JPS6120930A - 強誘電性液晶電気光学装置 - Google Patents

強誘電性液晶電気光学装置

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JPS6120930A
JPS6120930A JP14294484A JP14294484A JPS6120930A JP S6120930 A JPS6120930 A JP S6120930A JP 14294484 A JP14294484 A JP 14294484A JP 14294484 A JP14294484 A JP 14294484A JP S6120930 A JPS6120930 A JP S6120930A
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隆正 原田
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
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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〕 本発明はカイラルスメクチック液晶を用いた液晶表示素
子に関する。
〔従来の技術〕
液晶に、色々のディスプレイに使わnている。
液晶パネルは小型で薄くさらに消費電力が少ない等の優
rtた特性がある。
そn故時計や計算機の表示に多く使わnている。こnら
のディスプレイに利用さnている液晶はサーモトロピッ
ク液晶である。所定の温度範囲で各種の液晶相をとる。
この液晶相は層構造を持たないネマチック相(以後N〕
と層構造金もつスメクチック相に(以後S、)大別さn
る。
5fnIzさらに一軸性のスメクチック人相(以後Bm
ム】と二軸性のスメクチックC相(以後a@0)に分類
さnる。
層の厚みはだいたい液晶分子1分子の長さに相当する。
第2図にH,5trLA、s、oの分子配列を模式的に
示した。第2図aはN、第2図すはB’mム。
第2図Cは8fILCt−示す。
さらに液晶分子が不斉炭素をもち、かつラセミ体でなけ
nば、らせん構造をとるようになる。
Nの場合薄い層内で液晶分子の長軸が層内にあり、かつ
一方向に向かって配列するようになる。
そして層内の分子の方向が各層ごとに少しづつねじれた
カイラルネマチックとなる。第8図は、カイラルネマチ
ックの分子配列を模式的に示した図である。Bmの場合
、層の法線方向をらせん軸として分子がらせん状に配列
し、カイラルスメクチック0相(以後B悟0*]となる
5fiO*についてもう少し説明を加える。
一つの層内の液晶分子の長軸方向(以後分子軸と呼ぶ)
ハ、層の法線方向と角度θだけ傾きこの角度にどの層で
も一定である。
第4図のbに分子軸と法線方向との関係を示している。
一方、層の法線方向からsmo*の分子配列を見た場合
、方位角ψは一定の値づつ(第4図のGでは45°づつ
変化する場合を示しているン層毎に回転し、分子配列は
らせん構造を生じる。
また一般に8常0*は、らせん構造をとるだけでになく
分子軸に垂直な方向に電気双極子金持ち強誘電性を示す
強誘電性液晶は、1975年MgyarC1−da 、
Phya 、36..69.1975)らKより合成さ
nその存在が証明さnた。
その待合成さnた液晶は通称DOBAMBO(2−メチ
ルブチルP−((1’−、−デシロキシベと呼ばn現在
でも強誘電性液晶の研究に盛んに使わnている。
sgo*は前述のようにらせん構造をとるが、そのらせ
んの周期は液晶をらせんの周期よりも薄い1μ扉程度の
間隙を有するセルに注入すると、らせん構造が消失する
らせん構造が消失した後の分子配列構造は、第5図にセ
ル基板との幾可学的な関係とともに示さ【ている。
液晶分子仁、セル基板に対して平行になる。
すなわち、分子軸が基板と平行になり、かつ層の法線方
向からθ傾いて液晶分子が配列する。
ここで層の法線方向は基板と平行罠なっている。そn散
層は基板に対して垂直に形成する。層の法線方向からθ
傾く場合、法線から時計回りにθ傾いているドメインと
反時計回りに傾いているドメインが混在する。
BmO*液晶分子は、一般に分子軸に垂直な電気双極子
を持つ。一方のドメインではセル基板に対して電気双極
子が上向きに揃っているとすると、他方ドメインでは下
向きに電気双極子が揃う。
このセル基板間に電界を印加すると、セル全体の液晶分
子が層の法線方向から十〇またに一〇(+、−は電気枚
極子のついている方向Kxv決定さnる)、傾いた位置
に揃う。以後これらを十〇位置及び−〇位置と呼ぶ。
電界を上記と逆に印加すると、液晶分子は十〇位置から
一〇位置へ動くか、または−〇位置から十〇位置へ動く
。セル全体の分子が十〇位置かまた仁−θ位置に配列す
るからこの相構造tD B m Oである。セルの間隙
