JP2013195902A - Liquid crystal display element - Google Patents
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Abstract
【課題】 表示品質の高い液晶表示素子を提供する。
【解決手段】 第１電極を備え、配向処理された第１基板と、第１基板と対向配置され、第２電極を備え、配向処理された第２基板と、第１、第２基板間に配置され、カイラル剤、及び重合体を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、重合体は、液晶層の質量に対し、５ｗｔ％以下の範囲で添加された重合可能材料から合成され、液晶層には、第１電極と第２電極とに電圧を印加することで、液晶層の厚さ方向の電界を生じさせることが可能であり、第１基板、第２基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることが可能な電極が形成されており、第１基板ならびに第２基板に対する配向処理、及び、液晶層へのカイラル剤の添加は、液晶層に付加する電界の方向により、液晶層の液晶分子が、リバースツイスト配列状態と、スプレイツイスト配列状態との間で相互に遷移するように行われている液晶表示素子を提供する。
【選択図】 図４PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display element having high display quality.
A first substrate including a first electrode and subjected to an alignment treatment; a second substrate disposed opposite to the first substrate and including a second electrode and subjected to an alignment treatment; and between the first and second substrates. And a liquid crystal layer that includes a chiral agent and a polymer and is twist-aligned, and the polymer is synthesized from a polymerizable material that is added in a range of 5 wt% or less with respect to the mass of the liquid crystal layer. In the layer, an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer can be generated by applying a voltage to the first electrode and the second electrode, and at least one of the first substrate and the second substrate has An electrode capable of generating an electric field in a direction orthogonal to the thickness direction of the liquid crystal layer by application of a voltage is formed, alignment treatment for the first substrate and the second substrate, and a chiral agent for the liquid crystal layer Depending on the direction of the electric field applied to the liquid crystal layer. Provided is a liquid crystal display element in which crystal molecules are changed so as to transit between a reverse twist alignment state and a spray twist alignment state.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、液晶表示素子、殊に液晶層に光学活性物質（カイラル剤）を含む液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element, and more particularly to a liquid crystal display element containing an optically active substance (chiral agent) in a liquid crystal layer.
一組の配向膜の配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで定まる液晶分子の捩れ方向（第１旋回方向）と、カイラル剤によって誘起される液晶分子の捩れ方向（第２旋回方向）とが逆方向となるように作製された液晶層を有し、たとえば液晶層に物理的作用を与えることにより、液晶分子が各方向へ捩れる状態（第１旋回方向につきリバースツイスト配列状態、第２旋回方向につきスプレイツイスト配列状態）が可換的に実現可能な液晶表示素子を、リバースツイステッドネマチック(reverse twisted nematic;RTN)型液晶表示素子と呼ぶ。第１旋回方向は、液晶層にカイラル剤を添加しなかった場合に、液晶分子が捩れる旋回方向である。 The twist direction (first rotation direction) of the liquid crystal molecules determined by the combination of the alignment treatment direction and the pretilt angle of the pair of alignment films is opposite to the twist direction (second rotation direction) of the liquid crystal molecules induced by the chiral agent. For example, by applying a physical action to the liquid crystal layer so that the liquid crystal molecules are twisted in each direction (reverse twist arrangement state for the first turning direction, and for the second turning direction). A liquid crystal display element in which a spray twist arrangement state can be realized in a commutative manner is referred to as a reverse twisted nematic (RTN) type liquid crystal display element. The first turning direction is a turning direction in which liquid crystal molecules are twisted when no chiral agent is added to the liquid crystal layer.
たとえば特許文献１にリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の記載がある。特許文献１記載のリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子においては、液晶分子が第１旋回方向に捩れる配列状態が不安定である。高電圧の印加によって第１旋回方向に捩れる配列状態を得ることは可能であるが、時間の経過とともに液晶分子は第２旋回方向に捩れる配列状態に転移する。 For example, Patent Document 1 describes a reverse twisted nematic liquid crystal display element. In the reverse twisted nematic liquid crystal display element described in Patent Document 1, the alignment state in which the liquid crystal molecules are twisted in the first turning direction is unstable. Although it is possible to obtain an alignment state that is twisted in the first rotation direction by applying a high voltage, the liquid crystal molecules transition to an alignment state that is twisted in the second rotation direction as time passes.
液晶分子を第２旋回方向に旋回させるカイラル剤を添加しながらも、基板の配向方向の組み合わせにより、液晶分子を第１旋回方向に配列させることで、液晶層内の歪を増大させ、駆動電圧の大幅な低減を可能にしたリバースツイステッドネマチック型液晶素子の発明が特許文献２に記載されている。しかしながら、特許文献２記載の発明においては、第２旋回方向に捩れる配列状態から、第１旋回方向に捩れる配列状態に転移させる電圧の印加を停止して数秒後には、もとの配列状態（第２旋回方向に捩れる配列状態）に再転移するため、第２旋回方向に捩れる配列状態で液晶素子を駆動する場合には、高い駆動電圧が必要となるという問題がある。 While adding a chiral agent that rotates the liquid crystal molecules in the second rotation direction, the liquid crystal molecules are aligned in the first rotation direction by combining the alignment directions of the substrates, thereby increasing the strain in the liquid crystal layer and driving voltage. Patent Document 2 discloses an invention of a reverse twisted nematic liquid crystal element that can significantly reduce the above. However, in the invention described in Patent Document 2, the application of the voltage for changing from the arrangement state twisted in the second turning direction to the arrangement state twisted in the first turning direction is stopped, and after a few seconds, the original arrangement state Since the transition is made again to (the arrangement state twisted in the second turning direction), there is a problem that a high driving voltage is required when driving the liquid crystal element in the arrangement state twisting in the second turning direction.
また、リバースツイステッドネマチック型液晶表示素子においては、一般的に、液晶分子が第１旋回方向に捩れる配列状態（リバースツイスト配列状態）と第２旋回方向に捩れる配列状態（スプレイツイスト配列状態）とで外観上の表示状態に大きな違いがなく、双安定性を与えても高いコントラスト比（透過率の差）が得られにくいという問題がある。 In a reverse twisted nematic liquid crystal display element, generally, liquid crystal molecules are arranged in an arrangement state in which the liquid crystal molecules are twisted in the first turning direction (reverse twist arrangement state) and in an arrangement state in which the liquid crystal molecules are twisted in the second turning direction (spray twist arrangement state). There is no big difference in the display state on the appearance, and there is a problem that it is difficult to obtain a high contrast ratio (difference in transmittance) even if bistability is given.
上下基板間でラビング方向のなす角度が９０°より大きく１２０°未満になるように配向処理を行い、かつ液晶層に、ラビング方向のなす角度と同じ方向になるように捩れる性質をもつカイラル剤を添加したことを特徴とするリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の発明が特許文献３に開示されている。特許文献３記載のリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子は、通常のツイステッドネマチック型液晶表示素子と比較したとき、どの温度においてもシャープネスが優れている。また良好なシャープネスに起因し、特に単純マトリクス駆動液晶表示素子において、高デューティ駆動が可能であったり、同じデューティで駆動する場合のコントラストが高いといった特徴をもつ。更に、低温でのレスポンスが通常のツイステッドネマチック型液晶表示素子よりも速い、高温環境下でもオフ電圧時透過率が下がらず、明るい表示を実現できる等、単純マトリクス駆動液晶表示素子、及び、ＴＦＴ(thin film transistor)を用いた液晶表示素子双方の長所を有する。 A chiral agent that has an alignment treatment so that the angle formed between the upper and lower substrates in the rubbing direction is greater than 90 ° and less than 120 °, and the liquid crystal layer is twisted so as to be in the same direction as the angle formed in the rubbing direction. Patent Document 3 discloses an invention of a reverse twisted nematic liquid crystal display element characterized in that is added. The reverse twisted nematic liquid crystal display element described in Patent Document 3 is superior in sharpness at any temperature as compared with a normal twisted nematic liquid crystal display element. Further, due to the good sharpness, particularly in a simple matrix drive liquid crystal display element, it has a feature that it can be driven with high duty or has high contrast when driven with the same duty. Furthermore, the response at low temperature is faster than that of a normal twisted nematic liquid crystal display device, the transmittance during off-voltage does not decrease even in a high temperature environment, and a bright display can be realized. Advantages of both liquid crystal display elements using thin film transistors.
特許文献３記載の液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態が非常に安定で、かつ、その状態での電気光学特性が通常のツイステッドネマチック型液晶表示素子より優れている。しかしながら、リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態の双安定性を積極的に利用する発明ではない。 The liquid crystal display element described in Patent Document 3 is very stable in the reverse twist alignment state and has superior electro-optical characteristics in that state than a normal twisted nematic liquid crystal display element. However, it is not an invention that positively utilizes the bistability of the reverse twist array state and the spray twist array state.
リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態の双安定表示が可能で、メモリ性が高く、コントラスト比も比較的高い、電気的スイッチング可能なリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の発明が特許文献４に開示されている。これは本願発明者らが行った発明である。 Patent Document 4 discloses an invention of a reverse twisted nematic liquid crystal display element capable of bistable display in a reverse twist array state and a spray twist array state, having high memory characteristics and a relatively high contrast ratio and capable of electrical switching. ing. This is an invention made by the present inventors.
特許文献４記載の液晶表示素子は、比較例を用いて後述するが、たとえば室温におけるメモリ性は高いものの、室温とは異なる温度では、リバースツイスト配列状態による表示を保持することができない場合が生じ、特に６０℃以上の高温状態では保持することが困難である。したがって、用途によっては、たとえば車載用、航空機用、屋外用の液晶表示素子として用いる場合は、表示のメモリ性が不十分となる場合がある。 The liquid crystal display element described in Patent Document 4 will be described later using a comparative example. For example, although the memory property at room temperature is high, there may be a case where display in a reverse twist arrangement state cannot be maintained at a temperature different from room temperature. In particular, it is difficult to maintain at a high temperature of 60 ° C. or higher. Therefore, depending on the application, for example, when used as a liquid crystal display element for in-vehicle use, aircraft use, or outdoor use, the display memory property may be insufficient.
本発明の目的は、表示品質の高い液晶表示素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element with high display quality.
