JP4700972B2 - 液晶素子とその製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents
液晶素子とその製造方法及び液晶表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4700972B2 JP4700972B2 JP2005018264A JP2005018264A JP4700972B2 JP 4700972 B2 JP4700972 B2 JP 4700972B2 JP 2005018264 A JP2005018264 A JP 2005018264A JP 2005018264 A JP2005018264 A JP 2005018264A JP 4700972 B2 JP4700972 B2 JP 4700972B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- substrate
- crystal element
- color
- surface tension
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Description
ただし、NCAP及びPNLCは電界無印加で光散乱状態を示し、電界印加で光透過状態になる方式である。また、DSM方式は、この逆に動作し、電界印加で光散乱、電界無印加で光透過となる。
光重合相分離法とは、光重合性モノマーもしくはオリゴマーと液晶材料及び重合開始剤を混合した溶液(以後、調光層前駆体と呼ぶ)に紫外線(UV)を照射することで、その重合反応過程において高分子樹脂102と液晶の相分離をさせながら液晶カプセル101を形成する方法である。UVの強度が大きいほど直径が小さくなり、逆にUVの強度が小さいほど直径の大きな液晶カプセル101が形成される。同一組成の場合、液晶カプセル101の直径をUV照射強度により制御することで、電界無印加時の光散乱の度合いが異なる。一般に、光の波長レベルの直径に近いほど散乱性が強くなり、高い白色状態として観測できる。
同一組成であっても、PNLC作製時の、UVの強度が大きいほど高分子マトリックスが細かく密に形成され、逆にUVの強度が小さいほど高分子マトリックスが粗く疎に形成される。この高分子マトリックスのメッシュ径をUV照射強度により制御することで、電界無印加時の光散乱の度合いが異なる。一般に、光の波長レベルのメッシュ径に近いほど散乱性が強くなり、高い白色状態として観測できる。
しかし、単色の濃淡表示を行わせる場合には、画面全体の明るさがほぼ均一な良好な表示が得られるが、複数の色のカラーフィルタを設けて多色カラー表示を行わせると、表示の明るさが色ごとに異なるという不具合を生じる。
(1) 各色のカラーフィルタの厚さを変えて透過光量を調整する。
(2) 各色のカラーフィルタに対応して印加電圧を変えて液晶分子の配列状態を調整することで補償する。
(3) 各色のカラーフィルタに対応する複合膜の高分子マトリックスの構造を異ならせて補償する。
上記(2) の方法では、各色のカラーフィルタに対応する部分の印加電圧を変えるための素子の駆動方法が複雑になってしまう。
(1) 光散乱状態の異なるパターンに対応して、調光層材料が異なる、
(2) パターンに合わせたUV光の透過率の異なるマスクを使用する、
等の方法が考えられるが、上記(1) では、2枚の対向する基板間に異なる材料を混じり合わないように配置することは、生産性上、非常に困難が伴うため現実的ではない。
また、上記(2) の方法では、調光層前駆体に、ある異なる強度パターンのUV光が同時に照射されることになる。UV照射強度が異なる場合、高分子が重合し始めると同時に開始される相分離の速度が異なるため、パターン境界での構造が不均一になってしまい解像度が低いパターンとなってしまう。
より詳しく述べると、本発明は、透明電極を有する一対の透明な基板間に液晶を用いた調光層を有し、一方の基板側に配置された複数の色のカラーフィルタを用いてカラー表示を行う方式の液晶素子において、各色の表示の明るさを均一にすること、高品質な多色表示を実現することを目的とし、さらには、高精細で生産性の高い液晶素子を提供すること、高品位の表示品質が得られる液晶素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、高精細で、生産性の高い液晶素子の製造方法を提供すること、低コストで生産性の高い液晶素子の製造方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、液晶素子を用いた高品位で省エネルギーなカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の手段は、透明電極を有する一対の透明な基板間に液晶を用いた調光層を有し、一方の基板側に配置された複数の色のカラーフィルタを用いてカラー表示を行う方式の液晶素子において、一対の基板のうち少なくとも一方は、前記複数の色のカラーフィルタの各色のフィルタ部に対応する部分の表面層が、各色毎に異なる臨界表面張力パターンを有し、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなる基板であり、該基板と他の一方の基板間に、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を配し、該調光層が前記臨界表面張力パターンに対応して異なる高分子マトリックス構造となっていることを特徴とする(請求項1)。
