JPH07248484A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 イオン性不純物が配向膜へ吸着することによ
るイオン固定型の焼き付きおよび初期状態からの片安定
が生じても、安定なスイッチングが行え、良好な表示駆
動が行える液晶表示装置を提供する。 【構成】 液晶組成物の自発分極の向きが前記透明電極
基板間の全領域で一方の配向膜の方向に揃うと共に、前
記液晶表示素子に印加する電圧の大きさを＋側から−側
へ、および−側から＋側へ連続的に変化させて液晶分子
の配向状態を変化させた場合、＋側から−側への電圧変
化に対して配向状態が変化したときの電圧をＶ₁ （極性
も含める）、−側から＋側への電圧変化に対して配向状
態が変化したときの電圧をＶ₂ （極性も含める）とする
とき、（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）／２で計算される電圧の０．７倍
ないし１．３倍の大きさで同じ極性の直流電圧が重畳さ
れた双極性パルス電圧を印加して駆動することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メモリー効果を有する
と共に高速応答の強誘電性液晶を用いた液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より液晶は電気光学素子として種々
の分野で応用されているが、現在実用化されているもの
はネマティック液晶を用いたＴＮ（twisted nematic ）
型あるいはＳＴＮ（super twisted nematic ）型などの
表示素子である。これらは、液晶の誘電的配列効果に基
づいており、液晶分子の誘電異方性のために平均分子軸
方向が、加えられた電場により特定の方向に向く効果を
利用している。しかし、これらの素子においては、ライ
ン数の増加に伴いコントラストと応答時間が低下し、８
００×１０２４ライン程度の表示容量が限界となってい
る。また、応答時間がミリ秒オーダーであるため、ビデ
オレートでの動画表示が困難である。

【０００３】ＴＮ型およびＳＴＮ型液晶表示素子におけ
る上記の欠点を解決するものとして、基板上に薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）を配列したアクティブマトリックス
方式の液晶表示素子が開発され、これにより１０００×
１０００ライン等の高精細表示が可能となり、ビデオレ
ートでの動画表示も容易に行えるようになった。しか
し、このアクティブマトリックス方式の液晶表示素子は
製造プロセスが複雑で長いため、歩留りが悪く、コスト
が高くなるという欠点を有している。

【０００４】一方、このような従来型の液晶表示素子の
欠点を改良するものとして、ネマティック液晶以外の液
晶を用いる試みも行われ、双安定性を有する液晶表示素
子の使用がクラーク（N.A.Clark ）およびラガヴァル
（S.T.Lagerwall ）により提案されている（特開昭56ー1
07216 号公報、米国特許第4367924 号等）。すなわち、
強誘電性液晶を使用し、基板にらせん軸が平行で層が垂
直ないわゆるブックシェルフ構造をなす薄いセルを用い
ることにより、らせん構造を消滅させて表面で安定化さ
れた分子の配向状態を作り、電場による自発分極の反転
を利用して双安定スイッチングを行わせるものである。
この表面安定化強誘電性液晶セルは高速応答性と双安定
性（メモリー性）を有するため、単純マトリックス方式
による駆動が可能であり、低コストで高精細表示が可能
となる。また、視野角が広いという特徴も有しており、
２０００×２０００ライン等の高精細表示用素子の最有
力候補と目されている。

【０００５】しかし、実際に強誘電性液晶を注入したセ
ルをパルス電圧で駆動する場合、初期状態から全くスイ
ッチングしない現象（片安定状態）や、また、双安定の
２つの配向状態のうちの片方の配向状態のまま放置して
おくと、経時的にこの配向状態が安定化して印加パルス
に応答したスイッチングが行われなくなり、同じ画像が
残ったままになる残像現象、いわゆる焼き付きと呼ばれ
ている現象を起こすことが知られている。

【０００６】この初期状態からの片安定や焼き付きは、
現在のところ一般的には以下のようなメカニズムにより
起こるものと考えられている。すなわち、強誘電性液晶
が自発分極を有するために液晶セル内に自己電場を形成
する。液晶中に存在する不純物イオンはこの電場を中和
するために液晶内を移動して液晶層と配向膜の界面に蓄
積し、自発分極の向きと同方向の内部電場を生じ、この
ときの自発分極の向きを安定化させる。次に、もう一方
の配向状態へスイッチングさせるためのパルス電圧が印
加されると、自発分極が反転するため、界面に蓄積した
不純物イオンによる内部電場は自発分極の向きと逆方向
になり、パルス電圧解除後は自発分極の向きを元の安定
状態へ戻そうとする。ここで、不純物イオンによる内部
電場はある時定数で減衰するが、液晶分子がこの内部電
場に耐えられない場合には、元の配向状態に戻り、正し
いスイッチングが行われないことになる（Y.Inaba et a
l.:Ferroelectrics,85,255(1988)）。

