JPS6370830A - 相転移型液晶表示素子 - 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】 〔概　要〕 双安定表示を可能とするヒステリシス硬化をもつネマテ
ィック−コレステリック相転移型液晶表示素子が開示さ
れる。この本発明の液晶表示素子は、液晶配向剤として
のポリスチレンの膜を特に基板上に有していることが特
徴である。本発明によれば、安定に駆動し得る大きさの
ヒステリシス幅が得られ、かつコントラストのよい表示
が得られる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液晶表示素子に関する。本発明は、さらに詳し
く述べると、特に電界によるネマティック−コレステリ
ック相転移に伴う電圧−光透過率の双安定性を利用する
方式の、即ち、ネマティック−コレステリック相転移型
の液晶表示素子に関する。

〔従来の技術〕

従来の液晶表示素子（ＬＣＤ）においては、周知の通り
、ツイステッドネマテインク（ＴＮ）方式が主流である
。しかし、このＴＮ型液晶表示素子はく液晶の立ち上が
り特性が急峻でないために、大容量のドツトマトリクス
表示を行おうとすると、表示しない点（非表示点）まで
半表示の状態になり、即ちクロストークを生じてしまい
、大容量表示をすることができない。さらに、このタイ
プの液晶表示素子では、大容量の表示を行おうとすると
視認角度が大幅に制限されてしまい、コントラストが掻
端に低下してしまう。このような欠点を補うべく多重マ
トリクス化などの努力が払われているというものの、こ
のＴＮ型液晶表示素子は、走査線の増加とともに視認角
度の範囲が狭まるという大型液晶ディスプレイに致命的
な欠点を有し、これを克服することができない。

このような状況下において、先ず線順次走査におけるク
ロストークと言う液晶にとって避けられない現象を打破
しかつ大容量表示を可能とするために、走査線本数５０
０本程度の大容量表示が可能である蓄積型液晶表示素子
が開発され、さらにこのタイプの液晶表示素子の改良が
重ねられた結果、相転移型液晶表示素子が開発された（
例えば特願昭５９−００９６６号明細書参照）。このＬ
ＣＤは、ＴＮ型のＬＣＤと同様の構成を有しているけれ
ども、駆動方式即ち光の制御方式においてＴＮ型のそれ
と相違する。このＬＣＤは、一般に、第１図に示すよう
に、液晶１．１組を透明電極（ＩＴＯ）４．５を備えた
ガラス基板２，３、配向膜６，７、およびこれらを保持
するスペーサー８からなり、電界の印加によって表示が
行われるように構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

正の誘電率異方性を示すネマティック−コレステリック
相転移型液晶表示素子の典型として、ネマティック液晶
にカイラリティを有する液晶を混合したネマティック−
コレステリック相転移型液晶を、２枚の対向する透明電
極付きガラス基板で作成した厚さ９μｍ程度のセルに封
入して、液晶セルを製作し、このセルに外部から電圧を
印加すると、第２図に示すような電圧射光透過率変化の
グラフが求められる。この印加電圧対光透過率の関係を
表すグラフから明らかなように、かかる液晶表示素子の
場合には、電圧Ｖｄでは光透過率の大きなＨ′と小さな
Ｆの２つの状態が存在する。

この双安定な状態を利用して表示を行おうとする方式が
相転移型液晶表示である。そしてこの方式は、大容量表
示ができること、フリッカがないこと、光散乱現象を利
用しているため視野角が広いことなど、現在における液
晶表示の主流となっているＴＮ液晶が有する欠点を持た
ない。しかし、一般に、第２図のＨ′状態は、電圧をＶ
ｄに保持しておくと、透過率の大きさが経過時間ととも
に小さくなり、最終的にはＨ′の位置の透過率がＦの位
置の透過率と同じになって表示不可能となる。

また、Ｈ′の状態を経過時間に対して安定に保持してお
くために、印加電圧をＶｄよりも大きなＶｄ’にすると
、Ｆの光透過率がＦ、まで上がり、結局コントラストの
非常に悪い表示となってしまう、従って、本表示方式を
実現するためには、第３図のような闇値電圧で光透過率
曲線の変化が鋭く、しかも立ち上がり曲線の電圧幅（ヒ
ステリシス幅）Δができるだけ大きいことが望ましい。

しかして、液晶セルのセル圧のばらつきによる駆動電圧
の変動や駆動回路側からの駆動素子のばらつきを考慮す
ると、駆動電圧に対するヒステリシス幅の割合は７％以
上であることが必要である。また、このヒステリシス幅
（△）は、実際に相転移型液晶表示を行うに必要な余裕
電圧幅であり、液晶材料のみならず、ガラス基板表面に
施す液晶配向膜によっても太き（変化する。従来技術と
して知られている液晶配向剤としてはポリイミドやシラ
ンカップリング剤があるが、これらを用いて処理した透
明電極付きガラス基板を用いて作成した液晶セルでは駆
動電圧約４０Ｖでヒステリシス幅（△）が１．６ｖ程度
（駆動電圧に対するヒステリシス幅の割合は４．０％）
と非常に狭いものとなり、一定電圧Ｖｄで表示を行うこ
とは不可能である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した問題点は、本発明に従って、液晶配向剤として
ポリエチレン、ポリスチレンまたはポリビニルフェノー
ルを用い、この配向剤を含有する膜を基板上に施すこと
によって解決することができる。

本発明によれば、即ち、双安定表示の可能なヒステリシ
ス効果を有するネマティック−コレステリック相転移型
液晶表示素子において、液晶配向剤としてポリエチレン
、ポリスチレンまたはポリビニルフェノールを含有する
液晶配向膜を有することを特徴とする液晶表示素子が提
供される。

基板上への液晶配向膜の適用は、任意の手法によって達
成することができる。例えば、ポリエチレン、ポリスチ
レンまたはポリビニルフェノールのいずれかを適当な溶
剤に溶解して得た約２〜３％の塗布溶液を、約１５００
〜２００Ｏｒｐｍの回転数でスピンコードすることによ
って成膜してもよい。

本発明に有用なポリエチレンとしては、分子量２万〜３
０万のものが好ましい。ポリスチレンとしては分子量１
０，０００〜１．ＯＯｏ、０００のものが好ましい。ま
た、ポリビニルフェノールとしては分子量１．０００〜
ｓｏ、ｏｏｏのものが好ましい。

本発明の実施において、液晶セルに封止されているネマ
ティック−コレステリック相転移型液晶の組成は特に限
定されるものではなく、当業者に公知のそのような液晶
組成のいかなるものをも用いることができる。なお、本
発明者らは、先に引用した特願昭５９−００９６６号明
細書や特願昭５９−１８０６３３号明細書の中で、有用
なネマティック液晶およびカイラリティを有する液晶（
カイラルネマティック液晶）の例のいくつかを記載して
いる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を記載して、本発明をさらに説
明する。

例　　１ 以下に、スピンコード法によってポリエチレン膜を形成
したものを例に説明する。なお、イオンブレーティング
法（真空器械工業＠　ＢＭＣ−５０００Ｐ）によって膜
を形成した場合も液晶素子の特性に変化はなかった。

配向剤および塗液　ポリエチレン（製鉄化学側、ＵＰ−
８０）をトリクロルエチレンに１重量％の濃度で加熱し
ながら溶解したのち、０．４５μｍのフィルタで濾過し
て塗液とした。

基　板　１００ｘｌＯＯＸ　１．１　ｍ＋ｓガラス板上
に、抵抗５０Ω／−の酸化インジウムを透明電極として
蒸着したものを、洗浄して基板とした。

塗　布　スピンコーターを７０℃の恒温槽に入れ、基板
を温めた状態で８０℃の塗液を用いて塗膜を形成した後
、１２０℃で１時間乾燥した。

セルギャップ　９μｍのグラスファイバをスペーサとし
てセルを形成した。

液　晶　ネマティック液晶として日本ロソシュ社製のネ
マティック液晶（寛２８０１）　　８７重量％、コレス
テリック液晶として不斉炭素を２個有するカイラルネマ
ティック液晶１３重量％を用い、これらの液晶を等労相
転移温度以上で混合して、相転移型液晶材料とした。

測定方法　この液晶セルのヒステリシス幅を次のように
して測定した。まず、ある電圧Ｖｄ。

に設定し、第４Ａ図に示す駆動波形で液晶セルを駆動す
る。このときの書き込み後の光透過率変化を時間に対し
て測定する。次に、電圧Ｖｄ、より少し高い電圧Ｖｄ２
にして、同様に光透過率変化を時間に対して測定する。

以下、順次Ｖｄ、−Ｖｄ４と電圧を高くしていき、コレ
ステリック相→ネマティック相への相転移が生じるまで
これ　゛を続ける。次に、第４Ｂ図に示す駆動波形でネ
マティック相を維持する高い電圧がら順次電圧を低くし
ながら同様な測定を行う。

このようにして得られた時間に対する光透過率変化のグ
ラフから書き込み後１０秒間経過した後の光透過率変化
をそれぞれの電圧に対してプロットしてその図からヒス
テリシス幅や駆動電圧を求めた。なお、このときの光透
過光強度をフォトセルを用いて測定した。ここで、書き
込み時間を４ｍｓ／１ｉｎｅとした。

