JPH0511251A - 高分子液晶の配向方法および高分子液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 欠陥の少ない高分子液晶配向膜を効率的に得
る高分子液晶の配向方法及びコントラストが良好な高分
子液晶素子を提供する。 【構成】 カイラルネマチック相とカイラルスメクチッ
ク相を有する高分子液晶化合物または高分子液晶組成物
を、カイラルネマチック相で配向処理を行なう高分子液
晶の配向方法。粘性の低いカイラルネマチック相で配向
処理を行うので、効率的にかつ均一に配向することがで
きる。一対の基板間にカイラルネマチック相とカイラル
スメクチック相を有する高分子液晶化合物または高分子
液晶組成物を挟持し、該高分子液晶化合物または高分子
液晶組成物がカイラルネマチック相で配向処理されて配
向している高分子液晶素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカイラルネマチック相と
カイラルスメクチック相を有する高分子液晶化合物また
は高分子液晶組成物において、カイラルネマチック相で
配向処理を行なう高分子液晶の配向方法、およびその様
にして得られた高分子液晶素子に関する。

【０００２】本発明の高分子液晶化合物または高分子液
晶組成物における配向方法、それによって得られた高分
子液晶素子はディスプレイ，メモリーに代表されるオプ
トエレクトロニクス素子として使用することができる。

【０００３】

【従来の技術】従来の液晶素子としては、例えばエム・
シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とダブリュー・ヘルフリ
ッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著“アプライド・フィジ
ックス・レターズ”（“Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ”）第１８巻、第４号（１９７１年
２月１５日発行）第１２７頁〜１２８頁の“ボルテージ
・ディペンダント・オプティカル・アクティビィティー
・オブ・ア・ツイステッド・ネマチック・リキッド・ク
リスタル”（“Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａ Ｔｗｉ
ｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔ
ａｌ”）に示されたツイステッド・ネマチック（ｔｗｉ
ｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いたものが知られ
ている。しかしながら、このＴＮ液晶は、画素密度を高
くしたマトリクス電極構造を用いた時分割駆動の時、ク
ロストークを発生する問題点があるため、画素数が制限
されていた。

【０００４】また、電界応答が遅く視野角特性が悪いた
めにディスプレイとしての用途は限定されていた。ま
た、各画素に薄膜トランジスタを形成する工程が極めて
煩雑な上、大面積の表示素子を作成することが難しい問
題点がある。

【０００５】この様な従来型の液晶素子の欠点を改善す
るものとして、双安定性からなる液晶素子の使用が、ク
ラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅｒｗ
ａｌｌ）により提案されている。（特開昭５６−１０７
２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書等）

【０００６】この双安定性からなる液晶としては、一般
にカイラルスメクティックＣ相（Ｓｍ^* Ｃ）またはＨ相
（Ｓｍ^* Ｈ）からなる強誘電性液晶が用いられている。
この強誘電性液晶は、自発分極からなるために非常に速
い応答速度からなる上に、メモリー性のある双安定状態
を発現させることができる。さらに、視野角特性もすぐ
れていることから、大容量、大面積のディスプレイ用材
料として適していると考えられる。しかし、実際に液晶
セルを形成する場合、広い面積にわたってモノドメイン
化することは困難であり、大画面の表示素子を作るには
技術上の問題があった。

【０００７】また、高分子液晶をメモリー媒体として用
いる例が知られている。例えば、ブィ・シバエフ（Ｖ．
Ｓｈｉｂａｅｖ）、エス・コストロミン（Ｓ．Ｋｏｓｔ
ｒｏｍｉｎ）、エヌ・プラーテ（Ｎ．Ｐｌａ´ｔｅ）、
エス・イワノフ（Ｓ．Ｉｖａ ｏｖ）、ブィ・ヴェスト
ロフ（Ｖ．Ｖｅｓｔｒｏｖ）、アイ・ヤコブレフ（Ｉ．
Ｙａｋｏｖｌｅｖ）著の“ポリマー・コミュニケーショ
ンズ”（“Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎｓ”）第２４巻、第３６４頁〜３６５頁の“サーモト
ロピック・リキッドクリスタリン・ポリマーズ．１４”
（“Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｐｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙ
ｓｔａｌｌｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ．１４”）に示さ
れる熱書き込みメモリーを挙げることができる。

【０００８】しかしながら、この方法は読みとりとして
光の散乱を利用しているのでコントラストが悪く、かつ
高分子化に伴なう応答速度の遅れという問題もあって実
用化には至っていない。

