JP2001249363A

JP2001249363A - 表示装置

Info

Publication number: JP2001249363A
Application number: JP2000060553A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Ishihara; 將市石原; Tsuyoshi Kamimura; 強上村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】応答速度が速く動画像表示に適し、低電圧駆
動が可能な表示装置を提供する。【解決手段】本発明の表示装置２０は、ポリイミド膜
２２が製膜されたガラス基板２１と、櫛形電極を構成す
る画素電極２６および対向電極２７を有しかつ表面にポ
リイミド膜２５が製膜されたガラス基板２８とがガラス
ファイバースペーサ２４を介して貼り合わされ、ギャッ
プ５０μｍとされるとともに、前記ガラス基板２１・２
８間に、相転移手段であるヒーター３４により等方相状
態とされた有極性分子２３ａを含む媒体が封止されて構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビジョン画像
やパーソナルコンピューター、マルチメディア画像を表
示する高速応答で広視野の表示性能をもつ表示装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高精細の各種パネルディスプレイ
の市場が急速に拡大しており、これらのうち、液晶表示
素子は小型、軽量、薄型、低電力化に有効であることか
ら、テレビやビデオなどの画像表示装置や、モニター、
ワープロ、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器に広
く用いられている。

【０００３】従来、液晶表示素子としては、例えば誘電
率異方性が正のネマティック液晶を用いたツイステッド
ネマティック（ＴＮ）モ−ドの液晶表示素子が実用化さ
れているが、前記ＴＮモードの液晶表示素子は応答速度
が遅い、また、視野角が狭いなどの欠点がある。

【０００４】また、応答が速く、視野角が広い強誘電性
液晶（ＦＬＣ）や反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）などの表
示モ−ドもあるが、耐ショック性、温度特性などに大き
な欠点があり、広く実用化されるまでには至っていな
い。

【０００５】また、光散乱を利用する高分子分散型液晶
表示モ−ドは偏光板を必要とせず、高輝度表示が可能で
あるが、本質的に位相板による視角制御ができないう
え、応答特性に課題を有しており、ＴＮモードに対する
優位性は少ないものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】今後、ますます動画表
示を扱う場合が多くなってくるが、充分な応答特性を有
する表示装置はまだない。本発明の目的は、応答速度が
速く動画像表示に適した表示装置を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、表示装置であって、少な
くとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に
挟持された等方相状態の有極性分子を含む媒体と、前記
一対の基板のうち少なくとも一方の外側に配設された偏
光板と、前記媒体に電界を印加するための電界印加手段
とを備えたことを特徴としている。

【０００８】前記構成の表示装置は、前記媒体に電界印
加手段により電界を印加して、等方相状態の有極性分子
中の電子を電界方向に偏らせることにより、媒体に屈折
率異方性を付与するような構成である。このような表示
装置は、電界の２次に比例する、いわゆるカー効果を利
用したものであり、数μｓ〜数ｍｓの応答特性を示し高
速応答が可能であり、動画表示にも適用することが可能
となるのである。このように、本発明の表示装置は、従
来の液晶表示装置のように液晶分子の配列の変化により
表示を行うものではなく、電子の偏りの変化により表示
を行うものであり、高速応答が可能なのである。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、表示装置
であって、少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記
一対の基板間に挟持された有極性分子を含む媒体と、前
記一対の基板のうち少なくとも一方の外側に配設された
偏光板と、前記媒体を等方相状態とするための相転移手
段と、前記媒体に電界を印加するための電界印加手段と
を備えたことを特徴としている。

【００１０】前記構成の表示装置は、有極性分子を等方
相状態とするための相転移手段を備えており、当該相転
移手段によって前記媒体を等方相状態とすることができ
る。よって、請求項２に記載の表示装置も、請求項１に
記載の表示装置と同様に、カー効果を利用したものであ
り高速応答が要求される動画表示に適用する表示装置と
することができるのである。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の表示装置であって、前記電界印
加手段は、前記一方の基板の内側面に形成された一対の
櫛形電極であり、電界印加の方向が基板面に平行である
ことを特徴としている。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の表示装置であって、前記電界印
加手段は、前記一対の基板のそれぞれの内側面に形成さ
れた電極であり、電界印加の方向が基板面に垂直である
ことを特徴としている。

【００１３】前記構成のように、請求項３の構成であっ
ても、請求項４の構成であっても、高速応答が可能な表
示装置が実現される。

【００１４】また、請求項５に記載の発明は、請求項３
に記載の表示装置であって、前記櫛形電極は、平面視
「く」の字型形状であることを特徴としている。

【００１５】前記構成のように、櫛型電極を平面視
「く」の字型形状とすることにより、表示装置の視野角
特性が向上する。

【００１６】また、請求項６に記載の発明は、請求項１
乃至請求項５に記載の表示装置であって、前記媒体中の
有極性分子はクラスタを形成していることを特徴として
いる。

