JPH0895048A - Liquid crystal display element - Google Patents
Liquid crystal display elementInfo
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- JPH0895048A JPH0895048A JP22984794A JP22984794A JPH0895048A JP H0895048 A JPH0895048 A JP H0895048A JP 22984794 A JP22984794 A JP 22984794A JP 22984794 A JP22984794 A JP 22984794A JP H0895048 A JPH0895048 A JP H0895048A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、薄型・軽量、低消費電力という大
きな利点を持つ液晶表示素子は、日本語ワードプロセッ
サやデスクトップパーソナルコンピュータ等のパーソナ
ルＯＡ機器の表示装置として多用されている。その最も
代表的な方式の一例としては、ＴＮ（Twisted Nematic
）方式がある。2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal display devices, which have the great advantages of thinness, light weight and low power consumption, have been widely used as display devices for personal OA equipment such as Japanese word processors and desktop personal computers. As an example of the most typical method, TN (Twisted Nematic)
There is a method.
【０００３】このＴＮ方式の液晶表示素子は、液晶パネ
ルを構成している主要部品である 2枚の基板が間隙を有
して対向配置され、その間隙に周囲を封止されて液晶層
が挟持されている。その液晶層は、前記 2枚の基板間で
90°捩じれた分子配列を取っているが、液晶パネル（液
晶セル）の基板面上では液晶分子はわずかにプレチルト
があるが基板にほぼ平行な姿勢に配向しており、ＯＦＦ
状態（電圧無印加状態）では液晶層内での全分子はこれ
にならって基板に対してほぼ平行方向に配列が揃ってい
る。In this TN type liquid crystal display element, two substrates, which are the main components of a liquid crystal panel, are arranged so as to face each other with a gap therebetween, and the liquid crystal layer is sandwiched by the periphery being sealed in the gap. Has been done. The liquid crystal layer is between the two substrates
Although the molecules are twisted by 90 °, the liquid crystal molecules have a slight pretilt on the substrate surface of the liquid crystal panel (liquid crystal cell), but they are oriented almost parallel to the substrate,
In the state (state in which no voltage is applied), all the molecules in the liquid crystal layer are aligned in the direction substantially parallel to the substrate according to this.
【０００４】そして、誘電異方性が正のネマティック液
晶を用いた場合にはＯＮ（電圧印加）状態では液晶層内
の分子は基板面に垂直な電界方向に立ち上がり、前述の
平行配列の捩じれ配列構造は崩れる。このような、分子
配列の変化によるＯＦＦ状態とＯＮ状態での液晶分子配
列の変化による液晶層の旋光性の変化を利用して、表示
を行なっている。ＴＮ方式ではこのようにして、白黒表
示あるいはカラーフィルタと組み合わせてカラー表示を
行なうことができる。When a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used, in the ON (voltage applied) state, the molecules in the liquid crystal layer rise in the direction of the electric field perpendicular to the surface of the substrate and the twisted arrangement of the parallel arrangement described above. The structure collapses. The display is performed by utilizing the change in the optical rotatory power of the liquid crystal layer due to the change in the liquid crystal molecule arrangement in the OFF state and the ON state due to the change in the molecular arrangement. In this way, the TN method can perform monochrome display or color display in combination with a color filter.
【０００５】このようなＴＮ方式以外にも、ＳＴＮ（Su
per Twisted Nematic ）方式、ＥＣＢ（Electrically C
ontrolled Birefringence ）方式、ＰＣ（Phase Chang
e）方式、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal）方
式など、様々な表示方式があるが、ほとんどの表示方式
は基板に電極を形成し、両基板に挟持された液晶層に対
して両基板の電極から直接に電界を印加するものであ
る。このため、このような従来の方式の液晶表示素子に
おいては、長時間電界を印加して液晶表示素子を駆動し
続けると、液晶層の液晶組成物が電気分解等の作用によ
り次第に劣化していくという問題がある。これを避ける
ために、従来は、印加する電圧を例えば 1フレーム毎な
ど特定期間毎に極性反転して、交流的に液晶層を駆動し
ていた。In addition to such a TN system, STN (Su
per Twisted Nematic) method, ECB (Electrically C)
ontrolled Birefringence method, PC (Phase Chang)
There are various display methods such as e) method and FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) method, but most of the display methods have electrodes formed on the substrates and the liquid crystal layer sandwiched between the substrates is directly applied from the electrodes of both the substrates. An electric field is applied to. Therefore, in such a conventional type liquid crystal display element, when a liquid crystal display element is continuously driven by applying an electric field for a long time, the liquid crystal composition of the liquid crystal layer gradually deteriorates due to an action such as electrolysis. There is a problem. To avoid this, conventionally, the polarity of the applied voltage is inverted every specific period, such as every frame, to drive the liquid crystal layer in an alternating current.
