JPS62153836A - 液晶表示装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は全く新しい駆動原理に基づく液晶表示装置に関
する。

（発明の前景） 液晶表示装置は、液晶の配向状態を変えると光学的性質
が変わる現象を利用して表示を行なうものであるが、従
来の駆動原理は、液晶に電圧を印加するか又は液晶に電
流を流すことにより液晶の配向状態を変え、それにより
光学的性質の変化（コントラスト）を引き起こし、この
コントラストを表示に利用するものである。

（発明の目的） 本発明の目的は、全く新しい駆動原理に基づく液晶表示
装置を提供することにある。

（発明の概要） 液晶が強誘電体の分極方向に対して平行に（正の誘電異
方性を有する液晶の場合）又は垂直に（負の誘電異方性
を有する液晶の場合）配向する現象が知られている（Ｍ
、　ＧＬｏｇａｒｏｖａ　　ｅｔ　　ａｌ、Ｊ。

Ｐｈｙｓｉｑｕｅ、　　４０．　Ｃ５−５０２（１９７
９）参照）。

一方、強誘電体の分極方向が外部を場の方向にならう現
象も知られている。

本発明者らは、先にこれらの現象を組み合わせることに
より、全く新しい駆動原理に基づ（液晶表示装置を発明
し、特許出願をした（特願昭５９−１３７７６７号）。

この出願の液晶表示装置は、強誘Ｔ！ｊ、木、該強誘電
体の分極状態を変化させる駆動手段、及び該強誘電体に
直接接して又は配向膜を介して配置された液晶からなり
、該液晶の配向状態を該強誘電体の分極状態によって変
化させることを特徴とするもである。

本発明者らは、更に研究を進めたところ、先の出願の液
晶表示装置に使用する液晶として、特に「強誘電性液晶
」を使用した場合には、著しい３つの効果が認められる
ことを見い出し、本発明を成すに至った。

従って、本発明は、「強誘電体、該強誘電体の分極状態
を変化させる駆動手段、及び該強誘電体に直接接して又
は配向膜を介して配置された強誘電性液晶からなり、該
液晶の配向状態を該強誘電体の分極状態によって変化さ
せることを特徴とする液晶表示装置」を提供する。

強誘電性液晶は比較的最近開発されたものであり、液晶
分子が自発分極、すなわち応力や電界などの外場を印加
されてない状態でも分極を持つ。

外部電界の印加により自発分極の向きを反転する（この
とき液晶分子が方向を変える）とき、特に強誘電性であ
るという。

「強誘電性液晶」それ自体は既に知られており、例えば
次のものが挙げられる。

ト　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　ドいずれも分子長軸に対して垂
直方向に分極している原子団例えば〉Ｃ−０を有し、そ
のため強誘電性液晶には、長軸に対し垂直方向に永久双
掻子モーメントｍが存在する。

通常、強誘電性液晶は、カイラル・スメチソクモード（
ＳｍＣ”　）を取り、液晶層を例えば１μｍ程度に薄く
した場合には、らせん構造が解けて第２図（ａ）のよう
に液晶分子（符号１）が一定の方向に配向する。このと
き、外部′ｒ４場Ｅが液晶分子のモーメントｍに作用す
ると、モーメントｍは電場Ｅにパラレルになろうとする
が、モーメントｍは長軸に対して固定されているので結
局液晶分子の方向が変化する。この様子を第３図で説明
する。第３図は液晶分子１を真上から見た様子を概念的
に示すもので、 図ｆａ）は、外部電場Ｅを第３図紙面に対して上向き（
Ｏで示す）に印加した場合で、このとき液晶分子のモー
メントｍも上向き０になり、液晶分子の長軸は基準軸Ｙ
に対して＋θ（傾き角という）傾いて、第２図（ａ）の
如く配向する。

第３図（ｂ）は、外部電場Ｅを第３図紙面に対して下向
き（■　で示す）に印加した場合で、このとき液晶分子
のモーメントｍも下向き■になり、液晶分子の長軸は基
準軸Ｙに対して一〇傾いて、第２図（ｂ）の如（配向す
る。