【００１７】前記「クラスタ」とは、前記媒体中で有極
性分子が形成している分子集団を意味し、前記有極性分
子は巨視的には等方相状態であるが、微視的にはある方
向に配列した分子集団を形成しているのである。そし
て、前記クラスタを形成することによって、媒体のカー
定数を増大させることができ、カー定数の増大によって
媒体に印加する印加電圧を低減することが可能となる。

【００１８】また、請求項７に記載の発明は、請求項１
乃至請求項６に記載の表示装置であって、前記基板の内
側面には誘電体薄膜が形成されており、該誘電体薄膜は
所定の配向処理がなされていることを特徴としている。

【００１９】前記構成のように、表示装置を構成する基
板の内側面に誘電体薄膜を形成するとともに、該誘電体
薄膜を配向処理することによって、配向の秩序度をアッ
プさせることができ、大きなカー定数が見込まれる。ま
た、請求項６に記載の発明の場合には、分子集団である
クラスタの径を増大させることが可能となり、クラスタ
の径が増大すれば、カー定数を増大させることができ
る。従って、更なる印加電圧の低減（例えば、１００Ｖ
以下の低電圧での駆動が可能となり、実用に供するこ
と）が可能となる。

【００２０】また、請求項８に記載の発明は、請求項７
に記載の表示装置であって、前記誘電体薄膜は有機薄膜
であることを特徴としている。

【００２１】また、請求項９に記載の発明は、請求項８
に記載の表示装置であって、前記有機薄膜はポリイミド
であることを特徴としている。

【００２２】前記構成のように、前記誘電体薄膜を有機
薄膜、特に、ポリイミドとすることにより、前記ポリイ
ミドは極めて優れた配向効果を示すものであるので、カ
ー定数を容易に増大することが可能となる。また、前記
ポリイミドは、安定性が高い材料であり信頼性が高い。
従って、前記ポリイミドを使用することによって、良好
な表示性能を示す表示装置を提供することができる。

【００２３】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
２乃至請求項９に記載の表示装置であって、前記有極性
分子は液晶材料を含むことを特徴としている。

【００２４】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
２乃至請求項９に記載の表示装置であって、前記有極性
分子は、液晶材料と、該液晶材料の等方相転移温度を低
下させる材料とを含むことを特徴としている。

【００２５】前記構成とすることにより、有極性分子と
して液晶材料を用いた場合には、当該液晶材料を相転移
手段であるヒーター等の加熱により等方相状態として表
示装置に適用する。その場合、ヒーターによる加熱温度
が高いほど液晶材料はより等方相状態となるのである
が、カー定数は低下してしまう。そして、カー定数の低
下は、印加電圧を増大させてしまうので、実使用上都合
が悪い。

【００２６】しかし、前記液晶材料に、該液晶材料の等
方相相転移温度を低下させる材料を添加することによ
り、カー定数を低下させることなく、液晶材料の等方相
転移温度を低下させることができる。従って、カー定数
が低下しないので、印加電圧が増大することなく低電圧
で表示装置を駆動することができる。また、ヒーター等
による加熱温度を低下させることができ、表示装置の使
用温度範囲を広くすることができる。

【００２７】また、請求項１２に記載の発明は、請求項
１１に記載の表示装置であって、前記液晶材料の等方相
転移温度を低下させる材料は、分子末端にシアノ基、水
酸基、或いはニトロ基を有する材料であることを特徴と
している。

【００２８】前記液晶材料に、該液晶材料の等方相相転
移温度を低下させる材料、例えば分子末端にシアノ基、
水酸基、あるいはニトロ基を有する非液晶分子を添加す
ることによって、液晶材料の等方相状態への相転移温度
を低下させることができ、従って、表示装置の使用温度
範囲を広くすることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る表示装置について図面を参照しながら説明する。但
し、説明に不要な部分は省略し、又、説明を容易にする
為に拡大或いは縮小等して図示した部分がある。

【００３０】ここで、本発明の表示装置について具体的
に説明する前に、本発明に適用した電気光学効果の原理
について、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明
の実施の形態の電気光学効果の測定系を示す概略図であ
る。

【００３１】電気光学効果とは、物質の屈折率が外部電
界によって変化する現象であって、電界の１次に比例す
る効果と２次に比例する効果とがあり、それぞれポッケ
ルス効果、カー効果と呼ばれている。

【００３２】前記電気光学効果のうちカー効果は、高速
の光シャッターへの応用が早くから進められており、特
に、特殊な計測機器への実用化がなされている。また、
前記カー効果は、電界の２次に比例するため、相対的に
低電圧駆動を見込むことができる上、本質的に、数μｓ
〜数ｍｓの応答特性を示すため、高速応答が可能な表示
装置への応用が期待できるものである。

