JP2008129529A - 液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、ラビング膜である第1配向膜を有する第1配向処理基板と、光二量化型材料を含有する光配向膜である第2配向膜を有する第2配向処理基板と、第1配向処理基板および第2配向処理基板間に形成され、強誘電性液晶を含有する液晶層とを有する液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が、単安定性を示し、かつ、上記第2配向膜処理基板の第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、分子方向が基板面に対して平行にチルト角の約2倍変化するものであることを特徴とする液晶表示素子を提供することにより、上記目的を達成する。
【選択図】図3
Description
強誘電性液晶として、正の極性の電圧のみに応答するものを用いた場合にも電荷のバランスをとるため、正の極性の電圧印加(書き込み)と負の極性の電圧印加(消去)を交互に行う。TFT素子を用いた場合、全ての画素に同時に電圧を書き込むことはできないため、1ライン毎に走査する。そのため、1ライン目の書き込みとLライン目の書き込みはタイミングがずれる。消去についても同様で、図15に示す例では、全てのラインの書き込みが終了した後に、1ライン目から消去を行う。
さらにフィールドシーケンシャルカラー方式では、書き込みと消去をバックライトの点滅に同期させて行う。図15において、+(R)とはR(赤色)のバックライトに同期させて書込み走査(正の極性の電圧印加)したことを示し、−(R)とはRのバックライトに同期させて消去走査(負の極性の電圧印加)したことを示す。同様に、+(G)、−(G)、+(B)、−(B)についても、それぞれG(緑色)、B(青色)のバックライトに同期させて走査したことを示す。
なお、図15おいて、明(R)とはR(赤色)のバックライトに同期させた走査によって明状態となることを示し、暗とはR(赤色)・G(緑色)・B(青色)のそれぞれのバックライトに同期させた走査によって暗状態となることを示す。また同様に、明(G)、明(B)についても、それぞれG(緑色)、B(青色)のバックライトに同期させた走査によって明状態となることを示す。
ITO電極が形成されたガラス基板上に、ポリイミド(日産化学工業社製、商品名:SE-5291)を印刷し、ラビング処理することにより配向膜を形成した。また、ITO電極が形成されたガラス基板上に、光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液をスピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm2照射し、配向処理を行った。
次に、強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、注入口上部に強誘電性液晶を付着させ、オーブンを用いて、N相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻した。
ITO電極が形成された2枚のガラス基板上に、それぞれ光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液をスピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm2照射し、配向処理を行った。
次に、強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、注入口上部に強誘電性液晶を付着させ、オーブンを用いて、N相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻した。
本発明の液晶表示素子は、第1基材と、上記第1基材上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、ラビング膜である第1配向膜とを有する第1配向処理基板、および、第2基材と、上記第2基材上に形成された第2電極層と、上記第2電極層上に形成され、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜である第2配向膜とを有する第2配向処理基板を、上記第1配向膜と上記第2配向膜とが対向するように配置し、上記第1配向膜と上記第2配向膜との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が、単安定性を示し、かつ、上記第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、上記強誘電性液晶の分子方向が上記第1配向処理基板面に対して平行に上記強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものであることを特徴とするものである。
図2は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図2に例示する液晶表示素子2においては、第1基材3上に第1電極層4および第1配向膜5が順に形成された第1配向処理基板6と、第2基材13上に第2電極層14および第2配向膜15が順に形成された第2配向処理基板16とが対向しており、第1配向処理基板6の第1配向膜5と第2配向処理基板16の第2配向膜15との間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層10が構成されている。また、第1配向膜5は、ラビング膜であり、第2配向膜15は、光二量化型材料を含有する光配向膜である。さらに、第1配向膜5および第2配向膜15は、それぞれの配向処理方向が平行になるように配置されている。
さらに、第1電極層が負極(−)、第2電極層が正極(+)となるように電圧を印加すると、印加電圧の極性の影響によって、図3に例示するように、液晶分子1の自発分極Psは第1配向膜5側を向くようになる。この場合、自発分極の向きは、電圧無印加状態と同様になる。
自発分極の向きがこのような方向になるのは、自発分極の向きが、強誘電性液晶の分極と配向膜の分極または電圧の極性とが電気的につり合う方向になるため、液晶分子が電気的に安定な状態になるからである。
なお、図6(a)は、図3の上面からの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、自発分極Psは紙面手前から奥方向に向いている(図6(a)中の×印)。また、図6(b)は、図4の上面からの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、自発分極Psは紙面奥から手前方向に向いている(図6(b)中の●印)。
例えば図7に示すように、第1基材3上に第1電極層4および第1配向膜5が積層された第1配向処理基板6と、第2基材13上に第2電極層14および第2配向膜15が積層された第2配向処理基板16との間に、強誘電性液晶を含む液晶層10が形成された液晶表示素子において、第1配向処理基板6および第2配向処理基板16の外側にそれぞれ偏光板17aおよび17bを設け、偏光板17a側から光が入射し、偏光板17b側から光が出射するものとする。2枚の偏光板17aおよび17bは、それぞれの偏光軸が略垂直に、かつ、偏光板17aの偏光軸と第1配向膜5の配向処理方向(液晶分子の配向方向)とが略平行になるように配置されている。
なお、図8中の記号等については、図15に示した記号等と同様である。
一般に、ラビング膜は、光配向膜に比べて、高いプレチルト角を実現することができる。したがって、ラビング膜を用いることにより、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥の発生を抑制することができる。
本発明においては、上述したように電圧無印加状態では、極性表面相互作用によって液晶分子の自発分極が第1配向処理基板側を向く傾向にある。すなわち、スイッチオフ状態のとき、図10に例示するように、液晶分子1の自発分極PsがTFT基板(第1配向処理基板)6側を向く。したがって、自発分極の向きは、共通電極(第2電極層)14およびゲート電極24x間に印加された電圧の影響を受けることがない。
一方、例えば電圧無印加状態にて自発分極が共通電極基板(第2配向処理基板)側を向く場合には、スイッチオフ状態のときに共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響によって、ゲート電極が設けられている領域付近で自発分極の向きが反転してしまう。そうすると、ゲート電極が設けられている領域付近では、スイッチがオフであるにもかかわらず、強誘電性液晶が動作して光漏れが生じる。
これに対し、上述したように本発明においては、自発分極の向きは、共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響を受けないので、光漏れが生じることがない。したがって本発明においては、自発分極の向きを制御し、第2配向処理基板を共通電極基板とすることにより、ゲート電極付近の光漏れを防止することができる。
本発明に用いられる強誘電性液晶は、単安定性を示し、かつ、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものである。
なお、「HV字型スイッチング特性」とは、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光学特性をいう。
Ra−Q1−X1−(Q2−Y1)m−Q3−Rb
(式中、RaおよびRbはそれぞれ、直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、Q1、Q2およびQ3はそれぞれ、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピラジン−2,5−ジイル基、ピリダジン−3,6−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基であり、これらの基はハロゲン原子、水酸基、シアノ基等の置換基を有していてもよく、X1およびY1はそれぞれ、−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CH2CH2−、−C≡C−または単結合であり、mは0または1である。)で表される化合物を使用することができる。ホスト液晶としては、上記化合物を1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。
Rc−Q1−Za−Q2−Zb−Q3−Zc−Rd
(式中、Q1、Q2、Q3は上記一般式と同じ意味を表し、Za、ZbおよびZcは−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CH2CH2−、−C≡C−、−CH=N−、−N=N−、−N(→O)=N−、−C(=O)S−または単結合であり、Rcは不斉炭素原子を有していてもよい直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、Rdは不斉炭素原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、RcおよびRdはハロゲン原子、シアノ基、水酸基で置換されていてもよい。)で表される化合物を使用することができる。光学活性物質としては、上記化合物を1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。
したがって、高い透過率を実現するためには、実際の駆動時に第2電極層が負極となるように電圧を印加した場合に、液晶分子の単安定状態からの傾斜角が45°になり得る強誘電性液晶を用いることが好ましい。
例えば、図11に示すような液晶分子の単安定状態からの最大の傾斜角δが45°よりも大きい強誘電性液晶を用いた場合には、実際に液晶表示素子を駆動している際、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、液晶分子の単安定状態からの傾斜角を45°とすることができる。上述したように、実際の駆動時に第2電極層が負極となるように電圧を印加した場合に、液晶分子の方向がチルト角の約2倍変化するわけではないからである。
液晶層には、上記の強誘電性液晶の他に、液晶表示素子に求められる機能に応じて任意の機能を備える化合物が含有されていてもよい。このような化合物としては、重合性モノマーの重合物を挙げることができる。液晶層中にこのような重合性モノマーの重合物が含有されることにより、上記液晶材料の配列がいわゆる「高分子安定化」され、配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
ここで、液晶層中における重合性モノマーの重合物の存在量は、液晶層中の単分子液晶を溶剤で洗い流した後、残存する重合性モノマーの重合物の重量を電子天秤で測量することによって求めた残存量と、上記液晶層の総質量とから算出することができる。
真空注入方式では、例えばあらかじめ第1配向処理基板および第2配向処理基板を用いて作製した液晶セルに、加温することによって等方性液体とした強誘電性液晶を、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。
また液晶滴下方式では、例えば第2配向処理基板の第2配向膜上に、加温した強誘電性液晶を滴下し、第1配向処理基板の周縁部にシール剤を塗布し、減圧下で第1配向処理基板および第2配向処理基板を重ね合わせ、シール剤を介して接着させることにより液晶層を形成することができる。
本発明に用いられる第1配向処理基板は、第1基材と、この第1基材上に形成された第1電極層と、この第1電極層上に形成され、ラビング膜である第1配向膜とを有するものである。以下、第1配向処理基板における各構成について説明する。
本発明に用いられる第1配向膜は、第1電極層上に形成されるものであり、ラビング膜である。
ポリアミック酸を合成する際に用いられるジアミン化合物としては、脂環式ジアミン、炭素環式芳香族ジアミン類、複素環式ジアミン類、脂肪族ジアミン、芳香族ジアミンが例示される。
また、酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などが例示できる。中でも、無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるために好ましい。
本発明に用いられる第1電極層は、一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、第1配向処理基板の第1電極層および第2配向処理基板の第2電極層のうち少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫(ITO)等が好ましく挙げられる。
本発明に用いられる第1基材は、一般に液晶表示素子の基材として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。
本発明における第1配向処理基板においては、第1基材上に隔壁が形成されていてもよい。第2配向処理基板において第2基材上に隔壁が形成されている場合には、第1配向処理基板において第1基材上には隔壁が形成されない。すなわち、第1配向処理基板に隔壁が形成されていてもよく、第2配向処理基板に隔壁が形成されていてもよい。
着色層が形成されている場合には、着色層によってカラー表示を実現することができるカラーフィルタ方式の液晶表示素子を得ることができる。
本発明に用いられる第2配向処理基板は、第2基材と、この第2基材上に形成された第2電極層と、この第2電極層上に形成され、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜である第2配向膜とを有するものである。
なお、第2基材、第2電極層、およびその他の構成については、上記第1配向処理基板における第1基材、第1電極層、およびその他の構成とそれぞれ同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、第2配向処理基板における第2配向膜について説明する。
本発明に用いられる第2配向膜は、第2電極層上に形成されるものであり、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜である。
本発明の液晶表示素子は、図7に例示するように偏光板を有していてもよい。
本発明に用いられる偏光板としては、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
本発明の液晶表示素子の駆動方法としては、強誘電性液晶の高速応答性を利用することができるので、1画素を時間分割し、良好な動画表示特性を得るために高速応答性を特に必要とするフィールドシーケンシャルカラー方式が適している。本発明によれば、上述したように、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させた場合の不具合を回避することが可能である。
本発明においては、電圧無印加状態では、極性表面相互作用によって液晶分子の自発分極が第1配向処理基板側を向く傾向にある。すなわち、スイッチオフ状態のとき、図10に例示するように、液晶分子1の自発分極PsがTFT基板(第1配向処理基板)6側を向く。したがって、自発分極の向きは、共通電極(第2電極層)14およびゲート電極24x間に印加された電圧の影響を受けることがない。
一方、例えば電圧無印加状態にて自発分極が共通電極基板(第2配向処理基板)側を向く場合には、スイッチオフ状態のときに共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響によって、ゲート電極が設けられている領域付近で自発分極の向きが反転してしまう。そうすると、ゲート電極が設けられている領域付近では、スイッチがオフであるにもかかわらず、強誘電性液晶が動作して光漏れが生じる。
これに対し、上述したように本発明においては、自発分極の向きは、共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響を受けないので、光漏れが生じることがない。したがって本発明においては、自発分極の向きを制御し、第1配向処理基板をTFT基板、第2配向処理基板を共通電極基板とすることにより、ゲート電極付近の光漏れを防止することができる。
仮に、共通電極に対して、画素電極の電圧が相対的に高い場合を正の極性の電圧印加、画素電極の電圧が相対的に低い場合を負の極性の電圧印加とする。このように定義すると、第1配向処理基板が共通電極基板、第2配向処理基板がTFT基板である場合には、強誘電性液晶は、共通電極に対して画素電極の電圧が相対的に低い、すなわち負の極性の電圧印加のときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化することになる。また、第1配向処理基板がTFT基板、第2配向処理基板が共通電極基板である場合には、強誘電性液晶は、共通電極に対して画素電極の電圧が相対的に高い、すなわち正の極性の電圧印加のときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化することになる。
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に用いられる方法により製造することができる。例えば、真空注入方式、液晶滴下方式等を用いることができる。
以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の一例として、TFT素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法について説明する。
