JP3268917B2 - 液晶表示器の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコレステリック液晶の波
長選択性を利用した液晶表示器の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より電界効果型の液晶表示器は消費
電力が小さく薄型の表示器が構成できるという長所をも
っていた。このような表示器の代表的なものは９０度捩
れのツイストネマティック液晶層を直交ニコルで挾持す
るものや、特開昭６０−１０７０２０号公報に示される
ような大きな捩れ角のカイラルネマティック液晶層を偏
光軸選択で表示に利用するものがある。しかしこれらは
光の利用効率が低くコントラストが低い。

【０００３】これに対して液晶の温度依存性による着色
現象を表示に利用する短ピッチのコレステリック液晶表
示器の提案もあり、コレステリック液晶のピッチの大き
さが透過光の波長依存性をもつことを利用して表示する
ものである。しかし安定して色制御ができる液晶が未開
発で実用になっていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで我々は先に特願
平４−３２０７２０号において、表示中に電界を印加し
ない短ピッチのコレステリック液晶の特定波長に対する
円偏光反射性を利用した液晶表示器を提案した。これは
コレステリック液晶を背景にし、その前面に複屈折性を
持つ電界効果型液晶層を配置するものである。然し乍ら
このような液晶表示器のコレステリック液晶層を量産性
よく製造する方法が見いだせず、色毎に液晶セルを形成
して、これらを組み合わせるしか方法がないため表示装
置が厚く観察方向による視差が大きくなって不都合であ
った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこの様な点に鑑
み、コレステリック液晶は未硬化の状態でピッチに温度
依存性があることに着目して成されたもので、基台に配
向処理を施して高分子液晶層を塗布しその表面に保護膜
を設ける工程と、高分子液晶膜を温度変化させながら所
定の温度において所定の個所を順次硬化させて反射液晶
層を形成する工程と、その硬化した高分子液晶層の上方
に電極膜と配向膜を積層して基板を構成する工程と、そ
の基板と少なくとも電極と配向膜を有する他の基板を重
ね合わせてその基板間隔に液晶を充填する工程とにより
製造するものである。

【０００６】

【作用】これにより、十分近接して複数色の高分子液晶
層を形成することが出来るので単一の液晶セルとして表
示器を構成出来、さらに塗布した液晶層を部分的に順次
硬化させるので略同一平面状に複数色の高分子液晶層を
形成することとなり、その上に光学的な層、例えば位相
層や液晶層を積層してもその光学特性を調整しやすく、
薄型で扱いやすく表示品位のよい表示器が生産性良く提
供できる。

【０００７】

【実施例】まず本発明にかかる液晶表示器の構造と表示
原理について説明する。

【０００８】図１は本発明における液晶表示器の断面図
である。図に於て、１は第１の基板で、板ガラス等から
なる基台１１の上に光学層が積層されている。２は選択
された波長の円偏光した光を反射する硬化されたコレス
テリック液晶からなる反射液晶層で、必要に応じて下地
層１２と保護層１３に挾持されている。下地層１２は光
吸収膜を兼ねていてもよいし、下地層１２のさらに下側
に光吸収層を設けておいてもよい。３はその反射液晶層
２の上方に必要に応じて設けられた位相層で、略１／４
波長板の役目を果たす様に高分子液晶を硬化させて得ら
れたネマティック液晶層からなる。４はその位相層３の
上方に設けられた電極膜で、第２の基板の電極とマトリ
クスを組むためにストライプ状の透明電極層（ＩＴＯ）
が平行して複数本設けられている。５はその電極膜４の
上方に設けられた液晶分子の配向膜である。