本発明は、高分子材料からなる臨界表面張力が異なる表面層を有する基板間に形成されるPNLCが、その臨界表面張力が大きいほど光散乱性が高く、かつ駆動電圧が高くなることを実験的に見いだしたことを利用することにより創案されたものである。
一般的に、2枚の基板間での液晶分子の均一な分子配向を制御することで種々の動作モードの液晶素子が用いられている。この液晶分子の配向には、配向剤と呼ばれる高分子材料であるポリイミド樹脂が用いられている。液晶分子を基板にホモジニアス配向もしくはホメオトロピック配向させ、さらには基板に対してある角度(プレチルト角と呼ぶ)で傾いた配向を実現することのできる種々の配向剤が開発されている。これらのポリイミド材料において、その臨界表面張力の違いが液晶分子の配向に大きく寄与していることは良く知られている。つまり液晶のポリイミド表面に対する濡れ性が大きく関与しているといえる。
図1に、本発明を評価するための液晶素子の素子構造を示す。この液晶素子10は、透明電極(図示せず)を有する2枚の透明基板11の表面にそれぞれ表面層12を形成し、この表面層12が形成された2枚の基板11を対向して配置した構成のセル間に、調光層13としてPNLCが形成されたものである。この液晶素子10の反射率は図3に示す構成の測定系で測定した。具体的には、黒色板22上に載置した液晶素子10に対して光源21からの光を30度の入射角で入射させ、液晶素子10からの反射光を受光ユニット23で受光して反射率を測定した。
また、参考のため臨界表面張力測定時の純水の接触角(濡れ性の目安となる)も提示した。なお、この液晶素子10は2枚の基板11に同一の材料により表面層12を形成したものであり、基板間の厚み(セル厚)は22μmとした。
そこで、図1に示した素子の透過率の電圧依存性を測定した。図4に透過率の測定系の構成を示す。表1の異なるポリイミド樹脂を表面層にした素子での透過率−電圧特性の測定結果を図5に示す。図5より、臨界表面エネルギーが大きく、高分子マトリックスのメッシュ径が小さくなる表面層(AL-3046)を有する素子の駆動電圧が高くなることがわかる。
図2は液晶素子の概略断面図である。この液晶素子20は、一方の基板(第一の基板)11aにカラーフィルタ15を形成し、各色のカラーフィルタに対応する部分に、臨界表面張力の異なる表面層12aを形成する。そして長波長域の光を透過させる赤色フィルタ15Rと、中間波長域の光を透過させる緑色フィルタ15Gと、短波長域の光を透過させる青色フィルタ15Bで、各カラーフィルタに対応する高分子マトリックスのメッシュ径を、赤色フィルタ15Rが対応する部分、緑色フィルタ15Gが対応する部分、青色フィルタ15Bが対応する部分の順で順次大きくすることで、電圧に対する透過率特性を調整することができる。そのためには赤色フィルタ15Rが対応する部分、緑色フィルタ15Gが対応する部分、青色フィルタ15Bが対応する部分の順で臨界表面張力が小さい表面層12aを形成する。この異なる臨界表面張力の表面層パターンの形成方法としては、例えば、それぞれの色のフィルタ部に対応するパターンの印刷版で順次フレキソ印刷法で行うことができる。実際には、スピンコーティング法、フレキソ印刷法、ディッピング法、インクジェット法、キャスト法、バーコート法等の塗布方法を適便、組み合わせることによりパターン形成できる。
図2に示す構成の液晶素子20を作製した。
まず、一方の基板11aとして、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタ15を形成した透明電極付きのガラス基板を準備した。この基板11aの、赤色フィルター15Rに対応する部分にポリイミド膜であるJSR製のAL-3046を、緑色フィルタ15Gに対応する部分にはチッソ石油化学製のPIA-5310、青色フィルタ15Bに対応する部分にはチッソ石油化学製のPIA-X491をフレキソ印刷で成膜して表面層12aを形成した。膜厚はいずれも約80nmであった。さらに透明電極付きの他方の基板11b上にも、カラーフィルタ15を形成した基板11aと対応する部分に上記3種類のポリイミド膜を成膜して表面層12bを形成した。膜厚はいずれも約80nmであった。以上の異なる表面層12a,12bが形成された一方の基板にシール剤14としてアミン硬化エポキシ樹脂をディスペンサー塗布し、他方の基板にはスペーサとして22μm粒径の樹脂ビーズをイソプロピルアルコールを溶媒として、約100個/mm2の密度で散布し、互いの表面層の同一のポリイミド膜部分を対向するように貼り合わせ、加熱硬化させて空セルを作製した。この空セルに、大日本インキ化学工業(株)製のPNLC用の液晶組成物、モノマー組成物、および重合開始剤の混合物である調光層前駆体材料(製品名:PNM-101)を封入した後、高圧水銀ランプにより波長365nm中心の紫外線(照射光強度50mW/cm2)をカラーフィルタが形成されていない基板11bの側から2分間照射し、PNLC調光層13を形成した。
作製したカラー液晶素子20の各色の透過率−電圧曲線はほぼ重なり、駆動電圧に対して均一な明るさを得ることができた。また、この液晶素子20に電圧30V、周波数60Hzの矩形波電界を印加したところ、各色部分の透過率はいずれも約80%であった。
