JP2775494B2 - 強誘電性液晶素子 - Google Patents

強誘電性液晶素子

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は強誘電液晶を用いた液晶素子に関するもので
ある。
[従来の技術] クラーク(Clark)およびラガウエル(Lagerwall)に
より双安定性を有する液晶素子が提案されている(特開
昭56−107216号公報、米国特許第4,367,924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
スメチックC相(SmC*)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の光学的安定状態からなる双安
定状態を有し、従って従来のTN型の液晶を用いた光学変
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とり、
且つ電界の印加のないときはその状態を維持する特質を
有する。このような性質を有する強誘電性液晶を利用し
て液晶素子を構成することにより、従来のTN型素子が視
野角特性が悪いという問題点の多くに対して、かなり本
質的な改善が得られている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、高速かつ大面積のパネル(素子)を駆
動するため液晶の自発分極PSを大きくすることが求めら
れるが、PSを大きくすることにより、液晶の駆動時に於
けるPSの向きの反転によって、次の(1)式で表わされ
る逆電界V(t)が発生し、液晶のスイッチング不良を
起すことが知られている。
PS :液晶の自発分極(nC/cm2) Ci :パネルの絶縁膜(配向用有機膜を含む)の容量(nF
/cm2) CLC:液晶の容量(nF/cm2) Ri :パネルの絶縁膜(配向用有機膜を含む)の抵抗(Ω
/cm2) したがって、液晶の自発分極の大きいもの程反転スイ
ッチングが阻害され、強誘電性液晶パネルの大画面化に
当って自発分極が大きく設定できなくなる。そこで、Ci
を大きくすることで逆電界V(t)を小さくおさえ、液
晶のスイッチング不良を防ぐことが求められている。Ci
を大きくすることは配向制御膜の膜厚を薄くすることに
つながるが膜厚を薄くすることは、液晶に対する配向性
を低下させることが本発明者らの実験により判明し、し
たがって、配向制御膜の膜厚を薄む設定できないという
問題がある。
本発明の目的は、前述の問題点を解決した強誘電性液
晶素子を提供することにあり、特に液晶の配向性を低下
させることなく自発分極を大きくして常に良好な双安定
状態の強誘電性液晶素子を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため本発明は、配向制御膜を有す
る上下2枚の基板間に強誘電性液晶を配置した液晶素子
に於いて、両方の基板に同種の有機絶縁物質からなる配
向制御膜を設けるが、それらの配向制御膜は夫々ラビン
グ処理を施されて一軸配向処理軸を付与されており、か
つそれらの配向制御膜は上下の基板で異なり一方の基板
の膜の膜厚が、もう一方の基板が有する膜の膜厚の70%
以下の膜厚である液晶素子に特徴を有している。
本発明の好ましい実施の形態によれば、両方の基板の
配向制御膜には夫々一軸配向処理軸が付与されている。
この一軸配向処理軸は、例えば配向制御膜にラビング処
理が施すことにより付与される。また、少なくとも一方
の基板にショート防止用絶縁体膜が設けられている。さ
らに、前記薄い方の配向制御膜は、その膜厚を厚い方の
配向制御膜の膜厚の40%以上としている。
[作用] この構成において、一方の基板の配向制御膜の膜厚が
もう一方の基板のそれの70%以下であるため、液晶に対
する配向性を低下させることなくセルの容量を大きくす
ることができ、表示に際しては、常に良好な双安定状態
でスイッチング不良のない高品位の表示が行なわれる。
[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る液晶素子の平面図で
あり、第2図(A)〜(C)はそれぞれ異なる態様の第
1図のA−A′断面図である。
第1図と第2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して対向させ、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上には複数の透
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1
02′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。
そして、透明電極102と102′の少なくとも一方にショ
ート防止用絶縁体膜を用いることができるが、第2図
(A)の素子ではこの絶縁体膜は用いず、透明電極102
と102′がそれぞれ形成された基板101と101′上に直接
配向制御膜105と105′がそれぞれ配置される。第2図
(B)の素子では基板101と101′上にそれぞれショート
防止用絶縁体膜109と109′並びに配向制御膜105と105′
が配置される。第2図(C)の素子では、基板101′上
にショート防止用絶縁体膜109′と配向制御膜105′を配
置し、基板101上には直接配向制御膜105が配置されてい
る。
配向制御膜105と105′としては、例えばポリビニルア
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ものを用いることができる。
この配向制御膜105と105′は、前述の如き有機絶縁物
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、一軸性配
向処理軸が付与される。
配向制御膜105と105′の膜厚は、その容量Ciを大きく
する目的でできる限り薄膜であることが好ましいが、薄
膜にすることで液晶の配向性が低下するため、配向制御
膜105と105′の一方の膜厚を液晶を配向させるのに十分
な膜厚に設定し、他方の配向制御膜の膜厚は対向する配
向制御膜の膜厚の70%以下の膜厚に設定する。
液晶を配向させるのに十分な膜厚は配向させる液晶お
よび配向制御膜の種類により異なる。
又、ショート防止用絶縁体膜109と109′は200Å厚以
上、好ましくは500Å厚以上の膜厚に設定され、SiO2,Ti
O2,Al2O3,Si3N4やBaTiO3などの無機絶縁物質を成膜する
ことによって得られる。成膜法としては、スパッタ法、
イオンビーム蒸着法あるいは有機チタン化合物、有機シ
ラン化合物や有機アルミニウム化合物の塗布膜を焼成す
る方法を用いることができる。この際有機チタン化合物
としては、アルキル(メチル、エチル、プロピル、ブチ
ルなど)、チタネート化合物、有機シラン化合物として
は通常のシランカップリング剤などを用いることができ
る。ショート防止用絶縁体膜109と109′の膜厚が200Å
以下である場合では、十分なショート防止効果を得るこ
とができず、又その膜厚を5000Å以上とすると、液晶層
に印加される実効的な電圧が印加されなくなるので、50
00Å以下、好ましくは2000Å以下に設定する。
本発明で用いる液晶材料として、特に適したものは、
カイラルスメクティ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ティックC相
(SmC*)、カイラルスメクティックG相(SmG*)、カ
イラルスメクティックF相(SmF*)、カイラルスメク
ティックI相(SmI*)またはカイラルスメクティック
H相(SmH*)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、例えばLEJOURNAL DE
PHYSIQUE LETTERS“36(L−69)1975、「Ferro elect
ric Liquid Crystals」;"Applied Physics Letters“36
(11)1980「Submicro Second Bi−stable Electroopti
c Switching in Liquid Crystals」;“固体物理”16
(141)1981「液晶」、米国特許第4,561,726号公報、米
国特許第4,589,996号公報、米国特許第4,592,858号公
報、米国特許第4,596,667号公報、米国特許第4,613,209
号公報、米国特許第4,614,609号公報,米国特許第4,62
2,165号公報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(HOBACP
C)、4−o−(2−メチル)ブチルレゾルシリデン−
4′−オクチルアニリン(MBR8)が挙げられる。
以下、実際に製造した例を示す。
実施例1および比較例1〜3 上下の基板用として2枚の1.1mm厚のガラス板を用意
し、それぞれにITOのストライプ状電極を形成した。次
に、この上下基板のショート防止絶縁体膜としてSiO2
スパッタ法により1000Å形成した。さらにその上にポリ
イミド形成液SP710(東レ社製)1〜2%溶液を回転数3
000rpmのスピンナーで30秒間塗布した。その後、約1時
間300℃の加熱焼成処理を施してポリイミド配向膜を形
成した。この塗膜の膜厚はポリイミド形成液の濃度によ
り異なるが上述の濃度範囲では100Å〜200Åのポリイミ
ド膜であった。
次に、2枚の基板の焼成後のポリイミドの被膜に対し
てラビング処理を施した。その後、平均粒径約1.5μm
のアルミナビーズを一方のガラス基板上に塗布してか
ら、これに対し他方のガラス基板を貼り合わせてセルを
作成した。
以上の工程によりポリイミド配向制御膜の膜厚が異な
る4種のセル(A〜D)を作成し、それぞれの基板が有
するポリイミド配向制御膜の膜厚を測定したところ、第
1表の通りであった。
これらA〜Dの各セルにチッソ(株)社製の「CS−10
17」(商品名)を注入して、配向性を観察し、その後、
十分な大きさの単発パルスを与えて双安定性を調べた。
その結果を第1表に示す。
第1表に示す通り、一方の基板に液晶を配向させるの
に十分な膜厚の配向制御膜を設け、その70%以下の膜厚
の配向制御膜を他方の基板に設けることにより、液晶に
対する配向性を低下させることなくスイッチング不良を
防ぎ双安定性の良好な強誘電性液晶素子を得られること
がわかる。
実施例2および比較例4〜6 実施例1で用いたポリイミド形成液SP710(東レ社
製)に代えて、SE100(日産化学社製)を用いた他は実
施例1と同様の方法でポリイミド配向制御膜の膜厚が異
なる4種(E〜H)の液晶素子を作成した。作成したセ
ルE〜Hそれぞれの基板が有する配向制御用ポリイミド
膜の膜厚は第2表に示す通りであった。
次に、これらE〜Hの各セルにチッソ(株)社製の
「CS−1017」(商品名)を注入して配向性を観察し、そ
の後、十分な大きさの単発パルスを与えて双安定性を調
べた。その結果を第2表に示す。
第2表に示す結果の通り、本発明の範囲の配向制御膜
の膜厚を有するセルGに於いて配向性を低下させること
なくスイッチング不良が防止され良好な双安定性が得ら
れることがわかる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、配向制御膜の膜
厚を上下基板で異ならせ、一方を他方の70%以下の膜厚
にするようにしたため、液晶に対する配向性を低下させ
ることなく、セルの容量(配向膜を含む絶縁膜の容量)
を大きくすることが可能となり、スイッチング不良を防
ぎ双安定性の良好な強誘電性液晶素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る強誘電性液晶素子の
平面図、 第2図(A)〜(C)はそれぞれ異なる実施態様の第1
図のA−A′断面図である。 100:セル構造体、101,101′:基板、102,102′:透明電
極、103:強誘電性液晶、105,105′:配向制御膜。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電圧を印加して強誘電性液晶を駆動するた
    めの電極群および夫々に強誘電液晶を配向させるための
    配向制御膜を有する2枚の基板間に強誘電性液晶を配置
    した強誘電性液晶素子に於いて、一方の基板の配向制御
    膜と他方の基板の配向制御膜が同種の有機絶縁物質から
    なり、一方の基板の配向制御膜の膜厚が他方の基板の配
    向制御膜の膜厚の70%以下であり、かつ両方の基板の配
    向制御膜は夫々にラビング処理が施されて一軸配向処理
    軸が付与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】前記他方の基板の配向制御膜の膜厚が200
    〜250Åであることを特徴とする請求項1記載の強誘電
    性液晶素子。
  3. 【請求項3】両方の基板の少なくとも一方にショート防
    止用絶縁体膜が設けられていることを特徴とする請求項
    1または2記載の強誘電性液晶素子。
  4. 【請求項4】前記一方の基板の配向制御膜の膜厚が他方
    の基板の配向制御膜の膜厚の40%以上であることを特徴
    とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の強誘電性液
    晶素子。
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