JPH04317026A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶に適した
セル構造を有する液晶セルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用
して偏光素子との組み合わせにより透過光線を制御する
型の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガーウォ
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４３６７９２
４号明細書等）。この強誘電性液晶は、一般に特定の温
度域において、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊　
）又はＨ相（ＳｍＨ＊　）を有し、この状態において、
加えられる電界に応答して第１の光学的安定状態と第２
の光学的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、すなわち双安定性
を有し、また電界の変化に対する応答も速やかであり、
高速ならびに記憶型の表示素子としての広い利用が期待
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た強誘電性液晶セルを長時間駆動し続けると、セル端部
のセル厚がしだいに増加していき、黄色に色付いて見え
てくるという問題が認められた。従って、本発明の目的
は、強誘電性液晶を用いる液晶セルにおいて、その端部
でのセル厚の増加を低減することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、走査電極群と情報電極群を備えそれぞれ一
軸性配向処理軸が付与された一対の基板であってその一
軸性配向処理軸を互いに平行又は略平行とし且つ同一方
向とした一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した液晶セ
ルにおいて、少なくともセル厚の１／３以上の高さを有
する梁状部材をその稜線方向が強誘電性液晶のスメクチ
ック層法線方向と平行となるように配列するようにして
いる。

【０００５】強誘電性液晶のプレチルト角をα、チルト
角をΘ、Ｓｍ＊Ｃ層の傾斜角をδとすれば、強誘電性液
晶は、例えば、Θ＜α＋δで表される配向状態を有し、
かつ該配向状態における強誘電性液晶が少なくとも２つ
の安定状態を示し、それらの光学軸のなす角度の１／２
であるθａと該強誘電性液晶のチルト角ΘとがΘ＞θａ
＞Θ／２で表される配向状態を有する。

【０００６】

【作用】本発明者等の研究によれば、上述したセル端部
でのセル厚の増加は駆動により液晶自身が液晶セル間の
特定の方向へ移動することによって、セル端部での圧力
が増加し、その結果セル厚が増加していることが認めら
れた。液晶分子が液晶セルの中を移動する力の発生原因
は不明だが、おそらく駆動パルスによる交流的な電界で
、液晶分子の双極子モーメントが揺らぐことにより発生
する電気力学的効果であろうと推定される。また、本発
明者等の実験によれば、移動の方向２２は図４（Ａ）に
示すようにラビング方向２０と液晶分子の平均分子軸方
向２１，２１′により決まっている。液晶分子の移動方
向がこのようにラビングの方向に依存することから、そ
の現象は基板界面でのプレチルトの状態に依存している
ことが推測される。平均分子軸方向２１，２１′は強誘
電性液晶分子の双安定状態における平均的な分子位置を
示している。ここで、例えば、平均分子軸方向が２１で
示した状態で液晶がスイッチングしない程度の適当な交
流電界を印加すると、矢印２２方向に液晶分子が移動す
る。但し、ここでは自発分極の向きが負である液晶材料
を用いた場合について述べている。さらに、この液晶移
動現象はセルの配向状態に依存している。即ち、後述す
るＣ２配向ではこの現象は極めて起こりにくく、Ｃ１配
向で且つユニフォーム配向において顕著に観測される。

【０００７】Ｃ１およびＣ２の２種類の配向状態は、図
５に示すようなスメクチック層のシェブロン構造の違い
で説明されている。図５で、３１はスメクチック層、３
２はＣ１配向の領域、３３はＣ２配向の領域を表わす。 スメクチック液晶は一般に層構造をもつが、ＳＡ相から
ＳＣ相またはＳＣ＊相に転移すると層間隔が縮むので図
５のように層が上下基板１４ａ，１４ｂの中央で折れ曲
った構造（シェブロン構造）をとる。折れ曲る方向は図
に示すようにＣ１とＣ２の２つ有り得るが、よく知られ
ているようにラビングによって基板界面の液晶分子は基
板に対して角度をなし（プレチルト）、その方向はラビ
ング方向Ａに向かって液晶分子が頭をもたげる（先端が
浮いた格好になる）向きである。このプレチルトのため
にＣ１配向とＣ２配向は弾性エネルギー的に等価でなく
、上述のようにある温度で転移が起こる。また、機械的
な歪みで転移が起こることもある。図５の層構造を平面
的にみると、ラビング方向Ａに向ってＣ１配向からＣ２
配向に移るときの境界３４はジグザグの稲妻状でライト
ニング欠陥と呼ばれ、Ｃ２からＣ１に移るときの境界３
５は幅の広い、ゆるやかな曲線状でヘアピン欠陥と呼ば
れる。

