JPH0199026A - 液晶表示装置 - 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、液晶の電気光学的変化を利用した表示装置に
関わり、特に高時分割駆動を可能にする急峻な闇値特性
と優れた周波数特性が得られる液晶表示装置に関する。

従来の技術 近年、液晶表示装置は、画像表示などのようなより多く
の情報表示を必要とするものが要求されるようになり、
このためセグメント型表示からドツトマトリクス型構成
のものに移行してきた。

一般に、液晶表示装置における電極基板界面での液晶分
子の配列の形態は、その分子の長軸方向が基板に対して
平行に配列する平行配向と、これとは逆に垂直に配列す
る垂直配向とが知られている。

このうち前者の平行配向形態は、正の誘電異方性をもつ
ネマチック液晶またはこれに少量の光学活性材料を添加
した混合液晶を用い、相対向する一対の電極基板のそれ
ぞれの界面での液晶分子の配列を互いに直交するように
組み合せたツイステンドネマチソク型（以下ＴＮ型と呼
ぶ）の電界効果型液晶表示装置を得る場合に必要な配向
形態である。

このようなＴＮ型液晶セルのそれぞれの電極基板の外側
には直線偏向板をその偏向軸或いは吸収軸が液晶分子の
配列方向とそれぞれ平行に組み合わされたポジ型表示、
あるいは一方の基板では平行に、他方の基板では直交す
るように組み合わされたネガ型の表示装置が作られる。

従来このようなＴＮ型液晶の表示装置は、液晶分子の長
軸方向を基板表面に平行に配向させる手段として、基板
表面を華に綿布などで一定方向にラビングする構成のも
のが一般に知られている。

しかしながらこのような手法では、液晶分子の配向が短
時間で損なわれる欠点があり、長期に亘って安定な表示
特性を保つことができない。

そこで、このような欠点を補うため、電極基板の表面に
ポリイミドの樹脂被膜を設けてその表面を、綿あるいは
ナイロン、ポリエステルなどの合成繊維などを用いて一
定方向にラビングする手法が提案されている。（たとえ
ば、著者：佐藤進「液晶とその応用」、産業図書、昭和
５９年１０月発行）。

また一般に、マトリクス表示は、一対の透明電極をそれ
ぞれ帯状に分割し、一方を走査電極、他方を信号電極と
して互いに直交するように組み合わせ、この一対の電極
間に液晶を充填した構造のものが知られている。これは
分割されたそれぞれの電極群の各交差点が、画素を形成
し、これらの電極群に選択的に電圧を印加することによ
って、任意の情報を表示することができるものである。

通常、このような表示装置の駆動は、走査電極を一定の
周期で線順次走査し、これと同期させて信号電極には情
報に応じた信号電圧波形を印加するいわゆる時分割駆動
方式が用いられる。

発明が解決しようとする問題点 従来の構成において、用いられる配向膜は、通常Ｎ−メ
チル−２−ピロリドンあるいはＮ、Ｎ−ジメチルアセト
アミド等の非プロトン性溶媒に溶解させたポリイミド樹
脂溶液を、転写印刷あるいは回転塗布法等で形成し、そ
の後３００〜３５０℃で熱架橋させて設けられる。この
ような配向膜を用いた液晶表示装置において、以下に示
すような表示特性および製造コスト等に関する欠点があ
る。

すなわち、第一の欠点は表示特性に関するもので、この
点について詳しく説明する。

まず、このような電界による液晶の光学的変化を利用す
る液晶表示装置では、電極基板界面での液晶分子の状態
が極めて重要な要素であり、すなわちむらのない均一な
表示を得るためには、電圧が印加されない状態では液晶
分子の長軸方向が基板界面では基板表面に対して小さな
傾き（以下チルト角と呼ぶ）をもって一定方向に配列し
ていなければならない。

つぎに、マトリクス型表示において、表示容量を多くす
るためには、多くの走査線数（走査電極数）が必要とな
る。このことは液晶セルに印加されるＯＮ電圧とＯＦＦ
電圧との比が小さくなり、さらに、表示を希望しない非
選択画素にもある程度の電圧が印加されることによるい
わゆるクロストーク現象が生じる。このため、充分な表
示コントラストが得られないばかりでなく、不均一で視
認性の悪い表示となる。

そこで、このＯＮ時とＯＦＦ時との電圧比が小さい値で
も高い視認性を得るためには液晶表示装置の電気光学特
性として電圧−輝度特性が急峻であること、すなわち急
峻な間知特性を有していることが重要である。

さらに、前記のクロストークを軽減させる手段として非
選択画素に一定のバイアス電圧を平均的に印加する電圧
平均化法が用いられるが、これは液晶表示装置の光の透
過率が印加される交流電圧の実効値に依存して決まる性
質を基にして考えられた駆動法である。従って、この駆
動に適した液晶表示装置の特性としては、その光学的変
化が印加電圧の周波数に関係なくその実効値に応答する
ものでなければならない。

