JPH0195185A - 液晶電気光学装置 - 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、液晶表示素子や液晶光シャッターアレイ等の
液晶電気光学装置に関し、更に詳しくは、液晶分子の初
期配向状態を改善することにより表示ならびに駆動特性
を改善した液晶電気光学装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の液晶電気光学装置としてはツィステッド・ネマチ
ック（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍｅｔｉｃ）液晶を用いた
ものが知られている。このＴＮ液晶は、画素密度を高く
したマトリクス電極構造を用いた時分割駆動の際、クロ
ストークを発生する問題点があるため、画素数が制限さ
れていた。

また、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素
子を接続し、各画素毎にスイッチングするアクティブマ
トリクス方式の表示素子が知られているが、基板上に薄
膜トランジスタを形成する工程が極めて煩雑な上、その
製造コスト製造歩留り等の要因により大面積の表示素子
を作成することが難しい問題点がある。

これらの問題点を解決するものとして、クラークにより
米国特許第４３６７９２４号公報で強誘電性液晶素子が
提案されている。

第３図は強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例を
模式的に描いたものである。１１と１１“は、Ｉｎ２Ｏ
□あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ
）等の薄膜からなる透明電極で被覆された基板（ガラス
板）であり、その間に液晶分子層１２がガラス面に垂直
になるよう配向したＳｍＣ”相又は、他の強誘電性を示
す液晶相が封入されている。この液晶電気光学装置にお
いて強誘電性液晶分子が第４図に示すように、スメクチ
ック層の層の法線方向に対して＋θ傾いた第１の状態（
Ｉ）と−θ傾いた第２の状態（Ｉｔ）を取る。

この二つの状態間を外部より電界を加えて、強誘電性液
晶分子をスイッチさせることにより発生する複屈折効果
の違いにより表示を行うものであった。

この時強誘電性液晶分子を第１の状態（Ｉ）より第２の
状態（ＩＩ）へかえる為にスメクチック層に対して垂直
方向に例えば正の電界を加えることにより成される。ま
た逆に第２の状態（ＩＩ）より第１の状態（１）へ反転
させる為には、逆に負の電界を加えることにより成され
るものであった。

すなわち外部より印加される電界の向きをかえることに
より強誘電性液晶分子の取る２状態を変化させそれに伴
って生じる電気光学効果の違いを利用するものであった
。

さらにこの外部より印加する電界を除去しても強誘電性
液晶分子はその状態を安定に保っており第１と第２の双
安定なメモリー性を持っていた。

その為、この強誘電性液晶を用いた液晶電気光学装置を
駆動する信号波形としては両極性パルス列となっており
、パルス極性の切り替わる方向により強誘電性液晶分子
の取る２状態間をスイッチングしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような強誘電性液晶を用いた電気光学装置において
は、装置全体において均一な駆動特性が当然ながら要求
される。そのために、液晶電気光学装置全体にわたって
欠陥のない、均一な液晶相すなわちモノドメインを全体
に形成することを、目標として従来より技術開発がなさ
れてきた。

しかしながら、液晶材料特にスメクチックの層構造を持
つ強誘電性液晶は配向膜についた微少なキズや液晶駆動
用の電極の凹凸段差や、液晶装置の基板間隔を一定に保
持するためのスペーサーその他種々の原因により層構造
に欠陥が発生し、均一なモノドメインが得られないその
為に従来は液晶電気光学装置セルの端部より、液晶を一
次元結晶成長させる方法（温度勾配）によりセル全体に
モノドメインを成長させることが試みられていた。

しかしながら液晶電気光学装置が大面積化した場合この
方法は適用不可能であった。すなわちこの方法によって
実現されるモノドメインの大きさは最大数十ミリ角程度
であり大面積化して工業的に使用することは不可能であ
った。

また仮に使用可能な大きさのモノドメインが実現された
としても、強誘電性液晶材料が持つ性質として液晶材料
が基板に平行に配列せず、一定の傾きを持つ配列（プレ
チルト）するため強誘電性液晶の層構造が曲がったり、
折れたりする。そのためにジグザグ欠陥がドメイン中に
発生し、表示性、駆動特性に不均一さが発生する問題が
あった。

そして、液晶材料は外部よりの電界によって、その取り
得る状態を変化させる際に、このジグザグ欠陥を境にし
てその反転過程が逆になるという現象が見られる。この
ために、装置全体において、均一な表示及び駆動特性が
得られないという問題があった。

