JPS60220316A - 液晶光学素子 - Google Patents

液晶光学素子

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JPS60220316A
JPS60220316A JP59076819A JP7681984A JPS60220316A JP S60220316 A JPS60220316 A JP S60220316A JP 59076819 A JP59076819 A JP 59076819A JP 7681984 A JP7681984 A JP 7681984A JP S60220316 A JPS60220316 A JP S60220316A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シャッタ等で用いる
液晶素子に関し、更に詳しくは液晶分子の初期配向状態
を改善することにより、表示ならびに駆動特性を改善し
た液晶素子に関するものである。
従来よシ、走査電極群と信号電極群をマトリクス吠に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し多数の画素を形
成して、画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子は、
よく知られている。この表示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には以下に述べる如き致
命的とも言える大きな欠点がある。
即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくするのが難
しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較的Ｋ
　＜　、Ｌ　ｖ・も消費電力が小さいことから、表示素
子として実用に供されてるのは殆んどが、例えば〜ｉ、
５ｃｈａｄｔと＆、Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ著”Ａｐｐｌｉｅ
ｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”　Ｖｏ、　１　
Ｂ、Ｎｏ、　４（１９７１，２，１５）、Ｐ、１２７〜
１２ＢのＶｏｌｔａｇｅ　−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　０ｐ
ｔｉｃａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　Ｔｗｉｓｔ
ｅｄＮｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ″
に示されたＴ　Ｎ（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）型
の液晶を用いたものであシ、この型の液晶は、無電界状
態で正の誘電異方性をもつネマチック液晶の分子が液晶
層厚方向で挾れた構造（ヘリカル構造）を形成し、両電
極面でこの液晶の分子が平行に配列した構造を形成して
いる。一方、粗界印加状態では、正の誘電異方性をもつ
ネマチック液晶が電界方向に配列し、この結果光学変調
を起すことができる。この型の液晶を用いてマトリクス
電極構造によって表示素子を構成した場合、走査電極と
信号電極が共に選択はれる領域（選択点）には、液晶分
子を電極面に垂直に配列させるに要する閾値以上の電圧
が印加され、走査電極と信号電極が共に選択されない領
域（非選択点）には電圧は印加されず、したがって液晶
分子は電極面に対して並行な安定配列を保っている。
このような液晶セルの上下に互いにクロスニコル関係に
ある直線偏光子を配置することにより、選択点では光が
透過せず、非選択点では光が透過するため、１面像素子
とすることが可能となる。然し乍ら、マトリクス電極構
造を構成した場合には、走査電極が選択され、信号電極
が選択きれない領域、或いは走査電極が選択されず、信
号ｉｆ極が選択される領域（新開６半選択点″）にも有
限に電界がかかってしまう。選択点にかがる電圧と１半
選択点にがかる電圧の差が充分に大きく、液晶分子を電
界に垂直に配列させるのに娶する電圧閾値がこの中間の
電圧値に設定されるならば、表示素子は正常に動作する
わけであるが、走査掘赦（Ｎ）を増やして行った場合、
画面全体（ｌフレーム）を走査する間に一つの選択点に
有効な粗界がかがっている時間（ｄｕｔｙ比）が１／Ｎ
の割合で減少しに てし１つ。この太めに、くり返し走査を行った場合の選
択点と非選択点にかかる実効値としての電圧差は、走査
糊数が増えれば増える程小ざくなり、結果的にはＩ！！
Ｉｉ像コントラストの低下やクロストークが避は難い欠
点となっている。このような現象は、双安定性を翁芒な
い液晶（電極面に対し、液晶分子が水平に配向している
のが安定状態であり、電界が有効に印加されている間の
み垂面に配向する）を時間的蓄積効果を利用して駆動す
る（即ち、繰り返し走査する）ときに生ずる本質的には
避は難い問題点である。この点を改良するために、電圧
平均化法、２周波駆動法や、多重、マ）　ＩＪクス法等
が既に提案されているが、いずれの方法でも不充分であ
シ、表示素子の大画面化や高密度化は、走査線数が充分
に増やせないことによって頭打ちになっているのが現状
である。
