JPH01306818A - カラー液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、マルチカラー表示またはフルカラー表示に適
したカラー液晶表示素子及びその製造方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来から、カラーフィルターを液晶セル内面に形成した
カラー液晶表示素子としては、基板と電極との間にカラ
ーフィルターを形成したタイプと、電極上にカラーフィ
ルターを形成したタイプとが知られている。

この内、後者は電極上に厚いカラーフィルターが存在し
ているため、製造が容易な反面、液晶層の厚みの正確な
制御が難しいとか、印加電圧が有効に液晶層に印加でき
ないため、しきい値電圧（ｖｔｈ）が上昇するとか、立
ち上がりの鋭さも損なわれる笠の問題点があり、主とし
てデユーティ比が低いカラー液晶表示素子や小型のカラ
ー液晶表示素子に使用されている。

一方、前者はカラーフィルター上に電極が形成されてい
るため、液晶層の厚みの正確な制御がし易いとか、電極
間に印加した電圧が正確に液晶層に印加されるため、し
きい値電圧の上昇もなく、立ち上がりの鋭さも損なわれ
ないという利点を有し、大型のフルドツト型のカラー液
晶表示素子等に好適とされている。

［９，明の解決しようとする問題点１ このようにカラーフィルターを基板上に形成し、そのカ
ラーフィルター上に電極を形成したカラー液晶表示素子
は前述の如くの利点を有している反面、厚みが厚く、柔
らかいカラーフィルター上に電極を形成するため及びカ
ラーフィルターの耐熱性が２００℃程度であるために、
この温度以下の低温で形成する必要がある。このため、
電極が基板上に直接形成される場合に比して、電極の強
度がかなり低いものとなってしまう。

このため、配向層を形成するために、ラビングをすると
、電極が断線し易いという問題点があった。これは、従
来ラビング方向は、視角により法定しているため、通常
はラビング方向が電極のストライプの方向と一致しなく
、このストライプの方向に斜めにラビングすると、電極
の下地が弱いため、電極が断線するという事態を生じ易
いものであった。

本発明の目的は、従来技術が有していた前述の問題点を
解決して、良好なカラー表示を行うことができるカラー
液晶表示素子を提供することである。

［問題点を解決するための手段１ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、基板上にカラーフィルターを形成し、その上に透明
電極を形成し、ストライプ状にパターニングし、これを
ラビング法により配向処理した第１の基板と、透明電極
を形成し、配向処理した第２の基板との間に、誘電異方
性が正のネマチック液晶による液晶層を挟持し、その外
側に一対の偏光板を設置したカラー液晶表示素子におい
て、第１の基板のラビング方向が第１の基板のストライ
プ状にパターニングされた透明電極のストライプの方向
と同じにされること特徴とするカラー液晶表示素子を提
供するものである。

特には、その液晶層を電圧無印加時における両電極間で
の液晶分子のツイスト角を　１８０〜３００°とした旋
光性物質を含有した誘電異方性が正のネマチック液晶に
よる液晶層としたスーパーツイスト（ＳＴＮ）液晶層と
し、この液晶層と少なくとも一方の偏光板との間に光学
異方材料層を設けたカラー液晶表示素子に適用した場合
にその効果が大きい。

本発明でＬよ、カラーフィルターを形成する第１の基板
側では、基板上にカラーフィルターを形成し、その上に
透明電極を形成し、ストライプ状にパターニングし、こ
れをラビング法により配向処理を行う。この際、カラー
フィルターは印刷法、染色法公知のカラーフィルター製
法が使用できるが°、凹凸が少ないカラーフィルターを
得るためには染色法の使用が好ましい。

また、必要に応じて基板とカラーフィルターとの間に絶
縁層、カラーフィルターと基板との接着性を向上させる
層等を積層してもよいし、カラーフィルター間に黒色の
遮光膜を形成してもよいし、カラーフィルター上に凹凸
を平坦化するための層、保護のための層、カラーフィル
ターと電極との接着性を向上させる層等を形成してもよ
い。