【０００７】このような従来から言われている初期状態
からの片安定および焼き付きを防止する方法としては、
例えば特開昭63-135922 号公報や特開平1-100227号公報
等には液晶中のイオン濃度を増大させてイオンの偏在を
なくす方法が、特開平3-59089 号公報には液晶中に電荷
移動錯体を添加することによりイオンの移動度を上げて
内部電場を打ち消す方法が、特開平4-215616号公報には
最初に印加するパルス電圧に続いて逆極性のパルス電圧
を印加して内部電場を打ち消す方法が提案されているほ
か、配向膜にＬＢ膜を使用して蓄積電荷を逃がし易くす
る方法（H.Ikeno et al.:Jpn.J.Appl.Phys.,27,L475(19
88) ）や、電荷移動錯体を添加した配向膜や導電性膜を
配向膜として使用することで蓄積電荷を逃がし易くする
方法（K.Nitta et al.,:Jpn.J.Appl.Phys.,28,L116(198
9)）も提案されており、これらの方法は、不純物イオン
が液晶層−配向膜界面に蓄積することに起因する片安定
および焼き付きに対して有効なものと認識されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者が強誘電性液晶組成物と配向膜の多岐に亘る組合せに
ついてメモリー性の変化を詳細に調べたところ、上記の
ような不純物イオンの液晶層−配向膜界面への蓄積によ
り生ずるものとは考えられない別の焼き付き現象を認識
するに至った。すなわち、自発分極が形成する自己電場
により不純物イオンが移動して蓄積することに起因する
焼き付きであれば、液晶セルの全面に対してほぼ均一に
生ずる筈であるが、液晶セルの注入口付近に選択的に焼
き付きが生じたのである。このことは、不純物イオンの
前記界面への蓄積とは異なる別のメカニズムによる焼き
付きであると考えられる。

【０００９】上記の点について本発明者は、液晶をセル
に注入する際に液晶が最初に通過する注入口付近で不純
物イオンが選択的に配向膜に吸着され、配向膜に吸着さ
れた不純物イオンの電荷が形成する内部電場により焼き
付きが生じたものと認識するに至った。換言すれば、従
来から観察されている焼き付きは、不純物イオンが配向
膜表面に蓄積はするが電界により再び移動可能な「イオ
ン可動型の焼き付き」（以下、このように呼ぶ）であ
り、これに対し本発明者により新たに認識された焼き付
きは、イオンが配向膜表面に吸着されて通常の印加電界
ではこれが脱離しない「イオン固定型の焼き付き」（以
下、このように呼ぶ）である。以下、本発明において
は、不純物イオンの配向膜への吸着が原因となって、初
期状態において双安定性を示していたものが経時的に片
安定になる現象を焼き付きとする。

【００１０】従って、このイオン固定型の焼き付きおよ
び初期状態からの片安定に対しては、前記の従来から知
られているイオン可動型の焼き付きに対する防止手段で
は対処できない。例えば、イオン濃度やイオンの移動度
を上げる方法、および、印加パルス電圧と逆極性のパル
ス電圧を続けて印加する方法では、イオンが配向膜表面
に強く固定されているために効果が得られないことは明
白であり、また、ＬＢ膜や導電性膜を配向膜に用いる方
法では、液晶に印加される有効電圧が低下したりショー
トが起こり易くなって実用的ではない。そこで、本発明
は、イオン性不純物が配向膜へ吸着することによるイオ
ン固定型の焼き付きおよび初期状態からの片安定が生じ
ても、安定なスイッチングが行え、良好な表示駆動が行
える液晶表示装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る液晶表示装置は、基板上に透明電極を
形成すると共に前記電極を覆う状態に配向膜を形成した
一対の透明電極基板を、それぞれの配向膜が所定ギャッ
プを隔てて対峙するように配置し、両透明電極基板間に
カイラルスメクティック相を示す液晶組成物を封入して
なる液晶表示素子と、前記液晶表示素子の透明電極へ双
極性パルス電圧を印加する表示駆動制御手段を備えた液
晶表示装置において、前記液晶組成物の自発分極の向き
が前記透明電極基板間の全領域で一方の配向膜の方向に
揃うと共に、前記液晶表示素子に印加する電圧の大きさ
を＋側から−側へ、および−側から＋側へ連続的に変化
させて液晶分子の配向状態を変化させた場合、＋側から
−側への電圧変化に対して配向状態が変化したときの電
圧をＶ₁ （極性も含める）、−側から＋側への電圧変化
に対して配向状態が変化したときの電圧をＶ₂ （極性も
含める）とするとき、次の（１）式 （Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）／２ （１） で計算される電圧の０．７倍ないし１．３倍の大きさ
で、特に好ましくは０．８５倍ないし１．１５倍の大き
さで同じ極性の直流電圧が重畳された双極性パルス電圧
を印加して駆動するようにした。

