JPH0333830A - 強誘電性液晶電気光学装置 - 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】 （発明の利用分野） 本発明は強誘電性液晶を用いた電気光学装置に関し、液
晶の物性値である弾性定数と表示の書換不良現象との関
係を明確にし、装置に用いるに適する強誘電性液晶に関
するものである。

〔従来の技術〕

強誘電性液晶を用いた電気光学装置は、それの有する利
点つまり高速応答性、高視野角性、メモリー性、高コン
トラスト性を有し、大画面表示や種々の光学装置などの
ＴＮ型液晶電気光学装置では用いることができなかった
分野への応用が期待されている。

強誘電性液晶については高速応答性や電気光学装置とし
て使用可能な状態つまり液晶がカイラルスメクティック
Ｃ相を示す温度範囲が広く、さらには印加電界に対する
高速応答性を十分に生かすような材料の開発に力が注が
れている。

特に高速応答性に関してはピリミジン系の液晶が応答速
度が速いため、これを用いれば強誘電性液晶の特長であ
る高速応答性を有効に生かすことができるものと思われ
ていた。

そして、強誘電性液晶の高速応答性や高コントラスト性
を生かすために、一対の基板間に強誘電性液晶を介在し
た液晶電気光学装置について、対の基板の両方に液晶配
向層を形成してより均一な配向を得ようとする傾向にあ
る。またこの液晶配向層は基板間ショートの削減や液晶
に有効に電界を加えるために抵抗値の大きいものが用い
られていた。

〔従来の技術の問題点〕

しかしながら、強誘電性液晶がおりなす物理現象と材料
物性との関わりについての研究は非常におくれでいて、
はとんど無視されているという状態にある。ここで述べ
た物理現象とは強誘電性液晶が有する自発分極のために
液晶と配向層との界面に生ずる電荷の問題や強誘電性液
晶が形成する層構造の問題など従来のＴＮ型液晶には存
在しなかった現象である。

液晶の持つ自発分極のために液晶と配向層との界面に生
ずる電荷の問題について簡単に述べると、強誘電性液晶
表示装置において長時間同一の表示を続けた場合、液晶
の自発分極により液晶と配向膜との界面に電荷が蓄積さ
れる。そして次に違う表示をしようとしても前記電荷の
ために自発分極が引きつけられて、液晶をスイッチング
するためのパルスを印加してもスイッチングしない部分
が生じてしまう（「焼け」と称する）。

また強誘電性液晶のＮ構造について簡単に説明。

すると、強誘電性液晶はスメクティック相の状態である
ため必ず法線が基板に平行になるような層構造を有して
いる。そしてこの層構造は外部からの衝撃に対し非常に
脆く容易に崩れてしまう。さらに−旦崩れた層構造は一
度液晶を加熱して等吉相に相転移させることによっての
み元に戻すことができる。従って液晶表示装置に強誘電
性液晶を用いた場合、例えば基板表面を指で押したりす
ると液晶の配向が乱れ、指を離しても元には戻らないた
め外力が液晶に加わらないようにする必要があった。

以上述べた点等に関して液晶自体の側からの検討がおく
れたことにより、夢のような材料として当初注目された
強誘電性液晶であるにも関わらず開発が非常におくれで
いる。

特に「焼け」が発生した時、偏光顕微鏡を用いて液晶を
観察すると駆動回路から液晶をスイッチングするための
信号が加えられているにも関わらずスイッチングしてい
ないドメイン（「反転異常ドメイン」と称する）が生じ
ている。このような「焼け」が生じてしまっては完全に
表示が行えなくなり、また光シヤツターとして用いるこ
とも不可能になる。

二〇「焼け」の対策として、液晶の持つ自発分極を小さ
くする方法も考えられているが、強誘電性液晶の応答速
度は自発分極にほぼ比例するため自発分極を小さくする
とそれに比例して応答速度が遅くなってしまうため、前
に述べた強誘電性液晶の高速応答性を有効に生かすこと
ができなかった。

