JP3525222B2 - 強誘電性液晶の配向制御方法およびそれを用いた表示素子 - Google Patents
強誘電性液晶の配向制御方法およびそれを用いた表示素子Info
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Description
関し、更に詳しくは、強誘電性カイラルスメクチックC
液晶の配向制御方法とそれを用いた光スイッチング素子
及び階調表示方法に関する。
いられている。現在の液晶表示素子のほとんどはツイス
テドネマチック(TN)型表示方式のものであり、この
表示方式はネマッチック相を利用している。液晶ディス
プレイに用いられているTN型表示方式は、大きく二つ
に分けられる。一つは、各画素にスイッチング・トラン
ジスタを取り付けたアクティブ・マトリクス方式であ
る。この方式の例としては、薄膜トランジスタ(TF
T:thin film transistor)を使
ったものがある。表示品位はCRT(cathode
ray tube)と肩を並べるレベルまで達している
が、画面の大型化が困難でありコストも高い。もう一つ
は、スーパーツイステッドネマチック(STN)方式で
ある。従来の単純マトリクス方式に比べコントラスト、
視角依存性は改良されているものの、表示品位はCRT
のレベルには達していない。しかし、製造コストは低
い。これらの二つの方式は、その品位、製造コストを考
えると一長一短ある。
期待されて登場した方式に強誘電性強液晶(FLC)が
ある。現在、単にFLCというと、表面安定化強誘電性
液晶(SSFLC)を指す。このSSFLCは、198
0年にN.A.クラ−クとS.T.ラガウォ−ル{アプ
ライド フィジックス レタ−ズ(Appl.phy
s.Lett.36,899,1980)参照}によっ
て提案された。以来、次世代の液晶と呼ばれ、家電メ−
カ−や材料メ−カ−によって製品化に取り組まれてお
り、特性の改良や商品化が行われている。その理由は、
強誘電性液晶素子が原理的に以下の特徴を有するからで
ある。 高速応答性 メモリ−性 広視野角 上記の特徴により、SSFLCは高密度表示への可能性
をひめており、非常に表示素子としての魅力にあふれた
ものである。しかし、研究が進むにつれて、解決しなけ
ればならない問題が明らかにされてきた。それは、 スイッチング不良、焼付き現象 機械的ショックに対する不安定性 「く」の字層構造によるコントラストの低下 等である。
SFLC表示デバイスの持つ課題の中、本発明が解決し
ようとする課題は、前記項の「く」の字構造によるコ
ントラストの低下を回避して高コントラストを得ること
である。本発明の別の目的は、高コントラストでかつ階
調表示ができるSSFLC表示を実現することである。
前述した通り、コントラストの低下の要因の一つに
「く」の字層構造によるものがある。これによる低下
は、「く」の字層構造そのものに起因するものよりもむ
しろ「く」の字の方向のばらつきによって発生する欠陥
によるところが大きい。つまり、「く」の字を一方向に
揃えることによって、この欠陥によるコントラストの低
下は防げる。「く」の字層構造の発生した配向状態は、
ラビング方向とこの「く」の字の方向の関係から、二つ
の配向に分類されており、それらは、C1配向およびC
2配向と呼ばれている(神辺、電子情報通信学会専門講
習会講演論文集「オプトエレクトロニクス」−液晶表示
と関連材料−,1990年1月,p−18〜26)。ラ
ビング方向と層の突出した方向が同じ場合をC1配向、
逆の場合をC2配向と定義している(特開平1−158
415)。C1、C2は、セル内に発生するジグザグ欠
陥の観察より判別できる。セル内に発生するジグザグ欠
陥の形状から層の折れ曲がり方向が決定できる。欠陥に
は、ライトニングとヘアピンの二種類の形状があり、こ
れらの観察からラビング方向と層の折れ曲がり方向の関
係が決定できる。また、ラビング方向と分子のプレチル
トの関係も分かっているため、この関係からC1配向と
C2配向が区別できる。
たユニホ−ム状態かツイスト状態かによっても異なって
いる(特開平4−267223)。ここで、特開平4−
267223にならって、C1配向で消光位を示すもの
をC1ユニホ−ム(C1Uと略記する)配向、C1配向
で消光位を示さないものをC1ツイスト(C1Tと略記
する)配向とする。C2配向は消光位を示すもの一種類
しか観測できなかったためC2配向と表記するが、理論
的にはC1配向と同様に二種類ある。特開平4−267
223と同様に得られるコントラストには次の傾向があ
った。 C1U>C2>C1T このことから、高コントラストを実現するためには、完
全なC1U配向が得られればよいことがわかる。完全な
C1U配向を実現する方法は、たとえば特開平4−26
7223では、C1U配向する液晶材料とプレチルト角
が12〜15゜の配向膜の組み合わせで開示されている
が、その組み合わせは非常に限られたものである。
現についてである。元来、強誘電性液晶表示の特徴は双
安定状態であるため、階調表示は原理的には不可能であ
る。階調表示を実現するためにいくつかの方法が提案さ
れている。特開平4−264523にも開示されている
ように、以下の方法がある。 画素を分割して独立に駆動する方法(ディザ方式) 画素内で電位勾配を生じさせて表示領域を分割させる
方法(電位勾配法) 単安定状態の液晶に一方向の電界を印加し、その電界
