JPH06324357A

JPH06324357A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH06324357A
Application number: JP11042093A
Authority: JP
Inventors: Muneharu Akiyoshi; 宗治秋吉; Masahito Ishikawa; 正仁石川; Yuzo Hisatake; 雄三久武; Hitoshi Hado; 仁羽藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】安定して素子全域で液晶分子のダイレクタ−
方位やチルト方位が極めて微細な領域毎に向きを変化し
得る。【構成】少なくとも一方の基板に配向膜を有する 2枚
の電極付き基板間に液晶組成物を間隙材を介して挟持
し、基板表面での液晶分子配列方向を制御し得る配向処
理がなされておらず、かつ液晶組成物のねじれ能力によ
り液晶の捩じれ角が定まるＬＣＤにおいて、間隙材の表
面が疎水性である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型軽量、低消費電力という大き
な利点を持つ液晶表示素子は、日本語ワ−ドプロセッサ
やパ−ソナルコンピュ−タ等のパ−ソナルＯＡ機器の表
示装置に多用されている。液晶表示素子（以下ＬＣＤと
略称）のほとんどは、ネマティック液晶を用いており、
表示方式としては、複屈折モ−ドと旋光モ−ドの 2つの
方式に大別される。

【０００３】捩じれネマティック液晶を用いた複屈折モ
−ドの表示方式のＬＣＤは、たとえば、 90 ゜以上捩じ
れた液晶分子配列を持つＳＴＮ方式がある。このＳＴＮ
方式は、急峻な電気光学特性を持つため、各画素ごとに
薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと略称）やダイオ−ド等
のスイッチング素子がなくても時分割駆動により容易に
大容量表示が得られる。一方、旋光モ−ドのＬＣＤは 9
0 ゜捩じれた分子配列を持つＴＮ方式がある。このＴＮ
方式は、数 10 ミリ秒と応答速度が速く、高いコントラ
スト比を示すことから、時計や電卓、さらにはスイッチ
ング素子を各画素ごとに設けることにより大表示容量で
高コントラストな高い表示性能を持ったＬＣＤ（たとえ
ばＴＦＴ−ＬＣＤ）を実現する事ができる。

【０００４】このＴＦＴ−ＬＣＤは階調表示を行うこと
もできるが、階調表示を行うと、斜めから観察した場合
には表示の反転や黒つぶれ、白抜けといった現象が生じ
る問題がある。これらの問題を解決する手段として、 2
枚の基板間に液晶組成物を挟持してなるＬＣＤであり、
かつ基板表面での液晶分子配列方向を制御し得る配向処
理がなされておらず、かつ液晶組成物のねじれ能力（カ
イラル能）と液晶の捩じれ角が等しくなるよう液晶注入
工程を液晶組成物が液体の状態にて行うことを特徴とし
たＬＣＤが´93 SIDにおいて Y.ToKo らによって提案さ
れている（“TN-LCD's Fabrication by Non-Rubbing Sh
owing Wide and Homogeneous Viewing Angular Charact
eristics and Excellent Voltage Holding Ratio．”
Y.ToKo,et,al,´93S.I.D DIGEST Poster-49 ）。

【０００５】このＬＣＤは、従来のＴＮ方式同様にポリ
イミド系からなる配向膜を基板表面に有するが、この配
向膜に対してラビング等の配向処理をしないでセル化
し、液晶組成物をネマティック相からアイソトロピック
相（等方性液体）への転移温度（Ｔ_I）以上の温度に加
熱し液体状態にて充填することにより得られる。

【０００６】得られたＬＣＤは、電圧を印加しない状態
では液晶分子が基板に対し水平でかつ捩じれ（ 90 ゜）
を持った構造をしているにもかかわらず、配向膜に配向
処理をしていないため、配向膜表面における液晶分子の
ダイレクタ−方位が決まっていない。このため、このＬ
ＣＤの液晶層の旋光効果は、種々の方位性を持っている
こととなる。したがって、この液晶セルを直交偏光板間
に挿入して観察すると種々の方位性持った液晶層の旋光
効果が平均化されて観察され、従来のＴＮ方式における
ノ−マリ−ホワイトモ−ドの常光主導型と異常光主導型
を平均化したした明るさ、色の透過光が観察できる。

