JPH0331821A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速応答性と高コントラスト性を有するネマ
ティック液晶を用いた電気光学装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、時計、電卓等の表示素子としてＴＮ（Ｔｗｉ
ｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　）型液晶電気光学装置が用
いられてきた。このＴＮ型液晶電気光学装置の構成を第
２図を用いて簡単に説明する。

誘電率の異方性が正のネマティック液晶を、互いに９０
°の角度で配向処理された基板（］）、　（２）の間に
注入することにより、液晶分子（３）のツイスト配向が
生じる（第２図）、そしてこの液晶に電界を加えると、
電界と誘電率異方性の相互作用により液晶分子の長軸が
基板と直角に配向する。そして液晶に電圧を印加しない
時の液晶分子の状態（ツイスト）と印加した時の状態と
を偏光ｊＪｉ（４）を用いて識別していた。或いは、逆
に誘電率の異方性が負のネマティック液晶を、垂直配向
処理を行った一方の基板間に介在せしめる方法もあった
。

また、最近になって強誘電性液晶の研究が非常に進んで
きた。強誘電性２１晶を用いた光学”Ｊｌの構成は、２
μｍ程度とＴＮ型液晶装置に比較してかなり薄い間隔を
持たせて液晶配向処理を施した基板を貼りあわせ、その
基板の間に液晶を注入する。強誘電性液晶分子は、電界
を印加しない状態で安定状態を２つ有しており、電界を
印加することによって一方の安定状態に分子が配向する
。そして逆向きの電界を印加することによって、他の安
定状態に分子が配向する。そしてこの２つの液晶の状態
を偏光板を用いて識別することにより、明、暗を表示し
ていた。

この強誘電性液晶を用いた光学装置の場合、応答時間が
概ね数十μ秒と非常に速いため、各方面への応用が期待
されていた。

〔従来の技術の問題点］ しかしながら、前記ＴＮ型液晶電気光学装置は、一対の
基板の両方に液晶配向膜を形成しなければならず、さら
にはその一対の基板上の配向膜を互いに９０°になるよ
うにラビング処理を施さなければならなかった。さらに
ＴＮ型液晶電気光学装置は、応答時間が数十ｍ秒と非常
に遅いため、時計。

電卓などの小面積の表示以外への応用範囲がせばめられ
ていた。そして、応答速度をもっと速くするためには、
基板間隔を短（する方法が考えられるが、基板間隔を短
くすると、一方の基板と他方の基板の間で液晶を９０＠
のツイスト配向させるこ七ができなくなる。

また、強誘電性液晶を用いた電気光学装置においては応
答時間は確かに速いが、問題点も数多く存在する。

まず第１の問題点として、液晶の配向制御が非常に難し
いことがあげられる。従来よりラビング処理の他、酸化
珪素の斜方蒸着、または磁場を印加する方法、さらには
温度勾配法等行われているが、どの方法を用いても現状
では均一な配向を得ることができない。そのため、高い
コントラストを得ることができない。

第２に、強誘電性液晶として用いることができるのは、
スメクチック相を示す液晶である。従って強誘電性液晶
はスメクチック液晶特有の層構造を有する。この層構造
は一度外力によってくずされると、外力を取り去っても
元に戻らない。元に戻すためには、加熱して一度等吉相
に相転移さゼる必要があるため、外部からの微小な衝撃
で崩れてしまう層構造を有する強誘電性液晶は、実用的
ではない。

第３に強誘電性液晶は液晶自身の持つ自発分ｌ坂のため
に配向膜との界面に電荷が蓄積し、液晶の分極と逆向き
の電界が形成されるため、長時間同じ画面を表示してお
くと、次に違う画面を表示しようとしても、前の表示が
残ってしまう（ｒやけ」と称する）という問題点を有す
る。

第４に強誘電性液晶を用いた電気光学装置のコントラス
ト比は、液晶のティルト角（またはコーン角）に大きく
依存するが、最も大きいコン［・ラスト比を得られるテ
ィルト角（コーン角）の値は２２．５’　　（４５°）
であることが知られている。しかし、ティルト角（コー
ン角）が２２゜５°　（４５°）という条件のみを満た
す液晶は、既に合成されているが、他の重要な条件１例
えば液晶が強誘電性を示す温度範囲の問題や、交流パル
スに対する応答性の問題などをも同時に十分満足できる
強誘電性液晶はまだ開発されていない。そのため、現状
ではティルト角よりも前記温度範囲の問題等が重要視さ
れている。そのため、現在研究段階にある強誘電性液晶
を用いた電気光学装置のコントラスト比はあまり大きく
ない。以上問題点により強誘電性液晶を表示装置として
応用することは現状では非常に困難である。

［発明の構成］ 上記問題点を解決するため本発明は、一対の基板間に誘
電率の異方性が正のネマティック液晶を介在せしめた液
晶電気光学装置であって、前記−対の基板間隔が従来の
ネマティック液晶を用いた電気光学装置に比較して薄く
、かつ前記一対の基板のうち一方の基板の液晶に接する
面には有機物質よりなる液晶配向層が形成されていて、
該液晶配向層はラビング処理されていることを特徴とす
る。

本発明において液晶配向層は、一対の基板の両方の液晶
に接する面に液晶配向膜が形成されていても良く、その
場合ラビング処理は一方の基板だけに施されていても良
く、両方の基板に施されていても良い、ただし、両方の
基板に施されている場合には、方向がほぼ平行になるよ
うにする。

また、本発明に用いる液晶はネマティック液晶のみでも
良いし、カイラル成分を添加しても良い。

従来のＴＮ型液晶電気光学装置において、仮にラビング
を一方の基板のみに行ったとしたら、ラビングを行った
基板に接している液晶分子はラビング方向に配列するが
、ラビングを行わなか−１た基板に接する分子の配向方
向は全く規定されないため、結局液晶中にカイラル成分
が添加されていても、液晶全体としての配向は規定でき
ない。

また、従来のＴＮ型液晶電気光学装置において、仮に一
対の基板の両方に配向層を形成してラビングを平行に行
った場合には、基板に接する液晶分子の配向は規定され
るが、やはり液晶層の中心部では配向を規定することが
できない。

しかし、従来のＴＮ型液晶電気光学装置の基板間隔が概
ね８μｍ程度であるのに対し、本発明は概ね５μｍ以下
好ましくは３．５μｍ以下という薄い基板間隔を用いる
ため、たとえ一方の基板のみラビング処理を行った場合
でもラビングの影響を液晶全体に与えることができ、液
晶層全体においてほぼうピング方向に液晶分子を配向さ
せることができる。

本発明においては、従来のように液晶を９０°のン・イ
スト配向を生じせしめないため、従来のような旅先性を
利用した表示は行うことができない。

従って、本発明においては液晶の屈折率異方性を利用し
た表示を行う。

〔作用〕

本発明においては誘電率の異方性が正のネマティック液
晶を用いるため、液晶の配向制御が非常に容易であり、
スメクテイック液晶のように層を形成しないので、外力
により一度配向を乱されても外力が取り除かれた後は、
すみやかに配向かもとにもどるので等吉相やネマティッ
ク相まで加熱する必要がない。

さらにネマティック液晶を用いているにもかかわらず、
配向層は基板の一方だけで良いし、両方に形成しても良
い。両方に形成した場合は、一方の基板のみでラビング
処理しても良（、両方の基板に平行に処理しても良い。

一方の基板のみ配向層を形成した場合には、従来に比較
して工程数が削減でき、両方の基板に配向層を形成した
場合には、一般には凹凸の激しいＩＴＯ等の透明電極表
面の液晶の配向に与える悪影響を取り除くことができ、
両方の基板に配向層を形成し、平行にラビング処理を行
った場合、液晶分子に対する基板の配向規制力が強くな
るため、液晶に電界を加えて液晶分子の長袖が基板に直
角になった状態から電界を取り除いた状態に変化した時
の液晶の応答時間（立ち下がり時間と称する）を短くす
ることができる。

加うるに、本発明のどの場合においても液晶の応答時間
は、従来のＴＮ型液晶に比較して非常に速く、電界を印
加した時の立ち上がり時間は概ね数十μ秒であって、こ
の値はほぼ強誘電性液晶の応答時間に相当する。

以下に実施例を用いて本発明を説明する。

「実施例１」 本実施例によって得られた液晶セルの構造を第１図に示
し、説明する。

２枚のソーダガラス上にＩＴＯをＤＣマグネトロンスパ
ンタ法を用いて形成し、公知のフォトリソ工程により電
極（５）を作製する。その後、一方の基板（１）の電極
作製面にポリアミック酸をオフセット印刷法により塗布
し、２５０°Ｃで３時間加熱を行うことによって液晶配
向層（６）としてポリイミド薄膜を得る。そして綿布を
用いてラビングを行った後、直径２．８μｍの５ｉ０２
粒子をスペーサーとして散布した。ただし、スペーサー
は図示しない。

そして他方の基板（２）（ポリイミド薄膜を作製しない
方）の電極作製面上に公知のスクリーン印刷法を用いて
シール印刷を行い、スペーサー散布法の基板と貼りあわ
せた基板の間隔を公知の干渉法により測定した後、ネマ
ティック液晶を真空注入法により注入した。なお、基板
間隔については、５ケ所測定したが２．７〜２．８μｍ
であった。

液晶注入後、偏光顕微鏡を用いて観察を行った結果、液
晶分子（３）が液晶層全体でラビング方向に配向してい
ることが判明した。そして、偏光板をクロスニコルにし
て液晶の注入されたセルをはさんだ状態で、電極に電圧
を印加することにより、液晶の応答をオシロスコープを
用いて観察した。

この時用いた電圧パルスは、０Ｖ−１５Ｖの矩形波で周
波数は２０Ｈｚである。

その結果、立ち上がり応答速度が６２μ秒、立ち下がり
応答速度が５．３ｍ秒であった。これは従来のＴＮ型液
晶電気光学装置と比較して立ち上がり速度が、約１００
０倍で４ｆぼ強誘電性液晶の応答時間に相当した。この
液晶の応答の立ち上がりの様子としてオシロスコープ像
を第３図（ａ）、（ｂ）に示す。

第３図（ａ）は電圧パルス、第３図■）はそれに対する
液晶の応答を示す。

なお立ち上がり時間の測定は、電圧パルス印加時から９
０％立ち上がるまでの時間とした。そして、立ち下がり
時間でも従来のＴＮ型液晶電気光学装置に比較して約１
０倍速くなっている。

「実施例２」 ２枚のソーダガラス基板上に実施例１と同様な方法によ
り、ＩＴＯ電極を作製した後、２枚の基板の電極作製面
に、やはり実施例１と同様な方法でポリイミド薄膜を得
た。そして一方の基板のポリイミド作製面に綿布を用い
て、ラビング処理を行った。そしてラビング処理を行っ
た基板上に直径２．８μｍのガラスファイバーをスペー
サーとして散布した。

またラビング処理を行わなかった基板上には、実施例１
と同様にシール材を印刷して、スペーサー散布法の基板
と貼りあわせ、基板の間隔を干渉法により測定した後、
液晶を注入した。基板間隔はやはり２．７μｍ〜２．８
μｍであった。

注入後、偏光顕微鏡を用いてセルを観察したところ実施
例１のセルと比較して液晶の配向がさらに均一であった
。これは配向層を両方の基板に形成したため、ＩＴＯの
表面の凹凸を配向層がカバーして凹凸の悪影響を液晶に
与えることを防ぐためである。また応答時間とコントラ
ストについては、実施例１と同じ電圧パルスに対し、立
ち上がり時間が５５μ秒、立ち下がり時間が４．５ｍ秒
、コントラスト比が３３０であった。コントラストが実
施例１よりも上昇した原因は、液晶の配向性が上昇した
ことにより、ｏｎ時（黒表示）のセルを透過する光の量
を減少させたことによる。

ｒ実施例３１ ２枚のソーダガラス基板上に実施例１と同様な方法によ
り、ＩＴＯ電極を作製した後、２枚の基板の電極作製面
に、やはり実施例１と同様な方法でポリイミド薄膜を得
た。そして２枚の基板のポリイミド作製面に綿布を用い
てラビング処理を行った・ そして一方の基板上に直径２．８ｐｍのＳ　ｉＯを粒子
を散布し、他方の基板上にはスクリーン印刷法を用いて
、シール材を印刷して前記ラビング処理の方向が平行に
なるように貼りあわせ工程を行った。ここで実施例１．
２と同様に基板間隔の測定をセルの５ケ所について行っ
た。結果はやはり２．１ａ　ｍ−−２，８ａ　ｍであっ
た。

次に基板間に実施例１．実施例２で用いたものと同じ液
晶を真空注入法で注入した。そして実施例１．実施例２
と同じ電圧パルスを印加して、同様に応答時間とコント
ラストを測定したところ、立ち上がり時間が８３μ秒、
立ち下がり時間が３．８ｍ秒、コントラストは３２０で
あった。

本実施例においては、両方の基板にラビング処理を施し
ているため、液晶が基板に平行な状態に保持されやすく
なるため、立ち上がり時間は実施例１．実施例２に比較
して若干おそくなっ、ているが、立ち下がり時間は速く
なっている。

〔効果〕

今まで述べたように本発明は従来の液晶電気光学装置に
はまったくなかった新しいモードで表示を行うことがで
きるものであって、本発明を用いることにより液晶の配
向制御が非常に容易で、なおかつ応答速度の非常に速い
液晶電気光学装置が得られる。

従って本発明は例えば大画面の液晶デイスプレィなど多
くの分野に応用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶電気光学装置の構造の１例を示す
。 第２図は従来のＴＮ型液晶電気光学装置の構造を示す。 第３図（ａ）、（ｂ）は本発明の液晶電気光学装置の電
圧パルスに対する液晶の応答を示す。 ・基板 ・・液晶分子 ・・偏光板 ・電極 ・・液晶配向層 Ｃ＝フ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の基板間に誘電率の異方性が正のネマティック
   液晶を介在せしめた液晶電気光学装置であって、前記一
   対の基板のうち一方の基板の液晶に接する面には、有機
   物質よりなる液晶配向層を有し、該液晶配向層はラビン
   グ処理されていて、前記一対の基板の間隔が従来のネマ
   ティック液晶を用いた電気光学装置に比較して薄いこと
   を特徴とする液晶電気光学装置。 ２、一対の基板間に誘電率の異方性が正のネマティック
   液晶を介在せしめた液晶電気光学装置であって、前記一
   対の基板の液晶に接する面には、有機物質よりなる液晶
   配向層を有し、一方の液晶配向層はラビング処理されて
   いて、前記一対の基板の間隔が従来のネマティック液晶
   を用いた電気光学装置に比較して薄いことを特徴とする
   液晶電気光学装置。 ３、一対の基板間に誘電率の異方性が正のネマティック
   液晶を介在せしめた液晶電気光学装置であって、前記一
   対の基板の液晶に接する面は有機物質よりなる液晶配向
   層を有し、一方の基板に形成された液晶配向層と他方の
   基板に形成された液晶配向層とは互いに平行にラビング
   処理をされていて、前記一対の基板の間隔が従来のネマ
   ティック液晶を用いた電気光学装置に比較して薄いこと
   を特徴とする液晶電気光学装置。 ４、一対の基板間に誘電率の異方性が正のネマティック
   液晶を介在せしめた液晶電気光学装置であって、前記ネ
   マティック液晶分子が液晶層全体においてほぼ一方向に
   配向していて、かつ従来のネマティック液晶を用いた電
   気光学装置に比較して前記一対の基板の間隔が薄いこと
   を特徴とする液晶電気光学装置。