JP2006301370A - 液晶素子及び液晶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力の小さい液晶素子及び液晶装置を提供する。
【解決手段】 第１基板３１と第２基板３２とにより、液晶３５が充填されると共に基板方向に貫通する単一または複数の細孔３４を有する液晶保持部材３３を挟持し、かつ第１基板３１及び第２基板３２の液晶保持部材側の面にそれぞれ交流電圧が印加される電極３６，３７を形成する。さらに、細孔内に電極間に印加される交流電圧の大きさ及び交流電圧の周波数に応じて二つの安定な配向状態の何れか一方の配向状態となる液晶３５を充填する。そして、細孔の内側側面に垂直配向処理を施すと共に、電極間に印加される交流電圧の大きさ及び交流電圧の周波数を変化させることにより、液晶３５を二つの安定な配向状態の何れか一方に切り換える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶素子及び液晶装置に関し、特に基板に施された細孔構造により細孔内の液晶分子の配向状態を二つの方向に安定化させるようにしたものに関する。

従来、液晶表示装置や液晶光スイッチング装置等の液晶装置に利用される液晶素子においては、コントラストを高く、かつスイッチングスピードを速くするよう、例えば基板にキャビティ（細孔）を形成すると共にキャビティ内に液晶を充填し、この液晶に対し電圧を印加することによって配向状態を変化させ、透過率の変化を得る方法が知られている（特許文献１参照。）。

そして、このような方法によればキャビティ断面内の液晶の配向分布が断面中心に対し点対称となるため、このような基板で構成したディスプレイの視野角は広く、見る方位に関係がないという利点がある。

図２６は、このような従来の液晶素子の例として、円筒形のキャビティ内に充填された液晶の配向状態を示すものである。なお、この例は、キャビティ３４Ａの内側面に垂直配向処理を施した場合のものである。

そして、このようなキャビティに充填された液晶分子は、図２６の（ａ）に示すように、キャビティ３４Ａの内側面に近づくほどその半径方向に配向し、キャビティ３４Ａの中心軸に近づくほどその中心軸に沿うように配向する。そして、この状態において、キャビティ中心軸方向の電界を与えると、液晶が正の誘電異方性を持つ場合、図２６の（ｂ）に示すように、より多くの液晶分子がキャビティ３４Aの中心軸に沿うように配向し、透過率が変化する。

特許第３２５１５１９号公報

ところが、このような従来の液晶素子及び液晶装置において、上記構成によれば、キャビティ中心軸方向の電界を与えることにより透過率を変化させることができるが、所望の透過率を持続させるためにはキャビティ内に電界を与え続けなければならず、消費電力が大きいという欠点がある。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、消費電力の小さい液晶素子及び液晶装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、第１基板と第２基板の間に液晶が充填された液晶素子において、前記第１基板と第２基板とにより挟持され、前記液晶が充填されると共に基板方向に貫通する単一または複数の細孔を有する液晶保持部材と、前記第１基板及び前記第２基板の液晶保持部材側の面にそれぞれ形成され、交流電圧が印加される電極と、を備え、前記細孔の内側側面に垂直配向処理を施すと共に、前記細孔内に電極間に印加される交流電圧の大きさ及び前記交流電圧の周波数に応じて二つの安定な配向状態の何れか一方の配向状態となる液晶を充填し、前記電極間に印加される交流電圧の大きさ及び前記交流電圧の周波数を変化させることにより、前記液晶を二つの安定な配向状態の何れか一方に切り換えることを特徴とするものである。

本発明のように、細孔の内側側面に垂直配向処理を施すと共に、電極間に印加される交流電圧の大きさ及び交流電圧の周波数を変化させることにより、液晶を二つの安定な配向状態の何れか一方に切り換えるようにすることにより、消費電力を小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る液晶素子の構成を説明する図であり、同図において、３１は第１基板、３２は第２基板、３３は第１及び第２基板３１，３２の間に配された液晶保持部材である第３基板である。３４は第３基板３３を第１及び第２基板方向に貫通した単一又は複数の、本実施の形態においては複数の細孔であり、この細孔３４の内部には液晶３５がそれぞれ充填されている。なお、第１基板３１及び第２基板３２のうち少なくとも１方は光透過性を有するガラス、或いはポリカーボネイト、ＰＭＭＡ等の透明プラスチック基板であり、第３基板３３はＡｌ基板である。

３６、３７は液晶３５が充填された細孔３４の中心軸方向に電圧を印加するための電極である。なお、この電極３６，３７は、第１基板３１及び第２基板３２の第３基板側の面上に酸化インジウム錫薄膜等を真空蒸着、スパッタリングなどで形成されている。ここで、本実施の形態において、細孔３４の断面形状は、後述するように円形及び楕円形、或いは３つ角部を備えた三角形、４つ以上の角部を備えた、即ち対角線を有する正方形状や六角形状を有している。

次に、このような構成の液晶素子の製造方法について説明する。

まず、第３基板３３に上記のような細孔３４を形成する。なお、この細孔は、文献（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００１１３，Ｎｏ．３，Ｆｅｂｒｕａｒｙ５，ｐ１８９−ｐ１９２）に開示されている技術に基づき、以下のようにして作成する。

まず、突起を配列させたＳｉＣモールドを電子ビームリソグラフィ技術を用いて作成する。ここで、突起の配列の仕方は、作成する細孔の断面形状によって決まる。即ち、例えば、六角形の細孔を作成したい場合は、図２の（ａ）に示すように、突起４１を六角格子を作成するように配列させ、正方形の細孔を作成したい場合は、図２の（ｂ）に示すように、突起４１を四角格子を形成するように配列させ、三角形の細孔を作成したい場合は、図２の（ｃ）に示すように突起４１を三角格子を形成するように配列させる。

なお、最終的に作成される細孔の形状は、図２において、突起４１を母点とした符号４２で示すＶｏｒｏｎｏｉ図とほぼ一致する。ここで、Ｖｏｒｏｎｏｉ図とは複数の母点があった場合に、ある領域に含まれる任意の点に最も近い母点が、その領域に含まれる母点であるという領域を示す図である。さらに、図２において、突起を示す符号４１は、細孔の生成の開始点をも示している。

次に、このような突起４１を配列させたＳｉＣモールドを油圧を用いて、Ａｌ基板（第３基板）の表面に１６００ｋｇｃｍ^−２で押し付ける。この操作によって、ＳｉＣモールド上の突起４１に接するＡｌ基板表面上の点には微小な凹みが形成される。この後、Ａｌ基板について定電圧条件で５重量％のシュウ酸または燐酸を用いて陽極酸化処理を行う。そして、このような陽極酸化処理を行うと、最初は凹みにおいて最も陽極酸化の速度が大きいため、即ちＡｌの溶出速度が大きいため、細孔は凹みを中心に成長する。このため、陽極酸化処理を始めてすぐの段階では、細孔の断面は円形である。

さらに、この後、陽極酸化が進むと、細孔同士が接近し、細孔同士の距離が近い場合にはＡｌイオンの溶出速度が小さいため、細孔の成長が抑えられることから、細孔の断面は徐々にＶｏｒｏｎｏｉ図に近くなってきて、細孔が作成される。

なお、図３は正方形の細孔を形成する場合において、徐々に細孔が大きくなっていく様子を示す図であり、図３において、５１はＳｉＣモールドの押し付けによって最初にＡｌ基板に作成された凹み、５２は凹み５１を母点とするＶｏｒｏｎｏｉ図、５３は細孔である。そして、細孔５３は最初に作成された凹み５１から矢印に従って徐々に成長する。この結果、図１に示すように第３基板３３には単一または複数の貫通した細孔３４が形成される。

次に、このようにして形成された第３基板３３の細孔３４に、有機シラン等の垂直配向処理剤を充填し、細孔３４の内壁面にそれぞれ垂直配向処理を施す。この後、細孔内に液晶３５を充填し、それぞれ表面に電極３６，３７が作成された第１基板３１及び第２基板３２により第３基板３３を挟持することにより液晶素子が形成される。

なお細孔内に液晶３５を充填する際に、液晶３５が流動する方向に液晶３５の長軸が揃う流動配向効果を応用してプレチルト角を印加することができる。

ところで、図４は、このように形成された液晶素子の、細孔内側面に垂直配向処理が施された細孔３４に充填された液晶の図２６とは異なる安定な配向状態の存在を、連続体理論に基づく数値計算により確認したものである。図４の（ａ）は、電界を解除したときの液晶の配向状態を細孔３４の上からみたときと、Ａ−Ａ’に沿った断面から見たときを示すものである。また、図４の（ｂ）は、電界印加時の状態を示すものである。

そして、この配向状態では電界印加を解除したとき、図４の（ａ）に示すように細孔内の２箇所にディスクリネーション４１，４２が生じることにより、細孔内の概ね全ての液晶分子が細孔中心軸に対し９０°に近い配向角をもっている。以後、この配向状態をｐｌａｎａｒ配向という。ここで、この２箇所のディスクリネーション４１，４２は、細孔３４の貫通方向にライン状に形成されている。即ち、ｐｌａｎａｒ配向の場合には、貫通方向に２本のディスクリネーションラインが存在する。

なお、このディスクリネーションは、液晶配向の特異点であって、その周りに仮想的に１周の周回路を取ったとき、周回路に沿った液晶の方向（ディレクタ）がπ（＝１８０°）の整数倍だけ変化するものである。ここで、図４の（ａ）では、円筒の軸に垂直な平面内で、２箇所のディスクリネーション４１，４２が発生している。この場合のディスクリネーション４１，４２は細孔３４の壁面上にあるが、このときも、１部が壁面に沿った仮想周回路４３，４４を取れば、液晶の方向がπだけ変化している。本発明では、液晶の内部にある特異点と、このように壁面上にある特異点をともにディスクリネーションと呼ぶ。

そして、図４の（ａ）に示すｐｌａｎａｒ配向状態に対し、液晶の長軸が細孔中心軸方向に沿うような電界をある閾値以上の強度で与えると、配向角は０°に近づきディスクリネーションが消滅し、電界の印加を止めると図４の（ｂ）に示すような多くの液晶分子が細孔３４の中心軸に沿うように配向状態に移行する。以後、この配向状態をｔｉｌｔ配向という。

なお、このｔｉｌｔ配向状態に対し、液晶の長軸が細孔中心軸方向に直交するような電界をある閾値以上の強度で与えると、配向角が概ね細孔の貫通方向に対して垂直となる９０°に近づいてディスクリネーションが生じ、電界を切った後は図４の（ａ）に示すｐｌａｎａｒ配向状態に移行する。

このように、一時的な電界の印加によって、配向角が異なり光の透過率が異なる二つの安定状態のスイッチング（切り替え）を行なうことができる。このため、電界を与えつづけずに所望の透過率を持続させることができ、消費電力の小さい液晶素子及び液晶装置として利用することができる。

ところで、本実施の形態において、このような一時的な電界の印加によって双安定状態のスイッチングが可能となる液晶材料としては、例えば低周波電界の下では誘電異方性が正であり、高周波電界の下では負であるような２周波ネマチック液晶材料、例えばＴＸ２Ａ液晶を使用する。

ここで、このＴＸ２Ａ液晶は６ＫＨｚにクロスオーバー周波数を有しており、図１に示す電極３６，３７によって６ＫＨｚより低い周波数の交流電圧をある閾値以上印加すると、正の誘電異方性により液晶は貫通方向に延びた細孔中心軸に沿って配向しようとするため、ｐｌａｎａｒ配向の状態にあれば、図４の（ｂ）に示すｔｉｌｔ配向に転移する。また、６ＫＨｚよりも高い周波数の交流電圧を閾値以上印加すると、負の誘電異方性により液晶は、細孔中心軸に直交するように配向しようとするため、ｔｉｌｔ配向の状態にあれば、図４の（ａ）に示すｐｌａｎａｒ配向に転移する。

次に、このようにして形成された液晶素子の配向特性やスイッチング特性に関して行なった、連続体理論に基づいた液晶配向の数値計算シミュレーションによる検討の結果について説明する。なお、本検討では、細孔の断面形状を円形、細孔内側面の垂直配向特性におけるプレチルト角を５°とし、また充填する液晶は７ＣＢネマチック液晶とした。

また、これまでの説明において、本実施の形態に係る液晶素子においては、細孔の両端に位置する電極に高周波の交流電圧を印加し、２周波ネマチック液晶の負の誘電異方性を利用してｔｉｌｔ配向からｐｌａｎａｒ配向に転移させるようにしたが、本計算では正の誘電異方性を持つ７ＣＢネマチック液晶に対し、細孔中心軸と直交する方向（貫通方向と直交する方向）に電界を印加することによって同様の効果を得ることとする。

まず、ｐｌａｎａｒ配向と、ｔｉｌｔ配向の両状態における、液晶分子の細孔中心軸に対する平均配向角を、様々な細孔径について計算した結果を図５に示す。この図５により、細孔の径にかかわらずｐｌａｎａｒ配向の配向角は概ね８６°、ｔｉｌｔ配向の配向角は概ね６３°となり、両状態の間に明確な配向角の差が生じることがわかる。

次に、図６にｐｌａｎａｒ配向状態と、ｔｉｌｔ配向状態の自由エネルギー差ΔＵ（＝Ｕ_{ｐｌａｎａｒ}−Ｕ_ｔｉｌｔ）を様々な細孔径について計算した結果を示す。この図６により、細孔径が小さい場合にはｐｌａｎａｒ配向の自由エネルギーが大きいと、ｔｉｌｔ配向がより安定となる傾向があるという結果が得られた。

ここで、本計算においては細孔径が５０ｎｍでは安定したｔｉｌｔ配向状態を見出すことができなかった。なお、本計算で用いた条件の元では、本発明の液晶素子を実現するためには細孔径は少なくとも５０ｎｍを超える必要があるが、これは本発明の範囲を限定するものではない。また細孔径が約４００ｎｍでは両状態のエネルギーがほぼ一致しており、エネルギー的に安定した状態と言える。

次に、ｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の間を電界によりスイッチングする場合の特性について、細孔径が１０００ｎｍの場合の計算結果を例にとって示す。まず、ｐｌａｎａｒ配向からｔｉｌｔ配向へのスイッチングについて説明する。

図７は、ｐｌａｎａｒ配向状態の液晶に対し、細孔中心軸方向に電界を印加した際の配向角の変化を示す図であり、図７に示すように電界強度が２．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の電界を印加した場合は、配向角は８６°から７０°付近まで下がるが、定常に達した後、電界の印加を解除すると８６°まで上昇し元のｐｌａｎａｒ配向状態に戻る。

一方、電界強度が３．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合は、配向角が８６°から３２°付近まで大きく下がり、電界の印加を解除しても元の８６°まで戻らずに６３°付近で定常となる。つまり、ｐｌａｎａｒ配向状態からｔｉｌｔ配向状態に転移したことになる。

図８〜図１１に上記スイッチング過程における、細孔断面内の液晶の配向状態を示す。図８の（ａ）、（ｂ）及び図９は、電界強度が２．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合の、それぞれ電界印加前、電界印加中の定常状態、電界解除後の定常状態における配向の様子を示すものであり、電界を解除すると図８の（ｂ）から、図９に示すような図８の（ａ）と同様のｐｌａｎａｒ配向状態となる。

また、図１０の（ａ）、（ｂ）及び図１１は、電界強度が３．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合の、それぞれ電界印加前、電界印加中の定常状態、電界解除後の定常状態における配向の様子を示すものであり、電界を解除しても図１１に示すような図１０の（ｂ）と同様のｔｉｌｔ配向状態を保持する。

次に、ｔｉｌｔ配向からｐｌａｎａｒ配向へのスイッチングについて説明する。図１２はｔｉｌｔ配向状態の液晶に対し、細孔中心軸方向と直交する電界を印加した際の配向角の変化を示す図であり、図１２に示すように電界強度が３．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の電界を印加した場合は、配向角は６３°から７７°付近まで上昇するが、定常に達した後、電界の印加を解除すると６３°まで下がり元のｔｉｌｔ配向状態に戻る。

一方、電界強度が４．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合は配向角が６３°から８９°付近まで大きく上がり、電界の印加を解除しても元の６３°まで戻らずに８７°付近で定常となる。つまり、配向状態がｔｉｌｔ配向状態からｐｌａｎａｒ配向状態に転移したことになる。

図１３〜図１６に上記スイッチング過程における、細孔断面内の液晶の配向状態を示す。図１３の（ａ）、（ｂ）及び図１４は、電界強度が３．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合の、それぞれ電界印加前、電界印加中の定常状態、電界解除後の定常状態における配向の様子を示すものであり、電界を解除すると図１３の（ｂ）から、図１４に示すような図１３の（ａ）と同様のｔｉｌｔ配向状態となる。

また、図１５の（ａ）、（ｂ）及び図１６は、電界強度が４．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の、それぞれ電界印加前、電界印加中の定常状態、電界解除後の定常状態における配向の様子を示すものであり、電界を解除しても図１６に示すような図１５の（ｂ）と同様のｐｌａｎａｒ配向状態を保持する。

なお、この計算では、正の誘電異方性を持つ７ＣＢネマチック液晶に対し、細孔の中心軸と直交する方向に電界を印加することによってｔｉｌｔ配向からｐｌａｎａｒ配向へのスイッチングを説明した。

しかし、既述したように本実施の形態では、高周波電界下で２周波ネマチック液晶が負の誘電異方性を持つことを利用し、細孔の中心軸方向に高周波電界を印加することによってｔｉｌｔ配向からｐｌａｎａｒ配向へのスイッチングを行うようにしている。そこで、これを確認するため、高周波電界下での２周波ネマチック液晶と同じく、負の誘電異方性を持つＭＢＢＡネマチック液晶に対し、細孔の中心軸方向の電界を印加した場合の計算を行った。

図１７はｔｉｌｔ配向状態のＭＢＢＡネマチック液晶に対し、細孔中心軸方向に電界を印加した際の配向角の変化を示す図であり、図１７に示すように電界強度が１．１Ｅ７［Ｖ／ｍ］の電界を印加した場合には、ｔｉｌｔ配向からｐｌａｎａｒ配向への転移は起きず、電界強度が１．２Ｅ７［Ｖ／ｍ］の電界を印加した場合には、７ＣＢネマチック液晶の計算の場合と同様にｔｉｌｔ配向からｐｌａｎａｒ配向への転移が起こっていることがわかる。

図１８〜図２１に上記スイッチング過程における、細孔断面内の液晶の配向状態を示す。図１８の（ａ）、（ｂ）及び図１９は、電界強度が１．１Ｅ７［Ｖ／ｍ］の場合の、それぞれ電界印加前、電界印加中の定常状態、電界解除後の定常状態における配向の様子を示すものであり、電界を解除すると図１８の（ｂ）から、図１９に示すような図１８の（ａ）と同様のｔｉｌｔ配向状態となる。

また図２０の（ａ）、（ｂ）及び図２１は、それぞれ電界強度が１．２Ｅ７［Ｖ／ｍ］の場合の、それぞれ電界印加前、電界印加中の定常状態、電界解除後の定常状態における配向の様子を示すものであり、電界を解除しても図２１に示すように、図２０の（ｂ）と同様のｐｌａｎａｒ配向状態を保持する。

以上より、電界の周波数により誘電異方性の符合が変化する２周波ネマチック液晶を利用することで、細孔中心軸方向に電圧を印加する電極構造によってｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の両状態間をスイッチングできることが示された。

以上説明したように、細孔３４の内側側面に垂直配向処理を施すと共に、電極間に印加される交流電圧の大きさ及び交流電圧の周波数を変化させることによって液晶を二つの安定な配向状態の何れか一方に切り換えることにより、スイッチング時以外に電圧を印加する必要がなくなる。つまり、一度、液晶を二つの安定な配向状態であるｐｌａｎａｒ配向又はｔｉｌｔ配向の何れか一方に切り換えると、以後は、この配向状態が保持されるので、スイッチング時以外に電圧を印加する必要がなくなる。この結果、消費電力の小さい液晶素子及び液晶装置の提供が可能となる。

なお、以上の計算では、細孔３４の平面形状が円形状の場合を例にとって説明したが、本発明は、これに限らず細孔３４の平面形状が、楕円形であってもよい。この場合、電界によるｐｌａｎａｒ配向、ｔｉｌｔ配向間の転移の様子を示す図２２の（ａ）に示すようにｐｌａｎａｒ配向におけるディスクリネーション４１は、楕円の長軸の両端に生じるようになる。

また、細孔３４の平面形状が３つの角部を有する三角形状の細孔３４であっても良い。この場合、電界によるｐｌａｎａｒ配向、ｔｉｌｔ配向間の転移の様子を示す図２２の（ｂ）に示すようにディスクリネーションは三角形状の３つの角それぞれに生じ、さらに中心部にも１本生じるようになる。また、断面形状が少なくとも２つの対角線を有するような多角形、例えば正方形であっても良い。この場合、電界によるｐｌａｎａｒ配向、ｔｉｌｔ配向間の転移の様子を示す図２３に示すようディスクリネーションは、２つの対角部に生じるようになる。

また、既述した図６では細孔内壁面のプレチルト角が５°の場合のｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の自由エネルギー差を示したが、プレチルト角が０°の場合について行った同様の計算の結果を図２４に示す。

そして、この場合、図９の結果に比べ、ｐｌａｎａｒ配向の自由エネルギーがｔｉｌｔ配向に対し相対的に低くなっている。このように、プレチルト角が変化すればｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向のエネルギーバランスが変化する。つまり、細孔の内側側面の配向処理にプレチルト角を与えることにより、ｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の双安定状態のエネルギーバランスを調節することができる。そして、このような効果は細孔３４の形状を円錐、楕円錐または角錐状とし、その頂角を調節することによっても同様に得ることができる。

次に、図２５に細孔３４の断面形状が円錐形状である場合のｐｌａｎａｒ配向、ｔｉｌｔ配向間の転移の様子を示す。ここで、錐状の細孔３４は、先に説明したＡｌ基板の陽極酸化処理において、Ａｌ基板の変わりに基板に対し、垂直方向に組成比が変調するＡｌ合金基板を用いればよい。なお、合金に利用する金属種はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ、Ｗのうちいずれでもよい。合金の組成比の変調に比例して電気抵抗値や酸に対する耐性が変化するために、陽極酸化処理により生じる細孔３４の径の広がり度合いが変化し、中心軸方向に径が線形に増加もしくは減少する細孔３４を作成することができる。

このように、組成比の変調度合いを調節することで所望の頂角を得ることができるので、ｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の自由エネルギー差が小さく安定な液晶素子を作製することができる。

本発明の実施の形態に係る液晶素子の構成を説明する図。 上記液晶素子の第３基板に細孔を形成するためのＳｉＣモールドの突起配列の例を示す図。 上記細孔の成長過程を示す図。 上記液晶素子の、（ａ）は電界を解除したときの液晶の配向状態を示す図、（ｂ）は電界印加時の液晶の配向状態を示す図。 上記液晶素子のｐｌａｎａｒ配向と、ｔｉｌｔ配向の両状態における液晶の細孔中心軸に対する平均配向角を、様々な細孔径について計算した結果を示す図。 上記ｐｌａｎａｒ配向状態と、ｔｉｌｔ配向状態の自由エネルギー差を様々な細孔径について計算した結果を示す図。 上記ｐｌａｎａｒ配向状態の液晶に対し、細孔中心軸方向に電界を印加した際の配向角の変化を示す図。 上記液晶素子の、（ａ）はｐｌａｎａｒ配向状態からのスイッチングにおいて、印加する電界強度が２．０Ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合の電界印加前の液晶の配向を示す図、（ｂ）は電界の印加を開始してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子のｐｌａｎａｒ配向状態からのスイッチングにおいて、電界印加を解除してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、（ａ）はｐｌａｎａｒ配向状態からのスイッチングにおいて、印加する電界強度が３．０ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合の電界印加前の液晶の配向を示す図、（ｂ）は電界の印加を開始してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、ｐｌａｎａｒ配向状態からのスイッチングにおいて、電界印加を解除してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、ｔｉｌｔ配向状態の液晶に対し、細孔中心軸方向と直交する電界を印加した際の配向角の変化を示す図。 上記液晶素子の、（ａ）はｔｉｌｔ配向状態からのスイッチングにおいて、印加する電界強度が３．０ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合の電界印加前の液晶の配向を示す図、（ｂ）は電界の印加を開始してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、ｔｉｌｔ配向状態からのスイッチングにおいて、電界印加を解除してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、（ａ）ｔｉｌｔ配向状態からのスイッチングにおいて、印加する電界強度が４．０ｅ６［Ｖ／ｍ］の場合の電界印加前の液晶の配向を示す図、（ｂ）は電界の印加を開始してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、ｔｉｌｔ配向状態からのスイッチングにおいて、電界印加を解除してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、ｔｉｌｔ配向状態のＭＢＢＡネマチック液晶に対し、細孔３４中心軸方向に電界を印加した際の配向角の変化を示す図。 上記液晶素子の、（ａ）はｔｉｌｔ配向状態からのスイッチングにおいて、印加する電界強度が１．１ｅ７［Ｖ／ｍ］の場合の電界印加前の液晶の配向を示す図、（ｂ）は電界の印加を開始してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子のｔｉｌｔ配向状態からのスイッチングにおいて、電界の印加を解除してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、（ａ）はｔｉｌｔ配向状態からのスイッチングにおいて、印加する電界強度が１．２ｅ７［Ｖ／ｍ］の場合の電界印加前の液晶の配向を示す図、（ｂ）は電界の印加を開始してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、ｔｉｌｔ配向状態からのスイッチングにおいて、電界印加を解除してから定常に至った液晶の配向を示す図。 上記液晶素子の、（ａ）は細孔の平面形状が楕円形の場合のｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の様子を示す図、（ｂ）は細孔の平面形状が正三角形の場合のｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の様子を示す図。 上記液晶素子の、細孔の平面形状が正方形の場合のｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の様子を示す図。 上記液晶素子の、プレチルト角が０°の場合の、様々な細孔径におけるｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の自由エネルギー差を示す図。 上記液晶素子の、断面形状が円錐状の細孔のｐｌａｎａｒ配向とｔｉｌｔ配向の様子を示す図。 従来の円筒形キャビティ内の液晶の配向状態を示す図。

符号の説明

３１ 第１基板
３２ 第２基板
３３ 第３基板
３４ 細孔
３５ 液晶
３６ 第１基板上の電極
３７ 第２基板上の電極
４１ ディスクリネーション

Claims (7)

1. 第１基板と第２基板の間に液晶が充填された液晶素子において、
   前記第１基板と第２基板とにより挟持され、前記液晶が充填されると共に基板方向に貫通する単一または複数の細孔を有する液晶保持部材と、
   前記第１基板及び前記第２基板の液晶保持部材側の面にそれぞれ形成され、交流電圧が印加される電極と、
   を備え、
   前記細孔の内側側面に垂直配向処理を施すと共に、前記細孔内に電極間に印加される交流電圧の大きさ及び前記交流電圧の周波数に応じて二つの安定な配向状態の何れか一方の配向状態となる液晶を充填し、前記電極間に印加される交流電圧の大きさ及び前記交流電圧の周波数を変化させることにより、前記液晶を二つの安定な配向状態の何れか一方に切り換えることを特徴とする液晶素子。
2. 前記二つの安定な配向状態は、前記液晶が概ね前記細孔の貫通方向に対し垂直に配向し、かつ前記貫通方向に少なくとも２本のディスクリネーションラインが存在する状態と、前記液晶が細孔の中心軸付近において概ね前記貫通方向に配向する状態の、二つの状態であることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
3. 前記細孔の内側側面の配向処理にプレチルト角を与えることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶素子。
4. 前記細孔の平面形状が円形、楕円形、三角形、または多角形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶素子。
5. 前記細孔の断面形状が円錐、楕円錐、または角錐であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶素子。
6. 前記液晶は、前記電極間に印加される交流電圧の大きさ及び前記交流電圧の周波数に応じて誘電異方性が変化する液晶であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶素子。
7. 前記請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶素子を備えたことを特徴とする液晶装置。
   

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