実施例1と同様に、まず、一方の基板11aとして、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタ15を形成した透明電極付きのガラス基板を準備した。この基板11aの、赤色フィルター15Rに対応する部分にポリイミド膜であるJSR製のAL-3046を、緑色フィルタ15Gに対応する部分にはチッソ石油化学製のPIA-5310、青色フィルタ15Bに対応する部分にはチッソ石油化学製のPIA-X491をフレキソ印刷で成膜して表面層12aを形成した。膜厚はいずれも約80nmであった。さらに、透明電極付きの他方の基板11b上には、スピンコーティングにより、ポリイミド膜であるチッソ石油化学製のPIA-5310を全面に成膜して表面層12bを形成した。この、膜厚は約60nmであった。この2枚の基板11a,11bで実施例1と同様に空セルを作製し、PNLC調光層13も同様の材料、作製条件で形成した。
エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料として、ポリイミド骨格に疎水部分を有するチッソ石油化学製のPIA-X491の紫外線照射による臨界表面張力の変化を評価した。評価用試料は、ガラス基板上にPIA-X491をスピンコートし、210℃で焼成し成膜したものを用いた。膜厚は約80nmである。
まず、一方の基板11aとして、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタ15を形成した透明電極付きのガラス基板を準備した。この基板11aにスピンコーティングにより、PIA-X491を膜厚約80nmで成膜した。この基板11aの緑色フィルタ15Gに対応する部分のみに、石英基板のフォトマスクを介して、250nmの光強度が5mW/cm2の紫外線を7分間照射(照射量2.1J/cm2)した。さらに、同様に赤色フィルタ15Rに対応する部分にのみ紫外線を15分間照射(照射量4.5J/cm2)した。また、青色フィルタ15Bに対応する部分は紫外線未照射とした。以上の方法により、各色のカラーフィルタに対応して、表面層上に異なる臨界表面張力パターンが形成されたことになる。他方の透明電極基板11bにも、スピンコーティングによりPIX-491(膜厚80nm)を成膜し、カラーフィルタ付き基板11aの臨界表面張力パターンに対向するように同様の条件で紫外線を照射した。この2枚の基板11a,11bで、実施例1と同様の工程及び材料で空セルを作製し、さらに調光層13を作製した。
作製したカラー液晶素子20の各色の透過率−電圧曲線はほぼ重なり、駆動電圧に対して均一な明るさを得ることができた。また、この液晶素子20に電圧30V、周波数60Hzの矩形波電界を印加したところ、各色部分の透過率はいずれも約80%であった。
実施例3と同様に、まず、一方の基板11aとして、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタ15を形成した透明電極付きのガラス基板を準備した。同様の手順で各色のカラーフィルタ15R,15G,15Bに対応して、表面層12a上に異なる臨界表面張力パターンを形成した。
他方の透明電極基板11bにも、スピンコーティングによりPIX-491(膜厚80nm)を成膜し、全面に250nmの光強度が5mW/cm2の紫外線を7分間照射(照射量2.1J/cm2)し、均一な臨界表面張力を有する表面層12bを形成した。この2枚の基板11a,11bで、実施例1と同様の工程及び材料で空セルを作製し、さらに調光層13を作製した。
このカラー液晶素子20においても、各色部分の電圧印加での透過率特性は似通っており、充分に明るさの均一性がとれた。この液晶素子20も電圧30V、周波数60Hzの矩形波電界を印加したところ、各色の透過率は約80%であった。
11,11a,11b:基板
12,12a,12b:表面層
13:調光層
14:シール剤
15:カラーフィルタ
15R:赤色フィルタ
15G:緑色フィルタ
15B:青色フィルタ
20:カラー液晶素子
Claims (6)
- 透明電極を有する一対の透明な基板間に液晶を用いた調光層を有し、一方の基板側に配置された複数の色のカラーフィルタを用いてカラー表示を行う方式の液晶素子において、
一対の基板のうち少なくとも一方は、前記複数の色のカラーフィルタの各色のフィルタ部に対応する部分の表面層が、各色毎に異なる臨界表面張力パターンを有し、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなる基板であり、該基板と他の一方の基板間に、外部電場により光散乱状態と透明状態が制御可能な高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を配し、該調光層が前記臨界表面張力パターンに対応して異なる高分子マトリックス構造となっていることを特徴とする液晶素子。 - 請求項1記載の液晶素子において、
前記カラーフィルタの複数の色は赤色、緑色、青色の3色であり、前記表面層の臨界表面張力が赤色フィルタに対応する部分、緑色フィルタに対応する部分、青色フィルタに対応する部分の順に小さくなっており、この順で該調光層の高分子マトリックスの平均的な寸法が大きくなっていることを特徴とする液晶素子。 - 請求項1記載の液晶素子において、
前記臨界表面張力を変化させるエネルギーの付与が紫外線照射であることを特徴とする液晶素子。 - 請求項1乃至3のいずれか一つに記載の液晶素子を作製する際の液晶素子の製造方法において、
