JPS61249025A - 液晶装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶光学素子や液晶−光シヤツタアレイ等に
適用する液晶光学素子に関し、詳しくは表示ならびに駆
動特性を改善した液晶光学素子に関する。

〔従来技術の説明〕

強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用して、偏光素子
との組み合わせにょシ透過光線を制御する型の表示素子
が、Ｃ１ａｒｋおよびＬａｇｅｒｗａｌｌにより提案さ
れている、（特開昭５６−１０７２１６４公報、米国特
許第４３６７９２４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、カ
イラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊　）又はＨ相（Ｓｍ
Ｈ＊　）　　ｋ有し、この液晶層の特定の層厚条件下に
おいて、加えられる電界に応答してｍｌの光学的安定状
態（第１の安定配向）と第２の光学安定状態（第２の安
定配向）のいずれかを取ル、且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シ、高速ならび
に記憶型の表示素子としての広い利用が期待されている
。

一方、誘電率異方性が負（Δε〈０）の強誘電性スメク
チック液晶に高周波の交流電界を印加することによシ１
強強誘電性液晶第１の安定配向と第２の安定配向からな
る双安定性配向状態を付与することが考えられる。この
方法は、液晶層を特定の層厚に設定する必要がない利点
を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕　　“しかしながら
１本発明者らの実験によれば、前述の高周波交流電界の
存在下に付与された強誘電性スメクチック液晶の双安定
性配向状態が、温度の変動によシ消失するという問題点
を有していることが判明した。

従って１本発明の目的は、前述の問題点を解決すること
、すなわち高周波交流電界下で温度の変動に依存しない
双安定性配向状態の強誘電性スメクチック液晶を用いた
液晶素子を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段１作用〕本発明は。

ａ、負の誘電率異方性をもつ強誘電性スメクチック液晶
を一対の基板間に配置した液晶セルと。

ｂ、前記強誘電性液晶に第１の安定配向及び第２の安定
配向からなる双安定性配向を付与する交流電界を印加す
る手段と、 Ｃ１前記交流電界の周波数を温度の変動に応じて変化さ
せる手段と。

ｄ、前記強誘電性液晶を第１の安定配向に配向させる第
１の電界と第２の安定配向に配向させる第２の電界とを
入力情報に応じて選択的に印加する手段と。

ｅ、第１の安定配向に配向した強誘電性スメクチック液
晶を通過した光線と第２の安定配向に配向した強誘電性
スメクチック液晶を通過し九光線との光学的相違を検知
する手段 とを有する液晶素子を特徴としている。

〔実施例〕

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、特忙適したものは、カ
イラルスメクチック液晶であって１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チックＣ相（Ｓｍ
Ｃ）、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＧ＊）、カイラ
ルスメクチックＦ相（ＳｍＦ）、カイラルスメクチック
Ｃ相（ＳｍＩ＊）又はカイラルスメクチックＲ相（Ｓｍ
Ｈ＊）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１ル・ジュル
ナール・ド・フイジイク・レットル”（′ＬＥ　　ＪＯ
ＵＲＮＡＬ　ＤＥ　ＰＨＹＳＩＱＵＥ　ＬＥＴＴＲＥ”
）３６（Ｌ−６９）１９７５年「フェロエレクトリック
・リキッド・クリスタ／ｌ／Ｊ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔ
ｒｉｃＬｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　Ｊ　；　”ア
プライド・フィジイックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ８”）３６（１１）１９
８０年「サブミクロ・セカンド番バイスティプル・エレ
クトロオプティック・スイッチング・イン拳すキッドφ
クリスｐ　ル」（ｒ　Ｓｕｂｍｉｃｒｏ　５ｅｃｏｎｄ
　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　−ｏｐｔｉｃ、
Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔ
ａｌｓ’）　；　”固体物理”±１（１４１）１９８１
年「液晶」等に記載されておシ１本発明ではこれに開示
されたもののうち、負の誘電率異方性をもつ強誘電性液
晶ｔ−世いることができる。

