JP2562569B2 - 液晶デバイスの製造方法 - Google Patents

液晶デバイスの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は強誘電性スメクチック材
料を用いたスメクチック液晶デバイスの製造方法に係
る。
【０００２】
【従来の技術】液晶装置は一般的に２つのガラス板また
は壁の間に薄い液晶材料層を挟んだものから成る。両方
の壁の内面に薄い透明電極をデポジットする。このよう
な液晶層と壁と電極とを組合せたものを液晶セルと呼ぶ
ことが多い。２つの電極間に電界を印加すると、液晶分
子が電界内で回転してオン状態になる。電界を除去する
と、分子は反転してオフ状態になる。オフ状態はセルの
組立て前に壁に対して行なわれる表面処理および液晶材
料の種類によって決定されるものである。オン状態とオ
フ状態では光透過特性が異なる。デバイスによってはオ
ン状態とオフ状態を視覚的に区別するために１つまたは
それ以上の偏光子および／または色素を要するものがあ
る。
【０００３】大雑把に言って液晶材料にはネマチック、
コレステリック、スメクチックの３種類の相があり、そ
れぞれ分子の秩序性が異なる。
【０００４】このような材料が液晶相を呈するのは、固
相と等方性液晶の間の限られた温度範囲だけである。液
晶相の温度範囲内で、材料はネマチック相、コレステリ
ック相、スメクチック相のうち１種またはそれ以上の相
を呈する場合があるが、通常はその動作温度範囲に亘っ
て１種類の液晶相のみ呈するものを選択する。
【０００５】本発明は強誘電性スメクチック液晶材料を
使用する装置の製造方法に係る。
【０００６】現在、表示装置は一方の壁に行状に形成さ
れた電極と、もう一方の壁に列状に形成された電極とを
備えて構成されている。これらが集まって、大型表示装
置の上に個別にアドレス可能な素子から成るｘ−ｙマト
リックスを形成する。このような表示装置にアドレスす
る方法の１つがマルチプレックス方式、すなわち１行毎
に装置全体のアドレスを終わるまでアドレスして行く方
法であり、表示が必要になる度にこれを繰返す。別の種
類の表示装置として、オン状態とオフ状態を用いて光学
シャッタを形成するものがある。さらに別の種類の表示
装置は光学記憶装置として使用される。これまではこの
ような装置にネマチック、コレステリックおよびスメク
チック液晶材料が使用されている。装置の多くが抱える
問題の１つに、２つの状態間での切換え速度、すなわち
応答時間の問題がある。大抵の表示装置では応答時間を
速くする必要がある。９０度捩って構成したネマチック
材料の応答時間で普通１００ミリセカンドである。
【０００７】スメクチック材料を含む装置はネマチック
材料やコレステリック材料を用いた装置ほど広範囲に使
用されるに至っていない。現存のスメクチック材料を基
材とする表示装置が必要な特性を備えていないためであ
る。しかし最近になって、切換え速度が速く、双安定特
性を有するスメクチック強誘電性が重要視されるように
なった。例えば、Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋ並びにＳ．Ｔ．Ｌ
ａｇｅｒｗａｌｌ著、Ａｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ ３６（１１）１９８０ ｐｐ８９９ −９０１を参
照され度い。例えばＳＣ，ＳＩ，ＳＦ，ＳＪ，ＳＧ，Ｓ
Ｈ，等の傾斜液晶スメクチック相にあるキラル材料が強
誘電性を示すことが分かっている。これについては、
Ｒ．Ｂ． Ｍｅｙｅｒ，Ｌ．Ｌｉｅｂａｒｄ，Ｌ，Ｓｔ
ｒｚｅｌｅｃｋｉ，Ｐ．Ｋｅｌｌｅｒ著， Ｊ．ｄｅ
Ｐｈｙｓｉｇｕｅ （Ｌｅｔｔ．），３６，Ｌ−６９
（１９７５）に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】強誘電性またはキラル
スメクチック（Ｓ＊）材料を用いた装置には、セルが不
