JPH04233513A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH04233513A
JPH04233513A JP2409225A JP40922590A JPH04233513A JP H04233513 A JPH04233513 A JP H04233513A JP 2409225 A JP2409225 A JP 2409225A JP 40922590 A JP40922590 A JP 40922590A JP H04233513 A JPH04233513 A JP H04233513A
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Ulrich Dr Finkenzeller
ウルリッヒ・フィンケンツェラー
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修一 神崎
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリマー分散型液晶表
示モードを用いた保持率の高いアクティブマトリクス型
液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気光学効果を利用した表示素子
としてネマティック液晶を用いたＴＮ型や、ＳＴＮ型の
ものが実用化されている。また強誘電性液晶を用いたも
のも提案されている。これらは偏光板を要するものであ
り、また配向処理を必要とするものである。一方、偏光
板を要さず液晶の散乱を利用したものとして、動的散乱
（ＤＳ）効果および相転移（ＰＣ）効果があるが前者は
イオン性添加剤を必要とし又は駆動電圧が高い等アクテ
ィブマトリクスＬＣＤには適さない問題点が残されてい
る。
【０００３】近年、偏光板を要さずしかも配向処理を不
要とする液晶表示モードとして液晶の散乱を利用したポ
リマー分散型液晶表示素子が提案されている（特開昭５
５−９６９２２号公報参照）。
【０００４】例えば、特表昭５８−５０１６３１号公報
には、ポリビニルアルコール水溶液中に正の誘電率異方
性を有するネマティック液晶を混合して液晶が懸濁した
エマルジョンをつくり、これを透明電極を有する基板に
塗布し、水分を蒸発させＰＶＡ膜中に正の誘電率異方性
を有する液晶を分散した膜を作製した後、これに透明電
極を有する基板を貼り合わせて液晶表示素子にした提案
がなされている。
【０００５】また特表昭６１−５０２１２８号公報には
、エポキシ樹脂硬化剤及び液晶を混合して溶解し、これ
を一対の透明電極を有する基板により挾持した後、加熱
してエポキシ樹脂を硬化させ、エポキシ樹脂中に正の誘
電率異方性を有する液晶を分散させた液晶表示素子が提
案されている。
【０００６】液晶分散用の透明ポリマーとしては、上記
のエポキシ系樹脂以外には、アクリル系樹脂やウレタン
系樹脂等の一般的なポリマーも知られており、これらの
ポリマーを用いた液晶表示素子も提案されている。
【０００７】これらのポリマー中に正の誘電率異方性を
有する液晶を分散させた素子は、電圧無印加時には液晶
がランダムに配向し液晶の屈折率異方性によって素子に
入射した光は液晶と高分子界面で散乱され白濁し透過率
が下がる。素子に電圧を印加すると、液晶は正の誘電率
異方性を有するので長軸方向が電界方向に配向し、液晶
の屈折率と高分子の屈折率が等しい場合には、素子に入
射した光は散乱されず透過し透明状態となる。
【０００８】このように電圧の無印加および印加により
散乱状態と透過状態を切り替えることにより、高分子（
ポリマー）中に液晶を分散させた素子が、入射光の強弱
を調整することを目的とする調光ガラスとして利用され
ている。
【０００９】また最近、スイッチングトランジスタ等の
