JPH09166794A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH09166794A
JPH09166794A JP8282237A JP28223796A JPH09166794A JP H09166794 A JPH09166794 A JP H09166794A JP 8282237 A JP8282237 A JP 8282237A JP 28223796 A JP28223796 A JP 28223796A JP H09166794 A JPH09166794 A JP H09166794A
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display device
crystal display
angle
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Sin-Doo Lee
信 斗 李
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Samsung Electron Devices Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実用性を備えた、階調表示が可能な液晶
表示装置を提供する。 【解決手段】 電圧を印加可能な一対の透明基板１１，
１２と、これら一対の基板１１，１２間にあって、分子
層２０が基板１１，１２に垂直に位置すると共に、各分
子層２０内で、基板１１，１２中、一方の基板から他方
の基板にわたって捻じれているスメクチックＣ液晶物質
１０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、詳しくは、螺旋構造を持たないアキラル・スメクチ
ックＣ(achiral smectic C)液晶物質を用いた液晶表示
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に固体は分子の位置と方向が拘束
されており、位置秩序(positional order)と方向秩序(o
rientation order)を持っているが、固体が溶けて液体
になるとこの２つの秩序は完全になくなってしまう。液
晶とは、固体で見られる方向秩序と位置秩序の一部を持
っているので、液体および固体とは区別される相あるい
は状態であると言える。液晶上の物質は一般的に方向秩
序を持っているため、方向によって物理的性質が違って
現われる異方性物質である。液晶分子は細くて長い棒の
形をしているのが一般的であり、この長い分子はある方
向に互い平行して配列しようとする性質を持っている。
その方向を方向子（ディレクタ）で表して、液晶に存在
する方向秩序の程度をこの方向子との関係で表す。
【０００３】即ち、液晶分子が方向子となす角をθとす
ると、（３ｃｏｓ2θ−１）／２を平均した値を秩序パ
ラメータと称して、それを液晶の方向秩序の程度を表す
尺度として使う。液晶の秩序パラメータは、一般的に温
度が増加するに従って減少し、大体０．３〜０．９の間
の値を示す。このような液晶をその秩序の態様に従っ
て、大きく３つに分けて分類することができ、それぞれ
ネマチック、コレステリック又はキラル（カイラル）・
ネマチック、スメクチックなどに分けられる。
【０００４】ネマチック液晶はその分子位置に規則性が
なく、分子相互間の力が存在し、分子が互い平行に維持
しようとする方向秩序だけを持っている。この液晶上の
物質は、主に表示装置に使われている。キラル・ネマチ
ック液晶またはコレステリック液晶は、分子の方向が互
い小さい角度を維持しようとする分子間力を持ってい
て、ネマチック液晶のように方向子が空間の１つの方向
に固定されていないで、液晶物質全体を通じて回転す
る。液晶のこのような性質をカイラリティーといい、方
向子が液晶物質を通じて完全に一回り回転した場合、こ
の距離をピッチと言う。勿論、キラル・ネマチック液晶
の場合にも、配向(alignment)を通じて液晶物質全体を
通じて方向子が回転するようにできる。この時にも、ピ
ッチという用語を使う。キラル・ネマチック液晶上の物
