JPH0443329A - 液晶表示素子 - 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】 〔概要〕 液晶表示素子の構成に関し、 とくに、相転移型液晶表示素子の表示品質と動作安定性
を向上させることを目的とし、透明電極と垂直配向誘起
性の大きい高誘電率透明絶縁膜をそれぞれ一方の表面に
順次積層形成した２枚の透明基板を、前記両高誘電率透
明絶縁膜の間に所定の間隔のギャップ状空間が形成され
るごとくに対面配置させ、前記２枚の透明基板の周縁部
を密封的に接着し、前記ギャップ状空間に相転移型液晶
を注入封止してなることを特徴として液晶表示素子を構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は高品質の液晶表示素子、とくに、電界によるネ
マティック−コレステリック相転移にともなう光透過率
−印加電圧特性における双安定性を利用する方式の、す
なわち、ネマティック−コレステリック相転移型液晶表
示素子の改良に関する。

近年、表示装置の発展は目覚ましく、とくに、平面デイ
スプレィは薄型・軽量などの点から急速に普及してきた
。中でも、液晶表示装置は駆動電圧か低（、低価格であ
ることからパソコンやワープロなどＯＡ機器分野への導
入が活発である。

これらの用途に用いられる液晶表示素子は、文字表示や
図形表示が求められるので、必然的に大画面、多画素、
高精細の方向へ向かっており、表示欠陥のない高品質の
液晶表示素子が求められている。とくに、最近にいたっ
て相転移型液晶（強誘電性液晶）を用いる液晶表示装置
は、メモリ機能を有し原理的に大容量、広視野角、高速
応答が可能である点で大いに注目されているが、今後さ
らにその性能・品質などの改良が求められでいる。

〔従来の技術−〕

現在、液晶表示素子に用いる液晶としてはＴＮ（Ｔｗｉ
ｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶や５ＴＮ（Ｓｕｐｅ
ｒ　Ｔｉｖｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶が主流
となっている。しかし、これらの液晶を用いた液晶表示
素子は大容量のドツトマトリクス表示を行う場合に、非
表示点も半表示（半選択）の状態になる。すなわち、ク
ロストークが生じてコントラストが低下するとともに視
認角度が制限されて表示品質か大巾に劣化してしまう。

一方、最近になって相転移型液晶を使用したメモリ効果
のある蓄積型液晶表示素子が提案され大容量表示が可能
であることが確認されている（たとえば、特願昭５９−
００９６９号参照）。

第３図は従来の相転移型液晶表示素子の構成例を示す断
面図である。

図中、ｌａ、Ｉｂは透明基板、たとえば、ガラス基板、
２ａ、　２ｂは透明基板１ａ、Ｉｂそれぞれの上に形成
された。たとえば、ＩＴＯ（Ｉｎ２０３−３ｎ０２）か
らなるストライプ状の透明電極、３０ａ、　３０ｂはそ
れぞれストライプ状の透明電極２ａ、　２ｂの上を覆っ
て形成された配向膜で、たとえば、ポリイミド樹脂膜を
ナイロンブラシでブラッシングして配向処理を行ったも
のや、シランカップリング剤をコートして基板面の疎水
処理を行ったものである。なお、図には示してないか側
基板間には、たとえば、硬質プラスチック製の小球から
なるスペーサを挿入してありギャップ状空間が形成され
ている。５は２枚のガラス基板の周縁部を密封的に接着
する封止用接着スペーサ、４は前記ギャップ状空間に注
入した相転移型液晶である。

２枚の透明基板はストライプ状の透明電極２ａ、２ｂが
互いに直交配置されて、Ｘ−Ｙマトリクス交点を形成す
るように構成されている。

第２図は相転移型液晶表示素子の光透過率と印加電圧の
関係を示す図で、透明な光透過状態を選択するときは、
駆動電圧Ｖｄの２倍以上の電圧を印加してホメオトロピ
ック状態（Ｈ状態）とじたのち、電圧をＶｄに下げてＨ
′の透明状態に保持する。

