JPH0553152A - 液晶素子 - Google Patents
液晶素子Info
- Publication number
- JPH0553152A JPH0553152A JP23576591A JP23576591A JPH0553152A JP H0553152 A JPH0553152 A JP H0553152A JP 23576591 A JP23576591 A JP 23576591A JP 23576591 A JP23576591 A JP 23576591A JP H0553152 A JPH0553152 A JP H0553152A
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- Japan
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- liquid crystal
- temperature
- equation
- chiral smectic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 応答速度の温度依存性を改善し、低温でも画
像表示のスピードが遅くならないようする。 【構成】 ２枚の対向した電極基板間にカイラルスメク
チック液晶層を保持してなる液晶素子において、カイラ
ルスメクチック液晶の４５℃における誘電率異方性Δε
（４５℃）と２０℃における誘電率異方性Δε（２０
℃）と間の関係が、Δε（４５℃）−Δε（２０℃）＜
０．７を満足するようにする。
像表示のスピードが遅くならないようする。 【構成】 ２枚の対向した電極基板間にカイラルスメク
チック液晶層を保持してなる液晶素子において、カイラ
ルスメクチック液晶の４５℃における誘電率異方性Δε
（４５℃）と２０℃における誘電率異方性Δε（２０
℃）と間の関係が、Δε（４５℃）−Δε（２０℃）＜
０．７を満足するようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子や液晶光
シャッタ等で用いる液晶素子、特に強誘電性液晶素子に
関し、詳しくは、液晶の誘電率異方性について数値規定
することにより、温度特性を改善した液晶素子に関する
ものである。
シャッタ等で用いる液晶素子、特に強誘電性液晶素子に
関し、詳しくは、液晶の誘電率異方性について数値規定
することにより、温度特性を改善した液晶素子に関する
ものである。
【０００２】
【従来技術】強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用し
て偏光素子との組み合わせにより透過光線を制御する型
の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガーウオル
（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭
５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４
号明細書等）。この強誘電性液晶は、一般に特定の温度
域において、非らせん構造のカイラルスメクチックＣ相
（ＳｍＣ* ）又はＨ相（ＳｍＨ* ）を有し、この状態に
おいて、加えられる電界に応答して第１の光学的安定状
態と第２の光学的安定状態のいずれかを取り、且つ電界
の印加のないときはその状態を維持する性質、すなわち
双安定性を有し、また電界の変化に対する応答も速やか
であり、高速ならびに記憶型の表示素子用としての広い
利用が期待され、特にその機能から大画面で高精細なデ
ィスプレーへの応用が期待されている。
て偏光素子との組み合わせにより透過光線を制御する型
の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガーウオル
（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭
５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４
号明細書等）。この強誘電性液晶は、一般に特定の温度
