JPH0458224A

JPH0458224A - 液晶セル

Info

Publication number: JPH0458224A
Application number: JP16834690A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Sato; 正信佐藤; Tadashi Shimizu; 正清水
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1992-02-25

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、強誘電性液晶セルの改良に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来の液晶表示セルはツィステッド・ネマチック（ＴＮ
）型およびスーパーツィステッド・ネマチック（ＳＴＮ
）型液晶表示が主流である。このＴＮ型およびＳＴＮ型
液晶表示を用いた単純マトリクス・デイスプレィでは、
表示画素数が増加するにつれて表示コントラストが低下
するという問題が生じる。これはＴＮ型およびＳＴＮ型
液晶のしきい値特性か充分に急峻でないために、非表示
部分も半表示の状態になるというクロストークを生じて
しまうためである。又、ＴＮ型およびＳＴＮ型液晶表示
は、見る方向によりコントラストが著しく変化するとい
う視野角依存性が大きいことによっても大面積表示が困
難である。

現在の液晶表示セルの主流であるＴＮ型およびＳＴＮ型
液晶表示セルにおいては、表示の高精細化や大容量化が
限界に近付きつつある。強誘電性液晶は、メモリ性（双
安定性）およびマイクロ秒オーダーの高速応答性という
ＴＮ型およびＳＴＮ型液晶表示セルにはない特徴を有し
ている。従って、情報表示能力のより高いセルを作るこ
とが可能である。

強誘電性液晶表示は層構造を持つカイラルスメクチック
Ｃ（ＳｍＣつ相を用いるために、ラビングによる配向膜
表面での局部的な方向の乱れによる層構造の欠陥が発生
し易く、表示セル全体にわたり均一に配向させることか
困難である。このため、強誘電性液晶の層構造を損なわ
ずに均一に配向させる技術が必要である。また、液晶分
子の良好な配向を得るためには、適切な配向膜材料の選
択も必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

強誘電性液晶を用いれば、単純マトリクスでも大容量表
示を実現することが可能である。それはＳｍＣ”相では
液晶自体がメモリ性（双安定性）を有するためにクロス
トークの問題か無いためであり、さらに印加電圧に対す
る光透過率の応答が急峻なためである。また、強誘電性
液晶表示では、ＴＮ型およびＳＴＮ型よりも視野角依存
性が小さいので、大面積表示か可能である。

しかし、この強誘電性液晶表示セルを有効に作用させる
ためには、液晶セル中の液晶分子を均一に配向させ、表
示セル全体に単一のドメインを形成することが必要であ
る。大面積表示を考慮した強誘電性液晶の配向制御方法
としてはＴＮ型およびＳＴＮ型液晶の配向制御方法とし
て知られている樹脂配向膜のラビング法が有効である。

従来技術として知られている配向膜材料であるポリイミ
ドやポリビニルアルコールを配向膜として用いてラビン
グを施した後作製した液晶表示セルでは、作製直後にセ
ル全体か双安定状態の内片側の一状態のみをとっている
ため全体が均一な表示になっている。しかしながら、コ
ントラスト比が５：１種度と満足のゆく表示特性か得ら
れないのが現状である。

また、有機シランを配向膜として用いた場合、コントラ
ストは高いが、作製直後に双安定状態の２状態が混在し
ているため、ドツトマトリクス構成においてドツト間の
表示が乱れており、デイスプレーとして用いるにはブラ
ックマスクなどが必要となっている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、強誘電性液晶表示セルにおいて、強誘電性液
晶の均一な配向を得るために、液晶配向膜として表示セ
ルを構成する２枚の基板の一方に有機シランの薄膜を有
し、他方に高分子薄膜を有することを特徴としている。

本発明で用いる強誘電性液晶分子としては、カイラルス
メクチック液晶か好ましく、例えばＳｍＣ”　、ＳｍＨ
”　、ＳｍＦ”　、ＳｍＧ”などの相を育する組成物を
用いることができる。本発明に用いる強誘電性液晶分子
の具体例としては、（４−デシルオキシベンジリデン−
４−アミノ−２−メチルブチルシンナメート）、Ｉ（４−ヘキシルオキンベンジリデン−４′−アミノ−２
−クロ■プロピルシンナメート）、（４−（２−メチル
ブチルオキシ）−２−ヒドロキン−ベンジリデン−４−
オクチル了ニリン）が挙げられる。

