JP2565563B2 - 液晶表示装置の製法および液晶表示装置用位相板の製法 - Google Patents

液晶表示装置の製法および液晶表示装置用位相板の製法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示装置に係り、特に、電界効果型液
晶表示装置の製法並びに液晶表示装置用位相板の製法に
関する。
〔従来の技術〕
液晶表示素子は、時分割駆動特性を向上するため、２
枚の電極間の液晶層を180度以上ねじって配向させるス
ーパーツイスト複屈折型（STN）の表示素子を用いたも
のが実用化されている。しかし、この方式は背景部また
は表示部のいずれか一方が着色し、白黒表示としての品
質を低下させると云う問題があった。
近年になり、前記STN型表示素子の前記着色のないも
のが要望され、これを解決するために液晶素子を重畳し
２層構造とする方法が提案されている。
即ち、ツイスト角度およびΔｎ・ｄが同じで、ツイス
トの螺旋の回転方向が相反する表示素子を重畳して、完
全な白黒表示を実現する方式（奥村、永田、和田：テレ
ビジョン学会技術報告、11巻、79頁、1967年）である。
しかし、STN液晶素子を二層構造にすると、Δｎ・ｄ
のマージンが小さく、セルギャップの制御が困難とな
る。また、STN液晶素子を２組必要とするためコスト高
となり，量産性が低下するなどの問題がある。
特に、OA機器等に用いられる大型の表示装置において
は、セル基板用のガラス板が２組必要とするものにおい
ては、その軽量化を阻む大きな要因となるので、好まし
くない。
そこで、一個の液晶素子と複屈折性を有するプラスチ
ックフィルムからなる位相板を組合せて位相補正を行
い、白黒表示を可能にする方式（長江、平方、小村：テ
レビジョン学会技術報告、12巻、29頁、1988年）が提案
されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記、プラスチックフィルム位相板を組合せた表示装
置は、前記液晶表示素子を２組用いた表示装置に比べて
コントラストが低い。特に、フィルムの張合せに必要な
粘着剤が影響をおよぼすために、張合せ枚数に比例して
コントラストが低下すると云う問題があった。
本発明の目的は、前記二層型液晶表示装置またはプラ
スチックフィルム位相板を用いた一層型液晶表示装置と
同等もしくはそれに近いコントラストを有する液晶表示
装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の要旨は下記のとおりである。
（１）少なくとも一方が透光性の電極を有する２枚の基
板間に、正の誘電異方性を示し、旋光性物質が添加され
たネマチック液晶の液晶分子が、前記２枚の基板間で基
板に垂直な螺旋軸を有する螺旋状に配向し、かつ、上下
基板間の液晶分子のツイスト角が180〜270度である液晶
層を挾持してなる液晶表示素子と、 有機高分子膜が配向軸の方向を一定角度づつずらして
積層された位相板を有する液晶表示装置の製法におい
て、 前記位相板は、有機溶媒に溶解した有機高分子溶液を
水面上に展開し、該溶液の自発展開速度よりも速い速度
で一定方向に引き取りながら、前記有機溶媒を揮発させ
ることにより溶液濃度を高めて有機高分子の固体状膜を
形成し、該膜の配向軸を一定角度づつずらして、前記基
板上に積層することを特徴とする液晶表示装置の製法。
（２）少なくとも一方が透光性の電極を有する２枚の基
板間に、正の誘電異方性を示し、旋光性物質が添加され
たネマチック液晶の液晶分子が、前記２枚の基板間で基
板に垂直な螺旋軸を有する螺旋状に配向し、かつ、上下
基板間の液晶分子のツイスト角が180〜270度である液晶
層を挾持してなる液晶表示素子と、 有機高分子膜が配向軸の方向を一定角度づつずらして
積層された位相板、および、カラーフィルタを有する液
晶表示装置の製法において、 前記位相板は、有機溶媒に溶解した有機高分子溶液を
水面上に展開し、該溶液の自発展開速度よりも速い速度
で一定方向に引き取りながら、前記有機溶媒を揮発させ
ることにより溶液濃度を高めて有機高分子の固体状膜を
形成し、該膜の配向軸を一定角度づつずらして、前記基
板上に積層することを特徴とする液晶表示装置の製法。
（３）有機溶媒に溶解した有機高分子溶液を、水面上に
展開し、該溶液の自発展開速度よりも速い速度で引き取
りながら、前記有機溶媒を揮発させることにより溶液濃
度を高めて有機高分子の固体状膜を形成し、該膜の配向