【０００６】しかしながら、そのような交流的駆動方法
も、小さな時間単位でみると、液晶層には直流の電圧が
印加されていることになる。このような液晶層にとって
は比較的大きな電界が長時間にわたって液晶層に直接に
印加されると、交流的な駆動方式と言えども、やはり液
晶層が次第に劣化していくことは避けられないという問
題がある。However, even in such an AC driving method, when viewed in a small time unit, a DC voltage is applied to the liquid crystal layer. For such a liquid crystal layer, if a relatively large electric field is directly applied to the liquid crystal layer for a long time, it is inevitable that the liquid crystal layer will gradually deteriorate even though it is an AC driving method. There is.
【０００７】また、電界を液晶層に印加するにあたって
は、実際には配向膜を介して液晶層に電界を印加してい
る。このため、電極に印加した電圧のうち配向層での電
界のロス等も不可避的に存在しているので、印加電圧の
ロスによるエネルギ損失があり、駆動電圧を実際の表示
に有効な電界を作り出すための電圧よりも高くするある
いは消費電力量が高くなるという問題もある。When applying an electric field to the liquid crystal layer, the electric field is actually applied to the liquid crystal layer via the alignment film. Therefore, of the voltage applied to the electrodes, the loss of the electric field in the alignment layer is inevitably present, and there is energy loss due to the loss of the applied voltage, and the drive voltage creates an electric field effective for actual display. There is also a problem that the voltage is higher than the voltage for power consumption or the power consumption is high.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
液晶表示素子においては、駆動時の液晶層への電界印加
を行なうための消費電力損失や、液晶層の劣化の問題が
あった。本発明は、このような問題を解決するために成
されたもので、その目的は、液晶層の劣化を解消すると
ともにさらなる低消費電力化を達成した液晶表示素子を
提供することにある。As described above, the conventional liquid crystal display element has problems of power consumption loss for applying an electric field to the liquid crystal layer during driving and deterioration of the liquid crystal layer. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that eliminates deterioration of a liquid crystal layer and further reduces power consumption.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、平行に対向配置された 2枚の基板間に、液晶層を周
囲を封止して挟持し、該液晶層の光の透過状態を制御し
て画像を表示する液晶表示素子において、前記液晶層が
接する基板主面に形成された配向膜の表面の物理形状が
変化し、該配向膜の表面の物理形状変化によって前記液
晶層の液晶分子の配列を変化させて、該液晶層の光の透
過状態を制御して表示を行なうことを特徴としている。A liquid crystal display device of the present invention has a liquid crystal layer sandwiched between two substrates arranged in parallel and facing each other, and a light transmission state of the liquid crystal layer. In the liquid crystal display element for controlling the image to display an image, the physical shape of the surface of the alignment film formed on the main surface of the substrate in contact with the liquid crystal layer is changed, and the physical shape of the surface of the alignment film is changed to change the physical shape of the liquid crystal layer. It is characterized in that the arrangement of liquid crystal molecules is changed to control the light transmission state of the liquid crystal layer to perform display.
【００１０】また上記の液晶表示素子において、電圧印
加によって表面の物理形状が変化する圧電素子を用いて
前記配向層表面の物理形状を変化させることを特徴とし
ている。Further, the above liquid crystal display device is characterized in that the physical shape of the surface of the alignment layer is changed by using a piezoelectric element whose surface physical shape is changed by applying a voltage.
【００１１】[0011]
【作用】液晶表示素子において、その基板面上に形成さ
れた液晶配向膜の表面に液晶分子が配向するのは、液晶
層の液晶分子が接する配向層の表面の分子と液晶分子の
間のファンデルワールス力などの分子間相互作用やラビ
ング処理などにより発生する表面の物理形状によるもの
と考えられている。このような配向膜表面の物理形状に
従って液晶分子が配向することを示す例としては、例え
ば基板に感光性ポリイミドを塗布しフォトリソグラフィ
によって例えばピッチが 5μｍ程度以下の微細な溝を形
成した場合、液晶分子はこの溝方向に配列する。このこ
とは良く知られているが、この場合、表面のポリイミド
膜分子の配列には異方性は与えられていないので、配向
膜表面の分子間相互作用ではなく物理形状（微細な溝）
が配向の原因であると考えられるのである。In the liquid crystal display device, the liquid crystal molecules are aligned on the surface of the liquid crystal alignment film formed on the substrate surface of the liquid crystal display device. It is considered to be due to the physical shape of the surface generated by the intermolecular interaction such as the Delwar force or the rubbing treatment. As an example showing that the liquid crystal molecules are aligned according to the physical shape of the surface of the alignment film, for example, when a substrate is coated with photosensitive polyimide and fine grooves with a pitch of about 5 μm or less are formed by photolithography, Molecules are arranged in this groove direction. This is well known, but in this case, since the anisotropy is not given to the arrangement of the polyimide film molecules on the surface, it is not the intermolecular interaction on the alignment film surface, but the physical shape (fine groove).
Is considered to be the cause of the orientation.
【００１２】従来の液晶表示素子では、液晶配向膜によ
り与えられる液晶分子配列と電界印加によって変形され
た液晶分子配列の違いを用いて光透過を制御して表示を
行なっているが、本発明者は、液晶層と接する配向膜の
表面の物理形状を変化させることによって、その配向膜
表面に接している液晶分子の配向を変化させ、これに伴
って両基板間に存在する捩じれネマティック状の液晶分
子全体をも配向制御をできることを見出した。In the conventional liquid crystal display device, light transmission is controlled and display is performed by using the difference between the liquid crystal molecule arrangement provided by the liquid crystal alignment film and the liquid crystal molecule arrangement deformed by the electric field application. Changes the orientation of the liquid crystal molecules in contact with the surface of the alignment film by changing the physical shape of the surface of the alignment film in contact with the liquid crystal layer. As a result, the twisted nematic liquid crystal existing between both substrates is changed. It was found that the orientation of the whole molecule can be controlled.
【００１３】液晶層の接する配向膜表面の物理形状を上
述のごとく変化させる方法としては、具体的には、例え
ば電圧印加によって形状が変化する圧電素子や、電流が
流れることによって膨脹・収縮する高分子ゲル、熱を印
加することによって形状が変化する形状記憶合金あるい
はバイメタル、更には機械的な外力によって容易に変形
するゴムあるいは弾性材料からなる膜などを好適に用い
ることができる。As a method of changing the physical shape of the surface of the alignment film in contact with the liquid crystal layer as described above, specifically, for example, a piezoelectric element whose shape is changed by voltage application or a high degree of expansion / contraction by current flow. A molecular gel, a shape memory alloy or a bimetal whose shape is changed by applying heat, and a film made of rubber or an elastic material which is easily deformed by a mechanical external force can be preferably used.
【００１４】そしてこれらの物理形状を変化させる材料
で形成された配向膜あるいはこのような物理形状の変化
する材質からなる素子を各画素毎に形成し、この画素上
を覆うように変形可能な配向膜を成膜し、その表面に溝
や凹凸など液晶分子の配向を誘起する形状を形成し、電
気・熱・外力等の印加をコントロールすることによって
液晶分子の配向を制御して表示を行なうことができる。An alignment film formed of a material that changes these physical shapes or an element made of such a material whose physical shape changes is formed for each pixel, and a deformable orientation that covers the pixel is formed. Forming a film, forming a shape that induces alignment of liquid crystal molecules such as grooves and irregularities on the surface, and controlling the alignment of liquid crystal molecules by controlling the application of electricity, heat, external force, etc. to perform display You can
【００１５】なお、液晶層としては、ＴＮ型液晶や、そ
の他にもＳＴＮ型液晶、更にはネマティック型液晶に染
料を添加してなるＧＨ（ゲストホスト）型液晶、あるい
はネマティック系の液晶のみならずコレステリック液晶
やスメクティック液晶等を用いることも可能である。The liquid crystal layer is not limited to TN type liquid crystal, STN type liquid crystal, GH (guest host) type liquid crystal obtained by adding a dye to nematic type liquid crystal, or nematic type liquid crystal. It is also possible to use a cholesteric liquid crystal or a smectic liquid crystal.
【００１６】また、圧電素子としては、例えばＳＡＷフ
ィルタに用いられるようなＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、Ｂｉ12ＧｅＯ20、ＬＢＯ、ＺｎＯ、ＰＴＺ系セラ
ミックス、発振用水晶などを好適に用いることができ
る。そのような材料を用いて、例えば 1画素ごとに電圧
が印加されてその画素ごとの配向膜の物理的状態つまり
例えば配向膜の溝の幅や長さあるいは方向を変化させる
ことにより、上記のような液晶分子の配向を変化させ
て、画像を表示することができる。Further, as the piezoelectric element, for example, LiTaO 3 or LiNb used in a SAW filter is used.
O 3 , Bi 12 GeO 20 , LBO, ZnO, PTZ-based ceramics, crystal for oscillation, and the like can be preferably used. Using such a material, for example, by applying a voltage to each pixel and changing the physical state of the alignment film for each pixel, that is, the width, length or direction of the groove of the alignment film, An image can be displayed by changing the orientation of various liquid crystal molecules.
【００１７】あるいは上記の圧電素子の他にも、例えば
バイメタルで形成された素子を用いてもよい。その他、
画像データに対応して物理的に状態が変化する材質を用
いて形成することができる。Alternatively, in addition to the above-described piezoelectric element, an element formed of, for example, bimetal may be used. Other,
It can be formed using a material whose state physically changes according to the image data.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明の液晶表示素子の実施例を、図
面に基づいて詳細に説明する。Embodiments of the liquid crystal display device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１９】（実施例１）片面に配向膜１として水平配
向性の樹脂膜を塗布して一方向にラビング処理を行なっ
たガラス基板２と、片側の主面が図２な示すように微細
な凹凸形状に形成された透明性の高い例えばシリコーン
ゴムのような材料から形成されたゴム膜３を用いて、図
１に示すようなガラス基板４の配向膜が形成された側の
主面とゴム膜３の微細凹凸形状が形成された側の主面と
を間隙を有して向かい合うように対向配置し、その間隙
に 2色性染料を微量添加したネマティック液晶材料を加
熱しながら等方性状態で浸透させた後、冷却して液晶状
態に戻して液晶層５を形成して液晶表示素子セルを作製
した。(Example 1) A glass substrate 2 having a horizontally oriented resin film applied as an orientation film 1 on one side and subjected to a rubbing treatment in one direction, and a main surface on one side thereof are fine as shown in FIG. By using a rubber film 3 formed of a highly transparent material such as silicone rubber formed in an uneven shape, the main surface of the glass substrate 4 on the side where the alignment film is formed and the rubber as shown in FIG. The film 3 is placed opposite to the main surface of the side where the fine irregularities are formed so as to face each other with a gap, and a nematic liquid crystal material to which a small amount of dichroic dye is added is heated to an isotropic state. Then, the liquid crystal layer 5 was formed by cooling and returning to a liquid crystal state to prepare a liquid crystal display element cell.
【００２０】初期状態においては、ガラス基板２に形成
された配向膜１のラビング方向に偏光した光の透過率と
これに対して垂直方向に偏光した光の透過率との比は、
ガラス基板２の背面からの透過光で測定すると、約 1：
2であり、液晶層５の液晶分子はほぼラビング方向に配
向していることが分かった。しかし、偏光顕微鏡で観察
すると、配向方向の異なる微細なドメインが多数観察さ
れた。In the initial state, the ratio of the transmittance of light polarized in the rubbing direction of the alignment film 1 formed on the glass substrate 2 to the transmittance of light polarized in the direction perpendicular thereto is:
When measured with the transmitted light from the back surface of the glass substrate 2, it is about 1:
It was 2 and it was found that the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 5 were aligned almost in the rubbing direction. However, when observed with a polarization microscope, many fine domains with different orientations were observed.
【００２１】次に、ゴム膜３を前記ラビング方向と同じ
方向に沿って機械的な引張力を加えて延伸して行くと、
ガラス基板２側の配向膜１のラビング方向に偏光した光
の透過率と、これに対して垂直方向に偏光した光の透過
率との比は、次第に増加して行き、10％程度延伸したと
きに約 1： 3となった。偏光顕微鏡で観察すると、配向
方向の異なる微細なドメインは減少し配向がより均一化
している様子が観察された。Next, when the rubber film 3 is stretched along the same direction as the rubbing direction by applying a mechanical tensile force,
The ratio of the transmittance of the light polarized in the rubbing direction of the alignment film 1 on the glass substrate 2 side to the transmittance of the light polarized in the direction perpendicular thereto increases gradually, and when stretched by about 10%. To about 1: 3. When observed with a polarization microscope, it was observed that fine domains with different orientations were reduced and the orientation was made more uniform.
【００２２】また、ゴム膜３を前記のラビング方向と垂
直な方向に延伸して行くと、ガラス基板２側の配向膜１
のラビング方向に偏光した光の透過率と、これと垂直方
向に偏光した光の透過率との比は、ラビング方向に延伸
した場合と同様に次第に増加して、約10％延伸したとき
に約 1： 3となった。しかし、偏光顕微鏡で観察する
と、配向方向の異なる微細なドメインは減少し、配向が
さらに均一化している様子が観察されるとともに、90°
捩れのＴＮ素子と同様の旋光性が生じている様子が確認
された。これは、ゴム膜３上の微細凹凸形状６が、延伸
方向に細長く引き伸ばされて、この形状異方性によって
液晶層５の液晶分子の配向がゴム膜３の延伸方向に配向
するためであると考えられる。When the rubber film 3 is stretched in the direction perpendicular to the rubbing direction, the alignment film 1 on the glass substrate 2 side is formed.
The ratio between the transmittance of light polarized in the rubbing direction and the transmittance of light polarized in the vertical direction gradually increases in the same manner as in the case of stretching in the rubbing direction, and is about 10% when stretched. It became 1: 3. However, when observed with a polarizing microscope, fine domains with different orientations are reduced, and it is observed that the orientation is more uniform and the 90 °
It was confirmed that the optical rotatory power similar to that of the twisted TN element occurred. This is because the fine concavo-convex shape 6 on the rubber film 3 is elongated in the stretching direction and the orientation of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 5 is oriented in the stretching direction of the rubber film 3 due to the shape anisotropy. Conceivable.
【００２３】ところでゴム膜３の微細凹凸形状６の一つ
一つの下にはそれぞれ、圧電素子を用いて形成された、
電圧が印加されるとその表面が物理的に変形する形状変
化素子（図示省略）が形成されている。この形状変化素
子は、従来のアクティブマトリックス型液晶表示装置の
直交する走査配線および信号配線（図１においてはいず
れも図示省略）の一本ずつが一つの形状変化素子ごとに
接続されており、走査配線から印加される電圧と信号配
線から印加される電圧との重畳でマトリックス駆動され
る。By the way, a piezoelectric element is formed under each of the fine concavo-convex shapes 6 of the rubber film 3,
A shape change element (not shown) is formed whose surface is physically deformed when a voltage is applied. In this shape changing element, one scanning wiring and one signal wiring (both not shown in FIG. 1) orthogonal to each other in the conventional active matrix type liquid crystal display device are connected to each one of the shape changing elements. Matrix driving is performed by superimposing a voltage applied from the wiring and a voltage applied from the signal wiring.
【００２４】このような液晶セルをガラス基板の背面に
前記ラビング方向と平行に偏光板を置き、ゴム膜３の前
面に前記偏光板と吸収軸を直交させた偏光板を置いて、
ラビング方向に延伸した場合とラビング方向と垂直な方
向に延伸した場合の様子を目視比較した。その結果、ラ
ビング方向に延伸した場合には透過光が遮断され黒色の
表示状態を、ラビング方向と垂直な方向に延伸した場合
には透過状態となり白色の表示状態を示す様子が見られ
た。このときの透過率の比をとると、 1：30であった。
また、ゴム膜前面の偏光板のみを90°回転すると、延伸
方向と白黒の表示状態との関係が逆転した。In such a liquid crystal cell, a polarizing plate is placed on the back surface of a glass substrate in parallel with the rubbing direction, and a polarizing plate whose absorption axis is orthogonal to the polarizing plate is placed on the front surface of the rubber film 3.
Visual comparison was made between the case of stretching in the rubbing direction and the case of stretching in the direction perpendicular to the rubbing direction. As a result, it was observed that when stretched in the rubbing direction, transmitted light was blocked and a black display state was obtained, and when stretched in the direction perpendicular to the rubbing direction, a transmissive state was obtained and a white display state was exhibited. The transmittance ratio at this time was 1:30.
Further, when only the polarizing plate on the front surface of the rubber film was rotated by 90 °, the relationship between the stretching direction and the black and white display state was reversed.
【００２５】このような本実施例の液晶表示素子を、今
度は形状変化素子を用いて駆動し、白色表示状態及び黒
色表示状態にして、その表示を1000時間保持させた。そ
の結果、使用した液晶材料の劣化は見受けられなかっ
た。The liquid crystal display element of the present example as described above was driven by using the shape changing element this time to obtain a white display state and a black display state, and the display was held for 1000 hours. As a result, no deterioration of the used liquid crystal material was found.
【００２６】これに対して、従来のＴＮ方式のノーマリ
ブラックの液晶表示素子を電圧が印加されている白色表
示状態にしてその表示状態を1000時間保持させたとこ
ろ、液晶材料の電気分解による液晶層５の劣化で、画面
に表示むらが発生した。On the other hand, when a conventional TN type normally black liquid crystal display element is set to a white display state in which a voltage is applied and the display state is held for 1000 hours, the liquid crystal is produced by electrolysis of the liquid crystal material. Due to the deterioration of Layer 5, display unevenness occurred on the screen.
【００２７】（実施例２）第１の実施例の液晶表示素子
において、ゴム膜３が形成された基板の代りに、図３の
ようにガラス基板４上にＢａＴｉＯ3 （チタン酸バリウ
ム）を用いて形成され、走査線３００と信号線３０１に
印加される電圧とで駆動される圧電素子３０２を配設
し、圧電素子３０２上に感光性ポリイミドを塗布しフォ
トリソグラフィによって実施例１の図２と同様の微細凹
凸形状６が形成されており表面の物理的状態が可変であ
る透明な物理的状態可変配向膜３０３を形成した。(Embodiment 2) In the liquid crystal display element of the first embodiment, BaTiO 3 (barium titanate) is used on the glass substrate 4 as shown in FIG. 3 instead of the substrate on which the rubber film 3 is formed. The piezoelectric element 302 which is formed by driving the scanning line 300 and the voltage applied to the signal line 301 is provided, and photosensitive polyimide is applied onto the piezoelectric element 302. A transparent physical state variable alignment film 303 having the same fine concavo-convex shape 6 and having a variable physical state on the surface was formed.
