JPH0743730A

JPH0743730A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0743730A
Application number: JP18644493A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yazaki; 正幸矢崎; Eiji Chino; 英治千野; Hidekazu Kobayashi; 英和小林; Hideto Iizaka; 英仁飯坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】表示ムラがなく、多階調表示が可能な、信頼
性の優れた、液晶及び高分子粒子が配向分散した液晶表
示素子を提供する。【構成】画素電極及び該画素電極に電気信号を伝える
為の配線を有する少なくとも一方が透明な２枚の基板間
に、少なくとも一部に設けられた注入孔から、２色性色
素を含んでもよい液晶及び高分子前駆体から成る液晶性
混合材料を充填させ、紫外線を照射して前記高分子前駆
体を重合させることによって、液晶及び屈折率異方性を
有した高分子が互いに配向分散して成る調光層を有する
液晶表示素子において、前記液晶性混合材料を充填後、
注入孔を封止する為の光重合性材料の重合波長が、前記
高分子前駆体の重合波長と異なることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報機器端末、テレ
ビ、家電製品などの表示部を構成する液晶表示素子に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器の小型化、携帯化への需
要の高まりに従い、この分野でのディスプレイに要求さ
れる省電力性から、反射型液晶表示素子が不可欠であ
る。ＴＮ方式については、従来から腕時計、電卓等に広
く用いられており、大容量表示にはＳＴＮ方式が、ノー
トパソコン、ワープロ等の反射型液晶表示装置として使
用されてきた。さらに、反射型液晶表示装置の上に、タ
ブレットなどの情報入力装置を組み合わせる用途も拡大
し、反射型液晶表示素子には、明るさ、視認性の良さが
要求されている。最近では、このような分野で、偏光板
を使用しない、液晶と高分子を互いに分散させた高分子
分散液晶を用いた液晶表示素子が注目されている。この
高分子分散液晶に関する技術は、多数開示されており、
特に、アメリカ特許４，８１８，０７０、アメリカ特許
４，６８５，７７１、ヨーロッパ公開特許ＥＰＡ３１
３，０５３、ヨーロッパ公開特許ＥＰ０４５１９０５Ａ
１等の技術による、液晶と光重合性材料からなる混合材
料に紫外線を照射し、光重合性材料を重合させることに
より高分子分散液晶を形成する方法を中心に開発が進め
られている。

【０００３】上記のような各技術は、画素電極及び画素
電極に電気信号を伝える為の配線を有する２枚の基板か
ら構成されるセルの注入孔から、ＴＮ方式、ＳＴＮ方式
と同様に、液晶及び光重合性材料からなる混合材料を、
真空封入法、毛細管現象により充填していた。その後、
注入孔を、紫外線硬化型樹脂、あるいは熱硬化型樹脂を
硬化させ、封止していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
偏光板を使用したＴＮ方式、ＳＴＮ方式による液晶表示
素子では、光の利用効率が低いため、反射型とすると暗
く、タブレットなどの情報入力装置と組み合わせると非
常に暗い表示となり問題となっていた。また、ＴＮ方
式、ＳＴＮ方式では、裏側の基板裏面の偏光板越しに反
射板が配置されるため、表示のダブルイメージがあり、
細かな文字が見にくく、視認性が問題となっていた。一
方、ヨーロッパ公開特許ＥＰ０４８８１１６Ａ２の技術
によれば、液晶に二色性色素を含有させた場合、電界無
印加での光吸収と、電界印加での白濁した光散乱のスイ
ッチングが可能で、明るい反射型ディスプレイを製造す
ることが可能であった。さらに、光反射面を画素電極と
兼用した場合、表示のダブルイメージがない、明るい反
射型ディスプレイが可能であった。

【０００５】しかしながら、このヨーロッパ公開特許Ｅ
Ｐ０４８８１１６Ａ２による従来技術は、偏光板を使用
した従来の表示方法の問題点を解決できるものの、注入
孔の封止剤に紫外線硬化型樹脂を用いた場合、封止剤硬
化時に紫外線が表示部に浸透する為、部分的な高分子分
散液晶の構造の違い、紫外線による液晶の劣化が発生
し、注入孔付近にコントラスト不良、あるいは表示ムラ
が発生する問題点があった。この表示ムラは、中間調で
目立つ為、表示の中間調が充分に取れない問題、さら
に、高温で通電しているとコントラスト不良領域が拡大
する為、信頼性に問題点があった。また、液晶及び屈折
率異方性を有した高分子が互いに配向分散し、かつ液晶
表示素子として最適な高分子分散液晶を得る為には、照
度の低い紫外線を長時間かけて照射する必要があった。
この為、上記の問題を解決する手段として、セルに液
晶、及び高分子前駆体混合材料を充填後、注入孔に封止
剤を付着し、高分子分散液晶の形成と封止剤の硬化を同
一工程とした場合、封止剤の硬化が進まずに、封止剤が
表示内部に浸透する、注入孔付近のセル厚が所定よりも
厚くなるという問題点があった。さらに、用いる高分子
前駆体の種類や液晶に２色性色素を含有させた場合、水
銀灯などの輝線スペクトルを発するＨＩＤランプでは、
高分子分散液晶を形成できない為、封止剤の硬化と、高
分子分散液晶の形成に別工程が必要という問題点があっ
た。一方、封止剤に熱硬化型樹脂を用いた場合、硬化に
長時間を必要とする、高温で硬化すると高分子分散液晶
の配向が崩れるという問題点があった。また、低温硬化
材料は、信頼性が悪く、封止剤付近から、表示不良が発
生する問題があり、熱硬化型樹脂は実用的でなかった。

【０００６】本発明は、このような課題を解決するため
に行われたものであり、その目的とするところは、注入
孔付近に発生していた表示むら、コントラスト不良を防
止することにより、表示の中間調が充分に取れ、明るく
視認性の優れた、さらに信頼性のよい反射型液晶表示子
を提供するところにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明の液晶表示素子は、下記の構成から成る。

【０００８】（１）画素電極及び該画素電極に電気信号
を伝える為の配線を有する少なくとも一方が透明な２枚
の基板間に、少なくとも一部に設けられた注入孔から、
２色性色素を含んでもよい液晶及び高分子前駆体から成
る液晶性混合材料を充填させ、紫外線を照射して前記高
分子前駆体を重合させることによって、液晶及び屈折率
異方性を有した高分子が互いに配向分散して成る調光層
を有する液晶表示素子において、前記液晶性混合材料を
充填後、注入孔を封止する為の光重合性材料の重合波長
が、前記高分子前駆体の重合波長と異なることを特徴と
する。

【０００９】（２）上記注入孔を封止する為の光重合性
材料の重合波長が可視光領域であることを特徴とする。

【００１０】（３）上記基板の一方の画素電極は反射性
の材料で形成されていることを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明を具体
的に説明する。図１に、本実施例の液晶表示素子の断面
図を示した。裏側の基板１１０は、ＭＩＭ対向基板と
し、ガラス基板上にアルミニウムとマグネシウムの合金
をスパッタリングにより約２０００オングストローム形
成後、パターニングし、ストライプ状の反射電極１０９
とした。この基板上に配向膜１０８としてポリイミドを
形成し、ラビング処理を施した。基板１０１上には、Ｍ
ＩＭ素子１０２、ＩＴＯ画素電極１０３、及び信号配線
が形成されており、表面には配向膜１０４としてポリイ
ミドを形成した後、ラビング処理を施した。ラビング角
度は、上下基板間で９０゜とした。

【００１２】つづいて、空隙保持材１０７として、多孔
性シリカにカーボンを含浸させた光吸収性の黒シリカボ
ール（徳山曹達社製）を使用し、一方の基板に、１平方
ｍｍ当たり約１００個になるように散布した。さらに、
もう一方の基板に、基板を貼り合わせ固定するためのシ
ール剤を基板周囲に印刷し、両基板を貼り合わせ、固定
した。尚、基板間が約５μｍとなるように、シール剤中
にはグラスファイバーを混合し、グラスファイバー及び
シリカボールの径を選択した。また、基板１１０の裏面
には、反射電極間からの光漏れを防止するため、光吸収
層１１１として黒紙を密着させた。

【００１３】次に、この基板間に封入する、液晶及び高
分子前駆体混合物について説明する。液晶としてＴＬ−
２０２（メルク社製）とＢＬ−００７（メルク社製）を
７：３で混合して用い、これにカイラル成分としてＲ１
０１１（メルク社製）を、０．５重量％を混合した。さ
らに、二色性色素として、Ｍ３６１、ＳＩ５１２、Ｍ３
４（すべて三井東圧染料社製）を、それぞれ１．５重量
％、１．７５重量％、０．４３重量％で上記液晶に混合
した。高分子前駆体として、ビフェニルメタクリレート
を先の液晶混合物に対して８重量％用いた。以上を加熱
混合して、液晶性混合材料とした。

【００１４】つづいて、先に説明したパネルを真空雰囲
気中に約３０分間放置した後、シール部材の一部に設け
られた注入孔を、上記の液晶性混合材料に漬けた。その
後、徐々に復圧していき、セル中に液晶性混合材料を充
填させた。

【００１５】次に、注入孔に封止剤として可視光硬化型
樹脂、ＬＣＲＸ０２１０Ａ（ＩＣＩジャパン社製）をデ
ィスペンサーにて塗出させ、シール領域に封止剤が浸透
した後、可視光をキセノンランプにて３分間スポット照
射して硬化させた。なお、光学系には、紫外線、及び熱
線カットフィルターを組み込んだ。その後、パネルを５
０℃に保ちながら、２０Ｗ−ブラックライト灯にて、照
度３ｍＷ／ｃｍ²（３５０ｎｍ）の紫外線を１０分間照
射して、液晶中から高分子を析出さ、本実施例の液晶表
示素子を完成させた。この一連の作業は、イエロールー
ムにて行った。

【００１６】このようにして形成された高分子分散液晶
は基板間で、高分子１０５及び液晶１０６は、互いに配
向し、分散した構造をとり、電圧オフ時で、二色性色素
の吸収による黒表示が得られた。また、電圧を十分に印
加した場合は、液晶１０６が電界方向に配向することに
より、媒体内で屈折率の不連続点が発生し、光散乱状態
となった。この時、二色性色素の吸収が非常に小さくな
るため、白表示が得られた。

【００１７】こうして得られた液晶表示素子をＭＩＭ駆
動したところ、拡散照明下での輝度比によるコントラス
ト比が１２で、明るいペーパーホワイト調の表示が得ら
れた。また、表示部は、均一でムラのない液晶表示素子
が得られ、拡散照明下で、グレイスケール１６まで、識
別できた。さらに、この液晶表示素子を、５０℃にてラ
スター白表示の高温通電エージング試験を行ったとこ
ろ、２００時間経過後も、特に注入孔付近からムラは発
生せず、均一な表示状態が得られた。

【００１８】また、この液晶表示素子の表面に、ノング
レア処理と無反射コートを施すと、風景の写り込みが減
少して視認性が極めて向上した。

【００１９】本実施例では、基板の一方に非線形素子が
形成された構成を示したが、これに限定されず、単純マ
トリクス方式でもよい。また、ＭＩＭ素子の例を示した
が、他の２端子の非線形素子として、ＭＩＭ素子以外
に、ラテラル型ＭＩＭ素子、バックトゥバック型ＭＩＭ
素子、ＭＳＩ素子、ダイオードリング素子、バリスタ素
子なども使用可能である。また、３端子の非線形素子も
同様に使用でき、ポリシリコンＴＦＴ素子、アモルファ
スシリコンＴＦＴ素子、Ｃｄ−ＳｅＴＦＴ素子などが使
用可能である。

【００２０】基板に使用される材料は、ソーダガラス、
石英、無アルカリガラス、シリコン単結晶、サファイア
基板、熱硬化型高分子、熱可塑性高分子などが好ましく
使用される。高分子材料は、基板間に挟持される液晶及
び高分子に悪影響を及ぼさなければ特に制限されること
はなく、ＰＥＴ、ポリエーテルスルホン、エポキシ硬化
樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアリルエーテル等が好まし
く使用される。

【００２１】反射電極は、Ａｌ−Ｍｇの混合物とした
が、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属単
体、あるいはそれらの混合物が使用できる。特に、安定
性、反射率の点からＡｌ−Ｍｇの混合物が好ましく、Ｍ
ｇの添加量は、０．１〜１０重量％が望ましい。

【００２２】反射電極間からの光漏れを防止するための
光吸収層は、本実施例では基板裏面に、黒紙を密着させ
たが、光吸収性の材料を直接基板に塗布してもよい。さ
らに、基板電極側に、有機カラーレジストを塗布しパタ
ニーングにより、電極間に光吸収層を配置してもよい。
反射電極間の光吸収層の吸収波長は、可視光全域（黒）
が望ましく、また用いる２色性色素の吸収域と合わせて
も良い。また、光吸収層の変わりに、金属材料で遮光し
てもよい。

【００２３】配向膜は、ポリイミド膜としたが、他にＳ
ｉＯ斜方蒸着膜、ポリビニルアルコール等が使用でき
る。基板間に挟持される液晶及び高分子前駆体は、紫外
線照射時に配向していれば良く、配向膜を形成しない
で、基板表面をそのままラビングしてもよい。なお、ラ
ビング角度は、本実施例に限定されない。

【００２４】空隙保持材としては、ＰＥＴ、アルミナ、
シリカ等、一般に液晶デバイス用に市販されているもの
が使用できるが、オフ波形時の黒表示の浮き、及びオン
波形時の非散乱光を抑える為に、光吸収性の空隙保持材
が好ましく使用できる。本実施例では、多孔性シリカに
カーボンを含浸させたものを使用したが、光吸収性は含
浸の他に、例えば染色で持たせてもよく、光吸収能、及
び絶縁性が高く、また径の均一性の高い材料であれば何
でもよい。また、基板面内に散布される個数は、本実施
例に限定されない。

【００２５】液晶は、通常の液晶表示素子に使用されて
いるものが好ましく使用できるが、散乱度を良好にする
ためには、液晶の複屈折率異方性Δｎが、０．１５以上
が望ましい。また、非線形素子で駆動するためには、液
晶単体の比抵抗値が１．０×１０⁹Ω・ｃｍ〜１．０×
１０¹⁰Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは、１×１０¹²Ω
・ｃｍ以上が、保持率を高く保ち、表示品質を良好にす
るためには望ましい。

【００２６】カイラル成分は、添加しなくてもよいが、
散乱度を良好にするために添加され、通常のＴＮ、ＳＴ
Ｎに使用されている材料が、そのまま好ましく使用でき
る。その添加量は、０．０１〜１０重量％であり、好ま
しくは０．１〜５重量％である。０．０１重量％以下で
は効果が小さく、１０重量％以上では駆動電圧が高くな
り、通常の非線形素子では駆動ができない。

【００２７】２色性色素としては、通常のＧＨ表示方式
に使用されているアゾ系、アントラキノン系、ナフトキ
ノン系、ペリレン系、キノフタロン系、アゾメチン系な
どが好ましく使用される。その中でも、耐光性の点から
アントラキノン系単独、あるいは必要に応じて他の色素
と混合したものが特に好ましい。これらの２色性色素
は、必要な色によって、混合され使用される。

【００２８】高分子前駆体は、重合後、屈折率異方性を
示し、液晶と配向分散するものであればなんでもよい
が、液晶表示素子製造の簡便性から紫外線硬化型モノマ
ーが望ましい。紫外線硬化型モノマーとしては、単官能
メタクリレート、２官能メタクリレートあるいは多官能
メタクリレートなどが好ましく使用される。散乱度を向
上するために、これらモノマーは最低１個のベンゼン環
をその分子構造中に含むことが望ましい。これらのモノ
マーには、カイラル性の成分を含むものでも良い。ま
た、これらのモノマーは単独あるいは他のモノマーと混
合した後、紫外線を照射し重合しても良い。

【００２９】本実施例では、真空注入方式を用いいた
が、常圧下で毛細管現象を利用してセル内に注入した
後、可視光硬化型樹脂で封止しても、同様に、表示が均
一で、信頼性のよい液晶表示素子が得られる。

【００３０】（比較例）実施例において、注入孔の封止
を紫外線硬化型樹脂で実施した以外は、実施例と同様に
して液晶表示素子を得た。なお、紫外線硬化型樹脂は、
表示部を遮光しながら、水銀灯をスポット照射して硬化
させた。

【００３１】この液晶表示素子を、ＭＩＭ駆動したとこ
ろ、注入孔付近に円弧状のムラがあり、特に中間調で容
易に識別された。また、この液晶表示素子を、５０℃に
てラスター白表示の高温通電エージング試験を行ったと
ころ、約５０時間経過したあたりから、注入孔付近の表
示ムラが拡大した。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の液晶表示素
子の構成により、偏光板を不要とする明るく、ダブルイ
メージのない反射型の液晶表示素子が提供できた。特
に、従来問題となっていた注入孔付近に発生していた表
示ムラを、注入孔を封止する材料を可視光硬化型樹脂に
することにより、表示が均一でムラのない液晶表示素子
を提供することができた。また、長期に渡って、表示状
態が変化しない信頼性のよい液晶表示素子を提供するこ
とが可能となった。また、非線形素子との組み合わせに
より、多階調表示が可能で、表示品位の優れた、信頼性
のよい反射型大容量ディスプレイを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の液晶表示素子の断面図。

【符号の説明】

１０１基板１０２ＭＩＭ素子１０３ＩＴＯ画素電極１０４配向膜１０５高分子１０６液晶１０７空隙保持材１０８配向膜１０９反射電極１１０基板１１１光吸収層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯坂英仁長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素電極及び該画素電極に電気信号を伝
える為の配線を有し、少なくとも一方が透明な２枚の基
板間に、少なくとも一部に設けられた注入孔から、２色
性色素を含んでもよい液晶及び高分子前駆体から成る液
晶性混合材料を充填させ、紫外線を照射して前記高分子
前駆体を重合させることによって、液晶及び屈折率異方
性を有した高分子が互いに配向分散して成る調光層を有
する液晶表示素子において、前記液晶性混合材料を充填
後、注入孔を封止する為の光重合性材料の重合波長が、
前記高分子前駆体の重合波長と異なることを特徴とする
液晶表示素子。
【請求項２】上記注入孔を封止する為の光重合性材料
の重合波長が、可視光領域であることを特徴とする請求
項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】上記基板の一方の画素電極は反射性の材
料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液
晶表示素子。