JPH0730320B2 - 強誘電性液晶組成物とそれを用いた電気光学素子の駆動方法 - Google Patents
強誘電性液晶組成物とそれを用いた電気光学素子の駆動方法Info
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- JPH0730320B2 JPH0730320B2 JP61082314A JP8231486A JPH0730320B2 JP H0730320 B2 JPH0730320 B2 JP H0730320B2 JP 61082314 A JP61082314 A JP 61082314A JP 8231486 A JP8231486 A JP 8231486A JP H0730320 B2 JPH0730320 B2 JP H0730320B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、マトリックス表示装置及びプリンター用光シ
ャッター等に用いる強誘電性を示す強誘電性液晶組成物
とそれを用いた液晶電気光学素子の駆動方法に関するも
のである。
ャッター等に用いる強誘電性を示す強誘電性液晶組成物
とそれを用いた液晶電気光学素子の駆動方法に関するも
のである。
[従来の技術] 強誘電性液晶を用いた電気光学素子はその応答が従来の
液晶を用いた電気光学素子に比較して10〜1000倍速く、
高速光シャッター装置への応用が期待され、また電界に
対して双安定性をもたせることも可能であることによ
り、大型かつ高密度の表示装置への応用が期待されてい
る。
液晶を用いた電気光学素子に比較して10〜1000倍速く、
高速光シャッター装置への応用が期待され、また電界に
対して双安定性をもたせることも可能であることによ
り、大型かつ高密度の表示装置への応用が期待されてい
る。
複数の走査電極群を有する基板と複数の信号電極群を有
する基板との間に、強誘電性液晶を挟持し、その双安定
性を利用した電気光学素子に関しては、既に使用する液
晶組成物や電気光学素子の構成及びその駆動方法につい
ていくつかの提案がなされている。(例えば特開昭60−
33535号) 強誘電性液晶は双安定な2つの状態において一方から他
方へ移る際のエネルギー障壁が非常に小さく、従来のネ
マチック液晶等を比較して極めて高速応答性を示す反
面、明確なしきい値特性が得られにくい欠点を有する。
すなわち、その画素の走査電極が選択されない場合に、
他の画素を書き込む際の信号電極の電圧が印加される。
いわゆるクロストーク電圧によって第4図に示すように
本来保持すべき状態Aから他方の状態Bへ変化したり、
また状態Aから状態A′へ変化してそのチルト角が減少
するために、コントラストが低下する現象がみられる。
このような強誘電性液晶を用いた電気光学素子の欠点を
改善し、その双安定性を高めて高コントラストを得るた
めに駆動方法の面からいくつかの提案がなされている。
する基板との間に、強誘電性液晶を挟持し、その双安定
性を利用した電気光学素子に関しては、既に使用する液
晶組成物や電気光学素子の構成及びその駆動方法につい
ていくつかの提案がなされている。(例えば特開昭60−
33535号) 強誘電性液晶は双安定な2つの状態において一方から他
方へ移る際のエネルギー障壁が非常に小さく、従来のネ
マチック液晶等を比較して極めて高速応答性を示す反
面、明確なしきい値特性が得られにくい欠点を有する。
すなわち、その画素の走査電極が選択されない場合に、
他の画素を書き込む際の信号電極の電圧が印加される。
いわゆるクロストーク電圧によって第4図に示すように
本来保持すべき状態Aから他方の状態Bへ変化したり、
また状態Aから状態A′へ変化してそのチルト角が減少
するために、コントラストが低下する現象がみられる。
このような強誘電性液晶を用いた電気光学素子の欠点を
改善し、その双安定性を高めて高コントラストを得るた
めに駆動方法の面からいくつかの提案がなされている。
従来の強誘電性液晶電気光学素子の駆動方法は一画素に
印加される電界の積分値をとるとその直流成分が0でな
く表示パターンによって大きく異なることにより、次の
問題点を生じる。第1に、電極及び液晶材料が直流電界
によって酸化もしくは還元されることで信頼性が低下す
る。第2に液晶分子を一方向に配向させるための配向制
御膜が絶縁膜である場合、その表面に液晶中のイオン等
の荷電粒子が吸着されるため、液晶層に実効的に印加さ
れる電圧が直流電界によって次第に異なってくること
で、そのしきい値特性に大きな変化をもたらし、双安定
性を損なう問題点があった。
印加される電界の積分値をとるとその直流成分が0でな
く表示パターンによって大きく異なることにより、次の
問題点を生じる。第1に、電極及び液晶材料が直流電界
によって酸化もしくは還元されることで信頼性が低下す
る。第2に液晶分子を一方向に配向させるための配向制
御膜が絶縁膜である場合、その表面に液晶中のイオン等
の荷電粒子が吸着されるため、液晶層に実効的に印加さ
れる電圧が直流電界によって次第に異なってくること
で、そのしきい値特性に大きな変化をもたらし、双安定
性を損なう問題点があった。
この直流成分をなくす駆動方法としてはセイコー電子社
出願の特開昭60−123825号、キャノン社出願の特開昭和
60−203920号、特開昭60−156046号、特開昭60−201325
号などの多数あるが、これらの駆動方法では、非選択状
態におけるクロストーク電圧により、本来保持されるべ
き光強度が影響を受け、点灯状態、非点灯状態における
充分なコントラストがとれないという問題点があった。
出願の特開昭60−123825号、キャノン社出願の特開昭和
60−203920号、特開昭60−156046号、特開昭60−201325
