JPH0795162B2 - 強誘電性液晶パネル - Google Patents

強誘電性液晶パネル

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JPH0795162B2
JPH0795162B2 JP61212223A JP21222386A JPH0795162B2 JP H0795162 B2 JPH0795162 B2 JP H0795162B2 JP 61212223 A JP61212223 A JP 61212223A JP 21222386 A JP21222386 A JP 21222386A JP H0795162 B2 JPH0795162 B2 JP H0795162B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は表示装置に係わり、特に強誘電性液晶パネルに
関わるものである。
従来の技術 従来の技術を以下、図面を用いて説明する。
まず強誘電性液晶自体について説明する。
第3図は強誘電性液晶分子の模式図である。強誘電性液
晶は通常、スメクチック液晶と呼ばれる、層構造を有す
る液晶である。分子は層の垂線方向に対してθだけ傾い
た構造を取っている。また通常、強誘電性液晶はラセミ
体でない光学活性な液晶分子によって構成されている。
第3図に示すように強誘電性液晶分子は分子の長軸に垂
直な方向に自発分極となる永久双極子モーメントを有し
ており、カメラルスメクチックC相においては第3図の
円錐形(以下コーンと呼ぶ)の外側を自由に動くことが
できる。またコーンの中心点Oより液晶分子に対して下
したベクトルをCダイレクターと呼ぶ。カイラルスメチ
ックC相ではこのCダイレクターはコーンの外側を自由
に動くことができる。第3図において31は液晶分子、32
は永久双極子、33はCダイレクター、34はコーン、35は
層構造、36は層法線方向、37は傾き角θを示している。
また強誘電性液晶分子は不斉原子を有しているため通常
ねじれ構造を有している。このねじれ構造を第4図に示
す。
第4図において41は液晶分子、42は永久双極子モーメン
ト、43はねじれの周期を表すピッチ(L)、44は層構
造、45は層の法線方向、46は傾き角θを表す。強誘電性
液晶パネルのセル厚(d)がピッチより厚いとき(d>
L)、通常、強誘電性液晶セル基板表面の影響がセル中
央部まで及ばないため、ねじれ構造を持った状態で存在
する。しかしセル厚がピッチより小さいとき(d<L)
ねじれ構造は基板表面の力でほどかれ第4図のような分
子が基板表面と平行になった二つの領域が現れる。この
二つの領域は分子の持つ永久双極子モーメントがそれぞ
れ反対の方向を向いているものであり、一方は紙面裏か
ら表方向へもう一方は紙面表から裏方向へ向いている。
これはそれぞれ層法線に対する分子の傾き角に対応して
いる。
第5図において51は液晶分子、52は紙面裏方向から表方
向を向いている永久双極子モーメント、53は紙面表方向
から裏方向を向いている永久双極子モーメント、54は層
構造、55は層法線方向、56は傾き角を表している。
次に強誘電性液晶の動作原理について図を用いて説明す
る。このように強誘電性液晶セルにピッチがセル厚より
も大きな強誘電性液晶(d<L)を封入すると第5図の
ような二つの領域を持つ状態となる。このとき紙面裏方
向から表方向に電界を印加すると永久双極子モーメント
は全て電界の方向に向き第6図aのように分子が全て+
θの傾き角を持った状態となる。このような状態で偏光
板の偏光子(P)の偏光軸方向を分子の長軸方向に検光
子(A)の偏光軸方向を分子の短軸方向に平行にすると
(第6図(a)参照)偏光子(P)を通過した直線偏光
は複屈折を受けずに透過し検光子(A)により遮られ暗
状態が得られる。また電界を逆方向に印加すると第6図
bのように分子が全て−θの傾きを持つ状態となり偏光
子を通過した直線偏光は複屈折効果により検光子を通り
抜け明状態が得られる。
以上のように電界の正負により明暗の状態をそれぞれ得
ることができる。またこのようにセル厚がピッチより小
さいセル(d<L)においては通常ねじれ構造がほどけ
ているため電界を取り除いた後も分子はそのままの状態
でいるというメモリー効果が生じるといわれている。第
6図(a),(b)において61は電界の方向、62は分子
の永久双極子モーメント、63は層構造、64は傾き角θ、
65は偏光子(P)、検光子(A)の偏光軸をそれぞれ表
している。(文献:福田,竹添,近藤:強誘電性液晶を
使った高速ディスプレイ,オプトロニクス、9合、64
頁、1983年) しかしながら上記のようなメモリー方式では大面積の強
誘電性液晶パネルの場合、全ての範囲で同様なメモリー
特性を示す必要が有り、セル基板表面を微妙に制御する
必要がある。そのため最近、新しいメモリー方式として
セル基板の表面によるメモリーではなく強誘電性液晶材
料の持つ常誘電異方性(Δε)を利用する方式が提案さ
れている。この方式はΔεの負(Δε<0)の強誘電性
液晶材料を用いてその常誘電異方性と電界との相互作用
により、強制的にメモリー性をもたせるものである。此
のΔεの効果によるメモリー効果は通常、ACスタビライ
ズ効果と呼ばれている。
(参考文献)ジェイ.エム.ギアリイ.,1985 エス ア
イ ディー インターナショナル ダイジェスト オブ
テクニカル ペーパー pp.128(J.M.Geary.,1985 SI
D INTERNATIONAL SYMPOSIUM DIGEST OF TECHNICAL PAPE
RS pp.128) 斜め蒸着の従来例 斜め蒸着法はネマチック液晶の配向法として従来、一部
で用いられていたが現在はラビング法が主流を占めてい
る。斜め蒸着法について図を用いて説明する。
斜め蒸着法の実際のやり方を第7図に示す。真空状態と
なる蒸着釜(ベルジャー)内に蒸着源があり、それは電
流を流すことにより加熱することができるようになって
いる。セル基板は基板垂線方向から蒸着方向に対してθ
だけ傾けてセットされる。71はベルジャー、72はセル基
板、73は蒸着源、74は傾き角θ、斜め蒸着を行うことに
よって表面には第8図に示すようなカラム状の小さな突
起81が無数に存在する構造ができる。これは通常、セル
フシャドゥイングと呼ばれる効果により生じるものと言
われている。この時、傾き角θ82を変化させることによ
りネマチック液晶分子の配向に違いが生じる。このこと
について図面を用いて説明する。
(1)蒸着角度(θ)75度〜85度のとき、θが75度〜85
度のとき第9図(a)に示すように液晶分子は蒸着方向
にその分子長軸方向(n)111を平行に配向する。この
ため液晶分子はプレチルト角を15度から30度程度有する
とされている。
(2)蒸着角度(θ)〜60度のとき、θが〜60度のとき
第9図(b)に示すように液晶分子は蒸着方向にその分
子長軸方向を垂直に配向する。このときプレチルト角は
約0度である。
これらの蒸着角度の違いによる配向の違いは表面のカラ
ム構造に対して分子がどの方向に配列したとき最も弾性
変形のエネルギーが小さくてすむかに依存していると言
われている。
スメクチック液晶、あるいは強誘電性液晶において配向
方法に斜め蒸着法が用いられた例は2〜3ある。しか
し、それらはセル厚が厚い状態(〜7μm以上)で用い
ており、完全なメモリー性などについて電圧−輝度曲線
(B−V曲線)などは測定しておらず、またプレチルト
角の表示装置としての有用性についても殆ど言及してい
ない。
斜め蒸着の参考文献:ダブリュ.アルバック、エム.
