JPH04127124A - 階調表示可能な強誘電性液晶セル - 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、強誘電性液晶を用いた、表示あるいは光バル
ブ動作を行なう液晶セルに関する。

〔従来の技術〕

液晶表示装置の分野では、高速応答性を有する強誘電性
液晶を用いることが提案されている。この強誘電性液晶
としては、カイラルスメクチックＣ層を示すものを用い
ることが検討されている。

しかしながら、強誘電性液晶を用いた液晶表示装置は強
誘電性液晶の分子の特性上、完全な光透過状態（オン状
態）と完全な光不透過状態（オフ状態）の二つの状態し
か取り得す、中間調の表示が行えないという問題がある
。

この問題を解決するために従来提案されている方法とし
ては、 （ａ）　　表示あるいは光バルブ動作に係る部分に配置
された電極を複数の領域に分割しておき、それぞれ独立
に駆動することによってオン状態とオフ状態の面積比を
制御して中間調を表現する（面積階調）。

（ｂ）　　表示あるいは光バルブ動作に係る部分がオン
状態になっている時間とオフ状態になっている時間との
比を可変とすることによって中間調を表現する（時間階
調）。

の二つの方式がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

面積階調では階調数を増やそうとすればきわめて多数の
電極を要するようになる。時間階調で階調数を増やそう
とすれば装置を駆動するための回路が複雑になる。すな
わち、いずれの方法によってもＰｉ調数の多い液晶セル
を実現することは困難であった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、強誘電性液晶を用いた、中間調の表示を行う
ことができる液晶セルを提供することを目的として鋭意
研究の結果、本発明に到ったものである。

即ち、本発明は、強誘電性液晶層と、該液晶層を狭持し
、液晶層と接触する側に電圧印加が可能となるよう設け
られた電極および、電極面に配向層を設けた基板からな
る液晶装置において、液晶に接する表面に強誘電性液晶
の層法線方向には５乃至５００μ闇、層方向には５乃至
１．０００μｍの間で突起部の間隔の異なる複数の領域
を設けたことを特徴とする階調表示可能な強誘電性液晶
セルである。

本発明の液晶セルの構造の一例を第１図に示す。

第１図において、１は透明基板、２は電極、３は配向層
、４は液晶を装置中に保持するための封止材、５は透明
基板同士を一定の間隔に保つためのギャップ保持材、６
は段差部、７は強誘電性液晶である。

透明基板１としては、ガラス、プラスチックなどが挙げ
られるが、特にこれに限定されるものではない。

電極２は、透明基板上にＩＴＯなどの透明な導電体の膜
を形成したものなどを用い得るが、特にこれに限定され
るものではない。

強誘電性液晶７とは、自発分極を持ちその向きが外部電
界によって反転可能な液晶化合物または液晶組成物であ
り、液晶化合物としては４−デシロキシベンジリデン−
４−アミノ−２−メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡ
ＭＢＣ）、４−へキシルオキシベンジリデン−４−アミ
ノ−２−クロロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ
）等が挙げられる。液晶化合物を単独で用いた場合、強
誘電性を示す温度範囲が狭い、粘度が高い、ピンチ長が
短いなどの問題点がある。そのため、強誘電性液晶を２
種以上混合したり、スメクチック液晶やカイラルネマチ
ック液晶を混合した液晶組成物を用いることが好ましい
。

配向層３の材料としては、従来強誘電性液晶の配向に用
いられているものを使用できる。例えば、ＳｉＯ等の無
機物質、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコー
ル、有機シラン化合物等の有機物質が挙げられるが、こ
れに限定されるものではない。

本発明の突起部６を透明基板に対して垂直な方向から見
た形状の例を第２〜５図に示す。本発明の突起部とは、
単一の突起もしくは複数の突起の近接した集合をさす。

第２．３及び４図は、単一の突起からなる突起部を示し
ている。第５図は、４個の突起の集合からなる突起部を
示している。

突起部の配置の例を第６．７及び８図に示す。第６．７
及び８図の中の正方形は−っの突起部を示す。第８図に
おいて、例えばａとｂを結ぶ直線が強誘電性液晶の層方
向であるとし、ｂとＣを結ぶ直線が層法線方向であると
すると、この場合には層方向の突起部の間隔とはａとｂ
との距離を意味し、層法線方向の間隔とはｂとＣとの距
離を意味する。

突起部の大きさ、形状は特に限定されないが、０．０１
〜４００平方μｍ、かつその突起部を透明基板に対し垂
直な方向からみたとき強誘電性液晶の層方向と層法線方
向との長さの比が１＝１０〜１０：１であることが効果
の点から好ましい。この場合、突起部の大きさ、形状と
は、突起の全てを内側に含むような最小の凸な閉曲線の
大きさ、形状を意味するものとする。

