JPH06175113A

JPH06175113A - 液晶表示素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH06175113A
Application number: JP34981092A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Korishima; 友紀郡島
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】高コントラスト、高輝度、広視野角を同時に得
る。【構成】配向膜が付着された一対の透明電極付き基板の
間に、液晶高分子複合体が設けられ、液晶分子は全体と
して一定方向に横配向され、各基板の外側には偏光軸を
９０度ずらされた偏光板が設けられ、配向膜の配向方向
と偏光軸とがほぼ４５度ずらされたことを特徴とする液
晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子、なかでも
小型〜中型のサイズの汎用コンピュータに適した高品位
の液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ツイストネマチック（ＴＮ）やスーパー
ツイストネマチック（ＳＴＮ）と呼ばれる液晶表示素子
が時計や、電卓や、ワープロや、パソコンなどの表示素
子として既に実用化され、一般に用いられてきている。
しかし、液晶層中で光の偏光方向を捩じり偏光板と組合
わせて光のオン・オフ制御を行うという光学的手法を用
いているため、表示素子としての視野角が基板の法線を
含む狭い立体角のなかにしかなく、その視認上の欠点が
指摘されている。

【０００３】一方、偏光板を使用せずに、直接液晶を制
御して透過および散乱の光学的効果を得ることのできる
液晶高分子複合体を用いる液晶表示素子も知られてい
る。この液晶高分子複合体は、液晶と高分子とからなる
網の目状の分散体、又は単独カプセル形状を主とした分
散体であり、これらの分散体をセル中に設けて、電界で
液晶分子の配列を直接制御する。この型の液晶表示素子
は、偏光板が必要でないので明るくしかも視野角が広い
という特性が得られる。

【０００４】しかし、一方の基板面を反射面とするいわ
ゆる直視型表示、つまり基板の一方の側の裏面にアルミ
ニウム板などの反射板を設けたり、電極面自身を反射面
として、残る一方の面から表示を視る表示手段の場合で
は必ずしもコントラストが高くなかった。また、その欠
点を補うため黒色の吸収体等を裏面側に適宜設けた直視
型表示では、コントラストが或る程度改善されるもの
の、透過と散乱を制御する液晶高分子複合体層の後方散
乱が充分でないため必ずしも明るくない。

【０００５】また、液晶と高分子材料からなる分散体を
備えた液晶表示素子を二枚の偏光板で挟んで広視野角化
を図る試みがある（ジャパンデイスプレイ９２、集稿の
ページ６３１〜６３４に記載されている）。従来例とし
て、図３（Ａ）、図３（Ｂ）にその液晶表示素子の断面
を模式的に示す。これらの図において、偏光板１と２、
透明な基板３と４、電極５と６、球状の液晶カプセル２
０が示されている。

【０００６】図３（Ａ）は、電圧が印加されておらず、
液晶カプセル２０中の液晶分子は、個々の液晶カプセル
２０の形状で主に定めるバイポーラ配向をとる。そのた
め、液晶は全体としてランダム配向をとる。偏光板２側
から入射する光２５Ａは、散乱され（光２５Ｂ）、その
一部が偏光板１を通過する（光２５Ｃ）この場合、観察
される表示としては透明状態となり視野角は広くなる。

【０００７】これに対して、電極５と６間に電圧が印加
されると電界に沿って液晶分子が配列し（基板面に垂直
方向）、光２５ｂは偏光板１を通過できない。図３
（Ｂ）にその状態を示す。この場合、表示としては遮光
の黒状態となる。しかし、この第一の従来例においても
広視野角化は実現できるが、散乱光２５Ｂのほんの一部
しか有効利用されないので表示の明るさがＴＮの場合の
１／３にしかならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】明るさを犠牲にしない
で高コントラストと広視野角化を同時に実現し高品位の
表示を得る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれ電極
を備えた一対の基板の間に、液晶と高分子材料との分散
からなる液晶高分子複合体層が設けられ、前記電極の少
なくとも一方が透明電極とされ、一対の基板の外側には
それぞれ偏光板が設けられ、それらの偏光軸のなす角度
がほぼ９０度とされ、電極間に電圧が印加されない無電
界の状態のときに、液晶分子が基板にほぼ平行となる横
配向に形成され、液晶分子の横配向の配向方向がほぼ一
定の方向を有し、さらに、この液晶分子の配向方向と前
記偏光軸の一方となす角度が、ほぼ４５度とされたこと
を特徴とする液晶表示素子を提供する。

【００１０】さらに、具体的に説明すると、電極と液晶
高分子複合体層との間に配向膜を設けたり、電極自身に
配向を施すことにより配向面が設けられ、液晶高分子複
合体層の中に分散された液晶の液晶分子の横配向が促さ
れる。そして、基板のほぼ全面における配向方向がほぼ
一定の方向となる。また、このとき高分子は液晶の横配
向を手助けする材料を用いることが好ましい。

