JPS6371834A - 強誘電性液晶光機能素子 - 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） 光スィッチ、光メモリ−、表示素子、デバイス、光シヤ
ツターなど光情報処理、伝送記憶ディスプレイ、光エネ
ルイー処理の分野に利用できる。

（従来の技術） ディスプレイ、光情報処理等の基本技術は電界による光
透過、反射等のスイッチ、制御にあり、これまでネマチ
ック液晶を用いｆｔ、素子が用いられてきておシ、電卓
、時計の表示は勿論、カラーテレビ、液晶プリンター等
として活用されている。

しかしながらこれらネマチック液晶を用うるタイプの素
子は本質的にその電界による駆動力が誘電率の異方性に
もとづいているためかな夛弱く、従って応答速度が非常
に遅いという共通の欠点を持っていた。

然るに全く新しいタイプの物質として近年強誘電性液晶
が開発されたが、この場合電界Ｅによる駆動力は自発分
極ＰｓＫ及ぼすトルクＰｍＥであるので極めて大きくす
ることが可能であシ高速の光スイツチ制御が期待された
。

実際強誘電性液晶の電気光学効果を用いた３つのタイプ
の光スイツチ素子が提案された。（例えば文献；置針１
機能材料５　ｓ　Ａ　５　＝　ｐ−１６強誘電性液晶と
高速光デバイス）。第一のタイプは強誘電性液晶がヘリ
カル構造をとる事を利用し、電界印加によりこのヘリカ
ル構造を解いた場合と、除去して元のヘリカル構造に復
帰した場合の２つの状態で光透過量の異る事を利用する
ものである。

第二のタイプは極めて薄いセル（数μｍ以下）に液晶を
ホモジニアス配向で封入した場合、壁面力からの力によ
り強制一様配向されるが、この場合２つの配向が可能で
之の２つの配向状態は電圧の極性を変える事により互に
切シか見られることを利用して、これを偏光子の間には
さみ複屈折変化に伴う透過光、反射光強度のスイッチ、
制御を行う方法である。この方法は極めて高速である。

第三のタイプは電界印加によシ一様配向させた後、この
電圧の極性を突然反転させ、それに伴なう別の一様配向
く落ちつくまでの激しい分子運動による光散乱を利用す
るもので、ＴＳＭＪＪ（過渡光散乱）と呼ばれるもので
ある。これは偏光子を用いずコントラストも高い。

（本発明が解決しようとしでいる問題点）■ 倉遅く、メモリー性がない、第２のタイプは数戸以下と
いう極めて薄いセルの作成が技術的に困難・でかつ、偏
光子を用うるために本質的に暗く、視角特性が悪い。第
３のタイプはメモリー性がない等の欠点を有している。

そこでこの様な問題を一挙に解決すべく、比較的厚いセ
ルで分子配向が容易、かつ偏光子が不用でメモリー性も
備えた光機能素子を得べく鋭意検討した結果到達したの
が本発明である。

（問題解決のための手段、動作ｉ埋） 強誘電性液晶は既述の様に自由な状態ではヘリカル構造
をとるが２枚の平板で挾みセルを構成した時セル壁面の
影響により強制的にヘリカル構造が解けた状態をとる場
合がある。つまシ充分にセル厚が厚い場合は該セル内で
強誘電性液晶はヘリカル状態となり、極めて薄い場合は
ヘリカルの解けた状態をとる。しかしセル厚が適当な厚
さである場合強誘電性液晶自身はヘリカルを巻いた構造
をとろうとする力と、壁面の影響でヘリカル構造を解い
た状態としようとする力のバランスで、ヘリカル状態と
ヘリカルを巻いた状態いずれもがとシうる状況が出現す
る場合がある。即ち、いりたんヘリカル構造となればそ
の状態が安定に持続し、また、ヘリカルを解けばその状
態が安定に持続する事になる。この場合ヘリカルを巻い
た状態では強い光゛散乱のため透過光量は極めて少い、
一方ヘリカルを解いた状態では透明とな〕高光透過とな
る。

