JPH0990326A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱工程の熱によって光重合性樹脂が自己重
合を起こしやすい。 【課題解決手段】 電極を有する少なくとも一方が透明
な一対の基板１，２間に、高分子壁７により液晶領域を
取り囲んで表示媒体４を挟持してなる液晶表示素子にお
いて、表示媒体４は、液晶、光重合性樹脂、光重合性開
始剤、光重合性熱重合禁止剤を少なくとも有するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＯＡ（Office Aut
omation）用、ＡＶ（Audio Visual）用などの液晶パネ
ルに幅広く利用され、特に高視野角が必要となる大型液
晶テレビ、車載用液晶テレビ又は携帯型情報ツール用液
晶パネルなどに利用される液晶表示素子に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶ディスプレイに利用されてい
る表示モードの中で、液晶と高分子の複合膜を利用した
高分子分散型液晶表示モードが最近脚光を浴びている。
この表示モードの中には、例えば高分子分散型液晶（Ｐ
ＤＬＣ：Polymer Dispersion Liquid Crystal）があ
る。これは、一対の対向する基板間に、液晶滴が高分子
中に分散された表示媒体として挟持されており、基板間
に電圧を印加すると、液晶分子の配向が電界に沿って並
び、液晶分子の常光屈折率と支持媒体である高分子（ポ
リマー）の屈折率とが一致し、透明状態を得る（光を透
過）。また、基板間に電圧を印加しないと、液晶分子の
配向の乱れにより、高分子と液晶との界面において光散
乱状態が生じ、不透明状態を得ることにより（光を遮
断）、表示を行うものである。

【０００３】このような高分子と液晶との複合膜の作製
は、液晶材料とポリマーとなる低分子量の光重合性物質
と光重合開始剤とからなる混合材料に、紫外光を照射す
ることで光重合性物質を重合させ、液晶材料と透明性の
高分子材料を作製する。また、ポリマーとなる低分子量
の光重合性物質には、有機化合物である重合禁止剤また
は重合抑制剤が含有されており、光重合性物質の自己重
合を防止している。

【０００４】また最近では、光重合性ビニル基やアクリ
ロイル基を有する熱重合禁止剤を含有する技術が、特開
平７−１０４２５１号公報に開示されており、この技術
が、上記の高分子分散型液晶表示モードに利用されてい
る。

【０００５】また、高分子分散型液晶表示モードと同様
の組成比の混合物を用いて、液晶と高分子とを組み合わ
せた新規表示モードが、特開平６−３０１０１５号公報
に開示されており、この表示モードは、液晶を高分子に
よって放射状に配向させた高視野角化と、ある液晶領域
を微細に高分子壁で仕切った耐衝撃性効果とに利用する
ことができる。この表示モードにおいては、液晶と高分
子とが絵素単位の大きさで相分離させることが必要であ
るが、そのためには紫外光照射と共に温度の昇降によっ
て相分離する方法が効果的である。そのため、必要に応
じてＰ−フェニルスチレンなどの光重合抑制剤を含有さ
せる場合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−３０１０１５号公報の表示モードにおいては、液晶
や光重合性物質を加熱する際、その温度は液晶の液化状
態への相転移温度以上であるため、光照射して相分離さ
せる前に、その温度によって光重合性物質が自己重合を
起こすことがあり、その場合には、優れた相分離を行う
ことが困難であった。

【０００７】また、多官能基を有するオリゴマーなどを
用いた場合においても、上記と同様に熱による自己重合
が起こりやすかった。

【０００８】本発明は上記のような問題点を解決したも
ので、光重合性樹脂が自己重合を起こすことがなく、優
れた相分離を行うことができる液晶表示素子を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、電極を有する少なくとも一方が透明な一対
の基板間に、高分子壁により液晶領域を取り囲んで表示
媒体を挟持してなる液晶表示素子において、上記表示媒
体は、液晶、光重合性樹脂、光重合性開始剤、光重合性
熱重合禁止剤を少なくとも有するものである。

