JP3317291B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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- JP3317291B2 JP3317291B2 JP31492399A JP31492399A JP3317291B2 JP 3317291 B2 JP3317291 B2 JP 3317291B2 JP 31492399 A JP31492399 A JP 31492399A JP 31492399 A JP31492399 A JP 31492399A JP 3317291 B2 JP3317291 B2 JP 3317291B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、反強誘電性液晶を
用いた液晶表示装置に関する。
用いた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶セルは、薄型、軽量、低消費
電力等の特徴を生かした表示素子として幅広く用いられ
るようになったが、これらの表示素子の殆どは、ネマチ
ック液晶を用いるTN型液晶セルである。このTN型液
晶セルの表示方法では、その駆動が液晶の比誘電率の異
方性に基づいているため、その応答速度は遅く、改善の
必要性に迫られていた。
電力等の特徴を生かした表示素子として幅広く用いられ
るようになったが、これらの表示素子の殆どは、ネマチ
ック液晶を用いるTN型液晶セルである。このTN型液
晶セルの表示方法では、その駆動が液晶の比誘電率の異
方性に基づいているため、その応答速度は遅く、改善の
必要性に迫られていた。
【0003】これに対し、Meyer氏等により見出さ
れた強誘電性を示すカイラルスメクチックC相(SmC
* 相)を有する液晶を用いた液晶セルは、ネマチック液
晶では達成し得なかった高速応答性やメモリー性を有し
ている。このため、これらの特性を生かした強誘電性液
晶セルへの応用研究が精力的に行われている。しかし、
この表示方法に必要とされる良好な配向性やメモリー性
を実際の液晶セルで実現することは、外部からのショッ
クに弱い等のため、解決すべき問題が数多く残ってい
る。
れた強誘電性を示すカイラルスメクチックC相(SmC
* 相)を有する液晶を用いた液晶セルは、ネマチック液
晶では達成し得なかった高速応答性やメモリー性を有し
ている。このため、これらの特性を生かした強誘電性液
晶セルへの応用研究が精力的に行われている。しかし、
この表示方法に必要とされる良好な配向性やメモリー性
を実際の液晶セルで実現することは、外部からのショッ
クに弱い等のため、解決すべき問題が数多く残ってい
る。
【0004】一方、最近になってChandani氏等
によって、上記SmC* 相の低温側に三安定状態を示す
反強誘電相(SmCA * 相)が発見された。このSmC
A *相は、隣接する層毎に双極子が反平行に配列した熱
力学的に安定な相を示し、印加電圧に対して明確な閾値
と二重履歴特性をもつことを特徴とする反強誘電相−強
誘電相間の電界誘起相転移を起こす。そこで、このスイ
ッチング挙動を応用して、新規な表示方法への応用、例
えば、反強誘電性液晶セルの検討が始まっている。
によって、上記SmC* 相の低温側に三安定状態を示す
反強誘電相(SmCA * 相)が発見された。このSmC
A *相は、隣接する層毎に双極子が反平行に配列した熱
力学的に安定な相を示し、印加電圧に対して明確な閾値
と二重履歴特性をもつことを特徴とする反強誘電相−強
誘電相間の電界誘起相転移を起こす。そこで、このスイ
ッチング挙動を応用して、新規な表示方法への応用、例
えば、反強誘電性液晶セルの検討が始まっている。
【0005】ところで、このような液晶セルにおける反
強誘電性液晶の二重履歴特性は、図14にて模式的に示
すような印加電圧と透過光量の関係にある。この特性
は、例えば、配向処理を施した両電極基板をスペーサを
介し重ね合わせ、これら両電極基板間に反強誘電性液晶
を注入して形成した液晶セルを光電子倍増管付き偏光顕
微鏡に設置し、両偏光板のクロスニコル下で液晶セルに
三角波電圧を印加し、その時の透過光の変化を測定する
ことにより得られる。
強誘電性液晶の二重履歴特性は、図14にて模式的に示
すような印加電圧と透過光量の関係にある。この特性
は、例えば、配向処理を施した両電極基板をスペーサを
介し重ね合わせ、これら両電極基板間に反強誘電性液晶
を注入して形成した液晶セルを光電子倍増管付き偏光顕
微鏡に設置し、両偏光板のクロスニコル下で液晶セルに
三角波電圧を印加し、その時の透過光の変化を測定する
ことにより得られる。
【0006】この液晶セルのコントラストは、明輝度/
暗輝度の比で表すことができる。ここで、明輝度は、図
14中のb%に相当し、暗輝度はa%に相当する。これ
らの値は、常に一定の透過光量となるように偏光顕微鏡
光源を設定し、その時の輝度を100%とし、また、完
全遮光状態時の輝度を0%として求めることができる。
暗輝度の比で表すことができる。ここで、明輝度は、図
14中のb%に相当し、暗輝度はa%に相当する。これ
らの値は、常に一定の透過光量となるように偏光顕微鏡
光源を設定し、その時の輝度を100%とし、また、完
全遮光状態時の輝度を0%として求めることができる。
【0007】そこで、このような液晶セルにおいてコン
トラストを向上させるには、上記コントラストの定義か
ら、暗輝度の低減が効果的であるといえる。この暗輝度
は、無電界時の光透過率であり、液晶セルに用いられる
反強誘電性液晶の配向状態の善し悪しに依存してくる。
即ち、反強誘電性液晶は、ネマチック液晶とは異なり、
液晶分子がスメクチック層と呼ばれる層構造を形成して
いる。例えば、ラビング方法のような一軸配向処理を施
した液晶セルに反強誘電性液晶を注入すると、この液晶
の光軸がラビング方向に向く。例えば、反強誘電性液晶
の場合、図15(a)にて示すように、一般に、上記ス
メクチック層はラビング方向と垂直方向に形成される。
従って、反強誘電性液晶の光軸にクロスニコル状態の2
枚の偏光板の一方を合わせれば、暗状態が得られる。
トラストを向上させるには、上記コントラストの定義か
ら、暗輝度の低減が効果的であるといえる。この暗輝度
は、無電界時の光透過率であり、液晶セルに用いられる
反強誘電性液晶の配向状態の善し悪しに依存してくる。
即ち、反強誘電性液晶は、ネマチック液晶とは異なり、
液晶分子がスメクチック層と呼ばれる層構造を形成して
いる。例えば、ラビング方法のような一軸配向処理を施
した液晶セルに反強誘電性液晶を注入すると、この液晶
の光軸がラビング方向に向く。例えば、反強誘電性液晶
の場合、図15(a)にて示すように、一般に、上記ス
メクチック層はラビング方向と垂直方向に形成される。
従って、反強誘電性液晶の光軸にクロスニコル状態の2
枚の偏光板の一方を合わせれば、暗状態が得られる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この状態にお
いて液晶セルを駆動すると、図15(b)に示すように
スメクチック層が初期状態(ラビング方向と平行な状
態)からずれて両電極基板と平行な面(紙面と平行な
面)内にて回転するという層回転現象が観察されること
がある。この現象が生ずると、反強誘電性液晶の光軸が
偏光板の光軸からずれるため、暗状態で光漏れが大きく
なり、コントラストの低下を引き起こすという不具合を
生ずる。
いて液晶セルを駆動すると、図15(b)に示すように
スメクチック層が初期状態(ラビング方向と平行な状
態)からずれて両電極基板と平行な面(紙面と平行な
面)内にて回転するという層回転現象が観察されること
がある。この現象が生ずると、反強誘電性液晶の光軸が
偏光板の光軸からずれるため、暗状態で光漏れが大きく
なり、コントラストの低下を引き起こすという不具合を
生ずる。
【0009】なお、最近、反強誘電性液晶における層回
転現象につき、中山氏等(奈良高専)により報告されて
いる(第20回液晶討論会予稿集106頁(1994
年)参照)が、その内容は、反強誘電性液晶を水平配向
させたスペーサエッジセルという配向膜のないセルにお
いて、非対称波形の交流電圧を印加したところ、エッジ
付近でスメクチック層が回転するというものである。し
かし、層回転現象の発生原因の詳細や液晶セルにおける
層回転現象の発生防止対策についてまでは言及されてい
ない。
転現象につき、中山氏等(奈良高専)により報告されて
いる(第20回液晶討論会予稿集106頁(1994
年)参照)が、その内容は、反強誘電性液晶を水平配向
させたスペーサエッジセルという配向膜のないセルにお
いて、非対称波形の交流電圧を印加したところ、エッジ
付近でスメクチック層が回転するというものである。し
かし、層回転現象の発生原因の詳細や液晶セルにおける
層回転現象の発生防止対策についてまでは言及されてい
ない。
【0010】一方、本発明者等は、反強誘電性液晶の配
向状態を安定化する配向膜を両電極基板に形成した液晶
セルにおいて、対称波形の交流電圧を印加しているにも
かかわらず、上述と同様の層回転現象が発生するという
ことを発見した。本発明は、かかる層回転現象の発生を
制御する反強誘電性液晶セルの構成因子の新規発見に基
づくものである。
向状態を安定化する配向膜を両電極基板に形成した液晶
セルにおいて、対称波形の交流電圧を印加しているにも
かかわらず、上述と同様の層回転現象が発生するという
ことを発見した。本発明は、かかる層回転現象の発生を
制御する反強誘電性液晶セルの構成因子の新規発見に基
づくものである。
【0011】即ち、本発明者等は、種々の実験等による
検討の結果、層回転現象は、液晶セルに交流電圧を印加
した時の反強誘電性液晶の光透過率の立ち下がり応答速
度の極性非対称性と関連しているという実験事実を発見
した。図16(a)に示すような波形の交流電圧を液晶
セルに印加した時の反強誘電性液晶の光学応答波形を図
16(b)に示し、また、電界誘起相転移する反強誘電
性液晶の各配向状態を図17に示す。
検討の結果、層回転現象は、液晶セルに交流電圧を印加
した時の反強誘電性液晶の光透過率の立ち下がり応答速
度の極性非対称性と関連しているという実験事実を発見
した。図16(a)に示すような波形の交流電圧を液晶
セルに印加した時の反強誘電性液晶の光学応答波形を図
16(b)に示し、また、電界誘起相転移する反強誘電
性液晶の各配向状態を図17に示す。
【0012】ここで、反強誘電性液晶の光透過率の立ち
下がり応答速度の極性非対称性とは、図16に示すよう
に、交流電圧を正電界にて印加した時の明状態(F+ :
強誘電相)から暗状態(AF:反強誘電相)への応答時
間(τd + )と、交流電圧を負電界で印加した時の明状
態(F- :強誘電相)から暗状態(AF:反強誘電相)
への応答時間(τd - )とが異なることである。
下がり応答速度の極性非対称性とは、図16に示すよう
に、交流電圧を正電界にて印加した時の明状態(F+ :
強誘電相)から暗状態(AF:反強誘電相)への応答時
間(τd + )と、交流電圧を負電界で印加した時の明状
態(F- :強誘電相)から暗状態(AF:反強誘電相)
への応答時間(τd - )とが異なることである。
【0013】そこで、本発明者等は、これら両応答時間
(τd + )、(τd - )を近似ないしは等しくすれば、
反強誘電性液晶の層回転現象の抑制が可能であり、ひい
ては、動作中におけるコントラストの低下を防止できる
ことに着目した。即ち、上述したように、AF、F+ 、
F- の三状態の電界誘起相転移は反強誘電性液晶に固有
の現象である。従って、本発明者等は、交流駆動する液
晶セルにおいて、反強誘電性液晶の第1安定状態(強誘
電相)から第3安定状態(反強誘電相)への応答時間
と、第2安定状態(強誘電相)から第3安定状態への応
答時間とを近似ないしは等しくするような対策を講じれ
ば、反強誘電性液晶の層回転現象を抑制できるという認
識に到達した。
(τd + )、(τd - )を近似ないしは等しくすれば、
反強誘電性液晶の層回転現象の抑制が可能であり、ひい
ては、動作中におけるコントラストの低下を防止できる
ことに着目した。即ち、上述したように、AF、F+ 、
F- の三状態の電界誘起相転移は反強誘電性液晶に固有
の現象である。従って、本発明者等は、交流駆動する液
晶セルにおいて、反強誘電性液晶の第1安定状態(強誘
電相)から第3安定状態(反強誘電相)への応答時間
と、第2安定状態(強誘電相)から第3安定状態への応
答時間とを近似ないしは等しくするような対策を講じれ
ば、反強誘電性液晶の層回転現象を抑制できるという認
識に到達した。
【0014】また、本発明者等は、ラビング条件やパネ
ル構成に限らず、上記両応答速度を近似ないしは等しく
すれば、層回転現象を抑制できることも確認した。この
両応答速度を近似ないしは等しくする例としては、以下
の対策が考えられる。 (1)両電極基板において反強誘電性液晶の配向作用を
近似ないしは等しくすることにより、F+ 状態とF- 状
態とでほぼ同一の配向状態を実現する。例えば、反強誘
電性液晶の配向分子膜の種類を統一すること、ラビング
条件を同一にすること、及び両配向膜の光学的屈折率異
方性を統一すること等が考えられる。 (2)反強誘電性液晶の光透過率の応答時間の長い極性
の側において、液晶セルに対する印加電圧波形にオフセ
ット(直流成分重畳)を与えることが考えられる。
ル構成に限らず、上記両応答速度を近似ないしは等しく
すれば、層回転現象を抑制できることも確認した。この
両応答速度を近似ないしは等しくする例としては、以下
の対策が考えられる。 (1)両電極基板において反強誘電性液晶の配向作用を
近似ないしは等しくすることにより、F+ 状態とF- 状
態とでほぼ同一の配向状態を実現する。例えば、反強誘
電性液晶の配向分子膜の種類を統一すること、ラビング
条件を同一にすること、及び両配向膜の光学的屈折率異
方性を統一すること等が考えられる。 (2)反強誘電性液晶の光透過率の応答時間の長い極性
の側において、液晶セルに対する印加電圧波形にオフセ
ット(直流成分重畳)を与えることが考えられる。
【0015】そこで、本発明は、以上述べた観点から、
反強誘電性液晶の層回転現象を抑制する工夫を凝らした
液晶表示装置を提供することを目的とする。
反強誘電性液晶の層回転現象を抑制する工夫を凝らした
液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明によれば、液晶表示装置の制
御装置が、液晶セルの反強誘電性液晶の第1強誘電状態
から反強誘電状態への応答時間と第2強誘電状態から反
強誘電状態への第2応答時間とを近似させるように、印
加電圧に直流成分を重畳して液晶セルに印加する。
め、請求項1に記載の発明によれば、液晶表示装置の制
御装置が、液晶セルの反強誘電性液晶の第1強誘電状態
から反強誘電状態への応答時間と第2強誘電状態から反
強誘電状態への第2応答時間とを近似させるように、印
加電圧に直流成分を重畳して液晶セルに印加する。
【0017】これにより、反強誘電性液晶の層回転を抑
制でき、その結果、表示コントラストを良好に確保でき
る。
制でき、その結果、表示コントラストを良好に確保でき
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1実施の形態を
図面に基づき説明する。本発明に係る液晶セルの製作に
あたり、図1にて示す構成の液晶セルを多数準備した。
これらの液晶セルは、それぞれ、両電極基板10、20
を、スペーサ30並びに帯状シール及び接着性微粒子
(図示しない)を介し、重ね合わせ、かつ、これら両電
極基板10、20間に反強誘電性液晶40を封入して構
成されている。
図面に基づき説明する。本発明に係る液晶セルの製作に
あたり、図1にて示す構成の液晶セルを多数準備した。
これらの液晶セルは、それぞれ、両電極基板10、20
を、スペーサ30並びに帯状シール及び接着性微粒子
(図示しない)を介し、重ね合わせ、かつ、これら両電
極基板10、20間に反強誘電性液晶40を封入して構
成されている。
【0019】ここで、電極基板10は、ガラス基板11
の内表面に、複数条の透明電極12(Indium T
in Oxideからなる)、絶縁膜(図示しない)及
び配向膜13を順次形成して構成されている。一方、電
極基板20は、ガラス基板21の内表面に、複数条の透
明電極22(Indium Tin Oxideからな
る)、絶縁膜(図示しない)及び配向膜23を順次形成
して構成されている。複数条の透明電極22は、複数条
の透明電極12と共に格子状の複数の画素を構成するよ
うに形成されている。なお、ガラス基板11、21の厚
さは1.1mmであり、反強誘電性液晶40の層の厚さ
は1.8μmである。
の内表面に、複数条の透明電極12(Indium T
in Oxideからなる)、絶縁膜(図示しない)及
び配向膜13を順次形成して構成されている。一方、電
極基板20は、ガラス基板21の内表面に、複数条の透
明電極22(Indium Tin Oxideからな
る)、絶縁膜(図示しない)及び配向膜23を順次形成
して構成されている。複数条の透明電極22は、複数条
の透明電極12と共に格子状の複数の画素を構成するよ
うに形成されている。なお、ガラス基板11、21の厚
さは1.1mmであり、反強誘電性液晶40の層の厚さ
は1.8μmである。
【0020】両配向膜13、23は、その各内表面に
て、反強誘電性液晶40を挟んで対向しており、これら
配向膜13、23は、同種の高分子材料(例えば、ポリ
イミド)により、同一の膜厚(例えば、200Å)にて
形成されている。また、反強誘電性液晶40の液晶分子
を配向させるため、両配向膜13、23の各内表面に
は、ラビング処理が、各液晶セルにつき、次のような条
件で施されている。
て、反強誘電性液晶40を挟んで対向しており、これら
配向膜13、23は、同種の高分子材料(例えば、ポリ
イミド)により、同一の膜厚(例えば、200Å)にて
形成されている。また、反強誘電性液晶40の液晶分子
を配向させるため、両配向膜13、23の各内表面に
は、ラビング処理が、各液晶セルにつき、次のような条
件で施されている。
【0021】即ち、ラビングは、一般的なラビングロー
ラを用いた方法で行った。ラビング方向は、両配向膜1
3、23で、互いに反平行となっており、ラビングロー
ラの送り方向は、ローラの回転方向とは逆とした。ま
た、ラビング布は、ナイロン布を用いた。ラビングロー
ラのローラ半径は、3.7cmとし、ローラ回転数は1
000r.p.mとし、液晶セルを置くステージの移動
速度は、3.3cm/secとし、ラビング回数は5回
とした。また、ラビングローラの配向膜の内表面に対す
る押し込み量は、0.3mm乃至0.5mmとした。
ラを用いた方法で行った。ラビング方向は、両配向膜1
3、23で、互いに反平行となっており、ラビングロー
ラの送り方向は、ローラの回転方向とは逆とした。ま
た、ラビング布は、ナイロン布を用いた。ラビングロー
ラのローラ半径は、3.7cmとし、ローラ回転数は1
000r.p.mとし、液晶セルを置くステージの移動
速度は、3.3cm/secとし、ラビング回数は5回
とした。また、ラビングローラの配向膜の内表面に対す
る押し込み量は、0.3mm乃至0.5mmとした。
【0022】反強誘電性液晶40としては、4−(1−
トリフルオロメチルヘプトキシカルボニル)フェニル−
4’−オクチルオキシビフェニル−4−カルボキシレー
ト(以下、TFMHPOBCという)、4−(1−トリ
フルオロメチルヘプトキシカルボニル)フェニル−4’
−デシルビフェニル−4−カルボキシレート(以下、T
FMHPDBCという)、4−(メチルヘプトキシカル
ボニル)フェニル−4’−オクチルオキシビフェニル−
4−カルボキシレート(以下、MHPOBCという)及
びこれらの同族体を含む混合液を採用した。
トリフルオロメチルヘプトキシカルボニル)フェニル−
4’−オクチルオキシビフェニル−4−カルボキシレー
ト(以下、TFMHPOBCという)、4−(1−トリ
フルオロメチルヘプトキシカルボニル)フェニル−4’
−デシルビフェニル−4−カルボキシレート(以下、T
FMHPDBCという)、4−(メチルヘプトキシカル
ボニル)フェニル−4’−オクチルオキシビフェニル−
4−カルボキシレート(以下、MHPOBCという)及
びこれらの同族体を含む混合液を採用した。
【0023】この混合液は次の相系列を示す。
【0024】 (−20℃) (70℃) (72℃) (85℃) 結晶 → SmCA * → SmC* → SmA → 等方性液体 ここで、SmCA * 相は、反強誘電性スメクチック液晶
相を表し、SmC* 相は、強誘電性スメクチック液晶相
を示し、また、SmA相は、常誘電性スメクチック液晶
相を表す。
相を表し、SmC* 相は、強誘電性スメクチック液晶相
を示し、また、SmA相は、常誘電性スメクチック液晶
相を表す。
【0025】以上のように製作した各液晶セルにつき、
次のような層回転現象の測定方法を適用した。まず、温
度制御可能なホットステージ内において、電極基板10
が電極基板20の上側に位置するように、液晶セルを、
偏光顕微鏡のステージ上に設置する。このとき、液晶セ
ルは、クロスニコルの状態に配置した偏光顕微鏡の両偏
光板の間に配置される。そして、透過光強度検出用光電
子倍増管を偏光顕微鏡の上部に設けるとともにオシロス
コープに接続して、反強誘電性液晶40の電気光学特性
をモニターする。
次のような層回転現象の測定方法を適用した。まず、温
度制御可能なホットステージ内において、電極基板10
が電極基板20の上側に位置するように、液晶セルを、
偏光顕微鏡のステージ上に設置する。このとき、液晶セ
ルは、クロスニコルの状態に配置した偏光顕微鏡の両偏
光板の間に配置される。そして、透過光強度検出用光電
子倍増管を偏光顕微鏡の上部に設けるとともにオシロス
コープに接続して、反強誘電性液晶40の電気光学特性
をモニターする。
【0026】このようなモニター状態にて、液晶セルに
対し無電界のまま、暗視野となるようにステージを回転
させる。即ち、反強誘電性液晶の光軸が一方の偏光板の
光軸と一致し0度をなすようにする。この状態で、電極
基板10が正側となり、電極基板20が負側となるよう
に配線した後、図2(a)にて示す波形の交流電圧を両
電極基板10、20間に印加し、F+ →AF応答時間
(τd + )、F- →AF応答時間(τd - )及び層回転
角度θを測定する。
対し無電界のまま、暗視野となるようにステージを回転
させる。即ち、反強誘電性液晶の光軸が一方の偏光板の
光軸と一致し0度をなすようにする。この状態で、電極
基板10が正側となり、電極基板20が負側となるよう
に配線した後、図2(a)にて示す波形の交流電圧を両
電極基板10、20間に印加し、F+ →AF応答時間
(τd + )、F- →AF応答時間(τd - )及び層回転
角度θを測定する。
【0027】応答時間τd (=τd + 或いはτd - )の
測定は、交流電圧印加直後において、両極性のF状態
(F+ 及びF- の状態)の透過光強度が等しいことを確
認した後、F状態の透過光強度を100%とし、AF状
態の透過光強度を0%として、100%から0%となる
までの時間を両極性で測定する。なお、応答時間が10
0msecよりも長くなる場合には、F状態からAF状
態まで戻り切らないため、応答期間測定時のみの印加電
圧波形のリセット期間をAF状態まで戻るような長さに
変えて測定する。
測定は、交流電圧印加直後において、両極性のF状態
(F+ 及びF- の状態)の透過光強度が等しいことを確
認した後、F状態の透過光強度を100%とし、AF状
態の透過光強度を0%として、100%から0%となる
までの時間を両極性で測定する。なお、応答時間が10
0msecよりも長くなる場合には、F状態からAF状
態まで戻り切らないため、応答期間測定時のみの印加電
圧波形のリセット期間をAF状態まで戻るような長さに
変えて測定する。
【0028】また、或る液晶セルと他の液晶セルにおい
て、両応答時間τd + 、τd - の間の差が同じであって
も、τd + 及びτd - の各長さが液晶セルによって若干
異なってくるため、応答時間の極性非対称性も異なって
くる。そこで、応答時間の極性非対称性の度合いを以下
のように規格化した。即ち、測定した両応答時間τ
d + 、τd - の間の差Δτd (=τd + −τd -)を、両
応答時間τd + 、τd -の平均値τdav (=(τd + +
τd - )/2)により除した値Δτd /τdav を用い
た。
て、両応答時間τd + 、τd - の間の差が同じであって
も、τd + 及びτd - の各長さが液晶セルによって若干
異なってくるため、応答時間の極性非対称性も異なって
くる。そこで、応答時間の極性非対称性の度合いを以下
のように規格化した。即ち、測定した両応答時間τ
d + 、τd - の間の差Δτd (=τd + −τd -)を、両
応答時間τd + 、τd -の平均値τdav (=(τd + +
τd - )/2)により除した値Δτd /τdav を用い
た。
【0029】層回転角度θについては、液晶セルに対す
る電圧印加後10分経過した後の無電界時に、ステージ
を回転させ暗視野となるようにし、このときのステージ
の回転角度を層回転角度θとする。10分経過後の層回
転角度θを用いるのは、上記各液晶セルにおいて、層回
転角度θの増加が約10分で飽和するためである。ま
た、反強誘電性液晶の層回転角度方向は、電極基板10
を上にした液晶セルを上面から見た状態にて、反強誘電
性液晶の光軸が0度から反時計まわりに回転したとき
に、正とし、時計まわりに回転したときに、負とする。
る電圧印加後10分経過した後の無電界時に、ステージ
を回転させ暗視野となるようにし、このときのステージ
の回転角度を層回転角度θとする。10分経過後の層回
転角度θを用いるのは、上記各液晶セルにおいて、層回
転角度θの増加が約10分で飽和するためである。ま
た、反強誘電性液晶の層回転角度方向は、電極基板10
を上にした液晶セルを上面から見た状態にて、反強誘電
性液晶の光軸が0度から反時計まわりに回転したとき
に、正とし、時計まわりに回転したときに、負とする。
【0030】作製例1 上記のように作製した各液晶セルのうち、セルNO.A
11乃至A18の8個の液晶セルについて、各応答時間
τd + 、τd - 、Δτd 、Δτd /τdav 及び層回転角
度θを上記測定方法により測定し、図3にて示す図表の
ような結果を得た。但し、これら8個の液晶セルについ
ては、上記ラビング条件のうち、ローラ押し込み量を、
両電極基板10、20共に、0.3mmと同一にして作
製してある。
11乃至A18の8個の液晶セルについて、各応答時間
τd + 、τd - 、Δτd 、Δτd /τdav 及び層回転角
度θを上記測定方法により測定し、図3にて示す図表の
ような結果を得た。但し、これら8個の液晶セルについ
ては、上記ラビング条件のうち、ローラ押し込み量を、
両電極基板10、20共に、0.3mmと同一にして作
製してある。
【0031】作製例2 上記のように作製した各液晶セルのうち、セルNO.B
11乃至B14の4個の液晶セルについて、各応答時間
τd + 、τd - 、Δτd 、Δτd /τdav 及び層回転角
度θを上記測定方法により測定し、図4にて示す図表の
ような結果を得た。但し、これら4個の液晶セルについ
ては、上記ラビング条件のうち、ローラ押し込み量を、
上基板(電極基板10)について0.3mmとし、下基
板(電極基板20)について0.5mmとして作製して
ある。
11乃至B14の4個の液晶セルについて、各応答時間
τd + 、τd - 、Δτd 、Δτd /τdav 及び層回転角
度θを上記測定方法により測定し、図4にて示す図表の
ような結果を得た。但し、これら4個の液晶セルについ
ては、上記ラビング条件のうち、ローラ押し込み量を、
上基板(電極基板10)について0.3mmとし、下基
板(電極基板20)について0.5mmとして作製して
ある。
【0032】作製例3 上記のように作製した各液晶セルのうち、セルNO.C
11乃至C14の4個の液晶セルについて、各応答時間
τd + 、τd - 、Δτd 、Δτd /τdav 及び層回転角
度θを上記測定方法により測定し、図5の図表にて示す
ような結果を得た。但し、これら4個の液晶セルについ
ては、上記ラビング条件のうち、ローラ押し込み量を、
上基板(電極基板10)について0.5mmとし、下基
板(電極基板20)について0.3mmとして作製して
ある。
11乃至C14の4個の液晶セルについて、各応答時間
τd + 、τd - 、Δτd 、Δτd /τdav 及び層回転角
度θを上記測定方法により測定し、図5の図表にて示す
ような結果を得た。但し、これら4個の液晶セルについ
ては、上記ラビング条件のうち、ローラ押し込み量を、
上基板(電極基板10)について0.5mmとし、下基
板(電極基板20)について0.3mmとして作製して
ある。
【0033】図6は、上記作製例1乃至3の各液晶セル
の測定結果に基づき、層回転角度θとΔτd /τdav と
の間の特性を示す。ここで、図6において、符号○は、
作製例1の場合の特性を示し、符号●は、作製例2の場
合の特性を示し、符号▲は、作製例3の場合の特性を示
す。この図6の特性によれば、両応答時間τd + 、τ d
- が互いに近い値になる程、反強誘電性液晶の層回転が
発生しにくいことが分かる。
の測定結果に基づき、層回転角度θとΔτd /τdav と
の間の特性を示す。ここで、図6において、符号○は、
作製例1の場合の特性を示し、符号●は、作製例2の場
合の特性を示し、符号▲は、作製例3の場合の特性を示
す。この図6の特性によれば、両応答時間τd + 、τ d
- が互いに近い値になる程、反強誘電性液晶の層回転が
発生しにくいことが分かる。
【0034】また、本発明者等は、反強誘電性液晶の層
回転角度θが−1°から+1°の範囲から外れると、反
強誘電性液晶の配向暗輝度が悪化し、液晶セルのコント
ラストが初期値の90%以下に低下してしまうことを実
験等で確認済みである。このため、上記コントラストを
良好に確保するには、層回転角度θの許容角度範囲は、
−1°から+1°の範囲内とするのが好ましい。
回転角度θが−1°から+1°の範囲から外れると、反
強誘電性液晶の配向暗輝度が悪化し、液晶セルのコント
ラストが初期値の90%以下に低下してしまうことを実
験等で確認済みである。このため、上記コントラストを
良好に確保するには、層回転角度θの許容角度範囲は、
−1°から+1°の範囲内とするのが好ましい。
【0035】また、作製例1の液晶セルのように、ラビ
ング押し込み量を両電極基板10、20につき等しくす
れば、応答時間τd の極性非対称度合は小さく、セルN
O.A11、A12、A14及びA17を除けば、層回
転角度θは、上記許容角度範囲内に抑えられる。しか
し、両作製例2、3の液晶セルの場合のように、両電極
基板10、20における各ラビング押し込み量に差をつ
けると、応答時間τd の非対称の度合が大きくなり、層
回転角度θも大きくなっている。
ング押し込み量を両電極基板10、20につき等しくす
れば、応答時間τd の極性非対称度合は小さく、セルN
O.A11、A12、A14及びA17を除けば、層回
転角度θは、上記許容角度範囲内に抑えられる。しか
し、両作製例2、3の液晶セルの場合のように、両電極
基板10、20における各ラビング押し込み量に差をつ
けると、応答時間τd の非対称の度合が大きくなり、層
回転角度θも大きくなっている。
【0036】以上のことから、両電極基板10、20の
構成が互いに同一のとき、これら両電極基板10、20
の各ラビング条件(例えば、ラビング押し込み量)が共
に同じであれば、ラビング後の両電極基板10、20の
各配向膜には、同一の配向規制力が付与され、これによ
って、層回転角度θの発生を抑制し得ると考えられる。
構成が互いに同一のとき、これら両電極基板10、20
の各ラビング条件(例えば、ラビング押し込み量)が共
に同じであれば、ラビング後の両電極基板10、20の
各配向膜には、同一の配向規制力が付与され、これによ
って、層回転角度θの発生を抑制し得ると考えられる。
【0037】しかし、図7に示すように、両電極基板5
0、60のうち、一方の電極基板60のみにカラーフィ
ルタ61等を付加してなる構成の液晶セルの場合には、
両電極基板50、60の各厚さが互いに異なる。このた
め、両電極基板50、60に対するラビング条件(ラビ
ング押し込み量、ラビング回転数等)を、層回転現象を
上記許容角度範囲に抑えるように、予め、実験等により
調整しておく必要がある。
0、60のうち、一方の電極基板60のみにカラーフィ
ルタ61等を付加してなる構成の液晶セルの場合には、
両電極基板50、60の各厚さが互いに異なる。このた
め、両電極基板50、60に対するラビング条件(ラビ
ング押し込み量、ラビング回転数等)を、層回転現象を
上記許容角度範囲に抑えるように、予め、実験等により
調整しておく必要がある。
【0038】なお、液晶セルの実際の製造工程の途中に
おいて、応答時間τd を測定検査すれば、層回転による
コントラスト不良の液晶セルを排除できる。次に、本発
明の第2実施の形態を、図8乃至図10に基づき説明す
る。液晶としてネマチック液晶を用いた液晶セルにおい
て、この液晶の配向異常を検査する一般的手段として、
ラビング後の配向膜内表面の光学的位相差測定が西野氏
等により報告されている(第17回液晶討論会予稿集頁
33(1991)参照)。この報告は、上記光学的位相
差の値の異常に基づき配向膜の配向規制力の異常を検査
するというものである。
おいて、応答時間τd を測定検査すれば、層回転による
コントラスト不良の液晶セルを排除できる。次に、本発
明の第2実施の形態を、図8乃至図10に基づき説明す
る。液晶としてネマチック液晶を用いた液晶セルにおい
て、この液晶の配向異常を検査する一般的手段として、
ラビング後の配向膜内表面の光学的位相差測定が西野氏
等により報告されている(第17回液晶討論会予稿集頁
33(1991)参照)。この報告は、上記光学的位相
差の値の異常に基づき配向膜の配向規制力の異常を検査
するというものである。
【0039】配向膜を構成している高分子はラビングに
より一軸方向に延伸され、ラビング方向に光学的な屈折
率異方性を発現する。ここで、この屈折率異方性の方向
と大きさを光学的位相差値Δndとして表す。そして、
一般に、ラビング方向において屈折率異方性の大きさが
均一な領域では、液晶分子が均一に配向するとされてい
る。
より一軸方向に延伸され、ラビング方向に光学的な屈折
率異方性を発現する。ここで、この屈折率異方性の方向
と大きさを光学的位相差値Δndとして表す。そして、
一般に、ラビング方向において屈折率異方性の大きさが
均一な領域では、液晶分子が均一に配向するとされてい
る。
【0040】ラビング工程においては、電極基板の凹凸
や異物等がラビングされる配向膜内表面に付着して、配
向規制力の不均一化が発生する。上記第1実施の形態に
て述べた作製例1の場合のセルNO.A11、A12、
A14及びA17の各液晶セルは、何らかの原因で、配
向規制力の不均一化が発生したものと推定される。そこ
で、本発明者等は、Δτd /τdav の観点からではな
く、配向膜の位相差値Δndの観点から配向規制力を把
握することにより、応答時間τd の極性非対称度合や層
回転の発生度合を観察してみた。
や異物等がラビングされる配向膜内表面に付着して、配
向規制力の不均一化が発生する。上記第1実施の形態に
て述べた作製例1の場合のセルNO.A11、A12、
A14及びA17の各液晶セルは、何らかの原因で、配
向規制力の不均一化が発生したものと推定される。そこ
で、本発明者等は、Δτd /τdav の観点からではな
く、配向膜の位相差値Δndの観点から配向規制力を把
握することにより、応答時間τd の極性非対称度合や層
回転の発生度合を観察してみた。
【0041】配向膜の位相差値の測定にあたり、高感度
自動複屈折測定装置(オーク製作所製ADR−100X
Y型)を用いた。上記第1実施の形態と同様の構成の液
晶セルを16枚作製した。また、各液晶セルの両電極基
板を重ね合わせる前に、両電極基板の各配向膜の位相差
値を測定した。ここで、計測スポットは1mmの直径と
した。
自動複屈折測定装置(オーク製作所製ADR−100X
Y型)を用いた。上記第1実施の形態と同様の構成の液
晶セルを16枚作製した。また、各液晶セルの両電極基
板を重ね合わせる前に、両電極基板の各配向膜の位相差
値を測定した。ここで、計測スポットは1mmの直径と
した。
【0042】この測定において、ラビング前と後で位相
差値を測定しておき、ラビング後の値からラビング前の
値を差し引くことで、下地の影響を除去できる。これに
より、ラビングで誘起された配向膜の屈折率異方性を位
相差値として求めることができる。図8及び図9の図表
は、各液晶セルの重ね合わせ領域の両配向膜の位相差値
の差ΔD(=下基板の配向膜の位相差値Δnd−上基板
の配向膜の位相差値Δnd)と、測定した層回転角度θ
を示す。また、図10は、図8及び図9の図表に示す結
果に基づき作成した層回転角度θと位相差値の差ΔDと
の関係を示すグラフである。
差値を測定しておき、ラビング後の値からラビング前の
値を差し引くことで、下地の影響を除去できる。これに
より、ラビングで誘起された配向膜の屈折率異方性を位
相差値として求めることができる。図8及び図9の図表
は、各液晶セルの重ね合わせ領域の両配向膜の位相差値
の差ΔD(=下基板の配向膜の位相差値Δnd−上基板
の配向膜の位相差値Δnd)と、測定した層回転角度θ
を示す。また、図10は、図8及び図9の図表に示す結
果に基づき作成した層回転角度θと位相差値の差ΔDと
の関係を示すグラフである。
【0043】これによれば、層回転角度θを上記許容角
度範囲内とするには、両配向膜の位相差値Δndの差Δ
Dが、−0.1nm以上で+0.1nm以下であればよ
いことが分かった。つまり、このような範囲のΔDに該
当する両配向膜の位相差値Δndを用いることにより、
反強誘電性液晶の層回転発生を抑制できる。また、位相
差値の差ΔDと上記第1実施の形態にて述べたΔτd /
τdav との関係を調べてみたところ、図11にて示すよ
うな結果が得られた。
度範囲内とするには、両配向膜の位相差値Δndの差Δ
Dが、−0.1nm以上で+0.1nm以下であればよ
いことが分かった。つまり、このような範囲のΔDに該
当する両配向膜の位相差値Δndを用いることにより、
反強誘電性液晶の層回転発生を抑制できる。また、位相
差値の差ΔDと上記第1実施の形態にて述べたΔτd /
τdav との関係を調べてみたところ、図11にて示すよ
うな結果が得られた。
【0044】これによれば、ΔDとΔτd /τdav と
は、互いに略比例関係にあることが分かる。従って、本
第2実施の形態における配向膜の位相差値の観点からみ
た層回転抑制と上記第1実施の形態にて述べたΔτd /
τdav の観点からみた層回転抑制とでは、理想的には、
正確さに差がないと考えられる。しかし、ラビング条件
において、ラビング押し込み量やローラ回転数等の設定
は容易であるものの、他の条件設定は不安定である。従
って、作製例1のように、層回転角度θとΔτd/τdav
との関係の観点から反強誘電性液晶の層回転抑制を図
ると、ばらつきを生じ易い。これに比べ、配向膜の位相
差値Δndの測定は容易であって安定性がある。その結
果、配向膜の位相差値の観点から層回転発生抑制を図る
方が、現状では、より正確さに富むと考えられる。
は、互いに略比例関係にあることが分かる。従って、本
第2実施の形態における配向膜の位相差値の観点からみ
た層回転抑制と上記第1実施の形態にて述べたΔτd /
τdav の観点からみた層回転抑制とでは、理想的には、
正確さに差がないと考えられる。しかし、ラビング条件
において、ラビング押し込み量やローラ回転数等の設定
は容易であるものの、他の条件設定は不安定である。従
って、作製例1のように、層回転角度θとΔτd/τdav
との関係の観点から反強誘電性液晶の層回転抑制を図
ると、ばらつきを生じ易い。これに比べ、配向膜の位相
差値Δndの測定は容易であって安定性がある。その結
果、配向膜の位相差値の観点から層回転発生抑制を図る
方が、現状では、より正確さに富むと考えられる。
【0045】次に、本発明の第3実施の形態について説
明する。上記第1及び第2の実施の形態では、Δτd /
τdav 及び位相差値Δndの観点から、反強誘電性液晶
の層回転発生を抑制できる液晶セルの製作について述べ
た。これとは異なり、本第3実施の形態では、液晶セル
に印加する交流電圧に直流成分を重畳すれば、反強誘電
性液晶にかかる実効電圧が増減し、応答時間τd の値も
増減して、極性の対称化が可能であることに着目した。
明する。上記第1及び第2の実施の形態では、Δτd /
τdav 及び位相差値Δndの観点から、反強誘電性液晶
の層回転発生を抑制できる液晶セルの製作について述べ
た。これとは異なり、本第3実施の形態では、液晶セル
に印加する交流電圧に直流成分を重畳すれば、反強誘電
性液晶にかかる実効電圧が増減し、応答時間τd の値も
増減して、極性の対称化が可能であることに着目した。
【0046】例えば、上記第1実施の形態にて述べた作
製例2の場合のある液晶セルにおいては、τd + =80
msであり、τd - =14msあって、応答時間τd が
極性非対称であり、層回転角度θが7°である。このよ
うな液晶セルに対し、交流電圧全体に直流成分(−0.
8V)を重畳した電圧(図12参照)を、図13にて示
すような制御装置Sの走査電極駆動回路から印加して、
τd + =34ms、τ d - =35msとなるように極性
対称化したところ、反強誘電性液晶の層回転角度θを略
0°とすることができた。
製例2の場合のある液晶セルにおいては、τd + =80
msであり、τd - =14msあって、応答時間τd が
極性非対称であり、層回転角度θが7°である。このよ
うな液晶セルに対し、交流電圧全体に直流成分(−0.
8V)を重畳した電圧(図12参照)を、図13にて示
すような制御装置Sの走査電極駆動回路から印加して、
τd + =34ms、τ d - =35msとなるように極性
対称化したところ、反強誘電性液晶の層回転角度θを略
0°とすることができた。
【0047】ここで、制御装置Sは、垂直同期信号VS
YC及び水平同期信号HSYCに基づきコントロール回
路により、上記走査電極駆動回路の液晶セルに対する印
加駆動電圧波形を制御し、ANR,G,B信号及びコン
トロール回路からの制御出力に基づき信号電圧駆動回路
の液晶セルに対する印加電圧を制御するように構成され
ている。
YC及び水平同期信号HSYCに基づきコントロール回
路により、上記走査電極駆動回路の液晶セルに対する印
加駆動電圧波形を制御し、ANR,G,B信号及びコン
トロール回路からの制御出力に基づき信号電圧駆動回路
の液晶セルに対する印加電圧を制御するように構成され
ている。
【0048】なお、本発明の実施にあたり、上記第3実
施の形態にて述べた交流電圧に対する重畳直流電圧の値
は、τd + とτd - とが近似ないしは等しくなるように
選定すればよく、例えば、図2(b)にて示す光学応答
波形のうち、F+ 状態からAF状態への立ち下がり波形
部がその立ち下がりに要する時間と、F- 状態からAF
状態への立ち下がり波形部がその立ち下がりに要する時
間とが近似ないしは等しくなるように、両立ち下がり波
形部の一方に直流電圧を重畳してもよい。
施の形態にて述べた交流電圧に対する重畳直流電圧の値
は、τd + とτd - とが近似ないしは等しくなるように
選定すればよく、例えば、図2(b)にて示す光学応答
波形のうち、F+ 状態からAF状態への立ち下がり波形
部がその立ち下がりに要する時間と、F- 状態からAF
状態への立ち下がり波形部がその立ち下がりに要する時
間とが近似ないしは等しくなるように、両立ち下がり波
形部の一方に直流電圧を重畳してもよい。
【0049】また、上記第3実施の形態においては、第
1実施の形態にて述べた液晶セルに対し、交流電圧に直
流電圧を重畳した合成電圧を印加して層回転の発生を抑
制する例について説明したが、これに限ることなく、上
記第1実施の形態にて述べたラビング条件を施さない液
晶セルに上記合成電圧を印加して実施しても、上記第3
実施の形態と同様の作用効果を達成できる。
1実施の形態にて述べた液晶セルに対し、交流電圧に直
流電圧を重畳した合成電圧を印加して層回転の発生を抑
制する例について説明したが、これに限ることなく、上
記第1実施の形態にて述べたラビング条件を施さない液
晶セルに上記合成電圧を印加して実施しても、上記第3
実施の形態と同様の作用効果を達成できる。
【図1】本発明の第1実施の形態における各液晶セルの
概略断面図である。
概略断面図である。
【図2】(a)は、各液晶セルに対する印加電圧波形を
示すタイミングチャートであり、(b)は、各液晶セル
に電圧を印加した場合の反強誘電性液晶の光学応答状態
を示すタイミングチャートである。
示すタイミングチャートであり、(b)は、各液晶セル
に電圧を印加した場合の反強誘電性液晶の光学応答状態
を示すタイミングチャートである。
【図3】作製例1における各液晶セルの測定データを示
す図表である。
す図表である。
【図4】作製例2における各液晶セルの測定データを示
す図表である。
す図表である。
【図5】作製例3における各液晶セルの測定データを示
す図表である。
す図表である。
【図6】反強誘電性液晶の層回転角度θとΔτd /τ
dav との関係を示す特性図である。
dav との関係を示す特性図である。
【図7】カラーフィルタを有する液晶セルの断面図であ
る。
る。
【図8】本発明の第2実施の形態における各液晶セル測
定データの一部を示す図表である。
定データの一部を示す図表である。
【図9】当該第2実施の形態における各液晶セル測定デ
ータの残部を示す図表である。
ータの残部を示す図表である。
【図10】反強誘電性液晶の層回転角度θと両位相差値
Δndの差ΔDとの関係を示す特性図である。
Δndの差ΔDとの関係を示す特性図である。
【図11】Δτd /τdav とΔDとの関係を示す特性図
である。
である。
【図12】図2(a)にて示す交流電圧に直流成分(−
0.8V)を重畳した場合の電圧波形を示すタイミング
チャートである。
0.8V)を重畳した場合の電圧波形を示すタイミング
チャートである。
【図13】上記第1実施の形態の液晶セルに接続した制
御装置の概略構成図である。
御装置の概略構成図である。
【図14】反強誘電性液晶の光透過率と印加電圧との関
係を示す二重ヒステレシス特性図である。
係を示す二重ヒステレシス特性図である。
【図15】(a)及び(b)は、ラビング処理した液晶
セル中の反強誘電性液晶の層回転の発生前及び発生後の
液晶分子状態をそれぞれ示す模式図である。
セル中の反強誘電性液晶の層回転の発生前及び発生後の
液晶分子状態をそれぞれ示す模式図である。
【図16】(a)は、反強誘電性液晶を注入した液晶セ
ルに対する印加電圧波形を示すタイミングチャートであ
り、(b)は、液晶セルに電圧を印加した場合の反強誘
電性液晶の光学応答状態を示すタイミングチャートであ
る。
ルに対する印加電圧波形を示すタイミングチャートであ
り、(b)は、液晶セルに電圧を印加した場合の反強誘
電性液晶の光学応答状態を示すタイミングチャートであ
る。
【図17】反強誘電性液晶に電圧を印加した場合の当該
反強誘電性液晶の液晶分子状態の変化を示す模式図であ
る。
反強誘電性液晶の液晶分子状態の変化を示す模式図であ
る。
10、20、50、60・・・電極基板、13、23・
・・配向膜、S・・・制御装置。
・・配向膜、S・・・制御装置。
フロントページの続き (72)発明者 山本 典生 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 山田 祐一郎 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 尾崎 正明 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 平7−43676(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/133 560 G09G 3/36
Claims (1)
- 【請求項1】 正又は負の電圧を印加されて第1又は第
2の強誘電状態となり電圧の無印加時に反強誘電状態と
なる反強誘電性液晶を介し両電極基板をその各配向膜に
て対向するように重ね合わせてなる液晶セルと、この液
晶セルに電圧を印加して駆動制御する制御装置(S)と
を備えた液晶表示装置において、 前記制御装置が、前記第1強誘電状態から前記反強誘電
状態への応答時間と前記第2強誘電状態から前記反強誘
電状態への応答時間とを近似させるように、前記印加電
圧に直流成分を重畳して前記液晶セルに印加することを
特徴とする液晶表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31492399A JP3317291B2 (ja) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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