JP2566760B2

JP2566760B2 - 液晶素子

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Publication number: JP2566760B2
Application number: JP61157722A
Authority: JP
Inventors: 幸俊大久保; 正人山野辺; 和也石渡; 知幸梅沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-07-04
Filing date: 1986-07-04
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JPS6314122A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は液晶素子に関し、特に液晶分子の大きなプレ
ティルト角制御が可能な液晶表示器もしくは液晶光変調
器に関するものである。

［従来の技術］従来、液晶素子において、液晶分子の基板に対する配
向は基本的に垂直配向（ホメオトロピック配向）と水平
配向（ホモジニアス配向）がある。完全な垂直配向を除
くと、水平配向やある程度基板と一定の角度（以下、プ
レティルト角と云う）を成す配向では、これ等の分子デ
ィレクタが基板面へ投影される方向が一定の方向を持つ
配向処理、即ち一軸配向性が表示器にとっては有用であ
る。

この一軸配向性を付与するための手段として、一つは
表面のミクロな物理的形状によるものがある。その代表
的な方法が斜方蒸着である。斜方蒸着は典型的な材料と
してSiOを用い、蒸着角度によってホメオトロピック配
向からホモジニアス配向までの任意のプレティルト角を
持つ一軸配向を得る手段である。また形状による配向と
しては機械的に一定方向の微細な溝を形成する機械研磨
や、更には周期的な凹凸を有するグレーティングを写真
食刻やレプリカによって得る方法もある。

これに対して化学的処理では、基板表面に高分子膜を
形成した後、綿布等で一定方向に“こする”ラビング法
がツイストネマティック（TN）表示で広く実用化されて
いる。この配向法は基本的にはホモジニアス配向を与え
る。一方、基板表面に界面活性剤やシランカップリング
剤を処理するとホメオトロピックな配向を得ることがで
きる。これを一般に垂直配向剤と云っている。

生産性の良い配向手段としては化学処理とラビングを
組合わせたものが好ましい。一方、プレティルト角を任
意の設計値で得る目的では斜方蒸着が有効である。云い
換えると、高分子膜上のラビング配向では適当なプレテ
ィルト角、特に５゜以上の大きなプレティルト角を持つ
処理ができない欠点を有している。一方、斜方蒸着では
生産性が悪く、同時に装置が大きくなるため大面積表示
が作製し難いという欠点を有していた。

又、従来二種の相異なる配向能を有する領域を設けた
表示器として、垂直配向させた表示部背景に対して、セ
グメントパターンを水平配向させた正の誘電異方性液晶
を持つゲストホスト液晶表示が知られている。しかし、
このゲストホスト液晶表示は異なる配向が、視認できる
領域として用いられ有意なパターンを形成するものであ
る。

［発明が解決しようとする問題点］本発明の目的は、上述の如き欠点を解決した液晶分子
のプレティルト角制御が可能な液晶素子を提供するもの
である。

さらに本発明の目的は高生産性と同時に高信頼性を有
するプレティルト角制御が可能な液晶素子を提供するも
のである。

又本発明は比較的大きなプレティルト角を利用した表
示器に好適に用いられることを目的とし、また高時分割
駆動のツイストネマティック（TN）表示、スーパーツイ
スト複屈折効果（SBE）や強誘電性液晶を用いた液晶素
子を提供するものである。

又本発明は大面積処理に適し、上記利用の大面積表示
を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］すなわち、本発明は、表面に透明電極を形成した二枚
の基板間に液晶を挟持してなる液晶素子において、基板
界面の液晶分子に相異なる大きさのプレティルト角を付
与する少なくとも二種以上の微小領域が同一基板面に分
散形成されており、該微小領域のうち少なくとも一種の
最大線巾は該液晶素子のセルギャップを越えない範囲で
あることを特徴とする液晶素子である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に係わる液晶素子は、少なくとも二種以上の相
異なる液晶配向能を有する微小領域を同一基板面に分散
形成してなり、液晶分子のプレティルト角制御を可能に
することを特徴の一つとするものである。

二種以上の相異なる液晶配向能は典型的には、一方が
ホメオトロピック配向であり、他方がホモジニアス配向
を持つものが挙げられるが、本発明はこれ等プレティル
ト角がほぼ90゜〜０゜の間の任意の値を与える二種以上
の配向処理であって、これ等が同一基板面で各々微小領
域を形成して分散配置してなるものである。

