JPH03243920A - 液晶電気光学装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は液晶電気光学装置に関し、特に強誘電性液晶電
気光学装置に関する。

［従来の技術］ 強誘電性液晶はよく知られているように自発分極を持っ
ている。分子軸ｎ　（２１）と自発分極Ｐ　（２２）の
関係は図２に示されているように互いに直交している。

ｎはＺ軸に対して常にθ傾いており、Ｐとｘｙ面とは平
行である。ｎのｘｙ面への投影をＣ（２３）、ＣとＸ軸
とのなす角（方位角）をφで表わす。液晶層を支持する
基板面はｘｚ面内にあり、ｎとＸＺ面の成す角度θ。（
プレティルト〉は液晶分子と基板面（配向膜）との相互
作用によって決まる。水平配向処理を施せばθ、斗ｏ’
である。

外場を受けていなければ、基板面から十分前れたところ
ではφは２とともに増加または減少し、らせん構造を形
成する。しかし、液晶層厚がある程度薄くなれば、液晶
層を支持している基板のアンカリング効果のためにらせ
んが解けて、図３（ａ）、　　（ｂ）に示したようなツ
イスト状態となる。ただし、ここでは上下基板（１２）
ともＰの負側を引きつける性質を持っており、スメクチ
ック層は基板面（ＸＺ面）に対して垂直であるものとす
る。液晶層厚をさらに薄くすればツイスト状態の弾性エ
ネルギーが大きくなるため、図３（ｃ）。

（ｄ）に示したようなユニフォーム状態となる。

一般的には、ある条件の液晶電気光学装置において、無
電界時には二つの状態のみが安定に存在でき、双安定性
（記憶効果）が得られる。その二つの状態とは、二つの
ツイスト状態または二つのユニフォーム状態である。そ
して、二つのツイスト状態間、または二つのユニフォー
ム状態量テスイッチングを行うことができる。

［発明が解決しようとする課題］ 二つのユニフォーム状態間のスイッチングを利用すれば
、完全な消光位が得られるために高コントラスト比と高
透過率を両立することができる。

しかし、オン（オフ）状態のまま数日間放置しておくと
オフ〈オン）状態がオン（オフ）状態よりも不安定にな
り、しばしば双安定性が消失して正常に表示できなくな
る。

双安定性が消失する原因として、液晶中の不純物イオン
の偏在が考えられている。第４図にそのモデルを示す。

ここで、初期状態（第４図（ａ））では正イオン（４１
）、負イオン（４２）ともランダムに分布しており、す
べての液晶分子の方位角はφ＝０（すべてのＰは上向き
二　オフ状態）になっているものとする、ところが、液
晶層と配向膜との上下界面には、それぞれ密度Ｐ（Ｃ７
ｍ）の正の表面電荷（４３）と負の表面電荷（４４）が
発生しているため、液晶内部には図示したように下向き
の内部電場Ｅ＋（４５）が発生している。そのため、こ
の状態で長時間放置しておくと、第４図（ｂ）に示した
ように内部電場によって正（負）のイオンは下（上）向
きに移動し、下（上）基板と液晶層との界面に蓄積され
る。その後、第４図（Ｃ）に示したようにオン状態（Ｐ
は下向き）に反転させれば、界面に蓄積されたイオンと
表面電荷によって上向きの内部電場Ｅ２（＞Ｅｌ：　　
イオンの量が十分ならばＥ２＝２ＥＩ）が発生するため
、オン状態のエネルギーは初期のオフ状態のそれよりも
高くなる。そして、もし内部電場が充分大きければオン
状態はオフ状態に反転してしまい、双安定性が失われて
表示が不可能になる。

一方、二つのツイスト状態を用いた場合、第５図に示し
たように上下の界面に現われる表面電荷の符号は共に等
しいため、ユニフォーム状態の場合と違って、上下界面
に異なる符号のイオンが偏ることはない。そのため、イ
オンはほとんど双安定性に影響を与えない、しかし、ツ
イスト状態では完全な消光位が得られないために、高コ
ントラスト比と高透過率を両立することはできない。

