JPH02151832A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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するものである。

［従来の技術］ 現在、液晶を用いた電気光学素子、即ち表示素子や、プ
リンタヘッド用のシャッタアレイの開発が活発に行われ
ており、表示素子は広く実用化されている。しかしなが
ら、従来の液晶素子は応答速度に限界があり、表示素子
として広く用いられているツイストネマチック型ゝの応
答速度は室温において３０ミリ秒程度であり、この応答
速度を１桁短縮することは極めて困難というのが常識で
ある。

このような状況にあって、近年、強誘電性液晶と呼ばれ
る種類のカイラルスメクチック液晶が注目を浴びている
。これは、この種の強誘電性液晶の応答速度がツイスト
ネマチック型液晶に比べて、２桁から４桁はど短縮化さ
れ、高速の応答性を有しているからである。

強誘電性液晶が示すこのような高速応答性を最初にｉ認
したのは、ノーエル・ニー・クラーク（Ｎｏｅｌ　Ａ、
　Ｃ１ａｒｋ　）とスベン・チー・ラゲルバル（ｓｖｅ
ｎ　’ｒ、　ＬａｇｅｒＷａｌ＋　）でおるとされてお
り、その内容は、「アプライド・フィツクス・レターズ
（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）
Ｊの第３６巻、第１１号（１９８０年発行）の８９９頁
から９０１頁にかけて掲載された彼らの論文に記載され
ている。

即ち、強誘電性を示すカイラルスメクチック液晶は、第
３図に示すように、自発分極３１を持った液晶分子３２
が層構造をとると同時に螺旋配向を有している。このま
までは自発分極３１は螺旋軸３３の回りに均一に分布し
て打ち消しあっているが、第４図に示すように、このよ
うな液晶をその螺旋軸３３と並行な２枚の基板４１およ
び４２で挟み、かつその間隙、即、ち液晶の厚さを少な
くとも螺旋構造のピッチ長以下に薄くすると、液晶分子
３２は自発分極３１が基板４１．４２に対して垂直とな
るような２つの配向状態、即ち液晶分子長軸の局所的な
平均の配向方向を示すＣダイレクタが並行に配向した２
つの状態のいずれかに強制的に配向させられる。

第４図において、領域Ａは自発分極３１が下側の基板４
１に向いた状態、領域Ｂは自発分極３１が上側の基板４
２に向いた状態である。

第５図は基板の上面からみた図であり、領域へと領域Ｂ
とでは液晶分子が２つの異なる配向状態５１、５２をと
っていることを示している。第６図は領域Ａ、領域Ｂの
２つの配向状態を、第５図のａ方向から見たＣダイレク
タ６１の配向状態で表した図である。第５図に示したよ
うに、この２つの領域Ａ、Ｂを２枚の互いに偏光方向が
直交する偏光板で挟み、かつ１枚の偏光板の偏光方向５
３を配向方向５１の液晶分子に一致させて観察すると、
領域Ａは暗く見え、領域Ｂは明るく見える。

このように、分子軸の螺旋配向と層構造とを有するカイ
ラルスメクチック液晶、即ち強誘電性液晶を極めて間隙
の狭い２枚の電極付基板で挟むと、液晶分子はＣダイレ
クタ６１が平行に配向した光学的に識別される２つの配
向状態をとるようになる。

しかも、強誘電性液晶はその自発分極が外部電界に直接
的に応答して、電界方向に配向する。従って、層に平行
で向きが反転する電界を印加すると、電界の反転に応じ
て自発分極の向きが反転する。