号などの多数あるが、これらの駆動方法では、非選択状
態におけるクロストーク電圧により、本来保持されるべ
き光強度が影響を受け、点灯状態、非点灯状態における
充分なコントラストがとれないという問題点があった。
この問題点を解決する方法として負の誘電異方性を有す
る液晶を使って高周波信号を重畳した波形で駆動する方
法(特願昭60−219110号)が提案されている。この方法
では重畳した高周波信号と液晶分子の負の誘電異方性と
の相互作用によって、強誘電性液晶の双安全性が非選択
時のクロストーク電圧によって損なわれるのを防ぎ、高
いコントラストを得ることに成功している。しかし、こ
の方法は、駆動回路が複雑であり、高周波信号の印加に
より電流値が増加する欠点を有していた。
る液晶を使って高周波信号を重畳した波形で駆動する方
法(特願昭60−219110号)が提案されている。この方法
では重畳した高周波信号と液晶分子の負の誘電異方性と
の相互作用によって、強誘電性液晶の双安全性が非選択
時のクロストーク電圧によって損なわれるのを防ぎ、高
いコントラストを得ることに成功している。しかし、こ
の方法は、駆動回路が複雑であり、高周波信号の印加に
より電流値が増加する欠点を有していた。
このため、高周波信号を使わない駆動方法で高コントラ
ストが得られれば1)駆動回路の構成を単純化できる
2)駆動時にセル内を流れる電流値を抑制でき、省エネ
ルギーが可能であるなど、種々実用上の利点があり、高
周波信号を重畳しない駆動方法の採用が望まれていた。
ストが得られれば1)駆動回路の構成を単純化できる
2)駆動時にセル内を流れる電流値を抑制でき、省エネ
ルギーが可能であるなど、種々実用上の利点があり、高
周波信号を重畳しない駆動方法の採用が望まれていた。
[発明の解決しようとする問題点] 従来の強誘電性液晶とそれを用いる電気光学素子には、
非選択時にも充分な双安定性があり、高周波信号を重畳
しない駆動方法でも高いコントラストが得られるものは
なく、素子の大型化、高密度化はできないという問題点
があった。
非選択時にも充分な双安定性があり、高周波信号を重畳
しない駆動方法でも高いコントラストが得られるものは
なく、素子の大型化、高密度化はできないという問題点
があった。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたもので、
誘電異方性が−1〜−6であり、その自発分極の値が5
〜70であることを特徴とする強誘電性液晶組成物及び強
誘電性液晶組成物を一対の電極が設けられた基板間に挟
持し、該液晶層の外側の少なくとも一方に偏光板を配置
した電気光学素子の駆動方法において、強誘電性液晶組
成物として誘電異方性が−1〜−6であり、その自発分
極の値が5〜70である組成物を使用し、交流駆動するこ
とを特徴とする電気光学素子の駆動方法を提供するもの
である。
誘電異方性が−1〜−6であり、その自発分極の値が5
〜70であることを特徴とする強誘電性液晶組成物及び強
誘電性液晶組成物を一対の電極が設けられた基板間に挟
持し、該液晶層の外側の少なくとも一方に偏光板を配置
した電気光学素子の駆動方法において、強誘電性液晶組
成物として誘電異方性が−1〜−6であり、その自発分
極の値が5〜70である組成物を使用し、交流駆動するこ
とを特徴とする電気光学素子の駆動方法を提供するもの
である。
第1図は、本発明で駆動する強誘電性液晶電気光学素子
の断面図である。2枚の透明基板(1a)、(1b)の表面
に、それぞれ透明な導電膜(2a)、(2b)と配向制御膜
(3a)、(3b)を形成する。導電膜(2a)、(2b)は、
基板間に保持された液晶層(4)に電界を印加するため
の電極であり、夫々走査電極群と信号電極群を構成し、
電気光学的応答を生じさせる目的で設けられているもの
で、In2O3か、SnO2等からなり、所定のパターンに形成
されている。
の断面図である。2枚の透明基板(1a)、(1b)の表面
に、それぞれ透明な導電膜(2a)、(2b)と配向制御膜
(3a)、(3b)を形成する。導電膜(2a)、(2b)は、
基板間に保持された液晶層(4)に電界を印加するため
の電極であり、夫々走査電極群と信号電極群を構成し、
電気光学的応答を生じさせる目的で設けられているもの
で、In2O3か、SnO2等からなり、所定のパターンに形成
されている。
配向制御膜(3a)、(3b)は、液晶を水平配向させるも
のであり、代表的なものとしては、有機高分子膜、特に
ポリイミド系高分子膜を形成し、布で一定方向にラビン
グしたものが好ましいが、その他、ポリアミド系高分子
膜、ポリイシドアミド系高分子膜、ポリパラキシリレン
等の高分子膜をラビングしたもの及びSiO2等の斜め蒸着
膜も有効でありまたオーバーコート膜を形成せずに、直
接、導電膜(2a)、(2b)をラビングして配向制御膜を
形成してもよい。
のであり、代表的なものとしては、有機高分子膜、特に
ポリイミド系高分子膜を形成し、布で一定方向にラビン
グしたものが好ましいが、その他、ポリアミド系高分子
膜、ポリイシドアミド系高分子膜、ポリパラキシリレン
等の高分子膜をラビングしたもの及びSiO2等の斜め蒸着
膜も有効でありまたオーバーコート膜を形成せずに、直
接、導電膜(2a)、(2b)をラビングして配向制御膜を
形成してもよい。
このような配向処理を行ったのち、該基板が平行、かつ
一定の間隔で保持されるように、スペーサー、例えば、
有機ビーズ、アルミナ粒子をはさみ、シール剤(5)で
周囲を固定し、セルとする。この際、2枚の基板の配向
制御方向は、お互いに平行になるようにする。
一定の間隔で保持されるように、スペーサー、例えば、
有機ビーズ、アルミナ粒子をはさみ、シール剤(5)で
周囲を固定し、セルとする。この際、2枚の基板の配向
制御方向は、お互いに平行になるようにする。
