JPH01172817A - 強誘電性液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、デイスプレィやプリンターヘッド等に応用さ
れる強誘電性液晶素子に関する。

［従来の技術］ 従来より多用されて来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
ることがてきるので、高時分割の液晶表示素子の実現が
期待できる。

第２図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。２１ａと２１ｂは、ｒｎ２０３．　ＳｎＯ□や
ＩＴＯ（インジウム　チン　オキサイド：　Ｉｎｄｉｕ
ｍＴｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の透明電極かコートされた基
板（ガラス板）であり、その間に液晶分子層２２かガラ
ス面と垂直になるように配向したＳａｃ”相の液晶か封
入されている。太線で示された＆！２３が液晶分子を表
わしていて、この液晶分子２３は、その分子に直交する
方向に双極子モーメント（Ｐ工）２４を有している。基
板２１ａと２１ｂ上の電極間に一定の閾値以上の電圧を
印加すると、液晶分子２３のらせん構造がほどけ、双極
子モーメント（Ｐ工）２４はすべて電界方向へ向くよう
に、液晶分子２３の配向方向を変えることがてきる。液
晶分子２３は細長い形状て、その長袖方向と短軸方向と
で屈折率異方性を示し、従って、例えばガラス面の上下
に互いにクロスニコルの位置関係に配置した偏光子を置
けば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光学
変調素子となることは、容易に理解される。

さらに液晶セルの厚さを充分に薄くした場合（例えば１
ＩＬ）には、第３図に示すように、電界を印加していな
い状態でも、液晶分子のらせん構造はほどけ（非らせん
構造）、その双極子モーメントＰａ又はｐｂは各々上向
き（３４ａ）又は下向き（３４ｂ）のどちらかの状態を
とる。

このように界面効果により、液晶分子のらせん構造をほ
どいた液晶セルを表面安定型強誘電性液晶セル（５ＳＦ
ＬＣセル）と呼ぶ、　５ＳＦＬＣセルに第３図に示す如
く一定の閾値以上の極性の異なる電界Ｅａ又はＥｂを所
定時間付与すると、双極子モーメントは電界Ｅａ又はＥ
ｂの電界ベクトルに対応して上向き（３４ａ）又は下向
き（３４ｂ）と向きを変え、それに応じて液晶分子は第
１の配向状態３３ａもしくは第２の配向状＄３：ｌｂの
いずれか一方に配向する。

このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は、応答速度が極めて速いことと、液晶分子の
配向が双安定状態を有することてあって、例えば、第３
図において、電界Ｅａを印加すると液晶分子は第１の配
向状態３：ｌａに配向するが、この状態は電界を切って
も安定である。また、逆向きの電界Ｅｂを印加すると液
晶分子は第２の配向状態３３ｂに配向して、その分子の
向きを変えるが、やはり電界を切ってもこの状態に留ま
る。また、与える電界Ｅａ又はＥｂが一定の閾値な越え
ない限り、それぞれの配向状態はやはり維持されている
。このような応答速度の速さと、双安定性が有効に実現
されるには、セルとしては出来るだけ薄い方か好ましく
、一般的には、　ｏ、ｓ　ＪＬ〜２０用、特にｔｐ〜５
延か適している。この種の強誘電性液晶を用いたマトリ
クス電極構造を有する液晶−電気光学装置は、例えばク
ラークとラガバルにより、米国特許第４３６７９２４号
明細書で提案されている。

［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（ＦＬＣ）セルでは、分子
がねじれた構造をとりやすく、このために、直流電圧を
印加した時のチルト角に比べて、無電界時のチルト角（
以下、見かけのチルト角と称す）が小さくなって、光シ
ヤツターとした時のコントラストが低下するという問題
があった。

本発明は、この様な従来技術の問題を解決するためにな
されたものであり、有機配向膜を使用した強誘電性液晶
セルにおいて、ラビング処理を施した有機配向膜にイオ
ンビームを斜め方向から照射した配向層を使用すること
により、見かけのチルト角を増加し、光シヤツターとし
た時のコントラストを改善した強誘電性液晶素子を提供
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、本発明は、一対の対向する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、ラビングに
よる一軸性配向処理を施した有機配向膜にイオンビーム
を斜め方向から照射した配向層を有することを特徴とす
る強誘電性液晶素子である。

本発明において、ラビングによる一軸性配向処理を施し
た有機配向膜としては、ポリイミド、ポリビニルアルコ
ール、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド
等が用いられ、ラビング処理は特に限定することはなく
、通常の方法で一軸性配向処理を施したものでよい。

