JPH026925A - 液晶電気光学装置 - 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光シャッターアレイ等の
液晶電気光学装置に関し、更に詳しくは、液晶分子の初
期配向状態を改善することにより表示ならびに駆動特性
を改善した液晶電気光学装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の液晶電気光学装置としては・ンイステッド・ネマ
チック（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍｅｔｉｃ）液晶を用い
たものが知られている。このＴＮ液晶は、画素密度を高
くしたマトリクス電極構造を用いた時分割駆動の際、ク
ロストークを発生する問題点があるため、画素数が制限
されていた。

また、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素
子を接続し、各画素毎にスイッチングするアクティブマ
トリクス方式の表示素子が知られているが、基板上に薄
膜トランジスタを形成する工程が極めて煩雑なＪ−１そ
の製造コスト製造歩留り等の要因により大面積の表示素
子を作成するごとが難しい問題点がある。

これらの問題点を解決するものとして、クラツにより米
国特許第４３６７９２４号公報で強誘電性液晶素子が提
案されている。

第３図は強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例を
模式的Ｃ０：描いたものである。１１と１１’は、Ｉ　
Ｉ＋　、、０２あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ
−Ｏｘｉｄｅ）等の薄膜からなる透明電極で被覆された
基板（ガラス板）であり、その間に液晶分子層１２がガ
ラス面に垂直になるよう配向したＳｍＣ”相又は、他の
強誘電性を示す液晶相が封入されている。この液晶電気
光学装置において強誘電性液晶分子が第４図に示すよう
に、スメクチック層の層の法線方向に対して七θ傾いた
第１の状態（１）と−〇傾いた第２の状態（ＩＩ）を取
る。

この二つの状態間を外部よ／／Ｊ電Ｗを加えて、強誘電
性液晶分子をスイッチさせることにより発生する複屈折
効果の違いにより表示を行・）ものであった。

この時強誘電性液晶分子を第１の状態（１）より第２の
状Ｅ（ＩＩ）へかえる為にスメクチツク層に対して垂直
方向に例えば正の電界を加えることにより成される。ま
た逆に第２の状態（ＩＩ）より第１の状態（１）へ反転
させる為には、逆に負の電界を加えることにより成され
るものであった。

すなわちり（部より印加される電界の向きをかえること
により強誘電性液晶分子の取る２状態を変化さ・せそれ
に伴って生じる電気光学効果の違いを利用するものであ
った。

さらにこの外部より印加する電界を除去しても強誘電性
液晶分子はその状態を安定ζこ保っており第１と第２の
双安定なメモリー性を持っていた。

その為、この強誘電性液晶を用いた液晶電気光学装置を
駆動する信号波形としては両極性パルス列となっており
、パルス極性の切り替わる方向により強誘電性液晶分子
の取る２状態間をスイッチングしていた。

このよ・うな強誘電性液晶を用いた電気光学装置におい
ては、装置全体において均一な駆動特性が当然ながら要
求される。そのために、液晶電気光学装置全体にわたっ
て欠陥のない、均一な液晶相すなわちモノドメインを全
体に形成すること、すなわち強誘電性液晶の複数の層が
互いに平行に一方向に配列しており、か・つ欠陥のない
均一な配向を、目標として従来より技術開発がなされＣ
きた。

しかしながら、液晶材料特に強誘電性液晶は配向膜につ
いた微少なキズや液晶駆動用の電極の凹凸段差や、液晶
装置の基板間隔を一定に保持するだめのスベーザー又は
液晶材料と配向膜との組合せ、その他種々の原因により
欠陥が発生し、均一なモノドメインが得られない。その
為に従来は液晶電気光学装置セルの端部より、液晶を一
次元結晶成長させる方法（温度勾配）によりセル全体に
モノドメインを成長させること又は一対の基板をミクロ
ンオーダーの距離の制御で互いにずらずシェアリング法
等が試みられていた。

しかしながら液晶電気光学装置が大面積化した場合これ
らの方法は適用不可能であった。すなわちこの方法によ
って実現されるモノドメインの大きさは最大数十ミリ角
程度であり大面積化して工業的製品に使用することは不
可能であった。

また仮に使用可能な大きさのモノドメインが実現された
としても、強誘電性液晶材料が持つ性質として液晶材料
分子が基板に平行に配列せず、定の傾きを持つ配列（プ
レチルト）するため強誘電性液晶の層が曲がったり、折
れたりする。そのため層が平行に一方向に配列させる技
術は非常に難しく、さらにこの層の曲がりなどによって
ジグザグ欠陥がドメイン中に発生ずる問題があった。

そして、液晶材料は外部よりの電界によって、その取り
得る状態を変化させる際に、このジグザグ欠陥を境にし
てその反転過程が逆になるという現象が見られる。この
ために、装置全体において、均一な表示及び駆動特性が
得られないという問題があった。