【０００７】一方、このＬＣＤに電圧を印加した場合、
液晶分子は従来のＴＮ方式同様、基板法線方向にチルト
するが、そのチルト方向は配向膜表面における液晶分子
のダイレクタ−方位が決まっていないため、様々とな
る。よって、程々の印加電圧では、多数のディスクリネ
−ションラインが発生し、このディスクリネ−ションラ
インによる光の散乱効果とディスクリネ−ションライン
発生部以外の部分の光の非旋光効果により中間調表示が
なされる。また、充分な印加電圧では、従来のＴＮ方式
同様、ディスクリネ−ションラインが発生もなく、液晶
分子はほぼ基板法線方向にチルトして、表示はほぼ黒色
表示となる。

【０００８】ここで、電圧無印加状態、中間調を得る電
圧印加状態、また、液晶分子がほぼ基板法線方向にチル
トする充分な電圧印加状態いずれにおいても液晶分子の
チルト方向やダイレクタ−方位は様々な方向、方位をと
っているので、このＬＣＤはどの方位から見ても表示の
見え方が同じであるといった表示性能の観察方位依存性
のないＬＣＤとなる。また、このＬＣＤは、液晶分子が
チルトしていく時（印加電圧を高くしていくとき）、そ
のチルト方位が様々な方位にあるため、全体では傾きの
みが変化するだけで傾きに方位性のない変化に相当する
作用を得て、液晶層のリタデ−ション変化は、ほぼどの
方位においても簡単に減少する。さらに、その中間調表
示を得る手段として前記多数のディスクリネ−ションラ
インの光散乱効果を用いているので、階調表示をしても
いわゆる表示の反転現象が生じない。

【０００９】このように、このＬＣＤはある程度の広い
表示領域を一つの単位として考えた場合、極めて微細な
領域の個々の表示特性が平均化されて観察されるため、
前述した表示特性の視角依存性が極めて少ない優れた表
示性能を持つＬＣＤとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た優れた表示性能は、ある程度広い表示領域を一つの単
位として考えた場合にのみ得られる。すなわち、前述の
´93 SIDにおいて Y.ToKo らによって提案されているよ
うに従来同様の配向層（ポリイミド系の配向膜）を従来
同様の一般的な膜形成方法にて形成した場合、液晶分子
のダイレクタ−方位やチルト方位は、あまり微細な領域
毎に向きを変化させず、ディスクリネ−ションラインの
発生度合いも素子前面で均一にならず、視角依存性の改
善効果は極めて広い表示領域を一つの単位として考えた
場合にのみしか有効とならない。

【００１１】したがって、ＴＦＴ等を用いた大型で高精
細である、つまり画素サイズが比較的小さい素子におい
ては視角依存性の改善効果が十分でないという問題があ
る。

【００１２】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、配向処理をしていない配向層を有
し、液晶組成物のねじれ能力により液晶の捩じれ角が定
まるＬＣＤにおいて、視角依存性の改善効果が画素サイ
ズが比較的小さい素子においても有効となるよう、安定
して素子全域で液晶分子のダイレクタ−方位やチルト方
位が極めて微細な領域毎に向きを変化し得るようにする
ことのできる新規なＬＣＤを提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のＬＣＤは、少な
くとも一方の基板に配向膜を有する 2枚の電極付き基板
間に液晶組成物を間隙材を介して挟持し、基板表面での
液晶分子配列方向を制御し得る配向処理がなされておら
ず、かつ液晶組成物のねじれ能力により液晶の捩じれ角
が定まるＬＣＤにおいて、間隙材の表面が疎水性である
ことを特徴とする。

【００１４】また、この間隙材が遮光性を有する間隙材
からなることを特徴とする。

【００１５】本発明に係わる表面が疎水性である間隙材
を得る手段しては、一塩基性クロム錯体溶液、ＤＭＯＡ
Ｐ溶液、ＯＤＳ溶液等へ浸漬させる方法がある。

【００１６】このような疎水化処理方法は、遮光性を有
する間隙材に適用することが好ましい。遮光性を有する
間隙材は、表面を黒色にした間隙材や黒色材料を使用し
た間隙材等を挙げることができる。

