JPH0718990B2 - 液晶セル - Google Patents

液晶セル

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JPH0718990B2
JPH0718990B2 JP60011384A JP1138485A JPH0718990B2 JP H0718990 B2 JPH0718990 B2 JP H0718990B2 JP 60011384 A JP60011384 A JP 60011384A JP 1138485 A JP1138485 A JP 1138485A JP H0718990 B2 JPH0718990 B2 JP H0718990B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、表示特性ないしは電気光学変換特性を改善し
た液晶セルに関する。
背景技術 液晶素子は、装置を小型化、薄形化あるいは低消費電力
化が可能なことから、これまでにもデイスプレイや光シ
ャッタなどの分野で利用されて来ている。特にデイスプ
レイの分野ではいくつかの優れた発明に基いて飛躍的な
進歩がとげられた。
例えば、M.SchadtとW.Helfrich著、“Applied Physics
Letteras"、vol.18,No.4(1971.2.15)、P.127〜128の
“Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted
Nematic Liquid Crystal"に記載されたTN液晶が知られ
ている。デイスプレイの分野で利用されている液晶素子
は、一般に画像表示単位(画素)をマトリクス状に配置
するためにX−Yマトリクス電極構造が採用されてい
る。
このデイスプレイ素子の駆動法としては、走査電極群
に、順次、周期的にアドレス信号を選択印加し、信号電
極群には所定の情報信号をアドレス信号と同期させて並
列的に選択印加する時分割駆動が採用されているが、こ
の表示素子及びその駆動法は画素数を多くするデューテ
ィ比が低下し、このため画像コントラストの低下やクロ
ストークの発生などの問題点を有している他、画素を小
さくして画像の解像力を向上させるには、マトリクス電
極を高密度で配線することが必要で、このために製造が
煩雑となる欠点を有している。また、T.P.Brody,Juris
A.Asars,G.Douglas Dixon IEEE Transactions on Elect
ron Devices,Vo1.ED−20,(No.11,Nov,1973),P995〜10
01“A 6×6 Inch20Lines-per-Inch Liquid Crystal Dis
play Panel"に開示の様に画素毎に薄膜トランジスタ(T
FT)を設け、画素毎にスイッチングする方式のデイスプ
レイが提案されているが、画素毎にTFTを設ける手段が
煩雑となっているために、コストの点において改善が望
まれている。
上述したTN型液晶を用いる液晶セルの欠点を除くものと
して、加えられる電圧の極性に応じて第1の光学的安定
状態と第2の光学的安定状態とのいずれかを取る、すな
わち電界に対する双安定状態を有する液晶、を用いるこ
とが提案されている。このような双安定性を有する液晶
としては、強誘電性を有するカイラルスメクティック液
晶が代表的であり、特にそのうちカイラルスメクティッ
クC相(SmC*)またはH相(SmH*)の液晶が適してい
る。この強誘電性液晶については、“LE JOURNAL DE PH
YSIQUE LETTERS"36(L−69)1975,「Ferroelectric Li
quid Crystals」;“Applied Physics Letters"36(1
1)1980、「Submicro Second Bi-stable Electrooptic
Switching in Liquid Crystals」;“固体物理”16(14
1)1981「液晶」等に記載されている。
より具体的には、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(MBRA8)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*相またはSmH*相となるような温度状態に保持
する為、必要に応じて素子はヒーターが埋め込まれた銅
ブロック等により支持される。
第1図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。11aと11bは、In2O3、SnO2やITO(Indium-Tin O
xide)等の透明電極がコートされた基板(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、
その分子に直交した方向に双極子モーメント(P)14
を有している。基板11aと11b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(P)14はすべて電界方向に向
くよう、液晶分子13の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、従って例えばガラス面
の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配置した偏光
子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液
晶光学変調素子となることは、容易に理解される。さら
に液晶セルの厚さを充分に薄くした場合(例えば1μ)
には、第2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は、ほどけ、その双極子モーメ
ントPは、上向きのPa(24a)または下向のPb(24b)
のどちらかの状態をとる。このようなセルに第2図に示
す如く一定の閾値以上の極性の異る電界EaまたはEbを付
与すると、双極子モーメントは電界EaまたはEbの電界ベ
クトルに対応して上向き24aまたは、下向き24bと向きを
変え、それに応じて液晶分子は第1の安定状態23aか、
あるいは第2の安定状態23bの何れか1方に配向する。
このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は2つある。第1に、応答速度が極めて速いこ
と、第2に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2図によって説明すると、電
界Eaを印加すると液晶分子は第1の安定状態23aに配向
するが、この状態は電界を切っても安定である。また、
逆向きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第2の安定状
態23bに配向して、その分子の向きを変えるが、やはり
電界を切ってもこの状態に留っている。また、与える電
界Eaが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態
にやはり維持されている。このような応答速度の速さ
と、双安定性が有効に実現されるには、セルとしては出
来るだけ薄い方が好ましく、一般的には、0.5μ〜2μ
が適している。この種の強誘電性液晶を用いたマトリク
ス電極構造を有する液晶−電気光学装置は、例えばクラ
ークとラガバルにより、米国特許第4367914号明細書で
提案されている。
この様に双安定性が付与された強誘電性液晶セルは、重
要な利点を有するものであるが、問題がないわけではな
い。それは、液晶層の膜厚が0.5μ〜2μ程度と極めて
薄いため、1対の電極間でショートを発生することがあ
り、十分な膜厚の絶縁層を電極上に形成することが必要
となっている。しかし、この絶縁層の膜厚が厚すぎる
と、液晶層に十分な実効電圧がかからなくなり、強誘電
性液晶素子の前述の如き利点を生かせなくなる欠点があ
る。特に強誘電性液晶の場合には、一方極性の印加電圧
に応じて液晶層に接する絶縁層に発生した蓄積電荷によ
る電界がスイッチングのために印加される他方極性電圧
を減殺して、液晶層への実効電圧を低下させ、スイッチ
ングを妨げる(クロストークを発生させる)という問題
がある。
発明の概要 本発明の目的は、前述の欠点を解消した新規な時分割駆
動用強誘電性液晶セルを提供することにある。
本発明の別の目的は、デイスプレイ素子、特に時分割駆
動用デイスプレイ素子に適した新規な液晶セルを提供す
ることにある。
本発明の別の目的は、高速応答性を有する液晶セルを提
供することにある。
本発明者等は、上述の目的では、上記した従来の液晶セ
ルの欠点は、液晶セルの電極上に形成する誘電体膜の改
善により達成し得ることが見出された。すなわち、前述
したように、強誘電性液晶を用いる液晶セルにおいて
は、特性上、セル厚さが薄い方が好ましいが、このよう
に薄いセルにおいて、一対の電極基板間でのショートを
防止するためには、これら基板の少なくとも一方の電極
上に絶縁膜を形成することが不可欠となる。このような
目的であるいは配向処理膜としての役割を兼ねて従来よ
り厚さが1000Å以下、通常500Å程度のポリイミド膜等
が用いられているが、本発明者等の研究によればこのポ
リイミドも含めて通常絶縁膜として用いられるポリマー
は、低誘電率であり、このような低誘電率物質で厚い絶
縁層を形成すると、その容量が極めて小さくなってしま
い、液晶層にかかる実効電圧が低下し、またその実効電
圧の時定数が短くなるという不都合があった。このよう
な分析に基づき、本発明者等は、電極上に設ける絶縁膜
として、高誘電率誘電体を用いたところ、一対の基板間
でのショートを防止しつつ、実効電圧が低下せず、時定
数も維持できる等の顕著な改善が得られることを見出さ
れた。
本発明の液晶セルは、このような知見に基づくものであ
り、一対の電極基板の少なくとも一方の電極上に、高誘
電率誘電体の薄層を形成し、該誘電体の薄層を介してこ
れら一対の基体間に液晶層を挾持させてなることを特徴
とするものである。
以下、本発明を、参考例、実施例について図面を参照し
つつ、更に詳細に説明する。
発明の態様の説明 第3図は、上述したような強誘電性液晶を用いる画像形
成装置の参考例の模式断面図である。
参考例において、それぞれITO等からなる透明電極32aお
よび32bを形成したガラス、プラスチック等からなる基
板31aおよび31bの、該電極32aおよび32b上には、誘電率
が10以上の高誘電率誘電体層33aおよび33bが設けられて
いる。これら誘電体層33aおよび33bを内側にして対向さ
せた一対の基板31aおよび31bを接着剤34で固定し、得ら
れたセルの内部に液晶、特に強誘電性液晶35を封入する
ことにより、本発明の液晶セルが構成されている。
本発明で用いる高誘電率誘電体としては、誘電率(ε)
が10以上の誘電体であれば、有機、無機に拘らず用いら
れるが、一般には有機誘電体ではこのような高誘電率誘
電体を得ることは困難である。従って、本発明において
は、上記したような誘電率を有する無機誘電体が好まし
く用いられる。なかでも、本発明で用いる最も好ましい
誘電体の例としては、SrTiO3、BaTa2O6等が挙げられ
る。
高誘電率誘電体層33aおよび33bの厚さは、例えば厚さ1
〜4μmの強誘電性液晶層35とともに用いる場合、400
〜10000Å程度が適当であるが、比較的厚くなっても表
示特性に悪影響を与えないのが本発明の特徴である。一
例として、容量が4500pFの液晶層を厚さ各1000Åの誘電
体層で挾持した場合、誘電体がポリイミド等の高分子
(ε≒3.5)である場合には、液晶層への初期電圧分配
比は77%に低下するが、ε≒150のBaTa2O6を用いる場合
には初期電圧分配比が99.3%とわずかな低下で抑えられ
る。
第4図は、本発明の液晶セルの実施例を示すものであ
り、上記参考例に比べて、高誘電率誘電体層33a、33bの
上に、更に、それぞれ液晶配向膜36a、36bを設けてあ
る。これら液晶配向膜としては、ラビング処理したポリ
イミドあるいはポリビニルアルコール樹脂膜、あるいは
SiOの斜方蒸着膜等が用いられる。一具体的において
は、ポリイミド前駆体(東レ社製SP−510)の2%ジメ
チルアセトアミド溶液を用い、2500rpmでスピンコーテ
ィングした後300℃で乾燥硬化させたポリイミド膜を用
いた。
発明の効果 上述したように、本発明によれば、カイラルスメクチッ
ク液晶セル内に主として基板間のショート防止等の目的
で電極上に設ける絶縁体層として誘電率が10以上の高誘
電率誘電体を用いることにより、絶縁体層の厚さが比較
的厚い場合にも液晶層にかかる実効電圧ならびに時定数
の減少を防止することが可能になる。特に強誘電性液晶
の場合における、一方極性の印加電圧に応じて液晶層に
接する絶縁層に発生した蓄積電荷による電界がスイッチ
ングのために印加される他方極性電圧を減殺して、液晶
層への実効電圧を低下させ、スイッチングを妨げる(ク
ロストークを発生させる)という問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は強誘電性液晶の動作を説明するた
めの模式説明図、第3図は高誘電率誘電体層を有する液
晶セル(参考例)の模式断面図、第4図は本発明の実施
例にかかる液晶セルの模式断面図である。 31a、31b……透明基板 32a、32b……電極膜 33a、33b……高誘電率誘電体膜 34……接着剤 35……液晶 36a、36b……配向処理膜 代表図:第4図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の電極基板の少なくとも一方の電極上
    に、誘電率が10以上の高誘電率誘電体の薄層および液晶
    配向処理層を設け、該誘電体の薄層および液晶配向処理
    層を介してこれら一対の基板間に印加電圧極性に応じて
    第1の光学的安定状態と第2の光学的安定状態を生ずる
    カイラルスメクチック液晶層を挾持させてなることを特
    徴とする液晶セル。
  2. 【請求項2】前記高誘電率誘電体が、SrTiO3である特許
    請求の範囲第1項に記載の液晶セル。
  3. 【請求項3】前記高誘電率誘電体が、BaTa2O6である特
    許請求の範囲第1項に記載の液晶セル。
  4. 【請求項4】前記高誘電率誘電体層の厚さが、400〜100
    00Åである特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに
    記載の液晶セル。
  5. 【請求項5】前記配向処理層が有機物で形成した層であ
    る特許請求の範囲第1項に記載の液晶セル。
  6. 【請求項6】前記配向処理層が無機物で形成した層であ
    る特許請求の範囲第1項に記載の液晶セル。
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