JPH0764098A - 強誘電性液晶素子 - Google Patents
強誘電性液晶素子Info
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- JPH0764098A JPH0764098A JP5237211A JP23721193A JPH0764098A JP H0764098 A JPH0764098 A JP H0764098A JP 5237211 A JP5237211 A JP 5237211A JP 23721193 A JP23721193 A JP 23721193A JP H0764098 A JPH0764098 A JP H0764098A
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- G02F1/141—Devices 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 using ferroelectric liquid crystals
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 2値状態間のコントラスト比を向上し、スイ
ッチング過程おける残像現象やヒステリシスを解消した
FLC素子を提供する。 【構成】 配向制御膜を光学的バンドギャップEgopt
の異なる少なくとも2種類以上の導電性高分子層を積層
して構成し、液晶側の導電性高分子のEgopt が下層の
導電性高分子層のEgopt よりも大きく且つFLCの自
発分極の大きさが10nC/cm2 以上であるFLC素
子とする。
ッチング過程おける残像現象やヒステリシスを解消した
FLC素子を提供する。 【構成】 配向制御膜を光学的バンドギャップEgopt
の異なる少なくとも2種類以上の導電性高分子層を積層
して構成し、液晶側の導電性高分子のEgopt が下層の
導電性高分子層のEgopt よりも大きく且つFLCの自
発分極の大きさが10nC/cm2 以上であるFLC素
子とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子や液晶−
光シャッター等で用いる液晶素子に関し、さらに詳しく
は、特定の導電性配向膜を設けた液晶素子に関する発明
である。
光シャッター等で用いる液晶素子に関し、さらに詳しく
は、特定の導電性配向膜を設けた液晶素子に関する発明
である。
【0002】
【従来の技術】TV画像は、精細で中間調を持つ動画像
である。このTV画像を表示する場合には、高解像度、
高速応答、多段階調表示、高コントラスト、高信頼性、
カラー化など最も高度な技術が要求される。この点で、
CRTに表示されるTV画像の品質は非常に優れてい
る。しかし、表示画像の大面積化の流れの中で軽量化が
可能な液晶表示装置が注目されるようになり、最近で
は、各画素毎にスイッチング素子を設けてネマティック
液晶を直接駆動するアクティブマトリックス型液晶素子
によるTV画像表示方法が盛んに研究されている。この
素子に組み込むスイッチング素子としてはTFT方式が
最も優れていると考えられるが、素子作製工程の複雑
さ、工程数の多さなどが大面積化への大きな障害となっ
ている。
である。このTV画像を表示する場合には、高解像度、
高速応答、多段階調表示、高コントラスト、高信頼性、
カラー化など最も高度な技術が要求される。この点で、
CRTに表示されるTV画像の品質は非常に優れてい
る。しかし、表示画像の大面積化の流れの中で軽量化が
可能な液晶表示装置が注目されるようになり、最近で
は、各画素毎にスイッチング素子を設けてネマティック
液晶を直接駆動するアクティブマトリックス型液晶素子
によるTV画像表示方法が盛んに研究されている。この
素子に組み込むスイッチング素子としてはTFT方式が
最も優れていると考えられるが、素子作製工程の複雑
さ、工程数の多さなどが大面積化への大きな障害となっ
ている。
【0003】一方、強誘電性液晶(以下「FLC」と記
す)の液晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子との
組み合わせにより透過光線を制御する形の表示素子がク
ラーク(Clark)及びラガウォール(Lagerw
all)により提案されている(特開昭56−1072
16号公報、米国特許第4367924号明細書等)。
このFLCは、一般に特定の温度領域において、非らせ
ん構造のカイラルスメクティックC相(SmC* )又は
H相(SmH* )を有し、この状態において、加えられ
た電界に応答して第1の光学的安定状態と第2の光学的
安定状態のいずれかをとり、且つ電界の印加のないとき
にはその状態を維持する性質、即ち双安定性を有し、ま
た電界の変化に対応する応答も速やかであり、高速並び
に記憶型の表示素子として広い利用が期待され、特にそ
の機能から単純マトリックス駆動方式による大画面で高
精細な表示素子への応用が期待されている。
す)の液晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子との
組み合わせにより透過光線を制御する形の表示素子がク
ラーク(Clark)及びラガウォール(Lagerw
all)により提案されている(特開昭56−1072
16号公報、米国特許第4367924号明細書等)。
このFLCは、一般に特定の温度領域において、非らせ
ん構造のカイラルスメクティックC相(SmC* )又は
H相(SmH* )を有し、この状態において、加えられ
た電界に応答して第1の光学的安定状態と第2の光学的
安定状態のいずれかをとり、且つ電界の印加のないとき
にはその状態を維持する性質、即ち双安定性を有し、ま
た電界の変化に対応する応答も速やかであり、高速並び
に記憶型の表示素子として広い利用が期待され、特にそ
の機能から単純マトリックス駆動方式による大画面で高
精細な表示素子への応用が期待されている。
【0004】FLC素子は該液晶の双安定な2状態の制
御に基づいた本質的に2値表示法であるため、中間調の
表示には不向きであろうと考えられている。しかし、F
LCの階調表示技術の開発により、該液晶の優れた特性
を生かしたより高範囲の応用が可能になると期待されて
いる。例えば、単純マトリックス駆動方式での階調表示
方法として、画素内で該液晶の2つの双安定な配向状態
間の遷移をミクロな領域で制御してマイクロドメイン形
成に基づく面積階調法が提案されている(特開昭59−
193427号公報)。しかし従来の配向制御技術によ
って2値状態間のコントラスト比、スイッチング過程に
おけるヒステリシス、さらには発生するマイクロドメイ
ン安定性、制御性に対して十分な制御が行なわれ、実用
可能な階調性が実現できているとは言い難い。
御に基づいた本質的に2値表示法であるため、中間調の
表示には不向きであろうと考えられている。しかし、F
LCの階調表示技術の開発により、該液晶の優れた特性
を生かしたより高範囲の応用が可能になると期待されて
いる。例えば、単純マトリックス駆動方式での階調表示
方法として、画素内で該液晶の2つの双安定な配向状態
間の遷移をミクロな領域で制御してマイクロドメイン形
成に基づく面積階調法が提案されている(特開昭59−
193427号公報)。しかし従来の配向制御技術によ
って2値状態間のコントラスト比、スイッチング過程に
おけるヒステリシス、さらには発生するマイクロドメイ
ン安定性、制御性に対して十分な制御が行なわれ、実用
可能な階調性が実現できているとは言い難い。
【0005】この双安定性を有する液晶を用いた光学変
調素子が所定の駆動特性を発揮するためには、一対の平
行基板間に配置される液晶が電界の印加状態とは無関係
に、上記2つの安定状態の間での変換が効果的に起こる
ような分子配列状態にあることが必要である。
調素子が所定の駆動特性を発揮するためには、一対の平
行基板間に配置される液晶が電界の印加状態とは無関係
に、上記2つの安定状態の間での変換が効果的に起こる
ような分子配列状態にあることが必要である。
【0006】また、液晶の複屈折を利用した液晶素子の
場合、直交ニコル下での透過率は、 I/I0 =sin2 4θsin2 (Δndπ/λ) 式中:I0 は入射光強度、Iは透過光強度、θはティル
ト角、Δnは屈折率異方性、dは液晶層の膜厚、λは入
