JPH04142514A - 強誘電性液晶装置 - 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） 本発明は液晶表示素子や液晶光シャッターアレイ等の液
晶電気光学装置に関し、更に詳しくは、液晶分子の配向
状態を改善することにより、表示並びに駆動特性を改善
した液晶電気光学装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の液晶電気光学装置としてはツィステッドネマチッ
ク（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いたも
のか知られている。このＴＮ液晶は、画素密度を高くし
たマトリクス駆動の際クロストークを発生する問題かあ
った。

又、各画素に薄膜トランジスタを設けたアクティブマト
リクス方式の表示素子か知られているが、基板上にトラ
ンジスタを歩留良く作成することは基板サイズが大きく
なればなるほど難しいといった問題や莫大な設備投資が
必要になるといった問題があった。またこれらとは全く
異なった技術思想、原理を応用したもので、クラークに
より米国特許第４３６７９２４号公報等により、強誘電
性液晶を使用した表示素子か提案されている。

第７図は、クラークによる強誘電性液晶の動作原理を示
している。一対の基板（１）（２）に挟持された強誘電
性液晶の分子長軸は、基板に対して平行に配向させられ
ている。そして、液晶分子は第１の状態と第２の状態に
分かれた２状態としてのみの存在か許され、強誘電性液
晶の持つ自発分極の向きは基板面に対して垂直で第１の
状態と第２の状態とてはその方向が反対方向となる。こ
れらに電界を印加し液晶を駆動し、第１の状態から第２
の状態に変化した後に液晶に加えている電界を取り去っ
ても、液晶分子はその状態を持続する即ち、メモリー性
を持つという特徴かあった。クラークらは、強誘電性液
晶のこのような特性か現れるのは、強誘電性液晶を挟持
している基板からの影響、特に基板部間の距離を限定す
ることによるものであるとしている。この距離は強誘電
性液晶の持つ螺旋か形成される距離よりも短く、螺旋ピ
ッチの５倍以下という条件かある。このように基板間距
離を狭くすることにより表面安定化型強誘電性液晶の状
態となり、メモリー性や、高速応答性など強誘電性液晶
の魅力ある特性となる。

ところが、こうした状態を実現するためには実際には基
板間距離を１から３μｍ程度の非常に狭い距離に作り込
むことが必要である。

基板が強誘電性液晶の有する螺旋構造の形成を抑制させ
るるか故に前述の如き特性を示すので、それ故に、前述
の如き特性は基板または基板上の配向手段からの影響を
受けやすかった。例えば、強誘電性液晶の第１の状態と
第２の状態のメモリー状態間のスイッチングをするため
に、強誘電性液晶に加える駆動波形はプラスとマイナス
の対称な波形とならずに、どちらかにずれた波形となる
必要かあった。また、こうした特性は常に一定でなく経
時変化する程度か激しく、定常的に安定なスイッチング
をする装置が得られなかった。

（発明の構成） 本発明では、強誘電性液晶を使用した液晶装置に対する
従来の考え方の主流であった強誘電性液晶を狭い基板間
隔て押え込み、その基板表面で強誘電性液晶を安定化さ
せるといった技術思想とは違った技術思想にもとづくも
のである。つまり第１図に示すように本発明では、強誘
電性液晶の配向及びスイッチングに関して新たなモード
を提案するものである。まず強誘電性液晶を一軸配向処
理（４）を施した基板（１）と一軸配向処理を施してい
ない基板（２）を平行に一定の間隔て配設した装置に注
入する。

一定の基板間隔と言うのは１００μｍ以下の基板間隔の
距離である。この装置に挟持された液晶の配向の様子は
、一軸配向された基板面に接する液晶層（６）と、それ
以外バルクの液晶層（７）とが分離して配向し、さらに
各々が独立して、スイッチングするというが本発明の特
徴である。さらにこれに電界を印加していくと一軸配向
基板面液晶層に比してバルクの液晶層は容易にドメイン
を形成し、その面積を拡大または縮小をしてスイッチン
グをしていく。一軸配向処理側液晶層側の応答が容易で
ないのは、一軸配向処理自体か強誘電性液晶の反転動作
を規制しているためと考えられる。