軸を一定の角度づつずらして積層することを特徴とする
液晶表示装置用の位相板の製法。
本発明によれば、配向軸が一定の角度づつずれた旋光
性を有する特定の有機高分子膜を複数積層した位相板を
液晶表示素子に設けたことによって、前記二層型液晶表
示装置またはプラスチックフィルム位相板を用いた一層
型液晶表示装置と同等もしくはそれに近いコントラスト
を有する液晶表示装置を得ることができる。
上記において、配向軸が一定の角度づつずれた位相板
とは、水面展開法により形成した薄膜を積層したもので
ある。上記薄膜は、水面上に滴下された高分子溶液を、
その自己展開速度よりも早い速度で一定方向に引き取る
ことによって形成することができる。
例えば、第２図および第３図に模式的に示す装置を用
いて、製膜することができる。
定量ポンプ（図示せず）によりノズル１から一定の流
速で水槽２の水面３上に放出された有機高分子溶液は、
水面上に自発的に展開して膜４を形成する。この形成状
態を第３図に模式的に示す。
第３図（Ｉ）は平面図、同（II）は側面図である。
水面３上に放出された有機高分子溶液は、溶液（Ａ）
からゲル状（Ｂ）を経て固体状（Ｃ）となり、膜４が形
成される。膜４は、ロール５によって移動するベルト状
のフィルム状基材８により、矢印方向に引き取られる。
この際に、前記有機高分子溶液の水面上の自発的展開
速度よりも速い速度で引き取ることによって、該膜４の
分子を引き取り方向に配向させることができる。
このようにして形成された高分子薄膜を、引き取り方
向に対し一定角度づつずらして、積層することにより本
発明の位相板を得ることができる。なお、高分子薄膜を
積層するにあたり、特に粘着剤等を必要としないので、
作業性もよく、後述の光学特性の優れた位相板が得られ
る。
該位相板は、液晶表示素子に併設することによって、
本発明の目的を達成することができる。
上記において、有機高分子膜を積層する際にずらす角
度は、適用される液晶表示素子のΔｎ・ｄが得られる位
相板のΔｎ・ｄが一致するように選択することによっ
て、白黒表示が可能と成る。
本発明の有機高分子膜は、前記水面展開法によって形
成し得るもので、透明なもの、或いは可視光領域（400
〜700nm）で、全光透過率が70％以上のものであれば用
いることができる。特に、無色のものが好ましい。
これらの有機高分子材料としては、ポリカーボネー
ト、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビ
ニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリイミ
ド、ポリアミド、ポリアミド−イミド、ポリイミドシロ
キサン、ポリメラミン、ポリウレア、ポリブデン、ポリ
パラキシリレン、ポリエステル、ポリブテン、ポリメチ
ルペンテン等のオレフィン系ポリマ、酢酸セルロース等
のセルロース誘導体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビ
ニリデン等の含フッ素ポリマ、ポリメチルメタクリレー
ト等のアクリル酸ポリマ、液晶ポリマまたはこれらの共
重合体等がある。
上記ポリマの展開用溶媒としては、該ポリマを十分に
溶解するものであれば、用いることができる。こうした
溶媒としては、例えば、脂肪族または芳香族のケトン、
エステル、アルコール、アミン、アルデヒド、パーオキ
サイドならびにこれらの混合物がある。
本発明の前記薄膜は、液晶表示素子基板面上或いは偏
光板上に直接設けることができるが、SiO2,Al2O3,TiO2
等の無機膜上に形成することもできる。また、シランカ
ップリング剤を併用することができる。
さらにまた、液晶の配向膜と兼用することもできる。
この場合は、位相板を液晶と接する面に設け、その表面
層の配向軸を、液晶の配向方向に合わせることが必要で
ある。
また、光学機器の光変調膜として使用することが考え
られる。
〔作用〕
本発明の位相板は、配向軸が一定の角度づつずらして
積層形成されているため、旋光性を有する。
そして位相差が液晶素子のΔｎ・ｄと一致させること
によって、位相差が打ち消され、白黒表示が可能とな
る。
また、従来のプラスチックフィルムの位相板に比べて
コントラストが優れているのは、本発明の位相板は、膜
厚が薄く、かつ、積層のための粘着剤を必要としないこ
とが、その理由として考えられる。
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