〔発明の構成〕

本願発明は従来の考えであったモノドメインを得た状態
で電気光学効果を利用するという技術思想とはちがった
技術思想によりこれらの均一な表示及び駆動特性が得ら
れないという問題を解決するものであります。本発明者
らは、とくに液晶材料が等方性液体状態（高温状態）よ
り液晶状態（低温状態）へ移行する降温過程における液
晶材料の初期配列性に注目しその配列性を従来思想とさ
れていた状態とは全くちがう状態を利用することにより
良好な液晶電気光学装置の表示又は駆動特性を実現せし
めたものであります。

すなわち、本発明は、一対の平行基板間に強誘電性液晶
が挟持された、液晶電気光学装置であって、前記強誘電
性液晶は前記基板間に配置され前記複数の層は、連続し
て互いに平行に一方向のみに配列するのではなく多方向
に配列しており、かつ前記基板の面内で複数の微小なド
メインを形成している。液晶電気光学装置であります。

本発明の場合、液晶は、微少なドメイン（大きさは数十
μｍ程度）が数多く集まったマルチドメイン状態となっ
ている。

このようなマルチドメイン状態においては、液晶の配向
欠陥はそのドメインの境界によって、緩和されるために
液晶電気光学装置セル全体において、ジグザグ欠陥等が
発生しないものである。

又、この微少なドメイン内部は良好なモノドメイン状態
となっているため、各々の微少なドメインにおける液晶
の表示又は駆動特性に差がなく、装置全体としては、均
一な表示又は駆動特性を実現することができるものであ
ります。

さらに本発明の場合、強誘電性液晶の複数の層は平行と
なっているが、基板全体では一方向のみに配列しておら
ず、多方向に配列している。このために従来のように基
板全体にわたって均一な一方向のみの配列を実現する必
要がなく、工業的な生産規模においても、十分生産性の
高い液晶電気光学装置を作製できるものであります。

以下に実施例を示しまず。

〔実施例〕

第１図に本実施例にて使用した液晶電気光学装置のセル
概略断面図を示す。同図は行方向と列方向のマトリクス
状に配置された電極部の端部の１部分を示している。

また概略図であるためその寸法は任意となっている。本
実施例で用いられたセルは従来より使用されているもの
と全く同様のセル構成のものである。すなわち、透明の
基板（例えばガラス）２゜２°上に液晶駆動用の電極３
，３′が行方向と列方向にマトリクス状になるようパタ
ーニングされ形成されている。また該電極上には、配向
制御４．４°が設けられており、その片側は、液晶分子
が並べるように公知のラビング処理が施されている。こ
の配向制御膜４．４゛は両方とも同じ材料を用いてもま
た片側づつ異なった材料を用いてもよいが本実施例にお
いては、４の配向制御膜をポリイミド膜を用い、もう一
方の配向制御膜４”に５ｉＣｈ膜を使用した。

このように、配向制御膜の種類を変えた場合、液晶分子
を外部信号により駆動させる際に、比較的大きなしきい
値を得ることができ、マトリクス状の液晶電気光学装置
では、存利であった。

このような基板に２，２°を互いに重ね合わせ間にスペ
ーサ（図示せず）をはさんで一定間隔に保って液晶セル
を形成している。

本実施例の場合、強誘電性液晶の複数の層が互いに平行
になっており、さらに多方向に配列していることがすぐ
わかるように、基板間隔を２０μｍとし強誘電性液晶の
らせんピッチに対応するしま模様でこの層の配向の様子
がわかるようにした。

一般に強誘電性液晶ではらせんピッチに対応するしま模
様はスメクチック層の方向と一致していることが知られ
ている。

このようなセルに対し、公知の液晶注入法に従って、液
晶を注入する。この液晶としては、等方性液晶−スメク
チックＡ相−スメクチックＣ相−結晶相という相系列を
とり、等方性液体からスメクチックＡ相の転移が８９．
５℃で行われる混合液晶を用いた。

この混合液晶はエステル系の強誘電性液晶を含み８種類
の液晶材料を混合した物であるが、混合液晶中の単一液
晶材料の割合が最も多い物で２０％であり、８種類のｉ
′Ｒ，合割合は各々５・・−２０％の間で主となる液晶
が存在せず、多品種をほぼ等量づつ混合しているもので
ある。

尚、本実施例で用いた混合液晶の転移温度は次のような
物であります。

のような混合液晶を公知の注入法によりセル内心こ注入
した。注入時は、混合液晶を等方性液体状態にして注入
し、セル内にすべて液晶材料を注入した後、注入口を封
止する。

この後、強誘電性液晶を示す液晶相状態にまで徐冷する
。この際に強誘電性液晶の液晶相より高温の相に液体状
態から温度を下げてくると同時にスメクチック層が形成
され始める。この時、スメクチック層はある領域では互
いに平行となっている。しかし別の領域では、先とは異
なった方向に平行に揃っている。この様子を第４図に示
す。

