JP3117453B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は2個の偏光子の間で電極を有する2個の基板
間に配置したねじれネマチック液晶材料を有する液晶セ
ルを備え、光学的異方性材料の層を偏光子の間に設けた
液晶表示装置に関するものである。
(従来の技術) 光学的異方性材料の層は、所要に応じて、自立複屈折
箔とすることができる。かかる表示装置(LCD)は欧州
特許出願公開明細書第0 246 842号に記載されている。
液晶材料におけるキラリティは、縦軸に直角方向で分
子を回転させる。所謂コレステリック相における液晶物
質の場合回転のピッチは0.1〜1μmである。例えばマ
ルチプレッス駆動を用いるデーターグラフィック ディ
スプレーに適用するため、表示装置のセルの厚さの大き
さ程度の一層大きいピッチが望ましい。かかる材料はネ
マチック液晶にドーパントとしてキラル液晶化合物を添
加することにより得られる。かかる材料を用いて、超ね
じれネマチック(STN)液晶表示装置が製造されるが、
セルを横切る分子軸の全ねじれは、例えば180゜〜270゜
である。かかる表示装置は、光学的特性が波長に著しく
左右されるので、高いコントラストおよび無色の像(青
色/黄色の代りに黒色/白色)を達成するのは困難であ
る。上記欠点は、一方が左旋性液晶材料を有し、他方が
右旋性液晶材料を有する2つの同様のセルを組合せて使
用することにより既知方法で克服される。第2セルの前
の分子軸が第1セルの後の分子軸に直角に伸びる場合、
光学特性の波長依存は安全に補償される。然しこの結果
として液晶表示は一層重くなり、コンパクトでなくな
る。他の一つの例において、第2セルが、適合した複屈
折を有する一軸箔により置換えられる。この場合、色の
補償が完全でなく、この結果コントラストが低下し、表
示装置は無電圧状態で或る程度の色を示す。他の既知の
質的に一層良好な解決は一軸箔のねじれた積層を用いる
ことから成る。この解決法は箔の数が増すに従って一層
理想的状態に近づくようになるが、これより製造方法が
かなり複雑になる。
超ねじれネマチック液晶表示装置のねじれおよび複屈
折に等しいねじれおよび複屈折を有する複屈折箔を提供
することが望ましい。或いはまた複屈折箔の代りに、適
当な基板上に複屈折層を用いることは可能である。
欧州特許出願公開明細書第0 007 574号には、共重合
性単量体の形態でキラル ドーパントを有する液晶重合
体材料の記載がある。かかる重合体材料は線状で、液晶
材料を示す側基を有する。溶液または溶融液から薄層を
製造し、ゴム状液晶状態で配向させ、その後これをガラ
ス転移温度以下の温度に冷却する。かかる層はわずかな
程度で生ずる屈折率の局部的変動によりしばしば混濁す
る。更に操作温度が実際に低分子材料の場合より一層高
いが、ガラス転移以上の加熱は一回行われるだけで秩序
が永久的に失われるので尚制限される。更に、使用すべ
き方法は重合体層のピッチ及び厚さを正確に調整するこ
とができない。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は液晶表示装置およびかかる表示装置に
使用するための、光学的に透明で且つ耐熱性の大である
光学的異方性材料の複屈折箔または層を提供することに
ある。
これにより本発明は、高いコントラストを有し、無電
圧状態でほぼ完全に暗色で無色であり、電圧印加状態で
極めて透明である超ねじれネマチックの液晶表示装置を
提供すると考えられる。
本発明の他の目的は、簡単に所望精度で製造すること
ができる箔または異方性層を提供することにある。
本発明の他の目的は、複屈折箔または層に好適に使用
することができる材料を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明において、この目的は光学的異方性材料の複屈
折箔または層が螺旋状配列を有する重合体ネットワーク
を有する合成樹脂組成物から形成されていることを特徴
とする序文に記載したような液晶表示装置により達成さ
れる。合成樹脂組成物は、キラル ドーパントを有する
硬化した液晶合成樹脂組成物から製造するのが好まし
い。
本発明の表示装置の好適例においては、合成樹脂組成
物は2個以上のアクリレート−エステル基を有する化合
物から成る液晶単量体またはオリゴマを硬化することに
より形成する。2個のアクリレート−エステル基を有す
る液晶化合物には次の構造式を有するものがある。
或いはまた、アクリレート化合物の代りにエポキシ
ド、ビニル エーテルおよびチオールエン(thiolene)
化合物を液晶単量体として使用することができる。
秩序合成樹脂組成物は液晶単量体を配向させ、この配
向を感光性開始剤の存在下紫外線に露出することにより
硬化することにより得られる。キラル ドーパント、例
えば置換不斉炭素原子を有する化合物を単量体に添加す
る。このドーパントが分子の縦軸に直角方向で単量体分
子の回転をおこす。単量体をポリイミド被覆し、摩擦し
た2つの表面間に配置することにより、回転度を、自然
ピッチ(摩擦した表面が存在しない場合のピッチ)、摩
