JPH0572536A - 強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

強誘電性液晶表示素子

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JPH0572536A
JPH0572536A JP26135391A JP26135391A JPH0572536A JP H0572536 A JPH0572536 A JP H0572536A JP 26135391 A JP26135391 A JP 26135391A JP 26135391 A JP26135391 A JP 26135391A JP H0572536 A JPH0572536 A JP H0572536A
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JP
Japan
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liquid crystal
electrodes
ferroelectric liquid
stripe
electrode
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Pending
Application number
JP26135391A
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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
Katsutoshi Nakamura
勝利 中村
Tadashi Mihara
正 三原
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電性液晶素子において、白または黒の定
型パターンを書き込み駆動し続けたときに生じる表示不
良を防止する。 【構成】 強誘電性液晶素子を構成する一対の基板の少
なくとも一方の基板3上の透明電極1の表面に該電極の
長手方向に平行なストライプ状の凹凸を形成する。

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に関し、特にマルチプレックシング
駆動中に起こる液晶分子の移動による、セルギャップの
増大や空隙の発生を抑制した強誘電性液晶素子に関す
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)およびラガーウ
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43679
24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
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(配向状態)と第2の光学的安定状態(配向状
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、すなわち双方安定性を有し、ま
た電界の変化に対する応答も速やかである。このため、
高速ならびに記憶型の表示素子用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
イ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、直交ニコル下での透過率は、
【0005】
【数1】 で表わされる。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。上式
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好ま
しい。
【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。
【0007】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。
【0008】スメクチック層のシェブロン構造を含む配
向状態は、図4に示すようなC1およびC2の2種類の
配向モデルで説明できる。図4において、31はスメク
チック層、32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、SmA相からSmC相またはSmC* 相に転移する
と層間隔が縮むので図4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4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、強誘電性液晶のプレチルト角をα、チルト角
(コーン角の1/2)をΘ、SmC* 層の傾斜角をδと
し、強誘電性液晶が
【0010】
【数2】 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。
【0011】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、
【0012】
【数3】 の関係を示す状態をユニフォーム状態という。
【0013】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5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5
(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、輝度が高く、しかもコントラストが高い。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ここで
用いられている配向方法、つまり、Θ>θa>Θ/2の
構成で成り立つ強誘電性液晶セルにおいては、下述の如
き問題点を有していた。
【0015】すなわち、発明者等の実験によれば、従来
のラビング処理したポリイミド膜によって、ハイプレチ
ルト配向構造を有する非らせん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を書き込み駆動し
続けたとき、図6に示すように白黒に対応した分子位置
に応じた方向で、カイラルスメクチックC状態の層方向
に液晶分子が移動する。移動の進行方向へは液晶が蓄積
し、セルギャップを押し拡げて液晶層の厚さを拡大する
ことにより黄色く着色(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を形成することにな
る。この現象はセルのシール近傍が最も顕著であり、セ
ルの内側へと拡大する。図6において、60は液晶セ
ル、61は白表示部、62は黒表示部、63,64は液
晶分子移動方向、65は黄変部、66は空隙部、67は
ラビング方向、68は走査電極駆動回路、69は情報電
極駆動回路、70はシールである。
【0016】本発明は、上述の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、選択電極と共通電極をそれぞれ
有する一組の基板間に強誘電性液晶を保持してなる強誘
電性液晶素子において、白または黒の定型パターンを書
き込み駆動し続けたときに生じる表示不良を防止するこ
とを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、少なくとも一方の基板の選択電極また
は共通電極である透明電極の表面に該電極の長手方向に
平行なストライプ状の凹凸を形成することを特徴とす
る。
【0018】具体例としては、前記透明電極の上または
下に金属電極または透明電極の細線(ストライプ)を複
数設けることにより数百オングストロームの凹凸を形成
する。
【0019】
【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
が増加する結果生じ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
であろうと推測される。また、本発明者等の実験によれ
ば、移動の方向63,64は図7(A)に示すようにラ
ビング方向67と液晶分子の平均分子軸方向71,72
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71,72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71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63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。
【0020】本発明によれば、透明電極の表面にストラ
イプ状凹凸を形成し、SmC層の連続一様性を画素内に
おいて崩す。これは配向の一様性を損なわない範囲で可
能であり、これにより、液晶分子の移動トルクの中心に
なる部位が液晶層の厚さ方向に不連続となり、液晶分子
の移動速度を著しく低下させることができる。
【0021】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【0022】図1は本発明の一実施例に係る液晶表示素
子の断面図である。同図において、1は選択電極または
共通電極である透明電極、2はストライプ電極、3はガ
ラス基板である。透明電極は1500Åの膜厚のITO
であり、電極巾は200μmである。ストライプ電極は
Mo薄膜であり、膜厚500Å巾20μmのストライプ
を50μmピッチで配してある。図1に示すような透明
電極1およびストライプ電極を有する選択電極基板と共
通電極基板を用意し、各基板上に絶縁層および配向膜を
形成し、両基板間に液晶を挟持させてなる液晶表示素子
を作製した。この素子の通電耐久試験を行なったとこ
ろ、金属ストライプ電極1を有しない従来例では24H
でセル厚に50%以上の変化をみたが、本実施例におい
ては500H連続通電においてもセル厚変化は10%以
内に抑制されていた。
【0023】前記MoストライプをITOのストライプ
に代えた例においても同様の効果が得られた。
【0024】透明電極上の細線(ストライプ電極)の高
さ(膜厚)とピッチを変化させて液晶分子の移動速度を
確認したところ、図3のような関係を示した。ストライ
プ電極が、分子の移動阻止に寄与していることがわか
る。
【0025】
【他の実施例】他の実施例を図2に示す。
【0026】まず最初にITOのストライプを膜厚50
0Åで20μmの巾、50μmのピッチで駆動電極に当
る部分に形成し、その上に透明電極を膜厚1500Å、
巾200μmのサイズに形成した。このようにして形成
した選択電極基板と共通電極基板を用意し、この上に絶
縁層と配向膜を形成し、上記実施例と同様に液晶素子と
した。
【0027】この素子を通電耐久試験にかけたところ、
従来例では24Hでセル厚に50%以上の変化をみた
が、本実施例においては、500H連続通電において
も、セル厚変化は10%以内に抑制されていた。
【0028】前記ITOの代わりにMoやCr等の金属
薄膜でストライプを形成したが、その場合も同様の効果
が得られた。また、液晶分子の移動速度に対する透明電
極下の細線の膜厚とピッチの影響も図3と同様の傾向を
示した。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、透
明電極表面にストライプ状の凹凸を形成することによっ
て、黒または白の定型パターン表示時の液晶の移動速度
を著しく低下させ、表示品質の悪化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表示素子の部分
断面図である。
【図2】 本発明の他の実施例に係る図1と同様の部分
断面図である。
【図3】 透明電極上のストライプ電極の膜厚およびピ
ッチと液晶分子の移動速度との関係を示すグラフであ
る。
【図4】 C1配向とC2配向の層構造を示す説明図で
ある。
【図5】 C1および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6】 従来の液晶表示素子を定型パターンで長時間
駆動した場合の状態を示す平面図である。
【図7】 液晶の移動方向を説明するための説明図であ
る。
【符号の説明】
1:透明電極(選択電極または共通電極)、2:ストラ
イプ電極(細線)、3:ガラス基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 勝利 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 (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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 選択電極となる透明電極を有する第1の
    基板と共通電極となる透明電極を有する第2の基板との
    間に強誘電液晶を保持してなる強誘電液晶表示素子にお
    いて、前記少なくとも一方の基板の透明電極の表面に該
    電極の長手方向と平行なストライプ状の凹凸を形成した
    ことを特徴とする強誘電性液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 前記透明電極上に薄膜ストライプ電極を
    複数設けることにより前記凹凸を形成した請求項1記載
    の強誘電性液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 前記透明電極下に薄膜ストライプ電極を
    複数設けることにより前記凹凸を形成した請求項1記載
    の強誘電性液晶表示素子。
  4. 【請求項4】 前記薄膜ストライプ電極が透明導電材料
    からなる請求項2または3記載の強誘電性液晶表示素
    子。
  5. 【請求項5】 前記薄膜ストライプ電極が透明導電材料
    以外の金属薄膜ストライプ電極である請求項2または3
    記載の強誘電性液晶表示素子。
  6. 【請求項6】 前記強誘電性液晶素子のコーン角Θ、プ
    レチルト角α、SmC* 層の傾斜角δ、みかけのチルト
    角θaが Θ>θa>Θ/2 の関係を有するユニフォーム配向である請求項1記載の
    強誘電性液晶素子。
JP26135391A 1991-04-16 1991-09-13 強誘電性液晶表示素子 Pending JPH0572536A (ja)

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JP26135391A JPH0572536A (ja) 1991-09-13 1991-09-13 強誘電性液晶表示素子
EP19920106552 EP0509490A3 (en) 1991-04-16 1992-04-15 Liquid crystal apparatus
US07/944,076 US5452114A (en) 1991-09-13 1992-09-11 Ferroelectric liquid crystal device with grooves between electrode on one substrate, ridges on the other
US08/284,051 US5541752A (en) 1991-04-16 1994-08-01 Liquid crystal apparatus

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