そして前に述べたビリ壽ジン系の液晶を用いようとする
場合については、従来の配向制御法では液晶がユニフォ
ーム状態に配向せず、ツイスト状態になってしまうため
、高コントラストが得られなかった。

〔発明の目的］ 上記問題点を解決するため本発明は高速応答性を有する
ビリ藁ジン系液晶について高コントラスト性や前記「焼
け」現象の低減或いは解消を目的とする。

〔発明の構成〕

本発明穴は鋭意研究の末、ピリミジン系液晶の層内変形
ベンドの弾性定数が小さいことを見出し一般の弾性定数
の小さい液晶を電界を印加しない状態で双安定配向、或
いは単安定配向させるための構成を発明するとともに、
前記「焼け」現象を回避するための構成を発明した。

なお、一般に弾性定数としては層内変形ペンドの弾性定
数以外にもスプレィ弾性定数も存在するが本発明中で特
に重要なのは層内変形ベンドの弾性定数である。

本発明は透明電極を有する一対の基板間に強誘電性液晶
を介在せしめた強誘電性液晶電気光学装置であって、前
記強誘電性液晶の弾性定数が１×１０−”Ｎ　にュート
ン）以下であって、かつ前記−対の基板のうち少なくと
も一方の基板の液晶の接する面には液晶配向層を有し、
該液晶配向層の抵抗が小さいことを特徴とする。液晶配
向層の抵抗値の具体的な値としては、１０ａΩ程度以下
であれば良い。また低抵抗の配向層としてはＬＢ膜を用
いるのも非常に有効である。或いは一方の基板のみに配
向層を形成した場合にはその配向層の抵抗値は必ずしも
小さくなくても良い。

また、高コントラストを得るためには、一方の基板に形
成される配向層と他方の基板に形成される配向層とを違
う物質で作製して、電界を印加しない状態においては液
晶分子が単安定状態になっている場合も非常に有効であ
る。

〔作用〕

本発明の構成を用いることにより、弾性定数の大きくな
い強誘電性液晶でも表示装置などへの応用に十分耐えう
る双安定配向、或いは単安定配向が得られる。この場合
、偏光顕微鏡観察では−様なユニフォーム配向が認めら
れる。しかしこの場合、強誘電性液晶の弾性定数が小さ
いために自発分極は基板に対して完全に垂直にはなって
いないために、自発分極の存在による配向層界面での電
荷の蓄積という問題が低減する。その結果、前記反転異
常ドメインの発生は抑止できる。

以下実施例を用いて本発明を説明する。

〔実施例１〕 液晶の弾性定数を測定した経緯について、まず垂直配向
セルの作製工程について述べる。

透明電極を有する一対の基板をシランカンプリング材の
水溶液に浸し、垂直配向層を形成した２枚の基板を１０
０μｍ厚のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を介
して貼り合わせた後、液晶を注入した。これを偏光顕微
鏡を用いて観察すると黒く十字にコノスコープ像が見え
る。これは液晶が垂直配向をしている証拠である。

これに対し、基板面に垂直な方向に電界を印加し、コノ
スコープ像の変位βを測定する。

次にくさび形セルの作製工程について述べる。

ガラス基板にボリイ旦ドを成膜し、ラビング処理を行う
。この基板を未処理の透明基板と一方を一枚のＰＥＴを
介し、他方をガラス同士が接触するように貼り合わせる
ことにより、基板間隔が０μｍから５０μｍまで変化す
るくさび形セルが得られる。これに垂直配向セルに注入
したものと同じ強誘電性液晶を注入し、強誘電性液晶の
らせん構造が消失する臨界セル厚ｄｃを測定する。そし
て次式により層内変形ベンドの弾性定数Ｂ、を求めるｄ
ｃ””　ｆ　６　（Ｂｌ／Ｂ３）　””Ｘま ただし式中においてＰ、は液晶の自発分極、１０は液晶
のらせんピンチの長さ、Ｂ、はスプレィの弾性定数、Ｅ
は電界、βは変位（ｄｅｇ）を示す。