【００３３】この２次の電気光学効果の大きさは、カー
定数と呼ばれる。

【００３４】いま、等方相状態とされた液晶材料（液晶
材料を加熱することによって等方相状態とされている）
に電界(Ｅ)を加えると複屈折を生ずるが、電界方向の屈
折率をｎ//、電界方向に垂直な方向の屈折率をｎ⊥とす
ると、複屈折の大きさ（Δｎ＝ｎ//−ｎ⊥）と外部電界
の関係は、 Δｎ＝ＢλＥ² …（１）で表される。

【００３５】ここでＢはＫｅｒｒ定数、λは真空中での
入射光の波長である。

【００３６】図１０に示したように、その偏波面が電界
方向に４５度傾いた直線偏光をセルに入射させると、セ
ルの終端では電界方向とそれに垂直な方向の偏光成分間
に次式のような位相差(Γ)が生じる。 Γ＝２πＬΔｎ／λ …（２）

【００３７】従って、セルを透過した光は、前記（２）
式に応じた楕円偏光となるので、その一部は検光子（偏
光板）９を通過できるようになり、再び直線偏光となっ
て出射してくる。そして、その強度Iは次式で表され
る。Ｉ＝Ｉ₀ｓｉｎ²(Γ／２)…（３）

【００３８】ここで、Ｉ₀は入射光強度を表す。セルに
電界を加えなければΓ＝０よりＩ＝０であるが、電界が
加わりΓ＝πになるとＩ＝Ｉ₀となり１００％の光強度
変調が行えることになる。この時の電圧を半波長電圧
（Ｖπ）という。一方、Ｅ＝Ｖ／ｄの関係を使うと
（１）、（２）式より Γ＝２πＢＶ²（Ｌ／ｄ²）…（４）と計算できるので、この式でΓ＝πとして半波長電圧を
次式のように求めることができる。Ｖπ＝ｄ／（２ＬＢ）^0.5 …（５）

【００３９】即ち、Ｋｅｒｒ定数Ｂは（５）式を変形し
て、次のようになる。Ｂ＝ｄ²／２ＬＶπ² …（６）

【００４０】以下の実施例ではＩ＝Ｉ₀となる電圧Ｖπ
を実測し、（６）式から計算によりＫｅｒｒ定数Ｂを求
めた。

【００４１】図１０において、セル６は変調電源７より
電力の供給を受ける。８、９は偏光板（但し、以下は９
を検光子と称する。）であり、それらの偏光軸は互いに
直交した位置関係にある。

【００４２】また、前記偏光板８および検光子９は、セ
ル６の電界印加方向とは４５度傾けて配置している。セ
ル６に電界が加わらない場合、電気光学材料１は等方相
であるから、光線１０は偏光方向を変えないでセル６中
を通過し、偏光板８および検光子９の配置から考えて検
知器１１に光線１０は達しない。

【００４３】セル６に電界が加われば電気光学材料１は
複屈折性を示し、電界印加方向とそれに垂直な方向との
屈折率に差異が生ずるため、それぞれの方向に伝搬する
光の位相が異なり、位相差が生ずる。このため、セル６
を通過した光は、一般には楕円偏光となっている。従っ
て、一部の成分は検光子９を通過できるようになり、検
知器１１には光線が到達するようになる。

【００４４】前記位相差がπラジアン（半波長に相当）
になった時、セル６を通過した光は検光子９と同一の偏
光方向を持つ直線偏光に変化し、光線１０は、ほぼ１０
０％検知器１１に到達するようになる。この時のセル６
に加わる電圧を半波長電圧（Ｖπ）という。

【００４５】例えば、セル６に、表１中の[１]（化１）
に示す液晶材料である４−シアノ−４’−ｎ−ペンチル
ビフェニルを封入し、３３．３℃（ネマティック−等方
相相転移温度）に設定し、被変調光線１０としてＨｅ−
Ｎｅレーザ光（６３３ｎｍ）を用いた場合、セル６に電
圧を印加していくと検知器１１の出力は５１７Ｖで最高
に達した。この値は、前記光学位相差がπラジアンに達
したことを示すもので、半波長電圧（Ｖπ）に相当す
る。

【００４６】前記セル６における電極間隔ｄを１ｍｍと
し、光線通過方向の電極長さＬを１０ｍｍとした場合、
カー定数Ｂは、（６）式として計算されるので、本材料
のカー定数Ｂは１．８７×１０^-8ｃｍ／Ｖ²となる。
尚、このことは、横電界方式の櫛形電極間隔ｄ＝５０μ
ｍ、セルギャップＬ＝１ｍｍである場合には、８２Ｖの
電圧で１００％の輝度変調ができることを意味してい
る。（櫛形電極間隔ｄ＝１０μｍ、セルギャップＬ＝５
０μｍである場合には、７３Ｖの電圧で１００％の輝度
変調ができる。）

【００４７】種々の液晶材料について、そのネマティッ
ク−等方相相転移温度にてカー定数Ｂを測定した結果を
表１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】また、表１中の[１]乃至 [５]に示す液晶
材料の化学式を以下に順に示す。

