(57)【要約】【課題】初期配向状態が安定した配向膜を有し、印加電圧に応じて２つの準安定状態のうち一方の準安定状態から他方の準安定状態に再現性良く切り替えることができるようにする。【解決手段】一方の基板の液晶層側に弱アンカリングの配向膜１６が設けられ、他方の基板の液晶層側に強アンカリングの配向膜が設けられた液晶セルが備えられ、印加電圧に応じてカイラルネマティック液晶層の液晶分子の配列が初期状態とは異なる２つの準安定状態のうちいずれかの状態に制御されるようにした双安定型ネマティック液晶表示装置であって、弱アンカリングの配向膜１６は、少なくとも表面に形状異方性が付与された高分子膜からなり、アンカリングエネルギーが上記強アンカリングの配向膜のアンカリングエネルギーの１／２以下とされ、プレティルト角が略０になるように形成され、上記強アンカリングの配向膜は所定のプレティルト角を有するように形成される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カイラル剤が添加されたネマティック液晶層を挟んで対向する一対の基板の一方の基板の液晶層側に電極と弱アンカリングの配向膜が該一方の基板側から順に設けられ、他方の基板の液晶層側に電極と強アンカリングの配向膜が該他方の基板側から順に設けられた液晶セルが備えられ、印加電圧に応じて液晶層の液晶分子の配列が初期状態とは異なる２つの準安定状態のうちいずれかの状態に制御されるようにした液晶表示装置であって、
前記弱アンカリングの配向膜は、少なくとも表面に形状異方性が付与された高分子膜からなり、アンカリングエネルギーが前記強アンカリングの配向膜のアンカリングエネルギーの１／２以下とされ、プレティルト角が略０になるように形成され、前記強アンカリングの配向膜は所定のプレティルト角を有するように形成されていることを特徴とする双安定型ネマティック液晶表示装置。
【請求項２】
前記弱アンカリングの配向膜は、アンカリングエネルギーが１×１０−５Ｊ／ｍ２以上１×１０−３Ｊ／ｍ２以下であることを特徴とする請求項１記載の双安定型ネマティック液晶表示装置。
【請求項３】
前記弱アンカリングの配向膜を構成する高分子膜は、第１の方向に沿って繰り返す微細な凹凸形状と、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って繰り返す微細な凹凸形状を有し、少なくとも第２の方向に沿って繰り返す微細な凹凸形状の各凸部の断面形状が左右非対称であることを特徴とする請求項１又は２記載の双安定型ネマティック液晶表示装置。
【請求項４】
記弱アンカリングの配向膜を構成する高分子膜の表面は、剪断ひずみが付与されたもの及び／又は塑性変形したものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の双安定型ネマティック液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長時間亘って同じパターンを表示する電子ブック、電子手帳等に適用できる双安定型ネマティック液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単純マトリックス型の駆動方法により表示するモードの液晶表示装置の一種としてネマティック液晶を用いた双安定型液晶表示装置が知られている。
従来の双安定型ネマティック液晶表示装置は、上下一対の基板間にネマティック液晶が所定のセルギャップで挟まれ、一方の基板の内面側に強アンカリング（強い配向力）の配向膜が形成され、他方の基板の内面側に弱アンカリング（弱い配向力）の配向膜が形成された液晶セルが備えられたものである。従来の強アンカリングの配向膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機配向膜にラビングしたものが用いられ、弱アンカリングの配向膜としては斜方蒸着法により形成されたＳｉＯｘ膜、ポリイミド等の有機配向膜に光を照射し改質したもの、或いは溶剤処理したもの等が用いられていた（例えば、非特許文献１参照。）。
この双安定型ネマティック液晶表示装置は、電圧を印加し、さらに印加した電圧の差によって初期状態とは異なる２つの準安定状態を有することができるようになっている。
【０００３】
【非特許文献１】