本発明の一観点によると、第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル剤、及び重合体を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が捩れる旋回方向を第１旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記重合体は、前記液晶層の質量に対し、５ｗｔ％以下の範囲で添加された重合可能材料から合成され、前記液晶層には、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせることが可能であり、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることが可能な電極が形成されており、前記第１の基板ならびに前記第２の基板に対する配向処理、及び、前記液晶層へのカイラル剤の添加は、前記液晶層に付加する電界の方向により、前記液晶層の液晶分子が、リバースツイスト配列状態と、スプレイツイスト配列状態との間で相互に遷移するように行われている液晶表示素子が提供される。 According to one aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode and subjected to an alignment treatment is disposed opposite to and parallel to the first substrate, and includes a second electrode and includes a second electrode subjected to an alignment treatment. And a liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate and includes a chiral agent and a polymer and is twist-aligned, and the liquid crystal layer includes the chiral agent. If the swirl direction in which the liquid crystal molecules are twisted is defined as the first swirl direction, the chiral agent can turn the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer into the second swirl direction opposite to the first swirl direction. And the polymer is synthesized from a polymerizable material added in a range of 5 wt% or less with respect to the mass of the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer includes the first electrode and the second electrode. By applying a voltage to the liquid crystal layer, an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer can be generated. An electrode capable of generating an electric field in a direction orthogonal to the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage is formed on at least one of the first substrate and the second substrate. The alignment treatment for the first substrate and the second substrate, and the addition of the chiral agent to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer, depending on the direction of the electric field applied to the liquid crystal layer, There is provided a liquid crystal display element that is configured to transition between a reverse twist alignment state and a spray twist alignment state.
本発明によれば、表示品質の高い液晶表示素子を提供することができる。 According to the present invention, a liquid crystal display element with high display quality can be provided.
以下、リバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の比較例及び実施例について説明する。 Hereinafter, comparative examples and examples of the reverse twisted nematic liquid crystal display element will be described.
本願発明者らは、まず、比較例によるリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子を複数作製して、その表示特性を調べた。 The inventors of the present application first manufactured a plurality of reverse twisted nematic liquid crystal display elements according to comparative examples, and examined display characteristics thereof.
透明電極、たとえばＩＴＯ(indium tin oxide)電極が形成された透明基板を２枚準備する。ここでは平行平板タイプの電極をもつテストセルを用い、２枚の透明基板を洗浄、乾燥した。 Two transparent substrates on which transparent electrodes, for example, ITO (indium tin oxide) electrodes are formed, are prepared. Here, a test cell having parallel plate type electrodes was used, and two transparent substrates were washed and dried.
透明基板上に、ＩＴＯ電極を覆うように配向膜材料を塗布する。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。フレキソ印刷やインクジェット印刷を用いて行ってもよい。本例においては、通常は垂直配向膜の形成に使用される、垂直配向膜材料としては低めの側鎖密度を有するポリイミド配向膜材料の側鎖密度をコントロールし、配向膜材料として用いた。側鎖密度のコントロールは、適度なプレティルト角の付与を可能とするためである。配向膜材料は、配向膜の厚さが５００Å〜８００Åとなるように塗布した。 An alignment film material is applied on the transparent substrate so as to cover the ITO electrode. The alignment film material was applied by spin coating. You may perform using flexographic printing or inkjet printing. In this example, the side chain density of a polyimide alignment film material having a lower side chain density, which is usually used for forming a vertical alignment film, was controlled and used as an alignment film material. This is because the side chain density can be controlled by giving an appropriate pretilt angle. The alignment film material was applied so that the alignment film had a thickness of 500 to 800 mm.
配向膜材料を塗布した透明基板の仮焼成、及び本焼成を実施する。本焼成は１６０℃〜２６０℃の間の異なる焼成温度で行った。こうしてＩＴＯ電極を覆う配向膜が形成された。 Temporary baking and main baking of the transparent substrate coated with the alignment film material are performed. The main firing was performed at different firing temperatures between 160 ° C and 260 ° C. Thus, an alignment film covering the ITO electrode was formed.
次に、ラビング処理（配向処理）を行う。ラビング処理は、たとえば布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ配向膜上を擦る工程であり、これにより基板に接する液晶分子を一方向に並べる（配向する）ことができる。ラビング処理は、押し込み量を０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍとする３条件で行った。またラビング処理は、液晶表示素子のツイスト角が７０°または９０°となるように実施した。 Next, a rubbing process (orientation process) is performed. The rubbing process is a process of rotating a cylindrical roll wound with a cloth at a high speed and rubbing on the alignment film, whereby the liquid crystal molecules in contact with the substrate can be aligned (aligned) in one direction. The rubbing treatment was performed under three conditions with the indentation amount being 0.4 mm, 0.8 mm, and 1.2 mm. The rubbing treatment was performed so that the twist angle of the liquid crystal display element was 70 ° or 90 °.
続いて、液晶セルの厚さ（基板間距離）を一定に保つため、一方の透明基板面上にギャップコントロール材をたとえば乾式散布法にて散布した。ギャップコントロール材には粒径４μｍのプラスチックボールを使用し、液晶セルの厚さが４μｍとなるようにした。 Subsequently, in order to keep the thickness of the liquid crystal cell (inter-substrate distance) constant, a gap control material was sprayed on one transparent substrate surface by, for example, a dry spraying method. A plastic ball having a particle diameter of 4 μm was used as the gap control material, and the thickness of the liquid crystal cell was set to 4 μm.
他方の透明基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成した。たとえば粒径４μｍのグラスファイバーを含んだ熱硬化性のシール材を、スクリーン印刷法で印刷する。ディスペンサを用いてシール材を塗布することもできる。また、熱硬化性ではなく、光硬化性のシール材や、光・熱併用硬化型のシール材を使ってもよい。 A sealant was printed on the other transparent substrate surface to form a main seal pattern. For example, a thermosetting sealing material containing glass fiber having a particle diameter of 4 μm is printed by a screen printing method. The sealing material can also be applied using a dispenser. Further, instead of thermosetting, a photo-curing sealing material or a light / heat combined curing type sealing material may be used.
透明基板を重ね合わせた。２枚の透明基板を所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を施しシール材を硬化させた。たとえばホットプレス法を用い、シール材の熱硬化を行う。こうして空セルが作製される。 Transparent substrates were stacked. Two transparent substrates were superposed at predetermined positions to form cells, and heat treatment was performed in a pressed state to cure the sealing material. For example, the sealing material is thermally cured using a hot press method. An empty cell is thus produced.
たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入する。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には（株）メルク製のＣＢ１５またはＲ−８１１を使用した。カイラル剤は、カイラルピッチｐ、液晶層の厚さ（セル厚）ｄとしたとき、ｄ／ｐがたとえば０．３３〜０．５３となるように、複数の添加量条件で添加した。 For example, nematic liquid crystal is injected into an empty cell by vacuum injection. A chiral agent was added to the liquid crystal. As the chiral agent, CB15 or R-811 manufactured by Merck & Co., Inc. was used. The chiral agent was added under a plurality of addition amount conditions such that d / p was, for example, 0.33 to 0.53, assuming that the chiral pitch was p and the thickness (cell thickness) of the liquid crystal layer was d.
液晶注入口を、たとえば紫外線硬化タイプのエンドシール材で封止し、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱した。なお、リバースツイステッドネマチック型液晶表示素子においては、たとえば液晶材料の注入後、または液晶の相転移温度以上に加熱すると、カイラル剤による捩れ力が発生する方向に捩れるスプレイツイスト配列状態となる。 The liquid crystal inlet was sealed with, for example, an ultraviolet curing type end seal material, and the cell was heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal in order to adjust the alignment of the liquid crystal molecules. Note that the reverse twisted nematic liquid crystal display element is in a spray twist alignment state in which, for example, after the liquid crystal material is injected or when heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal, the twisting force is generated in the direction in which the twisting force is generated by the chiral agent.
その後、スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割した。 Then, it broke along the crack | wound attached to the transparent substrate with the scriber apparatus, and subdivided into the individual cell.
小割されたセルに対し、面取りと洗浄を実施した。 The cleaved cells were chamfered and cleaned.
最後に、２枚の透明基板の液晶層と反対側の面に、偏光板を貼付した。２枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。直交するように配置することもできる。両透明基板のＩＴＯ電極間には電源を接続した。 Finally, a polarizing plate was attached to the surface of the two transparent substrates opposite to the liquid crystal layer. The two polarizing plates were arranged in crossed Nicols so that the direction of the transmission axis was parallel to the rubbing direction. It can also be arranged so as to be orthogonal. A power source was connected between the ITO electrodes of both transparent substrates.
こうして比較例による液晶表示素子が作製された。比較例による液晶表示素子は、液晶層の液晶分子が、初期状態においてスプレイツイスト配列状態を示し、縦電界（液晶層の厚さ方向の電界）の印加により、スプレイツイスト配列状態をリバースツイスト配列状態に遷移させることができ、横電界（液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界、基板面内方向の電界）の印加により、リバースツイスト配列状態をスプレイツイスト配列状態に遷移させることのできる、リバースツイステッドネマチック型の液晶表示素子である。 Thus, a liquid crystal display element according to a comparative example was produced. In the liquid crystal display device according to the comparative example, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer show a spray twist alignment state in the initial state, and the spray twist alignment state is reversed to the reverse twist alignment state by applying a vertical electric field (electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer). By applying a lateral electric field (an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer, an electric field in the in-plane direction of the substrate), the reverse twist arrangement state can be changed to a spray twist arrangement state. This is a reverse twisted nematic liquid crystal display element.
本願発明者らは、比較例によるリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の表示に関し、種々の調査を行った。 The inventors of the present application conducted various investigations on the display of the reverse twisted nematic liquid crystal display element according to the comparative example.
まず、表示の目視観察を実施した。比較例による液晶表示素子は、正面から観察した場合であっても、高いコントラスト比で表示が行われていた。また、室温で３ヶ月間放置した後においても、その表示が保持されていた。 First, visual observation of the display was performed. The liquid crystal display element according to the comparative example was displayed with a high contrast ratio even when observed from the front. Further, the display was maintained even after being left for 3 months at room temperature.