本発明の液晶セルが表示に応用されるときには、突起部
と突起部でない部分との液晶層の厚みの違いにより表示
濃度及び表示の色調に差を生じるので、突起部を覆うよ
うな光学的マスク手段によって突起部を通過する光が外
部で観察されないようにすることが好ましい。そのため
、本発明の液晶セルが特に表示に応用されるときには、
液晶セルを十分に光が通過できるように突起部の全面積
と表示に関わる液晶セルの面積との関係を適切に設計す
ることが好ましい。本発明の効果において突起部が装置
の全面積に対して占める割合は本質的に影響を及ぼさな
いが、上記観点から本発明の液晶セルを特に表示に応用
する場合には突起部の面積は装置の全面積に対し５０％
以下であることが好ましく、より好ましくは２０％以下
、最も好ましくは１０％以下である。

突起部の配置方法としては、透明基板表面、電極表面ま
たは配向層表面に、強誘電性液晶の層法線方向には５乃
至５００μイ、層方向には５乃至１．０００μｍの間で
突起部の間隔の異なる複数の領域を設ければ本発明の著
しい効果を有する。この間隔が層法線方向及び層方向と
もに１０乃至２００μｍが本発明の効果の点から好まし
い。層法線方向に５００μｍ１層方向に１　、０００μ
ｍより大きい間隔になると本発明の効果はきわめて小さ
くなってしまう。また、層法線方向及び層方向に５μｍ
より小さい間隔は作成が困難になるばかりでなく、本発
明の液晶セルが特に表示に応用されるときには上述のよ
うな問題が生じがちであり、突起部の全面積と表示に関
わる液晶セルの面積との関係から見て好ましくない。

突起の配向層表面からの高さは、セルギャップの０．５
〜１００％の範囲にあれば本発明の著しい効果を有する
。ただしセルギャップとは液晶セル中の液晶層の厚みで
ある。突起の高さがセルギャップと等しいときは突起は
セルギャップを液晶セル全体にわたって一定に保つ効果
も有する。

液晶に接する表面に突起部を形成するには、基板、電極
、または配向層を突起状に成形する方法や、電極または
配向層上に他の材料で形成する方法が挙げられる。

電極または配向層に本発明の突起部を設ける手段として
は、紫外線、電子線、Ｘ線等のエネルギ線により化学反
応を生じる物質を用いたフォトリソグラフィ手段や、金
属スタンパを用いる機械的圧迫手段等が挙げられる。形
成の簡便さと加工精度の点からフォトリソグラフィ手段
が好ましい。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明
は実施例に限定されるものではない。

実施例１ 透明な電極として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を０．０
７　ｐｍ蒸着した４０ｍｍＸ３７．５ｍｍ、厚さ１ｍの
ガラス板のＩＴＯ上に感光性ポリイミド〔旭化成工業■
製、商品名：　　ＰＩＭＥＬ”　Ｇ−５０３５Ｃ）を回
転塗布した後、７０°Ｃで３０分間乾燥した。これに第
９．１０．１１図（それぞれ突起バタンのピッチが２０
０．１００．５０μｌ１１）に示す３種類の突起部配置
の１０ｍｎＸ　１０■の領域を有するホトマスクを介し
て超高圧水銀灯で１０秒間露光し、現像し、１８０°Ｃ
にて２時間空気中で加熱を行ない、高さ２．０μ閣、面
方向の寸法が１０μ■×１０μｍの突起が異なるピッチ
で形成された３種類の領域を有するガラス板を作成した
。このガラス板と、同じ寸法の別のガラス板の両方に、
ＩＴＯの蒸着されている側にシランカップリング材を回
転塗布した後、１５０°Ｃで空気中５分間焼付けを行な
った。突起を有するガラス板と突起のないガラス板をそ
れぞれポリエステル布で擦って（ラビング処理と称する
）強誘電性液晶の配向処理とし、突起を有するガラス板
と突起のないガラス板とを、互いにラビングの向きが反
対になるように向かい合わせて重ね、部を液晶注入用に
残して周囲をエポキシ系接着剤で封止した。注入口から
１００°Ｃの温度において強誘電性液晶混合物〔チッソ
■製、商品名：Ｃ５−１０２４）を注入し、毎分１℃で
室温まで冷却して強誘電性液晶セルを作成した。このセ
ルを直行ニコルに配置された２個の偏光子の間に配置し
、第１２図に示す波形のパルス電圧の書き込み電圧を１
０ボルトから４０ボルトまで変化させながら印加してヘ
リウム−ネオンレーザ−光（６３２，８ｎｍ）の透過光
強度を観測し、セルの各突起バタンピッチ部分の動作し
きい値電圧を調べたところ、バタンピッチ２００μゴの
部分は１０．１ボルト／μｍ、バタンピッチ１００μＭ
の部分は１０．４ボルト／μｍ、バタンピッチ５０μ閘
の部分は１１．１ボルト／μ簡のしきい値電圧であった
。

