JPH11305234A - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

液晶表示素子およびその製造方法

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JPH11305234A
JPH11305234A JP10131193A JP13119398A JPH11305234A JP H11305234 A JPH11305234 A JP H11305234A JP 10131193 A JP10131193 A JP 10131193A JP 13119398 A JP13119398 A JP 13119398A JP H11305234 A JPH11305234 A JP H11305234A
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substrate
alignment
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正章 加邉
Akira Sakaigawa
亮 境川
Diana Cynthia Ulrich
シンシア ウルリック ダイアナ
Michael John Towler
ジョン タウラー マイケル
Paul Bonnett
ボネット ポール
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示履歴によらず応答性の良好な中間調表示
を実現する。 【解決手段】 基板１、電極３、絶縁膜５および配向膜
７からなる電極基板９と、基板２、電極４、絶縁膜６お
よび配向板８からなる電極基板１０との間に強誘電性液
晶材料からなる液晶層１１を形成する。配向膜材料にイ
オン結合を有する物質を混合して、この混合物を電極３
・４と絶縁膜５・６とがそれぞれ形成された一対の基板
１・２上に塗布して配向膜７・８を形成する。液晶層１
１には、このように形成された配向膜７・８から均一に
イオンが分散される。このため、表示履歴による影響が
大幅に軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ階調表示
を実現する強誘電性液晶表示素子およびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電性液晶は、１９７５年にR.B.Meye
r によって初めて合成された。その後、対向する基板間
のギャップを十分狭くすることによって、強誘電性液晶
が双安定性を示すことがN.A.Clark とS.T.Lagerwall に
よって確認された。
【０００３】さらに、強誘電性液晶については、その有
用性を利用する多くの研究がなされた結果、様々な表示
モードが考え出された。そのうち、液晶材料が正の誘電
異方性を有し、Ｃ１配向で配向されているモードが代表
的な表示モードとして挙げられる。Ｃ１配向とは、図２
（ａ）に示すように、液晶分子２２の向きとシェブロン
構造をなすスメクティック層２１の折れ曲がりの向きと
が逆であるような配向を言う。
【０００４】また、液晶材料が負の誘電異方性を有し、
Ｃ２配向で配向されている、一般的にτ−Ｖmin モード
と呼ばれるモードも代表的な表示モードとして挙げられ
る。Ｃ２配向とは、図２（ｂ）に示すように、液晶分子
２２の向きとスメクティック層２１の折れ曲がりの向き
とが同じであるような配向を言う。このモードの特徴
は、Ｃ２配向を用いているのでＣ１配向を用いたモード
より高速応答が容易であること、液晶材料が負の誘電異
方性を有しているのでバイアス電圧によってメモリ角が
増加することなどである。
【０００５】上記の２つのモードにおいては、基本的に
は液晶分子２２が２値の双安定性を示すので、これらの
モードをディスプレイに用いた場合、２階調表示しか実
現できない。したがって、このような従来のディスプレ
イにおいては、いかに階調数を増やすかが課題であっ
た。フレーム分割駆動法や画素分割法を用いることによ
って、ある程度多くの階調数を得ることができるもの
の、液晶材料やデバイス構造の面から、それ以上の階調
数の増加には限界があり、特に、一般にフルカラー表示
とされている２５６階調を達成することは非常に困難で
ある。
【０００６】このため、強誘電性液晶表示素子における
アナログ階調の実現が望まれていた。そこで、従来、液
晶中に混入させた微粒子を核にしてドメインを発生させ
ることによってアナログ階調を実現する方法（特開平６
−１９４６９３号公報参照）、液晶中に分布させたポリ
マーからドメインを発生させることによってアナログ階
調を実現する方法（特開平９−２３６８３０号公報参
照）などが考えられていた。
【０００７】しかしながら、これらの方法をアナログ階
調に適用しても、前フレームの表示状態によって現フレ
ームの表示が影響されてしまうという表示履歴の問題が
ある。より詳しくは、黒データの信号を画素に連続して
付与し、その後、中間調データの信号を画素に連続して
付与した場合、表示履歴がなければ、画素を透過する光
の強度が、図１５（ａ）に示すように、黒状態から中間
調状態にすぐ変化する。しかしながら、表示履歴があれ
ば、図１５（ｂ）に示すように、透過光の強度が、中間
調データを付与しても中間調状態にすぐには変化せず、
数フレーム後に中間調状態に達するように徐々に変化す
る。
【０００８】従来、このような問題を解決するには、導
電性を有する配向膜を用いたり、駆動信号のフレーム時
間を短くしたり（第２２回液晶討論会予稿集）といった
手法が好適である。また、導電性物質の混入によって配
向膜に導電性を与える手法もある（JAPANESE JOURNAL O
F APPLIED PHYSICS, Vol.28, No.1,JANUARY, 1989, pp.
