JPH04345127A - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶表示素子に
関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、時計、コンピューター、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
。このような液晶表示素子の透明電極は、一般に、基板
上にストライプ状または格子状などの表示パターンの形
で形成されており、また配向膜はこの透明電極及び露出
した（表示パターン以外の）基板に塗布または蒸着によ
り設けられている。この二枚の透明電極基板はそれぞれ
配向膜を内側にして配置され、その間に強誘電性液晶を
封入されることにより液晶表示素子が製造される。従っ
て、封入された液晶は一般に配向膜のみに接している。 一般に、上記配向膜は、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、設けられ
ており、これにより液晶分子を配向させている。 【０００３】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（ＴＮ）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。 【０００４】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。 【０００５】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維持する
性質、すなわちメモリー性（双安定性ともいう）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維持
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
。 【０００６】上記強誘電性液晶に優れた高速応答性およ
び双安定性を与えるには、高いプレチルト角（液晶分子
長軸と基板とのなす角）などの優れた配向特性を付与で
きる配向膜が透明電極（基板）上に形成されていること
が必要である。従来のＴＮモードなどで用いられていた
、ポリマーなどの有機物からなる配向膜を電極基板上に
形成して一方向にラビング処理した透明電極基板に強誘
電性液晶を封入した場合は、均一な配向は得られるが充
分に高いプレチルト角が得られ難いとの問題があるが、
量産性には優れている。一方、ＳｉＯなどの無機化合物
を斜方蒸着して形成される蒸着配向膜は、強誘電性液晶
に高いプレチルト角などの優れた配向特性を付与でき、
優れた配向膜として知られている。従って、有機物の配
向膜と蒸着配向膜とは液晶表示素子の用途などにより使
い分けられている。 【０００７】上記高速応答性および双安定性を有する強
誘電性液晶は、自発分極を有し、このため液晶表示素子
の液晶内にはこの自発分極により生ずる電界が存在する
。この電界により液晶中の不純物イオンが泳動し易くな
っており、不純物イオンの偏在化が起こる。このような
イオンの偏在化が、強誘電性液晶のメモリー性の低下、
スイッチング異常の発生がもたらされることが、最近明
らかとなった。 【０００８】上記問題を解決するため、特開昭６３−１
６３４２６号公報には、液晶中にイオン吸着材料を存在
させることが提案されている。しかしながら、このよう
な材料の添加は、液晶の特性に影響を与え易く、一般に
使い難い。 【０００９】また、特開昭５９−１４９３２２号公報に
は、電極間を埋めるように厚く配向膜を形成した場合に
、一般のＰＶＡやポリイミドなどの配向膜では誘電率が
低いため大きい膜厚に伴なう電圧ロスが大きいため、高
誘電率の材料で配向膜材料として使用することが開示さ
れている。 【００１０】このような高誘電率の材料を用いた配向膜
は、前記不純物等のイオンによる電荷の偏在を防止する
と考えられる。しかしながら、この配向膜をラビング処
理しても強誘電性液晶に充分な配向性を与えることがで
きず、強誘電性液晶用の配向膜としては適さない。 【００１１】従って、前記不純物等のイオンの偏在によ
る、メモリー性の低下やスイッチング異常の発生のない
、諸特性に優れた強誘電性液晶表示素子は得られていな
い。 【００１２】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、メモリー性
に優れ且つスイッチング異常の発生のない強誘電性液晶
表示素子を提供することを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】上記目的は、基板上に、
ストライプ状また格子状の透明電極および配向膜がこの
順で設けられた二枚の透明電極基板を、それぞれ配向膜
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、少なくとも一方の透明電極
上に、高誘電率を有するポリマーからなる絶縁層が形成
されていることを特徴とする液晶表示素子により達成す
ることができる。 【００１４】本発明の液晶表示素子の好ましい態様は以
下の通りである。 【００１５】１）該高誘電率のポリマーの誘電率が、８
以上であることを特徴とする上記液晶表示素子。 【００１６】２）該高誘電率のポリマーが、シアノエチ
ルプルラン、シアノエチルセルロースおよび弗化ビニリ
デンからなる群より選ばれる少なくとも一種であること
を特徴とする上記液晶表示素子。 【００１７】３）該配向膜が、無機化合物の斜方蒸着膜
であることを特徴とする上記液晶表示素子。 【００１８】４）該配向膜の材料がＳｉＯ２　、ＳｉＯ
、ＴｉＯ２　、ＭｇＦ２　、ＣｅＯ、ＺｒＯ２　および
ＭｇＯのいずれかであることを特徴とする上記液晶表示
素子。 【００１９】５）該絶縁層が、塗布により形成されてい
ることを特徴とする上記液晶表示素子。 【００２０】６）該透明電極が、ストライプ状に形成さ
れていることを特徴とする上記液晶表示素子。 【００２１】 【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、ストライプ状
電極などの透明電極の表面に高誘電率のポリマーからな
る絶縁層を形成し、絶縁層上に配向膜が設けられている
。強誘電性液晶のもつ自発分極は、配向膜の下層に形成
された本発明の高誘電率のポリマーからなる絶縁層の存
在によりメモリー状態（電圧の非印加時）において、ほ
ぼ相殺されるており、その自発分極による電界の大きさ
は極めて小さなものである。このため、液晶中に含まれ
る不純物イオンは、殆ど静止して偏在するようなことが
ない。従って、本発明の強誘電性液晶表示素子は、メモ
リー性に優れた且つスイッチング異常の発生のない表示
素子であるということができる。特に、配向膜に無機化
合物の斜方蒸着膜を使用した場合に、優れたスイッチン
グ特性が得られ易い。 【００２２】［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成について説明する。 【００２３】図１は、本発明の液晶表示素子の一例の断
面図である。透明基板１１ａ、１１ｂ上に、透明電極１
２ａ、１２ｂ、絶縁層１４ａ、１４ｂおよび配向膜１３
ａ、１３ｂがそれぞれ、この順に積層されて、透明電極
基板二枚を構成している。二枚の透明電極基板はそれぞ
れの配向膜１３ａ、１３ｂが向い合うように配置され、
その間に強誘電性液晶１５が封入されている。本発明で
は、上記絶縁層１４ａ、１４ｂは高誘電率を有するポリ
マーから形成されている。 【００２４】絶縁層は、図１では両方の透明基板上に設
けたが、一方のみでも良く、また両方設けた場合でも一
方のみに上記高誘電率を有するポリマーから形成されて
いれば本発明の効果を得ることができる。配向膜はポリ
マー等からなる有機配向膜でも、無機化合物の斜方蒸着
膜でもよい。透明電極１２ａ、１２ｂは、共にストライ
プ状に形成され、その際、ストライブの形が互いに直交
するように形成されている。これによりマトリックス表
示が可能となる。また、上記透明電極は、一方のみスト
ライプ状に形成されていてもよい。 【００２５】上記強誘電性液晶は、自発分極を有し、液
晶内にはこの自発分極により生ずる電界が存在し、これ
により液晶中のイオンが泳動し、不純物イオンの偏在化
が起こる。しかしながら、本発明の高誘電率ポリマーか
らなる絶縁層は、その高誘電率により、メモリー状態（
電圧の非印加時）における強誘電性液晶の自発分極をほ
ぼ相殺することができるので、その自発分極の程度は極
めて小さなものとなる。このため、液晶中に含まれる不
純物イオンは、殆ど静止して偏在するようなことがない
。従って、メモリー性に優れた且つスイッチング異常の
発生のない強誘電性液晶表示素子を得ることができる。 【００２６】本発明の液晶表示素子は、図１に示したも
のだけでなく、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ペーサーが使
用されることは好ましい。スペーサーとしては、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、１．２μｍから４μｍが一般的である
。 【００２７】本発明の液晶表示素子は、例えば下記のよ
うにして製造することができる。 【００２８】透明基板の材料としては、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
、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリカ
ーボネート、ポリスルホン、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、芳香族ポ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。 【００２９】透明電極としては、酸化インジウム（Ｉｎ
２　Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）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。 透明電極は、基板上にストライブ状または格子状に形成
される。 【００３０】上記透明電極上には、本発明の絶縁層が形
成される。上記絶縁層は、高誘電率を有するポリマーに
より形成されている。ポリマーの誘電率は、８以上であ
ることが好ましく、特に１１〜２０の範囲が好ましい。 【００３１】このようなポリマーの例としては、シアノ
エチルプルラン、シアノエチルセルロースおよび弗化ビ
ニリデンを挙げることができる。誘電率としては、シア
ノエチルプルランが１８、シアノエチルセルロースが１
２〜１８、そして弗化ビニリデンが８〜１２の値を有す
る。これらの材料は、すでに特開昭５９−１４９３２１
号公報に記載されている。 【００３２】上記絶縁層の形成は、例えば、シアノエチ
ルプルランをアセトンおよびＤＭＦ（１：１、重量比）
に溶解し、ロールコーターやスピンコート法などの塗布
法により塗布、乾燥し、さらに真空下（１０ｍｍＨｇ程
度）で８０°Ｃ、２時間程度乾燥することにより行なわ
れる。他の材料についても同様にして絶縁層を形成する
ことができる。勿論、真空蒸着法やスパッタリングによ
り形成しても差しつかえない。 【００３３】上記のようにして形成された絶縁層の誘電
率は、使用材料の誘電率と一般に同じ値になる。従って
、本発明の絶縁層は、高い誘電率を有する。 【００３４】上記絶縁層上には配向膜が設けられる。配
向膜としては、例えば、ポリイミド、ポリビニルアルコ
ール、ポリアミド（ナイロン）などの高分子膜、有機シ
ラン化合物によって形成される膜、真空蒸着などによっ
て形成されるＳｉＯ２　、ＳｉＯ、ＴｉＯ２　、ＭｇＦ
２　、ＣｅＯ、ＺｒＯ２　およびＭｇＯなどの斜方蒸着
膜を挙げることができる。 【００３５】上記斜方蒸着の配向膜の形成には、従来の
無機化合物の成膜方法である、抵抗加熱による真空蒸着
法、エレクトロンビーム（ＥＢ）加熱による真空蒸着法
、スパッタリング法、イオンプレーティング法等を利用
することができる。 【００３６】上記無機化合物を斜方蒸着するには、表面
に透明電極が形成された透明基板上に、蒸着角度θ（蒸
発源への方向と基板への垂線とのなす角）にて無機化合
物の蒸発源から蒸着を行なう。こうして、透明電極およ
び透明基板の上に、斜方蒸着配向膜が形成される。蒸着
角度θは一般に８０〜８９度の範囲で、８２〜８５度の
範囲が好ましい。蒸着角度θを適宜設定することにより
、液晶を所望のプレチルト角に配向させることができる
。このようにして、斜方蒸着の無機配向膜を形成するこ
とができる。 【００３７】有機物からなる配向膜の形成は、まず配向
膜形成用塗布液を、たとえば、ポリイミドおよびその前
駆体であるポリアミック酸、ポリアミド、ポリビニルア
ルコール、ポリイミドアミドなど従来より配向膜材料と
して公知の高分子材料をＮ−メチル−２−ピロリドン、
ジオキサン、ＴＨＦ、グリコール誘導体など適当な溶媒
に溶かした溶液を調製する。この塗布液には、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。 【００３８】上記配向膜形成用塗布液を、本発明の絶縁
層上（または透明電極上）に、スピンコーターなどによ
って塗布、乾燥、熱処理することによって配向膜を形成
することができる。 【００３９】上記配向膜の材料は、塗布の場合は前記有
機高分子を、蒸着の場合は前記無機化合物をが使用され
る。また、配向膜の膜厚は、用いる液晶および配向膜の
種類により異なるが、一般に１５〜５００ｎｍであり、
好ましくは２０〜１００ｎｍである。 【００４０】絶縁層上または透明電極基板上に設けられ
た塗布膜は、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成繊維、綿、羊
毛のような天然繊維などでラビング処理される。 【００４１】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。 【００４２】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（ＳｍＩ＊　）、Ｊ相（ＳｍＪ＊　）、Ｋ相
（ＳｍＫ＊　）、Ｇ相（ＳｍＧ＊　）またはＦ相（Ｓｍ
Ｆ＊　）を有する液晶である。 【００４３】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。 【００４４】 【化１】 （Ｒはｎ−アルキル基またはｎ−アルコキシ基、ｍ＝５
〜１０、１２、１４） 【００４５】 【化２】 （Ｒはｎ−アルキル基またはｎ−アルコキシ基、ｍ＝５
〜１０、１２、１４） 【００４６】 【化３】 （Ｒはｎ−アルキル基またはｎ−アルコキシ基、ｍ＝５
〜１０、１２、１４） 【００４７】 【化４】 （Ｒはｎ−アルキル基またはｎ−アルコキシ基、ｍ＝５
〜１０、１２、１４） 【００４８】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。 【００４９】 【化５】 【００５０】 【化６】 （ここで、Ｒ＝ＣＨ３　，Ｃ２Ｈ５） 【００５１】 【化７】 【００５２】 【化８】 【００５３】 【化９】 【００５４】 【化１０】 【００５５】 【化１１】 【００５６】 【化１２】 【００５７】 【化１３】 【００５８】 【化１４】 【００５９】 【化１５】 【００６０】上記以外にも、たとえば、『高速液晶技術
』（シーエムシー発行）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。 【００６１】また、具体的な液晶組成物としては、チッ
ソ（株）製のＣＳ−１０１８、ＣＳ−１０２３、ＣＳ−
１０２５、ＣＳ−１０２６、ロディック（株）製のＤＯ
Ｆ０００４、ＤＯＦ０００６、ＤＯＦ０００８、メルク
社製のＺＬＩ−４２３７−０００、ＺＬＩ−４２３７−
１００、ＺＬＩ−４６５４−１００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。 【００６２】上記のようにして製造した、透明基板、透
明電極、絶縁層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０．５
μｍ〜４μｍ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、封止した後に徐冷する。 【００６３】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、反射板、位相差板、
