JPH03168724A

JPH03168724A - 強誘電性液晶電気光学装置

Info

Publication number: JPH03168724A
Application number: JP31002289A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sato; 正彦佐藤
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1991-07-22

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】〔発明の利用分野〕本発明は強誘電性液晶を用いた液晶電気光学装置に関す
る。

〔従来の技術〕

現在、世界的に研究が進んでいる強誘電性液晶は従来、
時計、電卓等に応用されてきたＴ　Ｎ　（Ｔｗｉｓｔｅ
ｄ　Ｎｅ＋ｍａｔｉｃ）型液晶に比較して、応答速度が
速い、視野角が広い等の点で優れている。

強誘電性液晶の速い応答速度は、液晶自身の持つ自発分
極に起因している。一般に強誘電性液晶の応答時間は自
発分極、外部電界に反比例し、粘度に比例するために、
従来自発分極の小さい強誘電性液晶は応答速度が遅いた
め使えないものとされ、自発分極の大きい強誘電性液晶
の開発が進められてきた。しかしながら、ごく最近にな
ってこの自発分極が強誘電性液晶のスイッチング特性に
重大な影響を与えていることが明らかになっている。

すなわち自発分極の存在により、この分極電荷が外部電
界を印加しない状態でも液晶層内に電界を形成し、液晶
層内のイオン性不純物の偏在を生じさせ、その結果逆に
イオン性不純物が液晶分子の自発分極を拘束するために
、正常状態において双安定性を示す強誘電性液晶分子が
単安定にならざるを得なくなるのである。（「焼き付け
」現象と称する）ところで、液晶装置の配向膜としてはポリイミド，ポリ
アミド，ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の有機高分
子化合物，もしくはＳｉＯ等の斜方蒸着膜が用いられて
いる。なかでも作業性．耐熱性に優れたポリイミドは広
く使用され、その溶液を基板上に塗布し、溶剤を除去し
た後、必要に応じて熱処理して、ポリイξド膜を形成し
た後ラビング処理がなされる。

〔従来の技術の問題点〕

しかしながら、ボリイξド配向膜は表面にカルボニル基
の酸素原子が多く存在しており、界面付近の極性は負に
なっている。従って、一対の基板の液晶に接する面の両
方にポリイミドからなる配向膜を用いた場合、強誘電性
液晶分子の電気双極子（５）は第２図に示すように上下
の配向膜界面で逆向きとなっている。このため、初期配
向状熊でねじれ配向（ツイスト）となり高いコントラス
トは得られない。第２図において電気双極子（５）は矢
印の先を−（マイナス）側とする。

また、ＰＶＡを両面に用いた場合においては、ポリイミ
ドの場合とは逆にＦＬＣ分子の双極子は界面側を向きや
すい。その結果ポリイξドの場合と同様ツイスト配向を
生じやすくなってしまう。

さらに、ＰＶＡは吸水性が高いため、その特性が不安定
であるため、液晶配向膜としては使用しづらい。

また、大画面の液晶表示装置の駆動法としては一般に時
分割駆動法が用いられている。この駆動法は走査線を順
々に選択してその選択期間内に液晶にＯｎ，　Ｏｆｆの
信号を印加して、駆動を行う方法である。だが、前に述
べたような液晶層内のイオン性不純物の偏在が生じて液
晶分子が単安定状態になると、選択期間内に印加される
パルスによって分子が反転しても、非選択期間内には元
の状態に戻ってしまう。このたぬ、極度にコントラスト
が低下してしまう。

さらに、液晶表示装置の電極は通常マトリックス構造で
あるため、非選択期間内にもある大きさ（選択期間に印
加されるパルスよりは小さいカリのパルスが印加されて
しまう。液晶のＯｎ，　Ｏｆｆは、選択期間内のパルス
によって決定されるのでこの非選択期間のパルスによっ
て液晶が応答してしまうことはコントラストの低下をも
たらし、好ましくない。

〔発明の目的〕

上記問題点を解決するため本発明は、強誘電性液晶のツ
イスト配向ではなく、安定なユニフォーム配向を得るこ
とを目的とし、さらには非選択期間内での電圧パルスに
応答しない、安定で高コントラストの得られる強誘電性
液晶電気光学装置を得ることを目的とする。

〔発明の構或〕

上記目的を達或するため、本発明は一対の電極基板間に
強誘電性液晶を介在せしめた液晶電気光学装置において
、前記一対の電極基板のうち一方の基板の液晶に接する
面にはポリイミドよりなる薄膜が形成されていて、他方
の基板の液晶に接する面にはエチレンーボリビニルアル
コール共重合体が形成されていることを特徴とする。

