JPH0229630A - 液晶素子 - Google Patents

液晶素子

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JPH0229630A
JPH0229630A JP17965688A JP17965688A JPH0229630A JP H0229630 A JPH0229630 A JP H0229630A JP 17965688 A JP17965688 A JP 17965688A JP 17965688 A JP17965688 A JP 17965688A JP H0229630 A JPH0229630 A JP H0229630A
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JP
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cell
voltage
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crystal element
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JP17965688A
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Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices 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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    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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    • G02F1/139Devices 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
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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シャッターに好適な強誘電
性液晶を用いた液晶素子に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、自発分極を持ち高速光スイッチング現象やメモリ
ー現象を示す強誘電性液晶が大容量デイスプレィあるい
はメモリー形デイスプレィ、高速光シャッター、光変調
素子等への応用の観点から注目されている。
このような強誘電性液晶を用いた素子の代表的な動作方
式としては複屈折モードとゲストホストモードがある。
先ず、複屈折モードの従来の液晶素子について説明する
。第5図は従来の複屈折型液晶素子の構成を示す断面図
である。図中、51.61は基板、52.62は透明電
極、53.63は配向膜、54は液晶層、55.65は
偏光板、56は外周シールである。
この液晶素子においては、配向膜53が形成され配向処
理の施された透明電極52を有する基板51と、同様に
配向膜63及び透明電極62が設けられた基板61とが
離間、対向して配置され、両基板51.61と外周シー
ル56とが形成する空間に強誘電性液晶が封入され液晶
層54をなし、液晶セルが構成されている。そしてこの
液晶セルの両面には一対の偏光板55.65が互いに偏
光軸が平行となるようにあるいは直交するように配置さ
れている。
上記構成の液晶素子において、液晶層54中の液品分子
は基板51.61に対してほぼ平行で、透明電極52.
62に印加される電圧(しきい値電圧より大)を反転さ
せることにより第6図のPyqに示すように2つの双安
定状態をとる。図中、Xは液晶分子を示す、そして複屈
折による光透過の有無を利用して表示あるいはシャッタ
ー動作を行う。
次に、ゲストホストモードの従来の液晶素子について説
明する。
このモードの液晶素子では、強誘電性液晶に2色性色素
を添加してなる液晶組成物を封入した液晶セルと、1枚
の偏光板を使用する。二色性色素(ゲスト)は液晶分子
(ホスト)の配列に従う性質を有する。液晶セルにある
電圧(しきい値電圧より大)を印加した場合、第7図に
示すように液晶分子Xの配向方向が偏光子の偏光軸と一
致するようにしておく、このとき二色性色素分子Yもそ
の長軸が上記性質により偏光軸と一致するように配列し
、二色性色素による光吸収のためセル全体は強く着色す
る0図中r、uがその場合の液晶分子Xと二色性色素分
子Yの配向状態である。一方、液晶セルに印加させる電
圧を反転させると、液晶分子X及び二色性色素分子Yは
図中、s、vで示す配向状態となる。この場合、セル全
体は淡色化ないしは無色に近くなる2以上のスイッチン
グによって表示あるいはシャッター動作を行う。
(発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記のような強誘電性液晶を用いた従来
の液晶素子には以下に述べるような欠点があった。
複屈折モードの液晶素子では、Δnd(Δnは液晶の屈
折率異方性、dは液晶層厚)を0.2〜0.25μIに
厳密に設定しないと、着色したり、明るさが低下したり
する。Δnは温度によって変化するので、それに伴って