射光の波長である。で表わされる。前述のらせん構造に
おけるティルト角θは第1と第2の配向状態でのねじれ
配列した液晶分子の平均分子軸方向の角度として現れる
ことになる。上式によれば、かかるティルト角θが2
2.5℃に出来る限り近いことが必要である。
場合、直交ニコル下での透過率は、 I/I0 =sin2 4θsin2 (Δndπ/λ) 式中:I0 は入射光強度、Iは透過光強度、θはティル
ト角、Δnは屈折率異方性、dは液晶層の膜厚、λは入
射光の波長である。で表わされる。前述のらせん構造に
おけるティルト角θは第1と第2の配向状態でのねじれ
配列した液晶分子の平均分子軸方向の角度として現れる
ことになる。上式によれば、かかるティルト角θが2
2.5℃に出来る限り近いことが必要である。
【0007】ところでFLCの配向方法としては、大き
な面積に亘ってスメクティック液晶を形成する複数の分
子で組織された液晶分子層を、その法線に沿って一軸に
配向させることが必要であることから、通常ラビング処
理を行なったポリイミド膜が広く用いられてきた。特に
非らせん構造のカイラルスメクティック液晶のための配
向方法としては、例えば米国特許第4561726号明
細書等が知られている。
な面積に亘ってスメクティック液晶を形成する複数の分
子で組織された液晶分子層を、その法線に沿って一軸に
配向させることが必要であることから、通常ラビング処
理を行なったポリイミド膜が広く用いられてきた。特に
非らせん構造のカイラルスメクティック液晶のための配
向方法としては、例えば米国特許第4561726号明
細書等が知られている。
【0008】従来のラビング処理したポリイミド膜によ
って配向させて得られた非らせん構造のFLCでのティ
ルト角θ(後述の図3に示す角度)がらせん構造を持つ
FLCでのティルト角Θ(後述の図2に示す三角錐の頂
角の1/2の角度)と比べて小さくなっていることが一
般的である。特にラビング処理したポリイミド膜によっ
て配向させて得られた非らせん構造のFLCでのティル
ト角θは、一般に3℃〜8℃程度で、その時の透過率は
せいぜい3〜5%程度であった。
って配向させて得られた非らせん構造のFLCでのティ
ルト角θ(後述の図3に示す角度)がらせん構造を持つ
FLCでのティルト角Θ(後述の図2に示す三角錐の頂
角の1/2の角度)と比べて小さくなっていることが一
般的である。特にラビング処理したポリイミド膜によっ
て配向させて得られた非らせん構造のFLCでのティル
ト角θは、一般に3℃〜8℃程度で、その時の透過率は
せいぜい3〜5%程度であった。
【0009】このように、クラークとラガウォールによ
れば双安定性を実現する非らせん構造のFLCでのティ
ルト角がらせん構造を持つFLCでのティルト角と同一
の角度を持つはずであるが、実際には非らせん構造での
ティルト角θの方がらせん構造でのティルト角Θより小
さくなっている。しかも、この非らせん構造でのティル
ト角θがらせん構造でのティルト角Θより小さくなる原
因が非らせん構造での液晶分子のねじれ配列に起因して
いることが明らかにされている。つまり、非らせん構造
を持つFLCでは、液晶分子が図4に示すように基板の
法線に対して上基板に隣接する液晶分子の軸43(ねじ
れ配向の方向44)へ連続的にねじれ角δでねじれて配
列しており、このことが非らせん構造でのティルト角θ
がらせん構造でのティルト角Θより小さくなる原因とな
っている。
れば双安定性を実現する非らせん構造のFLCでのティ
ルト角がらせん構造を持つFLCでのティルト角と同一
の角度を持つはずであるが、実際には非らせん構造での
ティルト角θの方がらせん構造でのティルト角Θより小
さくなっている。しかも、この非らせん構造でのティル
ト角θがらせん構造でのティルト角Θより小さくなる原
因が非らせん構造での液晶分子のねじれ配列に起因して
いることが明らかにされている。つまり、非らせん構造
を持つFLCでは、液晶分子が図4に示すように基板の
法線に対して上基板に隣接する液晶分子の軸43(ねじ
れ配向の方向44)へ連続的にねじれ角δでねじれて配
列しており、このことが非らせん構造でのティルト角θ
がらせん構造でのティルト角Θより小さくなる原因とな
っている。
【0010】尚、図中41は上下基板に形成したラビン
グ処理や斜方蒸着処理によって得られた一軸性配向軸を
表わしている。
グ処理や斜方蒸着処理によって得られた一軸性配向軸を
表わしている。
【0011】また、従来のラビング処理したポリイミド
配向層によって生じたカイラルスメクティック液晶の配
向状態については、電極と液晶層の間に絶縁体層として
存在するポリイミド配向層によって第一の光学的安定状
態(例えば、白の表示状態)から第二の光学的安定状態
(例えば、黒の表示状態)にスイッチングするための一
方極性電圧を印加した場合、この一方極性電圧の印加解
除後、FLC層には他方極性の逆電界Vrev が生じ、か
かる逆電界Vrev がディスプレイ時における残像現象を
引き起こすという問題や(吉田明雄著、昭和62年10
月「液晶討論会予稿集」142〜143頁の「SSFL
Cのスイッチング特性」)、イオン種などによる電荷染
付等によるスイッチングにおけるヒステリシス等の問題
があった。
配向層によって生じたカイラルスメクティック液晶の配
向状態については、電極と液晶層の間に絶縁体層として
存在するポリイミド配向層によって第一の光学的安定状
態(例えば、白の表示状態)から第二の光学的安定状態
(例えば、黒の表示状態)にスイッチングするための一
方極性電圧を印加した場合、この一方極性電圧の印加解
除後、FLC層には他方極性の逆電界Vrev が生じ、か
かる逆電界Vrev がディスプレイ時における残像現象を
引き起こすという問題や(吉田明雄著、昭和62年10
月「液晶討論会予稿集」142〜143頁の「SSFL
Cのスイッチング特性」)、イオン種などによる電荷染
付等によるスイッチングにおけるヒステリシス等の問題
があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的は
前述したFLCの配向技術における問題点を解決し、双
安定性の2値状態間のコントラスト比を向上し、スイッ
チング過程における残像現象やヒステリシスを解消した
FLC素子を提供することにある。
前述したFLCの配向技術における問題点を解決し、双
安定性の2値状態間のコントラスト比を向上し、スイッ
チング過程における残像現象やヒステリシスを解消した
FLC素子を提供することにある。
【0013】この課題の解決する手段として、導電性を
付与した配向膜を用いることが知られている。配向制御
膜として用いる導電性高分子を導電性処理するためには
化学的に活性な化合物をドーピングする必要がある。そ
のため、導電性配向膜には何らかのイオン性ドーパント
が含まれる。
付与した配向膜を用いることが知られている。配向制御
膜として用いる導電性高分子を導電性処理するためには
化学的に活性な化合物をドーピングする必要がある。そ
のため、導電性配向膜には何らかのイオン性ドーパント
が含まれる。
【0014】動画対応の高速スイッチングを実現するに
は、FLCの自発分極Psを大きくして液晶のスイッチ
ング速度を向上させる必要があるが、この場合大きな自
発分極による反電界も大きくなり、配向膜中のイオンの
偏在が生じ易くなる。また、安定した方向特性を得るた
めには配向膜の膜厚は十分厚い方が好ましいが、配向膜
の膜厚増加に伴い配向膜中のイオンの偏在も起こり易く
なると考えられ、スイッチング過程における残像現象や
ヒステリシスを十分に解消しきれないという問題があ
る。
は、FLCの自発分極Psを大きくして液晶のスイッチ
ング速度を向上させる必要があるが、この場合大きな自
発分極による反電界も大きくなり、配向膜中のイオンの
偏在が生じ易くなる。また、安定した方向特性を得るた
めには配向膜の膜厚は十分厚い方が好ましいが、配向膜
の膜厚増加に伴い配向膜中のイオンの偏在も起こり易く
なると考えられ、スイッチング過程における残像現象や
ヒステリシスを十分に解消しきれないという問題があ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれに電
極と配向制御膜を有する一対の基板間に強誘電性液晶を
挟持してなる液晶素子であって、上記配向制御膜が光学
