JPH05297374A - 液晶光学素子及びその表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 双安定性を不要にして、比較的厚い液晶素子
でも所望の表示特性を実現すると共に、製造を容易に
し、かつ、駆動信号の波形を簡素化してコスト低減を図
る。 【構成】 強誘電性液晶材料６を一対の電極付き基板
（１２，１４，１６及び２２，２４，２６）間に挟持し
て構成し、スメクチック層法線が電極面内でほぼ一様に
揃うとともに、電圧の非印加時には液晶分子の配向方向
の角度が上下電極間で少なくとも２０度以上ねじれた構
造を熱的に安定に保ち、かつ、電圧の印加時には、強誘
電性液晶材料の分子がほぼ一方向に揃うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器あるいは各種
情報表示機器等の液晶表示装置などとしてされる液晶光
学素子及びその表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、強誘電性液晶材料の双安定性を利
用した液晶表示素子を製造するには、良好な双安定性を
実現させるために液晶材料自体の特性が重要となってい
た。そして、液晶素子の液晶層の厚みを１ミクロン近く
に薄くする必要があり、さらに配向制御を精密に行わな
ければならなかった。また、駆動信号は、複雑な波形電
圧を印加しなければならない等の難しさがあった。

【０００３】このような課題を改善した例として、特願
平３ー２３０９２０号公報に記載された「液晶パネルの
駆動方法」を挙げることが出来る。この特願平３ー２３
０９２０号の「液晶パネルの駆動方法」は、片安定性の
みを有するか、又は双安定性の不良な液晶素子に対し
て、配向緩和時間内に再度書込みパルスを印加して駆動
する方法としてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来の「液晶パネ
ルの駆動方法」に示す液晶素子では、片安定性のみを有
するか、又は双安定性の不良な液晶素子に対して、配向
緩和時間内に再度書込みパルスを印加して駆動するよう
にしている。しかし、この場合、通常状態で液晶層に内
部電界が存在することが多く、動作の長期安定性を得に
くいことがある。

【０００５】本発明は、上記問題点にかんがみてなされ
たものであり、双安定性を不要にして、比較的厚い液晶
素子でも所望の表示特性を実現でき、その製造が容易に
なるとともに、双安定性利用方式と比較して駆動信号波
形を簡素化でき、コスト低減を図れる液晶光学素子及び
その表示方法の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、強誘電性液晶材料を一対の電極付き基板間に挟持し
てなる本発明の液晶光学素子は、スメクチック層法線が
電極面内でほぼ一様に揃うとともに、電圧の非印加時
は、液晶分子の配向方向の角度が上下電極間で少なくと
も２０度ねじれた構造を熱的に安定に保ち、かつ、電圧
の印加時には、強誘電性液晶材料の分子がほぼ一方向に
揃う構成としてあり、好ましくは、電極付き基板を可撓
性を有する材料で形成し、さらに、電極付き基板の少な
くとも一方の電極面上に配向制御膜を備えた構成として
ある。

【０００７】また、本発明の液晶光学素子における表示
方法は、上記液晶光学素子で表示を行う際に、時間平均
がゼロでない電圧を印加したときの強誘電性液晶材料の
分子の平均的方向と、電圧が実質的にゼロであるときの
ねじれ状態との間の光学的な差を用いて表示を行う方法
としてある。

【０００８】以下、本発明の液晶光学素子及びその表示
方法を図面を参照して説明する。液晶素子は、強誘電性
液晶材料を一対の電極付き基板間に挟持した構成とし、
スメクチック層法線が電極面内でほぼ一方向に揃い、カ
イラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^* ）などの強誘電相に
おいて電圧を印加しないときには、液晶分子の向きの角
度が上下基板間で少なくとも２０°以上ねじれた構造と
し、かつ、この構造を熱的に安定に保ち、また電圧印加
時にのみ液晶分子がほぼ一方向に揃うようにする。すな
わち、所望のコントラスト比などの特性を得る構成とす
る。