質は、表示装置の他に圧力、温度、磁場および超音波あ
るいは電磁場を測定するためにだけ使うのでなく、偏光
板を製造するときにも使われている。スメクチック液晶
は、前記２種類の液晶に比べて配列がより規則的で層状
構造をなしている。この層を「分子層」という。スメク
チック液晶相は方向秩序だけでなく、位置秩序も共に持
っている。即ち、この液晶分子は自ら分子層を作ろうと
する傾向を持っていて、液晶物質の面の上から観るとき
は分子の規則性が無いけれども、液晶物質の面に直角の
方向に対しては規則性を持っている。それ故に、一方向
に対して分子位置の規則性を維持すると同時に方向秩序
を有している。
【０００５】一方、液晶は電気感受率(electric suscep
tibility)、磁気感受率(magnetic susceptibility)等の
物理的性質が方向子の方向と、それに垂直の方向でそれ
ぞれ違う点から液晶は異方性を持っていると言えるが、
これは前述した通り、空間対称でない棒の形の分子が一
定の方向に配列しようとする方向秩序を持っているため
である。例えば、電気感受率が方向子の方向と、それに
垂直の方向でそれぞれ違ってくるので誘電率も方向によ
って違ってくる。
【０００６】液晶方向子の方向の誘電率をε‖、それに
対して直角の方向での誘電率をε⊥とすると、下記式１
のように２通りある。前者を正（陽：ｐ型）の誘電率異
方性(dielectric anisotropy)があるといい、後者を負
（陰：ｎ型）の誘電率異方性があるという。
【０００７】
【式１】
【０００８】ｎを方向子とすると、直流電場Ｅv（以
下、添え字vはベクトルを表す）を印加したときの電気
変位(electric displacement)Ｄvは、下記式２のように
なり、静電気的エネルギーは、下記式３のようになる。
【０００９】
【式２】Ｄv ＝ε⊥Ｅv ＋Δε（ｎ・Ｅv ）ｎ
【００１０】
【式３】−∫Ｄv・ｄＥv ＝ −１／２・ε⊥Ｅ2 −１
／２・Δε（ｎ・Ｅv ）2
【００１１】安定した状態になるためには、この値が最
小になる必要があるので、正の誘電率異方性を持つ液晶
の場合、即ちΔε＞０の場合には、方向子が電場と平行
であるときが安定であり、負の誘電率異方性を持つ場合
には、方向子が電場と垂直の時が安定である。従って、
正の誘電率異方性液晶の場合、印加された電場に対して
方向子が平行に配列しようとする傾向があり、反対に負
の誘電率異方性液晶の場合には、印加された電場に対し
て方向子が垂直に配列しようとする傾向がある。このよ
うな液晶の性質を用いて液晶表示装置を製造するが、そ
の中でもネマチック液晶物質を用いる代表的なケースで
ある捻じれたネマチック方式について、図面を参考とし
て詳しく説明する。
【００１２】図６（イ）及び（ロ）は、誘電率異方性が
正である液晶物質を使う一般的な捻じれたネマチック方
式の液晶表示装置を示し、図６の（イ）は電圧が印加さ
れていない状態を示したものであり、図６の（ロ）は電
圧が印加された状態を示したものである。この方式では
正の誘電性異方性を持つ液晶物質を、透明電極がそれぞ
れ形成されている２つの透明基板１１、１２の間に挿入
した後（これを「液晶セル」という）各基板１１、１２
の外側にそれぞれ偏光板１３、１４を設置し、液晶セル
内部の透明電極の表面を処理して２つ透明電極面の液晶
分子の方向子が９０°捻じれるようにする。液晶セルの
厚さと液晶物質をうまく選択すると偏光方向の回転が方
向子の捻じれに従うように作ることができる。このよう
な状態で両側の透明電極に電圧を加えると基板１１、１
２表面のすぐ上の分子を除く液晶分子が基板１１、１２
に対して垂直に配列する。図６（イ）及び（ロ）の矢印
は方向子を表す。
【００１３】次に、このような捻じれたネマチック方式
の液晶表示装置の作用を詳しく説明する。「ＯＦＦ」状
態では、液晶セルが光導波管(waveguide)のように作用
する。一偏光板１３を通過して線偏光された光は、捻じ
れた液晶物質を通過しながら偏光方向が回転する。光が
液晶物質を通過して、他のところの基板１１に到達した
とき、光の偏光方向は９０°回転する。若し、２つの偏
光板１３、１４を垂直に配列したとすれば、この光は二
番目の偏光板を通過するであろう。しかし、２つの偏光
板１３、１４の偏光軸が互い平行であれば、光の偏光方
向がこれと垂直であるので通過できない。
【００１４】「ＯＮ」状態では、２つの基板１１、１２
の間に電圧が印加される。液晶は正の誘電率異方性を持
っているので、液晶方向子は基板１１、１２の付近を除
いた他の部分で電場の方向に配列しようとする。このと
き、傾斜角(tilted angle)は電気的に調節できる。この
ような方向子の傾斜によって液晶物質の導波管効果がな
くなる。即ち、始めの偏光板１３を通過した変更された
光はその偏光方向を殆ど換えずに二番目の偏光板に到達
する。
【００１５】若し、２つ偏光板１３，１４の偏光軸が互
いに垂直であれば、この光は二番目の偏光板１４をほぼ
通過できないが、２つの偏光板１３、１４が互い平行で
あれば、この光は大体２番目の偏光板を通過するであろ
う。
【００１６】以上の通り、光が通過しない「ＯＦＦ」状
態と光が通過する「ＯＮ」状態とが得られると共に、印
加される電圧を適切に調節して階調表示ができる。図６
（イ）の「ＯＦＦ」状態で液晶方向子の捻じれ角度(twi
sted angle)は９０°であるが、所謂超捻じれネマチッ
ク方式(supertwisted nematic mode)では捻じれた角度
が２２０°或は２７０°であって、もっと大きい。
【００１７】一方、最近スメクチック液晶の中で強誘電
性を持つキラル・スメクチックＣ*液晶を用いた液晶表
示装置が研究されている。スメクチックＣ液晶は分子
層、又は分子層に対して垂直の軸に対して一定な角度で
斜めになっている相であって、分子層に対して垂直の軸
となす角度を「傾斜角」と言って、この角度は一定であ
る。
【００１８】スメクチックＣ液晶の中で直線光学的に不
活性の分子からなる場合には、ただ「スメクチックＣ」
又は「アキラル・スメクチックＣ」として、光学的な活
性分子のある場合には分子層に従って螺旋運動をする
が、これを「スメクチックＣ*」液晶相と称する。この
相は特に分子永久双極子が存在するために強誘電性液晶
相といい、このとき双極子の方向は液晶方向子に対して
垂直である。通常のスメクチックＣ相の場合には方向子
に対して垂直の軸に対する回転対称(rotationary symme
try)と、その軸に直交してスメクチック層に平行な面に
対する反転対称(inversion symmetry)が存在するが、分
子がキラルな部分を持っていると反転対称が崩れて分子
に垂直な方向に双極子モーメントが存在するので、巨視
的には自発分極または永久分極(permanent polarizatio
n)を持つ強誘電性が見える。
【００１９】しかしながら、一般的なスメクチックＣ*
相で分子が分子層に従って螺旋運動をするので、一周期
または一ピッチに対する巨視的な自発分極は０になる。
従って、強誘電性液晶を不適合(improper)強誘電性液晶
とも呼ぶ。このような螺旋構造は外部で電場を印加する
ことによって解消するが、臨界値以上の電場では螺旋構
造が完全に解消して巨視的な自発分極が存在する。
【００２０】つぎに、図７を参照して従来のキラル・ス
メクチックＣ*液晶を用いた強誘電性液晶表示装置につ
いて詳しく説明する。図７で示されている通り、従来の
強誘電性液晶表示装置には電圧が印加可能な透明基板１
１，１２の間に、スメクチックＣ*液晶物質１０が配置
されている。ここで液晶物質１０の分子層２０が、基板
１１，１２に対して垂直になるよう配置されている。こ
のとき、各分子層２０の液晶方向子は分子層２０に対し
て一定の角度を維持すると同時に、分子層２０に従って
螺旋運動をするので、分子層２０に垂直な軸に対称であ
る円錐表面の母線３０に従って回転する。このような状
態で基板１１，１２に臨界電圧を印加すると、各分子層
２０の液晶方向子は誘電率異方性が正の場合には電場の
方向と平行に、誘電率異方性が負の場合には電場の方向
と垂直に移動する。このような強誘電性液晶を用いた液
晶表示装置は高速性と準安定性によって相当な注目を浴
びているが、固有の階調を持っていないことなどの問題
点を有している。かかる問題点を解決するため、階調表
示が可能で、速い応答性を見せる捻じれた構造のキラル
・スメクチックＣ*強誘電性液晶が提案された。［J. S.
Patel,Appl. Phys. Lett. 60,282(1992)］
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現在までのと
ころ、アキラル・スメクチックＣ液晶を表示装置で用い
る方法は提示されていない。そこで、本発明の目的は、
実用性を備えた、捻じれた構造のアキラル・スメクチッ
クＣ液晶を用いた表示装置を提供することにある。即
ち、本発明ではアキラル・スメクチックＣ液晶に捻じれ
を加えて、階調表示が可能な表示装置を提供する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、各請求項記
載の発明により達成される。即ち、本発明の特徴構成
は、電圧が印加されることのできる一対の透明基板の間
に、基板に垂直である分子層を持っていて、各分子層内
で一方の基板から他方の基板にわたって捻じれているス
メクチックＣ液晶物質を含む点にある。２つの基板表面
での液晶物質の液晶方向子を基板と平行にすることがで
き、このとき、２つの基板の表面での液晶方向子がなす
角度を０°〜１８０°にすることもできる。
【００２３】液晶方向子が分子層に垂直の軸に対して一
定の傾斜角をなすことができ、このとき、２つの基板の
表面での液晶方向子がなす角度は、液晶方向子の傾斜角
の２倍以下、特に傾斜角の２倍であることが望ましい。
液晶方向子の傾斜角は１５°〜６０°、特に４０°〜５
０°であることが望ましい。
【００２４】一方、液晶物質の液晶方向子は２つの基板
の間にわたって分子層に垂直した軸に対して一定の傾斜
角を持ちながら分子層に垂直した軸に対して０°〜１８
０°回転してあることが有り得る。この場合、分子層に
垂直した軸に対する液晶方向子の回転角を１７０°〜１
８０°とすることもできる。
【００２５】２つの基板の中、１つの基板の表面での液
晶物質の液晶方向子が基板に対してなす角度は傾斜角と
同様であり、他の基板表面での液晶物質の液晶方向子が
基板に対してなす角度は１８０°から傾斜角を引いた角
度と同様とすることもできる。このとき、液晶方向子の
傾斜角は１５°〜６０°、特に４０°〜５０°であるこ
とが望ましい。
【００２６】又、２つの基板の中、１つの基板表面での
液晶物質の液晶方向子が基板に対してなす角度は傾斜角
と同様であり、他の基板表面での液晶物質の液晶方向子
が基板に対してなす角度は０°〜１０°であることも有
り得るし、この時、分子層に垂直した軸に対する液晶方
向子の回転角は８０°〜１００°であることが望まし
い。この場合、液晶方向子の傾斜角は４０°〜１００
°、特に８０°〜９０°であるのが良い。
【００２７】一方、液晶物質と基板との間の間隙の２倍
は、０．１μｍ〜２．０μｍであることが好ましい。２
つの基板には、偏光子がそれぞれ装着されていてもよ
い。ここで、前記液晶方向子が、前記基板表面と平行な
平面上に投影されてできる軸と前記分子層に垂直な軸と
のなす角度を水平角とするとき、２つの偏光子の偏光軸
は２つの基板表面での液晶分子の水平角の差だけずらさ
れている場合もあるし、その差に±９０°を足した角度
だけずらされていることもある。
【００２８】また、２つの偏光子の偏光軸は互いに平行
であることもあるし、直交することもある。２つの基板
の中、１つまたは２つの基板全部に位相差板が装着され
ている場合もあるし、２つの基板の中で１つの基板に光
を発する発光手段が装着されている場合もあるし、反射
板に装着されていて自然光を用いる場合もある。また、
液晶物質は負の誘電率異方性を有するのが望ましい。こ
のような構成を持つ液晶表示装置は従来の捻じれたネマ
チック方式または超捻じれたネマチック方式とは類似な
作用をするが、傾斜角を維持しようとする力と配向力と
が調和をなすため、分子が主に「誘導された円錐」の表
面（母線）で起こるという点が違う。液晶分子は誘導さ
れた円錐表面で電場の強度によって位置を変化して、階
調表示が可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】本発明による実施形態を、図面を
参照して詳しく説明する。図１に、本実施形態に従うス
メクチックＣ液晶を用いた液晶表示装置での分子層の構
造を示す。図２に、電圧が印加されていないときの液晶
分子の配列を示す。図１に示すように、この液晶表示装
置は、水平配向処理をした１あるいは２個の電極を被覆
した透明な絶縁基板１１、１２が対向している。その間
には、カイラリティーを持たないスメクチックＣ液晶物
質１０が配置されている。基板１１、１２の外側には、
偏光軸が一定角度をなす２つの偏光子１３、１４がそれ
ぞれ装着されている。液晶物質の分子層２０を２つの基
板１１、１２に対して垂直になるように配置し、液晶物
質１０には誘電率異方性が負あるいは正である物質を選
ぶ。液晶物質１０に接する基板１１、１２の両表面は、
水平配向処理して液晶分子が基板１１、１２の表面で、
この表面に平行に配列されるようにする。
【００３０】一般的には、アルキルフェノール、ヘキサ
デシル・トリメチルアンモニウム・ブロマイド等の界面
活性剤、ポリイミド樹脂などを塗布するか、ＳｉＯｘ斜
方蒸着をするか、ラングミュアーブロジェット・フィル
ム沈積方法(Langmuir-Blodgett film deposition metho
d)で配向吸着剤を塗布した後、望む方向にラビングし
て、両基板１１、１２の表面に存在する液晶分子が基板
１１、１２に水平に配向されるようにする。
【００３１】２つの基板の水平配向方向を互いにずらす
ようにし、このとき２つの基板の水平配向方向になる角
度は液晶分子の傾斜角の２倍にする。そうすると、傾斜
角を維持しようとする力と配向力とが調和をなすよう分
子が配列される。これを、図２を参照して詳しく説明す
る。図２は、本実施形態の液晶表示装置での液晶分子の
配列を示し、１つの分子層だけを拡大して示したもの
で、他の分子層も同様に配列されている。ここで、Ｘ軸
は分子層に垂直な軸であり、Ｙ軸は基板１１、１２に平
行してＸ軸に対して反時計方向に９０°回転した軸であ
り、Ｚ軸は基板１１、１２に垂直な軸で、Ｙ軸に対して
反時計方向に９０°回転した軸である。
【００３２】図２において、液晶分子１６、１７、１８
の位置を、次の各変数を使って説明する。Ｘ軸と液晶分
子の方向子ｎがなす角は「傾斜角」θ０であり、方向子
ｎのＸ−Ｙ平面に対する垂線の軸がＸ軸となす角度は
「水平角」θであり、方向子ｎのＹ軸からＺ軸の方向に
回転した「回転角」はφである。
【００３３】ここで、θは方向子ｎのＸ−Ｙ平面に対す
る垂線の軸がＹ＞０の部分にある場合には正の値にな
り、Ｙ＜０の部分にある場合には負の値になると仮定し
てみる。先ず、スメクチックＣ液晶の性質に従って全て
の液晶分子の傾斜角θ０（＞０）は、固定されて常に一
定の値である。基板１１、１２の表面の液晶方向子１
７、１８は、基板１１、１２に平行して配列する。即
ち、下の基板１１の表面の液晶方向子１７の回転角φは
０°であり、上の基板の表面の液晶方向子１８の回転角
φは１８０°である。
【００３４】一方、両基板１１、１２表面の液晶方向子
１７、１８の水平角θの大きさはそれぞれ傾斜角θ０と
同様であるが、下部基板１１表面の液晶方向子１７の場
合には正の符合を持って（即ち、＋θ０）、上部基板１
２表面の液晶方向子１８の場合には負の符合を持ってい
る（即ち、−θ０）。下部基板１１の液晶分子１７の水
平角θは＋θ０であり、上部基板１２の液晶分子１１の
水平角θは−θ０であるので、分子の間に作用する力に
よって液晶セルの中間にある分子の水平角θは下部基板
１１から上部基板１２に至る間＋θ０から−θ０まで次
第に変化しなければならない。
【００３５】一方、前述した通り、スメクチックＣ液晶
の性質に従って液晶分子は、Ｘ軸に対して一定の傾斜角
θ０を維持しようとする。このような２つの作用が噛み
合って結局、液晶分子はＸ軸となす角度がθ０の直線が
Ｘ軸に対して回転してなる円錐表面の母線４０に従って
回転することになる。このとき、この母線４０を「誘導
された円錐」という。従って、下部基板１１から中央地
点までの液晶分子の回転角φは０°から９０°までの角
度をなし、中央から上部基板１２までの液晶分子は９０
°から１８０°までの回転角をなす。
【００３６】また、下部基板１１から中央地点までの液
晶分子の水平角θは＋θ０から０°までの角度をなし、
中央から上部基板１２までの液晶分子は０°から−θ０
までの回転角をなす。結局、２つの基板１１、１２の表
面にある分子間の回転角φは１８０°になり、水平角θ
の差は２θ０で、２つの基板１１、１２の間の配向角度
の差と同様である。
【００３７】ついで、２つの基板１１、１２の間の高い
電圧を印加した場合に液晶分子の配列の変化を、誘電率
異方性が負である場合と正である場合と分けて説明す
る。負の誘電率異方性を持つ液晶物質１０の場合には、
液晶方向子が電場の方向に垂直になろうとする。一方、
スメクチックＣ液晶の性質に従って液晶方向子は、続い
て一定の傾斜角を維持しようとする。従って、液晶分子
は誘導された円錐の表面に従って電場に垂直な方向に配
列し、このとき経路が近い側を選んで配列することにな
る。
【００３８】従って、下部基板１１から中央に至る領域
にある液晶分子、即ち水平角θが０＜θ＜＋θ０である
分子は円錐の表面に従ってθ＝＋θ０の方向に回転する
であろうし、中央から上部基板１２に至る液晶分子、即
ち−θ０＜θ＜０の分子は円錐の表面に従ってθ＝−θ
０の方向に回転する。従って、下部基板１１から中央に
至る領域の液晶分子と中央から上部基板１２に至る領域
の液晶分子とを分ける反転壁(inversion wall)が生じ
る。
【００３９】つぎに、誘電率異方性が正である場合を考
慮してみる。誘電率異方性が正であると、液晶方向子が
印加された電場の方向と平行して配列しようとして、又
スメクチックＣ液晶の性質に従って一定の傾斜角θ０を
維持しようとする。加えられた電場による力が一定の傾
斜角を維持しようとする力より小さい場合には、円錐表
面の上で動くけれども、なるべく電場と平行の側に配列
するので、基板表面の液晶分子を除く全ての液晶分子
は、電場の方向と最も平行の位置、即ちθ＝０の位置に
配列する。この位置の回転角は、φ＝９０°の所に該当
する。これとは反対に加えられた電場による力が一定の
傾斜角を維持しようとする力より大きいと、液晶分子は
誘導された円錐表面を脱して電場の方向に平行して配列
する。一方、ここで分子が回転する程度は印加された電
圧の大きさに依存し、この大きさの変化に従って液晶物
質は連続的な電気光学効果を現す。
【００４０】それでは、このような構成を持つ本実施形
態に従う液晶表示装置の作用を、液晶の誘電率異方性が
負の場合に関して詳しく説明する。電圧が印加されてい
ない状態では、液晶物質１０の液晶分子が誘導された円
錐に従って捻じれた状態を維持する。光が始めの偏光子
１３を通過して、この偏光された光が、偏光子１３の偏
光方向と平行に配向処理された基板１１に対して垂直に
入射されると、この光は液晶方向子の回転にしたがっ
て、その偏光方向を回転しながら他方側の基板１２及び
偏光子１４に到達する。
【００４１】二番目の偏光子１４の偏光軸が始めの偏光
子１３の偏光軸となす角度が、両基板１１、１２の表面
での液晶方向子の水平角θの差と同様であれば、二番目
の偏光子１４に到達した光はその偏光方向が二番目の偏
光子１４と平行となり、従って二番目の偏光子１４を通
過する。しかし、二番目の偏光子１４の偏光軸が、始め
の偏光子１３の偏光軸となす角度が両基板１１、１２の
表面での液晶方向子の水平角θの差に±９０°を足した
値と同様であれば、二番目の偏光子１４に到達した光
は、その偏光方向が二番目の偏光子１４と垂直となり、
従って二番目の偏光子１４を通過できない。
【００４２】電場が印加されると、液晶物質が負の誘電
率異方性を持っているので、誘導された円錐に従って捻
じれて配列された液晶分子は、電場に対して前述した通
り垂直に配列しようとする。電場が十分に強ければ、全
ての液晶分子が電場に対して垂直に配列することもある
が、そうでない場合には電場と垂直でない一定の角度を
維持するであろう。そして、基板１１、１２の表面に近
くなればなるほど水平配向力が強く作用するので、基板
表面に行くほど水平に近く配列されるであろう。
【００４３】傾斜角が４５°であり、前記基板１１，１
２の水平配向角の差が、その２倍の９０°として、前記
基板１１，１２間に十分強い電場をが印加された場合を
仮定する。この場合、液晶物資１０中において、各液晶
方向子はほぼ前記基板１１，１２に対して平行に、か
つ、前記反転壁を挟んで両側の各液晶方向子は、前記水
平角の差が９０°になるように配列する。偏光子１３を
通過した光は、偏光方向が基板１１の水平配向方向と平
行な直線偏光として始めの基板１１に垂直ら入射する。
入射した直線偏光は、偏光方向が液晶方向子の向きと同
じ水平偏光で、液晶方向子の向きが前記反転壁まで一定
であるので、液晶物質１０に入射した後も、偏光方向が
捻じれることなく通過していく。更に、前記反転壁を通
過した後は、液晶方向子の向きが９０°回転するため、
直線偏光が水平偏光に変化するが、直線偏光のまま偏光
方向が回転することなく、液晶物質１０を通過して反対
側の基板１２に到達する。若し、２つの偏光子１３、１
４の偏光軸が互いに直交すると、光の偏光方向は二番目
の偏光子１４の偏光軸と垂直であるので、二番目の偏光
子１４を通過することができない。しかし、２つの偏光
子１３、１４の偏光軸が互いに平行であれば、光の偏光
方向は二番目の偏光子１４の偏光軸と平行であるので、
二番目の偏光子１４を通過する。一方、ここで分子が回
転する程度は、印加された電圧の大きさに依存し、その
大きさの変化に従って液晶物質は連続的な電気光学効果
を現す。
【００４４】本実施形態では、両基板全てに水平配向を
して配向角が傾斜角の２倍になるようにした場合を例を
挙げて提示したが、他の様々な方法で捻じれを加えても
類似な効果が得られる。例えば、本実施形態では両基板
の表面の液晶分子が誘導された円錐のＹ軸方向の両側に
位置するようにしたが、そうする代わりに、誘導された
円錐のＺ軸方向の両側に位置するようにするか（この場
合、回転角φはやはり１８０°になり、水平配向でなく
１つの基板の表面では傾斜角だけ、他の基板の表面では
１８０°から傾斜角を引いた分だけ傾いた配向にならな
ければならない）、又は誘導された円錐上で回転角φは
９０°になるように配置する方法（この場合、傾斜角と
水平角が４５°近くに同様にするのが望ましい）が考え
られる。
【００４５】次のグラフは傾斜角が４５°であり、水平
配向角の差が傾斜角の２倍である９０°であり、負の誘
電率を持つスメクチックＣ液晶を用いた液晶表示装置に
関するグラフである。図３は、誘電率異方性Δε＝−１
０、基板の間の距離ｄ＝１０μｍの液晶セルに対して電
圧の大きさがそれぞれ０Ｖ、２Ｖ、５Ｖ、１０Ｖの場合
に、回転角φ（ｚ／ｄ）をｚ／ｄの函数で表したグラフ
である。このグラフで分かるように、電圧が印加されて
いないときには、下部基板から上部基板に至る間、距離
に比例して回転角φが一定に変化することが分かる。し
かし、印加された電圧が高くなるほど下部基板から中央
に至る下部領域の分子は回転角φが０°に近くなり、中
央から上部基板に至る上部領域の分子は回転角φが１８
０°に近くなる。
【００４６】図４は、更に液晶方向子をＸ−Ｙ平面に投
影した直線から液晶方向子までの角度θ（ｚ／ｄ）を、
ｚ／ｄの函数で表したグラフであり、ここでのθは前記
説明したものとは異なる意味で使われている。図４で分
かるように、電圧が高いほど下部領域および上部領域の
分子はθ＝０の状態に行くし、２つの領域の中間で鋭い
極大値を見せる。このように鋭い極大値は互いに垂直を
なす２つの領域を分ける反転壁を表す。
【００４７】図５は誘電率異方性が互い違う物質に対し
て光の透過率を、印加電圧に対して示したグラフであ
り、誘電率異方性の大きさが大きいほど曲線が鋭くなる
ことが分かる。
【００４８】
【発明の効果】以上の通り、本発明によるカイラリティ
ーのないスメクチックＣ液晶を用いた液晶表示装置で
は、適切な捻れを加えることによって連続的な電気光学
効果を発揮し、これによって階調表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アキラル・スメクチックＣ液晶を用いた液晶表
示装置の断面図
【図２】アキラル・スメクチックＣ液晶を用いた液晶表
示装置での液晶分子の配列を説明する図
【図３】回転角φ（ｚ／ｄ）をｚ／ｄの函数で表わした
図
【図４】液晶方向子をＸ−Ｙ平面に投影した直線から液
晶方向子までの角度θ（ｚ／ｄ）をｚ／ｄの函数で表わ
した図
【図５】互い異なる誘電率異方性を持つ物質の印加電圧
に対する透過率を示す図
【図６】従来の捻じれたネマチック方式の液晶表示装置
の断面図
【図７】従来のスメクチックＣ* 液晶を用いた強誘電性
液晶表示装置の断面図
【符号の説明】
１０ スメクチックＣ液晶物質 １１，１２ 基板 １３，１４ 偏光子 １６ 液晶分子 １７ 液晶分子 １８ 液晶分子 ２０ 分子層 ４０ 母線

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電圧を印加可能な一対の透明基板と、こ
    れら一対の基板間にあって、分子層が前記基板に垂直に
    位置すると共に、各分子層内で、前記基板中、一方の基
    板から他方の基板にわたって捻じれているスメクチック
    Ｃ液晶物質とを有する液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記液晶物質の液晶方向子は、前記基板
    の表面と平行になるように配向処理されている請求項１
    記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記各液晶方向子のなす角度が、０°〜
    １８０°である請求項２記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 前記液晶方向子が、前記分子層に垂直な
    軸に対して一定の傾斜角をなす請求項３記載の液晶表示
    装置。
  5. 【請求項５】 前記各液晶方向子がなす角度は、前記液
    晶方向子の傾斜角の２倍以下である請求項４記載の液晶
    表示装置。
  6. 【請求項６】 前記水平角は、前記液晶方向子の傾斜角
    の２倍である請求項５記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項７】 前記液晶方向子の傾斜角は、１５°〜６
    ０°である請求項６記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項８】 前記液晶方向子の傾斜角は、４０°〜５
    ０°である請求項７記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項９】 前記液晶物質の液晶方向子は、前記一対
    の基板間にわたって前記分子層に垂直な軸に対して一定
    の傾斜角を持ちながら前記分子層に垂直な軸を回転軸と
    して０°〜１８０°回転している請求項１記載の液晶表
    示装置。
  10. 【請求項１０】 前記分子層に垂直な軸を回転軸として
    前記液晶方向子の回転角は、１７０°〜１８０°である
    請求項９記載の液晶表示装置。
  11. 【請求項１１】 前記一対の基板中、１つの基板表面で
    の前記液晶物質の液晶方向子が前記基板に対してなす角
    度は、前記傾斜角と同様であり、他の基板表面での前記
    液晶方向子が前記基板に対してなす角度は、１８０°か
    ら前記傾斜角を引いた角度である請求項１０記載の液晶
    表示装置。
  12. 【請求項１２】 前記液晶方向子の傾斜角は１５°〜６
    ０°である請求項１１記載の液晶表示装置。
  13. 【請求項１３】 前記液晶方向子の傾斜角は４０°〜５
    ０°である請求項１２記載の液晶表示装置。
  14. 【請求項１４】 前記一対の基板中、１つの基板表面で
    の前記液晶物質の液晶方向子が前記基板に対してなす角
    度は前記傾斜角と同様であり、他の基板表面での前記液
    晶物質の液晶方向子が前記基板に対してなす角度は０°
    〜１０°である請求項９記載の液晶表示装置。
  15. 【請求項１５】 前記分子層に垂直な軸に対する前記液
    晶方向子の回転角は、８０°〜１００°である請求項１
    ４記載の液晶表示装置。
  16. 【請求項１６】 前記液晶方向子の傾斜角は４０°〜１
    ００°である請求項１５記載の液晶表示装置。
  17. 【請求項１７】 前記液晶方向子の傾斜角は８０°〜９
    ０°である請求項１６記載の液晶表示装置。
  18. 【請求項１８】 前記液晶物質と前記各基板との間の間
    隙の２倍が、０．１μｍ〜２．０μｍである請求項１〜
    １７のいずれか１項記載の液晶表示装置。
  19. 【請求項１９】 前記一対の基板にそれぞれ装着されて
    いる偏光子を更に含む請求項１〜１７のいずれか１項記
    載の液晶表示装置。
  20. 【請求項２０】 前記液晶方向子が、前記基板表面と平
    行な平面上に投影されてできる軸と前記分子層に垂直な
    軸とのなす角度を水平角とするとき、前記２つの偏光子
    の偏光軸は前記水平角の差だけずらされている請求項１
    ９記載の液晶表示装置。
  21. 【請求項２１】 前記液晶方向子が、前記基板表面と平
    行な平面上に投影されてできる軸と前記分子層に垂直な
    軸とのなす角度を水平角とするとき、前記２つの偏光子
    の偏光軸は前記水平角の差に±９０°を加えた角度だけ
    ずらされている請求項１９記載の液晶表示装置。
  22. 【請求項２２】 前記２つの偏光子の偏光軸は、互いに
    平行である請求項１９記載の液晶表示装置。
  23. 【請求項２３】 前記２つの偏光子の偏光軸は、互いに
    直交する請求項１９記載の液晶表示装置。
  24. 【請求項２４】 前記一対の基板中、１つまたは２つの
    基板全部に位相差板が装着されている請求項１〜１７、
    ２０〜２３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
  25. 【請求項２５】 前記一対の基板中で１つの基板に光を
    発する発光手段が装着されている請求項１〜１７、２０
    〜２３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
  26. 【請求項２６】 前記一対の基板中で１つの基板に反射
    板が装着されている請求項１〜１７、２０〜２３のいず
    れか１項記載の液晶表示装置。
  27. 【請求項２７】 前記液晶物質は、負の誘電率異方性を
    有する請求項１〜１７、２０〜２３のいずれか１項記載
    の液晶表示装置。
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