JP3651004B2 - 液晶表示素子およびその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子およびその製造方法に閲し、特に、情報機器端末、テレビ、家電製品などの表示部を構成する液晶表示素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の小型軽量化が進行し、それに搭載するディスプレイも省電力化が求められている。小表示容量機器にはTNモードによる液晶表示素子が、中表示容量機器にはFTNモードによる液晶表示素子が反射型ディスプレイとして実用化されている。さらに、反射型ディスプレイの上に、タブレットなどの情報入力装置を組み合わせる用途も拡大し、反射型液晶表示素子には、明るさ、視認性の良さが要求されている。
しかしながら、従来の偏光板を使用したTN方式、FTN方式による液晶表示素子は光の利用効率が低いため、反射型とすると暗くなり、さらに、タブレットなどの情報入力装置と組み合わせると非常に暗い表示となり課題となっていた。また、TN方式、FTN方式で反射型とすると、裏側の基板裏面の偏光板越しに反射板が配置されるために、表示のダブルイメージがあり、細かな文字が不鮮明となり、視認性が問題となっていた。
一方、最近では、偏光板を使用しない明るい反射型ディスプレイが開発されつつある。たとえば、液晶と高分子が互いに分散した高分子分散液晶を用いて、電界印加で透明、電界無印加で光散乱となるように制御する液晶表示素子（特公昭58−501631など）や、電界印加で散乱、電界無印加で透明、あるいは光吸収となるように制御する液晶表示素子（ヨーロッパ公開特許EPO488116A2、特開平４−227684、特開平５−119302など）が開発されている。
特に、ヨーロッパ公開特許EPO488116A2等により開示されている、液晶と高分子が互いに配向分散した高分子分散液晶による高分子分散型液晶表示素子では、偏光板を使用しないので電極を光反射面と兼用することができ、その場合には、偏光板を必要とするTN、FTNモードでは達成できない視認性、高精細度及び明るさが得られ、表示品質の優れた反射型ディスプレイを得ることが可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶と高分子が互いに配向分散した高分子分散液晶を用いた高分子分散型液晶表示素子に関して開示された従来技術では、偏光板を用いる液晶表示素子の問題点を解決できるものの、十分な散乱特性を得て、明るさを確保するために、液晶を360゜以上ツイストさせる必要があり、その結果、駆動電圧が高くなるという問題があった。たとえば、大容量表示は画素毎にTFT（Thin Film Transistor）やMIM（Metal−Insulator−Metal）素子などのアクティブ素子をそれぞれ形成して画素毎に電気信号制御することにより可能となるが、高分子分散液晶の駆動電圧が高いので、アクティブ素子の耐圧の点から液晶が十分に応答するように駆動することが困難であり、コントラスト比の低下を招き、また、高耐圧の駆動ドライバーも必要とするという問題点があった。
また、配向分散しているという構造から、散乱に指向性が存在するという問題点を有していた。この指向性とは、外部入射光の方向により光散乱効率が変化することであり、たとえば、パネルを回転すると明るさが変化する、使用環境により視認性が影響されやすい等の問題を生じていた。この指向性は、液晶の捻れが小さいほど大きくなる。従って、この問題を解決するには、液晶の捻れを大きくすればよいが、そうすると駆動電圧が高くなってしまうので、捻れを大きくするのは駆動電圧の面から不可能であった。
さらに、大きい捻れ力を生じさせるためにカイラル剤を大量に添加すると、電気光学特性にヒステリシスが発生するという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するために行われたものであり、その目的は、高分子と互いに配向分散している液晶の配向状態を制御することにより、低電圧駆動が可能で、明るく、コントラスト比が高く、また、散乱指向性も改良されて視認性について使用環境依存性が小さく、携帯性に優れた液晶表示素子およびその製造方法を提供するところにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明によれば、画素ごとに画素電極が形成され表面が配向処理された第１の基板と、前記画素電極と対向する電極が形成され表面が配向処理された第２の基板との間に、液晶及び屈折率異方性を有した高分子が挟持されてなり、透過光の散乱による反射表示が可能な液晶表示素子において、前記画素内が、前記液晶が前記第２の基板側から見て右回りに捻れ配向する右捻れ配向領域および、前記液晶が前記第２の基板側から見て左回りに捻れ配向する左捻れ配向領域に少なくとも２分割され、前記液晶が前記右捻れ配向領域内においては前記第１の基板および第２の基板間で右捻れ配向し、前記左捻れ配向領域内においては前記第１の基板および第２の基板間で左捻れ配向しており、前記液晶と前記光分子とが前記両基板間で互いに配向し、分散されており、前記右捻れ配向領域内の前記液晶の捻れ角が、前記左捻れ配向領域の散乱指向性を抑えるために該左捻れ配向領域内の前記液晶の捻れ角とほぼ等しい大きさとされていることを特徴とする液晶表示素子が提供される。
このように、画素内が右捻れ配向領域および左捻れ配向領域に少なくとも２分割され、液晶が右捻れ配向領域内においては右捻れ配向し、左捻れ配向領域内においては左捻れ配向しているから、散乱の指向性が小さくなる。従って、指向性の問題を解決するために液晶の捻れを大きくする必要がなくなり、その結果、小さい電圧で駆動できるようになる。また、液晶の捻れを大きくするためにカイラル剤を大量に添加する必要もなくなり、その結果、電気光学特性にヒステリシスが発生することも抑制される。
右捻れ配向領域内の液晶の捻れ角の大きさが左捻れ配向領域内の液晶の捻れ角の大きさとほぼ等しいことが好ましい。このようにすれば、散乱の指向性が非常に小さくなる。
右捻れ配向領域内の第１の基板および第２の基板のうちの一方の配向方向と、左捻れ配向領域内の第１の基板および第２の基板のうちの前記一方の配向方向とが同じであり、右捻れ配向領域内の第１の基板および第２の基板の他方の配向方向と、左捻れ配向領域内の第１の基板および第２の基板の前記他方の配向方向とが反対であることが好ましい。
液晶の捻れ角が、45〜90゜であることが好ましい。45゜より小さいと、散乱指向性が強く、偏角特性が悪い。また、90゜を超えると、リバースツイストドメインが発生する。
右捻れ配向領域と左捻れ配向領域との境界部の第１の基板および第２の基板の少なくとも一方に遮光層が形成されていることをが好ましい。このようにすると、配向境界のディスクリネーションラインが遮光され均一な表示が得られる。
画素問の第１の基板および第２の基板の少なくとも一方に遮光層が形成されていることが好ましい。このようにすると、配線上の液晶応答による光リークが遮光される。
また、第１の基板の画素電極および第２の基板の電極の一方が、反射性材料により形成されていることが好ましく、本発明は反射型の液晶表示素子に好ましく適用される。
