JPS6265016A - 強誘電性液晶電気光学素子 - Google Patents
強誘電性液晶電気光学素子Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、強誘電性を有するカイラルスメク°ティフク
液晶を用いた電気光学素子に関する。特に液晶分子の整
列を制御する配向膜の改良に関する。
液晶を用いた電気光学素子に関する。特に液晶分子の整
列を制御する配向膜の改良に関する。
強誘電性を存するカイラルスメクテインク液晶を２枚の
基板に挟持してなる電気光学素子において、一方の基板
は一軸配向性を有する配向処理を施し、他方の基板は撥
水性の高い材料を用いて方向性のないランダムな配向処
理を施すことにより明確かつ安定した液晶分子の双安定
状態を造り出し、電圧印加による光通過光遮断コントラ
ストを改善した。
基板に挟持してなる電気光学素子において、一方の基板
は一軸配向性を有する配向処理を施し、他方の基板は撥
水性の高い材料を用いて方向性のないランダムな配向処
理を施すことにより明確かつ安定した液晶分子の双安定
状態を造り出し、電圧印加による光通過光遮断コントラ
ストを改善した。
〔従来の技術］
従来から強誘電性を有するカイラルスメクティノク液晶
を２枚の基板に挟持してなる電気光学素子が知られてい
た。特に一方の基板は一軸配向性を有する配向処理を施
し、他方の基板は方向性のないランダムな配向処理を施
すことにより液晶分子を双安定状態に整列させる方式が
知られている。
を２枚の基板に挟持してなる電気光学素子が知られてい
た。特に一方の基板は一軸配向性を有する配向処理を施
し、他方の基板は方向性のないランダムな配向処理を施
すことにより液晶分子を双安定状態に整列させる方式が
知られている。
すなわら電圧を印加することにより一方の安定状態に整
列している液晶分子を他方の安定状態に再整列させ、そ
れによる光学的変化を利用するものである。
列している液晶分子を他方の安定状態に再整列させ、そ
れによる光学的変化を利用するものである。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら従来のカイラルスメクティソク強誘電性液
晶電気光学素子には以下の欠点があった。
晶電気光学素子には以下の欠点があった。
すなわちランダムな配向を液晶分子に与えるための材料
に適切なものが見当たらなかった。好ましい材［）が満
たすべき物理的性質が不明であったため、試行錯誤に基
づいて選択せざるを得なかった、しかして従来のランダ
ム配向材料では、明確かつ安定した液晶分子の双安定状
態を実現することができなかった。その結果、電圧印加
による双安定状！ぶの液晶分子整列状態の切り替えに基
づく光・遮断光通過のコントラストが悪かった。
に適切なものが見当たらなかった。好ましい材［）が満
たすべき物理的性質が不明であったため、試行錯誤に基
づいて選択せざるを得なかった、しかして従来のランダ
ム配向材料では、明確かつ安定した液晶分子の双安定状
態を実現することができなかった。その結果、電圧印加
による双安定状！ぶの液晶分子整列状態の切り替えに基
づく光・遮断光通過のコントラストが悪かった。
〔問題点を解決するための手段］
本発明は上記問題点を解決することを目的とする。その
ために第１図の構成の強誘電性液晶電気光学素子を発明
した。第１図においてｌ及び２は２枚の平行に配！され
た基板であって少なくとも一方は透明である。３は基板
内平面に設けられた電掻膜であって液晶分子に電圧を印
加するためのものである。４は２枚の７５仮ｌ及び２に
挟持された強誘電性のカイラルスメクティフク液晶分子
である。ここでカイラルスメクティノク液晶の一般的な
分子配列を第２図に示す、液晶分子４は層５を構成して
いる。第２図においてはＮ５が左から右にかけて５層示
されている。一つの層内の液晶分子の長軸方向（以後分
子軸と呼ぶ、）は層の法線方向と角θだけ傾き、この角
度はどの層でも同一である。−カ一つの層内において液
晶分子４の頭部は仮想的なコーン６の円周上同一の箇所
に位置している。この位置は各層毎にコーン６の円周上
を回転してずれてい＜、シかして分子軸は層の法線に対
して層毎に回転し、分子配列はらせん横逓となる。
ために第１図の構成の強誘電性液晶電気光学素子を発明
した。第１図においてｌ及び２は２枚の平行に配！され
た基板であって少なくとも一方は透明である。３は基板
内平面に設けられた電掻膜であって液晶分子に電圧を印
加するためのものである。４は２枚の７５仮ｌ及び２に
挟持された強誘電性のカイラルスメクティフク液晶分子
である。ここでカイラルスメクティノク液晶の一般的な
分子配列を第２図に示す、液晶分子４は層５を構成して
いる。第２図においてはＮ５が左から右にかけて５層示
されている。一つの層内の液晶分子の長軸方向（以後分
子軸と呼ぶ、）は層の法線方向と角θだけ傾き、この角
度はどの層でも同一である。−カ一つの層内において液
晶分子４の頭部は仮想的なコーン６の円周上同一の箇所
に位置している。この位置は各層毎にコーン６の円周上
を回転してずれてい＜、シかして分子軸は層の法線に対
して層毎に回転し、分子配列はらせん横逓となる。
また、−ｉにカイラルスメクティノク液晶はらせん構造
をとるだけでなく分子軸に垂直な方向に電気双掻子７を
持ら強誘電性を示す。
をとるだけでなく分子軸に垂直な方向に電気双掻子７を
持ら強誘電性を示す。
カイラルスメクティノク液晶としては、Ｐ−デンロキシ
ベンジリデンＰ゛ −アミノ２ミチルプチル ンナメー
ト ｃ、、ｎ□１０◎Ｃ１１ヨＮ◎Ｃ）ｌ＝ＣＩＩＣＯＯＣ
ＬＣＨＣＪｓ（Ｊｌ。
ベンジリデンＰ゛ −アミノ２ミチルプチル ンナメー
ト ｃ、、ｎ□１０◎Ｃ１１ヨＮ◎Ｃ）ｌ＝ＣＩＩＣＯＯＣ
ＬＣＨＣＪｓ（Ｊｌ。
がある。
さて、第１図にもどると、基板ｌと２の間隔がらせんの
周期よりも小さい例えば１μｍ程度である場合は先に述
べたらせん構造は消失する。
周期よりも小さい例えば１μｍ程度である場合は先に述
べたらせん構造は消失する。
すなわち、分子軸が基板と平行になり、かつ層の法線方
向からθ傾いて液晶分子が配列する。ここで層の法線方
向は基板と平行になっている。それ成層は基板に対して
垂直に形成する。
向からθ傾いて液晶分子が配列する。ここで層の法線方
向は基板と平行になっている。それ成層は基板に対して
垂直に形成する。
第１図において８は一軸配向性を有する配向膜である。
−軸配向処理は液晶分子を一方向で基板に水平に固定す
る。−第１図は一軸配向方向から見た図である。９は他
方の基板２の内表面に設けられた１０水性の高い材料を
用いた方向性のないランダム配向処理膜である。このラ
ンダム配向は液晶分子の方向を規制せず、単に基板に対
してほぼ平行に配列する機能を有すると思われる０本発
明の場合、−軸配向の影響を受けて成長して来た液晶分
子ドメインとの接触界面をフリーなものとするために役
立っている。フリーとは、界面を境として上下の分子間
の相互作用が少ないという事である。よって、−軸配向
膜から成長してきた液晶分子配列は本来最も安定な位１
に居る事ができる。
る。−第１図は一軸配向方向から見た図である。９は他
方の基板２の内表面に設けられた１０水性の高い材料を
用いた方向性のないランダム配向処理膜である。このラ
ンダム配向は液晶分子の方向を規制せず、単に基板に対
してほぼ平行に配列する機能を有すると思われる０本発
明の場合、−軸配向の影響を受けて成長して来た液晶分
子ドメインとの接触界面をフリーなものとするために役
立っている。フリーとは、界面を境として上下の分子間
の相互作用が少ないという事である。よって、−軸配向
膜から成長してきた液晶分子配列は本来最も安定な位１
に居る事ができる。
その位置は第１図において黒丸４と白丸１０で表される
２通りである。すなわち双安定状態が実現される。その
位置は、理想的には基板に対して水平で仮想的コーン６
と水平面との交線上に位置する。この位置は層の法線（
第１図において紙面に垂直）に対して±θ位置である。
２通りである。すなわち双安定状態が実現される。その
位置は、理想的には基板に対して水平で仮想的コーン６
と水平面との交線上に位置する。この位置は層の法線（
第１図において紙面に垂直）に対して±θ位置である。
しかしながら、第３図に示すように、従来の配向処理で
は分子が基板に対して傾いて配列していた（２１．２２
に示す分子位置）、この場合、電気光学素子の上部から
分子を観察すると、コーン角は、理想的な位置１３．１
４に液晶分子が配列された場合の理想コーン角よりも小
さくなる。コントラストは、光学的にはこのみかけのコ
ーン角により決定されるため、従来の配向ではコントラ
ストが低かった。
は分子が基板に対して傾いて配列していた（２１．２２
に示す分子位置）、この場合、電気光学素子の上部から
分子を観察すると、コーン角は、理想的な位置１３．１
４に液晶分子が配列された場合の理想コーン角よりも小
さくなる。コントラストは、光学的にはこのみかけのコ
ーン角により決定されるため、従来の配向ではコントラ
ストが低かった。
さて、本発明のように特に１ａ水性の高い材料を用いて
ランダム配向処理を行うと、液晶分子を上記に述べた理
想的な双安定状態に整列できる。以下その理由を述べる
。なお、１１及び１２は互い。
ランダム配向処理を行うと、液晶分子を上記に述べた理
想的な双安定状態に整列できる。以下その理由を述べる
。なお、１１及び１２は互い。
に偏光軸が直交する２枚の偏光板であって、液晶分子の
双安定状態間の配列移動を光学変化に変喚するものであ
る。
双安定状態間の配列移動を光学変化に変喚するものであ
る。
第４図は（８水性の材料を用いてランダムな水平配向処
理を行った場合実現される理想的な双安定状態を表して
いる。すなわち基板面近傍において、液晶分子４は仮想
的コーン６と基板に対して平行な仮想的水平面１５の交
線１３又は１４に配列される。１３及び１４が双安定位
置である０両安定位置に存する液晶分子の分子軸のなす
角は２θであり理想的には４５°である。
理を行った場合実現される理想的な双安定状態を表して
いる。すなわち基板面近傍において、液晶分子４は仮想
的コーン６と基板に対して平行な仮想的水平面１５の交
線１３又は１４に配列される。１３及び１４が双安定位
置である０両安定位置に存する液晶分子の分子軸のなす
角は２θであり理想的には４５°である。
第５図−は上述した双安定状態間で液晶分子の整列を切
りかえ、電気光学的スイッチングを行うための駆動波形
図である。波形ａは第１の安定状態から第２の安定状態
に移行させるための波形であって液晶分子の有する電気
双極子と平行でかつ反対方向に＋Ｖａｐの電圧を印加す
る。電気双極子は反発力を受けて、仮想的コーンの軌跡
上を移動し、第２の安定状態に移動する。このとき電気
双極子７の方向は逆転する（第４図参照） 、＋Ｖａｐ
のパルスに続く±１／３ Ｖａｐの交流パルスは液晶分
子を安定状態に保持しておくためのものである。
りかえ、電気光学的スイッチングを行うための駆動波形
図である。波形ａは第１の安定状態から第２の安定状態
に移行させるための波形であって液晶分子の有する電気
双極子と平行でかつ反対方向に＋Ｖａｐの電圧を印加す
る。電気双極子は反発力を受けて、仮想的コーンの軌跡
上を移動し、第２の安定状態に移動する。このとき電気
双極子７の方向は逆転する（第４図参照） 、＋Ｖａｐ
のパルスに続く±１／３ Ｖａｐの交流パルスは液晶分
子を安定状態に保持しておくためのものである。
ｂの波形は第２の安定状態から第１の安定状態に移行さ
せるための駆動波形である。電気双極子の方向が先の場
合と逆であるので、−Ｖａｐの電圧を有するパルスでス
イッチング駆動を行う。
せるための駆動波形である。電気双極子の方向が先の場
合と逆であるので、−Ｖａｐの電圧を有するパルスでス
イッチング駆動を行う。
第６図は本電気光学素子を上部から観察した駆動原理図
である。入射側の偏光子１１の偏光軸を第１の安定位置
１３に一致させである。出射側の偏光子１２は偏光軸を
９０°入射側の偏光子１１の偏光軸から回転させる。液
晶分子が第１の安定位置１３にあると入射側の偏光子１
１によって偏光された光は偏光方向を変えず出射側偏光
子１２に達するが両部光子が直交しているため出射側に
は光が出ない、光遮断状態である。逆に第２の安定位置
１４に液晶分子が移動すると、液晶の複屈折性により出
射側の直交した偏光子方向にも光が出るようになる。本
発明の場合、理想的な双安定状態を実現しているため両
安定状態にある液晶分子の分子軸のなす角２θ（以下２
θをコーン角という）が２Ｘ２２．５””４５＠に近く
なり、はとんどの光が出射側偏光子の偏光方向に向くよ
うになる。これが光通過状態である。なお上記のような
理想的な光スイッチングを行うためには、セル厚ｄと液
晶の屈折率の異方性Δｎとの間には次のような関係が必
要である。
である。入射側の偏光子１１の偏光軸を第１の安定位置
１３に一致させである。出射側の偏光子１２は偏光軸を
９０°入射側の偏光子１１の偏光軸から回転させる。液
晶分子が第１の安定位置１３にあると入射側の偏光子１
１によって偏光された光は偏光方向を変えず出射側偏光
子１２に達するが両部光子が直交しているため出射側に
は光が出ない、光遮断状態である。逆に第２の安定位置
１４に液晶分子が移動すると、液晶の複屈折性により出
射側の直交した偏光子方向にも光が出るようになる。本
発明の場合、理想的な双安定状態を実現しているため両
安定状態にある液晶分子の分子軸のなす角２θ（以下２
θをコーン角という）が２Ｘ２２．５””４５＠に近く
なり、はとんどの光が出射側偏光子の偏光方向に向くよ
うになる。これが光通過状態である。なお上記のような
理想的な光スイッチングを行うためには、セル厚ｄと液
晶の屈折率の異方性Δｎとの間には次のような関係が必
要である。
ｄ＝ （２ｎ−１）ａ／Δｎ ｎ：屈折率ただしα−
Ｃπ／ω Ｃ：光速度 ω：光の角周波数 ｔａ水性の配向剤を用いたとき、理想的な配向状態に近
づくのは、液晶分子がほとんど基板に対して水平となり
、コーン角が最大に近づくためである。
Ｃπ／ω Ｃ：光速度 ω：光の角周波数 ｔａ水性の配向剤を用いたとき、理想的な配向状態に近
づくのは、液晶分子がほとんど基板に対して水平となり
、コーン角が最大に近づくためである。
撥水性を有するランダム水平配向剤としてＡ−Ｂ型ブロ
ックポリマーを用いた。第７図に示すＡ−Ｂ型ブロック
ポリマーは表面移行性に優れた機能性セグメント１６と
樹脂に相溶する相溶性セグメント１７とからなる０本実
施例では、機能性セグメントとしてフッ化アルキル基、
相溶性セグメントとしてアクリルポリマーを用いたＡ−
Ｂ型ブロックポリマーを使った。
ックポリマーを用いた。第７図に示すＡ−Ｂ型ブロック
ポリマーは表面移行性に優れた機能性セグメント１６と
樹脂に相溶する相溶性セグメント１７とからなる０本実
施例では、機能性セグメントとしてフッ化アルキル基、
相溶性セグメントとしてアクリルポリマーを用いたＡ−
Ｂ型ブロックポリマーを使った。
第８図が本実施例によるＩｎ水性ランダム配向膜の断面
図である。アクリルモノマー＋８液に１０％のＡ−Ｂ型
ブロックポリマーを添加し、基板２の表面に塗布した後
２００℃で焼成した。基板２の表面にアクリル樹脂膜１
８が形成され、その中にＡ−Ｂ型ブロックポリマ−１９
の相溶性セグメント１７が固定される。他方機能性セグ
メントは表面に移行配向して、ｔθ水性を発揮する。
図である。アクリルモノマー＋８液に１０％のＡ−Ｂ型
ブロックポリマーを添加し、基板２の表面に塗布した後
２００℃で焼成した。基板２の表面にアクリル樹脂膜１
８が形成され、その中にＡ−Ｂ型ブロックポリマ−１９
の相溶性セグメント１７が固定される。他方機能性セグ
メントは表面に移行配向して、ｔθ水性を発揮する。
なお撥水性の尺度としては第９図に示す接触角を用いた
。接触角とは、水滴２０と配向膜９の表面とのなす角で
数値が大きい程ｉＧ水性が高い、ちなみに本実施例では
接触角は９６．７°であった。
。接触角とは、水滴２０と配向膜９の表面とのなす角で
数値が大きい程ｉＧ水性が高い、ちなみに本実施例では
接触角は９６．７°であった。
このときの見かけのコーン角は３４°であった。
次に比較のため種々の材料について接触角、見かけのコ
ーン角及び光遮断通過コントラストを測ってみた。結果
を次表に示す。
ーン角及び光遮断通過コントラストを測ってみた。結果
を次表に示す。
上記の表における接触角と見かけのコーン角の対応関係
をグラフにしたのが第１０図である。第１０図から明ら
かなように接触角が大きい程すなわちｔａ水性が高い程
、見かけのコーン角が理想の４５°に近づいて行くこと
が判る。従って光遮断通過コントラストも向上していく
、これは撥水性が高い程液晶分子が水平状態に近く配列
されるからである。現実的には本実施例のように接触角
が９０°以上であれば充分なコントラストが得られる。
をグラフにしたのが第１０図である。第１０図から明ら
かなように接触角が大きい程すなわちｔａ水性が高い程
、見かけのコーン角が理想の４５°に近づいて行くこと
が判る。従って光遮断通過コントラストも向上していく
、これは撥水性が高い程液晶分子が水平状態に近く配列
されるからである。現実的には本実施例のように接触角
が９０°以上であれば充分なコントラストが得られる。
逆にティルトのついて配向では、第４図から明らかなよ
うにコーン角は理想より小さくなり従ってコントラスト
も悪くなる。
うにコーン角は理想より小さくなり従ってコントラスト
も悪くなる。
なお−軸配向処理の一実施例としては、ポリイミド薄膜
を印刷又はディッピング等により形成し、その後一方向
にラビング処理する方法がある。
を印刷又はディッピング等により形成し、その後一方向
にラビング処理する方法がある。
本発明によれば撥水性のある材料をランダム水平配向材
に用いるので、コーン角が理想の数値に近づき、光遮断
通過コントラストを大きく改善できるという効果がある
。
に用いるので、コーン角が理想の数値に近づき、光遮断
通過コントラストを大きく改善できるという効果がある
。
第１図は、強誘電性液晶電気光学素子の断面図、第２図
は、カイラルスメクテインク液晶の分子配列図、第３図
は分子のＩ！ｌ！想的位！および実際の位置を示す図、
第４図は双安定状態を示す図、第５図は駆動波形見、第
６図は駆動原理図、第７図はＡ−Ｂ型ブロックポリマー
の模型図、第８図はＩｎ水性ランダム配向膜の断面図、
第９図は接触角の説明図、第１０図は接触角−コーン角
特性図であｌ、２−−一基板 ３ ・・−ｍ−−−・−を橿 ４−・−・−−−一一一−スメクテインク液晶分子８・
・・−・−・−一一一軸配向膜 ９・−・−・−撥水性ランダム配向膜 １１．１２−−−−一偏光板 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 強宮念電・）１鴻１霜電気先学泉子のｍ面３４第 １
図 、騙ｔＩＪ波形図 易 ５ 図 期初原理図 篤６Ｚ 八−Ｂ型ブロックポリマー 島 ７ 図 接触角の説明図 第９図
は、カイラルスメクテインク液晶の分子配列図、第３図
は分子のＩ！ｌ！想的位！および実際の位置を示す図、
第４図は双安定状態を示す図、第５図は駆動波形見、第
６図は駆動原理図、第７図はＡ−Ｂ型ブロックポリマー
の模型図、第８図はＩｎ水性ランダム配向膜の断面図、
第９図は接触角の説明図、第１０図は接触角−コーン角
特性図であｌ、２−−一基板 ３ ・・−ｍ−−−・−を橿 ４−・−・−−−一一一−スメクテインク液晶分子８・
・・−・−・−一一一軸配向膜 ９・−・−・−撥水性ランダム配向膜 １１．１２−−−−一偏光板 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 強宮念電・）１鴻１霜電気先学泉子のｍ面３４第 １
図 、騙ｔＩＪ波形図 易 ５ 図 期初原理図 篤６Ｚ 八−Ｂ型ブロックポリマー 島 ７ 図 接触角の説明図 第９図
Claims (6)
- （１）電極を有する少なくとも一方が透明な２枚の基板
間に強誘電性液晶を挟持し、２枚の偏光板で構成され、
安定状態に整列されている液晶分子に電圧を印加し、液
晶分子を他の安定状態に整列させることにより駆動する
強誘電性液晶電気光学素子において、一方の基板は一軸
配向性を有する配向処理を施し、他方の基板は撥水性の
高い材料を用いて方向性のないランダムな配向処理を施
したことを特徴とする強誘電性液晶電気光学素子。 - （２）撥水性の高い材料を用いた配向膜は、水滴に対す
る接触角が６０°以上である特許請求の範囲第１項記載
の強誘電性液晶電気光学素子。 - （３）撥水性の高い材料はＡ−Ｂ型のブロックポリマー
を含有する特許請求の範囲第１項記載の強誘電性液晶電
気光学素子。 - （４）Ａ−Ｂブロックポリマーは撥水性を与える機能性
セグメントと、配向膜を構成する樹脂に相溶する相溶性
セグメントよりなる特許請求の範囲第３項記載の強誘電
性液晶電気光学素子。 - （５）機能性セグメントはフッ化アルキル基である特許
請求の範囲第４項記載の強誘電性液晶電気光学素子。 - （６）配向膜を構成する樹脂はアクリルであり、該樹脂
に相溶する相溶性セグメントはアクリルポリマーである
特許請求の範囲第４項記載の強誘電性液晶電気光学素子
。
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