一方、プリンタ分野を眺めて見るに、電気（ｇ号を入力
としてハードコピーを得る手段として、画素密度の点か
らもスピードの点からも電気画像信号を光の形で電子写
真感光体に与えるレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）が
現在最も優れている。
ところがＬＢＰには、 １、　プリンタとしての装置が大型になる：２、ポリゴ
ンスキャナの様な高速の駆動部分があシ騒音が発生し、
また厳しい機械的精度が要求される；など の欠点がある。この様な欠点を解消すべく電気信号を光
信号に変換する素子として、液晶シャッタープレイが提
案されている。ところが、液晶シャッターアレイを用い
て画素信号を与える場合、たとえば２１０　ａｍの長さ
の中に画素信号を１６ｄＯｔ／關の割合で書き込むため
には、３０００個以上の信号発生部を有していなければ
ならず、それぞれに独立した信号を与えるためには、元
来それぞれの信号発生部全てに信号を送るリード線を配
線しなければならず、製作上困難であった。
そのため、ＩＬＩＮＥ（ライン）分の画素信号を数行に
分割された信号発生部により、時分割して与える試みが
なされている。この様にすれば、信号を与える電極を、
複数の信号発生部に対して共通にすることができ、実質
配線を大幅に軽減することができるからである。ところ
が、この場合通常行われ１いるように双安定性を有さな
い液晶を用いて行数（Ｎ）を増して行くと、信号（ＪＮ
の時間が実質的にｌ／Ｎとなりｅ光体上で得られる光蓋
が減少してしまったシ、クロストークの問題が生ずると
いう難点がある。
このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て、双安定性を有する液晶素子の使用が、Ｃ１ａｒｋお
よびＬａ　ｇｅ　ｒｗａ　ｌ　ｌにより提案されている
（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６
７９２４号明細書等）。双安定性液晶としては、一般に
、カイラルスメクティックＣ相（５ｒｎＣ″）又けＨ相
（ＳｍＨ’）を有する強誘電性液晶が用いられる。
従って前述のＴＮ型の液晶で用いられた光学変ｉ１層素
子とは興なシ、例えば一方の電昇ベクトルに対して第１
の光学的安定状態に液晶が配向し、他方の電界ベクトル
に対しては第２の光学的安定状態に液晶が配向される。
またこの型の液晶は、加えられる電界に応答して、極め
て速やかに上記２つの安定状紗のいずれかを取）、且つ
電界の印加のないときはその状態を維持する性質を有す
る。このような性質を利用することにより、上述した従
来のＴＮ型素子の問題点の多くに対して、かなり本質的
な改善が得られる。この点は、本発明と関連して、以下
に、更に詳細に説明する。しかしながら、この双安定性
を有する液晶を用いる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、上記２つの安定状態の間での変換が効果的に起るよ
うな分子配列状態にあることが必要である。たとえばＳ
ｍＣ’またはＳｍ１−１’相を有する強誘電性液晶につ
いては、ＳｍＣ’　ｉたはＳｍＨ’相を有する液晶分子
層が基板面に対して垂直で、したがって液晶分子軸が基
板面にほぼ平行に配列した鎖酸（モノドメイン）が形成
される必要がある。し妙・しながら、従来の双安定性を
有する液晶を用いる光学変調素子においては、このよう
なモノドメイン構造を有する液晶の配向状態が、必ずし
も満足に形成されｌ力・ったために、充分な特性が得ら
れなかったのが実情である。
たとえば、このような配向状独を与えるために、磁界を
印加する方法、せん断力を印加する方法、などが提案さ
れている。しかしながら、これらは、いずれも必ずしも
満足すべき結果を与えるものではなかった。たとえば、
磁界を印加する方法は、大規模な装置を要求するととも
に作動特性の良好な薄層セルとは両立しがたいという難
点があシ、また、せん断力を印加する方法は、セルを作
成後に液晶を注入する方法と両立しないという難点があ
る。
本発明の目的は、前述した事情に鑑み、後述するように
生産性よく、ある特定化された双安定状態を達成し、該
特定化された安定状態と偏光子を組み合わせることによ
って、変速応答性へ変画素密度と大面積を有する表示素
子あるいは変速シャッター素子を実現しつる液晶光学素
子を提供することにある。
本発明のかかる目的は、電極が形成された一対の基板間
に強誘電性液晶を封入したセル構造体と少なくとも１つ
の偏光子を有する液晶光学素子において、前記電極間に
一方向の電圧を印加した時の前記強訴電性液晶の平均分
子軸方向と前記強誘電性液晶を相転移させた時の別の相
に対応するー軸異方相の軸方向とのなす角度を■とし、
且つ前記電極間の電圧を零とした時の前記強誘電性液晶
の平均分子軸方向と前記強誘電性液晶を相転移させた時
の別の相に対応する一軸異方相の軸方向とのなす角度を
θとしだ時、前記角度■とθの間にθく■の関係を有し
ているとともに前記少なくとも１つの偏光子の偏光軸方
向が角度θをなす強誘電性液晶の平均分子軸方向と平行
又は略平行とした液晶光学素子によって達成される。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を更に詳
細に説明する。
本発明で用いる液晶材料として、特に適したものは、カ
イラルスメクテイック液晶であって、強誘電性を有する
