JPH0412324A - カラー液晶表示素子 - 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〕 本発明は光学位相板とカラーフィルターを用いた複屈折
型のカラー液晶表示素子に関する。

〔従来の技術〕

液晶は、電場や磁場、せん断力などの外場によって配向
状態が変化し、これに伴う光学的性質の変化を利用する
ことにより各種光エレクトロニクスの分野で利用されて
いる。このうち液晶性高分子は低分子液晶に較べて液晶
状態で高粘性であるため、液晶状態で配向させたのち、
ガラス転移点以下に冷却することによって液晶の配向状
態を固定化することができるという低分子液晶に見られ
ない特徴を有している。これを利用して、熱書き込みの
光メモリーや光学フィルターなどの光エレクトロニクス
分野での応用が試みられている。これらを実現するため
には所望の分子配向を高度に制御する必要がある。たと
えば一種の光学位相子であるスーパーツィステッドネマ
ティック（ＳＴＮ）型液晶表示素子用の色補償板は、液
晶層によって楕円偏光となった光を直線偏光に戻すよう
に機能する必要があるが、この様な機能は液晶性高分子
を水平に、かつ、一定の方向に高い秩序度と均一性を持
って配向させることによって初めて発現させることがで
きる。

低分子液晶の場合、配向制御法はほぼ確立されているが
、液晶性高分子（高分子液晶）の場合、十分には確立さ
れていない。液晶性高分子の配向制御の例としては、す
り応力のような外力を加える方法、磁場や電場のような
外場を与える方法等が知られているが、これらは大面積
の配向制御が不可能であったり、均一性の点で十分とは
言えない。

低分子液晶と同様に配向処理を施した基板間の空隙に液
晶性高分子を注入する方法をそのまま液晶性高分子に適
用した場合には、液晶性高分子の高粘性のため、注入時
の流れに沿って液晶性高分子が配向してしまい、所望の
配向が得られなかったり、大きな面積になると注入すら
困難となる。

本発明者らは、配向処理した基板または一軸延伸したプ
ラスチック基板に液晶性高分子を塗布し、片面が空気に
接したままで液晶温度に加温することによって良好な配
向を大面積にわたって実現できることを見いだした。し
かしながら従来のように、液晶性高分子を配向させるた
めの基板と液晶セル用の基板との両方が別々に必要な構
成では、基板数が増えてしまい、コスト高になるだけで
なく、表示装置全体の重量や厚みを増加してしまい不都
合であった。

本発明は以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、軽量、薄型でしかもドツト
ずれのない高品質なカラー液晶表示素子を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明によれば、−対の基板と液晶層と液晶
性高分子層と該液晶層に電圧を印加するための電極とカ
ラーフィルターとから構成される液晶セルと、該液晶セ
ルを挾むように配置した一対の偏光子とからなるカラー
液晶表示素子において、該液晶性高分子層及び該カラー
フィルターを該液晶セルの内側に配設したことを特徴と
するカラー液晶表示素子が提供される。

また、本発明によれば、一対の基板と液晶層と該液晶層
に電圧を印加するための電極とカラーフィルターとから
構成される液晶セルと、該液晶セルを挾むように配置し
た一対の偏光子とからなるカラー液晶表示素子において
、該カラーフィルターが着色した液晶性高分子からなり
、かつ該カラーフィルターを該液晶セルの内側に配設し
たことを特徴とするカラー液晶表示素子が提供される。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明のカラー液晶表示素子の一構成例を示す
断面図で、上基板２の一方の面上に配向膜３を介して液
晶性高分子層４が形成され、さらにその上に電極５及び
配向膜６が形成されている。−方、下基板１０の一方の
面上には電極９及び配向膜８が形成されている。これら
の各膜が形成された一対の基板２，１０は電極５，９が
内向きとなるように離間、対向配置され、これらの間に
液晶層７を挟持して液晶セルが構成されている。そして
該液晶セルを挾むごとく上偏光板１及び下偏光板１１が
配設され、液晶表示素子を構成している。この実施例で
は、液晶性高分子層４に染料もしくは顔料が添加されカ
ラーフィルターとなっている。

