JP3456493B2 - 液晶素子 - Google Patents
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- G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
- G09G3/3648—Control of matrices with row and column drivers using an active matrix
- G09G3/3651—Control of matrices with row and column drivers using an active matrix using multistable liquid crystals, e.g. ferroelectric liquid crystals
-
- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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-
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Description
配されている液晶素子に関し、特に、透明電極及び配向
膜をこの順に設けた一対の基板が所定の間隙を置いて対
向配置され、前記間隙内に強誘電性液晶が注入されてい
る液晶素子に関するものである。
liquid crystal) を表示素子に応用しようとする研究開
発は、ここ10年来活発に進められてきている。FLCデ
ィスプレイは、主として次の(1)〜(3)の特徴を有
する優れたものである。 (1)高速応答性(従来のネマチック液晶表示に比較し
て1000倍も高速応答)。 (2)視野角依存性が少ない。 (3)画像にメモリ性がある。
しては、表示パネルのセルギャップを2μm以下にコン
トロールし、パネル界面の分子配向規制力を用いて液晶
分子を配向させ、2状態のみ安定なエネルギー状態をと
る表面安定化強誘電性液晶表示素子がクラークら(米国
特許第4,367,924 号)により提案され、そのμ秒オーダ
の応答性や、画像のメモリ効果などの特徴でもって研究
開発が精力的にすすめられてきた。
表示は、メモリ性をもつためにCRT(陰極線管)など
で問題となっているフリッカーをなくせること、そし
て、単純X−Yマトリックス駆動でも1000本以上の走査
線で駆動できること(TFT:薄膜トランジスタでの駆
動をなくせること)、また、現在主流のネマチック液晶
での視野角が狭いという問題に対しても、分子配向が一
様であること、およびパネルのギャップがネマチック液
晶パネルの半分以下であることから、広い視野角を有す
ることなどを特徴としてきた。
液晶表示素子)は、例えば図36に概略的に示すような構
造からなっている。即ち、ガラスなどの透明な基板1a
上に、ITO(indium tin oxide:インジウムにスズを
ドープした導電性酸化物)などの透明電極層2a、及び
液晶配向膜としての例えばSiO斜方蒸着層3aを順次
積層した積層体Aと;これと同様に、基板1b上に、透
明電極層2b、例えばSiO斜方蒸着層3bを順次積層
した積層体Bと;を、液晶配向膜である例えばSiO斜
方蒸着層3a、3bが互いに対向するように配し、所定
のセルギャップを実現するためのスペーサ4を挟むこと
により液晶セルを構成し、そのセルギャップに強誘電性
液晶5を注入した構造を有している。
イは上記の優れた特長を有してはいるが、階調表示が難
しいことが課題として挙げられていた。即ち、従来の双
安定モードを用いた強誘電性液晶表示は2状態のみ安定
であることから、ビデオ等の階調表示には不適当である
とされてきた。
面安定型強誘電性液晶素子)は、外部印加電界Eに対し
て分子Mの配向方向が図37に示すように状態1と状態2
の二つの状態間をスイッチングする。この分子配向の変
化は、液晶素子を直交する偏光板間に設置することによ
って透過率の変化として現れ、図38のように印加電界に
対して透過率がしきい値電圧Vthで0%から 100%に急
峻に変化する。この透過率が変化する電圧幅は一般的に
1V以下である。さらに、Vthがセルギャップの微小な
変動によって変化する。従って、従来の液晶素子では、
透過率−印加電圧のカーブに安定な電圧幅を持たせるこ
とが困難であり、電圧制御による階調表示は困難若しく
は不可能である。
を調節することにより階調を行う方法(面積階調法)
や、強誘電性液晶の高速スイッチング性を利用して1フ
ィールドの間にスイッチングを繰り返すことにより階調
を行う方法(タイムインテグレーション階調法)などの
方法が提案されている。しかし、これらの方法でも未だ
階調表示が不十分であるという問題があった。
ば増やすほど、必要なサブピクセルの数が増え、デバイ
ス作製という面から、また、駆動法という観点から考え
ても、コストパフォーマンスが悪いことは明らかであ
る。また、タイムインテグレーション階調法では、タイ
ムインテグレーション階調法単独ではもちろんのこと、
面積階調法との組み合わせを考えても、実用性は低いと
いう問題があった。
方法として、一つの画素内で対向電極間の距離を変化さ
せたり、対向電極間に形成した誘電性層の厚みを変化さ
せることにより局所的に電界強度勾配をつける方法や、
対向電極の材質を変えることにより電圧勾配をつけるこ
とが提案されている。
表示特性を有する液晶表示素子を製造することは、工程
的にも繁雑となり、また、製造条件のコントロールも非
常に困難となり、更に製造コストが高いという問題があ
った。
ように、配向膜上に 0.3〜2μmのアルミナ微粒子を散
布する等により、この微粒子の存在部分と非存在部分と
で強誘電性液晶の反転を印加電圧によって制御し、階調
表示を行わんとするFLCディスプレイが提案されてい
る。
微粒子のサイズが大きすぎ、また散布量の規定等が不明
であるため、実際には、意図する階調表示は極めて困難
である。
径 0.3〜2μmの微粒子を単に散布したのでは、実際に
は液晶の反転を一画素内で微細に変化させることは極め
て困難である。しかも、強誘電性液晶ディスプレイがそ
の液晶の複屈折モードでの表示であるため、セルギャッ
プのコントロールは極めて困難であり、色ムラが出現し
てしまう。この状況は、セルギャップの変動が 500Å以
下であることが要求される現在のSTN(スーパーツイ
ストネマチック)表示素子と同様であると考えられる。
来技術の欠点を解消し、液晶素子、特に強誘電性液晶表
示素子において高コントラストを保持しつつ、特にアナ
ログ階調表示を低コストにして容易かつ確実に実現する
ことを目的とするものである。
基体間に液晶が配され、前記液晶をスイッチングするた
めのしきい値電圧の異なる領域が微細に分布している液
晶素子において、透明電極及び配向膜をこの順に設けた
一対の基板が所定の間隙を置いて対向配置され、前記間
隙内に強誘電性液晶が注入されていて、反転ドメインに
よる透過率が25%であるときに2μmφ以上の大きさ
のドメインが1mm2の視野の中に300個以上存在
し、かつ、そのドメイン内でのしきい値電圧幅が透過率
10〜90%の範囲で2ボルト以上であり、これによっ
て階調表示を行えるように構成したことを特徴とする液
晶素子に係るものである。
い値電圧の異なる領域が微細に分布している」とは、反
転ドメイン(例えば白の中に黒のドメイン又はその反
対)による透過率が25%であるときに2μmφ以上の
大きさのドメイン(マイクロドメイン)が1mm2の視
野の中に300個以上(好ましくは600個以上)存在
し、かつ、そのドメイン内でのしきい値電圧幅が透過率
10〜90%の範囲で2ボルト以上であることを意味す
る。
晶素子では、印加電圧によって透過率が従来(図38)の
ように急峻に変化するのではなく、比較的緩やかな変化
を示すものである。これは、上記したように、特に、一
つの画素内において、しきい値電圧(Vth)の異なる微
細な領域(マイクロドメイン)の発現により、印加電圧
の大きさに応じてマイクロドメインの透過率が変化する
ためである。そして、一つのドメイン内では、液晶分子
が双安定であるとメモリ機能を有し、フリッカーフリー
な静止画像を実現でき、しきい値電圧の異なるμmオー
ダのドメインから一画素が形成されることから、連続階
調表示が可能となる。
のうち、透過率10%のときをVth1、透過率90%のとき
をVth2 とした場合、しきい値電圧の変化幅(△Vth=
Vth2 −Vth1)が2ボルト以上である。
に示すように、透過率25%のときに、2μmφ以上の大
きさのドメインMDが 300個以上/mm2の割合で存在する
ものである。こうしたマイクロドメインによる微細な光
透過部分によって、全体として中間調の画面(透過率)
を実現できるが、このようなマイクロドメインによる構
造は、いわば星空の如き様相を呈するので、以下に「ス
ターライトテクスチャ」と称することとする。
加電圧の大小に応じてマイクロドメインによる光透過部
分MDが図2(A)に一点鎖線で示す如くに拡大したり
(透過率上昇)、或いは縮小させる(透過率減少)こと
ができ、印加電圧によって任意に透過率を変化させるこ
とができる。これに反し、従来の構造では、図2(B)
に示すように、しきい値電圧幅が極めて小さいために、
印加電圧による光透過部分Dが急激に増加したり、或い
は消失してしまうだけであり、階調表示が極めて困難で
ある。
を形成する手段として、液晶中に超微粒子を分散させる
ことができる。図3には、こうした超微粒子10を分散さ
せたFLCディスプレイを例示するが、この基本構造は
図36に示したものと同様である。
変化を図4について原理的に説明する。超微粒子10の粒
径をd2 、誘電率をε2 、超微粒子10を除く液晶5の厚
みをd1 、誘電率をε1 としたとき、超微粒子にかかる
電界Eeff は、次式(1)で表される。 Eeff =(ε2 /(ε1 d2 +ε2 d1 ))×Vgap ・・・・・(1)
微粒子を添加すると(ε2 <ε1 )、液晶層の全厚dga
p(=d1+d2)よりも小さな微粒子(d2 )を入れること
により、 Eeff <Egap となり、液晶には、微粒子を入れない場合(Egap)に比
較して小さな電界Eeffが作用する。その反対に、誘電
率の値が液晶より大きな微粒子を添加することにより
(ε2 >ε1 )、 Eeff >Egap となり、液晶には、微粒子を入れない場合(Egap)に比
較して大きな電界Eeffが作用する。
=Vgap/dgap =Egap ε1 =ε2 のとき → Eeff =Egap ε1 <ε2 のとき → Eeff >Egap
て、液晶自体に加わる実効電界Eeffは変化することに
なり、超微粒子が存在する領域とそうでない領域とで液
晶に加わる実効電界が異なることになる。この結果、同
じ電界Egap を作用させても、それら領域間では反転ド
メインが生じる領域と生じない領域が存在し、図2
(A)で示した如きスターライトテクスチャ構造を発現
できるのである。
テクスチャ構造は連続階調を実現するのに好適なものと
なり、超微粒子の添加下で印加電圧(大きさ、パルス幅
等)を制御する(即ち、2種類以上の電圧を印加するこ
と)によって多様な透過率(即ち、2種類以上の階調レ
ベル)を得ることができる。これに反し、従来のように
単に微粒子を存在させるだけでは、図2(B)の如きも
のしか得られず、特に微小な(2μm程度の)ギャップ
中に 0.3〜2μmの微粒子を存在させても目的とする表
示性能が得られないことが明らかであり、また、微小な
ギャップでなくても微粒子部分による色ムラが生じてし
まう(これについては、後記の比較例で詳細に説明す
る)。本発明では、このような現象を生じることなく、
目的とする性能が得られる。
る微粒子としては、図3に示した対向する透明電極層2
a、2bの間に存在する液晶5に印加される実効電界強
度に分布を持たせることができるような微粒子であれば
よく、例えば誘電率の異なる複数の材質の微粒子を混合
して使用することができる。このように誘電率の異なる
微粒子を存在させることにより、各画素内に誘電率の分
布が形成される。この結果、上記したように、画素の透
明電極層2a、2b間に均一に外部電界を印加した場合
でも、その画素内の液晶に印加される実効電界強度には
分布ができ、液晶(特に強誘電性液晶)の双安定状態間
をスイッチングするためのしきい値電圧の幅を広げるこ
とができ、一画素内でアナログ階調表示が可能となる。
じものを使用する場合には、大きさに分布をもたせれば
よい。このように、誘電率は異ならないが大きさが異な
る微粒子を存在させることにより液晶層の厚みに分布が
できる。その結果、一画素の透明電極層2a、2b間に
均一に外部電界を印加した場合でも、その画素内の液晶
に印加される実効電界強度には分布ができ、一画素内で
アナログ階調表示が可能となる。微粒子の大きさの分布
について、その分布の広がりはある程度大きい方が、優
れたアナログ階調表示ができるので好ましい。
粒子はpH2.0 以上の表面を有することが望ましいが、こ
れは、pH2.0 未満では酸性が強すぎ、プロトンにより液
晶が劣化し易いからである。
重量%以上の割合で液晶に添加されているのが望まし
い。添加量があまり多いと、凝集してスターライトテク
スチャ構造が発現し難く、また液晶の注入が困難となり
易い。
/又は酸化チタンからなっていてよく、またカーボンブ
ラックがファーネス法により作製されたカーボンブラッ
クであり、酸化チタンがアモルファス酸化チタンである
のがよい。ファーネス法により作製されたカーボンブラ
ックは、微粒子の粒度分布が比較的広く、またアモルフ
ァス酸化チタンは、表面性が良く、耐久性にも優れてい
る。
微粒子の状態で、液晶セルギャップの半分以下の大きさ
(0.4μm以下、特に 0.1μm以下)が好ましい。また、
その粒度分布によって階調表示特性をコントロールでき
るが、粒度分布の標準偏差が9.0nm以上であることが透
過率の変化(トランスミタンス)を緩やかにできる点で
望ましい。微粒子の比重が液晶の 0.1〜10倍であること
が、液晶中に分散させた際の沈降防止の点で望ましく、
また、微粒子が良分散性を示すようにシランカップリン
グ剤等で表面処理されているのがよい。
に存在させる必要があるが、その場所は特に限定され
ず、液晶中でも、液晶配向膜中又は液晶配向膜上でもよ
い。
斜角が配向膜近傍領域とこれ以外のバルク領域とで異な
っているのがよく、また、液晶の層傾斜角を示すX線回
折強度のピークが、X線入射角90°以下又は90°以上に
おいて少なくとも2つ存在するのがよい。この場合のX
線回折強度のピークの半値幅が3°以上であるのが、階
調性を出し易いので好ましい。
異なる複数のドメインを構成する液晶分子のみかけのチ
ルト角(コーン角)が、モノドメインの状態よりも±1
°以上変化していることがよい。そして、液晶分子のコ
ーン角の温度依存性が、モノドメインの状態よりも小さ
いことが望ましい。
液晶中に微粒子を添加すること等によって出現するが、
配向膜をアニールすることによっても出現する。基本的
には、通常、強誘電性液晶は層構造をもち、その構造は
ブックシェルフまたはシェブロンであるのに対して、こ
のスターライトテクスチャ構造はそのどちらでもなく、
配向膜表面近傍では、バルク部分と異なった層傾斜角を
もっている構造をなす。
るときに比較して小さくなることは、次のように考えら
れる。即ち、実験的に確認されたことであるが、配向処
理方向に対して、小さくなったチルト角が対称であるこ
とから、配向膜表面の液晶分子は配向膜方向に対して平
行に配向していることが分かった。また、この配向膜表
面の液晶分子は、電界によってスイッチングせずに、不
動であることが分かった。従って、みかけのチルト角が
表面の液晶分子がスイッチングする場合に比べて、小さ
く観測されることになる。また、チルト角が大きくなる
ことは、通常の層傾斜角に比べて、増大したか、若しく
は、プレチルト角が増大したために、起こった変化であ
ると考えられる。
布幅は、一画素内で6°以上(更には8°以上)である
のがよい。即ち、液晶分子のプレチルト角に、液晶の配
向を乱さない範囲で分布をもたせることにより、一つの
画素内で液晶の双安定状態間のスイッチングのしきい値
の異なるマイクロドメインを多数形成することが有効で
ある。これは、例えば、SiO斜方蒸着層上に特定の薄
膜を形成することにより実現できる。
化物及びフッ化物からなる群より選ばれた物質を配向膜
上に積層するが、これを図5〜図7について具体的に説
明する。
荷移動錯体薄膜6を設けた液晶表示素子の概略断面図で
あり、高コントラストと良好なドメインを実現する液晶
配向膜としてのSiO斜方蒸着層3a及び電荷移動錯体
薄膜6を順次積層した積層体Aと、同様にSiO斜方蒸
着層3b及び電荷移動錯体薄膜6を順次積層した積層体
Bとを、液晶配向膜としてのSiO斜方蒸着層3a、3
bが互いに対向するように配し、その他は図36と同様に
構成している。
a、3b上に電荷移動錯体薄膜6を蒸着させるが、この
場合の蒸着方法としては、まず、基板1a、1bに電極
2a、2bとSiO斜方蒸着層3a、3bとを形成した
基材ベース2上に、図6に示すように記号「A」で示し
た、SiO斜方蒸着層上にSiOと表面エネルギーの異
なる物質を島状に蒸着させ、その後に電荷移動錯体薄膜
を形成することが好ましい。これにより、液晶分子のプ
レチルト角に好ましい分布を持たせることが可能とな
る。
る物質としては種々の有機物、例えば電荷移動錯体それ
自体や、後述するような電荷移動錯体を構成する電子受
容性分子又は電子供与性分子を使用することができ、あ
るいは無機物、例えば金属、その酸化物などを使用する
ことができる。
は、液晶セルのセルギャップに液晶を注入した後に、電
界処理を施す。このように電界処理することにより、液
晶分子のプレチルト角の分布をより確実なものとするこ
とができる。この結果、一画素内で、液晶の双安定状態
間をスイッチングするためのしきい値が異なる微小なマ
ルチドメインを形成し、高いコントラストを保持しつ
つ、アナログ階調表示を実現することができる。
くは±3V〜±50V(即ち、VP-P=6V〜 100V)で
あり、この場合、周波数や処理時間は適宜選択すること
ができる。一般には、 100Hzで±30V程度の矩形波を1
分間程度印加することにより、電界処理を行うことがで
きる。
の表1に例示されるような電子供与性分子(エレクトロ
ンドナー)と、下記の表2に例示されるような電子受容
性分子(エレクトロンアクセプター)とからなる錯体の
薄膜であり、例えば下記の表3〜5に示されるような錯
体の薄膜である。このような電荷移動錯体薄膜の厚み
は、好ましくは 300Å以下、より好ましくは40〜80Åで
ある。
斜方蒸着層3a、3b上に有機導電性化合物膜、酸化物
又はフッ化物膜又は金属薄膜からなる最上層7を設けた
液晶表示素子の概略断面図であり、薄膜7を形成するこ
とにより、液晶の双安定状態間をスイッチングするため
のしきい値が異なる微小なマルチドメインが形成され
る。
しては、種々の有機導電性化合物から適宜選択した化合
物の薄膜を使用することができる。例えば、イッテルビ
ウムジフタロシアニン(YbPc2) の薄膜を使用することが
できる。なお、導電率が1×10-6S/cm以上の有機導電
性化合物を使用すると、応答速度も早くなるという効果
も得られる。このような有機導電性化合物薄膜の厚み
は、好ましくは 300Å以下、より好ましくは40〜80Åで
ある。
合物から適宜選択した化合物の薄膜を使用することがで
きる。例えば、SiO、SiO2 、MgO、TiO、T
iO2 、Al2 O3 などの薄膜を使用することができ
る。このような酸化物薄膜の厚みは、好ましくは 100Å
以下である。
ら適宜選択した化合物の薄膜を使用することができる。
例えば、MgF2 、CaF2 、AlF3 などの薄膜を使
用することができる。このようなフッ化物薄膜の厚み
は、好ましくは 100Å以下である。
宜選択したも薄膜を使用することができる。例えば、A
u、Ag、Al、Cu、Ptなどを使用することができ
る。このような金属薄膜の厚みは、好ましくは 100Å以
下である。
は、常法に従って製造することができる。例えは、ガラ
ス基板にスパッタ法により透明ITO層を形成し、フォ
トリソグラフ法により所定のパターニングを行った後、
SiOを基板に対し斜めに真空蒸着させる。
方蒸着層上に、好ましくは基板の垂直方向から真空蒸着
法により、電荷移動錯体薄膜などや、酸化物若しくはフ
ッ化物薄膜又は金属薄膜を真空蒸着法などにより形成
し、液晶セルを組み立てた後に、セルギャップに特に微
粒子を均一に混入した液晶を注入することにより製造す
ることができる。液晶配向膜としては、ラビング処理さ
れたポリイミド膜やSiO斜方蒸着膜、SiO2 斜方蒸
着膜、フッ化マグネシウム斜方蒸着膜、フッ化カルシウ
ム斜方蒸着膜などを使用することができる。
いるときは、その蒸着後にアニール処理が施されたもの
であることが、その表面性を変化させてスターライトテ
クスチャ構造を出現させる上で好ましい。これは、図
3、図5、図7のいずれの素子でもあてはまる。
着層が、図7(b)に示すように多数のSiO斜方柱X
から構成されており、そのSiO斜方蒸着層にはSiO
斜方柱Xに沿って間隙dが存在していることがSEMや
電気化学分析により確認されている。そして、SiO斜
方蒸着膜上に蒸着法で形成した電荷移動錯体薄膜等6又
は7に対して加熱処理等を行うことにより、その構成物
質の少なくとも一部分6’又は7’がSiO斜方蒸着層
の斜方柱Xの間隙dに介在若しくは入り込む場合がある
ことが、FT−IR(時間分解赤外吸収スペクトル)の
RAS測定等により確認されている。例えば、斜方柱X
の斜方角は約45度、間隙dの割合は全表面積の約2%で
ある。
的に薄くなり、ひいてはSiO斜方蒸着層の一部が液晶
分子と直接接触するようになり、液晶分子の配向性が保
持されることが分かった。即ち、図7(b)に示すよう
に、SiO斜方蒸着層3a及び3bを構成するSiO斜
方柱Xの間隙dに、電荷移動錯体薄膜等6又は7の少な
くとも一部分6’又は7’を入り込ませた液晶表示素子
は、強誘電性液晶の配向性が保持されると共に、その自
発分極や不純物質による反電界を緩和できるものとな
る。これは、薄膜が例えば上記したテトラチアフルバレ
ン−テトラシアノキノジメタン錯体(TTF−TCN
Q)からなっている場合、そのCN基がSiO斜方柱に
沿って存在していることが関与しているものと考えられ
る。
体(TTF−TCNQ)の如き導電性物質が接続した状
態となり、これが液晶の配向に影響を及ぼすことなしに
電圧印加時の応答性を良くし、その高速化が可能となる
ものと思われる。
荷移動錯体、有機顔料、金属、酸化物及びフッ化物から
なる群より選ばれた物質のように、導電性をもつ物質な
らば金属、有機物質、無機物質など、特に規定しない。
び/又は液晶の導電率よりも大きいことが望ましく、1
×10-12S/cm2以上がよく、10-2S/cm2 以上、更には102S
/cm2以上がよい。例えば、上記のTTF−TCNQの場
合、有機導電性物質として1×102S/cm2の導電率を有し
ている。
(b)の6’又は7’)を斜方蒸着膜の斜方柱間に介在
させるには、導電性物質を蒸着法により薄膜(膜厚3〜
40nm)に形成し、50〜160 ℃の温度で焼成を行って斜方
柱間に注入することができる。或いは、液体状態で注入
することもできる。
質からなる場合、斜方柱X間に一部分が入り込み、その
膜厚が小さくなることによって、強誘電性液晶分子の分
極が緩和され、液晶分子の分極に起因して生じる印加電
圧に対する実効電圧の低下現象(反電界現象)を抑制す
ることが可能となる。従って、印加電圧と実効電圧との
差を小さくすることができ、高いコントラストでアナロ
グ階調表示を実現しながら強誘電性液晶の応答速度を早
めることが可能となる。一般に、SiO等の配向膜のみ
を使用した場合(即ち、導電性物質を設けない場合)に
比べて、約2倍〜5倍速い応答速度が得られるようにな
る。
下に更に詳細に説明する。
(実施例1)、CS−1028(実施例2)の100mg
に、超微粒子としてカーボンブラックであるキャボット
社製のカーボンブラックMogul Lを1mg加え、 1
00℃に加熱し(即ち、アイソトロピック温度に加熱
し)、超音波ホモジナイザーを用いて、均一に分散させ
た。
度に加熱してテストテルに注入した。このときのテスト
セルの配向膜は、SiO斜方蒸着膜を使用した。蒸着角
度は基板の法線に対して85度、基板温度は 170℃とし、
50nmの膜厚に蒸着した。蒸着後、 300℃で空気中でアニ
ールした。
法により 400Å厚の透明ITO膜(面抵抗 100Ω/cm2)
を設けたガラス基板上に、液晶配向膜として 500Å厚の
SiO斜方蒸着膜を、SiO粉末(純度 99.99%、フル
ウチ化学株式会社製)を入れたタンタルボート(日本バ
ックスメタル株式会社製)を加熱(抵抗加熱)すること
により真空蒸着した。
1.6μm径のスペーサ(真し球:触媒化学株式会社製)
と紫外線硬化型接着剤(フォトレック:積水ファインケ
ミカル株式会社製)とを用いて、SiO斜方蒸着膜の蒸
着方向が互いに反平行になるように液晶セルに組み立
て、このセルギャップに上記の強誘電性液晶を注入し、
得られた液晶セルに、周波数 100Hzで±35Vの交流電界
を印加して液晶表示素子を製造した。