ものである。具体的にはカイラルスメクテイックＣ相（
ＳｍＣ’）、カイラルスメクテイックＧ相（ＳｍＧゞ）
、カイラルスメクテイックＦ相（ＳｍＦ’）、カイラル
スメクテイックＩ相（ＳｍｌＫ）又はカイラルスメクテ
イックＨ相（Ｓｍｌ−１）の液晶を用いることができる
。
強誘電性液晶の詳細については、たとえばＬＥＪＯＵＲ
ＮＡＬ　ＤＥ　ＰＨＹＳＩＱｔｌ：　ＬＥＴＴＥＲ８″
３６（１，−６９）１９７５、［Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　ＣｒｙｓｔａｌａＪ　；Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ″　３６（
１１）１９８０［Ｓｕｂｍｉｃｒｏ　５ｅｃｏｎｄ　Ｂ
ｉ　−５ｔａｂｌｅ　ＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃＳｗｉ
ｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ
Ｊ　：　″固体物理”粁（１４１）１９８１　「液晶」
等に記載されており、本発明ではこれらに開示された強
誘電性液晶を用いることができる。
強誘電性液晶化合物の具体例としては、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）　、ヘキシルオキシペンシリテ
ン−ｐ′−アミノ−２−クロロプロピルシンナメート（
）ＩＯｔｌＡＣＰＣ）、４−ｏ−（２−メチル）−ブチ
ルレゾルシリチン−４′−オクチルアニリン（ＭＢＲＡ
８）が挙げられる。特に、好ましい強誘電性液晶として
は、これよυ高温側でコレステリック相を示すものを用
いることができ、例えば下達の実施例に挙げた相転移温
度を示すビフェニルエステル系液晶を用いることができ
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
が所望の相となるような温度状態に保持する為、必要に
応じて素子をヒーターが埋め込まれた銅ブロック等によ
シ支持することができる。
第１図は、強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例
を模式的に描いたものである。以下、所望の相としてＳ
ｍＣ’を例にとって説明する。
１１と１１′は、Ｉｎ、Ｏ，、ＳｎＯ，あるいはＩＴＯ
（Ｉｎｄｉｕｍ　−Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ　）等の薄膜か
らなる透明電極で被覆された基板（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
は基板の面方向に連続的にらせん構造を形成している。
このらせん構造の中心軸１５さ液晶分子１３の軸方向と
のなす角度を■として表わす。この液晶分子１３け、そ
の分子に直交した方向に双極子モーメン）（Ｐ土）１４
を有している。基板１１と１１′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）（Ｐま）１４がすべて市７
界方向に向くよう、液晶分子１３は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偏光子
を砂け°ば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液
晶光学素子となることは、容易に理解される。
本発明の液晶光学素子で好ましく用いられる液晶セルは
、その厚ざを充分に薄く（例えば１０μ以下）すること
ができる。このように液晶層が薄くなるにしたがい、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
子のらせん構造がほどけ、非らせん構造となり、その双
極子モーメントＰまたはビは上向き（２４）又は下向き
（２４つのどちらかの状態をとる。この液晶分子軸２３
の分子軸と２３′のなす角度の１／２の角度をチルト角
（■）と称し、このチルト角（■）はらせん勧進をとる
時のコーンのなす頂角に等しい。このようなセルに、第
６図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る電界Ｅ又は
Ｅ／を電圧印加手段２１と２１’によ如付与すると、双
極子モーメントは、電界Ｅ又は「の電界ベクトルに対応
して上向き２４又は下向き２４′と向きを変え、それに
応じて液晶分子は為第１の安定状態２３かあるいは第２
の安定状態２３′の何れか一方に配向する。
このような強誘電性を液晶光学素子として用いることの
利点は、先にも述べたが２つある。
その第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２は
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図によって更に説明すると、電界Ｅ′
を印加すると液晶分子は第１の安定状態２３に配向する
が、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向き
の電界Ｅ′を印加すると、液晶分子は第２の安定状態２
３′に配向してその分子の向きを蘭えるが、やけｂｔｕ
界を切ってもこの状態に留っている。
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い。
