JPH0756174A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 明るく、高コントラストな表示を得る。 【構成】 透光性基板２，３間に二色性色素１１を含む
液晶層１０が介在される。前記基板２，３の液晶層１０
側表面２ａ，３ａには透明電極４，５と配向膜６，７と
がこの順に積層される。液晶分子１０ａは、配向膜６，
７の表面６ａ，７ａに対してほぼ平行に、かつその方向
は不均一に吸着されている。電圧無印加時に入射した光
は、液晶分子１０ａに沿って配向した二色性色素１１に
よってほぼ全て吸収され、着色表示となる。電圧印加時
には、基板２，３に対して垂直方向に液晶分子１０ａが
配向し、これに沿って二色性色素１１が配向する。この
とき入射した光は、吸収されることなくほぼ全ての光が
出射し、透明表示となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いて入射光を
制御し、表示を行う液晶表示装置およびその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のゲストホスト型液晶表示装置とし
ては、たとえばハイルマイヤー型液晶表示装置、ホワイ
トテーラー型液晶表示装置、１／４波長板型液晶表示装
置が挙げられる。ハイルマイヤー型液晶表示装置は、二
色性色素を含むホモジニアス配向した液晶素子を一対の
偏光板間に配置したものである。また、ホワイトテーラ
ー型液晶表示装置は、二色性色素とカイラルドーパント
とを液晶層に添加したものであり、液晶分子は螺旋状に
捩れ配向、いわゆるグランジャン配向している。１／４
波長板型液晶表示装置は、反射型の液晶表示装置であ
り、二色性色素を含むホモジニアス配向した液晶素子と
反射板との間に１／４波長板を配置したものである。

【０００３】また、上記３種類の液晶表示装置は、初期
配向状態を得るために配向膜表面にラビング処理などの
配向処理を施したものであるけれども、このような配向
処理を行わない液晶表示装置が、たとえば「第１８回液
晶討論会予稿集ｐ４２−４３（秋田大学鉱山学部 能勢
ら）」に開示されている。この液晶表示装置は、液晶分
子の長軸方向が配向処理が施されていない配向膜表面に
対して平行であり、かつその配向方向が不均一となって
いる。このような液晶表示装置は、電極が形成された一
対の基板間に液晶層を介在し、該液晶層に液晶分子がフ
レデリクス転移を生じる電界を印加し、かつ等方相を示
す温度以上に加熱した後、冷却することによって得られ
る。すなわち、上記操作によって配向膜表面に近接する
液晶分子が、その分子長軸方向が配向膜表面に対して平
行に、かつ配向方向が不均一となるようにして、配向膜
に吸着される。このような液晶表示装置は、電圧無印加
時の散乱状態と電圧印加時の透過状態とによって表示が
行われ、可視光線の透過率におけるコントラストは、た
とえば４程度のものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した配向処理を行
わない液晶表示装置は、偏光板を必要としないため、可
視光の透過率が大きく、比較的小さな電位差によって散
乱状態と透過状態とを得ることができる。しかしなが
ら、前記散乱状態の散乱度が小さいという問題がある。
このため、平行光が入射しない場合にはコントラストが
著しく小さくなり、表示が見にくくなるなどの不都合が
生じる。したがって、直視型の表示装置などとして使用
することは困難である。

【０００５】本発明の目的は、明るく、コントラストの
高い液晶表示装置およびその製造方法を提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくともい
ずれか一方は透光性を有する一対の基板間に、少なくと
も二色性色素を含むネマティック液晶層が介在され、前
記一対の基板の液晶層側表面に、少なくとも絵素電極と
配向膜とがこの順に形成され、前記配向膜表面に近接す
る液晶分子は、分子長軸方向が配向膜表面に対して平行
となるようにして、かつ配向方向がそれぞれ異なる複数
の微小領域を形成して前記配向膜に吸着されていること
を特徴とする液晶表示装置である。

【０００７】また本発明は、少なくともいずれか一方は
透光性を有する一対の基板間に、少なくとも二色性色素
を含むネマティック液晶層が介在され、前記一対の基板
のうちのいずれか一方基板の液晶層側表面であって、マ
トリクス状に配列される複数の絵素のそれぞれに、非線
形スイッチング素子と絵素電極とが形成され、前記非線
形スイッチング素子および絵素電極上に配向膜が形成さ
れ、前記一方基板と対向する他方基板の液晶層側表面
に、前記絵素電極に対応して対向電極が形成され、前記
対向電極上に配向膜が形成され、前記配向膜表面に近接
する液晶分子は、分子長軸方向が配向膜表面に対して平
行となるようにして、かつ配向方向がそれぞれ異なる複
数の微小領域を形成して前記配向膜に吸着されているこ
とを特徴とする液晶表示装置である。

【０００８】さらに本発明は、前記二色性色素は、アン
トラキノン系色素を含むことを特徴とする。

【０００９】またさらに本発明は、前記液晶層の液晶材
料は、末端基にハロゲン元素を含む材料が選ばれること
を特徴とする。

【００１０】またさらに本発明は、少なくともいずれか
一方が透光性を有する一対の基板のそれぞれ一方表面
に、少なくとも絵素電極と配向膜とをこの順に形成し、
互いの一方表面に対向させて配置して、前記基板間に少
なくとも二色性色素を含むネマティック液晶を注入し、
前記液晶注入後に、前記液晶をネマティック相から等方
相へ相転移する相転移温度よりも高い温度に加熱してか
らネマティック相まで冷却し、前記冷却期間に、前記液
晶に、該液晶がフレデリクス転移を起こす電界あるいは
磁界よりも大きい電界あるいは磁界を印加することを特
徴とする液晶表示装置の製造方法である。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、少なくともいずれか一方は透
光性を有する一対の基板間にはネマティック液晶層が介
在される。該液晶層は、少なくとも二色性色素を含む。
前記一対の基板の液晶層側表面には、少なくとも絵素電
極と配向膜とがこの順に形成される。前記配向膜表面に
近接する液晶分子は、配向膜に吸着されている。ここ
で、液晶分子はその分子長軸方向が配向膜表面に対して
平行となるように、かつ配向方向がそれぞれ異なる複数
の微小領域を形成して吸着されている。

【００１２】電圧無印加時において、前記一対の基板の
うちの透光性を有する一方基板側から入射した光は、前
記液晶分子に沿って配向した二色性色素によって吸収さ
れ、着色した表示となる。ここで、液晶分子は配向膜表
面に対して平行に配向しているけれども、配向膜表面に
はラビング処理などの配向処理が施されておらず、配向
方向がそれぞれ異なる複数の微小領域が形成されている
ので、その配向方向は不均一である。このため、入射し
た光のほぼすべての光が吸収される。また、電圧印加時
には、液晶分子および二色性色素が電界の方向、すなわ
ち基板に対して垂直な方向に配向する。このとき、入射
した光は液晶層で吸収されることなく、ほぼ全ての光が
透過し、透明な表示が得られる。

【００１３】本発明の液晶表示装置は、液晶層に二色性
色素が含まれ、入射光のうちのほぼ全ての光を吸収する
着色表示とほぼ全ての光を透過する透過表示とによって
表示が行われるので、高コントラストな表示が得られ
る。また、偏光板が不要であるので、明るい表示が得ら
れる。

【００１４】従来のハイルマイヤー型液晶表示装置と比
較すると、明るい表示が得られる。また、ホワイトテー
ラー型液晶表示装置と比較すると、急峻な電圧−透過率
曲線が得られるので、マルチプレクス駆動が可能となっ
て良好な中間調表示が得られるとともに、低電圧での駆
動が可能となる。また、１／４波長板型液晶表示装置と
比較すると、視角依存性を有する１／４波長板を必要と
しないので、均一で広い視角特性が得られる。また、上
述の従来の液晶表示装置と比較すると、簡単な構成とな
り、製造コストが比較的安価となる。

【００１５】また本発明に従えば、少なくともいずれか
一方は透光性を有する一対の基板間にはネマティック液
晶層が介在される。該液晶層は少なくとも二色性色素を
含む。前記一対の基板のうちのいずれか一方基板の液晶
層側表面には、マトリクス状に配列される複数の絵素の
それぞれに非線形スイッチング素子と絵素電極とが形成
され、さらに配向膜が形成される。また他方基板の液晶
層側表面には、絵素電極に対応した対向電極が形成さ
れ、さらに配向膜が形成される。前記配向膜表面に近接
する液晶分子は、配向膜に吸着されている。ここで液晶
分子は、その分子長軸方向が配向膜表面に対して平行と
なるように、かつ配向方向がそれぞれ異なる複数の微小
領域を形成して吸着されている。

【００１６】本発明の液晶表示装置は、前記液晶表示装
置と同様にして着色表示と透明表示が得られる。したが
って、アクティブマトリクス駆動による明るく高コント
ラストな表示が得られる。

【００１７】さらに本発明に従えば、前記二色性色素に
アントラキノン系色素が含まれる。したがって、高い電
圧保持率で、かつ信頼性の優れた表示が得られることが
確認された。

【００１８】またさらに本発明に従えば、液晶層材料と
して末端基にハロゲン元素を含む材料が選ばれる。した
がって、高い電圧保持率で、かつ信頼性の優れた表示が
得られることが確認された。

【００１９】またさらに本発明に従えば、少なくともい
ずれか一方が透光性を有する一対の基板のそれぞれ一方
表面に、少なくとも絵素電極と配向膜とがこの順に形成
された後、互いの一方表面が対向するように配置され、
さらに基板間に少なくとも二色性色素を含むネマティッ
ク液晶が注入される。注入した液晶は、ネマティック相
から等方相へ相転移する相転移温度よりも高い温度に加
熱された後、再びネマティック相まで冷却される。ここ
で、前記冷却期間には、液晶がフレデリクス転移を起こ
す電界あるいは磁界よりも大きい電界あるいは磁界が印
加される。

【００２０】液晶を等方相にまで加熱し、前記電界ある
いは磁界を印加しながら再びネマティック相まで冷却す
ることによって、前記電界あるいは磁界を除去した後
に、前記配向膜表面に近接する液晶分子が、分子長軸方
向が配向膜表面に対して平行となるようにして、かつ配
向方向がそれぞれ異なる複数の微小領域を形成して前記
配向膜に吸着される。液晶は、液晶の挙動を説明する上
で有効であることから、その系が連続体として考えられ
る。電界あるいは磁界の影響を受けない場合、上述した
連続体としての性質によって、等方相からネマティック
相に相転移するときに系全体を連続的（均一）に配向さ
せようとする力がはたらく。一方、電界あるいは磁界の
影響を受ける場合、前記力がはたらきにくくなる。この
ため、電界あるいは磁界を除去した後の液晶の配向状態
は連続的に配向したものではなく、前述したような配向
方向がそれぞれ異なる複数の微小領域が形成されて不均
一なものとなる。また、配向膜に近接する液晶分子は安
定状態となって前記配向膜に吸着される。なお、前記電
界あるいは磁界は、少なくとも液晶が等方相からネマテ
ィック相に相転移する瞬間に印加されていればよく、そ
の印加方法は適宜選択される。

【００２１】したがって、入射光のうちのほぼ全ての光
を吸収する着色表示と、ほぼ全ての光を透過する透過表
示とによって表示が行われる、高コントラストでかつ明
るい表示の液晶表示装置が得られる。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である液晶表示装
置１を示す断面図である。液晶表示装置１は、透光性基
板２，３、透明電極４，５、配向膜６，７、スペーサ
８、接着剤９および液晶層１０を含む。透光性基板２，
３は、たとえばガラス、石英および耐熱性樹脂などの絶
縁性を有する基板で実現される。また、透光性基板２，
３は、たとえばその表面に酸化シリコン、窒化シリコン
および酸化タンタルなどの絶縁膜を形成した基板で実現
される。本実施例では、ガラス基板を使用した。基板
２，３の対向する表面のうち、いずれか一方表面２ａ，
３ａには、透明電極４，５および配向膜６，７がこの順
に積層される。

【００２３】なお、本実施例では、液晶表示装置１を透
過型とするため、透光性基板２，３および透明電極４，
５を用いる例について説明するけれども、たとえば反射
型とする場合、基板２，３のいずれか一方は、たとえば
シリコン基板のような不透明な基板としてもよい。ま
た、該基板に形成される電極は金属などの不透明な電極
としてもよい。

【００２４】透明電極４，５は、たとえばインジウム錫
酸化物（以下、「ＩＴＯ」と省略する。）や酸化錫など
で実現される。本実施例ではＩＴＯを使用し、該ＩＴＯ
をスパッタリング法を用いて１０００Åの膜厚に形成し
た後、フォトレジストを塗布して仮焼成し、所定のパタ
ーン形状に露光および現像した。さらに焼成後、臭化水
素酸や塩酸／塩化鉄溶液などの適当なエッチング液中で
エッチングし、洗浄および乾燥することによって、前記
透明電極４，５を形成した。また、透明電極４，５は、
互いに帯状に形成される。

【００２５】配向膜６，７は、たとえばポリイミド、ポ
リアミドおよびナイロンなどの配向膜材料で実現され、
またたとえば印刷法、スピンコート法、ディッピング法
あるいは蒸着重合法で形成される。本実施例では、オプ
トマーＡＬ１０５１（商品名：日本合成ゴム株式会社
製）を使用し、印刷法によって１０００Åの膜厚に形成
した。従来、配向膜の表面には、たとえばラビング処理
などの配向膜処理が施されるけれども、本実施例の配向
膜６，７の表面６ａ，７ａは配向処理が施されていな
い。本実施例の配向膜６，７は、液晶分子を配向膜表面
６ａ，７ａに吸着させるためのものである。

【００２６】基板２，３の表面２ａ，３ａは、互いに対
向するように配置され、液晶注入用の注入口を開けて接
着剤９によって貼合わせられる。このとき、基板２，３
の表面２ａ，３ａにはスペーサ８が散布される。スペー
サ８は、基板２，３の間隔を規制し、後述する液晶層１
０の厚み、すなわちセル厚を一定に保持するために使用
され、たとえばプラスチック材料やガラスで実現され
る。前記セル厚は、１μｍ〜２０μｍに選ばれる。本実
施例では、８μｍとした。

【００２７】基板２，３の間には、液晶層１０が配置さ
れる。液晶層１０は、二色性色素１１が混入された液晶
材料で実現される。二色性色素１１を含む液晶材料は、
液晶注入用の注入口から注入され、注入口を封止するこ
とによって前記液晶層１０とされる。液晶材料として
は、たとえば正の誘電異方性を持つネマティック液晶
（Ｎｐ型液晶）で実現され、一般的には末端基にシアノ
基を有する液晶や、フッ素などのハロゲンを含む原子団
を有する液晶が使用される。たとえば前者として、ＺＬ
Ｉ−１５６５が挙げられ、後者としてＺＬＩ−４８０１
が挙げられる。（いずれも商品名：メルクジャパン株式
会社製）。

【００２８】二色性色素１１としては、たとえばアゾ系
色素、ジアゾ系色素、アントラキノン系色素、ナフトキ
ノン系色素、ペリレン系色素あるいはキノフタロン系色
素で実現される。青〜黒色を示すジアゾ系色素として
は、図２に示されるたとえばＧ１６８、Ｇ１６５、Ｇ２
２４（製品名：日本感光色素研究所製）が挙げられ、ア
ントラキノン系色素としては、たとえばＤ５、Ｄ３５
（製品名：ＢＤＨ社製）やＬ−ｄｙｅＢ（製品名：ロッ
シュ社製）が挙げられる。また、前述した色素以外に、
「液晶デバイスハンドブック（日刊工業新聞社 １９８
９年９月２９日発行）」に記載されている代表的な二色
性色素も挙げられる。二色性色素１１は、たとえば液晶
分子１０ａの長軸方向に沿って平行に配向する性質を有
する。前述したアゾ系色素およびジアゾ系色素は、一般
に大きな二色性比を有する場合に使用される。また、屋
外における使用など耐候性、耐光性が要求される場合に
は、アントラキノン系色素が使用される。また、これら
の色素はそれぞれ混合して用いてもかまわない。

【００２９】ここで、液晶層１０には、電界が印加され
る。このとき、液晶分子１０ａのフレデリクス転移を生
じる電界よりも大きい電界が印加される。たとえば０．
６ＭＶ／ｍ〜１ＭＶ／ｍの電圧が印加される。本実施例
では、前記電圧よりも少し大き，い５ＭＶ／ｍの電圧を
印加した。

【００３０】また、前記電界としては、直流であっても
交流であっても同様の効果が得られるけれども、直流の
電界を液晶層に長時間印加すると、液晶が電気分解する
恐れがあるため、交流の電界を印加することが望まし
い。たとえば、１Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度の周波数、好まし
くは１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度の周波数の交流の電圧が
印加される。本実施例では、６０Ｈｚの正弦波交流電圧
を印加した。また、本実施例では、電界を印加する例に
ついて説明したけれども、磁界を印加する例も本発明の
範囲に属するものであり、同様の効果が得られる。

【００３１】次に、前記電圧を印加したまま液晶層１０
が等方相となるまで加熱される。本実施例では、クリー
ンオーブンを使用して１２０℃に加熱し、５分間保持し
た。続いて前記電圧を印加したまま室温まで冷却され、
電圧が除去される。本実施例では、クリーンオーブン中
で２５℃／時程度の速度で室温まで冷却した。

【００３２】なお、本実施例では、液晶層１０を加熱す
る前から電圧を印加したけれども、液晶層１０が等方相
からネマティック相に相転移する瞬間に電圧が印加され
ていればよいので、たとえば液晶層１０を加熱した後に
電圧を印加し、冷却しても同様の効果が得られる。ま
た、たとえば冷却期間中における液晶層１０が等方相か
らネマティック相に相転移する瞬間にのみ電圧を印加し
ても同様の効果がえられる。また、これは磁界について
も同様である。このような操作によって、「第１８回液
晶討論会予稿集 ｐ４２−４３」に示されている液晶セ
ル、すなわち液晶分子１０ａの長軸方向が配向膜６，７
の表面６ａ，７ａに対してほぼ平行に吸着された液晶セ
ルが得られる。

【００３３】図３は、偏光顕微鏡で観察した際の前記液
晶表示装置１を示す平面図である。液晶分子１０ａの長
軸方向は、前述したように配向膜６，７の表面６ａ，７
ａに対してほぼ平行に吸着されている。また、配向膜
６，７の表面６ａ，７ａに対して法線方向から見たとき
の液晶分子１０ａの配向方向は、全体として不均一とな
っている。

【００３４】これは、液晶を、その挙動を説明する上で
有効な連続体として考えると、電界あるいは磁界の影響
を受けない場合には、前記連続体としての性質によって
等方相からネマティック相に相転移するときに全体を連
続的（均一）に配向させようとする力がはたらくけれど
も、電界あるいは磁界の影響を受ける場合には、前記力
がはたらきにくくなり、液晶の配向状態が連続的に配向
したものではなく、配向方向がそれぞれ異なる微小な領
域１２が形成されるためである。しかしながら、前記微
小な領域１２内ではほぼ一方向を向いている。このよう
な微小な領域１２ａが複数個集まって液晶層１０が形成
されている。なお、前記領域１２の大きさは、通常４０
μｍ〜１００μｍ平均である。ここで、領域１２の大き
さとは、それぞれの領域の最も長い直径と最も短い直径
との平均値を示す。

【００３５】図４は、前記液晶分子１０ａの吸着の原理
を説明するための図である。液晶層１０に電界を印加
し、さらに等方相となるまで加熱した後冷却すると、前
記電界を除去した後の液晶分子１０ａは、その長軸方向
が配向膜６，７の表面６ａ，７ａに対してほぼ平行に配
向し、かつ上述したような配向方向がそれぞれ異なる複
数の微小な領域１２が形成されて、不均一な配向とな
る。このとき、配向膜６，７の高分子鎖と、液晶分子１
０ａの分子鎖とがファンデルワールス力によって緩やか
に結合し、この状態がエネルギー的に安定な状態とな
る。したがって、液晶分子１０ａが配向膜６，７の表面
６ａ，７ａに吸着される。本実施例の配向膜６，７の表
面６ａ，７ａには配向処理が施されていないので、配向
膜６，７の表面６ａ，７ａの高分子鎖は、任意の方向を
向いている。このため、液晶分子１０ａは任意の方向に
配向するけれども、前述した微小な領域１２において
は、配向膜６，７の表面６ａ，７ａの高分子鎖および液
晶分子１０ａの分子鎖は一方向に配向している。

【００３６】図５は、前記液晶表示装置１の形成方法を
示す工程図である。ステップａ１では、透光性基板２，
３の表面２ａ，３ａに透明電極４，５がそれぞれ形成さ
れる。ステップａ２では、透明電極４，５が形成された
前記基板２，３の表面２ａ，３ａに配向膜６，７がそれ
ぞれ形成される。ステップａ３では、前記基板２，３の
表面２ａ，３ａが対向するようにして配置され、液晶注
入口を開けて貼合わせられる。ステップａ４では、前記
液晶注入口から二色性色素１１を含む液晶材料が注入さ
れ、注入口が封止される。このようにして液晶層１０が
形成される。

【００３７】ステップａ５では、液晶層１０に前述した
液晶分子１０ａのフレデリクス転移を生じる電界よりも
大きい電界が印加される。ステップａ６では、前記電界
を印加したまま、液晶層１０が等方相となるまで加熱さ
れる。ステップａ７では、前記電界を印加したまま、液
晶層１０が室温まで冷却される。このようにして、前記
液晶表示装置１が形成される。

【００３８】図６は、本発明に基づく液晶表示装置１
と、従来のゲストホスト型液晶表示装置２１，３１，４
１との表示原理を説明するための側面図である。図６
（１）は液晶表示装置１を示し、図６（２）はハイルマ
イヤー型液晶表示装置２１を示し、図６（３）はホワイ
トテーラー型液晶表示装置３１を示し、図６（４）は１
／４波長板型液晶表示装置４１を示す。

【００３９】まず、本実施例の液晶表示装置１の表示原
理について説明する。電圧無印加時（Ｖ＝Ｖ_off）にお
いて、液晶層１０の液晶分子１０ａは、前述したように
吸着され、その長軸方向は基板２，３に対してほぼ平行
であり、その方向は不均一となっている。二色性色素１
１は、この液晶分子１０ａに沿って配向している。この
とき、たとえば基板２側から入射した光１３は二色性色
素１１によって吸収されるので、二色性色素１１の色彩
に着色した表示が得られる。

【００４０】一方、電圧印加時（Ｖ＝Ｖ_on）において、
液晶分子１０ａは電界方向、すなわち基板２，３に対し
てほぼ垂直方向に配向する。二色性色素１１は、この液
晶分子１０ａに沿って配向する。このとき、基板２側か
ら入射した光１４は、二色性色素１１によって吸収され
ないので、透明な表示が得られる。本実施例では、５Ｖ
程度の電圧を印加したときに透明な表示が得られた。

【００４１】続いて、従来の３種類のゲストホスト型液
晶表示装置２１，３１，４１の表示原理を簡単に説明す
る。図６（２）に示されるハイルマイヤー型液晶表示装
置２１は、透光性基板２２，２３間に配置される二色性
色素２５を含む液晶層２４と、偏光板２６，２７とを含
む。液晶層２４の液晶分子２４ａは、ホモジニアス配
向、すなわち基板２２，２３に対してほぼ平行であり、
かつ一方向に配向するように配向膜によって制御されて
いる。電圧無印加時（Ｖ＝Ｖ_off）において、液晶分子
２４ａは、前述したように配向し、二色性色素２５は液
晶分子２４ａに沿って配向している。このとき、たとえ
ば基板２２側に配置される偏光板２６を通過して液晶層
２４に入射した光２８は、二色性色素２５によって吸収
され、着色した表示が得られる。一方、電圧印加時（Ｖ
＝Ｖ_on）において、液晶分子２４ａおよび二色性色素２
５は、前記液晶表示装置１と同様に配向する。このた
め、透明な表示が得られる。なお、光２８，２９が入射
する側に配置される偏光板２６の吸収軸２６ａと出射す
る側に配置される偏光板２７の吸収軸２７ａとは等しく
なるように配置される。

【００４２】図６（３）に示されるホワイトテーラー型
液晶表示装置３１は、透光性基板３２，３３間に配置さ
れる二色性色素３５を含む液晶層３４を含む。液晶層３
４には、またカイラルドーパントが混入されており、液
晶分子３４ａが基板３２，３３間で螺旋状に捩れ配向、
いわゆるグランジャン配向している。電圧無印加時（Ｖ
＝Ｖ_off）において、液晶分子３４ａの捩れ配向に沿っ
て二色性色素３５も捩れ配向する。このとき、たとえば
基板３２側から入射した光３６は、二色性色素３５によ
って吸収されるので、着色した表示が得られる。一方、
電圧印加時（Ｖ＝Ｖ_on）において、液晶分子３４ａおよ
び二色性色素３５は、前記液晶表示装置１と同様に配向
する。このため、透明な表示が得られる。

【００４３】図６（４）に示される１／４波長板型液晶
表示装置４１は、反射型の液晶表示装置であり、透光性
基板４２，４３間に配置される二色性色素４５を含む液
晶層４４と、１／４波長板４６と、反射板４７とを含
む。液晶層４４の液晶分子４４ａは、液晶表示装置２１
と同様にホモジニアス配向している。電圧無印加時（Ｖ
＝Ｖ_off）において、液晶分子４４ａは、前述したよう
に配向しており、二色性色素４５は液晶分子４４ａに沿
って配向している。このとき、たとえば基板４２側から
入射した光４８のうち液晶分子４４ａおよび二色性色素
４５と平行な偏光方向の光が液晶層４４を通過する。こ
の光は、１／４波長板４６を通過して円偏光となり、反
射板４７で反射することによって偏光方向が反転する。
再び１／４波長板４６を通過することによって、その偏
光方向が入射時とは９０°回転する。この光は、二色性
色素４５によって吸収されるので、着色した表示が得ら
れる。また、液晶分子４４ａおよび二色性色素４５と直
交する偏光方向の光は、液晶層４４に入射した時に二色
性色素４５によって吸収される。一方、電圧印加時（Ｖ
＝Ｖ_on）において、液晶分子４４ａおよび二色性色素４
５は、前記液晶表示装置１と同様に配向する。このた
め、透明な表示が得られる。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１は、本発明に基づく液晶表示装置１と
前述した３種類の液晶表示装置２１，３１，４１との構
成条件についてまとめて示すものである。液晶表示装置
２１，３１，４１では、それぞれの初期配向状態を得る
ために配向膜に対してラビング処理などの配向処理が必
要となる。しかしながら、液晶表示装置１では配向処理
が不要である。このため、ラビング時などにおいて生じ
る不都合がなくなる。また、液晶表示装置２１は偏光板
が必要であり、液晶表示装置３１はカイラルドーパント
が必要であり、液晶表示装置４１は１／４波長板が必要
である。しかしながら、液晶表示装置１は、このような
部材が不要である。このため、前記液晶表示装置２１，
３１，４１と比較すると簡単な構成となり、製造コスト
が比較的安価となる。

【００４６】

【表２】

【００４７】表２は、前記液晶表示装置１，２１，３
１，４１の特性についてまとめて示すものである。駆動
電圧、明るさ、コントラストは実際の測定値を示す。な
お、明るさは、空の液晶セルに対する割合で示してい
る。液晶表示装置２１は、偏光板２６，２７が必要であ
り、液晶分子２４ａの配向方向とほぼ平行に配向した二
色性色素２５と等しい偏光のみを吸収するので、液晶セ
ル自身の非偏光光を吸収する割合は最大で５０％とな
る。したがって、他に比べると明るさが低い。

【００４８】また、液晶表示装置３１は、電圧−透過率
曲線が２段階の変化を示し、３つの配向状態を形成す
る。このため、マルチプレクス駆動を行うことができ
ず、中間調表示が不可能である。また、高いコントラス
ト比の表示を得るためには、比較的高い駆動電圧が必要
となる。このため、消費電力が大きくなるなどの不都合
が生じる。また、配向均一性に劣るという問題がある。
さらに、液晶表示装置４１は、１／４波長板４６が視角
依存性を有するので、広い視角特性を得ることができな
い。

【００４９】しかしながら、液晶表示装置１は、偏光板
が不要であり、液晶分子１０ａは基板２，３に対して水
平であるけれども、ランダムに配向し、この液晶分子１
０ａの配向方向とほぼ平行に配向した二色性色素１１に
よって光が吸収されるので、比較的明るく、高コントラ
ストな表示が得られる。また、視角依存性が小さく均一
で広い視角特性が得られる。さらに、急峻な電圧−透過
率曲線が得られるので、マルチプレクス駆動を実施する
ことができ、良好な中間調表示を得ることが可能とな
る。また、比較的小さい駆動電圧で駆動することができ
る。

【００５０】

【表３】

【００５１】表３は、本発明に基づく液晶表示装置１の
電圧保持率を示すものである。ここに示される電圧保持
率は、常温で±４Ｖ、５０μｓのパルス電圧を印加し、
１６．７ｍｓ後において、電圧が完全に保持されたと仮
定したときの電圧と時間との積分値に対する、実際に保
持された電圧と時間との積分値の割合（％）である。ま
た、液晶材料として、シアノ系液晶であるＺＬＩ−１５
６５およびフッ素系液晶であるＺＬＩ−４８０１を使用
し、二色性色素材料としてジアゾ系色素Ｇ２２４および
アントランキノン系色素Ｄ３５を使用し、それぞれの組
合わせで混合し、評価を行った。

【００５２】形成直後においては、いずれの組合わせで
あっても比較的高い電圧保持率が得られた。一方、１０
０Ｗのメタルハライドランプを用いて５００ｈｒ光照射
した後においては、シアノ系液晶／ジアゾ系色素の組合
わせで電圧保持率の大きな低下が確認された。また、シ
アノ系液晶／アントラキノン系色素の組合わせで若干の
低下が確認された。このことから液晶としてフッ素系液
晶を使用し、二色性色素としてアントラキノン系色素を
使用することが高い信頼性を得る上で望ましいといえ
る。

【００５３】なお、本実施例では、液晶層１０として液
晶材料に二色性色素１１のみを添加する例について説明
したけれども、二色性色素１１に加えて微量のカイラル
ドーパントを添加する例も本発明の範囲に属するもので
ある。カイラルドーパントとしては、たとえばコレステ
リルノナノエート、コレステリルベンゾエートなどが挙
げられ、カイラルドーパントを添加した液晶層１０のカ
イラルピッチは、セル厚の４倍以上であることが望まし
く、液晶に対する添加量は、たとえば０．０５％〜３
％、好ましくは０．１％〜１．５％に選ばれる。

【００５４】図７は、本発明の他の実施例であるアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置に形成されるスイッチ
ング素子を示す断面図である。図７（１）は逆スタガー
型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子５１ａを示
し、図７（２）はスタガー型のＴＦＴ素子５１ｂを示
す。また、図７（３）はＭＩＭ（Metal-Insulator-Meta
l）素子６１を示す。

【００５５】逆スタガー型のＴＦＴ素子５１ａは、ゲー
ト電極５２、絶縁層５３、半導体層５４、ｎ⁺ａ−Ｓｉ
（アモルファスシリコン）層５５、ソース電極５６およ
びドレイン電極５７を含む。たとえば前記透光性基板２
上にゲート電極５２がパターン形成される。ゲート電極
５２は、たとえばタンタル、チタン、ニオブ、モリブデ
ン、アルミニウム、銅などの金属材料や、ＩＴＯなどの
透明電極材料から成る。ゲート電極５２を含む基板２上
には、たとえば酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化シリコ
ン、窒化シリコンなどで実現される絶縁層５３が形成さ
れる。絶縁層５３上には、ａ−Ｓｉから成る半導体層５
４がパターン形成され、さらにｎ⁺ａ−Ｓｉ層５５とソ
ースおよびドレイン電極５６，５７とがパターン形成さ
れる。ソースおよびドレイン電極５６，５７は、前記ゲ
ート電極５２と同様にたとえばタンタル、チタン、ニオ
ブ、モリブデン、アルミニウム、銅などの金属材料や、
ＩＴＯなどの透明電極材料から成る。続いて、ドレイン
電極５７に接続して、たとえばＩＴＯから成る絵素電極
５８がパターン形成される。このようなＴＦＴ素子５１
ａは、液晶表示装置の複数の絵素にそれぞれ設けられ
る。また、基板２に対向する基板上には、前記絵素電極
５８に対応して、たとえばＩＴＯで実現される対向電極
が形成され、前述した液晶表示装置１と同様にして液晶
表示装置とされる。

【００５６】なお、ＴＦＴ素子５１ａに代わって、ＴＦ
Ｔ素子５１ｂを形成してもよい。スタガー型のＴＦＴ素
子５１ｂは、前記ＴＦＴ素子５１ａと同様の構成要素を
含むけれども、その構造が異なる。基板２上には、ソー
スおよびドレイン電極５６，５７がパターン形成され
る。ソースおよびドレイン電極５６，５７上には、電極
５６，５７にわたってｎ⁺ａ−Ｓｉ層５５と半導体層５
４とがこの順に形成される。また、ドレイン電極５７に
は絵素電極５８が接続して形成される。半導体層５４上
には、絶縁層５３が形成され、さらにゲート電極５２が
形成される。このように前記ＴＦＴ素子５１ａとはその
構造がほぼ逆となっている。