強度により液晶分子長軸方向の変位をコントロ−ルしよ
うとする方法 画素内での液晶層の厚さを変化させることにより液晶
層に印加される電界強度を変化させる方法 このうちは簡便な方法であるが、画素数が多くなると
走査線の数が多くなりすぎるという欠点がある。
第(1)〜(3)項により達成される。 (1) それぞれ電極及び配向膜を有する互いに対抗す
る一組の基板間にその電極によって駆動される強誘電性
液晶層を配置し、かつこの一組の基板の外側に一対の偏
光板を配置して構成した液晶素子において、強誘電性液
晶の初期配向状態がC1ツイスト配向、C2ユニホーム
配向またはC2ツイスト配向である状態から、電界を印
加することによって全面をC1ユニホーム配向に転移さ
せる配向制御方法。 (2) 前記第(1)項の配向制御方法を用いてできた
C1ユニホーム配向を使用した強誘電性液晶素子。 (3) 前記第(2)項において、初期配向状態がC2
ユニホーム配向であることを特徴とする強誘電性液晶素
子。本発明の別の目的は以下の第(4)〜(6)項によ
り達成される。 (4) それぞれ電極及び配向膜を有する互いに対抗す
る一組の基板間にその電極によって駆動される強誘電性
液晶層を配置し、かつこの一組の基板の外側に一対の偏
光板を配置して構成した液晶素子において、強誘電性液
晶の初期配向状態がC1ツイスト配向、C2ユニホーム
配向またはC2ツイスト配向であるか、または前記3種
の配向とC1ユニホーム配向との4種の配向の中の少な
くとも二つが混在した配向(ただし、C1ツイスト配向
とC1ユニホーム配向とが混在した配向を除く)である
状態から、電界を印加することによって全面をC1ユニ
ホーム配向に転移させる配向制御方法を用いてできたC
1ユニホーム配向を使用した強誘電性液晶素子におい
て、電界印加で出現したC1ユニホーム配向と、さらに
印加した電界の大きさを0にするかまたは小さくするこ
とによって再転移させたC2ユニホーム配向との二つの
配向状態を、用いることを特徴とする強誘電性液晶素
子。(5) 前記第(4)項において、初期配向状態がC2
ユニホーム配向であることを特徴とする強誘電性液晶素
子。 (6) 前記第(3)項において、電界印加で出現した
C1ユニホーム配向と、さらに印加した電界の大きさを
0にするかまたは小さくすることによって再転移させた
C2ユニホーム配向との二つの配向状態を用いて、印加
する電界を調節することによって階調表示する表示方
法。
向、C2ユニホーム配向またはC1ツイスト配向状態で
ある強誘電性液晶素子に、電界を印加することによっ
て、高コントラストを得られるC1ユニホーム配向を実
現することにある。すなわち、印加する電界を徐々に大
きくしていくと、ある電圧では、全面がC2配向にな
り、さらに印加電圧を上げると、全面がC1U配向に転
移し、その状態から電圧を下げていくと、今度は全面が
C2配向に戻ると言う事実を発見したことに基いてい
る。また、これらの三種の配向とC1ユニホーム配向の
中の少なくとも二つの配向が混在する配向状態でも同様
な現象が認められる。前述したように、C1U配向とC
2配向ではコントラストが異なることから、印加電圧の
大きさと電界の方向を変化させることによって、C1U
とC2の両方の双安定状態を利用して、白黒及び中間の
二階調の表示が可能となる。これにより、従来は一つの
双安定状態のみを利用した階調表示であったのに比較し
て、C1UとC2の双安定状態を利用すると、ディザ方
式で任意の階調を出す場合に以下のような利点がもたら
される。
を制御することによって、C1U配向とC2配向とをス
イッチングさせることができるので、画素を分割して独
立に駆動して階調表示を行うディザ方式での画素数に対
する走査線の数を、従来の同方式で駆動する場合の走査
線の数よりも少なくできる。すなわち、C1U配向とC
2配向とを印加する電界の大きさを制御することによっ
て出現させ、両方の配向ではその双安定状態における透
過光強度に差があることを利用して、階調表示を行うこ
とができるので、画素を分割して独立に駆動方法による
階調表示を行う方式と組み合わせて、画素数に対する走
査線の数を従来の駆動方法より少なくできるというもの
である。
加によってC1U配向を出現させることにっよって高コ
ントラストの実現できることである。第二に、印加する
電界の大きさを変化させることによって、C1U配向と
C2配向と発現せしめ、この二つの配向状態を制御して
階調表示が実現できることである。
明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
返し単位として有するポリイミドを配向膜として用い、
ITO透明電極を設けた基板上に60nmの厚さで塗布
し、配向処理を行ったものを、配向方向が同一になるよ
うに対向させて、セルを組み立てた。
物Aを等方性液体状態で注入し、降温速度1℃/min
で室温まで温度を下げた。
における傾き角および自発分極の値は以下の通りであ
る。 Cr −21 SX 11 SC* 43 SA 74
N* 77 Iso 傾き角 13.7゜ 自発分極値 4.7 nC/cm2 この時の初期配向状態は、全面がC2配向であった。こ
のセルに10V/μmの矩形波を印加したところ、全面
がC1U配向に転移した。さらに、印加電界を1V/μ
mに下げたところ、全面がC2配向に再転移した。この
時のC1U配向でプラスの電界を印加した時の輝度を最
低になるように、クロスニコルの偏光板を合わせて、こ