このような強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当
って最も問題となるのは、先にも述べたように、ＳｍＣ
’相を有する層が基板面に対して垂直に配列し且つ液晶
分子が基板面に略平行に配向したモノドメイン性の高い
セルを形成することが困難なことである。
ところで、従来よシ大面積の液晶セルを製造する上で、
基板表面に一軸性の配向処理を施す方法が知られている
。この−軸性の配向処理法としては基板表面をビロード
、布や紙で一方向にラビングする方法あるいは基板表面
にＳＩＯやＳｉｎ、を斜方蒸着する方法などが挙げられ
る。
しかしながら、強′誘電性液晶に対して、このようなラ
ビング法や斜方蒸着法を適用しても、配向処理を施すこ
と自体が、前記した液晶分子の双安定性を阻害するため
、所Ｈ’Ａメモリー性を生かした駆動法を採用する場合
には一軸性配向処理では、不適当なものと考えられてい
た。
ところが、本発明者らが鋭意検討した結果、基板表面に
適正な一軸性の配向処理を施すことにより、以下に詳述
する如く、ある特定化された双安定状態を達成すること
が可能であシ、偏光子をその特定化された軸方向に一蚊
させることによシ、メモリー性を生かした駆動が達成し
得ることが明らかとなった。
第３図（５）と（時は、本発明の液晶素子の一実施例を
示している。第３回内は、本発明の液晶素子の平面図で
、第３図０はそのＡ　−Ａ’断面図である。
第３図で示すセルｊａ造体１００は、ガラス板又はプラ
スチック板などからなる一対の基板１０１と１０１’を
スペーサ１０４で所定の間隔に保持され、この一対の基
板をシーリングするために接着剤１０６で接着したセル
構造を有しておυ、さらに基板１０１の上には複数の透
明電極１０２からなる電極群（例えば、マトリクス電極
構造のうちの走査電圧印加用電極群）が例えば帯状パタ
ーンなどの所定パターンで形成きれている。基板１０１
′の上には前述の透明電極１０２と交差させた複数の透
明電極１０２′からなる電極群（例えば、マトリクス電
極構造のうちの信号電圧印加用電極群）が形成されてい
る。
このような透明電極１０２′を設けた基板１０１’には
、例えば、−酸化硅素、二酸化硅素、酸化アルミニウム
、ジルコニア、フッ化マグネシウム、層化セリウム、７
フ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ
素窒化物などの無機絶縁物質やポリビニルアルコール、
ポリイミド、ボリアビニルアセタール、ポリ塩化ビニル
、ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミ
ン樹脂、エリア樹脂やアクリル樹脂などの有機絶縁物質
を用いて被膜形成した配向制御膜１０５を設けることが
できる。
この配向制御膜１０５は、前述の如き無機絶縁物質又は
有機絶縁物質を被膜形成した後に、その表面をビロード
、布や紙で一方向に摺擦（２ピング）することによって
得られる。
本発明の別の好ましい具体側では、ＳｉＯ＋５ｉｆｔな
どの無機絶縁物質を基板１０１′の上に斜め蒸着法によ
って被膜形成することによって、配向制御膜１０５を得
ることができる。
第８図に示された装置に於いてペルジャー８０１は吸出
口８０５を有する絶縁基板８０３上に載置され、前記吸
出口８０５から伸びる（図示されていない）真空ポンプ
によりペルジャー８０１が真空にされる。タングステン
製又はモリブデン製のるつ［８０７はペルジャー８０１
の内部及び底部に配置され、るつは８０７には数グラム
の５ｉＯ１ＳｔＯ，、ＭｇＦ２などの結晶８０８が載＆
される。るつ＃′ｆ８０７は下方の２つのアーム８０７
ａｓ８０７ｂを有し、前記アームは夫々導線８０９．８
１０に接続される。ｉＷ源８０６及びスイッチ８０４が
ペルジャー８０１の外部導線８０９．８１０間に直列に
接続される。基板８０２はペルジャー８０１の内部でる
つ＃１ｆ８０７の真上にペルジャー８０１の垂直軸に対
しＫの角度を成して配置される。
スイッチ８０４が開放されると、ペルジャー８０１はま
ず約ＩＱ−’ｎ＋Ｈｇ圧の真空状態にされ、次にスイッ
チ８０４が閉じられて、るつぼ８０７が適温で白熱して
結晶８０Ｂが蒸発されるまで１１源　□８０６をｍ節し
て電力が供給される。適温範囲（７ｏＯ−１０００℃）
に対して必要な電流は約１００　ａｍｐｓである。結晶
８０Ｂは次に蒸発され図中Ｓで示された上向きの分子流
を形成し、流体Ｓは、基板８０２に対してＫの角度を成
して基板８０２上に入射され、この結果基板８０２が被
覆される。角度には上記の６入射角”であり、流体Ｓの
方向は上記の“斜め蒸着方向”である。この被膜の膜厚
は基板８０２をペルジャー８０１に挿入する前に行なわ
れる装置の時間に対する厚みのキャリブレーションによ
）決定される。適宜な厚みの被膜が形成されると電源８
０６からの電力を減少させ、スイッチ８０４を開放して
ペルジャー８０１とその内部を冷却する。次に圧力を大
気圧まで上は基板８０２をペルジャー８０１から数多外
す。
また、別の具体例ではガラス又はプラスチックからなる
基板１０１′の表面あるいは基板１０１′の上に前述し
た無機絶縁物質や有機絶縁物質を被膜形成した後に、該
被膜の表面を斜方エツチング法によシエッチングするこ
とによシ、その表面に配向制御効果を付与することがで
きる。
前述の配向制御膜１０５は、同時に絶縁膜としても機能
させることが好ましく、このためにこの配向制御膜１０
５の膜厚は一般に１００Ａ〜１μ、好ましくは５ｏｏＸ
〜５０００Ａの範囲に設定することができる。この絶縁
膜は、液晶層１０３に微量に含有される不純物等のため
に生ずる電流の発生を防止できる利点をも有しており、
従って動作を繰シ返し行なっても液晶化合物を劣化させ
ることがない。
また、本発明の液晶素子では前述の配向制御膜１０５と
同様のものをもう一方の基板１０１に設けることができ
る。
第３図に示すセル構造体１００の中の液晶層１０３は、
ＳｍＣ’とすることができる。又、液晶層１０３の厚き
は充分に薄く、液晶分子はらせん構造を有していない。
第４図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表わしてい
る。第４図で示す液晶素子は、一対の基板１０１と１０
１′の間に複数のスペーサ部材２０３が配置されている
。このスペーサ部材２０３は、例えば配向制御膜１０５
が設けられていない基板ｍｏｌの上にＳｉＯ、Ｓｉｎ、
、ＡＩＲＯｓ％Ｔｉｅ、などの無機化合物あるいはポリ
ビニルアルコール１ポリイミド、ポリアミ　ドイミ　ド
、ポリエステルイミド°、ポリパラキシリレン、ポリエ
ステル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポ
リ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチ
レン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリャ樹脂、ア
クリル樹脂やフォトレジスト樹脂などの樹脂類を適当な
方法で被膜形成した後に、所定の位置にスペーサ部材２
０３が配置される様にエツチングすることによって得る
ことができる。。
このようなセ／ｌ／構造体１００は、基板１０１と１０
１／の両側にはクロスニコル状態とした偏光子１０７と
１０８がそれぞれ配置されて、電極１０２と１０２′の
間に電圧を印加した時に光学変調を生じることになる０ 次に、本発明の液晶素子の作成法について液晶材料とし
てビフェニルエステル系液晶を例にとって第３図と第５
図に従って説明する。こσ）とフェニルエステル系化合
物は、下記に示す相転移状態を表わしている。
Ｉｓｏ　（等吉相）→ｃｈ（コレステリック相）→Ｓｍ
Ａ７２℃　６σＣ （スメクテイックＡ相）→ＳｍＣ’→Ｃｒｙ（結晶相）
５０℃　２０℃ 液晶層が充分に厚い場合（〜１００μ）、ＳｍＣ″では
らせん構造をと９１そのピッチは約４μである。
まず、前述のビフェニルエステル系液晶が封入されてい
るセル構造体１００は、セル１００全体が均一に加熱さ
れる様な加熱ケース（図示せず）にセットされる。
次に、セ＃　１００中の化合物が等吉相となる温度（約
７５°Ｃ）まで加熱する。しかる後に、加熱ケースの温
度を降温させて、セル１００中の等吉相となっている化
合物を降温過程に移す。この降　□渇過程で等吉相の化
合物は、約７２°Ｃでグランシュアン組織のコレステリ
ック相に相転移し、さらに降温過程を続けると約６０°
Ｃでコレステリック相から一軸異吉相であるＳｍＡに相
転移を生じることができる。この時、ＳｍＡの液晶分子
軸は、ラビング方向に揃う。
しかる後に、このＳｍＡよシ降湛過程でＳｍＣに相転移
することによって、例えばセル厚を３μｍ程度以下とす
ると非らせん構造をもつモノドメインの５ｒｎＣ’が得
られる。
第５図は、液晶分子の配向状態を模式的に示すもので、
基板面５０５よシ上方から見た図である。
図中、５００は一軸性配向処理の方向、即ち、本実施例
ではラビング方向に相当している０８ｍＡ相では、液晶
分子がラビング方向５００と一致する液晶の平均分子軸
方向５０１をもって配向するＯ８ｍＣ’相に於ては液晶
分子の平均的な分子軸方向は、５０２の方向に傾も、ラ
ビング方向５００とＳｍＣ’の平均分子軸方向５０２は
、角度θをなして第１の安定配向状態となる０この状態
で上下基板に電圧を印加すると、ＳｍＣ’の液晶分子の
平均的分子軸方向は、角度θよシ大きい角度に変化り、
偵財市〒飽和した舘３の安定配向状態をとる０この時の
平均分子軸方向を５０３とする。
次に、電圧を零に戻すと、液晶分子は再ひもとの第１の
分子軸方向５０２の状態に戻る。従って、第１の分子軸
方向５０２の状態で、液晶分子はメモリー性を有するこ
とになる。又、分子軸方向５０２の状態で、逆方向の電
圧を印加すると、その電圧が充分に高い場合には、液晶
分子の平均的分子軸方向は、飽和して角度■をなす第４
の安定配向状態の平均分子軸方向５０３′に転移する。
そして、再び電圧を零に戻すと、液晶分子は、角度θを
なす第２の安定配向状態の平均分子軸方向５０２′の状
態に落ちつく。従って、図に示すように偏光子の一方の
偏光軸方向５０４を角度θをなす分子軸方向５０２に合
致させることによって、下達する如き粗界による第１と
第２の安定配向状態との間で生じる配向転移とこのメモ
リー性を生じた駆動法を用いた時にオン状態とオフ状態
での光学コントラストを向上することができる。
第６図には前述のビフェニルエステル化合物液晶のＳｍ
Ｃ’相に於ける一軸性処理方向と平均的分子軸方向のな
す角（θ）及び分子軸５０２の状態と５０２′の状態で
の光学的コントラスト比の液晶層の厚さによる依存性の
例が示されている。曲線６１によれば液晶層の厚さが小
さくなるに従い、角度θの値は低下していくが、曲線６
２に従ってコントラストは増大する。尚、これらの測定
は、ＳｍＡ　−＋　ＳｍＣ’の相転移温度よ如２０”Ｃ
だけ低い温度にて行われた。又、充分に電界（例えば２
０Ｖ〜３０Ｖ程度）を印加したときの平均的分子軸方向
（■）の値は、液晶層の厚さが１．２μのとき■＝２５
°、２．０μのとき■＝２７°、２６μのとき■＝２８
°であシ、液晶層の厚さが充分に厚いとき（約１００μ
）には■＝３０°であった。
第７図には、液晶材料として、アゾメチン化合物のＳｍ
Ｃ相に於ける一軸性処理方向と平均的分子軸方向のなす
角度（の及び分子軸５０２の状態と５０２′の状態での
コントラスト比の液晶層の厚み依存性を示す測定データ
である。この液晶は、次７６℃ のような相転移を示すものである。Ｃｒｙ−）ＳｍＣ’
９３’Ｃ１１８”Ｃ →ＳｍＡ−＋Ｉｓｏ、らせんピッチは約２μとした。
この材料の場合には、液晶層の厚さが薄くなるに従い角
度θけ曲線７１で示す様に増大していくが、光学的コン
トラストはやはシ曲ＩＩＭ７２で示す様に増大する。こ
れらの測定は、ＳｍＡ→ＳｍＣ’の相転移温度よシ１５
℃だけ低い温度で測定したものである。
又、充分に電界（２０Ｖ〜３０Ｖ程度）を印加したとき
の平均的分子軸方向（■）の値は、液晶層の厚みが１μ
のとき■＝１４’、ａμのとき■＝１５゜であり、液晶
層の厚さが充分に厚い場合（約１００μ）は、１８°で
あった。図中ｘ印で示す記号は、参考のために挙げたも
ので、Ｋ、　Ｋｏｎｄｏ　ｅｔａｌ、　Ｊ、Ｊ、ＡＰ■
（１９８３）Ｌ２９４紀載のデータを書き直したもを施
した本発明者等のデータに比較して角度θの値が大きい
。従って、配向処理が液晶分子の配向状態に大きな影春
を与えているのは明らかである。
さて、本発明の特徴が基板面の配向処理によって液晶分
子に角度θをもつ特定の安定状態を与えることからも判
♀様に角度θの値は、基板面の処理の程度によって、そ
の値が変化し、液晶分子に対する拘束力がよシ強い処理
方法であれば、角度θは小さくなシ、又、よシ弱い処理
方法であれば角度θは大きくなる。拘束力の程度が余り
に強い場合には角度０が著しく小さくなり、ＳｍＣ’の
メモリー性を生かした駆動を行うことが、事実上不可能
となる。このため角度θの値としては好ましくはＡｏ＜
θとなる配向処理条件を設定することが望ましい。
本発明の液晶光学素子で用いる駆動法としては下記に示
す方法が適している。すなわち、第９図囚−（ａ）は、
中間に強誘電性液晶化合物が挾まれたマトリクスＷＬ極
構造を有するセル９１の模式図である。９２は走査電極
群であわ、９３は信号電極群である。第９図囚−（切と
（８）−（Ｃ）はそれぞれ選択された走査電極９２（ｓ
）に与えられる電気信号とそれ以外の走査電極（選択さ
れない走査電極）９２（ｎ）に与えられる電気信号を示
し、第９図囚−（ｄ）と囚−（ｅ）はそれぞれ選択され
た（情報有の）信号電極９３（ｓ）に与えられる電気信
号と選択されない（情報無の）信号電極９３　（ｎ）に
与えられる電気信号を表わす。第９図（５）−（ｂ）〜
（５）−（ｅ）それぞれ横軸が時間を、縦軸が電圧を表
す。例えば、動画を表示するような場合には、走査電極
群９２は逐次周期的に選択される。今、双安定性を有す
る液晶セルの第１の安定状態を与えるための閾値電圧を
ｖｔｈ、とし、第２の安定状態を与えるだめの閾値電圧
を−ｖｔｈ、とすると、選択された走査電極９２（ｓ）
に与えられる電気信号は第９図囚−（ｂ）に示される如
く位相（時間）　１．では、２■を位相（時間）　ｉｔ
では一■となるような交番する電圧である。又、それ以
外の走査電極９２　（ｎ）は、第９図囚−（Ｃ）に示す
如くアース状態となってお夛電気信号０である。
一方、選択された信号％極９３　（ｓ）に与えられる電
気信号は第９図囚−（ｄ）に示される如く位相ｔ１にお
いて０で、位相ｔ、において■であυ、又、選択されな
い信号電極９３　（ｎ）に与えられる電気信号は第９図
（Ａ）　−（ｅ）に示される如く０である。
以上に於て１電圧値■はＶ　（Ｖｔｈ、＜　２　Ｖと−
Ｖ〉−Ｖｔｈ！＞　−２Ｖ　を満足する所望の値に設定
される。
このような電気信号が与えられたときの、各画素に印加
される電圧波形を第９図ＣＢ）　＊示す。
第９図（Ｂ）の（ａ　−（ａ）　、　（Ｅｌ　−（ｂ）
　、　（Ｂ）　−（Ｃ）とＣＢ）　−（ｄ）はそれぞれ
第９図回申の画素Ａ、Ｂ、ＣとＤは対応している。すな
わち、第９図（Ｂｌから明らかな如く、選択された走査
線上にあるすべての画素は、第１の位相ｔ１で閾値電圧
−Ｖ＊ｈ２を越える電圧−２■が印加されるために、ま
ず−担一方の光学的安定状態（第２の安定状態）に揃え
られる。このうち、情報信号有に対応する画素Ａでは第
２の位相１ｔで、閾値電圧ｖｔｈ、を越える電圧２■が
印加されるために他方の光学的安定状態（第１の安定状
態）に転移する。又、同一走査線上に存在し、情報信号
熱に対応する画素Ｂでは第２の位相ｔ！に於ける印加電
圧は閾値電圧ｖｔｈｌを越えない電圧■であるために、
一方の光学的安定状態に留ったままである。
一方、画素ＣとＤに示される如く選択されない走査線上
では、すべての画素ＣとＤに印加される電圧は＋■又は
Ｏであって、いずれも閾値電圧を越えない。従って、各
画素ＣとＤにおける液晶分子は、配向状態を変えること
なく前回走査されたときの信号状態に対応した配向をそ
のまま保持している。即ち、走査電極が選択されたと１
５に、まず第１の位相ｔ１において、−担一方の光学的
安定状態に揃えられ、第２の位相ｔ、において−ライン
分の信号の書き込みが行われ、−フレームが終了して次
回選択されるまでの間は、その信号状態を保持し得るわ
けである。
従って、走査電極数が増えても、実質的なデ凰−テイ比
はかわらず、コントラストの低下とクロストーク等は全
く生じない。
この峠、電圧値Ｖの値及び位相（ｔ１＋ｔｔ）＝Ｔの値
としては、用いられる液晶材料やセルの厚さにも依存す
るが、通常３ポルト〜７ｏボルトで、０．１μｓｅｃ〜
２　ｍ　ｓｅｃの範囲で用いられる。
本発明の駆動方法が有効に達成されるためには、走査電
極或いは信号電極に与えられる電気信号が、必ずしも第
９図（ｂ）〜（ｅ）に於て説明されたような単純な矩形
波信号でなくてもよいことは自明である。
例えば、正弦波や三角波によって駆動することも可能で
ある。
第１０図は、別の変形実施例である。第９図に示した実
施例との違いは第９図（５）−（ｂ）に示す走査信号９
２（ｓ）の位相ｔ１における電圧は半分の■とし、その
分すべての情報信号に位相ｔ、に於て一■を印加してい
る。この方法によるメリットは、各電極に与える信号の
電圧最大値が第９図に示した実施例に比べ半分で済む点
にある。
この際、第１０図（５）−（ａ）は、選択された走査電
極９２（Ｓ）に印加する電圧の波形を示し、一方、選択
されない走査電極９２（ｎ）には第１Ｏ図（８）−（ｂ
）に示す様にアース状態にされ、電気信号は０ボルトで
ある。第１０図（５）−ｆｃ）は、選択された信号電極
９３（ｓ）に印加する電圧の波形を示しており、第１０
図（２）−（ｄ）は選択されない信号電極９３　（ｎ）
に印加する電圧波形を示している。第１０図に）は各画
素Ａ。
Ｂ、ＣとＤに印加される電圧の波形を示している。
すなわち、第１０図■の（ｌｆｆｉ　−（ａ）　、　（
８１−（ｂ）　、　＠　−（Ｃ）と（ロ）−（ｄ）はそ
れぞれ第９図の）中の画素Ａ、Ｂ、ＣとＤに対応してい
る。
今までに述べた本発明の説明に於ては、一つの画素に対
応する液晶化合物層は一様であシ、一画素全領域に渉っ
てどちらかの安定状態に配向を揃えているものとして来
た。しかしながら、強誘電性液晶の配向状態は、基板の
表面との相互作用によって極めて微妙に作用されるため
、印加電圧と閾ｍ電圧ｖｔｈ、又は−Ｖｔｈ、の差が小
さい場合には、局所的な基板表面の僅かの差によって、
−画素内で互いに逆方向の安定配向状態が混在している
状況が生じ得る。これを利用して情報信号の第２の位相
に於て階調性を与える信号を付加するととが可能である
。例えば、第９図に於て述べた駆動方法と走査信号は全
く同一にして第１１図（ａ）〜（（１）に示すようなＩ
ｌ＠ｍに応じ、信号電極に印加する情報信号の位相ｔ２
に於けるパルス数を変えることによってＩ！！鯛画像画
像ることが可能である。
以下、本発明を実施例に従って説明する。
ピッチ１００／ｊｍで＄１４ｑ４ｈ４　／ｊ　ｍのスト
ン１シ臥りＩＴＯ膜を電極として設けた正方形状ガラス
基板を用意シフ、これの！極となるＩＴＯ膜が設けられ
ている側を下向きにして第５図に示す斜め蒸着膜７１′ を１０−’Ｔｏｒｒ　程度の真空状部としてから、所定
の方法でガラス基板上に５ｉ０２を斜め蒸着し、８ｏｏ
ｘの斜め蒸着膜を形成した（Ａ電極板）。
フ。
成工業■製の「ＰＩＱ」　；不揮発分濃度１４．５ｗｔ
％）をスピナー塗布機で塗布し、１２０°Ｃで３０分間
加熱を行なって８０ＯＡの被膜を形成した（Ｂ電極板）
Ｃ次いでＡ％電極板周辺部に注入口となる個所を除いて
熱硬化型エポキシ接着剤をスクリーン印刷せ、２枚の電
極板の間隔が２μとなるよう、ポリイミドスペーサで保
持した。
こうして作成したセル内に等吉相となっている前述のビ
フェニルエステル液晶化合物を注入口から注入し、その
注入口を封口した。このセルを徐冷によって降温させ、
温度を約３０℃で維持させた状態で、一対の偏光子をク
ロスニコル状態で設けてから顕微鏡観察したところ、非
らせん構造のＳｍＣ’が形成されており、角度θ’ｑｌ
Ｏ’であるととが判明した。この方向に、クロスニコル
の一方の偏光子の軸方向を合致させ２液晶素子を作成し
、この液晶素子を第９図に示す駆動法にょシ駆動させた
ところ、良好なメモリー駆動が可能であることが判明し
た。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は、本発明で用いる液晶素子を模式的
に示す斜視図である。第３図ｃＡ）Ｆｉ本発明の液晶光
学素子を示す平面図で、第３図（峠はそのＡ−Ａ断面図
である。第４図は、本発明の液晶光学素子の別の態様を
示す断面図である。第５図は本発明における液晶分子の
配向状態を模式的に示す平面図である。第６図及び第７
図は一軸性処理方向と平均的分子軸方向のなす角度θ及
び光学的コントラストと液晶層の厚さとの関係を表わす
説明図である。Ｍ８図は、斜方蒸着法で用いる装置の断
面図である。第９図（Ａ）（ａ）は、本発明液晶素子を
模式的に示す平面図である。第９回内（ｂ）は選択され
た走査電極の信号を示す説明図である。第９図（Ａ）　
（Ｃ）は選択されない走査電極の信号を示す説明図であ
る。第９回内（ｄ）は選択された信号電極の情報信号を
示す説明図である。第９図（Ａ）（ｅ）は選択されない
信号電極の情報信号を示す説明図である。 第９図（Ｂｌ　（ａ）は画素Ａの液晶に印加される電圧
の波形図である。第９図（Ｂ）　（ｂ）は画素Ｂの液晶
