JPH05323300A

JPH05323300A - 強誘電性液晶素子

Info

Publication number: JPH05323300A
Application number: JP13096492A
Authority: JP
Inventors: Toru Kashiwagi; 亨柏木; Yasushi Saito; 寧齋藤; Koji Hara; 浩二原; Kensaku Takada; 憲作高田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【目的】基材として軽量かつ強靱なプラスチックフィ
ルムを使用して、しかも、外気温の変化によって液晶分
子の配向が乱れるおそれのない強誘電性液晶素子を提供
する。【構成】線膨張係数が８．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄ
ｅｇ未満のプラスチックフィルムを基材として使用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＶ画面や一般ＯＡ機
器用、自動車等の表示パネル用、または、車載ナビゲー
ションのディスプレイ等に使用される動画表示可能な強
誘電性液晶素子に関し、とくに基材としてプラスチック
フィルムを使用した強誘電性液晶素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】１９８０
年にＣｌａｒｋとＬａｇｅｒｗａｌｌによって、単純マ
トリクス駆動法を用いて動画表示できる表面安定化強誘
電性液晶（ＳＳＦＬＣ）表示が提唱され、近年、強誘電
性液晶材料を用いた液晶素子について、数多くの研究が
なされている。

【０００３】しかし、液晶の均一な配向制御が困難であ
ること、強誘電性液晶材料を挟着する一対の基材を、１
〜２μｍという薄い電極間隔で配置する必要があるこ
と、等の種々の問題を有するため、未だ実用化には到っ
ていない。とくに、従来の強誘電性液晶素子は、表面に
ＩＴＯ膜等の電極層を形成したガラス板を基材として用
いているため、衝撃に弱い、重い等の問題があった。

【０００４】そこで、ガラス板に代えてプラスチックフ
ィルムを使用することが考えられるが、未だ具体化した
例はない。とくに高画素数、高表示容量が可能で、かつ
動画表示を行い得る高速応答性の強誘電性液晶材料を使
用した素子において、プラスチックフィルムを使用する
ことについての報告は全くなされていない。強誘電性液
晶材料を用いる素子は、導電面を配向処理した一対の基
材間で双安定的に配向された液晶分子が、基材間に印加
される電圧の極性に応じて、双安定な２状態のうち何れ
かの配向状態に揃うのを利用したもので、この２状態の
うちの一方における液晶分子の平均分子長軸方向に偏光
軸を一致させた偏光膜を組み合わせることにより、透過
光または反射光を制御するものである。

【０００５】ところが、基材としてプラスチックフィル
ムを用いた場合には、使用時の外気温の変化によって、
液晶分子の双安定的な配向が不可逆的に乱れ、コントラ
ストの低下や応答の不均一化を生じて、実使用に耐えな
いものとなってしまうという問題があった。とくに自動
車の表示パネルや車載ナビゲーションのディスプレイ等
は、たとえば夏場の日中など比較的高温（５０℃程度）
にさらされる場合が多く、上記のような問題が発生する
可能性が高い。

【０００６】本発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
であって、基材として軽量かつ強靱なプラスチックフィ
ルムを使用して、しかも、外気温の変化によって液晶分
子の配向が乱れるおそれのない強誘電性液晶素子を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】従来、プラス
チックフィルム上の低分子の強誘電性液晶材料の配向安
定性については検討されたことがなく不明な点が多かっ
たが、今般、上記の目的を達成すべく、本発明者らが基
材としてのプラスチックフィルムと液晶分子の配向安定
性との関係について検討したところ、配向安定性は、主
にプラスチックフィルムの線膨張係数に依存することが
わかった。

【０００８】つまり、プラスチックフィルムの材質に関
係なく、その線膨張係数が８．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・
ｄｅｇ以上であると、使用時の外気温の変化によって液
晶分子の双安定的な配向が乱れ、素子は実使用に耐えな
いものとなってしまうが、線膨張係数が上記値未満であ
れば、使用時の外気温の変化によって液晶分子の双安定
的な配向が乱れることがなく、素子のコントラストや応
答性に大きな変化を生じないことが判明した。

【０００９】したがって本発明の強誘電性液晶素子は、
基材としてのプラスチックフィルムの線膨張係数が８．
０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ未満であることを特徴と
する。上記の原因については明らかでないが、プラスチ
ックフィルムの線膨張係数が８．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ
・ｄｅｇ以上である場合には、外気温の変化によってプ
ラスチックフィルムが大きく伸縮して、配向状態の液晶
分子に物理的な外力を及ぼし、その結果、液晶分子の配
向が乱れてしまうが、プラスチックフィルムの線膨張係
数が上記値未満であれば、液晶分子の配向を乱すほどプ
ラスチックフィルムが伸縮しなくなるのではないかと考
えられる。

【００１０】以下に本発明を説明する。本発明の強誘電
性液晶素子は、表面に電極層を形成し、配向処理を施し
た一対のプラスチックフィルムで、強誘電性液晶材料を
挟着することにより構成される。プラスチックフィルム
としては、上記のように線膨張係数が８．０×１０^-5ｃ
ｍ／ｃｍ・ｄｅｇ未満であれは、種々の材質のフィルム
を使用することができる。但し、このプラスチックフィ
ルムの表面に形成される電極層は、通常、ＩＴＯ（イン
ジウムチンオキサイド）等の導電材料から、スパッタリ
ング法等の気相成膜法により形成されるため、その成膜
時には、プラスチックフィルムの表面温度が１００〜１
５０℃程度まで上昇する。また配向処理としては、液晶
配向膜と呼ばれる有機高分子膜の表面をラビング処理す
るのが一般的であり、この有機高分子膜に熱硬化性高分
子を使用した場合には、加熱硬化時に、１５０〜２００
℃程度まで加熱する必要がある。したがってプラスチッ
クフィルムとしては、上記加熱に耐え得るエンジニアリ
ングブラスチックフィルムが好適に使用される。

【００１１】線膨張係数が８．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・
ｄｅｇ未満で、かつ耐熱性のエンジニアリングブラスチ
ックフィルムとしては、たとえばポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）フィルム〔線膨張係数２．０×１０^-5
ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ〕、ポリエーテルサルホン（ＰＥ
Ｓ）フィルム〔線膨張係数５．３×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・
ｄｅｇ〕、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フ
ィルム〔線膨張係数４．５×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅ
ｇ〕、ポリサルホン（ＰＳＦ）フィルム〔線膨張係数
５．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ〕、ポリエーテルイ
ミド（ＰＥＩ）フィルム〔線膨張係数４．５×１０^-5ｃ
ｍ／ｃｍ・ｄｅｇ〕、ポリアリレート（ＰＡＲ）フィル
ム〔線膨張係数６．４×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ〕等
があげられる。

【００１２】とくに、耐熱性、実用的強度、光学的均一
性などに優れ、かつ偏光板と組み合わせた際に複屈折に
よる着色の起こらないＰＥＳフィルム等の非晶質のプラ
スチックフィルムが好適に使用される。プラスチックフ
ィルムの厚みは５０〜２００μｍ程度が好ましい。プラ
スチックフィルムの表面に形成される電極層としては前
記ＩＴＯやSnＯ₂等の透明導電膜が好適に採用される。
これらの透明導電膜は、真空蒸着法やスパッタリング法
によって形成される。また、上記透明導電材料を含む透
明導電インクを塗布あるいは印刷してもよい。単純マト
リクス駆動等の素子の場合、上記透明導電膜には、エッ
チング等により所定のパターンが形成される。

【００１３】プラスチックフィルム表面の配向処理方法
としては、 SiＯ等を斜方蒸着する方法、高分子膜（液晶配向膜）を形成し、その表面を１方
向にラビングする方法、１方向に延伸した高分子フィルムを貼付する方法、等があるが、とくにの液晶配向膜を形成してその表面
を１方向にラビングする方法が好適に採用される。

【００１４】液晶配向膜としては、耐熱性、安定性、他
の液晶表示方式での使用実績などから、ポリイミド系の
高分子やその誘導体、あるいはその共重合体が好適に使
用されるが、強誘電性液晶材料との相性等を考慮して、
ポリビニルアルコール等の他の高分子を使用することも
できる。また、素子の特性等を考慮すると、液晶配向膜
を形成する高分子材料は、着色が少なく透明性に優れ、
しかも電圧降下を少なくするために高誘電率であること
が望ましい。

【００１５】上記液晶配向膜は、高分子材料を適当な溶
媒に溶解または分散させた塗布液を塗布または印刷して
溶媒を乾燥除去するか、または高分子材料の硬化性のプ
レポリマー（オリゴマー、モノマー）を適当な溶媒に溶
解または分散させた塗布液を塗布または印刷して、溶媒
を乾燥除去するとともにプレポリマーを硬化させること
で形成される。

【００１６】塗布液の塗布には、バーコート法、スプレ
ーコート法等の通常の塗布方法を採用できる他、スクリ
ーン印刷法やオフセット印刷法等の種々の印刷方法を採
用することもできる。液晶配向膜の膜厚はとくに限定さ
れないが、２０Å〜０．５μｍ程度がよい。また形成さ
れた液晶配向膜のラビングには、従来同様に、適当な布
地を使用すればよい。

【００１７】強誘電性液晶材料としては、市販の単成分
または複数成分のもの、低分子または高分子のものが、
何れも好ましく使用されるが、側鎖型、主鎖型等の各種
高分子液晶、強誘電性高分子液晶を補助成分として混合
させる等、他の液晶成分をブレンドすることで、性能を
調整したものでも良い。また、特性の調整のために各種
添加剤、非液晶性化合物、非液晶性高分子等を混合した
ものでも良い。素子をＧ−Ｈ（ゲスト−ホスト）型とす
るときは、強誘電性液晶材料に二色性色素が配合され
る。

【００１８】強誘電性液晶材料には、プラスチックフィ
ルムの間隔を一定に保つために粒状のスペーサが混入さ
れる。スペーサとしては、シリカ製、ガラスファイバー
製または樹脂製の何れを使用してもよく、その粒径は、
所望の電極間隙に応じて選ぶことができる。混合割合
は、液晶面積１ｍｍ²当たり１０〜２００個程度であれ
ばよい。強誘電性液晶材料は、比較的粘度の高いクリー
ム状のＳｍＣ^*相を示し、液晶の流動によってスペーサ
の分布が局在化することがないので、スペーサを液晶中
に均一に分散させれば、プラスチックフィルムの間隔を
一定に保つことができる。

【００１９】液晶分子を双安定的に配向させるには、従
来と同様に、導電面を配向処理した一対のプラスチック
フィルムで強誘電性液晶材料を挟着し、全体を強誘電性
液晶材料の等方相転移温度以上に加熱したのち徐冷すれ
ばよい。このあと、プラスチックフィルムの外側に一対
の偏光子を配置すれば、強誘電性液晶素子が得られる。

【００２０】なお、上記層構成の強誘電性液晶素子は、
基材として柔軟なプラスチックフィルムを使用している
ため、曲げ、押圧等の外力によっても液晶の配向が乱さ
れるおそれがある。それを防止するには、素子の表裏両
面に、機械的強度のあるプラスチック板を積層すればよ
い。また、前記偏光子として、厚手で硬質の偏光板を使
用して、プラスチック板を省略することもできる。

【００２１】なお、本発明の強誘電性液晶素子は、一方
のプラスチックフィルムの裏面に反射膜を設けて反射型
の表示素子としてもよい。その他、本発明の要旨を変更
しない範囲で、従来の強誘電性液晶素子と同様の種々の
設計変更を施すことができる。

【００２２】

【実施例】以下に本発明を、実施例および比較例に基づ
いて説明する。実施例１表面にＩＴＯ膜が形成されたＰＥＴフィルム（ダイセル
化学社製、厚み１２５μｍ、線膨張係数２．０×１０^-5
ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ）の当該ＩＴＯ膜上に、液晶配向材
（日産化学社製）をスピンコート法で塗布し、１７０℃
で２．５時間加熱して硬化させて高分子膜を形成した
後、この高分子膜の表面をラビング処理して液晶配向膜
を形成して縦７ｃｍ、横７ｃｍの導電フィルム基材を作
製した。

【００２３】上記導電フィルム基材を２枚用意し、１枚
の導電フィルム基材の液晶配向膜の上に、強誘電性液晶
材料（メルクジャパン社製の品番ＺＬＩ６３５４）と粒
径２μｍのシリカ製スペーサとの混合物を載せ、その上
にもう１枚の導電フィルム基材を、液晶配向膜が強誘電
性液晶材料と接するように重ね合わせてロールによりラ
ミネートした後、全体を液晶の当方相転移温度（６２
℃）以上に加熱し、徐冷して液晶を配向させて強誘電性
液晶素子を作製した。

【００２４】実施例２プラスチックフィルムとして、スパッタリング法により
表面にＩＴＯ膜が形成されたＰＥＳフィルム（住友ベー
クライト社製の品番ＦＳＴ−１３４３、厚み１００μ
ｍ、線膨張係数５．３×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ）を
使用したこと以外は、上記実施例１と同様にして強誘電
性液晶素子を作製した。

【００２５】実施例３プラスチックフィルムとしてＰＥＥＫフィルム（住友ベ
ークライト社製の品番ＦＳ１１００Ｃ、厚み１２５μ
ｍ、線膨張係数４．５×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ）を
使用し、その表面に、スパッタリング法によってＩＴＯ
膜を形成したこと以外は、上記実施例１と同様にして強
誘電性液晶素子を作製した。

【００２６】実施例４プラスチックフィルムとしてＰＳＦフィルム（住友ベー
クライト社製の品番ＦＳ１２００、厚み１００μｍ、線
膨張係数５．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ）を使用
し、その表面に、スパッタリング法によってＩＴＯ膜を
形成したこと以外は、上記実施例１と同様にして強誘電
性液晶素子を作製した。

【００２７】実施例５プラスチックフィルムとしてＰＥＩフィルム（住友ベー
クライト社製の品番ＦＳ１４００、厚み１００μｍ、線
膨張係数４．５×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ）を使用
し、その表面に、スパッタリング法によってＩＴＯ膜を
形成したこと以外は、上記実施例１と同様にして強誘電
性液晶素子を作製した。

【００２８】実施例６プラスチックフィルムとしてＰＡＲフィルム（住友化学
社製の商品名エスペックＲ、厚み１００μｍ、線膨張係
数６．４×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ）を使用し、その
表面に、スパッタリング法によってＩＴＯ膜を形成した
こと以外は、上記実施例１と同様にして強誘電性液晶素
子を作製した。

【００２９】比較例１プラスチックフィルムとして６，６ナイロンフィルム
（厚み１００μｍ、線膨張係数８．０×１０^-5ｃｍ／ｃ
ｍ・ｄｅｇ）を使用し、その表面に、スパッタリング法
によってＩＴＯ膜を形成したこと以外は、上記実施例１
と同様にして強誘電性液晶素子を作製した。

【００３０】比較例２プラスチックフィルムとしてシリコーンフィルム（東レ
シリコーン社製の品番ＳＥ６７２１、厚み２００μｍ、
線膨張係数＞３０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ）を使用
し、その表面に、塗布法によってＩＴＯ膜を形成したこ
と以外は、上記実施例１と同様にして強誘電性液晶素子
を作製した。

【００３１】上記各実施例、比較例の強誘電性液晶素子
の、液晶の配向性を偏光顕微鏡で観察したところ、いず
れのものも、液晶が均一に配向しているのが観察され
た。また、上記各強誘電性液晶素子の、ＤＣ±２０Ｖの
印加、クロスニコル下での応答性を調べたところ、いず
れのものも、均一に応答することが確認された。つぎ
に、上記各実施例、比較例の強誘電性液晶素子に対し、
５０℃で３０分間の加熱の後、室温で１０分間放冷する
処理を５回繰り返し行ったのち、上記と同様にして、液
晶の配向性の観察と、応答性の測定を行った。結果を表
１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】上記表１の結果より、プラスチックフィル
ムの線膨張係数が８．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅｇ以
上である比較例１、２の強誘電性液晶素子はいずれも、
加熱、放冷処理により液晶の配向が乱れたが、実施例１
〜６の強誘電性液晶素子は液晶の配向が乱れないことが
確認された。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
材として、線膨張係数が８．０×１０ ^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄ
ｅｇ未満のプラスチックフィルムを使用しているので、
低分子の強誘電性液晶を均一かつ、外気温の変化に対し
て安定に配向させることができる。したがって本発明に
よれば、基材として軽量かつ強靱なプラスチックフィル
ムを使用して、しかも外気温の変化によって液晶分子の
配向が乱れるおそれのない強誘電性液晶素子を得ること
ができるので、とくに全てプラスチック材料からなり、
高画素数、高表示容量が可能で、かつ動画表示を行い得
る高速応答性の素子の実用化可能性を向上するものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田憲作大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に電極層を形成し、配向処理を施した
一対のプラスチックフィルムで、強誘電性液晶材料を挟
着した強誘電性液晶素子において、上記プラスチックフ
ィルムの線膨張係数が８．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ・ｄｅ
ｇ未満であることを特徴とする強誘電性液晶素子。