JPS6173924A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 艮夏分夏 本発明は液晶表示素子に関し、詳しくは、プラスチック
フィルムを基板として用いた液晶表示素子に関する。

菫】ヱ１え胤 液晶表示素子は、電極パターンを設けた２枚の基板間に
液晶物質を封入し、電極に信号電圧を印加することによ
り液晶物質を電気光学的に変調させて文字、図形などの
表示を行うものである。従来からこの基板としては無機
ガラスが用いられてきたが、Ｗ型化、軽量化さらには曲
面表示の要請、あるいは強度や製造コストの低減などの
観点からプラスチック基板を用いた液晶表示素子が注目
されている。

このプラスチック基板を用いた液晶表示素子は、通常、
プラスチック基板上にセグメント電極またはコモン電極
の透明電極パターンを形成し、ついで、この基板面に配
向処理を施したのちに対向する２枚の基板間に液晶物質
を封入することにより製造されている。従来、プラスチ
ックフィルムとしては二軸延伸あるいは一軸延伸ポリエ
ステルフィルムなどの延伸処理したプラスチックフィル
ムが提案されている。しかし、このような延伸フィルム
はフィルム内部の高分子が高度に配向されているために
、光学的に異方性を生じてしまい、ツイストネマティッ
ク（ＴＮ）方式の液晶セルでは複屈折による干渉色が現
われて表示品質を著しく損なうという問題がある。

一方、光学的に等方性のプラスチックフィルムは上記の
ような着色という問題は生じないが、耐溶剤性が劣ると
いう欠点〜がある。たとえば。

優れた配向剤であるポリイミドやポリイミドアミドは、
Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミドやＮ−メチルピロリドン
のような高極性溶媒に希釈して用いられるが１等方性の
フィルム基板はこれら溶媒に浸されてしまう。また、液
晶物質もトルエンやシクロヘキサノンのような有機溶剤
に匹敵する高い溶解性を有しており、耐溶剤性に劣る光
学的に等方性のフィルム基板では経時により膨潤してし
まい、実用的に問題がある。

また、プラスチックフィルムは気体の透過率が大きく、
プラスチックフィルムを用いて形成した液晶セルに通電
セグメントを実施すると、フィルム面を透過し空気が気
泡となって現われ。

著しく表示品質を劣化させるという問題がある。

ｌ匪立且攻 本発明は、光学的に等方性のプラスチックフィルムを基
板として用いた液晶表示素子であって、基板が耐溶剤性
に優れ配向剤などの使用に制約がなく、また、経時によ
る液晶物質による膨潤や溶解もなく、さらに空気の混入
による表示品質の低下を起こすこともない液晶表示素子
を提供することを目的とする。

＾匪匹豊衣 本発明の液晶表示素子は、透明電極を有する可撓性プラ
スチックフィルム基板を互いに透明電極が対向するよう
に離間して配設し、この基板間に液晶物質を収納した液
晶表示素子において、前記可撓性プラスチックフィルム
基板として光学的等方性フィルムを用いるとともに、こ
のフィルム基板の対向面に耐溶剤性の樹脂からなる保護
層を設け、かつ、該フィルム基板の他面にガスバリヤ層
を設けたことを特徴とする。

以下、添付図面に沿って本発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、本発明の液晶表示素子の実施例を模式的に示
す断面図である。上側基＠１１および下側基板１３が対
向してｉ！ｆｉｌｌ！股され、これら基板１１゜Ｉ３０
周縁部がシール材１５でシールされるとともにギャップ
材２１が分散されて液晶セル１７が形成され、この液晶
セル１７の中には液晶物質１９が封入されている。そし
て、この液晶セル１７を挟むようにして偏光板が配設さ
れてＴＮ型液晶表示素子が構成される。

上側基Ｆｉ１１はプラスチックフィルム１１１の内面上
に保、ｉｌ［７１１３が形成されており、その上に透明
＠極１１５および配向膜１１７が順次形成されている。

一方、プラスチックフィルム１１１の外面上にはガスバ
リヤ層１１９が設けられている。また、同様に下側基板
１３もプラスチックフィルム１３１の内面上に保護層１
３３が形成されており、さらにその上に透明Ｓｔ！ｔ３
ｓおよび配向膜１３７が順次積層されている。プラスチ
ックフィルム１３１の外面上にはガスバリヤ層１３９が
形成されている。

