JP2754833B2 - 強誘電性液晶装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、文字や映像などの表示や光シャッターなど
に使用される強誘電性液晶装置に関するものである。

従来の技術 強誘電性液晶は、高速応答性および双安定性を有する
特徴により、従来のネマチック液晶では不可能な大表示
容量かつ高コントラストの表示装置や高速光シャッター
への応用が期待されている。

強誘電性液晶を使用した液晶装置の構成は基本的にネ
マチック液晶のものとほぼ同じであり、従来の構成を図
を用いて説明する。

第８図は液晶装置全体の断面図である。透明電極が形
成された２枚のガラス基板１を電極を内側にして対向さ
せ、両基板の周囲をシール材３を用いて接着し、基板間
隙に液晶３を封入して液晶パネルが形成されている。液
晶パネルの端部に外部接続用の透明電極端子４が露出し
ている。フレキシブル基板５の一端が異方導電性接着剤
６を介して前記透明電極端子４に接着され、他端は駆動
用IC7を搭載した駆動回路基板８に同様に接着される。
液晶パネルは駆動回路基板８との間にゴムなどの弾性体
９を緩衝材として挟持し、段面がＬ字形のフレーム10の
ツメ部によりかしめて固定されている。さらに、ポネル
の表裏には偏光板11および反射板付偏光向板12が配置さ
れる。

他の例を第９図に示す。同図において、液晶パネルの
透明電極端子４と駆動回路基板８はゼブラゴムコネクタ
ー13を介して接続され、断面がＬ字形のフレーム10のツ
メ部により両者はかしめて固定される。

なお、上記構成は反射型液晶装置の構成で、透過型液
晶装置の場合は反射板付偏光板12の代わりに偏光板と照
明装置が配置される。

発明が解決しようとする課題 前記従来の構成においては、表面を押したり衝撃を加
えたりすると、液晶パネルがたわみ配向乱れが生じ、こ
の配向乱れは外力がなくなり液晶パネルのたわみが自然
状態に戻った後も残り、双安定性が低下した光学変調機
能が著しく劣化するという欠点があった。この現象はネ
マチック液晶を用いた装置には無く、強誘電性液晶装置
特有のものであり、実用化における重大な課題であっ
た。また、液晶パネルの保護手段としては、例えば特開
昭62−59922号公報に示されているように、液晶パネル
に保護板を設けることが一般的であるが、この方法では
パネル表面を誤って押す場合や落下物が表面に衝突する
など外力がパネル表面に加わることに対しては保護効果
があるが、液晶装置そのものの落下などによって生じる
力に対しては保護効果はなかった。

本発明者は、前記強誘電性液晶装置の配向乱れが次の
ような方向性を有していることを発見した。強誘電性液
晶は一般にカイラルスメクチック液晶（以下Sm＊液晶と
記載）であり層構造を形成している。第10図はSm＊液晶
の層構造の模式図である。Sm＊液晶の層構造は、層同志
の結合が比較的弱いために互いにすべりやすく、層方向
に対する弾性変形域が層法線方向に対する弾性変形域に
比べて非常に大きい。すなわち、外力により液晶層に応
力が働くと、層方向の応力に対して層秩序は保たれる
が、層法線方向の応力に対して層秩序は乱される。この
ため液晶パネルを外部から押圧したり落下などの衝撃を
与えると層構造が層法線方向の応力に対して変形し配合
乱れが生じる。

第11図はこれを模式図に表したものである。第11図Ａ
は液晶パネルに外力が加わっていない自然状態で、ホモ
ジニアス配向した液晶分子は層構造を形成している。同
図Ｂは下方より力が加わり液晶パネル中央部が上方へた
わんだ状態であり、上下のガラス基板１の変形に伴い液
晶層に応力が働き、層が変形している。同図ではわずか
な変形の様に表現しているが、実際のパネルにおいては
液晶層の層ピッチは分子サイズのオーダーでありしかも
基板間隙は２〜４ミクロン程度であるので、上下基板の
極わずかなたわみでも層法線方向の層秩序は弾性変形域
を超えて乱される。その結果、層外力がなくなり液晶パ
ネルのたわみが自然状態に戻った後も層法線方向の層変
形は残り、双安定性が低下し光学変調機能が著しく劣化
する。

