JPH0229618A - 液晶素子の作動方法 - 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〕 本発明は多色表示が可能な液晶素子およびその作動方法
に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕多色表
示が可能な液晶表示装置における代表的な表示方式とし
ては、ツイステッドネマテインク型（以下ＴＮ型と称す
）あるいは黒色色素を添加したゲストホスト型（以下Ｇ
Ｈ型と称す）の液晶セルをシャッターとして用い、セル
内またはセル外に設けられたカラーフィルターの透過光
強度を制御する方式があり、実用化されている。ところ
が、この方式はカラーフィルターを用いるため透過率が
低く、照明を必要とする。また、　ＴＮ型の液晶セルを
用いたものでは、時分割駆動特性が十分でなく、大容量
表示が困難である。　ＧＨ型の液晶セルを用いたもので
は、電圧−透過率特性の急峻性がＴＮ型の液晶セルを用
いたものより劣る。そのため時分割駆動させるためには
薄膜トランジスタなどの能動素子を設ける必要がありコ
ストが高くなってしまう、また、応答が遅いという欠点
もある。さらに、上記方式では、複数の画素の加法混色
により多色表示を行うため９画素数が増大してしまうと
いう問題もある。

一方、上記混色法に対して、複屈折を用いた直接法とし
て、ネマティック液晶を用いた電界制御複屈折方式が知
られている。この方式では１画素で多色表示が可能であ
るが、視角依存性が大きい、時分割駆動特性が十分でな
いという問題がある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、明るい
多色表示を容易に行うことができ、高い時分割駆動特性
を有し、視角依存性が改良された液晶素子を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、強誘電性を
示す液晶層を電極を有する一対の基板で挾持してなる液
晶セルを複数個積層した構造を有する液晶セル積層体と
、該液晶セル積層体を挾むようにかつ偏光軸が互いに平
行となるかまたは直交するように配置された一対の偏光
子とからなり。

電圧印加時の各液晶層における液晶分子の２つの配向方
向のうち一方が偏光子の偏光軸に対して平行となるかま
たは直交し、他方が偏光子の偏光軸に対して約４５１の
角度を成すように構成されていることを特徴とする液晶
素子が提供される。

また、本発明によれば、上記素子の各液晶セルに独立に
電圧を印加することにより各液晶セルの液晶分子を上記
２つの配向方向間でスイッチングさせ、レターデーショ
ンを変化させることにより複数の色素示を行うことを特
徴とする液晶素子の作動方法が提供される。

次に本発明を図面により説明する。

第１図は本発明の液晶素子の構成例を示す断面図である
０図中１１．２１（２１ａ、２１ｂ）、　３１は基板、
１２゜２２は偏光子、１３．２３（２３ａ、２３ｂ）、
３３は透明電極。

１４．２４（２４ａ、２４ｂ）、３４は配向膜、１５．
２５は液晶層。

１６．２６は外周シールである。

本発明の液晶素子においては、配向膜１４が形成され配
向処理が施された透明電極１３を有する基板１１と、同
様に配向膜２４ａ及び透明電極２３ａが設けられた基板
２１ａとが離間、対向して配設され、開基板１１．２１
ａと外周シール１６とが形成する空間に強誘電性液晶が
封入され液晶層１５をなし、第１の液晶セルが構成され
ている。また、同様にして、配向膜２４ｂ及び透明電極
２３ｂが設けられた基板２１ｂと。

配向膜３４及び透明基板３３が設けられた基板３１と。

外周シール２６とが形成する空間に強誘電性液晶が封入
され液晶層２５をなし、第２の液晶セルが構成されてい
る。第１の液晶セルと第２の液晶セルは図示の如く積層
され、その両側にそれぞれ偏光子１２゜２２が配置され
ている。偏光子１２と２２は互いに偏光軸（透過軸）が
平行となるかもしくは直交するように配置される。なお
、基板２１ａと２１ｂは別々の基板であってもよいし、
１枚の基板としてもよい。

液晶層１５．２５には強誘電性を示すカイラルスメクテ
ィックＣ、カイラルスメクティックＧ、カイラルスメク
ティックＨ、カイラルスメクティックエ、カイラルスメ
クティックＪ、カイラルスメクティックＫまたはカイラ
ルスメクティックＦ相を呈する液晶が充填される。また
エレクトロクリニック効果を示すスメクティックＡ相も
用いることができる。液晶層１５．２５の液晶分子は配
向膜１４．２４ａ。

２４ｂ、３４により基板１１．２１ａ、　２１ｂ、３１
に対して略水平に配向しており、これら基板１１．２１
ａ、２１ｂ、３１の内面に設けられた透明電極１３．２
３ａ、２３ｂ、３３に印加される電圧により配向変形し
、付与される電界の向きにより第２図に示すようにＡと
Ｂの状態で双安定化する６図中Ｐは液晶分子、Ｑ、Ｑ’
は基板である。配向処理は従来公知のラビング法や斜方
蒸着法を用いて行うことができる。