的バンドギャップEgopt の異なる少なくとも2種類以
上の導電性高分子層を積層してなることを特徴とするF
LC素子である。
極と配向制御膜を有する一対の基板間に強誘電性液晶を
挟持してなる液晶素子であって、上記配向制御膜が光学
的バンドギャップEgopt の異なる少なくとも2種類以
上の導電性高分子層を積層してなることを特徴とするF
LC素子である。
【0016】本発明においては、前記配向制御膜を構成
する導電性高分子において、液晶層に隣接する第1の層
の導電性高分子のEgopt が該第1の層の下層に位置す
る第2の層の導電性高分子のEgopt よりも大きいこと
が望ましく、また、該導電性高分子としては、下記構造
式で示されるポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニ
リン及びその誘導体、或いはポリアニレンビニレン及び
その誘導体、又はポリイソチアナフテン、ポリ(フェニ
レン−2,5−ジイル)、ポリ(ピリジン−2,5−ジ
イル)、ポリ(2,2’−ビピリジン−5,5−ジイ
ル)、ポリ(ピリジン−5,2−ジイル−チオフェン−
2,5−ジイル)等が好適に用いられる。
する導電性高分子において、液晶層に隣接する第1の層
の導電性高分子のEgopt が該第1の層の下層に位置す
る第2の層の導電性高分子のEgopt よりも大きいこと
が望ましく、また、該導電性高分子としては、下記構造
式で示されるポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニ
リン及びその誘導体、或いはポリアニレンビニレン及び
その誘導体、又はポリイソチアナフテン、ポリ(フェニ
レン−2,5−ジイル)、ポリ(ピリジン−2,5−ジ
イル)、ポリ(2,2’−ビピリジン−5,5−ジイ
ル)、ポリ(ピリジン−5,2−ジイル−チオフェン−
2,5−ジイル)等が好適に用いられる。
【0017】
【化2】
【0018】また、本発明においては強誘電性液晶の自
発分極の大きさが10nC/cm2以上であることが好
ましい。またさらに、交流電界を印加して強誘電性液晶
の初期配向状態を得ることが望ましい。
発分極の大きさが10nC/cm2以上であることが好
ましい。またさらに、交流電界を印加して強誘電性液晶
の初期配向状態を得ることが望ましい。
【0019】図1は本発明の液晶素子用配向制御膜(以
下「配向膜」と記す)を用いたFLC素子の一例を示す
模式図である。以下、同図に基づいて本発明の配向膜の
特性を、本発明の配向膜を有する液晶セルの特性の評価
を通して説明する。
下「配向膜」と記す)を用いたFLC素子の一例を示す
模式図である。以下、同図に基づいて本発明の配向膜の
特性を、本発明の配向膜を有する液晶セルの特性の評価
を通して説明する。
【0020】図1において、11aと11bは各々In
2 O3 やITO等の透明電極12aと12bで被覆され
たガラス基板であり、その上に2種類の導電性高分子を
積層した皮膜からなる配向膜14aと14bが各々積層
されている。
2 O3 やITO等の透明電極12aと12bで被覆され
たガラス基板であり、その上に2種類の導電性高分子を
積層した皮膜からなる配向膜14aと14bが各々積層
されている。
【0021】前記配向膜14aと14bとの間には強誘
電性スメクティック液晶15が配置され、その間隔の距
離は強誘電性スメクティック液晶15のらせん配列構造
の形成を抑制するのに十分に小さい距離(例えば0.1
μm〜3μm)に設定され、強誘電性スメクティック液
晶15は双安定性配向状態を生じている。上述の強誘電
性スメクティック液晶15が配置されている十分に小さ
い液晶間距離は、配向膜14a、14bとの間に配置さ
れたビーズスペーサ16によって(例えば、シリカビー
ズ、アルミナビーズ等)によって保持される。また、1
7a、17bは偏光板を示す。
電性スメクティック液晶15が配置され、その間隔の距
離は強誘電性スメクティック液晶15のらせん配列構造
の形成を抑制するのに十分に小さい距離(例えば0.1
μm〜3μm)に設定され、強誘電性スメクティック液
晶15は双安定性配向状態を生じている。上述の強誘電
性スメクティック液晶15が配置されている十分に小さ
い液晶間距離は、配向膜14a、14bとの間に配置さ
れたビーズスペーサ16によって(例えば、シリカビー
ズ、アルミナビーズ等)によって保持される。また、1
7a、17bは偏光板を示す。
【0022】本発明において用いられる導電性高分子と
しては例えば、下記構造式で示したポリピロール、ポリ
チオフェン、ポリアニリン、及びその誘導体、或いはポ
リアニレンビニレン及びその誘導体、又はポリイソチア
ナフテン、ポリ(フェニレン−2,5−ジイル)、ポリ
(ピリジン−2,5−ジイル)、ポリ2,2’−ビピリ
ジン−5,5−ジイル)、ポリ(ピリジン−5,2−ジ
イル−チオフェン−2,5−ジイル)等の中から選ばれ
る。
しては例えば、下記構造式で示したポリピロール、ポリ
チオフェン、ポリアニリン、及びその誘導体、或いはポ
リアニレンビニレン及びその誘導体、又はポリイソチア
ナフテン、ポリ(フェニレン−2,5−ジイル)、ポリ
(ピリジン−2,5−ジイル)、ポリ2,2’−ビピリ
ジン−5,5−ジイル)、ポリ(ピリジン−5,2−ジ
イル−チオフェン−2,5−ジイル)等の中から選ばれ
る。
【0023】
【化3】
【0024】配向膜として該導電性高分子を用いる場
合、10-10 S/cm以上、より好ましくは10-8S/
cm以上の導電率が付与されることが望ましい。一方、
単純マトリックス構造の液晶セルでは画素間のクロスト
ークの問題のため、該配向膜の画素間抵抗は104 Ωc
m以上に保つ必要がある。そのために、該配向膜の中で
電極上にある部位にのみ10-4S/cm以上の導電性を
局所的に付与した配向膜を用いることが好ましい。
合、10-10 S/cm以上、より好ましくは10-8S/
cm以上の導電率が付与されることが望ましい。一方、
単純マトリックス構造の液晶セルでは画素間のクロスト
ークの問題のため、該配向膜の画素間抵抗は104 Ωc
m以上に保つ必要がある。そのために、該配向膜の中で
電極上にある部位にのみ10-4S/cm以上の導電性を
局所的に付与した配向膜を用いることが好ましい。
【0025】π電子共役系ポリマーでは主鎖のπ電子雲
の重なりによってバンド構造が形成され、これが導電性
の発現に寄与している。前記導電性高分子は可視・近赤
外領域に光学的な吸収体に相当するバンドギャップを持
ち、真性半導体と同様のバンド構造を有する。しかし、
π電子共役系ポリマーではバンドギャップは形成された
共役系の大きさに依存するので、前記光吸収端のエネル
ギーにより表わされる光学的バンドギャップEgopt を
用いるのが便利である。しかし、こうしたπ電子共役系
ポリマーはキャリアを持たないため絶縁性材料であり、
導電性を付与するにはπ電子共役系を酸化又は還元して
キャリアを生成する必要がある。この過程はドーピング
と呼ばれ、ドーピング反応の結果、バンドギャップ内に
新しい準位が形成され、生成したキャリアはこの準位に
緩和して導電性を示すものと考えられている。
の重なりによってバンド構造が形成され、これが導電性
の発現に寄与している。前記導電性高分子は可視・近赤
外領域に光学的な吸収体に相当するバンドギャップを持
ち、真性半導体と同様のバンド構造を有する。しかし、
π電子共役系ポリマーではバンドギャップは形成された
共役系の大きさに依存するので、前記光吸収端のエネル
ギーにより表わされる光学的バンドギャップEgopt を
用いるのが便利である。しかし、こうしたπ電子共役系
ポリマーはキャリアを持たないため絶縁性材料であり、
導電性を付与するにはπ電子共役系を酸化又は還元して
キャリアを生成する必要がある。この過程はドーピング
と呼ばれ、ドーピング反応の結果、バンドギャップ内に
新しい準位が形成され、生成したキャリアはこの準位に
緩和して導電性を示すものと考えられている。
【0026】前記導電性高分子は主に炭素骨格を持ち、
フェルミ準位は用いる材料により大きく変化しない。従
って、バンドギャップの異なる2つの材料(同種でも異
種材料の組み合わせでも良い)を積層してもバンド構造
に大きなベンディングを伴わない素直な接合界面が形成
できると考えられる。このような場合、ドーピング反応
により生成するキャリアはバンドギャップのより小さい