従りてヘリカルを巻いた状態とヘリカルを解いた状態を
スイッチさせれば高光透過状態の透明状態と低光透過状
態即ち不透明状態との間を切シかえる事ができ、それぞ
れの状態はそのままメモリー状態を維持できる事になる
。即ち双安定の光機能素子となる。ヘリカルを巻いた状
態からヘリカルを解いた状態に転移させる忙は直流電圧
又はノクルスを印加すれば良い。一方ヘリカルを解い九
状態からヘリカルを巻いた状態に転移せしめるには交流
電圧（パルス）又は極性の変る・譬ルス列を適当な時間
印加すれば良い。この場合、必ずしも完全にヘリカル状
態に復帰しなくても、かなりの乱れた状態にまでなれば
よく、これで充分な不透明状態が実現できる。即ち、こ
こで述べるヘリカルを巻いた状態はかなり乱れた状態を
も含むものである。

従って実際の素子は２枚の対向電極（少くとも一方は透
明導電性板、ネサガラス等）の間に強誘電性液晶を挾む
だけで良く、不透明状態でできるだけ暗い状態にするた
めもあって、液晶分子はホモジニアス配向となるのが望
ましいので、電極板表面への適当な物質のコーティング
或いはラビング等の処理をするのが望ましい。

強誘電性液晶のヘリカル構造をとろうとする力、液晶分
子と基板表面との相互作用によシヘリカル構造を解こう
とする力は液晶分子の種類、温度等によシ異るので、用
うる強誘電性液晶の種類により電極間隔即ちセル厚を設
定する必要がある。そのセル厚、即ち２枚の平板の距離
は強誘電性液晶のヘリカル状態とヘリカルの解けた状態
の両方が安定に存在し得る範囲に設定する必要がある。

このセル厚は通常３〜５００μｍであることが望ましい
。

一方強誘電性液晶のヘリカル状態とヘリカルの解けた状
態を交互に安定な状態とするためには電圧を加えるのみ
ならず熱パルス又は光ノ譬ルスを照射することも可能で
ある。強誘電性液晶を２枚の平板内に挿入してセルを構
成した場合には２枚の平板は電極をその一！ま用いても
良いが必ずしも電極である必要はない。

この様なセルでは、又ヘリカルを巻いた状態から、キ、
　　１７点以上のスメクチック人或いはネマチック等方
液体相まで熱ノ々ルス、光、−４ルス照射によ〕加熱し
て元の状態に戻せばヘリカルを解いた状態に転移させう
るので光書き込み等もできる。

本発明に用いる２枚の平板は必ずしも光が透過する状態
でなくても良い。この場合光は２枚の平板の側方向から
照射又は取出すことも可能であるが通常は２枚の平板の
うち少くとも一方は光が透過する状態にあることが実用
的である。

（発明の効果） 本発明により比較的セル厚の厚い取り扱い易いセルを用
いて双安定の高速のしかも偏光子を用いないのでコント
ラストが大きく視角特性も良い、光スイツチ制御、更に
光メモＩＪ−１記録素子が実現でき、ディスプレイ、光
情報処理、光スィッチ等に有効忙活用できる。特に大型
化、高速化等にも都合が良い。

（実施例） 以下、具体的例をあげ本発明を説明するが、本発明は何
らこれら実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕 ラビング処理した透明導電性ガラス板ＣＩＴＯガラス板
）で５０μｍのテフロンスペーサーを利用シて厚さ５０
−のセルを作成し、強誘電性液晶として３Ｍ２　ＣＰＯ
ＯＢ　（（２８ｅ　３８）−３−ｍ＠ｔｈｙ　１−２−
ｅｈ　１　ｏ　ｒｏｐ　ｅｎｔａｎｏｌａａｅｌｄ−４
’、４’−ｏｃｔｙｌｏｘｙｂｌｐｈｅｎｙｌ　ｅｓｔ
ｅｒ）を封入した。

このセルの光透過量の温度依存性、この場合Ｈｅ−Ｎ・
レーデ−光（６３２８Ｘ　）の透過量の温度依存性、を
測定した結果を図ＩＫ示す。強誘電性液晶相でヒステリ
シスを描き高透過状態と低透過状態があることがわかる
。高透過状態はヘリカルの解けた状態、低透過状態はヘ
リカルを巻いた状態に対応する。実際誘電率を測定する
と高透過状態が低誘電率、低透過状態が高誘電率を示す
事がわかる。一般に強誘電性液晶ではヘリカルを巻いた
状態が高誘電率を示す。

即ち、高温相から温度を低下すると元々ヘリカルを巻い
ていない状態から出発しているので壁面の効果が効Ａ″
′Ｃシシそのｔまかな夛低温までヘリカルが解けた状態
が持続される。しかし温度がある程度低下するとヘリカ
ルを巻こうとする力が壁■の力にうちかりてヘリカル状
態になる。いったんヘリカル状態になると強誘電相では
温度を上昇してもそのままヘリカル状態を維持する。高
温相７０以上に加熱すると元の状態になる。即ちヒステ
リシスにはこの様な状態が反映されている。

図１（ト）の状態（４４，５℃）で５０Ｈｚ、３Ｖの交
流電圧を印加すると約２秒でのから■状態へ転移した。

交流電圧ノ々ルスを６００　Ｈｚ　とした場合的１０Ｖ
で瞬時にしてＣＢ）状態へ転移し、その後交流゛パルス
が切られても図１の様にＣＢ）の状態即ち暗状駄が維持
された。

次に（Ｂ）の状態である時、１０ｖのステップ状に直流
電圧を印加するとやはり瞬時にして〔Ａ〕の状態に転移
し、電圧を切った後もその状態が長時間維持されメモリ
ー効果がある事が明らかとなった。即ち本素子は双安定
の素子である。

〔実施例２〕 実施例１と同一の液晶でセル厚のみが２５μｍと異るセ
ルを作成した結果、図１と同様の光透過の温度依存性を
得た。この場合高透過の透明状態から低透過の不透明状
態への転移はよシ低温で生じた。

４３℃で透明状態である時６００Ｈｓ８Ｖの交流電圧を
印加した時、瞬時にして不透明状態へ転移しメモリー状
態となったが、次にこの状態で８ｖの直流電圧をステッ
プ状に印加すると再び透明状態に転移し安定にメモリー
も実現できた。尚、実施例１の場合と比べて若干コント
ラストが低下した。

〔実施例３〕 実施例１と同一のセルを用い、５０℃で低透過率状態に
ある場合、これにＡｒレーザー光（４８８０Ｘ。

１．４Ｗ）を照射した後、再びＨｅ−Ｎ・レーザー光透
過光量を測定するとＡｒレーデ−照射部のみ高透過状態
となりた。

この状態に実施例１と同様に６００ＨｘｌＯＶの交流電
圧パルスを印加すると瞬時にして再び低光透過の暗状態
となった。

即ち、これによシ光書き込み、電圧消去が可能な素子が
実現できた。

【図面の簡単な説明】

図１　５０μｍ厚の３Ｍ２ＣＰＯＯＢ強霞電性液晶を用
いたセルのＨ・−Ｎｏｖ−デー光透過強度の温度依存性
。 図２５０μｍ厚の３Ｍ２０ＰＯＯＢ強誘電性液晶を用い
たセルの４４．５℃でのＨ・−Ｎｅレーデ−光透過強度
が高透過状態即ち透明状態にある時１時刻Ｔ、で振幅ｖ
、　（今の例１０ｖ）の交流電圧／９ルス（今の例６０
０Ｈｚ）を印加した場合低透過状態即ち不透明状態へ転
移する例、及び次に不透明状態にあるセルに時刻Ｔ２で
ｖ２（今の例では１０Ｖ）のステップ電圧パルスｌを印
加した場合透明状態へ転移した事を示す図。 特許用原人　８對吟美 味の素株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性液晶のヘリカル状態とヘリカルの解けた
   状態の両方の安定な状態が各々存在し、該両状態を互に
   転移させることに伴い光散乱、光透過が変化する事を利
   用する強誘電性液晶光機能素子。
2. （２）強誘電性液晶がヘリカル状態からヘリカルの解け
   た状態へ転移せしめるのに直流電圧を印加し、ヘリカル
   の解けた状態からヘリカル状態へ復帰するのに極性の反
   転する電圧パルス或いは交流電圧パルス列を印加するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の強誘電
   性液晶光機能素子。
3. （３）強誘電性液晶をヘリカル状態からヘリカルの解け
   た状態へ転移させるのに熱パルス又は光パルスを照射す
   る事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の強誘
   電性液晶光機能素子。
4. （４）２枚の平板で構成されたセルに於て該セル内に充
   填された強誘電性液晶がヘリカル状態とヘリカルの解け
   た状態を各々安定に存在し得る状態に２枚の平板の距離
   を設定することを特徴とする強誘電性液晶光機能素子セ
   ル。