JP2007322914A

JP2007322914A - 液晶表示素子

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Publication number: JP2007322914A
Application number: JP2006155102A
Authority: JP
Inventors: Rajeshu Kumar; ラジェシュクマール
Original assignee: VISION MULTIMEDIA TECHNOLOGY K; VISION MULTIMEDIA TECHNOLOGY KK
Current assignee: VISION MULTIMEDIA TECHNOLOGY K; VISION MULTIMEDIA TECHNOLOGY KK
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-06-02
Also published as: JP4966588B2

Abstract

【課題】ポリマー／液晶複合材を用いた液晶表示素子において、低電圧で高速応答が可能な液晶表示素子を提供すること。
【解決手段】３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、液晶と、を混合し、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとを反応させることで、ＰＬＣＣ（Polymer / Liquid Crystal Composite）モードの液晶表示素子６を得るようにした。これにより、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとの重量比を適切に選定すれば、低電圧駆動で、フィールド・シーケンシャル方式のような非常に高速な応答が求められる表示方式にも適用できるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示素子に関し、特に、ポリマーと液晶との混合材からなる液晶表示素子に関する。

従来、液晶表示素子として、ＴＮ(Twisted Nematic)モード、ＳＴＮ(SuperTwisted Nematic)モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードを用いたものがある。これらのうち、ＯＣＢモードの液晶表示素子は、上述した他のモードの液晶表示素子に比して、応答速度を高速にできる（５ｍｓ程度）といった利点がある。しかし、ＯＣＢモードの液晶素子は、駆動電圧が高くドライバＩＣコストがかかることや、液晶分子の配向制御が難しいこと、特殊な光学フィルムや液晶材料が必要なる等の欠点もある。

さらに従来、上述した液晶表示素子の他に、高分子（ポリマー）と液晶との複合材からなる、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）モードの液晶表示素子（特許文献１参照）や、ＰＬＣＣ（Polymer / Liquid Crystal Composite）モードの液晶表示素子（特許文献２参照）が開発されている。これらの液晶表示素子は、駆動電圧のオンオフに応じて、光散乱状態（すなわち光遮断状態）又は光透過状態をとることで、シャッターの役割を実現できる。これらの液晶表示素子を用いれば、偏光板、配向板を使用しないでディスプレイを構成することもできるようになるので、偏光板、配向板による光量の吸収が大幅に減少され、明るい画面を得ることもできるようになると考えられている。

なお、一般に、ポリマーの配合率が３０〜４０重量パーセントのものがＰＤＬＣモード、ポリマーの配合率が２０〜３０重量パーセントのものがＰＬＣＣモードと呼ばれている。

一方、液晶表示装置の表示方式として近年、カラーフィルタが不要であり、鮮明なカラー表示を実現できるものとして、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置の開発が進んでいる。

フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、液晶シャッターの背面に三色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を設け、各色ＬＥＤを高速で順次点灯させると共にこれに同期するように各画素位置の液晶シャッターを開閉させることにより、各画素位置で所望の色を表示できるようになっている。
米国特許出願公開第２００１／００３５８５２号明細書特開２００４−０１３１３１号公報

ところで、上述したように液晶表示素子として、ポリマー／液晶複合材を用いれば、明るい鮮明な表示画像を得ることができるようになる。しかしながら、ポリマー／液晶複合材を用いた液晶素子は、現状では、低電圧で高速に駆動することが困難な問題がある。

例えば、ＰＤＬＣモードの液晶表示素子は、セルギャップにも依るが、例えば３０［Ｖ］の駆動電圧で２０［ｍＳ］程度の応答速度しか得られない。駆動電圧を高くするほど、応答速度を速くできるが、実際上、３０［Ｖ］以上の駆動電圧を供給するのは困難である。このため、ＰＤＬＣモードの液晶表示素子は、特に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を用いた駆動方式には適さない。

また、ＰＤＬＣモードの液晶表示素子よりもポリマーの配分が小さいＰＬＣＣモードの液晶表示素子は、ＰＤＬＣモードよりも低電圧で駆動できるが、ＰＤＬＣモードよりも応答速度が遅い欠点がある。

一方、上述したようにフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、鮮明なカラー表示を実現できるが、原理的に、液晶表示素子に対して、カラーフィルタを用いた方式の３倍以上の応答速度が求められる。一般には、１０［ｍｓ］以下の応答速度が求められ、高品位な画像を得るためには５［ｍｓ］以下の応答速度が必要と言われている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ポリマー／液晶複合材を用いた液晶表示素子において、低電圧で高速応答が可能な液晶表示素子を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明の液晶表示素子は、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、液晶と、を混合し、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとを反応させることで、ＰＬＣＣ（Polymer / Liquid Crystal Composite）モードの液晶表示素子を得るようにした。

これにより、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとの重量比を適切に選定すれば、低電圧駆動で、フィールド・シーケンシャル方式のような非常に高速な応答が求められる表示方式にも適用できるようになる。

本発明によれば、低電圧で高速応答が可能なポリマー／液晶複合型の液晶表示素子を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（１）液晶ディスプレイの構成
図１に、実施の形態による液晶パネルの構成を示す。液晶パネル１は、ツイスト境界モードの（高分子／液晶）複合材料（ＰＬＣＣ）を使用して、フィールド・シーケンシャル方式の表示を実現可能な構成となっている。

液晶パネル１は、底面ＴＦＴ基板２上に、ラビング処理した配向層３が積層されている。また、液晶パネル１は、内面にＩＴＯコーティングを施した上部基板４の表面上にコーティングを施し、配向層３に対して９０度の方向にラビング処理した配向層５が積層されている。なお、底面ＴＦＴ基板２、配向層３、上部基板４及び配向層５の構成部分は以降、セルと呼ぶものとする。

本実施の形態による液晶表示素子としてのＰＬＣＣ６は、セル内部に挟持されている。ＰＬＣＣ６には、底面ＴＦＴ基板２から各画素毎に駆動電圧が印加され、ＰＬＣＣ６の各画素に対応する部分はこの印加電圧に応じて光散乱状態（光遮断状態）又は光透過状態とされる。

また、液晶パネル１は、上部偏光板７及び底面偏光板８を有し、底面偏光板８の底面側には拡散膜９が設けられている。拡散膜９の外側には、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤからなるＬＥＤバックライト・システム１０が設けられている。

このような構成において、液晶パネル１は、ＬＥＤバックライト・システム１０のＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤを順次発光させ、この発光周期と階調データとに応じて、ＰＬＣＣ６の各画素に対応する部分が光散乱状態（光遮断状態）又は光透過状態とされることで、カラー表示画像を得るようになっている。

図２に、液晶パネル１のセル部分のさらに具体的な構成例を示す。図２のセルは、セル間隔１．５［μｍ］の空の２インチＱＶＧＡ（３２０×２４０ピクセル）ＴＦＴＴＮセルを示す。下部ガラス基板１１上に個別化したＷ／ＬのＴＦＴ層１２が積層されている。１３Ａ及び１３Ｂは、ラビング処理したポリマー配向層である。上部ガラス基板１４の下面側にはインジウム錫酸化物の導電性コーティング１５が施されている。

後述するような、モノマーと液晶との混合物を、真空状態でセルに充填し、１５ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を摂氏４０度で３０秒間照射することで、紫外線硬化プロセスを実行して、ＰＬＣＣ１６を形成した。その後、図１に示すようなパネル・アセンブリ、続いてモジュール・アセンブリを行うことで、液晶ディスプレイを得た。

なお、本実施の形態では、配向層３、５、１３Ａ、１３Ｂを設けた場合について述べたが、配向層３、５、１３Ａ、１３Ｂを省略してもよい。

（２）液晶駆動回路の構成
本実施の形態の液晶駆動回路の特徴は、マルチトーン表示を実行可能なデジタル駆動技術を適用して、ＰＬＣＣを駆動することである。

本実施の形態では、第１の駆動方法として、ＰＬＣＣモードの液晶表示素子に対して、定格電圧の最大電位差の電圧を、階調データに応じて印加パターンを変えて印加することを提案する。これにより、定格電圧の最大電位差の電圧を印加することでＰＬＣＣモードの液晶素子の応答を高速化できると共に、その印加パターンを階調データに応じて変化させることで多階調表示を実現できるようになる。

第２の駆動方法として、ＰＬＣＣモードの液晶表示素子に対して、階調データに応じた多値の印加電圧を印加することを提案する。これにより、ＰＬＣＣモードの液晶素子の応答速度の高速化と、多階調化の両方を実現できるようになる。

図３に、上記第１の駆動方法を実現する液晶駆動回路の構成例を示す。液晶駆動回路１７は、階調表示における階調レベルを表す階調データを、印加時間制御部１８に入力する。階調データは、例えば１６階調に対応している場合、４ビットで表現されるており、階調レベル０〜７と設定される。

印加時間制御部１８は、階調データを受け取ると、参照テーブル１９を参照して、階調データに対応する印加時間（ＯＮ時間・ＯＮパターン）を設定する。そして、印加時間制御部１８は、決定したＯＮ時間だけスイッチ２０に対してＯＮ時間制御信号を出力する。

スイッチ２０は、定電圧発生部２１で発生した定格電圧の最大電位差（固定電位差）を、印加時間制御部１８からのＯＮ時間制御信号にしたがってＰＬＣＣモード液晶パネル２２のピクセルに印加する。

なお、上記第２の駆動方法を実現する場合には、例えば、定電圧発生部２１で多値の電圧を発生し、スイッチ２０で階調データに応じて時分割で多値の電圧のうちのいずれかを選択しながらＰＬＣＣモード液晶パネル２２のピクセルに印加するようにすればよい。

（３）液晶表示素子の構成
本実施の形態では、複数のアクリレートモノマーと、正誘電異方性液晶との混合物を用い、フィールド・シーケンシャル方式に適した、低電圧で高速応答可能なＰＬＣＣモードの液晶表示素子を提案する。

ＰＬＣＣモードの液晶表示素子は、液晶の重量パーセントが７０〜８０パーセントであり、モノマーの重量パーセントが３０〜２０パーセントである。この範囲内で、液晶の重量パーセントを大きくすると、低電圧駆動が可能となる一方、応答速度が遅くなる。同様に、モノマーの重量パーセントは、ＴＦＴセルを適用するにあたっての望ましい粘着性と電気・光学パラメータに影響を及ぼす。本実施の形態では、この点を考慮してモノマーと液晶との配合比を選定した。

また、２エチルヘキシル・アクリレートや３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートのようなガラス転移温度Ｔｇの低い単一機能的なアクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートのようなガラス転移温度Ｔｇの高いジアクリレートモノマーを、電気・光学的性質を適切なものとするために使用した。単一機能的なアクリレートの割合を増やすほど、低電圧で駆動できるが、応答速度が遅くなる。一方、１−ジアクリレートの割合を増やすほど、高い駆動電圧が必要となるが、応答速度は速くなる。

本実施の形態の液晶表示素子の第１の特徴は、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、液晶とを混合し、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとを反応させることで、ＰＬＣＣモードの液晶表示素子を得るようにしたことである。

また、本実施の形態の液晶表示素子の第２の特徴は、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとの混合比を、好適な値に選定することにより、ＴＦＴセルが適用可能な程度の低電圧で、フィールド・シーケンシャル方式にも対応可能な高応答速度のＰＬＣＣモード液晶表示素子を実現したことである。

ＰＬＣＣモードの液晶表示素子の具体的な構成・製造例を、以下の実施例１〜５に示す。

（３−１）実施例１
２エチルヘキシル・アクリレート１４．０重量パーセントと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレート６．０重量パーセントとを、８０．０重量パーセントの液晶ＪＣ−１０４６に加えた。フォトイニシエータの２−ジメトキシ−２−フェニル・アセトフェノンをモノマーの重量に対して５重量パーセントだけ混合物に加えた。混合物の均質で透明な溶液を２ミクロンの間隙の空のＩＴＯコーティングを施したＴＮセルに充填した。３０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を、ＩＴＯコーティングを施したガラス板に摂氏４０度で３０秒間照射することで、紫外線硬化プロセスを実行した。このようにして実施例１におけるＰＬＣＣモードの液晶表示素子を得た。

（３−２）実施例２
３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレート１４．０重量パーセントと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレート６．０重量パーセントとを、８０．０重量パーセントの液晶Ｅ２２００に加えた。フォトイニシエータの２−ジメトキシ−２−フェニル・アセトフェノンをモノマーに対して５重量パーセントだけ混合物に加えた。混合物の均質で透明な溶液を２ミクロンの間隙の空のＩＴＯコーティングを施したＴＮセルに充填した。１５ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を、ＩＴＯコーティングを施したガラス板に摂氏４０度で３０秒間照射することで、紫外線硬化プロセスを実行した。このようにして実施例２におけるＰＬＣＣモードの液晶表示素子を得た。

（３−３）実施例３
３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレート１５．４重量パーセントと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレート６．６重量パーセントとを、７８．０重量パーセントの液晶Ｅ２２００に加えた。フォトイニシエータの２−ジメトキシ−２−フェニル・アセトフェノンをモノマーに対して５重量パーセントだけ混合物に加えた。混合物の均質で透明な溶液を２ミクロンの間隙の空のＩＴＯコーティングを施したＴＮセルに充填した。１５ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を、ＩＴＯコーティングを施したガラス板に摂氏４０度で３０秒間照射することで、紫外線硬化プロセスを実行した。このようにして実施例３におけるＰＬＣＣモードの液晶表示素子を得た。

（３−４）実施例４
３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレート１７．５重量パーセントと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレート７．５重量パーセントとを、７５．０重量パーセントの液晶Ｅ２２００に加えた。フォトイニシエータの２−ジメトキシ−２−フェニル・アセトフェノンをモノマーの重量に対して５重量パーセントだけ混合物に加えた。混合物の均質で透明な溶液を２ミクロンの間隙の空のＩＴＯコーティングを施したＴＮセルに充填した。１５ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を、ＩＴＯコーティングを施したガラス板に摂氏４０度で３０秒間照射することで、紫外線硬化プロセスを実行した。このようにして実施例４におけるＰＬＣＣモードの液晶表示素子を得た。

（３−５）実施例５
３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレート２１．０重量パーセントと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレート９．０重量パーセントとを、７０．０重量パーセントの液晶Ｅ２２００に加えた。フォトイニシエータの２−ジメトキシ−２−フェニル・アセトフェノンをモノマーの重量に対して５重量パーセントだけ混合物に加えた。混合物の均質で透明な溶液を２ミクロンの間隙の空のＩＴＯコーティングを施したＴＮセルに充填した。１５ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を、ＩＴＯコーティングを施したガラス板に摂氏４０度で３０秒間照射することで、紫外線硬化プロセスを実行した。このようにして実施例５におけるＰＬＣＣモードの液晶表示素子を得た。

（３−６）実施例１〜５の液晶表示素子の評価
実施例１〜５により得られるＰＬＣＣモードの液晶表示素子の電気・光学特性を、表１に示す。因みに、表１は、摂氏２５度において交差偏光板の下で測定したものである。

また、実施例１〜５により得られるＰＬＣＣモードの液晶表示素子の所要駆動電圧と、応答速度の関係を、図４に示す。図４からも明らかなように、実施例２、実施例４及び実施例５により得られる液晶表示素子は、実用的な駆動電圧（１０［Ｖ］以下）で、実用的な応答時間（２０［ｍｓ］以下）で動作する。

実施例４及び実施例５により得られる液晶表示素子は、１０［Ｖ］以下の駆動電圧で１０［ｍｓ］より速い応答速度で動作するので、より好適である。

さらに、実施例４により得られる液晶表示素子は、６［Ｖ］程度の駆動電圧で５［ｍｓ］より速い応答速度で動作するので、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置に用いた場合でも、高品質の表示画像を得ることができる。

なお、本発明の液晶表示素子は、実施例１〜実施例５により得られるものに限らず、構成比において３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートの比率を増加すると駆動電圧の低減につながるが、応答速度が遅くなり、一方、構成比において１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートの比率を増加すると駆動電圧は高くなるが応答速度が速くなることと、図４の特性とを加味して、適用しようとする液晶表示装置に求められる電気・光学特性に応じて、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートの比率を変更してもよい。

