JPH03140921A - 液晶表示装置 - 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２個の偏光子の間で電極を有する２個の基板間
に配置したねじれネマチック液晶材料を有する液晶セル
を備え、光学的異方性材料の層を偏光子の間に設けた液
晶表示装置に関するものである。

（従来の技術） 光学的異方性材料の層は、所要に応じて、自立複屈折箔
とすることができる。かかる表示装置（ＬＣＤ）は欧州
特許出願公開明細書第０２４６８４２号に記載されてい
る。

液晶材料におけるキラリティは、縦軸に直角方向で分子
を回転させる。所謂コレステリック相における液晶物質
の場合回転のピッチは０．１〜１μｍである。例えばマ
ルチプレラス駆動を用いるデーターグラフィック　デイ
スプレーに適用するため、表示装置のセルの厚さの大き
さ程度の一層大きいピッチが望ましい。かかる材料はネ
マチック液晶にドーパントとしてキラル液晶化合物を添
加することにより得られる。かかる材料を用いて、超ね
じれネマチック（ＳＴＮ）液晶表示装置が製造されるが
、セルを横切る分子軸の全ねじれは、例えば１８０″′
〜２７０　”である。かかる表示装置は、光学的特性が
波長に著しく左右されるので、高いコントラストおよび
無色の像（青色／黄色の代りに黒色／白色）を達成する
のは困難である。上記欠点は、一方が左旋性液晶材料を
有し、他方が右旋性液晶材料を有する２つの同様のセル
を組合せて使用することにより既知方法で克服される。

第２セルの前の分子軸が第１セルの後の分子軸に直角に
伸びる場合、光学特定の波長依存は完全に補償される。

然しこの結果として液晶表示は一層重くなり、コンパク
トでなくなる。他の一つの例において、第２セルが、適
合した複屈折を有する一軸箔により置換えられる。この
場合、色の補償が完全でなく、この結果コントラストが
低下し、表示装置は無電圧状態で成る程度の色を示す。

他の既知の質的に一層良好な解決は一軸箔のねじれた積
層を用いることから成る。この解決法は箔の数が増すに
従って一層理想的状態に近づくようになるが、これより
製造方法がかなり複雑になる。

超ねじれネマチック液晶表示装置のねじれおよび複屈折
に等しいねじれおよび複屈折を有する複屈折層を提供す
ることが望ましい。或いはまた複屈折層の代りに、適当
な基板上に複屈折層を用いることは可能である。

欧州特許出願公開明細書第０００７５７４号には、共重
合性単量体の形態でキラル　ドーパントを有する液晶重
合体材料の記載がある。かかる重合体材料は線状で、液
晶特性を示す側基を有する。溶液または溶融液から薄層
を製造し、ゴム状液晶状態で配向させ、然し後これをガ
ラス転移温度以下の温度に冷却する。かかる層はわずか
な程度で生ずる屈折率の局部的変動によりしばしば混濁
する。

更に操作温度が実際に低分子材料の場合より一層高いが
、ガラス転移以上の加熱は一回行われるだけで秩序が永
久的に失われるので尚制限される。

更に、使用すべき方法はピッチおよび重合体層の厚さを
正確に調整することができない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は液晶表示装置およびかかる表示装置に使
用するための、光学的に透明で且つ耐熱性の大である光
学的異方性材料の複屈折層または層を提供することにあ
る。

これにより本発明は、高いコントラストを有し、無電圧
状態でほぼ完全に暗色で無色であり、電圧印加状態で極
めて透明である超ねじれネマチックの液晶表示装置を提
供すると考えられる。

本発明の他の目的は、簡単に所望精度で製造することが
できる箔または異方性層を提供することにある。

本発明の他の目的は、複屈折層または層に適当に使用す
ることができる材料を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明において、この目的は光学的異方性材料の複屈折
層または層が螺旋状配列を有する重合体ネットワークを
有する合成樹脂組成物から形成されていることを特徴と
する序文に記載したような液晶表示装置により達成され
る。合成樹脂組成物は、キラル　ドーパントを存する硬
化した液晶合成樹脂組成物から製造するのが好ましい。

本発明の表示装置の好適例においては、合成樹脂組成物
は２個以上のアクリレート−エステル基を有する化合物
から成る液晶単量体またはオリゴマを硬化することによ
り形成する。２個のアクリレート−エステル基を有する
液晶化合物には次の構造式を有するものがある。

層 （Ｃ１，±１−Ｏ−Ｃ−ＣＨ＝ＣＨｚ　　　　（１）或
いはまた、アクリレート化合物の代りにエポキシド、ビ
ニル　エーテルおよびチオールエン（ｔｈｉｏｌｅｎｅ
）化合物を液晶単量体として使用することができる。

秩序合成樹脂組成物は液晶単量体を配向させ、この配向
を感光性開始剤の存在下紫外線に露出することにより硬
化することにより得られる。キラ５− 一 ル　ドーパント、例えば置換不斉炭素原子を有する化合
物を単量体に添加する。このドーパンが分子の縦軸に直
角方向で単量体分子の回転をおこす。