層内変形ベンドの弾性定数について４種類（ピリミジン
系２種、エステル系２種）の液晶の測定を行い、その結
果を第１表に示す。なお液晶についてＡ、Ｂ液晶はそれ
ぞれビリくジン系、Ｃ，Ｄ液晶はそれぞれエステル系で
ある。

第１表 次に、上で述べた４種類の液晶を用いてセルを作製する
。セルの構成を第１図に示す。

一対のソーダガラス（１）上に公知のＤＣマグネトロン
スパッタ法を用いてＩＴ○を成膜した後、フォトリソ法
により電極（２）を作製した。

そして一方の基板の電極作製面にオフセット印刷法を用
いボリアくツク酸を塗布した後、２５０″Ｃで３時間加
熱を行い液晶配向層（３）であるポリイミド薄膜を得た
。そして、綿布を用いてラビング処理を行った後、直径
２μｍの５ｉＯｚ粒子をスペーサーとして散布した。た
だし、スペーサーは図示しない。

他方の基板上にはエポキシ系シール材をスクリーン印刷
法を用いて印刷し、スペーサー散布済の基板と貼り合わ
せた後、前に述べた液晶Ａ乃至りをそれぞれ真空注入法
を用いて別のセルに注入した。

偏光顕微鏡を用いてそれぞれのセルを観察したところ、
どの液晶も無電界時には単安定配向をしていたが信号を
加えると高コントラストなスイッチングが可能であった
。なお４枚のセルについてコントラストの大きな違いは
なかった。

だが、±２０Ｖ、周波数２０Ｈｚの矩形波を液晶に印加
したところそれぞれの応答時間は第２表に示す通りとな
った。

第２表 本実施例においては、応答速度の速いピリミジン系液晶
を用いて双安定配向は得られなかったが高コントラスト
なスイッチングが得られた。

〔実施例２〕 実施例１で用いたセルを１０日間一定の画面の表示を行
った後、別の表示を行った時のコントラスト比の変化を
調べた。結果を第３表に示す。

（以下余白） 第３表 第３表かられかるように、エステル系の液晶では「焼け
」現象が顕著に現れたために、初期状態でピリミジン系
液晶とほとんど変わらなかったコントラストの値が１０
日後には大幅に現象してしまった。それに対しピリくジ
ン系液晶ではコントラスト値の減少がエステル系液晶に
比較して非常に小さい。

〔効果〕

以上述べたように本発明を用いることにより、応答速度
の速いビリ≧ジン系の強誘電性液晶を単安定配向または
双安定配向させることができその結果、表示の際に高い
コントラストが得られる。

さらに、本発明では従来指摘されなかった層内変形ベン
ドの弾性定数と液晶の配向の関係を明らかにし、ピリご
ジン系強誘電性液晶だけでなく層内変形ベンドの弾性定
数の小さい液晶すべての場合について単安定配向或いは
双安定配向というユニフォーム配向を実現することがで
き、高コント・ラストが得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶電気光学装置の概略図の一例を示
す。 １・・・ソーダガラス ２・・・電極 ３・・・液晶配向層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明電極を有する一対の基板間に強誘電性液晶を介
   在せしめた強誘電性液晶電気光学装置であって、前記強
   誘電性液晶の層内変形ベンドの弾性定数が１×１０＾−
   ＾１＾２Ｎ（ニュートン）以下であって、かつ前記一対
   の基板のうち少なくとも一方の基板の液晶の接する面に
   は液晶配向層を有し、該液晶配向層の抵抗が小さいこと
   を特徴とする強誘電性液晶電気光学装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、液晶配向層はＬＢ
   膜であることを特徴とする強誘電性液晶電気光学装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、液晶配向層の抵抗
   が１０＾■Ω以下であることを特徴とする強誘電性液晶
   電気光学装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、一方の基板に形成
   された液晶配向層と他方の基板に形成された液晶配向層
   とが違う物質よりなることを特徴とする強誘電性液晶電
   気光学装置。