材料中に緩和することになる。それに伴い、ドーパント
もバンドギャップの小さい材料中に偏在化され、より大
きなバンドギャップを有する材料中への拡散は起こりに
くくなると考えられる。
フェルミ準位は用いる材料により大きく変化しない。従
って、バンドギャップの異なる2つの材料(同種でも異
種材料の組み合わせでも良い)を積層してもバンド構造
に大きなベンディングを伴わない素直な接合界面が形成
できると考えられる。このような場合、ドーピング反応
により生成するキャリアはバンドギャップのより小さい
材料中に緩和することになる。それに伴い、ドーパント
もバンドギャップの小さい材料中に偏在化され、より大
きなバンドギャップを有する材料中への拡散は起こりに
くくなると考えられる。
【0027】一方、ドーピングされたバンドギャップの
小さい導電性高分子側を電極側とした2層配向膜に高電
圧が印加された時、電子やホールのキャリアは配向膜中
に形成されたバンド内をドーパントに比較して容易に前
記接合界面を通してバンドギャップの異なる層間を移動
でき、また電圧がオフされた時、該接合界面での電荷蓄
積も起こりにくい。特にFLCの高速スイッチング時に
おいては、自発分極の反転に伴う配向膜/液晶界面の電
位変化を配向膜内での電子やホールの移動により緩和す
ることが可能となるであろう。
小さい導電性高分子側を電極側とした2層配向膜に高電
圧が印加された時、電子やホールのキャリアは配向膜中
に形成されたバンド内をドーパントに比較して容易に前
記接合界面を通してバンドギャップの異なる層間を移動
でき、また電圧がオフされた時、該接合界面での電荷蓄
積も起こりにくい。特にFLCの高速スイッチング時に
おいては、自発分極の反転に伴う配向膜/液晶界面の電
位変化を配向膜内での電子やホールの移動により緩和す
ることが可能となるであろう。
【0028】一般的に、該導電性高分子に導電性を付与
し、キャリア密度を高めるためのドーパントとなる化合
物はイオン性の低分子化合物である。ドーパントとして
はハロゲン、4フッ化ホウ素、酸化物陰イオン種とし
て、例えば、過塩素酸、硫酸、硝酸が好適に用いられ
る。またアルカリ金属等も用いることができる。
し、キャリア密度を高めるためのドーパントとなる化合
物はイオン性の低分子化合物である。ドーパントとして
はハロゲン、4フッ化ホウ素、酸化物陰イオン種とし
て、例えば、過塩素酸、硫酸、硝酸が好適に用いられ
る。またアルカリ金属等も用いることができる。
【0029】一方、前記導電性高分子は電解法でイオン
のドーピングを行なうことができる。画素電極上の配向
膜にのみ選択的にドーピングを行ない高導電性を付与す
ることができる。図1に局所的に高導電性を付与された
配向膜を模式的に図示した。電解法は常法に従い、所望
のイオンを含有する電解質有機溶液の中で電圧を印加す
ることにより行なうことができる。しかし、本発明の目
的を達成できる方法であれば、局所ドーピングの方法は
何ら本発明の実施方法に限定されるものではない。
のドーピングを行なうことができる。画素電極上の配向
膜にのみ選択的にドーピングを行ない高導電性を付与す
ることができる。図1に局所的に高導電性を付与された
配向膜を模式的に図示した。電解法は常法に従い、所望
のイオンを含有する電解質有機溶液の中で電圧を印加す
ることにより行なうことができる。しかし、本発明の目
的を達成できる方法であれば、局所ドーピングの方法は
何ら本発明の実施方法に限定されるものではない。
【0030】配向膜は可視領域の光に対して透過性の優
れた媒体が好ましい。従って、形成される配向膜の膜厚
は通常30〜500Å、好ましくは30〜200Åの範
囲、より好ましくは30〜100Åが望ましい。これら
は従来公知技術より成膜できる。このように成膜された
配向膜により効果的な配向性を付与するため、該配向膜
の表面をさらにラビングすることが好ましい。この際、
ラビングの方向は、一方向のみでよいが、上下基板に配
向膜を用いた場合、上下基板のラビング軸は平行、反平
行、或いはわずかな角度を持たせて交差する方向でもよ
く、用いるFLC材料の配向特性に従って種々の方法で
行なうことができる。また、ラビングは常法に従って行
なえば良い。
れた媒体が好ましい。従って、形成される配向膜の膜厚
は通常30〜500Å、好ましくは30〜200Åの範
囲、より好ましくは30〜100Åが望ましい。これら
は従来公知技術より成膜できる。このように成膜された
配向膜により効果的な配向性を付与するため、該配向膜
の表面をさらにラビングすることが好ましい。この際、
ラビングの方向は、一方向のみでよいが、上下基板に配
向膜を用いた場合、上下基板のラビング軸は平行、反平
行、或いはわずかな角度を持たせて交差する方向でもよ
く、用いるFLC材料の配向特性に従って種々の方法で
行なうことができる。また、ラビングは常法に従って行
なえば良い。
【0031】本発明の配向膜を用いた液晶素子に使用さ
れる液晶物質は特に限定されない。しかし、液晶注入時
の初期均一配向の容易性から評価すると、降温過程で、
等方相、コレステリック相、スメクティックA相を通し
てカイラルスメクティックC相を生じる液晶が好まし
い。特にコレステリック相の時のピッチが0.8μm以
上のものが好ましい(但し、コレステリック相の温度範
囲における中央点で測定したもの)。しかし、本発明の
液晶配向膜の応用は、上記液晶にのみ限定されるもので
はなく、特にスイッチング過程の安定性・再現性から
は、FLC分子が有する自発分極の空間的発散、即ち空
間電荷のつくる分極場が液晶分子の分子配向に液晶を及
ぼし得るような大きな自発分極を有するFLCに対して
好適に用いられる。例えば、自発分極Psが10nC/
cm2 以上であるFLC、及び/又は降温過程でコレス
テリック相を持たず、SmC* 相でのらせんピッチが
0.5μm以下のFLCでも、液晶注入時の初期均一配
向の達成は難しくなるが十分に用いることができる。
れる液晶物質は特に限定されない。しかし、液晶注入時
の初期均一配向の容易性から評価すると、降温過程で、
等方相、コレステリック相、スメクティックA相を通し
てカイラルスメクティックC相を生じる液晶が好まし
い。特にコレステリック相の時のピッチが0.8μm以
上のものが好ましい(但し、コレステリック相の温度範
囲における中央点で測定したもの)。しかし、本発明の
液晶配向膜の応用は、上記液晶にのみ限定されるもので
はなく、特にスイッチング過程の安定性・再現性から
は、FLC分子が有する自発分極の空間的発散、即ち空
間電荷のつくる分極場が液晶分子の分子配向に液晶を及
ぼし得るような大きな自発分極を有するFLCに対して
好適に用いられる。例えば、自発分極Psが10nC/
cm2 以上であるFLC、及び/又は降温過程でコレス
テリック相を持たず、SmC* 相でのらせんピッチが
0.5μm以下のFLCでも、液晶注入時の初期均一配
向の達成は難しくなるが十分に用いることができる。
【0032】図2は、FLCの動作説明のたに、セルの
例を模式的に描いたものである。21aと21bは、I
n2 O3 、SnO2 或いはITO等の薄膜からなる透明
電極で被覆された基板(ガラス板)であり、その間に液
晶分子層22がガラス基板面に垂直になるように配向し
たSmC* 相又はSmH* 相の液晶が封入されている。
太線で示した線23は液晶分子を表わしており、この液
晶分子23はその分子に直交した方向に双極子モーメン
ト24を有している。この時の三角錐の頂角をなす角度
がかかるらせん構造のカイラルスメクティック相でのテ
ィルト角Θを表わしている。
例を模式的に描いたものである。21aと21bは、I
n2 O3 、SnO2 或いはITO等の薄膜からなる透明
電極で被覆された基板(ガラス板)であり、その間に液
晶分子層22がガラス基板面に垂直になるように配向し
たSmC* 相又はSmH* 相の液晶が封入されている。
太線で示した線23は液晶分子を表わしており、この液
晶分子23はその分子に直交した方向に双極子モーメン
ト24を有している。この時の三角錐の頂角をなす角度
がかかるらせん構造のカイラルスメクティック相でのテ
ィルト角Θを表わしている。
【0033】基板21aと21b上の電極間に一定の閾
値以上の電圧を印加すると、液晶分子23のらせん構造
がほどけ、双極子モーメント24が全て電界方向を向く
