JPH03208018A

JPH03208018A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH03208018A
Application number: JP148390A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kinoshita; 木下　喜宏; Tomiaki Yamamoto; 山本　富章; Kiyoshi Shobara; 潔庄原; Hitoshi Hado; 羽藤　仁; Shoichi Matsumoto; 正一松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-01-10
Filing date: 1990-01-10
Publication date: 1991-09-11
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JP2799022B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は液晶表示素子に関し、特に電界効果複屈折制御
形の液晶表示素子に関する。

（従来の技術）負の誘電異方性を有する液晶組成物を用いた液晶表示素
子として、電界効果複屈折制御（ＥＣＢ）形や二色性色
素を混合したゲスト・ホスト形の液晶表示素子がある。

一般に、ＥＣＢ形液晶表示素子では、電圧無印加状態で
は、液晶分子の長軸方向が基板表面に対して垂直に配列
（垂直配向）しており、液晶のしきい値以上の電圧が印
加されると、液晶分子は長軸方向が電界方向と直交する
よう回転し、液晶表示素子のみかけの複屈折率が変化す
る。そして、この複屈折率の変化を利用して表示を行な
うものである。

ところで、電圧印加状態での液晶分子の回転方向が一定
方向でないと均一な表示性能を得られない。このため、
電圧無印加時においても、予め一定方向に微小に傾斜（
チルト）した垂直配向、即ち液晶分子の長軸方向が基板
法線に対して一定方向に微小な角度で傾斜した配向が必
要である。

この液晶分子の長軸方向と基板法線とのなす角（チルト
角）は液晶表示素子の表示性と密接な関係があり、高い
表示コントラストを得るためにはチルト角が２度未満で
あることが望ましい。なお、電極画素のエツヂ部では電
圧印加時の電界方向が基板法線と一致しないため、チル
ト角があまりにも小さ過ぎる（例えば０．１度）と、部
分的に液晶分子のチルト効果を打ち消す領域が発生し、
そのため画素内に配向欠陥線を生じ視認性が損なわれる
。

液晶分子の微小チルト垂直配向を得る方法としては、シ
ラン系界面活性剤や一塩基性カルボン酸多核金属錯体な
どの垂直配向処理剤を適当な溶媒に溶かし込んだ垂直配
向処理剤溶液を、浸漬法、スビンナー塗布法、スプレー
法等により基板表面に塗布した後、加熱処理を行うこと
によって垂直配向層を形成し、更に液晶分子の配尚の方
向付け、即ちチルト角を与えるために綿布等により垂直
配向層の表面を一定方向に擦るラビング法がある。

しかし、発明者らの多くの実験によると、基板を垂直配
向処理した後ラビング処理するという方法によって得ら
れた配向膜は、チルト角が安定して得られず、表示面積
の大きなものの場合、場所によってチルト角が異なり、
表示のむらが発生し、微小チルト垂直配向膜としては適
当では無いことが明らかになった。また、基板表面の性
質が電極がある部分と電極がない部分とで異なるため、
垂直配向処理剤の付着ムラなどが生じ易く、配向が不均
一となり、その結果均一な表示が得られない。

この傾向は配向処理面積が大きくなるほど顕著となる。

また微小チルト垂直配向を得る他の方法としては、例え
ばポリイミド系高分子被膜や二酸化ケイ素被膜を基板表
面に形成し、これらの被膜表面をラビング処理した後に
シラン系界面活性剤で垂直配向処理することが、例えば
特開昭５６−１６７１２３号公報、特開昭５７−１９５
２２０号公報に開示されている。

しかし、これらの方法では、垂直配向処理前に予め被膜
表面をラビング処理するために被膜表面が汚染され易く
、垂直配向処理剤の付着ムラが生じ易く、均一な配向が
得られ難いという問題があった。

