JP2001013527A

JP2001013527A - 液晶表示素子およびその製造法

Info

Publication number: JP2001013527A
Application number: JP11184927A
Authority: JP
Inventors: Mariko Kawaguri; 真理子河栗; Tadashi Otake; 忠大竹; Hisahide Wakita; 尚英脇田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ＧＨ方式を用いることにより、偏光板の要ら
ない明るい表示素子が可能であるが、液晶のオーダーパ
ラメータが低いためコントラストが低いという問題があ
った。【解決手段】ＧＨ方式において、水素結合ドナー性分
子を添加することにより液晶と水素結合させ、オーダー
パラメータを高めることにより２色性色素の配向を向上
させ、吸光効率を高め、電圧印加時の光透過率を上げる
ことにより低電圧駆動でき、コントラストの高い表示素
子を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶を用いた表示
装置に使用する素子およびその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶素子は、対向した基板にそれ
ぞれ電極を形成し、その間に保持した液晶を電圧を印加
することにより配向状態を変化させて光の透過状態を変
化させることを利用したものである。そのため、液晶の
配向を制御することが表示性能の向上に不可欠であり、
液晶のオーダーパラメータの向上や配向膜の開発や配向
法の研究が盛んに行われている。また、光を有効に利用
することにより、明るい表示が実現できるため、偏光板
の改良や反射板、散乱板など光学部剤の開発も行われて
いる。

【０００３】中でも、偏光板をなくしたり、１枚にする
ことができる２色性色素を用いたゲスト・ホスト（Ｇ
Ｈ）型液晶表示装置は、光を有効に利用できるため、反
射型タイプの表示モードとして有効と考えられている。

【０００４】偏光板１枚を用いるハイルマイヤー型ゲス
トホスト液晶素子の断面図を図６に示す。第１電極３を
形成した第１の基板１と、第２電極４を形成した第２の
基板２を対向させ、それぞれの基板上に平行配向処理を
施した配向膜５、６を設けた。偏光板１０を第1基板の
外側に張り付け、第１基板と第２基板の間に液晶７およ
び黒の２色性色素８を含有させて液晶表示素子を構成し
ている。電圧無印加では、液晶７と２色性色素８はホモ
ジニアス配向しており、その配向方向は偏光板１０の偏
光軸と平行なので、暗状態である。電圧印加時には、２
色性色素１８は、液晶分子１７が電圧印加により動く動
作に追随してその向きを変え、基板に対して色素の光吸
収軸が平行になったとき一番吸光する。しかし、液晶の
オーダーパラメータがあまり高くないと配向方向がばら
ついて、液晶の動きに追従する２色性色素の配向もばら
ついてしまう。そのため、電圧無印加の時配向の乱れに
より光りぬけにより暗状態の黒が沈まなかったり、電圧
印加時、液晶が基板にたいして立ちあがる方向および角
度がばらつき２色性色素の吸光が一様でないため、明状
態の白が暗くなり総合してコントラストが低くなるとい
う問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の２色性色素を用いたＧＨ型液晶表示装置は、明るい表
示形態として有効であるが、コントラストが低いという
問題がある。しかし、オーダーパラメータを上げるた
め、液晶の分子の形状を大きくしたり、極性基を導入し
たりされているが、液晶の粘度が高くなりそのため応答
速度が遅くなったり、印加電圧を高くしなければ動かな
くなるという極めて重大な問題があった。

【０００６】本発明は、このような表示素子の課題を考
慮し、液晶層の粘度を高めることなく、低電圧で高いコ
ントラストの液晶表示素子を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するため、対向する第１と第２の電極を形成した基
板とその基板間に保持された２色性色素を含有した液晶
層からなる液晶表示素子において、液晶層に水素結合ド
ナー性分子を添加したものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の液晶表示装置は、色素を
ゲスト、液晶をホストとするゲストホスト型液晶表示装
置であるが、ホストである液晶層に、一般式（化１）で
示される化合物を混入していることを特徴としている。

【０００９】特に、液晶分子がベンゼン環を有する構造
である場合、一般式（化１）で示される化合物を混入す
ることにより液晶層の配向能が顕著に向上するが、他の
構造を有する液晶分子においても配向能が向上する。

【００１０】しかも、一般式（化１）で示される化合物
は、液晶分子と水素結合という弱い結合をするため、液
晶の粘度を大きく上げることなく配向能を高めることが
できる。液晶の粘度が上がると、応答速度が遅くなり表
示性能が低下するという弊害が起きるため、強固な結合
ではないが分子同士の相互作用は十分にある水素結合の
効果は大きい。

【００１１】本発明にかかる液晶表示素子の製造方法
は、配向処理を施された第1電極を有する基板と、同様
の第2の基板とを所定の間隔を保持して対向させて固定
する工程と、前記間隙に少なくとも２色性色素分子、液
晶分子、水素結合ドナー性分子を含む混合物を封入する
工程を含む。

