JP3029171B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

液晶表示装置およびその製造方法

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JP3029171B2
JP3029171B2 JP20076493A JP20076493A JP3029171B2 JP 3029171 B2 JP3029171 B2 JP 3029171B2 JP 20076493 A JP20076493 A JP 20076493A JP 20076493 A JP20076493 A JP 20076493A JP 3029171 B2 JP3029171 B2 JP 3029171B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いて入射光を
制御し、表示を行う液晶表示装置およびその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来のゲストホスト型液晶表示装置とし
ては、たとえばハイルマイヤー型液晶表示装置、ホワイ
トテーラー型液晶表示装置、1/4波長板型液晶表示装
置が挙げられる。ハイルマイヤー型液晶表示装置は、二
色性色素を含むホモジニアス配向した液晶素子を一対の
偏光板間に配置したものである。また、ホワイトテーラ
ー型液晶表示装置は、二色性色素とカイラルドーパント
とを液晶層に添加したものであり、液晶分子は螺旋状に
捩れ配向、いわゆるグランジャン配向している。1/4
波長板型液晶表示装置は、反射型の液晶表示装置であ
り、二色性色素を含むホモジニアス配向した液晶素子と
反射板との間に1/4波長板を配置したものである。
【0003】また、上記3種類の液晶表示装置は、初期
配向状態を得るために配向膜表面にラビング処理などの
配向処理を施したものであるけれども、このような配向
処理を行わない液晶表示装置が、たとえば「第18回液
晶討論会予稿集p42−43(秋田大学鉱山学部 能勢
ら)」に開示されている。この液晶表示装置は、液晶分
子の長軸方向が配向処理が施されていない配向膜表面に
対して平行であり、かつその配向方向が不均一となって
いる。このような液晶表示装置は、電極が形成された一
対の基板間に液晶層を介在し、該液晶層に液晶分子がフ
レデリクス転移を生じる電界を印加し、かつ等方相を示
す温度以上に加熱した後、冷却することによって得られ
る。すなわち、上記操作によって配向膜表面に近接する
液晶分子が、その分子長軸方向が配向膜表面に対して平
行に、かつ配向方向が不均一となるようにして、配向膜
に吸着される。このような液晶表示装置は、電圧無印加
時の散乱状態と電圧印加時の透過状態とによって表示が
行われ、可視光線の透過率におけるコントラストは、た
とえば4程度のものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した配向処理を行
わない液晶表示装置は、偏光板を必要としないため、可
視光の透過率が大きく、比較的小さな電位差によって散
乱状態と透過状態とを得ることができる。しかしなが
ら、前記散乱状態の散乱度が小さいという問題がある。
このため、平行光が入射しない場合にはコントラストが
著しく小さくなり、表示が見にくくなるなどの不都合が
生じる。したがって、直視型の表示装置などとして使用
することは困難である。
【0005】本発明の目的は、明るく、コントラストの
高い液晶表示装置およびその製造方法を提供することで
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくともい
ずれか一方は透光性を有する一対の基板間に、少なくと
も二色性色素を含むネマティック液晶層が介在され、前
記一対の基板の液晶層側表面に、少なくとも絵素電極と
配向膜とがこの順に形成され、前記配向膜表面に近接す
る液晶分子は、分子長軸方向が配向膜表面に対して平行
となるようにして、かつ配向方向がそれぞれ異なる複数
の微小領域を形成して前記配向膜に吸着されており、前
記微小領域の平均径は、40μm〜100μmに選ばれ
ることを特徴とする液晶表示装置である。
【0007】また本発明は、少なくともいずれか一方は
透光性を有する一対の基板間に、少なくとも二色性色素
を含むネマティック液晶層が介在され、前記一対の基板
のうちのいずれか一方基板の液晶層側表面であって、マ
トリクス状に配列される複数の絵素のそれぞれに、非線
形スイッチング素子と絵素電極とが形成され、前記非線
形スイッチング素子および絵素電極上に配向膜が形成さ
れ、前記一方基板と対向する他方基板の液晶層側表面
に、前記絵素電極に対応して対向電極が形成され、前記
対向電極上に配向膜が形成され、前記配向膜表面に近接
する液晶分子は、分子長軸方向が配向膜表面に対して平
行となるようにして、かつ配向方向がそれぞれ異なる複
数の微小領域を形成して前記配向膜に吸着されており、
前記微小領域の平均径は、40μm〜100μmに選ば
