JP3612250B2

JP3612250B2 - Liquid crystal display element

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Publication number: JP3612250B2
Application number: JP27750399A
Authority: JP
Inventors: 首達夫最; 田靖川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2019-09-29
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶は、情報・映像表示装置、光シャッタ、ライトバルブなどに広く使用されており、液晶材料としてネマティック液晶を使用するものが主流である。液晶表示素子は、画像応答の高速化や広視野角化などの表示性能の向上のほか、低コスト化・軽量化などが求められている。高速・広視野角化のために、ネマティック液晶を使用するＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ−ＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ−ｃｅｌｌ）方式、ＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ−ＡｌｉｇｎｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式、スメクティック液晶である強誘電性液晶・反強誘電性液晶を使用する方式などが検討されている。また、軽量化のために、ガラス基板に代わりプラスティック基板を使用することも検討されている。
【０００３】
強誘電性液晶や反強誘電性液晶を使用する液晶表示素子の課題の１つとして、衝撃や指押しに対する耐性が小さく配向破壊が生じ易い点がある。配向破壊が生じた部分は表示むらとして容易に認識される。破壊された配向状態を再生するには、軽度の場合には通常の駆動あるいは高めの電圧を印加することにより修復されるが、重度の場合には液体相まで加熱し徐冷するアニール処理が必要である。また、プラスティック基板を試用する液晶表示素子においても、ガラス基板を使用する液晶表示素子に比較して、衝撃や指押しに対する耐性が小さいことが問題である。
【０００４】
また、従来は、液晶表示素子の数μｍ〜数１０μｍの液晶層の厚みの制御には、球状あるいは円柱型のスペーサビーズが使用されてきている。しかしスペーサビーズ散布の工程は、コスト面のほか、余剰のスペーサが他の工程のダストとして影響を及ぼすなどの問題があった。また、液晶層中でスペーサが動き回ることによる表示ムラやカラーフィルタなど他の層が傷付くなどの問題もあった。
【０００５】
そこで最近、スペーサ材を成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることによって基板上に柱や壁状にスペーサ構造を形成する方法が開発されつつある。このようなスペーサは、配線などの非開口部に選択的に作成することが可能であるため表示に悪影響を及ぼさず、固定されているためにセルの剛性も向上して耐衝撃性が増すなどの利点がある。また、壁状のスペーサの側面を、液晶配向制御を行う界面として積極利用して、新規な液晶配列や表示モードに応用している例もある。
【０００６】
このような壁状の形状を持つセル構造の製造方法は、液晶とモノマーを混合した液体をセルに注入後、相分離によって高分子を液晶から分離させる方法、プラスティック基板の加圧変形による方法なども知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
壁状、柱状、網目状などのスペーサが光学的に等方性でセルを挟む一対の偏光板が直交配置でない場合、あるいは偏光板配置によらず光学異方性の主軸方向が制御されていない場合には、スペーサが開口部にあれば黒表示時の光抜けや着色が生じてコントラストが低下し、さらに表示領域にわたって表示ムラとなる問題があった。また、カラーおよびニュートラル偏光フィルム３枚と液晶セル２枚を組合せたカラーシャッタの場合、スペーサ部からの光抜けが色純度を低下させる問題があった。またこの場合、２つの液晶セルのスペーサは互いに重なている部分と重なっていない部分があるが、重なる部分の面積は小さいため、おもに重ならない部分からの光抜けの影響が大きい。また、スペーサが黒色である場合や、スペーサ部が金属電極などの遮光層によって遮光されている場合は、色純度やコントラストの低下はないが、透過率が低下してしまう問題があった。なお、カラー表示画像の色純度の低下や、黒表示状態における光抜けによるコントラスト低下よりも、表示の明るさを優先させる場合には、明るさの低減や着色を防止する手段として、特開平８−２７８４３８号公報のように高分子壁に旋光性を持たせる方法が知られている。
【０００８】
このように、従来のカラーシャッタ等に用いられる液晶表示素子においては、壁状、柱状、網目状などのスペーサが開口部にある場合には光抜けや着色が生じたり、全体の透過率が低下し、良好な表示性能を得ることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、可及的に良好な表示性能を得ることのできる液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示素子の第１の態様は、第１の絶縁基板およびこの第１の絶縁基板上に形成された電極を有する表側基板と、第２の絶縁基板およびこの第２の絶縁基板上に形成された対向電極を有し、前記対向電極が前記表側基板の電極に対向するように配置される対向基板と、前記表側基板および前記対向基板のうちの一方の基板上に形成されて前記表側基板と前記対向基板とを所定の間隔に保持するスペーサ部と、前記表側基板と前記対向基板との間に挟持される液晶層と、を備えた液晶セルと、前記液晶セルの両面に設けられた一対の偏光フィルムと、を有し、前記スペーサ部が屈折率異方性を有し、この屈折率異方性の主軸が前記一対の偏光フィルムのうちの一方の偏光フィルムの吸収軸にほぼ平行な方向、および前記一対の偏光フィルムの吸収軸に平行な方向のほぼ中間の方向、ならびに一方の偏光フィルムの吸収軸に垂直な方向と他方の偏光フィルムの吸収軸に平行な方向とのほぼ中間の方向のうちのいずれか１つの方向に一致していることを特徴とする。
【００１１】
また本発明による液晶表示素子の第２の態様は、第１の絶縁基板およびこの第１の絶縁基板上に形成された電極を有する表側基板と、第２の絶縁基板およびこの第２の絶縁基板上に形成された対向電極を有し、前記対向電極が前記表側基板の電極に対向するように配置される対向基板と、前記表側基板および前記対向基板のうちの一方の基板上に形成されて前記表側基板と前記対向基板とを所定の間隔に保持するスペーサ部と、前記表側基板と前記対向基板との間に挟持される液晶層と、を備えた液晶セルと、前記液晶セルの両面に設けられた一対の偏光フィルムと、を有し、前記スペーサ部が赤、緑、青のうちの一色あるいは二色の波長域を選択的に吸収あるいは反射する特性を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による液晶表示素子の実施の形態を以下、図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明による液晶表示素子の第１の実施の形態を図１乃至図６を参照して説明する。本実施の形態の液晶表示素子の概略の構成を図１に示し、構成断面図を図２に示す。
【００１４】
この実施の形態の液晶表示素子１は図１に示すように、液晶セル２と、偏光板３ａ，３ｂとを備えており、例えば光シャッタに用いられる。そして液晶セル２は図２に示すように、表側基板２１ａと、対向基板２１ｂとを有している。表側基板２１ａは、透明な絶縁性基板２２ａ上にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）からなるストライプ状の電極２３ａが形成され、この電極２３ａが形成された側の全面を覆うように無機絶縁膜２４ａが形成され、この絶縁膜２４ａ上に配向膜２５ａが形成された構成となっている。また対向基板２１ｂは透明な絶縁性基板２２ｂ上にＩＴＯからなる対向電極２３ｂが形成され、この対向電極２３ｂ上に無機絶縁膜２４ｂが形成され、この絶縁膜２４ｂ上に配向膜２５ｂが形成された構成となっている。
【００１５】
そして、表側基板２１ａまたは対向基板２１ｂのうちの一方の基板の配向膜が形成された表面には壁状のスペーサ部２６が形成されている。なお、配向膜はスペーサ部２６を覆う用に形成しても良い。表側基板２１ａと対向基板２１ｂはスペーサ部２６によって、所定の間隙を有するように対向配置され、表示領域（図示せず）を囲むように非表示領域（図示せず）上に塗布されたシール材によって貼り合せられる。このシール材には液晶材料を注入するための注入口が設けられている。この注入口を通して液晶組成物（以下、単に液晶ともいう）２７が上記間隙内に注入され、封止される。すなわち液晶２７は表側基板２１ａと対向基板２１ｂによって挟持された構成となっている。そして液晶セル２の表面および裏面には偏光板（偏光フィルム）３ａ，３ｂが貼付された構成となっている。
【００１６】
本実施の形態においては、図１に示すように偏光板３ａは吸収軸１５が図面上で鉛直方向に位置しており、偏光板３ｂは吸収軸１６が水平方向に位置している。したがって偏光板３ａ，３ｂの吸収軸は直交する配置となっている。そして液晶セル２のスペーサ部２６は屈折率異方性を有し、その主軸である進相軸あるいは遅相軸６の方向は偏光板３ａ，３ｂの吸収軸１５，１６の方向の丁度、中間の方向となるように配置されている。すなわち遅相軸６は偏光板３ａ，３ｂの吸収軸１５，１６とほぼ４５度を成すように配置されている。なお、屈折率異方性は、スペーサを構成する高分子鎖あるいは液晶性側鎖などの棒状分子が一方向に揃う構造を取ることによって得ることができる。
【００１７】
またスペーサ部２６は、図３に示すように表側基板または対向基板のうちの一方の基板２１の表示領域内に基板２１の一端から他端まで細長く延びるようにすなわち壁状に形成されている。そしてスペーサ部２６間の間隔は例えば約２００μｍであり、各スペーサ部２６の幅は約１０μｍで高さが約２μｍとなっている。このスペーサ部２６の形状は、図４に示すように基板２１の一方の端から他方の端まで連続していなくても良いし、網目状や格子状など様々な形状であっても良い。
【００１８】
本実施の形態のようにスペーサ部の屈折率異方性の主軸６の方向が、液晶セル２を挟み込む一対の偏光板３ａ，３ｂの、直交配置となっている吸収軸の方向の丁度中間の方向になっている。このため、スペーサ部２６の複屈折率が０．１以上であり、基板間の距離が数μｍであり、複屈折率と基板間距離の積が約０．２５μｍとなっていれば、この場合は一対の偏光板の吸収軸が直交した配置であるので、スペーサ部で直線偏光は９０度回転し、出射側の偏光フィルムを透過できる。これにより、スペーサ部２６は均一に光を透過することが可能となり、高透過率の液晶表示素子を得ることができる。
