JP2007094021A

JP2007094021A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2007094021A
Application number: JP2005283476A
Authority: JP
Inventors: Hideo Hama; 秀雄浜; Naoko Saruwatari; 直子猿渡; Masahito Okabe; 将人岡部
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】自発分極を持つ液晶材料を用いた液晶表示装置において、ディスクリネーションやジグザグ配向欠陥の発生が少なく、広い温度範囲にわたって高コントラスト表示を可能とする液晶表示装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一方の基板１２に液晶駆動用電極２６，２６’が形成された一対の基板１２，１３を有し、その基板１２，１３間に自発分極４３を持つ液晶材料が封入されている。液晶材料の液晶分子４１は、液晶駆動用電極２６，２６’に電圧を印加しないときには光学的に一軸配向し、液晶駆動用電極２６，２６’間に電圧を印加したときには前記一軸配向の軸方向が電圧の大きさに応じて連続的に回転し、その回転の方向が前記電圧の極性によって異なるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、更に詳しくは、広告等のインフォメーションディスプレイ又は高品位な動画表示を可能とするパソコン用のモニター若しくはテレビ等の液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、低電圧・低消費電力、薄型・軽量であるという特徴から、パーソナルコンピュータのモニター等のＯＡ機器やテレビジョン等に広く普及している。液晶表示装置としては、種々の装置が知られており、例えば、２枚の基板間で液晶分子の配向処理方向が９０°捻れたツイステッド・ネマチック（ＴＮ）液晶表示装置、ネマチック液晶分子が基板に対して垂直配向するバーチカル・アライメント（ＶＡ）液晶表示装置、ネマチック液晶分子が基板に対して水平配向するインプレーン・スイッチング（ＩＰＳ）液晶表示装置等が実用化されている。

しかし、ＴＮ液晶やＶＡ液晶等の液晶表示装置は、ネマチック液晶を使用しているため、応答時間が遅く、高速動画表示を行おうとすると、残像が残り、高品位な画像表示が難しいという問題がある。

液晶の応答特性を改善するために、最近、ネマチック液晶のベンド配向を利用するオプティカリー・コンペイセイテッド・バイアフリンジェンス（ＯＣＢ）液晶表示装置等が実用化されている。しかし、液晶の応答時間が数ミリ秒と従来のＴＮ液晶等よりも短縮しているものの、６０Ｈｚのフレーム周波数への追随性が十分でなく、動画表示性能を大幅に改善するには至っていない。

一方、カイラルスメクチックＣ相からなる液晶層での液晶分子が基板に対して平行配向する表面安定化強誘電性液晶を用いた液晶表示装置も実用化され始めている。ここで用いられる表面安定化強誘電性液晶は、その液晶分子が自発分極を持ち、印加電界はその自発分極に大きなトルクを及ぼす。このときのトルクは、従来のネマチック液晶が誘電異方性に及ぼすトルクと比較して数百倍の大きさとなるので、用いられる表面安定化強誘電性液晶の液晶分子は、１ミリ秒以下の応答時間を有する。したがって、表面安定化強誘電性液晶を用いた液晶表示装置は、従来のネマチック液晶を用いた液晶表示装置では困難であった高品位な動画表示を可能とする。

また、上記表面安定化強誘電性液晶を用いた液晶表示装置と同様に高速応答する液晶表示装置として、基板に対してスメクチック液晶層面が平行配列をとり、液晶分子がおおむね垂直配向している強誘電性液晶を用いた液晶表示装置が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
M.Ozaki, et.al., Jpn.J.Appl.Phys., Vol.30, 2366(1991).

上述したように、高速応答性を有する表面安定化強誘電性液晶を用いた液晶表示装置は、その液晶分子が自発分極を持つため高速応答性に優れると共に、高速動画表示を可能とする高いポテンシャルを有している。

しかしながら、表面安定化強誘電性液晶は、原理的に双安定表示に適しており、薄膜トランジスタによるアクティブマトリックス方式の駆動法で要求される連続階調性を得難いという問題がある。さらに、表面安定化強誘電性液晶を用いた液晶素子においては、スメクティック層の変形に伴ったジグザグ状の配向欠陥が生じ易く、高コントラスト表示を得ることが難しいという問題がある。また、表面安定化強誘電性液晶であっても、単安定配向という連続階調が得られる方法が提案されているが、電圧を印加しながら徐冷する必要があるなど、液晶表示装置の作製プロセス上解決すべき課題が残されている。