【００１０】また、上記光重合性熱重合禁止剤は、光重
合性ビニル基を有するものであり、また、上記光重合性
熱重合禁止剤は、アクリロイルオキシ基を有するもので
ある。

【００１１】以上のように本発明によれば、液晶と光重
合性樹脂と光重合開始剤との混合物に、光重合性熱重合
禁止剤を加えることにより、光照射などによる相分離前
に加熱工程などを経ても、光重合性樹脂が自己重合を起
こすことがなくなる。また、液晶領域を高分子壁で絵素
単位毎に仕切ることで、液晶パネルの剛性を向上させ、
耐衝撃性の優れた液晶表示素子を作製する場合、多官能
の光重合性樹脂（モノマー）を組成物内に含ませるが、
この場合においても、光重合性樹脂の自己重合を抑制す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示素子の一
実施形態を図１乃至図５と共に詳細に説明する。尚、本
発明は以下の一実施形態に限定されるだけのものではな
い。図１乃至図５において、ＩＴＯ（Indium Tin Oxid
e）などの透明電極を有する一対の透明な基板１，２上
に、必要に応じて絶縁膜、配向膜を形成し、その配向膜
上にはラビング処理が施される。この一対の基板１，２
は透明電極側の面に、スペーサ（図示せず）を介して対
向させ、シール３により貼り合わせる。この基板１，２
間に、予め十分加熱かつ均一に混合した液晶，光重合性
樹脂，光重合開始剤，光重合性熱重合禁止剤を含む表示
媒体４を公知の方法、例えば真空注入法で注入する。

【００１３】この表示媒体４を絵素単位で相分離する
が、その相分離法は特に限定はしないが、例えば、図１
のようにホトマスク５越しに紫外光を照射する方法、絵
素部と非絵素部との表面張力差を利用する方法、図４に
示すように液晶表示素子の構成要素であるＩＴＯ電極１
５，１６やカラーフィルタなどの紫外光を吸収する部材
にホトマスクの機能を持たせる方法などが考えられる
が、いずれも紫外光照射と温度の昇降とを伴う。詳しく
は、例えばホトマスク５越しに紫外光を照射する方法に
ついては、基板１，２間に表示媒体４を注入後、基板
１，２を表示媒体４の相転移点温度以上に加熱し、基板
２の外側の面に絵素ピッチに相当するホトマスク５を形
成し、基板１，２の温度を保ちながらホトマスク５越し
に紫外光を図１に示す矢印方向に適量照射する。次に紫
外光照射後に、基板１，２を室温またはそれ以下の温度
までゆっくり徐冷する。その後、さらに紫外光を照射
し、液晶６の配向を安定させるために液晶６の相転移点
温度以上まで十分加熱し、その後、徐冷して図３に示す
ような液晶セルが得られる。

【００１４】ここで用いる光重合性熱重合禁止剤は、製
造工程上、熱による重合反応を阻害し、それ自身が光に
よって重合を起こす化合物である。この化合物は、例え
ば、主にヒドロキノン誘導体、Ｐ−ベンゾキノンなどの
ベンゾキノン誘導体、ニトロ化合物、ジフェニルアミン
などのフェノール誘導体、ジフェニルピクリルヒドラジ
ンが挙げられ、これらにビニル基やアクリロイルオキシ
基などのラジカル発生可能官能基を有する化合物で、そ
の含有量は、表示媒体４に含まれる樹脂中に１０ｐｐｍ
〜１００００ｐｐｍ含まれていればよい。

