JPH0784271A - 反強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＯＮ状態とＯＦＦ状態との表示の明るさの比が
大きい、高コントラストの表示を得ることができる反強
誘電性液晶表示素子を提供する。 【構成】上基板１の画素電極３と下基板２の対向電極
を、その表面を任意の方向に走査したときの少なくとも
５００ｎｍの走査距離における走査軌跡上の最も高い凸
部と最も低い凹部との高低差が２０ｎｍ以下の表面粗さ
をもつ電極とし、両基板１，２の配向膜６，７により水
平配向されるとともに、これら配向膜６，７のうちの下
基板２側の配向膜（配列規制膜）７によって配列状態を
規制される液晶分子を、乱れのほとんどない良好な配列
状態で配列させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は反強誘電性液晶表示素子
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶表示素子として、一般に用い
られているＴＮ型の液晶表示素子に比べて、高速応答性
および広視野角性に優れた強誘電性液晶表示素子および
反強誘電性液晶を用いた反強誘電性液晶表示素子の研究
が行なわれている。

【０００３】前記反強誘電性液晶表示素子は、一面に透
明電極を形成しその上に水平配向膜を設けた一対の透明
基板をその電極形成面を互いに対向させて配置し、この
両基板間に反強誘電性液晶を封入して構成されている。

【０００４】なお、この反強誘電性液晶表示素子には、
両方の基板の水平配向膜をそれぞれ液晶分子の配列状態
を規制する配列規制膜（例えば膜面を一方向にラビング
処理したポイリイミド膜）としているものと、一方の基
板の水平配向膜のみを前記配列規制膜としているものと
がある。

【０００５】この反強誘電性液晶表示素子は反強誘電性
液晶がもっている分子配列状態の安定性を利用したもの
で、基板間に封入された反強誘電性液晶は、上記配列規
制膜の配列規制方向（ラビング処理したポイリイミド膜
の場合はラビング方向）に応じた向きのスメクティック
層構造をなしており、分子配列状態の３つの安定性をも
ち、かつ電界に応じて液晶分子の配列方向が変化する。

【０００６】その第１の安定状態は、液晶層に一方向の
極性の強い電界が印加されたときの状態であり、このと
きは、液晶分子の自発分極が印加電界と作用して、全て
の液晶分子がスメクティック層構造の法線に対し一方向
にあるチルト角で一様に配列する。

【０００７】また、第２の安定状態は、液晶層に逆方向
の極性の強い電界が印加されたときの状態であり、この
ときは、液晶分子の自発分極が逆方向電界と作用して液
晶分子が反転し、全ての液晶分子がスメクティック層構
造の法線に対し上記第１の安定状態とは逆方向に傾いた
上記チルト角で一様に配列する。

【０００８】一方、第３の安定状態は、無電界時または
弱い電界が印加されたときの状態であり、この状態で
は、液晶分子がスメクティック層構造の法線に対し同じ
チルト角で交互に逆方向に傾いた状態で配列（各層ごと
に互い違いの向きで配列）する。したがって、無電界ま
たは弱い電界が印加された状態における液晶層全体での
液晶分子の平均的な配列方向はスメクティック層構造の
法線方向にある。

【０００９】そして、反強誘電性液晶表示素子は、その
両面側にそれぞれ偏光板を配置して使用されており、こ
れら偏光板は、その透過軸を上記反強誘電性液晶の３つ
の安定状態の基準線であるスメクティック層構造の法線
に対してほぼ直交させるかあるいはほぼ平行にし、かつ
両偏光板の透過軸を互いにほぼ直交させて設けられてい
る。

【００１０】上記反強誘電性液晶表示素子は、反強誘電
性液晶の分子配列状態を上述した３つの安定状態に制御
して表示するもので、両基板の電極間に電圧を印加して
いない状態または印加電圧が低い状態では、液晶分子が
第３の安定状態に配列して表示がＯＦＦ（暗）状態にな
り、前記電極間に一方向の極性または逆方向の極性のＯ
Ｎ電圧を印加すると、液晶分子が第１の安定状態または
第２の安定状態に配列して表示がＯＮ（明）状態にな
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の反強誘
電性液晶表示素子は、液晶分子が第３の安定状態に配列
したＯＦＦ状態での漏光が多く、したがって、ＯＮ状態
とＯＦＦ状態との表示の明るさの比であるコントラスト
が低いという問題をもっていた。本発明は、高コントラ
ストの表示が得られる反強誘電性液晶表示素子を提供す
ることを目的としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の反強誘電性液晶
表示素子は、少なくとも一方の基板の水平配向膜が、液
晶分子の配列状態を規制する配列規制膜であり、かつ前
記配列規制膜の下の透明電極が、その表面を任意の方向
に走査したときの少なくとも５００ｎｍの走査距離にお
ける走査軌跡上の最も高い凸部と最も低い凹部との高低
差が２０ｎｍ以下の表面粗さをもつ電極であることを特
徴とするものである。

【００１３】

【作用】このように、液晶分子の配列状態を規制する配
列規制膜の下の透明電極が、少なくとも５００ｎｍの走
査距離における走査軌跡上の最も高い凸部と最も低い凹
部との高低差が２０ｎｍ以下である表面粗さの電極であ
れば、その上の前記配列規制膜によって配列状態を規制
される液晶分子が、乱れのほとんどない良好な配列状態
で配列し、液晶分子が第３の安定状態に配列したＯＦＦ
状態での漏光が少なくなる。このため、本発明の反強誘
電性液晶表示素子によれば、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との
表示の明るさの比が大きい、高コントラストの表示が得
られる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は反強誘電性液晶表示素子の断面図であ
る。この実施例の反強誘電性液晶表示素子はアクティブ
マトリックス型のものであり、図１において上側の透明
基板（以下、上基板という）１の一面（下面）には、透
明な画素電極３とその能動素子（例えば薄膜トランジス
タ）４とが行方向および列方向に配列形成され、下側の
透明基板（以下、下基板という）２の一面（上面）に
は、前記画素電極３の全てに対向する透明な対向電極５
が形成されている。なお、前記上基板１には、図示しな
いが、各行の能動素子４に選択信号を供給するアドレス
ラインと、各列の能動素子４に画像データ信号を供給す
るデータラインとが配線されている。

【００１５】また、前記上基板１と下基板２の電極形成
面上にはそれぞれ水平配向膜６，７が設けられており、
これら水平配向膜６，７のうち、一方の基板、例えば対
向電極５を形成した下基板２上の配向膜７は、液晶分子
の配列状態を規制する配列規制膜とされ、他方の基板
（上基板）１上の配向膜６は、液晶分子の配列規制機能
をもたない非配列規制膜とされている。

【００１６】なお、上記配列規制膜７は、例えば、膜面
を一方向にラビング処理したポリイミド膜からなってお
り、非配列規制膜６は、ラビング処理しないポリイミド
膜からなっている。

【００１７】そして、反強誘電性液晶表示素子は、上記
上基板１と下基板２とをその電極形成面を互いに対向さ
せて配置し、この両基板１，２を枠状のシール材８を介
して接合して、両基板１，２間の前記シール材８で囲ま
れた領域に反強誘電性液晶９を封入して構成されてお
り、基板１，２間に封入された反強誘電性液晶９は、上
記配列規制膜７の配列規制方向（ラビング方向）に応じ
た向きのスメクティック層構造をなしている。

【００１８】なお、反強誘電性液晶表示素子は、両基板
１，２間に反強誘電性液晶９を封入した後、封入液晶が
アイソトロッピック相となる温度に加熱し、その後に前
記液晶が反強誘電性を示す相となる範囲の温度に徐冷す
る再配向処理を行なうことによって製造されており、こ
の再配向処理により、液晶９の配向状態が整然とした層
構造をもって配向する状態になる。

【００１９】また、この反強誘電性液晶表示素子の両面
側にはそれぞれ偏光板１０，１１が配置されており、こ
れら偏光板１０，１１は、その透過軸を上記反強誘電性
液晶９がもっているスメクティック層構造の法線に対し
てほぼ直交させるかあるいはほぼ平行にし、かつ両偏光
板１０，１１の透過軸を互いにほぼ直交させて設けられ
ている。

【００２０】次に、上記反強誘電性液晶表示素子の両基
板１，２に形成した透明電極（画素電極と対向電極）
３，５について説明すると、この透明電極３，５は、基
板１，２上にＩＴＯ等からなる透明導電膜をスパッタ装
置により成膜し、この透明導電膜をフォトリソグラフィ
法によりパターニングして形成されたものであり、これ
ら電極３，５の表面粗さは、電極表面を任意の方向に走
査したときの少なくとも５００ｎｍの走査距離における
走査軌跡上の最も高い凸部と最も低い凹部との高低差が
２０ｎｍ以下の粗さとなっている。

【００２１】図２は、上記配列規制膜７を形成する下基
板２に形成した対向電極５の任意の直線上における表面
状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって観察した表面
粗さを示しており、前記対向電極５の表面は図のような
凹凸をもっているが、少なくとも５００ｎｍの走査距離
Ｌ内にある走査軌跡上の最も高い凸部Ａと最も低い凹部
Ｂとの高低差ｈは２０ｎｍ以下であり、したがって前記
対向電極５は、表面粗さが小さい平滑度の高い電極とな
っている。これは、上基板１に形成した画素電極３も同
様である。

【００２２】なお、このような表面粗さの透明電極３，
５は、上述したスパッタ装置による透明導電膜の成膜に
際してスパッタ条件を選ぶことにより得ることができ
る。そして、上記反強誘電性液晶表示素子においては、
その両基板１，２の透明電極３，５を、少なくとも５０
０ｎｍの走査距離における走査軌跡上の最も高い凸部と
最も低い凹部との高低差が２０ｎｍ以下である表面粗さ
の電極としているため、その上に形成した配向膜６，７
の膜面の平滑度が高く、したがって、両基板１，２の配
向膜６，７により水平配向されるとともに、これら配向
膜６，７のうちの下基板２側の配向膜（配列規制膜）７
によって配列状態を規制される液晶分子が、乱れのほと
んどない良好な配列状態で配列し、液晶分子が第３の安
定状態（無電界時または弱い電界が印加されたときの状
態）に配列したＯＦＦ状態（暗表示状態）での漏光が少
なくなる。

【００２３】図３は上記反強誘電性液晶表示素子のＯＦ
Ｆ状態における暗表示の一部分を拡大して示しており、
図において白く見える部分が漏光を生じている部分であ
る。なお、図３に示した漏光は、両基板１，２の配向膜
６，７の膜厚をそれぞれ５０ｎｍとしたときのものであ
る。

【００２４】このＯＦＦ状態での漏光を従来の反強誘電
性液晶表示素子について見ると、図４は、従来の反強誘
電性液晶表示素子の両基板に形成されている透明電極の
任意の直線上における表面状態を原子間力顕微鏡で観察
した表面粗さを示している。

【００２５】この図４と図２とを比較して見れば分かる
ように、従来の反強誘電性液晶表示素子における透明電
極は、その表面粗さが大きく、したがってその上に形成
した配向膜の膜面の平滑度が低いため、液晶分子の配列
状態に乱れが生じ、この配列状態の乱れが、ＯＦＦ状態
での漏光の発生原因となる。

【００２６】図５は、上記実施例の液晶表示素子と同様
なアクティブマトリックス型のものであり、かつ、対向
電極を形成した基板上の配向膜を液晶分子の配列状態を
規制する配列規制膜とし、他方の基板上の配向膜は液晶
分子の配列規制機能をもたない非配列規制膜とするとと
もに、両基板の配向膜の膜厚をそれぞれ５０ｎｍとした
従来の反強誘電性液晶表示素子のＯＦＦ状態における暗
表示の一部分を拡大して示しており、図において白く見
える部分が漏光を生じている部分である。

【００２７】この図５と図３とを比較して見れば明らか
なように、従来の反強誘電性液晶表示素子は、ＯＦＦ状
態における暗表示を拡大して見たときの単位面積当りの
漏光箇所数が図５のように多く、したがって、暗表示全
体が白味を帯びた黒色に見えて、ＯＮ状態とＯＦＦ状態
との表示の明るさの比が３０：１程度の低いコントラス
トしか得られない。

【００２８】これに対して、上記実施例の反強誘電性液
晶表示素子は、ＯＦＦ状態における暗表示を拡大して見
たときの単位面積当りの漏光箇所数が図３のように極端
に少なくなっており、したがって、暗表示全体がほとん
ど黒色に見えるため、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との表示の
明るさの比が大きい、高コントラストの表示が得られ
る。

【００２９】この反強誘電性液晶表示素子のＯＮ状態と
ＯＦＦ状態との表示の明るさの比は、約９５：１〜１１
０：１であり、従来の反強誘電性液晶表示素子（コント
ラスト３０：１程度）に比べて、３倍以上の高いコント
ラストをもっている。

【００３０】すなわち、上記反強誘電性液晶表示素子
は、両基板１，２の透明電極３，５を、その表面を任意
の方向に走査したときの少なくとも５００ｎｍの走査距
離における走査軌跡上の最も高い凸部と最も低い凹部と
の高低差が２０ｎｍ以下の表面粗さをもつ電極としたも
のであるから、両基板１，２の配向膜６，７により水平
配向されるとともに、これら配向膜６，７のうちの下基
板２側の配向膜（配列規制膜）７によって配列状態を規
制される液晶分子を乱れのほとんどない良好な配列状態
で配列させて、液晶分子が第３の安定状態に配列したＯ
ＦＦ状態での漏光を少なくし、ＯＮ状態とＯＦＦ状態と
の表示の明るさの比が大きい、高コントラストの表示を
得ることができる。

【００３１】なお、上記実施例では、下基板２上の配列
規制膜７を、ラビング処理膜したポリイミド膜とした
が、この配列規制膜７は、基板２上にポリイミド前駆体
の単分子膜をＬＢ（ラングミュア・ブロジット）法によ
り所要層に積層してこの積層膜をイミド化処理したＬＢ
膜等であってもよい。

【００３２】また、上記実施例では、液晶分子の配列規
制機能をもたない非配列規制膜６の下の透明電極（上基
板１の画素電極）３も、その表面を任意の方向に走査し
たときの少なくとも５００ｎｍの走査距離における走査
軌跡上の最も高い凸部と最も低い凹部との高低差が２０
ｎｍ以下の表面粗さをもつ電極としているが、非配列規
制膜６の下の透明電極３は、必ずしも上記のような表面
粗さの電極でなくてもよい。

【００３３】さらに、上記実施例の反強誘電性液晶表示
素子はアクティブマトリックス型のものであるが、本発
明は、例えば単純マトリックス型等の反強誘電性液晶表
示素子にも適用できる。

【００３４】また、本発明は、両方の基板の配向膜をそ
れぞれ配列規制膜としている反強誘電性液晶表示素子に
も適用できるもので、その場合は、両方の基板の透明電
極を上記のような表面粗さの電極とすればよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の反強誘電性液晶表示素子は、少
なくとも一方の基板の水平配向膜が、液晶分子の配列状
態を規制する配列規制膜であり、かつ前記配列規制膜の
下の透明電極が、その表面を任意の方向に走査したとき
の少なくとも５００ｎｍの走査距離における走査軌跡上
の最も高い凸部と最も低い凹部との高低差が２０ｎｍ以
下の表面粗さをもつ電極であることを特徴とするもので
あるから、前記配列規制膜によって配列状態を規制され
る液晶分子を乱れのほとんどない良好な配列状態で配列
させて、液晶分子が第３の安定状態に配列したＯＦＦ状
態での漏光を少なくし、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との表示
の明るさの比が大きい、高コントラストの表示を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す反強誘電性液晶表示素
子の断面図。

【図２】同じく配列規制膜を形成する下基板に形成した
対向電極の任意の直線上における表面状態を原子間力顕
微鏡によって観察した表面粗さを示す図。

【図３】同じく反強誘電性液晶表示素子のＯＦＦ状態に
おける暗表示の一部分を拡大して示す図。

【図４】従来の反強誘電性液晶表示素子の両基板に形成
されている透明電極の任意の直線上における表面状態を
原子間力顕微鏡で観察した表面粗さを示す図。

【図５】従来の反強誘電性液晶表示素子のＯＦＦ状態に
おける暗表示の一部分を拡大して示す図。

【符号の説明】

１，２…透明基板 ３…画素電極 ４…能動素子 ５…対向電極 ６…水平配向膜（非配列規制膜） ７…水平配向膜（配列規制膜） ９…反強誘電性液晶 １０，１１…偏光板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一面に透明電極を形成しその上に水平配向
   膜を設けた一対の透明基板をその電極形成面を互いに対
   向させて配置し、この両基板間に反強誘電性液晶を封入
   した反強誘電性液晶表示素子であって、 少なくとも一方の基板の水平配向膜が、液晶分子の配列
   状態を規制する配列規制膜であり、かつ前記配列規制膜
   の下の透明電極が、その表面を任意の方向に走査したと
   きの少なくとも５００ｎｍの走査距離における走査軌跡
   上の最も高い凸部と最も低い凹部との高低差が２０ｎｍ
   以下の表面粗さをもつ電極であることを特徴とする反強
   誘電性液晶表示素子。