【００１７】本発明のＬＣＤは、少なくとも一方の基板
に配向膜を有する 2枚の電極付き基板間に間隙材を介し
て形成された液晶セル内に、たとえばネマティック相な
どの液晶相からアイソトロピック相（等方性液体）への
転移温度（Ｔ_I）以上に加熱された液晶組成物を注入
後、Ｔ_I以下に冷却することにより得られる。また、液
晶組成物のねじれ能力により液晶の捩じれ角とが等しく
なるようにＬＣＤを設定する。ここで、液晶組成物のね
じれ能力とは液晶層厚ｄを液晶組成物の螺旋ピッチｐで
割った値（ｄ／ｐ）をいう。また、液晶の捩じれ角とは
液晶セル内における液晶分子配列の捩じれ角をいう。本
発明のＬＣＤにおいて、基板表面での液晶分子配列方向
を制御し得る配向処理がなされておらずとは、液晶分子
が基板表面で方位性のない略水平配向となる配向機能を
有する配向膜を有することをいう。

【００１８】なお、本発明のＬＣＤに使用できる透明電
極および基板等の材料および形成方法は、特に制限がな
く従来のＬＣＤに用いられる材料および方法が適用でき
る。たとえば、透明電極の材料としては、インジウム錫
オキサイド（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）などがあ
り、形成方法としては、反応性蒸着法、反応性スパッタ
リング法、反応性イオンプレーティング法、真空蒸着
法、高周波スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、陽極
酸化法などがある。基板の材料としては、石英、ガラス
などがある。

【００１９】本発明のＬＣＤは、駆動方法や、電極構造
においてもＭＩＭ素子付き電極、ストライプ状の単純マ
トリクス電極構造、およびこれらを用いた、アクティブ
マトリクス駆動、マルチプレックス駆動等を用いること
ができ、とくに制限はない。また、モノクロ表示、カラ
−フィルタ−を具備したカラ−表示のいずれにも使用で
きる。さらに、捩じれ角が 0゜のＥＣＢ型液晶、捩じれ
角が 90 ゜のＴＮ型液晶、および捩じれ角が 90 ゜より
大きいＳＴＮ、ＳＢＥ型液晶等にも使用することができ
る。また、これらの素子に光学的な補償手段（たとえば
色味の補償手段として位相差板を挿入するなど）を用い
ることもできる。

【００２０】

【作用】本発明の達成原理および手法について図面を用
いて詳細に説明する。図１は疎水性処理を行った間隙材
を使用したＬＣＤにおける液晶分子配向状態を模式的に
示す断面図であり、また図２および図３は親水処理を行
った間隙材を使用したＬＣＤにおける液晶分子配向状態
を模式的に示す断面図である。図１から図３において、
電極１および配向層２を有する 2枚の基板３を配向層２
同士を間隙材４を介して対向させ、その間に液晶組成物
５が挟持されている。なお、液晶分子６ａは間隙材４近
傍の、および液晶分子６ｂはバルクの液晶分子の配向状
態を模式的に示す。

【００２１】図１において、間隙材４近傍の液晶分子６
ａとバルクの液晶分子６ｂとは、互いに 90 ゜の角度を
なしており、間隙材近傍とバルクの液晶分子配向は不連
続部分が生じる。したがって、間隙材近傍にはディスク
リネ−ションラインが確実に発生する。

【００２２】一方、従来の親水処理を施した間隙材を用
いた場合では、液晶分子は間隙材表面で水平配向をと
る。この時、電圧印加時における液晶の分子配向は、図
２と図３の場合がある。図２の場合は、図１の場合と同
様に間隙材近傍の液晶分子６ａとバルクの液晶分子６ｂ
とはほぼ 90 ゜の角度をなしており、ディスクリネ−シ
ョンラインが残ってしまう。しかし、図３の場合は間隙
材近傍の液晶分子６ａはバルクの分子配向６ｂと類似し
ているため、ディスクリンネ−ションラインが残りにく
い。親水処理を施した間隙材を用いると図２と図３の２
つの状態が混在し、ディスクリネ−ションラインが残っ
てしまうが、その発生の仕方は不安定で図２の型か図３
の型かどちらの型がたくさん発生するかによって変わ
る。したがって、ＬＣＤに現れるディスクリネ−ション
ラインの発生度合いも素子全面で均一にならず、視角依
存性の改善効果は極めて広い表示領域を一つの単位とし
て考えた場合にのみしか有効とならず、ＴＦＴ等を用い
た大型で高精細である、つまり、画素サイズが比較的小
さい素子においては実用的ではなかった。

