JPH0271225A - 強誘電性液晶素子 - 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、デイスプレィやプリンターヘッド等に応用さ
れる強誘電性液晶セルに関する。

［開示の概要］ 本明細書及び図面は、デイスプレィやプリンターヘッド
等に応用される強誘電性液晶セルにおいて、波長４４０
〜８００ｎｍにおけるＩＴＡ−ＴＡ”ｌの値が４％以内
である強誘電性液晶を用い、液晶分子のパラ状態を保つ
ことにより、コントラストの改善を可能とする技術を開
示するものである。

［従来の技術］ 従来より多用されて来たネマチック液晶に代って、近年
強誘電性液晶素子の開発が重視されつつある。強誘電性
液晶素子は、セルの構成方法によって双安定性をもたせ
ることができるので、高時分割の液晶表示素子の実現が
期待できる。

第６図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。■と１′は、Ｉｎ２Ｏ３、Ｓ＋１０２やＩＴＯ
（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の透明電極が
コートされた基板（ガラス板）であり、その間に液晶分
子層２がガラス面と垂直になるように配向したＳｍＧ”
相の液晶が封入されている。太線で示された線３が液晶
分子を表わしていて、この液晶分子３は、その分子に直
交する方向に双極子モーメント（Ｐ工）４を有している
。基板ｌと１′上の定接間に一定の閾値以上の電圧を印
加すると、液晶分子３のらせん構造がほどけ、双極子モ
ーメント（Ｐｔ　）　４はすべて電界方向へ向くように
、液晶分子３の配向方向を変えることができる。液晶分
子３は細長い形状で、その長袖方向と短軸方向とで屈折
率異方性を示し、従って、例えばガラス面の上下に互い
にクロスニコルの位置関係に配置した偏光子を置けば、
電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光学変調素
子となることは、容易に理解される。さらに液晶セルの
厚さを充分に薄くした場合（例えばＩｇ）には、第７図
に示すように、電界を印加していない状態でも、液晶分
子のらせん構造はほどけ（非らせん構造）、その双極子
モーメントＰ又はＰ′は上向き（４ａ）又は下向き（４
ｂ）のどちらかの状態をとる。このように界面効果によ
り、液晶分子のらせん構造をほどいた液晶セルを表面安
定型セル（ＳＳＦＬＣセル）と呼ぶ。

５ＳＦＬＣセルに第７図に示す如く一定の閾値以上の極
性の異なる電界Ｅ又はＥ′を所定時間付与すると、双極
子モーメントは電界Ｅ又はＥ′の電界ベクトルに対応し
て上向き（４ａ）又は下向き（４ｂ）と向きを変え、そ
れに応じて液晶分子は第１の配向状態５もしくは第２の
配向状態５′のいずれか一方に配向する。

このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は、応答速度が極めて速いことと、液晶分子の
配向が双安定状態を有することであって、例えば、第７
図において、電界Ｅを印加すると液晶分子は第１の配向
状態５に配向するが、この状態は電界を切っても安定で
ある。また、逆向きの電界Ｅ′を印加すると液晶分子は
第２の配向状態５′に配向して、その分子の向きを変え
るが、やはり電界を切ってもこの状態に留まる。また、
与える電界Ｅが一定の閾値を越えない限り、それぞれの
配向状態はやはり維持されている。このような応答速度
の速さと、双安定性が有効に実現されるには、セルとし
ては出来るだけ薄い方が好ましく、一般的には、０．５
ル〜２０ル、特にＩｇ〜５ルが適している。この種の強
誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する液晶−
電気光学装置は、例えばクラークとラガバルにより、米
国特許第４３６７９２４号明細書で提案されている。

