JP2707074B2 - 液晶素子 - Google Patents
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—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
- 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
- G02F1/137—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 characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
- G02F1/139—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 characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
- G02F1/141—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 characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は強誘電性液晶素子に関し、更に詳しくは、液
晶層内の荷電体を一定方向に偏在させることによって表
示特性が改善された強誘電性液晶素子に関する。 （従来の技術） 従来、液晶を一対の対向電極間に挟持させてなる種々
の液晶表示素子が提案されているが、DSM（Dynamic Sca
ttering Mode）型の液晶表示素子以外については、液晶
層中のナトリウムイオン等のプラスイオンや塩素イオン
等のマイナスイオン等の荷電体をコントロールする必要
はあまり認められていない。 その理由は、現在普及しているTN（Twisted Nemati
c）型液晶表示素子〔例えば、M.SchadtとW.Helfrich
著、“Applied Physics Letters"、Vol.18,No.4（1971.
2.15）、P.127〜128の“Voltage Dependent Optical Ac
tivity of a Twisted Nematic Liquid Crystal"参照〕
においては、 （１）過度のイオン流が液晶分子の配列を乱す。 （２）液晶材料の耐久性を低下させる。 （３）液晶層にかかる電圧の時定数が短くなる。 等の影響がイオン等の導電性物質によって引き起される
ことが考えられたが、実際には液晶を適当に精製するこ
とによって液晶の体積抵抗を109Ωcm以上に上げたり、
素子の構成過程で液晶の汚染防止を効果的にする等の手
段により前述の（１）および（２）の問題は十分対応可
能であり、一方駆動方式においては、交流駆動体、リフ
レッシュ、蓄積型が基本となるため、前記（３）の点も
深刻な問題とはならなかったことによる。 これに対して、近年世界的に開発が進んでいる強誘電
性液晶素子の場合には、液晶層中のイオン等の荷電体の
挙動が、強誘電性液晶素子の特性に重大な影響を与える
ことが明らかにされている。 例えば、クラークとラガヴァル等の提案した強誘電性
液晶素子の構成においては、第２図に示されるように液
晶層内で各液晶分子の双極子の方向が揃い、液晶の自発
分極が生じている。 この自発分極の存在は、強誘電性液晶素子のスイッチ
ング特性の条件であるため、この自極分極による電荷の
片寄りは、SSFLCD（Surface Stabilized Ferroelectric
Liquid Crystal Display）においては不可避なもので
ある。 （発明が解決使用としている問題） 以上の如き強誘電性液晶素子における液晶分子の自発
分極は必然的なものであるが、この分極電荷の影響によ
って、素子の非駆動時（すなわち、メモリー状態）にお
いて液晶層の双安定性を損なうような変化が生じるとい
う問題が生じることが判明した。 素子内にはITO電極等の透明電極が存在し、その上に
誘電体を介して液晶層に接する構成が一般的であるが、
その場合にメモリー状態（印加電圧＝０）でも液晶層内
には、液晶分子の分極電荷によって生じる電界が存在し
て、この電界によって液晶層内に存在しているイオン性
不純物が泳動して、イオンの不均一な偏在が生じること
が、双安定性の低下の原因と考えられている。 このイオンの偏在によって、逆に液晶分子が拘束を受
けるため、逆向きの電界（スイッチングパルス）が入力
されても、スイッチング特性等が低いという問題が生じ
ている。これは時には閾値が高くなったように見えるこ
ともあり、また完全に単安定化したと見えることもある
が、実際には、強誘電性液晶素子の特性を低下させる大
きな原因となっているものである。 従って、強誘電性液晶素子においては液晶層内に存在
するイオンによる問題を解決することが要望されてい
る。 （問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の如き従来技術の問題点を解決すべく
鋭意研究の結果、液晶層内に存在する不純物イオンを特
定の状態に積極的に偏在させることによって上記の如き