擦した表面間の距離および表面の摩擦する方向の関数と
して調整することができる。次いで尚液体の単量体組成
物における回転を、紫外線の影響または電子を使用する
照射下で反応性末端基の重合により固定する。所望の秩
序は迅速に得られ、ほぼ完全であり、この結果透明フィ
ルムまたは薄層が達成される。少なくとも2個の官能基
を有する単量体を使用する結果として、秩序重合体ネッ
トワークが得られ、その秩序は極めて高い温度まで維持
される。
2個以上のアクリレート−エステル基を有する化合物
から成る液晶単量体若しくはオリゴマを有する硬化性合
成樹脂組成物を用いるのが好ましい。所要に応じて、硬
化性合成樹脂組成物は種々のオリゴマ化合物を含むこと
ができる。更に、合成樹脂組成物は1種以上の他の適当
な成分、例えば、触媒、(感光性)開始剤、安定剤、共
反応単量体および表面活性化合物を含有することができ
る。或いはまた、例えば50重量%までの分量の非重合性
液晶材料を添加して材料の光学特性を適合させることが
できる。
特定例においては、螺旋状配列を二つの基板間に合成
樹脂組成物を配置することにより得るが、硬化性合成樹
脂組成物に接触する基板の各表面は、例えばベルベット
布により一方向に摩擦されている。液晶化合物の分子、
特にメゾゲン(mesogenic)基を有する化合物の分子は
分子自体表面で摩擦の方向に配向する。基板の表面はポ
リイミドから成るのが好ましい。
例えば摩擦した基板上に設けた後、配向状態で硬化し
得る適当な化合物は米国特許第4,758,447号明細書に記
載されている。この中に記載されている適用では、螺旋
状配列は遂行されない。適当な化合物の製造方法は欧州
特許出願公開明細書第0 261 712号に記載されている。
合成樹脂組成物の迅速な硬化が望ましいので、好まし
くは化学線により硬化操作を開始する。ここで「化学
線」とは光、特に紫外線、X線、ガンマー線を用いる放
射、または電子若しくはイオンのような高エネルギー粒
子を使用する放射を意味するものとする。
(実施例) 次に図面を参照して本発明を実施例につき説明する。
実施例 第1図は液晶セル10を備えた液晶表示装置の断面図
で、液晶セル10はねじれネマチック液晶層11を2個の電
極基板12,13の間に備えて成る。基板12,13上の電極は図
示していない。装置は2個の偏光子14,15を備える。複
屈折フィルム16(所要に応じて、例えばガラス基板上の
薄層の形態)を丁度液晶セル10と同様に、偏光子14,15
の間に配置してある。
複屈折層16を、例えばセル10の外側に摩擦したポリイ
ミド層を設け、これに適当な硬化性合成樹脂組成物を被
着することによりセル10に直接設けることができる。配
向は、付加的ガラス板により得られるもので、ガラス板
には摩擦したポリイミド層を設けガラス板は上記硬化性
合成樹脂組成物の重合後除去する。
層16の厚さは、例えば6μmである。補償層16の前の
分子軸は、ねじれネマチック液晶層11の後の分子軸に垂
直に伸びる。交差した偏光子の場合、これにより可視範
囲におけるあらゆる波長の透過はなくなり、従って無色
層となる。
層16の液晶セル10への適合は種々の方法で行うことが
できる。層の厚さおよび全ねじれ角は、摩擦した表面を
相互にまた硬化性合成樹脂組成物に関して配置する方法
により決定する。自然のピッチはキラル ドーパントの
濃度を変えることにより影響を及ぼすことができる。複
屈折は重合温度を選定することにより超ねじれネマチッ
ク液晶表示装置に適した範囲内で変えることができる。
次の例において複屈折は100℃の重合温度で0.114であ
り、112℃で重合した後複屈折は0.108である。
複屈折フィルムまたは層の製造例 次式 (式中のRはメチル基を示す)で表わされる第1のジア
クリレート化合物A 80重量部と、Rが水素原子である式
(1)の第2のジアクリレート化合物B 20重量部と感光
性開始剤、本例ではIrgacure 651の商標名でチバ−ガ
イギーから市販され入手し得る2,2−ジメトキシ−2−
フェニル−アセトフェノン1重量部から硬化性合成樹脂
組成物の出発混合物を製造した。上記ジアクリレート化
合物を製造する方法は、欧州特許出願公開明細書第0 26
1 712号に記載されている。更に出発混合物は100ppmの
安定剤、例えばヒドロキノン モノメチルエーテルを含
む。
80重量部のAおよび20重量部のBを含む出発混合物
は、80℃の融点を有する共融組成物である。この温度以
上で存在する相はネマチック相で、このネマチック相は
121℃の温度で等方相に変化する。混合物は上記の2つ
の温度の間の温度で使用される、最も高い粘度および分
子配列が最低温度で得られる。
この例により、異なる量のキラル ドーパント、例え
ばメルク(Merck)製のS811として市場で入手し得る次
で表わされる左旋性の4−(4−ヘキシルオキシベンゾ
イルオキシ)−安息香酸−2−オクチル−エステルを上
記出発混合物に添加する。キラル ドーパントそれ自体
は液晶特性を示す必要がなく、共重合性単量体並びに非
重合性化合物でよい。重合体においてねじれネマチック
秩序を得るため、化合物はキラルであれば十分である。
