JPH07325304A

JPH07325304A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH07325304A
Application number: JP13966694A
Authority: JP
Inventors: Hirokatsu Miyata; 浩克宮田; Toshihiko Takeda; 俊彦武田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ユニフォーム配向状態の液晶セルにおいて駆
動に伴う液晶分子の移動、及び液晶層の厚みの変動を防
止して、良好なスイッチング特性の得られる液晶表示素
子を提供する。【構成】透明電極２２，２２’を有する一対の基板２
１，２１’間に２つの光学的安定状態を示す強誘電性液
晶２５を挟持した液晶表示素子において、これらの基板
上にＬＢ膜配向膜２３，２３’が形成されており、且つ
該ＬＢ膜配向膜に対して、ＬＢ膜の全ての層、もしくは
最後の１層を成膜する際の基板の移動方向と逆向きの配
向処理がなされていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータの端末デ
ィスプレイ、ワードプロセッサ、タイプライター、テレ
ビ受像機、ビデオカメラのビューファインダー、プロジ
ェクターの光バルブ、液晶プリンターの光バルブ等に用
いられる強誘電性液晶を注入した液晶表示素子に係り、
詳しくは、液晶分子の移動を抑制する構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用
して、偏光素子との組み合わせにより透過光線を制御す
る型の液晶表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガ
ーウオル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている
（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４，３
６７，９２４号明細書等）。この強誘電性液晶は、一般
に特定の温度域において、カイラルスメクチックＣ相
（ＳｍＣ^* 相）又はＨ相（ＳｍＨ^* 相）を有し、この状
態において、加えられる電界に応答して第一の光学的安
定状態と第二の光学的安定状態のいずれかを取り、且つ
電界の印加のない時は、その状態を維持する性質、即ち
双安定性を有し、また電界の変化に対する応答も速やか
であり、高速並びに記憶型の表示素子としての広い利用
が期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１は、上述した液晶
素子を示す模式図であり、（Ａ）はその平面を、（Ｂ）
は液晶分子を示している。

【０００４】この様な素子を長時間駆動し、表示動作を
行わしめると、表示部の端部領域１３が黄色に着色して
いく現象が生じる。この様な現象は、画像の見栄えを悪
くするだけでなく、液晶画素のスイッチング特性をも変
化させてしまうものである。この現象は、特にコントラ
ストの高いユニフォーム配向状態のセルにおいて顕著で
ある。

【０００５】この様な現象は、液晶が領域１３の方向へ
移動し、領域１３の液晶層の厚み（基板間隔もしくはセ
ル厚ともいう）が増加するためであることが判明してい
る。

【０００６】本発明者らは、上述の様に液晶分子が移動
する原因を、駆動パルスによる交流的な電界で、液晶分
子の双極子モーメントが揺らぐことにより発生する電気
力学的効果によるものと推察している。さらに、図１
（Ｂ）に示す移動方向１２は、配向処理方向１０と液晶
分子の平均分子軸方向１１，１１’等により決まるよう
である。液晶分子の移動方向が配向処理方向に依存して
いることから、この現象は、基板界面でのプレチルトの
状態、もしくはそのプレチルトにより決まる弾性エネル
ギー的に安定なスメクチック層の折れ曲がり方向等に依
存しているものと推察される。

【０００７】さらに、上記配向処理等により規制される
と考えられる界面規制力の強弱によっても、液晶の移動
方向や移動量が変化する傾向もある。しかし、例えば界
面規制力を単に弱めるということのみでは、液晶の配向
を良好に保ったままで移動量を完全に抑制することはで
きないと考えられる。

【０００８】このために、本発明者らは基板表面に液晶
の移動を妨げる凹凸を設ける方法を試みてみたが、その
凹凸の設計や作製工程が簡単ではなかった。

【０００９】以上のような状況に鑑み、本発明はより簡
易な構成で、ユニフォーム配向状態のセルにおいて駆動
に伴う液晶分子の移動、及び液晶層の厚みの変動を防止
して、良好なスイッチング特性の得られる液晶表示素子
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的は以下
の構成により達成される。