L116-118）。しかしながら、この手法は、液晶の双安定
性を向上させるために用いられる。
【０００９】ところで、強誘電性液晶中にイオン物質が
混入された場合の強誘電性液晶の挙動について説明す
る。
【００１０】通常の場合、強誘電性液晶中へのイオン物
質の混入は、強誘電性液晶の特性に悪影響を及ぼす。例
えば、表示面の焼き付き現象や双安定状態のうちの一方
のみが安定するという片安定状態が誘発される。これ
は、液晶においてイオンが蓄積することによる。これま
で、イオンの悪影響を防ぐ方法としては、イオン物質を
配向膜に吸着させる方法（特開平８−２４５９６２号公
報参照）や、イオンが除去された液晶を空セルに注入す
る方法（特開平７−１８１５０８号公報参照）が考えら
れていた。
【００１１】また、イオンが強誘電性液晶の特性を向上
させる場合もある。例えば、強誘電性液晶をＴＦＴ（薄
膜トランジスタ）によって駆動させる場合、イオンの混
入によって強誘電性液晶内に電気二重層が発生し、これ
によって信号電圧を高くしなくても液晶への印加電圧の
低下を防止することができる（特開平９−４３６４３号
公報参照）。この手法では、直接イオン物質を混入させ
た後に液晶を注入している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところが、導電性の配
向膜を用いることや、駆動信号のフレーム時間を短くす
るという手段によっても、実際には表示履歴の問題を十
分に解消することができない。また、注入前にイオンを
液晶に混入する方法では、クロマトグラフィー現象によ
り、イオンが液晶中に均一に分散されないので、ドメイ
ンも不均一になる。したがって、この方法も、表示履歴
の問題を解決するための有効な手段とはなりえない。
【００１３】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、液晶中に細かいドメインを形成し、かつ表
示履歴の影響を大幅に軽減することができる液晶表示素
子およびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の液晶表示素子は、上記の課題を解決するために、それ
ぞれに電極が形成されている絶縁性の一対の基板と、該
基板の少なくとも一方に上記電極を覆うように形成され
た配向膜と、上記基板間に封入される強誘電性液晶材料
からなる液晶層とを備えた液晶表示素子において、上記
配向膜が、イオン結合を有する物質を含有している配向
膜材料によって形成されていることを特徴としている。
【００１５】上記の構成において、配向膜には予めイオ
ン結合を有する物質が含有されているので、配向膜から
液晶層にイオンが溶けだすことによって、液晶層中にイ
オンが均一に分散する。このとき、液晶層においては、
細かいドメインが形成されるとともに、前の期間の表示
履歴の影響が大幅に軽減されている。
【００１６】本発明の請求項２に記載の液晶表示素子
は、上記の課題を解決するために、それぞれに電極が形
成されている絶縁性の一対の基板と、該基板の少なくと
も一方に上記電極を覆うように形成された配向膜と、上
記基板間に封入される強誘電性液晶材料からなる液晶層
とを備えた液晶表示素子において、上記基板への上記配
向膜形成前、上記基板への上記配向膜形成後または形成
された上記配向膜に配向処理が施された後のいずれか
に、イオン結合を有する物質の溶液への上記基板の浸漬
または上記基板への該溶液の塗布によって、上記配向膜
が上記物質をその表面または内部に含有していることを
特徴としている。
【００１７】この構成においては、配向膜には元々イオ
ン結合を有する物質が含有されていないが、上記の各段
階で直接または間接的に配向膜にイオン結合を有する物
質が付着されるので、結果的には、その物質が配向膜中
に浸透していく。そして、請求項１の液晶表示素子と同
様、配向膜から液晶層にイオンが溶けだすことによっ
て、液晶層中にイオンが均一に分散する。それゆえ、中
間調表示時には、細かいドメインが形成されるととも
に、前の期間の表示履歴の影響が大幅に軽減されてい
る。
【００１８】上記の２つの液晶表示素子は、請求項３に
記載のように、上記強誘電性液晶材料が、液晶印加電圧
に対する透過率の変化においてなだらかな閾値特性を有
していることが好ましい。このように、なだらかな閾値
特性を有する強誘電性液晶材料を用いることによって、
多階調表示の実現が容易になる。強誘電性液晶材料がこ
のような閾値特性を有するには、幾つかの手法が考えら
れるが、例えば、請求項４に記載のように、強誘電性液
晶材料にポリマーまたは微粒子を含ませることが好適で
ある。
【００１９】請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶
表示素子は、請求項５に記載のように、上記強誘電性液
晶材料が負の誘電異方性を示すことが好ましい。強誘電
性液晶材料においては、付与されるパルス信号のパルス
幅を一定とすれば、低電圧側および高電圧側に非スイッ
チング領域を設け、その間にスイッチング領域を設ける
ことができる。これにより、高電圧側の非スイッチング
領域を用いれば、非スイッチング状態（保持状態）の安
定度が高くなる結果、光の漏れが少なくなる。
【００２０】請求項１ないし５のいずれかに記載の液晶
表示素子は、請求項６に記載のように、上記配向膜が、
上記両基板にそれぞれ形成されるとともに、同一方向の
一軸配向処理が施されていることが好ましい。これによ
って、液晶層における液晶分子から構成されるスメクテ
ィック層の折れ曲がりの方向が同一方向に統一されるの
で、Ｃ１配向またはＣ２配向が得られる。特に、請求項
７に記載のように、液晶分子が、スメクティック層が折
れ曲がる側と同じ側に立ち上がるように配向されている
Ｃ２配向である場合、スメクティック層における基板の
近傍の液晶分子は、基板とスメクティック層との界面の
影響を受けるので動かないかあるいは僅かしか動かな
い。このため、スメクティック層において動くのは界面
近傍の領域以外の液晶分子となり、スイッチング速度を
高めることができる。
【００２１】本発明の請求項８に記載の液晶表示素子の
製造方法は、上記の課題を解決するために、それぞれに
電極が形成されている絶縁性の一対の基板と、該基板の
少なくとも一方に上記電極を覆うように形成された配向
膜と、上記基板間に封入される強誘電性液晶材料からな
る液晶層とを備えた液晶表示素子の製造方法において、
上記配向膜を形成するための配向膜材料にイオン結合を
有する物質を混合する工程と、上記物質が混合された上
記配向膜材料を上記一対の基板の少なくとも一方に、ロ
ールコート、スピンコートなどによって塗布して上記配
向膜を形成する工程と、該工程後に上記両基板を貼り合
わせ、上記両基板間に上記強誘電性液晶材料を注入する
工程とを備えていることを特徴としている。
【００２２】上記の方法によれば、配向膜材料にイオン
結合を有する物質が予め混合されるので、配向膜材料が
塗布されて配向膜が形成されると、イオン結合を有する
物質を含有する配向膜が得られる。それゆえ、この方法
によって、複雑な工程を経ることなく、請求項１の液晶
表示素子のような液晶表示素子を作製することができ
る。
【００２３】本発明の請求項９に記載の液晶表示素子の
製造方法は、上記の課題を解決するために、それぞれに
電極が形成されている絶縁性の一対の基板と、該基板の
少なくとも一方に上記電極を覆うように形成された配向
膜と、上記基板間に封入される強誘電性液晶材料からな
る液晶層とを備えた液晶表示素子の製造方法において、
上記基板への上記配向膜形成前、上記基板への上記配向
膜形成後または形成された上記配向膜に配向処理が施さ
れた後のいずれかに、上記基板をイオン結合を有する物
質の溶液に浸漬するか、または該溶液を上記基板に塗布
する工程と、該工程後に上記両基板を貼り合わせ、上記
両基板間に上記強誘電性液晶材料を注入する工程とを備
えていることを特徴としている。
【００２４】この方法では、上記の各段階における基板
をイオン結合を有する物質の溶液に浸漬するか、または
その溶液を上記の基板に塗布することによって、形成さ
れた配向膜にイオン結合を有する物質が浸透する。それ
ゆえ、この方法によって、複雑な工程を経ることなく、
所望の段階で、基板を溶液に浸漬することまたは基板に
溶液を塗布することによって、請求項２の液晶表示素子
のような液晶表示素子を作製することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図１
ないし図１４に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。
【００２６】本実施の形態に係る液晶表示素子（以降、
液晶セルと称する）は、図１に示すような構造をなして
いる。この液晶セルは、２枚の透光性かつ絶縁性の基板
１・２を備えている。基板１・２としては、通常、透光
性の高いガラス基板が使用される。
【００２７】基板１・２の表面には、それぞれ透明の導
電性膜からなる電極３・４が形成されている。電極３・
４は、InO3、SnO2、ITO(Indium Tin Oxide) 等がＣＶＤ
(Chemical Vapor Deposition) 法あるいはスパッタリン
グ法により所定のパターンに形成されることで得られ
る。
【００２８】電極３・４上には、それぞれ透明な絶縁膜
５・６が形成されている。これらの絶縁膜５・６として
は、SiO2、 SiNX 、AI2O3 、Ta2O5 等の無機系薄膜また
はポリイミド、フォトレジスト樹脂、高分子液晶等の有
機系薄膜が使用される。
【００２９】無機系薄膜からなる絶縁膜５・６は、蒸着
法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、溶液塗布法等により
形成される。一方、有機系薄膜からなる絶縁膜５・６
は、有機物質またはその前駆体の溶液を、スピンナー塗
布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、ロール塗布法等
により塗布し、所定の硬化条件（加熱、光照射等）で硬
化させることで形成される。また、有機系薄膜からなる
絶縁膜５・６の形成は、蒸着法、スパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法、ＬＢ(Langumuir-Blodgett)法等によっても可能
である。
【００３０】絶縁膜５・６上には、配向膜７・８が形成
されている。有機系の配向膜７・８は、ナイロン、ポリ
ビニルアルコール、ポリイミド等を材料として形成さ
れ、通常その表面側にラビング処理（一軸配向処理）が
施される。
【００３１】基板１・２において、それぞれ電極３・４
が形成される面と反対側の面には、図示しない偏光板が
形成されている。偏光板は、電極３・４に選択的に電圧
を印加することによって生じる液晶の光軸の切り換えを
光学的に識別するために設けられる。
【００３２】上記の基板１、電極３、絶縁膜５、配向膜
７および偏光板により、電極基板９が形成される。ま
た、上記の基板２、電極４、絶縁膜６、配向膜８および
偏光板により、電極基板１０が形成される。
【００３３】電極基板９・１０は、配向膜７・８に施さ
れた配向の方向が同一方向になるように、所定の間隔を
おいて対向した状態で図示しないシール剤により貼り合
わされている。電極基板９・１０の間に形成される空間
には、強誘電性液晶材料（以降、ＦＬＣ材料と称する）
が充填されることにより、液晶層１１が形成されてい
る。また、電極基板９・１０の間には、液晶層１１の厚
さ（セルギャップ）を一定に保つために、電極基板９・
１０の間に球状のスペーサ１２…が配されている。スペ
ーサ１２の直径は、１〜３０μｍであり、好ましくは１
〜５μｍである。
【００３４】本液晶セルにおいて複数画素を構成する場
合、複数の電極３が行方向に互いに平行に配される一
方、複数の電極４が電極３と直交するように列方向に互
いに平行に配されている。このようなマトリクス状の電
極配置により、電極３と電極４とが交差する部分に電極
３・４で液晶層１１を挟持する構造の１つの画素が形成
される。したがって、電極３・４を多数設けることによ
り、多数の画素が形成され、大容量の表示が可能にな
る。
【００３５】電極３は、行電極ドライバ（図示せず）に
接続されており、電極４…は列電極ドライバ（図示せ
ず）に接続されている。行電極ドライバは、電極３を選
択するための選択電圧（行電圧）を電極３…に順次印加
するようになっている。一方、列電極ドライバは、液晶
層１１のスイッチ状態を切り換えるための電圧（列電
圧）を電極４…に印加するようになっている。
【００３６】行電極ドライバおよび列電極ドライバによ
り、液晶層１１にはパルス電圧が印加される。このパル
ス電圧は、行電圧と列電圧との組み合わせにより、幅
（持続時間）と高さ（電圧レベル）とが可変である任意
の矩形波になる。
【００３７】ところで、前記の配向膜７・８は、予めイ
オン結合を有する物質が混入されている。この物質の混
入は、配向膜７・８形成前の配向膜材料の段階、配向膜
７・８形成後でラビング処理が施されていない段階、ま
たは配向膜７・８にラビング処理が施された後の段階に
行われる。
【００３８】従来のように液晶中にイオン物質を混入さ
せると、クロマトグラフィー効果によってイオンが均一
に分散されない。これに対し、上記のように、配向膜７
・８は、予めイオン結合を有する物質が混入されている
ことにより、ＦＬＣ材料が電極基板９・１０間に注入さ
れる先々で配向膜７・８中のイオンがＦＬＣ材料に溶け
だすので、クロマトグラフィー現象が起こりにくいと考
えられる。それゆえ、液晶層１１に均一にイオンが分散
され、これによって表示履歴の影響が大幅に軽減され
る。この結果、２階調より多い階調表示を安定して行う
ことができる。
【００３９】イオンが表示履歴の影響を軽減する理由に
ついては、次のように考えられる。まず、図３（ａ）に
示すように、イオン（図中、“＋”および“−”にて示
す）が、電極Ｅ1 ・Ｅ2 との界面付近で電気二重層を形
成しており、この状態から液晶分子のスイッチングが起
こると、図３（ｂ）に示すように自発分極Ｐs が反転す
る。その後、図３（ｃ）に示すように、ほぼ自発分極Ｐ
s の反転速度と同程度の速度で界面の電気二重層が反転
する。このように、イオンの電気二重層が素早く反転す
ることによって自発分極Ｐs が安定するので、表示履歴
が軽減される。
【００４０】本実施の形態において用いるＦＬＣ材料
は、負の誘電異方性を示し、かつパルス電圧が印加され
たときに、極小値が存在するような電圧−メモリパルス
幅特性を示す。このとき印加されるパルス電圧は、所定
の間隔をおいた極性の異なる波形をなす電圧である。
【００４１】上記のような特性を示すＦＬＣ組成物は、
パルス幅を一定にすると、低電圧側でスイッチ状態を選
択し、高電圧側で非スイッチ状態を選択することができ
る。これにより、電圧が高いほど、非スイッチ状態すな
わち保持状態の安定度を高めることができ、液晶分子の
揺らぎが大きく抑えられる。それゆえ、上記のＦＬＣ材
料を用いれば、光の漏れが少なくなる。
【００４２】これに対し、通常のＦＬＣ材料は、電圧に
ほぼ反比例するようにパルス幅が変化して、極小値が存
在しない電圧−メモリパルス幅特性を示す。したがっ
て、このようなＦＬＣ材料は、パルス幅を一定にする
と、低電圧側で非スイッチ状態を選択し、高電圧側でス
イッチ状態を選択することしかできない。低電圧側での
非スイッチ状態は、液晶分子が揺らぎやすいので、光が
多く漏れてコントラストを低下させるという不都合があ
る。
【００４３】また、本実施の形態で用いるＦＬＣ材料
は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、電極基
板９・１０の間においてスメクティック層２１…が中央
部分で折れ曲がるシェブロン構造をなしている。このよ
うなシェブロン構造には、ラビング方向と逆向きに折れ
曲がるＣ１配向と、ラビングの向きに折れ曲がるＣ２配
向とがある。Ｃ１配向およびＣ２配向は、電極基板９・
１０のラビング方向が一致することによって得られる。
【００４４】Ｃ１配向の場合、電極基板９・１０の近傍
の液晶分子２２…は、電極基板９・１０とスメクティッ
ク層２１…との界面の影響を受けにくいので動きやす
い。このため、スメクティック層２１…において液晶分
子が全て動くことになり、スイッチングに遅れが生じや
すくなる。
【００４５】これに対し、Ｃ２配向の場合、電極基板９
・１０の近傍の液晶分子２２…は、電極基板９・１０と
スメクティック層２１…との界面の影響を受けるので動
かないかあるいは僅かしか動かない。このため、スメク
ティック層２１…において動くのは界面近傍の部位以外
の液晶分子２２…となり、スイッチング速度をＣ１配向
の場合より高めることができる。
【００４６】それゆえ、本液晶セルにおいて、スメクテ
ィック層２１…は、Ｃ２配向に統一されることが望まし
い。また、液晶分子２２…には、Ｃ２配向となるスメク
ティック層２１…が折れ曲がる側に向かって傾斜するよ
うにプレチルト角が付与されている。
【００４７】また、通常のＦＬＣ材料は、図４（ａ）に
示すように、急峻な閾値特性を有するが、図４（ｂ）に
示すように、なだらかに閾値特性を有するＦＬＣ材料を
用いることによって、さらに細かいドメインを得ること
ができる。このようなＦＬＣ材料は、通常のＦＬＣ材料
にポリマーまたは微粒子を含有させることによって容易
に得られる。ポリマーや微粒子の添加によって、それら
を核としてスイッチングが生じるために、より細かいド
メインが発生すると考えられる。
【００４８】なお、本実施の形態で用いるＦＬＣ材料
は、正の誘電異方性を示す材料であってもよい。また、
液晶層１１の配向状態は、Ｃ２配向に限らず、Ｃ１配
向、ブックシェルフ配向または斜め配向のいずれであっ
てもよい。
【００４９】
【実施例】〔実施例１〕本実施例に係る液晶セルは、次
のようにして作製される。
【００５０】まず、基板１・２上にそれぞれITO からな
る電極３・４を１０００Åの厚さで形成し、この上にSi
O2からなる絶縁膜５・６（日産化学工業株式会社製のＡ
−２０１４）をスピンコート法により７００Åの厚さに
形成する。絶縁膜５・６の形成においては、絶縁膜用の
溶液をスピンコートした後、プリベークをホットプレー
ト上で６０℃で３分間行い、本ベークを２００℃で９０
分間行い、さらに中性洗剤で超音波洗浄を３分程度行
う。
【００５１】次いで、ポリイミドからなる配向膜材料を
５００Åの厚さに塗布して配向膜７・８を形成し、その
表面にラビング処理を施して、電極基板９・１０を得
る。配向膜７・８の形成においては、イオン結合を有す
る物質であるトリフルオロメタンスルホン酸・テトラブ
チルアンモニウム塩（Tetrabutylammonium trifluorome
thanesulfonate：以降、ＴＢＡＴＦＭＳと称する）を、
可溶性ポリイミド配向膜溶液に対して１．０重量％、
０．５重量％、０．２重量％となるように、その溶液に
混入し、ＴＢＡＴＦＭＳの混入された溶液を撹拌する。