比較例Ｉ ＩＴＯを０．０７μｍ蒸着した４　０　ａｍ　Ｘ　３７
．５＋ｍｎ、厚さＩＩＩＩｌｌのガラス板に、ＩＴＯの
蒸着されている側にシランカップリング材を回転塗布し
た後、１５０′Ｃで空気中５分間焼付けを行なった。シ
ランカップリング材処理したガラス板２枚をそれぞれポ
リエステル布でラビング処理して強誘電性液晶の配向処
理とし、互いにラビングの向きが反対になるように向か
い合わせて重ね、一部を液晶注入用に残して周囲をエポ
キシ系接着剤で封止した。注入口から１００°Ｃの温度
において強誘電性液晶混合物〔チップ■製、商品名：　
Ｃ５−１０２４）を注入し、毎分１°Ｃで室温まで冷却
して強誘電性液晶セルを作成した。このセルを直行ニコ
ルに配置された２個の偏光子の間に配置し、第１２図に
示す波形のパルス電圧の書き込み電圧を１０ボルトから
４０ボルトまで変化させながら印加してヘリウム−ネオ
ンレーザ−光（６３２，８ｎｍ）の透過光強度を観測し
、セルの動作しきい値電圧を調べたところ、９．９ボル
ト／μｍのしきい値電圧であった。実施例１の試料の３
種類のバタンピッチ部分との比較を第１３図に示す。

〔作　用〕

突起部を有する配向膜を用い、その突起部のピッチを変
化させることにより強誘電性液晶の動作しきい値を変化
させ、パルス電圧、パルス幅等の偏調によって強誘電性
液晶の階調表示ができるようになった。

〔発明の効果］ 本発明は、主として強誘電性液晶分子が電圧の印加によ
ってオン状態からオフ状態に、あるいはオフ状態からオ
ン状態に変化する際のしきい値電圧が突起部を設ける間
隔を変えることによって変化するということにある。

突起部の間隔を液晶セルの表示あるいは光バルブ動作に
係る部分において変化させると、動作に係る部分中に突
起部の間隔に応じたしきい値電圧の異なる複数の領域を
生じさせることができる。

ここに印加する電圧を変化させると、しきい値の異なる
複数の領域の中でオン・オフ変化を起こす部分と起こさ
ない部分の面積の比が印加する電圧値または電圧パルス
幅によって変化することになり、中間調の表示あるいは
光バルブ動作が実現される。

突起部を設ける間隔の大小に対してしきい値電圧がどの
ように変化するかは突起部、液晶配向層、液晶物質の材
料の性質によって決まるが、いかなる機構によってしき
い値電圧が決定されるかは不明である。液晶分子が突起
表面に対して吸着される作用、カイラルスメクチックＣ
相の液晶の層構造に対し突起部が歪を与える作用などが
効果の中心であると考えられる。

本発明によれば、強誘電性液晶を用いた高速かつ中間調
表示が可能な液晶セルが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶セルの一実施態様の断面図での構
造を示しである。１は透明基板、２は透明導電膜、３は
配向層、４は封止材、５はセルギャップ保持材、６は突
起部、７は液晶層を示す。 第２．３．４及び５図は、突起部の形状の例を示す平面
図である。第５図は突起部が突起の集合で形成されてい
る例の平面図である。 第６．７及び８図は、突起部の配置の例を示す平面図で
ある。図中の四角形は突起部を示し、そこに第２．３．
４及び５図のような突起部が形成されていることを示す
。 第９．１０及び１１図は、ホトマスクのバタンである。 ８は光が透過する部分を示す。 第１２図は、強誘電性液晶セルに印加する電圧の波形を
示す。 第１３図は、実施例１と比較例１の結果を表わすグラフ
である。 特許出願人　　旭化成工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強誘電性液晶層と、該液晶層を狭持し液晶層と接触する
   側に電圧印加が可能となるよう設けられた電極および、
   電極面に配向層を設けた基板からなる液晶装置において
   、液晶に接する表面に強誘電性液晶の層法線方向には５
   乃至５００μｍ、層方向には５乃至１，０００μｍの間
   で突起部の間隔の異なる複数の領域を設けたことを特徴
   とする階調表示可能な強誘電性液晶セル。