特に、好ましい強誘電性液晶としては、これよシ高温側
でコレステリック相を示すものを用いることができ１例
えば下達の実施例に挙げた相転移温度を示すフェニルエ
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
り支持することができる。

第１図は１強誘電性液晶の動作説明のため釦、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。

、１１ａとｌｌｂは、　Ｉｎ＊Ｏｓ、Ｓｎｏｗ　　ある
いはＩ　Ｔ　Ｏ（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）であシ。

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＃／の液７晶が封入（さ也ている。

太線で示した線１３が液晶分子を表わしておシ、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と液晶分子１３
の軸方向とのなす角度全チルト角として表わす。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）１４ｆｆｉ有している。基板１１ａとｌｌｂ上の電
極間に端子１６ａと１６ｂから一定の閾値以上の電圧Ｅ
ａ’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１４がすべて電界方向に向くよう、液
晶分子１３は液晶分子１３ａの方向に一様に配向方向を
変えることができる。逆に、電圧Ｅｂｉ印加すると、同
様液晶分子１３のらせん構造はｔｌどけるが双極子モー
メント１４がすべて逆向き電界方向に向くよう液晶分子
１３は液晶分子１３ｂの方向に一様に配向方向を変える
ことができる。又、電圧Ｅ、＆又り、ｇ−ｂによって配
向した配向状態は、電圧ｇａ又はＥｂｔ−解除すると、
液晶分子はもとのらせん構造の配向状態に復帰するとと
Ｋなる。液晶分子１３は、細長い形状を有しておプ、そ
の長軸方向と短軸方向で屈折高異方性を示し、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
素子となることは、容易に理解され・る。

第２図（Ａ）とＣＢ）は、本発明の液晶素子の一実施例
を示している。第２図（Ａ）は１本発明の液晶素子の平
面図で、第２図（Ｂ）は、その人−Ａ′断面図である。

第２図で示すセル構造体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１０１ａと１ｏｌｂｉ
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１（１６で接着したセ
ル構造を有しておシ、さらに基板１０１ａ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されている。基板１
０１ｂ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１０２ｂからなる電極群（例えば、マ）　Ｉ
Ｊ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１０２ｂｆ：設けた基板１０１ｂ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。

酸化セリウム、フッ化セリウム、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、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
。

との配向制御膜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（ラビング）することによって
得られる。

本発明の別の好ましい具体例では、ＳｉＯ＋５ｉＯｔな
どの無機絶縁物質を基板１０１ｂ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。

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５００Ａ〜５０ＧＯＡ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
点をも有しておシ、従って動作を繰）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１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１０１５Ｌに設けることが
できる。

第２図に示すセル構造体１００の中の液晶層１０３は１
例えばＳｍＣ＊とすることができる。又。

液晶層１０３の厚さは特に制限されないが、一般的３μ
ｍ−１５μｍ程度が好ましい。

このようなセル構造体１００は、基板１０１ａと１０１
ｂの両側にはクロスニコル状態とした偏光子１０７と１
０８がそれぞれ配置されて、この偏光子１０７と１０８
１Ｃよシミ極１０２ａと１０２ｂの間に電圧を印加した
時の光学変調を検知することができる。

さて、前述した液晶セルに高周波交流電界を液晶分子層
１２と平行に印加すること忙よシ、電界Ｅａ又はＥｂ″
Ｉｋ印加時忙配向した方向の配向状態の何れかに配向す
ることｋなる。この高周波交流電界印加下での配向状態
を第１の安定配向状態及び第２の安定配向状態という。

この様な現象は、液晶材料が負の誘電率異方性をもつこ
とによって生じる。この交流電界の周波数は、所定の電
圧値では液晶が応答し得ない程度に充分に高い値に設定
されなければならない。

交流電圧は１周波数４００　Ｈｚ以上１００　Ｈｚ以下
で波形としては三角波、正弦波や矩形波等１−ノ用いる
ことが出来、液晶層厚にもよるが、　Ｖｐｐ　（ｐｅａ
ｋ−ｔ、−ｐｅ’ａｋ）は２０Ｖ　〜１００Ｖ程度が好
ましい。

本発明者らの実験によれば、前述した一定周波数の交流
電界が印加された状態下での双安定性は。

温度がある程度高くなると解消してしまう傾向にあるが
、この場合交流電界の周波数を高くすると。

双安定性がそのまま維持できることが判明した。

この場合の周波数の変化量は、使用した液晶材料。

セル厚や各種の条件によっても相違するが、２般に温度
が１０℃変動する場合では１０Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度が
適している。

本発明の液晶光学素子で用いる駆動法の例を次に示す。

第３図（Ａ）は１表示可能なマ）　ＩＪクス電極構造を
示し、３１が走査電極、３２が情報信号電極として用い
られる。第３図（Ｂ）（ａ）と（ｂ）が走査電極に印加
する信号で、８ｇ３図（ａ）が走査選択信号を、又第３
図ＣＢ）（ｂ）が走査非選択信号を現わしている。第３
図（（り（ｄ）は情報信号電極に印加する情報信号で、
それぞれ書込み入力情報に応じて選択的釦情報信号電極
に印加される。第３図（ｃ）は第３図ＣＢ）Ｉ／ｃ示す
電気信号を用いて画素に印加した時の電圧波形を表わし
ている。第３図（ｃ）（ａ）と（ｂ）は、走査選択信号
が印加された走査ライン上の画素に印加された電圧波形
で、第３図（ｃ）（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ走査選択
信号が印加されていない画素に対応している。これらの
画素に印加された電圧は閾値以下に設定されている。従
って、走査選択信号に同期させて第３図（Ｂ）（ｃ）と
（ｄ）で表わされる書込み信号を選択的に印加して走査
ライン毎に順次書込みを行なうことができ、走査ライン
上の画素書込みの後１画素に印加される電圧は第３図（
ｃ）（ｃ）と（ｄ）に示される様にそれぞれ閾値以下で
設定されているため、走査ライン上の曹込み状態が１フ
レーム又は１フイールドの間はメモリーされることにな
る。

このような信号′ｌｋ第３図（Ａ）に示す表示を行うべ
く与えたときの時系列信号を第４図（Ａ）に示す。第４
図（Ａ）に於て、情報信号電極畳することによって付与
された高周波の交流成分は、簡単の為省略、しである。

第４図ＣＢ）は、クロストーク防止のため、情報信号に
応じた補助信号を△ｔの位相に於て与えた実施例である
。

又、別の実施形態例として、高周波交流成分を走査電極
側に与えることも可能である。さらＫ。

位相を合わせて走査電極側と、信号電極側共に与えると
とＫよって、走査電極側と、信号電極側の末端ドラバ−
ＩＣの、必要耐圧を低減させることも可能である。

第５図にはさらに別の実施例金示す。

本実施例に於ては、交流信号は走査非選択信号として与
える。走査選択信号は、１ｇ３図（Ｂ）（ａ）の波形と
同じ波形を与える。選択時に高周波’ｅＯＦＦすること
によ）、液晶分子は、動き易くなシ、スイッチングが容
易になること。又選択信号（ａ：低周波成分）と非選択
信号（ｂ：高周波成分）の重畳を避けることによって走
査側ドライバーＩＣの必要耐圧低減のメリットがある。

第６図は１本発明の液晶素子を用いたＭメルドットの液
晶表示パネル６０１ｔ−表示するための駆動回路の１例
を示すブロック図である。図中６０２は可変周波数発生
回路で、その出力ｘ、ｙは互いに位相が１８０°ずれて
おシ、その出力Ｘはデータ信号入力側のＡＣ重畳回路６
０３へ入力され。

出力ｙは走査信号入力側のＡＣ重畳回路６０４へ入力さ
れる。６０５は情報入力、６０６はそのクロック入力、
６０７は走査線のタイミング入力で。

６０８はそのクロック入力である。

データ信号入力側のＡＣ重畳回路６０３は、電圧を加算
する記号をのとし、Ｉ’ｍ　工’、　ｘ　ｉ電圧値とす
ると。

Ｂ　＝　エフ　（Ｂ　ｘ Ｉ；　＝＝＝　ｌ　ｒ　ｅ　ｘ Ｉ’＝Ｉ”ΦＸ　　　（Ｎ：データ線の配線数）Ｎ の機能を有し、走査信号入力側のＡＣ重畳回路６０４は
　３　／　、　ＳＦ　、　ｙを電圧値とすると。

Ｓ、′＝Ｓｒｅｙ Ｓｉ　＝　ＳＦ　６９Ｆ ”；＝”、；ｅｙ　　（Ｍ：走査線の配線数）の機能を
有している。データ信号側では、情報入力６０５の信号
が順次シフトレジスタ６０９．クロック６０６とカウン
タ６１１で制御されたうｉチロ１０．前述のＡＣ重畳回
路６０３とドライブ回路６１２に入力され、Ｎ本のデー
タ線に信号が送られる。走査信号側では、走査線のタイ
ミング人力６０７とクロック入力６０８がシフトレジス
タ６１３に入力され、その信号が順次前述のＡＣ重畳回
路６０４とドライブ回路６１４忙入力され。

Ｍ本の走査線に走査信号が入力される。

さらに、温度センサー６１５は液晶素子部６０１の付近
の温度全検知し、その信号を可変周波数発生回路６０２
に入力する。そこで、この温度によってデータ線側と走
査線側に重畳する交流信号の周波数を制御することによ
って、温度変動が生じたとしても双安定性を維持するこ
とができる。又。

データ線側のＡＣ重畳回路６０３．又は走査線側のＡＣ
重畳回路６０４は、何れか１つを省略することができる
、何れの場合においても、温度変動に対して安定した双
安定性を維持することができる。

以下１本発明を具体例を挙げて説明する。

実施例１ 第３図に示す液晶素子を用いた。この際、基板としては
ガラス基板、電極には透明な１００ＯＡのマドライブ電
極、さらに、電極を形成したガラス基板上には１表面ラ
ビング処理したポリイミド被膜を形成したものを用いた
。この２枚のガラス基板は１０μｍのポリイミドで形成
したスペーサによってその間隔を保持した。又、この２
枚のガラス基板の周囲をエポキシ樹脂でシーリングして
セルを作成した。

このセルの中に下記に示す負の誘電率異方性をもつ混合
強誘電性液晶を等吉相下で注入した。

混合液晶 ４重量部 １重量部 この混合液晶は下記に示す相転移を生じる＝□　　　　
　　　　工ｓ　。

７０．３’Ｃ （ＳｍＡ；スメクチック人相、Ｃｈ；コレステリック相
。

■ｓｏ；等方相を示す） この時の相転移点はＤＳＣ（示差走査熱量計）によって
測定した値である。

次いで、注入口を封口した後１等方相から０．５”Ｃ／
ｈの割合でＳｍＣまで徐冷した。この液晶素子を直交ニ
コル下で顕微鏡観察すると、広い領域に亘ってもモノド
メインの形成が確認され、又ＳｍＣのピッチが観察され
た。

この様にして作成した液晶素子に第６図に示す駆動回路
（但し、走査線側のＡＣ重畳回路の使用を省略した）を
組込み、表示を行った。この際。

高周波交流電界として１０ＫＨｚ、６０ＶｐｐＴｈ用い
、このため、スイッチングパルスとしては第３図（Ｂ）
に示す波形のものであった。具体的にはｔ＋＋　ｔｔ　
（ｊ、＝　ｔ、　）＝２ｍｓｅｃ、　Ｖ＝　２１．５ボ
ルトを使用した。

可変周波数発生回路では１０℃を基準にして１℃の温度
増加に対して周波数に５’Ａの割合で高くする様に制御
した。

この結果、温度が１０℃〜３０℃の間で変動しても、良
好な表示状態が得られることが判った。

すなわち、このことはｌＯ℃〜３０℃の間で温度変化を
生じても、十分な双安定性状態が維持されていることを
示したものである。

これに対し、前述で使用した可変周波数発生回路の使用
を省略したほかは、全く同様の方法で実験を繰返したと
ころ、ｌｏ℃〜３０℃の温度変動に対して高温側で十分
な表示特性が得られなかった。このことは、高温側では
双安定配向状態の形成がないことを示している。

実施例２ 実施例１の液晶素子を作成した際に用いた１０μｍのポ
リイミドスペーサを７μｍのポリイミドスペーサに代え
たほかは、実施例１と全く同様にして液晶素子を作成し
た。この液晶素子は広い領域でモノドメイン形成が観察
され、又実施例１と相違してＳｍＣ＊のらせんピッチの
観察は認められなかった（らせん構造がほどけた状態）
が、電場無印加では双安定状態は認められなかった（但
し。

交流電圧の電圧値上４２　ｖｐｐとした）。

この液晶素子を実施例１と同様に駆動回路忙組込み１表
示を行なったところ、実施例１と同様に温度変動に対し
て安定した双安定性配向状態が維持されていることが判
っ九。

〔効果〕

本発明によれば、外界の温度変動が生じても安定した双
安定性配向状態を維持することができ。

この結果温度変動に依存しない良好な表示特性を得るこ
とができる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の強誘電性液晶素子を模式的に表わし
た斜視図である。ａ！２図（Ａ）は本発明の液晶素子の
平面図で、第２図ＣＢ）はＡ　−Ａ’断面図である。第
３図（Ａ）は、本発明でマトリクス電極構造を表わす平
面図、第３図（Ｂ）は走査線及びデータ線に印加する信
号の波形を表わした説明図で、第３図（Ｃ）は強誘電性
液晶に印加される電圧信号波形を表わした説明図である
。第４図（Ａ）は第３図で用いた信号を時系列で表わし
た説明図で、第４図ＣＢ）は別の時系列信号を表わした
説明図である。第５図は、走査線及びデータ線に印加す
る信号波形を表わした説明図である。第６図は１本発明
の液晶素子に用いた駆動回路の１例を表わしたブロック
図である。 １１久 １０Ｚ久　　　　ｌの・ ｚ 第３０（Ｂ） 第３図（Ｃ） （（２）　　　　　　　　　　　　（ｂ）（Ｃ）　　　
　　　　　　　　（ｄ） （α） （ｄ） 一ロコー Ｖ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶光学素子において、 ａ、負の誘電率異方性をもつ強誘電性スメクチック液晶
   を一対の基板間に配置した液晶セルと。 ｂ、前記強誘電性液晶に第１の安定配向及び第２の安定
   配向からなる双安定性配向を付与する交流電界を印加す
   る手段と、 ｃ、前記交流電界の周波数を温度の変動に応じて変化さ
   せる手段と、 ｄ、前記強誘電性液晶を前記第１の安定配向に配向させ
   る第１の電界と前記第２の安定配向に配向させる第２の
   電界とを入力情報に応じて選択的に印加する手段と、 ｅ、第１の安定配向に配向した強誘電性スメクチック液
   晶を通過した光線と第２の安定配向に配向した強誘電性
   スメクチック液晶を通過した光線との光学的相違を検知
   する 手段 とを有することを特徴とする液晶光学素子。
2. （２）前記光学的相違を検知する手段が偏光子であって
   、該偏光子の偏光軸が前記第１の安定配向又は第２の安
   定配向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. （３）前記光学的相違を検知する手段が１対のクロスニ
   コルの偏光子であって、該１対の偏光子のうち１つの偏
   光子の偏光軸が前記第１の安定配向又は第２の安定配向
   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。
4. （４）前記強誘電性スメクチック液晶がカイラルスメク
   チックＣ相、Ｈ相、Ｉ相、Ｇ相又はＦ相である特許請求
   の範囲第１項記載の液晶光学素子。