JP2000508784A - 液晶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液晶装置は、二つのセル壁面の間に含まれるネマティックまたはピッチの長いコレステリック液晶材料の層を含む。一つの壁面（Ａ）は、表面プレティルトを有する、または有さない第一の方位配向方向を液晶分子に与える表面処理を担持する。もう一方の壁面（Ｂ）は、隣接する液晶の好ましいほぼホメオトロピックな配向、および規定された方位の第二配向方向の両方を、隣接する液晶に液晶分子配列に依存して別々に提供することができる表面処理（１７）を担持する。第一および第二の配向方向はほぼ直交している。この装置は別々にアドレス可能なピクセルのアレイ、例えばｘ、ｙマトリックスアレイに形成される。各ピクセルには、例えば薄膜トランジスタなどのアクテイブマトリツクスを介して、または行および列電極を介したｒｍｓ．多重方式でアドレスすることができる。セル壁面の両側に、その偏光軸が二つの方位方向と平行または垂直になる偏光子を配列することもできる。別法として、液晶材料、および一つまたは二つの偏光子とともに動作する装置に一定量の二色染料を組み込むこともできる。この装置は異なる二つの電圧レベルの間で動作し、一方のレベルは非ツイスト液晶分子配列を提供し、もう一方のより高い電圧はツイスト分子配列を提供する。二つの偏光子または染料を加えた偏光子は、従来技術のツイストネマティック装置と同様の方法で二つの分子配列を区別する。

Description

【発明の詳細な説明】 液晶装置 本発明は、ネマティック液晶装置の配向および切替えに関する。 液晶装置は、通常は、セルの壁面間に含まれた液晶材料の薄い層を含む。壁面 上の光学的に透明な電極構造により、この層を横切って電界を印加し、液晶分子 を配列し直すことができる。 液晶材料には、それぞれ異なる分子配列を有する、ネマティック、コレステリ ック、スメクティックの三つのタイプがある。本発明はネマティック材料を使用 する装置に関する。 多数のアドレス可能な素子を有するディスプレイを提供するには、一方の壁面 上の一連の行電極、およびもう一方のセル壁面上の一連の列電極として電極を作 成することが一般的である。これらは、例えばアドレス可能な素子またはピクセ ルのｘ、ｙマトリックスを形成し、ツイストネマティックタイプの装置では一般 に、ｒｍｓ．アドレッシング方法を使用してアドレスされる。 ツイストネマティックおよび相変化装置は、適当な電圧が印 加されるとＯＮ状態に切り替わり、印加された電圧がそれより低い電圧レベル以 下に落ちると、ＯＦＦに切り替わる。すなわちこれらの装置は単安定である。ツ イストネマティックタイプの装置（ＵＳ４５９６４４６のように９０°または２ ７０°）の場合には、ｒｍｓ．アドレス可能な素子の数は、電圧曲線に対する装 置の透過率のしゅん度によって制限される（ＡｌｔおよびＰｌｅｓｃｈｋｏによ るＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＥＤ ｖｏｌ ＥＤ２１、（１９７４）Ｐ．１４６− １５５に記載）。 ピクセル数を改善する一つの方法は、各ピクセルと隣接する薄膜トランジスタ を組み込むことであり、このようなディスプレイは能動切替え素子と呼ばれ、ア クティブマトリックスディスプレイなどの切替え素子を含む。 ネマティックタイプの装置の利点は、電圧要件が比較的低いことである。これ らは機械的にも安定であり、広い温度動作範囲を有する。これにより、小型かつ 携帯可能なバッテリ電力式ディスプレイの構築が可能になる。 上記装置の主な欠点は以下の通りである。９０°ツイストネマティックは、特 定の方位方向で高い入射角で装置を見たときにコントラストの低下につながる、 不十分な視野特性を有する。 さらに、これらの配向でグレースケールの反転が生じる。９０°ツイストネマテ ィックの低いしゅん度は、ツイスト角を１８０°から２７０°に増加させること によって改善することができる。ただしこれは一般に視野特性の改善にはつなが らない。両タイプの装置ともに、オン状態とオフ状態の間のネマティックの傾斜 の大きな差が、ピクセルキャパシタンスを変化させ、これがその他のピクセルと のクロストーク問題を引き起こす可能性があるという欠点を有する。 本発明によれば、材料または被覆材料中の、通常はネマティックディレクタを ホメオトロピックに配向させる方位配向方向からなる表面処理を一つのセル壁面 で使用し、ホモジニアス配向を与える配向処理をもう一方のセル壁面で使用する ことによって、上記の欠点は克服され、液晶材料は負の誘電異方性を有する。こ の装置は、ＶＣＴ（電圧制御ツイスト装置）構成と呼ばれることもある。これに より、大幅に改善された視野特性で急勾配の光学的応答を得ることができる。さ らに、ピクセルが切り替わるときにピクセルキャパシタンスがわずかしか変化せ ず、これによりアクティブマトリックスのアドレッシングが改善され、ｒｍｓ． アドレッシングでのクロストークが低下する ことになる。 本発明によれば、液晶装置は、 負の誘電異方性のネマティックまたはキラルネマティック液晶と、 間隔を空けられ、隣接する液晶を配向するようにそれぞれ処理された、液晶層 に電界を与える電極その他の手段を担持する二つの格納壁面と、 異なる二つの光学的状態を区別する手段とを含む装置であって、 一つのセル壁面での配向表面処理が、規定された方位の第一配向方向で、液晶 のほぼプラナーな、または傾斜した配向を提供すること、 第二のセル壁面での配向表面処理が、隣接する液晶の好ましいほぼホメオトロ ピックな配向、および隣接する液晶への規定された方位の第二配向方向の両方を 、液晶分子配列に依存して別々に提供することができること、 第一および第二の方位配向方向が、互いにゼロでない角度をなすこと、 装置が、印加された電界に依存して、液晶材料がツイストお よびほぼ非ツイストの分子配列を採用することができるようになっていること を特徴とする装置である。 第一および第二の方位配向方向は、ほぼ垂直、または垂直から１０°以内にす ることができる。偏光子の光軸は直交する、または直交の約１０°以内にするこ とができる。さらに、二つの偏光子をセルに対して回転させ、装置の二つの状態 の間の最大のコントラストを得ることができる。 前記の第二のセル壁面での配向は、通常はホメオトロピックな配向を提供する 配向処理を、レリーフ型回折格子構造とともに含むことができる。回折格子のプ ロフィルは対称にも非対称にもすることができ、溝の深さおよび／またはピッチ は、一定にすることも、ピクセル間または一つのピクセル内で様々にすることも できる。さらに、回折格子の溝の方向も、一定にすることも、ピクセル間または 一つのピクセル内で様々にすることもできる。回折格子の表面は、複数の変調を 含むことができる。 前記の第二のセル壁面での配向は、通常はホメオトロピックな配向を提供する 配向処理を、こすられたポリマー、またはＭｇＦ₂などの蒸着した無機層ととも に含むことができる。 前記の第二のセル壁面での規定された方位配向方向は、異方性光活性ポリマー 層によって提供することができる。 回折格子は、例えばＭ．Ｃ Ｈｕｔｌｅｙ、Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｇｒａ ｔｉｎｇｓ（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、Ｌｏｎｄｏｎ １９８２）ｐ９５ −１２５や、Ｆ Ｈｏｒｎ、Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｗｏｒｌｄ、３３（Ｍａｒｃｈ １９９３）などのフォトリソグラフィプロセスによって形成された光ポリマーの プロフィル付きの層にすることかできる。別法として、Ｍ Ｔ Ｇａｌｅ、Ｊ Ｋａｎｅ ａｎｄ Ｋ Ｋｎｏｐ、ＪＡｐｐ．Ｐｈｏｔｏ Ｅｎｇ、４、２、４ １（１９７８）のエンボス加工、またはＥ Ｇ Ｌｏｅｗｅｎ ａｎｄ Ｒ Ｓ Ｗｉｌｅｙ、Ｐｒｏｃ ＳＰＩＥ、８８（１９８７）の線引きによって、ある いはキャリア層からの転写によって二重回折格子を形成することもできる。 平坦な表面は、回折格子、こすられたポリマー、異方性に光重合した光ポリマ ー、または好ましい方位方向でネマティックディレクタを表面に対してほぼ平行 に（または典型的には２〜１５°だけ表面プレティルトして）配向させるその他 任意の処理にすることができる。 一方または両方の壁面上の配向は、例えばＭｇＦ₂などの斜方蒸着の技術によ って形成することができる。 電極は、電極の交差点のｒｍｓ．アドレス可能な素子またはディスプレイピク セルのｘ、ｙマトリックスとして配列された一連の行電極および列電極として形 成することができる。通常は、電極は、２０μｍだけ間隔が空けられた、２００ μｍの幅である。電極は、行および列ドライバ回路によってアドレスすることが できる。 別法として、電極は、例えばｒ−θマトリックスや７個または８個のバーディ スプレイなど、その他のディスプレイ形式で配列することもできる。 セル壁面はほぼ剛性のプレートまたはガラスにすることができる。別法として 、一方または両方の壁面を、例えばＰＯＬＹＯＬＥＦＩＮやＰＥＴなどのプラス チック材料などのたわみ性材料にすることもできる。 ピクセルには、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）といったアクティブマトリ ックス素子などの能動切替え素子のアレイによってアドレスすることができる。 この場合には、ＴＦＴは一方のセルの表面上に形成され、同一セル壁面上のｘ、 ｙ電極に よって切り替わる。第二のセル壁面上には、単一のシートまたは共通のプレート 電極が形成される。これらｘ、ｙ電極の一つはピクセル形状に成形される。 異なる二つの光学的状態を区別する手段は、偏光子にすることができる。別法 として、この手段は、一つまたは二つの偏光子とともに液晶材料中に含まれる、 例えば１〜５％の少量の二色染料にすることもできる。代表的な染料は２〜４％ のＤ１０２（Ｍｅｒｃｋ）、および約４％のＤ６（Ｍｅｒｃｋ）である。 例えば約３％のＣ１５（Ｍｅｒｃｋ）などの少量のキラルドーパントまたはコ レステリック液晶をネマティック液晶材料に付加し、好ましいツイスト方向を与 えることもできる。 動作の原理は以下の通りである。セルに電界が印加されると、負のネマティッ ク材料は、セルのほぼ全体の厚さがツイストのないプラナー低傾斜状態になるま で、その傾斜角を減少させる。電界がさらに強くなると、プラナー構成は、液晶 がホメオトロピック表面内に含まれる配向方向との相互作用を開始するまで、ホ メオトロピック表面に近づく。この配向方向が反対側のプラナー表面の配向方向 と平行でない場合には、この相互作用によりツイストが生じることになる。偏光 子を適当に配列すれば、 このツイストは光の透過率の変化をともない、したがってこの装置は光スイッチ として働く。 交差する偏光子が平行でかつプラナー配向方向に対して垂直に配向された場合 には、プラナー非ツイスト（オフ）状態は暗くなる。さらに、どの方向から見て もこの状態は暗くなる。ツイスト（オン）状態は明るくなる。したがってこの表 示モードは、視野方向に関わらず高いコントラストを有することになる。また、 「オフ」から「オン」への切替えは、液晶の傾斜角の変化を最小限に抑えて起こ り、したがってキャパシタンスは大きな変化を経験しない。 例示のみを目的として添付の図面を参照して本発明を説明する。 第１図は、アドレスされる液晶ディスプレイの多重化されたマトリックスの平 面図である。 第２図は、第１図のディスプレイの断面図である。 第３図は、ピクセルがピクセル電極から形成された、薄膜トランジスタのマト リックスおよび二組の直交アドレッシング電極を担持する一つのセル壁面の概略 図である。 第４図は、第３図のセル壁面とともに使用する、シート電極 を有する第二壁面の概略図である。 第５図は、装置の動作原理を示す図である。 第６図は、装置セルの電圧の関数として、透過率（実線）およびキャパシタン ス（点線）を示す図である。 第７図は、異なるいくつかの回折格子の溝の深さについての電圧の関数として 、装置の透過率を示す図である。 第８図は、深い回折格子の溝を有するセルについての視野配向の関数として、 コントラスト比を示す図である。 第９図は、深い回折格子の溝を有するセルについての視野配向の関数として、 コントラスト比を示す図である。 第１０図は、液晶材料層の厚さの関数として切替え時間を示す図である。 第１図および第２図のディスプレイは、ガラス壁面３と４の間に含まれるネマ ティック液晶材料またはピッチの長い（層の厚さの約四倍のピッチ）コレステリ ック液晶材料の層２から形成された液晶セル１を含む。スペーサリング５は、通 常は１〜６μｍ離して壁面を維持する。さらに、同じ寸法の多数のビーズを液晶 内に分散させ、正確な壁面の間隔を維持する。例えばＳｎＯ₂やＩＴＯなどのス トリップ状の行電極６が一方の壁面 ３上に形成され、同様の列電極７がもう一方の壁面４上に形成される。ｍ行ｎ列 の電極では、これは、アドレス可能素子またはピクセルのｍ×ｎマトリックスを 形成する。各ピクセルは行および列電極の交差によって形成される。 行ドライバ８は各行電極６に電圧を供給する。同様に列ドライバ９は各列電極 ７に電圧を供給する。印加電圧の制御は、電源１１から電力を受け、クロック１ ２からタイミングを受信する制御論理回路１０によって行われる。 セル１の両側には、その偏光軸Ｐが互いにほぼ交差し、後に説明する隣接する 壁面３、４上に配向方向Ｒがあればそれに対してほぼ平行な、偏光子１３、１３ ’が配列されている。さらに、例えば延伸ポリマーの補償層を、液晶層に隣接し て付加することもできる。 セル１の後ろに、光源１５とともに部分反射鏡１６を配列することもできる。 これらにより、ディスプレイを反射で見ること、および周囲光が薄暗いときに後 ろから照明することができる。透過装置ではこの鏡を省略することもできる。 組み立てる前に、セル壁面の一方、例えば壁面３に回折格子構造１７を設け、 配向方向およびホメオトロピック配向の両方 を与える。もう一方のセル壁面４は表面処理し、好ましい配向方向を有するプラ ナー表面を与える。 最後に、例えばＥＮ３８（Ｃｈｉｓｓｏ）やＺＬＩ−４７８８（Ｍｅｒｃｋ） などのネマティック材料をセルに充填する。 第３図および第４図は、一つのセル壁面２０が薄膜トランジスタ２１のアレイ を担持する、アクティブマトリックスタイプのディスプレイを示す図であり、各 薄膜トランジスタはソース線（行）電極２２およびゲート線（列）２３電極の一 方にそれぞれ接続され、各ゲート線は各ＴＦＴ２１の一部分となるように延びる 延長部２４を有する。ピクセル電極２５は、各ＴＦＴと連動している。ソース電 極およびゲート電極の各接合部にある小さな電気絶縁体２６は、ソース電極とゲ ート電極の間の分離を提供する。ゲート電極に沿って電圧を印加すると、各ピク セル電極２５はそれが連動するソース電極に接続され、それによりピクセル電極 の下の材料が充電される。第二のセル壁面２７は、地電位に接続されたシート上 の共通電極２８を担持する。第１図の行および列ドライバ８、９は、第３図のソ ースおよびゲート電極に接続される。 この装置は、選択されたピクセルがＯＦＦピクセルの背景上 でオン状態に切り替わる（またはその逆になる）と情報を表示する。ピクセルは 、選択されたピクセルのＴＦＴが導通状態に切り替わるとＯＮに切り替わる。こ れにより連動するピクセル電極２５上に電圧が現れ、これはソース電極２２を地 電位に接続しながらＴＦＴをＯＮに切り替えることによって電圧が放電されるま でそのままとなる。ＯＮ状態では、液晶材料、ピクセル電極２５、および共通電 極２８は、アースに放電されるまでその電荷を保持するコンデンサを形成し、し たがって液晶材料は、切り替わった状態でも切り替わっていない状態でも、適当 な一定のキャパシタンスを有することか必要となる。 例１； 壁面３上の回折格子は、１μｍ（０．５μｍの線、０．５μｍの隙間）のピッ チでガラスマスク上でクロムを使用する接触フォトリソグラフィによって、Ｓｈ ｉｐｌｅｙ１８０５フォトレジスト中に作成した。露出時間を調節することで、 様々な深さの溝を得ることができる。この場合には、水銀灯光源を０．５ｍＷ／ ｃｍ²の強度で使用した。Ｓｈｉｐｌｅｙ ＭＦ３１９中で現像を１０秒間実行 し、その後水ですすいだ。最後に回折格子を深紫外線に露出し、１６０℃で焼付 けを行い、液晶中の 不溶性を確保した。セルを構築する前に、レシチン溶液で回折格子表面を処理し 、ホメオトロピック表面にした。 壁面４上の配向は、ＰＩ３２（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ）またはポリイミドのこ すられた層からなる。この研磨は、配向方向、および例えば２〜１０°の表面プ レティルトを両方とも与える。 第５図を参照して動作原理について説明する。 最上表面（Ａ）（壁面４）は、プレティルトしたプラナー配向（ｘ方向）を引 き起こす任意の処理にすることができるが、下側表面（Ｂ）（壁面３）は、界面 活性剤で被覆された、ホメオトロピック配向を引き起こす回折格子表面である。 回折格子の溝はｙ方向を向く。電圧Ｖ＝０では、ハイブリッドディレクタのプロ フィルは第３ａ図に示すように存在する。電圧がＶ₁に上昇すると、第３ｂ図の ように、ネマティックの傾斜（Δ∈＜０）は、ホメオトロピック処理によって高 いまま残る回折格子の表面付近を除いて、セルの厚さ全体にわたって低下する。 さらに高い電圧（Ｖ₂）では、回折格子の溝に非常に近い（またはその内部にあ る）ネマティックは、第３ｃ図のようにプラナー配向に駆動される。これが生じ た後で、表面付近のディレクタは、回折格子１７の方位束縛力を受け、溝の方向 （ｙ軸）に したがってツイストする。このようにしてツイスト構造が形成される。 その透過軸がｘおよびｙ方向に沿った、交差する偏光子の間にセルを配置する （第１図、第２図）ことにより、二つの状態は光学的に区別される。この場合に は、Ｖ＝０およびＶ₁での構成は黒色になるが、Ｖ₂では明るい状態が観察される 。 従来のＴＮ構造と同様に、Ｎが整数となる場合に最大透過が得られる。ただし 、 であり、ここでΔｎはネマティックの複屈折、ｄはセルの隙間、λは動作波長で ある。同様に、ｘまたはｙ方向のいずれかに沿って平行な偏光子を使用すること によって、通常は黒色のモードを得ることができる。 光学コントラストは、Ｖ₁とＶ₂の間の電圧を使用して得られる。この範囲では 、ネマティックディレクタはほぼプラナーであり、したがって黒色および白色な らびに中間のグレーレベルが、改善された対称的な視野角度特性で得られる。回 折格子の溝の深さの変動は、ツイスト状態への遷移が起こる電圧に影響 を及ぼす。完全なプラナー構造を確保するためには、より高い遷移電圧が好まし い。以下に記述するようにいくつかの実験を実行した。 １００秒間露光することによって形成した回折格子表面を使用して一つのセル を作成した。この１０μｍの厚さのセルにＥＮ３８（Ｃｈｉｓｓｏ）を充填し、 光学的観察により、ゼロボルト状態が第５図のように広がっていることか確認さ れた。次いで交差する偏光子の間のセルで瞳応答透過率を測定し、キャパシタン スデータもとった。 第６図（実線）は、Ｖ＝０での透過率が低いことを示す図である。約４Ｖで、 電圧は上昇を開始し、これは第５図のＶ＝Ｖ₁の構成とＶ＝Ｖ₂の構成との間の遷 移に対応する。さらに、その結果は、透過率が上昇を開始する前にキャパシタン ス（破線）がほぼ完全に飽和していることを明白に示す。したがって、ツイスト 変形が起こる前にセルの厚さの大部分はプラナーになっていると結論付けること ができる。したがってＶＣＴ中のグレースケールは主に電圧制御ツイストによる ものであり、良好な視野特性が得られることになる。データは、キャパシタンス をわずかしか変化させずに光学的切替えが起こることも示す。 次の実験では、様々な露光時間で形成した回折格子を使用していくつかのセル を作成し、溝の深さが切替え応答に与える影響を試験した。セルは５μｍの隙間 を有し、ＥＮ３８が充填された。第７図は、これらのセルの光の透過率を、電圧 の関数として示す図である。引用した溝の深さは、タッピングモードのＡＦＭ（ 原子間力顕微鏡）を使用して測定した。これらの曲線は、光学的しきい値が回折 格子の溝の深さに対して非常に敏感であり、溝が深くなると（露光が長くなると ）しきい値が低い電圧になることを明らかに示している。全ての場合に、高いコ ントラストの切替えが得られる（＞２００：１）。電圧しきい値の低い曲線も、 通常の９０°のＴＮ装置より急勾配の光学的応答を示す。 この装置の動作は、以下のように考えることができる。上記サンプル中の溝の 深さが、セルの隙間（５μｍ）と比較して小さい０．０８５μｍから０．５４μ ｍの間でのみ変化するので、ツイストしきい値電圧の変化は、回折格子の溝がセ ル中に延びる範囲に帰するとすることはできず、その代わりに、回折格子表面上 でのネマティックの歪みのサイズおよび範囲を考慮する必要がある。 回折格子表面は、 （Ｄ．Ｗ．Ｂｅｒｒｅｍａｎ、Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．Ｖ． ２３、Ｐ．２１５（１９７３））によって与えられる、ネマティックディレクタ を回折格子の溝と平行に並べる方位束縛エネルギー（Ｗ_φ）を与え、ここでａは 溝の深さ、Ｌはグレーティングのピッチである。Ｗ_φは、ｚ方向に無限大まで積 分した、単位面積あたりの全エネルギーである。ｚ方向の減衰長さは回折格子の ピッチに比例し、回折格子の溝の深さからはほぼ独立している。したがって、ａ およびＬを別々に調節することにより、固定エネルギーおよびその分布を独立し て調節することができる。 方程式１は、回折格子表面上にネマティックをプラナー束縛する系で得られた 。ＶＣＴセルでは、固定はホメオトロピックであり、したがってＷ_φはゼロであ る。Ｗ_φがゼロでない値になるのは、セルに電界が印加されたときのみであるが 、これは、それが回折格子表面付近でディレクタをプラナー配向にするからであ る。電圧が上昇するにつれて、プラナー配向は回折格子 表面に接近し、したがってＷ_φは増加する。このツイストしきい値は、 になると現れ、ここでＷ_tはツイストしきい値エネルギーである。セルの厚さの 大部分にわたってネマティックがプラナーになるまでＷ_φを小さく保ち、それに より視野特性をより広くするには、より浅い溝の深さまたはより大きな溝のピッ チが好ましいことは、前述のことから明らかである。 与えられたデータについて考慮すると、第７図の曲線は、溝の深さからはほぼ 独立であることから共通のキャパシタンス曲線（第６図）を共有している。した がって、回折格子の浅い（０．０８５μｍおよび０．１８５μｍ）セルは、光の 透過率が上昇を開始するときにはほぼプラナーな構造からなる。したがってそれ らは、より深い回折格子で作成されたセルより良好な視野特性を有するものと期 待される。視野特性は、浅い溝を有するものおよび深い溝を有するものの二つの ＶＣＴセルについて測定した。 第８図は、深い回折格子の溝（０．４μｍ）を有するセルに ついての視野配向の関数として、コントラスト比を示す図である。コントラスト の計算に使用した二つのデータセットは、１５Ｖおよびしきい値電圧で記録した ものである。垂直方向には良好な視野特性が観察されるが、水平方向にはコント ラストは急速に低下する。実際に約±２０°付近では、コントラストは１０：１ 未満である。浅い回折格子の溝（０．１μｍ）を有するセルについての第二セッ トの視野データを第９図に示す。この場合には、視野円錐のほぼ全体が１０：１ を超えるコントラストを有し、視野特性ははるかに良好である。第９図および第 ８図を比較すると、溝の浅いＶＣＴセルからの方が良好な視野特性が得られるこ とが確認される。 ＶＣＴ切替えの応答時間は、セルの厚さの関数として測定した。その結果を第 １０図に示す。切替え時間は、０〜１５Ｖのスイッチについて測定した。スイッ チオン時間は累乗の指数１．４９４を備え、スイッチオフ時間は累乗の指数２． ２４１を有する。これらはそれぞれ、ＴＮ装置中のＯＮおよびＯＦＦ時間の両方 について測定した二乗則より小さく、また大きい。室温でＶＣＴについて記録し た最速の時間は、２９ｍｓ（ｔ_ON）および１８ｍｓ（ｔ_OFF）である。これらは 通常のＴＮ装置と同 様である。 要約すると、上記の結果は、ＶＣＴモードでは、キャパシタンスの変化が低い 急勾配の光学的応答、および適当な切替え速度を有する良好な視野特性が提供さ れることを示す。上記のセルは逆ツイスト転傾を示すが、これらは、少量のキラ ルドーパントをネマティックに加える、またはホメオトロピックな表面上の溝の 方向が、プラナー表面上の束縛方向と直交しないことを確実にすることにより、 容易に除去することができる。非対称な溝のプロフィルまたは複数の変調を含む 表面を使用することにより、良好な視野特性で最も急勾配の光学的応答を達成す るように回折格子のプロフィルを最適化することができる。試験により、溝のプ ロフィルが大きく非対称であることにより、溝の深さおよびピッチが上述のセル と同様であっても、全体としてツイストしきい値が抑制されることが示された。 ａおよびＬの代表的な値は、それぞれ約０．０５μｍから５μｍの範囲中の０ ．