【００１１】すなわち本発明の第一は、電極を有する一
対の基板間に少なくとも２つの光学的安定状態を示す強
誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子において、少な
くとも一方の基板上に、ＬＢ膜もしくは該ＬＢ膜材料か
らの誘導体からなるＬＢ膜配向膜が形成されており、該
ＬＢ膜配向膜に対して、さらに配向処理を行うことによ
り基板面内でのプレチルトの方向性を打ち消し、平均的
なプレチルト角の大きさをほぼ０°としたことを特徴と
する液晶表示素子にあり、本発明の第二は、電極を有す
る一対の基板間に少なくとも２つの光学的安定状態を示
す強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子において、
少なくとも一方の基板上に、ＬＢ膜もしくは該ＬＢ膜材
料からの誘導体からなるＬＢ膜配向膜が形成されてお
り、該ＬＢ膜配向膜に対して、ＬＢ膜の全ての層、もし
くは最後の１層を成膜する際の基板の移動方向と逆向き
の配向処理がなされていることを特徴とする液晶表示素
子にあり、本発明の第三は、電極を有する一対の基板間
に少なくとも２つの光学的安定状態を示す強誘電性液晶
を挟持してなる液晶表示素子において、少なくとも一方
の基板上に、配向処理がなされた配向膜が形成されてお
り、さらに該配向膜上に、該配向膜による基板面内での
プレチルトの方向性を打ち消し平均的なプレチルト角が
ほぼ０°になるように成膜方向を制御された、ＬＢ膜も
しくは該ＬＢ膜材料からの誘導体からなるＬＢ膜配向膜
が形成されていることを特徴とする液晶表示素子にあ
り、本発明の第四は、電極を有する一対の基板間に少な
くとも２つの光学的安定状態を示す強誘電性液晶を挟持
してなる液晶表示素子において、少なくとも一方の基板
上に、配向処理がなされた配向膜が形成されており、さ
らに該配向膜上に、全ての層もしくは最後の一層を成膜
する際の基板の移動方向が前記配向処理の方向と逆向き
になるようにして、ＬＢ膜もしくは該ＬＢ膜材料からの
誘導体からなるＬＢ膜配向膜が形成されていることを特
徴とする液晶表示素子にある。

【００１２】本発明者らの研究によると、前述の強誘電
性液晶のセル内移動現象は、その移動方向、及び移動量
などが、外的因子、例えば温度、液晶素子に印加する電
界の強度、周波数などに密接に結びついていることがわ
かった。また、内的、即ちセル側の因子としては、特に
界面プレチルト角α、並びに配向状態に、また自発分極
Ｐｓの大きさ、コーン角Θの大きさ、スメクチック相の
層の傾斜角δなどの強誘電性液晶分子の物性に依存して
いることがわかった。

【００１３】このうち、温度、電界強度、周波数は応答
速度に影響を与えるＰｓなどと互いにトレードオフの関
係にあり、フレーム周波数、デューティー比などの液晶
表示装置としての設計上の制約を受けるために、この面
からの画期的な改善は難しかった。

【００１４】そこで本発明者らは、さらに液晶材料の物
性とプレチルト角αなどの素子構成の組み合わせをそれ
ぞれ独立に操作して多くの検討を行ったところ、プレチ
ルト角αの方向性を制御することによってセル内での液
晶の移動現象を防ぐことができることを見出し、これに
よって本発明を完成させたのである。

【００１５】即ち、上述の検証事項に基づいて考察，実
証した本発明の要旨は、液晶の正味の移動方向成分をな
くし、且つ良好なユニフォーム配向を実現したものであ
り、具体的には、本発明の第一，第二においては、ＬＢ
膜配向膜の有しているプレチルト角の方向性を、ＬＢ膜
配向膜に対して強度を制御した配向処理を施すことによ
って打ち消すことにより、また本発明の第三，第四にお
いては、配向処理によって生じた配向膜の有するプレチ
ルト角の方向性を、さらにこの上に成膜したＬＢ膜配向
膜の有しているプレチルト角の方向性によって打ち消す
ことによって、液晶の移動を完全に抑制し得たものであ
る。