従来技術の問題が解決され、強誘電性液晶素子の表示特
性を著しく向上させることができた。 すなわち、本発明は、２枚の対向した電極基板間にカ
イラルスメクチック液晶層を挟持してなり、上下２枚の
基板に前記液晶層中に流れる電流の発生を防止するブロ
ッキング層及び配向制御層を有してなる液晶素子におい
て、前記液晶に対してDC成分を有する電圧を印加して、
上記液晶層内に存在する荷電体を、該液晶層内における
上記２枚の電極基板の少なくとも一方の電極側の表面近
傍に偏在させたことを特徴とする液晶素子である。 次に本発明を更に詳しく説明する。 本発明は、液晶層内の荷電体が偏在している点に特徴
を有する強誘電性液晶素子である。 すなわち、本発明で使用する強誘電性液晶は、加えら
れる電界に応じて第一の光学的安定状態と第二の光学的
安定状態とのいずれかを取るもの、すなわち、電界に対
して双安定性を有する液晶物質である。 以上の如き双安定性を有する強誘電性液晶としては、
強誘電性を有するカイラルスメクティック液晶が好まし
く、そのうちでは特にカイラルスメクティックＣ相（Sm
C＊）またはＨ相（SmH＊）の液晶が適している。これら
の強誘電性液晶は“LEJOURNAL DE PHYSIOUE LETTERS"36
（Ｌ−69）1975、「Ferroelectric Liquid Crystals」;
Applied Physics Letters"36（11）1980、「Submicro S
econd Bistable Electrooptic Swiching in Liquid Cry
stals」；“固体物理"16（141）1981「液晶」等に記載
されており、本発明ではこれらに開示された強誘電性液
晶はいずれも好ましく利用することができる。 より具体的には、例えば、 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。 本発明の強誘電性液晶素子は上記の如き液晶材料を利
用するものであり、例えば、第３図示の如き構成を有す
る。 第３図示の例は、本発明で用いる強誘電性液晶素子の
１例を模式的に示すものであり、図中の１と１′はIn2O
3、SnO2あるいはITO（Indium−Tin−Oxide）等の透明電
極がコートされた基板（例えばガラス板）であり、これ
らの一対の基板間に前記の如き液晶からなる液晶層２
が、基板面に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。 太線で示した線３が液晶分子を表わしており、この液
晶分子３はその分子に直交した方向に双極子モーメント
（Ｐ⊥）４を有している。 このような強誘電性液晶素子の基板１と１′上の電極
間に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子３の
らせん構造がほどみ、双極子モーメント（Ｐ⊥）４はす
べて電界方向に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は細長い形状を有しており、その長軸方向
と短軸方向で屈折率の異方性を示し、従って、例えば、
基板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
化する液晶光学変調素子となることは容易に理解され
る。 更に液晶素子の厚さを充分に薄くした場合（例えば１
μｍ）には、第４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（4
a）または下向き（4b）のいずれかの状態をとる。この
ようなセルに第４図に示す如く一定の閾値以上の極性の
異なる電界ＥまたはＥ′を所定時間付与すると、双極子
モーメントは電界ＥまたはＥ′の電界ベクトルに対応し
て上向き4aまたは下向き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があるいは第二の配向状態
５′の何れか一方に配向する。このような強誘電性液晶
素子を光学変調素子として用いることの利点は２つあ
る。 第１には、応答速度が極めて速いこと、第２に液晶分
子の配向が双安定性状態を有することである。第２の点
を例えば第４図によって説明すると、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
で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
もこの状態に留まっている。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にやはり維
持されている。も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、セルとしてできるだけ薄い方
が好ましく、一般的には0.5〜20μｍ、特に１〜５μｍ
が適している。この種の強誘電性液晶を用いるマトリッ
クス電極構造を有する強誘電性液晶素子は、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
