JP2012198351A - Liquid crystal display element and method for manufacturing the same - Google Patents

Liquid crystal display element and method for manufacturing the same Download PDF

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Yoshihisa Kurosaki
義久 黒崎
Toshiaki Yoshihara
敏明 吉原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that in a liquid crystal element using a cholesteric liquid crystal, a portion out of a pixel where a phase state cannot be controlled by application of a voltage remains bright.SOLUTION: A matrix driving type liquid crystal display element is provided, including: a cholesteric liquid crystal held between a pair of substrates having transparent electrodes; a first alignment layer positioned in a pixel part on an interface between the transparent electrode and the cholesteric liquid crystal, for forming a predetermined pretilt angle in the cholesteric liquid crystal; and a second alignment layer positioned in a non-pixel part out of the pixel part, for forming a pretilt angle in the cholesteric liquid crystal larger than the pretilt angle formed by the first alignment layer.

Description

本発明は、液晶表示素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display element and a manufacturing method thereof.

コレステリック液晶を用いた表示素子では、その液晶分子の配向状態によって表示の制御が行われる。以下、図11を用いて、コレステリック液晶による反射型の液晶表示素子の原理について説明する。   In a display element using cholesteric liquid crystal, display is controlled according to the alignment state of the liquid crystal molecules. Hereinafter, the principle of a reflective liquid crystal display element using cholesteric liquid crystal will be described with reference to FIG.

コレステリック液晶には、入射光を反射するプレーナ(PL)状態と、透過するフォーカルコニック(FC)状態の2つの状態がある。これら2つの状態は、透明電極101/102間のコレステリック液晶100に電圧を印加することによって制御される。また、コレステリック液晶は、電圧をOFFした後の無電界下でも安定した配向状態を維持することが特徴である。   Cholesteric liquid crystal has two states, a planar (PL) state that reflects incident light and a focal conic (FC) state that transmits light. These two states are controlled by applying a voltage to the cholesteric liquid crystal 100 between the transparent electrodes 101/102. Cholesteric liquid crystal is characterized by maintaining a stable alignment state even in the absence of an electric field after the voltage is turned off.

PL状態の時、液晶分子Aの螺旋ピッチ(螺旋構造の1周期)に応じた波長の光を選択的に反射する(選択反射という)。   In the PL state, light having a wavelength corresponding to the helical pitch (one period of the helical structure) of the liquid crystal molecules A is selectively reflected (referred to as selective reflection).

いま、液晶の平均屈折率をn、螺旋ピッチをpとすると、反射が最大となる波長λは、
λ=n*p (1)
で表される。
Now, assuming that the average refractive index of the liquid crystal is n and the helical pitch is p, the wavelength λ at which reflection is maximum is
λ = n * p (1)
It is represented by

選択反射される波長帯域△λは、液晶の屈折率異方性△nに伴って大きくなり、この屈折率異方性△nを調整することで所定の色が発現できることとなる。例えば、λが545nmとなる液晶を用いると、PL状態で緑色を発現する表示素子を形成できる。   The selectively reflected wavelength band Δλ increases with the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal, and a predetermined color can be expressed by adjusting the refractive index anisotropy Δn. For example, when a liquid crystal with λ of 545 nm is used, a display element that exhibits green in the PL state can be formed.

PL状態において、反射される光は、螺旋ピッチに応じて左右どちらか一方の円偏光となり、反射されない円偏光は、コレステリック液晶100を透過する。自然光10がPL状態のコレステリック液晶100に入射する場合、自然光10は左右の円偏光が入り混じった状態であるため、入射する光の50%が反射光20となり、50%が透過光30と考えられる。   In the PL state, the reflected light is either left or right circularly polarized light according to the spiral pitch, and the circularly polarized light that is not reflected is transmitted through the cholesteric liquid crystal 100. When natural light 10 is incident on the cholesteric liquid crystal 100 in the PL state, since the natural light 10 is in a state where left and right circularly polarized light is mixed, 50% of the incident light is reflected light 20 and 50% is transmitted light 30. It is done.

従来、反射型液晶方式では、コレステリック液晶100を通過した透過光30を、表示画面の観察側とは逆側に設けられた光吸収層105によって吸収することで、PL状態を「明状態」、FC状態を「暗状態」の表示としている。   Conventionally, in the reflective liquid crystal system, the transmitted light 30 that has passed through the cholesteric liquid crystal 100 is absorbed by the light absorption layer 105 provided on the side opposite to the observation side of the display screen, whereby the PL state is changed to the “bright state”, The FC state is displayed as “dark state”.

また、上述したPL状態とFC状態の他に、コレステリック液晶の配向状態には、液晶をセル内に注入、等方化処理した後、電圧を印加する前の状態としてプレプレーナ状態(以降、PPL状態と呼ぶ)が存在する。このPPL状態は、透明電極101、102とコレステリック液晶100とのそれぞれの界面に配置した配向膜104、105の材料に影響され、液晶分子Aのプレチルト角(界面付近の液晶分子Aの傾き角)が変化する。   In addition to the PL state and the FC state described above, the alignment state of the cholesteric liquid crystal includes a preplanar state (hereinafter referred to as a PPL state) as a state before the voltage is applied after the liquid crystal is injected into the cell and isotropically processed. Called). This PPL state is affected by the materials of the alignment films 104 and 105 disposed at the interfaces between the transparent electrodes 101 and 102 and the cholesteric liquid crystal 100, and the pretilt angle of the liquid crystal molecules A (the tilt angle of the liquid crystal molecules A near the interface). Changes.