そして本発明では、電圧印加時における液晶層１５．２
５の液晶分子の電圧印加時の２つの配向方向（第２図Ａ
、Ｂ）と偏光子１２．２２の偏光軸とが以下の関係とな
るように規定する。すなわち、先ず液晶分子の双安定配
向方向ＡおよびＢのうち一方を偏光子１２゜２２の偏光
軸に対して平行となるかまたは直交するようにする。さ
らに、双安定配向方向ＡおよびＢのうち他方、すなわち
偏光軸に対して平行または直交の関係にない方の配向方
向が、上記偏光軸に対して約４５°の角度を成すように
する。この角度は第２図の円錐の頂角に対応しており、
用いる液晶材料の選択により容易に目的の値に設定可能
である。また双安定配向方向Ａ、Ｂは配向処理にラビン
グ法を用いた場合にはラビング方向により、斜方点着法
を用いた場合には蒸着方向により容易に制御可能である
。

次に、電圧印加時の液晶層１５．２５における液晶分子
の配向の一例について第３図を参照して説明する。

第３図は液晶分子の配向を液晶セルの上方から見たとき
の模式図である。ここで第１の液晶セルおよび第２の液
晶セルの液晶層１５．２５に印加される電圧（中間基板
上の電極に対する外側基板上の電極の電位）をそれぞれ
Ｖｌ、Ｖ２とし、しきい値電圧を超えるある電圧をそれ
ぞれ＋Ｖい−Ｖ、とする。

第３図（ａ）は第１の液晶セルにおける配向を示したも
ので、ｖ１＝÷Ｖ、なる電圧が印加された場合と。

Ｖ１＝−Ｖ、なる電圧Ｖ□が印加された場合の配向が示
されている。第３図（ｂ）は第２の液晶セルにおける配
向を示したもので、Ｖ、＝＋Ｖ、なる電圧が印加された
場合と、Ｖ、　＝−Ｖ、なる電圧が印加された場合の配
向が示されている。ここでは偏光子１２．２２の偏光軸
は互いに平行で、第３図の紙面内の左右方向を向いてい
るものとする。すなわち上記偏光軸はｖ１＝＋ｌ／、な
る電圧、ｖ２＝◆ｖＩ、なる電圧が印加された場合の液
晶分子の配向方向に対して直交するようになっている。

なお、偏光軸を該配向方向に平行になるようにしても効
果は全く変わらない。

第４図は第３図のような配向を示す本発明の液晶素子の
第１および第２の液晶セルにそれぞれ独立に電圧を加え
たときの液晶分子の配向の様子を示す図である。

第４図（ａ）はＶ１＝Ｖ、＝＋Ｖ、のときの液晶分子の
配向を示したもので、この場合、第１および第２の液晶
セルにおける液晶分子の配向方向は一致し、偏光子１２
．２２の偏光軸と直交する。したがって複屈折を生じず
、白色光が観察される。一方、Ｖ、、Ｖ、をそれぞれｖ
ｚ”ｖｏ　＝　Ｖ２＝−Ｖ、；ＶｘニーＶＰ　＝ｖｓ”
◆Ｖ、　；Ｖ、＝−Ｖ、　。

Ｖ、＝−Ｖ、とすると第４図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）ニ
示す配向が得られ、これらの場合、複屈折が生じる。こ
こで液晶の屈折率異方性をΔｎ、液晶層厚をｄとすると
。

常光線と異常光線の位相差は（Δｎｄ／λ）・πで表わ
される。ΔｎｄをＲで表わすと、第４図（ｂ）の場合に
は第２の液晶セルによるＲ　（＝Ｒ２）に対応する複屈
折が、第４図（Ｃ）の場合には第１の液晶セルによるＲ
（＝Ｒ工）に対応する複屈折が、第４図（ｄ）の場合に
は第１および第２の液晶セルによるＲ　（＝Ｒ１◆Ｒａ
）に対応する複屈折が観察される。このように２つの液
晶セルに印加する電圧により、白色＋３色の表示が可能
となる。

第５図は第４図に示すものとは別の配向方向の組み合わ
せを示したもので、第５図（ａ）（ｄ）における電圧の
印加の仕方は第４図（ａ）〜（ｄ）と同様である。

印加電圧とＨの関係は表−１のようになり、この場合も
Ｒ＝０、Ｒ１，Ｒ，、Ｒ□＋Ｒ２に対応する多色表示が
可能となる。

表−１ 第６図は上記とはさらに別の配向方向の組み合わせを示
したもので、第６図（ａ）−（ｄ）における電圧の印加
の仕方は第４図（ａ）−（ｄ）と同様である０図示の組
み合わせは２つの液晶セルにおける液晶分子の配向がそ
れぞれ直交するケースを含み、印加電圧とＨの関係は表
−２のようになり、Ｒ＝Ｏ，Ｒユ、Ｒ２、Ｒ□−Ｒ２に
対応する多色表示が可能となる。

表−２ 以上の例では、印加電圧を◆ｖ０、−ｖ、の２値とした
が、しきい値電圧を超える電圧であればよく、また２つ
の液晶セルに印加される電圧の絶対値は異なっていても
よいことは明らかである。