液晶はカイラル剤を含んでいないことが好ましい。カイラル剤を含んでいると、捻れ方向が左右のいずれか一方にそろってしまうからである。
また、本発明によれば、第１の基板に画素電極を形成する工程と、第２の基板に前記画素電極と対向する電極を形成する工程と、前記画素電極の第１の領域内の前記第１の基板および前記第２の基板のうちの一方を第１の方向に配向処理する工程と、前記画素電極の前記第１の領域と異なる第２の領域内の前記第１の基板および前記第２の基板の前記一方を、前記第１の方向とは反対の第２の方向に配向処理する工程と、前記画素内を、前記液晶が前記第２の基板側から見て右回りに捻れ配向する右捻れ配向領域と、前記液晶が前記第２の基板側から見て左回りに捻れ配向する左捻れ配向領域とに２分割するために、前記第１の基板および前記第２の基板の他方を、前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向に配向処理する工程と、前記第１の基板および前記第２の基板間に、高分子または高分子前駆体と液晶組成物との液晶性混合材料を配置する工程と、前記液晶性混合材料から高分子を析出させて液晶と高分子とを相分離する工程と、を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法が提供される。さらには、上述の本発明に係る液晶表示素子を備えた情報機器が提供される。
このように、画素電極の第１の領域内の第１の基板および第２の基板のうちの一方を第１の方向に配向処理し、画素電極の第１の領域と異なる領域である第２の領域内の第１の基板および第２の基板の前記一方を第１の方向とは反対の第２の方向に配向処理し、第１の基板および第２の基板の他方を配向処理し、第１の基板と第２の基板とにより空パネルを形成して、この空パネルの第１および第２の基板間に、高分子または高分子前駆体と液晶組成物との液晶性混合材料を配置させることにより、画素電極内が第１の配向領域および第２の配向領域に２分割され、液晶性混合材料が第１の配向領域内においては第１の基板および第２の基板間で右捻れ配向し、第２の配向領域内においては第１の基板および第２の基板間で左捻れ配向するようになる。そして、その後、液晶性混合材料から高分子を析出させて液晶と高分子とを相分離することにより、液晶の配向状態を相分離前の液晶性混合材料の配向状態に保つことができ、液晶が第１の配向領域内においては第１の基板および第２の基板間で右捻れ配向し、第２の配向領域内においては第１の基板および第２の基板間で左捻れ配向するようになる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の液晶表示素子の断面図を第1A図に示した。また、上基板101から見た平面図を第1B図に示した。
下側の基板108上には、クロムをスパッタリングにより約2000オングストローム形成後、パターニングして、画素面積15mm□の反射画素電極107を形成した。その後、この基板108上に、配向剤としてオプトマーAL3046（日本合成ゴム社製）をフレキソ印刷した後、180℃にて１時間焼成して、ポリイミド膜106を形成した。
つづいて、マスクラビング法による２方向のラビング処理について説明する。まず、上記の基板108に、レジスト膜を形成した後、第2A図に示したマスク１て露光し、現像を行った。次に、回転ラビング装置によりラビング処理を行った後、レジスト膜を剥離し、マスクラビングの１サイクルを終了した。なお、ラビング方向は、第1B図中、109である。その後、再び基板108に、レジスト膜を形成した後、第2B図に示したマスク２にて露光、現像を行った。つづいて、回転ラビング装置によりラビング処理を行った後、レジスト剥離を行い、マスクラビングの２サイクル目の工程を完了した。なお、ラビング方向は、第1Bにて、110である。
上側の基板101上には、ITO（Indium Tin Oxide）をスパッタリングにより約1500オングストローム形成後、パターニングし、透明画素電極102を形成した。基板101上に、配向剤としてオプトマーAL3046（日本合成ゴム社製）をフレキソ印刷した後、180℃にて１時間焼成して、ポリイミド膜103を形成した。つづいて、回転ラビング装置により、ポリイミド膜103を全面にわたって同一方向に配向処理した。なお、ラビング方向は、第1B図中、111である。
つづいて、２枚の基板を、空隙５μｍにて、基板周囲を貼り合わせ、固定することにより、空パネルを得た。
なお、下基板ラビング方向109と、上基板ラビング方向111のなす角度は89゜、また、下基板ラビング方向110と、上基板ラビング方向111のなす角度は89゜に設定した。
次に、この空パネルに封入した、液晶及び高分子前駆体混合物について説明する。液晶としてTL−213（メルク社製）とMJ92786（メルク社製）を7:3で混合（以下、液晶Ａとする。）して用い、これに、二色性色素としてM361、SI512、M137（すべて、三井東圧染料社製）を、それぞれ1.4重量％、１・７重量％、0.4重量％混合して用いた。なお、液晶材料には、カイラル剤は添加しなかった。また、高分子前駆体として、ビフェニルメタクリレートを、先の液晶混合物に対して７重量％用いた。以上を加熱混合して液晶状態とした後、先に説明した空パネルに真空封入した。
パネルに封入された液晶性混合材料は、マスクパターンに対応して、左89゜ツイスト配向112の領域Ｌ、及び右89゜ツイスト配向113の領域Ｒに分割された。その後、パネルに、照度5mW/cm2（波長350nm）の紫外線を７分間照射して高分子を重合させることにより、液晶性混合材料中から高分子を析出させて、第1A図、第1B図に示す本実施例の液晶表示素子を完成させた。
液晶105は、紫外線照射前と同様に、左89゜ツイスト配向状態の領域Ｌ、及び、右89゜ツイスト配向状態の領域Ｒに分割された状態を示した。また、基板間にて、高分子104及び液晶105は、互いに配向し、分散した構造をとることが、偏光顕微鏡にて確認された。
第３図に、本実施例で得られた液晶表示素子の電気光学特性を示した。電気光学特性は閾特性を示し、電圧印加により反射率が増加するノーマリーブラック特性が得られた。すなわち、電圧オフ時で、二色性色素の吸収による黒表示が得られ、電圧を十分に印加した場合は、液晶105が電界方向に配向するので高分子と液晶との配向方向が異なるようになって媒体内で屈折率の不連続点が発生するために、光散乱状態となった。この時、二色性色素も電界方向に配向するので吸収が非常に小さくなり、白表示が得られた。
つづいて、本実施例の液晶表示素子の電気光学特性の測定結果を示す。電気光学特性は、キセノンランプリング光源を用い、液晶表示素子に100Hzの矩形波を印加して、液晶表示素子表面の法線（パネル法線）方向から30゜傾いた方向（入射角30゜）から全方位（360゜）にわたって光りを入射させて、入射光の法線方向への応答反射光を検出した。検出面積は、2mmφとした。反射率100％は、完全拡散板表面の輝度にて規格化した。以下、閾電圧値V10は、（最大反射率一最小反射率）＝100と規格化した際の反射率が10での電圧値、飽和電圧値V90は、反射率が90での電圧値と定義した。また、散乱指向性は、平行光線を使用して、平行光線とパネル法線のなす角ψと、パネル回転角φをパラメーターとして、パネル法線方向の反射率の変化を測定した。本実施例の液晶表示素子は、V10が1.7V、V90が3.2V、最大反射率が79％であった。また、散乱指向性について、第４図に、飽和電圧3.2V印加時の測定結果を示した。また、本実施例と同様の構造を有するが、配向分割を行わず一方向のみラビングして左右のいずれか一方向のみツイスト配向させた従来の液晶表示素子の散乱指向性を、左89゜ツイストセルおよび右89゜ツイストセルについて、それぞれ第５図に示した。なお、配向分割を行わず一方向のみラビングして左右のいずれか一方向のみツイスト配向させた従来の液晶表示素子にて、本実施例と同等の散乱特性を得るためには、360゜以上ツイストさせる必要があり、この場合、V10が3.8V、V90が6.5Vであった。
