JP4220748B2

JP4220748B2 - Liquid crystal display element, method for manufacturing liquid crystal display element, and liquid crystal display device

Info

Publication number: JP4220748B2
Application number: JP2002274981A
Authority: JP
Inventors: 英夫藤掛; 弘人佐藤
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2004109787A

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ならびに液晶表示装置に関し、特に、高速な階調画像表示が必要とされるフラットパネルディスプレイやフレキシブルディスプレイに好適な液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶に電界を加えて液晶分子の配向状態を変化させるという、液晶の電気光学効果を応用すると、光の強度を主に変化させる光変調器を実現することができる。この液晶を用いた光変調器は、他の電気光学効果を示す光学結晶に比べて低電圧で動作する。このため、液晶を用いた光変調器を光変調層（膜）として備えた液晶表示素子は、ディスプレイ用の電気光学素子として近年注目されている。
【０００３】
そのような液晶表示素子の中でも、液晶として自発分極を伴いカイラルスメクティックＣ相を示す強誘電性液晶を用いた素子は、ネマティック液晶を用いた、現在広く用いられている素子に比べて２桁〜３桁高速な応答速度（数十〜数百μｓｅｃ）をもつため、動画ディスプレイへの応用が期待されている。
【０００４】
この強誘電性液晶を用いた液晶表示素子として、例えば、表面安定化強誘電性液晶表示素子（表面安定化強誘電性液晶）と呼ばれるものがある。
【０００５】
この表面安定化強誘電性液晶素子は、２枚のガラス基板をスペーサ樹脂を介して張り合わせて形成した、通常２〜３μｍ程度の微小なギャップに、強誘電性液晶が充填されたものである。２枚のガラス基板は、それぞれに透明電極が設けられ、さらにそれぞれの透明電極の上にラビング（摩擦）処理を行ったポリイミド樹脂の配向膜が設けられる。
【０００６】
この場合、液晶分子は、基板と平行な面内で、配向膜の配向処理（ラビング）方向から、コーン角の２倍の、液晶材料固有の角度だけ傾いた２つの安定な配向状態をもつ（以下、これを双安定性ということがある。）。そして、透明電極に印加する電圧の極性を切り換えることにより、２つの配向状態が交替する。
【０００７】
表面安定化強誘電性液晶素子は、偏光透過軸が直交した２つの偏光板で上記の素子の両側を挟み、一方の偏光板の偏光透過軸を上記液晶分子の２方向の配向状態のうちのいずれかの配向方向に平行に設定する。
【０００８】
これにより、表面安定化強誘電性液晶素子は、双安定性の光変調動作が得られる。すなわち、印加電圧の極性に応じて、入射光に対する透過率が２値的に制御される。この場合、液晶の複屈折効果を利用して高い透過率を得るためには、コーン角は２２．５°が望ましいとされている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００９】
しかしながら、表面安定化強誘電性液晶素子は、上記のように液晶の分子配向が双安定性のため、中間調の表示が困難であり、階調を必要とする動画表示に応用することができない。また、表面安定化強誘電性液晶素子は、素子製造工程において液晶を充填する際に液晶分子の配向が不連続となる配向欠陥（ジグザグ欠陥）が発生しやすく、それに伴う黒表示（暗状態）における光漏れにより、光変調のコントラスト比が低下して動作の面内均一性、言い換えれば表示の面内均一性が著しく低下するおそれがある。また、素子使用時に外力が作用するとき、２枚のガラス基板のギャップが変形して液晶の分子構造に乱れを生じやすく、これによってもコントラスト比や動作の面内均一性の低下を来たすおそれがある。
【００１０】
これに対して、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子の他の例として、単安定性強誘電性液晶表示素子（単安定性強誘電性液晶）と呼ばれる素子が提案されている。
【００１１】
この単安定性強誘電性液晶表示素子は、基本的な構成は上記の表面安定化強誘電性液晶素子と同様であるが、液晶分子の配向の安定方向が、配向膜の配向処理方向と平行な単一の方向となるとされており、この点が表面安定化強誘電性液晶素子と相違する。単安定性強誘電性液晶表示素子は、素子に印加する電圧の極性を切り換えることにより、液晶分子は、配向膜の配向処理方向から正負両方向に傾いて配向する。すなわち、液晶分子の配向は、電圧の極性および強度に応じて配向膜の配向処理方向を中心として逆方向に変化する。
【００１２】
したがって、単安定性強誘電性液晶表示素子は、電圧の強度に応じた階調表示動作を得ることができるとされている。この場合、高い透過率を得るためのコーン角は４５°程度が望ましいとされている（例えば、非特許文献２参照。）。
また、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子のさらに他の例として、ポリマー安定化強誘電性液晶表示素子（ポリマー安定化強誘電性液晶）と呼ばれる素子が提案されている。
【００１３】
このポリマー安定化強誘電性液晶表示素子は、基本的な構成は表面安定化強誘電性液晶素子と同様であるが、ガラス基板間に充填する液晶中に含有率として数％程度の微量の樹脂を分子オーダーで混合する点が表面安定化強誘電性液晶素子と相違する。この場合、液晶分子は、配向膜の配向処理方向からコーン角だけ傾いた１つの安定な配向状態をもち、正負いずれか一方の極性の電圧に応じてのみ配向変化する。
【００１４】
したがって、ポリマー安定化強誘電性液晶表示素子は、電圧の強度に応じた階調表示動作を得ることができるとされている。この場合、高い透過率を得るためのコーン角は２２．５°が程度が望ましいとされている（例えば、非特許文献３参照。）。
【００１５】
【非特許文献１】
N..A.Clark and S.T.Lagerwall；
Appl.Phys.Lett. Vol.36,No.11,pp.899-901（1980）
【非特許文献２】
仁藤敬一等情報映像メディア学会技術報告、ＩＤＹ９７−１３５、ｐｐ．１−６（１９９７）
【非特許文献３】
S.Kataoka et al. Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol.292,pp.333-343,1 997。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の単安定性強誘電性液晶表示素子は、高い透過率を得るうえで望ましいとされる４５°のコーン角のものは得られていない。これは、広いコーン角の液晶は、配向膜の配向処理方向と電圧印加時の液晶配向方向が大きく異なるため、配向膜の配向規制力、言い換えればアンカリング効果が及びにくくなり、液晶の配向変化のコーン軸がばらつき、結果的に高い透過率を得ることができず、また、光変調動作が面内でばらつくためである。したがって、４５°より小さなコーン角を有する液晶を用いた単安定性強誘電性液晶表示素子は、必ずしも良好な中間調表示を得ることができない。
【００１７】
また、単安定性強誘電性液晶表示素子は、上記の表面安定化強誘電性液晶素子と同様に、配向欠陥に起因して、光変調のコントラスト比が低下し、動作の面内均一性が低下する不具合については解消されていない。
【００１８】
一方、ポリマー安定化強誘電性液晶表示素子は、良好な階調表示動作を得ることができ、また、配向欠陥も解消されるものの、素子使用時に外力が作用するときに液晶の分子配向構造が乱れ、光変調のコントラスト比や動作の面内均一性が低下する不具合については、単安定性強誘電性液晶表示素子の場合と同様に解消されていない。
【００１９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、良好な中間調表示を得ることができるとともに、光変調のコントラスト比や動作の面内均一性が良好な液晶表示素子およびその製造方法ならびに液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示素子は、自発分極を伴い、カイラルスメクティックＣ相を示し、理想コーン角４５°に対して４０°以上のコーン角を有する強誘電性液晶と、分子配向性の２官能性モノマーが重合されて構成される、異方性構造となるポリマー繊維のネットワークを有する樹脂と、の複合体からなる液晶光変調膜と、該液晶光変調膜の両側を挟む２つのプレチルト配向膜と、該２つの配向膜を挟む２つの透明電極と、該２つの透明電極を保持する２つの透明基板と、該２つの透明基板を挟み、相互に偏光透過軸が直交する２つの偏光板と、を有し、前記樹脂のポリマー繊維のネットワークの配向方向が、該２つのプレチルト配向膜のいずれか一方の配向処理方向に平行な異方性を有するとともに、前記２つの偏光板のいずれか一方の偏光透過軸が前記２つの配向膜のいずれか一方の配向処理方向と平行に設けられてなり、前記液晶光変調膜は、前記透明電極間の印加電圧による液晶配向角度のアナログ的な変化に対応して連続的に変化する光透過率を有することを特徴とする。
【００２１】
これにより、良好な中間調表示を得ることができるとともに、高いコントラスト比および動作の面内均一性を得ることができる。
【００２３】
また、この場合、前記ポリマー繊維の太さが１μｍ以下であると、光散乱を軽減することができて好適である。なお、繊維の直径の下限値は、特に限定するものではない。
【００２７】
また、本発明に係る液晶表示素子において、液晶光変調膜の厚みが１．５μｍ以上であると、十分な複屈折率効果が得られ、高い透過率が確保できるため、好ましい。なお、厚みの上限値は、特に限定するものではないが、素子作製の容易さの点から１０μｍ以下程度であれば実用的である。
【００２８】
また、この場合、前記樹脂の含有率が５〜４０質量％であると、液晶光変調膜の良好な機械的強度を得ることができる。
【００２９】
また、この場合、前記樹脂が、光硬化、熱硬化または反応硬化によって形成された、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、もしくはそれらの共重合体のうちのいずれか１つまたは混合物であると、好適である。
【００３０】
また、この場合、前記強誘電性液晶が、シッフ塩基系強誘電性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液晶、ビフェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶またはフェニルピリミジン系強誘電性液晶のうちのいずれか１つまたは混合物であると、好適である。
【００３４】
また、この場合、前記２つの配向膜の配向処理方向が相互に逆であってもよい。
【００３６】
また、この場合、前記透明基板が、厚みの薄いガラス板または樹脂フィルムであると、軽量化された大面積の表示素子を得ることができる。また、樹脂フィルムの場合、さらに、フレキシブルな表示素子を得ることができる。厚みは、ガラス板の場合で０．７ｍｍ以下程度、樹脂フィルムの場合０．４ｍｍ以下程度が好ましい。厚みの下限は各材料が取り扱い上、および使用時において必要な剛性が得られる限度において特に限定するものではない。
【００３７】
また、本発明に係る液晶表示装置は、上記の液晶表示素子と、バックライトとを備えることを特徴とする。
【００３８】
これにより、コントラスト比の良好な表示装置を得ることができる。
【００３９】
また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記の液晶表示素子の製造方法であって、２つの透明基板のそれぞれに形成された配向膜のうちの少なくとも一方に強誘電性液晶、および２官能性モノマーを有する樹脂の混合液を塗布する工程と、塗布された該混合液を挟んで該２つの透明基板を密着させる工程と、該２官能性モノマーを重合する工程とを有することを特徴とする。
【００４０】
これにより、本発明の液晶表示素子を好適に得ることができる。
【００４１】
この場合、前記モノマーを重合する工程において、前記混合液がネマティック相またはスメクティック相を示す温度で紫外線を照射して光重合すると、好適である。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る液晶光変調膜およびその製造方法ならびに液晶表示素子および液晶表示装置の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
【００４３】
まず、本実施の形態例に係る液晶光変調膜（液晶光変調器）および液晶表示素子について、図１を参照して説明する。図１は、液晶光変調膜を模式的に示している。
【００４４】
液晶光変調膜１０は、強誘電性液晶１２および樹脂１４の複合体である。
【００４５】
強誘電性液晶１２は、自発分極を伴い、カイラルスメクティックＣ相を示すものを用いる。強誘電性液晶１２が大きな自発分極をもつことにより、高速応答と低電圧駆動が可能となる。また、強誘電性液晶１２のコーン角は、４５°が理想的であり、これにより複屈折効果に基づき高い光透過率が得られる。但し、４０°以上であれば実用上十分な光透過率を得ることができる。また、強誘電性液晶１２は、屈折率異方性Δｎ（Δｎ＝異常性光屈折率ｎ_θ−常光屈折率ｎ_ｏ）が大きい方が、入射光の偏光状態を大きく制御できるため、好ましい。このような特性をもつ強誘電性液晶１２の材料として、シッフ塩基系強誘電性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液晶、ビフェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶、フェニルピリミジン系強誘電性液晶等を挙げることができる。これらの材料のなかから１つを選択して、あるいは、２つ以上を混合して用いることができる。
