JPH0980391A

JPH0980391A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0980391A
Application number: JP23266795A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakatani; 博之中谷
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】低輝度表示時における光漏れによるコントラ
ストの低下を最小限にとどめ、高品位の表示を可能とす
る液晶表示素子を提供すること。【解決手段】透明電極と配向膜とを有する２枚の基板
をスペーサを介して貼り合わせ、その２枚の基板間の間
隙に液晶を封入してなる液晶表示素子において、液晶表
示素子の表示輝度が最も低くなる駆動電圧を印加した状
態で、表示画素内でスペーサが占める部分を除く領域の
うち、正面輝度が画素全体の平均正面輝度の２倍以上と
なる領域の面積が、表示画面内でスペーサの占める面積
の総和の５０％を超えないこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に関
し、特に高い表示コントラストを有する液晶表示素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶表示素子は、図１に示すよ
うに、透明電極２と配向膜３を形成した２枚の透明なガ
ラス基板１を、スペーサ４を介して貼り合わせ、その２
枚のガラス基板１間の間隙に液晶材料５を封入した構造
を有している。ここでスペーサ４は上下の基板間隔を一
定に保つ役割を担っている。スペーサとしては、ガラス
や高分子等の材料からなる球状の微粒子が用いられるこ
とが多い。

【０００３】近年、液晶表示素子の普及拡大とともに、
表示品質、例えば正面コントラストや応答速度、視角特
性などに対する要求水準が従来にも増して高くなってい
る。このうち正面コントラストは素子の「白」表示時と
「黒」表示時の輝度の比として定義される。コントラス
トの向上のためには、「白」表示の輝度向上が必要であ
ることはもちろんであるが、「黒」表示における光漏れ
などの要因を除くこともそれに劣らず重要である。

【０００４】この点で、図１に示したようなスペーサを
使用した液晶表示素子は、いくつかの問題を含んでい
る。その問題の一つは、スペーサ部を透過してくる光に
よるコントラストの低下である。スペーサを使用した液
晶表示素子を正面から見ると、スペーサ部分は事実上、
液晶が存在しないために、駆動電圧に対してほとんど応
答しない。したがってこの部分からは常にほぼ一定の漏
れ光が生じることになる。これは透明なスペーサ材料を
用いる限り避けることのできない問題であって、これを
解決するためには、たとえば、特開平１−１４４０２１
号公報に示されているように、スペーサ自体に遮光性を
持たせる必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】スペーサを使用した液
晶表示素子におけるもう一つの問題は、スペーサの存在
によってその近傍の液晶に配向の乱れが生じるという点
である。液晶の配向乱れは、液晶表示素子の正面輝度の
不均一として観察される。このような輝度不均一のなか
でも、表示コントラストに与える影響の最も大きいもの
は、低輝度表示（黒表示）の画面中に輝度の高い領域が
存在する場合である。最も典型的には、黒表示の画面中
において、スペーサの周辺部だけが白く「光抜け」を起
こす場合である。

【０００６】本発明の目的は、上記のような低輝度表示
時における光漏れによるコントラストの低下を最小限に
とどめ、高品位の表示を可能とする液晶表示素子を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による液晶表示素子は、透明電極と配向膜
とを有する２枚の基板をスペーサを介して貼り合わせ、
その２枚の基板間の間隙に液晶を封入してなる液晶表示
素子において、液晶表示素子の表示輝度が最も低くなる
駆動電圧を印加した状態で、表示画素内でスペーサが占
める部分を除く領域のうち、正面輝度が画素全体の平均
正面輝度の２倍以上となる領域の面積が、表示画面内で
スペーサの占める面積の総和の５０％を超えないことを
特徴としている。

