JPS58500496A - 双安定ネマテイツク液晶表示器におけるセル分離 - Google Patents

双安定ネマテイツク液晶表示器におけるセル分離

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JPS58500496A
JPS58500496A JP57501345A JP50134582A JPS58500496A JP S58500496 A JPS58500496 A JP S58500496A JP 57501345 A JP57501345 A JP 57501345A JP 50134582 A JP50134582 A JP 50134582A JP S58500496 A JPS58500496 A JP S58500496A
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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】 双安定ネマティック液晶表示器C二おけるセル分離発明の背景 本発明は液晶表示器の分野ζ1係る。
液晶分子は延ばされ、延びた軸に沿ったベクトルは方向指示記号とよ−ばれる。
双安定平衡方向指示記号構成を示す液晶表示器は、純粋な電界効果蓄積表示器に 有用である。たとえば、シー・デー・ボイド(G、D、Boyd ) 、ジュリ アン チェノ(Julian Cheng)及びピー・デー・ノー(P、 D、  Ngo ) i二よる゛液晶方向双安定ネマティック蓄積効果”と題する論文 、応用物理学論文集(Applied Physics Letters )、 第6巻、第7号、1980年4月1日を参照のこと。
方向指示記号構成は最初の構成中の配向全あわせたパターンが、たとえば電界印 加;二よシセルとよばれる表示記号の領域にエネルギーが印加されるまで、変( されないという点で双安定である。印加された電界は第1の構成を第2の構成I ”−変化させ、第2の構成は印加電界がとり除かれた時、本質的に変化しない。
双安定液晶構成は液晶表示器けの基板表面を特別に処理することC二より、生成 される。この処理C二より、特定の方向指示記号の配向あわせが行われる。
Th表昭58−50(149G (2)上C1引用した文献の第1図(1示され 、単一傾斜(S T’)形態とよばれる表示セルは、液晶材料ケ間にはさんだ2 個の基板から成る。各基板表面は液晶方向指示ベクトルが、基板表面において均 一(1傾いた境界ケ有するようC二処理される。この配向は基板C二平行でその 間の中央の面C一対して対称である。表示セルの平衡状態はセルの容積内の方向 指示記号に対して、基本的C−水平又は垂直であり、多色性色素の導入又は交差 した偏光子を用いるなど多くの方法C二より、光学的f1変化させることができ る。
上で引用した文献中の第2図に示され、交互傾斜(AT)形態とよばれる第2の 表示セルは、隣接するセルが反対方向に傾斜した表面配向ケもっSTセルのアレ イから成る。AT形態はST形態と類似の平衡状態及び特性を有する。
液晶セルの双安定状態はトポロジー的には等価でなく、ST又はAT形態でのそ れらの間のスイッチング(二は、セル中の回位の動きを必要とし、この動きは遷 移時間制限プロセスとよばれる。(回位は方向指示記号の方向の不連続である。
不連続は1点又は−線上(二あることがある。)セルの各状態はセル境界ン規定 する回位かセル境界の一つ(二固定された時のみ安定である。そうでないと、回 位はセル境界から表示セルへ移動し、−状態ケ他方にスイッチさせる。従って、 適当な基板表面境界条件を作ることが必要で、この境界は表示セルヶ囲み、基板 表面境界条件は同位を固定し、それC二より表示セルの状態上安定化させる。こ れらの表面境界条件はまた、表示セルを分離する働きもする。