【０００８】強誘電性液晶を配向するための相互にほぼ
平行で同一方向の一軸性配向処理が施された一対の基板
を備え、強誘電性液晶のプレチルト角をα、チルト角（
コーン角の１／２）をΘ、Ｓｍ＊Ｃ層の傾斜角をδとし
、強誘電性液晶は、数１式で表わされる配向状態を有す
るようにすると、Ｃ１配向状態においてさらにシェブロ
ン構造を有する４つの状態が存在する。

【０００９】

【数１】 この４つのＣ１配向状態は、従来のＣ１配向状態とは異
なっており、なかでも４つのＣ１配向状態のうちの２つ
の状態は、双安定状態（ユニフォーム状態）を形成して
いる。ここで、無電界時のみかけのチルト角をθａとす
れば、Ｃ１配向状態における４つの状態のうち、数２式
の関係を示す状態をユニフォーム状態という。

【００１０】

【数２】 ユニフォーム状態においては、その光学的性質からみて
ダイレクタが上下基板間でねじれていないと考えられる
。図６はＣ１配向の各状態における基板間の各位置での
ダイレクタの配置を示す模式図である。図中５１〜５４
は各状態においてダイレクタをコーンの底面に投影し、
これを底面方向から見た様子を示しており、５１および
５２がスプレイ状態、５３および５４がユニフォーム状
態と考えられるダイレクタの配置である。同図から分か
るとおり、ユニフォームの２状態５３と５４においては
、上下いずれかの基板界面の液晶分子の位置がスプレイ
状態の位置と入れ替わっている。図７はＣ２配向を示し
ており、界面のスイッチングはなく内部のスイッチング
で２状態５５と５６がある。このＣ１配向のユニフォー
ム状態は、従来用いていたＣ２配向における双安定状態
よりも大きなチルト角θａを生じ、コントラストが高い
。

【００１１】前述した液晶分子の移動は、実際の液晶セ
ルでは、図４に示すように、例えばセル全体で液晶分子
位置が矢印２１で示した状態にあったとすると、セル内
部で図の紙面の右から左へ液晶の移動が生じる。その結
果、図４（Ｂ）に示すように領域２３のセル厚が経時的
に厚くなり、色付きを生じてくることになる。液晶分子
が矢印２１′で示した状態にあるときには、交流電界下
での移動方向は逆になるが、いずれにせよ、ラビング方
向２０に対して垂直な方向、即ちスメクチック層内にお
いて液晶の移動が生じる。

【００１２】これに対し、本発明ではストライプ状突起
部材を配置するようにしたため、前述した液晶の移動量
が低減され、セル厚の増加が抑制される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係る液晶セルを模式的
に示す斜視図であり、図２はそのＢ−Ｂ線に沿って取っ
た断面図である。図２に示すように、この液晶セルは、
一対の平行に配置した上基板１１ａ及び下基板１１ｂと
、それぞれの基板に配線した例えば厚さが約４００〜２
０００Åの透明電極１２ａと１２ｂを備えている。上基
板１１ａと下基板１１ｂとの間には強誘電性液晶、好ま
しくは少なくとも２つの安定状態をもつ非らせん構造の
強誘電性スメクチック液晶１５が配置されている。透明
電極１２ａおよび１２ｂ上には、例えば厚さが１０〜１
０００Åの高分子有機膜、例えばポリイミド樹脂で形成
した配向制御膜１４ａおよび１４ｂが配置されている。 配向制御膜１４ａと１４ｂには、配向方向が平行かつ同
一向き（図１でいえば矢印１９ａと１９ｂの方向、図２
では、紙面に対して垂直方向）になるようにラビング処
理してある。また、配向制御膜１４ａ，１４ｂと透明電
極１２ａ，１２ｂとの間に、例えば、厚さが２００〜３
０００Åの絶縁膜１３ａと１３ｂ（ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ
２膜、Ｔａ２Ｏ５膜など）を配置してもよい。基板間隔
は液晶層１５内に散布された平均粒径約１．５μｍ（一
般に０．１〜３．５μｍ）のシリカビーズ１６により保
持される。１７ａおよび１７ｂは偏光板である。