その後、強誘電性液晶組成物をコレステリック相、ある
いは等方相まで加熱し、セルに注入した後、封止する。
セルの外側に2枚の偏光板(6a)、(6b)をその偏光板
がお互いに直交し、かつ基板の配向制御方向と一定角度
をなすように配置する。この角度は、液晶材料、装置の
動作温度、駆動方法等によって変わり最もコントラスト
特性等のよい角度を選べばよく、また場合によっては2
枚の偏光板の偏光軸を直交からずらして配置する場合も
ある。
いは等方相まで加熱し、セルに注入した後、封止する。
セルの外側に2枚の偏光板(6a)、(6b)をその偏光板
がお互いに直交し、かつ基板の配向制御方向と一定角度
をなすように配置する。この角度は、液晶材料、装置の
動作温度、駆動方法等によって変わり最もコントラスト
特性等のよい角度を選べばよく、また場合によっては2
枚の偏光板の偏光軸を直交からずらして配置する場合も
ある。
基板(1b)側に光源(7)を置き、反対側へ光が透過す
るようにする。なお、反射型で用いる場合には、偏光板
(6b)の外側に反射板を設ければよい。
るようにする。なお、反射型で用いる場合には、偏光板
(6b)の外側に反射板を設ければよい。
第2図は、導電膜(2a)及び(2b)のパターン例を示
し、ドットマトリックス表示素子等に使われるものであ
る。一方の基板には、横方向の縞状の走査電極群C1〜Cn
がパターニングされ、他方の基板には、縦方向の縞状の
信号電極群S1〜Smがパターニングされている。2組の電
極群の交差点A11〜Amnが画素となる。走査電極群のうち
一つの走査電極群Ciを後述の方法で選択を行ない、その
際に信号電極群S1〜Smに印加する信号によって、画素Ai
1〜Aimを書き込み、その後Ci+1を選択し、これを繰り
返すことで全画素の書き込みを行う。
し、ドットマトリックス表示素子等に使われるものであ
る。一方の基板には、横方向の縞状の走査電極群C1〜Cn
がパターニングされ、他方の基板には、縦方向の縞状の
信号電極群S1〜Smがパターニングされている。2組の電
極群の交差点A11〜Amnが画素となる。走査電極群のうち
一つの走査電極群Ciを後述の方法で選択を行ない、その
際に信号電極群S1〜Smに印加する信号によって、画素Ai
1〜Aimを書き込み、その後Ci+1を選択し、これを繰り
返すことで全画素の書き込みを行う。
第3図は、導電膜(2a)及び(2b)の他のパターン例を
示しプリンターヘッド用光シャッター素子として使われ
る。この例では1/4デューティで駆動される場合のパタ
ーン例を示している。A11〜A4mは開口部を示し、これ以
外の部分は遮光膜を形成し用いる。
示しプリンターヘッド用光シャッター素子として使われ
る。この例では1/4デューティで駆動される場合のパタ
ーン例を示している。A11〜A4mは開口部を示し、これ以
外の部分は遮光膜を形成し用いる。
次に本発明の強誘電性液晶組成物とそれを用いる電気光
学素子の有用性を具体的に説明する。
学素子の有用性を具体的に説明する。
第4図は、しきい値電圧以上の直流電圧を印加した時に
電界の極性で決まる該液晶の2つの双安定状態(A,B)
とそのチルト角θ(スタティックチルト角と表わす)及
びしきい値電圧以下のいわゆるクロストーク電圧を印加
した時に得られる該液晶の2つの双安定状態(A′,
B′)とそのチルト角θ′(ダイナミックチルト角と表
わす)を示したものである。両方のチルト角の間にはθ
>θ′の関係があり、強誘電性液晶を用いる電気光学素
子のコントラストはダイナミックチルト角θ′によって
決まる。クロスニコル条件下、θ′=22.5゜の時、明る
くコントラスト最大の表示が得られるが、一般にθ′=
5〜10゜とせまいため、これがコントラストの低下を招
く原因となっている。
電界の極性で決まる該液晶の2つの双安定状態(A,B)
とそのチルト角θ(スタティックチルト角と表わす)及
びしきい値電圧以下のいわゆるクロストーク電圧を印加
した時に得られる該液晶の2つの双安定状態(A′,
B′)とそのチルト角θ′(ダイナミックチルト角と表
わす)を示したものである。両方のチルト角の間にはθ
>θ′の関係があり、強誘電性液晶を用いる電気光学素
子のコントラストはダイナミックチルト角θ′によって
決まる。クロスニコル条件下、θ′=22.5゜の時、明る
くコントラスト最大の表示が得られるが、一般にθ′=
5〜10゜とせまいため、これがコントラストの低下を招
く原因となっている。
従って、駆動時のダイナミックチルト角θ′をθ′>10
゜好ましくはθ′≒22.5゜とすることによりコントラス
トを増加させることが可能となる。前述した特願昭60−
219110号に記載されている方法は非選択特に印加される
高周波信号によりダイナミックチルト角θ′を拡大する
ものであり、駆動波形の工夫によりコントラスト向上を
めざしたものである。
゜好ましくはθ′≒22.5゜とすることによりコントラス
トを増加させることが可能となる。前述した特願昭60−
219110号に記載されている方法は非選択特に印加される
高周波信号によりダイナミックチルト角θ′を拡大する
ものであり、駆動波形の工夫によりコントラスト向上を
めざしたものである。
本発明は強誘電性液晶の分子長軸方向の誘電率∈Lと分
子短軸方向の誘電率∈Sの差∈L−∈S(これは一般に
誘電異方性△∈として知られている)を負にし、その絶
対値を大きくした液晶組成物を用いると、高周波信号を
重畳しないバイポーラパルス波形で駆動した場合でも高
コントラストが得られることを見い出したものである。
子短軸方向の誘電率∈Sの差∈L−∈S(これは一般に
誘電異方性△∈として知られている)を負にし、その絶
対値を大きくした液晶組成物を用いると、高周波信号を
重畳しないバイポーラパルス波形で駆動した場合でも高