この基板としては、通常ソーダライムガラス基板が使用
されるが、ホウケイ酸ガラス基板や石英ガラス基板、プ
ラスチック基板等を使用することもできる。

透明電極としては、Ｉｎ２Ｏ２−５ｎＯ１（Ｉ　Ｔ　Ｏ
）、ＳｎＯ□等の透明電極が蒸着法、スパッタ法等で形
成され、これをストライプ状にパターニングして使用さ
れるが、これら透明電極にアルミ、クロム等の低抵抗導
体の細線を積層するようにしてもよい。

このようにして基板上にカラーフィルター、透明電極を
順次形成した基板に、必要に応じてポリイミド、ポリア
ミド等の樹脂、Ｔｉ０ｇ、５ｉＯ１＾１□０，１等の無
機物をオーバーコートし、これをラビングして配向処理
を行う。

本発明では、この第１の基板のラビングにょる配向処理
時に、第１の基板のラビング方向が第１の基板のストラ
イプ状にパターニングされた透明電極のストライプの方
向と同じにされるようにされる。これにより、電極の有
無による凹凸があっても、ラビング方向がストライプ状
の電極の方向と一致しているため、ラビングによりこす
られていく方向での段差がほとんど無いことになり、電
極の断線を生じにくい。

このラビングは、通常の液晶表示素子で用いられている
ラビング法が適用でき、布やブラシを用いてラビングさ
れればよい。

また、第２の基板は通常の液晶表示素子の基板と同様に
、基板上に透明電極を形成し、配向処理を行う。この場
合も、第１の基板と同様電極と基板との間に絶縁層を形
成したり、電極上に遮光層やオーバーコート層を形成し
たりしても良い。配向処理はラビング法でなくてもよい
が、ラビング法が量産性に優れているため好ましい。

本発明では、この第１の基板と第２の基板とを、電極面
が相対向するように間隔を持って配置し、周辺をシール
材でシールし、内部に誘電異方性が正のネマチック液晶
を注入して液晶セルを構成する。

この場合、通常の液晶セルに使用されるシール内スペー
サ−、セル面内スペーサー等を適宜使用する。

このような液晶セルの両性側に一対の偏光板を配置する
。この偏光板の偏光軸と配向処理方向は、適宜設定すれ
ばよい。具体的には、例えば液晶セルの液晶層の液晶分
子のツイスト角がほぼ９０°の通常のツイストネマチッ
ク（ＴＮ）液量表示素子の場合には、偏光板の偏光軸と
配向処理方向はほぼ平行か垂直に配置される。

本発明では、この液晶セルの液晶層の液晶分子のツイス
ト角が１８０〜３００”のＳ　Ｔ　Ｎ液晶セルとされ、
液晶として旋光性物質を含有した誘電異方性が正のネマ
チック液晶を使用するＳＴＮ液晶表示素子に適用するこ
とが、その効果が大きく好ましい。

このよりなＳＴＮ液晶表示素子は、その偏光軸とその偏
光板に隣接する液晶分子の配向方向とを複屈折を生じる
ように配置することにより高いコントラスト比を生じせ
しめることができる。しかし、この複屈折を利用しただ
けのＳＴＮ液晶表示素子は複屈折により特定の色が付く
ことになるので、所望の色を表示するカラー液晶表示素
子として使用することができない。

このため、このＳＴＮ液晶表示素子のｓＴＮ液晶セルと
少なくとも一方の偏光板との間に光学異方材料層を設け
て、ＳＴＮ液晶セルの液晶層によるだ円偏光を打ち消し
てやることにより液晶層のオンオフを白黒状態にするこ
とができる。これに第１の基板のカラーフィルターを組
み合わせることにより、所望の色、特にはマルチカラー
やフルカラーの表示を行うことができる。

この光学異方材料層は、Ｓ　Ｔ　Ｎ液晶セルの液晶層に
よるだ円偏光を打ち消して、直線偏光に近い形に戻すこ
とができるものであれば良い。

具体的には、同じツイスト角またはそれから６０〜１８
０＠程度ツイスト角がずれており、ねじれ方向が逆のネ
マチック液晶層や複屈折作用を有するプラスチックフィ
ルム、結晶板等が使用できる。

