JPH0222625A - 強誘電性液晶パネル - 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 本発明は液晶パネルに係わり、特に強誘電性液晶パネル
に関する。

従来の技術 従来の技術を以下、図を用いて説明する。

現在、液晶表示装置としてツィステッドネマティック（
Ｔ　Ｎ　；　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）型表示
方式が最も広く用いられている。しかし、他のデイスプ
レィ（プラズマデイスプレィ、エレクトロルミネッセン
スデイスプレィ等）と比較すると応答速度の点で劣って
おり、大巾な改善が現在まで見られていない。最近、強
誘電性液晶を利用した表示方式が発表され、その速い応
答速度の他に高いマトリックス性を有する可能性を持つ
ことから非常に注目を集めている。（参考文献エヌ、ニ
ー、クラーク、ニス、ティー、ラガーウェル：アボライ
ズ。

フィジックス、レイダーズ、、　　（Ｎ、Ａ、Ｃ１ｅｒ
ｋ、　Ｓ、Ｔ。

Ｌａｇｅｒｗａｌｌ　；Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ
、　、）３６，８９９（１９８０）およびティー、ハラ
ダ、他、ニスアイデイー８５ダイジェスト　（Ｔ、Ｈａ
ｒａｄａ、　ｅｔ　ａｌ、　ＳＩＤ　’８５　ＤＩＧＥ
ＳＴ）　１６１３１　（１９８５）　’）本発明者らは
この表示方式に適応した液晶物質の開発を主たる目的と
している。

まず、強誘電性液晶について図を用いて説明する。強誘
電性液晶とは強誘電性を示す液晶のことを言う。結晶の
対称性の理論から強誘電性を示すためにはまず液晶分子
が不斉中心を有しておらなければならず、また層構造を
有しかつ層内で分子が傾いている必要がある。このよう
な対称性を満足する液晶相としてスメクチックＣカイラ
ル相、スメクチック■カイラル相、スメクチックＣカイ
ラル相などが現在まで発見され強誘電性液晶相として認
められている。本明細書では強誘電性液晶相の中で最も
高い対称性を有するスメクチックＣカイラル相を用いて
その性質を説明する。第２図は強誘電性液晶分子の模式
図である。強誘電性液晶は通常、スメクチック液晶と呼
ばれる層構造を有する液晶である。分子は層の垂線方向
に対してθだけ傾いている。また強誘電性液晶は不斉中
心をもつことがらラセミ体でない光学活性な液晶分子に
よって構成されている。分子の構成として第２図に示す
ように強誘電性液晶分子は分子の長袖に垂直な方向に自
発分極となる永久双極子モーメントを有しており、カイ
ラルスメクチックＣ相においては第２図の円錐形（以下
コーンと呼ぶ）の外側を自由に動くことができる。また
コーンの中心点０より液晶分子に対して下したベクトル
はＣダイレクタ−と呼ばれている。第２図において２１
は液晶分子、２２は永久双極子、２３はＣダイレクタ、
２４はコーン、２５は層構造、２６は層法線方向、２７
は傾き角θを示している。

強誘電性液晶分子は不斉原子を有しているため通常、ね
じれ構造を有している。このねじれ構造を第３図に示す
。第３図より層の法線方向にねじれ構造が存在すること
がわかる。

第３図において３１は液晶分子、３２は永久双極子モー
メント、３３はねじれの周期を表すピッチ（Ｌ）３４は
層構造、３５は層の法線方向、３６は傾き角θを表す。

次に強誘電性液晶の動作原理について図を用いて説明す
る。強誘電性液晶パネルのセル厚（ｄ）、がピッチより
厚いとき（ｄ＞Ｌ）、セル基板表面の影響はセル中央部
まで及ばないため、通常、ねじれ構造を持った状態で存
在する。しかしセル厚がピッチより小さいとき（ｄ＞Ｌ
）ねじれ構造は基板表面の力でほどかれ第４図（ａ）の
ような分子が基板表面と平行になった二つの領域（ドメ
イン）が現れる。この二つの領域は分子の持つ永久双極
子モーメントがそれぞれ反対の方向を向いているもので
あり、一方は紙面裏から表方向へもう一方は紙面表から
裏方向へ向いている。これはそれぞれ層法線に対する分
子の傾き角に対応している。

このとき紙面裏方向から表方向に電界を印加すると永久
双極子モーメントは全て電界の方向に向き第４図℃）の
ように分子が全て＋θの傾き角を持った状態となる。こ
のような状態で偏光板の偏光子（Ｐ）の偏光軸方向を、
分子の長袖方向に検光子（Ａ）の偏光軸方向を分子の短
軸方向に平行にすると（第４図（ｂ）参照）偏光子（Ｐ
）を通過した直線偏光は複屈折を受けずに透過し検光子
（Ａ）により遮られ暗状態が得られる。また電界を逆方
向に印加すると第４図（Ｃ）のように分子が全て−θの
傾きを持つ状態となり偏光子を通過した直線偏光は複屈
折効果により検光子を通り抜は明状態が得られる。第４
図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）において４１は電界の方向、
４２は分子の永久双極子モーメント、４３は層構造、４
４は傾き角θ、４５は偏光子（Ｐ）、検光子（Ａ）の偏
光軸をそれぞれ表している。

