JP2681779B2 - 液晶セル - Google Patents

液晶セル

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JP2681779B2
JP2681779B2 JP62232502A JP23250287A JP2681779B2 JP 2681779 B2 JP2681779 B2 JP 2681779B2 JP 62232502 A JP62232502 A JP 62232502A JP 23250287 A JP23250287 A JP 23250287A JP 2681779 B2 JP2681779 B2 JP 2681779B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ディスプレイ装置や複写機の光プリンタヘ
ッド等に応用される液晶セルに関する。 [開示の概要] 本明細書及び図面は、液晶セルにおいて、カイラルス
メクチック液晶のSmA相でのプレチルト角θprを有する
もので、コントラスト及び表示品位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4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5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または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5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
5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
速度と速さと、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4367926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5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、表示品位の良好な液晶セル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、夫々に電極及び配向膜を形成した一対の基
板を対向配置し、内部に降温下でスメクチックA相から
カイラルスメクチック相に相転移をなすカイラルスメク
チック液晶を挟持した液晶セルにおいて、上記配向膜の
いずれにもラビング処理が施されており、該配向膜によ
り前記カイラルスメチック液晶の分子がスメクチックA
(SmA)相において3゜以上のプレチルト角θprを有
し、且つ、基板面に対し一方向に傾いていることを特徴
とする液晶セルを提供するものである。 本発明で用いるカイラルスメクチック液晶(以下、FL
Cという)としては、カイラルスメクチックC相(Sm
C),H相(SmH)、I相(SmI)、J相(SmJ)、
K相(SmK)、F相(SmF)、G相(SmG)の液相
が適している。このFLCについては、“ル・ジュールナ
ド・ド・フィジーク・ルテール(“LE JOURNAL DE PHYS
IQUE LETTERS")1975年,36(L−69)号、「フェロエ
レクトリック・リキッド・クリスタルス」(「Ferroele
ctric Liquid Crystals」);“アプライド・フィジッ
クス・レターズ”(“Applied physics Letters")1980
年,36(11)号、サブミクロ・セカンド・バイステイブ
ル・エレクトロオプチック・スイッチング・イン・リキ
ッド・クリスタルス」(「Submicro Second Bistable E
lectrooptic Switching in Liquid Crystals」);“固
体物理"1981年、16(141)号、「液晶」等に記載されて
おり、本発明においては、これらに開示されたFLCを用
いることができる。 より具体的には、本発明に用いられるFLC化合物の例
としては、デシロキシベンジリデン−p′−アミノ−2
−メチルブチルシンナメート(DOBAMBC)、ヘキシルオ
キシベンンジリデン−p′−アミノ−2−クロロプロピ
ルシンナメート(HOBACPC)および4−o−(2−メチ
ル)−ブチルレゾルシリデン−4′−オクチルアニリン
(MBRA8)等が挙げられる。 [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
状態に依存する。液晶のSmA相でのプレチルト角θpr
大きさによって、セル表面に対する液晶分子の光軸の傾
き角の度合も異なり、SmA相からSmC相へ相転移を行な
う場合、層の傾きや層のbend状態のちがいによってコン
トラストの高い領域と低い領域の2つの異なる状態を形
成することができる。 そして本発明では、両基板にラビング処理した配向膜
を形成し、SmA相での分子を一方向に傾かせることによ
り、SmA−SmCの相転移点から離れるにしたがって、セ
ル表面と液晶分子の傾き方向に由来する方向性のため
に、コントラストの高い領域がより支配する液晶層が得
られることがわかった。 又、その際、本発明者らの実験によれば、かかる液晶
のSmA相でのブレチルト角(θpr)が3゜以上とした液
晶セルを用いると、コントラストの高い領域が支配的と
なり、コントラトの低下の防止により有効な液晶セルが
得られるという結果となった。 [実施例] 実施例1 第1図は、本発明の一実施例を示すFLCセルの構成図
である。第1図において、ガラス基板11上にITO(Indiu
m−Tin−Oxide)膜によりなる透明電極12、及び絶縁膜1
3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としてポリイミド型配向膜サ
ンエバー150(日産化学(株)製)をNMPエヌメチルピロ
リドンとブチルセラソルブの混合溶媒に溶かした溶液を
塗布し、250℃で1時間焼成した。しかる後、この配向
膜14の表面にラビングによる配向処理を施し、基板上の
電極が対向するよう配置して周囲をシール材(図示せ
ず)で封止すると共に、内部にFLC15としてCS1017(チ
ッソ社製)を注入してFLCセル10を得た。 FLCのSmA相でのプレチルト角θprの測定方法には幾つ
かあるが、ここでは上下基板のラビング方向が反対方向
となるFLCセルを使用し、ネマチック液晶と同様にし
て、クリスタルローテーション法(文献:JPN.J.Appl.PH
YS.Vol.19(1980),No.10.P.2013)と呼ばれる光学的測
定法にしたがって測定した。上述したFLCセル10のSmA相
における透過出力の入射角度依存性を測定したところ、
ピーク出力の得られるセル法線に対する入射角度φ
は、 |φx|=14.5(deg.) と測定され、SmA相でのプレチルト角θprは、近似式 によって θpr=4.6(deg.) と求められた。ただし、ηとηはそれぞれ常光線及
び異常光線に対する屈折率で、η=1.5000,η=1.6
54とした。 実施例1のセルの上下に偏光板16を配置し、をクロス
ニコル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図に示すよ
うに波長が500〜650nmの領域でのコントラストは35以上
が得られ、波長400〜500nmの領域でも、高いコントラス
トが得られた。また、暗状態での透過率は波長500〜650
nmにおいては0.1%程度で、波長400〜500nmにおいても
0.3%程度であった。すなわち、SmA相でのプレチルト角
が3゜以上の配向膜を使うことにより、コントラストが
高くて表示品位の高い液晶セルが実現された。特に、暗
状態での表示品位の改善は著しく、目視による観察にお
いても、暗状態の色は黒であることが確認され、例えば
本発明をディスクプレイに応用した場合には、人間の眼
に見やすいとされている白と黒の良質の表示が可能とな
った。 比較例1 SmA相でのプレチルト角θprが2.6゜の配向膜SE4110
(日産化学(株)社製)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FLCセルにおいて
は、コントラストは第2図に示すように、後述するSP71
0(比較例2)に比べてかなり改善されるが、青い配向
の中にすじ状に黒い配向が混在するようになった。 比較例2 SmA相でのプレチルト角θprが2゜より小さい0.0゜の
配向膜710(東レ(株)社製)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。下記表1は、実施
例及び比較例のSmA相でのプレチルト角θprと、クリス
タルローテーション法におけるピーク出力の得られる入
射角度φの測定結果と、それぞれのセルの角波長(65
0nm,550nm,450nm)におけるコントラストを示してい
る。なおFLCはいずれもCS1017(チッ素社製)である。 表1において、プレチルト角θprが0.0゜の配向膜SP7
10を用いたこの比較例2のセルでは、配向状態は均一に
なるもののクロスニコル下での暗状態は青く見え、表示
品位の点で問題がある。この時のコントラストの代表値
は、波長650nmで14.8、波長550nmで9.7、波長450nmで4.
0であった。その他第2図に示すように全体的に見てコ
ントラストが低いことがわかる。 比較例3 FLC材料としてCS1014(チッ素社製)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FL
CセルのSmA相でのプレチルト角θprを測定したところ、
θpr=0.0゜(|φx|=0.0゜)であった。一方、このFL
Cセルのコントラストの波長特性を第3図に示す。 第2図と第3図を比較すると、CS1014(FLC)とサン
エバー150(配向膜)を用いたセル(比較例3)は、CS1
017(FLC)とSP710(配向膜)を用いたセル(比較例
2)とほぼ同様な比較的低いコントラスト性能を示すこ
とがわかる。 [発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、SmA相でのプ
レチルト角が3゜以上の配向膜を用いることにより、コ
ントラストが高く、且つ表示品位の良好な液晶セルを提
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1及び比較例1,2におけるコントラストの波長特性
図、第3図は比較例3におけるコントラストの波長特性
図、第4図及び第5図は強誘電性液晶セルの模式図であ
る。 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)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.夫々に電極及び配向膜を形成した一対の基板を対向
    配置し、内部に降温下でスメクチックA相からカイラル
    スメクチック相に相転移をなすカイラルスメクチック液
    晶を挟持した液晶セルにおいて、上記配向膜のいずれに
    もラビング処理が施されており、該配向膜により前記カ
    イラルスメクチック液晶の分子がスメクチックA(Sm
    A)相において3゜以上のプレチルト角θprを有し、且
    つ、基板面に対し一方向に傾いていることを特徴とする
    液晶セル。 2.前記配向膜がポリイミドからなる配向膜であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の液晶セル。
JP62232502A 1987-09-17 1987-09-18 液晶セル Expired - Lifetime JP2681779B2 (ja)

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