さらにこの場合、液晶表示素子を構成した場合の印加電
圧の損失や、液晶分子の応答速度を考慮すると、その膜
厚は５００〜５００００　Ａが望ましい。

被膜として、例えばポリイミド系やエポキシ系などの合
成樹脂を用いた場合、これらの被膜は比較的柔らかく絶
縁性に乏しいため、対向する電極同士が液晶表示素子内
に存在する導電性異物により短絡することがある。

一方、被膜として、例えば二酸化ケイ素やアルミナ等の
比較的硬い膜を用いると、垂直配向処理剤の付着の均一
性は十分なものの、その硬度が高いためラビング処理を
施しても十分なチルト角が得られず問題となる。これは
、Ｘ−Ｙマトリクス形液晶表示素子を構成した場合、電
圧印加時に画素内に生じる配向欠陥線を境とした液晶分
子の傾斜方向の違いにより、微小領域で視角方向が異な
り、ざらついたような（ざらつき）表示となり視認性が
損なわれ、大きな問題となる。

（発明が解決しようとする課題）従来の配向処理技術では、微小チルト垂直配向を大きな
面積で実現することはできず表示むらが発生し、また基
板上に所定形状の透明電極が形成されている場合には、
透明電極のある場所とない場所とでチルト角が異なり、
さらに問題となる。

また対向電極基板の間で、導電性異物により短絡が生じ
易いという問題がある。

さらに、比較的硬い膜を設けた場合には、短絡が生じ難
い反面、十分なチルト角が均一に得られず、表示のざら
つきが発生し、表示品位が著しく低下し、問題となる。

そこで本発明は、大きな面積で、また基板上に所定形状
の電極がある場合にも、均一な微小チルト角を実現し、
これにより、大面積でも均一で良好な表示が得られる液
晶表示素子を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の液晶表示素子は、電極及び垂直配向層を形成し
た少なくとも２枚の基板を、前記垂直配向層が対向する
ように配置した間に、負の誘電異方性を有する液晶組成
物を挟持してなり、液晶分子の長軸方向が前記基板の法
線に対して一定方向に微小角度傾斜させた液晶表示素子
において、前記基板の少なくとも一方は前記垂直配向層
の下地として、鉛筆硬度が５Ｈ以上である絶縁性透明被
膜を有し、また前記基板の少なくとも他方は前記垂直配
向層の下地として、鉛筆硬度が４Ｈ以下である絶縁性透
明被膜を有し、前記基板のいずれにおいても前記垂直配
向層の表面がラビング処理されていることを特徴とする
液晶表示素子である。

（作　用）本発明では、対向する電極基板表面に形成された鉛筆硬
度が５Ｈ以上である絶縁性透明被膜は、対向する電極基
板間での短絡を防止する機能を持つ。また、鉛筆硬度が
４Ｈ以下と柔らかい絶縁性透明被膜は、液晶表示素子の
表示性能を左右するチルト角を制御するためのもので、
所望の微小チルト角を再現性良く、しかも大面積で均一
に得る機能を持つ。

鉛革硬度が５Ｈ以上の絶縁性透明被膜は硬い膜が良く、
例えば二酸化ケイ素やアルミナ等の無機膜だけでなく、
硬度およびその上に形成される垂直配向層あるいは鉛筆
硬度が４Ｈ以下の絶縁性透明被膜との相性が十分であれ
ば有機膜でも良い。

絶縁性が十分なものであれば対向する２枚の基板双方に
設ける必要は無く、どちらか一方の基板に形成すれば良
い。

また、鉛軍硬度が４Ｈ以下の絶縁性透明被膜は柔らかい
膜が良く、この膜の上に形成される垂直配向層表面をラ
ビング処理する際に、膜が効率良く均一に変形すること
で、微小チルト角を再現性良く、しかも大面積で均一に
実現できる。この絶縁性透明被膜としては、有機ポリマ
ーや無機物と有機物のコポリマー、或いは無機物のなか
から、透明性、絶縁性、液晶に対する安定性やその上に
形成される垂直配向層との相性によって選択される。

