CN1707319A - 双稳态型液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双稳态型液晶显示装置，在取向面上采用垂直取向和水平取向的组合，能实现双稳态性。本发明是在一对基板间夹持向列型液晶而成，一方的基板(2)上形成了实施一样的取向处理的取向膜(7)和电极，在另一方的基板(3)上形成了垂直取向区域(9a)和水平取向区域(9b)交替形成的取向膜(9)和电极，使接近另一方的基板的位置处的液晶分子的易取向轴的角度相对于成对的基板间的法线改变，变更使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向一方的基板侧的倾斜取向状态、或者使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向另一方的基板侧的倾斜取向状态，在各自的取向状态下，可发现双稳态的状态。

Description

双稳态型液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种双稳态型液晶显示装置，能取得向列型液晶的稳定的2个取向状态。
背景技术
一般地，使用向列型液晶的液晶显示装置，即使在显示着相同图像的期间，也必须对液晶施加持续性的电场。因此，在具备这种液晶显示装置的移动电话等液晶显示装置中，据说待机时的消耗功率达到十分之二。由这样的背景，形成了显示相同图像、在保持该显示期间不用施加电力的类型的双稳态型液晶显示装置的开发竞争。
对于这种双稳态型液晶显示装置，称为ZBD(Zenithal BistableDisplay：顶尖的双稳态显示器)的液晶显示装置广为人知。这个称为ZBD的液晶显示装置的基本结构是在成对的基板间夹持向列型液晶而构成的三明治结构，但是，一方的基板的取向膜的界面是垂直取向(或者是水平取向)，另一方的基板的取向膜的界面是设置特殊的微小光栅形状的结构，在光栅结构之上再实施垂直取向处理。
图8表示这种的ZBD类型的液晶显示装置的一例的概略结构，其构成如下：在上下成对的基板100、101之间填充液晶，在上基板100的下面侧形成具有1～2微米左右的深度和间距的凹凸的、微小的截面为三角形的光栅部103，在上基板100的光栅部103的表面实施垂直取向处理，在下基板101上形成的图示省略的取向膜是全面垂直取向区域，相对于在上基板100或下基板101的外侧配置的正交偏光镜对应，使光栅部103的槽方向(图8的垂直纸面方向)是±45°方向。
在图8中省略了以上的结构，但是，在基板100、101外侧以交叉偏光镜的条件配置偏光板，由此具有如下构成，即如图8A所示，在施加驱动脉冲电场，使电力线在E1的方向上(在向上方向)作用的情况下，显示成为暗状态，如图8B所示，在施加驱动脉冲电场，使电力线在E2方向(在向下方向)作用的情况下，显示成为亮状态；施加了各驱动脉冲以后，即使去掉电场，也能保持那2个各液晶取向状态，而成为双稳态结构。
如以上的例子构成的ZBD类型的液晶显示装置的基本概念和具体的结构在以下的专利文献1、2中公开。
【专利文献1】日本特表平9-508714号公报
【专利文献2】日本特表2002-500383号公报
以先前说明的结构为代表的ZBD型的液晶显示装置，在上基板100的液晶侧必须形成光栅部103，该光栅部103是微小的微米级大小的周期性的三角形形状，并且，在其表面表现垂直取向性，但是，将这样的1～2微米左右的微小的周期性的凹凸部形成为准确的形状，还在其上付与垂直取向性，以现时的成膜技术在技术上存在极困难的问题。因此，现在该ZBD型的液晶显示装置作为研究用出现，不用于大量生产，为量产必须进行各种技术开发。
此外，若根据先前的专利文献等，作为ZBD液晶显示装置，不是以先前的垂直取向状态的两种形式，而是以垂直取向状态、和与基板水平的均匀取向状态实现双稳定性的技术也为人所知，但是，例如在光栅部103a，如图8(A)所示地三角凸部的一个斜面103a和另外的斜面103b的方向不同，因此，在之前的均匀取向状态的液晶取向状态下，在沿哪一面的液晶的取向性上，由分极的面产生不合理，例如排列向取向状态转移时的液晶的时候，没有规定液晶的取向状态向右侧倒下后开始取向，还是向左侧倒下后开始取向，因此，在向右和向左产生液晶的方向不同的多个随机的畴(domain)，由于这些畴的出现，具有导致显示不均匀的可能性。
因此，从以往开始实现双稳态液晶显示装置的情况下，期望不用形成制作困难的微小光栅结构、就能实现液晶分子的双稳态化结构。
