JPH06242409A - 液晶表示器及び液晶表示器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電界印加手段をもった基板に挾持され基板表
面でホモジニアス配向され多孔質の高分子樹脂に充填さ
れた強誘電性液晶の外側に偏光板を配置する。偏光板の
偏光軸は無電界時に黒色を呈するように配置する。この
様な表示器は樹脂と強誘電性液晶を混合し、混合体を昇
温して液晶をネマティック状態に保ち基板間に充填す
る。そして電場若しくは磁場の中で樹脂を重合させる。
あるいは内面に配向処理を施した基板で液晶セルを形成
し、樹脂と強誘電性液晶を流体状に保ち液晶セルに注入
して温度を降下させて樹脂を重合させる。 【効果】 液晶表示器は強誘電性液晶を配向させ樹脂分
子で支えるので極めて堅牢であり、樹脂の親和力を保ち
ながら樹脂ネットを構成するものであるから均一な配向
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶を利用した
液晶表示器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より強誘電性液晶は特開昭６２−１
７５７１２号公報等で表示器に使用できることが提案さ
れており、この場合、単純駆動においてコントラストが
高く、応答性がよいなどの長所がある。

【０００３】一方、液晶分子をカプセルにした後セルに
組み込むのではなく、三次元ネットワーク的な多孔質の
高分子樹脂に液晶を閉じ込めてカプセル化するものが、
特表昭６１−５０２１２８号公報、特開昭６２−２２３
１号公報等に示されており、これは古くからの技術であ
るフォーカルコニック組織若しくはウイリアムスドメイ
ン組織等のように光散乱を利用し乍ら、偏光板を不要と
した電界効果型の新しい表示モードとして注目され研究
されるようになった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが強誘電性液晶
は配向特性において双安定性を確実に持たせることが困
難であり、一度配向しても配向が乱れやすく、また極め
て薄い層を得にくいという欠点があった。とりわけ配向
の乱れは、通常のカイラルネマティック液晶であれば基
板に軽い衝撃がある程度では配向ムラは生じず、基板が
橈む程度の加圧に対して加圧が加わっている間は表示品
位が低下するが、加圧力が除去されれば液晶は基本的に
流体であるために復元力があるのに対して、強誘電性液
晶は配向力が弱い上に安定状態が複数あってしかも衝撃
に弱いため、一様な配向が得られにくく、一様な配向が
得られた後も極めてわずかな衝撃で配向異常となって表
示に色が生じたり模様が現れ、しかもそのような呈色や
模様は衝撃や圧力が除去された後も再配向処理を行わな
い限り復元しない。

【０００５】一方、多孔質の高分子樹脂に液晶を含浸さ
せたものに於ては、液晶分子による光散乱を利用するも
のであるから、白か黒のいずれかが不鮮明な色になり、
コントラストが取れず、また高分子樹脂のためにネマテ
ィック液晶へ印加される電界が分散され急峻性が得られ
ず、応答速度も遅い。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の点を考慮
して成されたもので、電界印加手段をもった基板に挾持
され基板表面でホモジニアス配向され多孔質の高分子樹
脂に充填された強誘電性液晶の外側に偏光板を配置した
もので、より好ましくは、偏光板の偏光軸は無電界時に
黒色を呈するように配置したものである。

【０００７】また本発明は、樹脂と強誘電性液晶を混合
する工程、該混合体を昇温して液晶をネマティック状態
に保ち基板間に充填する工程、電場若しくは磁場の中で
前記混合体の樹脂を重合させる工程を含む液晶表示器の
製造方法である。さらに本発明は内面に配向処理を施し
た基板で液晶セルを形成し、樹脂と強誘電性液晶を混合
して、その混合体を流体状に保ち液晶セルに注入する工
程、温度を降下させて前記混合体の樹脂を重合させる工
程を含むことを特徴とする液晶表示器の製造方法であ
る。

【０００８】

【作用】この様な液晶表示器は強誘電性液晶を配向させ
樹脂分子網で支えるので極めて堅牢であり、強誘電性液
晶固有の高速応答性等の特性が損なわれることはない。
また基本的に強誘電性液晶を配向させ樹脂の親和力を保
ちながら樹脂ネットを構成するものであるから製造工程
が安定しており均一な配向が得られる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明実施例の液晶表示器の断面模式
図である。図において１は電界印加手段である電極１１
を持った基板で、硝子基板などに酸化インジウム膜など
を低温スパッタリングすることで単位面積当りの抵抗値
２０Ω程度のＩＴＯ膜からなるストライプ状のマトリク
ス電極１１を設けたものである。これらの基板１は適宜
スペーサ２を分散し、必要に応じてシール剤３で張り合
わせることによって液晶セルを構成するもので、その両
方の基板により液晶層４は挾持されている。液晶層４は
基板１間に形成された多孔質の高分子樹脂５（樹脂ネッ
ト）に充填された強誘電性液晶６からなっている。そし
てこの強誘電性液晶６は基板１の表面でホモジニアス配
向されており、基板１の外側には偏光板７が配置されて
いる。

【００１０】このような液晶表示器は例えば、電極を持
つ基板を準備し、紫外線硬化型の高分子樹脂剤としてア
クリルエラストマーとアクリルモノマーの混合体をラジ
カル重合または架橋させ、その後強誘電性液晶を溶媒と
してこれを溶かし、先ほどの基板に塗布し貼り合わせ、
これに紫外線を当てて硬化することによって得ることが
できる。エラストマーやモノマーは単体でも用いること
ができ、エラストマーを単体または混合して用いるとき
は４万ないし５万分子単位のものが利用しやすい。そし
て、架橋は完全に架橋してしまうのより、途中の状態で
液晶中に分散するのがよい。また塗布はゲル状態なので
シール剤は原則として必要がないが、用いても差し支え
ない。

【００１１】然し乍ら、本発明に係る表示モードで必要
なことは、従来の高分子樹脂にネマティック液晶を含浸
させた光散乱モードと異なり、樹脂が重合した後でも液
晶分子が一様な方向に配向していることである。

【００１２】この為には上述の製造方法よりも、樹脂と
強誘電性液晶を混合する工程と、その混合体を昇温して
液晶をネマティック状態に保ち、基板間に充填する工程
と、電場若しくは磁場の中でその混合体の樹脂を重合さ
せる工程に従うとよい。強誘電性液晶とモノマーまたは
オリゴマーの樹脂を混ぜ合わせ、光重合を行う際に液晶
を配向させたい方向に電界または磁界を印加しながら光
重合を行うとその時の電界または磁界の方向によってい
わゆる強誘電性液晶の初期配向が一様になる。例えば図
２に示す様に光重合のときの印加電圧と重合終了後の液
晶層の光透過率を調べると明らかな因果関係が認められ
る。さらにこの光重合において光重合後の液晶層の厚み
が６〜１０μｍの場合、光重合前の液晶層の温度を強誘
電性液晶のネマティック液晶への転移温度以上、望まし
くは転移温度以下に保持した状態で重合させるとより好
ましい。この時、ネマティック液晶はＮ型となっている
が、必要に応じてＮ型のネマティック液晶を少量添加し
ておいてもよく、電界は例えば光重合後に表示に印加す
る電極により５ボルト程度印加しておく。液晶分子はＮ
ネマティック状態であるからホモジニアス配向となる
が、方向性が定まらないときには基板内表面を予めラビ
ングしておいてもよい。磁界を用いるときには、基板の
幅方向、即ち基板の両方の端縁に各々Ｓ、Ｎ極を配置す
ることで、例えば１５０００ガウスの磁界を印加して光
照射をし重合を行う。液晶の磁化率が負のものを利用す
れば磁界の方向に対して特定の方向に液晶分子が整列す
るので、ネマティック液晶状態に保持しておいて基板面
に垂直な磁界を印加しＵＶ照射を行うことで、基板面に
ラビング等配向処理が施されていなくとも、所定の方向
に液晶を配向させることができる。

【００１３】この様な製造方法によれば、光重合を行う
際に印加する電界または磁界の強度によって配向性が自
由に制御でき、液晶組成との組み合わせによって強誘電
性液晶の双安定性の度合いを十分に高めることができ、
液晶表示器の中の樹脂のネットワークが緩衝剤として働
くので衝撃などに対する配向の安定性が飛躍的に向上す
る。

【００１４】上述の方法に於て、電界や磁界を液晶分子
の初期配向に積極的に利用したが、表示器として求めら
れる特有の条件である無彩色でのコントラストを向上さ
せることに着目して強誘電性液晶を一様に配向させるよ
り効率的な方法が判明した。即ち、一方の色、例えば黒
色を鮮やかに呈色させれば、他方の色、例えば白色はレ
ターディションによって決定されることに鑑みて成され
たもので、例えば無電界時に黒色を液晶表示器全体にわ
たって均一で濃く表示できるギャップ（液晶層の厚み）
が見いだされれば、レターディションは複屈折異方性Δ
ｎと厚みｄの積であるから、電界印加時に白色を呈する
ような複屈折異方性を持つ液晶を選定すればよいことと
なる。この点に着目して多孔質の高分子樹脂中の液晶分
子の配向を検討したところ、光重合時の電界や磁界の印
加がなくとも、基板内表面にラビングなどの配向処理を
施しておくことで、光重合速度の制御により均一配向が
得られ、液晶層の厚みにより無電界時の黒色の濃さが制
御できることが分かった。図３はこの時の光重合速度と
出来上がった液晶表示器の光透過特性（ｔｒａｎｓ．＝
縦軸）を示し、図４は図３に基ずく所定速度（例えば３
５秒）で光重合を行ったときの液晶層の厚みと直交ニコ
ル下の液晶表示器の光透過特性を示す。

【００１５】この様な検討のもと、最も有効な初期配向
の方法は、内面に配向処理を施した基板で液晶セルを形
成し、樹脂と強誘電性液晶を混合する工程と、その混合
体を昇温して流体状に保ち液晶セルに注入する工程と、
温度を降下させて混合体の樹脂を重合させる工程を含む
ことであった。

【００１６】具体的に例示すると、チッソ株式会社の強
誘電性液晶ＣＳ１０２２を１・６ヘキサジオールジアク
リレートに９５％混合させ９０度に保ったところ液相を
示した。一方電極と配向膜を有する基板を周辺シール剤
により貼合せ、スペーサにより１．４〜２．６μｍの
０．２μｍ単位７種類のギャップを持つ液晶セルを形成
し、液相をしている混合体を液晶セルに注入した。注入
口を封止した後５０度まで温度を下げたところ混合体の
液晶はスメクティック相を示した。その状態でＵＶ照射
を行い混合体の樹脂を光重合させた。重合が終わった液
晶層はギップ制御の厚みと考えられ、干渉を利用して液
晶分子の配向を確認した後偏光板を配置したが、無電界
時に黒色を呈するように偏光軸を選択した。これにより
無電界時に黒色の均一な表示面が確認できた。この液晶
表示器はガラス基板が橈む程度の静加重をかけても色ズ
レや模様が観察されるほどの配向不良は生じず、黒色の
均一な表示面が確認できた。次いで電極に交番電界を印
加したところ、電界印加時は色抜けのよい白色となり、
コントラストの高い表示が行えた。上述の液晶に替え
て、同じくチッソ株式会社のＣＳ１０２３、ＣＳ１０３
０を用いて液晶表示器を形成したが同様の結果が得ら
れ、さらにＲ、Ｇ、Ｂの３原色ストライプカラーフィル
ターを組み込んだ基板を用いた場合には６４色制御可能
な液晶表示器が得られた。

【００１７】係る液晶表示器の製造方法は、強誘電性液
晶を封入した液晶セルの液晶分子を一様に均一配向さ
せ、その状態で液晶分子配列を壊さないように樹脂ネッ
トを張り巡らしたとも言える。これを図５の状態図で説
明すると、アクリレートと液晶の混合体は液晶が少なく
また高温になるほど液体相を示しやすく、液晶が多く低
温になるほど液晶本来の相を呈しやすい。そこで混合体
の液晶成分をある程度高くし高温に維持すると液体相
（図中Ａ印）を示し、その状態で温度を低下させると液
晶層はスメクティック相に転移する（図中Ｂ印）が、こ
の過程で液晶分子は互いに一定方向に整列しやすく、例
えば基板面に配向処理が成されていればその影響を受け
やすい。液晶分子と樹脂分子の相性が良ければ樹脂分子
は液晶分子の整列に沿って整列する。この状態で光重合
を開始すれば樹脂分子は液晶分子の整列を阻害しないで
架橋する。液晶分子の整列が如何に保たれているかは光
重合が終了した後、若しくは開始されてから、直交ニコ
ル等の干渉を利用して表示面を観察すれば、液晶分子の
整列に直交する樹脂分子の架橋などが生じたところで模
様が観測されるので評価は容易である。さらにこれら検
討により、混合体はより液晶の混合割合の低いところで
構成して液晶セルに注入し、一部重合させれば相対的に
樹脂濃度が低下するので、その後スメクティック相に転
移させて重合を再開するとか、液晶分子と親和性のよい
樹脂オリゴマー等の材料を選択して低温低濃度でスメク
ティック相を得られ易くする等の工夫により、一層製造
を容易にすることができる。

【００１８】また本発明に係る液晶表示器に於ては、液
晶層が薄くなりがちなので透明電極が全反射すると表示
が観察されなかったり薄膜干渉色が観察される。従って
この場合には透明電極やその下地面をエッチングするな
どして粗面加工すれば、広い視野角はそのまま維持でき
る。そして表示の応答性をより高めるためにはカラーフ
ィルターの有無に係わらず、液晶の固有特性が顕著に現
れればよいから、液晶の含有量を多くすればよい。この
時は高分子樹脂の硬化条件に依存する部分が多くなり、
本発明の長所である堅牢さが損なわれやすいので注意が
必要である。また厚みに関して言えば、個々の領域の液
晶分子を動かす電界の大きさは略一定であるが、液晶層
の厚みによって電圧を大きくしなければならない。さら
に必要に応じて画素毎に例えば特開昭５８−７０５５５
号公報の金属−絶縁物−金属素子などの非線形素子が利
用できる。このような非線形素子を画素毎に有した基板
を用いる場合、幅５〜７０μｍのタンタルまたはタンタ
ルを主成分とする薄膜からなる複数本の信号電極と、そ
の信号電極の表面に設けられた厚さ十数Å〜数千ÅのＴ
ａ₂Ｏ₅等の絶縁層と、絶縁層と一定の面積で積層された
クロムまたはアルミニウムの薄膜からなる金属と、その
金属に電気的に接続された例えば３３０×２８０ｍｍの
酸化インジウム系薄膜からなる画素電極で構成される。
然し乍ら基本的に強誘電性液晶の特性をそのまま利用す
る本発明にあっては、非線形素子を設けることによって
液晶の厚みに変動が生じることのないように配慮するこ
とが重要である。

【００１９】

【発明の効果】以上の如くにより、単純駆動においてコ
ントラストが高く、応答性がよいなどの強誘電性液晶の
特徴をそのまま生かしながら、樹脂ネットを用いても配
向を保つため堅牢な表示器を得ることができ、特に表示
品位がよく、黒地が鮮明なのでコントラストが高く、カ
ラー表示も色鮮やかに行うことができる。またこの様な
堅牢な表示器を再現性よく製造することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の液晶表示器の断面模式図であ
る。

【図２】本発明実施例を説明するための特性図である。

【図３】本発明実施例を説明するための光重合速度と光
透過特性の特性図である。

【図４】本発明実施例を説明するための液晶層の厚みと
光透過特性の特性図である。

【図５】本発明実施例を説明するための状態図である。

【符号の説明】

１ 基板 １１ 電極 ２ スペーサ ３ シール剤 ４ 液晶層 ５ 高分子樹脂 ６ 強誘電性液晶 ７ 偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 淑雄 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内 (72)発明者 小山 孝行 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界印加手段をもった基板に挾持され基
   板表面でホモジニアス配向され多孔質の高分子樹脂に充
   填された強誘電性液晶と、該強誘電性液晶の外側に配置
   された偏光板とを具備したことを特徴とする液晶表示
   器。
2. 【請求項２】 樹脂と強誘電性液晶を混合する工程と、
   該混合体を昇温して液晶をネマティック状態に保ち、基
   板間に充填する工程と、電場若しくは磁場の中で前記混
   合体の樹脂を重合させる工程とを含むことを特徴とする
   液晶表示器の製造方法。
3. 【請求項３】 内面に配向処理を施した基板で液晶セル
   を形成し、樹脂と強誘電性液晶を混合する工程、該混合
   体を流体状に保ち液晶セルに注入する工程、温度を降下
   させて前記混合体の樹脂を重合させる工程を含むことを
   特徴とする液晶表示器の製造方法。
4. 【請求項４】 電界印加手段をもった基板と、高分子樹
   脂の分子間に充填された強誘電性液晶と、強誘電性液晶
   の外側に配置され、無電界時に黒色を呈するように偏光
   軸が配置された偏光板とを具備したことを特徴とする液
   晶表示器。