コントラストが得られることを見い出したものである。
本発明で用いる強誘電性液晶としては電界の極性に依存
して双安定性を示す液晶相を持つ液晶組成物が使用で
き、具体的にはカイラルスメクチックC相(SmC*相)
を有する液晶組成物が使用できる。
して双安定性を示す液晶相を持つ液晶組成物が使用で
き、具体的にはカイラルスメクチックC相(SmC*相)
を有する液晶組成物が使用できる。
本発明の要点は組成物としての誘電異方性が−1〜−6
の範囲にある液晶材料を使うことにある。誘電異方性が
正であったり、負であってもその絶対値がこれより小さ
い場合には高いコントラストは得られない。負の誘電異
方性の絶対値を次第に大きくしていくと、それにつれて
コントラストは増加傾向を示し、使用する液晶や駆動条
件によって差違はあるが、誘電異方性△∈(∈L−
∈S)が−1を越えるあたりから、コントラストは顕著
な増加傾向を示す。しかし、この時、双安定な2つの状
態の間をスイッチングする時のエネルギー障壁も高くな
り、また粘性の高い誘電異方性が負の化合物の含有率が
増加する結果、組成物自体の粘性も増加するため、負の
誘電異方性をあまり大きくすると、応答性が急激に低下
して実用的でない。
の範囲にある液晶材料を使うことにある。誘電異方性が
正であったり、負であってもその絶対値がこれより小さ
い場合には高いコントラストは得られない。負の誘電異
方性の絶対値を次第に大きくしていくと、それにつれて
コントラストは増加傾向を示し、使用する液晶や駆動条
件によって差違はあるが、誘電異方性△∈(∈L−
∈S)が−1を越えるあたりから、コントラストは顕著
な増加傾向を示す。しかし、この時、双安定な2つの状
態の間をスイッチングする時のエネルギー障壁も高くな
り、また粘性の高い誘電異方性が負の化合物の含有率が
増加する結果、組成物自体の粘性も増加するため、負の
誘電異方性をあまり大きくすると、応答性が急激に低下
して実用的でない。
このため誘電異方性は−1〜−6とすることも好まし
く、中でも−2〜−5とすることが好ましく、高いコン
トラストを得ることができる。
く、中でも−2〜−5とすることが好ましく、高いコン
トラストを得ることができる。
自発分極Psは3〜100の範囲が好ましい。これより小さ
い場合には、応答速度の点で不充分であり、この範囲を
越える場合には配向の安定性やメモリー性が損なわれる
場合があっていずれも好ましくない。特に自発分極が5
〜70の範囲で高速応答、安定配向が得られる。
い場合には、応答速度の点で不充分であり、この範囲を
越える場合には配向の安定性やメモリー性が損なわれる
場合があっていずれも好ましくない。特に自発分極が5
〜70の範囲で高速応答、安定配向が得られる。
本発明で用いる液晶組成物はいくつかの材料を混合した
混合物であってもよく、また、単体材料であっても構わ
ない。例えば、以下に示す化合物があるが、これらの中
で、分子の短軸方向にハロゲンやシアノ基を持つ(1)
〜(8)に示す化合物は負の誘電異方性を示すため、特
に本発明の液晶組成物を構成する上で有用な化合物であ
る。
混合物であってもよく、また、単体材料であっても構わ
ない。例えば、以下に示す化合物があるが、これらの中
で、分子の短軸方向にハロゲンやシアノ基を持つ(1)
〜(8)に示す化合物は負の誘電異方性を示すため、特
に本発明の液晶組成物を構成する上で有用な化合物であ
る。
以下の例でR*は光学活性を示すアルキル基又はアルコ
キシ基を示し、Rは直鎖状または分岐したアルキル基又
はアルコキシ基を示し、一つの化合物に同一のR*、R
が示されていてもそれらは同一の基とは限らない。
キシ基を示し、Rは直鎖状または分岐したアルキル基又
はアルコキシ基を示し、一つの化合物に同一のR*、R
が示されていてもそれらは同一の基とは限らない。
これらの外、公知の種々の液晶又は非液晶の液晶添加物
が併用でき、例えば以下のようなものがある。
が併用でき、例えば以下のようなものがある。
及びこれらのベンゼン環、シクロヘキサン環等の水素原
子の一部をハロゲン、シアノ基、メチル基等に置換した
化合物。
子の一部をハロゲン、シアノ基、メチル基等に置換した
化合物。
例えば、次のような化合物がある。
なお、Rは直鎖状または分岐した炭素数1〜12のアルキ
ル基を示し、一つの化合物に同一のRが示されていても
それら同一の基とは限らない。
ル基を示し、一つの化合物に同一のRが示されていても
それら同一の基とは限らない。
また、本発明で用いる液晶としては、強誘電性を示す液
晶相より高温の温度範囲においてスメクチック相(SmA
相)をもつ液晶が双安定性の対称性の点で好ましい。等
方相(I相)あるいはネマチック相(Ne相)あるいはコ
レステリック相(Ch相)より、SmA相を経由せずに直接S
mC*相等の強誘電性液晶相へ変化する液晶を用いた場
合、通常配向制御の方向に対して液晶分子層の方向が異
なる2種類の配向状態をとる。この2種類の配向状態が
混在するとコントラストの低下をまねくため、I相ある
いはNe相あるいはCh相よりSmC*相等の強誘電性液晶相
へ冷却する際に、一方向の極性をもつ直流電界を印加
し、2種類の配向状態のうち1種類のみに配向させる等
の手段をとることが必要となる。このようにして作成し
た素子においてはその安定性において第1の安定状態と
第2の安定状態のうち、冷却する際に印加する電界の極
性と一致する安定状態のほうがより安定となってしま
い、双安定性の低下につながる。これに対し、SmA相を
もつ液晶においては、液晶分子層の方向が1種類しかな
く、電界印加等の手段が必要なく、従って双安定性が電
圧に対して対称的になり双安定性がよい。
晶相より高温の温度範囲においてスメクチック相(SmA
相)をもつ液晶が双安定性の対称性の点で好ましい。等