プラスチックフィルム１１１，１３１としては光学的に
等方性のフィルムが用いられ、この具体例としてはポリ
エーテルサルフォンフィルム、ポリサルフォンフィルム
、ポリカーボネートフィルム、セルローストリアセテー
トフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム
、ポリエステルフィルムなどが挙げられる。プラスチッ
クフィルムの厚さは、通常、９０〜１２５μｍ程度が適
当である。保護層１１３，１３３は耐溶剤性の樹脂から
形成され、この膜厚は５〜３０μｍが適当であり、好ま
しくは８〜１５μｍである。光学的等方性フィルムは耐
溶剤性が劣り、特に、極性溶媒には一般に浸されやすい
ので、このような溶剤にも耐性を示す樹脂が用いられる
。このような樹脂としては、アクリロイル基〔ＣＨ２＝
ＣＨ２−Ｃｏ−）およびメタアクリロイル基ＣＣＨ２＝
Ｃ（ＣＨ，）−Ｃｏ−）から選ばれる重合性官能基を３
個以上有する重合性化合物（以下３官能性アクリロモ もある）を主成分とする重合性組成物の重合物が代表的
である。

この重合性化合物は、一般には、水酸基を３個以上有す
る化合物に対し、アクリル酸またはメタクリル酸あるい
はその反応性誘導体を反応させることによって容易に得
ることができる。

これらの具体例を以下の（“１）〜（４）に示す。

なお、後記一般式（１）〜（ＩＶ）において、Ｒ１はア
クリルロイルまたはメタアクリロイル基であり、Ｒ２は
水素、アクリロイルまたはメタアクリロイル基であるが
、Ｒ２の少なくとも３個はアクリロイルまたはメタアク
リロイル基である。

（１）　　　　　　　　　ＣＨ，ＯＲ１ＣＨ，ＣＨ，−
Ｃ−ＣＨ２ＯＲ”　　　（１）ＣＨ，ＯＲ１ この化合物の具体例としては、トリメチルロールプロパ
ントリアクリレート（またはメタアクリレート）などが
ある。

この化合物の具体例としては、ペンタエリスリトールト
リアクリレート（またはメタアクリレート）などがある
。

この化合物の具体例としては、ジペンタエリスリ１−一
ルヘキサ（またはペンタあるいはテトラ）アクリレート
（またはメタアクリレート）などが挙げられる。

ＣＨｚ　ＯＣｘ　Ｈ４０Ｒ２ この化合物の具体例としては、メラミンへキサ（または
ペンタあるいはテトラ）アクリレート（またはメタアク
リレート）などが挙げられる。

これらの重合性化合物を含む重合性組成物の重合物から
形成された保護層は耐液晶性が良好で、極性溶媒に対し
ても不溶であり、また、透明性も高い。また、上記の重
合性組成物中には、さらに接着力や脆弱性を改善する目
的で、２官能以下の重合性化合物あるいは高分子化合物
から選ばれる成膜性化合物を添加することができる。３
官能性モ 硬化膜は、基板に対する接着力が必ずしも十分ではなく
、また幾分脆弱性である。重合性組成物中に接着力や脆
弱性を改善しうる成膜性化合物を添加することにより、
得られる保護層の特性をさらに改良することができる。

この成膜性化合物は、３官能性モ 硬化条件で硬化し得るモノマー、プレポリマーの他、高
分子化合物自体も適用され、好ましくは１本発明で用い
る３官能性モ 物の硬化反応時に、この３官能性モ 化合物と反応するものの使用が有利である。このような
成膜性化合物としては、例えば、以下のものが挙げられ
る。

（１）モノアクリレートまたはメタアクリレート：ラウ
リルアクリレート（またはメタアクリレート）、２−エ
チルへキシルアクリレート（またはメタアクリレート）
、１．６−ヘキサンジオールジアクリレート（またはメ
タアクリレート）、ジシクロペンタジェンアクリレート
（またはメタアクリレート）、ヒドロキシプロピルアク
リレート（またはメタアクリレート）、２−ヒドロキシ
エチルアクリロイル（またはメタアクリロイル）ホスフ
ィートなど。

（２）ジアクリレートまたはメタアクリレート＝１．３
−ブタンジオールジアクリレート（またはメタアクリレ
ート）、１．４−ブタンジオールジアクリレート（また
はメタアクリレート）、１．６−ヘキサンジオールジア
クリレート（またはメタアクリレート）、ジエチレング
リコールジアクリレート（またはメタアクリレート）、
ネオペンチルグリコーメタアクリレート（またはメタア
クリレート）、ポリエチレングリコールジアクリレート
。

