JPS62200327A - 液晶電気光学装置 - 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〕 本発明は液晶電気光学装置に係り、更に詳しくは１強誘
電性液晶を用いた電気光学装置に関する。

〔従来の技術〕

従来１時計や電卓等に用いられている液晶素子は、ネマ
チック液晶をねじれ構造にしたツィスティッドネマチッ
ク（Ｔ　Ｎ）モードによる表示が主流である。一方、ス
メクチック液晶を用いて表示する試みも盛んになりつつ
あり、特にスメクチックＣ中相やスメクチツクＡ相ｌ相
を有する液晶は、強誘電性を示すことから、マイヤーら
（ジュルナルド　フィシ−７（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｄａ　
Ｐｈｙｓｉｑｕｅ）　　。

ユ旦、　　（１９７５）年し６９頁〜Ｌ７１頁〕の発見
以来、注目を集め、また、クラークらにより報告された
〔アプライド　フィジカル　レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｌａｔｔｅｒｓ）　ｅ　３６　、
　　（１９８０年）８９９頁〕如く、１ミリ秒以下の高
速応答性並びに双安定性を示すことから、液晶の新たな
応用分野を拓くものとして期待されている。

強誘電性液晶分子の電界に対する応答挙動を。

第１図を用いて説明する。強誘電性液晶分子１は、スメ
クチックＣ中相において層構造をとり１分子長軸は、層
の法線方向に対し、θなる角度で傾いており、更にらせ
ん構造をとっている（第１図（ｂ））。なお、２は自発
分極である。、らせん軸に垂直にしきい電界Ｅｃ以上の
電界Ｅを印加すると、層構造を保持しつつ層内で分子が
動いてらせんがほどけ、各々の分子長軸に垂直な永久双
極子モーメントが電界に平行になり、同時に液晶分子は
第１図（ａ）に示すように１層内のみならず層間でも互
いに平行に配列する。電界の向きを選択すれば、第１図
（ａ）と（ｃ）のように±θ傾いた２状態が実現でき、
表示素子や光シヤツタ素子を作ることができる。

一般に強誘電性液晶分子は、電界を除去するとその配向
弾性復元力により第１図（ｂ）に示す。

元のらせん構造へと戻るが、クラークとラゲルヴアルに
よって提晶（アプライド　フィジカル　レターズ、主且
、　（１９８０年）、８９９頁、特開昭５６−１０７２
１６号）されるように、例えば、１μｍ程度の非常に薄
いセル中に液晶を封入するなどしてガラスと液晶との界
面効果を積極的に利用すると、電界ゼロの時でも、第１
図（ａ）、（ｃ）に示されるような、らせんがほどけた
ままの双安定状態が達成できる。双安定状態が実現でき
ると、電気光学的なメモリー性が出現する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記のような従来の素子では、しかし、１μｍ程度の極
めて薄いギャップに液晶を封入するので、これを大画面
の素子作成に適用することには、生産プロセス上の困難
が伴う、そのために、実際に生産プロセスで実施できる
新しい表示方式が必要であった。

〔問題点解決のための手段と発明の概要〕本発明者らは
、生産プロセス上実用的な厚み（３μｍ以上）で、強誘
電性液晶電気光学装置を実現するべく、鋭意検討を進め
、本発明に至った。

すなわち、実用的な厚みでは、らせんがほどけた第１図
（ａ）または（ｃ）の分子配向状態のどちらか一方だけ
を優先的に安定化し、らせんがほどけたままの状態で維
持できることを見出して、その状態を消去状態とし、電
磁印加によってもう一方のらせんがほどけた状態（例え
ば、消去状態を第１図の（ａ）とすれば同図（ｃ）の状
態）を実現して、点灯状態とすることによって、デバイ
スを構成できることを確認した。

第１図（ａ）または（Ｑ）のどちらか一方の状態だけを
優先的に安定化するには、どちから一方の基板あるいは
配向膜層と液晶との界面相互作用を大きくする方法が有
効である。具体的には、どちらか一方の配向膜に強くラ
ビングを施したり、アンカリングエネルギーの大きい配
向膜を使用することがあげられる。

本発明者らは、前記知見に基づきさらに、該らせんのほ
どけた配向状態（第１図（ａ）と（Ｃ））のどちらか一
方の優先的に安定化された状態と、配向弾性復元力によ
りラセンを回復した状態（第１図（ｂ））との間をスイ
ッチングさせる方式のデバイスを実現できることも確認
した。

このようにして１本発明は、その目的とする強誘電性液
晶を用いた電気光学装置の、新しいスイッチング方式、
特に表示方式を提供し、その結果として、応答性やコン
トラストなど、電気光学特性に優れた強誘電性液晶電気
光学装置を提供することを可能にした。

その特徴を要約すれば、強誘電性液晶を用いた、電場反
転によりスイッチングする電気光学装置において、該液
晶のらせんがほどけた分子配向をとる２状態のどちらか
一方が優先的に安定化されたことであり、詳しくは、該
安定化された状態と、もう一方のらせんがほどけた分子
配向状態、もしくはらせん構造の分子配向状態との間を
、電場反転によりスイッチングすることである。

なお、らせんがほどけた分子配向した２状態間をスイッ
チングする方式において、不安定配向状態を維持するに
は電界を印加し続けるのに対し、安定な配向状態の出現
と保持には、該不安定配向状態を維持するための電界と
は逆向きの極性をもつ電界を、パルス状に一度印加する
だけでよい。

本発明の強誘電性液晶電気光学装置には、表示装置、光
シヤツター、光変調器、その他、用途の如何にかかわら
ず、上記要件を満す液晶電気光学装置がすべて含まれる
。それは、本発明によれば、応答性などの電気光学特性
の優れた強誘電性液晶素子が得られ、それは液晶電気光
学装置をいずれの用途に用いる場合にも所望の効果をあ
げるからである。

したがって、以下、本発明を液晶表示装置を例にして具
体的に説明するが１本発明はこれに限定されない。

本発明に用いられる液晶材料としては、強誘電性を示す
液晶のいずれも用いることができるが、なかでも、カイ
ラルスメクチックＣ相を呈する液晶が好ましく、カイラ
ルスメクチックＣ相〜等方性相の相転移に際して、スメ
クチックＡ相を経由しない液晶が特に好ましい。本発明
で用いられる液晶の具体例を次に示す。（下式で、申開
は不斉原子であることを示す。） ＯＣＨａ ２−メチルブチル　４−（（４−へキシルオキシ）ベン
ジリデンアミノコシシナメート（ＨＯＢＡＭＢＣ）２−
メチルブチル　４−　（（４−オクチルオキシ）ベンジ
リデンアミノコシンナメート（ＯＯＢＡＭＢＣ）２−メ
チルブチル　４−（（４−デシルオキシ）ベンジリデン
アミノコシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＧ）２−メチルブ
チル　４−　［（４−デシルオキシ）ベンジリデンアミ
ノ］ペンゾエート ２−メチルブチル　４−（（４−オクチルオキシ）ベン
ゾイルオキシ）ベンゾエート ４−［（２−メチルブチル）オキシフフェニル４−（オ
クチルオキシ）ベンゾエート ２−メチルブチル　４′−（オクチルオキシ）−４−ビ
フェニルカルボキシレート １−メチルヘプチル　４’　−（（４−へブチルオキシ
）ベンジルオキシ〕−４−ビフェニル−カルボキシレー
ト ４−　（（２−メチルブチル）オキシカルボニル〕フェ
ニル　４′−（デシルオキシ）−４−ビフェニルカルボ
キシレート ４−（ヘプチルオキシ）フェニル　４−　（（４−メチ
ルヘキシル）オキシフベンゾエート４−（ヘキシルオキ
シ）フェニル　４’（（１−メチルヘキシル）オキシフ
−４−ビフェニルカルボキシレート ４−（ヘプチルオキシ）フェニル　４′−〔（１−メチ
ルヘプチル）オキシフ−４−ビフェニルカルボキシレー
ト ４−（オクチルオキシ）フェニル　４’［（１−メチル
ヘプチル）オキシフ−４−ビフェニルカルボキシレート ４−デシルオキシ−４’　−（４−（（１−メチルヘプ
チル）オキシカルボニル）ベンジルオキシフビフェニル ４−（ヘキシルオキシ）フェニル　４’　−（２−メチ
ルブチル）−４−ビフェニルカルボキシレート ４−（ヘプチルオキシ）フェニル　４’（２−メチルブ
チル）−４−ビフェニルカルボキシレート ４−（デシルオキシ）フェニル　４’　−（２−メチル
ブチル）−４−ビフェニルカルボキシレート４−　（（
４−へブチルオキシ）ベンゾイルオキシ］　−４’　−
［（２−メチルブチル）オキシ］ビフェニル ４−　（４−（オクチルオキシ）ベンゾイルオキシ］　
−４’　−［（２−メチルブチル）オキシ］ビフェニル ４−［（４−ノニルオキシ）ベンゾイルオキシ〕−４′
−Ｃ（２Ｊチルブチル）オキシ〕ビフェニル ４−（ヘキシルオキシ）フェル　４−　（（４−メチル
ヘキシル）オキシル〕ベンゾエート４−（ヘプチルオキ
シ）フェニル　４−（（４−メチルヘキシル）オキシフ
ベンゾエート４−（オクチルオキシ）フェニル　４−（
（４−メチルヘキシル）オキシフベンゾエート４−（ノ
ニルオキシ）フェニル　４−（（４−メチルヘキシル）
オキシフベンゾエート４−（デシルオキシ）フェニル　
４−（（４−メチルヘキシル）オキシフベンゾエートた
だし、これらの例示は、本発明に用いられる液晶化合物
を限定するものではない。また、混合　　″液晶につい
ても、上記化合物同士の組成物はもちろん、上記以外の
化合物との組成物でも、強誘電性液晶相を示す限り、用
いることができる。