これらの液晶を単独で用いた場合、強誘電性を示す温度
範囲が狭い、粘度が高い、ピッチ長が短いなどの問題が
ある。これらの問題を解決する目的で、強誘電性液晶を
２種以上混合したり、或は他のスメクチック液晶やカイ
ラルネマチック液晶を混合しても良い。特に、本発明の
液晶セルを室温において高速で動作させる場合には、液
晶を単独で用いるよりも液晶組成物かより好ましい。

本発明で用いる有機シランとしては、一般式Ｒｎ５ｉＸ
ｉ−，（ｎ＝Ｌ　２または３、Ｘは例えば塩素原子、臭
素原子などのハロゲン原子、メトキシ、エトキシ、プロ
ポキシ、ブトキシなどのあるアルコキシ又はアセトキシ
などのアシロキシ基、その他の加水分解性官能基であり
、Ｒはメチル、エチル、プロピル、ブチルなどの飽和の
、またはビニル、アルケニルなどの不飽和の脂肪族炭化
水素基、またはフェニル、ナフチルなどの芳香族炭化水
素基であり、これらの炭化水素基にはビニル、アルケニ
ルなどの不飽和基、ヒドロキシ基、カルボニル基、ハロ
ゲン原子、アミノ基、その他の官能性有機基で置換され
ても良い。）で表されるものか好ましい。

有機シランとしては、２種または３種以上を混合しても
良い。特に、脂肪族シラン及びアミノ系シランとの混合
物は、表示特性特に、高いコントラスト比を実現するの
に好ましい。

本発明に好適な脂肪族シランの具体例としては、Ｃ）１
３ｓｉｃ１３　（メチルトリクロロシラン）、ＣＨ３５
ｌ（ＯＣＨ３）３　（メチルトリメトキシシラン）、Ｃ
Ｈ３（ＣＨ２）２ＳＩＣ１３（プロピルトリクロロシラ
ン）、ＣＨｓ（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣＨｓ）ｓ　　（プ
ロピルトリメトキノンラン）、ＣＨ３（ＣＨ２）５Ｓｉ
Ｃ１３（ヘキシルトリクロロシラン）、ＣＨ，（ＣＨ２
）ｓＳｉ（ＯＣＲ，）ｓ　　（ヘキシルトリメトキノン
ラン）、ＣＨ２（ＣＨ２）、５ｉＣ１，（ヘプチルトリ
クロロシラン）、ＣＨ，（ＣＨｚ）、５ｉ（ＯＣＲ，）
ｓ　　（ヘプチルトリメトキンシラン）　、ＣＨ３（Ｃ
Ｈ，）７ＳｉＣ１゜　（オクチルトリクロロンラン）、
ＣＨｓ（ＣＨ２）７ｓｉ（ＯＣＨ３）３　（オクチルト
リメトキシンラン）、ＣＨｚ（ＣＨ２）＋ｚＳｉＣ１ｚ
　　（テトラデンルトリクロロノラン）、ＣＨ３（ＣＨ
ｚ）１−３’（ＯＣＨｚ）ｚ　　（テトラデンルトリメ
トキシノラン）、ＣＨａ（ＣＨ２）＋ｓＳ’Ｃ１ｓ　　
（ヘキサデノルトリクロＵノラン）、ＣＨ３（ＣＨ２）
１５３’（ＯＣＨ３）、　　（ヘキサデンルトリメトキ
シンラン）、ＣＬ（ＣＨ２）＋７３’ＣＩ、　　（オク
タデシルトリク００ノラン）、ＣＨ，（ＣＨ２）、□Ｓ
’（ＯＣＨ２）、　　（オクタデシルトリク００ノラン
）、ＣＨｚ（ＣＨ２）＋ｔＳ’（ＯＣ２Ｈｓ）３　（オ
クタデシルトリエトキシンラン）、ＣＨ２（ＣＨ２）２
．Ｓ’Ｃ１２（モリ了ゴンチルトリクロｏンラ７）、（
ＣＨ３）２５ｉ（ＯＣＨ３）ｚ　　（ノメチルノメトキ
ノノラン）、（ＣＨ３）３ＳｉＯＣＨ３（メトキントリ
メチルノラン）、ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＨ３）２５ｔＯＣ，
Ｈｓ　　（ビニルツメチルエトキンシラン）、が挙げら
れる。