【０００９】また、特開昭６３−７２７８４号公報、特
開昭６３−９９２０４号公報、特開昭６３−１６１００
５号公報等に強誘電性高分子液晶が開示されている。強
誘電性の高分子液晶は非常に速い応答速度を有し、大面
積化が可能であるが、従来スメクチック相において配向
処理を行なっていたため、行程が煩雑になり、また欠陥
も生じやすかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、カイラルネマチック相とカイラルスメクチック相を
有する高分子液晶化合物または高分子液晶組成物をカイ
ラルネマチック相で配向処理を行なう、均一で欠陥の少
ない高分子液晶配向膜を効率的に得ることができる高分
子液晶の配向方法を提供することである。

【００１１】また、本発明の第二の目的は、該高分子液
晶化合物または高分子液晶組成物を上記の配向処理して
配向させて得られた、コントラストが良好な高分子液晶
素子を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記従来技
術に鑑みて、鋭意検討を重ねた結果、カイラルネマチッ
ク相とカイラルスメクチック相を有する高分子液晶にお
いて、カイラルネマチック相で配向処理を行なうことに
より、効率的に良好な高分子液晶素子を得ることができ
ることを見出し本発明を完成するに到った。

【００１３】すなわち、本発明の第一の発明は、カイラ
ルネマチック相とカイラルスメクチック相を有する高分
子液晶化合物または高分子液晶組成物において、カイラ
ルネマチック相で配向処理を行なうことを特徴とする高
分子液晶の配向方法である。

【００１４】また、本発明の第二の発明は、一対の基板
間にカイラルネマチック相とカイラルスメクチック相を
有する高分子液晶化合物または高分子液晶組成物を挟持
し、該高分子液晶化合物または高分子液晶組成物がカイ
ラルネマチック相で配向処理されて配向していることを
特徴とする高分子液晶素子である。

【００１５】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
第一の発明の高分子液晶化合物または高分子液晶組成物
は、カイラルスメクチック相を有し、さらにそのカイラ
ルスメクチック相より高温側にカイラルネマチック相を
有するものである。ここでいうカイラルスメクチック相
とは、強誘電性を有する相であり、例えばカイラルスメ
クチックＣ相，カイラルスメクチックＨ相などが挙げら
れる。具体的な相系列としては、例えば高温側から等方
相−カイラルネマチック相−カイラルスメクチックＣ
相、等方相−カイラルネマチック相−スメクチックＡ相
−カイラルスメクチックＣ相があり、さらに他の液晶相
や結晶相、例えば低温側に高次のカイラルスメクチック
相等があってもよい。

【００１６】本発明における高分子液晶は化合物であっ
ても良く、または組成物であってもよい。高分子液晶化
合物は、液晶性を示す高分子化合物であり、単一の繰り
返し単位からなる高分子であってもよく、または複数種
の繰り返し単位からなるものであってもよい。

【００１７】本発明における高分子液晶化合物の数平均
分子量は、好ましくは２，０００〜１，０００，００
０、さらに好ましくは４，０００〜５００，０００の範
囲が望ましい。２，０００未満であると高分子液晶化合
物のフィルム性が悪くなり、塗布膜としての成形性にお
いて支障が生じる場合があり、１，０００，０００を越
えると粘度の上昇に伴ない、外部場に対する応答性が悪
くなる場合がある。

【００１８】本発明における高分子液晶組成物は、高分
子液晶化合物を少なくとも含有しているものであり、一
種または複数種の高分子液晶化合物を含有していてもよ
い。また、他のブレンド成分を含有していてもよく、他
のブレンド成分としては、例えば、高分子，低分子，低
分子液晶あどがあげられる。高分子液晶組成物中に含有
される高分子液晶化合物の含有量は、通常５重量％以
上、好ましくは１０重量％以上、さらに好ましくは１５
重量％以上が望ましい。５重量％未満では成形性，強
度，成膜性が不十分の場合がある。

【００１９】なお、本発明に係わる高分子液晶化合物お
よび高分子液晶組成物には、色素，光安定化剤，可塑
剤，光吸収剤等を添加することができる。

【００２０】本発明の配向方法は、以上に述べた高分子
液晶化合物または高分子液晶組成物を、カイラルネマチ
ック相において配向処理する配向方法である。ガラス、
プラスチックまたは金属等の任意の材料からなる基板の
上に、高分子液晶化合物または高分子液晶組成物を塗布
等の方法でフィルムを形成するが、基板上にＩＴＯ膜な
どの透明電極やパターン化された電極を形成する。そし
て高分子液晶化合物または高分子液晶組成物をカイラル
ネマチック相において、例えば以下の配向方法により配
向させる。

