JP4392186B2

JP4392186B2 - 高速度応答液晶素子および駆動方法

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Publication number: JP4392186B2
Application number: JP2003109567A
Authority: JP
Inventors: 駿介小林; 直樹戸嶋; チサユタジラコーン
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP2004347618A; KR100816570B1; DE112004000608T5; CN1774492B; US7771799B2; KR20060014032A; WO2004092302A1; CN1774492A; US20050079296A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学応答に対し、駆動電圧の振幅のほか周波数依存性を有する高速度応答液晶素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶を用いた電気光学素子または表示素子においては、液晶セルに液晶を充填して用いる。ネマティック液晶を用いた液晶セルは、主としてマトリクス表示液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤｓ」と称する場合がある。）として、コンピュータ用モニター、テレビおよび携帯電話などのモバイル機器の表示として、広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、ネマティック液晶を用いたＬＣＤｓ（以下、「ＮＬＣＤｓ」と称する場合がある。）は、時定数が１２ミリ秒〜２００ミリ秒と長く、応答速度が遅いため、十分な動画表示対応ができないという問題がある。
【０００４】
液晶素子の電気光学応答を高速化する方法として、▲１▼強誘電性液晶、▲２▼ネマティックベントモード、▲３▼フレクソ電気効果、▲４▼二周波駆動などの方式（非特許文献１参照）を用いることが試みられている。強誘電性液晶、ネマティックベントモード、フレクソ電気効果等は、駆動電圧の振幅またはその振幅の平均値のみに依存し、周波数には依存しない。また、二周波駆動などの方式は、周波数に依存する。
【０００５】
高速応答のＬＣＤｓとして、強誘電性液晶は、非特許文献２に記載されるように、小林駿介らによる無欠陥高分子安定強誘電性液晶素子が高速度応答で実用性に優れていることが明らかになっている。しかしながら、ネマティックベントモードやフレクソ電気効果は、未だ実用化されていない。
【０００６】
また、二周波駆動方式は、液晶の混合物により電気光学特性に周波数依存性を持たせる方式であるが、使用できる液晶物質が制限されるため、周波数の範囲を自由に選択できない、動作電圧が高い、オン−オフの周波数依存性が逆であるなどの点で実用化には至っていない。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ，Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．８９（１９８２）７７
【非特許文献２】
「次世代液晶ディスプレイ」小林駿介編著、共立出版、２００２年９月、第４章および第８章
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記課題を解決する方法として、周波数変調方式の駆動を可能とすれば、印加電界（電圧）の周波数を切り換えることにより高速の電気光学応答を得ることができる点に着目した。この方式によれば、従来通りの方法で印加電界振幅を変えることにより電気光学応答のコントラスト比を連続的に変えることもでき、そのうえ、それと平行して、このような周波数変調方式の液晶素子のアクティヴマトリクス方式による駆動が可能となる。
【０００９】