非線形能動素子を各表示絵素に付加したアクティブマト
リクス型液晶表示装置に、ＴＮ型液晶の代わりに上記ポ
リマー中に液晶を分散させた素子を用いた液晶表示装置
の開発が活発に行われている。ＴＮ型液晶はアクティブ
マトリクス型液晶表示装置の現在の主流を成すものであ
るが、２枚の偏光板を必要としこの偏光板で光が吸収さ
れ、透過光の明るさは最大でも入射光の半分以下になる
問題点を有している。これに対してポリマー中に液晶を
分散させた素子は偏光板が不要なので透過時の光の利用
効率を向上させることができ明るい表示を得ることがで
きる。
【００１０】スイッチングトランジスタを付加したこの
種の液晶表示装置は、（ｉ）第一透明絶縁基板上に信号
電極および走査電極並びに該信号電極と該走査電極の各
交点に形成されたスイッチングトランジスタおよび表示
絵素電極が配設されて成る表示電極基板、（ｉｉ）第二
透明絶縁基板上に対向電極が、該表示絵素電極の対向範
囲内に位置するように配設されて成る対向電極基板、お
よび（ｉｉｉ）透明ポリマー中に正の誘電率異方性を有
する液晶を分散して成る層であって、該表示電極基板と
該対向電極基板の間に介在する液晶層から構成される。
【００１１】各表示絵素の等価回路は図３に示すように
なり、また、該等価回路における駆動電圧波形、即ち、
信号電圧ＶＳ、走査電圧ＶＧおよび液晶層に印加される
電圧ＶＤの波形は図４に示すようになる。これらの図か
ら明らかなように、ＶＧによってスイッチングトランジ
スタがＯＮ状態になるとＶＳが液晶層（等価的にコンデ
ンサＣＬＣの役目をする）に充電され、再びスイッチン
グトランジスタがＯＮ状態になるまでの時間保持される
ので、液晶層にはＶＤが印加されてスタティック駆動と
同様の良好な表示特性が得られる。
【００１２】しかしながら、実際には、図５に示すよう
に、コンデンサＣＬＣの役目をする液晶層には、外部か
ら混入や液晶の分解等による導電性不純物に起因する抵
抗成分（等価的に抵抗ＲＬＣの役目をする）が存在する
ために、ＶＤは図に示すように、液晶層を通して放電し
、経時的に減衰するので、液晶層に印加される実効値電
圧は低下する。液晶は電圧に対して累積応答効果を示す
ために、表示特性は該実効値電圧に依存し、該電圧が小
さくなるほど、表示コントラストは低下する（このよう
な実効値電圧の低下の程度を評価するためのパラメータ
ーとしては、ＶＤの実効値と液晶層の抵抗成分が無限に
高いと想定した場合におけるＶＤの実効値の比として定
義される保持率が用いられる）。
【００１３】従来のポリマー分散型液晶表示素子におい
ては、光散乱強度を高めるために、屈折率異方性（Δｎ
）の大きなシアノビフェニル系やシアノピリミジン系等
の液晶が用いられているが、これらの液晶は、これら自
体の保持率が悪いだけでなく、ポリマー中に分散させた
場合には該保持率がさらに低下するという問題があり、
その解決が要請されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、当該分野に
おけるこのような要請に応え、高い保持率、優れた表示
品位および高い信頼性を有するポリマー分散型の液晶表
示装置を提供するためになされたものである。
【００１５】即ち本発明は、図１の模式的平面図および
図２の模式的断面図に示すように、（ｉ）第一透明絶縁
基板（１）上に信号電極（２）および走査電極（３）並
びに該信号電極と該走査電極の各交点に形成されたスイ
ッチングトランジスタ（４）および表示絵素電極（５）
が配設されて成る表示電極基板、（ｉｉ）第二透明絶縁
基板（６）上に対向電極（７）が、該表示絵素電極（５
）の対向範囲内に位置するように配設されて成る対向電
極基板、および（ｉｉｉ）透明ポリマー中に正の誘電率
異方性を有する液晶を分散して成る層であって、該表示