晶にカーボンブラックを含有したセルは、カーボンブラ
ックを含有しない場合のモノドメイン構造に比較して、
全く異なる構造を示した。即ち、電界を直流で加えた場
合に、電圧の大きさに対応して、ドメインの横流れが起
きずかつ電圧の大きさに比例してドメインのサイズが変
化するようなテクスチャであった。このテクスチャはち
ょうど夜空に星が輝くように見えることから、スターラ
イトテクスチャと命名した。このスターライトとの従来
の系との比較を下記の表6に示した。
で、従来系ではブックシェルフ構造をとっていることが
知られているが、本発明に基づくスターライトテクスチ
ャの場合には、この層構造が配向膜表面では、液晶分子
が電界に対して不動である領域が増大していると考えら
れるので、配向膜表面近傍では、層傾斜角が変化してい
ることが考えられる。このことが、特にCS−1014
を使用したときに、印加電圧のオン、オフ時にコーン角
が変化し易い原因であると考えられる。また、スターラ
イトテクスチャでは、モノドメイン(従来系)に比べて
コーン角がそれぞれ±1°以上変化していることが分か
る。
ントラスト比との関係を以下に説明するようにして調べ
た。即ち、直交ニコル下で、図8に示すような駆動波形
を液晶表示素子に印加した。まず、リセットパルス(V
reset パルス(パルス幅1msec))を印加し、次にリセ
ットパルス以下のグレイパルス(Vgrayパルス(パルス
幅1msec))を印加した。リセットパルス印加後(ダー
クレベル)の光透過強度とグレイパルスの印加後(グレ
イレベル)の光透過強度を比較することによりコントラ
スト比を求めた。
(透過率に対応)の変化を測定した結果を図9に示す。
但し、ここでは、スターライトテクスチャ(I)を実施
例1とし、従来系(I)を比較例1とした。
得られた液晶表示素子は、電圧に応じて異なるコントラ
スト比が得られており、強誘電性液晶の双安定状態間の
スイッチングのためのしきい値電圧(コントラスト比が
最大値の1/10〜9/10又は透過率が10〜90%の範囲内での
しきい値電圧の変化幅)が2V以上と広く、アナログ階
調表示が可能であることを示している。従って、TFT
などのアクティブ素子を画素毎に設けることなく、単純
マトリックスでの画像表示が可能となることが分かる。
い比較例1の液晶表示素子は、しきい値が急峻なカーブ
を有しているので、アナログ階調性を有していないこと
が分かる。
超微粒子として酸化チタンを用い、出光興産株式会社製
のチタニアのうち、高分散タイプのIT−UDを1重量
%添加した。この酸化チタンは、非晶質であることを特
徴とするもので、このタイプの平均粒径は17nmであっ
た。そして、実施例1と同様にして液晶セルを作製し
た。
従来系(即ち、CS−1014のみ)(比較例1)とに
ついて、コーン角の温度依存性を調べた。その結果を図
10に示す(ここでは、30度の時のコーン角を1として規
格化してある)。
トテクスチャの方がコーン角の温度依存性が小さいこと
がわかる。このことは、表面での液晶分子の不動化があ
るために、温度に対して層構造が安定となり、その結
果、コーン角がより高温度まで狭くならないということ
になっていると考えられる。即ち、通常のテクスチャで
は、SmA相からSmC相への相転移点近傍に温度が近
付くと、次第にチルト角が小さくなり、転移点では、チ
ルト角が0度になるが、その減少の仕方が、スターライ
トテクスチャでは、より小さくなっているというメリッ
トを持つ。
もSiO配向膜を用いた。添加する微粒子としては、出
光興産株式会社製のチタニアのうち、表面が親水性であ
り、粒度分布のみが異なるIT−S、IT−PA、IT
−PBをそれぞれ用いた。それぞれの平均粒径は、17n
m、24nm、40nmであった(これらの粒度分布を図11に示
す)。そして、実施例1と同様にして液晶セルを作製し
た。
えた系での、透過率と印加電圧との関係を図12に示す。
即ち、傾きがIT−S>IT−PA>IT−PBの順に
急峻になっていることが分かった。従って、超微粒子の
粒度分布によってしきい値電圧幅及びその印加電圧によ
る変化を制御できる。即ち、酸化チタンの粒度分布が広
くなると、しきい値電圧幅も広くなる傾向があることも
分かった。この実施例で得られた液晶表示素子も、電圧
に応じて異なるコントラスト比が得られており、強誘電
性液晶の双安定状態間のスイッチングのためのしきい値
電圧幅が広く、アナログ階調表示が可能であることを示
している。従って、TFTなどのアクティブ素子を画素
毎に設けることなく、単純マトリックスでの画像表示が
可能となることが分かった。
の傾きとの関係を調べると、図13のようにリニアに近い
関係があることが明らかになった。即ち、階調表示のた
めのしきい値電圧特性のコントロールは、添加する粒子
の粒度分布のコントロールによって可能であり、その標
準偏差を 9.0nm以上とすれば透過率変化の勾配(即ち、
しきい値電圧の変化幅)を良好にでき、スターライトテ
クスチャ構造を得易い。
014を用い、微粒子としてMogul Lを1重量%
添加した系に対し、この実施例5ではチッソ(株)製の
CS−1028に微粒子としてMogul Lを24重量
%添加した系を用い、同様にして液晶セルを作製した。
メインの数を、透過率が25%(但し、そのセルで最も明
るい時を 100%として)となるように電圧をコントロー
ルして、1mm 平方の領域内で数えた。結果を下記の表7
に示す。
倍の倍率で観測し、20μm平方の領域の中のドメインの
数を数え(40個)、1mm平方に換算するために、2500倍
し、10万個を得た。CS−1028系の場合には、72倍
の倍率で観測し、 200μm平方中の数を数え(18〜43
個)、それを1mm平方に換算し、 450から1075個という
数を得た。
テクスチャ構造が所望の個数のマイクロドメインによっ
て実現可能であることが分かる。なお、CS−1028
系の場合のドメイン数が微粒子の添加量が多いのにも拘
らず、CS−1014系よりも少なくなっているのは、
微粒子の分散性の影響によるものと思われる。
法 スパッタITO膜(面抵抗 100Ω/cm2)付ガラス基板
(2.5mm厚)上に、ガラス基板法線が垂線と85°をなすよ
うに置き、ガラス基板を 170℃に保ちながら、真空度8
×10-6Torrにて、ピンホールの開いたTaボート(日本
バックスメタル社製)に入れた一酸化硅素SiO(フル
ウチ化学社製:純度 99.99%、粉末)を抵抗加熱法によ
り蒸着速度1Å/secで膜厚 500Åの斜方蒸着膜を形成し
た。膜厚及び蒸着速度は水晶振動子膜厚計によりフィー
ドバックコントロールした。
(ヤマト科学製DT62)にて 300℃で1時間加熱処理し
た後(液晶配向性を向上させるため)、斜方蒸着方向が
反平行となるように 1.4μm径スペーサ(触媒化成工業
社製の真し球)を分散させた紫外線硬化樹脂(積水ファ
インケミカル製のフォトレック)を挟んで組み、紫外線
を照射して硬化させ、所望のセルギャップを形成した。
めに、実施例1で述べたように強誘電性液晶中に微粒子
を分散させた。 100℃、つまり等方相に加熱したチッソ
社製の強誘電性液晶:CS−1014 100mgに対して、
キャボット社製のカーボンブラックMogul Lを1
mg混ぜ、超音波ホモジナイザーにて攪拌した(よって、
微粒子の重量比はおよそ1%となる)。上述のように作
製した素子に、微粒子を分散させた強誘電性液晶CS−
1014を等方相にて注入した後、室温まで自然冷却し
た。
リ状態が偏光板の透過軸に一致するように直交偏光板間
に置き、パルス幅1msec、電圧±25Vの矩形波(リセッ
トパルス)印加後の透過光強度Tdarkとパルス幅1mse
c、電圧±30V以下の矩形波(セレクトパルス)印加後
の透過光強度Tbrightの比により、コントラスト比CR
を以下のように決定した。 CR=Tbright/Tdark
により、コントラスト比のしきい値特性(最低コントラ
スト(=1)から最高コントラスト比までの電圧幅)を
測定した。その測定結果は図9に示したものと同様(横
軸はセレクトパルスの電圧、縦軸はメモリ状態のコント
ラスト比)であった。微粒子を添加しない強誘電性液晶
素子ではしきい値幅がおよそ1Vと非常に急峻であるの
に対し、微粒子を添加した強誘電性液晶素子ではおよそ
10Vに広がり、中間階調表示が可能となる。
子を添加した強誘電性液晶素子の中間階調状態は、〜μ
m径のごく微小なマルチドメイン状態となっており、 1
00μm角程度の高精細素子の一画素中での中間階調表示
にも対応できる(しきい値幅10Vである強誘電性液晶素
子では、非常に均一なドメインである)。また、微粒子
を添加するしないにかかわらず、40以上の高コントラス
ト比である。
晶素子の強誘電性を持つSmC* 相における層構造を解
析した。測定した強誘電性液晶素子では、X線の透過量
を考え、 100μm厚のガラス基板を用いて作製した。理
学電機社製の回転対陰極型X線源RU−300(ターゲ
ットCu、Kα線 1.542Å:50kV、 240mA)を用いた。
コリメーターによりビーム径 2.5mmに絞られる。)は、
理学電機社製の繊維試料台FS−3を組み合わせた理学
電機社製の広角ゴニオメーターCN2155D5に配向
処理方向が水平となるように取付けられた試料により回
折し、入射X線に対して試料固有のブラック角θB の2
倍角(CS−1014は2θB =3.08°)に固定された
モノクロメーターにより波長選択(この場合、CuKα
線 1.542Å)された後(試料とモノクロメーターの間に
1mm角のスリットあり)、理学電機社製NaIシンチレ
ーションカウンターSC−30により、1秒間当たりの
カウント数を計数した(モノクロメーターとシンチレー
ションカウンターの間に2’幅スリットあり)。
角度αを、繊維試料台により試料面内での回転角βをそ
れぞれ変えることができる。角度αは試料基板面が入射
X線と平行になるときを原点とし(従って、入射X線が
試料基板面に垂直のとき90°)、上から見て時計回りを
正とする。また、角度βは試料の配向処理方向が水平と
なるときを原点とし、時計回りを正とする。
に、基板法線に対する層傾斜角度δは、β=0°及びβ
=180 °で角度αをスキャンした場合の回折X線強度の
極大値の角度αをそれぞれα1 、α2 とすると、 δ=|α1 −α2 |/2 と求めることができる。また、回折強度ピークが複数あ
った場合、β=0°及びβ=180 °のX線回折パターン
について、α=90°に対して対称な位置にあるピークに
対して同様に求めればよい。測定における以上の操作
は、試料基板面を正確に入射X線に対して垂直にするこ
とが困難なために行った。
幅)が1Vの強誘電性液晶素子の測定結果を、同図
(b)にしきい値幅が10Vの素子の測定結果を示す。
(a)では、回折強度ピークは非常にシャープな(ピー
ク半値幅2°)一本(層傾斜角32°)のピークだけであ
るが、(b)では、α=90°〜135 °にわたってブロー
ドな三本のピーク(層傾斜角8°(8°)、32°(4
°)、45°(8°);カッコ内は各層傾斜角度を示すX
線回折ピークの半値幅)が見られる。
れぞれ、図17(a)及び(b)のようになる。図中の角
度δは、X線回折法により求めた基板法線に対する層傾
斜角であり、また、その値の後ろにX線回折ピークの半
値幅(つまり、その層傾斜角度の広がりを示す。)の半
分を±として示してある。
相違を考える。しきい値幅1Vの場合は、非常にX線回
折ピークがシャープであり、液晶分子(即ち、スイッチ
ングの源である自発分極)が、均一に配向している。従
って、ある大きさの電界を印加した場合に大部分の液晶
分子が一斉にスイッチングする。それに対し、しきい値
幅10Vの場合は、その層構造は種々の層傾斜角を持ち、
液晶分子(即ち、自発分極)が広い分布をもって配向し
ている。よって、ある電界を印加した場合に、スイッチ
ングする部分、しない部分が現れ、画素全体として中間
階調が表示できる。こうした一画素内の中間階調表示
は、図17(b)に示したように、層傾斜角の分布が広い
層構造に起因すると考えられる。この場合、配向膜近傍
で層傾斜角が変化し、それ以外のバルク部分では層傾斜
角が揃っている。
プレイの階調駆動法を説明する。
ず、単一ピクセル液晶セルにその電圧を印加し、直交偏
光板間のセルの透過率制御の可能性を確認した。
3mm3 の透明電極付きITOガラス基板二枚で液晶セル
を作製し、ガラス基板は標準ソーダ素材のものであり、
透明電極はスパッタによって 500Åコーティングされ
た。ITOの抵抗は 100Ω/cm2であった。
向膜を、SiO斜方蒸着膜によって作製した。蒸着角は
85度で、配向膜の厚さは 500Åにした。液晶セルは、蒸
着方向が平行と反平行となるように二種類の液晶セルを
作製した。液晶セルのギャップは、二枚のガラス基板を
接着するシール材にシリカの微粒を混合して制御した。
シリカのサイズは 1.4〜2.0 μmのものを使用した。
のCS−1014を使用した。液晶は、等方相(110℃)
で脱気し、同様に等方相において毛細管効果を利用し
て、 1.5μmのガラス間の隙間に注入された。液晶が完
全に注入された後に、徐々にセルを室温に冷却した。冷
却時間は2〜3時間であった。
例1のようにカーボン微粒子を混合した。その混合方法
は、液晶を等方相に加熱してカーボン微粒子を混合し、
超音波攪拌機で微粒子と液晶を均一に混合させた。そし
て、上記した実施例1と同様にして液晶セルを作製し
た。
させるために、図18に示すように、透明電極がついたガ
ラス基板1aおよび1bで強誘電性液晶セルを作製し
た。透明電極は、基板1bにX方向に平行な一群2bを
N本有し、基板1aにはY方向に平行な一群2aをM本
有する(配向膜は図示省略)。そして、図19に示すよう
に、それぞれのY方向の透明電極に画素の表示を選択す
る電気信号、X方向に表示する情報の内容、白もしくは
黒、あるいは中間階調を表示するための電気信号を印加
した。
は、次の通りであった。 1.選択パルスは正負対称な二パルスから構成される。
そのパルス電圧強度および高さは図1に示した液晶素子
のしきい値によって決定される。パルス幅は液晶の応答
速度で決定される。パルスの高さは黒表示をしている液
晶のモノドメインにスターライトテクスチャが出る電
圧:直交偏光板間の液晶セルの透過率変化(Tr )と印
加電圧(V)との関係のTr −Vカーブの電圧しきい値
Vthlow である。
スを設定する。リセットパルスの幅は選択パルスの2倍
であり、その高さは液晶を完全にスイッチングさせるた
めの電圧:Tr −VカーブにVthhighにΔVを足したも
のである。ΔVは、後述する基板1bのX方向の電極に
印加される最大信号電圧とする。
信号の波形は、次の通りであった。 1.信号電気信号は正負対称のパルス二つによって構成
される。パルス幅は選択信号の幅と等しくする。信号電
圧の高さVS は表示する液晶のグレーレベルによって0
からVthhigh−Vthlow の間で変化する。
の極性と逆になるように設定する。このことにより、デ
ィスプレイ上の(n,m)にある画素に印加される電圧
はVS +Vthlow の和となり、Vthhigh−Vthlow の間
で変化する。
られた液晶セルの透過率の変化を示している。ここで使
用したセルは、配向膜としてSiOの蒸着方向が平行に
なるように作製された。セルギャップは 1.6μmであっ
た(ギャップ測定は大塚電子(株)製のMS−2000
膜厚測定装置を使用した)。このセルでは、カーボン微
粒子:モーガルLを 1.3重量%液晶中に添加した。液晶
セルは直交偏光板間に設置し、電圧を印加していないメ
モリ状態で液晶セルの透過率が最低になるように、セル
の方向を設定した。
ルス幅はその2倍の 700μsとした。しきい値電圧はこ
のセルでは34Vであったために、リセット電圧を35Vと
した。信号電圧は18Vから30Vの間に変化させ、セルの
透過率の変化を測定した。図20からわかるように、セル
の透過率は印加電圧18Vから28Vまでの範囲に連続的に
変化する。電圧強度を制御することで、液晶セルの透過
率を制御できることを示した。
μm、配向膜にSiOの蒸着方向が反平行になるように
作製したセルの透過率−電圧の関係を示している。ここ
では、電界印加しないときにセルの透過率が最大になる
ようにセル方向を設置した。
し、リセットパルス幅はその2倍の 700μsであった。
リセットパルスの強度は35Vにした。透過率は信号電圧
25Vから30Vまでの間に測定した。上記と同様に、電圧
によって透過率を制御する可能性はここでも示されてい
る。
強誘電性液晶を用いたセルの階調表示のマトリクス駆動
を行った。
板はコーニング製の7059、サイズは52×52×0.7mm3
であった。電極は、スパッタリングによって作製したI
TOを使用した。電極の形状は図22に示し、ITOの抵
抗は 100Ω/cm2であった。セルは、同様なガラス基板二
枚を用いて図23に示すように、両電極が直交するように
作製した。液晶配向膜はSiO斜方蒸着膜を使用した。