【００１２】

【作用】図２に、不純物イオンが配向膜に吸着されて全
領域で均一な焼き付きが起こっている様子を示すが、例
として不純物陽イオンが配向膜に吸着する場合について
説明する。ここで、第２配向膜１２ｂの表面に不純物陽
イオン１４ａが吸着し、反対側の第１配向膜１２ａの表
面近傍には不純物陰イオン１４ｂが偏在しているため、
液晶層内では図において上向きの内部電場１５が生じ、
これにより液晶分子の自発分極の向き１３も同じ上方向
を向く。

【００１３】この液晶表示素子に印加する電圧の大きさ
を＋側から−側へ、および−側から＋側へ連続的に変化
させてスイッチングさせる際、不純物イオンが配向膜に
吸着して内部電場を生じている場合には、＋側から−側
への電圧変化に対してスイッチングする電圧Ｖ₁ （極性
も含める）と、−側から＋側への電圧変化に対してスイ
ッチングする電圧Ｖ₂ （極性も含める）の絶対値は一致
しない。この場合、前記スイッチング電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ の
それぞれに、配向膜に吸着したイオンが形成する内部電
圧Ｖ_INT を加えた電圧が液晶層に実質的に印加される電
圧であり、これがスイッチングを行う閾値電圧Ｖ_SWにな
っているものと考えられる。すなわち、次の（２）式 ｜Ｖ₂ ＋Ｖ_INT ｜＝｜Ｖ₁ ＋Ｖ_INT ｜＝Ｖ_SW （２） が成り立っていると考えられる。ここで、Ｖ₂ ＞Ｖ₁ で
あるため、（２）式は Ｖ₂ ＋Ｖ_INT ＝−（Ｖ₁ ＋Ｖ_INT ） （３） となり、これより Ｖ_INT ＝−（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）／２ （４） が導かれる。従って、前記のようにしてＶ₁ 、Ｖ₂ を測
定すれば、（４）式によって配向膜への吸着イオンによ
り形成される内部電圧Ｖ_INT を計算することができる。

【００１４】このＶ_INT は、パルス電圧が印加されてい
ないときでも常に液晶分子に直流的に印加されており、
これが液晶分子のスイッチングが起こる閾値電圧を越え
ると、パルス電圧が印加されなくともスイッチングが起
こり、常に双安定状態の一方の安定状態にスイッチング
したままとなり、すなわち片安定となる。これに対し、
外部より印加する駆動パルスに、この内部電圧Ｖ_INT を
打ち消す電圧、すなわちＶ_INT と同じ大きさで逆の極性
の直流電圧 （Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）／２ （１） を重畳して印加すれば、パルス電圧が印加されていない
ときには液晶分子には実質的に電圧がかからないためス
イッチングは起こらず、パルス電圧に応じたスイッチン
グが行われ、双安定性が得られる。このような意味で、
駆動パルス電圧に重畳すべき（１）式で示される電圧
を、以下本発明においては双安定化電圧（記号はＶ_BSで
表わす）と呼ぶことにする。

【００１５】ここで、液晶素子内の透明電極基板上の全
領域で自発分極の向きが一定方向に揃った均一な配向で
あれば、前記（１）式で示される双安定化電圧を重畳し
たパルス電圧で駆動することにより、透明電極上の全領
域で双安定性が得られる。尚、双安定化電圧の値は、前
記（１）式で計算される値と厳密に一致している必要は
なく、液晶分子に実質的に電圧が印加されていても、そ
の電圧値が液晶分子のスイッチングを起こす閾値電圧以
下であれば双安定性が得られる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明に係る液晶表示装置の実施例を
添付図面に基づいて説明する。図１に、本発明の液晶表
示素子の一例の断面図を示すが、この液晶表示素子の構
造自体は従来から用いられているものと何ら変わるとこ
ろはない。すなわち、７ａ、７ｂは透明基板であり、そ
の上に透明電極５ａ、５ｂ、絶縁膜６ａ、６ｂ、配向膜
３ａ、３ｂがこの順序で積層されており、透明電極基板
８ａ、８ｂを形成している。配向膜３ａ、３ｂの表面は
ラビングにより一軸配向処理が行われており、透明電極
基板８ａ、８ｂは、互いに配向膜３ａ、３ｂが対向し、
ラビング方向が一致するように配置されている。透明電
極基板８ａ、８ｂの間には、カイラルスメクティック液
晶２が配置され、透明電極基板８ａと８ｂとの間隔はス
ペーサー４により保持される。また、このセルの外側に
は、液晶分子の配向状態を光学的に識別するために、２
枚の偏光板９ａ、９ｂが互いにその偏光方向が直交する
ように配置されている。