次に、液晶層がリバースツイスト配列状態であるときの表示の保持性を、複数の温度について調べた。 Next, the retention of display when the liquid crystal layer was in the reverse twist alignment state was examined at a plurality of temperatures.
図１は、調査結果を示す表である。図１には、添加したカイラル剤の種類とその添加量（カイラルピッチ）ごとに１つの液晶表示素子（比較例）を、−４０℃、４０℃、５０℃の各温度で２４時間放置した後に、リバースツイスト配列状態による表示が保持されているか否かを観察して判断した結果を示した。丸印は良好に保持されていた（液晶層内でほぼリバースツイスト配列状態が維持されていた）ことを示し、バツ印は保持されなかった（ほぼスプレイツイスト配列状態に遷移した）ことを示し、三角印はその中間状態（一部はリバースツイスト配列状態が維持され、一部はスプレイツイスト配列状態に遷移した状態）を示す。 FIG. 1 is a table showing the survey results. FIG. 1 shows one liquid crystal display element (comparative example) for each kind of added chiral agent and its added amount (chiral pitch) after being left at -40 ° C., 40 ° C., and 50 ° C. for 24 hours. The result of observing whether or not the display by the reverse twist arrangement state is maintained is shown. A circle indicates that the liquid crystal layer was well maintained (almost a reverse twist alignment state was maintained in the liquid crystal layer), and a cross mark did not remain (almost transitioned to the spray twist alignment state) The triangle mark indicates the intermediate state (partly the reverse twist arrangement state is maintained and part is the transition to the spray twist arrangement state).
カイラル剤としてＣＢ１５を使用し、カイラルピッチが８．０μｍとなるように添加量を調整した場合は、−４０℃、４０℃、５０℃のいずれの温度においても、リバースツイスト配列状態による表示が良好に保持されていることがわかる。このように比較例においても、カイラル剤の材料や添加量を選択することで、広い温度範囲で高いメモリ性を有する液晶表示素子とすることが可能である。しかしながら、Ｒ−８１１を、カイラルピッチが８．０μｍ、８．５μｍ、９．０μｍとなるように添加した液晶表示素子、及び、ＣＢ１５を、カイラルピッチが９．０μｍとなるように添加した液晶表示素子においては、リバースツイスト配列状態による表示が安定的に保持される温度範囲は広いとはいえないことがわかる。これはカイラル剤のピッチ長が温度によって変化することに起因すると考えられる。 When CB15 is used as the chiral agent and the addition amount is adjusted so that the chiral pitch is 8.0 μm, the display by the reverse twist arrangement state is good at any temperature of −40 ° C., 40 ° C., and 50 ° C. It can be seen that Thus, also in the comparative example, a liquid crystal display element having a high memory property in a wide temperature range can be obtained by selecting the material and addition amount of the chiral agent. However, a liquid crystal display element in which R-811 is added to have a chiral pitch of 8.0 μm, 8.5 μm, and 9.0 μm, and a liquid crystal display in which CB15 is added to have a chiral pitch of 9.0 μm. It can be seen that in the element, the temperature range in which the display by the reverse twist arrangement state is stably maintained cannot be said to be wide. This is considered due to the fact that the pitch length of the chiral agent varies with temperature.
図２は、カイラル剤のピッチ長の温度依存性を示すグラフである。グラフの横軸は、温度を単位「℃」で示し、縦軸はピッチ長を単位「μｍ」で示す。折れ線ａは、ＣＢ１５についてのピッチ長の温度依存性を示し、折れ線ｂは、Ｒ−８１１についてのそれを示す。温度に対するピッチ変化量はカイラル材料により異なるが、材料を選択しても少なからず変化することがわかる。 FIG. 2 is a graph showing the temperature dependence of the pitch length of the chiral agent. The horizontal axis of the graph indicates the temperature in the unit “° C.”, and the vertical axis indicates the pitch length in the unit “μm”. A polygonal line a shows the temperature dependence of the pitch length for CB15, and a polygonal line b shows that for R-811. It can be seen that the amount of change in pitch with respect to temperature varies depending on the chiral material, but it varies considerably even when the material is selected.
本願発明者らは、リバースツイスト配列状態による表示保持（メモリ性）の温度依存性を、更に詳しく調査した。 The inventors of the present application investigated the temperature dependency of display retention (memory property) by the reverse twist arrangement state in more detail.
図３は、調査結果を示す表である。図３には、添加したカイラル剤の種類とその添加量（カイラルピッチｐ）ごとに４つの液晶表示素子（比較例）を、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃の各温度で３０分熱処理した後に、リバースツイスト配列状態による表示が保持されているか否かを観察して判断した結果を示した。表中の数字は、表示が良好に保持されていた液晶表示素子の数を表す。たとえば「３／４」という表記は、４つの液晶表示素子のうち３つが良好に表示を保持していたことを示す。バツ印は良好に表示を保持していた液晶表示素子がなかったことを意味する。 FIG. 3 is a table showing the survey results. FIG. 3 shows four liquid crystal display elements (comparative examples) for each kind of added chiral agent and its added amount (chiral pitch p), 40 ° C., 50 ° C., 60 ° C., 70 ° C., 80 ° C., 90 ° C. After the heat treatment at each temperature of 30 minutes, the result of the judgment by observing whether or not the display by the reverse twist arrangement state is maintained is shown. The numbers in the table represent the number of liquid crystal display elements whose display was well maintained. For example, the notation “3/4” indicates that three of the four liquid crystal display elements kept displaying well. The cross mark means that there was no liquid crystal display element that maintained a good display.
熱処理温度が５０℃以下であれば、比較的多くの液晶表示素子でリバースツイスト配列状態による表示が保たれているが、６０℃以上になるとメモリ性が消失し、スプレイツイスト配列状態に遷移していることがわかる。 If the heat treatment temperature is 50 ° C. or lower, the display in the reverse twist arrangement state is maintained in a relatively large number of liquid crystal display elements. However, if the heat treatment temperature is 60 ° C. or higher, the memory property is lost, and the state changes to the spray twist arrangement state. I understand that.
このように、比較例によるリバースツイステッドネマチック型の液晶表示素子は、たとえば室温におけるメモリ性は高いものの、室温とは異なる温度では、リバースツイスト配列状態による表示を保持することができない場合が生じ、特に６０℃以上の高温状態では保持することが困難である。 As described above, the reverse twisted nematic type liquid crystal display element according to the comparative example has high memory performance at room temperature, for example, but at a temperature different from room temperature, it may not be possible to maintain display in the reverse twist arrangement state. It is difficult to maintain at a high temperature of 60 ° C. or higher.
図４は、実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device according to an embodiment.
まず実施例による液晶表示素子の製造方法を説明する。 First, a method for manufacturing a liquid crystal display element according to the embodiment will be described.
透明導電膜、たとえばＩＴＯ膜が形成された透明基板、たとえばガラス基板を２枚（上側透明基板１１ａ、下側透明基板１１ｂ）準備した。 Two transparent substrates (for example, glass substrates) on which a transparent conductive film, for example, an ITO film was formed, were prepared (upper transparent substrate 11a and lower transparent substrate 11b).
上側透明基板１１ａ上のＩＴＯ膜をフォトリソ工程を用いてパターニングし、上側透明基板１１ａ上に上側ベタ電極１２ａを形成する。パターニングは、取り出し電極部分（端子部分）と表示の画素に当たる部分にＩＴＯ膜が残るように行った。ＩＴＯ膜のエッチングは、第二塩化鉄を用いたウェットエッチングで実施した。なお、レーザビームを照射し、ＩＴＯ膜を除去することでパターニングを行ってもよい。 The ITO film on the upper transparent substrate 11a is patterned using a photolithography process to form the upper solid electrode 12a on the upper transparent substrate 11a. The patterning was performed so that the ITO film remained in the portion corresponding to the extraction electrode portion (terminal portion) and the display pixel. Etching of the ITO film was performed by wet etching using ferric chloride. Patterning may be performed by irradiating a laser beam and removing the ITO film.
下側透明基板１１ｂ上のＩＴＯ膜をフォトリソ工程を用いてパターニングし、下側透明基板１１ｂ上に下側ベタ電極１２ｂを形成する。形成方法は、上側透明基板１１ａ上の上側ベタ電極１２ａの形成方法と同様である。 The ITO film on the lower transparent substrate 11b is patterned using a photolithography process to form the lower solid electrode 12b on the lower transparent substrate 11b. The formation method is the same as the formation method of the upper solid electrode 12a on the upper transparent substrate 11a.
下側ベタ電極１２ｂの形成後、下側ベタ電極１２ｂ上を含む下側透明基板１１ｂ上に絶縁膜１３を形成する。絶縁膜１３は、たとえば下側ベタ電極１２ｂの取り出し電極部分には形成しない。絶縁膜１３は、下側ベタ電極１２ｂの取り出し電極部分にレジストを形成し、絶縁膜１３成膜後にリフトオフでレジストを除去する方法、メタルマスクで取り出し電極部分を覆った状態でスパッタ等により形成する方法により形成可能である。絶縁膜１３は、有機絶縁膜やＳｉＯ２、ＳｉＮｘ等の無機絶縁膜とすることができる。それらの組み合わせで形成してもよい。実施例においては、アクリル系有機絶縁膜とＳｉＯ２の積層膜を絶縁膜１３として用いた。 After the formation of the lower solid electrode 12b, the insulating film 13 is formed on the lower transparent substrate 11b including the lower solid electrode 12b. The insulating film 13 is not formed on, for example, the extraction electrode portion of the lower solid electrode 12b. The insulating film 13 is formed by forming a resist on the extraction electrode portion of the lower solid electrode 12b, removing the resist by lift-off after the formation of the insulating film 13, or by sputtering or the like with the metal electrode covering the extraction electrode portion. It can be formed by a method. The insulating film 13 can be an organic insulating film or an inorganic insulating film such as SiO 2 or SiN x . You may form by those combination. In the example, a laminated film of an acrylic organic insulating film and SiO 2 was used as the insulating film 13.