一方の基板にエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、該表面層の各色のカラーフィルタに対応する部分に所定のエネルギーを付与することにより臨界表面張力異なるパターンを形成する工程を施し、
他方の基板にもエネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、該表面層に、第一の基板と略対向するように同様のエネルギー付与による臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、
かつ前記2枚の基板を表面層が対向するように配置し、該2枚の基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、
少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする液晶素子の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一つに記載の液晶素子を作製する際の液晶素子の製造方法において、
一方の基板にエネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料からなる表面層を形成する工程と、該表面層の各色のカラーフィルタに対応する部分に所定のエネルギーを付与することにより臨界表面張力の異なるパターンを形成する工程を施し、
他方の基板には全面に均一な臨界表面張力を有する表面層を形成する工程を施し、
かつ前記2枚の基板を表面層が対向するように配置し、該2枚の基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、正の誘電異方性を有する液晶材料、及び重合開始剤を含有する調光層構成材料を介在させ、
少なくとも一方の基板を通して紫外線を照射し、高分子マトリックス中に液晶を分散させた散乱性の調光層を形成することを特徴とする液晶素子の製造方法。 - 液晶素子を用いてカラー画像表示を行う液晶表示装置において、
前記液晶素子として、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の液晶素子を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005018264A JP4700972B2 (ja) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | 液晶素子とその製造方法及び液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005018264A JP4700972B2 (ja) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | 液晶素子とその製造方法及び液晶表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006208567A JP2006208567A (ja) | 2006-08-10 |
JP4700972B2 true JP4700972B2 (ja) | 2011-06-15 |
Family
ID=36965524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005018264A Expired - Fee Related JP4700972B2 (ja) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | 液晶素子とその製造方法及び液晶表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4700972B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015025835A (ja) | 2013-07-24 | 2015-02-05 | セイコーエプソン株式会社 | カラーフィルター基板、電気光学装置、投射型表示装置およびカラーフィルター基板の製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07159762A (ja) * | 1993-12-08 | 1995-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液晶パネルとその製造方法およびそれを用いた液晶投写型テレビ |
JPH07248500A (ja) * | 1994-03-08 | 1995-09-26 | Fujitsu Ltd | 液晶表示パネル及びその製造方法 |
JPH08129163A (ja) * | 1994-10-31 | 1996-05-21 | Casio Comput Co Ltd | 高分子分散型液晶表示素子の製造方法 |
JPH1114974A (ja) * | 1996-11-28 | 1999-01-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子分散型液晶表示素子とその製造方法 |
JP2001281642A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液晶表示素子 |
-
2005