【００１７】本発明の透明基板７ａ、７ｂとしては、た
とえば平滑性の良好なフロートガラスなどのガラスの
他、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート等のポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルフォ
ン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ア
セチルセルロース、ポリアミノ酸エステル、芳香族ポリ
アミド等の耐熱樹脂、ポリスチレン、ポリアクリル酸エ
ステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリルアミ
ド、ポリエチレン、ポリプロピレン等のビニル系ポリマ
ー、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂およびそれ
らの変性体等から形成されたプラスチックフィルム等が
使用できる。尚、透明基板表面にはカラーフィルターを
形成してもよい。

【００１８】上記基板上には、常法により３００〜５０
００Ａ厚、好ましくは１０００〜３０００Ａ厚のストラ
イプ状の透明電極５ａ、５ｂが形成されており、これら
を互いに直交するように組み合わせることによりマトリ
ックス表示が可能となる。また、上記透明電極は、一方
のみストライプ状に形成されていてもよい。透明電極材
料としては、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ₂ Ｏ₃ ）、
酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）およびＩＴＯ（インジウム・スズ
・オキサイド）等が使用できる。上記透明電極上には、
２００〜５０００Ａ厚、好ましくは５００〜２０００Ａ
厚の絶縁膜６ａ、６ｂが形成される。この絶縁膜材料と
してはＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 等が使用でき
る。また、この絶縁膜を形成せずに、透明電極上に直接
配向膜を形成してもよい。

【００１９】上記絶縁膜上もしくは透明電極上には、１
０〜１０００Ａ厚、好ましくは５０〜５００Ａ厚の配向
膜３ａ、３ｂが形成される。配向膜としては、例えば、
ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリ
デン、ポリアミド（ナイロン等）等をスピンコートまた
は印刷することにより形成される高分子膜、有機シラン
化合物を塗布することによって形成される有機膜、そし
てＳｉＯ、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等を真空蒸着あるいはス
パッタリングすることにより形成される無機膜等が使用
できる。上記配向膜のうち、ポリイミド等の高分子膜
は、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、ポリアクリロ
ニトリル等の合成繊維や、綿、羊毛等の天然繊維等を用
いてラビング処理が行われる。

【００２０】このようにして製造された二枚の透明電極
基板８ａ、８ｂは、スペーサー４を介して対向させて配
置させることにより、セルギャップ、すなわち液晶層の
厚さが一定に保持される。スペーサーとしては、ガラス
ファイバー、ガラスビーズ、プラスチックビーズ、アル
ミナやシリカ等の金属酸化物粒子、またポリエチレンテ
レフテレートやポリイミド等のプラスチック薄膜等が使
用できる。設定されるセルギャップの値としては、０．
５〜１０μｍが一般的であり、好ましくは１〜３μｍで
ある。

【００２１】また、本発明に使用される強誘電性液晶組
成物は、具体的にはカイラルスメクティックＣ相（Ｓｍ
Ｃ^* ）、Ｆ相（ＳｍＦ^* ）、Ｇ相（ＳｍＧ^* ）、Ｈ相
（ＳｍＨ^* ）、Ｉ相（ＳｍＩ^* ）、Ｊ相（ＳｍＪ^* ）、
Ｋ相（ＳｍＫ^* ）のいずれかを有するものである。この
カイラルスメクティック相を示す温度範囲としては０〜
５０℃より広いことが好ましい。更に、本発明で使用さ
れる強誘電性液晶組成物の相系列の例としては、 Ｋ−（・・・ＳｍＸ₂ −ＳｍＸ₁ ）−ＳｍＣ^* −ＳｍＡ
−Ｃｈ−Ｉ Ｋ−（・・・ＳｍＸ₂ −ＳｍＸ₁ ）−ＳｍＣ^* −Ｃｈ−
Ｉ Ｋ−（・・・ＳｍＸ₂ −ＳｍＸ₁ ）−ＳｍＣ^* −ＳｍＡ
−Ｉ Ｋ−（・・・ＳｍＸ₂ −ＳｍＸ₁ ）−ＳｍＣ^* −Ｉ 等が挙げられる。ここで、Ｉは等方相、Ｃｈはコレステ
リック相、ＳｍＡはスメクティックＡ相、ＳｍＸ₁ 、Ｓ
ｍＸ₂ 等は高次のスメクティック相、Ｋは結晶相を表わ
す。

【００２２】また、本発明の強誘電性液晶組成物の自発
分極の値は好ましくは２〜６０ｎＣ／ｃｍ² であり、コ
レステリック相を有する場合のらせんピッチの値は好ま
しくは１０μｍ以上であり、Ｓｃ^* 相のらせんピッチの
値は好ましくは１μｍ以上である。