性分離領域として働くある体積の液晶材料すなわち隣接する双安定セルがいずれ かの平衡状態にある時、方向指示構成(二変化?起さない一定体積の液晶材料全 生成する特定の基板表面配向特性C1係る。従って、双安定セルヶ囲む中性分離 領域は、双安定セルを分離し、絶縁しかつ安定化する手段となる。双安定セルと 中性分離領域ケ組み合わせて用し・ること(二より、表示器が製作される。
本発明に従うと、第1の基板表面は双安定液晶セル体積と中性分離領域間の第1 の基板表面上の境界(二沿って、方向指示の方向に不連続が存在するようC二処 理される。すなわち、境界の相対する側の方向指示記号は相互(二、本質的に4 5度ないし135度の範囲の角度ケ形成する。第2の(相対する)基板表面は双 安定液晶体積と中性分離領域間の第2の基板表面上の境界に沿って、本質的(1 不連続が存在しないよう(二処理される。
図面の簡単な説明 第1図はST形態中のセルの一部の平衡状態を示す図、 第2図は液晶表示器の一部の平面図、 第3図はAT形態中のセルの一部の平衡状態ケ示す図、 第4−7図は表面C二おける方向指示記号配置の不連続の4つの型を示す図、 第8−9図は各種の中性分離領域(−より分離されたST形態中の水平及び垂直 セルを示す図、第10−11図はそれぞれホワイト・オン・ダーク背景及びダー ク・オン・ホワイト背景表・示器(二対する本発明の実施例ケ示す図である。
詳細な記述 第1図は双安定液晶セルの一部の単一傾斜形態(ST)の平衡状態(100)及 び(101)ケ示す。
このセルは基板(1)及び液晶材料(3)から成り、材f”)(3)は主として ネマティックの中間状態C二ある。状態(100)はネマティック方向指示記号 の本質的に水平な構成(H) klNし、状態(101)はネマティック方向指 示器の本質的に垂直な構成を有する。各平衡状態は局部的なネマティック方向指 示記号配向全表す矢印の構成(二よって示される。葉巻型の物体はネマティック 分子7表す。電極(110−113)(二重圧が印カ目された時、それにより生 じた電界は一方の平衡状態から他方へのスイッチングを起す。
水平状態及び垂直状態は、それらの間に大きなエネルギー障壁があるため安定で ある。その障壁は、二つの状態がトポロジー的に等価でないことから生じる。す なわち、水平及び垂直状態(又はそれらの三次元変形、Boydらの文献で述べ られているねじれた構成)は、基板の一つの表面における反対方向ケ向いたネマ ティック方向指示記号全特徴とする。
たとえば、状態(100)及び(101)に対しては第1図中の基板C二おける 矢印の向き葡比較すればよい。
スイッチング(二は表面【二おけるネマティック方向指示記号配向の不連続な変 化、したがって1/2回位強度の移動(Boydら参照)′?!−必要とする。
これらの回位は表面トポ−グラフィ中の不連続点、たとえば第1図中の電極(1 10−113)の角、あるいは基板表面におけるネマティック方向指示記号配向 中の不連続点、たとえば第3図(1示されmAT形態の場合の基板表面(1)に おける点(231−233)を1最も存在しゃすい。一方の平衡状態から他方へ のスイッチングは、回位孕液晶セル中の一点から離し、液晶セル中のもう一つの 点へ移動させ、それ全もう一つの点C二固定することじより起る。従って、平衡 状態の安定性は、適当な表面不連続点か二回位を固定するこ1鎗唱8−5004 !li6 (3) とC二依存する。本発明は回位を固定する基板表面配向特性に係る。基板表面配 向特性もまた、液晶材料の中性分離領域勿もたらす。
表示器音形成するためC二は、別々の双安定セルであり相互C二分離されている 画像要素(’ P E L )が必要である。セルを囲む液晶材料体積は、セル ケ第1の安定状態から他方ヘスイツチングさせることが、中性分離領域又は隣接 するセルの状態の構成に影響を与えない特性が必要である。従って、中性分離領 域はセル間の緩衝材として、かつ同時C二回位ケ固定することC−より、セルを 安定化する働きケする。
