JPH0519241A

JPH0519241A - 液晶電気光学素子

Info

Publication number: JPH0519241A
Application number: JP3173605A
Authority: JP
Inventors: Eiji Chino; 英治千野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】二色性色素を含む液晶・高分子複合膜（以下
ＰＤＬＣ）の比抵抗を液晶単体とほぼ同じ値にし、表示
品質、及び信頼性の高い液晶表示体を提供する。【構成】あらかじめ光硬化樹脂を硬化して液晶を含有
できる空隙を有する高分子マトリックスを形成し、この
マトリックスに二色性色素を含む液晶をしみこませて、
ＰＤＬＣの比抵抗が液晶単体とほぼ同じにする。ラテラ
ル型ＭＩＭ素子は素子自身の容量が小さいため、液晶材
料の容量、膜厚はそのままで、素子との容量比率を大き
くすることが可能である。その結果、液晶パネルのコン
トラストを高く維持したまま、表示品質、信頼性の高い
液晶表示体が製造可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶テレビ、液晶プロ
ジェクター、液晶ディスプレイなどの液晶電気光学素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示したように、高分子・液晶複合
膜（以下ＰＤＬＣと呼ぶ）９は、ネマチック液晶材料５
が網目状または格子状高分子６に分散した構造を持つ。
ＰＤＬＣ９は、電圧印加にともなって光散乱状態から光
透過状態に変化する。

【０００３】このＰＤＬＣをディスプレイとして使用す
るには、従来図５のように、素子基板２に形成された回
路素子３、および画素電極７と対向基板４上に形成され
た透明電極（共通電極）６でＰＤＬＣ９を挟んで、印加
電圧で透過光量をコントロールすることによって、表示
が可能になる。ＰＤＬＣをディスプレイとして使用する
と、従来の液晶表示素子に不可欠だった偏光板が不必要
となるため、明るい表示素子を得ることが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＰＤＬＣの比抵抗は１０⁹Ω・cm台であり、通常のＴＦ
Ｔ液晶素子に使用される液晶単体の値１０¹²Ω・cmより
低い。そのため、ＴＦＴに代表される３端子素子素子、
あるいはＭＩＭに代表される非線形２端子素子と組み合
わせた場合電圧保持率が低く、極端な場合には駆動が不
可能であった。

【０００５】これらの原因は次の様に考えられる。

【０００６】ＰＤＬＣを作成する際に、従来は液晶と光
硬化型樹脂を適当な比率で混合した物を液晶セル中に封
入し、これに光を照射する。光照射によって、光硬化型
樹脂は硬化を開始し高分子マトリックスを形成し、最終
的に液晶部分と高分子マトリックス部分に別れ、ＰＤＬ
Ｃが形成される。しかしながら、従来のように光硬化型
樹脂と液晶の混合物を使用した場合には、光照射により
重合するがその反応率が１００％ではない。その結果、
未反応の光硬化型樹脂が不純物として液晶中に存在し比
抵抗が低下する。

【０００７】さらに、ＭＩＭ素子では液晶材料の容量を
大きくして素子自身の容量との比率を大きくすることに
よって良好な駆動が可能となる。しかし液晶材料として
ＰＤＬＣを使用した場合、ＰＤＬＣの容量を大きくする
ために液晶セルのセル厚を薄くすると、散乱度が減少し
結果としてコントラストが極端に低下する。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、あらかじめ
光硬化型樹脂を硬化して液晶を含有できる空隙を有する
高分子マトリックスを形成し、このマトリックスに二色
性色素を含む液晶をしみこませて複合膜の比抵抗を液晶
単体とほぼ同じ値にする。さらに、ラテラル型ＭＩＭ素
子を採用して、液晶材料の容量はそのままでＭＩＭ素子
の容量を小さくして液晶材料と素子との容量比率を大き
くすることにより、表示品質、及び信頼性の高いＰＤＬ
Ｃからなる液晶表示体を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、以下の点を特徴とする。

【００１０】（１）高分子マトリックス中に液晶が分
散・充填されたＰＤＬＣを有する液晶表示素子におい
て、該高分子マトリックスは基板上に液晶を含有できる
空隙を有するようにあらかじめ一層ないしは多層が積層
して形成される。

