JP2003005223A - 高コントラスト比非対称電気光学特性液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

高コントラスト比非対称電気光学特性液晶表示素子の製造方法

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JP2003005223A
JP2003005223A JP2001230583A JP2001230583A JP2003005223A JP 2003005223 A JP2003005223 A JP 2003005223A JP 2001230583 A JP2001230583 A JP 2001230583A JP 2001230583 A JP2001230583 A JP 2001230583A JP 2003005223 A JP2003005223 A JP 2003005223A
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liquid crystal
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crystal display
flcd
phase
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Shunsuke Kobayashi
駿介 小林
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Tokyo University of Science
Japan Society for Promotion of Science
Japan Society For Promotion of Machine Industry
Original Assignee
Tokyo University of Science
Japan Society for Promotion of Science
Japan Society For Promotion of Machine Industry
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 HV−FLCDにおいて、動作電圧の低減、
高コントラスト化、高温時の動作の安定を図る。 【解決手段】 相転移において等方相−カイラルネマテ
ィック液晶相−カイラルスメクティックC液晶相の系列
をとる物質がある。この場合は途中でスメクティックA
相をとらないところが特徴である。このような強誘電性
液晶を用いた電気光学セルは非対称の電気光学特性を示
すことが知られている。これはHalf−V shap
ed switching現象と呼ばれている。このよ
うな強誘電性液晶ディスプレイをHV−FLCDと略記
する。本発明は液晶分子の方位角表面アンカリング強度
をコントロールすることにより、動作電圧の低減および
非対称性の向上、すなわち暗部動作時の光漏れの低減な
ど動作特性の向上を特徴としたHV−FLCDなおかつ
高温において安定動作を示す素子を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子、特
に強誘電性液晶電気光学または表示素子において高いコ
ントラスト比を実現するための製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】クラーク及びラガーウォルにより提案さ
れた強誘電性液晶表示〔特開昭56−107216号公
報〕は双安定性を示し、且つ高速度応答であるため動画
表示用液晶表示素子として期待されてきた。しかし、ジ
グ−ザグ欠陥という欠陥が生じ易く、そのため光漏れが
生じ高コントラスト比の液晶の表示を実現するのが難し
かった。過去においてもC−1及びC−2一様相の定
義(J.Kanbe et al:Ferroelec
trics,114,3−26,1991;M.Kod
en et al:Jpn.J.Appl.Phys.
31,3632−3635(1992)、プレティル
トの値(Kanbe et al;Koden et
al;P.Watson,P.J.Bos;Phys.
Rev.E56 R3769−R3711(199
7); H. Furue et al: Mol.
Cryst. Liq.Cryst.328,193−
200(1999))、配向膜表面の粗さの関係