【化１】

【化２】

【化３】

【化４】

【化５】

【００５０】化１の液晶材料は、前述したが５ＣＢ（４
−シアノ−４’−ｎ−ペンチルビフェニル）、化２の液
晶材料は、５ＯＣＢ（４−シアノ−４’−ｎ−ペンチル
オキシビフェニル）、化３の液晶材料は、３ＯＣＢ（４
−シアノ−４’−ｎ−プロピルオキシビフェニル）と５
ＯＣＢと７ＯＣＢ（４−シアノ−４’−ｎ−ヘプチルオ
キシビフェニル）との等量混合物、化４の液晶材料は、
ＰＣＨ５（トランス−４−ヘプチル−（４−シアノフェ
ニル）−シクロヘキサン）、化５の液晶材料は、３ＨＰ
ＦＦと５ＨＰＦＦと７ＨＰＦＦとの混合物（１，２−ジ
フルオロ−４−［トランス−４−（トランス−４−ｎ−
プロピルシクロヘキシル）シクロヘキシル］ベンゼン
と、１，２−ジフルオロ−４−［トランス−４−（トラ
ンス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）シクロヘキシ
ル］ベンゼンと、１，２−ジフルオロ−４−［トランス
−４−（トランス−４−ｎ−ヘプチルシクロヘキシル）
シクロヘキシル］ベンゼン）とよりなる混合物）であ
る。表１からも明らかなように、電極間隔を５０μｍと
した時には、化１〜化５に示す材料のどれを用いた場合
であっても、比較的低い電圧（１００Ｖ以下）で光変調
が可能なうえ、後に詳しく述べるが、本質的に高速応答
特性を有しており、表示装置として優れる性能を有して
いるのである。

【００５１】（実施の形態１）本発明の技術的思想は、
少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板
間に挟持された有極性分子を含む媒体と、前記一対の基
板のうち少なくとも一方の外側に配設された偏光板と、
前記媒体を等方相状態とするための相転移手段と、前記
媒体に電界を印加するための電界印加手段とを備えた表
示装置とすることにより、高速応答特性に優れた表示装
置を提供するものである。具体的には以下の通りであ
る。

【００５２】図１は、本発明の実施の形態１に係る、基
板面に平行に電界を印加する表示装置の簡略化した部分
断面図、図２は、同じく実施の形態１に係る表示装置に
おける電極構成およびラビング方位を示す平面図、図３
は、同じく実施の形態１に係る表示装置の、電界未印加
時の状態を示す部分断面図である。

【００５３】この表示装置２０は、図１に示すように、
誘電体薄膜としてのポリイミド膜２２（日産化学工業
（株）製配向膜ＳＥ−７７９２）が製膜されたガラス基
板２１と、画素電極２６と対向電極２７とよりなる櫛型
電極を有しかつ表面にポリイミド膜２５が製膜されたガ
ラス基板２８とが、ガラスファイバースペーサ２４を介
して貼り合わされ、ギャップ５０μｍとされるととも
に、前記ガラス基板２１・２８間に、有極性分子を含む
媒体である液晶材料２３が封止されて構成された横電界
方式の表示装置である。

【００５４】前記液晶材料２３は、前述した表１に記載
の液晶材料[３]よりなるものである。また、本発明の表
示装置２０には、前記液晶材料[３]を等方相状態に相転
移させるための相転移手段であるヒーター３４が備えら
れており、該ヒーター３４によって加熱（具体的には６
５．５℃と）することにより、液晶材料[３]を等方相状
態としている。

【００５５】尚、後に詳しく述べるが、前記液晶材料
[３]は、６５．５℃前後の温度とすることにより、巨視
的には等方相状態とされているが、微視的には、液晶材
料[３]中の有極性分子２３ａ…に分子集団を形成させる
ことができる。なお、この分子集団は「クラスタ」と呼
ばれるものであり、クラスタ２３ｃ内で有極性分子２３
ａ…は一定の方向に配向している。

【００５６】また、前記ガラス基板２８の内側面には、
電界印加手段である画素電極２６と対向電極２７とより
なる櫛形電極、金属配線（画像信号線、走査信号線）、
画素スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）等が形成されている。尚、図１においては、金属配
線やＴＦＴ等は省略されている。また、前記画素電極２
６および前記対向電極２７の線幅は１０μｍ、前記画素
電極と前記対向電極との電極間隔は１０μｍとしてい
る。

【００５７】また、前記基板２１・２８の外側面には、
互いの吸収軸方向が直交するとともに、前記ラビング方
向３１・３２とは４５度の角度を成すように偏光板２９
・３０が配置されている。尚、前記偏光板２９・３０を
互いの吸収軸方向が平行となるように配設するようなこ
とも可能である。

【００５８】また、前記ポリイミド膜２２・２５は、図
２に示すように、基板２８については紙面上右方向３２
に、基板２１については紙面上左方向３１に向かって配
向処理されている。

【００５９】このように、ポリイミド膜２２・２５を配
向処理することによって、該ポリイミド膜２２・２５表
面に位置するクラスタ２３ｃ…を一定方向に配向させる
ことができ、当該クラスタ２３ｃ…の径を更に増大させ
ることが可能となる。これによって、カー定数を増大さ
せることができ、表示装置に印加する印加電圧を低減す
ることが可能となる。

【００６０】また、図２に示すように、櫛形電極を構成
する画素電極２６および対向電極２７は、平面視「く」
の字型形状に形成しており、表示装置の視野角特性が向
上する。

【００６１】また、前記表示装置２０の背面側（図１で
は下側）にはバックライト３３が配置されている。ま
た、図示せぬが、前記基板２１上にカラーフィルタを形
成することによって、カラー表示が可能な表示装置２０
を構成するようなことも可能である。

【００６２】このようにして作製した表示装置２０にお
いては、前述したように、液晶材料[３]をヒーター３４
によって６５．５℃に保持しているが、ここで当該温度
の意義について、図５を用いて以下に説明する。図５
は、温度とカー定数の関係を示すグラフである。

【００６３】前記液晶材料[３]は、温度によってネマテ
ィック相や等方相のように状態が変化する有極性分子か
らなるが、６５．５℃（図５中のＴ_M）前後の温度（ネ
マティックー等方相転移温度）に保持した場合には、
「クラスタ」と呼ばれる分子集団が生成される。前記ク
ラスタは、巨視的には等方相状態を呈しているが、微視
的にはクラスタ内で分子が一定の方向に配向している。

【００６４】そして、前記液晶材料[３]の加熱温度を、
ネマティックー等方相転移温度である６５．５℃より上
昇させると、前記クラスタがばらばら（秩序度が小さく
なる）となり、その結果、カー定数が低下する。前述し
たように、カー定数が低下すれば、印加電圧を増大させ
なければならず、実用上都合が悪い。

【００６５】しかし、ここで、注目すべきことは、図５
に示すように、誘電体薄膜（ポリイミド膜２２・２５）
を配向処理することによって、カー定数を増大させるこ
とができるのである。

【００６６】これは、ポリイミド膜２２・２５を所定方
向に配向処理することによって、基板界面近傍において
は、ポリイミド膜２２・２５の配向処理方向に有極性分
子が配向して秩序度が増し、クラスタの径を増大させる
ことができ、クラスタの径の増大に伴って、カー定数は
増大するためであると考えられる。また、カー定数を増
大させることによって、表示装置に印加する印加電圧を
低減することが可能となり実用に供することができるよ
うになるのである。

【００６７】次に、このように構成された表示装置２０
の動作方法について説明する。図４は、図３の電界未印
加時および電圧印加時の有極性分子内の電子の偏りを表
す概念図である。

【００６８】あらかじめ、ヒーター３４により液晶材料
[３]を６５．５℃で加熱する。図４（ａ）に示すよう
に、画素電極２６と対向電極２７との間に電圧を印加し
ていない場合には、液晶材料[３]中の有極性分子２３ａ
はポリイミド膜２２・２５表面近傍にてクラスタ２３ｃ
…を形成しながらも全体としては等方相状態である。

【００６９】この状態で、図４（ｂ）に示すように、Ｔ
ＦＴ等の駆動スイッチによって画素電極２６と対向電極
２７との間に電圧を印加すると、電界が基板面に平行方
向に発生し、有極性分子２３ａ中の電子２３ｄが電界方
向（紙面上、右方向）に偏る。

【００７０】そして、図１に示すバックライト３３から
の光は偏光板３０を通過することによって直線偏光とな
り、その直線偏光は、前記液晶層２３中を通過すること
によって楕円偏光となり、偏光板２９を通過できるよう
になり、再び直線偏光となって表示装置２０外に出射さ
れる。尚、その場合の半波長電圧Ｖπは４０．０Ｖであ
った。

【００７１】また、前記表示装置２０の光学応答時間
は、電界ｏｆｆ→ｏｎ（立ち上がり時間）は１０μｓで
あり、電界ｏｎ→ｏｆｆ（立ち下がり時間）は１μｓ以
下であった。尚、従来のＴＮ型の液晶表示装置の応答時
間は、白黒二値間の応答ですら立ち上がり時間は１５ｍ
ｓであり、立ち下がり時間は２０ｍｓであり、さらに、
中間調表示時の階調間応答時間は、総計で１００ｍｓ〜
２００ｍｓであり、例え、当該液晶表示装置に高電圧を
印加したとしても、応答速度を本発明の表示装置２０の
ように速くすることはできるものではない。従って、本
発明の表示装置２０は、従来のＴＮ型の液晶表示装置と
比較して、飛躍的に応答速度を向上することができる優
れた特性を有するものである。

【００７２】次に、前記表示装置２０の製造方法につい
て説明する。

【００７３】まず、ガラス基板２８上に、薄膜トランジ
スタ（図示せぬ）、櫛型電極である画素電極２６および
対向電極２７を形成した。

【００７４】次に、前記ガラス基板２８表面にスピナー
を用いてポリイミド膜２２（日産化学工業（株）製配向
膜ＳＥ−７７９２）を製膜した。また、前記ガラス基板
２１表面にもスピナーを用いてポリイミド膜２２（日産
化学工業（株）製配向膜ＳＥ−７７９２）を製膜した。

【００７５】次に、前記ガラス基板２１・２８を図２に
示す方向にラビング処理を施した後、ガラスファイバー
スペーサ２４を介して貼り合わせ、ギャップ５０μｍの
表示装置を作製した。

【００７６】次に、定法に従って、表１記載の液晶材料
[３]を封入した。

【００７７】次に、前記基板２１・２８の外側面に偏光
板２９・３０を互いの吸収軸方向が直交するとともに、
前記ラビング方向３１、３２とは４５度の角度を成すよ
う貼合して表示装置２０を作製した。

【００７８】（実施の形態２）図６は、実施の形態２に
係る、基板面に垂直に電界を印加する表示装置の簡略化
した部分断面図、図７は、同じく実施の形態２に係る表
示装置における電極構成およびラビング方位を示す平面
図である。

【００７９】この表示装置４０は、図６に示すように、
透明電極４３を有しかつ誘電体薄膜としてポリイミド膜
４４（ＪＳＲ製ポリイミド配向膜塗料ＪＡＬＳ−６８
２）を塗布し、１８０℃にて１時間焼成したガラス基板
４２と、透明電極４８を有しかつ表面にポリイミド膜４
７を塗布し、同じく１８０℃にて１時間焼成したガラス
基板４９とが、ガラスファイバースペーサ４５を介して
貼り合わされ、ギャップ５０μｍとされるとともに、前
記ガラス基板４２・４９間に液晶材料４６が封止されて
構成されている。

【００８０】尚、前記ガラス基板４９の内側面には透明
電極４８が形成されているが、実施の形態１の場合と同
様に、金属配線（画像信号線、走査信号線）、画素スイ
ッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等が
形成されている。

【００８１】また、前記配向膜４４・４７の配向処理方
向は、図７に示すように、ガラス基板４９については紙
面上右方向５２に、ガラス基板４２については紙面上左
方向５１に向かって配向処理されている。

【００８２】また、ガラス基板４２の内側面には、対向
電極としての透明電極４３が形成されており、更に透明
電極４３上にはポリイミドから成る配向膜４４が形成さ
れている。また、前記ガラス基板４２の外側面には偏光
板４１が配置され、更に、前記ガラス基板４９の外側面
には偏光板５０が配置され、前記偏光板４１・５０の吸
収軸方向が直交するとともに、前記ラビング方向５１・
５２とは４５度の角度を成すよう貼合して構成されてい
る。尚、ガラス基板４２上には、実施の形態１の場合と
同様に、カラーフィルタを形成するようにしてもよい。

【００８３】次に、前記液晶材料４６について説明す
る。

【００８４】前記液晶材料４６は、前記表１に記載の液
晶材料[５]（化５）よりなる混合物１００重量部に、非
液晶性物質であるエチルアルコール０．１重量部を混合
したものである。尚、前記液晶材料[５]は、表１に記載
のように、ネマティック相−等方相相転移温度が１１
３．０℃であるが、これにエチルアルコールを添加する
ことにより大幅に相転移温度を下げることができる。

【００８５】即ち、本実施の形態２のように、液晶材料
[５]１００重量部に対してエチルアルコール０．１重量
部を混合すると３５．２℃まで相転移温度を下げること
ができ、また、エチルアルコールの添加量を増加すれ
ば、更に、液晶材料の相転移温度を下げることができ
る。このようにして、エチルアルコールは、液晶材料を
等方相状態とするための相転移手段としての機能を有す
ることとなる。

【００８６】また、前記液晶材料[５]はｎ型の液晶材料
であり、本実施の形態２においては、電界印加方向が基
板に対して垂直方向であるので、その電界印加方向に対
して垂直な方向に液晶材料（有極性分子）中の電子が偏
ることとなる。

【００８７】そして、前記表示装置４０を相転移手段で
あるヒーター５３により３５．２℃に保持し、半波長電
圧Ｖπを測定したところ３５．０Ｖの値が得られた。ま
た、光学応答時間は、立ち上がり時間（電界ｏｆｆ→ｏ
ｎ）は６μｓであり、立ち下がり時間（電界ｏｎ→ｏｆ
ｆ）は１μｓ以下であった。従って、本発明の実施の形
態２に係る表示装置４０は、実施の形態１の表示装置２
０と同様に、応答速度が飛躍的に向上するものである。

【００８８】更には、前述したように、ネマティック相
−等方相相転移温度が１１３．０℃である液晶材料[５]
のように相転移温度が高い材料であっても、エチルアル
コール等を添加することにより、大幅に相転移温度を下
げることが可能となるのである。