一方、周波数変調応答を示すＮＬＣＤｓは小林駿介らによりすでに報告されている（Ｈ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａｅｔａｌ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４１（２００２）Ｌ１３１５およびＹ．Ｓｈｉｒａｉｓｈｉｅｔａｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８１（２００２）２８４５）。しかしながら、この文献にはパラジウムナノ粒子のみが用いられており、この系では周波数変調範囲が１０ヘルツから１００ヘルツと限定されるため、応用性および実用性の範囲が限られてしまう。
【００１０】
以上より、印加電界の周波数を切り換えることにより、高速の電気光学応答のオン−オフを制御することを可能にし、さらには周波数変調範囲を数ヘルツから数十キロヘルツ以上まで自由に変えることのできる周波数変調方式の液晶素子の提供が望まれている。
【００１１】
【課題が解決するための手段】
本発明者らは、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、動作モード方式は、従来から各種用いられている方式はそのままで、液晶層に液晶分子または液晶様分子で保護されたナノ粒子を分散添加することにより、電気光学応答に広範囲の周波数依存性を持たせることができ、印加電界の周波数を切り換えることにより、高速の電気光学応答が得られることを見出して本発明に到達した。
【００１２】
すなわち、本発明においては、請求項１に記載するように、一対の平行な基板と、これらの基板の対向する内側面にそれぞれ設けられた導電膜と、これら導電膜の対向する内側面にそれぞれプレティルト角を伴って設けられた液晶配向膜と、これら一対の液晶配向膜の間に形成された液晶層とを有し、この液晶層には、ナノ粒子からなる核とその周囲に設けられた液晶分子または液晶様分子とから構成される液晶相溶性粒子が溶解もしくは分散され、前記導電膜には、液晶層の光透過率を変化させるため、周波数および電圧のうち少なくとも周波数を変調して電圧を印加する制御回路が設けられている液晶素子であって、印加電圧を一定に保った状態で、印加電界の周波数を低周波から高周波に切り換えることにより電気光学応答がオンとなり、高周波から低周波に切り換えることにより電気光学応答がオフとなることを特徴とする液晶素子を提供する。
【００１３】
本発明の液晶素子は、液晶層に、ナノ粒子からなる核とその周囲に設けられた液晶分子または液晶様分子とから構成される液晶相溶性粒子が溶解もしくは分散されているので、印加電界の周波数を切り換えることにより、高速の電気光学応答のオン−オフを制御することができる。
【００１４】
上記請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載するように、電気光学応答のオン−オフに伴う応答の時定数が０．１ミリ秒〜１０ミリ秒の範囲であることが好ましい。上記構成によれば、このように高速の電気光学応答を実現することができる。
【００１５】
上記請求項１または請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載するように、電気光学応答の周波数変調範囲が２０ヘルツ〜１００キロヘルツの範囲であることが好ましい。上記構成によれば、このように広い周波数変調範囲の電気光学応答を有する。
【００１６】
上記請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の発明においては、請求項４に記載するように、上記液晶相溶性粒子を構成するナノ粒子が、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＳｎおよびＰｂから選ばれる少なくとも１種の金属原子であることが好ましい。ナノ粒子を上記金属原子から選択することにより、広い周波数変調範囲の電気光学応答を実現することができるからである。
【００１７】
また、本発明においては、請求項５に記載するように、アクティヴマトリクス方式を用いることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶素子の駆動方法を提供する。本発明の液晶素子はアクティヴマトリクス方式により駆動させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶素子について詳細に説明する。
