JP2591966B2 - 強誘電性液晶素子およびその製造方法 - Google Patents

強誘電性液晶素子およびその製造方法

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ディスプレイやプリンターヘッド等に応用
される強誘電性液晶素子およびその製造方法に関するも
のである。
[従来の技術] 従来より多用されてきたネマチック液晶に代って、近
年強誘電性液晶素子の開発が重視されつつある。強誘電
性液晶素子は、セルの構成方法によって双安定性をもた
せることができるので、高時分割の液晶表示素子の実現
が期待されている。
従来、強誘電性液晶素子における強誘電性液晶の配向
方法としては、セル内において温度勾配を形成して相転
移に伴い順次的な配向形成をさせる方法(温度勾配法)
や、上下基板を一定方向に摺動させて配向させる方法
(シアリング法)等が行なわれていたが、これらの方法
は量産性、安定性に乏しく、工業的には不適当な方法で
ある。
他方、工業的に有利な方法としては、従来、TN(ツイ
ステッド ネマチック:Twisted Nematic)方式の液晶セ
ルに使用されている方法であるラビング法が有用であ
る。
ラビング法は、一般にはITO(インジウム チン オ
キサイド)等の透明電極上にPT(ポリイミド)、PVA
(ポリビニルアルコール)等の有機薄膜(400〜2000
Å)を形成し、その上をナイロン、アセテート、コット
ン等の植毛布(毛足の長さが0.1mm〜2.0mm)で均一にこ
する(ラビング:Rubbing)ことによってネマチック液晶
の分子長軸をラビング方向に平均的にそろえようとする
方法であり、TN,SBE等の液晶素子では実積がある。
ところが、この方法をそのまま強誘電性液晶の配向に
適用しようとすると、上下の基板間で分子(ダイレク
タ)の方向をねじる必要がないので、TN素子の配向の場
合と異なり、上下同方向もしくは相反する方向にラビン
グ処理を行なう。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、強誘電性液晶素子では、メモリー状態
における見かけのチルト角θaが、直流電圧印加時に観
測される真のチルト角に比べて、極端に小さくなること
が多く、このためにディスプレイなどに応用した場合
に、コントラスト及び輝度の低下が発生しやすいという
欠点があった。
本発明は、この様な従来技術の欠点を改善するために
なされたものであり、見かけのチルト角θaが大きく、
コントラスト及び輝度の低下を改善した強誘電性液晶素
子およびその製造方法を提供することを目的とするもの
である。
[問題点を解決するための手段] 即ち、本発明の第一の発明は、電極及び有機膜からな
る配向膜を有する一対の基板間に強誘電性液晶を挟持し
た強誘電性液晶素子において、前記有機膜の表面に、該
有機膜の表面を研磨剤の存在下で研磨することにより略
一方向に形成された複数本の溝を有し、かつ該溝の長手
方向に対して略垂直方向にラビング処理が施されている
ことを特徴とする強誘電性液晶素子である。
また、本発明の第二の発明は、電極及び有機膜からな
る配向膜を有する一対の基板間に強誘電性液晶を挟持し
た強誘電性液晶素子の製造方法において、前記有機膜の
表面を研磨剤の存在下で研磨することにより、該有機膜
の表面に略一方向に複数本の溝を形成し、次いで該溝の
長手方向に対して略垂直方向にラビング処理を施すこと
を特徴とする強誘電性液晶素子の製造方法である。
さらに、本発明の第三の発明は、電極及び有機膜から
なる配向膜を有する一対の基板間に強誘電性液晶を挟持
した強誘電性液晶素子の製造方法において、前記有機膜
の表面に略一方向にラビング処理を施した後、該ラビン
グ処理を施した方向と略平行方向に該有機膜の表面を研
磨剤の存在下で研磨することにより、該有機膜の表面に
略一方向に複数本の溝を形成し、次いで該溝の長手向王
