JPH05188376A - 液晶に傾斜した垂直整列を導入する方法 - Google Patents

液晶に傾斜した垂直整列を導入する方法

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JPH05188376A
JPH05188376A JP4155381A JP15538192A JPH05188376A JP H05188376 A JPH05188376 A JP H05188376A JP 4155381 A JP4155381 A JP 4155381A JP 15538192 A JP15538192 A JP 15538192A JP H05188376 A JPH05188376 A JP H05188376A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】液晶デバイスの分野で有用な液晶に傾斜した垂
直整列を導入する方法を提供することを目的とする。 【構成】基板20は、前記基板に相対して液晶ディレク
ター26の近似垂直整列を引き起こすために予め処理さ
れる。シリカ層は、前記基板20がスパッタリングター
ゲットを通過して移動されるイン−ラインマグネトロン
スパッタリングによって前記基板20に堆積され、前記
シリカ被覆基板20はその後長鎖アルコールで処理され
る。アルコール処理基板20は、液晶22の層で覆わ
れ、電界−オフ状態での液晶22のディレクター26は
垂直から堆積中の基板20の移動方向と平行な方位角方
向に向かって約1〜3゜傾斜されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶に係わり、特に液晶
層を予め整列させる基板に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶電気光学的装置の1つの型は、内側
面に導電層を塗布した2つの透明板の間に薄い液晶を介
在することにより作られる。この導電層間に電界を加え
ないときは液晶のデレクターは1つの状態をとる。な
お、液晶のデレクターとは液晶分子の長い分子軸のマク
ロ的方向である。もし、この導電層間に電界を加えたと
きは、このデレクターは他の状態に再配向する。なぜな
らば、液晶は2屈折性であり、これら2つの状態は異な
る屈折率を有し、多くの場合、液晶の薄い層は透明板に
向けられた光に対し2屈折性を示すからである。印加さ
れた電界に応答する状態変化は、ディスプレー、プロジ
ェクタのような光を制御する液晶装置の基本となってい
る。
【0003】通常の形態において、液晶光弁は光弁の一
方側に向けられた極性化投影光ビームを光弁の他方側に
向けられた書き込み光ビームに従って変調する装置であ
る。極性化投影光ビームは透明電極(通常、対向電極と
呼ばれる)の1つを介して光弁に入り、液晶層を通過し
他方の電極の鏡から反射される。この投影光ビームは反
転して液晶層および対向電極を通り、さらに外部分析器
を通過する。極性、分析機能はしばしば単一の極性化ビ
ームスプリッタによりなされる。投影光ビームは液晶を
通過する前および後にこの極性化ビームスプリッタを通
過する。この種および他の種の型の液晶光弁の機構につ
いては、多くの記述文献に詳細に記載されている。例え
ば、文献、Laser Focus/Electro−
Optics,10月、1983、第111−120
頁、”Progress in Liquid Cry
stal Light Valves”、W.P. B
lehaに記載されている。
【0004】この種の液晶光弁において、バイアス電界
が電極の電圧を加えることにより液晶層を通して適用さ
れる。液晶はこのバイアス電界の応答して配向される。
液晶のデレクターは最初に非電界状態において上記透明
板に垂直に整列する。しかし、電界の適用によりデレク
ターを上記透明板の面に向けて回転させ、装置の光伝達
を変化させる。書き込み光パターンが電界を変調させ、
液晶を通過する光の相遅延を変化させる。これが逆に分
析器を通過する投影光ビームを変調させる。
【0005】初期の液晶光弁の1つ問題点は、液晶光弁
の面を横切る投影光変調の不均一性であった。もし、液
晶のデレクターが最初に上記透明板の面に対し完全に垂
直であれば、電界の適用によりデレクターをセル内にお
いて場所ごとに不規則な方位に回転させることができ
る。書き込み光に対するセルの応答、したがって投影光
に対するセルの伝達はセル内の場所により変化し、好ま
しくない結果を生じさせる。
【0006】この問題に対する満足な解決は液晶のデレ
クターに整合する表面に液晶セル全面に均一な僅かな予
備的傾きを持たせることである。すなわち、もしデレク
ターが最初に完全な垂直に対し同一方向に何度か(通
常、約1.5ないし約2.5度)傾いているとすると、
電界を加えたとき、このデレクターがさらに均一に同じ
方向に傾き、最後に板面に横たわり、セルの何処におい
ても同一方向(方位)に傾くことになる。
【0007】この解決方法は何年か前から知られてい
て、液晶デレクターに制御された予備的傾きを与える多
くの異なる方法が提案されている。この提案の幾つかは
板表面を擦るものに過ぎない。他の方法は幾つかの工
程、堆積、表面処理で板を処理するものである。これら
のより複雑な提案は、温度感度、液晶分解生成物に対す
る感度、傾斜方向の違い、傾斜角度の大きさ、複雑さ、