また、本発明に好適なアミノ系シランの具体例としては
、Ｈ２Ｎ（ＣＨｚ）ｓＳｉ（ＯＣ２Ｈ，）ｚ　　（３−ア
ミノプロピルトリエトキンシラン）、ＣＨ，ＮＨ（ＣＨ
２）、５ｉ（ＯＣ２Ｈｓ）ｓ（Ｎ−メチルアミツブσピ
ルトリエトキシシラン）、ＣＨ２”ＣＨ（Ｃ，ＨｇＣｌ
２）ＮＣ２Ｈ４ＮＨＣ，Ｈ，５ｉ（ＯＣＨ，）−（ビニ
ルベンノルアミノエチノげミノブＵピルトリメトキシシ
ラン）、ＨｚＮ（ＣＨｚ）ｚＮＨＣＨ２ＣｓＨ，ＣＨ２
ＣＨ２５ｉ（ＯＣ２Ｈｓ）ｓ　　（（Ｎ−（２アミノエ
チル）了ミノメチル）フェネチルトリニドキシンラン）
　、Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ，Ｎ（（ＣＨｔ）ｓＳｉ（ＯＣＨ
３）ｚ）２　（Ｎ、Ｎ−ビス　（（３−トリメトキンシ
リル）プロピル）エチレンノ了ミン）、ＨｔＮ（ＣＨ２
ＣＨ２ＮＨ）２（ＣＨ２：ｈｓｌ（ＯＣＨｓ）ｓ　　　
（Ｎ−（（３−）リメトキシンリル）プロピル　）　ジ
エチレントリアミン）　、Ｃ，Ｈ，（ＮＨ２）ＮＨ（Ｃ
Ｈ２）ｓＳｉ（ＯＣＨ２）−（Ｎ−３−トリメトキンシ
リルプロピル−ｍ−７エニレンジアミン）、ＨｚＮ（ＣＨ２）ａｓｉｃＨｚ（ＯＣ２Ｈｓ）ｚ（３−
アミノプロピルシェドキンメチルシラン）か挙げられる
。

本発明における有機シランの混合物における混合比は、
混合される有機シランの種類に依存して良好な範囲が存
在する。有機シランか、脂肪族シランおよびアミノ系シ
ランの混合物である場合の混合比は１００　：　１から
１　：　１００か好ましく、より好ましくは１０：１か
ら１：ｌＯの範囲である。

有機シランを含有する塗布液を用いて、液晶配向膜を形
成する際、その塗布液の有機シランの濃度が低すぎては
、配向性能が充分得られず、また高すぎた場合には成膜
のうねり、屈折率からくる反射光の干渉色および透明導
電膜上の抵抗値の増大が生じるため、塗布液中の有機シ
ランの濃度は、１〜５重量％が好ましい。

有機シラン及び高分子樹脂の溶剤としては、その溶解性
の他に溶液状態での貯蔵安定性や薄膜形成の揮散性、膜
中への残留性、基板への影響等を考慮しなければならな
い。本発明の有機シランに好適な溶媒の例を挙げれば、
メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブ
タノールなどのアルコール系溶剤、アセトンメチルエチ
ルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等
のエステル系溶媒、Ｎ、　Ｎ−ジメチルホルムアミド、
Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン
などのアミド系溶媒かある。これらの溶媒は単独または
２種以上を混合して用いても良い。

また、有機シランの加水分解性官能基の加水分解性を高
めるために、上記溶媒中に触媒として酢酸、プロピオン
酸などの有機酸または塩酸、硫酸などの無機酸を添加し
ても良い。加水分解を早める目的で溶媒中に水を添加す
ることも好ましい。