に提案されている。 上述の強誘電性液晶素子は、液晶層内に存在する荷電
体によって種々の問題を生じるものであった。 本発明はこのような問題点を解決した強誘電性液晶素
子を提供するものであり、その好ましい１例の断面図を
第１図に図解的に示す。図中11はガラス板等の基板であ
り、12は該基板11上に形成されたITO等からなる透明電
極層であり、13は透明電極上に形成された絶縁層および
配向膜層であり、14は上側基板付近に偏在させたプラス
電荷を有する荷電体群を、15は下側基板付近に偏在させ
たマイナス荷電体群である。18は液晶層を示し、16およ
び17はその中でとり得る二つの液晶状態を示す。 本発明の強誘電性液晶素子は、第１図に図解的に示す
如く、液晶層中に存在しているプラスイオン、マイナス
イオン等の荷電体を基板表面近傍に偏在させたことを主
たる特徴としているものであり、このような荷電体はプ
ラス荷電体とマイナス荷電体の両方が存在する場合を示
したが、いずれか一方のみが存在する場合でもよい。 このように液晶層内に存在する荷電体を偏在させるこ
とによって、液晶層内の液晶分子16は分子内双極子とし
ても、同時に自発分極の方向も上側基板から下側基板の
方向へ矢印（マイナスからプラスへ引くものとする）向
いているので、その存在は安定化されている。 一方、17で示す液晶分子の配置は、分子内双極子が16
の場合とは反対方向を向いているので電気的に極めて不
安定な状態である。 以上の通り、荷電体を基板表面近傍に積極的に偏在さ
せることによって、液晶分子の安定状態と不安定状態が
一定に生じることにより、逆にセル内での液晶分子のバ
ラツキや経時変化が解消されて、液晶表示素子としての
表示特性が著しく向上するものである。 以上の如き荷電体の偏在を生じさせるためには、メモ
リー状態での液晶層内の内部電界のみでは不十分である
ので、外部から電界をかけて荷電体を強制的に偏在させ
ることが必要である。 このような偏在を生じさせるためには、例えば上下基
板間に２〜15VのDC電界を約１〜24時間かけることによ
って十分な荷電体の偏在を生じさせることが可能であ
る。 本発明では、荷電体を偏在させた液晶層の比抵抗とし
ては、１×1014Ωcm以下、好ましくは１×105〜１×10
12Ωcmとするのがよい。尚、本発明では液晶層の比抵抗
の測定としては、ASTM（AMERICAN NATIONAL STANDARD）
Ｄ−257で規定した測定法に従った。 また、本発明の強誘電性液晶素子には荷電体の偏在を
随時可能にするために、液晶表示素子に電界を印加する
装置や駆動回路を設けておくのも好ましい。 （作用・効果） 以上の如き本発明によれば、従来の強誘電性液晶素子
において、その液晶層に存在する荷電体を基板表面近傍
に偏在させることによって、液晶層内の液晶分子のバラ
ツキや経時的変化が生じなくなり、液晶分子の安定状態
と不安定状態がより明確となり、優れた表示特性の強誘
電性液晶素子が提供されるものである。 次の実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。 実施例１ ガラス基板上に誘電体層（ブロッキング層）としてSi
O2（スパッタ膜、比抵抗ρ＝１×1010Ωcm）を1000Åの
厚みに形成し、その上に配向制御膜としてポリビニルア
ルコール液をスピナーコートし、乾燥硬化後その表面を
アセテート布で一軸配向性のラビング処理をした。この
基板を上下基板として用い、液晶としてチッソ社製のCS
−1014を用い、セル厚をアルミナビーズでコントロール
して、1.0μｍの液晶層厚を有する液晶表示素子とし
た。 本発明で用いたブロッキング層の比抵抗ρ（Ωcm）は
１×108Ωcm以上とするのが好ましい。尚、比抵抗ρ
（Ωcm）はASTM Ｄ−257で規定した測定法に従った。
また、本発明ではブロッキング層としてはSiO2膜の他に
SiO膜、TiO2膜等を用いることができる。このブロッキ
ング層は、液晶中に流れる電流の発生を防止することが
できる。 この液晶表示素子に15.0VのDC電界を上下基板間に約1
0時間印加して放置し、液晶層内に存在する荷電体を十
分に基板付近に偏在させて本発明の強誘電性液晶素子と
した。この液晶層の比抵抗ρをASTM Ｄ−257に従って
測定したところ１×107Ωcmであった。 以上の本発明の強誘電性液晶素子によれば、第１図示
の液晶分子16の方向を安定に形成することができるとと
もに、液晶分子17の方向を不安定にすることができ、こ
れら二つの状態は安定的に得ることができるものであっ
た。 上記本発明の強誘電性液晶素子を実際に使用するに
は、16の液晶分子の状態から17の液晶分子の方向へパル
ス電界をかけて、再び16の状態へ落ちつくまでの過度状
態を利用し、リフレッシュして作画する方法や、荷電体
を偏在する方向に電界をかけながらスイッチングする方
法等があり、前者の場合には、その緩和時間が1/30秒程
度かかる事が一番望ましく、後者の場合には荷電体の移
動度が遅い方が望ましく、また電界が弱いものの方が実
際には望ましい。尚、この実施例の場合にはDCバイアス
として2.5Vを利用した。 実施例２ 実施例１の本発明の強誘電性液晶素子において、素子
の動作終了時には一定方向に液晶分子を揃えて、両極板
間を電位差０にしておく期間を設けた。このようにする
ことにより、イオンを偏在させる方向に内部電界を生じ
させ、イオンの偏在を解けにくくした。 更に素子を起動させる時点においては、まず荷電体を
偏在させる方向にドライブ方法等の設定条件により電圧
をかけることによって非駆動期間の影響を受けることが
なかった。尚、本実施例では、荷電体を偏在させる方向
へ10V、20msのパルスを１秒間断続的に印加した。
晶層内の荷電体を一定方向に偏在させることによって表
示特性が改善された強誘電性液晶素子に関する。 （従来の技術） 従来、液晶を一対の対向電極間に挟持させてなる種々
の液晶表示素子が提案されているが、DSM（Dynamic Sca
ttering Mode）型の液晶表示素子以外については、液晶
層中のナトリウムイオン等のプラスイオンや塩素イオン
等のマイナスイオン等の荷電体をコントロールする必要
はあまり認められていない。 その理由は、現在普及しているTN（Twisted Nemati
c）型液晶表示素子〔例えば、M.SchadtとW.Helfrich
著、“Applied Physics Letters"、Vol.18,No.4（1971.
2.15）、P.127〜128の“Voltage Dependent Optical Ac
tivity of a Twisted Nematic Liquid Crystal"参照〕
においては、 （１）過度のイオン流が液晶分子の配列を乱す。 （２）液晶材料の耐久性を低下させる。 （３）液晶層にかかる電圧の時定数が短くなる。 等の影響がイオン等の導電性物質によって引き起される
ことが考えられたが、実際には液晶を適当に精製するこ
とによって液晶の体積抵抗を109Ωcm以上に上げたり、
素子の構成過程で液晶の汚染防止を効果的にする等の手
段により前述の（１）および（２）の問題は十分対応可
能であり、一方駆動方式においては、交流駆動体、リフ
レッシュ、蓄積型が基本となるため、前記（３）の点も
深刻な問題とはならなかったことによる。 これに対して、近年世界的に開発が進んでいる強誘電
性液晶素子の場合には、液晶層中のイオン等の荷電体の
挙動が、強誘電性液晶素子の特性に重大な影響を与える
ことが明らかにされている。 例えば、クラークとラガヴァル等の提案した強誘電性
液晶素子の構成においては、第２図に示されるように液
晶層内で各液晶分子の双極子の方向が揃い、液晶の自発
分極が生じている。 この自発分極の存在は、強誘電性液晶素子のスイッチ
ング特性の条件であるため、この自極分極による電荷の
片寄りは、SSFLCD（Surface Stabilized Ferroelectric
Liquid Crystal Display）においては不可避なもので
ある。 （発明が解決使用としている問題） 以上の如き強誘電性液晶素子における液晶分子の自発
分極は必然的なものであるが、この分極電荷の影響によ
って、素子の非駆動時（すなわち、メモリー状態）にお
いて液晶層の双安定性を損なうような変化が生じるとい
う問題が生じることが判明した。 素子内にはITO電極等の透明電極が存在し、その上に
誘電体を介して液晶層に接する構成が一般的であるが、
その場合にメモリー状態（印加電圧＝０）でも液晶層内
には、液晶分子の分極電荷によって生じる電界が存在し
て、この電界によって液晶層内に存在しているイオン性
不純物が泳動して、イオンの不均一な偏在が生じること
が、双安定性の低下の原因と考えられている。 このイオンの偏在によって、逆に液晶分子が拘束を受
けるため、逆向きの電界（スイッチングパルス）が入力
されても、スイッチング特性等が低いという問題が生じ
ている。これは時には閾値が高くなったように見えるこ
ともあり、また完全に単安定化したと見えることもある
が、実際には、強誘電性液晶素子の特性を低下させる大
きな原因となっているものである。 従って、強誘電性液晶素子においては液晶層内に存在
するイオンによる問題を解決することが要望されてい
る。 （問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の如き従来技術の問題点を解決すべく
鋭意研究の結果、液晶層内に存在する不純物イオンを特
定の状態に積極的に偏在させることによって上記の如き
従来技術の問題が解決され、強誘電性液晶素子の表示特
性を著しく向上させることができた。 すなわち、本発明は、２枚の対向した電極基板間にカ
イラルスメクチック液晶層を挟持してなり、上下２枚の
基板に前記液晶層中に流れる電流の発生を防止するブロ
ッキング層及び配向制御層を有してなる液晶素子におい
て、前記液晶に対してDC成分を有する電圧を印加して、
上記液晶層内に存在する荷電体を、該液晶層内における
上記２枚の電極基板の少なくとも一方の電極側の表面近
傍に偏在させたことを特徴とする液晶素子である。 次に本発明を更に詳しく説明する。 本発明は、液晶層内の荷電体が偏在している点に特徴
を有する強誘電性液晶素子である。 すなわち、本発明で使用する強誘電性液晶は、加えら
れる電界に応じて第一の光学的安定状態と第二の光学的