一方、非特許文献１で提案されたように、垂直配向した強誘電性液晶を用いた液晶表示装置においては、スメクチック液晶層は基板とほぼ平行に配列し、液晶分子は層の法線方向から一定の角度傾いた配列をしている。そのため、表面安定化強誘電性液晶のようなジグザグ状の欠陥が生じ難いので、透過光の損失が少なく高コントラストが得られ易いという特徴がある。

しかしながら、その表面安定化強誘電性液晶はカイラルスメクチックＣ相において、液晶分子が基板の垂直方向からチルトするために、ディスクリネーションが発生し易く、コントラストが低下したり、温度変化によるコントラスト変化が大きいという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、自発分極を持つ液晶材料を用いた液晶表示装置において、ディスクリネーションやジグザグ配向欠陥の発生が少なく、広い温度範囲にわたって高コントラスト表示を可能とする液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る液晶表示装置は、少なくとも一方の基板に液晶駆動用電極が形成された一対の基板を有し、当該基板間に自発分極を持つ液晶材料が封入されてなる液晶表示装置であって、前記液晶材料の液晶分子は、前記液晶駆動用電極に電圧を印加しないときには光学的に一軸配向し、前記液晶駆動用電極間に電圧を印加したときには前記一軸配向の軸方向が前記電圧の大きさに応じて連続的に回転し、当該回転の方向が前記電圧の極性によって異なることを特徴とする。

この発明によれば、液晶駆動用電極に電圧を印加しないときには液晶分子は光学的に一軸配向し、液晶駆動用電極に電圧を印加したときにはその一軸配向の軸方向が電圧の大きさに応じて連続的に回転するので、電圧制御により優れた階調表示を行うことができる。本発明で用いられる液晶材料は、電圧の印加時・無印加時に上記のような配向挙動を示すので、ディスクリネーションやジグザグ配向欠陥の発生が少なく、広い温度範囲にわたって高コントラスト表示が可能となる。

本発明に係る液晶表示装置においては、前記液晶材料が相転移系列にネマチック相及びスメクチック相を少なくとも有することを特徴とする。そして、その液晶材料は、スメクチック相の温度範囲において、スメクチック液晶層の層間距離の温度変化量がスメクチック液晶層の層間距離の最大値に対して１０％未満であることが好ましい。そうした温度変化量が１０％未満であるので、スメクチック液晶層の層間距離の変動に伴う配向欠陥の発生を抑制することが可能となる。このようなスメクチック液晶層の層間距離の温度変化の少ない液晶材料としては、相転移系列にスメクチックＡ相を持たない液晶材料が好ましい。

また、本発明に係る液晶表示装置においては、前記一対の基板には配向膜が形成されており、前記ネマチック相の温度範囲において、前記液晶分子と前記基板との間に傾き角が誘起されていることを特徴とし、その傾き角の大きさが４５°以上９０度未満であることが好ましい。

また、本発明に係る液晶表示装置においては、前記液晶材料は、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶であることが望ましい。反強誘電性液晶は一般に相転移系列にスメクチックＡ相を持つ液晶材料であるが、温度変化による配向欠陥の発生が少ないので、本発明に係る液晶表示装置に好適に用いることができる。

さらに、本発明に係る液晶表示装置においては、前記一対の基板には垂直配向膜が形成されており、当該垂直配向膜の少なくとも一方には一軸配向処理が施されているように構成することが好ましい。そうした配向膜は有機物質又は無機物からなり、有機物からなる配向膜は、前記一軸配向処理がラビング又は紫外光照射によりなされていることが好ましく、ＳｉＯやＳｉＯ_２等の無機物からなる配向膜は、前記一軸配向処理が当該無機物質を真空斜方蒸着によりなされていることが好ましい。

また、本発明に係る液晶表示装置においては、前記液晶駆動用電極が形成された一方の基板には、前記液晶分子を駆動するための薄膜トランジスタが形成されているように構成することが好ましい。