この光学異方材料層として液晶層を用いて、この液晶層
により補償をする場合には、基板は３枚で２層の液晶層
を挟持してもよいし、夫々別の基板、即ち４枚の基板で
２層の液晶層を挟持するようにしてもよい。

もっとも、液晶層により補償をする場合には、同じツイ
スト角で逆ねじれの液晶層を用いることが補償が容易に
できるため好ましい。

この場合、両液高層の隣接した液晶分子軸はコントラス
ト比、視角、表示色等を考慮して最適化すればよい。

この補償用の第２の液晶層に使用されるネマチック液晶
は、電気的に分子配列方向を制御する必要がないので、
液晶の誘電異方性が正でなくても使用可能である。この
ため、第２の液晶層には電極を形成しなくてよい。

また、この表示に用いる液晶層と、補償用の第２の液晶
層の２つの液晶層に使用される液晶の複屈折率Δｎと液
晶層の厚みｄとの積Δｎ　ｄは、第２の液晶層のΔｎ５
ｄａの方が、駆動される液晶層のΔｎ＋ｄ＋よりもやや
低くされることが好ましい。具体的には、Δ１２ｄｉの
方がΔｎ＋ｄ＋よりも３〜１５％程度低くされれば良い
。

なお、ΔｎｘｄｓとΔｎ＋ｄ＋とを等しくすると、性能
は低下するが、ある程度本発明の効果は得られる。

なお、本発明では、ＳＴＮ液晶層のΔｎｔｄ＋はかなり
広い範囲で使用可能であり、具体的には０．５〜２．０
μｍ程度が使用できる。特に、従来のスーパーツイスト
液晶表示素子で使用される０、８〜１．２μｍ程度が明
るく、かつコントラスト比の高い表示が容易に得られる
。

この第２の液晶層は、液晶層の一方の側に１層設ければ
よいが、複数の層に分割して設けてもよい。

このようなＳＴＮ液晶層とした場合には、偏光板の偏光
軸の方向は、複屈折を利用して高コントラスト比の表示
ができるように配置すればよく、通常は偏光軸が隣接す
る液晶分子の配向方向から３０〜６０°程度ずれた方向
とされればよい。

このようなＳＴＮ液晶表示素子では、高デユーテイ駆動
をしても高コントラスト比の表示が可能なため、第１の
基板及び第２の基板に夫々穴なる方向にストライプ状に
パターニングされた透明電極を形成したものを使用し、
第１の基板の基板と電極との間にＲＧＢａ色の微細なカ
ラーフィルターを形成して３２０Ｘ　　２００Ｘ　　３
色表示、　６４０Ｘ　４００Ｘ　３色表示というような
フルカラー表示に応用すること、ができる。

このような構成にすることにより、高精細で美しいカラ
ー表示が可能になる。

本発明は、カラー表示で用いるため、裏側の偏光板も裏
側に光源を配置して、透過型の液晶表示素子として使用
することが好ましい。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で、
通常の液晶表示素子で使用されている種々の技術が適用
可能である。

［作用］ 本発明では、基板と透明電極との間にカラーフィルター
を配置している。こ・のようなカラーフィルター上に形
成された電極は高い温度で焼成されないために、通常の
透明電極に比して柔らかく弱い。

本発明では、このような弱い透明電極を、そのストライ
プ状のパターンの方向に沿ってラビングするため、ラビ
ングによる電極の傷つき、ひいては断線を生じに＜＜、
信頼性の高いカラ一液晶表示素子を生産性良く生産でき
る。

特に、これをＳＴＮ液晶表示素子に応用すると、ＳＴＮ
液晶表示素子の利点である高デユーテイ駆動が可能であ
り、高コントラスト比の表示が得られる、これに複屈折
を補償するための光学異方材料層を積層することにより
、白黒に近い表示を得ることができる。

