JPH0342622A - ドットマトリクス液晶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、液晶表示素子、液晶記憶素子等に用いられる
視認性に優れたドツトマトリクス液晶素子及びその製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

ドツトマトリクス液晶素子の視認性を向上させるために
様々な方法が提案されている。例えば、従来よく知られ
たブラックストライプ方式のほかに、配向膜の表示パタ
ーン部を除く部分をマスク層とし、マスク層部分には配
向機能を持たせず、液晶を配向させるのは配向膜の露出
している表示パターン部のみとした液晶表示素子及びそ
の製造法が提案されている（特開昭６３−１０１８２６
号公報）。しかし、表示パターン部のみに選択的に配向
機能を持たせるためには配向膜にマスク層を印刷する工
程が必要であり、特に高精細化する液晶素子においては
表示部以外のギャップが極めて狭いので高精度の手法が
必要である。配向制御膜及びマスク層を設けることは生
産性に劣り、さらに又ラビング法による配向を必要とし
、かつ液晶素子の温度を液晶が等吉相を示す温度から室
温まで徐冷しなければならず、これらの点からも生産性
に劣っている。

また、液晶材料の配向方法の一つとして電界を利用する
方法が知られている。例えば、■高分子液晶を２枚の電
極間に挟み、１５０°Ｃで６０Ｖ、２ｋＨｚの交流電界
を長時間印加して垂直配向を行う方法（Ｒ，Ｓｉｍｏｎ
ｓ＋　ｅｔ　ａｌ、：　Ｐｏｌｙｍｅｒ＋　２７＋　８
１１　（１９８６））・、■高分子液晶（主鎖型、側鎖
型）を少なくとも一方に絶縁層を設けた電極間で電場を
印加して配向させる方法（特開昭６３−１４４３２４号
公報）、■強誘電性液晶を等吉相になるまで加熱した後
に徐冷を行い、この徐冷中に電界を印加して配向させる
方法（特開昭６３−１２１８１５号公報、特開昭６３−
１５１９２７号公報）、■側鎖型液晶高分子に低分子液
晶を混合し直流電圧を印加して配向させる方法（特開昭
６３−２４３１６５号公報）等がある。

しかし、■の方法では高温加熱及び長時間の交流電界印
加というプロセスが必要で生産性が悪い。

また、強誘電性液晶に対しては液晶分子の誘電率異方性
Δεが正の場合には垂直配向してしまい、負の場合では
水平配向はするがその向きは基板面内でランダムになっ
てしまい強誘電性液晶素子で必要な一軸水平配向は得ら
れない。■の方法もスメクチックＡ相やネマチック相を
とる液晶を垂直配向させる方法である。この方法でも誘
電率異方性Δεが負の液晶であれば液晶を基板に水平に
することはできるがその向きは基板面内でランダムにな
り、−軸水平配向は不可能である。従って強誘電性液晶
は低分子でも高分子でも一軸水平配向できないという問
題がある。■の方法では一軸配向するためには予め基板
にポリマーコート及びラビング処理又は斜方蒸着等の界
面処理が必須であり、電界印加は界面による配向状態の
欠陥を減らすという補助的役割を担っているに過ぎない
。従って従来のラビング処理又は斜方蒸着による配向方
法と同様にプロセスが複雑であり、また等吉相からの徐
冷という過程も必須であるため生産性に問題がある。■
の方法では液晶相−等吉相転移温度以下で混合系の相分
離が発生せずに液晶状態が保存され、さらに常温で配向
状態が変化しないような側鎖型液晶高分子と低分子液晶
の混合比を選ぶ必要があり、任意の液晶を配向させるこ
とはできないなどの問題がある。

また、液晶材料の配向に剪断力を利用する方法が知られ
ている。例えば、強誘電性液晶を２枚の基板間に挟み、
基板を相互にわずかにずらして剪断を印加して水平配向
させる方法（Ｎ、　Ａ、　Ｃ１ａｒｋ。

ｅｔ　ａｌ、：　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、
、　３６．８９９　（１９８０））がある。しかし、こ
の方法では大面積の配向処理が難しく、また剪断を印加
するときの温度制御を例えば等吉相とスメクチックＡ相
との混相を示す温度などに精密に合わせなければならな
いなどの問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、電界変化に対する高速応答性を有する強誘電
性液晶を用い、ドツト表示の視認性が良好で薄型化が可
能な広視野角を有する高コントラストのドツトマトリク
ス液晶素子を提供しようとするものである。

本発明はまた、このようなドツトマトリクス液晶素子を
極めて容易に、配向制御膜を用いず、また精密な温度制
御を要さずに、生産性良く得ることのできる液晶素子の
製造方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意研究を重ね
た結果、従来のような配向制御膜が存在せず、画素部分
の液晶材料を選択的に一軸水平配向したドツトマトリク
ス液晶素子により、その目的が達成されることを見出し
本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、ストライプ状の電極が内側に配設さ
れた一対の可撓性基板で強誘電性液晶材料を挟持してな
る液晶素子において、該電極上に配向制御膜が存在せず
、対向する電極間に挟まれた画素部分の液晶材料が一軸
水平配向しており、画素部分間の液晶材料は略無配向で
あることを特徴とするドツトマトリクス液晶素子を提供
するものである。

また本発明は、ストライプ状の電極が内側に配設された
一対の可撓性基板で強誘電性液晶材料を挟持してなる液
晶素子の対向する電極間に電圧を印加しながら、該液晶
材料が等吉相を示す温度又は等吉相と液晶相との混相を
示す温度よりも低い温度で該液晶素子に曲げ変形を与え
ることにより、対向する電極間に挟まれた画素部分、の
液晶材料を一軸水平配向させることを特徴とするドツト
マトリクス液晶素子の製造方法を提供するものである。

本発明の１′ツトマトリクス液晶素子に用いられる可撓
性基板としては、少なくとも一方が透明であれば特に制
限はなく、プラスチックや薄い可撓性を有するガラスな
どが挙げられる。プラスチックとしては具体的には、例
えばＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレ
フタレート）、ＰＳ（ポリスルホン）、ＰＥＳ　（ポリ
エーテルスルホン）、ＰＣ（ポリカーボネート）などが
挙げられる。可撓性基板を用いることで薄型で広視野角
を有し、軽量で機械的ショックにも強い液晶素子を得る
ことが可能となる。

上記の可撓性基板には予め片面に透明電極が配設されて
いる。透明電極としては、例えば金属、金属酸化物、有
機導電体などの膜が用いられる。

好ましくはＩＴＯ膜、ＮＥＳＡ膜あるいはＡｕ。

Ｃｕ、ＡＩなどの金属薄膜が用いられる。これらの膜は
塗布法、ラミネート法、印刷法、蒸着法等により可撓性
基板上に配設されている。また、本発明ではドツトマト
リクス液晶素子とするため透明電極はエツチング法等に
よりストライプ状に形成されている。

ストライプ状の電極が配設された一対の可撓性基板は、
対向するストライプ状の電極が向かい合い互いに略直交
するように配置され、その間に強誘電性液晶材料が挟持
されている。

本発明のドツトマトリクス液晶素子では電極上に従来の
ようなラビング膜、斜方蒸着膜なとの配向制御膜は存在
しない。すなわち、液晶材料は通常直接電極に接するよ
うに挟持されている。これは、配向制御膜により強誘電
性液晶の特性である双安定性が低下するのを防ぐためで
ある。導電欠陥などの防止のため上下基板の片方又は両
方の電極上にポリイ案ド、エポキシ樹脂等の高分子物質
や５ｉＯｚやＳｉＯ等の無機物質などの絶縁膜を設けて
もよい。この場合、液晶材料は電極上の絶縁膜に接する
ように挟持されている。

