 表示的化合物1-3(30重量％(wt％))構(gòu)成。
以下參照圖1(a)、(b)說明本實施例的上述顯示元件20的制造方法。
首先，在基板1和基板2的表面上分別形成電極4和電極5。兩個電極4、5的形成方法，可以使用與現(xiàn)有的液晶顯示元件的制造方法相同的方法。
其次，如上所述，在基板1、2的表面上，形成電極4、5。通過塑料小球等隔離物(圖中沒有示出)調(diào)整作為電極基板的基板13、14，使兩者的間隔(介電性物質(zhì)層3的厚度)為5μm，用密封件(圖中沒有示出)密封周圍和固定。這時，成為以后注入的介電性物質(zhì)(介電性液體)的注入口(圖中沒有示出)的部分不密封，敞開。另外隔離物和密封件的材質(zhì)沒有特別限制，可以使用現(xiàn)有的液晶顯示元件的材質(zhì)。
這樣，在貼緊基板13、14后，通過在上述媒質(zhì)，即由化合物1-1(30重量％)、化合物1-2(40重量％)、和化合物1-3(30重量％)構(gòu)成的負型液晶性混合物(負型液晶性混合物(1))中，添加注入手性試劑，在該基板13、14之間(即，在表面上形成電極4、5的基板1、2之間)，形成包含上述媒質(zhì)(負型液晶性混合物1)的介電性物質(zhì)層3。
然后，密封上述注入口，分別將偏光板6、7貼緊在基板1和2的與形成上述電極4、5的面相反的面，即上述基板13、14的外側(cè)上。這時，如圖7所示，貼緊偏光板6、7使吸收軸6a、7a相互垂直。
另外，上述負型液晶性混合物(1)在113℃下顯示向列液晶相，超過該溫度，顯示各向同性相。
另外，使用“ZLI-4572”(商品名Merck公司制)作為上述手性試劑。添加上述手性試劑，使上述負型液晶性混合物(1)和上述手性試劑的總量中的上述手性試劑的比例為30重量％。即在本實施例中，作為構(gòu)成上述介電性物質(zhì)層3的介電性物質(zhì)(介電性液體)，使用在上述負型液晶性混合物(1)中添加上述手性試劑“ZLI-4572”構(gòu)成的添加手性試劑的液晶材料(添加手性試劑的液晶材料(1))。
利用外部加溫裝置，將這樣得到的顯示元件20保持在向列-各向同性相的相轉(zhuǎn)移點(相轉(zhuǎn)移溫度Tni)以上附近的溫度(比上述Tni稍高的溫度，例如Tni+0.1K)，通過在兩個電極4、5之間施加電場(電壓)，可以改變透過率。即通過將封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)保持在比該媒質(zhì)的液晶相一各向同性相的相轉(zhuǎn)移點(Tni)稍高的溫度下，成為各向同性狀態(tài)，再通過將電場(電壓)施加在兩個電極4、5之間，可以改變介電性物質(zhì)層3的透過率。當加70V電壓時得到本顯示元件20的最大透過率。本顯示元件20的最大對比度為500。這里，所謂最大對比度為用最低透過率(不施加電場時的透過率)除最大透率的值，即最大對比度＝最大透過率/最低透過率。另外，在本顯示元件20中，幾乎沒有帶色現(xiàn)象。
另一方面，為了與本顯示元件20比較，準備了如圖2所示的比較用的顯示元件50。該比較用的顯示元件50的基板13、14(電極基板)具有在基板1、2的表面上形成的電極4、5的表面上，具有形成進行了摩擦處理的取向膜8、9的結(jié)構(gòu)。
圖3為表示該比較用顯示元件50的取向膜8的摩擦方向A和取向膜9的摩擦方向B，偏光板6、7的吸收軸方向，電場施加在電極4、5上的方向的關(guān)系的說明圖。如圖2和圖3所示，配置上述電極4、5，使得可在上述基板1、2的基板面的法線方向上產(chǎn)生電場。又如圖3所示，偏光板6、7的吸收軸6a、7a互相垂直地設(shè)置。如圖2和圖3所示，取向膜8、9的磨擦方向A、B相互相反的平行(平行而且方向相反)，并且與上述偏光板6、7的吸收軸6a、7a(吸收軸方向)成45°角度。
另外，在上述比較用的顯示元件50的介電性物質(zhì)層3中封入上述負型液晶性混合物(1)，而添加手性試劑。
利用外部加溫裝置，將這樣得到的上述比較用顯示元件保持在向列-各向同性相的相轉(zhuǎn)移點(Tni)以上附近的溫度(比上述比較用的顯示元件的Tni稍高的溫度，例如Tni+0.1K)，通過在兩個電極4、5之間加電場(電壓)，加110V電壓時，可得到最大透過率。該比較用顯示元件50的最大對比度為200。另外，在上述比較用顯示元件50中，通過施加電場(電壓)，顯示面上可看到有近似黃色的帶色現(xiàn)象。
如上所述，利用本實施例的顯示元件20，可以用比上述比較用顯示元件50低的驅(qū)動電壓，得到最大的透過率。這是由于，如下所示，在上述比較用顯示元件50中，進行取向處理的基板13、14界面附近的分子在低電壓取向，而離開基板13、14的區(qū)域(主體區(qū)域)的分子，在低電壓不能取向。
圖4(a)和圖4(b)為表示施加電場和不施加電場時，上述比較用的顯示元件50的分子11(即上述負型液晶性混合物(1)的分子(液晶分子))的取向狀態(tài)的截面示意圖。在圖4(a)和圖4(b)中，在分子11中，分別表示構(gòu)成封入上述介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)的一個液晶分子。如圖4(b)所示，當不施加電場時，通過對取向膜8、9進行摩擦處理(取向處理)，基板13和基板14的界面上的分子11沿著摩擦方向A、B(取向處理方向)取向。即摩擦方向A、B的互相反向平行地形成的取向膜8、9的影響，可使基板13和基板14的界面上的分子11成為在一個方向取向的均勻的結(jié)構(gòu)。又如圖4(b)所示，在離開上述基板13、14的界面的主體區(qū)域中，分子11向著所有方向顯示出各向同性性質(zhì)。
如圖4(a)所示，當將電場施加在該比較用的顯示元件50的兩個電極4、5上時，基板13和基板14的界面附近的分子11，由于與由摩擦處理取向的分子11之間的分子間相互作用，向著摩擦方向取向。但是，離開基板13、14界面附近的主體區(qū)域的分子11由于電場作用而取向極化，該分子11的長軸方向，向著與基板13、14表面平行的方向，因此分子11的取向方向向著基板13、14的面內(nèi)的所有方向。
這是由于在比較用顯示元件50的分子11的取向中，沒有現(xiàn)有的液晶顯示裝置中所用的液晶那樣的長距離秩序。即這是由于沒有不施加電場時分子11在給定方向取向，而通過施加電場使在維持該取向秩序的條件下，使取向方向一齊變化的結(jié)構(gòu)那樣的長距離秩序。由于這樣，在比較用顯示元件50中，進行了取向處理(摩擦處理)的基板13、14界面附近的分子11在低電壓下取向，該基板13、14附近的分子取向秩序，不向單元(比較用顯示元件50)內(nèi)部傳播，因此，主體區(qū)域的分子11不能在低電壓下取向。
另外，在比較用顯示元件50中，在離開基板13、14的主體區(qū)域中，即使分子11取向極化，也大概是在分子短軸方向極化。由于這樣，如上所述，上述分子11的長軸向著基板面內(nèi)的所有方位，而上述長軸所向的方向(方位)不固定在一個方向上。結(jié)果，即使由于加電場，上述分子11取向極化，當從正面方向(基板14的基板面法線方向)看主體區(qū)域時，它是光學中各向同性的，對光學響應沒有幫助。
因此，在該比較用顯示元件50中，利用實用水平的電壓得到的光學響應只是在基板13、14附近，不施加遠超過實用水平的驅(qū)動電壓，則在主體區(qū)域中，得不到光學響應。
另一方面，在本實施例的顯示元件20中，上述負型液晶性混合物(1)的分子11(參見圖1(a)(b))給出最高透過率(最大透過率)的電壓，比上述比較用顯示元件50低。這是由于在本實施例的上述顯示元件20中，作為簇12(分子的小集團)產(chǎn)生具有一個方向的掌性，即僅在右扭轉(zhuǎn)或左扭轉(zhuǎn)中的任何一種扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(扭曲結(jié)構(gòu))的簇(分子為集團)，從而產(chǎn)生旋光性。
如上所述，圖1(a)和圖1(b)為表示施加電場和不施加電場時，本實施的顯示元件20的上述分子11的取向狀態(tài)的截面示意圖。如，圖1(b)所示，當不施加電場時，構(gòu)成封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)(負型液晶性混合物(1))的分子11向著所有方向，具有光學各向同性性質(zhì)。
然而，當在上述顯示元件20的電極4、5之間加電場時，如圖1(a)所示，利用加電場產(chǎn)生的短距離分子相互作用，產(chǎn)生具有扭曲結(jié)構(gòu)的簇12…(分子小集團)。這些簇12產(chǎn)生旋光性。另外，在本實施例中，由于在上述媒質(zhì)(負型液晶性混合物(1))中添加手性試劑，換句話說，由于除了上述媒質(zhì)以外，構(gòu)成上述介電性物質(zhì)層3的介電性物質(zhì)(介電性液體)含有手性試劑，因此，上述扭曲結(jié)構(gòu)的掌性只是右扭轉(zhuǎn)或左扭轉(zhuǎn)的一個方向。即光學各向異性顯現(xiàn)的狀態(tài)的分子11的取向方向為僅一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
因此，在本顯示元件20中，各個簇12…(各個扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu))的方位之間不相關(guān)，具有一定的旋光性，因此作為全體，可顯現(xiàn)大的旋光性。由于這樣，得到最大透過率的電壓，比上述比較用顯示元件50低。另外，如圖4(a)所示，在上述比較50中，產(chǎn)生簇12…，產(chǎn)生雙折射性。但由于不添加手性試劑，簇12…的方位零零散散。因此，產(chǎn)生雙折射性互相抵消。
由于這個理由，在本實施例中，在通過控制分子11的取向秩序，改變透過率的顯示元件和顯示裝置(具體的是，上述顯示元件20和顯示裝置100)中，可將驅(qū)動電壓降低至實用水平。
另外，在本實施例的上述顯示元件20中，可以得到比比較用顯示元件50高的對比度。這是由于比較用顯示元件50的最低透過率(不施加電場(電壓)時的透過率)比上述顯示元件20高，不施加電場(電壓)時產(chǎn)生漏光。即在比較用顯示元件50中，由以下二個原因引起不施加電場的光泄漏，因此使對比度降低。
1.在經(jīng)摩擦后的取向膜8、9之間產(chǎn)生的相位差，2.在吸附在取向膜8、9上的分子11、11之間產(chǎn)生的相位差。
另一方面，在上述顯示元件20中，不設(shè)置取向膜，也不進行摩擦處理，因此沒有由上述相位差引起的光泄漏。因此，采用上述顯示元件20可得到比上述比較用顯示元件50高的對比度。
另外，在上述比較用顯示元件50中可看見帶色現(xiàn)象，而在本實施例的顯示元件20中，帶色現(xiàn)象不引人注意。這是由于比較用的顯示元件50的分子11的取向狀態(tài)為分子11在一個方向取向的均勻結(jié)構(gòu)，而本顯示元件20的分子11的取向狀態(tài)為扭曲結(jié)構(gòu)。即帶色現(xiàn)象是由上述分子11具有的折射率的波長分散引起的，如本顯示元件20那樣，在分子11的取向狀態(tài)為扭曲結(jié)構(gòu)的情況下，與如上述比較用顯示元件50那樣的均勻結(jié)構(gòu)情況相比，難以受到波長分散的影響。
其次，參照圖7～圖10，詳細說明作為實施的一個例子的本實施例的顯示元件結(jié)構(gòu)的另一個例子。
在本實施例中，使用圖8所示的顯示元件H作為本實施例的顯示元件20。因此，本實施例的顯示裝置100中(參照圖5、6)，作為顯示元件20，具有上述顯示元件H。
圖8為表示本實施例的顯示元件20的大致結(jié)構(gòu)的另一個例子的截面圖。更具體是說，它示意性地表示施加電場時，以下所示實施例的元件H的截面的大致結(jié)構(gòu)。
本實施例的顯示元件20(即顯示元件H)，具有與圖1(a)、(b)所示的上述顯示元件20相同的結(jié)構(gòu)。即如圖8所示，本實施例的顯示元件H具有由設(shè)有電極4、5的基板1、2構(gòu)成的、作為電極基板的基板13、14之間夾持作為光學調(diào)制層的介電性物質(zhì)層(介電性液體層)3，在上述基板13、14的外側(cè)，即與上述基板1、2的電極形成面相反一側(cè)的面上，分別設(shè)有偏光板6、7的結(jié)構(gòu)。
在本實施例中也使用玻璃基板作為上述基板1、2。另外，在上述電極4、5上使用由ITO構(gòu)成的透明電極。又如圖7所示，上述偏光板6、7的吸收軸6a、7a互相垂直配置。
但是，在本實施例中，上述顯示元件H的基板13、14之間的間隔(即形成上述電極4、5的基板1、2之間的介電性物質(zhì)層3的厚度)為1.3μm，作為封入上述介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)，不使用上述負型液晶性混合物(1)，而使用由下述結(jié)構(gòu)式(4) 表示的化合物2-1，和由下述結(jié)構(gòu)式(5) 表示的化合物2-2構(gòu)成的負型混晶性混合物(負型液晶性混合物(2))。在結(jié)構(gòu)式(5)中，R1和R2分別表示獨立為碳數(shù)為1～7的烷基。
在本實施例中，由上述結(jié)構(gòu)式(4)表示的化合物的向列相狀態(tài)的折射率各向異性Δn(測定波長為550nm，測定溫度為25℃(＝0.89Tni))為0.155，同樣的向列相狀態(tài)的介電常數(shù)各向異性Δε(測定頻率為1kHz，測定溫度25℃(＝0.89Tni))為-4.0，相同條件下的上述結(jié)構(gòu)式(5)表示的化合物的介電常數(shù)各向異性Δε為-18，相同條件下的上述負型液晶性混合物(2)的向列相狀態(tài)的折射率各向異性Δn為0.14，介電常數(shù)各向異性Δε為-14。即在本實施例中，在向列相狀態(tài)下的上述折射率各向異性Δn＝0.14，介電常數(shù)各向異性Δε＝-14的組合中，使用由上述結(jié)構(gòu)式(4)和(5)表示的化合物配合制成的負型液晶性混合物(2)。上述負型液晶性混合物(2)的向列-各向同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni)為62℃。
上述折射率各向異性Δn(Δn＝ne-no，ne為分子長軸方向的折射率(異常光折射率)，no為分子短軸方向的折射率(正常光折射率))的測定中，使用阿貝折射儀(ATAGO制造“4T”(商品名))。另外，在上述介電常數(shù)各向異性Δε(Δε＝εe-εo，εe為分子長軸方向的介電常數(shù)，εo為分子短軸方向的介電常數(shù))的測定中，使用阻抗分析器(東洋技術(shù)公司制造“SI1260(商品名)”)。
在本實施例中，作為手性試劑，不使用上述的“ZLI-4572”(商品名，Merck公司制)，而使用由下述結(jié)構(gòu)式(6) 表示的手性試劑“S811”(商品名，E.Merck公司制)。即在本實施例中，作為構(gòu)成上述介電性物質(zhì)層(3)的介電性物質(zhì)(介電性液體)，不使用添加手性試劑的液晶材料(1)，而使用在上述負型液晶性混合物(2)中添加上述手性試劑“S811”的添加手性試劑的液晶材料。另外，在上述結(jié)構(gòu)式(6)中，“*C”表示不對稱碳原子(手性中心)。
