JPH0415452B2 - - Google Patents

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−光シヤツタア
レイ等に適用する液晶素子に関し、詳しくは少な
くとも２つの安定状態をもつ強誘電性液晶素子の
チルト角を増大させることによつて、表示コント
ラストを向上させることに関する。 〔従来の技術〕 従来の液晶素子としては、例えばエム・シヤツ
ト（M.Schadt）とダブリユー・ヘルフリツヒ
（W.Helfrich）著“アプライド・フイジツクス・
レターズ”（“Ａ pplied Physics Letter ｓ”）
第18巻、第４号（1971年２月15日発行）、第127頁
〜128頁の“ボルテージ・デイペンダント・オプ
テイカル・アクテイビテイー・オブ・ア・ツイス
テツド・ネマチツク・リキツド・クリスタル”
（“Voltage Dependent Optical Activity of ａ
TwistedNematic Liquid Crystal”）に示され
たツイステツド・ネマチツク（twisted
nematic）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時、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ツ
チング素子を接続し、各画素毎をスイツチングす
る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
上、大面積の表示素子を作成することが難かしい
問題点がある。 このような従来型の液晶素子の欠点を改善する
ものとして、双安定性を有する液晶素子の使用が
クラーク（Clark）およびラガウエル
（Lagerwall）により提案されている（特開昭56
−107216号公報、米国特許第4367924号明細書
等）。双安定性を有する液晶としては、一般に、
カイラルスメクテイツクＣ相（SmC＊）または
Ｈ相（SmH＊）を有する強誘電性液晶が用いら
れる。この液晶は電界に対して第１の光学的安定
状態と第２の光学安定状態からなる双安定状態を
有し、従つて前述のTN型の液晶で用いられた光
学変調素子とは異なり、例えば一方の電界ベクト
ルに対して第１の光学的安定状態に液晶が配向
し、他方の電界ベクトンに対しては第２の光学的
安定状態に液晶が配向される。又この型の液晶
は、加えられる電界に応答して、極めて速やかに
上記２つの安定状態のいずれかを取り、且つ電界
の印加のないときはその状態を維持する性質を有
する。この様な性質を利用することにより、上述
した従来のTN型素子の問題点の多くに対して、
かなり本質的な改善が得られる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、従来の双安定性を有する強誘電
性液晶素子においては、液晶の均一な配向状態が
必ずしも満足に形成されなかつた為に、充分な特
性が得られなかつたのが実情である。この為、こ
れまでにラビング処理や斜方蒸着処理した面の存
在下で双安定性を示す強誘電性液晶を均一な配向
状態に配向させようとする方法が提案されてい
る。本発明者らは、既に上述のラビング処理や斜
方蒸着処理を施した基板を用いる事によつて、均
一な配向状態をもつ双安定性強誘電性液晶が得ら
れることは判明していた。 しかしながら、本発明者らの実験によれば前述
した双安定状態が必ずしもクラークとラガーウオ
ルによつて発表された前掲の文献等で示された理
想的な双安定状態を持たないことが判明した。 すなわち、クラークとラガーウオルのよれば双
安定性を実現する非らせん構造のカイラルスメク
チツク相でのチルト角（後述の第２図に示す角度
θ）がらせん構造をもつカイラルスメクチツク相
でのチルト角（後述の第１図に示す三角錐の頂角
）と同一の角度をもつはずであるが、実際には
非らせん構造でのチルト角θの方がらせん構造で
のチルト角より小さくなつている。しかも、こ
の非らせん構造でのチルト角θがらせん構造での
チルト角より小さくなる原因が非らせん構造で
の液晶分子のねじれ配列に帰因していることが判
明した。つまり、非らせん構造をもつカイラルス
メクチツク相では、液晶分子が第３図に示す様に
基板の法線に対して上基板に隣接する液晶分子の
軸３２より下基板に隣接する液晶分子の軸３３
（ねじれ配列の方向３４）へ連続的にねじれ角δ
でねじれて配列しており、このことが非らせん構