域において、非らせん構造のカイラルスメクチックＣ相
（ＳｍＣ* ）又はＨ相（ＳｍＨ* ）を有し、この状態に
おいて、加えられる電界に応答して第１の光学的安定状
態と第２の光学的安定状態のいずれかを取り、且つ電界
の印加のないときはその状態を維持する性質、すなわち
双安定性を有し、また電界の変化に対する応答も速やか
であり、高速ならびに記憶型の表示素子用としての広い
利用が期待され、特にその機能から大画面で高精細なデ
ィスプレーへの応用が期待されている。
【０００３】このような双安定状態が付与されたカイラ
ルスメクチック液晶素子は、一般的に、液晶層が２μｍ
以下の極めて薄い膜厚で形成され、実用上、−１０〜５
０℃の広い温度範囲で画像出しが可能であることが必要
である。
ルスメクチック液晶素子は、一般的に、液晶層が２μｍ
以下の極めて薄い膜厚で形成され、実用上、−１０〜５
０℃の広い温度範囲で画像出しが可能であることが必要
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、カイラルスメクチック液晶は、低温になるにつれて
粘性係数ηが大きくなり、そのために、液晶に電界を印
加した際の応答速度τが遅くなってしまうという問題が
ある。このために、低温側では、大画面で高精細なディ
スプレーでの画像表示のスピードが遅くなってしまうこ
とになる。
に、カイラルスメクチック液晶は、低温になるにつれて
粘性係数ηが大きくなり、そのために、液晶に電界を印
加した際の応答速度τが遅くなってしまうという問題が
ある。このために、低温側では、大画面で高精細なディ
スプレーでの画像表示のスピードが遅くなってしまうこ
とになる。
【０００５】したがって、本発明の目的は、液晶素子に
おいて、このような問題点を解決し特にカイラルスメク
チック液晶を用いた液晶素子における応答速度の温度依
存性を改善し、画像表示のスピードが遅くならないよう
することにある。
おいて、このような問題点を解決し特にカイラルスメク
チック液晶を用いた液晶素子における応答速度の温度依
存性を改善し、画像表示のスピードが遅くならないよう
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、２枚の対向した電極基板間にカイラルスメ
クチック液晶層を保持してなる液晶素子において、カイ
ラルスメクチック液晶の４５℃における誘電率異方性Δ
ε（４５℃）と２０℃における誘電率異方性Δε（２０
℃）とは、下記数２式を満足するようにしている。
本発明では、２枚の対向した電極基板間にカイラルスメ
クチック液晶層を保持してなる液晶素子において、カイ
ラルスメクチック液晶の４５℃における誘電率異方性Δ
ε（４５℃）と２０℃における誘電率異方性Δε（２０
℃）とは、下記数２式を満足するようにしている。
【０００７】
【数２】
【０００８】
【作用】通常、カイラルスメクチック液晶の電界印加時
の応答速度τは、印加される電圧をＥ、粘性係数をη、
自発分極をＰS とすれば、下記数３式で表される。
の応答速度τは、印加される電圧をＥ、粘性係数をη、
自発分極をＰS とすれば、下記数３式で表される。
【０００９】
【数３】 この数３式は、自発分極トルクと粘性トルクという２つ
のトルクのバランスの条件から容易に導出される（例え
ば、岡野、小林、共編、「液晶」、培風館、１５３ペー
ジ参照）。数３式から、応答速度τの温度特性を改善す
るためには、低温での粘性を小さくすること、および、
低温での自発分極ＰS を大きくすることが必要である。
自発分極ＰS は、低温では大きくなるという性質がある
ため、粘性係数ηを低温で小さくするすることが必須で
ある。ところが、通常、粘性係数ηは、低温でかなり大
きくなるため、粘性係数ηを小さくすることは容易では
ない。
のトルクのバランスの条件から容易に導出される（例え
ば、岡野、小林、共編、「液晶」、培風館、１５３ペー
ジ参照）。数３式から、応答速度τの温度特性を改善す
るためには、低温での粘性を小さくすること、および、
低温での自発分極ＰS を大きくすることが必要である。
自発分極ＰS は、低温では大きくなるという性質がある
ため、粘性係数ηを低温で小さくするすることが必須で
ある。ところが、通常、粘性係数ηは、低温でかなり大
きくなるため、粘性係数ηを小さくすることは容易では
ない。
【００１０】そこで、本発明者らは、粘性以外に応答速
度の温度依存特性を改善できる物性値が他にないかどう
かを検討したところ、誘電率異方性Δεの温度特性を改
善すれば、応答速度の改善に効果があることを発見し
た。以下、これについて説明する。
度の温度依存特性を改善できる物性値が他にないかどう
かを検討したところ、誘電率異方性Δεの温度特性を改
善すれば、応答速度の改善に効果があることを発見し
た。以下、これについて説明する。
【００１１】前記数３式は、自発分極トルクと粘性トル
クという２つのトルクバランスの条件から導出された
が、本発明者らはさらに誘電率異方性トルクも加えて計
算と考察を行い、上記３つのトルクバランスの条件より
容易に、下記数４式を得た。
クという２つのトルクバランスの条件から導出された
が、本発明者らはさらに誘電率異方性トルクも加えて計
算と考察を行い、上記３つのトルクバランスの条件より
容易に、下記数４式を得た。
【００１２】
【数４】 ここで、ε0 は真空の誘電率、Δεは誘電率異方性の大
きさ、Θはカイラルスメクチック液晶のコーン角であ
る。従来は、数３式を用いて自発分極ＰS と応答速度τ
を実験的に求めて粘性係数ηを算出していたが、Δεを
も考慮する場合は数４式を用いて、粘性係数ηを算出す
べきである。
きさ、Θはカイラルスメクチック液晶のコーン角であ
る。従来は、数３式を用いて自発分極ＰS と応答速度τ
を実験的に求めて粘性係数ηを算出していたが、Δεを
も考慮する場合は数４式を用いて、粘性係数ηを算出す
べきである。
【００１３】ＰS Ｅ≫ε0 ΔεＥ2 ｓｉｎ2 Θが成立す
ると数４式は数３式に帰着するが、Δε、Ｅ、Θの値に
よっては成立しないこともあり得る。そこで、本発明者
らはより正確な数４式を用いて考察を進めた。
ると数４式は数３式に帰着するが、Δε、Ｅ、Θの値に
よっては成立しないこともあり得る。そこで、本発明者
らはより正確な数４式を用いて考察を進めた。
【００１４】応答速度の温度依存性の指標として、高温
と低温での２点の温度を、それぞれＴ2 、Ｔ1 としたと
きの応答速度の比τ（Ｔ1 ）／τ（Ｔ2 ）を用いると、
数４式より、下記数５式を得る。
と低温での２点の温度を、それぞれＴ2 、Ｔ1 としたと
きの応答速度の比τ（Ｔ1 ）／τ（Ｔ2 ）を用いると、
数４式より、下記数５式を得る。
【００１５】
【数５】 そこで、誘電率異方性Δεに注目して、応答速度τの温
度特性を改善するという目的をもって以下のような考察
がなされた。
度特性を改善するという目的をもって以下のような考察
がなされた。
【００１６】数５式の左辺の値を小さくするためには、
上述のように、まず粘性係数ηを低温でも小さくするこ
とが必要であるが、これは容易ではない。
上述のように、まず粘性係数ηを低温でも小さくするこ
とが必要であるが、これは容易ではない。
【００１７】次に、自発分極ＰS は低温で大きくなるの
で、応答速度τの温度特性改善には有利に作用する。コ
ーン角Θも低温で大きくなるので、自発分極ＰS と同様
な効果を有すると一応は考えられるが、その際、誘電率
異方性Δεの符号が問題になってくる。一般に、誘電率
異方性Δεの大きさは、温度依存性があり、温度の値に
よっては、符号が変わることもあり得るからでる。この
ことの定式化は「Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ著
“Ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌ”、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｐｒｅｓｓ、５９ページ」で
行われている。つまり、誘電率異方性Δεは、液晶分子
の長軸方向の比誘電率および液晶分子の長軸に垂直な方
向の比誘電率を用いれば、下記数６式で表されるが、多
くのカイラルスメクチック液晶について長軸方向の比誘
電率と長軸に垂直な方向の比誘電率の温度特性を測定し
たところ、長軸方向の比誘電率は、温度低下とともに小