【００１９】
なお、上記実施の形態においては、スペーサ部２６の屈折率異方性の主軸（進相軸あるいは遅相軸）の方向は偏光板３ａ，３ｂの吸収軸のほぼ中間の方向であったが、上記主軸の方向は一対の偏光板３ａ，３ｂのうちの一方の偏光板の吸収軸に平行な方向であっても良く、この場合は均一に光を遮光して高コントラストが得られる。なおこのとき、偏光板３ａ，３ｂの吸収軸は直交配置とする。
【００２０】
また偏光板３ａ，３ｂの吸収軸が直交配置でない場合には、スペーサ部２６の主軸の方向は一対の偏光板３ａ，３ｂのうちの一方の偏光板の吸収軸に垂直な方向と、他方の偏光板の吸収軸の方向との中間の方向であれば良い。
【００２１】
異方性の主軸が、一方の偏光フィルムの吸収軸に平行な方向で直交配置の場合、また、一方の偏光フィルムの吸収軸に垂直な方向と他方の偏光フィルムの吸収軸の略中間方向である場合には、スペーサを透過した光は、光出射側の偏光フィルムの吸収軸方向の直線偏光となるため、スペーサ部は暗状態となる。この場合は、高コントラスト、高色純度を得たい場合に有効である。また、異方性の主軸が２つの偏光フィルムの吸収軸方向の略中間方向の場合は、スペーサを透過した光は、光出射側の偏光フィルムの透過軸方向の直線偏光となるため、スペーサ部は明状態となる。この場合は、高透過率、明るい表示を得たい場合に有効である。
【００２２】
なお、スペーサはアクリル系などの紫外線硬化型高分子やプラスティック基板表面の変形により成型し、偏光紫外光による露光、スペーサ材配向制御層による高分子の配向、もともと異方性をもつ基板を加圧変形などの手段により異方性を持たせることができる。
【００２３】
また、スペーサと他方の基板の間には、接着層によって固定化させてもよく、このスペーサの他に従来の黒色あるいは透明なパールあるいはファイバのスペーサが散布されていてもよい。十分な剛性を得るためにスペーサ部分は間隔０．５ｍｍ以下、幅５μｍ以上であることが望ましい。
【００２４】
液晶セルは、遅相軸が４５度スイッチングできる２分の１波長板として機能するものや、偏光状態を変えない状態と直線偏光を９０度回転させる状態の２状態をスイッチングできる液晶配列状態のものであれば、特に制限はないが、シャッタ用途としては高速性を有する液晶材料が望ましい場合が多い。液晶材料の例として、一般的に知られている低分子あるいは高分子の強誘電性液晶・反強誘電性液晶や、歪らせん型強誘電性液晶、高分子を混入した強誘電性液晶、エレクトロクリニック効果を示す強誘電性液晶、パイセルと呼ばれるモードのネマティック液晶などがある。
【００２５】
図５は反強誘電性液晶を使用した場合の液晶セル内における液晶配列状態の概略を示す平面図である。棒状の液晶分子５は、ほぼ基板に平行な面内に分子長軸方向をとり、基板に垂直な方向にスメクテイィック層構造４をとる。液晶材料の種類や電圧の印加状態により、液晶分子の配列状態は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）のように分子長軸方向が異なる状態、あるいは図５（ａ）（ｂ）（ｃ）の中間の状態をとりうるが、層構造は不変である。層法線方向を図５、図６の１８の方向とし、正負電圧印加時の液晶の光軸（遅相軸）方向を図６の１６，１７とし、偏光板の吸収軸を図６の１５，１７方向とした。
【００２６】
なお、図５（ａ）、（ｃ）は強誘電性液晶の双安定状態のうちの１状態における液晶配列状態または反強誘電性液晶の三安定状態のうちの１状態における液晶配列状態を示し、図５（ｂ）は反強誘電性液晶の三安定状態のうちの１状態における液晶配列状態を示す。
【００２７】
以下、本発明の液晶表示素子を構成する液晶セルの製造方法を図１、２、６を参照して説明する。基板材料としては、ガラス、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、一軸あるいは二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのほか、片側の基板のみガラスでもよく、異なる材質、異なる厚さの基板を組み合せてもよく、異なる材質の基板の合板であってもよい。表基板２１ａは厚さ０．１ｍｍのＰＥＳであり、その上にはスパッタ、フォトリソグラフィ、エッチングの工程により厚さ１３０ｎｍの６本の横ストライプ状に形成されたＩＴＯのストライプ電極２３ａを有している。ストライプ電極２３ａの間隔は２０μｍ程度である。ＩＴＯ電極層２３ａの上に、幅２０μｍの金属補助電極配線（図示せず）を、各ＩＴＯストライプ電極につき長手方向に複数本ずつ形成してもよい。
【００２８】
ＩＴＯ電極の上には、全面にわたって絶縁層として１００ｎｍの厚さにＳｉＯ_２膜２４ａをスパッタ成膜した。絶縁層材料としては、他にＳｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｒＴｉＯ_３、ＴｉＯ_２の単層あるいは多層膜であってもよい。絶縁層２３ａの上に、感光性樹脂を２μｍの厚さに塗布し、波長２００〜４００ｎｍの偏光紫外光によるフォトリソグラフィによってスペーサ壁を形成した。感光性樹脂材料としては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ノボラック樹脂、ポリビニルシンナメート、カルコン系樹脂、感光性ポリイミド、ＰＭＭＡ、ポリケイ皮酸ビニルなどが好ましく、多官能モノマー、オリゴマー、重合反応開始剤、重合反応遅延剤を含んでいてもよく、多層膜であってもよい。
【００２９】
また、従来のパール状スペーサ等を使用してセルを作成した後、これらの光硬化性モノマーを液晶と混合させたものや、液晶性側鎖を持つプレポリマーをセルに注入し、同様にマスクを介して紫外光を照射し相分離させることによってスペーサ部を形成してもよい。このとき適当な電圧を印加しながら硬化させると、屈折率異方性を所望の方向にしやすい場合がある。また、屈折率異方性などの光学異方性をもともと持つプラスティック基板表面を、プレス加工などの加圧変形することによってスペーサ構造を形成する方法もある。この場合、セルを構成する２枚の基板は異方性の主軸を直交させることにより、位相補償を行うことが望ましい。対向基板２１ｂは厚さ０．１ｍｍのＰＥＳであり、その上にはスパッタ、フォトリソグラフィ、エッチングの工程により厚さ１３０ｎｍのＩＴＯの対向電極２３ｂを端部を除く全面に有している。ＩＴＯ電極層２３ｂの上に、金属補助電極配線を形成してもよい。ＩＴＯ電極２３ｂの上には、全面にわたって７０ｎｍの厚さにＳｉＯ_２膜２４ｂをスパッタ成膜した。各基板のＳｉＯ_２層２４ａ，２４ｂの上に、それぞれ液晶配向膜として低プレチルト性のポリイミド膜２５ａ，２５ｂを３０ｎｍの厚さに、オフセット印刷および１５０℃程度の温度における焼成によって成膜した。液晶配向膜としては、耐熱性のあるガラス基板の場合には、他にポリビニルアルコール、ポリアミドイミドなどを使用してもよい。各基板の配向膜は、セル長手方向に、液晶注入方向と逆向きにラビング処理した。ただし、ラビング方向と液晶のスメクティック層法線のずれを考慮し、両基板のラビング軸は、約１０度ずらした。ラビング処理方向は、セル長手方向から２２．５度ずらした角度として、偏光板の吸光軸をセル長手方向に垂直・平行となるように配置した。
【００３０】
一方の基板に約２．０μｍ径の透明あるいは黒色の球状あるいは円柱状のスペーサ２６を散布してもよい。球状スペーサの材質はシリカ、樹脂コートシリカ、硬質プラスティックなどであってもよく、接着性を有するものであってもよい。また、接着性のスペーサと非接着性のスペーサを混合して散布してもよい。対向基板に貼り合わせのためのエポキシ接着剤（シール剤）を周辺部に塗布し、加熱・加圧下で固着されセルが形成された。液晶材料として、チルト角２２．５度（コーン角４５度）反強誘電性液晶を使用し、真空注入により液晶層２７を形成した。
【００３１】
カラーシャッタ用途における発色手段として、液晶層には二色性色素が混入されていてもよい。また、液晶層形成方法は吸引注入や印刷、塗布など他の方法によってもよい。ガラス基板２２ａ，２２ｂの外側には、それぞれ偏光フィルム２１ａ，２１ｂを貼付した。偏光フィルムの偏光軸は、１５，１６で示す方向とした。また、偏光フィルムはモノクロシャッタとして使用する場合は、無彩色（ニュートラル）偏光フィルム、カラーシャッタとして使用する場合は、有彩色（カラー）偏光フィルムを使用する。色範囲特性や視野角特性を改善するために、偏光フィルムに加えて位相差フィルムを使用してもよい。駆動系は、最大印加電圧±２０Ｖのものを用い、各ストライプ電極１３の両端の端子に、振幅３０Ｖの矩形波の電圧を印加した。対向電極１４は接地し一定電位とした。この結果、優れた表示性能を得るために十分な約０．３ｍｓのスイッチング速度および高透過率が得られた。
【００３２】
比較のために、スペーサ部の屈折率異方性を制御しない以外は本実施の形態と同様の構成の液晶セルを作成して液晶シャッタ装置を構成した。この液晶シャッタ装置においては、スペーサ部の光学異方性（屈折率異方性）の不均一性による光漏れのムラが生じて、透過率が本実施の形態に比べて約１０％低く、暗い表示となり、表示品位は全体的に低下した。
【００３３】
（第２の実施の形態）
次に本発明による液晶表示素子の第２の実施の形態を図７乃至図１９を参照して説明する。
【００３４】
この第２の実施の形態の液晶表示素子は図７に示すように、２個の液晶セル２ａ，２ｂと、カラー偏光フィルム２８ａ，２８ｂと、ニュートラル偏光フィルム２８ｃとを備えており、液晶カラーシャッタ装置として用いられるものである。各液晶セル２ｉ（ｉ＝ａ，ｂ）、壁状のスペーサ部２６ｉ（ｉ＝ａ，ｂ）以外は第１の実施の形態の液晶セル２とほぼ同一の構成となっている。壁状のスペーサ２６ｉ（ｉ＝ａ，ｂ）は、一般的なカラーフィルタの製法と同様に、着色したベースポリマのフォトリソグラフィーによって、グリーンの波長域を吸収する色素材料を含有させて形成した。グリーンの波長域の透過率は数％以下、他の波長域は約８０％以上とした。壁状のスペーサ部２６ａ，２６ｂの方向は、液晶セル２ａ，２ｂ長辺に対し２２．５度とした。液晶セル２ａ，２ｂと、カラー偏光フィルム２８ａ，２８ｂ、ニュートラル偏光フィルム２８ｃを図７のように組み合わせ、カラーシャッタを形成した。２つの液晶セル２ａ，２ｂのスペーサ部２６ａ，２６ｂは、正面からみると図８に示すように４５度方向に交差しており、断面では図９（ａ）に示すように互いに重なる部分と図９（ｂ）に示すように重ならない部分があるが、重なる部分の面積は小さく表示特性上は無視できる。
【００３５】
この第２の実施の形態においては、カラー偏光フィルム２８ａ，２８ｂの吸収軸、吸収色は、下記の表１
【表１】