【００１５】また、液晶表示素子の構造は、液晶領域を
絵素部毎に細かく図４に示すような高分子壁７によって
仕切られており、液晶領域の配向は基板１，２の界面の
規制力や液晶材料内のカイラル物質により、その高分子
に全く関係なく安定して配向させることができる。例え
ばＳＴＮ（Super Twisted Nematic）配向などの界面の
制御が難しい表示モードなどにも目的の配向状態を得る
ことができる。しかし、表示媒体４を、液晶６と光重合
性樹脂（高分子壁７）とに絵素サイズ程の大きさに相分
離させるためには、表示媒体４の温度の昇降が非常に効
果的である。もし、必要なら加熱−徐冷を数回繰り返す
ことで、さらに液晶６と光重合性樹脂との相分離が、よ
り明確なものとなる。しかし、加熱を数回行うことで、
光重合性樹脂が熱によって自己重合を起こしやすくな
る。よって、熱重合禁止剤を加えることで、安定したプ
ロセスを経由することができる。

【００１６】また、相分離後、熱重合禁止剤が液晶６と
光重合性樹脂との中に不純物として残らないように、そ
れ自身が光重合性である。よって、相分離後、熱重合禁
止剤は表示媒体４内で不純物となることがなく、他の光
重合性樹脂と重合し、図４に示すような高分子壁７を形
成する。

【００１７】また、本発明は、ＳＴＮモード、軸対称配
向表示モード、ＴＮモード、ＦＬＣ（Ferroelectric Li
quid Crystal）モードなどの従来利用されているほとん
どの表示モードに利用することができる。また、基板と
してガラス基板、プラスチックなどを用いることがで
き、さらに、基板１，２上にＴＦＴ（Thin Film Transi
stor）、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal）などのアク
ティブ素子が形成されていてもよい。

【００１８】また、液晶セルの両面に偏光板８，９を配
置して液晶表示素子を作製し、この作製した液晶表示素
子は、図５に示すように、液晶表示素子の一方主面に反
射板１０、その他方主面にタッチパネル１１を配置する
と、ペン入力時の押圧に対して優れた耐衝撃性を有し、
それによってスムーズな動作が行えるペン入力一体型液
晶表示装置を得ることができる。

【００１９】

【実施例１】以下、高分子壁７によって絵素部に形成さ
れる液晶領域を囲む構造のＳＴＮ（Super Twisted Nema
tic）型液晶表示素子について図１乃至図３と共に説明
する。

【００２０】図１乃至図３において、ＩＴＯ電極を有す
る一対の透明なプラスチック基板１，２の電極側の面
に、ＳｉＯ₂（酸化シリコン）からなる絶縁膜と、ポリ
イミドからなる配向膜とを順次形成する。ここで使用す
るプラスチック基板１，２は架橋アクリル重合体などで
ある。また、配向膜はラビング処理される。この一対の
基板１，２は、透明電極を対向させながらスペーサ（図
示せず）を介して、シール３により貼り合わせる。

【００２１】この基板１，２間には表示媒体４を注入す
るが、ここでは、液晶材料として、ＳＴＮ用液晶である
ＺＬＩ−４４２７（メルク社製）（カイラル剤としてＳ
−８１１（メルク社製）を３％含む）を０．８３ｇ用い
る。光重合性樹脂としては、ラウリルアクリレートを
０．０６６ｇ、Ｍ−９０５０（東亜合成製）を０．０８
２ｇ、Ｐ−フェニルスチレンを０．０２２ｇ用いる。光
重合開始剤としてＩｒｇａｃｕｒｅ６５１（チバガイギ
ー社製）を０．００２ｇを用い、光重合性熱重合禁止剤
としてのスミライザーＧＭ（住友化学社製）を、これら
の混合物に対して０．２％含有させて用いる。

【００２２】この表示媒体４を均一に混合するが、その
際、熱を加えて十分均一に混合しなければならない。こ
のとき十分均一に混合しないと、表示媒体４の注入時に
分離が起こり、基板１，２全体に組成むらが発生する。
室温において、この表示媒体４を公知の真空注入法にて
基板間に注入する。

【００２３】次に、表示媒体４を液晶と光重合性樹脂
（以下、ポリマーと言う）に相分離するが、ここではホ
トマスク５越しに図１に示す矢印方向の紫外光１２を照
射し、光の強弱を設けることによって、光弱領域は絵素
部１３に対応し、光強領域は非絵素部１４に対応してい
る。まず、一対の基板１，２を表示媒体４が十分等方性
液体状態となるように加熱するが、このときの基板１，
２の温度は１００℃とする。その後、基板１，２の温度
を１００℃に保ちながら紫外光１２を照射するが、高圧
水銀ランプ下５ｍＷ／ｃｍ²のところで５分間ホトマス
ク越しに図１に示す矢印方向の紫外光１２を照射する。

【００２４】次に、相分離を行うために、室温またはそ
れ以下の温度までゆっくり徐冷する。徐冷後、液晶６は
絵素部１３に、ポリマーは非絵素部１４に凝集する。し
かしこのままでは、ポリマーの重合度が十分でない場合
が多いので、再度、室温またはそれ以下の温度下で紫外
光を上記と同様の条件で照射し、ポリマーの架橋度を上
げる。またさらに、液晶６の配向性を安定させるため
に、液晶６が等方性液体状態を示す温度まで加熱し、再
度ゆっくり徐冷する。

【００２５】このようにして作製した液晶セルは、製造
工程中で数回加熱されるにもかかわらず、ポリマーが熱
によって自己重合を起こすことなく、紫外光１２の照射
によって光重合性樹脂は反応を起こす。この液晶セルの
両面に偏光板８，９と位相差板とを適宜配置し、液晶表
示素子を作製した。

【００２６】

【実施例２】以下、液晶６を軸対称的に配向し、対称高
分子壁７によって絵素部１３に形成される液晶領域を囲
む構造の液晶表示素子の製造方法について図１乃至図３
と共に説明する。図１乃至図３において、ＩＴＯ電極を
形成した一対のガラス基板１，２を、ＩＴＯ電極側の面
を対向させながらスペーサ（図示せず）を介して、シー
ル３により貼り合わせる。

【００２７】この基板１，２間に注入する表示媒体４を
注入するが、表示媒体４は、液晶６としてＺＬＩ−４７
９２（メルク社製）（カイラル剤Ｓ−８１１（メルク社
製）を０．３重量％添加）を０．９ｇ、光重合性樹脂と
してＲ−６８４（日本油脂社製）を０．０７ｇとＰ−フ
ェニルスチレンを０．００５ｇと２−エチルヘキシルメ
タクリレート０．０１ｇとラウリルメタクリレート０．
００５ｇ、光重合開始剤としてＩｒｇａｃｕｒｅ６５１
（チバガイギー社製）を０．００３ｇを用いる。そし
て、これらの混合材料に、さらに光重合性熱重合禁止剤
としてスミライザーＧＭ（住友化学社製）を混合材料に
対して０．１％含ませ、これらを十分な熱を加えながら
均一に混合する。

【００２８】次に、表示媒体４を公知の真空注入法で基
板間に注入する。注入後、表示媒体４を液晶６とポリマ
ーとに相分離するが、ここでは相分離法としてホトマス
ク法を用いる。まず、表示媒体４を挟んだ一対の基板
１，２を、表示媒体４が十分に等方性液体状態になる温
度まで加熱するが、このときの基板１，２の温度は１０
０℃とする。そして、この温度雰囲気中、ホトマスク５
越しに図１に示す矢印方向の紫外光１２を照射するが、
このとき、ホトマスク５は絵素部１３の基板１，２上に
形成される。この場合、ホトマスク５越しに紫外光１２
を照射して光強弱領域を設けるが、光弱領域は絵素部１
３に対応し、光強領域は非絵素部１４に対応している。
また、紫外光１２は上記実施例１と同様に、例えば高圧
水銀ランプ５ｍＷ／ｃｍ²の照度のところで５分間ホト
マスク５越しに照射する。

