JPS61267028A - 液晶の配向制御法 - Google Patents

液晶の配向制御法

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JPS61267028A
JPS61267028A JP10808385A JP10808385A JPS61267028A JP S61267028 A JPS61267028 A JP S61267028A JP 10808385 A JP10808385 A JP 10808385A JP 10808385 A JP10808385 A JP 10808385A JP S61267028 A JPS61267028 A JP S61267028A
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JP
Japan
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phase
liquid crystal
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substance
smectic
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JP10808385A
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English (en)
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Osamu Taniguchi
修 谷口
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Canon Inc
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Canon Inc
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/141Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals

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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】 [産業上の利用分野] 本発明は1強誘電性液晶を表示素子として用いる場合の
初期分子配列状態、すなわち配向状態を午える方法に関
するものである。
[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、クラークおよびラガバルにより提案されている(特
開昭58−1072111号公報、米国特許WS438
7924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(Ss
C”)又はH相(SmHつを有し、この状態において、
加えられる電界に応答して第1の光学的安定状態と第2
の光学安定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り、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。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、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。たとえばS■C°または5stH”相を有する強
誘電性液晶については、Sac中またはSmH”相を有
する液晶分子層が基板面に対して垂直に、すなわち層の
面に垂直な液晶分子軸が基板面には、ぼ平行に配列した
領域(モノドメイン)が形成される必要がある。しかし
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なかったた
めに、充分な特性が得られなかったのが実情である。
このような強誘電性液晶の配向方法としては、従来のT
N型液晶表示装置におけると同様に、ラビング法や斜方
蒸着により、液晶セル内の基板面に、物理的なキズ(溝
)を付した有機9膜、無機蒸着膜を形成して分子の配列
方向性を与えるものであった0例えば、ラビング法は、
ガラス基板上に透明電極を形成した後、有機高分子膜を
形成して゛それをビロードなどの布で一方向へこすり、
膜表面についた微細なキズによって液晶分子を整列させ
るものである。
【発明が解決しようとする問題点] ラビング法は、生産性等の点から工業的にも有力な配向
方法であるが、複数のストライプ状のスペーサーを有す
る液晶セルを用いて強誘電性液晶を配向させようとする
と、ラビング処理だけでは充分な配向状態が得られず、
液晶分子の配列が乱れた部分(欠陥)を生じることがし
ばしば起こる。
本発明者は、上記欠陥が形成される原因を調べた結果、
液晶セルに封入した強誘電性液晶を、一度等方相となる
温度まで昇温し、その後、強誘電性を示す相(Sac”
またはS■H・相)をとる温度まで徐冷する過程(クー
リング過程)において、相界面が前記スペーサー(すな
わちラビング方向)と平行になっていない部分において
欠陥が発生しやすいことを見いだした。
このような現象が起こる原因としては、一般的に高温側
の相からスメクチック相のごとく層構造をもつ液晶相へ
と相変化が行われる際に、層は相界面に対して垂直に形
成されることが知られている。一方、ラビング処理がス
ペーサーに平行な方向に施されると、液晶分子はスペー
サーに平行に揃って配列し、層はスペーサーに対して垂
直に形成される。この時、相界面がスペーサーに対して
平行でなければ、相界面に垂直に層を形成させる作用と
、ラビング処理により層をスペーサーに対して垂直に形
成させる作用が競合し、その結果、液晶分子の配列の乱
れた領域が出現するものと考えられる。
本発明は、上述した従来の液晶分子配向方法の欠点に鑑
みなされたもので、温度勾配下で形成されるスメクチッ
ク相とコレステリック相、ネマチック相又は等方相との
相界面を、一軸性配向処理方向(例えばラビング方向)
に平行となるよう制御することによって、強誘電性液晶
の特性を充分に活すことの可能なスメクチック液晶分子
の配向制御法を提供することを目的とするものである。
c問題点を解決するための手段] 本発明は、高温側の相から強誘電性を示す相へ徐冷する
際に、相界面が液晶核発生部材となるスペーサーと平行
、すなわちラビング方向と平行となるようスペーサーに
対して垂直な方向に一方向の温度勾配を与えるもので、
特に少なくとも一方に一軸性配向処理を施した2枚の基
板間に配置したところのクーリング過程の低温側でスメ
クチック相を呈する液状物質に、該液状物質の面内一方
向に沿った方向に温度勾配をもつ温度分布を付与する工
程と、前記温度勾配をもつ温度分a′Fで前記液状物を
クーリングすることによってスメクチック相まで相転移
させる工程とを有している点に特徴を有している。
具体的な方法としては、複数のスペーサーのうち、少な
くとも一つを液晶層の発生を促す部材。
すなわち液晶核発生部材とし、前記スペーサーを有する
基板側の透明電極のうち、少なくとも1つに直流電流を
流し1発熱体として液晶層を昇温させるものである。
[作 用] 第3図は相界面の発生状態を示す概略図である0図にお
いて、5は液晶核発生部材、6は等方相(又はコレステ
リック相、ネマチック相であってもよい)とスメクティ
7り相との相界面を示す、前記方法によ3て液晶層を昇
温させると、液晶核発生部材5は液晶相が発生する際の
核となる核発生部材として作用し、液晶相は第3図に示
したように液晶核発生部材5に平行な相界面6をもって
、垂直方向に成長していく、このようにスメクチック相
を成長させることによって、相界面に垂直に配列しよう
とする抑制力と、ラビング処理によりラビング方向と垂
直に配列しようとする抑制力とが重畳し、スメクチック
相の層の方向は、液晶核発生部材と垂直となる方向に形
成される。
[実施例] 第1図及び第2図は本発明の一実施例を示す図である。
第2図において、1は液晶セル、2及び2dはガラス板
からなる上、下基板である。この上基板2及び下基板2
aには、それぞれ複数のストライプ状の透明電極3及び
3aが設けられており、さらにこの透明電極の上にはポ
リイミド等の配向膜4が形成されている。そしてこの2
枚の基板は。
第1図に示すように上下の透明電極が互いに直交してマ
トリックス状に配置されている。また、上基板2と下基
板2aの間隔は、少なくとも一方の基板(この場合下基
板)に、ポリイミド等の液晶核発生部材5をスペーサー
とし、これをフォトリソグラフィー等の手法によって透
明電極3,3aの間隔をほぼ埋めるように形成すること
によって保持され、液晶の初期配列を学えるラビング処
理は。
h下の透明電極と同一方向に施されている。この上F基
板には強誘電性液晶10が対人されている。
なお、この上下基板の周17Iff部には、前記強誘電
性液晶IOを刺入するためのシール材9が設けられてい
る。
このような液晶セルを等方相からスメクチック相へ徐冷
すると同時に、下基板2a側の少なくとも1本の透明電
極に、第1図に示すように直流電源8によって直流電流
を流し、前記透明電極を発熱源とすることによって、ラ
ビング方向と垂直な方向に一様な温度勾配をもつ温度分
布を与えることができる。この結果、セル全体にわたっ
て均一に配向したモノドメインが形成される。
この際1本発明ではクーリング過程で順次等方相→コレ
ステリック相→スメクチックA相→カイラルスメクチッ
ク相1等方相→スメクチックA相→カイラルスメクチ7
り相、等方相→コレステリック相→カイチルスメクチッ
ク相あるいは等方相→カイラルスメクチック相と相転移
を生じる液晶物質が用いられる。カイラルスメクチック
相としては、C相、H相、1相、J相、K相を用いるこ
とができる。
第4図は本発明の他の実施例を示す図である。
前記の実施例では、液晶を駆動するための透明電極を、
温度勾配を与えるためのヒーター電極として使用したが
、第4図に示すように新たにヒーター電極7を液晶核発
生部材5とモ行に設けることもできる。このように他の
発熱体を用いることによっても前記実施例同様に均一に
配向したモノドメインを得ることができる。なお、この
場合でも前記液晶核発生部材5は液晶核発生部材として
併用することができる。
また、液晶核発生部材5としては、前述のポリイミドの
他、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、
アクリル樹脂などの樹脂類、あるいは感光性ポリイミド
、感光性ポリアミド、環化ゴム系フォトレジスト、フェ
ノールノボラック系フォトレジストあるいは電子線フォ
トレジスト(ポリメチルメタクリレート、エポキシ化−
1,4−ポリブタジェンなど)を用いることができる。
第5図は1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。
51a ト51bは、In2o3. SnO?JF+ 
ルIt’ ハITO(Ind ium−Tin−Ox 
1de)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22がガラス面
に垂直になるよう配向した5tsC”相又はSmH”相
の液晶が封入されている。
太線で示した線53が液晶分子を表わしており、この液
晶層%53はその分子に直交した方向に双極子モーメン
ト(Pよ)54を有している。基板51aと51b上の
電極間に一定の閾(ff以上の電圧を印加すると、液晶
分子53のらせん構造がほどけ、双極子モーメン) (
Pよ)54がすべて電界方向に向くよう、液晶分子53
は配向方向を変えることができる。液晶分子53は、細
長い形状を有しており、その長袖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。
本発明の液晶素子で好ましく用いられる液晶セルは、そ
の厚さを充分に薄く(例えば10g以下)す名ことがで
きる。このように液晶層が薄くなるにしたがい、第6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を採り、その双極子モ
ーメン)Paまたはpbは土向き(84a )又は下向
き(84b )のどちらかの状態をとる。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なる
電界Ea又はEbを電圧印加手段[11aとBlbによ
り付与すると、双極子モーメントは、電界Ea又はEb
の電界ベクトルに対応してL向き64a又は下向きe4
bと向きを変え、それに応じて液晶分子は、第1の安定
状7g83aかあるいは第2の安定状態63bの何れか
−・方に配向する。
このような強誘電性を光学変調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6図
によって更に説明すると、電界Eaを印加すると液晶分
子は第1の安定状態83a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Ebを印゛
加すると、液晶分子は第2の安定状7983b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。又、芋える電界Eaが一定の闇値
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
しい。
[発明の効果] 以上説明したように1本発明においては複数のストライ
プ状のスペーサー(液晶核発生部材)と透明電極とを有
する液晶セルにおいて、ラビング処理と温度の勾配によ
る配向抑制力を併用することにより、均一なモノドメイ
ンの配向を得ることができる。また本発明は、温度の勾
配を与えるために液晶駆動用電極をヒーター電極として
兼用し、液晶セルの間隔を保持するためのスペーサーを
、液晶核発生部材として兼用しているため、特別な装置
を用いることな〈実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の一実施例を示す図、83図
は相界面の発生状態を示す概略図、第4図は本発明の他
の実施例を示す図、第5図及び第6図は本発明で用いた
強誘電性液晶素子を模式的に表わした斜視図である。 1・・・液晶セル、2・・・上基板、−2a・・・下基
板。 3.3a・・・透明電極、4・・・配向膜。 5・・・液晶核発生部材、6・・・相界面、7・・・ヒ
ーター電極、8・・・直流電源。 9・・・シール材、10・・・強誘電性液晶。 第1図 第2図 第3図 第4図 7ヒーター電木欽

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも一方に一軸性配向処理を施した2枚の
    基板間に配置したところの、クーリング過程の低温側で
    スメクチック相を呈する液状物質に、該液状物質の面内
    一方向に沿った方向に温度勾配をもつ温度分布を付与す
    る工程と、前記温度勾配をもつ温度分布下で前記液状物
    質をクーリングすることによってスメクチック相まで相
    転移させる工程とを有することを特徴とする液晶の配向
    制御法。
  2. (2)前記一軸性配向処理がラビング処理である特許請
    求の範囲第1項記載の液晶の配向制御法。
  3. (3)前記液状物質がクーリング過程で等方相、コレス
    テリック相、スメクチックA相又はN相及びカイラルス
    メクチック相に順次相転移する物質である特許請求の範
    囲第1項記載の液晶の配向制御法。
  4. (4)前記液状物質がクーリング過程で等方相、スメク
    チックA相又はN相及びカイラルスメクチック相に順次
    相転移する物質である特許請求の範囲第1項記載の液晶
    の配向制御法。
  5. (5)前記液状物質がクーリング過程で等方相、コレス
    テリック相及びカイラルスメクチック相に順次相転移す
    る物質である特許請求の範囲第1項記載の液晶の配向制
    御法。
  6. (6)前記液状物質がクーリング過程で等方相及びカイ
    ラルスメクチック相に順次相転移する物質である特許請
    求の範囲第1項記載の液晶の配向制御法。
  7. (7)前記カイラルスメクチック相がC相、H相、I相
    、J相又はK相である特許請求の範囲第2項ないし第6
    項のうちの何れかに記載の液晶の配向制御法。
  8. (8)前記カイラルスメクチック相が非らせん構造を呈
    している特許請求の範囲第2項ないし第7項のうちの何
    れかに記載の液晶の配向制御法。
  9. (9)前記2枚の基板の間に液晶核発生部材が配置され
    、前記液晶核発生部材の軸が前記温度勾配をもつ方向に
    対して垂直の方向に配置されている特許請求の範囲第1
    項記載の液晶の配向制御法。
  10. (10)前記一軸性配向処理の軸方向が前記温勾配をも
    つ方向に対して垂直となっている特許請求の範囲第1項
    記載の液晶の配向制御法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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