本発明は上記の課題を解決し、長期間にわたって高コン
トラスト比と高透過率を同時に得ることができる、信頼
性の高い液晶電気光学装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は電極および前記電極上に配向膜を形成した二枚
の基板Ａ１、　　Ａ２の間に強誘電性液晶を挟持した素
子において、 斜方蒸着法によって形成した無機質膜、あるいはラビン
グ処理を施した高分子膜を前記配向膜として用い、 前記強誘電性液晶のカイラルネマチック相またはスメク
チックＡ相において、前記二枚の基板Ａ１、　　Ａ２と
接している液晶分子長軸ｎ１、ｎ２の前記基板面Ａ１、
　　Ａ２への投影が互いにほぼ平行であり、また、前記
液晶分子長軸ｎａ、ｎ２がそれぞれ前記基板面Ａ１、　
　Ａ２との間に角度θｌ、　　６．２（≠０）をなし、
かつ、前記液晶分子長軸ｎ１、ｎ２が互いに角度α＝Ｉ
θ。１１＋ｌθ、２１をなすように前記二枚の基板を組
み合わせることによって、二つのユニフォーム状態と少
なくとも一つのツイスト状態を安定に存在せしめて、使
用時以外は配向をツイスト状態にしておくことを特徴と
する。

［実施例］ （実施例１） 本発明で用いた液晶電気光学装置の略断面図を図１に示
す。１１は偏光板、１２はガラス基板、１３は透明電極
、１４は絶縁層（ＳｉＯ２）、１５はカラム状の配向膜
（５ｉｎ）、■６は液晶層、１７．１８はガラス基板と
接している液晶分子のスメクチックＡ相における長軸方
向（ｎ１、　　ｎ２）、１９．２０はｎ１、ｎ２がそれ
ぞれ接しているガラス基板とのなす角度　θ。ｈθ。２
である。絶縁層の厚さは５００人、ＳｉＯ膜の厚さは１
０００人である。

ＳｉＯ膜は基板法線に対して８５度の角度から斜方蒸着
することによって形成したため、図示したようなカラム
状になっている。また、カラムの傾斜方向については、
図示したように上下基板ともＺ軸の負方向となるように
基板を重ね合わせた。液晶層厚は２μｍである。

このようにして作成した液晶電気光学装置に強誘電性液
晶（チッソ社製ＣＳ　−１０１１）を封入し、等方相温
度からスメクチックＡ相まで２°Ｃ／分の速度で降温す
ることによって良好な配向を得た。

スメクチックＡ相における配向状態は、Ｘ線回折法によ
って求めたスメクチック層の傾き角より、−Ｚ方向ヲｘ
　準ニｔ　ｉばｅ　、＋　”＝　３２”　、　ｅ　−ａ
”＝　−３２”であり、図示したようにｎ１、ｎ２は互
いに６４°の角（＝ｌθ、１１＋１θ。２１）をなして
いると推定される。

図６に２５°Ｃにおけるしきい値特性を示す。この測定
には図７に示した電圧波形を印加し、Ｖｆｌに対するエ
イと■、の変化を測定した。透過率については、偏光板
の透過光強度を基準とした。透過率が０％の状態と９０
％の状態はそれぞれ図３（ｃ）。

（ｄ）に示したユニフォーム状態であり、透過率が２５
％の状態は図３（ａ）または（ｂ）のツイスト状態であ
る。図６かられかるように、Ｖ８を十分高くすればＩｍ
：　Ｉｐとなり、はぼ完全な記憶効果が得られている。

また、ｖ［！を調節することによってこれら３つの状態
のいずれかを選択することができる。

図８に示したマルチプレックス駆動波形によって、この
液晶電気光学装置をデユーティ比１／１０００で駆動し
た。Ｖ　１：：４　ｖ、　　Ｖ２：　８　ｖ、　　Ｖ３
＝　ＩＯＶ。

Ｖ４＝−１８ｖとして、二つのユニフォーム状態間でス
イッチングを行なうことによって、オンの透過率８０％
、コントラスト比１：２０が得られた。

また、ツイスト状態で６ケ月放置した後、再び同一条件
で駆動したところ、表示特性に劣化は認められなかった
。比較例として、透過率０％のユニフォーム状態（オフ
状態）で−週間放置した後、再び同一条件で駆動したと
ころ、オン状態の透過率は、デユーティ比１／２００で
は６０％、デユーティ比１／４００では３０％となった
。これは、既に述べたようにイオンの影響によってオン
状態の安定性が低下し、パルス電圧に対するオン状態の
透過率が図９に示すように時間とともに低下して記憶効
果が不完全になるためである。いったんこのような状況
になれば、駆動電圧を変化させても初期の特性を再現す
ることはできない。