一方、非透過の、すなわち、白濁した光散乱状態を選択
するときは、透明状態の選択と同様にＶｄの２倍以上の
電圧を印加してＨ状態としたあと、電圧をＯｖにして白
濁したフォーカルコニック状態（Ｆ、状態）とし、さら
に、電圧をＶｄに上げてＦの白濁した光散乱状態を保持
する。

第４図は相転移型液晶表示素子の駆動波形の例を示す図
で、上記のメモリ型表示動作を行わせるために印加する
パルス電圧波形の例を示したものである。

いま、たとえば、第３図に示したように下方の光源ｌｌ
から光を当て、駆動電源１０により液晶層に上記第４図
のごとき波形の駆動電圧を印加すると相転移型液晶、た
とえば、ネマティック−コレステリック相転移型液晶は
ネマティック−コレステリック相間の相転移を起こし、
印加される電界の有無により光の透過あるいは非透過の
何れかゾ選択される。すなわち、電界印加の有無により
、各マトリクス交点での光のスイッチングが行われ、こ
れを、たとえば、図示してないスクリーンに投射すると
観察者から見て、たとえば、白黒画像の表示が得られる
。

〔発明が解決しようとした課題〕

しかし、上記従来の構成の相転移型液晶表示素子では、
液晶表示素子の動作マージンともいうべきヒステレシス
巾Δ（第２図のΔ参照）が、Δ＝０．５ｖ程度であり駆
動電圧Ｖｄ＝１２．５ｖに対して４％程度と狭く、液晶
セルのギャップの製造バラツキや駆動電源電圧の変動な
どを考慮すると、通常の環境条件のもとて長期にわたっ
て安定な動作を行わせることができないという問題があ
り、その解決が必要であった。

［課題を解決するための手段〕 上記の課題は、透明電極２ａ、　２ｂと垂直配向誘起性
の大きい高誘電率透明絶縁膜３ａ、　３ｂをそれぞれ一
方の表面に順次積層形成した２枚の透明基板１ａ。

ｌｂを、前記両高誘電率透明絶縁膜３ａ、　３ｂの間に
所定の間隔のギャップ状空間が形成されるごとくに対面
配置させ、前記２枚の透明基板１ａ、　ｌｂの周縁部を
密封的に接着し、前記ギャップ状空間に相転移型液晶４
を注入封止してなる液晶表示素子により解決することが
できる。具体的には、前記垂直配向誘起性の大きい高誘
電率透明絶縁膜３ａ、　３ｂとしては、酸化タングステ
ン膜、酸化アルミニウム膜、酸化亜鉛膜、酸化マグネシ
ウム膜などを用いることにより実現することができる。

〔作用〕

本発明によれば、配向膜として相転移型液晶分子の垂直
配向を誘起する性質が大きい高誘電率透明絶縁膜を使用
しているので、安定な配向性能が得られ、ヒステレシス
巾Δ（動作マージン）が大きく、かつ、光透過率も高く
、高品質で安定な動作を長期にわたって行わせることが
できるのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例素子の構成を示す断面図で、３
ａ、　３ｂは垂直配向誘起性の大きい高誘電率透明絶縁
膜である。

なお、前記の図面で説明したものと同等の部分について
は同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は省
略する。

具体的には、透明基板１ａ、　ｌｂとして、たとえば、
大きさ１００　Ｘ１００　ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラ
ス板を用い、それらの上に厚さ６００　ｎ　ｍ　（Ｄ　
ＩＴＯ（Ｉｎ２０ｓＳｎｏ２）からなるストライプ状の
透明電極２ａ、　２ｂを巾２００μｍ、スペース１５μ
ｍになるようにホトエツチング法で形成する。

その上に、垂直配向誘起性の大きい高誘電率透明絶縁膜
３ａ、　３ｂとして、たとえば、酸化タングステン（Ｗ
Ｏｓ）膜を、たとえば、５００ｎｍの厚さに垂直スパッ
タ法で形成する。次いで、両透明基板１ａ。