第４図は、本実施例におけるスメクチックＡ相状態での
、液晶の分子配列の様子を示している顕微鏡写真である
。クロスニコル下での顕微鏡写真のため、黒い部分と白
い部分が存在し液晶の層が一力向には配列せず、若干そ
の方向が異なっている様子がわかる。

さらに温度を下げてゆき、スメクチックＣ相にまで温度
を下げるとらせんピッチに対応するしま模様が見られて
きた。この様子を第５図に示す。

これより判るようにしま模様が連続して平行に存在し、
かつ多方向に配列していることがわかる。

さらにまた、この除冷を行う過程において一部液晶状態
の部分と等方性液体状態の部分が存在し、この時液晶状
態の部分は、配向制御膜４に施されたラビング処理にそ
って、並びマイクロドメインを形成する。さらに温度を
下げて行くとさらに液体状態の部分より新たに液晶部分
が発生に同様にマイクロドメインを形成する。

このようにしてセル全体がマイクロドメインで埋めるこ
とができる。このマイクロドメインの大きさは１４１数
μｍ長さ数１００μｍの細長いものであった。

このようなマルチドメイン配向状態を光学顕微鏡にて観
察を行ったところ、第５図に見られるように、従来見ら
れたジグザグ欠陥等は存在せずむしろ各ドメイン領域の
境界がすべて欠陥を含んだ状態であり、その欠陥が小さ
いため、セル全体では均一な配向が得られているように
見られた。このような液晶に対し７、室温（＝１近の温
度状態で、上下の電極３，３°間に外部より電圧を加え
液晶を駆動した±３０Ｖの三角波を加えその反転の様子
を観察したところ液晶はマイクロドメイン単位で反転を
行い、従来のようにモノドメイン内で用型ドメインを形
成して反転するごと１Ｊ、なかった。

また各ドメインの反転もほぼ同時に行われてオタリ、セ
ル全体で見ると、全体が同時に反転１〜でいるように観
察された。

この反転過程の途中には、本実施例の場合必ずらせん形
成状態を経由していた。また、電界印加を中止した場合
液晶分子の配向状ｊＬ嶋ば２状態をとっており、しばら
く放置していてもその状態を取り続けていた。

又、セルの中央イ］近と、端部と液晶の反転はほぼ同に
で場所による反転状態の違いも見られなかった。

本実施例では、複数の層が連続して平行でかつ多方向に
配列していることがわかるように厚いセルを用いたが、
薄いセル（３μｍ程度）においても同様の配向を行って
いることは、確認できている。この薄いセルを用いた場
合、強誘電性液晶はらせんをほどいた状態であり、この
ため２０μｍセルと同じ電圧を加えた時が応答速度が速
く（約１０　／／　Ｓ　ｅ　ｃ　）なり、スレンシュホ
ールド特性も向上した。また薄いセルでの液晶分子の配
列状態を第６図に示す。

（効　果］ 本発明により、従来の技術的進歩の方向とは逆の方向で
あるマルチドメイン配向を持つ液晶電気光学装置を実用
化できた。

ジグザグ欠陥等光学的に大きな影響の出る欠陥が発生せ
ず均一な表示特性と高いコントラスト・比を実現できた
。さらにマルチドメイン各ノンの反転特性が揃っている
ので全体で均一な液晶駆動が可能となった。

また、モノドメインを形成させるための複雑な技術工程
が不要であり工業的にも生産しやすくなった。

そのため等方性液晶状態から強誘電性を示す液晶相状態
まで温度を下げる速度を上げることができた。加えて、
ラビング法にて液晶材料を配向させた液晶電気光学装置
も十分製品として耐えうる品質を持つものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いた液晶電気光学装置セルの概略を
示す。 第２図は強誘電性液晶を模式的に現した図を示す。 第３図は液晶の取り得る状態を現す。 第４図、第５図及び第６図は液晶セル内での液晶の配列
状態を示す顕微鏡写真。 ２、′２°０００．基板 ３．３’、、、、電極 ４．４’、、、、配向制御膜 ５　　　　、、、、液晶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の基板と、長軸を有する複数の分子から組織さ
   れた複数のスメクチック層を有する強誘電性液晶であっ
   て、前記強誘電性液晶は前記基板間に配置され、前記複
   数の層は、連続して互いに平行に一方向のみに配列する
   のではなく多方向に配列しており、かつ前記基板の面内
   で複数の微小なドメインを形成しており、電界が印加さ
   れていないときに複数の異なる分子配向示状態のうち、
   いずれか一つに対応した分子配向状態を生じる強誘電性
   液晶と、前記強誘電性液晶に電界を印加する手段と、前
   記複数の異なる分子配向状態によって生じる電気光学効
   果の違いを識別する手段を有する液晶電気光学装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記強誘電性液晶
   は前記基板間にてらせんを形成していないことを特徴と
   する液晶電気光学装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記強誘電性液晶
   はスイッチングの際にらせん状態を経由することを特徴
   とする液晶電気光学装置。