（またはメタアクリレート）、ヒドロキシピバリン酸エ
ステルネオペンチルグリコールジアクリレート（または
メタアクリレート）など。

（３）重合性プレポリマー： ポリエーテルアクリレート（またはメタアクリレート）
、ポリウレタンアクリレート（またはメタアクリレート
）、エポキシアクリレート（またはメタアクリレート）
、ポリエーテルアクリレート（またはメタアクリレート
）、オリゴアクリレート（またはメタアクリレート）、
アルキドアクリレート（またはメタアクリレート）、ポ
リオールアクリレート（またはメタアクリレート）など
。

（４）高分子化合物： 不飽和ポリエステル、アリルスルホアミドホルムアルデ
ヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、セチルビニルエ
ーテル樹脂、エポキシ樹脂など。

これら成膜性化合物の添加量は、耐液晶性との関連で選
定するのが適当である６本発明で用いる３官能性アクリ
ロモ の場合、溶解パラメータ（ＳＰ値）１０のシクロヘキサ
ンに常温で浸漬した時の飽和重量増加率は０〜１％であ
るが、前記成膜性化合物を添加するとこの重量増加率は
増加する。従って、このものの添加量は、この重量増加
率が３％を越えない範囲にするのがよい。この重量増加
率が３％を越えると、硬化膜の耐液晶性が低下するよう
になり、長期間使用した時の硬化膜の信頼性が損われる
ようになるので好ましくない。

本発明で用いる重合性組成物は、熱の他、紫外線や電子
線照射により重合硬化されるので、一般には、重合開始
剤が併用され、たとえば、アセトフェノン、ベンゾフェ
ノン、ベンジル。

ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジルメチルケタ
ール、ベンゾイルベンゾエート、α−アジロキシムエス
テルなどのカルボニル化合物、テトラメチルチウラムモ
ノサルファイド、チオキサンなどのイオウ化合物が用い
られる。紫外線照射により硬化反応を行う場合、硬化促
進剤として、ジ−ｎ−ブチルアミンなどを使用し得るが
、アミン類は一般に表示セル品質に悪影響を与えるため
、使用しないほうが好ましい。この他、本発明で用いる
重合性組成物中には希釈溶剤などを含有させることがで
きる。

この重合性組成物をプラスチックフィルム１１１、１３
１上に塗布し、紫外線、電子線などの光エネルギーある
いは熱によって硬化させることにより、保護層１１３．
１３３が形成される。

透明電極１１５．１３５はＩＴＯ膜、ＮＥＳＡ膜などの
透明導電膜により構成されている。透明電極１１５．１
３５はたとえばスパッタリングや電子鏡による真空蒸着
などにより、厚さ約５００人程度の酸化スズ・インジウ
ムの薄膜を設け、セグメント方式のスタティック駆動、
ドツトマトリックスのダイナミレク駆動などの駆動方式
に応じてパターニング処理することにより形成される。

さらにこの上に配向［１１７，１３７を形成したのちラ
ビング処理が施される。配向剤としては有機シラン、ナ
イロン／エポキシ／有機チタネート（特開昭５６−１４
２２０号公報）、ポリイミドあるいはポリイミドアミド
系配向剤などが用いられ、特にポリイミドあるいはポリ
イミドアミド系の配向剤が好ましい。ポリイミドあるい
はポリイミドアミド系配向剤の具体例としては、特開昭
５６−５２７２２号公報に記載されたポリマーなどがあ
り、また１８産化学工業−のＤＡ−５ＮＤ。

ＣＢＮ−Ｄ、日立化成■のＰ　Ｉ　Ｘ−１４００，ＨＬ
−１１００などとして入手できる。ポリイミドあるいは
ポリイミドアミドは溶剤とともに透明電極１１５、１３
５　（電極の設けられていない部分は、保護層１１３．
１３３）の上に塗布され、１００〜１５０℃で加熱処理
して硬化させ、厚さ５００〜３０００人、好ましくは８
００〜１５００人の配向膜１１７，１３７が形成される
。ここで、溶剤としてはＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミド
や２−メチルピロリドンのような極性溶媒が必要となる
が、本発明の液晶表示素子では、プラスチックフィルム
１１１．１３１上に保：５Ｆ１１３．１３３が設けられ
ているので、このような極性溶媒によっても光学的に等
方性のプラスチックフィルム１１１．１３１が溶解され
ることがない。

配向処理された上側基板１１と下側基板１３とは、ラビ
ング方向が直交するようにして配設され、液晶注入口を
残してシール材１５でシールされて液晶セル１７が形成
される。シール材としては、エポキシ樹脂、シリコン樹
脂が好ましく、基板１１、１３のいずれかにギャップ材
２１を分散し、基板１１．１３のいずれか一方にエポキ
シ系あるいはシリコン系のシール剤を硬化させることに
よってセルが組立てられる１次に、液晶物質１９を封入
し、９０°ＴＮ型の液晶セルが形成される。液晶として
は、たとえば、アゾメチン系液晶、シッフベース系液晶
、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロ
ヘキサン系液晶、エステル系液晶、ピリミジン系液晶、
ターフェニル系液晶、ビフェニ、ルシクロヘキサン系液
晶などが挙げられる。これらの液晶は、単独または通常
混合物として用いられる。さらに、コレスチルクロリド
、コレステリルノナエーテ、コレステリルカーボネート
などのコレステリック液晶、英国ブリティッシュドラッ
クハウス社から商品名Ｃ−１５，ＣＢ−１５として販売
されているようなカイラルネマティック液晶などがあり
、これらの液晶に対しては、テトラアメキルアンモニウ
ム塩のようなイオン性ドーパントなどを添加することが
できる。このような液晶物質を用いても１本発明の基板
１１．１３は、保護層１１３゜１３３が設けられている
ため、経時により溶解したり膨潤することがない６ また１等方性のフィルム基板１１．１３の外面側にはガ
スバリヤｆｆ１１９．１３９が設けられている。

ガスバリヤ１１９．１３９はポリ塩化ビニリデンを主体
とする樹脂層とすることが好ましい。保護層を設けた光
学等方性フィルム基板であっても、光学等方性フィルム
のガス透過率が大きいため。

この基板を用いてセルを作製しセルに電界をかけて０Ｎ
−ＯＦＦのサイクルテストを実施すると、フィルム基板
を透過してセル内に空気が入り込んで表示品質を劣化さ
せてしまう、これに対し、ガスバリヤ層をフィルム基板
に設けると、経時によるせる内への気泡の混入が防止さ
れ、高品質でしかも信頼性の高い液晶表示が可能となる
。ガスバリヤＭ１１９．１３９の膜厚は１〜１００μｍ
が適当であり、好ましくは、５〜２０μｍである。ガス
バリヤ層は、たとえば、塩化ビニリデンを主成分とし塩
化ビニル、アクリル酸またはそのエステル、カルボン酸
などを含む液化ビニリデン樹脂のラテックスを、メチル
セルソルブ、テトラヒドロフランなどの溶剤で希釈して
塗布し、溶媒を除去することにより形成できる。

且尻二鬼米 本発明の液晶表示素子は、液晶セルの内面側の面に耐溶
剤性の樹脂からなる保３層を設け、かつ、外面側の面に
ガスバリヤ層を設けた光学的に等方性のプラスチックフ
ィルムを基板として用いることにより１表示面の着色も
なく、また、経時による空気セル内への混入や液晶によ
る基板の膨潤がなく、表示品質に優れ、信頼性も高いも
のである。さらに１等方性フィルムが浸されやすい極性
溶媒にも十分な耐性を有することから、配向剤などの選
択の自由度が大きくなり、ポリイミドやポリイミドアミ
ドなどのプラスチック基板用として優れた配向剤も使用
でき、配向特性などの素子特性をさらに改善することが
できる。

実施例１ （１）サンプルＮα１の作成 トリメチロールプロパントリアクリレート９８重量部ベ
ンゾイン　　　　　　　　　　　　　　０．５重量部２
−クロロチオキサンソン　　　　　　　　１．５重量部
の混合物を、ポリエーテルサルフォノフィルム上に流延
し、８０ｗ／ｃｍの水銀灯下、１５ａｍの距離で５秒間
紫外線照射して硬化処理を行った後、ポリエーテルサル
フォンフィルムから厚さ１ｍ程度の硬化膜を剥離し、サ
ンプルＮα１とした。

（２）サンプルＮα２の作成 ペンタエリスリトールトリアクリレート　９８重量部ベ
ンジル　　　　　　　　　　　　　　　　２重量゛部エ
タノール／酢酸エチル　　　　　　　１００重量部（混
合Ｖｏｌ比＝１／１） の混合物をポリエーテルサルフォノフィルム上に流延し
、暗所、６０℃の条件下で１時間放置し、溶媒を完全に
揮散させた後、前記サンプルＮα１の場合と同様にして
（紫外壜照射時間１０秒）、サンプルＮα２を得た。

（３）サンプルＮα３の作成 ジペンタエリスリトールへキサアクリレート　９８重量
部ベンジル　　　　　　　　　　　　　　　　　　２重
量部エタノール／酢酸エチル　　　　　　　　　１５０
重量部（混合Ｖｏｌ比＝　１／１） の混合物をポリエステルフィルム上に流延し、前記サン
プルＮα２の場合と同様にしてサンプルＮａ　３を得た
。

次に、前記で得たサンプルＮａ　１〜尚３の切片をそれ
ぞれトルエン（溶解パラメータ＝９）とシクロヘキサノ
ン（溶解パラメータ＝１０）に常温で浸漬し、その飽和
重量増加率を測定し、その結果を第１表に示した。

第１表 前記結果から、本発明による硬化膜は、液晶と同程度の
溶解パラメータ９〜１０の有機溶剤に充分耐えることが
わかる。このサンプルＮα１〜Ｎα３を実際の市販液晶
（メルク社製、ＺＬ１１５１６）に常温で長時間浸漬し
ても、その重量増加率は殆ど０％であった。

実施例２ トリメチロールプロパントリアクリレート（以下、ＴＭ
ＰＴＡと記す）、ネオペンチルグリコールジアクリレ−
１へ（成膜助剤、以下、　ＮＰＤＡと記す）、１−ヒド
ロキシシクロへキシルフェニルケトン（重合開始剤、以
下、ＨＣＰＫと記す）からなる重合性組成物をポリエス
テルフィルム上に塗布し、紫外線硬化処理した。このよ
うにして得た硬化膜を、剥離した後、トルエンとシクロ
ヘキサノンに浸漬し、その飽和重量増加率を測定した。

また、前記重合性組成物をポリカーボネートフィルム上
に塗布し、紫外線硬化して形成した　゛硬化膜について
その接着強度（ＪＩＳ　Ｋ５４００６．１５）を測定し
、その結果を第２表に示した。

第２表 実施例３ ２枚の光学的等方性のポリエーテルサルフォンフィルム
のそれぞれの片面に、塩化ビニリデン７０重量部、塩化
ビニル１０重量部、アクリル酸１０重量部、カルボン酸
１０重量部、メチルセルソルブ９００重量部の混合溶液
を塗布し、１００℃−３０分で、乾燥して１０μｍのガ
スバリヤ層を形成した。

ついで、トリメチロールプロパンアクリレート５０重量
部、ペンタエリストールトリアクリレート２５重量部、
ネオペンチルグリコールジアクリレート２３重量部、１
−ヒドロキシシクロフェニルケトン２重量部、エタノー
ル／酢酸エチル２００重量部の混合物を、上記フィルム
のガスバリヤ層を形成していない面にそれぞれ塗布して
硬化させ、Ｖ厚１０μｍの保護層を形成した。

ついで、この保護層の上にＩＴＯからなる透明４ｔ！パ
ターンを形成したのち、さらにその上にポリイミド系配
向剤（０産化学工業製、ＤＡ−５ＮＤ）を塗布し、１５
０℃で１時間加熱処理して約１０００人の配向膜を形成
した。このとき、保護層付きポリエーテルサルフォンフ
ィルムは配向剤によって浸されることがなかった。

さらに、ラビングして配向処理を施したのち。

ラビング方向が直交するように配向膜を互いに対向させ
て２枚の基板を重ね、ギャップ材を分散して周縁をエポ
キシ樹脂でシールしてセルを得た。このセルの中に波数
物質を封入して液晶セルを形成した。

この液晶セルに対して８０℃−９０％ＲＨの環境テスト
を１０００時間行ったが、外観不良、配向不良は発生し
なかった。

また、この液晶セル二対し、６Ｖ、３２Ｈｚで１秒間に
１回のＯＮ／○ＦＦサイクルテストを１０００時間繰り
返したが、外観不良、配向不良が発生しなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を模式的に示す断面図である。 １１・・・上側基板　１３・・・下側基板１５・・・シ
ール材　１７・・・液晶セル１９・・・液晶物質

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、透明電極を有する可撓性プラスチックフィルム基板
   を互いに透明電極が対向するように離間して配設し、こ
   の基板間に液晶物質を収納した液晶表示素子において、
   前記可撓性プラスチックフィルム基板として光学的等方
   性フィルムを用いるとともに、このフィルム基板の対向
   面に耐溶剤性の樹脂からなる保護層を設け、かつ、該フ
   ィルム基板の他面にガスバリヤ層を設けたことを特徴と
   する液晶表示素子。