上記一対の可撓性基板に挟持される強誘電性液晶材料と
しては、強誘電性液晶相を示す材料であれば特に制限は
ない。例えば、低分子の強誘電性液晶、高分子の強誘電
性液晶又はこれらの組成物よりなる液晶材料、更に低分
子若しくは高分子の非強誘電性の非液晶物質又は低分子
若しくは高分子の非強誘電性の液晶物質と、低分子若し
くは高分子のカイラル性を有する非液晶物質又は低分子
若しくは高分子のカイラル性を有する液晶物質とを、カ
イラルスメクチックＣ相などの強誘電性液晶相を示すよ
うに組み合わせた液晶材料が挙げられる。更に、これら
の液晶材料には多色性色素、熱可塑性樹脂、架橋性樹脂
、電荷移動錯体、微粒子物質などを加えてもよい。強誘
電性液晶材料を用いることで電界変化に対する高速応答
性を有する液晶素子を得ることが可能となる。

第１図（ａ）は本発明のドツトマトリクス液晶素子の一
例の断面図であり、第１図（ｂ）はその平面図である。

但し第１図（ｂ）では可撓性基板は省略している。１は
可撓性基板、２は上側のストライプ状の電極、３は下側
のストライプ状の電極、４は強誘電性液晶材料を示す。

対向する上側のストライプ状の電極２と下側のストライ
プ状の電極３は互いに略直交するように配置されており
、その間に強誘電性液晶材料４が挟持されている。この
とき強誘電性液晶材料４では、対向する電極間に挟まれ
た画素部分５（第１図（ｂ）中斜線で示した部分）が選
択的に一軸水平配向されている。

強誘電性液晶材料をストライプ状の電極が内側に配設さ
れた一対の可撓性基板で挟持する方法としては特に制限
はないが、液晶材料を一方の基板の電極の配設面上に塗
布して液晶材料の塗布膜を形成し、次いで塗布膜上に他
方の基板をストライプ状の電極を内側に、対向するスト
ライプ状の電極が互いに略垂直になるようにうくネート
する方法が好適に用いられる。

次いで、得られた液晶素子の対向する電極間に電圧を印
加しながら液晶素子に曲げ変形を与えて剪断力を加える
ことにより対向する電極間に挟まれた画素部分の液晶材
料を一軸水平配向させる。

このとき、液晶材料が等吉相を示す温度又は等吉相と液
晶相との混相を示す温度よりも低い温度で上記の液晶素
子に曲げ変形を与える。等吉相を示す温度まで液晶材料
を加熱する必要はなく、通常室温でよい。等吉相を示す
温度以上に加熱すると電圧の印加に伴い電極間にクーロ
ン力かはたらき電極間が導通してしまうことがあり、ま
た等吉相では剪断を与えても全く配向しない。

第２図は、対向する電極間に電圧を印加しながら液晶素
子に曲げ変形を与える方法の一例を示ず略示図である。

６は液晶素子、７は曲げ変形用ローラ、８は補助ローラ
である。液晶素子７はライン速度Ｖで一組の曲げ変形用
ローラフの表面にその表裏を交互に密着させながら移動
している。このとき対向する電極間には電圧が印加され
ている。

印加する電圧は直流、交流など任意で、連続的又は間欠
的に印加する。電圧はセル厚に応して電界強度の最大値
が０．１〜１５０　Ｍ　Ｖ　／　ｍとなることが好まし
い。特に好ましくは５〜１００ＭＶ／ｍである。電界強
度の最大値は０．１　Ｍ　Ｖ　／　ｍ未満であると配向
が良好でない場合があり、逆に１５０Ｍ　Ｖ　／　ｍを
超えると液晶材料が絶縁破壊を起こすことがある。この
曲げ変形により対向する電極間に挟まれて電圧が印加さ
れている画素部分の液晶材料が選択的に一軸水平配向さ
れ、液晶材料が対向する電極に挟まれておらず電圧が印
加されてい１ ない画素部分以外の部分は略無配向となる。

