JP2844123B2 - カイラルスメクチック液晶素子 - Google Patents

カイラルスメクチック液晶素子

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JP2844123B2 JP2318032A JP31803290A JP2844123B2 JP 2844123 B2 JP2844123 B2 JP 2844123B2 JP 2318032 A JP2318032 A JP 2318032A JP 31803290 A JP31803290 A JP 31803290A JP 2844123 B2 JP2844123 B2 JP 2844123B2
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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、カイラルスメクチック液晶を用いた液晶素
子に関するものである。
[従来の技術] クラーク(Clark)およびラガウエル(Lager−Wall)
により双安定性を有する液晶素子が提案されている。
(特開昭56−107216号公報、米国特許第4,367,924号明
細書等)。双安定性を有する液晶としては、一般にカイ
ラルスメクチックC相(SmC*)又はH相(SmH*)を有
する強誘電性液晶が用いられる。この液晶は電界に対し
て第1の光学的安定状態と第2の光学的安定状態からな
る双安定状態を有し、従って従来のTN型の液晶を用いた
光学変調素子とは異なり、例えば一方の電界ベクトルに
対して第1の光学的安定状態に液晶が配向し、他方の電
界ベクトルに対しては第2の光学的安定状態に液晶が配
向される。またこの型の液晶は、加えられる電界に応答
して、極めて速やかに上記2つの安定状態のいずれかを
とり、且つ電界の印加のないときはその状態を維持する
特質を有する。このような性質を有する強誘電性液晶を
利用して液晶素子を構成することにより、従来のTN型素
子が視野角特性が悪いという問題点の多くに対して、か
なり本質的な改善が得られている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述従来の強誘電性液晶素子、例えば
カイラルスメクチック液晶素子においては、液晶の均一
な配向状態が必ずしも満足に形成されていない。また、
良好な双安定性を示さず、コントラストが大きくならな
いという問題点がある。
本発明の目的は、この問題点を解決すること、すなわ
ち良好な双安定性を有する均一な配向状態を形成しコン
トラストを向上させたカイラルスメクチック液晶素子を
提供することにある。
[課題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、それぞれ液晶駆
動用の電極が形成され一軸性配向処理が施された2枚の
基板間にカイラルスメクチック液晶を配置した液晶素子
であって、各基板に施された一軸性配向処理の軸が互い
に鋭角側の交差角θをもって交差しており、かつカイラ
ルスメクチック液晶のカイラルスメクチックC相におけ
る駆動温度でのコーン角2Θと交差角θが 5Θ/14≦θ≦3Θ/2 の関係を満足するようにしている。
[作用] 一軸性配向処理が施された2枚の基板間にカイラルス
メクチック液晶を配置した液晶素子に於いては、各基板
に施された一軸性配向の軸が互いに交差する鋭角側の交
差角θ、カイラルスメクチック液晶のカイラルスメクチ
ックC相におけるコーン角2Θ、および液晶駆動時の温
度、ならびに配向状態、スイッチングの様子、およびコ
ントラスト比は、相互に関連性があることを本発明者ら
は見い出した。そして、本発明者らの実験によれば、後
述するように、上記交差角θとコーン角2Θの間に、 5Θ/14≦θ≦3Θ/2 の関係を満足するようにすることにより、配向状態、ス
イッチングの様子、およびコントラスト比が良好となる
ことが確かめられている。
[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液晶素子の平面図
であり、第2図(A)〜(C)はそれぞれ異なる態様の
第1図のA−A′断面図である。
第1図と第2図で示すセル構造体100は、ガラス板又
はプラスチック板などからなる一対の基板101と101′を
スペーサ104で所定の間隔に保持して対向させ、この一
対の基板をシーリングするために接着剤106で接着した
セル構造を有しており、さらに基板101上には複数の透
明電極102からなる電極群(例えば、マトリクス電極構
造のうちの走査電圧印加用電極群)が例えば帯状パター
ンなどの所定パターンで形成されている。基板101′の
上には前述の透明電極102と交差させた複数の透明電極1
02′からなる電極群(例えば、マトリクス電極構造のう
ちの信号電圧印加用電極群)が形成されている。
そして、透明電極102と102′の少なくとも一方にショ
ート防止用絶縁体膜を用いることができるが、第2図
(A)の素子ではこの絶縁体膜は用いず、透明電極102
と102′がそれぞれ形成された基板101と101′上に直接
配向制御膜105と105′がそれぞれ配置される。第2図
