JPH07505236A - 液晶デバイス - 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】 液晶デバイス 本発明は強誘電性液晶デバイスに関する。

ＥＰ−Ａ−００３２３６２は、双安定で高速スイッチング性を有する表面安定化 Ｆ　ｔ、　Ｃデバイスを開示している。しかしながら、Ｅ　Ｐ　−Ａ　−００３ ２３６２で開示されているような基板界面に垂直なスメクテイック層から成る構 造の代わりに、等方相からＳｃ’相まで冷却した最も実際的なデバイスでは、シ ェブロンと呼ばれているティルト構造が得られる。その結果、これが有効な双安 定スイッチング角を比較的小さくする原因となってデバイスの光学性能を低下さ せる傾向がある。シェブロン構造では２つの異なった形態が存在するので、ジグ ザグと呼ばれる目視可能な欠陥を有する配向組織が発生することがある。これら の欠陥は通常デバイスの外観品位を低下させる。

ジグザグ欠陥やスイッチング角が小さくなるといった上述の問題を克服するため 、ＧＢ２１９１８７０−Ｂでは表面プルティルト角が強誘電性液晶材料のコーン アングルの半分である液晶デバイスを提案している。しかし、この技術は２２． ５１′の所要のプレティルト角にするために目下真空蒸着を利用して表面配向層 を形成する必要があるので大量生産する場合には高価になる。

ＧＢ２１８３０５４Ｂは、電気処理の後で、クオズイ・ブック・ジイオメトリ（ ＱＢＧ）として知られており、理想的な書棚に非常によく似ている、層構造が得 られるよう、シェブロン角を不可逆的に小さくするために、高電圧、低周波数の 電気信号を強誘電性液晶デバイスに印加することを開示している。このようなサ ンプルは電気閾値が大きいばかりでなく、光を散乱させたり光学的な性能を低下 させるような欠陥もある。

表面プレティルトの相対的配向、βやシェブロンの傾きに基づいて１．二形態の ティルティッド層構造、すなわちフェローエレクトリックス１４．　（１９９１ ）Ｐ３でＪ、カンベ等の論文で開示されているよう番へ　シェブロン１　（Ｃ１ ）とシェブロン２（Ｃ２）が実現される。これら形態の幾何学的条件は図１で与 えられる。ここで、δとθ、はそれぞれシェブロン角とＳｃ”　コーン角の半角 である。θＣの値は通常、：２２．５’になるようにされており、Ｘ線解析法か ら、δは一般にθ。の９０％％すなわち＝２０°である。

表面ブリティルト角（β）の低い値を有するデバイスでは、Ｃ１及びＣ２シェブ ロンの両方が安定である。すなわち、θＣ＋δ〉βとθＣ−δ〉βの両方がそれ ぞれ満足される。これらの条件のもとにおいては、両シェブロンが認められるた め、ジグザグ欠陥が２シ工ブロン状態間の境界で起こると共に基板平面内でセル の厚み方向に配向ベクトルの側面に非席に小さい捩じれが生じる。

２つのメモリ状態の光学軸を基板平面に投影したその間の角度として定義される 、双安定スイッチング角（２θＳ　）　は、 ｃｏｓθ５　七ＣＯ３θ、／ｃｏｓδ によってほぼめられる。

シェブロン角、　δはθＣに非常に近い値であるから、θ６は一般に６°と１０ °の間である。

表面プレティルトが増加させられると、Ｃ１シェブロンのみが安定、すなわちθ ζ＋δ〉βが満足さ札θ。

−δ〉βが満足されなくなるので、ジグザグ欠陥が起こラナくなる。更に、双安 定ドメイン内の配向ベクトルの側面が捩じれてくるようになる。このようなサン プルが電気パルスでスイッチングされると、２つのタイプの双安定状態、すなわ ち双安定捩じれ状態と双安定平面状態が得られる。前者はシェブロン界面でのみ の配向ベクトルのスイッチングに相当する。基板界面での配向ベクトルのスイッ チングに相当する後者は非常に大きな電気スイッチングパルス（すなわち、高電 圧と長パルス幅）を必要とする。

低いプレティルトサンプルで大きい双安定スイッチング角を達成するため、論文 （Ｗ、Ｊ、　、Ａ、Ｍ、ハートマン、フェロエレクトリック、　１２２．１９９ １、及びＨ、ライガー鳳　５ＩＤ９１ダイシスト（１９９１）、Ｐ２Ｓ５）に開 示されたものとして、低周波数（１〜２゜０Ｈｚ）の電場処理を施してシェブロ ン層構造を変えるようにしたものがある。その変化はシェブロン角の減少と関連 して双安定スイッチング角の増加として現れる。

その結果生じた構造はクオズイ・ブック・ジイオメトリ（Ｑ　Ｂ　Ｇ）として知 られている。前処理（場処理前）配向組織で現れるジグザグ欠陥は、低周波数の 方形波が印加されたときに、消滅する。信号の振幅が大きいと、　「フィルド・ ライン」又は「ルーフ−トップ」欠陥が現れ、電圧が十分高いとき、スメクティ ック層に垂直な「ストリップラド」ドメインが生じる。それぞれの組織が変化し た後、サンプルはスイッチするために漸進的に更に大きな電気パルスを必要とす る。最終的な「ストリップラド」　ドメイン組織で、サンプルを固定するには前 処理のときのパルスよりも大きい３倍以上のパルスが必要となるが、双安定スイ ッチング角は前記１４°の前処理値から処理後の４５°のスメクティックコーン 角のそれに非常に近い値まで増加する。後者はコントラストや電気−光デバイス の伝送を改善するが、欠陥があるためこれら２つのパラメータの値を低下させる 傾向がある。

本発明によれば、表面配向層を有する基板から成る強誘電性液晶デバイスであっ て、該表面配向層はネマティック液晶の配向ベクトルでプレティルト角β≧１０ ’を備えており、該デバイスのスメクティック液晶層はシェブロン角δが２°≦ δ≦１５°の範囲にあるＣ２シェブロン構成を有し、該Ｃ２シェブロンはθＣ− δ≧βであるようにさ札　、ここでβは前記プレティルト角であり、θＣはキラ ルスメクティックコーン角の半角であり、がつδはシェブロン角であり、そして デバイスの双安定スイッチング角θＳが≧１２°である、デバイスが提供される 。

好ましくは表面配向層はラビングされたポリマ層である。表面配向層は一酸化珪 素又はフッ化マグネシウムで形成されていてもよい。

更に、本発明によれば、上述の強誘電性液晶デバイスを製造する方法で前記表面 配向層と０１シエブロンのみを有する液晶デバイスを製造するステップと、Ｃ１ シェブロン構造を消滅させてＣ１シェブロン構造を０２シエブロン構造に置き換 えるように、デバイスに低周波数（≦５００Ｈｚ）で低電圧（≦３５）ＡＣ波形 を印加するステップから成る、方法が提供される。

本発明で実施される液晶デバイスは双安定スイッチング角か増加し、その結果電 気的閾値を大きく増加させることなく光性能を改善し、かつ均一な配向組織を得 九本発明で実施される強誘電性液晶デバイスにおいて、表面配向層はＥ７のよう なネマティック液晶で測定されたときβのプレティルト角がβ≧１０°の範囲で あり、かつＳｃ’相の自然配向は本発明の実施でシェブロン角δが２°≦δ≦１ ５°の範囲で、条件θＧ−δ≧βが満足さ札　かつ双安定スイッチング角θｔ〉 １２°であるような方法で改善される。

高いプレティルト角を備えた表面配向を有する強誘電性液晶デバイスでは、θ（ −δ≧βが満足されないので、Ｃ１シェブロンのみが安定で、Ｃ２シェブロンは 当然不安定である。しかしながら、本発明法により適切な処理を施してシェブロ ン角δの値が低下した結果として、Ｃ２シェブロンが安定化させられることがで きる。一般ｌミこのような条件の下においては、Ｃ１と０２の両方のシェブロン が存在するため、好ましくないジグザグ欠陥が再発することが予測される。しか し、高いプレティルト表面配向層（β≧１０°）の使用はＣ２シェブロンに比べ てＣ１シェブロンのセル厚さ方向のＬＣ配向ベクトルの捩角をより大きくさせる 。その結Ｌ　Ｃ２シェブロンはＣ１シェブロンよりももっと安定になり、かつこ れらの好ましい条件の下においてＣ１シェブロンは消滅してＣ２シェブロンに置 き換えられる。

高いプレティルトと小さいシェブロン角を有するＣ２シェブロンの利点は、双安 定状態間で比較的大きいスイッチング角（３５°まで）と１茂り、これによりハ イコントラストな明るいディスプレイが得られること、欠陥のない配向組織が得 られること、及び２つの安定状態間のスイッチングが比較的低い電圧パルスの使 用によって達成されることである。

高いプレティルトポリイミド表面配向層を備えるサンプルはネマティック液晶で プレティルト角は約１５°である。強誘電性液晶の等方液体から冷却してＳｃ・ になった相の配向は、捩じれ０１シエブロン状態のみから成る。本発明で提案さ れているような配向構造を達成するため（ミ　低周波数、低電圧（≦２５ｖ）の 電気信号力（≧７　ｎ　Ｃ／　ｃ　ｍ　”の範囲で自発分極を有する強誘電性液 晶に印加される。

本発明の配向構造は次の条件が満たされているならｃｆ１プレティルト角の異な った値に拡張してもよい。

適切な処理が好ましくは低周波数（４５００Ｈｚ　）、低電圧ＡＣ波形（≦３５ Ｖ）の印加であること。

強誘電性液晶相がキラルスメティックＣ相であること。

はとんど規則正しくない液晶相がスメテソイク人相かネマティック相であること 。

配向ベクトル間のプレティルト角と基板表面がラビングポリマ層の使用によって 付与されるか、斜方蒸着された一酸化珪素又はフッ化マグネシウムの層の使用に よって付与されること。

本発明で実施されるデバイスはメモリ付きディスプレーを備えるために使用され る二と。

以下、本発明を更に一例として添付図面を参照して説明する。ここで、 図１は強誘電性液晶デバイスのシェブロン構造の幾何学的条件を示した図である 。

図２は本発明による強誘電性液晶を示した図である。

図３は図２に示されたデバイスのプレティルト角βを決めるためのデバイスを示 した図である。

図４はＣ３シエブロンの変化と０２シエブロン、及び本発明で実施されるデバイ スの配向を示した図である。

及び図５は所要電圧で双安定状態間のＣ２シェブロン状態をスイッチングさせる のに必要な最小パルス幅を示した曲線である。

図２に示されている液晶デバイスは上部と下部がガラス基板１及び９から成って いる。これら基板の内面は酸化錫インジウムの透明電極か、あるいは導電膜２及 び８が施されている。厚さが１００〜１０００　である、５ｉｏ１　（マーク社 製リキュイコート）の保護膜３及び７がスピンコーティング法によって電極２及 び８に形成されている。保護膜３及び７の内面には、ＬＱ１８００　（日立製） の配向層４及び６がこれもスピンコーティング法によって蒸着されている。その 後、配向方向が１００％ビスコス製の布を使用して面４ａと６ａをラビングする ことによって層４及び６に付与される。スペーサ５及び１２が２μｍの空間を層 ４及び６の面４ａと６ａとの間に設けるために使用される。プレート基板１及び ９（層２．　３．　４．　６．　７及び８を含む）は図２に示すようよう配向層 ４及び６が層４及び６に平行で同一のラビング方向１９及び２０を有するように 組み立てられる。配向層４及び６は液晶方向１０及び１１を基板１及び９の平面 に対して表面プレティルト角をβに固定させる。

表面プレティルト角βはもう一つの液晶セル（図３の断面図参照）を使用して決 められる。図３に示されたデバイス内にはスペーサ２３及び２６が備え付けられ ている。各スペーサは大きさが２５μｍである。図３のティルト角セルは図２の 保護膜か備わっていないことを除いて図２の基板と同様な基板で構成されている 。図３に示されたデバイスで、２８及び２９はガラス基板、２１及び２５は酸化 錫インジウム翫　２２及び２４はＬＱＩ　８００の配向層である。配向層２２． ２４は反対方向３０及び３１にラビングされている。２つの基板２８及び２９は スペーサ２３及び２６と共に組み立てられている。

このティルト角セルにはマーク社製のネマティック液晶流体Ｅ７か注入される。

ネマティック相の液晶分子のプレティルト角βはオプティカル・ヌル法（モスレ ー徹ディスプレイズ８．　１７−２１　（１９８７））によって測定される。Ｌ Ｑ１８００で得られるβの値は１３°と１５°の間である。

図２に示されたデバイスには強誘電性流体ＺＬＩ−４６５５−０００（マーク社 製）が注入される。ＬＣ配向で、等方相からスメクティックＣ°相に冷却された ものは配向ベクトル側面１４ａ及び１４ｂによって付与される（図４）捩じれＣ １シェブロン状態、１４、のみから成る。ここで１８はシェブロン界面である。

図４に示されたこの配向ベクトル側面はデバイスのコントラストをかなり低くす る。本発明の配向構造を達成するたべ　低周波数（１０Ｈｚ）、低電圧（±３０ Ｖ）の電気信号が基板１及び９に垂直な方向の液晶の両端に３０秒間印加される 。この後続いて、更に振幅か±５ｖである低周波数（１０Ｈｚ）の方形波か１分 間加えられる。こうして形成された配向構造は配向ベクトル側面１５ａ及び１５ ｂによって示したように均一なＣ２シェブロン状態１５となる。結果として生じ た均一なＣ２シェブロン状態はジグザグにより捩じれＣ１シェブロンから分離さ れる。

アクティブ領賑　すなわちディスプレーの画素は均一なＣ２シェブロン状態のみ から構成されることになる。これらの状態は、直交偏光子の視野のときにそれら が消えるために均一と呼ばれている。

図５は処理サンプルのスイッチング挙動を示す。曲線は所定電圧で均一なＣ２シ ェブロン状態を双安定状態１５ａと１５ｂ間ではっきりと切り替えるに必要な最 小パルス幅を示す。これらの状態の閾値電圧は約１０Ｖである。双安定スイッチ ング角は３００の大きさで、これは直交偏光子間で３０＝　１までのコントラス ト比を生じさせ、かつ平行偏光子で通信伝送を≧２５％にする。

マーク液晶ＺＬＩ−４６５５−０００はＺＬＩ−４６５５−０００，ｐ敢　ＺＬ Ｉ−４６５５−１００（マーク流体）、ｑ％の混合物で置き換えてもよい。ここ でｐ＋ｑは１００である。配向層ＬＱ１８００は基板１及び９の平面に対して５ °の角度で加熱蒸気により形成された層により置き換えられてもよい。更にＺＬ Ｉ−４６５５混合物はマーク液晶９１−６７８により置き換えられてもよい。

本発明による強誘電性液晶構造は、低電気スイッチング電圧を兼ね備えた大きい 双安定スイッチング角を持つ。

本発明もまた目視可能な欠陥をほとんど発生させることなく比較的安定なＣ２シ ェブロンを形成するのに都合がよい。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．表面配向層を有する基板から成る強誘電性液晶デバイスであって、該表面配 向層はネマティック液晶の配向ベクトルでプレティルト角β≧１０°を備え、該 デバイスのスメクティック液晶層はシエプロン角δが２°≦δ≦１５°の範囲に あるＣ２シェプロン構成を有し、該Ｃ２シェプロンはθｃ−δ≧βであるように され、ここでβは前記プレティルト角、θｃはキラルスメクティックコーン角の 半角、かつδはシェプロン角であり、そしてデバイスの双安定スイッチング角θ ６が≧１２°であることを特徴とするデバイス。
2. ２．前記表面配向層はラビングされたポリマ層であることを特徴とする請求項１ 記載のデバイス。
3. ３．前記表面配向層は一酸化珪素で形成されていることを特徴とする請求項１記 載のデバイス。
4. ４．前記表面配向層はフッ化マグネシウムで形成されていることを特徴とする請 求項１記載のデバイス。
5. ５．請求項１〜３の何れか１記載の強誘電性液晶デバイスを製造する方法であっ て、該方法は前記表面配向層とＣ１シェプロンのみを有する液晶デバイスを製造 するステップと、Ｃ１シェプロン構造を消滅させてＣ１シェプロン構造をＣ２シ ェプロン構造に置き換えるように、デバイスに低周波数（≦５００Ｈｚ）で低電 圧（≦３５）ＡＣ波形を印加するステップから成ることを特徴とする方法。
6. ６．本質的にここで前記したように請求項１記載の強誘電性液晶デバイス。