また液晶の傾き角（第４図（ｂ）に示すθ）は色純度の
点から３０”−６０’″の範囲であることが好ましい。

次に、複屈折による着色について第７図および第８図を
参照して説明する。

第７図は偏光軸が互いに直交した一対の偏光板の間に狭
まれた液晶の配向方向が基板と平行で偏光軸と４５°の
角度を成すような配向をもつ液晶セルのレターデーショ
ンＲ（ｐａ）による色度変化をＸｐＶ色度座標上に示し
たものである。第８図は偏光軸が互いに平行な偏光子を
用いた場合の第７図と同様な図である。これらの図から
れかるように、レターデーションＲを種々変化させるこ
とにより様々な色変化をさせることができる０本発明に
係る液晶素子は２つの液晶セルの液晶配向方向の組み合
わせによりレターデーションＲを変化させ、多色表示を
行うものである。

一対の偏光子の偏光軸が互いに平行な場合における具体
的なＨの値と発色の色調を以下に例示する。

表−３ このように第１図に示す液晶素子によれば、対の偏光子
が互いに平行な場合には白色＋３色、直交する場合には
黒色＋３色の多色表示が可能である。

以上、液晶セルが２層構造の場合について説明したが１
本発明によれば、３層以上の構成とすることにより色再
現数を増加させることができ、たとえば３層構成では白
色（または黒色）÷６色の多色表示が可能である。

さらに、例えばＲ１による発色とＲ２による発色を短時
間に交互に繰り返すことにより、混色表示も可能となる
。

〔実施例〕

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

透明電極を有するガラス基板上にポリイミド系の配向膜
を形成し、ラビング処理を行った。同様な処理を施した
別のガラス基板と前記ガラス基板を５粒径５ｐａのスペ
ーサを介し、かつ、ラビング方向が平行となるように貼
り合わせ、外周をエポキシ系の接着剤で固着し、基板間
にΔｎ＝０．１３であるチッソ製力イラルスメクティッ
ク液晶Ｃ３ｌＯＩＩを封入し、セル１を作製した。この
セル１のレターデーションはＲ＝０．６５ＩＪｓであっ
た。次に、粒径が２．５−のスペーサーを用いた以外は
セルｌと同様にしてセル２を作製した。このセル２のレ
ターデーションはＲ＝０．３２μｍであった。これらの
セル１，２は、電圧印加によりラビング方向に対して左
右２２°の方向が双安定となった（第９図参照）。

次に、セル１が上になるようにしかも上下の基板のラビ
ング方向が平行となるように２つのセルを重ね、上下に
偏光板を、透過軸が平行で、かつセル１の上側電極にマ
イナス電圧をかけたときの配向方向（第９図（ａ）のＣ
）に対して直交するように貼り合わせた。

セル１およびセル２における中間基板電極に対する外側
電極の電位をそれぞれｖｌ、ｖ２とすると、電圧印加に
より表−４のような多色表示が可能であった。

表−４ 〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、複屈折を利用している
ため明るい多色表示を容易に行うことができ、しかも強
誘電性液晶を用いているため、高い時分割駆動特性が得
られる。また、液晶の配列変化が基板に平行な面内での
み起こるため従来の複屈折モードにみられる視角依存性
が低減され、高品位の多色表示を行うことができる。さ
らに、１画素で多色表示を行わせることができるので、
従来の加法混合法を用いた液晶素子のような画素数の増
加の問題もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶素子の構成例を示す断面図、
第２図は液晶分子の双安定配向方向を示す図、第３図は
２つの液晶セルにおける液晶配向を示す図、第４図は各
液晶セルに独立に電圧を印加して得られる配向方向の組
み合わせを示す図、第５図および第６図はそれぞれ第４
図とは別の配向方向の組み合わせを示す図、第７図およ
び第８図はそれぞれレターデーションによる色変化をＸ
ｔＹ色度座標上に示した図、第９図は本発明の実施例に
おける各液晶セルの液晶の双安定配向方向を示す図であ
る。 １１．２１（２１ａ、２１ｂ）、３１一基板１２．２２
・・・偏光子 １３．２３（２３ａ、２３ｂ）、３３−透明電極１４．
２４（２４ａ、２４ｂ）、３１＝配向膜１５．２５・・
・液晶層 １６．２６・・・外周シール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性を示す液晶層を電極を有する一対の基板
   で挾持してなる液晶セルを複数個積層した構造を有する
   液晶セル積層体と、該液晶セル積層体を挾むようにかつ
   偏光軸が互いに平行となるかまたは直交するように配置
   された一対の偏光子とからなり、電圧印加時の各液晶層
   における液晶分子の２つの配向方向のうち一方が偏光子
   の偏光軸に対して平行となるかまたは直交し、他方が偏
   光子の偏光軸に対して約４５°の角度を成すように構成
   されていることを特徴とする液晶素子。
2. （２）請求項１記載の液晶素子の各液晶セルに独立に電
   圧を印加することにより各液晶セルの液晶分子を上記２
   つの配向方向間でスイッチングさせ、レターデーシヨン
   を変化させることにより複数の色素示を行うことを特徴
   とする液晶素子の作動方法。