JPH03174118A - 液晶表示素子およびその製造方法 - 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〉 この発明はＴＶや一般ＯＡ機器用の液晶表示装置等に使
用される液晶表示素子と、その製造方法に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 従来の液晶表示素子は、数μｍの間隔に固定した一対の
透明電極間に液晶材料を注入することによって形成され
ていた。しかしながら、上記構成では、大面積のデイス
プレィの作成が困難であり、また液晶を封入した一対の
ガラス基板には、それぞれ、偏光軸が互いに直交した偏
光板を取付ける必要があるため、画面の明るさ、視野角
等が不充分であった。

そこで近時、マトリクス高分子と液晶材料とを溶剤中に
溶解した溶液を透明電極上に流延塗布し、乾燥させて高
分子／液晶複合膜を形成した後、この複合膜上に透明電
極を重ね合わせた液晶表示素子か提案された［Ｐｏ１ｙ
ＩＩｅｒ　Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ、Ｊａｐａｎ　Ｖｏ１３
７、　　Ｎｏ、８．　　Ｐ２４５０　　（１９８８）コ
　。

上記液晶表示素子においては、複合膜が、スポンジ構造
になったマトリクス高分子の孔を液晶で充填した構造を
有しており、無電圧時には、孔内の成品分子がランダム
な状態にあるため、入道光が散乱されて、複合膜は不透
明な状態になっている。そして、複合膜を挾んだ一対の
透明電極間に電圧が印加されると、Δε〉Ｏ［但し、Δ
εは誘電率異方性であって、式：Δε−ε１−ε、で表
される（なお、ε、は分子軸方向の誘電率、ε。

は分子軸に対して直交方向の誘電率を示す）コのとき、
電気光学効果によって液晶分子が電場方向に配向して、
入射光が散乱されずに複合膜を通過てきるようになり、
複合膜か透明な状態に転換する。

上記構成からなる液晶表示素子においては、マトリクス
高分子と液晶材料とを含有する溶液を塗布、乾燥させる
だけで、上述した電気光学効果を有する複合膜を形成し
得るため、液晶表示素子の大面積化が容易である。しか
も、マトリクス高分子の選択により、複合膜に可撓性を
付与できる上、表面に透明導電膜を形成する等して導電
性を付与した可撓性の透明フィルム等を、透明電極とし
て使用できるため、液晶表示素子への可撓性の付与が可
能になるという利点がある。

なお、これに類似した液晶表示素子として、クリック（
Ｔａｌｉｑ　）社が製造するｒＮＣＡＰ液晶」が市販さ
れている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記構成からなる液晶表示素子は、印加電圧
に対する液晶の応答性が悪いため、応答速度が遅い、透
過率の変化量が小さい等の問題かあり、高精細度、高速
応答性が要求されるマトリクス駆動型の成品素子に採用
することが困難である。また、十分な透過率の変化量を
得ようとすると、駆動電圧を高圧化しなければならず、
周辺機器等の高耐圧化が必要になるという問題がある。

この発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって
、マトリクス高分子と液晶とからなる複合膜を備え、し
かも、印加電圧に対する応答性が高い液晶表示素子と、
この液晶表示素子を製造する方法を提供することを目的
としている。

く課題を解決するための手段および作用〉上記課題を解
決するため、本発明者らは、高分子／液晶複合膜中に残
存する液体成分の量と、液晶の印加電圧に対する応答性
との関係について検討した。すなわち、従来の複合膜に
おいては、塗膜形成時の乾燥時間が長い程、液晶の応答
性が悪くなって、駆動に必要な電圧が高くなる傾向があ
り、原因を調査したところ、塗布液に使用した溶媒の、
複合膜中への残存量が多い程、液晶の応答性が高くなる
ことか判明した。この原因については明らかでないが、
一般に、液晶の表示性能のうち、応答速度は、液晶材料
の粘度に依存することが知られており、複合膜中に残存
する溶媒が、膜中の液晶相の粘度を下げることが原因の
１っであろうと推測される。しかし、上記溶媒は、元来
、形成後の膜中に残存しないことを前提とした低沸点の
液体であるため、膜形成時の乾燥時間を短くして、溶媒
をより多く膜中に残存させるようにしても、上記溶媒は
、使用時に複合膜中から徐々に気化して、最終的に膜中
から失われてしまうため、長期間の使用によって、経時
的に液晶の応答性が悪化するという問題があった。