本発明に好適な高分子薄膜の具体例としては、ポリエチ
レン、ポリビニルアルコール、ナイロン６６、ナイロン
６９、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリエステル、ポリイミド、パリレンポリ
パラキシレン、ポリシクロへキシルメタクリレート、ポ
リビニルメチルケトン、ポリビニルシンナメート、ポリ
アセタル、ポリベンジルメタクリレート、ポリブレン、
ポリシアノアクリレート、ポリエーテルアミド、ボリア
クリルニトリル等の高分子樹脂か挙げられる。

高分子樹脂を含有する塗布液を用いて、液晶配向膜を形
成する際、その塗布液の高分子樹脂の濃度が低すぎては
、配向性能か充分得られず、また高すぎた場合には成膜
のうねり、屈折率からくる反射光の干渉色および透明導
電膜上の抵抗値の増大が生じるため、塗布液中の高分子
樹脂の濃度は、０．１〜５０重量％が好ましい。

高分子樹脂の溶剤としては、その溶解性の他に溶液状態
での貯蔵安定性や薄膜形成の揮散性、膜中への残留性、
基板への影響等を考慮しなければならない。本発明の高
分子樹脂に好適な溶媒の例を挙げれば、メタノール、エ
タノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどの
アルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン等の
ケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系
溶媒、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ、　Ｎ−ジメ
チルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドンなとのアミド
系溶媒、水等がある。これらの溶媒は単独または２種以
上を混合して用いても良い。

上記条件を満たした有機シラン及び高分子樹脂の溶液を
、ディッピング法、スピンコード法、バーコード法、ロ
ールコート法などにより基板に設けられた透明電極膜上
に塗布し、５０°Ｃ〜２５０°Ｃて乾燥し薄膜とする。

これら薄膜のラビングを施す方法としては当業者に公知
の方法をそのまま適用することかでき、特に限定するも
のではない。薄膜にラビングを施すことにより液晶配向
膜とするものである。

本発明の強誘電性液晶表示セルの構造を、−実施形態で
ある第１図を用いて説明する。第１図において、１は基
板、２は透明電極膜、３は高分子薄膜の液晶配向膜、３
′は有機シラン薄膜の液晶配向膜、４はシール材、５は
スペーサ、６は強誘電性液晶を示す。

基板１としては、ガラスが主に使用されるが、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、ポ
リエーテルスルホン、ポリカーボネート、酢酸セルロー
スなどのプラスチックも使用できる。基板ｌに蒸着スパ
ッタ、ＣＶＤなどの公知の手段によって酸化スズ、酸化
インジウムやｒ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘ
ｉｄｅ）等の透明電極膜２が設けられる。シール材４は
液晶表示セル内に液晶を封止するためのものであり、ス
ペーサ５は基板と基板の間隔を一定に保つためのもので
ある。

液晶配向膜３は、本発明における有機シランの混合物及
び高分子樹脂を透明電極膜２上に成膜することによって
得られる。成膜方法としては、混合物および高分子また
はそれらを含有する塗布液を塗布した後、焼成する方法
が挙げられる。

また、塗布する方法としては、スピンコード法、バーコ
ード法、ロールコート法、ディッピング法が挙げられる
。

液晶配向膜３及び３′のラビングは、２枚の基板１の少
なくとも一方に施されていれば良い。両方の基板にラビ
ングを施した場合、ラビングの方向として互いに平行で
あるか反平行であるかの何れでも良いが、反平行がより
好ましい。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１一方の液晶配向膜として透明電極膜（ＩＴＯ）付ガラス
基板の電極膜上に、Ｎ−メチル了ミノブＵピルトリメトキシンラン　　　　
　　　１．５ｌｉＪｉ部Ｎ−オクタデンルトリエトキン
ンラン　　　　　　　　　　　１．５　　重ＪＬＦＢ水
　　　　　　　　　　　　　０．５重量部酢　酸　　　
　　　　　　　０９０４重量部ｎ−ブタノール　　　　
　　　９７重量部からなる溶液をスピンコードした後、
ｔｓｏ’ｃで２０分間加熱し、厚み約５００人の有機シ
ランの薄膜を形成した。

他方の液晶配向膜として透明電極膜（ＩＴＯ）付ガラス
基板の電極膜上に、ポリイミド（８産化学製、ＲＮ−３０５）　　１０重量
部Ｎ−メチルピロリドン　　　　　　９０重量部からな
る溶液をスピンコードした後、２００’Ｃで６０分間加
熱し、厚み約５００人のポリイミド薄膜を形成した。

二枚のガラス基板上に形成した液晶配向膜に植毛布によ
り一方向にラビングを施した。この一対のガラス基板を
、スペーサとして２μｍのシリカ粒を用い、上下のラビ
ング方向か反平行となる様に重ね合わせ、注入口となる
個所を除いてその周辺をシーリングした。

次に、強誘電性液晶Ｃ５−１０２４（チッソ石油化学製
）を１００°Ｃに加熱して等吉相とし、上記で作製した
セル内に注入口から注入した。このセルを７時間かけて
１００°Ｃから３０°Ｃまて徐冷した。

偏光顕微鏡観察によって、セル内の強誘電性液晶は均一
に水平配向しており、初期状態にセル全体か双安定状態
の一状態のみをとっているため、表示ドツト間を均一な
暗状態とすることかできた。

また、このセルの電極に電圧±４０Ｖ、周波数１０Ｈｚ
の正弦波を印加した後、クロスニコル下での電圧駆動に
よって、コントラスト比を測定した。測定に用いた駆動
波形及びコントラスト比の求め方を第２図に示した。

この時のコントラスト比は１１０：ｌてあった。

実施例２一方の液晶配向膜としてポリビニルアルボルル（クラレ製、ＰＶＡ２２０Ｃ）　
　　３．０重量部水　　　　　　　　　　　　　　　　
４８．５重量部Ｎ−ジメチルホルムアミド　　　　４８
．５重量部からなる溶液をスピンコードしたのち、１０
０°Ｃで６０分加熱して、厚さ０．５μｍの薄膜を形成
した。

他方の液晶配向膜は実施例１と同様の有機シラン薄膜の
ものを用いて実施例１と同様の検討を行った結果、セル
全体が作製直後において、双安定状態の一状態のみとな
っており、表示ドツト間を均一な暗状態とすることがで
きた。また、コントラスト比９８：１であった。

比較例に二枚の液晶配向膜どして実施例１と同様に作製したポリ
イミド薄膜のみを用いて、実施例１と同じ検討を行った
結果、コントラスト比６：１の液晶表示素子セルを得た
。

比較例２二枚の液晶配向膜として実施例２と同様に作製したポリ
ビニルアルコール薄膜のみを用いて、実施例１と同じ検
討を行った結果、コントラスト比Ｉ２：１の液晶表示素
子セルを得た。

比較例３二枚の液晶配向膜として実施例１と同様に作製した有機
シラン薄膜のみを用いて実施例１と同様の検討を行った
ところ、作製直後のセルにおいて双安定な二状態が混在
しており、ドツト間の表示か乱れていた。このコントラ
スト比は１０５二１であった。

〔発明の効果〕

本発明によれば強誘電性液晶の層構造を乱すことなく液
晶分子を基板に平行に大面積にわたって均一に配向させ
ることができ、しかも初期状態では双安定状態の一状態
のみになっており、ドツト間を均一に暗状態または明状
態にすることができる。

また、高いコントラストで動作させることも可能である
。更に、表示セルとして有効なメモリ（双安定性）も得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶セルの１実施態様の断面図、第２
図は実施例及び比較例におけるコントラスト比の測定に
用いた液晶セルの駆動波形と透過光量変化を示したグラ
フである。図中、■はガラス基板、２は透明電極膜、３及び３′は
配向膜、４はシール材、５はスペーサ、６は強誘電性液
晶を示す。特許出願人　　旭化成工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

１、液晶分子をはさんで対向する２枚の基板上に設けら
れた液晶配向膜において、一方の液晶配向膜として有機
シラン薄膜を用い、他方の液晶配向膜として高分子薄膜
を用いることを特徴とする液晶セル