本発明C1従うと、中性分離領域を規定する第1の基板表面は、双安定液晶セル 体積と中性分離領域間の表面境界(二沿って、境界の各側の方向指示記号が相互 に本質的に、45度ないし135度全なすように処理される。逆f二、反対の配 向勿もつ第2の基板(二沿っては、その表面は表面境界に沿って本質的に不連続 が存在しないよう処理される。このことは第9図中の一実施例で示されており、 NiはST形態セルの場合の中性分離領域ケ示す。最上部基板(1)の表向及び 底部基板(2)の表面は、Nt中中性分離域域中一様C二傾いた方向指示記号配 向が存在するようt二処理された。(■は垂直構成中の平衡状態を表し、Hは水 平構成中の平衡状態を表す。)最上部基板(1)におけるセル−中性分離領域境 界(331−334)(二おいて、境界のいずれかの側の配向間C二、45度な いし135度の範囲の角度の配向不連続か存在する。逆に、底部基板(2)の表 面(二沿った境界には不連続は存在しない。
第2図は画像要素(PEL )(251−255,)でできた表示器の一部分の 上面を示し、谷PELは分離されたST形態セルから成る。P E L (25 1−253)及び(255)は一方の平衡状態にあ5 、PEL(253−25 4)は他方にある。PELは液晶材料の中性分離領域(120,121,122 )−二より分離されている。観察者の目は最上部基板、たとえば第1図中の基板 (1)の上(−あり、光は底部基板、たとえば第1図中の基板(2)の下から入 射する。この実施例C二おいて、各PELは50μm間隔で1011m幅の電極 の直線アレイ孕有する。PELは長さ1 mmである。液晶材料は多色性色素全 2パーセントまでドープL、 7jシアノビフ工ニル混合物(メルク化学社から 市販されているE7)から成り、基板は約25μm離れている。他の周知の液晶 デバイス材料及び構成孕用いることができる。
第2図中の点(23)及び(24)間の線(二沿った偏光方向ケ有するポラライ ザが、底部基板の下(二元することである。PEL(251)は水平状態にあり 、多色性分子はそのため第1図の状態(100)で示される葉巻型物体のように 配向する。この配向は吸収を最大C二する。光がP E L ’(25]−)  ’に通過する時、吸収は多くなり、PELは色素の色たとえば青になる。
PELは垂直状態C二あり、従って多色性分子は第1図の状態(101)で示さ れる葉巻型物体のように配向し、この配向C二より吸収は最小(二なる。光がP EL (253)k通過する時、それは入射放射の色、たとえば白(二なる。( 第2図(1示された具体的な中性領域:・ま吸収せず、白くみえる。これ;二つ いては以下で更ζ二詳細(二述べる。) 第2図中(1示された表示器中のPELの平衡状・態量のスイッチングは、液晶 中の回位を再配置すること(二よって起る。PEL(251)は第1図中の(1 10−113)のような電極を有するST形態セルであり、この電極は第2図中 の点(21)及び(23)間の線(二平行である。中性分離領域(120−12 2)はPEL(251)の横方向境界、すなわち各点(21−24)間の1本の 線(−沿って、確実(二回位を固定する。
本発明の一実施例【二従うと、第9図中のNiで示されるような一様に傾斜した 液晶材料が、中性分離領域(120,121及び122)間に配置される。これ は中性分離領域及びPEL間の界面におけるS−±l/2回位の強い固定(二よ り、PELの安定な水平及び垂直状態になる。一様C1傾いた液晶方向指示記号 配向かし成る中性分離領域は、A T、P E Lの場合とともに5TPELt 二対しても分離方式をもたらす。