【００２３】上記強誘電性液晶組成物の自発分極の向き
を透明電極基板間の全領域で一方の配向膜の方向に揃え
る方法としては、例えば、第１の方法として、焼き付き
を起こす前に電圧を印加することにより双安定の２つの
安定状態のうちの一方の状態にスイッチングさせておく
方法、第２の方法として、電圧印加前の初期配向状態に
おいて自発分極の向きが全領域で一定方向に揃う性質を
有する液晶組成物を用いる方法（特願平5-308543）、第
３の方法として、一対の配向膜のうち一方の配向膜表面
の双極子の符号を正に、他方の配向膜表面の双極子の符
号を負にする方法（特願平5-308542）などが挙げられ
る。上記の第２の方法における、電圧印加前の初期配向
状態において自発分極の向きが全領域で一定方向に揃う
性質を有するカイラルスメクティック液晶組成物は、以
下に例示するような化合物を組成物の一つまたはそれ以
上の成分として含有せしめることにより作製することが
できる。

【００２４】

【化１】

【化２】

【化３】

【化４】

【化５】

【化６】

【化７】

【化８】

【化９】

【化１０】

【００２５】

【化１１】

【化１２】

【化１３】

【化１４】

【化１５】

【化１６】

【化１７】

【化１８】

【化１９】

【化２０】

【００２６】

【化２１】

【化２２】

【化２３】

【化２４】

【化２５】

【化２６】

【化２７】

【化２８】

【化２９】

【化３０】

【００２７】

【化３１】

【化３２】

【化３３】

【化３４】

【化３５】

【化３６】

【化３７】

【化３８】

【化３９】

【化４０】

【００２８】

【化４１】

【化４２】

【化４３】

【化４４】

【化４５】

【化４６】

【化４７】

【００２９】また、自発分極の向きを全領域で一方の配
向膜の方向に揃えるための第３の方法における、配向膜
表面の双極子の符号は、配向膜表面における双極子モー
メントが液晶側を向いている場合を正、基板側を向いて
いるときを負とするディジョン他の定義（J.Dijon et a
l.:Ferroelectrics,85,47(1988) ）が一般的である。こ
の配向膜表面の双極子の符号は、上下基板の配向膜が異
なる非対称セルを用い、これに自発分極の符号が既知の
液晶を注入し、その双安定性を調べることにより決める
ことができる。すなわち、双安定性または捩れ状態を伴
った単安定性が得られた場合には、上下基板の配向膜表
面の双極子の符号は同一であり、真の（捩れ状態を伴わ
ない）単安定性が得られた場合には、両方の配向膜表面
の双極子の符号は反対か、もしくは双極子モーメント値
が大きく異なる。このようにして、配向膜表面の双極子
の符号を決めることができる。

【００３０】ここで、表面双極子の符号が正の配向膜材
料としては、メチルアミノプロピルトリメトキシシラ
ン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６９、ポリビ
ニルアルコール、ＩＴＯ、ポリエチレン、ポリイソブテ
ン、ポリブタジエン、ポリアクリレート、ポリメチルメ
タクリレート、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロ
ニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポ
リスチレン、ポリキノキサリン、ポリベンズチアゾー
ル、ポリベンズオキサゾール、アセチルセルロース、ト
リアセチルセルロース、ポリ（グリシドプロピルトリメ
トキシシラン）、ポリヘキサメチルシロキサン、シリコ
ーンゴム、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリメチル
シロキサン、ポリ−１，３−ジメチルシクロヘキサン、
尿素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、クロマン−
インデン樹脂、ポリビニルピリジウム、ポリエステルシ
リコーン、カゼイン等が挙げられる。

【００３１】また、表面双極子の符号が負の配向膜材料
としては、メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキ
シシラン、シクロヘキシルジメチルクロロシラン、１，
８−ビス（クロロジメチルシリル）オクタン、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポ
リイミド、ポリフッ化ビニリデン、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、
ポリ塩化ビニル、ポリパラキシリレン、ポリウレタン、
ポリスルフォン、メチルセルロース、ニトロセルロー
ス、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチ
レン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリパーフ
ルオロシクロヘキサン、ポリパーフルオロジメチルシク
ロブタン、ポリアセチレン−１，３−ジメチルシクロヘ
キサン共重合体等が挙げられる。

【００３２】カイラルスメクティック相における層構造
については、層がセル基板に垂直に立ったブックシェル
フ構造に限らず、種々の構造のものが使用できる。例え
ば、Ｃ１ユニフォーム配向およびＣ２ユニフォーム配向
（J.Kanbe et al.:Ferroelectrics,114,3(1991) ）、電
圧印加によりカイラルスメクティック層を立たせた擬似
ブックシェルフ構造（Y.Sato et al.:Jpn.Appl.Phys.,2
8,L483(1989)やW.J.A.M.Hartmann:Ferroelectrics,85,6
7(1988) など）のものも使用することができる。

【００３３】図３に、本発明に使用する駆動用の双極性
パルス波形の一例を示す。ここで、図中のＶ_BSはパルス
電圧に重畳される直流電圧成分すなわち双安定化電圧で
あり、配向膜に吸着した不純物イオンが形成する内部電
圧を相殺するため良好な表示駆動が行える。また、同図
において、Ｖa はパルス電圧、Ｔa はパルス周期、Ｔb
はパルス幅である。尚、本図は２パルス法の場合を示す
が、３パルス法、４パルス法についても双安定化電圧の
重畳に関しては同様に行うことができ、同様の効果があ
る。