に示すように構成した。すなわち、偏光フィルム２８ａは垂直方向でグリーンの光を透過し、水平方向でマゼンタ色の光を透過するように２枚の偏光フィルムを貼り合せて構成した。また偏光フィルム２８ｂは垂直方向でシアン色の光を透過し、水平方向でレッドの光を透過するように２枚の偏光フィルムを貼り合わせて構成した。
【００３６】
このように構成された本実施の形態の液晶表示素子の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１０に示す。図１０（ａ）は液晶セル２ａ（以下、ＬＣ１ともいう）および液晶セル２ｂ（以下、ＬＣ２ともいう）がともにＯＦＦの状態の場合を示し、図１０（ｂ）はＬＣ１がＯＮ状態でＬＣ２がＯＦＦ状態の場合を示し、図１０（ｃ）はＬＣ１がＯＦＦ状態で、ＬＣ２がＯＮ状態の場合を示す。なお、ＬＣ１およびＬＣ２は各々２分の１波長板として機能する液晶セルであって、ＯＮ状態で遅相軸が偏光フィルムの吸収軸に対して４５度方向となり、入射された直線偏光が９０度回転する。また図１０において、実線の矢印は液晶部分からの主要な透過光を示し、破線の矢印は液晶セルのスペーサ部を通った透過光を示している。また図１０において白丸は透過を示し、黒丸は吸収を示す。
【００３７】
図１０から分かるように、本実施の形態のように液晶セル２ａ，２ｂのスペーサ部２６ａ，２６ｂをグリーン光を吸収するように構成することにより、不要な色の光抜けは無くなり、必要な色の一部を、スペーサ部を透過させることができる。これにより良好な表示性能を得ることができる。
【００３８】
これに対して、液晶セル２ａ，２ｂのスペーサ部を、ほぼ無色透明として構成する以外は、本実施の形態と同様に構成した場合の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１１に示す。
【００３９】
この場合は、図１１から分かるように、グリーンを表示する場合は良いが（図１１（ａ）参照）、ブルーやレッドを表示する場合はグリーンの光が漏れてきて、色純度が低下し、良好な表示性能を得ることができない。
【００４０】
また、この場合、色度座標表示によるレッド、グリーン、ブルーの３点からなる三角形による比較では色再現域は第２の実施の形態の場合の８０％であり、低下した。なおこの場合にスペーサ部に黒色の材料を使用する、あるいは遮光層を設ける遮光構造とすると、スペーサ部からの光漏れが無いために、色純度は十分であるが第２の実施の形態に比べて透過率が約１０％低下した。
【００４１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態を図１２を参照して説明する。この第３の実施の形態の液晶表示素子は、第２の実施の形態とほぼ同様の構成となっており、液晶セル２ａ，２ｂおよび偏光フィルム２８ａ，２８ｂ，２８ｃの吸収軸、吸収光は下記の表２
【表２】

に示すように構成されている。すなわち、液晶セル２ａのスペーサ部２６ａはブルーの光を吸収し、液晶セル２ｂのスペーサ部はレッドの光を吸収する。また偏光フィルム２８ａは、垂直方向でグリーンの光を透過し、水平方向でマゼンタの光を透過し、偏光フィルム２８ｂは垂直方向でレッドの光を透過し、水平方向でシアンの光を透過するように構成されている。
【００４２】
この第３の実施の形態の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１２に示す。この図１２から分かるように、不要な光抜けを防止することが可能となり、これにより良好な表示性能を得ることができる。
【００４３】
これに対して、液晶セルのスペーサ部を、ほぼ無色透明として構成する以外は本実施の形態と同様に構成した場合の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１３に示す。
【００４４】
この場合は、図１３から分かるように、ブルーやレッドを表示する場合は良いが（図１３（ｂ），（ｃ）参照）、グリーンを表示する場合はレッドやブルーの光が漏れてきて色純度が低下し、良好な表示性能を得ることができない（図１３（ａ）参照）。
【００４５】
（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態を図１４を参照して説明する。この第４の実施の形態の液晶表示素子は、第２の実施の形態とほぼ同様の構成となっており、液晶セル２ａ，２ｂおよび偏光フィルム２８ａ，２８ｂ，２８ｃの吸収軸、吸収色は下記の表３
【表３】