本発明で用いる微小領域は、その配向処理によりドメ
インを形成してない範囲であれば良く、好適な例として
相異なる配向能を示すパターンの一方の最大線巾がセル
ギャップを越えない範囲で分散配置したものが用いられ
る。但し、この微小領域の大きさは配向の差異の大小に
よっても左右され、ほぼ近似した二種の相異なる配向能
ではより大きなパターン巾を用いることができ、逆にほ
ぼ完全なホメオトロピックとホモジニアスの配向を示す
ものを組合さる時は互いに微小な領域で分散させること
を要する。

又、この相異なる配向能の領域の形状としては、一方
の配向能を下地として、他方の配向能を水玉状に分散配
置したものでも良く、又、網目状やその他の幾何学的規
則性を持つものでも、又前記ドメイン形成をしない範囲
で不規則配置、不規則形状であっても良い。ドメイン形
成をしないパターン形状としては大旨セルギャップ程度
が最大であるとしたが、通常のTN表示では６〜10μｍ程
度である。

一方、下限値は特に無く、むしろ加工上、生産上管理
可能な範囲であれば良く、0.1μｍ程度までが有効に用
いられる。

相異なる配向能としての例は、水平配向処理で用いら
れる高分子フィルム材料、特にポリイミドやポリビニル
アルコールがある。一方、垂直配向処理ではフッ化炭素
鎖を有する界面活性剤（ダイキン FS 150）やフッ化炭
素鎖を有するケイ素酸エステル（ダイキン FS 116）、
４級アンモニウム塩界面活性剤（DMOAP）、レシチン、
ヘキサデシルアミン等がある。この他清浄な面では大き
なプレティルト角を持ち易いが、ラビング等の処理で水
平配向もでき中間的材料として無機被膜の例がある。例
えばSiO₂、TiO₂、Zr₂O₃、In₂O₃、チッ化シリコン等があ
る。又一般に金属被膜もこの部類に近い材料として使用
できる。

次に、本発明において用いられる配向処理形成方法の
一例を示す。

通常の光変調器、表示器に使用する目的では透明基板
が使用される。特に透明ガラス、透明プラスチックスを
基板とし、電気光学的変調を行う目的で透明電極の形成
された基板が使用できる。該基板の透明電極の下地側に
アルカリイオンの溶出を防止する目的のアンダーコート
や、電極上の保護を目的としたオーバーコートを必要に
応じて設けることができる。これはSiO₂やAl₂O₃、その
他通常用いられる透明絶縁材が使用できる。

本発明に用いる最も典型的構成では、上記のような基
板表面にホモジニアスな配向を示す高分子フィルムを形
成し、次にこの表面に垂直配向剤を溶解した液を、スプ
レーで微細な霧状にして上記高分子フィルム面を分散す
るよう吹き付けることによって得られるものが挙げられ
る。

第１図は、この構成を示す、本発明における基板の断
面を示す模式図である。11はガラス、プラスチック等の
基板、12は、例えばSiO₂のアンダーコートである。これ
は必要に応じて設ければよい。次に13は透明電極で光変
調や表示を行う時に設ける。図中では設けていないが、
更にこの上に保護等の目的で絶縁膜を形成しても良い。
以上の11〜13は表示等で良く用いられる電極基板であ
る。

14は第１の配向を示す層、すなわち本発明による一方
の配向能を示す配向膜でポリイミドやポリビニルアルコ
ール等の高分子フィルムである。この被膜の形成はスピ
ナーコート、スプレー、ディップ、ロールコート、印刷
等の手段を使用できる。15は第２の配向を示す層、すな
わち他方の配向能を示す材料でスプレーによって形成し
た垂直配向剤で、前記FS150やFS116、DMOAP等が使用で
きる。

第２図はこの配向処理面の部分平面図で水玉状の垂直
配向能を有する第２の配向を示す領域15′と、水平配向
能を有する第１の配向を示す領域14′を示す。ｄは許容
できる最大の寸法を示し、本発明では各々の配向能の独
立した領域を形成しない為の大きさである。ｄの一つの
目安はセルギャップである。

第３図は本発明による構成で得られた液晶素子の一例
を示す断面図である。第１の配向を示す層14は基板上に
形成されたホモジニアス配向能表面で、この面の一部を
覆うホメオトロピック配向能領域を第２の配向を示す層
15で示す。16はバルク層の液晶分子でその主軸方向がど
ちらに向いているかを示すものである。界面領域ａでは
ミクロな配向は、配向能の異なる微小領域によって支配
されるが、この液晶が光学的挙動を呈するのはｂのバル
ク領域である。この領域はセルギャップｌが前記平均半
径に対して充分大であれば界面での配向能の差異は分
解しなくなる。分解はしなくなるが、バルク領域での分
子の方向は界面領域で異なるプレティルト角が平均化さ
れ、あたかも界面が第１の配向を示す層14の配向能でも
第２の配向を示す層15の配向能でもない両者の平均プレ
ティルト角を持つ界面の如き挙動を示すようになる。