- 2005-01-26 JP JP2005018264A patent/JP4700972B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07159762A (ja) * | 1993-12-08 | 1995-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液晶パネルとその製造方法およびそれを用いた液晶投写型テレビ |
JPH07248500A (ja) * | 1994-03-08 | 1995-09-26 | Fujitsu Ltd | 液晶表示パネル及びその製造方法 |
JPH08129163A (ja) * | 1994-10-31 | 1996-05-21 | Casio Comput Co Ltd | 高分子分散型液晶表示素子の製造方法 |
JPH1114974A (ja) * | 1996-11-28 | 1999-01-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子分散型液晶表示素子とその製造方法 |
JP2001281642A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液晶表示素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006208567A (ja) | 2006-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6356324B1 (en) | Retardation film and method for producing the same, and liquid crystal display device | |
US9151993B2 (en) | Liquid crystal display device and fabrication method thereof | |
US6636291B2 (en) | Liquid crystal display device with patterned layer having fixed cholesteric order and method of manufacturing the same | |
JPWO2018105545A1 (ja) | 液晶表示素子 | |
KR20020079602A (ko) | 액정 조성물, 컬러필터 및 액정표시장치 | |
JP3259946B2 (ja) | 液晶表示素子およびその製造方法 | |
JP3271316B2 (ja) | 光変調素子の製造方法 | |
KR20000029277A (ko) | 액정표시소자와 그 제조방법 및 그 평가방법 | |
US5682218A (en) | Electrooptical device having specific polymerized columnar spacers and method for forming the same | |
JPH0829797A (ja) | 液晶表示素子及びその製造方法 | |
JP4700972B2 (ja) | 液晶素子とその製造方法及び液晶表示装置 | |
US5686978A (en) | Method for manufacturing a polymer-dispersed liquid crystal display panel | |
JP3981164B2 (ja) | 液晶表示装置の製造方法 | |
JP4460889B2 (ja) | 液晶素子、その製造方法及び調光パネル | |
JPH09292602A (ja) | 液晶表示パネルの製造方法および製造装置 | |
JPH07104282A (ja) | 液晶表示装置及びその製造方法 | |
JP3092899B2 (ja) | 液晶表示素子およびその製造方法 | |
JP2000199895A (ja) | 高分子分散型液晶表示装置およびその製造方法ならびに投射型ディスプレイ装置 | |
JP3250836B2 (ja) | 液晶パネルおよびその液晶パネルを用いた投写型表示装置 | |
JP2000066177A (ja) | 高分子分散型液晶の光吸収評価法、液晶表示素子および液晶プロジェクター | |
KR100213182B1 (ko) | 마이크로 칼라 렌즈를 채용한 액정표시소자 | |
JP2000330099A (ja) | 液晶表示素子とその製造方法 | |
JPH0580311A (ja) | 液晶パネルおよびその製造方法と液晶投写型テレビ | |
JP2000075272A (ja) | 反射型カラー液晶表示装置およびその製造方法 | |
JPH0943634A (ja) | 液晶素子及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101109 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101116 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110117 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110301 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110307 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |