JPH07502605A - 強誘電体液晶ディスプレイ装置 - 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】 強誘電体液晶ディスプレイ装置 本発明は強誘電体液晶ディスプレイ装置、より具体的には改良されたコントラス ト比を有する装置に関する。

液晶ディスプレイ装置は良く知られており、典型的には二つのガラス壁の間に保 持された液晶の薄い層によって形成される液晶セルを有している。これらの壁は 透明な電極を有しており、これにより液晶層を通して電界を加え液晶物質の分子 を回転させる。液晶分子は多くのディスプレイにおいて二つの分子配列のうちの 一つを取る。一つは電圧ＯＦＦの状態であり、もう一つは電圧ＯＮの状態である 。情報は一つの状態にある液晶物質の領域ともう一つの状態にある領域との間の コントラストによって表示される。一つの既知のディスプレイは、片側の壁の列 電極と他方の壁の行電極との交点にできるピクセルマトリックスまたはディスプ レイエレメントによって形成される。このディスプレイでは連続する行電極およ び列電極に電圧を与えることによりマルチプレックス方式でアドレスされる。も う一つのタイプのディスプレイは、ダイレクトドライブ方式でアドレスされるシ ャッタである。

液晶には、ネマチック、コレステリック、及びスメクチックの三つの基本タイプ があり、それぞれ特有の分子配列を有する。

本発明は強誘電体スメクチック液晶物質に関する。この物質を用いる装置は表面 が安定した強誘電体液晶（Ｆ　Ｌ　Ｃ）装置を形成する。これらの装置は双安定 性を示すことができる。すなわち液晶分子、より正確には分子ディレクター（ｄ ｉｒｅｃｔｏｒ）が正負の電圧パルスによるスイッチによって二つの配列の内の 一つを取り、その電圧が除かれた後もスイッチされた状態に留まる。この挙動は 表面配列特性に依存する。あるタイプの表面配列は電圧を除いた後もスイッチさ れた状態が保持される装置をもたらし、別のタイプの表面配列は電圧除去後無秩 序に崩壊するような装置をもたらす。スイッチされた状態は交流バイアスの存在 によって安定化される。実際に得られる状態は存在するそれぞれの交流バイアス の振幅に依存する。交流バイアスはマルチプレックス装置のデータ（列）電圧に よって供給される。

この特性と早いスイッチ速度とがあいまって、ＦＬＣ装置が多数のピクセルまた はディスプレイエレメントを持つ大型ディスプレイに適したものとなる。この種 の強誘電体ディスプレイは例えば、Ｎ、Ａ、　Ｃ１１ｒｋ　＊ｎｄ　Ｓ、Ｔ、Ｌ Ｂｅ＋ｖｔｌｌ、　＾ｐｐｌｉｓｄ　Ｐｈ７ｓｉｅｓＬｅｌｌｓｎ　Ｖｏｌ　３ ６．　Ｎｏ、ｌＩ　Ｎ　８８９−９０１．　Ｉ＊ｎｅ、　１９８０、　ＧＯ−２ ，１６６，２５６−＾、ｌｌ５−４．３６７．９２４、ｌｌ５−４，５６３，０ ５９、Ｐｔ１ｅｎｌ　ＧＢ−２，２０９，６１０［Ｂ＋＊ｄ＋ｈｓｗ　■ｄ　Ｒ ｒｙｎｅ＊］　、ＲＢ　Ｍｅ７ｅ＋　ｅｌ　１１Ｉ　ＰｈＨし＋ｌ＋　３６゜Ｌ ６９．　１９７５に記載されている。

この二つのスイッチされた状態は液晶セルを二つの交差した偏光子の間に配列す ることによって可視化される。偏光子の一つは一つのスイッチされた方向にほぼ 平行に整列させられる。

このことは例えば英国特許第２．２０９．６１０号から構成れる装置の見やすさ と装置の有用性を改善するために全ての装置設計者はこの二つのスイッチされた 状態の間で最大のコントラストを得ようとする。本発明は既存のＦＬＣ装置につ いて、このコントラストを改良するものである。

本発明によれば、強磁性体液晶装置の二つのスイッチされた状態間のコントラス トは偏光子を交差した状態から最大コントラストが得られるように回転すること によって改良される。

本発明による強誘電体液晶ディスプレイ装置は、共に電極構造を有する二つのセ ル壁の間に配置され、液晶物質が整列するように表面処理された強誘電体の層に よって形成される液晶セルと、セルの両側に配置された二つの偏光子とを有し、 上記の二つの偏光子が直交（９０°）状態から離れて配置されており、上記セル が最適のコントラストが得られるように偏光子の間で回転し、ディスプレイの二 つのスイッチされた状態でのコントラスト比が最適化できるように配置がなされ ることを特徴とする。

二つの偏光子は直交状態から４５“、好ましくは２０°までに配置される。この 偏光子はニュートラルのまたは着色した偏光子でよい。

このセルはその二つのスイッチされた状態が偏光子の光軸に対して対称になるよ うに回転することができる。

ディスプレイが反射によって観察できるようにディスプレイの後に全反射器ある いは部分反射器を配置することができる。

液晶物質は非キラルまたはキラルのスメクチック例えばＳ、′またはＳｌ”でよ い。この物質のスイッチ特性、パルス幅時間対電圧曲線は、例えばＷＯ−８９１ ０５０２５に示されるように最小値を示すもの、あるいはパルス幅対電圧曲線が ほぼ直線状になる従来物質でもよい。

電極構造は、一方の壁上でＸ行電極として他方の壁土ではｙ列電極として配置さ れ、アドレス可能要素のｘ、ｙマトリックスを形成するものが好ましい。

このｘ、ｙディスプレイ装置はドライバ回路から供給される電圧波形によってア ドレスされる。ディスプレイ操作中にコントラスト比をさらに改善するために交 流バイアスを加える。さらに、ＣＲを改善するためにこの交流バイアスの周波数 を変化させることができる。

ここで、本発明の一つの形態を、例としてのみ、添付の図面を参照して説明する 。

第１図及び第２図は液晶ディスプレイ装置の平面図および断面図である。

第３図はシェブロンタイプのミツ０層配列を示す配列された液晶物質層を定式化 した透視図である。

第４図はシェブロン構造をもつ可能ないくつかのディレクタプロフィールの一つ を定式化した第３図の一部分の拡大断面図第５図は従来技術による装置の液晶デ ィレクタの両方のスイッチ状態における相対的配列と偏光子配列を示す図である 。

第６図は第５図の偏光子配列における透過率とディレクタ配列の関係を示すグラ フである。

第７図、第８図、第９図は三つの異なった物質について交流バイアスを変えたと きのコントラスト比と偏光子角度の関係を示すグラフである。

第１図及び第２図に示されるセル１はスペーサリング４および／または分散した スペーサによって１−６μｍ隔てられた二つのガラス壁２．３を有する。透明な 酸化スズの電極構造５゜６が両壁の内面に形成される。これらの電極は従来の行 列形、７区画、またはｒ−０デイスプレイでよい。液晶物質の層７が壁２．３及 びスペーサリング４の間に収容される。偏光子８．９はセル１の前面と後面に配 置される。各偏光子の光軸配列については後に論じる。直流電圧源１０はリード ワイヤ１４．１５によって電極構造５．６に接続されたドライバ回路１２．１３ に制御論理回路１１を通じて電力を供給する。

この装置は透過または反射モードで動作できる。前者では装置を通る光例えばタ ングステン球１６からの光が所望のディスプレイを形成するために選択的に透過 されまたは阻止される。

反射モードではセル１と二つの偏光子を通って周囲光を反射するように、鏡１７ が第二の偏光子９の後に配置される。鏡１７を部分反射性にすることによって本 装置は通過及び反射の両モ−ドで動作できる。

組み立ての前に、ポリアミドやポリイミドなどのポリマーの薄い層をスピン・コ ートし乾燥し、これが適当な場合は硬化させて壁２．３に表面処理を行い、次に 柔らかな布（例えばレイヨン）で一方向Ｒ１，Ｒ２にパフをかける。この既知の 処理により液晶分子を表面配列させる。分子は（ネマチック相で測定すると）摩 擦の方向Ｒ１，Ｒ２に、かつ使用するポリマーとその後処理に応じて表面に対し てほぼ０がら１５°に配列する。

Ｓ、にａｎｉＹ■ｗ他１ｓｐ＋ｎｅ＋ｅ　１．　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ７ ｓｉｃｓ、　ｔｏｌ、２７゜Ｎｏ、５．　ＭＢ　１９８８．　ｐｐ８２７−８２ ９を参照のこと。別法として一酸化ケイ素をセルの壁に斜めに蒸着させるという 既知の方法によっても表面配列を行うことが出来る。

この表面配列処理は隣合った液晶物質分子に定着力（■ｅｈｏ＋ｉｎｇ　Ｉｏ＋ ｃｅｌ　を与える。セル壁の間で分子は使用した材料に特有の弾性力で拘束され る。物質は図３．４に示すように、それぞれ互いに平行なマクロ層２０を形成す る。これは多くの可能な構造のうちの特定な例である。Ｓｃはディレクタが層の 垂線に対しである角度を持つようになっている傾斜相であり、従って各分子ディ レクタ２１は円錐の表面に沿って、層の厚みに沿って異なる円錐上の位置にする ことができ、従って各マクロ層２０はシェブロン状をなすことになる。