そして、その混合溶液をスピンコートによって絶縁膜５
・６上に塗布した後、プリベークをホットプレート上で
８０℃で３分間行い、本ベークを１８０℃で９０分間行
う。
【００５２】配向膜７・８に対するラビング処理は、以
下の条件で行われる。 ローラの直径：１５０ｍｍ ローラの回転数：５００ｒｐｍ ステージの送り速度：１０ｍｍ／ｓ 繰り返し回数：３回 ラビング布の押し込み量：０．２ｍｍ また、ラビング後の洗浄は、窒素の吹き付けによって行
われる。
【００５３】続いて、配向膜７・８に１．４μｍ径のス
ペーサ１２…を散布し、配向膜７・８のラビング方向が
同一になるように、電極基板９・１０をそれぞれの周辺
部に付与したシール剤で貼り合わせる。
【００５４】このようにして、可溶性ポリイミド配向膜
溶液に対するイオン量がそれぞれ１．０重量％、０．５
重量％、０．２重量％である３つの第１ないし第３セル
を作製する。
【００５５】さらに、下記のような相転移温度で相転移
し、かつ負の誘電異方性を示すＦＬＣ材料を第１ないし
第３セルにそれぞれ注入し、液晶層１１の全面をＣ２配
向に配向させる。 （１０５℃） （９４℃） （７４℃） 等方相 → Ｎ* 相 → ＳｍＡ相 → ＳｍＣ* 相
【００５６】ここで、第１セル（１．０重量％混入）
と、配向膜７・８にＴＢＡＴＦＭＳを混入しなかった点
を除いては第１セルと同じ構成の比較セルとを用意し、
図５に示すような測定回路でイオン電流を測定した。測
定回路は、関数発生器３１により発生した関数（波形）
をテストセルＣ（容量）に付与し、テストセルＣに流れ
るイオン電流を抵抗Ｒで電圧に変換し、その電圧を抵抗
Ｒに並列接続された電圧計３２によって測定する。ま
た、測定条件は次のように設定される。すなわち、関数
発生器３１が発生する波形が周波数１ｋＨｚで±１０Ｖ
の振幅を有する矩形波であり、抵抗Ｒの抵抗値が２００
Ωであり、環境温度が３０℃である。
【００５７】その結果、テストセルＣとしての比較セル
では、図６（ａ）に示すように、ほとんどイオン電流が
流れず、自発分極（Ｐs ）を反転させるための僅かの電
流しか流れない。これに対し、テストセルＣとしての第
１セルでは、図６（ｂ）に示すように、イオン電流が時
間的に自発分極のピークの付近で非常に多く流れてい
る。このことから、イオン結合を有する物質が混入され
た配向膜７・８の形成後にＦＬＣ材料を注入することに
よって、液晶層１１にイオンが溶出していることがわか
る。
【００５８】さらに、第１ないし第３セルの基板９・１
０のいずれか一方に図７に示すような波形のストローブ
信号を付与し、それと同時に、他方に図８に示すような
波形のデータ信号を付与する。ストローブ信号は、１フ
レームの期間に、電圧Ｖs の正極性パルス、電圧−Ｖs
／２の負極性パルス、電圧−Ｖs の負極性パルスおよび
０レベルが配置されることによって形成されている。
【００５９】データ信号は、図８に示すように、最大電
圧がＶd であり、最小電圧が−Ｖdである矩形波パルス
である。データ信号については、図８に４スロット（１
ラインアドレス期間）分だけ示しているが、これはデー
タ信号の基本波形であり、このような波形のデータ信号
がフレーム期間中に常に付与されている。このデータ信
号は、第４スロットに位相が固定されたパルスを有する
とともに、前半の第１および第２スロットに階調に応じ
て位相の異なるパルスを有しており、１ラインアドレス
期間でＤＣバランスがとれている。すなわち、このデー
タ信号によれば、前半のパルスの位相によって階調を表
現することができる。
【００６０】また、図９に示すように、１０フレームず
つ、黒データ、中間調データ（透過率５０％）、白デー
タ、中間調データの１セットが、データ信号として連続
して繰り返し付与される。
【００６１】このときの第１ないし第３セルにおける透
過光量の変化をそれぞれ図１０（ａ）ないし図１０
（ｃ）に示す。透過光量の測定時の条件は、第１ないし
第３セルに共通して、スロット時間が４．５７μｓであ
り、Ｖd が３Ｖであり、Ｖs が第１ないし第３セルにつ
いてそれぞれ３７．７Ｖ、４４．７Ｖ、４２．３Ｖに設
定されている。
【００６２】第１セルにおける透過光量の変化は、図１
０（ａ）に示すように、中間調データを表示している期
間では、その前の期間の表示履歴の影響を受けていない
ことがわかる。また、ストローブ信号の電圧を変化させ
ることによって、中間調状態の透過光強度が変化するの
で、３階調以上の階調表示を安定して行うことができ
る。しかも、中間調状態では、図１１に示すように、十
分細かい（最大で５０μｍ程度）ドメインの出現が確認
された。
【００６３】一方、第２セルでは、図１０（ｂ）に示す
ように、前の期間の表示履歴の影響をやや受けており、
第３セルでは、図１０（ｃ）に示すように、前の期間の
表示履歴の影響を第２セルよりも大きく受けている。こ
のことから、ＴＢＡＴＦＭＳの含有量が少ないほど前の
期間の表示履歴の影響を受けにくいことがわかる。
【００６４】また、データ信号の変化パターンが、黒デ
ータと白データとの繰り返しである場合（２階調表示の
場合）も、イオン結合を有する物質の混入が有効であ
り、表示履歴の影響が軽減される。
【００６５】ここで、前述の比較セルに、上記のストロ
ーブ信号およびデータ信号を付与したときの透過光量の
変化を図１２に示す。この図から、中間調データを表示
している期間では、その前の期間の表示履歴の影響を大
きく受けていることがわかる。
【００６６】以上のように、本実施例では、配向膜７・
８にイオン結合を有する物質を混入させることによっ
て、イオンが液晶層１１中に均一に分散される。それゆ
え、表示履歴の影響が大幅に軽減される結果、２階調以
上の階調表示を安定して行うことができる。
【００６７】ここで、本実施例の変形例について説明す
る。本変形例に係る液晶セルは、前述の第１セルに封入
されているＦＬＣ材料と同じＦＬＣ材料にポリマーまた
は微粒子が添加されてなる混合物を第１セルに対応する
空セル（液晶注入前のセル）に注入して作製される。
【００６８】上記のポリマーとしては、例えば、特開平
９−２３６８３０号公報に開示されている、以下の構造
の光重合性モノマーが重合されることで得られるポリマ
ーが好適である。また、上記の微粒子としては、直径２
０ｎｍ程度のアモルファス酸化チタンが好適である。
【００６９】
【化１】 上記のようにして作製される第４セルにおいて、実施例