以上のように電界の正負により明暗の状態をそれぞれ得
ることができる。（文献：福田、竹添、近藤、二強誘電
性液晶を使った高速デイスプレィ、オブトロニクス、９
合、６４頁、１９８３年）またこのようにセル厚がピッ
チより小さいセル（ｄ＜Ｌ）においては通常ねじれ構造
がほどけているため電界を取り除いた後も分子はそのま
まの状態で安定であり、いわゆるメモリー効果が生じる
といわれている。

発明が解決しようとする課題 しかし、従来のように上下基板に通常、用いられるポリ
イミド（ＰＩ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）など
の配向膜材料を用いて配向を行った場合、強誘電性液晶
がツイスト状態をとってしまいパネルのメモリー効果に
悪い影響を与えるという問題点があった。第５図にツイ
スト構造の模弐図を示す。ここで５１は上基板、５２は
下基板、５３はオーバーコート層、５４は強誘電性液晶
分子、５５は自発分極の双極子モーメントを表している
。

課題を解決するための手段 上記の問題点を解決するため強誘電性液晶パネルにおい
て、基板表面の少なくとも一方にアミノ系のシランカッ
プリング剤を用いることによりツイスト状態を形成しに
くいような、より表示品位の高い強誘電性液晶パネルを
作製できる。

作用 基板表面の少なくとも一方にシランカップリング剤を用
いることでツイスト状態の出現を抑え、メモリー効果の
強い強誘電性液晶パネルを実現するという作用がある。

またマトリクスパネルにおいてブラックマトリクス化の
効果も有る。

実施例 以下本発明の名称の一実施例の強誘電性液晶パネルにつ
いて図を用いて説明する。

用いたシランカップリング剤の構造式を以下に示す。

八、　　　ＮＨｚ　　ＣＨｚ　　Ｃ５Ｎ１１ＣＨｚ　　
ＣＨｚ　　５ｉ（ＱＣ）ｌｚ）３　（７ミ／系）Ｂ、　
　　Ｎ１１ｚ　　Ｃ１１ｚ　　ＣＩＩｚ　　ＣＨｚ　　
５ｔ（ＯＣＨ３）＋　　　　　　　　（７ミノ系）Ｃ，
−ＣＨｚ＝ＣＨ５ｉ（ＯＣＨｚ　　ＣＬＯＣＨ３）３　
　　　　　　　　　（ビニル系）Ｄ、　　　ＣＨｚ＝Ｃ
ＨＳｉ　（ＯＣＪｓ）３　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（ビニＩＳ系）Ｆ、　　５ＨＣＨｚ　　ＣＨｚ
　　ＣＨｚＳｉ（ＯＣＨｓ）＊　　　　　　　　　　　
（チオール系）これらのシランカップリング剤を溶媒に
イソプロピルアルコールを用いて、それぞれ１ｗｔ％に
希釈した溶液を作成した。

（１）ラビングパネル作成 次にインジウム−スズ酸化物からなる透明性導電膜を設
けたガラス基板上にスピンナーを用いてこれらの溶液を
それぞれ、塗布した。いかにその塗布条件および乾燥条
件を示す。

・塗布　　−・・・２０００ｒｐｍ、　Ｌ５秒・乾燥　
　・・・・・・１５０°Ｃ，３０分次にこれらの基板を
ナイロン布により、ラビングし、配向膜とした。

（２）斜方蒸着パネル 斜方蒸着層に用いる物質として、−酸化ケイ素（ＳｔＯ
）を用い、抵抗加熱法により加熱し、蒸着を行った。ま
た基板はガラス基板上に導電性インジウム・スズ酸化物
を蒸着したもの（ＩＴＯ基板）を用いた。膜厚は基板垂
直方向からの厚さで約１５００人とした。このようにし
て作成した配向層付基板の一方に、前記のシランカップ
リング剤の０．２ｗｔ％溶液としたものをスピンナーに
より塗布した。塗布条件は前記の条件と同じである。こ
のようにラビング法と斜方蒸着法により作成したシラン
カップリング剤を表面に有するパネルを作成した。゛セ
ル構成を第１図に示す。ここで１は上下の偏光板、２は
上下のガラス基板、３は透明電極層、４は斜方蒸着によ
る配向膜層、５はナイロン１２により表面極性を変化さ
せた層、６は強誘電性液晶層、７は対向基板間の距離（
セル厚）を−定にさせるためのスペーサーを表している
。このように対向電極間に強誘電性液晶を封入し強誘電
性液晶パネルを作成した。実施例に用いた強誘電性液晶
材料はエステル系の混合物であり、温度範囲が０°Ｃ〜
５８°Ｃまで強誘電性を示す液晶材料を用いて行った。

下に用いた強誘電性液晶の相転移温度を示す。

Ｃｒ　−一→Ｓ　ｍ　Ｃ＊　−−→Ｓ　ｍ　Ａ　−−→
Ｃｈ〜０°Ｃ５８°Ｃ８２°Ｃ −→Ｉｓ。

９５°に こで、Ｃｒ　　：結晶相 ＳｍＣ＊　：スメクチックＣカイラル相ＳｍＡ　　：ス
メクチックＡ相 Ｃｈ　　：コレステリック相 Ｉｓｏ　　：等方性液体 このようなセルに強誘電性液晶を注入し徐冷することに
より良好に配向したモノドメインの強誘電性液晶パネル
を得た。セル厚は２．０μｍとした。

このようにして作成した強誘電性液晶パネルの初期配向
を第１表に示す。

第１表より、ラビング配向パネル、斜方蒸着パネルとア
ミノ系シランカップリング剤を塗布したものは初期状態
においてツイスト構造を示さず、ユニフォーム状態しか
示さないことがわかる。両面ともアミノ系シランカップ
リング剤を塗布したものはユニフォームの二つの状態を
示し、片面の場合はユニフォームの一つの状態のみを示
す。これはマトリクスパネルにおいてブラックマトリク
ス化が容易であることを示している。他のシランカップ
リング剤ではツイスト状態が安定となってしまった。こ
のパネルを用いて、電圧−透過率曲線（以下、Ｂ−Ｖ曲
線とする）を測定した。

Ｂ−Ｖ曲線の測定に用いた光学実験系を第７図に示す。

第６図において光源６１より発せられた白色光は偏光子
６２を通り液晶セル６３に直線偏光として入射した後、
検光子６４を通って集光レンズ６５によって集光され光
電子倍増管６６で感知され、ストレージオシロ６７によ
りＢ−Ｖ曲線として測定される。なお液晶セルにはプロ
グラマブルパルスジェネレーター６８により任意の波形
を加えることができるようにした。

このような実験系において斜方蒸着法により、作成した
、アミノ系シランカップリング剤を片面のみ塗布した構
成を有する強誘電性液晶パネルのＢ−Ｖ曲線を測定し、
メモリー効果を調べた。結果を第７図（ａ）（ト））に
示す。第７図（ａ）は印加電圧、第７図（ｂ）は対応す
る輝度曲線を表す。第７図（ａ）（ト））より、パルス
高さ＋２０■、幅２．０ｍｓのパルスが印加されたとき
輝度は約３２％と大きく明状態が得られた。次に電圧が
無印加（０■）となったときにも輝度はそのままで分子
がパルス印加時と同じ場所におり、メモリー効果がある
ことがわかる。

また、−２０Ｖのパルスが印加されると輝度は小さくな
り約１％と最も暗い状態となった。また、電圧無印加の
状態となっても輝度はそのままでメモリー効果の強いこ
とがわかる。両面塗布した強誘電性液晶パネル、あるい
はラビング法で作成したパネルでも同様な結果が得られ
た。これらの光学特性から、アミノ系シランカップリン
グ剤を用いた強誘電性液晶パネルにおいてはツイスト構
造は全くみられず、メモリー効果が強いことがわかった
。また片面塗布したパネルでは電極部以外の部分もツイ
スト状態ではなく−様なユニフォーム状態となっており
、ブラックマトリクスとして利用できることがわかった
。

発明の効果 （１）　　本発明は強誘電性液晶パネルにおいて基板表
面にアミノ系シランカップリング剤を用いることでツイ
スト構造を形成しにくいメモリー性の強い、表示品位の
良好な強誘電性液晶パネルを得ることができる効果を有
する。

（２）また片面塗布の場合はブラックマトリクスとして
も利用できることがわかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるアミノ系シランカップリング剤
を塗布した強誘電性液晶パネルの構成図、第２図は強誘
電性液晶の構造を表す模式図、第３図は強誘電性液晶の
ねじれ構造を表す模式図、第４図（ａ）　（ｂ）　ｆｃ
）は薄いセル厚の強誘電性液晶パネルにおいての動作原
理を表す模式図、第５図はツイスト構造を表す模式図、
第６図はおよび実施例のＢ−Ｖ曲線測定に用いた光学系
の模式図、第７図（ａ）（ｂ）は本発明の強誘電性液晶
パネルのメモリー性を示すグラフである。 ５・・・・・・アミノ系シランカップリング剤。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ばか１名１−　偏光
板 ？−上下基板 ６−　　強誘覧底液晶 ７−　　スペーサー 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 吟 間 〔罐Ｓε０）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶層を対向する電極を有した一対の基板間に挟
   持してなる液晶パネルにおいて前記液晶層が強誘電性液
   晶である強誘電性液晶パネルにおいて、前記基板表面層
   の少なくとも一方がアミノ系のシランカップリング剤で
   あることを特徴とする強誘電性液晶パネル。
2. （２）強誘電性液晶層を配向制御をラビング配向法で行
   ったことを特徴とする請求項（１）記載の強誘電性液晶
   パネル。
3. （３）強誘電性液晶層を配向制御を斜方蒸着法で行った
   ことを特徴とする請求項（１）記載の強誘電性液晶パネ
   ル。