发明内容
本发明为解决上述课题提出，其目的在于，提供一种双稳态型液晶显示装置，采用去掉在以往结构中必需的微小光栅部的结构，也能实现双稳态性。此外，本发明的目的在于，提供一种双稳态型液晶显示装置，没有畴等的出现、制造容易、能实现双稳态化。
本发明是一种双稳态型液晶显示装置，是在一对基板间夹持着向列型液晶而形成，在上述一对基板中，在一方的基板上形成实施了一样的倾斜取向处理的取向膜和液晶驱动用的电极，在另一方的基板上形成交替形成了垂直取向区域和水平取向区域的取向膜和液晶驱动用的电极；并且，从上述一方的基板的电极和另一方的基板的电极，施加产生朝向上述一方的基板侧的电力线的电场的情况下、和施加产生朝向上述另一方的基板侧的电力线的电场的情况下，使接近上述另一方的基板的位置处的液晶分子的易取向轴的角度相对于成对的基板间的法线改变，变更使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向一方的基板侧的倾斜取向状态、或者使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向另一方的基板侧的倾斜取向状态，在各自的取向状态下，可发现双稳态的状态。
本发明的又一种双稳态型液晶显示装置，是在一对基板间夹持着向列型液晶而构成，在上述一对基板中，在一方的基板上形成实施了一样的倾斜取向处理的取向膜，在另一方的基板上形成交替形成了垂直取向区域和水平取向区域的取向膜，在上述成对的基板的至少一方形成横向电场产生用的液晶驱动用的电极；并且，从上述液晶驱动用的电极，在沿着上述交替形成的垂直取向区域和水平取向区域的方向施加横向电场的情况下、和在与上述方向相反的方向上施加横向电场的情况下，使接近上述另一方的基板的位置处的液晶分子的易取向轴的角度相对于成对的基板间的法线改变，变更使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向一方的基板侧的倾斜取向状态、或者使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向另一方的基板侧的倾斜取向状态，在各自的取向状态下，可发现双稳态的状态。
一般地，向列型液晶定义为楔子形液晶分子或香蕉形液晶分子等不同形状的液晶分子的集合体，在向列型液晶没有附加变形的通常状态下，这些各种不同形状的液晶分子的宽的部分和窄的部分相互进入，向列型液晶外面看去成为双极子力矩被抵消的状态，并保持着稳定的状态。
但是，在作为这些各种形状的液晶分子的集合体的向列型液晶的取向状态中，如果作用喷射和弯曲这样的变形，则对双极子力矩产生偏差，结果产生分极，能将该现象称为弯电效应引起的分极现象。并且，由该弯电效应引起的分极的大小，能根据楔子形液晶分子的喷射变形引起的自发分极的值、和香蕉型液晶分子的弯曲变形引起的自发分极的值的合计值导出。
即，由于负担了喷射变形或弯曲变形的向列型液晶具有自发分极，如果对该向列型液晶施加规定的电场，向列型液晶获得与自发分极对应的特定的取向状态。利用该自发分极的作用，用两基板的取向膜，使被夹持在一对基板间的液晶取向为产生合适的自发分极的状态，则向列型液晶根据发现的自发分极选择电场的施加条件，通过改变电场的施加条件，使其在向列型液晶中能发现双向稳定性。并且，通过一端电场取向的先前的特定取向状态的向列型液晶，即使除去电场，也稳定地维持自发分极的状态，因此，为了要保持该状态或变换为其它状态，必须施加其它方向的特别的电场。
为实现先前的双稳态状态，对一方的基板的取向膜实施一样的倾斜取向处理，对另一方的基板交替形成垂直取向区域和水平取向区域，在对向列型液晶付与变形、使其发现自发分极的状态下，从双方的基板的电极，在基板垂直方向上产生朝向一方的基板的电力线的情况下、或产生朝向另一方的基板的电力线的情况下，能切换基于向列型液晶的自发分极的两个稳态化取向状态，使发现双稳态性成为可能。
此外，施加电场的方向不限于先前的两个方向，对于成对的基板间封入液晶的结构，也可以是基板面方向不同的两个方向，即在两个方向切换横向电场的方式。
本发明的特征是，通过弯电效应对上述向列型液晶赋予弯电分极，可变更通过该弯电分极引起的扭转和取向流动效应引起的扭转而生成的双稳态状态。