１ｂを高誘電率透明絶縁膜を内側にマトリクス電極構成
になるようにして、かつ、セルギャップが。

−たとえば、６μｍになるようにスペーサ（図示せず）
を挟み基板周縁部を封止用接着スペーサ５により接着固
定してドライセルを形成する。

このように形成したドライセルのセルギャプに相転移型
液晶４．たとえば、ロッシュ社製のネマティック液晶（
Ｎｒ、　２８０１）を８７ｗｔ％とカイラル中心を２つ
有する市販のカイラルネマティック液晶を１３ｗｔ％混
合して調製したものを注入・封止して本発明の液晶表示
素子（実施例１）を作製した。

同様に、高誘電率透明絶縁膜３ａ、　３ｂとして酸化ア
ルミニウム（Ａ１２０．）膜（実施例２）、酸化亜鉛（
ＺｎＯ）膜（実施例３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
膜（実施例４）などを、たとえば、５００ｎｍの厚さに
垂直スパッタ法で形成して、前記実施例１の場合と同様
に液晶表示素子を作製した。

さらに、参考試料および従来例１，２として、垂直スパ
ッタ形成されたＳｉｎ、膜およびポリイミド樹脂膜、シ
ランカップリング剤コート膜を配向膜に用いてドライセ
ルを形成してから、同様に上記した相転移型液晶４を注
入・封止した液晶表示素子を作製した。

以上のごとく作製した液晶表示素子を前記第２図、第４
図で説明したのと同様に測定し、ヒステレシス巾（Δ）
とコントラストを比較して下記第１表に示した。

実施例Ｉ　　　ＷＯｓ　　　　？、４　１．８　　　１
：６”　　２　　　ＡｌｔＯｘ　　　８．５　　１．９
　　　　１：６〃３ｚｎ０８．５１．７１＝６ 〃４Ｍｇｏ９．５１．８１：６ 参考試料　Ｓｔｏｗ　　　３．８　０．８　　　１：４
従来例Ｉ　　ＰＩ樹脂”　　３．３　０．５　　　１：
３”　　２　　ＳＣ剤　”＋　　２．０　０．６　　　
１：３１）はポリイミド樹脂、２）はシランカップリン
グ剤を示す。

こ＼で、ヒステレシス巾Δはコレステリック相からネマ
ティック相へ相転移する過程で透過率２０％を与える電
圧Ｖｕｚ。と、ネマティック相からコレステリック相へ
相転移する過程で透過率９０％を与える電圧Ｖｄ１ｌ。

の差Δ＝Ｖｕｔ。−ＶｄｉＩＯと定義した（第２図参照
）。また、コントラスト比は投写表示を行ったときのス
クリーン上の明／暗の光量を測定しその比を算出して行
った。

すなわち、上記第１表かられかるように、誘電率（ε）
が高＜、シたがって、表面極性が大きい絶縁膜を垂直ス
パッタ法で形成して垂直配向誘起性を大きくした膜を形
成した実施例１〜４では、いずれもヒステレシス巾（Δ
）が１．７〜１．９ｖと大きく、液晶表示素子の駆動電
圧１２．５ｖに対して１３．６〜１５．２％の動作マー
ジンを示し、実用装置として充分な性能を有することが
わかった。この本発明実施例の数値は従来例１．２のΔ
に比較して３倍以上で極めて大きな改善効果が得られて
いる。

また、コントラスト比も本発明実施例のものはいずれも
従来例のものに比較して約２倍の値が得られ表示性能が
大きく改善されている。

参考試料として作製されたＳｉｎ、膜のものは、同様に
垂直スパッタ法で形成されたにもかかわらずヒステレシ
ス巾（Δ）、コントラスト比とも改善効果が得られなか
った。これは誘電率が３．８と低く相転移型液晶分子に
対する垂直配向誘起性が小さいためと考えられる。

上記実施例では、相転移型液晶としてロツシュ社製のネ
マティック液晶（Ｎｒ、　２８０１）を８７ｗｔ％とカ
イラル中心を２つ有する市販のカイラルネマティック液
晶を１３ｗｔ％混合して調製したものを使用したが、こ
れに限るものではな（他の相転移型液晶を用いても同様
に本発明が実現できる。たとえば、ネマティック液晶（
ＤＯＸＯ３４）を８７ｗｔ％とカイラル中心を２つ有す
る市販のカイラルネマティック液晶を１３ｗｔ％混合し
て調製したものを使用した液晶表示素子でも同様の改善
効果が得られた。

また、カイラルネマティック液晶としてはカイラル中心
カ月つだけのものであってもよい（たとえば、市販のＣ
Ｂ−１５など）。すなわち、さらに−船釣に言えば正の
誘電率異方性を示すネマティック−コレステリック相転
移型液晶であれば使用することができる。

なお、上記実施例では垂直配向誘起性の大きい高誘電率
透明絶縁膜を垂直スパッタ法で形成したが、これに限ら
ずその他の、たとえば、垂直蒸着法、垂直イオンビーム
アシスト蒸着法、垂直イオンブレーティング法など相転
移型液晶分子の垂直配向を誘起することができる方法で
あれば使用することができる。

高誘電率透明絶縁膜材料としても、上記の４つの実施例
に限定されるものではなく、その他の高誘電率透明材料
、たとえば、Ｔａｘｅｓ、　Ｈｆ　ｔｏｓ、　ＴｉＯ□
、　ＰＬＺＴなど多様な酸化物、複合酸化物やその他の
材料が使用できることは言うまでもない。

以上述べた実施例は数例を示したもので、本発明の趣旨
に添うものである限り、その他使用する素材や構成など
上記以外の適宜好ましいもの、あるいはそれらの組み合
わせを用いてよいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では配向膜として相転移型
液晶分子の垂直配向を誘起する性質が大きい高誘電率透
明絶縁膜を使用しているので、安定な配向性能が得られ
、ヒステレシス巾Δ（動作マージン）とコントラスト比
が大きく、かつ、光透過率も高く、相転移型の液晶表示
装置の品質および長期動作安定性の向上に寄与するとこ
ろが極めて大きい。

５は封止用接着スペーサ、 ｌＯは駆動電源、 １１は光源である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例素子の構成を示す断面図、 第２図は相転移型液晶表示素子の光透過率と印加電圧の
関係を示す図、 第３図は従来の相転移型液晶表示素子の構成例を示す断
面図、 第４図は相転移型液晶表示素子の駆動波形の例を示す図
である。 図において、 １（ｌａ、　ｌｂ）は透明基板、 ２（２ａ、　２ｂ）は透明電極、 ３（３ａ、　３ｂ）は高誘電率透明絶縁膜、４は相転移
型液晶、 第２図 ｆ ：光源 ネ余明の実施例索子の鵬゛大示す断面図ｆｆ１１図 銘３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明電極（２ａ、２ｂ）と垂直配向誘起性の大き
   い高誘電率透明絶縁膜（３ａ、３ｂ）をそれぞれ一方の
   表面に順次積層形成した２枚の透明基板（１ａ、１ｂ）
   を、前記両高誘電率透明絶縁膜（３ａ、３ｂ）の間に所
   定の間隔のギャップ状空間が形成されるごとくに対面配
   置させ、前記２枚の透明基板（１ａ、１ｂ）の周縁部を
   密封的に接着し、前記ギャップ状空間に相転移型液晶（
   ４）を注入封止してなることを特徴とした液晶表示素子
   。
2. （２）前記高誘電率透明絶縁膜（３ａ、３ｂ）が酸化タ
   ングステン膜により形成されることを特徴とした請求項
   （１）記載の液晶表示素子。
3. （３）前記高誘電率透明絶縁膜（３ａ、３ｂ）が酸化ア
   ルミニウム膜により形成されることを特徴とした請求項
   （１）記載の液晶表示素子。
4. （４）前記高誘電率透明絶縁膜（３ａ、３ｂ）が酸化亜
   鉛膜により形成されることを特徴とした請求項（１）記
   載の液晶表示素子。
5. （５）前記高誘電率透明絶縁膜（３ａ、３ｂ）が酸化マ
   グネシウム膜により形成されることを特徴とした請求項
   （１）記載の液晶表示素子。