マルチノ  ラガード等（Ｐｈ．  Ｍａｒｔｉｎｏｔ−Ｌａｇａｒｄｅ  ｅｔ  ａｌ．）、ファスト  ビスタブルネマティック  ディスプレイ  ユージング  モノスタブル  サーフェイス  スイッチング（Ｆａｓｔ  Ｂｉｓｔａｂｌｅ  Ｎｅｍａｔｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｏｎｏｓｔａｂｌｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ダイジェスト  オブ  エスアイディー’９７（Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ＳＩＤ’９７）  、１９９７年、ｐ．４１−４４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の双安定型ネマティック液晶表示装置においては、配向力いわゆるアンカリングの中でも極角方向のアンカリングが弱い配向膜の初期配向状態が不安定で、印加電圧に応じて２つの準安定状態のうち一方の安定状態から他方の安定状態に再現性良く切り替えることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、初期配向状態が安定した配向膜を有し、しかも印加電圧に応じて２つの準安定状態のうち一方の準安定状態から他方の準安定状態に再現性良く切り替えることができる双安定型ネマティック液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置は、カイラル剤が添加されたネマティック液晶層を挟んで対向する一対の基板の一方の基板の液晶層側に電極と極角方向の弱アンカリングの配向膜が該一方の基板側から順に設けられ、他方の基板の液晶層側に電極と極角方向の強アンカリングの配向膜が該他方の基板側から順に設けられた液晶セルが備えられ、印加電圧に応じて液晶層の液晶分子の配列が初期状態とは異なる２つの準安定状態のうちいずれかの状態に制御されるようにした液晶表示装置であって、
上記弱アンカリングの配向膜は、少なくとも表面に形状異方性が付与された高分子膜からなり、アンカリングエネルギーが上記強アンカリングの配向膜のアンカリングエネルギーの１／２以下とされ、プレティルト角が略０になるように形成され、上記強アンカリングの配向膜は所定のプレティルト角を有するように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置によれば、一方の基板側の配向膜を少なくとも表面に形状異方性が付与された高分子膜から構成したことにより、一方の基板側の配向膜表面に方位を保ちながら方位角方向及び／または極角方向の配向力を弱く設定できる。
このような表面に形状異方性が付与された弱アンカリングの配向膜は、例えば、転写すべき微細な凹凸模様が表面に形成された転写型を、基板上に電極層を介して形成された高分子膜材料からなる層に押圧し、上記微細な凹凸模様を転写する転写法により容易に作製できるので、大がかりな真空装置等を使用しなくても配向処理が可能である。
また、高分子膜表面に付与する形状を変更することで、配向力を調整可能となる。さらに、上記弱アンカリングの配向膜は、アンカリングエネルギーが上記強アンカリングの配向膜のアンカリングエネルギーの１／２以下とされたことにより、安定した初期配向が可能であり、しかも印加電圧に応じて２つの準安定状態のうち一方の安定状態から他方の安定状態に再現性良く切り替えることができる。
本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置によれば、長時間亘って同じパターンを表示する電子ブック、電子手帳等に好適に用いられ、表示を切り替えた場合に安定して表示でき、表示品質を向上できる。
【０００８】
本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置においては、上記弱アンカリングの配向膜は、アンカリングエネルギーが１×１０−５Ｊ／ｍ２以上１×１０−３Ｊ／ｍ２以下であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置においては、上記弱アンカリングの配向膜を構成する高分子膜は、第１の方向に沿って繰り返す微細な凹凸形状と、上記第１の方向に交差する第２の方向に沿って繰り返す微細な微細な凹凸形状を有し、少なくとも第２の方向に沿って繰り返す微細な微細な凹凸形状の各凸部の断面形状が左右非対称であるものであってもよい。このように第２の方向に沿って繰り返す微細な微細な凹凸形状の各凸部の断面形状が左右非対称であると、液晶のプレチルト角の面内均一性が向上する。
【００１０】
また、本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置においては、上記弱アンカリングの配向膜を構成する高分子膜の表面は、剪断ひずみが付与されたもの及び／又は塑性変形したものであってもよい。上記弱アンカリングの配向膜を形成する際、上記高分子膜に加える剪断力／又は応力を制御することで、配向力を調整可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置を半透過反射型の双安定型ネマティック液晶表示装置に適用した実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