【００１４】１８は梁状突部材であり、その稜線方向が
一軸性配向軸１９ｂと平行となるように複数個、例えば
透明電極１２ｂの間に配置してある。梁状部材１８は、
例えば、ポリイミド等の絶縁物、またはＭｏ，Ａｌ等の
金属、あるいは金属と絶縁物の２層構成の物であっても
よく、フォトリングラフィー等の手法を用いることによ
り形成することができる。また、その高さｈはセル間隙
ｄ（配向制御膜１４ａと１４ｂの間の距離）の３分の１
以上とすることにより、前述した液晶の移動を抑制する
効果を十分に発揮することができる。具体的にはｈ／ｄ
≧１／３とすることにより、セル厚ｄの増加を１０％以
下とすることができる。１０％以下であれば、視角的に
色ムラが感知しにくく表示品位があまり損なわれない。 もちろんｈ≒ｄであってもよい。但し、高さｈが大きく
なると、液晶注入過程における注入速度が遅くなるとい
う欠点も表われてくる。その欠点を解消するために図３
に示すように、梁状部材１８に間隙２０を設けるように
してもよい。

【００１５】強誘電性液晶１５としては、カイラルスメ
クチック相状態のものを用いることができ、具体的には
、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）、Ｈ相（Ｓｍ
Ｈ＊）、Ｉ相（ＳｍＩ＊）、Ｋ相（ＳｍＫ＊）やＧ相（
ＳｍＧ＊）の液晶を用いることができる。

【００１６】特に、好ましい強誘電性液晶としては、こ
れより高温側でコレステリック相を示すものを用いるこ
とができ、例えば化１で示す相転移温度及び物性値を有
するピリミジン系混合液晶を用いることができる。

【００１７】

【化１】 また、セルに形成した配向制御膜のプレチルト角αは１
７°であって、前記数１式及び数２式を満たしており、
したがって前述したＣ１ユニフォーム配向が得られるも
のである。

【００１８】このような構成のセルにおいて、セル全体
の配向を、図４（Ａ）に示す平均分子軸方向２１に揃え
、パルス巾が２５μｓ、電圧振幅が４０Ｖ、１／２デュ
ーティの矩形波を約７時間印加した後に、図４（Ｂ）の
領域２３におけるセル厚（間隙）を測定したところ、初
期に比較して約１０％しか増加しなかった。

【００１９】これに対し、梁状部材１８を配置しない以
外はこの実施例と全く同じセルを作成し、同じ条件で電
圧を印加したところ、初期に比較して約４０％セル厚が
増加した。

【００２０】

【比較例】ｈ／ｄ＝１／４としたこと以外は実施例と全
く同じセルを作成し、同じ条件で電圧を印加したところ
初期に比較して約１３％セル厚が増加した。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、梁
状部材を設けるようにしたため、大面積の液晶セル、特
に高コントラストな配向を実現した強誘電性液晶セルを
形成する際にも、駆動による局所的なセル厚の変動を軽
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る液晶セルの模式的な斜
視図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】本発明の別の実施例に係る液晶セルの模式的な
斜視図である。

【図４】液晶の移動方向を説明するための説明図である
。

【図５】Ｃ１配向とＣ２配向の層構造を示す説明図であ
る。

【図６】Ｃ１配向の各状態における基板間の各位置での
ダイレクタの配置を示す模式図である。

【図７】Ｃ２配向の各状態における基板間の各位置での
ダイレクタの配置を示す模式図である。

【符号の説明】

１１ａ　　上基板 １１ｂ　　下基板 １２ａ　　上透明電極 １２ｂ　　下透明電極 １３　　絶縁膜 １４　　配向制御膜 １６　　ビーズ １５　　液晶層 １８　　ストライプ（梁）状突起物 ３１　　スメクチック層 ３２　　Ｃ１配向の領域 ３３　　Ｃ２配向の領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　走査電極群と情報電極群を備えそれぞれ
   一軸性配向処理軸が付与された一対の基板であってその
   一軸性配向処理軸を互いに平行又は略平行とし且つ同一
   方向とした一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した液晶
   セルにおいて、少なくともセル間隙の１／３以上の高さ
   を有する梁状部材をその稜線方向が強誘電性液晶のスメ
   クチック層法線方向と平行となるように配列したことを
   特徴とする液晶セル。
2. 【請求項２】　強誘電性液晶のプレチルト角をα、チル
   ト角をΘ、Ｓｍ＊Ｃ層の傾斜角をδとすれば、強誘電性
   液晶は、Θ＜α＋δで表される配向状態を有し、かつ該
   配向状態における強誘電性液晶が少なくとも２つの安定
   状態を示し、それらの光学軸のなす角度の１／２である
   θａと該強誘電性液晶のチルト角ΘとがΘ＞θａ＞Θ／
   ２で表される配向状態を有する請求項１に記載の液晶セ
   ル。