本発明の液晶表示装置によれば、同一基板上に形成された液晶駆動用電極間に電圧を印加して発生させた横電界によって、閾値電圧がなく、高速に液晶分子を駆動することができる。その結果、薄膜トランジスタによるアクティブマトリックス駆動により、階調表示が可能な高品位で高応答の動画表示を行うことができる。さらに、本発明の液晶表示装置によれば、配向欠陥のない均一な液晶配向を実現できるので、広い温度範囲にわたって高品位な動画表示を行うことができる。

こうした本発明の液晶表示装置は、広告等のインフォメーションディスプレイ又は高品位な動画表示を可能とするパソコン用のモニター若しくはテレビ等の液晶表示装置として好ましく用いることができる。

以下に、本発明の液晶表示装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態はその一例であって、本発明の要旨を有していれば以下の実施形態に限定されないことは言うまでもない。

（液晶表示装置）
本発明の液晶表示装置は、少なくとも一方の基板に液晶駆動用電極が形成された一対の基板を有し、その基板間に自発分極を持つ液晶材料が封入されている。そして、本発明の特徴は、液晶材料が、自発分極を持つものであり、液晶駆動用電極に電圧を印加しないときには光学的に一軸配向し、その液晶駆動用電極間に電圧を印加したときには前記一軸配向の軸方向がその電圧の大きさに応じて連続的に回転するものであり、その回転の方向が前記電圧の極性によって異なるものである。一対の基板は、液晶材料に接する側の面に垂直配向膜が形成されているが、少なくとも一方の基板の垂直配向膜には一軸配向処理が施されている。

図１は、本発明の液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。図１に例示した液晶表示装置１０は、液晶駆動基板１２とカラーフィルタ基板１３とからなる一対の基板１２，１３を有し、その一対の基板１２，１３を所定の間隔で対向させた間隙に、自発分極を持つ液晶材料１４が封入されている。

液晶駆動基板１２は、基板２２と、その基板２２の一方の面上に所定のパターンで形成された複数の薄膜トランジスタ２４及び液晶駆動用電極である画素電極２６及び共通電極２６’と、それらの液晶駆動用電極（画素電極２６及び共通電極２６’）上に順に形成された透明保護層２９及び垂直配向膜２８とを有し、さらに、基板２２の他方の面上に設けられた偏光板３０と、その偏光板３０上に設けられたバックライト３２とを有している。この液晶駆動基板１２において、基板２２上に設けられた隣接する画素電極２６と共通電極２６’との間には電圧が印加されるようになっており、液晶表示装置１０はそのための駆動回路（図示せず）を備えている。その画素電極２６と共通電極２６’との間に電圧が印加されることにより、基板２２に対して水平方向の電界（横電界）が与えられる。

なお、図１に示した薄膜トランジスタ２４、画素電極２６、共通電極２６’等は一例であって、このような構成に限定されず、通常は、一つの画素に複数の画素電極２６や共通電極２６’が形成されている。このような構成の薄膜トランジスタ、画素電極、共通電極を形成した基板は、ネマチック液晶を用いたＩＰＳ液晶表示装置に使用されており、例えば、非特許文献「応用物理、第６５巻、第１０号、１９９６年、１０５２頁〜１０５５頁」に記載された構成を挙げることができる。

一方、カラーフィルタ基板１３は、基板２３と、その基板２３の一方の面上に所定のパターンで形成された複数色の着色層２５及びブラックマトリクス２７と、その着色層２５及びブラックマトリクス２７上に形成された透明保護層２９と、その透明保護層２９上に形成された垂直配向膜３１とを有し、さらに、基板２３の他方の面上に設けられた偏光板３３と、その偏光板３３上に形成された透明保護層３５とを有している。なお、偏光板３０と偏光板３３の光吸収軸は、それぞれ直交して配置することが望ましい。

このカラーフィルタ基板１３において、垂直配向膜３１は、その液晶材料１４側の表面が図２中の矢印の方向（以下、ラビング方向３７という。）にラビング配向処理されている。このラビング配向処理により、後述する液晶材料の液晶分子が電圧無印加時にラビング方向３７に一軸配向する（図２を参照）。このラビング配向処理の方向は、図２中に示す方向３７の逆方向であっても構わない。また、前記ラビング配向処理は、垂直配向膜３１と液晶駆動基板上に形成されている垂直配向膜２８の双方に施されていてもよく、どちらか一方のみに施されていてもよいが、垂直配向膜３１と垂直配向膜２８の双方に施すのが好ましい。なお、垂直配向膜３１と垂直配向膜２８の双方にラビング配向処理を施す場合は、配向処理方向は平行又は反平行とすることが好ましいが、反平行とする場合が一層好ましい。

このカラーフィルタ基板１３において、複数色の着色層２５は、通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の層２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを指し、ブラックマトリックス２７は、個々の着色層２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの間に形成されている。なお、図１においては、カラー液晶表示装置に対応したカラーフィルタ基板１３を用いているが、必ずしもカラーフィルタ基板１３である必要はなく、少なくもとも垂直配向膜３１を有する基板２３であればよい。

図２は、本発明の液晶表示装置の電圧無印加状態での液晶分子配列の一例を示す模式断面図であり、図３は、本発明の液晶表示装置の電圧印加状態での液晶分子配列の一例を示す模式断面図である。

液晶材料１４は、自発分極４３を持つ液晶分子４１からなるものである。自発分極４３は、液晶分子４１の分子短軸方向に向いているため、基板２３の面内方向を向き、画素電極２６と共通電極２６’との間に駆動用の電界が印加されると、電界方向に自発分極４３が基板２３面内で回転し、その結果液晶分子４１がコーン４７上を回転する。したがって、その液晶分子４１は、画素電極２６に電圧を印加しないときには光学的に一軸配向し、隣接する画素電極２６と共通電極２６’との間に直流電圧を印加したときには前記一軸配向の軸方向が電圧の大きさに応じて連続的に回転する。なお、本発明に係る液晶表示装置においては、駆動用の横電界は自発分極にトルクを及ぼすのであって、この点において、液晶分子の誘電異方性にトルクを及ぼす、ネマチック液晶を用いたＩＰＳ液晶表示装置とは異なる。

こうした液晶材料は、相転移系列にネマチック相及びスメクチック相（詳しくは、カイラルスメクチックＣ相）を少なくとも有するものであり、例えば、強誘電性液晶材料として上市されているＦＥＬＩＸ４８５１／０００（ＡＺエレクトリックマテリアルズ社製）、ＦＥＬＩＸ４８５１／１００（ＡＺエレクトリックマテリアルズ社製）、Ｒ２３０１（ＡＺエレクトリックマテリアルズ社製）、ＣＳ−１０３０（チッソ社製）等を挙げることができる。各液晶材料の相転移系列は以下のとおりである。

液晶材料としては、上述した強誘電性液晶材料の他、上記の液晶材料と同様の性質を有する他の強誘電性液晶材料や各種の反強誘電性液晶材料を用いることも可能である。反強誘電性液晶材料は、電圧無印加時には反強誘電性を示し、電界印加時には自発分極が電界方向に向くという強誘電性を示すので、印加電圧の大きさを変化させることにより、優れた階調表示を行うことができる。

本発明において、液晶材料１４は、カイラルスメクチックＣ相からなるスメクチック液晶層４５で構成されている。このスメクチック液晶層４５は、図２及び図３に示すように、基板２２，２３に対してほぼ平行又は僅かに傾いて配列している。カイラルスメクチック液晶層４５を構成する液晶分子４１は、電圧無印加時において、スメクチック液晶層４５の層面の法線方向から上記ラビング方向３７に一定角度チルトして配列している。液晶分子４１がラビング方向３７にチルトするのは、コーン４７上に配列した液晶分子４１の長軸方向が電圧無印加時に垂直配向膜２８，３１に施したラビング等の一軸配向処理の効果によって一軸方向に配列するために、液晶分子４１の長軸方向の基板面に対する射影成分がラビング方向３７に配列するからである。

なお、本願において、「スメクチック液晶層」とは、液晶分子４１の長軸方向を層状に積層配列してなる液晶層である。このスメクチック液晶層において、層の法線方向と液晶分子４１の長軸方向とが一致している液晶相を「スメクチックＡ相」といい、層の法線方向と液晶分子４１の長軸方向とが一致していない液晶相を「スメクチックＣ相」という。スメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶は、不斉炭素を分子構造に有し、「カイラルスメクチックＣ」と呼ばれ、前記不斉炭素により自発分極が発生し、この自発分極に印加電界が大きなトルクを及ぼすため、電界方向に液晶分子が再配列し、光学特性が制御される。