に示すように構成されている。すなわち、液晶セル２ａのスペーサ部２６ａはグリーンの光を吸収し、液晶セル２ｂのスペーサ部２６ｂはブルーの光を吸収する。そして偏光フィルム２８ａは垂直方向でイエローの光を透過し、水平方向でブルーの光を透過し、偏光フィルム２８ｂは垂直方向でシアンの光を透過し、水平方向でレッドの光を透過するように構成されている。
【００４６】
この第４の実施の形態の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１４に示す。この図１４から分かるように、不要な光抜けを防止することが可能となり、これにより良好な表示性能を得ることができる。
【００４７】
これに対して、液晶セルのスペーサ部をほぼ無色透明として構成する以外は本実施の形態と同様に構成した場合の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１５に示す。
【００４８】
この場合は図１５から分かるように、グリーンの光を表示する場合は良いが（図１５（ａ）参照）、ブルーやレッドを表示する場合はグリーンやブルーの光が漏れてきて色純度が低下し、良好な表示性能を得ることができない（図１５（ｂ），（ｃ）参照）。
【００４９】
（第５の実施の形態）
次に本発明の第５の実施の形態を図１６を参照して説明する。この第５の実施の形態の液晶表示素子は、第２の実施の形態とほぼ同様の構成となっており、液晶セル２ａ，２ｂおよび偏光フィルム２８ａ，２８ｂ，２８ｃの吸収軸、吸収色は下記の表４
【表４】

に示すように構成されている。すなわち、液晶セル２ａのスペーサ部２６ａはグリーンの光を吸収し、液晶セル２ｂのスペーサ部２６ｂはレッドの光を吸収する。そして偏光フィルム２８ａは垂直方向でブルーの光を透過し、水平方向でイエローの色を透過し、偏光フィルム２８ｂは垂直方向でレッドの光を透過し、水平方向でシアンの光を透過するように構成されている。
【００５０】
この第５の実施の形態の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１６に示す。この図１６から分かるように、不要な光抜けを防止することが可能となり、良好な表示性能を得ることができる。
【００５１】
これに対して液晶セル２ａ，２ｂのスペーサ部をほぼ無色透明として構成する以外は、本実施の形態と同様に構成した場合の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１７に示す。
【００５２】
この場合は、図１７から分かるように、レッドやグリーンを表示するとき（図１７（ｂ），（ｃ）参照）は良いが、ブルーを表示するときにレッドやグリーンの光が漏れてきて、色純度が低下し、良好な表示性能を得ることができない（図１７（ａ）参照）。
【００５３】
（第６の実施の形態）
次に本発明の第６の実施の形態を図１８を参照して説明する。この第６の実施の形態の液晶表示素子は、第２の実施の形態とほぼ同様の構成となっており、液晶セル２ａ，２ｂおよび偏光フィルム２８ａ，２８ｂ，２８ｃの吸収軸、吸収光は下記の表５
【表５】

に示すように構成されている。すなわち、液晶セル２ａ，２ｂのスペーサ部２６ａ，２６ｂはグリーンの光を吸収するように構成されている。そして、偏光フィルム２８ａは垂直方向でレッドの光を透過し、水平方向は全色の光を透過し、偏光フィルム２８ｂは垂直方向で全色の光を透過し、水平方向でグリーンの光を透過するように構成されている。また偏光フィルム２８ｃは垂直方向でブルーの光を透過し、水平方向で全色の光を透過する構成となっている。
【００５４】
この第６の実施の形態の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１８に示す。この図１８から分かるように不要な光抜けを防止することが可能となり、良好な表示性能を得ることができる。
【００５５】
これに対して液晶セル２ａ，２ｂのスペーサ部をほぼ無色透明として構成する以外は、本実施の形態と同様に構成した場合の３色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過状態を図１９に示す。
【００５６】
この場合は、図１９から分かるように、グリーンを表示するときは良いが（図１９（ａ）参照）、ブルーとレッドを表示するときにグリーンの色が漏れてきて、色純度が低下し、良好な表示性能を得ることができない。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、良好な表示性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示素子の第１の実施の形態の構成を示す図。
【図２】本発明による液晶表示素子の構成を示す断面図。
【図３】本発明による液晶表示素子にかかるスペーサ部の配置を示す図。
【図４】本発明による液晶表示素子にかかるスペーサ部の配置を示す図。
【図５】本発明による液晶表示素子の液晶配列状態の概略を示す図。
【図６】本発明による液晶表示素子の構成を示す平面図。
【図７】本発明による液晶表示素子の第２の実施の形態の構成を示す図。
【図８】第２の実施の形態の２つの液晶セルのスペーサ部の位置関係を示す図。
【図９】第２の実施の形態の構成を示す断面図。
【図１０】第２の実施の形態の液晶表示素子の３色の光の透過状態を示す図。
【図１１】第２の実施の形態において、スペーサ部をほぼ無色透明として構成した場合の３色の光の透過状態を示す図。
【図１２】第３の実施の形態の液晶表示素子の３色の透過状態を示す図。
【図１３】第３の実施の形態において、スペーサ部をほぼ無色透明として構成した場合の３色の光の透過状態を示す図。
【図１４】第４の実施の形態の液晶表示素子の３色の光の透過状態を示す図。
【図１５】第４の実施の形態において、スペーサ部をほぼ無色透明として構成した場合の３色の光透過状態を示す図。
【図１６】第５の実施の形態の液晶表示素子の３色の光の透過状態を示す図。
【図１７】第５の実施の形態において、スペーサ部をほぼ無色透明として構成した場合の３色の光の透過状態を示す図。
【図１８】第６の実施の形態の液晶表示素子の３色の光の透過状態を示す図。
【図１９】第６の実施の形態において、スペーサ部をほぼ無色透明として構成した場合の３色の光の透過状態を示す図。
【符号の説明】
１液晶表示素子
２，２ａ，２ｂ液晶セル
３ａ，３ｂ偏光板（偏光フィルム）
４液晶のスメクティック層
５液晶分子
６，６ａ，６ｂスペーサ部の屈折率異方性の主軸の方向
１５表側の偏光板の偏光軸
１６裏側の偏光板の偏光軸
１７負電圧印加オン時の液晶層の光軸方向
１８スメクティック層の法線方向
２１ａ表側基板
２２ｂ対向基板
２２ａ，２ｂ基板
２３ａ，２３ｂＩＴＯ電極
２４ａ，２４ｂ無機絶縁膜
２５ａ，２５ｂ配向膜
２６ａ，２６ｂスペーサ部
２７液晶層
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ偏光フィルム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display element.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystals are widely used in information / video display devices, optical shutters, light valves, etc., and those using nematic liquid crystals as the liquid crystal material are the mainstream. Liquid crystal display elements are required to improve display performance such as high-speed image response and wide viewing angle, as well as to reduce cost and weight. For high speed and wide viewing angle, OCB (Optically-Compensated Bend-cell) method, VAN (Vertically-Aligned Nematic) method using nematic liquid crystal, ferroelectric liquid crystal / antiferroelectric liquid crystal which is smectic liquid crystal The method to be used is being studied. In order to reduce the weight, the use of a plastic substrate instead of a glass substrate has been studied.
[0003]
One of the problems of liquid crystal display elements using ferroelectric liquid crystals and antiferroelectric liquid crystals is that they are less resistant to impacts and finger pressing and are liable to cause alignment breakdown. The portion where the orientation breakdown has occurred is easily recognized as display unevenness. In order to regenerate the broken orientation state, it is repaired by applying a normal drive or a higher voltage in the case of mildness, but in the case of severeness, it is necessary to anneal to the liquid phase and gradually cool it down. It is. In addition, a liquid crystal display element using a plastic substrate also has a problem that resistance to impact and finger pressing is small as compared with a liquid crystal display element using a glass substrate.
[0004]
Conventionally, spherical or cylindrical spacer beads have been used to control the thickness of the liquid crystal layer of several μm to several tens of μm of the liquid crystal display element. However, the spacer bead spraying process has a problem in that, in addition to the cost, excessive spacers affect the dust of other processes. There are also problems such as display unevenness due to the spacers moving around in the liquid crystal layer and other layers such as color filters being damaged.
[0005]
Therefore, recently, a method for forming a spacer structure in a columnar or wall shape on a substrate by forming a spacer material into a film and patterning it using a photolithography technique has been developed. Since such a spacer can be selectively formed in a non-opening portion such as a wiring, it does not adversely affect the display, and since it is fixed, the rigidity of the cell is improved and the impact resistance is increased. There are advantages. In addition, there is an example in which the side surface of the wall-shaped spacer is actively used as an interface for controlling liquid crystal alignment and applied to a novel liquid crystal alignment or display mode.
[0006]
The method of manufacturing a cell structure having such a wall shape includes a method in which a liquid in which liquid crystal and a monomer are mixed is injected into the cell, and then a polymer is separated from the liquid crystal by phase separation, a method by pressure deformation of a plastic substrate, etc. Is also known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When the pair of polarizing plates that sandwich the cell with optically isotropic spacers such as walls, columns, and meshes are not orthogonally arranged, or the principal axis direction of optical anisotropy is not controlled regardless of the polarizing plate arrangement In this case, if the spacer is in the opening, there is a problem that light is lost or colored during black display, the contrast is lowered, and display unevenness occurs over the display area. Further, in the case of a color shutter in which three color and neutral polarizing films and two liquid crystal cells are combined, there is a problem that light leakage from the spacer portion reduces the color purity. In this case, the spacers of the two liquid crystal cells have a portion that overlaps and a portion that does not overlap each other. However, since the area of the overlapping portion is small, the influence of light leakage from the portion that does not overlap is large. In addition, when the spacer is black or when the spacer portion is shielded from light by a light shielding layer such as a metal electrode, there is a problem that although the color purity and contrast are not lowered, the transmittance is lowered. In the case where priority is given to display brightness over reduction in color purity of a color display image or contrast reduction due to light loss in a black display state, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8 As disclosed in JP-A-278438, a method for imparting optical rotation to a polymer wall is known.
[0008]
As described above, in a liquid crystal display element used for a conventional color shutter or the like, when a spacer having a wall shape, a column shape, or a mesh shape is provided in the opening, light leakage or coloring occurs, or the overall transmittance is reduced. However, there is a problem that good display performance cannot be obtained.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a liquid crystal display element capable of obtaining as good a display performance as possible.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of a liquid crystal display device according to the present invention includes a first insulating substrate and a front substrate having an electrode formed on the first insulating substrate, a second insulating substrate, and the second insulating substrate. The counter electrode is formed on one of the front substrate and the counter substrate, and the counter substrate is disposed on the one of the front substrate and the counter substrate. Provided on both surfaces of the liquid crystal cell, a liquid crystal cell comprising a spacer portion that holds the front substrate and the counter substrate at a predetermined interval, and a liquid crystal layer sandwiched between the front substrate and the counter substrate The spacer portion has refractive index anisotropy, and the main axis of this refractive index anisotropy is the absorption axis of one polarizing film of the pair of polarizing films. A substantially parallel direction and the pair of biases Any one of a direction substantially in the middle of the direction parallel to the absorption axis of the film and a direction substantially in the middle of the direction perpendicular to the absorption axis of one polarizing film and the direction parallel to the absorption axis of the other polarizing film. It is characterized by matching in one direction.
[0011]
According to a second aspect of the liquid crystal display element of the present invention, there is provided a first insulating substrate and a front substrate having an electrode formed on the first insulating substrate, a second insulating substrate, and the second insulating substrate. A counter substrate formed on the one of the front substrate and the counter substrate, the counter substrate being disposed so as to oppose the electrode of the front substrate; A liquid crystal cell comprising a spacer portion for holding the front side substrate and the counter substrate at a predetermined interval; and a liquid crystal layer sandwiched between the front side substrate and the counter substrate; and on both surfaces of the liquid crystal cell A pair of polarizing films provided, wherein the spacer portion has a characteristic of selectively absorbing or reflecting a wavelength range of one color or two colors of red, green, and blue.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a liquid crystal display device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
(First embodiment)
A liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of the liquid crystal display element of the present embodiment, and FIG. 2 shows a sectional view of the configuration.
[0014]
As shown in FIG. 1, the liquid crystal display element 1 of this embodiment includes a liquid crystal cell 2 and polarizing