１で用いたストローブ信号およびデータ信号を付与した
ときの透過光量の変化を図１３に示す。この図から、中
間調データを表示している期間では、その前の期間の表
示履歴の影響をあまり受けていないことがわかる。ま
た、中間調状態では、図１４に示すように、実施例１の
第１セルの場合（図１１参照）よりも、さらに細かい
（１０μｍ間隔の）ドメインの出現が確認された。これ
によって、液晶印加電圧を変化させると、細かい階調変
化を得ることができる。したがって、従来の強誘電性液
晶のデジタル的で急峻な閾値特性をアナログ的でなだら
かな閾値特性を有するように改良することができる。そ
れゆえ、高品位な中間調表示を実現することができる。
【００７０】〔実施例２〕本実施例に係る液晶セルは、
次のようにして作製される。
【００７１】まず、基板１・２上にそれぞれITO からな
る電極３・４を１０００Åの厚さで形成し、この上に絶
縁膜５・６を７００Åの厚さに形成する。絶縁膜５・６
の形成においては、絶縁膜用の溶液をスピンコートした
後、プリベークをホットプレート上で６０℃で３分間行
い、本ベークを２００℃で９０分間行い、さらに中性洗
剤で超音波洗浄を３分程度行う。このようにして中間基
板を得る。ここまでは、実施例１のセル作製工程と同じ
である。実施例１のセル作製と異なるのは、イオン結合
を有する物質を中間基板に含ませる工程である。
【００７２】このような工程として、本実施例では、Ａ
工程とＢ工程とが用意されている。Ａ工程は、イソプロ
ピルアルコールにＴＢＡＴＦＭＳが１．０重量％溶解し
ている溶液に中間基板を浸漬した後、その中間基板をス
ピナーで回転させることによって乾燥させる。一方、Ｂ
工程は、イソプロピルアルコールにＴＢＡＴＦＭＳが
１．０重量％溶解している溶液をスピンコートまたはロ
ールコートによって中間基板に塗布した後、その中間基
板をホットプレートによって乾燥させる。なお、ここで
は溶液の塗布にスピンコートを用いている。
【００７３】セル作製におけるＡ工程およびＢ工程を行
う時期を異ならせた、表１に示すような６タイプの製造
手順によって、６種類のサンプルセル♯１〜♯６を作製
する。サンプルセル♯１・♯２は、それぞれＡ工程とＢ
工程とを配向膜形成工程の前に行う手順で作製される。
サンプルセル♯３・♯４は、それぞれＡ工程とＢ工程と
を配向膜形成工程とラビング工程との間に行う手順で作
製される。サンプルセル♯５・♯６は、それぞれＡ工程
とＢ工程とをラビング工程とラビング洗浄工程との間に
行う手順で作製される。
【００７４】
【表１】 配向膜７・８の形成においては、可溶性ポリイミドから
なる配向膜材料をスピンコートによって絶縁膜５・６上
に５００Åの厚さに塗布した後、プリベークをホットプ
レート上で８０℃で３分間行い、本ベークを１８０℃で
９０分間行う。実施例１のように配向膜材料にイオン結
合を有する物質を混入しない。また、ラビング工程およ
び貼り合わせ工程を実施例１のそれぞれの工程と全く同
じ条件で行って、６種類の空セルを得る。そして、これ
らの空セルに、実施例１の第１ないし第３セルに用いた
ＦＬＣ材料を注入することによって、サンプルセル♯１
〜♯６が完成する。
【００７５】ここで、これらのサンプルセル♯１〜♯６
に、実施例１で用いたストローブ信号およびデータ信号
を付与した結果、サンプルセル♯１〜♯６が、実施例１
の第１セルと同様、図１０（ａ）に示すように、中間調
データの表示期間に前の期間の表示履歴の影響を受けな
い光学応答特性を示すことが確認された。
【００７６】また、サンプルセル♯１〜♯６に封入され
ているＦＬＣ材料と同じＦＬＣ材料に前述のポリマーま
たは微粒子を添加した液晶混合物をサンプルセル♯１〜
♯６に対応する空セルにそれぞれ注入してサンプルセル
♯１〜♯６とは異なる６種類のサンプルセルを作製す
る。これらのサンプルセルに、上記のストローブ信号お
よびデータ信号を付与した結果、中間調状態では、実施
例１（変形例）の第４セルと同様に、非常に細かいドメ
インの出現が確認された（図１４参照）。これによっ
て、液晶印加電圧を変化させると、細かい階調変化を得
ることができる。したがって、従来の強誘電性液晶のデ
ジタル的で急峻な閾値特性をアナログ的でなだらかな閾
値特性を有するように改良することができる。それゆ
え、高品位な中間調表示を実現することができる。
【００７７】以上のように、本実施例では、実施例１の
ように配向膜７・８にイオン結合を有する物質を混入す
るのではなく、絶縁膜５・６またはラビング処理前後の
配向膜７・８の表面にイオン結合を有する物質を浸透さ
せることによって、イオンが液晶層１１中に均一に分散
される。それゆえ、表示履歴の影響が大幅に軽減される
結果、２階調以上の階調表示を安定して行うことができ
る。
【００７８】また、本実施例では、前述のように、Ａ工
程およびＢ工程が３つの段階で任意に配置されるので、
製造上の都合に応じて最適な段階でＡ工程およびＢ工程
を実施することができる。
【００７９】
【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１に係る
液晶表示素子は、それぞれに電極が形成されている絶縁
性の一対の基板と、該基板の少なくとも一方に上記電極
を覆うように形成され、かつイオン結合を有する物質を
含有している配向膜材料からなる配向膜と、上記基板間
に封入される強誘電性液晶材料からなる液晶層とを備え
ている構成である。
【００８０】これにより、配向膜から液晶層にイオンが
溶けだすので、液晶層中にイオンが均一に分散する。そ
れゆえ、中間調表示時には、このようなイオンによっ
て、前の期間の表示履歴の影響を大幅に軽減することが
できる。したがって、２階調以上の階調表示を安定して
行うことができるという効果を奏する。
【００８１】本発明の請求項２に係る液晶表示素子は、
それぞれに電極が形成されている絶縁性の一対の基板
と、該基板の少なくとも一方に上記電極を覆うように形
成された配向膜と、上記基板間に封入される強誘電性液
晶材料からなる液晶層とを備え、上記基板への上記配向
膜形成前、上記基板への上記配向膜形成後または形成さ
れた上記配向膜に配向処理が施された後のいずれかに、
イオン結合を有する物質の溶液への上記基板の浸漬また
は上記基板への該溶液の塗布によって、上記配向膜が上
記物質をその表面または内部に含有している構成であ
る。
【００８２】これにより、配向膜には元々イオン結合を
