JPH02287319A - 液晶素子とその駆動方法 - 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） 本発明強誘電性液晶素子と液晶表示パネルに関するもの
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の応答
速度は室温に於て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
。この様な状況にあって、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いるからである。

強誘電性液晶が示すこの様な高速応答性を最初に確認し
たのはノーエル・ニー・クラーク（Ｎｏｅｌ　Ａ。

Ｃ１ａｒｋ）とスベ・チー・ラゲルバル（Ｓｖｅｎ　Ｔ
、　Ｌａｇｅｒｗａｌりであるとされており、その内容
は、アプライド・フイジクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅ
ｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）の第３６巻第１
１号（１９８０ｑ−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５図に示
すように自発分極２１を持った液晶分子２２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２１は螺旋軸２３の回りに均一に分布して打ち消し
あっているが、第６図に示すようにこの様な液晶を、そ
の螺旋軸２３と並行な２枚の基板３１゜３２で挟み、且
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２２は自発分極２１
が基板３１．３２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つの状態の何れ
かに強制的に配向させられる。第６図に於て領域Ａは自
発分極２１が下側の基板３１に向いた状態、領域Ｂは自
発分極２１が上側の基板３２に向いた状態である。第７
図は基板の上面からみた図であり、領域Ａと領域Ｂとで
は液晶分子が２つの異なる配向状態４１．４２をとって
いることを示している。第８図は領域Ａ領域Ｂの２つの
配向状態を、第７図のａ方向から見たＣダイレクタ５１
の配向状態で表した図である。第７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、且つ１枚の偏光板の偏光方向４３を配
向方向４１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。この様に、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５１が平行に配
向した光学的に識別される２つの配向状態を取るように
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。即ち、第７図の領域
Ａと領域Ｂとが電気的にスイッチングされる。このスイ
ッチングモードを５ＳＦＬＣモードと呼ぶ。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ｐ砂金の応答速度が確認さ
れている。また、第７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、原理的には安定であるとされ、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。この様に、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、従来の液晶素子に於ては、配向性とメモ
リ性が十分でない事と、単純マトリクス駆動時の半選択
電圧による液晶分子の反転スイッチングによりコントラ
ストが低下する問題がある。例えば、メモリ性では、電
圧を切ってから５０ｍ５で光学応答が一割減じてしまう
という問題があった。本発明はこれら問題を解決し、メ
モリ性と配向性の良好な液晶素子およびその駆動方法を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の素子は強誘電性液晶を狭持した液晶素子におい
て、ラビング方向のアンカリング強度を配向膜垂直方向
のアンカリング強度以上とすることを特徴とする。

本発明の素子は強誘電性液晶を狭持した液晶素子におい
て、ラビング方向のアンカリング強度を配向膜垂直方向
のアンカリング強度以上とすることを特徴とする液晶素
子の単純マトリクス駆動法においてオフセット電界を印
加することを特徴とする。

（作用） 本発明ではラビング方向のアンカリング強度を配向膜垂
直方向のアンカリング強度以上としている。すなわち、
ラビング方向に液晶分子の方位を固定させる力が強いの
でこの方向のメモリ性が向上する。一方、もう一方の配
向方向のメモリ性は直流電界を印加することによって保
持される。

具体的は、ラビング方向へのアンカリングの強さはラビ
ング回数で変化させ望みの大きさにすることが可能であ
る。垂直方向のアンカリングの強さはホモジニアス配向
させて、セルに電場を印加してのしきい値から見積もる
ことが出来る。ラビング方向へのアンカリングの強さは
やはりホモジニアス配向させたセル但し上下の基板は接
触されていないセルの上下基板を互いに回転させてラビ
ング方向に並んだ液晶がラビング方向からずれ始める角
度から見積もることが出来る。このアンカリングの強さ
を配向膜の垂直方向のアンカリングよりも大きくした場
合での光学応答と分極反転電流を第２図（ａ）〜（Ｃ）
に示す。第２図（ａ）の三角波印加をしたときに得られ
る通常５ＳＦＬＣモードで得られる反転電流ビークＡ以
外にもう一つの反転電流ビークＢが発生していることが
分かる。反転電流ビークＢ発生瞬間でのスメチック層の
観察によりこの層がくの字に曲がったいわゆるシェブロ
ン構造をしていることが分かる。これは従来の双安定性
以外の安定状態であり、第三番目の安定状態である。す
なわちこの第三番目の安定状態がラビング方向の安定状
態である。本発明では、この第三番目の安定状態と従来
の５ＳＦＬＣモードで使っていた一方の安定状態の２つ
の安定状態を用いている。