通过弯电分极的扭转，由此能发现出现与施加的电场对应的2个稳定状态的双稳态性，但是，也产生由对应于电场而取向的液晶引起的取向流动效应，全部液晶圆滑地显示目标的取向性。通过该取向流动效应，在设置有电极的部分以外的区域上存在的液晶也圆滑地流动取向，能在液晶全体发现双稳态性。为了使液晶分子同样取向，通过该弯电分极的扭转作用、和通过取向流动效应的取向控制力具有充分的控制力，因此，与设置微小的光栅部、由此实现双稳态性的ZBD型的液晶显示装置比较，不必设置光栅部，用垂直取向区域和水平取向区域的交替形成结构较好地构成，因此，能提供一种双稳态型液晶显示装置，能简化结构、制造变得容易，并且，也能解决在ZBD型液晶显示装置中可能产生的、由于形成多畴而显示不良的问题。
本发明的特征在于，沿着在上述另一方的基板上交替形成的垂直取向区域和水平取向区域的交替形成方向，或者沿着与上述交替形成方向垂直的方向，对上述另一方的基板侧的取向膜实施摩擦(ラビング)处理。
并且，垂直取向区域和水平取向区域的配置状态，使那些区域的宽度和间距设为1～10微米的范围，最好是1～2微米的范围。这些垂直取向区域和水平取向区域的配置状态，如果双方的区域的合计面积几乎相同，可以是任意的配置，也可以是以下配置的任何一种：条状的交替配置，棋盘格子形状或格子形状的交替配置，作为液晶彩色滤光片用的配置通常为人所知的条状配置或马赛克配置等配置方式，或者是随机配置方式或随机数配置方式等。
本发明的特征在于，上述一方的基板的、实施一样的倾斜取向处理的取向膜的预倾角设为40±5°的范围，上述另一方的基板的取向膜的水平取向区域的预倾角设为20±5°的范围。
作为可靠地获得双稳态性的取向膜的预倾角，能例示这些角度。
本发明可采用如下结构：在上述另一方的基板中，垂直取向区域和水平取向区域分别形成为条状，这些各区域沿着上述基板的面方向交替排列。
本发明还可以采用如下结构：在上述另一方的基板中，垂直取向区域和水平取向区域分别形成为矩形，这些各区域沿着上述基板的面方向交替排列而成。
在上述另一方的基板中垂直取向区域和水平取向区域的状态可以是条状交替配置、以棋盘格子形状或格子形状交替配置、随机交替配置等任意的形状，但是，使垂直取向区域和水平取向区域的合计面积几乎相等，由此能成为难以产生取向不均匀或畴的双稳态型液晶显示装置。
本发明可采用如下结构：在上述基板的外侧配置光学补偿薄膜，在上述另一方的基板的水平取向区域中的液晶的取向方向、和上述光学补偿薄膜的偏光轴的方向是±45°交叉状态。
发明效果
本发明对一方的基板的取向膜实施一样的倾斜取向处理，对另一方的基板的取向膜交替形成垂直取向区域及水平取向区域，因此，将交替地形成了垂直取向区域及水平取向区域的取向膜最近的液晶分子，交替地取向控制成垂直取向状态和水平取向状态，由此使产生弯电分极，但是，这些交替被取向控制的、与垂直取向区域最近的液晶分子、和与水平取向区域最近的液晶分子，还受到电场的作用而相互作用，随着垂直取向状态的取向膜和水平取向状态的取向膜远离，与这些区域对应的位置的液晶分子，在另一方的基板的取向膜整个区域中，通过电场的切换，将易取向轴的角度相对于成对的基板间的法线成为+β°或-β°，在这2个状态下得以发现双稳态性，能够提供双稳态型液晶显示装置。
由此，能够提供一种双稳态型液晶显示装置，不用形成作为双稳态型液晶装置为人所知的以往的ZBD型的液晶显示装置必需的、微小的十分之一微米级的大小的周期性的三角形的突起部，也能通过电场的外加状态的变更切换。
附图说明
图1是表示本发明的液晶显示装置的概略构成的的构成图。
图2是表示上述液晶显示装置的液晶分子的第一稳定取向状态的一例，图2A是液晶分子整体的取向状态的示意图，图2B是最靠近取向膜的液晶分子的取向状态的示意图。
图3是表示上述液晶分子的第二稳定取向状态的一例，图3A是液晶分子整体的取向状态的示意图，图3B是最靠近取向膜的液晶分子的取向状态的示意图。
图4是表示液晶分子的喷射变形状态和弯曲变形状态的各自的一例的示意图。
图5A是表示本发明的第二实施方式的液晶显示装置的液晶分子的第一稳定取向状态的一例的示意图；图5B是表示本发明的第二实施方式的液晶显示装置的液晶分子的第二的稳定取向状态的一例的示意图。
图6是表示模拟了本发明的液晶分子的取向状态一例的状态的一部分的示意图。
图7是表示模拟了本发明的液晶分子的取向状态一例的状态的其它部分的示意图。
图8是表示在以往的ZBD型液晶显示装置中的液晶分子的排列状态，图8A是表示1个液晶分子稳定取向状态的示意图，图8B是表示其它液晶分子稳定取向状态的示意图。
具体实施方式
接着，参照附图说明本发明的液晶显示装置的第一实施方式。
并且，在以下的全部附图中，为了便于看图，适当地改变各构成元素的厚度或尺寸等的比例等表示。