実施例においては、まず下側ベタ電極１２ｂの取り出し電極部分に耐熱性フィルム（ポリイミドテープ）を貼り、その状態で有機絶縁膜をスピンコートした。２０００ｒｐｍで３０秒間スピンさせる条件で、膜厚１μｍの有機絶縁膜を得た。 In the examples, a heat resistant film (polyimide tape) was first applied to the extraction electrode portion of the lower solid electrode 12b, and an organic insulating film was spin-coated in that state. An organic insulating film having a thickness of 1 μm was obtained under the condition of spinning at 2000 rpm for 30 seconds.
次に、有機絶縁膜が形成された下側透明基板１１ｂを、クリーンオーブンにて２２０℃で１時間焼成し、その後耐熱性フィルムを貼ったままで下側透明基板１１ｂを８０℃に加熱し、ＳｉＯ２膜をスパッタ法（交流放電）により厚さ１０００Åに成膜した。ＳｉＯ２膜は、真空蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ法等を用いて成膜することもできる。 Next, the lower transparent substrate 11b on which the organic insulating film is formed is baked at 220 ° C. for 1 hour in a clean oven, and then the lower transparent substrate 11b is heated to 80 ° C. with the heat-resistant film adhered, and SiO 2 Two films were formed to a thickness of 1000 mm by a sputtering method (AC discharge). The SiO 2 film can also be formed using a vacuum deposition method, an ion beam method, a CVD method, or the like.
ここで耐熱性フィルムを剥がすと、耐熱性フィルムの貼付箇所につき、有機絶縁膜及びＳｉＯ２膜を除去することができた。続いて、ＳｉＯ２膜の絶縁性と透明性とを向上させるために、下側透明基板１１ｂをクリーンオーブンにて２２０℃で１時間焼成した。 Here, when the heat-resistant film was peeled off, the organic insulating film and the SiO 2 film were able to be removed at the location where the heat-resistant film was applied. Subsequently, in order to improve the insulation and transparency of the SiO 2 film, the lower transparent substrate 11b was baked at 220 ° C. for 1 hour in a clean oven.
ＳｉＯ２膜の形成は必須ではないが、ＳｉＯ２膜を成膜することで絶縁膜１３の絶縁性を向上させることができる。また、絶縁膜１３上に形成する第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの密着性及びパターニング性を向上させることが可能である。 The formation of the SiO 2 film is not essential, but the insulating property of the insulating film 13 can be improved by forming the SiO 2 film. In addition, it is possible to improve the adhesion and patterning properties of the first and second comb electrodes 12c and 12d formed on the insulating film 13.
有機絶縁膜を形成せず、絶縁膜１３をＳｉＯ２膜のみで構成してもよい。ＳｉＯ２膜は多孔質になりやすいため、この場合には、ＳｉＯ２膜の厚さを４０００Å〜８０００Åとすることが望ましい。ＳｉＯ２膜とＳｉＮｘ膜との積層からなる無機絶縁膜１３とすることもできる。 Instead of forming the organic insulating film, the insulating film 13 may be composed of only the SiO 2 film. Since the SiO 2 film tends to be porous, in this case, the thickness of the SiO 2 film is desirably 4000 to 8000 mm. An inorganic insulating film 13 made of a laminate of a SiO 2 film and a SiN x film can also be used.
絶縁膜１３上にＩＴＯ膜を形成した。ＩＴＯ膜は、下側透明基板１１ｂを１００℃に加熱し、スパッタ法（交流放電）により基板全面に成膜した。膜厚は約１２００Åとした。このＩＴＯ膜をフォトリソ工程でパターニングし、第１櫛歯電極１２ｃ、第２櫛歯電極１２ｄ、及び電極１２ｃ、１２ｄの取り出し電極を形成した。 An ITO film was formed on the insulating film 13. The ITO film was formed on the entire surface of the substrate by heating the lower transparent substrate 11b to 100 ° C. and sputtering (AC discharge). The film thickness was about 1200 mm. This ITO film was patterned by a photolithography process to form first comb-teeth electrodes 12c, second comb-teeth electrodes 12d, and extraction electrodes for the electrodes 12c and 12d.
図５は、ＩＴＯ膜のエッチングに使用するフォトマスクを示す概略的な平面図である。フォトマスクは、第１櫛歯電極１２ｃ対応部分、第２櫛歯電極１２ｄ対応部分、第１櫛歯電極１２ｃの取り出し電極対応部分、及び、第２櫛歯電極１２ｄの取り出し電極対応部分を含む。エッチング時、各対応部分で覆われたＩＴＯ膜で、電極が形成される。なお、本願発明者らは、櫛状電極の櫛歯部分の電極幅を２０μｍ、３０μｍ、２つの櫛状電極の櫛歯部分を交互に配置したときの電極間隔を２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍとする複数の電極パターンで、第１櫛歯電極１２ｃ及び第２櫛歯電極１２ｄを作製した。 FIG. 5 is a schematic plan view showing a photomask used for etching the ITO film. The photomask includes a portion corresponding to the first comb electrode 12c, a portion corresponding to the second comb electrode 12d, a portion corresponding to the extraction electrode of the first comb electrode 12c, and a portion corresponding to the extraction electrode of the second comb electrode 12d. At the time of etching, an electrode is formed with an ITO film covered with each corresponding portion. In addition, the inventors of the present invention have electrode widths of 20 μm, 30 μm, and comb electrode portions of the comb-like electrode, and electrode intervals when the comb-tooth portions of the two comb-like electrodes are alternately arranged are 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm, The 1st comb-tooth electrode 12c and the 2nd comb-tooth electrode 12d were produced with the several electrode pattern set to 200 micrometers.
以上のような工程を経て、上側ベタ電極１２ａの形成された上側透明基板１１ａ、及び、下側ベタ電極１２ｂ及びその上方に絶縁膜１３を介して第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄが形成された下側透明基板１１ｂを準備した。そしてこの２枚の電極付透明基板１１ａ、１１ｂを洗浄、乾燥した。 Through the steps as described above, the upper transparent substrate 11a on which the upper solid electrode 12a is formed, the lower solid electrode 12b, and the first and second comb electrodes 12c and 12d above the insulating film 13 above the lower solid electrode 12b. The formed lower transparent substrate 11b was prepared. Then, the two transparent substrates with electrodes 11a and 11b were washed and dried.
電極付透明基板上１１ａ、１１ｂに、電極１２ａ、１２ｃ、１２ｄを覆うように配向膜材料を塗布する。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。フレキソ印刷やインクジェット印刷を用いて行ってもよい。実施例においては、通常は垂直配向膜の形成に使用される、垂直配向膜材料としては低めの側鎖密度を有するポリイミド配向膜材料の側鎖密度をコントロールし、配向膜材料として用いた。側鎖密度のコントロールは、適度なプレティルト角の付与を可能とするためである。配向膜材料は、配向膜の厚さが５００Å〜８００Åとなるように塗布した。 An alignment film material is applied to the transparent substrates with electrodes 11a and 11b so as to cover the electrodes 12a, 12c and 12d. The alignment film material was applied by spin coating. You may perform using flexographic printing or inkjet printing. In the examples, the side chain density of a polyimide alignment film material having a lower side chain density, which is usually used for forming a vertical alignment film, was controlled and used as an alignment film material. This is because the side chain density can be controlled by giving an appropriate pretilt angle. The alignment film material was applied so that the alignment film had a thickness of 500 to 800 mm.
配向膜材料を塗布した基板１１ａ、１１ｂの仮焼成、及び本焼成を実施する。本焼成は１６０℃〜２６０℃の間の異なる焼成温度で行った。こうして上側ベタ電極１２ａを覆う上側配向膜１４ａ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄを覆う下側配向膜１４ｂが形成された。 Temporary baking and main baking of the substrates 11a and 11b coated with the alignment film material are performed. The main firing was performed at different firing temperatures between 160 ° C and 260 ° C. Thus, the upper alignment film 14a covering the upper solid electrode 12a and the lower alignment film 14b covering the first and second comb electrodes 12c and 12d were formed.
次に、ラビング処理（配向処理）を行う。ラビング処理は、押し込み量を０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍとする３条件で行った。またラビング処理は、液晶表示素子のツイスト角が７０°または９０°となるように実施した。 Next, a rubbing process (orientation process) is performed. The rubbing treatment was performed under three conditions with the indentation amount being 0.4 mm, 0.8 mm, and 1.2 mm. The rubbing treatment was performed so that the twist angle of the liquid crystal display element was 70 ° or 90 °.
こうして上側基板１０ａ、及び下側基板１０ｂが作製された。上側基板１０ａは、上側透明基板１１ａ、上側透明基板１１ａ上に形成された上側ベタ電極１２ａ、及び上側ベタ電極１２ａを覆うように形成された上側配向膜１４ａを備える。下側基板１０ｂは、下側透明基板１１ｂ、下側透明基板１１ｂ上に形成された下側ベタ電極１２ｂ、下側ベタ電極１２ｂ上に形成された絶縁膜１３、絶縁膜１３上に櫛歯部分がインターデジタルに配置された第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄを覆うように形成された下側配向膜１４ｂを備える。 Thus, the upper substrate 10a and the lower substrate 10b were produced. The upper substrate 10a includes an upper transparent substrate 11a, an upper solid electrode 12a formed on the upper transparent substrate 11a, and an upper alignment film 14a formed so as to cover the upper solid electrode 12a. The lower substrate 10b includes a lower transparent substrate 11b, a lower solid electrode 12b formed on the lower transparent substrate 11b, an insulating film 13 formed on the lower solid electrode 12b, and a comb-tooth portion on the insulating film 13 Includes first and second comb electrodes 12c and 12d arranged interdigitally, and a lower alignment film 14b formed to cover the first and second comb electrodes 12c and 12d.
続いて、液晶セルの厚さを一定に保つため、基板１０ａ、１０ｂの一方の面上にギャップコントロール材をたとえば乾式散布法にて散布した。ギャップコントロール材には粒径４μｍのプラスチックボールを使用し、液晶セルの厚さが４μｍとなるようにした。 Subsequently, in order to keep the thickness of the liquid crystal cell constant, a gap control material was sprayed on one surface of the substrates 10a and 10b by, for example, a dry spraying method. A plastic ball having a particle diameter of 4 μm was used as the gap control material, and the thickness of the liquid crystal cell was set to 4 μm.
