JPH04223441A - 強誘電性液晶素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶組成物および液晶
配向膜を有する強誘電性液晶素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示は腕時計，電卓などだけ
でなく映像機器にも広く使われるようになり、液晶カラ
ーテレビも市場に出始めている。現在、そのカラー表示
用液晶パネルはネマチック液晶を用いたものがその主流
を占めている。しかし、そのネマチック液晶の諸特性は
理想的とは言い難く多くの問題を含んでいる。強誘電性
液晶はその速い応答速度、メモリー性などネマチック液
晶にはない諸特性を有しており、ディスプレイ装置への
応用が考えられ、多方面から研究が進められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの強誘
電性液晶は、初期に安定なメモリー特性が得られない。 または、初期に安定なメモリー特性および閾値特性を有
していても、それらの諸特性が経時的に劣化して、表示
品位が悪くなるといった問題を有している。

【０００４】すなわち、従来の表示装置では強誘電性液
晶素子の特性は経時的に劣化し、その結果、良好な初期
特性を維持することが困難である。本発明は上記従来の
液晶素子の課題に鑑み、初期に良好な配向およびメモリ
ー特性を得るための液晶配向膜と特性の経時変化をなく
すための液晶組成物、さらに、上下基板でのラビング方
向との組み合わせによる新規な強誘電性液晶素子を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の強誘電性液晶
素子は、液晶配向膜材料としてヘリックス構造を有する
ポリマーを使用し、かつ上下基板でのラビング方向が平
行でないことを特徴とする。

【０００６】請求項２の強誘電性液晶素子は、強誘電性
液晶組成物に塩基性の置換基を有する化合物が少なくと
も一種類添加され、液晶配向膜材料としてはヘリックス
構造を有するポリマーを使用し、かつ上下基板でのラビ
ング方向が平行でないことを特徴とする。

【０００７】請求項３の強誘電性液晶素子は、請求項２
において、塩基性の置換基を有する化合物がアミン系化
合物であることを特徴とする。請求項４の強誘電性液晶
素子は、請求項２において、塩基性の置換基を有する化
合物が脂肪族アミンであることを特徴とする。

【０００８】請求項５の強誘電性液晶素子は、請求項２
において、塩基性の置換基を有する化合物が脂肪族第１
アミンであることを特徴とする。請求項６の強誘電性液
晶素子は、請求項５において、脂肪族第１アミンが下記
一般式（Ｉ）で示され、式中Ｒ１　は炭化水素基である
が、Ｒ１　基の中に存在するＣＨ２　基は、基−Ｏ−，
−ＣＯ−，−ＯＣＯ−，および−ＣＯＯ−の少なくとも
一種により置換されてもよいことを特徴とする。

【０００９】 （Ｈ２　Ｎ−Ｒ１　−ＮＨ２　）　　　　　　………（
Ｉ）請求項７の強誘電性液晶素子は、請求項５において
、脂肪族第１アミンが下記一般式（ＩＩ）で示され、式
中Ｒ２　は炭化水素基であるが、Ｒ２基の中に存在する
ＣＨ２　基は、基−Ｏ−，−ＣＯ−，−ＯＣＯ−，およ
び−ＣＯＯ−の少なくとも一種により置換されてもよい
ことを特徴とする。

【００１０】 （Ｈ２　Ｎ−Ｒ２　）　　　　　　　　　　　　　　　
………（ＩＩ）請求項８の強誘電性液晶素子は、請求項
２において、塩基性の置換基を有する化合物が下記一般
式（ＩＩＩ）で示される脂肪族第２アミンであり、式中
Ｒ３　は（ＣＨ２　）ｎ　ＯＨ（ただし、ｎは１以上）
、Ｒ４　は炭化水素基であるが、Ｒ４　基の中に存在す
るＣＨ２　基は、基−Ｏ−，−ＣＯ−，−ＯＣＯ−，お
よび−ＣＯＯ−の少なくとも一種により置換されてもよ
いことを特徴とする。

【００１１】 請求項９の強誘電性液晶素子は、請求項８において、脂
肪族第２アミンがベンジルエタノールアミンであること
を特徴とする。

【００１２】請求項１０の強誘電性液晶素子は、強誘電
性液晶組成物にエポキシ系化合物が少なくとも一種類添
加され、液晶配向膜材料としてはヘリックス構造を有す
るポリマーが使用され、かつ上下基板でのラビング方向
が平行でないことを特徴とする。

【００１３】請求項１１の強誘電性液晶素子は、請求項
１０において、エポキシ系化合物がエポキシ樹脂である
ことを特徴とする。請求項１２の強誘電性液晶素子は、
請求項１０において、エポキシ系化合物がグリシジル基
の誘導体からなるエポキシ系化合物であることを特徴と
する。

【００１４】請求項１３の強誘電性液晶素子は、請求項
１０において、エポキシ系化合物が下記一般式（ＩＶ）
で示され、式中Ｒ５　は炭化水素基であるが、Ｒ５　基
中に存在するＣＨ２　基は、基−Ｏ−，−ＣＯ−，−Ｏ
ＣＯ−，および−ＣＯＯ−の少なくとも一種により置換
されてもよいことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明は上記した液晶組成物および液晶配向膜
、さらに上下基板でのラビング方向との組み合わせによ
り、初期における配向状態およびメモリー性を良好にし
、特性の経時的な劣化を防止することにより、良好なメ
モリー特性の寿命を格段に延長できる。

【００１６】

【実施例】最初に本実施例において使用した強誘電性液
晶材料の諸物性値を以下に示す。 液晶材料：ＺＬＩ−３６５４（ドイツ国　　ＭＥＲＣＫ
社製　　商品名） 相転移温度： Ｉｓｏ　　８６　　　　Ｃｈ　　７６　　　ＳｍＡ　　
６２　　ＳｍＣ＊　但し、Ｉｓｏ：等方性液体 Ｃｈ　：コレステリック相 ＳｍＡ：スメクチックＡ相 ＳｍＣ＊　：カイラルスメクチックＣ相また、チルト角
：２５°，Ｐｓ：２９ｎＣ　／ｃｍ２　である。 脂肪族アミンとしてポリオキシプロピレンジアミン（分
子量　２３０）を　０．３重量％添加したときの相転移
温度を以下に示す。

【００１７】Ｉｓｏ　　８３　　　　Ｃｈ　　７３　　
　ＳｍＡ　　５９　　ＳｍＣ＊　相転移温度は、偏光顕
微鏡によるテクスチャー観察、およびＤＳＣ（示差走査
熱量計）により測定した。

【００１８】なお、ポリオキシプロピレンジアミン（分
子量　２３０）の構造式は、下記に示す通りである。

【００１９】

【００２０】以下、本発明の一実施例の液晶素子につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の液晶
素子の概略構成を示す断面図である。ガラスまたはプラ
スチックの基板１１の上に、インジウム・錫酸化物より
なる透明電極（ＩＴＯ電極）層１２を形成し、その上に
配向膜としてヘリックス構造を有するポリマーを主成分
とする溶液を用いて塗膜を形成する。塗膜の形成法とし
ては回転塗布（スピンコート）法、浸漬塗布法、ロール
コート法、印刷法、エアーナイフコート法など工業的に
行なわれている様々な塗布法が適用可能である。

【００２１】このようにして塗布された分子内にヘリッ
クス構造を有するポリマー膜に、ラビングなどの配向処
理をほどこすことにより配向制御膜１３とする。この際
、上下基板でのラビング方向が平行でないように、ラビ
ングなどの配向処理をほどこす。配向制御膜１３を形成
した一方の基板の配向制御膜１３の側に、ガラスあるい
はプラスチックからなる円筒状あるいは球状のスペーサ
を樹脂中に分散させたスペーサ兼シール樹脂１４を、一
部のみ液晶の注入の際の開口部として残し、スクリーン
印刷を行う。２枚の基板を貼合わせ、スペーサ兼シール
樹脂１４を硬化した後、減圧下で開口部より液晶１５を
注入後、開口部を熱硬化型あるいは光硬化型の樹脂で封
止して強誘電性液晶セルを完成した。

【００２２】配向膜として牛血清アルブミン（ＢＳＡ）
を用い、上記の手順にしたがって完成した液晶セルの閾
値特性を図２に示す。図２の（ａ）（ｂ）は強誘電性液
晶材料としてＺＬＩ−３６５４のみをセルに注入した場
合の１０００時間後の閾値特性を示し、図２の（ｃ）（
ｄ）はＺＬＩ−３６５４に塩基性の置換基を有する化合
物としてポリオキシプロピレンジアミン（分子量　２３
０）を　０．３重量％添加して得られる強誘電性液晶組
成物をセルに注入した場合の１０００時間後の閾値特性
を示したものである。セルギャップは２μｍである。○
印は電圧を印加したときの最大の相対輝度であり、バル
クの応答を表わし、×印は一連の測定波形を１０００ラ
イン走査後の相対輝度であり、メモリー応答を表わす。

【００２３】この図２より、液晶のみを注入した場合の
１０００時間後の閾値特性が劣化しているのに対し、ポ
リオキシプロピレンジアミンを添加した液晶の閾値特性
は１０００時間後も対象かつ急峻な特性を維持している
。これはアミンによる配向膜表面の修飾の結果、配向膜
の極性が変化し、液晶と配向膜の界面状態が変化したた
めと考えられる。塩基性の置換基を有する添加剤の添加
量は限定されないが、実用上０．０１〜５重量％程度が
適当である。 適量以下では上記の添加効果はなく、したがって特性の
経時的な劣化が発生する。

【００２４】なお、液晶はＺＬＩ−３６５４に限定され
るものではない。また、透明電極層１２の上に、上下基
板間での短絡を防ぐ目的で絶縁層を片面あるいは両面に
形成し、その上に配向制御膜１３を形成してもかまわな
い。

【００２５】配向膜として用いるヘリックス構造を有す
るポリマーとしては、前記のＢＳＡや人血清アルブミン
、兎血清アルブミンなどのような血清タンパク質や、卵
白アルブミンのようなアルブミン類、ヘモグロビンなど
を含め種々のタンパク質が使用できる。また、アスパラ
ギン、グルタミン、ヒスチジン、ロイシン、メチオニン
、フェニルアラニン、トリプトファン、チロシン、バリ
ン、アラニン、シスチンなどのアミノ酸の単独重合体や
共重合体およびそれらの混合物も利用できる。

【００２６】前記したヘリックス構造を有するポリマー
を配向膜と強誘電性液晶との組合せにより初期の配向性
能や、スイッチング性能、メモリーの安定性の良い液晶
素子ができる。ここにおいて、液晶中に塩基性の置換基
を有する化合物を混合する目的は、このようにして得ら
れた優れた初期性能を長時間にわたって保持させんがた
めである。この際、液晶中に加える塩基性の置換基を有
する化合物の種類とその混合量は、液晶が強誘電性を損
なわない限り特定するものではないが、具体的にはベン
ジルアミン、シクロヘキシルアミン、フェニルエチルア
ミン、フェニルプロピルアミン、ベンジルエタノールア
ミン、ポリオキシプロピレンジアミンなどの液晶性を持
たない塩基性の置換基を有する化合物を、単独もしくは
２種以上を組合せて用いることができる。

【００２７】また、上記の塩基性の置換基を有する化合
物にかわってエポキシ系化合物を液晶中に混合しても有
効である。このエポキシ系化合物としては、ビスフェノ
ール型エポキシプレポリマー、脂環式エポキシプレポリ
マーおよび市販のプレポリマーなどの液晶性を持たない
エポキシ系化合物を、単独もしくは２種以上を組合せて
用いることができる。さらに、液晶分子の一部にアミノ
基あるいはグリシジル基を導入しても良い。 〔実施例１〕５．０ｇの牛血清アルブミンを　４９５．
０ｇの純水に溶かし、　１．０重量％の牛血清アルブミ
ン水溶液を調製した。次いで、この水溶液をＩＴＯ電極
のパターンを形成したガラス基板に回転塗布を行なった
。塗布の終わった基板を　１１０℃の電気炉に入れ、乾
燥を行なった。このように形成した塗膜に、レーヨンの
織布を用いて単一方向にラビング処理をほどこし液晶の
配向制御膜とした場合、液晶分子はラビング軸に対し約
７０°の角度を成して配列する。次に、この牛血清アル
ブミンの配向制御膜を形成したガラス基板を２枚用意し
、図３に示すようにその片方の基板（例えば、下側基板
３２）の配向制御膜を形成した面にスペーサ兼シール樹
脂３５として直径　２．０μｍのガラス繊維を分散した
酸無水物硬化型エポキシ樹脂を１辺のみ辺の中央部に５
ｍｍ幅の開口部３６を残して他の全周に　０．２ｍｍ幅
で印刷し、もう一方の基板（上側基板３１）上に直径　
２．０μｍの樹脂球を散布した上で、上側基板３１と下
側基板３２に形成した配向制御膜のラビング方向３３，
３４の成す角度を　１４０°にし、液晶分子の配向方位
が上下基板で平行になるようにし、かつ配向制御膜面を
対向させた状態で加圧し、　１４０℃で５時間加熱して
硬化接着した。接着後、減圧下で開口部から液晶（ＺＬ
Ｉ３６５４）に塩基性の置換基を有する添加剤としてポ
リオキシプロピレンジアミン（分子量　２３０）を　０
．３重量％添加したものを注入した。注入後、開口部を
市販の酸無水物硬化型エポキシ樹脂で封止した。さらに
、封入した液晶が等方相を示す温度、すなわち８５℃付
近まで加熱し徐々に温度を下げ、いわゆる強誘電性液晶
セルを完成した。

【００２８】図３はこの強誘電性液晶セルを示し、３１
は上側基板、３２は下側基板で３３，３４はそれぞれの
ラビング処理方向を示し、３５はシール樹脂である。完
成した強誘電性液晶セルは配向ムラの無い良好な配向状
態を示し、電圧印加により、メモリー特性の確保された
良好な電気光学特性が得られた。

【００２９】なお、上下基板でラビング方向の成す角度
を　１４０°にしたが、角度はこれに限定されるもので
はなく、それぞれの前後１０°の範囲で変化させた場合
も同様の結果であった。 〔実施例２〕５．０ｇの牛血清アルブミンを　４９５．
０ｇの純水で希釈し、　１．０重量％の牛血清アルブミ
ン希釈溶液を調製した。この溶液を用いて〔実施例１〕
に示した方法により牛血清アルブミンの配向制御膜を形
成し、これを用いて〔実施例１〕に示した方法により強
誘電性液晶セルを作製した。強誘電性液晶は同一の組成
物（ＺＬＩ３６５４）を用いたが、添加物としては０．
３重量％のエポキシプレポリマー（エピコート８２８　
：日本国　　シェル化学株式会社製　　商品名）を混合
した。

【００３０】このようにして作製した強誘電性液晶セル
は配向ムラの無い良好な配向状態を示し、電圧印加によ
り、メモリー特性の確保された良好な電気光学特性が得
られた。この良好な初期性能は、室内放置下で１０００
時間後も変化することなく保持された。 〔実施例３〕２．５ｇのヘモグロビンを　４９７．５ｇ
の純水で希釈し、　０．５重量％のヘモグロビン希釈溶
液を調製した。この溶液を用いて〔実施例１〕に示した
方法によりヘモグロビンの配向制御膜を形成した後、そ
の塗膜に上下基板でラビング方向の成す角度が　１７０
°になるようにラビング処理をほどこした。その後、〔
実施例１〕に示した方法により強誘電性液晶セルを作製
した。強誘電性液晶は同一の組成物（ＺＬＩ３６５４）
を用いたが添加物としては　０．３重量％のポリオキシ
プロピレンジアミン（分子量　４００）を混合した。

【００３１】このようにして作製した強誘電性液晶セル
は配向ムラの無い良好な配向状態を示し、電圧印加によ
り、メモリー特性の確保された良好な電気光学特性が得
られた。この良好な初期性能は、室内放置下で１０００
時間後も変化することなく保持された。 〔実施例４〕１．５ｇのポリアラニンと　１．０ｇのポ
リリジンとの混合物を　４９７．５ｇの純水で希釈し、
　０．５重量％の希釈溶液を調製した。この溶液を用い
て〔実施例１〕に示した方法により上下基板にそれぞれ
上記混合物からなる塗膜を形成した後、その塗膜に上下
基板でラビング方向が１４０°になるように塗膜にラビ
ング処理をほどこした。その後、〔実施例１〕に示した
方法により強誘電性液晶セルを作製した。強誘電性液晶
は同一の組成物（ＺＬＩ３６５４）を用い、添加物とし
ては　０．３重量％のポリオキシプロピレンジアミン（
分子量　４００）を混合した。

【００３２】このようにして作製した強誘電性液晶セル
は配向ムラの無い良好な配向状態を示し、電圧印加によ
り、メモリー特性の確保された良好な電気光学特性が得
られた。この良好な初期性能は、室内放置下で１０００
時間後も変化することなく保持された。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、強誘電性
液晶素子において透明電極のパターンを形成した上下一
対のガラス基板上に分子内にヘリックス構造を有するポ
リマーの塗膜を設け、その塗膜に上下基板で液晶分子の
配向方位が平行になるようにラビング処理を行い液晶の
配向制御膜として用い、かつ塩基性の置換基を有する化
合物を液晶組成物中に混合することにより、良好なメモ
リー特性の確保された、しかも均一でムラのない表示状
態を実現することができ、その優れた表示を長時間にわ
たり安定して保持させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の概略構成を示す断面図であ
る。

【図２】比較例の液晶素子の１０００時間後の閾値特性
図と本発明の液晶素子の１０００時間後の閾値特性図で
ある。

【図３】強誘電性液晶セルの平面図である。

【符号の説明】

１１　　　　　　　　基板 １２　　　　　　　　透明電極層 １３　　　　　　　　配向制御膜 １４，３５　　　　スペーサ兼シール樹脂１５　　　　
　　　　液晶 ３１　　　　　　　　上側基板 ３２　　　　　　　　下側基板 ３３　　　　　　　　上側基板のラビング方向３４　　
　　　　　　下側基板のラビング方向３６　　　　　　
　　開口部