JPH0731325B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH0731325B2
JPH0731325B2 JP61020451A JP2045186A JPH0731325B2 JP H0731325 B2 JPH0731325 B2 JP H0731325B2 JP 61020451 A JP61020451 A JP 61020451A JP 2045186 A JP2045186 A JP 2045186A JP H0731325 B2 JPH0731325 B2 JP H0731325B2
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謙一 中川
邦彦 山本
裕 石井
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【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、キラル・スメクチックC相等の強誘電性を示
す液晶を用いた表示装置の分子配向構造に関するもので
ある。
〈発明の背景〉 現在、最も広く用いられている液晶表示装置の動作モー
ドは、ツイステッド・ネマチック電界効果型であるが、
応答時間が10mS(ミリ秒)以上と遅いことが短所であ
る。最近、その欠点を克服するための動作モードの一つ
として、強誘電性を示すキラル・スメクチックC相液晶
を利用した光スイッチング素子(Surface-Stabilized F
erroelectric Liquid-Crystal Dispiay;以下SSF-LCDと
略す。)が、N.A.ClarkとS.T.Lagerwallによって、App
l.Phys.Lett,36,899(1980)に公表された。SSF-LCD
は、薄い液晶セル内においては、印加電界の極性と液晶
の自発分極との相互作用によって、これら液晶の配向方
向のセル画内方位角が制御できることに基づくものであ
る。
この動作モードの原理を簡単に第2図及び第3図に説明
する。第2図(A)は電界印加時のSSF-LCDセルの断面
を示したもので、1はガラス基板、2は透明電極、3は
液晶分子、4は偏光子、5は検光子、6は外部光であ
る。セル内部の電界は図中の上から下に向っている。こ
の電界に対して、液晶分子3の双極子モーメントは矢印
のように配列する。第2図(B)はこの状態の分子配向
をセル面に垂直な方向から見た図であるが、液晶分子3
はその配列格子面の垂線から角度θだけ傾いている。こ
のセルを第2図(B)に記した角度配置でクロスニコル
中に配置すると光は遮断され、暗状態を表示する。
次に、印加電界の極性を反転すると第3図(A)に示し
たように液晶分子はその双極子モーメントを反転させ、
同時に第3図(B)に示したようにセル画内での方位角
を変えて−θだけ傾く。この状態では、液晶層を通過し
た光は、正常光と異常光との間に位相差が生じることに
よって検光子5を通過する光成分が生じ、明状態を表示
する。
このようにSSF-LCDの表示状態は、液晶層の光軸とクロ
スニコルの配置の角度関係及び印加電界の極性の2つの
要素により決定される。以下の説明では明状態を表示す
る電界極性を正とする。
SSF-LCDはメモリ効果を示す。すなわち、第4図に示し
たように、正と負のパルス状の電界によって明暗状態は
スイッチングした後に電圧をOVにしても、それぞれの明
暗状態がそのまま保持される。これをメモリ効果と称
す。
SSF-LCDの応答時間では、前述の文献によれば、 τ∝η/Ps・E …(1) (ここにηとPsはそれぞれ液晶材料の粘度と自発分極を
表わし、Eは電界強度を表す。)という式で表わされて
いる。印加電界と応答時間はあらゆる電界強度(E)に
わたって常に式(1)の関係に従っている訳ではない
が、低い電圧でも長時間印加すれば表示状態が変化する
可能性がある点には注意を要する。
本発明が適用される動作モードは、上述したように液晶
分子配向のセル面内での方位角を印加電界の極性によっ
て制御することができ、またそれがメモリー効果を有す
るものであれば良く、表示を行なうための光学的現象を
特定するものではない。表示セルは透過型の構成のみな
らず反射型の構成でも同様に適用される。また、強誘電
性液晶に二色性色素を溶解したゲストホスト液晶を用い
て、吸光係数が入射光の偏光角度によって異なるという
現象を利用するものであってもよい。
〈従来技術〉 現在、強誘電性液晶表示装置の分子配向法としては 1)シェアリングの強制力を利用した分子配向法。
2)スペーサエッジ効果と温度勾配との組み合わせによ
る分子配向法。
3)ラビング法。
が提案されている。
これらの方式の中で、上記(1)及び(2)の方法につ
いては極めて小さい表示面積では良好な配向状態を提供
することは可能であるが、実用的な面積で分子を均一に
配向させるという点では適用が難しい。一方、(3)の
方法は(1),(2)に比べて現実性は高いと思われる
が、従来良好な特性を呈する大型の液晶表示装置を実現
するための充分に有効な配向膜材料を見い出すことはで
きなかった、従来より用いられている具体的な配向膜と
しては、Goodbyらによってナイロン、ポリエステル、ポ
リビニルアルコール、ポリエチレン等の有機高分子膜が
提案されている(特開昭60-66233号)。
しかし、これらの配向膜はコントラスト、メモリー特性
及び、配向性の諸特性の観点から十分満足できるもので
はなく、またこの内ポリビニルアルコール(以下PVAと
略す)については、これまでにもネマチック液晶の配向
膜として知られてきたものであるが、水溶性である為に
表面に施されたラビングの効果が湿気及び水分の存在下
では弱まり、液晶の分子配向制御力が低下するという問
題を有している。
従って、現在PVAは信頼性に対して疑問視されており、
これがPVAの実用化を阻む原因の1つとなっている。
〈発明の目的〉 本発明は良好な配向状態、優れたメモリー特性及び高い
コントラスト比を呈する強誘電性液晶表示装置を実現す
るため、信頼性の高い液晶表示装置用配向膜を提供する
ことを目的としている。
〈発明の原理と作用〉 本発明は、上記目的を達成するため強誘電性液晶表示装
置の配向膜として、異種の高分子重合体を重ねて形成す
ることを特徴とする。
従来、液晶分子の配向状態は液晶と接する配向膜が液晶
に一番強く影響を与え液晶分子の配向の良否を左右する
と考えられていた。ところが本発明者の詳細なる検討結
果によれば、例えばPVAを下地配向膜とし、このPVA層の
上にさらに高分子膜を形成した場合であっても下地配向
膜であるPVAの影響が支配的に液晶に働きかけており、
しかもPVAが元来水溶性ポリマーであることに起因する
耐湿性の悪さという欠点をも改善できることが、各種実
験より明らかになった。さらにこの点について詳細な説
明を続けると、PVAは現在知られているポリマーの中で
も特異な性質を有するポリマーであるといわれている。
それは、モノマーが実在せず、ビニルエステルからの
重合反応によって合成される。結晶性の水溶性ポリマ
ーである、等の性質を持っている為である。即ち、PVA
の基本的性質は重合度及び鹸化度によって決定される。
まず重合条件に関しては、PVA膜の結晶性はこの条件に
依存し、結晶性が高くなる程PVA被膜に耐水性が現われ
てくる。
ところが、本発明者の実験結果によれば、PVA被膜内に
結晶化部分の混在する薄膜を有するセルを作製し、4−
(4−n−デシルオキシベンジリデンアミノ)ケイ被酸
−2−メチルブチルエステル(以下DOBAMBCと略す)を
代表例とするカイラルスメクチック液晶を注入したとこ
ろ、PVA被膜内の結晶化部分においては配向が乱れ、均
一な特性の表示素子とすることが困難であった。この結
果を考慮すると、単にPVAの重合度を調節したPVA被膜で
は強誘電性液晶表示装置の配向膜には適さないと考えら
れる。
第2に鹸化度に対しては、工業的には一般にアルカリ鹸
化法が用いられており、この為Na+イオンが数%程度含
まれておりこれが強誘電性液晶内に溶出し液晶の劣化及
び液晶表示装置の電気光学特性の悪化を招くことがわか
っている。また完全鹸化されたNa+イオンをほとんど含
まないPVAにおいては、結晶化が起り易く前述した様に
強誘電性液晶の配向に悪影響を及ぼすことも確かめられ
ている。しかしながらPVAが元来持っている強誘電性液
晶に対する配向力は極めて優れており、例えば鹸化度99
%、重合度2000のPVAを用いて薄膜セル(1μm)を
作製しDOBAMBCを注入すれば、配向の均一性が良く且つ
クロスニコル中におけるメモリー状態でのコントラスト
比が100以上の高い値が得られる。
この様な良好な配向状態は他の配向膜例えばナイロン、
ポリエスエル、ポリエチレンでは得られず、上記条件に
対してコントラスト比で〜30と低い値であった。
これは偏光顕微鏡で観察すると発生する液晶分子配向に
おけるディスクリネーションの形、大きさ、分布状態に
原因がある。つまり、PVA配向膜ではディスクリネーシ
ョンラインの長さが短かく、ディスクリネーション間で
連続的に長く発生することがないのに対し、ナイロン、
ポリエステル、ポリエチレンではそれらディスクリネー
ションが連続的に発生し、それらが全面に拡がる為にコ
ントラストの低下を越こしているのである。
また、ポリイミドについてはディスクリネーションの他
に特異な配向状態が観察された。その配向状態は一対の
ポリイミド配向膜間で強誘電性液晶の双極子が連続的に
反転しているものであった。これがメモリー状態でのコ
ントラスト比を著しく下げている原因となっている。
そこで本発明者は、鋭意検討の結果、PVA被膜上に他の
配向膜を薄くコートするという手段を用いてPVA膜が持
つ上述の欠点を解消し、長所を生かすことのできる技術
を開発した。この方式によれば、次に挙げる優れた特性
を呈し、強誘電性液晶に有効な配向膜構造を提供するこ
とが可能である。
(1)PVA被膜耐湿性が改善され、高いコントラストを
得ることができる。
(2)配向状態がPVA被膜で観察されるものと同程度に
均一である。
(3)PVA被膜中の結晶化部分の配向が乱れない。
(4)PVA被膜との組み合わせでは広汎に異種の配向膜
を選定でき、その結果強誘電性液晶に最適な配向膜構造
を決定することができる。
また、PVA被膜にコートできる高分子膜はPVAと反応せ
ず、非水溶媒に溶けるもので、それ自体十分耐水性のあ
るものであれば良く、例えばポリプロピレン、ポリ塩化
ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリ
ル酸メチル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリル酸エス
テル、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリエーテルスルホン、塩化ポリエーテル樹脂、
ポリエチレンラレフタレート(PET)、ポリアミド、芳
香族ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリ
フェニレンオキシド、ポリウレタンその他を用いること
が可能である。
また下地層はPVAに限らず、他の配向膜、例えばポリス
チレンスルホン酸塩、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸
塩その他の有機高分子膜においても多層にすることによ
って下地膜の長所を生かし短所を改善することができる
ことを確認しているが、上述したPVAの場合が最も顕著
な効果を示した。
〈発明の効果〉 以上詳述した如く、異種の配向膜を多層にすることによ
って配向膜の有する短所を改善することができ、その結
果配向性に関して極めて効力を発揮する配向膜を形成す
ることができる。さらに本発明の配向膜構造は大画面へ
の適用も容易であるため、表示品位の高い大型液晶表示
装置を構成する上でも極めて有用な手段である。
〈実施例〉 第1図(A)(B)(C)はそれぞれ液晶表示装置の一
方のセル基板の要部構成図であり、第1図(A)は本発
明の1実施例である2層配向膜構造を有し、第1図
(B)(C)は比較のために用いた単層配向膜構造を有
する。また第1図(D)は第1図(A)のセル基板を用
いて作製した本発明の1実施例を示す液晶表示装置の要
部構成図である。
ガラス基板11上に酸化インジウムと酸化錫から成る透明
導電膜(ITO膜)を被覆した後、エッチング等でパター
ン加工して透明電極12を形成する。マトリクス表示方式
の液晶表示セルとするため、透明電極13は帯状の線電極
とする。この透明電極が形成されたガラス基板11を十分
洗浄した後、電子ビーム蒸着法あるいはスパッタ法を用
いてSiO2膜13を堆積する。このSiO2膜13はパッシベーシ
ョン膜として用いる。以上の工程は第1図(A)(B)
(C)とも共通である。次に第1図(A)(B)におい
てはSiO2膜13上に1.0wt%溶液のPVAをディップ(dip)
法で塗布し、乾燥させた後電気オーブン内で150℃‐30
分間の焼成を行なう。以上によりSiO2膜13上にPVA膜14
が成膜される。このPVA膜14を段差計で測定したところ
約500Åの厚さであった。次に第1図(A)においては
得られたPVA膜14をシランカップリング剤溶液で表面処
理してナイロンとの接着性を増進させる作用を付与した
後、PVA膜14上に0.1wt%溶液のナイロンをディップ法で
塗布し、乾燥させた後、電気オーブン内で150℃‐30分
間の焼成を行なう。この工程でPVA膜14を下地層とする
ナイロン膜15が得られる。ナイロン膜15を段差計で測定
したところ約50〜100Åの厚さであった。このナイロン
膜15はあまり厚くしない方が良く、下地層の2/3程度以
下に設定する。尚、第1図(C)の場合もSiO2膜13上に
上記同様にシランカップリング剤溶液で表面処理した
後、ナイロン膜15を堆積し、配向膜とする。
以上により、第1図(A)ではSiO2膜13上にPVA膜14と
ナイロン膜15の2層高分子膜構造の配向膜が、また第1
図(B)(C)ではそれぞれSiO2膜13上にPVA膜14、ナ
イロン膜15の単層構造の配向膜が得られることになる。
各配向膜はナイロンまたはアクリル系布でラビングし、
それぞれ基板間間隔を2μmに設定して2枚一組で貼合
せ、液晶表示セルとする。透明電極12は相互にマトリク
ス電極構造となるように配置する。この液晶表示セル内
にスメクティック相を示す強誘電性液晶を封入すること
によりマトリクス型SSF-LCDが作製される。第1図
(A)のセル基板を2枚貼合わせた構造の液晶表示装置
を第1図(D)に示す。セル基板の周囲はシール材16で
密封されている。
以上のようにして作製した液晶表示セルをクロスニコル
配置した偏光子と検光子を備えた透過式光学顕微鏡の回
転ステージに固定し、光学的特性の測定を行った。測定
法はSSF-LCDをメモリー状態にし360度回転の間に顕微鏡
で観測された透過光強度の極大と極小をフォトトランジ
スターを介して記録し、この2つの値の比をメモリー状
態でのコントラスト比とした。
表1に示した様に、PVA膜14、ナイロン膜15のみの配向
膜ではそれぞれの長所、短所が配向状態に出ているが、
PVAとナイロンを組み合わせた第1図(A)において
は、それぞれの長所をセル全面に実現することができ、
コントラスト比も他の第1図(B)(C)と比べると秀
れていることが確かめられた。
液晶と接する側の配向膜をナイロンの代わりにPIX-5400
(日立化成工業(株)製)なる品名のポリイミドを用い
て上記同様の測定を行なった。このポリイミドは主骨格
で表わされる構造をもっている。これを配向膜とし、上
記同様にPIX-5400単独で用いたセルとPVA配向膜上に形
成したセルとを比較すれば、メモリー状態でのコントラ
スト比は後者のセルの方が約20%程度向上しており、配
向状態も後者のセルにおいてはPVA配向膜で観察される
ものと同程度に良好であった。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)(B)(C)はそれぞれ液晶表示セルのセ
ル基板を示す要部構成図であり、第1図(D)は第1図
(A)のセル基板を用いた本発明の1実施例を示す液晶
表示装置の要部構成図である。 第2図及び第3図はSSF-LCDの動作モードの説明に供す
る説明図である。 第4図はSSF-LCDの明暗状態でのスイッチング特性を説
明する説明図である。 11……ガラス基板、12……透明電極、13……SiO2膜、14
……PVA膜、15……ナイロン膜、16……シール材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−7749(JP,A) 特開 昭58−145918(JP,A) 特開 昭59−214824(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配向層が内側にそれぞれ形成された1対の
    基板間に強誘電性液晶を封入してホモジニアス配向させ
    た液晶表示装置において、 前記配向層が、前記基板側に形成されるポリビニルアル
    コール膜と、該ポリビニルアルコール膜上に重畳形成さ
    れるナイロン系高分子膜またはポリイミド系高分子膜
    と、の2層構造を有することを特徴とする液晶表示装
    置。
  2. 【請求項2】前記高分子膜がポリビニルアルコール膜の
    膜厚の2/3以下の膜厚であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の液晶表示装置。
JP61020451A 1986-01-31 1986-01-31 液晶表示装置 Expired - Lifetime JPH0731325B2 (ja)

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