（実施例２） 本実施例では配向膜として厚さ５００ＡのＴｉＯ２を用
いた。蒸着角度などは実施例１と同様である。この場合
も二つのユニフォーム状態と一つのツイスト状態が得ら
れ、図６とほぼ同様なしきい値特性が得られた。

図８に示したマルチプレックス駆動波形によって、この
液晶電気光学装置を１７１０００のデユーティ比で駆動
した。Ｖ＋：４．５ｖ、Ｖ２：　９　ｖ、　　Ｖ３：　
１０Ｖ、Ｖ　ｔ　＝　−１９ｖとすることによってオン
の透過率８０％、コントラスト比１：１８が得られた。

また、ツイスト状態で６ケ月放置した後、再び同一条件
で駆動したところ、表示特性に劣化は認められなかった
。比較例として、透過率Ｏ％のユニフォーム状態（オフ
状態〉で−週間放置した後、再び同一条件で駆動したと
ころ、オンの透過率は、デユーティ比１／２００では５
５％、デユーティ比１／４００では３０％となった。さ
らに駆動電圧を変化させて初期の特性を再現しようと試
みたが、はとんど改善されなかった。

（実施例３〉 本実施例では配向膜として厚さ１５００人のＳｉＯ２を
用いた。蒸着角度などは実施例１と同様である。

この場合も二つのユニフォーム状態と一つのツイスト状
態が得られ、図６とほぼ同様なしきい優待性が得られた
。

図８に示したマルチプレックス駆動波形によって、この
液晶電気光学装置を１７１０００のデユーティ比で駆動
した。Ｖ＋＝　４　ｖ、　　Ｖ２：１０Ｖ、　　Ｖ３＝
　ＩＯＶ、Ｖａ＝−２０ｖとすることによってオンの透
過率８０％、コントラスト比１：１６が得られた。

また、ツイスト状態で６ケ月放置した後、再び同一条件
で駆動したところ、表示特性に劣化は認められなかった
。比較例として、透過″４０％のユニフォーム状態（オ
フ状態）で−週間放置した後、再び同一条件で駆動した
ところ、オンの透過率は、デユーティ比１／２００では
５５％、デユーティ比１／４００では２０％なった。さ
らに駆動電圧を変化させて初期の特性を再現しようと試
みたが、はとんど改善されなかった。

（実施例４） 本実施例では配向膜としてスピンコード法によって作成
した厚さ９００人のポリイミドを用いた。ラビング処理
を施しチッソ社製ＣＳ　−１０１１を封入したところ、
スメクチックＡ相においてθ、Ｉ”Ｆ１５＠、θ、２″
ニー１５”であった。この場合も二つのユニフォーム状
態と一つのツイスト状態が得られ、図６とほぼ同様なし
きい優待性が得られた。

図８に示したマルチプレックス駆動波形によって、この
液晶電気光学装置を１７１０００のデユーティ比で駆動
した。　　Ｖ＋＝４．５ｖ、　　■２＝　９　ｖ、　　
Ｖ３＝１０ｖ、Ｖａ＝　　１９ｖとすることによってオ
ンの透過率８０％、コントラスト比１：１８が得られた
。

また、ツイスト状態で６ケ月放置した後、再び同一条件
で駆動したところ、表示特性に劣化は認められなかった
。比較例として、透過率Ｏ％のユニフォーム状態（オフ
状態）で−週間放置した後、再び同一条件で駆動したと
ころ、オンの透過率は、デユーティ比１／２００では５
５％、デユーティ比１／４００では３０％なった。さら
に駆動電圧を変化させて初期の特性を再現しようと試み
たが、はとんど改善されなかった。

（実施例５） 本実施例では配向膜として厚さ５００人のポリイミド／
−塩基性クロム錯体混合膜を用いた。この場合、スメク
チック人相においてθ＊＋’；２５＠、θ、２ま一２５
＠であった。ここでも二つのユニフォーム状態と一つの
ツイスト状態が得られ、図６とほぼ同様なしきい優待性
が得られた。