電極基板と該対向電極基板の間に介在する液晶層（８）
から構成される液晶表示装置において、該透明ポリマー
が光カチオン重合硬化型透明ポリマーであり、該液晶が
、下記の化学式「化３」および／または「化４」で表わ
される化合物から成る群から選択される少なくとも１種
の液晶を含むことを特徴とする液晶表示装置に関する：
【００１６】
【化３】
【００１７】［式中、Ｘ１、Ｘ２およびＸ３は各独立し
てＨ、Ｆ、ＣＦ３またはＯＣＦ３を示し、Ａは単結合、
−ＣＨ２ＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−または−ＣＯＯ−を示し
、ＹはＣｎＨ２ｎ＋１−またはＣｎＨ２ｎ＋１・Ｃ６Ｈ
１０−（式中、ｎは２〜１０の数を示す）を示す］
【００１８】
【化４】
【００１９】［式中、Ｘ１〜Ｘ３およびＡは前記と同意
義であり、ＺはＣｎＨ２ｎ＋１−、ＣｎＨ２ｎ＋１・Ｃ
６Ｈ１０−またはＣｎＨ２ｎ＋１・Ｃ６Ｈ４−（式中、
ｎは前記と同意義である）を示す］
【００２０】図１は、本発明による液晶表示装置の表示
電極基板の一態様を示す模式的平面図であり、図２は、
該液晶表示装置の一態様を示す模式的断面図である。
【００２１】本発明による液晶表示装置において、透明
絶縁基板（１）および（６）、信号電極（２）、走査電
極（３）、スイッチングトランジスタ（４）、表示絵素
電極（５）および対向電極（７）としては、従来から、
ポリマー分散型液晶表示装置において常用されているも
のを適宜使用すればよい。
【００２２】本発明の第一の特徴は、液晶を分散させる
透明ポリマーとして、光カチオン重合硬化型透明ポリマ
ーを用いることである。
【００２３】基材ポリマーとしてはエポキシ系ポリマー
等が例示される。
【００２４】光カチオン重合開始剤としては、ジアゾニ
ウム塩類、ヨードニウム塩類、スルホニウム塩類、スル
ホオキソニウム塩類およびヨードシル塩類等のオニウム
塩類［例えば、米国特許第３，２０５，１５７号、同第
３，７０８，２９６号、同第４，１７３，４７６号およ
び同第４，１９７，１７４号各明細書；　ヨーロッパ特
許第０，１０４，１４３号、同第０，１０４，１４４号
、同第０，１０６，７９７号および同第０，１４６，５
０１号各明細書；　「マクロモレキュールズ（Ｍａｃｒ
ｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）」、第１０巻、第１３０７頁（
１９７７年）；　「ジャーナル・オブ・ポリマー・サイ
エンス、ポリマー・ケミストリー・エデュケーション（
Ｊ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．Ｐｏｌｙｍ．Ｃｈｅｍ．Ｅｄ
．）」、第１８巻、第２６７７頁および第２６９７頁（
１９８０年）参照］、並びにベンゼンシクロペンタジエ
ニル鉄塩類のような金属アレン錯体、金属カルボニル錯
体およびアルミニウムエチルアセトアセテートトリフェ
ニルシラノール等の金属錯体［例えば、ヨーロッパ特許
第０，１０９，８５１号、同第０，１２６，７１２号、
同第０，０９４，９１４号および同第０，０９４，９１
５号各明細書；「マクロモレキュールズ」、第１８巻、
第１７９９頁（１９８５年）参照］等が例示される。
【００２５】上記のオニウム塩類および金属錯体類は、
光カチオン重合開始剤として特に好適なものであるが、
他の光カチオン重合開始剤も適宜使用してもよい。
【００２６】本発明の第二の特徴は、上記の光カチオン
重合硬化型透明ポリマーマトリックス中に、前記の化学
式「化３」および／または「化４」で表わされる化合物
から成る群から選択される少なくとも１種の液晶を含む
液晶を分散させた液晶層（８）を、図２に示すように、
表示電極基板と対向電極基板の間に介在させることであ
る。
【００２７】これらの特定の化学式において、Ｘ１〜Ｘ