【００１９】
［１］液晶素子
本発明の液晶素子は、一対の平行な基板と、これらの基板の対向する内側面にそれぞれ設けられた導電膜と、これら導電膜の対向する内側面に、それぞれプレティルト角を伴って設けられた液晶配向膜と、これら一対の液晶配向膜の間に形成された液晶層とを有し、この液晶層には、ナノ粒子からなる核とその周囲に設けられた液晶分子または液晶様分子とから構成される液晶相溶性粒子が溶解もしくは分散され、このように作られた複合体（混合系）は、液晶層の光透過率を変化させるため、周波数および電圧のうち少なくとも周波数を変調して電圧を印加する制御回路が設けられている液晶素子であって、印加電圧を一定に保った状態で、印加電界の周波数を低周波から高周波に切り換えることにより光変調素子としての電気光学応答がオンとなり、高周波から低周波に切り換えることにより電気光学応答がオフとなることを特徴としている。そこにおいて電圧を変えることにより、電気光学応答を変えることもできる。
【００２０】
本発明においては、液晶層にナノ粒子が溶解もしくは分散されることにより液晶素子の電気光学応答に周波数依存性を持たせる際に、このナノ粒子を液晶分子または液晶様分子で保護することにより、液晶層におけるナノ粒子の分散を良好なものとし、制御可能な周波数範囲を数ヘルツから数十キロヘルツ以上の範囲で自由に選択することを可能とするものである。
【００２１】
このようにナノ粒子が液晶素子の電気光学応答に周波数依存性を付与できる理由を以下に説明する。
【００２２】
マトリックス液晶とナノ粒子の界面において、印加交流電界により振動電気双極子が形成される。このため、ナノ粒子による余分なデバイ形の誘電分散を生じる。そのとき、ナノ粒子による余分な誘電分散はωτ＝１の近くの周波数領域で生じ、その緩和時間は、マトリックス液晶の誘電率をε_１、導電率をσ_１とし、ナノ粒子の誘電率をε_２、導電率をσ_２とすると、下記の式で与えられる。
【００２３】
【数１】

【００２４】
この現象は不均一誘電体に関するＭａｘｗｅｌｌ−Ｗａｇｎｅｒ効果として知られるものであるが、本発明においては、液晶層における余分な誘電分散の緩和時定数をナノ粒子の種類と濃度（単位体積当たりの粒子数）により制御するものであり、それにより液晶素子の電気光学応答に周波数依存性を持たせることができる。本発明においては、その際に、ナノ粒子を液晶分子または液晶様分子で保護することにより液晶層におけるナノ粒子の分散を良好なものとし、広範囲の周波数変調を可能とすることができる。その際、ナノ粒子ならば光照射により、光導電性のこのような周波数変調特性を変えることができる。
【００２５】
こうすることにより、印加電界の周波数により連続的に表示の明るさを変えることができる。また、駆動周波数を低周波から高周波に切り換えて液晶素子の電気光学応答をオンとし、高周波から低周波に切り換えてオフとすることができ、従来のものと比較して１０倍から１００倍の高速応答を実現することができる。
【００２６】
図１は、本発明の液晶素子の一例として、アクティヴマトリクス方式により駆動する液晶素子の概略断面図を示したものである。一対の平行な基板１ａ、１ｂと、その内側面に透明導電膜３ａ、３ｂが設けられ、透明導電膜の対向する内側面に液晶配向膜４ａ、４ｂが設けられ、これら液晶配向膜４ａ、４ｂの間に液晶層２が配置されている。液晶層２には液晶相溶性粒子ＮＰが分散されている。また、基板１ａには薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｑ７と画素電極ＰＸ（透明導電膜３ａ）が配置されている。上方の基板１ｂには液晶層と接する側にはブラックストライプＢＳが配置されており、基板１ｂと液晶配向膜４ｂの間には透明導電膜３ｂ、カラーフィルタ５が配置されている。また、両基板の外側には２枚の偏光板６ａ、６ｂが配置されている。以下、図１を参照しながら、本発明の液晶素子の各構成について具体的に説明する。
【００２７】
（１）液晶層
本発明に用いる液晶層２は、マトリックス液晶にナノ粒子からなる核とその周囲に設けられた液晶分子または液晶様分子とから構成される液晶相溶性粒子ＮＰが溶解もしくは分散されて構成されている。マトリックス液晶とナノ粒子の周囲に設けられた液晶分子または液晶様分子の誘電体異方性は、正または負でもよいが、広範囲の周波数変調を可能とするため、相互に逆となることが好ましい。
