JPH09179101A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 複数の画素電極層を有する基板間に配向制御
膜と液晶層とを有する液晶素子において、液晶層が少な
くとも液晶性（メタ）アクリレートを含有する光硬化性
組成物の光硬化物とネマチック液晶組成物を含有してお
り、且つ画素電極層間に電圧を印加していない状態にお
いても、液晶性（メタ）アクリレートの液晶骨格の傾き
角が画素ごとに制御された液晶表示素子であり、該素子
の基板間におけるネマチック液晶材料がなすツイスト角
が０〜７２０℃の範囲にあることを特徴とする液晶表示
素子。 【効果】 本発明の液晶表示素子は、マイクロカラーフ
ィルターを用いることなくカラー表示が可能である。従
って、本発明の液晶表示素子は光出力の大きなバックラ
イトを用いる必要性がないので、低消費電力性が優れて
おり、携帯用機器の表示素子として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子、特
にカラーフィルターを用いないカラー液晶表示素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、軽量性や低消費電力性
に優れることから、ラップトップコンピューターをはじ
め、電子手帳や携帯電話にも用いられている。近年は液
晶表示素子のカラー化に対する要求が強くなり、マイク
ロカラーフィルターと液晶素子を組み合わせたカラー液
晶表示素子が多く用いられているが、光出力の大きいバ
ックライトを使用する必要性があるため、低消費電力性
という液晶表示素子の長所が損なわれるという欠点があ
った。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】本発明が解決しよう
とする課題は、マイクロカラーフィルターを必要としな
い、つまり光出力の小さなバックライトで表示が行え
る、又はバックライトを全く必要としない低消費電力の
カラー液晶表示素子を提供することにある。

【０００４】

【課題を発明するための手段】本発明者等は上記課題を
解決するために、液晶の複屈折性に基づく干渉色の呈色
に注目して鋭意検討した結果、電圧を印加していない状
態において画素ごとに液晶分子の配列を制御することに
よりマイクロカラーフィルターを用いることなく良好な
カラー表示を行えることを見いだし本発明を提供するに
至った。

【０００５】即ち、本発明は複数の画素電極層を有する
基板間に配向制御膜と液晶層とを有する液晶素子におい
て、液晶層が少なくとも液晶性（メタ）アクリレートを
含有する光硬化性組成物の光硬化物とネマチック液晶材
料を含有しており、且つ画素電極層間に電圧を印加して
いない状態において、液晶性（メタ）アクリレートの液
晶骨格の傾き角が画素ごとに制御された液晶表示素子で
あり、該素子の基板間におけるネマチック液晶材料がな
すツイスト角が０〜７２０度の範囲にあることを特徴と
する液晶表示素子を提供する。

【０００６】本発明の液晶表示素子は、画素電極層間に
電圧を印加していない状態においても、液晶性（メタ）
アクリレートの液晶骨格の傾き角を画素ごとに制御する
ことにより、液晶性（メタ）アクリレートを含有する光
硬化性組成物の光硬化物の高分子安定化効果によりネマ
チック液晶の傾き角をも制御し、その結果として電圧を
印加していない状態でも画素ごとに、液晶の複屈折性に
基づき異なった干渉色を呈色させるものである。従っ
て、本発明の液晶表示素子は、２枚の偏光板の間に挟む
か、１枚の偏光板と１枚の反射板と用いるのが好まし
い。

【０００７】本発明の液晶表示素子は、上述の説明のよ
うに、電圧を印加していない状態においても画素ごとの
実効的な液晶の複屈折（Δｎ）と液晶層の厚さ（ｄ）の
積、リタデーション（ｄΔｎ）を制御して呈色させるの
で、電圧を印加していない状態におけるリタデーション
の値は、呈色の色純度を保つために２００〜１５００
（ｎｍ）の範囲で画素ごとに設定するのが好ましく、更
に好ましくは、３００〜１０００（ｎｍ）の範囲で画素
ごとに設定するのが好ましい。

【０００８】また、本発明の液晶素子は、スタティック
駆動又は時分割駆動どちらでも駆動することができる
が、アクティブマトリックス等のスタティック駆動する
際には、液晶素子のツイスト角を０〜１８０度に設定す
るのが好ましく、更に好ましくは０〜９０度に設定する
のがより好ましい。また時分割駆動する際には、デュー
ティー比にも依存するが、液晶素子のツイスト角は０〜
７２０度、更に好ましくは０〜２７０度に設定するのが
好ましい。

【０００９】また、液晶層の厚さは、使用する液晶の屈
折率の異方性によってことなってくるが、リタデーショ
ンの値が上述のリタデーションの好ましい範囲になるよ
うに設定するのが好ましい。好ましい値としては、３〜
１２ミクロン、更に好ましくは４〜８ミクロンである。

【００１０】また、液晶層中の液晶性（メタ）アクリレ
ートを含有する光硬化性組成物の光硬化物の濃度は、
０．１から１０重量％に調整するのが好ましく、０．５
から７重量％に調製するのが更に好ましく、１から５重
量％が特に好ましい。もし、液晶層中の液晶性（メタ）
アクリレートを含有する光硬化性組成物の光硬化物の濃
度が０．１％より低いと、液晶層に含有される液晶性
（メタ）アクリレートの液晶骨格の配向方向と強誘電性
液晶の配向方向のなす角度が５度以内に安定化させるこ
とができず、また１０％より多いと、駆動電圧が増大し
てしまう。

【００１１】光硬化性組成物中に含有される液晶性（メ
タ）アクリレートとしては、例えば、一般式（Ｉ）

【００１２】

【化４】

【００１３】（式中、Ｘは水素原子又はメチル基を表わ
し、６員環Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ独立的に、

【００１４】

【化５】

【００１５】を表わし、ｎは０又は１の整数を表わし、
ｍは１から４の整数を表わし、Ｙ¹及びＹ²はそれぞれ独
立的に、単結合、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂Ｏ−、−Ｏ
ＣＨ₂−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｃ
Ｈ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−（ＣＨ₂）₄−、−ＣＨ
₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ−、−ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂＝
ＣＨＣＨ₂ＣＨ₂−又は−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ＝ＣＨ−を表わ
し、Ｙ³は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素原
子数１〜２０のアルキル基、アルコキシ基、アルケニル
基又はアルケニルオキシ基を表わす。）で表わされる化
合物を挙げることができる。

【００１６】その中でも特に、上記一般式（Ｉ）におい
て、６員環Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ独立的に、

【００１７】

【化６】

【００１８】を表わし、ｍは１又は２の整数を表わし、
Ｙ¹及びＹ²はそれぞれ独立的に、単結合又は−Ｃ≡Ｃ−
を表わし、Ｙ³はハロゲン原子、シアノ基、炭素原子数
１〜２０のアルキル基又はアルコキシ基を表わす化合物
が好ましい。

【００１９】このような化合物の代表的なものの例と、
その相転移温度を示すが、本発明で使用することができ
る単官能アクリレート又は単官能メタクリレート化合物
は、これらの化合物に限定されるものではない。

【００２０】

【化７】

【００２１】

【化８】

【００２２】

【化９】

【００２３】（上記中、シクロヘキサン環はトランスシ
クロヘキサン環を表わし、また相転移温度スキームのＣ
は結晶相、Ｎはネマチック相、Ｓはスメクチック相、Ｉ
は等方性液体相を表わし、数字は相転移温度を表わ
す。） また、液晶層中に含有されるネマチック液晶材料は、通
常この技術分野でネマチック液晶と認識されるものであ
れば、特に制限なく使用することができるが、誘電率の
異方性が正の材料を用いるのが好ましい。液晶層中のネ
マチック液晶材料の濃度は９０〜９９．９重量％が好ま
しく、９３〜９９．５重量％がより好ましく、更に９５
〜９９重量％がより好ましい。また、液晶素子のツイス
ト角を制御する目的で、ネマチック液晶材料にカイラル
化合物を添加してもよい。

【００２４】配向制御膜は従来用いられているラビング
処理を施したポリイミド配向膜を特に制限なく用いるこ
とができる。またポリビニルシンナメート薄膜やポリイ
ミド薄膜等に偏光紫外線を照射した、ラビング処理を施
していない配向制御膜も用いることができる。

【００２５】本発明の液晶表示素子の製造方法について
詳細に説明する。本発明の液晶表示素子は、液晶性（メ
タ）アクリレートを含有する光硬化性組成物の光硬化物
とネマチック液晶材料を含有してなる液晶組成物を、配
向制御膜を形成した複数の画素電極層を有する基板間に
挟持させ、複数の画素電極間に異なる電圧を印加し、画
素ごとに液晶性（メタ）アクリレートの液晶骨格の傾き
角を制御した状態で、紫外線又は電子線を液晶組成物に
照射することにより、液晶性アクリレートの傾き角を固
定化させることにより得ることができる。このような製
造方法として、本発明は特に以下の２つの製造方法、即
ち、 （製造方法１） （１）配向制御膜を形成した複数の画素電極層を有する
第１の透明性基板と、配向制御膜を形成した複数の画素
電極層を有する第２の基板の間に、液晶性（メタ）アク
リレートを含有する光硬化性組成物の光硬化物とネマチ
ック液晶材料を含有してなる液晶組成物を挟持させる第
１工程、及び（２）前記２枚の基板の画素ごとに印加電
圧を制御することにより液晶性アクリレートの液晶骨格
の傾き角を制御した状態で、第１の透明性基板の側から
光を照射し、液晶性アクリレートの傾き角を固定化させ
る第２工程 （製造方法２） （１）配向制御膜を形成した複数の画素電極層を有する
２枚の透明性基板間に、液晶性（メタ）アクリレートを
含有する光硬化性組成物の光硬化物とネマチック液晶材
料を含有してなる液晶組成物を挟持させる第１工程、及
び（２）前記２枚の基板の画素ごとに印加電圧を制御す
ることにより液晶性アクリレートの液晶骨格の傾き角を
制御した状態で、光を照射し、液晶性アクリレートの傾
き角を固定化させる第２工程を有する液晶表示素子の製
造方法を提供する。

【００２６】本発明の液晶表示素子の製造方法につい
て、更に詳細に説明する。本発明の（製造方法１）及び
（製造方法２）において、複数の画素電極層と配向制御
膜を有する基板間に、液晶性（メタ）アクリレートを含
有する光硬化性組成物及びネマチック液晶を含有する液
晶組成物を注入する。更に、注入した液晶組成物がネマ
チック液晶相を示す状態において、各複数の画素電極間
にそれぞれ異なった電圧を印加して液晶組成物中に含有
されるネマチック液晶と液晶性（メタ）アクリレートの
傾き角を制御する。この時の各画素電極ごとのネマチッ
ク液晶と液晶性（メタ）アクリレートの傾き角は、各画
素ごとに要求される干渉色に基づいて制御する必要があ
る。この各複数の画素電極間にそれぞれ異なる電圧を印
加した状態で、透明性を有する基板の側から紫外線又は
電子線等のエネルギー線を照射して液晶性（メタ）アク
リレートを含有する光硬化性組成物を光硬化させて、液
晶性（メタ）アクリレートの傾きを固定化する。このよ
うに電圧を印加した状態で光硬化性組成物を硬化させ
て、液晶性（メタ）アクリレートの傾きを固定化するこ
とで、電圧を印加していない状態でも、各複数の画素電
極層間のネマチック液晶の傾き角を制御し、これによっ
て角画素ごとに異なる干渉色を呈色させることが可能に
なる。

【００２７】液晶性（メタ）アクリレートを含有する光
硬化性組成物は、ネマチック液晶の液晶性を損なわない
ように、光硬化性組成物として液晶性を有するものを使
用することが好ましく、ネマチック液晶相を有するもの
が特に好ましい。

【００２８】また、液晶性（メタ）アクリレートを含有
する光硬化性組成物及び強誘電性液晶を含有する液晶組
成物には、その保存安定性を向上させる目的で、安定剤
を添加してもよい。ここで使用することができる安定剤
としては、例えば公知のヒドロキノン、ヒドロキノンモ
ノアルキルエーテル類、第三ブチルカテコール類等から
選択して使用することができる。またその添加量は、液
晶組成物中に含有される光硬化性組成物に対して０．０
５重量％以下であることが好ましい。

【００２９】また、光硬化性組成物を高分子化させる行
程における紫外線又は電子線の照射量は、使用する液晶
組成物及び光重合開始剤の濃度にも依存するが、５０か
ら１００００ｍＪ／ｃｍ²の範囲が好ましい。紫外線又
は電子線の照射量が、５０ｍＪ／ｃｍ²以下であると、
光硬化性組成物が十分に硬化せず、製造後の経時変化が
大きくなってしまい、１００００ｍＪ／ｃｍ²以上であ
ると液晶組成物自体が劣化してしまう傾向がある。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に
詳細に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。 （実施例１）パターン形成されたＩＴＯ（インジウムチ
ンオキサイド）透明電極を形成した厚さ１．１ｍｍのガ
ラス基板の片面に、ポリイミド膜「ＡＬ−１２５４」
（日本合成ゴム製）を約１０００オングストロームの厚
さで形成した後、ラビング処理を施してポリイミド配向
膜が形成された透明電極付きガラス基板を得た。このよ
うにして得た２枚のポリイミド配向膜付き基板を、配向
膜が形成された面が内側になるようにして８ミクロンの
間隔をもって対向させて３組の画素電極層を有する液晶
セル（Ａ）を作製した。この時、液晶セル（Ａ）の２枚
の基板のラビング方向は、アンチパラレル方向になるよ
うに設定した。

【００３１】次に、液晶性アクリレート化合物（ａ）

【００３２】

【化１０】

【００３３】を４９．５重量部、液晶性アクリレート化
合物（ｄ）

【００３４】

【化１１】

【００３５】を４９．５重量部及び光重合開始剤「イル
ガキュア６５１」（チバガイギー製）１重量部からなる
光硬化性組成物（Ｉ）を調製した。この光硬化性組成物
（Ｉ）は、２５〜４６℃の範囲でネマチック液晶性を示
した。この光硬化性組成物（Ｉ）４重量部とネマチック
液晶「ＰＮ−１９ 」（ロディック製）９７重量部から
なる液晶組成物（Ｌ−１）を調製した。

【００３６】次に、液晶セル（Ａ）を１００℃に保ちな
がら、液晶組成物（Ｌ−１）を等方性液体相のまま注入
し、その後徐々に温度を２５℃まで下げることにより、
液晶組成物（Ｌ−１）を等方性液体相からネマチック相
まで相転移させた。次に、３つの画素電極層間に１．２
Ｖ、１．５Ｖ、２．９Ｖの周波数１ｋＨｚの正弦波を印
加して、それぞれの画素電極層間に挟まれた液晶組成物
（Ｌ−１）の傾き角を制御した。この状態で、中心波長
３６５ｎｍで強度４０ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を照射して
液晶組成物中に含有される光硬化性組成物を光硬化させ
た。

【００３７】得られた液晶セルを、直交する２枚の偏光
板に液晶セルのラビング方向と偏光板の偏光軸とのなす
角を４５度をなすように配置して挟んで観察したとこ
ろ、電圧を印加していない状態でも、３つの画素はそれ
ぞれ青、赤、黄緑の干渉色を呈していることが観察され
た。この素子の３つの電極層間にそれぞれ２０Ｖの電圧
を印加すると、それぞれの画素は黒状態になることがわ
かった。これから、マイクロカラーフィルターを用いな
くても、電圧を印加していない状態では各画素ごとに異
なる干渉色を呈し、電圧を印加すると黒表示が得られる
液晶表示素子が得られることがわかる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、マイクロカラ
ーフィルターを用いることなくカラー表示が可能であ
る。

【００３９】従って、本発明の液晶表示素子は光出力の
大きなバックライトを用いる必要性がないので、低消費
電力性が優れており、携帯用機器の表示素子として有用
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷部 浩史 埼玉県浦和市西堀７−18−12 (72)発明者 高津 晴義 東京都東大和市仲原３−６−27

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素電極層を有する基板間に配向
   制御膜と液晶層とを有する液晶素子において、液晶層が
   少なくとも液晶性（メタ）アクリレートを含有する光硬
   化性組成物の光硬化物とネマチック液晶材料を含有して
   おり、且つ画素電極層間に電圧を印加していない状態に
   おいても、液晶性（メタ）アクリレートの液晶骨格の傾
   き角が画素ごとに制御された液晶表示素子であり、該素
   子の基板間におけるネマチック液晶材料がなすツイスト
   角が０〜７２０度の範囲にあることを特徴とする液晶表
   示素子。
2. 【請求項２】 ツイスト角が０〜２７０度であることを
   特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 ツイスト角が０〜１８０度であることを
   特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 液晶層における液晶性（メタ）アクリレ
   ートを含有する光硬化性組成物の光硬化物の濃度が０．
   １〜１０重量％であることを特徴とする請求項１、２又
   は３記載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】 液晶性（メタ）アクリレートが一般式
   （Ｉ） 【化１】 （式中、Ｘは水素原子又はメチル基を表わし、６員環
   Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ独立的に、 【化２】 を表わし、ｎは０又は１の整数を表わし、ｍは１から４
   の整数を表わし、Ｙ¹及びＹ²はそれぞれ独立的に、単結
   合、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂Ｏ−、−ＯＣＨ₂−、−Ｃ
   ＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−
   ＣＦ＝ＣＦ−、−（ＣＨ₂）₄−、−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ
   −、−ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂＝ＣＨＣＨ₂ＣＨ₂
   −又は−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ＝ＣＨ−を表わし、Ｙ³は単結
   合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−を表わし、Ｒは炭素原子数
   １から１８の炭化水素基を表わす。）で表わされる化合
   物であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載
   の液晶表示素子。
6. 【請求項６】 一般式（Ｉ）において、６員環Ａ、Ｂ及
   びＣはそれぞれ独立的に、 【化３】 を表わし、ｍは１又は２の整数を表わし、Ｙ¹及びＹ²は
   それぞれ独立的に、単結合又は−Ｃ≡Ｃ−を表わし、Ｙ
   ³はハロゲン原子、シアノ基、炭素原子数１〜２０のア
   ルキル基、アルコキシ基を表わすことを特徴とする請求
   項５記載の液晶表示素子。
7. 【請求項７】 （１）配向制御膜を形成した複数の画素
   電極層を有する第１の透明性基板と、配向制御膜を形成
   した複数の画素電極層を有する第２の基板の間に、液晶
   性（メタ）アクリレートを含有する光硬化性組成物の光
   硬化物とネマチック液晶材料を含有してなる液晶組成物
   を挟持させる第１工程、及び（２）前記２枚の基板の画
   素ごとに印加電圧を制御することにより液晶性アクリレ
   ートの液晶骨格の傾き角を制御した状態で、第１の透明
   性基板の側から光を照射し、液晶性アクリレートの傾き
   角を固定化させる第２工程を有する液晶表示素子の製造
   方法。
8. 【請求項８】 （１）配向制御膜を形成した複数の画素
   電極層を有する２枚の透明性基板間に、液晶性（メタ）
   アクリレートを含有する光硬化性組成物の光硬化物とネ
   マチック液晶材料を含有してなる液晶組成物を挟持させ
   る第１工程、及び（２）前記２枚の基板の画素ごとに印
   加電圧を制御することにより液晶性アクリレートの液晶
   骨格の傾き角を制御した状態で、光を照射し、液晶性ア
   クリレートの傾き角を固定化させる第２工程を有する液
   晶表示素子の製造方法。