図１は本発明の実施形態である半透過反射型の双安定型ネマティック液晶表示装置の端部を含む部分断面構造を模式的に示した図である。
図１において、本発明の半透過反射型の双安定型ネマティック液晶表示装置１は、カイラルネマティック液晶層３０を挟持して対向する透明なガラスなどからなる第１の基板（一方の基板）１０と、第２の基板（他方の基板）２０とをこれら２枚の基板１０、２０の周縁部に環状に設けられたシール材４０で接着一体化した概略構成のものである。
【００１２】
第１の基板１０の液晶層３０側には順に、反射体７と、カラー表示を行うためのカラーフィルタ１３と、反射体７を被覆して保護するとともに反射体７やカラーフィルタ１３による凹凸を平坦化するためのオーバーコート膜１４と、液晶層３０を駆動するための第１の電極層（電極）１５と、絶縁膜からなるトップコート膜（図示略）と、液晶層３０を構成する液晶分子の配向を制御するための第１の配向膜１６とが積層形成されている。また、第２の基板２０の液晶層３０側には順に、第２の電極層（電極）２５、トップコート膜（絶縁膜）２４、第２の配向膜２６が積層形成されている。
【００１３】
上記の第１の基板１０と第２の基板２０と、これら基板間に設けられた各構成部材により、液晶セル３５が構成されている。
第１の基板１０の液晶層３０側と反対側（第１の基板１０の外面側）に、偏光板１８が設けられており、第２の基板２０の液晶層３０側と反対側（第２の基板２０の外面側）には、偏光板２８が設けられている。この偏光板２８側が観察者側である。偏光板１８と２８はこれらの透過軸方向がクロスニコルの方向（直交方向）に合わせられている。
また、第１の基板１０の偏光板１８の外側には、半透過液晶表示装置１において透過表示を行うための光源としてのバックライト５が配設されている。
【００１４】
反射体７は、アクリル系レジストなどの感光性樹脂層からなる有機膜（基材）１１と、この有機膜１１上に形成されたＡｌ、Ａｇなどの金属反射膜（金属膜）１２から構成されている。有機膜１１は、その上に形成されている金属反射膜１２に凹凸形状を与えて反射光を効率よく散乱させるために設けられているものである。有機膜１１の表面に、その内面が球面の一部をなす多数の凹部１２Ａが左右に重なり合うようにして連続して形成されており、その面上に金属反射膜１２が積層されている。このようにして金属反射膜１２に凹凸形状を与えることにより、液晶表示装置１に入射した光を効率よく反射することができるため、反射モードにおける明るい表示を実現することができるようになっている。
また、この金属反射膜１２には、所定（例えば２０〜５０％、好ましくは２５〜４５％）の開口率となるように微小開口部（図示略）が設けられている。これにより透過モードの表示が可能である。
従って、上記２つの動作モードを切り替えながら使用する際の表示の見やすさを向上させることができる。
有機膜１１の表面に形成された凹部１２Ａの内面が球面であることにより、有機膜１１に基板１０側から入射する光に対して凸鏡面による集光効果が作用し、有機膜１１を通過するバックライト５からの光が増強されることにより、格段に明るい表示を得ることができるものである。
【００１５】
第１の電極層１５は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）などの透明導電膜からなる短冊状の平面形状のものを基板１０上に多数整列形成したものであり、各第１の電極層１５は走査電極駆動回路（図示略）に接続されている。同様に第２の電極層２５もＩＴＯなどの透明導電膜からなる短冊状の平面形状のものを基板２０上に多数整列形成したものであり、各第２の電極層２５は信号電極駆動回路（図示略）２５ａに接続されている。
尚、第１の電極層１５と第２の電極層２５は互いに平面視直角に向くように配置されて上記の液晶表示装置１がパッシブマトリクス型とされている。
【００１６】
第１の配向膜（一方の基板側の配向膜）１６は、表面に形状異方性が付与された高分子膜から構成された弱アンカリングの配向膜で、プレティルト角が略０度、好ましくは１度以下、さらに好ましくは０．５度以下になるように形成されたものである。この第１の配向膜１６のアンカリングエネルギーは、第２の配向膜２６を構成する強アンカリングの配向膜のアンカリングエネルギーの１／２以下とされている。
【００１７】
