JPS63135922A - 液晶素子 - 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） 本発明は強誘電性液晶素子に関し、更に詳しくは、液晶
層内の体積抵抗値を特定値以下とすることによって表示
特性が改善された強誘電性液晶素子に関する。

（従来の技術） 従来、液晶を一対の対向電極間に挟持させてなる種々の
液晶表示素子が提案されているが、ＤＳＭ（Ｄｙｎａｍ
ｉｃ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｍｏｄｅ）型の液晶表示
素子以外については、液晶層中のナトリウムイオン等の
プラスイオンや塩素イオン等のマイナスイオン等の荷電
体をコントロールする必要はあまり認められていない。

その理由は、現在普及しているＴＮ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ
Ｎｅｍａｊｉｃ）型液晶表示素子（例えば、Ｍ、５ｃｈ
ａｄＬとＷ、１Ｉｅｌｆｒｉｃｈ著、“Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”、Ｖｏｌ、Ｉ８．
　Ｎｏ、４　（１９７１，２，１５）　、　Ｐ、１２７
〜１２８のＶｏｌｔａｇｅ　　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　　
０ｐｔｉｃａｌ　　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　　ｏｆ　　ａＴ
ｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅａ＋ａＬｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒ
ｙｓｔａｌ”参照〕においては、 （１）過度のイオン流が液晶分子の配列を乱す。

（２）液晶材料の耐久性を低下させる。

（３）液晶層にかかる電圧の時定数が短くなる。

等の影響がイオン等の導電性物質によって引き起される
ことが考えられたが、実際には液晶を適当に精製するこ
とによって液晶の体積抵抗を１０９Ωｃｏｔ以上に上げ
たり、素子の構成過程で液晶の汚染防止を効果的にする
等の手段により前述の（１）および（２）の問題は十分
対応可能であり、一方駆動方式においては、交流駆動方
式、リフレッシュる積車駆動方式が基本となるため、前
記（３）の点も深刻な問題とはならなかったことによる
。

これに対して、近年世界的に開発が進んでいる強誘電性
液晶素子の場合には、液晶層中のイオン等のイオンの挙
動が、強誘電性液晶素子の特性に重大な影響を与えるこ
とが明らかにされている。

例えば、クラークとラガヴアル等の提案した強誘電性液
晶素子の構成においては、第２図に示されるように液晶
層内で各液晶分子の双極子の方向が揃い、液晶の自発分
極が生じている。

この自発分極の存在は、強誘電性液晶素子のスイッチン
グ特性の条件であるため、この自発分極による電荷の片
寄りは、５ＳＦＬＣＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ　５ｔａｂｉ−
ｆｉｚｅｄ　Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉ
ｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｅｖｉｃｅ）においては不可避
なものである。

（発明が解決使用としている問題） 以上の如き強誘電性液晶素子における液晶分子の自発分
極は必然的なものであるが、この分極電荷の影響によっ
て、素子の非駆動時（すなわち、メモリー状態）におい
て液晶層の双安定性を損なうような変化が生じるという
問題が生じることが判明した。

すなわち、素子内にはＩＴＯ電極等の透明電極が存在し
、その上に誘電体を介して液晶層に接する構成が一般的
であるが、その場合にメモリー状態（印加電圧；０）で
も、液晶層内には液晶分子の分極電荷によって生じる電
界が存在して、この電界によらて液晶層内に存在してい
るイオン性不純物が泳動して、イオンの不均一な偏在が
生じることが、双安定性の低下の原因と考えられている
。

このイオンの偏在によって、逆に液晶分子が拘束を受け
るため、逆向きの電界（スイッチングパルス）が入力さ
れても、スイッチング特性等が低いという問題が生じて
いる。これは時には閾値が高くなったように見えること
もあり、また完全に単安定化したと見えることもあるが
、実際には、強誘電性液晶素子の特性を低下させる大き
な原因となっているものである。

従って、強誘電性液晶素子においては液晶層内に存在す
るイオンによる問題を解決することが要望されている。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の如き従来技術の問題点を解決すべく鋭
意研究の結果、液晶層内の体積抵抗値を特定の値以下と
することによって上記の如き従来技術の問題が解決され
、強誘電性液晶素子の表示特性を著しく向上させること
ができた。

すなわち、本発明は、２枚の対向した電極基板間に強誘
電性液晶層を挟持してなる強誘電性液晶素子において、
該液晶層内の体積抵抗値を１×１０１０Ωｃｍ以下とす
ることを特徴とする強誘電性液晶素子である。

