JPH0564798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 技術分野 本発明は液晶を用いた電気光学素子に関し、更
に詳しくは液晶として強誘電性液晶を用いた素子
における液晶の配向方法に関する。

(2) 従来技術とその問題点 現在、液晶を用いた電気光学素子、すなわち表
示素子やプリンターヘツドの開発が活発に行なわ
れており、表示素子は広く実用化されている。

しかしながら、従来の液晶素子は応答速度に限
界があり、表示素子として広く用いられているツ
イストネマチツク型の応答速度は室温において30
ミリ秒程度であり、これを１桁短縮することは極
めて困難というのが常識である。表示素子におい
てはこの程度の応答速度で一応、使用に耐えられ
るが、それでも低温時の動作は不充分であり更に
プリンターヘツドに用いるには２桁程度、応答時
間を短縮する必要がある。このために、プリンタ
ーヘツドに用いる液晶素子を中心に、２周波駆動
型等の新しい液晶動作モードの開発が盛んに行な
われているが、これでもプリンターとしては印字
速度が10枚／分程度の低速機にしか使用できない
のが現状である。このような状況にあつて、近
年、強誘電性液晶と呼ばれる種類のカイラルスメ
クチツク液晶が注目をあび、いる。それは、この
種の強誘電性液晶がツイストネマチツク型液晶と
較べると１万分の１程度という、従来液晶とは桁
違いの高速応答性を有する可能性を秘めているか
らである。

強誘電性液晶が示す、このマイクロ秒台の応答
速度を最初に確認したのはノーエル・エー・クラ
ーク（Noel Ａ・Clark）とスベン・テー・ラゲ
ルバル（Sven Ｔ・Lagerwall）であるとされて
おり、その内容はアプライド・フイジクス・レタ
ーズ（Applied Physics Letters）の第36巻、第
11号（1980年発行）の899頁から901頁にかけて掲
載された彼らの論文に記載されている。すなわ
ち、強誘電性を示すカイラルスメクチツク液晶
は、第２図に示すように自発分極２１をもつた液
晶分子２２が層構造をとると同時にらせん構造を
形成している。ここまでは自発分極はらせん軸２
３のまわりに均一に分布して打消しあつている
が、このような液晶を、そのらせん軸と平行な２
枚の基板で挟み、かつその間隙、すなわち液晶の
厚さを少なくともらせん構造のピツチ長以下に薄
くすると、液晶分子は自発分極が基板に対して垂
直となるような２つの配向状態のいずれかに強制
的に配向させられる。第３図はその様子を示す図
であり、領域Ａは自発分極が下側の基板３１に向
いた状態、領域Ｂは自発分極が上側の基板３２に
向いた状態である。第４図は、基板の上面からみ
た図であり、領域Ａと領域Ｂでは液晶分子が４
１，４２の異なる配向状態をとつていることを示
している。例えば、このような状態を２枚の互い
に偏向方向が直交する偏光板で挟み、かつ１枚の
偏光板の偏光方向４３を４１の液晶分子の方向に
一致させて観察すると、領域Ａは暗くみえ、領域
Ｂは明るくみえる。領域Ｂが最も明るくみえるの
は４２の液晶分子の方向が２枚の偏光板の偏光方
向（互いに直交）の中間方向、すなわちいずれか
の偏光方向から45°ずれた場合であることは容易
にわかる。このように、強誘電性を示すカイラメ
ルウクチツク液晶を極めて間隙の挟い２枚の基板
で挟むと、液晶分子は光学的に識別される２つの
配向状態のいずれかをとるようになる。しかも、
強誘電性液晶はその自発分極が外部電界と直接的
に応答して、電界方向に配向する。従つて、外部
から基板と直交する方向の直流電界を印加して、
その向きを反転すると、それに応じて自発分極の
向きが反転する。すなわち、第４図の領域Ａと領
域Ｂとが電気的にスイツチングされる訳で、これ
は２枚の基板の内面に透明電極の類を形成してお
くことによつて容易に実現できる。しかも、この
電気的スイツチング現象が自発分極と外部電界と
の直線的な応答によるものであるために、極めて
高速であり、前述の論文によるとマイクロ秒台の
応答速度が確認されている。しかしながら、この
ような高速応答の液晶素子が実用化に至つていな
い一つの大きな原因は、その液晶分子の均一配向
を得ることの困難さにある。すなわち、外部電界
が印加されていない状態においては第３図の２つ
の配向状態はエネルギー的に等価であり、従来の
液晶配向技術ではこの２つの配向状態が混在して
しまうことになり、結果的に液晶素子のコントラ
スト低下や表示ムラ、あるいは電気光学効果のし
きい現象の不明瞭化といつた不都合を引き起こし
てしまい、実用に耐えないのが現状である。しか
るに本発明者は、上述の液晶分子の自発分極の配
向の向きを揃える新規な配向処理法を見出した結
果、強誘電性液晶分子のモノドメイン状の均一配
向を実現せしめて本発明に至つたものである。

(3) 問題点を解決する手段 本発明の液晶素子は、電極を設けた相対向する
２枚の基板の間隙に強誘電性液晶を挟持した構造
の液晶素子であり、前記基板の少なくとも１枚の
液晶を接する面に強誘電性高分子物質の膜を設け
た点に特徴がある。

(4) 発明の作用・原理 本発明の液晶素子に用いる強誘電性高分子物質
は高分子の分子鎖と概略直交する方向に自発分極
を有しており、基板上で薄膜を形成すると高分子
鎖が基板面と概略平行となるような構造となり、
従つて自発分極は基板と概略垂直な方向に配向す
る。このような配向は基板上の高分子物質膜に一
方向のせん断応力（シアリング）を加えることに
よつて、より完全なものにすることができる。

また、自発分極の向きは、必要に応じて外部電
界を印加することによつて、基板から外に向かう
向きと基板から内側に向かう向きとの２種類を作
り出すことができ、いずれの状態も外部電界を取
り除いた状態において半永久的に保持される。従
つて、強誘電性液晶を挟む２枚の基板のそれぞれ
の液晶と接する面に強誘電性高分子物質の膜を設
け、かつ例えば下側基板の強誘電性分子物質の膜
の自発分極の向きを基板から液晶物質の側に向
け、上側基板においてはその逆となるように対向
させることにより、強誘電性液晶分子はその自発
分極が強誘電性高分子物質膜の自発分極との相互
作用により、すべて下側基板から上側基板に向く
ように均一に配向する。また、基板の表面自体が
例えばそれと接する強誘電性液晶分子の自発分極
を基板から液晶物質の側に向けるような作用を有
するとすれば、もう一方の基板の液晶と接する面
にだけ強誘電性高分子物質の膜を設けて、その自
発分極の向きが液晶物質の側から基板側に向くよ
うに制御することにより、同様の均一な強誘電性
液晶分子の配向が得られる。

(5) 実施例 以下に具体例に参照して本発明を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の液晶素子の構造を
示す断面図であり、第１図において１，２はそれ
ぞれの内面に酸化インジウムの透明電極３，４を
設けた、相対向する２枚のガラス基板である。

２枚のガラス基板は、その間隙に平均粒径２ミ
クロンのアルミナ粒子５を介在させて、周辺をエ
ポキシ接着剤６で固定されている。この２枚のガ
ラス基板の間隙には略称DOBAMBCの名称で公
知の強誘電性液晶パラーデシルオキシベンジリデ
ン−パラ−アミ）−２−メチルブチルシンナメー
ト７が挟持されている。８および９はそれぞれ、
ガラス基板１および２の液晶７と接する面に形成
された強誘電性高分子物質、シアン化ビニリデン
共重合体の膜であり、膜中のシアノ基の膜厚方向
への均一配向に基づき、膜８の自発分極（第１図
では模式的に矢印８０で示した）は基板側から液
晶物質側に、また膜９の自発分極（同じく矢印９
０で示した）は液晶物質側から基板側に均一に向
いている。

この強誘電性高分子物質膜の配向したシアノ基
と、強誘電性液晶物質７のカルボニル基との間の
強い相互作用、すなわち自発分極作用によつて、
第１図の構造の液晶素子においては、強誘電性液
晶分子がその自発分極をすべて基板８から基板９
に向けた均一な配向が得られる。

そして、この自発分極の向きは、電極３および
４の間に印加した直流電界の極性を反転すること
によつて高速に切換えることができ、前記の直交
偏光板と組合わせた構成の素子において、均一で
高速応答の可能な優れた電気光学特性が得られ
る。

(6) 発明の効果 以上述べたように、本発明によれば強誘電性液
晶が均一に配向した液晶素子が得られ、優れた電
気光学特性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶素子の一実施例の構造を
示す断面図であり、１，２はガラス基板、３，４
は透明電極、５はスペーサ、６は接着剤、７は強
誘電性液晶、８，９は強誘電性高分子物質膜、８
０，９０は自発分極の向きを示す。第２図は強誘
電性液晶分子のらせん配列状態を示す図で、２１
は自発分極、２２は液晶分子、２３はらせん軸を
示す。第３図は強誘電性液晶分子のらせんが消滅
した配列状態を示す図で、３１，３２は２枚の基
板である。第４図は、第３図の上面図であり、４
１，４２は液晶分子がとる２つの配向方向を示
し、４３は直交する２枚の偏光板のうちの１枚の
偏光方向を示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電極を設けた相対向する２枚の基板の間隙に
   強誘電性液晶を挟持した構造の液晶素子におい
   て、前記基板の少なくとも１枚の液晶を接する面
   に、強誘電性高分子物質の膜を設けたことを特徴
   とする液晶素子。