コストなどの欠点を伴うものである。
【0008】そのため、均一で制御された傾きを、後に
適用される液晶層に導入するための効果的で安価な方法
が求められていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの問題
点を解決し、より有利な方法を提供することを目的とし
ている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板に適用さ
れる液晶のデレクターに傾きを導入させる基板を製造す
るための2工程処理法を提供するものである。この傾き
は約0.5ないし4度であり、方向が均一であり基板に
対するデレクターの投影がすべてほぼ平行である。ま
た、この処理は温度変化に対し安定である。
【0011】すなわち、本発明の処理された基板の製造
方法は、基板を用意し、この基板をシリカ源に通過させ
ながらこのシリカ源から基板上にシリカ層を堆積させる
ものである。好ましくは、このシリカ塗布基板をついで
さらに長鎖アルコールで処理するようにする。
【0012】シリカ堆積の間、基板をマグネトロン・イ
ンラインスパッタリング源に通過させることにより、堆
積されたシリカ層に方向性配向が形成されることが見出
だされた。この基板は通常、透明ガラスであり、この上
に薄い透明導電層、例えばインジウム−錫−酸化物(I
TO)が前もって堆積される。このシリカ堆積において
一般に1回以上の基板の通過を必要とし、この前後の通
過がスパッタリング源に対して同一方向である限り、得
られた構造体は必要な方向性を具備することになる。シ
リカ層の堆積ののち、このシリカで処理された基板はア
ルコールと接触処理される。この時の処理はアルコール
がそのシリカ層表面のヒドロキシ基と反応するのに十分
な温度で行われる。すなわち、このアルコール処理温度
は一般に基板を100℃以上、より好ましくは120−
160℃で行われる。このアルコール処理ののち、液晶
をこの処理面と接触させる。
【0013】本発明の方法を用いた装置の1つの形態
は、同様に処理された2つの基板電極を互いに対向さ
せ、液晶をその間に介在させることにより形成されたも
のである。なお、この場合、液晶のデレクターが相容的
に配向するように基板を互いに配向させることである。
最も一般的な場合において、相容的な配向とは液晶の傾
き方向が対向する基板間の表面で同一であることであ
る。他の場合において、相容的な配向が液晶層の厚み方
向を通して液晶のデレクターに制御可能な折曲が存在す
ることを意味する。対向する基板の2つの導電層間に電
界を与えて液晶のデレクターを他の状態に再配向させる
ことができる。
【0014】本発明は比較的安価な方法で均一傾斜の液
晶を得ることに成功したものであって、非常に均一で安
定した傾きを形成することができる。本発明の他の特徴
および利点を以下に図面を参照して説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。
【0015】
【実施例】本発明の目的は処理された基板を作成するこ
とであって、この上において液晶が自己配向し、これに
より液晶のデレクターが基板の表面に対して制御された
傾斜角度をばらつきなしに形成される。基板20は模式
的に示されている。すなわち、図1ではその側面を、図
2ではその平面を示している。液晶層22は基板20の
上面24を被覆している。
【0016】液晶は等方性の液体と固体結晶との間の中
間の物質状態であり、それぞれのある特性を兼備してい
る。液晶は流動的な凝縮相にある液体ということもでき
る。これは疑似結晶性行動を示し、その長い分子が配向
された配列にあり、多くの分子が互いに整列している。
【0017】液晶の重要な特性はそのデレクターが異な
った方法で決定されることであり、その2つはここで関
連性がある。第1はデレクターが液晶の物理的環境によ
り影響されることである。すなわち、デレクターが液晶
の分子と隣接する固体表面との相互作用により確立され
ることである。第2はデレクターが電界または磁界によ
り影響されるということである。
【0018】多くの液晶装置において最初の”電界また
は磁界−オフ”デレクター状態は物理的環境により決定
される。液晶に電界を加えるため電極が設けられ、電界
をデレクターの電界−オフの状態を覆す程度加えること
により”電界−オン”デレクター状態に変えることがで
きる。液晶と隣接する固体表面との相互作用により、デ
レクターは少なくとも抑圧表面に近くない液晶22の部
分は極めて容易に”電界−オン”デレクター状態に変え
ることができる。電界が増すにつれて液晶の”電界−オ
ン”デレクター状態が拡大される。最終的に十分な電界
の印加により実質的にすべての液晶が、すなわち抑圧表
面に近い1分子層程度の薄いフィルム層を除いて、”電
界−オン”デレクター状態に回転される。
【0019】液晶のデレクターの配向を変化させる意義
は液晶と通過光線との角度に依存して液晶が通過光線と
相互作用することである。液晶内の力のバランスは伝達
された光の制御を達成するために要する電界は非常に小
さく、したがって液晶は非常に小さい出力を必要とする
投影光制御装置を与えることができる。
【0020】図1において、液晶22のデレクター26
は基板20の上面24に対し垂直なライン28から小さ
い角度Tを以て配向している。もし、これがただ1つの