色変化が生じる場合がある。またΔndを上記範囲に設
定しなくてはならないので、セル厚が27711前後と
極めて小さくなり、生産性に難点がある。
一方、ゲストホストモードの液晶素子では、セル厚に対
する制限は複屈折モードのように厳格ではないが、印加
電圧の極性反転にともなうチルト角変化(第7図のθ)
が90’と大きいことが必要で。
使用できる液晶材料が限られる。また以下のことに起因
して応答速度が遅くなるという問題がある。
(イ)二色性色素添加により液晶組成物の粘度が増加す
る。
(ロ)チルト角が大きい。
(ハ)二色性色素の強誘電性液晶に対する溶解度には限
度(約10%)があり、十分な表示濃度を得るためには
液晶層を厚くする必要がある。
本発明は1以上の点に鑑み、温度による色変化がなく、
製造が容易で、応答速度の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、2色性色素
を含有し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2層積層した構造を有する
液晶素子において、上記液晶セルにおける電圧印加時の
2つの双安定液晶配向方向のうち一方が両液晶セルで互
いに平行であり、かつ他方が両液晶セルで互いに直交し
ていることを特徴とする液晶素子が提供される。
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。図中11.21(21a、21b)、31は基板、
 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。
本発明の液晶素子はゲストホスト型強誘電性液晶セルを
2層積み重ねた構造を有する。具体的には、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11.21aと外周シール16とが形成する空間に、
強誘電性液晶に2色性色素が添加されてなる液晶組成物
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
明電極33が設けられた基板31と、外周シール26と
が形成する空間に上記と同様の液晶組成物が封入され液
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て
いる。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J115,25には強誘電性を示すカイラルスメク
ティックC,カイラルスメクテイックG、カイラルスメ
クテイックH、カイラルスメクテイックエ、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相を呈する液晶に2色性色素が添
加された液晶組成物が充填される。またエレクトロクリ
ニック効果を示すスメクティック^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14.24
a、24b、34により基板11.21a、21b、3
1に対してほぼ水平に配向しており、これら基板11.
21a、 21b、31の内面に設けられた透明電極1
3.23a、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。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。
第3図は本発明の液晶素子における液晶分子及び二色性
色素分子の配向状態を上から見たときの模式図である0
図中A工、B工は第1の液晶セルの2つの双安定液晶配
向方向、A、、B、は第2の液晶セルの双安定液晶配向
方向、R□、R2はそれぞれ第1および第2の液晶セル
におけるラビング方向を示す。
本発明では、第3図に示すように、第1の液晶セルにお
ける一方の双安定配向方向(A1)と第2の液晶セルに
おける一方の双安定配向方向(A2)が平行になるよう
にするとともに、第1の液晶セルにおける他方の双安定
方向(Bi)と第2の液晶セルにおける他方の双安定配
向方向がほぼ垂直になるように規定する。第3図に示し
た角度関係は、液晶材料によって決まるコーン角θ(第
2図参照)と、配向処理の方向によって決まるA(A1
−Av)、a(al、at)の方向を制御することによ
って容易に設定することができる。すなわち、コーン角
については第1の液晶セルのコーン角θ1と第2の液晶
セルのコーン角θ2の和01÷02がほぼ90°となる
ように材料選択を行えばよく、また、配向処理の方向に
ついてはラビング法を例にとれば第3図のR1,R,の
方向に処理を行えばよい、最も一般的に入手できる液晶
のコーン角θは45@程度のものであり、01+02=
90″は容易に達成することができる。
次に、第1図に示す構造を有する本発明の液晶素子の動
作原理について第4図を参照して説明する。図中実線が
第1の液晶セルの双安定液晶配向方向、破線が第2の液
晶セルの双安定液晶配向方向である。
第1及び第2の液晶セルの液晶配向が第4図(a)のよ
うになっている場合、第1の液晶セルで直線偏光した光
は第2の液晶セルを通過し、素子は白く観察される。次
に両液晶セルに印加する電圧をともに反転(正→負又は
負→正)させると第4図(b)のような配向となる。こ
の場合、第1の液晶セルを通過した直線偏光は第2の液
晶セルで吸収され、着色(黒色色素を用いた場合は黒色
)表示となる。
なお、一方の液晶セルにおける印加電圧の極性のみを反
