JPH0210320A - アクティブマトリクス型液晶表示素子 - 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】 産業上の利用分野 本発明は電気光学的な液晶デイスプレィに用いられる液
晶表示素子、更に詳しくはスイッチング素子を組み込ん
だアクティブマトリクス型ＴＮ−ＦＥＭ用液晶表示素子
に関するものである。

従来の技術 従来からスイッチング素子、例えばＣ−ＭＯＳあるいは
ＴＰＴを組み込んだアクティブマトリクス型ＴＮ−ＦＥ
Ｍ用液晶表示素子は、その優れた表示品質のためテレビ
受像機として盛んに用いられてきている。そして、この
時の表示モードとしては、電圧無印加の状態から電圧を
次第に印加するにつれて表示が白から黒へと変化するノ
ーマリ・ホワイト（ＮＷ）モード、黒から白へと変化す
るノーマリ・ブラック（Ｎ　Ｂ）モードとがある。

一般に、ＮＷモードには印加電圧の変化による色ずれが
非常に小ざいごとや、コントラストを太きくとることが
出来るなどの優れた特徴がある反面、原理上充分な黒レ
ベルを出すためには、飽和電圧に対して充分大きな電圧
を印加しなけれはいけないという問題点が存在する。こ
れに対しては、液晶材料として誘電率異方性Δεの大き
な材料を用い、その閾値電圧および飽和電圧を下げると
いう手法が専らとられてきている。しかしながら、この
ような誘電率異方性Δεの大きな液晶材料は、それが封
入された液晶表示素子の漏れ電流を大きくさせるという
所たな問題を発生させる。

）α晶表示素子において、液晶パネルの漏れ電流の低減
は重要であり、漏れ電流が増加すると、駆動電圧の上昇
、コントラストの低下、消費電力の増加、信頼性の低下
などの問題が発生する。特に、各画素ごとにスイッチン
グ素子の設けられたアクティブマトリクス型液晶表示素
子の場合には、漏れ電流が大きくなると電圧損失が大き
くなり、フレーム周期間液晶の励起状態を保つことが出
来ず、画面の上部と下部とで液晶層に印加される実効電
圧が異なり、コントラストに差が生ずるという問題が発
生する。これを解決する一つの方法として、補助容量の
容量を大きくする方法があるが、素子製造のコストが高
くなり実用的ではない。

したがって、液晶表示素子の漏れ電流を低減するために
、高純度に精製してできるだけイオン性の不純物を除い
た高抵抗の液晶材料が用いられている。

発明が解決しようとする課題 しかし高抵抗の液晶材料を用いても、液晶表示素子に封
入すると、一般に漏れ電流の増加現象が起こる。しかも
その大きさは、液晶表示素子に用いられている配向膜材
料の種類により大幅に変化する。即ち、漏れ電流を低減
させるためには液晶と接する配向膜の開発が重要である
。

本発明は、上記従来技術の課題を解消することを目的と
する。

課題を解決するための手段 請求項１の本発明は、少なくとも、透明導電膜上に設け
られた配向膜と、スイッチング素子とを有するアクティ
ブマトリクス型液晶表示素子において、前記配向膜の表
面自由エネルギーの極性項成分を１０　ｄｙｌｌｅ／ｃ
ｍ以下とすることによって、上記目的を特徴する 請求項２の本発明は、同アクティブマトリクス型液晶表
示素子において、前記配向膜が沃化メチレンに対して３
５度以上の接触角を呈することによって、上記目的を特
徴する 請求項３の本発明は、同アクティブマトリクス型液晶表
示素子において、封入された液晶材料のチルト角が４度
以上１０度未満であることによって、上記目的を達成す
る。