本発明は、このような強誘電性液晶装置の配向乱れの
方向性に着目し、前記課題を解決するもので、外力が加
えられても、液晶層の層法線方向の層変形を防止し、強
誘電性液晶の適正な配向状態を長時間維持し得る強誘電
性液晶装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 前記目的を達成するために、本発明の強誘電性液晶装
置は、透明電極を有する２枚の基板間に強誘電性液晶を
封入して液晶パネルを構成し、前記液晶パネルが強誘電
性液晶の層方向に対して湾曲しかつ層法線方向に対して
湾曲していない形状であることを特徴とするものであ
る。

また、透明電極を有する２枚の基板間に強誘電性液晶
を封入して液晶パネルを構成し、強誘電性液晶の層法線
方向に対する曲げ剛性が大きい補強部材を前記液晶パネ
ルの少なくとも片面に接着したことを特徴とするもので
ある。

さらに、透明電極を有する２枚の基板間に強誘電性液
晶を封入して液晶パネルを構成し、強誘電性液晶の層法
線方向に対する曲げ剛性が大きい補強部材を前記液晶パ
ネルの少なくとも片面に設置し、液晶パネルと補強部材
を重ね合わせた状態で液晶の層方向に対する両端部を支
持体により挟持して固定したことを特徴とするものであ
る。

作用 本発明によれば、外部圧力や落下衝突の加速度が液晶
パネルに加わり、パネルに表面法線方向の応力が発生し
た場合、前記手段による液晶パネルは、液晶パネルの層
法線方向よりは層方向に対するたわみ変形が生じやす
く、層法線方向に対するたわみ変形は抑制される。その
結果、層法線方向に対する液晶層の変形は防止され配向
乱れは発生しない。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

（実施例１） 第１図A,B,Cに本発明の第１の実施例を示す。第１図
Ａは液晶パネルの平面図、第２図ＢはそのA,A′断面
図、第１図ＣはそのB,B′断面図である。第１図Ａに示
すように液晶層15の層法線方向を液晶パネル14の短手方
向に平行とし、またガラス基板１の形状は第１図B,Cに
示すように液晶パネル14を液晶の層方向に湾曲し層法線
方向に湾曲していな形状としている。液晶層15の層法線
方向は、斜め蒸着、ラビング、シェアリングなどの配向
制御により規制することができる。

このような構成にすれば、外部圧力や落下衝突の加速
度が液晶パネル14に加わり表面法線方向の応力が発生し
た場合、液晶パネル14が液晶の層方向に湾曲し層法線方
向に湾曲していない形状となっているため、液晶パネル
14は湾曲した方向にたわむ。よって液晶パネル14の層方
向に対するたわみ変形が生じやすく、層法線方向に対す
るたわみ変形は抑制される。その結果、層法線方向に対
する液晶層15の変形は防止され配向方向は乱れは発生し
ない。

本実施例において、液晶層の層法線方向を液晶パネル
の短手方向としたがこれに限定するものではなく。たと
えば層法線方向を液晶パネルの長手方向としても構わな
い。なお、湾曲した形状の液晶パネルは、湾曲した基板
を用いるか、または、湾曲した面を有する部材に接着あ
るいは押圧密着させるなどの方法により得ることができ
る。

（実施例２） 第２図に本発明の第２の実施例の模式的な平面図を示
す。液晶層15の層法線方向を液晶パネル14の短手方向に
平行とし、液晶層の層方向である液晶パネル14の長手方
向の両端部に支持体16を設置し、液晶パネル14を保持し
ている。

また、本実施例の装置は、基本的には前述の従来の装
置と同じ構成（第８図，第９図参照）である。例えば層
方向の断面が第８図と同一の場合には、液晶パネル14の
長手方向の両端部に支持体16として上部にフレーム10と
下部に弾性体９とを設置し、液晶パネルを保持してい
る。また層方向の断面が第９図と同一の場合には、液晶
パネル14の長手方向の両端部に支持体16として上部フレ
ーム10と下部にゼブラゴムコネクター13とを設置し、液
晶パネル14を保持している。

このような構成にすれば、外部圧力や落下衝突の加速
度が液晶パネル14に加わり表面法線方向の応力が発生し
た場合、液晶パネル14が液晶の層方向に対する両端部で
支持されているため、液晶パネル14の層方向に対するた
わみ変形が生じやすく、層法線方向に対するたわみ変形
は抑制される。その結果、層法線方向に対する液晶層の
変形は防止され配向乱れは発生しない。

本実施例において、液晶層の層法線方向を液晶パネル
の短手方向に平行としたがこれに限定するものではな
く、たとえば層法線方向を液晶パネルの長手方向として
も構わない。