【００３４】図４には、上記駆動パルス電圧に重畳すべ
き双安定化電圧の大きさを決めるために液晶表示素子に
印加する電圧波形の一例を示す。図には三角波の場合を
例示するが、電圧の経時変化が単調に増大、減少を繰り
返すものであればどのようなものでも使用できる。ここ
で、Ｖ₁ は＋側から−側への電圧変化に対してスイッチ
ングが起こる電圧であり、Ｖ₂ は−側から＋側への電圧
変化に対してスイッチングが起こる電圧である。これに
より得られたＶ₁ 、Ｖ₂ を用いて前記（１）式により駆
動パルス電圧に重畳すべき双安定化電圧の大きさおよび
極性を求める。尚、この双安定化電圧は、前記（１）式
で計算される値と厳密に一致している必要はなく、通
常、前記（１）式での計算値の０．７倍ないし１．３倍
の範囲であればよい。次に、本発明に係る液晶表示装置
の実験例について示すが、本発明はこれら実験例に限定
されるものではない。尚、以下の実験例における注入方
法、配向方法、ユニフォーム配向とツイスト配向の判別
方法、メモリー性の評価方法は次のようにして行った。
セルへの注入は、液晶を等方相状態とし、減圧窒素雰囲
気下で毛細管現象により注入することにより行った。

【００３５】配向については、液晶の注入されたセル
を、等方相−コレステリック相の転移温度より５℃高い
温度まで加熱して全体を等方相とした後、１℃／分の降
温速度で室温まで徐冷して配向させた。ユニフォーム配
向とツイスト配向の判別は、偏光顕微鏡の直交ニコル下
で観察して消光位の現れるものをユニフォーム配向、消
光位の現れないものをツイスト配向とした。メモリー性
の評価は次のようにして行った。上記セルを互いに偏光
方向が直交する２枚の偏光板間に挟んで後ろから照明
し、正極性および負極性の２種類のパルスで交互に駆動
した際に、それぞれのパルスによるスイッチング状態が
１秒以上持続する場合を双安定であるとし、一方のパル
スによるスイッチング状態が１秒以下しか持続しない場
合を片安定であると判定した。

【００３６】［実験例１］配向膜としてポリビニルアル
コールを使用したセルを以下のように作製した。厚さ
１．１ｍｍのガラス基板上に膜厚１０００ＡのＩＴＯの
電極パターン（電極面積は０．１５ｃｍ² ）を形成し、
この透明電極付きガラス基板上にポリビニルアルコール
（ナカライテスク（株）製の重合度約５００のもの）の
１％水溶液をスピンナで塗布し（５００ｒｐｍで３０秒
の後３５００ｒｐｍで４０秒）、その後、８０〜１００
℃で１５分間乾燥させてポリビニルアルコール膜を形成
した。次に、このポリビニリアルコール膜の表面をレー
ヨン布で一軸方向にラビング処理した。この配向膜を形
成したガラス基板２枚を、それぞれラビング処理面を内
側にして、ラビング方向が同方向になるように、ポリエ
チレンテレフタレートのフィルムをスペーサーとして挟
んで貼り合わせ、セルギャップが１．８μｍのセルを作
製した。

【００３７】上記セルに、市販の強誘電性液晶ＺＬＩ−
３６５４（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ社製）を注入し、配向させた
ところ、消光位の方向が異なる２種類のドメインからな
るユニフォーム配向が得られた。このセルに、直流電圧
成分を重畳しない双極性パルス電圧（電圧±５０Ｖ
_O-P 、パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓｅｃ、
電圧の極性は上側電極が正の場合を＋とした）を印加し
たところ、全面で消光位が同一方向に揃い、双安定スイ
ッチングが得られたが、３日後には焼き付きが生じ、上
記パルス電圧を印加しても片安定であった。

【００３８】次に、このセルを直交ニコル下で観察し、
図４に示すような電圧波形（電圧の変化速度は約１０ｍ
Ｖ／ｓｅｃ）を印加しながらスイッチングが起こる電圧
を調べたところ、＋側から−側への電圧変化に対してス
イッチングを起こす電圧Ｖ₁は−４０ｍＶであり、−側
から＋側への電圧変化に対してスイッチングを起こす電
圧Ｖ₂ は＋４４０ｍＶであった。これらの値を（１）式
に入れて双安定化電圧Ｖ_BSを計算すると、 Ｖ_BS＝＋２００ｍＶ となった。そこで、前記双極性パルス電圧に、この双安
定化電圧＋２００ｍＶを重畳して駆動したところ、全面
で双安定スイッチングが得られた。また、双安定化電圧
を＋１４５〜＋２５０ｍＶの範囲で変化させても、全面
で双安定スイッチングが得られた。