［発明が解決しようとする問題点１ しかしながら５ＳＦＬＧセルにおいては第７図のように
液晶分子層内で液晶分子が平行に配列した状態（パラ状
態と呼ぶ）よりも、分子層内で上基板から下基板に向っ
て液晶分子がツイストした状態（ツイスト状態と呼ぶ）
が実現されやすい。このように液晶分子がツイストして
いると、第１の配向状態と第２の配向状態にあるときの
液晶分子軸のなす角度（チルト角）が見かけ上小さくな
り、コントラスト低下を招くという問題があった。

本発明は、上述従来例の欠点を除去し、コントラストが
高く、表示品位の良好な強誘電性液晶セルを提供するこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明による強誘電性液晶セルは、電極及び配向膜を形
成した基板を対向配置し、内部に強誘電性液晶を挟持し
た強誘電性液晶セルにおいて、前記強誘電性液晶セルを
、偏光板のクロスニコル状態下でスメクチックＡ　（Ｓ
ｍＡ）相が最暗となる位置に配置したとき、前記偏光板
を入射光の進行方向に対して時計回りに１５°回転した
ときのカイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ”）相における
強誘電性液晶の第１の配向状態での透過率ＴＡ゛　と、
前記偏光板を入射光の進行方向に対して反時計回りに１
５°回転した時の第２の配向状態での透過率ＴＡ−との
差の絶対値ＩＴＡ−ＴＡ４＋が、波長４４０〜６００ｎ
＋ｗおいて４％以内である配向状態の強誘電性液晶を用
いることを特徴とするものである。

［作　用］ 液晶分子の配列は、液晶と基板との界面における配向処
理状態に依存する。液晶分子の配向状態を前項で示した
条件下における透過率の差で４％以内とすると、液晶分
子の自発分極の表面で内向き（または外向き）になろう
とする傾向が抑えられ、液晶分子の配列はパラ状態に近
づき１、コントラストの低下が抑えられる。

［実施例コ 実施例１ 第１図は本発明の一実施例を示す強誘電性液晶（以下、
ＦＬＣという）セルの断面図である。

第１図において、ガラス基板１１」二にＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍＴｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）膜よりなる透明電極１２、
及び絶縁膜１３として厚さ１００ＯＡの５ｉ０２膜をス
パッタリングにより形成した。次いで、配向膜１４とし
てＰＶＡ１１７（クラレ■製）の水溶液を塗布し、１８
０°Ｃで１時間焼成した。しかる後、上下基板で互いに
反対方向となるラビング処理を施した。次に、直径１．
５ｐｍのビーズスペーサー（図示せず）を介して電極が
対向するよう２枚の基板を貼合せ、周囲をシール材（図
示せず）で封止すると共に、内部にＦＬＣ１５としてＣ
３１０１４（チッソ■製）を注入してＦＬＣセル１０を
得た。このＦＬＧセル１０の上下に偏光板１６を配置す
ると共に、セルを偏光板１６のクロスニコル状態下でス
メクチックＡ　（ＳｍＡ）相が最暗となる位置に配置し
、偏光板１６を入射光の進行方向に対して時計回りに１
５°回転したときのカイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ”
）相におけるＦＬＣの第１の配向状態での透過率ＴＡ−
と、偏光板１６を入射光の進光方向に対して反時計回り
に１５°回転した時の第２の配向状態での透過率ＴＡ−
との差の絶対値ＴＡ−づへ用を、波長４４０ｎｍの入射
光において測定したところ、１．１％であった。また波
長６００ｎｍの入射光においては０．５％であった。す
なわち、波長４４０〜６００ｎｍにおいてはＩＴＡ−Ｔ
Ａ”ｌの値が４％以内となるようなＦＬＣの配向状態で
あることが確認された。このようなＦＬＣの配向状態は
、セルの表面状態と液晶材料の相互作用によって決定さ
れる。

次に、上記セルを、偏光板１６のクロスニコル状態下で
目視によって最暗となる位置に合わせた後、明状態であ
る第１の配向状態の透過率Ｔ［と、暗状態である第２の
配向状態の透過率ＴＤを測定したところ、そのコントラ
スト（Ｔｃ／Ｔｏ）は従来に比べて大幅に改善されてい
ることが明らかになった。具体的には、第２図の（伊伊
）に示すように高いコントラストが得られ、特に入射光
の波長５００〜８５０ｎｍの範囲では、１００以上の高
いコントラストが得られた。