均等になり継ぎ合せたような（ｐａｔｃｈｙ）状態にな
るという欠点がある。捩れネマチック装置に使用するよ
うな擦過ポリイミド材料など従来の配向層を使用した装
置において特に特徴的に生じる問題点として、「ジグザ
グ」欠陥がある。この欠陥は顕微鏡検査で見ることがで
き、セルがコントラストレベルや視角の異なる領域に分
かれていることが解る。このため、スメクチックＣ材料
を用いた表示装置やシャッタの外観が容認し難い状態と
なるのである。
【０００９】本発明では、接触する液晶分子に大きな傾
斜角（ｈｉｇｈ ｔｉｌｔ）を与えるセル壁面処理方法
を用いることによって、上記の問題点を解決する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明により提供される
液晶デバイスの製造方法は、電極構造を一方の面に担侍
する２つのセル壁部を設ける段階と、前記セル壁部の電
極を担侍する表面に対して表面配向処理を施す段階であ
って、該処理は配向方向と液晶材料に対する５度以上の
表面チルトとを与えることと、電極構造を担侍し表面配
向処理が施された表面がお互いに向き合うようにして、
スペーサによって一定間隔離されるように該セル壁部を
配置する段階と、キラルスメクチック相を有する液晶材
料であって、該スメクチック相より上の温度範囲におけ
るコレステリック相と、該コレステリック相の上の温度
範囲における等方相とを含有する液晶材料を用意する段
階と、該キラル液晶材料をその等方相にまで加熱する段
階と、このように加熱された材料を２つのセル壁部の間
に導入し、液晶材料層を形成する段階と、該材料を２つ
のセル壁部の間に封止する段階と、良好な配向と一様な
外観を与えるべく、該材料をそのコレステリック相から
該スメクチック相まで緩慢に冷却する段階と、少なくと
も１つの偏光子を一つのセル壁部に隣接して、その偏光
子の光学軸が液晶分子配向方向に実質的に平行になるよ
うに配置する段階と、液晶材料に二色性色素を添加する
か、第２の偏光子をセル壁部に隣接して、２つのセル壁
部がこの２つの偏光子の間に置かれようには位置する段
階と、を具備してなり、前記液晶材料を用意する段階
が、液晶材料層の厚さをｄとしたとき、スメクチック層
とコレステリック層の層転移温度から上少なくとも０．
１℃に亘って、コレステリックピッチＰが４ｄより大き
くなるように、左旋性コレステリック捩れ方向を有する
キラル成分１種類またはそれ以上と右旋性コレステリッ
ク捩れ方向を有するキラル成分１種類またはそれ以上を
組合わせることを含んでいる。
【００１１】２つのセル壁の配向方向は同一方向または
反対方向で平行とするが、多少の変動は容認される。
【００１２】偏光子の間に遅延器を組入れて色およびコ
ントラストを最適化するこもできる。
【００１３】反射器を用いて装置を反射光で見るように
しても好い。その場合は第２偏光子の代わりに遅延器を
セルと反射器の間に設ける。
【００１４】キラルスメクチック材料は、スメクチック
層と等方性相の間で周囲温度以上の温度においてコレス
テリック相を有する。材料の自発分極係数ＰＳは少なく
とも０．１ｎＣ／ｃｍ２、好適には１ｎＣ／ｃｍ２また
はそれ以上である。
【００１５】液晶材料を加熱して等方性相とした後、２
つの孔を介して毛細管作用によりセル壁の間に導入して
これらの孔を実質的に封止するか、あるいは１つの孔を
介して真空充填により導入する。液晶材料を定位置に配
し終わると、これを加熱してコレステリック相とし、周
囲温度まで徐冷する。この操作が良好な配向の獲得と外
観を均質にするのを促進する働きをする。一般的な冷却
速度はスメクチック相とコレステリック相の転移温度の
±５℃の範囲内で０．０５〜２℃／分である。
【００１６】ほとんどの表示装置については周囲温度を
０℃〜４０℃とみなすことができるが、計器類やその他
の機器に装着される表示装置の周囲温度は１００℃に達
する場合もある。
【００１７】
【実施例】図１，図２，図３に示したセル１は、スペー