基板１０ａ、１０ｂの他方の面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成した。たとえば粒径４μｍのグラスファイバーを含んだ熱硬化性のシール材を、スクリーン印刷法で印刷する。ディスペンサを用いてシール材を塗布することもできる。また、熱硬化性ではなく、光硬化性のシール材や、光・熱併用硬化型のシール材を使ってもよい。 A seal material was printed on the other surface of the substrates 10a and 10b to form a main seal pattern. For example, a thermosetting sealing material containing glass fiber having a particle diameter of 4 μm is printed by a screen printing method. The sealing material can also be applied using a dispenser. Further, instead of thermosetting, a photo-curing sealing material or a light / heat combined curing type sealing material may be used.
基板１０ａ、１０ｂを重ね合わせた。基板１０ａ、１０ｂを所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を施しシール材を硬化させた。たとえばホットプレス法を用い、シール材の熱硬化を行う。こうして空セルが作製される。 The substrates 10a and 10b were overlapped. The substrates 10a and 10b were overlapped at predetermined positions to form cells, and heat treatment was performed in a pressed state to cure the sealing material. For example, the sealing material is thermally cured using a hot press method. An empty cell is thus produced.
たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶材料を注入する。液晶材料中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には（株）メルク製のＣＢ１５またはＲ−８１１を使用した。カイラル剤は、カイラルピッチｐ、液晶層の厚さ（セル厚）ｄとしたとき、ｄ／ｐがたとえば０．３３〜０．５３となるように、複数の添加量条件で添加した。 For example, a nematic liquid crystal material is injected into an empty cell by vacuum injection. A chiral agent was added to the liquid crystal material. As the chiral agent, CB15 or R-811 manufactured by Merck & Co., Inc. was used. The chiral agent was added under a plurality of addition amount conditions such that d / p was, for example, 0.33 to 0.53, assuming that the chiral pitch was p and the thickness (cell thickness) of the liquid crystal layer was d.
更に液晶材料中に、たとえば光や熱により重合可能な材料、一例としてＵＶキュアラブル液晶（液晶性を有する紫外線硬化性材料）、実施例においては（株）大日本インキ製のＵＣＬ−００１を添加した。材料はこれに限られない。後述するメモリ安定性の観点からは、紫外線硬化性の材料であることが望ましい。液晶性を有しない材料でも後述する効果と同様の効果を奏することができるが、配向性を考慮すると液晶性を有する紫外線硬化性材料を用いることが好ましい。 Further, for example, a material that can be polymerized by light or heat, for example, UV curable liquid crystal (an ultraviolet curable material having liquid crystallinity), and in the examples UCL-001 made by Dainippon Ink Co., Ltd. were added to the liquid crystal material. . The material is not limited to this. From the viewpoint of memory stability described later, an ultraviolet curable material is desirable. Even a material that does not have liquid crystallinity can exhibit the same effects as those described below, but it is preferable to use an ultraviolet curable material having liquid crystallinity in consideration of the orientation.
本願発明者らは、紫外線硬化性を有するモノマー材料の添加量を、液晶層１５に注入する材料（液晶材料、カイラル剤、及び紫外線硬化性を有するモノマー材料）の合計質量に対して、１ｗｔ％、２ｗｔ％、５ｗｔ％となる３条件として複数の液晶表示素子を作製した。 The inventors of the present application set the addition amount of the monomer material having ultraviolet curing property to 1 wt% with respect to the total mass of the material (liquid crystal material, chiral agent, and monomer material having ultraviolet curing property) injected into the liquid crystal layer 15. A plurality of liquid crystal display elements were manufactured as three conditions of 2 wt% and 5 wt%.
液晶注入口を、たとえば紫外線硬化タイプのエンドシール材で封止し、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱した。 The liquid crystal inlet was sealed with, for example, an ultraviolet curing type end seal material, and the cell was heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal in order to adjust the alignment of the liquid crystal molecules.
その後、スクライバ装置で透明基板１１ａ、１１ｂにつけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割した。 Then, it was broken along the scratches made on the transparent substrates 11a and 11b with a scriber device, and was divided into individual cells.
小割されたセルに対し、面取りと洗浄を実施した。 The cleaved cells were chamfered and cleaned.
最後に、２枚の透明基板１１ａ、１１ｂの液晶層１５と反対側の面に、偏光板１６ａ、１６ｂを貼付した。２枚の偏光板１６ａ、１６ｂはクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。直交するように配置することもできる。電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ間には電源２０を接続した。 Finally, polarizing plates 16a and 16b were attached to the surfaces of the two transparent substrates 11a and 11b opposite to the liquid crystal layer 15. The two polarizing plates 16a and 16b were arranged in crossed Nicols so that the direction of the transmission axis and the rubbing direction were parallel. It can also be arranged so as to be orthogonal. A power source 20 was connected between the electrodes 12a, 12b, 12c, and 12d.
なお、カイラル剤及びＵＶキュアラブル液晶を含む液晶材料の注入後に、紫外線を照射し、ＵＶキュアラブル液晶の重合反応を生じさせ、液晶層１５内に重合体（ポリマー）を合成した（重合処理）。実験のため、紫外線照射は、液晶層１５の液晶分子がリバースツイスト配列状態であるとき、及び、スプレイツイスト配列状態であるときの双方について実施した。紫外線は、照射量１８ｍＷ／ｃｍ２、積算露光量が１Ｊ／ｃｍ２となる条件で照射したが、紫外線照射条件はこれに限られない。 In addition, after injection | pouring of the liquid crystal material containing a chiral agent and UV curable liquid crystal, ultraviolet rays were irradiated, the polymerization reaction of UV curable liquid crystal was produced, and the polymer (polymer) was synthesize | combined in the liquid crystal layer 15 (polymerization process). For the experiment, the ultraviolet irradiation was performed both when the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 15 were in the reverse twist alignment state and when the liquid crystal molecules were in the spray twist alignment state. Ultraviolet rays were irradiated under the conditions of an irradiation amount of 18 mW / cm 2 and an integrated exposure amount of 1 J / cm 2 .
こうして実施例による液晶表示素子が作製された。 Thus, the liquid crystal display element according to the example was manufactured.
実施例による液晶表示素子は、相互に平行に対向配置された上側基板１０ａ、下側基板１０ｂ、及び両基板１０ａ、１０ｂ間に挟持されたツイストネマチック液晶層１５を含んで構成される。 The liquid crystal display device according to the embodiment includes an upper substrate 10a, a lower substrate 10b, and a twisted nematic liquid crystal layer 15 sandwiched between the substrates 10a and 10b.
上側基板１０ａは、上側透明基板１１ａ、上側透明基板１１ａ上に形成された上側ベタ電極１２ａ、及び上側ベタ電極１２ａ上に形成された上側配向膜１４ａを含む。下側基板１０ｂは、下側透明基板１１ｂ、下側透明基板１１ｂ上に形成された下側ベタ電極１２ｂ、下側ベタ電極１２ｂ上に形成された絶縁膜１３、絶縁膜１３上に形成された第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ、及び、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄを覆うように絶縁膜１３上に形成された下側配向膜１４ｂを含む。 The upper substrate 10a includes an upper transparent substrate 11a, an upper solid electrode 12a formed on the upper transparent substrate 11a, and an upper alignment film 14a formed on the upper solid electrode 12a. The lower substrate 10b is formed on the lower transparent substrate 11b, the lower solid electrode 12b formed on the lower transparent substrate 11b, the insulating film 13 formed on the lower solid electrode 12b, and the insulating film 13. The lower alignment film 14b formed on the insulating film 13 so as to cover the first and second comb electrodes 12c and 12d and the first and second comb electrodes 12c and 12d is included.
上側、下側透明基板１１ａ、１１ｂは、たとえばガラスで形成される。上側、下側ベタ電極１２ａ、１２ｂ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄは、たとえばＩＴＯ等の透明導電材料で形成される。第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄは、それぞれ複数の櫛歯部分を備える櫛状電極である。第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分は、図４の左右方向に沿って互い違いに配置されている。 The upper and lower transparent substrates 11a and 11b are made of glass, for example. The upper and lower solid electrodes 12a and 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d are formed of a transparent conductive material such as ITO, for example. The first and second comb electrodes 12c and 12d are comb electrodes each having a plurality of comb portions. The comb-tooth portions of the first and second comb-tooth electrodes 12c and 12d are alternately arranged along the left-right direction in FIG.
液晶層１５は、上側基板１０ａの上側配向膜１４ａと、下側基板１０ｂの下側配向膜１４ｂとの間に配置される。 The liquid crystal layer 15 is disposed between the upper alignment film 14a of the upper substrate 10a and the lower alignment film 14b of the lower substrate 10b.
上側及び下側配向膜１４ａ、１４ｂには、ラビングにより配向処理が施されている。上側配向膜１４ａと下側配向膜１４ｂの配向処理方向は、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂの法線方向から見たとき、たとえば相互に直交している。上側配向膜１４ａのラビング方向を第１の方向、下側配向膜１４ｂのラビング方向を第２の方向とすると、第２の方向は上側基板１０ａの法線方向から見て、第１の方向を基準に、右回り方向に９０°をなす方向である。上側及び下側基板１０ａ、１０ｂの配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで規定される液晶層１５の液晶分子の配列状態は、第１旋回方向に捩れるリバースツイスト配列状態である。液晶層１５の液晶分子の配列状態がリバースツイスト配列状態であるとき、液晶層１５の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向は、図４の紙面垂直方向と平行な方向となる。 The upper and lower alignment films 14a and 14b are subjected to an alignment process by rubbing. The alignment processing directions of the upper alignment film 14a and the lower alignment film 14b are, for example, orthogonal to each other when viewed from the normal direction of the upper and lower substrates 10a and 10b. When the rubbing direction of the upper alignment film 14a is the first direction and the rubbing direction of the lower alignment film 14b is the second direction, the second direction is the first direction when viewed from the normal direction of the upper substrate 10a. This is a direction that forms 90 ° in the clockwise direction with respect to the reference. The alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 15 defined by the combination of the alignment processing direction and the pretilt angle of the upper and lower substrates 10a and 10b is a reverse twist alignment state that is twisted in the first turning direction. When the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 15 is a reverse twist alignment state, the alignment direction of the liquid crystal molecules located at the center in the thickness direction of the liquid crystal layer 15 is parallel to the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
液晶層１５を形成する液晶材料にはカイラル剤が添加されている。カイラル剤の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態は、第１旋回方向とは逆の第２旋回方向に捩れるスプレイツイスト配列である。 A chiral agent is added to the liquid crystal material forming the liquid crystal layer 15. The arrangement state of the liquid crystal molecules generated under the influence of the chiral agent is a spray twist arrangement twisted in the second turning direction opposite to the first turning direction.