傾き角θは、液晶の種類によって異なり、ｏ＜ｌθ１≦
４５゜ の範囲の角度をとる。

以上説明したような現象を利用して本発明の表示装置を
作るとき、それは２つのタイプに分けられる。１つは、
偏光を利用するタイプ、もう１つは、ゲスト・ホストタ
イプである。前者の場合には、偏光板を光の入射側にも
出射側にも配置する必要があり、後者の場合には偏光板
を入射側に配置する必要がある。この様子をモデル的に
示したのが、第４図で、図（ａ）が前者の例、図（ｂ）
が後者の例である。コントラストは前者ではθ−２２，
５°、後者ではθ−４５°のとき最大になる。

従って、電場Ｅの印加方向を変えることにより液晶の配
列を第２図（ａｌ−ｔｂ１間で変え、それにより透過光
量を変えることができる。

一方、強誘電体の例としては次のものが挙げられる。

（１）　　リン酸二水素カリウム、ロッシェル塩等の結
晶物質、 （２１ＰＬＺＴ、ＰｂＴｉＯｓ　、５ｉＴｉＯｓ、Ｚ　
ｎ　Ｏ％　Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３等のセラミックスや酸
化物の薄板あるいは、これらの物質を真空薄膜形成技術
（例えばスパッタリング）で薄膜としたもの、（３）　
　ポリフッ化ビニリデンその他の高分子の押出しフィル
ムあるいは塗布して得られる薄膜（４）　　その他、抗
電場が小さく室温で強誘電体となる硫酸グアニジンアル
ミニウム、硫酸グリシン、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸
カリウム、モリブデン酸カドリニウム、硫酸グアニジン
カリウム、モリブデン酸テルビウム、硫酸ナトリウムな
ど。

もちろん、これらの強誘電体は２種以上の混合物で使用
してもよいし、常誘電体物質との混合物の形で使用して
もよい。

このような強誘電体は、外部電場の印加によらず分掻（
自発分掻）シており、永久双極子モーメントＭを有する
。このモーメントＭの方向は、それぞれの結晶状態に応
して強誘電体の膜面と平行でかつ一方向に揃っている状
態、面と平行でかつランダムな状態、面に垂直な又はそ
れに近い方向に揃っている状態、面に全くランダムな状
態のいずれかにある。そして、外部電場Ｅがモーメント
Ｍに作用すると、モーメントＭは電場Ｅにパラレルにな
る。

強誘電性液晶と強誘電体とを直接又は配向膜その他を介
して接触させると、強誘電体のモーメントＭが液晶のモ
ーメントｍに影響を及ぼし、モーメントＭに対しモーメ
ントｍはパラレルになろうとする。そして、このモーメ
ントＭのモーメントｍに対する作用力は、液晶が強誘電
性でない液晶の場合よりも大きい、従って、強誘電体を
用いた先の出願の液晶表示装置に於いて、液晶として強
誘電性液晶を使用すると、Ｍとｍとの相互作用により、
液晶の応答速度（配向状態の変化）が極めて速くなる。

これが第１の効果である。

尚、先の出願に既に開示されているように、特に強誘電
体及び強誘電性液晶の双方に外部電場Ｅを印加すると、
強誘電性液晶のモーメン）ｍに対し、外部電場Ｅの作用
と強誘電体のモーメントＭの作用の双方が及ぶことにな
るので、応答速度（特に配向状態の立上り変化）は従来
の強誘電体を用いない液晶表示装置よりも著しく速くな
る。

先に述べたように強誘電性液晶は、記憶性を有している
が、駆動電圧（電場Ｅ）に対する明確なシキイ値を有し
ない、このことは、ドツトマトリックス型のディスプレ
ーを時分割駆動する場合、非選択時の画素（ドツト）に
かかるクロストーク電圧によって誤動作する危険を物語
る。この誤動作を防ぐために、単純なりロストーク電圧
に代えて複雑な交流バイアス電圧を印加し、平均して液
晶に加わる電圧を零にする駆動方式がある。しかし、こ
の交流バイアス方式は駆動回路が複雑となるばかりでは
なく、消費電力が大きいという重大な欠点を有する。

それに対して、強誘電体のモーメン）Ｍは、比較的明確
なシキイ値を有しており、クロストーク電圧によって、
モーメントＭの向きが反転することがない、これが第２
の効果である。

従って、強誘電性液晶のモーメン）ｍに強誘電体のモー
メン）Ｍを作用させれば、安定化するので、交流バイア
ス方式の如き重大な欠点のない方式が利用できる。

また、既述の如く液晶層を薄くすることで表示装置に使
用できる強誘電性液晶のＳｍＣ“は温度が例えば６０℃
以上になるとＳｍＡになる。しがし、このＳｍＡモード
は表示に使用できない。ところが、強誘電体のモーメン
トＭが存在すると、その作用によりＳｍＡモードに変化
する臨界温度が上昇する。つまり、表示装置としての耐
熱温度が向上する。これが第３の効果である。

以上、述べた通り、強誘電体を用いた液晶表示装置に於
いて、液晶として特に強誘電性液晶を選択すると、両者
の相互作用により、■応答速度が速（なる、■欠点のな
い駆動方式を利用できる、■耐熱性が向上するという３
つの顕著な効果がもたらされる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１） 第１図は、本実施例の液晶表示装置の垂直断面の様子を
示す概念図であり、理想的な液晶１としてθ−２２，５
のものを使用する。

この装置は、基本的には、ＳｍＣ”のらせん構造の解か
れた厚さ１μｍ程度の強誘電性液晶層１と、それを挟む
少なくとも一方が透明な一対の強誘電体層２と、更にそ
れらを挟む少なくとも一方が透明な一対の電極層３ａ、
３ｂとからなり、強誘電体層２の表面（液晶層と接触す
る側）には、水平配向膜４がそれぞれ設けられている。

この場合、液晶分子１は、基板Ｓ面に平行に配向し、基
板Ｓ面に垂直な方向からみた液晶分子の配向状態は第２
図（ａ）の通りである。

電橋３ａ−３ｂ間に駆動手段（図示せず）によって駆動
電圧Ｖａｐｐ１．を印加すると、電圧Ｖａｐｐｌ、は、
液晶層ｌの容量をＣ１ｃ、強誘電体層２の容量をＣｆｅ
とし、配向膜４を無視すれば、おおむね式（１）： ％式％ の割合でほぼ分割され、液晶層１にＶｌｃの電圧が加わ
り、強誘電体層２にＶｆｅの電圧が加わり、式（２）： ％式％ が成立する。

他方、液晶Ｎ１の誘電率をｔｉｃ、厚さをｄｌＣ１面積
をＳｌｃ強誘電体層２の誘電率をＣｆｅ、厚さをｄｆｅ
、面積をＳｆｅとすると、式（３）：（但し、ｔｏは真
空誘電率） 及び式（４） が成立する。

今、５ｌｃ−３ｆｅであるから、式＋ｌｌ　〜＋４１か
ら、式（５）： ％式％ 及び式（６）： ２ｇ１ｃ−ｄｆｅ・ｇｆｅ−ｄｉｅ が導かれる。

強誘電体２が自発分掻の方向を変えるには強誘電体の抗
電場Ｅｃより大きなｔ壜が印加されることが必要である
から、 Ｖｆｅ −＞　Ｅ　Ｃ Ｖｆｅ でなければならず、結局式（７）： を満足するＷＡ動電圧Ｖａｐｐｌが必要となる。

また液晶分子１が配向を変えるには液晶層１に対しシキ
イ値電圧ｖｔｈ以上の電圧が印加されることが必要であ
り、そのためには、式（８）：％式％） を満足する駆動電圧Ｖａｐｐ１．が必要となる。

従って、式（７）及び（８）を満足し、かつ出来るだけ
小さい駆動電圧を電極３．ａ　−３ｂ間に印加すると、
液晶層１にはｖｔｈ以上の電圧が加わり、かつ強誘電体
２の変化した自発分掻の影響が加わるので、液晶１は橿
めて急峻に配向し、第１図（ｂ）の如（なる。この状態
で基板Ｓ面に垂直方向から液晶分子１の配向状態を見れ
ば、第２図（ｂ）の如く見える。この状態は′：ｌ圧印
圧印上めてもメモリーされる。

そして、逆方向の電圧Ｖａｐｐ１．を印加すると、第１
図（ａ）の配向状態に戻り、この状態は電圧印加を止め
てもメモリーされる。

従って、基板Ｓの外側に第４図（ａ）の如く入射側に偏
光子Ａを基準軸Ｙに十〇傾けて配置し、出射側に偏光子
Ｂを＋θ＋９０゛傾けて配置すれば、出射光は駆動電圧
Ｖａｐｐ１．を印加の方向を変えることによって、光量
変化（コントラスト）が生じる。