従来、液晶表示素子の反射率向上のため、配向膜材料として傾き角の低い低プレチルト材料が適用されていた。   Conventionally, a low pretilt material having a low tilt angle has been applied as an alignment film material in order to improve the reflectance of a liquid crystal display element.

特開平04−258924号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-258924

しかしながら、マトリクス駆動型の液晶表示素子において、配向膜材料に低プレチルト材料を適用すると、画素外部分のPPL状態の部分が光って見える状態のままとなって、液晶表示素子全体としてのコントラスト比が低下するという問題を抱えている。   However, when a low pretilt material is applied to the alignment film material in the matrix drive type liquid crystal display element, the PPL state portion corresponding to the outside of the pixel remains shining, and the contrast ratio of the entire liquid crystal display element is increased. I have a problem that it falls.

そこで、本発明では、画素外部分に配向膜として高プレチルト材料を配置することによって、コントラスト比を改善する液晶表示素子を提供する。   Therefore, the present invention provides a liquid crystal display element that improves the contrast ratio by disposing a high pretilt material as an alignment film on the outside of the pixel.

発明の一つの態様は、マトリクス駆動の液晶表示素子であって、透明電極を備えた一対の基板間に挟持されたコレステリック液晶と、前記透明電極と前記コレステリック液晶との界面における画素部の位置に配置され、前記コレステリック液晶に所定のプレチルト角を形成させる第一の配向膜と、前記画素部以外の非画素部の位置に配置され、前記コレステリック液晶に前記第一の配向膜より大きなプレチルト角を形成させる第二の配向膜と、を有することを特徴とする液晶表示素子に関する。   One aspect of the invention is a matrix-driven liquid crystal display element, in which a cholesteric liquid crystal sandwiched between a pair of substrates having a transparent electrode and a pixel portion at the interface between the transparent electrode and the cholesteric liquid crystal. And a first alignment film that forms a predetermined pretilt angle on the cholesteric liquid crystal and a non-pixel portion other than the pixel portion, and has a pretilt angle larger than that of the first alignment film on the cholesteric liquid crystal. And a second alignment film to be formed.

上記本発明の一態様によれば、電圧印加によって配向状態が制御できない画素外の部位に高プレチルト角となる配向膜を配置し、画素部分に低プレチルト角となる配向膜を配置することによって、表示のコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。   According to one aspect of the present invention, by arranging an alignment film having a high pretilt angle in a portion outside the pixel where the alignment state cannot be controlled by voltage application, and by arranging an alignment film having a low pretilt angle in the pixel portion, It is possible to suppress a decrease in display contrast ratio.

本発明の実施の形態になるマトリクス駆動型の液晶表示素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the liquid crystal display element of a matrix drive type which becomes embodiment of this invention. 本発明の液晶表示素子に適用する配向膜材料の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the alignment film material applied to the liquid crystal display element of this invention. コレステリック液晶のPL状態の反射スペクトルに及ぼす配向膜材料の影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of alignment film material which has on the reflection spectrum of PL state of a cholesteric liquid crystal. マトリクス構造の液晶表示素子の開口率の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of the aperture ratio of the liquid crystal display element of a matrix structure. 液晶表示素子の明るさ及びコントラスト比と開口率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the brightness and contrast ratio of a liquid crystal display element, and an aperture ratio. 本発明の実施の形態になる面内プレチルト角を制御する方法(その1−画素部全体に低プレチルト材料を配置)を示す図である。It is a figure which shows the method (The low pretilt material is arrange | positioned to the 1-pixel part whole) which controls the in-plane pretilt angle which becomes embodiment of this invention. 本発明の実施の形態になる面内プレチルト角を制御する方法(その2−画素部の一部に低プレチルト材料を配置)を示す図である。It is a figure which shows the method (The low pretilt material is arrange | positioned to the part of 2-pixel part) which controls the in-plane pretilt angle which becomes embodiment of this invention. 本発明の実施の形態になる液晶表示素子における配向膜の構成と明るさの関係を示す図である。It is a figure which shows the structure of the alignment film in the liquid crystal display element which becomes embodiment of this invention, and the relationship between brightness. 本発明の実施の形態になる液晶表示素子における配向膜の構成とコントラスト比の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the structure of the alignment film in the liquid crystal display element which becomes embodiment of this invention, and contrast ratio. 本発明の実施の形態になる液晶表示素子における配向膜の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the alignment film in the liquid crystal display element which becomes embodiment of this invention. コレステリック液晶による表示原理を説明する図である。It is a figure explaining the display principle by a cholesteric liquid crystal.

以下、本発明の実施形態につき、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のマトリクス駆動型の液晶表示素子の構成例を示す。図1(a)は、液晶表示素子の断面図を示し、図1(b)は、液晶表示素子のマトリクス電極構造部分の上面図を示している。   FIG. 1 shows a configuration example of a matrix driving type liquid crystal display element of the present invention. 1A shows a cross-sectional view of a liquid crystal display element, and FIG. 1B shows a top view of a matrix electrode structure portion of the liquid crystal display element.