【００１６】以下に本発明を詳細に説明する。

【００１７】図２は、本発明第一，第二の代表的な素子
の断面図を示したものであり、図中、２１，２１’はガ
ラス基板、２２，２２’は酸化スズ、酸化インジウム、
酸化インジウムスズ等からなる透明電極、２３，２３’
は配向処理が施されたＬＢ膜配向膜、２４はシリカ等の
ビーズからなるスペーサ、２５は強誘電性液晶、２６，
２６’は偏光板である。この図には記載していないが、
必要に応じて、透明電極とＬＢ膜配向膜の間に上下基板
のショート防止層として、Ｔａ₂ Ｏ₅ ，ＴｉＳｉＯ_x 等
の絶縁膜を設けても良い。

【００１８】次に、ＬＢ膜配向膜２３，２３’について
詳述する。

【００１９】図４は、ＬＢ膜の成膜装置の概略図であ
る。例えば、ポリイミドの場合には、ポリアミック酸の
アルキルアンモニウム塩溶液を水槽３１に滴下し、水面
上に単分子膜を展開する。これに対して、バリア３２で
所望の圧力をかけながら基板３３を水面に対して上下す
ることによって、水面上の単分子膜が基板上に移され
る。他の材料の場合にもこれと同様にして基板上にＬＢ
膜を成膜することができる。

【００２０】このようにして成膜されるＬＢ膜配向膜
は、分子軸方向が成膜時の基板の移動方向に揃ってお
り、ラビング等の処理をしなくても液晶分子を一軸配向
させることができる。例えば、ポリイミドの様な場合に
は、ポリアミック酸ＬＢ膜を成膜した後に焼成すること
が必要であるが、この様な処理を行っても高分子の軸性
は保持され、液晶分子を一軸配向させることが可能であ
る。

【００２１】また、このようなＬＢ膜配向膜を用いた場
合も、ラビング等の配向処理を行った場合と同様に、界
面において液晶分子は図５の様にプレチルト角を有する
ことが知られており、その方向性は、成膜時に基板を動
かした方向、例えばＹ型（基板を引き上げる際と押し込
む際の両方で基板上にＬＢ膜が成膜されるもの）のマル
チレイヤーの場合には最後の一層を成膜する際に基板を
動かした方向で決定されることが本発明者らの研究で明
らかになっている。

【００２２】次に、この様にしてＬＢ膜配向膜を堆積さ
せた基板に対して、ＬＢ膜の全ての層、もしくは最後の
１層を成膜する際の基板の移動方向と逆の方向に、ラビ
ング処理等の配向処理を行う。ＬＢ膜の配向規制力は、
一般に通常のラビングにより付与される配向規制力より
も弱く、従って、ＬＢ膜によるプレチルト角の方向性を
その後の配向処理によって打ち消すという本発明第一，
第二の目的のためには、ＬＢ膜に対して施す配向処理の
強度は、通常のスピンコート膜等に対して施す配向処理
よりも弱いことが望ましい。

【００２３】図２に示した本発明第一，第二の液晶表示
素子は、以上述べた様にしてＬＢ膜を成膜した後に配向
処理を行った基板を用いて作製されている。

【００２４】図３は、本発明第三，第四の代表的な素子
の断面図を示したものであり、図中、図２と同一符号で
示したものは同等部材であり、２７，２７’は配向処理
の施された配向膜である。

【００２５】本発明第三，第四の素子では、透明電極を
形成したガラス基板にポリイミド等の配向膜をスピンコ
ート等によって形成し、この配向膜に対して配向処理を
行う。この配向処理は、一軸配向性を付与する目的の他
に、後に成膜するＬＢ膜配向膜によるプレチルト角の方
向性を打ち消すという目的をも有しており、先述したよ
うにＬＢ膜の配向規制力は、一般に通常のラビングによ
り付与される配向規制力よりも弱いために、通常の液晶
セルを作製する場合に配向膜に対して行う配向処理より
も弱くすることが望ましい。この様に配向処理を行った
配向膜上にさらにＬＢ膜配向膜を成膜する。

【００２６】本発明第三，第四においても、先述した本
発明第一，第二と同様にしてＬＢ膜配向膜を成膜する。
但し、本発明第三，第四ではＬＢ膜配向膜にさらに配向
処理を施すことはしない。