れることを特徴とする液晶表示装置である。
【0008】さらに本発明は、前記二色性色素は、アン
トラキノン系色素を含むことを特徴とする。
【0009】またさらに本発明は、前記液晶層の液晶材
料は、末端基にハロゲン元素を含む材料が選ばれること
を特徴とする。
【0010】またさらに本発明は、少なくともいずれか
一方が透光性を有する一対の基板のそれぞれ一方表面
に、少なくとも絵素電極と配向膜とをこの順に形成し、
互いの一方表面を対向させて配置して、前記基板間に少
なくとも二色性色素を含むネマティック液晶を注入し、
前記液晶注入後に、前記液晶をネマティック相から等方
相へ相転移する相転移温度よりも高い温度に加熱してか
らネマティック相まで冷却し、前記冷却期間に、前記液
晶に、該液晶がフレデリクス転移を起こす電界あるいは
磁界よりも大きい電界あるいは磁界を印加して、分子長
軸方向が配向膜表面に対して平行となるようにして、か
つ配向方向がそれぞれ異なる平均径が40μm〜100
μmに選ばれる複数の微小領域を形成して、前記配向膜
に近接する液晶分子を前記配向膜に吸着させることを特
徴とする液晶表示装置の製造方法である。
【0011】
【作用】本発明に従えば、少なくともいずれか一方は透
光性を有する一対の基板間にはネマティック液晶層が介
在される。該液晶層は、少なくとも二色性色素を含む。
前記一対の基板の液晶層側表面には、少なくとも絵素電
極と配向膜とがこの順に形成される。前記配向膜表面に
近接する液晶分子は、配向膜に吸着されている。ここ
で、液晶分子はその分子長軸方向が配向膜表面に対して
平行となるように、かつ配向方向がそれぞれ異なり、平
均径が40μm〜100μmに選ばれる複数の微小領域
を形成して吸着されている。
【0012】電圧無印加時において、前記一対の基板の
うちの透光性を有する一方基板側から入射した光は、前
記液晶分子に沿って配向した二色性色素によって吸収さ
れ、着色した表示となる。ここで、液晶分子は配向膜表
面に対して平行に配向しているけれども、配向膜表面に
はラビング処理などの配向処理が施されておらず、配向
方向がそれぞれ異なり、平均径が40μm〜100μm
に選ばれる複数の微小領域が形成されているので、その
配向方向は不均一である。このため、入射した光のほぼ
すべての光が吸収される。また、電圧印加時には、液晶
分子および二色性色素が電界の方向、すなわち基板に対
して垂直な方向に配向する。このとき、入射した光は液
晶層で吸収されることなく、ほぼ全ての光が透過し、透
明な表示が得られる。
【0013】本発明の液晶表示装置は、液晶層に二色性
色素が含まれ、入射光のうちのほぼ全ての光を吸収する
着色表示とほぼ全ての光を透過する透過表示とによって
表示が行われるので、高コントラストな表示が得られ
る。また、偏光板が不要であるので、明るい表示が得ら
れる。
【0014】従来のハイルマイヤー型液晶表示装置と比
較すると、明るい表示が得られる。また、ホワイトテー
ラー型液晶表示装置と比較すると、急峻な電圧−透過率
曲線が得られるので、マルチプレクス駆動が可能となっ
て良好な中間調表示が得られるとともに、低電圧での駆
動が可能となる。また、1/4波長板型液晶表示装置と
比較すると、視角依存性を有する1/4波長板を必要と
しないので、均一で広い視角特性が得られる。また、上
述の従来の液晶表示装置と比較すると、簡単な構成とな
り、製造コストが比較的安価となる。
【0015】また本発明に従えば、少なくともいずれか
一方は透光性を有する一対の基板間にはネマティック液
晶層が介在される。該液晶層は少なくとも二色性色素を
含む。前記一対の基板のうちのいずれか一方基板の液晶
層側表面には、マトリクス状に配列される複数の絵素の
それぞれに非線形スイッチング素子と絵素電極とが形成
され、さらに配向膜が形成される。また他方基板の液晶
層側表面には、絵素電極に対応した対向電極が形成さ
れ、さらに配向膜が形成される。前記配向膜表面に近接
する液晶分子は、配向膜に吸着されている。ここで液晶
分子は、その分子長軸方向が配向膜表面に対して平行と
なるように、かつ配向方向がそれぞれ異なり、平均径が
40μm〜100μmに選ばれる複数の微小領域を形成
して吸着されている。
【0016】本発明の液晶表示装置は、前記液晶表示装
置と同様にして着色表示と透明表示が得られる。したが
って、アクティブマトリクス駆動による明るく高コント
ラストな表示が得られる。
【0017】さらに本発明に従えば、前記二色性色素に
アントラキノン系色素が含まれる。したがって、高い電
圧保持率で、かつ信頼性の優れた表示が得られることが
確認された。
【0018】またさらに本発明に従えば、液晶層材料と
して末端基にハロゲン元素を含む材料が選ばれる。した
がって、高い電圧保持率で、かつ信頼性の優れた表示が
得られることが確認された。
【0019】またさらに本発明に従えば、少なくともい
ずれか一方が透光性を有する一対の基板のそれぞれ一方
表面に、少なくとも絵素電極と配向膜とがこの順に形成
された後、互いの一方表面が対向するように配置され、
さらに基板間に少なくとも二色性色素を含むネマティッ
