JPH0816754B2 - ドットマトリクス液晶素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示素子、液晶記憶素子等に用いられ
る視認性に優れたドットマトリクス液晶素子及びその製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

ドットマトリクス液晶素子の視認性を向上させるため
に様々な方法が提案されている。例えば、従来よく知ら
れたブラックストライプ方式のほかに、配向膜の表示パ
ターン部を除く部分をマスク層とし、マスク層部分には
配向機能を持たせず、液晶を配向させるのは配向膜の露
出している表示パターン部のみとした液晶表示素子及び
その製造法が提案されている（特開昭63−101826号公
報）。しかし、表示パターン部のみに選択的に配向機能
を持たせるためには配向膜にマスク層を印刷する工程が
必要であり、特に高精細化する液晶素子においては表示
部以外のギャップが極めて狭いので高精度の手法が必要
である。配向制御膜及びマスク層を設けることは生産性
に劣り、さらに又ラビング法による配向を必要とし、か
つ液晶素子の温度を液晶が等方相を示す温度から室温ま
で徐冷しなければならず、これらの点からも生産性に劣
っている。

また、液晶材料の配向方法の一つとして電界を利用す
る方法が知られている。例えば、高分子液晶を２枚の
電極間に挟み、150℃で60V、2kHzの交流電界を長時間印
加して垂直配向を行う方法（R.Simons,et al.:Polymer,
27,811（1986））、高分子液晶（主鎖型、側鎖型）を
少なくとも一方に絶縁層を設けた電極間で電場を印加し
て配向させる方法（特開昭63−144324号公報）、強誘
電性液晶を等方相になるまで加熱した後に徐冷を行い、
この徐冷中に電界を印加して配向させる方法（特開昭63
−121815号公報、特開昭63−151927号公報）、側鎖型
液晶高分子に低分子液晶を混合し直流電圧を印加して配
向させる方法（特開昭63−243165号公報）等がある。

しかし、の方法では高温加熱及び長時間の交流電界
印加というプロセスが必要で生産性が悪い。また、強誘
電性液晶に対しては液晶分子の誘電率異方性Δεが正の
場合には垂直配向してしまい、負の場合では水平配向は
するがその向きは基板面内でランダムになってしまい強
誘電性液晶素子で必要な一軸水平配向は得られない。
の方法もスメクチックＡ相やネマチック相をとる液晶を
垂直配向させる方法である。この方法でも誘電率異方性
Δεが負の液晶であれば液晶を基板に水平にすることは
できるがその向きは基板面内でランダムになり、一軸水
平配向は不可能である。従って強誘電性液晶は低分子で
も高分子でも一軸水平配向できないという問題がある。
の方法では一軸配向するためには予め基板にコポリマ
ーコート及びラビング処理又は斜方蒸着等の界面処理が
必須であり、電界印加は界面による配向状態の欠陥を減
らすという補助的役割を担っているに過ぎない。従って
従来のラビング処理又は斜方蒸着による配向方法と同様
にプロセスが複雑であり、また等方相からの徐冷という
過程も必須であるため生産性に問題がある。の方法で
は液晶相−等方相転移温度如何で混合系の相分離が発生
せずに液晶状態が保存され、さらに常温で配向状態が変
化しないような側鎖型液晶高分子と低分子液晶の混合比
を選ぶ必要があり、任意の液晶を配向させることはでき
ないなどの問題がある。

また、液晶材料の配向に剪断力を利用する方法が知ら
れている。例えば、強誘電性液晶を２枚の基板間に挟
み、基板を相互にわずかにずらして剪断を印加して水平
配向させる方法（N.A.Clark.et al.:Appl.Phys.Lett.,3
6,899（1980））がある。しかし、この方法では大面積
の配向処理が難しく、また剪断を印加するときの温度制
御を例えば等方相とスメクチックＡ相との混相を示す温
度などに精密に合わせなければならないなどの問題があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、電界変化に対する高速応答性を有する強誘
電性液晶を用い、ドット表示の視認性が良好で薄型化が
可能な広視野角を有する高コントラストのドットマトリ
クス液晶素子を提供しようとするものである。

本発明はまた、このようなドットマトリクス液晶素子
を極めて容易に、配向制御膜を用いず、また精密な温度
制御を要さずに、生産性良く得ることのできる液晶素子
の製造方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意研究を重
ねた結果、従来のような配向制御膜が存在せず、画素部
分の液晶材料を選択的に一軸水平配向したドットマトリ
クス液晶素子により、その目的が達成されることを見出
し本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、ストライプ状の電極が内側に配設
された一対の可撓性基板で強誘電性液晶材料を挟持して
なる液晶素子において、該電極上に配向制御膜が存在せ
ず、対向する電極間に挟まれた画素部分の液晶材料が一
軸水平配向しており、画素部分間の液晶材料は略無配向
であることを特徴とするドットマトリクス液晶素子を提
供するものである。