層の中心に隣接した物質を考えると、分子ディレクタ２１はほぼこの平面内にあ る。適切な符号の直流電圧パルスを加えるとディレクタは円錐の表面に沿って円 錐の反対側に移動する。

この円錐の表面上にある二つの位置Ｄｉ、Ｄ２が液晶ディレクタの二つの安定状 態を表す、すなわち加えられた電圧を除いても物質はこれらの位置Ｄｉ、Ｄ２の 何れかに留まる。

実際のディスプレイではディレクタはこの理想化された位置から動（ことがある 。情報を表示したい期間中ずっとこの物質に交流バイアスをかけるのが一般的な やり方である。この交流バイアスはディレクタを動かしてディスプレイの見やす さを改善する効果を持つ。この交流バイアスの効果は例えばＰ＋ｏｃ　４１ｈＩ ＤＲＣ，１９８４、ｐｐ、　２１７−２２０に記載されている。交流バイアスを 用いるディスプレイアドレス方法は例えば英国特許出願Ｎｏ。

８７、２６９９６、ＰＣＴ／ＧＢ　８Ｂ、０１００４、ＷＯ３９／１１５０２５ １　ＲＨｗ（ｈｅｓ、英国特許出願Ｎｏ、　９０．１７３１６．２、ＰＣＴ／Ｇ Ｂ９１１０１２６３、ＷＯ９２１０２９２５１ＲＨｕｇｈｅ＋　ｔｎｄ　Ｅ　Ｐ 　ＲＢｎｅ＋等に記載されている。この交流バイアスのレベルはＣＲ値がさらに 高められるように偏光子ならびにセル回転と協働するように変化させることがで きる。

コン］・ラストを最大にするには見かけの円錐角を二倍にする、あるいは二つの スイッチされた状態でのディレクタ間の角度をほぼ４５°にすることが望ましい 。このことを図５．６を参照して説明する。図５に見られるように偏光子の一つ が二つのディレクタ位置の一つＤｌと平行に、Ｘ軸に沿って配列される。

もう一つのディレクタ位置はＤ２として示されている。第二の偏光子は第一の偏 光子に対して垂直に、すなわちｙ軸に沿って配列される。図６で示されるように ディレクタＤ２がＤｌに対して４５°の時透過が起きる。従来技術のディスプレ イでは直交した偏光子を用いる、すなわちその二つの偏光子は互いに９０＠をな す。

本発明では図７を参照して説明するように偏光子の異なる配列を用いる。コント ラスト比（ＣＲ）　、すなわち二つの異なる状態で透過される光の比をｙ軸にプ ロットし、二つの偏光子８．９間の角位置をａ軸にプロットしである。偏光子８ ．９は６０から１２０°の間の異なる角度で配列され、セルは最大コントラスト 比を得るように回転される。最大ＣＰの値が交流バイアス値０．５及びＩＯＶに おける異なる偏光子角度に対してプロットしである。このＣＲ値が偏光子の角度 位置によってかなり異なることがわかる。図７ではすべての交流バイアス値につ いて偏光子がほぼ８５°離れているときに最大ＣＲが発生する。

セル１は二つのスイッチされた方向Ｄｉ、Ｄ２が偏光子８．９の光軸間にほぼ等 しい角度だけ離れるように、すなわちＲが偏光子方向間の角度を二分するように 回転される。

図７の装置はカタログ番号Ｍｅ＋ｃｋ　５０１４−Ｇｏｏの、厚さ２ｕｍの層に ポリイミドの表面配列処理をした物質を有していた。測定はセルを繰り返し二つ の光学的状態間で切り換え、単極性のパルスを用い、極性を変えながら２５　ｋ 　ｔ（ｚの交流方形波を１００　：　１のデユーティ・サイクルで重ねて実施し た。これはマルチプレックスドライブ条件での挙動をンミュレートしたものであ る。コントラストは白色光で、アイレスポンスフィルター　（ｅ７ｅ　＋ｃｓｐ ｏｎｃｅ　＋１ｌｌｅ＋ｌ　を用い、垂直入射角で行った。広い波長範囲にわた ってＣＲの改善が得られた。

