JPH0229629A - 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〕 本発明は液晶表示素子や液晶シャッターに好適な強誘電
性液晶を用いた液晶素子に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、自発分極を持ち高速光スイッチング現象やメモリ
ー現象を示す強誘電性液晶が大容量デイスプレィあるい
はメモリー形デイスプレィ、高速光シャッター、光変調
素子等への応用の観点から注目されている。

このような強誘電性液晶を用いた素子の代表的な動作方
式としては複屈折モードとゲストホストモードがある。

先ず、複屈折モードの従来の液晶素子について説明する
。第５図は従来の複屈折型液晶素子の構成を示す断面図
である０図中、５１．６１は基板、５２．６２は透明電
極、５３，６３は配向膜、５４は液晶層、５５゜６５は
偏光板、５６は外周シール、である。

この液晶素子においては、配向膜５３が形成され配向処
理の施された透明電極５２を有する基板５１と、同様に
配向膜６３及び透明電極６２が設けられた基板６１とが
離間、対向して配置され、周基板５１．６１と外周シー
ル５６とが形成する空間に強誘電性液晶が封入され液晶
層５４をなし、液晶セルが構成されている。そしてこの
液晶セルの両面には一対の偏光板５５．６５が互いに偏
光軸が平行となるようにあるいは直交するように配置さ
れている。

上記構成の液晶素子において、液晶層５４中の液品分子
は基板５１．６１に対してほぼ平行で、透明電極５２．
６２に印加される電圧（しきい値電圧より大）を反転さ
せることにより第６図のＰ、Ｑに示すように２つの双安
定状態をとる０図中、Ｘは液晶分子を示す。そして複屈
折による光透過の有無を利用して表示あるいはシャッタ
ー動作を行う。

次に、ゲストホストモードの従来の液晶素子について説
明する。

このモードの液晶素子では、強誘電性液晶に２色性色素
を添加してなる液晶組成物を封入した液晶セルと、１枚
の偏光板を使用する。二色性色素（ゲスト）は液晶分子
（ホスト）の配列に従う性質を有する。液晶セルにある
電圧（しきい値電圧より大）を印加した場合、第７図に
示すように液晶分子Ｘの配向方向が偏光子の偏光軸と一
致するようにておく。このとき二色性色素分子Ｙもその
長軸が上記性質により偏光軸と一致するように配列し、
二色性色素による光吸収のためセル全体は強く着色する
０図中ｒ、ｕがその場合の液晶分子Ｘと二色性色素分子
Ｙの配向状態である。一方、液晶セルに印加させる電圧
を反転させると、液晶分子Ｘ及び二色性色素分子Ｙは図
中、ｓ、ｖで示す配向状態となる。この場合、セル全体
は淡色化ないしは無色に近くなる。以上のスイッチング
によって表示あるいはシャッター動作を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような強誘電性液晶を用いた従来
の液晶素子には以下に述べるような欠点があった。

複屈折モードの液晶素子では、Δｎｄ（Δｎは液晶の屈
折率異方性、ｄは液晶層厚）を０．２〜０．２５−に厳
密に設定しないと、着色したり、明るさが低下したりす
る。Δｎは温度によって変化するので、それに伴って色
変化が生じる場合がある。

一方、ゲストホストモードの液晶素子では、以下のこと
に起因して応答速度が遅くなるという問題がある。

（イ）二色性色素添加により液晶組成物の粘度が増加す
る。

（ロ）チルト角が大きい。

（ハ）二色性色素の強誘電性液晶に対する溶解度には限
度（約ＩＯ％）があり、十分な表示濃度、コントラスト
を得るためには液晶層を厚くする必要がある。

本発明は１以上の点に鑑み、温度による色変化がなく、
広視角、高コントラストで、応答速度の改良された液晶
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〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、２色性色素
を含有し強誘電性を示す液晶層を電極を有する一対の基
板で挾持してなる液晶セルを２層積層した構造を有する
液晶素子において、偏光子を１枚付設するとともに、上
記液晶セルにおける電圧印加時の２つの双安定液晶配向
方向を両液晶セルでそれぞれ互いに平行としたことを特
徴とする液晶素子が提供される。

次に本発明を図面により説明する。

第１図は本発明の液晶素子の構成例を示す断面図である
。図中１１．２１（２１ａ、２１ｂ）、３１は基板、１
２は偏光子、１３．２３（２３ａ、２３ｂ）、３３は透
明電極、１４゜２４（２４ａ、２４ｂ）、３４は配向膜
、１５．２５は液晶層、１６゜２６は外周シールである
。

本発明の液晶素子はゲストホスト型強誘電性液晶セルを
２層積み重ねた構造を有する。具体的には、配向膜１４
が形成され配向処理が施された透明電極１３を有する基
板１１と、同様に配向膜２４ａ及び透明電極２３ａが設
けられた基板２１ａとが離間、対向して配設され１両基
板１１．２１ａと外周シール１６とが形成する空間に、
強誘電性液晶に２色性色素が添加されてなる液晶組成物
が封入され液晶層１５をなし、第１の液晶セルが構成さ
れている。また。