plates

3a and 3b, and is used for an optical shutter, for example. As shown in FIG. 2, the liquid crystal cell 2 has a front substrate 21a and a counter substrate 21b. In the front substrate 21a, a striped electrode 23a made of ITO (Indium Tin Oxide) is formed on a transparent insulating substrate 22a, and an inorganic insulating film 24a is formed so as to cover the entire surface on which the electrode 23a is formed. Thus, the alignment film 25a is formed on the insulating film 24a. In the counter substrate 21b, a counter electrode 23b made of ITO is formed on a transparent insulating substrate 22b, an inorganic insulating film 24b is formed on the counter electrode 23b, and an alignment film 25b is formed on the insulating film 24b. It has a configuration.
[0015]
A wall-like spacer portion 26 is formed on the surface of one of the front substrate 21a and the counter substrate 21b on which the alignment film is formed. The alignment film may be formed to cover the spacer portion 26. The front-side substrate 21a and the counter substrate 21b are arranged to face each other with a predetermined gap by a spacer portion 26, and a sealing material applied on a non-display region (not shown) so as to surround the display region (not shown). Are pasted together. The sealing material is provided with an injection port for injecting a liquid crystal material. A liquid crystal composition (hereinafter also simply referred to as liquid crystal) 27 is injected into the gap through the injection port and sealed. That is, the liquid crystal 27 is sandwiched between the front substrate 21a and the counter substrate 21b. Then, polarizing plates (polarizing films) 3 a and 3 b are attached to the front and back surfaces of the liquid crystal cell 2.
[0016]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the polarizing plate 3a has the absorption axis 15 positioned in the vertical direction in the drawing, and the polarizing plate 3b has the absorption axis 16 positioned in the horizontal direction. Therefore, the absorption axes of the

polarizing plates

3a and 3b are arranged orthogonally. The spacer portion 26 of the liquid crystal cell 2 has refractive index anisotropy, and the direction of the fast axis or slow axis 6 which is the main axis is just the middle of the absorption axes 15 and 16 of the

polarizing plates

3a and 3b. It is arrange | positioned so that it may become the direction of. That is, the slow axis 6 is arranged to form approximately 45 degrees with the absorption axes 15 and 16 of the

polarizing plates

3a and 3b. The refractive index anisotropy can be obtained by adopting a structure in which rod-like molecules such as polymer chains or liquid crystalline side chains constituting the spacer are aligned in one direction.
[0017]
Further, as shown in FIG. 3, the spacer portion 26 is formed in a wall shape so as to extend from one end of the substrate 21 to the other end in the display region of one of the front substrate and the counter substrate 21. The interval between the spacer portions 26 is, for example, about 200 μm, the width of each spacer portion 26 is about 10 μm, and the height is about 2 μm. The spacer portion 26 may not be continuous from one end to the other end of the substrate 21 as shown in FIG. 4 or may have various shapes such as a mesh shape or a lattice shape.
[0018]
As in the present embodiment, the direction of the principal axis 6 of the refractive index anisotropy of the spacer portion is exactly intermediate between the directions of the absorption axes of the pair of

polarizing plates

3 a and 3 b sandwiching the liquid crystal cell 2. It is in the direction. Therefore, if the birefringence of the spacer portion 26 is 0.1 or more, the distance between the substrates is several μm, and the product of the birefringence and the distance between the substrates is about 0.25 μm, this case Since the absorption axes of the pair of polarizing plates are orthogonal to each other, the linearly polarized light is rotated 90 degrees at the spacer portion, and can be transmitted through the polarizing film on the output side. Thereby, the spacer part 26 can transmit light uniformly, and a liquid crystal display element with high transmittance can be obtained.
[0019]
In the above-described embodiment, the direction of the main axis (fast axis or slow axis) of the refractive index anisotropy of the spacer portion 26 is substantially in the middle of the absorption axes of the

polarizing plates

3a and 3b. The direction of the main axis may be a direction parallel to the absorption axis of one of the pair of

polarizing plates

3a and 3b. In this case, high contrast is obtained by uniformly blocking light. At this time, the absorption axes of the

polarizing plates

3a and 3b are arranged orthogonally.
[0020]
When the absorption axes of the

polarizing plates

3a and 3b are not orthogonally arranged, the direction of the main axis of the spacer portion 26 is perpendicular to the absorption axis of one polarizing plate of the pair of