に印加される電圧の波形図である。第９図（Ｈｌ　（Ｃ
）は画素Ｃの液晶に印加賂れる電圧の波形図である。第
９図の）（ｄ）は画素りの液晶に印加される電圧の波形
図である。。第１０図（５）（ａ）は別の具体例におけ
る選択された走査電極の信号を示す説明図である。第１
０図（Ａ）（ｂ）は別の具体例における選択されない走
査電極の信号を示す説明図である。第１０回内（ｃ）は
別の〜具体例における選択された信号電極の情報信号を
示す説明図である。第１Ｏ図囚（ｄ）は別、−ρ具体例
における選択されない信号電極の情報信号を示す説明図
である０第１０図（Ｅ９　（ａ）は別の具体例における
画素Ａの液晶に印加される電圧の波形図である。 第１０図（Ｂｌ　（ｂ）は別の具体例における画素Ｂの
液晶に印加される電圧の波形図である。ｉｌＯ図（Ｂｌ
　（Ｃ）は別の具体例における画素Ｃの液晶に印加され
る電圧の波形図である。紹１０図（ａ　（ｄ）　＃−ｉ
：別の具体例における画素りの液晶に印加される電圧の
波形図である。第１１図（ａ）、第１１図（ｂ）、第１
１図（Ｃ）および第１１図（ｄ）は信号電極に印加する
電圧の波形例を示す説明図である。 ５００；ラビング方向 ５０１；ラビング方向と平行となっているＳｍＡ相での
平均分子軸方向 ５０２；ＳｍＣ’相での１４１の平均分子軸方向５０２
’；　ＳｍＣ’相での第２の平均分子軸方向５０３；Ｓ
ｍＣ’相での電圧印加時の飽和した第３の平均分子軸方
向 ５０３’；　ＳｍＣ’相での電圧印加時の飽和した第４
の平均分子軸方向 ５０４：クロスニコルの一方の偏光子の偏光軸方向 ５０６；クロスニコルの他方の偏光子の偏光軸方向 ５０５：基板面 θ　；電極間の電圧を零とした時のＳｍＣ’での第１の
平均分子軸方向５０２とＳｍＡ相での平均分子軸方向５
０１とのなす角度 ■　：電圧印加時のＳｍＣ’相での飽和した第３の平均
分子軸方向５０３とＳｍＡ相での平均分子軸方向５０１
とのなす角度。 特許出願人　キャノン株式会社 第２ば −−□　−−’ｖ：比 （ｄ）−−一−−■ｈ −−−−−−Ｖ＜ｈ （ｄ） 手続補正書（自発） 昭和６０年　３月１１日 特許庁長官　志　賀　学　殿　。 昭和５９年特許願第７６８１９号 ２、発明の名称 液晶光学素子 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 居所　〒１４ｆｉ東京都大田区下丸子３−３０−２５、
補正の対象 明　細　書 ６、補正の内容 （１）明細書第１１頁第９行の「変速応答性へ変画素」
を「高速応答性、高画素」と訂正する。 （２）同上第１５頁第１７行の「変速」を「高速」と訂
正する。 ′３）同上第１５頁第１７行の「第６図」を「第２図」
と訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）電極が形成された一対の基板間に強誘電性液晶を
    封入したセル構造体と少なくとも１つの偏光子を有する
    液晶光学素子において、前記電極間に一方向の電圧を印
    加した時の前記強誘電性液晶の平均分子軸方向と前記強
    誘電性液晶を相転移させた時の別の相に対応する一軸異
    方相の軸方向とのなす角度を■とし、且つ前記電極間の
    電圧を零とした時の前記強誘電性液晶の平均分子軸方向
    と前記強誘電性液晶を相転移させた時の別の相に対応す
    る一軸異方相の軸方向とのなす角度をθとした時、前記
    角度■とθの間にθ〈■の関係を有しているとともに前
    記少なくとも１つの偏光子の均分子軸方向と平行又は略
    平行としたＣとτ４（２）前記−軸異方相の軸方向が一
    軸性配向処理の方向と平行又は略平行となっている特許
    請求の範囲第１項記載の液晶光学素子。 （３）前記−軸性配向処理がラビング処理である特許請
    求の範囲第２項記載の液晶光学素子。 （４）前記−軸性配向処理が斜方蒸着処理である特許請
    求の範囲第２項記載の液晶光学素子。 （５）前記−軸異方相がスメクティックＡ相である特許
    請求の範囲第１項記載の液晶光学素子。 （６］　前記角度■とθの間に工■〈θの関係を有０ している特許請求の範囲第１項記載の液晶光学素子。 （７）前記強誘電性液晶がスメクティック相である特許
    請求の範囲第１項記載の液晶光学素子。 （８）　前記スメクティック相がカイラルスメクティッ
    ク相である特許請求の範囲第７項記載の液晶光学素子。 （９）　前記カイラルスメクティック相がカイラルスメ
    クティックＣ相、カイラルスメクティックＧ相、カイラ
    ルスメクティックド相、カイラルスメクティックＩ相又
    はカイラルスメクティックＨ相である特許請求の範囲第
    ８項記載の液晶光学素子。 Ｑｌ　前記カイラルスメクティック相が非らせん構造と
    なっている特許請求の範囲第９項記載の液晶光学素子。 ａυ　前記強誘電性液晶の厚みがらせん構造のピッチよ
    シ小さい厚みである特許請求の範囲第１項記載の液晶光
    学素子。 α２　前記強誘電性液晶がこれよシ高温側でコレステリ
    ック相を示す特許請求の範囲第１項記載の液晶光学素子
    。 α□□□前記セル構造体を挾む２枚の偏光子を有して、
    該２枚の偏光子の偏光子がクロスニコルとなっている特
    許請求の範囲第１項記載の液晶光学素子。
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