次いで、第1配向処理基板の第1配向膜上にスペーサとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布する。第1配向処理基板および第2配向処理基板を、第1配向膜および第2配向膜の配向処理方向が略平行になるように対向させ、貼り合わせ、熱圧着させる。そして、注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を等方性液体の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させることができる。
次に、第2配向処理基板の第2配向膜上に、インクジェット法により強誘電性液晶を等方性液体の状態で吐出する。また、第1配向処理基板の周囲にシール剤を塗布する。次いで、第1配向処理基板および第2配向処理基板を、強誘電性液晶がネマチック相または等方相を示す温度まで加熱し、第1配向膜および第2配向膜の配向処理方向が略平行になるように対向させ、減圧下で重ね合わせて、シール剤を介して接着させる。その後、液晶セルを常温まで徐冷することにより、封入された強誘電性液晶を配向させることができる。
また、重合性モノマーを重合させる際には、強誘電性液晶で構成される液晶層に電圧を印加してもよく電圧を印加しなくてもよいが、中でも、液晶層に電圧を印加しない状態で重合性モノマーを重合させることが好ましい。
[実施例1]
ITO電極が形成された2枚のガラス基板をよく洗浄し、このうち1枚のガラス基板上に、光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液を回転数1500rpmで15秒間スピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm2照射し、配向処理を行った。また、もう一方の基板にポリイミド(日産化学工業社製、商品名:SE-5291)を印刷し、ラビング処理することにより配向膜を形成した。
ITO電極が形成された2枚のガラス基板をよく洗浄し、このうち1枚のガラス基板上に、光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液を回転数1500rpmで15秒間スピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm2照射し、配向処理を行った。また、もう一方の基板にポリイミド(日産化学工業社製、商品名:SE-7992)を印刷し、ラビング処理することにより配向膜を形成した。
ITO電極が形成された2枚のガラス基板をよく洗浄し、この2枚のガラス基板上に、それぞれ光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液を回転数1500rpmで15秒間スピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm2照射し、配向処理を行った。
次に、強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、注入口上部に強誘電性液晶を付着させ、オーブンを用いて、N相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻した。
ITO電極が形成された2枚のガラス基板をよく洗浄し、この2枚のガラス基板上に、ポリイミド(日産化学工業社製、商品名:SE-5291)を印刷し、ラビング処理することにより配向膜を形成した。
次に、強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、注入口上部に強誘電性液晶を付着させ、オーブンを用いて、N相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻した。
2 … 液晶表示素子
3 … 第1基材
4 … 第1電極層
5 … 第1配向膜
6 … 第1配向処理基板
10 … 液晶層
13 … 第2基材
14 … 第2電極層
15 … 第2配向膜
16 … 第2配向処理基板
z … 層法線
Ps … 自発分極
θ … チルト角
Claims (5)
- 第1基材と、前記第1基材上に形成された第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、ラビング膜である第1配向膜とを有する第1配向処理基板、および、第2基材と、前記第2基材上に形成された第2電極層と、前記第2電極層上に形成され、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜である第2配向膜とを有する第2配向処理基板を、前記第1配向膜と前記第2配向膜とが対向するように配置し、前記第1配向膜と前記第2配向膜との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記強誘電性液晶が、単安定性を示し、かつ、前記第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、前記強誘電性液晶の分子方向が前記第1配向処理基板面に対して平行に前記強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものであることを特徴とする液晶表示素子。 - 前記ラビング膜がポリイミドを含有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。
- 前記第1配向処理基板が、前記第1基材上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)を有するTFT基板であり、前記第2配向処理基板が、前記第2電極層が共通電極である共通電極基板であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶表示素子。
- 薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させるものであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の液晶表示素子。
- フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の液晶表示素子。
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