JPS6262334A - 液晶素子 - Google Patents

液晶素子

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JPS6262334A
JPS6262334A JP60201723A JP20172385A JPS6262334A JP S6262334 A JPS6262334 A JP S6262334A JP 60201723 A JP60201723 A JP 60201723A JP 20172385 A JP20172385 A JP 20172385A JP S6262334 A JPS6262334 A JP S6262334A
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明 坪山
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北山　宏之
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    • G02F1/00—Devices 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
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    • G02F1/13—Devices 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
    • G02F1/137—Devices 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
    • G02F1/139—Devices 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
    • G02F1/141—Devices 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、液晶表示素子や液晶−光シャッター筆に使用
される液晶素子に関し、特に、液晶に配向状態を制御す
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。
［開示の概要］ 本明細書及び図面は、液晶表示素子や液晶−光シヤツタ
ー等に使用される液晶素子において、走査電極群と信号
電極群との交差部を画素とするマトリクス構造セルの画
素以外の部位の液晶の配向制御を行うことにより、画面
ムラや光漏れをなくし、表示ならびに駆動特性を改善し
た液晶素子を提供する技術を開示するものである。
［従来の技術］ 従来の液晶素子としては、例えばエム、シャット（Ｍ、
　５ｃｈａｄｔ）とダブり二一、ヘルフリッヒ（Ｗ、　
Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ）　’Ｊ“アプライド・フィジックス
・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ”）第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日
発行）、第１２７頁〜１２８頁の°°ボルテージ・ディ
ペンダント・オプティカル°アクティビティ−・オブ・
ア・ツィステッド・ネマチック・リキッド・クリスタル
′。
（”Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　０ｐｔｉｃ
ａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａＴｗｉｓｔｅｄ　Ｎ
ｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ″）に示
されたツィステッド・ネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎ
ｅｍａｔｉｃ）液晶を用いたものが知られている。この
ＴＮ液晶は、画素密度を高くしたマトリクス電極構造を
用いた時分割駆動の時、クロストークを発生する問題点
があるため、画素数が制限されていた。
又、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素子
を接続し、各画素毎をスイッチングする方式の表示素子
が知られているが、基板上に薄膜トランジスタを形成す
る工程が極めて煩雑な上、大面積の表示素子を作成する
ことが難しい問題点がある。
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クラーク（ＣＩ
ａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）によ
り提案されている（特開昭５８−１０７２１８号公報、
米国特許第４３８７９２４号明細書等）。双安定性を有
する液晶としては、一般に、カイラルスメクチックＣ相
（Ｓａｃ”　）又はＨ相（ＳｍＨ参）を有する強誘電性
液晶で用いられる。この液晶は電界に対して第１の光学
的安定状態（第１の配向状態）と第２の光学安定状態（
第２の配向状態）からなる双安定状態を有し、従って前
述のＴＮ型の液晶で用いられた光学変調素子とは異なり
、例えば一方の電界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、かなり木質的な改善が得ら
れる。
し発明が解決しようとする問題点］ 交差する走査電極群と信号電極群との交差部を画素とす
るマトリクス構造セルの液晶素子には、透明電極の間隙
に対向電極のない部位が存在する。第１及び第２の安定