【００４６】
樹脂１４に用いる材料としては、強誘電性液晶１２に対して多量に複合する観点から、強誘電性液晶１２に対する溶解性が高く、かつ、分子配向性に優れたモノマーまたは液晶性モノマーが好ましい。また、光硬化、熱硬化、あるいは反応硬化により形成される樹脂類またはこれらの樹脂類の共重合体が好適である。このような樹脂として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂を挙げることができる。これらの樹脂のうちから１つを選択して、あるいは２つ以上を混合して用いることができる。
【００４７】
樹脂１４は、異方性構造あるいは分子配向を有する。これにより、強誘電性液晶１２の配向が促進されるとともに、規制される。また、素子形成時に液晶の配向が不連続となる配向欠陥（ジグザグ欠陥）の発生が抑制される。したがって、表示素子に用いたときに高いコントラスト比を得ることができる。この場合、二次元あるいは三次元の網目構造（ネットワーク）を有すると、さらに好ましい。また、樹脂１４が網目構造のときの繊維の直径を１μｍ以下とすることが好ましい。この寸法は、入射光の可視波長のうちの最長波長に略相当し、これにより、コントラスト比の低下を招く光散乱を生じることがない。なお、繊維の直径の下限値は、特に限定するものではない。
【００４８】
また、上記した異方性構造あるいは分子配向を有する樹脂１４は、強誘電性液晶１２とからなる複合体中、好ましくは５〜４０質量％含有する。これにより、液晶光変調膜、強誘電性液晶１２および樹脂１４からなる複合体）１０は機械的強度が確保され、自己支持性が得られる。この場合、液晶光変調膜１０中に、球状のスペーサ樹脂や、フォトリソグラフィで形成された微細な柱状の樹脂構造物をさらに設けると、液晶光変調膜１０の機械的強度をさらに増すことができる。
【００４９】
なお、上記した樹脂１４の含有率は、５質量％未満のときは本発明の効果を十分に奏することができないおそれがあり、一方、４０質量％を超えるときは液晶の分子配向変化が阻害され、強誘電性液晶１２のコーン角が小さくなって表示のコントラスト比等が低下するおそれがある。
【００５０】
液晶光変調膜１０は、厚みが１．５μｍ以上であると、十分な複屈折率効果が得られ、高い透過率が確保できるため、好ましい。なお、厚みの上限値は、特に限定するものではないが、素子作製の容易さの点から１０μｍ以下程度であれば実用的である。
【００５１】
したがって、液晶光変調膜１０は従来のように剛性の高い２枚の基板間に形成したギャップの中に液晶を充填することにより液晶の膜厚を保つ必要がなく、また、このため、外力が作用してギャップが変形することに伴って液晶の膜厚が変化するおそれがなく、また、液晶の配向構造が乱れるおそれもない。
【００５２】
上記のように構成される本実施の形態例に係る液晶光変調膜１０は、それぞれ配向膜１６ａ、１６ｂを介して透明電極１８ａ、１８ｂを設けた２枚の透明基板２０ａ、２０ｂに挟持され、さらに透明基板２０ａ、２０ｂのそれぞれの表面には偏光板２２ａ、２２ｂが設けられる。これにより、本実施の形態例に係る液晶表示素子２４とされる。液晶表示素子２４の透明電極１８ａ、１８ｂは、リード線２６ａ、２６ｂを介して直流電圧もしくは交流電圧を供給する電圧源２８に接続される。
【００５３】
配向膜１６ａ、１６ｂは、図１中、Ｘ方向に、ラビング配向処理方向を液晶光変調膜１０の樹脂１４の強い配向規制力により規制された強誘電性液晶１２の配向の安定方向と平行になるように配置される。このとき、２つの配向膜１６ａ、１６ｂのラビング配向処理方向は、逆方向であることが配向欠陥の発生を防止する上で好ましいが、これに限らず例えば同一方向であってもよい。偏光板２２ａ、２２ｂは、互いに偏光透過軸を直交させて配置される。このとき、偏光板２２ａ、２２ｂは、それぞれの偏光透過軸を配向膜１６ａ、１６ｂのラビング配向処理方向と平行に、あるいは直交させて配置される。
【００５４】
また、以下のような方法で、強誘電性液晶１２および樹脂１４が高い異方性を有する液晶光変調膜１０を作製すれば、配向膜１６ａ、１６ｂを省略することも可能である。
【００５５】
例えば、液晶光変調膜１０を作製するとき、外部から曲げ荷重またはせん断荷重を加えて強誘電性液晶１２および樹脂１４のモノマーの混合液内の分子を配向させながら重合することができる。また、偏光した紫外線を上記の混合液に照射して一方向に配列した樹脂１４のモノマーを選択的に重合してもよい。
【００５６】
配向膜１６ａ、１６ｂは、摩擦処理（ラビング配向処理）が施されたポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、斜方蒸着されたＳｉＯ_ｘ（ｘは１〜２）等を好適に用いることができる。また、これらに変えて、偏光紫外線照射による光分解によって光配向処理が施され、一方向に配列したモノマーを選択的に架橋した、シンナメート樹脂、ポリイミド樹脂を用いてもよい。
【００５７】
また、配向膜１６ａ、１６ｂは、高プレチルト配向膜を用いると、より好ましい。これにより、強誘電性液晶１２を透明基板２０ａ、２０ｂから起こして配向させることで、素子作製時の配向欠陥をより確実に解消することができ、コントラスト比や素子の面内均一性を高めることができる。強誘電性液晶１２と透明基板２０ａ、２０ｂの分子がなす角度であるプレチルト角は、２〜１０°程度とする。
【００５８】
透明電極１８ａ、１８ｂの材料としては、スズをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）を好適に用いることができるが、これ以外にも、透明性のある金属材料を用いることができる。この場合、液晶光変調膜１０と透明電極１８ａ、１８ｂとの間に、透明な有機物や、二酸化ケイ素、二酸化チタン等の透明な無機酸化物からなる絶縁層を設けると、液晶光変調膜１０と透明電極１８ａ、１８ｂとの間の短絡をより確実に避けることができる。
【００５９】
透明基板２０ａ、２０ｂの材料としては、厚みの薄いものが好ましい。例えば厚みが０．７ｍｍ以下のガラス板を用いることができ、これにより、表示素子の軽量化、大面積化を実現することができる。また、例えば厚みが０．４ｍｍ以下程度の可撓性を有する樹脂フィルムを用いてもよく、これにより、さらに、軽量で巻き取り可能な、フレキシブル性を有する表示素子を得ることができる。このような、樹脂フィルムに用いられる樹脂としては、光透過率等の光学特性に優れたポリカーボネート樹脂、ポルエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。
【００６０】
上記のように構成される本実施の形態例に係る液晶表示素子２４は、入射光が偏光板２２ａにより配向膜１６ａの配向処理方向と平行または垂直に偏光されて透明基板２２ａに入射され、液晶光変調膜１０で偏光状態が制御され、偏光板２２ｂを透過して強度が変調されて（光変調されて）透過光となる。
【００６１】
このとき、樹脂１４の強い配向規制力により強誘電性液晶１２の配向の安定方向が配向膜１６ａ、１６ｂのラビンング配向処理方向と平行であるため、強誘電性液晶１２の配向はラビンング配向処理方向を中心にして、透明電極１８ａ、１８ｂ間に印加する電圧の極性に応じて逆方向に変化する。強誘電性液晶１２の配向の角度は、電圧強度に応じてアナログ的に変化する、すなわち、印加電圧の強度と極性により光が液晶光変調膜１０から受ける複屈折効果が変化するため、連続的な光変調が可能となる。
【００６２】
以上説明した本実施の形態例に係る液晶光変調膜および液晶表示素子は、良好な中間調表示を得ることができるとともに、高いコントラスト比および動作の面内均一性を得ることができる。
【００６３】
本実施の形態例に係る液晶表示素子２４において、蛍光管、冷陰極管、発光ダイオード等のバックライトをさらに設けると、よりコントラストの良好な表示装置を得ることができる。また、液晶光変調膜に反射板や拡散板を組み合わせるか、表示素子に内蔵してもよく、これにより消費電力の低い反射型表示装置を得ることができる。また、反射板または拡散板をバックライトと組み合わせて用いてもよい。
【００６４】
つぎに、上記した本実施の形態例に係る液晶光変調膜の製造方法について説明する。
【００６５】
まず、それぞれ透明電極を形成した２枚の透明基板を用意する。そして、２枚の透明電極上にそれぞれ配向膜を形成する。
【００６６】
ついで、少なくとも一方の配向膜上に強誘電性液晶およびモノマーを有する樹脂混合液を塗布する。
【００６７】
このとき、塗布法としては、ロールコーティング、ディッピング、スピンコーティング、キャスティング、スプレー、ドクターブレードコーティング等を用いることができ、また、フレキソ印刷、グラビア印刷等の印刷技術を用いると生産性や作業能率に優れる。
【００６８】
ついで、塗布された混合液を挟んで２つの透明基板を密着させる。
【００６９】
ついで、モノマーを重合する。
【００７０】
重合した強誘電性液晶および樹脂を相分離することにより、強誘電性液晶および樹脂からなる複合体、すなわち、本発明の液晶光変調膜を好適に得ることができる。
【００７１】
この場合、上記のモノマーを重合する工程において、混合液がネマティック相またはスメクティック相を示す温度で紫外線を照射して光重合すると、好適である。
【００７２】
【実施例】
実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００７３】
本実施例の液晶光変調膜は、強誘電性液晶としてコーン角４２．９°、カイラルピッチ１４μｍの液晶組成物を用い、樹脂の原材料として紫外線硬化性の２官能性アクリルモノマーを用いて作製したものである。作製方法は、以下のとおりである。
【００７４】
まず、２枚の透明ガラス基板に、それぞれ厚みが７２ｎｍのＩＴＯをスパッタリング法により成膜して透明電極を形成した。
【００７５】
ついで、それぞれの透明電極上に、スピンコート法によって高プレチルト用ポリイミド（ＪＳＲ社製ＪＡＬＳ−２４６−Ｒ４）を塗布して、厚みが５０ｎｍの配向膜を形成した。さらに、配向膜の表面を微細なナイロン（登録商標）繊維付きロール（安川加工社製ＹＡ−２０−ＲＷ）で一方向にラビングした。
【００７６】
ついで、液晶組成物に、モノマー濃度が１０質量％となるようにアクリルモノマーを配合するとともに、２μｍ径の球状スペーサを分散した混合液を調製し、１００℃で加熱、溶解した状態で、一方の透明ガラス基板の配向膜上に塗布した。
【００７７】
ついで、混合物を塗布しなかった他方の透明ガラス基板を、その他方の透明ガラス基板に設けた配向膜が混合液と密着するように、混合物を塗布した方の透明ガラス基板と重ねた。このとき、２つの配向膜のラビング方向は逆向きとした。その後、中心波長が３６５ｎｍで、強度が４０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を照射した。これにより、ラビング方向に配向した網目状の樹脂繊維を含む、厚みが２μｍの複合体、すなわち、本実施例の液晶光変調膜を備えた液晶表示素子得た。
【００７８】
本実施例の液晶表示素子に−１５Ｖ〜＋１５Ｖまで直流電圧を変化させて印加したときの透過光の挙動を図２に示す。
【００７９】
印加電圧に応じて光強度（光透過率）が連続的に変化し、Ｖ字状の光変調特性が確認された。そのコントラスト比は２００：１以上であり、高いコントラスト比を有する、表示素子に好適な液晶光変調膜が得られた。
【００８０】
【発明の効果】
本発明に係る液晶光変調膜によれば、自発分極を伴い、カイラルスメクティックＣ相を示し、４０°以上のコーン角を有する強誘電性液晶および異方性構造若しくは分子配向を有する樹脂の複合体からなるため、表示素子に用いたときに、良好な中間調表示を得ることができるとともに、高いコントラスト比および動作の面内均一性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例に係る液晶光変調膜および液晶表示素子の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例の液晶表示素子を動作させたときの光変調特性を示す図である。
【符号の説明】
１０液晶光変調膜
１２強誘電性液晶
１４樹脂
１６ａ、１６ｂ配向膜
１８ａ、１８ｂ透明電極
２０ａ、２０ｂ透明基板
２２ａ、２２ｂ偏光板
２４液晶表示素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device and manufacturing method liquid crystal display device as well, in particular, of a preferred liquid crystal display device in flat panel displays and flexible displays that display high-speed gradation image is required.
[0002]
[Prior art]