有する物質が含有されていないが、上記の各段階での上
記溶液の付与によって直接または間接的に配向膜にイオ
ン結合を有する物質が付着するので、請求項１の液晶表
示素子と同様、配向膜から液晶層にイオンが溶けだすこ
とによって、液晶層中にイオンが均一に分散する。それ
ゆえ、中間調表示時には、細かいドメインが形成される
とともに、前の期間の表示履歴の影響が大幅に軽減され
る。したがって、２階調以上の階調表示を安定して行う
ことができるという効果を奏する。
【００８３】本発明の請求項３に係る液晶表示素子は、
請求項１または２に係る液晶表示素子において、上記強
誘電性液晶材料が、液晶印加電圧に対する透過率の変化
においてなだらかな閾値特性を有しているので、多階調
表示を容易に実現することができるという効果を奏す
る。
【００８４】本発明の請求項４に係る液晶表示素子は、
請求項３に係る液晶表示素子において、上記強誘電性液
晶材料が、ポリマーまたは微粒子を含んでいるので、微
細なドメインが容易に得られる。したがって、アナログ
的な階調表示を実現することができるという効果を奏す
る。
【００８５】本発明の請求項５に係る液晶表示素子は、
請求項１ないし４のいずれかに係る液晶表示素子におい
て、上記強誘電性液晶材料が負の誘電異方性を示すの
で、パルス幅を一定にするとき、高電圧側の非スイッチ
ング領域を用いれば、非スイッチング状態（保持状態）
の安定度が高くなる。この結果、光の漏れが少なくな
り、コントラストを高めることができるという効果を奏
する。
【００８６】本発明の請求項６に係る液晶表示素子は、
請求項１ないし５のいずれかに係る液晶表示素子におい
て、上記配向膜が、上記両基板にそれぞれ形成されると
ともに、同一方向の一軸配向処理が施されているので、
これによって、液晶層における液晶分子が構成するスメ
クティック層の折れ曲がりの方向が同一方向に統一され
る結果、Ｃ１配向またはＣ２配向が得られる。したがっ
て、Ｃ１配向またはＣ２配向の特性を活かした階調表示
を行うことができるという効果を奏する。
【００８７】本発明の請求項７に係る液晶表示素子は、
請求項６に係る液晶表示素子において、上記液晶層にお
ける液晶分子が、上記液晶層を構成するスメクティック
層が折れ曲がる側と同じ側に立ち上がるように配向され
ている。このような配向状態でスメクティック層におい
て動くのは界面近傍の領域以外の液晶分子となり、スイ
ッチング速度を高めることができる。それゆえ、応答性
の高いＦＬＣ表示素子を提供することができるという効
果を奏する。
【００８８】本発明の請求項８に係る液晶表示素子の製
造方法は、それぞれに電極が形成されている絶縁性の一
対の基板の少なくとも一方に上記電極を覆うように形成
された配向膜を形成するための配向膜材料にイオン結合
を有する物質を混合する工程と、上記物質が混合された
上記配向膜材料を上記一対の基板の少なくとも一方に塗
布して上記配向膜を形成する工程と、該工程後に上記両
基板を貼り合わせ、上記両基板間に上記強誘電性液晶材
料を注入する工程とを備えている方法である。
【００８９】これにより、配向膜材料にイオン結合を有
する物質が予め混合されるので、配向膜材料が塗布され
て配向膜が形成されると、イオン結合を有する物質を含
有する配向膜が得られる。それゆえ、この方法によっ
て、複雑な工程を経ることなく、請求項１の液晶表示素
子のような液晶表示素子を作製することができる。した
がって、階調表示特性が大幅に改善された液晶表示素子
を容易に提供することができるという効果を奏する。
【００９０】本発明の請求項９に係る液晶表示素子の製
造方法は、それぞれに電極が形成されている絶縁性の一
対の基板基板への上記配向膜形成前、上記基板への上記
配向膜形成後または形成された上記配向膜に配向処理が
施された後のいずれかに、上記基板をイオン結合を有す
る物質の溶液に浸漬するか、または該溶液を上記基板に
塗布する工程と、該工程後に上記両基板を貼り合わせ、
上記両基板間に上記強誘電性液晶材料を注入する工程と
を備えている方法である。
【００９１】これにより、配向膜材料に予めイオン結合
を有する物質が含有されていなくても、配向膜形成工程
以外の工程で上記物質の溶液が付与されるので、形成さ
れた配向膜にイオン結合を有する物質が浸透する。それ
ゆえ、この方法によって、複雑な工程を経ることなく、
所望の段階で、基板を溶液に浸漬することまたは基板に
溶液を塗布することによって、請求項２の液晶表示素子
のような液晶表示素子を作製することができる。したが
って、階調表示特性が大幅に改善された液晶表示素子を
容易に提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る液晶セルの構成を示
す断面図である。
【図２】（ａ）は図１の液晶セルまたは一般の液晶セル
においてＣ１状態に配向されている液晶層を示す説明図
であり、（ｂ）はＣ１状態に配向されている液晶層を示
す説明図である。
【図３】（ａ）ないし（ｃ）はイオンが表示履歴の影響
を軽減する理由を説明するための、イオンによって形成
された電気二重層の挙動を示す模式図である。
【図４】（ａ）は一般の強誘電性液晶の電圧対透過率特
性を示すグラフであり、（ｂ）は上記液晶セルで用いら
れる強誘電性液晶の電圧対透過率特性を示すグラフであ
る。
【図５】実施の形態における実施例１に係る液晶セルに
流れるイオン電流を測定する測定装置の構成を示す回路
図である。
【図６】（ａ）は配向膜がＴＢＡＴＦＭＳを含有してい
ないセルに流れるイオン電流の変化を示す特性図であ
り、（ｂ）は配向膜がＴＢＡＴＦＭＳを含有している実
施例１に係る液晶セルに流れるイオン電流の変化を示す
特性図である。
【図７】実施例１および２に係る液晶セルに付与するス
トローブ信号を示す波形図である。
【図８】上記実施例１および２に係る液晶セルに付与す
るデータ信号を示す波形図である。
【図９】上記実施例１に係る液晶セルにおいて付与され
るデータ信号の変化パターンを示す説明図である。
【図１０】（ａ）ないし（ｃ）はそれぞれ上記実施例１
に係る３種類の液晶セルの光学応答を示す特性図であ
る。
【図１１】上記実施例１に係る液晶セルにおいて現れる
ドメインをディスプレイ上に表示した中間調画像として
示す図面代用写真である。
【図１２】上記実施例１に対する比較例に係る液晶セル
の光学応答を示す特性図である。