ク液晶が注入される。注入した液晶は、ネマティック相
から等方相へ相転移する相転移温度よりも高い温度に加
熱された後、再びネマティック相まで冷却される。ここ
で、前記冷却期間には、液晶がフレデリクス転移を起こ
す電界あるいは磁界よりも大きい電界あるいは磁界が印
加される。
【0020】液晶を等方相にまで加熱し、前記電界ある
いは磁界を印加しながら再びネマティック相まで冷却す
ることによって、前記電界あるいは磁界を除去した後
に、前記配向膜表面に近接する液晶分子が、分子長軸方
向が配向膜表面に対して平行となるようにして、かつ配
向方向がそれぞれ異なり、平均径が40μm〜100μ
mに選ばれる複数の微小領域を形成して前記配向膜に吸
着される。液晶は、液晶の挙動を説明する上で有効であ
ることから、その系が連続体として考えられる。電界あ
るいは磁界の影響を受けない場合、上述した連続体とし
ての性質によって、等方相からネマティック相に相転移
するときに系全体を連続的(均一)に配向させようとす
る力がはたらく。一方、電界あるいは磁界の影響を受け
る場合、前記力がはたらきにくくなる。このため、電界
あるいは磁界を除去した後の液晶の配向状態は連続的に
配向したものではなく、前述したような配向方向がそれ
ぞれ異なり、平均径が40μm〜100μmに選ばれる
複数の微小領域が形成されて不均一なものとなる。ま
た、配向膜に近接する液晶分子は安定状態となって前記
配向膜に吸着される。なお、前記電界あるいは磁界は、
少なくとも液晶が等方相からネマティック相に相転移す
る瞬間に印加されていればよく、その印加方法は適宜選
択される。
【0021】したがって、入射光のうちのほぼ全ての光
を吸収する着色表示と、ほぼ全ての光を透過する透過表
示とによって表示が行われる、高コントラストでかつ明
るい表示の液晶表示装置が得られる。
【0022】
【実施例】図1は、本発明の一実施例である液晶表示装
置1を示す断面図である。液晶表示装置1は、透光性基
板2,3、透明電極4,5、配向膜6,7、スペーサ
8、接着剤9および液晶層10を含む。透光性基板2,
3は、たとえばガラス、石英および耐熱性樹脂などの絶
縁性を有する基板で実現される。また、透光性基板2,
3は、たとえばその表面に酸化シリコン、窒化シリコン
および酸化タンタルなどの絶縁膜を形成した基板で実現
される。本実施例では、ガラス基板を使用した。基板
2,3の対向する表面のうち、いずれか一方表面2a,
3aには、透明電極4,5および配向膜6,7がこの順
に積層される。
【0023】なお、本実施例では、液晶表示装置1を透
過型とするため、透光性基板2,3および透明電極4,
5を用いる例について説明するけれども、たとえば反射
型とする場合、基板2,3のいずれか一方は、たとえば
シリコン基板のような不透明な基板としてもよい。ま
た、該基板に形成される電極は金属などの不透明な電極
としてもよい。
【0024】透明電極4,5は、たとえばインジウム錫
酸化物(以下、「ITO」と省略する。)や酸化錫など
で実現される。本実施例ではITOを使用し、該ITO
をスパッタリング法を用いて1000Åの膜厚に形成し
た後、フォトレジストを塗布して仮焼成し、所定のパタ
ーン形状に露光および現像した。さらに焼成後、臭化水
素酸や塩酸/塩化鉄溶液などの適当なエッチング液中で
エッチングし、洗浄および乾燥することによって、前記
透明電極4,5を形成した。また、透明電極4,5は、
互いに帯状に形成される。
【0025】配向膜6,7は、たとえばポリイミド、ポ
リアミドおよびナイロンなどの配向膜材料で実現され、
またたとえば印刷法、スピンコート法、ディッピング法
あるいは蒸着重合法で形成される。本実施例では、オプ
トマーAL1051(商品名:日本合成ゴム株式会社
製)を使用し、印刷法によって1000Åの膜厚に形成
した。従来、配向膜の表面には、たとえばラビング処理
などの配向膜処理が施されるけれども、本実施例の配向
膜6,7の表面6a,7aは配向処理が施されていな
い。本実施例の配向膜6,7は、液晶分子を配向膜表面
6a,7aに吸着させるためのものである。
【0026】基板2,3の表面2a,3aは、互いに対
向するように配置され、液晶注入用の注入口を開けて接
着剤9によって貼合わせられる。このとき、基板2,3
の表面2a,3aにはスペーサ8が散布される。スペー
サ8は、基板2,3の間隔を規制し、後述する液晶層1
0の厚み、すなわちセル厚を一定に保持するために使用
され、たとえばプラスチック材料やガラスで実現され
る。前記セル厚は、1μm〜20μmに選ばれる。本実
施例では、8μmとした。
【0027】基板2,3の間には、液晶層10が配置さ
れる。液晶層10は、二色性色素11が混入された液晶
材料で実現される。二色性色素11を含む液晶材料は、
液晶注入用の注入口から注入され、注入口を封止するこ
とによって前記液晶層10とされる。液晶材料として
は、たとえば正の誘電異方性を持つネマティック液晶
(Np型液晶)で実現され、一般的には末端基にシアノ
基を有する液晶や、フッ素などのハロゲンを含む原子団