方相(I相)あるいはネマチック相(Ne相)あるいはコ
レステリック相(Ch相)より、SmA相を経由せずに直接S
mC*相等の強誘電性液晶相へ変化する液晶を用いた場
合、通常配向制御の方向に対して液晶分子層の方向が異
なる2種類の配向状態をとる。この2種類の配向状態が
混在するとコントラストの低下をまねくため、I相ある
いはNe相あるいはCh相よりSmC*相等の強誘電性液晶相
へ冷却する際に、一方向の極性をもつ直流電界を印加
し、2種類の配向状態のうち1種類のみに配向させる等
の手段をとることが必要となる。このようにして作成し
た素子においてはその安定性において第1の安定状態と
第2の安定状態のうち、冷却する際に印加する電界の極
性と一致する安定状態のほうがより安定となってしま
い、双安定性の低下につながる。これに対し、SmA相を
もつ液晶においては、液晶分子層の方向が1種類しかな
く、電界印加等の手段が必要なく、従って双安定性が電
圧に対して対称的になり双安定性がよい。
また、本発明で用いる液晶としては、強誘電性を示す液
晶相より高温の温度範囲でCh相をもつことが配向の均一
性の点で更に好ましい。この液晶の配向の作成法につい
ては、特願昭59−274073号の方法を用いることで極めて
良好な配向をもつ素子が作成できる。
晶相より高温の温度範囲でCh相をもつことが配向の均一
性の点で更に好ましい。この液晶の配向の作成法につい
ては、特願昭59−274073号の方法を用いることで極めて
良好な配向をもつ素子が作成できる。
強誘電性液晶組成物としてSmC*相をもち、それより高
い温度においてCh相をもつ液晶を用いる場合にはCh相に
おけるらせんピッチの長さ(p)が基板(1a)と(1b)
間の距離(d)の4倍以上長い液晶を用いる。またCh相
とSmC*相の間にSmA相をもつことが、配向の均一性の点
で望ましい。このような液晶としては、光学活性物質、
スメクチック液晶化合物、ネマチック液晶化合物を適当
な割合で混合することで得られ、必要に応じて非液晶添
加物を加える場合もある。特に、Ch相におけるピッチを
長くするには、左らせんを生じさせる光学活性物質と、
右らせんを生じさせる光学活性物質を、らせんを生じさ
せる力の大きさに応じて混合するのが有効である。
い温度においてCh相をもつ液晶を用いる場合にはCh相に
おけるらせんピッチの長さ(p)が基板(1a)と(1b)
間の距離(d)の4倍以上長い液晶を用いる。またCh相
とSmC*相の間にSmA相をもつことが、配向の均一性の点
で望ましい。このような液晶としては、光学活性物質、
スメクチック液晶化合物、ネマチック液晶化合物を適当
な割合で混合することで得られ、必要に応じて非液晶添
加物を加える場合もある。特に、Ch相におけるピッチを
長くするには、左らせんを生じさせる光学活性物質と、
右らせんを生じさせる光学活性物質を、らせんを生じさ
せる力の大きさに応じて混合するのが有効である。
通常、Ch相におけるらせんピッチの長さは温度とともに
変化する。均一な配向を得るには、コレステリック−ス
メクチック相転移点の直上でp>4dの条件を満たすこと
が必要である。
変化する。均一な配向を得るには、コレステリック−ス
メクチック相転移点の直上でp>4dの条件を満たすこと
が必要である。
しかし、この条件を満たす温度範囲が転移点のごく近傍
に限られる場合は、温度降下速度が速い場合において
は、らせん構造がほどけずにスメクチック相へ転移して
しまう。この場合には均一な配向が得られないので、ら
せん構造がほどけるまでp>4dを満たす温度に保持する
か、温度降下速度を遅くする必要がある。この理由から
らせんピッチpが基板間距離dの4倍以上になる温度範
囲は、コレステリック−スメクチック相転移点より5℃
以上の範囲にわたることが好ましく、さらにCh相全温度
範囲にわたることがより好ましい。
に限られる場合は、温度降下速度が速い場合において
は、らせん構造がほどけずにスメクチック相へ転移して
しまう。この場合には均一な配向が得られないので、ら
せん構造がほどけるまでp>4dを満たす温度に保持する
か、温度降下速度を遅くする必要がある。この理由から
らせんピッチpが基板間距離dの4倍以上になる温度範
囲は、コレステリック−スメクチック相転移点より5℃
以上の範囲にわたることが好ましく、さらにCh相全温度
範囲にわたることがより好ましい。
なお、ここでいうCh相はネマチック液晶に光学活性物質
を添加して固有のピッチを持つようにされたネマチック
液晶によるNe相も含むのもである。
を添加して固有のピッチを持つようにされたネマチック
液晶によるNe相も含むのもである。
[作用] 最初に本発明による負の誘電異方性を有する液晶組成物
を用いた電気光学素子の動作について説明する。
を用いた電気光学素子の動作について説明する。
第5図は本発明の原理の説明図である。
強誘電性液晶は、液晶分子(41)が層構造をなし、その
分子長軸方向は層垂直線方向に対し、ある一定角度だけ
傾いている。この分子に直角でかつ層平面(42)に含ま
れる方向に自発分極(43)をもつ。
分子長軸方向は層垂直線方向に対し、ある一定角度だけ
傾いている。この分子に直角でかつ層平面(42)に含ま
れる方向に自発分極(43)をもつ。
この液晶分子の方向を外部からの電界によって変える効
果として2つの作用が考えられる。一つは自発分極と電
界の結合作用であり、この作用においては電界の極性に
対し自発分極の向きをそろえようとするように分子の向
きが変る。すなわち正の電界方向と負の電界方向では、
分子の層垂線からの傾く方向が逆になる。第5図に示す
ようにE1の電界極性に対しては、(a)のように配列
し、E2の電界極性に対しては(b)のように配列しよう
とする。
果として2つの作用が考えられる。一つは自発分極と電
界の結合作用であり、この作用においては電界の極性に