カラーフィルターなど、従来の液晶表示素子に設けられ
る構成を設けることができる。 【００６４】次に本発明の実施例、比較例を記載する。 ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない
。 【００６５】 【実施例】 【００６６】［実施例１］二枚の厚さ１．１ｍｍのガラ
ス板のそれぞれに、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）
の透明電極をストライプ状（電極の幅：３００μｍ、電
極間の間隙：１０μｍ）に形成した。 【００６７】 　　［絶縁層形成用塗布液］ 　　シアノエチルプルラン（誘電率１８、信越化学（株
）製）　　　　　　４重量部　　アセトン　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　５０重量部　　Ｄ
ＭＦ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　５０重量部【００６８】上記二枚のＩＴＯ電極付き
のガラス基板の電極を有する面に、上記塗布液をロール
コーターにて塗布し、風乾後、９０°Ｃ、１時間真空乾
燥することにより、層厚８０ｎｍの絶縁層を設けた。 【００６９】上記絶縁層上に、ＳｉＯ（大阪チタニウム
（株）製）を蒸着角８５°にて、蒸着開始時の真空度を
１×１０−５Ｔｏｒｒにして抵抗加熱法でスパッタリン
グして、層厚５０ｎｍの斜方蒸着の配向膜を形成した。 【００７０】得られた配向膜が形成された２枚のガラス
基板をそれぞれの配向膜を内側にして重ね合せ、セル・
ギャップが１．７μｍのセルを作成した。 【００７１】このセルにの強誘電性液晶（ＤＯＦ−００
０４、大日本インキ化学工業（株）製）を１００℃、真
空中で注入し、約２℃／分の速度で室温まで徐冷し、液
晶表示素子を得た。 【００７２】［参考例１］実施例１において、シアノエ
チルプルランの絶縁層を設けなかった以外は実施例１と
同様にして液晶表示素子を作成した。 【００７３】［参考例２］実施例１において、シアノエ
チルプルランの絶縁層を配向膜として用い、これにラビ
ング処理を行ない、ＳｉＯの配向膜を設けなかった以外
は実施例１と同様にして液晶表示素子を作成した。 【００７４】［比較例１］実施例１において、絶縁層の
材料としてシアノエチルプルランの代わりにアセチルセ
ルロース（誘電率４．５）を用いて塗布乾燥により絶縁
層を形成した以外は実施例１と同様にして液晶表示素子
を作成した。 【００７５】［液晶表示素子の評価］ １）配向性 得られた液晶表示素子を、（株）ニコン製の偏光顕微鏡
を用いてその配向状態を観察した。 ２）スイッチング性 得られた液晶表示素子を、直交ニコル間で、±１０Ｖ、
５００ミリ秒のパルスを印加しスイッチングを、素子の
作成時および３日後に行なった。 【００７６】上記測定結果を表１に示す。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　表１　　　　　　　　──────
─────────────────────　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　配
向性　　　　　　　　スイッチング性　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　初期　　　　　　３日後　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　────────
───────────────────　　　　　　
　　　　実施例１　　　　　　均一な配向　　　　　　
良好　　　　　　良好　　　　　　　　───────
────────────────────　　　　　
　　　　　　　参考例１　　　　　　均一な配向　　　
　　　良好　　　　　　不良　　　　　　　　　　参考
例１　　　　　　配向不良　　　　　　　　−−　　　
　　　−−　　　　　　　　　　比較例１　　　　　　
均一な配向　　　　　　良好　　　　　　不良　　　　
　　　　─────────────────────
──────　　【００７７】表１から明らかなように
、本発明の高誘電率を有するポリマーからなる絶縁層上
に形成された配向膜を有する液晶表示素子（実施例１）
は、均一な配向を示し、スイッチング特性が優れている
。一方、上記絶縁層を持たない素子（参考例１）は、経
時的にスイッチング特性が低下する。絶縁層を配向膜に
用いた素子（参考例２）は、均一な配向が得られない。 また、絶縁層に誘電率の低いアセチルセルロースを用い
た比較例１の素子は、経時的にスイッチング特性が低下
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【符号の説明】

１１ａ、１１ｂ　　透明基板 １２ａ、１２ｂ　　透明電極 １３ａ、１３ｂ　　配向膜 １４ａ、１４ｂ　　絶縁層 １５　　液晶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に、ストライプ状また格子状の
   透明電極および配向膜がこの順で設けられた二枚の透明
   電極基板を、それぞれ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
   、少なくとも一方の透明電極上に、高誘電率を有するポ
   リマーからなる絶縁層が形成されていることを特徴とす
   る液晶表示素子。