カイラルスメクチックＣ相は、ネマチック相に比較して、極めて高速な応答性を有しており、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス駆動により、高速スイッチングが可能である。特に、電界方向に対して液晶分子の短軸方向にある自発分極が整列するので、液晶分子のダイレクタが一義的に決定され、液晶分子のダイレクタの制御が容易である。

なお、本発明の液晶表示装置１０は、カイラルスメクチックＣ相等の自発分極を有するスメクチック相での液晶分子４１が高速電界応答する性質を利用して高速応答の画像表示を行うものであるが、そのカイラルスメクチックＣ相の高温側に存在するネマチック相での液晶分子４１は、基板２３上に形成した垂直配向膜３１と、基板２２上に形成した垂直配向膜２８と、これら垂直配向膜３１，２８の少なくとも一方に施したラビング等の一軸配向処理の効果とによって、液晶分子４１の長軸方向と基板面（ラビング配向処理された垂直配向膜の表面のこと。）とのなす角度（傾き角）が４５°以上９０°未満となっており、液晶分子４１の基板面に対する射影成分が、一方向（ラビング等の一軸配向処理方向３７）に一軸配向している。このような、一軸配向処理方法としては、上述したように垂直配向膜３１をラビング配向処理することの他、ＳｉＯやＳｉＯ_２等の無機膜の真空斜め蒸着、ハイプレチルト仕様のポリイミド配向膜のラビング配向処理等でもよい。なお、一軸配向処理方法としては、各種のラビング配向処理の他、光重合性又は光分解性配向膜に偏光紫外線を照射する方法でもよい。

また、本発明においては、図２及び図３のように積層しているスメクチック液晶層４５の層間距離隔の温度変化量がスメクチック液晶層を呈する温度範囲で得られた層間距離データの最大値の１０％未満であることが、より一層好ましい。この温度変化量が１０％未満であれば、スメクチック液晶層４５の層間距離が温度変化によってもあまり変化しないので、層間距離の変動に伴う配向欠陥の発生を抑制することが可能となる。なお、この温度変化量は小さいほどよく、１０％未満であれば、０％に近ければ近いほど層間距離の変動に伴う配向欠陥の発生を抑制することができる。一方、その温度変化量が１０％以上の場合は、層間距離の変化が大きくなり、層間距離の変動に伴う配向欠陥の発生が生じ易くなる。このようなスメクチック液晶層の層間隔の温度変化の少ない液晶材料として、相転移系列にスメクチックＡ相を持たない液晶材料を好適に用いることができる。

隣接する画素電極２６と共通電極２６’との間に直流電圧が印加されて基板に平行な横電界４９，４９’が与えられると、図３に示すように、横電界４９，４９’の上方に存在してその横電界に影響される液晶分子４１は、電圧無印加時にラビング方向３７に一軸配向していた状態から、自発分極４３が基板２２，２３に対してほぼ平行に配列するように電界方向に回転する。このように、液晶分子４１の短軸方向の自発分極４３は、横電界４９，４９’の極性に応じて一定の方向に向くため、その横電界４９，４９’の発生及び電界の大きさに伴って、液晶分子４１はコーン４７上を回転する。

図４は、本発明の液晶表示装置における印加電圧と透過光量との関係（ＶＴ特性）を示すグラフである。上述した本発明の液晶表示装置１０において、印加電圧−透過光量曲線（ＶＴ曲線）は、図４に示すように、略Ｖ字形状を示すので、印加電圧を変化させて電界強度を調整することにより、連続的な階調表示が可能となる。なお、本発明の液晶表示装置１０において、基板２２上に形成した薄膜トランジスタ２４は、アクティブマトリックス法による駆動を行う。

本発明の液晶表示装置１０においては、図１に示すように、液晶駆動用基板１２及びカラーフィルタ基板１３にそれぞれ偏光板３０，３３を設けることが好ましいが、反射型表示方式等に用いる場合には、いずれか一方のみに配置することもできる。また、図１に示すように、カラー表示を行うためのカラーフィルタ基板１３が設けられている場合には、バックライト３２として、冷陰極管又は白色ＬＥＤ等の白色光源を用いることが好ましい。さらに、カラーフィルタ基板１３によるカラー表示に代えて、ＲＧＢの発光ダイオードからなるバックライトを用いてもよく、その場合には、液晶分子の電界応答に同期させて時間分割でＲＧＢの発光ダイオードを高速に点滅させることによって、カラー表示を行うことができる。