第２図では曲げ変形用ローラの数は２本としているが、
１本でも３本以上でもよい。通常は２本又は３本が好適
である。使用する液晶材料、ライン速度等により適宜設
定する。

以上本発明により得られるドツトマトリクス液晶素子で
は、画素部分間は液晶材料が略無配向であるので光学的
に等方向であり、この略無配向の部分は液晶素子を偏光
子間に設置したときにクロスニコル下では黒、パラニコ
ル下では透明となる。

従って、よく知られたブラックストライプと同様にドツ
ト表示の視認性が著しく向上し、高コントラストの表示
が可能になる。しかも従来のように一軸水平配向を規制
する配向制御膜をもたないので強誘電性液晶材料の双安
定性に優れたものとなる。また、カラーフィルタを設け
る場合にカラーフィルタを設置する位置の精度が比較的
必要でない。すなわちカラーフィルタの端が画素部分と
画素部分の間にくればよいので生産性が向上する。

〔実施例〕

実施例１ 電極付可撓性基板として厚み１００μｍ、幅２００ｍｍ
、長さ５０ｍのロール状のＩＴＯ膜電極付ＰＥＳ基板（
住友ベークライト■製、ＦＳＴ−１３５１）を用た。こ
れを２本用意し、それらのＩＴｏ膜電極をエツチング法
によって、１本の基板では幅１．６ｍｍ、電極間ギャッ
プ０．１　ｉｒｒｍの長手方向のストライプ状に形成し
、もう１本の基板では同様の長手方向と直角方向のスト
ライプ状に形成した。次いで一方の基板の電極の配設面
上に、下記の構造及び特性を有する液晶と下記の接着剤
とを重量比４：１で混合した混合物をジクロロメタン１
５重量％溶液にしてダイレクトグラビアコーターによっ
て連続塗布した。

液晶： Ｃ１１，３ 相圭１１４飲 （Ｃｒｙ：結晶相、ＳｍＣ”　　：カイラルスメクチッ
クＣ相、Ｓｍ八へスメクチンクＡ相、Ｉｓｏ　：等吉相
〕 接着剤： Ｕ■硬化型アクリル系接着剤 セメダイン■製 セロメックスーパーＹ８６：１２−１ 得られた液晶膜の溶媒蒸発後の膜厚は２．８μｍであっ
た。続けて金属製及びゴム製のローラ対によりなるラミ
ネータによって何も塗布していない対向基板を液晶股上
に電極の配設面を内側にしてう旦ネートした。

次いで、□幅２００Ｉ１ｍ、長さ４００肛の液晶素子を
切り出し、室温で対向する電極間に交流３５Ｖ、５０Ｈ
ｚを印加しながら第２図のような装置で液晶素子に曲げ
変形を与えた。ここで、一対の曲げ変形用ローラ７は直
径７０ｆｆＩＩｎの金属製、補助ローう６は直径４０　
ｍｍのゴム製のものを用い、ライン速度ｖ　＝　２　ｍ
　７分とした。白く濁った色を呈していた液晶素子は曲
げ変形開始後直ちに透明になり、これをクロスニコル下
で観察すると画素部分の液晶材料が選択的に一軸水平配
向していた。更に、メタルハライドランプでＵＶ光を照
射して接着剤を硬化させたのち、対向する電極間に±５
Ｖの直流電圧を印加してコントラスト比を測定したとこ
ろ、画素部分のコントラスト比はクロスニコル下で１０
５であった。また画素部分間は真黒であり、ドツト表示
の視認性が良好であった。クロスニコル下で素子を回転
して画素部分間の配向度を調べたところ、透過光強度の
最大値と最小値の比は１゜０２以下でありほぼ完全にラ
ンダムであることが明らかになった。更に液晶材料の双
安定性、電界変化に対する闇値性も良好で、パルス高２
０Ｖ、パルス長０．４　ｍ　ｓのダイナミック駆動を行
ったところ、双安定状態でのコントラスト比が５０以上
の文字やパターンを表示できた。