【００２８】また、本実施例では液晶材料に染料は添加
しなかった。他の条件は実施例１と同様にした液晶表示
素子を作製した。なお、この第２の実施例においても第
１の実施例と同様の部位には同じ番号を付して示してい
る。In this example, no dye was added to the liquid crystal material. A liquid crystal display device was produced under the same conditions as in Example 1 except for the above conditions. Note that, also in the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals.
【００２９】初期状態には、第１の実施例と同様に、液
晶層５の液晶分子はほぼラビング方向に配向している。
圧電素子に5kv ／cmの電界を印加すると、圧電素子３０
２は前記ラビング方向と垂直な方向に延伸され、これと
ともに90°ＴＮ素子と同様の旋光性が生じている様子が
確認された。これは、圧電素子３０２上の微細凹凸形状
６が延伸方向に細長く引き伸ばされ、この形状異方性に
よって液晶分子配向が延伸方向に配向するためである。In the initial state, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 5 are aligned substantially in the rubbing direction, as in the first embodiment.
When an electric field of 5 kv / cm is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element 30
It was confirmed that No. 2 was stretched in the direction perpendicular to the rubbing direction, and the optical rotation similar to that of the 90 ° TN device was generated along with it. This is because the fine concavo-convex shape 6 on the piezoelectric element 302 is elongated and elongated in the stretching direction, and liquid crystal molecule alignment is aligned in the stretching direction due to the shape anisotropy.
【００３０】この液晶セルと圧電素子３０２の無いガラ
ス基板２の側の背面に前記ラビング方向と吸収軸（偏光
軸）が平行になるように偏光板を配置し、圧電素子３０
２のあるガラス基板４の側の外向きの主面には前記偏光
板と吸収軸（偏光軸）を直交させた（圧電素子の電界印
加方向に一致する）偏光板を配置して、圧電素子に電界
を印加した場合と印加しない場合の様子を比較した。A polarizing plate is arranged on the back surface of the liquid crystal cell and the glass substrate 2 side without the piezoelectric element 302 so that the rubbing direction is parallel to the absorption axis (polarization axis).
A polarizing plate having an absorption axis (polarization axis) orthogonal to that of the polarizing plate (matching the electric field application direction of the piezoelectric element) is arranged on the outward main surface of the glass substrate 4 side having the piezoelectric element. A comparison was made between the case where an electric field was applied to and the case where no electric field was applied.
【００３１】その結果、電界を印加しない場合には、透
過光が遮断されて黒色の表示状態を、電界を印加した場
合には、透過状態となり白色の表示状態を示す様子が見
られた。透過率の比を調べると 1：10であった。As a result, it was observed that when no electric field was applied, transmitted light was blocked and a black display state was obtained, and when an electric field was applied, a transmission state was obtained and a white display state was exhibited. The transmittance ratio was 1:10.
【００３２】本実施例の液晶表示素子を、白色表示状態
及び黒色表示状態にして1000時間保持したが、使用した
液晶材料の劣化は見られなかった。The liquid crystal display device of this example was kept in a white display state and a black display state for 1000 hours, but no deterioration of the used liquid crystal material was observed.
【００３３】これに対して従来構成のＴＮ方式のノーマ
リブラックタイプの液晶表示素子を電界印加した白色表
示状態にして1000時間保持したところ、液晶材料の電気
分解による劣化で表示むらが発生した。On the other hand, when the normally black type liquid crystal display device of the TN system of the conventional structure was kept for 1000 hours in a white display state with an electric field applied, display unevenness occurred due to deterioration due to electrolysis of the liquid crystal material.
【００３４】なお、上記各実施例においては、ネマティ
ック液晶材料を用い、液晶分子を基板に対して平行配向
させ、透過タイプの表示素子として構成した。しかし、
本発明の効果が得られるのは、これらの実施例の条件に
限らず、液晶材料としてはネマティック液晶以外のコレ
ステリック液晶やスメクティック液晶等を用いても良
い。液晶分子配向としては基板に対する水平配向、傾斜
水平配向、垂直配向、傾斜垂直配向あるいはこれらを組
み合わせたものを用いても良い。また透過、半透過、反
射のいずれのタイプとしても良い。In each of the above examples, a nematic liquid crystal material was used, and liquid crystal molecules were aligned in parallel with the substrate to form a transmission type display element. But,
The effect of the present invention is not limited to the conditions of these examples, and a cholesteric liquid crystal or a smectic liquid crystal other than the nematic liquid crystal may be used as the liquid crystal material. As the liquid crystal molecule alignment, horizontal alignment with respect to the substrate, inclined horizontal alignment, vertical alignment, inclined vertical alignment, or a combination thereof may be used. Further, any type of transmission, semi-transmission and reflection may be used.
【００３５】また、上記各実施例においては、微細凹凸
形状６は一つ一つの形状が平面的に矩形の突起を島状に
配列した形としたが、本発明に係る物理的状態可変配向
膜３０３やゴム膜３の表面の配向溝（配向突起）の形状
としては、これのみには限定されない。上記の他にも、
例えば細長い溝状に形成する、あるいは曲面の***状に
形成することなども可能である。あるいは、角柱状、角
錐状、円錐状、半球状、の***または溝の周期的配列
や、さらにこれらの***や溝に傾斜をつけたものとして
もよい。Further, in each of the above-mentioned embodiments, the fine concavo-convex shape 6 has a shape in which rectangular projections are arranged in an island shape in plan view. However, the physical state variable alignment film according to the present invention. The shape of the alignment groove (orientation protrusion) on the surface of 303 or the rubber film 3 is not limited to this. Besides the above,
For example, it is possible to form it in the shape of an elongated groove, or to form it in the shape of a curved ridge. Alternatively, a prismatic, pyramidal, conical, hemispherical, or periodic arrangement of ridges or grooves, or these ridges or grooves may be inclined.
【００３６】また、物理的状態可変配向膜３０３やゴム
膜３の表面の微細凹凸形状６の寸法および配向溝（配向
突起）の寸法としては、上記実施例においては 1画素の
画素サイズが 300μｍ〜 300μｍであり、このとき微細
凹凸形状６の一つの寸法を 1μｍ（縦）× 1μｍ（横）
× 0.3μｍ（高さ）とし、隣り合う微細凹凸形状６どう
しの間隔を 1μｍとした。このような配向溝の寸法は、
液晶層として一般的なＴＮ型液晶を用いる場合などに
は、隣り合う配向溝どうしの間隙は 2μｍ以下、微細凹
凸形状６の寸法は 2μｍ以下が好適である。あるいはＴ
Ｎ型液晶以外の液晶を用いる場合、ＳＴＮ型液晶の場合
には、隣り合う配向溝どうしの間隙は 1.5μｍ以下、微
細凹凸形状６の寸法は 1.5μｍ以下μｍが好適である。As for the dimensions of the fine unevenness 6 and the orientation groove (orientation protrusion) on the surface of the physical state variable orientation film 303 or the rubber film 3, the pixel size of one pixel in the above embodiment is 300 .mu.m. 300 μm, where one dimension of the fine concavo-convex shape 6 is 1 μm (vertical) × 1 μm (horizontal)
× 0.3 μm (height), and the interval between adjacent fine concavo-convex shapes 6 was 1 μm. The dimensions of such alignment grooves are
When a general TN type liquid crystal is used as the liquid crystal layer, it is preferable that the gap between the adjacent alignment grooves is 2 μm or less and the size of the fine unevenness 6 is 2 μm or less. Or T
When using a liquid crystal other than the N-type liquid crystal, in the case of the STN-type liquid crystal, it is preferable that the gap between the adjacent alignment grooves is 1.5 μm or less and the size of the fine concavo-convex shape 6 is 1.5 μm or less μm.
【００３７】また、上記実施例においては、圧電素子に
印加する電圧は直流電圧を用いたが、本発明は直流電圧
印加のみには限定しないことは言うまでもない。この他
にも、用いる液晶の応答特性とのマッチング等を考慮し
つつ、例えばその液晶層の応答時間よりも短い周期の交
流波形の電圧を、 1走査選択期間中に複数パルス印加す
ることなども可能である。Further, in the above embodiment, the voltage applied to the piezoelectric element is a DC voltage, but it goes without saying that the present invention is not limited to the DC voltage application. In addition to this, while considering the matching with the response characteristics of the liquid crystal used, for example, it is possible to apply multiple pulses of an AC waveform voltage with a cycle shorter than the response time of the liquid crystal layer during one scanning selection period. It is possible.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、液晶層の劣化を解消して耐久性のさらな
る向上を達成するとともに、更なる低消費電力化を達成
した、液晶表示素子を提供することができる。As clearly stated in the detailed description above, according to the present invention, the deterioration of the liquid crystal layer is eliminated, the durability is further improved, and the power consumption is further reduced. A liquid crystal display device can be provided.
【図１】本発明の第１の実施例の液晶表示装置を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施例の液晶表示装置の微細凹
凸形状６を部分的に示す図である。FIG. 2 is a diagram partially showing a fine concavo-convex shape 6 of the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施例の液晶表示装置を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２の実施例の液晶表示装置の微細凹
凸形状６を部分的に示す図である。FIG. 4 is a diagram partially showing a fine concavo-convex shape 6 of the liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention.
１………配向膜 ２………ガラス基板 ３………ゴム膜 ４………ガラス基板 ５………液晶層 ６………微細凹凸形状 ３０２…圧電素子 ３０３…物理的状態可変配向膜 1 ... Alignment film 2 ... Glass substrate 3 ... Rubber film 4 ... Glass substrate 5 ... Liquid crystal layer 6 ... Fine concavo-convex shape 302 ... Piezoelectric element 303 ... Physical state variable alignment film
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成７年２月２８日[Submission date] February 28, 1995
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項１[Name of item to be corrected] Claim 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１９[Correction target item name] 0019
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１９】（実施例１）片面に配向膜１として水平配
向性の樹脂膜を塗布して一方向にラビング処理を行なっ
たガラス基板２と、片側の主面が図２に示すような微細
な凹凸形状に形成された透明性の高い例えばシリコーン
ゴムのような材料から形成されたゴム膜３を用いて、図
１に示すようなガラス基板２の配向膜が形成された側の
主面とゴム膜３の微細凹凸形状が形成された側の主面と
を間隙を有して向かい合うように対向配置し、その間隙
に２色性染料を微量添加したネマティック液晶材料を加
熱しながら等方性状態で浸透させた後、冷却して液晶状
態に戻して液晶層５を形成して液晶表示素子セルを作製
した。[0019] (Example 1) and the glass substrate 2 was subjected to rubbing treatment in one direction by applying a horizontal orientation of the resin film as an alignment film 1 on one side, one side of the main surface is fine as shown in FIG. 2 By using a rubber film 3 formed of a highly transparent material such as silicone rubber formed in an uneven shape, the main surface of the glass substrate 2 on the side where the alignment film is formed and the rubber as shown in FIG. 1 are used. The film 3 is arranged so as to face the main surface on the side where the fine concavo-convex shape is formed so as to face each other with a gap, and a nematic liquid crystal material in which a small amount of a dichroic dye is added to the gap is isotropic while heating. Then, the liquid crystal layer 5 was formed by cooling and returning to a liquid crystal state to prepare a liquid crystal display element cell.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２３[Name of item to be corrected] 0023
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２３】ところでゴム膜３の微細凹凸形状６の下に
は、圧電素子を用いて形成された、電圧が印加されると
その表面が物理的に変形する形状変化素子（図示省略）
が形成されている。この形状変化素子は、従来のアクテ
ィブマトリックス型液晶表示装置の直交する走査配線お
よび信号配線（図１においてはいずれも図示省略）の一
本ずつが一つの形状変化素子ごとに接続されており、走
査配線から印加される電圧と信号配線から印加される電
圧との重畳でマトリックス駆動される。By the way , under the fine unevenness 6 of the rubber film 3,
Is a shape change element (not shown) formed by using a piezoelectric element, the surface of which deforms physically when a voltage is applied.
Are formed. In this shape changing element, one scanning wiring and one signal wiring (both not shown in FIG. 1) orthogonal to each other in the conventional active matrix type liquid crystal display device are connected to each one of the shape changing elements. Matrix driving is performed by superimposing a voltage applied from the wiring and a voltage applied from the signal wiring.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１[Name of item to be corrected] Figure 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１】 FIG.
Claims (2)
液晶層を周囲を封止して挟持し、該液晶層の光の透過状
態を制御して画像を表示する液晶表示素子において、 前記液晶層が接する基板主面に形成された配向膜であっ
て該膜の表面の物理形状が変化し、該配向膜の表面の物
理形状変化によって前記液晶層の液晶分子の配列を変化
させて、該液晶層の光の透過状態を制御して表示を行な
う物理的状態可変配向膜を具備するとを特徴とする液晶
表示素子。1. Between two substrates arranged in parallel and facing each other,
A liquid crystal display element for enclosing and surrounding a liquid crystal layer and controlling a light transmission state of the liquid crystal layer to display an image, comprising an alignment film formed on a main surface of a substrate in contact with the liquid crystal layer. The physical shape of the surface of the film is changed, and the alignment of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer is changed by the change of the physical shape of the surface of the alignment film to control the light transmission state of the liquid crystal layer to perform display. A liquid crystal display device comprising a dynamic state variable alignment film.
用いて前記物理的状態可変配向膜の表面の物理形状を変
化させることを特徴とする液晶表示素子。2. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the physical shape of the surface of the physical state variable alignment film is changed by using a piezoelectric element whose surface physical shape is changed by applying a voltage. Liquid crystal display device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22984794A JPH0895048A (en) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | Liquid crystal display element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22984794A JPH0895048A (en) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | Liquid crystal display element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0895048A true JPH0895048A (en) | 1996-04-12 |
Family
ID=16898623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22984794A Withdrawn JPH0895048A (en) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | Liquid crystal display element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0895048A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010181515A (en) * | 2009-02-04 | 2010-08-19 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Rewritable liquid crystal aligning surface and method for evaluating alignment memory |
-
1994
- 1994-09-26 JP JP22984794A patent/JPH0895048A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010181515A (en) * | 2009-02-04 | 2010-08-19 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Rewritable liquid crystal aligning surface and method for evaluating alignment memory |
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