本発明において、配向層はラビングによる一軸性配向処
理を施した有機配向膜にイオンビームを斜め方向から照
射したものが用いられ、有機配向膜に施されたラビング
方向とイオンビームの照射方向とは互いに逆方向である
か、あるいは同方向となる様にいずれに処理されたもの
でもよい。この場合、イオンビームの斜め方向からの照
射は、基板法線に対する入射角として１°〜８９°、好
ましくは４５．０°〜６０．０°の範囲が望ましい。

本発明に係わる強誘電性液晶素子は、基板上に形成され
た透明電極の上に前記配向層を設けた一対の基板を、２
つの配向層の有機配向膜に施されている一軸性配向処理
のラビング方向が互いに逆方向となるか、あるいは同方
向となる様に対向して設けることがてきる。

また、本発明に係わる強誘電性液晶素子に用いられてい
る配向層は、ラビング処理を施した有機配向膜にアルゴ
ン等のイオンビームな斜め方向から照射して形成されて
いるために、有機配向膜のラビング処理により熱変性を
受けて結晶性が良好になっている部分に、イオンビーム
か斜め方向から照射され複数の穴か斜め方向に非常に緻
密に形成され、あるいはケミカルエツチングが行なわれ
て緻密でなめらかな表面か形成された状態を呈している
ものと思われる。

上記の事実は、例えばＰＶＡ配向膜を用いた場合、本発
明における配向層において配向された液晶分子のプレテ
ィルト角が′減少していることからも把握することがで
きる。即ち、通常のラビング処理を施したポリビニルア
ルコールの有機配向膜においては、チッ素社製のＣ５１
０１４の強誘電性液晶を用いた場合において、プレティ
ルト角は３″〜５°程度であるが、本発明における前記
ポリビニルアルコールの有機配向膜にイオンビームを斜
め方向から照射してなる配向層においては、それ以下の
プレティルト角を示し、０′″〜ｌ＠の範囲に減少して
いる。

一方、ポリイミド配向膜なと、本来、プレティルト角の
小さい配向膜では、プレティルト角のイオンビーム照射
に由来する大きな変化は観測てきないが、ＰＶＡと同様
に表面が改質されるものと考えられる。

［作　用］ 本発明の強誘電性液晶素子は、有機配向膜にラビング処
理を施すことによって、有機配向膜表面の光学的異方性
が増加し、膜の結晶性が増加するとともに、プレティル
ト角を引きおこす方向性をもったうねりか生じると考え
られる。このため。

前記ラビング処理を施した有機配向膜にイオンビームを
斜め方向から照射すると、上記光学異方性に沿って、有
機配向膜のエツチング速度に異方性か生じ、特に分子の
プレティルト角を引きおこすうねりか選択的に平滑化さ
れたｗｌ密で、かつ分子配向に対して方向性をもった表
面か実現される。

この緻密な表面構造に由来する表面分子の動きやすさに
よって見かけのプレティルト角か増加し、光シヤツター
とした時のコントラストか増加するものと推定される。

［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一実施例を示す断
面図である。同図に示す素子を下記の方法により作製し
た。

先ず、液晶を支持するガラス基板２の上に、ＥＢ蒸着法
により膜厚約１０００人のＩＴＯの透明電極３をパター
ン形成し、該透明電極３上にスパッタ法によって膜厚約
５００人の５ｉｎ２膜を形成した。

次いて、前記５ｉｎ２膜上に、ポリイミド（５Ｐ−７１
０＝東し社製）を２％ＤＭＡＣ溶液としてスピンナー塗
布した後、３００°Ｃにて焼成し、膜厚約５００人の有
機配向膜を形成した。該有機配向膜上をアセテート布て
ラビングによる一軸性配向処理を施した後、諮め方向か
ら有機配向膜にイオンビームを照射して配向層４を形成
した。

ここで配向層４は、詳しくはミラトロン社（ＭＩＬＬＡ
ＴＯＲＮ社）製のイオンビーム発生装置を用い、３　Ｘ
　Ｉ（１−６ｔｏｒｒの真空度にした後に、Ａｒガスを
導入して、２．Ｉ　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒに安定させ、
イオン密度に関係するイオンソース電流を２００ａ＋Ａ
　、イオン速度と関係するアウト　プツト（ＯＵＴ　Ｐ
ＵＴ）電圧を１ｋＶに設定して、イオンビームな２０ｍ
５ｅｃだけ照射して形成した。イオンビームの基板法線
に対する入射角は５２．５”とした。

また、第１図に示す様に、６はラビング方向を示し、７
はイオンビームの照射方向を示す。ここては特にラビン
グ方向とイオンビーム方向とは互いに逆となる様にイオ
ンビームを照射した。

この様にして得られた２枚の基板を、上下の基板におけ
るラビング方向か互いに逆となる様に対向せしめて、シ
ーリング部材を使用し、セルギャップをコントロールす
る目的で、　５ｉ０２の粒子をセル内に均一に散布し、
上下基板間隔を約１ＪＬ１１になる様に貼り合せた。強
誘電性液晶５として、チッソ社製Ｃ８−１０１４を注入
しセルを作製した。セルの外側には偏光板１を設けた。

このようにして作製したセルは、見かけのチルト角は１
５°に増加し、光シヤツターとしたときのコントラスト
は５５に増加した。

比較例１ 実施例１において、イオンビームを照射しないて、それ
以外は実施例１と同様にしてセルを作製した。このセル
の見かけのチルト角は約７＠で、コントラストは可視域
において２〜５程度てあった。

比較例２ 実施例１において、有機配向膜にラビングによる一軸性
配向処理を施さないで、それ以外は実施例１と同様にし
てセルを作製した。このセルの見かけのチルト角は約７
°で、コントラストは可視域において２〜５程度てあっ
た。

実施例２ 第４図は本発明の強誘電性液晶素子の他の実施例を示す
断面図である。

実施例２は、実施例１とは異なる性質の有機配向膜を用
いたこと、およびラビング方向とイオンビームの照射方
向の相対的な関係か異なることを除いて、実施例１と同
様に行なった。

すなわち、特にラビングを施した表面安定型強誘電性液
晶セルにおいて、クロスニコル下で第１の配向状態と第
２の配向状態の分光特性か略等しい位置において、検光
子を入射光の進行方向に右ネジか進行する方向に＋１５
°回転させた時の第１の配向状態に対する分光特性と、
検光子を−１５゜回転された時の第２の配向状態に対す
る分光特性が互いに略等しいことを特徴とする有機配向
膜を用いた。

特に、上記有機配向膜として、ポリビニルアルコール（
ＰＶＡ）膜を用い、イオンビームの基板法線に対する入
射角は５２．５°とした。また、ラビング方向とイオン
ビームの照射方向とは互いに同方向となることを特徴と
し、かつ、上下の基板における有機配向膜のラビング方
向は互いに同方向となる様に２枚の基板を対向させたこ
とを特徴とする。

本実施例によって見かけのチルト角は１２．５”に増加
し、光シヤツターとしたときのコントラストは５５に増
加した。

実施例３ 実施例３は実施例１とは異なる性質の有機配向膜である
ポリビニルアルコール膜を用いたことを除いて実施例１
と同様に行なった。

本実施例によって、見かけのチルト角は室温において１
４．０”に増加し、光シヤツターとしたときのコントラ
ストは５５に増加し、特に、明状態の透過率は３３％ま
て増加した。

また、第５図に本実施例により得られた強誘電性液晶素
子の光学応答の波形図を示す。同図に示す如く、明状態
から暗状態の光学応答に対して分子がねじれた構造に特
有のバウンド状の光学応答か目立たなくなり、ちらつき
の原因の一つか改善されたことが認められる。

ここて、第５図は、オシロ用ポラロイドカメラ（Ｔｅｋ
ｔｒｏｎｉｘ　Ｃ−４（ＪＴ　ＣＡＭＥＲＡ、　０．８
ＭＡＧ）を用いて、オシロ上の光学応答を撮影した写真
の波形図である。たたし、印加パルスは２００　ｐ−ｓ
ｅｃ　、　２０Ｖの単発パルスを使用した。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ラビングによる
一軸性配向処理を施した有機配向膜にイオンビームを斜
めに照射した配向層を有する強誘電性液晶素子によって
、見かけのチルト角を増加し、光シヤツターとした時の
コントラストを改善することができた。

【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一実施例を示す断
面図、第２図は強誘電性液晶セルの模式図、第３図は表
面安定型強誘電性液晶セルの模式図、第４図は本発明の
強誘電性液晶素子の他の実施例を示す断面図、第５図は
実施例３の強誘電性液晶素子の光学応答の波形図を示す
。 １・・・偏光板　　　　　　２・・・ガラス基板３・・
・透明電極　　　　　４・・・配向層５・・・強誘電性
液晶　　　６・・・ラビング方向７・・・イオンビーム
方向

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の対向する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、ラビングによる一軸性
   配向処理を施した有機配向膜にイオンビームを斜め方向
   から照射した配向層を有することを特徴とする強誘電性
   液晶素子。
2. （２）有機配向膜に施されたラビング方向とイオンビー
   ムの照射方向とが互いに逆方向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. （３）有機配向膜に施されたラビング方向とイオンビー
   ムの照射方向とが互いに同方向である特許請求の範囲第
   １項記載の強誘電性液晶素子。
4. （４）一対の基板が、基板上に設けられた配向層のラビ
   ング方向が互いに逆となる様に対向して設けられている
   特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの項記載の
   強誘電性液晶素子。
5. （５）一対の基板が、基板上に設けられた配向層のラビ
   ング方向が同じ向きとなる様に対向して設けられている
   特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの項記載の
   強誘電性液晶素子。