JPH02240633A - 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組成物を用いた液晶素子に関する
。

〔従来の技術］ 近年、液晶デイスプレィは、薄型、軽量、低消費電力等
の特徴を生かして表示素子として幅広く用いられるよう
になった。しかし、これらの表示素子のほとんどはネマ
チック液晶を用いたＴＮ型表示素子であり、高マルチプ
レツクス化を必要とする応用分野ではまだまだ応答が遅
く、改良の必要がある。このような状況の中で注目され
ているのが光学活性部位を有するカイラルスメクチック
液晶である。

このカイラルスメクチック液晶のカイラルスメクチック
Ｃ相　（以下ＳｍＣ’相と記す）は、強誘電性を示し、
その自発分極（以下Ｐｓと記す）と電界との大きな結合
力のため、ＴＮ型液晶表示素子では達成し得ない高速応
答性を示すことが可能である。さらにＳｍＣ”相は、十
分に薄いセル内においては、適当な配向制御をする事に
よりメモリー性を示すことが知られており、　（クラー
クら。

アプライド　フィジツクス　レター、　　３６．　８９
９．１９８０）高速シャッターや、高マルチプレツクス
表示素子としての開発が進んでいる。

強誘電性液晶の応答速度を支配する因子として、Ｐ　３
、液晶の粘性、セル内での液晶の配向等が考えられる。

−船釣な液晶組成物はＳｍＣ”相の上位温度でスメクチ
ックＡ相を（以下ＳｍＡ相と記す）を示す、この様な相
系列の強誘電性液晶組成物はＳｍＣ”相において、温度
の降下に伴ってＰＳは次第に大きくなり、−船釣には１
０〜３０ｎｃ　／　ｃ　ｒｒｒとなる。しかしながら、
液晶の応答速度は徐々に遅くなり室温で１００〜３００
μｓとなる。これは温度の降下に伴い液晶の粘性が大き
くなるためであると考えられる。また、他の液晶化合物
においては大西ら（ナショナル　テクニカルレポート、
ＶＯＬ３３．　　Ｎｏｌ、　　Ｆｅｂ、　　１９８７）
が示したように２２０ｎｃ／ｃｒｒｉ’という大きなＰ
ｓをもつ液晶化合物も知られている。この化合物の応答
速度は２０μｓと非常に速い。即ち液晶の高速応答化は
、Ｐｓを大きくすることで容易に達成できるが、Ｐｓの
大きな液晶化合物はＣ１，Ｃｏｏ、ＯＣＨ３，ＣＮ等の
置換基が不斉炭素の部位の近くに位置している場合が多
く、分子骨格から察すると、そのバルク状態での粘性は
かなり大きいと予想される。

［発明が解決しようとする課題　　　　］しかしながら
、液晶の高速応答化のためにＰ　Ｓを大きくすればする
ほど液晶と基板表面との相互が作用が大きくなり、液晶
のセル内での配向が乱れやすくなる。　第２図〜第４図
に強誘電性液晶セルのスイッチング過程を模式的に示し
た。同図において、１１は基体、１２は配向膜、１３は
Ｃダイレクタ−１４は自発分極、１５は液晶と接する基
体表面のダイポールの向き及び大きさを示す。

第４図は、基体表面のダイポールの向き及び大きさが等
しい場合である。（ｂ）、　　（ｃ）の様に、電界が印
加されている時は、電界の向きに自発分極１４が配向す
るが、無電界時には（ａ）に示したように自発分極１４
と基体表面のダイポール１５との相互作用が大きく、ど
ちらか一方の基体表面付近でツイスト状態となりやすい
。

第３図は、基体表面のダイポールの向きが異なる場合で
ある。（ｂ）、（ｃ）は、第４図と同様に電界が印加さ
れていれば、その向きに応じた双安定状態を示している
。しかし、無電界時には（ａ）に示したように開基体表
面のダイポール１５の影響で自発分極１４が配向してし
まい、双安定状態のうち一安定状態が非常に安定となり
片側メモリー状態となる。

第２図は基体表面のダイポールの向きが等しいく大きさ
が異なる場合である。電界印加時には（ｂ）、　　（ｃ
）に示す様に電界の向きに応じた双安定状態を示すが、
無電界時には基体表面のダイポール１５の影響で自発分
ｉ１４が配向しくａ）の様にツイストの残った片側メモ
リー状態となる。