さらに、２枚の基板の垂直配向層の直下の下地として一
方を鉛筆硬度が５Ｈ以上の絶縁性透明被膜、他方を鉛筆
硬度が４Ｈ以下の絶縁性透明被膜とすることにより、液
晶表示素子としてのチルト角は、それぞれの絶縁性透明
被膜のみの場合の中間程度の値となり、より所望の微小
チルト角が再現性良く、しかも大面積で均一に実現でき
る。これにより、大面積でも均一で良好な表示が得られ
る液晶表示素子が実現できる。

このようにして本発明によれば、所望の微小チルト角が
再現性良く、しかも大面積で均一に実現できることに加
えて、対向電極間の短絡が防止でき、さらに良好な表示
性と品質の液晶表示素子が実現できる。

（実施例）（実施例１）第１図は、本発明の一実施例であるＸ−Ｙマトリクス形
の液晶表示素子の断面図を示す。

液晶表示素子１において、透明ガラスでできた２枚の基
板２，３が対向配置され、各基板２，３の表面には夫々
透明電極４．５が形成されている。

これら透明電極４，５が形成された基板２，３の表面に
は、第一の絶縁性透明被膜透明被膜６，７、第二の絶縁
性透明被膜８，９が順次形成され、更にその表面には垂
直配向層１０．１１が形成され、垂直配向層１０．１１
は表面が矢印の方向にラビング処理されている。そして
基板２．３間に液晶組成物１２が垂直配向層１０．１１
に接して挟持され、基板２，３の外側には偏光板１５．
１６が配置されて、液晶表示素子１が形成されている。

なお、１３は間隙材、１４は基板２，３を貼り合せる接
着剤である。

この液晶表示素子１は次の様にして製造された。

まず外形が２００＋＋＋ｍ　Ｘ　２００問の基板２．３
の表面にＩＴＯ　（インジウム・錫酸化物）膜を形威し
、これをエッチングして複数本の帯状の透明電極４，５
を形成した。次に電極４，５を形成した基板２，３の表
面に、被膜形成後にＳｉｎ”を主成分とした被膜が形成
される溶液ＮＨＣ　（日産化学（株）製）を印刷法によ
って塗布し、空気中で３５０℃，３０分焼成して鉛筆硬
度が８Ｈの第一の絶縁性透明被膜６．７を形成した。

２次に被膜形成後にＳｉＯ　　，ＺｒＯ２を主成分とした
被膜が形成される溶液ＺＱ−２（触媒化成工業（株）製）を印刷法によって塗布し、空
気中で２００℃，３０分焼成して鉛筆硬度が３Ｈの第二
の絶縁性透明被膜８，９を形成した。

次に透明被膜８，９の表面に、浸漬法によりオクタデシ
ルトリエトキシシランを塗布した後、窒素雰囲気中で１
５０℃，３０分間乾燥させて垂直配向層１０．１１を形
成した。

この後、垂直配向層１０．１１の表面を綿布で一定方向
にラビング処理した後、基板２の垂直配向層１０の表面
に間隙材１３として粒径１０μｍのプラスチックビーズ
を均一に散布した。また、基板３の垂直配向層１１の表
面には接着剤１４としてエボキシ系接着剤を印刷した。

次に垂直配向層１０．１１が対向し、またそれぞれのラ
ビング方向が図中矢印で示したように１８０度となるよ
う基板２，３を配置し、加熱して接着剤を硬化させ基板
２，３を貼り合せた。次に通常の方法により注入口（図
示せず）より液晶組成物１２としてＥＮ−１８（チッソ
製）を注入し、さらにこの後注入口を紫外線硬化性樹脂
で封止した。この後、基板２，３の外側に偏光板１５．
１６をそれぞれの偏光軸が９０度、かつラビング方向と
４５度となるように配置して、液晶表示素子１を作製し
た。