【図１３】上記実施例１に係る、ポリマーまたは微粒子
を含む液晶セル（第４セル）の光学応答を示す特性図で
ある。
【図１４】上記第４セルにおいて現れるドメインをディ
スプレイ上に表示した中間調画像として示す図面代用写
真である。
【図１５】（ａ）は表示履歴のない場合のデータ信号の
変化に対する強誘電性液晶の光学応答を示す特性図であ
り、（ｂ）は表示履歴のある場合のデータ信号の変化に
対する強誘電性液晶の光学応答を示す特性図である。
【符号の説明】
１・２ 基板 ３・４ 電極 ７・８ 配向膜 ９・１０ 電極基板 １１ 液晶層 ２１ スメクティック層 ２２ 液晶分子
フロントページの続き (71)出願人 390040604 イギリス国 ＴＨＥ ＳＥＣＲＥＴＡＲＹ ＯＦ ＳＴ ＡＴＥ ＦＯＲ ＤＥＦＥＮＣＥ ＩＮ ＨＥＲ ＢＲＩＴＡＮＮＩＣ ＭＡＪＥＳ ＴＹ’Ｓ ＧＯＶＥＲＮＭＥＮＴ ＯＦ ＴＨＥ ＵＮＥＴＥＤ ＫＩＮＧＤＯＭ ＯＦ ＧＲＥＡＴ ＢＲＩＴＡＩＮ ＡＮ Ｄ ＮＯＲＴＨＥＲＮ ＩＲＥＬＡＮＤ イギリス国 ハンプシャー ジーユー14 ０エルエックス ファーンボロー アイヴ ェリー ロード（番地なし） ディフェン ス エヴァリュエイション アンド リサ ーチ エージェンシー (72)発明者 加邉 正章 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 境川 亮 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 ダイアナ シンシア ウルリック イギリス国，オックスフォード オー・エ ックス・４ １・エル・エヌ，ディヴィニ ティ ロード 100Ａ (72)発明者 マイケル ジョン タウラー イギリス国，オックスフォード オー・エ ックス・２ ９・エー・エル，ボトリー, ザ・ガース 20 (72)発明者 ポール ボネット イギリス国，オックスフォード オー・エ ックス・４ ４・エックス・エックス，リ トルモァ，フェザント ウォーク 99

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれに電極が形成されている絶縁性の
    一対の基板と、該基板の少なくとも一方に上記電極を覆
    うように形成された配向膜と、上記基板間に封入される
    強誘電性液晶材料からなる液晶層とを備えた液晶表示素
    子において、 上記配向膜が、イオン結合を有する物質を含有している
    配向膜材料によって形成されていることを特徴とする液
    晶表示素子。
  2. 【請求項２】それぞれに電極が形成されている絶縁性の
    一対の基板と、該基板の少なくとも一方に上記電極を覆
    うように形成された配向膜と、上記基板間に封入される
    強誘電性液晶材料からなる液晶層とを備えた液晶表示素
    子において、 上記基板への上記配向膜形成前、上記基板への上記配向
    膜形成後または形成された上記配向膜に配向処理が施さ
    れた後のいずれかに、イオン結合を有する物質の溶液へ
    の上記基板の浸漬または上記基板への該溶液の塗布によ
    って、上記配向膜が上記物質をその表面または内部に含
    有していることを特徴とする液晶表示素子。
  3. 【請求項３】上記強誘電性液晶材料が、液晶印加電圧に
    対する透過率の変化においてなだらかな閾値特性を有し
    ていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶
    表示素子。
  4. 【請求項４】上記強誘電性液晶材料が、ポリマーまたは
    微粒子を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の
    液晶表示素子。
  5. 【請求項５】上記強誘電性液晶材料が、負の誘電異方性
    を示すことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
    記載の液晶表示素子。
  6. 【請求項６】上記配向膜が、上記両基板にそれぞれ形成
    されるとともに、同一方向の一軸配向処理が施されてい
    ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
    の液晶表示素子。
  7. 【請求項７】上記液晶層における液晶分子が、上記液晶
    層を構成するスメクティック層が折れ曲がる側と同じ側
    に立ち上がるように配向されていることを特徴とする請
    求項６に記載の液晶表示素子。
  8. 【請求項８】それぞれに電極が形成されている絶縁性の
    一対の基板と、該基板の少なくとも一方に上記電極を覆
    うように形成された配向膜と、上記基板間に封入される
    強誘電性液晶材料からなる液晶層とを備えた液晶表示素
    子の製造方法において、 上記配向膜を形成するための配向膜材料にイオン結合を
    有する物質を混合する工程と、 上記物質が混合された上記配向膜材料を上記一対の基板
    の少なくとも一方に塗布して上記配向膜を形成する工程
    と、 該工程後に上記両基板を貼り合わせ、上記両基板間に上
    記強誘電性液晶材料を注入する工程とを備えていること
    を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
  9. 【請求項９】それぞれに電極が形成されている絶縁性の
    一対の基板と、該基板の少なくとも一方に上記電極を覆
    うように形成された配向膜と、上記基板間に封入される
    強誘電性液晶材料からなる液晶層とを備えた液晶表示素
    子の製造方法において、 上記基板への上記配向膜形成前、上記基板への上記配向
    膜形成後または形成された上記配向膜に配向処理が施さ
    れた後のいずれかに、上記基板をイオン結合を有する物
    質の溶液に浸漬するか、または該溶液を上記基板に塗布
    する工程と、 該工程後に上記両基板を貼り合わせ、上記両基板間に上
    記強誘電性液晶材料を注入する工程とを備えていること
    を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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