を有する液晶が使用される。たとえば前者として、ZL
I−1565が挙げられ、後者としてZLI−4801
が挙げられる。(いずれも商品名:メルクジャパン株式
会社製)。
【0028】二色性色素11としては、たとえばアゾ系
色素、ジアゾ系色素、アントラキノン系色素、ナフトキ
ノン系色素、ペリレン系色素あるいはキノフタロン系色
素で実現される。青〜黒色を示すジアゾ系色素として
は、図2に示されるたとえばG168、G165、G2
24(製品名:日本感光色素研究所製)が挙げられ、ア
ントラキノン系色素としては、たとえばD5、D35
(製品名:BDH社製)やL−dyeB(製品名:ロッ
シュ社製)が挙げられる。また、前述した色素以外に、
「液晶デバイスハンドブック(日刊工業新聞社 198
9年9月29日発行)」に記載されている代表的な二色
性色素も挙げられる。二色性色素11は、たとえば液晶
分子10aの長軸方向に沿って平行に配向する性質を有
する。前述したアゾ系色素およびジアゾ系色素は、一般
に大きな二色性比を有する場合に使用される。また、屋
外における使用など耐候性、耐光性が要求される場合に
は、アントラキノン系色素が使用される。また、これら
の色素はそれぞれ混合して用いてもかまわない。
【0029】ここで、液晶層10には、電界が印加され
る。このとき、液晶分子10aのフレデリクス転移を生
じる電界よりも大きい電界が印加される。たとえば0.
6MV/m〜1MV/mの電圧が印加される。本実施例
では、前記電圧よりも少し大き,い5MV/mの電圧を
印加した。
【0030】また、前記電界としては、直流であっても
交流であっても同様の効果が得られるけれども、直流の
電界を液晶層に長時間印加すると、液晶が電気分解する
恐れがあるため、交流の電界を印加することが望まし
い。たとえば、1Hz〜1kHz程度の周波数、好まし
くは10Hz〜100Hz程度の周波数の交流の電圧が
印加される。本実施例では、60Hzの正弦波交流電圧
を印加した。また、本実施例では、電界を印加する例に
ついて説明したけれども、磁界を印加する例も本発明の
範囲に属するものであり、同様の効果が得られる。
【0031】次に、前記電圧を印加したまま液晶層10
が等方相となるまで加熱される。本実施例では、クリー
ンオーブンを使用して120℃に加熱し、5分間保持し
た。続いて前記電圧を印加したまま室温まで冷却され、
電圧が除去される。本実施例では、クリーンオーブン中
で25℃/時程度の速度で室温まで冷却した。
【0032】なお、本実施例では、液晶層10を加熱す
る前から電圧を印加したけれども、液晶層10が等方相
からネマティック相に相転移する瞬間に電圧が印加され
ていればよいので、たとえば液晶層10を加熱した後に
電圧を印加し、冷却しても同様の効果が得られる。ま
た、たとえば冷却期間中における液晶層10が等方相か
らネマティック相に相転移する瞬間にのみ電圧を印加し
ても同様の効果がえられる。また、これは磁界について
も同様である。このような操作によって、「第18回液
晶討論会予稿集 p42−43」に示されている液晶セ
ル、すなわち液晶分子10aの長軸方向が配向膜6,7
の表面6a,7aに対してほぼ平行に吸着された液晶セ
ルが得られる。
【0033】図3は、偏光顕微鏡で観察した際の前記液
晶表示装置1を示す平面図である。液晶分子10aの長
軸方向は、前述したように配向膜6,7の表面6a,7
aに対してほぼ平行に吸着されている。また、配向膜
6,7の表面6a,7aに対して法線方向から見たとき
の液晶分子10aの配向方向は、全体として不均一とな
っている。
【0034】これは、液晶を、その挙動を説明する上で
有効な連続体として考えると、電界あるいは磁界の影響
を受けない場合には、前記連続体としての性質によって
等方相からネマティック相に相転移するときに全体を連
続的(均一)に配向させようとする力がはたらくけれど
も、電界あるいは磁界の影響を受ける場合には、前記力
がはたらきにくくなり、液晶の配向状態が連続的に配向
したものではなく、配向方向がそれぞれ異なる微小な領
域12が形成されるためである。しかしながら、前記微
小な領域12内ではほぼ一方向を向いている。このよう
な微小な領域12が複数個集まって液晶層10が形成さ
れている。なお、前記領域12の大きさは、通常40μ
m〜100μm平均である。ここで、領域12の大きさ
とは、それぞれの領域の最も長い直径と最も短い直径と
の平均値を示す。
【0035】図4は、前記液晶分子10aの吸着の原理
を説明するための図である。液晶層10に電界を印加
し、さらに等方相となるまで加熱した後冷却すると、前
記電界を除去した後の液晶分子10aは、その長軸方向
が配向膜6,7の表面6a,7aに対してほぼ平行に配
向し、かつ上述したような配向方向がそれぞれ異なる複
数の微小な領域12が形成されて、不均一な配向とな
る。このとき、配向膜6,7の高分子鎖と、液晶分子1
0aの分子鎖とがファンデルワールス力によって緩やか
に結合し、この状態がエネルギー的に安定な状態とな
る。したがって、液晶分子10aが配向膜6,7の表面