【００２３】本発明のＬＣＤは、ディスクリネ−ション
ラインの発生を疎水性処理した間隙材周囲に発生させ
る。間隙材は 2枚の基板間を表面のどの部分も均一に制
御するため、前記基板間に均一に散布される。これによ
り、所望の数のディスクリネ−ションラインを所望の位
置に発生させることができる。このことにより、表示領
域上に現れるディスクリネ−ションラインを均一に発生
させることができ、視角依存性が改善される。また、画
素サイズが極めて小さな画素上においても生じるため光
の散乱効果によりムラのない中間調表示がえられる。

【００２４】また、間隙材として、遮光性を有するたと
えば黒色の間隙材を用いれば、間隙材部分での光の散乱
を防ぐことができ、コントラストが向上する。

【００２５】

【実施例】以下本発明のＬＣＤを詳細に説明する。実施例１ＴＦＴからなるスイッチング素子を設けたＴＦＴ基板お
よびＲＧＢストライプパタ−ンからなるカラ−フィルタ
−付きべた電極基板を用意して、それぞれの表面に配向
処理を施さなくとも僅かなチルト角（約 2゜）を有する
水平配向を得る配向膜材料ＡＬ−３０４６（（株）日本
合成ゴム社製、商品名）を印刷法にて塗布し、 150℃で
1時間焼成し、その後は何も処理を施さない（ラビング
等を行わない）でＬＣＤの配向層を形成した。

【００２６】つぎに基板間隙材として粒径 5.0μm の透
明なミクロパ−ル（積水ファインケミカル（株）製、商
品名）に疎水性処理を行うためクロム錯体ＥＣ２３３Ａ
（スコッチ社製、商品名）の 0.5％溶液に浸し撹拌し
た。軽く水洗し水気をきった後、 150℃で加熱処理し
た。

【００２７】疎水性処理を行った間隙材をカラ−フィル
タ−付きべた電極基板側に散布し表示領域周辺にシ−ル
パタ−ンを設けて 2枚の基板を配向層同士が対向するよ
うにかさね合わせて、 2枚の基板間間隙が疎水性処理済
間隙材粒径と等しくなるように加圧しながら熱処理を施
してシ−ルパタ−ンを硬化させ、ＬＣＤの空セルを作製
した。つぎに、セルおよび液晶組成物を加熱装置付きの
真空チャンバ−内に挿入し、液晶組成物のＴ_I点以上の
温度までセルおよび液晶組成物を加熱し、減圧下にて液
晶組成物をセルの注入口に浸漬し、温度を維持したまま
チャンバ−内を常圧にして、液晶組成物が液体状態のま
まセル内に充填したのち、セルを冷却して実施例１のＬ
ＣＤを得た。ここで、液晶組成物としては正の誘電異方
性を示すネマティック液晶材料ＺＬＩ−４７９２（△ｎ
＝0.094 、Ｔ_I点＝ 92 ℃、（株）メルクジャパン社
製、商品名）に捩じれ角が 5.0μm の基板間間隙（ほぼ
液晶層に等しい）にて丁度 90 ゜となるようカイラル剤
としてｓ−８１１（（株）メルクジャパン社製、商品
名）を 0.41 wt％混合した物を用いており、前述した液
晶組成物の充填工程（液晶注入工程）は、基板および液
晶組成物を 100℃に加熱して行っている。本実施例にお
けるＬＣＤの 1画素の大きさは 100μm × 100μm であ
る。

【００２８】実施例１におけるＬＣＤ内に散布した疎水
性間隙材は、密度 120±20個／mm²で均一に分散してい
た。また実施例１におけるＬＣＤを直交偏光板間に挿入
し、ＴＦＴからなるスイッチング素子を用いて素子を駆
動したところ、電圧無印加状態では、透過率が 9.1％と
明るく、良好な表示を行った。さらに、 3.5V の電圧を
加えたところ表示は前記電圧無印加状態の透過率よりも
暗い 0.40 ％となり、良好な中間調表示を得ることがわ
かった。この時、画素の表示を顕微鏡で観察したところ
1画素内にたくさんのディスクリネ−ションラインが発
生しているのが確認された。またこのディスクリネ−シ
ョンラインが発生している部分以外のところでは液晶層
の旋光性がほとんど解消されて黒色表示をなしていた。
これら、ディスクリネ−ションラインや黒色表示をなし
ている部分は、目視では全く確認されず、各画素の表示
は、ディスクリネ−ションラインの明るさと黒色表示を
なしている部分の暗さが平均化された明るさとして確認
された。ついで印加電圧を 5.5V としたところ表示は
3.5V の電圧を印加した状態の透過率よりもさらに暗い
0.040％となり、見た目にほぼ黒い表示となった。ここ
でも、各画素の表示を顕微鏡で観察してみたが、各画素
ともにディスクリネ−ションラインの発生もなく液晶層
の旋光性がほとんどない状態の極めて良好な黒色表示を
示した。

【００２９】さらに、こうして得られた実施例１におけ
るＬＣＤを階調表示をして駆動し、種々の方向から観察
したところ、どの方向から見ても良好なコントラスト比
であり反転現象もなく表示のざらつきもない極めて良好
な表示性能を持ち、視角依存性のない良好な表示を示し
た。

【００３０】実施例２間隙材として遮光性の高い黒色のブラックミクロパ−ル
（積水ファインケミカル（株）製、商品名）を用いる以
外は実施例１と同一の方法および条件でＬＣＤを作製し
た。

【００３１】得られたＬＣＤを実施例１と同一の方法お
よび条件で評価したところ、実施例１と同一の良好な表
示性能を示した。また、間隙材部分での光散乱がないこ
とにより、コントラスト比は 0-5V にて255:1 であっ
た。なお、この条件において実施例１は227:1 であっ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明のＬＣＤは、少なくとも一方の基
板に配向膜を有する 2枚の電極付き基板間に液晶組成物
を間隙材を介して挟持し、基板表面での液晶分子配列方
向を制御し得る配向処理がなされておらず、かつ液晶組
成物のねじれ能力により液晶の捩じれ角が定まるＬＣＤ
において、間隙材の表面が疎水性であるので、間隙材の
周囲にディスクリネ−ションラインを均一に発生させる
ことができる。

【００３３】その結果、画素サイズが比較的小さいＬＣ
Ｄにおいても、どの方向から観察してもざらつきがなく
階調表示においても反転現象がなく、かつコントラスト
比が高い極めて良好な表示性能を有するＬＣＤが得られ
る。

【００３４】また、間隙材が遮光性を有する間隙材から
なるので、間隙材部分での光の散乱を防ぐことができ、
コントラストがより向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】疎水性処理を行った間隙材を使用したＬＣＤに
おける液晶分子配向状態を模式的に示す断面図である。

【図２】親水性処理を行った間隙材を使用したＬＣＤに
おける液晶分子配向状態を模式的に示す断面図である。

【図３】親水性処理を行った間隙材を使用したときの液
晶分子配向の他の状態を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１………電極、２………配向層、３………基板、４……
…間隙材、５………液晶組成物、６ａ………間隙材近傍
の液晶分子、６ｂ………バルクの液晶分子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤仁神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方の基板に配向膜を有する
2枚の電極付き基板間に液晶組成物を間隙材を介して挟
持し、前記基板表面での液晶分子配列方向を制御し得る
配向処理がなされておらず、かつ前記液晶組成物のねじ
れ能力により液晶の捩じれ角が定まる液晶表示素子にお
いて、前記間隙材の表面が疎水性であることを特徴とす
る液晶表示素子。
【請求項２】請求項１における液晶表示素子におい
て、前記間隙材が遮光性を有する間隙材からなることを
特徴とする液晶表示素子。