同様にして、配向膜２４ｂ及び透明電極２３ｂが設けら
れた基板２１ｂと、配向膜３４及び透明電極３３が設け
られた基板３１と、外周シール２６とが形成する空間に
上記と同様の液晶組成物が封入され液晶層２５をなし、
第２の液晶セルが構成されている。第１の液晶セルと第
２の液晶セルは図示の如く積層され、さらに１枚の偏光
子１２が配設されている。なお、基板２１ａと２１ｂは
別々の基板であってもよいし、１枚の基板としてもよい
。

液晶層１５．２５には強誘電性を示すカイラルスメクテ
ィックＣ、カイラルスメクテイックＧ、カイラルスメク
テイックＨ、カイラルスメクテイツクＩ、カイラルスメ
クテイックＪ、カイラルスメクテイックＫまたはカイラ
ルスメクテイックＦ相を呈する液晶に２色性色素が添加
された液晶組成物が充填される。またエレクトロクリニ
ック効果を示すスメクティックＡ相も用いることができ
る。液晶層１５．２５の液晶分子は配向膜１４．２４ａ
、２４ｂ、３４により基板１１．２１ａ、２１ｂ、３１
に対してほぼ水平に配向しており、これら基板１１．２
１ａ、２１ｂ、３１の内面に設けられた透明電極１３．
２３ａ、２３ｂ、３３に印加される電圧により配向変形
し、付与される電界の向きにより第２図に示すようにＡ
とＢの状態で双安定化する０図中Ｐは液晶分子、Ｑ、Ｑ
’は基板である。配向処理は従来公知のラビング法や斜
方蒸着法を用いて行うことができる。なお、液晶層１５
．２５の厚さは各々１〜４ＩＪｓであることが°好まし
い、その厚さが、１／Ｊ１未満であると十分な表示濃度
、コントラストが得られず、また４ＩＩｓを超えると応
答性が悪化する。

第３図は本発明の液晶素子における液晶分子及び二色性
色素分子の配向状態を上から見たときの模式図である。

本発明では、第３図に示すように、第１の液晶セルにお
ける一方の双安定配向方向（ＡｔまたはＢｔ）と第２の
液晶セルにおける一方の双安定配向方向（Ａ２またはｔ
Ｓｔ）がほぼ平行になるようにするとともに、第１の液
晶セルにおける他方の双安定配向方向（Ｂ□またはＡ、
）と第２の液晶セルにおける他方の双安定配向方向（Ｂ
ＸまたはＡＳ）がほぼ垂直になるように規定する。第３
図に示した角度関係は、液晶材料によって決まるコーン
角θ（第２図参照）と、配向処理の方向によって決まる
Ａ（Ａｘ、Ａｘ）、Ｂ（’ＢＸ、Ｂ２）の方向を制御す
ることによって容易に設定することができる。コーン角
θは６０°以上１２ｏ。

以下が好ましく、７０＠以上１１０”以下であるのがよ
り好ましい、この場合、上記角度関係はθ、（Ａ工とＢ
□のなす角度）＝０２（Ａ２とＢ、のなす角度）のケー
スを例にして説明すると、第１の液晶セルと第２の液晶
セルのラビング方向をほぼ平行（第３図（ａ）の８１゜
Ｒ２）とするかまたは直交（第３図（ｂ）のＲｉｔＲｉ
）させることにより達成される。

基板１１の外側に配される偏光子１２の透過軸または吸
収軸は、上記の２つの液晶セルで一致した双安定配向方
向と平行となるように配置する。

次に、第１図に示す構造を有する本発明の液晶素子の動
作原理について第４図を参照して説明する。図中実線が
第１の液晶セルの液晶配向方向、破線が第２の液晶セル
の液晶配向方向である。

第１及び第２の液晶セルの液晶配向が第４図（ａ）のよ
うになっており偏光子１２の偏光軸に平行である場合、
偏光子１２を通過した光は、第１の液晶セル及び第２の
液晶セルの液晶層１５．２５中に添加され、液晶と同一
方向に配向した２色性色素により吸収され、着色表示が
観察される０次に両液晶セルに印加する電圧をともに反
転（正→負又は負→正）させると第４図（ｂ）のように
偏光子１２の偏光軸と２色性色素の吸収軸がほぼ直交し
、光は吸収されずに透過し、白色表示となる。なお、一
方の液晶セルにおける印加電圧の極性のみを反転させる
こともでき、この場合には一方の液晶セルの２色性色素
のみの吸収、すなわち両液晶セルに同一色素が使用され
ているときには淡い表示となる。

