JPH043020A - カラー液晶表示素子 - 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〕 本発明は光学位相板とカラーフィルターを用いたカラー
表示液晶素子に関するものである。

〔従来の技術〕

液晶は、電場や磁場、せん断力などの外場によって配向
状態が変化し、これに伴う光学的性質の変化を利用する
ことにより各種光エレクトロニクスの分野で利用されて
いる。このうち液晶性高分子は低分子液晶に較べて液晶
状態で高粘性であるため、液晶状態で配向させたのち、
ガラス転移点以下に冷却することによって液晶状態の配
向状態を固定化することができるという低分子液晶に見
られない特徴を有している。これを利用して、熱書き込
みの光メモリーや光学フィルターなどの光エレクトロニ
クス分野での応用が試みられている。

これらを実現するためには所望の分子配向を高度に制御
する必要がある。たとえば一種の光学位相子であるスー
パーツイステソトネマティノク（ＳＴＮ）型液晶表示素
子用の色補償板は、液晶層によって楕円偏光となった光
を直線偏光に戻すように機能する必要があるが、この様
な機能は液晶性高分子を水平に、かつ、一定の方向に高
い秩序度と均一性を持って配向させることによって初め
て発現させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の液晶性高分子物質や配向方法では高い均
一性を持って配向させるのは困難で、光学位摺板として
使用できるものは皆無であった。

また従来のポリマーフィルムを延伸した光学位相板では
、配向にねじれ構造を導入することができないために、
光学補償効果が良好でなく、このため白黒表示を行う際
にはあまり支障はないが、カラーフィルターを併用して
マルチカラーやフルカラー表示を行う場合には、色再現
範囲が非常に狭くなってしまうか、カラーフィルターの
濃度を上げなければならないために著しく暗い表示しか
できなかった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決し１色再
現性に優れたカラー液晶表示素子を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明によれば、対の基板と、液晶層と、該
液晶層に電圧を印加するための電極と、該液晶層をはさ
むように配置した一対の偏光子とからなるカラー液晶表
示素子において、カラーフィルターと、オルソ置換芳香
族単位を構成成分として含むポリエステルを主成分とす
る液晶性高分子からなる光学位相板とを該−対の偏光子
の少なくとも一方と該液晶層の間に設けたことを特徴と
するカラー液晶表示素子が提供される。

以下本発明の構成を詳述する。

第１図は本発明によるカラー液晶表示素子の構成を示す
断面図である。図中１０は液晶セルを示し。

該液晶セル１０は、基板ｌ、１１、電極４，１４、配向
膜３゜１３、液晶６、およびシール材５から構成されて
おり、該液晶セル【０の両側には偏光板２，１２が配設
され、該液晶セルＩＯの基板ｌと上偏光板２の間には液
晶性高分子層とカラーフィルターからなる層７が設置さ
れ、カラー液晶表示素子が構成されている。上下偏光板
２，１２のうち一方は反射型偏光板でも良い。

基板１．１１は透光性であれば良く、ガラスやプラスチ
ックフィルムなどが使用可能である。

液晶性高分子層とカラーフィルターからなる層７の構成
は種々のものが考えられるが、その代表例を第２図に示
した。基板１５には液晶セル１０の基板１，１１と同様
に透光性のガラスやプラスチックフィルムが用いられる
３液晶性高分子Ｎ１７を配向させるための配向膜１６は
液晶セル１０の配向膜３，１３と同様にポリイミド、ポ
リアミドイミドなどの高分子被膜を形成後にラビング処
理したもの、有機金属化合物などの塗膜またはそれを熱
処理したものをラビング処理したもの、　ＳｉＯなどの
斜方蒸着膜などを例示することができる。基Ｆｉ１５が
プラスチックフィルムであるときは、基板を直接ラビン
グして、液晶性高分子を配向させることができるので、
このときは配向膜１６は不要である。更に、基板がポリ
イミド、ポリエチレンテレフタレートなどのように延伸
により結晶化が進行するようなプラスチックフィルムで
あれば、−軸延伸したものを使用することにより、ラビ
ング処理がなくても。