転させた場合、第4図(C)、(d)のようになり、濃
度の低い着色表示(中間調表示)となる。
以上の原理かられかるように、本発明の液晶素子は偏光
板を必要としない、また、各液晶セルにおけるチルト角
変化が45’と小さいため、ゲストホストモードの欠点
である液晶材料の制限が少なく、応答速度も速くなる。
さらにゲストホストモードを採用しているので複屈折モ
ードのようにΔndを極めて小さく設定する必要がなく
、温度による色変化もない、ただしセル厚が大きすぎる
と応答性に悪影響を与えるので、セル厚は5IJs以下
であるのが好ましい、その上、電圧印加の仕方により中
間調を容易に表示できるようになる。
〔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、粒径4pm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C5101gに青色の2色性色素M412(三井
東圧化学製)を5%添加した液晶組成物を充填し、セル
1を作製した。用いた液晶のコーン角θは約50’であ
った0次に、同様にしてセル2を作製し、このセル2と
セルlをラビング方向の交角が50°となるように重ね
て貼り合わせ、液晶素子を作製した。
以上のように作製した液晶素子における第1の液晶セル
の外側基板電極に、中間基板電極に対する電圧(V、)
が+20Vとなるように電圧を印加すると、液晶分子と
色素分子は第3図のBユ方向に配向し。
20Vの電圧印加によりA1方向に配向した。一方、第
2の液晶セルの外側基板電極に、中間基板電極に対する
電圧(v2)が+20Vとなるような電圧を印加すると
、液晶分子と色素分子は第3図の82の方向に配向し、
−20vの電圧印加によりA8の方向に配向した。この
液晶素子は印加電圧V□とv2の組み合わせにより、下
表のように動作した。
表−1 また、応答速度は+20Vの電圧印加時に、立ち上がり
、立ち下がりとも120μsecであり、同じ液晶を複
屈折モードで動作させたときと大差なく、良好な応答性
が確認された。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ゲストホ
ストモードの強誘電性液晶素子において、2つの液晶セ
ルにおける電圧印加時の2つの双安定配向方向のうち一
方が両液晶セルで互いに平行であり、かつ他方が両液晶
セルで互いに直交するように規定したので、以下のよう
な効果が得られる。
■チルト角変化が約45°と小さいので、液晶材料の制
限が少なくなり、応答速度が速くなる。
■偏光板が不要で、Δndを極めて小さく設定する必要
がないので、生産性が向上する。
■温度による色変化がない。
■2つの液晶セルへの電圧印加の仕方により容易に中間
調表示ができる。
【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
各液晶セルに独立に電圧を印加した時の液晶分子と二色
性色素分子の配向状態を示す模式図、第4図は本発明の
液晶素子の動作原理説明図、第5図は従来の複屈折型液
晶素子の構成を示す断面図、第6図は第5図の液晶素子
の動作原理説明図、第7図は従来のゲストホストモード
型液晶素子の動作原理説明図である。 11.21(21a、21b)、31一基板13.23
(23a、23b)、33・=透明電極14.24(2
4a、24b)、34・・・配向膜15.25・・・液
晶層 16.26・・・外周シール 特許出願人 株式会社 リ   コ   一代 理 人
 弁理士 池浦敏明(ほか1名)第1図 +3.23.33 :遁咽望極 +4.24,34 :配向膜 15.25   :液晶層 6.26   :外周シール 第2図 第3図 第4図 (C) (d) 第5図 第6図 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2色性色素を含有し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2層積層
    した構造を有する液晶素子において、上記液晶セルにお
    ける電圧印加時の2つの双安定液晶配向方向のうち一方
    が両液晶セルで互いに平行であり、かつ他方が両液晶セ
    ルで互いに直交していることを特徴とする液晶素子。
JP17965688A 1988-07-19 1988-07-19 液晶素子 Pending JPH0229630A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5615025A (en) * 1990-09-13 1997-03-25 Canon Kabushiki Kaisha Optical modulation device having different pretilts in the compensation cell(s)
KR100303822B1 (ko) * 1997-10-24 2001-09-24 김순택 듀얼형액정표시소자
KR100487691B1 (ko) * 1995-11-07 2005-08-05 롤리크 아게 강유전성액정디스플레이

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62266524A (ja) * 1986-05-14 1987-11-19 Seiko Epson Corp 液晶表示素子

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