ここで本発明の液晶素子の利点につき従来のゲストホス
ト型強誘電性液晶素子と対比させて述べる。

一般に、ゲストホスト型液晶素子においては十分な濃度
とコントラストを得るためには色素濃度（％）とセル厚
（趨）の積をおおよそ１０〜５０としなければならない
。色素の液晶に対する飽和濃度は高くて数％であるので
、従来のゲストホスト型強誘電性液晶素子では液晶層厚
を５Ｒ前後もしくはそれ以上としていた。応答速度は液
晶層厚に比例するため、該素子では高速応答化が困難で
あった。さらに、従来のゲストホスト型強誘電性液晶素
子においては、このように厚い液晶層厚では液晶の配向
制御が困難であるばかりか、強誘電性液晶の特長である
双安定性が損なわれるという問題があった。

これに対し１本発明の液晶素子では、色素濃度とセル厚
の積の和が１０−５０であればよく、そのため−層あた
りの液晶層厚を、約半減することができる。したがって
１本発明の液晶素子は従来の素子に比べ約２倍の高速応
答化（応答速度１／２）が達成できる。また、液晶層が
薄いため、配向制御も容易であり、双安定性も発現しや
すい。

〔実施例〕

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１ 透明電極を有するガラス基板上にポリイミド系配向膜を
形成し、ラビング処理を行った。同様な処理を施した別
のガラス基板と前記ガラス基板を、粒径２．５−のスペ
ーサを介し、かつ、ラビング方向が平行となるように貼
り合わせ、外周をエポキシ系の接着剤で固着し、基板間
に、Ｅ、メルク製力イラルスメクティック液晶ＺＬＩ−
３０７９に青色の２色性色素Ｍ４１２（三井東圧化学製
）を４％添加した液晶組成物を充填し、セル１を作製し
た。用いた液晶のコーン角θは約７２°であった１次に
、同様にしてセル２を作製し、このセル２とセル１をラ
ビング方向が平行となるように重ねて貼り合わせ、液晶
素子を作製した。

以上のように作製した液晶素子における第１の液晶セル
の外側基板電極に、中間基板電極に対する電圧（ｖｌ）
が＋２０Ｖとなるように電圧を印加すると。

液晶分子と色素分子は第３図（ａ）のＢＬ力方向配向し
、−２０ｖの電圧印加によりＡ１方向に配向した。一方
、第２の液晶セルの外側基板電極に、中間基板電極に対
する電圧（ｖｌ）が−２０Ｖとなるような電圧を印加す
ると、液晶分子と色素分子は第３図（ａ）の８２の方向
に配向し、＋　２０Ｖの電圧印加によりＡ２の方向に配
向した。ＢＬの方向に偏光軸をもつ偏光板をセルに重ね
ると青色が表示された。この液晶素子は印加電圧Ｖ□と
ｖ２の組み合わせにより、下表のように動作した。

表−１ また、応答速度は±２０Ｖの電圧印加時に、立ち上がり
、立ち下がりとも８００μｓｅｃであり、高速応答性が
確認された。

比較例 実施例１のセル１と同様にして作製された液晶層厚が５
−のセルに偏光板を設けて構成した単層型ゲストホスト
型液晶素子を上記と同様の条件で動作させたところ応答
速度は１．６ｍ５ｅｃであった。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、ゲストホ
ストモードの強誘電性液晶素子において。

２つの液晶セルにおける電圧印加時の２つの双安定配向
方向を両液晶セルでそれぞれ互いに平行となるように規
定したので、高速応答が達成できるとともに、広視角で
十分な表示濃度、コントラストの液晶素子が提供される
。

４、ｌｉｉ！１面の簡単な説明 第１図は本発明による液晶素子の構成例を示す断面図、
第２図は液晶分子の双安定配向方向を示す図、第３図は
各液晶セルに独立に電圧を印加した時の液晶配向方向を
示す模式図、第４図は本発明の液晶素子の動作原理説明
図、第５図は従来の複屈折型液晶素子の構成を示す断面
図、第６図は第５図の液晶素子の動作原理説明図、第７
図は従来のゲストホストモード型液晶素子の動作原理説
明図である。

１１．２１（２１ａ、２１ｂ）、３１一基板１２・・・
偏光子 １３．２３（２３ａ、２３ｂ）、３３−透明電極１４．
２４（２４ａ、２４ｂ）、３４−配向膜１５．２５・・
・液晶層 １６．２６・・・外周シール 特許出願人　株式会社　リ　　　コ　　　一代　理　人
　弁理士　池浦敏明（ほか１名）１２　　　　　　：イ
Ｓｔに４− １３．２３．３３　：邊明（ｌ木ヒ １４．２４，３４　　：　　配伺月莢 １５．２５　　：永品層 ＋６，２６　　　　：りＦ周ンール 第２ 図 第３図 第４ （ａ） イ鳥ゲ６１針−一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２色性色素を含有し強誘電性を示す液晶層を電極
   を有する一対の基板で挾持してなる液晶セルを２層積層
   した構造を有する液晶素子において、偏光子を１枚付設
   するとともに、上記液晶セルにおける電圧印加時の２つ
   の双安定液晶配向方向を両液晶セルでそれぞれ互いに平
   行としたことを特徴とする液晶素子。