(57)【要約】【課題】電圧保持率の高い液晶材料を提供する。【解決手段】液晶材料中に、エポキシ型樹脂等からなる伝導阻害剤を混入する。具体的には、伝導阻害剤はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂によって形成し、混入する割合を０．１重量％〜１０重量％とする。このような伝導阻害剤を混入することによって、液晶材料中に存在する不純物等に起因したイオンによる電気伝導を抑制することができ、液晶材料を用いて液晶表示セル、液晶ディスプレイを構成した場合に電圧保持率を高い値に維持することができる。【選択図】　　　図１
2004018662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶分子と、該液晶分子近傍に浮遊したイオン性物質に起因した電気伝導を阻害する伝導阻害剤とを含有することを特徴とする液晶材料。
【請求項２】
前記伝導阻害剤は、前記液晶分子近傍に浮遊したイオン性物質を吸着することによって電気伝導を阻害することを特徴とする請求項１に記載の液晶材料。
【請求項３】
前記伝導阻害剤は、エポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶材料。
【請求項４】
前記伝導阻害剤は、グリシジル基を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の液晶材料。
【請求項５】
前記伝導阻害剤は、フェノール系グリシジルエーテル型エポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の液晶材料。
【請求項６】
前記伝導阻害剤は、前記液晶分子が液晶性を示す温度における粘度が３０００ｐｏｉｓｅ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の液晶材料。
【請求項７】
前記伝導阻害剤は、前記液晶分子と実質的に均一に混合した状態で一次元構造を保持する事を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の液晶材料。
【請求項８】
前記伝導阻害剤は、下記化学式（１）に示すビスフェノールＦ型エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の液晶材料。
【化１】
2004018662.tif 000007
【請求項９】
前記伝導阻害剤は、下記化学式（２）に示すビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の液晶材料。
【化２】
2004018662.tif 000008
【請求項１０】
前記伝導阻害剤は、ｎの値が０以上、１以下であることを特徴とする請求項８または９に記載の液晶材料。
【請求項１１】
前記伝導阻害剤は、０．０１重量％以上、１０重量％以下の濃度で混入されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の液晶材料。
【請求項１２】
前記伝導阻害剤は、０．１重量％以上、１０重量％以下の濃度で混入されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の液晶材料。
【請求項１３】
電気−光学デバイスであって、
それぞれ電極を備え互いに所定距離離隔して対向配置された基板と、
前記基板の間に封入された請求項１〜１２のいずれか一つに記載された液晶材料によって形成される液晶層と、
を備えたことを特徴とする電気−光学デバイス。
【請求項１４】
複数の電極を内面上に備えた第１の基板と、
該第１の基板と所定距離離隔して対向配置された第２の基板と、
前記第１の基板内面と前記第２の基板内面とによって画成された領域に封入され、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の液晶材料によって形成される液晶層と、
を備えることを特徴とする液晶表示セル。
【請求項１５】
前記第１の基板内面上にマトリックス状に配置された電極と、
該画素電極に対応して配置された薄膜トランジスタと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示セル。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の液晶表示セルと、
該液晶表示セルに配置された複数の電極と電気的に接続され、前記複数の電極に対して所定の電圧を印加する電圧印加手段と、
外部から入力された画像情報に基づいて前記電圧印加手段を制御する制御手段と、
前記液晶表示セル、前記電圧印加手段および前記制御手段を内部に含有し、有効表示画面領域を画定する表示窓を備えたフレーム部材と、
を備えたことを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１７】
前記液晶表示セルに対して面状光を照射するためのバックライト光源をさらに備えたことを特徴とする請求項１６に記載の液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印加電圧に対して配向を変化させる液晶材料、電気−光学デバイス、液晶表示セル、液晶ディスプレイに関し、特に、液晶材料および液晶材料によって構成される液晶層において良好な電圧保持率を有する液晶材料、電気−光学デバイス、液晶表示セル、液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像表示装置の分野において、液晶分子の配向の変化を利用した画像表示装置（以下、「液晶ディスプレイ」と言う）が知られている。液晶ディスプレイは、対向配置された２枚のガラス基板の間に封入した液晶層を有する液晶表示セルを備え、液晶層を形成する液晶分子に所定の電界を与えて配向性を変化させ、液晶層の光透過率を変化させることで画像を表示する。
【０００３】
具体的には、従来の液晶ディスプレイは、表示画素に対応して画素電極がガラス基板上に設けられ、個々の画素電極にはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：　薄膜トランジスタ）等からなるスイッチング素子が配置されている。画素電極は、対向するガラス基板上に配置された共通電極と、間に挟まれた液晶層とによってコンデンサを形成し、蓄電可能な構造を有する。そして、外部からスイッチング素子を介して流入する電流によってコンデンサ上に電荷が蓄積されることで液晶分子は所定の電界を与えられて液晶分子の配向が変化し、光透過率が変化することで画像表示が可能となる。両電極に蓄積された電荷は、スイッチング素子をＯＦＦした後にも保持されるため、再びスイッチング素子をＯＮにして電荷を回収するまで液晶分子は配向が変化した状態を維持し、表示画像が維持される。
【０００４】
上記の構造を有することで、液晶ディスプレイは、ブラウン管を使用するＣＲＴディスプレイ等と比較して、薄型構造を有することによる省スペース化、低電圧動作および低消費電力等の優れた特性を有し、パーソナルコンピュータや携帯情報端末等における画像表示装置として、目覚ましい勢いで普及している。
【０００５】
液晶ディスプレイにおいては、表示画像を維持するために、液晶材料は、高い電圧保持率を有する必要がある。液晶材料が導電性を有する場合、コンデンサを形成する電極間に電流が流れ、液晶層に加えられた電界強度が弱まるために液晶分子の配向が乱れ、画像表示に支障を来すためである。
【０００６】
一般に液晶分子自体は導電性を有さないが、液晶材料中に混入した不純物等が分解してイオンを生じることが知られている。そして、発生したイオンが液晶材料中において伝導性キャリアとして機能することで電極間に導電性が生じ、電圧保持率が低下する。従って、高い電圧保持率を実現するために、液晶材料中の不純物濃度を低減する工夫が行われている。
【０００７】
電圧保持率を高くするために従来行われている工夫として、フッ素系ネマチック液晶材料の採用と、製造ラインの清浄化が挙げられる。フッ素系ネマチック液晶材料を採用したのは、不純物に対する溶解度が他の液晶材料に比して非常に小さいという利点を有するためである。混入した不純物は液晶材料中で溶解してイオン化することで導電性を発揮するため、不純物に対する溶解度が低い場合、導電性を弱めることが可能となり、電圧保持率を向上させることができる。また、製造ラインの清浄化を行うことで、混入する不純物の量を抑制することができ、電圧保持率を向上させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術による電圧保持率の向上にも問題は残る。まず、従来技術によって製造時に不純物を所定濃度以下に抑制し、液晶中の電気伝導を抑制できたとしても、長年の使用に従って電圧保持率が低下するという問題がある。これは、液晶層周辺の材料の未硬化成分の不純物や、液晶層に浸入する水分に含まれる金属イオン等が液晶層内部に徐々に浸入すると考えられるためである。そのため、製造直後は高い電圧保持率を有していても、徐々に電圧保持率が低下し、表示画像にムラが生じるなどの問題が顕在化する。
【０００９】
さらに、液晶材料の選択に関して自由度が制限されるという問題がある。例えば、低動作電圧および高速応答を実現するために、高誘電率異方性を有する液晶材料の使用が提案されている。しかし、現時点で公知の高誘電率異方性を有する液晶材料は、不純物に対する溶解度が大きく、上記したように不純物の溶解を抑制することができない。従って、高誘電率異方性を有する液晶材料を液晶ディスプレイに使用する際には、電圧保持率を向上させるために従来とは別の手法を用いる必要がある。
【００１０】
さらに、製造ラインの清浄化も、実際に行うことは容易ではないという問題が存在する。不純物の混入は、主として液晶材料の製造時と液晶材料をセル中に注入する際に生じるため、これらの工程において製造ラインを極限まで清浄化する必要がある。そのためには、例えば、液晶材料をセルに注入する際に使用する注入装置の洗浄を頻繁に行う必要があり、製造工程が煩雑化し、製造コストも上昇する。
【００１１】
以上説明したように、従来技術にかかる手法によっては、液晶材料への不純物の混入を抑制することは容易ではなく、電圧保持率を高くすることは困難である。従って、不純物濃度を低減すること以外の観点に基づいて、電圧保持率を高くする必要がある。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、液晶材料に電界が加えられた際に液晶材料中のイオンが電極間を移動することを抑制し、電圧保持率が高い液晶材料、液晶材料を基板の間に注入した液晶表示セル、液晶表示セルを用いた液晶ディスプレイとを実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる液晶材料は、液晶分子と、該液晶分子近傍に浮遊したイオン性物質に起因した電気伝導を阻害する伝導阻害剤とを含有することを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、電気伝導を阻害する伝導阻害剤を含有したことで、不純物が混入した場合であっても電圧保持率を高い値に維持する事が可能な液晶材料を提供することができる。
【００１５】
また、請求項２にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、前記液晶分子近傍に浮遊したイオン性物質を吸着することによって電気伝導を阻害することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、エポキシ樹脂を含有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、グリシジル基を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、フェノール系グリシジルエーテル型エポキシ樹脂を含有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、前記液晶分子が液晶性を示す温度における粘度が３０００ｐｏｉｓｅ以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、前記液晶分子と実質的に均一に混合した状態で一次元構造を保持する事を特徴とする。
【００２１】
また、請求項８にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、下記化学式（１）に示すビスフェノールＦ型エポキシ樹脂であることを特徴とする。
【化１】
2004018662.tif 000003
【００２２】
また、請求項９にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、下記化学式（２）に示すビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であることを特徴とする。
【化２】
2004018662.tif 000004
【００２３】
また、請求項１０にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、ｎの値が０以上、１以下であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１１にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、０．０１重量％以上、１０重量％以下の濃度で混入されていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１２にかかる液晶材料は、上記の発明において、前記伝導阻害剤は、０．１重量％以上、１０重量％以下の濃度で混入されていることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１３にかかる電気−光学デバイスは、それぞれ電極を備え互いに所定距離離隔して対向配置された基板と、前記基板の間に封入された請求項１〜１２のいずれか一つに記載された液晶材料によって形成される液晶層とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１４にかかる液晶表示セルは、複数の電極を内面上に備えた第１の基板と、該第１の基板と所定距離離隔して対向配置された第２の基板と、前記第１の基板内面と前記第２の基板内面とによって画成された領域に封入され、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の液晶材料によって形成される液晶層とを備えることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１５にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記第１の基板内面上にマトリックス状に配置された電極と、該画素電極に対応して配置された薄膜トランジスタとをさらに備えたことを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１６にかかる液晶ディスプレイは、請求項１４または１５に記載の液晶表示セルと、該液晶表示セルに配置された複数の電極と電気的に接続され、前記複数の電極に対して所定の電圧を印加する電圧印加手段と、外部から入力された画像情報に基づいて前記電圧印加手段を制御する制御手段と、前記液晶表示セル、前記電圧印加手段および前記制御手段を内部に含有し、有効表示画面領域を画定する表示窓を備えたフレーム部材とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１７にかかる液晶ディスプレイは、上記の発明において、前記液晶表示セルに対して面状光を照射するためのバックライト光源をさらに備えたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかる液晶材料、液晶表示セルおよび液晶ディスプレイの好適な実施の形態について説明する。図面の記載において同一または類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、各部分の大きさの比率などは現実のものとは異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００３２】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる液晶表示セルについて説明する。本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、電気伝導を抑制する物質を液晶材料中に混入することで高い電圧保持率を実現する構造を有する。図１は、本実施の形態１にかかる液晶表示セルの構造を示す斜視図である。以下に、実施の形態１にかかる液晶表示セルの詳細な構造について説明する。
【００３３】
本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、図１に示すように、平面視がほぼ長方形の形状を有する基板１および基板２が、互いに所定距離だけ離隔してほぼ平行に配置されている。そして、基板１と基板２との間に液晶材料が封入されて液晶層３を形成し、液晶層３の周縁にはシール部４が配置されている。また、基板１下部には偏光板５が、基板２上部には偏光板６が配置された構造を有する。なお、図示は省略するが基板１と基板２との間の距離を一定に保持するために、粒子等によって形成されるスペーサーや、支柱形のパーマネントスペーサー等が基板１と基板２との間に挟まれている。
【００３４】
シール部４は、基板１と基板２とを接着するためのものであり、また、封入された液晶材料が漏出することを防止するためのものである。なお、図１において、液晶層３の周縁にシール部４が存在しない部分が図示されているが、これは実施の形態１にかかる液晶表示セルの構造に関する説明を容易化するためのものであり、実際には、液晶層３の周縁は全体に渡ってシール部４によって囲まれた構造を有する。なお、必要に応じて、製造時に液晶材料を注入するために液晶層３の周縁の一部に注入口を設ける構造としても良い。
【００３５】
偏光板５、６は、液晶表示セル下方から入射した光について、所定方向の偏波光のみを通過させるためのものである。本実施の形態１においては、偏光板５、の偏光軸と偏光板６の偏光軸とが直交するように、すなわちクロスニコルの状態となるように配置されていが、パラレルニコルの状態で配置する構造としても良い。また、図示は省略したが、偏光板５、６上であって、液晶層３と接触した状態で所定の配向膜が配置されている。かかる配向膜は、所定方向にラビング処理等を施すことによって表面構造に異方性を有し、かかる異方性によって液晶層３を形成する液晶分子が配向する。
【００３６】
基板１、２は、無色透明な無アルカリガラスによって形成されている。ここで、無アルカリガラスとは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカリ性物質の含有率が０．８重量％以下の組成のガラスをいう。基板１、２は、下部から入射する光を屈折させることがないよう平坦性に優れた形状を有し、低熱膨張率を有する。なお、基板１、２については、用途等に応じてプラスチック基板または石英ガラス等を用いても良い。
【００３７】
図２は、基板１上面に設けられた構造の一部を示す模式図である。図２に示すように、基板１の表面上には、画素電極７がマトリックス状に複数配置され、各画素電極７に対してそれぞれＴＦＴ素子１０が配置されている。ＴＦＴ素子１０は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を有し、画素電極７は、ＴＦＴ素子１０のドレイン電極と電気的に接続されている。なお、画素電極７の配列、配置数および面積は、本実施の形態１にかかる液晶表示セルの画素の配列等に対応している。なお、本実施の形態１にかかる液晶表示セルでは、画素に対応して単数のＴＦＴ素子１０を配置することとしたが、それぞれの画素に対応して複数のＴＦＴ素子を配置する構造とすることも可能である。
【００３８】
また、複数の画素電極７間には縦方向に信号線８が配置され、横方向にゲート線９が配置されている。信号線８およびゲート線９は、ＴＦＴ素子１０に所定の電圧を印加するためのものである。具体的には、信号線８は、隣接する複数のＴＦＴ素子１０のソース電極と電気的に接続され、ゲート線９は隣接する複数のＴＦＴ素子１０のゲート電極と電気的に接続され、それぞれＴＦＴ素子１０に対して電圧印加が可能である。
【００３９】
図３を参照して、ＴＦＴ素子１０の詳細な構造を説明する。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。なお、図３では、基板１の上面のみならず、液晶層３および基板２についても示している。図３に示すように、基板１上の一部領域上には、ゲート線９と電気的に接続したゲート電極が積層され、基板１およびゲート電極１１上には絶縁膜１２が堆積されている。絶縁膜１２上であって、ゲート電極１１上部の領域にはアモルファスシリコンからなるα−Ｓｉ層１３が積層されている。なお、α−Ｓｉ層１３について、アモルファスシリコン以外にもポリシリコン、単結晶シリコン等によって形成することとしても良い。
【００４０】
さらに、α−Ｓｉ層１３上には、互いに離隔してソース電極１４、ドレイン電極１５が積層され、ソース電極１４は、信号線８と電気的に接続され、ドレイン電極１５は、画素電極７と電気的に接続されている。また、信号線８、ＴＦＴ素子１０および画素電極７上には、表面を保護するための保護膜１６が堆積されている。また、ＴＦＴ素子１０および画素電極７上部には、液晶層３を挟んで基板２が配置されているが、基板２の液晶層３側の表面上には、全面に渡って共通電極１７が配置されており、高い電圧保持率を有する液晶層３が誘電体として機能することで、画素電極７と共通電極１７と、間に挟まれた液晶層３によってコンデンサが形成されている。
【００４１】
次に、液晶層３について説明する。液晶層３は、液晶材料が基板１と基板２との間に封入されることで形成される。液晶材料は、所定の液晶分子と、液晶層３中の電気伝導を抑制するための伝導阻害剤とを含有している。まず、液晶分子について説明し、その後、伝導阻害剤について詳細な説明を行う。
【００４２】
本実施の形態１において使用可能な具体的な液晶分子について、図４に例示する。図４に例示したように、ＴＦＴを使用した液晶表示セルにおいてはフッ素系のネマチック液晶分子を使用することが一般である。図４に例示したもののうち、主として使用されるのは、モノフルオロ基、ジフルオロ基を有するものだが、近年注目されている液晶分子として、トリフルオロメチル基（−ＣＦ３）、トリフルオロメトキシ基（−ＯＣＦ３）、ジフルオロメトキシ基（−ＣＦ２Ｈ）などの置換基を備えたものを用いても良い。なお、図４に示す液晶分子構造はあくまで例示であり、これら以外の構造の液晶分子を液晶材料の主成分として使用できないということではない。また、単成分で形成するだけでなく、複数の液晶分子を混合した多成分系を液晶材料の主成分として使用しても良い。
【００４３】
次に、伝導阻害剤について説明する。伝導阻害剤は、イオン吸着その他の機能を果たすことで、不純物に起因した電気伝導を阻害し、液晶層３の電圧保持率を改善する機能を有する。伝導阻害剤は、具体的には、例えばエポキシ樹脂によって形成される。エポキシ樹脂とは、１分子中に２以上のエポキシ基を有する樹脂のことをいう。
【００４４】
エポキシ樹脂の分類としては、フェノール系グリシジルエーテル型、アルコール系グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、混合型等が存在する。伝導阻害剤としては、この中でも特にグリシジル基を備えたエポキシ樹脂、さらには、フェノール系グリシジルエーテル型であることが好ましい。一般にグリシジル基を備えたエポキシ樹脂は電気的絶縁性に優れ、特にフェノール系グリシジルエーテル型は電気絶縁性が顕著であるため、液晶層３中の電気伝導を効果的に抑制し、電圧保持率を高く維持することができると推測されるためである。
【００４５】
また、伝導阻害剤の分子構造は、液晶材料中において１次元構造を有することが好ましい。これは、一般に液晶分子が１次元構造を有することから、液晶分子と類似の分子構造を有する場合、液晶材料中に伝導阻害剤が混合されやすいためである。また、１次元構造を有することで、液晶分子の運動を阻害しないという利点も有する。すなわち、液晶層３に加えられた電界によって液晶分子の配向が変化する際に、混合された伝導阻害剤の分子は液晶分子の運動に対して何ら阻害要因として機能することがないと推測される。このため、特に伝導阻害剤の分子構造が１次元構造である場合、電圧印加に対する応答速度や、液晶分子の配向の変化が行われる電圧である臨界電圧の観点において、液晶分子に悪影響を与えることがないと思われる。
【００４６】
さらに、伝導阻害剤を構成する分子は、分子量が液晶分子と同程度以下であることが好ましい。これは、伝導阻害剤を構成する分子が、液晶分子と同程度以下の大きさを有することで、液晶分子の運動に与える影響をさらに低減することができると考えられるためである。
【００４７】
また、伝導阻害剤は、液晶材料が液晶性を示す温度において、物質自体の粘度が３０００ｐｏｉｓｅ程度以下であることが好ましい。これは、粘度が３０００ｐｏｉｓｅよりも大きな値を有する物質の場合、液晶材料中に実質的に均一に混合することが容易でないことによる。液晶材料中で液晶分子と実質的に均一に混合できない場合には、伝導阻害剤として機能することが困難となると共に、不純物として液晶分子の運動に悪影響を与える可能性があるためである。
【００４８】
以上の伝導阻害剤に関する条件を鑑みて、本願発明者等は伝導阻害剤として使用する物質として、例えば、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が適切であると考えている。ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の具体的構造については以下の化学式（１）に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の具体的構造については以下の化学式（２）に、それぞれ示す。
【化１】
2004018662.tif 000005
【化２】
2004018662.tif 000006
これらの物質は、上記したいずれの条件についても満足する。化学式（１）および化学式（２）に示すように、これらの物質はエポキシ基、特にグリシジル基を備え、フェノール系グリシジルエーテル型エポキシ樹脂に分類され、分子構造も１次元構造を有するためである。特に、化学式（１）および化学式（２）において、０≦ｎ≦１であることが好ましく、さらにはｎ＝０であることが好ましい。この場合、分子量が図４に例示した液晶分子の分子量と同程度以下となり、粘度についても液晶動作温度において３０００ｐｏｉｓｅ程度以下の条件を満たすためである。
【００４９】
なお、伝導阻害剤を液晶材料中に混合する量について、本願発明者は、０．０１重量％以上であって、１０重量％程度以下であることが好ましく、さらに、０．１重量％〜１０重量％であることが好ましい。さらには、１重量％〜１０重量％とする事がより好ましい。混合する伝導阻害剤の量の下限値については、後に述べる実施例において０．０１重量％でも電圧保持率に改善が見られ、０．１重量％、１重量％と濃度が上がるにつれて電圧保持率を維持、改善する機能がより効果的に発揮されることに基づいたものである。また、上限値については、主として溶解度の限界に起因する。従って、液晶分子と伝導阻害剤の組み合わせによっては１０重量％以上の伝導阻害剤を混合することが可能であり、この場合、電圧保持率に関してよりよい効果を発揮するものと考えられる。
【００５０】
次に、実施の形態１にかかる液晶表示セルの動作について簡単に説明する。図５は、液晶表示セルの動作のうち、特にＴＦＴ素子１０の動作について説明するための模式図である。基板１上に複数配置された中から任意の信号線８およびゲート線を選択して電圧を印加することで、図５に示すソース電極１４から画素電極７に電荷が蓄積される。
【００５１】
具体的には、ゲート電極１１にゲート線９を介して所定以上の電圧が印加されることによってα−Ｓｉ層１３内にチャネル１８が誘起される。チャネル１８が誘起されることによってソース電極１４とドレイン電極１５との間が導通する。そして、ソース電極１４には信号線８を介して電圧が印加されているため、ソース電極からチャネル１８およびドレイン電極１５を経て電荷が運ばれ、画素電極７上に蓄積される。画素電極７は液晶層３、共通電極１７との間でコンデンサを形成することから、画素電極７に電荷が蓄積されることで、液晶層３には所定の電界が与えられて液晶分子の配向が変化する。ここで、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、液晶材料に伝導阻害剤が混入された構造を有するため、高い電圧保持率を有し、配向が変化した液晶分子はその状態を良好に維持する。以上の操作を信号線８およびゲート線９を順次切り替えてマトリックス状に配置されたすべての画素電極７に対して行うことで、液晶層３上には所定のパターンが形成され、液晶表示セルに対して外部から光を照射することで画像が表示される。
【００５２】
（実施例）
以下に、伝導阻害剤としてｎ＝０のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を使用した液晶表示セルの実施例について説明する。液晶表示セルの具体的構造については、図１〜図３で示したものを使用し、液晶層３を形成する液晶材料として、ｍｅｒｃｋ社製造のフッ素系ネマチック液晶を用いている。本実施例においては、伝導阻害剤の濃度を変化させた液晶表示セルを複数作製した。具体的には、伝導阻害剤の濃度を０重量％、０．０１重量％、０．１重量％、１．０重量％および１０重量％と変化させた液晶表示セルを作製している。ここで、伝導阻害剤の濃度を０重量％とした液晶表示セルは、伝導阻害剤の機能を確認するための比較例として作製している。なお、これら複数の液晶表示セルに関して、伝導阻害剤の濃度以外の点については全く同一の構造を採用したため、特性において差が生じた場合、伝導阻害剤に起因するものと思われる。
【００５３】
上記した複数の液晶表示セルについて、湿度８０％、温度５０℃の条件下にさらす時間を変化させて加速試験を行い、液晶層３について電圧保持率を測定した。図６は、電圧保持率を測定した結果について示すグラフであり、横軸を経過時間とし、縦軸を電圧保持率としている。
【００５４】
本測定において、電圧保持率は、外部電源によって印加した電圧と電圧印加時から１６ｍｓ経過した後に残存する電圧との比を百分率で表現したものとした。例えば、残存する電圧が印加電圧に等しい場合、電圧保持率は１００％となる。なお、測定間隔を１６ｍｓとしたのは、液晶表示セルを組み込んだ液晶ディスプレイは、一般には６０Ｈｚの周期、すなわち１６ｍｓ後には異なる画像を表示するために液晶層３に再び電圧を印加する構造を有するためである。また、加速試験を行うこととしたのは、液晶セルを長期間使用したのと同等の状態とするためである。すなわち、加速試験を行うことで、液晶層３には、周辺部材から不純物イオンや水分が徐々に浸入し、液晶層３中の不純物濃度が増加し、伝導阻害剤の効果の有無を検出することが可能となる。
【００５５】
図６のグラフにおいて、曲線ｌ１は、伝導阻害剤の濃度が０重量％の液晶表示セルの電圧保持率の変化について示す。同様に、曲線ｌ２、曲線ｌ３、曲線ｌ４、曲線ｌ５はそれぞれ、伝導阻害剤の濃度が０．０１重量％、０．１重量％、１．０重量％、１０重量％である液晶表示セルの電圧保持率の変化について示す。図６のグラフの曲線ｌ１からも明らかなように、伝導阻害剤の濃度が０重量％、すなわち伝導阻害剤を液晶層３中に含まない液晶表示セルの場合、時間の経過と共に電圧保持率は低下している。これは、高温高湿環境の下では液晶表示セルを構成する周辺材料から未硬化成分の不純物イオンや、水分が周囲から液晶層３中に浸入することによって空気中の金属イオン等が混入されることで、液晶内の不純物イオンが徐々に増加するためと考えられる。
【００５６】
一方、伝導阻害剤を０．０１重量％混合した場合（曲線ｌ２）、わずかではあるが、電圧保持率の値はすべての経過時間において伝導阻害剤を含まない場合の値を上回っている。同様に、０．１重量％混合した場合、すなわち曲線ｌ３においては、電圧保持率の低下がさらに抑制されている。もっとも顕著な硬化を示すのは１．０重量％混合した場合および１０重量％混合した場合である。曲線ｌ４、曲線ｌ５からも明らかなように、経過時間に関わらず電圧保持率の値はほぼ９９％以上の値を保持している。曲線ｌ４においては１７０時間経過後に一度９６％程度に低下しているが、この値でも実用上は十分である。
【００５７】
本測定の結果より、液晶材料中に伝導阻害剤を混合した液晶表示セルは、電圧保持率の低下を抑制する効果を有することが示された。ここで、測定に用いた液晶表示セルについては、伝導阻害剤の濃度以外については全く同一のものを用いているため、液晶表示セルごとに浸入する不純物の量が異なることはない。従って、曲線ｌ２〜曲線ｌ５の場合には、液晶層３中には曲線ｌ１の場合と同等の量だけ不純物は浸入するものの、伝導阻害剤が不純物イオンによる電気伝導を抑制することで、電圧保持率が改善されたものと結論づけることができる。
【００５８】
また、曲線ｌ１と曲線ｌ２とを比較すると、伝導阻害剤の濃度が、０．０１重量％とごくわずかな値であっても電圧保持率に改善が見られ、０．１重量％において明らかな効果を示し、１．０重量％以上の場合には周囲から浸入する不純物イオンの存在が無視できるほどの効果を発揮する。このことから、本実施例において伝導阻害剤はごくわずかな値でも効果を発揮し、０．１重量％以上ならば画像表示の点で実用上問題とならない程度にまで電圧保持率の改善が見られることが分かる。
【００５９】
伝導阻害剤が不純物イオンの電気伝導を阻害する理由については現時点では確実なことは明らかではない。本願発明者等は、伝導阻害剤を形成するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエポキシ基、グリシジル基等の構造が、不純物イオンを吸着またはそれ以外のメカニズムによって電気伝導を阻害しているものと推測している。なお、本実施例においては時間の経過と共に周囲から浸入する不純物イオンに起因した電気伝導を阻害する機能が確認されているが、当然のことながら当初から液晶層中に混入した不純物イオンに対しても効果を発揮することはもちろんである。
【００６０】
次に、本願発明者等は、伝導阻害剤を混入することで液晶材料の他の特性に与える影響について測定を行った。伝導阻害剤は、電圧保持率を高い値に維持するという点で有用であるものの、液晶分子にとってはあくまで不純物であり、伝導阻害剤の存在によって液晶分子の運動を妨げる可能性も否定できないためである。具体的には、本願発明者等は、液晶表示セルに対して垂直方向に通過する光の透過率が５０％となる時に、画素電極７と共通電極１７との間に印加される電圧Ｖ５０の変動について調べた。光透過率の変化は液晶分子の配向の変化に起因するため、伝導阻害剤が液晶分子の運動に影響を与えている場合、電圧Ｖ５０の値は大きく変動することが予想されるためである。この測定については、伝導阻害剤について上記したそれぞれの濃度を有する液晶表示セルについてサンプル１およびサンプル２を作製し、電圧Ｖ５０の値について測定している。
【００６１】
本測定の結果について、図７にグラフおよび表によって示す。グラフにおいて、曲線ｌ６は、サンプル１についての測定データを示し、曲線ｌ７は、サンプル２についての測定データを示す。多少の変動はあるものの、概して電圧Ｖ５０の値は伝導阻害剤を混入しない場合と同等かそれ以下の値となっている。ここで、伝導阻害剤が液晶分子の運動を阻害している場合、電圧Ｖ５０の値は高くなることが予想される。上述のように光透過率の変化は液晶分子の配向の変化によってもたらされるが、液晶分子の運動が阻害されている場合、配向を変化させるためにはより高い電圧が必要となるためである。また、本実施例にかかる液晶表示セルではノーマリーホワイトモードを採用しており、伝導阻害剤が液晶分子の運動を阻害する場合には濃度が増加するに従って阻害要因が増えることを鑑みると、図７のグラフは濃度の増加に伴い高電圧側にシフトするはずである。しかし、図７のグラフでは、電圧Ｖ５０の値について、多少の変動はあるものの、サンプル１およびサンプル２の双方において、濃度の増加に伴って電圧Ｖ５０が大きく増大することはない。特に、伝導阻害剤が混入されていない０重量％の場合と、１０重量％混入した場合との対比では、１０重量％混入した場合の方が、電圧Ｖ５０が小さい値となっており、このことからも伝導阻害剤は液晶分子の運動を阻害していないと結論づけることができる。
【００６２】
さらに、本願発明者等は、伝導阻害剤が液晶分子の運動に影響を与えないことを確認するために、印加電圧に対する応答速度の変化について測定を行っている。伝導阻害剤の混入の有無によって応答速度が大きく異なる場合、伝導阻害剤が液晶分子の運動を阻害することとなるためである。
【００６３】
図８は、本測定の結果について示すグラフおよび表を示す。図８のグラフにおいて、曲線ｌ８は、ソース電極１４から電荷を画素電極７に注入して液晶分子の配向を変化させるのに要する時間ＴＯＮの変化について示す。また、曲線ｌ９は、画素電極７に蓄積した電荷をソース電極１４に逃がして液晶分子の配向を元に戻すのに要する時間ＴＯＦＦの変化を示し、曲線ｌ１０は、ＴＯＮとＴＯＦＦを合計した値の変化を示す。図８のグラフからも明らかなように、各時間の変化は伝導阻害剤の濃度と特に相関関係を示さない。伝導阻害剤の濃度が０．１重量％の場合には若干値が増加するものの、１重量％の場合には伝導阻害剤を混合しない場合とほぼ同等の値となり、０．０１重量％、１０重量％の場合には伝導阻害剤を混合しない場合よりも低い値を示している。従って、図７に示した測定結果と同様に、図８に示す測定結果によっても伝導阻害剤の混入によって液晶分子の運動が阻害されないことが示された。
【００６４】
伝導阻害剤が液晶分子の運動を阻害しない理由について、本願発明者等は次のように推測している。本実施例において伝導阻害剤として用いたビスフェノールＦ型エポキシ樹脂は、既に述べたように１次元構造を有し、ｎ＝０としたことで分子量が液晶分子と同等以下の値となっている。また、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂は、グリシジル基を１次元構造の両端部にのみ有するため、液晶材料中にビスフェノールＦ型エポキシ樹脂同士が化学反応を起こしてポリマーとなった場合でも１次元構造が維持され、液晶分子の運動に影響を与えないものと推測される。
【００６５】
以上の測定結果から、本実施の形態１にかかる液晶表示セルに関して、次のような利点が導かれる。まず、従来と異なり、液晶層３内に不純物が一定の濃度で存在していても、高い電圧保持率を実現することができる。既に説明したように、従来は、液晶層中に混入する不純物濃度を低減することで電圧保持率の改善を図っていたが、本実施の形態１にかかる液晶表示セルでは、伝導阻害剤といういわば不純物をあえて混入することで電圧保持率を改善している。このような技術について本願出願時以前に開示された例はなく、本願発明者独自のものである。なお、この利点に付随して、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、以下の利点を有する。
【００６６】
まず、液晶層を構成する液晶分子について、選択の自由度が拡大するという利点を有する。従来は不純物に対する溶解度が低い液晶分子によって液晶材料を構成する必要があったが、本実施の形態１では、伝導阻害剤を液晶材料中に混合することで不純物イオンが一定濃度存在するにも関わらず、電圧保持率を改善することが示されている。
【００６７】
そのため、電圧保持率の観点からは不純物イオンの混入を抑制する必要はなく、フッ素系ネマチック液晶分子以外の液晶分子を用いて液晶材料を形成することが可能となる。このことは、例えば、近い将来採用が予想される高誘電率異方性を有する液晶分子を使って液晶材料を形成できることを意味し、低電圧動作および高速応答に加え、高い電圧保持率を有する液晶材料を実現することが可能となる。また、フッ素系ネマチック液晶以外で、従来ＴＦＴ素子を用いた液晶表示セルに用いるのは不適当とされた液晶材料についても、用いることが可能となるものと推測され、液晶材料の選択の自由度が拡大する。
【００６８】
また、伝導阻害剤を混入した液晶材料を用いることとしたことで、液晶表示セルの製造を容易に行うこともできる。すなわち、従来は液晶材料中に不純物が混入されることを極力抑制する必要があったため、液晶材料の製造および液晶材料を基板間に封入する際には清浄度を極度に高める必要があった。しかし、伝導阻害剤を混入することで不純物イオンの電気伝導を抑制でき、不純物が存在するにも関わらず、電圧保持率を高い値に維持することが可能となる。従って、従来よりも低い清浄度で製造工程を行うことが可能となり、低コストで容易に液晶表示セルを製造することが可能となる。
【００６９】
さらに、経年変化による電圧保持率の低下が抑制できるという利点を有する。実施例の測定結果でも示したように、時間経過に伴って周囲から徐々に不純物イオンが浸入した場合であっても、伝導阻害剤を混入しておくことで、浸入した不純物イオンによる電気伝導を抑制し、電圧保持率を高い値に維持することが可能である。従って、製品寿命の長い液晶表示セルを実現することができる。
【００７０】
また、伝導阻害剤は電圧保持率を改善する効果のみを発揮し、電圧保持率以外の特性については影響を与えることはないという利点も有する。具体的には、図７および図８に示すように、電圧Ｖ５０の値と、応答速度に関して、伝導阻害剤の有無によって有意な差は見られない。従って、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、電圧保持率について改善しつつ、他の特性について悪化させることがないという利点を有する。
【００７１】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる液晶ディスプレイについて説明する。本実施の形態２にかかる液晶ディスプレイは、実施の形態１にかかる液晶表示セルを用いた構造を有する。図９は、本実施の形態２にかかる液晶ディスプレイの構造を示す分解図である。ここで、図９においては、液晶ディスプレイの構造の理解が容易になるよう各部材ごとに分離して表示しているが、実際にはこれらの部材が組合わさって実施の形態２にかかる液晶ディスプレイが形成されている。
【００７２】
本実施の形態２にかかる液晶ディスプレイは、下側ケース２１上に順次積層配置されたバックライトユニット２２、遮光スペーサ２３、液晶表示セル２５を備える。液晶表示セル２５上部には、ドレイン回路基板２６、ゲート回路基板２７、インターフェイス回路基板２８が形成され、これらの回路基板は液晶表示セル２５と電気的に接続されている。さらに、液晶表示セル２５上部には絶縁シート２９を介してシールドケース３０が配置され、シールドケース３０は、中央付近に液晶表示領域を画定するための表示窓３１を備える。
【００７３】
バックライトユニット２２は、液晶表示セル２５に対して垂直方向に進行する面状光を照射するためのものである。バックライトユニット２２は、光源である蛍光ランプから出射された光が、バックライトユニット２２の底部に設けられた反射板で反射し、導光板および拡散板を通過して面状光となって液晶表示セル２５に入力される構造を有する。
【００７４】
液晶表示セル２５は、実施の形態１において説明した液晶表示セル２５を用いている。従って、液晶表示セル２５は、封入した液晶中に伝導阻害剤を含有し、液晶中において不純物イオンが一定濃度存在しても電圧保持率を高く維持することが可能である。
【００７５】
ドレイン回路基板２６、ゲート回路基板２７はそれぞれ電子回路が形成され、液晶表示セル２５中に配置されたＴＦＴ素子のドレイン電極およびゲート電極に対して所定の電圧を印加するためのものである。また、インターフェイス回路基板２８は所定の電子回路が形成されており、ドレイン回路基板２６およびゲート回路基板２７とを制御するためのものである。これらの回路基板によって、所定の画素電極が選択され、電圧が印加されることで各画素の光透過率が変化し、所望の画像を表示する。
【００７６】
以上、実施の形態１、２および実施例によって本発明の液晶材料、液晶表示セルおよび液晶ディスプレイについて説明したが、本発明はこれら実施の形態および実施例によって限定されるのではなく、当業者であればこれらの実施の形態等を用いて様々な変形例に想到する事が可能である。例えば、実施の形態１において、液晶材料にはフッ素系ネマチック液晶分子以外の液晶分子を使用することが可能である。実施の形態１および実施例でも示したように、伝導阻害剤は液晶分子の組成に関わらず不純物が溶解することによって生じるイオンに起因する電気伝導を抑制するため、液晶材料に含有される液晶分子について特に限定する必要はない。従って、フッ素系以外のネマチック液晶分子を用いても良いし、ヌメクチック液晶、コレステリック液晶等を形成する分子を用いても良い。また、これらを混合して液晶材料を形成することとしても良い。
【００７７】
また、液晶分子の配向状態についても、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの他、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、Ｄ−ＳＴＮ（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード等任意のものを採用することが可能である。これら液晶分子の配向状態に関わらず、液晶材料に伝導阻害剤を混入することで不純物イオン等による電気伝導を抑制することができるためである。
【００７８】
また、スイッチング素子等の駆動手段として、ＴＦＴ素子１０、信号線８およびゲート線９以外のものを用いても良い。本発明において電圧保持率を高く維持するのは液晶材料によってであり、駆動手段との相関は乏しいためである。具体的にはＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）駆動手段等を採用する事が可能である。
【００７９】
さらに、実施の形態２において、バックライトユニット２２に替えて、太陽光等の外部光を光源とする反射方式を採用しても良いし、半透過方式を採用しても良い。
【００８０】
さらに、本発明にかかる液晶材料は液晶ディスプレイの他、電気−光学デバイスを形成する材料として広い範囲に渡って使用できることはもちろんである。電気−光学デバイスは、電極をそれぞれ備えた基板間に液晶材料を封入した構造を有し、例えば、腕時計、機密窓、建造物の窓、光学的システムにおけるスイッチングデバイス、手持ちページ読みとり装置、携帯電話等の移動電話、ラジオ、像形成デバイス、バーチャル・リアリティー装置、シミュレーション・デバイス、電気的ゲーティングデバイス、反射グレーティング、計算機等に本発明にかかる液晶材料を使用することが可能である。さらには、液晶材料の特性を利用して温度センサ、ガスセンサ等に用いることも可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜１２の発明によれば、電気伝導を阻害する伝導阻害剤を含有する構成としたことで、不純物が混入した場合であっても電圧保持率を高い値とする事が可能な液晶材料を提供することができるという効果を奏する。
【００８２】
また、請求項１３の発明によれば、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の液晶材料を用いて電気−光学デバイスを形成することとしたため、幅広い用途に上記特性を有する液晶材料を使用できるという効果を奏する。
【００８３】
また、請求項１４または１５の発明によれば、請求項１〜１２いずれか一つに記載の液晶材料を用いた構成としたため、液晶材料の電圧保持率を高い値にする事ができ、表示ムラが生じず、製品寿命の長い液晶表示セルを提供することができるという効果を奏する。
【００８４】
また、請求項１６または１７の発明によれば、請求項１４または１５に記載の液晶表示セルを用いた構成としたため、液晶材料の電圧保持率を高い値にする事ができ、表示ムラが生じず、製品寿命の長い液晶ディスプレイを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる液晶表示セルの構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる液晶表示セルを形成する基板上の配線パターンを示す部分上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】実施の形態１において液晶層を形成する液晶材料を構成する液晶分子について例示した図である。
【図５】実施の形態１にかかる液晶表示セルにおいて、画素電極に電圧を印加する動作について説明するための模式図である。
【図６】実施例にかかる液晶表示セルに関して、加速試験による電圧保持率の変動を示すグラフである。
【図７】実施例にかかる液晶表示セルに関して、光透過率が５０％となる電圧の値について図示したグラフおよび図表である。
【図８】実施例にかかる液晶表示セルに関して、電圧印加に対する応答時間について図示したグラフおよび図表である。
【図９】実施の形態２にかかる液晶ディスプレイの全体構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２　基板
３　　　　　液晶層
４　　　　　シール部
５、６　偏光板
７　　　　　画素電極
８　　　　　信号線
９　　　　　ゲート線
１０　　　ＴＦＴ素子
１１　　　ゲート電極
１２　　　絶縁膜
１３　　　α−Ｓｉ層
１４　　　ソース電極
１５　　　ドレイン電極
１６　　　保護膜
１７　　　共通電極
１８　　　チャネル
２１　　　下側ケース
２２　　　バックライトユニット
２３　　　遮光スペーサ
２５　　　液晶表示セル
２６　　　ドレイン回路基板
２７　　　ゲート回路基板
２８　　　インターフェイス回路基板
２９　　　絶縁シート
３０　　　シールドケース
３１　　　表示窓
【図１】
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【図２】
2004018662.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004018662.tif 000015
【図８】
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【図９】
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