JPS6125128A - カイラルスメクティック液晶素子 - Google Patents

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】 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シャッタ等で用いる
液晶素子に関し、更に詳しくは液畢分子の初期配向状態
を改善することにより、表示ならびに駆動特性を改善し
た液晶素子に関するものである。

従来より、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し多数の画素を形
成して、画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子は、
よく知られている。

この表示素子の駆動法としては、走査電極群に順次周期
的にアドレス信号を選択印加し、信号電極群には所定の
情報信号をアドレス信号と同期させて並列的に選択印加
する時分割駆動が採用されているが、この表示素子及び
その駆動法には以下に述べる如き致命的とも言える大き
な欠点がある。

即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくするのが難
しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較的高
く、しかも消費電力が小さいことから１表示素子として
実用に供されているのは殆んどが１例えば Ｍ、Ｓ　ｃ　ｈａｄ　ｔとＷ、Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ　　著
　”ＡＰｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”
Ｖｏ、　１８、Ｎｏ、　４　（１９７１゜２．１５）、
Ｐ１２７〜１２８の”Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｄｅｐｅｎｄｅ
ｎｔＯｐｔｉｃａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　　ｏｆ　ａ　
ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙ
ｓｔａｌ”に示されたＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍａ
ｔｉｃ）型の液晶を用いたものであり、この型の液晶は
、無電界状態で正の誘電異方性をもつネマチック液晶の
分子が液晶層厚方向で　れた構造（へりカル構造）を形
成し、両電極面でこの液晶の分子が平行に配列した構造
を形成している。一方、電界印加状態では、正の誘電異
方性をもつネマチック液晶が電界方向に配列し、この結
果光学変調を起すこができる。この型の液晶を用いてマ
トリクス電極構造によって表示素子を構成した場合、走
査電極と信号電極が共に選択される領域（選択点）には
、液晶分子を電極面に垂直に配列させるに要する閾値以
上の電圧が印加され、走査電極と信号電極が共に選択さ
れない領域（非選択点）には電圧は印加されず、従って
液晶分子は電極面に対して並行な安定配列を保っている
。このような液晶セルの上下に互いにクロスニコル関係
にある直線偏光子を配置することにより、選択点では光
が透過せず、非選択点では光が透過するため、画像素子
とすることが可能となる。然し乍ら、マトリクス電極構
造を構成した場合には、走査電極が選択され、信号電極
が選択されない領域、或いは走査電極が選択されず、信
号電極が選択される領域（所謂“半選択点パ）にも有限
に電界がかかってしまう。選択点にかかる電圧と、半選
択点にかかる電圧の差が充分に大きく、液晶分子を電界
に垂直に配列させるのに要する電圧閾値がこの中間の電
圧値に設定されるならば、表示素子は正常に動作するわ
けであるが、走査線数（Ｎ）を増やして行った場合１画
面全体（ｌフレーム）を走査する間に一つの選択点に有
効な電界がかかっている時間（ｄｕｔｙ比）がｌ／Ｎの
割合で減少してしまう、このために、くり返し走査を行
った場合の選択点と非選択点にかかる実効値としての電
圧差は、走査線数が増えれば増える程小さくなり、結果
的には画像コントラストの低下やクロストークが避は難
い欠点となっている。このような現象は、双安定性を有
さない液晶（電、極面に対し、液晶分子が水平に配向し
ているのが安定状態であり、電界が有効に印加さている
間のみ垂直に配向する）を時間的蓄積効果を利用して駆
動する（即ち、繰り返し走査する）ときに生ずる木質的
には避は難い問題点である。この点を改良するために、
電圧平均化法、２周波駆動法や、多重マトリクス法等が
既に提案されているが、いずれの方法でも不充分であり
、表示素子の大画面化や高密度化は、走査線数が充分に
増やせないことによって頭打ちになっているのが現状で
ある。

一方、プリンタ分野を眺めて見るに　電気信号を入力と
してハードコピーを得る手段として、画素密度の点から
もスピードの点からも電気画像信号を光の形で電子写真
感光体に与えるレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）が現
在量も優れている。ところがＬＢＰには。

１、　プリンタとしてのが装置が大型になる；２、　ポ
リゴンスキャナの様な高速の駆動部分があり騒音が発生
し、また厳しい機械的精度が要求される；など の欠点がある。この様な欠点を解消すべく電気信号を光
信号に変換する素子として、液晶シャッターアレイが提
案されている。ところが、液晶シャッタアレイを用いて
画素信号を与える場合、たとえば２１０ｍｍの長さの中
に画素信号を１６ｄｏｔ／ｍｍの割合で書き込むために
は、３０００個以上の信号発生部を有していなければな
らず、それぞれに独立した信号を与えるためには、元来
それぞれの信号発生部会てに信号を送るリード線を配線
しなければならず、製作上困難であった。

そのため、ＩＬＩＮＥ（ライン）分の画素信号を数行に
分割された信号発生部により、時分割して与える試みが
なされている。この様にすれば、信号を与える電極を、
“複数の信号発生部に対して共通にすることができ、実
質配線を大幅に軽減することができるからである。とこ
ろが、この場合通常行われているように双安定性を有さ
ない液晶を用いて行数（Ｎ）を増して行くと、信号ＯＮ
の時間が実質的に１７Ｎとなり感光体上で得られる光量
が減少してしまってた、クロストークの問題が生ずると
いう難点がある。

このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て双安定性を有する液晶素子の使用がＣ１ａｒｋおよび
Ｌａｇｅｒｗａｌｌにより。

提案されている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米
国特許第４３６７９２４号明細書等）。

双安定性液晶としては、一般に、カイラルスメクチイッ
クＣ相（ＳｍＣ’）又は他のカイラルスメクティック相
、具体的にはカイラルスメクティックＨａ（ＳｍＨ’）
、カイラルスメクティックＦ相（ＳｍＦ本）、カイラル
スメクティック■相（ＳｍＩ本）、およびカイラルスメ
クティックＧ相（ＳｍＧ　　）を有する強誘電性液晶が
用いられる。

この液晶は電界に対して第１の光学的安定常態と第２の
光学安定状態からなる双安定状態を有し、従って前述の
ＴＮ型の液晶で用いられた光学変調素子とは異なり、例
えば一方の電界ベクルトに対して第１の光学的安定状態
に液晶が配向し、他方の電界ベクトルに対して第２の光
学的安定状態に液晶が配向される。またこの型の液晶は
、加えられる電界に応答して、°極めて速やかに上記を
２つの安定状態のいずれかを取り、且つ電界の印加のな
いときはその状態を維持することにより、上述した従来
のＴＮ型素子の問題点の多くに対して、かなり本質的な
改善が得られる。この点は、本発明と関連して、以下に
、更に詳細に説明する。しかしながら、この双安定性を
有する液晶を用いる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るような分子配列状態にあるこ
とが必要である。たとえばＳ　ｍ　Ｃ本又は他のカイラ
ルスメクティック相を有する強誘電性液晶については、
５ｍ０本又は他のカイラルスメクティック相を有する液
晶分子層が基板面に対して垂直で、したがって液晶分子
軸が基板面にほぼ平行に配列した領域（モノドメイン）
が形成される必要がある。しかしながら、従来の双安定
性を有する液晶を用いる光学変調素子においては、この
ようなモノドメイン構造を有する液晶の配向状態が、必
ずしも満足に形成されなかったために、充分な特性が得
られなかったのが実情である。

たとえば、このような配向状態を与えるために、磁界を
印加する方法、せん断力を印加する方法、などが提案さ
れている。しかしながら、これらは、いずれも必ずしも
満足すべき結果を与えるものではなかった。たとえば、
磁界を印加する方法は、大規模な装置を要求するととも
に作動特性の良好な薄層セルとは両立しがたいトイう難
点があり、また、せん断力を印加する方法は、セルを作
成後に液晶を注入する“方法と両立しないという難点が
ある。

本発明の主要な目的は、上述した事情に鑑み高速応答性
、高密度画素と大面積を有する表示素子、あるいは高速
度のシャッタスピードを有する光学シャッタ等としての
潜在的な適性を有する双安定性を有する液晶を使用する
光学変調素子において、従来問題であったモノドメイン
形成性ないしは初期配向性を改善することによれ、その
特性を充分に発揮させ得る液晶の配向制御法を提供する
ことにある。

本発明者らは、上述の目的で更に研究した結果、特に液
晶材料が別の相（例えば等吉相等の高温状Ｓ）より、ス
メクティック相例えばＳｍＡ　（スメクティックＡ相）
等の低温状態へ移行する降温過程に於ける配向性に着目
したと少なくとも力イラルスメスティック相を示す２種
以上の液晶を、かつそのうち少なくとも一種はさらにコ
レステリック相を示す液晶を含有する液晶組成物を用い
た場合、液晶と界面で接する基板の面に液晶の分子軸方
向を優先して一方向に配列したモノドメインを形成する
ことができ、この結果液晶の双安定性に基づく素子の作
動特性と液晶層のモノドメイン性を両立し得る構造−の
液晶素子が得られることを見い出した。

本発明は前述の知見に基づくものであり、すなわち本発
明の液晶素子は、一対の基板間に、木本 ＳｍＨ、ＳｍＦ　　、ＳｍＩ木、３ｍ０本などのカイラ
ルスメクティック相を示す２種以上の液晶を含有し、該
２種以上の液晶のうち少なくとも一種はさらにコレステ
ィック相を示す液晶とした液晶組成物で、且つ所定温度
でカイラルスメクティック相を示す液晶組成物を封入し
たセル構造をなし、前記一対の基板のうち、少なくりも
一方の基板の面が界面で接する液晶の分子軸方向を優先
して一方向に配向させる効果を有していることを特徴と
している。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を更に詳
細に説明する。

本発明で用いる液晶組成物は少なくともカイラルスメク
ティック相を示す２種以上の液晶を、かつそのうち夕な
くとも一種はさらにコレステリック相を示す液晶を含有
するものであって１強誘電性を有するものである。具体
的には、ＳｍＣ、ＳｍＦ木、５ＪＩＩＩＩＩ木。

木 ３ｍ０本のカイラルスメクティック相を有する液晶組成
物を用いることができる。

本発明の液晶組成物に用いるカイラルスメクティック相
を示す液晶の具体例を表１に示す。

一方、カイラルスメクティック相を示し、さらにコレス
テリック相を示す液晶の具体例を表２に示す。

表　　゛　　１ カイライルスメクティック相を示す液晶の具体例（化合
物名、構造式及び相転移点） （１）　　　　　　　　　　　？Ｈ３ Ｃ１０Ｈ２１０−＠−ＣＨ＝　ｓ−＠−ＣＨ＝　ＣＨ＝
ＣＯＯＣＨ２ＣＨＣ２Ｈ５＊ ５ｒｎＨ本　６３℃ （２）０文 Ｃ６Ｈ１３０−＠−ＣＨ＝Ｎ舎ＣＨ＝ＣＨ−Ｃ００ＣＨ
２ＣＨＣＨ３木 ６０℃　　　　　６４℃　　　　　７８℃結晶　→　Ｓ
ｍＨ”　　→　ＳｍＣ木　→　ＳｍＡ　　→　等吉相２
７℃　３ｍ０本　　３８℃ −メチルブチルーα−メチルシンナメート〒８３　０ −ＣＯ０ＣＨ２ＣＨＣ２Ｈ５ 木 （８）　　　ＣＨ３ Ｃ２Ｈ５ＣＨＣＨ２０４ＣＨ＝　Ｎ　公Ｃｅ　Ｈ１７Ｈ 表　　　２ コレステリック相とカイラルスメクテイツク相を示す液
晶の具体例 （化合物名、構造式及び相転移点） ４−（２’−メチルブチル）フェニル−４′オクチルオ
キシビフエニル−４−カルボキシレート７８℃　　　　
８０℃　　　　　１２８．３℃結晶　　＋　　　Ｓｍ３
　　−＋　　　ＳｍＣ”　　→　　　ＳｍＡ１７１．０
℃　　　　　　　　１７４．２℃→　　コレステリック
相　　→　等吉相４−へキシルオキシフェニル−４−（
２″−メチルブチル）ビフェニル−４′−力ルポキシレ
ート ６８．８℃　　　８０．２℃　　　　　　　　１６３．
５℃＊ 結晶　　　→　　ＳｍＣ→　　コレステリック相　　→
　　等吉相４−オクチルオキシフェニル−４−（２”−
メチルブチル）ビフェニル−４′−力ルポキシレート ７６℃　　　　８８．６℃　　　　　　　１５５．４℃
結晶　　−ＳｍＣ＊　−コレステリック相　　−等吉相
４−ベチルフェニル−４−（４”−メチルヘキシル）ビ
フェニル−４′−力ルポキシレート ９１．５℃　　　　９３℃ 結晶　　−＋　　　ＳｍＣ本　−＋　　　ＳｍＡ１１２
℃　　　　　　　　　　　　１３１℃→　　コレステリ
ック相　　→　等吉相（Ｅ） ビフェニル−４′−力ルポキシレート ８３．４℃　　　　　　　　　　１１４℃Ｈ３ 一◎−ＯＣＣＨ２）　ｓ呈Ｉ（Ｃ２Ｈ５３５℃　　　　
　９３℃　　　　　　　　　　１４５℃これ、らのカイ
ラルスメクテイ−２り相を示す液晶又はコレステリック
相を示す液晶は、それぞれ２種以上組合せて使用するこ
ともできる。

本発明で用いる液晶組成物でのカイラルスメクティック
相を示す液晶とコレステリック相とともにカイラルスメ
スティック相を示す液晶との割合は、使用する液晶の種
類によって相違するが、一般的にカイラルスメクティッ
ク相を示す液晶１重量部に対してコレステリック相を示
す０．１〜５０重量部、好ましくはＯ，ｌ　−１０重量
部の割合で含有することができる。

これらの材料を用いて素子を構成する場合、液晶組成物
がカイラルスメクティック相となるような温度状態に保
持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた
銅ブロック等により支持することができる。

第１図は、強誘電性液晶の動作説明の為に、セルの例を
模式的に描いたものである。１１と、１１’は、Ｉ　ｎ
２０３．３ｎ０２あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔ
ｉｎ　　０ｘｉｄｅ）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１
２がガラス面に垂直になるよう配向したＳｍＣ＊。

ＳｍＩ木、ＳｍＦ’　、ＳｍＩ＊ＳｍＧ＊などのカイラ
ルスメクティック相の液晶が封入されている。太線で示
した線１３が液晶分子を表わしており、この液晶分子１
３はその分子に直交した方向に双極子モーメン）（Ｐ工
）１４を有している。基板１１と１１’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１３のらせ
ん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐよ）１４がすべ
て電界方向に向くよう、液晶分子１３は配向方向を変え
ることができる。液晶分子１３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。

本発明の光学変調素子で好ましく用いられる液晶セルは
、その厚さを充分に薄く（例えば１０ル以下）すること
ができる。このように液晶層が薄くなることにしたがい
、第２図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ＰまたはＰ′は上向き（２４）又は
下向き（２４’）のどちらかの状態をとる。このような
セルに、第２図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る
電界Ｅ又はＥ′を電圧印加手段２１と２１’により付与
すると、双極子モーメントは、電界Ｅ又はＥ′の電界ベ
クトルに対応して上向き２４又は下向き２４′と向きを
変え、それに応じて液晶分子は、第１の安定状ｓ２３か
あるいは第２の安定状態２３′の何れか一方に配向する
。

このような強誘電性を光学変調素子として用いることの
利点は、先にも述べたが２つある。

その第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２は
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、例えば第２図によって更に説明すると、電界Ｅを
印加すると液晶分子は第１の安定状ｓ２３に配向するが
、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向きの
電界Ｅ′を印加すると、液晶分子は第２の安定状態２３
′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っている。

又、与える電界Ｅ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。このような応答
速度の速さと、双安定性が有効に実現されるにはセルと
しては出来るだけ薄い方が好ましい。

この様な強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当た
って最も問題となるのは、先にも述べたように、Ｓ　ｍ
　Ｃ木、　Ｓ　ｍ　Ｈ木、ＳｍＦ木。

ＳｍＩ　　、ＳｍＧ”などのカイラルスメクティ本 ツク相を有する層が基板面に対して垂直に配列し且つ液
晶分子が基板面に略平行に配向した、モノドメイン性の
高いセルを形成することが困難なこ、とであり、この点
に解決を与えることが本発明の主要な目的である。

第３図（Ａ）と（Ｂ）は、本発明の液晶素子の一実施例
を示している。第３図（Ａ）は１本発明の液晶素子の平
面図で、第３図（Ｂ）はそのＡ−ｘ断面図である。

第３図で示すセル構造体１００は、ガラス板又はプラス
チック板などからなる一対の基板１０１と１０１’をス
ペーサ１０４で所定の間隔に保持され、この一対の基板
をシーリングするために接着剤１０６で接着したセル構
造を有しており、さらに基板１０１の上には複数の透明
電極１０２からなる電極群（例えば、マトリクス電極構
造のうちの走査電圧印加用電極群）が例えば帯状パター
ンなどの所定パターンで形成されている。基板１０１′
の上には前述の透明電極１０２と交差させた複数の透明
電極１０２′からなる電極群（例えば、マトリクス電極
構造のうちの信号電圧印加用電極群）が形成されている
。

この様な透明電極１０２′を設けた基板１０１′には１
例えば、−酸化硅素、二酸化硅素、酸化アルミニウム、
ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ
化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素
窒化物などの無機絶縁物質やポリビニルアルコール、ポ
リイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポ
リパラキシレリン、ポリエステル、ポリカーボネート、
ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、
ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、エリア
樹脂やアクリル樹脂などの有機絶縁物質を用いて被膜形
成した配向制御膜１０５を設けることができる。

この配向制御膜１０５は、前述の如き無機絶縁物質又は
有機絶縁物質を被膜形成した後に、その表面をビロード
、布や紙で一方向に摺擦（ラビング）することによって
得られる。

本発明の別の好ましい具体例では、ＳｉＯやＳｉＯ２な
どの無機絶縁物質を基板１０１′の上に斜め蒸着法によ
って被膜形成することによって、配向制御膜１０５を得
ることができる。

第５図に示された装置に於いてペルジャー５０１は吸出
口５０５を有する絶縁基板５０３上に載置され前記吸出
口５０５から伸びる（図示されていない）真空ポンプに
よりペルジャー５０１が真空にされる。タングステン製
又はモリブデン製のるつぼ５０７はペルジャー５０１の
内部及び代部に配置され、るつぼ５０７には数グラｈの
Ｓ　ｉｏ　、Ｓ　ｉｏ２　、ＭｇＦ２などの結晶５０８
が＠置される。るつぼ５０７は下方の２つのアーム５０
７ａ、５０７ｂを有し、前記アームは夫々導線５０９，
５１０に接続される。電源５０６及びスイッチ５０４が
ペルジャー５０１の外部導線５０９，５１０間に直列に
。

接続される。基板５０２はペルジャー５０１の内部でる
つぼ５０７の真上にペルジャー５０１の垂直軸に対しθ
の角度を成して配置される。

スイッチ５０４が開放されると、ペルジャー５０１はま
ず約１０−５ｍｍＨｇ圧の真空状態にされ、次にスイッ
チ５０４が閉じられて、るつぼ５０７が適温で白熱して
結晶５０８が蒸発されるまで電源５０６を調節して電力
が供給される。適温範囲（７００−１０００℃）に対し
て必要な電流は約１００　ａ　ｍ　ｐ　ｓである。結晶
５０８は次に蒸発され図中Ｓで示された上向きの分子流
を形成し、流体Ｓは、基板５０２に対してθの角度を成
して基板５０２上に入射され、この結果基板５０２が被
膜される。角度θは上記の“入射角”であり、流体Ｓの
方向は上記“斜め蒸着方向”である、この被膜の膜厚は
基板５０２をペルジャー５０１に挿入する前に行なわれ
る装置の時間に対する厚みのキャリブレーションにより
決定される。適宜な厚みの被膜が形成されると電９５０
６からの電力を減少させ、スイッチ５０４を開放してペ
ルジャー５０１とその内部を冷却する０次に圧力を大気
圧まで上げ基板５０２をペルジャー５０１から取り外す
。

又、別の具体例ではガラス又はプラスチックからなる基
板１０１’の表面あるいは基板１０１’の上に前述した
無機絶縁物質や有機絶縁物質を被膜形成した後に、該被
膜の表面を斜方エツッチング法によりエツチングするこ
とにより、その表面に配向制御効果を付与子ることがで
きる。

前述の配向制御膜１０５は、同時に絶縁膜としても機能
されることが好ましく、このためにこの配向制御膜１０
５の膜厚は一般に１００人〜ＩＪＬ、好ましくは５００
人〜５０００人の範囲に設定することができる。この絶
縁膜は、液晶層１０３に微量に含有される不純物等のた
めに生ずる電流の発生を防止できる利点をも有しており
、従って動作を繰り返し行なっても液晶化合物を劣化さ
せることがない。

また、本発明の液晶素子では前述の配向制御。

膜１０５と同様のものをもう一方の基板１０１に設ける
ことができる。

第３図に示すセル構造体ｌＯＯの中の液晶層カイラルス
メクティック相とすることができる。このカイラルスメ
クティック相を示す液晶相１０３は、カイラルスメクテ
ィック相より高温側の別相、例えば等吉相、コレステリ
ック相からの降温過程でスメクティックＡ相に相転移さ
れ、ざらに降温過程でカイラルスメクティック相に相転
移されることによって形成されている。

本発明で重要な点は、コレステリック相を示す液晶を含
有する液晶組成物を用いて、高温相からＳｍＡに相転移
させる際、ＳｍＡの液晶分子軸が配向制御膜１０５に付
与された配向制御方向に沿って配列し、この結果均一な
モノドメイが形成される点にある。

第４図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表わしてい
る。第４図で示す液晶素子は、一対の基板１０１と１０
１’の間に複数のスペーサ部材２０１が配置されている
。このスペーサ部材２０１は、例えば配向量＠［９１０
５が設けられていない基板１０１′の上にＳｔＯ、Ｓｉ
Ｏ２゜Ａ文２０３．ＴｉＯ２などの無機化合物あるいは
ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミドイミド
、ポリエステルイミド、ポリパラキシリレン、ポリエス
テル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ
塩化ビニル、ポリ酢酸ビ、ニル、ポリアミド、ポリスチ
レン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリヤ樹脂、ア
クリル樹脂やフォトレジスト樹脂などの樹脂類を適当な
方法で被膜形成した後に、所定の位置にスペーサ部材２
０３が配置される様にエツチングすることによって得る
ことができる。

この様なセル構造体１００は、基板１０１と１０１’の
両側にはクロスニコル状態又はパラレルニコル状態とし
た偏光子１０７と１０８がそれぞれ配置されて、電極１
０２と１０２’の間に電圧を印加した時に光学変調を生
じることになる。

次に、本発明の液晶素子の作成法について、液晶層１０
３の配向制御法について第３図を用いて具体的に説明す
る。

まず、液晶組成物が封入されているセル構造体１００は
、セルｌＯＯ全体が均一に加熱される様な加熱ケース（
図示せず）にセットされる。

次に、セル１００中の液晶組成物が等吉相となる温度ま
で加熱する。しかる後に、加熱ケースの温度を降温させ
て、セル１００中の等吉相となっている液晶組成物を降
温過程に移す、この降温過程で等吉相の液晶組成物は、
ＳｍＡに、あるいはグランシュアン組織のコレステリッ
ク相からＳｍＡに粗転移を生じることが１きる。

この時、ＳｍＡの液晶分子軸は、ラビング方向に揃う。

しかる後に、このＳｍＡより降温過程でカイラルスメク
ティック相に相転移することによって、例えばセル厚を
ｌＩＬｍ程度とすると非らせん構造をもつモノドメイン
のＳｍＣ”などのカイラルスメクティック相が得られる
。

第６図は、中間に強誘電性液晶化合物が挟まれたマトリ
クス電極構造を有するセル４１の模式図である。４２は
走査電極群であり、４３は信号電極群である。第７図（
ａ）と（ｂ）は、それぞれ選択された走査電極４２　（
ｓ）に与えられる電気信号とそれ以外の走査電極（選択
されない走査電極）４２　（ｎ）に与えられる電気信号
を示し、第６図（Ｃ）と（ｄ）はそれぞれ選択された信
号電極４３（Ｓ）に与えられる電ネ信号と選択されない
信号電極４３（ｎ）に与えられる電気信号を表わす、第
７図（ａ）〜（ｄ）においては、それぞれ横軸が時間を
、縦軸が電圧を表わす。例えば、動画を表示するような
場合には、走査電極群４２は逐次、周期的に選択される
。今、双安定性を有する液晶セルの第１の安定状態を与
えるたの閾値電圧をＶｔｈｌとし、第２の安定状態を与
えるための閾値電圧を−ｖｔ　ｈ２とすると、選択され
た走査電極４２　（ｓ）に与えられる電気信号は、第７
図（ａ）に示される如く１位相（時間）ｔｌでは■を、
位相（時間）ｔ２では−Ｖとなるような交番する電圧で
ある。又、それ以外の走査電極４２（ｎ）は、第７図（
ｂ）に示す如くアース状態となっており、電％信号Ｏで
ある。一方、選択された信号電極４３　（ｓ）に与えら
れる電気信号は第７図（Ｃ）に示される如くＶであり、
又選択されない信号型Ｊｉｉ４３（ｎ）に与えられる電
気信号は第７図（ｄ）に示される如＜−Ｖである。以上
に於て、電圧Ｖは Ｖ＜Ｖｔｈｌ＜２Ｖと−Ｖ＜−Ｖｔｈ２＜−２ｖを満足
する所望の値に設定される。このような電気信号が与え
られたときの各画素に印加される電圧波形を第８図に示
す。第８図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ第６中の画素Ａ
、Ｂ、ＣおよびＤと対応している。すなわち第８図より
明らかな如く、選択された走査線上にある画素Ａでは、
位相ｔ２に於て閾値Ｖｔｈｌを越える電圧２Ｖが印加さ
れる。又同一走査線上に存在する画素Ｂでは位相ｔ１で
閾値−ｖｔｈ２を越える電圧−２Ｖが印加される。従っ
て１選択された走査電極線上に於て信号電極が選択され
たか否かに応じて、選択された場合には液晶分子は第１
の安定状態に配向を揃え、選択されない場合には第２の
安定状態に配向を揃える。いずれにしても各画素の前歴
には、関係することはない。

一方、画素ＣとＤに示される如く、選択されない走査線
上では、すべての画素ＣとＤに印加される電圧は＋Ｖ又
は−■であって、いずれも閾値電圧を越えない。従って
各画素ＣとＤにおける液晶分子は、配向状態を変えるこ
となく前回走査されたときの信号状態に対応した配向を
、そのまま保持している。即ち、走査電極が選択された
ときにその一ライン分の信号の書き込みが行われ、−フ
レームが終了して次回選択されるまでの間は、その信号
状態を保持し得るわけである。従って、走査電極数が増
えても、実質的なデユーティ比はかわらず、コントラス
トの低下とクロスト−り等は全く生じない。この際、電
圧値Ｖの値及び位相（ｔ　１＋ｔ　２）　＝Ｔの値とし
ては、用いられる液晶材料やセルの厚さにも依存するが
、通常３ポルト〜７０ポルトで０．１　ｇｓ　ｅ　ｃ　
〜２ｍｓ　ｅ　ｃの範囲が用いられる。従って、この場
合では選択された走査電極に与えられる電気信号が第１
の安定状８（光信号に変換されたとき「明」状態である
とする）から第２の安定状態（光信号に変換されたとき
「暗」状態であるとする）へ、又はその逆のいずれの変
化をも起すことができる。

カイラルスメクティック相を示す液晶（Ｄ。

ＢＡＭＢＣ、ＨＯＢＡＣＰＣ、ＭＢＲＡ８など）単独で
用いた場合に較らべ本発明で用いるカイラルスメクティ
ック相を示し、さらにコレステリック相を示す液晶を含
有する液晶組成物を用いると、配向性が良好でしかも配
向欠陥が少ない配向状態が得られる。

特に、セル厚が薄い場合、或いは双安定性（メモリ性）
をもつＳｍＣ、ＳｍＨ木。

ネ 木　　　　　　　　木 ＳｍＦ　　、ＳｍＩ　　、ＳｍＣ木の場合には、スイッ
チング特性（応答速度）の点で基板表面の液晶分子に対
する拘束力（基板の配向処理による効果）は、弱い方が
好ましく、従って一方の基板表面のみを配向処理する場
合の方が１両側の基板表面を配向する場合に較べ速い応
答速度が得られる。この際、セル厚が２ｐｍのセルにお
いては、片側の基板のみを配向処理した場合の方が両側
の基板を配向処理した場合の応答速度に較べ約２倍もの
速い応答速度が得られる。

以下、本発明を実施例に従って説明する。

〔実施例１〕 ピッチ１００ｇｍで＠　６２．５　ｐＬｍのストライプ
状の■ＴＯＩＩ！ｌ！を電極として設けた正方形状ガラ
ス基板を用意し、これの電極となるＩＴＯ膜が設けられ
ている側を下向きにして第５図に示す斜め蒸着装置にセ
ットし、次いでモリブデン酸るつぼ内にＳｉＯ２の結晶
をセ・ントした。しかる後に蒸着装置内を１０−５Ｔｏ
ｒｒ程度の真空状態としてから、所定の方法でガラス基
板上にＳ　ｉ０２を斜め蒸着し、８００人の斜め蒸着膜
を形成した（Ａ電極板）。

一方、同様のストライプ状のＩＴＯ膜が形成されたガラ
ス基板上にポリイミド形成溶液（日立化成工業（株）製
のｒＰＩＱに不揮発分濃度１４．５　ｗ　ｔ％）をスピ
ナー塗布機で塗布し、１２０℃で３０分間、２００℃で
６０分間、そして３５０℃で３０分間加熱を行なって８
００人の被膜を形成した（Ｂ電極板）。

次いでＡ電極板の周辺部に注入口とな個所を除いて熱硬
化型エポキシ接着剤をスクリーン印刷法によって塗布し
た後に、Ａ電極板とＢ電極板のストライプ状パターン電
極が直交する様に重ね合せ、２枚の電極板の間隔が２ｐ
Ｌとなるようポリイミドスペーサで保持し、セルとした
。

次にＰ−デシロキシベンジリデン−Ｐ′−アミノ−２−
メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ）１００重
量部に対して、４−へキシルオキシフェニル４−（２″
−メチルブチル）ビフェニル−４′−力ルポキシレート
を８重量部加えて液晶組成物を調整した。

この液晶組成物を加熱して等吉相とし、上記で作製した
セル内に注入口から注入し、その注入口を封口した。こ
のセルを徐冷によって降温させ、温度を約７０　’Ｃ！
で維持させた状態で一対の偏光子をクロスニコル状態で
設けてから顕微鏡観察したところ、モノドメインのらせ
んのとけたＳｍＣ”が形成されていることが確認できた
。

〔実施例？〕

ピッチ１００＃Ｌｍで幅６２．５μｍのストライプ状の
ＩＴＯ膜を電極として設けた正方形状ガラス基板上にに
ポリイミド形成溶液（日立化成工業（株）製のｒＰＩＱ
に不揮発分濃度１４゜５ｗｔ％）をスピナー塗布機で塗
布し、１２０℃で３０分間、２００℃で６０分間、モし
て３５０°Ｃで３０分間加熱を行なって８００人の被膜
を形成した（Ａ電極板）。

次に上記と同様にして得たポリイミド被膜電極板を布に
よりラビング処理を行った。（Ｂ電極板） 次いでＡ電極板の周辺部に注入口とな個所を除いて熱硬
化型エポキシ接着剤をスクリーン印刷法によって塗布し
た後に、Ａ電極板とＢ電極板のストライプ状パターン電
極が直交する様に重ね合せ、２枚の電極板の間隔が２に
となるようポリイミドスペーサで保持し、セルとした。

Ｐ−デシロキシベンジリデン−Ｐ′−アミノ−２−メチ
ルブチルシンナメー）　（ＤＯＢＡＭＢＣ）１００重量
部に対して、４−へブチルフェニル−４−（４″−メチ
ルヘキシル）ビフェニル−４′−力ルポキシレートを５
重量部加えて液晶組成物を調整した。この液晶組成物を
加熱して等吉相としたセル内に注入口から注入し、その
注入口を封口した。このセルを徐冷によって降温させ、
温度を約７０℃で維持させた状態で一対の偏光子をクロ
スニコル状態で設けてから顕微鏡観察したところ、モノ
ドメインのらせんのとけたＳｍＣ’が形成されているこ
とが確認できた。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明で用いる液晶セルを表わ
す斜視図である。第３図（Ａ）は本発明の液晶素子を表
わす平面図で、第３図ＣＢ）はそのａ−ａ断面図である
。第４図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表わす断
面図である。第５図は本発明の液晶素子を作成する際に
用いる斜め蒸着装置を模式的に表わす断面図である。第
６図は１本発明で用いる液晶素子の電極構造を模式的に
示す平面図である。第７図（ａ）〜（ｄ）は、本発明で
用いる液晶素子を駆動するための信号を示す説明図であ
る。第８図（ａ）〜（ｄ）は、各画素に印加される電圧
波形を示す説明図である。 １００　；　セル構造体 １０１．１０１’　　：　　基板 １０２．１０２’　　、　　電極 １０３　：　液晶層−１ １０４，２０１；スペーサ部材 １０５　；　配向制御膜 １０６　：　接着剤 １０７．１０８　　；　　偏光子 １０９　　、　　発熱体 特許出願人　　キャノン株式会社 第　７　図 （ｂン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　Ｃｄ）（ｂ）

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板に、カイラルスメクティック相を示す
   液晶を２種以上含有し、該２種以上の液晶のうち、少な
   くとも１種をコレステリック相を示す液晶とした液晶組
   成物を封入したセル構造をなし、前記一対の基板のうち
   、少なくとも一方の基板の面が界面で接する液晶の分子
   軸方向を優先して一方向に配列させる効果を有している
   ことを特徴とする液晶素子。
2. （２）前記液晶組成物が降温過程でスメクティックＡ相
   からカイラルスメクティック相に順次相転移を生じる液
   晶である特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
3. （３）前記カイラルスメティック相がＣ相、Ｈ相、Ｆ相
   、Ｉ相又はＧ相である特許請求の範囲第２項記載の液晶
   素子。
4. （４）前記カイラルスメティック相が非らせん構造をも
   つ相である特許請求の範囲第２項又は第３項記載の液晶
   素子。
5. （５）前記一対の基板のうち一方の基板の面が液晶の分
   子軸方向を優先して一方向に配列させる効果を有し、他
   方の基板の面が該効果を有していない特許請求の範囲第
   １項記載の液晶素子。
6. （６）前記効果を有する面が基板の面を摺擦することに
   よって得られた面である特許請求の範囲第１項又は第５
   項記載の液晶素子。
7. （７）前記面が有機絶縁物質又は無機絶縁物質の被膜に
   よって形成された面である特許請求の範囲第６項記載の
   液晶素子。
8. （８）前記有機絶縁物質がポリビニルアルコール、ポリ
   イミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリ
   パラキシリレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポ
   リビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル
   、ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミ
   ン樹脂、ユリヤ樹脂、アクリル樹脂およびフォトレジス
   ト樹脂からなる樹脂群から少なくとも１種を選択した樹
   脂である特許請求の範囲第７項記載の液晶素子。
9. （９）前記無機絶縁物質がＳｉＯ、ＳｉＯ＿２又はＴｉ
   Ｏ＿２である特許請求の範囲第７項記載の液晶素子。
10. （１０）前記効果を有する面が基板の面に絶縁物質を斜
    め蒸着することによって得られた面である特許請求の範
    囲第１項又は第５項記載の液晶素子。
11. （１１）前記絶縁物質がＳｉＯ又はＳｉＯ＿２である特
    許請求の範囲第１０項記載の液晶素子。
12. （１２）前記効果を有する面が基板の面を斜方エッチン
    グすることによって得られた面である特許請求の範囲第
    １項又は第５項記載の液晶素子。
13. （１３）前記面が有機絶縁物質又は無機絶縁物質の被膜
    又は基板によって形成された面である特許請求の範囲第
    １２項記載の液晶素子。
14. （１４）前記有機絶縁物質がポリビニルアルコール、ポ
    リイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポ
    リパラキシリレン、ポリエステル、ポリカーボネート、
    ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニ
    ル、ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラ
    ミン樹脂、ユリヤ樹脂、アクリル樹脂およびフォトレジ
    スト樹脂からなる樹脂群から少なくとも１種を選択した
    樹脂である特許請求の範囲第１３項記載の液晶素子。
15. （１５）前記無機絶縁物質がガラス、ＳｉＯ、ＳｉＯ＿
    ２又はＴｉＯ＿２である特許請求の範囲第１３項記載の
    液晶素子。
16. （１６）前記他方の基板が絶縁物質を被膜形成した後に
    所定の位置を除いてエッチングすることにより得たスペ
    ーサ部材を備えている基板である特許請求の範囲第２項
    記載の液晶素子。
17. （１７）前記スペーサ部材が帯状形状の部材である特許
    請求の範囲第１６項記載の液晶素子。
18. （１８）前記帯状形状のスペーサ部材を複数個備えた素
    子である特許請求の範囲第１７項記載の液晶素子。