造でのチルト角θがらせん構造でのチルト角Ｈよ
り小さくなる原因となつている。 尚、図中３１は上下基板に形成したラビング処
理や斜方蒸着処理によつて得られた一軸性配向軸
を表わしている。 ところで、液晶の複屈折を利用した液晶素子の
場合、直交ニコル下での透過率は、 Ｉ／Io＝sin²4θsin²△nd／λπ ［式中：Ioは入射光強度、Ｉは透過光強度、θは
チルト角、△ｎは屈折率異方性、ｄは液晶層の膜
厚、λ：入射光の波長である］ で表わされる。前述の非らせん構造におけるチル
トθは第１と第２の配向状態でのねじれ配列した
液晶分子の平均分子軸方向の角度として現われる
ことになる。上式によれば、かかるチルトθが
22.5°の角度の時最大の透過率となるが、双安定
性を実現する非らせん構造でのチルト角θは大き
くて10°程度の角度であり、従つて表示装置とし
ての適用を考慮した時にはその透過率は３〜５％
程度で十分なものとはならない問題がある。 従つて、本発明の目的は、前述の問題点を解決
すること、すなわち少なくとも２つの安定状態を
実現する非らせん構造のカイラルスメクチツク相
でのチルト角を増大し、これによつて画素シヤツ
タ開口時の透過率を向上させた液晶素子を提供す
ることにある。 〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕 本発明のかかる目的は、一軸性配向軸をもつ基
板を２枚有しており、該２枚の基板間に少なくと
も２つの安定状態をもつ強誘電性液晶を配置した
セル構造を有する液晶素子において、前記２枚の
基板が前記強誘電性液晶と接する面で互いに異な
る配向規制力をもつ一軸性配向軸を有していると
ともに、それぞれの一軸性配向軸が互いに交差し
ている液晶素子によつて達成される。本発明の好
ましい具体例では、前記強誘電性液晶の分子が２
枚の基板に付与した一軸性配向軸の方向を互いに
同一とし、且つ無電界時に、基板の法線に沿つて
ねじれて配列する傾向を有している時、そのねじ
れ配列の方向と反対方向の角度で互いに配向規制
力が相違した一軸性配向軸を交差させることによ
つて、下述するチルト角を増大させることができ
る。 前述のねじれ配列によるねじれ角及びねじれ方
向は、液晶と基板の表面状態によつて決まるが、
その時上述のねじれ配列のねじれ方向とは反対方
向をなす角度で交差させた一軸性配向軸を用いる
事により、かかるねじれ配列を解消する事ができ
る。かかるねじれ配列を解消した液晶素子では直
交ニコル下で最大の透過率／遮光率コントラスト
が得られ、しかもねじれ配列の双安定状態をもつ
ている液晶素子では非直交ニコル下で最大のコン
トラストが得られるが、この時観察方向によつて
そのコントラストが相違してしまう視野角依存性
を有しているが、かかるねじれ配列の解消ととも
に、上述の視野角依存性をも解消する事ができ
る。 〔実施例〕 第１図は、らせん構造を用いた強誘電性液晶セ
ルの列を模式的に描いたものである。１１ａと１
１ｂは、In₂O₃，SnO₂やITO（Indium Tin
Oxide）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１２がガラス
面に垂直になる様に配向したSmC＊（カイラル
スメクチツクＣ相）の液晶は封入されている。太
線で示した線１３が液晶分子を表わしており、こ
の液晶分子１３は、その分子に直交した方向に双
極子モーメント（Ｐ⊥）１４を有している。この
時の三角錐の直角をなす角度がかかるらせん構造
のカイラルスメクチツク相でのチルト角を表わ
している。基板１１ａと１１ｂ上の電極間に一定
の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子１３の
らせん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）
１４はすべて電界方向に向くよう、液晶分子１３
の配向方向を変える事ができる。液晶分子１３は
細長い形状を有しており、その長軸方向と短軸方
向で屈曲率異方性を示し、従つて例えばガラス面
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、電圧印加極性によつて光学特
性が変わる液晶光学変調素子となる事は容易に理
解される。更に液晶セルの厚さを充分に薄くした
場合、（例えば1μ）には、第２図に示す様に電界
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、非らせん構造となり、その双極子モー