また、このセルの暗状態の透過率は、可視域において２
％以下であることが測定され、目視による観察において
も暗状態の色が黒であることが確認された。すなわち、
本発明を例えばデイスプレィに応用した場合には、人間
の目に見やすいとされている白と黒の良質の表示が可能
となった。

実施例２ ラビング方向が異なる以外は、前記実施例１と同様にし
てセルを構成した。このセルの波長４４０ｎｍにおける
ＩＴＡ−ＴＡ”ｌのイ直は１．５％であり、波長ＥｔＯ
ＯｎｍにおけるＩＴＡ−Ｔへ用の値は０．３％であった
。すなわち、ＩＴＡ−’ｒ、、＋＋の値が波長４４０〜
Ｅ１００ｍｍにおいては、ＩＴＡ−Ｔへ゛１の値が４％
以内となるようなＦＬＣの配向状態であることが確認さ
れた。

次に、この実施例２のセルについて、前記実施例１と同
様にしてそのコントラス）　（ＴＬ／ＴＤ）を測定した
ところ、第２図の（カカ）に示すような結果が得られた
。第２図より明らかなように、この実施例２のセルでは
、短波長側でのコントラストは実施例１より劣るものの
、波長５６０ｒ＋ｍ以上の領域ではコントラストが１０
０以上の優れた特性が実現された。

比較例１ 配向膜としてサンエバー２５７（日産化学■製）を２５
０°Ｃで１時間焼成した膜を用いる以外は前記実施例１
と同様にしてセルを構成した。このセルの波長４４０ｎ
ｍにおけるＩＴＡ−ＴＡ川の値は、７．９％であり、波
長６００ｎｍにおけるＩＴＡ−Ｔ八・１の値は２．０％
であった。すなわち、波長４４０〜６００ｎｍにおいて
は、ＩＴＡ−ＴＡ”ｌの値が４％以内となることがある
ＦＬＣの配向状態であることが確認された。

次に、この比較例１のセルについて、前記実施例１と同
様にしてそのコントラス）　（ＴＬ／ＴＤ）を測定した
ところ、第２図の（ｅ−ｅ−）に示すような結果が得ら
れた。この比較例１のセルでは、波長４００〜６５０ｎ
ｍでのコントラストは１０以下であり、ｌｉ例１．２の
セルに比べて低いコントラストとなった。

比較例２ 配向膜としてポリエチレンを用い、ＦＬＣとしてＧ５１
０１４　（チッソ■製）を用いる以外は、前記実施例１
と同様にしてセルを構成した。このセルの波長４４０ｎ
ｍにおけるＩＴＡ−ＴＡ川の値は２．４％であり、波長
６００ｎｍにおけるＩＴ八−Ｔ八・１の値は４．４％で
あった。すなわち、波長４４０〜６００ｎｍにおいて、
ＩＴＡ−ＴＡ“１の値が４％以上となることがあるＦＬ
Ｃの配向状態であることが確認された。

この比較例２のセルについて、そのコントラス）　（Ｔ
ｃ／Ｔｏ）を前記実施例１と同様にして測定したところ
、比較例１の場合と同様に波長４００〜６５０ｎｍでの
コントラストは１０以下であり、低いコントラストのセ
ルとなった。

比較例３ 配向膜として５Ｐ７１０　　（東し■製）を用い、ＦＬ
ＧとしてＣ３１０１７（チッソ鱈製）を用いる以外は、
前記実施例１と同様にしてセルを構成した。このセルの
波長４４０ｒ＋ｍにおけるＩＴＡ−づ八・１の値は１２
．２％であり、波長６００ｒ＋ｍにおける＋’ｒ、、−
’ｒ八・１の値は３．７％であった。すなわち、波長４
４０〜６００ｎｍにおいて、ＩＴＡ−づ八゛１の値が４
％以上となることがあるＦＬＧの配向状態であることが
確認された。

この比較例３のセルについて、そのコントラス）　（Ｔ
Ｌ／ＴＤ）を前記実施例１と同様にして測定したところ
、前記比較例１，２とほぼ同様に低いコントラストのセ
ルとなった。

以上、実施例１，２、比較例１〜３のセルについての測
定結果を下記表１に、波長４４０〜６００ｎｍにおける
｜ＴＡ−−ＴＡ＋｜の最大値（ＭＡＸ）と、波長４４０
ｎｍにおけるコントラストの関係を第３図に示す。

表ま ただし、表１において↑↓は上下の基板で互いに反対方
向となるラビング処理を示し、↑↑は上下の基板で互い
に同方向となるラビング処理を示す。

次に、ＩＴＡ−ＴＡ・１によって特徴づけられる配向状
態の違いについて配向色の点から説明する。

第４図は実施例１におけるＴＡ−とＴＡ゛の波長依存性
の測定結果である。第４図より、ＩＴＡ−ＴＡ’の値は
小さくＴＡ−とＴＡ・の波長特性は、はぼ等しいと言え
る。また、ＴＡ−とＴＡ゛の測定時のＦＬＣの配向色は
目視によってともにうす紫色であった。

一方、第６図は比較例１におけるＴＡ−とＴＡ゛の波長
依存性の測定結果である。第５図からＴＡ　−−ＴＡ・
１の値は一般に大きく、Ｔ「　とＴＡ・は異なる波長特
性となっていることがわかる。また、ＴＡ−とＴＡ゛の
測定時のＦＬＣの配向色は、目視によってＴＡ−に対し
ては茶色でＴＡ’　に対しては青色であった。

すなわち、実施例と比較例では、配向色の差から配向状
態の差が明らかなばかりでなく、Ｔ「とＴＡ”が一致的
であるか不一致的であるかという透過率特性の質的な差
が認められた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、波長４４０〜ｅ
００ｎｍにおけるＩＴＡ−ＴＭ０１の値が４％以内であ
るＦＬＣの配向状態を用いることにより、コントラスト
が高く、且つ表示品位の良好な強誘電性液晶セルを提供
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を示す構成図、第２図は実施
例及び比較例におけるコントラストの波長特性図、第３
図はＷＡＸ　ＩＴ八−ＴＡ”ｌ　とコントラストとの関
係を示す図、第４図は実施例１における透過率の波長特
性図、第５図は比較例１における透過率の波長特性図、
第６図及び第７図は強誘電性液晶セルの模式図である。 １０・・・ＦＬＣセル、　　１１・・・ガラス基板、１
２・・・透明電極、　　１３・・・絶縁膜、１４・・・
配向膜、　　　１５・・・強誘電性液晶（ＦＬＧ）１６
・・・偏光板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極及び配向膜を形成した基板を対向配置し、内
   部に強誘電性液晶を挟持した強誘電性液晶セルにおいて
   、前記強誘電性液晶セルを、偏光板のクロスニコル状態
   下でスメクチックＡ（ＳｍＡ）相が最暗となる位置に配
   置したとき、前記偏光板を入射光の進行方向に対して時
   計回りに１５°回転したときのカイラルスメクチックＣ
   （ＳｍＣ＾＊）相における強誘電性液晶の第１の配向状
   態での透過率Ｔ＿Ａ＾＋と、前記偏光板を入射光の進行
   方向に対して反時計回りに１５°回転した時の第２の配
   向状態での透過率Ｔ＿Ａ＾−との差の絶対値｜Ｔ＿Ａ＾
   −−Ｔ＿Ａ＾＋｜が、波長４４０〜６００ｎｍおいて４
   ％以内であることを特徴とする強誘電性液晶セル。