対し自発分極の向きをそろえようとするように分子の向
きが変る。すなわち正の電界方向と負の電界方向では、
分子の層垂線からの傾く方向が逆になる。第5図に示す
ようにE1の電界極性に対しては、(a)のように配列
し、E2の電界極性に対しては(b)のように配列しよう
とする。
もう一つの作用は、誘電率異方性と電界との結合作用で
ある。この作用においては、分子の配列方向は電界の極
性には依存せず、方向のみによって決まる。液状分子が
負の誘電異方性をもつ場合は、E3の電界方向に対して
(a)か(b)いずれかの配列状態をとろうとする。
ある。この作用においては、分子の配列方向は電界の極
性には依存せず、方向のみによって決まる。液状分子が
負の誘電異方性をもつ場合は、E3の電界方向に対して
(a)か(b)いずれかの配列状態をとろうとする。
本発明の特徴は誘電異方性を特定の範囲に設定して、誘
電異方性と電界との結合作用を高めることによって、高
コントラストを得ることにある。
電異方性と電界との結合作用を高めることによって、高
コントラストを得ることにある。
強誘電性液晶に電圧を印加すると、液晶分子は電界の極
性に応じてその自発分極を反転させ、第5図の(a)か
ら(b)へ、あるいは(b)から(a)へ配列を変え
る。この時、分子がその配列状態を第5図の(a)から
(b)へ、あるいは(b)から(a)へ変えるのには
(c)あるいは(d)の配列状態を経由する必要があ
り、負の誘電異方性を大きくすることは誘電異方性と電
界との結合作用を利用して(c),(d)のエネルギー
レベルを高くすることで、反転の際、必要なエネルギー
障壁を高くすることになる。これによって非選択時に交
流パルス化されたクロストーク電圧による液晶分子の反
転を防ぐことができ、従って、高いコントラストを得る
ことができる。また、書き込み時には、書き込み信号の
電圧をある一定レベルより上げたり、そのパルス巾を適
当に設定することによって高速で書き込み、かつ高コン
トラストを得ることが容易にできる。
性に応じてその自発分極を反転させ、第5図の(a)か
ら(b)へ、あるいは(b)から(a)へ配列を変え
る。この時、分子がその配列状態を第5図の(a)から
(b)へ、あるいは(b)から(a)へ変えるのには
(c)あるいは(d)の配列状態を経由する必要があ
り、負の誘電異方性を大きくすることは誘電異方性と電
界との結合作用を利用して(c),(d)のエネルギー
レベルを高くすることで、反転の際、必要なエネルギー
障壁を高くすることになる。これによって非選択時に交
流パルス化されたクロストーク電圧による液晶分子の反
転を防ぐことができ、従って、高いコントラストを得る
ことができる。また、書き込み時には、書き込み信号の
電圧をある一定レベルより上げたり、そのパルス巾を適
当に設定することによって高速で書き込み、かつ高コン
トラストを得ることが容易にできる。
[実施例] ストライブ状に電極をパターニングした基板の電極上に
ポリイミドをオーバーコートし、ラビングした基板を使
用し、セル間隙が2μmとなるように周辺をシール材で
シールし、内部に等方相−コレステリック相−スメクチ
ックA相−カイラルスメクチックC相を順に有する強誘
電性液晶組成物を封入した。
ポリイミドをオーバーコートし、ラビングした基板を使
用し、セル間隙が2μmとなるように周辺をシール材で
シールし、内部に等方相−コレステリック相−スメクチ
ックA相−カイラルスメクチックC相を順に有する強誘
電性液晶組成物を封入した。
実施例1の具体的組成を以下に示す。
この組成比を変えて誘電異方性と自発分極を変化させて
実施例2〜5及び比較例1,2の組成物を得た。これらの
誘電異方性及び自発分極を第1表に示す。
実施例2〜5及び比較例1,2の組成物を得た。これらの
誘電異方性及び自発分極を第1表に示す。
この誘電異方性(∈L−∈S)は、スメクチックA相で
測定し、カイラルスメクチックC相転移温度に外挿した
ものであり、自発分極(Ps)は30℃で三角波法(20Hz−
50V)で測定した。
測定し、カイラルスメクチックC相転移温度に外挿した
ものであり、自発分極(Ps)は30℃で三角波法(20Hz−
50V)で測定した。
このようにして製造した実施例1〜5及び比較例1,2の
液晶セルの両面に配向処理方向から22.5゜ずらして、か
つ両方の偏光膜がクロスニコルとなるようにして一対の
偏光膜を配置した。
液晶セルの両面に配向処理方向から22.5゜ずらして、か
つ両方の偏光膜がクロスニコルとなるようにして一対の
偏光膜を配置した。
これに30℃で第6図に示すような1/32デューティ、1/4
バイアスでパルス巾200μsecのパルスを印加して駆動を
行った。第6図の(1)はその画素がオンする波形、又
(2)はその画素がオフする波形を示す。走査電極群の
一つを順次選択して書き込み操作を行うに際し、2回の
走査で1周期の書き込みを構成する。この際、各画素の
液晶には1回の走査でプラス側に振れるパルスとマイナ
ス側に振れるパルスが1組になり印加され、1回目の選
択時と2回目の選択時でプラス側に振れるパルスとマイ
ナス側に振れるパルスの順序が反転される。そして、1
回目の選択時と2回目の選択時のいずれかに液晶の安定
状態が変化する電圧が印加される。
バイアスでパルス巾200μsecのパルスを印加して駆動を
行った。第6図の(1)はその画素がオンする波形、又
(2)はその画素がオフする波形を示す。走査電極群の
一つを順次選択して書き込み操作を行うに際し、2回の
走査で1周期の書き込みを構成する。この際、各画素の
液晶には1回の走査でプラス側に振れるパルスとマイナ
ス側に振れるパルスが1組になり印加され、1回目の選
択時と2回目の選択時でプラス側に振れるパルスとマイ
ナス側に振れるパルスの順序が反転される。そして、1