即ら、第５図の領域Ａと領１ｉｊｉＢとが電気的にスイ
ッチングされる。しかも、この電気的スイッチング現象
が自発分極と外部電界の直接的な応答によるものである
ために、応答速度が極めて高速であり、前述の論文によ
るμ秒台の応答速度が確認されている。また、第５図の
領域Ａ、領域Ｂの２つの状態は外部電界の印加されてい
ない状態においてもエネルギー的には原理的に安定であ
るとされ、従って、２つの状態は電気的にスイッチング
可能であると同時に、外部電界を取り除いた後も、□そ
のままの状態で安定に存在しうる。即ち、メモリ性を有
する。このように、前述の論文に記載されている強誘電
性液晶素子は、高速性とメモリ性とを有するため、研究
開発が積極的に進められ、大容量の表示素子の開発例が
報告されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような構成では、スメクチック層
の配向方向を基板全体にわたって一軸方向にするため、
規制力として上下基板に平行ラビング処理を行うのが通
例であるが、そのラビング強度を強くし、スメクチック
層の一軸配向性を良くすると双安定性が損なわれるとい
うトレードオフが生じていた。

本発明は、以上述べたような従来の事情に対処してなさ
れたもので、十分な双安定性を有し、かつ配向性が高く
てコントラストの高い液晶素子を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、強誘電性液晶を挟持し、ヘリカル構造を抑制
可能にセルギャップを制御した液晶素子において、上下
の基板にそれぞれ前記強誘電性液晶のコーン頂角分交差
する各方向にラビング配向処理を施し、かつラビング処
理とは異なる配向処理を施してスメクチック層の配向方
向を前記交差角中心方向に規定してなることを特徴とす
る液晶素子である。

本発明において、スメクチック層の配向方向を交差角中
心方向に規定する処理としては、磁場配向処理が挙げら
れる。

［作用］ 平行ラビング処理においては、クラーク、ラゲルバルら
が提唱した２つの安定配向方向とラビング配向方向が異
なるため、液晶分子が電界除去時にラビング方向に少し
傾いた中間状態に安定化し、これが双安定性を低下させ
、ひいてはコントラス１〜の低下を招いている。

そこで、液晶の２つの配向方向とラビング配向方向が一
致するように上下の基板にコーン頂角分交差した方向に
ラビング処理を行うと、得られる、液晶分子はスメクチ
ック層の配向不良によりコンミルラストの低下が起ぎる
。これは素子作成プロセス時のスメクチック層形成時に
おいて上下のラビング方向か異なるため、ラビング方向
に沿うスメクチック層の配向方向に液晶バルク中におい
て、ミスマツチが起こるためであることが分かった。

そこでわれわれはスメクチック層形成時、すなわちスメ
クチックＡ層の温度域においてラビング配向規制力より
も強い磁場配向処理方法を用いて、スメクチック層の配
向方向をコーン頂角中心方向に規定し、スメクチック層
の配向性を改良した。

この磁場配向処理をラビング処理法と組み合わせること
により、スメクチック層の配向と双安定性の向上に矛盾
がなくなった。

このようにして、本発明は、上記の構成により上下ガラ
ス基板に、強誘電性液晶のコーン頂角分交差した方向に
配向処理を行い、さらにスメクチック層法線方向を磁場
配向処理でコーン中心軸方向に設定することにより、動
作の初期状態において、一方の配向方向に一様な状態で
向いて安定しており、逆電界印ｈａによってもう一方の
配向方向に安定して並ぶ。それにより、双安定性を持ち
、かつ配向性が高くて、コントラストの高い液晶素子と
することが可能となる。

［実施例］ 次に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説
明する。

上下のカラス基板に強誘電性液晶のコーン頂角分交差し
た方向に配向処理を施し、かつ前記交差角中心方向に磁
場配向処理を施した素子について図面を参照しながら説
明する。

第１図は、液晶素子のラビング配向処理および磁場配向
処理を施した方向を示す説明図、第２図は本発明におけ
る液晶分子の動作原理を示す説明図である。

第１図において、１は上ガラス基板、２は下ガラス基板
、１ａは上ガラス基板でのラビング配向処理方向、２ａ
は下ガラス基板でのラビング配向処理方向、４は磁場配
向処理の方向、８はコーン頂角である。第２図において
４は磁場配向処理の方向、１ａ、２ａはそれぞれ上下の
ガラス基板でのラビング配向処理の方向、５は液晶分子
軸、６は自発分極、７はスメタヂック液晶層、８１はチ
ルト角、９は電界の方向である。また領域１，２はそれ
ぞれ上下ガラス基板界面領域である。