图1是本发明的液晶显示装置的构成概略图，图2是表示该液晶显示装置的取向膜和液晶分子的第一稳定取向状态的一例的说明图，图3是表示该液晶分子的第二稳定取向状态的一例的说明图。
图1中表示的液晶显示装置E的构成如下：用密封材4将夹持由向列型液晶构成的液晶层1而对置的的、由玻璃或树脂等构成的第一基板2和第二基板3，接合成一体。在上述第一基板2的液晶层1侧的面上，依序层叠了显示电路6和取向膜7，在上述第二基板3的液晶层1侧的面上，分别形成有显示电路8和取向膜9。
在图1所示的液晶显示装置E中，只记载了作为液晶显示装置的主要部分，但是，该液晶显示装置E作为反射型液晶显示装置的情况下，是在第一基板2侧设置金属反射膜等反射面而构成，使单元间隙成为反射型要求的值，根据需要设置位相差板或偏光板而构成。将该液晶显示装置E作为透射型液晶显示装置的情况下，是将第一基板2作为透明基板、在其背面侧设置背光灯而构成，使单元间隙成为透射型要求的值，根据需要设置位相差板或偏光板构成就可以。
此外，虽未图示，但在图1所示的显示电路6、8上形成用于驱动液晶层1的液晶分子的、由透明导电膜或金属反射膜等构成的电极层，使驱动用的电场能施加在液晶分子上。其中的电极层的形状，如果是无源(パツシブ)型的液晶显示元件，则在第一基板2侧排列多个条形电极而形成，在第二基板3侧，在与先前的条形电极交叉90°的方向上排列多个其它的条形电极而构成。此外，如果是有源型液晶元件，则在显示电路6、8的任一个上，对每个像素设置作为有源元件的薄膜晶体管或薄膜二极管元件、和像素电极，在剩余的显示电路侧设置公共电极，可以按每个像素驱动液晶分子。如果是在这些基板2、3间的对置电极结构，则可以根据需要切换产生由基板2侧朝向基板3侧的电力线的外加电场、和产生由基板3朝向基板2侧的电力线的外加电场。
并且，省略图1所示的基板3侧的显示电路8而构成，也可以将设置在基板2侧的电极，作为多个梳齿状的电极相隔规定间隔而对置配置的形态的横向电场产生用的电极结构。如果是产生该横向电场用的电极结构，可以用如下构成实现目的：适当切换产生朝向基板2或基板3的面方向中的任意一个方向的电力线的第一横向电场、和产生朝向与之前的方向相反方向(180°的相反方向)的电力线的第二横向电场而产生，可切换先前的第一横向电场和第二横向电场。
并且，对于先前的任意的电极结构，当然也可以根据情况，在第一基板2侧或第二基板3侧适当配置进行彩色显示的彩色滤光片等，作为彩色显示型的液晶显示装置。
在本发明中，不论是否有这些电极或显示电路、驱动元件、彩色滤光片的方式，能应用在任意形式的液晶显示装置中，因此，图1中只表示了作为液晶显示装置的基本结构的液晶层1、基板2、3、密封材4、显示电路6、8、以及取向膜7、9。
在本实施方式的液晶显示装置E中，特征性的一点在于，第一基板2侧的取向膜7的液晶层1侧的整个面形成为一样的倾斜面取向区，第二基板3侧的取向膜9沿着图1的左右方向交替地排列条状的垂直取向区域9a和水平取向区域9b而形成。
在该方式中，作为一例，这些垂直取向区域9a和水平取向区域9b形成向图1的纸面垂直方向延伸的条状区域的集合结构；取向膜9整体的摩擦方向成为在图1的纸面左右方向上向着右侧的方向(与各区域的条方向正交的方向，即图1的R1的方向)。并且，，该摩擦方向是在图1的纸面左右方向上向着左侧的方向(与图1的R1方向相差180°的方向)也无妨。
这些条状的垂直取向区域9a和水平取向区域9b的宽度，最好全都是1～10微米程度的范围、更好是1～2微米的程度。并且，先前的摩擦方向也可以是相对于之前的R1方向垂直的方向(相差90°的方向)，关于那样构成时的结构在后面叙述。
此外，相对于第一基板2侧的取向膜7的、向列型液晶的预倾角P2，随着液晶的弹性常数、取向膜7的锚定(Anchoring)强度、取向膜9中的水平取向部分的预倾角、以及在取向膜9中的水平取向部分和垂直取向部分各自的锚定强度，有些变动，最好是大约20°左右或70°左右。其中20°左右、或者70°左右，表示20°±5°的范围、或者70°±5°的范围。
图2和图3所示的结构例，表示相对于取向膜7的向列型液晶的预倾角P2设为20°左右时的结构，相对于取向膜7的向列型液晶的预倾角P2设为70°左右时的结构表示在图5上，关于图5的结构后面叙述。
在图2、图3所示的结构中，图2A和图3A表示上下的取向膜7、9和位于它们之间的液晶分子的电场施加时的代表性的液晶分子的方向，图2B和图3B表示取向膜9的施加最近电场时的液晶分子的取向状态。在图2A、图3A中，第二基板3侧的取向膜9的水平取向区域中的向列型液晶的预倾角，期望是0°或与其接近的角度范围0～5°程度，垂直取向区域中的向列型液晶的预倾角，期望是90°或与其接近的角度范围85～90°程度。
适当选择液晶的弹性常数、界面锚定强度，使这些各构成的第二基板3侧的取向膜9附近的平均的液晶分子le的易取向轴，在图2A、图2B所示的情况下成为大致+45°，图3A、图3B的情况下成为大致-45°。
此外，图2、图3所示的例中，在第二基板3侧的取向膜9中的水平取向区域的易取向轴，与条状的各区域的长度方向垂直(与图2、图3的R1方向平行)，并且，在第一基板2侧的取向膜7中的一样的倾斜取向区域的易取向轴(摩擦方向)，也与条状的各区域的长度方向垂直(与图2、图3的R1方向平行)。
其中，也可以将在第二基板3侧的取向膜9中的水平取向区域的易取向轴(摩擦方向)设定成与条状的各区域的长度方向平行，这种情况下，可以配置成，使第一基板2侧的取向膜7的易取向轴(摩擦方向)，也与条状的各区域的长度方向平行。
在图2A、图3A所示的例中，为了说明的简略化，只图示了将在第二基板3侧的取向膜9中的水平取向区域的易取向轴设为与条状的各区域的长度方向垂直的结构。
上述取向膜7、9的构成材料是由例如聚酰亚胺、SiO2的斜向蒸镀膜、卵磷脂类或硅烷类树脂等构成。由于这些取向膜上存在预倾角为1～2°直至预倾角为88°程度的各种变动(variation)，能适当应用这些。
在以上构成的液晶显示装置E中，如图2所示，由设置在上下的显示电路6、8中的电极，施加产生向左的电力线E1或者从第二基板3侧的取向膜9一侧向着第一基板2侧的取向膜7的电力线T1(向下的电力线)的电场，取向膜7、9间的向列型液晶的各液晶分子如图2A、图2B所示那样地取向。
例如，如图2A所示，接近取向膜7的液晶分子1a的取向方向沿着R1方向，其预倾角P2相对于基板2侧的取向膜7构成大约-20°，到液晶层1的厚度方向中央部侧附近的液晶分子1b几乎成水平，比那个更接近第二基板3侧的取向膜9的液晶分子1c是稍微倾斜的状态，比那个更接近基板3侧的取向膜9的液晶分子1d是倾斜大约+30°的状态，比那个更接近第二基板3侧的取向膜9的液晶分子1e成为以大约+45°的预倾角倾斜的均匀状态。并且，如图2A所示，液晶分子沿着摩擦方向R1取向，同时，在左上方向(右下方向)，将发现了大约+45°的预倾角的状态称为液晶分子易取向轴的+45°取向状态。
在此，根据图2B在以下说明关于接近取向膜9的位置的液晶分子1e同样地以接近+45°预倾角取向的理由。
在取向膜7和取向膜9之间存在的多数的液晶分子中，在最接近取向膜9的位置上存在的液晶分子，如在图2B中放大表示，在垂直取向区域9a的取向膜的最近位置成为垂直取向状态，在水平取向区域9b的取向膜的最近位置成为水平取向状态。但是，在自取向膜9有些距离的位置(相距数个分子左右的位置)存在的液晶分子，在垂直取向区域9a，通过相邻的水平取向区域9b的影响和电场的影响，即通过弯电分极(フレツクスエレクトリツク分極)的扭转和通过取向流动效应的扭转产生的影响，在垂直取向区域9a，其两侧，即水平取向区域9b侧的液晶分子从稍微垂直取向状态成为倾斜取向状态。此外，同样地，在自取向膜9有些距离的位置(相距数个分子左右的位置)存在的液晶分子，在水平取向区域9b中，通过相邻的垂直取向区域9a的影响和电场的影响，即通过弯电分极的扭转和取向流动效应的扭转产生的影响，在水平取向区域9b其两侧，即垂直取向区域9a侧的液晶分子从稍微水平取向状态成为倾斜取向状态。
通过这样的弯电分极的扭转和取向流动效应的扭转产生的影响，由此，在离取向膜9有些距离的位置(相距数个分子左右的位置)存在的液晶分子1e同样以+45°的预倾角取向。
在图2A中，记载了该位置的液晶分子1e是最接近取向膜9的液晶分子，详细地说，如图2B所示，随着远离取向膜9，液晶分子的取向性逐渐变化，液晶分子1e同样以+45°预倾角取向。液晶分子这样的取向，在如图2A所示的情况那样施加向左的横向电场的情况下、或施加向下的纵电场的情况下，是同等的，即使施加任意的电场，都成为图2A所示的取向状态。即，原因在于，在图2A的情况下，液晶的弯电分极的方向在左方向有些向下。