在本實施例中，上述手性試劑“S811”在上述負型液晶性混合物(2)和該手性試劑“S811”的總量中該手性試劑“S811”的比例(即上述添加手性試劑的液晶材料(2)中的上述手性試劑“S811”的比例(手性試劑添加濃度))分別調(diào)整為8重量％、15重量％、30重量％來進行添加。以下分別將添加上述手性試劑，使其手性異物添加濃度為8重量％、15重量％、30重量％構(gòu)成的添加手性試劑的液晶材料稱為添加手性試劑液晶材料(2)，添加手性試劑液晶材料(3)和添加手性試劑液晶材料(4)。
測定由上述手性試劑“S811”和負型液晶性混合物(2)構(gòu)成的上述添加手性試劑液晶材料(2)～(4)的向列-各向同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni)，得到添加手性試劑液晶材料(2)為55.6℃，添加手性試劑液晶材料(3)為51℃，添加手性試劑液晶材料(4)為38℃。
如上所述，由于負型液晶性混合物(2)的向列-各向同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni)為62℃，當在該負型液晶性混合物(2)中添加上述手性試劑“S811”時，產(chǎn)生凝固點下降的現(xiàn)象，結(jié)果，使上述向列-各向同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni)降低。
又圖1和圖8所示，手性試劑，利用扭轉(zhuǎn)力(螺旋扭曲功能)，使構(gòu)成液晶性物質(zhì)的液晶分子(分子11)彼此結(jié)合，形成在該液晶分子(分子11)排列的每個平面內(nèi)，具有分子長軸角度偏離的扭曲(螺旋)結(jié)構(gòu)的膽甾相(膽甾型液晶相(手性向列液晶相))。
在本實施例的顯示元件H中，在上述介電性物質(zhì)層3內(nèi)，在上述Tni(38℃)以下時，為膽甾型液晶相。
為了檢查該添加手性試劑液晶材料(2)～(4)的自發(fā)的扭轉(zhuǎn)量(自然手性間距(p))，將添加上述手性試劑的液晶材料(2)～(4)注入楔型單元(Wedge cell)中，利用所謂楔單元法，外插或直接估計該添加手性試劑液晶材料(2)～(4)的自然手性間距(p)，得到添加手性試劑液晶材料(2)中p＝0.78μm，在添加手性試劑液晶材料(3)中，p＝0.42μm，在添加手性液晶材料(4)中p＝0.21μm.國際照明委員會CIE(Commission Internationale del’Eclairage)將人類眼睛不能識別的波長定為380nm以下。因此從上述結(jié)果可看出，添加手性試劑液晶材料(2)、(3)具有可見光波段的間距，添加手性試劑的液晶材料(4)具有可見光波段以下的間距。
一般地，上述自然手性間距(p)和手性試劑濃度(c)具有下述關(guān)系式(I)表示的關(guān)系p＝1/kc.....(I)在上述關(guān)系式(I)中，k為比例常數(shù)，為表示手性試劑的扭轉(zhuǎn)力(HTPHelical Twist Power)的指標。
從上述關(guān)系式(I)可看出，增加手性試劑添加濃度，手性間距縮短。k值因手性試劑的種類而不同，為材料固有的性質(zhì)，也因混合對方的液晶材料(主液晶材料)的不同而不同。
現(xiàn)在來定量地評價上述顯示元件H的光電特性，實測電壓-透過率(以下記為V-Tr)特性。作為測定單元，準備使用在上述負型液晶性混合物(2)中添加上述手性試劑“S811”使添加上述手性試劑的液晶材料(2)中的上述手性試劑“S811”的含有比例(手性試劑添加濃度)為30重量％的添加手性試劑液晶材料(4)的顯示元件H(單元(1)透明平板電極單元)；除了使用上述手性試劑(S811)的手性試劑添加濃度為15重量％的添加手性試劑的液晶材料(3)以外，與上述單元(1)完全相同的結(jié)構(gòu)的顯示元件(單元(2))；和除了完全不添加手性試劑以外，與上述單元(1)完全相同結(jié)構(gòu)的比較用顯示元件(比較用單元(1))。
利用外部加熱裝置，將這些單元保持在比向列-各向同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni)稍高的溫度(Te＝Tni+0.2K、ΔTe＝Te-Tni＝0.2K)下，將電場(電壓)施加在上述電極4、5之間，測定電壓-透過率特性(V-Tr特性)。結(jié)果如圖9所示的圖9中，縱軸表示透過率(任意單位(a.u.))，橫軸表示所加的電壓(V)。
如圖9所示，在不添加手性試劑的上述比較用單元(1)中，當不加40V以上的電壓時，V-Tr曲線(即，由圖9所示的V-Tr特性表示的曲線)不會上升。
與此相對，在添加上述手性試劑“S811”，使上述手性試劑添加濃度為15重量％的單元(2)中，得不到上述手性試劑添加濃度為30重量％的單元(1)的高的透過率，從超過10V開始V-Tr曲線上升。在述單元(1)中，在10v以下，V-Tr曲線急劇上升，同時在20V時，達到最大透過率。利用該單元(1)可實現(xiàn)在低電壓下驅(qū)動，同時光的利用效率高。
如上所述，利用上述關(guān)系式(I)可知，在上述單元(1)中所用的手性試劑添加濃度為30重量％的添加手性試劑的液晶材料(4)的自然手性間距(p)為0.21μm，比可見光波長?。涣硗?，在上述單元(2)中使用的手性試劑添加濃度為15重量％的添加手性試劑的液晶材料(3)的自然手性間距(p)為0.42μm。在所有情況下，這都是在可見光波段內(nèi)或比可見光波長小的間距(可見光波段以下的間距)。
與此相對，在上述比較用單元(1)中使用的不添加手性試劑的液晶材料(比較用液晶材料)的自然手性間距(p)為無限大(∞)，經(jīng)可見光波長長。
從上述結(jié)果可看出，設(shè)定上述添加手性試劑液晶材料的扭轉(zhuǎn)量，即扭轉(zhuǎn)間距(自然手性間距(p)，使它在可見光波長區(qū)域內(nèi)或比可見光波長小，則可以實現(xiàn)用低電壓驅(qū)動和使透過率大。
當上述扭轉(zhuǎn)的間距(自然手性間距(p))在可見光波長區(qū)域內(nèi)或比可見光波長小時，利用由施加電場在上述媒質(zhì)中產(chǎn)生的，由手性試劑的自發(fā)的扭轉(zhuǎn)方向上引起的一個方向的扭轉(zhuǎn)，可使入射光中產(chǎn)生旋光性，可以效率好地取出光。結(jié)果，可在低的電壓下得到最大透過率，可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓低，光的利用效率好的顯示元件H(顯示元件20)。為了利用添加手性試劑液晶的光學活性物質(zhì)，使偏振面旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象明顯，希望一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)間距(自然手性間距(p))滿足上述條件。
當上述添加手性試劑液晶材料的自然手性間距(p)在可見光波段內(nèi)或比可見光波長小時，可以有效地使手性試劑具有的扭轉(zhuǎn)力(HelicalTwist Power)作用在上述媒質(zhì)中的分子11(液晶分子)上，使近距離的相互作用(short-range-order)波及上述分子11、11之間?；蛘?，可以在上述媒質(zhì)中顯現(xiàn)后述的藍色相。
由于這樣，通過控制相對上述液晶性媒質(zhì)的手性試劑的添加比例，如上所述，可以將扭轉(zhuǎn)間距控制在可見光波長區(qū)域內(nèi)或比可見光波長小。另外，采用上述結(jié)構(gòu)，由于在不施加電場時具有光學各向同性的上述媒質(zhì)中，可以通過施加電場使上述媒質(zhì)中的分子11作為該分子11的小集團(簇12)響應，因此可以在更廣的溫度范圍內(nèi)顯現(xiàn)現(xiàn)有的只有在非常狹窄的溫度范圍內(nèi)才可以顯現(xiàn)的光學各向異性。
另外，上述扭轉(zhuǎn)的間距下限值因顯示元件20的特性，越短越好。但是，如上所述，使用上述添加手性試劑的液晶材料作為上述媒質(zhì)的情況下(即在液晶的物質(zhì)中添加手性試劑的情況)，當手性試劑的添加量太多時，作為全體的介電性物質(zhì)層3的液晶性降低。液晶性降低與加電場時的光學各向異性的發(fā)生程度低有聯(lián)系。因此，作為顯示元件的功能降低。因此，為了發(fā)揮作為顯示元件的功能，必需從介電性物質(zhì)層3作為全體至少有液晶性的要求出發(fā)來決定上述手性試劑的添加濃度的上限值。根據(jù)本申請的發(fā)明者的分析可知，優(yōu)選介電性物質(zhì)層3中的液晶性物質(zhì)的比例為20重量％以上，當該液晶性物質(zhì)的比例小于20重量％時，得不到很好的光電效果。即，根據(jù)本申請的發(fā)明者等的分析，上述手性試劑添加濃度的上限濃度為80重量％。
另外，適用上述手性試劑濃度(手性濃度)的上限值(就扭轉(zhuǎn)間距而言為下限值)的情況，如上所述，只限于在液晶性媒質(zhì)(液晶性物質(zhì))中添加手性試劑的情況，不使用手性試劑那樣的添加物質(zhì)，媒質(zhì)已經(jīng)具有一個方向的掌性的媒質(zhì)中，上述手性濃度的上限值(扭轉(zhuǎn)間距的下限值)不適用。
其次，評價上述手性添加濃度不同的顯示元件的溫度特性。在上述單元(1)，(2)以外，除了使用手性試劑“S811”的手性添加濃度為8重量％的添加手性試劑的液晶材料(2)，準備與上述單元(1)(2)結(jié)構(gòu)完全相同的顯示元件(單元(3))。利用外部加熱裝置，與比較用單元(1)一起，在以封入各個單元中的介電性物質(zhì)(液晶材料)的向列-各相同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni，單元(1)為38℃，單元(2)為51℃，單元(3)為55.6℃，比較用單元(1)為62℃)為基準的溫度Tc(Te＝Tni+ΔTe)下保溫，實測各個溫度下的V-Tr特性。將從該數(shù)據(jù)估計的驅(qū)動電壓(達到最大透過率的90％的電壓(施加電壓))Vop(opoperation)和離開上述Tni點的溫度ΔTe的關(guān)系作成圖形，如圖10所示，在圖10中，縱軸表示Vop(V)、橫軸表示ΔTe(K)，“◆”表示從上述單元(1)，“■”表示從上述單元(2)，“▲”表示從上述單元(3)，“○”表示從上述比較用單元(1)的V-Tr特性估計的驅(qū)動電壓與溫度的依存性。
從圖10所示的結(jié)果可看出，在完全不添加手性試劑的上述比較用單元(1)中，完全不存在驅(qū)動電壓為平的溫度區(qū)域。另一方面，在上述手性添加濃度為30重量％的單元(1)中，在Tni(38℃)～Tni+0.5K的溫度區(qū)域中，驅(qū)動電壓大致為平的。另外，在上述手性添加濃度為8重量％的單元(3)中，不存在驅(qū)動電壓為平的溫度區(qū)域。當與上述單元(1)比較時，可看出驅(qū)動電壓對溫度的依存開始減小(對于ΔTe開始變成平)。因此，從上述結(jié)果可看出，為了緩和驅(qū)動電壓與溫度的依存性，手性添加濃度最低應為8重量％。該8重量％的濃度，就間距而言相當于0.78μm，大致相當于可見光波長區(qū)域的上限。
即從表示偏差Tni的溫度ΔTe和所加電壓Vop的關(guān)系的圖10中可看出，手性添加濃度的下限值8重量％為隨著ΔTe的上升的Vop的變化(即Vop對溫度的依存性開始減小)的溫度。利用本實施例的主液晶和手性試劑的組合，為自然手性間距在可見光區(qū)域內(nèi)或比可見光波長小的條件。另外，手性添加濃度30重量％為在上述圖10中，隨著ΔTe的上升，Vop的變化為一定的溫度區(qū)域開始存在的濃度。
因此，從圖9和圖10所示的結(jié)果可看出，利用本實施例，優(yōu)選在上述媒質(zhì)中，添加手性試劑的濃度在8重量％(手性添加濃度)以上。換句話說，通過使上述媒質(zhì)的扭轉(zhuǎn)間距(自然手性間距(p))在可見光波長以下(即在可見光波長區(qū)域內(nèi)或比可見光波長小)，可得到驅(qū)動溫度區(qū)域擴大的傾向。因此優(yōu)選，通過上述媒質(zhì)中添加30重量％(手性濃度)以上的手性試劑，這樣，除了擴大驅(qū)動溫度區(qū)域以外，還可以實現(xiàn)降低驅(qū)動電壓和提高光的利用效率，可以通過施加電場，有效地改變光學各向異性的程度。
又如圖8所示，添加手性試劑可在光學各向同性的媒質(zhì)中形成通過施加電場可使手性試劑的扭轉(zhuǎn)力發(fā)揮影響的區(qū)域(簇12)。該簇12對溫度上升比較穩(wěn)定存在，可以在更廣泛的范圍內(nèi)，顯現(xiàn)光學各向異性。另外，該驅(qū)動電壓為平的溫度范圍可通過增加手性試劑的添加量而擴大。
這樣，為了減小上述驅(qū)動電壓對溫度的依存性，通過本實施例的手性試劑“S811”和負型液晶性混合物(2)的組合，使手性試劑添加濃度在8重量％以上，30重量％以上更好。當作為添加手性試劑的液晶材料的扭轉(zhuǎn)量(即添加有手性試劑的負型液晶性混合物(2)的分子11的扭轉(zhuǎn)間距(自然手性間距(p))看時，必需在可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長。
但是，由于手性添加濃度根據(jù)使用的手性試劑的種類和使用的主液晶的種類而變化，因此，手性試劑的添加濃度的數(shù)值不是絕對的因素。在實現(xiàn)低電壓驅(qū)動，高透過率和溫度范圍廣的顯示元件時，作為添加手性試劑的液晶材料的自然扭轉(zhuǎn)量(手性間距)是更重要的因素。通過使該自發(fā)的扭轉(zhuǎn)量(手性間距)在可見光波長區(qū)域內(nèi)或比可見光波長小，可以實現(xiàn)低電壓驅(qū)動，高透過率和溫度范圍廣的顯示文件。
手性試劑形成為相鄰的液晶分子，即與封入上述介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)(液晶性媒質(zhì)，液晶材料)的分子11相互扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。結(jié)果，上述媒質(zhì)的分子11、11之間的相互作用能量降低，上述媒質(zhì)自發(fā)的采取扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
另外，在チヤンドラセカ-ル著，木村初男、山下護共譯的“液晶物理學(原書第二版)吉岡書店，1995年p330”(以下稱為“非專利文獻11”)中說明了，在大量添加手性試劑的液晶材料中，呈現(xiàn)藍色層(BP相Blue Phase(藍色相))。
如圖11所示，藍色相(BPI，BPII，BPIII)是作為各向同性相和膽甾相之間的相顯現(xiàn)的，在顯現(xiàn)上述藍色相時與手性試劑關(guān)系大，自然手性間距(p)減小。當在臨界間距以下時，顯現(xiàn)藍色相，關(guān)于藍色相，學術(shù)上正積極進行分析，依然未知的部分還多。在藍色相中還存在幾個相。這些相，以低溫側(cè)開始稱為BPI，BPII，BPIII。