キラル ドーパントは左旋性並びに右旋性でよい。
このようにして得られる物質の層はネマチック秩序と
螺旋構造を有し、またコレステリック秩序と称される。
混合物の自然のピッチは添加したキラル ドーパントの
分量により決まり、0.5モル%で約28μmであり、6モ
ル%で約2.5μmである。自然のピッチはある程度まで
温度に左右され、6.67モル%のキラル化合物を使用する
場合には、80℃で2.17μm、100℃で2.31μm、113℃で
2.35μmである。かかる分量で等方相への転移が114℃
の温度で起る。
この例においては、硬化性合成樹脂組成物は、硬化す
べき表面に対し2〜5mW/cm2の放射強さを有するアーク
の短い水銀灯により得られる紫外線に100℃で3分間曝
露して光重合することにより硬化する。硬化中配向は固
定され、層の全回転角は一定のままである。この理由の
ため、硬化中のピッチの変化は可能な重合収縮により生
ずる層厚の変化にのみ依存する。回転角はコレステリッ
ク ネマチック相における分子螺旋の回転数の尺度であ
る。
重合操作中光学的用途に重要であると考えられる積d
Δnには変化は殆んどおこらない。但しdは層の厚さ
で、Δnは材料の複屈折である。材料は重合中一方向だ
けで収縮するので、層厚の変化は材料の密度の変化に逆
比例し、その後者の分量は複屈折の程度に比例する。
このようにして得られる重合体フィルムの回転角は常
温乃至250℃の温度範囲で温度依存性を示さない。この
ことは架橋により形成される重合体分子のネットワーク
の結果として分子の再配向の完全なインピーダンスを実
証する。単量体が分子当り2個のアクリレート−エステ
ル基を有するので、架橋は、液晶分子の硬い部分におい
て運動が殆んど不可能であるほど強力である。
例えば側鎖にキラル基を有するコレステリック重合体
と比較してピッチは温度依存性が小さい。
一定の制限内で、ピッチは2個の基板間の合成樹脂組
成物を硬化することに影響され得る。ポリイミドのクラ
ッドを有するガラス若しくはポリイミドの平坦な基板を
使用するのが好ましい。ポリイミド表面は、例えばベル
ベット布を用いて一軸方向に摩擦する。ピッチは2個の
基板間の距離、本例では例えば6μmおよびポリイミド
表面を摩擦する2方向の角度により左右される。分子の
螺旋の回転数は、それ自体得られるピッチが自然のピッ
チと著しく異ならないように調節する。
第2図は6μmの厚さおよび180゜の回転角を有する
異方性層を備えた本発明の装置による波長Wの関数とし
て透過率を示す。無電圧状態(D)において、測定した
波長範囲全体に亘り均一な低透過率である。表示装置の
暗状態は無色であり、これにより最適コントラストにな
る。比較のため、電圧印加状態(L)を示すが、約40%
の透過率が達成される。光の状態は或る程度の着色を示
すが、これはコントラストを得るのに余り重要ではな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の液晶表示装置の断面図、 第2図は無電圧と電圧印加状態における本発明の装置の
透過率と波長の関係を示す曲線図である。 10……液晶セル 11……ねじれネマチック液晶層 12,13……電極基板、14,15……偏光子 16……複屈折フィルム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リアァト アタ ムスタファ ヒクメト オランダ国5621 ベーアー アインドー フェン フルーネバウツウェッハ1 (56)参考文献 特開 平1−222220(JP,A) 特開 昭64−519(JP,A) 特開 昭64−78232(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13363 G02B 5/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2個の偏光子の間で、電極を有する2個の
    基板の間に配置されたねじれネマチック液晶材料を有す
    る液晶セルを有し、光学的異方性材料の層が前記偏光子
    の間に設けられる、液晶表示装置において、 前記光学的異方性材料の層が螺旋配列を有する重合体ネ
    ットワークを有する合成樹脂組成物から形成され、 前記合成樹脂組成物は、2個以上のアクリレート−エス
    テル基を有する化合物から成る液晶単量体又はオリゴマ
    ーを硬化することにより形成されたものである、 ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】前記合成樹脂組成物は、キラル・ドーパン
    トを有する硬化した液晶合成樹脂組成物から形成され、 前記合成樹脂組成物は、2個以上のアクリレート−エス
    テル基を有する化合物から成る液晶単量体又はオリゴマ
    ーを硬化することにより形成されたものである、 ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
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