【００１１】（２）（１）の空隙に、二色性色素を含む
液晶が充填されている。

【００１２】（３）（２）の液晶を駆動する素子が非線
形２端子素子である。

【００１３】（４）（３）の液晶を駆動する素子がＭＩ
Ｍ素子であること。

【００１４】（５）（４）のＭＩＭ素子がラテラル型Ｍ
ＩＭ素子である。

【００１５】

【作用】あらかじめ基板上に形成される高分子マトリッ
クスは光硬化型樹脂が使用されるが、これは紫外線硬化
型樹脂、可視光硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂などが使
用される。これらものを重合して高分子量化するために
は、重合開始剤が必要であるが、これは通常使用されて
いるものが使用される。その代表例としては、メチルエ
チルケトンパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイ
ド、キュメンハイドロパーオキサイド、ターシャリーブ
チルパーオクトエート、ジクミルパーオキサイド、ベン
ゾインアルキルエーテル系、アセトフェノン系、ベンゾ
フェノン系、キサントン系などがあげられる。重合開始
剤は重合される成分に対して、０．００１〜２０重量％
が添加される。０．００１重量％以下では重合速度が遅
く、２０重量％以上では重合開始剤自身が不純物として
作用するためと思われるが、比抵抗が著しく低下する。

【００１６】これら、光硬化型樹脂と重合開始剤の混合
物は適当な手段で基板上に成膜された後、フォトマスク
などを通して硬化することによって希望する空隙を持つ
格子状、あるいは網目状などのパターンが形成される。
あらかじめ硬化してあるので、空隙に液晶を充填しても
液晶中に低分子樹脂、重合開始剤などが不純物としてと
け込むことが防止される。さらに必要に応じて、洗浄す
るなどして硬化後の樹脂の不純物濃度をさらに低下させ
ることができる。そのため、未反応の成分が液晶中に不
純物として存在することがなくなり、ＰＤＬＣの比抵抗
が液晶単体並みに向上する。

【００１７】これらの液晶には、二色性色素が添加され
ていることが望ましい。二色性色素としては、アントラ
キノン系色素、アゾ系色素、アゾメチン系色素などが好
ましく用いられる。これらの色素は液晶に対して、０．
０５〜５重量％添加される。二色性色素を添加すること
によって、コントラスト比が高い表示体とすることが可
能である。

【００１８】このようにして得られたＰＤＬＣは、電圧
が印加されていないときには液晶及び二色性色素は壁面
に沿ってランダムに配列するため光が二色性色素に吸収
され着色して見える。これに電圧を印加すると、電界方
向に液晶分子及び二色性色素が配向し光の吸収が大幅に
減少するため、ほぼ透明に見える。これを利用して表示
が可能となる。

【００１９】このようにして得られたＰＤＬＣを駆動す
る駆動素子としては非線形２端子素子のＭＩＭ素子、特
にラテラル型ＭＩＭ素子が望ましい。ＭＩＭ素子の構
造、特性などは”液晶ー応用編岡野光治、小林俊介
編培風館発行”あるいは、”フラットパネル・ディ
スプレイ日経ＢＰ社電子グループ編日経ＢＰ社
発行”に詳しい。ＭＩＭ素子はＴＦＴ素子に比較して液
晶材料への印加電圧を高くできるので、閾値電圧が通常
の液晶材料に対して若干高目のＰＤＬＣを駆動するのに
都合がよい。さらに、ラテラル型ＭＩＭ素子は素子自身
の容量が小さいため、液晶材料の容量はそのままで、つ
まり液晶セルの厚さを薄くすることなくＭＩＭ素子の容
量を小さくして液晶材料と素子との容量比率を大きくす
ることが可能である。その結果、液晶パネルのコントラ
ストを高く維持したまま駆動可能である。

【００２０】以上２つの要因により、安定な駆動が可能
になり、表示品位も向上する。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明による液晶電気光学素子の
電圧無印加時の断面図である。図中、１はあらかじめ形
成された高分子マトリックス、２は素子基板、３は回路
素子、４は対向基板、５はネマチック液晶分子、６は対
向電極、７は画素電極、８はシール剤である。電圧無印
加状態では、液晶分子及び二色性色素は高分子マトリッ
クスの壁面あるいは基板の壁面に沿って配列するため、
素子に入射した光は二色性色素に吸収され着色して見え
る。

【００２２】図２は、本発明による液晶電気光学素子の
電圧印加時の断面図である。液晶分子及び二色性色素は
は電界方向に向くため、光は吸収されることなく直進す
る。このように、電圧の有無によって光の透過量をコン
トロールすることが可能となる。

【００２３】この液晶電気光学素子は次の様にして作成
した。

【００２４】対向基板上に紫外線硬化型樹脂（ウレタン
アクリレート）を成膜後の膜厚が１０μｍになるように
スピンコートによりコートした。その後図３で示される
パターンになるように、１５００ｍＪ／cm²の紫外線を
照射し、硬化を行なった。その後、未硬化の部分を剥
離、洗浄した。次に、この対向基板と素子基板を液晶注
入口を残してシールした。二色性色素（Ｄ３５、ＢＤＨ
社製）１重量％を含むネマチック液晶（Ｂ７，ＢＤＨ社
製）を液晶注入口から真空封入した後注入口を封止し
た。このようにして得られたパネルをラテラル型ＭＩＭ
素子により駆動した。代表的なラテラル型ＭＩＭ素子の
断面図を図４に示す。この場合、Ｔａ１４、陽極酸化Ｔ
ａ₂Ｏ₅１６、Ｃｒ１７でラテラル型ＭＩＭ素子を形成す
るため、従来のＭＩＭ素子に比べ容量を１／１０以下に
小さくすることができる。

【００２５】得られた液晶セルの比抵抗は、２．１×１
０¹¹Ω・cm、コントラストは１：３０であった。

【００２６】（実施例２）実施例１におけるウレタンア
クリレートの代わりに、ビスフェノール型エポキシアク
リレート：フェノールノボラック型エポキシアクリレー
ト＝８５：１５の割合で混合した混合物を紫外線硬化型
樹脂として使用した。紫外線硬化後、１８０度×３０分
の熱硬化を施した。それ以外は、実施例１と同様にして
液晶セルを組み立てた。得られた液晶セルの比抵抗は、
１．３×１０¹⁰ Ω・cm、コントラストは１：１５であ
った。

【００２７】（実施例３）実施例１における紫外線硬化
型樹脂の代わりに、電子線硬化型樹脂を使用した。それ
以外は、実施例１と同様にして液晶セルを組み立てた。
得られた液晶セルの比抵抗は、５．３×１０⁹Ω・cm、
コントラストは１：２６であった。

【００２８】（比較例）実施例１における紫外線硬化樹
脂の代わりに、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：硬化
剤＝１００：１の割合で混合した混合物１を、混合物
１：液晶（Ｂ７）＝２５：７５の割合で混合した。この
混合物を、あらかじめ対向基板と素子基板を張り合わせ
たパネルに封入した。その後、２０００ｍの紫外線を照
射してＰＤＬＣを作成した。このようにして得られたパ
ネルをＴＦＴ素子で駆動した。得られた液晶セルの比抵
抗は、６．５×１０⁷Ω・cmで非常に低く、十分な電荷
の保持ができないため画像を表示することはできなかっ
た。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、比
抵抗が高くその結果信頼性の良好な液晶ディスプレイを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶電気光学素子の電圧無印加時
の断面図を示す図。

【図２】本発明による液晶電気光学素子の電圧印加時の
断面図を示す図。

【図３】本発明に使用する高分子マトリックス作成する
の必要なフォトマスクパターン代表例を示す図。

【図４】本発明に使用するラテラル型ＭＩＭ素子の断面
図を示す図。

【図５】従来のＰＤＬＣを使用した液晶電気光学素子を
示す図。

【符号の説明】１高分子マトリックス２素子基板３回路素子４対向基板５ネマチック液晶６対向電極７画素電極８シール剤９ＰＤＬＣ１０紫外線硬化樹脂１１光透過部分１２光未透過部分１３Ｔａ₂Ｏ₅ １４Ｔａ１５ポリイミド１６陽極酸化Ｔａ₂Ｏ₅ １７Ｃｒ１８二色性色素

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０９Ｆ 9/35 ３９０ 7926−5Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子マトリックス中に液晶が分散・充
填された高分子・液晶複合膜を有する液晶表示素子にお
いて、該高分子マトリックスは基板上に液晶を含有でき
る空隙を有するようにあらかじめ一層ないしは多層が積
層して形成されることを特徴とする液晶電気光学素子。
【請求項２】請求項１の空隙に、二色性色素を含む液
晶が充填されていることを特徴とする液晶電気光学素
子。
【請求項３】請求項２の液晶を駆動する素子が非線形
２端子素子であることを特徴とする液晶電気光学素子。
【請求項４】請求項３の液晶を駆動する素子がＭＩＭ
素子であることを特徴とする液晶電気光学素子。
【請求項５】請求項４のＭＩＭ素子がラテラル型ＭＩ
Ｍ素子であることを特徴とする液晶電気光学素子。