また、液晶層１５には、重合可能な材料、実施例においては、ＵＶキュアラブル液晶に紫外線が照射されることで合成された重合体（ポリマー）が含まれている。重合可能な材料は、液晶層１５の質量（液晶材料、カイラル剤、及び重合可能な材料の合計質量）に対し、５％以下の範囲で添加される。 In addition, the liquid crystal layer 15 includes a polymerizable material, in the embodiment, a polymer synthesized by irradiating the UV curable liquid crystal with ultraviolet rays. The polymerizable material is added in a range of 5% or less with respect to the mass of the liquid crystal layer 15 (total mass of the liquid crystal material, the chiral agent, and the polymerizable material).
電源２０が、上側、下側ベタ電極１２ａ、１２ｂ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄに、電気的に接続されている。電源２０によって、電極１２ａ〜１２ｄに電圧を印加することが可能である。液晶表示素子完成状態（初期状態）における液晶層の液晶分子の配列状態は、スプレイツイスト配列状態である。たとえば両ベタ電極１２ａ、１２ｂ間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶層１５に縦電界を発生させ、液晶分子の配列状態を、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させることができる。また、たとえば下側ベタ電極１２ｂ及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄに閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶層１５に横電界（図４においては左右方向に沿う電界）を発生させ、液晶分子の配列状態を、リバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させることができる。なお、電極１２ｂ、１２ｃ、１２ｄへの電圧の印加により、液晶層に横電界を生じさせて、液晶表示素子を駆動する駆動モードをＦＦＳモード(fringe field switching mode)と呼ぶ。 A power source 20 is electrically connected to the upper and lower solid electrodes 12a and 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d. A voltage can be applied to the electrodes 12a to 12d by the power source 20. The alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the liquid crystal display element completed state (initial state) is a spray twist alignment state. For example, by applying an AC voltage equal to or higher than the threshold voltage between the solid electrodes 12a and 12b, a vertical electric field is generated in the liquid crystal layer 15, and the alignment state of the liquid crystal molecules is changed from the spray twist alignment state to the reverse twist alignment state. Can be made. Further, for example, by applying an AC voltage equal to or higher than the threshold voltage to the lower solid electrode 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d, a horizontal electric field (electric field along the horizontal direction in FIG. 4) is applied to the liquid crystal layer 15. And the alignment state of the liquid crystal molecules can be changed from the reverse twist alignment state to the spray twist alignment state. Note that a driving mode in which a liquid crystal layer is driven by applying a voltage to the electrodes 12b, 12c, and 12d to drive the liquid crystal display element is called an FFS mode (fringe field switching mode).
また、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄに閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶層１５に横電界を発生させ、液晶分子の配列状態を、リバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させることも可能である。第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄへの電圧の印加により液晶層に横電界を生じさせて、液晶表示素子を駆動する駆動モードをＩＰＳモード(in-plane switching mode)と呼ぶ。 Further, by applying an AC voltage equal to or higher than the threshold voltage to the first and second comb electrodes 12c and 12d, a horizontal electric field is generated in the liquid crystal layer 15, and the alignment state of the liquid crystal molecules is changed from the reverse twist alignment state to the spray twist. It is also possible to transition to an array state. A driving mode for driving a liquid crystal display element by generating a lateral electric field in the liquid crystal layer by applying a voltage to the first and second comb electrodes 12c and 12d is called an IPS mode (in-plane switching mode).
なお、リバースツイスト配列状態の液晶層に縦電界を付加した場合は、リバースツイスト配列状態が維持され、スプレイツイスト配列状態の液晶層に横電界を付加した場合は、スプレイツイスト配列状態が維持される。 When a vertical electric field is applied to the liquid crystal layer in the reverse twist alignment state, the reverse twist alignment state is maintained, and when a horizontal electric field is applied to the liquid crystal layer in the spray twist alignment state, the spray twist alignment state is maintained. .
実施例による液晶表示素子においては、上側基板１０ａ、下側基板１０ｂの液晶層１５と反対側の面に、それぞれ上側偏光板１６ａ、下側偏光板１６ｂが配置されている。両偏光板１６ａ、１６ｂは、クロスニコルに、かつ、光透過軸が、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂのラビング方向と平行になるように配置される。 In the liquid crystal display device according to the example, the upper polarizing plate 16a and the lower polarizing plate 16b are disposed on the surfaces of the upper substrate 10a and the lower substrate 10b opposite to the liquid crystal layer 15, respectively. Both polarizing plates 16a and 16b are arranged in a crossed Nicol manner so that the light transmission axis is parallel to the rubbing direction of the upper and lower substrates 10a and 10b.
実施例による液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態とが、たとえば液晶層に付加する電界の方向により可換的に実現されるリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子である。 The liquid crystal display element according to the embodiment is a reverse twisted nematic liquid crystal display element in which a reverse twist alignment state and a spray twist alignment state are realized, for example, interchangeably depending on the direction of an electric field applied to the liquid crystal layer.
本願発明者らは、実施例によるリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の表示に関し、種々の調査を行った。 The inventors of the present application conducted various investigations on the display of the reverse twisted nematic liquid crystal display element according to the embodiment.
図６Ａ〜図６Ｄは、紫外線硬化性材料を２ｗｔ％添加した液晶表示素子のメモリ安定性について実験した結果を示す写真である。 6A to 6D are photographs showing the results of an experiment on the memory stability of a liquid crystal display element to which 2 wt% of an ultraviolet curable material is added.
図６Ａは、１Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射して重合反応を生じさせ、液晶層１５内に重合体（ポリマー）を合成した後の液晶表示素子を示す外観写真である。左の写真は、スプレイツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子の外観を示し、右の写真は、リバースツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子の外観を示す。この点は、図６Ａ〜図６Ｄのすべてに共通する。 FIG. 6A is an appearance photograph showing a liquid crystal display element after a polymerization reaction is caused by irradiating ultraviolet rays of 1 J / cm 2 to synthesize a polymer (polymer) in the liquid crystal layer 15. The photograph on the left shows the appearance of the liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the spray twist arrangement state, and the photograph on the right shows the appearance of the liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the reverse twist arrangement state. This point is common to all of FIGS. 6A to 6D.
実施例による液晶表示素子は、スプレイツイスト配列状態時に白表示が行われ、リバースツイスト配列状態時に黒表示が行われる。紫外線照射時にスプレイツイスト配列状態であった液晶表示素子は、紫外線照射後もスプレイツイスト配列状態が維持され、紫外線照射時にリバースツイスト配列状態であった液晶表示素子は、紫外線照射後もリバースツイスト配列状態が維持されている。 The liquid crystal display element according to the embodiment performs white display in the spray twist arrangement state and performs black display in the reverse twist arrangement state. Liquid crystal display elements that were in the spray twist alignment state after UV irradiation were maintained in the spray twist alignment state after UV irradiation, and liquid crystal display elements that were in reverse twist alignment state after UV irradiation were reverse twist alignment state after UV irradiation. Is maintained.
図６Ｂは、上側ベタ電極１２ａと下側ベタ電極１２ｂに閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶層１５に縦電界を付加した後の液晶表示素子を示す外観写真である。 FIG. 6B is an appearance photograph showing the liquid crystal display element after a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the upper solid electrode 12a and the lower solid electrode 12b and a vertical electric field is applied to the liquid crystal layer 15.
左の写真に示す液晶表示素子は、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移していることがわかる。右の写真に示す液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態が維持されている。 It can be seen that the liquid crystal display element shown in the left photograph has transitioned from the spray twist arrangement state to the reverse twist arrangement state. In the liquid crystal display element shown in the right photograph, the reverse twist alignment state is maintained.
図６Ｃは、これらの液晶表示素子に９０℃で３０分の熱処理を施した後の外観写真である。９０℃という高温での熱処理後も、安定にリバースツイスト配列状態が保持されていることがわかる。 FIG. 6C is an external appearance photograph after heat-treating these liquid crystal display elements at 90 ° C. for 30 minutes. It can be seen that the reverse twist arrangement state is stably maintained even after heat treatment at a high temperature of 90 ° C.
図６Ｄは、更に、下側ベタ電極１２ｂ及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄに閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶層１５に横電界を付加した後の液晶表示素子を示す外観写真である。 FIG. 6D further shows an appearance of the liquid crystal display element after a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the lower solid electrode 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d, and a lateral electric field is applied to the liquid crystal layer 15. It is a photograph.
左の写真（スプレイツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子）においても、右の写真（リバースツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子）においても、横電界の付加により、スプレイツイスト配列状態に遷移していることがわかる。 In the left photograph (liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the spray twist arrangement state) and the right photograph (liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the reverse twist arrangement state), the spray twist arrangement state is obtained by the addition of a lateral electric field. It turns out that it has changed to.
図６Ａ〜図６Ｄに示す結果から、実施例による液晶表示素子は、電界の付加による表示のスイッチング性（リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態との間のスイッチング性）と、高いメモリ性（熱的な安定性）とをともに備える液晶表示素子であることがわかる。 From the results shown in FIG. 6A to FIG. 6D, the liquid crystal display element according to the example has a display switching property (switching property between the reverse twist arrangement state and the spray twist arrangement state) by applying an electric field, and a high memory property (heat). It can be seen that this is a liquid crystal display element having both of the above-mentioned stability.