また本発明は、ストライプ状の電極が内側に配設され
た一対の可撓性基板で強誘電性液晶材料を挟持してなる
液晶素子の対向する電極間に電圧を印加しながら、該液
晶材料が等方相を示す温度又は等方相と液晶相との混相
を示す温度よりも低い温度で該液晶素子に曲げ変形を与
えることにより、対向する電極間に挟まれた画素部分の
液晶材料を一軸水平配向させることを特徴とするドット
マトリクス液晶素子の製造方法を提供するものである。

本発明のドットマトリクス液晶素子に用いられる可撓
性基板としては、少なくとも一方が透明であれば特に制
限はなく、プラスチックや薄い可撓性を有するガラスな
どが挙げられる。プラスチックとしては具体的には、例
えばPE（ポリエチレン）、PET（ポリエチレンテレフタ
レート）、PS（ポリスルホン）、PES（ポリエーテルス
ルホン）、PC（ポリカーボネート）などが挙げられる。
可撓性基板を用いることで薄型で広視野角を有し、軽量
で機械的ショックにも強い液晶素子を得ることが可能と
なる。

上記の可撓性基板には予め片面に透明電極が配設され
ている。透明電極としては、例えば金属、金属酸化物、
有機導電体などの膜が用いられる。好ましくはITO膜、N
ESA膜あるいはAu、Cu、Alなどの金属薄膜が用いられ
る。これらの膜は塗布法、ラミネート法、印刷法、蒸着
法等により可撓性基板上に配設されている。また、本発
明ではドットマトリクス液晶素子とするため透明電極は
エッチング法等によりストライプ状に形成されている。

ストライプ状の電極が配設された一対の可撓性基板
は、対向するストライプ状の電極が向かい合い互いに略
直交するように配置され、その間に強誘電性液晶材料が
挟持されている。

本発明のドットマトリクス液晶素子では電極上に従来
のようなラビング膜、斜方蒸着膜などの配向制御膜は存
在しない。すなわち、液晶材料は通常直接電極に接する
ように挟持されている。これは、配向制御膜により強誘
電性液晶の特性である双安定性が低下するのを防ぐため
である。導電欠陥などの防止のため上下基板の片方又は
両方の電極上にポリイミド、エポキシ樹脂等の高分子物
質やSiO₂やSiO等の無機物質などの絶縁膜を設けてもよ
い。この場合、液晶材料は電極上の絶縁膜に接するよう
に挟持されている。

上記一対の可撓性基板に挟持される強誘電性液晶材料
としては、強誘電性液晶相を示す材料であれば特に制限
はない。例えば、低分子の強誘電性液晶、高分子の強誘
電性液晶又はこれらの組成物よりなる液晶材料、更に低
分子若しくは高分子の非強誘電性の非液晶物質又は低分
子若しくは高分子の非強誘電性の液晶物質と、低分子若
しくは高分子のカイラル性を有する非液晶物質又は低分
子若しくは高分子のカイラル性を有する液晶物質とを、
カイラルスメクチックＣ相などの強誘電性液晶相を示す
ように組み合わせた液晶材料が挙げられる。更に、これ
らの液晶材料には多色性色素、熱可塑性樹脂、架橋性樹
脂、電荷移動錯体、微粒子物質などを加えてもよい。強
誘電性液晶材料を用いることで電界変化に対する高速応
答性を有する液晶素子を得ることが可能となる。

第１図（ａ）は本発明のドットマトリクス液晶素子の
一例の断面図であり、第１図（ｂ）はその平面図であ
る。但し第１図（ｂ）では可撓性基板は省略している。
１は可撓性基板、２は上側のストライプ状の電極、３は
下側のストライプ状の電極、４は強誘電性液晶材料を示
す。対向する上側のストライプ状の電極２と下側のスト
ライプ状の電極３は互いに略直交するように配置されて
おり、その間に強誘電性液晶材料４が挟持されている。
このとき強誘電性液晶材料４では、対向する電極間に挟
まれた画素部分５（第１図（ｂ）中斜線で示した部分）
が選択的に一軸水平配向されている。

強誘電性液晶材料をストライプ状の電極が内側に配設
された一対の可撓性基板で挟持する方法としては特に制
限はないが、液晶材料を一方の基板の電極の配設面上に
塗布して液晶材料の塗布膜を形成し、次いで塗布膜上に
他方の基板をストライプ状の電極を内側に、対向するス
トライプ状の電極が互いに略垂直になるようにラミネー
トする方法が好適に用いられる。

次いで、得られた液晶素子の対向する電極間に電圧を
印加しながら液晶素子に曲げ変形を与えて剪断力を加え
ることにより対向する電極間に挟まれた画素部分の液晶
材料を一軸水平配向させる。

このとき、液晶材料が等方相を示す温度又は等方相と
液晶相との混相を示す温度よりも低い温度で上記の液晶
素子に曲げ変形を与える。等方相を示す温度まで液晶材
料を加熱する必要はなく、通常室温でよい。等方相を示
す温度以上に加熱すると電圧の印加に伴い電極間にクー
ロン力がはたらき電極間が導通してしまうことがあり、
また等方相では剪断を与えても全く配向しない。

第２図は、対向する電極間に電圧を印加しながら液晶
素子に曲げ変形を与える方法の一例を示す略示図であ
る。６は液晶素子、７は曲げ変形用ローラ、８は補助ロ
ーラである。液晶素子７はライン速度ｖで一組の曲げ変
形用ローラ７の表面にその表裏を交互に密着させながら
移動している。このとき対向する電極間には電圧が印加
されている。印加する電圧は直流、交流など任意で、連
続的又は間欠的に印加する。電圧はセル厚に応じて電界
強度の最大値が0.1〜150MV/mとなることが好ましい。特
に好ましくは５〜100MV/mである。電界強度の最大値は
0.1MV/m未満であると配向が良好でない場合があり、逆
に150MV/mを超えると液晶材料が絶縁破壊を起こすこと
がある。この曲げ変形により対向する電極間に挟まれて
電圧が印加されている画素部分の液晶材料が選択的に一
軸水平配向され、液晶材料が対向する電極に挟まれてお
らず電圧が印加されていない画素部分以外の部分は略無
配向となる。

第２図では曲げ変形用ローラの数は２本としている
が、１本でも３本以上でもよい。通常は２本又は３本が
好適である。使用する液晶材料、ライン速度等により適
宜設定する。

以上本発明により得られるドットマトリクス液晶素子
では、画素部分間は液晶材料が略無配向であるので光学
的に等方的であり、この略無配向の部分は液晶素子を偏
光子間に設置したときにクロスニコル下では黒、パラニ
コル下では透明となる。従って、よく知られたブラック
ストライプと同様にドット表示の視認性が著しく向上
し、高コントラストの表示が可能になる。しかも従来の
ように一軸水平配向を規制する配向制御膜をもたないの
で強誘電性液晶材料の双安定性に優れたものとなる。ま
た、カラーフィルタを設ける場合にカラーフィルタを設
置する位置の精度が比較的必要でない。すなわちカラー
フィルタの端が画素部分と画素部分の間にくればよいの
で生産性が向上する。

〔実施例〕

実施例１ 電極付可撓性基板として厚み100μｍ、幅200mm、長さ
50mのロール状のITO膜電極付PES基板（住友ベークライ
ト（株）製、FST−1351）を用た。これを２本用意し、
それらのITO膜電極をエッチング法によって、１本の基
板では幅1.6mm、電極間ギャップ0.1mmの長手方向のスト
ライプ状に形成し、もう１本の基板では同様の長手方向
と直角方向のストライプ状に形成した。次いで一方の基
板の電極の配設面上に、下記の構造及び特性を有する液
晶と下記の接着剤とを重量比4:1で混合した混合物をジ
クロロメタン15重量％溶液にしてダイレクトグラビアコ
ーターによって連続塗布した。

液晶： 相転移挙動 〔Cry:結晶相、SmC^＊：カイラルスメクチックＣ相、Sm
A:スメクチックＡ相、Iso:等方相〕 接着剤： UV硬化型アクリル系接着剤 セメダイン（株）製 セメロックスーパーY862−１ 得られた液晶膜の溶媒蒸発後の膜厚は2.8μｍであっ
た。続けて金属製及びゴム製のローラ対によりなるラミ
ネータによって何も塗布していない対向基板を液晶膜上
に電極の配設面を内側にしてラミネートした。

次いで、幅200mm、長さ400mmの液晶素子を切り出し、
室温で対向する電極間に交流35V、50Hzを印加しながら
第２図のような装置で液晶素子に曲げ変形を与えた。こ
こで、一対の曲げ変形用ローラ７は直径70mmの金属製、
補助ローラ６は直径40mmのゴム製のものを用い、ライン
速度ｖ＝2m/分とした。白く濁った色を呈していた液晶
素子は曲げ変形開始後直ちに透明になり、これをクロス
ニコル下で観察すると画素部分の液晶材料が選択的に一
軸水平配向していた。更に、メタルハライドランプでUV
光を照射して接着剤を硬化させたのち、対向する電極間
に±5Vの直流電圧を印加してコントラスト比を測定した
ところ、画素部分のコントラスト比はクロスニコル下で
105であった。また画素部分間は真黒であり、ドット表
示の視認性が良好であった。クロスニコル下で素子を回
転して画素部分間の配向度を調べたところ、透過光強度
の最大値と最小値の比は1.02以下でありほぼ完全にラン
ダムであることが明らかになった。更に液晶材料の双安
定性、電界変化に対する閾値性も良好で、パルス高20
V、パルス長0.4msのダイナミック駆動を行ったところ、
双安定状態でのコントラスト比が50以上の文字やパター
ンを表示できた。

比較例１ 実施例１と同様の基板及び液晶材料を用いた。上下２
本の基板のストライプ状のITO膜電極設置面上に予めポ
リアミック酸（東レ（株）製、SP−910）のピロリドン
溶液（0.5重量％）を塗布し、100℃の温風で塗布膜の溶
媒を乾燥させた後、得られた基板を巻き取ったロールを
加熱オーブン中で180℃に加熱し３時間かけてイミド化
を行った。次にこのロールから基板を繰り出してライン
速度5m/分で流しながらラビング用の布をポリイミド膜
上に押しつけてラビング処理を行った。再びラビング後
の基板を巻き取ったロールを純水洗浄したのち、実施例
１と同じ方法で液晶材料を一方の基板のポリイミド膜上
に塗布し、他方の基板を実施例１と同様にラミネートし
た。このときラビングによる配向性が低下しないように
液晶材料には接着剤を加えなかった。得られた液晶素子
を巻き取ったのち、そのロールをオーブンによって109
℃まで加熱後直ちに２℃／分で冷却した。配向が終了し
たのは95℃で、その後20℃／分で室温まで急冷した。

次いで幅200mm、長さ400mmの液晶素子を切り出し、室
温で実施例１と同様にコントラスト比を測定したとこ
ろ、画素部分のコントラスト比はクロスニコル下で42で
あった。また画素部分間も明るく、液晶分子が±θ（チ
ルト角）傾いた微小領域が混在し、画素部分の形が完全
に四角形に見えずドット表示の視認性が悪くなる原因と
なった。また、実施例１と同条件でダイナミック駆動し
たところ双安定状態でのコントラスト比は16程度であっ
た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電界変化に対する高速応答性を有す
る強誘電性液晶を用いた、ドット表示の視認性が良好で
薄型化が可能な広視野角を有する高コントラストのドッ
トマトリクス液晶素子を得ることができる。また、この
ようなドットマトリクス液晶素子を極めて容易に、配向
制御膜を用いず、また精密な温度制御を要さずに、生産
性良く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のドットマトリクス液晶素子の一
例の断面図であり、第１図（ｂ）はその平面図である。
但し第１図（ｂ）では可撓性基板は省略している。第２
図は、対向する上下電極間に電圧を印加しながら液晶素
子に曲げ変形を与える方法の一例を示す略示図である。 符号の説明 １……可撓性基板 ２……上側のストライプ状の電極 ３……下側のストライプ状の電極 ４……強誘電性液晶材料、５……画素部分 ６……液晶素子、７……曲げ変形用ローラ ８……補助ローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ストライプ状の電極が内側に配設された一
   対の可撓性基板で強誘電性液晶材料を挟持してなる液晶
   素子において、該電極上に配向制御膜が存在せず、対向
   する電極間に挟まれた画素部分の液晶材料が一軸水平配
   向しており、画素部分間の液晶材料は略無配向であるこ
   とを特徴とするドットマトリクス液晶素子。
2. 【請求項２】ストライプ状の電極が内側に配設された一
   対の可撓性基板で強誘電性液晶材料を挟持してなる液晶
   素子の対向する電極間に電圧を印加しながら、該液晶材
   料が等方相を示す温度又は等方相と液晶相との混相を示
   す温度よりも低い温度で該液晶素子に曲げ変形を与える
   ことにより、対向する電極間に挟まれた画素部分の液晶
   材料を一軸水平配向させることを特徴とするドットマト
   リクス液晶素子の製造方法。