しかしながら、従来のポリイミド樹脂による配間膜を用
いた構成およびその製造方法では、闇値特性の方式急峻
性と、かつ光学変化の周波数に対する特性（以下周波数
特性と呼ぶ）が悪いため、充分なコントラストが得られ
ず、さらに表示むらのある視認性の悪い表示しか得られ
なかった。

つぎに、第二の欠点は、配向膜の成膜に関し、これに伴
う種種の問題について説明する。

従来のポリイミド樹脂を用いた配向膜の形成方法として
は、前述のようにＮ−メチル−２−ピロリドンあるいは
Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミドなどの非プロトン性溶媒
に溶解させたポリイミドの溶液を転写印刷あるいは回転
塗布法により塗布形成するが、ここで用いられるＮ−メ
チル−２−ピロリドンあるいはＮ、Ｎ−ジメチルアセト
アミド等の溶媒は、表面張力が大きいため基板に対して
濡れ性が悪く、均一な被膜厚の形成が困難であった。

このため、配向性が悪く表示むらが生じるという欠点が
あった。

さらに、このポリイミド樹脂は、熱架橋型であるため塗
布形成後３００°Ｃ以上での熱処理を必要とする。

ところで、一般に、液晶表示装置に用いられる透明基板
はコストの点から通常１ｍｌ＋厚程度のフロートガラス
が用いられるが、この場合、従来の高温処理を必要とす
る成膜法では熱処理時の急激な温度差によって基板が破
損するという問題がある。

このため、樹脂被膜の焼成工程においては除熱および徐
冷処理を必要とし、これらの処理には多くの時間を要す
る。このことは工数を増大させ、製造コストが高くなる
という欠点があった。

さらに、このような高温焼成を必要とする従来法では配
向膜を形成する下地基板に耐熱性の点で制約があるとい
う致命的な問題があった。

この点について詳しく述べる。すなわち、近年液晶は、
カラー表示や超薄型軽量化の要望が高まっている。前者
の場合、基板上にドツトあるいはストライプ状のカラー
フィルターを設けてカラー表示が行なわれ、このカラー
フィルターは通常、染料あるいは顔料を用いた有機系樹
脂で形成される。また後者の場合は、基板材料としてポ
リエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムが用いられ
る。

これらはいずれもその耐熱性が前者で１８０〜２５０℃
、後者は１５０℃以下と低い。

このため、従来の熱架橋型ポリイミド樹脂を用いた配向
膜をこの種の表示装置へ適用することはできないという
致命的な欠点があった。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するため、液晶配向膜として
、エーテル基で結合されたベンゼン環骨格を有するジア
ミン酸成分と、飽和脂肪環を有するテトラカルボン酸ま
たはその無水物を、低温溶液重合法により重縮合反応さ
せて得たポリアミック酸の被膜を用いた構成である。

作用 本発明は、液晶配向膜として前述の低温溶液重合法によ
り重縮合反応させて得たポリアミック酸の被膜を用いた
ことにより、闇値特性の急峻性と周波数特性が改善され
、このため高デユーティ−駆動でも高コントラストでク
ロストークが軽減された高品位の表示をもたらす。さら
に、配向膜の形成は低い温度で成膜できるので、除熱お
よび徐冷工程を必要とせず、このため、製造コストが大
幅に低減できる一方、用いる基板材料に制約がなく、有
機系カラーフィルターを採用したカラー表示あるいはプ
ラスチック基板を用いた超薄型、軽量の表示装置が可能
となる。

また、配向膜形成工程において、樹脂溶液の溶媒として
カルビトール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、およびシ
クロヘキサノールからなる混合ン容媒を用いたことによ
り、表面張力が小さく、チクソ性のある溶液が得られる
。このため樹脂溶液は基板に対して濡れ性がよく均質な
被膜形成が可能となる。この結果、液晶の均質な配向を
可能にする。

実施例 以下本発明の液晶表示装置の一実施例をその製造方法と
共に図面を用いて説明する。

第１図は本発明の液晶表示装置の構成を模式的に示した
断面図であり、第２図および第３図は本発明の液晶表示
装置の特性を従来のものと対比させて示した図である。

まず、透明なガラス基板１の上に設けた錫を含む酸化イ
ンジュウム（以下ＩＴＯと呼ぶ）の透明導電膜をエツチ
ングして複数に分割された帯状の電極２を形成する。次
にこの基板を洗浄し、乾燥した後その上にエーテル基で
結合されたヘンゼン環骨格を有するジアミン酸成分と、
飽和脂肪環を有するテトラカルボン酸を、低温溶液重合
法によって重縮合反応させて得たポリアミック酸の溶液
を塗布し、乾燥させて被膜３を設ける。この被膜の形成
法としては、カルビトール、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ンおよびシクロヘキサノールの混合溶媒で希釈したポリ
アミック酸の溶液を、転写印刷あるいは回転塗布法によ
り塗布した後、１８０℃、３０分間、乾燥して設ける。

形成される被膜の厚さはとしては、１００〜２０００人
がよい。

１００Å以下ではその表面に極性をもった基板の場合、
液晶の配向性が悪く、表示むらが生じ易い、また２００
０人では闇値特性の急峻性と周波数特性が悪くなり、コ
ントラストが低く視認性の悪い表示となるので好ましく
ない。