よう、液晶分子23は配向方向を変えることができる。
液晶分子23は、細長い形状を有しており、その長軸方
向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って例えばガラ
ス基板面の上下に互いにクロスニコルの偏光子を置け
ば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光学変
調素子となることは容易に理解される。
値以上の電圧を印加すると、液晶分子23のらせん構造
がほどけ、双極子モーメント24が全て電界方向を向く
よう、液晶分子23は配向方向を変えることができる。
液晶分子23は、細長い形状を有しており、その長軸方
向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って例えばガラ
ス基板面の上下に互いにクロスニコルの偏光子を置け
ば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光学変
調素子となることは容易に理解される。
【0034】本発明の液晶素子で用いる双安定性配向状
態の表面安定型FLCセルは、その厚さを十分に薄く
(例えば0.1〜3μm)することができる。このよう
に液晶層が薄くなるに従い、図3に示すように電界を印
加していない状態でも液晶分子のらせん構造がほどけ、
非らせん構造となり、その双極子モーメントPa又はP
bは上向き(34a)又は下向き(34b)のどちらか
の状態をとる。このようなセルに、図3に示す如く一定
の閾値以上の極性の異なる電界Ea又はEbを電圧印加
手段31a及び31bにより付与すると、双極子モーメ
ントは、電界Ea又はEbの電界ベクトルに対応して上
向き34a又は下向き34bと向きを変え、それに応じ
て液晶分子は第1の安定状態33a或いは第2の安定状
態33bのいずれか一方に配向する。この時の第1と第
2安定状態のなす角度の1/2がティルト角θに相当す
る。
態の表面安定型FLCセルは、その厚さを十分に薄く
(例えば0.1〜3μm)することができる。このよう
に液晶層が薄くなるに従い、図3に示すように電界を印
加していない状態でも液晶分子のらせん構造がほどけ、
非らせん構造となり、その双極子モーメントPa又はP
bは上向き(34a)又は下向き(34b)のどちらか
の状態をとる。このようなセルに、図3に示す如く一定
の閾値以上の極性の異なる電界Ea又はEbを電圧印加
手段31a及び31bにより付与すると、双極子モーメ
ントは、電界Ea又はEbの電界ベクトルに対応して上
向き34a又は下向き34bと向きを変え、それに応じ
て液晶分子は第1の安定状態33a或いは第2の安定状
態33bのいずれか一方に配向する。この時の第1と第
2安定状態のなす角度の1/2がティルト角θに相当す
る。
【0035】このFLCセルによって得られる効果は、
その第1に応答速度が極めて速いことであり、その第2
に液晶分子の配向が双安定性を有することである。第2
の点を、例えば図3によってさらに説明すると、電界E
aを印加すると液晶分子は第1の安定状態33aに配向
するが、この状態は電界を切っても安定である。また、
逆向きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第2の安定
状態33bに配向してその分子の向きを変えるが、やは
り電界を切ってもこの状態に留まっている。また、与え
る電界Eaが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配
向状態にやはり維持されている。
その第1に応答速度が極めて速いことであり、その第2
に液晶分子の配向が双安定性を有することである。第2
の点を、例えば図3によってさらに説明すると、電界E
aを印加すると液晶分子は第1の安定状態33aに配向
するが、この状態は電界を切っても安定である。また、
逆向きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第2の安定
状態33bに配向してその分子の向きを変えるが、やは
り電界を切ってもこの状態に留まっている。また、与え
る電界Eaが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配
向状態にやはり維持されている。
【0036】次に図5(a)は本発明にかかる配向膜に
より配向した液晶分子の配向状態を模式的に示す断面
図、図5(b)はそのC−ダイレクタを示す図である。
図5(aに示す51a及び51bはそれぞれ上基板及び
下基板を表わしている。50は液晶分子52で組織され
た液晶分子層で、液晶分子52が円錐53の底面54
(円形)に沿った位置を変化させて配列している。図5
(b)中のU1 は一方の安定配向状態でのC−ダイレク
タ81で、U2 は他方の安定配向状態でのC−ダイレク
タ81である。C−ダイレクタ81は図5(a)に示す
液晶分子層50の法線に対して垂直な仮想面への分子長
軸の射影である。
より配向した液晶分子の配向状態を模式的に示す断面
図、図5(b)はそのC−ダイレクタを示す図である。
図5(aに示す51a及び51bはそれぞれ上基板及び
下基板を表わしている。50は液晶分子52で組織され
た液晶分子層で、液晶分子52が円錐53の底面54
(円形)に沿った位置を変化させて配列している。図5
(b)中のU1 は一方の安定配向状態でのC−ダイレク
タ81で、U2 は他方の安定配向状態でのC−ダイレク
タ81である。C−ダイレクタ81は図5(a)に示す
液晶分子層50の法線に対して垂直な仮想面への分子長
軸の射影である。
【0037】一方、従来のラビング処理したポリイミド
膜によって生じた配向状態は図5(c)のC−ダイレク
タ図によって示される。図5(c)に示される配向状態
は、上基板51aから下基板51bに向けて分子軸のね
じれが大きいため、ティルト角θは小さくなっている。
膜によって生じた配向状態は図5(c)のC−ダイレク
タ図によって示される。図5(c)に示される配向状態
は、上基板51aから下基板51bに向けて分子軸のね
じれが大きいため、ティルト角θは小さくなっている。
【0038】次に図6(a)はC−ダイレクタ81が図
5(b)の状態(ユニフォーム配向状態という)でのテ
ィルト角θを示す説明図、及び図6(b)はC−ダイレ
クタ81が図5(c)の状態(スプレイ配向状態とい
う)でのティルト角θを示す説明図である。図中、60
は配向膜をラングミュア−ブロジェット法によって形成
した時の基板の引き上げ方向、又は配向膜を塗布法また
は蒸着法によって形成した時のラビング処理軸を示し、
61a配向状態U1 での平均分子軸、61bは配向状態
U2 での平均分子軸、62aは配向状態S1 での平均分
子軸、62bは配向状態S2 での平均分子軸を示す。平
均分子軸61aと61bとは、互いに閾値電圧を越えた
逆極性電圧の印加によって変換することができる。同様
のことは平均分子軸62aと62bとの間でも生じる。
5(b)の状態(ユニフォーム配向状態という)でのテ
ィルト角θを示す説明図、及び図6(b)はC−ダイレ
クタ81が図5(c)の状態(スプレイ配向状態とい
う)でのティルト角θを示す説明図である。図中、60
は配向膜をラングミュア−ブロジェット法によって形成
した時の基板の引き上げ方向、又は配向膜を塗布法また
は蒸着法によって形成した時のラビング処理軸を示し、
61a配向状態U1 での平均分子軸、61bは配向状態
U2 での平均分子軸、62aは配向状態S1 での平均分
子軸、62bは配向状態S2 での平均分子軸を示す。平
均分子軸61aと61bとは、互いに閾値電圧を越えた
逆極性電圧の印加によって変換することができる。同様
のことは平均分子軸62aと62bとの間でも生じる。
【0039】次に、逆電界Vrev による光学応答の送れ
(残像)に対するユニフォーム配向状態の有用性につい
て説明する。液晶セルの配向制御層の容量Ci、液晶層
の容量をCLC及び液晶の自発分極をPsとすると、残像
の原因となるVrev は下式で表わされる。
(残像)に対するユニフォーム配向状態の有用性につい
て説明する。液晶セルの配向制御層の容量Ci、液晶層
の容量をCLC及び液晶の自発分極をPsとすると、残像
の原因となるVrev は下式で表わされる。