に対して略垂直方向にラビング処理を施すことを特徴と
する強誘電性液晶素子の製造方法である。
本発明の強誘電性液晶素子の製造方法においては、粒
径1mm以下、好ましくは100μm以下の研磨剤の存在下で
一方向にラビングすることにより研磨して有機膜の表面
を研磨することにより溝を形成することが好ましい。
[作 用] 本発明の強誘電性液晶素子は、電極及び有機膜からな
る配向膜を有する一対の対向して設けられた基板間に強
誘電性液晶を挟持してなる強誘電性液晶セルにおいて、
前記有機膜の表面に略一方向に並行して形成された微小
な複数本の溝を有し、溝の断面形状はうねった状態を示
し、かつ該溝の長手方向に対して略垂直方向にラビング
処理が施された配向膜を用いることによって、強誘電性
液晶のSmC相における層方線は前記の溝に対して略垂
直となり、前記の溝のうねりによって強誘電性液晶分子
の界面におけるプレチルト角を平均的に大きく増加させ
る。
この界面におけるプレチルト角の大きな増加によって
見かけのチルト角θaが従来のラビング法の強誘電性液
晶セルに比べて増加し、コントラスト及び輝度の低下が
改善される。
[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 第1図は本発明の強誘電性液晶素子の実施例を示す説
明図である。同第1図において、1はガラス基板、2は
ITOなどの透明電極、3はSiO2などの絶縁層、4は有機
膜、9は配向膜を示す。有機膜4において、5は特に有
機膜の表面に略一方向に並行して形成された微小な複数
の溝を示し、その断面形状は複数の溝のうねった状態を
示している。この略一方向に並行して形成された微小な
溝は、例えば有機膜を一方向に表面研磨することによっ
て作製することができる。
さらに詳しくは、平らな紙面に中心直径が約0.7μm
のアルミナビーズをほぼ均一に約108個/cm2の密度で分
散させ、この上に、有機膜を700Å程度の厚さに塗布し
て形成したガラス基板1基板を有機膜側が紙面にアルミ
ナビーズを介して接触するようにして、一方向におよそ
100回こすることによって作製した。第1図のC及びD
は溝の方向を示すとともに、有機膜をこすった方向を示
す。ここでは、アルミナビーズによる研磨を利用したの
で溝のうねりは必ずしも一様ではないが、溝の幅wはお
およそアルミナビーズの幅、すなわち約0.7μm程度と
なる。
一方、第1図において、溝5に対して略垂直方向にラ
ビング処理が施されるが、6は該ラビング処理によって
溝5を有する有機膜表面のさらに表面部分が液晶分子を
ラビング方向にならべるように変成を受けた様子を概念
的に示した外形線を表わす。ここで、研磨によって有機
膜表面に形成された溝は、機械的な一種の傷であり、後
から施されるラビング処理によって消えることはない。
また、ラビング処理はラビング布としてアセテート布
を用いて、第1図の矢印A及びBの方向にラビングした
が、より詳しくは、ローラー上にアセテート布をまいて
回転させながらこする方法により行うので、有機膜表面
に対してはa〜fで示すような方向のラビング処理が施
された。9はこの様な方法により形成された配向膜を示
す。
ここで、有機膜はN−メチル−ピロリドン(NMP)を
溶媒とするポリビニルアルコール(PVA)の3%溶液を
回転数2000rpmで60秒間、スピンコートした後、150℃で
1.5時間焼成することによって作成した。
また、第1図の7は強誘電性液晶層を示し、特に8は
有機膜界面付近の強誘電性液晶分子が基板面に対して大
きなプレチルト角を持つことを概念的に示した図であ
る。使用する強誘電性液晶材料としては、チッ素(株)
社製のCS1014を用いて、セルギャップは1.5μm程度と
して強誘電性液晶セルを作製した。
このセルの見かけのチルト角θaを測定したところ、
θa=9.5゜と測定されディスプレス等に応用した場合
にコントラスト及び輝度が改善されることが認められ
た。また、本実施例では、研磨によって溝を形成すると
いう単純な方法を用いることにより、強誘電性液晶セル
の大量生産に適するものである。
比較例1 第1図の5に示した溝の形成を省略した事を除き、実
施例1と同様に強誘電性液晶セルを作製した。このセル
の見かけのチルト角θaを測定したところ、θa=6.0
゜と測定された。したがって、実施例1においては、θ
aが約3.5゜広がったことがわかる。
比較例2 比較例2は、第1図の5に示した溝の形成を省略する
とともに、C及びDの方向にアセテート布によるラビン
グ処理を行なったことを除き、実施例1と同様に強誘電
性液晶セルを作製した。このセルの見かけのチルト角θ
aを測定したところ、θa=6.0゜と測定され、単なる
クロスラビングでは、1回目のラビング処理の効果は、
2回目のラビング処理によって消えてしまうことがわか
った。
したがって、実施例1における研磨によって作成され
た機械的な比較的深い表面の溝が、θaの向上にとって
重要であることがわかった。
実施例2 実施例2は、実施例1において説明した研磨の前にC
及びDの方向にあらかじめアセテート布によるラビング
処理を施したことと、有機膜としてポリイミド(PI)膜
である東レ(株)社製のSP710のスピンコート膜を用い
たことを除き、実施例1と同様に強誘電性液晶セルを作
製した。
このセルの見かけのチルト角θaは11.5゜であった。
また、ポリイミド独特の界面効果と、研磨の前にラビン
グした効果によって、均一配向性の向上が見られた。
比較例4 比較例4は、有機膜としてポリイミド膜(SP710)を
用いたことを除き、比較例1と同様に強誘電性液晶セル
を作製した。このセルの見かけのチルト角θaを測定し
たところ、θa=6.5゜と測定された。したがって、実
例例2においては、θaが約5.0゜広がったことがわか
る。
実施例3 実施例3は、略一方向の微小な溝を、粒径が1mm以
下、好ましくは100μm以下の研磨剤の存在下で第一の
方向にラビングすることにより研磨して作製することを
除き、実施例1と同様に強誘電性液晶セルを作製した。
即ち、電極及び有機膜からなる配向膜を有する一対の
対向して設けられた基板間に強誘電性液晶を挟持したな
る強誘電性液晶セルにおいて、該有機膜表面を粒径が1m
m以下、好ましくは100μm以下の研磨剤の存在下で一方
向(第一の方向)にラビングすることにより研磨し、か
つ、該第一の方向に対して略垂直な方向(第二の方向)
にラビング処理を施した配向膜を用いたことを特徴とす
る強誘電性液晶素子である。
すなわち、第1図に示す有機膜4の表面を粒径が1mm
以下、好ましくは100μm以下の研磨剤の存在下で、第
1図のC及びDの方向にラビングすることにより研磨し
て略一方向に並行して形成された微小な複数のうねった
溝を形成した。
第2図に上述の溝を形成する方法をさらに詳しく示
す。同第2図において、21は研磨剤入れ、22は研磨剤、
24はクリーナー、23は基板支えテーブルを示す。また、
Eはテーブルの移動方向、Fはゴムローラー25の回転方
向を示す。ここで、21によってゴムローター上に均一に
か撒かれた研磨剤22は、ゴムローラー25の回転によって
1のガラス基板上の有機膜4の表面に達し、E方向への
基板の移動と、F方向のローラーの移動によって、研磨
剤の存在下でラビングすることにより研磨が行なわれる
ことになる。
この場合、第1図の外形線6に示す様に、溝5に対し
て略垂直な方向にラビング処理を行なうことによって、
溝を有する有機膜表面のさらに表面部分が、液晶分子を
ラビング方向にならべるように変成を受けている。
研磨剤の存在下でラビングすることにより研磨し、後
からアセテートなどの布によて施されるラビング処理に
よっても消えない機械的な一種の傷が第一の方向に溝状
に形成される。また、第一の方向に対して略垂直な方向
のラビング処理によって、強誘電性液晶のSmC相にお
ける層方線が第一の方向に対して垂直となるように強誘
電性液晶分子が配向する。したがって、溝のもつ基板面
に対する角度が、ラビングされた配向膜に対する強誘電
性液晶の通常のプレチルト角に付与され、界面における
プレチルト角が平均的に見て大きく増加する。
このセルの見かけのチルト角θaを測定したところ、
θa=10.0゜と測定され、ディスプレイ等に応用した場
合にコントラスト及び輝度が改善されることがわかっ
た。また、研磨剤の存在下でラビングすることにより研
磨するという単純な方法を用いることにより強誘電性液
晶セルの大量生産に適する。
実施例4 実施例4は、実施例3において説明した研磨剤の存在
下での第一の方向への研磨の前に、第1図に示すC及び
Dの方向にあらかじめアセテート布による第二の方向へ
のラビング処理を施したことと、有機膜としてポリイミ
ド(PI)膜である東レ(株)社製のSP710のスピンコー
ト膜を用いたことを除き、実施例3と同様に強誘電性液
晶セルを作製した。
このセルの見かけのチルト角θaは、11.0゜であっ
た。また、ポリイミド独特の界面効果と、溝を形成する
ための研磨の前にラビング処理をした効果によって、均
一配向性の向上が見られた。
[発明の効果] 以上説明した如く、本発明によれば、有機膜表面に溝
を形成し、かつ溝に対して垂直な方向にラビング処理を
施した配向膜を用いることにより、見かけのチルト角θ
aが増加し、コントラスト及び輝度の低下が改善された
強誘電性液晶素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の強誘電性液晶素子の実施例を示す説明
図および第2図は有機膜に溝を形成する方法の一例を示
す説明図である。 1……ガラス基板、2……透明電極 3……絶縁層、4……有機膜 5……溝、6……外形線 7……強誘電性液晶層、8……強誘電性液晶 9……配向線

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極及び有機膜からなる配向膜を有する一
    対の基板間に強誘電性液晶を挟持した強誘電性液晶素子
    において、前記有機膜の表面に、該有機膜の表面を研磨
    剤の存在下で研磨することにより略一方向に形成された
    複数本の溝を有し、かつ該溝の長手方向に対して略垂直
    方向にラビング処理が施されていることを特徴とする強
    誘電性液晶素子。
  2. 【請求項2】前記研磨剤の粒径が1mm以下である特許請
    求の範囲第1項記載の強誘電性液晶素子。
  3. 【請求項3】電極及び有機膜からなる配向膜を有する一
    対の基板間に強誘電性液晶を挟持した強誘電性液晶素子
    の製造方法において、前記有機膜の表面を研磨剤の存在
    下で研磨することにより、該有機膜の表面に略一方向に
    複数本の溝を形成し、次いで該溝の長手方向に対して略
    垂直方向にラビング処理を施すことを特徴とする強誘電
    性液晶素子の製造方法。
  4. 【請求項4】前記研磨剤の粒径が1mm以下である特許請
    求の範囲第3項記載の強誘電性液晶素子の製造方法。
  5. 【請求項5】電極及び有機膜からなる配向膜を有する一
    対の基板間に強誘電性液晶を挟持した強誘電性液晶素子
    の製造方法において、前記有機膜の表面に略一方向にラ
    ビング処理を施した後、該ラビング処理を施した方向と
    略平行方向に該有機膜の表面を研磨剤の存在下で研磨す
    ることにより、該有機膜の表面に略一方向に複数本の溝
    を形成し、次いで該溝の長手方向に対して略垂直方向に
    ラビング処理を施すことを特徴とする強誘電性液晶素子
    の製造方法。
  6. 【請求項6】前記研磨剤の粒系が1mm以下である特許請
    求の範囲第5項記載の強誘電性液晶素子の製造方法。
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