6a,7aに吸着される。本実施例の配向膜6,7の表
面6a,7aには配向処理が施されていないので、配向
膜6,7の表面6a,7aの高分子鎖は、任意の方向を
向いている。このため、液晶分子10aは任意の方向に
配向するけれども、前述した微小な領域12において
は、配向膜6,7の表面6a,7aの高分子鎖および液
晶分子10aの分子鎖は一方向に配向している。
【0036】図5は、前記液晶表示装置1の形成方法を
示す工程図である。ステップa1では、透光性基板2,
3の表面2a,3aに透明電極4,5がそれぞれ形成さ
れる。ステップa2では、透明電極4,5が形成された
前記基板2,3の表面2a,3aに配向膜6,7がそれ
ぞれ形成される。ステップa3では、前記基板2,3の
表面2a,3aが対向するようにして配置され、液晶注
入口を開けて貼合わせられる。ステップa4では、前記
液晶注入口から二色性色素11を含む液晶材料が注入さ
れ、注入口が封止される。このようにして液晶層10が
形成される。
【0037】ステップa5では、液晶層10に前述した
液晶分子10aのフレデリクス転移を生じる電界よりも
大きい電界が印加される。ステップa6では、前記電界
を印加したまま、液晶層10が等方相となるまで加熱さ
れる。ステップa7では、前記電界を印加したまま、液
晶層10が室温まで冷却される。このようにして、前記
液晶表示装置1が形成される。
【0038】図6は、本発明に基づく液晶表示装置1
と、従来のゲストホスト型液晶表示装置21,31,4
1との表示原理を説明するための側面図である。図6
(1)は液晶表示装置1を示し、図6(2)はハイルマ
イヤー型液晶表示装置21を示し、図6(3)はホワイ
トテーラー型液晶表示装置31を示し、図6(4)は1
/4波長板型液晶表示装置41を示す。
【0039】まず、本実施例の液晶表示装置1の表示原
理について説明する。電圧無印加時(V=Voff)にお
いて、液晶層10の液晶分子10aは、前述したように
吸着され、その長軸方向は基板2,3に対してほぼ平行
であり、その方向は不均一となっている。二色性色素1
1は、この液晶分子10aに沿って配向している。この
とき、たとえば基板2側から入射した光13は二色性色
素11によって吸収されるので、二色性色素11の色彩
に着色した表示が得られる。
【0040】一方、電圧印加時(V=Von)において、
液晶分子10aは電界方向、すなわち基板2,3に対し
てほぼ垂直方向に配向する。二色性色素11は、この液
晶分子10aに沿って配向する。このとき、基板2側か
ら入射した光14は、二色性色素11によって吸収され
ないので、透明な表示が得られる。本実施例では、5V
程度の電圧を印加したときに透明な表示が得られた。
【0041】続いて、従来の3種類のゲストホスト型液
晶表示装置21,31,41の表示原理を簡単に説明す
る。図6(2)に示されるハイルマイヤー型液晶表示装
置21は、透光性基板22,23間に配置される二色性
色素25を含む液晶層24と、偏光板26,27とを含
む。液晶層24の液晶分子24aは、ホモジニアス配
向、すなわち基板22,23に対してほぼ平行であり、
かつ一方向に配向するように配向膜によって制御されて
いる。電圧無印加時(V=Voff)において、液晶分子
24aは、前述したように配向し、二色性色素25は液
晶分子24aに沿って配向している。このとき、たとえ
ば基板22側に配置される偏光板26を通過して液晶層
24に入射した光28は、二色性色素25によって吸収
され、着色した表示が得られる。一方、電圧印加時(V
=Von)において、液晶分子24aおよび二色性色素2
5は、前記液晶表示装置1と同様に配向する。このた
め、透明な表示が得られる。なお、光28,29が入射
する側に配置される偏光板26の吸収軸26aと出射す
る側に配置される偏光板27の吸収軸27aとは等しく
なるように配置される。
【0042】図6(3)に示されるホワイトテーラー型
液晶表示装置31は、透光性基板32,33間に配置さ
れる二色性色素35を含む液晶層34を含む。液晶層3
4には、またカイラルドーパントが混入されており、液
晶分子34aが基板32,33間で螺旋状に捩れ配向、
いわゆるグランジャン配向している。電圧無印加時(V
=Voff)において、液晶分子34aの捩れ配向に沿っ
て二色性色素35も捩れ配向する。このとき、たとえば
基板32側から入射した光36は、二色性色素35によ
って吸収されるので、着色した表示が得られる。一方、
電圧印加時(V=Von)において、液晶分子34aおよ
び二色性色素35は、前記液晶表示装置1と同様に配向
する。このため、透明な表示が得られる。
【0043】図6(4)に示される1/4波長板型液晶
表示装置41は、反射型の液晶表示装置であり、透光性
基板42,43間に配置される二色性色素45を含む液
晶層44と、1/4波長板46と、反射板47とを含
む。液晶層44の液晶分子44aは、液晶表示装置21
と同様にホモジニアス配向している。電圧無印加時(V
=Voff)において、液晶分子44aは、前述したよう
に配向しており、二色性色素45は液晶分子44aに沿
