JPS5936245B2 - ネマテイツク液晶表示セル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はネマテイツク液晶セル、より詳しくは、電界効
果散乱モードで動作するネマチツク液晶セルに関する。

本発明の第１の態様によれば、少なくとも一方が透明で
ある２枚の電極を有する板間にネマテイツク液晶媒質の
薄層が挟持されており、電極間への電圧印加の有無によ
り液晶層の少なくとも一部が液晶層の面内で特定の一方
向に配列した状態と液晶層の面に垂直に配向した状態と
の間でスイツチングできるような液晶層に対する表面配
向手段が備えられており、また、液晶層の主表面が液晶
の常光もしくは異常光屈折率と整合した屈折率を有する
透明固体から成る粗い表面に接触するようになつている
か、あるいは、そのような固体材料の粒子が液晶層中に
分散されているネマテイツク液晶表示セルが提供される
。

従来のネマテイツク液晶散乱セルは動的モードで動作で
きるように構成されていたが、電界効果散乱モードで動
作するセルは低い動作電流と電圧が使用でき、ダイナミ
ツク散乱モードで動作するセルに固有の電気伝導に関連
した問題のいくつかを避けることができる〇上記本発明
の第１の態様による電界効果散乱セルの動作は、２つの
透明誘電体間の粗い界面ではこれら２つの透明誘電体が
異なる屈折率をもつているときだけ光が散乱されるとい
う事実に基いている。

屈折率に差があるとその界面で光の反射や屈折が生じる
が、屈折率に差がないと光の反射や屈折はなく入射光は
乱れることなくその界面を通過する０同様な状態はある
透明誘電体中に別の透明誘電体の粒子を分散させた場合
でも起こるｏネマテイツク液晶は、ネマチツクのデイレ
クタの向きを光学軸とする単軸結晶である０液晶層に垂
直なネマテイツクデイレクタを有するセルでは、垂直に
入射する光は液晶の常光屈折率によつて決まる単一の速
度で液晶中を伝播するが、ネマテイツクデイレクタが液
晶層の面内にある場合には、垂直に入射する光は一般に
偏光方向に依存して２つの別個な成分に分割される。こ
れらの光成分は異つた速度で伝播し、一方の速度は常光
屈折率で決まり、他方は異常光屈折率で決まる０粗表面
をもつた透明固体や粒子が分散される透明固体の屈折率
が液晶の常光屈折率と整合している場合には、液晶がホ
メオトロピツク状態（ネマテイツクデイレクタが液晶層
に垂直に配列）にあるときは垂直入射光に対しては散乱
は起らないが、液晶がホモジエニアス状態（ネマテイツ
クデイレクタが液晶層の面内で配列している）にあると
きはもし入射光の少くとも一成分が異常光線速度で伝播
するなら散乱が起こるだろう０他方、透明固体の屈折率
が液晶の異常光屈折率と整合している場合には、セルが
ホメオトロピツク状態にあるとき垂直入射光は全て散乱
されるだろう０セルが他の状態にあるときに散乱を起こ
させないようにするには入射光を全て異常光線速度で伝
播するようにさせなければならない０この後者の要件を
満たすには、入射光は平面偏光すなわち直線偏光でなけ
ればならず、液晶層の面内でのネマテイツクデイレクタ
の配列は入射光の偏光面に合つた方向に沿つたものでな
ければならない〇本発明の第２の態様を述べる前に、液
晶セルの動作の他の特徴を説明する０液晶媒質の薄層を
有するネマテイツク液晶セルの振舞と呈観は層内での分
子配列に依存する０電界効果セルの動作は、通常、分子
が液晶層と垂直に配列された［ホメオトロピツク」配列
と液晶層の任意の特定の深さにある分子が全てそこでの
層面で１つの特定方向に配列される「ホモジエニアス平
行」配列との間で液晶層の１つ以上の部分をスイツチン
グさせることを含んでいる０トウイステツドネマテイツ
クセルにあつては、ホモジエニアス配列が液晶層の一方
表面側では１つの特定方向であるが他方表面側では異な
つた方向であり、液晶層の厚みの中間点での配列は両者
の中間方向になつている。

本発明の第２の態様では、液晶層の任意の特定の深さで
は全ての分子が層面内に配列されるがその方向はランダ
ムである「ホモジエニアスランダム」配列を与えるよう
にセルが構成される。

ホモジエニアスランダム配列はクロロトリメチールシラ
ンのような適当な表面活性剤で処理した表面に液晶層を
接触させることによつて得ることができる０あるいは、
負の誘電異方性を示すネマテイツク液晶の場合には、ホ
メオトロピツク配列になつている層に電界を印加するこ
とによつて適当な状況下でホモジエニアスランダム配列
を得ることができる〇本発明の第２の態様によれば、少
くとも一方が透明である２枚の電極を有する板間に高固
有抵抗のネマテイツク液晶媒質の層が挟持されており、
電極間への電圧印加の有無により液晶層の少くとも一部
分のネマテイツクデイレクタがホメオトロピツク配列と
ホモジエニアスランダム配列との間でスイツチングでき
るような液晶層に対する表面配向手段が備えられている
電界効果散乱モードの液晶セルが提供される〇第１図を
参照するに、２枚のガラス板１０と１１が、ネマテイツ
ク液晶媒質の薄層１３を充填した外囲体を形成するよう
に周縁シール材１２を介して固着されている。

周縁シール材はエポキシ樹脂や熱可塑性シール材でもよ
いが、好ましくは、溶融したフリツトガラスを用いる。
ガラス板１０と１１の内表面は典型的には酸化インジウ
ム錫で形成された透明電極１４と１５を備えている。こ
れら電極は、セルにより表示できる１つ以上の形を定め
るよう少くとも部分的にオーバラツプしている０２枚の
ガラス板１０と１１の内表面の少くとも一方は、電界無
印加時に液晶層のネマテイツクデイレクタが１つの特定
方向に配列するように表面処理が施されている〇メトキ
シルベンジリデンブチールアニリンのような負の誘電異
方性を示す液晶の場合には、表面処理は、電界無印加時
には実質上ホメオトロピツク配列を与え、十分な電界が
印加された時には液晶層の面内での配列が特定の優先方
向を与えるものとする。

これは、まず斜め蒸着あるいはラピングにより液晶層の
面内での優先配列方向を与える微細表面組織を形成し、
次いで表面活性剤で該処理表面を被覆することによりポ
メオトロピツク整列を起させるようになすことによつて
達成できる〇ベンチールシアノビフエニールのような正
の誘電異方性を示す液晶の場合には、電界無印加時にホ
モジエニアス平行配列（すなわち、液晶層の面内で１つ
の優先方向に配列される状態）を与えるように表面処理
を施こす。これは、例えばラピングあるいは斜め蒸着に
より微細表面組織を形成することによつて達成できる〇
液晶層中には、屈折率が液晶の常光屈折率もしくは異常
光屈折率に整合した透明固体の微粒子が分散されている
０セルの動作様式は、液晶が正と負の誘電異方性のいず
れを示すか、透明固体の屈折率が液晶の常光屈折率か異
常光屈折率のいずれに整合しているかに依存する。

ある表示が付勢されるとき、液晶層の１つ以上の領域が
ホメオトロピツクに配列され、残りの領域はホモジエニ
アスで平行に配列される０ホメオトロピツク配列領域で
は、光は液晶層の常光屈折率に対応する単一速度で層の
厚み部分を通過するだろう０残りの領域では、一般に、
光は異つた速度で伝播する２つの成分すなわち常光線成
分と異常光線成分とに分割されるだろう。

分散されている透明固体粒子の屈折率が液晶の常光屈折
率に整合している場合には、ホメオトロピツク配列領域
は明るい呈観を示すだろう。

従つて、これらの領域と残りの領域との間に目に見える
コントラストを与えるには、照明光は後で散乱されるよ
うな異常光線成分を含むようなものでなければならない
０この照明条件は非偏光光線で照明がなされるなら満た
されるが、直線（平面）偏光光線で照明を行う場合には
、ネマテイツクデイレクタの配列方向が直線偏光光線の
偏光面に垂直にならないように（さもないと異常光線成
分が含まれない）注意が払われるべきである〇分散され
ている透明固体粉子の屈折率が液晶の異常光屈折率に整
合している場合には、ホメオトロピツク配列領域は屈折
率の不整合のため生じる光の散乱の結果曇つた呈観を示
すだろう０従”つて、これらの領域と残りの領域との間
に目に見えるコントラストを与えるには、残りの領域は
明るい呈観を示さなければならない。

このことは、ネマテイツクデイレクタの配列方向が偏光
面に垂直になるように配向された直線偏光光線で照明が
行なわれなければならないことを意味する。種々の可能
な装置についての上記要件が第２図に整理して示されて
いる。

セルの代替構成では、液晶層中に透明固体の粒子を分散
させる代りに、ガラス板１０と１１の少くとも一方の内
表面に粗い組織をもたせることで必要な光散乱を達成す
る０境界面の両側で屈折率に差があるときだけ粗い組織
は光を散乱させる。

そのため、もしこの表面が同じ屈折率をもつた液体と接
触して配置されれば粗い組織は目に見えないだろう。そ
のゆえ、粗い表面組織をもつたガラス板は液晶の常光も
しくは異常光屈折率と整合した屈折率をもつガラスで作
られる。あるいは、ガラス板の内表面は円滑とし、該内
表面に、これとの隣接面が平滑で他方の露出面が粗い組
織になつている膜を接着してもよいｏこの場合には、該
膜は整合した屈折率を有するものとするがガラス板はそ
うする必要はない〇次に、本発明の第２の態様を再び第
１図を参照して述べる０２枚のガラス板１０と１１がネ
マテイツク液晶媒質の薄層１３を充填した外囲体を形成
するように周縁シール材１２を介して固着されている０
ガラス板１０と１１の内表面は典型的には酸化インジウ
ム錫で形成された透明電極１４と１５を備えている０こ
れらの電極はセルにより表示できる１つ以上の形を定め
るよう少くとも部分的にオーバラツプしている。

ガラス板１０と１１の内表面の少くとも一方は、電界無
印加時に液晶をある特定の配列状態になすような表面処
理を施されている０正の誘電異方性を示すネマチツク液
晶の場合はこの配列状態はホモジエニアスでかつランダ
ムな配列状態とし、負の誘電異方性を示す液晶の場合は
ホメオトロピツクとする。正の誘電異方性を示すシアノ
ビフエニールの場合、ホモジエニアスランダム配列は内
表面の１つをクロロトリメチールシランの溶液で処理す
ることによつて促進できる０メトキシルベンジリデンブ
チールアニリンのような負の誘電異方性を示すネマテイ
ツク液晶の場合は、例えば６価の臭化トリメチールアン
モニウムのような別種の表面活性剤を用いる〇負の誘電
異方性を示すネマテイツク液晶の場合は、印加電界の存
在下でホモジエニアス平行配列を促進する傾向のある表
面組織が存在しないように注意が払われねばならない。
また、表面処理に際しては、不完全なホメオトロピツク
配列があるとこの配列でのバイアスは所要のホモジエニ
アスランダム配列状態よりもむしろホモジエニアス平行
配列状態に装置をスイツチングしてしまう可能性がある
ので、不完全なホメオトロピツク配列を与えないように
表面活性剤を塗布するよう注意が払われねばならない〇
正の誘電異方性を有するセルでも負の誘電異方性を有す
るセルでも、表示はホメオトロピツク配列にある表示領
域とホモジエニアスランダム配列にある表示領域との間
の呈観の違いを利用する〇ホメオトロピツクに配列され
た領域は、分子がこの領域内では単一方向に配列されて
いるので明るく見える。

ホモジエニアスランダム配列の領域は、種々の異なる分
子方位をもつドメインの境界で起こる光の散乱のために
曇つて見える。これら２つのセルの主な相違は、正の誘
電異方性を有するセルは付勢状態で明るく見え、負の誘
電異方性を有するセルは付勢状態で曇つて見える点にあ
る〇本発明における散乱は動的な騒乱によるものではな
いので、セルの厚み部分を通る電流の流れを必要としな
い０そのため、動的散乱セルで行なわれているような電
気伝導度を高めるためのドープ剤の使用は必要ない。か
くて、本発明においては、電界効果モードでの動作ゆえ
低い動作電流と電圧でよく、また、動的散乱モードで動
作するセルの場合に直面する電気伝導に関連した問題の
いくつかを避けることができる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少くとも一方が透明である２枚の電極を有する板間
   にネマティック液晶媒質の薄層が挾持されており、電極
   間への電圧印加の有無により液晶層の少くとも一部の部
   分のネマティックディレクタが液晶層の面内に実質上あ
   つて特定の一方向に配列した状態と液晶層の面に実質上
   垂直に配列した状態との間でスイッチングできるような
   液晶層表面配向手段が備えられているネマティック液晶
   表示セルにおいて、（ａ）前記液晶層の一主表面を液晶
   媒質の常光ないし異常光屈折率と整合した屈折率を有す
   る透明固体から成る粗い表面と境界をなして接触させる
   か、あるいは、（ｂ）前記液晶層中に液晶媒質の常光な
   いし異常光屈折率と整合した屈折率を有する透明固体材
   料の粒子を分散させることにより、前記透明固体あるい
   は前記透明固体材料粒子の屈折率を前記ネマティック液
   晶媒質の常光屈折率と整合させた場合に前記ネマティッ
   クディレクタが前記液晶層の面に垂直に配列するとき垂
   直入射光は散乱されず、前記透明固体あるいは前記透明
   固体材料粒子の屈折率を前記ネマティック液晶媒質の異
   常光屈折率と整合させた場合に前記ネマティックディレ
   クタが前記液晶層の面に垂直に配列するとき垂直入射光
   は散乱されるようにされた前記ネマティック液晶表示セ
   ル。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、前記液晶媒質
   は正の誘電異方性を示すもので、前記電極板間に電界が
   印加されないとき前記表面配向手段はネマティックディ
   レクタのホモジエニアス平行配列を与えるようになつて
   いることを特徴とするネマティック液晶表示セル。 ３ 特許請求の範囲第１項記載において、前記液晶媒質
   は負の誘電異方性を示すもので、前記電極板間に電界が
   印加されないとき前記表面配向手段はネマティックディ
   レクタのホメオトロピック配列を与えるようになつてい
   ることを特徴とするネマティック液晶表示セル。