回目の選択時と2回目の選択時のいずれかに液晶の安定
状態が変化する電圧が印加される。
第6図では1回目の走査時にプラス側に振れるパルスの
印加の後、マイナス側に振れるパルスが印加され、2回
目の走査時にマイナス側に振れるパルスの印加の後、プ
ラス側に振れるパルスが印加される。(1)のオン波形
の場合には、1回目に液晶の安定状態が変化する電圧が
印加され、(2)のオフ波形の場合には、2回目に液晶
の安定状態が変化する電圧が印加されている。即ち、
(1)では1回目の走査の後半のマイナス側の印加電圧
で液晶の安定状態が決まり、(2)では2回目の走査の
後半のプラス側の印加電圧で液晶の安定状態が決まる。
この結果のコントラスト及び応答速度を第1表に示す。
印加の後、マイナス側に振れるパルスが印加され、2回
目の走査時にマイナス側に振れるパルスの印加の後、プ
ラス側に振れるパルスが印加される。(1)のオン波形
の場合には、1回目に液晶の安定状態が変化する電圧が
印加され、(2)のオフ波形の場合には、2回目に液晶
の安定状態が変化する電圧が印加されている。即ち、
(1)では1回目の走査の後半のマイナス側の印加電圧
で液晶の安定状態が決まり、(2)では2回目の走査の
後半のプラス側の印加電圧で液晶の安定状態が決まる。
この結果のコントラスト及び応答速度を第1表に示す。
負の誘電異方性には最適範囲がある。
比較例1,実施例1〜4は自発分極の大きさをほぼ一定に
し、負の誘電異方性だけを大きくした場合の結果であ
る。負の誘電異方性が大きくなるにつれてコントラスト
も大きくなっているのがわかる。逆に、応答性は徐々に
低下する傾向を示した。実施例5は負の誘電異方性を更
に大きくして、コントラストを向上させた例であるが、
自発分極も大きくしたため、応答性は逆に向上してい
る。一方、比較例2の場合には実施例2に比べて自発分
極が小さい分だけ応答性は著しく低下する結果となって
いる。
し、負の誘電異方性だけを大きくした場合の結果であ
る。負の誘電異方性が大きくなるにつれてコントラスト
も大きくなっているのがわかる。逆に、応答性は徐々に
低下する傾向を示した。実施例5は負の誘電異方性を更
に大きくして、コントラストを向上させた例であるが、
自発分極も大きくしたため、応答性は逆に向上してい
る。一方、比較例2の場合には実施例2に比べて自発分
極が小さい分だけ応答性は著しく低下する結果となって
いる。
[発明の効果] 本発明は、−1〜−6の負の誘電異方性を示し、その自
発分極を3〜100、特に5〜70とすることにより、高周
波を重畳しない駆動が可能となり、駆動回路が簡略化さ
れ、その設計が容易となり、その消費電力も低下すると
いう利点を有する。
発分極を3〜100、特に5〜70とすることにより、高周
波を重畳しない駆動が可能となり、駆動回路が簡略化さ
れ、その設計が容易となり、その消費電力も低下すると
いう利点を有する。
また、負の誘電異方性を大きくすることによりコントラ
ストが向上し、逆に応答速度が低下する傾向がある。し
かし、本発明では自発分極を大きくしているため、この
応答速度の低下を防止でき、コントラストも高く応答速
度も速い電気光学素子を得ることができる。
ストが向上し、逆に応答速度が低下する傾向がある。し
かし、本発明では自発分極を大きくしているため、この
応答速度の低下を防止でき、コントラストも高く応答速
度も速い電気光学素子を得ることができる。
さらにクロストーク電圧に対して充分な双安定性をも
ち、電気光学素子の大型化、高密度化を可能とした効果
をもつ。
ち、電気光学素子の大型化、高密度化を可能とした効果
をもつ。
また、本発明は直流電界成分を液晶に印加しないことに
より、液晶及び電極の劣化を妨げる効果をもつ。また、
このことにより、配向膜として絶縁膜を使用できる、あ
るいは液晶と電極の間に他の絶縁膜を形成することも可
能であり、これにより液晶セル内での電極間の短絡防止
に効果をもつ。
より、液晶及び電極の劣化を妨げる効果をもつ。また、
このことにより、配向膜として絶縁膜を使用できる、あ
るいは液晶と電極の間に他の絶縁膜を形成することも可
能であり、これにより液晶セル内での電極間の短絡防止
に効果をもつ。
また、本発明はセル基板間の距離を厚くしたセルにおい
ても充分な双安定性をもたせることができるため、液晶
セル作成上の困難さを軽減でき、かつ液晶セル内の対向
する電極間での短絡の発生を少なくする効果も認められ
る。
ても充分な双安定性をもたせることができるため、液晶
セル作成上の困難さを軽減でき、かつ液晶セル内の対向
する電極間での短絡の発生を少なくする効果も認められ
る。
第1図は、本発明で駆動する電気光学素子の基本的構成
を示す断面図であり、第2図,第3図は、本発明の液晶
組成物を駆動する場合に好ましい電極パターンの例の平
面図である。第4図はスタティックチルト角とダイナミ
ックチルト角の大小関係を示した模式図である。第5図
は本発明の原理を説明した原理図である。第6図は本発
明の実施例で液晶を駆動するために用いた交流信号の波
形図である。 1a,1b:透明基板 2a,2b:導電膜 3a,3b:配向制御膜 4:液晶層 6a,6b:偏光板
を示す断面図であり、第2図,第3図は、本発明の液晶
組成物を駆動する場合に好ましい電極パターンの例の平
面図である。第4図はスタティックチルト角とダイナミ
ックチルト角の大小関係を示した模式図である。第5図
は本発明の原理を説明した原理図である。第6図は本発
明の実施例で液晶を駆動するために用いた交流信号の波
形図である。 1a,1b:透明基板 2a,2b:導電膜 3a,3b:配向制御膜 4:液晶層 6a,6b:偏光板
Claims (9)
- 【請求項1】誘電異方性が−1〜−6であり、その自発
分極の値が5〜70であることを特徴とする強誘電性液晶