(B)の素子では、基板101と101′上にそれぞれショー
ト防止用絶縁体膜109と109′並びに配向制御膜105と10
5′が配置される。第2図(C)の素子では、基板101′
上にショート防止用絶縁体膜109′と配向制御膜105′を
配置し、基板101上には直接配向制御膜105が配置されて
いる。
配向制御膜105と105′としては、例えば一酸化硅素、
二酸化硅素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マ
グネシウム、酸化セリウム、フッ化セリウム、シリコン
窒化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物などの無機絶縁
物質やポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミド
イミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシリレン、ポ
リエステル、ポリカーボネート、ポリビニルアセター
ル、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリスチレン、セル
ロース樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂やアクリル樹脂
などの有機絶縁物質を用いて被膜形成したものを用いる
ことができる。上述の無機絶縁物質の膜は、ショート防
止用絶縁体膜の機能を兼ねることができる。特に、上述
したように、第2図(A)に示す液晶素子で用いた配向
制御膜105及び105′は、前述した配向制御とショート防
止の機能を併せ持つ無機絶縁体膜によって形成される。
すなわち例えば、SiOやSiO2などの無機絶縁物質を基板1
01及び101′の上に斜め蒸着法によって被膜形成するこ
とによって配向制御膜105及び105′を得ることができ
る。
この配向制御膜105と105′は、前述の如き無機絶縁物
質または有機絶縁物質を被膜形成した後に、その表面を
ビロード、布や紙で一方向に摺擦(ラビング)すること
によって、一軸性配向処理軸が付与される。
ただし、この一軸性配向軸は、第3図(A)および
(B)に示す様に、上下の基板101及び101′で互いに交
差角(θ)をもって交差するように付与される。
交差角(θ)は、カイラルスメクチックC相の液晶の
コーン角(2Θ)と5Θ/14≦θ≦3Θ/2を満足する範
囲に設定される。
又、ショート防止用絶縁体膜109と109′は、200Å厚
以上、好ましくは500Å厚以上の膜厚に設定され、SiO2,
TiO2,Al2O3,Si3N4やBaTiO3などの無機絶縁物質を成膜す
ることによって得られる。成膜法としては、スパッタ
法、イオンビーム蒸着法あるいは有機チタン化合物、有
機シラン化合物や有機アルミニウム化合物の塗布膜を焼
成する方法を用いることができる。この際、有機チタン
化合物としては、アルキル(メチル、エチル、プロピ
ル、プチルなど)、チタネート化合物など、有機シラン
化合物としては通常のシランカップリング剤などを用い
ることができる。ショート防止用絶縁体膜109と109′の
膜厚が200Å以下である場合では、十分なショート防止
効果を得ることができず、又その膜厚を5000Å以上とす
ると、液晶層に印加されるべき実効的な電圧が印加され
なくなるので、5000Å以下、好ましくは2000Å以下に設
定する。
本発明で用いる液晶材料とし、特に適したものは、カ
イラルスメクティック液晶であって強誘電性を有するも
のである。具体的にはカイラルスメクティックC相(Sm
C*)、カイラルスメクティックG相(SmG*)、カイラ
ルスメクティックF相(SmF*)、カイラルスメクティ
ックI相(SmI*)またはカイラルスメクティックH相
(SmH*)の液晶を用いることができる。
強誘電性液晶の詳細については、例えばLEJOURNAL DE
PHYSIQUE LETTERS"36(L−69)1975,「Ferro electri
c Liquid Cyrstals」;“Applied Physics Letters"36
(11)1980「Submicro Second Bi−stable Electroopti
c Switching in Liquid Crystals」;“固体物理"16(1
41)1981「液晶」、米国特許第4,561,726号公報、米国
特許第4,589,996号公報、米国特許第4,592,858号公報、
米国特許第4,596,667号公報、米国特許第4,613,209号公
報、米国特許第4,614,609号公報、米国特許第4,622,165
号公報等に記載されており、本発明ではこれらに開示さ
れた強誘電性液晶を用いることができる。
強誘電性液晶化合物の具体例としては、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ジリデン−p′
−アミノ−2−クロロプロピルシンナメート(HOBACP
C)、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(MBR8)が挙げられる。
以下、実際に製造した例を示す。
実施例1〜3、比較例1〜2 上下の基板用として2枚の1.1mm厚のガラス板を用意
し、それぞれにITOのストライプ状電極を形成した。次
に、この上下基板電極のショート防止絶縁体膜としてSi
O2をスパッタ法により500Å形成した。さらに、その上
にポリイミド形成液LQ1802(日立化成社製)1.0%溶液
を回転数3000rpmのスピンナーで30秒間塗布した。その
後、約1時間300℃の加熱焼成処理を施してポリイミド
配向膜を形成した。このポリイミド配向膜の膜厚は150
Åであった。次いで、両基板上に形成されたポリイミド
配向膜の表面に後述するようなラビング処理軸(一軸性
配向軸)方向でのラビング処理を施した。この後、平均
粒径約1.5μmのアルミナビーズを一方の基板上に散布
した後、2枚の基板を電極が平面的に交差し、かつ上下
基板の一軸性配向軸が第3図(A)に示す所定の角度θ
をなすように組み合わせて上下基板を貼り付け、セルを
作成した。
次に、このセル内に、第4図に示すように、カイラル
スメクチックC相でコーン角2Θが温度で変化する強誘
電性液晶(Tc=59℃、2Θ=28゜at 25℃)を等方相下
で真空注入してから、これをカイラルスメクチック相ま
で徐冷して配向させた。
以上の工程によって上下基板のラビング処理軸が交差
する角度θが本発明の範囲内のθ=5゜,10゜及び20゜
並びに比較例としてθ=0゜及び30゜のセルを作成し
て、配向状態および駆動させたときのスイッチングの様
子を観察し、また、クロスニコル下でのコントラスト比
を測定したところ、第1表に示す結果が得られた。それ
ぞれの測定観察は25℃で行なった。
実施例4〜6、比較例3 実施例1〜3と同様な方法で作製したセルに、第5図
に示すようにカイラルスメクチックC相でコーン角2Θ
が変化する強誘電性液晶(Tc=55℃、2Θ=20゜at 25
℃)を同様の方法で注入し、ラビング軸の交差角θがそ
れぞれ4゜,10゜,15゜及び25゜である4種類のセルと
し、これらについて、配向状態と駆動時のスイッチング
の様子を観察し、及びクロスニコル下でのコントラスト
比を測定した。測定および観察は25℃で行なった。得ら
れた結果を第2表にまとめて示す。
実施例7〜9 上下基板の一軸配向軸が第3図(B)に示す様に相互
に逆向きになるように上下基板を貼り付けた以外は、実
施例4〜6と同様な方法で一軸性配向軸の交差角θが4
゜,10゜,15゜のセルを作製した。そして、これらのセル
について、クロスニコル下での配向状態及び、コントラ
スト比を25℃で測定した。得られた結果を第3表にまと
めて示す。
以上の実施例及び比較例の結果より、上下基板間で交
差した一軸性配向軸を有するセルを用い、注入する強誘
電性液晶のスメクチックA相とスメクチックC相間の相
転位温度をTc(℃)とすると、(Tc−5)℃から(Tc−
60)℃、好ましくは(Tc−10)℃から(Tc−55)℃、さ
らに好ましくは(Tc−20)℃から(Tc−50)℃、最も好
ましくは(Tc−30)℃から(Tc−40)℃の温度範囲にお
いて、液晶のスメクチックC相のコーン角2Θと交差角
Θが 5Θ/14≦θ≦3Θ/2 の関係を満足するように設定することにより、配向性が
良くコントラストの向上した強誘電性液晶素子が得られ
ることがわかる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、各基板に施され
た一軸性配向の軸が互いに鋭角側の交差角θをもって交
差しており、かつ強誘電性液晶のカイラルスメクチック
C相におけるコーン角2Θと交差角θが、5Θ/14≦θ
≦3Θ/2の関係を満足する温度範囲を有するようにした
ため、配向性を良好にしコントラスト比を増大すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る強誘電性液晶素子の
平面図、 第2図は(A)〜(C)はそれぞれ異なる実施態様の第
1図のA−A′断面図、 第3図(A)および(B)は、第1図の液晶素子におい
て交差する上下基板の一軸性配向軸を模式的に表わす平
面図、そして 第4図および第5図は、それぞれ異なる液晶のカイラル
スメクチックC相での温度に対するコーン角2Θの変化
を表わした図である。 100:セル構造体、101,101′:基板、104:スペーサ、10
6:接着剤、102:透明電極、105,105′:配向制御膜、10
9:ショート防止用絶縁体膜、301,302:一軸性配向軸、2
Θ:コーン角、θ:交差角。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】それぞれ液晶駆動用の電極が形成され一軸
    性配向処理が施された2枚の基板間にカイラルスメクチ
    ック液晶を配置した液晶素子であって、各基板に施され
    た一軸性配向処理の軸が互いに鋭角側の交差角θをもっ
    て交差しており、且つ該カイラルスメクチック液晶のカ
    イラルスメクチックC相における駆動温度でのコーン角
    2Θを与えるΘと交差角θが、5Θ/14≦θ≦3Θ/2の
    関係を満足することを特徴とするカイラルスメクチック
    液晶素子。
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