って配向している。このとき、たとえば基板42側から
入射した光48のうち液晶分子44aおよび二色性色素
45と平行な偏光方向の光が液晶層44を通過する。こ
の光は、1/4波長板46を通過して円偏光となり、反
射板47で反射することによって偏光方向が反転する。
再び1/4波長板46を通過することによって、その偏
光方向が入射時とは90°回転する。この光は、二色性
色素45によって吸収されるので、着色した表示が得ら
れる。また、液晶分子44aおよび二色性色素45と直
交する偏光方向の光は、液晶層44に入射した時に二色
性色素45によって吸収される。一方、電圧印加時(V
=Von)において、液晶分子44aおよび二色性色素4
5は、前記液晶表示装置1と同様に配向する。このた
め、透明な表示が得られる。
【0044】
【表1】
【0045】表1は、本発明に基づく液晶表示装置1と
前述した3種類の液晶表示装置21,31,41との構
成条件についてまとめて示すものである。液晶表示装置
21,31,41では、それぞれの初期配向状態を得る
ために配向膜に対してラビング処理などの配向処理が必
要となる。しかしながら、液晶表示装置1では配向処理
が不要である。このため、ラビング時などにおいて生じ
る不都合がなくなる。また、液晶表示装置21は偏光板
が必要であり、液晶表示装置31はカイラルドーパント
が必要であり、液晶表示装置41は1/4波長板が必要
である。しかしながら、液晶表示装置1は、このような
部材が不要である。このため、前記液晶表示装置21,
31,41と比較すると簡単な構成となり、製造コスト
が比較的安価となる。
【0046】
【表2】
【0047】表2は、前記液晶表示装置1,21,3
1,41の特性についてまとめて示すものである。駆動
電圧、明るさ、コントラストは実際の測定値を示す。な
お、明るさは、空の液晶セルに対する割合で示してい
る。液晶表示装置21は、偏光板26,27が必要であ
り、液晶分子24aの配向方向とほぼ平行に配向した二
色性色素25と等しい偏光のみを吸収するので、液晶セ
ル自身の非偏光光を吸収する割合は最大で50%とな
る。したがって、他に比べると明るさが低い。
【0048】また、液晶表示装置31は、電圧−透過率
曲線が2段階の変化を示し、3つの配向状態を形成す
る。このため、マルチプレクス駆動を行うことができ
ず、中間調表示が不可能である。また、高いコントラス
ト比の表示を得るためには、比較的高い駆動電圧が必要
となる。このため、消費電力が大きくなるなどの不都合
が生じる。また、配向均一性に劣るという問題がある。
さらに、液晶表示装置41は、1/4波長板46が視角
依存性を有するので、広い視角特性を得ることができな
い。
【0049】しかしながら、液晶表示装置1は、偏光板
が不要であり、液晶分子10aは基板2,3に対して水
平であるけれども、ランダムに配向し、この液晶分子1
0aの配向方向とほぼ平行に配向した二色性色素11に
よって光が吸収されるので、比較的明るく、高コントラ
ストな表示が得られる。また、視角依存性が小さく均一
で広い視角特性が得られる。さらに、急峻な電圧−透過
率曲線が得られるので、マルチプレクス駆動を実施する
ことができ、良好な中間調表示を得ることが可能とな
る。また、比較的小さい駆動電圧で駆動することができ
る。
【0050】
【表3】
【0051】表3は、本発明に基づく液晶表示装置1の
電圧保持率を示すものである。ここに示される電圧保持
率は、常温で±4V、50μsのパルス電圧を印加し、
16.7ms後において、電圧が完全に保持されたと仮
定したときの電圧と時間との積分値に対する、実際に保
持された電圧と時間との積分値の割合(%)である。ま
た、液晶材料として、シアノ系液晶であるZLI−15
65およびフッ素系液晶であるZLI−4801を使用
し、二色性色素材料としてジアゾ系色素G224および
アントランキノン系色素D35を使用し、それぞれの組
合わせで混合し、評価を行った。
【0052】形成直後においては、いずれの組合わせで
あっても比較的高い電圧保持率が得られた。一方、10
0Wのメタルハライドランプを用いて500hr光照射
した後においては、シアノ系液晶/ジアゾ系色素の組合
わせで電圧保持率の大きな低下が確認された。また、シ
アノ系液晶/アントラキノン系色素の組合わせで若干の
低下が確認された。このことから液晶としてフッ素系液
晶を使用し、二色性色素としてアントラキノン系色素を
使用することが高い信頼性を得る上で望ましいといえ
る。
【0053】なお、本実施例では、液晶層10として液
晶材料に二色性色素11のみを添加する例について説明
したけれども、二色性色素11に加えて微量のカイラル
ドーパントを添加する例も本発明の範囲に属するもので
ある。カイラルドーパントとしては、たとえばコレステ
リルノナノエート、コレステリルベンゾエートなどが挙
げられ、カイラルドーパントを添加した液晶層10のカ
イラルピッチは、セル厚の4倍以上であることが望まし
く、液晶に対する添加量は、たとえば0.05%〜3
%、好ましくは0.1%〜1.5%に選ばれる。