メントPa又はPbは上向き２４ａ又は下向き２４
ｂのどちらかの状態をとり、双安定状態が形成さ
れる。この様なセルに第２図に示す如く一定の閾
値以上の極性の異る電界Ea又はEbを付与すると、
双極子モーメント電界Ea又はEbは電界ベクトル
に対応して上向き２４ａ又は、下向き２４ｂと向
きを変え、それに応じて液晶分子は第１の安定状
態２３ａか或いは第２の安定状態２３ｂの何れか
一方に配向する。この時の第１と第２の安定状態
のなす角度の1/2がチルト角θに相当している。 この様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２つある。第１に応答速度が極
めて速いこと、第２に液晶分子の配向が双安定性
を有することである。第２の点を例えば第２図に
よつて説明すると、電界Eaを印加すると液晶分
子は第１の安定状態２３ａに配向するが、この状
態は電界を切つても安定である。又、逆向きの電
界Ebを印加すると、液晶分子は第２の安定状態
２３ｂに配向して、その分子の向きを変えるが、
やはり電界を切つてもこの状態に留つている。
又、与える電界Eaが一定の閾値を越えない限り
夫々の配向状態にやはり維持されている。この様
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0.5μ〜20μ、特に1μ〜5μ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。 また、本発明では前述した双安定性強誘電性液
晶の他に、それ以上の安定状態をもつ強誘電性液
晶素子にも提供することができる。 本発明の液晶素子で用いることができる強誘電
性液晶としては、例えば例えばｐ−デシロキシベ
ンジリデン−p′−アミノ−２−メチルブチルシン
ナメート（DOBAMBC）、ｐ−ヘキシロキシベ
ンジリデン−p′−アミノ−２−クロルプロピルシ
ンナメート（HOBACPC）、ｐ−デシロキシベン
ジリデン−p′−アミノ−２−メチルブチル−α−
シアノシンナメート（DOBAMBCC）、ｐ−テト
ラデシロキシベンジリデン−p′−アミノ−２−メ
チルブチル−α−シアノシンナメート
（TDOBAMBCC）、ｐ−オクチルオキシベンジ
リデン−p′−アミノ−２−メチルブチル−α−ク
ロロシンナメート（OOBAMBCC）、ｐ−オクチ
ルオキシベンジリデン−p′−アミノ−２−メチル
ブチル−α−メチルシンナメート、４，4′−アゾ
キシシンナミツクアシツド−ビス（２−メチルブ
チル）エステル、４−ｏ−（２−メチル）ブチル
レゾルシリデン−4′−オクチルアニリン、４−
（2′−メチルブチル）フエニル−4′−オクチルオ
キシビフエル−４−カルボキシレート、４−ヘキ
シルオキシフエニル−４−（2″−メチルブチル）
ビフエニル−4′−カルボキシレート、４−オクチ
ルオキシフエニル−４−（2″−メチルブチル）ビ
フエニル−4′−カルボキシレート、４−ヘプチル
フエニル−４−（4″−メチルヘキシル）ビフエニ
ル−4′−カルボキシレート、４−（2″−メチルブ
チル）フエニル−４−（4″−メチルヘキシル）ビ
フエニル−4′−カルボキシレートなどを挙げるこ
とができ、これらは単独または２種以上組合せて
用いることができ、また強誘電性を示す範囲で他
のコレステリツク液晶やスメクチツク液晶を含有
させることができる。 又、本発明では強誘電性液晶としてカイラルス
メツクチツク相を用いる事ができ、具体的には、
カイラルスメツクチツクＣ相（SmC＊），Ｈ相
（SmH＊），Ｉ相（SmI＊），Ｋ相（SmK＊）や
Ｇ相（SmG＊）を用いることができる。 第４図は、本発明の液晶素子の態様を模式的に
表わした平面図である。本発明の液晶素子は、上
基板と下基板に形成する一軸性配向処理面では、
無電界時にそれぞれの一軸性配向軸４１と４２が
第３図に示すねじれ配列の方向３４とは反対方向
４５の角度で交差している。第５図は、本発明の
液晶素子の１つの態様を表わす断面図である。少
なくとも２つの安定状態をもつ強誘電性液晶５７
が一対の上下基板５３と５４の間に配置されてい
る。この強誘電性液晶５７は上下基板５３と５４
に形成した配向制御膜５１と５２とのよつて配向
規制される。また、図中５５と５６はそれぞれ透
明電極であつてマトリリス構造で配置されてい
る。 前述の一軸性配向軸４１と４２の強誘電性液晶
分子に対する配向規制力は、互いに相違してい
る。２つの一軸性配向軸４１と４２の配向規制力