比較例１ 実施例１と同様の基板及び液晶材料を用いた。

上下２本の基板のストライプ状のＩＴＯ膜電極設置面上
に予めポリアミック酸（東し■製、５Ｐ９１０）のピロ
リドン溶液（０，５重量％）を塗布し、１００°Ｃの温
風で塗布膜の溶媒を乾燥させた後、得られた基板を巻き
取ったロールを加熱オーブン中で１８０　’Ｃに加熱し
３時間かけてイミド化を行った。次にこのロールから基
板を繰り出してライン速度５ｍ／分で流しながらラビン
グ用の布をポリイミド膜上に押しつけてラビング処理を
行った。再びラビング後の基板を巻き取ったロールを純
水洗浄したのち、実施例１と同し方法で液晶材料を一方
の基板のポリイミド膜上に塗布し、他方の基板を実施例
１と同様にうξネートした。このときラビングによる配
向性が低下しないように液晶材料には接着剤を加えなか
った。得られた液晶素子を巻き取ったのち、そのロール
をオーブンによって１０９°Ｃまで加熱後直ちに２°Ｃ
／分で冷却した。配向が終了したのは９５°Ｃで、その
後２７ ０°Ｃ／分で室温まで急冷した。

次いで幅２００ｍｍ、長さ４００ｍ＋＋ｎの液晶素子を
切り出し、室温で実施例１と同様にコントラスト比を測
定したところ、画素部分のコントラスト比はクロスニコ
ル下で４２であった。また画素部分間も明るく、液晶分
子が±θ（チルト角）傾いた微小領域が混在し、画素部
分の形が完全に四角形に見えずドツト表示の視認性が悪
くなる原因となった。また、実施例１と同条件でダイナ
ミック駆動したところ双安定状態でのコントラスト比は
１６程度であった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電界変化に対する高速応答性を有する
強誘電性液晶を用いた、ドツト表示の視認性が良好で薄
型化が可能な広視野角を有する高コントラストのドツト
マトリクス液晶素子を得ることができる。また、このよ
うなドツトマトリクス液晶素子を極めて容易に、配向制
御膜を用いず、また精密な温度制御を要さずに、生産性
良く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のドツトマトリクス液晶素子の一
例の断面図であり、第１図（ｂ）はその平面図である。 但し第１図（ｂ）では可撓性基板は省略している。第２
図は、対向する上下電極間に電圧を印加しながら液晶素
子に曲げ変形を与える方法の一例を示す略示図である。 符号の説明 可視性基板 上側のストライプ状の電極 下側のストライプ状の電極 強誘電性液晶材料　５　画素部分 液晶素子　　　　　７　曲げ変形用ローラ補助ローラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ストライプ状の電極が内側に配設された一対の可撓
   性基板で強誘電性液晶材料を挟持してなる液晶素子にお
   いて、該電極上に配向制御膜が存在せず、対向する電極
   間に挟まれた画素部分の液晶材料が一軸水平配向してお
   り、画素部分間の液晶材料は略無配向であることを特徴
   とするドットマトリクス液晶素子。 ２、ストライプ状の電極が内側に配設された一対の可撓
   性基板で強誘電性液晶材料を挟持してなる液晶素子の対
   向する電極間に電圧を印加しながら、該液晶材料が等方
   相を示す温度又は等方相と液晶相との混相を示す温度よ
   りも低い温度で該液晶素子に曲げ変形を与えることによ
   り、対向する電極間に挟まれた画素部分の液晶材料を一
   軸水平配向させることを特徴とするドットマトリクス液
   晶素子の製造方法。