JPH0355519A - 液晶表示素子 - 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】 ［発明の分野］ 本発明は液晶表示素子に関する．さらに詳しくは、本発
明は双安定性の向上した強誘電性液晶表示素子に関する
． ［発明の技術的背景および従来技ｍｌ 従来より、時計、コンピューター１　ワードプロセッサ
ーなどに使用されている液晶表示素子は、その基本構造
として、透明電極上に配向膜を設けた二枚の透明電極基
板が配向膜を内側にして配置され、その間に液晶が封入
される構造をとっているものが普通である．一般に、液
晶表示素子においては、液晶をある方向にそろえて配列
させる、すなわち配向させる必要があるため、上記のよ
うな液晶表示素子では配向膜を設けることで液晶分子を
配向させている． このような液晶表示素子はネマチック液晶をねじれ構造
にしたツイスティドネマチック（Ｔ　Ｎ）モードによる
表示が主流である．ところが、このＴＮ型液晶表示素子
は応答速度が遅く，現状では２０ミリ秒が限度であると
いう欠点を有しており，高速応答性が要求されるテレビ
ジョンパネルなどに利用する際の大きな問題となってい
る．これに対して、最近、高速応答性のある強誘電性液
晶が新しいディスプレーの分野を拓くものとして期待さ
れ、研究されている。

強誘電性液晶は電界の変化に対して速やかに応答するだ
けでなく、加えられる電界に応答して第一の光学的安定
状態と第二の光学的安定状態のいずれかをとり、且つ電
圧の印加のないときはその状態を雑持する性質，すなわ
ち双安定性（メモリー性ともいう）をも有している．従
って、強誘電性液晶を利用した液晶表示素子では、二つ
の状態間を切り替えるときだけパルス状の電圧を加えれ
ばよいので、従来のような光学状態を雑持するための電
源や電子回路などが不要となり、電力の消費量も従来の
液晶表示素子に比べて低減する．すなわち、強誘電性液
晶を利用した液晶表示素子は、簡単な構造で、高速応答
性を実現した液晶表示素子であるといえる． 上記の強誘電性液晶表示素子の双安定性は以下のように
して評価することができる。すなわち、直交ニコル下に
液晶表示素子をおき、明状態となるようなパルスを加え
、その直後の透過率（工゛）を測定する．さらに、単位
時間（数ミリ秒）経過後の透過率（ＩＮ・）を測定した
後、先とは正負を逆転したパルスを印加して暗状態とし
、その直後の透透過率（Ｉ−）を測定する．次に、単位
時間経過後の透過率（Ｉト）を測定し、以下の式（２）
によってメモリー性Ｍ（％）を算出する． 強誘電性液晶表示素子における上記の双安定性は、駆動
電圧を印加する以前の液晶の配向状態（初期配向状態）
に強く影響され、従来より用いられているポリイミドを
ラビング処理した配向膜の間に強誘電性液晶を封入した
液晶表示素子ではメモリー性が４０〜５０％程度と、充
分満足のいくものとは言えなかった． このような問題を解決するために、い〈っかの提案がな
されている．たとえば、特開昭６３−１０６６２６号公
報には、配向膜としてシリヵ変性ポリビニルアルコール
を用いた強誘電性液晶表示素子が開示されている．また
、第１４回液晶討論会講演予稿集ｐ．　１３２〜ｐ．１
３３にはアミノ系シランカップリング剤、ポリビニルア
ルコールおよびポリイミドを配向膜としたセルに交流電
界を印加することによって双安定性の向上を図る方法が
記載されている．また、特開昭６３−８４０２８号公報
には、ヒドロキシスチレン重合体を配向膜としたセルに
交流電界を印加した液晶表示素子が開示されている． 上記のような提案は、強誘電性液晶表示素子の双安定性
をある程度改善するものであるが、時間を経るに従って
双安定性が低下するおそれ、すなわち経時安定性に不安
がある上に、耐湿性，耐熱性にも問題がある． ［発明の要旨］ 本発明の目的は、経時安定性があり、耐湿性、耐熱性に
も優れている、双安定性の向上した強誘電性液晶表示素