を相違させるには、夫々の基板に施す配向処理法
を相違させる方法、具体的には一軸性配向軸４１
をポリイミド膜やポリビニルアルコール膜にラビ
ング処理を施す事によつて付与し、他方の一軸性
配向軸４２をSiOやSiO₂の斜方蒸着によつては付
与する方法を用いることができる。その他、本発
明では、配向処理法として斜方エツチングによつ
ても一軸性配向軸を付与することができる。 また、２つの一軸性配向軸４１と４２の配向規
制力を相違させる方法として、第５図に示す配向
制御膜５１と５２を形成している被膜自体をそれ
ぞれ相違させる方法を用いることができる。具体
的には、配向制御膜５１をポリイミド膜で形成
し、その表面をラビング処理によつて一軸性配向
軸４１を付与し、他方の配向制御膜５２をポリビ
ニルアルコール膜で形成し、その表面をラビング
処理によつて一軸性配向軸４２を付与する方法を
用いることができる。この様な互いに相違した被
膜で形成した配向制御膜５１と５２は、前述の組
合せの他に、他の組合せによつても得ることがで
きる。前述した被膜の他に、本発明では、配向制
御膜５１と５２の被膜としてポリアミドイミド、
ポリエステルイミド、ポリパラキシリレン、ポリ
エステル、ポリカボネート、ポリビニルアセター
ル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミ
ド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹
脂、ユリヤ樹脂、アクリル樹脂やフオトレジスト
樹脂などの有機樹脂類またはSiO，SiO₂やTiO₂
等の無機物質で形成した被膜を用いることがで
き、この際の配向制御膜５１と５２を形成する被
膜を互いに相違させる事ができる。 本発明のおけるもう１つの好ましい方法は、配
向制御膜５１と５２を形成している被膜を同一種
類のものとし、さらに、その表明を同一の配向処
理法によつて一軸性配向軸を付与した後、一方の
一軸性配向軸が付与されている配向制御膜に例え
ばシランカツプリング剤、チタンカツプリング
剤、アルミニウムカツプリング剤、インジウムカ
ツプリング剤やジルコニウムカツプリング剤など
の各種カツプリング剤で被膜形成した配向抑制膜
を設けることによつて、一軸性配向軸４１と４２
の配向規制力を互いに相違させることができる。 シランカツプリング剤としては、オルガノシラ
ン化合物を用いることができる。オルガノシラン
化合物としては、一般式RnSiX₄−ｎで表わされ
るものが好ましい。一般式中のｎは１，２，３で
あり、Ｘは例えば塩素原子、臭素原子などのハロ
ゲン原子、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブ
トキシなどのアルコキシ基またはアセトキシなど
のアシロキシ基、その他の加水分解性官能基であ
る。式中、Ｒはメチル、エチル、プロピル、ブチ
ルなどの飽和の、またはビニル、アルケニルなど
の不飽和の脂肪族炭化水素基、またはフエニル、
ナフチルなどの芳香族炭化水素基で、これらの炭
化水素基にはビニル、アルケニルなどの不飽和
基、ヒドロキシ基、カルボニル基、ハロゲン原
子、アミノ基、その他の官能性有機基で置換され
てもよい。 具体的な化合物例を下記に列挙する。 化合物例 (3) H₂Ｎ（CH₂）₂NH（OH₂）₃Si（OCH₃）₃ (4) CH₃−NH（CH₂）₃Si（OCH₃）₃ (5) CH₂＝CHSiCl₃ (6) CH₂＝CHSi（OC₂H₅）₃ (7) CH₂＝CHSi（OC₂H₄OCH₃）₃ (9) Cl（CH₂）₃Si（OCH₃）₃ (10) HS（CH₂）₃Si（OCH₃）₃ (11) H₂Ｎ（CH₂）₃Si（OC₂H₅）₃ 配向抑制膜は、オルガノシラン化合物を含有す
る塗布液を一軸性配向軸が付与された配向制限膜
の上に塗布することによつて得ることができる。
この際、オルガノシラン化合物は、メタノール、
エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノー
ル等のアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチ
ルケトン等のケトン系溶剤を主体とした塗布液中
に１〜5wt％の割合で含有されていることが好ま
しい。 前述したチタンカツプリング剤としては下述の
有機チタン化合物を用いる事ができる。有機チタ
ン化合物としては、一般式Ti（OR）₄（但し、OR
はヒドロキシ基、カルドキシ基、アルコキシ基を
表わす）が好ましく、具体的には、テトラ−イソ
プロポキシチタン、テトラ−ノルマルブトキシチ
タン、テトラビス（２＝エチルヘキソキシ）チタ
ン、テトラステアロキシチタン、ジイソポキシ−
ビス（アセチルアセトナート）チタン、ジ−ノル
マスブトキシ−ビス（トシリエタノールアミナー
ト）チタン等が挙げられる。 又、前述したジルコニウムカツプリング剤、ア
ルミニウムカツプリング剤及びインジウムカツプ
リング剤としては、それぞれ下述の有機ジルコニ
ウム化合物、有機アルミニウム化合物と有機イン
ジウム化合物を用いることができる。具体的に
は、有機ジルコニウム化合物としては、Zr（ｉ−
OC₃H₇）₄、Zr（OC₄H₉）₄、Zr（OC₅H₁₁）₄、Zr（OC₈
H₁₇）₄、Zr（OC₉H₁₉）₄等の様な一般式Zr（OR）₄
（但し、ORはアルコキシ基）で表わされるアル
コキシタイプのものや、Zr（CH₃COCHCOCH₃）₄
の様なキレートタイプのものが挙げられ、又、有
機アルミニウム化合物としては、アルミニウムキ
レート化合物が好ましく、具体的に下記一般式に
よつて示される。 一般式 式中R₁，R₂及びR₃はメチル、エチル、ｎ−プ
ロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、sec−ブチ
ル、ｎ−アミル、ｎ−ヘキシル、ｔ−オクチル、
ｎ−ノニルなどのアルキル基を表わしている。代
表的な化合物としては、アセトアルコキシアルミ
ニウムジイソプロピレートを挙げることができ
る。又、有機インジウム化合物としては、一般式
In（OR）₃（但し、ORはヒドロキシ基、カルボキ
シ基、アルコキシ基を表わす）のものが好まし
く、具体的には、In（OC₂H₅）₃、In（OC₃H₇）₃、
（OC₅H₁₁）₃、In（OC₈H₁₇）やIn（OC₉H₁₉）が挙げ
られる。この様な配向規制力が互いに相違してい
る一軸性配向軸４１と４２が付与されている一軸
性配向処理面の存在下にカイラルスメクチツク相
を該相より高温側の相よりの降温で配向させた時
に、上下基板に隣接する液晶分子の軸４３は互い
に平行となる。このカイラルスメクチツク相では
降温下で一軸性配向軸４１と４２の中間の角度を
もつて配向したスメクチツクＡ相（SmA）での
液晶分子の軸４４からチルト角θ（又は−θ）を
もつて液晶分子が配向し、第１と第２の安定状態
（チルト角θのとき第１の安定状態、チルト角−
θの時第２の安定状態）を形成することができ
る。 この液晶素子では、直交ニコルの一方の偏光軸
４６を第１の安定状態における分子軸方向に対応
する液晶分子の軸４３と平行して、他方の偏光軸
４７を偏光軸４６と直交させた時に最大コントラ
ストを得ることができる。 本発明の好ましい具体例では、交流印加前処理
により前述したチルトθをらせん構造でのチルト
と等しいか、あるいは同程度の角度まで増大さ
せることができる。この時のチルト角をθ′とす
る。この際に用いる交流としては、電圧20〜500
ボルト、好ましくは30〜150ボルトで周波数10〜
500Hz、好ましくは10〜200Hzを用いることがで
き、その印加時間を秒数〜10分間程度で交流印加
前処理を施すことができる。又、かかる交流印加
前処理は、液晶素子を例えば映像信号や情報信号
に応じて書込みを行う前の段階で行われ、好まし
くはかかる液晶素子を装置に組込み、かかる装置
を操作する時のウエイトタイムで前述の交流印加
前処理を行うか、あるいはかかる液晶素子の製造
時でも交流印加前処理を施すことができる。 かかる交流印加前処理は、本発明者らが行つた
実験、即ち第４図に示す双安定状態をもつ強誘電
性液晶素子に交流電場を印加すると、印加前のチ
ルト角θがらせん構造でのチルトと同程度にま
で増大させたチルト角θ′とする事ができ、しかも
かかる交流印加を除去した後であつてもその増大
されたチルト角θ′を維持できる事を見い出した点
に基づいたものである。又、かかる交流印加前処
理は、自発分極の大きい強誘電性液晶（例えば25
℃で5nc／cm²以上、好ましくは10nc／cm²〜
300nc／cm²；ncはナノクーロンを示す単位であ
る）に対して有効である。この自発分極は100μ
セルで三角波印加法〓により測定することができ
る。〓ジヤパニーズ・ジヤーナル・オブ・アプラ
イド・フイジイツクス（Japanese Journal of
Applied Physics）22（10）号、661〜663頁
（1983年）に掲載されたケー・ミヤサト（K.
Miyasato）らの共著の“ダイレクト・メソツ
ド・ウイズ・ドライアングラー・ウエーブズ・フ
オー・メジヤーリング・スポンタナス・ポータリ
ゼーシヨン・イン・フエロエレクトリツク・リキ
ツド・クリスタル”（“Direct Method with
Triangular Waves for Measuring
Spontaneous Polarization in Ferroelectric
Liquid Crystal”）による。 以下、本発明の詳細な具体例を示す。 実施例 １ まず、液晶素子における基板の法線方向に対す
る液晶分子のねじれ配列方向を知るために、約
3μmの液晶膜厚をもつ液晶素子を作成した。この
液晶素子では下記の強誘電性液晶も用いた。

【表】

【表】 3μmセルの基板の構成は２枚の0.7mm厚ガラス
板に夫々1000ÅのITO（Induim Tin Oxeide）と
1000ÅのPVA（ポリビニルアルール）被膜を設け
たもので、そのPVA被膜にはラビング処理によ
り一軸性配向処理がなされ、夫々のラビング方向
を互いに平行になるように二枚の基板をセル組み
した。 セル厚（上下基板の間隔）は3μmのビーズ状ス
ペーサーで保持した。 この液晶セルに前述の混合液晶を等方相下で真
空注入してから、等方相から0.5℃／ｈで30℃ま
で徐冷することにより配向させることができた。
以後の実験は30℃出行つた。 クロスニコル下でこのセルを観察すると、一様
で欠陥のないモノドメインが得られていた。 液晶は、SmC〓の状態でコントラストは非常
に低いが青と黄のドメインの双安定状態が存在し
ていることが判明した。 この液晶素子にパルス電界より、一方の安定状
態に液晶分子方向をそろえ、クロスニコル下でセ
ル回転させることにより、最も透過光量の少ない
位置を捜した。しかし、その最暗状態は黒色には
ならず青色であつた。液晶分子が基板に平行でか
つ、液晶分子が一方向にそろえば黒色が得られる
はずである。 本発明者らは、この着色が基板の垂直方向（法
線）に対する液晶分子のねじれ配列が原因と考
え、さらに実験を行つた。 光源側にある偏光子と観察者側にある検光子の
偏光軸の角度をずらすことにより、より暗状態が
得られるかどうかで、ねじれ配列状態が検出する
ことができる。 観察者から見て、時計まわりを正とし、反時計
まわりを負とする。検光子を直交ニコルから負方
向に10〜13°回転し、次いで液晶セルを回転して
暗状態を捜すことができた。また、偏光子を直交
ニコルから正方向に10〜13°回転しても同様に暗
状態が得られた。従つて、この素子での液晶分子
は、正方向にねじれ配列を形成しており、上下基
板の隣接面にある液晶分子の長軸が10〜13°のね
じれ角δをもつてねじれていることが判る。 次に上下基板の間隔を1.8μmとした点、交差し
たラビング軸（ラビング処理による一軸性配向
軸）を用いた点、及び片側のPVA膜に代えてポ
リイミド膜（ピロメリツ酸二無水物と４，4′−ジ
アミノジフエニルエーテルとの脱水縮合体からな
るポリアミツク酸の５重量％Ｎ−メチルピロリド
ン溶液を塗布した後、加熱による脱水閉環反応を
生じさせて形成したポリイミド）を用いた点のほ
かは、前述の3μmセルを作成した時の方法と全く
同様の方法で1.8μmセルを作成した。上下基板の
間隔を1.8μmとしたのは、前述の3μmセルと比較
してコントラスト及び双安定性を得る上で優れて
いることが経験的に判つているからである。又、
上下基板の一軸性配向処理面としては、互いに正
方向（＋）に45°と20°の角度で交差したラビング
軸、負方向（−）に45°と20°の角度で交差したラ
ビング軸及び互いに平行（0°）なラビング軸を用
いた５種の液晶素子をそれぞれ作成した。 前述の各1.8μmセルのチルト角θを測定したと
ころ、下記表１のとおりであつた。これら５種の
液晶素子は、SmC〓の高温側にSmAが存在して
いるが、SmAの光軸は交差したラビング軸のな
す角度の二等分線上に存在していることが判つ
た。

【表】 この５種の1.8μmセルについて、前述の3μmセ
ルの液晶素子でのねじれ角δを測定した時の方法
と同様の方法で第３図に示すねじれ角δを測定し