これらの配向は、いずれも双安定状態のメモリーを利用
する強誘電性液晶のマルチプレックス駆動に適さない。

この様に、応答速度を速くする目的でＰｓを大きくすれ
ばするほど、前述したようにツイスト状態、もしくは片
側メモリー状態をとりやすくなる。

一方、液晶素子に駆動波形を印加したときにもＰｓの大
きさは液晶素子の光学特性に影響する。

我々の詳細な実験によれば液晶素子のしきい値特性はＰ
ｓの大きさによって変化する事が判明した。

即ち、第５図に示すような電圧パルスを印加したときに
、第６図に示すように、強誘電性液晶の第一の安定状態
から第二の安定状態へ変化させる時の液晶のしきい値と
、第二の安定状態から第一の安定状態へ変化させる時の
液晶のしきい値とが異なり、マルチプレックス駆動波形
を印加したときには、液晶素子のコントラストが低下す
る。このヒステリシス現象についてのＰｓの影響を述べ
るならば、Ｐｓが大きければ大きいほどヒステリシスが
大きくなるという事が判明した。

本発明は前記課題を解決するためのものであり、その目
的とするところはマルチブレヅクス駆動時において安定
なメモリー性を有し、コントラストが良好な液晶素子を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 詳細な研究の結果、我々は強誘電性液晶の自発分極の大
きさに最適値があることを見いだした。

即ち　本発明の液晶素子は （１）電極を有する２組の基板間に強誘電性液晶を挟持
してなる液晶セルにおいて、少なくとも一方の電極上に
形成されたポリイミド等の有機薄膜上にラビング処理を
施し一軸配向処理を行い、各々の成分要素のうち少なく
とも１種以上がラセミ体である強誘電性液晶を注入し、
そののちさらに交番電界を印加して配向状態を変化させ
る事を特徴とする。

（２）前記強誘電性液晶の自発分極の大きさの絶対値が
、強誘電性液晶相を示すすべての温度範囲にわたってＯ
，Ｉｎｃ／ｃｍ２　〜４０ｎｃ／ｃｍの範囲にある事を
特徴とする。

（３）前記強誘電性液晶の自発分極の大きさの絶対値が
、強誘電性液晶相を示すすべての温度範囲にわたってＯ
，Ｉｎｃ／ａｍ　〜２０ｎｅ／ｃｍの範囲にある事を特
徴とする。

（４）前記強誘電性液晶が、カイラルスメクチックＣ相
を示す事を特徴とする。

本発明で用いられる液晶素子は、必要に応じて偏光板を
使用することができる。

本発明で用いられる電極としては、インジウムチンオキ
サイド等の透明電極、もしくは　アルミニウム、金等の
金属蒸着膜を用いることができる。

本発明で用いられる基体としては、ガラス、透明プラス
チック基板、または少なくとも一方が不透明なガラス、
プラスチック、金属等を用いることができる。

本発明で用いられる電極上には必要に応じてＳｉｏ２等
の絶縁層を設けることができる。

本発明で用いられる液晶としては、ピリミジン系、ピラ
ジン系、ビフェニル系、エステル系、ピリジン系、ジエ
ステル系、アゾ系、シフ系、トラン系等の強誘電性スメ
クチック液晶を用いる事が出来る。またその他の液晶材
料を用いてもよい。

本発明で用いられる強誘電性スメクチック液晶の強誘電
性液晶相としては、ＳｍＣ°相が望ましいが、ほかのカ
イラルスメクチック相も用いることができる。

本発明で用いられる強誘電性液晶のＰｓの値は０．１〜
４０　ｎ　Ｃ／　Ｃｍが望ましいが、より望ましくは０
．１〜２０ｎｃ／ｃｍ２である。

本発明で用いられる配向膜は、ポリイミドを用いること
が望ましいが、他の有機高分子膜、無機高分子膜も用い
ることができる。また、本発明において他の配向膜を用
いた場合にはその上にラビング処理を施すことができも
　また、ラビング方向も上基板、下基板の成す角度を必
要に応じて変えることができる。一方の基板のみをラビ
ングしてもよい。

本発明で印加する交番電界の波高値は、１５Ｖ〜４０Ｖ
が望ましいが必要に応じて高くする、または低くするこ
とができる。

本発明で印加する交番電界の周波数は、強誘電性液晶が
充分に応答する周波数であり１ヘルツ〜１００ヘルツが
望ましいが必要に応じて高くする、または低くすること
ができる。

以上述べたように本発明は、液晶材料、配向方法の限定
されるものではなく、色々の製造プロセス等にも応用で
きる。以下に実施例を挙げ本発明をさらに具体的に説明
する。

［実施例］ ［実施例１］ 本実施例で用いた液晶組成物を以下に示した。

３）ＣＩＩＨＩ？◎Ｃｏｏ◎◎（ＣＨ２）　２Ｃ′ＨＣ
２Ｈ６ＣＨ３１５χ ４）Ｃ１ｌＨＩ７◎◎Ｃｏ　Ｏ＠ＣＨ２Ｃ”ＨＯ２）（
５１５％ＣＨ３ ＣＨ３ 本実施例の液晶組成物のＰｓの値は１６　ｎ　ｃ　／　
ｃゴであった。