子を提供することにある。

上記の目的は、本発明の、透明電極上に配向膜を設けた
二枚の透明電極基板を配向膜を内側にして配置し、その
間に強誘電性液晶を封入してなる液晶表示素子において
；前記配向膜の少なくとも一方が、無機酸化物微粒子を
分散含有する下記（１）式で表わされる繰り返し単位を
有するヒドロキシスチレン重合体からなり，前記強誘電
性液晶の封入後に直流もしくは周波ａＩ　Ｋ　Ｈ　ｚ以
下の交流電界が前記二枚の透明電極基板間に印加された
ことを特徴とする液晶表示素子によって達戊できる． 式： 十〇Ｈ　−　ＣＨ　２　＋ Ｒ （１） ０Ｈ （Ｒはフェニレン基を表わす．） なお、上記の直流もしくは周波数１ＫＨｚ以下の交流電
界の印加とは、液晶の配向を制御するためのものであり
、液晶表示素子を駆動するための電界印加（通常、１Ｋ
Ｈｚ以上の交流電界）とは異なるものである．また、上
記のヒドロキシスチレン重合体は、上記（１）式で表わ
される繰り返し単位を少なくとも５０モル％以上有する
重合体である． 本発明者は、無機酸化物微粒子を分散含有するヒドロキ
シスチレン重合体からなる配向膜を有するセルに強誘電
性液晶を封入し、直流もしくは周波数１ＫＨｚ以下の交
流電界を印加すると、双安定性が向上し、しかもその双
安定性が経時安定性、耐湿性、耐熱性に優れたものであ
ることを見出し、本発明に到達したものである． 本発明の液晶表示素子は配向膜として無機酸化物微粒子
を分散含有するヒドロキシスチレン重合体を用いており
、従来の無機酸化物微粒子を分散含有しないヒドロキシ
スチレン重合体などの配向膜とは異なる表面で液晶に接
するために、上記のような効果が得られるものと考えら
れる．以下に本発明の好ましい態様を列記する。

（１）上記無機酸化物の金属成分がケイ素、チタン、ジ
ルコニウムおよびアルミニウムからなる群より選らばれ
る少なくとも一種の金属であることを特徴とする液晶表
示素子． （２）上記無機酸化物の微粒子の粒径が０．０１７ｔｍ
〜０．２ＩＬｍであることを特徴とする液晶表示素子． （３）上記無機酸化物の含有量が、配向膜全体に対して
重量比で２０％〜９５％であることを特徴とする液晶表
示素子． （４）上記直流もしくは周波数１ＫＨｚ以下の交流電界
の強度が、１〜５　０　Ｖ　／　ｇ　ｍであることを特
徴とする液晶表示素子． （５）上記電界の印加の時間が、１秒から６０分である
ことを特徴とする液晶表示素子．（６）上記ヒドロキシ
スチレンが下記（３）式で表わされる繰り返し単位を有
するｐ−モノヒドロキシスチレン重合体であることを特
徴とする液晶表示素子． 式： ０Ｈ （７）上記ヒドロキシスチレンが上記（１）式で表わさ
れる繰り返し単位を５０モル％以上有するヒドロキシス
チレン共重合′体であることを特徴とする液晶表示素子
． （８）上記ヒドロキシスチレンが上記（１）式で表わさ
れる繰り返し単位を７０モル％以上有するヒドロキシス
チレン共重合体であることを特徴とする液晶表示素子． （９）上記ヒドロキシスチレンが上記（１）式で表わさ
れる繰り返し単位を有するヒドロキシスチレン●ホモポ
リマーであることを特徴とする液晶表示素子． ［発明の構成］ 添付図面を参照しながら本発明の液晶表示素子の構或に
ついて説明する． 第１図は、本発明の液晶表示素子の一例を示す断面図で
ある．透明基板！ａ，ｌｂ上に，透明電極２ａ．２ｂ、
配向膜３ａ．３ｂがそれぞれ、この順に重層されて、透
明電極基板５、６を構成している．透明電極基板５、６
はそれぞれ配向膜３ａ、３ｂを向い合せるように配置さ
れ、その間に強誘電性液晶４を封入している．本発明の
液晶表示素子は、この配向１１３ａ、３ｂの少なくとも
一方が、無機酸化物微粒子を分散含有するヒドロキシス
チレン重合体からなること、および強誘電性液晶４が封
入後に直流もしくは周波数１ＫＨｚ以下の交流電界が前
記二枚の透明電極基板間に印加されたことを特徴とする
． 本発明の液晶表示素子は第１図に示したものだけでなく
、電気絶縁層を設けたり、スペーサーを使用したり、偏
光板を設けたりといった通常の液晶表示素子について行
なわれる態様が，すべて可能である．特に、両配向膜間
の間隙（すなわち液晶層の層厚）、を確保するためにス
ベーサーが使用されることは好ましい．スベーサーとし
ては，ガラスファイバー、ガラス●ビーズ、プラスチッ
ク●ビーズ、アルミナやシリカなどの金属酸化物粒子が
用いられる．スペーサーの粒径は、用いられる液晶，配
向膜材料，セルギャップの設定、スペーサーとして用い
る粒子などによって異なるが、１．２ｇｍから６４ｍが
一般的である．本発明の液晶表示素子に用いられる透明
基板，透明電極，強誘電性液晶は、すべて従来から強誘
電性液晶表示素子に用いられている公知のものが利用で
きる． 例えば、透明基板としては、平滑性の良好なフロートガ
ラスなどガラスの他，ポリエチレンテレフタレート、ポ
リブチレンテレフタレート等のポリエステル、エボキシ
樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリカーボネート
、ボリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテル
イミド、アセチルセルロース，ポリアミノ酸エステル、
芳香族ボリアミド等の耐熱樹脂、ポリスチレン、ポリア
クリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリア
クリルアミド，ポリエチレン、ポリプロピレン等のビニ
ル系ポリマー、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂
及びそれらの変性体等から形成されたプラスチックフィ
ルムを挙げることができる． 透明電極としては、酸化インジウム（Ｉ　ｎ２０３）、
酸化スズ（Ｓｎａ２）およびＩＴＯ（インジウム●スズ
●オキサイド）等を挙げることができる． また、本発明に用いられる強誘電性液晶は従来より知ら
れているものが使用できる． 強誘電性を有する液晶は、具体的にはカイラルスメクテ
ィクＣ相（Ｓｍｃ●）、Ｈ相（ＳｍＨ●）、Ｉ相（Ｓｍ
Ｉ●）、Ｊ相（ＳｍＪ”）．Ｋ相（ＳｍＫ”），Ｇ相（
ＳｍＧ●）またはＦ相（ＳｍＦ・）を有する液晶である
． 以下に、本発明に利用することのできる強誘電性液晶を
例示する． シップ塩基系強誘電性液晶としては、以下のような強誘
電性液晶を挙げることができる：（ｎ＝５〜１　０、 １　２、 １４） （ｎ＝７〜１　０、 １ ４） （ｎ＝７、 ８、 １　４） （Ｘ＝Ｃ｝Ｉ３のとき ｎ＝６　〜　１　２、 １　４ Ｘ＝Ｃｌのとき ｎ＝６．　　８　、 １０．１４ Ｘ＝ＣＮのとき ｎ＝７　〜　１　０、 １４） （ｉ＝０　のとき　ｎ＝７ ｉ＝１　　のとき　ｎ＝８）． また、水酸基を導入したシップ塩基系液晶としては、以
下のようなものを挙げることができる．（ｎ＝６、 １　０、 １４． １８） （ｍ＝１のとき ｎ＝７　〜　１０ ｍ＝２のとき ｎ＝４〜１０）， 二級アルコールを不斉源としたシップ塩基系強誘電性液
晶としては，以下のようなものを挙げることができる． （ｍ＝１のとき ｍ＝２のとき ｍ＝３のとき ｍ冨４のとき ｎ＝６　、　８、　ｌ　Ｏ、　１　４、　ｌ　８ｎ＝８
、　１０．　　１４、　１８ ｎ　＝　１　０ ｎ＝　　１　　０）　　、 さらに、 ハロゲンが不斉炭素に直結した強誘電 性液晶としては、 以下のようなものを挙げること ができる． （ｎ＝４、 ５〜８、 ｉｏ） （Ｘ＝Ｈ、 Ｘ，−ＯＨ、 Ｘ＝Ｈ、 Ｘ＝ＯＨ、 Ｙ＝Ｃ文のとき Ｙ＝Ｃ文のとき Ｙ＝Ｂｒのとき Ｙ＝Ｂ　ｒのとき ｎ＝５　、　６、 ｎ＝５　、　９、 ｌ　４ ｎ＝１ｏ ｎ＝１０） エ　４ ｌ　Ｏ　、 （Ｘ＝ＨのとＳ　　ｎ＝５、６、１０、１４Ｘ＝ＯＨの
とき　ｎ＝５、６，１０，１４．１　８）． さらに、上記以外にも、例えば以下のようなものを挙げ
ることができる． Ｃ文 Ｃ文Ｒ ＣｆＬ ＣＨ３ ＣＨ３ ＣＭ ＣＨ３ 上記以外にも、たとえば、『高速液晶技術』（シーエム
シ一発行）　ｐ．　１２７〜１６１に記載されているよ
うな公知の強誘電性液晶がすべて、本発明に使用するこ
とができる． また、具体的な液晶組成物としては、チツソ■製のＣＳ
−１０１１、ＣＳ−　１　０　１　３、ＣＳ−１０１５
、メルク社製のＺＬＩ−３４８８、ＺＬＩ−３４８９，
帝国化学産業■製のＨＳ一９８Ｐ．ＨＳ−７８Ｆ　（い
ずれも商品名）などを挙げることができるが、これに限
定されるものではない．これらの液晶の中には液晶に溶
解する二色性染料、減粘剤等を添加しても何ら支障はな
い． 次に、本発明の液晶表示素子の＃徴のーっである配向膜
について述べる． 本発明の液晶表示素子は二枚の配向膜の少なくとも一方
が、無機酸化物微粒子を分散含有するヒドロキシスチレ
ン重合体からなっている．このような配向膜は、たとえ
ば、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化物の縮合物
、あるいは一般式二Ｍ−０−ＲまたはＭ−０−ＣＯＣＯ
Ｒ　（ここで、Ｍは無機金属元素、Ｏは酸素、Ｃは炭素
、Ｒは有＊Ｍ）　で表されるオルガノオキシドとよばれ
る無機水酸化物の右機酸エステルもしくはアルコキサイ
ドと、ヒドロキシスチレン重合体とを含有する塗布液を
基板上に塗布し、加熱することにより形成することがで
きる．上記の材料のうち、無機酸化物の分散がよくなる
ので、オルガノ才キシドもしくはオルガノオキシドによ
って表面改質された無機酸化物を用いることが好ましい
． 本発明に用いられるヒドロキシスチレン重合体は上記（
１）式で表わされる繰り返し単位を５０モル％以上有す
る重合体であるが、繰り返し単位は７０モル％以上でこ
とが好ましく，さらにヒドロキシスチレン●ホモポリマ
ーであることが好ましい．また、繰り返し単位の構造と
して、ベンゼン環のバラ位に水酸基が一つ付いたｐ−モ
ノヒドロキシスチレンを有するｐ−モノヒドロキシスチ
レン重合体が一般的である．共重合体の場合、共重合の
相手としては、たとえば、アクリロニトリル、ブタジエ
ン、メチルメタクリレートなどを挙げることができる． 以上のようにして形威された配向膜中の無機酸化物微粒
子の粒径は０　．　０　１　ｇｍ〜０．２ｐｍが一般的
であり、無機酸化物の含有量は配向膜全体に対して重量
比で２０％〜９５％であるのが好ましい．また無機酸化
物の金属成分としては、ケイ素、チタン、ジルコニウム
およびアルミニウムからなる群より選らばれる少なくと
も一種の金属が好ましい． 配向膜の膜厚は用いる液晶によって異なるが、２００λ
〜２　０　０　ｏ′Ａが好ましい．次に，本発明の液晶
表示素子を製造する例を順を追って以下に述べる． 透明基板上に常法によって設けられた透明電極上に、前
記の無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化物の縮合物
および無機水酸化物の有機酸エステルからなる群より選
らばれる少なくとも一つの化合物と、ヒドロキシスチレ
ン重合体とを含有する塗布液を基板上に塗布する．塗布
液には、前記成分以外にも基板との接着を増したり、あ
るいは塗布液の粘度を調整する目的などで、副成分とし
て他の高分子重合体や有機金属などが添加されていても
よい．塗布は透明電極上に直接行なってもよいし、また
、透明電極上に絶縁層を設け、その上に塗布してもよい
． 透明電極基板上に設けられた塗布膜は、１１０℃〜３５
０℃での加熱処理がされた後、ナイロン、ポリエステル
，ポリアクリロニトリルのような合或繊雑、綿、羊毛の
ような天然繊維などでラビング処理される． 上記のようにして製造した、透明基板、透明電極および
配向膜からなる透明電極基板を少なくとも一方に持つ一
対の透明電極基板を配向膜が内側になるようにして、間
隙をあけて相対させ、セルとする．この間隙の大きさ、
すなわちセル・ギャップは０．５ｇｍ〜５μｍ程度が一
般的である．次ぎに、このセル内に強誘電性液晶を注入
、封止した後に徐冷し、電界印加処理を施す．電界印加
処理は、直流もしくは１ＫＨｚ以下の交流を上記の透明
電極間に印加することで行なわれる。この封止された液
晶への電界印加は、液晶が強誘電性を示すカイラルスメ
クティク相のとき行なうのが一般的であるが、場合によ
っては強誘電性を示さない相で行なってもよい．電界処
理の時間は通常１秒〜６０分である．また電界の強さは
、１〜５０■／ＩＬｍが適当である．この電界処理によ
り、液晶は二つの光学的安定状態の間を効果的に移行す
ることができる配列状懲をとることができるようになる
． 以上のようにして、本発明の液晶表示素子を製造するこ
とができる． もちろん、本発明の液晶表示素子は、使用目的に応じて
偏光板、電気絶縁層、カラーフィルターなど、従来の液
晶表示素子に設けられる構威を設けることができる． 次に本発明の実施例を記載する．ただし、本発明はこの
実施例に限定されるものではない。

【実施例ｌ］ 二枚の厚さ１．１ｍｍのガラス板のそれぞれに、インジ
ウムースズ酸化物（ＩＴＯ）の膜を形威した．このＩＴ
Ｏｆｉｕきのガラス板のどちらにも、次の組威の塗布液
をスビナーで塗布した．塗布液； 表面改質ＳｉＯ２エタノール分散液 ［固形分３０％］　（オルガノシリカゾル：　ＯＳＣＡ
Ｌ　１２３２　［触媒化或■製］）●◆・・・・●４５
重量部 ポリ（ｐ−モノヒドロキシスチレン） （商品名レジンＭ［丸善石油■製］） ・・・●・●・２０重量部 キシレン （関東化学■製）●●◆●●◆・・４３５重量部Ｎ−メ
チルピロリドン （関東化学■製）　　　・・●●◆◆５００重量部スビ
ナーの条件は、回転数２　５　０　Ｏ　ｒ．ｐ．ｍ．、
時間３０秒であった．塗布後、１時間ｉａｏ’ｃで加熱
処理した．この塗膜の両方ともに、膜面をナイロン●ロ
ーラーでラビング処理し、それぞれのラビング処理面を
内側にして、ラビング方向が同一になるように二枚のガ
ラス板を重ね合せて、セル・ギャップが２ｐｍのセルを
作成した．このセルにメルク社製のＺＬＩ−４２３７−
１００を１００℃で注入し、３℃／分で室温まで徐冷し
た． このセルに対して、２０Ｖで２分間直流電圧を印加し，
さらに正負を逆転して２０Ｖで２分間直流電圧を印加し
て、本発明の液晶表示素子を得た． 上記のようにして得た実施例ｌの液晶表示素子を、直交
二コル化で観察したところ、いずれの液晶表示素子も液
晶は均一な配向を示していた．また、実施例１の液晶表
示素子を、電圧１０■．幅５００枇秒、２５Ｈｚのパル
スでメモリー性を測定したところ、８０％であった。さ
らに、４５℃、湿度８０％の環境下で１週間放置したの
ち、駆動テストを行なったが，メモリー性に変化は観察
されなかった． 実施例ｌから明らかなように、本発明の液晶表示素子は
、経時安定性があり、耐湿性、耐熱性にも優れている双
安定性の向上した強誘電性液晶表示素子である．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示素子の構成例を模式的に示
す断面図である． １ａ．１ｂ ２　ａ、　２ｂ ３　ａ、　３ｂ ４ ５、　６ ：透明基板 ：透明電極 ：配向膜 ：液晶 ：透明電極基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明電極上に配向膜を設けた二枚の透明電極基板を
   配向膜を内側にして配置し、その間に強誘電性液晶を封
   入してなる液晶表示素子において；前記配向膜の少なく
   とも一方が、無機酸化物微粒子を分散含有する下記（１
   ）式で表わされる繰り返し単位を有するヒドロキシスチ
   レン重合体からなり、前記強誘電性液晶の封入後に直流
   もしくは周波数１ＫＨｚ以下の交流電界が前記二枚の透
   明電極基板間に印加されたことを特徴とする液晶表示素
   子。 式： ▲数式、化学式、表等があります▼（１） （Ｒはフェニレン基を表わす。）