JPH0478969B2 - - Google Patents
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- JPH0478969B2 JPH0478969B2 JP19840886A JP19840886A JPH0478969B2 JP H0478969 B2 JPH0478969 B2 JP H0478969B2 JP 19840886 A JP19840886 A JP 19840886A JP 19840886 A JP19840886 A JP 19840886A JP H0478969 B2 JPH0478969 B2 JP H0478969B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、強誘電性液晶素子に関し、詳しくは
高コントラストで、表示品位の高い表示を可能に
した強誘電性液晶素子に関する。
高コントラストで、表示品位の高い表示を可能に
した強誘電性液晶素子に関する。
（従来の技術）
これまで、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）。この双安定性を有する液晶素子としては、
一般に、カイラルスメクチツクＣ相（SmC*）又
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、従つて従来の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、他方の電界ベクトルに対しては第２の光学的
安定状態に液晶が配向される。またこの型の液晶
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。このよう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。
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）。この双安定性を有する液晶素子としては、
一般に、カイラルスメクチツクＣ相（SmC*）又
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、従つて従来の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、他方の電界ベクトルに対しては第２の光学的
安定状態に液晶が配向される。またこの型の液晶
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。このよう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。
前述した強誘電性液晶は、均一な配向性能を得
る上で、基板表面に一軸性の配向処理を施す方法
が知られている。この一軸性の配向処理法として
は、基板表面をビーロード、布や紙で一方向にラ
ビングする方法あるいは基板表面にSiOやSiO2を
斜方蒸着する方法などが挙げられる。
る上で、基板表面に一軸性の配向処理を施す方法
が知られている。この一軸性の配向処理法として
は、基板表面をビーロード、布や紙で一方向にラ
ビングする方法あるいは基板表面にSiOやSiO2を
斜方蒸着する方法などが挙げられる。
基板表面に適正な一軸性の配向処理することに
より、初期配向においては、ある特定化された双
安定状態が達成され、しかし、その初期状態では
下述するように、クロスニコル下の光学変調実験
で、コントラストが悪く、また透過光量が小さく
実用上問題があつた。
より、初期配向においては、ある特定化された双
安定状態が達成され、しかし、その初期状態では
下述するように、クロスニコル下の光学変調実験
で、コントラストが悪く、また透過光量が小さく
実用上問題があつた。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら上述の強誘電性液晶素子は、第８
図の様に液晶分子層内で液晶分子が平行に配列し
た状態（バラレル配向状態）となるよりも、むし
ろ第７図の様に分子層内で上基板から下基板に向
つて液晶分子がツイストした状態（ツイスト配向
状態）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み液晶分子軸のなす角度（チ
ルト角）が見かけ上小さくなり、コントラストや
透過光量の低下を招くとともに、配向状態のスイ
ツチング時における液晶分子の応答にオーバーシ
ユートが表われることによつて、透過光量のふら
つきが観測されるなど、表示素子として種々の不
都合な欠点を含んでいる。
図の様に液晶分子層内で液晶分子が平行に配列し
た状態（バラレル配向状態）となるよりも、むし
ろ第７図の様に分子層内で上基板から下基板に向
つて液晶分子がツイストした状態（ツイスト配向
状態）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み液晶分子軸のなす角度（チ
ルト角）が見かけ上小さくなり、コントラストや
透過光量の低下を招くとともに、配向状態のスイ
ツチング時における液晶分子の応答にオーバーシ
ユートが表われることによつて、透過光量のふら
つきが観測されるなど、表示素子として種々の不
都合な欠点を含んでいる。
本発明は、上記の欠点を解決するためになされ
たもので、得に輝度コントラストを向上させた強
誘電性液晶素子を提供することを目的とする。
たもので、得に輝度コントラストを向上させた強
誘電性液晶素子を提供することを目的とする。
さらに、本発明の別の目的は、ネガーボジ反転
表示に適した強誘電性液晶素子を提供することに
ある。
表示に適した強誘電性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）
そこで、本発明は、
一対の偏光板、該一対の偏光板間に間隔をおい
て配置した一対の基板、該一対の基板の内側に画
素部となる相対向電極領域と非画素部となる相対