【００１１】実施例の図を用いて本発明の構成を概説す
る。図１の第一の実施例において、１と２は偏光板であ
り、その偏光軸はほぼ直交している。３、４はガラスな
どからなる透明の基板である。５、６はＩＴＯなどの透
明導電膜からなる電極、７、８は配向膜、９は液晶１２
と高分子１１とが分散されてなる液晶高分子複合体層で
ある。

【００１２】電極間５、６に電圧が引加されないときに
は液晶分子は、基板面に平行な方向にほぼ配向されてい
る（横配向）。この液晶分子の横配向方向と、偏光板の
一方の偏光軸とのなす角度とは、ほぼ４５度になるよう
に配置されている。ほぼ４５度とはおよそ４５度±５度
の範囲を指す。

【００１３】ここで、配向方向と偏光軸とのなす角度を
限定したが、実効的には液晶分子のマクロな配向方向が
作用する。全ての液晶分子の方向が完全に揃って一致し
ているわけではなく、液晶高分子複合体層９に存在する
液晶分子の配向方向の統計的な平均値として作用するこ
とになる。本発明の液晶表示素子について実験してみる
と、実際には配向面の配向方向に対する偏光板の偏光軸
の角度を変化させると、光の透過特性がそれに応じて変
化する。このことから、配向面の配向方向でもって液晶
分子の配向方向が決定づけられていることがわかる。

【００１４】つまり、二次的な配向処理を行わない限
り、配向面の配向方向と偏光軸との角度関係で特性が決
定されるといってもよい。

【００１５】次に、光が制御される機構について説明す
る。一方の偏光板側から入射されて液晶高分子複合体層
９を横切る場合を想定する。電極５と電極６間に電圧が
印加されない状態では、偏光板２側から入射された光７
０Ａは、この偏光板２の偏光軸方向に偏光される。そし
て、液晶高分子複合体層９に進む。しかし、液晶分子の
配向方向と偏光板２の偏光軸とは、ほぼ４５度の角度を
なすため、従来例と異なり、効率よく偏光板１を通過し
て、観察者１００によって視認される。

【００１６】このようにして、輝度の高い白表示が得ら
れる。また、このとき観察者１００の視野角は広くな
る。

【００１７】次に用いる材料および層構造などについて
説明する。図１においては、液晶高分子複合体層９の一
例として、高分子１１の海の中に液晶１２が液晶粒子１
０のような形態をとって分散したものを示した。これと
は逆に、液晶１２の海の中に高分子１１が分散してもよ
い。図４に、第二の実施例としてその模式図を示す。こ
れらの状態は用いる液晶１２と高分子１１との重量比な
どで定まる。

【００１８】液晶は、電極間に電圧が引加されたとき
に、光の透過率が小さくなるように、その誘電率の異方
性が正であることが好ましい。また、液晶はネマチック
液晶が好ましい。液晶高分子複合体は、液晶とモノマー
などの光硬化性の高分子材料との混合物に対する光照射
や加熱などによって形成される。光硬化性の高分子材料
は液晶の横配向を手助けするような材料が好ましい。具
体的には高分子架橋体である。

【００１９】高分子架橋体とは重合可能な官能基を分子
内に２個以上有するモノマーの単独又は共重合体であ
る。もちろん、この場合、架橋高分子は重合可能な官能
基を分子内に１個有するモノマーと重合可能な官能基を
分子内に２個以上有するモノマーとの共重合体であって
もよい。ただし、架橋高分子が液晶中に実質的に溶解し
ないためには、重合可能な官能基を分子内に２個以上有
するモノマーの含量は重量で１５％以上であることが好
ましい。

【００２０】本発明の液晶表示素子を製造するために
は、高分子架橋体を形成するモノマー、オリゴマーなど
の化合物と液晶とを混ぜ合わせて溶液状態とした後、こ
れを液晶空セルに注入し、これを光硬化、熱硬化、電子
線硬化などにより高分子架橋体を形成するようにすれば
よい。

【００２１】特に、光硬化型の樹脂を高分子架橋体とし
て用いることにより、熱による影響を受けなく、短時間
で固化させることができ好ましい。この場合は、通常
０．１〜１０ｍＪ／ｃｍ² 程度の紫外線を照射すること
により行える。

【００２２】重合可能な官能基を分子内に２個以上有す
るモノマーの代表例を以下に述べる。

【００２３】第一の群は、化１で示されるスチレン誘導
体である。ここで、ｎとｐは０又は１であるが、同時に
０とはならない。ｍは０又は１であり、Ａは−ＣＨ₂
−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＨ₂ −ＣＨ₂ 、
−ＣＨ₂ −Ｏ、−Ｏ−ＣＨ₂ −などの連結基を示す。化
１の具体的な化合物としてはジビニルベンゼンなどが含
まれる。

【００２４】

【化１】

【００２５】第二の群は、化２で示される二アクリル酸
誘導体である。ここで、Ｘは水素、フッ素又はメチル基
である。Ｂはジオールの残基を示している。第二の群は
一般にアクリルオリゴマーと称される分子量が５００〜
数万の化合物も包含する。