【００３９】［実験例２］上記実験例１の液晶セルに、
室温で３０Ｖ_O-P 、５０Ｈｚの矩形波電圧を１分間印加
することにより擬似ブックシェルフ構造を得（ラビング
方向に平行な細かいストライプのあるテクスチャが得ら
れた）、全面で消光位の方向が同一なユニフォーム配向
となった。このセルに、直流電圧成分を重畳しない双極
性パルス電圧（電圧±５０Ｖ_O-P 、パルス幅２００μｓ
ｅｃ、パルス周期１ｓｅｃ、電圧の極性は上側電極が正
の場合を＋とした）を印加したところ、双安定スイッチ
ングが得られたが、１週間後には焼き付きが生じ、上記
パルスを印加しても片安定であった。

【００４０】次に、このセルを直交ニコル下で観察し、
図４に示すような電圧波形（電圧の変化速度は約１０ｍ
Ｖ／ｓｅｃ）を印加しながらスイッチングが起こる電圧
を調べたところ、＋側から−側への電圧変化に対してス
イッチングを起こす電圧Ｖ₁は−０．１Ｖであり、−側
から＋側への電圧変化に対してスイッチングを起こす電
圧Ｖ₂ は＋１．９Ｖであった。これらの値を（１）式に
入れて双安定化電圧Ｖ_BSを計算すると、 Ｖ_BS＝＋０．９Ｖ となった。そこで、前記双極性パルス電圧に、この双安
定化電圧＋０．９Ｖを重畳して駆動したところ、全面で
双安定スイッチングが得られた。また、双安定化電圧を
＋０．６５〜＋１．１３Ｖの範囲で変化させても、全面
で双安定スイッチングが得られた。

【００４１】［実験例３］実験例１で使用したものと同
じセルに、表１に示す化合物をこれに示す重量部で混合
してなる液晶組成物１を注入した。

【００４２】

【表１】

【００４３】ここで、上記表１中の「液晶組成物Ａ」
は、表２に示す化合物をこれに示す重量部で混合したも
のである。

【００４４】

【表２】

【００４５】尚、液晶組成物Ａの相転移温度は、偏光顕
微鏡によるテクスチャ観察の結果、図５の通りであっ
た。また、液晶組成物１の相転移温度は偏光顕微鏡によ
るテクスチャ観察の結果、図６の通りであった。

【００４６】上記の液晶組成物１を注入したセルを配向
させたところ、配向直後の初期状態において全面で消光
位が同じ方向のユニフォーム配向が得られた。このセル
に、直流電圧成分を重畳しない双極性パルス電圧（電圧
±５０Ｖ_O-P 、パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１
ｓｅｃ、電圧の極性は上側電極が正の場合を＋とした）
を印加したところ、初期状態から片安定であった。

【００４７】次に、このセルを直交ニコル下で観察し、
図４に示すような電圧波形（電圧の変化速度は約１０ｍ
Ｖ／ｓｅｃ）を印加しながらスイッチングが起こる電圧
を調べたところ、＋側から−側への電圧変化に対してス
イッチングを起こす電圧Ｖ₁は＋１０ｍＶであり、−側
から＋側への電圧変化に対してスイッチングを起こす電
圧Ｖ₂ は＋１３０ｍＶであった。これらの値を（１）式
に入れて双安定化電圧Ｖ_BSを計算すると、 Ｖ_BS＝＋７０ｍＶ となった。そこで、前記双極性パルス電圧に、この双安
定化電圧＋７０ｍＶを重畳して駆動したところ、全面で
双安定スイッチングが得られた。また、双安定化電圧を
＋５０〜＋９０ｍＶの範囲で変化させても、全面で双安
定スイッチングが得られた。

【００４８】［実験例４］配向膜として、表面の双極子
の符号が正であるポリビニルアルコールと、表面の双極
子の符号が負であるポリイミドを組み合わせたセルを以
下のように作製した。ポリビニルアルコール膜を形成し
たガラス基板は実験例１と同じ方法で作製した。また、
ポリイミド膜を形成したガラス基板は以下のように作製
した。厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に膜厚１０００Ａ
のＩＴＯの電極パターン（電極面積は０．１５ｃｍ² ）
を形成し、この透明電極付きガラス基板上にポリイミド
形成用塗布液（東レ（株）製、ＳＰ−７１０）を不揮発
分が３．４％になるように希釈した液をスピンナで塗布
し（５００ｒｐｍで１０秒の後４５００ｒｐｍで５０
秒）、その後、１２０℃で３０分間、続いて２００℃で
３０分間、更に３５０℃で３０分間焼成して約３００Ａ
のポリイミド膜を形成した。次に、このポリイミド膜の
表面をレーヨン布で一軸方向にラビング処理した。