以上に示した通り、本実施例では、同一画素内を液晶の左右の捻れ方向が異なる領域に分割する構成により、液晶と高分子が互いに配向分散した高分子分散液晶を用いた液晶表示素子において、大幅に駆動電圧が低下した。さらに、明るさの指標となる最大反射率が高く、良好な明るさとなった。また、本実施例の液晶表示素子では、第４図に示したように、散乱指向性が小さく、良好であった。したがって、ある特定方向からの光が強いような環境や、均一照明下において、パネルの配置方法による明るさの変化がなくなり、視覚特性、携帯性、視認性が向上した。
【０００６】
（実施例２）
以下、本実施例では、実施例１と同じく画素内を配向分割した構成において、画素電極毎に２端子素子（MIM）が形成され、画素間及び配向分割境界部に対応する位置の上基板に光遮光層が形成された構成について例示する。第6A図および第6B図には、本実施例の液晶表示素子の断面図及び平面図をそれぞれ示した。
下側の基板610を、２フォトプロセスにより作製されたMIM基板とした。基板工程では、Taをスパッタした後、所望の形状にパターニングし（フォト１工程目）、次にTaを陽極酸化し、Ta表面に絶縁膜Ta2O5を形成する。つづいて、Crをスパッタした後、所望の形状にパターニングして（フォト２工程目）、Ta−Ta2O5−Crより構成されるMIM素子608、およびCrからなる反射画素電極609を形成した。
一方、上基板601には、ITOをスパッタし、ストライプ状にパターニングし、ITO電極802を形成した。つづいて、カラーフィルターに使用されるブラックのカレーレジストを塗布し所望の形状にパターニングして、反射画素電極609間および反射画素電極内の配向境界部に対応する位置にブラックストライプ603を形成した。なお、配向境界部のブラックストライプは10μｍ幅とした。
つづいて、両基板601、610上にオプトマーAL3046（日本合成ゴム社製）をフレキソ印刷し、180℃にて１時間焼成し、ポリイミド膜604、607をそれぞれ形成した。実施例１と同様にして、上側基板801のラビング方向を１方向（図中、613）とし、下側MIM基板810をマスクラビングにより２方向にラビングして、ラビング方向を２分割した（図中611および612）。なお、分割ピッチは、画素２分割に対応し、画素ピッチは、140×100μｍである。このようにして得られた２枚の基板を、空隙５μｍにて、基板周囲を貼り合わせ、固定し、対角５インチの空パネルを作製した。尚、上下の基板801、810でラビング軸は、それぞれ89゜に設定されている。
つづいて、実施例１と同じ二色性色素を含有した液晶および高分子前駆体からなる液晶性混合材料を上記の空パネルに真空注入した。パネルに封入された液晶性混合材料は、実施例１と同様に、１画素毎に、マスクパターンに対応して、左89゜ツイスト配向614の領域Ｌ、及び右89゜ツイスト配向615の領域Ｒに分割された。その後、パネルに、照度5mW/cm2（波長350nm）の紫外線を７分間照射して、液晶中から高分子を析出させて、第6A図、第6B図に示す本実施例の液晶表示素子を完成させた。
液晶606は、紫外線照射前と同様に、左89゜ツイスト配向状態の領域Ｌ、及び右89゜ツイスト配向状態の領域Ｒに分割された状態を示した。また、基板間にて、高分子605及び液晶606は、互いに配向し、分散した構造をとることが、偏光顕微鏡にて確認された。
こうして得られた液晶表示素子を1/480デュディーにてMIM駆動したところ、実施例１の測定条件にて、最大反射率が62％、コントラスト比が13であった。また、ブラックストライプ603によって、配線上の液晶応答による光リークが遮光され、さらに、配向境界のディスクリネーションラインが遮光され、均一な表示が得られた。また、電圧印加時の散乱の指向性がなく、携帯性、視覚特性および視認性に優れた液晶表示素子が得られた。さらに、この液晶表示素子の表面に、ノングレア処理と無反射コートを施すと、風景の写り込みが減少して視認性が極めて向上した。
また、本実施例では、MIM基板上に反射電極を配置したが、対向基板側に反射電極を形成することも可能である。
【０００７】
（実施例３）
以下、本実施例では、実施例２の構成において、反射電極上にカラーフィルターが形成された構成を例示する。第７図に、本実施例の液晶表示素子の断面図を示した。下側の基板711は、実施例２と同様にして、配線及びMIM素子709、反射画素電極710が形成されている。この反射画素電極710上には、顔料カラーフィルター708（赤、緑、青）が画素毎にそれぞれ形成されている。一方、上基板701には、実施例２と同様に、ITO電極702、ブラックストライプ703が形成されている。配向境界部のブラックストライプは、10μｍ幅とした。以上の基板701、711を使用して、実施例２と同様にして、本発明の液晶表示素子を完成させた。なお、ラビング方向、配向分割ピッチについても、実施例２と同条件としている。
こうして得られた液晶表示素子は、電圧オフ時で二色性色素の吸収による黒表示が得られ、各カラー画素に電圧を印加することによりカラー表示が得られた。
また、1/480デュディーにてMIM駆動したところ、実施例１の測定条件にて、最大反射率が31％、コントラスト比が12であった。また、８階調表示、512色表示が可能であった。また、ブラックストライプによって、配線上の液晶応答による光リークが遮光され、さらに、配向境界のディスクリネーションラインが遮光され、均一な表示が得られた。また、電圧印加時の散乱の指向性がなく、携帯性、視覚特性および視認性に優れた液晶表示素子が得られた。さらに、この液晶表示素子の表面に、ノングレア処理と無反射コートを施すと、風景の写り込みが減少して視認性が極めて向上した。
なお、本実施例では、MIM基板に反射電極を配置したが、反射電極を対向基板に配置し、その上にカラーフィルターを形成することも可能である。
また、本実施例で使用されるカラーフィルターの構成は、赤、緑、青に限定されず、自然色を再現できる構成であれば同様に使用することができる。また、カラーフィルターは、上基板側に配置することも可能である。
【０００８】
以上本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、上記実施例１乃至３では、液晶に２色性色素を添加した構成としたが、もちろん無添加としてもよい。無添加の場合、電圧無印加時に黒レベルが若干上昇するものの、電圧印加時には色素の光吸収がなくなるために最大反射率が増加し、明るさが向上する。また、反射率の低い反射電極を使用した場合、あるいは、反射電極上に光吸収層を設けた場合は、特に２色性色素添加の必要はない。