polarizing plates

3a and 3b and the other direction. A direction intermediate to the direction of the absorption axis of the polarizing plate may be used.
[0021]
When the principal axis of anisotropy is arranged orthogonally in a direction parallel to the absorption axis of one polarizing film, or in a direction substantially perpendicular to the absorption axis of one polarizing film and the absorption axis of the other polarizing film In some cases, the light transmitted through the spacer becomes linearly polarized light in the absorption axis direction of the polarizing film on the light exit side, so that the spacer portion is in a dark state. This case is effective when high contrast and high color purity are desired. In addition, when the anisotropic main axis is approximately in the middle of the absorption axis direction of the two polarizing films, the light transmitted through the spacer becomes linearly polarized light in the transmission axis direction of the polarizing film on the light exit side. Becomes bright. This case is effective for obtaining a high transmittance and bright display.
[0022]
The spacer is molded by ultraviolet-curing polymer such as acrylic or plastic substrate surface deformation, exposure by polarized ultraviolet light, polymer orientation by spacer material orientation control layer, and pressurizing the originally anisotropic substrate Anisotropy can be imparted by means such as deformation.
[0023]
Further, the spacer and the other substrate may be fixed by an adhesive layer, and a conventional black or transparent pearl or fiber spacer may be dispersed in addition to the spacer. In order to obtain sufficient rigidity, it is desirable that the spacer portions have an interval of 0.5 mm or less and a width of 5 μm or more.
[0024]
The liquid crystal cell functions as a half-wave plate whose slow axis can be switched by 45 degrees, or has a liquid crystal alignment state capable of switching between two states, a state in which the polarization state is not changed and a state in which linearly polarized light is rotated by 90 degrees. If there is no particular limitation, a liquid crystal material having high speed is often desirable for shutter applications. Examples of liquid crystal materials include generally known low-molecular or high-molecular ferroelectric liquid crystal / antiferroelectric liquid crystal, strained-helical ferroelectric liquid crystal, ferroelectric liquid crystal mixed with polymer, electro There are a ferroelectric liquid crystal exhibiting a clinic effect, a nematic liquid crystal in a mode called pi-cell, and the like.
[0025]
FIG. 5 is a plan view showing an outline of the liquid crystal alignment state in the liquid crystal cell when the antiferroelectric liquid crystal is used. The rod-like liquid crystal molecules 5 have a molecular major axis direction in a plane substantially parallel to the substrate and a smectic layer structure 4 in a direction perpendicular to the substrate. Depending on the type of the liquid crystal material and the voltage application state, the alignment state of the liquid crystal molecules is different from the molecular major axis direction as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, or FIGS. The intermediate state of c) can be taken, but the layer structure is unchanged. The normal direction of the layer is the direction of 18 in FIGS. 5 and 6, the optical axis (slow axis) direction of the liquid crystal when applying positive and negative voltages is 16 and 17 in FIG. 6, and the absorption axis of the polarizing plate is 15 in FIG. , 17 directions.
[0026]
5A and 5C show the liquid crystal alignment state in one state of the bistable state of the ferroelectric liquid crystal or the liquid crystal alignment state in one state of the three stable states of the antiferroelectric liquid crystal. FIG. 5B shows the liquid crystal alignment state in one of the three stable states of the antiferroelectric liquid crystal.
[0027]
Hereinafter, a method for manufacturing a liquid crystal cell constituting the liquid crystal display element of the present invention will be described with reference to FIGS. As the substrate material, glass, polyethersulfone (PES), polycarbonate (PC), uniaxial or biaxially stretched polyethylene terephthalate (PET), etc., only one side of the substrate may be glass, and substrates of different materials and thicknesses may be used. It may be combined, or a plywood board made of different materials may be used. The front substrate 21a is a PES having a thickness of 0.1 mm, and has ITO stripe electrodes 23a formed into six horizontal stripes having a thickness of 130 nm by sputtering, photolithography, and etching processes. Yes. The interval between the stripe electrodes 23a is about 20 μm. On the ITO electrode layer 23a, a plurality of metal auxiliary electrode wires (not shown) having a width of 20 μm may be formed in the longitudinal direction for each ITO stripe electrode.
[0028]
On the ITO electrode, a 100 nm thick SiO 2 layer as an insulating layer is formed over the entire surface. ₂ The film 24a was formed by sputtering. Other insulating layer materials include SiN, Ta ₂ O ₅ , SrTiO ₃ TiO ₂ It may be a single layer or a multilayer film. A photosensitive resin was applied to a thickness of 2 μm on the insulating layer 23a, and spacer walls were formed by photolithography using polarized ultraviolet light having a wavelength of 200 to 400 nm. As the photosensitive resin material, acrylic resin, methacrylic resin, novolac resin, polyvinyl cinnamate, chalcone resin, photosensitive polyimide, PMMA, polyvinyl cinnamate, etc. are preferable, polyfunctional monomer, oligomer, polymerization reaction initiator, polymerization A reaction retarder may be included, and a multilayer film may be used.
[0029]
In addition, after creating a cell using a conventional pearl-like spacer, etc., a mixture of these photocurable monomers with liquid crystal or a prepolymer having a liquid crystalline side chain is injected into the cell, and the mask is similarly applied. The spacer portion may be formed by irradiating ultraviolet light through the phase and causing phase separation. At this time, if curing is performed while applying an appropriate voltage, the refractive index anisotropy may be easily set in a desired direction. There is also a method of forming a spacer structure by subjecting a plastic substrate surface originally having optical anisotropy such as refractive index anisotropy to pressure deformation such as press working. In this case, it is desirable that the two substrates constituting the cell perform phase compensation by making the anisotropic main axes orthogonal. The counter substrate 21b is a PES having a thickness of 0.1 mm, and an ITO counter electrode 23b having a thickness of 130 nm is formed on the entire surface except the end portions by sputtering, photolithography, and etching processes. A metal auxiliary electrode wiring may be formed on the ITO electrode layer 23b. On the ITO electrode 23b, SiO is formed to a thickness of 70 nm over the entire surface. ₂ A film 24b was formed by sputtering. SiO of each substrate ₂ On the

layers

24a and 24b, low

pretilt polyimide films

25a and 25b were formed as liquid crystal alignment films to a thickness of 30 nm by offset printing and baking at a temperature of about 150 ° C., respectively. As the liquid crystal alignment film, in the case of a heat-resistant glass substrate, polyvinyl alcohol, polyamideimide or the like may be used. The alignment film on each substrate was rubbed in the cell longitudinal direction opposite to the liquid crystal injection direction. However, in consideration of the deviation between the rubbing direction and the smectic layer normal of the liquid crystal, the rubbing axes of both substrates were shifted by about 10 degrees. The rubbing treatment direction was an angle shifted by 22.5 degrees from the cell longitudinal direction, and the light absorption axis of the polarizing plate was arranged so as to be perpendicular and parallel to the cell longitudinal direction.
[0030]
A transparent or black spherical or cylindrical spacer 26 having a diameter of about 2.0 μm may be dispersed on one substrate. The material of the spherical spacer may be silica, resin-coated silica, hard plastic, or the like, or may have adhesiveness. Alternatively, an adhesive spacer and a non-adhesive spacer may be mixed and dispersed. An epoxy adhesive (sealant) for bonding to the counter substrate was applied to the peripheral part and fixed under heating and pressure to form a cell. An antiferroelectric liquid crystal having a tilt angle of 22.5 degrees (cone angle of 45 degrees) was used as the liquid crystal material, and the liquid crystal layer 27 was formed by vacuum injection.
[0031]
As a coloring means in color shutter applications, a dichroic dye may be mixed in the liquid crystal layer. The liquid crystal layer forming method may be other methods such as suction injection, printing, and coating. Polarizing

films

21a and 21b were attached to the outside of the

glass substrates

22a and 22b, respectively. The polarization axis of the polarizing film was set to directions indicated by 15 and 16. Further, when the polarizing film is used as a monochrome shutter, an achromatic (neutral) polarizing film is used, and when it is used as a color shutter, a chromatic (color) polarizing film is used. In order to improve color gamut characteristics and viewing angle characteristics, a retardation film may be used in addition to the polarizing film. A drive system having a maximum applied voltage of ± 20 V was used, and a rectangular wave voltage with an amplitude of 30 V was applied to the terminals at both ends of each stripe electrode 13. The counter electrode 14 was grounded to a constant potential. As a result, a switching speed of about 0.3 ms and a high transmittance sufficient for obtaining excellent display performance were obtained.
[0032]
For comparison, a liquid crystal shutter device was configured by creating a liquid crystal cell having the same configuration as in the present embodiment except that the refractive index anisotropy of the spacer portion was not controlled. In this liquid crystal shutter device, unevenness of light leakage occurs due to non-uniformity of the optical anisotropy (refractive index anisotropy) of the spacer portion, and the transmittance is about 10% lower than that of the present embodiment, which is dark. It became a display, and the display quality decreased overall.
[0033]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the liquid crystal display element according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0034]
As shown in FIG. 7, the liquid crystal display device of the second embodiment includes two