作用 液晶表示素子の漏れ電流の原因は明かでないが、■配向
膜材料によりその大きさが数倍以上式なる場合がある、
■異種配向膜材料を積層した場合には、液晶材料と接す
る側の配向膜材料により、その漏れ電流の大きさが決ま
る、などの点より、液晶材料に接する配向膜表面の分子
構造が大きく関係しているものと思われる。即ち、膜表
面に酸素やイオウなどの極性の大きな原子や分極率の太
きな原子が存在すると、液晶中の微量の極性不純物ある
いは極性の強い液晶分子などを配向膜表面に吸着して電
気二重層が形成され、その外部電界による変移が漏れ電
流の増加に寄与すると考えられる。

高分子表面の分子鎖は外部環境によってよりエネルギー
の低い配列状態に変化する傾向があることが知られてお
り、同一の配向膜材料でもその成膜条件により漏れ電流
の大きさが異なるのは、配向膜表面の官能基の配列状態
が異なるためであると考えられる。

本発明アクティブマトリクス型液晶表示素子に用いられ
ている配向膜は表面自由エネルギーの極性項成分がｌ　
０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下と小さいことを特徴としたもので
あり、膜表面に酸素やイオウなどの極性の大きな原子や
分極率の大きな原子が存在する割合の少ないものであり
、上記電気二重層の生成が抑えられており、液晶表示素
子の漏れ電流を少なくする。

また、極性の大きな原子や分極率の大きな原子との相互
作用の大きな沃化メチレンに対して３５度以上の接触角
を呈する配向膜は、その表面の極性部位の割合が少なく
、上記電気二重層の生成が抑えられており、同様に液晶
表示素子の漏れ電流が少なくなる。

一方、封入された液晶材料のチルト角が４度以上１０度
未満と、比較的高いチルト角を示す配向膜材料は、従来
より用いられている配向膜材料（チルト角は２度未満）
に比べて液晶材料に対する配向規制力が弱く、生成され
た上記電気二重層の外部電界による変移は相対的に小さ
く、その結果漏れ電流は小さくなる。

実施例 以下に、本発明をその実施例を示す図面に基づいて、説
明する。第１図は、漏れ電流の測定用に用いた評価セル
の断面図である。

表面自由エネルギーの測定はホークス（Ｆｏｗｋｅｓ）
式に基づいて測定した（Ｆ、Ｍ、Ｆｏｗｋｅｓ；１．Ｅ
、Ｃ，、Ｖｏｌ。

５６、ｐ４０（１９６２）、および北崎・畑、日本接着
協会誌、Ｖｏｌ、８、Ｎｏ、３、ｐ１３１（１９７２）
参照）。

いま、配向膜の表面自由エネルギーをγ１、配向膜と接
する媒質の表面自由エネルギーをγ２とし、それぞれ分
散力に基づく成分（暦学ｄで表す）と分極に基づく成分
（暦学ｐで表す）とから成っているとすると、それらは
以下の式で書き表される。

γ１＝γ１＋γ１　　　　　　　　　　・・＃（１）γ
２：γ２ｄ＋γ２°　　　　　　　　　　・・・（２）
また、配向膜ｌと媒質２との間の接着仕事を”Ａ’　＋
　２とすると、これは次式で表される。

Ｗ１２：γ１＋γ２−γ１２　　　　　　　　　・−（
３）ここにおいて、γＩ２は界面自由エネルギーである
。一方、二物質間の界面における相互作用の結果減少す
るそれぞれの自由エネルギーは、対応する表面自由エネ
ルギー成分の幾何平均の和として表すことができると仮
定すると、界面自由エネルギーは次のように表される。

γ１２＝γ１＋γ２−２（γ、ｄγ２’）”−２（γ１
３γ２ｐ　）　Ｉ　’　２・・・（４） （４）式を（３）式に代入して、 Ｗ１２＝２（γ１ｄγ２ｄ）１７２＋２（γ１ｐγ２９
）！／２・・・（５）いまの場合、一方は固体であるの
で、接触角θの測定からも接着仕事ＷＩ２が求められる
。即ち、Ｗ、＝７２（１＋ｃＯ８θ）−−−（６）ここ
において、表面自由エネルギー既知の標準媒質として沃
化メチレン（７２’＝４６．８ｄｙｎｅ／ｃｍ、　γ２
ｏ：４．０ｄｙｎｅ／ｃｍ）と水（ｒ　２”２９．１ｄ
ｙｎｅ／ｃｍ、７２”４３．７ｄｙｎｅ／ｃｍ）を用い
、配向膜に対する接触角の測定よりＷ＋２を求め、（５
）式より連立方程式により配向膜の表面自由エネルギー
の分散力による成分子１ｄと極性による成分子１ρとを
求めた。