【００８９】また、エチルアルコールを液晶材料に添加
した場合、当該液晶材料のカー定数の低下はわずかであ
った。尚、本実施の形態２では添加剤としてエチルアル
コールを用いたが、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基
を有する非液晶性物質である化合物を用いることによっ
ても相転移温度を低下させることが可能である。

【００９０】このようにして、本実施の形態２に係る表
示装置は、実施の形態１に係る表示装置と同様に応答性
が優れ、更に、有極性分子からなる材料として液晶材料
を用い、該液晶材料に相転移温度を下げることができる
材料を添加することにより、大幅に液晶材料の等方相状
態への相転移温度を低下させることができるのである。

【００９１】（実施の形態３）図８は、実施の形態３に
係る、表示装置の簡略化した部分断面図である。前記実
施の形態１および実施の形態２では、透過型の表示装置
を構成した例を示したが、これらに限られるものではな
く、本実施の形態３に示すように、反射型の表示装置と
することもできる。

【００９２】即ち、反射型の表示装置６０は、図８に示
すように、反射膜からなる電極６８を有しかつ誘電体薄
膜としてポリイミド膜６７を塗布し、１８０℃にて１時
間焼成したガラス基板６９と、透明電極６３を有しかつ
表面にポリイミド膜６４が製膜されたガラス基板６２と
が、ガラスファイバースペーサ６５を介して貼り合わさ
れ、ギャップ５０μｍとされるとともに、前記ガラス基
板６２・６９間に液晶材料６６が封止されて構成されて
いる。

【００９３】また、前記ガラス基板６９の外方側に、例
えば金属アルミニウムを主成分とした反射膜を形成した
り、更には、ガラス基板６９の代わりに金属アルミニウ
ム等からなる反射板を用いるようなことも可能である。

【００９４】（実施の形態４）図９は、本発明の実施の
形態４に係る、表示装置の簡略化した部分断面図であ
る。

【００９５】先ず、図９を参照して、本実施の形態４に
係る表示装置の構成を説明する。本実施の形態４に係る
表示装置２０は、液晶分子の配向の変化により表示を行
うことができるとともに、電界による電子分布の制御を
利用（即ち、等方相状態の液晶分子（有極性分子）中の
電子の偏りの変化）によっても表示を行うことができる
ものである。

【００９６】即ち、前記表示装置２０は、液晶分子の配
向の変化により表示を行うための第１の駆動回路７０
と、等方相状態の有極性分子中の電子の偏りにより表示
を行うための第２の駆動回路７１と、スイッチ回路７２
と、該スイッチ回路７２のスイッチング態様の切換えを
制御するスイッチ制御回路７３と、該スイッチ制御回路
７３に接続された温度センサー７４等を備えている。ま
た、前記スイッチ制御回路７３には、実施の形態１で説
明したヒーター３４が接続されている。

【００９７】また、前記第１の駆動回路７０と前記第２
の駆動回路７１とは、スイッチ回路７２を介して表示装
置２０を構成する画素電極２６および対向電極２７に接
続されている。

【００９８】次いで、前記表示装置２０の駆動方法につ
いて説明する。

【００９９】前記表示装置２０を液晶分子の配向の変化
により表示を行わせる場合には、前記スイッチ制御回路
７３によりスイッチ回路７２を第１の駆動回路７０側に
切り替えて、該第１の駆動回路７０により前記画素電極
２６と前記対向電極２７の間に電圧を印加して表示を行
う。

【０１００】また、前記表示装置２０を有極性分子中の
電子の偏りにより表示を行わせる場合には、前記スイッ
チ制御回路７３によりスイッチ回路７２を第２の駆動回
路７１側に切り替えて、該第２の駆動回路７１により前
記画素電極２６と前記対向電極２７の間に電圧を印加し
て表示を行う。

【０１０１】また、前記温度センサー７４により前記液
晶層２３の温度を検知し、その検知した値をスイッチ制
御回路７３に入力し、その検知した値が、前記液晶層２
３が等方相となる温度以上であれば、前記第２の駆動回
路７１により前記液晶層２３に電圧を印加して表示を行
い、その逆に、検知した値が、前記液晶分子が等方相と
なる温度より低ければ、スイッチ制御回路７３に接続さ
れたヒーター３４により前記液晶層２３を加熱し該液晶
層２３を等方相状態として、前記第２の駆動回路７１に
より電圧を印加して表示を行うようなこともできる。

【０１０２】このようにして、本実施の形態４の表示装
置２０は、例えば、画質の良い液晶テレビとして使用す
るような場合には、液晶分子の配向の変化により表示を
行うようにし、シュミレーション等の高速画像解析で動
画表示により高速応答が必要な場合には、等方相状態の
液晶分子（有極性分子）中の電子の偏りの変化によって
表示を行うことができ、利便性に優れたものである。

【０１０３】（その他の事項）（１）実施の形態１乃至実施の形態４に係る表示装置
においては、ガラス基板の代わりにプラスチックフィル
ム基板を用いることが可能である。