【０００９】また、６は電極膜６４と配向膜６５とを有
する第２の基板である。そして７は第１、第２の基板
１、６の間に充填され、配向膜５、６５で配向された液
晶層であり、電界によって液晶分子の配列が制御でき、
それに伴ってレターデーション値等の光学特性が変化す
るものである。この液晶層７としては、例えば９０度捩
れ配向のネマティック液晶層（ＴＮ）や、２７０度等の
大きな捩れ配向をもつネマティック液晶層（ＳＴＮ）、
あるいは強誘電液晶層などの電界効果型液晶が利用でき
る。そして８は、その液晶層７の反射液晶層２とは反対
側に位置する要に配置された偏光板であり、図のように
基板６の外側に配置してもよいが第２の基板６自身を直
線偏光特性を持つ基板で構成してもよいことから偏光子
と呼ぶこともある。

【００１０】このような構成において、原理的には、反
射液晶層２は特定の波長に対する右旋（または左旋）円
偏光発生手段、位相層３はその光に対する１／４波長
板、液晶層７はその波長に対する１／２波長板、偏光子
は光の振動方向選択板と考えることができる。反射液晶
層２はコレステリック液晶の性質により、特定波長域の
光の特定方向に円偏光した光のみを反射し、逆方向の円
偏光の光及び他の波長域の光を反射するので、今反射液
晶層２は特定波長の円偏光した光を反射した結果例えば
右にπ／２進む光となり、また液晶層７はネマティック
液晶が螺旋構造をもったＳＴＮ型のものであるとする。

【００１１】そこで反射液晶層２で円偏光し右にπ／２
進む光は、位相層３でπ進む直線偏光の光に変換され、
液晶層７により２π進む光となって、これが偏光子８の
偏光軸と一致していれば反射液晶層で選択された特定の
色の光が観察されることになる。それに対して液晶層７
に電界が印加されていれば、螺旋構造を取っていた液晶
分子は基板面に略垂直に配向し１／２波長板の役目をし
ないので、位相層３の出力であるπ進んだ光はそのまま
液晶層７を透過し、πの位相では偏光子８の偏光軸と直
交するため光が透過せず、黒色が観察されることとな
る。

【００１２】この観察される色と黒色の関係は偏光子８
の偏光軸を替えることで逆転する。また反射液晶層２と
して、選択する波長が各々赤、緑、青に対応して設けら
れていれば、カラー表示が行えることとなり、各波長板
（位相層３、液晶層７）は光の進行速度に影響を与える
ものの光吸収は殆どない上、偏光子８は光の一部を選択
するものではなく振動方向に一致した光は全て透過する
ので、明るくコントラストの高い表示を行うことができ
る。なお位相層３を用いないときには、液晶層７のレタ
ーデーションを偏光子８で透過遮光するにふさわしい値
に調整しておけばよく、あるいはまた円偏光選択性のあ
る偏光子８を用いてもよい。

【００１３】次いで本発明について、具体的に説明す
る。まず基台１１は板ガラス等を用いることとし、必要
に応じて光吸収性の被膜を設けておく。この基台１１に
コレステリック液晶層からなる反射液晶層２を形成する
前に配向処理を施すが、これは板ガラス表面をこするよ
りも、一度ポリイミド樹脂等からなる厚さ１０〜２００
ｎｍの下地層１２を設け、これを綿布などでラビングす
るのがよい。ついでコレステリック高分子液晶層をトル
エン、ｍーキシレンなどの溶媒に溶解し、若しくは溶解
しないで８０〜１２０度Ｃに加温し、下地層１２の上に
塗布する。反射液晶層２を構成するコレステリック液晶
は、例えば特開昭５７−１６５４８０号公報や特開昭６
１−１３７１３３号公報に示される様なコレステリック
高分子液晶材料が利用できる。この場合、このコレステ
リック液晶には表示中に電界を印加しないといってもコ
レステリックの螺旋方向が光軸に沿っていなければなら
ないので、上述のように配向処理した上に塗布する。こ
のまま乾燥させてもよいが、配向を安定させるには、保
護膜１３で覆ってから熱処理を行い、その後架橋させ
る。更に好ましくは保護膜を設けたその上から配向処理
を施したのち高分子液晶層を硬化させる。

