JP2799022B2

JP2799022B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2799022B2
Application number: JP148390A
Authority: JP
Inventors: 喜宏木下; 富章山本; 潔庄原; 仁羽藤; 正一松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-01-10
Filing date: 1990-01-10
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH03208018A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は液晶表示素子に関し、特に電界効果複屈折制
御形の液晶表示素子に関する。

（従来の技術）負の誘電異方性を有する液晶組成物を用いた液晶表示
素子として、電界効果複屈折制御（ECB）形や二色性色
素を混合したゲスト・ホスト形の液晶表示素子がある。

一般に、ECB形液晶表示素子では、電圧無印加状態で
は、液晶分子の長軸方向が基板表面に対して垂直に配列
（垂直配向）しており、液晶のしきい値以上の電圧が印
加されると、液晶分子は長軸方向が電界方向と直交する
よう回転し、液晶表示素子のみかけの複屈折率が変化す
る。そして、この複屈折率の変化を利用して表示を行な
うものである。

ところで、電圧印加状態での液晶分子の回転方向が一
定方向でないと均一な表示性能を得られない。このた
め、電圧無印加時においても、予め一定方向に微小に傾
斜（チルト）した垂直配向、即ち液晶分子の長軸方向が
基板法線に対して一定方向に微小な角度で傾斜した配向
が必要である。

この液晶分子の長軸方向と基板法線とのなす角（チル
ト角）は液晶表示素子の表示性と密接な関係があり、高
い表示コントラストを得るためにはチルト角が２度未満
であることが望ましい。なお、電極画素のエッヂ部では
電圧印加時の電界方向が基板法線と一致しないため、チ
ルト角があまりにも小さ過ぎる（例えば0.1度）と、部
分的に液晶分子のチルト効果を打ち消す領域が発生し、
そのため画素内に配向欠陥線を生じ視認性が損なわれ
る。

液晶分子の微小チルト垂直配向を得る方法としては、
シラン形界面活性剤や一塩基性カルボン酸多核金属錯体
などの垂直配向処理剤を適当な溶媒に溶かし込んだ垂直
配向処理剤溶液を、浸漬法、スピンナー塗布法、スプレ
ー法等により基板表面に塗布した後、加熱処理を行うこ
とによって垂直配向層を形成し、更に液晶分子の配向の
方向付け、即ちチルト角を与えるために綿布等により垂
直配向層の表面を一定方向に擦るラビング法がある。

しかし、発明者らの多くの実験によると、基板を垂直
配向処理した後ラビング処理するという方法によって得
られた配向膜は、チルト角が安定して得られず、表示面
積の大きなものの場合、場所によってチルト角が異な
り、表示のむらが発生し、微小チルト垂直配向膜として
は適当では無いことが明らかになった。また、基板表面
の性質が電極がある部分と電極がない部分とで異なるた
め、垂直配向処理剤の付着ムラなどが生じ易く、配向が
不均一となり、その結果均一な表示が得られない。この
傾向は配向処理面積が大きくなるほど顕著となる。

また微小チルト垂直配向を得る他の方法としては、例
えばポリイミド系高分子被膜や二酸化ケイ素被膜を基板
表面に形成し、これらの被膜表面をラビング処理した後
にシラン系界面活性剤で垂直配向処理することが、例え
ば特開昭56−167123号公報、特開昭57−195220号公報に
開示されている。

しかし、これらの方法では、垂直配向処理前に予め被
膜表面をラビング処理するために被膜表面が汚染され易
く、垂直配向処理剤の付着ムラが生じ易く、均一な配向
が得られ難いという問題があった。

さらにこの場合、液晶表示素子を構成した場合の印加
電圧の損失や、液晶分子の応答速度を考慮すると、その
膜厚は500〜5000Aが望ましい。被膜として、例えばポリ
イミド系やエポキシ系などの合成樹脂を用いた場合、こ
れらの被膜は比較的柔らかく絶縁性に乏しいため、対向
する電極同士が液晶表示素子内に存在する導電性異物に
より短絡することがある。

一方、被膜として、例えば二酸化ケイ素やアルミナ等
の比較的硬い膜を用いると、垂直配向処理剤の付着の均
一性は十分なものの、その硬度が高いためラビング処理
を施しても十分なチルト角が得られず問題となる。これ
は、Ｘ−Ｙマトリクス系液晶表示素子を構成した場合、
電圧印加時に画素内に生じる配向欠陥線を境とした液晶
分子の傾斜方向の違いにより、微小領域で視角方向が異
なり、ざらついたような（ざらつき）表示となり視認性
が損なわれ、大きな問題となる。

（発明が解決しようとする課題）従来の配向処理技術では、微小チルト垂直配向を大き
な面積で実現することはできず表示むらが発生し、また
基板上に所定形状の透明電極が形成されている場合に
は、透明電極のある場所とない場所とでチルト角が異な
り、さらに問題となる。また対向電極基板の間で、導電
性異物により短絡が生じ易いという問題がある。

さらに、比較的硬い膜を設けた場合には、短絡が生じ
難き反面、十分なチルト角が均一に得られず、表面のざ
らつきが発生し、表示品位が著しく低下し、問題とな
る。

そこで本発明は、大きな面積で、また基板上に所定形
状の電極がある場合にも、均一な微小チルト角を実現
し、これにより、大面積でも均一で良好な表示が得られ
る液晶表示素子を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の液晶表示素子は、電極及び垂直配向層を形成
した少なくとも２枚の基板を、前記垂直配向層が対向す
るように配置した間に、負の誘電異方性を有する液晶組
成物を挟持してなり、液晶分子の長軸方向が前記基板の
法線に対して一定方向に微小角度傾斜させた液晶表示素
子において、前記基板の少なくとも一方は前記垂直配向層の下地と
して、鉛筆硬度が5H以上である絶縁性透明被膜を有し、
また前記基板の少なくとも他方は前記垂直配向層の下地
として、鉛筆硬度が4H以下である絶縁性透明被膜を有
し、前記基板のいずれにおいても前記垂直配向層の表面
がラビング処理されていることを特徴とする液晶表示装
置である。

（作用）本発明では、対向する電極基板表面に形成された鉛筆
硬度が5H以上である絶縁性透明被膜は、対向する電極基
板間での短絡を防止する機能を持つ。また、鉛筆強度が
4H以下と柔らかい絶縁性透明被膜は、液晶表示素子の表
示性能を左右するチルト角を制御するためのもので、所
望の微小チルト角を再現性良く、しかも大面積で均一に
得る機能を持つ。

鉛筆硬度が5H以上の絶縁性透明被膜は硬い膜が良く、
例えば二酸化ケイ素やアルミナ等の無機膜だけでなく、
硬度およびその上に形成される垂直配向層あるいは鉛筆
硬度が4H以下の絶縁性透明被膜との相性が十分であれば
有機膜でも良い。絶縁性が十分なものであれば対向する
２枚の基板双方に設ける必要は無く、どちらか一方の基
板に形成すれば良い。

また、鉛筆硬度が4H以下の絶縁性透明被膜は柔らかい
膜が良く、この膜の上に形成される垂直配向層表面をラ
ビング処理する際に、膜が効率良く均一に変形すること
で、微小チルト角を再現性良く、しかも大面積で均一に
実現できる。この絶縁性透明被膜としては、有機ポリマ
ーや無機物と有機物のコポリマー、或いは無機物のなか
から、透明性、絶縁性、液晶に対する安定性やその上に
形成される垂直配向層との相性によって選択される。

さらに、２枚の基板の垂直配向層の直下の下地として
一方を鉛筆硬度が5H以上の絶縁性透明被膜、他方を鉛筆
硬度が4H以上の絶縁性透明被膜とすることにより、液晶
表示素子としてのチルト角は、それぞれの絶縁性透明被
膜のみの場合の中間程度の値となり、より所望の微小チ
ルト角が再現性良く、しかも大面積で均一に実現でき
る。これにより、大面積でも均一で良好な表示が得られ
る液晶表示素子が実現できる。

このようにして本発明によれば、所望の微小チルト角
が再現性良く、しかも大面積で均一に実現できることに
加えて、対向電極間の短絡が防止でき、さらに良好な表
示性と品質の液晶表示素子が実現できる。

（実施例）（実施例１）第１図は、本発明の一実施例であるＸ−Ｙマトリクス
形の液晶表示素子の断面図を示す。

液晶表示素子１において、透明ガラスでできた２枚の
基板2,3が対向配置され、各基板2,3の表面には夫々は透
明電極4,5が形成されている。これら透明電極4,5が形成
された基板2,3の表面には、第一の絶縁性透明被膜透明
被膜6,7、第二の絶縁性透明被膜8,9が順次形成され、更
にその表面には垂直配向層10,11が形成され、垂直配向
層10,11は表面が矢印の方向にラビング処理されてい
る。そして基板2,3間に液晶組成物12が垂直配向層10,11
に接して挟持され、基板2,3の外側には偏光板15,16が配
置されて、液晶表示素子１が形成されている。なお、13
は間隙材、14は基板2,3を貼り合わせる接着剤である。

この液晶表示素子１は次の様にして製造された。

まず外形が200mm×200mmの基板2,3の表面にITO（イン
ジウム・錫酸化物）膜を形成し、これをエッチングして
複数本の帯状の透明電極4,5を形成した。次に電極4,5を
形成した基板2,3の表面に、被膜形成後にSiO²を主成分
とした被膜が形成される溶液NHC（日産化学（株）製）
を印刷法によって塗布し、空気中で350℃,30分焼成して
鉛筆硬度が8Hの第一の絶縁性透明被膜6,7を形成した。

次に被膜形成後にSiO²,ZrO²を主成分とした被膜が形
成される溶液ZQ−２（触媒化成工業（株）製）を印刷法
によって塗布し、空気中で200℃,30分焼成して鉛筆硬度
が3Hの第二の絶縁性透明被膜8,9を形成した。次に透明
被膜8,9の表面に、浸漬法によりオクタデシルトリエト
キシシランを塗布した後、窒素雰囲気中で150℃,30分間
乾燥させて垂直配向層10,11を形成した。

この後、垂直配向層10,11の表面を綿布で一定方向に
ラビング処理した後、基板２の垂直配向層10の表面に間
隙材13として粒径10μｍのプラスチックビーズを均一に
散布した。また、基板３の垂直配向層11の表面には接着
剤14としてエポキシ系接着剤を印刷した。次に垂直配向
層10,11が対向し、またそれぞれのラビング方向が図中
矢印で示したように180度となるよう基板2,3を配置し、
加熱して接着剤を硬化させ基板2,3を貼り合わせた。次
に通常の方法により注入口（図示せず）より液晶組成物
12としてEN−18（チッソ製）を注入し、さらにこの後注
入口を紫外線硬化性樹脂で封止した。この後、基板2,3
の外側に偏光板15,16をそれぞれの偏光軸が90度、かつ
ラビング方向と45度となるように配置して、液晶表示素
子１を作製した。

以上の様にして作製された液晶表示素子１では、表示
面全体にわたって液晶分子の傾斜方向が0.3゜〜0.4゜と
小さく一定であり、したがって液晶表示素子全面にわた
って高コントラストで、ざらつきその他の欠陥の無い、
均一で良好な表示と同時にＸ−Ｙショートの無い高い品
質の均一で良好な表示の液晶表示素子が得られた。

（実施例２）実施例１において、第２図に示すように、基板２で第
二の絶縁性透明被膜８を形成せずに、その他は実施例１
と同様の条件で液晶表示素子を作製した。

実施例１と同様に均一で良好な表示の液晶表示素子が
得られた。また、液晶表示素子としてのチルト角は、0.
2゜〜0.3゜であった。

（実施例３）実施例１において、垂直配向層10,11を、一塩基性ク
ロム錯体溶液FC−805（住友スリーエム社製）による垂
直配向層に変えて、実施例１と同様にして液晶表示素子
を作製した。

実施例１と同様に均一で良好な表示の液晶表示素子が
得られた。

（実施例４）実施例１において、第一の絶縁性透明被膜6,7を、ス
パッタリングにより600Aの膜厚に形成した鉛筆硬度9Hの
アルミナ膜に変えて、実施例１と同様にして液晶表示素
子を作製した。

（実施例５）実施例１において、第３図に示すように、基板２では
第一の絶縁性透明被膜６をスパッタリングにより形成し
た膜厚800Aのアルミナ膜（鉛筆硬度9H）とし、第二の絶
縁性透明被膜８は形成しなかった。また基板３では第一
の絶縁性透明被膜７を形成せず、実施例１と同様にして
第二の絶縁性透明被膜９を形成した。他は実施例１と同
様にして液晶表示素子を作製した。

（比較例１）実施例１において、第一の絶縁性透明被膜6,7および
第二の絶縁性透明被膜8,9を形成せずに、実施例１と同
様にして液晶表示素子を作製した。

液晶分子の傾斜方向，傾斜角度が一定でなく、また、
透明電極のある場所とない場所でチルト角大きく異な
り、むらのある表示であった。

（比較例２）実施例１において、第二の絶縁性透明被膜8,9を形成
せずに、第一の絶縁性透明被膜6,7の上に垂直配向層を
形成し、実施例１と同様にして液晶表示素子を作製し
た。

液晶分子の傾斜方向は一定ではあったものの、チルト
角が0.1度位しか無くざらついた表示であった。

［発明の効果］本発明の液晶表示素子によれば、大きな面積で、ま
た、基板上に所定形状の電極がある場合にも、均一な微
小チルト角を実現し、これにより、大面積でも均一で良
好な表示が得られる液晶表示素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶表示素子の概略断面
図、第２図は本発明の他の実施例の液晶表示素子の概略
断面図、第３図は本発明の更に他の実施例の液晶表示素
子の概略断面図である。１……液晶表示素子 2,3……ガラス基板 4,5……透明電極 6,7……第一の絶縁性透明被膜 8,9……第二の絶縁性透明被膜 10,11……垂直配向層 12……液晶組成物 13……間隙材 14……接着剤 15,16……偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤仁神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者松本正一神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (56)参考文献特開昭62−280821（ＪＰ，Ａ) 特開平２−211424（ＪＰ，Ａ) 特開平１−156721（ＪＰ，Ａ) 特開平１−161215（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−142027（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1337 G02F 1/1333 505

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電極及び垂直配向層を形成した少なくとも
２枚の基板を、前記垂直配向層が対向するように配置し
た間に、負の誘電異方性を有する液晶組成物を挟持して
なり、液晶分子の長軸方向が前記基板の法線に対して一
定方向に微小角度傾斜させた液晶表示素子において、前記基板の少なくとも一方は前記垂直配向層の下地とし
て、鉛筆硬度が5H以上である絶縁性透明被膜を有し、ま
た前記基板の少なくとも他方は前記垂直配向層の下地と
して、鉛筆硬度が4H以下である絶縁性透明被膜を有し、
前記基板のいずれにおいても前記垂直配向層の表面がラ
ビング処理されていることを特徴とする液晶表示素子。