以上説明した例では、ホモジニアス配向能を示す下地
にホメオトロピックな配向能の微小領域を設けたが、プ
レティルト角の異なる二種のホモジニアス配向能同志を
組合わせることも可能である。又逆にホメオトロピック
な下地にホモジニアスな微小領域を設けても良く、更に
はプレティルト角の相異なるホメオトロピック配向能を
有する物質同志の組合わせも本発明の範囲とするところ
である。

更に本発明では二種以上の配向能を組合わせることも
できる。即ち、通常、配向剤として用いられているもの
以外の第３の物質表面を一部介在させることも可能であ
る。例えば部分的に使用される金属材料や絶縁材料、半
導体材料、着色材料等が微小領域として分散配置されて
なるものであれば垂直配向剤や水平配向剤でなくても良
い。むろんこれ等は配向剤同志で３種以上を組合わせる
ことも可能である。

本発明はプレティルト角制御を行う為の基本的構成を
提供するものであるが、液晶表示器等に於いては、基板
と一定の傾斜角を成して配列するこのプレティルト角
と、同時に良く揃った一軸配向性、即ち平面に投影した
液晶分子の軸方向が一方向に揃っていることが好まし
い。具体的には、本発明において、基板面に形成された
微小領域の表面を綿布等で一方向に“こする”いわゆる
“ラビング”の手法が適用できる。

従来、ラビング法によるプレティルト角を制御できる
因子としてはラビング時のパラメーター（相対速度、圧力、回数）使用する配向剤使用する液晶等が挙げられる。しかし、これ等の中では信頼性と要
求仕様で決定される場合の方が多く、についてはあま
り正確な相関値が認められているものではなく、また
は使用する表示モードで一種類の配向剤が選ばれてき
た。

結局、従来、ラビング法によるプレティルト角は許さ
れる範囲で若干プレティルトに好ましい条件のものを用
いるといった消極的選択が行われる実状であった。

本発明では二種以上の異なる配向能の選択を行うこと
でプレティルト角が決定でき、従ってラビング法を用い
ながらプレティルト角の設計を可能とするものである。

本発明はこの様なプレティルト角が設計可能な配向処
理基板を用いて光変調器や表示器等の液晶素子を提供す
るものである。

本発明における配向基板が適用できる液晶動作モード
としては、ツイストネマティックセル、ツイスト又はツ
イストの無いゲストホストセル等があるが、特に大きな
チルト角を必要とするスーパーツイスト複屈折効果を用
いたセルや強誘電性液晶に用いると有効である。

［作用］本発明の液晶素子は、同一基板面に少なくとも二種以
上の相異なる液晶配向能を有する微小領域を分散形成し
てなる２枚の基板間に、液晶を挟持した構成からなるの
で、液晶分子の配向は基板表面のミクロな領域では二種
以上の相異なる液晶配向能により支配されるが、中間部
のバルク領域においては液晶分子の配向は、前記の相異
なる微小領域に支配による互に異なるプレティルト角が
平均化され、各微小領域の均衡が保たれたプレティルト
角を示すことができる。

［実施例］以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明す
る。

実施例１たて300mm、よこ300mm、厚さ1.1mmの青板ガラス面にS
iO₂被膜を1000Å、In₂O₃を主成分とする透明導電膜300
〜500Å、第１の領域としてポリイミド膜300〜800Åを
順次積層して形成した基板上に、第２の領域としてオク
タデシルエトキシシラン0.5wt％エタノール溶液をスプ
レーガンで噴霧塗布し、塗布後100℃で１時間加熱し、
該基板上を綿布によって一方向に“こする”ラビングを
行った。

該基板を二枚用いて、セルギャップ８μｍの液晶セル
を作成し、ホフマン・ラ・ロッシュ製、液晶ROTN403を
注入した。該セルを磁界電位法によってプレティルト角
の測定を行った。

スプレーは塗布用スプレーガンでオリフィス0.2mm、
コンプレッサー圧2.0kg/cm²で1m角の容器底面より噴霧
し、容器底面から排気できる構造の装置を使用した。該
容器の一側面を基板が通過し、この時表面に霧が付着す
る。

表１は該容器内を通過する速度及び基板上の第２の領
域の占める割合Ｓ（％）をパラメーターとして測定され
たプレティルト角を示す。また、第２の領域の大きさは
γ_１＝0.3〜5.0μｍφ、平均＝2.3μｍφであった。

実施例２第２の微小領域として、ダイキン製 FS150［C₈F₁₇SO
₂NH（CH₂）₃N⁺（CH₃）₃I］ 1wt％ダイフロン溶液を用
いて、実施例１と同様に100cm/sec（Ｓ≒８％）の通過
速度で噴霧塗布し、塗布後100℃で１時間加熱した基板
によるセルでは10.7゜の大きなチルト角を示した。尚、
第２の領域の大きさは＝1.8μｍφであった。

実施例３実施例１に用いた透明導電基板を用いて、第２の領域
としてPVA2％水溶液を100cm/sec（Ｓ≒９％）の通過速
度で噴霧塗布した後、220℃で30分加熱した後、実施例
２で用いた FS150 1wt％ダイフロン溶液を100cm/sec
（Ｓ≒８％）の通過速度で噴霧した。各塗布を単独使用
した場合と共に測定したプレティルト角を表２に示す。

尚、第２の領域の大きさは＝1.8μｍφであった。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の液晶素子は二種以上の
相異なる配向能を有する微小領域を同一基板内に分散形
成してなることによって次のような効果がある。

使用する二種以上の配向剤の選択によって、任意のプ
レティルト角を設計、製造できる効果がある。この処理
手段はスプレーやラビング装置と云った簡便な装置を用
いることができ、設備的に見ると斜方蒸着に比較して有
利である。又、生産性も大気圧中の処理でよく、高い量
産性を持っている。大面積への処理も上記装置的な簡便
さから斜方蒸着に比較して極めて有利である。更に本発
明で用いる材料は高分子フィルムや垂直配向剤の中から
非常に信頼性の高い材料を任意に選択して使用できるの
で信頼性面でも有利である。

また、本発明による処理法は表面の材質で規制される
分子配向法であるので、一度分散形成した表面材料を溶
解したり、別の材料で被覆しない限り配向能に変化がな
く、従って材料の変質が無い溶剤で工程中での洗浄等が
可能で、比較的外乱に強い配向を得ることができる。

さらに、本発明の最も大きな効果はほぼ完全な水平配
向状態から完全な垂直状態まで任意のプレティルト角を
得ることができる点である。特に２〜３゜以上のホモジ
ニアス配向、特に５゜を越えるハイプレティルト角のセ
ルを簡便な手段で得られる点で工業的に特に有効とな
る。このような配向制御は高い時分割性を持つTN表示を
始めとして、スーパーツイスト複屈折効果を利用したSB
E表示、更に強誘電性液晶を利用した表示等に応用で
き、これ等の表示器の実用性を更に高める大きな効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における基板の断面を示す模式図、第２
図は配向処理面の部分平面図および第３図は本発明の液
晶素子の一例を示す断面図である。 11……基板 12……アンダーコート 13……透明電極 14……第１の配向を示す層 14′……第１の配向を示す領域 15……第２の配向を示す層 15′……第２の配向を示す領域 16,16′,16″……液晶分子ａ……界面領域ｂ……バルク領域ｌ……セルギャップ

フロントページの続き (72)発明者梅沢知幸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭54−5754（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−138713（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−299814（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に透明電極を形成した二枚の基板間に
液晶を挟持してなる液晶素子において、基板界面の液晶
分子に相異なる大きさのプレティルト角を付与する少な
くとも二種以上の微小領域が同一基板面に分散形成され
ており、該微小領域のうち少なくとも一種の最大線巾は
該液晶素子のセルギャップを越えない範囲であることを
特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記基板面に形成された微小領域の表面に
ラビング処理が施されている特許請求の範囲第１項記載
の液晶素子。
【請求項３】液晶がバルク領域において前記微小領域に
対応するドメインを形成していない特許請求の範囲第１
項または第２項記載の液晶素子。
【請求項４】前記二種以上の微小領域が、液晶分子をホ
モジニアス配向させる微小領域と液晶分子をホメオトロ
ピック配向させる微小領域との二種の微小領域からなる
特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの項に記載
の液晶素子。
【請求項５】前記液晶がツイストネマチック液晶である
特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載
の液晶素子。
【請求項６】前記液晶が強誘電性液晶である特許請求の
範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の液晶素
子。
【請求項７】スーパーツイスト複屈折効果を用いた液晶
素子である特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
の項に記載の液晶素子。