次に、各構成要素の構成材料等について説明する。なお、各構成要素は以下の構成材料に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で各種のものを採用可能である。

基板２２，２３としては、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等を用いることができ、複屈折性の無い透明基板が好ましい。垂直配向膜２８，３１は、基板２２，２３表面に対して液晶分子４１を垂直配向（ホメオトロピック配向）させる材料であれば特に限定されないが、液晶表示装置用として用いられている一般的な垂直配向剤、シランカップリング剤、ＳｉＯ_２蒸着膜等を用いることができる。さらに、ハイプレチルト仕様のポリイミド配向膜でもよい。なお、「垂直配向」とは、ホメオトロピック配向のことであり、基板２２，２３面に対して液晶分子４１が垂直に配向した状態だけではなく、数十°程度までチルトした配向状態も含むものである。両基板２２，２３を所定間隔で対向させるためにスペーサが用いられるが、そのスペーサとしては、所望の間隔と同じ厚さ又は粒径のシート状部材や粒子等が用いられる。液晶駆動用電極（画素電極２６及び共通電極２６’）としては、アルミニウム、銅、クロム等の金属や、ＩＴＯ等の透明電極を用いることができる。

カラーフィルタ基板１３に形成される着色層２５は、主成分を構成する材料と着色成分からなる材料とを含有し、さらに分散材や開始剤等の添加材料を必要に応じて含有する。主成分を構成する材料としては、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂等を挙げることができ、着色成分からなる材料としては、アゾレーキ系、キナクリドン系等の有機顔料や染料等を挙げることができる。また、ブラックマトリックス２７は、クロム等の金属薄膜や、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層で形成される。なお、本発明の液晶表示装置においては、ブラックマトリックス２７を備えないものであってもよい。また、透明保護層２９，３５は、カラーフィルタ２７の表面を平坦化すると共に、着色層２５に含有される成分の液晶材料１４への溶出を防止するためのものであり、アクリル共重合体等の樹脂材料等が用いられる。

以下、実施例と比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。

（実施例１）
幅１０μｍでピッチ２０μｍのストライプ状の複数のクロム電極が形成されたガラス基板（縦２５ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）と、電極が形成されていない同じ大きさのガラス基板とを準備し、両基板を洗浄した。その後、クロム電極が形成されたガラス基板においてはクロム電極が形成された面に、また、電極が形成されていないガラス基板においては一方の面に、垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ１、ＪＳＲ社製）を塗布し、焼成した。２つの基板のうち、電極が形成されていない側の基板の垂直配向膜をレーヨン製の布材にてラビング配向処理した後、両基板をシリカビーズスペーサを介して垂直配向膜が対向するように張り合わせ、ギャップが１．５μｍのセルを作製した。次に、作製したセルに強誘電性液晶材料であるＲ２３０１（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を等方相状態下で注入し、室温まで徐冷して液晶評価用の液晶セルを作製した。なお、強誘電性液晶材料であるＲ２３０１は、上述したようにスメクチックＡ相を相転移系列に持たない液晶材料であり、その自発分極の大きさは４ｎＣ／ｃｍ^２であった。この液晶材料の自発分極は、三角波法にて測定した。

作製した液晶セルを直交偏光板下に配置し、顕微鏡観察したところ、ラビング方向に消光位が得られ、液晶分子がラビング方向に光学的に一軸配向していることを確認した。図５は、実施例１で得られた液晶セルでの液晶配向の偏光顕微鏡写真である。図５（Ａ）は任意のクロスニコル下での液晶セルの偏光顕微鏡写真であり、図５（Ｂ）は５Ｖの直流電圧を印加し、基板面の法線方向の周りに液晶セルを４５°回転させて得られた偏光顕微鏡写真である。

次に、クロム電極が形成されたガラス基板の電極間に三角波電圧を印加してＶＴ特性（電圧−透過光量特性）を測定した。その結果、図２に示すようなＶ字形状のヒステリシスのないＶＴ特性が得られたことから、本実施例の液晶セル形態を基本構成として有する液晶表示装置は、薄膜トランジスタによるアクティブマトリックス駆動による階調表示に好適に使用することが可能となる。なお、ＶＴ特性は、上記液晶セルに０．１Ｈｚ、±１０Ｖの三角波を印加し、透過光量は光電子増倍管（Ｒ３７４，浜松フォトニクス社製）を用いて測定した。なお、この液晶セルの液晶配向のテクスチャを偏光顕微鏡で観察したところ、配向欠陥のない均一な液晶配向が得られた。

さらに、上記液晶セルの明暗コントラストを０℃から６０℃の各温度にて測定したところ、最大で２００程度の高い明暗コントラストが得られた。また、明暗コントラストの温度変化も上記温度範囲ではほとんど生じなかった。なお、明暗コントラストは、電圧印加時の液晶セルの透過光量と無印加時の液晶セルの透過光量との比で定義した。印加した電圧は、上記同様、０．１Ｈｚ、±１０Ｖの三角波を印加し、透過光量は光電子増倍管（Ｒ３７４、浜松フォトニクス社製）を用いて測定した。

（実施例２）
実施例１と同じ方法で作製したセルに強誘電性液晶材料であるＦＥＬＩＸ−４８５１／０００（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を等方相で注入し、室温まで徐冷して液晶評価用の液晶セルを作製した。なお、強誘電性液晶材料であるＦＥＬＩＸ−４８５１／０００は、上述したようにスメクチックＡ相を相転移系列に持つ液晶材料であり、その自発分極の大きさは４ｎＣ／ｃｍ^２であった。

作製した液晶セルを偏光顕微鏡下で観察したところ、実施例１と同様に、液晶分子がラビング方向に光学的に一軸配向していることを確認した。次に、クロム電極が形成されたガラス基板の電極間に三角波電圧を印加してＶＴ特性を測定した。その結果、実施例１の場合と同様のＶ字形状のヒステリシスのないＶＴ特性が得られた。また、液晶セルの液晶配向のテクスチャを偏光顕微鏡にて観察したところ、配向欠陥が発生していないことが確認され、均一な液晶配向が得られていた。

さらに、上記液晶セルの明暗コントラストを０℃から６０℃の各温度にて測定したところ、室温付近（２５℃程度）では１５０程度の高い明暗コントラストが得られたが、５０℃以上の温度では明暗コントラストが１００以下と小さくなった。

（実施例３）
実施例１と同じ方法で作製したセルに強誘電性液晶材料であるＦＥＬＩＸ−４８５１／１００（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を等方相で注入し、室温まで徐冷して液晶評価用の液晶セルを作製した。なお、強誘電性液晶材料であるＦＥＬＩＸ−４８５１／１００は、上述したようにスメクチックＡ相を相転移系列に持つ液晶材料であり、その自発分極の大きさは１７ｎＣ／ｃｍ^２であった。

さらに、上記液晶セルの明暗コントラストを０℃から６０℃の各温度にて測定したところ、室温付近（２５℃程度）では１６０程度の高い明暗コントラストが得られたが、５０℃以上の温度では明暗コントラストが１００以下と小さくなった。

（実施例４）
実施例１と同じ方法で作製したセルに強誘電性液晶材料であるＣＳ−１０３０（チッソ社製）を等方相で注入し、室温まで徐冷して液晶評価用の液晶セルを作製した。なお、強誘電性液晶材料であるＣＳ−１０３０は、上述したようにスメクチックＡ相を相転移系列に持つ液晶材料であり、その自発分極の大きさは１８ｎＣ／ｃｍ^２であった。

さらに、上記液晶セルの明暗コントラストを０℃から７０℃の各温度にて測定したところ、室温付近（２５℃程度）では１２０程度の明暗コントラストが得られたが、５０℃以上の温度では明暗コントラストが８０以下と小さくなった。

（スメクチック液晶層の層間距離の温度変化量の測定と結果）
図６は、実施例１で使用した液晶材料（Ｒ２３０１）及び実施例３で使用した液晶材料（ＦＥＬＩＸ−４８５１／１００）の、スメクチック液晶層の層間距離の温度変化を示すグラフである。スメクチック液晶層の層間距離の温度変化量は、各液晶材料がスメクチック液晶層を呈するそれぞれの温度範囲（いずれも、約１０℃〜６０℃前後）で、スメクチック液晶層の層間距離を測定した。層間距離の測定は、Ｘ線回折装置（ＲＩＮＴ−ＴＴＲII、リガク社製）を用いて行った。

図６に示したように、相転移系列にスメクチックＡ相を含まない実施例１の液晶材料（Ｒ２３０１）は、相転移系列にスメクチックＡ相を含む実施例３の液晶材料（ＦＥＬＩＸ−４８５１／１００）よりもスメクチック層間距離の温度変化が小さくなっていることがわかった。温度変化量は、各温度で得られた層間距離のうち最も高い値に対する最も低い値の百分率（最低値×１００／最高値）で表した。図６の結果から温度変化量を算出すると、実施例１の液晶材料（Ｒ２３０１）では、［最低値：４０℃の２８．９Å］×１００／［最高値：６３℃の２９．９Å］＝９６．６％であったが、実施例３の液晶材料（ＦＥＬＩＸ−４８５１／１００）は［最低値：１０℃の２６．７Å］×１００／［最高値：６６℃の２９．７Å］＝８９％であった。上述の結果より、実施例１においては０℃〜６０℃までの明暗コントラストはあまり変化せず、温度の変化にあまり影響されなかったが、こうした特性は、図６に示した層間距離の温度変化量が依存している。すなわち、相転移系列にスメクチックＡ液晶相を有さない実施例１の液晶材料（Ｒ２３０１）では、層間距離の温度変化量が３．４％程度と小さいので、配向欠陥によるコントラストの低下を抑制することができるが、相転移系列にスメクチックＡ液晶相を有する実施例３の液晶材料（ＦＥＬＩＸ−４８５１／１００）では、層間距離の温度変化量が１０％以上と大きいので、スメクチック層間隔の急激な温度変化によりシェブロン構造等の配向欠陥が誘起され、コントラストが低下することがある。

本発明の液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。本発明の液晶表示装置の電圧無印加状態での液晶分子配列の一例を示す模式断面図である。本発明の液晶表示装置の電圧印加状態での液晶分子配列の一例を示す模式断面図である。本発明の液晶表示装置における印加電圧と透過光量との関係（ＶＴ特性）を示すグラフである。実施例１で得られた液晶セルでの液晶配向の偏光顕微鏡写真である。実施例１で使用した液晶材料及び実施例３で使用した液晶材料の、スメクチック液晶層の層間距離の温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１０液晶表示装置
１２液晶駆動用基板
１３カラーフィルタ基板
１４液晶材料
２２，２３基板
２４薄膜トランジスタ
２５，２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ着色層
２６画素電極（液晶駆動用電極）
２６’ 共通電極（液晶駆動用電極）
２７ブラックマトリクス
２８，３１垂直配向膜
２９，３５透明保護層
３０，３３偏光板
３２バックライト
３７ラビング方向
４１液晶分子
４３自発分極
４５スメクチック液晶層
４７コーン
４９，４９’ 横電界

Claims

少なくとも一方の基板に液晶駆動用電極が形成された一対の基板を有し、当該基板間に自発分極を持つ液晶材料が封入されてなる液晶表示装置であって、
前記液晶材料の液晶分子は、前記液晶駆動用電極に電圧を印加しないときには光学的に一軸配向し、前記液晶駆動用電極間に電圧を印加したときには前記一軸配向の軸方向が前記電圧の大きさに応じて連続的に回転し、当該回転の方向が前記電圧の極性によって異なることを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶材料が、相転移系列にネマチック相及びスメクチック相を少なくとも有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記スメクチック相の温度範囲において、スメクチック液晶層の層間距離の温度変化量が、当該スメクチック液晶層の層間距離の最大値に対して１０％未満であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
前記液晶材料が、相転移系列にスメクチックＡ相を有さないことを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
前記一対の基板には配向膜が形成されており、前記ネマチック相の温度範囲において、前記液晶分子と前記基板との間に傾き角が誘起されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記傾き角の大きさが、４５°以上９０度未満であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
前記液晶材料が、強誘電性の液晶材料又は反強誘電性の液晶材料であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記一対の基板には垂直配向膜が形成されており、当該垂直配向膜の少なくとも一方には一軸配向処理が施されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記配向膜が有機物質からなり、前記一軸配向処理がラビング又は紫外光照射によりなされていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
前記配向膜が無機物質からなり、前記一軸配向処理が当該無機物質を真空斜方蒸着によりなされていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
前記液晶駆動用電極が形成された一方の基板には、前記液晶分子を駆動するための薄膜トランジスタが形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の液晶表示装置。