JP2610141B2 - 強誘電性液晶素子 - Google Patents

強誘電性液晶素子

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JP2610141B2 JP62250676A JP25067687A JP2610141B2 JP 2610141 B2 JP2610141 B2 JP 2610141B2 JP 62250676 A JP62250676 A JP 62250676A JP 25067687 A JP25067687 A JP 25067687A JP 2610141 B2 JP2610141 B2 JP 2610141B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ディスプレイやプリンターヘッド等に応用
される強誘電性液晶素子に関する。
[開示の概要] 本明細書及び図面は、ディスプレイやプリンターヘッ
ド等に応用される強誘電性液晶素子において、波長440
〜600nmにおける|TA -−TA +|の値が4%以内である強誘
電性液晶を用い、液晶分子のパラ状態を保つことによ
り、コントラストの改善を可能とする技術を開示するも
のである。
[従来の技術] 従来より多用されて来たネマチック液晶に代って、近
年強誘電性液晶素子の開発が重視されつつある。強誘電
性液晶素子は、セルの構成方法によって双安定性をもた
せることができるので、高時分割の液晶表示素子の実現
が期待できる。
第6図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたも
のである。1と1′は、In2O3,SnO2やITO(Indium−Tin
Oxide)等の透明電極がコートされた基板(ガラス板)
であり、その間に液晶分子層2がガラス面と垂直になる
ように配向したSmC相の液晶が封入されている。太線
で示された線3が液晶分子を表わしていて、この液晶分
子3は、その分子に直交する方向に双極子モーメント
(P)4を有している。基板1と1′上の定極間に一
定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子3のらせん
構造がほどけ、双極子モーメント(P)4はすべて電
界方向へ向くように、液晶分子3の配向方向を変えるこ
とができる。液晶分子3は細長い形状で、その長軸方向
と短軸方向とで屈折率異方性を示し、従って、例えばガ
ラス面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配置し
た偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変
わる液晶光学変調素子となることは、容易に理解され
る。さらに液晶セルの厚さを充分に薄くした場合(例え
ば1μ)には、第7図に示すように、電界を印加してい
ない状態でも、液晶分子のらせん構造はほどけ(非らせ
ん構造)、その双極子モーメントP又はP′は上向き
(4a)又は下向き(4b)のどちらかの状態をとる。この
ように界面効果により、液晶分子のらせん構造をほどい
た液晶セルを表面安定型セル(SSFLCセル)と呼ぶ。SSF
LCセルに第7図に示す如く一定の閾値以上の極性の異な
る電界E又はE′を所定時間付与すると、双極子モーメ
ントは電界E又はE′の電界ベクトルに対応して上向き
(4a)又は下向き(4b)と向きを変え、それに応じて液
晶分子は第1の配向状態5もしくは第2の配向状態5′
のいずれか一方に配向する。
このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いる
ことの利点は、応答速度が極めて速いことと、液晶分子
の配向が双安定状態を有することであって、例えば、第
7図において、電界Eを印加すると液晶分子は第1の配
向状態5に配向するが、この状態は電界を切っても安定
である。また、逆向きの電界E′を印加すると液晶分子
は第2の配向状態5′に配向して、その分子の向きを変
えるが、やはり電界を切ってもこの状態に留まる。ま
た、与える電界Eが一定の閾値を越えない限り、それぞ
れの配向状態はやはり維持されている。このような応答
速度の速さと、双安定性が有効に実現されるには、セル
としては出来るだけ薄い方が好ましく、一般的には、0.
5μ〜20μ、特に1μ〜5μが適している。この種の強
誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する液晶−
電気光学装置は、例えばクラークとラガバルにより、米
国特許第4367924号明細書で提案されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながらSSFLCセルにおいては第7図のように液
晶分子層内で液晶分子が平行に配列した状態(パラ状態
と呼ぶ)よりも、分子層内で上基板から下基板に向って
液晶分子がツイストした状態(ツイスト状態と呼ぶ)が
実現されやすい。このように液晶分子がツイストしてい
ると、第1の配向状態と第2の配向状態にあるときの液
晶分子軸のなす角度(チルト角)が見かけ上小さくな
り、コントラスト低下を招くという問題があった。
本発明は、上述従来例の欠点を除去し、コントラスト
が高く、表示品位の良好な強誘電性液晶素子を提供する
ことを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、夫々電極及び配向膜を形成した一対の基板
を対向配置し、内部に強誘電性液晶を挟持したセル構造
を有する強誘電性液晶素子であって、該セル内において
液晶成分が一方の基板から他方の基板に向かってツイス
ト状態で配列しており、該セルを偏光板のクロスニコル
状態下でスメクチックA(SmA)相が最暗となる位置に
配置し、前記偏光板を入射光の進行方向に対して時計回
りに15゜回転した時のカイラルスメクチックC(Sm
C)相における強誘電性液晶の第1の配向状態での透
過率TA +と、前記偏光板を入射光の進行方向に対して反
時計回りに15゜回転した時の第2の配向状態での透過率
TA -との差の絶対値|TA -−TA +|が、波長440〜600nmにお
いて4%以内であることを特徴とする強誘電性液晶素子
である。
[作 用] 液晶分子の配列は、液晶と基板との界面における配向
処理状態に依存する。液晶分子の配向状態を前項で示し
た条件下における透過率の差で4%以内とすると、液晶
分子の自発分極の表面で内向き(または外向き)になろ
うとする傾向が抑えられ、液晶分子の配列はパラ状態に
近づき、、コントラストの低下が抑えられる。
[実施例] 実施例1 第1図は本発明の一実施例を示す強誘電性液晶(以
下、FLCという)セルの断面図である。
第1図において、ガラス基板11上にITO(Indium−Tin
−Oxide)膜よりなる透明電極12、及び絶縁膜13として
厚さ1000ÅのSiO2膜をスパッタリングにより形成した。
次いで、配向膜14としてPVA117(クラレ(株)製)の水
溶液を塗布し、180℃で1時間焼成した。しかる後、上
下基板で互いに反対方向となるラビング処理を施した。
次に、直径1.5μmのビーズスペーサー(図示せず)を
介して電極が対向するよう2枚の基板を貼合せ、周囲を
シール材(図示せず)で封止すると共に、内部にFLC15
としてCS1014(チッソ(株)製)を注入してFLCセル10
を得た。このFLCセル10の上下に偏光板16を配置すると
共に、セルを偏光板16のクロスニコル状態下でスメクチ
ックA(SmA)相が最暗となる位置に配置し、偏光板16
を入射光の進行方向に対して時計回りに15゜回転したと
きのカイラルスメクチックC(SmC)相におけるFLCの
第1の配向状態での透過率TA +と、偏光板16を入射光の
進光方向に対して反時計回りに15゜回転した時の第2の
配向状態での透過率TA -との差と絶対値|TA -−TA +|を、
波長440nmの入射光において測定したころ、1.1%であっ
た。また波長600nmの入射光においては0.5%であった。
すなわち、波長440〜600nmにおいては|TA -−TA +|の値が
4%以内となるようなFLCの配向状態であることが確認
された。このようなFLCの配向状態は、セルの表面状態
と液晶材料の相互作用によって決定される。
次に、上記セルを、偏光板16のクロスニコル状態下で
目視によって最暗となる位置に合わせた後、明状態であ
る第1の配向状態の透過率TLと、暗状態である第2の配
向状態の透過率TDを測定したところ、そのコントラスト
(TL/TD)は従来に比べて大幅に改善されていることが
明らかになった。具体的には、第2図の に示すように高いコントラストが得られ、特に入射光の
波長500〜650nmの範囲では、100以上の高いコントラス
トが得られた。
また、このセルの暗状態の透過率は、可視域において
2%以下であることが測定され、目視による観察におい
ても暗状態の色が黒であることが確認された。すなわ
ち、本発明を例えばディスプレイに応用した場合には、
人間の目に見やすいとされている白の黒の良質の表示が
可能となった。
実施例2 ラビング方向が異なる以外は、前記実施例1と同様に
してセルを構成した。このセルの波長440nmにおける|TA
-−TA +|の値は1.5%であり、波長600nmにおける|TA -−T
A +|の値は0.3%であった。すなわち、|TA -−TA +|の値が
波長440〜600nmにおいては、|TA -−TA +|の値が4%以内
となるようなFLCの配向状態であることが確認された。
次に、この実施例2のセルについて、前記実施例1と
同様にしてそのコントラスト(TL/TD)を測定したとこ
ろ、第2図の に示すような結果が得られた。第2図より明らかなよう
に、この実施例2のセルでは、短波長側でのコントラス
トは実施例1よりも劣るものの、波長560nm以上の領域
ではコントラストが100以上の優れた特性が実現され
た。
比較例1 配向膜としてサンエバー257(日産化学(株)製)を2
50℃で1時間焼成した膜を用いる以外は前記実施例1と
同様にしてセルを構成した。このセルの波長440nmにお
ける|TA -−TA +|の値は、7.9%であり、波長600nmにおけ
る|TA -−TA +|の値は2.0%であった。すなわち、波長440
〜600nmにおいては、|TA -−TA +|の値が4%以内となる
ことがあるFLCの配向状態であることが確認された。
次に、この比較例1のセルについて、前記実施例1と
同様にしてそのコントラスト(TL/TD)を測定したとこ
ろ、第2図の に示すような結果が得られた。この比較例1のセルで
は、波長400〜650nmでのコントラストは10以下であり、
実施例1,2のセルに比べて低いコントラストとなった。
比較例2 配向膜としてポリエチレンを用い、FLCとしてCS1014
(チッソ(株)製)を用いる以外は、前記実施例1と同
様にしてセルを構成した。このセルの波長440nmにおけ
る|TA -−TA +|の値は2.4%であり、波長600nmにおける|T
A -−TA +|の値は4.4%であった。すなわち、波長440〜60
0nmにおいて、|TA -−TA +|の値が4%以上となることが
あるFLCの配向状態であることが確認された。
この比較例2のセルについて、そのコントラスト(TL
/TD)を前記実施例1と同様にして測定したところ、比
較例1の場合と同様に波長400〜650nmでのコントラスト
は10以下であり、低いコントラストのセルとなった。
比較例3 配向膜としてSP710(東レ(株)製)を用い、FLCとし
てCS1017(チッソ(株)製)を用いる以外は、前記実施
例1と同様にしてセルを構成した。このセルの波長440n
mにおける|TA -−TA +|の値は12.2%であり、波長600nmに
おける|TA -−TA +|の値は3.7%であった。すなわち、波
長440〜600nmにおいて、|TA -−TA +|の値が4%以上とな
ることがあるFLCの配向状態であることが確認された。
この比較例3のセルについて、そのコントラスト(TL
/TD)を前記実施例1と同様にして測定したところ、前
記比較例1,2とほぼ同様に低いコントラストのセルとな
った。
以上、実施例1,2、比較例1〜3のセルについての測
定結果を下記表1に、波長440〜600nmにおける|TA -−TA
+|の最大値(MAX)と、波長440nmにおけるコントラスト
の関係を第3図に示す。
ただし、表1において↑↓は上下の基板で互いに反対
方向となるラビング処理を示し、↑↑は上下の基板で互
いに同方向となるラビング処理を示す。
次に、|TA -−TA +|によって特徴づけられる配向状態の
違いについて配向色の点から説明する。
第4図は実施例1におけるTA -とTA +の波長依存性の測
定結果である。第4図より、|TA -−TA +|の値は小さくTA
-とTA +の波長特性は、ほぼ等しいと言える。また、TA -
とTA +の測定時のFLCの配向色は目視によってともにうす
紫色であった。
一方、第5図は比較例1におけるTA -とTA +の波長依存
性の測定結果である。第5図から|TA -−TA +|の値は一般
に大きく、TA -とTA +は異なる波長特性となっていること
がわかる。また、TA -とTA +の測定時のFLCの配向色は、
目視によってTA -に対しては茶色でTA +に対しては青色で
あった。
すなわち、実施例と比較例では、配向色の差から配向
状態の差が明らかなばかりでなく、TA -とTA +が一致的で
あるか不一致的であるかという透過率特性の質的な差が
認められた。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、波長440〜600
nmにおける|TA -−TA +|の値が4%以内であるFLCの配向
状態を用いることにより、コントラストが高く、且つ表
示部品の良好な強誘電性液晶素子を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は実施
例及び比較例におけるコントラストの波長特性図、第3
図はMAX|TA -−TA +|とコントラストとの関係を示す図、
第4図は実施例1における透過率の波長特性図、第5図
は比較例1における透過率の波長特性図、第6図及び第
7図は強誘電性液晶セルの模式図である。 10……FLCセル、11……ガラス基板、 12……透明電極、13……絶縁膜、 14……配向膜、15……強誘電性液晶(FLC)、 16……偏光板。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】夫々電極及び配向膜を形成した一対の基板
    を対向配置し、内部に強誘電性液晶を挟持したセル構造
    を有する強誘電性液晶素子であって、該セル内において
    液晶分子が一方の基板から他方の基板に向かってツイス
    ト状態で配列しており、該セルを偏光板のクロスニコル
    状態下でスメクチックA(SmA)相が最暗となる位置に
    配置し、前記偏光板を入射光の進行方向に対して時計回
    りに15゜回転した時のカイラルスメクチックC(Sm
    C)相における強誘電性液晶の第1の配向状態での透
    過率TA +と、前記偏光板を入射光の進行方向に対して反
    時計回りに15゜回転した時の第2の配向状態での透過率
    TA -との差の絶対値|TA -−TA +|が、波長440〜600nmにお
    いて4%以内であることを特徴とする強誘電性液晶素
    子。
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