JPH0667180A

JPH0667180A - 強誘電性液晶素子

Info

Publication number: JPH0667180A
Application number: JP22243192A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Yamaguchi; 久典山口; Hisahide Wakita; 尚英脇田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1994-03-11

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は光シャッタや表示装置等に用いられ
る強誘電性液晶素子に関するもので、ジグザグ欠陥のな
い均一な表示特性の実現できる強誘電性液晶素子を提供
することを目的とする。【構成】少なくとも透明電極１２が形成された基板１
１上に、２００オングストローム以下の膜厚で形成し、
配向処理を施した配向膜１４の湿潤張力を６０dyn/cm以
下にする。また、オーバーコート１３に代表される配向
膜１４の下の層の湿潤張力を５０dyn/cm以下にする。配
向膜１４としては、例えば、水平配向剤と垂直配向剤の
混合物を用いて形成する。配向処理としてラビングを行
った後には、洗浄することにより湿潤張力を制御するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光シャッタや表示装置等
に用いられる液晶素子、特に強誘電性液晶素子に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自発分極を有する強誘電性液晶に対し
て、セル厚を薄くすることで液晶の螺旋構造を解いた表
面安定化強誘電性液晶セルがクラーク（Clark）とラガ
ウォール（Lagerwall）により提案された（例えば、ア
プライド・フィジックス・レターズ。1980年36号899頁
（Appl.Phis.Lett., No.36, p.899, 1980））。これに
より、カイラル・スメクティックＣ相（ＳｍＣ＊）など
の双安定状態を有する強誘電性液晶を用いた液晶素子が
可能となった。

【０００３】強誘電性液晶は、層構造を持ち、液晶分子
は層に対して一定の傾きを持つ。（図２）は、強誘電性
液晶の模式図である。２１はコーン、２２は層法線、２
３は液晶分子、２４はｎダイレクタ、２５はｃダイレク
タ、２６は傾き角（ティルト）、２７は自発分極Ｐｓ、
２８は偏光板の吸収軸である。表面安定化強誘電性液晶
セルに電界をかけると自発分極２７のために液晶分子が
反転し、クロスニコルの偏光板２８により明暗の表示が
得られる。（図２）（ｂ）は、明状態、（図２）（ｃ）
は暗状態を現わす。

【０００４】このように、双安定性を用いるために、傾
き角が２０度から２５度を実現できれば、高コントラス
ト広視角で、メモリー性を持ち応答の速い液晶素子が原
理的には実現できる。

【０００５】均一な表示特性の液晶素子を実現するため
には、液晶分子の配向技術が重要である。（図３）は強
誘電性液晶の層構造を示す模式図である。３１は基板、
３２は層、３３はヘアピン欠陥、３４はライトニング欠
陥である。ＳｍＣ＊相は通常、（図３）（ａ）のように
「く」の字形のシェブロン構造をとっており、その方向
の違いからヘアピン３３、ライトニング３４などのジグ
ザグ欠陥が現れ、これが、表示上の欠陥として現れる。
この状態を避けるために、交番電場をかけることで疑似
的に（図３）（ｂ）に示すようなブックシェルフ状態に
変形させる方法や（例えば、特開平２−２５７１２０号
公報）、あるいは、基板上の配向制御により一方向のシ
ェブロン状態を実現する方法が考案されている。

【０００６】基板上の表面エネルギー状態が、液晶分子
の配向に大きな影響を持つことは、よく知られている
（例えば、松本正一、角田市良著「液晶の基礎と応用」
工業調査会１０３頁）。従って、配向膜上の表面張力を
制御することで配向制御を行うことが考案されている
（例えば、特開昭６３−２７８０３０号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、交番電
場を印加した疑似ブックシェルフ状態を用いるために
は、一般に、大きな自発分極が必要になるなど、強誘電
性液晶材料に制約がかかることが多い。

【０００８】また、強誘電性液晶の配向は、上下基板と
も層法線に対して同じ側に傾斜しているユニフォーム状
態と、上下基板で層法線に対して反対側に傾斜している
ツイスト状態とがある。良好な表示特性を得るためには
ユニフォーム配向を実現することが必要で、そのために
は配向膜は薄膜に形成したほうがよい。ところが、この
場合、同じ配向膜を用いて同じ配向処理を施しても配向
膜の厚さや配向膜を形成する基板が異なった場合に、ジ
グザグ欠陥の現れ方が異なり、均一な表示特性を得るこ
とが難しいという課題を有していた。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決し、ユニフォ
ーム状態で、ジグザグ欠陥のない均一な表示特性を安定
して実現する強誘電性液晶素子を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の強誘電性液晶素子では、所定の膜厚で基板上
に形成し、配向処理を施した状態での配向膜上の湿潤張
力（純水と膜の界面張力）を６０dyn/cm以下とするもの
である。

【００１１】

【作用】配向膜表面の湿潤張力が小さくなると、配向膜
表面の、ぬれ性は悪くなる。即ち、湿潤張力が小さくな
ると液晶分子のプレティルトは大きくなる。このときに
一方向に揃ったシェブロン状態が実現されることを図を
用いて説明する。

【００１２】（図４）はシェブロン状態の模式図であ
る。４１は基板、４２は液晶分子、４３はコーンであ
る。液晶分子にプレティルトがほとんど無い場合、（図
４）（ａ）のように両方向のシェブロン状態が現れる。
それに対し、液晶分子にプレティルトがあると、（図
４）（ｂ）に示すように、エネルギー的に一方向のシェ
ブロン状態が安定になる。従って、ジグザグ欠陥は現れ
ず均一な配向となる。

【００１３】ところで、配向膜表面のエネルギー状態
は、特に配向膜の厚さが２００オングストローム以下と
いうような薄い場合、配向膜材料だけでは決まらず、配
向膜の下の層の表面状態に大きく影響される。従って、
所定の膜厚で基板上に形成され、配向処理を施された状
態での配向膜上の湿潤張力を小さくすることで、ジグザ
グ欠陥のない均一な配向を安定して得ることができるこ
とがわかった。

【００１４】また、配向膜の下の層の湿潤張力を小さく
すれば、配向膜表面の湿潤張力を容易に小さくすること
ができ、一方向のシェブロン状態が支配的となり、欠陥
の無い均一な配向が実現できることを発見した。

【００１５】このような湿潤張力を小さくできる配向膜
材料のひとつとしては、水平配向剤と垂直配向剤を適当
な比で混合することで得られる。また、配向処理法とし
てラビング法を用いた場合、ラビング後の洗浄により表
面状態が変化するため、湿潤張力を制御することができ
ることがわかった。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１７】（図５）は、接触角の概念図である。５１
は純水の水滴、５２は配向膜、５３は接触角である。湿
潤張力、即ち、純水と膜の界面張力は、配向膜５２に純
水の水滴５１を落し、接触角５３を室温２０゜C、湿度５
０％の条件下で測定し、それより、純水の表面張力をγ
（２０゜Cで７２．７５dyn/cm（理科年表より））、接触
角をθ、湿潤張力をＷとして、

【００１８】

【数１】

【００１９】に従って、計算により求めたものである。
（図１）は、本発明の実施例の強誘電性液晶素子の断面
図である。１１は基板、１２は透明電極、１３はオーバ
ーコート、１４は配向膜、１５は強誘電性液晶層であ
る。（図１）を参照して、第１の実施例の説明をする。

【００２０】透明電極１２として、インジウム・錫・オ
キサイド（ＩＴＯ）が形成された基板１１上に、金属酸
化物を主成分とするオーバーコート１３（例えば、ＲＴ
Ｚ−１、触媒化成工業（株）製）を１０００オングスト
ロームの厚さで形成した。このオーバーコート上の湿潤
張力の測定値は、４８dyn/cmであった。配向膜材料とし
ては、エチレンオキシ鎖

【００２１】

【化１】

【００２２】を持つシランカップリング剤（ｎとして５
から４０程度）と垂直配向剤（例えば、ＺＬＩ−３３３
４、メルク（株）製）を１０対０から１０対１０までの
混合比で５種類つくり、それぞれ、エタノールの１％の
溶液として、上記基板の上にスピナーで塗布し、１５０
゜Cの恒温層で６０分乾燥させることにより、厚さ１５０
オングストロームの配向膜１４を形成した。そして、配
向膜上を回転ラビング処理を行い、ラビング方向が平行
に揃うようにして５種類の対向基板をそれぞれ貼り合わ
せ、強誘電性液晶層１５を持つ液晶素子を作製した。強
誘電性液晶としては、常温でカイラルスメクティックＣ
相を示すエステル系の液晶を用いた。各強誘電性液晶素
子において、基板上に上記のように形成し、ラビングし
た配向膜上の湿潤張力とジグザグ欠陥の対応を（表１）
に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】これより、基板上に所定の膜厚で形成さ
れ、配向処理を施された配向膜上の湿潤張力が６０dyn/
cm以下のとき、ジグザグ欠陥のない、均一な表示特性が
得られていることがわかる。

【００２５】次に、（図１）を参照して、第２の実施例
を説明する。配向膜材料は、シランカップリング剤と垂
直配向剤の比が１０対２のものを用いて、第１の実施例
と同様に、厚さが１５０オングストロームの配向膜１４
として形成し、ラビング処理を施した。そして今度は、
基板上のオーバーコート１３をいろいろ変えて、オーバ
ーコート１３上の湿潤張力の大きさが異なる５種類の強
誘電性液晶素子を作製した。各強誘電性液晶素子のオー
バーコート上の湿潤張力と、基板上に上記のように形成
し、ラビングした配向膜上の湿潤張力、及びジグザグ欠
陥の対応を（表２）に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】これより、配向膜上の湿潤張力は配向膜の
みでは完全には決まらず、配向膜の下の層の表面状態が
影響しており、特に、配向膜の下の層の湿潤張力が５０
dyn/cm以下の時、ジグザグ欠陥のない、均一な表示特性
が得られていることがわかる。

【００２８】次に、（図１）を参照して、第３の実施例
を説明する。オーバーコート１３は、第１の実施例と同
じように形成し、配向膜材料は、シランカップリング剤
と垂直配向剤の比が１０対１のものを用いて、第１の実
施例と同様に、厚さが１５０オングストロームの配向膜
１４を形成し、ラビング処理を施した。そして、ラビン
グ後に、洗浄しなかったもの、純水の超音波洗浄を１分
行ったのち１１０゜Cの恒温層で３０分乾燥させたもの、
イソプロピルアルコールの超音波洗浄を１分行ったのち
１１０゜Cの恒温層で３０分乾燥させたもの、の３種類の
強誘電性液晶素子を作製した。各強誘電性液晶素子にお
いて、基板上に上記のように形成し、ラビングした配向
膜上の湿潤張力とジグザグ欠陥の対応を（表３）に示
す。

【００２９】

【表３】

【００３０】これより、ラビング処理を行った後に洗浄
を行うことで、配向膜上の湿潤張力を小さくして、ジグ
ザグ欠陥のない、均一な表示特性を得ることができる。

【００３１】なお、本発明の効果は、この実施例で用い
たオーバーコート、配向膜材料や、配向処理、洗浄方法
に限定されるものではなく、所定の膜厚で基板上に形成
し、配向処理を施した配向膜上の湿潤張力が６０dyn/cm
以下、更には、配向膜の下の層の湿潤張力が５０dyn/cm
以下ならば、同様の効果を得ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明では、所定の膜厚で
基板上に形成し、配向処理を施した配向膜上の湿潤張力
を６０dyn/cm以下にすることで、ジグザグ欠陥のない、
均一な表示特性の強誘電性液晶素子を得ることができ
る。

【００３３】また、更には、配向膜の下の層の湿潤張力
を５０dyn/cm以下にすることで、ジグザグ欠陥のない、
均一な表示特性の強誘電性液晶素子を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の強誘電性液晶素子の断面図

【図２】強誘電性液晶の模式図

【図３】強誘電性液晶の層構造を示す模式図

【図４】シェブロン状態の模式図

【図５】接触角の概念図

【符号の説明】

１１基板１２透明電極１３オーバーコート１４配向膜１５強誘電性液晶層２１コーン２２層法線２３液晶分子２４ｎダイレクタ２５ｃダイレクタ２６傾き角（ティルト）２７自発分極Ｐｓ２８偏光板の吸収軸３１基板３２層３３ヘアピン欠陥３４ライトニング欠陥４１基板４２液晶分子４３コーン５１純水の水滴５２配向膜５３接触角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向面上に少なくとも透明電極を有する一
対の基板の対向面上に所定の膜厚を有する配向膜を形成
し、前記基板間に強誘電性液晶を挟持してなり、配向処
理を施した状態での前記配向膜上の湿潤張力が６０dyn/
cm以下であることを特徴とする強誘電性液晶素子。
【請求項２】対向面上に少なくとも透明電極を有する一
対の基板の対向面上に配向膜を形成し、前記基板間に強
誘電性液晶を挟持してなり、前記配向膜の下の前記基板
上の湿潤張力が５０dyn/cm以下であることを特徴とする
請求項１記載の強誘電性液晶素子。
【請求項３】配向膜の厚さが２００オングストローム以
下であることを特徴とする請求項１または２記載の強誘
電性液晶素子。
【請求項４】配向膜が水平配向剤と垂直配向剤の混合物
から形成されることを特徴とする請求項１、２または３
記載の強誘電性液晶素子。
【請求項５】配向膜にラビング処理を施した後に洗浄す
ることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の強
誘電性液晶素子。