の時の輝度を1とすると、C1U配向でマイナスの電界
を印加した時の輝度は、93であり、さらにC2配向に
転移させ、プラスの電界を印加した時の輝度は、30で
あり、C2配向でマイナスの電界を印加した時の輝度
は、61であった。
以下の組成の強電性液晶組成物Bを注入してセルを作成
した。
における傾き角と自発分極の値を以下に示す。 Cr −6 SC* 61 SA 98 N* 106
Iso 傾き角 17.0゜ 自発分極値 8.0 nC/cm2 この時の初期配向状態はC1U配向が全体の93%、C
1T配向が5%、C2配向が2%であった。このセルに
1V/μmの矩形波を印加すると、全面C2配向に転移
した。さらに、10V/μm印加すると全面C1Uに転
移した。再び、1V/μmに戻すと、配向は、全面C2
配向になった。このときのC1U配向でプラスの電界を
印加したときの輝度を最低になるようにクロスニコルの
偏光板を合わせて、これを1とするとC1U配向でマイ
ナスの電界を印加したときの輝度は、49であり、さら
にC2配向でプラス電界を印加した時の輝度は、8であ
り、C2配向でマイナス電界を印加したときの輝度は、
30であった。
Claims (6)
- 【請求項1】 それぞれ電極及び配向膜を有する互いに
対抗する一組の基板間にその電極によって駆動される強
誘電性液晶層を配置し、かつこの一組の基板の外側に一
対の偏光板を配置して構成した液晶素子において、強誘
電性液晶の初期配向状態がC1ツイスト配向、C2ユニ
ホーム配向またはC2ツイスト配向である状態から、電
界を印加することによって全面をC1ユニホーム配向に
転移させる配向制御方法。 - 【請求項2】 請求項1の配向制御方法を用いてできた
C1ユニホーム配向を使用した強誘電性液晶素子。 - 【請求項3】 請求項2において、初期配向状態がC2
ユニホーム配向であることを特徴とする強誘電性液晶素
子。 - 【請求項4】 それぞれ電極及び配向膜を有する互いに
対抗する一組の基板間にその電極によって駆動される強
誘電性液晶層を配置し、かつこの一組の基板の外側に一
対の偏光板を配置して構成した液晶素子において、強誘
電性液晶の初期配向状態がC1ツイスト配向、C2ユニ
ホーム配向またはC2ツイスト配向であるか、または前
記3種の配向とC1ユニホーム配向との4種の配向の中
の少なくとも二つが混在した配向(ただし、C1ツイス
ト配向とC1ユニホーム配向とが混在した配向を除く)
である状態から、電界を印加することによって全面をC
1ユニホーム配向に転移させる配向制御方法を用いてで
きたC1ユニホーム配向を使用した強誘電性液晶素子に
おいて、電界印加で出現したC1ユニホーム配向と、さ
らに印加した電界の大きさを0にするかまたは小さくす
ることによって再転移させたC2ユニホーム配向との二
つの配向状態を、用いることを特徴とする強誘電性液晶
素子。 - 【請求項5】 請求項4において、初期配向状態がC2
ユニホーム配向であることを特徴とする強誘電性液晶素
子。 - 【請求項6】 請求項3において、電界印加で出現した
C1ユニホーム配向と、さらに印加した電界の大きさを
0にするかまたは小さくすることによって再転移させた
C2ユニホーム配向との二つの配向状態を用いて、印加
する電界を調節することによって階調表示する表示方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11099793A JP3525222B2 (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 強誘電性液晶の配向制御方法およびそれを用いた表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11099793A JP3525222B2 (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 強誘電性液晶の配向制御方法およびそれを用いた表示素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06301038A JPH06301038A (ja) | 1994-10-28 |
JP3525222B2 true JP3525222B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=14549786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11099793A Expired - Lifetime JP3525222B2 (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 強誘電性液晶の配向制御方法およびそれを用いた表示素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3525222B2 (ja) |
-
1993
- 1993-04-14 JP JP11099793A patent/JP3525222B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06301038A (ja) | 1994-10-28 |
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