を薄くする事によりらせん構造が消失してsmc相がで
きたことKなる。
しかし、このBmOta、らせん構造を持っていたなご
りとして、±θ位置から反対の位置に移動する際、第4
図のみに示した円椎に沿って移動する。この二つの状態
は非常圧安定であり、X:つの状態を電界で交互に切り
かえる速さは、通常のTNがm s s+ cオーダで
あるのに対して、数μ8eGオーダーである。
すなわち、BmO*を挾持しかつ電極を付した二枚の基
板からなるセルは、メモリー性を有しかつ非常に高速で
二つの状態をとりえる。
とnらの性質をカイラルスメクチック液晶が有している
事を、0LarkとLag a rwa l 1(Ap
p l 、Phya 、l e t t 、36,89
9.1980)らが初めて発表した。
また、彼らはもう一つの特性をカイラルスメクチック液
晶が有゛シている事を主張した。
すなわち、′望ましいしきい値特性”である。
この場合しきい値特性tよ、TN型液晶における実効電
圧に対するしきい値特性とは異なり、印加された電圧値
のみKする。
しかし、我々の実験でもまた世の中のその他の研究機関
においても、望ましいしきい値特性の存在を示すデータ
は出ていない。
そこで、我々は選択時に所望のパルス間を有する選択電
圧±V Gpにより点灯、非点灯を選択し、該V ap
よりも小なる正負の振幅が等しい交流パルスにより点灯
、非点灯状態をメモリーさせる駆動方法を開発した。
II6図のa、b、に上記駆動方法による駆動波形の一
実施例を示した。
第6図のa、bは、そrt、−t″n選択時に、走査電
極からの電位が+v”I’s及び−V eLpである駆
動波形である。
該駆動波形でカイラルスメクチック液晶を駆動した場合
、液晶の配向状態により表示の良し悪しが大きく影響さ
nる。
その理由は、一軸配向処理による分子配向が安定であり
、電圧印訓さnて基板に分子が平行になる状態は、大き
な歪を持っているからと考えらnる。
第7図は、二枚の基板表面に一軸配向処理した時の、分
子配列を示した。
層は、基板の厚み方向に傾いていると考えられまた分子
一つに着目すると、第4図の仮想的なコーンt−考えた
場合、第8図に示したコーンの頂点の位置忙あると考え
らnる。
基板に対して平行であり、かつ仮想的なコーンの頂点の
位置にあると考えらnる。
基板に対して平行であplがっ仮想的なコー/について
もコーンの中心面上の二つの分子位置の、どちらかに分
子が初期配向状態から安定して位置させる事が必要であ
る。
従来この状態を得るには、東工大福田教授が主張するス
ペーサ等により分子を横から配向させ、基板に平行でか
つ仮想的コーンの中心面上の位置をとる方法が知らnて
いた。
しかし、この方法は横配向力を有するスペーサをセルの
中に多数配置せねばならず工業的に量産するには困難で
あった。
〔問題な解決するための手段〕
基板に平行な安定な二つの位置を分子にもらしめ、かつ
我々が開発した駆動方法にも適合する配向方法として次
の方法がある。
すなわち、一方の基板は一軸配向性を有する配向処理を
施し、他方の基板は、方向性のないランダムな水平配向
処理を施す。
〔作用〕
方向性のないランダムな水平配向処理をした膜には、文
字通りランダムに液晶分子が水平に付着していると考え
らnる。
一方もう一枚の基板の一軸配向処理は、分子を一方向で
水平に固定する。
とnらの配向によるセル内の分子の配向状態は次のよう
に考えらnる。
館1図はゼル内の分子の配向状態を示した模式図である
。図は、一軸配向方向から見た図である。液晶分子は、
一軸配向膜上では、はとんど動かない。一軸配向膜に付
着した分子から数分子層も全く動かないかまたは極くわ
ずかしか動かないと考えらnる。一方、ランダム水平配
向の規制を受ける分子も、同じく数分子層と考えらnl
あまり動かな込。前記一軸配向した領域を一軸配向領域
、ランダム水平配向した領域をランダム水平配向領域と
呼ぶ。
前者は、カイラルスメクチック液晶を方向の揃った均一
なドメインを形成するように、分子の配列方向を規定す
る。
一方、後者は、一軸配向領域の影響を受けて成長して来
たドメインとの界面をフリーな界面とする九めに役立っ
ている。フリーとは、界面を境として、上下の分子間の
相互作用が少ないという事でらる。よって、一軸配向膜
から成長してきた液晶分子は、本来最も安定な位置に強
制さnずに居る事ができる。その位置は、基板に対して
水平で、仮想的コーンと中心面との交線上に位置する。
この位置は、±θ位置である。
〔実施例1〕。
一軸配向処理の一実施例として、ポリイミド薄膜を印刷
又はディッピング等により形成し、その後一方向にラビ
ング処理である。一方ランダム水平配向処理の一実施例
として、次の処理がある。
すなわちsho!スパッタ→有機シラン垂直配向化合物
、0.01〜5.0重量多水溶液浸せき→洗浄→乾燥 
その後、800℃前後で約カ分熱処理する。