さくなるのに対して、長軸に垂直な方向の比誘電率は、
温度依存性があまりないことが判明した。
で、応答速度τの温度特性改善には有利に作用する。コ
ーン角Θも低温で大きくなるので、自発分極ＰS と同様
な効果を有すると一応は考えられるが、その際、誘電率
異方性Δεの符号が問題になってくる。一般に、誘電率
異方性Δεの大きさは、温度依存性があり、温度の値に
よっては、符号が変わることもあり得るからでる。この
ことの定式化は「Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ著
“Ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌ”、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｐｒｅｓｓ、５９ページ」で
行われている。つまり、誘電率異方性Δεは、液晶分子
の長軸方向の比誘電率および液晶分子の長軸に垂直な方
向の比誘電率を用いれば、下記数６式で表されるが、多
くのカイラルスメクチック液晶について長軸方向の比誘
電率と長軸に垂直な方向の比誘電率の温度特性を測定し
たところ、長軸方向の比誘電率は、温度低下とともに小
さくなるのに対して、長軸に垂直な方向の比誘電率は、
温度依存性があまりないことが判明した。
【００１８】
【数６】 このことにより、多くのカイラルスメクチック液晶で
は、高温側でΔε(T2)＞０、低温側でΔε(T1)＜０とな
る。この場合、数５式の右辺は、分子が大きくなり、分
母が小さくなるので、右辺全体として大きくなり、応答
速度τの温度特性は悪くなるという作用を及ぼすので、
誘電率異方性Δεの温度変化は、あまり大きくすべきで
ないという結論を得る。もし、高温側のΔε(T2)も低温
側のΔε(T1)も共に負の場合は、Δε(T1)＜Δε(T2)＜
０となるので、数５式の右辺はかなり小さくなって温度
特性改善にはかなり有効である。
は、高温側でΔε(T2)＞０、低温側でΔε(T1)＜０とな
る。この場合、数５式の右辺は、分子が大きくなり、分
母が小さくなるので、右辺全体として大きくなり、応答
速度τの温度特性は悪くなるという作用を及ぼすので、
誘電率異方性Δεの温度変化は、あまり大きくすべきで
ないという結論を得る。もし、高温側のΔε(T2)も低温
側のΔε(T1)も共に負の場合は、Δε(T1)＜Δε(T2)＜
０となるので、数５式の右辺はかなり小さくなって温度
特性改善にはかなり有効である。
【００１９】そして以上の結果をふまえて、さらに検討
を進めた結果、高温側の温度Ｔ2 を４５℃、低温側の温
度Ｔ1 を２０℃としたとき、下記数７式を満足するとき
に限って、応答速度τの温度特性を飛躍的に改善できる
ことが発見された。
を進めた結果、高温側の温度Ｔ2 を４５℃、低温側の温
度Ｔ1 を２０℃としたとき、下記数７式を満足するとき
に限って、応答速度τの温度特性を飛躍的に改善できる
ことが発見された。
【００２０】
【数７】
【００２１】
【実施例】以下、本発明を実施例に従って具体的に説明
する。２枚の０．７ｍｍ厚のガラス板を用意し、それぞ
れのガラス板上にＩＴＯ膜を形成することにより、電圧
印加用の電極を作成し、さらにこの上にＳｉＯ2 を蒸着
させて絶縁層を形成した。さらにこの上に、シランカッ
プリング剤（信越化学（株）製ＫＢＭ−６０２）０．２
％イソプロピルアルコール溶液を回転数２０００ｒ．
ｐ．ｍ．のスピンナーで１５秒間塗布し、表面処理を施
した。この後、１２０℃にて２０分間加熱乾燥処理を施
した。
する。２枚の０．７ｍｍ厚のガラス板を用意し、それぞ
れのガラス板上にＩＴＯ膜を形成することにより、電圧
印加用の電極を作成し、さらにこの上にＳｉＯ2 を蒸着
させて絶縁層を形成した。さらにこの上に、シランカッ
プリング剤（信越化学（株）製ＫＢＭ−６０２）０．２
％イソプロピルアルコール溶液を回転数２０００ｒ．
ｐ．ｍ．のスピンナーで１５秒間塗布し、表面処理を施
した。この後、１２０℃にて２０分間加熱乾燥処理を施
した。
【００２２】さらに表面処理を行ったこのＩＴＯ膜付き
のガラス板上に、ポリイミド樹脂前駆体（東レ（株）Ｓ
Ｐ−５１０）１．５％ジメチルアセトアミド溶液を回転
