JPS61153623A

JPS61153623A - 液晶電気光学装置

Info

Publication number: JPS61153623A
Application number: JP27407384A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Matsumoto; 哲郎松本; Yutaka Nakagawa; 豊中川
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1986-07-12
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPH0754382B2

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、ｉ電性液晶を用いた、表示装置、光シヤツタ
ー装置等の液晶電気光学装置に関するものである。

［従来の技術］ネマチック液晶を用いた表示装置は、消費電力が少ない
こと、駆動電圧が小さいこと、薄く小型にできることな
どの利点をもち、電卓、時計その他様々な用途に多く用
いられている。しかし、その電気光学的応答は遅く、高
速応答を必要とする分野、例えば光通信、プリンターヘ
ンド等の光シヤツター装置への応用は制限されてきた。

最近、強誘電性液晶を用いた、電気光学装置の報告がな
された。（例えば、Ｎ、　Ａ、　Ｃ１ａｒｋ。

Ｓ、　Ｔ、　Ｌａｇｅｒｗａｌｌ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈ
ｙｓ、　Ｌｅｔｔ、３Ｂ、ｐ。

ａｓｓ、　（１９８０））これは、液晶がカイラルスメ
クチ、りＣ相及びＨ相において１強誘電性を示すことを
利用したものである。これらの相において、液晶分子は
層構造をなし、その分子長軸方向は、層垂直方向に対し
ある一定角度だけ傾いている。この分子に垂直で、かつ
層平面に含まれる方向に自発分極をもち、外部から印加
された電界の方向に対し、自発分極の方向をそろえよう
とすることで、分子の向きが変わり、光学的な変化がお
きる。その電気光学的応答は、従来の液晶装置の応答に
比較して、１０〜１０００倍速いものであり、高速光シ
ャッター装置への応用が可能である。また、電界に対し
て、双安定性をもたせることも可能であることから、大
型の表示装置への応用が可能である。

しかしながら、これらの装置を作るには、液晶が均一に
配向したセルを作成する必要があるが、スメクチック液
晶は配向制御がネマチック液晶に比べ難しく、実用化を
はばむ原因の一つになっている。従来、強誘電性液晶を
配向させる手段としては１次のような方法がある。

（１）９強力な磁場を印加しつつ、等方相より冷却する
。

（２）、　　セルを構成する２枚の基板を、ずらす方向
に微小に振動させる。

（３）、配向制御膜を形成し、等方相より除冷する。

（１）の方法は、強力な磁場を発生させるのに大きな装
置が必要であり、また１０ｇｍ以下のセル厚においては
配向制御が難しい、（２）についても振動を与えるため
の装置を必要とし、またセルのシール方法など、解決す
べき問題点が多く残っている。（３）の方法に関しては
、最も実用的な方法ではあるが、液晶の温度コントロー
ルを厳密に行わなければならず、セルを一定温度に保つ
装置が必要であり、また除冷に時間がかかるという欠点
がある。

［発明の解決しようとする問題点］このように、従来の強誘電性スメクチック液晶の配向制
御法を用いる電気光学装置は、セルの周辺に配向制御を
行うための装置を必要とするため、小型化できないとい
う欠点を有し、またこれらの配向制御方法でつくられた
配向の均一度は満足のいくものではなかった。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記のような従来のものの欠点ｉ−ニー−」除去するためになされたもので、配向制御処理をほどこ
した２枚の電極付基板間にカイラルスメチックＣ相を有
する強誘電性液晶層を保持した液晶電気光学装置におい
て、該液晶層はカイラルスメクチックＣ相より高い温度
においてコレステリック相を持ち、かつ、コレステリッ
ク相におけるらせんピッチの長さを基板間の距離の４倍
以上にしたことを特徴とする液晶電気光学装置を提供す
るものである。