安定状態とのいずれかを取るもの、すなわち、電界に対
して双安定性を有する液晶物質である。 以上の如き双安定性を有する強誘電性液晶としては、
強誘電性を有するカイラルスメクティック液晶が好まし
く、そのうちでは特にカイラルスメクティックＣ相（Sm
C＊）またはＨ相（SmH＊）の液晶が適している。これら
の強誘電性液晶は“LEJOURNAL DE PHYSIOUE LETTERS"36
（Ｌ−69）1975、「Ferroelectric Liquid Crystals」;
Applied Physics Letters"36（11）1980、「Submicro S
econd Bistable Electrooptic Swiching in Liquid Cry
stals」；“固体物理"16（141）1981「液晶」等に記載
されており、本発明ではこれらに開示された強誘電性液
晶はいずれも好ましく利用することができる。 より具体的には、例えば、 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。 本発明の強誘電性液晶素子は上記の如き液晶材料を利
用するものであり、例えば、第３図示の如き構成を有す
る。 第３図示の例は、本発明で用いる強誘電性液晶素子の
１例を模式的に示すものであり、図中の１と１′はIn2O
3、SnO2あるいはITO（Indium−Tin−Oxide）等の透明電
極がコートされた基板（例えばガラス板）であり、これ
らの一対の基板間に前記の如き液晶からなる液晶層２
が、基板面に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。 太線で示した線３が液晶分子を表わしており、この液
晶分子３はその分子に直交した方向に双極子モーメント
（Ｐ⊥）４を有している。 このような強誘電性液晶素子の基板１と１′上の電極
間に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子３の
らせん構造がほどみ、双極子モーメント（Ｐ⊥）４はす
べて電界方向に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は細長い形状を有しており、その長軸方向
と短軸方向で屈折率の異方性を示し、従って、例えば、
基板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
化する液晶光学変調素子となることは容易に理解され
る。 更に液晶素子の厚さを充分に薄くした場合（例えば１
μｍ）には、第４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（4
a）または下向き（4b）のいずれかの状態をとる。この
ようなセルに第４図に示す如く一定の閾値以上の極性の
異なる電界ＥまたはＥ′を所定時間付与すると、双極子
モーメントは電界ＥまたはＥ′の電界ベクトルに対応し
て上向き4aまたは下向き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があるいは第二の配向状態
５′の何れか一方に配向する。このような強誘電性液晶
素子を光学変調素子として用いることの利点は２つあ
る。 第１には、応答速度が極めて速いこと、第２に液晶分
子の配向が双安定性状態を有することである。第２の点
を例えば第４図によって説明すると、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
で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
もこの状態に留まっている。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にやはり維
持されている。も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、セルとしてできるだけ薄い方
が好ましく、一般的には0.5〜20μｍ、特に１〜５μｍ
が適している。この種の強誘電性液晶を用いるマトリッ
クス電極構造を有する強誘電性液晶素子は、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
に提案されている。 上述の強誘電性液晶素子は、液晶層内に存在する荷電
体によって種々の問題を生じるものであった。 本発明はこのような問題点を解決した強誘電性液晶素
子を提供するものであり、その好ましい１例の断面図を
第１図に図解的に示す。図中11はガラス板等の基板であ
り、12は該基板11上に形成されたITO等からなる透明電
極層であり、13は透明電極上に形成された絶縁層および
配向膜層であり、14は上側基板付近に偏在させたプラス
電荷を有する荷電体群を、15は下側基板付近に偏在させ
たマイナス荷電体群である。18は液晶層を示し、16およ
び17はその中でとり得る二つの液晶状態を示す。 本発明の強誘電性液晶素子は、第１図に図解的に示す
如く、液晶層中に存在しているプラスイオン、マイナス
イオン等の荷電体を基板表面近傍に偏在させたことを主
たる特徴としているものであり、このような荷電体はプ
ラス荷電体とマイナス荷電体の両方が存在する場合を示
したが、いずれか一方のみが存在する場合でもよい。 このように液晶層内に存在する荷電体を偏在させるこ
とによって、液晶層内の液晶分子16は分子内双極子とし
ても、同時に自発分極の方向も上側基板から下側基板の
方向へ矢印（マイナスからプラスへ引くものとする）向
いているので、その存在は安定化されている。 一方、17で示す液晶分子の配置は、分子内双極子が16
の場合とは反対方向を向いているので電気的に極めて不
安定な状態である。 以上の通り、荷電体を基板表面近傍に積極的に偏在さ
せることによって、液晶分子の安定状態と不安定状態が
一定に生じることにより、逆にセル内での液晶分子のバ
ラツキや経時変化が解消されて、液晶表示素子としての
表示特性が著しく向上するものである。 以上の如き荷電体の偏在を生じさせるためには、メモ
リー状態での液晶層内の内部電界のみでは不十分である
ので、外部から電界をかけて荷電体を強制的に偏在させ
ることが必要である。 このような偏在を生じさせるためには、例えば上下基
板間に２〜15VのDC電界を約１〜24時間かけることによ
って十分な荷電体の偏在を生じさせることが可能であ
る。 本発明では、荷電体を偏在させた液晶層の比抵抗とし
ては、１×1014Ωcm以下、好ましくは１×105〜１×10
12Ωcmとするのがよい。尚、本発明では液晶層の比抵抗
の測定としては、ASTM（AMERICAN NATIONAL STANDARD）
Ｄ−257で規定した測定法に従った。 また、本発明の強誘電性液晶素子には荷電体の偏在を
随時可能にするために、液晶表示素子に電界を印加する
装置や駆動回路を設けておくのも好ましい。 （作用・効果） 以上の如き本発明によれば、従来の強誘電性液晶素子
において、その液晶層に存在する荷電体を基板表面近傍
に偏在させることによって、液晶層内の液晶分子のバラ
ツキや経時的変化が生じなくなり、液晶分子の安定状態
と不安定状態がより明確となり、優れた表示特性の強誘
電性液晶素子が提供されるものである。 次の実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。 実施例１ ガラス基板上に誘電体層（ブロッキング層）としてSi
O2（スパッタ膜、比抵抗ρ＝１×1010Ωcm）を1000Åの
厚みに形成し、その上に配向制御膜としてポリビニルア
ルコール液をスピナーコートし、乾燥硬化後その表面を
アセテート布で一軸配向性のラビング処理をした。この
基板を上下基板として用い、液晶としてチッソ社製のCS
−1014を用い、セル厚をアルミナビーズでコントロール
して、1.0μｍの液晶層厚を有する液晶表示素子とし
た。 本発明で用いたブロッキング層の比抵抗ρ（Ωcm）は
１×108Ωcm以上とするのが好ましい。尚、比抵抗ρ
（Ωcm）はASTM Ｄ−257で規定した測定法に従った。
また、本発明ではブロッキング層としてはSiO2膜の他に
SiO膜、TiO2膜等を用いることができる。このブロッキ
ング層は、液晶中に流れる電流の発生を防止することが
できる。 この液晶表示素子に15.0VのDC電界を上下基板間に約1
0時間印加して放置し、液晶層内に存在する荷電体を十
分に基板付近に偏在させて本発明の強誘電性液晶素子と
した。この液晶層の比抵抗ρをASTM Ｄ−257に従って
測定したところ１×107Ωcmであった。 以上の本発明の強誘電性液晶素子によれば、第１図示
の液晶分子16の方向を安定に形成することができるとと
もに、液晶分子17の方向を不安定にすることができ、こ
れら二つの状態は安定的に得ることができるものであっ
た。 上記本発明の強誘電性液晶素子を実際に使用するに
は、16の液晶分子の状態から17の液晶分子の方向へパル
ス電界をかけて、再び16の状態へ落ちつくまでの過度状
態を利用し、リフレッシュして作画する方法や、荷電体
を偏在する方向に電界をかけながらスイッチングする方
法等があり、前者の場合には、その緩和時間が1/30秒程
度かかる事が一番望ましく、後者の場合には荷電体の移
動度が遅い方が望ましく、また電界が弱いものの方が実
際には望ましい。尚、この実施例の場合にはDCバイアス
として2.5Vを利用した。 実施例２ 実施例１の本発明の強誘電性液晶素子において、素子
の動作終了時には一定方向に液晶分子を揃えて、両極板
間を電位差０にしておく期間を設けた。このようにする
ことにより、イオンを偏在させる方向に内部電界を生じ
させ、イオンの偏在を解けにくくした。 更に素子を起動させる時点においては、まず荷電体を
偏在させる方向にドライブ方法等の設定条件により電圧
をかけることによって非駆動期間の影響を受けることが
なかった。尚、本実施例では、荷電体を偏在させる方向
へ10V、20msのパルスを１秒間断続的に印加した。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の強誘電性液晶素子の断面の１部を図解
的に示す図であり、第２図は強誘電性液晶素子の液晶分
子の分極の二つの状態を図解的に示す図であり、第３図
および第４図は、強誘電性液晶素子の作動を図解的に示
す図である。 １、１′、11……基板 ２、18……液晶層 ３、16、17……液晶分子 ４……双極子モーメント ５、５′……配向状態 12……電極 13……誘電体層 14、15……荷電体
的に示す図であり、第２図は強誘電性液晶素子の液晶分
子の分極の二つの状態を図解的に示す図であり、第３図
および第４図は、強誘電性液晶素子の作動を図解的に示
す図である。 １、１′、11……基板 ２、18……液晶層 ３、16、17……液晶分子 ４……双極子モーメント ５、５′……配向状態 12……電極 13……誘電体層 14、15……荷電体
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(56)参考文献 特開 昭62−189430（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−189431（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−189432（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．２枚の対向した電極基板間にカイラルスメクチック
液晶層を挟持してなり、上下２枚の基板に前記液晶層中
に流れる電流の発生を防止するブロッキング層及び配向
制御層を有してなる液晶素子において、前記液晶に対し
てDC成分を有する電圧を印加して、上記液晶層内に存在
する荷電体を、該液晶層内における上記２枚の電極基板
の少なくとも一方の電極側の表面近傍に偏在させたこと
を特徴とする液晶素子。」 ２．前記液晶層が、強誘電性カイラルスメクチック液晶
層である特許請求の範囲第１項に記載の液晶素子。 ３．ブロッキング層の比抵抗（ρ）が、ρ＞１×108Ωc
mである特許請求の範囲第１項又は２項に記載の液晶素
子。 ４．液晶層内の荷電体を偏在させるために電界を印加す
る装置または駆動回路を備えた特許請求の範囲第１項乃
至第３項のいずれか１項に記載の液晶素子。 ５．前記液晶層の比抵抗が、１×1014以下である特許請
求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の液晶
素子。 ６．前記液晶層の比抵抗が、１×105〜１×1012の範囲
にある特許請求の範囲第５項に記載の液晶素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61265685A JP2707074B2 (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 液晶素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61265685A JP2707074B2 (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 液晶素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63121017A JPS63121017A (ja) | 1988-05-25 |
| JP2707074B2 true JP2707074B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=17420578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61265685A Expired - Fee Related JP2707074B2 (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 液晶素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2707074B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62189432A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 液晶装置 |
| JPH0644114B2 (ja) * | 1986-02-17 | 1994-06-08 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 液晶装置 |
| JPH0644115B2 (ja) * | 1986-02-17 | 1994-06-08 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 液晶装置の動作方法 |
-
1986
- 1986-11-10 JP JP61265685A patent/JP2707074B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63121017A (ja) | 1988-05-25 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |