JPS628124A

JPS628124A - 液晶素子

Info

Publication number: JPS628124A
Application number: JP14811485A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Kanbe; 純一郎神辺; Shinjiro Okada; 伸二郎岡田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-07-04
Filing date: 1985-07-04
Publication date: 1987-01-16

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、液晶表示素子や液晶−光シヤツタアレイ等に
適用する液晶素子に関し、詳しくは液晶分子の初期配向
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。

〔従来の技術〕

従来の液晶素子としては、例えばエム・シャット（”Ａ
ｐｐｌＩｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）第
１８巻。

第４号（１９７１年２月１５日発行）、第１２７頁〜１
２８頁のパボルテージ・ディペンダント・オプティカル
・アクティビティ−φオブ・ア・ツィステッド拳ネマチ
ック串リキッド・クリスタル″（”Ｖｏｌｔａｇｅ　　
Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　　０ｐｔｉｃａｌＡｃｔ、１ｖｉ
ｔ’ｙ　　ｏｆ　　ａ　　Ｔｗｉｓｔｅｄ　　Ｎｅｍａ
ｔｉｃＬｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌつに示されたツ
ィステッド・ネマチック（ｔｗｆｓｔｅｄ　ｎｅｍａｔ
ｉｃ）液晶を用いたものが知られている。このＴＮ液晶
は、画素密度を高くしたマトリクス電極構造を用いた時
分割駆動の時、クロストークを発生する問題点があるた
め１画素数が制限されていた。

又、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素子
を接続し、各画素毎をスイッチングする方式の表示素子
が知られているが、基板上に薄膜トランジスタを形成す
る工程が極めて煩雑な上、大面積の表示素子を作成する
ことが難しい問題点がある。

この様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、クラーク（Ｃｌ
　ａ　ｒ　ｋ）およびラガウエル（Ｌａｇｅ　ｒｗａ　
ｌ　ｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２
１６号公報、米国特許＄４３６７９２４号明細書等）、
双安定性を有する液晶としては、一般に、カイラルスメ
クテイツクＣ相（ＳｍＣ末）又はＨ相（ＳｍＨ”）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の光学的安定状態と第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トルに対して第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は第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
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性質を有する。このような
性質を利用することにより、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、この双安定性強誘電性液晶素
子は、第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態下
での液晶分子の配向方向のなす角度（チルト角）が小さ
いために、シャッタ開口時の透過率を大きくすることが
できない問題点がある。従って、セル内の強誘電性液晶
に２色性色素を溶解させたゲスト−ホスト方式で表示を
行なう試みが提案されている。このゲスト−ホスト方式
による表示は、偏光板が１枚で済むため、シャッタ開口
時の透過率を大きくすることができる利点があるうえ、
このゲスト−ホスト方式は、例えばワードプロセッサー
の画面を青地や緑地に白色の文字で表示を行なうことが
できる利点をもっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしなか、液晶素子をワードプロセッサ等のディスプ
レイ画面に適用するには、液晶素子の背後に白色灯を配
置し、その白色灯からの光線を画素毎にスイッチングす
ることによって、所定の表示を行なうことができる様に
構成されているが、前述した双安定性強誘電性液晶素子
は、そのセル厚が１〜２ＩＬｍ程度と極めて薄いため、
そこに溶解される２色性色素の量が充分なものとはなら
ず、従ってシャッタ遮閉時とシャッタ開口時の透過率コ
ントラストが小さく、このため前述した如き背後に設け
た白色灯下での観察では、見かけ上透過率コントラスト
が測定値以上に小さい透過率コントラストで青地又は緑
地中の白色文字が観察されることになり、実用上の問題
となっている。

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕本発明の
目的は、前述した事情に鑑み、背後に配置した白色灯下
での表示であっても良好な透過率コントラスト、すなわ
ち良好な青地又は緑地中の白色文字で表示できるゲスト
−ホスト方式（効果）を用いた双安定性強誘電性液晶素
子を提供することにある。

本発明のかかる目的は、電極が形成された一対の基板間
に２色性色素を溶解した強誘電性液晶を封入したセル構
造体と偏光子とを有する液晶素子において、前記電極間
に一方向の電圧を印加した時の前記強誘電性液晶の平均
分子軸方向と前記強誘電性液晶を相転移させた時の別の
相に対応する一軸異方相の軸方向とのなす角度を（Ｈ）
とし、かつ前記電極間の電圧を零とした時の前記強誘電
性液晶の平均分子軸方向と前記強誘電性液晶を相転移さ
せた時の別の相に対応する一軸異方相の軸方向とのなす
角度をθとした時、前記角度■とθの間にθ＜（Ｈ）の
関係を有しているとともに、前記偏光子の偏光軸方向が
角度θをなす強誘電性液晶の平均分子軸方向と平行又は
略平行とした液晶素子を特徴としている。

〔実施例〕

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材料として、特に適したものは、カ
イラルスメクチック液晶であって、強誘電性を有するも
のである。具体的にはカイラルスメクチックＣ相（Ｓｍ
Ｃ”）、カイラルスメクチックＧｌ（ＳｍＧ”）、カイ
ラルスメクチックＦ相（ＳｍＦ”）、カイラルスメクチ
ックエ相（ＳｍＩ　”）又はカイラルスメクチックＨ相
（Ｓ　ｍＨ”）の液晶を用いることができる。

強誘電性液晶の詳細については、たとえば°゛ル・ジュ
ールナール・ド・フイジイク・レットル゛′（ＬＥ　　
ＪＯＵＲＮＡＬ　　ＤＥＰＨＹＳＩＱＵＥ　　ＬＥＴＴ
ＲＥ”）第３６巻、第６９頁、１９７５年発行の「フェ
ロエにクトリック争リキッド・クリスタル」（ｒＦｅｒ
ｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　　ＬｉｑｕｉｄＣｒ　ｙ　ｓ　
ｔ　ａ　ｌ　Ｓ　Ｊ　）　　；　　”アプライド・フジ
イツクス・レターズ（“’ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃ
ｓ　　　　Ｌｅｔｔｅｒｓ　　”　）　第　３６　＠　
。

第１１号、１９８０年発行の「サブミクロΦセカンドΦ
バイスティプル拳エレクトロオプティック・スイッチン
グ−イン・リキッド・クリスタルＪ　　（ｒｓｕｂｒｎ
ｔｃｒｏ　　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔａｂｌｅ　　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｏｐｔｉｃＳｗｉｔｃｈｉｎｇ　　ｉｎ　　Ｌ
　ｉ　ｑ　ｕ　ｉ　ｄＣｙｓｔａｌｓ」）；　　”固体
物理′°上Ｊ（１４１）１９８１　ｒ液晶ｊ等に記載さ
れており、本発明ではこれらに開示された強誘電性液晶
を用いることができる。

強誘電性液晶化合物の具体例としては、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）、ヘキシルオキシベンジリデン−
ｐ′−アミノ−２−クロロプロピルシンナメート（ＨＯ
ＢＡＣＰＣ）、４−ｏ　−（２−メチル）−ブチルレゾ
ルシリテン−４′−オクチルアニリン（ＭＢ　ＲＡ８）
が挙げられる。特に好ましい強誘電性液晶としては、こ
れより高温側でコレステリック相を示すものを用いるこ
とができ１例えば下述の実施例に挙げた相転移温度を示
すビフェニルエステル系液晶を用いることができる。

これらの材料を用いて素子を構成する場合、液晶化合物
が所望の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。

又１本発明で用いる２色性色素の代表例は下記のとおり
である。

本発明は、これらの２色性色素の他に、少なくとも１つ
の発色部分と少なくとも１つの光学活性部分を単一分子
中に含むヘリクロミックな２色性色素を用いることがで
きる。具体的な発色団としてはアゾ、アゾ−スチルベン
、ベンゾチアゾリルポリアゾ、アゾメチン、メチン、メ
ロシアニン、アントラキノン、メチン−７リーデン、テ
トラン・ン、オキサジアジン、カルバゾール−アゾなど
を用いることができる。又、光学活性部分は不斉炭素原
子を有する有機基で、具体的には（＋）−２−メチルア
ルキル基、（＋）−３−メチルアルキル基、（＋）−２
−メチルアルコキシ基、（＋）−３−メチルアルコキシ
ル基、（＋）−３−メチルシクロヘキシル、（＋）−α
−メチルベンジル、（＋）−２−メチルブチルビフェニ
ル、（＋）　−２−メチルブチルフェニルチオ、（＋）
−２−メチルブチルアミノ＋フタレンなどを挙げること
ができる０代表的ヘリクロミックな２色性色素を下記に
示す、これらの合成法については、特開昭５９−９３７
７７号公報に開示されている。

■ これらの２色性色素は、スメクテイツク液晶、特に強誘
電性を示すカイラルスメクテイツク液晶に対して０．１
〜ｌＯ重量％、好ましくは１〜５重量％の範囲でスメク
テイツク液晶に溶解される。

第１図は１強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例
を模式的に描いたものである。

以下、所望の相としてＳｍＣ”を例にとって説明する。

１１と１１′は、Ｉｎ２Ｏ３，５ｎ０２或いはＩＴＯ（
Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　　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１２がガラス面に垂直になる様に配向し
たＳ　ｍ　Ｃ”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１３
は基板の面方向に連続的にらせん構造を形成している。

このらせん構造の中心軸１５と液晶分子１３の軸方向と
のなす角度を■として表わす、この液晶分子１３は、そ
の分子に直交した方向に双極子モーメン）　（Ｐ±）１
４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工）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−一一偏光子を置けば、電圧印加極性によって光
学特性が変わる液晶光学素子となることは。

容易に理解される。

本発明の液晶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延以下）することがで
きる、このように液晶層が薄くなるにしたがい、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。この液晶分子軸２３
の分子軸と２３′のなす角度の１／２の角度をチルト角
（■）と称し、このチルト角（■）はらせん構造をとる
時のコーンのなす頂角に等しい。このようなセルに、第
６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の安定状態２３かあるいは第
２の安定状態２３′の何れか一方に配向する。

このような双安定性強誘電性液晶素子を用いることによ
る利点は、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の安定状態２３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。

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セル厚を１〜２ＪＬｍとした出来
るだけ薄い方が好ましい。

このような強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当
って最も問題となるのは、先にも述べたように、ＳｍＣ
”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る。

ところで、従来より大面積の液晶セルを製造する上で、
基板表面に一軸性の配向処理を施す方法が知られている
。この−軸性の配向処理法としては基板表面をビロード
、布や紙で一方向にラビングする方法あるいは基板表面
にＳｉＯや５ｉ０２を斜方蒸着する方法などが挙げられ
る。

しかしながら１、強誘電性液晶に対して、このようなラ
ビング法や斜方蒸着法を適用しても、配向処理を施すこ
と自体が、前記した液晶分子の双安定性を阻害するため
、所謂メモリー性を生かした駆動法を採用する場合には
一軸性配向処理では、不適当なものと考えられていた。

ところが１本発明者らが鋭意検討した結果、基板表面に
適正な一軸性の配向処理を施すことにより、以下に詳述
する如く、ある特定化された双安定状態を達成すること
が可能であり、偏光子をその特定化された軸方向に一致
させることにより、メモリー性を生かした駆動が達成し
得ることが明らかとなった。

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。

本発明の液晶素子の平面図で、第３図（Ｂ）はそのＡ−
Ａ　’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かもなる電極群（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
。

このような透明電極１０２′を設けた基板１０１’には
、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、
ポリバラキシリレン、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、ポリアミド、
ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリア
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Ｍｌ　１　０’５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。

前述の配向制御膜１０５は、同時に絶縁膜としても機能
させることが好ましく、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
λ〜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ｌｏｔに設けることができ
る。

第３図に示すセル構造体１００の中の液晶層１０３は、
ＳｍＣ”とすることができる、又、液晶層１０３の厚さ
は充分に薄く，液晶分子はらせん構造を有していない。

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２０３が配置されている
。このスペーサ部材２０３は、例えば配向制御膜１０５
が設けられテイナイ基板Ｌ　Ｏ　Ｌｃ７）上ニｓ　ｔｏ
　、　Ｓ　ｉ０２　。

ＡＪ１２０３．Ｔｉ０２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，ユリア樹脂、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２０３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。

このようなセル構造体１００は，偏光子１０８とその背
後に日色灯１０７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日色灯１０７から
の光線をスイッチングすることができる。

次に、本発明の液晶素子の作成法について液晶材料とし
てビフェニルエステル系液晶を例にとって第３図と第５
図に従って説明する．このビフェニルエステル系化合物
は、下記に示す相転移状態を表わしている。

Ｉｓｏ　（等吉相）→ｃｈ（コレステリック相）７２℃ →　ＳｍＡ（スメクテイツクＡ相）呻　ＳｍＣ”８０℃
　　　　　　　　　　　　　　　５０℃→Ｃｒｙ　（結
晶相）２０℃ 液晶層が充分に厚い場合（〜１　０　０　ｇ）、ＳｍＣ
”ではらせん構造をとり、そのピッチは約４牌である。

まず、前述のビフェニルエステル系液晶が封入されてい
るセル構造体ｌＯＯは、セル１００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中の化合物が等吉相となる温度（約７
５℃）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化合物
を降温過程に移す。

この降温過程で等吉相の化合物は、約７２℃でグランシ
ュアン組織のコレステリック相に相転移し、ざらに降温
過程を続けると約６０℃でコレステリック相から一軸異
吉相であるＳｍＡに相転移を生じることができる。この
時、ＳｍＡの液晶分子軸は、ラビング方向に揃う、この
時に、この液晶中には２色性色素が溶解されており、こ
の液晶の配向方向と同一の方向で２色性色素が配向され
る。

しかる後に、このＳｍＡより降温過程でＳｍＣ末に相転
移することによって、例えばセル厚を３Ｂｍ程度以下と
すると非らせん構造をもつモノドメインのＳｍＣ”が得
られる。

第５図は、液晶分子の配向状態を模式的に示すもので、
基板面５０５より上方から見た図である。

図中、５００は一軸性配向処理の方向、即ち、本実施例
ではラビング方向に相当している。

ＳｍＡ相では、液晶分子と２色性色素分子がラビング方
向５００と一致する液晶の平均分子軸方向５０１をもっ
て配向する。ＳｍＣ”相に於ては液晶分子と２色性色素
分子の平均的な分子軸方向は、５０２の方向に傾き、ラ
ビング方向５００とＳ　ｍ　Ｃ”の平均分子軸方向（２
色性色素分子軸方向）５０２は、角度θをなして第１の
安定配向状態となる。この状態で上下基板に電圧を印加
すると、ＳｍＣ”の液晶分子の平均的な分子軸方向は、
角度θより大きい角度に変化し、角度■で飽和した第３
の安定配向状態をとる。この時の平均分子軸方向を５０
３とする。

次に、電圧を零に戻すと、液晶分子は再びもとの第１の
分子軸方向５０２の状態に戻る。

従って、第１の分子軸方向５０２の状態で、液晶分子は
メモリー性を有することになる。又、分子軸方向５０２
の状態で、逆方向の電圧を印加すると、その電圧が充分
に高い場合には、液晶分子の平均的分子軸方向は、飽和
して角度■をなす第４の安定配向状態の平均分子軸方向
５０３′に転移する。そして、再び電圧を零に戻すと、
液晶分子は、角度θをなす第２の安定配向状態の平均分
子軸方向５０２′の状態に落ちつく。

従って、図に示すように偏光子の偏光軸方向５０４を角
度θをなす分子軸方向５０２に合致させることによって
、下述する如き電界による第１と第２の安定配向状態と
の間で生じる配向転移とこのメモリー性を生じた駆動法
を用いた時にオン状態とオフ状態での光学コントラスト
を向上することができる。

第６図には２色性色素Ｎｏ、１２を溶解した前述のビフ
ェニルエステル化合物液晶のＳｍＣ”相に於ける一軸性
処理方向と平均的分子軸方向のなす角（θ）及び分子軸
５０２の状態と５０２′の状態での光学的コントラスト
比の液晶層の厚さによる依存性の例が示されている０曲
線６１によれば液晶層の厚さが小さくなるに従い、角度
０の値は低下していくが、液晶層の厚さが大きくなる程
曲線６２に従ってコントラストは増大する。尚′１．こ
れらの測定は、ＳｍＡ→ＳｍＣ”の相転移温度より２０
℃だけ低い温度にて行われた。又、充分に電界（例えば
２０Ｖ〜３０Ｖ程度）を印加したときの平均的分子軸方
向（■）の値は、液晶層の厚さが１：２４のとき■＝２
５°　、２．０鉢のとき■＝２７°。

２．６鉢のとき■＝２８°であり、液晶層の厚さが充分
に厚いとき（約１００１Ｌ）には■＝３０１１であった
・第７図は、液晶材料として、前述の２色性色素Ｎｏ、１
２を溶解したアゾメチン化合物のＳｍＣＸ相に於ける１
軸性処理方向と平均的分子軸方向のなす角度（θ）及び
分子軸５０２の状態と５０２′の状態でのコントラスト
比の液晶層の厚み依存性を示す測定データである。

この液晶は１次のような相転移を示すもの７８℃　　　
　９３℃　　１１８℃ である＊　Ｃｒ　ｙ　−１−ＳｍＣ）ｋ−＋　ＳｍＡ−
＋Ｉｓｏ、らせんピッチは約２１Ｌとした。

この材料の場合には、液晶層の厚さが薄くなるに従い角
度θは曲線７１で示す様に増大していくが、光学的コン
トラストは、やはり液晶層の厚さが大きくなる保油１ｉ
！７２で示す様に増大する。これらの測定は、ＳｍＡ−
＋　ＳｍＣ）ｋの相転移温度より１５℃だけ低い温度で
測定したものである。

又、充分に電界（２０ｖ〜３０Ｖ程度）を印加したとき
の平均的分子軸方向（■）の値は、液晶層の厚みがｌＩ
Ｌのとき■＝１４°、２ＩＬのとき＠＝　ｌ　５°であ
り、液晶層の厚さが充分に厚い場合（約１００　ｇ）は
、１８°であった。

さて１本発明の特徴が基板面の配向処理によって液晶分
子に角度θをもつ特定の安定状態を与えることからも判
る様に角度θの値は、基板面の処理の程度によって、そ
の値が変化し、液晶分子に対する拘束力がより強い処理
方法であれば、角度θは小さくなり、又、より弱い処理
方法であれば角度θは大きくなる。拘束力の程度が余り
に強い場合には角度θが著しく小さくなり、ＳｍＣ＊の
メモリー性を生かした駆動を行うことが、事実上不可能
となる。このため角度０の値としては好ましくは＝０（
θとなる配向処理条件を設定することが望ましい。

木８発明の液晶光学素子で用いる駆動法としては下記に
示す方法が適している。すなわち、第８図（Ａ）−（ａ
）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８１の模式図である。８２は走査
電極群であり、８３は信号電極群である。第８図（Ａ）
−（ｂ）と（Ａ）−（ｃ）はそれぞれ選択された走査電
極８２（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）８２（ｎ）に与えられる電
気信号を示し、第８図（Ａ）−（ｄ）と（Ａ）−（ｅ）
はそれぞれ選択された（情報有の）信号電極８３　（Ｓ
）に与えられる電気信号と選択されない（情報無の）信
号電極８３（ｎ）に与えられる電気信号を表わす、第８
図（Ａ）−（ｂ）〜（Ａ）−（ｅ）それぞれ横軸が時間
を、縦軸が電圧を表す０例えば、動画を表示するような
場合には、走査電極群８２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
るための閾値電圧をＶｔｈｌとし。

第２の安定状態を与えるための閾値電圧を−ｖｔｈ２と
すると１選択された走査電極８２（Ｓ）に与えられる電
気信号は第８図（Ａ）−（ｂ）に示される如く位相（時
間）ｔｌでは。

２ｖを位相（時間）ｔ２では、−■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８２（ｎ）は、
第８図（Ａ）−（ｃ）に示す如くアース状態となってお
り電気信号Ｏである。一方、選択された信号電極８３（
ｓ）に与えられる電気信号は第８図（Ａ）−（ｄ）に示
される如く位相ｔ１において０で、位相ｔ２においてＶ
であり、又、選択されない信号電極８３（ｎ）に与えら
れる電気信号は第８図（Ａ）−（ｅ）に示される如く０
である。

以上に於て、電圧値ＶはＶ＜Ｖｔｈｌ＜２Ｖ、！ニーＶ
＞−Ｖｔ　ｈ２＞−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９図（Ｂ）に示す。

第８図（Ｂ）のＣＢ）−（ａ）、ＣＢ）−（ｂ）、ＣＢ
）−（ｅ）と（Ｂ）　−（ｄ）はそれぞれ第８図（Ａ）
中の画素Ａ、Ｂ、ＣとＤは対応している。すなわち、第
８図（Ｂ）から明らかな如く１選択された走査線上にあ
るすべての画素は、第１の位相ｔ１で閾値電圧−ｖｔｈ
２を越える電圧−２ｖが印加されるために、まず−担一
方の光学的安定状態（第２の安定状態）に揃えられる。

このうち、情報信号有に対応する画素Ａでは第２の位相
ｔ２で。

閾値電圧ｖｔ　ｈｌを越える電圧２ｖが印加されるため
に他方の光学的安定状態（ニア１ＩＪｌの安定状態）に
転移する。又、同一走査線上に存在し、情報信号無に対
応する画素Ｂでは第２の位相ｔ２に於ける印加電圧は閾
値電圧Ｖｔｈｌを越えない電圧Ｖであるために、一方の
光学的安定状態に留ったままである。

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
０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、まず第１の位相ｔ１において、−担一方の光学的安
定状態に揃えられ、第２の位相ｔ２において−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ーク等は全
く生じない。

この際、電圧値Ｖの値及び位相（ｔ１＋ｔ２）＝’ｒ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、０．１ＪＬｓｅ
ｃ　〜２ｍ５ｅｃの範囲で用いられる。

本発明の駆動方法が有効に達成されるためには、走査電
極或いは信号電極に与えられる電気信号が、必ずしも第
８図′（ｂ）〜（ｅ）に於て説明されたような単純な矩
形波信号でなくてもよいことは自明である０例えば、正
弦波や三角波によって駆動することも可能である。

第９図は、別の変形実施例である。第８図に示した実施
例との違いは第８図（Ａ）　−（ｂ）に示す走査信号８
２（ｓ）の位相ｔ１における電圧は半分のＶとし、その
分すべての情報信号に位相ｔ１に於て−Ｖを印加してい
る。この方法によるメリットは、各電極に与える信号の
電圧最大値が第８図に示した実施例に比べ半分で済む点
にある。

この際、第９図（Ａ）−（ａ）は、選択された走査電極
８２（ｓ）に印加する電圧の波形を示し、一方、選択さ
れない走査電極８２（ｎ）には第９図（Ａ）−（ｂ）に
示す様にアース状態にされ、電気信号は０ポルトである
。第９図（Ａ）−（ｃ）は、選択された信号電極８３（
Ｓ）に印加する電圧の波形を示しており、第９図（Ａ）
−（ｄ）は選択されない信号電極８３（ｎ）に印加する
電圧波形を示している。

第９図（Ｂ）は各画素Ａ、Ｂ、ＣとＤに印加される電圧
の波形を示している。すなわち、第９図（Ｂ）の（Ｂ）
　−（ａ）　、　（Ｂ）　−（ｂ）　。

（Ｂ）−（ｃ）と（Ｂ）−（ｄ）はそれぞれ第８図（Ａ
）中の画素Ａ、Ｂ、ＣとＤに対応している。

今までに述べた本発明の説明に於ては、一つの画素に対
応する液晶化合物層は一様であり、一画素全領域に渉っ
てどちらかの安定状態に配向を揃えているものとして来
た。しかしながら、強誘電性液晶の配向状態は、基板の
表面との相互作用によって極めて微妙に作用されるため
、印加電圧と閾値電圧Ｖｔｈｌ又は−ｖｔｈ２の差が小
さい場合には、局所的な基板表面の僅かの差によって、
−画素内で互いに逆方向の安定配向状態が混在している
状況が生じ得る。これを利用して情報信号の第２の位相
に於て階調性を与える信号を付加することが可能である
０例えば１．第８図に於て述べた駆動方法と走査信号は
全く同一にして第１０図（ａ）〜（ｄ）に示すような階
調に応じ、信号電極に印加する情報信号の位相ｔ２に於
けるパルス数を変えることによって階調画像を得るとと
が可能である。

以下、本発明を実施例に従って説明する。

〔実施例１〕ピッチ１１００ＩＬで幅６２．５　ｇ　ｍのストライプ
状のＩＴＯ膜を電極として設け、さらにその上にポリイ
ミド樹脂を１０００人の膜厚で設けたガラス基板を２枚
用意した。この２枚のガラス基板のうち１枚のガラス基
板にラビング処理を施した。

この２枚のガラス基板に設けたストライプ状ＩＴＯＩＩ
Ｉが互に交差し、その間隔が２１Ｌｍとな　　　　　″
る様に重ね合せ、その周辺をエポキシ系接着剤でシーリ
ングしてセルを作成した。こうして作成したセル内に等
吉相となっている前述のビフェニルエステル液晶化合物
（この液晶化合物に対して前述の２色性色素Ｎｏ、１２
を５重量％の割合で溶解した組成物を用いた）を注入口
から注入し、その注入口を封口した。このセルを徐り冷（０，５℃／％）によって冷却させ、温度を約３０℃
で維持させた状態で、片側に偏光子を設けてから顕微鏡
観察したところ、非らせん構造のＳｍＣ＊が形成されて
おり、角度θ中１０゜であることが判明した。

又、前述の角度ｌＯ０に偏光軸を合せて偏光子を貼り合
せ、そしてその背後に６０Ｗの白色蛍光灯を配置し、駆
動電圧３０Ｖでスイッチング駆動を行なったところ、良
好な色彩コントラストをもつ青色地に鮮かな白色文字が
表示された。

一方、角度■＝２７°に偏光軸を合せて偏光子貼り合わ
せた他は、前述と同様の方法でテストを行なったところ
、前述の例と比較して色彩コントラストが小さく、ワー
ドプロセッサー等の表示画面には不適当であることが判
明した。

〔発明の効果〕

ゲスト−ホスト方式を用いた双安定性強誘電性液晶素子
を用いて白色灯下で青色地や緑色地中の白色文字表示を
行う際、良好な色彩コントラストを得ることができる。

従って、ワードプロセッサー等の画面表示を行なった際
に、観察者が表示された文字を容易に認識することがで
きる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明で用いる液晶素子を模式的
に示す斜視図である。第３図（Ａ）は本発明の液晶光学
素子を示す平面図で、第３図（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図
である。第４図は、本発明の液晶光学素子の別の態様を
示す断面図である。第５図は本発明における液晶分子の
配向状態を模式的に示す平面図である。第６図及び第７
図は一軸性処理方向と平均的分子軸方向のなす角度θ及
び光学的コントラストと液晶層の厚さとの関係を表わす
説明図である。第８図（Ａ）（ａ）は、本発明液晶素子を模式的に示す
平面図である。第８図（Ａ）（ｂ）は選択された走査電
極の信号を示す説明図である。第８図（Ａ）（ｃ）は選
択されない走査電極の信号を示す説明図である。第８図
（Ａ）（ｄ）は選択された信号電極の情報信号を示す説
明図である。第８図（Ａ）（ｅ）は選択されない信号電
極の情報信号を示す説明図である。第８図（Ｂ）（ａ）は画素Ａの液晶に印加される電圧の
波形図である。第８図（Ｂ）Ｃｂ）は画素Ｂの液晶に印
加される電圧の波形図である。第８図（Ｂ）（Ｃ）は画
素Ｃの液晶に印加される電圧の波形図である。第８図（
Ｂ）（ｄ）は画素りの液晶に印加される電圧の波形図で
ある。第９図（Ａ）（ａ）は別の具体例における選択さ
れた走査電極の信号を示す説明図である。第９図（Ａ）
（ｂ）は別の具体例における選択されない走査電極の信
号を示す説明図である。第９図（Ａ）（ｃ）は別の具体
例における選択された信号電極の情報信号を示す説明図
である。第９図（Ａ）（ｄ）は別の具体例における選択
されない信号電極の情報信号を示す説明図である。第９
図（Ｂ）（ａ）は別の具体例における画素Ａの液晶に印
加される電圧の波形図である。第９図（Ｂ）（ｂ）は別
の具体例における画素Ｂの液晶に印加される電圧の波形
図である。第９図（Ｂ）（ｃ）は別の具体例における画
素Ｃの液晶に印加される電圧の波形図である。第９図（
Ｂ）（ｄ）は別の具体例における画素りの液晶に印加さ
れる電圧の波形図である。第１０図（ａ）、第１θ図（
ｂ）、第１０図（ｃ）および第１０図（ｄ）は信号電極
に印加する電圧の波形例を示す説明図である。５００ニラピング方向５０１；ラビング方向と平行となっているＳｍＡ相での
平均分子軸方向５０２；ＳｍＣ＊相での第１の平均分子軸方向５０２’；ＳｍＣ＊相での第２の平均分子軸方向５０３；ＳｍＣ＊相での電圧印加時の飽和した第３の平
均分子軸方向５０３’；ＳｍＣ）ｋ相での電圧印加時の飽和した第４
の平均分子軸方向５０４；偏光子の偏光軸方向５０５；基板面 θ　；電極間の電圧を零とした時のＳｍＣ＊でのｉｌｌ
の平均分子軸方向５０２とＳｍＡ相での平均分子軸方向５０１とのなす角度Ｏ；電圧印加時のＳｍＣ＊相での飽和した第３の平均分
子軸方向５０３とＳｍＡ相での平均分子軸方向５０１とのなす角度。 ρ０ π醪第６図（Ａ）釡（Ｃ）　　　　　　　　　　　　（ｄ）−−−ＶＴｈｌ
　　　　　　　−−−−−Ｖｔ）＋。

Claims

【特許請求の範囲】

電極が形成された一対の基板間に２色性色素を溶解した
強誘電性液晶を封入したセル構造体と偏光子とを有する
液晶素子において、前記電極間に一方向の電圧を印加し
た時の前記強誘電性液晶の平均分子軸方向と前記強誘電
性液晶を相転移させた時の別の相に対応する一軸異方相
の軸方向とのなす角度を（Ｈ）とし、かつ前記電極間の
電圧を零とした時の前記強誘電性液晶の平均分子軸方向
と前記強誘電性液晶を相転移させた時の別の相に対応す
る一軸異方相の軸方向とのなす角度をθとした時、前記
角度（Ｈ）とθの間にθ＜（Ｈ）の関係を有していると
ともに、前記偏光子の偏光軸方向が角度θをなす強誘電
性液晶の平均分子軸方向と平行又は略平行としたことを
特徴とする液晶素子。