サリング４および／または分散スペーサによって約２〜
１５μｍの間隔をあけて配設した２つのガラス壁２，３
を含む。透明酸化錫から成る電極構造５，６が両壁の内
面に形成されている。これらの電極は従来の行（ｘ）と
列（ｙ）の形状半径と角度（ｒ，θ）の形状または文字
数字表示用の７セグメントまたはそれ以上のセグメント
表示装置とすることができる。スメクチック液晶材料層
７が壁２，３とスペーサリング４の間に含まれる。偏光
子８，９がセル１つの前と後にそれぞれ配設される。直
流電圧源１０から制御ロジック１１を経て、リード線１
４，１５により電極構造５，６に接続されている駆動回
路１２，１３に給電される。
【００１８】セル表示装置は透過光によって見ることが
できるが、その場合はタングステン電球１６のような光
源を表示装置の後方に配設する。選択的方法として、偏
光子の後方に反射器１７を配設し、反射光によって表示
装置を見るようにしても良い。さらに、壁３と偏光子９
の間に遅延器（不図示）を配設する場合もある。
【００１９】電極５，６を被覆した壁２，３は組立て前
に周知の方法である一酸化ケイ素の斜め蒸着により表面
処理される。
【００２０】これについては、例えばＧ．Ｂ．１，４５
４，２９６， １，４７２，２４７，１，４７０，５９
２に記載されている。一酸化ケイ素の流れを基板表面に
対して１５度までの角度で壁上に堆積させる。この方法
を上記明細書に記載の方法でネマチック液晶材料を用い
ると、液晶分子が、均等に直線配向すると共に分子と壁
の間の傾斜角が３０度となる。この整列は液晶分子を配
向させる擦過と類似しているが、擦過の場合の傾斜角は
約２度である。ＳｉＯの蒸着を１５度までの蒸着角度と
１５〜３０度の蒸着角度で連続的に行なうことにより、
いろいろな分子傾斜角度を作り出すことができる。これ
ら２つの方向で堆積する材料の量を変えることによって
傾斜角を０〜４５度の間で変化させることができる。
【００２１】スメクチック材料はスメクチック相の上で
ピッチが長いコレステリック相を有するものが望まし
い。
【００２２】分子２６とマイクロレイヤ２５の両方の均
一な配向を得るために、装置の用途により例えば４０℃
あるいは１００℃にもなる装置動作温度以上の高温にお
いてコレステリック相を有するスメクチック材料を使用
することが必要である。図４ａはコレステリック相を有
する典型的な従来のスメクチック材料に関するコレステ
リックピッチＰ対温度曲線を示す。温度が低下してコレ
ステリック相とスメクチック相の転移温度に接近するに
従って、ピッチＰは無限大に大きくなる。この転移温度
から離れると、コレステリックピッチが非常に小さくな
り、普通は１μｍ未満となる。
【００２３】本願発明と同時に出願した同時係属出願で
あるＧＢ ８６ ０８，１１４および８６ ０８，１１
５に記載の発明の表示装置はこの相転移温度から上少な
くとも０．１℃に亘るコレステリック相において長いピ
ッチを有するものである。この範囲は好ましくは５℃で
あり、理想的にはコレステリック温度範囲の全体で長い
ピッチを有するのが良い。この温度範囲内では層の厚さ
をｄとすると最小ピッチＰが４ｄより大きい。
【００２４】上述の材料はいくつかの方法で達成するこ
とができる。例えば左旋性コレステリック捩れ方向を有
するキラル成分１種類またはそれ以上と右旋性コレステ
リック捩れ方向を有するキラル成分１種類またはそれ以
上を組合わせる。但し左旋性成分はいずれも右旋性成分
のラセミ化合物でないことを条件とする。必要なスメク
チック相を備えていれば、この混合物をそれだけ用いる
ことができる。また非キラル液晶材料またはラセミ液晶
材料は、例えばスメクチック７Ｃホスト材料にキラル混
合物を添加しても良い。キラル成分の種類によって温度
／ピッチ特性が異なる場合がある。この場合は結果的に
得られるピッチがスメクチック／コレステリック相転移
温度より上の温度範囲において所要の値となるようにす
る必要がある。
【００２５】捩れ方向が反対のキラル成分を用いた場
合、結果的に得られる混合物の自発分極値ＰＳが所要の
値となるようにする必要がある。全てのキラル成分がそ
の捩れ方向とは無関係に同方向のＳ＊分極を有する場合
がある。すなわちそれらのＰＳが加算される。あるいは
また、１つまたはそれ以上のキラル成分のＰＳを逆の符
号のものとして、正味のＰＳが十分な値となるようにす
ることもできる。
【００２６】上記材料を達成するもう１つの方法として
は、コレステリック捩れ方向およびＳ＊ 分極方向が同
じであるが、なおかつ上記のコレステリックピッチ値を
満足するキラル成分を１つまたはそれ以上使用する方法
がある。このような混合物は単独で用いても良いし、Ｓ
Ｃホスト材料のような非キラルまたはラセミ液晶材料と
併用しても良い。
【００２７】コレステリック相におけるピッチを長くす
る結果、材料を冷却してＳＣ ＊相にすると、セル壁処理
による均一な配向が生じる。その結果が図３に示す配向
である。
【００２８】スメクチック相におけるピッチは約１μｍ
より大きくなるように、また好適にはそれよりはるかに
大きくなるように構成する。
【００２９】コレステリック相でのピッチ補償を図４
ａ，図４ｂ，図４ｃに示す。図４ａはコレステリック相
からスメクチック相への転移を示す補償されていない材
料に関してコレステリックピッチと温度の関係を示した
ものである。この転移においてピッチが無限大に向か
う。図４ｂの補償された材料は、転移温度より数度上の
所でピッチが大きくなり、それより下では減少を示して
いる。材料を適当に選択することによって、このピッチ
の増加を図４ｃのように転移温度に近付けることもでき
るが、数度の相違は最終的な結果に影響を及ぼすことは
ないようである。
【００３０】液晶材料をセル内に導入すると図３におい
て矢印Ｅで示した蒸着方向に沿ってセル壁の液晶分子が
配向し、表面傾斜角が例えば３０度になる。２つの壁２
と壁３でのＥの方向は同じでも反対でも良い。液晶分子
は印加された電圧の極性により、２つの配向方向Ｄ１，
Ｄ２のうち何れか一方をとることが観察される。通常の
電圧は±１０〜５０ボルトである。これら２つの配向方
向を図３では実線Ｄ１と破線Ｄ２で示しており、それぞ
れ蒸着／配向方向Ｅの両側に位置している。直流パルス
を印加した時に２つの状態間でのスイッチングが速くな
るのは、材料のもつスメクチック強誘電性によるもので
ある。通常の場合、液晶材料の種類により数μｓから数
ｍｓ、例えば１ｍｓでセルをＤ１とＤ２の間で切換える
ことができる。これら２つの方向Ｄ１，Ｄ２はＰＳの２
つの方向を表わしており、アップ方向とダウン方向と呼
ばれることが多い。材料の組成により、２つの方向
Ｄ１，Ｄ２の開きは約４５度になる。
【００３１】図１と図２に示すように、偏光子８，９は
光軸を交差させて配設される。偏光子８がその軸を方向
Ｄ１と平行に整列される。セル１は分子整列方向Ｄ１ま
たはＤ２と平行な平面に偏光された光を透過する。即ち
セルの一方の状態Ｄ１においては、偏光子８とセル１と
偏光子９とを組合せたものを通過する光はごくわずかに
なる。
【００３２】ところがセルがＤ２の状態にある時は、両
方の偏光子８，９の光軸に対して分子が４５度の角度を
成し、光が透過される。通常の印加電圧は厚さ６μｍの
液晶材料層の場合で±１５〜２０ボルト、厚さ２μｍの
層で±５〜１０ボルト、厚さ１２μｍの層で±約３０ボ
ルトである。
【００３３】図１に示したｘ−ｙマトリックス表示装置
については、各電極交差部ｘ，ｙが正または負の電圧パ
ルスによってアドレスされる。ｍとｎはそれぞれｘ電極
とｙ電極の数に等しい整数である。これらのパルスが各
ｘｍ，ｙｎ交差部におい液晶材料を必要に応じて透過性
または不透明に切換える。周知の技術であるマルチプレ
ックスアドレスを用いて各交差部を順次アドレスする。
この時のアドレシングは一度に交差部１つとしても良い
し、一度にｘ行全体に行なっても良い。
【００３４】従来は表示装置のフリッカーを無くすため
にｘ−ｙマトリックスを連続的にリフレッシュ、すなわ
ち再アドレスする必要があった。その理由は従来のネマ
チック材料が非常に急速に弛緩してオン状態からオフ状
態に戻るためである。従来のアドレシング法ではオンか
らオフへ変わる前に各交差部をリフレッシュする。この
ため、アドレスできるｘ−ｙ交差部の数が厳しく制限さ
れる。
【００３５】これに対して本発明方法により製造された
セルは真の双安定性を有しており、セルをＤ１状態また
はＤ２状態に切換えた時、他の状態に切換えるまで電圧
を印加しなくてもセルの材料および構成により数秒から
場合によっては数時間にも亘って切換えたままの状態を
維持する。このことは、表示装置にフリッカーを生じる
ことなくアドレスできる交差部の数をはるかに多くでき
るということを意味するものである。あるいはまた表示
装置全体をリフレッシュする代わりに変更すべき部分の
みをアドレスしても良い。
【００３６】本発明の方法に使用するのに適する材料は
下記の通りである。 例１ ＣＭ６＝４３．５％ＣＤ３（キラル成分）＋５６．５％Ｈ１（Ｓホスト） この時、ＣＤ３＝２２％ＣＣ１＋７８％ＣＣ３。
【００３７】
【化１】 ＣＭ６は下記の相を有する。
【００３８】
【数１】 例２ ＭｅｒｃｋＺＬＩ３０４１ これは 等方相 １３２．８゜ コレステリック １０６．８゜
スメクチックＡ８３．９゜ キラルスメクチック Ｃ
１４゜ 未知のスメクチック固相 の各相を有する。 例３ ＬＰＭ１３：７２．５％Ｈ１＋２５％Ｍ７＋２．５％Ｃ
Ｃ１３
【００３９】
【化２】 ＬＭ１３は、固体相、キラルスメクチック５６．３゜コ
レステリック１１８゜等方相の各相を有する。
【００４０】ＰＳは２０℃において１０ｎＣ／ｃｍ２、
４６℃において５ｎＣ／ｃｍ２である。
【００４１】青色色素その一例としてＤ１０２があり、
ＢＤＨ Ｐｏｏｌｅ， Ｄｏｒｓｅｔ，ＵＫから入手し
得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する液晶表示装置の平面図
である。
【図２】本発明の方法を実施する液晶表示装置の断面図
である。
【図３】図１の一部分を示す拡大図である。
【図４ａ】コレステリックピッチと温度の関係を示すグ
ラフである。
【図４ｂ】コレステリックピッチと温度の関係を示すグ
ラフである。
【図４ｃ】コレステリックピッチと温度の関係を示すグ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−192724（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−160426（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−252532（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−174294（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−153623（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−205189（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−141093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−143030（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液晶デバイスの製造方法であって、該製
    造方法が、電極構造を一方の面に担侍する２つのセル壁
    部を設ける段階と、 前記セル壁部の電極を担侍する表面に対して表面配向処
    理を施す段階であって、該処理は配向方向と液晶材料に
    対する５度以上の表面チルトとを与えることと、 電極構造を担侍し表面配向処理が施された表面がお互い
    に向き合うようにして、スペーサによって一定間隔離さ
    れるように該セル壁部を配置する段階と、 キラルスメクチック相を有する液晶材料であって、該ス
    メクチック相より上の温度範囲におけるコレステリック
    相と、該コレステリック相の上の温度範囲における等方
    相とを含有する液晶材料を用意する段階と、 該キラル液晶材料をその等方相にまで加熱する段階と、 このように加熱された材料を２つのセル壁部の間に導入
    し、液晶材料層を形成する段階と、 該材料を２つのセル壁部の間に封止する段階と、 良好な配向と一様な外観を与えるべく、該材料をそのコ
    レステリック相から該スメクチック相まで緩慢に冷却す
    る段階と、 少なくとも１つの偏光子を一つのセル壁部に隣接して、
    その偏光子の光学軸が液晶分子配向方向に実質的に平行
    になるように配置する段階と、 液晶材料に二色性色素を添加するか、第２の偏光子をセ
    ル壁部に隣接して、２つのセル壁部がこの２つの偏光子
    の間に置かれようには位置する段階と、 を具備してなり、 前記液晶材料を用意する段階が、液晶材料層の厚さをｄ
    としたとき、スメクチック層とコレステリック層の層転
    移温度から上少なくとも０．１℃に亘って、コレステリ
    ックピッチＰが４ｄより大きくなるように、左旋性コレ
    ステリック捩れ方向を有するキラル成分１種類またはそ
    れ以上と右旋性コレステリック捩れ方向を有するキラル
    成分１種類またはそれ以上を組合わせることを含んでい
    る、 液晶デバイスの製造 方法。
  2. 【請求項２】 液晶デバイスの製造方法であって、該製
    造方法が、 電極構造を一方の面に担侍する２つのセル壁部を設ける
    段階と、 前記セル壁部の電極を担侍する表面に対して表面配向処
    理を施す段階であって、該処理は配向方向と液晶材料に
    対する５度以上の表面チルトとを与えることと、 電極構造を担侍し表面配向処理が施された表面がお互い
    に向き合うようにして、スペーサによって一定間隔離さ
    れるように該セル壁部を配置する段階と、 キラルスメクチック相を有する液晶材料であって、該キ
    ラルスメクチック相より上の温度範囲におけるスメクチ
    ックＡ相と、該スメクチックＡ相より上の温度範囲にお
    けるコレステリック相と、該コレステリック相より上の
    温度範囲における等方相とを含有する液晶材料を用意す
    る段階と、 該キラル液晶材料をその等方相にまで加熱する段階と、 このように加熱された材料を２つのセル壁部の間に導入
    し、液晶材料層を形成する段階と、 該材料を２つのセル壁部の間に封止する段階と、 良好な配向と一様な外観を与えるべく、該材料をそのコ
    レステリック相からスメクチック相まで緩慢に冷却する
    段階と、 少なくとも１つの偏光子を一つのセル壁部に隣接して、
    その偏光子の光学軸が液晶分子配向方向に実質的に平行
    になるように配置する段階と、 液晶材料に二色性色素を添加するか、第２の偏光子をセ
    ル壁部に隣接して、２つのセル壁部がこの２つの偏光子
    の間に置かれるようには位置する段階と、 を具備してなり、前記液晶材料を用意する段階が、液晶材料層の厚さをｄ
    としたとき、スメクチック層とコレステリック層の層転
    移温度から上少なくとも０．１℃に亘って、コレステリ
    ックピッチＰが４ｄより大きくなるように、左旋性コレ
    ステリック捩れ方向を有するキラル成分１種類またはそ
    れ以上と右旋性コレステリック捩れ方向を有するキラル
    成分１種類またはそれ以上を組合わせることを含んでい
    る、 液晶デバイスの製造 方法。
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