実施例 １ 本発明の液晶表示装置の構成模式図を第１図に示す。
透明電極を有する上側電極基板11と下側電極基板13と
によって液晶が挾持され、該液晶分子18は前記上下基板
の配向処理（例えばラビング方向12、14）と旋光性物質
とによってねじれて配向している。上記液晶表示素子
は、上側電極基板11に位相板10が設けられており、さら
に、上下偏光板９、15によって挾持され、下側にはバッ
クライト16が設けられている。
上下基板面上の液晶分子層のねじれ角（ツイスト角）
を240度、液晶層厚さ（ｄ）を６μｍと成るように構成
した液晶表示素子に、ビフェニル系液晶とエステルシク
ロヘキサン系液晶を主成分とするネマチック液晶に、旋
光性物質としてS811（メルク社製）を添加して、液晶の
屈折率異方性（Δｎ）が0.133の液晶を封入し、Δｎ・
ｄが0.8μｍのSTN型液晶表示素子を作成した。
これに水面展開法により得た薄膜の積層体からなるΔ
ｎ・ｄが0.8μｍの位相板を液晶表示素子基板面に形成
した。
上記位相板の形成方法について以下に説明する。
前記薄膜材料として、ポリエチレンテレフタレートに
ｐ−ヒドロキシ安息香酸を共重合した次式 で示される液晶高分子を用い、これをフェノール／テト
ラクロロエタン＝50/50（重量比）混合溶媒にポリマ濃
度が10重量％となるよう配合して溶液を調製した。
該溶液を展開液とし、第２図、第３図に示すような連
続製膜装置を用いて製膜した。
第３図に示すように、前記展開液を水面上にノズル１
から連続的に放出して展開し、展開薄膜４を作成する。
該展開薄膜４は、ロール５によって一定速度で矢印方向
に移動するベルト状のフィルム状基材６により引き取ら
れる。
その際、第３図〔Ｉ〕〔II〕に模式的に示すように、
ノズル１から流出された展開液は前記フィルム状基材６
によって引き取られて延伸され、領域Ａ→Ｂ→Ｃと移動
する間に溶媒の一部が揮発し、固体状の薄膜４が得られ
る。
該薄膜は、展開液の自発展開速度よりも速い速度で引
き取られることによって、該薄膜を形成する有機高分子
が引き取り方向に配向され、光学的偏光特性を有する薄
膜となる。なお、上記薄膜は１回の操作で、500〜1000
Åの膜厚のものを得ることができる。
該薄膜は、第２図に示されるように、前記フィルム状
基材６上に設けたホルダーに液晶表示素子８を装着し、
該素子基板の表面に直接付着させる。付着した薄膜は、
トンネル乾燥炉７を通ることによって乾燥され、溶媒が
除去される。
なお、本実施例においては、トンネル乾燥炉７を、60
℃に保持し、約５分で通過するように設定した。
また、本実施例では、フィルム状基材６を3m/分で移
動して液晶表示素子基板面に製膜した。
該薄膜は、５層積層する毎に液晶表示素子８をホルダ
ー９から取外し、フィルム状基材６の進行方向、即ち薄
膜の引取り方向軸（以下配向軸と云う）に対して、該素
子８を10度回転させて再度装着し、前記膜上に同様にし
て薄膜を積層形成する工程を繰り返した。
上記薄膜は、５層積層する毎に、配向軸を10度づつ同
じ方向に回転して19回ずらし、合計100層積層して、Δ
ｎ・ｄが0.8μｍの位相板を液晶表示素子基板上に形成
した。
なお、Δｎ・ｄは、直交ニコルの偏光顕微鏡下で、コ
ンペンセータ（位相補償板）と形成した位相板を重ね、
暗視野となるようにコンペンセータの位相差を設定し、
その値から決定した。
該表示装置の背景部および表示部の輝度の比であるコ
ントラスト比は32:1、また、背景部の輝度と光源の輝度
の商である透過率は、20％であった。
また、背景部および表示部の色を第４図にCIE色度座
標グラフで示した。
第４図に示すように、背景色（○）および表示色
（●）共に座標のほぼ中央で、Ｃ光源（□）と接近した
位置にあり、無彩色であることを示しており、該表示装
置が白黒表示の装置であることが分かる。
本実施例においては、位相板を液晶表示素子基板表面
に直接設けたが、位相板と同じ材質から成るフィルムを
前記液晶表示素子８の代わりに用いて、フィルム上に前
記と同様に直接薄膜を形成し、位相板とすることもでき
る。また、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム基
材を用いて同様に薄膜を形成し、フィルムから剥離して
位相板とすることもできる。
実施例 ２ ポリカーボネートをシクロヘキサノン／アセトフェノ
ン＝80/20（重量比）混合溶媒にポリマ濃度が７重量％
となるよう配合し、展開溶液を調製した。該溶液を実施
例１と同様に、水面展開法により薄膜を液晶表示素子基
板上に形成し、該膜を10層積層する毎に配向軸を20度づ
つ11回ずらして、合計120層のΔｎ・ｄが0.8μｍの位相
板を作成した。該位相板を設けた液晶表示装置の構成
は、第１図に示すとおりである。
上記液晶表示装置の背景部と表示部とのコントラスト
比は、30:1、また、背景部の透過率は16％であった。
実施例 ３ 側鎖型高分子である液晶ポリシロキサンを、トルエン
／メチルエチルケトン＝80/20（重量比）混合溶媒にポ
リマ濃度が８重量％となるよう配合し、展開溶液を調製
した。該溶液を実施例１と同様に、水面展開法により作
成した薄膜を８層積層する毎に配向軸を10づつ23回ずら
して、合計192層のΔｎ・ｄが0.8μｍの位相板を作成し
た。該位相板を有する液晶表示装置の構成は第１図に示
すとおりである。
該液晶表示装置の背景部と表示部とのコントラスト比
は28:1、また、背景部の透過率は18％であった。
実施例 ４ 3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無
水物と4,4′−ビス（ｍ−アミノフェノキシ）ジフェニ
ルスルホンを重合したポリイミドをＮ−メチル−２−ピ
ロリドン／アセトフェノン＝50/50（重量比）混合溶媒
にポリマ濃度が７重量％となるよう配合し、展開溶液を
調製した。
該溶液を実施例１と同様にして、引取り速度を12m/分
の条件で水面展開法により作成した膜を、５層積層する
毎に配向軸を10度づつ47回ずらして、合計240層のΔｎ
・ｄが0.8μｍの位相板を作成した。該位相板を有する
液晶表示装置の構成は第１図に示すとおりである。
液晶表示装置の背景部と表示部とのコントラスト比は
26:1、また、背景部の透過率は15％であった。
実施例 ５ 実施例１の液晶表示装置の位相板の表面に赤、緑およ
び青の各カラーフィルタを印刷して設けたマトリックス
型液晶表示装置を用い、1/200デューティで駆動した場
合の表示色を、CIE色度座標上に表示したグラフを第５
図に示す。
各色とも色純度が高く、表色範囲が広いことが分か
る。なお、カラーフィルタは一般の液晶カラーテレビジ
ョン受像機に用いられている色相のものを使用した。
前記実施例においては、ツイスト角度が240度の素子
を用いたが、液晶表示素子のΔｎ・ｄが0.4〜1.5μｍ
で、ツイスト角度が180〜270の範囲内においては、前記
実施例と同様の結果を示した。
前記位相板は、偏光板に裏打ちあるいは配向膜の下地
層として設けても同様の結果を得ることができる。
また、前記カラーフィルタも液晶カラーテレビジョン
受像機に用いている透明プラスチックフィルムに着色し
たものを用いてもよい。
比較例 １ 液晶表示装置の位相板としてポリカーボネートフィル
ム（Δｎ・ｄ＝0.8μｍ）を一枚位相板として、実施例
１で用いた液晶を用いて、液晶表示装置のコントラスト
および透過率を測定した。
該装置のコントラスト比8:1、透過率15％であった。
比較例 ２ ポリカーボネートフィルム（Δｎ・ｄ＝0.4μｍ）の
配向軸を30度ずらして二枚重ね合せたものを位相板とし
て比較例１と同様に設けた液晶表示装置を作成した。
該装置のコントラスト比19:1、透過率18％であった。
〔発明の効果〕
本発明において、水面展開法により得た有機高分子膜
の配向軸を一定の角度づつずらして積層した位相板を用
いることによって、白表示時の輝度と黒表示時の輝度と
の比であるコントラスト比が、プラスチックフィルムを
積層して用いたものに比べて格段に優れており、背景部
の輝度と光源の輝度の商である透過率も、従来の二層構
造型液晶表示装置に匹敵するものが得られる。
また本発明は、液晶層が一層でよいので、コンパクト
で軽量な高品質の液晶表示装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の液晶表示装置の構成を示す膜式斜視
図、第２図は位相板の製造装置の該略図、第３図は有機
高分子溶液からの水面展開膜形成方法を示す模式図で、
（Ｉ）は平面図、（II）は側面図、第４図は本発明の液
晶表示装置の背景部および表示部の色のCIE色度座標グ
ラフ、第５図はカラーフィルタを併設した本発明の液晶
表示装置の表示部の色のCIE色度座標グラフである。 １……ノズル、２……水槽、３……水面、４……薄膜、
５……ロール、６……フィルム状基材、７……トンネル
炉、９……上側偏光板、10……位相板、11……上側電極
基板、12……上側電極基板のラビング方向、13……下側