ボイクス、イー.ギィヨン;蒸着膜上のネマチック相と
スメクチック相の配向、アプライッド フィジックス
レーター、25巻 9号(1)479頁 1974年(W.Urbach,
M.Boix,and E.Guyon;Alignment of nematics and smect
ics on evaporated films.Applied Physics Letters,VO
L.25,No.9,1P.479 November 1974)、上本勉,岩崎泰
郎,吉野勝己,犬石嘉雄;スメチック強誘電性液晶の電
気光学的性質(2)、第4回液晶討論会 予稿集(1978
年)講演番号3R13。
発明が解決しようとする問題点 上記のようにたとえば斜方蒸着により基板表面より傾き
角(プレチルト角)を有する強誘電性液晶パネルでは常
誘電異方性(Δε)を利用しようとすると分子が大きな
プレチルト角をもつ場合、Δεは負ではACスタビライズ
は効果がない、そのためメモリー効果は生じず視認性の
良い強誘電性液晶パネルが得られ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 強誘電性液晶パネルにおいて大きなプレチルト角を強誘
電性液晶分子が有する場合、Δεを正にすることでACス
タビライズ効果を発揮させメモリー効果を有する視認性
の良好な強誘電性液晶パネルを提供するものである。
作用 常誘電異方性が正である強誘電性液晶材料を用いること
でプレチルト角が大きな表面構造を有する強誘電性液晶
パネルにおいてΔεとの相互作用で強制的にメモリー効
果を持つような強誘電性液晶パネルを提供するものであ
る。
実施例 本発明の一実施例の強誘電性液晶パネルについて図面を
用いて詳細に説明する。
まずプレチルト角の大きな強誘電性液晶パネルを作成す
るために従来の技術で述べた斜め蒸着法を用いたその行
い方は第7図の構成を用いた。
本実施例で行った斜め蒸着法を詳しく説明する。蒸着源
としてタンタルボードを用い、蒸着物質として一酸化ケ
イ素(SiO)を用いた。基板はガラス基板上に導電性イ
ンジウム・スズ酸化物を蒸着したもの(ITO基板)を用
いた。蒸着角度は85度と60度の両方を用いた。蒸着速度
は約20Å/sec、膜厚は基板垂直方向からの厚さで約3500
Åとした。
このように斜め蒸着を行ったITO基板を用いて強誘電性
液晶パネルを作成した。斜め蒸着セルの構成を第10図に
示す。
第10図において、101はガラス基板、102はITO層とその
うえの斜め蒸着層、103は強誘電性液晶層、104はセル厚
調整のためのスペーサー、105は蒸着方向の組合せ方を
示す。上下基板の蒸着方向は上下で反平行となるように
した。実験に用いた強誘電性液晶材料はエステル系の温
度範囲が0度〜58度まで強誘電性を示す液晶材料を用い
て行った。下に用いた強誘電性液晶の相転移温度を示
す。
ここで、Cr :結晶相 SmC* :スメクチックCカイラル相 SmA :スメクチックA相 Ch :コレステリック相 Iso :等方性液体 また、この液晶の複屈折異方性(Δn)はセナルモン型
コンペンセイターを用いて測定したところ0.14であっ
た。常誘電異方性(Δε)の測定はヒューレットパッカ
ード社製LCRメーター)(HP4912A)を用いて、平行配
向,垂直配向の各々のセルの容量を測定することにより
求めた。用いた強誘電性液晶のΔεは+3であった。
配向方法は前述の斜め蒸着セルに液晶注入後、100度ま
でパネルを加熱し等方性液体とした後、ゆっくりと徐冷
する(0.6度/min)ことによりスメクチックCカイラル
相のモノドメインを得た。セル厚は3μmとした。プレ
チルト角の測定は強誘電性液晶状態のプレチルト角は測
定しにくいのでネマチック液晶を用いた。測定法はヌル
キャパシタンス法と呼ばれる方法で行った。この結果、
85度蒸着セルのプレチルト角は約25度であることがわか
った。
次にこのパネルを用いて電圧−透過率曲線(以下、B−
V曲線とする)を測定した。B−V曲線の測定に用いた
光学実験系を第11図に示す。第11図において光源111よ
り発せられた白色光は偏光子112を通り液晶セル113に直
線偏光として入射した後、検光子114を通って集光レン
ズ115によって集光され光電子倍増管116で感知され、ス
トレージオシロ117によりB−V曲線として測定され
る。なお液晶セルにはプログラマブルパルスジエネレー
ター118により任意の波形を加えることができるように
した。
このような測定系を用いてACスタビライズ効果を検討し
た。結果を第1図および第2図に示す。ここで第1図は
蒸着角度が85度、第2図は60度の強誘電性液晶パネルで
ある。第1図を用いて説明する。
第1図(a)は印加電圧波形を示しており、第1図
(b)は対応する輝度変化を表している。
印加波形としてはパルス高さ25V、幅1.0msのパルスに
引き続き、20V、幅0.2msのAC連続波形が印加され、ま
た−20V、幅1.0msのパルス印加後、+20V、幅0.2msのAC
連続パルス(1秒間)が印加されるような電圧波形を用
いた。このときパルス幅1.0msのパルスは強誘電性液晶
分子の傾きの方向を決めるいわゆる選択パルスであり、
幅0.2msのAC連続パルスはACスタビライズ効果を誘起す
る常誘電異方性(Δε)に関わるものである。
第1図の85度蒸着の場合、+25Vの選択パルスが印加さ
れた時、輝度は32%と明状態を示し、後のAC連続パルス
によって輝度はそのままに保たれており、−25Vの逆方
向の選択パルスにより暗状態(輝度0.5%)に分子の方
向を変化させ、またAC連続パルスによりこの状態を保持
している。このように大きなプレチルト角を有する強誘
電性液晶パネルでは常誘電異方性(Δε)が正の強誘電
性液晶材料を用いることで良好なメモリー効果が得られ
ることがわかる。
次に第2図の蒸着角度が60度のセルについて同様な実験
を行った。第2図(a)は印加電圧波形を示しており、
第2図(b)は対応する輝度変化を表している。第2図
より選択パルスにより輝度は30%、0.5%と明,暗状態
は得られているがAC連続パルスによるメモリー効果は見
られていない。これは60度蒸着ではプレチルト角が殆ど
0度に近いためΔεは分子が基板表面上から立とうとす
る方向の力として働くためであろうと考えられる。この
ようにプレチルト角の小さな強誘電性液晶バネルにはこ
の効果は小さいため通常、10度以上のプレチルト角が必
要であると考えられる。またこれらの効果はΔεの大き
さに非常に影響される小さいΔεではこのような効果は
みられず少なくとも+3以上は必要と考えられる。
発明の効果 本発明はプレチルト角が大きな強誘電性液晶パネルにお
いて常誘電異方性(Δε)が正の強誘電性液晶材料を用
いればACスタビライズ効果の強い良好なメモリーを有す
る表示品位の良好な強誘電性液晶パネルを提供するもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は85度斜め蒸着を行った強誘電性液晶パネルのAC
スタビライズ効果を示すための電圧波形と輝度の関係を
表すグラフ、第2図は60度斜め蒸着を行った強誘電性液
晶パネルのACスタビライズ効果を示すための電圧波形と
輝度の関係を表すグラフ、第3図は強誘電性液晶分子の
模式図、第4図は強誘電性液晶のねじれ構造を表す模式
図、第5図は強誘電性液晶の薄いセル厚のパネルでねじ
れ構造がほどけた状態を表す模式図、第6図は薄いセル
厚の強誘電性液晶パネルにおいての動作原理を表す模式
図、第7図は蒸着装置および蒸着方法を示す模式図、第
8図は斜め蒸着を行ったときの表面状態を表す模式図、
第9図(a),(b)は蒸着方向を変えたときの液晶分
子の配向方向を表す模式図、第10図は実施例のB−V曲
線測定に用いた光学系の模式図、第11図は実施例で用い
た斜め蒸着した強誘電性液晶パネルの構成図である。 82……斜方蒸着の角度を表す、91……斜方蒸着による分
子の配向を示す。
フロントページの続き (72)発明者 大西 博之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 太田 勲夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−161122(JP,A) 特開 昭62−182720(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液晶層と前記液晶層を挟持するように配置
    した少なくとも一枚は透明である複数の基板と、前記液
    晶層に電圧印加が行えるように前記基板に付設した電圧
    印加手段とを具備した液晶パネルにおいて前記パネル内
    の少なくとも一方の基板表面に対して液晶が10度以上の
    傾き角を有し、かつ液晶が強誘電性液晶であり、かつ強
    誘電性液晶が正の誘電率異方性を有しかつパネルに交流
    電圧を印加することにより、メモリー性を付与したこと
    を特徴とする強誘電性液晶パネル。
  2. 【請求項2】傾き角を付ける手段として斜め方向から無
    機物質を蒸着したことを特徴とする特許請求の範囲第
    (1)項記載の強誘電性液晶パネル。
  3. 【請求項3】誘電率異方性が少なくとも+3以上である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項または第
    (2)項のいずれかに記載の強誘電性液晶パネル。
  4. 【請求項4】液晶層の厚みが5μm以下であることを特
    徴とする特許請求の範囲第(1)項第(2)項または第
    (3)項のいずれかに記載の強誘電性液晶パネル。
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