JPH0222623A - 液晶表示素子およびその製造方法 - 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】 ［発明の分野１ 本発明は液晶表示素子およびその製造法に関する。さら
に詳しくは、透明電極間に電圧を印加した時に液晶層の
受ける電界が、一つの画素内で不均一となるようにされ
た液晶表示素子およびその製造法に関する。

［発明の技術的背景および従来技術］ 従来より、液晶テレビジョンパネルなどに利用されてい
るマトリックス形の液晶表示素子には、パッシブマトリ
ックスデイスプレィと呼ばれる駆動方式とアクティブマ
トリクスデイスプレィと呼ばれる駆動方式との二方式が
ある。前者は構造が比較的簡単で低い製造コストで製造
できるという利点があるものの、高画質を得るために走
査線の数Ｎを増大させると、画面を走査する間に一つの
選択点に有効な電界が印加されている時間（すなわちデ
ユーティ−比）１７Ｎが減少するために、クロストーク
が発生し、しかも高いコントラストが得られないという
欠点を有している。さらにデユーティ−比が低くなると
各画素の階調の制御が難しくなるなど、液晶テレビジョ
ンパネルとしては多数の欠点を持っている。

これに対して、アクティブマトリクス駆動方式では、各
々の画素ごとにトランジスタなどのアクティブ素子やス
イッチ素子を設けて、クロストークの防止と階調性の付
与を図っている。具体的には、以下のような方法によっ
て液晶の表示が行なわれる。すなわち、例えばＭＯＳ　
（金属酸化物半導体）トランジスタ、Ｍ　Ｉ　Ｍ　（ｍ
ｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｉｌｅｔａｌ　）素子
、薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）などを各画素ごとにマト
リックス配置して、選択した画素のトランジスタにゲー
トオンパルスを印加してソースとドレイン間を導通させ
１画像信号をソースからキャパシタに導くとともにキャ
パシタに蓄積し、このキャパシタに蓄積された画像信号
に対応して液晶が駆動し、同時に映像信号の電圧によフ
て階調表示が行なわれる、という駆動方式である。この
方式では、使用するアクティブ素子の構造が複雑である
ため、製造工程が多く、製造コストが高くなるという欠
点を有している。また、薄膜半導体は広い面積にわたっ
て被膜形成することが難しいため、大画面のデイスプレ
ィ装置の製造は困難である。

上記のような欠点を克服するものとして、特開昭６２−
２３１９４０号公報には、電圧が印加されたときに形成
される電界強度が一つの画素内で異なるような液晶表示
素子が提案されている。強誘電性液晶を、この液晶表示
素子に用いれば、同じ電圧が印加しても一つの画素内で
電界強度が強い部分と弱い部分とが生じるので、電界強
度の強い部分でまず液晶の反転が起こり、次いで電界の
弱い部分へと反転が波及して行く。たとえば、電界の強
い部分だけで反転が起こり、弱い部分では反転が起こら
ないような印加パルスを加えれば、つの画素内で階調を
制御することができる。また、該液晶表示素子に双安定
性のある液晶を用いれば、この階調がメモリされること
になる。また、電界の強い部分での反転が核となって反
転が波及して行くので、従来のものに比べて応答（レス
ポンス）の良いデイスプレィを得ることができる。

このように、一つの画素内に不均一な電界を生じさせる
液晶表示素子は優れた特徴を有しているが、実際にどの
ようにして、一つの画素内に不均一な電界を生じさせる
かが問題となる。上記した特開昭６２−２３１９４０号
公報には、電極表面に分散的な凹凸を設ける技術が開示
されている。

すなわち、サンドグラス法によって電極表面を削ること
で粗面化したり、または均一導電膜上に部分的に導電物
質を付着させたりする技術である。

しかし、これらの電極表面に凹凸を設けることで、一つ
の画素内に不均一な電界を生じさせる液晶表示素子は、
製造工程での電極表面に凹凸を設ける工程がそれ自体、
手間のかかる工程であるので、従来のアクティブマトリ
ックスデイスプレィの欠点であった工程の複雑さを充分
解決したとはいえない。

また、特開昭６２−２６２０２２号公報には、電極上に
誘電体膜を膜厚を変えて設けたり、あるいは誘電体膜を
不均一に積層することで、不均一な電界を生じさせる液
晶表示素子が開示されている。しかし、この液晶表示素
子も、その製造工程で、誘電体膜を膜厚を変えて設けた
り、あるいは誘電体膜を不均一に積層するという複雑な
工程を必要とする。

［発明の要旨］ 本発明の目的は、簡単な工程て製造することのできる、
一つの画素内に不均一な電界を生じさせる液晶表示素子
およびその製造法を提供することにある。

上記の目的は、本発明の、透明電極上に配向膜を設けた
二枚の透明電極基板を配向膜を内側にして配置し、その
間に液晶を封入してなる液晶表示素子において、該配向
膜の少なくとも一方に、前記配向膜間の間隙よりも小さ
い粒径を有しかつ前記配向膜の誘電率と異なる誘電率を
有する絶縁性微粒子が含有されていることを特徴とする
液晶表示素子、 および、透明電極上に配向膜を設けた二枚の透明電極基
板を配向膜を内側にして配置し、その間に液晶を封入し
てなる液晶表示素子の製造法において、前記配向膜の少
なくとも一方を、前記配向膜の誘電率と異なる誘電率を
有する絶縁性微粒子を添加した配向膜形成塗布液を塗布
することにより形成することを特徴とする液晶表示素子
の製造法により達成することができる。

本発明の液晶表示素子は、配向膜に該配向膜の誘電率と
は異なる誘電率を有する微粒子が含有されているので、
該微粒子によって配向膜上に微細な凹凸が形成される。

配向膜とこの微粒子とでは誘電率が異なるから、同じ電
圧が印加されても、該微粒子のある部分とない部分とで
は生じる電界の強度が異なったものとなる。しかも、本
発明の液晶表示素子は、前述の電極表面に凹凸を設ける
工程や誘電体膜を設ける工程のかわりに、これらよりは
るかに簡単な工程、すなわち配向膜の誘電率と異なる誘
電率を有する微粒子が添加量れた配向膜形成塗布液を塗
布する工程、を行なう本発明の製造法により製造するこ
とができる。一般に、液晶表示素子の製造工程において
は配向膜を形成する工程があるので、本発明の液晶表示
素子の製造法は、塗布によって配向膜を形成する従来の
液晶表示素子の製造法とほとんど変るところがない。た
だ、配向膜形成塗布液に配向膜の誘電率と異なる誘電率
を有する微粒子を添加分散する工程が加わるだけである
。

以下に本発明の好ましい態様を列記する。

（１）前記配向膜表面における前記微粒子の密度が１０
〜１０００個／　ｍ　ｍ　”であることを特徴とする液
晶表示素子。

（２）前記配向膜表面における前記微粒子の密度が１０
０〜５００個／　ｍ　ｍ　２であることを特徴とする液
晶表示素子。

（３）前記配向膜の膜厚ｎと前記微粒子の平均粒子径ｍ
との比ｍ／ｎが１．５〜１０であることを特徴とする液
晶表示素子。

（４）前記微粒子の誘電率が前記配向膜の誘電率の１．
３倍から１５倍であることを特徴とする液晶表示素子。

（５）前記微粒子の誘電率が前記配向膜の誘電率の１．
５倍から１０倍であることを特徴とする液晶表示素子。

（６）前記微粒子がシリカ粒子であることを特徴とする
液晶表示素子。

（７）前記配向膜が、ポリビニルアルコール、ゼラチン
、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂およびポリエステル
樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一つの有機高分
子物質であることを特徴とする液晶表示素子。

（８）前記液晶が、強誘電性を有する液晶であることを
特徴とする液晶表示素子。

（９）前記微粒子の添加量が、固形分で配向膜材料の有
機高分子物質の１〜２０％であることを特徴とする液晶
表示素子の製造法。

（１０）前記微粒子の誘電率が前記配向膜の誘電率の１
．３倍から１５倍であることを特徴とする液晶表示素子
の製造法。

（１１）前記微粒子の誘電率が前記配向膜の誘電率の１
．５倍から１０倍であることを特徴とする液晶表示素子
の製造法。

（１２）前記微粒子がコロイダルシリカ粒子であること
を特徴とする液晶表示素子の製造法。

（１３）前記微粒子が表面改質されていることを特徴と
する液晶表示素子の製造法。

［発明の構成］ 添付図面を参照しながら本発明の液晶表示素子の構成に
ついて説明する。

第１図は、本発明の液晶表示素子の一例を示す断面図で
ある。ガラス基板１ａ、ｌｂ上に透明電極２ａ、２ｂ、
配向膜３ａ、３ｂを、それぞれ、この順に重ねて設けら
れた２枚の透明電極基板５．６が液晶層７を介して、互
いに配向膜が内側になるように向いあっている。下側の
透明電極基板６の配向膜３ｂには配向膜３ｂの誘電率と
は異なる誘電率を有する微粒子４が含まれているので、
微粒子４によって配向膜３ｂと液晶層７との界面には凹
凸が形成されている。配向膜３ｂと微粒子４とでは誘電
率が異なるから、透明電極２ａと２ｂとの間に電圧が印
加されると、微粒子４のある部分とない部分とでは異な
フた強度の電界が生じることになる。

本発明の液晶表示素子は第１図に示したものだけでなく
、上下両方の配向膜に前記微粒子が含有されていてもよ
い。さらに本発明の液晶表示素子は、電気絶縁層を設け
たり、スペーサーを使用したり、また目的に応じて、偏
光板、カラーフィルターを設けたりといった通常の液晶
表示素子について行なわれる態様が、すべて可能である
。特に、両配向膜間の間隙（すなわち液晶層の層厚）を
確保するためにスペーサーが使用されることは好ましい
。スペーサーとしては、ガラスファイバー、ガラス・ビ
ーズ、プラスチック・ビーズ、アルミナ微粒子などが用
いられる。液晶層の層厚は、用いられる液晶によって異
なるが、ＴＮ液晶では５〜１０μｍ、ＳＴＮ液晶では６
〜Ｂｐｍ。

強誘電性液晶では２μｍ程度が一般的である。

本発明の液晶表示素子に用いられるガラス基板、透明電
極、液晶は、すべて従来から液晶表示素子に用いられて
いる公知のものが利用できる。

例えば、ガラス基板としては、平滑性の良好なフロート
ガラスを、透明電極としては、酸化インジウム（ｘｎ２
ｏ＊）、酸化スズ（ＳｎＯ２）およびＩＴＯ（インジウ
ム・スズ・オキサイド）等を挙げることができる。

また、本発明に用いられる液晶は、従来より液晶表示素
子に用いられているものが利用できるが、特に好ましい
のは、強誘電性液晶である。

強誘電性を有する液晶は、具体的にはカイラルスメクテ
ィクＣ相（ＳｍＣ”　）、Ｈ相（ＳｍＨ＠）、Ｉ相（Ｓ
ｍｌ”　）、Ｊ相（ＳｍＪ”　）、Ｋ相（ＳｍＫ’　）
、Ｇ相（ＳｍＧ”　）またはＦ相（ＳｍＦ”　）を有す
液晶である。具体的な液晶組成物としては、チッソ■製
のＣ５−１０１１、Ｃ５−１０１３、Ｃ５−１０１５、
メルク社製のＺＬ　ｌ−３４８８、ＺＬＩ−３４８９、
帝国化学産業■製のＨＳ−９８Ｐ、ＨＳ−７８Ｐ　（い
ずれも商品名）などを挙げることができるが、これに限
定されるものではない。これらの液晶の中には液晶に溶
解する二色性染料、減粘剤等を添加しても何ら支障はな
い。

また、配向膜材料は用いる液晶によって適宜選択される
が、ポリビニルアルコール、ゼラチン、ポリイミド樹脂
、ポリアミド樹脂およびポリエステル樹脂からなる群よ
り選ばれる少なくとも一つの有機高分子物質であること
が好ましい。また、配向膜の膜厚も用いる液晶によって
異なるが、２００人〜２０００人が好ましい。

本発明の液晶表示素子の少なくとも一つの配向膜には、
配向膜間の間隙よりも小さい粒径を有しかつ配向膜の誘
電率とは異なる誘電率を有する微粒子が含有されている
。この微粒子の誘電率は、液晶表示素子の電極間の間隙
の厚さ、用いられる液晶の種類などによって異なるが、
用いられる配向膜の誘電率の１．３倍から１５倍が適当
であり、１．５倍から１０倍が好ましい。具体的には、
酸化チタン　（比誘電率：６以上）、酸化便船（比誘電
率：８〜１１）、酸化ジルコニウム　（比誘電率＝１１
〜１３）、酸化アルミニウム　（比誘電率：９〜１２）
および酸化ケイ素（シリカ）　（比誘電率：４．５〜５
．５）などから、両配向膜間の間隙の厚さ、用いられる
液晶の種類、また後述する製造工程における配向膜形成
材料塗布液に対する分散性などによって適宜選択される
。

配向膜表面における上記微粒子の密度は１０〜１０００
個／ｍ　ｍ２であることが好ましく、さらに好ましくは
！００〜ＳＯＯ個／　ｍｍ２である。

この微粒子の粒径は、不均一な強度の電界を液晶にかけ
るという意味から、当然、両配向膜間の間隙（すなわち
、液晶層の層厚）よりも小さくなくてはならない。この
微粒子の粒径は、配向膜の膜厚の１．５倍から１０倍が
好ましい。

次に、本発明の液晶表示素子の製造法について述べる。

本発明の液晶表示素子の製造法は、素子に用いられる配
向膜の誘電率と異なる誘電率を有する絶縁性微粒子を配
向膜形成材料塗布液中に分散添加すること以外は、塗布
によって配向膜を形成する従来の製造法と全く変らない
製造法である。すなわち、透明基板上に透明電極を常法
に従って設け、さらにその上に、配向膜の誘電率と異な
る誘電率を有する絶縁性微粒子を分子１１．添加した配
向膜形°酸塗布液を塗布し、さらに加熱処理することで
配向膜を設ける。この際、この微粒子の添加量は、固形
分で、配向膜材料である上記有機高分子物質の１〜２０
％であることが好ましい。また、上記したような強誘電
性液晶の場合、この微粒子はシリカ粒子であることが好
ましいが、直接シリカ粉末を配向膜形成塗布液に添加す
るよりも、コロイダルシリカを添加した方が分散性が良
くなるため好ましい。

コロイダルシリカとしては、エアロゾル、スノテックス
（日産化学■製）、オルガノゾル（触媒化成■製）、ル
ドックス（デュポン社製）を挙げることができる。

また、上記微粒子が配向膜中に均一に分散し、かつ配向
膜を形成する材質と微粒子との界面で亀裂が発生するこ
とを防ぐため、コロイダルシリカを使用する場合は、ア
ミン、エポキシなどで表面改質されたコロイダルシリカ
を使用することが好ましい。また、他の微粒子を使用す
る場合も、シランカップリング剤などの表面改質剤で処
理された微粒子を利用することが好ましい。

配向膜は透明電極上に直接設けてもよいし、透明電極の
上に電気絶縁層など他の機能を有する膜を設け、この層
上に設けてもよい。また、使用目的に応じて、偏光板、
カラーフィルターなど、従来の液晶表示素子に設けられ
る機能を設けることができるのは前記したとおりである
。

このようにして設けられた配向膜はナイロン、ポリエス
テル、ポリアクリロニトリロのような合成繊維、綿、羊
毛のような天然繊維でラビング処理されることが好まし
い。

上記のようにして製造した、透明基板、透明電極および
配向膜からなる一対の透明電極基板を、配向膜が内側に
なるようにして液晶をはさんで相対させる。この際、液
晶層の層厚を確保するために、両透明電極基板間にはス
ペーサーが分散介在されることが好ましいことは上記し
た。

次に本発明の実施例を記載する。ただし、本発明はこれ
に限定されるものではない。

［実施例１］ 二枚の厚さ０．７ｍｍのガラス板のそれぞれに、インジ
ウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）の膜を形成した。このＩＴ
Ｏ膜付きのガラス板のどちらにも、次の組成の塗布液を
スピナーで塗布した。

塗布液： ポリカーボネート・・・・・１．５％（重量部）（三菱
瓦斯化学■製ニーピロンＳ−２０００）（ポリカーボネ
ートの比誘電率＝３） デメチルホルムアミド・・・・５０％（重量部）２−メ
チルピロリドン・・４８．５％（重量部）アミン変性 コロイド状シリカ・・・・・０．２％（重量部）（固形
成分３０％；触媒化成■製） （シリカの比誘電率：約５） スピナーの条件は、回転数２０００　ｒ、ｐ、ｍ、、時
間３０秒であった。塗布後、約１時間１５０°Ｃで加熱
処理した。この塗膜の厚さは、どちらも約５００人（０
，０５μｍ）であフた。両方ともに、膜面をナイロンの
植毛布でラビング処理し、フロン液で洗浄した。次に、
平均粒径２μｍのプラスチック・ビーズを一方のガラス
板に散布した。それぞれのラビング処理面を内側にして
、二枚のガラス板を重ね合せてセルを作成した。

このセルの厚さは１．８μｍであった。このセルにフェ
ニルエステル系強誘電性液晶であるチッソ■製のＣ３１
０１３を注入し、９５℃に加熱した後、３℃／分の割り
合いで徐冷した。

このようにして本発明の製造法により得た液晶表示素子
を、直交ニコル化で観察したところ、液晶は均一な配向
を示していた。

この実施例１から明らかなように、シリカを配向膜に含
有させても配向膜は液晶を均一に配向させることができ
、従って、配向膜の誘電率とは異なる誘電率を有する絶
縁性微粒子を配向膜に含有させることで、一つの画素内
に不均一な電界を生じさせる液晶表示素子を得ることが
できる。また、実施例１より、本発明の液晶表示素子の
製造法は、従来の一つの画素内に不均一な電界を生じさ
せる液晶表示素子の製造法よりも、簡単な工程であるこ
とが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示素子の構成例を模式的に示
す断面図である。 １ａ、１ｂ＝ガラス基板 ２ａ、２ｂ＝透明電極 ３ａ、３ｂ：配向膜 ４：微粒子 ５．６：透明電極基板 ７：液晶 特許出願人　富士写真フィルム株式会社代　理　人　弁
理士　　柳川　秦男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明電極上に配向膜を設けた二枚の透明電極基板を
   配向膜を内側にして配置し、その間に液晶を封入してな
   る液晶表示素子において、該配向膜の少なくとも一方に
   、前記配向膜間の間隙よりも小さい粒径を有しかつ前記
   配向膜の誘電率と異なる誘電率を有する絶縁性微粒子が
   含有されていることを特徴とする液晶表示素子。 ２、透明電極上に配向膜を設けた二枚の透明電極基板を
   配向膜を内側にして配置し、その間に液晶を封入してな
   る液晶表示素子の製造法において、前記配向膜の少なく
   とも一方を、前記配向膜の誘電率と異なる誘電率を有す
   る絶縁性微粒子を添加した配向膜形成塗布液を塗布する
   ことにより形成することを特徴とする液晶表示素子の製
   造法。