【０１０４】（２）少なくとも一方が透明な一対の基
板と、前記一対の基板間に挟持された等方相状態の有極
性分子を含む媒体と、前記一対の基板のうち少なくとも
一方の外側に配設された偏光板と、前記媒体に電界を印
加するための電界印加手段とを備えた表示装置とするこ
とによって、高速応答が可能な表示装置を構成すること
もできる。即ち、実施の形態１乃至実施の形態４におい
ては、有極性分子を含む媒体を等方相状態とするための
相転移手段によって等方相状態としているのであった
が、その他として、水等の等方相状態の有極性分子から
なる媒体を用いることも可能である。尚、その際、相転
移手段を用いる必要はない。

【０１０５】（３）本実施の形態１乃至実施の形態４
においては、誘電体薄膜としてポリイミド膜を用いた
が、これに限られるものではなく、例えば、有機薄膜、
ポリビニルアルコール等を用いることも可能である。

【０１０６】（４）本実施の形態１乃至実施の形態４
においては、アクティブマトリックス型の表示装置につ
いて説明したが、単純マトリクス型の表示装置とするこ
ともできる。

【０１０７】

【発明の効果】以上のように、本発明の表示装置はカー
効果を利用した表示装置であり、従来の液晶表示装置と
比較して、分子の動きによって光の透過と遮断を切り替
えるものではなく、電子の偏りによって光の透過と遮断
を切り替えるものであり、また、数十Ｖ以下の低電圧で
１００％の輝度変調が可能であり、応答速度が速く動画
像表示に適した薄型表示装置として、その実用的価値は
極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る、基板面に平行に
電界を印加する表示装置の簡略化した部分断面図であ
る。

【図２】同じく実施の形態１に係る表示装置における電
極構成およびラビング方位を示す平面図である。

【図３】同じく実施の形態１に係る表示装置の、電界未
印加時の状態を示す部分断面図である。

【図４】図３の電界未印加時および電圧印加時の有極性
分子内の電子の偏りを表す概念図である。

【図５】温度とカー定数の関係を示すグラフである。

【図６】本発明の実施の形態２に係る、基板面に垂直に
電界を印加する表示装置の簡略化した部分断面図であ
る。

【図７】同じく実施の形態２に係る表示装置における電
極構成およびラビング方位を示す平面図である。

【図８】本発明の実施の形態３に係る反射型の表示装置
の構成を示す概略断面図である。

【図９】本発明の実施の形態４に係る表示装置の構成を
示す概略断面図である。

【図１０】本発明の実施の形態の電気光学効果の測定系
を示す概略図である。

【符号の説明】

１電気光学材料４・５電極６セル７変調電源８偏光板９検光子１０光線１１検知器２０表示装置２１・２８ガラス基板２２・２５ポリイミド膜２３液晶材料２３ａ有極性分子２３c クラスタ２４スペーサ２６画素電極２７対向電極２９・３０偏光板３１・３２ラビング方向３３バックライト３４ヒーター４０表示装置４１・５０偏光板４２・４９ガラス基板４３・４８透明電極４４・４７ポリイミド膜４５スペーサ４６液晶材料５１・５２ラビング方向５３ヒーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された等方相状態の有極性分子
を含む媒体と、前記一対の基板のうち少なくとも一方の外側に配設され
た偏光板と、前記媒体に電界を印加するための電界印加手段とを備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された有極性分子を含む媒体
と、前記一対の基板のうち少なくとも一方の外側に配設され
た偏光板と、前記媒体を等方相状態とするための相転移手段と、前記媒体に電界を印加するための電界印加手段とを備え
たことを特徴とする表示装置。
【請求項３】前記電界印加手段は、前記一方の基板の
内側面に形成された一対の櫛形電極であり、電界印加の
方向が基板面に平行であることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】前記電界印加手段は、前記一対の基板の
それぞれの内側面に形成された電極であり、電界印加の
方向が基板面に垂直であることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の表示装置。
【請求項５】前記櫛形電極は、平面視「く」の字型形
状であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項６】前記媒体中の有極性分子はクラスタを形
成していることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記
載の表示装置。
【請求項７】前記基板の内側面には誘電体薄膜が形成
されており、該誘電体薄膜は所定の配向処理がなされて
いることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の表
示装置。
【請求項８】前記誘電体薄膜は有機薄膜であることを
特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】前記有機薄膜はポリイミドであることを
特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】前記有極性分子は液晶材料を含むこと
を特徴とする請求項２乃至請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】前記有極性分子は、液晶材料と、該液
晶材料の等方相転移温度を低下させる材料とを含むこと
を特徴とする請求項２乃至請求項９に記載の表示装置。
【請求項１２】前記液晶材料の等方相転移温度を低下
させる材料は、分子末端にシアノ基、水酸基、或いはニ
トロ基を有する材料であることを特徴とする請求項１１
に記載の表示装置。