【００２８】
マトリックス液晶としては、シアノビフェニル類、コレステリルエステル類、炭酸エステル類、フェニルエステル類、シッフ塩基類、ベンジジン類、アゾキシベンゼン類、キラル基を持つ強誘電性液晶、液晶高分子等を挙げることができる。
【００２９】
液晶相溶性粒子は、図２に示されるように、一または複数のナノ粒子からなる核１１とその周囲に設けられた保護液晶分子または液晶様分子１０からなる保護層１２とから構成されている。
【００３０】
ここで、ナノ粒子からなる核１１の直径ｄは、１ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３１】
保護液晶分子または液晶様分子１０は、後述のように種々選択されるが、前記核１１の直径に対して、液晶分子または液晶様分子１０の短軸幅がこの直径に等しいかまたは小さくなるように設定されている。
【００３２】
ナノ粒子は、１００ｎｍより小さな粒径の微粒子であれば特に限定されるものではなく、金属ナノ粒子、半金属ナノ粒子、半導体ナノ粒子、無機物ナノ粒子または有機物ナノ粒子が挙げられる。これらのナノ粒子は、１種類単独でも２種類以上を組み合わせて用いることもできる。半金属としてはＢｉ、Ｔｅ等、半導体としてはＣｄＳ、ＣｄＳｅ、磁性粒子としてはＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＭＰｔ、ＭＰｄ、無機物としてはＦｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、有機物としてはＣ^６０系、カーボンナノチューブ等がある。これらの中でも、広い周波数変調範囲の電気光学応答を実現することができることから金属ナノ粒子を用いることが好ましく、より好ましくは、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＳｎおよびＰｂから選ばれる少なくとも１種の金属原子が挙げられる。これらの金属原子の中でも、Ａｇ、ＰｄおよびＣｕを１種単独または混合して用いるのが好ましく、特にＡｇは周波数変調範囲が極めて広い点で好ましく、Ａｇと他の金属原子、例えばＰｄ等の種類の組み合わせや、濃度（単位体積当たりの粒子数）を変えることにより、用途に応じた周波数変調範囲を自由に選択することができる。
【００３３】
具体的には、保護液晶分子としてペンチルシアノビフェニル、金属ナノ粒子としてＡｇ、液晶分子と金属のモル比５〜５０、添加濃度１ｗｔ％〜３ｗｔ％を選択する。
【００３４】
上記の場合、Ｐｄ等の金属イオンによって核１１を構成しているが、金属イオンとするためには、上記金属のハロゲン化物、酢酸金属塩、過ハロゲン酸金属塩、硫酸金属塩、硝酸金属塩、炭酸金属塩、蓚酸金属塩等の各種酸の金属塩を出発原料として用いるのがよい。
【００３５】
金属以外の化合物半導体や無機物（酸化物）のナノ粒子の場合では、それらのバルク合成の反応をポリビニルピロリドンの存在下に行うことにより、合成する。
【００３６】
保護層１２を構成する液晶分子または液晶様分子１０は、例えば、４−シアノ−４´−ｎ−ペンチルビフェニル、４−シアノ−４´−ｎ−フェプチロキシビフェニル等のシアノビフェニル類；コレステリルアセテート、コレステリルベンゾエート等のコレステリルエステル類；４−カルボキシフェニルエチルカーボネート、４−カルボキシフェニル−ｎ−ブチルカーボネート等の炭酸エステル類；安息香酸フェニルエステル、フタル酸ビフェニルエステル等のフェニルエステル類；ベンジリデン−２−ナフチルアミン、４´−ｎ−ブトキシベンジリデン−４−アセチルアニリン等のシッフ塩基類；Ｎ，Ｎ´−ビスベンジリデンベンジジン、ｐ−ジアニスアルベンジジン等のベンジジン類；４，４´−アゾキシジアニソール、４，４´−ジ−ｎ−ブトキシアゾキシベンゼン等のアゾキシベンゼン類；ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）等の液晶高分子；のうち少なくとも１種が用いられる。４−メルカプト−４´−ｎ−ビフェニル、４−シアノ−４´−（ω−メルカプトペンチル）ビフェニル等の液晶分子に構造の似た液晶様分子も用いることができる。