【０００９】ここで、強誘電性液晶材料としては、強誘
電性低分子液晶、強誘電性高分子液晶、又はこれらの混
合物などが挙げられる。強誘電性低分子液晶としては、
例えば、一種又は二種以上の強誘電性低分子液晶、一種
又は二種以上の強誘電性低分子液晶と他の低分子液晶等
の混合物からなる強誘電性低分子液晶などを挙げること
ができる。また、強誘電性高分子液晶としては、例え
ば、一種又は二種以上の強誘電性高分子液晶、一種又は
二種以上の強誘電性低分子液晶と一種又は二種以上の強
誘電性高分子液晶からなる強誘電性高分子液晶、一種又
は二種以上の強誘電性低分子液晶と一種又は二種以上の
他の高分子液晶等からなる強誘電性高分子液晶などを挙
げることができる。すなわち、前記強誘電性高分子液晶
としては、ポリマー分子自体が強誘電性の液晶特性を示
す強誘電性高分子液晶（ホモポリマーまたはコポリマー
またはそれらの混合物）、強誘電性高分子液晶と他の高
分子液晶及び／又は通常のポリマーとの混合物、強誘電
性高分子液晶と強誘電性低分子液晶との混合物、強誘電
性高分子液晶と強誘電性低分子液晶と高分子液晶及び／
又は通常のポリマーとの混合物、あるいは、これらと通
常の低分子液晶との混合物などの、すべての強誘電性を
示す高分子液晶を使用することができる。前記強誘電性
高分子液晶の中でも、例えば、カイラルスメクチックＣ
相をとる側鎖型強誘電性高分子液晶が好適に使用され
る。

【００１０】強誘電性液晶化合物の例としては、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メー
ト（ＨＯＢＡＣＰＣ）および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（ＭＢ
ＲＡ８）等が挙げられる。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、ＳｍＣ^* 相又はＳｍＨ
^* 相となるような温度状態に保持する、必要に応じて素
子をヒーターが埋め込まれた銅ブロック等により支持す
ることができる。また、本発明では前述のＳｍＣ^* ，Ｓ
ｍＨ^*の他にカイラルスメクチックＦ相，Ｉ相，Ｊ相，
Ｇ相やＫ相で現われる強誘電性液晶を用いることも可能
である。さらに、強誘電性液晶組成物には、必要に応じ
て、接着剤，減粘剤，非液晶カイラル化合物，色素等が
含まれる。上述のように、強誘電性液晶材料であれば制
限されないが、コーン角２θは２０°以上のものとする
必要がある。コーン角２θが２０°よりも小さいとコン
トラストが低下することがある。

【００１１】電極付可撓性電極基板としては、例えば、
一軸又は二軸延伸ポリエチレンテレフタレートなどの結
晶性ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンな
どの非結晶性ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン
などのポリオレフィン、ポリカーボネット、ナイロンな
どのポリアミド等を挙げることができる。これらの中で
も、特に一軸又は二軸延伸ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリエーテルスルホンなどが好ましい。本発明にお
いて、前記二枚の可撓性基板は、互いに同じ材質のもの
であってもよく、又は相違する材質のものであってもよ
いが、通常、上記の二枚の基板のうち少なくとも一方の
基板を光学的に透明なものとし、透明な電極を設けて使
用する。

【００１２】可撓性基板上に形成される液晶駆動用電極
群の形成材料としては、導電性を有する材料であれば特
に制限されないが、少なくとも一方の電極には、導電性
及び透明性の両性質を有する材料を用いることが好まし
い。具体的には、例えば、酸化インジウム又は酸化イン
ジウムと酸化錫との混合物からなるＩＴＯ ( IndiumTin
Oxide ) 膜等の透明電極が好適に使用される。可撓性
基板上に液晶駆動用電極を形成する方法は特に制限され
ず、従来より公知の蒸着、スパッタリング等の方法によ
って形成される。強誘電性液晶材料の挟持方法は、特に
限定されず、また、挟持方法によっては強誘電性液晶材
料は配向しなくてもよい。