配向制御に関する技術的詳細は、本出願人による非特許文献のＳＩＤ９３  ＤＩＧＥＳＴ，  頁９５７（９３’）に記載されているが、第１の配向膜１６の表面形状は、図２及び図３に示すように、第１の方向に沿う微細な凹凸と、この第１の方向に交差する第２の方向に沿う微細な凹凸が形成されている。尚、図３は図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、第２の方向に沿った凸条５４の断面を示すものである。
また、第１の方向に沿う微細な凹凸のピッチＰ１は第２の方向に沿うピッチＰ２よりも短くされている。ピッチＰ１は３．０μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下、ピッチＰ２は５０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上５μｍ以下が良い。
上記のようにピッチＰ２の長さをピッチＰ１よりも長くすることにより、プレティルト角を制御し易い。
【００１８】
また、第１の方向の凹部の深さｄ１（あるいは第１の方向の凸部の高さ）は０．５μｍ以下、好ましくは０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、第２の方向の凹部の深さｄ２（あるいは第２の方向の凸部の高さ）は０．５μｍ以下、好ましくは０．０１μｍ以上０．２μｍ以下である。
また、ドメインの発生がなく、かつ目的とする配向力を得るためには、第２の方向に沿う微細な凹凸の緩斜面６２の基板１０に対する傾斜角θは、０度より大きく、３度以下とするのが好ましい。傾斜角θが０度であると、ドメイン発生が顕著であり、３度を超えると、配向力の低下が徐々に認められるからである。
【００１９】
さらに図３に示すように、第２の方向に沿う微細な凹凸の各凸部は左右が非対称の略三角形状になっている。即ち、三角形の頂点から下ろした垂線Ａによって分割された頂角の左右の角度の比ｒ２／ｒ１が１とならない形状とされる。凸条５４の横断面形状としては，ｓｉｎ波に類似した形状、櫛形状、三角形状等各種の形状が考えられる。中でも液晶の配向性を向上する上では、三角形状が最も望ましい。この場合、三角形状の頂部は、丸まっていても、平にカットされていても良い。凸条５４を横断面三角形状とした場合、図３に示すように三角形の頂点から下ろした垂線Ａによって分割された頂角の左右の角度の比ｒ２／ｒ１は、１．２以上の範囲であることが望ましい。この範囲の比に設定すると、プレチルト角を略０にできる。
この第１の配向膜１６の膜厚としては、５０〜２００ｎｍ程度とされる。
【００２０】
ピッチＰ１、Ｐ２、傾斜角θが上記の範囲となるような形状異方性を付与することにより第１の配向膜１６のアンカリングエネルギーを１×１０−５Ｊ／ｍ２以上１×１０−３Ｊ／ｍ２以下に制御することができ、好ましくは１×１０−４Ｊ／ｍ２程度に制御するのがよい。第１の配向膜１６のアンカリングエネルギーが１×１０−５Ｊ／ｍ２未満であると、ドメイン発生が顕著かつ双安定配向に不向きとなり、１×１０−３Ｊ／ｍ２を超えると、単安定配向を取り易くなる等、双安定配向に不向きとなるからである。
【００２１】
第１の配向膜１６に用いる高分子膜の材料としては、硬化する前に弱い剪断力により剪断ひずみを付与可能な材料及び／または応力により塑性変形（塑性流動）可能な材料であり、例えば、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、エポキシ系、変性エポキシ系、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、アクリル系等の樹脂から適宜選択して用いられる。
【００２２】
このような第１の配向膜１６の形成方法としては、例えば、転写すべき微細な凹凸模様（上記第１の方向に沿う微細な凹凸と第２の方向に沿う微細な凹凸を形成するための微細な凹凸模様）が表面に形成された転写型を、一方の基板１０上に反射体７と第１の電極層１５を介して形成された上記高分子膜材料からなる層に押圧し、上記微細な凹凸模様を転写する転写法により容易に作製できる。
上記転写型は、例えば、以下のようにして作製されたものである。まず、２倍のコヒーレントなレーザビームを用いるホログラフィク干渉により形成したグレーティングモールド（格子型）を作製する。このグレーティングモールドの表面には、第１の配向膜１６に形成する微細な凹凸模様と同様の微細な凹凸模様が形成されている。
ついで、上記グレーティングモールドをシリコーンゴム層に押圧すると、シリコーンゴム層の表面に上記グレーティングモールドの凹凸模様と逆の凹凸模様が形成される。ついで、グレーティングモールドを剥離すると、シリコーンゴム層からなる転写型が得られる。
【００２３】