そこで、本発明者らは、さらに検討を行い、複合膜の形
成時や使用時に、膜中から気化して失われる量の少ない
高沸点液体を膜中に含有させれば、長期間の使用によっ
ても液晶の応答性が悪化しないことを見出し、この知見
に基づいて、この発明を完成した。したがって、この発
明の液晶表示素子は、複合膜が、常圧において１５０℃
以上の沸点を有する高沸点液体を、液晶に対して１〜３
０重量％の割合で含有することを特徴としている。

この発明の液晶表示素子において複合膜中に含有される
液晶としては、通常の液晶表示素子に用いられるＴ　Ｎ
　（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）系等のネマティ
ック液晶か好適に使用される。また、液晶材料としては
、特に限定されないが、誘電率異方性Δεか大きいもの
を使用するのが、良好な特性を得るうえで好ましい。

上記液晶と共に複合膜を構成するマトリクス高分子とし
ては、可視光に対する透明性が高いものが好ましく、例
えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）に代表され
るアクリル樹脂（アクリル系、メタクリル系）が好適に
使用される。

また、上記マトリクス高分子には、複合膜の透明電極へ
の密着性を向上して、透明電極と複合膜との位置ずれや
剥離を防止し、液晶表示素子のフレキシブル化、大面積
化をさらに容易にするため、接着性高分子または粘着性
高分子を併用することもてきる。上記接着性高分子、粘
着性高分子としては、マトリクス高分子との相溶性に優
れたものを使用することが好ましく、例えば、マトリク
ス高分子として前記アクリル樹脂を使用する場合には、
アクリル系またはメタクリル系の類似の接着性高分子、
粘着性高分子か好適に使用される。しかし、作製上の条
件を満たす限りは、どのような材質あるいはどのような
組み合わせのものでも採用可能であり、要は、目的とす
る液晶表示素子の性能から判断して選択されるべきであ
る。

上記液晶とマトリクス高分子とからなる複合膜中に含有
される高沸点液体は、常圧における沸点が１５０℃以上
である必要があり、特に３００℃以上であることが好ま
しい。高沸点肢体の沸点が１５０℃未満では、使用時に
複合膜中から徐々に気化してしまい、長期間の使用によ
って、液晶の応答性が悪化することが避けられないから
である。

なお、上記高沸点液体は、使用環境にもよるが、−３０
−０℃程度まで凍結しないものであることが好ましい。

上記条件を満たす高沸点液体としては、種々のものか考
えられるが、高分子用として一般に使用されている各種
の可塑剤か、マトリクス高分子や液晶に悪影響を与えず
、しかも、入手の容易さ、価格等の点で有利であるため
、好適に使用される。

一方、アルコール類、アルデヒド類、アミン類、強酸、
強アルカリ等は、種類にもよるか、上記マトリクス高分
子や液晶に悪影響を与え、しかも安定性が悪いため、好
ましくない。

なお、上記高沸点液体は、液晶相の粘度を下げ、液晶の
応答性を高めるという、この発明の目的上、複合膜中に
おいて、スポンジ構造のマトリクス高分子よりも、液晶
相中に、より多く含有されていることが好ましい。また
、スポンジ構造のマトリクス高分子中に、上記可塑剤等
の高沸点液体が多く含有されていると、複合膜の強度が
低下するため、この観点からも、上記高沸点液体は、液
晶相中に、より多く含有されていることが好ましい。

上記のように、スポンジ構造のマトリクス高分子よりも
、液晶相中に、より多くの高沸点液体を含有させるため
には、高沸点液体として、マトリクス高分子よりも、液
晶との相溶性に優れたものを使用すれば良い。例えば、
マトリクス高分子としてアクリル樹脂を使用し、液晶と
して、前記ＴＮ系のネマティック液晶を使用する場合に
は、アクリル樹脂との混和性があまり良くなく、ネマテ
ィック液晶との相溶性に優れたジ−２−エチルヘキシル
フタレート、ジイソデシルフタレート、ジ−２−エチル
ヘキシルアゼレート等の可塑剤を、高沸点液体として、
単独で、または２種以上混合して使用すれば良い。

上記高沸点液体の、複合膜中における含有量は、液晶の
含有量に対して、１〜３０重量％の範囲内である必要が
あり、特に上記範囲中でも１０重量％前後であることが
好ましい。

高沸点液体の液晶に対する含有量が１重量％未満では、
印加電圧に対する液晶の応答性を向上させることができ
ず、逆に３０重量％を越えると、却って、液晶の応答性
が低下してしまう上、無電圧時の液晶の白濁の度合い（
光散乱の度合い）が低下して、はっきりした表示を行え
なくなる。上記応答性の低下や白濁の度合いの低下は、
高沸点肢体によって液晶が必要以上に希釈されてしまう
ことが主たる原因であると考えられる。

なお、上記複合膜には、液晶表示素子をカラー表示タイ
プにするため、従来公知の各種染料を配合することもて
きる。

また、複合膜の膜厚は、光散乱方式の液晶表示素子とす
るために、可視光の波長以上である必要かある。たたし
、あまりに厚さが大なるときは、素子の駆動電圧が高く
なりすぎるという問題があるため、実際上は２０〜３０
μｍ程度であるのが適当である。

上記各成分からなる複合膜を挾着する一対の透明電極と
しては、ガラス、プラスチックフィルム［例えばポリエ
チレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルホ
ン（ＰＥＳ）］等の透明支持体の表面に、ＩＴＯ（イン
ジウム・チン・オキサイド）や５ｎ０２等の導電膜を蒸
着やスパッタリング等で形成したものが挙げられる他、
通常の液晶パネルに用いられる透明導電ガラスやフィル
ムも使用可能である。

この発明の液晶表示素子を製造する方法としては、塗布
液として、常圧における沸点が１５０℃未満の低沸点溶
媒中に、常圧における沸点が１５０℃以上の高沸点液体
とマトリクス高分子と液晶材料とを配合したものを使用
すると共に、この塗布液の乾燥、固化を、上記高沸点液
体の沸点よりも低い温度で行う、この発明の製造方法に
よれば、製造工程を増加させることなく、従来とほぼ同
じ工程により、印加電圧に対する液晶の応答性に優れた
、この発明の液晶表示素子を製造てきるという利点があ
る。

すなわち、この発明の製造方法においては、方の透明電
極上に上記塗布液を塗布し、乾燥、固化させて複合膜を
形成した後、この複合膜の上に他方の透明電極を重ね合
わせて熱処理等を行えば、余分な工程を経ずに、従来よ
りも印加電圧に対する液晶の応答性に優れた、この発明
の液晶表示素子を製造できるのである。

上記塗布液に使用される低沸点溶媒としては、溶解或い
は分散されるマトリクス高分子、液晶材料、および高沸
点液体の種類に応じて、沸点が１５０℃未満の従来公知
の各種溶媒の中から、適当な溶媒を選択して使用するこ
とができる。

なお、上記低沸点溶媒としては、できるだけ沸点か低く
、気化しやすいもの（蒸気圧の高いもの）か好ましく用
いられる。なぜなら、低沸点溶媒が気化し難く、透明電
極上に塗布液が塗布されてから乾燥、固化するまでに長
時間を要すると、マトリクス高分子のスポンジ構造中に
液晶相が分散された構造をうまく形成することができな
いからである。

なお、上記低沸点溶媒中への前記各成分の配合割合は、
この発明では特に限定されず、塗布液を透明電極上に塗
布するコート方法の種類や、形成される複合膜の膜厚等
に応じて、適宜の範囲を選択することができる。

上記塗布液を透明電極上に塗布する方法としては、バー
コード法、スプレーコート法、ローラコート法、フロー
コート法等の、従来公知のコート方法を適用することが
できる。

次に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。な
お、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではな
い。

〈実施例〉 実施例１ マトリクス高分子としてのポリメチルメタクリレート（
旭化成工業株製、登録商標デルペット）８０重量部と、
粘着性高分子（アクリル系、帝国化学側製）２０重量部
との混合物と、液晶材料（メルクジャパン社製、型番Ｅ
６３）とを、液晶材料：高分子混合物−６：４（重量比
）の割合で、全体の溶質濃度が１５重量％となるように
、低沸点溶媒としてのジクロロメタン中に溶解した。次
に、この溶液中に、高沸点液体としてのジ−２エチルへ
キシルアゼレート（ＤＯＺ）を、液晶材料に対して１０
重量％の割合で配合して、塗布液を作製した。

この塗布液を、透明導電フィルム（ＩＴＯ−ポリエーテ
ルサルホン膜、厚さ１００μｍ）上にバ−コート法で塗
布し、室温で３０分間、次いで８０℃で３０分間乾燥し
て厚み３０μｍの複合膜を得た。

そして、この複合膜上に前記と同し透明導電フィルムを
重ね合わせ、８０℃で１０分間熱処理して液晶表示素子
を得た。

実施例２ マトリクス高分子としてのポリメチルメタクリレート（
旭化成工業■製、登録商標デルペット）８０重量部と、
粘着性高分子（アクリル系、帝国化学■製）２０重量部
との混合物と、液晶材料（メルクジャパン社製、型番Ｅ
６３）とを、成品材料：高分子混合物−６＝４（重量比
）の割合で、全体の溶質濃度が２０重量％となるように
、低沸点溶媒としてのクロロホルム中に溶解した。次に
、この溶液中に、高沸点液体としてのジイソデシルフタ
レート（ＤＩＤＰ）を、液晶材料に対して１３重量％の
割合で配合して、塗布液を作製した。

この塗布液を、透明導電フィルム（ＩＴＯ−ポリエーテ
ルサルホン膜、厚さ１００μｍ）上にバーコード法で塗
布し、室温で３０分間、次いで７０℃で３０分間乾燥し
て厚み２０μｍの複合膜を得た。

そして、この複合膜上に前記と同し透明導電フィルムを
重ね合わせ、７０℃で１０分間熱処理して液晶表示素子
を得た。

比較例１ 高沸点液体としてのジ−２−エチルへキシルアゼレー）
　（ＤＯＺ）を配合しなかったこと以外は、上記実施例
と同様にして塗布液を作製した。

そして、この塗布液を、透明導電フィルム（ＩＴＯ−ポ
リエーテルサルホン膜、厚さ１００μｍ）上にバーコー
ド法で塗布し、室温で３０分間乾燥して厚み３０μｍの
複合膜を得、この複合膜上に前記と同じ透明導電フィル
ムを重ね合わせたのち、８０℃で１０分間熱処理して液
晶表示素子を得た。

電気光学応答性試験 作製した液晶表示素子を分光光度計（島津製作所製、型
番ＵＶ−１６０）にセットした状態で、両透明電極間に
６０Ｈｚの正弦波交流電圧を印加して、各種波長の光の
透過率と印加電圧との関係を測定した。実施例１の結果
を第１図、実施例２の結果を第２図、そして、比較例１
の結果を第３図に示す。

なお、各図において、透過率（％）は２枚の透明導電フ
ィルム自身の光吸収を補正した値を示し、電圧（Ｖ）は
両電極間の実効電圧を示している。

また、両図中における各符号は、それぞれ、下記波長の
光のデータに相当する。

−Ｏ−ニア００ｎｍ −・−：６００ｎｍ −△　−：５００ｎｓ −ムー：４００ｎｓ 第３図の結果より、比較例の液晶表示素子においては、
印加電圧に対する透過率の変化が緩慢で、透過率を高め
るために高電圧を必要とした。また、各波長による透過
率の差が大きく、特に短波長側の光の透過率の変化量が
不充分で、９０Ｖまての印加電圧ては十分な透過率が得
られなかった。

これに対し、第１図の結果より、実施例１の液晶表示素
子においては、印加電圧に対する透過率の変化か急峻て
、しかも、波長による透過率の差が小さく、３０Ｖの印
加電圧で、可視光の全領域の透過率を１００％にするこ
とができた。

また、第２図の結果より、実施例２の液晶表示素子にお
いては、印加電圧に対する透過率の変化がさらに急峻で
、２０Ｖの印加電圧で、波長４００ｎ１１の光以外の光
の透過率を１００％にすることができた。

実施例３ 高沸点液体としてのジ−２−エチルヘキシルアゼレート
（ＤＯＺ）を、液晶材料に対して１重量％の割合で配合
したこと以外は、前記実施例１と同様にして、液晶表示
素子を得た。この液晶表示素子の電気光学応答性を、前
記試験方法で測定したところ、２７０ｖの印加電圧で、
はぼ十分な透過率が得られた。

実施例４ 高沸点液体としてのジ−２−エチルヘキシルアゼレート
（ＤＯＺ）を、液晶材料に対して３０重量％の割合で配
合したこと以外は、前記実施例１と同様にして、液晶表
示素子を得た。・この液晶表示素子の電気光学応答性を
、前記試験方法で測定したところ、実施例１の測定結果
とほぼ同じてあったが、印加電圧５Ｖ以下の領域では、
実施例１の測定結果よりもわずかに透過率か向上した。

比較例２ 高沸点液体としてのジ−２−エチルヘキシルアゼレート
（ＤＯＺ）を、液晶材料に対して５０重量％の割合で配
合したこと以外は、前記実施例１と同様にして、液晶表
示素子を得た。この液晶表示素子の電気光学応答性を、
前記試験方法で測定したところ、素子は、印加電圧に対
して全く応答せず、透過率が変化しなかった。

比較例３ 高沸点液体としてのジ−２−エチルヘキシルアゼレート
（ＤＯＺ）を、液晶材料に対して０．　１重量％の割合
で配合したこと以外は、前記実施例１と同様にして、液
晶表示素子を得た。この液晶表示素子の電気光学応答性
を、前記試験方法で測定したところ、ジ−２−エチルヘ
キシルアゼレート（ＤＯＺ）を添加していない比較例１
の測定結果と有意な差は認められなかった。

〈発明の効果〉 この発明の液晶表示素子は、以上のように構成されてい
るため、大面積化が容易で、しかも、可撓性の付与か可
能であると共に、印加電圧に対する液晶の応答性が良く
、応答速度が速い上、透過率の変化量か大きい。したが
って、この発明の液晶表示素子は、高精度、高速応答性
が要求されるマトリクス駆動型の液晶素子に採用するこ
とか可能で、上記マトリクス駆動型の液晶素子を、より
高精度化、高画素化し得るものとなる。

また、この発明の液晶表示素子の製造方法によれば、従
来とほとんど同じ工程により、この発明の液晶表示素子
を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の液晶表示素子における印加電圧と透
過率との関係を示すグラフ、第２図は実施例２の液晶表
示素子における印加電圧と透過率との関係を示すグラフ
、 第３図は比較例１の液晶 表示素子における印加電圧と透過率との関係を示すグラ
フである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マトリクス高分子と液晶とからなる複合膜を一対の
   透明電極で挾着した液晶表示素子において、上記複合膜
   が、常圧において１５０℃以上の沸点を有する高沸点液
   体を、液晶に対して１〜３０重量％の割合で含有するこ
   とを特徴とする液晶表示素子。 ２、液晶がネマティック液晶であり、マトリクス高分子
   がアクリル樹脂であると共に、高沸点液体が、ジ−２−
   エチルヘキシルフタレート、ジイソデシルフタレート、
   ジ−２−エチルヘキシルアゼレートからなる群より選ば
   れた少なくとも１種である請求項１記載の液晶表示素子
   。 ３、常圧における沸点が１５０℃未満の低沸点溶媒中に
   マトリクス高分子と液晶材料とを溶解または分散させた
   塗布液を、一対の透明電極のうちの一方の表面に塗布し
   、乾燥、固化させて複合膜を形成した後、他方の透明電
   極を上記複合膜上に積層して、複合膜が一対の透明電極
   で挾着された液晶表示素子を製造する方法において、上
   記塗布液として、常圧における沸点が１５０℃以上の高
   沸点液体を配合したものを使用すると共に、この塗布液
   の乾燥、固化を、上記高沸点液体の沸点よりも低い温度
   で行なうことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。