藍色相具有作用在接近分子11(液晶分子)之間，通過由上述手性試劑產(chǎn)生的鄰近的扭轉(zhuǎn)力，在該扭轉(zhuǎn)力波及的區(qū)域內(nèi)稱為DTC(Double twist Cylinder，雙扭曲圓筒)結(jié)構(gòu)的如圖12所示的筒狀結(jié)構(gòu)15(圓筒)。該筒狀結(jié)構(gòu)15由手性試劑的扭轉(zhuǎn)力和與分子11(液晶分子)的連續(xù)取向有聯(lián)系的連續(xù)彈性性質(zhì)的對抗產(chǎn)生的，對于溫度等外部刺激比較穩(wěn)定。
另外，上述筒狀結(jié)構(gòu)15的外側(cè)為手性試劑的扭轉(zhuǎn)力不能波及的區(qū)域，其中存在取向缺陷(向錯，desclination)。通過X射線分析等可以看出，該筒狀結(jié)構(gòu)15(圓筒)，在藍色相中，形成圖13所示的體心立方結(jié)構(gòu)16和面心立方結(jié)構(gòu)等三維周期結(jié)構(gòu)。
在本實施例的顯示元件20中，在詳細分析相結(jié)構(gòu)前，不能實施。構(gòu)成上述顯示元件20的介電性物質(zhì)層3的媒質(zhì)有可能呈上述非專利文獻11中所述的藍色相。該藍色相是在一定溫度范圍內(nèi)顯示的相，在該溫度內(nèi)具有一定的光學特性(例如，閾值一定或達到最大透過率的電壓一定等)。
在本實施例的顯示元件20中，上述媒質(zhì)即使呈現(xiàn)藍色相，但在廣的溫度范圍內(nèi)還可得到光學特性，其起源即使有藍色相也完全沒關(guān)系。另外，在本實施例中，上述藍色相為用手性向列相(膽甾相)表示的膽甾藍相，也可以為用近晶相表示的近晶藍相。另外，上述起源即使是由上述的手性試劑大量添加帶來的簇12的形成產(chǎn)生的也沒關(guān)系。
即上述顯示元件20包含構(gòu)成上述介電性物質(zhì)層3的介電性物質(zhì)顯示藍色相(例如膽甾藍相或近晶藍相)的媒質(zhì)(即通過添加手性試劑顯示上述藍色相的媒質(zhì))也可以。換句話說，構(gòu)成上述介電性物質(zhì)的媒質(zhì)包含顯示上述藍色相的媒質(zhì)，或者由顯示上述藍色相的媒質(zhì)構(gòu)成(即由顯示藍色相的分子構(gòu)成)，也可以。
上述膽甾藍相為當溫度上升時，在溫度比手性向列相高的區(qū)域中可看見的相。當不施加電場時，顯示光學各向同性，當加電場時顯示光學各向異性。
上述膽甾藍相為在將用下述結(jié)構(gòu)式(7)，(8)，(9)，(10)，(11) 表示的液晶性化合物，以上述結(jié)構(gòu)的順序，按45重量％，16重量％，11重量％，16重量％。12重量％的比例配合構(gòu)成的液晶材料(BDH(British Drug House)公司的向列型液晶“E8”(商品名))中，將作為手性試劑，用下述結(jié)構(gòu)式(12) 表示的化合物(“CB15”(商品名，Marck公司制)按42.5重量％的比例添加而構(gòu)成的材料系(介電性物質(zhì))來顯現(xiàn)。在上述結(jié)構(gòu)式(12)中，“*C”表示不對稱碳原子(手性中心)。
上述材料系(介電性物質(zhì))的手性間距(自然手性間距(p))，即顯示上述膽甾藍相的媒質(zhì)(即利用上述手性試劑，將螺旋導入分子中的狀態(tài)的“E8”)的扭轉(zhuǎn)間距為0.53μm，在可見光波長范圍內(nèi)。
本申請的發(fā)明者等考察在上述顯示元件20中，取出光的理由(機理，原理)的結(jié)果，到達以下所示的結(jié)論。圖14表示該機理(光學活性的機理)。
作為上述顯示元件20的介電性物質(zhì)(媒質(zhì))使用的，添加大量手性試劑的液晶材料等，一般稱為光學活性物質(zhì)(參照“物理學詞典編集委員會編“物理學詞典”，培風館出版，1992年p633”(以下稱為“非專利文獻12”)。作為光學活性物質(zhì)的例子已知有具有不對稱碳原子的有機化合物，具有螺旋結(jié)構(gòu)的生物高分子，和膽甾液晶等。
如圖14所示，考察直線偏光入射在作為上述物質(zhì)層由上述的光學活性物質(zhì)構(gòu)成的厚度為d(單元厚度)的光學活性物質(zhì)層17上的情況，直線偏光可以由左旋轉(zhuǎn)的圓偏光18和右旋轉(zhuǎn)的圓偏光19分解為相位和振幅一致的左右圓偏光18、19，在圖14中，用Rin表示入射時的直線偏光方位，用Rout表示射出時的直線偏光方位。當上述圓偏光18、19入射在上述光學活性物質(zhì)層17上時，光學活性物質(zhì)，由于該光學活性物質(zhì)本身固有地具有的結(jié)晶結(jié)構(gòu)或扭轉(zhuǎn)(螺旋)結(jié)構(gòu)，對于左右圓偏光18、19的折射率(右旋轉(zhuǎn)的圓偏光19的折射率n+不等于左旋轉(zhuǎn)的圓偏光的折射率n-)不同。這樣，當上述左右的圓偏光18、19從光學活性物質(zhì)層17射出時，則偏光方位以上述右旋轉(zhuǎn)的圓偏光19的折射率n+和左旋轉(zhuǎn)的圓偏光的折射率n_之差與由上述光學活性物質(zhì)層17的厚度d決定的角度γ進行旋轉(zhuǎn)，左右圓偏光18、19的相位互相偏移。當合成該射出時的左右圓偏光18、19時，與入射時的直線偏光的偏光方位Rin的比較，正好為偏光方位以上述角度旋轉(zhuǎn)的直線偏光。結(jié)果，如上述顯示元件20一樣垂直配置(交叉尼科耳棱鏡配置)上下偏光板6、7則光能透過。通過本申請發(fā)明者的研究可知，在上述顯示元件20中，利用這種機理光取出。
如上所述，在上述顯示元件20中，當將電場施加在電極4、5之間時，由于加電場產(chǎn)生的短距離分子間相互作用，產(chǎn)生具有一個方向掌性，即右扭轉(zhuǎn)或左扭轉(zhuǎn)中任何一種的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(扭曲結(jié)構(gòu))的簇12，產(chǎn)生旋光性。即上述顯示元件20的顯現(xiàn)光學各向異性的狀態(tài)下的分子11(液晶分子)的取向方向成為僅一個方向掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
因此，即使各個簇12(各個扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu))的方位沒有相關(guān)性，由于上述顯示元件20具有一定的旋光性，因此作為全體，可以顯現(xiàn)大的旋光性。因此，得到最大透過率的電壓比現(xiàn)有的進一步降低。
在這種情況下，特別是如上所述，在上述媒質(zhì)(液晶材料)中添加手性試劑時，可使上述媒質(zhì)中的分子11的取向方向可靠地成為僅一個方向掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
即，如上所述，手性試劑使相鄰的分子11(液晶分子)彼此取相互扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，通過添加了手性試劑的媒質(zhì)自發(fā)地取扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，分子間相互作用的能量減少，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
另外，作為在本實施例中使用的手性試劑，除了上述的″ZLI-4572″“S811”“CB15”以外，還有“MLC-6248”(商品名，Merck公司制)，“C15”(商品名，Merck公司制)，“CN”(商品名，Merck公司制)“CB15”(商品名，Merk公司制)等，但不是只限于這些例示的手性試劑。
即在使用添加手性試劑的液晶材料作為上述介電性物質(zhì)的情況下，上述添加手性試劑液晶材料的手性試劑濃度，只要是可使上述手性試劑的液晶材料的媒質(zhì)(液晶性媒質(zhì)，液晶材料)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定即可，沒有特別的限制。如上所述，可以根據(jù)使用的手性試劑的種類，顯示元件的結(jié)構(gòu)或設(shè)計等適當?shù)卦O(shè)定，可以設(shè)定上述添加手性試劑液晶材料的扭轉(zhuǎn)量(即添加了手性試劑的媒質(zhì)的扭轉(zhuǎn)間距)，使它在可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長。例如，如上所述，從實現(xiàn)低電壓驅(qū)動，和高透過率來看，優(yōu)選上述手性試劑添加濃度在30重量％以上。利用本發(fā)明，可以實現(xiàn)降低用于顯示的必要的驅(qū)動電壓的顯示裝置(顯示裝置100)，還可實現(xiàn)溫度范圍廣的顯示裝置(顯示裝置100)。
在上述說明中，當準備顯示一個方向掌性的媒質(zhì)時，在成為主要的媒質(zhì)(液晶性媒質(zhì)(液晶性化合物)、液晶材料)中添加手性試劑等，如上述，但本發(fā)明不是僅限于此。
即在上顯示元件20中，只要將添加了手性試劑的媒質(zhì)封入介電性物質(zhì)層3中即可，本發(fā)明不是僅限于這種結(jié)構(gòu)，加電場時或不施加電場時的分子11，只要該分子11的取向方向為一個方向掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)即可。例如，使用不加手性試劑，本身具有手征性的手性物質(zhì)，作為封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)也可以。即封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)，通過添加手性試劑，顯示手征性也可以，媒質(zhì)本身顯示手征性也可以。在所有情況下，都可以引起僅一方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(扭曲結(jié)構(gòu))。
在使用該媒質(zhì)本身為有手征性的(光學活性的)手性物質(zhì)作為具有上述僅一個方向的掌性的媒質(zhì)的情況下，上述介電性物質(zhì)由上述手性物質(zhì)構(gòu)成或者在使用包含上述手性物質(zhì)的媒質(zhì)構(gòu)成的介電性物質(zhì)的情況下，由于上述媒質(zhì)為光學活性的，所以媒質(zhì)本射可自發(fā)地取扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，成為穩(wěn)定狀態(tài)。作為具有手征性的手性物質(zhì)，可以為分子中具有不對稱碳原子(手性中心)化合物(液晶性化合物)。
另外，作為顯示上述一個方向掌性的媒質(zhì)，也可以包含例如香蕉型(彎曲型)液晶那樣，本身不具有不對稱碳原子(即分子本身不具有手征性)，但利用分子形狀的各同異性和堆積(packing)結(jié)構(gòu)，作為系統(tǒng)手征性發(fā)生的分子的媒質(zhì)。
作為這種香蕉型(變曲型)液晶，有如下述結(jié)構(gòu)式(13)所示的 化合物(クラリアント公司制的“P8PIMB”(簡稱))，但不是僅限于此。
上述“P8PIMB”按順序?qū)⒃摗癙8PIMB”、“ZLI-2293”(商品名，Merck公司制的混合液晶)、“MLC-6248”(商品名)，按15％、67.1％、17.9％的比例混合，該混合物在77.2℃～82.1℃的溫度范圍內(nèi)顯示膽甾藍相。
另外，香蕉型(彎曲型)的液晶材料(香蕉型(彎曲型)液晶)的彎曲部分(結(jié)合部分)，除了亞苯基等苯環(huán)以外，由萘環(huán)或亞甲基鏈等形成也可以。在上述彎曲部分(結(jié)合部分)中，包含偶氮基也可以。
作為上述香蕉型(彎曲型)液晶，除了上述“P8PIMB”以外，還有以下述結(jié)構(gòu)式(14)
表示的化合物“AZO-80”(簡稱，クラリアント公司制)，用下述結(jié)構(gòu)式(15) 表示的化合物(“8Am5”，(簡稱)クラリアント公司制)；同下述結(jié)構(gòu)式(16) 表示的化合物“140Am5”(簡稱)，但不是僅限于這些化合物。
另外，上述香蕉型(彎曲型)液晶(即用上述結(jié)構(gòu)式(13)～(16)表示的化合物)都是在彎曲部分(結(jié)合部分)的左右具有對稱的化學結(jié)構(gòu)，但在上述彎曲部分的左右具非對稱的化學結(jié)構(gòu)也可以。作為這種香蕉型(彎曲型)液晶，有用下述結(jié)構(gòu)式(17) 表示化合物等。
另外，上述香蕉型(彎曲型)液晶的液晶分子沒有不對稱的碳原子(手性碳)，但上述香蕉型(彎曲型)液晶不是僅限于這種化合物，在一個分子中具有一個或多個不對稱碳原子也可以。作為這種香蕉型(彎曲型)液晶，有用下述結(jié)構(gòu)式(18)
表示的化合物等。在上述結(jié)構(gòu)式(18)中，“*C”表示不對稱碳原子(手性中心)。
封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)，用單一化合物顯示液晶性也可以，用多種物質(zhì)混合顯示液晶性也可以?；蛘邔⑵渌且壕晕镔|(zhì)混入它們中也可以。
封入上述介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)的顯示液晶性的物質(zhì)(媒質(zhì))，即液晶性媒質(zhì)(液晶性化合物及其混合物或用多種物質(zhì)混合顯示液晶性混合物等的比例，在20重量％以上優(yōu)選，更優(yōu)選為50重量％以上。
另外，在本實施例中，封入上述介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)不是僅限于上述例示的媒質(zhì)。希望封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)為具有負的介電各向異性的棒狀分子。即希望封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)為分子長軸方向的介電常數(shù)比分子短軸方向的介電常數(shù)小的一棒狀分子(分子長軸方向的介電常數(shù)＜分子短軸方向的介電常數(shù))。
即封入上述介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)為負型液晶材料，例如，由負型液晶性化合物或其混合物構(gòu)成的媒質(zhì)，或包含負型液晶性化合物或其混合物的媒質(zhì)更優(yōu)選。所謂負型液晶性化合物為在低溫時出現(xiàn)向列相或近晶相的液晶相的化合物。
這樣，作為介電各向異性為負的媒質(zhì)(負型液晶材料)，采用在上述專利文獻1中所述的液晶性物質(zhì)中，稱為“3HPFF”的1，2-二氟-4-[反-4-(反-4-n-丙基環(huán)己基)環(huán)己基]苯；稱為“5HPFF”的1，2-二氟-4-[反-4-(反-4-n-戊基環(huán)己基)環(huán)己基]苯；和稱為“7HPFF”的1，2-二氟-4-[反-4-(反-4-n-庚基環(huán)己基)環(huán)己基]苯構(gòu)成的混合物的混合物(以下稱為負型液晶性混合物(3))。