【００３７】
これらの液晶分子または液晶様分子の中でも、金属ナノ粒子を使用する場合には液晶分子または液晶様分子１０は金属との相互作用が強いものが好ましく、例えば、シアノ基、チオール基、アミノ基、カルボキシ基等を有する芳香族または脂肪族の液晶分子または液晶様分子が挙げられる。
【００３８】
液晶相溶性粒子は、液晶分子または液晶様分子１０を含む溶液中で複数の金属イオンを還元して、核１１の周囲に、液晶分子または液晶様分子を結合させることにより形成される。
【００３９】
液晶分子または液晶様分子１０の使用量は、核１１を構成する金属１モルに対し、１モル以上存在すればよく、好ましくは１〜５０モルである。なお、液晶分子または液晶様分子１０が高分子の場合は、そのモノマー単位当たりのモル数に換算して使用量を決定する。
【００４０】
金属イオン含有液を形成するための溶媒としては、水、アルコール類、エチレングリコール類、エーテル類が挙げられる。
【００４１】
上記液晶相溶性粒子の液晶層における含有量は、用途に応じて適宜選択すればよいが、マトリックス液晶に対して、１０ｗｔ％以下、好ましくは５ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以下である。
【００４２】
（２）基板
基板１ａ、１ｂは、少なくとも一方が透明であることが好ましく、厚さ１ｍｍ程度のガラスまたは透光性樹脂から構成される。
【００４３】
（３）導電膜
導電膜は、透明すなわち可視光の透過率が高く、電気伝導度が大きいものが好ましい。具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯなどの材料が用いられ、スパッタリング法などにより成膜されて形成される。
【００４４】
導電膜は液晶素子の電極として機能するものであるが、本発明の液晶素子をアクティヴマトリクス方式により駆動させる場合には、下方の基板の内側面に設けられた導電膜は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子の二次元アレイと、画素電極とする。
【００４５】
さらに、上方の基板１ｂの液晶層と接する側に配置されたブラックストライプは、外部光線を吸収してスクリーンからの反射光を少なくし（外光の影響を低減）、背面からの光はレンチキュラーレンズにより、効率良くスクリーン前面に透過させるものである。ブラックストライプは、例えば樹脂ブラックや比較的反射率の低いクロム等の金属などからなり、カラーフィルタ５のＲ、Ｇ、Ｂの各色素層の間（境界）を区画するように設けられている。
【００４６】
（４）液晶配向膜
液晶配向膜は、液晶素子の動作モードによりプレティルト角を伴った水平配向または垂直配向を与えるように処理されており、２枚の基板のうち少なくとも一方の基板に設けられていればよい。液晶配向膜は、例えばポリイミド等を塗布焼成するなど通常公知の方法により形成される。
【００４７】
（５）偏光板、カラーフィルタ等
基板の両側には偏光板６ａ、６ｂが設けられているが、反射型で用いるときは下側の基板１ａの上に光反射板を配し、偏光板は一枚でよい。
【００４８】
また、基板１ｂと導電膜３ｂの間には、Ｒ、Ｇ、Ｂ（Ｒｅｄ・Ｇｒｅｅｎ・Ｂｌｕｅ）のカラーを表示するためのカラーフィルタ５が設けられている。
【００４９】
本発明に用いる制御回路は、周波数および電圧のうち少なくとも周波数を変調して電圧を印加することができるものである。
【００５０】
液晶配向膜４ａ、４ｂの間のセルギャップは５μｍ程度である。なお、図１においては、セルギャップを形成するスペーサおよび各セル毎に液晶を封止する封止剤は図示省略されている。
【００５１】
［２］液晶素子の特性
本発明の液晶素子は、上記構成を有することにより、印加電圧を一定に保った状態で、印加電界の周波数を低周波から高周波に切り換えることにより電気光学応答がオンとなり、高周波から低周波に切り換えることにより電気光学応答がオフとなる。
【００５２】