数２０００ｒ．ｐ．ｍ．のスピンナーで１５秒間塗布し
た。この成膜後、６０分間、３００℃で加熱縮合焼成処
理を施した。このときの塗膜の膜厚は、約２５０Åであ
った。
のガラス板上に、ポリイミド樹脂前駆体（東レ（株）Ｓ
Ｐ−５１０）１．５％ジメチルアセトアミド溶液を回転
数２０００ｒ．ｐ．ｍ．のスピンナーで１５秒間塗布し
た。この成膜後、６０分間、３００℃で加熱縮合焼成処
理を施した。このときの塗膜の膜厚は、約２５０Åであ
った。
【００２３】次に、この焼成後の被膜に、アセテート植
毛布によるラビング処理を行い、その後、イソプロピル
アルコール液で洗浄し、平均粒径２μｍのシリカビーズ
を一方のガラス板上に散布し、それぞれのラビング処理
軸が互いに平行となるように接着シール剤（リクソンボ
ンド；チッソ（株）製）を用いてガラス板を貼り合わ
せ、６０分間、１００℃にて加熱乾燥し、セルを作成し
た。このセルのセル厚をベレック位相板によって測定し
たところ、約２μｍであった。
毛布によるラビング処理を行い、その後、イソプロピル
アルコール液で洗浄し、平均粒径２μｍのシリカビーズ
を一方のガラス板上に散布し、それぞれのラビング処理
軸が互いに平行となるように接着シール剤（リクソンボ
ンド；チッソ（株）製）を用いてガラス板を貼り合わ
せ、６０分間、１００℃にて加熱乾燥し、セルを作成し
た。このセルのセル厚をベレック位相板によって測定し
たところ、約２μｍであった。
【００２４】このセルにフェニルピリミジンを主成分と
する液晶組成物Ａ〜Ｈを等方性液体状態で注入し、等方
相から２０℃／ｈで２５℃まで徐冷することにより、強
誘電性液晶素子を作成した。
する液晶組成物Ａ〜Ｈを等方性液体状態で注入し、等方
相から２０℃／ｈで２５℃まで徐冷することにより、強
誘電性液晶素子を作成した。
【００２５】この強誘電性液晶素子を使ってピーク・ト
ウ・ピーク電圧Ｖｐｐ＝１６Ｖの電圧印加により直交ニ
コル下での光学的な応答（透過光量変化０〜９０％）を
検知して応答速度τを測定した。
ウ・ピーク電圧Ｖｐｐ＝１６Ｖの電圧印加により直交ニ
コル下での光学的な応答（透過光量変化０〜９０％）を
検知して応答速度τを測定した。
【００２６】次に、以下のようにして誘電率の測定を行
った。すなわち、まず、ガラス板上にＩＴＯ膜を形成
し、その上にポリイミド配向膜（東レ（株）製ＬＰ−６
４）を５０Åで形成し、ラビング処理により水平配向セ
ルを形成した。一方、ポリイミドの代わりにカップリン
グ剤（チッソ（株）製ＯＤＳ−Ｅ）を用いて垂直配向セ
ルを形成した。
った。すなわち、まず、ガラス板上にＩＴＯ膜を形成
し、その上にポリイミド配向膜（東レ（株）製ＬＰ−６
４）を５０Åで形成し、ラビング処理により水平配向セ
ルを形成した。一方、ポリイミドの代わりにカップリン
グ剤（チッソ（株）製ＯＤＳ−Ｅ）を用いて垂直配向セ
ルを形成した。
【００２７】これら２つのセルにそれぞれ上記の強誘電
性液晶を注入し、水平配向セルを用いて液晶分子の長軸
方向の比誘電率を測定し、垂直配向セルを用いて液晶分
子の長軸に垂直な方向の比誘電率を測定した。この測定
は、ＹＨＰ社のＬＣＲメーター４１９２Ａを用い、０．
５Ｖｓｉｎ波、２０ｋＨｚの条件で行った。
性液晶を注入し、水平配向セルを用いて液晶分子の長軸
方向の比誘電率を測定し、垂直配向セルを用いて液晶分
子の長軸に垂直な方向の比誘電率を測定した。この測定
は、ＹＨＰ社のＬＣＲメーター４１９２Ａを用い、０．
５Ｖｓｉｎ波、２０ｋＨｚの条件で行った。
【００２８】以上のようにして、液晶Ａ〜Ｅについて、
それぞれ、高温側の温度Ｔ2 を４５℃、低温側の温度Ｔ
1 を２０℃として、応答速度τ［μｓｅｃ］、および誘
電率異方性Δεの測定を行った結果を、表１に示す。
それぞれ、高温側の温度Ｔ2 を４５℃、低温側の温度Ｔ
1 を２０℃として、応答速度τ［μｓｅｃ］、および誘
電率異方性Δεの測定を行った結果を、表１に示す。
【００２９】
【表１】 この結果から、実施例１〜６の液晶化合物Ａ〜Ｆの場合
のように、Δε（４５℃）−Δε（２０℃）の値が０．
７より小さければ、応答速度τの温度特性の指標である
τ（２０℃）／τ（４５℃）の値が小さくなることがわ