たところ、交差角−45°と−20°のラビング軸を用
いた1.8μmセルでは、上下基板の法線に対する液
晶分子のねじれ角δは観察されず、上下基板に隣
接する液晶分子軸は互いに平行であることが判つ
た。しかも交差角−45°と−20°の交差ラビング軸
を用いた1.8μmセルでは＋19ボルトと−19ボルト
の駆動用矩形パルスを1msecで交互に印加し続け
ても表１のチルト角θを維持することができた。
これは、実際に映像信号や情報信号に応じて、こ
の液晶素子に例えば特開昭59−193426号公報や同
59−19347号公報に記載された様な時分割駆動法
を適用した場合であつても、最大チルト角θを維
持することができる点に対応したものである。
又、この時の透過率を測定したところ、何れも約
15％であつた。 一方、交差角0°、＋20°と＋45°の交差ラビング軸
を用いた1.8μmセルでは、第３図に示すねじれ角
δを測定したところ、何れの場合も10°〜13°のね
じれ角δが測定された。この時の液晶素子の透過
率を測定したところ、何れの場合も２〜３％であ
つた。 この現象の詳細なメカニズムは明らかではない
が、以下のように推論できる。 ねじれ角δをもつねじれ配列状態の方向は、基
板とその界面付近の液晶との相互作用により決ま
る。つまり、界面付近の液晶分子の分極方向が基
板に対して内向きか、外向きかが、基板の性質に
より決められ、上下基板とも同一の配向制御膜を
用いた場合、基板間の液晶は強制的にねじれ配列
をもつて配向させられる。 基板の法線に沿つたねじれ配列の方向と一軸性
配向軸のずらし方向が同一方向の場合、基板の界
面付近の分子は各基板の配向軸方向に配列するた
め、ねじれ配列状態がより安定かされることにな
る。 液晶のねじれ配列方向と反対方向に配向規制力
の異なる一軸性配向軸をずらした場合、すなわ
ち、ねじれ配列方向と反対方向の角度で異なる配
向規制力の一軸性配向軸を互いに交差させた場
合、分子分極と界面との相互作用による安定化エ
ネルギーよりも、一軸性配向軸による強制的なア
ンカリングによる安定化エネルギーの方が大き
く、従つて安定なチルト各θをもつ状態が実現で
きる。次いで、上述した５種の1.8μmセルにそれ
ぞれ電圧70ボルトで周波数70Hzの高電界交流を約
５分間印加した（交流印加前処理）。この時のチ
ルト各θ′を測定した。この結果を下表２に示す。

【表】 この５種の1.8μmセルについて、ねじれ角δを
測定したところ、交差角−45°と−20°の交差ラビ
ング軸を用いた液晶素子では、上下基板の法線に
対する液晶分子のねじれ角δは観察されず、上下
基板に隣接する液晶分子は互いに平行であること
が判つた。しかも交差角−45°と−20°の交差ラビ
ング軸を用いた液晶素子では＋19ボルトと−19ボ
ルトの駆動用矩形パルスを1msecで交互に印加し
続けても表１のチルト角θ′を維持することができ
た。この時の透過率を測定したところ、何れも約
18％であつた。 一方、交差角0°、＋20°と＋45°の交差ラビング軸
を用いた1.8μmセルでは、交流印加前処理を施し
た後にそれぞれのねじれ角δを測定したところ、
ねじれ角δは解消され、前述の表２に示したチル
ト角θ′をもつて液晶分子が配向されていたが、そ
れぞれの液晶素子に前述の同様の駆動用矩形パル
スを印加して双安定状態間の反転を繰返し行つた
ところ、液晶素子におけるチルト角は最大チルト
角θ′から徐々に小さくなり、最終的には交流印加
前処理前の小さいチルト角θに減衰することが判
つた。この時の液晶素子の透過率を測定したとこ
ろ、何れの場合も２〜３％であつた。 実施例 ２ 上下基板を1.8μmとした点、交差ラビング軸を
用いた点、および片側のPVA膜上に配向抑制膜
として、シランカツプリング剤H₂Ｎ（CH₂）₂NH
（CH₂）₃Si（OCH₃）₃により形成した被膜を設けた
点のほかは、前述した3μmセルを作成した時の方
法と全く同様の方法で1.8μmセルを作成した。こ
の際、配向抑制膜は、前述のシランカツプリング
剤１ｇに対してエタノール100mlを用いた溶解し
た塗布液をスピンナー塗布機で30分間、2000r.p.