また、上記実施例１乃至３では、ツイスト角89゜の構成について示したが、これに限定されない。ツイスト角は、好ましくは45゜〜90゜であり、特に好ましくは、70〜90゜である。ツイスト角が45゜より小さいと、散乱指向性が強く、視覚特性が悪い。また90゜を越えると、リバースツイストドメインが発生する。
上記実施例１乃至３では、平行配向処理に用いる配向膜として、ポリイミド膜を用いたが、他に、ポリアミド膜、SiO斜方蒸着膜、ポリビニルアルコール等が好適に使用できる。
基板に使用される材料としては、ソーダガラス、石英、無アルカリガラス、シリコン単結晶、サファイア基板、熱硬化型高分子、熱可塑性高分子などが好ましく使用される。基板に使用される高分子材料は、基板間に扶持される液晶及び高分子に悪影響を及ぼさなければ特に制限されることばなく、PET、ポリエーテルスルホン、エポキシ硬化樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアリルエーテル等が好ましく使用される。
反射電極は、Crとしたが、Al、Cr、Mg、Ag、Au、Ptなどの金属単体、あるいはそれらの合金が好ましく使用できる。特に、安定性、反射率の点からCrあるいは、Al−Mg合金がより好ましく、Al−Mg合金の場合にはMgの添加量は、0.1〜10重量％が望ましい。
液晶は、通常の液晶表示素子に使用されているものが好ましく使用できるが、散乱度を良好にするためには、液晶の複屈折率異方性Δｎが、0.15以上であることが望ましい。また、非線形素子で駆動するためには、液晶単体の比抵抗値が1.0×109Ωcm以上、特に好ましくは、1.0×1010Ωcm以上であることが、保持率を高く保ち表示品質を良好にするためには望ましい。
２色性色素としては、通常のGH（ゲストーホスト）表示方式に使用されているアゾ系、アントラキノン系、ナフトキノン系、ペリレン系、キノフタロン系、アゾメチン系などが好ましく使用される。その中でも、耐光性の点からアントラキノン系単独、あるいは必要に応じて他の色素との混合したものが特に好ましい。これらの２色性色素は、必要な色によって、混合され使用される。
高分子前駆体としては、重合後、屈折率異方性を示し、液晶と配向分散するものであればなんでもよいが、液晶表示素子製造の簡便性から紫外線硬化型モノマーが望ましい。紫外線硬化型モノマーとしては、単官能メタクリレート、２官能メタクリレートあるいは多官能メタクリレートなどが好ましく使用される。散乱度を向上するために、これらモノマーは最低１個のベンゼン環をその分子構造中に含むことが望ましい。特に、ビフェニル、ターフェニル、クオーターフェニル骨格を含む材料が好ましく使用される。これらのモノマーには、カイラル性の成分を含むものでも良い。また、これらのモノマーは単独あるいは他のモノマーと混合した後、紫外線を照射し重合しても良い。
また、上記実施例２および３では、２端子の非線形素子としてMIM素子を使用したが、MIM素子以外に、ラテラル型MIM素子、バックトゥバック型MIM素子、MSI素子、ダイオードリング素子、パリスタ素子などが使用可能である。また、３端子非線形素子も、勿論使用でき、３端子非線形素子として、ポリシリコンTFT素子、アモルファスシリコンTFT素子、Cd−SeTFT素子などが使用可能である。
【０００９】
以上説明したように、本発明により、偏光板を不要とする明るく、ダブルイメージのない高分子分散型液晶表示素子において、特に、従来問題となっていた駆動電圧、及び散乱指向性による視認性の問題点を、高分子と互いに分散し、ツイスト配向した液晶の捻れ方向を、画素内で左右に分割する構成によって、解決することが可能となった。
とくに、本発明の液晶表示素子の駆動電圧は、TNモードなみにまで低減できたため、MIM素子、TFT素子にて十分に駆動することが可能となり、明るさ、コントラストを大幅に向上することが可能となった。このことにより、反射型カラー液晶表示素子とした場合の表示色数、視認性を向上することが可能となった。また、高耐圧ドライバーの必要性がなくなり、消費電力、コストを低減できた。従って、本発明は、表示色数および視認性が向上し、低消費電力、低コストの反射型カラー液晶表示素子に利用できる。
さらに、本発明の液晶表示素子では、散乱指向性を抑えることにより、明るさ、視覚特性、視認性が向上した。
その結果、本発明は、多様な環境が想定される携帯用途に適した液晶表示素子に利用できる。また、本発明は、アクティブマトリクス駆動であり、低消費電力、かつ表示品質の優れた反射型大容量ディスプレイに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第1A図および第1B図は、それぞれ本発明の実施例１の液晶表示素子の断面図および平面図。
【図２】第2A図および第2B図は、本発明の実施例１に用いたマスクを示す図。
【図３】第３図は、本発明の実施例１の液晶表示素子の電気光学特性を示す図。
【図４】第４図は、本発明の実施例１の液晶表示素子の散乱指向性を示す図。
【図５】第５図は、従来の液晶表示素子の散乱指向性を示す図。
【図６】第6A図および第6B図は、それぞれ本発明の実施例２の液晶表示素子の断面図および平面図。
【図７】第７図は、本発明の実施例３の液晶表示素子の断面図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子およびその製造方法に閲し、特に、情報機器端末、テレビ、家電製品などの表示部を構成する液晶表示素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の小型軽量化が進行し、それに搭載するディスプレイも省電力化が求められている。小表示容量機器にはTNモードによる液晶表示素子が、中表示容量機器にはFTNモードによる液晶表示素子が反射型ディスプレイとして実用化されている。さらに、反射型ディスプレイの上に、タブレットなどの情報入力装置を組み合わせる用途も拡大し、反射型液晶表示素子には、明るさ、視認性の良さが要求されている。
しかしながら、従来の偏光板を使用したTN方式、FTN方式による液晶表示素子は光の利用効率が低いため、反射型とすると暗くなり、さらに、タブレットなどの情報入力装置と組み合わせると非常に暗い表示となり課題となっていた。また、TN方式、FTN方式で反射型とすると、裏側の基板裏面の偏光板越しに反射板が配置されるために、表示のダブルイメージがあり、細かな文字が不鮮明となり、視認性が問題となっていた。
一方、最近では、偏光板を使用しない明るい反射型ディスプレイが開発されつつある。たとえば、液晶と高分子が互いに分散した高分子分散液晶を用いて、電界印加で透明、電界無印加で光散乱となるように制御する液晶表示素子（特公昭58−501631など）や、電界印加で散乱、電界無印加で透明、あるいは光吸収となるように制御する液晶表示素子（ヨーロッパ公開特許EPO488116A2、特開平４−227684、特開平５−119302など）が開発されている。
特に、ヨーロッパ公開特許EPO488116A2等により開示されている、液晶と高分子が互いに配向分散した高分子分散液晶による高分子分散型液晶表示素子では、偏光板を使用しないので電極を光反射面と兼用することができ、その場合には、偏光板を必要とするTN、FTNモードでは達成できない視認性、高精細度及び明るさが得られ、表示品質の優れた反射型ディスプレイを得ることが可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶と高分子が互いに配向分散した高分子分散液晶を用いた高分子分散型液晶表示素子に関して開示された従来技術では、偏光板を用いる液晶表示素子の問題点を解決できるものの、十分な散乱特性を得て、明るさを確保するために、液晶を360゜以上ツイストさせる必要があり、その結果、駆動電圧が高くなるという問題があった。たとえば、大容量表示は画素毎にTFT（Thin Film Transistor）やMIM（Metal−Insulator−Metal）素子などのアクティブ素子をそれぞれ形成して画素毎に電気信号制御することにより可能となるが、高分子分散液晶の駆動電圧が高いので、アクティブ素子の耐圧の点から液晶が十分に応答するように駆動することが困難であり、コントラスト比の低下を招き、また、高耐圧の駆動ドライバーも必要とするという問題点があった。
また、配向分散しているという構造から、散乱に指向性が存在するという問題点を有していた。この指向性とは、外部入射光の方向により光散乱効率が変化することであり、たとえば、パネルを回転すると明るさが変化する、使用環境により視認性が影響されやすい等の問題を生じていた。この指向性は、液晶の捻れが小さいほど大きくなる。従って、この問題を解決するには、液晶の捻れを大きくすればよいが、そうすると駆動電圧が高くなってしまうので、捻れを大きくするのは駆動電圧の面から不可能であった。
さらに、大きい捻れ力を生じさせるためにカイラル剤を大量に添加すると、電気光学特性にヒステリシスが発生するという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するために行われたものであり、その目的は、高分子と互いに配向分散している液晶の配向状態を制御することにより、低電圧駆動が可能で、明るく、コントラスト比が高く、また、散乱指向性も改良されて視認性について使用環境依存性が小さく、携帯性に優れた液晶表示素子およびその製造方法を提供するところにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明によれば、画素ごとに画素電極が形成され表面が配向処理された第１の基板と、前記画素電極と対向する電極が形成され表面が配向処理された第２の基板との間に、液晶及び屈折率異方性を有した高分子が挟持されてなり、透過光の散乱による反射表示が可能な液晶表示素子において、前記画素内が、前記液晶が前記第２の基板側から見て右回りに捻れ配向する右捻れ配向領域および、前記液晶が前記第２の基板側から見て左回りに捻れ配向する左捻れ配向領域に少なくとも２分割され、前記液晶が前記右捻れ配向領域内においては前記第１の基板および第２の基板間で右捻れ配向し、前記左捻れ配向領域内においては前記第１の基板および第２の基板間で左捻れ配向しており、前記液晶と前記光分子とが前記両基板間で互いに配向し、分散されており、前記右捻れ配向領域内の前記液晶の捻れ角が、前記左捻れ配向領域の散乱指向性を抑えるために該左捻れ配向領域内の前記液晶の捻れ角とほぼ等しい大きさとされていることを特徴とする液晶表示素子が提供される。
このように、画素内が右捻れ配向領域および左捻れ配向領域に少なくとも２分割され、液晶が右捻れ配向領域内においては右捻れ配向し、左捻れ配向領域内においては左捻れ配向しているから、散乱の指向性が小さくなる。従って、指向性の問題を解決するために液晶の捻れを大きくする必要がなくなり、その結果、小さい電圧で駆動できるようになる。また、液晶の捻れを大きくするためにカイラル剤を大量に添加する必要もなくなり、その結果、電気光学特性にヒステリシスが発生することも抑制される。
右捻れ配向領域内の液晶の捻れ角の大きさが左捻れ配向領域内の液晶の捻れ角の大きさとほぼ等しいことが好ましい。このようにすれば、散乱の指向性が非常に小さくなる。
右捻れ配向領域内の第１の基板および第２の基板のうちの一方の配向方向と、左捻れ配向領域内の第１の基板および第２の基板のうちの前記一方の配向方向とが同じであり、右捻れ配向領域内の第１の基板および第２の基板の他方の配向方向と、左捻れ配向領域内の第１の基板および第２の基板の前記他方の配向方向とが反対であることが好ましい。
液晶の捻れ角が、45〜90゜であることが好ましい。45゜より小さいと、散乱指向性が強く、偏角特性が悪い。また、90゜を超えると、リバースツイストドメインが発生する。
右捻れ配向領域と左捻れ配向領域との境界部の第１の基板および第２の基板の少なくとも一方に遮光層が形成されていることをが好ましい。このようにすると、配向境界のディスクリネーションラインが遮光され均一な表示が得られる。
画素問の第１の基板および第２の基板の少なくとも一方に遮光層が形成されていることが好ましい。このようにすると、配線上の液晶応答による光リークが遮光される。
また、第１の基板の画素電極および第２の基板の電極の一方が、反射性材料により形成されていることが好ましく、本発明は反射型の液晶表示素子に好ましく適用される。
液晶はカイラル剤を含んでいないことが好ましい。カイラル剤を含んでいると、捻れ方向が左右のいずれか一方にそろってしまうからである。
また、本発明によれば、第１の基板に画素電極を形成する工程と、第２の基板に前記画素電極と対向する電極を形成する工程と、前記画素電極の第１の領域内の前記第１の基板および前記第２の基板のうちの一方を第１の方向に配向処理する工程と、前記画素電極の前記第１の領域と異なる第２の領域内の前記第１の基板および前記第２の基板の前記一方を、前記第１の方向とは反対の第２の方向に配向処理する工程と、前記画素内を、前記液晶が前記第２の基板側から見て右回りに捻れ配向する右捻れ配向領域と、前記液晶が前記第２の基板側から見て左回りに捻れ配向する左捻れ配向領域とに２分割するために、前記第１の基板および前記第２の基板の他方を、前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向に配向処理する工程と、前記第１の基板および前記第２の基板間に、高分子または高分子前駆体と液晶組成物との液晶性混合材料を配置する工程と、前記液晶性混合材料から高分子を析出させて液晶と高分子とを相分離する工程と、を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法が提供される。さらには、上述の本発明に係る液晶表示素子を備えた情報機器が提供される。
このように、画素電極の第１の領域内の第１の基板および第２の基板のうちの一方を第１の方向に配向処理し、画素電極の第１の領域と異なる領域である第２の領域内の第１の基板および第２の基板の前記一方を第１の方向とは反対の第２の方向に配向処理し、第１の基板および第２の基板の他方を配向処理し、第１の基板と第２の基板とにより空パネルを形成して、この空パネルの第１および第２の基板間に、高分子または高分子前駆体と液晶組成物との液晶性混合材料を配置させることにより、画素電極内が第１の配向領域および第２の配向領域に２分割され、液晶性混合材料が第１の配向領域内においては第１の基板および第２の基板間で右捻れ配向し、第２の配向領域内においては第１の基板および第２の基板間で左捻れ配向するようになる。そして、その後、液晶性混合材料から高分子を析出させて液晶と高分子とを相分離することにより、液晶の配向状態を相分離前の液晶性混合材料の配向状態に保つことができ、液晶が第１の配向領域内においては第１の基板および第２の基板間で右捻れ配向し、第２の配向領域内においては第１の基板および第２の基板間で左捻れ配向するようになる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の液晶表示素子の断面図を第1A図に示した。また、上基板101から見た平面図を第1B図に示した。
下側の基板108上には、クロムをスパッタリングにより約2000オングストローム形成後、パターニングして、画素面積15mm□の反射画素電極107を形成した。その後、この基板108上に、配向剤としてオプトマーAL3046（日本合成ゴム社製）をフレキソ印刷した後、180℃にて１時間焼成して、ポリイミド膜106を形成した。
つづいて、マスクラビング法による２方向のラビング処理について説明する。まず、上記の基板108に、レジスト膜を形成した後、第2A図に示したマスク１て露光し、現像を行った。次に、回転ラビング装置によりラビング処理を行った後、レジスト膜を剥離し、マスクラビングの１サイクルを終了した。なお、ラビング方向は、第1B図中、109である。その後、再び基板108に、レジスト膜を形成した後、第2B図に示したマスク２にて露光、現像を行った。つづいて、回転ラビング装置によりラビング処理を行った後、レジスト剥離を行い、マスクラビングの２サイクル目の工程を完了した。なお、ラビング方向は、第1Bにて、110である。
上側の基板101上には、ITO（Indium Tin Oxide）をスパッタリングにより約1500オングストローム形成後、パターニングし、透明画素電極102を形成した。基板101上に、配向剤としてオプトマーAL3046（日本合成ゴム社製）をフレキソ印刷した後、180℃にて１時間焼成して、ポリイミド膜103を形成した。つづいて、回転ラビング装置により、ポリイミド膜103を全面にわたって同一方向に配向処理した。なお、ラビング方向は、第1B図中、111である。
つづいて、２枚の基板を、空隙５μｍにて、基板周囲を貼り合わせ、固定することにより、空パネルを得た。
なお、下基板ラビング方向109と、上基板ラビング方向111のなす角度は89゜、また、下基板ラビング方向110と、上基板ラビング方向111のなす角度は89゜に設定した。
次に、この空パネルに封入した、液晶及び高分子前駆体混合物について説明する。液晶としてTL−213（メルク社製）とMJ92786（メルク社製）を7:3で混合（以下、液晶Ａとする。）して用い、これに、二色性色素としてM361、SI512、M137（すべて、三井東圧染料社製）を、それぞれ1.4重量％、１・７重量％、0.4重量％混合して用いた。なお、液晶材料には、カイラル剤は添加しなかった。また、高分子前駆体として、ビフェニルメタクリレートを、先の液晶混合物に対して７重量％用いた。以上を加熱混合して液晶状態とした後、先に説明した空パネルに真空封入した。
パネルに封入された液晶性混合材料は、マスクパターンに対応して、左89゜ツイスト配向112の領域Ｌ、及び右89゜ツイスト配向113の領域Ｒに分割された。その後、パネルに、照度5mW/cm2（波長350nm）の紫外線を７分間照射して高分子を重合させることにより、液晶性混合材料中から高分子を析出させて、第1A図、第1B図に示す本実施例の液晶表示素子を完成させた。
液晶105は、紫外線照射前と同様に、左89゜ツイスト配向状態の領域Ｌ、及び、右89゜ツイスト配向状態の領域Ｒに分割された状態を示した。また、基板間にて、高分子104及び液晶105は、互いに配向し、分散した構造をとることが、偏光顕微鏡にて確認された。
第３図に、本実施例で得られた液晶表示素子の電気光学特性を示した。電気光学特性は閾特性を示し、電圧印加により反射率が増加するノーマリーブラック特性が得られた。すなわち、電圧オフ時で、二色性色素の吸収による黒表示が得られ、電圧を十分に印加した場合は、液晶105が電界方向に配向するので高分子と液晶との配向方向が異なるようになって媒体内で屈折率の不連続点が発生するために、光散乱状態となった。この時、二色性色素も電界方向に配向するので吸収が非常に小さくなり、白表示が得られた。
つづいて、本実施例の液晶表示素子の電気光学特性の測定結果を示す。電気光学特性は、キセノンランプリング光源を用い、液晶表示素子に100Hzの矩形波を印加して、液晶表示素子表面の法線（パネル法線）方向から30゜傾いた方向（入射角30゜）から全方位（360゜）にわたって光りを入射させて、入射光の法線方向への応答反射光を検出した。検出面積は、2mmφとした。反射率100％は、完全拡散板表面の輝度にて規格化した。以下、閾電圧値V10は、（最大反射率一最小反射率）＝100と規格化した際の反射率が10での電圧値、飽和電圧値V90は、反射率が90での電圧値と定義した。また、散乱指向性は、平行光線を使用して、平行光線とパネル法線のなす角ψと、パネル回転角φをパラメーターとして、パネル法線方向の反射率の変化を測定した。本実施例の液晶表示素子は、V10が1.7V、V90が3.2V、最大反射率が79％であった。また、散乱指向性について、第４図に、飽和電圧3.2V印加時の測定結果を示した。また、本実施例と同様の構造を有するが、配向分割を行わず一方向のみラビングして左右のいずれか一方向のみツイスト配向させた従来の液晶表示素子の散乱指向性を、左89゜ツイストセルおよび右89゜ツイストセルについて、それぞれ第５図に示した。なお、配向分割を行わず一方向のみラビングして左右のいずれか一方向のみツイスト配向させた従来の液晶表示素子にて、本実施例と同等の散乱特性を得るためには、360゜以上ツイストさせる必要があり、この場合、V10が3.8V、V90が6.5Vであった。
以上に示した通り、本実施例では、同一画素内を液晶の左右の捻れ方向が異なる領域に分割する構成により、液晶と高分子が互いに配向分散した高分子分散液晶を用いた液晶表示素子において、大幅に駆動電圧が低下した。さらに、明るさの指標となる最大反射率が高く、良好な明るさとなった。また、本実施例の液晶表示素子では、第４図に示したように、散乱指向性が小さく、良好であった。したがって、ある特定方向からの光が強いような環境や、均一照明下において、パネルの配置方法による明るさの変化がなくなり、視覚特性、携帯性、視認性が向上した。
【０００６】
（実施例２）
以下、本実施例では、実施例１と同じく画素内を配向分割した構成において、画素電極毎に２端子素子（MIM）が形成され、画素間及び配向分割境界部に対応する位置の上基板に光遮光層が形成された構成について例示する。第6A図および第6B図には、本実施例の液晶表示素子の断面図及び平面図をそれぞれ示した。
下側の基板610を、２フォトプロセスにより作製されたMIM基板とした。基板工程では、Taをスパッタした後、所望の形状にパターニングし（フォト１工程目）、次にTaを陽極酸化し、Ta表面に絶縁膜Ta2O5を形成する。つづいて、Crをスパッタした後、所望の形状にパターニングして（フォト２工程目）、Ta−Ta2O5−Crより構成されるMIM素子608、およびCrからなる反射画素電極609を形成した。
一方、上基板601には、ITOをスパッタし、ストライプ状にパターニングし、ITO電極802を形成した。つづいて、カラーフィルターに使用されるブラックのカレーレジストを塗布し所望の形状にパターニングして、反射画素電極609間および反射画素電極内の配向境界部に対応する位置にブラックストライプ603を形成した。なお、配向境界部のブラックストライプは10μｍ幅とした。
つづいて、両基板601、610上にオプトマーAL3046（日本合成ゴム社製）をフレキソ印刷し、180℃にて１時間焼成し、ポリイミド膜604、607をそれぞれ形成した。実施例１と同様にして、上側基板801のラビング方向を１方向（図中、613）とし、下側MIM基板810をマスクラビングにより２方向にラビングして、ラビング方向を２分割した（図中611および612）。なお、分割ピッチは、画素２分割に対応し、画素ピッチは、140×100μｍである。このようにして得られた２枚の基板を、空隙５μｍにて、基板周囲を貼り合わせ、固定し、対角５インチの空パネルを作製した。尚、上下の基板801、810でラビング軸は、それぞれ89゜に設定されている。
つづいて、実施例１と同じ二色性色素を含有した液晶および高分子前駆体からなる液晶性混合材料を上記の空パネルに真空注入した。パネルに封入された液晶性混合材料は、実施例１と同様に、１画素毎に、マスクパターンに対応して、左89゜ツイスト配向614の領域Ｌ、及び右89゜ツイスト配向615の領域Ｒに分割された。その後、パネルに、照度5mW/cm2（波長350nm）の紫外線を７分間照射して、液晶中から高分子を析出させて、第6A図、第6B図に示す本実施例の液晶表示素子を完成させた。
液晶606は、紫外線照射前と同様に、左89゜ツイスト配向状態の領域Ｌ、及び右89゜ツイスト配向状態の領域Ｒに分割された状態を示した。また、基板間にて、高分子605及び液晶606は、互いに配向し、分散した構造をとることが、偏光顕微鏡にて確認された。
こうして得られた液晶表示素子を1/480デュディーにてMIM駆動したところ、実施例１の測定条件にて、最大反射率が62％、コントラスト比が13であった。また、ブラックストライプ603によって、配線上の液晶応答による光リークが遮光され、さらに、配向境界のディスクリネーションラインが遮光され、均一な表示が得られた。また、電圧印加時の散乱の指向性がなく、携帯性、視覚特性および視認性に優れた液晶表示素子が得られた。さらに、この液晶表示素子の表面に、ノングレア処理と無反射コートを施すと、風景の写り込みが減少して視認性が極めて向上した。
また、本実施例では、MIM基板上に反射電極を配置したが、対向基板側に反射電極を形成することも可能である。
【０００７】
（実施例３）
以下、本実施例では、実施例２の構成において、反射電極上にカラーフィルターが形成された構成を例示する。第７図に、本実施例の液晶表示素子の断面図を示した。下側の基板711は、実施例２と同様にして、配線及びMIM素子709、反射画素電極710が形成されている。この反射画素電極710上には、顔料カラーフィルター708（赤、緑、青）が画素毎にそれぞれ形成されている。一方、上基板701には、実施例２と同様に、ITO電極702、ブラックストライプ703が形成されている。配向境界部のブラックストライプは、10μｍ幅とした。以上の基板701、711を使用して、実施例２と同様にして、本発明の液晶表示素子を完成させた。なお、ラビング方向、配向分割ピッチについても、実施例２と同条件としている。
こうして得られた液晶表示素子は、電圧オフ時で二色性色素の吸収による黒表示が得られ、各カラー画素に電圧を印加することによりカラー表示が得られた。
また、1/480デュディーにてMIM駆動したところ、実施例１の測定条件にて、最大反射率が31％、コントラスト比が12であった。また、８階調表示、512色表示が可能であった。また、ブラックストライプによって、配線上の液晶応答による光リークが遮光され、さらに、配向境界のディスクリネーションラインが遮光され、均一な表示が得られた。また、電圧印加時の散乱の指向性がなく、携帯性、視覚特性および視認性に優れた液晶表示素子が得られた。さらに、この液晶表示素子の表面に、ノングレア処理と無反射コートを施すと、風景の写り込みが減少して視認性が極めて向上した。
なお、本実施例では、MIM基板に反射電極を配置したが、反射電極を対向基板に配置し、その上にカラーフィルターを形成することも可能である。
また、本実施例で使用されるカラーフィルターの構成は、赤、緑、青に限定されず、自然色を再現できる構成であれば同様に使用することができる。また、カラーフィルターは、上基板側に配置することも可能である。
【０００８】
以上本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、上記実施例１乃至３では、液晶に２色性色素を添加した構成としたが、もちろん無添加としてもよい。無添加の場合、電圧無印加時に黒レベルが若干上昇するものの、電圧印加時には色素の光吸収がなくなるために最大反射率が増加し、明るさが向上する。また、反射率の低い反射電極を使用した場合、あるいは、反射電極上に光吸収層を設けた場合は、特に２色性色素添加の必要はない。
また、上記実施例１乃至３では、ツイスト角89゜の構成について示したが、これに限定されない。ツイスト角は、好ましくは45゜〜90゜であり、特に好ましくは、70〜90゜である。ツイスト角が45゜より小さいと、散乱指向性が強く、視覚特性が悪い。また90゜を越えると、リバースツイストドメインが発生する。
上記実施例１乃至３では、平行配向処理に用いる配向膜として、ポリイミド膜を用いたが、他に、ポリアミド膜、SiO斜方蒸着膜、ポリビニルアルコール等が好適に使用できる。
基板に使用される材料としては、ソーダガラス、石英、無アルカリガラス、シリコン単結晶、サファイア基板、熱硬化型高分子、熱可塑性高分子などが好ましく使用される。基板に使用される高分子材料は、基板間に扶持される液晶及び高分子に悪影響を及ぼさなければ特に制限されることばなく、PET、ポリエーテルスルホン、エポキシ硬化樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアリルエーテル等が好ましく使用される。
反射電極は、Crとしたが、Al、Cr、Mg、Ag、Au、Ptなどの金属単体、あるいはそれらの合金が好ましく使用できる。特に、安定性、反射率の点からCrあるいは、Al−Mg合金がより好ましく、Al−Mg合金の場合にはMgの添加量は、0.1〜10重量％が望ましい。
液晶は、通常の液晶表示素子に使用されているものが好ましく使用できるが、散乱度を良好にするためには、液晶の複屈折率異方性Δｎが、0.15以上であることが望ましい。また、非線形素子で駆動するためには、液晶単体の比抵抗値が1.0×109Ωcm以上、特に好ましくは、1.0×1010Ωcm以上であることが、保持率を高く保ち表示品質を良好にするためには望ましい。
２色性色素としては、通常のGH（ゲストーホスト）表示方式に使用されているアゾ系、アントラキノン系、ナフトキノン系、ペリレン系、キノフタロン系、アゾメチン系などが好ましく使用される。その中でも、耐光性の点からアントラキノン系単独、あるいは必要に応じて他の色素との混合したものが特に好ましい。これらの２色性色素は、必要な色によって、混合され使用される。