このように電気光学応答のオン−オフを制御できるのは、制御回路から導電膜および画素電極間に所定の電圧を印加することにより液晶層に含まれる液晶相溶性粒子の液晶分子の配向方向が変化し、そのときの印加電界の周波数に応じて配向角度が調整されることによる。マトリックス液晶の液晶分子も液晶相溶性粒子の液晶様分子と直交する方向に配向され、液晶層を透過する光の散乱が変化する。こうして、本発明の液晶素子における光透過率は印加電界の周波数に対応して変調される。
【００５３】
本発明においては、電気光学応答のオン−オフに伴う応答の時定数は、０．０２ミリ秒〜１０ミリ秒、好ましくは０．１ミリ秒〜５ミリ秒、より好ましくは０．１ミリ秒〜１ミリ秒の範囲が可能であり、液晶相溶性粒子に用いるナノ粒子の種類や組み合わせ、および２種類以上のナノ粒子を用いる場合にはその濃度を調整することにより、用途に応じた電気光学応答時定数を得ることができる。
【００５４】
また、本発明においては、電気光学応答の周波数変調範囲は、２０ヘルツ〜１００キロヘルツ、好ましくは２０ヘルツ〜５０キロヘルツ、より好ましくは２０ヘルツ〜１０キロヘルツの範囲が可能であり、液晶相溶性粒子に用いるナノ粒子の種類や組み合わせ、および２種類以上のナノ粒子を用いる場合にはその濃度を調整することにより、用途に応じた周波数変調を得ることができる。
【００５５】
本発明の液晶素子は、このように周波数変調を広い範囲で設定できることにより、印加電圧の値を適宜選択すれば電気光学応答のコントラスト比を連続的に変えることもできるので中間調の電気光学応答を得ることもできる。その際、周波数変調独自または電圧振幅変調との組合せで、中間調表示の実現は、周波数変調の範囲が広がったため、その選択の自由度が増してきたので可能となった。
【００５６】
なお、本発明の液晶素子の動作モードは特に限定されず、ねじれたネマティック（ＴＮ）ＬＣＤ、ＳＴＮ−ＬＣＤ、ＶＡＮ−ＬＣＤなどのネマティック液晶を用いた動作モード、ＦＬＣＤなどのカイラルスメクティック液晶などの強誘電性液晶を用いた動作モードにおいて、マトリックス液晶の誘電率またはその異方性が印加電圧の周波数に依存する系であれば、印加電圧の周波数の切り換えによって応答速度の改善を行うことができる。
【００５７】
［３］液晶素子の駆動方法
次に、本発明の液晶素子を、アクティヴマトリクス方式を用いて駆動する方法について説明する。
【００５８】
アクティヴマトリクス方式により駆動する液晶素子としては、上記液晶素子のうち下方の基板に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｑ７と画素電極ＰＸ（透明導電膜３ａ）が配置されたものを用いる。
【００５９】
アクティヴマトリクス方式においては、このように画素毎に設けられた複数のドレイン電極とゲート電極、および液晶層の対向側にある導電膜のそれぞれに対し、所定の電圧を印加して液晶素子を駆動させる。
【００６０】
例えば、Ｘ−Ｙマトリクス表示のＸ_ｉ電極にゲート信号、Ｙ_ｊ電極に信号電圧を加える。このとき信号電圧ｖ_ｉｊ（ｔ_ｉ、Δ_ｔ、ｆ_ｊ ^ｋ）を加える。本発明においては、このときに周波数ｆ_ｊ ^ｋをｆ_ｊ ^１⇔ｆ_ｊ ^２と切り換えることにより液晶素子の電気光学応答のオン−オフを実現することができる。
【００６１】
また、その際に信号電圧ｖ_ｉｊ（ｔ_ｉ、Δ_ｔ、ｆ_ｊ ^ｋ）の振幅を変えることにより中間調の電気光学応答を得ることができる。ここで信号電圧は、時間ｔ_１＋Δ_ｔの間、振幅ｖ_ｉｊでその周波数ｆ_ｊ ^ｋである。
【００６２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６３】
【実施例】
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
【００６４】
（実施例１）
ネマティック液晶を用いたＬＣＤｓとして、ＴＮ−ＬＣＤ、ＥＣＢ（ＴＢ）−ＬＣＤ、ＧＨ−ＬＣＤにより、本発明の効果を確認した。以下、ＴＮ−ＬＣＤを採用した例を示す。
【００６５】
マトリクス液晶としてペンチルシアノビフェニル（以下、「５ＣＢ」と称する場合がある。）を用い、液晶の厚さ５μｍ、ナノ粒子として銀（Ａｇ）、ナノ粒子を保護する液晶として５ＣＢを用いて液晶素子を作製した。
【００６６】
下記の方法により、印加実効値電圧に対する光相対透過率および電気光学応答波形を測定した。結果を図３および図４に示す。