【００２１】（１）水平配向（高分子液晶化合物または
高分子液晶組成物の分子軸方向を基板面に対して水平に
配向させる） ラビング法 基板上に溶液塗工法または蒸着あるいはスパッタリング
等により、例えば、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化
アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化
セリウム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン
炭化物、ホウ素窒化物などの無機絶縁物質やポリビニル
アルコール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエス
テルイミド、ポリパラキシレリン、ポリエステル、ポリ
カーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニ
ル、ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラ
ミン樹脂、ユリア樹脂やアクリル樹脂などの有機絶縁物
質の被膜を形成し、その後、その表面をビロード、布や
紙で一方向に摺擦（ラビング）して配向制御膜を形成す
る。

【００２２】斜方蒸着法 ＳｉＯ等の酸化物あるいはフッ化物またはＡｕ，Ａｌな
どの金属およびその酸化物を基板の斜めの角度から蒸着
して配向制御膜を形成する。

【００２３】斜方エッチング法 で示した有機あるいは無機絶縁膜を斜方からイオンビ
ームや酸素プラズマを照射することによりエッチングし
て配向制御膜を形成する。

【００２４】延伸高分子膜の使用 ポリエステルあるいはポリビニルアルコール等の高分子
膜を延伸する。

【００２５】グレーティング法 フォトリソグラフィーやスタンパーやインジェクション
を使用して基板表面上に溝を形成する。この場合、高分
子液晶化合物または高分子液晶組成物はその溝方向に配
向する。

【００２６】シェアリング 高分子液晶化合物または高分子液晶組成物を液晶状態以
上の温度でずり応力を加えて配向する。

【００２７】延伸 一軸延伸または二軸延伸により配向する。ポリエステ
ル、ポリビニルアルコール等の基板とともに共延伸して
もよい。

【００２８】（２）垂直配向（高分子液晶化合物または
高分子液晶組成物の分子軸方向を基板面に対して垂直に
配向させる） 垂直配向膜を形成する。 基板表面上に有機シランやレシチンやポリテトラフルオ
ロエチレン等の垂直配向性の層を形成する。

【００２９】斜方蒸着 （１）−で述べた斜方蒸着法で基板を回転させながら
蒸着角度を適当に選択することにより垂直配向性を与え
ることができる。また、斜方蒸着後、で示した垂直配
向剤を塗布してもよい。

【００３０】カイラルネマチック相において上記の配向
方法を用いて均一に配向し、そのまま徐冷することによ
り、カイラルスルメチック液晶の均一配向膜を得ること
ができる。

【００３１】カイラルネマチック相における一軸配向
は、らせんを巻くのに充分でない程度に、膜厚を薄くす
ることによって達成することができる。また、らせんの
ピッチを長くすることによっても達成することができ
る。これは、例えばカイラルな高分子液晶化合物にノン
カイラルな高分子液晶あるいは低分子液晶，低分子，高
分子を加えた組成物を用いることによって、またはノン
カイラルな高分子液晶化合物にカイラルな高分子液晶あ
るいは、低分子液晶，低分子，高分子を加えた組成物を
用いることによって、さらには、らせんのセンスが打ち
消しあう２種以上の成分を含む、高分子液晶化合物また
は高分子液晶組成物によっても達成することができる。

【００３２】本発明においては、粘性の低いカイラルネ
マチック相で上記の配向処理を行なうため、効率的にか
つ均一に配向することができる。従来のカイラルスメク
チック相を有する強誘電性高分子液晶の配向が、粘性が
高く、かつ、均一配向しにくいスメクチック相において
行なわれていたのに比べ、本発明の配向方法は、カイラ
ルネマチック相とカイラルスメクチック相を有する高分
子液晶を用いて、カイラルネマチック相で配向処理を行
なうために、格段に短時間にかつ欠陥の少ない配向膜を
得ることができる。

【００３３】次に、本発明の第二の発明は、一対の基板
間に、以上で述べたカイラルネマチック相とカイラルス
メクチック相を有する高分子液晶化合物または高分子液
晶組成物を挟持し、該高分子液晶化合物または高分子液
晶組成物がカイラルネマチック相で配向処理を行なう高
分子液晶の配向方法を用いて得られた高分子液晶素子で
ある。

【００３４】この高分子液晶素子は、表示素子，記憶素
子等として用いられる。また、均一で欠陥の極めて少な
い高分子液晶配向膜が形成されるため、コントラストが
高く、Ｓ／Ｎ比の高い素子として用いられる。また、強
誘電性からなるため、高速のスイッチングが可能で、双
安定性からなるためメモリー性が良好な大面積の表示素
子，記憶素子等として使用することができる。

【００３５】次に、図１は本発明の高分子液晶素子の一
例を示し、図１（ａ）は高分子液晶素子の平面図、図１
（ｂ）はそのＡＡ′線断面図である。同図１，２におい
て、本発明における高分子液晶素子は、ガラス板または
プラスチック板などからなる一対の基板１，１′（少な
くとも一方の基板が複屈折を有する）をスペーサ４で所
定の間隔に保持し、この一対の基板１，１′をシーリン
グするために接着剤６で接着したセル構造を有してお
り、さらに基板１′の上には複数の透明電極２′からな
る電極群（例えば、マトリクス電極構造のうちの走査電
圧印加用電極群）が、例えば帯状パターンなどの所定パ
ターンで形成されている。また、基板１の上には前述の
透明電極２′と交差させた複数の反射層電極２からなる
電極群（例えば、マトリクス電極構造のうちの信号電圧
印加用電極群）が形成されている。

【００３６】この様な透明電極２，２′を設けた基板
１，１′には、例えば、一酸化珪素，二酸化珪素，酸化
アルミニウム，ジルコニア，フッ化マグネシウム，酸化
セリウム，フッ化セリウム，シリコン窒化物，シリコン
炭化物，ホウ素窒化物などの無機絶縁物質やポリビニル
アルコール，ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエス
テルイミド，ポリパラキシレリン，ポリエステル，ポリ
カーボネート，ポリビニルアセタール，ポリ塩化ビニ
ル，ポリアミド，ポリスチレン，セルロース樹脂，メラ
ミン樹脂，ユリア樹脂やアクリル樹脂などの有機絶縁物
質を用いて被膜形成した配向制御膜５，５′を設けるこ
とができる。

【００３７】この配向制御膜５，５′は、前述の如き無
機絶縁物質または有機絶縁物質を被膜形成した後に、例
えばその表面をビロード、布や紙で一方向に摺擦（ラビ
ング）することによって得られる。本発明の別の好まし
い具体例では、ＳｉＯやＳｉＯ₂ などの無機絶縁物質を
基板１，１′の上に斜め蒸着法によって被膜形成するこ
とによって配向制御膜５，５′を得ることができる。

【００３８】また、別の具体例ではガラスまたはプラス
チックからなる基板１，１′の表面あるいは基板１，
１′の上に前述した無機絶縁物質や有機絶縁物質を被膜
形成した後に、該被膜の表面を斜方エッチング法により
エッチングすることにより、その表面に配向制御効果を
付与することができる。

【００３９】前述の配向制御膜５，５′は、同時に絶縁
膜としても機能させることが好ましく、このためにこの
配向制御膜の膜厚は一般に１００Å〜１μｍ、好ましく
は５００Å〜５０００Åの範囲に設定することができ
る。この絶縁層は表示層３に微量に含有される不純物等
のために生ずる電流の発生を防止できる利点をも有して
おり、従って動作を繰り返し行っても液晶化合物を劣化
させることがない。また、本発明の液晶素子では、基板
１もしくは基板１′の表示層３に接する面の両側に配向
制御膜を設けてもよい。

【００４０】本発明において、反射層としては、Ａｌ，
Ａｕ，Ａｇ等の金属膜もしくは誘電体ミラー等を用いる
ことができ、その膜厚は０．０１〜１００μｍ、好まし
くは０．０５〜１０μｍが望ましい。

【００４１】高分子液晶層３は、上記のカイラルネマチ
ック相とカイラルスメクチック相を有する高分子液晶化
合物または高分子液晶組成物を用いて、カイラルネマチ
ック相で配向処理を行うことにより配向される。また、
７，７′は偏光子を示す。

【００４２】この様な構成からなる本発明の高分子液晶
素子は、メモリー性と高速応答性、さらには良好な配向
状態を有しているため単純マトリクスでクロストークを
起こさず、大面積のオプトエレクトロニクス素子を得る
ことが可能である。

【００４３】

【作用】本発明の高分子液晶の配向方法は、カイラルネ
マチック相とカイラルスメクチック相を有する高分子液
晶化合物または高分子液晶組成物において、カイラルネ
マチック相で配向処理を行なう配向方法であり、均一で
欠陥の少ない高分子液晶配向膜を得ることができる。ま
た、本発明の高分子液晶素子は、前記配向方法を用いて
得た高分子液晶配向膜を有するために、コントラストが
よい良好な素子である。

【００４４】

【実施例】以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に
説明する。 実施例１ 下記の高分子液晶Ａと低分子液晶Ｂの組成物をクロロホ
ルムを溶媒として溶解し、クロロホルムを留去すること
により得た。

【００４５】

【化１】

【００４６】＊は不斉炭素原子 数平均分子量 ９，０００ （ゲル パーミエーション クロマトグラフィー（ＧＰ
Ｃ）によるポリスチレン換算値、以下同じ） 相転移温度（℃）

【００４７】

【数１】

【００４８】

【化２】

【００４９】相転移温度（℃）

【００５０】

【数２】

【００５１】

【表１】

【００５２】 （注） Ｓ₁ ：未同定のスメクチック相 Ｓ₂ ：未同定のスメクチック相 Ｓ₃ ：未同定のスメクチック相 Ｓ_C ^*：カイラルスメクチックＣ相 Ｓ_G ：スメクチックＧ相 Ｓ_C ：スメクチックＣ相 Ｓ_A ：スメクチックＡ相 Ｃｈ：コレステリック相 Ｉｓｏ：等方相 Ｃｒｙｓｔ．：結晶相

【００５３】およびをそれぞれクロロホルムに溶解
したものを、ポリイミドラビング配向膜を形成してある
ＩＴＯ透明電極を設けた基板にスピンコートし、約１μ
ｍの厚さのフィルムを形成した。，をそれぞれ等方
相への転移温度より５℃低い温度で２時間アニーイング
したところ均一に一軸配向した。そのままカイラルスメ
クチックＣ相まで徐冷したところ、一軸配向性を保持し
ており、均一な配向膜となった。

【００５４】実施例２ 下記の高分子液晶Ｃと高分子液晶Ｄの組成物をクロロホ
ルムを溶媒として溶解し、クロロホルムを留去すること
により得た。

【００５５】

【化３】

【００５６】相転移温度（℃）

【００５７】

【数３】

【００５８】

【化４】

【００５９】相転移温度（℃）

【００６０】

【数４】

【００６１】

【表２】

【００６２】実施例１と同様に配向処理を行なったとこ
ろ、均一な一軸配向性を有する配向膜を得ることができ
た。

【００６３】実施例３ 実施例１，２で得た高分子液晶配向膜を形成した基板
に、さらに上部にＩＴＯ付きガラス電極を設けた基板を
とりつけた液晶セルに、Ｓ_C ^*相で１０Ｖ／μｍの電界
（短形波）をかけた。このとき電界に応答した分子の反
転が観測された。その結果を下記に示す。

【００６４】 の応答速度 ０．３０ｍｓ の応答速度 ０．４１ｍｓ の応答速度 １．８１ｍｓ 電界をかけた部分とかけない部分のコントラストはクロ
スニコル下でいずれも４８：１であった。

【００６５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の高分子液晶
の配向方法によれば、カイラルネマチック相とカイラル
スメクチック相を有する高分子液晶化合物または高分子
液晶組成物をカイラルネマチック相で配向処理を行なう
ので、効率的に欠陥の少ない大面積の高分子液晶配向膜
を得ることができる。

【００６６】さらに、本発明によれば、該高分子液晶化
合物または高分子液晶組成物を上記の配向処理して配向
させた配向膜からなる、コントラストが良好な高分子液
晶素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高分子液晶素子の一例を示し、図１
（ａ）は高分子液晶素子の平面図、図１（ｂ）はそのＡ
Ａ′線断面図である。

【符号の説明】

１，１′ 基板 ２，２′ 透明電極 ３ 高分子液晶層 ４ スペーサー ５，５′ 配向制御膜 ６ 接着剤 ７，７′ 偏光子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 岳夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カイラルネマチック相とカイラルスメク
   チック相を有する高分子液晶化合物または高分子液晶組
   成物において、カイラルネマチック相で配向処理を行な
   うことを特徴とする高分子液晶の配向方法。
2. 【請求項２】 一対の基板間にカイラルネマチック相と
   カイラルスメクチック相を有する高分子液晶化合物また
   は高分子液晶組成物を挟持し、該高分子液晶化合物また
   は高分子液晶組成物がカイラルネマチック相で配向処理
   されて配向していることを特徴とする高分子液晶素子。