JPS5952408B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改良された液晶表示素子に関するものであり、
さらに詳しくは信頼性に優れるガラスフリットによる無
機シール構造を可能としたＨＡＮ型の液晶色表示素子に
関するものである。

従来、ネマチツク液晶を用いた液晶色表示方式としては
、ＤＡＰ（ＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｖｅＴｔｉｃａ
ｌＡｌｉｇｎｅｄＰｈａｓｅｓ）方式、およびＨＡＮ（
ＨｙｂｒｉｄフＡｌｉｇｎｅｄＮｅｍａｔｉｃｍｏｄｅ
）方式が知られている。

ＤＡＰ方式では色相制御が困難であるのに比べ、ＨＡＮ
方式ではこれが容易であり、したがつて液晶色表示素子
としてはＨＡＮ方式の方が優れている。すなわち、ＤＡ
Ｐ方式は誘電異方性が正の液晶の場合、液晶の分子長軸
方向が基板面に水平に配列するように処理した２枚の電
極基板間に液晶をはさみ、また誘電異方性が負の液晶の
場合、液晶の分子長軸方向が基板面に垂直に配列するよ
うに処理した２枚の電極基板間に液晶をはさみ、これに
ある強さ以上の電圧（閾値電圧）を印加したときに液晶
分子が基板に対して傾斜して複屈折率が変化し、２枚の
偏光子により色が表示できる機構のものであるが、この
場合には該閾値電圧が高いため、動作電圧が高くなるこ
とおよび各色を表示できる電圧範囲がせまくなるという
難点がある。

ＨＡＮ方式はかかるＤＡＰ方式に見られる難点を改良し
たもので、これは対向させる一方の基板は水平に、他方
の基板は垂直に配列するように処理層を設けた２枚の電
極基板間に液晶をはさんだ機構からなり、初期より液晶
が傾斜しているため、前期閾値電圧が存在せず、動作電
圧が低く、各色を表示できる電圧範囲が広いという利点
を有する。しかしながら、ＨＡＮ方式には液晶の傾斜方
向が異なるとその境界の左右で色相が異なる （デイス
クリネーシヨンによる色相不均一）という問題点がある
。

これを解決する方法としてＳｉＯ斜蒸着面にシラン系カ
ツプリング剤および有機クロム錯体等の垂直配向剤を塗
布した斜配向処理基板を使用することが提案されており
、これによれば該デイスクリネーシヨンの問題点が改善
されるのであるが、かかる垂直配向剤はいずれも耐熱性
に劣り３００℃以上の温度に加熱されると分解してしま
う。このため基板間に液晶物質を封じ込んで周辺部を３
００℃以上の温度でガラスフリツトシールする作業は採
用することができない。本発明者らは、ＨＡＮ方式の液
晶表示素子が有する利点をふまえ、さらにデイスクリネ
ーシヨンの無い優れた配向を有する、信頼性の高いガラ
スフリツトシールを可能としたＨＡＮ型の液晶色表示素
子を得るべく、構成および材料の選択を総合的に検討し
、本発明を完成した。

すなわち、本発明は一方の面に透明電極を有する電極基
板の電極面上に、ＳｉＯの斜め蒸着層およびその上に式
（式中のＲはメチル基またはフエニル基、ｍおよびｎは
正の数をそれぞれ表し、ｎｌ／ｎ＝０．５〜１００であ
る）で示されるオルガノポリシロキサンよりなる被膜を
設けてなる基板の該被膜面と、一方の面に透明電極を有
する電極基板の電極面上に水平配向処理層を設けてなる
基板の該処理層面とを一定間隙を設けて対向させ、周辺
シール部をガラスフリツトによりシールしてなり、上記
間隙に液晶物質を充填してなる液晶セルの両側面に一対
の偏光板をそれぞれの偏光軸方向が上記水平配向処理層
の処理方向と異なるように配置してなるＨＡＮ型の液晶
表示素子に関するものである。

このようにして構成してなる本発明の液晶表示素子はつ
ぎのようなすぐれた特性をもつものである。

（イ）動作電圧が低く、各色を表示できる電圧範囲が広
いので、色相制御が容易である。

（ロ）デイスクリネーシヨンによる色相不均一がない〜 （ハ）オルガノポリシロキサンの被膜は耐熱性にすぐれ
ているので、ガラスフリツトによる無機シールの作業時
、熱による配向劣化がない。

（ニ）液晶物質封じ込みのシールがガラスフリツトによ
る無機シールであるので、密閉性、耐水・耐湿性にすぐ
れている。

（ホ）以上の特性を有することからきわめて信頼性の高
い液晶表示素子である。

以下本発明を詳細に説明する。

電極基板の構成単位である基板としては絶縁性を有し、
さらにガラスフリツトによる無機シール時耐熱性が要求
されるため、通常ガラスが用いられる。

この基板面への透明電極の形成は従来公知の方法により
行えばよく、たとえば、酸化スズ、酸化インジウムなど
を主成分とする透明導電性被膜を吹き付け法、真空蒸着
法などにより設けられる。このようにして形成される電
極被膜にはフオートエツチングなどの手段により所定の
パターン、たとえば数字や文字あるいは図柄模様などが
施こされる。対向させる一方の電極基板は上記のように
透明電極被膜を形成した後、その上にＳｉＯの斜め蒸着
層を形成する。

この形成はＳｉＯの蒸着源から通常はその上方に約５〜
１００ｃｍ離して電極基板を置き、かつその基板の電極
面を蒸着源からの蒸着方向に対して１〜４５゜程度傾け
た状態で蒸着を行えばよく、これにより電極面上に０．
００１〜０．２μｍ程度のＳｉＯの斜め蒸着配向層が良
好に形成される。つぎに、この斜め蒸着配向層上に前記
オルガノポリシロキサンの被膜（配向層）を設ける。本
発明において配向層として用いられるオルガノノポリシ
ロキサンは、前記式（１）で示されるものであり、これ
はつぎの方法により得ることができる。

（１）ジメチルジクロロシランおよび／またはメチルフ
エニルジクロロシランとフエニルトリクロロシランとを
、前記ｍ／ｎの比が満足されるモル比で共加水分解縮合
させ、中和水洗した後、さらに所望の重合度になるまで
縮合反応を進行させることにより、共重合オルガノポリ
シロキサンを得る方法、０（２）一般式 （式中のＲおよびｍは前記と同様の意味である）で示さ
れる、α・ω−ジクロロジオルガノポリシロキサンと、
フエニルトリクロロシランを部分加水分解縮合させて得
られるＳｉ−０Ｈ結合含有フエニルポリシロキサンとを
、前記ｍ／ｎの比が満足されるモル比で塩酸捕獲剤の存
在下に縮合反応させ、さらに所望の重合度になるまで縮
合反応を進行させることにより、プロツク共重合オルガ
ノポリシロキサンを得る方法、（３） 一般式〜 ▲▼
′ … （式中のＲおよびｍは前記と同様の意味である）で示さ
れる、α・ω−ジヒドロキシジオルガノポリシロキサン
と、前項で述べたと同様のＳｉ−０Ｈ結合含有フエニル
ポリシロキサンとを前記ｍ／ｎの比が満足されるモル比
で縮合反応させることにより、プロツク共重合オルガノ
ポリシロキサンを得る方法、（４）前記一般式（１１１
）で示される、α・ω−ジヒドロキシジオルガノポリシ
ロキサンと、フエニルトリクロロシランとを、前記ｍ／
ｎの比が満足されるモル比で塩酸捕獲剤の存在下に反応
させ、ついでこの反応生成物を加水分解縮合させ、水洗
した後、さらに所望の重合度になるまで縮合反応を進行
させることにより、共重合オルガノポリシロキサンを得
る方法。

上記（１）〜（４）の製造方法のうちでも特に（２）お
よび（３）の方法で製造されたプロツク共重合オルガノ
ポリシロキサンが、本発明の目的に好適とされる。

前記一般式（１）において、ｍ／ｎの比は０．５〜１０
０の範囲にあることが必要とされるが、これはｍ／ｎ比
が０．５以下であると配向性が悪くなり、他方この比が
１００以上であると電極基板上に均一な被膜を安定に維
持するのが困難となることによるためであり、特にはｍ
／ｎの比が５〜５０の範囲であることが望ましい。上記
したオルガノポリシロキサンを透明電極被膜上に塗布す
るには、回転塗布法あるいは浸漬法などの方法が使用で
きるが、この塗布は必ずしも基板の全面に施す必要はな
く、必要に応じてそれらの一部のみに塗布してもよい。

このとき要すれば溶剤で希釈してもよく、使用する溶剤
はオルガノポリシロキサンを塗布するときの粘度を調整
するために使用されるものであり、これにはたとえばメ
チルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケト
ン系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族
炭化水素系溶剤、トリクロロエチレン、テトラクロロエ
チレンなどのハロゲン化炭化水素系溶剤、イソプロパノ
ール、オクタノールなどのアルコール系溶剤、酢酸メチ
ル、酢酸エチルなどのエステル系溶剤などを使用するこ
とができる。オルガノポリシロキサンの被膜は０．０１
〜１μｍの厚さに設けられる。これは１μｍより厚いと
電圧降下を起こしレスポンスなどの電気特性に悪影響を
及ぼし、一方０．０１μｍ未満であると配向力が弱くま
た配向の耐熱性が悪いからである。対向させる他方の電
極基板は前記のように透明電極被膜を形成した後、その
上に水平配向処理層を設ける。この水平配向処理層は、
従来公知の方法たとえばＳｉＯ等の無機材料を斜め蒸着
する方法あるいはポリイミド系高分子物質の被膜を作り
、ついでこれを通常の方法によりラピングするという方
法により形成される。ポリイミド系高分子物質は耐熱性
高分子化合物であり、これは前記したガラスフリツトシ
ールに充分耐え、本発明の目的に好適とされるものであ
る。

これにはイミド結合により構成されるポリイミド、また
アミド結合とイミド結合により構成されるポリアミドイ
ミド、およびエステル結合とイミド結合により構成され
るポリエステルイミドなどが用いられる。その他高分子
中にキナゾリン環を有するもの、高分子中にスルホン基
を有するものなども適用でき、これらは特開昭５３−３
４５４１号公報、同５３−１２８３５０、同５４−３０
８５９などに具体的に記載されている。つぎに、本発明
の液晶表示素子を構成する場合に使用される液晶として
は、正の誘電異方性を有するネマチツク液晶化合物（以
下Ｎｐ液晶と呼ぶ）の１種もしくは２種以上、または負
の誘電異方性を有するネマチツク液晶化合物（以下Ｎｎ
液晶と呼ぶ）の１種もしくは２種以上、あるいはＮｐ液
晶の１種以上とＮｎ液晶の１種以上とからなるものが使
用される。

この場合ネマチツク液晶組成物を構成する液晶化合物成
分が二成分以上である場合には表示素子の温度範囲が広
いので好ましい〜 上記液晶化合物の具体的例示をあげればつぎのとおりで
ある。

ここでＡ．Ｂはアルキル基、アルコキシ基、アルキルカ
ルボキシル基などあるいはこれらに他の基が導入された
ものである。

このＡ．Ｂがアルキル基、アルキレン基、エーテル基、
エステル基、ケトン基等の基を含む直鎖またはメチル基
の枝分かれのある官能基である場合は一般にＮｎ型の液
晶となり、Ａ．Ｂが一方にニトリル基、ニトロ基等の電
子吸引基がある場合には一般にＮｐ型の液晶となる。ｘ
およびＹは存在する場合および存在しない場合の両方が
あり、存在する場合のこれらの具体的例示としてはなど
があげられる。

Ｘ．Ｙの一方もしくは両方が存在しない場合は環と環と
が直結した構造たとえばビフエニル型のものとなる。本
発明の液晶表示素子を構成する液晶セルは、透明電極を
有する電極基板の電極面上にＳｉＯの斜め蒸着層および
その上にオルガノポリシロキサンの被覆層を設けた電極
基板（電極基板Ａ）と、透明電極を有する電極基板の電
極面上に水平配向処理層を設けた電極基板（電極基板Ｂ
）とを、該オルガノポリシロキサンの被覆層と水平配向
処理層とが対向するように所定間隔で重ね合せ、周辺部
を液晶注入口を残してガラスフリツトでシールし（液晶
セルが形成される）、液晶注入口には要すればＣｒ−Ｎ
ｉ−Ａｕ蒸着を行い、こうして得られた液晶容器に液晶
化合物を注入し、注入口をハンダ等にて封止することに
より得られる。

ガラスフリツトによるシールは、たとえばガラスフリツ
トをあらかじめ通常の方法によりインキ化し、これを上
記電極基板Ａまたは電極基板Ｂのいずれか一方の内面周
辺部にスクリーン印刷法等の手段で設け、ガラスフリツ
トの軟化点以下の温度たとえば２００℃で１０分間程度
乾燥し、ついで両電極基板を要すれば所望する厚さの液
晶容器とするためスペーサを介在させて重ね合せ、ガラ
スフリツトの溶融点以上の温度たとえば４５０℃５分間
加熱圧着させることにより容易に達成される。

このようにして作製される液晶セルの両側面に一対の偏
光板を配置す仝、ことにより本発明の液晶表示素子が得
られる。ごこで上記一対の偏光板はそれぞれの偏光軸方
向が液晶セル中の水平配向処理層の処理方向と異なるよ
うに配置する必要があり、上記処理方向に対して一方の
偏光軸方向を４５度、他方のそれを１３５度それぞれず
らすことが色表示上好ましい。つぎに具体的実施例をあ
げる。

実施例 酸化インジウム電極を設けた一対の基板を所定のパター
ンにエツチングした後、一方の基板には蒸着源からの蒸
着方向に対して５゜傾けた状態でＳｉＯを斜め蒸着し、
その上に式で示されるプロツク共重合オルガノポリシロ
キサンのメチルエチルケトン溶液を回転塗布法にて塗布
し乾燥して厚さ約０．０５μｍのオルガノポリシロキサ
ン被膜を設けた。

他方の基板にはポリイミド樹脂の１％ジメチルアセトア
ミド溶液を浸漬法にて塗布し乾燥し厚さ約０．０５μｍ
のポリイミド樹脂被膜を設け、この面を通常の方法によ
りラピングした。

つぎに、上記オルガノポリシロキサン被膜を有する電極
基板の該被膜面のシール部に、軟化点３７０℃のガラス
フリツトをあらかじめ通常の方法によりインキ化したも
のをスクリーン印刷法にて液晶注入口を残して設け、２
００℃１０分間乾燥した後、これに上記ポリイミド樹脂
被膜を設けた基板のポリイミド樹脂被膜面を、スペーサ
ーを用いて電極基板間隔８μｍとなるように重ね合せ、
４５０℃５分間加熱圧着して液晶容器を作製し、液晶注
入口にＣｒ−Ｎｉ−Ａｕを蒸着した。

上記のようにして作つた液晶容器に、ビフエニル系の液
晶（工ー・タルク社製商品名Ｅ−７使用）を注入し、注
入口をハンダにて封止し、液晶セルを作製した。

ついで、該セルの両側面に一対の偏光板を上記ポリイミ
ド層のラピング方向に対して一方の偏光軸方向が４５度
、他方のそれが１３５度になるように配置して本発明に
係る液晶表示素子を得た。この表示素子に、５００ＨＺ
サイン波交流を印加したところ、電圧により、赤、緑、
藍およびそれらの混合色の各色が出現し、デイスクリネ
ーシヨンによる色相不均一がなく、ＨＡＮ型液晶表示素
子として良好な動作を示した。

またこの表示素子は耐湿性に優れ、４０℃９０％ＲＨの
ふん囲気下で１０００時間連続使用後も配向の劣化およ
び電流値変化は認められなかつた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一方の面に透明電極を有する電極基板の電極面上に
   、ＳｉＯの斜め蒸着層およびその上に式▲数式、化学式
   、表等があります▼（式中のＲはメチル基またはフェニ
   ル基、ｍおよびｎは正の数をそれぞれ表し、ｍ／ｎ＝０
   ．５〜１００である）で示されるオルガノポリシロキサ
   ンよりなる被膜を設けてなる基板の該被膜面と、一方の
   面に透明電極を有する電極基板の電極面上に水平配向処
   理層を設けてなる基板の該処理層面とを一定間隙を設け
   て対向させ、周辺シール部をガラスフリットによりシー
   ルしてなり、上記間隙に液晶物質を充填してなる液晶セ
   ルの両側面に一対の偏光板をそれぞれの偏光軸方向が上
   記水平配向処理層の処理方向と異なるように配置してな
   るＨＡＮ型の液晶表示素子。