付録Aは中性領域配向の各種方式の分析を含み、第9図(1示された配向で安定 になること葡示している。安定さはまた、中性領域内の方向指示記号配向が、不 連続さ會有する一基板から他方へよじれた時でさえ得られる。(しかし、中性領 域の所望の光学特性を維持するために、これらの領域中の指示記号のねじれは、 光がモーガン導波制限に従うよう(−1十分静かにすべきである。)また、中性 領域指示記号の傾いた面は、不連続が起る基板表面(二おいて、双安定領域指示 記号の傾いた面に平行である必要はない。(ただし、二つの領域の指示記号間( 二、それらの間の境界(二おいて必要な角度が存在すればである。)これらの最 後C二連べた要因は、それらがデバイスに対する製作条件を緩和するという点で 重要である。
基板表面にのみ不連続全有するということの効果は、中性分離状態を単安定すな わち1つだけの状態に!するようC二することである。このことはPELが一平 衡状態から他方ヘスイッチする時、中性分離0 1結ゴ胚8−500496 (4) 領域は変化しないことを確実にする。
本発明の一実施例においては、ブルー・オン・ホワイト表示器はホワイト・オン ・ブルー表示器全実現するため、青色多色性色素を用いる。これらの表示器は一 様(二傾斜した中性分離領域?用い、傾いた面上PELの平衡状態の対称面に対 、し、垂直又は平行に配向させることにより製作される。(よじれのない双安定 セルの場合、対称面は指示記号のねじれのない面である。)このことは第10及 び11図(1示されている・。
第10図(二おいて、水平状態にあるprt、、【600)及び垂直状態にある PEL(601)は、矢印(605)で示される方向と紙面に垂直な線に平行な 面内で一様(1傾いた中性分離領域により囲まれている。矢印(605)は水平 状態の対称面に平行で、対称面は矢印(602)l二より示された方向及び紙面 に垂直な線に平行であることに注意すべきである。矢印(706)に沿った偏光 方向ヲ有するポラライザは、表示器の下(二装置される。第10図において、水 平状態は青(見え、中性分離領域が多色性色素による光の吸収のため青くなるの と同様である。垂直な状態は従って青の背景では白く見える。
第11図において、水平状態C二あるPEL(600)及び垂直状態にあるPE L(601)は、矢印(610)で示される方向と紙面(二垂直な線(二平行な 面内で一様(1傾いた中性分離領域(二より囲まれている。矢印(610)は水 平状態の対称面に垂直で、対称面は矢印(607)で示された方向及び紙面に垂 直な線に平行であることに注意すべきである。矢印(700)に沿った偏光方向 を有するポラライザを通過した後、光がセル(二入射した時、水平状態は青く見 えるが、中性分離領域は白く見える。垂直状態はまた白く見える。従って、第1 0図に示された実施例において、ホワイト・オン・ブルー(又は黒)になり、第 11図C二示された実施例において、ブルー(又は黒)・オン・ホワイト(二な る。
上に述べたよう(−1PELとともに中性分離領域は、周知の方法°たとえばT i0z又はSiOxのような酸化物の斜め蒸着により生成できる。分離領域は最 初の斜め蒸着C二より規定され、続いて双安定領域を規定するために、適当なマ スクを通して反対方向がら第2の斜め蒸着が行われる。斜め蒸着は重畳した領域 中の配置方向を規定する第2の被覆堆積に重ねることができる。
付 録 A 以下でいくつかの異なる中性分離領域表面配向の安定化特性C二ついて解析する 。解析は第2図の点(21)及び(23)間の線C1沿ったPEL−中性分離領 域境界(二ついて示す。第8図及び第9図は水′平及び垂直平行状態(第8及び 9図でV及びHと印されている。)が交互になったセルケ有するST形態表示器 そ示す。交互(1変るセルは3つの型の中性分離領域f二より分離されている。
中性分離領域はそれぞれ一様な平行配向(二対してはN//、一様な垂直配向( 二対してはNt及び一様な傾斜配向C二対してはNtという指示記号配向C二よ り規定される。PELの平衡状態は中性分離領域との境界丘規定する回位がそれ に固定された時にのみ安定である。(付録Bでは回位を固定するのに必要な方向 指示記号配向の不連続C二ついて議論する。) 第8図の表示器(140)において、点(303)及び(304)における水平 状態セルのいずれかの側におけるN/中性分離領域間の境界は、回位を持たない が、点(301)及び(302)l二おける垂直状態セルのいずれかの側(二お けるN/、中性分離領域は、S−土1/2回位を有する。表面配向角Φ。−45 度の場合、点(301)cおける配向間の角度は135度を越えるが、点(30 2)における配向間の角度は45度以下である。従って、点(301)及び(3 02)+二おける回位は反発されるかせいぜい表面ζ1引きつけられるだけで、 これにより第2図の点(21)及び(23)間の線に沿った水平状態への変動c 二対し、垂直状態は不安定なまま(二なる。
同様C二、第8図の表示器(141)において、点(321)及び(322)+ =、Bける垂直状態セルのいずれかの側のN上中性分離領域間の境界は回位全も たないが、点(323)及び(324)−二おける水平状態セルのいずれかの側 のN土中性分離領域間の境界はS=±l/2回位をもつ。表面配向角Φ。245 度の場合、点(323)及び(324)l二おける配向間の空間角度は、かろう じて吸引の限界C二ある。従って、回位は強く固定はされず、水平状態は不安定 である。
第9図の表示セル(142)において、点(331−334)におけるN1中性 分離領域と水平及び垂直状態セル間の境界は、S−土1/2回位を含む。更に、 各境界は一基板表面c1約90度の不連続を含み、他方には不連続を含まない。
したがって、回位は一表面から強(反発され、他方には引きつけられ、その結果 強く固定され完全に安定な水平及び垂直状態ができる。このよう(二、一様C1 傾いた中性領域は、sT形態P、 E Lに対する適切な分離方式を形成する。
上の解析は第2図の点(21)及び(23)間の線(−沿った型の境界について 行ったが、AT形態PELととも(1第2図の点(21)及び(22)間の型の 境界に対しても、直接拡張できる。
付 録 B 基板表面C二おけるバルク回位の固定には表面におけるネマティック方向指示記 号配向の不連続ケ必要とするが、それはバルク回位と一様な方向指示記号配向間 の反発性の相互作用C1打ち勝つための十分強い吸引性の相互作用を生むためで ある。(反発が起るのは、角度Φ。で一様な記号配向を有する表面上で、強さS の回位の像が同じ符号の回位であるという事実のためである。)表面における配 向不連続は、集中型すなわちタイプAとよばれ相互に傾いた不連続のいずれかの 側C二指示記号ヲ肩するものか、あるいは発散型すなわちタイプBとよばれ相互 に離れる向きに傾いた不連続の、いずれかの側C二指示記号を有するものである 。
第3図は水平状態セル(130)の一部とAT形態中の垂直状態セル(131) の一部を示す。集中型、タイプAの表面配向不連続及び発散型、タイプBがS− ±1/2バルク回位を有するよう(−示されている。第:3図に示されるように 、各表面配向不連続の型は、正又は負強度回位の特性全有すると仮定すると、タ イプA及びタイプB両方の表面配向不連続は、いずれかの符号のバルクに対し吸 引性相互作用音生みだすことができる。
表面配向不連続の寸法は、固定されているか否か全決定するため(二厳密である 必要がある。以下で述べろよう(二、モデル計算によると強さ1/2のバルク回 位は、Φ0が7U/8f:越えるか3′I′r/8以下の時、あるいはそれと等 価で表面不連続のいずれかの側C二おける指示記号傾斜配向間の角がY/4ない し3E/4の間(二ある時、タイプA又はタイプB傾斜反転表面配向不連続に引 きつけられることが示される。−観点C二たつと、・これらの結果は第3図中C 二示されたAT形態の双安定性の条件全確立することになる。
すなわち、双安定性はΦ。が22.5度ないし67.5度の間C二あるならば生 じる。(Φ。がこれより小さいとA−及びB十が不連続に対し反発性C二なり、 それによって垂直状態が不安定(二なり、一方Φ。の値が大きすぎると、A十及 びB−が不連続に対し反発性となり、それにより水平状態が不安定になる。)以 下では傾斜反転表面配向不連続における強さ1/2のバルク回位の固定に対する モデル計算を示す。第4図はタイプAの表面不連続の近傍(二おける■ S”” 2回位ケ示す。この表向不連続において、指示記号配向すなわち傾きは 一Φ0から+Φ。に変化する。平衡の形態Φ(x、z)は等しい弾性定数(k) に対してラプラスの方程式を満足する。ここでΦはX軸に対する指示記号の方向 を示す。Φはバルク回位SB、、表面の前面SRの距離に等しい表面後の距離D (−おけるその像及び表面回位Ss=十’2Φ。/1rの寄与全重畳することに より導いてもよい。ここでSsは不連続の大きさから決る。単一の分離された回 位S11の場合、ラプラスの方程式の解はΦ(x、z)−8Bθ(x、 z)で ある。ここでθはX軸からの(x、z)の角度のずれである。
重量(二より、 Φ(x 、 z ) = −* (θ1+θ3)+82θ2−Φ。 (Bl ) となる。
この形態のエネルギーは、次のよう(二なる。
じた輪郭であるが、回位SBを貫く枝分れ全除く。
積分は二つの表面部分と分枝からの有限の寄与(二よる3個のΦkx+z及びD で表し、Φが3つの寄与部分(二沿った定数であるという事実を用いると、弐B 2は次のようになる。
f(D)=2b(Φo ”)7!np+他の項8、 (B3) ここで、aは回位の中核半径である。
83式よりD−00+−なるとともに、f→00となり、D→0になるとともに f→−〇〇となる(Φ0>K/8のとき)ことがわかる。言い方をかえると、回 位は表面不連続(L吸引される。Φo<Y/8の時、相互作用は反発性となるこ とが明らかである。従って、1r/8はSBが表面不連続(二吸引されるための 臨界角盆表す。
第5−7図に示された場合C二ついての同様の解析(二より、表面不連続のS  の結果とともC二、エネルギーf(D)及び図に示された吸引条件(二ついて、 類似の結果が得られる。 ・ 第5図のB−不連続の場合、 第6図のA十不連続の場合には、 第7図のB十不連続の場合には、 このように、Φ0がff/8 ’i越えるか3V8 よりFlθ10 700= 国際調査報告 し1←←

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 】、第1・(])及び第2(2)の基板間に配置された方向指示記号を有する液 晶材料から成り、該液晶は主としてネマティック中間相ζ二あり、該基板の内部 表面は該方向指示記号が該基板表面において、あらかじめ決められたパターンに 配向するよう処理され、そのパターンは本質的C二双安定なセルとなる液晶表示 器c二おいて、 該セルの各々(第9図、■又はH)は中性分離領域(Nt )により囲まれ、1 つの基板(1)の内部表面C二おける境界(331−334)のそれぞれの側で の方向指示記号間の角度が、本質的に45度ないし135度の範囲の値全もち、 該基板のもう一方(2)の内部表面ζ二おける境界での方向指示記号配向C−は 、本質的(−不連続がないこと、 全特徴とする液晶表示器。 2、 前記第1項C二記載された液晶表示器において、該中性分離領域中の方向 指示記号は、本質的(二千行であること全特徴とする液晶表示器。 3、 前記第2項に記載された液晶表示セルにおいて、該中性分離領域中の方向 指示記号は、該第1又は該第2の基板C二対し、本質的に等しい角度で配向する ことを特徴とする液晶表示器。 1 4、前記第3項(二記載された液晶表示セル(二おいて、該双安定体積中の方向 指示記号は、該中性領域中の方向指示記号C二本質的に平行であること、を特徴 とする液晶表示セル。 5、 前記第3項(一記載された液晶表示セルC二おいて、該双安定体積中の方 向指示記号は、該中性領域中の方向指示記号に対し、本質的に垂直であること、 全特徴とする液晶表示セル。
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