【0040】Vrev =2・Ps/(Ci +CLC) 図7は液晶セル内の電荷分布、自発分極Psの方向及び
逆電界Vrev の方向を模式的に示した断面図である。図
7(a)はパルス電界印加前のメモリ状態下における+
及び−電荷の分布状態を示し、この時の自発分極Psの
向きは+電荷から−電荷の方向である。図7(b)はパ
ルス電界解除直後の自発分極Psの向きを示し、自発分
極Psは図7(a)の時の向きに対して逆向き(従って
液晶分子は一方の安定配向状態から他方の安定配向状態
に反転を生じている)であるが、+及び−電荷の分布状
態は図7(a)の時と同様であるため、液晶内に逆電界
Vrev が矢印B方向に生じている。この逆電界Vrev は
しばらくした後、図7(c)に示すように消滅し、+及
び−電荷の分布状態が変化する。
逆電界Vrev の方向を模式的に示した断面図である。図
7(a)はパルス電界印加前のメモリ状態下における+
及び−電荷の分布状態を示し、この時の自発分極Psの
向きは+電荷から−電荷の方向である。図7(b)はパ
ルス電界解除直後の自発分極Psの向きを示し、自発分
極Psは図7(a)の時の向きに対して逆向き(従って
液晶分子は一方の安定配向状態から他方の安定配向状態
に反転を生じている)であるが、+及び−電荷の分布状
態は図7(a)の時と同様であるため、液晶内に逆電界
Vrev が矢印B方向に生じている。この逆電界Vrev は
しばらくした後、図7(c)に示すように消滅し、+及
び−電荷の分布状態が変化する。
【0041】図8は従来のポリイミド配向膜によって生
じたスプレイ配向状態の光学応答の変化をティルト角θ
の変化に換えて示した説明図である。図8に示すよう
に、パルス電界印加時においては矢印X1 の方向に沿っ
てスプレイ配向状態下の平均分子軸S(A)から最大テ
ィルト角Θ付近のユニフォーム配向状態下の平均分子軸
U2 までティルト角θが若干増大した安定配向状態が得
られる。図9はこの時の光学応答の状態を示すグラフで
ある。
じたスプレイ配向状態の光学応答の変化をティルト角θ
の変化に換えて示した説明図である。図8に示すよう
に、パルス電界印加時においては矢印X1 の方向に沿っ
てスプレイ配向状態下の平均分子軸S(A)から最大テ
ィルト角Θ付近のユニフォーム配向状態下の平均分子軸
U2 までティルト角θが若干増大した安定配向状態が得
られる。図9はこの時の光学応答の状態を示すグラフで
ある。
【0042】本発明によれば、前述した本発明の導電性
配向膜を用いることで、液晶配向状態として、図8に示
したスプレイ状態下の平均分子軸S(A)、S(B)及
びS(C)を生じることが無く従って最大ティルト角Θ
に近いティルト角θを生じる平均分子軸に配列させるこ
とができる。
配向膜を用いることで、液晶配向状態として、図8に示
したスプレイ状態下の平均分子軸S(A)、S(B)及
びS(C)を生じることが無く従って最大ティルト角Θ
に近いティルト角θを生じる平均分子軸に配列させるこ
とができる。
【0043】図10は本発明にかかる配向膜を用いた時
の光学応答の状態を示すグラフである。図10によれ
ば、残像に原因する光学応答の遅れを生じないこととメ
モリ状態下での高いコントラストを引き起こしているこ
とが認められる。
の光学応答の状態を示すグラフである。図10によれ
ば、残像に原因する光学応答の遅れを生じないこととメ
モリ状態下での高いコントラストを引き起こしているこ
とが認められる。
【0044】図12は本発明にかかる配向膜を用いた時
の透過率と50μsecの印加パルスの波高値との関係
を示すグラフ(V−T特性)である。図12の実線と点
線で示したように、初期状態の相違(暗状態、明状態)
に対してV−T特性に差の無い配向状態が達成されてい
ることが認められた。
の透過率と50μsecの印加パルスの波高値との関係
を示すグラフ(V−T特性)である。図12の実線と点
線で示したように、初期状態の相違(暗状態、明状態)
に対してV−T特性に差の無い配向状態が達成されてい
ることが認められた。
【0045】本発明は、後述の実施例で明らかにするよ
うに、光学的バンドギャップEgopt の異なる少なくと
も2種類以上の導電性高分子を積層した構造を有する導
電性配向膜を用いることによって、配向膜内のドーパン
トイオンの偏在によると考えられるスイッチングにおけ
るヒステリシス等の問題を解決し、双安定な2値状態間
のコントラスト比を向上し、スイッチング過程における
残像現象を解消した。特に自発分極Psの大きなFLC
を用いた素子においてもV−T特性におけるヒステリシ
スの無い配向状態を達成することができた。
うに、光学的バンドギャップEgopt の異なる少なくと
も2種類以上の導電性高分子を積層した構造を有する導
電性配向膜を用いることによって、配向膜内のドーパン
トイオンの偏在によると考えられるスイッチングにおけ
るヒステリシス等の問題を解決し、双安定な2値状態間
のコントラスト比を向上し、スイッチング過程における
残像現象を解消した。特に自発分極Psの大きなFLC
を用いた素子においてもV−T特性におけるヒステリシ
スの無い配向状態を達成することができた。
【0046】特に米国特許第4655561号明細書等
に開示されているマルチプレクシング駆動時の非選択画
素に対し大きなコントラストを生じ、さらにディスプレ
イ時の残像の原因となるスイッチング時(マルチプレク
シング駆動時)の光学応答の送れを生じない配向状態を
達成することができる。
に開示されているマルチプレクシング駆動時の非選択画
素に対し大きなコントラストを生じ、さらにディスプレ
イ時の残像の原因となるスイッチング時(マルチプレク
シング駆動時)の光学応答の送れを生じない配向状態を
達成することができる。
【0047】
(実施例1)基板として、1500Å厚のITO膜が設
けられている、1.1mm厚のガラス基板を2枚用意
し、ポリアニリン(PAn)をN−メチルピロリドン
(NMP)に溶解し、不溶物をフィルターで取り除いた
後、回転数1500rpmで15secの間スピンコー
ト処理して80Åの膜厚のPAn膜を作製した。該PA
n膜(光学バンドギャップはほぼ1.5eVであった)
を1N硫酸水溶液に浸漬し、65℃で数時間乾燥した。
通常、該条件でドーピングした時、10-4S/cm程度
の導電率を有する膜となる。
けられている、1.1mm厚のガラス基板を2枚用意
し、ポリアニリン(PAn)をN−メチルピロリドン
(NMP)に溶解し、不溶物をフィルターで取り除いた
後、回転数1500rpmで15secの間スピンコー
ト処理して80Åの膜厚のPAn膜を作製した。該PA
n膜(光学バンドギャップはほぼ1.5eVであった)
を1N硫酸水溶液に浸漬し、65℃で数時間乾燥した。
通常、該条件でドーピングした時、10-4S/cm程度
の導電率を有する膜となる。
【0048】前記導電性薄膜上に、蒸着角度15°以下
にしてポリ(フェニレン−2,5−ジイル)(PPP)
(光学バンドギャップ2.5eV以上)を抵抗加熱によ
り高真空下で真空蒸着して配向膜とした。配向膜の全膜
厚は19nmであった。
にしてポリ(フェニレン−2,5−ジイル)(PPP)
(光学バンドギャップ2.5eV以上)を抵抗加熱によ
り高真空下で真空蒸着して配向膜とした。配向膜の全膜
厚は19nmであった。
【0049】次に、この膜に押し込みの毛先の侵入長
0.4mm、及び回転数1000rpm、そして基板の
送り速度12mm/secの条件で蒸着軸方向にほぼ平
行にラビング処理を行ない配向膜とした。
0.4mm、及び回転数1000rpm、そして基板の
送り速度12mm/secの条件で蒸着軸方向にほぼ平
行にラビング処理を行ない配向膜とした。
【0050】その後、平均粒径1.5μmのアルミナビ
ーズを一方の基板上に散布した後、各々の基板ラビング
軸が互いに平行且つ同一方向になるように2枚の基板を
重ね合わせて液晶セルを作製した。このセル内にチッソ
株式会社製のFLCである「CS−1014」(商品
名)を等方相下で真空注入してから、等方相から0.5
℃/hで30℃まで徐冷することによって配向させるこ
とができた。このFLC「CS−1014」を用いた本
実施例のセルでの相変化は、下記の通りであった。
ーズを一方の基板上に散布した後、各々の基板ラビング
軸が互いに平行且つ同一方向になるように2枚の基板を
重ね合わせて液晶セルを作製した。このセル内にチッソ