另外，封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)也可以為通過施加電場，光學各向異性程度發(fā)生變化，加電場或不施加電場時光學上大致為各向同性(可見光以上的尺度的取向有序度≈0(大致為零))，通過施加電場產(chǎn)生光學調(diào)制(即通過施加電場顯示光學各向異性)的媒質(zhì)。另外，因為隨著加電場，分子11或分子集合體(簇12)，在可見光以上的尺度下的取向有序度上升(從產(chǎn)生光學調(diào)制的狀態(tài)(可見光以上的尺度的取向有序度＞0)，可見光以上的尺度的分子11的取向有序度上升)的物質(zhì)(媒質(zhì))。另外，上述媒質(zhì)也可以為隨著加電場，與加電場前比較，可見光以上尺度下的分子11的取向有序度(光學各向異性的程度)降低的媒質(zhì)，例如也可以為從通過施加電場顯示光學各向異性狀態(tài)(可見光以上的尺度的取向有序度＞0)向顯示光學各向同性狀態(tài)(可見光以上尺度下的取向有序度≈0)變化的媒質(zhì)。
在本發(fā)明中，所謂加電場時或不施加電場時顯示光學各向同性是指如上所述，宏觀的具體地說，在可見光的波長尺度成比它大的尺度下可看見的各向同性，例如膽甾蘭藍相層那樣，即使沒有完全的各向同性相也沒關(guān)系。上述膽甾藍相在不施加電場時不是完全的各向同性相，在可見光波長以下的尺寸，顯示三維的周期結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明希望采用通過施加電場，主要由電子極化或取向極化顯現(xiàn)光學各向異性(特別希望通過施加電場，雙折射上升)的媒體(介電性物質(zhì))進行顯示。
在本實施例的顯示元件20中，上述介電性物質(zhì)，特別是可作為上述媒質(zhì)使用的物質(zhì)，可在施加電場或不施加電場時，在顯示光學各向同性的同時，取向方向變化，光學各向異性的程度發(fā)生變化，而且在顯現(xiàn)光學各向異性狀態(tài)下的上述分子11的取向方向形成僅一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。例如顯示Kerr效果的物質(zhì)可以，顯示Pockels效果的物質(zhì)也可以。其他的極性分子等也可以。
特別是，顯現(xiàn)的折射率變化與電場的二次方成比例具有響應速度快的優(yōu)點。由于這樣，折射率與電場的二次方成比例變化的媒質(zhì)，即使用顯示Kerr效果的媒質(zhì)(液晶性物質(zhì))的介電性物質(zhì)層3通過施加電場分子11(液晶分子)的取向方向變化，通過控制一個分子內(nèi)的電子偏移，可以改變隨機排列的各個分子11單個旋轉(zhuǎn)的方向，因此，如上所述，不但響應速度非常快，而且由于構(gòu)成上述媒質(zhì)的各個分子11無秩序排列，因此視角不受限制。因此，采用上述結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)高速響應性和廣視進野特性優(yōu)越的顯示元件20。另外，在這種情況下，可以大大減小驅(qū)動電壓，因此實用價值極高。
通過將含有極性分子的媒質(zhì)封入上述介電性物質(zhì)層3中，由于通過施加電場，可使上述有極性分子極化，可以進一步促進上述有極性分子的取向，因此可以更低的電壓顯現(xiàn)光學各向異性。
另外，上述介電性物質(zhì)不是僅為上述媒質(zhì)，優(yōu)選是在施加電場時或不施加電場時，具有可見光波長以下的有序結(jié)構(gòu)(取向秩序)。如果有序結(jié)構(gòu)為小于可見光波長，則顯示光學各向同性。因此，通過使用施加電場或不施加電場時有序結(jié)構(gòu)為可見光波長以下的介電性物質(zhì)，特別地通過使用這種媒質(zhì)，可確實使施加電場或不施加電場時顯示狀態(tài)不同。
在本發(fā)明中，作為封入上述介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)，可以采用具有可見光波長以下的有序結(jié)構(gòu)，可見到光學各向同性的液晶相中，介電性各向異性為負的媒質(zhì)?；蛘撸梢圆捎梅肿?1(液晶分子)被在可光波長以下尺寸下呈放射狀取向的集合體棄填的、可見到光學各向同性的系統(tǒng)。通過在這些分子加電場，使分子11或分子集合體(簇12)的微細結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，可誘發(fā)光學調(diào)制。
在通常的TN方式等液晶顯示裝置中，預先使分子(液晶分子)向一個方向取向，通過施加電場，使分子取向成為一致狀態(tài)，可以一齊改變其方向，與此相對，使用上述媒質(zhì)的顯示元件和顯示裝置，由于在上述媒質(zhì)顯示光學各向同性狀態(tài)下，分子具有可見光波長以下的尺度秩序(有序結(jié)構(gòu)，取向秩序)，可以顯示光學各向同性。宏觀的，具體地說，如果以可見光波長區(qū)域即可見光波長尺度或比它大的尺度看，則可以為上述分子向著所有方向。即在使用上述媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)(取向狀態(tài))在可見光波長尺度或比它大的尺度下，與分子向著所有方向的狀態(tài)(結(jié)構(gòu))等價。另外，這電場的變化，可使可見光波長以下的尺度的有序結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，顯現(xiàn)光學各向異性。這時，分子的各個取向方向變化。即在上述結(jié)構(gòu)和通常的液晶顯示裝置中，最初的取向狀態(tài)(顯示光學各向同性的狀態(tài)的取向狀態(tài))和取向產(chǎn)生的光學各向異性的程度的變化方式不同，因此在上述結(jié)構(gòu)中，當顯現(xiàn)光學各向異性時，各個分子的取向方向變化。
作為這種媒質(zhì)，可以使用3HPFF和5HPFF與7HPFF的混合系(即上述的負型液晶性混合物(3))。該混合系(負型液晶性混合物(3))具有負的介電各向異性。
如上所述，由于有序結(jié)構(gòu)為可見光波長以下，因此，3HPFF和5HPFF與7HPFF的混合系(負型液晶性混合物(3))為透明的。即不施加電場時，顯示光學各向同性。因此，在本實施例的上述顯示元件20中采用該混合系(負型液晶性混合物(3))的情況下，在正交尼科耳 鏡下，可以進行良好的黑色顯示。
另一方面，當在不施加電場時，將上述混合系(負型液晶性混合物(3))控制在顯示光學各向同性的溫度范圍內(nèi)，并將電場(電壓)施加在電極4、5之間時，在顯示光學各向同性的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生變形，顯現(xiàn)光學各向異性。即上述混合系(負型液晶性混合物(3))在不施加電場的狀態(tài)下，為光學各向同性，通過施加電場，顯現(xiàn)光學各向異性。
這樣，在上述結(jié)構(gòu)的顯示元件和采用該顯示元件的顯示裝置中，由于通過施加電場，在顯示光學各向同性的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生變形，產(chǎn)生雙折射，因此可進行良好的白色顯示。另外，產(chǎn)生雙折射的方向一定，其大小通過施加電場而變化。表示施加在電極4、5之間的電壓和透過率關(guān)系的電壓透過率曲線為穩(wěn)定的曲線。即在上述結(jié)構(gòu)的顯示元件和顯示裝置中，可以得到在不施加電場(電壓)時，顯示光學各向同性的溫度范圍上穩(wěn)定的電壓透過率曲線，溫度控制極容易。
現(xiàn)在說明如上述混合系(負型液晶性混合物(3))那樣，使用通過施加電場分子的光學各向異性的程度發(fā)生變化的媒質(zhì)的本實施體的顯示元件20和現(xiàn)有的顯示方式的液晶顯示元件的顯示原理的不同點。
在以下的說明中，以使用透過型上述顯示元件作為上述顯示元件，使用不施加電場時光學上大致為各向同性，優(yōu)選為各向同性，而加電場可以顯現(xiàn)光學各向異性的物質(zhì)的情況作為例子，但本發(fā)明不是僅限于此。
圖15(a)-(h)為用于說明使用上述混合系時的本實施例的顯示元件20，和現(xiàn)有的顯示方式的液晶顯示元件的顯示原理的不同的說明圖；它示意性地表示施加電場時和不施加電場時折射率橢圓體的形狀和方向。在圖15(a)-(f)中，表示作為現(xiàn)有的顯示方式的TN(TwistedNematic，扭曲向列)方式、VA(Vertical Alignment，垂直取向)方式，IPS(In Plane Switchig，面內(nèi)響應)方式的顯示原理。圖15(g)、(h)表示在本實施例的顯示元件20中，在介電性物質(zhì)層中封入負型液晶性混合物(3)時的顯示原理。即圖15(a)-(h)為示意性地表示本實施例的顯示元件20和現(xiàn)有的液晶顯示裝置的顯示原理的不同，在不施加電場時(斷開狀態(tài))和加電場時(接通狀態(tài))在主軸方向上的媒質(zhì)的平均的折射率橢圓體形狀(表示成折射率橢圓體的切口的形狀)的截面圖。圖15(a)-(h)為順序地表示現(xiàn)有的TN方式的液晶顯示元件的不施加電場時的截面圖，加電場時的該TN方式的液晶顯示元件的截面圖，不施加電場時的現(xiàn)有的VA方式的液晶顯示元件截面圖，加電場時的該VA方式液晶顯示元件的截面圖，不施加電場時現(xiàn)有的IPS方式的液晶顯示元件的截面圖，加電場時該IPS方式的液晶顯示元件的截面圖，不施加電場時本實施例的顯示元件20的截面圖和加電場時該顯示元件20的截面圖。
一般地，物質(zhì)中的折射率，根據(jù)不是各向同性的方向不同而不同。該折射率的各向異性，采用以和基板面平行而且在圖15(a)-(h)的左右方向，與基板面平行而在圖15(a)-(h) 的縱深方向(即與基板面平行而且與圖15(a)-(h)的左右方向垂直的方向)，與基板面垂直的方向作為x、y、z方向的任意的垂直坐標系(X1，X2，X3)，用由下式(II)Σij(1nij2)XiXj=1···················(II)]]>(nji＝nij，i，j＝1、2、3)表示的橢圓體(折射率橢圓體)表示(參考“山本涼一，等1名”有機電光學材料”National Technical Report，1976年12月，vol.22，No.6，p826-834(以下稱為“非專利文獻13”)。當使用橢圓體的主軸方向的坐標系(Y1，Y2，Y3)改寫上述式(II)時，可用下式(III)Y12n12+Y22n22+Y33n33=1·····················(III)]]>表示。n1，n2，n3(以下記為nx，ny，nz)稱為主折射率，相當于橢圓體三根主軸長度的一半。當考慮從原點在與Y3＝0的面垂直的方向行進的光波時，該光波具有在Y1，Y2方向上的偏光成分，各個成分的折射率分別為nx，ny。一般地，對于在任意方向行進的光，通過原點，與光波行進方向垂直的面認為是折射率橢圓體的切口，該橢圓的主軸方向為光波的偏光的成分方向，主軸長度的一半相當于該方向的折射率。
首先，以TN方式，VA方式，IPS方式作為現(xiàn)有的液晶顯示元件的例子，說明本實施例的顯示元件20和現(xiàn)有的液晶顯示元件的顯示原理的不同。
如圖15(a)，(b)所示，現(xiàn)有的TN方式的液晶顯示元件，在相對的基板201、202之間夾持液晶層205，在兩個基板201、202上分別具有透明電極203，204(電極)。當不施加電場時，液晶層205的液晶分子的長軸方向成螺旋狀扭曲取向，而加電場時，液晶分子的長軸方向沿著電場方向取向。這時的平均折射率橢圓體205a，如圖15(a)所示，在不施加電場時，其主軸方向(長軸方向)向著與基板面平行的方向(基板面內(nèi)方向)，當加電場時，則如圖15(b)所示，上述長軸方向向著基板面的法線方向。即不施加電場時和加電場時，折射率橢圓體205a的形狀為橢圓，通過施加電場，其長軸方向(主軸方向為折射率橢圓體205a的方向)變化。即折射率橢圓體105a轉(zhuǎn)動。另外，不施加電場(電壓)時和加電場時，折射率橢圓體105a的形狀和大小，不變化。
又如圖15(c)～(d)所示，現(xiàn)有的VA方式的液晶顯示元件與TN方式同樣，在相對的基板251、252之間夾持液晶層255，在二個基板251、252上分別具有透明電極253，254(電極)。在VA方式的液晶顯示元件中，不施加電場時，液晶層255的液晶分子的長軸方向在與基板面大致垂直的方向上取向，而加電場時，液晶分子的長軸方向在與電場垂直的方向上取向。如圖15(c)所示，這時的平均的折射率橢圓體255a，在不施加電場時，其主軸方向(長軸方向)向著基板面的法線方向，而加電場時，如圖15(d)所示，長軸方向向著與基板面平行的方向。即不施加電場時和加電場時，折射率橢圓體255a的形狀為橢圓，通過施加電場，其長軸方向變化(折射率橢圓體255a轉(zhuǎn)動)。另外，不施加電場時和加電場時，折射率橢圓體255a的形狀和大小大致不變化。
又如圖15(e)～(f)所示，IPS方式的液晶顯示元件在一個基板301上具有相對的一對電極302，303。通過利用上述電極302，303將電場(電壓)施加在夾持在圖中沒有示出的相對的基板之間的液晶層上，可以改變液晶分子取向方向(折射率橢圓體305a的主軸方向(長軸方向))；因此，在不施加電場和加電場時，可以實現(xiàn)不同的顯示狀態(tài)。這樣，在IPS方式的液晶顯示元件中，與TN方式和VA方式的液晶顯示元件同樣，在如圖15(e)所示的不施加電場時和圖15(f)所示的加電場時，折射率橢圓體305a的形狀和大小不變化(即仍為橢圓形)，通過施加電場可以改變其方向(主軸方向)(折射率橢圓體305a轉(zhuǎn)動)。
這樣，利用現(xiàn)有的顯示方式的液晶顯示元件，不施加電場時，液晶分子可在任何方向(典型的是一個方向)上取向，通過施加電場，在各個分子的取向方向一致的狀態(tài)下，可以一齊改變其取向方向，進行顯示(透過率調(diào)制)。即不施加電場(電壓)時和加電場時，保持折射率橢圓體的形狀和大小不變(即仍為橢圓形)，只是利用折射率橢圓體的主軸(長軸)方向由施加電場而轉(zhuǎn)動(變化)，進行顯示。因此，折射率橢圓體的長軸方向不限于總是與加電場方向垂直或平行。即在現(xiàn)有的顯示方式的液晶顯示元件中，液晶分子的取向有序度大致一定，通過改變?nèi)∠蚍较蜻M行顯示。即在現(xiàn)有的液晶顯示元件中，通過施加電場，取向有序度大致一定，取向的軸方向容易變化。
在使用上述負型液晶性混合物(3)(3HPFF和5HPFF與7HPFF的混合系)的本實施的顯示元件20(本顯示元件)中，對于這些顯示方式不施加電場時，分子(即上述分子11)向著所有方向。由于這些分子具有小于可見光波長的尺度的秩序，因此不能顯現(xiàn)光學各向異性(在可見光波長以上的尺度下的取向有序度≈0(大致為零))。如圖15(g)所示，折射率橢圓體11e的形狀為球形。
又如圖15(h)所示，當加電場時，各個分子(分子11)具有負的介電各向異性，取向狀態(tài)變化，向著基板面內(nèi)方向(與基板面平行的方向)。這時，在可見光波長以下的有序結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生變形，顯現(xiàn)光學各向異性(可見光波長以上的尺度下的取向有序度＞0)，折射率橢圓體11a成為橢圓(顯示光學各向異性)。這時，折射率橢圓體11a的長軸方向與電場方向垂直。即在介電性物質(zhì)的介電各向異性為負(負型液晶)的情況下，在全部電壓值上折射率橢圓體11a的長軸方向與電場方向垂直(正交狀態(tài))；而在介電各向異性為正(正型液晶)的情況下，在全部電壓值上，折射率橢圓體11a的長軸方向與電場方向平行。在本發(fā)明中，電場方向和折射率橢圓體11a的主軸方向中至少一個總是平行或垂直的。在本發(fā)明中，可見光波長以上的尺度下，取向有序度≈0(取向有序度幾乎沒有)意味著，在比可見光小的比例看時，液晶分子等在一個方向上并列的比例多(存在取向秩序)；而當在比可見光大的比例下看時，取向方面被平均化，幾乎沒有取向秩序。即取向有序度小到對可見光波段和比可見光波段大的波長的光沒有影響的程度。例如，表示在交叉尼科耳棱鏡下實現(xiàn)黑色顯示的狀態(tài)。另一方面，在本發(fā)明中，所謂可見光波長以上的尺度下的取向有序度＞0表示在可見光波長以上的尺度下的取向有序度比大致零的狀態(tài)大，例如，表示在交叉尼利耳棱鏡下實現(xiàn)白色顯示的狀態(tài)。(這種情況包含灰度等級顯示的灰色)。另外，折射率橢圓體11a的主軸方向(長軸方向)向著與基板面平行的方向，同時，從上述基板1、2的一塊基板向另一塊基板扭轉(zhuǎn)(扭曲)。
即在使用上述混合系的本顯示元件20中，不施加電場時，分子11向著所有方向。
但由于這些分子11具有可見光波長尺度以下的秩序(有序結(jié)構(gòu)，取向秩序)，因此不能顯現(xiàn)光學各向異性(在可見光波長以上的尺度下的取向有序度≈0)。如圖15(g)所示，折射率橢圓體11a的形狀為球形。又如圖15(h)所示，當加電場時，由于各個分子11具有負的介電各向異性，所以取向狀態(tài)變化，向著面內(nèi)方向(與基板面平行的方向)。另外，這時，在可見光波長以下的有序結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生變形，顯現(xiàn)光學各向異性(可見光波長以上尺度下的取向有序度＞0)。
這樣，在使用上述混合系的本顯示元件20中，當不施加電場時，折射率橢圓體11a的形狀為各向同性(nx＝ny＝nz)，通過施加電場，在折射率橢圓體11a的形狀的各向異性(下界面(即圖15(h)中，與下側(cè)基板1的界面)附近，nx＞ny，在上界面(即圖15(h)中，與上側(cè)基板2的界面)附近，ny＞nx)例如如此顯現(xiàn)。即在本實施例的顯示元件20中，加電場可使折射率橢圓體11a的形狀和大小變化。上述nx、ny、nz分別表示與基板面平行(基板面內(nèi)方向)且在圖15(a)-(h)左右方向、與基板面平行且在圖15(a)-(h)的深度方向、與基板面垂直方向(基板法線方向的)折射率(主折射率)。
圖17為表示施加電場時，本顯示元件20的上述媒質(zhì)的一個分子(分子11)的折射率橢圓體11a的形狀的示意圖。這樣，上述折射率橢圓體11a的形狀為以通過原點，與光波行進方向垂直的面作為切口的折射率橢圓體(橢圓)的切口形狀。如上所述，橢圓的主軸方向為光波的偏光成分方向，主軸長度的一半相當于該方向的折射率。
如上所述，本實施例的上述媒質(zhì)，在不施加電場時，顯示光學各向同性(各向同性相)，通過施加電場，顯現(xiàn)光學各向異性。因此，不施加電場時的折射率橢圓體11a的形狀為球形(即光學各向同性)，通過施加電場，可顯現(xiàn)各向異性。
如圖17所示，當由與電場方向垂直的方向的折射率表示的，顯現(xiàn)光學各向異性的加電場時的橢圓的主軸方向(即光波偏光成分的方向)的折射率(即上述分子11的折射率橢圓體11a的長軸方向的折射率(異常光折射率)為ne；與上述折射率橢圓體11a的長軸方向垂直的方向的折射率(即上述折射率橢圓體11a的短軸方向的折射率(正常光折射率)為no時，如上所述，上述折射率的各向異性(Δn)(雙折射變化)用Δn＝ne-no表示。
即在本發(fā)明中，上述折射率各向異性(Δn)具有由Δn＝ne-no(ne為異常光折射率，no為正常光折射率)顯示的雙折射變化。對于本發(fā)明的上述ne和no的變化，現(xiàn)有的液晶顯示裝置的上述ne和no不變化。
上述加電場時的折射率橢圓體11a的長軸方向與電場方向平行(在介電各向異性為正的媒質(zhì)情況下)，或者成為垂直(使用介電各向異性為負的媒質(zhì)的情況)。
與此相對，在現(xiàn)有的液晶顯示元件中，由于通過施加電場，使折射率橢圓體的長軸方向轉(zhuǎn)動，進行顯示，因此折射率橢圓體的長軸方向不限于總是與電場方向平行或垂直。
在使用上述負型液晶性混合物(3)(3HPFF，5HPFF和7HPFF的混合系)的本顯示元件20中，光學各向異性的方向一定(加電場的方向不變化)，通過調(diào)制在可見光波長以上的尺度下的取向有序度，進行顯示。即在使用上述混合系(上述負型液晶性混合物(3))的本顯示元件20中，可改變媒質(zhì)的光學各向異性(例如，在可見光波長以上的尺度下的取向秩序)的程度。因此，使用上述混合系(上述負型液晶性混合物(3))的本顯示元件20的顯示原理，與其他顯示方式的液晶顯示元件有很大的不同。
這樣，本實施例的顯示元件20的光學各向異性的方向一定(加電場方向不變化)，通過調(diào)制可見光波長以上的尺度的取向有序度，進行顯示，可改變媒質(zhì)自身的光學各向異性(例如可見光波長以上的尺度的取向秩序)的程度。因此，與現(xiàn)有的液晶顯示元件的顯示原理表很大的不同。
另外，封入上述介電物質(zhì)層3中的媒質(zhì)可以通過施加電場，光學各向異性的程度發(fā)生變化。也可為在加電壓時在或不加電壓時，大致為光學各向同性(可見光以上的尺度的取向有序度≈0)，通過施加電場引起光學調(diào)制(即由施加電場顯示光學各向異性)的媒質(zhì)。另外，上述媒質(zhì)為隨著施加電場，分子11或分子集合體(簇12)的可見光以上尺度的取向秩序度上升(從已經(jīng)引起光學調(diào)制狀態(tài)(可見光以上的尺度下的取向有序度＞0)，可見光以上的尺度的分子11的取向有序度再上升)的物質(zhì)(媒質(zhì))。另外，上述媒質(zhì)為隨著加電場，與加電場前比較，可見光以上的尺度的分子11的取向有序度(光學各向異性的程度)降低的媒質(zhì)也可以，例如，通過施加電場，從顯示光學中向異性的狀態(tài)(可見光以上尺度的取向有序度＞0)，向著顯示光學的各向同性狀態(tài)(可見光以上尺度下的取向有序度≈0)變化的媒質(zhì)也可以。
在本發(fā)明中，如上所述，所謂通過施加電場媒質(zhì)的光學各向異性的程度發(fā)生變化，是隨著加電場，顯示折射率橢圓體11a的形狀變化，如上所述，在不施加電場時，顯示光學各向同性，加電場使光學各向異性的程度發(fā)生變化的情況下，即通過施加電場，顯現(xiàn)光學各向異性的情況，折射率橢圓體11a的形狀，通過施加電場，從球形變化為橢圓。另外，在上述媒質(zhì)不施加電場時，顯示光學各向異性，施加電場時，顯示光學各向同性的情況下，折射率橢圓體11a的形狀，通過施加電場，從橢圓變化為球形。另外，在上述媒質(zhì)不施加電場時顯示光學各向異性，通過施加電場，與加電場前比較，光學各向異性的程度變大或變小的情況下，折射率橢圓體11a的長軸方向或短軸方向的長度，因加電場而伸縮，加電場前后，長軸和短軸的比例變化(結(jié)果，例如曲率變化)。在施加電場后，光學各向異性的程度更大的情況下，通過施加電場，成為比加電場前(不施加電場時)，長軸方向的長度與短軸方向的長度的比率更大的橢圓。另外，在施加電場后，光學各向異性的程度更小的情況下，通過施加電場，與加電場前(不施加電場時)比較，長軸方向的長度與短軸方向的長度的比率成為較小的橢圓(即上述比率接近1(包含大致球形)。
在使用上述混合系(上述負型液晶性混合物(3))的本顯示元件20中，由于利用在顯示光學各向同性的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生變形(即利用媒質(zhì)的光學各向異性的程度的變化)進行顯示，與使液晶分子的取向方向變化，進行顯示的現(xiàn)有的顯示方式的液晶元件比較，可實現(xiàn)廣視野角特性。在使用上述混合系(上述負型液晶性混合物(3))的本顯示元件20中，由于雙折射的產(chǎn)生方向一定，光軸方向不變化，與改變液晶分子的取向方向進行顯示的現(xiàn)有的液晶元件比較，可實現(xiàn)更廣的視野角特性。
另外，在使用上述混合系(上述負型液晶性混合物(3))的本顯示元件20中，利用通過使微小區(qū)域的結(jié)構(gòu)(結(jié)晶的格子)變形顯現(xiàn)的各向異性進行顯示。因此，沒有如現(xiàn)有方式的顯示原理那樣，液晶固有和粘度對響應速度有大的影響的問題，可以實現(xiàn)1ms左右的高速響應。即在現(xiàn)有方式的顯示原理中，利用隨著加電場，僅液晶分子的旋轉(zhuǎn)造成的取向方向的變化進行顯示，液晶分子在一定方向排列的狀態(tài)下，一致地旋轉(zhuǎn)，因此液晶固有的粘度對響應速度影響大，而在使用上述混合系(上述負型液晶性混合物(3))的本顯示元件20中，由于利用微小區(qū)域結(jié)構(gòu)的變形，液晶固有的粘度影響小，可以實現(xiàn)高速響應。
本顯示元件20由于利用上述顯示方式，具有高速響應性，因此可在場序制彩色方式的顯色裝置中利用。
另外，在現(xiàn)有的液晶顯示元件中，驅(qū)動溫度范圍受液晶相的相轉(zhuǎn)移點附近的溫度的限制，需要極高精度的溫度控制。而利用本顯示元件20，由于將上述媒質(zhì)保持在通過施加電場，光學各向異性的程度發(fā)生變化的狀態(tài)的溫度下，因此可以容易地進行溫度控制。
本顯示元件20可以在基板面法線方向加電場的結(jié)構(gòu)(縱電場)，使用負型液晶作為封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)(負型液晶)，和添加手向異構(gòu)劑在封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)中的結(jié)構(gòu)(手性試劑)作為基本結(jié)構(gòu)。
通過使用本顯示元件20，形成本實施例的顯示裝置100，可以提供在利用通過施加電場，物質(zhì)的光學各向異性程度發(fā)生變化的現(xiàn)象(例如由外部電場造成物質(zhì)折射率變化的現(xiàn)象(電光學效果))的顯示元件中，可提高對比度，抑制帶色現(xiàn)象的顯示裝置。另外，使用本顯示元件20，沒有如在存在由左扭轉(zhuǎn)和右扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多個區(qū)域的情況那樣，在區(qū)域的邊界上透過率降低的問題，可以提高透過率。
另外，通過將本發(fā)明在利用kerr效果的顯示裝置100中使用在得到高速響應性的同時，可大大提高對比度，抑制帶色現(xiàn)象，因此，本顯示元件20的實用價值極高。
另外，本發(fā)明還涉及在高速響應下，具有廣視野的顯示性能的顯示元件。
在上述顯示元件20中，基板1和基板2由玻璃基板構(gòu)成，但不是僅限于此，至少一塊為透明基板也可以。另外，上述顯示元件20的兩個基板13、14之間的間隔(即設(shè)有上述電極4、5的基板1、2之間的間隔)為5μm或1.3μm，但不是僅限于此，可以任意設(shè)定。另外，電極4、5由ITO構(gòu)成，但不是僅限于此，至少一個為透明材料也可以。
偏光板6、7的材質(zhì)沒有特別的限制，可以使用現(xiàn)有熟知的材質(zhì)。另外，偏光板6、7不是必需具有的。
其次，將使用上述圖8所述的顯示元件H作為本實施例的單元(4)，測定該單元(4)(顯示元件H)的媒質(zhì)的向列相狀態(tài)的折射率各向異性Δn和向列相狀態(tài)的介電常數(shù)各向異性Δε的結(jié)果，并將其積Δn×|Δε|，和使用使該單元(4)中封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)(主液晶材料)從上述負型液晶性混合物(2)變更為以下所示的負型液晶材料以外，具有與上述單元(4)同樣的結(jié)構(gòu)的比較單元(2)，(3)測定該比較單元(2)(3)的媒質(zhì)的向列相狀態(tài)的折射率各向異性Δn和向列相狀態(tài)的介電常數(shù)各向異性Δε的結(jié)果，和其積進行歸納，表示在表1中。
單元(4)和比較用單元(2)、(3)的單元厚度d都為1.3μm，使用上述“S811”作為上述媒層(注液晶材料)的手性試劑。手性添加濃度都為30重量％。
在上述比較用單元(2)中，使用下述結(jié)構(gòu)式(19) 表示的化合物(負型液晶材料(i))作為上述媒質(zhì)(主液晶材質(zhì))。另外，在上述比較用單元(3)中，使用由下述結(jié)構(gòu)式(20)。
表示的化合物(負型液晶材料(ii)作為上述媒質(zhì)(主液晶材料)。
上述負型液晶性混合物(2)和負型液晶材料(i)、(ii)的上述折射率各向異性Δn和介電常數(shù)各向異性Δε的測定條件都如上述一樣，在測定上述折射率各向異性Δn時，使用上述阿貝折射儀(ATAGO制造“4T”(商品名))。上述折射率各向異性Δn的測定都在測定波長為550nm、測定溫度為25℃(＝0.89Tni)下進行。在測定上述介電常數(shù)各向異性Δε時，使用上述阻抗分析儀(東洋技術(shù)公司制造“SI1260(商品名)”)。上述在測定上述介電常數(shù)各向異性Δε測定在測定頻率為1kHz，測定溫度為25℃(＝0.89Tni)下進行。
在本實施例中，使用將上述結(jié)構(gòu)式(4)和(5)表示的化合物2-1、2-2與向列相狀態(tài)下的上述折射率各向異性Δn為0.14，介電常數(shù)各向異性Δε為-14的組合配合構(gòu)成的負型液晶性混合物作為上述負型液晶性混合物(2)。
在上述測定條件下測定的，向列相狀態(tài)下的上述負型液晶材料(i)的折射率各向異性Δn為0.1280，介電常數(shù)各向異性Δε為-4.9。在上述測定條件下測定的，向列相狀態(tài)下的上述負型液晶材料(ii)的折射率各向異性Δn為0.1107，介電常數(shù)各向異性Δε為-4.3。
表1

在上述單元(4)中，如上所述，由上述手性試劑“S811”和負型液晶性混合物(2)構(gòu)成的添加手性試劑的液晶材料(2)的向列-各向同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni)為38℃，同樣測定的比較用單元(2)，(3)的由上述手性試劑“S811”和由負型液晶材料(i)或負型液晶材料(ii)構(gòu)成的添加手性試劑的液晶材料的向列-各向同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni)，在比較用單元(2)中為43℃，在單元(3)中為50℃。
其次，利用外部加溫裝置將這些單元(4)和比較用單元(2)，(3)保持在以上述向列-各向同性相轉(zhuǎn)移溫度(Tni)為基準的溫度Te(Te＝Tni+ΔTe)下，將電場(電壓)施加在電極4、5上，實測電壓-透過率特性(V-Tr特性)。
將從該數(shù)據(jù)(V-Tr特性)估計的驅(qū)動電壓(達到最大透過率的90％的電壓(所加電壓))Vop(opoperation)和在上述各個單元中使用的媒質(zhì)(主液晶材料)的折射各向異性Δn與介電常數(shù)各向異性Δε絕對值的積(Δn×|Δε|)的關(guān)系作成圖形表示在圖16中，圖16中，縱軸表示Vop(V)，橫軸表示Δn×|Δε|，圖16中“◆”表示單元(4)“□”表示比較用單元(2)，“Δ”表示比較用單元(3)。
圖16中所示的曲線，為所加電壓Vop與Δn×|Δε|的平方根

成反比例作出的理論曲線(擬合曲線)，用下述式(IV)表示，Vop∝1Δn|Δϵ|···················(IV)]]>其理由敘述如下。
首先，當令ρ為分子數(shù)密度(單位為無量綱)，α為Landau展開時的系數(shù)(單位為V2/K·μm2)，E為電場強度(單位為V/μm)，T為(絕對)溫度(單位為K)，T*為臨界溫度(假設(shè)向列一各向同性相轉(zhuǎn)移為二次相轉(zhuǎn)移時的轉(zhuǎn)移溫度，比Tni低一些)(單位為K)，Δε為介電常數(shù)各向異性(單位為無量綱)時，根據(jù)統(tǒng)計力學的Landan理論，當將電場施加在各向同性相液晶上時顯現(xiàn)的秩序參數(shù)Q(E)，可用下式(V)Q(E)=ρΔϵ·E212πα(T-T*)······························(V)]]>表示。
另外，當令Δn(E)為施加電場時顯現(xiàn)的雙折射(單位為無量綱)，λ為光的波長(觀察波長)(單位為μm)，B為Kerr常數(shù)(單位為μm/V2)，E為如上所述的電場強度(單位為V/μm)時，Kerr效果(Δn(E)與電場強度E的二次方成比例)，可用下式(VI)Δn(E)＝λBE2………………(VI)表示。
利用液晶分子固有的折射率各向異性Δn(單位為無量綱)，上式Δn(E)可用下式(VII)Δn(E)＝Δn·Q(E)…………………(VII)表示。
因此，利用上式(V)-(VII)，Kerr常數(shù)B可用下式(VIII)B=Δn(E)λE2=ΔnQ(E)λE2=ρΔnΔϵ12λπα(T-T*)················(VIII)]]>表示。
如上所述，當令V為所加電壓(單位為V)，d為單元厚度(電極4、5之間的間隔)(單位為μm)，λ為上述光的波長(觀察波長)(單位為μm)，Δn(E)為加電場時顯現(xiàn)的雙折射(單位為無量綱)，B為Kerr常數(shù)(單位為μm/V2)時，透過率Tr(單位為無量綱)可用下式(IX)Tr=sin2(πλΔn(E)d)=sin2(πBV2d)··················(IX)]]>表示。在半波長條件下，如上所述，當令所加電壓為Vop(單位為V)，d為單元厚度(電極4、5之間的間隔)(單位為μm)，B為Kerr常數(shù)(單位為μm/V2)時，所加電壓Vop可用下式(X)πB=Vop2d=π2················(X)]]>表示。這時所加電壓Vop，從式(VIII-X)可用下式(XI)Vop=d2B∝dΔTΔnΔϵ·····················(XI)]]>表示。這樣，推導出上述式(IV)。
從圖16可看出，為了使驅(qū)動電壓在24V以下，上述Δn×|Δε|必須比0.63大，本申請的發(fā)明者等將24V的驅(qū)動電壓作為第一目標的理由如下。
在使作為上述開關(guān)元件21的TFT元件的柵極的膜厚和膜質(zhì)為最優(yōu)的情況下，測定施加在柵極上的可能的耐壓為63V。這里，從該耐壓扣除柵極電位為High(即柵極接通)時的電壓10V和柵極電位為Low(即柵極斷開)時的電壓-5V的48Vpp(63-10-5＝48Vpp(峰值至峰值，peak-to-peak)，為可以施加在介電層物質(zhì)層3上的最大限度的電壓值。如果就有效值(rmsroot-mean-square)而言，該電壓值為±24V，成為本申請發(fā)明者等的第一個電壓值。
當驅(qū)動電壓在10V以下時，優(yōu)選是使用通用的TFT元件，降低電壓至可以驅(qū)動的范圍，從圖16的理論曲線可知，為使所加電壓Vop在10V以下的條件為Δn×|Δε|≥3.3。
一般地，在液晶材料中，只極大地增大折射率各向異性Δn，只極大地增大介電常數(shù)各向異性Δε很困難，本申請發(fā)明者等深入研究的結(jié)果顯現(xiàn)，為了使上述折射率各向異性Δn和介電常數(shù)各向異性Δε平衡，達到Δn×|Δε|＞0.63，優(yōu)選使Δn＞0.128，|Δε|＞4.9。為了使上述折射率各向異性Δn和介電常數(shù)各向異性Δε平衡，達到Δn×|Δε|≥3.3，優(yōu)選Δn≥0.183，|Δε|≥18。
如圖16所示，所加電壓Vop(V)與上述參數(shù)Δn×|Δε|有強關(guān)聯(lián)，如上所述，利用式(IV)所示的曲線可推論出來。折射率各向異性Δn和介電常數(shù)各向異性|Δε|的絕對值|Δε|越大，對降低電壓越有幫助。
在本發(fā)明中，規(guī)定液晶材料的參數(shù)的數(shù)值范圍時，規(guī)定了將單元厚度(d)固定在1.3μm，當單元厚度比1.3μm厚時，驅(qū)動電壓必然上升。由于這樣，當單元厚度比1.3μm厚時，Δn×|Δε|必需再增大，必然進入本發(fā)明的數(shù)值范圍內(nèi)。
另一方面，存在單元厚度(d)比1.3μm薄的情況，利用目前的制造方法，下限可達1μm左右。因此，用1.3μm估計，沒有問題。
然而，將來制造方法進步，制造單元厚度(d)小于1μm的顯示元件也有可能。然而，即使實現(xiàn)小于1μm的單元厚度(d)，使用通用的TFT元件和驅(qū)動器，要使顯示元件成本不提高，液晶材料必需滿足的參數(shù)的下限值為上述的值。
又如上所述，如上述折射率各向異性(Δn)和介電常數(shù)各向異性(|Δε|)的測定溫度(Te)為表示上述液晶材料(即顯示向列液晶相的液晶性媒質(zhì))的向列相狀態(tài)的溫度，則沒有特別的限制，優(yōu)選在Te＝0.5Tni～0.95Tni的溫度范圍內(nèi)。
Te的單位為絕對溫度(K(開爾文))。即在本實施例中，優(yōu)選上述液晶材料在550nm以下向列相狀態(tài)的折射率各向異性Δn和1kHz下向列相狀態(tài)的介電常數(shù)各向異性的絕對值|Δε|的積(Δn×|Δε|)比0.63大，而在測定溫度為0.5Tni～0.95Tni，測定波長為550nm下的折射率各向異性Δn和測定溫度為0.5Tni～0.95Tni，測定頻率為1kHz下的介電常數(shù)各向異性的絕對值|Δε|的積(Δn×|Δε|)比0.63大。
在本實施例中，如上所述，為了達到低電壓驅(qū)動的目的，則優(yōu)選上述參數(shù)Δn×|Δε|的值大，驅(qū)動電壓降低。然而，在通用的TFT元件和驅(qū)動電路，IC(集成電路)中，存在電壓值偏差。因此，在將該偏差值的電壓值作為驅(qū)動電壓的情況下，灰度等級顯示不確定。這種偏差值最大估計為0.2V左右。因此，如果上述參數(shù)Δn×|Δε|的值則越大越好，使用通用的TFT元件和驅(qū)動電路、IC，要實現(xiàn)成本不提高的顯示元件，則要考慮上述偏差，實際使用上希望所加電壓Vop(V)比上述偏差大，通過使所加電壓Vop(V)比偏差值的估計最大值0.2V更大，可以進行穩(wěn)定的灰度等級顯示。從將單元厚度(d)固定為1.3μm情況下的圖16的曲線外插估計的結(jié)果看，上述參數(shù)Δn×|Δε|在24以下(即0.63＜Δn×|Δε|≤24)，特別是3.3≤Δn×|Δε|≤24)優(yōu)選，在20以下(即0.63＜Δn×|Δε|≤20，特別是3.3≤Δn×|Δε|≤20)為更優(yōu)選。
其次，在上述圖1所示的顯示元件20中，在使用用下述結(jié)構(gòu)式(21)
表示的透明的介電性物質(zhì)(“ANBC-22″(4′-n-烷氧基-3′-硝基聯(lián)苯-4-羧酸類)式中，q為任意整數(shù)，具體地是q＝22)中添加上述手性試劑“S811”，使手性添加濃度為30重量％構(gòu)成的混合系媒質(zhì)的同時，除了使封入介電物質(zhì)層3*中的物質(zhì)單元厚度d為4μm以外，制造具有與圖1所示的顯示元件20相同結(jié)構(gòu)的顯示元件，利用外部加溫裝置，將該顯示元件保持在近晶C相-立方晶相的相轉(zhuǎn)移附近的溫度(相轉(zhuǎn)移溫度的低溫側(cè)10K左右以下)，進行施加電場(電壓)(50V左右的交流電場(比0大的數(shù)百kHz以下)。結(jié)果，可使透過率變化。
即，不施加電場時，上述顯示元件的上述混合系媒質(zhì)顯示一個方向掌性，作為相結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)為近晶C*相。由于這樣，這樣得出的顯示元件在比近晶C*相-立方晶相的相轉(zhuǎn)移溫度低的低溫側(cè)的溫度下，成為近晶C*相。近晶C*相在不施加電場狀態(tài)下具有一個方向的掌性，有光學各向異性。另外，采用本實施例，不加電壓時，變化為具有光學各向異性的近晶C*相(亮的狀態(tài))，通過施加電場，變化為各向同性的立方晶相(暗的狀態(tài))。
在施加電場的立方晶相狀態(tài)下的晶格常數(shù)大，在數(shù)十nm以下(例如11-18nm)，具有小于可見光波長的秩序(取向秩序，有序結(jié)構(gòu))。因此，在可見光波長區(qū)域中，上述混合系媒質(zhì)為光學各向同性。
這樣，作為封入本實施例的顯示元件20的介電介物質(zhì)層3中的媒質(zhì)，可以使用不施加電場的具有光學各向異性，通過施加電場光學各向異性消失，具有光學各向同性的媒質(zhì)。
另外，在上述本實施例中，作為改變上述媒質(zhì)的光學各向異性程度的方法，主要說明施加電場的例子，但本發(fā)明不是僅限于此，不施加電場，加磁場也可以。加磁場時和不加磁場時，光學各向異性的程度變化也可。
即在上述顯示元件中，作為產(chǎn)生光學各向異性的方法，可以利用電場以外的外場。
在這種情況下，如上所述，作為上述外場，可與電場同樣，利用磁場。為了通過加磁場改變媒質(zhì)的光學各向異性的程度，可以利用媒質(zhì)的磁性各向異性。因此，在這種情況下，作為上述媒質(zhì)，磁化率的各向異性大的較好。在有機分子的情況下，對磁化率有幫助的大部分為反磁性磁化率引起的，在通過磁場的變化，使π電子在分子內(nèi)呈環(huán)狀運動的情況下，其絕對值變大。因此，在分子內(nèi)有芳香環(huán)的情況下，當芳香環(huán)(芳香環(huán)的列，含有芳香環(huán)鏈)垂直地向著磁場方向時磁化率的絕對值大。這時，由于芳香環(huán)的水平面方向的磁化率的絕對值比垂直方向的磁化率小，磁化率的各向異性大。因此，作為上述媒質(zhì)，優(yōu)選分子內(nèi)具有6員環(huán)(例如苯環(huán))等環(huán)狀結(jié)構(gòu)。另外，為了提高磁化率的各向異性，優(yōu)選使媒質(zhì)內(nèi)的電子旋轉(zhuǎn)配置排列。通過在分子內(nèi)導入N、O、NO等游離基(原子團)的電子旋轉(zhuǎn)，可使分子具有穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。在這種情況，通過層疊平面上的共軛系分子，可以平行地配置旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，作為上述媒質(zhì)，優(yōu)選為中心的核心部分層疊，形成列的碟狀液晶。
在使用磁場作為上述外場的情況下，可以采用不在上述電極4、5等上施加加電場構(gòu)件，而在上述單元的外側(cè)(例如上述顯示元件20的外表面等)上設(shè)置電磁鐵等磁場發(fā)生構(gòu)件等的方法。這樣，通過在上述媒質(zhì)上加磁場，代替加上述電場，可以進行與上述相同的驅(qū)動。
另外，可以利用光作為上述外場。在這種情況下，作為光的波長沒有特別的限制。例如，在Nd:YAG(yttrium aluminum garnet)激光中，通過使532nm的光激振，照射在上述媒質(zhì)上，可以改變光學各向異性的程度。
作為可以在這種情況下使用的媒質(zhì)，沒有特別的限制，這時，為了利用光的Kerr效果，優(yōu)選是通過光照射可改變光學各向異性的程度的媒質(zhì)。作為上述媒質(zhì)，可以使用與使用電場作為外場情況同樣的媒質(zhì)(具體地是上述媒質(zhì)(液晶材料))另外，在使用光作為上述外場的情況下，優(yōu)選在上述媒質(zhì)中含有少量色素。通過在上述媒質(zhì)(具體地是上述液晶材料)中添加少量色素，與添加色素前比較，光學各向異性的程度發(fā)生變化大。上述媒質(zhì)中的色素含有量優(yōu)選為0.01重量％以上，小于5重量％。當上述含有量量小于0.01重量％時，色素量少，不能很好地發(fā)揮其效果。另一方面，當上述含有量在5重量％以上時，勵起光被色素吸收。
在這種情況下，作為上述媒質(zhì)，有上述結(jié)構(gòu)式(7)表示的化合物(液晶性物質(zhì))。作為媒質(zhì)，使用該液晶性物質(zhì)本身就可以，也可以在該液晶性物質(zhì)中加入色素。
作為上述色素沒有特別的限制，優(yōu)選使色素的吸收帶在勵起光的波長內(nèi)。例如，可以加入用下述結(jié)構(gòu)式(22) 表示的化合物(1-氨基-蒽醌(1-amino-anthroquinone)(以下稱為“1AAQ”)Aldrich公司制)。
通過將上述“1AAQ”添加至由上述結(jié)構(gòu)式(7)表示的化合物“5CB”(戊基氰基聯(lián)二苯)，使由“5CB”和“1AAQ”構(gòu)成媒質(zhì)中的含有量為0.03重量％，則光勵起引起的光學各向異性的程度的變化，與添加上述“1AAQ”前比較增大了10倍左右。
即本發(fā)明的顯示元件具有至少一個為透明的一對基板和夾持在上述二個基板間的物質(zhì)層。在通過將外場施加在上述兩基板間進行顯示的同時，上述物質(zhì)層(光學調(diào)制層，例如介電性物質(zhì)層(更具體地說為光學活性物質(zhì)層))包含由施加外場光學各向異性的程度發(fā)生變化的媒質(zhì)，而且在光學各向異性的狀態(tài)顯現(xiàn)下的上述媒質(zhì)中的分子的取向方向成在一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，可提供上述物質(zhì)層包含通過施加外場光學各向異性的程度發(fā)生變化的媒質(zhì)，通過在上述二基板間施加外場來進行顯示，驅(qū)動溫度范圍廣，具有廣視野角特性和高速響應特性的顯示元件。
另外，采用上述結(jié)構(gòu)，上述物質(zhì)層(介電性物質(zhì)層)中含有的媒質(zhì)中的分子的取向方向成為僅為右扭轉(zhuǎn)或左扭轉(zhuǎn)中任何一種的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。因此，作為物質(zhì)層全體，可以顯現(xiàn)大的旋光性，可將驅(qū)動電壓減少至實用水平。
另外，由于不需要取向膜，不會產(chǎn)生如現(xiàn)有的顯示元件那樣，由摩擦產(chǎn)生的取向膜相位差或吸附在取向膜上的分子產(chǎn)生的相位差或相引起光泄漏，可得到高的對比度。
又由于分子的取向狀態(tài)為扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，難以受波長分散的影響，因此可減少帶色現(xiàn)象。