〔問題を解決する手段〕

本願発明は従来の考えであったモノドメインを得るとい
う技術思想とはちがった技術思想によりこれらの均一な
表示及び駆動特性が得られないという問題を解決するも
のであります。本発明者らは、セル中の液晶゛材料が取
り得る初期配列性に注目しその配列性を従来思想とされ
ていた状態とは全くちがう状態とすることにより良好な
液晶電気光学装置の表示又は駆動特性を実現せしめたも
のであります。

すなわち、本発明は、電極と液晶材料を初期配列させる
配向部が形成された一対の平行基板間に強誘電性液晶を
含む液晶組成物が狭持された、液晶電気光学装置におい
てその液晶組成物の取る初期配向状態をモノドメインで
はなく、微小なドメインが存在するマルチドメイン状態
とすることを特徴とするものであります。

本発明者らは、この新しい思想のもとに鋭意努力した結
果液晶材料組成物中に特別な物質が含まれている際に必
ずマイクロドメイン配列を行うことを発見し、それを液
晶電気光学装置に用いたちのである。

この特別な物質とは、液晶組成物を構成しかつその分子
内に少なくとも２つ以上の不斉炭素を有するものであり
、 一般式 （ただしＲ１は炭化水素基、Ｒ２は分子鎖中に少なくと
も２つの不斉炭素を有する炭化水素基を示す。） で示される液晶組成物であます。

この一般式中Ｒ２の分子中の炭素数は６〜１２の範囲内
であれば、液晶性を有し、スメクチックＣ相を発現する
ことができ、その範囲外においては液晶組成物を構成し
得るものであった。

このような物質を含む液晶材料を第１図に示すような液
晶セル内に注入し、その配向状態について顕微鏡観察を
行ったところ第２図に示されるようなマルチドメイン配
向状態をとっていた。

このマルチドメインの大きさは数μｍ〜数１００μｍで
あり、長径／短径の比率が５〜５００程度の値の範囲で
あった。

このドメインの大きさは基板上の配向制御部の条件を変
更することにより制御可能であった。

このような物質を含むことによってなぜこのようなマル
チドメイン配向状態をとるかは不明である。

このようなマルチドメイン状態においては、液晶の配向
欠陥はそのドメインの境界によって、緩和されるために
液晶電気光学装置セル全体において、ジグザグ欠陥等が
発生しないものである。

又、この微少なドメイン内部は良好なモノドメイン状態
となっているため、各々の微少なドメインにおける液晶
の表示又は駆動特性に差がなく、装置全体としては、均
一な表示又は駆動特性を実現することができるものであ
ります。

以下に実施例を示します。

〔実施例〕 第１図に本実施例にて使用した液晶電気光学装置のセル
概略断面図を示す。同図は行方向と列方向のマドリスク
状に配置された電極部の端部の１部分を示している。

また概略図であるためその寸法は任意となっている。本
実施例で用いられたセルは従来より使用されているもの
と全く同様のものである。すなわち、透明の基板（例え
ばガラス）２．２′上に液晶駆動用の電極３，３°が行
方向と列方向にマトリクス状になるようパターニングさ
れ形成されている。また該電極上には、配向制御４．４
′が設けられており、その片側は、液晶分子が並べるよ
うに公知のラビング処理が施されている。この配向制御
膜４．４°は両方とも同じ材料を用いてもまた片側づつ
異なった材料を用いてもよいが本実施例においては、４
の配向制御膜をポリイミド膜を用い、もう一方の配向制
御膜４゛に５ｉＯｚ膜を使用した。

このように、配向制御膜の種類を変えた場合、液晶分子
を外部信号により駆動させる際に、比較的大きなしきい
値を得ることができ、マトリクス状の液晶電気光学装置
では、有利であった。

このような基板に２．２′を互いに重ね合わせ間にスペ
ーサ（図示せず）をはさんで一定間隔に保って液晶セル
を形成している。

このようなセルにおいて、配向制御膜のポリイミド膜４
に対し、ラビング処理を行う際に下記に示すような条件
下で行った。

表１．ラビング処理条件 この条件はＣａ５ｅ２を基準として相対比較値として記
載している。

このような処理を行ったセルに対し公知の真空注入法に
て液晶材料を注入した。

この注入される材料中には 一般式 少なくとも２つの不斉炭素を有する炭化水素基を示す。

） で示される液晶組成物を含んでいる。

本実施例においてはＲ，として−Ｃ、＋１２゜をＲ２炭
化水素基を用い特にＲ２はその分子中に２つの不斉炭素
を有している物質を液晶組成物に加えている。

本発明はとくに上記の構造のみに限定されることはなく
巾広い組合せが可能である。またＲ２の不斉炭素の位置
も上記例に限定されることはなく別の位置においても可
能で、特に上記物質が強誘電性液晶の場合、自発分極の
大きさに影響を与えるのみで分子の配列状態に影啓は与
えてはいなかった。

本実施例のＲ９として−Ｃ，Ｈ２゜、Ｒ２としては単体
でも強誘電性を示す液晶であったが、その液晶組成物を
示す温度が狭いため数種類の液晶組成物を混ぜ混合液晶
として使用した。

この混合液晶の転移温度は次のような物であります。

入法によりセル内に注入した。注入時は、混合液晶を等
方性液体状態にして注入するので、除冷を行ってゆくと
一部液晶状態の部分と等方性液体状態の部分が存在する
。この時液晶状態の部分は、配向制御膜４に施されたラ
ビング処理にそって、並びマイクロドメインを形成する
。さらに温度を下げて行くとさらに液体状態の部分より
新たに液晶部分が発生し同様にマイクロドメインを形成
する。

このようにしてセル全体がマイクロドメインで埋めるこ
とができるこのマイクロドメインの大きさは巾数μｍ長
さ数１００μｍの細長いものであった。

そして、各Ｃａ５ｅの液晶の配向状態を偏光顕微鏡によ
って観察を行った。液晶材料はラビング処理によって配
向膜４に発生したひずみエネルギーを緩和する方向に配
向しそのドメインの大きさは、そのひずみエネルギーの
大きさとつり合っている。

ドメインの大きさの実測値は、Ｃａ５ｅｌで１０ｐｍ　
Ｘ２００．ｃｚｍ、Ｃａ５ｅ２で８μｍＸ２００μｍ程
度が主な大きさであり、はぼセル全面にマルチドメイン
が発生しており、基板内での部分的な配向の片寄りは存
在しなかった。

又、これらの表示特性を調べてみると、１つの画素（４
００μｍ角）に対し、２０以上の微小なドメインが存在
し、１つの画素の表示の反転も片寄りがなく均一な反転
特性を得られた。

Ｃａ５ｅ２のようなマルチドメイン配向状態を光学顕微
鏡にて観察を行ったところ、第２図に見られるように、
従来見られたジグザグ欠陥等は存在せずむしろ各ドメイ
ン８領域の境界９がすべて欠陥を含んだ状態であり、そ
の欠陥が小さいため、セル全体では均一な配向が得られ
ているように見られた。このような液晶に対し、室温付
近の温度状態で、上下の電極３，３゛間に外部より電圧
を加え液晶を駆動した±ＩＯＶの三角波を加えその反転
の様子を観察したところ液晶はマイクロドメイン８単位
で反転を行い、従来のようにモノドメイン内で母型ドメ
インを形成して反転することはなかった。　また各ドメ
インの反転もほぼ同時に行われており、セル全体で見る
と、全体が同時に反転しているように観察された。

又、セルの中央付近と、端部と液晶の反転はほぼ同じで
場所による反転状態の違いも見られなかった。

〔効　果］ 本発明により、従来の技術的進歩の方向とは逆の方向で
あるマルチドメイン配向を行うことができその結果全体
として均一な配向状態を得ることができた。

ジグザグ欠陥等光学的に大きな影響の出る欠陥が発生せ
ず均一な表示特性と高いコントラスト比を実現できた。

さらにマルチドメイン各々の反転特性が揃っているので
全体で均一な液晶駆動が可能となった。

また、モノドメインを形成させるための複雑な技術工程
が不要であり工業的にも生産しやすくなった。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明で用いた液晶電気光学装置セルの概略を
示す。 第２図は本発明の液晶の配向状態を示す。 第３図は強誘電性液晶を模式的に現した図を示す。 第４図は液晶の取り得る状態を現す。 ２．２’、、、、基板 ３．３’、、、、電極 ４．４’、、、、配向制御膜 ５　　　　、、、、液晶 ８　　　　、、、、マイクロドメイン 図面の浄書（内容に変更なし） 第３図　７７ １ろ 弔　４１＋　　因 手続補正書（方式） １、事件の表示 昭和６２年特許願第２５３１８０号 ２、発明の名称 液晶電気光学装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住所　神奈川県厚木市長谷３９８番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極と液晶材料を初期配列させる配向部が形成され
   た一対の平行基板間に、強誘電性を示す液晶を含む液晶
   組成物が狭持された液晶電気光学装置において、前記液
   晶組成物中には一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただしＲ＿１は炭化水素基、Ｒ＿２は分子鎖中に少な
   くとも２つの不斉炭素を有する炭化水素基を示す。） で示される物質が含まれていることにより前記平行基板
   間において、マルチドメイン配向を形成していることを
   特徴とする液晶電気光学装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記一般式中Ｒ＿
   ２は２つの不斉炭素を有し、その分子中の炭素の数は６
   〜１２であることを特徴とする液晶電気光学装置。