向していない電極領域とが形成される様に配置し
た一対の電極及び該一対の基板間に配置され、且
つ無電界時に互いに異なる２つの双安定配向状態
を発現し、該双安定配向状態のそれぞれの平均分
子軸のなす角度が2θである第１状態のカイラルス
メクチツク相に、該液晶の閾値電圧より大きい光
流電圧を印加することにより、該光流電圧の印加
を解除した後の無電界時における前記互いに異な
る２つの配向状態のそれぞれの平均分子軸のなす
角度が前記2θより大きい角度2θaである第２状態
のカイラルスメクチツク相を生成してなるカイラ
ルスメクチツク液晶を有し、 前記画素部の相対向電極間にカイラルスメクチ
ツク液晶の閾値電圧を越えた直流パルス電圧を印
加した時に生じる２つの配向状態のそれぞれの平
均分子軸のなす角度が2Θとした時、θ＜θa≦Θ
の関係を生じ、前記非画素部におけるカイラルス
メクチツク液晶が角度θの平均分子軸をもつ配向
状態と角度−θの平均分子軸をもつ配向状態との
混在状態を生じ、カイラルスメクチツク液晶の平
均分子軸方向が角度θ及び−θに対応した時の輝
度をそれぞれIH1及びIH2とし、且つカイラルスメ
クチツク液晶の平均分子軸方向が角度θa及び−θa
に対応した時の輝度をそれぞれID及びILとした
時、IH1，IH2，ID及びILとの間で ID＜IH1＜IH2＜IL及び IH2／IH1＜１／２・IL／ID の関係を生じてなる液晶素子に特徴がある。
て配置した一対の基板、該一対の基板の内側に画
素部となる相対向電極領域と非画素部となる相対
向していない電極領域とが形成される様に配置し
た一対の電極及び該一対の基板間に配置され、且
つ無電界時に互いに異なる２つの双安定配向状態
を発現し、該双安定配向状態のそれぞれの平均分
子軸のなす角度が2θである第１状態のカイラルス
メクチツク相に、該液晶の閾値電圧より大きい光
流電圧を印加することにより、該光流電圧の印加
を解除した後の無電界時における前記互いに異な
る２つの配向状態のそれぞれの平均分子軸のなす
角度が前記2θより大きい角度2θaである第２状態
のカイラルスメクチツク相を生成してなるカイラ
ルスメクチツク液晶を有し、 前記画素部の相対向電極間にカイラルスメクチ
ツク液晶の閾値電圧を越えた直流パルス電圧を印
加した時に生じる２つの配向状態のそれぞれの平
均分子軸のなす角度が2Θとした時、θ＜θa≦Θ
の関係を生じ、前記非画素部におけるカイラルス
メクチツク液晶が角度θの平均分子軸をもつ配向
状態と角度−θの平均分子軸をもつ配向状態との
混在状態を生じ、カイラルスメクチツク液晶の平
均分子軸方向が角度θ及び−θに対応した時の輝
度をそれぞれIH1及びIH2とし、且つカイラルスメ
クチツク液晶の平均分子軸方向が角度θa及び−θa
に対応した時の輝度をそれぞれID及びILとした
時、IH1，IH2，ID及びILとの間で ID＜IH1＜IH2＜IL及び IH2／IH1＜１／２・IL／ID の関係を生じてなる液晶素子に特徴がある。
（実施例）
以下、本発明を図面に従つて説明する。
本発明の好ましい具体例では、一対の基板上に
マトリクス電極（走査電極と信号電極）を形成
し、高温側の別な相から降温することにより形成
されたスメクチツク相（特にカイラルスメクチツ
ク相）での配向状態が（初期配向状態と呼ぶ））
第１の安定状態と第２の安定状態とを有する双安
定性の強誘電性液晶素子とし、前記双安定状態
の平均分子軸方向間の角度を2θとし、電極に２
極性の所望の直流電界を印加した時に再現する２
つの平均分子軸方向の角度を２とし、且つ前
記電極間に数秒〜10分程度で交流電圧を印加しか
つ除去したのち２つの双安定状態の平均分子軸方
向間の角度2θ′としたとき、θ，θ′との間でθ
＜θ′≦の関係をもつ強誘電性液晶素子とするこ
とができる。この際の電極間に印加される交流電
圧の周波数は20Hz〜10KHzであり、その電圧は
3V〜100Vとするのがよい。
マトリクス電極（走査電極と信号電極）を形成
し、高温側の別な相から降温することにより形成
されたスメクチツク相（特にカイラルスメクチツ
ク相）での配向状態が（初期配向状態と呼ぶ））
第１の安定状態と第２の安定状態とを有する双安
定性の強誘電性液晶素子とし、前記双安定状態
の平均分子軸方向間の角度を2θとし、電極に２
極性の所望の直流電界を印加した時に再現する２
つの平均分子軸方向の角度を２とし、且つ前
記電極間に数秒〜10分程度で交流電圧を印加しか
つ除去したのち２つの双安定状態の平均分子軸方
向間の角度2θ′としたとき、θ，θ′との間でθ
＜θ′≦の関係をもつ強誘電性液晶素子とするこ
とができる。この際の電極間に印加される交流電
圧の周波数は20Hz〜10KHzであり、その電圧は
3V〜100Vとするのがよい。
本発明で用いる液晶材料として、特に適したも
のは、カイラルスメクチツク液晶であつて、強誘
電性を有するものである。具体的にはカイラルス
メクチツクＣ相（SmC*）、カイラルスメクチツ
クＧ相（SmG*）、カイラルスメクチツクＦ相
（SmF*）、カイラルスメクチツクＩ相（SmI*）、
カイラルスメクチツクＨ相（SmH*）の液晶を用
いることができる。その強誘電性液晶の詳細につ
いては、“ル・ジユールナル・ド・フイジーク・
ルテール”（“LE JOURNAL DE PHYSIOUE
LETTERS”）1975年，36（Ｌ−69）号に掲載の
「フエロエクトリツク・リキツド・クリスタルス」
（「Ferroelectric Liquid Crystals」）；“アブライ
ド・フイジツクス・レターズ”（“Applied
physics Letters”）1980年，36（11）号に掲載の
「サブミクロ・セカンド・バイステイブル・エレ
クトロオプテイツク・スイツチング・イン・リキ
ツド・クリスタルズ」（「Submicro
SecondBistable Electrooptic Switching in
Liquid Crystals」）；“固体物理”1981年，16
（141）号に掲載の「液晶」等に記載されていて、
本発明ではこれらの開示された強誘電性液晶を用