また、混合溶媒のそれぞれの配合比率としてはカルビト
ール６０〜９０重量部、Ｎ−メチル−２−ピロリドン０
〜４０重量部、およびシクロヘキサノール５〜１０重量
部が好ましい。さらに、溶液の樹脂濃度としては１〜１
５重量％が良く、この範囲外の濃度では前述の被膜厚の
達成が困難となる。

ここで、転写印刷法によって被膜を形成する際、上記の
ようなそれぞれの溶媒とその混合比のとき、印刷版およ
び基板に対して濡れ性が良く、均質な塗布膜が形成でき
るが、これらの溶媒以外にもカルビトールの代用として
ブチルカルビトールアセテートを、Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドンの代りにＮ、Ｎ−ジメチルアセトアミド、ある
いはＮ、　　Ｎ−ジメチルホルムアミドを、またシクロ
ヘキサノールの代用としてエチレングリコール等を用い
てもよい。

次に、このようにして設けたポリアミック酸の被膜をナ
イロン、ポリエステル等の合成繊維あるいは綿布等を用
いて一定方向にラビングする。

ここで、研摩布としてナイロン製の繊維を用いた場合、
液晶分子が基板界面でラビングされた方向に１．５°以
下の角度をもって均一に配列される状態が得られる。

ガラス基板１に対向するもう一方のガラス基板４にも同
様にして透明電極５とその上にポリアミック酸の被膜３
を設けて、その表面をラビングする。このようにして配
向処理を施した一対の基板１と４をそのラビング方向が
互いに直交するように対向させて所定の間隙を保ち、シ
ールする。その後、正の誘導異方性をもつネマチック液
晶あるいはこれに光学活性材料を添加した混合液晶７を
注入して液晶セルを作る。

その後、一方の基板１の外側には、直線偏向板８をその
偏向軸が基板１のラビング方向と平行になるように貼り
合せ、もう一方の基板４の外側には、直線偏向板９をそ
の偏向軸が基板４のラビング方向と平行あるいは直交す
るように貼り合せて、ポジ表示あるいはネガ表示のＴＮ
型液晶表示装置を完成させる。

このようにして完成した液晶表示装置の電極２と電極５
に交流電圧を印加して、その光学特性を測定した結果を
第２図および第３図に示す。

第２図は本発明の液晶表示装置の印加電圧に対する透過
光量の特性Ａを従来の液晶表示装置の特性Ｂと比較して
示したものであり、第３図は印加電圧の実効値を一定と
して、その交流電圧の周波数に対する透過光量の変化を
従来のものの特性Ｂと本発明の装置の特性Ａを比較して
示したものである。これらの図から明らかなように、本
発明の液晶表示装置の特性Ａは、従来のものに比べて急
峻な闇値特性を示し、かつ、実効値応答性の優れた特性
が得られることが判る。

発明の詳細 な説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、液
晶配向膜として低温溶液重合法により重縮合反応させて
得たポリアミック酸の被膜を用いたことにより、闇値特
性の急峻性と周波数特性が改善され、このため高デユー
ティ−駆動でも高コントラストでクロストークが軽減さ
れた高品位の表示が可能となった。さらに、配向膜の形
成は低い温度で成膜できるので、除熱および徐冷工程を
必要とせず、このため、製造コストが大幅に低減できる
一方、用いる基板材料に制約がなく、有機系カラーフィ
ルターを採用したカラー表示あるいはプラスチック基板
を用いた超薄型、軽量の表示装置が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置の一実施例の構成を模式
的に示す断面図、第２図は本発明の液晶表示装置の印加
電圧に対する透過光量の特性へを従来のものの特性Ｂと
比較して示したグラフ、第３図は印加電圧の実効値を一
定として交流電圧の周波数に対する透過光量の変化の特
性を本発明のものＡと従来のものＢとを比較して示した
グラフである。 １．４・・・・・・透明基板、２．５・・・・・・透明
電極、３・・・・・・液晶配向膜、６・・・・・・シー
ル剤、７・旧・・液晶材料、８．９・・・・・・偏向板
、Ａ・・・・・・本発明の特性、Ｂ・・・・・・従来の
特性。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶を挾持する一対の透明な電極基板の電極表面
   に液晶配向膜を設け、この液晶配向膜の表面を一定方向
   にラビングする液晶表示装置であって、前記液晶配向膜
   として、エーテル基で結合されたベンゼン環骨格を有す
   るジアミン酸成分と、飽和脂肪環を有するテトラカルボ
   ン酸またはその無水物を、低温溶液重合法により重縮合
   反応させて得たポリアミック酸の被膜を用いたことを特
   徴とする液晶表示装置。
2. （２）カルビトール０〜１００重量部、Ｎ−メチル−２
   −ピロリドン０〜４０重量部、およびシクロヘキサノー
   ル５〜１０重量部からなる混合溶媒に溶解させた濃度２
   〜２０重量％のポリアミック酸溶液を塗布し、乾燥させ
   ることによってポリアミック酸の樹脂被膜を得ることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の液晶表示装
   置。