蒸着方向は反平行であった。セルギャップは 1.5μmで
あった。また、カーボン微粒子はモーガルLを使用し、
液晶に対する濃度は2重量%であった。使用した液晶は
チッソ石油化学(株)製のCS−1014であった。
のY方向の電極に印加される電圧波形をそれぞれ示して
いる。Y方向の電極に印加される信号の構成は次のよう
にした。リセット電圧は24Vで選択電圧は20Vにした。
信号パルスの幅 400μsであった。リセットパルス幅は
その2倍の 800μsにした。X方向の電極への印加電圧
は、パルス幅が信号電圧と同様 300μsで、電圧の強度
は10Vから 2.5Vの間で変化させた。
ターンを示した。これによれば、良好な階調表示が実現
されていることがわかった。
ルバレン−テトラシアノキノジメタン電荷移動錯体膜を
形成し、製膜後、 100℃で1時間アニール処理を行い、
また、液晶に添加する微粒子をMTカーボン(コロンビ
アカーボン社製)とした以外は実施例1と同様にして、
液晶表示素子を製造した。
と同様に印加電圧とコントラスト比との関係を調べたと
ころ、実施例1の液晶表示素子に比べアナログ階調性が
改善されていることがわかった。
フルバレン−テトラシアノキノジメタン錯体(TTF−
TCNQ)を斜方蒸着膜上に製膜後、 100℃で1時間ア
ニール処理を行うと、斜方蒸着膜の斜方柱間にTTF−
TCNQの少なくとも一部が入り込む場合があることが
確認された(図7(b)参照)。
電圧と実効電圧との差が小さく、TTF−TCNQを製
膜しない以外は上記と同様に作製した液晶表示素子の約
2倍以上速い応答速度を示した。
00Å厚のイッテルビウムジフタロシアニン薄膜を形成
し、製膜後、 150℃で1時間アニール処理を行う以外は
実施例10と同様にして、液晶表示素子を製造した。
同様に印加電圧とコントラスト比との関係を調べた。そ
の結果を図27に示す。この図から明らかなように、この
実施例の液晶表示素子は、実施例1の液晶表示素子に比
べ、特に低電圧領域でのアナログ階調性が改善されてい
ることが分かった。
ラス基板にSiOを斜方蒸着した後、ガラス基板を水平
にし、更にSiO斜方蒸着膜上に、テトラチアフルバレ
ン−テトラシアノキノジメタン錯体の蒸着膜を形成し
た。この蒸着は、テトラチアフルバレン(TTF)とテ
トラシアノキノジメタン(TCNQ)とを別々のボート
に入れ、基板温度を室温から 120℃の範囲で、真空度1
×10-6〜5×10-5Torrという圧力下で、まずドメインを
多数形成する目的でTTFを約10Å以下の厚みになるま
で単独で積層し、続いてTTF(蒸着速度1〜3Å/se
c)とTCNQ(蒸着速度 0.1〜1Å/sec)とを共蒸着
し、その後、再びTTFを単独で約50Å以上の厚みに積
層した。製膜後、液晶分子の配向性を向上させるために
50〜100 ℃の温度で30分から2時間アニール処理を行っ
た。
を、ポリエチレンテレフタレート製のスペーサ(9μm
径)と紫外線硬化型接着剤(フォトレック:積水ファイ
ンケミカル株式会社製)とを用いて、SiO斜方蒸着膜
の蒸着方向が互いに反平行になるように液晶セルに組み
立てた。このセルギャップにネマチック液晶(ZLI−
2008:メルク株式会社製)を注入して液晶表示素子
を製造した。
(磁場強度 7.5〜8.0KGauss)により液晶分子のプレチル
ト角を測定した。この場合、一画素(1.2×1.2cm2)を図
28に示したように約2mm2 に25分割して、分割されたそ
れぞれの領域(1〜25番)についてプレチルト角を測定
した。得られた結果を下記の表8と図29(a)に示す。
ニール処理によって、その少なくとも一部分が斜方蒸着
膜の斜方柱間に入り込むことがある。この場合は、上記
したと同様に、応答速度が向上することが確認された。
膜を形成せずかつ電界処理を施さない以外は実施例10と
同様にして、液晶表示素子を製造した。得られた液晶表
示素子について、実施例12と同様に液晶分子のプレチル
ト角を測定した。その結果を下記の表8と図29(b)に
示す。
の蒸着膜を形成する際に、あらかじめ合成しておいた錯
体をボートに入れ、基板温度室温、真空度5×10-5Tor
r、蒸着速度5Å/secで 100Åの厚さに蒸着し、かつ電
界処理を施さない以外は実施例10と同様にして、液晶表
示素子を製造した。得られた液晶表示素子について、実
施例12と同様に液晶分子のプレチルト角を測定した。そ
の結果を下記の表8と図29(b)に示す。
に、実施例12の液晶表示素子は、液晶分子のプレチルト
角の分布幅が9°もあった。従って、一定の範囲の印加
電界強度の増減に応じてコントラスト比が緩やかに増減
してアナログ階調表示が可能となることがわかった。
かなように、比較例3、4で得られた液晶表示素子は、
液晶分子のプレチルト角の分布幅が4°しかなく、実施
例12に比べアナログ階調表示が劣っていたことがわかっ
た。
ノキノジメタンとを最初から共蒸着する以外は比較例4
と同様にして得れた液晶表示素子についても、比較例4
と同様の結果が得られた。
成株式会社製)を用いる以外は実施例12と同様にして液
晶セルを作製した。この液晶セルに強誘電性液晶(CS
−1014:チッソ株式会社製)を注入した。得られた
液晶セルに対し、周波数 100Hzで±30Vの矩形波を1分
間印加するという電界処理を施すことにより、液晶表示
素子を製造した。
とコントラストの関係を以下に説明するようにして調べ
た。即ち、±6Vのバイアス電圧を20回印加し、直交ニ
コル下で、図8に示したような、±30VのVreset パル
ス(パルス幅 500μsec)を印加した。次に、±30V以下
のVgrayパルス(パルス幅 500μsec)を印加した。そし
てVreset パルス印加後(ダークレベル)の光透過強度
とVgrayパルス印加後(グレイレベル)の光透過強度と
を比較することにより、コントラスト比を求めた。この
結果を下記の表9と図30(a)に示す。
膜を形成せずかつ電界処理を施さない以外は実施例13と
同様にして、液晶表示素子を製造した。得られた液晶表
示素子について、実施例13と同様に印加電界強度とコン
トラスト比の関係を調べた。その結果を下記の表9と図
30(b)に示す。
ジメタン錯体の蒸着膜を形成する際に、あらかじめ合成
しておいた錯体をボートに入れ、基板温度室温、真空度
5×10-5Torr、蒸着速度5Å/secで 100Åの厚さに蒸着
し、かつ電界処理を施さない以外は実施例13と同様にし
て、液晶表示素子を製造した。得られた液晶表示素子に
ついて、実施例13と同様に印加した電界強度とコントラ
スト比との関係を調べた。その結果を下記の表9と図30
(c)に示す。
に、実施例13で得られた液晶表示素子においては、印加
した一定の範囲の電界強度の増減に応じてコントラスト
比が緩やかに増減した。従って、実施例13の液晶表示素
子でアナログ階調表示が可能であることがわかった。
から明らかなように、比較例5、6で得られた液晶表示
素子は、しきい値が急峻なカーブを有しているので、ア
ナログ階調性を有していないことが分かった。
膜に代えて、有機導電性化合物薄膜としてイッテルビウ
ムジフタロシアニン薄膜を形成しかつ電界処理を施さな
い以外は実施例13と同様にして、液晶表示素子を製造し
た。得られた液晶表示素子について、実施例13と同様に
印加電界強度とコントラスト比の関係を調べた。その結
果を下記の表10と図31(a)に示す。
界処理を施さない以外は実施例14と同様にして、液晶表
示素子を製造した。得られた液晶表示素子について、実
施例14と同様に印加電界強度とコントラスト比の関係を
調べた。その結果を下記の表10と図31(b)に示す。
に、実施例14で得られた液晶表示素子においては、印加
した一定の範囲の電界強度の増減に応じてコントラスト
比が緩やかに増減した。従って、実施例14の液晶表示素
子でアナログ階調表示が可能であることがわかった。
かなように、比較例7で得られた液晶表示素子は、しき
い値が急峻なカーブを有しているので、アナログ階調性
を有していないことが分かった。
ス基板にSiOを斜方蒸着した後、ガラス基板を水平に
し、SiO斜方蒸着膜上に、20Å厚のSiO垂直蒸着膜
を同条件で形成した。製膜後、空気中で 300℃でアニー
ル処理を行った。
1.4μm径のスペーサ(真し球:触媒化成株式会社製)
と紫外線硬化型接着剤(フォトレック:積水ファインケ
ミカル株式会社製)とを用いて、SiO垂直蒸着膜が対
向しかつSiO斜方蒸着膜の蒸着方向が互いに反平行に