By applying the electro-optic effect of the liquid crystal, which changes the alignment state of the liquid crystal molecules by applying an electric field to the liquid crystal, an optical modulator that mainly changes the intensity of light can be realized. An optical modulator using this liquid crystal operates at a lower voltage than an optical crystal exhibiting other electro-optical effects. For this reason, a liquid crystal display element provided with a light modulator using liquid crystal as a light modulation layer (film) has recently attracted attention as an electro-optical element for display.
[0003]
Among such liquid crystal display elements, an element using a ferroelectric liquid crystal exhibiting a chiral smectic C phase accompanied by spontaneous polarization as a liquid crystal is two orders of magnitude higher than a currently widely used element using a nematic liquid crystal. Since it has a response speed (several tens to several hundreds μsec) that is three digits faster, it is expected to be applied to a moving image display.
[0004]
As a liquid crystal display element using this ferroelectric liquid crystal, for example, there is a so-called surface-stabilized ferroelectric liquid crystal display element (surface-stabilized ferroelectric liquid crystal).
[0005]
This surface-stabilized ferroelectric liquid crystal element is formed by laminating two glass substrates through a spacer resin and filling a small gap, usually about 2 to 3 μm, with ferroelectric liquid crystal. The two glass substrates are each provided with a transparent electrode, and further, an alignment film of a polyimide resin subjected to rubbing (friction) treatment is provided on each transparent electrode.
[0006]
In this case, the liquid crystal molecules have two stable alignment states inclined by an angle specific to the liquid crystal material, twice the cone angle, from the alignment treatment (rubbing) direction of the alignment film in a plane parallel to the substrate ( This is sometimes referred to as bistability). Then, by switching the polarity of the voltage applied to the transparent electrode, the two orientation states alternate.
[0007]
The surface-stabilized ferroelectric liquid crystal element sandwiches both sides of the element with two polarizing plates having polarization transmission axes orthogonal to each other, and the polarization transmission axis of one polarizing plate is the alignment state in the two directions of the liquid crystal molecules. Set parallel to any orientation direction.
[0008]
Thereby, the surface-stabilized ferroelectric liquid crystal element can obtain a bistable light modulation operation. That is, the transmittance for incident light is controlled in a binary manner according to the polarity of the applied voltage. In this case, in order to obtain a high transmittance by utilizing the birefringence effect of the liquid crystal, the cone angle is desirably 22.5 ° (for example, see Non-Patent Document 1).
[0009]
However, the surface-stabilized ferroelectric liquid crystal element is difficult to display in halftone because the molecular orientation of the liquid crystal is bistable as described above, and cannot be applied to moving image display that requires gradation. . In addition, surface-stabilized ferroelectric liquid crystal elements tend to generate alignment defects (zigzag defects) in which the alignment of liquid crystal molecules becomes discontinuous when filling the liquid crystal in the element manufacturing process, and black display (dark state) associated therewith. Due to light leakage, the contrast ratio of the light modulation is lowered, and there is a risk that the in-plane uniformity of operation, in other words, the in-plane uniformity of display is significantly reduced. In addition, when an external force is applied when the device is used, the gap between the two glass substrates is deformed and the molecular structure of the liquid crystal is likely to be disturbed, which may cause a decrease in contrast ratio and in-plane uniformity of operation. is there.
[0010]
On the other hand, as another example of a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal, an element called a monostable ferroelectric liquid crystal display element (monostable ferroelectric liquid crystal) has been proposed.
[0011]
This monostable ferroelectric liquid crystal display element has the same basic structure as the above surface-stabilized ferroelectric liquid crystal element, but the liquid crystal molecule alignment stable direction is parallel to the alignment processing direction of the alignment film. This point is different from the surface-stabilized ferroelectric liquid crystal element. In the monostable ferroelectric liquid crystal display element, by switching the polarity of the voltage applied to the element, the liquid crystal molecules are aligned in both positive and negative directions from the alignment treatment direction of the alignment film. That is, the alignment of the liquid crystal molecules changes in the reverse direction centering on the alignment treatment direction of the alignment film according to the polarity and strength of the voltage.
[0012]
Therefore, it is said that the monostable ferroelectric liquid crystal display element can obtain a gradation display operation corresponding to the voltage intensity. In this case, the cone angle for obtaining a high transmittance is preferably about 45 ° (see, for example, Non-Patent Document 2).
As still another example of a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal, an element called a polymer-stabilized ferroelectric liquid crystal display element (polymer-stabilized ferroelectric liquid crystal) has been proposed.
[0013]
This polymer-stabilized ferroelectric liquid crystal display device has the same basic structure as the surface-stabilized ferroelectric liquid crystal device, but a small amount of resin with a content of several percent in the liquid crystal filled between the glass substrates. Is different from the surface-stabilized ferroelectric liquid crystal element. In this case, the liquid crystal molecules have one stable alignment state inclined by a cone angle from the alignment processing direction of the alignment film, and the alignment changes only in accordance with a positive or negative voltage.
[0014]
Therefore, it is said that the polymer-stabilized ferroelectric liquid crystal display element can obtain a gradation display operation corresponding to the voltage intensity. In this case, the cone angle for obtaining a high transmittance is desirably about 22.5 ° (see, for example, Non-Patent Document 3).
[0015]
[Non-Patent Document 1]
N..A.Clark and STLagerwall;
Appl.Phys.Lett. Vol.36, No.11, pp.899-901 (1980)
[Non-Patent Document 2]
Keiichi Nito, etc. Information and Visual Media Society Technical Report, IDY 97-135, pp. 1-6 (1997)
[Non-Patent Document 3]
S. Kataoka et al. Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 292, pp. 333-343, 1 997.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, the monostable ferroelectric liquid crystal display element described above has not been obtained with a cone angle of 45 °, which is desirable for obtaining high transmittance. This is because liquid crystal with a wide cone angle has a large difference between the alignment treatment direction of the alignment film and the alignment direction of the liquid crystal when a voltage is applied. This is because the cone axis varies, and as a result, a high transmittance cannot be obtained, and the light modulation operation varies in the plane. Therefore, a monostable ferroelectric liquid crystal display device using a liquid crystal having a cone angle smaller than 45 ° cannot always obtain a good halftone display.
[0017]
Similarly to the above surface-stabilized ferroelectric liquid crystal element, the monostable ferroelectric liquid crystal display element has a reduced light modulation contrast ratio due to alignment defects, and has an in-plane uniformity of operation. It is not solved about the malfunction which falls.
[0018]
On the other hand, the polymer-stabilized ferroelectric liquid crystal display device can obtain a good gradation display operation and eliminates alignment defects. However, when an external force is applied when the device is used, the molecular alignment structure of the liquid crystal Disturbances and inconveniences in which the optical modulation contrast ratio and the in-plane uniformity of operation are reduced have not been resolved as in the case of monostable ferroelectric liquid crystal display elements.
[0019]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and can provide a favorable halftone display, a liquid crystal display element having a good contrast ratio of light modulation and in-plane uniformity of operation, and a manufacturing method thereof and to provide a liquid crystal display device as well.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The liquid crystal display device according to the present invention includes a ferroelectric liquid crystal having a spontaneous smectic C phase accompanied by spontaneous polarization and having a cone angle of 40 ° or more with respect to an ideal cone angle of 45 °, and a bi- functionality of molecular orientation. monomers formed are polymerized, and a resin having a network of polymer fibers to be anisotropic structure, and composed of composite liquid crystal light modulating film, and two pre-tilt alignment films sandwiching the both sides of the liquid crystal light modulating film Two transparent electrodes sandwiching the two alignment films, two transparent substrates holding the two transparent electrodes, two polarizing plates sandwiching the two transparent substrates and having polarization transmission axes orthogonal to each other, And the orientation direction of the polymer fiber network of the resin has anisotropy parallel to the orientation treatment direction of one of the two pretilt orientation films, and one of the two polarizing plates Polarization The transmission axis is provided in parallel with the alignment treatment direction of one of the two alignment films, and the liquid crystal light modulation film responds to an analog change in the liquid crystal alignment angle due to the applied voltage between the transparent electrodes. The light transmittance changes continuously .
[0021]
Thus, it is possible to obtain a good good halftone display can be obtained in-plane uniformity of the high contrast ratio and operation.
[0023]
In this case, it is preferable that the thickness of the polymer fiber is 1 μm or less because light scattering can be reduced. The lower limit of the fiber diameter is not particularly limited.
[0027]
In the liquid crystal display element according to the present invention, it is preferable that the thickness of the liquid crystal light modulation film is 1.5 μm or more because a sufficient birefringence effect can be obtained and high transmittance can be secured. The upper limit value of the thickness is not particularly limited, but is practical if it is about 10 μm or less from the viewpoint of ease of device fabrication.
[0028]
Moreover, in this case, when the content of the resin is 5 to 40% by mass, good mechanical strength of the liquid crystal light modulation film can be obtained.
[0029]
Moreover, in this case, when the resin is any one of acrylic resin, epoxy resin, urethane resin, or a copolymer thereof formed by photocuring, heat curing, or reaction curing, or a mixture thereof, Is preferred.
[0030]
In this case, the ferroelectric liquid crystal is a Schiff base ferroelectric liquid crystal, an azo ferroelectric liquid crystal, an azoxy ferroelectric liquid crystal, a biphenyl ferroelectric liquid crystal, an ester ferroelectric liquid crystal, or a phenyl pyrimidine. Any one of the system ferroelectric liquid crystals or a mixture is preferable.
[0034]
In this case, the alignment treatment direction of the pre-SL two alignment layers may be reversed to each other.
[0036]
In this case, when the transparent substrate is a thin glass plate or resin film, a light-weight large-area display element can be obtained. In the case of a resin film, a flexible display element can be obtained. The thickness is preferably about 0.7 mm or less in the case of a glass plate and about 0.4 mm or less in the case of a resin film. The lower limit of the thickness is not particularly limited as long as each material can be handled and used to obtain the necessary rigidity.
[0037]
In addition, a liquid crystal display device according to the present invention includes the above liquid crystal display element and a backlight.
[0038]
Thereby, a display device with a good contrast ratio can be obtained.
[0039]
A method for manufacturing a liquid crystal display element according to the present invention is the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element , wherein at least one of alignment films formed on each of two transparent substrates is a ferroelectric liquid crystal, and A step of applying a mixed solution of a resin having a bifunctional monomer, a step of closely adhering the two transparent substrates across the applied mixed solution, and a step of polymerizing the bifunctional monomer. Features.
[0040]
Thereby, the liquid crystal display element of this invention can be obtained suitably.
[0041]
In this case, in the step of polymerizing the monomer, it is preferable to perform photopolymerization by irradiating ultraviolet rays at a temperature at which the mixed solution exhibits a nematic phase or a smectic phase.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment (hereinafter referred to as this embodiment) of a liquid crystal light modulation film, a manufacturing method thereof, a liquid crystal display element, and a liquid crystal display device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0043]
First, a liquid crystal light modulation film (liquid crystal light modulator) and a liquid crystal display element according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows a liquid crystal light modulation film.
[0044]
The liquid crystal light modulation film 10 is a composite of a ferroelectric liquid crystal 12 and a resin 14.
[0045]
As the ferroelectric liquid crystal 12, a liquid crystal that exhibits spontaneous polarization and exhibits a chiral smectic C phase is used. Since the ferroelectric liquid crystal 12 has a large spontaneous polarization, high-speed response and low-voltage driving are possible. Further, the cone angle of the ferroelectric liquid crystal 12 is ideally 45 °, whereby a high light transmittance can be obtained based on the birefringence effect. However, if it is 40 ° or more, a practically sufficient light transmittance can be obtained. Further, the ferroelectric liquid crystal 12, the refractive index anisotropy [Delta] n ([Delta] n = abnormalities refractive index n _theta - ordinary refractive index n _o) is the larger, it is possible to increase control of the polarization state of the incident light, preferably. As a material of the ferroelectric liquid crystal 12 having such characteristics, Schiff base ferroelectric liquid crystal, azo ferroelectric liquid crystal, azoxy ferroelectric liquid crystal, biphenyl ferroelectric liquid crystal, ester ferroelectric liquid crystal And phenylpyrimidine-based ferroelectric liquid crystal. One of these materials can be selected, or two or more can be mixed and used.
[0046]
The material used for the resin 14 is preferably a monomer or a liquid crystalline monomer that is highly soluble in the ferroelectric liquid crystal 12 and excellent in molecular orientation from the viewpoint of complexing with the ferroelectric liquid crystal 12 in a large amount. In addition, resins formed by photocuring, heat curing, or reaction curing or copolymers of these resins are suitable. Examples of such resins include acrylic resins, epoxy resins, and urethane resins. One of these resins can be selected, or two or more can be mixed and used.
[0047]
The resin 14 has an anisotropic structure or molecular orientation. Thereby, the alignment of the ferroelectric liquid crystal 12 is promoted and regulated. In addition, the occurrence of alignment defects (zigzag defects) in which the alignment of the liquid crystal becomes discontinuous at the time of element formation is suppressed. Therefore, a high contrast ratio can be obtained when used in a display element. In this case, it is more preferable to have a two-dimensional or three-dimensional network structure (network). Moreover, it is preferable that the diameter of the fiber when the resin 14 has a network structure is 1 μm or less. This dimension substantially corresponds to the longest wavelength of the visible light of the incident light, thereby preventing light scattering that causes a reduction in contrast ratio. The lower limit of the fiber diameter is not particularly limited.
[0048]
Further, the resin 14 having the anisotropic structure or the molecular orientation described above is preferably contained in the composite composed of the ferroelectric liquid crystal 12 in an amount of 5 to 40% by mass. As a result, the composite (comprised of the liquid crystal light modulation film, the ferroelectric liquid crystal 12 and the resin 14) 10 is ensured in mechanical strength and self-supporting. In this case, if the liquid crystal light modulation film 10 is further provided with a spherical spacer resin or a fine columnar resin structure formed by photolithography, the mechanical strength of the liquid crystal light modulation film 10 can be further increased. .
[0049]
When the content of the resin 14 is less than 5% by mass, the effects of the present invention may not be sufficiently achieved. On the other hand, when the content exceeds 40% by mass, the change in the molecular orientation of the liquid crystal is inhibited. In addition, the cone angle of the ferroelectric liquid crystal 12 may be reduced and the contrast ratio of the display may be reduced.
[0050]
It is preferable that the liquid crystal light modulation film 10 has a thickness of 1.5 μm or more because a sufficient birefringence effect can be obtained and high transmittance can be secured. The upper limit value of the thickness is not particularly limited, but is practical if it is about 10 μm or less from the viewpoint of ease of device fabrication.
[0051]
Therefore, the liquid crystal light modulation film 10 does not need to maintain the thickness of the liquid crystal by filling the liquid crystal in the gap formed between the two substrates having high rigidity as in the prior art. There is no possibility that the film thickness of the liquid crystal changes due to the deformation of the gap due to the action, and there is no possibility that the alignment structure of the liquid crystal is disturbed.
[0052]
The liquid crystal light modulation film 10 according to this embodiment configured as described above is sandwiched between two transparent substrates 20a and 20b provided with transparent electrodes 18a and 18b via alignment films 16a and 16b, respectively. Further, polarizing plates 22a and 22b are provided on the respective surfaces of the transparent substrates 20a and 20b. Thus, the liquid crystal display element 24 according to the present embodiment is obtained. The transparent electrodes 18a and 18b of the liquid crystal display element 24 are connected to a voltage source 28 that supplies a DC voltage or an AC voltage via lead wires 26a and 26b.
[0053]
The alignment films 16a and 16b are parallel to the X direction in FIG. 1 and the stable direction of the alignment of the ferroelectric liquid crystal 12 in which the rubbing alignment treatment direction is regulated by the strong alignment regulating force of the resin 14 of the liquid crystal light modulation film 10. It is arranged to become. At this time, the rubbing alignment treatment direction of the two alignment films 16a and 16b is preferably reverse in order to prevent the occurrence of alignment defects, but is not limited thereto, and may be in the same direction, for example. The polarizing plates 22a and 22b are disposed with their polarization transmission axes orthogonal to each other. At this time, the polarizing plates 22a and 22b are arranged with their respective polarization transmission axes parallel or orthogonal to the rubbing alignment treatment direction of the alignment films 16a and 16b.
[0054]
Further, if the liquid crystal light modulation film 10 in which the ferroelectric liquid crystal 12 and the resin 14 have high anisotropy is produced by the following method, the alignment films 16a and 16b can be omitted.
[0055]
For example, when the liquid crystal light modulation film 10 is produced, polymerization can be performed while orienting molecules in the mixed liquid of the ferroelectric liquid crystal 12 and the monomer of the resin 14 by applying a bending load or a shearing load from the outside. Alternatively, the monomer of the resin 14 arranged in one direction may be selectively polymerized by irradiating the above-mentioned mixed liquid with polarized ultraviolet rays.
[0056]
For the alignment films 16a and 16b, polyimide resin, polyvinyl alcohol resin, obliquely deposited SiO _x (x is 1 to 2) or the like subjected to friction processing (rubbing alignment processing) can be preferably used. Instead of these, a cinnamate resin or a polyimide resin that has been subjected to photo-alignment treatment by photolysis by irradiation with polarized ultraviolet rays and selectively crosslinked with monomers arranged in one direction may be used.
[0057]
The alignment films 16a and 16b are more preferably a high pretilt alignment film. Thereby, the orientation defect at the time of device fabrication can be more reliably eliminated by raising the ferroelectric liquid crystal 12 from the transparent substrates 20a and 20b, and the contrast ratio and the in-plane uniformity of the device can be improved. Can do. The pretilt angle, which is the angle formed by the molecules of the ferroelectric liquid crystal 12 and the transparent substrates 20a and 20b, is about 2 to 10 °.
[0058]
As a material for the transparent electrodes 18a and 18b, indium oxide (ITO) doped with tin can be suitably used. In addition, a transparent metal material can be used. In this case, when an insulating layer made of a transparent organic material or a transparent inorganic oxide such as silicon dioxide or titanium dioxide is provided between the liquid crystal light modulation film 10 and the transparent electrodes 18a and 18b, A short circuit between the transparent electrodes 18a and 18b can be avoided more reliably.
[0059]
As a material for the transparent substrates 20a and 20b, a thin material is preferable. For example, a glass plate having a thickness of 0.7 mm or less can be used, whereby a reduction in the weight and area of the display element can be realized. Further, for example, a flexible resin film having a thickness of about 0.4 mm or less may be used. Thus, a light-weight and flexible display element can be obtained. Examples of the resin used for the resin film include a polycarbonate resin, a polyethylene terephthalate resin, and a polyethersulfone resin that are excellent in optical characteristics such as light transmittance.
[0060]
In the liquid crystal display element 24 according to the present embodiment configured as described above, the incident light is polarized parallel or perpendicular to the alignment treatment direction of the alignment film 16a by the polarizing plate 22a and is incident on the transparent substrate 22a. The polarization state is controlled by the light modulation film 10, and the light is transmitted through the polarizing plate 22 b and the intensity is modulated (light modulated) to be transmitted light.
[0061]
At this time, the strong alignment regulating force of the resin 14 causes the alignment stable direction of the ferroelectric liquid crystal 12 to be parallel to the rubbing alignment treatment direction of the alignment films 16a and 16b. Is changed in the reverse direction according to the polarity of the voltage applied between the transparent electrodes 18a and 18b. The orientation angle of the ferroelectric liquid crystal 12 changes in an analog manner according to the voltage intensity, that is, the birefringence effect that the light receives from the liquid crystal light modulation film 10 changes depending on the intensity and polarity of the applied voltage. Light modulation is possible.
[0062]
The liquid crystal light modulation film and the liquid crystal display element according to the present embodiment described above can obtain a good halftone display, and can obtain a high contrast ratio and in-plane uniformity of operation.
[0063]
In the liquid crystal display element 24 according to the present embodiment, when a backlight such as a fluorescent tube, a cold cathode tube, or a light emitting diode is further provided, a display device with better contrast can be obtained. Further, a reflection plate or a diffusion plate may be combined with the liquid crystal light modulation film, or may be incorporated in the display element, whereby a reflection type display device with low power consumption can be obtained. Further, a reflecting plate or a diffusing plate may be used in combination with a backlight.
[0064]
Next, a method for manufacturing the liquid crystal light modulation film according to the above-described embodiment will be described.
[0065]
First, two transparent substrates each having a transparent electrode are prepared. Then, an alignment film is formed on each of the two transparent electrodes.
[0066]
Next, a resin mixed solution having a ferroelectric liquid crystal and a monomer is applied on at least one alignment film.
[0067]
At this time, roll coating, dipping, spin coating, casting, spraying, doctor blade coating, etc. can be used as the coating method, and productivity and work efficiency can be improved by using printing techniques such as flexographic printing and gravure printing. Excellent.
[0068]
Next, the two transparent substrates are brought into close contact with the applied mixed liquid.
[0069]
Next, the monomer is polymerized.
[0070]
By phase-separating the polymerized ferroelectric liquid crystal and the resin, a composite composed of the ferroelectric liquid crystal and the resin, that is, the liquid crystal light modulation film of the present invention can be suitably obtained.
[0071]
In this case, in the step of polymerizing the monomer, it is preferable to perform photopolymerization by irradiating ultraviolet rays at a temperature at which the mixed solution exhibits a nematic phase or a smectic phase.
[0072]
【Example】
The present invention will be further described with reference to examples. In addition, this invention is not limited to the Example demonstrated below.
[0073]
The liquid crystal light modulation film of this example was prepared using a liquid crystal composition having a cone angle of 42.9 ° and a chiral pitch of 14 μm as a ferroelectric liquid crystal and using an ultraviolet curable bifunctional acrylic monomer as a raw material for the resin. Is. The manufacturing method is as follows.
[0074]
First, ITO having a thickness of 72 nm was formed on two transparent glass substrates by a sputtering method to form a transparent electrode.
[0075]
Subsequently, a high pretilt polyimide (JALS-246-R4 manufactured by JSR) was applied on each transparent electrode by a spin coating method to form an alignment film having a thickness of 50 nm. Furthermore, the surface of the alignment film was rubbed in one direction with a roll with fine nylon (registered trademark) fibers (YA-20-RW, manufactured by Yaskawa Processing Co., Ltd.).
[0076]
Next, an acrylic monomer is blended into the liquid crystal composition so that the monomer concentration is 10% by mass, and a mixed liquid in which spherical spacers having a diameter of 2 μm are dispersed is prepared. It apply | coated on the orientation film | membrane of a transparent glass substrate.
[0077]
Then, the other transparent glass substrate on which the mixture was not applied was overlapped with the transparent glass substrate on which the mixture was applied so that the alignment film provided on the other transparent glass substrate was in close contact with the mixed solution. At this time, the rubbing directions of the two alignment films were reversed. Thereafter, ultraviolet rays having a central wavelength of 365 nm and an intensity of 40 mW / cm ² were irradiated. As a result, a composite having a thickness of 2 μm including a network-like resin fiber oriented in the rubbing direction, that is, a liquid crystal display element provided with the liquid crystal light modulation film of this example was obtained.
[0078]
FIG. 2 shows the behavior of transmitted light when a direct-current voltage is applied to the liquid crystal display element of the present embodiment while changing the voltage from −15 V to +15 V.
[0079]
The light intensity (light transmittance) continuously changed according to the applied voltage, and V-shaped light modulation characteristics were confirmed. The contrast ratio was 200: 1 or more, and a liquid crystal light modulation film suitable for a display device having a high contrast ratio was obtained.
[0080]
【The invention's effect】
According to the liquid crystal light modulation film of the present invention, a composite of a ferroelectric liquid crystal with spontaneous polarization, a chiral smectic C phase, a cone angle of 40 ° or more, and an anisotropic structure or molecular orientation Therefore, when used in a display element, a good halftone display can be obtained, and a high contrast ratio and in-plane uniformity of operation can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a liquid crystal light modulation film and a liquid crystal display element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing light modulation characteristics when the liquid crystal display element of the example is operated.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid crystal light modulation film 12 Ferroelectric liquid crystal 14 Resin 16a, 16b Orientation film 18a, 18b Transparent electrode 20a, 20b Transparent substrate 22a, 22b Polarizing plate 24 Liquid crystal display element

Claims

自発分極を伴い、カイラルスメクティックＣ相を示し、理想コーン角４５°に対して４０°以上のコーン角を有する強誘電性液晶と、分子配向性の２官能性モノマーが重合されて構成される、異方性構造となるポリマー繊維のネットワークを有する樹脂と、の複合体からなる液晶光変調膜と、
該液晶光変調膜の両側を挟む２つのプレチルト配向膜と、
該２つの配向膜を挟む２つの透明電極と、
該２つの透明電極を保持する２つの透明基板と、
該２つの透明基板を挟み、相互に偏光透過軸が直交する２つの偏光板と、を有し、
前記樹脂のポリマー繊維のネットワークの配向方向が、該２つのプレチルト配向膜のいずれか一方の配向処理方向に平行な異方性を有するとともに、
前記２つの偏光板のいずれか一方の偏光透過軸が前記２つの配向膜のいずれか一方の配向処理方向と平行に設けられてなり、
前記液晶光変調膜は、前記透明電極間の印加電圧による液晶配向角度のアナログ的な変化に対応して連続的に変化する光透過率を有することを特徴とする液晶表示素子。 It is composed of a ferroelectric liquid crystal having a cone angle of 40 ° or more with respect to an ideal cone angle of 45 ° and a bi- functional monomer having molecular orientation , which are accompanied by spontaneous polarization and exhibit a chiral smectic C phase . a resin having a network of polymer fibers to be anisotropic structure, a liquid crystal light modulating film composed of a complex of,
Two pretilt alignment films sandwiching both sides of the liquid crystal light modulation film;
Two transparent electrodes sandwiching the two alignment films;
Two transparent substrates holding the two transparent electrodes;
Two polarizing plates sandwiching the two transparent substrates and having polarization transmission axes orthogonal to each other,
The orientation direction of the polymer fiber network of the resin has anisotropy parallel to the orientation treatment direction of one of the two pretilt orientation films,
The polarization transmission axis of either one of the two polarizing plates is provided in parallel to the alignment treatment direction of either one of the two alignment films,
The liquid crystal display device, wherein the liquid crystal light modulation film has a light transmittance that continuously changes in response to an analog change in a liquid crystal alignment angle caused by an applied voltage between the transparent electrodes.

前記ポリマー繊維の太さが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the thickness of the polymer fibers is 1μm or less.

前記液晶光変調膜の厚みが１．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2, wherein the thickness of said liquid crystal light modulating film is 1.5μm or more.

前記液晶光変調膜の前記樹脂の含有率が５〜４０質量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3, the content of the resin in the liquid crystal light modulating film is characterized in that from 5 to 40 wt%.

前記樹脂が、光硬化、熱硬化または反応硬化によって形成された、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、またはそれらの共重合体のうちのいずれか１つまたは混合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。The resin is an acrylic resin, an epoxy resin, a urethane resin, or a copolymer thereof formed by photocuring, thermal curing, or reaction curing, or a mixture thereof. 5. The liquid crystal display element according to any one of 1 to 4 .

前記強誘電性液晶が、シッフ塩基系強誘電性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液晶、ビフェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶またはフェニルピリミジン系強誘電性液晶のうちのいずれか１つまたは混合物であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。The ferroelectric liquid crystal is a Schiff base ferroelectric liquid crystal, an azo ferroelectric liquid crystal, an azoxy ferroelectric liquid crystal, a biphenyl ferroelectric liquid crystal, an ester ferroelectric liquid crystal, or a phenyl pyrimidine ferroelectric liquid crystal. the liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that any one or a mixture of.

前記２つの配向膜の配向処理方向が相互に逆であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載の液晶表示素子。The liquid crystal display element according to claim 1 , wherein the alignment treatment directions of the two alignment films are opposite to each other.

前記透明基板が、厚みの薄いガラス板または樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか1項に記載の液晶表示素子。The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the transparent substrate, characterized in that it is a thin glass plate or a resin film thickness.

請求項１〜８のいずれか1項に記載の液晶表示素子と、バックライトとを備えることを特徴とする液晶表示装置。A liquid crystal display device comprising a liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a backlight.

請求項１〜８のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法であって、
２つの透明基板のそれぞれに形成された配向膜のうちの少なくとも一方に強誘電性液晶、および２官能性モノマーを有する樹脂の混合液を塗布する工程と、
塗布された該混合液を挟んで該２つの透明基板を密着させる工程と、
該２官能性モノマーを重合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。It is a manufacturing method of the liquid crystal display element of any one of Claims 1-8 ,
Applying a mixed liquid of a ferroelectric liquid crystal and a resin having a bifunctional monomer to at least one of the alignment films formed on each of the two transparent substrates;
A step of bringing the two transparent substrates into close contact with each other with the applied mixed liquid;
Method of manufacturing a liquid crystal display element characterized by a step of polymerizing the bifunctional monomer.

前記２官能性モノマーを重合する工程において、前記混合液がネマティック相またはスメクティック相を示す温度で紫外線を照射して光重合することを特徴とする請求項１０記載の液晶表示素子の製造方法。11. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 10 , wherein in the step of polymerizing the bifunctional monomer, the mixed liquid is photopolymerized by irradiating with ultraviolet rays at a temperature at which a nematic phase or smectic phase is exhibited.