JP2640259B2 - 強誘電性液晶素子 - Google Patents
強誘電性液晶素子Info
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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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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、例えばプリンタヘッドやディスプレイ等に
応用される強誘電性液晶素子に関し、特に、見かけのチ
ルト角の拡がり方を大きくして低い電圧の交番電界によ
っても明るくコントラストの高い表示を行なえるように
した強誘電性液晶素子に関する。
応用される強誘電性液晶素子に関し、特に、見かけのチ
ルト角の拡がり方を大きくして低い電圧の交番電界によ
っても明るくコントラストの高い表示を行なえるように
した強誘電性液晶素子に関する。
[従来の技術] 近年、高速応答性とメモリ性を特徴とする強誘電性液
晶素子を用いた大画面ディスプレイの開発が期待されて
いる。
晶素子を用いた大画面ディスプレイの開発が期待されて
いる。
特にΔε(誘電異方性)が負の液晶を利用したACスタ
ビライズ方式の強誘電性液晶ディスプレイでは、明るく
てコントラストの高ディスプレイの実現が期待されてい
る。
ビライズ方式の強誘電性液晶ディスプレイでは、明るく
てコントラストの高ディスプレイの実現が期待されてい
る。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前述したACスタビライズ方式で大画面
ディスプレイを構成しようとする場合、従来、見かけの
チルト角の交番電圧値に対する拡がり方は、比較的ゆる
やかなために、次の相反する問題が生じる。すなわち、 (1)もし、低い電圧の交番電圧で使用とするときは、
見かけのチルト角θaの拡がり角が不足し、明るくコン
トラストの高いディスプレイにすることができない。
ディスプレイを構成しようとする場合、従来、見かけの
チルト角の交番電圧値に対する拡がり方は、比較的ゆる
やかなために、次の相反する問題が生じる。すなわち、 (1)もし、低い電圧の交番電圧で使用とするときは、
見かけのチルト角θaの拡がり角が不足し、明るくコン
トラストの高いディスプレイにすることができない。
(2)一方、強誘電性液晶ディスプレイでは、1〜2μ
mという薄いセル厚のパネルを使用するために上下の電
極間の容量がTN型に比べて桁違に大きいこと、およびAC
スタビライズ効果が利用できる交番電圧の周波数が通常
10KHz程度以上であることから、高い電圧の交番電圧で
使用する場合には、パネル内の充放電電流に伴なう発熱
が大きく、マトリクス回路構成と関係してパネル内に大
きな温度分布が形成され、表示可能な駆動電圧および駆
動パルス幅の範囲が狭くなってしまうという問題があ
る。
mという薄いセル厚のパネルを使用するために上下の電
極間の容量がTN型に比べて桁違に大きいこと、およびAC
スタビライズ効果が利用できる交番電圧の周波数が通常
10KHz程度以上であることから、高い電圧の交番電圧で
使用する場合には、パネル内の充放電電流に伴なう発熱
が大きく、マトリクス回路構成と関係してパネル内に大
きな温度分布が形成され、表示可能な駆動電圧および駆
動パルス幅の範囲が狭くなってしまうという問題があ
る。
この問題を解決するためには、パネル内の発熱が無視
できる程度に低い交番電圧でスタビライズ効果を生じる
ような素子をつくるのが望ましいが、従来はその方法が
知られていない。
できる程度に低い交番電圧でスタビライズ効果を生じる
ような素子をつくるのが望ましいが、従来はその方法が
知られていない。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑
み、ACスタビライズ方式の強誘電性液晶素子において、
より低い電圧の交番電圧でも明るくかつコントラストの
高い表示が行なえるようにすることにある。
み、ACスタビライズ方式の強誘電性液晶素子において、
より低い電圧の交番電圧でも明るくかつコントラストの
高い表示が行なえるようにすることにある。
[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため本発明では、電極と配向膜を
有する基板で双安定性配向状態を有する強誘電性液晶を
狭持した強誘電性液晶素子において、該強誘電性液晶の
誘電異方性を負とし、該配向膜には同方向のラビング処
理を施し、該ラビング処理によって出現する層の曲り方
向の異なる2つの配向状態のうちで低温側で出現する層
の曲り方向を有する配向状態を用い、該配向状態の非ス
イッチング状態において双安定性配向状態間の平均分子
軸方向のなす角が無電界時に比べて大きくなるのに十分
な電界強度と周波数をもつ交番電界を印加するようにし
ている。
有する基板で双安定性配向状態を有する強誘電性液晶を
狭持した強誘電性液晶素子において、該強誘電性液晶の
誘電異方性を負とし、該配向膜には同方向のラビング処
理を施し、該ラビング処理によって出現する層の曲り方
向の異なる2つの配向状態のうちで低温側で出現する層
の曲り方向を有する配向状態を用い、該配向状態の非ス
イッチング状態において双安定性配向状態間の平均分子
軸方向のなす角が無電界時に比べて大きくなるのに十分
な電界強度と周波数をもつ交番電界を印加するようにし
ている。
さらに、SmA相における配向膜に対する液晶分子のプ
レチルト角が1.5゜以上となるようにしている。
レチルト角が1.5゜以上となるようにしている。
[作用] この構成において、配向膜を平行にラビング処理した
2枚の基板間に狭持された強誘電性液晶は、カイラルス
メクチックC相の温度範囲における高温側と低温側とで
生じる双安定性配向状態が相違する。すなわち、低温側
で出現する配向状態においては、高温側の場合よりも電
界強度に対する見かけのチルト角の拡がり方が大きい。
したがって、本液晶素子を表示装置に用いた場合、比較
的低い電圧の交番電界によっても平均分子軸方向のなす
角が無電界時に対し十分大きくなり、明るくコントラス
トの高い表示が行なわれる。
2枚の基板間に狭持された強誘電性液晶は、カイラルス
メクチックC相の温度範囲における高温側と低温側とで
生じる双安定性配向状態が相違する。すなわち、低温側
で出現する配向状態においては、高温側の場合よりも電
界強度に対する見かけのチルト角の拡がり方が大きい。
したがって、本液晶素子を表示装置に用いた場合、比較
的低い電圧の交番電界によっても平均分子軸方向のなす
角が無電界時に対し十分大きくなり、明るくコントラス
トの高い表示が行なわれる。
[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る強誘電性液晶セルを
模式的に示す。同図において、1aと1bはそれぞれIn2O3
やITO(Indium Tin Oxide)等の透明電極2aと2bで被覆
された基板(ガラス基板)であり、その上に200〜1000
Å厚の絶縁膜3aと3b(SiO2膜、TiO2膜、TaO5膜など)と
ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル等で形成した50
〜1000Å厚の配向制御膜4aと4bとがそれぞれ積層されて
いる。配向制御膜4aと4bには平行かつ同一向き(第1図
でいえばA方向)になるようにラビング処理(矢印方
向)が施されている。基板1aと1bとの間には、強誘電性
スメクチック液晶5が配置され、基板1aと1bとの間の距
離は、強誘電性スメクチック液晶5のらせん配列構造の
形成を抑制するのに十分に小さい距離、例えば0.1〜3
μmに設定され、強誘電性スメクチック液晶5は双安定
性配向状態を生じている。この十分に小さい距離は、基
板1aと1bとの間に配置したビーズスペーサ6(シリカビ
ーズ、アルミナビーズ等)によって保持される。このセ
ルにはさらに、液晶分子の配向変調を光学的に識別する
ために、2枚の偏光子7aと7bがクロスニコルで配置され
ている。
模式的に示す。同図において、1aと1bはそれぞれIn2O3
やITO(Indium Tin Oxide)等の透明電極2aと2bで被覆
された基板(ガラス基板)であり、その上に200〜1000
Å厚の絶縁膜3aと3b(SiO2膜、TiO2膜、TaO5膜など)と
ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル等で形成した50
〜1000Å厚の配向制御膜4aと4bとがそれぞれ積層されて
いる。配向制御膜4aと4bには平行かつ同一向き(第1図
でいえばA方向)になるようにラビング処理(矢印方
向)が施されている。基板1aと1bとの間には、強誘電性
スメクチック液晶5が配置され、基板1aと1bとの間の距
離は、強誘電性スメクチック液晶5のらせん配列構造の
形成を抑制するのに十分に小さい距離、例えば0.1〜3
μmに設定され、強誘電性スメクチック液晶5は双安定
性配向状態を生じている。この十分に小さい距離は、基
板1aと1bとの間に配置したビーズスペーサ6(シリカビ
ーズ、アルミナビーズ等)によって保持される。このセ
ルにはさらに、液晶分子の配向変調を光学的に識別する
ために、2枚の偏光子7aと7bがクロスニコルで配置され
ている。
ところで、配向制御膜を平行にラビング処理した2枚
の基板間に強誘電性液晶を挟むと、カイラルスメチック
C相の温度範囲における高温側と低温側とで生じる双安
定性配向状態が相違することが見出されている。そし
て、低温側での双安定性配向状態の強誘電性スメクチッ
ク液晶は、ヘアピン欠陥がラビング処理方向に対してラ
イトニング欠陥の後ろに発生する発生秩序を生じる配向
状態にあり、これに対し高温側ではライトニング欠陥が
ラビング処理方向に対してヘアピン欠陥の後ろに発生す
る発生秩序を生じる配向状態を有している。以下、カイ
ラルスメクチックC相の温度範囲において、便宜上、上
述の高温側での配向状態を「C1配向」といい、低温側で
の配向状態を「C2配向」という。ここで、「便宜上」と
表現したのは、後述するように、2つの異なる配向状態
が温度の上昇のみに依存しないからである。この「C1配
向」と「C2配向」は、羽生らの特願昭63−225049号明細
書に詳述されている。
の基板間に強誘電性液晶を挟むと、カイラルスメチック
C相の温度範囲における高温側と低温側とで生じる双安
定性配向状態が相違することが見出されている。そし
て、低温側での双安定性配向状態の強誘電性スメクチッ
ク液晶は、ヘアピン欠陥がラビング処理方向に対してラ
イトニング欠陥の後ろに発生する発生秩序を生じる配向
状態にあり、これに対し高温側ではライトニング欠陥が
ラビング処理方向に対してヘアピン欠陥の後ろに発生す
る発生秩序を生じる配向状態を有している。以下、カイ
ラルスメクチックC相の温度範囲において、便宜上、上
述の高温側での配向状態を「C1配向」といい、低温側で
の配向状態を「C2配向」という。ここで、「便宜上」と
表現したのは、後述するように、2つの異なる配向状態
が温度の上昇のみに依存しないからである。この「C1配
向」と「C2配向」は、羽生らの特願昭63−225049号明細
書に詳述されている。
強誘電性スメクチック液晶5としては、チッソ社製の
強誘電性スメクチック液晶である「CS−1011」(商品
名)を用い、配向制御膜4a,4bとしては東レ(株)製の
ポリイミド「SP710」(商標)を用いた。ラビング処理
は、上下の基板に互いに平行でかつ同一処理方向とし、
上下基板の間隔は15μmの距離に設定した。このSmC*
相(カイラルスメチックC相)における2つの配向状態
(C1とC2)の間には次に述べるように交流電界印加時の
見かけのチルト角θaの変化のしかたに質的な相違があ
ることを本発明者らは見出している。
強誘電性スメクチック液晶である「CS−1011」(商品
名)を用い、配向制御膜4a,4bとしては東レ(株)製の
ポリイミド「SP710」(商標)を用いた。ラビング処理
は、上下の基板に互いに平行でかつ同一処理方向とし、
上下基板の間隔は15μmの距離に設定した。このSmC*
相(カイラルスメチックC相)における2つの配向状態
(C1とC2)の間には次に述べるように交流電界印加時の
見かけのチルト角θaの変化のしかたに質的な相違があ
ることを本発明者らは見出している。
この構造における29℃における見かけのチルト角θa
の60KHz(>fth)の駆形交番電界の電界強度(1μmあ
たりの電圧)に対する拡がり方を第2図のグラフに実施
例1として「△」で示す。一方、同図中の「○」はこれ
とは逆方向の層の曲りを有する配向状態であることを除
いてすべて実施例1の場合と同じ構成の従来例の結果を
比較例1として示すものである。同図より、本実施例の
方が従来例より電界強度に対する見かけのチルト角θa
の拡がり方において優れていることがわかる。すなわ
ち、本実施例のC2の配向方向のセルでは、見かけのチル
ト角がAC電界強度の増加とともに増大するのに対し、C1
配向では、見かけのチルト角はほとんど変化しない。ま
た、消光位における光漏れもC2配向では電界強度が強く
なるにつれて小さくなるのに対し、C1配向では無電界時
と比べて大きな差がない。見かけのチルト角および消光
位の暗さがC2配向においてこのように変化するのは、誘
電異方性によるトルクが液晶分子に作用し、無電界時の
分子配置から液晶分子を変位させる結果である。C1配向
でこの効果がみられない理由は必ずしも明かではない
が、無電界時の分子配置のねじれの程度がC1配向とC2配
向とで異なるので、誘電異方性によるトルクの働く方向
が必ずしも同じでなく、これが上述の差を生じていると
も考えられる。
の60KHz(>fth)の駆形交番電界の電界強度(1μmあ
たりの電圧)に対する拡がり方を第2図のグラフに実施
例1として「△」で示す。一方、同図中の「○」はこれ
とは逆方向の層の曲りを有する配向状態であることを除
いてすべて実施例1の場合と同じ構成の従来例の結果を
比較例1として示すものである。同図より、本実施例の
方が従来例より電界強度に対する見かけのチルト角θa
の拡がり方において優れていることがわかる。すなわ
ち、本実施例のC2の配向方向のセルでは、見かけのチル
ト角がAC電界強度の増加とともに増大するのに対し、C1
配向では、見かけのチルト角はほとんど変化しない。ま
た、消光位における光漏れもC2配向では電界強度が強く
なるにつれて小さくなるのに対し、C1配向では無電界時
と比べて大きな差がない。見かけのチルト角および消光
位の暗さがC2配向においてこのように変化するのは、誘
電異方性によるトルクが液晶分子に作用し、無電界時の
分子配置から液晶分子を変位させる結果である。C1配向
でこの効果がみられない理由は必ずしも明かではない
が、無電界時の分子配置のねじれの程度がC1配向とC2配
向とで異なるので、誘電異方性によるトルクの働く方向
が必ずしも同じでなく、これが上述の差を生じていると
も考えられる。
いずれにしても、C1とC2の配向の違いによる交番電界
に効果の差は質的なものであって、中間的な効果は見出
されなかった。
に効果の差は質的なものであって、中間的な効果は見出
されなかった。
なお、本実施例で用いた液晶CS1011(チッソ(株)
製)は誘電異方性がΔε≒−4εoと比較的大きく、AC
電界によるチルト角の拡がりが大きい材料である。ま
た、上述の配向制御膜SP710(東レ(株)製)で、SmA状
態でプレチルト角を測定したところ、0〜1゜と比較的
小さな値を示した。
製)は誘電異方性がΔε≒−4εoと比較的大きく、AC
電界によるチルト角の拡がりが大きい材料である。ま
た、上述の配向制御膜SP710(東レ(株)製)で、SmA状
態でプレチルト角を測定したところ、0〜1゜と比較的
小さな値を示した。
第3図は本発明の他の実施例に係る強誘電性液晶素子
の特徴を示す図である。
の特徴を示す図である。
この場合、配向(制御)膜として特にSmA相における
配向膜に対する液晶分子のプレチルト角が1.5゜以上で
ある有機配向膜8aおよび8bを用いることを除いてすべて
第1図の場合と同様である。ここでは特に、SmA相での
プレチルト角が約3゜である日産化学(株)社製のポリ
イミド配向膜サンエバー150(商標)を用いた。
配向膜に対する液晶分子のプレチルト角が1.5゜以上で
ある有機配向膜8aおよび8bを用いることを除いてすべて
第1図の場合と同様である。ここでは特に、SmA相での
プレチルト角が約3゜である日産化学(株)社製のポリ
イミド配向膜サンエバー150(商標)を用いた。
第3図の9はSmC*相での界面分子の様子を示すもの
で、SmA相での高プレチルト化がSmC*での高プレチルト
化に影響することを示す。
で、SmA相での高プレチルト化がSmC*での高プレチルト
化に影響することを示す。
この構成における29℃における見かけのチルト角θa
の60KHz(>fth)での矩形交番電界の電界強度(1μm
あたりの電圧)に対する拡がり方を第4図のグラフに実
施例2として「△」で示す。高プレチルト化の効果が表
われていることがわかる。一方、同図中の「○」は、こ
れとは逆方向の層の曲りを有する配向状態であることを
除いてすべて本実施例と同じ構成の従来例の実験結果を
比較例2として示すものである。
の60KHz(>fth)での矩形交番電界の電界強度(1μm
あたりの電圧)に対する拡がり方を第4図のグラフに実
施例2として「△」で示す。高プレチルト化の効果が表
われていることがわかる。一方、同図中の「○」は、こ
れとは逆方向の層の曲りを有する配向状態であることを
除いてすべて本実施例と同じ構成の従来例の実験結果を
比較例2として示すものである。
第4図と第2図とを比較すると、高プレチルトの配向
膜を平行ラビングした構成とすることによって、C1配向
とC2配向の交番電界に対する見かけのチルト角θaの拡
がり方の差が増大し、c1配向はますますθaが拡がりに
くくなるのに対し、C2配向ではますますθaが拡がりや
すくなることがわかる。すなわち、C2配向状態になるよ
うに配向を制御し、これに交流を印加することによりθ
aの大きい、したがって透過率の高いFLC素子を得るこ
とができる。
膜を平行ラビングした構成とすることによって、C1配向
とC2配向の交番電界に対する見かけのチルト角θaの拡
がり方の差が増大し、c1配向はますますθaが拡がりに
くくなるのに対し、C2配向ではますますθaが拡がりや
すくなることがわかる。すなわち、C2配向状態になるよ
うに配向を制御し、これに交流を印加することによりθ
aの大きい、したがって透過率の高いFLC素子を得るこ
とができる。
このように、高プレチルト配向膜の平行ラビング構成
によってC1配向とC2配向の差が増大するのは、界面分子
の方向性のあるプレチルトによって互いに反対方向の2
つの層の傾きに対し、分子のねじれ具合が異なってくる
ためと考えられる。実際、高プレチルト配向膜の平行ラ
ビング構成によって、上述したようにC1配向とC2配向の
内部エネルギー差が増大し、低温側でC2配向が優勢とな
る効果も生じた。しかしながら、あまりプレチルト角が
大きすぎると、C1配向からC2配向へ転移するときの障壁
エネルギーの増加分も大きくなり、低温での完全なC2配
向化が困難となり、無欠陥が達成できなくなる現象があ
るので、2〜3゜程度のプレチルト角となる配向膜を用
い、これを平行ラビングした構成が最も好ましいと考え
られる。
によってC1配向とC2配向の差が増大するのは、界面分子
の方向性のあるプレチルトによって互いに反対方向の2
つの層の傾きに対し、分子のねじれ具合が異なってくる
ためと考えられる。実際、高プレチルト配向膜の平行ラ
ビング構成によって、上述したようにC1配向とC2配向の
内部エネルギー差が増大し、低温側でC2配向が優勢とな
る効果も生じた。しかしながら、あまりプレチルト角が
大きすぎると、C1配向からC2配向へ転移するときの障壁
エネルギーの増加分も大きくなり、低温での完全なC2配
向化が困難となり、無欠陥が達成できなくなる現象があ
るので、2〜3゜程度のプレチルト角となる配向膜を用
い、これを平行ラビングした構成が最も好ましいと考え
られる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、比較的低電圧で
の見かけのチルト角の拡がりが大きくなり、低電圧でも
明るいディスプレイを実現することができる。これによ
り、発熱による問題も解決することができる。
の見かけのチルト角の拡がりが大きくなり、低電圧でも
明るいディスプレイを実現することができる。これによ
り、発熱による問題も解決することができる。
第1図は、本発明の一実施例に係る強誘電性液晶素子を
概念的に示した模式的な断面図、 第2図は、第1図の装置の効果を示すグラフ、 第3図は、本発明の他の実施例に係る強誘電性液晶素子
を概念的に示した模式的な断面図、そして 第4図は、第3図の装置の効果を示すグラフである。 1a,1b:基板、2a,2b:透明電極、 3a,3b絶縁膜、4a,4b:配向制御膜、 5:強誘電性スメクチック液晶、 6:ビーズスペーサ、7a,7b:偏光子、 8a,8b:有機配向膜、 9:SmC*相での界面分子の様子。
概念的に示した模式的な断面図、 第2図は、第1図の装置の効果を示すグラフ、 第3図は、本発明の他の実施例に係る強誘電性液晶素子
を概念的に示した模式的な断面図、そして 第4図は、第3図の装置の効果を示すグラフである。 1a,1b:基板、2a,2b:透明電極、 3a,3b絶縁膜、4a,4b:配向制御膜、 5:強誘電性スメクチック液晶、 6:ビーズスペーサ、7a,7b:偏光子、 8a,8b:有機配向膜、 9:SmC*相での界面分子の様子。
Claims (2)
- 【請求項1】電極と配向膜を有する基板で双安定性配向
状態を有する強誘電性液晶を狭持した強誘電性液晶素子
において、該強誘電性液晶の誘電異方性は負であり、該
配向膜には同方向のラビング処理が施されており、該ラ
ビング処理によって出現する層の曲り方向の異なる2つ
の配向状態のうちで低温側で出現する層の曲り方向を有
する配向状態を用い、該配向状態の非スイッチング状態
において双安定性配向状態間の平均分子軸方向のなす角
が無電界時に比べて大きくなるのに十分な電界強度と周
波数をもつ交番電界を印加することを特徴とする強誘電
性液晶素子。 - 【請求項2】SmA相における配向膜に対する液晶分子の
プレチルト角が1.5゜以上である、請求項1記載の強誘
電性液晶素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63319560A JP2640259B2 (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | 強誘電性液晶素子 |
US07/975,140 US6304310B1 (en) | 1988-12-20 | 1992-11-12 | Liquid crystal apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63319560A JP2640259B2 (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | 強誘電性液晶素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02165120A JPH02165120A (ja) | 1990-06-26 |
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