表１ 物質　Ｅ　Ｍ＋＋＋ｋ　２Ｌｌ　５０１４−０００２μ請厚層　ポリイミド表面 配列交流　コントラスト　コントラスト　偏光子　コントラストバイ　比　比　 角度　（０）比ゲイン アス　９０°偏光子 ０　４６　６２　８３　１．３ ＩＱ　８６　１１５　８５　１．３ １５　１３５　１７０　８５　１．２ 図８は、図７と同しドライブ条件で、３つの異なる交流バイアス値で、異なる物 質について偏光子角度によるコントラスト比の変化を示す。正確な角度の最大値 は交流バイアスと共に変化する。交流バイアスが小さい場合は、最適偏光角は約 １１０゜であり、交流バイアス１０　Ｖの場合は約１０２６である。

図９は、物質ＢＤ）ｌ−３ＣＥ９について偏光子角度によるコントラスト比の変 化を示す。さらに詳細については次の表３に示す。

表２ 物質　Ｅ　Ｍｅ＋ｅｋ　ＢＤｆｌ　８３５２μ論厚層　ポリイミド表面配列交流 　コントラスト　コントラスト　偏光子　コントラストバイ　比　比　角度　じ ）比ゲイン アス　９０°偏光子 ０　１４．５　２７　１１＋１　１．８５　１６．５　３３．５　１１０　２． ０１０　６０　９２　１０２．５　１．５表３ 物質　Ｅ　Ｍｅ＋ｃｋ　ＢＤＨ５ＣＥ９１．９　ｕｓ厚層　ポリイミド表面配列 、交流バイアス２５　ＫＨ＋矩形波 交流　コントラスト　コントラスト　偏光子　コントラストバイ　比　比　角度 　じ）比ゲイン アス　９０°偏光子 ０　５．２　８．９　１２０　１．７ １０　３．３　５．６　１２０　１．７物質　Ｍｅ＋ｃｋ　２Ｌ１５０１４−０ ００は、２０℃で−２，ｈｃ／ｃｍ２の自発分極を有する。

物質　Ｍｅ＋＋ｋ　Ｌｔｄ　ＢＤＩＩ　８３５は、３０℃で約５ｎＣ／ｃｆｆｉ ２の自発分極を有する。

物質　Ｍ＋＋＋ｋ　Ｌｔｄ　［１１５ＣＥ９は、３０℃で２８ｎＣ／ｃｍ２の自 発分極を有する。

−１−記のセルの旧とＤ２の角度は、物質５０１４−Ｇｏｏでは３６°、物質Ｂ ＤＩ＋　８３５　テは４０３°、であり、両者とも５０　ｔｌ＋　テＩ／−５Ｖ テ測定したものである。

その他の適当な物質としては、ＢＤＨ−ＳＣＨ３がある。

−Ｌ例は、強誘電体スメクチック　Ｃ液晶物質であるが、例えばスメクチック１ などその他の強誘電体液晶を用いることもできる。

傾斜層°シェブロン°　円錐表面状の −Ｒ１ディレクタプロファイル −ディレクタ（２１） 位ｒＩＩ２ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成６年６月２３濡ハ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．共に電極構造（５，６）を有する二つのセル壁（２，３）の間に配置され、 液晶物質が整列するように表面処理された強誘電体の層（７）によって形成され る液晶セルと、セルの両側に配置された二つの偏光子（８，９）とを有し、二つ の対照的なディスプレイ状態に電気的にスイッチすることができる強誘電体液晶 ディスプレイ装置において、上記の二つの偏光子（８，９）が直交（９０°）状 態から離れて配置されており、上記セルが最適のコントラストが得られるように 、偏光子（８，９）の間で回転しディスプレーの二つのスイッチされた状態での コントラスト比が最適化できるように配置がなされることを特徴とする、強誘電 体液晶ディスプレイ装置。
2. ２．電極（５，６）が、一方の壁（２）上でｘ行電極（５）として、他方の壁（ ３）上でｙ列電極（６）として配置され、アドレス可能要素のｘ，ｙマトリック スを形成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ３．電極構造（５，６）にアドレス用電圧波形を加えるためのドライバ回路（１ ２，１３）をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. ４．コントラストをさらに改良するために可変量の交流バイアスを加えるための 手段（１０，１１，１２，１３）をさらに有することを特徴とする、請求項３に 記載の装置。
5. ５．偏光子（８，９）の光軸間の角度が４５°より大きく１３５°より小さいこ とを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. ６．偏光子（８，９）の光軸間の角度が７０°より大きく１１０°より小さいこ とを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. ７．二つのスイッチされた状態の分子方向（Ｄ１，Ｄ２）が偏光子（８，９）の 光軸間で実質的に対称となるようにセル（１）が回転することを特徴とする、請 求項１に記載の装置。
8. ８．セル壁（２，３）の表面処理が磨いたポリイミドであることを特徴とする、 請求項１に記載の装置。
9. ９．液晶物質がスメクチックＣ物質であることを特徴とする、請求項１に記載の 装置。