(H.Furue et al;Mol.Cryst.
Liq.Cryst.328,193−200(199
9))、光配向技術(R.Kurihara et
al:SID Digestof Tech.Pape
rs30,807−809(2000))についての報
告がある。さらに相転移系列においてスメクティック
A相を欠く系ではいわゆるHalf−V switch
ingを示すことが報告されている(Y.Asano
et al:Jpn.J.Appl.Phys.38
5977−5983(1999))。本発明は〜に
係わる本発明者の研究を基礎に、のHV−FLCDに
おいて在来の技術ではアンカリングについては示されて
いない。アンカリング強度の制御によりH−V−FLC
Dに好ましい電気光学特性を与えることを目的としてい
る。普通の在来法では強いアンカリング(10−3J/
)程度となってしまうためアンカリング強度は制御
されていなかった。本発明はアンカリングの強さを制御
することにより好ましい特性を実現し、さらに高分子安
定法の導入により高温特性を安定化する技術を呈示して
いる。
【0003】
【本発明が解決しようとする課題】HV−FLCDにお
いて、動作電圧の低減、動作時明状態の明るさ(白
さ)の向上、動作時暗状態の暗さ(黒さ)の向上、お
よび高温における動作の安定が求められている。これ
らの事項が解決されるべき課題である。
【0004】
【課題を解決するための手段】動作電圧の低減 光配向により飽和動作電圧値を5V(パルス幅1ms)
ぐらいにすることができる。 動作明状態の明るさの向上 光配向によりFLC分子の振れ角をψ=45°とするこ
とができる。明るさと振れ角φはI=Isin(2
ψ)の関係で与えられるのでψ=45°とできれば最も
明るい状態が実現できる。 作時暗状態の暗さ(黒さ)の向上 動作時の暗状態で最もよい暗状態(黒)を得るには中程
度のアンカリング強度を与えるようなラビング加工が望
ましい。 高温における動作の安定 高温における動作を安定するには高分子安定化が有効で
ある。しかし最適モノマー添加量として1wt%位が望
ましい。それ以上添加モノマーが多いと高電圧動作と明
状態の明るさの低下が生じる。
【発明の形態】本発明の実施の形態の例を図面を参照に
説明する。
【0005】図1に示すように、この発明の形態に係わ
る液晶表示素子は一対の透明基板(たとえばガラス基
板)1a、1bで液晶セル基板を構成し、その内部に液
晶層2(この場合は強誘電性液晶スメクティックC
相)を保持する。上下の基板には透明電極3a(P
X)、3bを配置し液晶に電圧を印加する。透明導電膜
として通常ITOを用いる。
【0006】液晶セルの内面壁には液晶配向膜4a、4
bが塗布されている。
【0007】カラー表示のためカラーフィルター5を用
いる。フィールドシークェンシャル方式ではカラーフィ
ルターは不要である。アクティブマトリックス表示では
薄膜トランジスター(TFT)Q(7)、ピクセル電極
PX(3a)、ブラックストライプBSが用いられる。
TFTの代わりに結晶シリコントランジスターなどを用
いてもよい。液晶表示として用いるための2枚の基板と
液晶よりなるセルを2枚の偏光板6a、6bに挟んだ形
で用いられる。反射型で用いるときは下側の基板1aの
上に光反射板を配し、偏光板は1枚でよい。
【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に
詳細に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。
【0008】(実施例1)ITO透明電極付きのガラス
基板に、日産化学工業(株)製のポリイミド配向膜RN
−1199を約0.03μmの厚さで形成した後、ラビ
ング処理又は光配向処理を施してアンカリングエネルギ
ーの異なるポリイミド配向膜付きガラス基板を得た。こ
こでラビング処理はラビング布とポリイミド膜が触れる
ところから0.02mmの押し込み量でラビングしたも
のと0.15mmの押し込み量でラビングしたものの2
種類を基板2枚ずつ作製した。光配向処理は中心波長3
10nmで強度26mW/cmの無偏光紫外線斜方を
基板に対して斜め45°から4時間照射して行った。こ
れら3種類の基板2枚ずつをそれぞれ配向膜が形成され
た面が内側になるようにして2μmの間隔をもって対向
させて液晶セルを作製した。この時、液晶セルの2枚の
基板のラビング方向はアンチパラレル配向になるように
設定した。次に強誘電性液晶「R2301(P=3.