【００２７】先述したＬＢ膜配向膜の配向特性を考慮し
て、本発明の第三，第四においては、配向膜の上にＬＢ
膜配向膜を成膜する際に、ＬＢ膜の全ての層、もしくは
最後の１層を成膜する際の基板の方向を、配向膜への配
向処理方向と逆向きにし、且つＬＢ膜の成膜条件と配向
処理の強度とを最適化することによりプレチルト角の方
向性を打ち消すことができる。

【００２８】図３に示した本発明第三，第四の液晶表示
素子は、以上述べた様にして配向処理を行った配向膜上
にＬＢ膜を成膜した基板を用いて作製されている。

【００２９】尚、本発明においては、前述したＬＢ膜の
層数は１層〜５０層程度であることが望ましい。

【００３０】本発明の素子に注入される強誘電性液晶と
しては、カイラルスメクチック相状態のものを用いるこ
とができ、具体的には、カイラルスメクチックＣ相（Ｓ
ｍＣ^* 相）、Ｈ相（ＳｍＨ^* 相）、Ｉ相（ＳｍＩ^*
相）、Ｋ相（ＳｍＫ^* 相）、Ｇ相（ＳｍＧ^* 相）の液晶
を用いることができ、例えば特開平２−１４２７５３号
公報記載のフッ素含有液晶化合物ほかの材料を用い得
る。例として挙げれば、主鎖としてビフェニル系、フェ
ニルピリミジン系等、また側鎖にハロゲン、ハイドロカ
ーボン、フルオロカーボン等を有するものなど数々存在
するが、本発明においては具体的材料種の選択の自由度
は大きい。

【００３１】本発明第一，第二の液晶表示素子において
は、液晶の移動挙動は、ＬＢ膜の層数、成膜速度（＝基
板の移動速度）、及びＬＢ膜に対して行う配向処理の強
度に依存し、本発明第三，第四においては、配向膜に対
して行う配向処理の強度、その上に成膜するＬＢ膜の層
数、成膜速度（＝基板の移動速度）に依存する。

【００３２】図６は、本発明第一，第二の液晶表示素子
において、ＬＢ膜の層数及び成膜速度を変化させずに配
向処理強度のみを変化させた場合の液晶移動速度の変化
を示した図である。また、図７は、本発明第三，第四の
液晶表示素子において、配向膜に対して行う配向処理強
度を変化させ、その上に同じ条件でＬＢ膜を成膜した場
合の液晶移動速度の変化を示した図である。

【００３３】液晶の移動速度の測定は、図８に示す様
に、配向処理を施した基板を、下駄状に印刷されたシー
ル材６３と配向処理方向６０が直交するように貼り合わ
せ、液晶を注入したサンプルを用いて行う。この素子の
両側の解放端に液晶移動方向を見るためのマーカーとし
てシリコンオイル６４を垂らし、液晶分子軸が配向処理
方向６０に対して方向６１または６１’となるように書
き込み波形を入力する。この駆動によって液晶が移動す
ると、マーカーはセル内に引き込まれ、液晶の移動を確
認することができる。

【００３４】この場合、図１において、ＬＢ膜成膜時
に、ＬＢ膜の全ての層、もしくは最後の１層を成膜した
際の基板の移動方向を１０の方向とし、液晶分子が１１
の状態にある時に１２の方向に移動する場合を正の方向
とした。

【００３５】図６，図７に示されるように、液晶の移動
方向は、ある配向処理条件のポイントを境にして逆転し
ている。この点が液晶の移動速度が０となる点であり、
この点は、本発明第一，第二においては、ＬＢ膜の堆積
速度、層数、及びＬＢ膜に対して行う配向処理の強度の
相対的関係で決定し、本発明第三，第四においては、配
向膜に対して行う配向処理の強度と、その上に成膜する
ＬＢ膜の堆積速度、層数の相対的関係で決定する。そし
て、素子の配向材の全面にわたって移動速度０の点の条
件が満たされていれば、液晶分子の移動は起こらず、安
定したスイッチング特性を有する素子を得られることに
なる。