（実施例３） 第３図に本発明の第３の実施例を示す。第３図は反射
型液晶装置の断面図である。液晶パネルの裏に反射板付
偏光板12を設けその裏側に補強部材として駆動回路基板
８が接着されている。駆動回路基板８の液晶の層方向の
両端部の上下に指示体17を設置し、上部に窓部を有した
箱状の外枠18に挿入し液晶パネルを保持している。支持
体17は、バネ，ゴム，スポンジなどの緩衝材からなる。

このような構成にすれば、外部圧力や落下衝突の加速
度が液晶パネルに加わり表面法線方向の応力が発生した
場合、液晶パネルを接着した補強部材が液晶の層方向の
両端部にあたる位置で支持されるため、液晶パネルの層
方向に対するたわみ変形が生じやすく、層法線方向に対
するたわみ変形は抑制される。さらに、支持体17として
の緩衝材を用いているため、緩衝材が外部からの応力を
吸収し、液晶パネルのたわみ変形を防止する効果が大き
い。その結果、層法線方向に対する液晶層の変形は防止
され配向乱れは発生しない。

本実施例において、支持体17として緩衝材を用いてい
るが、これに限定するものではなく、支持体の少なくと
も一部が緩衝材からなり外部からの応力を吸収するよう
な構成であればよく、たとえば上下に設置した支持体17
の一方のみに緩衝材を用いてもよい。さらに、回路基板
に接着した液晶パネルを用いているが、これに限定する
ものでなく、たとえば曲げ剛性が大きい補強部材を接着
または密着した液晶パネルを用いることによりさらに効
果がある。

（実施例４） 第４図A,B,Cに本発明の第４の実施例を示す。第４図
Ａは反射型液晶装置の断面図である。液晶パネルの裏に
反射板付偏光板12を設けその裏面に層法線方向に対する
曲げ剛性が大きい補強部材19が接着されている。

第４図B,Cは、補強部材19を接着した液晶パネルの平
面図と側面図である。補強部材19は、アルミ材を使用し
ており、重量を増加させることなく曲げ剛性を増すため
に断面形状がＴ字形の突条のものを用いて液晶パネルの
層法線方向に対する曲げ剛性を大きくするように液晶パ
ネル全面に層法線方向に平行な縞状に接着している。８
は駆動回路基板であり、ゼブラゴムコネクター13を介し
て液晶パネルに接続され、断面がＬ字形のフレーム10に
よりツメ部10aでかしめることで固定されている。

このような構成にすれば、外部圧力や落下衝突の加速
度が液晶パネルに加わり表面法線方向の応力が発生した
場合でも、液晶パネルは層法線方向に対する曲げ剛性の
大きい補強部材が接着されているため、層法線方向に対
する液晶層の変形は防止され配向乱れは発生しない。

本実施例において、補強部材の断面形状をＴ字形して
いるがこれに限定するものでなく、H,L,V,W,X,□，△，
○形などの曲げ剛性を増大させる形状にすれば同様の効
果が得られる。また、補強部材の材質としてアルミ材を
用いているがこれに限定するものでなく、他の金属，セ
ラミック，樹脂などで弾性定数の大きい材料を用いても
曲げ剛性を大きくすることができる。さらに、液晶パネ
ルの裏面に層法線方向の縞状に補強部材を接着している
が、これに限定するものではなく、液晶の層法線方向に
対する曲げ剛性が大きい補強部材を液晶パネルの少なく
とも片面に接着すればよく、たとえば液晶パネルの表面
に液晶の層方向にして湾曲し層法線方向に対して湾曲し
ていない形状を有する透明な補強部材を接着してもよ
い。

なお、液晶パネルと補強部材が接着されている場合、
両者の熱膨張係数が異なると熱応力が発生し、液晶パネ
ルに曲げ応力が働き層法線方向に対する液晶層の変形に
より配向乱れが発生することがあるため、補強部材の熱
膨張係数を基板材料に近い値とすることが望ましい。

（実施例５） 第５図A,Bに本発明の第５の実施例を示す。第５図Ａ
は透過型液晶装置の断面図である。液晶パネルと駆動回
路基板８との間には、エポキシ樹脂を用いて第５図Ｂに
示すような波板状に成形した補強部材20が挿入されてお
り、これを介して液晶パネルと駆動回路基板８が数ヶ所
で接着されている。そして、波板上の補強部材20上のパ
ネル側にはバックライトとして冷陰極管21が設置されて
いる。波板状に成形した補強部材20は第５図ＢのＸ方向
が液晶パネルの層法線方向と一致するように設置されて
いる。補強部材20は、第５図Ｂに示すＸ方向の曲げ剛性
が同じ板厚の薄板の曲げ剛性に比べて大きくなるため、
装置全体の重量をあまり増加させることなく外部応力に
強い装置を提供できるものである。液晶パネルの透明電
極端子４と駆動回路基板８はフレキシブル基板５によっ
て電気的に接続させている。７は駆動用LSIである。

このような構成にすれば、外部圧力や落下衝突の加速
度が液晶パネルに加わりパネルに表面法線方向の応力が
発生した場合でも、液晶パネルは層法線方向に対する曲
げ剛性の大きい補強部材20が接着されているため、層法
線方向に対する液晶層の変形は防止され配向乱れは発生
しない。

本実施例はおいて、補強部材20としてエポキシ樹脂の
波板状の成形体を用いたがこれに限定するものでなく、
層法線方向に対する曲げ剛性が大きい補強部材であれば
金属，セラミックなどで弾性定数の大きい材料を用いて
もよく、また他の形状としてもよい。また、補強部材と
して照明装置の一部を兼用したが、これに限定するもの
ではなく、層法線方向に対する曲げ剛性が大きい補強部
材であればよく、照明装置や駆動回路基板などの液晶装
置構成部材を、あるいは、この構成部材に補強部材を接
着したものを用いてもよい。

（実施例６） 第６図A,B,Cに本発明の第６の実施例を示す。本実施
例の装置は、基本的には第４の実施例の装置とほぼ同じ
構成であり、液晶層の層法線方向を配向制御により規定
し、層法線方向に対する曲げ剛性が大きい補強部材19を
液晶パネルに接着し、かつ液晶パネルの層方向の両端部
に支持体であるゼブラゴムコネクター13とフレーム10を
設置しはさみ込む形で液晶パネルを保持している。

このような構成にすれば、外部圧力や落下衝突の加速
度が液晶パネルに加わり表面法線方向の応力が発生した
場合でも、液晶パネルは層法線方向に対する曲げ剛性の
大きい補強部材が接着され、かつ液晶パネルの層方向に
対するたわみ変形が生じても層法線方向に対するたわみ
変形を抑制するように支持体が設置されているため、層
法線方向に対する液晶層の変形は防止され配向乱れは発
生しない。

本実施例において、支持体を液晶パネルの端部に設置
しているが、これに限定するものでなく、層方向の両端
部を保持すればよく、たとえば補強部材を層方向に対し
て液晶パネルより長い形状とし補強部材19の層方向の両
端部に支持体を設置し液晶パネルを保持してもよい。

（実施例７） 第７図A,Bに本発明の第７の実施例を示す。第７図Ａ
は透過型液晶装置の断面図である。液晶パネルの裏側に
は、第７図Ｂに示すような円筒状の穴が空いているメタ
クリル樹脂製の導光体21を設置し、かつ層方向の両端部
の上下には支持体22を設置して上部に窓部を有した箱状
の外枠23に挿入して導光体21と液晶パネルとを狭持して
いる。円筒状の穴が空いた導光体21は第７図ＢのＸ方向
が液晶パネルの層法線方向と一致するように設置されて
いる。円筒状の穴が空いた導光体21は、第７図Ｂに示す
Ｘ方向の曲げ剛性が同じ板厚の薄板の曲げ剛性に比べて
大きくなるため、装置全体の重量をあまり増加させるこ
となく外部応力に強い装置を提供できる。円筒状の穴の
中にバックライトとして冷陰極管24が設置させている。
液晶パネルの透明電極端子４と駆動回路基板８はフレキ
シブル基板13によって電気的に接続されている。７は駆
動用LSIである。

このような構成にすれば、外部圧力や落下衝突の加速
度が液晶パネルに加わり表面法線方向の応力が発生した
場合でも、液晶パネルの層法線方向に対する曲げ剛性の
大きい補強部材とともに狭持され、さらに液晶パネルの
層方向に対するたわみ変形が生じても層法線方向に対す
るたわみ変形を抑制するように支持体が設置さてれいる
ため、層法線方向に対する液晶層の変形は防止され配向
乱れは発生しない。また、液晶パネルと補強部材が接着
されていないため、補強部材と基板材料の熱膨脹係数が
異なっても、補強部材を接着した場合の熱応力による配
向乱れが発生せず、補強部材を接着した場合に比べて有
効である。

本実施例において、補強部材として円筒状の穴が空い
ているメタクリル樹脂製の導光体21を用いたがこれに限
定するものではなく、層法線方向に対する曲げ剛性が大
きい補強部材であればよく、硝子，セラミックや透光性
のある樹脂などで弾性定数の大きい材料を使用し層法線
方向に対する曲げ剛性が大きい形状とした補強部材を用
いてもよい。また、補強部材を液晶パネルの裏面に設置
したがこれに限定するものではなく、補強部材を液晶パ
ネルの少なくとも片面に設置し支持体間に液晶パネルと
補強部材を狭持すればよい。たとえば、本実施例の液晶
パネルの表面にさらに透明ガラス板補強部材を設置し透
明ガラス板と液晶パネルと導光体を支持体間に狭持して
もよい。また、支持体を層方向の両端部のみに設置し液
晶パネルを保持したが、これに限定するものではなく、
液晶パネルの層法線方向に対するたわみ変形を抑制し液
晶パネルと補強部材を狭持することができればよく、他
の部分にも支持体を設置してもよい。さらに、支持体と
してばね，ゴム，スポンジなどの緩衝材を用いると、緩
衝材が外部からの応力を吸収し、液晶パネルのたわみ変
形を防止する効果が大きくなる。

発明の効果 以上のように本発明の強誘電性液晶装置は、液晶パネ
ルの層方向に対するたわみ変形が生じやすく、層法線方
向に対するたわみ変形は抑制される構成としたものであ
り、外部圧力や落下衝突の加速度が液晶パネルに加わり
表面法線方向の応力が発生した場合、液晶パネルの層法
線方向に対するたわみ変形は防止され光学変調機能は劣
化しない。このように本発明は簡単な構成で衝撃や外力
に強い高信頼性の強誘電性液晶装置を提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図A,B,Cは本発明の一実施例の液晶パネルの平面
図、Ａ−Ａ′切断断面図及びＢ−Ｂ′切断断面図、第２
図はそれぞれ本発明の一実施例の強誘電性液晶装置の液
晶パネル部の構成を示す模式図、第３図は本発明の一実
施例の強誘電性液晶装置の断面図、第４図A,B,Cは本発
明の一実施例の強誘電性液晶装置の断面図、液晶パネル
部の平面図、及びＢ−Ｂ′断面図、第５図A,B及び第７
図A,Bは本発明の一実施例の強誘電性液晶装置の断面
図、及びその補強部材の説明図、第６図A,B,Cは本発明
の一実施例の強誘電性液晶装置の断面図、その補強部材
の平面図、及びそのＢ−Ｂ′断面図、第８図及び第９図
はそれぞれ従来の強誘電性液晶装置の断面図、第10図及
び第11図A,Bは強誘電性液晶の性質を説明する説明図で
ある。 10……フレーム、14……液晶パネル、15……液晶層、1
6,17,22……支持体、19,20……補強部材、21……導光
体、23……外枠。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明電極を有する２枚の基板間に強誘電性
   液晶を封入して液晶パネルを構成し、かつ前記液晶パネ
   ルが強誘電性液晶の層方向に対して湾曲しかつ層法線方
   向に対して湾曲していない形状であることを特徴とする
   強誘電性液晶装置。
2. 【請求項２】透明電極を有する２枚の基板間に強誘電性
   液晶を封入して液晶パネルを構成し、かつ強誘電性液晶
   の層方向の両端部を支持することで液晶パネルを保持す
   る支持体を備えたことを特徴とする強誘電性液晶装置。
3. 【請求項３】透明電極を有する２枚の基板間に強誘電性
   液晶を封入して液晶パネルを構成し、かつ強誘電性液晶
   の層法線方向に対する曲げ剛性が大きい補強部材を前記
   液晶パネルの少なくとも片面に接着したことを特徴とす
   る強誘電性液晶装置。
4. 【請求項４】液晶の層方向の両端部を支持することで液
   晶パネルを保持する支持体を備えたことを特徴とする請
   求項（３）記載の強誘電性液晶装置。
5. 【請求項５】透明電極を有する２枚の基板間に強誘電性
   液晶を封入して液晶パネルを構成し、強誘電性液晶の層
   法線方向に対する曲げ剛性が大きい補強部材を前記液晶
   パネルの少なくとも片面に配置し、前記液晶パネルと補
   強部材を重ね合わせた状態で液晶の層方向に対する両端
   部を支持体により挟持して固定したことを特徴とする強
   誘電性液晶装置。
6. 【請求項６】前記支持体の少なくとも一部が緩衝材から
   なることを特徴とする請求項（２）、（４）または
   （５）記載の強誘電性液晶装置。