本発明において、基板上に有機高分子膜を設けることが
でき、ポリフエニレンピロメリットイミリ ド、ボッフェニレンビフェニルテトラカルボン酸イミド
、ポリイミドイソインドロキナゾリンジオンの如きポリ
イミド系高分子、ポリビニルアルコール、ポリエーテル
アミド、ポリエチレンテレフタレート、ポーヘキサメチ
レンアジペートなどが用いられる。本発明において、有
機高分子膜を基板上に設けるためには、該ポリマー又は
該ポリマしかる後、加熱処理により、溶媒除去及び必要
に応じて加熱反応させる方法が一般的である。ただし、
被膜形成法は、これらに限られるものではなく、蒸着、
スパッタリング等の公知の薄膜形成技術を用いることも
できる。

本発明において用いられる表示モードとしては複屈折モ
ード、ゲスト−ホストモードのいずれをも用いることが
できる。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によって史、こ具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されな（１゜ 実施例１ 酸化インジウム系透明導電膜を設けた２枚のガラス基板
に、ビス（４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ス
ルホンとビフェニルテトラカルボン酸とからなるポリイ
ミドの塗膜を回転塗布及び加熱工程により形成した。溝
尻光学工業所製エリプソメータで膜厚を測定したところ
、２００オングストロームであった。塗膜面をパフ布で
ラビング後、２枚の基板間が４μｍになるようガラスフ
ァイバーからなるスペーサーを使用して、液晶セルを組
み立て、液晶を真空封入した。液晶材料としては、チッ
ソ株式会社製スメクチック液晶Ｃ８２０００を用いた。

この液晶材料は、６６℃以下室温でカイラルスメクチッ
クＣ相を示すもので、アントラキノン系二色性色素ＭＤ
−２３５（三菱化成株式会社製）を３％混合して用いた
６８３℃以上にして等方性相で封入後、等方性相から強
誘電性を示すカイラルスメクチックＣ相まで徐冷するに
際し、２０Ｖの電界を印加し、室温にて、電気光学特性
を測定した。第２図（ａ）に示したパルス電圧を印加し
た時の、透過光強度を、偏光板を通して測定し、同図（
ｂ）に示す結果を得た。測定波長は６２５ｎｍ。

同様にして、数字表示素子を作成したところ、良好な表
示が得られた。また、非電極部分が目だつようなことは
なかった。

実施例２ 酸化インジウム系透明導電膜を設けた２枚のガラス基板
のうち、一方の基板に、ポリフェニレンビフェニレンテ
トラカルボン酸イミドの塗膜を回転塗布及び加熱により
形成した。溝尻光学工業所製エリプソメータで膜厚を測
定したところ、１００オングストロームであった。塗膜
面をパフ布でラビング後、もう一方のガラス基板と組み
合せて。

２枚の基板間が３μｍになるようにガラスファイバーか
らなるスペーサーを使用して液晶セルを組立て、液晶を
真空封入した。液晶材料としては、下記化合物を用いた
。

この化合物は７１〜９８℃においてカイラルスメクチッ
クＣ相を示すもので、アントラキノン系二色性色素ＭＤ
−２３５（三菱化成株式会社製）を３％混入して用いた
。１２３℃以上にして等方性相で封入後、等方性相から
強誘電性を示すスメクチックＣｅ相まで徐冷するに際し
、２０Ｖの電界を印加し、８５℃に液晶セルを保持して
、電気光学特性を測定した。第３図（ａ）に示したパル
ス電圧を印加した時の、透過光強度を、偏光板を通して
測定したところ同図（ｂ）に示すように挙動した。測定
波長は６２５ｎｍ。

同様にして、ｌ０ＸＩＯのマトリックス型表示素子を作
成したところ、良好な表示が得られた。

また非電極部分が目だっことはなかった。

以上のように本発明によれば、表示品質の良好な液晶電
気光学装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は強誘電性液晶分子の電界に対する配向挙動を示
す。第２図および第３図は、実施例における電界印加と
応答を示す。 高１図 ＣＱ−）　　　　（ｂ）　　　　　（ＣＪｌ−一一知誘
電４生液晶分芥 ’ｚ−−−ｍ発分弛め向さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強誘電性液晶を用い電場反転によりスイッチングす
   る電気光学装置において、該液晶のらせんがほどけた２
   つの分子配向状態のどちらか一方が優先的に安定化され
   ていることを特徴とする液晶電気光学装置。 ２、液晶のらせんがほどけた２つの分子配向状態の間を
   、スイッチングすることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の液晶電気光学装置。 ３、優先的に安定化されたらせんのほどけた分子配向状
   態と、らせん構造の分子配向状態との間をスイッチング
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液
   晶電気光学装置。 ４、優先的に安定化されたらせんのほどけた分子配向状
   態がメモリー性を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項もしくは第３項に記載の液晶電気光学装置。 ５、複屈折モードを用いてスイッチングすることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項の
   いずれかに記載の液晶電気光学装置。 ６、ゲストホストモードを用いてスイッチングすること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第
   ３項のいずれかに記載の液晶電気光学装置。 ７、上下それぞれの基板に形成された配向膜層が、アン
   カリングエネルギーを異にする異種の膜であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項
   に記載の液晶電気光学装置。 ８、上下の基板の一方が極性有機高分子材料であり、他
   方が無極性有機高分子材料であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項に記載の液晶
   電気光学装置。 ９、上下それぞれの基板に絶縁膜層が形成されており、
   かつ、一方の絶縁層は、強誘電性液晶分子配向状態の自
   発分極の向きが該絶縁層の方に向いている状態をより好
   ましい状態とするところの極性を有する絶縁材料から成
   り、他方の絶縁層は、該自発分極の向きが絶縁層の方と
   は反対の方向に向いている状態をより好ましい状態とす
   るところの極性を有する絶縁材料から成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項のい
   ずれかに記載の液晶電気光学装置。 １０、強誘電性液晶層が、カイラルスメクチツクＣ相を
   呈する液晶層であり、かつ、カイラルスメクチックＣ相
   〜等方性相の相転移に際して、スメクチツクＡ相を経由
   しない液晶層であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第９項のいずれかに記載の液晶電気光学装置
   。 １１、強誘電性液晶層が、カイラルスメクチツクＣ相〜
   コレステリツク相〜等方性相なる相転移挙動を示す液晶
   層であることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記
   載の液晶電気光学装置。 １２、マトリックス型液晶表示素子であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項もしくは第３項に記載の液晶
   電気光学装置。