以上の様にして作製された液晶表示素子１では、表示面
全面にわたって液晶分子の傾斜方向が０，３°〜０．４
’　と小さく一定であり、したがって液晶表示素子全面
にわたって高コントラストで、ざらつきその他の欠陥の
無い、均一で良好な表示と同時に、Ｘ−Ｙショートの無
い高い品質の均一で良好な表示の液晶表示素子が得られ
た。

（実施例２）実施例１において、第２図に示すように、基板２で第二
の絶縁性透明被膜８を形成せずに、その他は実施例１と
同様の条件で液晶表示素子を作製した。

実施例１と同様に均一で良好な表示の液晶表示素子が得
られた。また、液晶表示素子としてのチルト角は、０．
２’〜０．３ａであった。

（実施例３）実施例１において、垂直配向層１０．１１を、一塩基性
クロム錯体溶液ＦＣ−８０５　（住友スリーエム社製）
による垂直配向層に変えて、実施例１と同様にして液晶
表示素子を作製した。

実施例１と同様に均一で良好な表示の液晶表示素子が得
られた。

（実施例４）実施例１において、第一の絶縁性透明被膜６，７を、ス
パッタリングにより６００Ａの膜厚に形成した鉛筆硬度
９Ｈのアルミナ膜に変えて、実施例１と同様にして液晶
表示素子を作製した。

（実施例５）実施例１において、第３図に示すように、基板２では第
一の絶縁性透明披膜６をスパッタリングにより形成した
膜厚８００Ａのアルミナ膜（鉛筆硬度９Ｈ）とし、第二
の絶縁性透明被膜８は形成しなかった。また基板３では
第一の絶縁性透明被膜７を形成せず、実施例１と同様に
して第二の絶縁性透明被膜９を形成した。他は実施例１
と同様にして液晶表示素子を作製した。

（比較例１）実施例１において、第一の絶縁性透明被膜６．７および
第二の絶縁性透明被膜８，９を形成せずに、実施例１と
同様にして液晶表示素子を作製した。

液晶分子の傾斜方向，傾斜角度が一定でなく、また、透
明電極のある場所とない場所でチルト角大きく異なり、
むらのある表示であった。

（比較例２）実施例１において、第二の絶縁性透明被膜８．９を形成
せずに、第一の絶縁性透明被膜６，７の上に垂直配向層
を形成し、実施例１と同様にして液晶表示素子を作製し
た。

液晶分子の傾斜方向は一定ではあったものの、チルト角
が０，１度位しか無くざらついた表示であった。

［発明の効果］本発明の液晶表示素子によれば、大きな面積で、また、
基板上に所定形状の電極がある場合にも、均一な微小チ
ルト角を実現し、これにより、大面積でも均一で良好な
表示が得られる液晶表示素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶表示素子の概略断面図
、第２図は本発明の他の実施例の液晶表示素子の概略断
面図、第３図は本発明の更に他の実施例の液晶表示素子
の概略断面図ある。１・・・液晶表示素子２．３・・・ガラス基板４，５・・・透明電極６，７・・・第一の絶縁性透明被膜９・・・第二の絶縁性透明被膜０．１１・・・垂直配向層２・・・液晶組成物３・・・間隙材４・・・接着剤５，１６・・・偏光板

Claims

【特許請求の範囲】電極及び垂直配向層を形成した少なくとも２枚の基板を
、前記垂直配向層が対向するように配置した間に、負の
誘電異方性を有する液晶組成物を挟持してなり、液晶分
子の長軸方向が前記基板の法線に対して一定方向に微小
角度傾斜させた液晶表示素子において、前記基板の少なくとも一方は前記垂直配向層の下地とし
て、鉛筆硬度が５Ｈ以上である絶縁性透明被膜を有し、
また前記基板の少なくとも他方は前記垂直配向層の下地
として、鉛筆硬度が４Ｈ以下である絶縁性透明被膜を有
し、前記基板のいずれにおいても前記垂直配向層の表面
がラビング処理されていることを特徴とする液晶表示素
子。