また、特に、強誘電性液晶電気光学装置の誘電正接が１
０ｋＨｚの電圧を印加した際に０．１以下の場合、非選
択期間内に液晶に印加されるパルスに、液晶がほとんど
応答しないことを本発明者は見出した．非選択期間内に印加されたパルスに液晶が応答しないこ
とにより、選択期間内に印加されたパルスによって決定
された分子の状態を非選択期間においても、ほぼ完全に
保持するため高コントラストの表示を得ることができる
。

強誘電性液晶電気光学装置の誘電正接を０．１以下にす
る方法としては、一対の基板の液晶に接する面に違う配
向膜，特にポリイミド膜とエチレンーボリビニルアルコ
ール共重合体の組合せを用い、かつそれらの厚さを概ね
５００人以下，好ましくは３００人以下にすることによ
って得られる。５００人以下という薄い配向膜を用いる
ため、配向膜の抵抗値が下がり、前述の「焼き付け」現
象をも回避することができる。

エチレンーボリビニルアルコール共重合体は、以下に示
すような構造式からなり、液晶分子の電気双極子を引き
つけやすいというＰＶＡの性質を残しているため、本発
明を用いることによって第１図に示すように強誘電性液
晶分子の双極子を一方向に揃えることができ、ねじれ配
向（ツイスト）を生じさせることがなくなり、高コント
ラストが得られる。

（Ｃ｝Ｔｚ　　ＣＨ）−　−　（ＣＨｚ　　ＣＨｚ）　
，，ＯＨここで、ｎ／　（ｍ＋ｎ）　Ｘ　１００をエチレン含量
（ｍｏｌＸ）と称し、ｍ＋ｎを重合度と称する。本発明
は、エチレン含量が２０〜８０％の時、有効であり、３
０〜６０％の時、特に好ましい。

また、エチレンーボリビニルアルコール共重合体は、エ
チレンがＰＶＡに重合されたことによってＰＶＡの吸水
性を低下せしめたものであるため、その性質は極めて安
定でありほとんど変化しない。

次に、誘電正接について説明する。

液晶素子はその等価回路を第３図のように表すことがで
きる。ただし、（６）は抵抗Ｒ，（７）はコンデンサー
Ｃである。・この回路に角周波数ωの交流電圧■を印加
した時、損失電流或分（ｒ，＝ｃｖ；Ｇ＝１／Ｒ）の充
電電流或分（Ｉ，＝ωＣＶ）に対する割合は、ＩＬ／Ｎ
，＝Ｇ／ωｃ＝ｔａｎδとなる。ここでｔａｎδが誘電
正接と呼ばれ、δは誘電損角である。誘電正接は印加す
る電圧の角周波数によって異なる値を示す。そのため本
発明においては、１０ｋＨｚの電圧を印加した時の誘電
正接の値について述べるが、１０　ｋ　ｌＩ　ｚの電圧
印加時での誘電正接が０．１以下であれば、液晶電気光
学装置での非選択時の電圧パルスに液晶分子がほとんど
応答しないという現象が得られることを本発明者は見出
した。

以下実施例によって本発明を説明する。

〔実施例１〕ＩＴＯ薄膜を直流マグネトロンスパッタ法にてソーダガ
ラス上に作製した後、フォトリソグラフィー法にてバタ
ーニングを行うことにより、電極を作製した後、ポリイ
ミドのＮ−メチル−２−ビロリドン：ｎ−プチルセルソ
ルブ＝３：１（体積比）の１．５％溶液を回転数４００
Ｏｒｐｍにてスピンコート法を用いて２０秒間塗布した
。その後、２８０゜Ｃで約２時間加熱焼戒処理を施した
。こうして作製したボリイごド膜の厚さは約３００人で
あった。こうして得られたポリイミド膜をベルベットに
より一方向にラビングを行った。

また、他方のソーダガラス上に同様に電極を作製した後
、エチレンーボリビニルアルコール共重合体（エチレン
含量４４ｍｏ　ｌ％，重合度１０００　）をＮ−メチル
−２ピロリドンにＩ％（重量）となるように加熱溶解し
た後回転数３００Ｏｒｐｍのスピンコート法で２０秒間
塗布した。そして、約２時間２００℃で加熱し、溶剤を
除去した。膜厚は約３００人であった。

その後、直径が２．５μｍのポリスチレン粒子２０ｍｇ
をイソプロビルアルコール（　Ｉ　Ｐ　Ａ）　５０ｃｃ
に混合し、超音波を印加してよく分敗させた後、スピン
コート法を用いて１０００ｒｐｍ　，　２０秒間の条件
下において一方の基板上に散布した。

そして、一対の基板を貼り合わせてパネルを作製した。

この後、以下の表に示す特性を有する強誘電性液晶をパ
ネル内に真空注入法により注入した後、Ｕ■硬化接着剤
にて注入孔を封止した。

相系列：　ｒｓｏ　　　　Ｓｎ＋Ａ　　　　ＳｍＣ”　
　−　Ｃｒｙ転移温度７　　　　６Ｂ’Ｃ　　　５１゜
Ｃ　　　　−１．５゜Ｃ自発分極：　　　８ｎＣ／ｃｍ
”　（２　５゜Ｃ）コーン角＝　３２° （表中、Ｉｓｏ：等方相，　ＳｍＡ：スメクテイツクＡ
相，ＳｍＣ”：カイラルスメクテイツクＣ相，　Ｃｒｙ
：結晶）こうして作製された強誘電性液晶パネルの誘電
率をインピーダンスアナライザーにて測定し、誘電正接
を求めた結果、この値は０．０８であった。

この強誘電性液晶パネルを駆動回路に接続し、輝度計を
用いてコントラストを測定した。この時には時分割駆動
を行ってコントラストの測定をした。その結果、コント
ラストは１８という高い値であった。

また、参考例として一対の基板の液晶に接する面の両方
にポリイミド薄膜を作製した場合、同一の強誘電性液晶
を用いたにもかかわらず、誘電正接は０．３３という値
になり、同様に測定したコントラストは２．８と低い値
になってしまった。

本実施例，参考例の２つの液晶パネルを偏光顕微鏡を用
いて観察したところ、本実施例のパネルについては、白
表示，黒表示ともに液晶の配同性も良く、鮮明な白一黒
表示が得られた。しかしながら、参考例のパネルについ
ては、特に黒表示部分がやや青みがかっていて、ツイス
ト配向をしていることがわかった。このツイスト配向の
ため、コントラストが低下してしまうのである。

さらに、参考例のパネルでは時分割駆動の際の非選択期
間内に液晶に印加される電圧パルスに液晶分子が応答し
てしまい、高コントラストが得られないのである。

〔実施例２〕実施例１と同様に電極を形成した基板上にボリイミドの
Ｎ−メチル−２−ピロリドン：ｎ−プチルセルソルブ＝
３７１（体積比）の１．５％溶液を回転数４００Ｏｒｐ
ｍにてスビンコート法を用いて２０秒間塗布した。その
後、２８０℃で約２時間加熱焼戒処理を施した。こうし
て作製したポリイミド膜の厚さは約３００人であった。

こうして得られたポリイミド膜をベルベットにより一方
向にラビングを行った。

また、他方のソーダガラス上に同様に電極を作製した後
、エチレンーボリビニルアルコール共重合体（エチレン
含量４４ｍｏ　ｌ％，重合度１０００　）をＮーメチル
−２ピロリドンに２％（重量）となるように加熱溶解し
た後回転数２５０Ｏｒｐｍのスビンコート法で２０秒間
塗布した。そして、約２時間２００゜Ｃで加熱し、溶剤
を除去した．膜厚は約６５０人であった。

その後、直径が２．５μｍのボリスチレン粒子２０ｍｇ
をイソブロビルアルコール（ＩＰＡ）５０ｃｃに混合し
、超音波を印加してよく分散させた後、スビンコート法
を用いて１０００ｒｐｍ　，　２０秒間の条件下におい
て一方の基板上に散布した。

そして、一対の基板を貼り合わせてパネルを作製した。

この後、実施例１と同じ強誘電性液晶をパネル内に真空
注入法により注入した後、ＵＶ硬化接着剤にて注入孔を
封止した。

こうして作製された強誘電性液晶パネルの誘電率をイン
ピーダンスアナライザーにて測定し、誘電正接を求めた
結果、この値は０．２６であった。この値が、実施例１
のパネルと比較して大きくなっているのは、エチレン−
ポリビニルアルコール共重合体膜の厚さが実施例１のパ
ネルよりも厚くなでいるからであると思われる。

この強誘電性液晶パネルを駆動回路に接続し、輝度計を
用いてコントラストを測定した。この時には時分割駆動
を行ってコントラストの測定をした。その結果、コント
ラストは１２という値であった。この値は表示装置とし
ては十分な値であるが、この値が実施例１のパネルに比
較して小さい原因を探索するために、パネルを通過する
光をフォトマルに入射させ、変換された電圧をオシロス
コープで観察した。その結果、液晶パネルを時分割駆動
を用いて表示を行っているため、非選択時の電圧パルス
にも液晶分子が応答してしまっていることが原因である
と判明した。これはパネルの誘電正接の値が実施例１の
パネルに比べて大きいからである。

本実施例の液晶パネルを偏光顕微鏡を用いて観察したと
ころ、前に述べた参考例のパネルのように黒表示部が青
みかがっているということはなかった。そのため、液晶
の配向性は均一なユニフォーム配向が得られていること
がわかった。

〔実施例３〕実施例１と同様に電極を形成した基板上にボリイξドの
Ｎ−メチル−２−ピロリドン：ｎ−プチルセルソルブ＝
３：１（体積比）の１．５％溶液を回転数４００Ｏｒｐ
ｍにてスビンコート法を用いて２０秒間塗布した。その
後、２８０″Ｃで約２時間加熱焼戒処理を施した。こう
して作製したポリイミド膜の厚さは約３００人であった
。こうして得られたポリイ２ド膜をベルベントにより一
方向にラビングを行った。

また、他方のソーダガラス上に同様に電極を作製した後
、実施例１と同様にエチレン−ポリビニルアルコール共
重合体（エチレン含１３２ｍｏｌ％，重合度１５００）
をＮ−メチル−２ピロリドンに１％（重量）となるよう
に加熱溶解した後回転数３０００ｒｐｍのスピンコート
法で２０秒間塗布した。そして、約２時間２００゜Ｃで
加熱し、溶剤を除去した。膜厚は約３００入であった。

そして、本実施例においてはエチレンーボリビニルアル
コール共重合体を形或した基板も一方向にラビング処理
を施した。

その後、直径が２．５μｍのボリスチレン粒子２０ｍｇ
をイソプロビルアルコール（　Ｔ　Ｐ　Ａ）　５０ｃｃ
に混合し、超音波を印加してよく分敗させた後、スビン
コート法を用いて１０００ｒｐｍ　，　２０秒間の条件
下において一方の基板上に散布した。

そして、一対の基板を貼り合わせてパネルを作製した。

ただし、この時、一対の基板に行ったラビングの向きが
互いに同じ向き（パラレルと称する）になるように貼り
合わせた。

この後、実施例１と同じ特性を有する強誘電性液晶をパ
ネル内に真空注入法により注入した後、ＵＶ硬化接着剤
にて注入孔を封止した。

この後、液晶パネルをＦＰＣを用いて駆動回路と接続し
、表示を行いコントラストを測定した。

その結果２１という高い値が得られた。また顕微鏡によ
って液晶分子の観察を行ったが、白表示，黒表示ともに
鮮明であってツイスト配向ではないことが判明した。

また、パネル作製時に基板を貼り合わせる向きを１８０
＠かえて基板を貼り合わせた。つまり、一対の基板に施
されたラビング処理の向きを反平行にしたパネルについ
ても同様に測定を行ったが、コントラストは２２と高く
、液晶の配向性も均一なユニフォーム配向が得られた。

〔効果〕

以上述べたように、本発明を用いることによって、応答
速度の速い強誘電性液晶表示装置の「焼き付け』現象を
起こすことがなくなり、さらには液晶分子のツイスト配
向によるコントラストの低下を防ぐことができ、加うる
に液晶パネルの誘電正接を０．１以下にすることにより
、時分割駆動を行った際に非選択期間内に液晶に印加さ
れる電圧で液晶分子の応答が非常に小さくなり、コント
ラストの低下を押さえることができた。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は、本発明を用いた際の強誘電性液晶電気光学装
置内の液晶分子の状態を示す。第２図は、従来の強誘電性液晶電気光学装置内の液晶分
子の状態を示す。第３図は、液晶電気光学装置の等価回路を示す．１・・
強誘電性液晶分子２・・ポリイ旦ド膜３・・エチレンーボリビニルアルコール共重合体膜４・・・ＩＴ○電極５・・・電気双極子６・・・抵抗７・・・コンデンサー

Claims

【特許請求の範囲】１、一対の電極基板間に強誘電性液晶を介在せしめた液
晶電気光学装置であって、前記一対の電極基板のうち一
方の基板の液晶に接する面にはポリイミドよりなる薄膜
が形成されていて、他方の基板の液晶に接する面にはエ
チレン−ポリビニルアルコール共重合体が形成されてい
ることを特徴とする強誘電性液晶電気光学装置。２、特許請求の範囲第１項において、強誘電性液晶電気
光学装置の誘電正接が、１０ｋＨｚの交流電圧を印加し
た際に０．１以下であることを特徴とする強誘電性液晶
電気光学装置。