liquid crystal cells

2a and 2b,

color polarizing films

28a and 28b, and a neutral polarizing film 28c, and a liquid crystal color shutter. It is used as a device. Except for each liquid crystal cell 2i (i = a, b) and wall-shaped spacer portion 26i (i = a, b), the configuration is almost the same as that of the liquid crystal cell 2 of the first embodiment. The wall-like spacers 26i (i = a, b) were formed by containing a dye material that absorbs the green wavelength region by photolithography of a colored base polymer, in the same manner as in a general color filter manufacturing method. The transmittance in the green wavelength region was several percent or less, and the other wavelength regions were about 80% or more. The direction of the wall-

like spacer portions

26a and 26b was set to 22.5 degrees with respect to the long sides of the

liquid crystal cells

2a and 2b. The

liquid crystal cells

2a and 2b, the

color polarizing films

28a and 28b, and the neutral polarizing film 28c were combined as shown in FIG. 7 to form a color shutter. When viewed from the front, the

spacer portions

26a and 26b of the two

liquid crystal cells

2a and 2b intersect in the direction of 45 degrees as shown in FIG. 8, and in the cross section, they overlap each other as shown in FIG. 9A. As shown in FIG. 9B, there is a portion that does not overlap, but the area of the overlapping portion is small and can be ignored in terms of display characteristics.
[0035]
In this second embodiment, the absorption axes and absorption colors of the

color polarizing films

28a and 28b are shown in Table 1 below.
[Table 1]

As shown in FIG. That is, the polarizing film 28a is formed by bonding two polarizing films so that green light is transmitted in the vertical direction and magenta light is transmitted in the horizontal direction. Further, the polarizing film 28b was formed by bonding two polarizing films so that cyan light was transmitted in the vertical direction and red light was transmitted in the horizontal direction.
[0036]
FIG. 10 shows a transmission state of three-color light (R, G, B) of the liquid crystal display element of the present embodiment configured as described above. 10A shows a case where both the liquid crystal cell 2a (hereinafter also referred to as LC1) and the liquid crystal cell 2b (hereinafter also referred to as LC2) are in an OFF state, and FIG. 10B shows that LC1 is in an ON state and LC2 is in an ON state. FIG. 10C shows a case where LC1 is in an OFF state and LC2 is in an ON state. LC1 and LC2 are liquid crystal cells each functioning as a half-wave plate, and in the ON state, the slow axis is in the direction of 45 degrees with respect to the absorption axis of the polarizing film, and the incident linearly polarized light is 90 degrees. Rotate. In FIG. 10, solid arrows indicate main transmitted light from the liquid crystal portion, and broken arrows indicate transmitted light that passes through the spacer portion of the liquid crystal cell. In FIG. 10, white circles indicate transmission, and black circles indicate absorption.
[0037]
As can be seen from FIG. 10, the

spacers

26a and 26b of the

liquid crystal cells

2a and 2b are configured to absorb green light as in the present embodiment, so that unnecessary color light leakage is eliminated and the necessary colors are eliminated. Can be partially transmitted through the spacer portion. Thereby, good display performance can be obtained.
[0038]
On the other hand, the transmission state of the three-color light (R, G, B) when configured in the same manner as in the present embodiment except that the spacer portions of the

liquid crystal cells

2a, 2b are configured to be substantially colorless and transparent is shown in FIG. Shown in
[0039]
In this case, as can be seen from FIG. 11, when displaying green (see FIG. 11 (a)), when displaying blue or red, green light leaks and the color purity decreases, Good display performance cannot be obtained.
[0040]
Further, in this case, in the comparison with a triangle composed of three points of red, green, and blue in the chromaticity coordinate display, the color reproduction range is 80% in the case of the second embodiment, which is reduced. In this case, if a black material is used for the spacer portion or a light-shielding structure in which a light-shielding layer is provided, there is no light leakage from the spacer portion, so that the color purity is sufficient, but compared to the second embodiment. As a result, the transmittance decreased by about 10%.
[0041]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The liquid crystal display element of the third embodiment has substantially the same configuration as that of the second embodiment, and the absorption axes and absorbed light of the

liquid crystal cells

2a and 2b and the

polarizing films

28a, 28b and 28c are as follows. Table 2
[Table 2]

As shown in FIG. That is, the spacer portion 26a of the liquid crystal cell 2a absorbs blue light, and the spacer portion of the liquid crystal cell 2b absorbs red light. The polarizing film 28a transmits green light in the vertical direction, transmits magenta light in the horizontal direction, and the polarizing film 28b transmits red light in the vertical direction, and transmits cyan light in the horizontal direction. It is configured.
[0042]
FIG. 12 shows the transmission state of the three-color light (R, G, B) of the third embodiment. As can be seen from FIG. 12, it is possible to prevent unnecessary light leakage, and thereby good display performance can be obtained.
[0043]
In contrast, FIG. 13 shows a transmission state of three-color light (R, G, B) in the case where the spacer portion of the liquid crystal cell is configured in the same manner as in the present embodiment except that the spacer portion is configured to be substantially colorless and transparent.
[0044]
In this case, as shown in FIG. 13, it is good to display blue or red (see FIGS. 13B and 13C), but when displaying green, red or blue light leaks and the color The purity is lowered and good display performance cannot be obtained (see FIG. 13A).
[0045]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The liquid crystal display element of the fourth embodiment has substantially the same configuration as that of the second embodiment, and the absorption axes and absorption colors of the

liquid crystal cells

2a and 2b and the

polarizing films

28a, 28b and 28c are as follows. Table 3
[Table 3]

As shown in FIG. That is, the spacer portion 26a of the liquid crystal cell 2a absorbs green light, and the spacer portion 26b of the liquid crystal cell 2b absorbs blue light. The polarizing film 28a transmits yellow light in the vertical direction, transmits blue light in the horizontal direction, and the polarizing film 28b transmits cyan light in the vertical direction, and transmits red light in the horizontal direction. It is configured.
[0046]
FIG. 14 shows the transmission state of the three-color light (R, G, B) of the fourth embodiment. As can be seen from FIG. 14, unnecessary light leakage can be prevented, and thereby good display performance can be obtained.
[0047]
On the other hand, FIG. 15 shows a transmission state of three-color light (R, G, B) when configured in the same manner as in the present embodiment except that the spacer portion of the liquid crystal cell is configured to be substantially colorless and transparent.
[0048]
In this case, as shown in FIG. 15, it is good to display green light (see FIG. 15A), but when blue or red is displayed, green or blue light leaks and the color purity decreases. However, good display performance cannot be obtained (see FIGS. 15B and 15C).
[0049]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The liquid crystal display element of the fifth embodiment has substantially the same configuration as that of the second embodiment, and the absorption axes and absorption colors of the

liquid crystal cells

2a and 2b and the

polarizing films

28a, 28b and 28c are as follows. Table 4
[Table 4]

As shown in FIG. That is, the spacer portion 26a of the liquid crystal cell 2a absorbs green light, and the spacer portion 26b of the liquid crystal cell 2b absorbs red light. The polarizing film 28a transmits blue light in the vertical direction, transmits yellow color in the horizontal direction, and the polarizing film 28b transmits red light in the vertical direction, and transmits cyan light in the horizontal direction. It is configured.
[0050]
The transmission state of the three-color light (R, G, B) of the fifth embodiment is shown in FIG. As can be seen from FIG. 16, unnecessary light leakage can be prevented, and good display performance can be obtained.
[0051]
On the other hand, the transmission state of the three-color light (R, G, B) in the case where the

liquid crystal cells

2a and 2b are configured in the same manner as in the present embodiment except that the spacer portions are configured to be substantially colorless and transparent is shown in FIG. .
[0052]
In this case, as shown in FIG. 17, when displaying red and green (see FIGS. 17B and 17C), red and green light leaks when displaying blue. The color purity is lowered and good display performance cannot be obtained (see FIG. 17A).
[0053]
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The liquid crystal display element of the sixth embodiment has substantially the same configuration as that of the second embodiment, and the absorption axes and absorbed light of the

liquid crystal cells

2a and 2b and the

polarizing films

28a, 28b and 28c are as follows. Table 5
[Table 5]

