JP2004226998A

JP2004226998A - 液晶表示素子

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Publication number: JP2004226998A
Application number: JP2004062230A
Authority: JP
Inventors: Hironori Iwanaga; 寛規岩永; Katsuyuki Naito; 勝之内藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: JP3642575B2

Abstract

【課題】情報の保持特性の高い液晶表示素子を提供すること。
【解決手段】本発明の液晶表示素子は、対向して配置され、その対向面に電極３、４を
有する、少なくとも一方が透明な一対の基板１、２と、前記一対の基板１、２間に挟持さ
れ、二色性色素６を含有する液晶材料５及びイオン捕捉性物質９を含む液晶層８と、を具
備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子に係り、特に、電圧の保持特性の高い液晶表示素子に関する。

近年、液晶表示素子は、薄型で軽量に作製することができ、かつ鮮明な画像が得られる
ＴＦＴ駆動パネルへ使用されることが主流となりつつある。ＴＦＴ駆動パネルで明るく鮮
明な画像を得るためには、書き込まれた情報を、書き込み時間以外でできるだけ長時間保
持することが重要である。したがって、液晶表示素子の液晶層の電気抵抗値は、十分に高
いことが必要である。しかしながら、液晶層中には微量ではあるがイオン性不純物が存在
するため、液晶層の電気抵抗値は十分には高くなかった。

一般的な液晶表示素子では、製造工程においてＮａ^＋等が混入することにより、液晶層
中にイオンがもたらされる。これに対しては、製造工程の改善やイオンを取り込みにくい
液晶の開発等の様々な検討がなされているが、極僅かなイオンの混入を防ぐことは非常に
困難であるため、歩留まりが悪く、コストが高くなるという問題を有している。

一方、ゲスト−ホスト方式の液晶表示素子では、製造工程でのイオンの混入以外に、色
素の光劣化によるイオン性不純物の発生により、液晶層中にイオンがもたらされる。

このゲスト−ホスト方式の液晶表示素子を用いたＴＦＴ駆動パネルは、明るく鮮明な画
像が得られ、視野角が広く、薄型軽量であるという利点を有している。そのため、ゲスト
−ホスト方式の液晶表示素子は、携帯用機器等に搭載される表示パネルを構成する素子と
しては、理想的なものとして期待されている。

しかしながら、ゲスト−ホスト方式の液晶表示素子では、上述のように、製造工程でイ
オンが混入する以外に、色素の分解によりイオン性不純物が発生するため、イオンによる
液晶層の汚染が生じ易い。したがって、ゲスト−ホスト方式の液晶表示素子では、電気抵
抗値が大きく低下するため、電圧の保持特性の低下が特に顕著である。これが、ゲスト−
ホスト方式の液晶表示素子の市場性を大きく妨げているのである。

本発明は、電圧の保持特性の高い液晶表示素子を提供することを目的とする。

本発明は、対向して配置され、その対向面に電極を有する、少なくとも一方が透明な一
対の基板と、前記一対の基板間に挟持され、二色性色素を含有する液晶材料及びイオン捕
捉性物質を含む液晶層と、を具備することを特徴とする液晶表示素子を提供する。

本発明は、上記液晶表示素子において、前記イオン捕捉性物質が下記化学式１に示す化
合物、下記化学式２に示す化合物、下記化学式３に示す化合物、及びそれらの誘導体から
なる群より選択される。

本発明は、上記液晶表示素子において、前記液晶材料がマイクロカプセルに包含され、
前記イオン補促性物質が、前記マイクロカプセルの被膜に、またはマイクロカプセル間に
存在するバインダー樹脂中に含有されることを特徴とする。

本発明によると、液晶層の電気抵抗率の低下が生じにくいので、情報の保持特性の高い
液晶表示素子を提供することができる。

以下、本発明の液晶表示素子について、図面を参照しながら、より詳細に説明する。本
発明の液晶表示素子で用いられる一対の基板は、少なくともその一方が透明である必要が
ある。この素子が反射型液晶表示素子として用いられる場合は、アルミニウム、銅等の電
極が一方の主面に形成され、必要に応じて反射板が設けられた基板を、一方の基板に用い
ることができる。