株式会社製のFLCである「CS−1014」(商品
名)を等方相下で真空注入してから、等方相から0.5
℃/hで30℃まで徐冷することによって配向させるこ
とができた。このFLC「CS−1014」を用いた本
実施例のセルでの相変化は、下記の通りであった。
【0051】
【化4】
【0052】上述の液晶セルを一対の90°クロスニコ
ル偏光子の間に挟み込んで、50μsの書き込みパルス
電圧の波高値を変えてV−T特性を測定した。結果を図
12に示す。この時のパルス電圧波形を図13に示し
た。図12より、初期状態が暗状態であるか明状態であ
るかによらずV−T特性に差がなく、駆動時のヒステリ
シスがないことが示された。
ル偏光子の間に挟み込んで、50μsの書き込みパルス
電圧の波高値を変えてV−T特性を測定した。結果を図
12に示す。この時のパルス電圧波形を図13に示し
た。図12より、初期状態が暗状態であるか明状態であ
るかによらずV−T特性に差がなく、駆動時のヒステリ
シスがないことが示された。
【0053】また、50μsecの30Vパルスを印加
してから90°クロスニコルを消光位(最暗状態)にセ
ットし、この時の透過率をホトマルチプライヤーにより
測定し、続いて50μsecの−30Vパルスを印加
し、この時の透過率(明状態)を同様の方法で測定し、
ティルト角θと最暗状態と明状態との透過率の比、即ち
コントラスト比を求めた。最暗状態時の透過率は0.8
%であるのに対して、明状態時の透過率は46%でコン
トラスト比は57:1であった。また、残像の原因とな
る光学応答の遅れは0.1秒以下となり、いずれも好結
果であった。
してから90°クロスニコルを消光位(最暗状態)にセ
ットし、この時の透過率をホトマルチプライヤーにより
測定し、続いて50μsecの−30Vパルスを印加
し、この時の透過率(明状態)を同様の方法で測定し、
ティルト角θと最暗状態と明状態との透過率の比、即ち
コントラスト比を求めた。最暗状態時の透過率は0.8
%であるのに対して、明状態時の透過率は46%でコン
トラスト比は57:1であった。また、残像の原因とな
る光学応答の遅れは0.1秒以下となり、いずれも好結
果であった。
【0054】さらに、上記スイッチング動作を107 回
以上行なった後でも、FLCの配向状態に何らの変化も
生じなかった。
以上行なった後でも、FLCの配向状態に何らの変化も
生じなかった。
【0055】この液晶セルを図11に示す駆動波形を用
いたマルチプレクシング駆動による表示を行なったとこ
ろ、高コントラストな高品位表示が得られ、また、所定
の文字入力による画像表示の後に全画面を白の状態に消
去したところ、残像の発生は判読できなかった。尚、図
11のSN 、SN+1 、SN+2 は走査線に印加した電圧波
形を表わしており、Iは代表的な情報線に印加した電圧
波形を表わしている。(I−SN )は、情報線Iと走査
線SN との交差部に印加された合成波形である。また、
本実施例ではV0 =5〜8V、ΔT=20〜70μse
cで行なった。 (実施例2)実施例1で用いたFLC「CS−101
4」に変えて、同じくビフェニルエステル系化合物で下
記に示す相転移状態を示す他のFLCを用いて以下の実
験を行なった。
いたマルチプレクシング駆動による表示を行なったとこ
ろ、高コントラストな高品位表示が得られ、また、所定
の文字入力による画像表示の後に全画面を白の状態に消
去したところ、残像の発生は判読できなかった。尚、図
11のSN 、SN+1 、SN+2 は走査線に印加した電圧波
形を表わしており、Iは代表的な情報線に印加した電圧
波形を表わしている。(I−SN )は、情報線Iと走査
線SN との交差部に印加された合成波形である。また、
本実施例ではV0 =5〜8V、ΔT=20〜70μse
cで行なった。 (実施例2)実施例1で用いたFLC「CS−101
4」に変えて、同じくビフェニルエステル系化合物で下
記に示す相転移状態を示す他のFLCを用いて以下の実
験を行なった。
【0056】
【化5】
【0057】液晶層が十分に厚い場合(〜100μ
m)、Smc* ではらせん構造をとり、そのピッチは約
4μmであった。三角波法による自発分極の状態から自
発分極は約10nC/cm2 であり、セル厚1.5μm
でのティルト角Θは23.5°でほぼ最適値に近い値を
持つ。
m)、Smc* ではらせん構造をとり、そのピッチは約
4μmであった。三角波法による自発分極の状態から自
発分極は約10nC/cm2 であり、セル厚1.5μm
でのティルト角Θは23.5°でほぼ最適値に近い値を
持つ。
【0058】該液晶を実施例で作製した液晶セル(但
し、ラビング処理なし)に注入した。その時の見かけの
ティルト角θは16°で最適値に及ばなかった。
し、ラビング処理なし)に注入した。その時の見かけの
ティルト角θは16°で最適値に及ばなかった。
【0059】これらの液晶セルに交流電圧(40Hz、
60V)を15分間印加したところ、ティルト角θが2
2.1°の均一なモノドメイン配向状態が出現した。交
流電圧印加後の配向状態の変化は図5(a)に示した層
のねじれが解ける効果であると考えている。また、反転
電圧は印加前の反転電圧に比べ電圧が高くなっている。
この原因は明らかでないがティルト角θがΘに近づくた
めには配向膜の界面近傍の液晶分子をも反転させるエネ
ルギーを与えなければならないために、反転に必要な駆
動電圧が高いことが必要であると考えられる。交流電圧
印加後のティルト角θにより透過光量が電圧印加前に比
較してコントラスト比は大幅に増加した。
60V)を15分間印加したところ、ティルト角θが2
2.1°の均一なモノドメイン配向状態が出現した。交
流電圧印加後の配向状態の変化は図5(a)に示した層
のねじれが解ける効果であると考えている。また、反転
電圧は印加前の反転電圧に比べ電圧が高くなっている。
この原因は明らかでないがティルト角θがΘに近づくた
めには配向膜の界面近傍の液晶分子をも反転させるエネ
ルギーを与えなければならないために、反転に必要な駆
動電圧が高いことが必要であると考えられる。交流電圧
印加後のティルト角θにより透過光量が電圧印加前に比
較してコントラスト比は大幅に増加した。
【0060】該液晶セルに実施例1と同様な評価を行な
ったところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆
動特性を示した。さらに、実施例1と比較し、特にコン
トラスト比の大幅に改善された良好な液晶セルが得られ
ることがわかった。また、実施例1と同様のマルチプレ
クシング駆動による表示を行なったところ、コントラス
ト及び残像についても同様の良好な結果が得られた。ま
た、スイッチング動作を107 回以上行なった後でも、
FLCの配向状態に何ら変化も生じなかった。 (実施例3)実施例1、2で用いたビフェニルエスエル
系のFLCに変え、下記に示す相転移状態を示すロッシ
ュ社製のFLC「FLC6430」を用いて以下の実験
を行なった。
ったところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆
動特性を示した。さらに、実施例1と比較し、特にコン
トラスト比の大幅に改善された良好な液晶セルが得られ
ることがわかった。また、実施例1と同様のマルチプレ
クシング駆動による表示を行なったところ、コントラス
ト及び残像についても同様の良好な結果が得られた。ま
た、スイッチング動作を107 回以上行なった後でも、
FLCの配向状態に何ら変化も生じなかった。 (実施例3)実施例1、2で用いたビフェニルエスエル
系のFLCに変え、下記に示す相転移状態を示すロッシ
ュ社製のFLC「FLC6430」を用いて以下の実験
を行なった。
【0061】
【化6】
【0062】自発分極は90nC/cm2 であり、Sm
C* でのピッチ長は0.4μm、ティルト角Θは27°
である。
C* でのピッチ長は0.4μm、ティルト角Θは27°
である。
【0063】実施例1、2で用いた液晶セルにFLC6
430を等方相下で真空注入してから、等方相から0.
5℃/hで30℃まで徐冷した。さらにSmA相から1
5V/μm、10Hzの交流電圧を印加しながらSmC
* 相まで徐冷することによって典型的なショートピッチ
テクスチャーを持つ均一な配向を得ることができた。
430を等方相下で真空注入してから、等方相から0.
5℃/hで30℃まで徐冷した。さらにSmA相から1
5V/μm、10Hzの交流電圧を印加しながらSmC
* 相まで徐冷することによって典型的なショートピッチ
テクスチャーを持つ均一な配向を得ることができた。
【0064】該液晶セルに実施例1と同様な評価を行な
ったところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆
動特性を示した(図12)。さらに、実施例1と比較し
て特にコントラスト比の大幅な改善が見られ、コントラ
ストが60:1以上の液晶セルが得られることがわかっ
た。まあ、実施例1と同様のマルチプレクシング駆動に
よる表示を行なったところ、コントラスト及び残像につ
いても同様の良好な結果が得られた。 (実施例4)実施例3の液晶セル作製で、PAn膜のド
ーピングに電界酸化法を用いる以外は実施例3と同様に
して液晶セルを作製し、実施例3と同様の評価を行なっ
たところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆動
特性を示した(図12)。さらに、実施例3と比較して
コントラスト比の改善された液晶セルが得られることが
わかった。 (実施例5〜9)実施例1〜3で用いた導電性高分子に
変えて、下記表の導電性高分子を用いて実施例1〜3と
同様にして液晶セルを作製し、ロッシュ社製のFLC6
430を注入し、電界配向処理を行なったところストラ
イプテクスチャーを有する均一な配向状態が得られた。
該液晶セルのスイッチング特性を実施例3と同様にして
評価を行なったところ、ヒステリシスのない良好なスイ
ッチング駆動特性を示した。さらに、実施例3と比較し
コントラスト比もほぼ同等な液晶セルが得られることが
わかった。
ったところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆
動特性を示した(図12)。さらに、実施例1と比較し
て特にコントラスト比の大幅な改善が見られ、コントラ
ストが60:1以上の液晶セルが得られることがわかっ
た。まあ、実施例1と同様のマルチプレクシング駆動に
よる表示を行なったところ、コントラスト及び残像につ
いても同様の良好な結果が得られた。 (実施例4)実施例3の液晶セル作製で、PAn膜のド
ーピングに電界酸化法を用いる以外は実施例3と同様に
して液晶セルを作製し、実施例3と同様の評価を行なっ
たところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆動
特性を示した(図12)。さらに、実施例3と比較して
コントラスト比の改善された液晶セルが得られることが
わかった。 (実施例5〜9)実施例1〜3で用いた導電性高分子に
変えて、下記表の導電性高分子を用いて実施例1〜3と
同様にして液晶セルを作製し、ロッシュ社製のFLC6
430を注入し、電界配向処理を行なったところストラ
イプテクスチャーを有する均一な配向状態が得られた。
該液晶セルのスイッチング特性を実施例3と同様にして
評価を行なったところ、ヒステリシスのない良好なスイ
ッチング駆動特性を示した。さらに、実施例3と比較し
コントラスト比もほぼ同等な液晶セルが得られることが
わかった。
【0065】
【表1】
【0066】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶素子
においては下記の効果が得られる。
においては下記の効果が得られる。
【0067】特にカイラルスメクティック液晶の非ら
せん構造での大きなティルト角を生じ、明状態と暗状態
でのコントラストが高く、特にマルチプレクシング駆動
時の表示コントラストが非常に大きく高品位の表示が得
られ、しかも目障りな残像現象の生じることがない。
せん構造での大きなティルト角を生じ、明状態と暗状態
でのコントラストが高く、特にマルチプレクシング駆動
時の表示コントラストが非常に大きく高品位の表示が得
られ、しかも目障りな残像現象の生じることがない。
【0068】FLCの自発分極Psが大きくなると逆
電界効果により駆動特性が悪化することが指摘されてい
たが、本発明においては逆電界効果による駆動時のヒス
テリシスがない良好な駆動特性が得られる。特に自発分
極Psが非常に大きい(90nC/cm2 )液晶にも有
効である。
電界効果により駆動特性が悪化することが指摘されてい
たが、本発明においては逆電界効果による駆動時のヒス
テリシスがない良好な駆動特性が得られる。特に自発分
極Psが非常に大きい(90nC/cm2 )液晶にも有
効である。
【0069】また駆動による配向のみだれの生じにく
い液晶配向状態が得られる上記の結果、本発明の液晶素
子は非常に表示品位が高く、優れた動画表示を行なうこ
とができる。
い液晶配向状態が得られる上記の結果、本発明の液晶素
子は非常に表示品位が高く、優れた動画表示を行なうこ
とができる。
【図1】本発明の液晶素子の一実施態様を示す模式図で
ある。
ある。
【図2】らせん構造を持つカイラルスメクティック液晶
の配向状態を示す斜視図である。
の配向状態を示す斜視図である。
【図3】非らせん構造の分子配列を持つカイラルスメク
ティック液晶の配向状態を示す斜視図である。
ティック液晶の配向状態を示す斜視図である。
【図4】基板の一軸性配向軸と非らせん構造のFLC分
子軸との関係を示す説明図である。
子軸との関係を示す説明図である。
【図5】カイラルスメクティック液晶の配向状態の説明
図である。
図である。
【図6】ユニフォーム配向状態及びスプレイ配向状態に
おけるティルト角θを示す図である。
おけるティルト角θを示す図である。
【図7】FLCの電荷分布、自発分極Psの向き及び逆
電界Vrev の向きを示す説明図である。
電界Vrev の向きを示す説明図である。
【図8】電界印加時及び印加後のティルト角θの変化を
示す図である。
示す図である。
【図9】従来例の液晶素子における光学応答特性を示す
グラフである。
グラフである。
【図10】本発明の液晶素子の光学応答特性を示すグラ
フである。
フである。
【図11】本発明の実施例で用いた駆動電圧の波形図で
ある。
ある。
【図12】本発明の液晶素子における透過率/電圧特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図13】透過率/電圧特性の測定における印加電圧波
形である。
形である。
Claims (5)
- 【請求項1】 それぞれに電極と配向制御膜を有する一
対の基板間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶素子であ
って、上記配向制御膜が光学的バンドギャップEgopt
の異なる少なくとも2種類以上の導電性高分子層を積層
してなることを特徴とする強誘電性液晶素子。 - 【請求項2】 前記配向制御膜を構成する導電性高分子
において、液晶層に隣接する第1の層の導電性高分子の
Egopt が該第1の層の下層に位置する第2の層の導電
性高分子のEgopt よりも大きいことを特徴とする請求
項1記載の強誘電性液晶素子。 - 【請求項3】 導電性高分子が下記構造式で示されるポ
リピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン及びその誘
導体、或いはポリアニレンビニレン及びその誘導体、又
はポリイソチアナフテン、ポリ(フェニレン−2,5−
ジイル)、ポリ(ピリジン−2,5−ジイル)、ポリ
(2,2’−ビピリジン−5,5−ジイル)、ポリ(ピ
リジン−5,2−ジイル−チオフェン−2,5−ジイ
ル)等の中から選ばれたことを特徴とする請求項1又は
2記載の強誘電性液晶素子。 【化1】 - 【請求項4】 強誘電性液晶の自発分極の大きさが10
nC/cm2 以上であることを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載の強誘電性液晶素子。 - 【請求項5】 交流電界を印加して強誘電性液晶の初期
配向状態を得ることを特徴とする請求項1〜4のいずれ
かに記載の強誘電性液晶素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5237211A JP2884462B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 液晶素子 |
US08/442,987 US5498762A (en) | 1993-08-31 | 1995-05-17 | Ferroelectric liquid crystal device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5237211A JP2884462B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 液晶素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0764098A true JPH0764098A (ja) | 1995-03-10 |
JP2884462B2 JP2884462B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=17012035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5237211A Expired - Fee Related JP2884462B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 液晶素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5498762A (ja) |
JP (1) | JP2884462B2 (ja) |
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JPH08146422A (ja) * | 1994-11-15 | 1996-06-07 | Sony Corp | 液晶表示装置および製造方法 |
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KR100265062B1 (ko) * | 1997-06-19 | 2000-09-01 | 김영남 | 전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 반사형 액정표시소자 |
DE19933843B4 (de) | 1999-07-20 | 2005-02-17 | Robert Bosch Gmbh | Eine Schicht, die elektrisch leitfähiges, transparentes Material enthält, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schicht und deren Verwendung |
SG105534A1 (en) * | 2001-03-07 | 2004-08-27 | Bayer Ag | Multilayered arrangement for electro-optical devices |
GB2394781B (en) * | 2002-10-31 | 2005-11-09 | Hewlett Packard Co | Bistable nematic liquid crystal display device |
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JP4082413B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2008-04-30 | セイコーエプソン株式会社 | 電気光学装置及びその製造方法、並びに電子機器 |
GB2424716B (en) * | 2005-03-29 | 2010-03-24 | Hewlett Packard Development Co | Bistable liquid crystal display device |
JP2007025119A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Seiko Epson Corp | 配向膜の製造装置、配向膜の製造方法、液晶装置、及び電子機器 |
CN102830522B (zh) * | 2011-06-17 | 2014-12-24 | 苏州汉朗光电有限公司 | 高亮度、高对比度的近晶相液晶显示屏 |
JP6451941B2 (ja) * | 2014-04-23 | 2019-01-16 | Jsr株式会社 | 液晶配向剤および液晶表示素子 |
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