実験結果 ヒステリシス幅　第５図ａに配向膜がない場合の、ｂに
ＰＶＡを配向膜とした場合の、Ｃにポリエチレンを配向
膜とした場合の、相転移型液晶素子の駆動特性をそれぞ
れ示す。第５図に示すように、ポリエチレンを用いて。

もＰＶＡの場合とほぼ同等のδが得られた。

塗布むら　ポリエチレンはトリクロルエチレンに溶解す
るので、塗液の表面張力を下げることができ、塗布むら
を低減することができた。

耐湿性　周囲をエポキシ樹脂で封止した液晶セルを、９
５％ＲＨ１４０℃の環境に交流電圧を印加した状態で設
置した。ＰＶＡを配向膜とするセルでは、１０００〜１
５００時間後に電極の変色（水分により電気抵抗が下が
り、ＩＴＯ電極が印加電圧のわずかな直流成分で還元さ
れた）が認められるとともに、電気抵抗が著しく低下（
１０”−１０’Ω／ｄ以下）した、しかし、ポリエチレ
ンを配向膜とするものでは、１５００時間経過後におい
ても、電極の変色は見られなかった。また、電気抵抗も
１０”０７４以上を保持することができた。

例２ 抵抗５０Ω／ｄの酸化インジウムを透明電極とした１０
０Ｘ１００　Ｘ　１．１ｍｍのガラス基板を洗浄し、次
にガラス基板上にポリスチレン（ポリサイエンス社製、
分子量約１０万）の溶液をスピンコータでコートした後
、１５０℃で１時間乾燥した。その後、セル厚９μｍの
ドライセルを作成した。このセルに、日本ロッシュ社製
のネマティック液晶（患２８０１）　８７重量％と、カ
イラル中心を２つ有するカイラルネマティック液晶１３
重量％とを混合して作成した相転移型液晶を注入し、液
晶セルを作成した。

この液晶セルのヒステリシス幅（△）を次のようにして
測定した。まず、ある電圧Ｖｄ、に設定し、第４Ａ図に
示す駆動波形で液晶セルを駆動する。このとき、書き込
み後の光透過率変化を時間に対して測定する。次に、電
圧Ｖｄ、より少し高い電圧Ｖｄ２を適用して同様に光透
過率変化を時間に対して測定する。以下、順次Ｖｄ、−
Ｖｄ４と電圧を高くしていき、コレステリック相−ネマ
ティック相への相転移が生じるまでこれを続ける。

次に第４Ｂ図に示す駆動波形でネマティック相を維持す
る高い電圧から順次電圧を低くしながら同様な測定を行
う。このようにして得られた時間に対する光透過率変化
のグラフから書き込み後一定時間経過した後の光透過率
変化をそれぞれの電圧に対してプロットすると、第６図
が得られる。なお、このときの光透過率はフォトセルを
用いて電圧として表している。第６図の測定では書き込
み時間４＋Ｉｌｓ／１ｉｎｅ、書き込み後１０秒後の印
加電圧射光透過率変化を示している。第６図のグラフか
らヒステリシス幅（△）を求めたところ、下記の第１表
に記載のように駆動電圧４９．ＯＶでヒステリシス幅（
△）が４．Ｏｖであった（駆動電圧に対する比率は８．
２％である）。この値は、先に説明した駆動電圧の変動
や駆動素子のばらつきを許容できることを意味する。さ
らに、コントラストは１：５であった。作成した液晶セ
ルは全面表示が可能であった。

例　３（比較例） ポリイミドを液晶配向剤として使用して、前記例２に記
載の手法を繰り返した。下記の第１表の結果から明らか
なように、ヒステリシス幅（△）が狭く、さらにコント
ラストが悪いので、作成した液晶セルは全面表示が不可
能であった。

例　４（比較例） シランカップリング剤を液晶配向剤として使用して、前
記例２に記載の手法を繰り返した。結果は、下記の第１
表に記載の通りであり、そして前記例３（比較例）に同
じであった。

例５ 前記例２に記載の手法を繰り返した。但し、本例の場合
、相転移型液晶として、ネマティック液晶（ＤＯＸＯ３
４）　８７重量％とカイラル中心を２つ有するカイラル
ネマティック液晶１３重量％を使用した。駆動電圧４５
．ＯＶにおけるヒステリシス幅は４．０■であった。