また、露光条件やセルギャップ等によっても、電気・光学特性は変わるので、それに応じて、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートの比率を変更してもよい。

さらに、表１及び図４に示した特性は、図１に示すような構成を前提に測定したものであるが、ＰＬＣＣを配向層なしにセル内部に配置した場合には、駆動電圧及び応答速度は少しだけ増加する。配向層を省略して、フレキシブル表示パネルを実現する場合には、この駆動電圧及び応答速度の増加を加味して、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートの比率を変更すればよい。

（４）実施の形態の効果
以上説明したように、本実施の形態によれば、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、液晶と、を混合し、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとを反応させてＰＬＣＣモードの液晶表示素子を得るようにしたことにより、低電圧で高速応答が可能な液晶表示素子を実現できる。例えば、３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとの重量比を適切に選定すれば、フィールド・シーケンシャル方式のような非常に高速な応答が求められる表示方式にも適用できるようになる。

また、本実施の形態によれば、ＰＬＣＣモードの液晶表示素子を有する液晶パネル２２と、液晶表示素子をフィールド・シーケンシャル方式で駆動する液晶駆動回路１７と有する構成としたことにより、配向板及びカラーフィルタ等の透過光を遮る部材が非常に少なく、従来に比して一段と鮮明な表示画像を得ることができる液晶表示装置を実現できる。さらに、配向板及びカラーフィルタ等を必要としないので、フレキシブルプラスチック基板に適用した場合に有利となり、フレキシブル液晶パネルを容易に実現できるようになる。

さらに、液晶駆動回路１７によって、ＰＬＣＣモードの液晶表示素子に対して、定格電圧の最大電位差の電圧を、階調データに応じて印加パターンを変えて印加するようにしたことにより、ＰＬＣＣモードの液晶素子を、フィールド・シーケンシャル方式に適用し得る程度に高速に、かつ微細に（すなわち多階調となるように）駆動できるようになる。

本発明の液晶表示素子は、低電圧で高速応答が可能であり、例えばフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置に適用して好適である。

本発明の実施の形態に係る液晶パネルの構成を示す図セル部分の具体的な構成例を示す断面図実施の形態による液晶駆動回路の構成を示すブロック図実施例により得られたＰＬＣＣモードの液晶表示素子の電圧−応答特性を示す図

符号の説明

１液晶パネル
２底面ＴＦＴ基板
３、５、１３Ａ、１３Ｂ配向層
４上部基板
６ＰＬＣＣ
７、８偏光板
９拡散膜
１０ＬＥＤバックライト・システム
１１下部ガラス基板
１２ＴＦＴ層
１４上部ガラス基板
１５導電性コーティング
１７液晶駆動回路
２２ＰＬＣＣモード液晶パネル

Claims

３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、
１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、
液晶と、
を混合し、前記３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、前記１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとを反応させて得られるＰＬＣＣ（Polymer / Liquid Crystal Composite）モードの液晶表示素子。
前記３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、前記１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、前記液晶と、の重量比は、前記反応後に、１０［Ｖ］以下の駆動電圧で１０［ｍｓ］より速い応答速度が得られるように選定されている
請求項１に記載の液晶表示素子。
前記３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、前記１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、前記液晶と、の重量比は、前記反応後に、１０［Ｖ］以下の駆動電圧で５［ｍｓ］より速い応答速度が得られるように選定されている
請求項１に記載の液晶表示素子。
２１重量パーセントの前記３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、
９重量パーセントの前記１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、
７０重量パーセントの前記液晶と
を混合し、前記３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、前記１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとを反応させて得られる
請求項１又は請求項２に記載の液晶表示素子。
１７．５重量パーセントの前記３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、
７．５重量パーセントの前記１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートと、
７５重量パーセントの前記液晶と
を混合し、前記３，５，５−トリメチルヘキシル・アクリレートと、前記１−６ヘキサンジオール・ジアクリレートとを反応させて得られる
請求項１又は請求項３に記載の液晶表示素子。