JPH0368924A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、強
誘電性液晶を用いた液晶表示装置に関する。

従来の技術 典型的な先行技術のネマティック液晶を用いた液晶表示
装置としては、ツィステッドネマティック型（Ｔｕｉｉ
ｓＬｅｄ　ＮｅｎａＬｉｅ、Ｔ　Ｎ型と略称される〉液
晶表示装置、スーパーツィステッド型（Ｓｕｐｅｒｔｗ
ｉｓｔｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｅｎｇｅｎｃｅ　Ｅｆｆｅｃ
ｔ、Ｓ　Ｂ　Ｅ型と略称される〉液晶表示装置がある。

しかしながらツィステッドネマティック型液晶表示装置
では、駆動方式のマルチプレックス化が進むにしたがっ
て駆動マージンが狭くなり、充分なコントラストが得ら
れないという欠点が生じている。また、ツィステッドネ
マティック型液晶表示装置の改良形であり、大きなツイ
スト角を用いるスーパーツィステッド型液晶表示装置で
は、大容量表示に用いると、コントラストが低下したり
応答速度が遅くなるという欠点が生じている。

そこで、このようなネマティック液晶を用いる液晶表示
装置を改良する装置として、１９８０年にクラーク（Ｎ
、＾、ＣＩａｒｋ）ラガヴアル（Ｌａｌｌｅｒｗａｌｌ
）とによって、スメクチック液晶、すなわち強誘電性液
晶を用いた液晶表示装置が提案されている。

この液晶表示装置は、液晶分子の誘電異方性を利用する
電界効果を用いる前記の液晶表示装置とは異なり、強誘
電性液晶の自発分極の極性と電界の極性とをＭｔｔ　キ
させる回転力を用いる液晶表示装置である。この液晶表
示装置の特徴として、双安定性、メモリ性、高速応答性
などを挙げることができる。すなわち、強誘電性液晶を
ギャップを薄くしたセルに注入すると、界面の影響を受
けて強誘電性液晶の螺旋構造がほどけ、液晶分子がスメ
クチック層法線に対して傾き角θだけ傾いて安定する領
域と、液晶分子が逆方向に傾き角−θだけ傾いて安定す
る領域とが混在し、双安定性を有する。

このセル内の強誘電性液晶に対して電圧を印加すること
によって、液晶分子とその自発分極の向きを一様に膚え
ることができ、印加する電圧の極性を切換えることによ
って液晶分子の配向をある一定の状態から別の一定の状
態へと切替えるスイッチング駆動が可能となる。このス
イッチング駆動に伴い、セル内の強誘電性液晶では、複
屈折光が変化するので２つの偏光子間に上記セルを挟む
ことによって、透過光を制御することができる。さらに
、電圧の印加を停止しても液晶分子の配向は界面の配向
規制力によって電圧印加停止前の状態に繕持されるので
、メモリ効果も得ることができる。

また、スイッチング駆動に必要な時間は、液晶の自発分
極と電界が直接作用するためにツィステッドネマティッ
ク型液晶表示装置の１／１０００以下と高速応答性を持
ち、高速度表示が可能である。

そこで、この強誘電性液晶のメモリ効果や高速応答性を
利用して第４図に断面図で示すようなマルチプレクラス
駆動方式による走査線の数が多い高デユーテイの液晶表
示装置を構成することが従来より試みられている。

第４図に示す液晶表示装置において、互いに平行に対向
して配置された２枚のガラス基板１ａ。

１ｂの互いに対向し合う面にはそれぞれ透明電極２ａ、
２ｂが複数本互いに平行にストライプ状に配列して形成
されており、一方のガラス基板１ａの透明電極２ａと、
他方のガラス基板１ｂの透明電極２ｂとは互いに直交す
る配列とされている。

各ガラス基板１ａ、ｌｂの透明電極２ａ、２ｂ形成側表
面にはさらに電極保護膜３ａ、３ｂを介して配向１１ｉ
４ａ、４ｂがそれぞれ形成され、この２枚のガラス基板
１ａ、ｌｂ間に強誘電性液晶８が介在させである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した従来の強誘電性液晶を用いる液
晶表示装置では、液晶が双安定性を有し、２つの光学的
安定状態を持つために、液晶表示装置内に２つの光軸が
無秩序に存在する。透明’４１２ａ、２ｂが交差する絵
素部では電界を印加して、必要とする光軸に向きを揃え
ることができるが、透明電極２ａ、２ｂが交差しない非
絵素部では、電界を印加できないので光軸が無秩序に存
在したままとなる。このため非絵素部の明るさが均一に
揃わず、表示品位が低下するという問題があった。

また、絵素部に電界を印加する場すにおいても、同一方
向の光学的安定状態を選択し続けると、絵素部周辺の非
絵素部に表示の浸み出しが起こり、表示の残像が発生し
、表示品位が劣化するという問題があった。

したがって、本発明の目的は、非絵素部の均一性を制御
して良好な表示品位を持つ液晶表示装置を提供すること
である。

課題を解決するための手段 本発明は、表面に電極を選択的に形成し、さらにその上
に配向膜を形成した一対の基板を、それらの配向膜が対
向し合うように配置するとともに、これらの基板間に液
晶を介在させ、前記電極に選択的に電圧を印加すること
によって液晶を駆動するようにした液晶表示装置におい
て、 一対の基板の各配向膜相互のうち、一対の基板の電極同
士が交差する絵素部では、スメクチック相の平均の層法
線の方向が基板に対して平行に近付くように形成されて
いる一方、一対の基板の電極同士が交差しない非絵素部
ではスメクチック相の平均の層法線の方向が基板に対し
て垂直に近付くように形成されていることを特徴とする
液晶表示装置である。

作用 本発明に従えば、一対の基板の電極が交差しない非絵素
部は、層状の構造をとるスメクチック相の平均の層法線
の方向が基板に対して垂直に近付くように形成されてい
るので、この部分での液晶分子の配向状態は１つの状態
に揃えられる。さらに、絵素部の平均の層法線の方向を
基板に対して平行に近付くようにし、非絵素部の平均の
層法線の方向を基板・に対して垂直に近付くように形成
しているので、絵素部から絵素部′周辺の非絵素部への
表示の浸み出しがなくなる。

実施例 第１図は本発明の第１の実施例である液晶表示装置の製
造工程を示す断面図である。

この液晶表示装置では、第１図（ａ＞に示すように、ま
ずガラス基板ｌ炉上に３００〜５０００人、好ましくは
１０００〜２０００人の厚さの複数本の透明電極２ａが
互いに平行となるようにストライブ状に配列して形成さ
れ、その上に３００〜５０００人、好ましくは５００〜
１０００人のＳｉｎ、の電極保護１１Ｊ３ａがスパッタ
で形成され、さらにこの電極保護ｉｌｌ　３　ａの上に
はポリイミド膜（日産化学社製、ＲＮ７１５）の配向１
１ｉ４ａがスピンコータで５００人の厚みに形成され、
この後ラビングによって一軸配向処理が行われる。

次いで、第１図（ｂ）に示すように上記配向膜４ａ上に
ホトレジスト５（東京応化社製、０ＦＦ８００）がスピ
ンコータを用いて３００ｒｐｍで３０秒間塗布される。

次いで、第１図（Ｃ）に示すように液晶表示装置形成時
の非絵素部に相当する部分のホトレジスト５がホトリソ
グラフィの工程で取去られる。

次いで、第１図（ｄ）に示すように、露出した非絵素部
に相当する部分の配向１１ｉ４ａの表面が、紫外線クリ
ーナ（ＵＶクリーナ〉またはイオンエツチング（ｒｅａ
ｃｔｉｏｎ　ｉｏｎ　ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩ　Ｅと略称
される）を用いてエツチングされる。このエツチングは
配向１［ｉ４ａの表面に付与されたラビングの効果を取
る程度でよく、数１０から数１００人行えばよい。

次いで第１図（ｅ）に示すようにホトレジスト５が剥離
される。このようにして基板１０が形成される。

一方、第１図（ｆ′）に示すようにガラス基板ｌｂ上に
も上記と同様に複数本の透明電極２ｂが互いに平行とな
るようにストライプ状に配列して形成され、その上に電
極保護膜３ｂを介して配向膜４ｂが形成され、この後ラ
ビングによって一軸配向処理が行われ、基板１１が形成
される。

次いで、第１図（ｇ）に示すようにこの基板１１は、も
う一方の基板１０と互いに配向膜４ａ。

４ｂが対向し会い、互いの透明型ｆ［＋２ａ、２ｂが直
交し、ラビング方向がほぼ一致するように２゜０μｍの
間隔を隔ててシリカスペーサ７を介在して配置され、エ
ポキシ樹脂製のシール部材６で封止される。ラビング方
向がほぼ一致するように配置したので、前基板間の配向
規制力の非対称性が小さくなって双安定なメモリ効果を
得ることができる。これらの基板１０．１１間には液晶
を加熱しつつ、真空注入法で注入口からカイラルスメク
チックＣ相の液晶である強誘電性液晶８（メルク社製、
ＺＬＩ４２３７０００）が注入される。

このようにして得られた液晶表示素子を２枚の偏光子で
挟むことによって、絵素部がマトリックス状に並ぶ液晶
表示装置が構成される。

この液晶表示装置では、一方の基板１０の配向膜４ａの
うち絵素部に相当する部分は一軸配向処理が施されてい
るのに対して同じ配向膜４ａの非絵素部に相当する部分
ではエツチングによってラビングの効果が除かれている
。このため、絵素部に相当する部分では液晶のスメクチ
ック相の平均の層法線の方向が基板に対してほぼ平行に
なり、一方弁絵素部に相当する部分ではほぼ垂直になる
。

この結果、非絵素部での表示の不均一性がなくなり、ま
た絵素部の表示の非絵素部への浸み出しもなくなる、ま
た偏光方向が直交するようにした２枚の偏光子の設定に
対して非絵素部が常に高い光遮蔽効果を持つため、高い
コントラストを得ることができる。

第２図は本発明の第２の実施例である液晶表示装置の製
造工程を示す断面図である。

この実施例でも液晶表示装置は第１の実施例とほぼ同様
に構成されるが、ここでは配向膜４ａ。

４ｂの種類および非絵素部で配向膜を処理する工程が異
なる。

この実施例では、第２図（ａ＞に示すように、第１の実
施例と同様に一方のガラス基板ｌａ上に透明電極２ａ、
ｔＦｉ保護膜３ａが形成された後、配向Ｍ４ａとして１
ｆｆｉ量％ｍ−クレゾール溶媒のナイロン６が３０００
ｒｐｍのスピンコータで３０秒間塗布され、この配向膜
４ａにラビングで一軸配向処理が行われる。

次いで、第２図（ｂ）に示すようにホトレジスト５が形
成され、このホトレジスト５は第２図（Ｃ〉に示すよう
に非絵素部に相当する部分を開放し、絵素部に相当する
部分を被覆するようなパターンにされ、第２図（（１）
に示すように非絵素部に相当する部分にエツチングが行
われ、非絵素部に相当する部分の配向ｗＡ４ａが除かれ
る。

次いで、第２図（ｅ）に示すように基板１ａを垂直配向
材９（東し社製、ＡＹ−４３）の０．０５％溶液に浸漬
し、引上げ法によって垂直配向剤９が電極保護ｆｌｉＢ
ａ上の非絵素部に相当する部分に塗布される。垂直配向
剤としては、ｎ−ドデシルトリエトキシシラン、３−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン、ｒｌ−ヘキシルトリ
メトキシシラン、ｎ−ヘキサデシルトリメトキシシラン
、３−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン、オク
タデシルトリメトキシシランなどが使用できる。

次いで、第１図（ｆ）に示すように１００℃で３０分間
焼威した後、ホトレジスト５は剥離され、基板１０が形
成される。

このようにして形成された基板１０と同様にして第２図
（ａ）〜（ｆ）の工程を経て基板１１が形成される。

次いで、第２図（ｇ）に示すように基板１０と１１は、
互いに配向１１１４ａ、４ｂが対向し合い、互いの透明
電極２ａ、２ｂが直交し、ラビング方向がほぼ一致する
ように、２．０μｍの間隔を隔ててシリカスペーサ７を
介在して配置され、エポキシ樹脂製のシール部材６で封
止される。ラビング方向がほぼ一致するように配置した
ので、両基板間の配向規制力の非対称性が小さくなって
双安定なメモリ効果を得ることができる。これらの基板
１０．１１間には、カイラルスメクチックＣ相の液晶で
ある強誘電性液晶８が注入される。このようにして得ら
れた液晶表示素子を２枚の偏光子で挟むことによって、
絵素部がマトリックス状に並ぶ液晶表示装置が構成され
る。

この液晶表示装置では、基板１０の配向膜４ａおよび基
板１１の配向１１４ｂの絵素部に相当する部分には一軸
配向処理が施されているのに対して、非絵素部に相当す
る部分には垂直配向剤９が塗布されている。このため絵
素部に相当する部分では液晶のスメクチック相の平均の
層法線の方向が基板に対してほぼ平行になり、一方弁絵
素部に相当する部分では、はぼ垂直になる。この結果、
第１の実施例と同様に非絵素部での表示の不均一性がな
くなり、また絵素部の表示の非絵素部ｌ＼の浸み出しが
なくなる。また偏光方向が直交する一対の偏光子の設定
に対して非絵素部が常に高い光遮蔽効果を持つため、高
いコントラストを得ることができる。

以上実施例を挙げたが、本発明は上記の実施例に限定さ
れるわけではない、絵素部において液晶は、スメクチッ
ク相の平均の層法線角度が基板に対してＯ°〜３０’の
角度をなしていればどのような方法を用いて配向させて
もよい、たとえば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポ
リアミド、ポリビニールアルコールなどの有機配向膜を
ラビングする方法、Ｓｉｎ、の斜め蒸着法、ＬＢ膜を用
いる方法などを用いて液晶を配向させた液晶表示装置も
本発明に含まれる。

また非絵素部においては、液晶は、スメクチック相の平
均の層法線角度が基板に対して８０’〜９０’の角度を
なしていればどのような方法を用いて配向させてもよい
、たとえば従来のツィステッドネマティック液晶で確立
されているシランまたはクロム複合物の表面処理剤を用
いる方法や５ｉ０２の斜め蒸着法などを用いて液晶を配
向させた液晶表示装置も本発明に含まれる。

なお上述したスメクチック相の平均の層法線角度は下記
の第１式に示される。

スメクチック相の平均の層法線角度 （第１式中θαは層法線と基板とがなす角度、■αはθ
αでの存在量を示す、平均の層法線角度は層法線と基板
とがなす角度の鋭角側の絶対値とする。） スメクチック相は層折れ曲がりがある場合が多く、この
場合は層の法線方向が一方向ではないので、第１式を用
いて平均の層法線角度を求める。

この平均の層法線角度は、Ｘ線回折を行い、その回折強
度と回折角の平均として算出される（Ｆｅｒｒｏｅｌｅ
ｃｔｒｉｃｓ、１９８８．ｖｏｌ、８５．ｐｐ７９−９
７．Ｎ、＾。

Ｃ１ａｒｋ）　　。

第３図はスメクチック相１２の平均の層法線角度を規定
した説明図であり、第３図（ａ）は層法線方向が一方向
である場合、第３［２Ｉ（ｂ）は層法線方向が二方向で
ある場合、第３図（ｃ）は層法線方向が多方向である場
合を示す。

第３図（ａ）において、スメクチック相の層法線角度は
、層法線の方向を示す直線ｌ、と基板とのなす角度θ、
である。

第３図（ｂ）において、スメクチック相は、右上から左
下に傾＜　７１　Ａと左上から右下に傾＜　Ｎｉ　Ｂと
から成る。層Ａの層法線方向は、直線りで示され、その
層法線角度はθ２、θ２での存在量はＩ２である０層Ｂ
の法線方向は直線ｌ、で示され、その層法線角度はθコ
　θコでの存在量はＩ、である。

である、したがってスメクチック相の平均の層法線角度
は（θ２Ｉ２＋θｓＩ＊）／（ｚｚ＋ｘ３）である、第
３Ｖｌ（ｃ）を用いてこれをベクトルで示すと、層Ａで
のＡと層ＢでのＢとの合成ベクトルであるＣの基板とな
す角θ、が平均の層法線角度である。

第３図（ｄ）においては、図では４方向しか示していな
いがスメクチック相は多方向に折れ曲がっている。この
場合も第３［Ｊ（ｂ）と同様にして、前記した第１式を
用いて、平均の層法線角度が求められる。

発明の効果 以上のように、本発明の液晶表示装置によれば、絵素部
では液晶のスメクチック相の層法線が基板に対してほぼ
平行になり、一方非絵素部ではほぼ垂直になるので非絵
素部での表示の不均一性がなくなり、また表示の非絵素
部への浸み出しがなくなる。また絵素部に存在する２つ
の光軸の方向は液晶材料や液晶表示装置の構成条件で変
化するが、非絵素部は偏光方向が直交するように２枚の
偏光子を設定した場合にこれらに関係なく高い光遮蔽効
果を示すため、白黒表示を行う場合、より黒い表示が可
能となり、コントラストの高い液晶表示装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例である液晶表示装置の製
造工程を示す断面図、第２図は本発明の第２の実施例で
ある液晶表示装置の製造工程を示す断面図、第３区はス
メクチック相の平均の層法線角度を規定した説明図、第
４図は先行技術の液晶表示装置の要部を示す断面図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面に電極を選択的に形成し、さらにその上に配向膜を
   形成した一対の基板を、それらの配向膜が対向し合うよ
   うに配置するとともに、これらの基板間に液晶を介在さ
   せ、前記電極に選択的に電圧を印加することによって液
   晶を駆動するようにした液晶表示装置において、 一対の基板の各配向膜相互のうち、一対の基板の電極同
   士が交差する絵素部では、スメクチック相の平均の層法
   線の方向が基板に対して平行に近付くように形成されて
   いる一方、一対の基板の電極同士が交差しない非絵素部
   ではスメクチック相の平均の層法線の方向が基板に対し
   て垂直に近付くように形成されていることを特徴とする
   液晶表示装置。