３μｍ、および０．１０μｍから１０μｍの範囲中の１．０μｍである。 例２； ホメオトロピック表面が界面活性剤で被覆されたこすられた ポリマーであるＶＣＴ装置を作成することもできる。このような一つの装置を、 以下のように作成した。ポリイミド材料ＡＬ５４１７（ＪＳＲ）を、ＩＴＯ被覆 したガラス上にスピンコーティングさせ、１８０℃で一時間焼付けを行い、こす った。次にレシチン溶液（イソプロパノール中の０．１重量％）をポリイミド表 面上に配置し、６０秒間そのままにした後にスピンによって除去する。次いでこ の表面を、反対側の表面がレシチン処理をしていないこすられたポリイミド（Ａ Ｌ５４１７）となるセルに構築する。研磨方向は互いに直交し、セルの厚さは６ μｍであった。このセルに等方性位相でＥＮ３８（Ｃｈｉｓｓｏ）を充填し、そ の後室温まで冷却した。 セルは、こすった方向に沿って交差する偏光子に対して位置決めした。電圧を 印加しても、電圧が６．５Ｖに達するまで透過率は低いままである。６．５Ｖを 超えると、透過率は上昇し、最終的に約１５Ｖで飽和した。このセルは、良好な 視野角度を有することが分かり、また６．５Ｖより上ではわずかなキャパシタン スの変化しか示さない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年４月２２日（１９９８．４．２２） 【補正内容】 請求の範囲 １．負の誘電異方性を有するネマティックまたはキラルネマティック液晶の層（ ２）と、 間隔を空けられ、隣接する液晶を配向するようにそれぞれ処理された、液晶層 （２）に電界を与える電極（６、７または２２、２３、２４、２５、２８）その 他の手段を担持する二つの格納壁面（３、４または２０、２７）と、 異なる二つの光学的状態を区別する手段（１３、１３’）とを含む液晶装置で あって、 一つのセル壁面（４）での配向表面処理（Ａ）が、規定された方位の第一配向 方向（Ｒ）で、液晶のほぼプラナーな、または傾斜した均質な配向を提供するこ と、 第二のセル壁面（３）での配向表面処理（１７、Ｂ）が、隣接する液晶の好ま しいほぼホメオトロピックな配向、および隣接する液晶への規定された方位の第 二配向方向（Ｒ’）の両方を、液晶分子配列に依存して別々に提供することがで きること、 第一および第二の方位配向方向（Ｒ、Ｒ’）が、互いにゼロでない角度をなす こと、 印加された電界に依存して、液晶材料がツイストおよびほぼ非ツイストの分子 配列を採用することができるように構成されていること を特徴とする装置。 ２．二つの方位配向方向（Ｒ、Ｒ’）が垂直から１０°以内である、請求の範囲 第１項に記載の装置。 ３．第二のセル壁面（４）上の配向表面処理が、回折格子構造（１７）およびホ メオトロピックな配向処理を含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．第二のセル壁面（４）上の配向表面処理が、こすられたポリマーおよびホメ オトロピックな配向処理を含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ５．第二のセル壁面（４）上の配向表面処理が、異方性光活性ポリマー層を含む 、請求の範囲第１項に記載の装置。 ６．一方の格納壁面上に切替え素子（２１）のアクティブマトリックスをさらに 含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ７．異なる二つの光学的状態を区別する手段が、それらの軸がほぼ交差し、二つ の方位配向方向に対して平行かつ／または垂直になるように整列された二つの偏 光フィルム（１３、１３’） を含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ８．異なる二つの光学的状態を区別する手段が、二色染料および一つまたは複数 の偏光子（１３）を含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ９．回折格子表面（１７、Ｂ）の形状がピクセル間または一つのピクセル内で様 々である、請求の範囲第３項に記載の装置。 １０．回折格子表面（１７）上の溝の方向が一定である、あるいはピクセル間ま たは一つのピクセル内で様々である、請求の範囲第３項に記載の装置。 １１．回折格子（１７）が非対称な溝のプロフィルを有する、請求の範囲第３項 に記載の装置。 １２．回折格子（１７）が複数の変調を含む、請求の範囲第３項に記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブラウン，カール・バーノン イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・３・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユーズ・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー （番地なし) (72)発明者 セイジ，イアン・チヤールズ イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・３・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユーズ・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー （番地なし) 【要約の続き】 ルの間で動作し、一方のレベルは非ツイスト液晶分子配 列を提供し、もう一方のより高い電圧はツイスト分子配 列を提供する。二つの偏光子または染料を加えた偏光子 は、従来技術のツイストネマティック装置と同様の方法 で二つの分子配列を区別する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．負の誘電異方性を有するネマティックまたはキラルネマティック液晶の層と 、 間隔を空けられ、隣接する液晶を配向するようにそれぞれ処理された、液晶層 に電界を与える電極その他の手段を担持する二つの格納壁面と、 異なる二つの光学的状態を区別する手段と を含む液晶装置であって、 一つのセル壁面での配向表面処理が、規定された方位の第一配向方向で、液晶 のほぼプラナーな、または傾斜した配向を提供すること、 第二のセル壁面での配向表面処理が、隣接する液晶の好ましいほぼホメオトロ ピックな配向、および隣接する液晶への規定された方位の第二配向方向の両方を 、液晶分子配列に依存して別々に提供することができること、 第一および第二の方位配向方向が、互いにゼロでない角度をなすこと、 装置が、印加された電界に依存して、液晶材料がツイストお よびほぼ非ツイストの分子配列を採用することができるようになっていること を特徴とする装置。 ２．二つの方位配向方向が垂直から１０°以内である、請求の範囲第１項に記載 の装置。 ３．第二のセル壁面上の配向表面処理が、回折格子構造およびホメオトロピック な配向処理を含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．第二のセル壁面上の配向表面処理が、こすられたポリマーおよびホメオトロ ピックな配向処理を含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ５．第二のセル壁面上の配向表面処理が、異方性光活性ポリマー層を含む、請求 の範囲第１項に記載の装置。 ６．一方の格納壁面上に切替え素子のアクテイブマトリックスをさらに含む、請 求の範囲第１項に記載の装置。 ７．異なる二つの光学的状態を区別する手段が、それらの軸がほぼ交差し、二つ の方位配向方向に対して平行かつ／または垂直になるように整列された二つの偏 光フィルムを含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ８．異なる二つの光学的状態を区別する手段が、二色染料および一つまたは複数 の偏光子を含む、請求の範囲第１項に記載の装置。 ９．回折格子表面の形状がピクセル間または一つのピクセル内で様々である、請 求の範囲第３項に記載の装置。 １０．回折格子表面上の溝の方向が一定である、あるいはピクセル間または一つ のピクセル内で様々である、請求の範囲第３項に記載の装置。 １１．回折格子が非対称な溝のプロフィルを有する、請求の範囲第３項に記載の 装置。 １２．回折格子が複数の変調を含む、請求の範囲第３項に記載の装置。