【００４９】上記のようにして作製したポリビニルアル
コール膜を形成したガラス基板とポリイミド膜を形成し
たガラス基板を、それぞれラビング処理面を内側にし
て、ラビング方向が同方向になるように、ポリエチレン
テレフタレートのフィルムをスペーサーとして挟んで貼
り合わせ、セルギャップが１．８μｍのセルを作製し
た。上記セルに、市販の強誘電性液晶ＺＬＩ−３６５４
（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ社製）を注入し、配向させたところ、
配向直後の初期状態において全面で消光位が同じ方向の
ユニフォーム配向が得られた。このセルに、直流電圧成
分を重畳しない双極性パルス電圧（電圧±５０Ｖ_O-P 、
パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓｅｃ、電圧の
極性は上側電極が正の場合を＋とした）を印加したとこ
ろ、初期状態から片安定であった。

【００５０】次に、このセルを直交ニコル下で観察し、
図４に示すような電圧波形（電圧の変化速度は約１０ｍ
Ｖ／ｓｅｃ）を印加しながらスイッチングが起こる電圧
を調べたところ、＋側から−側への変化に対してスイッ
チングを起こす電圧Ｖ₁ は＋６０ｍＶであり、−側から
＋側への変化に対してスイッチングを起こす電圧Ｖ₂は
＋４８０ｍＶであった。これらの値を（１）式に入れて
双安定化電圧Ｖ_BSを計算すると、 Ｖ_BS＝＋２７０ｍＶ となった。そこで、前記双極性パルス電圧に、この双安
定化電圧＋２７０ｍＶを重畳して駆動したところ、全面
で双安定スイッチングが得られた。また、双安定化電圧
を＋２１０〜＋３４０ｍＶの範囲で変化させても、全面
で双安定スイッチングが得られた。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液晶
表示装置においては、セル内の全領域において自発分極
の向きを一方の配向膜の方向に揃えると共に、液晶セル
に印加する電圧の大きさを＋側から−側へ、および−側
から＋側へ変化させる際にスイッチングを起こす電圧か
ら（１）式により計算される電圧を双安定化電圧として
駆動パルス電圧に重畳することにより、配向膜に吸着し
た不純物イオンが形成する内部電圧が相殺されて双安定
スイッチングが可能となり、焼き付きのない安定したメ
モリー性を期せる液晶表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子の概略縦断面図であ
る。

【図２】本発明に係る液晶表示素子の焼き付き時におけ
る自発分極および不純物イオンの状態を示す説明図であ
る。

【図３】本発明に係る液晶表示装置で用いる駆動パルス
電圧の波形図である。

【図４】駆動パルス電圧に重畳する双安定化電圧を決定
するために液晶表示素子に印加する電圧波形の説明図で
ある。

【図５】液晶組成物Ａの相転移温度を示す説明図であ
る。

【図６】液晶組成物１の相転移温度を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 液晶表示素子 ２ カイラルスメクティック液晶 ３ａ 第１配向膜 ３ｂ 第２配向膜 ４ スペーサー ５ａ 第１透明電極 ５ｂ 第２透明電極 ６ａ 第１絶縁膜 ６ｂ 第２絶縁膜 ７ａ 第１透明基板 ７ｂ 第２透明基板 ８ａ 第１透明電極基板 ８ｂ 第２透明電極基板 ９ａ 第１偏光板 ９ｂ 第２偏光板 １１ カイラルスメクティック液晶 １２ａ 第１配向膜 １２ｂ 第２配向膜 １３ 自発分極の向き １４ａ 不純物陽イオン １４ｂ 不純物陰イオン １５ 内部電場の向き

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に透明電極を形成すると共に前記
   電極を覆う状態に配向膜を形成した一対の透明電極基板
   を、それぞれの配向膜が所定ギャップを隔てて対峙する
   ように配置し、両透明電極基板間にカイラルスメクティ
   ック相を示す液晶組成物を封入してなる液晶表示素子
   と、前記液晶表示素子の透明電極へ双極性パルス電圧を
   印加する表示駆動制御手段を備えた液晶表示装置におい
   て、前記液晶組成物の自発分極の向きが前記透明電極基
   板間の全領域で一方の配向膜の方向に揃うと共に、前記
   液晶表示素子に印加する電圧の大きさを＋側から−側
   へ、および−側から＋側へ連続的に変化させて液晶分子
   の配向状態を変化させた場合、＋側から−側への電圧変
   化に対して配向状態が変化したときの電圧をＶ₁ （極性
   も含める）、−側から＋側への電圧変化に対して配向状
   態が変化したときの電圧をＶ₂ （極性も含める）とする
   とき、次の（１）式 （Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）／２ （１） で計算される電圧の０．７倍ないし１．３倍の大きさで
   同じ極性の直流電圧が重畳された双極性パルス電圧を印
   加して駆動することを特徴とする液晶表示装置。