JP2004109403A

JP2004109403A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2004109403A
Application number: JP2002270881A
Authority: JP
Inventors: ▲廣▼田　昇一; Shoichi Hirota; Yasuhiro Tanaka; 田中　靖洋; Hideki Nakagawa; 中川　英樹; Kayao Takemoto; 竹本　一八男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】液晶表示素子における配向膜の耐光性ならびに光利用効率を向上する。
【解決手段】画素をマトリクス状に配列したアクティブマトリクス基板１と、透明基板２と、アクティブマトリクス基板と透明基板とに挟持されたネマティック液晶層３とを有する液晶表示素子で、液晶層を配向させる配向膜（４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂ）をアクティブマトリクス基板とネマティック液晶層の間、及び透明基板とネマティック液晶層との間に各々有し、配向膜のうち少なくとも一方が第一の配向膜
（４ａ，４ｂ）と第二の配向膜（５ａ，５ｂ）の積層膜により形成され、第二の配向膜は、屈折率異方性が負である液晶ポリマーであり、ネマティック液晶層と接して配置する。さらに、液晶ポリマーの屈折率異方性を液晶層の屈折率異方性よりも小さく、望ましくは液晶ポリマーの屈折率異方性を液晶層の屈折率異方性に対して負の屈折率異方性とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の属する技術分野は液晶表示装置の構成に関わり、特に液晶配向を実現する配向膜の構成並びにそれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最も一般的な液晶配向方法は、ポリイミド配向膜をラビング処理する方式である。また最近、光照射により液晶配向性を付与する方式である光配向法が注目を浴びている。
【特許文献１】
ＷＯ　００／３６４６３
【非特許文献１】
Ｊ．　Ｆｕｎｆｓｃｈｉｌｉｎｇ，　Ｍ　Ｓｃｈａｄｔ
１９９９　ＳＩＤ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ／Ｖｏｌｕｍｅ
１９９９年５月１８日発行
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な液晶配向方法であるポリイミド配向膜をラビング処理する方式は、弱い光照射の使用条件においては問題がないが、プロジェクタ用液晶表示素子のように強い照明光にさらされる場合には、耐光性が問題となる。また、光配向法は偏光照射により配向膜に異方性を付与し、液晶を配列させる方法であるため、必ずしも光照射に強いとはいえない。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑み、反射率を損なわずに、耐光性を向上させる液晶表示素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本出願の一実施形態によれば、画素をマトリクス状に配列したアクティブマトリクス基板と、透明基板と、アクティブマトリクス基板と透明基板とに挟持されたネマティック液晶層とを有する液晶表示素子で、液晶層を配向させる配向膜をアクティブマトリクス基板とネマティック液晶層の間、及び透明基板とネマティック液晶層との間に各々有し、配向膜のうち少なくとも一方が第一の配向膜と第二の配向膜の積層膜により形成され、第二の配向膜は、屈折率異方性が負である液晶ポリマーであり、ネマティック液晶層と接して配置するというものである。
【０００６】
本出願の別の実施形態によれば、画素をマトリクス状に配列したアクティブマトリクス基板と、透明基板と、アクティブマトリクス基板と透明基板とに挟持されたネマティック液晶層とを有する液晶表示素子で、液晶層を配向させる配向膜を前記アクティブマトリクス基板とネマティック液晶層の間、及び透明基板とネマティック液晶層との間に各々有し、配向膜のうち少なくとも一方が第一の配向膜と第二の配向膜の積層膜により形成され、第二の配向膜は、ネマティック液晶層と接して配置されており、ネマティック液晶層を構成するネマティック液晶材料の屈折率異方性よりも第二の配向膜を構成する液晶ポリマーの屈折率異方性が小さいというものである。さらに、この液晶表示素子において、第二の配向膜は、屈折率異方性が液晶層の屈折率異方性に対して負である液晶ポリマーであるというものである。
【０００７】
