JP2585836B2 - カラー液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学位相板とカラーフィルターを用いたカラ
ー表示液晶素子に関するものである。

〔従来の技術〕

液晶は、電場や磁場、せん断力などの外場によって配
向状態が変化し、これに伴う光学的性質の変化を利用す
ることにより各種光エレクトロニクスの分野で利用され
ている。このうち液晶性高分子は低分子液晶に較べて液
晶状態で高粘性であるため、液晶状態で配向させたの
ち、ガラス転移点以下に冷却することによって液晶状態
の配向状態を固定化することができるという低分子液晶
に見られない特徴を有している。これを利用して、熱書
き込みの光メモリーや光学フィルターなどの光エレクト
ロニクス分野での応用が試みられている。これらを実現
するためには所望の分子配向を高度に制御する必要があ
る。たとえば一種の光学位相込であるスーパーツイステ
ッドネマティック（STN）型液晶表示素子用の色補償板
は、液晶層によって楕円偏光となった光を直線偏光に戻
すように機能する必要があるが、この様な機能は液晶性
高分子を水平に、かつ、一定の方向に高い秩序度と均一
性を持って配向させることによって初めて発現させるこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の液晶性高分子物質や配向方法では高い
均一性を持って配向させるのは困難で、光学位相板とし
て使用できるものは皆無であった。また従来のポリマー
フィルムを延伸した光学位相板では、配向にねじれ構造
を導入することができないために、光学補償効果が良好
でなく、このため白黒表示を行う際にはあまり支障はな
いが、カラーフィルターを併用してマルチカラーやフル
カラー表示を行う場合には、色再現範囲が非常に狭くな
ってしまうか、カラーフィルターの濃度を上げなければ
ならないために著しく暗い表示しかできなかった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、色
再現性に優れたカラー液晶表示素子を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、一対の基
板と、液晶層と、該液晶層に電圧を印加するための電極
と、該液晶層をはさむように配置した一対の偏光子とか
らなるカラー液晶表示素子において、カラーフィルター
と、オルソ置換芳香族単位を構成成分として含むポリエ
ステルを主成分とする液晶性高分子からなる光学位相板
とを該一対の偏光子の少なくとも一方と該液晶層の間に
設けたことを特徴とするカラー液晶表示素子が提供され
る。

以下本発明の構成を詳述する。

第１図は本発明によるカラー液晶表示素子の構成を示
す断面図である。図中10は液晶セルを示し、該液晶セル
10は、基板1,11、電極4,14、配向膜3,13、液晶６、およ
びシール材５から構成されており、該液晶セル10の両側
には偏光板2,12が配設され、該液晶セル10の基板１と上
偏光板２の間には液晶性高分子層とカラーフィルターか
らなる層７が設置され、カラー液晶表示素子が構成され
ている。上下偏光板2,12のうち一方は反射型偏光板でも
良い。基板1,11は透光性であれば良く、ガラスやプラス
チックフィルムなどが使用可能である。

液晶性高分子層とカラーフィルターからなる層７の構
成は種々のものが考えられるが、その代表例を第２図に
示した。基板15には液晶セル10の基板1,11と同様に透光
性のガラスやプラスチックフィルムが用いられる。液晶
性高分子層17を配向させるための配向膜16は液晶セル10
の配向膜3,13と同様にポリイミド、ポリアミドイミドな
どの高分子被膜を形成後にラビング処理したもの、有機
金属化合物などの塗膜またはそれを熱処理したものをラ
ビング処理したもの、SiOなどの斜上蒸着膜などを例示
することができる。基板15がプラスチックフィルムであ
るときは、基板を直接ラビングして、液晶性高分子を配
向させることができるので、このときは配向膜16は不要
である。更に、基板がポリイミド、ポリエチレンテレフ
タレートなどのように延伸により結晶化が進行するよう
なプラスチックフィルムであれば、一軸延伸したものを
使用することにより、ラビング処理がなくても、液晶性
高分子層を配向させることができ、ラビング処理も不要
となる。

用いることのできる液晶性高分子は、オルソ置換芳香
族単位を構成成分として含むポリエステルを主成分とす
る液晶性高分子で、以下に示すようなカテコール単位、
サリチル酸単位、フタル酸単位、およびこれらの基のベ
ンゼン環に置換基を有するものを構成成分として含む。

など （Ｘは水素、Cl、Br等のハロゲン、炭素数が１から４の
アルキル基もしくはアルコキシ基またはフェニル基を示
す。またｋは０〜２である。） 本発明で用いられるようなポリエステルは前記構造単
位の他に、（ａ）ジオール類より誘導される構造単位
（以下、ジオール成分という）およびジカルボン酸類よ
り誘導される構造単位（以下、ジカルボン酸成分とい
う）および／または（ｂ）一つの単位中にカルボン酸と
水酸基を同時に含むオキシカルボン酸類より誘導される
構造単位（以下、オキシカルボン酸成分という）により
構成される。

これらのうち、ジオール成分としては次のような芳香
族および脂肪族のジオールを挙げることができる。

（Ｙは水素、Cl、Br等のハロゲン、炭素数１から４の
アルキル基もしくはアルコキシ基またはフェニル基を示
す。ｌは０〜２である。） またジカルボン酸成分としては次のようなものを例示
することができる。

（Ｚは水素、Cl、Br等のハロゲン、炭素数が１から４
のアルキル基もしくはアルコキシ基またはフェニル基を
示す。ｍは０〜２である。） オキシカルボン酸成分としては、具体的には次のよう
な単位を例示することができる。

オルソ置換芳香族単位に代えて次に示すようなかさ高
い置換基を含む芳香族単位、あるいはフッ素または含フ
ッ素置換基を含む芳香族単位を構成成分とするポリマー
もまた好ましく用いられる。

液晶性高分子を塗布する方法としては液晶性高分子が
流動性を有するガラス転移点以上の温度で直接塗布する
方法、または液晶性高分子を溶媒に溶解させ、溶液とし
て塗布または印刷する方法がある。膜厚の均一性と制御
のしやすさの点で後者を特に好ましく用いる。液晶性高
分子の溶媒としては用いる液晶性高分子の種類、重合度
等によって異なるが、通常下記の物より選ばれる。

クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタ
ン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、オル
ソジクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素、フェノ
ール、ｏ−クロロフェノール、クレゾールなどのフェニ
ール系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトア
ミド、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶
媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶
媒およびこれらの混合溶媒。

溶液濃度は塗布法、高分子の粘性、目的とする膜厚等
により異なる。液晶表示素子用の補償板を例にすると、
要求される膜厚は２〜10μｍ程度であるため通常は２〜
50wt％の範囲で使用され、好ましくは５〜30wt％の範囲
で使用される。塗布法としてはスピンコート法、ロール
コート法、グラビアコート法、ディッピング法、スクリ
ーン印刷法などを採用できる。液晶性高分子を塗布後、
溶媒を乾燥して除去し、液晶性高分子が液晶性を示す温
度で熱処理して液晶性高分子を配向させる。

液晶性高分子を配向させるときの温度は、液晶性高分
子のガラス転移点以上であることが必要で、液晶性高分
子の等方性液体への転移温度より低いことが必要であ
る。配向膜の界面効果による配向を助ける意味でポリマ
ーの粘性は低い方がよく、したがって温度は高い方がよ
いが、あまり高いとコストの増大と作業性の悪化を招き
好ましくない。一般的には50℃から300℃の範囲が好ま
しい。

液晶性高分子層17の配向にねじれ構造を導入するに
は、液晶性高分子としてコレステリック液晶相を呈する
ものを用いればよい。コレステリック液晶相を呈する液
晶性高分子は前述のようにネマティック相を呈する液晶
性高分子中に光学活性基を導入するか、光学活性な物質
を添加すればよい。この場合、液晶性高分子は配向膜面
では配向処理の方向に配列し、厚み方向に自然ピッチに
相当するねじれ角、すなわち自然ピッチをP₀、膜厚を
ｄ、ねじれ角をωとしたときに、ω＝360×d/P₀（゜）
なるねじれ角を形成する。

第２図の構成例は、液晶性高分子層17形成後にカラー
フィルター18が設けられている場合で、スクリーン印刷
法などの印刷法の類を用いてカラーフィルターを作成す
れば、マルチカラー表示やフルカラー表示に必要な赤
色、青色、緑色などのカラーパターンをつくることがで
きる。液晶性高分子層17を形成後に染色することも可能
である。

液晶性高分子に染料や顔料が添加されている場合や、
液晶性高分子の構造内に発色団が導入されて着色してい
る場合は、液晶性高分子層17そのものがカラーフィルタ
ーとしても機能するために、カラーフィルター18は省略
することができる。

液晶性高分子層17を設けるための基板15は、第１図に
おける液晶セル10の上基板１と共用することが可能で、
このときは基板1,15のうち一方を省略することができ
る。

カラーフィルター層、または着色した液晶高分子層が
ドットパターン、あるいはストライプパターンなどのカ
ラーパターンを成すように形成した場合、斜め方向から
素子を見たときに液晶セルの画素とカラーパターンがず
れて見えないようにするため、基板１または15を省く構
成は有利である。また、第２図の15〜18からなる層（第
１図の７に相当）を第１図で、基板１と上偏光板２の間
に配置するとき、基板15を偏光板側に向けるのも有利で
ある。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を述べるが、本発明はこれら実
施例に限定されるものではない。

（実施例１） ガラス基板上にポリアミド酸を主剤とする配向剤をス
ピンコートし、100℃のオーブンで10分間乾燥した後オ
ーブンの温度を270℃に上げ、約１時間保ってポリイミ
ド膜を得た。ポリイミド膜面をナイロン植毛布でラビン
グし、液晶性高分子用の配向膜とした。次いで、この膜
面に下記のポリエステル系の液晶性高分子の混合溶液を
スピンコートした。

（＊は不斉炭素であることを示す） 濃度は30wt％、PL1とPL2の重量比は90:10とし、溶剤
はフェノールとテトラクロロエタンの混合溶液（重量比
60:40）を用いた。基板に90℃のオーブンで１時間乾燥
し、溶剤を蒸発させた。次にオーブンの温度をPL1とPL2
の混合物がネマティック液晶相をとる200℃まで上げ30
分間後に取り出し、室温まで急冷した。このようにして
得られた液晶性高分子膜付き基板を２枚の偏光板ではさ
み、目視観察を行ったところ均一な複屈折色が見られ、
液晶性高分子層の厚みムラや配向ムラのないことがわか
った。偏光解析により、この試料のリターデーションは
840nm、ねじれ角は230゜と測定された。

次に、液晶性高分子量に赤、青、緑色のカラーフィル
ターを印刷した。これを“基板A"とする。

次に、液晶セル用のガラス基板を２枚用意して、スパ
ッタリングにより透明導電膜を成膜し、フォトリソグラ
フィー法で電極をパターニングした。これら液晶セル用
の基板は、従来と同じ方法で用意することができ、ここ
ではポリイミド系の配向剤を、塗布→乾燥→焼成→ラビ
ング処理の工程で作成した。これらを「基板Ｂ」、「基
板Ｃ」とする。基板ＢとＣをエポキシ系シール剤で貼り
合わせた。セルギャップは、平均径が6.6ミクロンのプ
ラスチックビーズを予め基板Ｂ上に散布しておくことに
よって、6.7ミクロンに制御した。このようにして作成
した空セルに、メルク社製のネマティック液晶ZLI−229
3に同社の光学活性物質Ｓ−811を0.72wt％添加した。液
晶組成物を真空封入し封止した。Ｓ−811により誘起さ
れるラセンの向きはPL2の場合と逆である。基板B,Cの配
向膜のラビング方向は、このＳ−811の向きに230゜とな
るように施されており、更に基板Ａの液晶性高分子用配
向膜のラビング方向と、基板Ｂの液晶用の配向膜のラビ
ング方向は直交するように構成した。各基板を貼り合わ
せた後の断面図を第３図に示す。

以上のようにして作成した液晶セルを用いて液晶表示
素子を作成し、各色表示を行ったところ、彩やかな赤、
青、緑色表示が可能で、これらの混合によるフルカラー
表示も可能であった。

（実施例２） 実施例１で用いた液晶性高分子PL1とPL2の混合溶液
に、赤、青、緑色を呈する３種のアゾ系色素混合物を溶
解し、３色の液晶性高分子溶液を調整した。アゾ系色素
混合物の濃度は、液晶性高分子に対する重量濃度で３％
とした。これを、実施例１と同様に用意した、配向膜付
き基板上に３回にわけて印刷し、最後に200℃に加熱
し、30分間後に室温まで急冷した。後の工程は、実施例
１と同様に行い、基板A,B,Cを貼り合わせて液晶表示素
子を作成した。

この液晶表示素子も実施例１と同様、良好な色再現性
を示した。

〔発明の効果〕

本発明の液晶表示素子では、配向性のすぐれた液晶性
高分子層を光学補償板として用い、かつカラーフィルタ
ーを用いることにより、すぐれた色再現性を持ったカラ
ー液晶表示素子を提供できる。また、配向性のすぐれた
液晶性高分子層に染料や顔料を添加するか、もともと着
色しておりかつ配向性のすぐれた液晶性高分子を用いる
ことによっても、同様にすぐれた色再現性を持ったカラ
ー液晶表示素子の提供が可能となる。

さらに、本発明のカラー液晶表示素子では液晶性高分
子の配向にはねじれ構造を導入できるために、液晶セル
を２枚重ねたタイプのカラー液晶表示素子と同等の性能
を維持できる上、これに比較して構成は簡単となり、し
かも軽量化、薄型化およびコスト低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカラー液晶表示素子の構成例を示
す断面図、第２図は液晶性高分子層とカラーフィルター
からなる層の代表例を示す図、第３図は実施例１におい
て各基板を貼り合わせた後の配置を示す断面図である。 1,11……基板 2,12……偏光板 3,13……配向膜 4,14……透明電極 ５……シール剤 ６……液晶 ７……液晶性高分子層とカラーフィルターからなる層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 飯田 重樹 神奈川県川崎市中原区小杉町２―228 (72)発明者 豊岡 武裕 神奈川県横浜市中区本牧元町58―179 (72)発明者 伊藤 宏之 神奈川県横浜市港北区篠原東２―８―17 (56)参考文献 特開 昭64−519（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−54216（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の基板と、液晶層と、該液晶層に電圧
   を印加するための電極と、該液晶層をはさむように配置
   した一対の偏光子とからなるカラー液晶表示素子におい
   て、カラーフィルターと、オルソ置換芳香族単位を構成
   成分として含むポリエステルを主成分とする液晶性高分
   子からなる光学位相板とを該一対の偏光子の少なくとも
   一方と該液晶層の間に設けたことを特徴とするカラー液
   晶表示素子。