図８に示したマルチプレックス駆動波形によって、この
液晶電気光学装置をデユーティ比１／１０００で駆動し
た。Ｖ＋＝４Ｎ／Ｓ　Ｖ２＝８ｖ、Ｖｓ＝１０ｖ。

Ｖａ＝−１８ｖとして、二つのユニフォーム状態間でス
イッチングを行なうことによって、オンの透過率８０％
、コントラスト比１：１９が得られた。

また、ツイスト状態で６ケ月放置した後、再び同一条件
で駆動したところ、表示特性に劣北は認められなかった
。比較例として、透過１！Ｏ％のユニフォーム状態（オ
フ状態）で−週間放置した後、再び同一条件で駆動した
ところ、オン状態の透過率は、デユーティ比１／２００
では５５％、デユーティ比１／４００では２０％となっ
た。さらに駆動電圧を変化させて初期の特性を再現しよ
うと試みたが、はとんど改善されなかった。

有機配向膜として、ポリイミドとポリイミド／−塩基性
クロム錯体混合膜を用いたが、その材質は限定されない
。また、強誘電性液晶材料も限定されない。

［発明の効果］ 上記のように、二つのユニフォーム状態と少なくとも一
つのツイスト状態を安定に存在せしめて、使用時以外は
配向をツイスト状態にしておくことにより、高コントラ
スト比と高透過率を同時に得ることができ、しかも、保
存時に偏ったイオンが発生させる内部電場の影響が小さ
くなるため、双安定性が消失するということがなくなっ
た。

本発明は、液晶デイスプレィや液晶プリンターヘッド、
空間光変調器などに応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶電気光学装置の略断面図、第
２図は強誘電性液晶の分子軸と自発分極との関係を示す
図、第３図はツイスト状態とユニフォーム状態を表わす
図、第４図はユニフォーム状態で保持したときのイオン
の分布を示す図、第５図はツイスト状態で保持したとき
のイオンの分布を示す図、第６図は本発明の液晶電気光
学装置において得られるしきい優待性を示す図、第７図
はしきい優待性を求めるための印加電圧波形を示す図、
第８図はマルチプレックス駆動のための印加電圧波形を
示す図、第９図はユニフォーム状態で長時間保存した後
の記憶効果を示す図である。 １１・・偏光板、１２・・ガラス基板、１３・・透明電
極、１４・・絶縁膜、１５・・配向膜、１６・・液晶層
、１７．１８・・ガラス基板と接している液晶分子のス
メクチックＡ相における長軸方向（Ｂ１、　　Ｂ２）、
１９．２０・・Ｂ＋。 Ｂ２がそれぞれ接しているガラス基板とのなす角度θ、
１．θ、２．２１・・液晶分子軸ｎ、２２・・自発分極
Ｐ、２３・・ｎのｘｙ面への投影Ｃ１４１・・正イオン
、４２・・負イオン、４３・・正の表面電荷、４４・・
負の表面電荷、４５・・内部電場。 以上

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極および前記電極上に配向膜を形成した二枚の
   基板Ａ＿１、Ａ＿２の間に強誘電性液晶を挟持した素子
   において、二つのユニフォーム状態と少なくとも一つの
   ツイスト状態が安定に存在することを特徴とする液晶電
   気光学装置。
2. （２）使用時以外は前記強誘電性液晶の配向状態を前記
   ツイスト状態にしておくことを特徴とする請求項１記載
   の液晶電気光学装置。
3. （３）前記配向膜は斜方蒸着法によって形成された無機
   質膜から成ることを特徴とする請求項１記載の液晶電気
   光学装置。
4. （４）前記配向膜はラビング処理が施された高分子膜か
   ら成ることを特徴とする請求項１記載の液晶電気光学装
   置。
5. （５）前記強誘電性液晶のカイラルネマチック相または
   スメクチックＡ相において、前記二枚の基板Ａ＿１、Ａ
   ＿２と接している液晶分子長軸ｎ＿１、ｎ＿２の前記基
   板面Ａ＿１、Ａ＿２への投影は互いにほぼ平行であり、
   また、前記液晶分子長軸ｎ＿１、ｎ＿２はそれぞれ前記
   基板面Ａ＿１、Ａ＿２との間に角度θ＿Ｄ＿１、θ＿Ｄ
   ＿２（≠０）をなしており、かつ、前記液晶分子長軸ｎ
   ＿１、ｎ＿２は互いに角度α＝｜θ＿Ｄ＿１｜＋｜θ＿
   Ｄ＿２｜をなしていることを特徴とする請求項１記載の
   液晶電気光学装置。