上下偏光板１．１１は両方とも透過型である必要はなく
、一方は反射型偏光板であっても良い。上下基板２，１
０は、ガラス、プラスチックなどの透光性のものであれ
ば良い。配向膜３としてはポリイミド、ポリエーテルイ
ミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリア
ミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアク
リロニトリル等の高分子被膜を形成後、ラビング処理し
たもの、アルコキシシラン、有機チタネートなどの有機
金属化合物などの塗膜またはその熱処理膜をラビング処
理したもの、酸化珪素などの斜め蒸着膜などを例示する
ことができる。またプラスチック基板を直接ラビング処
理したり、−軸延伸したプラスチックフィルムを用いる
ことによっても液晶性高分子層４を配向させることも可
能で、この場合配向膜３は不要となる。

配向膜３の上には本構成例の特徴である液晶性高分子層
４が液晶性高分子の塗布により形成されへ− ている。本発明において用いることのできる液晶性高分
子はサーモトロピックな液晶性高分子であり、構造は特
に限定されないが、例えばポリエステル、ポリエステル
アミド、ポリカーボネート、ポリエーテル等で主鎖に液
晶性残基を有する下記構造の主鎖型液晶性高分子： ナーＸ’［Ａ’−ｆ升 Ｘ”　、Ｘ”　：　−ＣＯＯ−、−ＣＯＮ）Ｉ−、−０
ＣＯ−、−０−等Ｍ１ニーＰｈ−Ｃ０Ｏ−Ｐｈ−，−Ｐ
ｈ−Ｎ＝Ｎ−Ｐｈ−、−Ｐｈ−Ｐｈ−。

−Ｐｈ−Ｐｈ−ＣＯＯ−Ｐｈ−、−Ｐｈ−Ｎ＝ＣＨ−Ｐ
ｈ−等Ａ’ニー＋ＣＨｚ＋Ｆｒ、−＋ｃｕ、ｃｏ、ｏｉ
＃−（ＣＨ，ＣＨ，ＯｉＨ３ 数を表わす。） あるいはビニル系高分子、ポリシロキサンなどで側鎖に
液晶性残基を有する下記構造の側鎖型液晶性高分子ニ ーＮ＝Ｎ−であり、＊は不斉炭素原子、ｎは０〜１８の
整↓ （但し、Ｒ３はアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原
子、ニトロ基又はシアノ基であり、ｎは０〜１８の整数
を表わす。） を例示することができる。液晶性高分子は単独でまたは
混合して用いられる。液晶性高分子中に光学活性基を導
入したり、光学活性な化合物を添加することもできる。

塗布法としては液晶性高分子が流動性を有するガラス転
移点以上の温度で直接塗布する方法、または液晶性高分
子を溶媒に溶解させ、溶液として塗布または印刷する方
法が用いられる。膜厚の均一性と制御のしやすさの点で
後者の方法が特に好ましく用いられる。液晶性高分子の
溶媒としては用いる液晶性高分子の種類、重合度等によ
って異なるが、通常下記の物より選ばれる。

クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、
トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、オルソジ
クロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素、フェノール
、０−クロロフェノール、クレゾールなどのフェノール
系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド
、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶媒、
テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒お
よ＝８− びこれらの混合溶媒。

溶液濃度は塗布法、高分子の粘性、目的とする膜厚等に
より異なる。液晶表示素子用の補償板を例にすると、要
求される膜厚は２〜１０ＩＩａ程度であるため、通常は
２〜５０ｗｔ％の範囲で使用され、好ましくは５〜３０
ｗｔ％の範囲で使用される。塗布法としてはスピンコー
ド法、ロールコート法、グラビアコート法、ディッピン
グ法、スクリーン印刷法などが採用される。液晶性高分
子を塗布後、溶媒を乾燥して除去し、液晶性高分子が液
晶性を示す温度で熱処理して液晶性高分子を配向させる
。

液晶性高分子を配向させるときの温度は、液晶性高分子
のガラス転移点以上であることが必要で、液晶性高分子
の等方性液体への転移温度より低いことが必要である。

配向膜の界面効果による配向を助ける意味でポリマーの
粘性は低い方がよく、したがって温度は高い方がよいが
、あまり高いとコストの増大と作業性の悪化を招き好ま
しくない。

