JPH0354328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気光学装置における液晶材料の配
列方法に係り、特には、直流駆動型電気光学装置
における液晶材料の平行配列に適した導電性基板
の製造方法に関する。

液晶材料をその中に有する電気光学装置を作製
するに際し、液晶材料の均一な分子配列（整列）
を誘起することがいくつかの理由から望ましい。
例えば、液晶材料の時間的応答性はなかんずく液
晶材料の配列に依存し、液晶材料の配向の均一性
は、液晶材料の「フイールドオフ（fieldoff）」外
観に影響を与えることによつて電気光学装置のコ
ントラスト比に影響を及ぼす。この発明は直流駆
動型電気光学装置において液晶材料の平行配列を
誘起しこれを維持する方法に係わる。

液晶装置における平行配列はラビングによつて
初めて誘起された（P.Chatelain，Bulletin
Society France Mineral，第６巻105頁（1973）、
D.W.Berreman，Physics Review Letters，第
28巻1683頁（1973）および米国特許第3834792
号）。しかしながら、ラビングは、投影表示や光
データ処理に用いられるシステムにおける偏光子
で容易に見える不均一しま状組織を生み出す。

液晶材料の平行配列を誘起する改善された技術
は、高価でしかも交流駆動にしか適用できない
が、(1)角度をつけてSiOを蒸着すること（米国特
許第3834792号および第3938242号）、(2)基板上に
被着されたSiO₂をイオンビームエツチングによ
り微細加工すること（「ア・ニユー・メソツド・
フオー・インデユーシング・ホモジニアス・アラ
インメント・オブ・ネマチツク・リキツド・クリ
スタルズ」（Michael J.Little他）Liquid
Crystals and Ordered Fluids第３巻499頁
（1978））、および(3)被覆されるべき表面を含む平
面に対して約5°の角度をつけて不導電性基板上に
無機フイルムを真空蒸着すること（米国特許第
3885860号）である。

導電性基板を、後にそれと接触する液晶材料の
安定な平行配列を誘起するために、イオンビーム
エツチングする試みは成功していない。この試み
は確実性がなくしかも不安定な結果に終つている
（第７回国際液晶会議（1978年７月１日〜５日）
に提出されたMyerによる「アラインメント・オ
ブ・ネマチツク・リキツト・クリスタルズ・バ
イ・サーフエス・ダイポールズ」）。

すなわち、現在まで本発明者の知るところで
は、直流駆動型電気光学装置において電極として
用いられる導電性基板上に液晶材料の平行配列を
安定かつ均一に誘起するための方法はないといえ
る。

均一に平行配列された液晶材料を含む直流駆動
型電気光学装置について検討した結果、導電性基
板を実質的に透明な有機重合体で被覆し、ついで
この被覆された基板を浅い角度で微細加工して該
基板被膜の表面内に多数の実質的に均一な平行な
溝を設けることによつて安価にしかも容易に液晶
材料を導電性基板上に平行配列させることができ
ることを見い出した。この方法によつて、後に接
触する液晶材料の分子を協調的に配列させる導電
性基板が提供され、またこの方法による液晶材料
の配列は繰返し再現可能であり、しかも安定であ
る。

したがつて、この発明の目的は直流用導電性基
板上に液晶材料の平行配列を誘起するための方法
を提供することである。

また、この発明の目的は導電性基板上に液晶材
料の安定な平行配列を誘起しこれを維持するため
の比較的安価な方法を提供することである。

さらに、この発明の目的は導電性基板の表面上
に液晶材料を該基板表面と平行に再現性よく配列
するための方法を提供することである。

既述のように、直流駆動型電気光学装置に用い
る導電性基板上に液晶材料の平行配列を誘起する
ための改善された方法を種々検討した結果、まず
導電性基板例えばインジウム−スズ酸化物
（ITO）、硫化亜鉛（ZnS）、硫化カドミウム
（CdS）、酸化インジウム（In₂O₃）、酸化スズ
（SnO）、クロム（Cr）、銀（Ag）、金（Au）、お
よびアルミニウム（Al）上に実質的に透明（可
視波長領域に対して）な有機重合体被膜を形成
し、ついでこの被覆された表面を微細加工してそ
の中に多数の微細溝を形成することによつて導電
性基板上に液晶材料の優れた平行配列が誘起され
ることを見い出し、本発明を完成するに至つた。
上記微細溝は後にそれと接触する液晶材料を配向
させる。

この明細書で用いている「液晶材料」という語
は液晶化合物、導電性ドーパントを含有する液晶
化合物の混合物、またはそれ自体液晶化合物では
ない適当な溶媒中の液晶化合物の混合物を意味す
る。フエニルベンゾエートエステルから誘導され
た液晶化合物が動的散乱モードの電気光学装置の
作製に主たる関心をなす。しかし、この発明の方
法はフエニルベンゾエート系液晶化合物の配列に
限定されるものではない。この発明の方法は、シ
ツフ塩基類、アゾキシベンゼン類、ビフエニル類
およびフエニルシクロヘキサン類のような他の液
晶化合物の配列にも用いられる。

重合体被膜を適用する前に、選定された基板表
面から、有機洗浄剤（例えば、インターナシヨナ
ル・プロダクツ社（米国）から「ミクロ」という
商品名で市販されているもの）および無機溶媒
（例えば、トランセン社から「トランセン100」と
いう商品名で市販されているもの）を用いて、吸
収されている汚染物を充分に除去する。基板表面
から、吸収されている汚染物を除去するために、
他の適当な洗浄剤および溶媒を用いることができ
る。有機重合体を該基板表面に適用するには、重
合−溶媒溶液から被膜を適用するための通常の技
術を用いたり、プラズマ重合により有機重合体を
その場で形成したり、または溶融物を用いたり、
あるいは他の適当な方法を用いることができる。
Dietrich Meyehoferによる「キヤラクタリステ
イツクス・オブ・レジスト・フアイバーズ・プロ
デユースト・バイ・スピニング」、Journal of
Applied Physics第49(7)巻3993頁（1978年７月）
に記載されているようなスピンコート法が、これ
によつて均一な厚さの滑らかな被膜が得られるの
で、特に適している。

この発明において有用がある有機重合体には、
ポリビニルアルコール、プラズマ重合エタンおよ
びポリイミドである。１ないし10％ポリビニルア
ルコール水溶液（これは、化学会社から豊富に購
入できる安価な材料から容易に調製できる）を用
いたときに最も良い結果が得られる。重合体被膜
を水溶液から適用した場合、被膜から全ての水分
を除くことが必要である。この除去は、乾燥雰囲
気中100℃を越える温度の下で、被覆された基板
を焼成することによつて達成できる。また、この
焼成によつて、重合体は硬化し、それによつて微
細加工がしやすくなる。

普通に信じられていることとは反対に、イオン
ビームエツチングによつて浅いエツチ角度で重合
体被膜を再現性よく微細加工できる。具体的なエ
ツチング条件は用いた重合体の種類および基板材
料の種類によつて異なる。しかしながら、ポリビ
ニルアルコール（PVA）被膜については、当該
被膜を、2400ボルト、最大電流0.18アンペアで５
秒ないし３分間動作し0.12ミリアンペア／cm²の電
流密度を生み出す装置からのエツチ角度20°のア
ルゴンイオンビームで打撃し、かつ基板がITOま
たはZnSのいずれかである場合、液晶材料の良好
な配列が得られている。一方、同じ操作条件でエ
ツチング時間を5.5分間おこなつたところPVA被
膜はITO基板から剥離してしまつた。

イオンビーム源からの試料の距離、特定のイオ
ンビーム源、エツチ角度および操作圧力のような
操作パラメーターを最適化する試験は結論されて
いないが、操作圧力１×10⁴torrでアルゴンイオ
ンビームを用い試料−イオンビーム源が5.08cm
（２インチ）の場合、好適であることがわかつて
いる。10°ないし30°のエツチ角度が平行配列の誘
起に適している。肝心なことは、当該重合体被膜
内に、該被膜を損傷することなく、実質的に均一
に平行な溝をつけるような操作パラメーターを選
定することである。さらに、該溝は重合体被膜を
貫通して基板表面に達してはならない。焼成した
重合体被膜に平行な溝をつけるために、イオンビ
ームエツチングが適していることがわかつている
が、重合体被膜を破損しない他の異方性エツチン
グ法を用いることができる。このような方法は、
例えば、D.F.Downey他による「イントロダクシ
ヨン・ツウ・リアクテイブ・イオン・ビーム・エ
ツチング」Solid State Technology第24巻、No.
２、124頁（1981年２月）に記載されている。

以下、この発明の実施例を記す。

実施例 １ 配列試験に用いた複数の電極は、オプテイカ
ル・コーテイング・ラボラトリー社（OCLI）か
ら供給された、インジウム−スズ酸化物（ITO）
被膜を有する厚さ約0.32cm（１／８インチ）のガ
ラスであつた。これら電極を洗浄剤および有機溶
剤で清浄化して、吸収されている汚染物を除去し
た。各電極を、2000rpmのホトレジストスピンナ
ーを用い60秒間でポリビニルアルコールPVA）
溶液で被覆した。１つの例では、アメリカン・リ
キツド・クリスタル・ケミカル・コーポレーシヨ
ンから商品名SA−72で入手した重合体溶液（ポ
リビニルアルコール水溶液）をそのままの濃度で
用い、他の例では、これを水で１：４まで希釈し
て用いた。１〜５％ポリビニルアルコール水溶液
（例えば、デユポン・ケミカル社から入手できる
Elvanolグレード71〜30）や同様のものを用いて
同じ結果を得ることができる。

各電極を重合体で被覆した後、窒素雰囲気中
100℃で16時間焼成して、液晶を分解させる恐れ
のある水分を基板から除去し、乾燥した被覆基板
表面を得た。

Vecco Microetch装置中で上記各基板をイオ
ンビームエツチング（IBE）したところ、ランダ
ムに分布した平行な溝が20ないし100〓相互に離
れて形成された。このイオンビームスパツタ装置
およびその操作については文献（例えば、M.J.
リトル他、Liquid Crystals and Ordered
Fluids，第３巻、497頁（1978））に詳しく記され
ている。

IBEされたPVA被膜を有する２つのITO電極、
１／４ミルのマイラー製スペーサおよびメルク・
ケミカル社のN.P.5液晶混合物を用いて典型的な
サンドイツチ型セルを組み立てた。クロスした偏
光子間で倍率125倍の顕微鏡下に表面の配列状態
を評価した。配列は良好で、均一であり、アパー
チヤー全体にわたつて暗色であつた。このセルを
可変グレーテイング（grating）モード（VGM）
で操作したところ、全表面領域にわたつて均一な
まつすぐな平行ドメインラインを示した。この
VGMセルを15ボルトの直流信号で64時間動作さ
せて配列の安定性を調べたところ、配列に変化は
なかつた。

実施例 ２ イオンビームエツチングされた重合体を用いた
実施例１の配列技術を硫化亜鉛（ZnS）電極につ
いて試験した。このZnS電極はITO基板上に５ミ
クロンの厚さのZnS層を蒸着することによつて作
製した。ZnS層のこの厚さおよび粗さのために、
現在まで、ポリツシング、およびラビングもしく
はイオンビームエツチングによつてこの電極を配
列させる有効な方法はなかつた。しかしながら、
ZnS層を重合体で被覆することによつて平滑な表
面が得られ、イオンビームエツチングを用いるこ
とが可能となつた。PVAで被覆されたZnSにつ
いての重合体被覆およびイオンビームエツチング
はPVAで被覆されたITOと同様におこなつた。
このZnS光伝導体および対向電極としてのITOか
ら、メルク社のN.P.5液晶および１／４ミルのマ
イラー製スペーサを用いて２つの液晶セルを作製
した。両液晶セルとも直流電圧を印加すると良好
で均一な均質配列および均一なドメイン構造を示
した。

以上述べたこの発明の方法は比較的安価で、安
定な再現性のある結果をもたらす。したがつてこ
の発明の方法は多くの光表示システムおよびデー
タ処理システム用の電気光学装置の作製に有用で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流駆動型電気光学装置における電極として
   用いられる導電性基板であつてそれと接触すべき
   液晶材料を平行配列させるためのものを製造する
   方法であつて、まず、導電性基板の表面に実質的
   に透明な有機重合体の均一な被膜を形成し、しか
   る後該表面被覆を浅いエツチ角度でイオンビーム
   エツチングにより微細加工することによつて該表
   面内に、それと接触すべき液晶材料を配列させ保
   持する実質的に均一な平行な多数の溝をつけるこ
   とを特徴とする方法。 ２ 基板が、インジウム−スズ酸化物、硫化亜
   鉛、硫化カドミウム、酸化インジウム、酸化ス
   ズ、クロム、銀、金およびアルミニウムよりなる
   群の中から選ばれた材料から形成された電極であ
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 有機重合体がポリビニルアルコールであり、
   被膜をエツチ角度30°以下でイオンビームによつ
   て打撃することによつて微細加工することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ エツチ角度が10°ないし30°である特許請求の
   範囲第３項記載の方法。 ５ (a)１ないし10％ポリビニルアルコール水溶液
   を提供し、(b)該溶液から基板の表面にポリビニル
   アルコールの被膜を形成して被覆された基板を作
   製し、(c)該被覆された基板を乾燥窒素下に焼成し
   て該被覆から全ての水分を除去し、しかる後(d)該
   被覆を、30°以下のエツチ角度でイオンビームに
   よつて打撃することによつて微細加工してその内
   に均一な溝を形成し、それによつてこれと接触す
   べき液晶材料を該溝の軸と平行に配列させかつ該
   ポリビニルアルコール被覆に付着させる表面を提
   供することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の方法。