これにより、ラビング処理を施したポリイミド配向膜や、光照射により液晶配向性を付与する光配向が可能な配向膜の耐光性を向上する。また、液晶ポリマーを配向膜として用いた場合に新たに生じる課題である、光利用効率（例えば反射率）の低下を防止するため、上述の液晶表示素子において、液晶層を構成する液晶材料の屈折率異方性よりも第二の配向膜を構成する液晶ポリマーの屈折率異方性が小さくするというものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施例１を図１に示す。本発明の液晶表示素子は、透明電極を備えたガラスやプラスチック等の透明基板２と、アクティブマトリクス基板１と、前記透明基板２と前記アクティブマトリクス基板１とに挟持された液晶層３とを有し、液晶層３と透明基板２との間には、液晶層３を配向させるための第一の配向膜４ｂ並びに第二の配向膜５ｂの積層膜が配置されている。
【０００９】
第一の配向膜４ｂはラビング処理により液晶に配向性を付与する配向膜であり、例えばポリイミドのような高分子膜である。第二の配向膜５ｂは液晶ポリマーである。
【００１０】
第二の配向膜５ｂの形成の方法としては、次のような方法が挙げられる。まず液晶モノマーのワニスを第一の配向膜上に塗布する。第一の配向膜４ｂ上に塗布された液晶モノマーは第一の配向膜のラビング方向に配向する。紫外線を照射して液晶モノマーを重合させて液晶ポリマーを形成し、第二の配向膜５ｂとする。第二の配向膜５ｂである液晶ポリマーの配向方向は、第一の配向膜４ｂのラビング方向に一致する。アクティブマトリクス基板１と液晶層３との間にも、透明基板２と液晶層３との間と同様に第一の配向膜４ａ及び第二の配向膜５ａを形成する。
【００１１】
このような構成により、たとえ第一の配向膜４ａ，４ｂが第二の配向膜５ａ，５ｂを構成する液晶ポリマーに付与するチルト角度が例えば１度以下のように極めて小さくても、第二の配向膜５ａ，５ｂを構成する液晶ポリマーによりチルト角度は増幅され、液晶層３に所望のチルト角度を付与することができる。これは、第一の配向膜４ａ，４ｂの材料の選択性を増す効果を有する。また、液晶ポリマーと液晶層と間のアンカリングエネルギーはポリイミドなどの配向膜と液晶層との間のアンカリングエネルギーに比較して強く、耐光性等の信頼性が向上する効果が得られる。
【００１２】
図２に、入射偏光軸と液晶配向方向との関係を示す。アクティブマトリクス基板１には画素がマトリクス状に配置されており、各画素は反射電極を備えている。本実施例においては液晶配向はツイストネマティック配向を採用した。ツイスト角度は９０度であり、液晶層のリターデーション（すなわち液晶の屈折率異方性と液晶層の厚みの積）は約２４０ｎｍとした。入射偏光の偏光軸１０，１１に対し、液晶配向方向１２，１３はパネル面内で各々約１５度ずらしてある。
【００１３】
第二の配向膜５ａ，５ｂを構成する液晶ポリマーには屈折率異方性（Δｎ_ＬＣＰ）がある。したがって、第二の配向膜５ａ，５ｂには複屈折性が生じ、そのリターデーションは第二の配向膜５ａ，５ｂの膜厚ｄ_２　と液晶ポリマーの屈折率異方性Δｎ_ＬＣＰ　との積（ｄ_２Δｎ_ＬＣＰ）である。
【００１４】
図３に白表示時の反射率における液晶ポリマー（ＬＣＰ）のリターデーション依存性を示す。第二の配向膜を構成する液晶ポリマーの屈折率異方性が正
（Δｎ_ＬＣＰ　＞０）の場合、リターデーションが増すにつれて白表示時の反射率が低下することがわかる。すなわち液晶ポリマーの膜厚が増加するにつれて白表示時の反射率は低下する。
【００１５】
一方、液晶層３には配向や動作の安定性のために一定のチルト角度を付与する必要があるが、そのためには第二の配向膜を構成する液晶ポリマーにおいて一定の膜厚が必要となる。図４に液晶層３のチルト角度における液晶ポリマーの膜厚依存性を示す。第二の配向膜を構成する液晶ポリマーの屈折率異方性が正
（Δｎ_ＬＣＰ　＞０）の場合、液晶ポリマーの膜厚が増加するにつれてチルト角度も増大することがわかる。
【００１６】
図３及び図４から、第二の配向膜を構成する液晶ポリマーの屈折率異方性が正（Δｎ_ＬＣＰ　＞０）の場合、液晶ポリマーの膜厚に対してチルト角度と白表示時の反射率にはトレードオフの関係にあることがわかる。しかしながら、第二の配向膜５ａ，５ｂを構成する液晶ポリマーの屈折率異方性Δｎ_ＬＣＰ　が液晶層３の屈折率異方性（Δｎ_ＬＣ　）よりも十分小さければ、このトレードオフは解消される。
【００１７】
さらに図３から分かるように、第二の配向膜５ａ，５ｂを構成する液晶ポリマーの屈折率異方性が負（Δｎ_ＬＣＰ　＜０）であれば、第二の配向膜５ａ，５ｂである液晶ポリマーの膜厚を調整してリターデーションを変調すると、白表示時の反射率が第二の配向膜５ａ，５ｂである液晶ポリマーを適用しない場合よりも向上することが判明した。ここで負の屈折率異方性であるということは第二の配向膜５ａ，５ｂにより配向される液晶の配向方向に平行な液晶ポリマーの屈折率よりも垂直な方向の屈折率の方が大きいことを意味している。特に液晶ポリマーのリターデーションとして−１５ｎｍから−３０ｎｍ前後で白表示時の反射率の極大値を示すことが判った。
【００１８】
本実施例は主として反射型表示素子について述べたが、透過型表示素子についても同様に適用できることはいうまでもない。
【００１９】
本実施例においては表示方式については反射型のツイストネマティック表示方式について述べたが、本表示方式は一例であって、本発明は本表示方式に限定されるものではないことはいうまでもない。
【００２０】
（実施例２）
本実施例の実施例１と異なる点は、図１における第一の配向膜４ａ，４ｂとして光配向法が適用可能な配向膜を適用した点である。
【００２１】
光配向法の適用可能な配向膜の場合、液晶層へのチルト角度の付与が可能な材料は限られる。信頼性等の諸特性を同時に満たす光配向法の適用可能な配向膜を見出すことは非常に困難である。一方、本発明の実施例１のように、液晶ポリマーを前記光配向法の適用可能な配向膜と液晶層との間に備えることにより、液晶層へのチルト角度の付与は液晶ポリマーに担わせることが可能となる。これにより、光配向法の適用可能な配向膜において液晶層へのチルト角度付与機能の限定をはずすことができ、材料選択の幅が大きく広がる。また、液晶層との間のアンカリングエネルギーについても液晶ポリマーにおけるアンカリングエネルギーは光配向法の適用可能な配向膜におけるアンカリングエネルギーに比べて大きく、耐光性などの信頼性が向上する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、反射率を損なわずに耐光性を向上した液晶表示素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１及び実施例１の説明図である。
【図２】液晶配向方向の説明図である。
【図３】反射率のＬＣＰリターデーション依存性を示す図である。
【図４】チルト角度のＬＣＰ膜厚依存性を示す説明図である。
【符号の説明】
１…アクティブマトリクス基板、２…透明基板、３…液晶層、４…第一の配向膜、５…第二の配向膜、１０，１１…偏光軸、１２，１３…液晶配向方向。

Claims

画素をマトリクス状に配列したアクティブマトリクス基板と、透明基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記透明基板とに挟持されたネマティック液晶層とを有する液晶表示素子であって、
前記液晶層を配向させる配向膜を前記アクティブマトリクス基板と前記ネマティック液晶層の間、及び前記透明基板と前記ネマティック液晶層との間に各々有し、
前記配向膜のうち少なくとも一方が第一の配向膜と第二の配向膜の積層膜により形成され、
前記第二の配向膜は、屈折率異方性が負である液晶ポリマーであり、前記ネマティック液晶層と接して配置されていることを特徴とする液晶表示素子。
請求項１に記載の液晶表示素子において、
前記ネマティック液晶層を構成するネマティック液晶材料の屈折率異方性よりも前記第二の配向膜を構成する液晶ポリマーの屈折率異方性が小さいことを特徴とする液晶表示素子。
請求項２に記載の液晶表示素子において、
前記第一の配向膜を構成する配向膜材料がポリイミドであり、ラビングにより配向性を付与されたものであることを特徴とする液晶表示素子。
請求項２に記載の液晶表示素子において、
前記第一の配向膜が光照射により配向性を付与された配向膜であることを特徴とする液晶表示素子。
請求項３ないし４に記載の液晶表示素子において、
前記第二の配向膜の膜厚が第一の配向膜よりも薄いことを特徴とする液晶表示素子。
画素をマトリクス状に配列したアクティブマトリクス基板と、透明基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記透明基板とに挟持されたネマティック液晶層とを有する液晶表示素子であって、
前記液晶層を配向させる配向膜を前記アクティブマトリクス基板と前記ネマティック液晶層の間、及び前記透明基板と前記ネマティック液晶層との間に各々有し、
前記配向膜のうち少なくとも一方が第一の配向膜と第二の配向膜の積層膜により形成され、
前記第二の配向膜は、前記ネマティック液晶層と接して配置されており、
前記ネマティック液晶層を構成するネマティック液晶材料の屈折率異方性よりも前記第二の配向膜を構成する液晶ポリマーの屈折率異方性が小さいことを特徴とする液晶表示素子。
請求項６に記載の液晶表示素子において、
前記第二の配向膜は、屈折率異方性が液晶層の屈折率異方性に対して負である液晶ポリマーであることを特徴とする液晶表示素子。