【００２９】その後、相分離を行うために、室温または
それ以下の温度までゆっくり徐冷し、徐冷後、液晶６は
絵素部１３に、ポリマーは非絵素部１４に凝集する。こ
のままでは、ポリマーの重合度が十分でない場合が多い
ので、再度、室温またはそれ以下の温度雰囲気中、紫外
光１２を上記と同様な条件で照射し、ポリマーの架橋度
を上げる。またさらに、液晶６の配向性を安定させるた
めに、液晶６の等方性液体状態になる温度まで加熱し、
再度ゆっくりと徐冷する。

【００３０】このようにして作製した液晶セルは、製造
工程中で数回加熱されるにもかかわらず、ポリマーが熱
によって自己重合を起こす事がなく、紫外光１２の照射
によってポリマーは反応を起こす。この液晶セルの両面
に偏光板８，９と位相差とを適宜配置し、液晶表示素子
を作製した。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、表示媒体
として、液晶、光重合性樹脂、光重合開始剤、光重合性
熱重合禁止剤を少なくとも用いることにより、液晶と光
重合性樹脂の相分離工程において、加熱−徐冷工程を数
回繰り返す厳しい条件下でも、熱による光重合性樹脂の
自己重合を抑制することができる。

【００３２】また、本発明の液晶表示素子は、携帯型情
報ツール、ノートパソコンなどのユーザーがよく持ち歩
いて使用するものに利用され、落としたり、ぶつけたり
と言った外部からの衝撃に対しても、液晶表示素子の剛
性が高いため、壊れにくい。また、ペン入力型装置など
の細いペン先による押圧に対しても、セル厚の変化が起
こらず、表示の乱れが発生しない。さらに、従来必要で
あった厚いガラス基板などによるペン入力時の衝撃回避
が不要となり、ペン先と表示部との視差がかなり小さく
なり、また軽量となるため、使用勝手が非常によくな
る。

【００３３】さらに、上記のような衝撃に対しても剛性
を上げるためには、基板間の高分子壁の硬度が高い方が
好ましく、そのためには多官能性の反応性の高い光重合
性樹脂を用いる必要があるが、表示媒体に含まれる光重
合性熱重合禁止剤により光重合性樹脂の自己重合を防ぐ
ことができるので、製造工程上、安定した歩留まりが期
待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の一実施形態を示すホト
マスク越しに紫外光を照射している状態の説明図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態を示す透明電極をホトマス
クとして紫外光を照射している状態の説明図である。

【図３】本発明の一実施形態を示す液晶セルの断面図で
ある。

【図４】本発明の一実施形態を示す一方の基板を取り外
した液晶セルの斜視図である。

【図５】本発明の一実施形態を示すタッチパネル一体型
液晶表示素子の断面図である。

【符号の説明】

１，２ 基板 ３ シール ４ 表示媒体 ５ ホトマスク ６ 液晶 ７ 高分子壁 ８，９ 偏光板 １０ 反射板 １１ タッチパネル １２ 紫外光 １３ 絵素部 １４ 非絵素部 １５，１６ ＩＴＯ電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極を有する少なくとも一方が透明な一
   対の基板間に、高分子壁により液晶領域を取り囲んで表
   示媒体を挟持してなる液晶表示素子において、 上記表
   示媒体は、液晶、光重合性樹脂、光重合性開始剤、光重
   合性熱重合禁止剤を少なくとも有することを特徴とする
   液晶表示素子。
2. 【請求項２】 上記光重合性熱重合禁止剤は、光重合性
   ビニル基を有することを特徴とする請求項１記載の液晶
   表示素子。
3. 【請求項３】 上記光重合性熱重合禁止剤は、アクリロ
   イルオキシ基を有することを特徴とする請求項１記載の
   液晶表示素子。