透明電極としてＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）を
スパッタした基板表面に、絶縁層としてＳｉＯ２を蒸着
し、ポリイミド溶液をスピンナーを用いて塗布した。２
５０°Ｃで３０分焼成しラビング処理を施した。得られ
た基板を第１図のごとくスペーサーを介して約２μｍの
セル厚となるように組立て、前記液晶組成物を注入した
。その後１５ヘル゛人　２５ｖの交番電界を印加し液晶
の配向を整えた。この液晶素子をｌ　／　６４　ｄ　ｕ
　ｔ　’ｌマルチプレックス駆動したところ、メモリー
性が良好であり、コントラスト１５であった。

［実施例２］ 本実施例で用いた液晶組成物を以下に示した。

本実施例の液晶組成物のＰｓの値は１８　ｎ　ｃ　／　
ｃボであった。

実施例１と同様に作成した基板を、スペーサーを介して
約２μｍのセル厚となるように組立てた。

その後上記液晶組成物を注入した。その後１５ヘル・人
　２５ｖの交番電界を印加し液晶の配向を整えた。この
液晶素子を１　／　６４　ｄ　ｕ　ｔ　Ｙマルチプレッ
クス駆動したところ、メモリー性が良好であり、コント
ラスト１８であった。

［実施例３］ 本実施例で用いた液晶組成物を以下に示した。

２）Ｃ９ＨＩ９◎◎Ｏ（ＣＨ２）３ＣＨＣ２Ｈ５２５χ
３）Ｃ８ＨＩ？◎Ｃｏｏ◎◎（ＣＨ２）　２ｃＨｃ２Ｈ
ｓＣＨ３１５χ 本実施例の液晶組成物のＰｓの値は１３　ｎ　ｃ　／　
ｃｍ′であった。

実施例１と同様に作成した基板を、スペーサーを介して
約２μｍのセル厚となるように組立てた。

その上後記液晶組成物を注入した。その後１５ヘル・人
　２５ｖの交番電界を印加し液晶の配向を整えた。この
液晶素子を１　／　６４　ｄ　ｕ　ｔ　Ｙマルチプレッ
クス駆動したところ、メモリー性が良好であり、コント
ラスト１５であった。

以上実施例を述べたが、本発明は上記の実施例のみなら
ず、広く他の液晶材料、配向材料、配向方法などでも同
様の効果が得られる。さらには、本液晶素子は、液晶テ
レビ、液晶デイスプレィ、液晶シャッター等に応用が可
能である。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によればマルチプレックス駆
動時において安定なメモリー性を有し、コントラストが
良好な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、本発明の液晶素子を模式的に表した図である
。 第２図（ａ）〜（ｃ）は、強誘電性液晶の配向状態を模
式的に示した図である。 第３図（ａ）〜（ｃ）は、強誘電性液晶の配向状態を模
式的に示した図である。 第４図（ａ）〜（ｃ）は、強誘電性液晶の配向状態を模
式的に示した図である。 第５図は、しきい値測定時の印加電圧パルスを示した図
である。 第６図は、しきい値測定時の電圧パルスを印加したとき
の液晶の光学応答を示した図である。 １；基体 ２：電極 ３：配向膜 ４：スベーサー ５： 液晶 基板 配向膜 Ｃダイレクタ− 自発分極 液晶と接する基体表面のダイ゛ボールの向き及び大きさ 以 上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を有する２組の基板間に強誘電性液晶を挟持
   してなる液晶セルにおいて、少なくとも一方の電極上に
   形成されたポリイミド等の有機薄膜上にラビング処理を
   施し一軸配向処理を行い、各々の成分要素のうち少なく
   とも１種以上がラセミ体である強誘電性液晶を注入し、
   そののちさらに交番電界を印加して配向状態を変化させ
   る事を特徴とする液晶素子。
2. （２）前記強誘電性液晶の自発分極の大きさの絶対値が
   、強誘電性液晶相を示すすべての温度範囲にわたつて０
   ．１ｎｃ／ｃｍ＾２〜４０ｎｃ／ｃｍ＾２の範囲にある
   事を特徴とする請求項１記載の液晶素子。
3. （３）前記強誘電性液晶の自発分極の大きさの絶対値が
   、強誘電性液晶相を示すすべての温度範囲にわたって０
   ．１ｎｃ／ｃｍ＾２〜２０ｎｃ／ｃｍ＾２の範囲にある
   事を特徴とする請求項１又は、請求項２記載の液晶素子
   。
4. （４）前記強誘電性液晶が、カイラルスメクチックＣ相
   を示す事を特徴とする請求項１、請求項２または請求項
   ３のいずれかに記載の液晶素子。