JPH05203955A - 強誘電性液晶素子 - Google Patents

強誘電性液晶素子

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JPH05203955A
JPH05203955A JP3286692A JP3286692A JPH05203955A JP H05203955 A JPH05203955 A JP H05203955A JP 3286692 A JP3286692 A JP 3286692A JP 3286692 A JP3286692 A JP 3286692A JP H05203955 A JPH05203955 A JP H05203955A
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JP
Japan
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liquid crystal
substrate
pretilt angle
ferroelectric liquid
rubbing
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JP3286692A
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English (en)
Inventor
Shigehisa Hotta
薫央 堀田
Yukio Haniyu
由紀夫 羽生
Yasuhito Kodera
泰人 小寺
Tadashi Mihara
正 三原
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶の移動を抑制して、セル厚増加による黄
変や空隙の発生を防止する。 【構成】 液晶駆動用のストライプ状の電極群をそれぞ
れ有し、液晶を配向させるためのラビング処理が施され
た1組の基板間に強誘電性液晶を保持して成る強誘電性
液晶素子において、一方の基板のラビング方向がそのス
トライプ状電極の方向と0°〜45°の角度を成し、か
つその基板面における液晶のプレチルト角は、他方の基
板面におけるプレチルト角より小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カイラルスメクチック
液晶を用いた液晶素子、特にマルチプレクシング駆動中
に起こる液晶分子の移動によるセルギャップの増大と空
隙の発生を抑制した強誘電性液晶素子に関するものであ
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、非らせん構造のカイラルスメクチックC
相(SmC* )または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、かつ
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、特にその機能から大画面で高精細な
ディスプレーへの応用が期待されている。
【0003】この双安定性を有する液晶を用いた光学変
調素子が所定の駆動特性を発揮するためには、一対の平
行基板間に配置される液晶が、電界の印加状態とは無関
係に上記2つの安定状態の間での変換が効果的に起こる
ような分子配列状態にあることが必要である。
【0004】また、液晶の複屈折を利用した液晶素子の
場合、入射光強度をI0 、透過光強度をI、チルト角を
θ、屈折率異方性をΔn、液晶層の膜厚をd、入射光の
波長をλとすれば、直交ニコル下での透過率は数1式で
表される。
【0005】
【数1】 前述の非らせん構造におけるチルト角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
向の角度として現れることになる。数1式によれば、か
かるチルト角θが22.5°の角度の時最大の透過率と
なり、双安定性を実現する非らせん構造でのチルト角θ
が22.5°にできる限り近いことが必要である。
【0006】ところで、強誘電性液晶の配向方法として
は、大きな面積に亘って、スメクチック液晶を形成する
複数の分子で組織された分子層を、その法線に沿って一
軸方向に配向させることができ、しかも製造プロセス
も、簡便なラビング処理により実現できるものが望まし
い。強誘電性液晶、特に非らせん構造のカイラルスメク
チック液晶のための配向方法としては、例えば米国特許
第4561726号公報に記載されたものなどが知られ
ている。
【0007】一方、本発明者等の研究によれば、このよ
うな強誘電性液晶を有する液晶セルにおいては、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ている。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、
図2(A)に示すように、液晶の移動の方向22はラビ
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。ただし、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、次に
説明するようなセルの配向状態に依存している。
【0008】スメクチック層のシェブロン構造を含む配
向はC1およびC2の2種類の配向モデルで説明するこ
とができる。図3において、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
3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3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35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。
【0009】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、強誘電性液晶が、そのプレチルト角をα、チル
ト角(コーン角の1/2)をΘ、Sm*C層の傾斜角を
δとすれば、数2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。
【0010】
【数2】 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3式
の関係を示す状態をユニフォーム状態という。
【0011】
【数3】 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4(A)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5
1〜54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、5
1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4(B)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、輝度
が大きくしかもコントラストが高い。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記数
3式で示されるユニフォーム状態においては、前記液晶
の移動に関連し、次のような問題点がある。
【0013】すなわち、発明者等の実験によれば、図5
に例示するように、従来の、矢印A方向にラビング処理
したポリイミド膜によるハイプレチルト配向構造を有す
る非螺旋構造の強誘電性液晶セルにおいて、白または黒
の定型パターン61または63を書き込んで駆動し続け
ると、白と黒に対応する分子位置に応じた方向で、カイ
ラルスメクチックC状態の層方向BまたはCに液晶分子
