JP4163093B2 - 双安定型ネマティック液晶表示装置 - Google Patents
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Description
従来の双安定型ネマティック液晶表示装置は、上下一対の基板間にネマティック液晶が所定のセルギャップで挟まれ、一方の基板の内面側に強アンカリング(強い配向力)の配向膜が形成され、他方の基板の内面側に弱アンカリング(弱い配向力)の配向膜が形成された液晶セルが備えられたものである。従来の強アンカリングの配向膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機配向膜にラビングしたものが用いられ、弱アンカリングの配向膜としては斜方蒸着法により形成されたSiOx膜、ポリイミド等の有機配向膜に光を照射し改質したもの、或いは溶剤処理したもの等が用いられていた(例えば、非特許文献1参照。)。
マルチノ ラガード等(Ph. Martinot-Lagarde et al.)、ファスト バイステイブルネマティック ディスプレイ ユージング モノステイブル サーフェイス スイッチング(Fast Bistable Nematic Display Using Monostable Surface Switching)、ダイジェスト オブ エスアイディー'97(Digest of SID'97) 、1997年、p.41−44
なお、他の表示モードの液晶表示装置において表示の焼き付き現象又は残像に対する改善法としては種々の方法が考えられている。
例えば、横電界方式(IPS)の液晶表示装置では、基板と平行方向に電圧が印加されることから、液晶層、配向膜及び/又は絶縁膜の比誘電率と比抵抗の積の値を、1×109Ω・cm〜8×1015Ω・cm以下とし、表面抵抗を3.3×1011Ω/□〜2.5×1018Ω/□とすること、或いは、配向膜と絶縁膜のいずれかにイオンがトラップされるようにすると、これらの層に蓄積された電荷の放出時間を速く、しかも同じ程度にでき、残像が軽減される(例えば、特許文献1参照。)
しかしながら横電界方式やTN型やSTN型液晶表示装置における表示の焼き付き現象又は残像の防止法は、双安定型ネマティック液晶表示装置にはそのまま適用できない。
上記一方の基板側の配向膜と他方の基板側の配向膜のラビング方向は反平行方向とされ、上記一方の基板側の配向膜は極角方向のアンカリングエネルギーが約3×10−4 J/m2以下で、プレティルト角が略0度になるように形成され、上記他方の基板側の配向膜は極角方向のアンカリングエネルギーが約10−3 J/m2以上で、プレティルト角を有するように形成されており、
上記液晶層の電圧保持率が60%〜85%の範囲であることを特徴とする。
電圧保持率を上記のような範囲にする方法としては、例えば、液晶層に用いる液晶材料自体の比抵抗を制御する方法及び配向膜の性質を利用する方法が上げられるが、表示素子に使用される液晶材料は通常10成分以上の単体化合物の混合物であるため、それらの単体化合物の組み合わせやあるいは配向膜材料との組み合わせによる依存性がある。例えば、液晶材料の精製段階でクロマトグラフィにより純度の調整がされるが、このとき保持率が上記の値になるように精製度合いを変える方法が取られる。或いは、混合液晶材料の調整後に混合物の特性を変えない範囲で比抵抗を下げるように微量のドーパント(電荷移動錯体など)を添加する方法も可能である。
一方配向膜材料に関しては、成膜時或いは成膜後の熱処理条件を変える方法などが適用できる。
また、上記のいずれかの構成の本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置において、上記液晶層にカイラル剤が添加されてカイラルネマティック相が発現されており、上記カイラル剤はP=4d(式中、Pはカイラルネマティック相のらせんのピッチ、dは液晶セルのギャップ)なる条件を満足する添加量とされていることが、優れた双安定動作を実現できる点で好ましい。
図1は本発明の実施形態である反射型の双安定型ネマティック液晶表示装置の端部を含む部分断面構造を模式的に示した図であり、図2はこの双安定型ネマティック液晶表示装置を上面側から視たときの各電極と対応する駆動回路の接続構造を示す透過平面図である。
また、この液晶表示装置1には、図2に示すように第1の基板側に設けられた走査電極としての第1の電極層(第1の駆動電極)15を駆動するための走査電極駆動回路(第1の駆動回路)15aと、第2の基板側に設けられた信号電極としての第2の電極層(第2の駆動電極)25を駆動するための信号電極駆動回路(第2の駆動回路)25aと、駆動信号供給手段と電圧制御手段が備えられた制御回路45が備えられている。
第2の基板20の液晶層30側と反対側(第2の基板20の外面側)には、偏光板28が設けられている。この偏光板及び位相差板の積層体28側が観察者側である。
尚、第1の電極層15と第2の電極層25は互いに平面視直角に向くように配置されて上記の液晶表示装置1がパッシブマトリクス型とされている。
また、第1の配向膜16の材質としては、上記のSiOx膜以外に、グラフト化したポリスチレン膜にラビング処理を施したものを用いてもよく、グラフト化した可とう性の高い高分子鎖により、両基板間の液晶のアンカリングメモリーを完全に除去することが可能である。第1の配向膜16と第2の配向膜26のラビング方向は反平行方向とされている。
第2の配向膜26のプレティルト角は、液晶層30に用いられる液晶の種類によって異なり、2度から7度程度、好ましくは2度から5度とされる。
上記基板界面のアンカリングエネルギーは配向膜−液晶界面の相互作用の度合いを表すパラメータであり、通常「方位角アンカリング」及び「極角アンカリング」の2つがある。これらの値を求める方法としては、従来からいろいろな方法が知られている。例えばトルクバランス法(Y.Iimura,N.Kobayashi and S.Kobayashi : Jpn.Appl.Phys.,33(1994)L189 など)或いは液晶分子長軸が基板配向面に対して水平(ホモジニアス)或いは垂直(ホメオトロピック)に初期配向させた液晶セルに、外部場(電場あるいは磁場)を印加し、液晶セルの複屈折位相差の変化を計測することにより、弾性体理論で表される液晶分子の弾性エネルギーと界面のアンカリングエネルギーおよび外部場によって発生する液晶の誘電または磁気トルクエネルギーとが平衡状態になることを仮定して計算する方法である(例:非特許文献 横山他:2000年日本液晶学会討論会講演予稿集 1B01(2000)33-34頁, 及び横山他:2001年日本液晶学会討論会講演予稿集 1PA11(2001)319−320頁など)。
液晶層30の電圧保持率が60%未満では、保持率が低すぎて電圧ロスとなってしまい表示を切り替えることができず、また、消費電流が増加しやすく、85%を超えると、連続点灯(連続表示)12時間以上で(液晶材料と配向膜との組み合わせ次第では、6時間程度でも)スイッチング性質の経時劣化が生じ、単一パルスで表示が切り替わりにくくなる。液晶層30の電圧保持率が60%〜70%の範囲では、連続点灯約30時間まで上記スイッチング性質の経時劣化が生じなくなる。また、液晶層30の電圧保持率が70%〜80%又は85%では、連続点灯(連続表示)120時間でもスイッチング性質変化無く、優れた特性が得られる。
液晶層30は、ネマティック液晶にカイラル剤が添加されてカイラルネマティック相が発現されたものである。上記カイラル剤は、P=4d(式中、Pはカイラルネマティック相のらせんのピッチ、dは液晶セルのギャップ)なる条件を満足する添加量とされていることが先に述べた理由により好ましい。
また、上記制御回路45は、表示情報出力源と接続されており、また、外部電源または内部電源に接続された電源回路と接続されている。
上記電圧制御手段は、走査電極駆動回路15a、信号電極駆動回路25aに駆動電圧を供給して第1と第2の電極層間の液晶を駆動できるようになっている。
図3のAに示すように駆動電圧印加時の液晶層30(電圧保持率が60%〜85%)の液晶分子の配列がユニフォームな平行配置、すなわち、液晶のツイスト角が0度になるような液晶組織になっている場合(1/4λとなる液晶層を45度配置で挟み暗表示とする場合)、図3のBに示すように上記第1、第2の電極層等の駆動パルス印加手段によって液晶層30にリセットパルスEr1を印加する。このリセットパルスEr1は、第1の配向膜16のアンカリングをリセットできる大きさE1より大きく、第2の配向膜26のアンカリングはリセットできる大きさE2より小さい大きさとすることで、第1の配向膜16のアンカリングをリセットして、ホメオトロピック配向とする。
次いで、図3のCに示すように不安定なホメオトロピック配向を解消するために流体力学的流れ、背流(バックフロー)が生じる(なお、パルス電圧Eは印加しない状態である。)。これにより第1と第2の配向膜の近傍の液晶分子は互いに反対の方向へと回転し、ベンド配向化し、次いで、ベンド配向からより安定なπツイスト配向の組織に遷移する。
この後、バックフローが起きにくいようにパルスをなだらかに切る。このようにすると、液晶層30の液晶分子は弾性結合により、基板平面に倒れこみ、図4のCに示すようにユニフォームな組織へ遷移する。
なお、上記リセットパルスE1、E2 、Er1 、Er2 の大小関係は、E2>Er1>Er2>E1 である。
Claims (3)
- ネマティック液晶層を挟んで対向する一対の基板の一方の基板の液晶層側に電極と弱アンカリングの配向膜が該一方の基板側から順に設けられ、他方の基板の液晶層側に電極と強アンカリングの配向膜が該他方の基板側から順に設けられた液晶セルと、前記一方の基板側に電圧を印加する第1の駆動電極と、前記他方の基板側に電圧を印加する第2の駆動電極と、前記第1と第2の駆動電極にそれぞれ駆動信号を供給する駆動信号供給手段が設けられた制御回路とが備えられ、駆動電圧に応じて液晶層の液晶分子の配列が初期状態及び初期状態とは異なる双安定状態のうちいずれかの状態に制御されるようにした液晶表示装置であって、
前記一方の基板側の配向膜と他方の基板側の配向膜のラビング方向は反平行方向とされ、前記一方の基板側の配向膜は極角方向のアンカリングエネルギーが約3×10−4J/m2以下で、プレティルト角が略0度になるように形成され、前記他方の基板側の配向膜は極角方向のアンカリングエネルギーが約10−3J/m2以上で、プレティルト角を有するように形成されており、
前記液晶層の電圧保持率が60%〜85%の範囲であることを特徴とする双安定型ネマティック液晶表示装置。 - 前記液晶層の電圧保持率が70%〜80%の範囲であることを特徴とする請求項1記載の双安定型ネマティック液晶表示装置。
- 前記液晶層にカイラル剤が添加されてカイラルネマティック相が発現されており、前記カイラル剤はP=4d(式中、Pはカイラルネマティック相のらせんのピッチ、dは液晶セルのギャップ)なる条件を満足する添加量とされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の双安定型ネマティック液晶表示装置。
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