かる。一方、比較例１および２の液晶化合物ＧおよびＨ
の場合のように、Δε（４５℃）−Δε（２０℃）の値
が０．７以上であると、温度特性が急激に悪化してい
る。
のように、Δε（４５℃）−Δε（２０℃）の値が０．
７より小さければ、応答速度τの温度特性の指標である
τ（２０℃）／τ（４５℃）の値が小さくなることがわ
かる。一方、比較例１および２の液晶化合物ＧおよびＨ
の場合のように、Δε（４５℃）−Δε（２０℃）の値
が０．７以上であると、温度特性が急激に悪化してい
る。
【００３０】以上から、誘電率異方性の温度変化をある
一定値以下にすれば、応答速度の温度依存性を大きく改
善した液晶素子を得ることができることがわかる。
一定値以下にすれば、応答速度の温度依存性を大きく改
善した液晶素子を得ることができることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、カ
イラルスメクチック液晶の４５℃における誘電率異方性
Δε（４５℃）と２０℃における誘電率異方性Δε（２
０℃）との差、Δε（４５℃）−Δε（２０℃）の値が
０．７より小さくなるようにしたため、応答速度の温度
依存性を改善し、低温でも画像表示のスピードが遅くな
らないようすることができる。
イラルスメクチック液晶の４５℃における誘電率異方性
Δε（４５℃）と２０℃における誘電率異方性Δε（２
０℃）との差、Δε（４５℃）−Δε（２０℃）の値が
０．７より小さくなるようにしたため、応答速度の温度
依存性を改善し、低温でも画像表示のスピードが遅くな
らないようすることができる。
Claims (1)
- 【請求項１】 ２枚の対向した電極基板間にカイラルス
メクチック液晶層を保持してなる液晶素子において、カ
イラルスメクチック液晶の４５℃における誘電率異方性
Δε（４５℃）と２０℃における誘電率異方性Δε（２
０℃）とは、下記数１式を満足することを特徴とする液
晶素子。 【数１】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23576591A JPH0553152A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 液晶素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23576591A JPH0553152A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 液晶素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0553152A true JPH0553152A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=16990907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23576591A Pending JPH0553152A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 液晶素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0553152A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013088758A (ja) * | 2011-10-21 | 2013-05-13 | Japan Display Central Co Ltd | 液晶表示装置 |
-
1991
- 1991-08-23 JP JP23576591A patent/JPH0553152A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013088758A (ja) * | 2011-10-21 | 2013-05-13 | Japan Display Central Co Ltd | 液晶表示装置 |
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