制限であるならば、基板の異なる場所におけるデレクタ
ーはいづこも傾斜Tにより規制される円錐状表面にある
ことになるが、しかし図2に示すように、平面で見た場
合は基板20の表面へのデレクターの投影は方位線30
にほぼ平行をなしている。この理想的方位的整列からの
ばらつきはAにより示され、これはできるだけ小さいこ
とが望ましい。
【0021】液晶22に対して電界が加えられていない
ときは、デレクター26はあらゆる場所において垂直ラ
イン28に対し小さい傾斜T(好ましくは0.5〜4
度、より好ましくは1〜3度)で整列している。十分な
電界が垂直ライン28(表面24に垂直)に対し平行な
方向に加えられ、液晶が負の誘電体異方性を有すると
き、デレクター26はあらゆる場所(抑圧表面に接近す
る部分を除いて)に再配向し、図3に示すように表面2
4に対しある角度を以て横たわる。液晶表面を横切る異
なる場所においても、デレクター26は図2に示すよう
に実質的に同じ方位30に向けられている。方位30で
の整列は意義のあるものである。なぜならば、液晶表面
を横切るすべてのデレクターは光Bの偏光ベクトルPに
対し同じ角度を有する。電界がさらに増大すると、すべ
てのデレクターは回転して表面24にほぼ平行に横たわ
る。
【0022】本発明は、基板を用意する工程と、基板を
シリカターゲットに通過させながらマグネトロン・イン
−ライン・スパッタリングにより基板上にシリカ層を堆
積する工程とを具備してなる液晶装置の製造方法を提供
する。シリカ層を堆積した基板は好ましくはついで長鎖
アルコールで処理され、さらに液晶層で被覆される。基
板20の詳細な構造が図4に示されている。基板20は
透明支持板(一般にガラス、例えばBK7Aガラス、石
英)32を有する。支持板32の上には薄い導電層34
が被覆されている。この導電層34は一般に厚み約40
0オングストロームのインジウム−錫−酸化物からな
る。この導電層34は電界を発生させる電荷を支持し、
運ぶことができる。しかし、依然として光に対し透明で
ある。この支持板32および導電層34はときどき一緒
にして非処理基板36とも呼ぶ。非処理基板36の上に
は厚み約12ないし3000オングストローム、より好
ましくは約250ないし1500オングストロームのシ
リカ層38が被覆されている。シリカ層は3000オン
グストロームより厚くても良好な液晶配向を達成するこ
とができるが、装置を操作させるのには好ましくない。
なぜならば、これらは下の電極を絶縁化させる虞があ
る。シリカはケイ素を酸化させたSiOx からなり、こ
のXは一般に2に近いものである。シリカ層38は後述
のようにマグネトロン・イン−ライン・スパッタリング
により垂直に適用される。
【0023】シリカ層38を適用したのち、長鎖アルコ
ール、好ましくは1分子当たり炭素原子数6ないし30
のもの、で米国特許4,464,134に記載の方法で
処理する。好ましい長鎖アルコールはCH3 (CH2
nCH2 OH(但しnは4ないし28であり、したがっ
て全体の炭素原子数6ないし30となる)からなるもの
で、その具体例は1−デカノール、1−ドデカノール、
1−ヘキサデカノール、1−オクタデカノール、1−エ
イコサノールである。これらおよび他の適当なアルコー
ルは市販されており、容易に入手可能である。
【0024】アミン、好ましくは脂肪族アミンを長鎖脂
肪族アルコールに混合して用いてもよい(米国特許4,
030,997参照)。アミンを用いる場合はアルコー
ルとアミンとを等モル量用いることが好ましい。特に第
1アミンが好ましい。好ましいアミンの例としては、1
−オクタデシルアミン、1−ヘキサデシルアミン、1−
テトラデシルアミン、1−ドデシルアミン、ジドデシル
アミン、トリドデシルアミン、N−メチルオクタデシル
アミン、およびN,N−ジメチルオクタデシルアミンで
ある。
【0025】アルコール処理は液体アルコールまたはア
ルコール蒸気を用いておこなうことができる。好ましい
方法は100℃、より好ましくは120℃ないし160
℃で基板をアルコール蒸気を用いて処理することであ
る。この処理は基板をこれらの温度条件でアルコール蒸
気に適当時間、例えば2時間さらすことにより行われる
(米国特許4,464,134参照)。
【0026】アルコールは基板表面のヒドロキシ基と反
応し層40で示される残渣を残す。しかし、この層40
は極めて薄くおそらく単一分子の厚みしかない。アミン
はこの反応において触媒として機能し、表面においてシ
リコン原子に化学的に結合するアルコキシ基の層を生成
させるものと思われる。
【0027】シリカ層はマグネトロン・イン−ライン・
スパッタリングにより基板上に堆積され、この場合、基
板はスパッタリングターゲット上を通過するようにして
移動される。このスパッタリング装置は公知であり、M
aterials Research Corpora
tion、ニューヨーク、米国から商品名MRC 94
3として販売されている。
【0028】図5は、そのようなスパッタリング装置5
0を示している。真空チャンバー52は充填チャンバー
54と、堆積チャンバー56とを有し、これらの間に封
止可能なロック58を設けられている。ロック58およ
び堆積チャンバー56は別々に真空ポート60、62を
介してポンピングされるようになっている。横断機構6
3が充填チャンバー54から延び堆積チャンバー56と