【０００８】ここで、液晶表示素子の表示輝度がもっと
も低くなる駆動電圧とは、オン／オフの２値表示方式に
おいては、「黒」表示となるほうのの駆動電圧を、多階
調表示方式においては、輝度が最も低い階調レベルに対
応する駆動電圧を指す。また、正面輝度の測定は、顕微
鏡写真撮影によってもよいし、たとえば特開平２−９３
７８１号公報に示されているように、撮像管による撮影
と画像解析法を組み合わせて効率的に行うこともでき
る。いずれの場合でも、測定の解像度は、少なくとも使
用するスペーサ径程度の微小領域を判別できるほど十分
に高い必要がある。

【０００９】また本発明による液晶表示素子において使
用する液晶は、任意のものが使用可能であるが、表示コ
ントラストの改善効果が大きいため、ツイスト角が１８
０°以上２７０°以下の超ねじれネマチック液晶である
ことが特に好ましい。

【００１０】

【作用】上述の液晶表示素子において、高表示コントラ
ストが得られることは、以下のようにして示される。面
積Ｓの画素中に半径ｒのスペーサをＮ個散布した場合、
表示面積中にスペーサ部分の占める割合は、Ｎπｒ²／
Ｓで表される。

【００１１】一般に液晶表示素子に用いられるスペーサ
は直径４〜８μｍ、散布個数は１００〜２００個／ｍｍ
²程度であるので、表示画素部のうちスペーサ部が占め
る面積の割合は、上式に基づいて計算すると、最大でも
１％程度である。このことから、スペーサ部を除く表示
画素部のうち、その正面輝度が画素全体の平均正面輝度
の２倍以上となる領域の面積がスペーサの占める面積の
総和の５０％を超えなければ、黒表示時のコントラスト
に与える影響は最小限にとどまることがわかる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明による液晶表示素子の構造
は、透明電極と配向膜を有する２枚の基板をスペーサを
介して貼り合わせ、その間隙に液晶を封入してなるもの
である。上記のスペーサとしては、有機または無機材料
からなる微粒子を用いることができる。有機材料として
は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチ
レン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレートな
どの熱可塑性樹脂、または、ジビニルベンゼン重合体、
ジビニルベンゼン−スチレン共重合体、ジビニルベンゼ
ン−メタクリル酸エステル共重合体、エキポシ樹脂、フ
ェノール樹脂、メラミン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げ
られる。これらの有機材料中、ジビニルベンゼン重合
体、ジビニルベンゼン−スチレン重合体、ジビニルベン
ゼン−メタクリル酸エステル共重合体が特に好ましい。
また無機材料としては、シリカ、ホウ酸ガラス、鉛ガラ
ス、アルミナ、窒化ケイ素などが挙げられる。これらの
無機材料中、シリカおよびホウケイ酸ガラスが特に好ま
しい。

【００１３】また、本発明による液晶表示素子では、有
機材料または無機材料からなる微粒子の表面に適当な表
面処理を施した微粒子、または、有機材料または無機材
料からなる微粒子の表面をこれと異なる材料で被覆した
被覆微粒子を用いることもできる。前者の表面処理を施
した微粒子の例としては、例えば、ジビニルベンゼン−
メタクリル酸エステル共重合体からなる微粒子の表面
に、イソシアネート付加反応などの化学修飾、シランカ
ップリング処理、プラズマ親水化処理、プラズマ疎水化
処理、コロナ放電処理などの表面処理を施した微粒子が
挙げられる。また後者の被服微粒子の例としては、例え
ば、シリカ微粒子の表面を（メタ）アクリル系重合体、
ビニル系重合体で被覆した微粒子が挙げられる。

【００１４】スペーサの径は液晶表示素子の基盤間隔
（セルギャップ）によって決まるが、超ねじれネマチッ
ク液晶を使用する場合、最も典型的には直径４〜８μｍ
のものが用いられる。本発明による液晶表示素子は、以
下のようにして作製される。すなわち、透明電極を有す
る２枚の基板に、ポリイミドなどの配向膜を形成した
後、液晶のツイスト角が所望の角度となるように基板を
ラビング処理する。つぎに一方の基板上にスペーサを所
望の散布密度になるように散布する。散布方法として
は、圧縮空気でスペーサを飛散させ基板上に落下させる
方法、水または適当な液体中に分散させたスペーサを空
気と共に基板上に吹き付ける方法、揮発性の液体中にス
ペーサを分散させ基板上にスピンコート法等によって塗
布後、液体を蒸発させる方法などがある。他方の基板上
には、液晶を封止するためのシール剤を印刷等の方法に
よって塗布する。

【００１５】上記の２枚の基板を貼り合わせたのち、間
隙に液晶を注入することによって液晶表示素子が作製さ
れる。２枚の基板の配向膜表面を、液晶セルのツイスト
角が１８０°以上２７０°以下２４０°となるようにラ
ビングを行い、超ねじれネマチック液晶（ＳＴＮ）を使
用する。

【００１６】上述のスペーサの使用により、超ねじれネ
マチック液晶において、液晶表示素子の表示輝度が最も
低くなる駆動電圧を印加した状態で、表示画素内でスペ
ーサが占める部分を除く領域のうち、正面輝度が画素全
体の平均正面輝度の２倍以上となる領域の面積が、表示
画面内でスペーサの占める面積の総和の５０％を超える
ことがない。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）片面にＩＴＯからなる透明導電膜を形成し
た一対の透明ガラス板（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を用い、
フォトリソグラフにより２０ｍｍ×２０ｍｍの領域にピ
ッチ２００μｍのストライプ形状の画素電極を形成し
た。

【００１８】一方の電極基板上にポリイミド配向膜（日
産化学社製ＳＥ−１５０）をスピンコート法によって塗
布し、２６０℃で１時間焼成を行った。次に、２枚の基
板の配向膜表面を、液晶セルのツイスト角が２４０°と
なるようにラビングを行った。スペーサとして、ジビニ
ルベンゼン重合体微粒子の表面上にオクタデシルトリエ
トキシシランからなるシランカップリング剤で表面処理
を行った直径６μｍの真球状微粒子を用い、平均散布密
度が約１００個／ｍｍ²になるように、一方の基板上に
乾式で散布を行った。

【００１９】他方の基板上にはシール剤（三井東圧製ス
トラクトボンド）を、スクリーン法により印刷した。２
枚の基板を、電極形成面が内側にくるように貼り合わ
せ、１６０℃にて１時間加熱加圧することによりシール
剤を硬化させた。このようにして作成したセルの間隙
に、液晶材料（メルク社製ＺＬＩ−２２９３にカイラル
剤Ｓ−８１１を添加したもの）を真空注入法により注入
した後、注入口を封止することにより液晶セルを完成さ
せた。

【００２０】上記の液晶セルに対し、高圧点灯試験（Ａ
Ｃ５００Ｈｚ，１０Ｖを１０分印加）を行った後、以下
の条件によって輝度分布を測定した。［観測条件］素子がノーマリブラックの白黒表示となる
ように、偏光板および位相差板の配置を最適化した。［輝度分布の測定］表示領域内に無作為に０．５ｍｍ×
０．５ｍｍの大きさの領域５カ所を設定し、各領域につ
いて以下の測定を行った。

【００２１】１）表示画素内に存在するスペーサの個数
を顕微鏡観察により計数した。２）液晶表示素子に対し、１／１００デューティ、フレ
ーム周波数７０Ｈｚのマルチプレックス駆動のオフ波形
に相当する駆動電圧を印加し、顕微画像解析装置を用い
て、上記の領域全体の輝度分布を解像度１μｍ、２５６
階調でデジタル化した。

【００２２】３）上記の領域のうち、スペーサの占有す
る部分（これを以下、スペーサ占有領域と呼ぶ）を除外
した領域について、コンピュータによるデータ処理を行
い、輝度が画素の平均輝度の２倍を超える領域（これを
以下、異常配向領域と呼ぶ）の面積を計算した。画像解
析結果の一部を図２に示す。図２において、黒塗り部分
はスペーサが存在する部分を、ハッチング部分は異常配
向領域を、その他の部分は輝度が画素の平均輝度の２倍
以下の正常配向領域を各々示している。

【００２３】その５カ所の領域におけるスペーサ占有領
域に対する異常配向領域の面積比Ｓｉ／Ｓｓは、表１に
示すように、最大で０．３５、最小で０．１８であっ
た。なお、Ｓｉは異常配向領域の面積で、Ｓｓはスペー
サ占有領域の面積である。次に、この液晶表示素子に対
し、上記のマルチプレックス駆動でオフ波形を印加し、
画面全体を黒表示にした状態でコントラストを視認によ
り判定した。その結果、画面内には白抜けや濃淡むらな
どはなく、コントラストは良好であった。（実施例２）スペーサとして、直径６μｍのシリカ製微
粒子を用い、実施例１と同様の条件で液晶表示素子を作
製し、実施例１と同様の条件で輝度分布を測定した。

【００２４】輝度分布測定の結果、５カ所の領域におけ
るスペーサ占有領域に対する異常配向領域の面積比は、
表１に示すように最大で０．２６、最小で０．１５であ
った。次に、実施例１と同様の方法により、黒表示のコ
ントラストを視認により判定したところ、コントラスト
は良好であった。（比較例１）スペーサとして、スチレン５０重量部、ジ
ビニルベンゼン５０重量部を共重合させた直径６μｍの
真球状微粒子を用い、実施例１と同様の条件で液晶表示
素子を作製した。

【００２５】この液晶表示素子に対し、実施例１と同様
の画像解析法による輝度分布測定を行った。画像解析
結果の一部を図３に示す。５カ所の領域におけるスペー
サ占有領域に対する異常配向領域の面積比は、表１に示
すように、最大で０．８２、最小で０．５６であった。
次に、実施例１と同様の方法により、黒表示のコントラ
ストを視認により判定した。黒表示画面は全体に白みが
かり、部分的に濃淡ムラが見られ、コントラストは不良
であった。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による液晶表示素子は、表示輝度が最も低くなる駆動電
圧を印加した状態で、表示画素内でスペーサが占める部
分を除く領域のうち、正面輝度が画素全体の平均正面輝
度の２倍以上となる領域の面積が、表示画面内でスペー
サの占める面積の総和の５０％を超えないことから、表
示部全面にわたって輝度むらが少なく、高いコントラス
ト比の表示が可能となり、高い表示品位が必要とされる
液晶表示素子として好適な液晶表示素子となる。

【００２８】このことは、ツイスト角が１８０°以上２
７０°以下の超ねじれネマチック液晶において特に有効
であり、高い表示品位を有する液晶表示素子が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶表示装置の一例を示す断面図である。

【図２】本発明の液晶表示素子の実施例１における顕微
画像解析結果の一部を示す説明図である。

【図３】液晶表示素子の従来例における顕微画像解析結
果の一部を示す説明図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２透明電極３配向膜４スペーサ５液晶材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極と配向膜とを有する２枚の基板
をスペーサを介して貼り合わせ、その２枚の基板間の間
隙に液晶を封入してなる液晶表示素子において、液晶表示素子の表示輝度が最も低くなる駆動電圧を印加
した状態で、表示画素内でスペーサが占める部分を除く
領域のうち、正面輝度が画素全体の平均正面輝度の２倍
以上となる領域の面積が、表示画面内でスペーサの占め
る面積の総和の５０％を超えないことを特徴とする液晶
表示素子。
【請求項２】液晶としてツイスト角が１８０°以上２
７０°以下の超ねじれネマチック液晶を用いることを特
徴とする請求項１記載の液晶表示素子。