図７は、図６Ｃに外観写真を示した液晶表示素子（９０℃で３０分の熱処理を施した後の液晶表示素子）を示す顕微鏡写真である。左はリバースツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子の顕微鏡写真を示し、右はスプレイツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子の顕微鏡写真を示す。左右とも、表示領域の角を撮影した写真を上に示し、表示領域の縁を撮影した写真を下に示す。顕微鏡観察によれば、表示領域（リバースツイスト配列状態）と非表示領域（スプレイツイスト配列状態）との境界で、数十μｍのがたつきはあるものの、表示領域では安定してリバースツイスト配列状態が保持されていることがわかる。また、リバースツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子（左の写真）と、スプレイツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子（右の写真）との間に有意差は認められず、どちらもリバースツイスト配列状態が安定的に保持されていることがわかる。 FIG. 7 is a photomicrograph showing the liquid crystal display element (liquid crystal display element after heat treatment at 90 ° C. for 30 minutes) whose external appearance photograph is shown in FIG. 6C. The left shows a micrograph of the liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the reverse twist arrangement state, and the right shows a micrograph of the liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the spray twist arrangement state. For both the left and right, a photograph of the corners of the display area is shown above, and a photograph of the edges of the display area is shown below. According to microscopic observation, although there is a backlash of several tens of μm at the boundary between the display area (reverse twist arrangement state) and the non-display area (spray twist arrangement state), the reverse twist arrangement state is stable in the display area. It can be seen that is held. In addition, there was no significant difference between the liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the reverse twist arrangement state (left photo) and the liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the spray twist arrangement state (right photo). It can also be seen that the reverse twist arrangement state is stably maintained.
次に、本願発明者らは、紫外線硬化性材料の添加濃度とメモリ性の関係について実験を行った。 Next, the inventors of the present application conducted an experiment on the relationship between the addition concentration of the ultraviolet curable material and the memory property.
図８Ａ〜図８Ｄは、異なる添加量（１ｗｔ％、２ｗｔ％、５ｗｔ％）で紫外線硬化性材料を添加した液晶表示素子のメモリ安定性について実験した結果を示す写真である。図６Ａ〜図６Ｄに示した写真と同様に、図８Ａ〜図８Ｄについても、左列の写真は、スプレイツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子の外観を示し、右列の写真は、リバースツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子の外観を示す。また、図８Ａ〜図８Ｄに共通して、上段は紫外線硬化性材料の添加量を１ｗｔ％として作製した液晶表示素子の外観写真、中段は紫外線硬化性材料の添加量を２ｗｔ％として作製した液晶表示素子の外観写真、そして下段は紫外線硬化性材料の添加量を５ｗｔ％として作製した液晶表示素子の外観写真を示す。なお、添加量を１ｗｔ％、５ｗｔ％として作製した液晶表示素子にはセル厚ムラがあった。 FIGS. 8A to 8D are photographs showing the results of experiments on the memory stability of liquid crystal display elements to which an ultraviolet curable material was added with different addition amounts (1 wt%, 2 wt%, 5 wt%). Similar to the photos shown in FIGS. 6A to 6D, for FIGS. 8A to 8D, the photos in the left column show the appearance of the liquid crystal display elements irradiated with ultraviolet rays in the spray twist arrangement state, and the photos in the right column An appearance of a liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in a reverse twist arrangement state is shown. 8A to 8D, the upper part is a photograph of the appearance of a liquid crystal display element manufactured with an addition amount of the ultraviolet curable material of 1 wt%, and the middle stage is a liquid crystal prepared with an addition amount of the ultraviolet curable material of 2 wt%. The appearance photograph of the display element, and the lower part shows the appearance photograph of the liquid crystal display element produced with the addition amount of the ultraviolet curable material being 5 wt%. Note that the liquid crystal display element manufactured with the addition amount of 1 wt% and 5 wt% had cell thickness unevenness.
図８Ａは、１Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射して重合反応を生じさせ、液晶層１５内に重合体（ポリマー）を合成した後の液晶表示素子を示す外観写真である。 FIG. 8A is an appearance photograph showing a liquid crystal display element after a polymerization reaction is caused by irradiating ultraviolet rays of 1 J / cm 2 to synthesize a polymer (polymer) in the liquid crystal layer 15.
添加量が１ｗｔ％、２ｗｔ％、５ｗｔ％のいずれの場合も、紫外線照射時にスプレイツイスト配列状態であった液晶表示素子は、紫外線照射後もスプレイツイスト配列状態が維持され、紫外線照射時にリバースツイスト配列状態であった液晶表示素子は、紫外線照射後もリバースツイスト配列状態が維持されているといえる。 In any case where the addition amount is 1 wt%, 2 wt%, or 5 wt%, the liquid crystal display element that was in the spray twist alignment state after the ultraviolet irradiation is maintained in the spray twist alignment state after the ultraviolet irradiation, and the reverse twist alignment is performed in the ultraviolet irradiation. It can be said that the liquid crystal display element in the state is maintained in the reverse twist alignment state even after the ultraviolet irradiation.
図８Ｂは、上側ベタ電極１２ａと下側ベタ電極１２ｂに閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶層１５に縦電界を付加した後の液晶表示素子を示す外観写真である。 FIG. 8B is an appearance photograph showing the liquid crystal display element after a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the upper solid electrode 12a and the lower solid electrode 12b and a vertical electric field is applied to the liquid crystal layer 15.
左列の写真に示す液晶表示素子は、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移していることがわかる。右列の写真に示す液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態が維持されている。 It can be seen that the liquid crystal display elements shown in the photograph in the left column have transitioned from the spray twist arrangement state to the reverse twist arrangement state. The liquid crystal display elements shown in the photograph in the right column are maintained in the reverse twist arrangement state.
図８Ｃは、これらの液晶表示素子に９０℃で３０分の熱処理を施した後の外観写真である。９０℃という高温での熱処理後も、紫外線硬化性材料の添加量（１ｗｔ％、２ｗｔ％、５ｗｔ％）にかかわらず、安定にリバースツイスト配列状態が保持されていることがわかる。 FIG. 8C is an external appearance photograph after heat-treating these liquid crystal display elements at 90 ° C. for 30 minutes. It can be seen that the reverse twist arrangement state is stably maintained even after heat treatment at a high temperature of 90 ° C., regardless of the addition amount (1 wt%, 2 wt%, 5 wt%) of the ultraviolet curable material.
図８Ｄは、更に、下側ベタ電極１２ｂ及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄに閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶層１５に横電界を付加した後の液晶表示素子を示す外観写真である。 FIG. 8D further shows the liquid crystal display element after a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the lower solid electrode 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d, and a lateral electric field is applied to the liquid crystal layer 15. It is a photograph.
左列の写真（スプレイツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子）においては、紫外線硬化性材料の添加量が、１ｗｔ％、２ｗｔ％、５ｗｔ％のいずれの場合においても、横電界の付加により、スプレイツイスト配列状態に遷移している。 In the photograph in the left column (liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the spray twist arrangement state), the addition of a lateral electric field is applied regardless of whether the addition amount of the ultraviolet curable material is 1 wt%, 2 wt%, or 5 wt%. , Transition to the spray twist arrangement state.
右列の写真（リバースツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子）を参照すると、紫外線硬化性材料の添加量が、１ｗｔ％、２ｗｔ％の液晶表示素子においては、横電界の付加により、スプレイツイスト配列状態に遷移しているが、５ｗｔ％の液晶表示素子においては、横電界を付加しても、リバースツイスト配列状態のままである（スプレイツイスト配列状態に遷移しない）ことがわかる。 Referring to the photograph in the right column (a liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the reverse twist arrangement state), in a liquid crystal display element in which the addition amount of the ultraviolet curable material is 1 wt% and 2 wt%, the spray is applied by adding a lateral electric field. Although the transition is made to the twist arrangement state, it can be seen that the 5 wt% liquid crystal display element remains in the reverse twist arrangement state even when a lateral electric field is applied (does not make a transition to the spray twist arrangement state).
図８Ａ〜図８Ｄに示す結果から、液晶層に重合可能な材料を添加し、これを重合させて、液晶層内に重合体（ポリマー）を合成した実施例による液晶表示素子は、電界の付加による表示のスイッチング性（リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態との間のスイッチング性）と、高いメモリ性（熱的な安定性）とをともに備える液晶表示素子であるということができる。ただし、添加量が５ｗｔ％の場合、リバースツイスト配列状態時に紫外線を照射した液晶表示素子については、熱処理後の横電界付加で、リバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させることができなかったことから、重合可能な材料の添加量は５ｗｔ％以下とすることが好ましいであろう。 From the results shown in FIGS. 8A to 8D, the liquid crystal display element according to the example in which a polymerizable material was added to the liquid crystal layer and polymerized to synthesize a polymer (polymer) in the liquid crystal layer was applied with an electric field. It can be said that this is a liquid crystal display element having both display switching characteristics (switching characteristics between a reverse twist arrangement state and a spray twist arrangement state) and high memory characteristics (thermal stability). However, when the addition amount is 5 wt%, the liquid crystal display element irradiated with ultraviolet rays in the reverse twist arrangement state cannot be changed from the reverse twist arrangement state to the spray twist arrangement state by applying a lateral electric field after the heat treatment. Therefore, it is preferable that the amount of the polymerizable material added is 5 wt% or less.
なお、実施例による液晶表示素子は、比較例による液晶表示素子と同様に、正面から観察した場合であっても、高いコントラスト比で表示が行われていた。 In addition, the liquid crystal display element by an Example was displayed with high contrast ratio even when it observed from the front similarly to the liquid crystal display element by a comparative example.
実施例による液晶表示素子は、表示のメモリ性（熱的な安定性）が高く、温度によらず半永久的に表示を保持することが可能であり、たとえば９０℃程度の高温環境下においても、それぞれの配列状態（リバースツイスト配列状態、または、スプレイツイスト配列状態）での表示を安定して保持することができる。このため、車載用、航空機用、屋外用等、高い信頼性を要求される液晶表示素子にも利用可能である。また、高コントラスト比での表示と両立させることができる。このように実施例による液晶表示素子は、高い表示品質を有する液晶表示素子である。 The liquid crystal display element according to the embodiment has a high display memory property (thermal stability) and can hold a display semi-permanently regardless of temperature. For example, even in a high temperature environment of about 90 ° C. The display in each array state (reverse twist array state or spray twist array state) can be stably held. For this reason, it is applicable also to the liquid crystal display element by which high reliability is requested | required, such as vehicle-mounted, aircraft use, and outdoor use. Further, it is possible to achieve both display with a high contrast ratio. Thus, the liquid crystal display element by an Example is a liquid crystal display element which has high display quality.