前記駆動方法の適合性は、最終の熱処理温度に大きく依
存する。250℃〜850℃が最もへ適合性が良い。
有機シラン垂直配向化合物については、(OHmO)i
  CCHa)s  ”CCHa)*  (CFx)x
vOH,0L(P M OA P) 等の化合物がある。
〔実施例2〕 一軸配向処理は実施例1と同等とする。ランダム水平配
向処理には、有機シラン化合物を用いる。有機シラン化
合物による配向処I紘次のようである。
s 4 o、スパッタ→有機シラン化合物0.01〜5
.0重量−の水溶液に浸せき→洗浄→乾燥という処理で
ある。
有機シラン化合物については、 OH、−N H−(OH,)、 −84,(OOH,)
、、NH,−(OH,) 、 −11H−(O′H,)
、 −84(OOH,)、NE*−(OH*)s−8t
 (0’* Hs)aSi (00s HI)4 、o
H,s((”Hi)a、OH,(on、)、−=−s(
(00*Hwン1、@−at−(001HI)8、OH
*=OH−o−8((0”s ) aCHm  CCH
a)+−o−B’i C00* Hm)s、0H1−(
OH,)v−fi((00m!、)、、(◎−)*St
O1m、        書等がある。
〔効果〕
二枚の基板上の一方には、従来の一軸配向処理が施し、
もう一方にはランダム水平配向処理を施す事は、配向処
理としては、簡易で量産性に富む。このような簡易な方
法により、基板に平行で仮想コーンと中心面との交線上
に分子の大部分が位置する。この位置の分子は安定であ
りオーブンメモリーは、半永久的である。
前記駆動方法との適合性も良く、良好な表示が得らn、
大容量LCDディスプレイが冥現できる
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による配向方法を用いた場合の、分子
の配列の模式図である。 第2図は、ネマチック相、スメクチックA相、スメクチ
ックC相の分子配列の模式図である。 第8図は、カイラルネマチック相の分子配列の模式図で
ある。 第4図は、カイラルスメクチック0相の分子配列の模式
図である。 第5図は、らせん構造を消失した後のセル内の分子配列
の模式図である。 第6図社、カイラルスメクチックを駆動する駆動波形の
実施例である。 第7図は、二枚の基板両方に一軸配向処理した場合の分
子配列を示した模式図である。第8図はコーンの拡大図
である。 10.基板 2゜、液晶分子 81.一軸配向処理膜 40.ランダム水平配向処理膜 50.電気双極子         以上出願人 セイ
;−電子工業株式会社 代理ノ 弁理士 最 上    務 第2図 α   bC 第3図 第4図α 第4図す 第5図 第6図 VOP 第7図 第8図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極を有する少なくとも一方が透明な2枚の基板
    間に強誘電性液晶を挟持し、2枚の偏光板で構成され、
    所望のパルス幅をもつ選択電圧±Vapにより点灯、非
    点灯を選択し、該Vapよりも小なる正負の振幅が等し
    い交流パルスにより点灯。 非点灯状態をメモリーさせて駆動する強誘電性液晶表示
    素子において、一方の基板は、一軸配向性を有する配向
    処理を施し、他方の基板に、方向性のないランダムな水
    平配向処理を施したことを特徴とする液晶表示素子。
  2. (2)一軸配向処理が、ポリイミド薄膜のラビング処理
    であることを特徴とする特許請求範囲第一項記載の強誘
    電性液晶表示素子。
  3. (3)ランダムな水平配向処理が、垂直配向処理を施し
    た後に、垂直配向性を消失する温度以上で焼成した配向
    処理であることを特徴とする特許請求範囲第一項記載の
    液晶表示素子。
  4. (4)ランダム水平配向処理が、有機シラン水平配向化
    合物である事を特徴とする特許請求範囲第一項記載の液
    晶表示素子。
JP14294484A 1984-07-10 1984-07-10 強誘電性液晶電気光学装置 Granted JPS6120930A (ja)

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EP85304896A EP0168242B1 (en) 1984-07-10 1985-07-09 Ferro-electric liquid crystal electro-optical device
DE8585304896T DE3584326D1 (de) 1984-07-10 1985-07-09 Elektrooptische vorrichtung mit einem ferroelektrischen fluessigkristall.

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