【００１４】より詳細に説明すると、シロキサンリング
に、他のリングとの結合を行う例えばアクリル基とコレ
ステリック液晶が交互に周囲に結合されたものを利用
し、未硬化の状態で０度Ｃから略１００度Ｃまでの広範
囲でネマティック相を示し、硝子転移点−０．６度Ｃ、
−４．５度Ｃ、また８０度Ｃでの粘性が１．５Ｐａｓで
あって各々の反射波長が９０度Ｃの時７８０ｎｍ（赤）
と３７０ｎｍ（青）の２種類のサーモクロミックコレス
テリック液晶(thermochromic cholesteric liquid crys
tal)を準備する。この２種類の液晶物質を混合すると、
混合割合により、９０度Ｃにおける反射波長が３８０ｎ
ｍから７８０ｎｍまで変化する。例えば両者が５０％−
５０％であれば、およそ５００ｎｍの光を反射する。一
方この様な混合液晶物質を、未硬化の状態で温度変化さ
せると、反射波長が変化する。例えば前述の５０％−５
０％のものを２５度Ｃから１１０度Ｃまで変化させると
６３０ｎｍから４６０ｎｍまで略直線的に変化し、その
変化率は−２．０ｎｍ／Ｋであった。この様な混合液晶
物質を硬化（polymerzation)させた後は２０度Ｃから１
５０度Ｃまで変化させても反射波長はほとんど変化しな
い。例えば９０度Ｃで硬化させ１２０度Ｃ保存後に５０
０ｎｍの反射光を得るが、これを１０度Ｃから５０度Ｃ
まで変化させたところ４８５ｎｍから４９２ｎｍの範囲
であり、比視感度を考慮すればほとんど変化がないこと
になる。

【００１５】この様な実験を基にして所望の割合の混合
液晶物質を準備した後、基台に配向処理を施して高分子
液晶層を塗布しその表面に保護膜を設け、当該高分子液
晶膜を温度変化させながら所定の温度において所定の個
所を順次硬化させて反射液晶層を形成させることにより
色反射層を得る。この時用いる保護膜１３としては、例
えば厚さ１００〜１０００ｎｍのポリビニルアルコール
等がよい。このような保護膜材を塗布した後８０〜１７
０度Ｃの加熱昇温過程の各々において、またはラビング
処理をして１７０度Ｃ程度の所定の温度から降温させる
過程において、順次硬化をさせる。順次硬化としては例
えば１００μｍ幅の透孔を２３０ミクロンピッチで有す
るメタルマスクの透孔を通して、その高分子液晶層に紫
外線を当ててＵＶ硬化させ、次の温度でマスクの透孔の
位置をずらして紫外線硬化させ、それをもう一度繰り返
し、１１０ミクロンピッチ１００μｍ幅の３原色に対応
した反射液晶層２を形成した。上述した材料による硬化
温度と色度の関係を図２に例示する。混合液晶物質の赤
サーモクロミックコレステリック液晶成分を多くするこ
とでより高温にシフトした安定な反射液晶層を得ること
も確認できた。

【００１６】この様な工程は、コレステリック液晶層が
その固有ピッチにより選択された波長の特定の方向の光
を反射するので、この架橋硬化によりその固有ピッチが
固定され、選択された波長の光に対する反射液晶層２を
形成したものである。このような反射液晶層２は厚みが
３〜３００μｍであり、単一の高分子液晶膜を順次硬化
させたので平坦性が保たれる。なおこの例ではストライ
プ間隙の１０μｍについては説明しなかったが、可視光
域以外の波長条件で硬化させるのが好ましいが、間隙部
分のみ硬化の高分子液晶膜を除去してもよいし、間隙を
無くするようなストライプ幅としてもよい。さらには間
隙に相当する部分に遮光膜を改めて配置してもよい。

【００１７】ついでその反射液晶層２の上方に少なくと
も位相層と電極膜と配向膜とを積層して基板を構成す
る。この位相層３も同様に、例えばポリシロキサンを主
鎖とし側鎖にネマティック液晶を有し、適宜紫外線によ
って架橋する活性基を有したネマティック高分子液晶を
溶媒に希釈し、反射液晶層２若しくはその上の保護層１
３の上に塗布し、紫外線を照射して硬化させる。この様
な位相層３は高分子樹脂としての性格をもち、例えばネ
マティック液晶としてのΔｎが０．１５であれば厚みは
１μｍでよい。また電極膜４や配向膜５はＩＴＯ膜や、
ＴＮ用の配向剤、ＳＴＮ用の配向剤、若しくは強誘電液
晶用の配向剤等が用いられる。他方の基板６における配
向膜６５や電極膜６４も同様である。そしてこのように
して構成された基板１と他の基板６を重ね合わせて、シ
ール材９で周辺をシールして液晶セルを構成し、滴下
法、真空注入法などでその基板１、６の間隔に液晶を充
填し、注入口を封止する。液晶層７は上述したように強
誘電液晶や、液晶分子が螺旋構造を取るＴＮ、ＳＴＮな
どを用いることができる。

【００１８】上述の製造方法において、保護膜１３とし
て、配向膜を目的としたものを用いることができる。こ
の場合保護膜の溶媒は高分子液晶と相溶性の著しく小さ
いものを選択するのが好ましく、例えばシロキサン型の
高分子液晶に対してはＮＭＰが望ましい。またこのよう
な配向を目的とした保護膜としてポリイミド系のものを
用いるときはイミド化反応が完了していることが好まし
く、真空成膜法などで膜形成するとよい。このような保
護膜を形成した後のラビングは下地層１２のラビング方
向と並行して形成することが望ましい。保護膜１３上か
ら剪断力を加えことによっても配向力を付与できる。剪
断力は、レーヨン布などのラビングパフ剤を用いて、基
台１１の加温状態に応じたラビング強度でラビングす
る。ラビング強度は温度が高いほど弱い力でよい。さら
に上述した保護膜はそのまま表示器の一部として利用す
るものとして説明したが、反射液晶層２を形成した後に
除去してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上の如く、本発明にあっては特定の波
長域の光に着目してその波長域の光を有効に利用するに
あたって、十分近接した複数色の反射液晶層を形成する
ことが出来るので単一の液晶セルとして表示器を構成出
来、さらに塗布した液晶層を部分的に順次硬化させるの
で略同一平面状に複数色の高分子液晶層を形成すること
となり、その上に光学的な層、例えば位相層や液晶層を
積層してもその光学特性を調整しやすく、製造し易く、
光の利用率が高く、表示品位も高い、薄型で扱いやすい
液晶表示器が生産性良く提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に関する液晶表示器の断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例における反射液晶層に関する色
度図である。

【符号の説明】

１ 第１の基板 ２ 反射液晶層 ３ 位相層 ４ 電極膜 ５ 配向膜 ６ 第２の基板 ７ 液晶層 ８ 偏光板（偏光子） ９ シール材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−117394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−7949（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−32801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−165480（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−12317（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−291626（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−67219（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−3021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−137133（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−175816（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/137 G02F 1/1347

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台に配向処理を施して高分子液晶層を
   塗布しその表面に保護膜を設ける工程と、当該高分子液
   晶膜を温度変化させながら所定の温度において所定の個
   所を順次硬化させて反射液晶層を形成させる工程と、そ
   の反射液晶層の上方に電極膜と配向膜を積層して基板を
   構成する工程と、その基板と少なくとも電極と配向膜を
   有する他の基板を重ね合わせてその基板間隔に液晶を充
   填する工程とを具備したことを特徴とする液晶表示器の
   製造方法。