又如上所示，上述顯示元件中封入上述物質(zhì)層中的物質(zhì)(媒質(zhì))，在施加電場或不施加電場時顯示光學各向同性。具體地說，上述顯示元件在不施加外場時，顯示光學各向同性，當施加外場時，顯示光學各向異性也可以。在這種情況下，不施加外場時，折射率橢圓體的形狀為球形，通過施加外場變化為橢圓。另外，上述媒質(zhì)在不施加外場時顯示光學各向異性，施加外場時顯示光學各向同性也可以。在這種情況下，折射率橢圓體的形狀，在不施加外場時為橢圓，通過施加外場變化為球形。另外，上述媒質(zhì)，在不施加外場時的顯示光學各向異性，通過施加外場，在顯現(xiàn)光學各向異性的狀態(tài)下，使光學各向異性的程度發(fā)生變化也可以。在這種情況下，折射率橢圓體的形狀，在施加外場前后，橢圓的長軸和短軸的比例變化(作為上述橢圓大致的球形也可以)。
在上述任何一種結(jié)構(gòu)中，通過施加外場，可使不施加外場和施加外場時，上述媒質(zhì)的折射率橢圓體形狀變化。可以在光學各向異性的方向一定的條件下，利用改變光學各向異性(取向有序度，折射率)的程度進行顯示。因此，在上述任何一種結(jié)構(gòu)中，不施加外場和施加外場時的顯示狀態(tài)不同，因此可實現(xiàn)驅(qū)動溫度范圍廣，具有廣視野角特性和高速響應特性的顯示元件。
在上述顯示元件中，希望上述扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)間距，為在可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長的間距。
當上述扭轉(zhuǎn)間距為可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長的間距時，通過施加外場，在上述物質(zhì)層中(具體地是在上述介電性物質(zhì)層所含的上述媒質(zhì)中)產(chǎn)生一個方向的扭轉(zhuǎn)，這樣，在入射光中產(chǎn)生旋光性，可以取出效率好的光。因此，采用上述結(jié)構(gòu)，可在低電壓下得到最大透過率，可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓低而且光的利用效率好的顯示元件。
采用本發(fā)明，通過在上述媒質(zhì)中添加手性試劑，使上述扭轉(zhuǎn)間距成為在可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長的間距，則在顯現(xiàn)光學各向異性時不需要取向膜等取向輔助件?？梢栽趶V的溫度范圍內(nèi)顯現(xiàn)施加外場時的光學各向異性。
即本發(fā)明的顯示元件，可在上述膜質(zhì)中添加手性試劑，或者該媒質(zhì)本身為顯示手征性的手性物質(zhì)也可以。
采用上述任何一種結(jié)構(gòu)可以可靠地使上述分子的取向方向僅為一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
在上述媒質(zhì)中添加手性試劑的情況下，上述媒質(zhì)和手性試劑的總量中的上述手性試劑的比例，希望在8重量％以上，80重量％以下范圍內(nèi)，優(yōu)選在30重量％以上、80重量％以下范圍內(nèi)。
當上述媒質(zhì)和手性試劑的總量中的上述手性試劑的比例在8重量％以上時，驅(qū)動電壓對溫度的依存性開始減小。結(jié)果，可得到驅(qū)動溫度區(qū)域擴大的傾向。另外，上述8重量％的濃度相當于上述扭轉(zhuǎn)間距為0.78μm，與可見光波長區(qū)域的上限相當。因此，當上述手性試劑的比例在8重量％以上時，可使上述媒質(zhì)的扭轉(zhuǎn)間距在可見光波長以下(即在可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長)。
當上述媒質(zhì)和手性試劑的總量中的上述手性試劑的比例在30重量％以上時，手性試劑具有的扭轉(zhuǎn)力(Helical twist power)有效地作用在上述媒質(zhì)中的分子上，可使近距離的相互作用(short-range-order)波及上述分子間?；蛘?，可在上述媒質(zhì)中顯現(xiàn)藍色相。由于這樣，如上所述，通過控制對上述媒質(zhì)的手性試劑的添加比例，可將上述扭轉(zhuǎn)間距控制在可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長。另外，采用上述結(jié)構(gòu)，在不施加外場時具有光學各向同性的媒質(zhì)中，由于通過施加外場，可作為該分子的小集團(簇)響應上述媒質(zhì)中的分子，因此，可以更廣的溫度范圍內(nèi)顯現(xiàn)以往只在非常狹小的溫度范圍可顯現(xiàn)的光學各向異性。即，采用上述結(jié)構(gòu)，可在廣的溫度范圍內(nèi)，顯現(xiàn)施加外場時的光學各向異性。
另外，根據(jù)上述顯示元件的特性，上述扭轉(zhuǎn)間距的下限值越小越好。但如上所述，在上述媒質(zhì)中添加手性試劑的情況下，當手性試劑的添加量太多時，作為物質(zhì)層全體，液晶性降低。液晶性欠缺，則施加外場時的光學各向異性顯現(xiàn)程度低，顯示元件的功能降低。因此，為了發(fā)揮顯示元件的功能，必需從作為物質(zhì)層全體至少要呈現(xiàn)液晶性的要求來決定上述手性試劑的添加濃度的上限值。根據(jù)本申請發(fā)明者的分析，該上限濃度為80重量％。
另外，如上述媒質(zhì)為媒質(zhì)自身具有的手性的物質(zhì)也可以。在這種情況下由于另外添加手性試劑時的濃度沒有限制，因此，可提高材料的自由度。
上述媒質(zhì)為包含具有負的介電各向異性的棒狀分子也可以。所謂棒狀分子為分子形狀結(jié)構(gòu)上具有各向異性，并存在分子的長軸方向和短軸方向，其長度不同的分子。
上述媒質(zhì)也可含有負型液晶性化合物。負型液晶性化合物為在取該構(gòu)成負型液晶性化合物的液晶分子的長軸方向的折射率(異常光折射率)、和介電常數(shù)分別為ne、εe，上述液晶分子短軸方向的折射率(正常光折射率)，和介電常數(shù)分別為no、εo的情況下，Δn＝ne-no＞0，Δε＝εe-εo＜0。特別是這樣，上述Δε為負，即當在分子長軸方向的介電常數(shù)比分子短軸方向的介電常數(shù)小(分子長軸方向的介電常數(shù)＜分子短軸方向的介電常數(shù))的負型液晶性媒質(zhì)上加電場時，上述媒質(zhì)的各個分子向著基板面內(nèi)方向(與基板面平行的方向)的取向狀態(tài)變化，產(chǎn)生光學調(diào)制，可以更有效地顯現(xiàn)光學各向異性。
當在550nm下，上述負型液晶性化合物的的向列相狀態(tài)的折射率各向異性為Δn，1kHz下的介電常數(shù)各向異性的絕對值為|Δε|時，優(yōu)選Δn×|Δε|比0.63大。在這種情況下，優(yōu)選上述Δn和|Δε|滿足Δn＞0.128，|Δε|＞4.9。
上述Δn×|Δε|優(yōu)選為3.3以上。在這種情況下，優(yōu)選上述Δn和|Δε|滿足Δn≥0.183，|Δε|≥18。
這樣，通過使用上述Δn×|Δε|比0.63大的負型液晶性化合物，該顯示元件的驅(qū)動電壓可達到可以施加在上述物質(zhì)層上的最大限度的電壓值的有效值。
另外，通過使用上述Δn×|Δε|為3.3以上的負型液晶性化合物，可在施加外場時(即施加外場加必要的電壓的施加時)可以更低的電壓有效地顯現(xiàn)光學各向異性。由于使用通用的TFT元件，可將電壓降低至可驅(qū)動的范圍，因此在通過的TFT元件可驅(qū)動的電壓下，可不提高驅(qū)動器等的成本而實用化。
在上述各種情況下，上述Δn和|Δε|優(yōu)選為Δn＞0.128，|Δε|＞4.9，更優(yōu)選滿足Δn≥0.183，|Δε|≥18，因此不需僅極大地增大Δn或Δε的任何一個，可以實現(xiàn)低電壓驅(qū)動，這樣，作為液晶材料開發(fā)指針的自由度可增大。
采用上述結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)響應速度快，驅(qū)動的電壓低，而且可在廣的溫度范圍內(nèi)驅(qū)動的顯示元件。因此，采用上述各種結(jié)構(gòu)可以大大打開本質(zhì)通向具有高速響應特性和廣視野角特性的顯示元件的實用化的道路。
另外，上述介電性物質(zhì)層為包含含有極性分子的媒質(zhì)。通過施加外場，可以顯現(xiàn)上述有極性分子的極化。由于可以更促進上述有極性分子的取向，因此在低電壓下可以顯現(xiàn)光學各向異性。
如上所述，上述媒質(zhì)不施加外場時顯示光學各向同性，通過施加外場，可顯現(xiàn)光學各向異性也可以；不施加外場時，顯示光學各向異性，通過施加外場光學各向異性消失，顯示光學各向同性也可以，采用本發(fā)明，利用外場(例如電場(電壓))的變化，在構(gòu)成封入上述介電性物質(zhì)層中的媒質(zhì)的分子的有序結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生變形，可使該媒質(zhì)的光學各向異性的程度發(fā)生變化。即采用上述顯示元件，由于施加外場或不施加外場時，具有小于可見光波長尺度的秩序(有序結(jié)構(gòu)，取向秩序)，因此可通過改變外場，各個分子從顯示光學各向同性的狀態(tài)向著特定的方向(典型的是施加外場的方向，更具體地是電場方向或磁場方向等)，因此，上述有序結(jié)構(gòu)變化，可顯現(xiàn)光學各向異性。因此，在不施加外場和施加外場時，可以實現(xiàn)不同的顯示狀態(tài)。
在上述任何一種結(jié)構(gòu)中，可以實現(xiàn)不施加外場時和施加外場時顯示狀態(tài)不同，驅(qū)動溫度范圍廣、具有廣視野特性和高速響應特性的顯示元件。
另外，優(yōu)選上述媒質(zhì)在施加外場或不施加外場時具有小于光學波長的有序結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，所謂有序結(jié)構(gòu)小于光學波長表示取立方晶相或藍色相為例，每單位結(jié)構(gòu)的單位晶格的長度(晶格常數(shù))小于光學波長。即，小于可見光波長時，沒有液晶體的各向同性相，優(yōu)選具有微米級的上述秩序(有序結(jié)構(gòu)，取向秩序)。如果有序結(jié)構(gòu)小于光學波長，則顯示光學各向同性。因此，通過使用不施加外場或者施加外場時有序結(jié)構(gòu)小于光學波長的媒質(zhì)，在不施加外場時和施加外場時，可以可靠地使顯示狀態(tài)不同。
在通常的TN方式等的液晶顯示裝置中，分子預先在一個方向取向，通過施加外場(這時為電場)，分子取向成為一致狀態(tài)，一齊在該方向上改變。與此相對，在上述結(jié)構(gòu)中，由于具有在顯示光學各向同性狀態(tài)下，可見光波長尺度以下的秩序(有序結(jié)構(gòu)和取向秩序)，因此顯示光學各向同性，與在可見光波長尺度以上時，分子向著所有方向等價。另外，通過外場的變化，在可見光波長尺度以下的有序結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生變形，顯現(xiàn)光學各向異性。這時，各個分子的取向方向也變化，即在上述結(jié)構(gòu)和通常的液晶顯示裝置中，顯示光學各向同性狀態(tài)的取向狀態(tài)和取向產(chǎn)生的光學各向異性的變化方式不同。在上述結(jié)構(gòu)中，顯現(xiàn)光學各向異性時，各個分子的取向方向也變化。
利用上述結(jié)構(gòu)，可利用構(gòu)成媒質(zhì)的分子的光學各向異性程度的變化(即構(gòu)成媒質(zhì)的分子的有序結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的變形)進行顯示。因此，液晶固有的粘度對響應速度的影響小，可以實現(xiàn)高速響應。另外，通過施加外場，在分子的有序結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的變形受溫度影響小，溫度控制容易。另外，利用上述結(jié)構(gòu)，由于利用媒質(zhì)中的分子的光學各向異性程度的變化進行顯示，比只改變液晶分子的取向方向進行顯示的情況比較，可實現(xiàn)廣視野角特性。
另外，上述媒質(zhì)包含顯示膽甾藍相分子也可以，包含顯示近晶藍相的分子也可以。
由于上述媒質(zhì)包含顯示膽甾藍相或近晶藍相的分子，可以在上述介電性物質(zhì)層中(例如，不施加外場時顯示光學各向同性的上述媒質(zhì)中)形成由手性試劑向一個方向的扭轉(zhuǎn)引起的三維有序結(jié)構(gòu)(膽甾藍相或近晶藍相)，因此與沒有預先形成該秩序的情況比較，可以抑制降低顯現(xiàn)形成該有序結(jié)構(gòu)的光學各向異性的電壓(即施加外場所需要的電壓)。同時，由于上述有序結(jié)構(gòu)對溫度比較穩(wěn)定，因此可實現(xiàn)更廣溫度范圍的顯示元件。
上述顯示元件的該顯示元件本身具有大致與上述基板重直，優(yōu)選為垂直(即，基板法線方向)地將外場施加在上述二個基板之間的施加外場裝置。上述施加外場裝置與上述顯示元件另外設(shè)置，通過外部的施加外場裝置，如上所述，將外場施加在上述顯示元件上，上述媒質(zhì)的光學各向異性程度發(fā)生變化，同時，顯現(xiàn)光學各向異性狀態(tài)的上述媒質(zhì)中的分子的取向方向形成僅為一個方向掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，如上所述，上述外場作為在上述顯示元件中產(chǎn)生上述光學各向異性的方法，有電場，磁場，光等。如上所述，在其中，從上述顯示元件的設(shè)計和驅(qū)動控制來說，電場較為容易而為優(yōu)選。
因此，上述顯示元件具有電極等施加電場裝置或電磁鐵等施加磁場裝置等作為施加外場裝置。從上述顯示元件的設(shè)計和驅(qū)動控制來說，優(yōu)選是以施加電場裝置作為上述施加外場裝置。即在上述顯示元件中，優(yōu)選在上述兩個基板上分別形成將電場施加在上述兩基板之間的電極。
由于在上述兩基板上分別形成上述電極，因此可在上述一對基板的基板面法線方面產(chǎn)生電場。由于上述電極在上述一對基板的基板面法線方向產(chǎn)生電場，因此可以不犧牡電極面積部分，將在基板上的全部區(qū)域作為顯示區(qū)域，實現(xiàn)提高開口率，提高透過率，和降低驅(qū)動電壓。采用上述結(jié)構(gòu)，不僅限于與上述物質(zhì)層的兩基板的界面附近，而且在離開兩基板的區(qū)域上，可以促進顯現(xiàn)光學各向異性。關(guān)于驅(qū)動電壓，與利用梳齒電極使電極間隔成為狹小間隙的情況比較，也可以作成狹小的間隙。
另外，上述媒質(zhì)也可使折射率與電場的二次方成比例變化。
這樣，具有折射率與電場的二次方成比例變化的媒質(zhì)的物質(zhì)層，通過施加電場，其分子取向方向變化，通過控制一個分子內(nèi)的電子偏移，隨機排列的各個分子可以個別地旋轉(zhuǎn)，改變方向，這樣不但可使響應速度非?？於矣捎诜肿訜o序地排列，所以沒有視角限制。因此采用上述結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)高速響應性和廣視野特性好的顯示元件。
在本發(fā)明中優(yōu)選使用由介電性物質(zhì)構(gòu)成的介電性物質(zhì)層作為上述物質(zhì)層。
因此，本發(fā)明的顯示元件具有至少一個為透明的一對基板，夾持在上述兩個基板間的物質(zhì)層(具體地是介電性物質(zhì)層)，分別在上述兩基板上形成的、將電場施加在上述介電性物質(zhì)層上的電極。通過將電場作為外場施加在上述物質(zhì)層(介電性物質(zhì)層)上進行顯示，同時，上述物質(zhì)層(介電性物質(zhì)層)包含在施加外場(電場)或不施加外場(電場)時顯示光學各向異性的程度發(fā)生變化的媒質(zhì)，并且在顯現(xiàn)光學各向異性的狀態(tài)下，上述媒質(zhì)中的分子的取向方向成為僅為一方面掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
另外，本發(fā)明的顯示裝置具有本發(fā)明的、具有上述任何一種結(jié)構(gòu)的顯示元件。因此可實現(xiàn)具有驅(qū)動溫度范圍廣，廣視野角特性和高速響應特性。并可通過控制的取向秩序改變透過率，可將顯示所需要驅(qū)動電壓降低至實用水平，溫度范圍廣的顯示裝置。另外，對比度提高，帶色現(xiàn)象減少。
另外，在本發(fā)明中，作為上述施加外場裝置只要能在施加外場前后，上述媒質(zhì)的光學各向異性變化即可、沒有特別的限制。作為上述施加外場裝置，除了電極等施加電場的裝置或電磁鐵等施加磁場的裝置以外，還可使用激光裝置(例如上述Nd:YAG激光等的光照射裝置(勵起光生成裝置))。
因此，在本發(fā)明中，上述施加外場裝置，可以具有上述顯示元件本身，也可以與上述顯示元件另外設(shè)置。
即本發(fā)明的顯示裝置為具設(shè)置上述施加外場裝置的顯示元件也可以，具有與上述顯示元件另外設(shè)置的上述施加外場裝置也可以。換句話說，上述顯示裝置的結(jié)構(gòu)為具有上述顯示元件，和將外場施加在該顯示元件的媒質(zhì)上的施加外場裝置。
在上述說明中，說明的本實施例的顯示元件20為“本顯示元件20為以在基板面法線方向加電場的結(jié)構(gòu)(縱電場)，使用負型液晶作為封入介電性物質(zhì)層3中的媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)(負型液晶)，在封入介電性物質(zhì)層3的媒質(zhì)中添加手性試劑的結(jié)構(gòu)(手性試劑)為基本結(jié)構(gòu)進行顯示”。上述顯示元件20，可以高效率地顯現(xiàn)在顯現(xiàn)光學各向異性狀態(tài)下，上述媒質(zhì)中的分子11的一個方向的掌性。除了上述結(jié)構(gòu)以外，也可以利用高分子網(wǎng)絡(luò)(聚合物網(wǎng)絡(luò))預先進行穩(wěn)定化。以下說明利用該高分子網(wǎng)絡(luò)的顯示元件20(以下為了說明方便稱為顯示元件L)的一個具體例子。
本具體例的顯示元件20(顯示元件L)具有在介電性物質(zhì)層3中封入添加手性試劑的負型液晶性混合物(媒質(zhì)，液晶材料)(即添加手性試劑的液晶材料)，具有液晶性的單體(液晶性單體，Liquid Crystalline<p>表3 HIPS的性能檢測

由實施例3A和對比例的性能數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明方法制備的LCBR用于HIPS改性后，在保持改性樹脂力學性能基本不變的情況下，改性樹脂的表面光澤度極佳，可用于制備高光澤的改性聚苯乙烯樹脂。
從以上實施例和對比例可以看出，本發(fā)明的聚合方法可以提高LCBR的分子量分布，減少引發(fā)劑和偶聯(lián)劑用量，降低生產(chǎn)成本。用本方法合成的LCBR可制備出高光澤的HIPS。采用本發(fā)明提供的方法，通過改進引發(fā)方式，控制聚合工藝條件，能夠調(diào)節(jié)聚合物的門尼粘度、相對分子質(zhì)量，滿足寬分布低順式聚丁二烯的合成。
更具體地說，將該手性向列相(膽甾相)狀態(tài)的上述介電性物質(zhì)層3在保持在93℃(T＝Tni-10(K))的溫度的狀態(tài)下，進行紫外線照射。紫外線的照度，在365nm波長下為1.0mW/cm2，照射時間為20分鐘。
然后，在比103℃高的溫度的各向同性溫度域上，測定上述顯示元件L的電光學特性。結(jié)果在完全不進行上述的高分子穩(wěn)定化的顯示元件20中，透過率只能在大約1K的狹窄的溫度范圍內(nèi)變化，而在進行上述高分子穩(wěn)定化的顯示元件L中，在直到大約5K左右可檢測出透過率變化。因此可以由高分子網(wǎng)絡(luò)形成更易顯現(xiàn)加電場時的光學各向異性(一個方向掌性)的環(huán)境。
另外，在本實施例中，舉出了上述液晶材料和單體等的混合系的混合比率和作為主料用的上述液晶材料和添加的單體等的種類為單一的例子。也可以根據(jù)使用的物質(zhì)，適當設(shè)定上述混合比，使成為適當?shù)幕旌媳?，不是僅限于上述數(shù)值。
作為本發(fā)明的一個實施例舉出了不施加電場時顯示光學各向同性，加電場時，可顯現(xiàn)光學向各向異性(一個方向掌性)，這樣進行切換的情況的例子。優(yōu)選設(shè)定上述液晶性單體的添加量，使得不加上述電場時，上述高分子網(wǎng)絡(luò)(聚合物網(wǎng)絡(luò))對可見光沒有影響，從這個要求出發(fā)設(shè)定單體添加量。
本發(fā)明不是僅限于上述實施例，在權(quán)利要求所示的范圍內(nèi)，可作各種變更。即在權(quán)利要求范圍內(nèi)適當變更的技術(shù)裝置組合所得出的實施例也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
另外，本發(fā)明的詳細說明中的具體實施例或?qū)嵤├皇菫榱苏f明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，而不是僅限于狹義地解析該具體例子。在本發(fā)明的精神和下述的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可作各種變更來進行實施。
權(quán)利要求
1.一種顯示元件(20)，它具有至少一個為透明的一對基板(1、2)和夾持在所述兩個基板間的物質(zhì)層(3)，其特征在于，所述特質(zhì)層包含通過施加外場光學各向異性的程度發(fā)生變化的媒質(zhì)；而且光學各向異性顯現(xiàn)的狀態(tài)下的所述媒質(zhì)中的分子(11)的取向方向僅為一個方向的掌性的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)間距為在可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長的間距。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，在所述媒質(zhì)中添加手性試劑。
4.如權(quán)利要求3所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)和手性試劑的總量中的所述手性試劑的比例在8重量％(包含8重量％)以上，80重量％以下(含80重量％)的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)和手性試劑的總量中的所述手性試劑的比例在30重量％(包含30重量％)以上，80重量％以下(含80重量％)的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)為該媒質(zhì)本身顯現(xiàn)手征性的手性物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)含有具有負的介電各向異性的棒狀分子。
8.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)含有負型液晶性化合物。
9.如權(quán)利要求8所述的顯示元件，其特征在于，如果所述負型液晶性化合物的向列相狀態(tài)下、在550nm下的折射率各向異性為Δn，1kHz下的介電常數(shù)各向異性的絕對值為|Δε|，則Δn×|Δε|大于0.63。
10.如權(quán)利要求9所述的顯示元件，其特征在于，所述Δn和|Δε|滿足Δn＞0.128、|Δε|＞4.9。
11.如權(quán)利要求9所述的顯示元件，其特征在于，所述Δn×|Δε|為3.3以上(含3.3)。
12.如權(quán)利要求11所述的顯示元件，其特征在于，所述Δn和|Δε|滿足Δn≥0.183、|Δε|≥18。
13.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)含有極性分子。
14.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)在不施加外場時顯示光學各向同性，通過施加外場，可顯現(xiàn)光學各向異性。
15.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)不施加外場時顯示光學各向異性，通過施加外場，光學各向異性消失，顯示光學各向同性。
16.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，構(gòu)成所述媒質(zhì)的分子在施加外場或不施加外場時，具有小于可見光波長的尺度下的有序結(jié)構(gòu)，通過施加外場，該有序結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
17.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)包含顯示膽甾藍相的分子。
18.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)包含顯示近晶藍相的分子。
19.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述物質(zhì)層為由介電性物質(zhì)構(gòu)成的介電性物質(zhì)層。
20.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，具有將外場施加在所述兩基板之間的施加外場裝置(4、5)。
21.如權(quán)利要求1所述的顯示元件，其特征在于，所述外場為電場，在所述兩基板上分別形成用于將電場施加在所述兩基板之間的電極(4、5)。
22.如權(quán)利要求21所述的顯示元件，其特征在于，在施加電場或不施加電場時，顯示光學各向同性。
23.如權(quán)利要求22所述的顯示元件，其特征在于，所述物質(zhì)層為由介電性物質(zhì)構(gòu)成的介電性物質(zhì)層。
24.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)間距為在可見光波長區(qū)域內(nèi)或小于可見光波長的間距。
25.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，在所述媒質(zhì)中添加手性試劑。
26.如權(quán)利要求25所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)和手性試劑的總量中所述手性試劑比例在8重量％(包含8重量％)以上，80重量％以下(含80重量％)的范圍內(nèi)。
27.如權(quán)利要求25所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)和手性試劑的總量中所述手性試劑比例在30重量％(包含30重量％)以上，80重量％以下(含80重量％)的范圍內(nèi)。
28.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)為該媒質(zhì)本身顯示手征性的手性物質(zhì)。
29.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)含有具有負的介電各向異性的棒狀分子。
30.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)含有負型液晶性化合物。
31.如權(quán)利要求30所述的顯示元件，其特征在于，如果所述負型液晶性化合物的向列相狀態(tài)下、在550nm下的折射率各向異性為Δn，1kHz下的介電常數(shù)各向異性的絕對值為|Δε|，則Δn×|Δε|大于0.63。
32.如權(quán)利要求31所述的顯示元件，其特征在于，所述Δn和|Δε|滿足Δn＞0.128、|Δε|＞4.9。
33.如權(quán)利要求31所述的顯示元件，其特征在于，所述Δn×|Δε|為3.3以上。
34.如權(quán)利要求33所述的顯示元件，其特征在于，所述Δn和|Δε|滿足Δn≥0.183、|Δε|≥18。
35.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)的折射率與電場的二次方成比例變化。
36.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)含有極性分子。
37.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)在不施加電場時顯示光學各向同性，通過施加電場，可顯現(xiàn)光學各向異性。
38.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)不施加電場時顯示光學各向異性，通過施加電場，光學各向異性消失，顯示光學各向同性。
39.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，構(gòu)成所述媒質(zhì)的分子在施加電場或不施加電場時，具有小于可見光波長的尺度下的有序結(jié)構(gòu)，通過施加電場，該有序結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
40.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)包含顯示膽甾藍相的分子。
41.如權(quán)利要求23所述的顯示元件，其特征在于，所述媒質(zhì)包含顯示近晶藍相的分子。
42.一種顯示裝置(100)，其特征在于，它具有權(quán)利要求1-41中任何一項所述的顯示元件。
全文摘要
本發(fā)明提供具有高速響應和廣視野的顯示性能的顯示元件和顯示裝置。在二塊基板的一方的面上分別設(shè)有電極，在基板的另一方的面上分別設(shè)有偏光板。使基板形成電極的面相對、將在負型液晶性化合物中添加了手性試劑的媒質(zhì)，注入夾持在二個基板上的區(qū)域的介電性物質(zhì)層中。
文檔編號G02F1/1343GK1641426SQ200510005690
公開日2005年7月20日 申請日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者宮地弘一, 井上威一郎, 芝原靖司, 石原將市 申請人:夏普株式會社