また、実施例による液晶表示素子は、たとえば図４及び図５を参照して説明した製造方法で、安価に製造することができる。製造方法は、配向膜材料、ラビング条件（押し込み量の制御）、配向膜の焼成条件、液晶材料に重合可能な材料を添加し、たとえば紫外線を照射して液晶層内に重合体（ポリマー）を形成する点等を除き、一般的なツイステッドネマチック型液晶表示素子の製造方法とほぼ等しいため、一般的なツイステッドネマチック型液晶表示素子と比較してコストアップの要因は少ない。なお、紫外線の照射は、液晶表示素子に電圧を印加した状態で行う必要はない。２つの安定な配列状態（リバースツイスト配列状態またはスプレイツイスト配列状態）のいずれかの状態で紫外線を照射すればよい。 Moreover, the liquid crystal display element by an Example can be manufactured cheaply with the manufacturing method demonstrated with reference to FIG.4 and FIG.5, for example. The manufacturing method includes alignment film material, rubbing conditions (control of indentation amount), baking conditions for alignment film, and addition of polymerizable material to the liquid crystal material. For example, the polymer (polymer) is irradiated in the liquid crystal layer by irradiating ultraviolet rays. Except for the point of formation, etc., it is almost the same as the manufacturing method of a general twisted nematic liquid crystal display element, and therefore there are few factors for increasing the cost as compared with a general twisted nematic liquid crystal display element. Note that it is not necessary to perform irradiation with ultraviolet rays in a state where a voltage is applied to the liquid crystal display element. What is necessary is just to irradiate an ultraviolet-ray in either of the two stable arrangement | sequence states (a reverse twist arrangement | sequence state or a spray twist arrangement | sequence state).
実施例による液晶表示素子は、表示の書き換え時以外は電力を消費しない、超低消費電力駆動が可能である。特に反射型ディスプレイに適用した場合、メリットは大きい。 The liquid crystal display element according to the embodiment can be driven with ultra-low power consumption, which does not consume power except during display rewriting. Particularly when applied to a reflective display, the merit is great.
駆動方法として、たとえば線順次書き換え法（線順次駆動法）等の、メモリ性を利用した駆動方法を適用することができる。したがって、高価なＴＦＴ等を用いることなく、単純マトリクス表示により、大容量のドットマトリクス表示を行うことができる。すなわち、低コストで大容量の表示を行うことが可能である。 As a driving method, for example, a driving method using memory characteristics such as a line sequential rewriting method (line sequential driving method) can be applied. Therefore, large-capacity dot matrix display can be performed by simple matrix display without using expensive TFTs. That is, a large-capacity display can be performed at low cost.
更に、透過型ディスプレイ、透反ディスプレイ、反射型ディスプレイのいずれの場合にも好適なディスプレイを実現することができる。 Furthermore, a suitable display can be realized in any of a transmissive display, a translucent display, and a reflective display.
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these.
たとえば、実施例においては、偏光板をクロスニコルに配置しノーマリホワイト表示の液晶表示素子としたが、偏光板を平行ニコルに配置しノーマリブラック表示の液晶表示素子としてもよい。ただノーマリホワイトとした方が高コントラスト比での表示を実現しやすいであろう。ノーマリホワイト表示の場合、良好な黒表示を得るためには、上側及び下側偏光板１６ａ、１６ｂの透過軸方向のなす角度は、９０°付近であることが望ましい。なお、実施例においてはツイスト角をたとえば９０°としたが、その他の角度とすることもできる。 For example, in the embodiments, the polarizing plates are arranged in crossed Nicols to obtain a normally white display liquid crystal display element, but the polarizing plates may be arranged in parallel Nicols to form a normally black display liquid crystal display element. However, it would be easier to achieve a display with a high contrast ratio if it is normally white. In the case of normally white display, in order to obtain good black display, the angle formed by the transmission axis directions of the upper and lower polarizing plates 16a and 16b is preferably about 90 °. In the embodiment, the twist angle is set to 90 °, for example, but other angles may be used.
また、実施例においては、配向処理をラビングで行ったが、たとえば光配向法、斜方蒸着法等、他の配向処理方法を用いて配向処理を行うことができる。 In the examples, the alignment treatment is performed by rubbing, but the alignment treatment can be performed using other alignment treatment methods such as a photo-alignment method and an oblique vapor deposition method.
更に、実施例においては下側基板１０ｂにのみ、横電界を生じさせる電極を形成したが、下側基板１０ｂだけでなく、上側基板１０ａにも形成することができる。横電界を生じさせる電極は、上側基板１０ａ、下側基板１０ｂのうちの少なくとも一方に形成すればよい。 Furthermore, in the embodiment, an electrode for generating a lateral electric field is formed only on the lower substrate 10b, but it can be formed not only on the lower substrate 10b but also on the upper substrate 10a. The electrode that generates the lateral electric field may be formed on at least one of the upper substrate 10a and the lower substrate 10b.
また、実施例においては、液晶層１５の質量に対し、１ｗｔ％、２ｗｔ％、５ｗｔ％となる条件で、重合可能な材料を添加した。１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の範囲に限らず、重合可能な材料の添加量が０．５ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の範囲であっても、同様の効果を得ることができるであろう。 In the example, the polymerizable material was added under the conditions of 1 wt%, 2 wt%, and 5 wt% with respect to the mass of the liquid crystal layer 15. The same effect may be obtained not only in the range of 1 wt% or more and 5 wt% or less, but also in the range where the addition amount of the polymerizable material is 0.5 wt% or more and 5 wt% or less.
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。 It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
液晶表示素子全般、たとえば単純マトリクス駆動を行う液晶表示素子全般に利用することができる。また、低消費電力、広い視角特性、低価格等が求められる液晶表示素子に利用可能である。 It can be used for all liquid crystal display elements, for example, all liquid crystal display elements that perform simple matrix driving. Further, it can be used for a liquid crystal display element that requires low power consumption, wide viewing angle characteristics, low price, and the like.
メモリ性を有する点からは、たとえば省電力で頻繁な書き換えを必要としない情報機器（パーソナルコンピュータ、携帯情報端末等）の表示面等、反射型、透過型、投射型のディスプレイに好ましく適用可能である。また、磁気記録ないし電気記録されたカードの情報表示面、児童用玩具、電子ペーパー等に利用することができる。 From the point of having memory properties, it can be preferably applied to reflective, transmissive, and projection displays, such as the display surface of information equipment (personal computer, portable information terminal, etc.) that does not require frequent rewriting, for example, with low power consumption. is there. Further, it can be used for information display surfaces of magnetically recorded or electrically recorded cards, toys for children, electronic paper, and the like.
更に、災害発生時の停電に際しても表示を保つためのディスプレイに利用可能である。 Furthermore, it can be used as a display for maintaining display even in the event of a power failure in the event of a disaster.
また、熱的に高い表示安定性を備えるため、たとえば高温環境下で使用される液晶表示素子に好適に利用可能である。 Moreover, since it has high display stability thermally, it can be suitably used for, for example, a liquid crystal display element used in a high temperature environment.
１０ａ 上側基板
１０ｂ 下側基板
１１ａ 上側透明基板
１１ｂ 下側透明基板
１２ａ 上側ベタ電極
１２ｂ 下側ベタ電極
１２ｃ 第１櫛歯電極
１２ｄ 第２櫛歯電極
１３ 絶縁膜
１４ａ 上側配向膜
１４ｂ 下側配向膜
１５ 液晶層
１６ａ 上側偏光板
１６ｂ 下側偏光板
２０ 電源
10a Upper substrate 10b Lower substrate 11a Upper transparent substrate 11b Lower transparent substrate 12a Upper solid electrode 12b Lower solid electrode 12c First comb electrode 12d Second comb electrode 13 Insulating film 14a Upper alignment film 14b Lower alignment film 15 Liquid crystal layer 16a Upper polarizing plate 16b Lower polarizing plate 20 Power supply
Claims (5)
前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル剤、及び重合体を含み、ツイスト配向する液晶層と
を有し、
前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が捩れる旋回方向を第１旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、
前記重合体は、前記液晶層の質量に対し、５ｗｔ％以下の範囲で添加された重合可能材料から合成され、
前記液晶層には、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせることが可能であり、
前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることが可能な電極が形成されており、
前記第１の基板ならびに前記第２の基板に対する配向処理、及び、前記液晶層へのカイラル剤の添加は、前記液晶層に付加する電界の方向により、前記液晶層の液晶分子が、リバースツイスト配列状態と、スプレイツイスト配列状態との間で相互に遷移するように行われている液晶表示素子。 A first substrate comprising a first electrode and subjected to orientation treatment;
A second substrate disposed in parallel and opposite to the first substrate, provided with a second electrode, and subjected to an orientation treatment;
A liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate, including a chiral agent and a polymer, and having a twist alignment;
In the case where the liquid crystal layer does not contain the chiral agent, when the turning direction in which the liquid crystal molecules are twisted is the first turning direction, the chiral agent is in the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer opposite to the first turning direction. Giving the ability to turn in the second turning direction,
The polymer is synthesized from a polymerizable material added in a range of 5 wt% or less with respect to the mass of the liquid crystal layer,
In the liquid crystal layer, it is possible to generate an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage to the first electrode and the second electrode,
At least one of the first substrate and the second substrate is formed with an electrode capable of generating an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage,
The alignment treatment for the first substrate and the second substrate, and the addition of a chiral agent to the liquid crystal layer are performed by the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in a reverse twist arrangement depending on the direction of the electric field applied to the liquid crystal layer. A liquid crystal display element that is configured to transition between a state and a spray twist arrangement state.
透明基板と、
前記透明基板上に形成された前記第２の電極と、
前記第２の電極上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された、第１及び第２の櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている第１及び第２の櫛歯電極と、
前記第１及び第２の櫛歯電極を覆うように前記絶縁膜上に形成された配向膜と
を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。 The second substrate is
A transparent substrate;
The second electrode formed on the transparent substrate;
An insulating film formed on the second electrode;
First and second comb electrodes formed on the insulating film, wherein the comb teeth portions are alternately arranged; and
The liquid crystal display element according to claim 1, further comprising an alignment film formed on the insulating film so as to cover the first and second comb electrodes.
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2012
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