【００１３】配向方法、すなわち、スメクチック層法線
の揃え方は、周知の配向法、例えば、ラビング法、斜方
蒸着法、温度勾配法、剪断法などを用いることができ
る。好ましくはプラスチック基板を用い、曲げ配向法な
どを利用する。

【００１４】ねじれ構造の作り方は、以下の作製方法
（１），（２），（３）を用いる。作製方法（１）で
は、従来のＴＮ（ツイステッドネマチック）型、ＳＴＮ
（スーパーツイステッドネマチック）型と同様に上下電
極面にそれぞれ方向の異なる配向制御膜を設ける。図１
（ａ）は、この上下電極面にそれぞれ方向の異なる配向
制御膜を設けた構成を示している。図１（ａ）におい
て、液晶材料６は上側配向制御膜１２と、下側配向制御
膜２２との間に配置される。上側配向制御膜１２には上
側電極１４が接合し、さらに上側電極１４に上側基板１
６を接合している。同様に、下側配向制御膜２２には下
側電極２４が接合し、さらに下側電極２４に下側基板２
６が接合して液晶光学素子が構成されている。上側電極
１４と下側電極２４には配向制御能を付与する。具体的
には有機膜を設けてラビング処理し、あるいは無機の有
機物を斜方蒸着して作製する。この構成の液晶素子で
は、図１（ｂ）に示すように配向処理方向を上下基板で
相互に逆向きにねじれた方向とし、スメクチック層法線
からの角度をそれぞれ−α、＋α又は＋α、−αとす
る。この角度αは液晶材料のチルト角θに近いことが好
ましい。このように上下基板の配向制御能によって液晶
材料を配向させる。この場合、セル厚は１〜１０μｍと
する。

【００１５】作製方法（２）では、図１（ａ）に示す構
成の上下基板の一方のみに、スメクチック層法線から＋
α又は−α角度の方向に配向制御能を持たせ、配向制御
自体は剪断法で行う。図２に示すように、配向処理方向
αに剪断を与えることでスメクチック層法線は、それと
直角な方向に揃う。セル厚を３μｍ以上とする、これに
よって一般には双安定性がくずれてねじれ状態が安定な
液晶素子を形成できる。

【００１６】作製方法（３）では、上記作製方法
（１），（２）に対して上下基板ともに配向制御能を付
与せずに、剪断のみによって配向させる（図示せず）。
セル厚は３μｍ以上とする。なお、これらの作製方法
（１），（２），（３）に限定されない。すなわち、ね
じれ構造を準安定ではなく熱的安定に保持できれば良
い。

【００１７】次に、液晶光学素子の表示方法について説
明する。前記液晶素子に電圧が印加されない場合、ねじ
れ構造を有し、電圧を印加したときは、通常の強誘電性
液晶素子と同様にスメクチック層法線から＋θまたは−
θの角度だけ傾いた方向に傾斜させ、これらの状態間の
光学的差異を開いて表示を行う。この表示方法は限定さ
れないが以下、二つの例を挙げて説明する。例（１）で
は、複屈析効果を用いる場合に一枚の偏光板を用いて反
射型として表示を行う。図３は、この一枚の偏光板を用
いた反射型液晶光学素子の分解構成を示している。図３
における反射型液晶光学素子例は偏光板３０と、液晶セ
ル３２、この液晶セル３２の下側に配置される反射板３
４とを有している。図４（ａ）（ｂ）は、図３に示す液
晶光学素子の動作状態を示している。図４（ａ）におい
て、電圧がゼロのときに液晶材料がねじれ構造を偏光軸
を上基板側の液晶分子の配向方向に合わせておくと入射
光の偏光面は、液晶材料の配向方向に応じて、ねじれな
がら下基板に到達する。同様にして反射光が元の方向に
ねじれながら上基板及び偏光板３０を通じて返ってく
る。したがって、このときの表示は明状態となる。図４
（ｂ）において、電圧を印加して偏光軸と逆向きに傾い
た一様構造にすると、この液晶セルの複屈折の大きさに
応じた着色が生じる。したがって、これらの二つの状態
によってオン又はオフ表示が可能になる。

【００１８】次に、複屈析効果を用いる際に、二枚の偏
光板を用いた透過型として表示を行なう。図５は、この
二枚の偏光板を用いた透過型液晶光学素子の構成を示し
ている。図５において、この例は、偏光板４０，４２間
に、液晶セル４４を設けている。図６（ａ）（ｂ）は、
図５に示す液晶光学素子の動作状態を示している。図６
（ａ）において、電圧ゼロのときはＴＮ型液晶と同様
に、明状態の表示となる。また、図６（ｂ）において、
電圧印加時には偏光軸の一方方向にほぼ揃うため暗状態
の表示となる。なお、必要に応じて反射板を偏光板の外
側に設けて反射型としてもよい。

【００１９】次に、例（２）では、ゲストホスト効果を
用いる場合、液晶材料に２色性色素を混合して液晶材料
自体に吸光能を持たせることで偏光板を一枚にしても透
過型液晶素子を作製できる。例えば、図３に示す構成に
あって、反射板３４のみを除いた構成を挙げることが出
来る。この場合も電圧を印加しないときには明表示状態
となり、また電圧印加時には２色性色素の色に対応する
着色状態となる。

【００２０】

【作用】上記構成からなる液晶光学素子によれば、スメ
クチック層法線が電極面内でほぼ一様に揃うとともに、
電圧の非印加時は、液晶分子の配向方向の角度が上下電
極間で少なくとも２０度ねじれた構造を熱的に安定に保
ち、かつ、電圧の印加時には、強誘電性液晶材料の分子
がほぼ一方向に揃う。すなわち、所望のコントラスト比
などの特性を得られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の液晶光学素子及びその表示方
法を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。 実施例１ 長尺のＩＴＯ電極付きポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）
基板（厚み１００μｍ、幅１５０ｍｍ、長さ２０ｍ）の
ＩＴＯ電極面にポリスチレン（分子量Ｍｗ＝２×１０
⁵ ）の２重量％トルエン溶液をグラビアコーターを用い
て塗布製膜した。溶媒蒸発後ローラを用いてラビング処
理を行った。図７は、このラビング処理の状態を示し、
図８は、図７を側面から見た状態を示している。図７に
おいて、この例は、鉄製ボビンなどにラビング用布を巻
いたローラ５２で基板５４にラビング処理を行う。この
場合のローラ５２は直径φ１００ｍｍ、その全長を３０
０ｍｍとし、さらに回転数を１００ｒｐｍとした。基板
５４のライン速度Ｖを１０ｍ／ｍｉｎとした。また、ロ
ーラ５２の中心軸線と基板５４の移動方向線との角度θ
を２０°とした。さらに、図８に示すようにローラ５２
の押圧力を０．５Ｋｇとし、基板５４の張力を３Ｋｇと
した。

【００２２】このようにしてラビング処理した基板５４
を２０ｍずつ用意して、その中の一方の電極側の面に、
メルクジャパン製の強誘電性液晶組成物ＺＬＩ−４６５
５−１００とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：分
子量Ｍｗ＝１×１０⁴ ）の９５：５（重量比）の混合物
のジクロルメタンの３０重量％溶液をダイレクトグラビ
アコータで塗布製膜して溶媒蒸発後約４μｍの膜厚を得
た。次に、上記対向基板をラミネート後、長さ５００ｍ
ｍ分を切出して１５０ｍｍ×５００ｍｍの液晶素子とし
た。上下電極間に室温で直流４０Ｖを印加しながら全体
に一様なたわみ変形を与えてスメクチック層法線を液晶
素子の短手方向に揃えた。本液晶素子を偏光顕微鏡で観
察したところ、電圧を印加しないときには、約４０°の
ねじれ構造となっており、電圧を＋５Ｖまたは−５Ｖ印
加したときには、液晶素子の光学的主軸がスメクチック
層法線に対してそれぞれ＋２０°又は−２０°に一様に
配向した。

【００２３】本液晶素子を図５、図６のように偏光軸の
角度をスメクチック層法線に対して±２０°傾けた配置
とし、その間に上記液晶素子を挟んだところ、電圧を印
加しないときには透明状態となり、また電圧を２Ｖ以上
印加したときに表示が暗状態となった。この場合のコン
トラスト比は約２０であった。 実施例２

【００２４】

【化１】

【００２５】上記液晶材料を、２０重量％アセトン溶液
とし、実施例１で用いたと同じ基板（ただし、ポリスチ
レンを塗布していない）の電極面にグラビアコーターを
用いて塗布製膜し、膜厚５μｍの液晶膜を得た。対向基
板を電極面が直接液晶層に接するようにラミネートして
液晶素子を作製した。その後、長さ５００ｍｍを切出し
て室温で電圧±６０Ｖ、周波数１０Ｈｚの交流矩形波電
圧を印加しながら曲げ変形を与えて、スメクチック層法
線が液晶素子の短手方向になるように配向処理した。本
液晶素子に電圧を印加しないときには、上下基板間で分
子の方向角度が約５０°のねじれ構造になっていた。そ
して、図９に示すように、角度が素子６２のスメクチッ
ク層法線から２５°だけ傾いた偏光板６４を一枚積層し
て液晶素子を完成させた。電圧を印加しないときには明
状態、５Ｖの直流を印加したときには表示は黒色とな
り、そのときのコントラスト比は１５であった。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶光学素子及
びその表示方法によれば、双安定性を不要にして、比較
的厚い液晶素子でも所望の表示特性を実現でき、さら
に、双安定性の利用方式と比較した場合の駆動信号の波
形を簡素化できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一例に係る液晶光学素子の作
製方法を説明するための断面図である。（ｂ）は、
（ａ）に示す液晶光学素子の動作を説明するための斜視
図である。

【図２】本発明の一例に係る液晶光学素子の作製方法を
説明するための斜視図である。

【図３】本発明の一例である反射型液晶光学素子を説明
するための分解構成断面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は、図３に示す構成の動作状態を
示す斜視図である。

【図５】本発明の一例である透過型液晶光学素子を説明
するための分解構成断面図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は、図５に示す構成の動作状態を
示す斜視図である。

【図７】実施例１におけるラビング処理を説明するため
の斜視図である。

【図８】図７における側面構成を示す側面図である。

【図９】実施例２における液晶光学素子を説明するため
の斜視図である。

【符号の説明】

６…液晶材料 １２…上側配向制御膜 １４…上側電極 １６…上側基板 ２２…下側配向制御膜 ２４…下側電極 ２６…下側基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強誘電性液晶材料を一対の電極付き基板
   間に挟持してなる液晶光学素子において、 スメクチック層法線が電極面内でほぼ一様に揃うととも
   に、電圧の非印加時は、液晶分子の配向方向の角度が上
   下電極間で少なくとも２０度ねじれた構造を熱的に安定
   に保ち、かつ、電圧の印加時には、前記強誘電性液晶材
   料の分子がほぼ一方向に揃うことを特徴とする液晶光学
   素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電極付き基板を、可撓性
   を有する材料で形成した液晶光学素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の電極付き基板の少
   なくとも一方の電極面上に、配向制御膜を備えた液晶光
   学素子。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の液晶光学素子
   で表示を行う際に、時間平均がゼロでない電圧を印加し
   たときの強誘電性液晶材料の分子の平均的方向と、電圧
   が実質的にゼロであるときのねじれ状態との間の光学的
   な差を用いて表示を行うことを特徴とする液晶光学素子
   表示方法。