例６ 抵抗５０Ω／ｄの酸化インジウムを透明電極とした１０
０Ｘ１００　Ｘ　１．１　ｍｍのガラス基板を洗浄し、
次にガラス基板上にポリビニルフェノール（ポリサイエ
ンス社製、分子量約３万）の溶液をスピンコータでコー
トしたのち、１５０℃で１時間乾燥した。その後、セル
厚９μｍのドライセルを作成した。このセルに日本ロフ
シュ社製のネマティック液晶（ｌｋ２８０１）　　８７
重量％とカイラル中心を２つ有するカイラルネマティッ
ク液晶１３重量％とを混合して作成した相転移型液晶を
注入し、液晶セルを作成した。

この液晶セルのヒステリシス幅（△）を次のようにして
測定した。まず、ある電圧Ｖｄ、に設定し、第４Ａ図に
示す駆動波形で液晶セルを駆動する。このとき、書き込
み後の光透過早変化を時間に対して測定する。次に、電
圧Ｖｄ、より少し高い電圧Ｖｄ、を適用して同様に光透
過早変化を時間に対して測定する。以下、順次Ｖｄ、−
Ｖｄ。

と電圧を高くしていき、コレステリック相−ネマティッ
ク相への相転移が生じるまでこれを続ける。

次に第４Ｂ図に示す駆動波形でネマティック相を維持す
る高い電圧から順次電圧を低くしながら同様な測定を行
う。このようにして得られた時間に対する光透過早変化
のグラフから書き込み後一定時間経過した後の光透過早
変化をそれぞれの電圧に対してプロットすると、第７図
が得られる。なお、このときの光透過率はフォトセルを
用いて電圧として表している。第７図の測定では書き込
み、時間４ｍｓ／１ｉｎｅ、書き込み後１０秒後の印加
電圧射光透過率変化を示している。第７図のグラフから
ヒステリシス幅（△）を求めたところ、下記の第１表に
記載のように駆動電圧４４．８Ｖでヒステリシス幅（△
）が４．０■であった（駆動電圧に対する比率は８．９
％である）。この値は、先に説明した駆動電圧の変動や
駆動素子のばらつきを許容できることを意味する。さら
に、コントラストはｌ：５であった。作成した液晶セル
は全面表示が可能であった。

例７ 前記例６に記載の手法を繰り返した。但し、本例の場合
、相転移型液晶としてネマティック液晶（ＤＯＸＯ３４
）　８７重量％とカイラル中心を２つ有するカイラルネ
マティック液晶１３重量％とを使用した。駆動電圧４２
．ＯＶにおけるヒステリシス幅は３．８ｖであった。

ポリスチレン　（例２）　　　　　　　　　　　　　４
．０　　　　　　　　　１：５ポリイミド　　（例３）
　　　　　　　　　　　　１．６　　　　　　　　　　
ｔｅ３シラシカフブリング　剤（例４）　　　　　　　
１．６　　　　　　　　　１　　：　　３ポリビニルフ
ェノ−１シ　（例６）　　　　　　　　　４．０　　　
　　　　　　１：５〔発明の効果〕 本発明によれば、電圧射光透過率曲線が作るヒステリシ
ス幅を広くとることができるので相転移型液晶を用いた
大面積液晶表示をコントラストよく、安定に表示するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による相転移型液晶表示素子の一例を
示す構成図である。 第２図は、相転移型液晶の印加電圧対光透過率の関係を
表すグラフである。 第３図は、ヒステリシス幅（△）を定義するグラフであ
る。 第４Ａ図および第４Ｂ図は、それぞれ、相転移型液晶の
駆動波形を示すグラフである。 第５．６および７図は、それぞれ、実施例の実測データ
を表すグラフである。 図中、１は液晶、２および３はガラス基板、４および５
は透明電極、６および７は配向膜、そして８はスペーサ
である。 ネマティック−コレステリック 相転移型液晶のパネルの構成図 １−　液晶 ２．３−−−ガラス基板 ４．５−ｍ−透明電極 ６．７・−配向膜 ８−ｍ−スペーサ 印加電圧　（Ｖ） 第２図 印加電圧（ｖ） 第３図 第４Ａ図 第４８図 （ａ）配向膜なし

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、双安定表示の可能なヒステリシス効果を有するネマ
   ティック−コレステリック相転移型液晶表示素子におい
   て、液晶配向剤としてポリエチレン、ポリスチレンまた
   はポリビニルフェノールを含有する液晶配向膜を有する
   ことを特徴とする液晶表示素子。 ２、前記液晶配向膜が前記液晶配向剤を含有する溶液を
   塗布して形成したものである、特許請求の範囲第１項記
   載の液晶表示素子。 ３、前記液晶配向膜が前記液晶配向剤を蒸着して形成し
   たものである、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示素
   子。 ４、含まれる液晶が正の誘電率異方性を示す、特許請求
   の範囲第１〜３項のいずれかに記載の液晶表示素子。