単量体をポリイミド被覆し、摩擦した２つの表面間に配
置することにより、回転度を、自然ピッチ（摩擦した表
面が存在しない場合のピッチ）、摩擦した表面間の距離
および表面の摩擦する方向の関数として調整することが
できる。次いで尚液体の単量体組成物における回転を、
紫外線の影響または電子を使用する照射下で反応性末端
基の重合により固定する。所望の秩序は迅速に得られ、
はぼ完全であり、この結果透明フィルムまたは薄層が達
成される。少なくも２個の官能基を有する単量体を使用
する結果として、秩序重合体ネットワークが得られ、そ
の秩序は極めて高い温度まで維持される。

２個以上のアクリレート−エステル基を有する化合物か
ら成る液晶単量体若しくはオリゴマを有する硬化性合成
樹脂組成物を用いるのが好ましい。

所要に応じて、硬化性合成樹脂組成物は種々のオリゴマ
化合物を含むことができる。更に、合成樹脂組成物は１
種以上の他の適当な成分、例えば、触媒、（感光性）開
始剤、安定剤、共反応単量体および表面活性化合物を含
有することができる。

或いはまた、例えば５０重量％までの分量の非重合性液
晶材料を添加して材料の光学特性を適合させることがで
きる。

特定例においては、螺旋状配列を二つの基板間に合成樹
脂組成物を配置することにより得るが、硬化性合成樹脂
組成物に接触する基板の各表面は、例えばベルベット布
により一方向に摩擦されている。液晶化合物の分子、特
にメゾゲン（ｍｅｓｏｇｅｎｉｃ）基を有する化合物の
分子は分子自体表面で摩擦の方向に配向する。基板の表
面はポリイミドから成るのが好ましい。

例えば摩擦した基板上に設けた後、配向状態で硬化し得
る適当な化合物は米国特許第４，７５８，４４７号明細
書に記載されている。この中に記載されている適用では
、螺旋状配列は遂行されない。適当な化合物の製造方法
は欧州特許出願公開明細書第０２６１７１２号に記載さ
れている。

合成樹脂組成物の迅速な硬化が望ましいので、好ましく
は化学線により硬化操作を開始する。ここで「化学線」
とは光、特に紫外線、Ｘ線、ガンマ−線を用いる放射、
または電子若しくはイオンのような高エネルギー粒子を
使用する放射を意味するものとする。

（実施例） 次に図面を参照して本発明を実施例につき説明する。

１旌■ 第１図は液晶セル１０を備えた液晶表示装置の断面図で
、液晶セル１０はねじれネマチック液晶層１１を２個の
電極基板１２．１３の間に備えて成る。基板１２、１３
上の電極は図示していない。装置は２個の偏光子１４．
１５を備える。複屈折フィルム１６（所要に応じて、例
えばガラス基板上の薄層の形態）を丁度液晶セル１０と
同様に、偏光子１４．１５の間に配置しである。

複屈折層１６を、例えばセル１０の外側に摩擦したポリ
イミド層を設け、これに適当な硬化性合成樹脂組成物を
被着することによりセル１０に直接設けることができる
。配向は、付加的ガラス板により得られるもので、ガラ
ス板には摩擦したポリイミド層を設はガラス板は上記硬
化性合成樹脂組成物の重合後除去する。

層１６の厚さは、例えば６μｍである。補償層１６の前
の分子軸は、ねじれネマチック液晶層１１の後の分子軸
に垂直に伸びる。交差した偏光子の場合、これにより可
視範囲におけるあらゆる波長の透過はなくなり、従って
無色層となる。

層１６の液晶セル１０への適合は種々の方法で行うこと
ができる。層の厚さおよび全ねじれ角は、摩擦した表面
を相互にまた硬化性合成樹脂組成物に関して配置する方
法により決定する。自然のピッチはキラル　ドーパント
の濃度を変えることにより影響を及ぼすことができる。

複屈折は重合温度を選定することにより超ねじれネマチ
ック液晶表示装置に適した範囲内で変えることができる
。次の例において複屈折は１００℃の重合温度で０．１
１４０ であり、１１２°Ｃで重合した後複屈折は０．１０８で
ある。

フ　ルーム　たは　の１゛告 次式 （式中のＲはメチル基を示す）で表わされる第１のジア
クリレート化合物Ａ　８０重量部と、Ｒが水素原子であ
る式（１）の第２のジアクリレート化合物８２０重量部
と感光性開始剤、本例ではＩｒｇａｃｕｒｅ■６５１の
商標名でチバーガイギーから市販され入手し得る２、２
−ジメトキシ−２−フェニル−アセトフェノン１重量部
から硬化性合成樹脂組成物の出発混合物を製造した。上
記ジアクリレート化合物を製造する方法は、欧州特許出
願公開明細書第０２６１７１２号に記載されている。更
に出発混合物は１００ｐｐ−の安定剤、例えばヒドロキ
ノン　モノメチルエーテルを含む。