この装置にパルスの波形を印加すると、電圧印加により
液晶が応答し、電圧の印加しないところでも元の状態を
保持している。

（実施例１） 第１図に本実施例に示した強誘電性液晶装置の概略断面
図を示した。

青板ガラス基板（１）（２）上に５００人から１０００
人の厚みを持つ透光性導電膜（３）（３”）例えばＩＴ
Ｏをスパッタ法にて成膜後、所定の方法でパターニング
を行った。一方の基板上にＡ社製ポリイミドをスピンコ
ードし、２８０℃で２時間３０分焼成し、厚み５００人
の配向膜を形成した。

次に、綿製ベルベットのラビングロールを回転させて基
板上のポリイミドをラビングし一軸配向処理を施した。

この２枚の基板をスペーサを介して約８０μｍの間隔に
はりあわせた後、この基板間に液晶を注入し、液晶装置
を完成した。この液晶材料としては、炭素数か７以上で
複数の側鎖を有した不斉炭素を持つ液晶組成物を含んで
いるものを使用した。またこの液晶材料は、ネマチック
相を通らない強誘電性液晶であり、相系列および転移温
度は以下に示す様なものであった。

第２図から第４図に示された本発明の液晶装置内の液晶
の配向状態について説明する。これらの図はいずれも、
液晶装置を偏光顕微鏡で観察した時の液晶分子の配向の
様子を示している。

第２図及び第３図は上下の２枚の基板に挟まれた液晶層
の内ＩＴＯ側に顕微鏡の焦点を合わせたときに得られた
像である。第２図（Ａ）はその時の液晶の配列状態の結
晶構造を示す顕微鏡写真であり、第２図（Ｂ）は第２図
（Ａ）を模式的に表した図である。

同図（Ａ）（Ｂ）において領域（８）及び（９）はそれ
ぞれ白黒の反転像であり、従来のクラークらの原理でい
う、２状態の安定な状態を示しているように観察される
。従来の液晶装置ではこの状態で偏光顕微鏡のステージ
を回転させると現在黒の状態に見える領域（８）か白に
なり、逆に白の領域（９）が黒となるはずである。

ところか、本発明によるところでは、このように、領域
（８）が白に領域（９）が黒になるようにステージを回
転させると第３図に見られるように完全に黒とはならず
、しかもグレーの領域（１０）の中に黒の領域（ｌ　ｌ
）かぼんやりと存在しているのか観察できる。

第３図（Ａ）はその時の液晶の配列状態の結晶構造を示
す顕微鏡写真であり、第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）を模
式的に表した図である。

次にこの状態でステージを回転することなく顕微鏡の焦
点を反対の基板側のポリイミド側（すなわち、一軸配向
処理を施した基板側）に合わせると黒の領域（１１）か
はっきりと観察される。

第４図（Ａ）はその時の液晶の配列状態の結晶構造を示
す顕微鏡写真であり、第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）を模
式的に表した図である。

このように、本発明の液晶セルにおいて、一軸配向処理
を施した基板側の液晶層とバルク及び非一軸配向処理基
板に接する液晶層とては、液晶の配向の様子か異なって
いることが分かった。

このような液晶セル中の液晶層に実際に電圧を加えて、
その様子を観察する。

電圧を印加すると、ポリイミド配向膜側に焦点を合わせ
た時に観察される像（１１）はあまり変化せず、ＩＴＯ
側に焦点を合わせた時に観察される像（８）、（９）か
ポリイミド側の像を覆い隠すように面積を変化させて広
がって反転をおこなっている。また、その応答も一軸配
向処理が施された基板に接する液晶層より、非一軸配向
処理側基板に接する液晶層及びバルクの液晶層の方か早
く応答する。