なお、水平配向＠４は、例えば（イ）３ｉＱｘの斜め蒸
着や（ロ）Ｓｉｆｔその他の無機薄膜、ポリイミド、Ｐ
ＶＡ、エポキシ樹脂、ナイロン等の樹脂塗膜、シランカ
ップリング剤の塗膜等を形成した後又は形成せずに、脱
脂綿、研摩布でラビングすることにより形成することが
できる。

（実施例２） 第５図は、本実施例の液晶表示装置の垂直断面の様子を
示す概念図である。ここでは液晶１として理想的にはθ
−４５°のものを使用する。

この装置を製作するには、先ず、ＩＴＯｉ！；明電極層
（３ａ、３ｂ）の形成されたガラス基板Ｓを２枚用意す
る。

一方、硫酸グリシンを水に溶かした３０重量％水？８液
と１重量％のポリビニルアルコール水溶液を、重量比で
１＝１に混合し、この混合液を前記基板の電極層の上に
スピンナー法によりコートし、乾燥させた後、１５０℃
で焼結し、強誘電体層２を形成させる。

次に各基板Ｓを「シランカップリング剤：商品名ＫＢＭ
−４０３（信越化学（株）製）をイソプロピルアールに
溶かした０、５重量％溶液」に浸漬し、引き上げた後、
自然乾燥させた後、１１０℃で加熱乾燥させ、その後４
０℃まで徐冷して水平配向膜４を形成させる。続いて、
配向膜４を琢磨布で一方向にラビングする。（配向膜４
を形成せずに単に強誘電体層２をラビングしてもよい、
）こうして得られた基板８２枚を配向膜４を内側に対向
させ、厚さ１．５μｍのスペーサーを挾んで周囲をエポ
キシ樹脂で封止した後、内部空間に２色色素を混合した
強誘電性液晶２を注入して、液晶表示装置を組み立てる
。

この装置に駆動手段（図示せず）によって駆動電圧Ｖａ
ｐｐ１．を印加すると、液晶分子１は第５図（ａ）の如
く配向し、これを基板Ｓ面に垂直方向から見れば、液晶
分子１の配向状態は第２図（ａ）の如く見える。この状
態は電圧印加を止めてもメモリーされる。

そして、逆方向の電圧Ｖａｐｐ１．を印加すると、第５
図（ｂ）の配向状態になり、これを基板Ｓ面に垂直方向
から見れば、液晶分子１の配向状態は第２図（ｂ）の如
く見える。この状態は電圧印加を止めてもメモリーされ
る。

従って、この装置の基板Ｓの外側に第４図（ｂ）の如く
入射側に偏光子Ａを基準軸Ｙに十〇傾けて配置すると、
出射光はｔｉ３ａ、３ｂ間に印加する駆動電圧Ｖａｐｐ
１．の方向によって、色が２色間で変化する。この色の
変化（コントラスト）により表示がなされる。一般には
、２色性色素といっても同一の色の濃い←薄いで変化す
るものが多いが、色彩が変化するものある。

（発明の効果） 以上の通り、強誘電体を用いた液晶表示装置に於いて、
本発明に従い液晶として特に強誘電性液晶を選択すると
、電場Ｅと強誘電体のモーメントＭの両方が強誘電性液
晶のモーメントｍに作用し、かつ強誘電体と強誘電性液
晶との特異な相互作用により、■応答速度が速くなる、
■欠点のない駆動方式を利用できる、■耐熱性が向上す
るという３つの顕著な効果がもたらされる。

従って、本発明の表示装置をマトリックス表示に応用す
ると、走査本数を高めることができ、大画面の表示装置
を得ることができ、応答性も高まるので好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１に於ける液晶表示装置の垂
直断面構造を示す概念図である。 第２図は、強誘電性液晶分子の配向状態を説明する概念
図である。 第３図は、強誘電性液晶分子の方向が印加される電場Ｅ
の向きによって変化する様子を説明する概念図である。 第４図は、強誘電性液晶分子の変化方向と偏光子の方向
との関係を示す概念図である。 ｉ５図は、本発明の実施例２に於ける液晶表示装置の垂
直断面構造を示す概念図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・・・・−・・・・・・・・強誘電性液晶又はそ
の分子又は強誘電性液晶層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強誘電体、該強誘電体の分極状態を変化させる駆動手段
   、及び該強誘電体に直接接して又は配向膜を介して配置
   された強誘電性液晶からなり、該液晶の配向状態を該強
   誘電体の分極状態によって変化させることを特徴とする
   液晶表示装置。