在此，如果考察实际的液晶分子的大小，相当于一个平均的液晶分子的长度是2纳米左右，其宽度是长度的1/3～1/10程度，是十分之一纳米级程度，因此，在单元间隙为数微米的基板2、3之间，即使纵向排列，也存在数万个液晶分子，因此，在离其中的取向膜9数层左右的区域，存在如图2B所示的取向机理，由于这个原因，液晶分子1e同样以+45°的角度+β(相对于基板2、3的垂线、即基板2、3的法线H，使图2A所示的液晶分子的易取向轴的右端侧向取向膜7侧、使左端侧向取向膜9侧倾斜的取向状态)被限制取向。
在图2A所示的状态下，液晶分子1a～1d稳定化，除去来自电极的电场后，也保持图2A所示的状态，因此，图2A所示的取向状态成为第一稳定化状态，在取向膜7和取向9之间存在的液晶分子在此为喷射取向状态。并且，在取向膜7和取向膜9之间存在的液晶分子1a～1e沿着摩擦方向R1的方向排列，因此，俯视时的这些全部的液晶分子1a～1e沿着摩擦方向R1的方向排列。
接着，对图2A所示的取向状态，如图3A所示，由液晶显示装置E中的设置在上下方的显示电路6、8上的电极，施加产生向右的横向电场E2、者或从第一基板2侧的取向膜7侧向着第二基板3侧的取向膜9侧的电力线T2的电场的情况下，向列型液晶的各液晶分子如图3A所示地取向。
例如，接近取向膜7的液晶分子1a的预倾角，相对于取向膜7大约成-20°，到液晶层1的厚度方向中央部侧附近的液晶分子1b大约成-30°，比那个更接近第二基板3侧的取向膜9的液晶分子1c大约成-35°，比那个更接近第二基板3侧的取向膜9的液晶分子1d成为倾斜-40°左右的状态，比那个更接近第二基板3侧的取向膜9的液晶分子1e成为以接近-45°的预倾角度倾斜的取向状态。在该图3A中所示的状态下，液晶分子1a～1e稳定化，去掉来自电极的电场后，也保持图3A所示的状态，因此，图3A所示的取向状态为第二稳定化状态。
在此，根据图3，在以下说明接近取向膜9侧的液晶分子1e同样以接近-45°取向的理由。
在取向膜7和取向膜9之间存在的多个液晶分子中，如图3B所示，在最接近取向膜9的位置存在的液晶分子，在垂直取向区域9a的垂直取向膜最近位置成为垂直取向状态，在水平取向区域9b的取向膜最近位置成为水平取向状态。但是，在由取向膜9有些距离的位置存在的液晶分子，在垂直取向区域9a中，通过相邻的水平取向区域9b的影响和电场的影响，即通过弯电分极的扭转和取向流动效应的扭转产生的影响，在垂直取向区域9a中，其两侧即水平取向区域9b侧的液晶分子，从稍微垂直取向状态变成倾斜取向状态。此外，同样地，在自取向膜9有些距离的位置存在的液晶分子，在水平取向区域9b中，通过相邻的垂直取向区域9a的影响和电场的影响、即通过弯电分极的扭转和取向流动效应的影响，在水平取向区域9b中，其两侧即在垂直取向区域9a侧的液晶分子，从稍微水平取向状态成为倾斜取向状态。通过这样的弯电分极的扭转和取向流动效应的扭转产生的影响，在自取向膜9有些距离的位置的液晶分子1e同样以-45°的预倾角取向。
在图3A中，记载了该位置的液晶分子1e作为最接近取向膜9的液晶分子，详细地说，如图3B所示，随着远离取向膜9，液晶分子的取向性逐渐变化，液晶分子1e同样以-45°的预倾角取向。液晶分子这样的取向，在如图3A所示的情况那样，在施加向右的横向电场的情况下或施加向上的纵电场的情况下，是同等的，即使施加任意的电场，也成为图3A所示的取向状态。即，其原因在于，在图3A的情况下，液晶的弯电分极的方向是向右方且稍微向上。
在此，考察实际的液晶分子的大小，一个平均的液晶分子的长度是2纳米左右，其宽度是长度的1/3～1/10程度，是十分之一纳米程度，因此，即使在单元间隙为数微米的基板2、3之间纵向排列，也存在数万个的液晶分子，因此在离其中的取向膜9数层程度的区域存在图3B所示的取向机理，由于这个原因，液晶分子1e同样以+45°的角度+β(相对于基板2、3的垂线、即基板2、3的法线H，成为图3所示的液晶分子的易取向轴的右端侧朝向取向膜9侧、易取向轴的左端侧朝向取向膜7侧而倾斜的取向状态)被限制取向。
在图3A表示的状态下，液晶分子1a～1d被稳定化，即使去掉来自电极的电场，也保持图3A所示的状态，因此，图3A所示的取向状态为第二稳定化状态，在取向膜7和取向膜9之间存在的液晶分子1a～1e在这里不成为喷射取向状态。在取向膜7和取向膜9之间存在的液晶分子1a～1e排列在摩擦方向上，因此，俯视时这些全部的液晶分子1a～1e沿着摩擦方向R1排列。
通过以上的说明，在图2A所示的状态和图3A所示的状态中，例如通过施加的电场的方向，使接近取向膜9侧的液晶分子1e能在+45°方向和-45°方向切换，对于接近取向膜9侧的液晶分子1e，成为能实现液晶分子的朝向相差90°的2个稳定化状态，能实现双稳态性。
接着，以下说明如前所述地通过产生电力线E1或E2的电场、或产生向下或是向上的电力线T1或T2的电场，向列型液晶取得第一取向状态和第二取向状态时的取向控制力的产生机构。
一般地，向列型液晶定义为如图4所示的代表为楔子形液晶分子10或香蕉型液晶分子11等的不同形状的各种液晶分子的集合体，在向列型液晶上没有附加变形的通常状态下，这些各种不同形状的液晶分子的较宽部分(分子结构的宽的部分)和狭窄的部分(分子结构的尖的部分)相互进入，在外观上向列型液晶作为抵消双极子力矩的状态保持稳定状态，分极P成为0。但是，在作为这些各种形状的液晶分子的集合体的向列型液晶的取向状态中，如果作用喷射(扩散)或弯曲这样的变形，双极子力矩上产生偏差，结果产生分极P，可以将该现象称为弯电效应引起的分极现象。
并且，利用该弯电效应的分极P的大小，在向列型液晶中，能根据楔子形液晶分子10的喷射变形引起的自发分极P的值、和香蕉型液晶分子的弯曲变形引起的自发分极P的值的合计值导出，该值控制向列型液晶的分极。
为便于理解这些状态而记载的是图4，如果将喷射变形引起的偏差施加在楔子形的液晶分子10的集合体上，产生如图4的P3所示的自发分极P；如果将弯曲变形施加在香蕉型的液晶分子11的集合体上，产生如图4的P4所示的自发分极。即，负担了喷射变形或弯曲变形的向列型液晶，具有作为与自发分极P3+自发分极P4近似的合计值的自发分极P的值，因此，如果对该向列型液晶施加规定的横向电场E1或E2，或施加向下的电场T1或向上的电场T2，则向列型液晶自然地获得与自发分极P的值或方向对应的特定的取向状态，即，产生弯电效应引起的扭转，液晶分子受到其扭转的影响而取向，其状态稳定化。
此外，由弯电效应产生的扭转，通过取向流动性，也容易地传播到相邻的其它液晶分子，此外，通过由弯电效应引起的扭转产生了取向的液晶分子的流动，也传播到与通过由弯电效应引起的扭转而产生了取向的液晶分子相邻的其它液晶分子，其它的液晶分子也依次同样取向，由此使全体的液晶分子成为规定的取向状态。
此外，在通过伴随液晶分子流动的扭转而传播，其它液晶分子变换取向方向的情况下，使其它的液晶分子随着相同方向的流动取向，因此，在以往的ZBD型的液晶显示装置中有可能产生的、多数的畴的发生，在本方式的液晶显示装置E中是不发生的。因此，能获得不出现畴的显示清楚的取向状态。
利用先前说明的自发分极引起的扭转作用，如果在两基板的取向膜上，使在一对基板间夹持的液晶取向为产生合适的自发分极P的状态，即，如果成为根据图2或图3先前说明那样的取向状态，则根据向列型液晶发现的自发分极P选择电场的施加条件，而能够在向列型液晶发现双向稳定性。
为此，如前面说明，在一方的基板2的取向膜7上实施同样的取向处理、例如倾斜取向处理，在另一方的基板3的取向膜9上交替形成垂直取向区域9a和水平取向区域9b，在向列型液晶发现自发分极P的状态下，由两方的基板的电极，在基板上的垂直方向上发生朝向一方的基板2侧的向下的电力线T1的情况、或发生朝向另一方的基板3的向上的电力线T2的情况下，可在向列型液晶中发现双稳态性。或者，如果是施加横向电场的情况，也可以从成对地设置在一方基板上的梳齿状的对置电极，施加图2A所示的向左的横向电场E1或向右的横向电场E2。
并且，虽然在图1～图3中省略，在基板2、3的外部配置交叉偏光镜状态的偏光板，以图2所示的状态和图3所示的状态切换光的透过状态，由此能切换亮状态和暗状态，可进行对透过或遮断液晶显示装置E的透射光或反射光的明暗的显示切换。
这时，通过先前说明的弯电效应生成的自发分极P极高速地作用，因此，可进行响应快速的切换。此外，该结构的液晶显示装置E的明暗显示的切换快速，因此，对改写快速的电子书写装置等的显示有效。此外，去掉电场后，也能维持图2和图3所示的取向状态，因此，一旦变更取向状态后，没有施加电场的必要，在维持图2或图3所示的取向状的情况下，具有可降低消耗功率的特征。
具有以上说明的构成的液晶显示装置E，不需要以往的ZBD型的液晶显示装置必需的、上基板侧的截面为三角形的微米级的光栅，在基板3侧交替地配置垂直取向区域9a和水平取向区域9b的取向膜9就可以，能非常容易地制造。
图5A和图5B是表示本发明的液晶显示装置的第二实施方式，该第二实施方式的构成与前面的第一实施方式的构成中相对于设置在基板2侧的取向膜1的、向列型液晶的预倾角P2是70°左右的情况有关。
在该方式的结构中，取向膜9、与其最近的液晶分子、以及与其接近侧的液晶分子1e的取向状态和取向方向，与先前的实施方式的情况相同。
该方式中，比液晶分子1e更接近取向膜71侧的液晶分子1a2、1b2、1c2、1d2、1e2的取向状态，与先前的方式不同。
与同样付与了70°左右的预倾角的取向膜71较近的一侧的液晶分子，随着接近取向膜9，从起立的状态逐渐变成倾斜的状态，对于液晶分子1e，成为前面的方式的图2A表示的状态、和图3A表示的状态，在图5A表示的第一稳定化状态和图5B表示的第二稳定化状态下，发现双稳态性。
图6和图7表示利用有限元法的液晶分子取向状态的模拟结果，图6表示的记载为180°的线L1是表示水平取向区域的取向膜，其右侧的多个纵向线L2是表示垂直取向区域的取向膜，表示在那些上面存在的液晶的方向，图7表示的记载为180°的上面的线L3表示水平取向区域的取向膜，其右侧的多个纵向线L4表示垂直取向区域的取向膜，表示在那些上面存在的液晶的方向，图6和图7的最上部的液晶分子表示图2所示的液晶分子1d附近的液晶分子取向状态，最下部的液晶分子表示取向膜9的垂直取向区域和水平取向区域的最近位置的液晶分子的取向状态。
从这些在图6和图7上表示的模拟结果，能充分掌握可得到液晶分子的2个稳定的取向状态。

Claims (8)

1、一种双稳态型液晶显示装置，其是在一对基板间夹持着向列型液晶而形成，其特征在于，
上述一对基板中，在一方的基板上形成实施了一样的倾斜取向处理的取向膜和液晶驱动用的电极，在另一方的基板上形成交替形成了垂直取向区域和水平取向区域的取向膜和液晶驱动用的电极；
并且，从上述一方的基板的电极和另一方的基板的电极，施加产生朝向上述一方的基板侧的电力线的电场的情况下、和施加产生朝向上述另一方的基板侧的电力线的电场的情况下，使接近上述另一方的基板的位置处的液晶分子的易取向轴的角度相对于成对的基板间的法线改变，变更使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向一方的基板侧的倾斜取向状态、或者使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向另一方的基板侧的倾斜取向状态，在各自的取向状态下，可发现双稳态的状态。
2、一种双稳态型液晶显示装置，在一对基板间夹持着向列型液晶而构成，其特征在于，
上述一对基板中，在一方的基板上形成实施了一样的倾斜取向处理的取向膜，在另一方的基板上形成交替形成了垂直取向区域和水平取向区域的取向膜，在上述成对的基板的至少一方形成横向电场产生用的液晶驱动用的电极；
并且，从上述液晶驱动用的电极，在沿着上述交替形成的垂直取向区域和水平取向区域的方向施加横向电场的情况下、和在与上述方向相反的方向上施加横向电场的情况下，使接近上述另一方的基板的位置处的液晶分子的易取向轴的角度相对于成对的基板间的法线改变，变更使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向一方的基板侧的倾斜取向状态、或者使液晶分子的易取向轴的一端侧朝向另一方的基板侧的倾斜取向状态，在各自的取向状态下，可发现双稳态的状态。
3、如权利要求1或2所述的双稳态型液晶显示装置，其特征在于，
通过弯电效应对上述向列型液晶赋予弯电分极，可变更通过该弯电分极引起的扭转和取向流动效应引起的扭转而生成的双稳态状态。
4、如权利要求1或2所述的双稳态型液晶显示装置，其特征在于，
沿着在上述另一方的基板上交替形成的垂直取向区域和水平取向区域的交替形成方向，或者沿着与上述交替形成方向垂直的方向，对上述另一方的基板侧的取向膜实施摩擦处理。
5、如权利要求1或2所述的双稳态型液晶显示装置，其特征在于，
上述一方的基板的实施了一样的倾斜取向处理的取向膜的预倾角设为20±5°的范围、或70±5°的范围。
6、如权利要求1或2所述的双稳态型液晶显示装置，其特征在于，
在上述另一方的基板中，垂直取向区域和水平取向区域分别形成为条状，这些各区域沿着上述基板的面方向交替排列。
7、如权利要求1或2所述的双稳态型液晶显示装置，其特征在于，
在上述另一方的基板中，垂直取向区域和水平取向区域分别形成为矩形形状，这些各区域沿着上述基板的面方向交替排列。
8、如权利要求1或2所述的双稳态型液晶显示装置，其特征在于，
在上述基板的外侧配置有光学补偿薄膜，上述另一方的基板的水平取向区域中的液晶的取向方向和上述光学补偿薄膜的偏光轴的方向为±45°交叉状态。
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