第１図は、本発明の基本的な液晶電気光学装置の断面図
Ｓある。２枚の透明基板（ｌａ）、　（ｌｂ）の表面に
、それぞれ透明な導電膜（２ａ）、（２ｂ）と配向制御
膜（３ａ）、（３ｂ）を形成する。導電膜（２ａ）、（
２ｂ）は、基板間に保持された液晶層（４）に電界を印
加するための電極であり、電気光学的応答を生じさせる
目的で設けられているもので、Ｉｎ２０３が、５ｎ０２
等からなり、所定のパターンに形成されている。

、→ものでお、す、代表的なものとしては、有機高分子
膜、特にポリイミド系高分子膜を形成しｉで一定方向に
ラビングしたものが好ましいが、その他、ポリアミド系
高分子膜、ポリイシドアミド系高分子膜、ポリパラキ、
シリレン等の高分子膜をラビングしたもの及び５ｉ０２
等の斜め蒸着膜も有効でありまたオーバーコート膜を形
成せずに、直接、導電膜（２ａ）、　（２ｂ）をラビン
グして配向制御膜を形成してもよい、すなわち、ネブチ
ック液晶を水平配向させる手段は、本発明にも有効であ
る。

このような配向処理を行ったのち、該基板が平行、かつ
一定の間隔で保持されるように、スペーサー、例えば、
有機ビーズ、アルミナ粒子をはさみ、シール剤（５）で
周囲を固定し、セルとする。この際、２枚の基板の配向
制御方向は、お互いに平行になるようにする。

その後１強誘電性液晶組成物をコレステリック相、ある
いは等吉相まで加熱し、セルに注入した後、封止する。

セルの外側に２枚の偏光板（６ａ）、　（ｅ＋ｂ７−Ｑ
！その偏光板がお互いに直交し、かつ基板の配向制御方
向と一定角度をなすように配置する。この角度は、液晶
材料、装置の動作温度、駆動方法等によって変わり最も
コントラスト特性等のよい角度を選べばよく、また場合
によっては２枚の偏光板の偏光軸を直交から僅かにずら
して配置する場合もある。

基板（ｔｂ）側に光源（７）をＷき、反対側へ光が透過
するようにする。なお、反射型で用いる場合には、偏光
板（６ｂ）の外側に反射板を設ければ′よい。

本発明の強誘電性液晶組成物としては、カイラルスメク
チックＣ相（以下Ｓｍ１ｔ相と略す）をもち、それより
高い温度においてコレステリック相（以下ｃｈ相と略す
）をもち、かつｃｈ相におけるらせんピッチの長さくｐ
）が基板（１ａ）と（ｉｂ）間の距離（ｄ）の４倍以上
長い液晶を用いる。またｃｈ相と５Ｗｌｊ相の間にスメ
クチックＡ相（以上ＳｍＡ相と略す）をもつことが、配
向の均一性の点で望ましい、このような液晶としては、
光学り液晶化合物を適当な割合で混合することで得られ
、必要に応じて非液晶添加物を加える場合もある。特に
、ｃｂ相におけるピッチを長くするには、左らせんを生
じさせる光学活性物質と、右らせんを生じさせる光学活
性物質を、らせんを生じさせる力の大きさに応じて混合
するのが有効である。

通常、ｃｂ相におけるらせんピッチの長さは温度ととも
に変化する。均一な配向を得るには、コレステリックー
スメクチ７り相転移点の直上でｐ＞４ｄの条件を満たす
ことが必要である。

しかし、この条件を満たす温度範囲が転移点のごく近傍
に限られる場合は、温度降下速度が速い場合においては
、らせん構造がほどけずにスメクチック相へ転移してし
まう、この場合には均一な配向が得られないので、らせ
ん構造がほどけるまでｐ＞４ｄを満たす温度に保持する
か、温度降下速度を遅くする必要がある。この理由から
らせんピッチＰが基板間圧ｇＩｄの４倍以上になる温度
範囲は、コレステリッタースメクチック相転移点より５
°Ｃ以上の範囲にわたることが好ましく、ざらにｃｈ相
全全温度範囲わたることがより好ましい。

