JPH07110479A - 液晶電気光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不純物による表示性能の劣化を防止した液晶
電気光学素子を提供する。 【構成】 透明基板１，１の対向面に透明電極６，６が
形成され、その表面は液晶材料を配列させるためのポリ
イミドからなる配向膜４，４で覆われている。そして、
透明電極６の周辺領域に、配向膜４よりもイオン吸着性
が高いポリイミドからなる配向膜５，５が形成されてい
る。両透明基板１，１間の周縁部分に接着樹脂からなる
スペーサ２が形成され、所定距離を有して透明基板１，
１が配設されている。この透明基板１，１間に液晶材料
７を充填した後、注入口３を樹脂で封止して液晶電気光
学素子が形成される。配向膜４は表示性能には優れてい
るが配向膜５よりもイオン吸着性が低く、イオン吸着性
が高い配向膜５により不純物が吸着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を光シャッタとし
て画像を表示する液晶電気光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の液晶電気光学素子の構造
を示す模式的平面図であり、図９は図８のVIII−VIII線
から見た模式的断面図である。図９に示すように、１
１，１１は対向させて配した透明基板であり、透明基板
１１，１１の対向面には透明電極１６，１６が夫々形成
されている。透明電極１６，１６の表面は、液晶分子を
配向させるための配向膜１４，１４で覆われており、配
向膜１４，１４は透明電極１６，１６が形成された面積
よりも大きな面積を有している。そして、両透明基板１
１，１１間の周縁部分には接着樹脂からなるスペーサ１
２が形成されており、スペーサ１２により両透明基板１
１，１１は所定間隔を有し、液晶を封じる態様にて配設
される。この周縁部分には接着樹脂１２が一部形成され
ていない領域（注入口１３）があり、ここから液晶材料
１７を注入する。そして、液晶材料１７を充填した後、
注入口１３を樹脂で封止して液晶電気光学素子を形成す
る。

【０００３】以上の如き構造の電気光学素子は、一側又
は両側の透明基板１１に偏光板を貼付し、透明電極１
１，１１に電圧を印加する。これにより、液晶が光シャ
ッタの働きをする。

【０００４】このような液晶電気光学素子では、液晶材
料１７を注入する際に素子内にイオン性の不純物が混入
したり、注入後の封止に用いられた樹脂中から未硬化成
分が素子内に侵入して液晶材料１７を汚染することがあ
る。また、液晶電気光学素子の使用中に、不純物が素子
外部からスペーサ１２を透過して液晶材料１７中へ侵入
したり、素子内部から発生して、液晶材料１７を汚染す
る事がある。内部で発生する不純物には、透明基板１
１，１１間に形成されたスペーサ１２から拡散するナト
リウム，カリウム等の金属イオンと、構成材料の表面に
吸着された水分等とがあり、経時的に液晶材料１７中に
拡散する。特に、電圧印加時，温度上昇時のような場合
にその拡散程度は高くなる。

【０００５】このようなイオン性の不純物は電気導電性
を有しているために、この不純物が液晶材料１７中に混
入した場合は、不純物が混入した領域で液晶材料１７に
印加される電圧が低下する。これにより、液晶の電気光
学素子性能が劣化し、液晶電気光学素子が正常な機能を
果たさなくなる。このことは、以下の図１０及び図１１
にて説明される。

【０００６】図１０は、アクティブマトリクス形の液晶
電気光学素子における、液晶の交流抵抗と電圧保持率と
の関係を示したグラフ（“第15回, 液晶討論会講演予稿
集”p.356 ）であり、縦軸は電圧保持率を表し、横軸は
交流抵抗値を表している。異種類の配向膜間に同一種類
の液晶材料を注入した２種類のセルに、５Ｖ，32Hzの正
弦波高周波電圧を印加し、その交流抵抗値に対する電圧
保持率を測定した。グラフ中、２種類のセルを‘○’及
び‘△’で示す。グラフから、夫々のセルにおいて、交
流抵抗値が低いほど電圧保持率が低いことが判る。ま
た、図１１は、ＳＴＮ（super twisted nematic ）形の
液晶電気光学素子における、液晶の比抵抗値と閾値電圧
との関係を示したグラフ（“第17回, 液晶討論会講演予
稿集”p.169 ）であり、縦軸は閾値電圧を表し、横軸は
比抵抗値を表している。グラフから、ある比抵抗値以下
では閾値電圧が急激に低下し、閾値電圧の変動が大きく
なることが判る。

【０００７】イオン性の不純物が混入することによって
液晶の比抵抗値は低下するので、図１０及び図１１か
ら、液晶材料１７への不純物の混入により、電圧保持特
性が低下し、閾値電圧の変動が増大することが判る。こ
れにより、液晶材料１７に充分な電圧が印加されないと
いう問題があった。特に、透明基板に薄膜トランジスタ
が形成されたアクティブマトリクス形の液晶電気光学素
子では、不純物混入による電気光学素子性能の劣化が著
しいという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】これを解決するため
に、接着樹脂に吸着剤を混入し、この接着樹脂で液晶材
料の注入口近傍を封止することにより、素子内へ侵入し
た不純物を吸着する方法が提案されている（特開昭62−
191825号公報）。この方法により、液晶材料の注入口近
傍から侵入する不純物は除去できる。しかしながら、こ
の方法では吸着剤と液晶材料との接触面積が狭く、吸着
剤が充分な吸着効果を発揮することができないという問
題があった。また、液晶材料を汚染する不純物は前述し
たように接着樹脂を透過して外部から侵入する場合と、
素子内部から拡散する場合とがあり、上述の提案ではこ
れらの不純物の全てを吸着せしめることができないとい
う問題があった。また、吸着剤を混入しているために注
入口を封止する際に接着樹脂の接着強度が低下するとい
う問題があった。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、配向膜のイオン吸着性を透明電極の形成領域
で低く、周辺領域で高くすることにより、不純物により
表示性能が劣化することを防止した液晶電気光学素子を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶電気光
学素子は、対向する基板の対向面に設けられた透明電極
と、該透明電極を覆う第１の配向膜と、前記透明電極の
周辺に設けられ、第１の配向膜よりも高いイオン吸着性
を有する第２の配向膜とを備えていることを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】本発明の液晶電気光学素子では、イオン吸着性
に劣るが表示性能に優れた第１の配向膜を透明電極の表
面に形成し、イオン吸着性に優れるが表示性能に劣る第
２の配向膜を透明電極の周辺に形成している。配向膜の
イオン吸着性の比較は、例えば配向膜の液晶比抵抗値を
比較することにより行える。イオン吸着性が高い配向膜
を配した液晶はその比抵抗値を高くすることが知られて
おり、このことから、比抵抗値が低い方の配向膜を透明
電極の形成領域の表面に形成し、比抵抗値が高い方の配
向膜を透明電極の周辺領域に形成する。これにより、素
子外部から侵入するイオン性の不純物及び素子内部で発
生するイオン性の不純物が透明電極の周辺領域の配向膜
で吸着され、透明電極の形成領域には侵入しないので表
示性能を向上させる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図１は、本発明の液晶電気光学素
子の構造を示す模式的平面図であり、図２は図１のII−
II線から見た模式的断面図である。図２に示すように、
１，１は対向させて配した透明基板であり、透明基板
１，１の対向面にはＩＴＯ（indium tinoxide）からな
る透明電極６，６が形成されている。透明電極６，６の
表面は、液晶分子を配向させるためのポリイミド系のＳ
Ｅ2170（日産化学（株）製）からなる第１の配向膜４，
４で覆われている。そして、透明基板１，１の対向面の
透明電極６の周辺領域には、ポリイミド系のＡＬ1051
（日本合成ゴム（株）製）からなる第２の配向膜５，５
が形成されている。

【００１３】このように透明電極６の周辺領域には、透
明電極６表面の配向膜４よりも高いイオン吸着性を有す
る配向膜５が用いられる。この高いイオン吸着性を有す
る配向膜の選定方法として、液晶比抵抗の測定が挙げら
れる。配向膜を配した液晶の比抵抗値が高いほど、その
配向膜のイオン吸着性が高いことが知られている。例え
ば、ＺＬＩ4287（メルク（株）製）の液晶材料を用いた
場合に、上述のＳＥ2170の液晶比抵抗は４×10¹¹Ωcmで
あり、ＡＬ1051は１×10¹²Ωcmである。この液晶比抵抗
値から、ＡＬ1051はＳＥ2170よりもイオン吸着性が高く
透明電極６の周辺領域に形成する配向膜５に選定され、
ＳＥ2170は透明電極６の形成領域に形成する配向膜４に
選定される。また、周辺領域の配向膜面積は広いほど良
いが、電極面積の５〜10％とすることで液晶比抵抗の低
下を防止することが可能である。

【００１４】そして、両透明基板１，１間の周縁部分に
接着樹脂のＸＮ21Ｓ（三井東圧（株）製）からなるスペ
ーサ２が形成され、両透明基板１，１が所定間隔を有し
て配設されている。この周縁部分にはスペーサ２が一部
形成されていない領域（注入口３）があり、ここからＺ
ＬＩ4287（メルク（株）製）からなる液晶材料７を注入
する。そして、液晶材料７を充填した後、注入口３を樹
脂で封止して液晶電気光学素子を形成する。

【００１５】以上の如き構造の電気光学素子の製造方法
は、まず、透明基板１，１に形成された透明電極６，６
の表面に、転写法により配向膜４，４を形成する。図３
は、形成途中段階の配向膜を示す樹脂凸板の斜視図であ
り、転写用樹脂板８上にポリイミド系のＳＥ2170で所定
パターンの配向膜４を形成している。この樹脂凸板を用
いて透明電極６，６の表面領域に配向膜４，４を転写
し、 200℃で１時間加熱処理を施す。

【００１６】次に、透明電極６周辺の透明基板１表面に
配向膜５を形成する。図４は、形成途中段階の配向膜を
示す樹脂凸板の斜視図であり、転写用樹脂板８上にポリ
イミド系のＡＬ1051で所定パターンの配向膜５を形成し
ている。この樹脂凸板を用いて透明電極６，６の周辺領
域に配向膜５，５を転写し、 200℃で１時間加熱処理を
施す。

【００１７】そして、スクリーン印刷法により、透明基
板１，１の周縁部分にＸＮ21Ｓからなるスペーサ２を形
成する。そして、透明電極６及び配向膜４，５を対向側
にして両基板を接着し固定する。そして、液晶材料７を
充填して注入口３を封止し、片面又は両面の透明基板１
に偏光板を貼付して、透明電極１，１に電圧を印加す
る。これにより、液晶が光シャッタの働きをする。

【００１８】以上の如き液晶電気光学素子では、透明電
極の周辺領域に形成されたイオン吸着性が高い配向膜５
が、液晶材料の注入口３近傍から侵入するイオン性の不
純物を吸着せしめ、さらに、スペーサ２を透過して外部
から侵入する不純物、及び素子内部から拡散する不純物
を吸着せしめるので、透明電極の形成領域では不純物の
侵入による影響を受けない。この液晶電気光学素子に、
80℃で90％の高温高湿度テストを行った。図５はテスト
10時間経過後の表示光の透過率を示したグラフである。
縦軸は表示光の透過率を、横軸は透明電極の位置を表し
ている。なお、透明電極は略20mmの幅を有して形成され
ており、グラフ中、実線は上述の実施例素子を、破線は
従来の液晶電気光学素子を示している。グラフから判る
ように、従来の液晶電気光学素子では透明電極の縁部で
表示の明るさが低下しているが、本実施例素子では表示
の明るさの低下は見られない。また、このテストを20時
間行った結果、本実施例素子では表示性能の劣化は全く
認められなかった。

【００１９】次に、本発明の第２実施例をこれを示す図
に基づき具体的に説明する。図６は、本発明の液晶電気
光学素子の構造を示す模式的断面図である。図中６，６
は透明電極であり、透明電極６，６の周辺領域に形成さ
れたイオン吸着性が高い配向膜５，５を、透明電極６，
６の形成領域に形成された配向膜４，４の周縁部に接触
させて形成している以外は、上述の第１実施例と同様で
あり対応する部分に同符号を付し、説明を省略する。こ
のような構造の液晶電気光学素子では、透明電極の周辺
領域に形成された配向膜５，５によりイオン性の不純膜
が吸着され、透明電極の形成領域は不純物の影響を受け
ない。

【００２０】なお、上述の第１，第２実施例では、矩形
状の透明電極６が透明基板１表面に１箇所だけ形成され
ているが、これに限るものではなく、複数箇所に形成さ
れていても良い。図７は、複数箇所に透明電極が形成さ
れた本発明の液晶電気光学素子の構造を示す模式的平面
図であり、透明基板１の表面に矩形状の透明電極６，６
…が所定間隔離隔させて形成されており、透明電極６，
６…を覆って配向膜４，４…が形成されている。そし
て、この配向膜４，４…の周縁部に接触させて、透明電
極６，６…の周辺領域に配向膜５が形成されている。こ
れ以外は、第１，第２実施例と同様であり対応する部分
に同符号を付し、説明を省略する。このような構造の液
晶電気光学素子では、透明電極の周辺領域に形成された
配向膜５，５によりイオン性の不純膜が吸着され、透明
電極の形成領域は不純物の影響を受けない。

【００２１】次に、本発明の第３実施例を説明する。第
３実施例は図１及び図２に示した液晶電気光学素子にお
いて、透明電極の形成領域の配向膜４として基板に対し
て60°方向等の斜め蒸着ＳｉＯ₂ 膜を 500Åだけ蒸着し
たものを使用した場合に、周辺領域の配向膜５としてＡ
Ｌ1051を用いた例を示したものである。このような斜め
蒸着ＳｉＯ₂ 膜からなる配向膜は、表示性能には優れて
いるが、周辺領域に形成されたＡＬ1051からなる配向膜
よりもイオン吸着性が低い。このことは、液晶比抵抗を
測定することにより判る。ＺＬＩ4287の液晶材料を用い
た場合に、これらの配向膜の液晶比抵抗は、60°方向等
の斜め蒸着ＳｉＯ₂ 膜では６×10¹⁰Ωcmであり、ＡＬ10
51では１×10¹²Ωcmである。上述したように、配向膜を
配した液晶の比抵抗値が高いほど、その配向膜のイオン
吸着性が高いことが知られており、ＡＬ1051は斜め蒸着
ＳｉＯ₂ 膜よりもイオン吸着性が高く透明電極の周辺領
域に形成され、ＡＬ1051は透明電極の形成領域に形成さ
れる。このように第３実施例では、透明電極の形成領域
の配向膜４として、ＳＥ2170の代わりに配向性を有する
斜め蒸着ＳｉＯ₂ 膜を形成したこと以外は上述の第１実
施例と同様であり、構造及び製造方法についての説明を
省略する。

【００２２】なお、第３実施例では透明電極の形成領域
６に斜め蒸着ＳｉＯ₂ 膜を形成した場合を説明している
が、これに限るものではなく、斜め蒸着Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜の
ような無機物斜方蒸着膜を用いても良い。

【００２３】次に、本発明の第４実施例を説明する。第
４実施例の液晶電気光学素子の製造方法は、透明電極の
周辺領域の配向膜５としてポリイミド系のＳＥ2170を転
写し、 300℃で１時間の熱処理を施す。そして、透明電
極の形成領域の配向膜として同じくＳＥ2170を転写し、
200℃から 300℃の間の温度で１時間の熱処理を施す。
ポリイミド系のＳＥ2170は熱処理温度を高温にするとイ
オン吸着性が高くなる。このことは、液晶比抵抗を測定
することにより判る。ＺＬＩ4287の液晶材料を用いた場
合に、これらの配向膜の液晶比抵抗は、 200℃，１時間
で形成された配向膜では４×10¹¹Ωcmであり、 300℃，
１時間で形成された配向膜では９×10¹¹Ωcmである。上
述したように、配向膜を配した液晶の比抵抗値が高いほ
ど、その配向膜のイオン吸着性が高いことが知られてお
り、 300℃，１時間で形成された配向膜は 200℃，１時
間で形成された配向膜よりもイオン吸着性が高く、透明
電極の周辺領域に形成される。このように第４実施例で
は、ＳＥ2170からなる配向膜を異なる温度で透明電極の
形成領域と周辺領域とに形成する以外は上述の第１実施
例と同様であり、その説明を省略する。

【００２４】以上の第３，第４実施例の液晶電気光学素
子では、液晶材料の注入口近傍から侵入するイオン性の
不純物が吸着され、さらに、接着樹脂を透過して外部か
ら侵入する不純物、及び素子内部から拡散する不純物も
吸着されて、透明電極の形成領域では不純物の侵入によ
る影響を受けない。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、透明
電極の周辺領域に形成領域よりもイオン吸着性が高い配
向膜を形成しているので、素子外から侵入したイオン性
の不純物及び素子内で発生した不純物は周辺領域の配向
膜で吸着され、表示性能の劣化が防止され、アクティブ
マトリクス形素子においても信頼性が向上する等、本発
明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶電気光学素子の構造を示す模式的
平面図である。

【図２】図１のII−II線から見た模式的断面図である。

【図３】本発明に係る形成途中段階の配向膜を示す樹脂
凸板の斜視図である。

【図４】本発明に係る形成途中段階の配向膜を示す樹脂
凸板の斜視図である。

【図５】高温高湿度テスト後の液晶電気光学素子の表示
光の透過率を示したグラフである。

【図６】本発明の液晶電気光学素子の構造を示す模式的
断面図である。

【図７】本発明の液晶電気光学素子の構造を示す模式的
平面図である。

【図８】従来の液晶電気光学素子の構造を示す模式的平
面図である。

【図９】図８のVIII−VIII線から見た模式的断面図であ
る。

【図１０】従来の液晶電気光学素子における液晶の交流
抵抗と電圧保持率との関係を示したグラフである。

【図１１】従来のＳＴＮ形の液晶電気光学素子における
液晶の比抵抗値と閾値電圧との関係を示したグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ スペーサ ３ 注入口 ４ 配向膜 ５ 配向膜 ６ 透明電極 ７ 液晶材料 ８ 転写用樹脂板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する基板の対向面に設けられた透明
   電極と、前記基板間に保持された液晶と、前記透明電極
   を覆う第１の配向膜と、前記透明電極の周辺に設けられ
   た第２の配向膜とを備え、該第２の配向膜は第１の配向
   膜よりも高いイオン吸着性を有することを特徴とする液
   晶電気光学素子。