JP2799813B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置の構成に
関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、大面積の液晶ディスプレイが注目
されている。しかしながら安価なガラス基板や樹脂基板
（プラスチック基板）を用いた場合には、大面積化する
ことにって、基板自体のたわみが生じてしまう。一方、
液晶表示装置の高速応答を計ることの検討も重要な問題
として検討されている。このためには、液晶材料自体に
強誘電性液晶等の高速応答可能な材料を用いる方法が考
えられる。

【０００３】しかしながら、例えば液晶材料として強誘
電性液晶を用いて高速応答を計った場合、液晶表示装置
を大面積化できないという問題があった。これは、強誘
電性液晶は、液晶が層構造を有している為、基板が変形
することによってこの層構造が崩れ、表示に支障が出て
しまうからである。この問題は、強誘電性液晶に限った
ことではなく、多の液晶材料を用いた場合でも基本的に
いえることである。

【０００４】また、従来においては、基板間隔を保つた
めに基板間に保持された酸化珪素のペーサーを用い、基
板同士を密着させるために、やはり基板間に保持された
有機樹脂性の材料を用いていた。スペーサーは文字通
り、基板間隔を保持するためのもので、その直径によっ
て、基板間隔が決まるものである。また、基板同士を密
着させるために用いられる有機樹脂は、その直径が必要
とする基板間隔よりも大きく、基板間において潰れるこ
とによって、上下の基板同士を密着せしめる作用を有す
るものである。

【０００５】上記のような従来の構成においては、まず
基板上に配向処理を施し、つぎに一方の基板上に上記ス
ペーサーと樹脂を散布し、しかる後に基板同士を張り合
わせることによって、基板間隔を決定するとともに、基
板同士を張り合わせ、しかる後に基板間に液晶を注入す
ることを基本的な作製方法としていた。この液晶を注入
する際、例えばその温度を１００度とし、その後５度／
ｈｒで徐冷することによって、液晶材料を配向膜の配向
規制力に従って配向させることができる。

【０００６】しかしながら、上記従来の作製工程につい
て検討したところ、液晶が配向規制力に従って配向せん
とその状態が変化する際、上記基板同士を密着させるた
めの樹脂材料が、液晶の配向せんとする動きを規制して
いることが判明した。

【０００７】上記の２つの問題、即ち、 ・基板間隔を一定に保つ構成が必要である。 ・液晶を配向させる際に、基板同士を密着させる材料が
液晶の配向に悪影響を与えている。 といった問題を解決する方法として、本発明者らが、特
願平５─５５２３７に示した発明がある。

【０００８】この発明は、表面に電極を有する一対の透
光性基板を前記電極を内側にして相対向して設け、前記
一対の基板間に液晶材料と、前記一対の基板のうち少な
くとも一方の基板の内側面上に前記液晶材料を一定の方
向に配列させる配向手段を設け、前記液晶材料中に混入
させていた未硬化樹脂が析出、硬化したことによって形
成されるカラム状の樹脂材料が前記配向手段または前記
基板と接着していること、を要旨とする液晶表示装置で
ある。

【０００９】上記液晶電気光学装置の作製方法は、配向
処理を施した一対の相対向する透光性基板間に、液晶材
料と、反応開始剤を添加した樹脂材料とを混合して封入
し、液晶を配向させた後に、紫外線照射によって樹脂成
分を硬化させ、この樹脂成分をカラム状（柱状）に硬化
形成することによって行う。

【００１０】上記のような液晶中から析出させたカラム
状の樹脂を、柱状の樹脂スペーサーという意味でＰＣＳ
（Polymerrigied Column Spacer)という。

【００１１】上記構成の概要を図１を用いて説明する。
図１に示されているのは、単純マトリックス型の液晶表
示装置である。図１において、電極１１２、１１３を有
する透光性基板１１０、１１１上の基板上には液晶材料
を一定の方向に配列するための配向手段１１４、１１５
が設けられている。この基板間に液晶材料１１６が挟持
されている。液晶材料１１６は配向手段１１４、１１５
に従って一軸配向している。一方、液晶材料から分離析
出した樹脂１１７がカラム状（柱状）となって２枚の基
板１１０、１１１上の配向手段１１４、１１５に接着し
ている。配向手段がどちらか一方の基板側のみに形成さ
れている場合、樹脂１１７は、たとえば配向手段１１４
と、透光性基板１１１あるいは該基板と電極１１３に接
着している。

【００１２】この液晶電気光学装置を作製するには、電
極１１２、１１３を有する一組の透光性基板１１０、１
１１で液晶材料と反応開始剤を添加した未硬化樹脂との
混合物を挟持させ、前記透光性基板間において前記混合
物中から前記未硬化樹脂を析出させることによって、前
記液晶材料を配向手段に沿って配列させる。しかる後
に、前記析出した未硬化樹脂を硬化する為の手段を施す
事により、前記未硬化樹脂が硬化しカラム（１１７で示
される）となって前記両基板を接着する。

【００１３】図１に示す構成を採用した場合、液晶材料
１１６が配向手段１１５に従って配列した後に樹脂を硬
化させるため、硬化前の良好な液晶の配向状態を保つこ
とができ、硬化後の樹脂が配向に与える影響は極めて少
ない。このカラム状の硬化樹脂１１７は、基板間隔を保
持せしめるとともに密着性を向上させるという効果と、
液晶の配向性を向上させるという効果を有する。

【００１４】上記の構成において用いる樹脂材料は、高
温状態で液晶材料との混合状態を呈し、温度が低下した
状態では液晶材料と分離し、析出するものであることが
望ましい。また、２枚の基板間に挟持された状態で樹脂
を硬化する為に未硬化の樹脂には溶媒が含まれていない
ことが極めて望ましい。さらに、液晶材料と樹脂の分離
や液晶材料の配向状態の形成は温度に依存するところが
大きいため、樹脂は温度とは別の因子で硬化するほうが
望ましい。そうした事柄を考慮すると、例えば未硬化樹
脂として紫外線硬化型樹脂、樹脂硬化手段として紫外線
を用いることが好ましい。また、上記構成において、液
晶の種類さらには液晶の動作モードが特に限定はされな
い。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】液晶分子を基板に対し
て平行に配向させた状態で動作を行わせる方式において
は、配向規制力に従って、液晶分子が基板に対して平行
に配向していることが必要である。しかしながら、上記
の液晶中に樹脂成分をカラム状に析出させた構成（ＰＣ
Ｓを用いた構成）においては、カラム状の樹脂の周囲に
おいて、液晶分子がこの樹脂の柱にそって平行に配向し
てしまう現象が観察される。

【００１６】これは、本来基板と平行方向に液晶分子の
分子長軸がそろわなければならないのに、基板に対して
垂直方向にその分子長軸が向いた液晶分子が存在するこ
とを意味する。このような配向性の乱れが顕著になる
と、光学特性とくに暗状態が不良となり、コントラスト
が低下する。

【００１７】即ち、前述の液晶混合物材から樹脂成分を
カラム状に析出させた構成をとった場合、コントラスト
の低下が実際問題として生じてしまう。

【００１８】そこで、本発明においては、上記に説明し
た液晶混合物（液晶材料と反応開始剤が添加された未硬
化樹脂との混合物）からカラム状の樹脂成分を析出さ
せ、該カラム状の樹脂成分によって、基板間隔を保つと
ともに基板同士を密着させる構成において、配向性を制
御することによってコントラストを向上させることを発
明の目的とする。

【００１９】〔発明の背景〕本発明者らは、上記に説明
した液晶混合物と反応開始剤が添加された未硬化樹脂と
の混合物からカラム状の樹脂成分を析出させる構成につ
いて基礎的な実験を行った結果、以下の実験事実を見い
だした。

【００２０】即ち、液晶分子の分子長軸を基板に平行に
なるように配向させる場合、基板に対して垂直に林立す
るカラム状の樹脂の疎水性が高く、液晶を吸着する力が
弱い程、樹脂による液晶分子への規制力は弱くなる。即
ち、カラム状の樹脂の疎水性を高くすることによって、
このカラム状の樹脂が液晶に及ぼす配向規制力を小さく
することができる。

【００２１】そこで、本発明は、上記実験事実に鑑み、
カラム状の樹脂が液晶分子に対して配向規制力を及ぼさ
ないようにし、液晶表示装置のコントラストを向上せん
とすることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】

〔第１の発明〕第１の発明は、請求項１に記載されてい
る通り、一対の基板間に保持された液晶材料と樹脂材料
との混合物を有する液晶装置であって、前記液晶は、基
板と平行な方向に配向処理がなされ、前記樹脂材料に
は、疎水性の材料が含まれており、前記一対の基板はカ
ラム状の前記樹脂材料によって密着され、ていること、
を要旨とする液晶装置に関するものである。

【００２３】本発明は、一対の基板同士を密着させるカ
ラム状（柱状または筒状ということもできる）の樹脂を
疎水性とすることによって、基板に対してほぼ垂直にな
っているカラム状の樹脂からの液晶分子に対する配向規
制力の影響を排除し、基板上に設けられた配向処理手段
からの配向規制力のみで、配向を行わすことを要旨とす
るものである。

【００２４】特に基板と平行な方向に配向処理が成され
ている場合には、基板に垂直な方向に作用する配向規制
力を排除することは、液晶の配向性を高める上で極めて
有用である。

【００２５】本発明に使用できる液晶としては、強誘電
性液晶を用いるのが最適である。これは、強誘電性液晶
が層構造を有しており、基板のたわみ（湾曲）の影響を
受けやすいからである。しかし、本発明は強誘電性液晶
のみではなく、基板のたわみの影響をうける液晶装置全
てに利用できる。

【００２６】〔第４の発明〕第４の発明は、請求項４に
記載されているように、一対の基板間に保持された液晶
材料と樹脂材料との混合物を有する液晶装置であって、
前記液晶材料は、基板に垂直な方向に配向処理がなさ
れ、前記樹脂材料には、親水性の材料が含まれており、
前記一対の基板はカラム状の前記樹脂材料によって密着
され、ていること、を要旨とする液晶装置に関する。

【００２７】上記第４の発明は、液晶分子を基板と垂直
な方向に配向させんとする場合には、基板同士を密着さ
せているカラム状の樹脂に平行に液晶分子に対する配向
規制力が働くことが有用であることに着目したものであ
る。

【００２８】即ち、前記カラム状の樹脂を構成する材料
として親水性の材料を用いることにより、液晶分子をカ
ラム状の樹脂と平行になるような配向規制力を作用させ
ることによって、液晶の基板に対する垂直配向性を助長
させるものである。

【００２９】また、以上の発明において、樹脂を構成す
る材料として、疎水性を発現する構造を付与した材料、
または親水性を発現する構造を付与した材料を用いるこ
とも有用である。

【００３０】

【作用】樹脂の疎水性を高くする樹脂材料を用いること
によって、樹脂材料が液晶分子に及ぼす配向規制力を弱
めることができ、液晶分子には、配向処理手段からの規
制力を主に加えることができる。その結果、良好な配向
性を有する液晶状態を得ることができる。また、カラム
状の樹脂に親水性の材料を添加することによって、カラ
ム状の樹脂から積極的に配向規制力を及ぼし、液晶の基
板に対する垂直配向性を助長することができる。

【００３１】

【実施例】本実施例の概要を図１に示す。図１におい
て、基板１１０、１１１として１０×１０ｃｍのガラス
基板を用いる。このガラス基板１１０と１１１上にＩＴ
Ｏをスパッタ法によって１０００Åの厚さに成膜し、フ
ォトリソ工程によってパターニングを行い、電極１１２
および電極１１３とする。さらにスピンコート法によっ
てポリイミドを１５０Åの厚さに塗布し、さらに２８０
度で焼成した後、ラビング処理を施すことによって、配
向処理手段である配向膜１１４および１１５を形成す
る。ここではポリイミドとして、日産化学製ＲＮ−３０
５、東レ製ＬＰ−６４を用いた。

【００３２】その後、上記ポリイミドで形成された配向
膜１１４および１１５に公知の配向処理を施し、一軸配
向処理を行う。さらに一方の基板（１１０か１１１）上
にシリカ粒子である触媒化学製真し球をスペーサーとし
て散布する。また別の一方の基板上にエポキシ樹脂製の
シール材１１９をスクリーン印刷にて形成する。そして
両基板間の電極間距離を約１．５μｍとして貼り合わせ
る。

【００３３】そして上記液晶セルの基板間に液晶材料と
未硬化樹脂材料との混合物１１６を注入することによっ
て、液晶セルを完成させる。

【００３４】本実施例で用いる液晶材料は、チッソ社製
の強誘電性液晶、ＣＳ１０１４である。この液晶のＰｓ
は、５．４ｎＣ／ｃｍ² であり、相系列はＩ（等方相）
−Ｎ（ネマティック相）−Ａ（スメクチックＡ相）−Ｃ
（スメクチックＣ^* 相）である。

【００３５】本実施例で用いる樹脂材料は、疎水性のウ
レタン系オリゴマーとアクリル系モノマーの混合物であ
り、反応開始剤が１重量％含まれている。この混合物５
重量％と液晶材料９５重量％とを混合して液晶混合物を
形成する。この際、混合した樹脂が液晶材料中に十分混
合するように、９０度で液晶が等方相を示すまで加熱し
攪はんを行う。

【００３６】上記液晶混合物を公知の方法によって液晶
セル内に注入する。この液晶混合物の注入の際、温度を
９０度とし、真空下で２度／ｈｒの速度で徐冷を行う。
この結果、基板間に保持された液晶混合物１１６は普通
の液晶材料と同様に一軸配向処理が施される。