組成物。 - 【請求項2】誘電異方性が−2〜−5である特許請求の
範囲第1項記載の強誘電性液晶組成物。 - 【請求項3】強誘電性液晶がカイラルスメクチックC液
晶である特許請求の範囲第1項記載の強誘電性液晶組成
物。 - 【請求項4】カイラルスメクチックC相より高温の温度
範囲においてスメクチック相(SmA相)を有する特許請
求の範囲第3項記載の強誘電性液晶組成物。 - 【請求項5】スメクチック相(SmA相)より高温の温度
範囲においてコレステリック相を有する特許請求の範囲
第4項記載の強誘電性液晶組成物。 - 【請求項6】コレステリック相におけるらせんピッチの
長さが基板間距離の4倍以上とされる特許請求の範囲第
4項記載の強誘電性液晶組成物。 - 【請求項7】強誘電性液晶組成物を一対の電極が設けら
れた基板間に挟持し、該液晶層の外側の少なくとも一方
に偏光板を配置した電気光学素子の駆動方法において、
強誘電性液晶組成物として誘電異方性が−1〜−6であ
り、その自発分極の値が5〜70である組成物を使用し、
交流駆動することを特徴とする電気光学素子の駆動方
法。 - 【請求項8】走査電極群が設けられた基板と信号電極群
が設けられた基板とを一対の基板として使用する特許請
求の範囲第7項記載の電気光学素子の駆動方法。 - 【請求項9】該走査電極群の一つを順次選択して書き込
み操作を行うに際し、2回の走査で1周期の書き込みを
構成し、各画素の液晶には1回の走査でプラス側に振れ
るパルスとマイナス側に振れるパルスが1組になり印加
され、1回目の選択時と2回目の選択時でプラス側に振
れるパルスとマイナス側に振れるパルスの順序が反転さ
れ、1回目の選択時と2回目の選択時のいずれかに液晶
の安定状態が変化する電圧が印加されることを特徴とす
る特許請求の範囲第8項記載の電気光学素子の駆動方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61082314A JPH0730320B2 (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 強誘電性液晶組成物とそれを用いた電気光学素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61082314A JPH0730320B2 (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 強誘電性液晶組成物とそれを用いた電気光学素子の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62240378A JPS62240378A (ja) | 1987-10-21 |
| JPH0730320B2 true JPH0730320B2 (ja) | 1995-04-05 |
Family
ID=13771105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61082314A Expired - Fee Related JPH0730320B2 (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 強誘電性液晶組成物とそれを用いた電気光学素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0730320B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5209867A (en) * | 1988-03-10 | 1993-05-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Derivatives of α-(4-substituted phenyl)ethyl alcohols and liquid crystal compositions containing the same |
| JPH0312480A (ja) * | 1989-06-09 | 1991-01-21 | Canon Inc | 強誘電性カイラルスメクチック液晶組成物およびこれを含む液晶素子 |
| JPH0312477A (ja) * | 1989-06-09 | 1991-01-21 | Canon Inc | 強誘電性カイラルスメクチック液晶組成物およびこれを含む液晶素子 |
| JPH0312484A (ja) * | 1989-06-09 | 1991-01-21 | Canon Inc | 強誘電性カイラルスメクチック液晶組成物おこよびこれを含む液晶素子 |
| JP2763339B2 (ja) * | 1989-07-31 | 1998-06-11 | キヤノン株式会社 | 液晶組成物およびこれを使用した液晶素子 |
| JP2977410B2 (ja) * | 1993-04-26 | 1999-11-15 | シャープ株式会社 | 強誘電性液晶組成物およびこれを用いた素子 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6197382A (ja) * | 1984-10-18 | 1986-05-15 | Chisso Corp | カイラルスメクチツク液晶組成物 |
-
1986
- 1986-04-11 JP JP61082314A patent/JPH0730320B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62240378A (ja) | 1987-10-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |