JP3574096B2 - アクティブマトリクス駆動の液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置において、使用する液晶材料が高速応答性に優れた強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料である液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は液晶材料に外部から電場を印加し、材料の光学的異方性を変化させることで電気信号を光信号に変換し表示を行う。
【０００３】
図１に一般的な液晶表示装置の構成を示す。液晶表示装置は基板１０１、１０２上に形成された液晶材料を駆動させるための電極１０３、１０４を有し、電極面を内側に向けるようにして該基板が対向するように配置されており、該基板間に液晶材料１０５が挟持されている。液晶表示装置は液晶材料の複屈折性を利用するものが広く知られている。該液晶表示装置は液晶材料の複屈折性を有効に利用するために、基板面の液晶材料と接する側になんらかの配向処理１０６を施し、液晶材料の光軸を任意の方向に配向させている。
【０００４】
上記液晶表示装置の中で、強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を使用したものは、ＴＮ型、ＳＴＮ型液晶表示装置に比べ約１０００倍の応答速度を示す優れた特性を有している。
【０００５】
強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を使用した液晶表示装置は上述のように液晶材料を挟持する２枚の基板の液晶材料が接する側の面に配向処理を施し、該液晶材料を使用する場合は液晶材料に一軸の配向性を有せしめる。配向処理方法として、液晶材料を挟持する２枚の基板にＳｉＯ２ を斜方蒸着する方法、２枚の基板の電極が形成されている面上に誘電体の薄膜を形成して配向膜とし、該膜の表面を擦るラビング法、液晶材料に対して外部から電界あるいは磁界を印加する方法があるが、工業的にはラビング法が優れている。
【０００６】
ラビング法は一般的には、液晶表示装置の２枚の基板上の、少なくとも一方の液晶材料が接する側に配向膜を１００〜１０００Åの膜厚で成膜し、該膜の表面を綿、ナイロンの布などで擦るラビング処理をする。配向膜としては、ポリビニールアルコール、ナイロン、ポリイミド等といった有機化合物や、酸化珪素といった無機化合物が用いられる。
【０００７】
ラビング処理により液晶材料を一軸配向させると、液晶を挟持する基板に対し液晶分子が平行になるのではなく、ある一定の傾斜角を有して斜めに配向するようになる。一般的には、この角度をプレチルト角と称している。そして従来はこのプレチルト角が５°以上であることが、様々な点から良好とされていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする問題】
上記した強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を使用した液晶表示装置の場合、以下に示す問題が生じることが多かった。
【０００９】
強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を配向させ、液晶表示装置を作製したものについて矩形波により動作させたとき、暗状態を表示しているときに画素の中に光漏れする部分が生じることがある。このような光漏れは液晶表示装置のコントラストを低下させるものである。
【００１０】
該液晶表示装置について、偏光顕微鏡により直交ニコル下で液晶材料の配向状態を観察すると大部分は一軸に配向しているが、一部分筋状あるいはジグザグに欠陥が生じている。
【００１１】
さらに、暗状態から明状態間でスイッチングさせると、明状態または暗状態に変化してから一定の透過光量を示すのに時間を要するようになる。またどちらかの状態のままにしておくと透過光量が変化する場合もあり、たとえば暗状態時には徐々に画素の透過光量が増大してくる現象も見られる。
【００１２】
このような液晶表示装置は、光学特性が不安定なため、パルスの波形で駆動する単純マトリクス駆動や、アクティブマトリクス駆動には不適当である。
【００１３】
図２にこのような液晶表示装置の電流電圧特性を示す。図には強誘電性を示す液晶材料を使用した場合を示した。該電流電圧特性は液晶表示装置と直列に１００ｋΩの抵抗を接続し、これらの素子に対し５Ｈｚ、±３０Ｖの三角波を印加したときの抵抗の電圧降下をオシロスコープにより測定したものである。図中の電流値は、オシロスコープで読み取った電圧を前記抵抗値で割った値である。図に示すように電流成分として、３通りに分けられる。すなわち、液晶表示装置の電極間のコンデンサーとしての成分２０１、液晶材料の有する自発分極が電界方向の変化にともない反転するときに流れる電流成分２０２、その他の電流成分２０３である。この３番目の電流成分を以下の記述では２ｎｄピーク電流と表す。
【００１４】
この２ｎｄピーク電流が大きい程、初期透過率が保持されず光学特性が不安定となっていた。したがって２ｎｄピーク電流の減少が求められていた。
【００１５】
本発明の目的は上述の欠点を解決するものである。即ち本発明は安定した光学特性を有する液晶表示装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、表面に電極を有する第１及び第２の基板からなる一対の基板間に、強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を挟持し、前記第１及び／又は第２の基板表面の電極と液晶材料との間には、前記液晶材料に一軸配向性を有せしめる処理が表面に施されたポリイミド系の樹脂よりなる配向膜を有し、該配向膜はネマチック液晶に対して１． ６〜３． １°の範囲のプレチルト角を有せしめるものであることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１７】
また本発明は、表面に電極を有する第１及び第２の基板からなる一対の基板間に、強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を挟持し、前記第１及び／又は第２の基板表面の電極と液晶材料との間には、前記液晶材料に一軸配向性を有せしめる処理が表面に施されたポリイミド系の樹脂よりなる配向膜を有し、該配向膜表面の表面張力の極性項の値が１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍ の範囲であることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１８】
また上記構成において第１及び第２の基板のうち少なくとも一方が透光性を有した基板であることを特徴とするものである。
【００１９】
また上記構成において、第１の基板には信号電極と走査電極の各交点に駆動用スイッチング素子を有し、第２の基板には対向電極を有することを特徴とし、これにおいて駆動用スイッチング素子は薄膜トランジスタであることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明者らは、液晶表示装置において、ある特徴的な特性を研究の結果から確認した。
【００２１】
本発明者らは液晶表示装置について、ポリイミド系の樹脂よりなる配向膜の成膜条件を変化させて液晶セルを作製し、液晶セルの電流−印加電圧特性及びプレチルト角を測定し、プレチルト角と２ｎｄピーク電流の関係を調べた。
【００２２】
ここでプレチルト角の測定は光学的測定法であるクリスタルローテーション法により行った。本方法は強誘電性液晶材料の様な光学的に２軸性のものは測定が困難なため、プレチルト角の測定は、本明細書では光学的に１軸性のネマチック液晶を用いて、配向膜と接するネマチック液晶材料のプレチルト角を測定した値を用いることとする。
【００２３】
その結果を図３に示す（膜厚２００Å、焼成温度２５０℃）。２ｎｄピーク電流の小さいものは初期透過率が保持される傾向にある。図３の結果からプレチルト角の小さいものの方が２ｎｄピーク電流が小さくなる。すなわち初期透過率が保持されやすい。
【００２４】
２ｎｄピーク電流が低減される傾向を示すものは特に、プレチルト角を１． ６〜３． １°の範囲にした時に顕著であった。またこのときの配向膜表面の表面張力の極性項の値は１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲であった。本発明はこの結果を利用することにより、光学的特性の安定した高コントラスト表示の液晶表示装置としたものである。
【００２５】
本発明の液晶表示装置を得るには、配向膜の成膜条件および一軸配向処理すなわちラビングの条件を適宜定めることにより成就する。
【００２６】
ポリイミド系の樹脂よりなる配向膜の成膜条件として、焼成温度２００℃以上、膜厚１００〜２００Åが適当であった。
【００２７】
特に、膜全体がイミド化し、かつ十分に硬化していなければ、ラビングのため膜がかなり削れてしまい、液晶材料の配向乱れを生じてしまったので、焼成温度は２００℃以上が好ましい。
【００２８】
また、ラビングの条件として、弱くラビングするとプレチルト角が大きくなり配向性が悪くなる。一般にラビング密度が高いと強くラビングされる。ラビング密度とプレチルト角の関係としては図４のようになる（膜厚２００Å、焼成温度２５０℃）。但し、ここでいうラビング密度とは数１から求めた値である。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここに、Ｌはラビング密度、Ｎはラビング回数、ｌはラビングロールと配向膜との接触長［ｍｍ］、ｒはラビングロールの半径［ｍｍ］、ｎはラビングロールの回転数［ｒｐｍ］ 、ｖは基板を乗せるステージの速度［ｍｍ／ｓｅｃ］である。
【００３１】
２ｎｄピークの低減という点ではプレチルト角は小さい方が望ましいので、強くラビングする方が望ましい。しかし、強すぎると今度は配向膜が剥離する等の問題があるため、ラビング密度として１００〜５００の範囲にあることが望ましい。プレチルト角は、１．６°より小さくすると、ラビングにより配向膜が剥がれやすくなり、また３．１°より大きくすると配向欠陥が多くなり、２ｎｄピークも大きくなる。
【００３２】
上記成膜条件及びラビング密度により、プレチルト角は１． ６〜３． １°の範囲となる。
【００３３】
また、この時の配向膜の表面張力の極性項の値は１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲となる。
【００３４】
【作用】
強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を一軸配向させた液晶表示装置について、外部から電界を印加して液晶材料を駆動させる場合、電場の反転により自発分極が反転し液晶分子の長軸の向きが変わることでスイッチングする。電場の反転後、自発分極は基板に垂直な方向に対してどちらか一方に平行になるように揃う。結果として液晶材料の表面に分極が発生するため残留電圧が生じ、液晶材料内部に逆向きの電界が生じる。この逆向きの電界のため自発分極を反転させるようなトルクが働き、図５に示すように自発分極５０２の向きを変え基板の垂直方向で捻れた配向となる。このような捻れ配向はスイッチングの際には一旦垂直に配向した自発分極がさらに配向状態を変えた結果なので２段応答となり、このため電流−印加電圧特性を測定するとピークが２つ出てくる。
【００３５】
本発明構成により、液晶材料の自発分極の捻れ配向が無くなった。このためスイッチング過程が１段階で済むので２ｎｄピーク電流が低減した。
【００３６】
従って、配向膜材料を適切な成膜条件で成膜し、さらに適切なラビング密度でラビングすることにより、プレチルト角、配向膜の表面張力が上記範囲となることで、配向状態が良好となり、しかも余分な電流成分、ここでは２ｎｄピーク電流を除くことができた。このため光学応答性が改善され、高コントラストで安定な表示を行うことが可能となる。
以下に本発明の実施例を示す。
【００３７】
【実施例】
〔実施例１〕
【００３８】
本実施例ではまず、本発明の効果を確認するため１画素の液晶セルにより諸特性の評価を行った。
【００３９】
はじめに、電気光学特性、電流−印加電圧特性の評価用セルを作製した。図６にこの液晶セルの構成を示す。液晶セルは２枚の基板６０１から成り、該２枚の基板上には液晶材料を駆動するための電極６０２を有し、該基板間には液晶材料６０３が挟持されている。ここで、２枚の基板は厚さ１． １ｍｍの青板ガラスを使用した。青板ガラス上には透明電極ＩＴＯが成膜されている。画素部分の大きさは、５ｍｍ□である。
【００４０】
基板の電極が形成されている面上には、配向膜６０４を成膜した。本実施例で使用した配向膜はポリイミド系の樹脂ＲＮ−３０５（日産化学（株）製）である。該配向膜は原液（固形分６％）を、ｎ−メチル−２−ピロリドンを使用して希釈した。希釈濃度は２通り、即ち１６、３２倍である。希釈した配向膜はスピンコート法により２枚の基板上に塗布した。塗布した基板は高温で２． ５時間加熱して溶媒を乾燥させ塗膜を焼成し硬化させた。焼成温度を１５０、２００、２５０、３００℃とし４種類の膜を成膜した。
【００４１】
次に２枚の基板上のポリイミド樹脂をラビングする。ラビングはレーヨン等の布が巻いてある半径６５ｍｍのローラーで４５０ｒｐｍの回転数で一方向に擦った。この時基板を乗せているステージの進行速度は２０ｍｍ／ｓｅｃであった。ラビングの回数は１回とした。従って、この時のラビング密度は数１から１５４となる。
【００４２】
次にセル間隙を２． ５μｍ一定とするため、前記基板上に、直径２． ５μｍの無機製のシリカビーズをスペーサーとして散布し、２液性のエポキシ系接着剤により２枚の基板を固定した。これら２枚の基板間に液晶材料６０３を注入した。
【００４３】
上記液晶セルに注入した液晶材料はチッソ（株）製の強誘電性液晶、ＣＳ−１０１４である。この液晶はその相系列がＩｓｏ−Ｎ ＊ −ＳｍＡ−ＳｍＣ＊ −Ｃｒｙを取るものであり、その転移温度はＩｓｏ−Ｎ＊ は８１℃、Ｎ＊ −ＳｍＡは６９℃、ＳｍＡ−ＳｍＣ＊ は５４℃、ＳｍＣ＊ −Ｃｒｙは−２１℃であった。液晶の自発分極は５ｎＣ／ｃｍ２ であった。液晶材料のしきい値は１Ｈｚ以下の矩形波を印加して電気光学特性を測定した結果、１Ｖであった。
【００４４】
この液晶セルの液晶材料の配向状態を、偏光顕微鏡で直交ニコル下で観察したところ、配向膜の成膜条件として焼成温度が２００℃以上のセルでは筋状あるいはジグザグ状の欠陥はほとんど見られなかった。一方焼成温度１５０℃のセルについては配向の乱れがめだった。
【００４５】
また、液晶セルを、画素電極間を短絡させた状態でステージを回転させたところ、前記の配向状態の良好なセルでは、ある回転角で消光位、即ち片方の偏光板に入射した光が、他方の偏光板を透過せずあたかも光が遮断された状態が得られた。このことは、液晶分子が電界を印加しないでもすべて一方向に配向し、かつ図６に示すように液晶材料６０３の有する自発分極６０５が該液晶表示装置の基板に対して、垂直方向に配列していることを示す。
【００４６】
図７に該液晶セルの電流−印加電圧特性を示す。上記と同様に±３０Ｖ、５Ｈｚの三角波を印加して測定した。図によれば、前記配向条件の良好な液晶セルにおいては、電流成分が該液晶セルのコンデンサーとしての容量成分２０１、液晶材料の有する自発分極が反転するときの電流成分２０２以外はほとんど観察されない。表１には２ｎｄピーク電流の値を示した。２ｎｄピーク値はピークの頂点から容量成分を引いた値を示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
図８に該液晶セルの電気光学特性を示す。測定方法は、ハロゲンランプを光源とする偏光顕微鏡により、直交ニコル下で液晶セルを±３０Ｖ、５Ｈｚの矩形波で駆動し、透過光強度をフォトマルチプライヤーで検出するものである。この時液晶セルは−３０Ｖ印加時にフォトマルチプライヤー出力が最小レベルとなるような位置に固定した。図によれば前記配向状態の良好なセルではコントラスト比が１００、しかもメモリー性の判断材料となるヒステリシスループが大きくなった。なお、表１において配向膜成膜条件として、１６倍希釈、２００℃焼成のセルは２ｎｄピークがやや出る傾向にあることを示しているが、光学応答性にはとくに問題はなかった。一方１５０℃焼成のセルは２ｎｄピークは小さいが、膜の硬化が十分でないためラビングにより不必要に配向膜が削られてしまうことで一軸配向性を十分に有せしめることができず、光学応答性は極めて悪かった。
【００４９】
上記のように、ある成膜条件にて特性のよい液晶セルが得られた。液晶セルの光学特性及び電気特性は配向膜材料の特性及び配向膜／液晶界面相互作用に依存するところが大きい。本実施例では成膜条件及び表面処理により配向膜の物性が及び配向膜表面の状態が変化していることが容易に予想されたため、次に配向膜及び配向膜／液晶界面相互作用の諸特性を測定した。
【００５０】
まず、本条件で作製した配向膜の膜厚を表２に、比誘電率を表３に示す。膜厚の測定は顕微分光光度計ＴＦＭ−１２０ＡＦＴ（オーク製作所（株））によって、また、比誘電率の測定はインピーダンス・アナライザー４１９２Ａ（ＨＥＷＬＥＴＴ ・ＰＡＣＫＡＲＤ 社製）によって行った。
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
次に上記配向膜の表面処理によるの液晶材料の配向への影響を確認するため、液晶分子のプレチルト角を測定した。その測定結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
プレチルト角の測定は本実施例では光学的測定法であるクリスタルローテーション法により行った。測定は本来ならば実施例において使用する液晶、本実施例の場合強誘電性を示す液晶材料を使用するべきであるが、本方法は強誘電性液晶材料の様な光学的に２軸性のものは測定が困難なため、光学的に１軸性のネマチック液晶を利用して測定した値とし、間接的な測定とした。
【００５６】
液晶セルの２枚の基板は上記液晶セルと同じ１画素のものを使用した。該２枚の基板上には上記配向膜を成膜した。成膜条件は上記評価用セルと同じく、１６、３２倍希釈、焼成温度１５０、２００、２５０、３００℃、ラビング密度は１５４である。
【００５７】
該方法による測定では、セルを組むときには配向膜のラビング方向が２枚の基板で反平行になるようにする。該液晶セルはスペーサーとしてＰＥＴフィルムを用い、ギャップを５０μｍとした。測定に用いた液晶材料はネマチック液晶ＺＬＩ−４４５５−１００（メルク・ジャパン製）である。
【００５８】
該液晶セルは、注入時の配向むらや、配向膜／液晶界面とバルクの配向不一致等の影響をなくすため、液晶注入後１２０℃、２時間のエージング処理をした。
【００５９】
表４によれば、プレチルト角が小さいほど２ｎｄピーク電流が小さくなる傾向にあることが分かる。１．６°〜３．１°の間において、２ｎｄピークは十分に小さい。ただし１５０℃焼成のセルはプレチルト角が小さいが光学応答性は悪かった。
【００６０】
次に、該基板上の接触角を測定し接触角から表面エネルギーを算出した。接触角の測定は（株）エルマ製接触角計Ｇ−Ｔ−１０００を使用した。接触角の測定には２種類の液体Ｈ２ Ｏ及びＣＨ２ Ｉ２ を使用し、各々の液体を使用した場合の接触角から数２により表面張力の極性項、分散項を算出した。その結果を表５に示す。但し、表面張力のうちプレチルト角と関係があるのは極性項なので表には極性項の値のみ記載した。
【００６１】
【数２】
【００６２】
ここに、各記号の意味及び単位を以下に示す。
ＷＳＬ：付着仕事［ｄｙｎｅ／ｃｍ］
γＬ ：既知液体の表面張力［ｄｙｎｅ／ｃｍ］
γＬ ｐ ：既知液体の表面張力の極性項
γＬ ｄ ：既知液体の表面張力の分散項
θ ：接触角 ［°］
γＳ ：固体の表面張力［ｄｙｎｅ／ｃｍ］
γＳ ｐ ：固体の表面張力の極性項
γＳ ｄ ：固体の表面張力の分散項
ｉ ：液体ｉ
ｊ ：液体ｊ
【００６３】
【表５】
【００６４】
表５より表面張力の極性項の値が１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍ の範囲にあることがわかる。一方、特性の良くない１５０℃焼成のセルは表面張力が１８ｄｙｎｅ／ｃｍ 以上と極めて大きかった。
【００６５】
図９に、上記電気光学特性評価用セルとして作製したもののうち、配向状態が良好だったものに対して、単純マトリクス駆動時に重要なパルスメモリー性の評価を行った結果を示す。本評価では正負のパルスを交互に印加した。パルス波形は、２０Ｖ、パルス幅３００μｓ、パルス間隔３０ｍｓである。パルスが印加されていない時間は電極間は短絡状態に等しい。図に示すように透過光強度の応答性は急峻で、画素の表示状態が反転してから即座に飽和する。またパルス印加終了後も透過光強度は一定に保持されている。
【００６６】
また、該液晶セルにマトリクスパネルを駆動するときに印加する４パルス法の波形を試験用に規格化したものを駆動波形としたときの該液晶セルの電気光学特性を図１０に示す。非選択時の揺らぎが少なくコントラスト比が１００と良好である。
【００６７】
この結果を受け、本実施例ではマルチプレクス駆動パネルを作製した。
【００６８】
本実施例では、セルの両方の基板には青板ガラスを使用した。電極としては双方の基板ともＩＴＯ膜を形成した。液晶セルのマトリクスの規模は１９２０×４８０である。
【００６９】
本実施例の該パネルの配向膜の作製条件として、希釈濃度１６倍、焼成温度２５０℃、また配向膜のラビング条件としてラビング密度１５４とした。配向膜は２枚の基板に塗布しラビングも２枚の基板上の配向膜に行った。ラビングの向きは２枚の基板で平行とした。液晶材料は上記のＣＳ−１０１４である。
【００７０】
この液晶表示装置では、単純マトリクス駆動で最大コントラスト比１２０の表示を行うことが可能であった。
【００７１】
なお、本実施例と同様の構成のセルに反強誘電性を示す液晶材料を使用しても同等の結果が得られた。
【００７２】
〔実施例２〕
本実施例ではまず、本発明の効果を確認するため液晶表示装置作製の前段階として１画素の液晶セルによる物性の評価を行った。
【００７３】
本実施例では、液晶表示装置の基板上に駆動用のスイッチング素子を設け、該スイッチング素子によりアクティブマトリクス駆動を行って、デジタル階調表示を行うことが可能な装置を作製することを目的とする。そのため本実施例においては液晶セルの評価として、実際に液晶表示装置内にスイッチング素子を設けて液晶材料を駆動した時と等価の特性を示す信号発生装置を液晶セルの外部に接続し、該装置によって液晶材料を駆動させることで液晶セルの光学応答性を評価した。
【００７４】
本実施例において評価用の液晶セルとして使用したのは構成としては実施例１における評価用セルに等しい。また、配向膜の成膜条件は希釈濃度１６倍、焼成温度２５０℃、ラビング密度１５４である。
【００７５】
図１１に本評価測定時の画素電極間電圧及び画素透過光強度の波形を示す。本評価の駆動波形は、データ信号電圧±１４Ｖ、ゲートパルス電圧−１５Ｖ、ゲートパルス幅１μｓ、１フレーム１ｓである。画素電極間電圧は液晶材料のしきい値を上回る電圧でフレーム終了時まで保持されている。また、光学応答もゲートパルスの印加に対し急峻に応答し、しかもフレーム終了時まで一定の透過光強度で保持されている。
【００７６】
この結果を受け本実施例ではアクティブマトリクス駆動のパネルを作製した。
【００７７】
図１２に本実施例により作製した液晶表示装置の構成を示す。セルの片方の基板１２０１は無アルカリガラスであり、該基板上には画素電極１２０３及び結晶性シリコンＴＦＴ１２０５を用いたアクティブマトリクスを作製した。なお、該基板上には絶縁膜１２０８を形成した。他方の基板には全面にＩＴＯ膜１２０４を形成した。電極等が形成されている基板上には、配向膜１２０６を塗布した。使用した配向膜は上記と同じＲＮ−３０５である。該配向膜の成膜条件は、１６倍希釈、焼成温度２５０℃である。該配向膜表面はラビング密度１５４の強度でラビングした。該２枚の基板は、上下でラビングの方向が平行となるように配置する。上記２枚の基板間には液晶材料１２０７が挟持されている。
【００７８】
本実施例では、該ＴＦＴはシングルゲートのＰＭＯＳを用いたが、これはリーク電流が小さく、ＯＮ／ＯＦＦが大きく取れるためである。典型的にはリーク電流は１ｐＡ以下（ゲイト電圧＋１５Ｖ、ドレイン電圧−１０Ｖ以下）、ＯＮ／ＯＦＦ比７． ５桁以上（ゲイト電圧−１５Ｖ／＋１５Ｖ、ドレイン電圧−１０Ｖ）であった。
【００７９】
画素の大きさは２０μｍ×６０μｍとし、マトリクスの規模１９２０×４８０であった。各画素の電荷保持特性を調べたところ、データ信号として、−１０Ｖを印加した時の最も悪いものは３ｍｓｅｃ後の電圧で約−９Ｖであった。従って本実施例ではマトリクスに印加する走査信号パルスの幅は１μｓｅｃとしパルスの波高は−１５Ｖ、データ信号は±１５Ｖとした。
【００８０】
この液晶表示装置では、最大コントラスト比１２０の表示を得ることができた。
【００８１】
なお、本実施例と同様の構成のセルに反強誘電性を示す液晶材料を使用しても同等の結果が得られた。
【００８２】
【発明の効果】
本発明により液晶材料の配向性を改善し、かつ２ｎｄピークの低い状態を実現し、その結果、光学応答性が極めて良好な液晶表示装置とすることができた。
【００８３】
本発明による液晶表示装置により単純マトリクス駆動、ＴＦＴによるアクティブマトリクス駆動を行った場合、高速応答性、高コントラスト比の表示を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な液晶表示装置の概略図を示す。
【図２】従来の液晶表示装置の電流−印加電圧特性を示す。
【図３】液晶表示装置のプレチルト角と２ｎｄピークの関係を示す。
【図４】液晶表示装置のラビング密度とプレチルト角の関係を示す。
【図５】従来の液晶表示装置の液晶材料の自発分極の向きを示す。
【図６】実施例１における液晶セルの液晶材料の自発分極の向きを示す。
【図７】実施例１における液晶セルの電流−印加電圧特性を示す。
【図８】実施例１における液晶セルの電気光学特性を示す。
【図９】実施例１における液晶セルのパルスメモリー性を示す。
【図１０】実施例１における液晶セルの４パルス法波形駆動時の光学特性を示す。
【図１１】実施例２における液晶セルのパルス印加時の光学特性を示す。
【図１２】実施例２における液晶表示装置の概略図を示す。
【符号の説明】
１０１ 基板
１０２ 基板
１０３ 電極
１０４ 電極
１０５ 液晶材料
１０６ 配向処理を施した膜
２０１ 液晶表示装置のコンデンサーとしての容量成分
２０２ 液晶材料の有する自発分極が、電界方向の変化に伴い反転するときに発生する電流成分
２０３ ２ｎｄピーク電流
５０１ 液晶材料
５０２ 自発分極
６０１ 基板
６０２ 電極
６０３ 液晶材料
６０４ 配向膜
６０５ 自発分極
１２０１ 基板
１２０２ 基板
１２０３ 画素電極
１２０４ ＩＴＯ膜
１２０５ 薄膜トランジスタ
１２０６ 配向膜
１２０７ 液晶材料
１２０８ 絶縁膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置において、使用する液晶材料が高速応答性に優れた強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料である液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は液晶材料に外部から電場を印加し、材料の光学的異方性を変化させることで電気信号を光信号に変換し表示を行う。
【０００３】
図１に一般的な液晶表示装置の構成を示す。液晶表示装置は基板１０１、１０２上に形成された液晶材料を駆動させるための電極１０３、１０４を有し、電極面を内側に向けるようにして該基板が対向するように配置されており、該基板間に液晶材料１０５が挟持されている。液晶表示装置は液晶材料の複屈折性を利用するものが広く知られている。該液晶表示装置は液晶材料の複屈折性を有効に利用するために、基板面の液晶材料と接する側になんらかの配向処理１０６を施し、液晶材料の光軸を任意の方向に配向させている。
【０００４】
上記液晶表示装置の中で、強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を使用したものは、ＴＮ型、ＳＴＮ型液晶表示装置に比べ約１０００倍の応答速度を示す優れた特性を有している。
【０００５】
強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を使用した液晶表示装置は上述のように液晶材料を挟持する２枚の基板の液晶材料が接する側の面に配向処理を施し、該液晶材料を使用する場合は液晶材料に一軸の配向性を有せしめる。配向処理方法として、液晶材料を挟持する２枚の基板にＳｉＯ２ を斜方蒸着する方法、２枚の基板の電極が形成されている面上に誘電体の薄膜を形成して配向膜とし、該膜の表面を擦るラビング法、液晶材料に対して外部から電界あるいは磁界を印加する方法があるが、工業的にはラビング法が優れている。
【０００６】
ラビング法は一般的には、液晶表示装置の２枚の基板上の、少なくとも一方の液晶材料が接する側に配向膜を１００〜１０００Åの膜厚で成膜し、該膜の表面を綿、ナイロンの布などで擦るラビング処理をする。配向膜としては、ポリビニールアルコール、ナイロン、ポリイミド等といった有機化合物や、酸化珪素といった無機化合物が用いられる。
【０００７】
ラビング処理により液晶材料を一軸配向させると、液晶を挟持する基板に対し液晶分子が平行になるのではなく、ある一定の傾斜角を有して斜めに配向するようになる。一般的には、この角度をプレチルト角と称している。そして従来はこのプレチルト角が５°以上であることが、様々な点から良好とされていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする問題】
上記した強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を使用した液晶表示装置の場合、以下に示す問題が生じることが多かった。
【０００９】
強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を配向させ、液晶表示装置を作製したものについて矩形波により動作させたとき、暗状態を表示しているときに画素の中に光漏れする部分が生じることがある。このような光漏れは液晶表示装置のコントラストを低下させるものである。
【００１０】
該液晶表示装置について、偏光顕微鏡により直交ニコル下で液晶材料の配向状態を観察すると大部分は一軸に配向しているが、一部分筋状あるいはジグザグに欠陥が生じている。
【００１１】
さらに、暗状態から明状態間でスイッチングさせると、明状態または暗状態に変化してから一定の透過光量を示すのに時間を要するようになる。またどちらかの状態のままにしておくと透過光量が変化する場合もあり、たとえば暗状態時には徐々に画素の透過光量が増大してくる現象も見られる。
【００１２】
このような液晶表示装置は、光学特性が不安定なため、パルスの波形で駆動する単純マトリクス駆動や、アクティブマトリクス駆動には不適当である。
【００１３】
図２にこのような液晶表示装置の電流電圧特性を示す。図には強誘電性を示す液晶材料を使用した場合を示した。該電流電圧特性は液晶表示装置と直列に１００ｋΩの抵抗を接続し、これらの素子に対し５Ｈｚ、±３０Ｖの三角波を印加したときの抵抗の電圧降下をオシロスコープにより測定したものである。図中の電流値は、オシロスコープで読み取った電圧を前記抵抗値で割った値である。図に示すように電流成分として、３通りに分けられる。すなわち、液晶表示装置の電極間のコンデンサーとしての成分２０１、液晶材料の有する自発分極が電界方向の変化にともない反転するときに流れる電流成分２０２、その他の電流成分２０３である。この３番目の電流成分を以下の記述では２ｎｄピーク電流と表す。
【００１４】
この２ｎｄピーク電流が大きい程、初期透過率が保持されず光学特性が不安定となっていた。したがって２ｎｄピーク電流の減少が求められていた。
【００１５】
本発明の目的は上述の欠点を解決するものである。即ち本発明は安定した光学特性を有する液晶表示装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、表面に電極を有する第１及び第２の基板からなる一対の基板間に、強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を挟持し、前記第１及び／又は第２の基板表面の電極と液晶材料との間には、前記液晶材料に一軸配向性を有せしめる処理が表面に施されたポリイミド系の樹脂よりなる配向膜を有し、該配向膜はネマチック液晶に対して１． ６〜３． １°の範囲のプレチルト角を有せしめるものであることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１７】
また本発明は、表面に電極を有する第１及び第２の基板からなる一対の基板間に、強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を挟持し、前記第１及び／又は第２の基板表面の電極と液晶材料との間には、前記液晶材料に一軸配向性を有せしめる処理が表面に施されたポリイミド系の樹脂よりなる配向膜を有し、該配向膜表面の表面張力の極性項の値が１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍ の範囲であることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１８】
また上記構成において第１及び第２の基板のうち少なくとも一方が透光性を有した基板であることを特徴とするものである。
【００１９】
また上記構成において、第１の基板には信号電極と走査電極の各交点に駆動用スイッチング素子を有し、第２の基板には対向電極を有することを特徴とし、これにおいて駆動用スイッチング素子は薄膜トランジスタであることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明者らは、液晶表示装置において、ある特徴的な特性を研究の結果から確認した。
【００２１】
本発明者らは液晶表示装置について、ポリイミド系の樹脂よりなる配向膜の成膜条件を変化させて液晶セルを作製し、液晶セルの電流−印加電圧特性及びプレチルト角を測定し、プレチルト角と２ｎｄピーク電流の関係を調べた。
【００２２】
ここでプレチルト角の測定は光学的測定法であるクリスタルローテーション法により行った。本方法は強誘電性液晶材料の様な光学的に２軸性のものは測定が困難なため、プレチルト角の測定は、本明細書では光学的に１軸性のネマチック液晶を用いて、配向膜と接するネマチック液晶材料のプレチルト角を測定した値を用いることとする。
【００２３】
その結果を図３に示す（膜厚２００Å、焼成温度２５０℃）。２ｎｄピーク電流の小さいものは初期透過率が保持される傾向にある。図３の結果からプレチルト角の小さいものの方が２ｎｄピーク電流が小さくなる。すなわち初期透過率が保持されやすい。
【００２４】
２ｎｄピーク電流が低減される傾向を示すものは特に、プレチルト角を１． ６〜３． １°の範囲にした時に顕著であった。またこのときの配向膜表面の表面張力の極性項の値は１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲であった。本発明はこの結果を利用することにより、光学的特性の安定した高コントラスト表示の液晶表示装置としたものである。
【００２５】
本発明の液晶表示装置を得るには、配向膜の成膜条件および一軸配向処理すなわちラビングの条件を適宜定めることにより成就する。
【００２６】
ポリイミド系の樹脂よりなる配向膜の成膜条件として、焼成温度２００℃以上、膜厚１００〜２００Åが適当であった。
【００２７】
特に、膜全体がイミド化し、かつ十分に硬化していなければ、ラビングのため膜がかなり削れてしまい、液晶材料の配向乱れを生じてしまったので、焼成温度は２００℃以上が好ましい。
【００２８】
また、ラビングの条件として、弱くラビングするとプレチルト角が大きくなり配向性が悪くなる。一般にラビング密度が高いと強くラビングされる。ラビング密度とプレチルト角の関係としては図４のようになる（膜厚２００Å、焼成温度２５０℃）。但し、ここでいうラビング密度とは数１から求めた値である。
【００２９】
【数１】
ここに、Ｌはラビング密度、Ｎはラビング回数、ｌはラビングロールと配向膜との接触長［ｍｍ］、ｒはラビングロールの半径［ｍｍ］、ｎはラビングロールの回転数［ｒｐｍ］ 、ｖは基板を乗せるステージの速度［ｍｍ／ｓｅｃ］である。
【００３１】
２ｎｄピークの低減という点ではプレチルト角は小さい方が望ましいので、強くラビングする方が望ましい。しかし、強すぎると今度は配向膜が剥離する等の問題があるため、ラビング密度として１００〜５００の範囲にあることが望ましい。プレチルト角は、１．６°より小さくすると、ラビングにより配向膜が剥がれやすくなり、また３．１°より大きくすると配向欠陥が多くなり、２ｎｄピークも大きくなる。
【００３２】
上記成膜条件及びラビング密度により、プレチルト角は１． ６〜３． １°の範囲となる。
【００３３】
また、この時の配向膜の表面張力の極性項の値は１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲となる。
【００３４】
【作用】
強誘電性もしくは反強誘電性を示す液晶材料を一軸配向させた液晶表示装置について、外部から電界を印加して液晶材料を駆動させる場合、電場の反転により自発分極が反転し液晶分子の長軸の向きが変わることでスイッチングする。電場の反転後、自発分極は基板に垂直な方向に対してどちらか一方に平行になるように揃う。結果として液晶材料の表面に分極が発生するため残留電圧が生じ、液晶材料内部に逆向きの電界が生じる。この逆向きの電界のため自発分極を反転させるようなトルクが働き、図５に示すように自発分極５０２の向きを変え基板の垂直方向で捻れた配向となる。このような捻れ配向はスイッチングの際には一旦垂直に配向した自発分極がさらに配向状態を変えた結果なので２段応答となり、このため電流−印加電圧特性を測定するとピークが２つ出てくる。
【００３５】
本発明構成により、液晶材料の自発分極の捻れ配向が無くなった。このためスイッチング過程が１段階で済むので２ｎｄピーク電流が低減した。
【００３６】
従って、配向膜材料を適切な成膜条件で成膜し、さらに適切なラビング密度でラビングすることにより、プレチルト角、配向膜の表面張力が上記範囲となることで、配向状態が良好となり、しかも余分な電流成分、ここでは２ｎｄピーク電流を除くことができた。このため光学応答性が改善され、高コントラストで安定な表示を行うことが可能となる。
以下に本発明の実施例を示す。
【００３７】
【実施例】
〔実施例１〕
【００３８】
本実施例ではまず、本発明の効果を確認するため１画素の液晶セルにより諸特性の評価を行った。
【００３９】
はじめに、電気光学特性、電流−印加電圧特性の評価用セルを作製した。図６にこの液晶セルの構成を示す。液晶セルは２枚の基板６０１から成り、該２枚の基板上には液晶材料を駆動するための電極６０２を有し、該基板間には液晶材料６０３が挟持されている。ここで、２枚の基板は厚さ１． １ｍｍの青板ガラスを使用した。青板ガラス上には透明電極ＩＴＯが成膜されている。画素部分の大きさは、５ｍｍ□である。
【００４０】
基板の電極が形成されている面上には、配向膜６０４を成膜した。本実施例で使用した配向膜はポリイミド系の樹脂ＲＮ−３０５（日産化学（株）製）である。該配向膜は原液（固形分６％）を、ｎ−メチル−２−ピロリドンを使用して希釈した。希釈濃度は２通り、即ち１６、３２倍である。希釈した配向膜はスピンコート法により２枚の基板上に塗布した。塗布した基板は高温で２． ５時間加熱して溶媒を乾燥させ塗膜を焼成し硬化させた。焼成温度を１５０、２００、２５０、３００℃とし４種類の膜を成膜した。
【００４１】
次に２枚の基板上のポリイミド樹脂をラビングする。ラビングはレーヨン等の布が巻いてある半径６５ｍｍのローラーで４５０ｒｐｍの回転数で一方向に擦った。この時基板を乗せているステージの進行速度は２０ｍｍ／ｓｅｃであった。ラビングの回数は１回とした。従って、この時のラビング密度は数１から１５４となる。
【００４２】
次にセル間隙を２． ５μｍ一定とするため、前記基板上に、直径２． ５μｍの無機製のシリカビーズをスペーサーとして散布し、２液性のエポキシ系接着剤により２枚の基板を固定した。これら２枚の基板間に液晶材料６０３を注入した。
【００４３】
上記液晶セルに注入した液晶材料はチッソ（株）製の強誘電性液晶、ＣＳ−１０１４である。この液晶はその相系列がＩｓｏ−Ｎ ＊ −ＳｍＡ−ＳｍＣ＊ −Ｃｒｙを取るものであり、その転移温度はＩｓｏ−Ｎ＊ は８１℃、Ｎ＊ −ＳｍＡは６９℃、ＳｍＡ−ＳｍＣ＊ は５４℃、ＳｍＣ＊ −Ｃｒｙは−２１℃であった。液晶の自発分極は５ｎＣ／ｃｍ２ であった。液晶材料のしきい値は１Ｈｚ以下の矩形波を印加して電気光学特性を測定した結果、１Ｖであった。
【００４４】
この液晶セルの液晶材料の配向状態を、偏光顕微鏡で直交ニコル下で観察したところ、配向膜の成膜条件として焼成温度が２００℃以上のセルでは筋状あるいはジグザグ状の欠陥はほとんど見られなかった。一方焼成温度１５０℃のセルについては配向の乱れがめだった。
【００４５】
また、液晶セルを、画素電極間を短絡させた状態でステージを回転させたところ、前記の配向状態の良好なセルでは、ある回転角で消光位、即ち片方の偏光板に入射した光が、他方の偏光板を透過せずあたかも光が遮断された状態が得られた。このことは、液晶分子が電界を印加しないでもすべて一方向に配向し、かつ図６に示すように液晶材料６０３の有する自発分極６０５が該液晶表示装置の基板に対して、垂直方向に配列していることを示す。
【００４６】
図７に該液晶セルの電流−印加電圧特性を示す。上記と同様に±３０Ｖ、５Ｈｚの三角波を印加して測定した。図によれば、前記配向条件の良好な液晶セルにおいては、電流成分が該液晶セルのコンデンサーとしての容量成分２０１、液晶材料の有する自発分極が反転するときの電流成分２０２以外はほとんど観察されない。表１には２ｎｄピーク電流の値を示した。２ｎｄピーク値はピークの頂点から容量成分を引いた値を示す。
【００４７】
【表１】
図８に該液晶セルの電気光学特性を示す。測定方法は、ハロゲンランプを光源とする偏光顕微鏡により、直交ニコル下で液晶セルを±３０Ｖ、５Ｈｚの矩形波で駆動し、透過光強度をフォトマルチプライヤーで検出するものである。この時液晶セルは−３０Ｖ印加時にフォトマルチプライヤー出力が最小レベルとなるような位置に固定した。図によれば前記配向状態の良好なセルではコントラスト比が１００、しかもメモリー性の判断材料となるヒステリシスループが大きくなった。なお、表１において配向膜成膜条件として、１６倍希釈、２００℃焼成のセルは２ｎｄピークがやや出る傾向にあることを示しているが、光学応答性にはとくに問題はなかった。一方１５０℃焼成のセルは２ｎｄピークは小さいが、膜の硬化が十分でないためラビングにより不必要に配向膜が削られてしまうことで一軸配向性を十分に有せしめることができず、光学応答性は極めて悪かった。
【００４９】
上記のように、ある成膜条件にて特性のよい液晶セルが得られた。液晶セルの光学特性及び電気特性は配向膜材料の特性及び配向膜／液晶界面相互作用に依存するところが大きい。本実施例では成膜条件及び表面処理により配向膜の物性が及び配向膜表面の状態が変化していることが容易に予想されたため、次に配向膜及び配向膜／液晶界面相互作用の諸特性を測定した。
【００５０】
まず、本条件で作製した配向膜の膜厚を表２に、比誘電率を表３に示す。膜厚の測定は顕微分光光度計ＴＦＭ−１２０ＡＦＴ（オーク製作所（株））によって、また、比誘電率の測定はインピーダンス・アナライザー４１９２Ａ（ＨＥＷＬＥＴＴ ・ＰＡＣＫＡＲＤ 社製）によって行った。
【００５１】
【表２】
【表３】
次に上記配向膜の表面処理によるの液晶材料の配向への影響を確認するため、液晶分子のプレチルト角を測定した。その測定結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
プレチルト角の測定は本実施例では光学的測定法であるクリスタルローテーション法により行った。測定は本来ならば実施例において使用する液晶、本実施例の場合強誘電性を示す液晶材料を使用するべきであるが、本方法は強誘電性液晶材料の様な光学的に２軸性のものは測定が困難なため、光学的に１軸性のネマチック液晶を利用して測定した値とし、間接的な測定とした。
【００５６】
液晶セルの２枚の基板は上記液晶セルと同じ１画素のものを使用した。該２枚の基板上には上記配向膜を成膜した。成膜条件は上記評価用セルと同じく、１６、３２倍希釈、焼成温度１５０、２００、２５０、３００℃、ラビング密度は１５４である。
【００５７】
該方法による測定では、セルを組むときには配向膜のラビング方向が２枚の基板で反平行になるようにする。該液晶セルはスペーサーとしてＰＥＴフィルムを用い、ギャップを５０μｍとした。測定に用いた液晶材料はネマチック液晶ＺＬＩ−４４５５−１００（メルク・ジャパン製）である。
【００５８】
該液晶セルは、注入時の配向むらや、配向膜／液晶界面とバルクの配向不一致等の影響をなくすため、液晶注入後１２０℃、２時間のエージング処理をした。
【００５９】
表４によれば、プレチルト角が小さいほど２ｎｄピーク電流が小さくなる傾向にあることが分かる。１．６°〜３．１°の間において、２ｎｄピークは十分に小さい。ただし１５０℃焼成のセルはプレチルト角が小さいが光学応答性は悪かった。
【００６０】
次に、該基板上の接触角を測定し接触角から表面エネルギーを算出した。接触角の測定は（株）エルマ製接触角計Ｇ−Ｔ−１０００を使用した。接触角の測定には２種類の液体Ｈ２ Ｏ及びＣＨ２ Ｉ２ を使用し、各々の液体を使用した場合の接触角から数２により表面張力の極性項、分散項を算出した。その結果を表５に示す。但し、表面張力のうちプレチルト角と関係があるのは極性項なので表には極性項の値のみ記載した。
【００６１】
【数２】
ここに、各記号の意味及び単位を以下に示す。
ＷＳＬ：付着仕事［ｄｙｎｅ／ｃｍ］
γＬ ：既知液体の表面張力［ｄｙｎｅ／ｃｍ］
γＬ ｐ ：既知液体の表面張力の極性項
γＬ ｄ ：既知液体の表面張力の分散項
θ ：接触角 ［°］
γＳ ：固体の表面張力［ｄｙｎｅ／ｃｍ］
γＳ ｐ ：固体の表面張力の極性項
γＳ ｄ ：固体の表面張力の分散項
ｉ ：液体ｉ
ｊ ：液体ｊ
【００６３】
【表５】
表５より表面張力の極性項の値が１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍ の範囲にあることがわかる。一方、特性の良くない１５０℃焼成のセルは表面張力が１８ｄｙｎｅ／ｃｍ 以上と極めて大きかった。
【００６５】
図９に、上記電気光学特性評価用セルとして作製したもののうち、配向状態が良好だったものに対して、単純マトリクス駆動時に重要なパルスメモリー性の評価を行った結果を示す。本評価では正負のパルスを交互に印加した。パルス波形は、２０Ｖ、パルス幅３００μｓ、パルス間隔３０ｍｓである。パルスが印加されていない時間は電極間は短絡状態に等しい。図に示すように透過光強度の応答性は急峻で、画素の表示状態が反転してから即座に飽和する。またパルス印加終了後も透過光強度は一定に保持されている。
【００６６】
また、該液晶セルにマトリクスパネルを駆動するときに印加する４パルス法の波形を試験用に規格化したものを駆動波形としたときの該液晶セルの電気光学特性を図１０に示す。非選択時の揺らぎが少なくコントラスト比が１００と良好である。
【００６７】
この結果を受け、本実施例ではマルチプレクス駆動パネルを作製した。
【００６８】
本実施例では、セルの両方の基板には青板ガラスを使用した。電極としては双方の基板ともＩＴＯ膜を形成した。液晶セルのマトリクスの規模は１９２０×４８０である。
【００６９】
本実施例の該パネルの配向膜の作製条件として、希釈濃度１６倍、焼成温度２５０℃、また配向膜のラビング条件としてラビング密度１５４とした。配向膜は２枚の基板に塗布しラビングも２枚の基板上の配向膜に行った。ラビングの向きは２枚の基板で平行とした。液晶材料は上記のＣＳ−１０１４である。
【００７０】
この液晶表示装置では、単純マトリクス駆動で最大コントラスト比１２０の表示を行うことが可能であった。
【００７１】
なお、本実施例と同様の構成のセルに反強誘電性を示す液晶材料を使用しても同等の結果が得られた。
【００７２】
〔実施例２〕
本実施例ではまず、本発明の効果を確認するため液晶表示装置作製の前段階として１画素の液晶セルによる物性の評価を行った。
【００７３】
本実施例では、液晶表示装置の基板上に駆動用のスイッチング素子を設け、該スイッチング素子によりアクティブマトリクス駆動を行って、デジタル階調表示を行うことが可能な装置を作製することを目的とする。そのため本実施例においては液晶セルの評価として、実際に液晶表示装置内にスイッチング素子を設けて液晶材料を駆動した時と等価の特性を示す信号発生装置を液晶セルの外部に接続し、該装置によって液晶材料を駆動させることで液晶セルの光学応答性を評価した。
【００７４】
本実施例において評価用の液晶セルとして使用したのは構成としては実施例１における評価用セルに等しい。また、配向膜の成膜条件は希釈濃度１６倍、焼成温度２５０℃、ラビング密度１５４である。
【００７５】
図１１に本評価測定時の画素電極間電圧及び画素透過光強度の波形を示す。本評価の駆動波形は、データ信号電圧±１４Ｖ、ゲートパルス電圧−１５Ｖ、ゲートパルス幅１μｓ、１フレーム１ｓである。画素電極間電圧は液晶材料のしきい値を上回る電圧でフレーム終了時まで保持されている。また、光学応答もゲートパルスの印加に対し急峻に応答し、しかもフレーム終了時まで一定の透過光強度で保持されている。
【００７６】
この結果を受け本実施例ではアクティブマトリクス駆動のパネルを作製した。
【００７７】
図１２に本実施例により作製した液晶表示装置の構成を示す。セルの片方の基板１２０１は無アルカリガラスであり、該基板上には画素電極１２０３及び結晶性シリコンＴＦＴ１２０５を用いたアクティブマトリクスを作製した。なお、該基板上には絶縁膜１２０８を形成した。他方の基板には全面にＩＴＯ膜１２０４を形成した。電極等が形成されている基板上には、配向膜１２０６を塗布した。使用した配向膜は上記と同じＲＮ−３０５である。該配向膜の成膜条件は、１６倍希釈、焼成温度２５０℃である。該配向膜表面はラビング密度１５４の強度でラビングした。該２枚の基板は、上下でラビングの方向が平行となるように配置する。上記２枚の基板間には液晶材料１２０７が挟持されている。
【００７８】
本実施例では、該ＴＦＴはシングルゲートのＰＭＯＳを用いたが、これはリーク電流が小さく、ＯＮ／ＯＦＦが大きく取れるためである。典型的にはリーク電流は１ｐＡ以下（ゲイト電圧＋１５Ｖ、ドレイン電圧−１０Ｖ以下）、ＯＮ／ＯＦＦ比７． ５桁以上（ゲイト電圧−１５Ｖ／＋１５Ｖ、ドレイン電圧−１０Ｖ）であった。
【００７９】
画素の大きさは２０μｍ×６０μｍとし、マトリクスの規模１９２０×４８０であった。各画素の電荷保持特性を調べたところ、データ信号として、−１０Ｖを印加した時の最も悪いものは３ｍｓｅｃ後の電圧で約−９Ｖであった。従って本実施例ではマトリクスに印加する走査信号パルスの幅は１μｓｅｃとしパルスの波高は−１５Ｖ、データ信号は±１５Ｖとした。
【００８０】
この液晶表示装置では、最大コントラスト比１２０の表示を得ることができた。
【００８１】
なお、本実施例と同様の構成のセルに反強誘電性を示す液晶材料を使用しても同等の結果が得られた。
【００８２】
【発明の効果】
本発明により液晶材料の配向性を改善し、かつ２ｎｄピークの低い状態を実現し、その結果、光学応答性が極めて良好な液晶表示装置とすることができた。
【００８３】
本発明による液晶表示装置により単純マトリクス駆動、ＴＦＴによるアクティブマトリクス駆動を行った場合、高速応答性、高コントラスト比の表示を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な液晶表示装置の概略図を示す。
【図２】従来の液晶表示装置の電流−印加電圧特性を示す。
【図３】液晶表示装置のプレチルト角と２ｎｄピークの関係を示す。
【図４】液晶表示装置のラビング密度とプレチルト角の関係を示す。
【図５】従来の液晶表示装置の液晶材料の自発分極の向きを示す。
【図６】実施例１における液晶セルの液晶材料の自発分極の向きを示す。
【図７】実施例１における液晶セルの電流−印加電圧特性を示す。
【図８】実施例１における液晶セルの電気光学特性を示す。
【図９】実施例１における液晶セルのパルスメモリー性を示す。
【図１０】実施例１における液晶セルの４パルス法波形駆動時の光学特性を示す。
【図１１】実施例２における液晶セルのパルス印加時の光学特性を示す。
【図１２】実施例２における液晶表示装置の概略図を示す。
【符号の説明】
１０１ 基板
１０２ 基板
１０３ 電極
１０４ 電極
１０５ 液晶材料
１０６ 配向処理を施した膜
２０１ 液晶表示装置のコンデンサーとしての容量成分
２０２ 液晶材料の有する自発分極が、電界方向の変化に伴い反転するときに発生する電流成分
２０３ ２ｎｄピーク電流
５０１ 液晶材料
５０２ 自発分極
６０１ 基板
６０２ 電極
６０３ 液晶材料
６０４ 配向膜
６０５ 自発分極
１２０１ 基板
１２０２ 基板
１２０３ 画素電極
１２０４ ＩＴＯ膜
１２０５ 薄膜トランジスタ
１２０６ 配向膜
１２０７ 液晶材料
１２０８ 絶縁膜
Claims (6)
- 第１の基板及び第２の基板と、
前記第１の基板上に設けられた信号線及び走査線と、
前記信号線及び前記走査線の交点に設けられたスイッチング素子と、
前記第２の基板上に設けられた対向電極と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に注入された強誘電性又は反強誘電性の液晶と、
前記液晶と接するように設けられた配向膜とを有し、
前記配向膜はポリイミド樹脂からなり、前記配向膜はラビング密度をＬ、ラビング回数をＮ、ラビングロールと前記配向膜との接触長 [mm] をｌ、前記ラビングロールの半径 [mm] をｒ、前記ラビングロールの回転数 [rpm] をｎ、前記第１の基板及び前記第２の基板を乗せるステージの速度 [mm/sec] をｖとすると、Ｌ＝Ｎｌ（１＋２πｒｎ／６０ｖ）と定義した式において、前記ラビング密度Ｌが１００〜５００の範囲を満たすようにラビング処理が施され、前記配向膜の表面張力の極性項の値は１１〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲であって、
デジタル階調表示を行うことを特徴とするアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置。 - 前記スイッチング素子は薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置。
- 前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方は透光性を有する基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置。
- 前記液晶表示装置は１９２０×４８０の画素を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載のアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置。
- 前記配向膜は２００℃以上の焼成温度で形成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載のアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置。
- 前記配向膜の膜厚は１０〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載のアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置。
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