2nC/cm)」(クラリアント社製、カイラルスメ
クティックC−カイラルネマティック相転移温度66
℃、カイラルネマティック−等方性液体相転移温度87
〜90℃)を100℃に保ちながら等方性液体相のまま
注入した。このセルにカイラルネマティック相からカイ
ラルスメクティックC相にかけて5Vの直流電圧を印加
し均一配向を確認後、直流電圧の印加を止めて室温まで
温度を下げることにより、強誘電性液晶セルを作製し
た。この液晶セルの一方の表面に、1枚の偏光板の透過
軸を得られた液晶セルに電圧を印加していないときの液
晶分子の配向方向と一致させ、もう一方の表面には、別
のもう1枚の偏光板の透過軸を液晶分子の配向方向と直
交させるように貼合して液晶表示素子を作製した。第2
図にこのようにして製造した液晶表示素子の電気光学特
性を示した。これから分かるようにラビング時の押し込
み量が小さい、つまりアンカリングエネルギーが小さい
と透過率が高くなった。さらに光配向の場合では、ラビ
ングよりもアンカリングエネルギーが小さいために、透
過率がさらに高くなった。透過率Tと振れ角ψはT=I
/I=sin(2ψ)の関係で与えられる。光配向
セルでは6V時にψ=45°を確認した。また、電圧無
印加状態から電圧印加状態、電圧印加状態から電圧無印
加状態への応答速度は、1ms以下であり、非常に高速
なスイッチングが可能であることが確かめられた。
【0009】(実施例2)スメクティックA相−ネマテ
ィック相を相系列として有し、かつ36℃でスメクティ
ックA相を呈する液晶性ジアクリレートモノマー「2A
363」(大日本インキ化学工業製)を1質量部、強誘
電性液晶組成物「R2301(P=8.9nC/cm
)」(クラリアント社製、カイラルスメクティックC
−カイラルネマティック相転移温度66℃、カイラルネ
マティック−等方性液体相転移温度85〜87℃)99
質量部及び光重合開始剤「イルガキュアー651」(チ
バスペシャリティケミカルズ製)0.01質量部からな
る液晶性混合物を調整した。次に、この液晶性混合物を
実施例1と同様に作製したセルに注入し、カイラルネマ
ティック相からカイラルスメクティックC相にかけて5
Vの直流電圧を印加し均一配向を確認後、直流電圧の印
加を止めて室温まで温度を下げた。次に、室温で中心波
長365nmで強度2mW/cmの紫外線を50秒照
射して液晶性ジアクリレートモノマー「2A363」を
光硬化させた。この液晶表示素子の電気光学特性は、実
施例1と同様にアンカリングエネルギーが小さい素子ほ
ど透過率が高いことが確認できた。さらに、高温におけ
る信頼性も問題なかった。
【0010】
【発明の効果】本発明は以上に説明したような構成によ
り、動作電圧の低減、動作明状態の明るさの向上、動作
時暗状態の暗さの向上、及び高温における動作の安定と
いった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の強誘電性液晶表示セルの概略断面図
である。
【図2】 実施例1において本発明の製造方法により製
造された液晶表示素子の電気光学特性(横軸:印加電
圧、縦軸:透過率)を示した図である。
【符号の説明】
1a、1b 基板 2 液晶 3a、3b 透明導電膜 4a、4b 液晶配向膜 5 カラーフィルター 6a、6b 偏光板 Q7 トランジスター 3a(PX) 電極 BS ブラックストライプ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくても一方の透明基板にその基板面
    内の所定の方向にスメクティック液晶、カイラルスメク
    ティック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶分子を配
    向させる積極的配向構造を有する一対の透明基板または
    一方が透明基板となる一対の基板と、前記一対の基板間
    に挟まれた液晶層とを有し、液晶の配向に極力欠陥が生
    じないようにした液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 前記積極的配向構造は一対の高分子配向
    膜または無機配向膜である。高分子配向膜の場合はラビ
    ング加工処理または光配向処理を施す。また、無機配向
    膜は通常斜方蒸着で基板上に付けられる。
  3. 【請求項3】 このような強い非対称電気光学特性を示
    す強誘電性液晶ディスプレイをHalf−V−FLCD
    と略記する。HV−FLCDセル内において、その厚さ
    が1μm〜2μm程度である強誘電性液晶のシェブロン
    層構造から由来する欠陥を生じないようにするためアン
    チパラレルラビングにより生じるプレティルト角の方向
    を与える。光配向法を用いた場合でも同様である。
  4. 【請求項4】 HV−FLCDセルの作製に際し、プレ
    ティルトを伴う光配向により液晶分子を配向させる。そ
    のとき少なくとも方位角アンカリング強度を1〜9×1
    −6(J/m)程度の強さのアンカリングを与える
    ことにより動作電圧を低減する。
  5. 【請求項5】 HV−FLCDセルの作製において、弱
    いラビング処理を施し、方位角アンカリング強度を1×
    10−5(J/m)〜1×10−4(J/m)程度
    とすることにより低電圧で安定な動作を可能にする。
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