また、液晶の結晶化、あるいは高電圧印加により配向不
良が生じた時のために、液晶層の温度を上昇させる手段
を備えることが好ましい。

この手段としては、外部に温度上昇のためのヒーターを
備えてもよいが、セル内部又は外部の電極に電流を流し
、直接加熱すればより簡単な装置となる。

［作業コ本発明に、おける液晶層（４）の液晶分子の配向状態を
模式的に示したのが第２図、第３図である。第２図はｃ
ｈ相における配向状態を示し、第３図はＳｍＡ相におけ
る配向状態を示した図であり、それぞれ（ａ）図は基板
の上方より見た図、（ｂ）図は基板の側方より見た図で
ある。

第２図において、（４１）は液晶分子を表し、ｐ＞４ｄ
の条件を満たしているため、液晶層はらせん構造はとら
ずに分子全部が配向辻誉騙向（３０１）にそろった均一
な配向となっている。この状態で５ＩＩＩＡ相の温度ま
で低下させると第３図に示すように液晶分子（４１）は
層状をなすスメクチック相特有の構造をとるが、配向方
向の均一性は失われない。

第４図、第５図は比較例として、ｐ＜ａａの場合におけ
る液晶分子の配向状態を示す模式図である。ｃｈ相にお
いては、第４図のようにらせん構造をなしており、一定
の方向には向いていない。そのため、ＳｍＡ相まで温度
を降ろし配向状態を見ると、第５図に示すようにランダ
ムな方向に層構造ができ、均一な配向とはならない。

なお、第４図はπ回転のらせん構造を示したが、ピッチ
が短い場合にはさらに２π回転、３π回転等のらせん構
造となる。

第６図は、本発明の第３図の配向状態からさらに５Ｉｉ
ｃｋ相まで温度を低下させた場合の分子配向の様子と、
電界による応答を基板上方より示した図である。５ｒｓ
Ｃ攻相においては分子層の状態は樒相と同様であるが、
分子は分子層垂線方向、この場合は配向制御方向（３０
１）に対しである一定角θだけ傾き、ざらに配向制御方
向と分子長軸方向でなす平面に対し垂直方向に自発分極
を生じる。基板上の電極を通じて電界を印加することで
、その電界方向と自発分極の方向が同じになるように分
子の傾く方向が変化する。

後述の実施例に示す液晶組成物の場合は、電界の向きが
紙面の表側から裏側に向いている場合（以下、正の電界
と称する）は、第６図−（ａ）のように、液晶分子（４
１）は（４０１）の方向唄配列し、電界の方向が逆の場
合（負の電界）においては第６図−（ｂ）のように（４
０２）の方向へ配列する。

基板の上、下に配置する偏光板の偏光軸の向きを第７図
の方向（６０１）、及びそれに直交する方向（６０２）
にすれば、正の電界が印加された場合には、分子の長袖
方向すなわち光学弾性軸と偏光軸が一致するために光は
透過しない、また、負の電界を印加した場合には、偏光
軸と分析性のために次式で表わされる光量が透過する。

ここでＩは入射光の強度、Δｎは液晶の屈折率異方性、
入は光の波長を表す。

この透過率の電界の向きによる変化を利用して、光シヤ
ツター及び表示装置として用いる。

［実施例］実施例ＩＩ　ｎ２０３−Ｓｎ０２の透明電極をパターニングした
ガラス基板表面を布でラビングし配向処理とした後、粒
径的１４ｍのアルミナ粒子をスペーサーとして散布し、
透明電極面が相対向するように配置し周辺をシールして
セルとした。このセル中央部の基板間距離を測定したと
ころ、１．６ＪＬＩであった。このセルに、第２表記載
のカイラルスメクチックＣ相を示す液晶組成物を約１０
０°Ｃまで熱し、注入し、注入口をエポキシ樹脂で封止
した。

第２表中の液晶材料の構造式は第１表に示したとおりで
あり、　Ｎｏ、ｌ及びＮＯ１２の化合物は単体ではコレ
ステリック相をもたないが、Ｎ０１４の化合物とのそれ
ぞれ１０％及び２０％の混合物でコレステリック相にお
けるピッチの向きを測定したところ、Ｎｏ、　１とＮｏ
、４の混合物は右らせんを示し、Ｎｏ、２とＮｏ、４の
混合物は左らせんを示した。

Ｎ０１４の物質は光学活性でないことから、Ｎ０１１の
化合物は右らせんを、Ｎｏ、２の化合物は左らせんを生
じさせる物質であることがわかる。

第２表の組品組成物のコレステリック相である８３℃に
おけるピッチは９フル鳳であり、コレステリック相全温
度範囲にわたり、ｐ＞４ｄなる条件をみたしていること
を確認した。

該セルを　１００℃まで加熱し、カイラルスメクチック
Ｃ相の５０℃まで冷却した後、その配向状態を調べた′
ところ、良好な配向が得られていることがわかった。該
セルの片側に配向処理方向偏光板の偏光軸を合わせ配置
した。光源に／＼口１ゲン・ランプを用い、セルの透過
光強度をフォトマルで測定できるようにした。

第８図は、この装置の電気光学特性を示す図であり、　
０．１Ｈｚ４Ｖの三角波を印加した場合の透過率変化を
示した図である。電圧の正負によってコントラスト比１
０以上の特性が得られている。また、電圧が一１〜ＩＶ
の範囲におし１ては電圧を一４ｖから上げていった場合
と、＋４Ｖより下げた場合で２つの透過率の異なる状態
があり、このメモリー効果を利用してメモリー型大型表
示装置に利用できる。

比較例１実施例１と同様の方法で作成したセル中に、第３表記載
の液晶組成物を１００℃まで加熱、注入した後、封止し
、８０℃まで冷却し配向状態を調べたところ、ランダム
な配向であった。この液晶組成物の９４℃におけるピッ
チを測定したところ、　　５．８ｇ−でありｐ＞４ｄな
る条件を満たしていない、実施例１と同様の装置におと
３その電気光学特性を調べたが、コントラスト比１．７
の特性しか得られなかった。

実施例２Ｉｎ２Ｑ３−３ＩＩ０２の透明電極をパターニングした
ガラス基板上にポリイミド系高分子（日立化成社製ＰＩ
Ｘ−５４００）　ラスピッ３−トし、　　３００℃ニオ
イて３０分焼成し、布で一方向にラビングした後。

実施例１と同様の方法でセルとした。このセルに、第２
表記載の液晶組成物を加熱注入後、封止した後、５０℃
まで冷却したところ、極めて５良好な配向が得られた。

実施例１と同様の装置とし、電気光学特性を測定したと
ころ、コントラスト比２０以上の特性が得られた。

実施例３基板間距離とらせんピッチ、及び温度下降条件と、配向
状態の関係を調べるた、基板間距離の異なるセルを作成
した。スペーサー材としてｌＩＬ■径のアルミナ粒子及
び３μ膳径のガラスフ色バーを用い１周辺のシール剤硬
化の際の圧力を変化させた他は、実施例２と同様のセル
作成法を用いた０作成した、セルの基板間距離は１．５
ル■、　２．５島腫、　３．４延脂であった。

これらのセルに第４表に示した液晶組成物を加熱注入し
た。この組成物中、物質Ｎｏ、２は左らせん、物質Ｎｏ
、３は右らせんを生じさせる物質である。この組成物の
ピッチは、　１１７．０℃で８．０終鵬、８４℃で１０
．８ｐ■、　ｅｏ、ｏ℃で１３．８ｐｍであり、それぞ
れのセルにおいてｐ＞４ｄを満たす温度範囲を第４表に
示す。

これらのセルを一度　１００℃まで加熱した後に、温度
下降速度を１０℃／ｓｉｎ、２℃／ｍ、ｉｎ、　　０．
２”Ｏ／ｇｉｎ、と変化した場合の配向状態の良否を６
０℃におけるコントラスト比で評価を行った。

ｐ＞４ｄを満たす温度範囲が狭い場合はど、温度下降速
度を、遅くする必要があることがわかった。

即ち、基板間圧ｇｌ　３．４＃Ｌｍの例ではコントラス
）１０以上を得るには０．２℃／思ｉｎ程度以下の極に
対し、基板間距離２．５ｐｍの例では、ｐ＞４ｄの範囲
がコレステリック相の下限温度よりも１０℃／鳳ｉｎで
コントラストがやや低下するものであった。特に基板間
距離１．５ｇｍの例では、コレステリック相の全温度範
囲でｐ＞４ｄの関係を満たすため１０℃／ｗｉｎで降温
しても高いコントラストが得られ１作業性がよく信頼性
が高いものであった。

第２表ＣＲ：結晶相Ｓｓｌ：：本：カイラルスメクチック相８厘Ａ　：カイ
ラルスメクチフク相ＣＨ：コレステリック相Ｉ　　二等吉相第３表第４表［発明の効果］以上、述べたように、本発明によれば強誘電性液晶の良
好な配向が簡単に得られるため、コントラスト比が高く
、メモリー作用もある安価で小型の高速応答液晶電気光
学装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成を示す断面図である。第２
図及び第３図は、本発明の液晶層の配向状態を模式的に
示した図であり、第４図、第５図は比較例の液晶層の配
向状態を示す図であり、第６図は、本発明のカイラルス
メクチックＣ相での液晶層の配向状態及び電界に対する
変化を示した図である。第７図は、本発明の基本構成の
配置図、第８図は、実施例の電気光学効果の特性図であ
る。ｌａ、１ｂ：透明基板２ａ、２ｂ＝導電膜３ａ、３ｂ：配向制御膜４　　：液晶層５　　：シール剤６ａ、６ｂ＝偏光板茶　１　回第２　圀　　　　　　　　　　隼３　図（ｂｌ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　＋ｂｌ寮　４　日　　
　　　　　　　　　め　５　回（ｂ）　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　ｆｂ）第　６　図茅　７　図築　８　団ｔｐ力ロ電圧（“ν″）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）配向制御処理をほどこした２枚の電極付基板間に
、カイラルスメクチックＣ相を示す強誘電性液晶層を保
持した液晶電気光学装置において、該液晶層はカイラル
スメクチックＣ相より高い温度においてコレステリック
層をもち、かつコレステリック層におけるらせんピッチ
の長さを基板間の距離の４倍以上にしたことを特徴とす
る液晶電気光学装置。
（２）該液晶層として、左らせんを生じさせる光学活性
物質を少なくとも一種類と、右らせんを生じさせる光学
活性物質を少なくとも一種類含む液晶を用いる特許請求
の範囲第１項記載の液晶電気光学装置。
（３）該液晶層として、コレステリック層とカイラルス
メクチック層の間の温度において、スメクチックＡ相を
もつ液晶を用いる特許請求の範囲第１項記載の液晶電気
光学装置。
（４）該配向処理として有機高分子膜を形成し、ラビン
グすることとした、特許請求の範囲第１項記載の液晶電
気光学装置。
（５）該液晶層の温度を上昇させる手段を備え、該液晶
の温度をコレステリック層の温度範囲まで上昇させたの
ち、冷却し配向を整える特許請求の範囲第１項記載の液
晶電気光学装置。
（６）該らせんピッチの長さが基板間の４倍以上である
温度範囲が、コレステリック層の下限温度から５℃以上
の温度までにわたる特許請求の範囲第１項記載の液晶電
気光学装置。
（７）該らせんピッチの長さが基板間の４倍以上である
温度範囲が該液晶のコレステリック相の全温度範囲にわ
たることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の液晶
電気光学装置。