JPH06160801A - スーパーツイステッドネマチック液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ストライプドメイン等の配向異常がきわめてお
きにくいＳＴＮ液晶素子を得る。 【構成】電極付きの基板間に１２０°以上ねじれた正の
誘電異方性を有するネマチック液晶層を挟持してなるス
ーパーツイステッドネマチック液晶表示素子で、該液晶
層は０．１〜５重量％の高分子架橋体を含むことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスーパーツイステッドネ
マチック液晶表示素子の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、いわゆるスーパーツイ
ステッドネマチック（ＳＴＮ）モードや薄膜トランジス
ター（ＴＦＴ）駆動のツイステッドネマチック（ＴＮ）
モードの液晶表示素子の開発の進展により、例えば、ワ
ープロやパソコンの表示部品として必要欠くべからざる
ものになっている。

【０００３】このうち、ＳＴＮ液晶表示素子は、安価に
高コントラスト比の表示を実現するものとして、近年開
発が進められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＳＴＮ液晶セルにおい
ては、高温、あるいは低温においてストライプドメイン
とよばれる配向欠陥が発生し、表示品位を損なったり、
前の画像が後に残る残像現象の原因となる場合がある。
これらは配向膜界面のプレチルト角が十分に大きくない
ために発生する現象ではないかといわれている。

【０００５】このような問題点を解決するために、配向
膜を適当なものに選択すること、特に、閉環型ポリイミ
ドを採用すること、液晶層厚みと液晶ねじれピッチの比
（ｄ／ｐ）を適当なものに選択することなどの措置が検
討されている。しかし、これらの措置では十分にストラ
イプドメインの発生を抑えることは困難であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点を
解決するためになされたものであり、電極付きの基板間
に１２０°以上ねじれた正の誘電異方性を有するネマチ
ック液晶層を挟持してなるスーパーツイステッドネマチ
ック液晶表示素子において、該液晶層は０．１〜５重量
％の高分子架橋体を含むことを特徴とするスーパーツイ
ステッドネマチック液晶表示素子を提供するものであ
る。

【０００７】ここで、高分子架橋体とは重合可能な官能
基を分子内に２個以上有するモノマーの単独又は共重合
体である。もちろん、この場合、架橋高分子は重合可能
な官能基を分子内に１個有するモノマーと重合可能な官
能基を分子内に２個以上有するモノマーとの共重合体で
あってもよい。ただし、架橋高分子が液晶中に実質的に
溶解しないためには、重合可能な官能基を分子内に２個
以上有するモノマーの含量は重量で１５％以上であるこ
とが好ましい。

【０００８】高分子架橋体の量は、液晶層の全量に対し
て重量割合で０．１〜５％程度であることが好ましい。
量がこれ未満であるとストライプドメイン発生抑止効果
が十分ではなく、これを超えると、高分子架橋体の存在
による光散乱が増えるため好ましくない。光散乱量は高
分子架橋体の屈折率にも依存するが、電圧非印加時のヘ
ーズ値で５％以下に抑えられていることが好ましい。

【０００９】高分子架橋体を形成するための重合反応は
連鎖重合、重付加などであることが好ましい。一方、重
縮合など水などの揮発物が重合中に発生する反応や、液
晶特性に悪影響を与える副生物を発生する反応は好まし
くない。素子に空隙が発生するおそれや、液晶特性を劣
化させるおそれがあるためである。

【００１０】本発明のスーパーツイステッドネマチック
液晶表示素子を作製するためには、高分子架橋体を形成
するモノマー、オリゴマーなどの化合物と液晶とを混ぜ
合わせて溶液状態とした後、これを液晶空セルに注入
し、これを光硬化、熱硬化、電子線硬化、２液混合によ
る硬化、冷却による固化などにより高分子架橋体を形成
するようにすればよい。

【００１１】特に、光硬化タイプの樹脂を高分子架橋体
として用いることにより、熱による影響を受けなく、短
時間で固化させることができ好ましい。この場合は、通
常０．１〜１０ｍＪ／ｃｍ² 程度の紫外線を照射するこ
とにより行える。

【００１２】重合可能な官能基を分子内に２個以上有す
るモノマーの代表例を以下に述べる。

【００１３】第１の群は化１で示されるスチレン誘導体
である。ここで、ｎとｋは０又は１であるが、同時に０
とはならない。ｍは０又は１であり、Ａは−ＣＨ₂ −，
−ＣＯ−Ｏ−，−Ｏ−ＣＯ−，−ＣＨ₂ −ＣＨ₂ −，−
ＣＨ₂ −Ｏ−，−Ｏ−ＣＨ₂−などの連結基を示す。化
１の具体的な化合物としてはジビニルベンゼンなどが含
まれる。

【００１４】

【化１】

【００１５】第２の群は、化２で示されるアクリル酸類
のジエステルである。ここで、Ｘは水素原子、フッ素原
子又はメチル基である。Ｂはジオールの残基を示してい
る。第２の群は一般にアクリルオリゴマーと称される分
子量が５００〜数万の化合物も包含する。

【００１６】

【化２】

【００１７】高分子架橋体は、液晶性モノマーをその重
合成分として含むものであることが好ましい。こうする
ことにより、混合溶液ともとの液晶との間のクリヤリン
グポイントの変化が小さくなり、ひいては、螺旋ピッチ
の変化も少なくなるからである。

【００１８】「液晶性モノマーをその重合成分として含
む」とは、架橋性高分子液晶が重合可能な官能基を分子
内に２個以上有するモノマーの単独又は共重合体である
ことをいう。もちろん、重合可能な官能基を分子内に１
個有するモノマーと、重合可能な官能基を分子内に２個
以上有するモノマーとの共重合体であってもよい。

【００１９】特に、上記液晶性モノマーは、もとの液晶
に対してこの液晶性モノマーを３重量％加えた場合の、
もとの液晶のクリヤリングポイントに対する混合溶液の
クリヤリングポイントの変化が３度以下であるものが好
ましい。これにより、螺旋ピッチの変化を極めて少なく
できるからである。

【００２０】また、高分子架橋体について、液晶性モノ
マーをその重合成分として含むものとすることにより、
重合時に電界を印加しながら、重合することによって、
電圧を印加したときにヘーズ値を最小とし、どの角度か
らみても透明な素子を得ることができるという利点もあ
る。

【００２１】さらに驚くべきことに、プレチルト角を大
きくする効果もある。従来、プレチルト角を大きくする
ために、配向膜の改良や液晶の選定が精力的に行われて
きたが、たとえば、高プレチルト角の配向膜を用いた場
合、表示素子面でのプレチルト角のむらが発生しやす
く、全面にわたっての均一な表示が困難であった。

【００２２】本発明の重合時に電界を印加しながら重合
する方法によって、表示素子面でのプレチルト角のむら
が発生しにくく、全面にわたっての均一な表示が可能と
なる。

【００２３】重合時印加する電圧は用いる液晶の誘電率
異方性、弾性定数や素子の厚みに依存するが、０．３ボ
ルト以上、１５０ボルト以下が好ましい。０．３ボルト
以下では、高プレチルト化の効果が得られにくい。上限
は原理的には、素子が破壊しない限り、限界がないが、
簡便さを考慮すると１５０ボルト以下であればよい。１
０ボルト程度でも十分な効果が得られる。

【００２４】重合時印加する電源は直流でも交流でもよ
い。交流の場合、その周波数は、印加の簡便性から１０
０ｋＨｚ以下、通常は１０〜１００Ｈｚがよい。

【００２５】高分子架橋体を添加するもとの液晶は、通
常にスーパーツイステッドネマチック液晶表示素子とし
て用いうるものであれば、いずれも適当に用いることが
できる。液晶層のねじれ角度は１２０°以上とされる。
時分割駆動特性を向上するには１８０°以上、更に好ま
しくは２１０〜２７０°程度とされるのがよい。

【００２６】またこれらの液晶と高分子架橋体形成用モ
ノマー、オリゴマーの混合物には、光重合などの重合開
始剤の他、基板間隔制御用のセラミックス粒子、プラス
チック粒子、ガラス繊維などのスペーサー、顔料、色
素、粘度調整剤、その他本発明の性能に悪影響を与えな
い添加剤を添加することができる。

【００２７】上記液晶層を挟持した液晶セルの基本構成
は以下のようになる。プラスチック、ガラス等の基板の
表面に、所望のパターンでパターニングされたＩＴＯ
（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）、ＳｎＯ₂ 等の透明電極が設
けられて電極付きの基板とされる。電極層は、表示に対
応して電極群が対向したマトリクス配置しており、これ
により各ドット毎にオンオフを制御可能とされる。電極
層の形成方法としては、特にこれに限るものではない
が、層厚を均一にする見地からは、蒸着法、スパッタ法
等が好ましく用いられる。

【００２８】本発明においては、必要に応じて電極の上
もしくは下にＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等の絶縁膜、位相差
膜、偏光膜、反射膜、光導電膜等が形成されていてもよ
い。

【００２９】この電極付き基板の表面には表面をラビン
グされたポリイミド、ポリアミド等の膜や、斜め蒸着さ
れたＳｉＯ等の膜からなる配向制御膜が形成される。２
枚の上記基板が準備されて、前記した液晶層を挟持する
ようにされる。

【００３０】なお、電極と配向制御膜との間に基板間短
絡防止のためにＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の絶
縁膜を設けたり、透明電極にＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵
抗のリード電極を併設したりしてもよい。

【００３１】この基板の両外側に一対の偏光板を配置す
る。この偏光板自体もセルを構成する基板の外側に配置
することが一般的であるが、性能が許せば、基板自体を
偏光板で構成したり、基板と電極との間に偏光層として
設けてもよい。

【００３２】また、カラーフィルターを併用することが
可能である。このカラーフィルターは、セル内面に形成
することにより、視角によるズレを生じなく、より精密
なカラー表示が可能となる。具体的には、電極の下側に
形成されてもよいし、電極の上側に形成されてもよい。
また、色を補正するためのカラーフィルターや、カラー
偏光板を併用したり、液晶層中に色素を添加したり、あ
るいは特定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよ
い。

【００３３】また、ＳＴＮ素子は、一般に干渉色を生じ
るものであるが、干渉色の補償層として、表示セルと逆
ねじれでほぼねじれの大きさの等しい液晶セルを積層し
たり、いわゆる位相差板を積層したりして、白黒表示を
行うようにしてもよい。

【００３４】このような構成の液晶セルの電極に電圧を
印加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。すなわ
ち、基板端部に導出した接続端子部分に、異方性導電ゴ
ムを介したり、ヒートシール、異方性導電接着剤を用い
て、フレキシブル基板等からなる外部回路基板を接続し
たり、ＴＡＢ基板を接続したりする。

【００３５】本発明では透過型でも反射型でも適用可能
であり、その応用範囲が広い。なお、透過型で使用する
場合には裏側に光源を配置する。もちろん、これにも導
光体、カラーフィルターを併用してもよい。さらに、透
過型で使用する場合、画素以外の背景部分を印刷等によ
る遮光膜で覆うこともできる。

【００３６】本発明は、この外、本発明の効果を損なわ
ない範囲内で、通常の液晶表示素子で使用されている種
々の技術が適用可能である。

【００３７】

【作用】本発明により、ストライプドメイン等の配向異
常が抑制されたスーパーツイステッドネマチック液晶が
得られる理由は、必ずしも明らかではないが、以下のよ
うに推定される。ＳＴＮ素子などにおけるストライプド
メインは、電圧印加状態における液晶分子と配向膜界面
との微妙なバランスによって、発生の有無が決定され
る。本発明における高分子架橋体は、液晶セル内にごく
弱い３次元網目構造を作成し、見かけ上の配向膜界面を
増加させることにより、一種の配向のピン止め作用を得
ているものと考えられる。

【００３８】つまり、高分子架橋体は、きわめて細かな
欠陥を均一に分布させると共に、液晶と作用して、高温
状態あるいは低温状態において発生する問題で観察でき
る程度の配向欠陥を防止する作用があると考えられる。

【００３９】

【実施例】第１の基板として、ガラス基板上に設けられ
たＩＴＯの透明電極をストライプ状にパターニングし、
蒸着法によりＳｉＯ₂ による短絡防止用の絶縁膜を形成
し、これにポリイミドのオーバーコートをスピンコート
し、これをラビングして配向制御膜を形成した基板を作
成した。

【００４０】第２の基板として、ガラス基板上に設けら
れたＩＴＯの透明電極を第１の基板と直交するようにス
トライプ状にパターニングし、蒸着法によりＳｉＯ₂ に
よる短絡防止用の絶縁膜を形成した後、これにポリイミ
ドのオーバーコートをスピンコートし、これをラビング
して配向制御膜を形成した基板を作成した。

【００４１】この２枚の基板の周辺をシ−ル材でシ−ル
して、液晶を注入する層を形成し、この層に誘電異方性
が正のネマチック液晶を注入して、注入口を封止した。
この液晶は、メルク社製「ＺＬＩ−２２９３」（商品
名）にカイラル剤としてコレステリックノナノエートを
所定量加えた後、化３の化合物を全体の３重量％、光重
合開始剤としてベンゾインイソブチルエーテル０．０３
重量％を均一に溶解したものとした。液晶層は２４０°
ねじれとされた。これに紫外線を３０秒間照射して光重
合を行った。

【００４２】

【化３】

【００４３】そして、この液晶セルの片側に、干渉色補
償用の複屈折板を積層し、さらに、両側に、偏光板を配
置して、ネガ型の液晶表示素子を形成した。

【００４４】この液晶表示素子の裏側に冷陰極管付のバ
ックライトを配置して、１／２００デューティ、１／１
５バイアスで駆動した場合、鮮明な白黒表示が得られ
た。

【００４５】このパネルを７０℃という高温及び−１０
℃という低温でで駆動したところ、従来ＳＴＮ液晶にお
いて問題となっていたストライプドメイン、フィンガー
プリントなどの配向異常は発生せず、良好な特性が得ら
れた。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、ストライプドメイン等
の配向異常の極めておきにくいＳＴＮ液晶素子が得られ
る。特に、高温下もしくは低温下において駆動する場
合、本発明は有効である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極付きの基板間に１２０°以上ねじれた
   正の誘電異方性を有するネマチック液晶層を挟持してな
   るスーパーツイステッドネマチック液晶表示素子におい
   て、該液晶層は０．１〜５重量％の高分子架橋体を含む
   ことを特徴とするスーパーツイステッドネマチック液晶
   表示素子。
2. 【請求項２】高分子架橋体が液晶性モノマーをその重合
   成分として含むものである請求項１記載のスーパーツイ
   ステッドネマチック液晶表示素子。