In等の材料を蒸着等によって形成した透明電極11、21をそれぞれ備えた一対の基板1、2と、基板1、2間に挟持された液晶(以降、コレステリック液晶と表す)100と、それぞれの透明電極11、21上に設けられた配向膜3を有する。また、配向膜3は、透明電極11、21とコレステリック液晶100との同一界面において、画素部50に位置するコレステリック液晶100に所定のプレチルト角を形成させる第一の配向膜3aを有する。さらに、非画素部51のコレステリック液晶100に第一の配向膜より大きなプレチルト角を形成させる第二の配向膜3bを有する。 A pair of substrates 1 and 2 each having transparent electrodes 11 and 21 formed by vapor deposition of a material such as In 2 O 3, and a liquid crystal (hereinafter referred to as cholesteric liquid crystal) 100 sandwiched between the substrates 1 and 2; The alignment film 3 is provided on each of the transparent electrodes 11 and 21. The alignment film 3 includes a first alignment film 3 a that forms a predetermined pretilt angle in the cholesteric liquid crystal 100 located in the pixel unit 50 at the same interface between the transparent electrodes 11 and 21 and the cholesteric liquid crystal 100. In addition, the second alignment film 3 b is formed which causes the cholesteric liquid crystal 100 of the non-pixel portion 51 to form a pretilt angle larger than that of the first alignment film.

上述したように、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子では、電圧印加による相状態のコントロールができない画素部50以外の非画素部51の液晶界面近傍のみ、高プレチルト角となるように配向膜3をコントロールすることによって、この部分の反射成分を減らし、明るさを向上させ、かつコントラストの低下を改善することが可能となる。   As described above, in the liquid crystal display element using the cholesteric liquid crystal, the alignment film 3 is formed so as to have a high pretilt angle only in the vicinity of the liquid crystal interface of the non-pixel portion 51 other than the pixel portion 50 where the phase state cannot be controlled by voltage application. By controlling, it is possible to reduce the reflection component of this portion, improve the brightness, and improve the decrease in contrast.

ここで、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子の動作について補足しておく。なお、図1において、液晶表示素子は、基板1を観察者から見たときの上面側基板とし、図示していないが、基板2の下面には、透過した光を吸収する光吸収層が設けられている。   Here, the operation of a liquid crystal display element using cholesteric liquid crystal will be supplemented. In FIG. 1, the liquid crystal display element is a substrate on the upper surface side when the substrate 1 is viewed from an observer. Although not shown, a light absorption layer for absorbing transmitted light is provided on the lower surface of the substrate 2. It has been.

コレステリック液晶100におけるプレーナ(PL)状態とフォーカルコニック(FC)状態の2つの状態は、コレステリック液晶100を透明電極11/21間に電圧印加することによって制御される。その状態は、電圧をOFFしても安定して存在する。   Two states of the cholesteric liquid crystal 100, a planar (PL) state and a focal conic (FC) state, are controlled by applying a voltage across the transparent electrodes 11/21. This state exists stably even when the voltage is turned off.

コレステリック液晶で選択反射される波長λは、(1)式に示したように、液晶材料固有の平均屈折率nと螺旋ピッチ(螺旋構造の1周期)pに依存する。したがって、PL状態にあるとき、液晶分子の螺旋ピッチや屈折率に応じた波長の光が選択的に反射される(選択反射)。例えば、λが545nmとなるコレステリック液晶を用いれば、緑色を発現する表示素子を形成できる。このように、コレステリック液晶100における選択反射波長λを可視光領域とすることができる。   The wavelength λ selectively reflected by the cholesteric liquid crystal depends on the average refractive index n inherent to the liquid crystal material and the helical pitch (one period of the helical structure) p as shown in the equation (1). Therefore, when in the PL state, light having a wavelength corresponding to the helical pitch and refractive index of the liquid crystal molecules is selectively reflected (selective reflection). For example, when a cholesteric liquid crystal having λ of 545 nm is used, a display element that expresses green can be formed. In this way, the selective reflection wavelength λ in the cholesteric liquid crystal 100 can be in the visible light region.

また、こうしたコレステリック液晶からなる液晶表示素子を2層以上積層して各層で選択反射波長の異なる積層型のカラー液晶表示素子とすることができる。   Further, two or more liquid crystal display elements composed of such cholesteric liquid crystals can be stacked to form a stacked color liquid crystal display element having different selective reflection wavelengths in each layer.

さらに、観察面(上面)から見て、積層型の液晶表示素子における各層において、プレチルト角の異なる部分の境界を同一の位置に配置することによって、安定した見やすいカラー液晶表示素子が実現される。   Furthermore, a stable and easy-to-see color liquid crystal display element is realized by arranging the boundaries of the portions having different pretilt angles in the same position in each layer of the multilayer liquid crystal display element as viewed from the observation surface (upper surface).

つぎに、図2〜3を用いて、本発明の液晶表示素子における配向膜について説明する。   Next, the alignment film in the liquid crystal display element of the present invention will be described with reference to FIGS.

図2は、本発明の液晶表示素子に適用する配向膜材料の構造例を示す。   FIG. 2 shows a structural example of an alignment film material applied to the liquid crystal display element of the present invention.

コレステリック液晶との界面に配置する配向膜材料としては、従来、TN液晶に一般的に用いられているポリイミド系の材料を適用する。図2は、ポリイミドの一般的な構造である。例えば、R’部分の側鎖部にアルキル鎖などを配置し、このアルキル鎖の長さを変えることによって、プレチルト角の異なる配向膜材料とすることができる。一般的には、側鎖部が長いほど、高プレチルトな膜になると言われている。   As the alignment film material disposed at the interface with the cholesteric liquid crystal, a polyimide-based material that is conventionally used for TN liquid crystal is applied. FIG. 2 shows a general structure of polyimide. For example, an alignment chain material having a different pretilt angle can be obtained by arranging an alkyl chain in the side chain portion of the R ′ portion and changing the length of the alkyl chain. In general, it is said that the longer the side chain, the higher the pretilt film.

