JPS62160426A - 液晶表示素子 - 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】 く技術分野〉 本発明は２枚の電極基板間に強誘電性液晶（強誘電性を
Ｍする液晶）を封入して構成し次強誘電性液晶表示素子
に関するものである。

〈従来技術〉 液晶表示装置は、現在、時計、電卓をはじめとし、自動
車用あるいはＯＡ機器の端末、ＴＶ受像機に到るまで、
各種の分野でディスプレイとして幅広く用いられている
。そして、その開発は、より多くの情報を表示するため
に大容量化の方向で進んでいる。ところで、これまで用
いられてきた液晶表示素子は、ツィステッド−ネマティ
ック（ＴＮ）型、ゲスト・ホス）（ＧＷ）型等の実効値
応答型の表示モードであり、とりわけＴＮモードがその
主流を占めているＯＴＮモードのような実効値応答型の
モードを、電圧平均化法の様な直接駆動法（非線形素子
を付加しないで駆動する方法）で駆動すると、表示容量
すなわちライン数を増やしていくに従って、コントラス
トが低下するという本質的な問題が現われる。現在、そ
のデユーティ比はＩ／２００程度まで試みられているが
、コントラストが低下し、良好な表示が得られていない
。

また、薄膜トランジスタ、ＭＩＭ等の非線形素子を基板
に付加した方法では、上記の問題は解決されるが、セル
基板の歩留りが下り、コスト高になる０ ところで、これらの現状の中で注目されている表示モー
ドは、Ｃ１ａｒｋらによって提唱された強誘電性液晶（
例えば、カイラルスメクティックＣ液晶：　ＳｍＣ来）
を用い、ｕ８ｅＱオーダーの応答とメモリー効果を有す
るＳＳＦ−ＬＣ（Ｓｕｒｆａｃｅ５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ
　　Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　　−Ｌｉｑｕｉｄ　
　Ｃｒｙｓｔａｌ）である。

以下、この５ＳＦ−ＬＣの動作原理について簡単に説明
する。

木 Ｓｃ液晶は、自然状態では第２図に示すようならせん構
造を有する。図に於いて、ｌは液晶分子、２は液晶分子
のもつ双極子モーメントである。この液晶を２枚のガラ
ス基板ではさみ、強制的に平行配向させ、電界Ｅ’）印
加すると、第３図（（ａ）　：セル断面図、（ｂ）：セ
ル平面図）のように、分子のもつ双極子モーメントが一
方向にそろい、分子はスメクティックの層法線方向から
θだけ傾いた配向をする。電界の向きを逆にすると、第
４図（（ａ）：セル断面図、（ｂ）：セル平面図ンのよ
うに、分子は層法線方向から−θだけ傾いて配向する。

この各々の状態は電界Ｅを取り除いても配向状態を保ち
続ける。すなわち、メモリー効果を有する。第３図（ｂ
）、　（ｃ）及び第４図（ｂ）、　（ｃ）　（３：下側
偏光子の偏光軸、４：上側偏光子の偏光軸）に示すよう
に、クロスニコル下で第３図の分子配向方向に偏光軸を
合わせると、第３図が暗状態ζ第４図が明状態となり、
オン、オフのスイッチングができる。この５ＳＦ−ＬＣ
の応答は、液晶の自発分極Ｐｓと電界Ｅの積Ｐｓ＊Ｅに
依存し、μＳｅｅオーダーの値であることが報告されて
いる。このように、５ＳＦ−ＬＣは、極めて速い応答と
メモリー効果を有するため、原理的には表示容量すなわ
ちライン数を増やしてもコントラストの低下が無り、シ
たがって、大容量表示に適した表示モードである。

ところで、このような５ＳＦ−ＬＣの配向法としては、
これまで ＋Ｉ＋　　シェアリングの力による力学的方法（２）　
　スペーサエツジ効果と温度勾配による方法（３）　　
ラビング法 が提案されている。この中で、（１）、（２）の方法は
、小さい表示面積ではドメインの無い良好な配向が得ら
れるが、大面積化には適用が難しい。（３）の方法では
、電界無印加時の分子配向が、ラビングによる規制力の
ため、理想的なメモリー状態での分子配向方向（第３図
（ｂ）又は第４図（ｂ）の配向方向）よりラビング方向
にずれる配向を示し、したがって、コントラストの低下
が生じる。また、これまでのところ、均一で大面積の配
向は得られていない０ 以上のように、均一な分子配向制御は５ＳＦ−ＬＣの大
きな課題になっている。

さらに、５ＳＦ−ＬＣは階調表示が難しいため、キャラ
クタ・ディスプレイ等の“ｌ”　（ｌｏ”表示には適し
ているが、画像表示、ＴＶ画像表示等の中間調表示が必
要なディスプレイには適用困難である０ 〈発明の目的〉 本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、中間調表示が行え、良好な配向が得られる強誘電
性液晶表示素子の素子構造を提供することにある。

〈発明の構成〉 本発明の強誘電性液晶表示素子は、斜方蒸着またはラビ
ング処理と垂直配向処理とを施した電極基板間に強誘電
性液晶を封入する構成としたことを特徴とするものであ
る。

〈実施例〉 本発明に係る強誘電性液晶表示素子の素子構造及びその
製造方法について以下詳細に説明する。

第１図は本発明に係る強誘電性液晶表示素子の素子構造
を示す断面図である。

ガラス基板１１上に酸化インジウム（ＩＴＯ）等の透明
電極１２をスパッタリング或いは真空蒸着法により形成
する。さらに、その上に３１０２膜＋３を蒸着し、該Ｓ
ｉＯ２膜１３上にＳｉ■斜方蒸着膜１４を形成する（配
向処理１）ｏこの基板をシランカップリング剤などの垂
直配向処理剤で処理することにより、上記斜方蒸着膜１
４上に垂直配向剤層１５を形成する（配向処理２）。こ
こで、ＳｉＯ３膜は、透明電極とガラス基板のレベリン
グ膜として用いており、蒸着以外の方法、例えば塗布焼
成型の５ｉ０２膜で形成してもよいし、他の有機、無機
絶縁膜でもよい。また、配向処理１は、配向処理２の後
、液晶分子を基板法線方向より角度θ。だけ傾斜配向さ
せるのに必要な手段である。

したがって、ＳｉＯ斜方蒸着膜を形成する代わりに、Ｐ
ＶＡ（ポリビニールアルコール）、ＰＩ（ポリイミド）
等の有機膜や５ｉ０２等の無機膜をラビングする構成で
もよい。

以上のようにして作成した２枚の電極基板を用いてセル
を構成し、強誘電性液晶１６を注入する０なお、第１図
に於いて、１７はスペーサーである０例えば、強誘電性
液晶として、等方性液体（Ｉｓｏ）→コレステリック相
（Ｃｈ相）→スメクティック人相（ＳＡ相）→カイラル
スメクティックＣ× 相（Ｓｏ相）と相変化する液晶を用いる。さらに、この
セルにＣｈ相で電圧（ＩＫＨｚ、ｊＯＶ）を印加しなが
ら冷却すると、その分子配向は相変化に伴って模式的に
第５図（（ａ）、　Ｍ　（ｃＬ　（ｄ）、　（ｅ−１）
、　（ｅ−２）：セル断面図、（ｅ’−１）、　（ｅ’
−２）：セル平面図）に示すようＫなる。

（ａ）はＩｓｏ状態を示す。コレステリックのピッチの
小さい温度範囲では分子はらせん構造を示す（（ｂ））
ｏ温度を下げ、ＳＡ相近傍ではピッチが長くなり、バル
クの分子は基板に平行に配向する（（（り）。

そして、ＳＡ相では、そのままの状態で層構造が現われ
（（ｄ））、Ｓｏ相では、（ｅ−１）、（ｅ’−１）或
いは（ｅ−２）、（ｅ’−２）の配向を示す。電界Ｅの
向きを変えると（ｅ−１）、（ｅ’−１）と（ｅ−２）
、（（−２）との間でスイッチングが可能となる。しか
も、この素子は、（ｅ−１）、（ｅ’−１）と（ｅ−２
）、（ｅ’−２）の中間状態でも、その状態を保持し、
メモリー効果を有することがわかった。したがって、Ｔ
Ｖ画像表示に必要な中間調表示を行うことができる。

なお、前記配向処理■を施さない素子に於いては、Ｃｈ
相に電圧を印加した場合の配向が均一ではなく、また、
へ、Ｓｉ相に於いても良好な配向は得られなかった。こ
の原因は、基板上に於けるｃｈ相分子のプレティルト角
θ。がほぼ０°　になるためであると考えられる。

以下、実施例に添って、これらの効果をさらに詳細に説
明する。

ガラス基板上に蒸着により厚さ５００ＡのＩＴＯ膜を形
成する。そして、エツチングにより所定パターンの透明
電極を形成する。その上に膜厚１０００λのＳ　ｉＯ２
膜を形成する。さらに、ＳｉＯを第６図に示すように２
回斜方蒸°着（１回目の蒸着角：基板法線Ｎより６０、
膜厚７５Ａ、２回目の蒸着角二基板法線Ｎより８５、膜
厚５０ｋ　）を行い、その上に、分子式 ％式％ 垂直配向剤のＯ，１ｗｔ％水溶液をディップ方式で塗布
する。その後、ｔａＯ℃でＩＯ分間島処理を行う。

以上のようＫして形成した２枚の電極基板間に、で表わ
される強誘電性液晶（液晶ｌとする）を注入する。なお
、この素子の相変化は、等方性液体（Ｉ８ｏ）Ｈコレス
テリック相（Ｃｈ）４４スメクテイツクＡ相（ＳＡ）→
力イラルスメクティックＣ相（Ｓｏ＊）である。また、
セル厚は４μｍである。

この液晶素子に１ＫＨｚ、ＩＯＶの電圧を印加しなから
Ｃｈ相を通過させて徐冷すると、前記したようにスイッ
チング可能な素子が作成できる。

この素子にＳｃＸ相でパルス状の電圧を印加したときの
透過率の変化を第７図に示す。■は印加波形である。こ
こで、パルス電圧は波高値及び位相を変えている。また
、従来例として、ナイロン膜をラビングして作成した５
ＳＦ−ＬＣＤの特性を第８因に示す。

両図かられかるように、従来の５ＳＦ−ＬＣＤでは、印
加パルスの波高値または位相を変えても、透過率は２値
しかとらない。しかし、本発明の素子は、波高値及び位
相によって透過率が変化する。すなわち、階調表示を行
うことができる。しかも、この状態（ここでは４状態）
は保持され、メモリー効果があることがわかる０ 上記した強誘電性液晶以外にも、例えば、分子式Ｃ７Ｈ
，５−０分ＣＨ＝Ｎ　（）’　ＣＨＥオ Ｓｃ　）で表わされるようなＣｈ相を示さない強誘電性
液晶について同様な実験を行った。このような液晶を用
いた素子に於いても、前記同様、中間調でのメモリー特
性を示した。ただし、配向性の観点からは、相変化とし
てｃｈ相を有するものに比べ品質が劣っていた。

なお、上記素子の電界を印加しない部分に於ける基板法
線からの液晶分子ティルト角（θ０）は、はぼ１〜５　
程度であったが、さらに、θ０が各種の値を有する素子
についても同様な検討を行った。θ。の制御は２回目の
ＳｉＯ斜方蒸着の膜厚（１ｏ）を変化させて行った。こ
の具体的な値としては、ｔ　＝５０ＯＡで００＝〜１０
　、ｔｏ＝１００ＯＡでθｏ＝〜２０、ｔｏ＝２０００
Ａで００＝〜２５、ｔｏ＝〜　０ ５０００Ａでθ。＝〜３０、ｔｏ＝１００００Ａでθ。

＝、１５であった。また、これに封入する液晶としては
前記の液晶１を用いた。

この実験の結果、θ０が３０までの素子では上記と同様
に中間調表示が可能であったが、θ０が３５の素子では
中間調でのメモリー特性を示さなかった。したがって、
θ０　としては、はぼ１　から３０程度が必要である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の素子は、従来の５ＳＦ−ＬＣＤ
では困難である１再現性の良い中間調表示が可能で、且
つ、この状態でメモリー特性を示す。

さらに、配向性に関しても、従来の５ＳＦ−ＬＣＤより
も容易に均一な配向が得られるという特徴を有する。

したがって、本発明に係わる表示装置は、中間調表示の
必要な画像表示装置に適用でき、且つ、応答は従来の５
ＳＦ−ＬＣＤと同程度であるため、ＴＶ受像機のディス
プレイとして有用である。

なお、ここでは、光学的には２枚の偏光子を用いた表示
について述べたが、２色性色素を混入することにより、
ゲスト会ホスト型素子にすることもできる。

さらに１本表示装置は、素子の内面にＲ，Ｇ、　Ｂのカ
ラーフィルタを設けることにより、フルカラー表示を行
うことができ、カラーＴＶ受像機のディスプレイとして
も極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る強誘電性液晶表示素子の構造を示
す断面図、Ｎ２図はＳご液晶の分子配向を示す図、第３
図及び第４図は５ＳＦ−ＬＣＤ　の動作原理の説明に供
する図、第５図は本発明に係る強誘電性液晶表示素子に
於ける温度変化に伴う分子配向の変化を示す図、第６図
は本発明の一実施例に於けるＳｉＯ斜方蒸着膜形成時の
蒸着方向を示す図、第７図は同実施例に於けるパルス電
圧印加時の透過率の時間変化を示す図、第８因は従来の
５ＳＦ−ＬＣＤに於けるパルス電圧印加時の透過率の時
間変化を示す図である。 符号の説明 １１ニガラス基板、１２：透明電極（ＩＴＯ膜）、１３
　：　８１０２膜、１４：ＳｉＯ斜方蒸着膜、１５：垂
直配向剤層、１６：強誘電性液晶、１７：スペーサー。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦　（他２名）萬２　図 （ｂ）　　　　　　　　　（Ｃ）　　　　　　　　　　
　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　　（Ｃ）篤　３
図　　　　　　　　　　　　第４図ｌσノ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　へ〇ノ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　６２ノ（ｅ−ｚ）　　　　　
　　　　　　　　　／＃−２ノ第５　口 ／ノ′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、強誘電性液晶を用いて成る液晶表示素子に於いて、
   斜方蒸着またはラビング処理と垂直配向処理とを施した
   電極基板間に強誘電性液晶を封入して成ることを特徴と
   する液晶表示素子。