−数的には５０℃〜３００℃の範囲が好ましい。

液晶性高分子層４の配向にねじれ構造を導入するには、
液晶性高分子としてコレステリック液晶相を呈するもの
を用いればよい。コレステリック液晶相を呈する液晶性
高分子は前述のようにネマティック相を呈する液晶性高
分子中に光学活性基を導入するか、光学活性な物質を添
加すればよい。

この場合、液晶性高分子は配向膜面では配向処理の方向
に配列し、厚み方向に自然ピッチに相当するねじれ角、
すなわち自然ピッチをＰｏ、膜厚をｄ、ねじれ角をωと
したときにω＝３６０　Ｘ　ｄ／ｐ、　（”　）なるね
じれ角を形成する。

第１図の構成例は、液晶性高分子層４に染料や顔料を添
加されている場合で、上述の塗布法のうちでスクリーン
印刷法などの印刷法の類を用いれば、マルチカラー表示
やフルカラー表示に必要な赤色、青色、緑色などのカラ
ーパターンをつくることができる。液晶性高分子層４を
形成後に染色することも可能である。またロールコート
法、グラビアコート法、スクリーン印刷法などで別途カ
ラーフィルター層を設けることも可能で、この場合液晶
性高分子層４と電極５の間にもう一層カラーフイルター
層が設けられることになる。また電極５を設けてから電
着法によって電極上にカラーフィルターを設けることも
できるが、この場合は液晶層７に印加される電圧が下が
ってしまうため、カラーフィルター上にもう一層の電極
を設けるのが好ましい。

電極５，９は蒸着法やスパッタリング法によって導電膜
を成膜した後パターニングすることにより形成される。

マスクを用いた成膜法によれば、パターニングを不要と
することもできる。液晶Ｍ７を配向させるための配向膜
６，８は液晶性高分子層４を配向させるための配向膜３
と全く同様に設けることができるが、ポリマーを塗布し
てラビング処理をする方法が生産性の点で好ましい。

〔実施例〕

次に本発明を実施例により更に詳しく説明するが１本発
明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１） ガラス基板上に、ポリアミド酸系高分子を主剤とする配
向剤（日立化成社製ｐｒＱ）をスピンコードし、１００
℃のオーブンで１０分間乾燥した後、オーブンの温度を
２７０℃に上げ約１時間保ってポリイミド膜を得た。膜
面をナイロン植毛布でラビングして液晶性高分子用の配
向膜とした。次いで、この膜面に下記式ａの繰返し単位
を持ちガラス転移点が７０℃のポリシロキサン系液晶性
高分子と、下記式すの繰返し単位を持ち光学活性基を有
するポリシロキサン系液晶性高分子をフェノール／テト
ラクロロエタン混合溶媒（５０：５０ｗｔ％）に２５ｗ
ｔ％となるよう溶解させた溶液を塗布した。

これを７０℃のオーブンで乾燥後、上記液晶性高分子が
ネマティック相になる１７０℃で２０分間、熱処理を行
い、室温まで急冷し、液晶性高分子膜を得た。このよう
にして得た液晶性高分子膜付き基板を２枚の偏光板では
さみ、目視観察を行ったところ、均一な複屈折色が見ら
れ、液晶性高分子層に、厚みムラや配向ムラのないこと
がわかった。偏光解析の結果、この試料のりターデージ
目ンは９５０ｎｍ、配向のねじれ角は１８０°であるこ
とがわかった。

次に、液晶性高分子層に赤、青、緑色のカラーフィルタ
ーを印刷した。カラーフィルター面の非画素部や異った
カラーフィルター間には、厚さの差ができてしまうので
、これらの差を埋めるよう透明なレベリング層（第１図
では図示を省略）を設けた。そしてこの上にスパッタリ
ングにより透明導電膜を成膜し、フォトリソグラフィー
法で電極をパターニングした。以上のようにして用意し
た液晶性高分子膜、カラーフィルターおよびパターニン
グされた電極付きの基板を“基板Ａ”とする。

液晶セル用のもう一方の基板Ｃ′基板Ｂ″とする）は従
来と同じ方法で用意した。すなわち、パターニングされ
た電極付きの基板にポリイミド系の配向剤を塗布→乾燥
→焼成→ラビング処理の工程で作成した。基板Ａにも同
様に配向膜を設けた後、エポキシ系シール剤で基板Ａを
基板Ｂと貼りあわせた。セルギャップは、平均径が７．
４７１ｆｆｌのプラスチックビーズを、予め基板Ｂ上の
散布しておくことによって、７．３声に制御した。この
ようにして作った空セルに、メルク社製のネマティック
液晶ＺＬＩ−２２９３に同社の光学活性物質Ｓ−８１１
を添加した液晶組成物を真空封入し封止し、液晶セルを
作成した。Ｓ−８１１により誘起されるラセンの向きは
液晶性高分子すの場合と逆であった。基板Ａ、Ｂの配向
膜のラビング方向は、このＳ−８１１の向きに１８０６
となるように施し、更に基板Ａの液晶用配向膜のラビン
グ方向と、液晶性高分子用の配向膜のラビング方向は直
交するように構成した。以上のようにして作成した液晶
セルの両側に一対の偏光板を配設し、本発明のカラー液
晶表示素子とした。

この液晶表示素子を用いて各色表示を行ったところ、彩
やかな赤、青、緑色表示が可能で、しかもこれらの混合
によるフルカラー表示も可能であった。また、斜め方向
から観察してもドツトズレは認められなかった。

（実施例２） 実施例１で用いた液晶性高分子ａとｂの混合溶液に、赤
、青、緑色を呈する３種のアゾ系色素混合物を溶解し３
色の液晶性高分子溶液を調整した。

アゾ系色素混合物の濃度は、液晶性高分子に対する重量
濃度で３％とした。これを、実施例１と同様に用意した
配向膜付き基板上に３回にわけて印刷し、最後に２００
℃に加熱し、３０分間後に室温まで急冷した。後の工程
は、実施例１と同様に透明なレベリング層を塗布し、電
極をパターニングして配向処理層を設け、基板Ａとし、
実施例１と同様の基板Ｂと貼りあわせて液晶セルを作成
した。そして、該液晶セルの両側に一対の偏光板を配設
し、本発明のカラー液晶表示素子とした。

この液晶表示素子を用いて各色表示を行ったところ、実
施例Ｉと同様、良好な色再現性を示し、斜め方向から見
てもドツトずれがなかった。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によれば、液晶セルの内側にカラーフィ
ルターを備えた液晶性高分子からなる光学位相板を配置
しているため、フルカラー表示やマルチカラー表示が可
能で、ドツトすれかなく、しかも軽量で薄型のカラー液
晶表示素子が提供できる。

請求項２の発明によれば、液晶セルの内側に着色した液
晶性高分子からなる光学位相板を配置しているため、請
求項１の発明による効果に加えて、工程の簡略化が可能
となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラー液晶表示素子の一構成例を示す
断面図である。 ｌ、１１・・・偏光板 ２．１０・・・基板 ３．６．８・・・配向膜 ４　・・・液晶性高分子層 ５．９・・・電極 ７　・・・液晶層 特許出願人　株式会社　リ　　コ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板と液晶層と液晶性高分子層と該液晶層
   に電圧を印加するための電極とカラーフィルターとから
   構成される液晶セルと、該液晶セルを挾むように配置し
   た一対の偏光子とからなるカラー液晶表示素子において
   、該液晶性高分子層及び該カラーフィルターを該液晶セ
   ルの内側に配設したことを特徴とするカラー液晶表示素
   子。
2. （２）一対の基板と液晶層と該液晶層に電圧を印加する
   ための電極とカラーフィルターとから構成される液晶セ
   ルと、該液晶セルを挾むように配置した一対の偏光子と
   からなるカラー液晶表示素子において、該カラーフィル
   ターが着色した液晶性高分子からなり、かつ該カラーフ
   ィルターを該液晶セルの内側に配設したことを特徴とす
   るカラー液晶表示素子。