第２の配向膜（他方の基板側の配向膜）２６は、斜方蒸着法により形成されたＳｉＯｘ膜等から構成された強アンカリングの配向膜で、プレティルト角を有するように形成されている。この第２の配向膜２６のアンカリングエネルギーは、１０−５Ｊ／ｍ２程度以上である。
このような第２の配向膜２６の形成方法としては、第２の透明電極層２５とトップコート膜２４が形成された第２の基板２０のトップコート層２４の表面にＳｉＯを蒸着する際、第２の基板２０の法線方向から測った蒸着角度が約８２．５度の条件で行われる。この第２の配向膜２６の膜厚としては、５０〜１５０ｎｍ程度とされる。
第２の配向膜２６のプレティルト角は、液晶層３０に用いられる液晶の種類によって異なり、２度から７度程度、好ましくは２度から５度とされる。
【００２４】
液晶層３０は、ネマティック液晶にカイラル剤が添加されてコレステリック相が発現されたものである。
上記ネマティック液晶としては、ビフェニル系、ターフェニル系、フェニルシクロへキサン系、ビフェニルシクロへキサン系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系、ピリミジン系等の材料を正又は負の誘電異方性を持つように末端基置換された化合物とし、所望の特性を有するように複数種混ぜて用いられる。
上記カイラル剤としてはコレステリルナノエート等のコレステリック系化合物、あるいはＣＢ−１５のように不整炭素を有するある種のネマティック液晶等が用いられる。
【００２５】
この双安定型ネマティック液晶表示装置によれば、液晶層３０は、初期状態での液晶分子の配列が均一な平行配置（液晶のツイスト角が０度）を有し、その初期状態にフレデリクス転位を生じさせる電圧を印加した後に印加される電圧差によって初期状態とは異なる２つの準安定状態を有するようになしたメモリー性双安定型となる。例えば、初期状態での液晶分子の配列が均一な平行配置（液晶のツイスト角が０度）に対して一旦パルス状の電圧印加後に１８０度のねじれ状態が暗状態（黒表示）となるような偏光板１８、２８の位置関係（クロスニコル）にした場合に、明状態が液晶分子の配列がユニフォームな平行配置、すなわち、液晶のツイスト角が０度である。又、第１の配向膜１６の配向規制力を、その材料のもつ極性に加えて、表面形状パラメータ（溝状構造のピッチ、深さあるいは傾斜角等）を制御することにより、広い範囲で制御し得るものである。
本実施形態の双安定型ネマティック液晶表示装置によれば、第１の配向膜１６の初期配向状態が安定しており、特に、第１の配向膜１６の初期配向状態が弱い配向規制力を安定して有することができ、しかも印加電圧に応じて液晶分子がツイスト角０度の均一平行配置とツイスト角１８０度のツイスト配置との間を再現性良く切り替えることができる。
【００２６】
尚、上記実施形態では、本発明の双安定型ネマティック液晶表示装置をパッシブマトリクス型の半透過反射型液晶表示装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、反射型液晶表示装置や透過型液晶表示装置にも適用可能である。反射型液晶表示装置に適用する場合は、金属反射膜１２の膜厚は先に述べた範囲よりも厚くしても良く、また、偏光板１８やバックライト５は設ける必要がなく、また、上基板２０側にフロントライトが設けられていてもよい。また、透過型液晶表示装置に適用する場合は、反射体７は設ける必要がない。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、初期配向状態が安定した配向膜を有し、しかも印加電圧に応じて２つの準安定状態のうち一方の準安定状態から他方の準安定状態に再現性良く切り替えることができる表示品質が向上した双安定型ネマティック液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の半透過反射型液晶表示装置の部分断面構造を示す図。
【図２】図１の液晶表示装置に備えられる弱アンカリングの配向膜を示す斜視図。
【図３】図２の弱アンカリングの配向膜の第２の方向に沿う凹凸の断面図。
【符号の説明】
１  双安定型ネマティック液晶表示装置
１０  基板（一方の基板）
１５  第１の電極層（走査電極）
１６  第１の配向膜（一方の基板側の配向膜、弱アンカリングの配向膜）
１８、２８  偏光板
２０  基板（他方の基板）
２５  第２の電極層（信号電極）
２６  第２の配向膜（他方の基板側の配向膜、強アンカリングの配向膜）
３０  液晶層
３５  液晶セル
４０  シール材
５４  凸条
６２  緩斜面
【図１】
2004347686.tif 000003
【図２】
2004347686.tif 000004
【図３】
2004347686.tif 000005