このような白黒表示近いＳＴＮ液晶表示素子の基板と電
極との間にカラーフィルターを形成して使用することに
より、正確な基板間隙制御ができ、かつ電極間に印加さ
れる電圧がほとんど無駄なく液晶層に印加されるため、
見かけ上しきい値電圧がずれるということがなく、美し
い色が表示できる。

なお、このカラーフィルターは、ストライプ状でも、ド
ツト状でも良いが、透明電極のストライプと一致するよ
うなストライプ状のカラーフィルターとすることが好ま
しい。

本発明のカラー液晶表示素子は、パーソナルコンピュー
ター、ワードプロセッサー、ワークステーション等のカ
ラー表示素子として好適であるが、この外液晶テレビ、
魚群探知器、レーダー、オシロスコープ、各種民生用ド
ツトマトリックス表示装置等フルカラーまたはマルヂカ
ラー表示を行う種々の用途に好適である。

【実施例］ 実施例１ 第１の基板として、カラス基板上にＲＧＢ３色のストラ
イプ状のカラーフィルターを染色法で形成し、画素間隙
部分に同じ染色法で黒色の遮光膜を格子状に設け、その
上にポリイミドのコート層を形成し、さらにその上にＩ
ＴＯ透明電極をカラーフィルターのストライプの方向と
同じ方向に９６０本のストライプ状にパターニングし、
ポリイミドのオーバーコートをし、これを透明電極のス
トライプの方向に平行にラビングして配向層を形成した
基板を使用した。

第２の基板として、ガラス基板上にＩＴＯ透明電極を第
１の基板と直交するように２４０本にストライプ状にパ
ターニングし、ポリイミドのオーバーコートをし、これ
をラビングして配向層を形成した基板を使用した。

第３の基板として、電極の形成されていない単なるガラ
ス基板を使用し、ポリイミドのす一バーコードをし、こ
れを第２の基板の配向処理方向と直交するような方向に
ラビングして配向層を形成した基板を使用した。

第４の基板として、電極の形成されていない単なるガラ
ス基板を使用し、ポリイミドのオーバーコートをし、こ
れをラビングして配向層を形成した基板を使用した。

この２枚２組の基板の周辺を夫々シール材でシールして
、２つの液晶セルを形成して、液晶を注入する層を２つ
形成した。この２つの層に互いに逆ねじれの誘電異方性
が正のネマチック液晶を注入して、注入口を封止した。

この両方の液晶セルのツイスト角は２４０°とし、その
Δｎｄは電極を設けた基板間に注入された第１の基板と
第２の基板とに挟持される表示用の液晶層ではΔｎ＋ｄ
＋＝０．９０μｍ、複屈折の補償用の第３の基板と第４
の基板との間に注入された第２の液晶層ではΔｎａｄｚ
＝　０．８４μｍとした。

なお、画素は３２０Ｘ　　２４０Ｘ　　３色とし、　ｌ
／＋２０デユーテイで駆動した。

この２層の液晶セルの両面に夫々偏光板を隣接の対向し
た基板の液晶分子軸の交差角を等分した方向に配置した
。これにより、一対の偏光板の偏光軸は直交する状態と
された。

この結果、視角が広く、高コントラスト比を有する美し
いカラー表示が可能なカラー液晶表示素子が得られた。

比較例 実施例１と同じ構成で、第１の基板のラビング方向を、
第１の基板の電極のストライプの方向と３０°ずらせて
ラビングした。

この結果、第１の基板の電極に断線が多発して、歩留り
が大幅に低下した。

実施例２ 実施例１のカラーフィルターをドツト状にして、ＲＧＢ
の１行下ではＢＲＧ、さらに１行下ではＧＢＲの順にな
るように配置した外は実施例１と同様にして、カラー液
晶表示素子を製造した。

この結果、実施例１と同様に視角が広く、高コントラス
ト比を有する美しいカラー表示が可能なカラー液晶表示
素子が得られた。

実施例３ 実施例１の第１の基板のカラーフィルターは同じにした
まま、その上に形成される透明電極をカラーフィルター
のストライプの方向に直交する方向に２４０本にストラ
イプ状にパターニングし、第２の基板の透明電極を９６
０本にストライプ状にパターニングした外は実施例１と
同様にして、カラー液晶表示素子を製造した。