が移動する。そして、移動方向へ液晶が蓄積し、セルギ
ャップを押し拡げて液晶層の厚さを拡大することによ
り、セル端部領域65が黄色に着色(黄変)する。ま
た、移動の反対側には、液晶分子が無くなって空隙領域
67が形成される。この現象は、セルのシール69近傍
が最も顕著であり、セルの内側へと拡大する。
【0014】本発明の目的は、前記従来技術の問題点に
鑑み、強誘電性液晶素子において、前記液晶の移動を抑
制し、セル厚増加による黄変や空隙の発生を防止するこ
とにある。
【0015】
【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、液晶駆動用のストライプ状の電極群をそれ
ぞれ有し、液晶を配向させるためのラビング処理が施さ
れた1組の基板間に強誘電性液晶を保持して成る強誘電
性液晶素子において、一方の基板のラビング方向がその
ストライプ状電極の方向と0°〜45°の角度を成し、
かつその基板面における液晶のプレチルト角は、他方の
基板面におけるプレチルト角より小さくなるようにして
いる。
【0016】前記強誘電性液晶は、例えば、そのコーン
角Θおよび見かけのチルト角θa の間に、Θ>θa >Θ
/2の関係を有するユニフォーム配向である。また、前
記両基板面におけるプレチルト角の差は、0.5°〜
3.0°であるのが好ましい。前記各基板のストライプ
状の電極群は通常、それぞれ選択電極および共通電極で
ある。
【0017】
【作用】この構成において、一方の基板のラビング方向
がそのストライプ状電極の方向と0°〜45°の角度を
成し、かつその基板面における液晶のプレチルト角は、
他方の基板面におけるプレチルト角より小さくなるよう
にしたため、すなわち、ストライプ電極の方向がラビン
グ方向に近い方の基板におけるプレチルト角が他方のプ
レチルト角よりも小さくなるようにしたため、液晶層内
の液晶分子の移動が大幅に抑制される。ただし、単安定
になる等の副作用が生じないよう、プレチルト角の差が
上述の0.5°〜3.0°の範囲となるようにプレチル
ト角を非対称とするのが好ましい。これにより、セル厚
増加による黄変や空隙の発生が防止される。
【0018】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。実施例1 図1に示すように、共通電極1を有する基板2、および
選択電極4を有する基板5のラビング処理の方向を共に
共通電極1と同方向の方向3とし、また、基板2のラビ
ング条件を、押込み量が0.35mm、回転数が100
0rpm、送り速度が30mm/sとし、基板5のラビ
ング条件を、押込み量が0.35mm、回転数が100
0rpm、送り速度が50mm/sとして、液晶セルを
作製し、強誘電性液晶を充填して、ユニフォーム配向と
した。
【0019】次に、共通電極1側と選択電極4側におけ
る液晶のプレチルト角の差を計測したところ1.5°で
あり、共通電極1側の方がプレチルト角が小さかった。
【0020】次に、駆動電圧を20Vとして12時間駆
動した。その結果、セル厚の変化はまったく観察されな
かった。すなわち、液晶層内での液晶分子の移動が抑制
されていることがわかった。
【0021】実施例2 ラビング処理の方向を基板2および基板5共に選択電極
4と同方向の方向6とし、基板2および基板5のラビン
グ条件を逆にした以外は実施例1と同様の液晶セルを作
製した。
【0022】次に、共通電極1側と選択電極4側におけ
る液晶のプレチルト角の差を計測したところ1.5°で
あり、選択電極4側の方がプレチルト角が小さかった。
【0023】次に、駆動電圧を20Vとして12時間駆
動した。その結果、セル厚の変化はまったく観察されな
かった。すなわち、この場合も、液晶層内での液晶分子
の移動が大幅に抑制されていることがわかった。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
トライプ電極の方向がラビング方向に近い方の基板にお
けるプレチルト角が他方のプレチルト角よりも小さくな
るようにしたため、液晶層内の液晶分子の移動を大幅に
抑制することができる。すなわち、単安定になる等の副
作用が生じない範囲でプレチルト角を非対称とすること
により、セル厚増加による黄変や空隙の発生を防止する
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におけるス
トライプ電極とラビング方向との関係を示す模式図であ
る。
【図2】 液晶の移動の様子を示す説明図である。
【図3】 C1配向とC2配向の層構造を示す説明図で
ある。
【図4】 C1配向および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。
【図5】 液晶の移動の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
1:共通電極、2:基板、3:ラビング方向、4:選択
電極、5:基板、6:ラビング方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三原 正 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶駆動用のストライプ状の電極群をそ
    れぞれ有し、液晶を配向させるためのラビング処理が施
    された1組の基板間に強誘電性液晶を保持して成る強誘
    電性液晶素子において、一方の基板のラビング方向がそ
    のストライプ状電極の方向と0°〜45°の角度を成
    し、かつその基板面における液晶のプレチルト角は、他
    方の基板面におけるプレチルト角より小さいことを特徴
    とする強誘電性液晶素子。
  2. 【請求項2】 前記強誘電性液晶は、そのコーン角Θお
    よび見かけのチルト角θa の間に、Θ>θa >Θ/2の
    関係を有するユニフォーム配向であることを特徴とする
    請求項1記載の強誘電性液晶素子。
  3. 【請求項3】 前記両基板面におけるプレチルト角の差
    は、0.5°〜3.0°であることを特徴とする請求項
    1記載の強誘電性液晶素子。
  4. 【請求項4】 前記各基板のストライプ状の電極群は、
    それぞれ選択電極および共通電極である、請求項1記載
    の強誘電性液晶素子。
JP3286692A 1992-01-24 1992-01-24 強誘電性液晶素子 Pending JPH05203955A (ja)

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JP3286692A Pending JPH05203955A (ja) 1992-01-24 1992-01-24 強誘電性液晶素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6313897B1 (en) 1996-10-23 2001-11-06 Sharp Kabushiki Kaisha Rubbing treatment apparatus having roller with specific implanting directions of the pile yarns and method of rubbing

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6313897B1 (en) 1996-10-23 2001-11-06 Sharp Kabushiki Kaisha Rubbing treatment apparatus having roller with specific implanting directions of the pile yarns and method of rubbing

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