このセルの直流電圧印加時に於けるチルト角の変化を第
３図に示す。正負の電界においてしきい値とヒステリシ
ス特性が有ることが分かる。従来の５ＳＦＬＣのセルに
はヒステリシス特性は見られなかった。このようなしき
い値とヒステリシス特性はデイスプレィ応用にとって大
変有利である。

ここで、一方のヒステリシス特性の中心電圧分オフセッ
トした（例えば６Ｖ）スイッチングをすれば、良好なメ
モリ性が得られる。これを第４図に示す。

重畳したパルス電圧の後に光学光量が保持されており、
良好なメモリ性が実現されていることが分かる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。本発明の液晶
素子の実施例として、第１図で示した素子の構造を詳細
に説明する。基板は酸化インジウムの透明電極２及び６
を備えたガラス基板１および７であり、２枚の基板の内
面には配向手段としてＰＶＡの１０００オングストロー
ム厚の膜９液晶配向膜３及び５）をスピナで形成し、そ
の表面にラビングを施しである。但しラビングの回数を
従来の２倍程度強くしている。このラビングの回数によ
るラビングの方向へのアンカリングの強さはクサビ型セ
ルを用いての磁場印加下での光学検査により行ったとこ
ろ、ラビング方向のアンカリング強度は配向膜垂直方向
に比べて１．５倍であった。

この２枚の基板を配向手段を内側にして対峠させ、その
間隙に直径２ミクロンのガラスファイバをスペーサとし
て介在させて、−カ所の欠損部を残して周囲をエポキシ
樹脂で接着して固定させた。

この欠損部より、ピッチ長２ミクロン、Ｂ３が１Ｏ−７
ｄｙｎｅｓ、λが１０−３ｃｍ、自発分極が５０ｎＣ／
ｃｍ２の強誘電性液晶４を注入した。＋１０ボルトの電
圧を印加した状態でクロスニフルの偏光！ＩＲｆａ鏡観
察を行い、暗視野となる状態で、顕微鏡のクロスニフル
の偏光軸に方向を一致させて液晶素子の外側に２枚の偏
光板を貼付した。本実施例では、ラビング回数を増した
ことにより予測通り、欠陥がなくメモリ性の良好な素子
となっている。

このようにして、完成させた液晶素子に、直流電圧６ボ
ルトに±３ボルトのパルス電圧を切り替えて印加したと
ころ、目視に於ても明暗変化が規制された。光を照射し
て透過光強度を測定したところ、明暗のコントラスト比
１０００、スイッチング時間１００マイクロ秒であった
。メモリ時間は１０００時間以上である。

上記実施例ではオフセット電界として直流電圧６ボルト
を印加しているが一６ボルトの直流電圧でもよい。また
、オフセット電界は第３図に示したヒステリシス特性の
中心電圧分であればよい。

（発明の効果） 本発明の液晶素子はＤＣ駆動時に良い配向性とよいメモ
リ性を示し、液晶表示パネルα駆動方法により、単純マ
トリクス駆動時に良好なメモリ性を示すので、高いコン
トラストを持つ液晶デイスプレィが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１、本発明の液晶素子の構成を示している。第
２図は本発明でのセルに三角波を印加したときに於ける
（ａ）印加電圧と、（ｂ）光学応答と、（Ｃ）分極反転
電流を示した図である。第３図は直流電赤印加時におけ
るチルト角の変化を示し、第４図は本発明のセルのメモ
リ性を示している。第５図は、液晶分子の層措造を示す
図、第６図〜第８図は、従未の液晶素子を示す図である
。 図に於て、１・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３
・・・液晶配向膜、４・・・強誘電性液晶１．５・・液
晶配向膜、６・・・透明電極、７ガラス基板、２１・・
・自発分極、２２・・・液晶分子、２３・・・螺旋軸、
３１・・・上ガラス基板、３２・・・下ガラス基板、４
１・・・配向状態、４２配向状態、４３・・・偏光板の
偏光方向、５１・・・Ｃダイレクタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性液晶を狭持した液晶素子において、ラビ
   ング方向のアンカリング強度を配向膜垂直方向のアンカ
   リング強度以上とすることを特徴とする液晶素子。
2. （２）強誘電性液晶を狭持した液晶素子においてラビン
   グ方向のアンカリング強度を配向膜垂直方向のアンカリ
   ング強度以上とすることを特徴とする液晶素子の駆動方
   法において、オフセット電界を印加することを特徴とす
   る液晶素子の駆動方法。