配向状態を有する液晶素その場合、その初期配向におい
て前記２つの安定配向状態のいずれをとるかが決められ
るが、対向電極のない部位の配向制御が不可能である。
直交ニコルの偏光板で、その２つの液晶配向状態を検出
するとき、その部位の明暗の制御ができず、表示素子と
して使用した場合は画面全体に明暗のムラが発生し、光
シヤツターアレイ等に使用した場合は対向電極のない部
位から光が漏れるおそれがあった。本発明は、このよう
な上記の欠点を除去し、画面ムラのない高画質の液晶表
示素子、もしくは光漏れのない適正な駆動を行う光シヤ
ツターとして使用できる液晶素子の提供を目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明においては、二枚の基板間に双安定状態下にある
強誘電性液晶を配置し、交差する走査電極群と信号電極
群との交差部を画素とするマトリクス構造セルの液晶素
子において、強誘電性液晶を第１の配向状態に配向させ
る第１信号及び該第１信号と逆方向の電界であって１強
誘電性液晶を第２の配向状態に配向させる第２信号を選
択的に画素毎に印加することにより、画素に対応する強
誘電性液晶が前記第１信号又は第２信号の印加に応じて
第１の配向状態と第２の配向状態の間で可変し、前記交
差部以外の部位に対応する強誘電性液晶が単一の配向方
向に配向していることを特徴とする液晶素子とするもの
であり、かつ上記の画素以外の部位の液晶の配向制御が
、１枚の基板上に閾値電圧を越える電荷を付与すること
により行われることを特徴とする液晶素子とするもので
ある。
［作　用］ 液晶が第１及び第２の安定配向状態を有する場合、画素
以外の部位の配向は初期配向に支配されるので、この初
期配向を制御することにより、液晶の明暗ムラを除去す
ることができる。
基板のすべての電極に、例えば直流電圧を印加してイオ
ンを照射すると、画素以外の部位の基板は電荷受容体と
なり、閾値以上の電荷が付与されると、その部分の液晶
の配向は第１もしくは第２のいずれかの安定状態に統一
される。
［実施例］ 以■、本発明を、実施例とその図面を参照して詳細に説
明する。
まず、制御対象となる液晶セルの構造について説明する
。
第２図は、上記の実施例に使用される液晶セル基板の斜
視図であり、第３図は、その断面図であり、第４図は、
液晶セルの平面図的模式図である。第２図において、ガ
ラス基板ｌｌ上にはパターン化された透明電極群１２と
、液晶配向制御機能を有する絶縁［１３と、液晶膜厚を
保持するためのスペーサ一群１４とが重設され、その積
層状態は第３図に示されるように、ガラス基板１１上に
透明電極群１２が敷設され、その間隙及び上層に絶縁膜
１３が貼張され、更にその上層にスペーサ一群１４が載
設されている。これに対する対向基板として、上記基板
と同様な透明電極群及び絶縁膜を備えた基板を作製し、
−軸性配向処理として、例えばラビング処理の後、２枚
の基板でセル組みし、周囲の４辺を封止して液晶セルが
形成される。第４図は。
上記の液晶セルの平面図的な模式図である。このセルに
液晶を封入するのは、大気圧を利用して行われる。即ち
、上記のセルを真空チャンバー内に置き、セル内部を十
分に脱気したのち、封入すべき液晶化合物が等吉相にな
る温度までセルを昇温する０次に、真空中でスペーサー
を有しない基板に設けられた液晶封入口へ十分な量の液
晶化合物を導入し、続いてセル外部を大気圧中に戻す。
すると、セル内部と大気との間に約１気圧の差が生じる
ので、液晶はこの気圧差に付勢されて短時間で封入され
る。セル全体に液晶が導入されたのを確認したのち、液
晶封入口を接着剤で封止すると、液晶セルが形成される
ことになるが、封止後もセル内部の圧力が大気圧よりも
低いため、外気により基板が押され、スペーサーとスペ
ーサーを有しない基板とが密着し、スペーサーの厚さに
対応する寸法の液晶層が保持される。スペーサーを１．
２　ｐ、ｒｍに設定した場合、後記する液晶を封入して
も、セル全体にわたって１．２４ｒａの液晶層が保持さ
れることが、実験的にも確認されている。基板は薄板ガ
ラス基板が密着性に優れ、その厚さは２０鉢鵬〜３００
４ｒｓ、最適には３０ｇｍ〜１００鉢履が望ましい。
ところで、−ｈ記の如く形成された液晶セルにおいて、
画素間に対向電極のない部位が存在する。
これは第４図で無電極部位１５として示される部分であ
って、スペーサーを有しない基板の電極間の部位である
。なお、スペーサーを有する基板では、スペーサーが電
極間に配置されているため、電極間は液晶層にならない
。
さて、本実施例で使用される液晶化合物は、下記の化学
構造式を有する２次分液晶である。
上記の■及び■を４：ｌの成分比で封入する。
液晶の封入後、再び等吉相まで昇温したのち、５ＩＩＣ
傘層の温度範囲まで０．５℃／ｈｒｓで徐冷した。
これを、直交ニコルに設定された２枚の偏光板間に置く
と、セル全体で一様なモノドメインが形成されているの
が観察され、上下の各基板の透明電極間に適当なパルス
電圧を印加することにより、各画素の明暗状態を反転さ
せることが可能であった。しかし、対向電極のない部位
の液晶相は、前記の如く明暗状態の制御が不可能で、し
かも、初期配向により決定された状態を保持するため、
この部分の明暗状態はほぼｌ対ｌであり、画面全体とし
ては男暗ムラを生じた。従って、この明暗ムラを防ぐた
めにはＬ記部分の初期配向を制御する必要があり、対向
電極のない部位に電界をかけるために基板ににイオン又
はコロナを照射し、この部位の液晶配向を制御すること
とした。
第１図は、その配向制御装置の一例を示す概略構成図で
ある。第１図において、セル幅量りの長さくＪ−法を有
するコロナ放電器２１により電荷受容体となるガラスや
プラスチックフィルムなどの基板１６に向けてコロナ放
電を行ない、基板１６にｅチャージのキャリアを付かす
ることができる。この際、ガラス基板１１の背後に配置
したコロナ放’ｉｌｌの対極２３とのＩＨＩに直流電圧
を印加することにより、コロナ放電器２１から基板１６
にコロナが基板１６に照射される。又、コロナ放電の対
極として基板１１に形成した透明電極群１２を使用する
ことができる。こうして上下基板間にｅチャージとΦチ
ャージによる電界が発生し、閾値以上の電荷が付与され
ると、液晶の配向が一様となる。このコロナ放電器２１
を移動させて、液晶セル全体にわたって上記の処理を行
ったのち、直交ニコル下で観察すると、画素以外のすべ
ての部分で同一の配向を示し、所定の画素の駆動を行っ
た際に、画面全体で明暗ムラのない画像が得られた。
又、、ｂ発明では、液晶素子に電荷を付与する方法とし
て、例えば特開昭６０−１４４７２１　号公報に記載さ
れたイオン発生器より発生するイオンを基板１６に照射
することによって基板１６に電荷を付与する方法を用い
ることもできる。
第５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。ｌと１′は、Ｉ　ｙ＋＋　０３　、５ｎ０２や
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の透明
電極がコートされた基板（ガラス板）であり、そのＦｆ
ｌｊｌに液晶分子層２がガラス面と垂直になるように配
向した５ｔａＣ”相の液晶が對入されている。太線で示
された線３が液晶分子を表わしていて、この液晶分子３
はその分子に直交する方向に双極子モーメント（ＰＪＬ
）４を有している。基板ｌと１′上の定積間に一定の閾
値以上の電圧を印加すると、液晶分子３のらせん構造が
ほどけ、ｙ、極子モーメント（Ｐ、）４はすべて電界方
向へ向くように液晶分子３の配向方向を変えることがで
きる。液晶分子３は細長い形状でその長袖方向と短軸方
向とで屈折率異方性を示し、従って、例えばガラス面の
上五に互いにクロス二フルの位置関係に配置した偏光ｒ
−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Ｉｇ）に
は、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はほどけ（非らせん構造）、そ
の双極ｆモーメントＰ又はＰ′はＬ向き（４ａ）又はｆ
向き（４ｂ）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
Ｅ又はＥ′を所定時間付与すると、双極子モーメントは
′電界Ｅ又はＥ′の電界ベクトルに対応してト向き（４
ａ）又は下向き（４ｂ）と向きを変え、それに応じて液
晶分子は第１の配向状態５もしくは第２の配向状態５′
のいずれか一方に配向する。
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、応答速度が極めて速いことと、液晶分子の
配向が双安定状態を有することであって、例えば第６図
において、′電界Ｅを印加すると液晶分子は第１の配向
状８５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Ｅ′を印加すると液晶分子は
第２の配向状態５′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まる。また、！
５−える電界Ｅが一定の閾値を越えない限り、それぞれ
の配向状態は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〕 以北説明した通り、本発明によれば、電極のない部位の
配向制御を可能とし、明暗ムラのない高画質の液晶表示
素子や光漏れのない適正駆動の光シヤツターとして使用
できる良質の液晶素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図及び第
３図は本発明に使用されるセル基板の斜視図及び断面図
、第４図〜第６図は液晶セルの模式図である。 １１ニガラス基板　　　　１２：透明電極１３：絶縁ｖ
１４ニスペーサ− １５：無電極部位　　　　２１：コロナ放電器２２：直
流電源　　　　　２３：コロナ放電の対極。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）二枚の基板間に双安定状態下にある強誘電性液晶
    を配置し、交差する走査電極群と信号電極群との交差部
    を画素とするマトリクス構造セルの液晶素子において、
    強誘電性液晶を第１の配向状態に配向させる第１信号及
    び該第１信号と逆方向の電界であって、強誘電性液晶を
    第２の配向状態に配向させる第２信号を選択的に画素毎
    に印加することにより、画素に対応する強誘電性液晶が
    前記第１信号又は第２信号の印加に応じて第１の配向状
    態と第２の配向状態の間で可変し、前記交差部以外の部
    位に対応する強誘電性液晶が単一の配向方向に配向して
    いることを特徴とする液晶素子。
  2. （２）前記双安定状態下にある強誘電性液晶が非らせん
    構造のカイラルスメクチック液晶である特許請求の範囲
    第１項記載の液晶素子。
  3. （３）前記カイラル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、Ｋ相又はＧ相である特許請求
    の範囲第２項記載の液晶素子。
  4. （４）前記第１信号と第２信号とが互いに逆極性である
    特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
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