JPH05341288A

JPH05341288A - 強誘電性液晶デバイス

Info

Publication number: JPH05341288A
Application number: JP14450192A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kinouchi; 慎一木野内; Tadashi Shimizu; 正清水
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【構成】基板に、液晶配向膜として、ヘテロ原子を含
有する置換基を有する有機シラン及びフッ素原子を含有
する有機シランの混合物からなる薄膜を用いた強誘電性
液晶デバイス、および、この薄膜に、ラビングを施した
強誘電性液晶デバイス。【効果】強誘電性液晶を大面積にわたって均一に配向
させることが可能となり、さらに、電界除去後も電界印
加時の状態を維持するメモリ効果を持つ強誘電性液晶デ
バイスを得ることができる。また、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
わたり均一に配向させることができ、高いコントラスト
比で動作させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶デバイス
における液晶分子の配向方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶デバイスはツイスティッド・
ネマチック（ＴＮ）型およびスーパーツイスティッド・
ネマチック（ＳＴＮ）型液晶表示が主流である。このＴ
Ｎ型およびＳＴＮ型液晶表示を用いた単純マトリクス・
ディスプレイでは、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が十分に
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。また、Ｔ
Ｎ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。

【０００３】従って、ＴＮ型およびＳＴＮ型液晶デバイ
スにおいては、表示の高精細化や大容量化が限界に近付
きつつある。一方、強誘電性液晶は、自発分極を有する
ために、マイクロ秒オーダーの高速応答性をもち、メモ
リー性のある双安定状態を実現でき、しかも、視野角依
存性にも優れているというＴＮ型およびＳＴＮ型液晶デ
バイスにはない特徴を有しており、情報表示能力のより
高いデバイスを作ることが可能である。

【０００４】強誘電性液晶表示は層構造を持つカイラル
・スメクチック相（カイラル・スメクチックＣ相、カイ
ラル・スメクチックＩ相など）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、デバイス全体にわたり均一に配
向させることが困難である。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。従って、液晶分子の良好な配向を得るためには、適
切な配向膜材料の発明が必要である。

【０００５】

【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、カイラル・スメクチックＣ相などの
カイラル・スメクチック相では、液晶自身がメモリー性
（双安定性）を有するためにクロストークの問題が無い
こと、印加電圧に対する光透過率の応答が急峻であるこ
とによる。また、強誘電性液晶デバイスでは、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
表示が可能である。

【０００６】しかも、この強誘電性液晶デバイスを有効
に動作させるためには、液晶デバイス中の液晶分子を均
一に配向させ、表示デバイス全体に整列されたドメイン
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ＳＴ
Ｎ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。しかし、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、
作製した強誘電性液晶デバイスでは、コントラスト比が
１０程度と、満足のいく表示特性が得られないのが現状
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、強誘電性液晶
デバイスにおいて、強誘電性液晶の均一な配向を得るた
めに、液晶デバイスを構成する基板に、液晶配向膜とし
て、ヘテロ原子を含有する置換基を有する有機シラン及
びフッ素原子を含有する有機シランの混合物からなる配
向膜を有することおよびその薄膜をラビングすることで
構成される。

【０００８】本発明に用いられる強誘電性液晶について
以下に記す。本発明で用いる強誘電性液晶としては、カ
イラル・スメクチック液晶が好ましく、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Ｉ相、
カイラル・スメクチックＨ相、カイラル・スメクチック
Ｆ相、カイラル・スメクチックＧ相などの相を有する液
晶および液晶組成物を用いることができる。本発明の液
晶デバイスに用いる強誘電性液晶の具体例を以下に示
す。

【０００９】

【化１】

【００１０】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・ネマチック液晶などを混合しても
良い。特に、本発明の表示デバイスを室温において高速
で動作させるには、液晶を単独で用いるよりも数種類か
ら十数種類の液晶性化合物からなる液晶組成物がより好
ましい。強誘電性液晶組成物としては、フェニルピリミ
ジン系強誘電性液晶組成物、シアノシクロヘキシルビフ
ェニル系強誘電性液晶組成物などが挙げられる。

【００１１】次に、本発明に用いられるヘテロ原子を含
有する置換基を有する有機シラン及びフッ素原子を含有
する有機シランについて以下に記す。本発明で用いられ
る有機シランは、一般式

【００１２】

【化２】

【００１３】で表される。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またはアセトキ
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、同一分子中で、互いに同じであっても、異なってい
ても良い。ヘテロ原子を含有する置換基を有する有機シ
ランにおいては、式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³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、ケトン基、エステル基、
カルボン酸基、エーテル基、エポキシ基、ヒドロキシ基
などの酸素原子、アミノ基、シアノ基、アミド基、イミ
ド基、ウレイド基、ニトロ基などの窒素原子、チオール
基、チオエーテル基、スルフォン基、スルフォキシド
基、チオケトン基などの硫黄原子、クロロ基、ブロモ
基、ヨード基などのフッ素原子以外のハロゲン原子、そ
の他のヘテロ原子を含有する官能基が置換されている。
また、フッ素原子を含有する有機シランにおいては、式
中、Ｒ ¹、Ｒ²、Ｒ³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、ケトン基、エステル基、カルボン酸基、エーテル
基、エポキシ基、ヒドロキシ基などの酸素原子、アミノ
基、シアノ基、アミド基、イミド基、ウレイド基、ニト
ロ基などの窒素原子、チオール基、チオエーテル基、ス
ルフォン基、スルフォキシド基、チオケトン基などの硫
黄原子、フロロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基など
のハロゲン原子、その他のヘテロ原子を含有する官能基
が置換されていても良いが、これらＲ¹、Ｒ²、Ｒ³の
炭化水素基または置換基の両者またはいずれかの水素原
子の全部または一部がフッ素原子で置換されている。本
発明のフッ素原子を含有する有機シランは、フッ素原子
が含有されていれば特に限定されないが、分子中の炭素
原子数が３個以上で、かつ、フッ素原子が３個以上が好
ましい。

【００１４】本発明の有機シランの混合物において、ヘ
テロ原子を含有する置換基を有する有機シランおよびフ
ッ素原子を含有する有機シランとして異なる化合物を用
いた混合物であるのが好ましいが、単一化合物内でヘテ
ロ原子を含有する置換基およびフッ素原子を含有する置
換基の両者を有する有機シラン単独を用いてもよい。ヘ
テロ原子を含有する置換基を有する有機シランとフッ素
原子を含有する有機シランとの混合物は、単一組成のも
のと比べて、より良い表示特性、特に、より良好なメモ
リ性およびより高いコントラスト比を実現するものであ
る。

【００１５】本発明のヘテロ原子を含有する置換基を有
する有機シランとフッ素原子を含有する有機シランとの
混合物からなる薄膜が、強誘電性液晶デバイスにおい
て、単独の有機シランからなる薄膜だけでは達成できな
い良好なメモリ性や高いコントラスト比を実現する理由
は、明かではないが、ヘテロ原子を含有する置換基を有
する有機シランとフッ素原子を含有する有機シランとの
協同作用によって実現しているものと思われる。各々の
有機シランの作用は明かではないが、ヘテロ原子を含有
する置換基を有する有機シランが、その極性により薄膜
に一軸配向性を持たせ、かつ、強誘電性液晶分子を吸着
することによりメモリ性を高め、フッ素原子を含有する
有機シランがその低い表面エネルギーにより強誘電性液
晶に高いプレチルトを付与することにより、層構造の欠
陥を低減し、高コントラスト比を実現しているものと説
明できる。

【００１６】本発明のヘテロ原子を含有する置換基を有
する有機シランにおいて、好ましいヘテロ原子として、
酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子が挙げら
れるが、窒素原子が最も好ましい。本発明に好適なヘテ
ロ原子を含有する置換基を有する有機シランの具体例を
以下に示す。

【００１７】

【化３】

【００１８】本発明に好ましいフッ素原子を含有する有
機シランは、ヘテロ原子を含有する置換基を有する有機
シランの種類および用いられる強誘電性液晶に当然依存
する。本発明に好適なフッ素原子を含有する有機シラン
の具体例を以下に示す。

【００１９】

【化４】

【００２０】本発明における有機シランの混合物におい
て、混合される有機シランは何種類あってもよいが、ヘ
テロ原子を含有する置換基を有する有機シラン１種類と
フッ素原子を含有する有機シラン１種類のみでも本発明
の効果は十分に発揮できる。また、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、最適な値が存在するが、有機シランの混合物にお
けるヘテロ原子を含有する置換基を有する有機シランと
フッ素原子を含有する有機シランの混合物の混合比は10
0:1 から1:100 が好ましく、10:1から1:10がより好まし
い範囲である。

【００２１】有機シラン混合物の薄膜を基板上に形成す
る方法としては、特に限定されないが、有機シラン混合
物を含有する塗布液を用いて、基板上に形成する方法が
最も簡便で好ましい。有機シラン混合物を含有する塗布
液を用いて、液晶配向膜を形成する際、その塗布液の有
機シラン混合物の濃度が低すぎては、十分な配向性能が
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混合物の
濃度は、0.05〜5 重量％が好ましい。

【００２２】有機シラン混合物の溶剤としては、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混合物に好適な溶媒の例
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媒、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。

【００２３】有機シラン混合物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。また、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。有機シラン
混合物の薄膜の膜厚の均一性や塗布作業性を高める目的
で、溶媒の粘度を増加させるニトロセルロース、エチル
セルロースなどの増粘剤を添加することもできる。

【００２４】上記の条件を満たした有機シラン混合物の
溶液を、ディッピング法、スピンコート法、印刷法など
により基板に塗布し、50℃〜250 ℃で乾燥・焼成し、薄
膜とする。本発明の薄膜に強誘電性液晶を一軸配向させ
る能力を付与する方法としては、薄膜に直接ラビングを
施す方法、ラビングを施した下地層に本発明の薄膜を設
置する方法、グレーティングや斜方蒸着により一軸性の
形状を付与した下地層に本発明の薄膜を施す方法などが
挙げられる。この中で、有機シラン混合物の薄膜に直接
ラビングを施す方法が、簡便ゆえに最も好ましい。

【００２５】薄膜に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ができ、特に限
定するものではない。薄膜に直接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
晶デバイスについて以下に記す。本発明の強誘電性液晶
デバイスの構造を、一実施形態である図１を用いて説明
するが、これに限定されるものではない。

【００２６】図１において、１は基板、２は透明電極
膜、３は配向膜、４はシール材、５はスペーサ、６は強
誘電性液晶組成物を示す。強誘電性液晶デバイスには、
必要に応じて上下に偏光フィルム、位相差シートなどを
貼付してもよい。配向膜３は、本発明に用いる有機シラ
ンの混合物を透明電極膜２上に成膜することによって得
られる。成膜する方法としては、混合物または混合物を
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、スピンコート法、バ
ーコート法、ロールコート法、ディッピング法、印刷法
が挙げられる。

【００２７】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
１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ＩＴＯ(Indium Tin Ox
ide)等の透明電極膜２が設けられる。シール材４は液晶
デバイス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。

【００２８】配向膜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いずれでも良いが、反平行がよ
り好ましい。本発明の液晶デバイスはディスプレイ、空
間光変調器、光プリンタ用ヘッド、光シャッタ、光スイ
ッチ等に使用できる。

【００２９】

【実施例】実施例によって、本発明をさらに詳細に説明
する。

【００３０】

【実施例１】透明電極膜（ＩＴＯ）付ガラス基板に、ヒ゛ス[3-(トリメトキシシリル)フ゜ロヒ゜ル] エチレンシ゛アミン２．０重量部（以下、”ＢＥＤ”と略称する） (3,3,3-トリフルオロフ゜ロヒ゜ル)トリメトキシシラン１．０重量部ｎ−ブチルアルコール４５０．０重量部酢酸ｎ−ブチル１５０．０重量部酢酸１．５重量部純水(イオン交換水) ０．６重量部からなる溶液を基板の電極膜上のスピンコートした後、
200 ℃で１時間加熱し、厚み約30nmの有機シラン混合物
の薄膜を形成した。

【００３１】ガラス基板上に形成した有機シラン混合物
の薄膜にナイロン布により、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1.4 μm
シリカ粒を用い、上下のラビング方向が反平行となるよ
うに重合せ、注入口となる箇所を除いて、その周辺をシ
ーリングした。次にフェニルピリミジン系強誘電性液晶
組成物CS-1024 （チッソ石油化学（株）社製）を100 ℃
に加熱して等方相とし、上記で作製したセル内に注入し
た。このセルを７時間かけて100 ℃から30℃まで徐冷し
た。

【００３２】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いることが、確認できた。
このようにして作製した強誘電性液晶デバイスの電極に
電圧±25Ｖ、周波数10Ｈｚの正弦波を30秒間印加した
後、直交ニコル下で図２に示した±30Ｖの駆動波形を用
いて、コントラスト比を測定した。

【００３３】この時のコントラスト比は390 であった。

【００３４】

【実施例２〜８】有機シラン混合物薄膜の組成を表１に
示した組成に換えた以外は、実施例１と同様に行った。
結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【比較例１〜２】有機シラン混合物薄膜の組成を表２に
示した単独の有機シランに換えた以外は、実施例１と同
様に行った。結果を表２に示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、強誘電性液晶を大面積
にわたって均一に配向させることが可能となり、さら
に、電界除去後も電界印加時の状態を維持するメモリ効
果を持つ強誘電性液晶デバイスを得ることができる。ま
た、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、大面積にわたり均一に配向させることが
でき、高いコントラスト比で動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶デバイスの１実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明の実施例で用いた液晶デバイスの駆動波
形と透過光量の変化を表す図である。

【符号の説明】

１基板２透明電極膜３配向膜４シール材５スペーサ６強誘電性液晶組成物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に、液晶配向膜として、ヘテロ原子
を含有する置換基を有する有機シラン及びフッ素原子を
含有する有機シランの混合物からなる薄膜を用いたこと
を特徴とする強誘電性液晶デバイス。
【請求項２】薄膜に、ラビングを施したことを特徴す
る請求項１記載の強誘電性液晶デバイス。