なるように、液晶セルに組み立てた。このセルギャップ
に強誘電性液晶(CS−1014:チッソ株式会社製)
を注入して液晶表示素子を製造した。この液晶表示素子
の液晶は約10μm径のマイクロドメインを形成してい
た。
30Vの矩形波を1分間印加した後に、実施例13と同様に
印加電界強度とコントラスト比との関係を調べた。この
結果を図32に示す。
外は実施例15と同様にして、液晶表示素子を製造した。
この液晶表示素子について実施例15と同様に印加電界強
度とコントラスト比との関係を調べた。この結果を図32
に併せて示す。
して液晶表示素子を製造し、更にその印加電圧とコント
ラスト比との関係を調べた。その結果を図32に併せて示
す。
得られた液晶表示素子においては、しきい値幅が3V/
μm程度もあり、印加した一定の範囲の電界強度の増減
に応じてコントラスト比が緩やかに増減した。従って、
実施例15、16の液晶表示素子でアナログ階調表示が可能
であることがわかった。
較例8の液晶表示素子はしきい値幅が1V/μm程度し
かなく、従ってアナログ階調性を有していないことが分
かった。
ス基板にSiO斜方蒸着膜を形成した後、SiO斜方蒸
着膜上に、40Å厚のAg垂直膜を電子ビーム法により形
成した。この形成は、基板温度室温、真空度9×10-6To
rr、蒸着速度1Å/secという条件で行った。
1.4μm径のスペーサ(真し球:触媒化成株式会社製)
と紫外線硬化型接着剤(フォトレック:積水ファインケ
ミカル株式会社製)とを用いて、Ag垂直膜が対向しか
つSiO斜方蒸着膜の蒸着方向が互いに反平行になるよ
うに、液晶セルに組み立てた。このセルギャップに強誘
電性液晶(CS−1014:チッソ株式会社製)を注入
して液晶表示素子を製造した。
Vの矩形波を1分間印加した後に、実施例15と同様に印
加電界強度とコントラスト比との関係を調べた。この結
果を図33に示す。
晶表示素子を製造し、更にその印加電界強度とコントラ
スト比との関係を調べた。その結果を図33に併せて示
す。
れた液晶表示素子においては、しきい値幅が3V/μm
程度もあり、印加した一定の範囲の電界強度の増減に応
じてコントラスト比が緩やかに増減した。従って、実施
例17の液晶表示素子でアナログ階調表示が可能であるこ
とがわかった。
較例9の液晶表示素子はしきい値幅が1V/μm程度し
かなく、従ってアナログ階調性を有していないことが分
かった。
は実施例17と同様にして液晶表示素子を作製した。この
液晶表示素子について実施例15と同様に印加電界強度と
コントラスト比との関係を調べた。ただし、バイアス電
圧を±2.5 Vとし、Vreset パルスを±25Vとした。こ
の結果を図34に示す。
晶表示素子を製造し、更にその印加電界強度とコントラ
スト比との関係を調べた。その結果を図34に併せて示
す。
れた液晶表示素子においては、しきい値幅が3V/μm
程度もあり、印加した一定の範囲の電界強度の増減に応
じてコントラスト比が緩やかに増減した。従って、実施
例18の液晶表示素子でアナログ階調表示が可能であるこ
とがわかった。
較例10の液晶表示素子はしきい値幅が1V/μm程度し
かなく、従ってアナログ階調性を有していないことが分
かった。
て、以下のようにしてFLCディスプレイを作製した。
O透明電極付きガラス(ITO面抵抗=100 Ω/cm2、膜
厚 500Å)に日本合成ゴム社製のポリイミドJALS−
246を 500Åの厚みでスピンコートした。スピンコー
トの条件は、 300rpm 3秒、3000rpm 30秒であった。こ
のポリイミドをコートしたガラス基板を、レイヨン布を
ローラに巻き付け固定したラビング装置を用いて、毛の
押し込み深さを0.15mm、ローラの回転速度を 94rpm、ス
テージの送り速度を5cm/分とし、3回のラビングを行
った。
ルミナを、ソノコム社製のスペーサ散布機を用いて、1
mm2 中に散布密度として 300個となるように散布した
(これは、それ以上の散布濃度にするためには、アルミ
ナの微粒子が凝集を起こしてしまうためである)。この
基板上にさらに、2μmのスペーサを同じ散布機を用い
て散布した。この散布密度は、25個/mm2 とした。
東圧社製のストラクトボンドをシール剤として用いて、
基板の周辺部にスクリーン印刷機を用いて塗布した。そ
して、両者の基板を位置合わせした後、貼り合わせギャ
ップが 1.7μmに均一にとれるまで、均一に圧力を加え
た。その際、配向方向は、平行及び反平行の両方を作製
した。その圧力は、1kg/cm2であった。その貼り合わせ
状態のまま、セルを温風式ヒータに入れ、 180℃に2時
間置いて、シール剤を硬化させた。その後、ギャップを
大塚電子社製のセルギャップ測定装置を用いて測定する
と、 1.7μm±0.1 μmにセル全体にわたってギャップ
がコントロールされていることを確認した。
性液晶組成物:ZLI−3775を80℃で真空脱気後、
アイソトロピック温度領域である 110℃に昇温し、真空
中で注入した。この過程は、 1.5時間を要した。このセ
ルを室温に徐冷した後、直交した偏光板の間にはさみ、
顕微鏡下でその液晶分子配向性、および電気光学特性を
測定した。
全体を黒の状態にしても、光もれを起こしており、その
ことがセルのコントラストを低下させる主因となる黒レ
ベルの低下を引き起こしていた。
表示であるために、セルギャップは極めて均一に最適な
厚みにコントロールされなければならない。しかしなが
ら、0.5μmのアルミナを散布した近傍部分では、これ
がスペーサとして作用し、最適のセルギャップから大き
くずれてしまうために、色ムラが顕著に観測された。こ
のことは、いうまでもなく表示品位を大きく低下させ
る。このことは、スペーサが可視光の波長に対して、十
分な大きさをもつことによると考えられる。スペーサ散
布密度をいたずらに増すことは、スペーサの周りの光も
れにより、コントラストを低下してしまい、やはり好ま
しくない。
トテクスチャ構造は、上述した超微粒子の分散によるも
のであるから、光もれが低減し、また液晶の配向も乱す
ことはなく、誘電率分布による実効電界分布を効果的に
生ぜしめることができる。
ャとしては、配向処理方向にμmオーダーの細かな縞が
観測された。スペーサのまわりが全体を黒の状態にして
も、光もれを起こしており、そのことがセルのコントラ
ストを低下させる主因となる黒レベルの低下を引き起こ
している。また、スペーサの周りには、多くの欠陥が見
られ、そのことが光もれの大きな原因であると考えられ
る。
パルスをバイポーラで印加後、信号パルスとして、パル
ス幅1mm秒で、1Vから30Vまで電圧を変化させ、その
ときの透過率変化が通常の双安定モードの強誘電性液晶
と異なるかどうかを調べた。
と、スペーサの上の部分から液晶分子が動きはじめてい
くようには、顕微鏡下では見えず、スペーサの上の部分
では、液晶の分子配向は乱れており、決してユニフォー
ムではない(全体が黒ならば、輝点として観測され、全
体が白ならば、黒い点として観測される。いずれの場合
にも、コントラストを低下させる:図35参照)。
が、スペーサ部分(及びその近傍)から反転が起こるこ
ともあり、また、他の部分から反転スイッチングがはじ
まることも観測された。即ち、必ずしも、スペーサ部分
及びその近傍部分から反転スイッチングが起こるとは限
らない。
ンが広がるが、その広がりがしきい値電圧幅をもつなら
ば、スイッチング電圧幅をもたなければならない。しか
し、結果的には、しきい値電圧の幅の広がりは、従来系
に比較して殆ど見られなかった。即ち、この系でのしき
い値電圧幅は、1Vであった。また、電圧をDC的に変
化させて、そのスイッチングのドメインの変化を検討し
た結果、典型的なボート型ドメインであり、また、セル
の端の部分にジグザグ欠陥が散見されたことから、層構
造としては、 chevron構造であることが確認された。セ
ル全体のスイッチング特性としては、反転がスペーサ部
分及びその近傍から起きる場合もあるということであっ
て、通常のセルと同様のスイッチング特性であった。従
って、一画素内階調表示というレベルのものでは、到底
ありえないものであった。
30Vのリセットパルスをバイポーラで印加後、信号パル
スとして、パルス幅1mm秒で、1Vから30Vまで電圧を
変化させ、そのときの透過率変化が通常の双安定モード
の強誘電性液晶と異なるかどうかを調べた。
と、スペーサの上の部分から液晶分子が動きはじめてい
くようには、顕微鏡下では見えず、μmオーダーの細か
な、ラビング処理方向に出現した縞に沿って、スイッチ
ングが起こっていることが明らかになった。ここでも、
スペーサの上の部分では、液晶の分子配向は乱れてお
り、決してユニフォームではない(図35参照)。
密度を変化させてその影響を検討した。その結果、スペ
ーサの散布密度が0〜500 個/1mm2 のセルでは、セル
全体としてのスイッチング特性は、上に述べた 300個/
1mm2 の場合と同様であることが、実験によって確認さ
れた。
向の場合には 1.8μm、 1.5μmの中心値を持つもの
(いずれの場合も、±0.1 μmの間にセルギャップはコ
ントロールしてある。)でも、全く同様のデバイス特性
を示した。また、反平行セルにおいても、 1.5μm、
1.8μmの中心値を持つものをさらに検討したが、結果
は全く同様であった。
3−276126号のディスプレイは、その実施例に忠実に追
試実験を行った結果、階調表示技術として、同公報に述
べられているような効果は得られず、実用的な技術では
ないことが判明した。
が、上述した実施例は本発明の技術的思想に基いて更に
変形が可能である。
晶素子の各構成部分の材質、構造、形状、組み立て方
法、更には微細なマイクロドメインの形成に用いる超微
粒子の物性、種類等は種々に変更することができる。ま
た、超微粒子の添加方法も変更してよいし、その分布位
置は液晶中のみならず、配向膜上、或いは配向膜中であ
ってもよい。また、マイクロドメインを形成する他の方
法(電荷移動錯体の積層等)も同様に種々の変形が可能
である。
チャ構造は、既述したようにX線回折スペクトルによっ
て、X線入射角αが90度以下でピークが2つ以上存在す
ることに特徴があるが、X線入射角αが90度以上でピー
クが2つ以上存在していてもよい。要は、αが90度以下
又は以上でピークが少なくとも2つ存在していればよ
い。これは、従来技術による液晶セルの層傾斜角では、
αが90度付近でピークが1つしか存在しないか或いはα
が90度以下又は90度以上でピークが1つしか存在してい
ないものに比べて、本質的に異なる点である。
適な液晶素子について説明したが、表示素子では特に階
調性(中間調)を実現できる点で好ましいものである。
しかし、本発明は、表示素子に限らず、液晶素子をフィ
ルタやシャッタ、OA機器のディスプレイ画面、スクリ
ーンや、ウォブリング用の位相制御素子等にも適用可能
である。これらのいずれも、上述したしきい値電圧幅に
よって駆動電圧に応じた透過率又はコントラスト比を示
すことを利用して、従来にはない性能を得ることができ
る。
間に液晶が配されている液晶素子において、前記液晶を
スイッチングするためのしきい値電圧の異なる領域が微
細に分布していることを特徴とする液晶素子としている
ので、特に、一つの画素内において、しきい値電圧(V
th)の異なる微細な領域(マイクロドメイン)の発現に
より、印加電圧の大きさに応じてマイクロドメインの透
過率が比較的緩やかに変化することになる。そして、1
つのドメイン内では、液晶分子が双安定であるとメモリ
機能を有し、フリッカーフリーな静止画像が実現でき、
しきい値電圧の異なるμmオーダのドメインから一画素
が形成されていることから、高コントラストでアナログ
的な連続階調表示が可能となる。
や駆動法によらずとも実現できるので、液晶素子の作製
を低コストにして容易かつ確実に行うことができる。
性を示す透過率−印加電圧特性図である。
化を説明するための概略図(A)であり、同図(B)は
階調性のない場合の同様の概略図である。
るための概略図である。
である。
に、SiO斜方蒸着膜上にSiO以外の物質を蒸着させ
た場合の説明図である。
面図である。
比との関係を評価するためのパルス波形図である。
関係を比較して示す特性図である。
較して示すグラフである。
電圧とコントラスト比との関係を比較して示す特性図で
ある。
の粒度分布の標準偏差との関係を示すグラフである。
ある。
を説明するための概略図である。
スペクトル図である。
る。
す特性図である。
を示す特性図である。
る。
面図である。
る。
関係を示す特性図である。
である。
スト比との関係を比較して示す特性図である。
スト比との関係を比較して示す特性図である。
スト比との関係を比較して示す特性図である。
スト比との関係を比較して示す特性図である。
スト比との関係を比較して示す特性図である。
るための概略図である。
透過率−印加電圧特性図である。
Claims (24)
- 【請求項1】 一対の基体間に液晶が配され、前記液晶
をスイッチングするためのしきい値電圧の異なる領域が
微細に分布している液晶素子において、透明電極及び配
向膜をこの順に設けた一対の基板が所定の間隙を置いて
対向配置され、前記間隙内に強誘電性液晶が注入されて
いて、反転ドメインによる透過率が25%であるときに
2μmφ以上の大きさのドメインが1mm2の視野の中
に300個以上存在し、かつ、そのドメイン内でのしき
い値電圧幅が透過率10〜90%の範囲で2ボルト以上
であり、これによって階調表示を行えるように構成した
ことを特徴とする液晶素子。 - 【請求項2】 しきい値電圧の異なる複数のドメインを
構成する液晶分子のみかけのチルト角が、モノドメイン
の状態よりも±1°以上変化している、請求項1に記載
した液晶素子。 - 【請求項3】 しきい値電圧の異なる複数のドメインを
構成する液晶分子のコーン角の温度依存性が、モノドメ
インの状態よりも小さい、請求項1に記載した液晶素
子。 - 【請求項4】 しきい値電圧の異なる複数のドメインを
構成する液晶分子のみかけのプレチルト角の分布幅が、
一画素内で6°以上である、請求項1に記載した液晶素
子。 - 【請求項5】 2種類以上の電圧を印加して2種類以上
の階調レベルを得るように構成した、請求項1に記載し
た液晶素子。 - 【請求項6】 しきい値電圧の異なる微細領域を形成す
るために、微粒子が液晶に添加されている、請求項1に
記載した液晶素子。 - 【請求項7】 微粒子がpH2.0以上の表面を有して
いる、請求項6に記載した液晶素子。 - 【請求項8】 微粒子が50重量%以下の割合で液晶に
添加されている、請求項7に記載した液晶素子。 - 【請求項9】 微粒子がカーボンブラック及び/又は酸
化チタンからなっている、請求項6に記載した液晶素
子。 - 【請求項10】 カーボンブラックがファーネス法で作
製されたカーボンブラックであり、酸化チタンがアモル
ファス酸化チタンである、請求項9に記載した液晶素
子。 - 【請求項11】 階調表示特性を添加される微粒子の粒
度分布によってコントロールするように構成した、請求
項6に記載した液晶素子。 - 【請求項12】 微粒子の粒度分布の標準偏差が9.0
nm以上である、請求項11に記載した液晶素子。 - 【請求項13】 微粒子の比重が液晶の0.1〜10倍
である、請求項6に記載した液晶素子。 - 【請求項14】 微粒子が良分散性を示すように表面処
理されている、請求項6に記載した液晶素子。 - 【請求項15】 基体上に設けられた配向膜が複数の斜
方柱状体からなる斜方蒸着膜によって形成され、前記複
数の斜方柱状体間に導電性物質の少なくとも一部分が介
在している、請求項1に記載した液晶素子。 - 【請求項16】 導電性物質の導電率が蒸着膜及び/又
は液晶の導電率よりも大きい、請求項15に記載した液
晶素子。 - 【請求項17】 導電性物質の導電率が1×10-12S
/cm2以上である、請求項15に記載した液晶素子。 - 【請求項18】 電荷移動錯体、有機顔料、金属、酸化
物及びフッ化物からなる群より選ばれた物質が配向膜上
に積層されている、請求項1に記載した液晶素子。 - 【請求項19】 導電性の物質が配向膜上に積層されて
いる、請求項18に記載した液晶素子。 - 【請求項20】 配向膜が蒸着後にアニールされたもの
である、請求項15に記載した液晶素子。 - 【請求項21】 配向膜が酸化シリコンの蒸着層からな
っている、請求項1に記載した液晶素子。 - 【請求項22】 液晶の層傾斜角が配向膜近傍領域とこ
れ以外のバルク領域とで異なっている、請求項1に記載
した液晶素子。 - 【請求項23】 液晶の層傾斜角を示すX線回折強度の
ピークが、X線入射角90°以下又は90°以上におい
て少なくとも2つ存在する、請求項1に記載した液晶素
子。 - 【請求項24】 X線回折強度のピークの半値幅が3°
以上である、請求項23に記載した液晶素子。
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