【0054】図7は、本発明の他の実施例であるアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置に形成されるスイッチ
ング素子を示す断面図である。図7(1)は逆スタガー
型のTFT(Thin Film Transistor)素子51aを示
し、図7(2)はスタガー型のTFT素子51bを示
す。また、図7(3)はMIM(Metal-Insulator-Meta
l)素子61を示す。
【0055】逆スタガー型のTFT素子51aは、ゲー
ト電極52、絶縁層53、半導体層54、n+a−Si
(アモルファスシリコン)層55、ソース電極56およ
びドレイン電極57を含む。たとえば前記透光性基板2
上にゲート電極52がパターン形成される。ゲート電極
52は、たとえばタンタル、チタン、ニオブ、モリブデ
ン、アルミニウム、銅などの金属材料や、ITOなどの
透明電極材料から成る。ゲート電極52を含む基板2上
には、たとえば酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化シリコ
ン、窒化シリコンなどで実現される絶縁層53が形成さ
れる。絶縁層53上には、a−Siから成る半導体層5
4がパターン形成され、さらにn+a−Si層55とソ
ースおよびドレイン電極56,57とがパターン形成さ
れる。ソースおよびドレイン電極56,57は、前記ゲ
ート電極52と同様にたとえばタンタル、チタン、ニオ
ブ、モリブデン、アルミニウム、銅などの金属材料や、
ITOなどの透明電極材料から成る。続いて、ドレイン
電極57に接続して、たとえばITOから成る絵素電極
58がパターン形成される。このようなTFT素子51
aは、液晶表示装置の複数の絵素にそれぞれ設けられ
る。また、基板2に対向する基板上には、前記絵素電極
58に対応して、たとえばITOで実現される対向電極
が形成され、前述した液晶表示装置1と同様にして液晶
表示装置とされる。
【0056】なお、TFT素子51aに代わって、TF
T素子51bを形成してもよい。スタガー型のTFT素
子51bは、前記TFT素子51aと同様の構成要素を
含むけれども、その構造が異なる。基板2上には、ソー
スおよびドレイン電極56,57がパターン形成され
る。ソースおよびドレイン電極56,57上には、電極
56,57にわたってn+a−Si層55と半導体層5
4とがこの順に形成される。また、ドレイン電極57に
は絵素電極58が接続して形成される。半導体層54上
には、絶縁層53が形成され、さらにゲート電極52が
形成される。このように前記TFT素子51aとはその
構造がほぼ逆となっている。
【0057】また、a−SiTFT素子、p−SiTF
T素子、CdSe−TFT素子、Te−TFT素子など
を形成してもよい。
【0058】MIM素子61は、下部電極62、絶縁層
63、上部電極64を含む。たとえば、前記透光性基板
2上に、たとえばタンタル、チタン、ニオブ、モリブデ
ン、アルミニウム、銅などの金属材料やITOなどの透
明電極材料から成る配線電極が形成され、その一部が下
部電極62とされる。下部電極62上には、たとえば酸
化タンタル、酸化ニオブ、酸化アルミニウム、酸化シリ
コン、窒化シリコン、ポリイミドなどの絶縁膜や、酸化
亜鉛、硫化亜鉛などの半導体膜、PZT、PLZT、チ
タン酸バリウム、ポリフッ化ビニリデンやその共重合体
などの強誘電膜から成る絶縁層63が形成される。絶縁
層63は、たとえば陽極酸化法、スパッタリング法、C
VD法、イオンプレーティング法、蒸着法、ラングミュ
ーア−ブロジェット法、スピンコート法などによって形
成される。絶縁層63を含む基板2上には、ITOで実
現される上部電極64がパターン形成される。基板2上
のITOは、絵素電極である。なお、上部電極64とし
て、たとえばタンタル、チタン、ニオブ、モリブデン、
アルミニウム、銅などの金属材料を使用し、上部電極6
4に接続して、たとえばITOから成る絵素電極を形成
してもよい。このようなMIM素子61は、液晶表示装
置の複数の絵素にそれぞれ設けられる。また、基板2に
対向する基板上には、前記絵素電極に対応して、たとえ
ばITOなどから成る対向電極が形成され、前述した液
晶表示装置1と同様にして液晶表示装置とされる。
【0059】前述したTFT素子51a,51b、MI
M素子61の非線形素子を用いた液晶表示装置は、走査
線数が100以上であっても、高コントラストで、均一
性に優れた表示が得られた。
【0060】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、液晶層に
二色性色素が含まれ、入射光のほぼ全てを吸収する着色
表示とほぼ全てを透過する透明表示とによって表示が行
われるので、高コントラストな表示が得られる。また、
偏光板が不要であるので、明るい表示が得られる。
【0061】また本発明によれば、複数の絵素には、非
線形スイッチング素子が形成される。したがって、明る
く高コントラストな表示が得られるアクティブマトリク
ス駆動が実現される。
【0062】さらに本発明によれば、二色性色素にアン
トラキノン系色素が含まれる。したがって、高い電圧保
持率で、かつ信頼性の優れた表示が得られる。
【0063】また、本発明によれば、液晶層材料として
末端基にハロゲン元素を含む材料が選ばれる。したがっ
て、高い電圧保持率で、かつ信頼性に優れた表示が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である液晶表示装置1を示す
断面図である。
【図2】二色性色素の特性を示す図である。
【図3】前記液晶表示装置1を示す平面図である。
【図4】液晶分子10aの吸着の原理を説明するための
図である。
【図5】前記液晶表示装置1の形成方法を示す工程図で
ある。
【図6】液晶表示装置1,21,31,41の表示原理
を説明するための側面図である。
【図7】本発明の他の実施例である液晶表示装置に形成
されるスイッチング素子を示す断面図である。
【符号の説明】
1 液晶表示装置 2,3 透光性基板 4,5 透明電極 6,7 配向膜 10 液晶層 10a 液晶分子 11 二色性色素 51a,51b TFT素子 58 絵素電極 61 MIM素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−167122(JP,A) 特開 昭57−94719(JP,A) 特開 平3−21693(JP,A) 日本学術振興会第142委員会編,「液 晶デバイスハンドブック」,初版,日刊 工業新聞社,1989年9月29日,p.47− 55 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/137 G02F 1/1337 G09F 9/30

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともいずれか一方は透光性を有す
    る一対の基板間に、少なくとも二色性色素を含むネマテ
    ィック液晶層が介在され、 前記一対の基板の液晶層側表面に、少なくとも絵素電極
    と配向膜とがこの順に形成され、 前記配向膜表面に近接する液晶分子は、分子長軸方向が
    配向膜表面に対して平行となるようにして、かつ配向方
    向がそれぞれ異なる複数の微小領域を形成して前記配向
    膜に吸着されており、 前記微小領域の平均径は、40μm〜100μmに選ば
    れることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 少なくともいずれか一方は透光性を有す
    る一対の基板間に、少なくとも二色性色素を含むネマテ
    ィック液晶層が介在され、 前記一対の基板のうちのいずれか一方基板の液晶層側表
    面であって、マトリクス状に配列される複数の絵素のそ
    れぞれに、非線形スイッチング素子と絵素電極とが形成
    され、前記非線形スイッチング素子および絵素電極上に
    配向膜が形成され、 前記一方基板と対向する他方基板の液晶層側表面に、前
    記絵素電極に対応して対向電極が形成され、前記対向電
    極上に配向膜が形成され、 前記配向膜表面に近接する液晶分子は、分子長軸方向が
    配向膜表面に対して平行となるようにして、かつ配向方
    向がそれぞれ異なる複数の微小領域を形成して前記配向
    膜に吸着されており、 前記微小領域の平均径は、40μm〜100μmに選ば
    れることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記二色性色素は、アントラキノン系色
    素を含むことを特徴とする請求項1または2記載の液晶
    表示装置。
  4. 【請求項4】 前記液晶層の液晶材料は、末端基にハロ
    ゲン元素を含む材料が選ばれることを特徴とする請求項
    1、2または3記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 少なくともいずれか一方が透光性を有す
    る一対の基板のそれぞれ一方表面に、少なくとも絵素電
    極と配向膜とをこの順に形成し、 互いの一方表面を対向させて配置して、前記基板間に少
    なくとも二色性色素を含むネマティック液晶を注入し、 前記液晶注入後に、前記液晶をネマティック相から等方
    相へ相転移する相転移温度よりも高い温度に加熱してか
    らネマティック相まで冷却し、 前記冷却期間に、前記液晶に、該液晶がフレデリクス転
    移を起こす電界あるいは磁界よりも大きい電界あるいは
    磁界を印加して、分子長軸方向が配向膜表面に対して平
    行となるようにして、かつ配向方向がそれぞれ異なる平
    均径が40μm〜100μmに選ばれる複数の微小領域
    を形成して、前記配向膜に近接する液晶分子を前記配向
    膜に吸着させることを特徴とする液晶表示装置の製造方
    法。
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