連通している。横断機構63は基板を一方のチャンバー
から他方のチャンバーに移動させ、堆積肯定の間におい
ても後述のように使用される。
【0029】真空チャンバー52は2つ(またはそれ以
上)のスパッタリング・アセンブリーを内蔵し、少なく
とも1つは導電層を堆積させ、他の少なくとも1つはシ
リカを堆積させる。すなわち、第1のものは導電層34
を堆積させ、第2のものはシリカ層38を堆積させる。
これらの2つの堆積は2つの別々の装置により行っても
よいし、1つのチャンバーで行い、シリカ層38の堆積
に悪影響を与える虞のある導電層34表面の汚染を回避
するようにしてもよい。
【0030】第1のスパッタリング・アセンブリー64
はDCマグネトロン・スパッタリング装置であり、ター
ゲット66、マグネット68およびDC出力源70を有
する。インジウムと錫の酸化物合金からなる好ましい導
電層34を堆積するため、ターゲット66は競技場トラ
ック形のインジウム−錫−酸化物であることが好まし
い。スパッタリングは従来のDCマグネトロン・スパッ
タリングと同様にしておこなわれる。インジウム−錫−
酸化物の厚みは限定されないが、一般に400ないし1
0,000オングストロームとして差支えない。導電層
34堆積の間、横断機構63は基板がターゲットを通過
するようにして前後に連続的に操作させる。この移動の
速さは所定の一定の速さとし、走行範囲も制御し、基板
の各端がターゲットを通過するようにする。この移動の
速さは重要ではないが、好ましくは19cm/分とす
る。その結果、均一な堆積層34が形成される。導電層
34の堆積が完了したときに、シリカ層が堆積される。
【0031】第2のスパッタリング・アセンブリー72
はマグネトロン・スパッタリング装置であり、マグネッ
ト74、およびrf(電波周波数)出力源76を有す
る。スパッタリングターゲット78は酸化シリコン、S
iO2 であり、図6に示すように競技場トラック形をな
している。このターゲット78は長さが基板20を支持
するパレット80の幅より長くなっている。ターゲット
78の両側端部82は基板20の両端から横方向に離れ
ている。なお、ターゲット66も好ましくは同様の寸
法、形状とする。したがって、基板20に堆積されるほ
とんど全てのシリカが上記競技場トラック形状の側部8
4からもたらされる。この側部84は横断機構63上の
パレット80の走行方向86に垂直に配向されている。
【0032】ターゲット78からシリカを堆積するた
め、スパッタリングは従来のrfマグネトロン・スパッ
タリングを用いて行われる。シリカの厚みは12ないし
3000オングストロームとして差支えないが、好まし
くは250ないし1500オングストロームとする。電
波周波数出力レベルは約0.2ないし1.5KwがMR
Cユニットで可能であるが、約1Kwが好ましい。
【0033】横断機構63は堆積の間、基板20がター
ゲット78を前後に通過するようにして連続的に操作さ
せる。その走行範囲は、基板の各端がターゲットを通過
するようにする。この移動の速さは、2cm/分ないし
400cm/分とする。ターゲットと基板との最小間隔
を5cm、出力レベルを約1Kw、合計1500オング
ストロームのシリカを堆積するとした場合、走行速度は
約19cm/分とする。横断機構63はこの速度で走行
範囲の間を一定の速さで移動される。他の好ましい方法
は移動速度を約3.2cm/分程度に非常に遅くしてお
こない、1方向の1回の通過で必要なシリカ層を形成す
ることである。他の好ましい方法として、移動速度を約
19cm/分程度にしておこない、1方向の1回の通過
で250オングストロームのシリカ層を形成することが
できる。ターゲット78からのシリカの堆積の間、およ
びターゲット66からの堆積の間、チャンバー56に3
mTorrないし25mTorr、好ましくは10mT
orrのアルゴンガスの充填を行うことが好ましい。こ
れにより堆積されたシリカの品質の向上を図ることがで
き、rfマグネトロン・スパッタリング装置の安定した
プラズマ放電を得ることができる。
【0034】処理された基板を製造するため、支持板3
2、例えばBK7Aガラスがパレット80上に置かれ
る。また、このパレット80は横断機構63上に置かれ
る。基板上の所望の方位ライン30および支持板32が
走行方向86と平行となるように種々の構成物が配向さ
れる。充填チャンバー54が排気され、その代わりにア
ルゴンが充填される。横断機構63が操作され、第1の
スパッタリング・アセンブリー64を通過するよにして
パレット80を1方向に1回、または前後方向に複数回
移動させる。これにより導電層34が上述のように堆積
される。ついで、横断機構63が操作され、第2のスパ
ッタリング・アセンブリー72を通過するよにしてパレ
ット80を移動させる。これによりシリカ層38が堆積
される。液晶がのちに、シリカ層38に接触されたと
き、液晶が配向しシリカ層38に対する投影が上記移動
方向と平行となり、かつ、最後の通過で走行方向から離
れた方向に傾きが伴う。
【0035】このようなパラメータとパレット80の移
動速度、約19cm/分により、1回の走行で250オ
ングストロームのシリカが堆積される。最も好ましいシ
リカ層38の厚みは約1500オングストロームであ
り、6回の走行が必要となる。他の方法は移動速度を約
3.2cm/分程度に非常に遅くしておこない、1方向
の1回の通過で約1500オングストロームのシリカ層
を形成することである。堆積は1方向の通過でおこなっ
てもよいし、両方向の通過でおこなってもよい。シリカ
の所望の厚みが得られたのち、横断機構63を操作して
パレット80を充填チャンバー54に戻し、シリカ塗布
基板を除去する。この基板はのちにアルコールまたはア
ルコール−アミン混合液で上述のように処理される。
【0036】処理された基板は図7に示すように液晶装
置90を製造するために用いられる。液晶22が処理基
板20上に置かれる。この特定の装置において、液晶物
質は負の誘電体異方性を有するものである。したがっ
て、電界を与えたとき、デレクターを電界に垂直な方向
に配向させる。なお、スペーサ92が基板20上に置か
れる。このスペーサ92は、例えば厚み0.00025
ないし0.001インチのマイラープラスチック片でよ
い。
【0037】第2の処理基板20´が第1の処理基板2
0の上に反対に配向させ、スペーサ92に載るようにし
て置かれる。ここで、整列型の如何を問わず、第2の処
理基板20´はその傾斜方向が第1の処理基板20の傾
斜と一致するように対応させなければならない。すなわ
ち、基板は電界−オンの状態で液晶デレクターに曲げが
第1の処理基板20の表面から第2の処理基板20´の
表面に亘って生じるように配向させることができる。し
かし、通常の場合、曲げが全くないことが好ましく、デ
レクターが液晶層およびセル全体に亘って何処も同じに
配向されるように基板が配置される。この型の整列は図
7に示されている。ここで、傾斜ラインは模式的に液晶
デレクター26を示しており、クロスハッチングではな
い。この型の整列は米国特許4,030,997に図1
および図2を参照して説明されている。この操作は複雑
でなく、スパッタリング装置内で基板の配向の痕跡を保
持するだけでよい。外部電圧源から端子94を介しての
導電層34への電気的接続は装置90を組み立てたの
ち、または組み立てる前になされる。
【0038】装置90内における液晶のデレクターは図
1、2に説明したように、基盤表面に垂直な線から約1
−3度、また選択された方位線から数度以内に均一に整
列されている。負の誘電体異方性を有する液晶物質につ
いては、端子94間に電圧を増大させると、液晶のデレ
クターが表面24にほぼ垂直なものから再配向して、そ
の傾斜を増大させながら、最大の電圧時に表面24にほ
ぼ平行となる。デレクターを表面24にほぼ平行にさせ
るために要する電圧は液晶層の厚み、誘電異方性および
シリカ整列層の厚みとに関連する。ほとんどの場合、デ
レクターの配向は、周波数100ヘルツないし10キロ
ヘルツで5〜30ACボルトで達成することができる。
【0039】上述の整列プロセスおよび整列層は、電界
あるいは液晶を通過する光線を様々な方法で変調し、制
御し、変化させるようにした複雑な多層基板の表面に対
しても適用することができる。このような複雑な多層基
板の例は、文献、LaserFocus/Optic
s、1983年10月、p111−120に記載されて
いる。この文献の図3に示されるような光弁基板は、光
学ガラス基板;インジウム−錫−酸化物のような透明導
電層;硫化カドミューム、非晶質シリコン、結晶質シリ
コン(これらは特別の特性または効果を持たせるため適
当なドーパントを含むものであってもよい)などの光セ
ンサー;テルル化カドミューム、セラミック−金属複合
体などの光阻止層;および誘電体ミラー(これは通常、
屈折率の異なる薄い絶縁フィルムの対を交互に重ねたも
のからなる)から形成されている。この光弁基板構造体
はさらに薄いフィルムトランジスタに基づく電気駆動回
路、または電荷結合装置回路からなるものでもよい。こ
の発明の整列物質はこのような複雑な基板に適用し、液
晶の所望の傾斜した垂直整列をこれらに接触させて導入
することができる。
【0040】以下、具体的実施例について説明する。 例1 図7に示すようなデバイスは、用意されると共に試験さ
れる。基板は、BK7A光学ガラス平板である。これら
は、最初にアセトン中で洗浄し、Micro(コール−
パーマー機器株式会社から市販される研究用クリーナ)
で研摩し、無イオン化された水でリンスし、そしてトラ
ンセン(Transene)でリンスすることによって
清浄化される。約400オングストロームの厚さのイン
ジウム−錫−酸化物の電気導電層が堆積され、それから
シリカ層が19cm/分の走行速度で以下に説明する方
法によって堆積された。マグネトロン・イン−ライン・
スパッタリング装置の運転条件は、既に述べてように1
kWの高周波出力および10mtorrのアルゴン圧を
用いる。搬送速度と運転条件の共同は、1パス当たり2
50オングストロームのシリカを生産し、それらはトー
タル1500オングストロームシリカを生産するために
6パスであった。前記基板は、それから成膜装置から取
り出され、1−オクタデカノールの蒸気中に140℃で
2時間処理された。未反応アルコールは、ヘキサンおよ
びクロロホルム溶媒で洗うことによって除去された。デ
バイス90は、既に述べたように負の誘電異方性を有す
るネマティク液晶を用いて組み立てられた。
【0041】前記デバイス90は、いくつかのアプロー
チによって評価された。傾斜角Tは2.5±0.5゜で
あることがわかった。傾斜角Tの熱安定性は優れ、23
〜55℃の範囲に亘る温度で1℃の上昇当たり平均0.
01゜まで増加する。電極間での整列変化およびその結
果によるツイスト角は、デバイスの面に沿って1cm間
隔で9箇所測定された。方位角Aにおける最大変化は、
電極間で約8゜であり、かつこれら9箇所におけるツイ
スト角は2゜より変化することはない。6Vの電圧を前
記液晶に印加すると、回位およびドメインが観測され
ず、液晶デイレクターは方位角方向に一様に傾斜され
た。理論的に、偏光に対するデバイスの第1透過ピーク
での透過率は、入射ビームの偏光方向Pと方位角方向3
0の間の角度が45゜の時に最大になるべきである。前
記デバイス90において、第1透過ピークでの実際に測
定された最大透過率は走行86の方向に対して39゜の
角度を生じ、予想と良好に一致する。
【0042】例2 インジウム−錫−酸化物の薄い被覆で既に被覆されたガ
ラス板からなる6つの電極は、ステンレス鋼パレット上
に配置され、MRC942成膜システム中のターゲット
下を左右に1回通過して1500オングストロームのシ
リカが被覆された。前記ターゲット下での移行速度は、
3.2/分であった。電極A、B、C、D、EおよびF
として示される6つの電極の配置は、図8の平面図に示
される。前記パレットの走行方向は、矢印で示されるよ
うに右から左である。ダミーガラス板は、各電極列の端
に位置する前記パレットに置かれている。各電極の一端
は、“タブ保護”として図8に示されたステンレス鋼バ
ーで覆われ、前記電極の一端上へのシリカの堆積を防い
でいる。これは、未被覆インジウム−錫−酸化物のタブ
として残存させ、ここに電気的接続部が作られる。向か
い合う電極は、液晶テストセル(例えばAとD、BとE
およびCとF)を用意するのに決りきった対をなす。シ
リカの被覆後、前記電極は例1で説明したように1−オ
クタデカノールの蒸気で処理される。
【0043】液晶セルは、0.001インチマイラース
ペーサで分離された電極対を互いに対向させ、それら電
極間にHRL104液晶を充填することによって作製さ
れる。各セル中の2つの電極のタブは、セルの向かい合
う端に配置され、シリカオーバーコートを有する電極表
面は前記液晶に接して互いに対向される。これら電極の
配置は、セル全体に亘って一様である各セルに液晶ディ
レクターの傾きを生じる。ミラーは、“遠い”電極(図
8図示)を有する側の前記セルの外側に密着される。
【0044】近接ランプからの光は、540nmを中心
とする波長を透過するコーニング4−64グリーンフィ
ルタおよび偏光子を通過される。前記偏光子は、前記2
つの電極上へのシリカの堆積中の走行方向に対して平行
な偏光面に配向され、かつ検光子の偏光面に対して直交
に配向されている。光は、前記電極表面に対して垂直方
向に前記液晶セルを通過し、前記ミラーで反射され、そ
の走行と反対方向に前記液晶を通過し、前記検光子を通
る。電界は、10kHz電源を用いて前記液晶を横切っ
て印加され、電圧は0から15Vrmsまで上昇され
る。前記テストセルは、光伝達方向と一致する軸で回転
され、前記検光子を通して受けた光感度が測定された。
セル回転角は、観測された最高透過ピークで最大感度と
なる位置で測定された。理論的に、最高透過ピークでの
最大感度は45゜の回転で観察されるべきである。前記
3つのセルにおいて、最高透過ピークで最大感度を達成
する測定回転角は、39゜、39゜および42゜であっ
た。
【0045】この例は、多数の類似電極を作製する能力
を示し、かつ別々のセルを形成する対をなす電極への1
つのアプローチを示す。本発明のアプローチで得られる
ことができる良好な再生産性も同様に示す。
【0046】例3 液晶セルを作るのに互いに対をなす一対の電極はパレッ
ト上に平らに置かれるが、電極の両端で配向し、シリカ
堆積中の走行方向に対して45゜の角度、つまり一方の
電極は時計回り方向に45゜で、他方の電極は半時計回
り方向に45゜で配向された以外、例2を繰り返した。
例2のテスト装置は、最高透過ピークの最大透過率が3
゜の回転のみで生じることを決定するのに使用され、理
論的に予測された0゜に良好に一致する。液晶の傾斜角
は1.8゜であった。
【0047】別の一対の電極は、シリカ堆積中の電極角
度を40゜とする以外、同様に作製された。最大透過率
は、5゜の回転で測定され、理論値に正確に一致してい
る。液晶の傾斜角は、垂直から2.3゜であることが測
定された。
【0048】2つのセルの整列一様性は、偏光マイクロ
スコープで評価された。評価されるべきセルは、マイク
ロスコープステージ上に置かれ、偏光された光で前記セ
ルに上側に通過して照射し、マイクロスコープの光学シ
ステムの検光子に入射される。1kHz、20Vrms
の電界は、電極表面に対して殆ど平行な配向方向に液晶
ディレクターを再配向するために印加される。最低透過
率状況を見付けるために固定された偏光子を保持し、か
つ前記ステージおよび検光子の両者を回転することによ
って、両電極表面での傾斜方位を決定することができ
る。液晶整列におけるツイストは、2つの対向表面での
整列間で異なった。測定は、前記セルを横切るグリッド
パターンにおいて1cm間隔の9箇所でなされた。整列
の一様性は、最大変化の用語で述べられるか、または前
記8箇所における最高と最低量の間の差である。その結
果は、45゜セル(“45セル”)および40゜セル
(“40セル”)として次の表に表わされる。
【0049】 表 度数(゜) 測 定 45セル 40セル 電極の長端に関連する傾斜方位 上部表面電極 45.2 49.8 下部表面電極 45.3 49.8 傾斜方位での最大変化 上部表面電極 2.8 2.4 下部表面電極 1.8 1.0 最大ツイスイ 1.0 0.9 ツイストの最大変化 1.6 1.7 前記45゜セルの測定された傾斜方向は、45゜の理論
量と良好に一致し、前記40゜セルの測定された傾斜方
向は、50゜の理論量と良好に一致した。
【0050】この例は、液晶ディレクターの傾斜方位は
シリカ堆積中の相対的な走行方向に関連して前記電極を
配向する単純な手段を用いることで随意に一致できるこ
とを示している。この作用は、矩形液晶表示セルの端面
に平行である投影光の偏光面を持つことが望ましいある
投影システムに有用である。
【0051】例4 この例は、本発明を実施に用いることができるアルコー
ルの化学構造の変化、処理のための異なるアルコールを
用いることによって得られる傾斜角の変化、同様なアル
コールを用い、異なる液晶に対して得られる傾斜角の変
化を表わす。
【0052】各々のインジウム−錫−酸化物の薄いコー
ティングで被覆された一対のガラス電極は、さらに例2
で述べた同様なアプローチを用いて単一の右から左への
通過で1500オングストロームのシリカで被覆され
た。シリカ堆積後、堆積された表面は次の表のアルコー
ルの一つの中に2時間浸漬され、前記アルコールを12
0〜160℃で加熱され、溶融された。電極は、ヘキサ
ン、メタノールおよびクロロホルムのいくつかの洗浄剤
でアルコールがなくなるまで洗われた。テストセルは、
液晶HRL104を用いて例2で述べたように作られ、
評価された。評価につづいて、電極は分離され、液晶を
洗い流し、異なる液晶、HRL102で再組み立てさ
れ、再度評価された。例1で述べたように1−オクタデ
カノールで作製されたテストセルは、比較として含む。
液晶傾斜角は、例1のように測定され、次のような結果
となる。
【0053】 表 傾斜角(゜) アルコール 炭素数 HRL104 HRL102 1-ドデカノール 12 1.5 2.4 1-オクタデカノール 18 − 2.2 1-トリアコンタノール 30 1.1 1.1 2-ヘキサデカノール 16 2.6 3.7 1,2-オクタデカンジオール 18 0.2 0.6 コレステロール 27 2.7 3.1 前記表中の最初の3つのアルコールは、本発明の実施に
とって通常、好ましい種類の直鎖一級アルコールであ
る。2-ヘキサデカノールは、α炭素にメチル置換基をプ
ラスした15炭素鎖をもつ二級アルコールである。1,2-
オクタデカンジオールは、2つのヒドロキシ基、1つは
一級ヒドロキシ基、もう一つは二級ヒドロキシ基をもつ
アルコールである。それは、二級ヒドロキシ基が付加さ
れた17炭素鎖を有する。この長鎖ジオールで得られた
傾斜角は、小さいが、このアルコールと別のアルコール
の混合物での処理は中間的な傾斜角を得ることを達成で
きる。コレステロールは、光学的活性であり、環の1つ
に二重結合を有するアリシリックアルコールである。
【0054】例5 この例は、250オングストローム厚さと同じぐらい薄
いシリカ被覆が液晶整列を引き起こすのに用いることが
できること、アルコール処理後、溶剤で必ずしも洗浄し
なくてもよいことを証明した。他の考察は、12オング
ストロームと同じくらい薄い被覆がそのような整列を引
き起こすことを示す。
【0055】ガラス上に薄いインジウム−錫−酸化物被
覆を有する2つの対をなす電極は、250オングストロ
ームのシリカを1パスのみ堆積して作られる以外、例1
で述べたようにシリカでオーバーコートされた。シリカ
の堆積後、電極は例1のように1−オクタデカノール蒸
気で処理された。前記処理後、1つの対をなす電極は、
ヘキサン、メタノールおよびクロロホルムで洗浄され、
他の対をなす電極は洗浄しなかった。各対は、液晶HR
L104を用いてテストセルを組立てられた。洗浄およ
び未洗浄電極セルの傾斜角は、それぞれ2.82゜およ
び3.55゜であった。
【0056】例6 いくつかの液晶混合物は、しばしばアルコール処理をせ
ずとも、本発明の方法によって用意されたシリカコート
表面傾斜垂直整列を自発的に受容する。整列の性状は、
アルコール処理で達成されたのと同様に良好ではない。
【0057】薄いインジウム−錫−酸化物のコーティン
グを持つ2つの対をなす電極は、3.2cm/分で1回
の右から左へのパスで1500オングストロームのシリ
カで被覆された。電極は、いかなるアルコール処理をせ
ずに液晶セルを用意するのに用いられた。E.マークか
ら入手される商業的液晶形態ZLI2857の0.00
1インチ厚さは、1つのセルに用いられ、HRL104
は他のセルに用いられる。両方の液晶は傾きを任意に受
容し、ZLI2857液晶セルに対して3.0゜、HR
L104液晶セルに対して3.1゜であることが測定さ
れた。測定は、例4と同様な手順にしたがってセルを横
切る9箇所でなされた。2つの液晶による結果は次の通
りである。
【0058】 度数(゜) 測 定 ZLI2857 HRL104 傾斜方位の最大変化 上部表面電極 20.5 34.2 下部表面電極 17.4 27.4 ツイストの最大変化 3.7 8.7 これらの結果を例3のそれらと比較すると、アルコール
処理はアルコール処理をしない場合より非常に均一さを
導く。
【0059】例7 液晶テストセルは、シリカでオーバコートされている
が、例6のようにアルコールで処理されない電極から構
成された。例7で用いられる液晶は、ブリティシュドラ
ッグハウスから入手される商業的液晶BDH−E7であ
った。この液晶は、そのディレクターを前記電極表面と
実質的に平行に整列されるが、前記整列はセル全体に一
様ではない。その代わり、セルの各個所で液晶は偏光マ
イクロスコープで光学的観察によって決定されるように
前記液晶が電極表面に初めに接触しかつセルを通して流
れた瞬間に所有される整列を採用される。
【0060】この例は、本アプローチと傾斜垂直配列を
達成するための他の知られた方法との間の充分な差を示
す。他の方法は、一様な同質か表面平行整列を作る技術
を同型か表面垂直整列を作る技術と結合する。これに対
し、もし本発明の方法はアルコール処理なしで実施さ
れ、液晶がシリカ表面に対して平行に整列されことに用
いられれば、整列は完全に不均質である。本アプローチ
によって作られたシリカ表面構造は、同質または表面平
行整列で整列方向に一様に実施することを失敗する。本
発明の方法によって作られたシリカ表面は、傾斜垂直整
列を引き起こす他の方法を伴う表面と本質的に異なる。
【0061】例8 本発明のアプローチは、液晶光弁基板に液晶の配向を得
るのに有効である。光弁デバイスに有用である基板の種
類は、Rodney D.Sterling,Robe
rt D.Te Kolste,Joseph M.H
aggerty,Thomas C.Borah,およ
びWilliam P.Bleha“非晶質シリコン光
導体を用いるビデオ−レイト 光弁”SID 90 ダ
イジェスト,p327〜329(1990)の文献に述
べられている。前記デバイスの1つの基板は、被覆イン
ジウム−錫−酸化物導体層、アモルファスシリコン光導
体光センサおよび誘電ミラーを持つ石英窓を有する。こ
れらの場合、シリコン層は堆積され、前記シリコン層は
ここで議論された好ましいアプローチを用いてアルコー
ルにより処理された。良好で、一様な傾斜整列が達成さ
れた。
【0062】このアプローチで得られた結果は、他の手
順によって得られたそれらに対して技術的に優れ、多く
の場合、低コストである。本発明の初期整列特性は、充
分に知られていないが、それらは堆積ターゲットと基板
の間の同時に起こる相対的動作によるシリカの堆積から
明確に起こる。他の従来技術では、傾斜垂直液晶整列を
達成するためのそのような相対動作を用いることは全く
知られていない。
【0063】本発明のアプローチは、本発明者が知られ
ている最も良好な従来技術と比較される。米国特許第
4,030,997の手順は、傾斜方向でより大きい変
化をもたらし、かつ温度に対してより大きい感度をもた
らす。J.Cognard,“Mol.Cryst.L
iq.Cryst.Supp.Ser”Supp 1,
1−74(1982)の堆積手順は、より大きい傾斜変
化および低い予想性を生じ、かつそれをなすのに非常に
複雑で高価になる。J.Cognardによる同様な文
献で述べられた低角度SiOX 堆積は、使用するのには
余りにも高い傾斜角を生じる。
【0064】
【発明の効果】本発明は、液晶デバイスの分野で有用さ
を提供する。本発明の特別の例は例証の目的で詳細に説
明したが、種々の変更は本発明の精神および範囲から離
れずになしてもよい。したがって、本発明は添えられた
請求の範囲によって除外されて限定されるものではない
【図面の簡単な説明】
【図1】処理され、電界−オフ状態の電界をもつ基板の
側面図。
【図2】電界−オフ状態の電界をもつ図1の基板の平面
図。
【図3】電界−オン状態の電界をもつ図1の基板の側面
図。
【図4】処理された基板の側前面図。
【図5】マグネトロンイン−ラインスパッタリング装置
の側面図。
【図6】マグネトロンスパッタリングターゲットと基板
の関係を示す図5の装置詳細の平面図。
【図7】液晶デバイスの側面図。
【図8】例2で述べられたアプローチでの形態中の電極
配列の平面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒュー・エル・ガービン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90265、マリブ、ホライズン・ドライブ 5540 (72)発明者 クラウス・ロビンソン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91367、ウッドランド・ヒルズ、ナンバー 13、カルバート・ストリート 22040 (72)発明者 リーロイ・ジェイ・ミラー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91304、カノガ・パーク、ヒラリー・ドラ イブ 8313

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に液晶の傾斜した垂直整列を形成
    するための処理基板を製造する方法であって、 シリカ源を通過するようにして基板を移動させる工程
    と;該基板をシリカ源に通過させながら該シリカ源から
    該基板上にシリカ層を堆積させる工程と;基板を液晶層
    で被覆する工程と;を具備してなる方法。
  2. 【請求項2】 シリカ層を堆積させる工程ののち、シリ
    カ塗布基板を長鎖アルコールで処理することを特徴とす
    る請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 該基板がガラスからなることを特徴とす
    る請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記基板は、移動工程前にそこに電気的
    導体被覆を有することを特徴とする請求項1に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 シリカ層を堆積させる工程を、基板をシ
    リカ源に1回だけ通過させることによりおこなうことを
    特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 シリカ塗布基板を長鎖アルコールで処理
    する工程を基板温度を120〜160℃で行うことを特
    徴とする請求項2に記載の方法。
  7. 【請求項7】 長鎖アルコールがCH3 (CH2 )nC
    2 OH、但しnは4ないし28である長鎖脂肪族アル
    コールである請求項2に記載の方法。
  8. 【請求項8】 アミンを該アルコールに混合したことを
    特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 該シリカ源がスパッタリングターゲット
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  10. 【請求項10】 請求項1に記載の方法でつくられた基
    板。
JP4155381A 1991-06-14 1992-06-15 傾斜配列の液晶を基板上に形成するための方法 Expired - Lifetime JP2672233B2 (ja)

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