【００５７】また、ａ−ＳｉＴＦＴ素子、ｐ−ＳｉＴＦ
Ｔ素子、ＣｄＳｅ−ＴＦＴ素子、Ｔｅ−ＴＦＴ素子など
を形成してもよい。

【００５８】ＭＩＭ素子６１は、下部電極６２、絶縁層
６３、上部電極６４を含む。たとえば、前記透光性基板
２上に、たとえばタンタル、チタン、ニオブ、モリブデ
ン、アルミニウム、銅などの金属材料やＩＴＯなどの透
明電極材料から成る配線電極が形成され、その一部が下
部電極６２とされる。下部電極６２上には、たとえば酸
化タンタル、酸化ニオブ、酸化アルミニウム、酸化シリ
コン、窒化シリコン、ポリイミドなどの絶縁膜や、酸化
亜鉛、硫化亜鉛などの半導体膜、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、チ
タン酸バリウム、ポリフッ化ビニリデンやその共重合体
などの強誘電膜から成る絶縁層６３が形成される。絶縁
層６３は、たとえば陽極酸化法、スパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法、イオンプレーティング法、蒸着法、ラングミュ
ーア−ブロジェット法、スピンコート法などによって形
成される。絶縁層６３を含む基板２上には、ＩＴＯで実
現される上部電極６４がパターン形成される。基板２上
のＩＴＯは、絵素電極である。なお、上部電極６４とし
て、たとえばタンタル、チタン、ニオブ、モリブデン、
アルミニウム、銅などの金属材料を使用し、上部電極６
４に接続して、たとえばＩＴＯから成る絵素電極を形成
してもよい。このようなＭＩＭ素子６１は、液晶表示装
置の複数の絵素にそれぞれ設けられる。また、基板２に
対向する基板上には、前記絵素電極に対応して、たとえ
ばＩＴＯなどから成る対向電極が形成され、前述した液
晶表示装置１と同様にして液晶表示装置とされる。

【００５９】前述したＴＦＴ素子５１ａ，５１ｂ、ＭＩ
Ｍ素子６１の非線形素子を用いた液晶表示装置は、走査
線数が１００以上であっても、高コントラストで、均一
性に優れた表示が得られた。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、液晶層に
二色性色素が含まれ、入射光のほぼ全てを吸収する着色
表示とほぼ全てを透過する透明表示とによって表示が行
われるので、高コントラストな表示が得られる。また、
偏光板が不要であるので、明るい表示が得られる。

【００６１】また本発明によれば、複数の絵素には、非
線形スイッチング素子が形成される。したがって、明る
く高コントラストな表示が得られるアクティブマトリク
ス駆動が実現される。

【００６２】さらに本発明によれば、二色性色素にアン
トラキノン系色素が含まれる。したがって、高い電圧保
持率で、かつ信頼性の優れた表示が得られる。

【００６３】また、本発明によれば、液晶層材料として
末端基にハロゲン元素を含む材料が選ばれる。したがっ
て、高い電圧保持率で、かつ信頼性に優れた表示が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶表示装置１を示す
断面図である。

【図２】二色性色素の特性を示す図である。

【図３】前記液晶表示装置１を示す平面図である。

【図４】液晶分子１０ａの吸着の原理を説明するための
図である。

【図５】前記液晶表示装置１の形成方法を示す工程図で
ある。

【図６】液晶表示装置１，２１，３１，４１の表示原理
を説明するための側面図である。

【図７】本発明の他の実施例である液晶表示装置に形成
されるスイッチング素子を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 液晶表示装置 ２，３ 透光性基板 ４，５ 透明電極 ６，７ 配向膜 １０ 液晶層 １０ａ 液晶分子 １１ 二色性色素 ５１ａ，５１ｂ ＴＦＴ素子 ５８ 絵素電極 ６１ ＭＩＭ素子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともいずれか一方は透光性を有す
   る一対の基板間に、少なくとも二色性色素を含むネマテ
   ィック液晶層が介在され、 前記一対の基板の液晶層側表面に、少なくとも絵素電極
   と配向膜とがこの順に形成され、 前記配向膜表面に近接する液晶分子は、分子長軸方向が
   配向膜表面に対して平行となるようにして、かつ配向方
   向がそれぞれ異なる複数の微小領域を形成して前記配向
   膜に吸着されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 少なくともいずれか一方は透光性を有す
   る一対の基板間に、少なくとも二色性色素を含むネマテ
   ィック液晶層が介在され、 前記一対の基板のうちのいずれか一方基板の液晶層側表
   面であって、マトリクス状に配列される複数の絵素のそ
   れぞれに、非線形スイッチング素子と絵素電極とが形成
   され、前記非線形スイッチング素子および絵素電極上に
   配向膜が形成され、 前記一方基板と対向する他方基板の液晶層側表面に、前
   記絵素電極に対応して対向電極が形成され、前記対向電
   極上に配向膜が形成され、 前記配向膜表面に近接する液晶分子は、分子長軸方向が
   配向膜表面に対して平行となるようにして、かつ配向方
   向がそれぞれ異なる複数の微小領域を形成して前記配向
   膜に吸着されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記二色性色素は、アントラキノン系色
   素を含むことを特徴とする請求項１または２記載の液晶
   表示装置。
4. 【請求項４】 前記液晶層の液晶材料は、末端基にハロ
   ゲン元素を含む材料が選ばれることを特徴とする請求項
   １、２または３記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 少なくともいずれか一方が透光性を有す
   る一対の基板のそれぞれ一方表面に、少なくとも絵素電
   極と配向膜とをこの順に形成し、 互いの一方表面を対向させて配置して、前記基板間に少
   なくとも二色性色素を含むネマティック液晶を注入し、 前記液晶注入後に、前記液晶をネマティック相から等方
   相へ相転移する相転移温度よりも高い温度に加熱してか
   らネマティック相まで冷却し、 前記冷却期間に、前記液晶に、該液晶がフレデリクス転
   移を起こす電界あるいは磁界よりも大きい電界あるいは
   磁界を印加することを特徴とする液晶表示装置の製造方
   法。