［１］印加実効値電圧に対する光相対透過率
Ａｇナノ粒子が１ｗｔ％のときの周波数をパラメータとして印加実効値電圧に対する光相対透過率を測定した。
［２］電気光学応答波形
実効値印加電圧４Ｖのとき、周波数ｆ_１＝１０ヘルツ、ｆ_２＝１２キロヘルツとして、ｆ_１→ｆ_２（立上り、明→暗）、ｆ_２→ｆ_１（立下り、暗→明）の電気光学応答波形を示す。立上りは２．６ミリ秒、立下りは９．２ミリ秒の応答時間である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶素子の電気光学応答のオン−オフを印加電圧のみならずその周波数により制御することができる。また、ナノ粒子の種類、組み合わせおよび濃度を変えることにより、制御可能な周波数範囲を数ヘルツから数１００キロヘルツの間で自由に選択することができる。
【００６８】
本発明の液晶素子は、印加電界の周波数を切り換えることにより従来と比べて１０倍から１００倍の高速スイッチングが可能である。このような本発明の液晶素子は、あらゆるタイプの動作モードに対応することができ、高速度応答を実現することができる。この高速応答の方式は、ネマティック液晶ディスプレイに適用できる。また、強誘電性液晶ディスプレイの場合も常誘電性と強誘電性との組み合わせで動作しているので、本方式を適用することにより高速度応答が実現できる。これらの液晶素子は、すべてアクティヴマトリクス方式による駆動が可能である。
【００６９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の液晶相溶性粒子の一例を示す概略模式図である。
【図３】本発明の実施例における印加実効値電圧に対する相対光透過率を示す図である。
【図４】本発明の実施例における電気光学応答波形を示す図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ・・・基板
２・・・液晶層
３ａ、３ｂ・・・透明導電膜
４ａ、４ｂ・・・液晶配向膜
５・・・カラーフィルタ
６ａ、６ｂ・・・偏光板
Ｑ７・・・薄膜トランジスタ
ＰＸ・・・画素電極
ＢＳ・・・ブラックストライプ
ＮＰ・・・液晶相溶性粒子
９・・・液晶相溶性粒子
１０・・・液晶分子または液晶様分子
１１・・・ナノ粒子からなる核
１２・・・保護層
ｄ・・・ナノ粒子からなる核の直径
１３・・・印加実効値電圧
１４・・・光相対透過率
１５ｆ・・・周波数

Claims

一対の平行な基板と、これらの基板の対向する内側面にそれぞれ設けられた導電膜と、これら導電膜の対向する内側面にそれぞれプレティルト角を伴って設けられた液晶配向膜と、これら一対の液晶配向膜の間に形成された液晶層とを有し、この液晶層には、ナノ粒子からなる核とその周囲に設けられた液晶分子または液晶様分子とから構成される液晶相溶性粒子が溶解もしくは分散され、前記導電膜には、液晶層の光透過率を変化させるため、周波数および電圧のうち少なくとも周波数を変調して電圧を印加する制御回路が設けられている液晶素子であって、印加電圧を一定に保った状態で、印加電界の周波数を低周波から高周波に切り換えることにより電気光学応答がオンとなり、高周波から低周波に切り換えることにより電気光学応答がオフとなることを特徴とする液晶素子。
電気光学応答のオン−オフに伴う応答の時定数が０．１ミリ秒〜１０ミリ秒の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の液晶素子。
電気光学応答の周波数変調範囲が２０ヘルツ〜１００キロヘルツの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶素子。
前記液晶相溶性粒子を構成するナノ粒子が、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＳｎおよびＰｂから選ばれる少なくとも１種の金属原子であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の液晶素子。
アクティヴマトリクス方式を用いることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶素子の駆動方法。