次に本発明を更に詳しく説明する。

本発明の強誘電性液晶素子は、液晶層内の体積抵抗値を
ｌＸｌ０”Ωｃｍ以下としたことを除けば、それ以外の
構成は公知であり、従来公知のいずれの強誘電性液晶素
子にも本発明を適用できるものである。尚本発明におけ
る体積抵抗（Ωｃｍ）は、＾ＳＴＭ（ＡＭＥＲＩＣＡＮ
　ＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＴＡＮＤＡＲＤ）　Ｄ−２５７
を基準として測定した値である。

すなわち、従来技術で使用される強誘電性液晶は、加え
られる電界に応じて第一の光学的安定状態と第二の光学
的安定状態とのいずれかを取るもの、すなわち、電界に
対して双安定性を有する液晶物質である。

以上の如き双安定性を有する強誘電性液晶としては、強
誘電性を有するカイラルスメクティック液晶が好ましく
、そのうちでは特にカイラルスメクティックＣ相（Ｓ議
６つまたはＨ相（Ｓｓ）ｌ”）の液晶が適している。こ
れらの強誘電性液晶は、“ＬＥＪＯＵＲＮＡＬ　ＤＥ　
ＰＨＹＳＩＯＵＥ　ＬＥＴＴＥＲ５”　３６（Ｌ−６９
）１９７５、’Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕ
ｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ４　；　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ
−ｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”　３６（１１）１９８
０、［５ｕｂｓｉｃｒｏ　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔａｂｌ
ｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　
ｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ（：１−ｙｓｔａｌｓ」；　“固体
物理”　１６（１４１）１９８１　　ｒ液晶」等に記載
されており、本発明でもこれらに開示された強誘電性液
晶はいずれも好ましく利用することができる。

より具体的には、例えば、 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 ヘキシルオキシベンジリデン−Ｐ′−アミノ−２−クロ
ロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）および４−
ｏ−（２−メチル）−ブチルレゾルシリダン−４′ーオ
クチルアニリン（ＭＢＲＡ８）等が挙げられる。

第３図示の例は、従来技術の強誘電性液晶素子の１例を
模式的に示すものであり、図中の１と１′はＩｎ，０．
、ＳｎＯ．あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ＴｉｎＯｘ
ｉｄｅ　）等の透明電極がコートされた基板（例えばガ
ラス板）であり、これらの一対の基板間に前記の如き液
晶からなる液晶層２が、基板面に垂直になるように配向
したＳ−Ｃ１相の液晶が封入されている。

太線で示したｗＡ３が液晶分子を表わしており、この液
晶分子３は゛その分子に直交した方向に双極子モーメン
ト（ｐ工）４を有している。

このような強誘電性液晶素子の基板１と１′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３のら
せん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ工）４がすべ
て電界方向に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は細長い形状を有しており、その長袖方向と
短軸方向で屈折率の異方性を示し、従って、例えば、基
板面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配置した
偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変化
する液晶光学変調素子となることは容易に理解される。

更に液晶素子の厚さを充分に薄くした場合（例えば１μ
ｍ）には、第４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）
、その双極子モーメントＰまたはＰ′は上向き（４ａ）
または下向き（４ｂ）のいずれかの状態をとる。このよ
うなセルに第４図に示す如く一定の閾値以上の極性の異
なる電界ＥまたはＥ′を所定時間付与すると、双極子モ
ーメントは電界ＥまたはＥ′の電界ベクトルに対応して
上向き４ａまたは下向き４ｂと向きを変え、それに応じ
て液晶分子は第１の配向状Ｒ５かあるいは第二の配向状
態５′の何れか一方に配向する。このような強誘電性液
晶素子を光学変調素子として用いることの利点は２つあ
る。

第１には、応答速度が極めて速いこと、第２に液晶分子
の配向が双安定性状態を有することである。第２の点を
例えば′ＩＪ４図によって説明すると、電界Ｅを印加す
ると液晶分子は第１の配向状態５に配向するが、この状
態で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、やけり電界を切って
もこの状態に留まっている．また、与える電界Ｅが一定
の閾値を趙えない限り，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、セルとしてできるだけ薄い方
が好ましく、一般的には０、５〜２０μｍ，特に１〜５
μｍが適している。この種の強誘電性液晶を用いるマト
リックス？ｉ極構造を有する強誘電性液晶素子は、例え
ば。

クラークとラガバルにより、米国特許第４３６７９２４
号明細書に提案されている。

以上は従来公知の強誘電性液晶素子の構成の１例である
が、これらの従来の強誘電性液晶素子は前述の如く、液
晶層内に存在するイオンによって種々の間通を生じるも
のであった。

本発明者はこのような問題点を解決すべく鋭意研究の結
果、液晶層内に存在するイオンを少なくすることよりも
、むしろ積極的に多くして液晶層の体積抵抗値を下げる
ことによって、イオンの偏在がなくなり、従来技術の問
題点が解決されることを知見したものである。

本発明の強誘電性液晶素子の好ましい１例の断面図を第
１図に図解的に示す。図中１１はガラス板等の基板であ
り、１２は該基板１１上に形成されたＩＴＯ等からなる
透明電極層であり、１３は透明電極上に形成された絶縁
層および配向膜層であり、１４はプラスイオン、１５は
マイナスイオンである。１８は液晶層を示し、１６およ
び１７はその中でとり得る二つの液晶状態を示す。

本発明の強誘電性液晶素子は、第１図に図解的に示す如
く、液晶層中に積極的にプラスイオンやマイナスイオン
等のイオンを多くしてその体積抵抗値を１ｘｔｏ”以下
としたことを主たる特徴とするものであり、このような
特徴故に液晶層中のイオンの偏在はなくなり、且つ液晶
分子の分極による内部電界を緩和することによって、液
晶分子の双安定性を高めてスイッチング特性等をより向
上させることができた。

液晶層の体積抵抗値をｌＸｌ０”Ωｃｍ以下にする好ま
しい１方法は、液晶素子の構成に使用する液晶中にイオ
ン性物質を添加する方法であり、このようなイオン性物
質として好ましいものとしては、例えば、テトラブチル
アンモニウムプロマイＦ（ＴＢＡＢ）、トリエチルアン
モニウムブロマイド、テトラベンジルアンモニウムブロ
マイド、テトラプロピルアンモニウムブロマイド、テト
ラブチルアンモニウムブロマイド、トリ（２−ヒドロキ
シエチル）アンモニウムブロマイド、その他のイオン性
物質が挙げられる。

上記の如きイオン性物質を液晶中に加えることによって
、液晶中のイオンの量は多くなり、液晶の体積抵抗値が
低下して液晶分子の双安定性が向上するが、あまりに多
量のイオン物質を加えると、駆動に必要な電界が液晶層
にかからない等の問題が生じて好ましくない。従って、
一般的には約５０〜５００ｐｐｍ、好ましくは１００〜
２００ｐｐ１１の濃度で添加して、液晶層の体積抵抗値
を１ＸＩＯ”Ωｃｍ以下、゛好ましくはＩ　Ｘ　１０８
〜１×１０１０Ωｃａｍの範囲とするのが望ましい。

（作用・効果） 以上の如き本発明によれば、従来の強誘電性液晶素子に
おいて、その液晶層の体積抵抗値を１×１０１０Ωｃｍ
以下とすることによって、液晶層内のイオンの偏在によ
る液晶分子のバラツキや経時的変化が生じなくなり、液
晶分子の双安定性が向上して、優れた表示特性の強誘電
性液晶素子が提供されるものである。

次の実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。

実施例１ ガラス基板上に誘電体層としてＳｉＯ□（スパッタ膜）
を１０００人の厚みに形成し、その上にポリビニルアル
コール膜をスピナーコートし、乾燥硬化後、その表面を
アセテート布（毛先長１．５ｍｍ　）でラビング処理し
た。この基板を上下基板として用い、テトラブチルアン
モニウムブロマイド（ＴＢＡＢ）を１００〜２００　ｐ
ｐｍ添加したチッソ社製の液晶（：Ｓ−１０１４を用い
、セル厚をアルミナビーズでコントロールして、１．０
μｍＮ１．６μｍの液晶層厚みを有する本発明の強誘電
性液晶表示素子とした。

この場合の液晶層の体積抵抗値を、市販の液体電極とエ
レクトロメーターにより室温で測定したところ約１．８
ＸＩＯ’ΩＣ■であった。

上記の本発明の素子と、上記のＴＢＡＢを添加しないこ
とを除き他は同様にして形成した比較用の液晶素子との
閾値を比較したところ、第５図の如き著しい差が認めら
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の強誘電性液晶素子の断面の１部を図解
的に示す図であり、第２図は強誘電性液晶素子の液晶分
子の分極の二つの状態を図解的に示す図であり、第３図
および第４図は、従来公知の強誘電性液晶素子の例を図
解的に示す図であり、第５図は、実施例における本発明
の素子と比較用の素子との０．５ｍｓ、Ｖｖの矩形パル
スによるスイッチング条件の変化を示すものである。 １．１’、１１・一基板 ２．１８・−液晶層 ３．１６．１７−液晶分子 ４−双極子モーメント ５．５′・−配向状態 １２・−電極 １３−誘電体層 １４．１５−イオン １６一本発明の実施例 １７−・・比較例 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２枚の対向した電極基板間に強誘電性液晶層を挟持して
   なる強誘電性液晶素子において、該液晶層内の体積抵抗
   値を１×１０＾１＾０Ωｃｍ以下としたことを特徴とす
   る強誘電性液晶素子。