【００２６】

【化２】

【００２７】また、具体的には化３の化合物（ビフェニ
ル−４，４’−ジアクリレート）を用いることができ
る。

【００２８】

【化３】

【００２９】以上、説明したように高分子架橋体を用い
て液晶高分子複合体層を形成する。電極間に電圧が印加
されないときに、液晶がほぼ横配向されるように、液晶
高分子複合体層９が形成される。

【００３０】例えば、透明導電膜からなる電極にはあら
かじめその上にポリイミドなどを用いた配向膜を塗布し
ておき、布でこするなどのラビング法による配向処理を
しておくことが好ましい。あるいは、事前に配向面を設
けたガラス板から配向面を転写するスタンピング法など
によって配向処理してもよい。

【００３１】液晶表示素子の厚みは電極間に電圧が引加
されない時に最も光の透過率が高くなるように、液晶の
複屈折率も勘案して選定される。

【００３２】

【作用】本発明によれば、明るさを犠牲にしないで高コ
ントラストと広視野角化を同時に実現し高品位の表示を
得ることができる。また、液晶高分子複合体層におい
て、ＴＮのように精密な配向方向を必要としないので、
製造上有利である。高度の寸法精度を必要とせずに一定
の表示機能が得られる。

【００３３】

【実施例】

（実施例１）以下、第一の実施例により、本発明を具体
的に説明する。基板にポリイミド配向膜を塗布してお
き、布でこするなどのラビング処理をし、配向の際のの
ラビング方向が逆向きになるように組み合わせて形成し
た２４０×３６０ドットのアモルファスシリコンＴＦＴ
を備えた空セルを形成した。次に、正の誘電率異方性の
液晶を９４．９５重量％、アクリル酸エステルを２重量
％、化３のジアクリレートを３重量％とし、さらに光重
合開始剤を０．０５重量％とした混合物を注入し、この
セルに紫外線を照射してアクリル酸エステルとジアクリ
レートを重合させた。

【００３４】このようにして得られた液晶表示素子に偏
光板の偏光軸が電極間に電圧が引加されないときの液晶
の横配向方向とは、ほぼ４５度になるように配置した。
図２にその分解斜視図を示す。

【００３５】偏光軸１Ａと偏光軸２Ａのなす角度が９０
度にずらされた二枚の偏光板１と２。ガラスなどの透明
な基板３と４、透明な電極５と６、配向膜７と８、それ
ぞれの配向方向７ａ、８ａ、そして配向膜７と８との間
に液晶高分子複合体層９が設けられた。

【００３６】このようにして得られた本発明の液晶表示
素子の性能を次に述べる比較例と共に、表１に示した。
本発明の表示素子が視野角と明るさに優れていることが
わかる。

【００３７】（比較例１）第一の実施例とほぼ同じ形状
寸法の９０度ツイスト配向処理を施した空セルを形成
し、この空セルに液晶だけを注入して、ＴＮ液晶表示素
子とした。

【００３８】（比較例２）第一の実施例と同様に基板上
の電極面の上にポリイミド配向膜を塗布し、そのラビン
グ処理は行わない空セルを形成した。この空セルに誘電
率異方性が正の液晶とアクリル酸エステルと化３のジア
クリレートを注入し、このセルに紫外線を照射してアク
リル酸エステルとジアクリレートを重合させた。得られ
た素子の両側を直交した偏光板で挟んだ。特に、液晶分
子を配向せしめる処理を行わなかった。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば明るさと
高コントラストを失わずに広視野角を得ることができ、
高品位の表示を達成できる。

【００４１】本発明は、この他、本発明の効果を損しな
い範囲内で種々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施例の基本構成を示す模式図。

【図２】第一の実施例の分解斜視図。

【図３】従来例の液晶表示素子で（Ａ）は透過状態、
（Ｂ）は遮光状態を示す模式図。

【図４】第二の実施例の基本構成を示す模式図。

【符号の説明】

１、２：偏光板１Ａ、２Ａ：偏光軸３、４：基板５、６：電極７、８：配向膜７ａ、８ａ：配向方向９：液晶高分子複合体層１０：液晶粒子１１：高分子１２：液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ電極を備えた一対の基板の間に、
液晶と高分子との分散からなる液晶高分子複合体層が設
けられ、前記電極の少なくとも一方が透明電極とされ、一対の基板の外側にはそれぞれ偏光板が設けられ、それ
らの偏光軸のなす角度がほぼ９０度とされ、電極間に電圧が印加されない無電界の状態のときに、液
晶分子が基板にほぼ平行となる横配向に形成され、液晶分子の横配向の配向方向がほぼ一定の方向を有し、さらに、この液晶分子の配向方向と前記偏光軸の一方と
なす角度が、ほぼ４５度とされたことを特徴とする液晶
表示素子。
【請求項２】請求項１の液晶表示素子において、電極と
液晶高分子複合体層との間に配向面が設けられたことを
特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】請求項１〜２のいずれか１項の液晶表示素
子において、基板に能動素子が設けられ、電極が能動素
子により駆動されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項の液晶表示素
子の高分子に光硬化性の高分子材料を用い、相分離によ
り液晶高分子複合体層を形成することを特徴とする液晶
表示素子の製造方法。