まず、上ガラス基板については第１図における１ａの方
向にラビング配向処理を行い、下ガラス基板については
１ｂの方向にラビング配向処理を行った。次いで、該上
下ガラス基板で構成されたセル中に液晶を注入し、等六
相からスメクチックＡ相になった状態において磁場配向
処理により液晶分子軸の長軸方向を予めラビング交差角
中心方向の状態にしておく。この状態を第２図（ａ）に
示す。

次に磁場を排除し、この液晶がより低温側のカイラルス
メクチックＣ相になった状態での液晶分子軸の長軸方向
は上下のラビング配向方向に向くことによりツイスト状
態か形成されている。この状態を第２図（ｂ）に示す。

次に第２図（Ｃ）のように電界９を印加すると液晶分子
の長軸方向は一様に同じ状態でラビング配向処理された
角度だけ傾いて安定する。この方向は、液晶がチルト角
分傾いた状態であり、この状態が安定化される。この状
態を第２図（Ｃ）に示す。このとき、自発分極６は電界
９と同じ方向になる。

次に第２図（ｄ）に示すように、電界の方向を逆向きに
液晶素子に印加すると、もう一方の基板でのラビング配
向処理された方向に一様に傾いて安定する。この状態を
第２図（ｄ）に示す。このようにして、実際に使用する
カイラルスメクチックＣ相において、はじめに一方の電
界を印加し、液晶分子の長袖方向を一方のラビング処理
配向方向に並べておき、逆電界を印加したときに液晶分
子軸を一様にもう一方のラビング配向処理方向に安定化
する。これら２つの配向状態は電界を取り除いても安定
である。またその安定度は液晶分子の配向方向とラビン
グ方向が一致しているため、従来の平行ラビング法に比
べて高い。

これら２つの安定状態の透過光を区別する手段として直
交する偏光子で前記上下ガラス基板を挟み、液晶セルと
することによって液晶素子を製造した。得られた液晶素
子は、十分な双安定性を有し、かつ配向性が高くてコン
トラストの高いものであった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、液晶の配向性と
双安定性を両立させることができるので、単純マトリク
スク駆動に有利なコントラストの高い液晶素子とするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はラビング配向処理および磁場配向処理を施した
液晶素子の配向処理方向を示す説明図、第２図は液晶分
子の動作原理を示す説明図、第３図は強誘電性液晶にお
ける配向状態の説明図、第４図は螺旋が消滅した配向状
態の説明図、第５図および第６図は配向状態の説明図で
ある。 １．４２・・・（上ガラス）基板 １ａ・・・上ガラス基板での ラビング配向処理の方向 ２．４１・・・（下ガラス）基板 ２ａ・・・下ガラス基板での ラビング配向処理の方向 ４・・・磁場配向処理方向 ５・・・液晶分子軸　　　　　６，３１・・・自発分極
７・・・スメクチック液晶層　８・・・コーン頂角８１
・・・チルト角　　　　　　９・・・電界の方向３２・
・・液晶分子　　　　　　３３・・・螺旋軸５１、５２
・・・配向方向　　　　５３・・・偏光方向６１・・・
Ｃダイレクタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性液晶を挟持し、ヘリカル構造を抑制可能
   にセルギャップを制御した液晶素子において、上下の基
   板にそれぞれ前記強誘電性液晶のコーン頂角分交差する
   各方向にラビング配向処理を施し、かつラビング処理と
   は異なる配向処理を施してスメクチック層の配向方向を
   前記交差角中心方向に規定してなることを特徴とする液
   晶素子。