液晶性高分子層を配向させることができ、ラビング処理
も不要となる。

用いることのできる液晶性高分子は、オルソ置換芳香族
単位を構成成分として含むポリエステルを主成分とする
液晶性高分子で、以下に示すようなカテコール単位、サ
リチル酸単位、フタル酸単位、およびこれらの基のベン
ゼン環に置換基を有するものを構成成分として含む。

（Ｘは水素、ＣＱ−Ｂｒ等のハロゲン、炭素数が１から
・１のアルキル基もしくはアルコキシ基またはフェニル
基を示す。またｋは０〜２である。）本発明で用いられ
るようなポリエステルは前記構造単位の他に、（ａ）ジ
オール類より誘導される構造低位（以下、ジオール成分
という）およびジカルボン酸類より誘導される構造単位
（以下、ジカルボン酸類分という）および／または（ｂ
）一つの単位中にカルボン酸と水酸基を同時に含むオキ
シカルボン酸類より誘導される構造単位（以下、オキシ
カルボン酸成分という）により構成される。

これらのうち、ジオール成分としては次のような芳香族
および脂肪族のジオールを挙げることができる。

Ｙ。

（Ｙは水素、ＣＱ、Ｂｒ等のハロゲン、炭素数１から４
のアルキル基もしくはアルコキシ基またはフェニル基を
示す、ＱはＯ〜２である。） またジカルボン酸成分としては次のようなものを例示す
ることができる。

オルソ置換芳香族単位に代えて次に示すようなかさ高い
置換基を含む芳香族単位、あるいはフッ素または含フツ
素置換基を含む芳香族単位を構成成分とするポリマーも
また好ましく用いられる。。

ＬＩＩ＋ （２は水素、　ＣＱ、　Ｂｒ等のハロゲン、炭素数が１
から４のアルキル基もしくはアルコキシ基またはフェニ
ル基を示す。厘はＯ〜２である。）オキシカルボン酸成
分としては、具体的には次のような単位を例示すること
ができる。

液晶性高分子を塗布する方法としては液晶性高分子が流
動性を有するカラス転移点以上の温度で直接塗布する方
法、または液晶性高分子を溶媒に溶解させ、？１！液と
して塗布または印刷する方法がある。膜厚の均一性と制
御のしやすさの点で後者を特に好ましく用いる。液晶性
高分子の溶媒としては用いる液晶性高分子の種類１重合
度等によって異なるが、通常下記の物より選ばれる。

クロロホルム、ジクロロエタン、子トラクロロエタン、
トリクロロエチレン、テ１−ラクロロエチレン、オルソ
ジクロロヘンゼンなどのハロゲン系炭化水素、フェノー
ル、０−夕ロロフェノール、クレゾールなどのフェニー
ル系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶媒
、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒
およびこれらの混合溶媒。

溶液濃度は塗布法、高分子の粘性、目的とする膜厚等に
より異なる。液晶表示素子用の補償板を例にすると、要
求される膜厚は２〜１０声程度であるため通常は２〜５
ｔｈｔＺの範囲で使用され、好ましくは、？３０ｗｔ％
の範囲で使用される。塗布法としてはスピンコード法、
ロールコート法、グラビアコート法、ディッピング法、
スクリーン印刷法などを採用できる。液晶性高分子を塗
布後、溶媒を乾燥して除去し、液晶性高分子が液晶性を
示す温度で熱処理して液晶性高分子を配向させる。

液晶性高分子を配向させるときの温度は、液晶性高分子
のガラス転移点以上であることが必要で。

液晶性高分子の等方性液体への転移温度より低いことが
必要である。配向膜の界面効果による配向を助ける意味
でポリマーの粘性は低い方がよく、したがって温度は高
い方がよいが、あまり高いとコストの増大と作業性の悪
化を招き好ましくない。

一般的には５０℃から３００℃の範囲が好ましい。

液晶性高分子層１７の配向にねじれ構造を導入するには
、液晶性高分子としてコレステリンク液晶相を呈するも
のを用いればよい。コレステリンク液晶相を呈する液晶
性高分子は前述のようにネマティック相を呈する液晶性
高分子中に光学活性基を導入するか、光学活性な物質を
添加すればよい。

この場合、液晶性高分子は配向膜面では配向処理の方向
に配列し、厚み方向に自然ピッチに相当するねしれ角、
すなわち自然ピンチをＰ。、膜厚をｄ、ねしれ角をωと
したときに、ω＝３６０　Ｘ　ｄ／Ｐｏ（’　）なるね
じれ角を形成する。

第２図の構成例は、液晶性高分子層１７形成後にカラー
フィルター１８が設けられている場合で、スクリーン印
刷法などの印刷法の類を用いてカラーフィルターを作成
す九ば、マルチカラー表示やフルカラー表示に必要な赤
色、青色、緑色などのカラーパターンをつくることがで
きる。液晶性高分子Ｊｌｉ１７を形成後に染色すること
も可能である。

液晶性高分子に染料や顔料が添加されている場合や、液
晶性高分子の構造内に発色団が導入されて着色している
場合は、液晶性高分子層１７そのものがカラーフィルタ
ーとしても機能するために、カラーフィルター１８は省
略することができる。

液晶性高分子層１７を設けるための基板１５は、第１図
における液晶セルＩＯの上基板１と共用することが可能
で、このときは基板１，１５のうち一方を省略すること
ができる。

カラーフィルター層、または着色した液晶高分子層がト
ンドパターン、あるいはストライプパターンなどのカラ
ーパターンを成すように形成した場合、斜め方向から素
子を見たときに液晶セルの画素とカラーパターンがずれ
て見えないようにするため、基板ｌまたは１５を省く構
成は有利である。

また、第２図の１５〜１８からなる層（第１図の７に相
当）を第１図で、基板ｌと上偏光板２の間に配置すると
き、基板１５を偏光板側に向けるのも有利である。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を述へるが、本発明はこれら実施
例に限定されるものではない。

（実施例１） ガラス基板上にポリアミド酸を主剤とする配向剤をスピ
ンコードし、１００℃のオーブンで１０分間乾燥した後
オーブンの温度を２７０℃に上げ、約１時間保ってポリ
イミド膜を得た。ポリイミド膜面をナイロン植毛布でラ
ビングし、液晶性高分子用の配向膜とした。次いで、こ
の膜面に下記のポリエステル系の液晶性高分子の混合溶
液をスピンコードした。

（本は不斉炭素であることを示す） 濃度は３０ｖｔＬ　ＰＬＩ、！：　ＰＬ２ノ重量比重量
比ハエ０トシ、溶剤はフェノールとテトラクロロエタン
の混合溶液（重量比６０：４０）を用いた。基板に９０
℃のオーブンで１時間乾燥し、溶剤を蒸発させた。次に
オーブンの温度をＰＬＩとＰＬ２の混合物がネマティッ
ク液晶相をとる２００℃まで上げ３０分間後に取り出し
、室温まで急冷した。このようにして得られた液晶性高
分子膜付き基板を２枚の偏光板ではさみ、目視観察を行
ったところ均一な複屈折色が見られ、液晶性高分子層の
厚みムラや配向ムラのないことがわかった。偏光解析に
より、この試料のリターデ−ジョンは８４０ｎ１１、ね
じれ角は２３０°と測定された。

次に、液晶性高分子層に赤、青、緑色のカラーフィルタ
ーを印刷した。これを″基板Ｊｕとする。

次に、液晶セル用のガラス基板を２枚用意して、スパッ
タリングにより透明導電膜を成膜し、フォトリソグラフ
ィー法で電極をパターニングした。

これら液晶セル用の基板は、従来と同じ方法で用意する
ことができ、ここではポリイミド系の配向剤を、塗布→
乾燥→焼成→ラビング処理の工程で作成した。これらを
「基板Ｂ」、「基板Ｃ」とする。基板ＢとＣをエポキシ
系シール剤で貼り合わせた。セルギャップは、平均径が
６．６ミクロンのプラスチックビーズを予め基板Ｂ上に
散布しておくことによって、６．７ミクロンに制御した
。このようにして作成した空セルに、メルク社製のネマ
ティック液晶ＺＬＩ−２２９３ニ同社の光学活性物質Ｓ
−８１１を０．７２ｔｓ七％添加した。液晶組成物を真
空封入し封止した。

ｓ−ｇｔｉにより誘起されるラセンの向きはＰＬ２の場
合と逆である。基板Ｂ、Ｃの配向膜のラビング方向は、
このＳ−８１１の向きに２３０°となるように施されて
おり、更に基板への液晶性高分子用配向膜のラビング方
向と、基板Ｂの液晶用の配向膜のラビング方向は直交す
るように構成した。各基板を貼り合わせた後の断面図を
第３図に示す。

以上のようにして作成した液晶セルを用いて液晶表示素
子を作成し、各色表示を行ったところ。

彩やかな赤、青、緑色表示が可能で、これらの混合によ
るフルカラー表示も可能であった。

（実施例２） 実施例１で用いた液晶性高分子ＰＬＩと円７２の混合溶
液に、赤、青、緑色を呈する３種のアゾ系色素混合物を
溶解し、３色の液晶性高分子溶液を！１８１ｇ１した９
アゾ系色素混合物の濃度は、液晶性高分子に対する重量
濃度で３％とした。これを、実施例１と同様に用意した
、配向膜付き基板上に３回にわけて印刷し、最後に２０
０℃に加熱し、３０分間後に室温まで急冷した。後の工
程は、実施例１と同様に行い、基板Ａ、Ｂ、Ｃを貼り合
わせて液晶表示素子を作成した。

この液晶表示素子も実施例１と同様、良好な色再現性を
示した。

〔発明の効果〕

本発明の液晶表示素子では、配向性のすぐれた液晶性高
分子層を光学補償板として用い、かつカラーフィルター
を用いることにより、すぐれた色再現性を持ったカラー
液晶表示素子を提供できる。

また、配向性のすぐれた液晶性高分子層に染料や顔料を
添加するか、もともと着色しておりがっ配向性のすぐれ
た液晶性高分子を用いることによっても、同様にすぐれ
た色再現性を持ったカラー液晶表示素子の提供が可能と
なる。

さらに、本発明のカラー液晶表示素子では液晶性高分子
の配向にはねじれ構造を導入できるために、液晶セルを
２枚重ねたタイプのカラー液晶表示素子と同等の性能を
維持できる上、これに比較して構成は簡単となり、しか
も軽量化、薄型化およびコスト低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカラー液晶表示素子の構成例を示
す断面図、第２図は液晶性高分子層とカラーフィルター
からなる層の代表例を示す図、第３図は実施例１におい
て各基板を貼り合わせた後の配向を示す断面図である。 １．１１・・基板 ２．１２・偏光板 ３．１３・配向膜 ４．１４・透明電極 ５　　シール剤 ６　　液晶 ７　・液晶性高分子層とカラーフィルターからなる層 特許出願人　株式会社　リ　　コ （ほか１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板と、液晶層と、該液晶層に電圧を印加
   するための電極と、該液晶層をはさむように配置した一
   対の偏光子とからなるカラー液晶表示素子において、カ
   ラーフィルターと、オルソ置換芳香族単位を構成成分と
   して含むポリエステルを主成分とする液晶性高分子から
   なる光学位相板とを該一対の偏光子の少なくとも一方と
   該液晶層の間に設けたことを特徴とするカラー液晶表示
   素子。