３はＨ、Ｆ、ＣＦ３またはＯＣＦ３を示し、Ａは単結合
、−ＣＨ２ＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−または−ＣＯＯ−を示
し、ＹはＣｎＨ２ｎ＋１−またはＣｎＨ２ｎ＋１・Ｃ６
Ｈ１０−（ｎは２〜１０の数を示す）を示し、ＺはＣｎ
Ｈ２ｎ＋１−、ＣｎＨ２ｎ＋１・Ｃ６Ｈ１０−またはＣ
ｎＨ２ｎ＋１・Ｃ６Ｈ４−（ｎは２〜１０の数を示す）
を示す。
【００２８】上記の液晶は、従来から液晶表示装置にお
いて常用されている他のネマチック液晶とスメクチック
液晶等と適宜併用してもよい。
【００２９】透明ポリマーマトリックス中への液晶の分
散量は特に限定的ではないが、通常は１０〜９５重量％
、好ましくは２０〜９０重量％である。
【００３０】表示電極基板と対向電極基板の間に介在す
る液晶層（８）は、図２に示すように、シール（９）、
例えばエポキシ系シーラント等によって封止される。
【００３１】
【作用】正の誘電率異方性を有する液晶材料を光カチオ
ン系重合開始剤を用いて形成した高分子物質（ポリマー
）中に分散させた液晶層において、前記フッソ系の液晶
材料を用いることにより、電圧保持率を高くすることが
でき、また高分子重合用のカチオンの溶出が防止できる
ため、したがって液晶層に充電された電圧の放電量を少
なくすること及び分散剤としての高分子の重合化が同時
に可能となり、これにより良好な表示特性を有し、信頼
性の観点からも優れた液晶表示装置が実現できる。以上
、光カチオン重合性高分子導入により信頼性向上が可能
なのは、一般に高分子の光重合法には、光ラジカル重合
と光カチオン重合の二種類に分類されるが、一般に光カ
チオン重合は光ラジカル重合に比べて、酸素による硬化
障害がなく、５μｍ以上の厚膜の場合にも光硬化障害が
なく適用可能であること、また、硬化時の体積収縮が２
〜４％程度と小さく、ガラス基板等との付着性が良いた
めにセル外部からの水分、不純物等の混入がない、さら
に、耐薬品性、耐熱性の点でも優れている等の理由によ
るためである。
【００３２】
【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに詳述す
る。
【００３３】実施例１ 　　一対のＩＴＯからなる透明電極を形成したガラスか
らなる透明絶縁基板を、１０μｍのスペーサを介して透
明電極が対向するように貼り合わせ、エポキシ樹脂から
なるシール接着剤により両基板を固定してセルを作製し
た。このセルに各種化合物の異なる紫外線重合硬化型樹
脂のみを充填し、紫外線を照射して硬化させて評価セル
を作製した。
【００３４】この評価セルを用いて図３に示す保持率測
定システムにより保持率の値を測定した。本システムは
、電極間に電圧を印加するためのスイッチングトランジ
スタ（ＦＥＴ）と駆動回路、さらにセル間に蓄えられた
電荷の放電を測定するための回路により構成されている
。
【００３５】さらに、紫外線重合硬化型樹脂５０部と正
の誘電率異方性を有するフッソ系液晶材料として、表１
に示す液晶組成物Ｉ５０部とを混合し、相溶性を調べた
。この結果から上記紫外線重合硬化型樹脂と該フッソ系
液晶とが均一に混じり合う材料についてその混合液を評
価セルに注入し紫外線照射を行い、高分子（ポリマー）
中に液晶が分散したセルを作製し保持率を測定した。以
上の測定結果について表２に示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】表２の結果から、サンプルＣの光カチオン
重合性エポキシ系高分子のみが、前記フッソ素系液晶材
料との相溶性が良く、しかも高い保持率を示すことが分
かる。これに対して他のラジカル重合性高分子では全く
相溶性がなく、したがって高分子（ポリマー）中に液晶
を分散させた構造の高分子（ポリマー）分散型液晶セル
を作製することができなかった。
【００３９】実施例２ 　　表１に示す液晶組成物ＩＩを用いて、実施例１の表
２に示す各種紫外線重合硬化型樹脂（サンプルＡからＥ
）との相溶性および保持率について調べた。その結果、
実施例１の場合と同様に、サンプルＣの光カチオン重合
性エポキシ系高分子のみが、下記フッ素系液晶材料との
相溶性が良く、しかも保持率として９５％と高い値が得
られた。これに対して他のラジカル重合性高分子では全
く相溶性がなく、したがって高分子（ポリマー）中に、
液晶を分散させた構造の高分子（ポリマー）分散型液晶
セルを作製することができなかった。
【００４０】実施例３ 　　表１に示す液晶組成物ＩＩＩを用いて、実施例１の
表１に示す各種紫外線重合硬化型樹脂（サンプルＡから
Ｅ）との相溶性および保持率について調べた。その結果
、実施例１の場合と同様に、サンプルＣの光カチオン重
合性エポキシ系高分子のみが、下記フッソ系液晶材料と
の相溶性が良く、しかも保持率として９３％と高い値が
得られた。これに対して他のラジカル重合性高分子では
全く相溶性がなく、したがって高分子（ポリマー）中に
液晶を分散させた構造の高分子（ポリマー）分散型液晶
セルを作製することができなかった。
【００４１】比較例１ 　　実施例１において検討を行ったＡ〜Ｅの各高分子に
ついて、従来からの代表的な液晶であるシアノビフェニ
ル系（Ｅ８：ＢＤＨ社製）との相溶性および保持率の評
価結果を表３に示す。なお、評価セルの作製法および保
持率の測定法については実施例１と全く同様に行った。
【００４２】
【表３】
【００４３】表３の結果から、サンプルＣ以外のいずれ
の高分子を用いてもＥ８との相溶性は良いが、保持率の
値は非常に低く実用に供することができなかった（実用
的には９０％以上の保持率が必要である）。また、サン
プルＣについてはＥ８との混合後、紫外線照射をしても
全く硬化しなかった。
【００４４】実施例４ 　　図９は、本発明の実施例１においてサンプルＣの材
料を用いて、スイッチングトランジスタを付加した液晶
表示素子を用いたプロジェクション装置の構成を示す。 図９において画像表示は、表示用液晶素子１０に投射用
光源１１による光を熱線カットフィルター１２とコンデ
ンサーレンズ１３により介した平行光を入射し、表示用
液晶素子（１０）を通過した光はレンズ１４により集光
し、絞り１５を介して投射レンズ１６によりスクリーン
（１７）上に画像を投影して行った。
【００４５】表示用液晶素子（１０）は、図１および図
２に示した構成である。表示用液晶素子（１０）は表示
用電極基板と対向電極基板との間に正の誘電率異方性を
有するフッソ系の液晶材料をポリマーに分散させた液晶
層８を介在させて構成されている。複屈折性のないガラ
スからなる透明絶縁基板１の上に信号線２、走査線３な
どのバスラインのほかに絵素電極５とこれに対応付けら
れたスイッチングトランジスタ４をマトリクス状に配列
して形成してアクティブマトリクス駆動方式の表示電極
基板が構成されている。上記スイッチングトランジスタ
４としては、ａ−Ｓｉ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形
成される。対向電極基板は同じくガラスからなる透明絶
縁基板６上に表示電極基板の各絵素電極５に対向させて
対向電極７を形成して構成されている。上記絵素電極５
および対向電極７は液晶層８に電圧を印加するための透
明電極であってＩＴＯによって形成されている。上記液
晶層８はエポキシ樹脂からなるシール９によって封止さ
れている。
【００４６】以上のようにして、作製されたスイッチン
グトランジスタを付加した液晶表示素子を用いたプロジ
ェクション装置は、高コントラスト（５０：１以上）で
表示品位の高いものであった。また５０℃、５００時間
の通電エージング試験後でも、保持率の低下がなく、表
示ムラ等なく高コントラストで表示品位の高いものであ
った。
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明に従えば、ａ−Ｓｉ
　　ＴＦＴやｐ−Ｓｉ　　ＴＦＴ等のスイッチングトラ
ンジスタを付加した液晶表示装置に、正の誘電率異方性
を有し、化学的に安定なフッソ系の液晶材料を重合開始
剤として光カチオン系重合開始剤を用いポリマー中に分
散させた液晶層を用いることにより、保持率の高い、し
たがって表示品位に優れ、高信頼性を有する液晶表示装
置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】　　本発明による液晶表示装置の表示電極基板
の一態様を示す模式平面図である。
【図２】　　該液晶表示装置の一態様を示す模式的断面
図である。
【図３】　　表示絵素電極の等価回路である。
【図４】　　図３に示す回路における電圧ＶＳ、ＶＧお
よびＶＤの波形図である。
【図５】　　実際の表示絵素電極の等価回路である。
【図６】　　図５に示す回路における電圧ＶＳ、ＶＧお
よびＶＤの波形図である。
【図７】　　保持率測定用装置の回路である。
【図８】　　図７に示す回路における電圧ＶＧ、ＶＳお
よびＶＤの波形図である。
【図９】　　本発明によるプロジェクション装置の一態
様を示す構成図である。
【符号の説明】
１　　第一透明絶縁基板 ２　　信号電極 ３　　走査電極 ４　　スイッチングトランジスタ ５　　表示絵素電極 ６　　第二透明絶縁基板 ７　　対向電極 ８　　液晶層 ９　　シール １０　　表示用液晶素子 １１　　投射用光源 １２　　熱線カットフィルター １３　　コンデンサーレンズ １４　　レンズ １５　　絞り １６　　投射レンズ １７　　スクリーン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　（ｉ）第一透明絶縁基板（１）上に信
    号電極（２）および走査電極（３）並びに該信号電極と
    該走査電極の各交点に形成されたスイッチングトランジ
    スタ（４）および表示絵素電極（５）が配設されて成る
    表示電極基板、（ｉｉ）第二透明絶縁基板（６）上に対
    向電極（７）が、該表示絵素電極（５）の対向範囲内に
    位置するように配設されて成る対向電極基板、および（
    ｉｉｉ）透明ポリマー中に正の誘電率異方性を有する液
    晶を分散して成る層であって、該表示電極基板と該対向
    電極基板の間に介在する液晶層（８）から構成される液
    晶表示装置において、該透明ポリマーが光カチオン重合
    硬化型透明ポリマーであり、該液晶が、下記の化学式「
    化１」および／または「化２」で表わされる化合物から
    成る群から選択される少なくとも１種の液晶を含むこと
    を特徴とする液晶表示装置：【化１】 ［式中、Ｘ１、Ｘ２およびＸ３は各独立してＨ、Ｆ、Ｃ
    Ｆ３またはＯＣＦ３を示し、Ａは単結合、−ＣＨ２ＣＨ
    ２−、−Ｃ≡Ｃ−または−ＣＯＯ−を示し、ＹはＣｎＨ
    ２ｎ＋１−またはＣｎＨ２ｎ＋１・Ｃ６Ｈ１０−（式中
    、ｎは２〜１０の数を示す）を示す］ 【化２】 ［式中、Ｘ１〜Ｘ３およびＡは前記と同意義であり、Ｚ
    はＣｎＨ２ｎ＋１−、ＣｎＨ２ｎ＋１・Ｃ６Ｈ１０−ま
    たはＣｎＨ２ｎ＋１・Ｃ６Ｈ４−（式中、ｎは前記と同
    意義である）を示す］
  2. 【請求項２】　　　　請求項１記
    載の液晶表示装置を構成要素とすることを特徴とするプ
    ロジェクション装置。
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