As shown in FIG. That is, the

spacer portions

26a and 26b of the

liquid crystal cells

2a and 2b are configured to absorb green light. The polarizing film 28a transmits red light in the vertical direction, transmits all color light in the horizontal direction, and the polarizing film 28b transmits all color light in the vertical direction, and transmits green light in the horizontal direction. Is configured to do. The polarizing film 28c is configured to transmit blue light in the vertical direction and transmit light of all colors in the horizontal direction.
[0054]
The transmission state of the three-color light (R, G, B) of the sixth embodiment is shown in FIG. As can be seen from FIG. 18, unnecessary light leakage can be prevented and good display performance can be obtained.
[0055]
On the other hand, the transmission state of the three-color light (R, G, B) in the case where the

liquid crystal cells

2a, 2b are configured in the same manner as in the present embodiment except that the spacer portions are configured to be substantially colorless and transparent is shown in FIG. .
[0056]
In this case, as can be seen from FIG. 19, it is good to display green (see FIG. 19A), but when displaying blue and red, the color of green leaks and the color purity decreases, Good display performance cannot be obtained.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, good display performance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing the arrangement of spacer portions in a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing the arrangement of spacer portions in a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a liquid crystal alignment state of a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a positional relationship between spacer portions of two liquid crystal cells according to the second embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a second embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a light transmission state of three colors of the liquid crystal display element of the second embodiment.
FIG. 11 is a view showing a transmission state of light of three colors when the spacer portion is configured to be substantially colorless and transparent in the second embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a transmission state of three colors of the liquid crystal display element of the third embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing light transmission states of three colors when the spacer portion is configured to be almost colorless and transparent in the third embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a light transmission state of three colors of the liquid crystal display element of the fourth embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing light transmission states of three colors when the spacer portion is configured to be substantially colorless and transparent in the fourth embodiment.
FIG. 16 is a view showing a transmission state of light of three colors of the liquid crystal display element of the fifth embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing light transmission states of three colors when the spacer portion is configured to be substantially colorless and transparent in the fifth embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing a light transmission state of three colors of the liquid crystal display element of the sixth embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing light transmission states of three colors when the spacer portion is configured to be substantially colorless and transparent in the sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Liquid crystal display element
2,2a, 2b Liquid crystal cell
3a, 3b Polarizing plate (polarizing film)
4 Liquid crystal smectic layer
5 Liquid crystal molecules
6, 6a, 6b Direction of principal axis of refractive index anisotropy of spacer portion
15 Polarization axis of front side polarizing plate
16 Polarization axis of the back polarizing plate
17 Optical axis direction of liquid crystal layer when negative voltage applied
18 Normal direction of smectic layer
21a Front side board
22b Counter substrate
22a, 2b substrate
23a, 23b ITO electrode
24a, 24b Inorganic insulating film
25a, 25b Alignment film
26a, 26b Spacer
27 Liquid crystal layer
28a, 28b, 28c Polarizing film

Claims

A first front substrate having a first insulating substrate and an electrode formed on the first insulating substrate; a second insulating substrate; and a first counter electrode formed on the second insulating substrate. And a first counter substrate disposed so that the first counter electrode faces the electrode of the first front substrate, and one of the first front substrate and the first counter substrate A first spacer portion formed on the first substrate and holding the first front substrate and the first counter substrate at a predetermined interval; and the first front substrate and the first counter substrate. A first liquid crystal panel comprising: a first liquid crystal layer sandwiched therebetween;
A second insulating substrate having a third insulating substrate and an electrode formed on the third insulating substrate; a fourth insulating substrate; and a second counter electrode formed on the fourth insulating substrate. And a second counter substrate disposed so that the second counter electrode faces the electrode of the second front substrate, and one of the second front substrate and the second counter substrate A second spacer portion formed on the substrate and holding the second front substrate and the second counter substrate at a predetermined interval; and the second front substrate and the second counter substrate. A second liquid crystal panel comprising: a second liquid crystal layer sandwiched therebetween;
A first polarizing film having wavelength selectivity provided between the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel;
A second polarizing film provided on the side opposite to the first polarizing film of the first liquid crystal panel and having wavelength selectivity;
A third polarizing film provided on the opposite side of the second liquid crystal panel from the first polarizing film and having wavelength selectivity;
With
The first polarizing film transmits red light in a vertical polarization direction, transmits green and blue light in a horizontal polarization direction,
The second polarizing film transmits green light in the vertical polarization direction, transmits red and blue light in the horizontal polarization direction,
The third polarizing film transmits red, green, and blue light in the vertical polarization direction, and absorbs red, green, and blue light in the horizontal polarization direction,
The first spacer part absorbs blue light, the second spacer part absorbs red light,
Each of the first and second liquid crystal panels functions as a half-wave plate, and in the ON state, the slow axis is 45 degrees with respect to the absorption axes of the second and first polarizing films, respectively. A liquid crystal display element, wherein the linearly polarized light rotated by 90 degrees.

A first front substrate having a first insulating substrate and an electrode formed on the first insulating substrate; a second insulating substrate; and a first counter electrode formed on the second insulating substrate. And a first counter substrate disposed so that the first counter electrode faces the electrode of the first front substrate, and one of the first front substrate and the first counter substrate A first spacer portion formed on the first substrate and holding the first front substrate and the first counter substrate at a predetermined interval; and the first front substrate and the first counter substrate. A first liquid crystal panel comprising: a first liquid crystal layer sandwiched therebetween;
A second insulating substrate having a third insulating substrate and an electrode formed on the third insulating substrate; a fourth insulating substrate; and a second counter electrode formed on the fourth insulating substrate. And a second counter substrate disposed so that the second counter electrode faces the electrode of the second front substrate, and one of the second front substrate and the second counter substrate A second spacer portion formed on the substrate and holding the second front substrate and the second counter substrate at a predetermined interval; and the second front substrate and the second counter substrate. A second liquid crystal panel comprising: a second liquid crystal layer sandwiched therebetween;
A first polarizing film having wavelength selectivity provided between the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel;
A second polarizing film provided on the side opposite to the first polarizing film of the first liquid crystal panel and having wavelength selectivity;
A third polarizing film provided on the opposite side of the second liquid crystal panel from the first polarizing film and having wavelength selectivity;
With
The first polarizing film transmits green and blue light in a vertical polarization direction, transmits red light in a horizontal polarization direction,
The second polarizing film transmits red and green light in the vertical polarization direction, transmits blue light in the horizontal polarization direction,
The third polarizing film transmits red, green, and blue light in the vertical polarization direction, and absorbs red, green, and blue light in the horizontal polarization direction,
The first spacer part absorbs green light, the second spacer part absorbs blue light,
Each of the first and second liquid crystal panels functions as a half-wave plate, and in the ON state, the slow axis is 45 degrees with respect to the absorption axes of the second and first polarizing films, respectively. A liquid crystal display element, wherein the linearly polarized light rotated by 90 degrees.

A first front substrate having a first insulating substrate and an electrode formed on the first insulating substrate; a second insulating substrate; and a first counter electrode formed on the second insulating substrate. And a first counter substrate disposed so that the first counter electrode faces the electrode of the first front substrate, and one of the first front substrate and the first counter substrate A first spacer portion formed on the first substrate and holding the first front substrate and the first counter substrate at a predetermined interval; and the first front substrate and the first counter substrate. A first liquid crystal panel comprising: a first liquid crystal layer sandwiched therebetween;
A second insulating substrate having a third insulating substrate and an electrode formed on the third insulating substrate; a fourth insulating substrate; and a second counter electrode formed on the fourth insulating substrate. And a second counter substrate disposed so that the second counter electrode faces the electrode of the second front substrate, and one of the second front substrate and the second counter substrate A second spacer portion formed on the substrate and holding the second front substrate and the second counter substrate at a predetermined interval; and the second front substrate and the second counter substrate. A second liquid crystal panel comprising a second liquid crystal layer sandwiched therebetween,
A first polarizing film having wavelength selectivity provided between the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel;
A second polarizing film provided on the side opposite to the first polarizing film of the first liquid crystal panel and having wavelength selectivity;
A third polarizing film provided on the opposite side of the second liquid crystal panel from the first polarizing film and having wavelength selectivity;
With
The first polarizing film transmits red light in a vertical polarization direction, transmits green and blue light in a horizontal polarization direction,
The second polarizing film transmits blue light in the vertical polarization direction, transmits red and green light in the horizontal polarization direction,
The third polarizing film transmits red, green, and blue light in the vertical polarization direction and absorbs red, green, and blue light in the horizontal polarization direction,
The first spacer part absorbs green light, the second spacer part absorbs red light,
Each of the first and second liquid crystal panels functions as a half-wave plate, and in the ON state, the slow axis is 45 degrees with respect to the absorption axes of the second and first polarizing films, respectively. A liquid crystal display element, wherein the linearly polarized light rotated by 90 degrees.