【００１２】基板の配向処理としては、平行配向用また
は垂直配向用のポリイミド樹脂を塗布焼成した。ここ
で、上記配向膜の形成方法として、上記のほかに、レシ
チンやシラン系界面活性剤を印刷法やディップ法、スプ
レイ法などで塗布したり、シラン系界面活性剤を気化さ
せる方法などが挙げられる。さらに、上記垂直配向膜や
水平配向膜の表面をラビング処理すると液晶の配向方向
を規制することができる。最近では、紫外線の偏光光を
照射することにより、配向膜の分子を偏向方向に制御し
液晶の配向方向を規制する技術も開発されており、この
方法も利用できる。

【００１３】上記配向処理をした第1基板と第2基板を対
向させスペーサを介して張り合わせた。スペーサとし
て、一定の大きさの樹脂ボールをばらまいて用いた。ま
た、第1の基板上にフォトレジストを塗布し、紫外線を
スペーサ部のみ当てて現像し一定膜厚のスペーサを形成
することもできる。

【００１４】スペーサによる第1基板と第2基板の間隙に
２色性色素分子、液晶分子、水素結合ドナー性分子を含
む混合物を封入する方法として、キャピラリー注入や真
空注入がある。特に、基板を液晶の転移温度以上例えば
１００度付近に加熱して注入することにより液晶分子の
注入による配向の乱れが少なく効果的であった。

【００１５】液晶分子への２色性色素分子や水素結合ド
ナー性分子の混合は、液晶を相転移温度以上に加熱し行
なった。さらに、超音波を当てるなど振動を加えたり、
攪拌させたりすると短時間に均等に溶解させることがで
きた。カイラル剤も同様に液晶分子に混合することによ
り左、又は、右にねじった配向状態を実現することがで
きる。

【００１６】以上により、本実施形態にかかる液晶表示
素子を作製することができる。以下、具体的実施例を用
いて本発明をさらに詳しく説明するが、以下の例により
限定されない。

【００１７】（実施例１）図１に本発明の１実施形態に
用いられる液晶表示素子の断面の概略構成を示す。第１
電極３を形成した第１の基板１と、第２電極４を形成し
た第２の基板２を対向させ、それぞれの基板上に平行配
向処理を施した配向膜５、６を設けた。第１基板と第２
基板の間に液晶７および黒の２色性色素８および安息香
酸９を含有させて液晶表示素子を構成している。基板間
距離は５ミクロンで作製した。

【００１８】前記第１電極３と第２電極４の表面に配向
膜６として平行配向用のポリイミド樹脂を塗布焼成し
た。この配向膜６をラビングすることにより、基板上の
配向方向を対向する第１基板１上の配向方向と合わせス
ペーサを介して張り合わせた。

【００１９】前記２つの基板１，２により形成したセル
の間に、ネマチック液晶（Ｎｐ）７と黒の２色性色素
（ｐ型）８および安息香酸９(５％モル)を混合して注入
すると、セル内でホモジニアス配向となる。偏光板１０
を介して光を入射すると２色性色素８の配向方向と偏光
方向がそろった場合、色素８に吸収されて透過又は反射
するため、暗状態となる。逆に、偏向方向と配向方向が
９０度になった場合色素８の吸収がなくなり明状態とな
る。

【００２０】安息香酸９を混合しないで他の条件は同じ
にしたセルｂ（混合したセルをａとする）を作製して同
じように透過測定を行なったところａの方が暗状態の透
過率が低くなり、明状態の透過率があがったため、コン
トラストが向上した。

【００２１】安息香酸を混合した液晶の相転移温度を測
定したところ、混合しない場合よりも１．５度高くなっ
た。これより、液晶が安息香酸により結合してオーダー
パラメータが向上したことが考えられる。

【００２２】前記電極３，４に電圧を印加すると、電界
により液晶７が基板に垂直になるように動くため、追従
して色素８も垂直に立つ（図２）。図３に電圧を加えた
時のセルａとｂの偏光板を介しての透過率の変化を示
す。安息香酸を添加したａセルの方が黒が沈み白が明る
いため、コントラストが向上している。さらに、しきい
値電圧は添加しないものと変わらなかった。

【００２３】安息香酸の添加量を３０モル％まで変えて
液晶セルの印過電圧５ｖにおけるコントラストを測定し
た結果を図４に示す。添加量が１０モル％まではコント
ラストの向上が添加量に比例し、２０モル％まではやや
鈍りながら増加し、２０モル％を越えるとコントラスト
の低下とともにしきい値電圧が上がった。これより、添
加量は２０モル％までがよいと考えられる。

【００２４】(実施例２)実施例1で用いた安息香酸のか
わりに、パラビフェニルカルボン酸を添加したセルを作
製した。添加する際、液晶の相転移温度まで加熱した。
パラビフェニルカルボン酸は添加量を検討した所２０モ
ル％までしかとけなかった。しかし、５モル％の添加量
で安息香酸を１５モル％添加したと同様のコントラスト
向上が得られた。