一方、液晶材料を封入した液晶表示素子における液晶材
料のチルト角はクリスタルローテーション法により測定
した。この時、測定に用いた液晶表示素子の構成はホモ
ジニアス配向セル（アンチパラレルラビング、液晶層厚
１５〜２０μｍ）であり、屈折率異方性の既知の液晶材
料としては、リクソシ（シｌＸ０Ｎ）−９１５０（、チ
ッソ石油化学製、ｎｅ＝１．５８８、ｎ。

＝１．４９０（２５℃、測定波長５８９ｎｍ））を用い
た。　（詳細な測定方法については、Ｇ、ハ゛つｙ（Ｂ
ａｕｒ）　、ｖ、ウィトウェル（Ｗｉｔｔｗｅｒ）　　
ａｎｄ　　Ｄ、Ｗ、ヘートマン（Ｂｅｒｒｅｍａｎ）：
Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、５６Ａ、ｐ１４２．（１９７６）
およびＦ、すｈノ（Ｎａｋａｎｏ）、Ｍ、イソ力”イ（
Ｉｓｏ３ａｉ）　　ａｎｄ　　Ｍ、９）つ（Ｓａｔｏ）
；、１−ｊ−Ａ、Ｐ、、Ｖｏｌ、１９．Ｎｏ、１０゜ｐ
２０１３．（１９８０）を参照のこと。）本発明は漏れ
電流の少ないアクティブマトリクス型液晶表示素子を提
供するものであるが、以下の実施例では、スイッチング
素子に基づく漏れ電流を除外するため、スイッチング素
子を有しない評価セルでもって漏れ電流の評価を行った
。

前述のように、第１図は漏れ電流測定用評価セルの構成
図である。スペーサ４としては、６μｍガラスピーズを
用い、電極２．７の形状は面積２ｃｙｒ＋”の円形とし
、お互いに対向させた。漏れ′ｒＬ流の測定は±１０ｖ
、３０　Ｈｚの矩形波をパネルに印加し、電界反転後７
　ｍ５ｅｃ後にパネルを流れる電流値を２５℃において
測定した。

実施例１ 第１図に示される構成を有する漏れ電流測定用評価セル
Ａ−Ｅを作成した。配向膜３．６にはポリイミド樹脂を
用い、表１に示される８産化学工業製ポリイミドワニス
を、ＩＴＯ電極２．７を有するガラス基板１．８上に硬
化後の膜厚が１００ＯＡとなるようにスピンコード法に
より塗布した。その後、塗布したポリイミド樹脂を窒素
気流中、２５０℃の温度にて６時間硬化させた。次に作
成したガラス基板ｌ、８を常法に従い、ラビング処理後
６μｍガラスピーズをスペーサ４として貼り合わせ、液
晶５　トＬＪ　Ｔ　Ｂ　Ｄ　Ｈ社製液晶ＺＬＩ−３７０
０−０００を減圧封入し、エポキシ樹脂９により注入口
を封止し評価セルＡ−Ｅとした。

評価セルＡ−Ｅの漏れ電流の測定結果を表１に示す。

表１ 内膜のそれぞれについて、前記の方法にて表面自由エネ
ルギーを測定した。結果を表２に示す。ここにおいて、
θ１は沃化メチレンに対する接触角、θ２は水に対する
接触角、γｐは表面自由エネルギーの極性項、γ６は表
面自由エネルギーの分散項である。

表２ また、評価セルＡ−Ｅと同一条件で作成した配表１およ
び表２より明らかなように、配向膜の表面自由エネルギ
ーの極性項成分が１０　ｄｙｎｅ／ｃｍ以下のものは漏
れ電流が小さく、アクティブマトリクス型液晶表示素子
に適している。配向膜の表面自由エネルギーの極性項成
分のかわりに、ある特定の溶媒（例えば沃化メチレン）
に対する接触角でもって配向膜の漏れ電流に対する影響
の度合を評価しても良いことは言うまでもない。

沃化メチレンに対する配向膜の接触角θ１と表面自由エ
ネルギーの極性項成分子ｐとの関係より、アクティブマ
トリクス型液晶表示素子用配向膜としては、θ１が３５
度以上の配向膜が適していることが分かる。接触角測定
用液体としては、沃化メチレンのほか、テトラブロムエ
タン、α−ブロムナフタレン、トリクレジルフォスフェ
ート、テトラクロルエタン、ヘキサクロルブタジェン、
ポリジメチルシロキサンなどが適格な材料である。

実施例２ 配向膜材料として、ポリイミド５Ｅ−６１０（８産化学
工業製）とポリイミド５Ｐ−７１０（東し製）との混合
ポリイミドを用い、封入する液晶材料としてＢＤＨ社製
液晶ＺＬＩ−３０９７−０００を用いること以外は、実
施例１とほぼ同じ方法にて漏れ電流評価用液晶セルＦ−
Ｊを作成した。この時、ポリイミド５Ｅ−６１０と５Ｐ
−７１０の混合割合、硬化温度・時間、およびラビング
荷重の大きさを適当に制御することにより、液晶材料の
チルト角を１．５度から２５度にわたって制御した。評
価セルＦ〜Ｊの漏れ電流およびクリスタルローテーショ
ン法により測定したチルト角の値を表３に示す。

表３ 表３より明かなように、液晶分子のチルト角が４度以上
の液晶セルは漏れ電流が小さく、その実用的価値は極め
て大きい。しかしながら、一般にチルト角が１０度を越
えると液晶セルのコントラストを大きく保つのが困難に
なるため、実用的にはチルト角が４度以上ｌＯ度未満の
配向膜材料が好ましい。

実施例１および実施例２では、液晶材料として誘電率異
方性の大きなＺＬ　Ｉ　−３０９７−０００とＺＬＩ−
３７００−０００を用いたため、相対的に漏れ電流の値
は大きくなっているが、他の液晶材料を用いても、表１
および表３の傾向は変わらない。

発明の効果 本発明アクティブマトリクス型液晶表示素子は、配向膜
表面と液晶材料との界面に形成される電気二重層の外部
電界による変移を抑制する効果を有しており、本表示素
子の漏れ電流を低減させることが出来る。

【図面の簡単な説明】 図は、本発明の実施例において漏れ電流の測定用に用い
た評価セルの断面図である。 １、　８・・φガラス基板、２．７・φ−ＩＴＯ電極、
３．６・・・配向膜材料、４・・・スペーサ、５・・・
液晶材料、　　９・・・封口樹脂代理人の氏名　弁理士
　中尾敏男　はか１名］、８−がラス基板 ２．７−ＩＴＯ電恐 ３．６−配向膜材料 ４−スへ−サ ５一液晶材料 ９−封口樹脂

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、透明導電膜上に設けられた配向膜と
   、スイッチング素子とを有するアクティブマトリクス型
   液晶表示素子において、前記配向膜の表面自由エネルギ
   ーの極性項成分が１０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下であることを
   特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示素子。
2. （２）少なくとも、透明導電膜上に設けられた配向膜と
   、スイッチング素子とを有するアクティブマトリクス型
   液晶表示素子において、前記配向膜が沃化メチレンに対
   して３５度以上の接触角を呈することを特徴とするアク
   ティブマトリクス型液晶表示素子。
3. （３）少なくとも、透明導電膜上に設けられた配向膜と
   、スイッチング素子とを有するアクティブマトリクス型
   液晶表示素子において、封入された液晶材料のチルト角
   が４度以上１０度未満であることを特徴とするアクティ
   ブマトリクス型液晶表示素子。