電極基板、14……下側電極基板、のラビング方向、15…
…下側偏光板、16……バックライト、17……上側偏光板
の偏光軸、18……液晶分子、19……下側偏光板の偏光
軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ０８Ｊ 5/18 Ｃ０８Ｊ 5/18 (72)発明者 向尾 昭夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 平方 純一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 神藤 保彦 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (72)発明者 酒井 五十治 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日 東電工株式会社内 (72)発明者 藤村 保夫 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日 東電工株式会社内 (72)発明者 増谷 昇 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日 東電工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−271415（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−154226（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−96115（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも一方が透光性の電極を有する２
    枚の基板間に、正の誘電異方性を示し、旋光性物質が添
    加されたネマチック液晶の液晶分子が、前記２枚の基板
    間で基板に垂直な螺旋軸を有する螺旋状に配向し、か
    つ、上下基板間の液晶分子のツイスト角が180〜270度で
    ある液晶層を挾持してなる液晶表示素子と、 有機高分子膜が配向軸の方向を一定角度づつずらして積
    層された位相板を有する液晶表示装置の製法において、 前記位相板は、有機溶媒に溶解した有機高分子溶液を水
    面上に展開し、該溶液の自発展開速度よりも速い速度で
    一定方向に引き取りながら、前記有機溶媒を揮発させる
    ことにより溶液濃度を高めて有機高分子の固体状膜を形
    成し、該膜の配向軸を一定角度づつずらして、前記基板
    上に積層することを特徴とする液晶表示装置の製法。
  2. 【請求項２】少なくとも一方が透光性の電極を有する２
    枚の基板間に、正の誘電異方性を示し、旋光性物質が添
    加されたネマチック液晶の液晶分子が、前記２枚の基板
    間で基板に垂直な螺旋軸を有する螺旋状に配向し、か
    つ、上下基板間の液晶分子のツイスト角が180〜270度で
    ある液晶層を挾持してなる液晶表示素子と、 有機高分子膜が配向軸の方向を一定角度づつずらして積
    層された位相板、および、カラーフィルタを有する液晶
    表示装置の製法において、 前記位相板は、有機溶媒に溶解した有機高分子溶液を水
    面上に展開し、該溶液の自発展開速度よりも速い速度で
    一定方向に引き取りながら、前記有機溶媒を揮発させる
    ことにより溶液濃度を高めて有機高分子の固体状膜を形
    成し、該膜の配向軸を一定角度づつずらして、前記基板
    上に積層することを特徴とする液晶表示装置の製法。
  3. 【請求項３】前記ネマチック液晶の液晶層が、その厚さ
    ｄ（μｍ）と液晶の屈折率異方性Δｎの積が0.4〜1.5μ
    ｍである請求項１または２に記載の液晶表示装置の製
    法。
  4. 【請求項４】有機溶媒に溶解した有機高分子溶液を、水
    面上に展開し、該溶液の自発展開速度よりも速い速度で
    一定方向に引き取りながら、前記有機溶媒を揮発させる
    ことにより溶液濃度を高めて有機高分子の固体状膜を形
    成し、該膜の配向軸を一定角度づつずらして、基板上に
    積層することを特徴とする液晶表示装置用位相板の製
    法。
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