通常のTN液晶素子などでは、電圧印加時の液晶分子のおきあがり方を一定方向にし、表示品質を安定化するために、一定値以上のプレチルト角を持たせる。高プレチルトであるほど、液晶分子のおきあがり方向を一定にする効果は大きいが、その分、視野角特性は低下するなどといったことが、一般的に知られている。   In a normal TN liquid crystal element or the like, a pretilt angle equal to or greater than a certain value is provided in order to stabilize the display quality by setting the liquid crystal molecules to rise when a voltage is applied. It is generally known that the higher the pretilt, the greater the effect of making the rising direction of the liquid crystal molecules constant, but the viewing angle characteristics are reduced accordingly.

しかしながら、プレチルト角の大きさがコレステリック液晶の表示特性に与える影響については、一般的にはあまり知られていない。そこで、以下に、プレチルト角と表示特性の関係を実験的に求めた。   However, the influence of the pretilt angle on display characteristics of cholesteric liquid crystals is generally not well known. Therefore, the relationship between the pretilt angle and the display characteristics was experimentally obtained below.

図3は、コレステリック液晶の表示特性に及ぼす配向膜材料の影響を示す。図3は、図1の構成の液晶表示素子において、同一の液晶材料を用いて、液晶界面に配置する配向膜のみ低プレチルトの配向膜と高プレチルトの配向膜に変えた場合の差異について反射特性を調べたものである。なお、図3では、液晶表示素子に電圧を印加する前のPPL状態の反射特性を示している。   FIG. 3 shows the influence of the alignment film material on the display characteristics of the cholesteric liquid crystal. FIG. 3 shows the reflection characteristics of the liquid crystal display device having the configuration shown in FIG. 1 when the same liquid crystal material is used and only the alignment film disposed at the liquid crystal interface is changed to a low pretilt alignment film and a high pretilt alignment film. Was investigated. FIG. 3 shows the reflection characteristics in the PPL state before voltage is applied to the liquid crystal display element.

例えば、高プレチルトな材料としては、日産化学製のSE5300、低プレチルトな材料としては、日産化学製のSE5291などが挙げられる。   For example, the high pretilt material includes SE5300 manufactured by Nissan Chemical, and the low pretilt material includes SE5291 manufactured by Nissan Chemical.

図3に示すように、配向膜としては、低プレチルト材料の方が、高プレチルト材料よりもPPL状態での選択反射の反射率が高くなることが分かった。これは、低プレチルト角であるほど、PPL状態は、PL状態に近い配向状態をとるため、液晶で反射する光量も増えると考えられる。   As shown in FIG. 3, as the alignment film, it was found that the low pre-tilt material has a higher selective reflection reflectance in the PPL state than the high pre-tilt material. This is presumably because the lower the pretilt angle, the more the amount of light reflected by the liquid crystal increases because the PPL state takes an alignment state closer to the PL state.

ここで、図4、5を用いて、以降のマトリクス構造の液晶表示素子の明るさ及びコントラスト比の評価にあたり、明るさ及びコントラスト比と開口率との関係を述べておく。   Here, the relationship between the brightness and contrast ratio and the aperture ratio will be described in the evaluation of the brightness and contrast ratio of the liquid crystal display element having the matrix structure hereinafter with reference to FIGS.

図4は、マトリクス構造の液晶表示素子の開口率の定義を説明する図である。図4に示すように、マトリクス構造において、ストライプ状の上部の透明電極11と下部の透明電極21とが交叉して画素部50(太い実線で囲まれた領域)と非画素部51が形成される。   FIG. 4 is a diagram illustrating the definition of the aperture ratio of a liquid crystal display element having a matrix structure. As shown in FIG. 4, in the matrix structure, the upper transparent electrode 11 and the lower transparent electrode 21 in the stripe shape cross each other to form a pixel portion 50 (region surrounded by a thick solid line) and a non-pixel portion 51. The

いま、画素部50のサイズをD、画素間隔をdとすると、開口率Sは、非画素部を含む部分(太い点線で囲まれた領域)の面積Fに対する画素部50の面積Eの比、S=E/F=D/D+d)で表される。 Now, assuming that the size of the pixel portion 50 is D and the pixel interval is d, the aperture ratio S is the ratio of the area E of the pixel portion 50 to the area F of the portion including the non-pixel portion (the region surrounded by the thick dotted line). S = E / F = D 2 / D + d) 2

例えば、Dを90μm、dを10μmとすると、開口率Sは81%となる。   For example, when D is 90 μm and d is 10 μm, the aperture ratio S is 81%.

図5は、液晶表示素子の明るさ及びコントラスト比と開口率の関係を示す。   FIG. 5 shows the relationship between the brightness and contrast ratio of the liquid crystal display element and the aperture ratio.

コレステリック液晶を用いた液晶表示素子では、PL状態を明状態、FC状態を暗状態として利用する。まず、PL状態の反射スペクトルを測定し、得られた反射スペクトルから視感度を加味したY値を算出する。このY値(Y(PL))を「明るさ」とする。   In a liquid crystal display element using cholesteric liquid crystal, the PL state is used as a bright state and the FC state is used as a dark state. First, a reflection spectrum in the PL state is measured, and a Y value is calculated from the obtained reflection spectrum in consideration of visibility. This Y value (Y (PL)) is defined as “brightness”.

つぎに、FC状態の反射スペクトルを測定し、得られた反射スペクトルから視感度を加味したY値を算出し、PL状態のY値をFC状態のY値(Y(FC))で割った値をコントラスト比とする。   Next, the reflection spectrum in the FC state is measured, the Y value taking into account the visibility is calculated from the obtained reflection spectrum, and the Y value in the PL state is divided by the Y value in the FC state (Y (FC)). Is the contrast ratio.

実際の液晶表示素子では、開口率が、明るさとコントラスト比に影響を与える。例えば、コレステリック液晶を用いた素子の場合は、開口率がSのマトリクス構造の素子である場合、実際の明るさとコントラスト比は、図5のように、以下の式で計算できる。   In an actual liquid crystal display element, the aperture ratio affects the brightness and contrast ratio. For example, in the case of an element using a cholesteric liquid crystal, when the element has a matrix structure with an aperture ratio of S, the actual brightness and contrast ratio can be calculated by the following equations as shown in FIG.

明状態の明るさI=Y(PL)×S+Y(PPL)×S (2)
暗状態の明るさI=Y(FC)×S+Y(PPL)×S (3)
コントラスト比C=I/I (4)
ここで、PPLは、液晶をセル内に注入、熱処理による等方化処理を施した後、電圧を印加する前の状態である。また、Sは、開口率を表し、Sは、電圧による制御不能な領域の面積比率であり、S=1−Sで表される。
Brightness of light state I L = Y (PL) × S + Y (PPL) × S N (2)
Brightness in the dark state I D = Y (FC) × S + Y (PPL) × S N (3)
Contrast ratio C = I L / I D (4)
Here, PPL is a state before applying a voltage after injecting liquid crystal into a cell and applying an isotropic process by heat treatment. S represents an aperture ratio, and S N is an area ratio of an uncontrollable region due to voltage, and is represented by S N = 1−S.

これまで述べてきたように、液晶界面に配置する配向膜材料として、低プレチルト角用材料と高プレチルト角用材料を用いた場合で、PL状態の明るさが異なり、低プレチルトであるほど、PL状態の明るさを示すY値が大きくなることが分かった。   As described so far, when the pre-tilt angle material and the high pre-tilt angle material are used as the alignment film material arranged at the liquid crystal interface, the brightness of the PL state is different, and the lower the pre-tilt, the more PL It turned out that Y value which shows the brightness of a state becomes large.

しかし、低プレチルトとなる配向膜材料を用いると、画素外部分のPPL状態の部分が光って見える状態のままとなってしまい、表示素子全体としてのコントラスト比が低下する。そこで、以下、図6、図7に、画素外部分のPPL状態の部分における光り状態をなくすための配向膜の構造を提案する。   However, when an alignment film material having a low pretilt is used, the portion of the PPL state outside the pixel remains shining and the contrast ratio of the entire display element is lowered. Therefore, in the following, FIGS. 6 and 7 propose a structure of an alignment film for eliminating the light state in the PPL state portion for the outside of the pixel.

図6は、本発明の面内プレチルト角を制御する方法(その1−画素部全体に低プレチルト材料を配置)を示す。図6は、画素部全体に低プレチルト材料を配置した例である。図6(a)は、上部電極と下部電極で構成されるマトリクス構造を示し、図6(b)は、(a)の円形点線部分に存在する一画素近傍の上面図を示し、および図6(c)は、(b)のA−A’ラインの断面図を示している。   FIG. 6 shows a method for controlling the in-plane pretilt angle according to the present invention (part 1—a low pretilt material is disposed over the entire pixel portion). FIG. 6 shows an example in which a low pre-tilt material is arranged over the entire pixel portion. 6A shows a matrix structure composed of an upper electrode and a lower electrode, FIG. 6B shows a top view of the vicinity of one pixel existing in the circular dotted line portion of FIG. 6A, and FIG. (C) has shown sectional drawing of the AA 'line of (b).

本液晶表示素子は、透明電極11、21をそれぞれ備えた一対の基板1、2と、基板1、2間に挟持されたコレステリック液晶100と、それぞれの透明電極11、21上に設けられた配向膜3を有する。また、配向膜3は、透明電極11、21とコレステリック液晶100との同一界面において、画素部50全体に設けられた第一の配向膜3aと非画素部51に設けられた第二の配向膜3bを有する。第一の配向膜3aは、接する画素部50全体に位置するコレステリック液晶100に所定のプレチルト角を形成させ、第二の配向膜3bは、非画素部51のコレステリック液晶100に第一の配向膜3aより大きなプレチルト角を形成させる役割を持つ。   The present liquid crystal display element includes a pair of substrates 1 and 2 each having transparent electrodes 11 and 21, a cholesteric liquid crystal 100 sandwiched between the substrates 1 and 2, and an orientation provided on each transparent electrode 11 and 21. It has a membrane 3. In addition, the alignment film 3 includes a first alignment film 3 a provided on the entire pixel unit 50 and a second alignment film provided on the non-pixel unit 51 at the same interface between the transparent electrodes 11 and 21 and the cholesteric liquid crystal 100. 3b. The first alignment film 3 a forms a predetermined pretilt angle in the cholesteric liquid crystal 100 located in the entire pixel unit 50 in contact with the first alignment film 3 a, and the second alignment film 3 b It has a role of forming a pretilt angle larger than 3a.

本実施例では、配向膜3は、画素部50全体を低プレチルト材料とし、電圧で制御できない非画素部51を高プレチルト材料とする構成によって、コレステリック液晶100と接する同一の界面において、異なるプレチルト状態(PPL状態)を存在させ、非画素部51における反射光を抑制しつつ、画素部50における反射光を増加させることで、コントラスト比を改善するものである。   In this embodiment, the alignment film 3 has a different pretilt state at the same interface in contact with the cholesteric liquid crystal 100 due to the configuration in which the entire pixel unit 50 is made of a low pretilt material and the non-pixel part 51 that cannot be controlled by voltage is made of a high pretilt material. The contrast ratio is improved by increasing the reflected light in the pixel unit 50 while suppressing the reflected light in the non-pixel unit 51 in the presence of (PPL state).

図7は、本発明の面内プレチルト角を制御する方法(その2−画素部の一部に低プレチルト材料を配置)を示す。図7は、画素部の一部に低プレチルト材料を配置した例である。図7(a)は、上部電極と下部電極で構成されるマトリクス構造を示し、図7(b)は、(a)の円形点線部分に存在する一画素近傍の上面図を示し、および図7(c)は、(b)のA−A’ラインの断面図を示している。   FIG. 7 shows a method for controlling the in-plane pretilt angle according to the present invention (the low pretilt material is arranged in a part of the 2-pixel portion). FIG. 7 shows an example in which a low pretilt material is arranged in a part of the pixel portion. FIG. 7A shows a matrix structure composed of upper and lower electrodes, FIG. 7B shows a top view of the vicinity of one pixel existing in the circular dotted line portion of FIG. 7A, and FIG. (C) has shown sectional drawing of the AA 'line of (b).

本液晶表示素子は、透明電極11、21をそれぞれ備えた一対の基板1、2と、基板1、2間に挟持されたコレステリック液晶100と、それぞれの透明電極11、21上に設けられた配向膜3を有する。また、配向膜3は、透明電極11、21とコレステリック液晶100との同一界面において、画素部50の一部に設けられた第一の配向膜3aと非画素部51に設けられた第二の配向膜3bを有する。   The present liquid crystal display element includes a pair of substrates 1 and 2 each having transparent electrodes 11 and 21, a cholesteric liquid crystal 100 sandwiched between the substrates 1 and 2, and an orientation provided on each transparent electrode 11 and 21. It has a membrane 3. In addition, the alignment film 3 includes the first alignment film 3 a provided in a part of the pixel unit 50 and the second film provided in the non-pixel unit 51 at the same interface between the transparent electrodes 11 and 21 and the cholesteric liquid crystal 100. It has an alignment film 3b.

第一の配向膜3aは、接する画素部50の一部に位置するコレステリック液晶100に所定のプレチルト角を形成させ、第二の配向膜3bは、非画素部51のコレステリック液晶100に第一の配向膜3aより大きなプレチルト角を形成させる役割を持つ。   The first alignment film 3 a forms a predetermined pretilt angle in the cholesteric liquid crystal 100 located in a part of the pixel unit 50 in contact with the first alignment film 3 a, and the second alignment film 3 b forms the first cholesteric liquid crystal 100 in the non-pixel unit 51 on the first cholesteric liquid crystal 100. It has a role of forming a pretilt angle larger than that of the alignment film 3a.

本実施例では、配向膜3は、画素部50の一部を低プレチルト材料とし、電圧で制御できない非画素部51を高プレチルト材料とする構成によって、図6と同様に、コレステリック液晶100と接する同一の界面において、異なるプレチルト状態(PPL状態)を存在させ、非画素部51における反射光を抑制し、画素部50における反射光を増加させることができる。本実施例のように、低プレチルト部を画素内に配置させる方が、図6のように低プレチルト部の境界を画素の境界まで広げた場合に比べて、製造の許容度は大きくなるメリットがある。   In this embodiment, the alignment film 3 is in contact with the cholesteric liquid crystal 100 in the same manner as in FIG. 6 by using a configuration in which a part of the pixel portion 50 is made of a low pretilt material and a non-pixel portion 51 that cannot be controlled by voltage is made of a high pretilt material. Different pre-tilt states (PPL states) can be present at the same interface, the reflected light in the non-pixel portion 51 can be suppressed, and the reflected light in the pixel portion 50 can be increased. As in this embodiment, the low pretilt portion is arranged in the pixel, and the manufacturing tolerance is increased as compared with the case where the boundary of the low pretilt portion is extended to the pixel boundary as shown in FIG. is there.

以下、さらに、低プレチルト部と高プレチルト部からなる配向膜の配置構成とその効果について説明する。   Hereinafter, the arrangement configuration of the alignment film including the low pretilt part and the high pretilt part and the effect thereof will be described.

ここで、本発明の構成では、コレステリック液晶として、例えば、図5におけるPL状態及びPPL状態の各Y値(色度測定による実測値)は、高プレチルトの場合、Y(PL)が24.6、Y(PPL)が0.098、低プレチルトの場合、Y(PL)が30.8、Y(PPL)が4.05、また、FC状態の各Y値(実測値)は、高プレチルトのY(PL)が1.2、低プレチルトのY(FC)が1.4の液晶材料を用いている。   Here, in the configuration of the present invention, as the cholesteric liquid crystal, for example, each Y value (actually measured value by chromaticity measurement) in the PL state and the PPL state in FIG. , Y (PPL) is 0.098, low pretilt, Y (PL) is 30.8, Y (PPL) is 4.05, and each Y value (actually measured value) in FC state is high pretilt A liquid crystal material having Y (PL) of 1.2 and low pretilt Y (FC) of 1.4 is used.

これらの値を用い、図5にしたがって、配向膜の低チルト部分の面積に対する明るさ及びコントラストを計算した結果を、以下の図8、図9に示す。   The results of calculating the brightness and contrast with respect to the area of the low tilt portion of the alignment film according to FIG. 5 using these values are shown in FIGS. 8 and 9 below.

図8は、本発明の液晶表示素子における配向膜の構成と明るさの関係を示す。図8は、低プレチルト部の面積率に対する明るさを評価した結果を示している。なお、低プレチルト部の面積率が0%とは、全ての領域に高プレチルト材料が配置された場合に相当している。   FIG. 8 shows the relationship between the configuration of the alignment film and the brightness in the liquid crystal display element of the present invention. FIG. 8 shows the result of evaluating the brightness with respect to the area ratio of the low pretilt part. Note that the area ratio of the low pretilt portion being 0% corresponds to the case where the high pretilt material is disposed in all regions.