８０重量部のＡおよび２０重量部のＢを含む出発混合物
は、８０℃の融点を有する共融組成物である。

この温度以上で存在する相はネマチック相で、このネマ
チック相は１２１°Ｃの温度で等吉相に変化する。混合
物は上記の２つの温度の間の温度で使用される、最も高
い粘度および分子配列が最低温度で得られる。

この例により、異なる量のキラル　ドーパント、例えば
メルク（Ｍｅｒｃｋ）製の３８１１として市場で入手し
得る次式 で表わされる左旋性の４−（４−へキシルオキシベンゾ
イルオキシ）−安息香酸−２−オクチル−エステルを上
記出発混合物に添加する。キラル　ドーパントそれ自体
は液晶特性を示す必要がなく、共重合性単量体並びに非
重合性化合物でよい。重合体においてねじれネマチック
秩序を得るため、化合物はキラルであれば十分である。

キラル　ドーパントは左旋性並びに右旋性でよい。

このようにして得られる物質の層はネマチック秩序と螺
旋構造を有し、またコレステリック秩序と称される。混
合物の自然のピッチは添加したキラル　ドーパントの分
量により決まり、０．５モル％で約２８μｍ′であり、
６モル％で約２．５μｍである。自然のピッチはある程
度まで温度に左右され、６．６７モル％のキラル化合物
を使用する場合には、８０℃で２．１７　ｔｔｍ　、　
１００°Ｃで２．３１　ｔｔｔｓ　、１１３℃で２．３
５μ−である。かかる分量で等吉相への転移が１１４℃
の温度で起る。

この例においては、硬化性合成樹脂組成物は、硬化すべ
き表面に対し２〜５１１１１／ｅｌｌ”の放射強さを有
するアークの短い水銀灯により得られる紫外線に１００
℃で３分間曝露して光重合することにより硬化する。硬
化中配向は固定され、層の全回転角は一定のままである
。この理由のため、硬化中のピッチの変化は可能な重合
収縮により生ずる層厚の変化にのみ依存する。回転角は
コレステリック　ネマチック相における分子螺旋の回転
数の尺度である。

重合操作中光学的用途に重要であると考えられる積ｄΔ
ｎには変化は殆んどおこらない。但しｄは層の厚さで、
Δｎは材料の複屈折である。材料は重合中一方向だけで
収縮するので、層厚の変化は材料の密度の変化に逆比例
し、その後者の分量は複屈折の程度に比例する。

このようにして得られる重合体フィルムの回転角は常温
乃至２５０℃の温度範囲で温度依存性を示さない。この
ことは架橋により形成される重合体分子のネットワーク
の結果として分子の再配向の完全なインピーダンスを実
証する。単量体が分子当り２個のアクリレート−エステ
ル基を有するので、架橋は、液晶分子の硬い部分におい
て運動が殆んど不可能であるほど強力である。

例えば側鎖にキラル基を有するコレステリック重合体と
比較してピッチは温度依存性が小さい。

一定の制限内で、ピッチは２個の基板間の合成樹脂組成
物を硬化することに影響され得る。ポリイミドのクラッ
ドを有するガラス若しくはポリイミドの平坦な基板を使
用するのが好ましい。ポリイミド表面は、例えばベルベ
ット布を用いて一軸　３− ４− 方向に摩擦する。ピンチは２個の基板間の距離、本例で
は例えば６μｍおよびポリイミド表面を摩擦する２方向
の角度により左右される。分子の螺旋の回転数は、それ
自体得られるピッチが自然のピッチと著しく異ならない
ように調節する。

第２図は６μｍの厚さおよび１８０°の回転角を有する
異方性層を備えた本発明の装置による波長Ｗの関数とし
て透過率を示す。無電圧状態（Ｄ）において、測定した
波長範囲全体に亘り均一な低透過率である。表示装置の
暗状態は無色であり、これにより最適コントラストにな
る。比較のため、電圧印加状態（Ｌ）を示すが、約４０
％の透過率が達成される。光の状態は成る程度の着色を
示すが、これはコントラストを得るのに余り重要ではな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置の断面図、第２図は無電
圧と電圧印加状態における本発明の装置の透過率と波長
の関係を示す曲線図である。 １０・・・液晶セル １１・・・ねじれネマチック液晶層 １２、１３・・・電極基板　　　　１４．１５・・・偏
光子１６・・・複屈折フィルム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２個の偏光子（１４、１５）の間で電極を有する２
   個の基板（１２、１３）の間に配置したねじれネマチッ
   ク液晶材料（１１）を有する液晶（１０）を備え、光学
   的異方性材料の層（１６）を上記偏光子の間に設けた液
   晶装置において、光学的異方性材料の層（１６）が螺旋
   配列を有する重合体ネットワークを有する合成樹脂組成
   物から形成されていることを特徴とする液晶表示装置。 ２、合成樹脂組成物がキラルドーパントを有する硬化し
   た液晶合成樹脂から形成されていることを特徴とする請
   求項１記載の液晶表示装置。 ３、合成樹脂組成物が２個以上のアクリレート−エステ
   ル基を有する化合物から成る液晶単量体またはオリゴマ
   を硬化することにより形成されたものであることを特徴
   とする液晶表示装置。