高分子前駆体としては、重合後、屈折率異方性を示し、液晶と配向分散するものであればなんでもよいが、液晶表示素子製造の簡便性から紫外線硬化型モノマーが望ましい。紫外線硬化型モノマーとしては、単官能メタクリレート、２官能メタクリレートあるいは多官能メタクリレートなどが好ましく使用される。散乱度を向上するために、これらモノマーは最低１個のベンゼン環をその分子構造中に含むことが望ましい。特に、ビフェニル、ターフェニル、クオーターフェニル骨格を含む材料が好ましく使用される。これらのモノマーには、カイラル性の成分を含むものでも良い。また、これらのモノマーは単独あるいは他のモノマーと混合した後、紫外線を照射し重合しても良い。
また、上記実施例２および３では、２端子の非線形素子としてMIM素子を使用したが、MIM素子以外に、ラテラル型MIM素子、バックトゥバック型MIM素子、MSI素子、ダイオードリング素子、パリスタ素子などが使用可能である。また、３端子非線形素子も、勿論使用でき、３端子非線形素子として、ポリシリコンTFT素子、アモルファスシリコンTFT素子、Cd−SeTFT素子などが使用可能である。
【０００９】
以上説明したように、本発明により、偏光板を不要とする明るく、ダブルイメージのない高分子分散型液晶表示素子において、特に、従来問題となっていた駆動電圧、及び散乱指向性による視認性の問題点を、高分子と互いに分散し、ツイスト配向した液晶の捻れ方向を、画素内で左右に分割する構成によって、解決することが可能となった。
とくに、本発明の液晶表示素子の駆動電圧は、TNモードなみにまで低減できたため、MIM素子、TFT素子にて十分に駆動することが可能となり、明るさ、コントラストを大幅に向上することが可能となった。このことにより、反射型カラー液晶表示素子とした場合の表示色数、視認性を向上することが可能となった。また、高耐圧ドライバーの必要性がなくなり、消費電力、コストを低減できた。従って、本発明は、表示色数および視認性が向上し、低消費電力、低コストの反射型カラー液晶表示素子に利用できる。
さらに、本発明の液晶表示素子では、散乱指向性を抑えることにより、明るさ、視覚特性、視認性が向上した。
その結果、本発明は、多様な環境が想定される携帯用途に適した液晶表示素子に利用できる。また、本発明は、アクティブマトリクス駆動であり、低消費電力、かつ表示品質の優れた反射型大容量ディスプレイに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第1A図および第1B図は、それぞれ本発明の実施例１の液晶表示素子の断面図および平面図。
【図２】第2A図および第2B図は、本発明の実施例１に用いたマスクを示す図。
【図３】第３図は、本発明の実施例１の液晶表示素子の電気光学特性を示す図。
【図４】第４図は、本発明の実施例１の液晶表示素子の散乱指向性を示す図。
【図５】第５図は、従来の液晶表示素子の散乱指向性を示す図。
【図６】第6A図および第6B図は、それぞれ本発明の実施例２の液晶表示素子の断面図および平面図。
【図７】第７図は、本発明の実施例３の液晶表示素子の断面図。
Claims (9)
- 画素ごとに画素電極が形成され表面が配向処理された第１の基板と、前記画素電極と対向する電極が形成され表面が配向処理された第２の基板との間に、液晶及び屈折率異方性を有した高分子が挟持されてなり、透過光の散乱による反射表示が可能な液晶表示素子において、
前記画素内が、前記液晶が前記第２の基板側から見て右 回りに捻れ配向する右捻れ配向領域および、前記液晶が 前記第２の基板側から見て左回りに捻れ配向する左捻れ配向領域に少なくとも２分割され、
前記液晶が前記右捻れ配向領域内においては前記第１の基板および第２の基板間で右捻れ配向し、前記左捻れ配向領域内においては前記第１の基板および第２の基板間で左捻れ配向しており、前記液晶と前記高分子とが前記両基板間で互いに配向し、分散され、前記右捻れ配向領 域内の液晶の捻れ角が、前記左捻れ配向領域の散乱指向 性を抑えるために該左捻れ配向領域内の液晶の捻れ角と ほぼ等しい大きさとされていることを特徴とする液晶表示素子。 - 前記右捻れ配向領域内の前記第１の基板および前記第２の基板のうちの一方の配向方向と、前記左捻れ配向領域内の前記第１の基板および前記第２の基板のうちの前記一方の配向方向とが同じであり、前記右捻れ配向領域内の前記第１の基板および前記第２の基板の他方の配向方向と、前記左捻れ配向領域内の前記第１の基板および前記第２の基板の前記他方の配向方向とが反対であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示素子。
- 前記液晶の捻れ角が、45〜90゜であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
- 前記右捻れ配向領域と前記左捻れ配向領域との境界部の前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方に遮光層が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
- 前記画素間の前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方に遮光層が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
- 前記第１の基板の前記画素電極および前記第２の基板の前記電極の一方が、反射性材料により形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
- 前記液晶がカイラル剤を含んでいないことを特徴とする請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
- 第１の基板に画素電極を形成する工程と、
第２の基板に前記画素電極と対向する電極を形成する工程と、
前記画素電極の第１の領域内の前記第１の基板および前記第２の基板のうちの一方を第１の方向に配向処理する工程と、
前記画素電極の前記第１の領域と異なる第２の領域内の前記第１の基板および前記第２の基板の前記一方を、前記第１の方向とは反対の第２の方向に配向処理する工程と、
前記画素内を、前記液晶が前記第２の基板側から見て右 回りに捻れ配向する右捻れ配向領域と、前記液晶が前記 第２の基板側から見て左回りに捻れ配向する左捻れ配向 領域とに２分割するために、前記第１の基板および前記第２の基板の他方を、前記第１の方向及び前記第２の方 向とは異なる第３の方向に配向処理する工程と、
前記第１の基板および前記第２の基板間に、高分子または高分子前駆体と液晶組成物との液晶性混合材料を配置する工程と、
前記液晶性混合材料から高分子を析出させて液晶と高分子とを相分離する工程と、を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 請求の範囲第１〜７項のうちのいずれか１項に記載の液晶表示素子を備えた電子機器。
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