【００２５】これは、安息香酸よりパラビフェニルカル
ボン酸の方が水素結合能力が高いため、少量で液晶のオ
ーダーパラメータを高められたと考えられる。図７に示
したような水素結合ドナー性分子が液晶と水素結合する
ことにより、大きな平面構造（ベンゼン環）が付加さ
れ、形状的に配向し易くなる。また、水素結合ドナー性
分子は色素分子にも結合し、液晶分子と色素分子の相互
の配向関係を強くすることにより結果的に２色比が高ま
り、コントラスと向上に貢献すると考えられる。

【００２６】（実施例３）実施例１および２では、液晶
をねじらなかったが、カイラル剤を添加することにより
液晶をねじることにより、２色性色素をセルの厚さ方向
を軸として回転させて配向させた。これにより、入射光
はいずれの方向に偏光していても吸収されるため、偏光
板を使用する必要が無くなる。これにより、電圧を印加
すると液晶分子が電界方向に再配列し、色素分子も基板
に垂直に配列するため、光の吸収が無くなり、明状態の
透過率が高く明るい表示が可能となる。

【００２７】ねじれ角を１８０度になるように配向処理
を行い、液晶にカイラル剤を添加しセルを作製した。安
息香酸を１０モル％添加したセルｃと添加しないセルｄ
を作製し、電圧を印加した時の透過率の変化を図５に示
した。暗状態の透過率はほとんど変わらないが、明状態
になる変化が、添加したｃセルの方が急峻で透過率が高
かった。これは、安息香酸を添加して、液晶のオーダー
パラメータが上がったために、電圧印加時の液晶および
色素の配列状態がそろい光の透過状態が向上したと考え
られる。

【００２８】実施例３では、ホモジニアス配向をさせた
が、基板の配向膜を垂直配向膜にすることにより、ホメ
オトロピック配向にすることもできる。液晶をｎ型のネ
マチック液晶にすることにより電圧無引加時に液晶およ
び色素が基板に垂直に配列して光を透過し、明状態とな
る。電圧を引加すると液晶は基板に平行に配列しカイラ
ル剤があればねじれた状態となる。それに追従して色素
も並ぶため、光を吸収して暗状態となる。この場合も、
安息香酸を添加すると明状態の透過率が上がりコントラ
ストが向上した。

【００２９】

【発明の効果】本発明では、対向する第１と第２の電極
を形成した基板とその基板間に保持された２色性色素を
含有した液晶層からなる液晶表示素子において、液晶層
に水素結合ドナー性分子を添加することにより、液晶分
子と水素結合しオーダパラメータを向上させ、コントラ
ストを向上させることができる。

【００３０】しかも、水素結合はゆるやかな結合のた
め、しきい値電圧が上がることなく効果的に液晶および
色素の配向を改善できる。これにより、低電圧でも高コ
ントラストの表示素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶表示素子の断面の概略構成を示した図

【図２】液晶表示素子の断面の概略構成を示した図

【図３】印加電圧と透過率の変化を示した図

【図４】添加濃度とコントラストの関係を示した図

【図５】印加電圧と透過率の変化を示した図

【図６】液晶表示素子の断面の概略構成を示した図

【図７】水素結合ドナー素子の構造を示した図

【符号の説明】

１第１基板２第２基板３第１電極４第２電極５平行配向膜６平行配向膜７液晶８２色性色素９安息香酸１０偏光板

フロントページの続き (72)発明者脇田尚英大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H088 GA02 GA11 GA13 GA17 HA03 KA08 KA30 4H027 BA01 BB02 BD04 BD05 BD20 CA02 CD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する第１と第２の電極を形成した基
板とその基板間に保持された２色性色素を含有した液晶
層からなる液晶表示素子において、液晶層に水素結合ド
ナー性分子を添加することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】請求項１記載の水素結合ドナー性分子が
下記（化１）に示す特性基を有することを特徴とする液
晶表示素子。【化１】なお（化１）で示される化合物は、水素結合能を有する
化合物である。
【請求項３】請求項１記載の水素結合ドナー性分子の
添加量が２０モル％以下であることを特徴とする液晶表
示素子。
【請求項４】請求項１記載の２色性色素が親水性官能
基を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】配向処理を施された第1電極を有する基
板と、同様の第2の基板とを所定の間隔を保持して対向
させて固定する工程、前記間隙に少なくとも２色性色素
分子、液晶分子、水素結合性ドナー素子を含む混合物を
封入する工程を少なくとも含むことを特徴とする液晶表
示素子の製造方法。
【請求項６】少なくとも２色性色素分子、液晶分子、
水素結合性ドナー素子からなることを特徴とする混合
物。