【００３７】上記配向処理終了後に紫外線を照射するこ
とによって、樹脂材料を析出させ、１１７で示されるよ
うなカラム状の樹脂成分を形成する。紫外線の照射条件
は、照射強度が２０ｍＷ／ｃｍ² で照射時間が１分であ
る。

【００３８】本実施例においては、以下のＡ〜Ｄの４種
類のサンプルを作製し、その特性を測定した。 １．疎水性のウレタン系オリゴマーとアクリル系モノマ
ー（反応開始剤は１重量％以下であるので無視する）と
の混合比（重量％の割合）を１０：９０としたもの。 ２．ウレタン系オリゴマーとアクリル系モノマーとの混
合比を１７：８３としたもの。 ３．ウレタン系オリゴマーとアクリル系モノマーとの混
合比を２５：７５としたもの。 ４．ウレタン系オリゴマーとアクリル系モノマーとの混
合比を３４：６６としたもの。

【００３９】下記表１は、ウレタン系オリゴマーとアク
リル系モノマーとからなる未硬化樹脂におけるアクリル
系モノマーの含有量（重量％）と、硬化させた樹脂の純
水に対する接触角と、液晶セルのコントラストとを示し
たものである。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１を見ると、樹脂中のモノマー含有量が
少ないほど、即ち疎水性であるウレタン系オリゴマーの
割合を多くした方が樹脂の純水に対する接触角が大きく
なり（疎水性であることを意味する）、液晶セルのコン
トラストが向上することが確認される。

【００４２】また図２は、本実施例で作製した液晶セル
に±３０Ｖの三角波を印加し、明状態(bright)をフォト
マルによって測定したものである。横軸には、純粋との
接触角をとっているが、これは表１をみれば明らかなよ
うに、サンプルＡ〜Ｄに対応する。図１を見ると、サン
プルによってそれほど大きなデータの差がないことがわ
かる。

【００４３】図３は、本実施例で作製した液晶セルに±
３０Ｖの三角波を印加し、暗状態(dark)をフォトマルに
よって測定したものである。この図３を見ると、疎水性
のウレタン系オリゴマーの混合比率が大きい方がフォト
マル感度が小さく、暗くなるべき時に暗くなっているこ
とが分かる。即ち、暗状態が明確になっていることが分
かる。

【００４４】図４は、本実施例で作製した液晶セルに±
３０Ｖの三角波を印加し、コントラストを測定したもの
である。この図３を見ると、疎水性のウレタン系オリゴ
マーの混合比率が大きく方がコントラストが大きいこと
がわかる。

【００４５】以上の測定結果から分かるように、液晶材
料と混合する未硬化樹脂に、疎水性のウレタン系オリゴ
マーを混合させることによって、液晶表示装置の光学特
性を向上させ得ることが確認された。

【００４６】また以上の結果より、疎水性の材料である
ウレタン系オリゴマーを２０重量％以上樹脂中に添加す
ることによって、コントラストとして４０以上を得るこ
とができ、また樹脂の純水に対する接触角を５０度以上
とすることによって、コントラストを４０以上とするこ
とができることが分かる。

【００４７】本実施例においては、層構造をとってお
り、基板の撓みによって大きな影響を受ける強誘電性液
晶を用いた例（その効果が顕著に表れる）を示したが、
他の液晶材料であっても用いることができる。

【００４８】また、単純マトリックス型の液晶表示装置
ではなく、ＴＦＴやＭＩＭ型素子を用いたアクティブマ
トリックス型の液晶表示装置に本発明の構成を利用でき
ることはいうまでもない。

【００４９】

【効果】液晶材料と混合する未硬化樹脂材料に疎水性の
樹脂材料を含有させることによって、この未効果樹脂か
ら析出したカラム状の樹脂を基板同士を密着させる構成
とする液晶表示装置において、高コントラストを実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の概要を示す。

【図２】 実施例の特性を示す。

【図３】 実施例の特性を示す。

【図４】 実施例の特性を示す。

【符号の説明】

１１０、１１１ 基板 １１２、１１３ 電極 １１４、１１５ 配向膜 １１６ 液晶材料 １１７ カラム状の樹脂 １１８ スペーサー １１９ シール材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1337 G02F 1/1333 G02F 1/1339 500

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の基板間に保持された液晶材料を有
   する液晶表示装置であって、 前記液晶材料は基板と平行な方向に配向処理がなされ、前記一対の基板は、カラム状の樹脂材料によって接着さ
   れ、 前記樹脂材料は、前記液晶材料中に混入された材料が分
   離硬化して形成され、疎水性を有することを特徴とする
   液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記樹脂材料は疎水
   性の材料を２０重量％以上有することを特徴とする液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記樹脂材料の純水
   に対する接触角は、５０度以上であることを特徴とする
   液晶表示装置。