即ち、同じ基板内の液晶層に於いても異なった挙動を示
す部分が基板間の厚み方向に存在することが分かった。

さらに反転の際にこれらは異なったドメインを形成して
反転しており、全く独立し反転し、電気光学効果を示し
ていた。

こうした結果から一軸配向側液晶層（６）とバルク液晶
層（７）とは分離した挙動をしているとともに、一軸配
向膜は液晶の動きを抑制していることがわかった。

次に、このセルに液晶駆動用のパルスを印加し液晶セル
中の液晶のメモリー性について調べた。

その結果を第５図に示す。第５図の結果より電界（１２
）を切ったのちにも透過率はほとんど変化せず（１３）
、液晶分子は元の状態を維持することができた。また、
第６図に電流−電圧特性の結果を示した。２０ボルト、
５ヘルツの三角波を印加した際に得られた特性である。

強誘電性液晶の持つ自発分極は電界方向か変化した後に
現れ、かつゼロボルトを境に反転ピーク（１４）（１４
”）は対称な位置にある。これらの結果より、本発明の
強誘電性液晶装置はメモリー性を有しており、かつ電流
電圧特性か対称であるため液晶の分子反転特性か基板界
面の影響を受けていないと考えられる。

（実施例２） 実施例の１に示した液晶セルと同様の形態て基板間隔の
異なる５０μｍ及び１００μｍのセルを作成し検討した
。

上下基板配向層に伴う液晶の配向、およびバルクの配向
か観察された。

またパルス波形印加によりメモリー性を有することが認
められた。

（比較例１） 実施例１に示したことがらを一軸配向処理を両側の基板
に施した基板で作製した液晶セルで観察した。その結果
、第２図及び第３図に示すような領域（８）（９）の白
黒を伴うドメインは観察できなかった。

両側基板に一軸配向処理を施しているので、両側の基板
界面で液晶は一軸配向に動きを抑制されているためドメ
インか生じないと考えられる。

（効果） このようにして得られた本発明の強誘電性液晶装置にお
いては、配向層に規制される液晶相と規制されない液晶
相に分かれていることをみいだした。本装置は、セル厚
の大きなセルでもメモリー性を有しており、液晶シャッ
ターやデイスプレィ装置にも応用できると考えられる。

また、強誘電性液晶の有する自発分極と配向膜との間に
生じる複雑な関係をなくすことができ、駆動波形の非対
称性がなくなり経時変化もなくなった。その結果安定し
た特性を有する強誘電性液晶装置を開発することができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いた液晶光学装置の概略図を示す。 第２図（Ａ）は液晶の配列状態の結晶構造を示す顕微鏡
写真を示し。 第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）を模式的に表した図である
。 第３図（Ａ）は液晶の配列状態の結晶構造を示す顕微鏡
写真を示し。 第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）を模式的に表した図である
。 第４図（Ａ）は液晶の配列状態の結晶構造を示す顕微鏡
写真を示し。 第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）を模式的に表した図である
。 第５図はパルス電圧を印加したときの透過率の変化示す
。 第６図は電流−電圧特性を示す。 １、２ ３　・　・ ４　・　・ ６　・　・ ７　・　・ １４、 基板 透明導電膜 一軸配向膜 一軸配向面と接する液晶層 バルクの液晶層 自発分極の反転ピーク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一方に一軸配向処理を施した一対の基板間に強誘電
   性液晶材料混合物を有する強誘電性液晶装置において、
   前記強誘電性液晶には一軸配向処理した基板面に接する
   液晶層と、それ以外のバルクの液晶層とが存在し、外部
   より印加された電圧に対して前記各液晶層における液晶
   分子の反転挙動が異なることを特徴とする強誘電性液晶
   装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、バルクの液晶層の
   電圧応答性の方が、一軸配向処理面に接する液晶層の電
   圧応答性に比して速やかであることを特徴とする強誘電
   性液晶装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、一軸配向処理面に
   接する液晶層と、バルク及び非一軸配向処理面に接した
   液晶層とは、異なる反転ドメインを形成することを特徴
   とする強誘電性液晶装置。