この結果、カラーフィルター上の透明電極に高い付加が
かかったことになるため、実施例１に比してはやや劣っ
たが、視角が広く、高コントラスト比を有する美しいカ
ラー表示が可能なカラー液晶表示素子が得られた。

また、カラーフィルター上の電極の一部に断線が見られ
、実施例１、実施例２に比してやや歩留りが低下した。

［発明の効果］ 以上に説明したように本発明では、カラーフィルター−
Ｆに電極を形成しているため、液晶層を挟持している電
極間に印加された電圧がほとんど無駄なく液晶層に印加
され、かつ液晶層の厚みを正確に制御できるため、美し
いカラー表示が可能になる。

さらに、本発明では、カラーフィルター上の透明電極の
ストライプの方向と同じ方向にラビングを行う。このた
め、カラーフィルター上の弱い電極を用いているにもか
かわらず、ラビングが透明電極の有無による段差の影響
を受けないため、ラビングを行っても透明電極に傷が付
きにくく、さらには断線を生じに＜＜、信頼性が高く、
生産性が良い。

特に、これをＳＴＮ液晶表示素子に適用し、ＳＴＮ液晶
層に複屈折を補償するような光学異方材料層を積層して
用いることにより、ＳＴＮ液晶表示素子と同等の高いコ
ントラスト比、広い視角を持ちながら、美しいフルカラ
ーまたはマルチカラーの表示が可能となり、表示として
鮮明でかつ表示品位が高い表示が得られる。

本発明は、このほか本発明の効果を損しない範囲内で、
通常の液晶表示素子に使用されるようなタッチスイッチ
、静電気防止フィルター、紫外線カツトフィルター等の
積層、駆動回路の基板上への搭載、外部回路との接続、
取付は構造等柱々の応用が可能である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にカラーフィルターを形成し、その上に透
   明電極を形成し、ストライプ状にパターニングし、これ
   をラビング法により配向処理した第１の基板と、透明電
   極を形成し、配向処理した第２の基板との間に、誘電異
   方性が正のネマチック液晶による液晶層を挟持し、その
   外側に一対の偏光板を設置したカラー液晶表示素子にお
   いて、第１の基板のラビング方向が第１の基板のストラ
   イプ状にパターニングされた透明電極のストライプの方
   向と同じにされること特徴とするカラー液晶表示素子。
2. （２）基板上にＲＧＢ３色のカラーフィルターを形成し
   、その上に透明電極を形成し、ストライプ状にパターニ
   ングし、これをラビング法により配向処理した第１の基
   板と、該第１の基板の透明電極と異なる方向にストライ
   プ状にパターニングされた透明電極を形成し、配向処理
   した第２の基板との間に、その電圧無印加時における両
   電極間での液晶分子のツイスト角を１８０〜３００°と
   した旋光性物質を含有した誘電異方性が正のネマチック
   液晶による液晶層を挟持し、その外側に一対の偏光板を
   設置するとともに、この液晶層と少なくとも一方の偏光
   板との間に光学異方材料層を設けたカラー液晶表示素子
   において、第１の基板のラビング方向が第１の基板のス
   トライプ状にパターニングされた透明電極のストライプ
   の方向と同じにされること特徴とするカラー液晶表示素
   子。
3. （３）請求項２において、光学異方材料層が基板間に挟
   持された第２の液晶層であり、第２の液晶層が前記液晶
   層とほぼ同じツイスト角を有し、かつ逆ねじれであるこ
   と特徴とするカラー液晶表示素子。
4. （４）請求項１〜３のいずれかのカラー液晶表示素子の
   製造方法であって、第１の基板をラビングするにあたり
   、そのラビングが第１の基板のストライプ状にパターニ
   ングされた透明電極のストライプの方向と同じ方向にさ
   れること特徴とするカラー液晶表示素子の製造方法。