JPS6378126A - 強誘電性液晶パネル - 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】 産業上の利用分野 本発明は表示装置、光シャンクー用パネルに係わり、特
に強誘電性液晶パネルに関するものである。

従来の技術 従来の技術を以下、図面を用いて説明する。

現在、液晶表示装置としてはＴ　Ｎ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ
Ｎｅｍａｔｉｃ）型表示方式が最も広く用いられている
。

しかし、他のディスプレイ　（プラズマディスプレイ、
エレクトロルミネッセンスディスプレイ等）と比較する
と応答速度の点で劣っており、大巾な改善が現在まで見
られていない。

最近、強誘電性液晶を利用した表示方式が発表され、そ
の速い応答速度の他に高いマトリックス性を有する可能
性を持つことから非常に注目を集めている。参考文献：
エヌ、ニー、クラーク、ニス、ティー、ラガーバール；
ニービーピーエル。

ピーエイチ、ワイエス、エルイーティーティー、。

３６．８９９　（１９８０）およびティー、ハラダ、イ
ーティー　ニーエル、ニスアイディー　８５　　ダイジ
ェスト　　１６　　１３０１９８５）　　　（Ｎ、Ａ、
ＣＩｅｒｋ＋Ｓ、Ｔ、Ｌａｇｅｒｗａｌｌ；八ｐｐ１．
Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、、３６，８９９（１９８０）お
よびＴ、Ｈａｒａｄａ。

ｅｔ　ａｌ、ＳＩＤ　８５　ＤＩＧＥＳＴ　１６１３Ｈ
１９８５））まず、強誘電性液晶ついて図を用いて説明
する、強誘電性液晶とは強誘電性を示す液晶のことを言
う。結晶の対称性の理論から強誘電性を示すためにはま
ず液晶分子が不斉中心を有しておらなければならず。ま
た層構造を有しがっ層内で分子が傾いている必要がある
。このような対称性を満足する液晶相としてスメクチッ
クＣカイラル相、スメクチックＩカイラル相、スメクチ
ックＣカイラル相などが現在まで発見され強誘電性液晶
相として認められている。本明細書では強誘電性液晶相
の中で最も高い対称性を有するスメクチックＣカイラル
相を用いてその性質を説明する。第２図は強誘電性液晶
分子の模式図である。強誘電性液晶は通常、スメクチッ
ク液晶と呼ばれる層構造を有する液晶である。分子は層
の垂線方向に対してθだけ１頃いている。

また強誘電性液晶は不斉中心をもつことがらラセミ体で
ない光学活性な液晶分子によって構成されている。分子
の構成として第２図に示すように強誘電性液晶分子は分
子の長軸に垂直な方向に自発分極となる永久双極子モー
メントを有しており、カイラルスメクチックＣ相におい
ては第２図の円錐形（以下コーンと呼ぶ）の外側を自由
に動くことができる。またコーンの中心点Ｏより液晶分
子に対して下したベクトルはＣダイレクタ−と呼ばれて
いる。

第２図において２１は液晶分子、２２は永久双極子、２
３はＣダイレクタ−１２４はコーン、２５は層構造、２
６は層法線方向、２７は傾き角θを示している。

強誘電性液晶分子は不斉原子を有しているため通常、ね
じれ構造を有している。このねじれ構造を第３図に示す
。第３図より層の法線方向にねじれ構造が存在すること
がある。

第３図において３１は液晶分子、３２は永久双極子モー
メント、３３はねじれの周期を表すピッチ（Ｌ）、３４
は層構造、３５は層の法線方向、３６は傾き角θを表す
。

次に強誘電性液晶の動作原理について図・を用いて説明
する。強誘電性液晶パネルのセル厚（ｄ）がピッチより
厚いとき（ｄ＞Ｌ）、セル基板表面の影響はセル中央部
まで及ばないため、通常、ねじれ構造を持った状態で存
在する。しかしセル厚がピッチより小さいとき（ｄ＜Ｌ
）ねじれ構造は基板表面の力でほどかれ第４図ａのよう
な分子が基板表面と平行になった二つの領域（ドメイン
）が現れる。この二つの領域は分子の持つ永久双極子モ
ーメントがそれぞれ反対の方向を向いているものであり
、一方は紙面裏から表方向へもう一方は紙面表から裏方
向へ向いている。これはそれぞれ層法線に対する分子の
傾き角に対応している。

このとき紙面裏方向から表方向に電界を印加すると永久
双極子モーメントは全て電界の方向に向き第４図すのよ
うに分子が全て十〇の傾き角を持った状態となる。この
ような状態で偏光板の偏光子（Ｐ）の偏光軸方向を分子
の長軸方向に検光子（Ａ）の偏光軸方向を分子の短軸方
向に平行にすると（第４図す参照）偏光子（Ｐ）を通過
した直線偏光は複屈折を受けずに透過し検光子（Ａ）に
より遮られ暗状態が得られる。また電界を逆方向に印加
すると第４図Ｃのように分子が全て一θの傾きを持つ状
態となり偏光子を通過した直線偏光は複屈折効果により
検光子を通り抜は明状態が得られる。

第４図ａｂｃにおいて４１は電界の方向、４２は分子の
永久双極子モーメント、４３は層構造、４４は（頃き角
θ、４５は偏光子（Ｐ）、検光子（Ａ）の偏光軸をそれ
ぞれ表している。

以上のように電界の正負により明暗の状態をそれぞれ得
ることができる。

（文献：福田、竹添、近藤、：強誘電性液晶を使った高
速ディスプレイ、オプトロニクス、９合、６４頁、１９
８３年） またこのようにセル厚がピッチより小さいセル（ｄ　＜
　Ｌ）においては通常ねじれ構造がほどけているため電
界を取り除いた後も分子はそのままの状態で安定であり
、いわゆるメモリー効果が生じるといわれている。

発明が解決しようとする問題点 前文に示したように強誘電性液晶パネルはその表示原理
からコーンの両端（十〇、−〇）にしか安定状態が存在
しないため二つの明るさく明状態、と暗状態）しかとれ
ず、中間調が出せないという問題点があった。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、基板上にスペーサーを設け
た状態で斜め方向から蒸着する（斜方蒸着）ことで中間
調表示を可能にせしめるものである。

作用 基板上にスペーサーを設けた状態で斜方蒸着を行うこと
で基板上に配向膜層としての蒸着膜が存在する部分と無
い部分を作成し、その各々の電気光学的な特性が異なる
ことを利用して中間調表示の可能な強誘電性液晶パネル
を可能にできる。このことを図面を用いて簡単に説明す
る。第１図はスペーサーを設けた基板上に斜め方向から
蒸着したときの模式図を描いたものである。ここで１１
は蒸着方向、１２はガラス基板、１３はスペーサー、１
４は基板垂線方向と蒸着方向の成す角、１５はＩＴＯ層
、１６は斜方蒸着でスペーサーにより影となる部分を示
している。スペーサー１３は斜方蒸着されるとき影１６
を作り、スペーサーの高さくｈ）と蒸着方向１１の角度
（９０’−θ）により、次式のように蒸着されない影の
長さくＬ）が決る。

Ｌ　＝　ｈ　ｘ　ｔａｎ　　（９０−θ）　　　　−・
−−−−−−１ｆ）このときθが８５″のときＬは約１
１ｈとなる。

実施例 以下に本発明の強誘電性液晶パネルの一実施例について
図面を用いて説明する。本実施例では基板上にラインス
ペーサーを設け、ラインスペーサーに垂直に斜方蒸着を
行うことで蒸着膜の在る部分と無い部分を生じさせてい
る。

ラインスペーサーは第５図に示したようにガラス基板５
１の上に設けたＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）の透
明電極５２上に感光性ポリイミドを用いてフォトプロセ
スにより幅４０μｍでピッチ０．４鶴の仕様でラインス
ペーサー５３を形成した。

次に斜方蒸着の方法について説明する。斜め蒸着法の実
際のやり方を第６図に示す。

真空状態となる１着釜（ペルジャー）内に蒸着源があり
、抵抗加熱、あるいは電子ビームを照射することにより
加熱することができるようになっている。セル基板は基
板垂線方向から蒸着方向に対してθだけｆ頃けてセット
される。

６１はペルジャー、６２はセル基板、６３は蒸着源、６
４は傾き角θ。

○斜め薄着法の参考文献：■ダブリュ、アルバック、エ
ム、ポイクス、イー、ギイヨン；蒸着膜上のネマチック
相とスメクチック相の配向、アブライラド　フィジフク
ス　レター、２５巻　９号（１）４７９頁　１９７４年
　（Ｗ、ＬＩｒｂａｃｂ＋Ｍ、Ｂｏｉｘ、ａｎｄ　Ｅ、
Ｇｕ−ｙＯｎ　　；　　　八ｌｉｇｎｍｅｎｔ　　ｏｆ
　　ｎｅｍａｔｉｃｓ　　ａｎｄ　　ｓｍｅｃ−ｔｉｃ
ｓｏｎ　ｅｖａｐｏｒａｔｅｄ　　ｆｉｌｍｓ、Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ。

Ｖｏｌ、　　２５．Ｎｏ、９．Ｉ　　Ｐ、４７９　Ｎｏ
ｖｅｍｂｅｒ　　１９７４）■上本勉、岩崎泰部、吉野
勝己、大石嘉雄：スメクチフク強誘電性液晶の電気光学
的性質（２）、第４回　液晶討論会　予稿集（１９７８
年）講演番号Ｒ１３ 実施例で行った斜方蒸着法の構成について詳しく述べる
。第１図は本発明の主となる蒸着法の構成を表している
。矢印１１は蒸着方向を表しており、ＩＴＯ付きガラス
基板１２の上にはラインスペーサー１３が前述のように
並んでいる。このときラインスペーサーと蒸着方向は直
角になるように配置した。

１４は蒸着角度（θ）を表している。

蒸着材料は一酸化ケイ素（Ｓｉｎ）を用いた。

蒸着角度は８５度を用いた。

蒸着速度は約２０人／　ｓｅｃ　、膜厚は基板垂直方向
からの厚さで約３００人とした。

このように斜方蒸着を行ったＩＴＯ基板を用いて強誘電
性液晶パネルを作成した。パネル構成を第　図に示す。

第７図において７１は偏光板、７２はガラス基板、７３
は１７０層、７４はＳｉＯ斜方蒸着層、７５は強誘電性
液晶層、７６はセル厚調整のためのラインスペーサー、
７７は蒸着方向の組合せ方を示す。

上下基板の蒸着方向は上下で反平行となるようにした。

実験に用いた強誘電性液晶材料はエステル系の温度範囲
が０℃〜５８℃まで強誘電性を示す液晶材料を用いて行
った。下に用いた強誘電性液晶の相転移温度を示す。

Ｃｒ−一→ＳｍＣ＊−一→ＳｍＡ−−→Ｃｈ〜０℃　　
　　　５８℃　　　　８２℃−一−→Ｉｓ。

９５℃ ここで、Ｃｒ　　：結晶相 ＳｍＣ＊：スメクチックＣカイラル相 ＳｍＡ　　：スメクチックＡ相 Ｃｈ　　：コレステリック相 Ｉｓｏ　　：等方性液体 １００℃までパネルを加熱し等方性液体とした後、ゆっ
（りと除冷する（０．６℃／ｌｌｌ１ｎ）ことによりス
メクチックＣカイラル相のモノドメインを得た。

次にこのパネルを用いて電圧−透過率曲線（以下、Ｂ−
Ｖ曲線とする）を測定した。

Ｂ−Ｖ曲線の測定に用いた光学実験系を第８図に示す。

第８図において光源８１より発せられた白色光は偏光子
８２を通り液晶セル８３に直線偏光として入射した後、
検光子８４を通って集光レンズ８５によって集光され光
電子倍増管８６で感知され、ストレージオシロ８７によ
りＢ−Ｖ曲線として測定される。なお液晶セルにはプロ
グラマブルパルスジェネレーター８８により任意の波形
を加えることができるようにした。

このような実験系において前述の構成を有する強誘電性
液晶パネルのＢ−Ｖ曲線を測定した。

しきい値特性のＢ−Ｖ曲線の測定に用いた電圧波形を第
９図に示す。第９図で一定のリセットパルス９１が印加
された後、しきい値特性を測定するための逆極性の可変
パルス９２が印加される。この一連のパルスはある一定
の時間９３（フレーム周波数）ごとに印加されている。

まず上下基板とも蒸着された部分だけを測定して得られ
たしきい値特性のＢ−Ｖ曲線の一例を第１０図に示す。

第１０図において横軸は時間（１）であり、縦軸は電圧
（Ｖ）あるいは輝度（Ｂ）である。上図は印加した電圧
波形であり、下図は対応する輝度曲線である。しきい値
を測定するための可変パルス１０１を徐々に大きくして
いくと第１０図ではリセットパルスにより暗状態となっ
たものがだんだん明状態になっていく。このとき可変パ
ルスの電圧に対して可変パルスが印加され最も光量が変
化した点の輝度をプロットしたものを第１１図ａｂに示
す。第１１ａｂにおいて横軸は電圧、縦軸は輝度を表し
ている。また第１１図ａｂでリセットパルスの電圧は２
５Ｖ、可変パルスの電圧は０から２５Ｖとし、パルス幅
は両　２方とも１ｍｓとした。第１１図ａは可変パルス
の極性が正で暗から明状態に第１１図すは可変パルスの
極性が負で明から暗状態にそれぞれ変化している同様に
して片面だけ蒸着膜が存在している部分のしきい値特性
を測定した結果を第１２図ａｂにそれぞれ示す。第１１
図ａｂ、第１２図ａｂより両面蒸着された部分は片面蒸
着された部分よりもしきい値が高くなっていることがわ
かる。

また両面蒸着と片面蒸着の部分の両方を同時に測定した
しきい値特性を第１３図ａｂに示す。第１３図ａｂは第
１１図ａｂ、第１２図ａｂを足し合せたようなしきい値
特性であり、二段の中間調の出やすいかたちとなってい
る。

発明の効果 本発明は基板上にスペーサーを設けた状態で斜方蒸着行
うことで基板上に配向膜層としての蒸着膜が存在する部
分と無い部分を作成したことでしきい値特性がなだらか
、あるいは階段上になり中間調表示の可能な強誘電性液
晶パネルを実現した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸着方法の構成を示す模式図、第２図
は強誘電性液晶の構造を表す模式図、第３図は強誘電性
液晶のねじれ構造を表す模式図、第４図ｆａ）　（ｂ）
　ｆｃ）は強誘電性液晶の薄いセル厚のパネルでねじれ
構造がほどけた状態を表す模式図と薄いセル厚の強誘電
性液晶パネルにおいての動作原理を表す模式図、第５図
はガラス基板上に設けたＩＴＯの透明電極上に感光性ポ
リイミドを用いてラインスペーサー形式を示す構成図、
第６図は蒸着装置および蒸着方法を示す模式図、第７図
は本発明で用いた強誘電性液晶パネルの模式図、第８図
は従来例および実施例のＢ−Ｖ曲線測定に用いた光学系
の模式図、第９図は強誘電性液晶パネルのしきい値特性
を測定するときの電圧波形のグラフ１、第１０図はしき
い値特性を測定する印加電圧に対するＢ−Ｖ曲線を表し
たグラフ、第１１図（ａ）　ｆｂ）は両面蒸着された部
分のしきい値特性を表すグラフ、第１２図（ａ）（ｂ）
は片面蒸着された部分のしきい値特性を表すグラフ、第
１３図（ａｌ　（ｂｌは両面および片面蒸着された部分
の両方を測定したときのしきい値特性を表すグラフで高
コ。 １１・・・・・・蒸着方向、１２・・・・・・ガラス基
板、１３・・・・・・スペーサー、１５・・・・・・Ｉ
ＴＯ層。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第　１　図 第　２　図 Ｘ□ 第　３　図 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図 ■ 第１０図 第１１図 電属（Ｖ） 電属（Ｖ） 第１２図 電属（■ン　　　　・ １ミしたヒ　（ン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶層と前記液晶層を挾持するように配置した少
   なくとも一枚は透明である複数の基板と前記液晶層に電
   圧印加が行えるように前記基板に付設した電圧印加手段
   とを具備しており、またセル厚を規定するスペーサーを
   少なくとも一方の前記基板に付設してあるパネルにおい
   てスペーサーを付設した基板に対して斜め方向から無機
   物質を蒸着することにより、強誘電性液晶の配向制御を
   行うことを特徴とする強誘電性液晶パネル。
2. （２）無機物質が酸化ケイ素であることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の強誘電性液晶パネル。
3. （３）スペーサーが絶縁物質であり、印刷法を用いて作
   成されたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の強誘電性液晶パネル。
4. （４）スペーサーがライン状に形成されており、そのラ
   インに垂直な方向から蒸着を行うことにより中間調表示
   を可能とすることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項または第（３）項のいずれかに記載の強誘電性液晶パ
   ネル。