mでスピン塗布して形成した。但し、液晶素子と
しては、交差角0°、−20°と−45°のラビング軸を用
いた。 交差角0°のラビング軸を用いた1.8μmセルでの
ねじれ角δ及びねじれ方向を測定したところ、ね
じれ角δは11°〜12°で、ねじれ方向は正方向であ
ることが判つた。 次に、交差角−20°と−45°のラビング軸を用い
た1.8μmセルでは、上下基板の法線方向に形成さ
れる液晶分子のねじれ配列は解消されていた。こ
の時のチルト角θを測定した。その結果とその時
の透過率を表３に示す。

【表】 次に、＋21ボルト−21ボルトの駆動用矩形パル
スを1msecで印加し、双安定状態間の反転を繰返
し行つたところ、その時のチルト角及び透過率に
は何ら変化を生じていないことが判つた。 実施例 ３ 上下基板を1.8μmとした点、一方の一軸性配向
軸をPVA膜にラビング処理によつて付与したラ
ビング軸とし、他方の一軸性配向軸をSiO₂の斜
方蒸着によつて付与した点及びこれらの一軸性配
向軸を互いに交差させた点のほかは、前述した
3μmセルを作成した時の方法と全く同様の方法で
1.8μmセルを作成した。但し、液晶素子として
は、交差角0°、−20°と−45°のラビング軸を用い
た。 交差角0°のラビング軸を用いた液晶素子でのね
じれ角δ及びねじれ方向を測定したところ、ねじ
れ角δは13〜14°で、ねじれ方向は正方向である
ことが判つたが、交差−20°と−45°の交差した一
軸性配向軸を用いた1.8μmでは、何れも上下基板
の法線方向に形成される液晶分子のねじれ配列は
解消されていた。 次にチルト角θを測定した。その結果とその時
の透過率を表４に示す。

〔発明の効果〕

本発明の双安定性強誘電性液晶素子によれば、
上下基板に隣接する強誘電性液晶分子の軸を平行
に配列することができ、そのために直交ニコルで
最大のコントラストが得られ、ねじれ配列で形成
された双安定性強誘電性液晶素子では最大のコン
トラストを得るために非直交ニコルを利用してい
たが、このために生じていた視野角依存性も生じ
ることがない上、チルトθ角を増大させることが
でき、このためコントラストの向上をはかること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、らせん構造のカイラルスメクチツク
相を用いた液晶素子を模式的に表わす斜視図であ
る。第２図は、非らせん構造のカイラルスメクチ
ツク相を用いた液晶素子を模式的に表わす斜視図
である。第３図は、基板の法線に沿つてねじれ配
列した液晶分子を模式的に表わす平面図である。
第４図は本発明の液晶素子で用いた一軸配向軸と
液晶分子の軸との関係を表わす平面図である。第
５図は、本発明の液晶素子の１つの態様を表わす
断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一軸性配向処理面を有する２枚の基板間に双
   安定状態下の強誘電性液晶を配置したセル構造を
   有する液晶素子において、一軸性配向軸の方向を
   互いに同一とし、且つ無電界とした時、前記強誘
   電性液晶の分子が前記基板の法線に沿つてねじれ
   て配列する傾向を有しており、前記一軸性配向処
   理面が前記ねじれ配列の方向と反対方向の角度で
   互いに交差した一軸性配向軸を有し、且つ互いに
   異なる配向規制力を有していることを特徴とする
   液晶素子。