いることができる。
のは、カイラルスメクチツク液晶であつて、強誘
電性を有するものである。具体的にはカイラルス
メクチツクＣ相（SmC*）、カイラルスメクチツ
クＧ相（SmG*）、カイラルスメクチツクＦ相
（SmF*）、カイラルスメクチツクＩ相（SmI*）、
カイラルスメクチツクＨ相（SmH*）の液晶を用
いることができる。その強誘電性液晶の詳細につ
いては、“ル・ジユールナル・ド・フイジーク・
ルテール”（“LE JOURNAL DE PHYSIOUE
LETTERS”）1975年，36（Ｌ−69）号に掲載の
「フエロエクトリツク・リキツド・クリスタルス」
（「Ferroelectric Liquid Crystals」）；“アブライ
ド・フイジツクス・レターズ”（“Applied
physics Letters”）1980年，36（11）号に掲載の
「サブミクロ・セカンド・バイステイブル・エレ
クトロオプテイツク・スイツチング・イン・リキ
ツド・クリスタルズ」（「Submicro
SecondBistable Electrooptic Switching in
Liquid Crystals」）；“固体物理”1981年，16
（141）号に掲載の「液晶」等に記載されていて、
本発明ではこれらの開示された強誘電性液晶を用
いることができる。
強誘電性液晶化合物の具体例としては、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）、ヘキシルオキ
シベンジリデン−P′−アミノ−２−クロロプロピ
ルシンナート（HOBACPC）、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（MARA）が挙げられる。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
ステリツク相を示すものを用いることができ、例
えば下述の実施例に挙げた相転移温度を示すビフ
エニルエステル系液晶を用いることができる。
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）、ヘキシルオキ
シベンジリデン−P′−アミノ−２−クロロプロピ
ルシンナート（HOBACPC）、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（MARA）が挙げられる。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
ステリツク相を示すものを用いることができ、例
えば下述の実施例に挙げた相転移温度を示すビフ
エニルエステル系液晶を用いることができる。
これらの材料を用いて素子を構成する場合、液
晶化合物が所望の相となるような温度状態に保持
する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込ま
れた銅ブロツク等により支持することができる。
晶化合物が所望の相となるような温度状態に保持
する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込ま
れた銅ブロツク等により支持することができる。
第４図は、強誘電性液晶の動作説明のために、
セルの例を模式的に描いたものである。以下、所
望の相としてSmC*を例にとつて説明する。
セルの例を模式的に描いたものである。以下、所
望の相としてSmC*を例にとつて説明する。
１１と１１′は、In2O3，SnO2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*相の液晶が封入されている。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は基板の両方向に連続的にらせん構造
を形成している。らせん構造の中心軸１５と液晶
分子１３の軸方向とのなす角度をとして表わ
す。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（P1）１４を有している。
１１と１１′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（P1）１４がすべて電界
方向に向くよう、液晶分子１３は配向方向を変え
ることができる。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折率異
方性を示し、従つてたとえばガラス面の上下に互
いにクロスニコルの偏光子を置けば、電圧印加極
性によつて光学特性が変わる液晶光学素子となる
ことは、容易に理解される。
（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*相の液晶が封入されている。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は基板の両方向に連続的にらせん構造
を形成している。らせん構造の中心軸１５と液晶
分子１３の軸方向とのなす角度をとして表わ
す。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（P1）１４を有している。
１１と１１′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（P1）１４がすべて電界
方向に向くよう、液晶分子１３は配向方向を変え
ることができる。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折率異
方性を示し、従つてたとえばガラス面の上下に互
いにクロスニコルの偏光子を置けば、電圧印加極
性によつて光学特性が変わる液晶光学素子となる
ことは、容易に理解される。
本発明の液晶光学素子で好ましく用いられる液
晶セルは、その厚さを充分に薄く（例えば10μｍ
以下）することができる。このような液晶層が薄
くなるにしたがい、第５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がほ
どけ、非らせん構造となり、その双極子モーメン
トＰまたはP′は上向き２４又は下向き２４′のど
ちらかの状態をとる。この液晶分子１３の分子軸
と、２３′のなす角度の1/2の角度をチルト角
（）と称し、このチルト角（）はらせん構造
をとる時のコーンのなす頂角の1/2に等しい。こ
のようなセルに、第５図に示す如く一定の閾値以
上の極性の異る電界Ｅ又はE′を電圧印加手段２１
と２１′により付与すると、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２
４又は下向き２４′と向きを変え、それに応じて
液晶分子は、第１の安定状態２３かあるいは第２
の安定状態２３′の何れか一方に配向する。
晶セルは、その厚さを充分に薄く（例えば10μｍ
以下）することができる。このような液晶層が薄
くなるにしたがい、第５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がほ
どけ、非らせん構造となり、その双極子モーメン
トＰまたはP′は上向き２４又は下向き２４′のど
ちらかの状態をとる。この液晶分子１３の分子軸
と、２３′のなす角度の1/2の角度をチルト角
（）と称し、このチルト角（）はらせん構造
をとる時のコーンのなす頂角の1/2に等しい。こ
のようなセルに、第５図に示す如く一定の閾値以
上の極性の異る電界Ｅ又はE′を電圧印加手段２１
と２１′により付与すると、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２
４又は下向き２４′と向きを変え、それに応じて
液晶分子は、第１の安定状態２３かあるいは第２
の安定状態２３′の何れか一方に配向する。
このような強誘電性を液晶光学素子として用い
ることの利点は、先にも述べたが２つある。その
第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２
は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５図によつて更に説明
すると、電界Ｅを印加すると液晶分子は第１の安
定状態２３に配向するが、その状態は電界を切つ
ても安定であるが、又、逆向きの電界E′を印加す
ると、液晶分子は第２の安定状態２３′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
てもこの状態に留まつている。
ることの利点は、先にも述べたが２つある。その
第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２
は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５図によつて更に説明
すると、電界Ｅを印加すると液晶分子は第１の安
定状態２３に配向するが、その状態は電界を切つ
ても安定であるが、又、逆向きの電界E′を印加す
ると、液晶分子は第２の安定状態２３′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
てもこの状態に留まつている。
ところで、従来より大面積の液晶セルを製造す
る上で、基板表面に一軸性の配向処理を施す方法
が知られている。この一軸性の配向処理法として
例えばポリイミド（PI）やポリビニルアルコー
ル（PVA）等の高分子膜を配向膜として基板表
面に塗布した後表面をビロード、布や紙で一方向
にラビングする方法あるいは基板表面にSiOや
SiO2を斜方蒸着する方法などが挙げられる。
る上で、基板表面に一軸性の配向処理を施す方法
が知られている。この一軸性の配向処理法として
例えばポリイミド（PI）やポリビニルアルコー
ル（PVA）等の高分子膜を配向膜として基板表
面に塗布した後表面をビロード、布や紙で一方向
にラビングする方法あるいは基板表面にSiOや
SiO2を斜方蒸着する方法などが挙げられる。
強誘電性液晶に対して、このような配向処理を
施すとチルト角θの双安定な初期配向状態が実現
される。但し、この双安定状態は後述するように
第５図で示した理想的な分子配列とは異なるもの
である。
施すとチルト角θの双安定な初期配向状態が実現
される。但し、この双安定状態は後述するように
第５図で示した理想的な分子配列とは異なるもの
である。
第１図は、本発明による液晶素子の分子の配向
状態を示す模式図である。第２図及び第３図は、
その本発明に使用される液晶セルの１例を示す平
面図及びそのＸ−X′による断面図である。第２
図及び第３図において、液晶セル１は、ガラス又
はプラスチツクの基板３ａ及び３ｂ上に、ストラ
イプ状電極群４ａ及び４ｂをITO（Indium−Tin
Oxide）により1000Åの膜厚で形成し、その上層
にPVA被膜５ａ及び５ｂを約500Åの膜厚で形成
した。更に、その上層に液晶層厚を保持するため
に、片側に基板のみ20μｍ平方のドツト状のネガ
レジスト材のスペーサー群６を設け、このスペー
サー群６によつて、液晶層２が広い範囲で一定の
厚さに保たれている。上記の２枚の基板をラビン
グ処理したのち、セル組みして液晶を導入する。
状態を示す模式図である。第２図及び第３図は、
その本発明に使用される液晶セルの１例を示す平
面図及びそのＸ−X′による断面図である。第２
図及び第３図において、液晶セル１は、ガラス又
はプラスチツクの基板３ａ及び３ｂ上に、ストラ
イプ状電極群４ａ及び４ｂをITO（Indium−Tin
Oxide）により1000Åの膜厚で形成し、その上層
にPVA被膜５ａ及び５ｂを約500Åの膜厚で形成
した。更に、その上層に液晶層厚を保持するため
に、片側に基板のみ20μｍ平方のドツト状のネガ
レジスト材のスペーサー群６を設け、このスペー
サー群６によつて、液晶層２が広い範囲で一定の
厚さに保たれている。上記の２枚の基板をラビン
グ処理したのち、セル組みして液晶を導入する。
以下、液晶材料としてエステル系混合液晶チツ
ソ社製CS1011を例にとり、上記の各図に従つて、
本発明を説明する。このエステル系混合液晶は、
次の相転移状態を表わしている（この相転移点は
顕微鏡観察により求めた）。
ソ社製CS1011を例にとり、上記の各図に従つて、
本発明を説明する。このエステル系混合液晶は、
次の相転移状態を表わしている（この相転移点は
顕微鏡観察により求めた）。
Isp(等方相)→ch
90℃
(コレステリツク相)→SmM
75℃
(結晶相)(スメクチツク相)→SmC
50℃
*→Cry
０℃以下
まず、前述のビフエニルエステル系液晶が封入
されている構造体１は、セル１全体が均一に加熱
される様な加熱ケース（図示せず）にセツトされ
る。
されている構造体１は、セル１全体が均一に加熱
される様な加熱ケース（図示せず）にセツトされ
る。
次に、セル１中の化合物が等方相となる温度
（約95℃）まで加熱する。しかる後に、加熱ケー
スの温度を降温させて、セル１中の等方相となつ
ている化合物を降温過程に移す。この降温過程で
等方相の化合物は、約90でグランジユアン組織の
コレステリツク相に相転移し、さらに降温過程を
続けると約75℃でコレステリツク相から一軸異方
相であるSmAに相転移を生じることができる。
この時、SmAの液晶分子軸は、ラビング方向に
揃う。
（約95℃）まで加熱する。しかる後に、加熱ケー
スの温度を降温させて、セル１中の等方相となつ
ている化合物を降温過程に移す。この降温過程で
等方相の化合物は、約90でグランジユアン組織の
コレステリツク相に相転移し、さらに降温過程を
続けると約75℃でコレステリツク相から一軸異方
相であるSmAに相転移を生じることができる。
この時、SmAの液晶分子軸は、ラビング方向に
揃う。
しかる後に、このSmAより降温過程でSmC*に
相転移することによつて例えばセル厚を3μｍ程
度以下とすると非らせん構造をもつモノドメイン
のSmC*が得られる。
相転移することによつて例えばセル厚を3μｍ程
度以下とすると非らせん構造をもつモノドメイン
のSmC*が得られる。
ここで、第１図を再び説明すると、第１図は、
基板面の上から見た配向状態の模式図である。
基板面の上から見た配向状態の模式図である。
図中、１００は、一軸性配向処理の方向、即
ち、本実施例ではラビング軸に相当している、
SmA相では、液晶分子がラビング軸１００と一
致する液晶の平均分子軸方向１０１をもつて配向
する。
ち、本実施例ではラビング軸に相当している、
SmA相では、液晶分子がラビング軸１００と一
致する液晶の平均分子軸方向１０１をもつて配向
する。
SmC*相に於いては、液晶分子はラビング軸
（中心軸）１０１に対して１０２の方向にその平
均分子軸が配向している配向状態の分子とラビン
グ軸（中心軸）１０１に対して１０２′の方向に
その平均分子軸が配向している配向状態の分子と
が平均的に混在している。平均分子軸１０２と１
０２′とのなす角度は2θで表わされ、その角度2θ
の中心軸１０１に対して左回りの角度が角度−θ
に、又右回りの角度が角度θに相当している。
又、ラビング軸と中心軸は、一般にほぼ一致して
いるが、配向膜の種類やラビングの条件等によつ
て相違することもある。本例ではラビング軸と中
心軸とが一致しており、｜−θ｜＝｜θ｜＝6゜で
あつた。
（中心軸）１０１に対して１０２の方向にその平
均分子軸が配向している配向状態の分子とラビン
グ軸（中心軸）１０１に対して１０２′の方向に
その平均分子軸が配向している配向状態の分子と
が平均的に混在している。平均分子軸１０２と１
０２′とのなす角度は2θで表わされ、その角度2θ
の中心軸１０１に対して左回りの角度が角度−θ
に、又右回りの角度が角度θに相当している。
又、ラビング軸と中心軸は、一般にほぼ一致して
いるが、配向膜の種類やラビングの条件等によつ
て相違することもある。本例ではラビング軸と中
心軸とが一致しており、｜−θ｜＝｜θ｜＝6゜で
あつた。
上述した強誘電性液晶素子の閾値電圧は、矩形
パルスのパルス幅と電圧波高値によつて表わされ
るが、本例では1msecのパルス幅では約5Vであ
つた。この強誘電性液晶素子に閾値電圧を越えた
正極性の直流パルスを印加すると、液晶分子の平
均分子軸は１０３の方向となり、逆に閾値電圧を
越えた負極性の直流パルスを印加すると、液晶分
子の平均分子軸は１０３′の方向となる。この状
態下にある液晶分子はメモリー状態にはなく、電
界解除後にはそれぞれその平均分子軸は１９２と
１０２′の方向に復帰することになる。
パルスのパルス幅と電圧波高値によつて表わされ
るが、本例では1msecのパルス幅では約5Vであ
つた。この強誘電性液晶素子に閾値電圧を越えた
正極性の直流パルスを印加すると、液晶分子の平
均分子軸は１０３の方向となり、逆に閾値電圧を
越えた負極性の直流パルスを印加すると、液晶分
子の平均分子軸は１０３′の方向となる。この状
態下にある液晶分子はメモリー状態にはなく、電
界解除後にはそれぞれその平均分子軸は１９２と
１０２′の方向に復帰することになる。
平均分子軸１０３と１０３′とのなす角度は角
度２によつて表わされ、その中心軸１０１に対
して左回りの角度が角度−に、又右回りの角度
が角度に相当している。
度２によつて表わされ、その中心軸１０１に対
して左回りの角度が角度−に、又右回りの角度
が角度に相当している。
次に、このセルに３〜10V，20〜10KHzの交流
電界を数分間印加した。
電界を数分間印加した。
交流印加後の平均分子軸方向は、ラビング軸
（中心軸）１０１とそれぞれ角度−θaとθaをなす
方向に双安定状態として変化した。本例では、こ
のチルト角−θaとθaはそれぞれ前述したらせん
構造をとる時のコーンのなす頂角の1/2の角度−
とにほぼ一致し、約−18゜と18゜であつた。
（中心軸）１０１とそれぞれ角度−θaとθaをなす
方向に双安定状態として変化した。本例では、こ
のチルト角−θaとθaはそれぞれ前述したらせん
構造をとる時のコーンのなす頂角の1/2の角度−
とにほぼ一致し、約−18゜と18゜であつた。
上述した交流印加後の平均分子軸は方向１０４
と１０４′に相当しており、平均的に配向してい
る平均分子軸１０４と１０４′の液晶分子は、交
流印加解除後もそれぞれの配向状態にメモリーさ
れる。
と１０４′に相当しており、平均的に配向してい
る平均分子軸１０４と１０４′の液晶分子は、交
流印加解除後もそれぞれの配向状態にメモリーさ
れる。
このような交流印加によつて、チルト角の小さ
な双安定状態からチルト角の大きな双安定状態へ
の「転換」のメカニズムは明らかではないが、次
のように推測している。
な双安定状態からチルト角の大きな双安定状態へ
の「転換」のメカニズムは明らかではないが、次
のように推測している。
即ち、初期配向状態として得られる双安定状態
では、セルの厚さ方向に何らかの液晶分子の「ね
じれ」が存在し、この「ねじれ」により見かけ
上、平均的分子軸方向がねじれのない状態に比べ
て、光学的に小さく観測されるものと思われる。
一方、AC電界印加後の状態は第５図に示した理
想な双安定状態での分子配列にほぼ一致し、双安
定な２状態が実現されているものと考えている。
では、セルの厚さ方向に何らかの液晶分子の「ね
じれ」が存在し、この「ねじれ」により見かけ
上、平均的分子軸方向がねじれのない状態に比べ
て、光学的に小さく観測されるものと思われる。
一方、AC電界印加後の状態は第５図に示した理
想な双安定状態での分子配列にほぼ一致し、双安
定な２状態が実現されているものと考えている。
この双安定状態間のスイツチングは交流印加前
と同様、所定の閾値以上のパルス電圧により行わ
れ、閾値は1msecのパルス幅で約15Vであつた。
と同様、所定の閾値以上のパルス電圧により行わ
れ、閾値は1msecのパルス幅で約15Vであつた。
ところで、マトリクス構造を有するセルにこの
ような処理を施して表示素子とするに当つて問題
となるのは、電界が印加されない非画素部ではそ
の配向状態が制御できないことがある。
ような処理を施して表示素子とするに当つて問題
となるのは、電界が印加されない非画素部ではそ
の配向状態が制御できないことがある。
即ち、非画素部（相対向する電極が形成されて
いない部分）では、印加電圧によつて一方の安定
状態に制御することができないので、実際の表示
素子の場合では、非画素部の強誘電性液晶は、第
１の安定状態１０２に配向した液晶と第２の安定
状態１０２′に配向した液晶が混在したドメイン
構造となつている。
いない部分）では、印加電圧によつて一方の安定
状態に制御することができないので、実際の表示
素子の場合では、非画素部の強誘電性液晶は、第
１の安定状態１０２に配向した液晶と第２の安定
状態１０２′に配向した液晶が混在したドメイン
構造となつている。
さて、第６図に示した如くセルの両外側に偏光
軸がクロスニコルの関係となるように一対の偏光
板を配置する。このとき一方の偏光板の偏光軸１
０５は画素部のいずれか一方の安定状態における
平均的分子軸方向例えば１０４にほぼ一致するよ
うに配置する。このとき、本例では画素部のコン
トラストは約15であつた。一方、非画素部につい
ては第１の安定状態１０２に配向している部分と
第２の安定状態１０２′に配向している部分が存
在し、非画素部を含めた表示部のコントラスト
は、非画素部が第１の安定状態１０２に配向して
いる領域（ドメイン）では約13で、第２の安定状
態１０２′に配向している領域では約10であつた。
つまり非画素部の配向状態の違いによるコントラ
ストの差は約３であり、画素部のコントラストに
対して約20％のコントラストのばらつき内に収め
ることができ、表示素子として十分実用に耐える
ものであつた。このときの開口率（表示部面積に
対する画素部面積の割合）は93.3％であるが、さ
らに開口率を大きくすることによりコントラスト
をばらつきを小さくできることは言うまでもな
い。本発明で用いた非画素部では平均分子軸１０
２にある配向状態の領域と、平均分子軸１０２′
にある配向状態の領域が混在していることにな
る。
軸がクロスニコルの関係となるように一対の偏光
板を配置する。このとき一方の偏光板の偏光軸１
０５は画素部のいずれか一方の安定状態における
平均的分子軸方向例えば１０４にほぼ一致するよ
うに配置する。このとき、本例では画素部のコン
トラストは約15であつた。一方、非画素部につい
ては第１の安定状態１０２に配向している部分と
第２の安定状態１０２′に配向している部分が存
在し、非画素部を含めた表示部のコントラスト
は、非画素部が第１の安定状態１０２に配向して
いる領域（ドメイン）では約13で、第２の安定状
態１０２′に配向している領域では約10であつた。
つまり非画素部の配向状態の違いによるコントラ
ストの差は約３であり、画素部のコントラストに
対して約20％のコントラストのばらつき内に収め
ることができ、表示素子として十分実用に耐える
ものであつた。このときの開口率（表示部面積に
対する画素部面積の割合）は93.3％であるが、さ
らに開口率を大きくすることによりコントラスト
をばらつきを小さくできることは言うまでもな
い。本発明で用いた非画素部では平均分子軸１０
２にある配向状態の領域と、平均分子軸１０２′
にある配向状態の領域が混在していることにな
る。
本発明では、デイスプレイとして画像品位を良
好に保つための条件としては次の条件を満足して
いるとさらによい。即ち、平均分子軸が方向１０
４の配向状態にある領域の輝度（或いは透過光
量）をID、平均分子軸が方向１０４′の配向状態
にある領域の輝度をILとし、又、平均分子軸が方
向１０２と１０２′の配向状態にある領域の輝度
をそれぞれIH1とIH2とするとき、IH1，IH2，IDとIL
との間で下記式の関係をもつことができる。
好に保つための条件としては次の条件を満足して
いるとさらによい。即ち、平均分子軸が方向１０
４の配向状態にある領域の輝度（或いは透過光
量）をID、平均分子軸が方向１０４′の配向状態
にある領域の輝度をILとし、又、平均分子軸が方
向１０２と１０２′の配向状態にある領域の輝度
をそれぞれIH1とIH2とするとき、IH1，IH2，IDとIL
との間で下記式の関係をもつことができる。
IH2／IH1＜８ 且つ ID＜IH1＜IH2＜IL，
或いは、IH2／IH1＜１／２・IL／ID且つID＜IH1＜IH2
＜IL 又、一般にデイスプレイに画像の表示する場
合、非画素領域（画素間）は背景の色に近い方が
見易い。即ち、背景が“暗”の場合は画素間も
“暗”に近く、背景が“明”の場合には画素間も
“明”に近い方が好ましい。ところでデイスプレ
イの多くは、ネガーポジ反転表示を行う機能を有
する。従つて、平均分子軸１０４の配向状態を背
景とする場合にも、平均分子軸１０４′の配向状
態を背景とする場合にも、どちらにも良好に対応
できるには、非画素部では平均分子軸１０２の配
向状態にある領域と平均分子軸１０２′の配向状
態にある領域が混在している方が望ましい。詳し
くは、角度−θをなす平均分子軸１０２の配向状
態にある領域の面積をSAとし、角度θをなす平
均分子軸１０２′の配向状態にある領域の面積を
SBとした時、面積積比率をαとするとき、 0.2≦α≦0.8 （α＝SA／SA＋SB） 程度とすることができる。
＜IL 又、一般にデイスプレイに画像の表示する場
合、非画素領域（画素間）は背景の色に近い方が
見易い。即ち、背景が“暗”の場合は画素間も
“暗”に近く、背景が“明”の場合には画素間も
“明”に近い方が好ましい。ところでデイスプレ
イの多くは、ネガーポジ反転表示を行う機能を有
する。従つて、平均分子軸１０４の配向状態を背
景とする場合にも、平均分子軸１０４′の配向状
態を背景とする場合にも、どちらにも良好に対応
できるには、非画素部では平均分子軸１０２の配
向状態にある領域と平均分子軸１０２′の配向状
態にある領域が混在している方が望ましい。詳し
くは、角度−θをなす平均分子軸１０２の配向状
態にある領域の面積をSAとし、角度θをなす平
均分子軸１０２′の配向状態にある領域の面積を
SBとした時、面積積比率をαとするとき、 0.2≦α≦0.8 （α＝SA／SA＋SB） 程度とすることができる。
一方角度−θをなす平均分子軸１０２又は角度
θをなす平均分子軸１０２′の領域の一単位とし
ての面積が小さく、全体として、ハーフトーンに
見えるとさらによい。このためには、平均分子軸
１０２又は１０２′の一領域（ドメイン）の面積
をＡ、最小単位画素の面積をＢとするとき、 Ａ ≦ Ｂ が望ましい。
θをなす平均分子軸１０２′の領域の一単位とし
ての面積が小さく、全体として、ハーフトーンに
見えるとさらによい。このためには、平均分子軸
１０２又は１０２′の一領域（ドメイン）の面積
をＡ、最小単位画素の面積をＢとするとき、 Ａ ≦ Ｂ が望ましい。
前述したチルト角θ，θa並びにの測定は、
閾値電圧を越えた正極性パルスを印加した後、素
子の両側に配置したクロスニコル偏光子をその素
子における最暗状態となる位置に設定し、次いで
閾値電圧を越えた逆極性の負極性パルスを印加
し、クロスニコル偏光子を回転させることによつ
て、再び最暗状態となる位置に設定する。この際
のクロスニコル偏光子の回転角度がチルト角θ，
θa並びにの２倍の値に相当している。尚、チ
ルト角θとθaは、メモリー状態下でのチルト角
であるため、パルス電圧を除去した後に測定した
ものであるが、チルト角は、パルス電圧の印加
が維持されている状態下で測定したものである。
閾値電圧を越えた正極性パルスを印加した後、素
子の両側に配置したクロスニコル偏光子をその素
子における最暗状態となる位置に設定し、次いで
閾値電圧を越えた逆極性の負極性パルスを印加
し、クロスニコル偏光子を回転させることによつ
て、再び最暗状態となる位置に設定する。この際
のクロスニコル偏光子の回転角度がチルト角θ，
θa並びにの２倍の値に相当している。尚、チ
ルト角θとθaは、メモリー状態下でのチルト角
であるため、パルス電圧を除去した後に測定した
ものであるが、チルト角は、パルス電圧の印加
が維持されている状態下で測定したものである。
尚、第７図はらせん構造が解除され、双安定状
態を有する液晶セルのスメクチツク層の面内で切
断したときの、ダイレクタ即ちＣダイレクタ７１
および対応する自発分極７２の配列の様子を示し
たもであり、一番上の円（液晶コーンのスメクチ
ツク層面への射影に相当）は上基板近傍の状況
を、一番下の円は下基板近傍の状況を示す。第３
図ａは平均的自発分極７３ｂの向きは下向き、ｂ
の平均的自発分極７３ａの下向きである。従つて
電界によつてａとｂの間でスイツチングがおこ
る。
態を有する液晶セルのスメクチツク層の面内で切
断したときの、ダイレクタ即ちＣダイレクタ７１
および対応する自発分極７２の配列の様子を示し
たもであり、一番上の円（液晶コーンのスメクチ
ツク層面への射影に相当）は上基板近傍の状況
を、一番下の円は下基板近傍の状況を示す。第３
図ａは平均的自発分極７３ｂの向きは下向き、ｂ
の平均的自発分極７３ａの下向きである。従つて
電界によつてａとｂの間でスイツチングがおこ
る。
第８図は液晶セルの厚さ方向にねじれ構造が無
い、即ち理想的な場合のＣダイレクタの配列を示
したものである。一般化のため図では液晶分子が
基板面に対し少しチルトしているケースが示して
ある。それぞれ自発分極の向きはａで上向きｂで
下向きである。
い、即ち理想的な場合のＣダイレクタの配列を示
したものである。一般化のため図では液晶分子が
基板面に対し少しチルトしているケースが示して
ある。それぞれ自発分極の向きはａで上向きｂで
下向きである。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、マトリ
クス電極構造をもつ双安定状態の有する強誘電性
液晶セルに、交流電界を印加することにより、画
素部以外の部分をセル全体にわたつて均一な配向
方向に制御できるとともに、画素部においてはチ
ルト角の拡大された双安定状態が実現され、透過
光量、及びコントラストを増大させることが可能
となり、表示特性の優れた強誘電性液晶素子を提
供することができる。
クス電極構造をもつ双安定状態の有する強誘電性
液晶セルに、交流電界を印加することにより、画
素部以外の部分をセル全体にわたつて均一な配向
方向に制御できるとともに、画素部においてはチ
ルト角の拡大された双安定状態が実現され、透過
光量、及びコントラストを増大させることが可能
となり、表示特性の優れた強誘電性液晶素子を提
供することができる。
第１図及び第６図は本発明による液晶セルの一
実施例の模式図、第２図及び第３図は液晶セルの
平面図及び断面図、第４図及び第５図は液晶セル
の模式図である。第７図はツイスト配向状態にお
けるカイラルスメクチツク層面のダイレクタの模
式射影図、第８図はパラレル配向状態におけるカ
イラルスメクチツク層面のダイレクタの模式射影
図である。 １……液晶セル、２……液晶、３……基板、４
……電極、５……被膜、６……スペーサー、１０
１……ラビング軸（中心軸）、１０２，１０２′…
…平均分子軸、１０３，１０３′……平均分子軸、
１０４，１０４′……平均分子軸、１０５，１０
５′……偏光軸、７１……Ｃダイレクタ、７２…
…自発分極、７３ａ，７３ｂ……平均的自発分
極。
実施例の模式図、第２図及び第３図は液晶セルの
平面図及び断面図、第４図及び第５図は液晶セル
の模式図である。第７図はツイスト配向状態にお
けるカイラルスメクチツク層面のダイレクタの模
式射影図、第８図はパラレル配向状態におけるカ
イラルスメクチツク層面のダイレクタの模式射影
図である。 １……液晶セル、２……液晶、３……基板、４
……電極、５……被膜、６……スペーサー、１０
１……ラビング軸（中心軸）、１０２，１０２′…
…平均分子軸、１０３，１０３′……平均分子軸、
１０４，１０４′……平均分子軸、１０５，１０
５′……偏光軸、７１……Ｃダイレクタ、７２…
…自発分極、７３ａ，７３ｂ……平均的自発分
極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一対の偏光板、該一対の偏光板間に間隔をお
いて配置した一対の基板、該一対の基板の内側に
画素部となる相対向電極領域と非画素部となる相
対向していない電極領域とが形成される様に配置
した一対の電極及び該一対の基板間に配置され、
且つ無電界時に互いに異なる２つの双安定配向状
態を発現し、該双安定配向状態のそれぞれの平均
分子軸のなす角度が2θである第１状態のカイラル
スメクチツク相に、該液晶の閾値電圧より大きい
光流電圧を印加することにより、該光流電圧の印
加を解除した後の無電界時における前記互いに異
なる２つの配向状態のそれぞれの平均分子軸のな
す角度が前記2θより大きい角度2θaである第２状
態のカイラルスメクチツク相を生成してなるカイ
ラルスメクチツク液晶を有し、 前記画素部の相対向電極間にカイラルスメクチ
ツク液晶の閾値電圧を越えた直流パルス電圧を印
加した時に生じる２つの配向状態のそれぞれの平
均分子軸のなす角度を2Θとした時、θ＜θa≦Θ
の関係を生じ、前記非画素部におけるカイラルス
メクチツク液晶が角度θの平均分子軸をもつ配向
状態と角度−θの平均分子軸をもつ配向状態との
混在状態を生じ、カイラルスメクチツク液晶の平
均分子軸方向が角度θ及び−θに対応した時の輝
度をそれぞれIH1及びIH2とし、且つカイラルスメ
クチツク液晶の平均分子軸方向が角度θa及び−θa
に対応した時の輝度をそれぞれID及びILとした
時、IH1，IH2，ID及びILとの間で ID＜IH1＜IH2＜IL及び IH2／IH1＜１／２・IL／ID の関係を生じてなることを特徴とする液晶素子。 ２ 前記IH1及びIH2が IH2／IH1＜８ の関係を生じている特許請求の範囲第１項記載の
液晶素子。 ３ 前記角度−θをなす平均分子軸の配向状態に
ある領域の面積をSAとし、角度θをなす平均分
子軸の配向状態にある領域の面積をSBとした時、
面積比率SA／SA＋SBをαとすると、 0.2≦α≦0.8 の関係を生じている特許請求の範囲第１項記載の
液晶素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19840886A JPS6353519A (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 液晶素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19840886A JPS6353519A (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 液晶素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6353519A JPS6353519A (ja) | 1988-03-07 |
| JPH0478969B2 true JPH0478969B2 (ja) | 1992-12-14 |
Family
ID=16390626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19840886A Granted JPS6353519A (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 液晶素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6353519A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6361234A (ja) * | 1986-09-02 | 1988-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | 液晶電気光学装置 |
-
1986
- 1986-08-25 JP JP19840886A patent/JPS6353519A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6353519A (ja) | 1988-03-07 |
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