本発明の液晶表示素子で用いられる透明な基板として、ガラス、アクリル系樹脂、ポリ
カーボネート、及びポリエチレン等の絶縁性の透明基板の少なくとも一方の主面に、ＩＴ
Ｏ等の透明電極が形成されたものを挙げることができる。この素子を、透過型液晶表示素
子として用いる場合は、一対の基板の両方に、この透明基板が用いられる。

上述の基板は、表示方式に応じて適切なものが選択され、必要に応じて、その液晶層と
接する配向膜面が配向処理される。本発明の液晶表示素子において、液晶材料中に含まれ
る液晶化合物に特に制限はなく、それぞれの表示方式で一般的に用いられる液晶化合物を
使用することができる。

本発明の液晶表示素子はゲスト−ホスト方式の液晶表示素子であり、液晶材料には二色
性色素が含まれる。二色性色素としては、アントラキノン類、アゾ類の色素のように、通
常、ゲスト−ホスト方式の液晶表示素子で用いられる色素が使用される。

この二色性色素は、光照射により分解してイオン性不純物が発生することが前述された
が、これは、液晶層中に存在する酸素に起因しており、二色性色素として最も多用されて
いるアントラキノン類の色素は、励起一重項酸素により分解されることが知られている。

したがって、液晶層中の酸素濃度を低減することにより、二色性色素の分解に起因する
液晶層中でのイオン性不純物の生成が防止され、液晶層の電気抵抗値の低下を防止するこ
とができるのである。

図１に、本発明の第１の態様に係る液晶表示素子の一断面図を示す。この図で、透明な
基板１の一方の主面には、電極３が形成されている。基板１の導電膜３が形成された面と
対向して透明基板２が配置され、透明基板２の導電膜３と対向する面には、電極４が形成
されている。なお、基板１上に形成された導電膜３上には、配向膜が形成されている（図
示せず）。これら電極３及び電極４の間には、液晶化合物５と二色性色素６及びイオン捕
捉性物質９とで構成される液晶層８が挟持されており、液晶表示素子１３を形成している
。

なお、ここでイオン捕捉性物質とは、液晶層中のイオンと電気的に相互作用して、液晶
層中でのイオンの移動度を低下させる性質を有する物質をいう。本発明の液晶表示素子は
、液晶層にイオン捕捉性物質を含んでいる。そのため、液晶層中で電気抵抗率の低下をも
たらすイオン、特に陽イオンは、この物質にトラップされる。その結果、イオンは、あた
かもイオンの分子量が増加したかのように振る舞い、液晶層中での移動度が減少し、液晶
層の電気抵抗率の低下が生じないのである。

イオン捕捉性物質としては、下記化学式１及び２に示すピリジン構造を有する化合物、
下記化学式３に示される化合物及びそれらの誘導体を挙げることができる。

なお、上記化学式１及び２で、Ｒ^５、Ｒ^６及びＲ^７は、シアノ基、Ｍｅ、Ｅｔ、及びｎ
−Ｂｕ等のアルキル基、フェニル基、及び水素がシアノ基等で置換されたフェニル基等で
ある。

イオン捕捉性物質として、これら極性の大きな化合物等が、ポリマーの側鎖に結合した
非イオン性極性ポリマーや、ガラス微粒子の表面に吸着又はコートされたものを用いても
よい。この場合、陽イオンの液晶層中での移動度がさらに減少するため、液晶層の電気抵
抗率の低下をさらに防ぐことができる。

また、イオン捕捉性物質として、例えば、アクリル等からなるポリマー微粒子を水等の
極性の高い溶媒中で超音波分散させることにより極性の高い置換基が表面に局在化された
非イオン性極性ポリマー、イオン交換樹脂、及びシリカやアルミナ等の酸化物等の極性の
大きな化合物からなる微粒子を用いることができる。

このイオン捕捉性物質は、液晶層に対して、１×１０^−２〜２重量％含まれることが好
ましい。１×１０^−２重量％未満の場合は、液晶層の電気抵抗値の低下を防ぐことができ
ず、２重量％を超える場合は、液晶材料の配向性を低下させるため好ましくない。

上述の還元性物質及びイオン捕捉性物質は、液晶材料中に分散された状態で用いること
ができる。また、これら物質を配向膜中に含有させることも可能である。この場合、還元
性又はイオン捕捉性物質は、液晶材料中には存在しないので、液晶材料の配向性が影響を
受けることはない。

本発明に係る液晶表示素子は、液晶材料がマイクロカプセル化されていてもよい。この
場合、図２（ａ）に示す、被膜１４に上述のイオン捕捉性物質１５を含有させ、この被膜
１４で液晶材料５、６を包含したマイクロカプセル１６を用いることができる。図２（ｂ
）に示すように、このマイクロカプセル１６で液晶層を構成すると、液晶材料の配向性が
影響を受けることがないので好ましい。

また、図３に示すように、液晶材料５、６が包含されたマイクロカプセル１８と、イオ
ン捕捉性物質１５とを、媒体１９に分散させて、液晶層８を構成してもよい。このように
して液晶表示素子２０を構成すると、液晶材料の配向性が影響を受けることがないので好
ましい。この場合、バインダー樹脂による保持率の劣化を防ぐことができる。マイクロカ
プセルを液晶層中に分散させる媒体には、ポリビニルアルコールやセルロース等の通常使
用される媒体を用いることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

（比較例）
液晶表示素子を以下のようにして作製した。

まず、一方の主面にＩＴＯ膜が形成されたガラス基板を透明基板として用い、このＩＴ
Ｏ膜が形成された面に、１０００オングストロームの厚さのポリイミドからなる被膜を形
成した。さらに、この被膜に、ラビング法により、水平配向処理を施すことにより、配向
膜を形成した。

以上のようにして、２枚の透明基板に配向膜を形成し、その一方の基板の被膜が形成さ
れた面の周辺部にエポキシ接着剤を塗布し、他方の基板の被膜が形成された面に平均粒度
が１０μｍのスペーサを散布した。これら２枚の基板を、それぞれの配向膜が向き合うよ
うに、及び、それぞれの配向膜の配向方向が平行となるようにして張り合わせ、セルを作
製した。

次に、液晶化合物ＺＬＩ−２２９３（チッソ化学工業）に、下記化学式４に示す二色性
色素を、液晶化合物に対して１．０重量％の割合で混合して液晶材料を調製した。なお、
この二色性色素は、Ｒ８とＲ９がともにエチル基、Ｒ８がエチル基でＲ９がｔ−Ｂｕ基、
及びＲ８とＲ９がともにｔ−Ｂｕ基である化合物の混合物であり、それぞれの混合比は、
１：２：１である。

この混合物を、真空中で、上述のようにして張り合わされたセルに注入し、これを封止
して液晶表示素子を作製した。この液晶表示素子の液晶層に含まれる酸素濃度を調べたと
ころ、１×１０^−２ｍｏｌ／ｌであった。

以上のようにして作製した比較例１の液晶表示素子について、それぞれ、１０万ルクス
の太陽光を１０時間照射した後、２４℃の温度条件下で、５Ｖの電圧を印加し、電圧の印
加の停止から１６．７ｍｓｅｃ後の電圧を測定することにより、印加電圧に対する１６．
７ｍｓｅｃ後の電圧保持率を調べた。その結果は７０．５％であった。
（実施例１）
液晶材料に、下記化学式５に示すピリジン誘導体を、液晶化合物に対して２重量％の割
合で混合して用いたこと以外は、比較例と同様にして液晶表示素子を作製した。

（実施例２）
上記化学式５に示すピリジン誘導体の代わりに、上記化学式３に示すクラウンエーテル
を、液晶化合物に対して２重量％の割合で混合したこと以外は、実施例１と同様にして液
晶表示素子を作製した。

（実施例３）
ピリジン誘導体を、ガラス微粒子にコートして用いたこと以外は実施例１と同様にして
液晶表示素子を作製した。

すなわち、上記化学式５に示すピリジン誘導体を、液晶材料に直接混合する代わりに、
平均粒度が０．２μｍのガラス微粒子に上記ピリジン誘導体をコートし、これを、液晶材
料に対して２．０重量％含まれるように液晶材料に混合した。

（実施例４）
配向膜の材料に、上記化学式５に示す１．５重量％のピリジン誘導体と、６０重量％の
ポリイミドとの混合物を用いたこと以外は、比較例と同様にして液晶表示素子を作製した
。

（実施例５）
液晶化合物ZLI−2293（チッソ化学工業）に上記化学式４に示す二色性色素を、液晶化
合物に対して１．０重量％の割合で混合して液晶材料を調製した。この液晶材料を、１０
０℃に保たれた処理容器に投入し、１×１０^−６Torrの減圧条件下で攪拌した。３時間攪
拌した後、この処理容器にキセノンガスを導入して、処理容器内を常圧に戻した。以上の
操作を３回繰り返すことにより、液晶材料中の酸素をキセノンで置換した。

この酸素がキセノンで置換された液晶材料、熱重合性ポリマーとしてメタクリル酸メチ
ル、界面活性剤としてポリビニルアルコール、及び重合開始剤としてベンゾインパーオキ
サイドを水に混合し、ホモジナイザーで攪拌した。また、化学式５に示すピリジン誘導体
を液晶材料に対し１０重量％混合した。なお、液晶材料、熱重合性ポリマーおよび重合開
始剤は、重量で、１００：１０：１の比で混合し、界面活性剤は、水混合液に対し３重量
％の割合で加えた。その結果、平均粒度が１０μｍの液晶マイクロカプセルが形成された
。その結果、液晶マイクロカプセルの外壁には化学式９に示すピリジン誘導体が含有され
た。

次に、一方の主面にＩＴＯ膜が形成されたガラス基板を透明基板として用い、この透明
基板のＩＴＯ膜が形成された面に、液晶マイクロカプセルを均一に分散させた。これを別
の透明基板と、それぞれのＩＴＯ膜が向き合うようにして張り合わせ、３００ｇ／ｃｍ^２
の圧力、１２０℃の温度で加熱圧着して、電極間距離が１０μｍの液晶表示素子を作製し
た。

以上のようにして作製した実施例１〜５及び比較例の液晶表示素子について、２０℃及
び５０℃のそれぞれの温度条件下で、５Ｖの電圧を印加し、電圧の印加の停止から１６．
７ｍｓｅｃ後の電圧を測定することにより、印加電圧に対する１６．７ｍｓｅｃ後の電圧
保持率を調べた。

さらに、これら液晶表示素子に、１０万ルクスの太陽光を１０時間照射し、２０℃及び
５０℃の温度条件下で、同様にして電圧保持率を調べた。その結果を、表１に示す。

表１に示されるように、光照射前では、これら素子は、温度の高低に関わらず高い電圧
保持率を示しており、実施例１〜５の液晶表示素子は、比較例の液晶表示素子に比べてわ
ずかに高い電圧保持率を示している。

一方、光照射後では、比較例の液晶表示素子は、２０℃での電圧保持率が光照射前に比
べて２０％以上も低下し、さらに５０℃での電圧保持率は２０℃のときの半分以下にまで
低下しており、光照射による電圧保持率の低下及び温度依存性の増加が極めて大きい。そ
れに対し、実施例１〜５の液晶表示素子は、電圧保持率が光照射前とほとんど変わらず、
温度依存性もほとんどない。

本発明に係る液晶表示素子を示す一断面図。本発明の他の態様に係る液晶表示素子及びそれに用いられる液晶マイクロカプセルを示す一断面図。本発明のさらに他の態様に係る液晶表示素子を示す一断面図。

符号の説明

１…基板、２…透明基板、３、４…電極５…液晶化合物、６…二色性色素、８…液晶層
、９…イオン捕捉性物質、１３…液晶表示素子、１４…被膜、１５…還元性又はイオン捕
捉性物質、１６…マイクロカプセル、１７…液晶表示素子、１８…マイクロカプセル、１
９…媒体、２０…液晶表示素子

Claims

対向して配置され、その対向面に電極を有する、少なくとも一方が透明な一対の基板と
、前記一対の基板間に挟持され、二色性色素を含有する液晶材料及びイオン捕捉性物質を
含む液晶層と、
を具備し、前記イオン捕捉性物質は、下記化学式１に示す化合物、下記化学式２に示す化
合物、下記化学式３に示す化合物、及びそれらの誘導体からなる群より選択される化合物
を含んだことを特徴とする液晶表示素子。
前記液晶材料がマイクロカプセルに包含され、前記イオン補促性物質が、前記マイクロ
カプセルの被膜に、またはマイクロカプセル間に存在するバインダー樹脂中に含有される
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。