開口率が81%のマトリクス構造の表示素子である場合、実際の明るさとコントラスト比は、図5の計算式を用いて計算できる。この時、高プレチルト部と低プレチルト部の境界が、画素部50外に配置されると、顕著にコントラスト比に影響するため(図9に後述)、境界は、画素部50内となるように配置するのがよい。   When the display element has a matrix structure with an aperture ratio of 81%, the actual brightness and contrast ratio can be calculated using the calculation formula of FIG. At this time, if the boundary between the high pre-tilt part and the low pre-tilt part is arranged outside the pixel unit 50, the contrast ratio is remarkably affected (described later in FIG. 9), so that the boundary is within the pixel unit 50. It is good to arrange.

なお、図8は、高プレチルト場合、Y(PL)が24.6、Y(PPL)が0.098、低プレチルトの場合、Y(PL)が30.8、Y(PPL)が4.046となるコレステリック液晶材料を用い、開口率を81%とした場合を示している。   In FIG. 8, Y (PL) is 24.6 and Y (PPL) is 0.098 in the case of high pretilt, and Y (PL) is 30.8 and Y (PPL) is 4.046 in the case of low pretilt. In this case, the cholesteric liquid crystal material is used and the aperture ratio is 81%.

図8によれば、画素部50内で、低プレチルトとなる部分の面積率が50%以上確保できれば、全ての領域を高プレチルトにした場合と比較して1割以上、明るさが向上することが分かる。   According to FIG. 8, if the area ratio of the low pretilt portion in the pixel unit 50 can be secured at 50% or more, the brightness is improved by 10% or more as compared with the case where all the regions are set to the high pretilt. I understand.

つぎに、図9は、本発明の液晶表示素子における配向膜の構成とコントラスト比の関係を示す。図9は、低プレチルト部の面積率に対するコントラスト比を評価した結果を示している。   Next, FIG. 9 shows the relationship between the configuration of the alignment film and the contrast ratio in the liquid crystal display element of the present invention. FIG. 9 shows the result of evaluating the contrast ratio with respect to the area ratio of the low pretilt part.

なお、用いたコレステリック液晶のFC状態における各Y値(実測値)は、低プレチルトのY(FC)が1.4、高プレチルトのY(PL)が1.2である。また、PL状態及びPPL状態の各Y値及び開口率は図8と同一としている。   The Y values (actually measured values) in the FC state of the cholesteric liquid crystal used are 1.4 for low pretilt Y (FC) and 1.2 for high pretilt Y (PL). Further, the Y value and the aperture ratio in the PL state and the PPL state are the same as those in FIG.

図9によれば、低プレチルト部の面積率が開口率である80%を超えると,顕著にコントラスト比が低下してくることが分かる。   According to FIG. 9, it can be seen that when the area ratio of the low pretilt part exceeds 80%, which is the aperture ratio, the contrast ratio is significantly reduced.

上述してきたように、図8、9を総合すると、低プレチルトとする部分の面積率を50%程度まで広げると、コントラスト比を低下させずに維持したまま、明るさは、全体を高プレチルトとした場合と比較して1.1倍以上に向上させることができる。   As described above, when FIGS. 8 and 9 are combined, when the area ratio of the low pretilt portion is increased to about 50%, the brightness is maintained as high pretilt while maintaining the contrast ratio without decreasing. Compared to the case, it can be improved 1.1 times or more.

以上、図8、図9の液晶表示素子の明るさとコントラスト比の結果によって、液晶表示素子の配向膜において、画素内に配置される低プレチルト部と高プレチルト部の構成の範囲が確定される。   As described above, the range of the configuration of the low pre-tilt part and the high pre-tilt part arranged in the pixel is determined in the alignment film of the liquid crystal display element based on the results of the brightness and contrast ratio of the liquid crystal display element in FIGS.

以上述べてきた液晶表示素子の主要な構成要素である配向膜を実現する製造方法を以下に示す。   A manufacturing method for realizing an alignment film which is a main component of the liquid crystal display element described above will be described below.

図10は、本発明の液晶表示素子における配向膜の製造方法を示す。本実施例では、光露光法によって配向膜を製造する方法について説明する。   FIG. 10 shows a method for producing an alignment film in the liquid crystal display element of the present invention. In this example, a method for producing an alignment film by a light exposure method will be described.

まず、工程S11において、各透明基板上にInを蒸着によって透明電極を0.13μmの厚さに形成した。 First, in step S11, a transparent electrode was formed to a thickness of 0.13 μm by vapor-depositing In 2 O 3 on each transparent substrate.

つぎに、工程S12において、配向膜として透明電極上に一様に、光照射によって配向がそろう光配向膜材料をスピンナーによって2000rpmの回転速度で約50nmの厚さに塗布した。こうして同一の光配向膜材料を透明電極上に一様に形成し、ポストベークを施した。   Next, in step S12, a photo-alignment film material whose alignment was aligned by light irradiation was uniformly applied as an alignment film on the transparent electrode to a thickness of about 50 nm with a spinner at a rotation speed of 2000 rpm. Thus, the same photo-alignment film material was uniformly formed on the transparent electrode, and post-baked.

そして、工程S13において、高圧水銀ランプを用い、365nmの紫外光をフォトマスクで遮光して30ミリジュール照射した。   In step S13, using a high-pressure mercury lamp, ultraviolet light of 365 nm was shielded with a photomask and irradiated with 30 millijoules.

以上の製造工程により、例えば、側鎖部にアゾベンゼン部を有する光配向膜は、紫外光の照射により、低プレチルト角側へ表面状態を改質することが可能となる。   Through the above manufacturing process, for example, a photo-alignment film having an azobenzene portion in the side chain portion can be modified in surface state toward the low pretilt angle side by irradiation with ultraviolet light.

以上のように、表面改質できる材料を用い、光照射によって、プレチルト角の異なる低プレチルト部位と高プレチルト部位を同一平面上に簡便に形成することができる。   As described above, a low pretilt portion and a high pretilt portion having different pretilt angles can be easily formed on the same plane by light irradiation using a material that can be surface-modified.

上記光照射以外に、プレチルト角の異なる配向膜を形成する方法として、高プレチルトな材料としては、例えば、日産化学製のSE5300等の高プレチルト材料、及び日産化学製のSE5291等の低プレチルト材料をレジストでマスキングしてスピンコータで作成するのでもよい。   In addition to the above light irradiation, as a method for forming alignment films having different pretilt angles, as a high pretilt material, for example, a high pretilt material such as Nissan Chemical SE5300 and a low pretilt material such as Nissan Chemical SE5291 are used. It may be created with a spin coater after masking with a resist.

本発明は、上下基板間にコレステリック液晶(カイラルネマチック液晶)を挟持してなる反射型液晶素子の構造に関する。   The present invention relates to a structure of a reflective liquid crystal element in which a cholesteric liquid crystal (chiral nematic liquid crystal) is sandwiched between upper and lower substrates.

1、2 基板
3 配向膜
3a 第一の配向膜
3b 第二の配向膜
11、21 透明電極
50 画素部
51 非画素部
100 コレステリック液晶

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Substrate 3 Alignment film 3a First alignment film 3b Second alignment film 11, 21 Transparent electrode 50 Pixel part 51 Non-pixel part 100 Cholesteric liquid crystal

Claims (6)

マトリクス駆動の液晶表示素子であって、
透明電極を備えた一対の基板間に挟持されたコレステリック液晶と、
前記透明電極と前記コレステリック液晶との界面における画素部の位置に配置され、前記コレステリック液晶に所定のプレチルト角を形成させる第一の配向膜と、
前記画素部以外の非画素部の位置に配置され、前記コレステリック液晶に前記第一の配向膜より大きなプレチルト角を形成させる第二の配向膜と、
を有することを特徴とする液晶表示素子。
A matrix-driven liquid crystal display element,
A cholesteric liquid crystal sandwiched between a pair of substrates with transparent electrodes;
A first alignment film disposed at a position of a pixel portion at an interface between the transparent electrode and the cholesteric liquid crystal, and forming a predetermined pretilt angle in the cholesteric liquid crystal;
A second alignment film disposed at a position of a non-pixel part other than the pixel part, and forming a pretilt angle larger than the first alignment film in the cholesteric liquid crystal;
A liquid crystal display element comprising:
前記第一の配向膜は、前記画素部の内側に配置し、前記画素部の面積に対する前記第一の配向膜の面積の割合が、50%以上、非画素部分を含む領域の面積に対する画素部分の面積比率として表される開口率未満であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。   The first alignment film is disposed inside the pixel portion, and a ratio of the area of the first alignment film to the area of the pixel portion is 50% or more, and a pixel portion with respect to an area of a region including a non-pixel portion The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is less than an aperture ratio expressed as an area ratio. 前記コレステリック液晶における選択反射波長が可視光領域であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 1, wherein a selective reflection wavelength in the cholesteric liquid crystal is in a visible light region. 請求項1乃至3のいずれかの構造を有する液晶表示素子を2層以上積層してカラー表示する積層型の液晶表示素子。   A multi-layer liquid crystal display element that performs color display by laminating two or more liquid crystal display elements having the structure according to claim 1. 観察面から見て、前記積層型の液晶表示素子における各層において、前記プレチルト角の異なる部分の境界が同一の位置に配置されたことを特徴とする請求項4に記載の液晶表示素子。   5. The liquid crystal display element according to claim 4, wherein, when viewed from the observation surface, in each layer of the multilayer liquid crystal display element, boundaries of portions having different pretilt angles are arranged at the same position. 透明電極を備えた一対の基板間に挟持されたコレステリック液晶と、前記透明電極と前記コレステリック液晶との同一界面における画素部の位置に配置され、前記コレステリック液晶に所定のプレチルト角を形成させる第一の配向膜と、前記画素部以外の非画素部の位置に配置され、前記コレステリック液晶に前記第一の配向膜より大きなプレチルト角を形成させる第二の配向膜とを有するマトリクス駆動の液晶表示素子の製造方法であって、
前記基板上に透明電極を作成する工程と、
前記透明電極に光配向膜を成膜する工程と、
同一の光配向膜材料を形成した後、フォトマスクで遮光して紫外光を照射する工程と、
を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
A cholesteric liquid crystal sandwiched between a pair of substrates having a transparent electrode, and a first pre-tilt angle formed on the cholesteric liquid crystal that is disposed at the pixel portion at the same interface between the transparent electrode and the cholesteric liquid crystal. A matrix-driven liquid crystal display element having a first alignment film and a second alignment film that is disposed at a position of a non-pixel portion other than the pixel portion and that causes the cholesteric liquid crystal to form a pretilt angle larger than that of the first alignment film. A manufacturing method of
Creating a transparent electrode on the substrate;
Forming a photo-alignment film on the transparent electrode;
After forming the same photo-alignment film material, light-shielding with a photomask and irradiating with ultraviolet light;
A method for producing a liquid crystal display element, comprising:
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