【００３６】この時の界面における液晶分子の配向状態
を調べるために、プレチルト角の測定を行った。プレチ
ルト角は、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏ．１
１９（１９８０）Ｎｏ．１０．ＳｈｏｒｔＮｏｔｅｓ
２０１３に記載されている方法（クリスタルローテ
ーション法）に従って求めた。なお、上下界面での液晶
の傾きが平行、且つ同一方向になるように、本発明第
一，第二に係る測定用のセルでは、ＬＢ膜に対して施す
配向処理の方向が上下基板で互いに反平行になるよう
に、また、本発明第三，第四に係る測定用にセルでは、
ＬＢ膜の全ての層もしくは最後の一層を成膜する際に基
板を動かした方向が上下基板で互いに反平行になるよう
に、２枚の基板を貼り合わせて作製した。プレチルト角
測定用の液晶としては、チッソ社製強誘電性液晶ＣＳ−
１０１４に以下の構造式で示される化合物を重量比で２
０％混合したものを標準液晶として封入し、測定を行っ
た。なお、この混合液晶は、１０℃〜５５℃でＳｍＡ^*
相を示す。

【００３７】

【化１】

【００３８】測定法は、液晶セルを上下基板に垂直かつ
配向処理軸を含む面内で回転させながら、回転軸と４５
°の角度をもつヘリウム−ネオンレーザー光を回転軸に
垂直な方向から照射して、その反対側で入射偏光面と平
行な透過軸をもつ偏光板を通してフォトダイオードで透
過光強度を測定した。干渉によってできた透過光強度の
双曲線群の中心となる角と液晶セルに垂直な線との成す
角をφ_X とし、次式に代入してプレチルト角αを求め
た。

【００３９】

【数１】

【００４０】その結果、本発明において液晶の移動が観
測されなかった素子の条件では、クリスタルローテーシ
ョン法で観測される平均的なプレチルト角が０°になっ
ていることが判明した。このことから、本発明の構成で
基板面内のプレチルトの方向性を打ち消すことにより、
液晶移動を０にすることが可能であることが示された。

【００４１】本発明は、特に、基板面内でのプレチルト
角が小さい場合に有効であり、プレチルト角が５°程度
以下、さらに好ましくは３°以下の場合に特に配向が良
好でコントラストの高い素子が得られる。

【００４２】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。

【００４３】［実施例１］図２に示したような本発明の
液晶表示素子を以下のようにして作製した。

【００４４】先ず、９００Åの膜厚のＩＴＯ透明電極を
１．１ｍｍの厚さのガラス基板にスパッタにより形成し
た。

【００４５】次に、図３に示したようなＬＢ膜成膜装置
に純水を満たし、その上にポリアミック酸アルキルアン
モニウム塩ＡのＮＭＰ溶液を滴下し、水面上に単分子膜
を形成する。そして、バリア３２で３０ｍＮ／ｍの表面
圧をかけながら基板を水中より引き上げてＬＢ膜を成膜
した。成膜速度、すなわち基板を上下させる速度は、８
ｍｍ／ｍｉｎで行った。本実施例では、基板を水中より
引き上げる場合にのみＬＢ膜が累積されるようにして、
層数を５層、１０層、２０層の３通りに変化させた。こ
れらのＬＢ膜を２００℃で焼成してＬＢ膜配向膜とし
た。

【００４６】このそれぞれに対して、以下に示す条件で
ラビングを行った。ラビング布としてはナイロンを用
い、ラビングローラーの径は８５ｍｍのものを用いた。
また、ラビングを施さない試料も作製し、比較に用い
た。なお、ラビング方向は、ＬＢ膜を成膜する際に基板
を動かした方向と逆向きとした。

【００４７】（ラビング条件）押し込み量［ｍｍ］：０．３ローラー回転数［ｒｐｍ］：４０，６０，８０，１０
０，１２０ステージ速度［ｍｍ／ｓ］：５０繰り返し回数［回］：１

【００４８】以上の条件で作製した基板を用いて試料セ
ルを作製した。

【００４９】作製したセルは、上下基板でラビング方向
が互いに略平行になるようにした平行セル、略反平行に
なるようにした反平行セル、及び片側の基板のみにＬＢ
膜配向膜を形成しラビングを施しもう一方の基板には配
向材を形成せずに垂直配向処理を施した非対称セルの３
種類に大別され、それぞれに対して３通りのＬＢ膜層数
と６通りのラビング条件（ラビングなしを含む）のもの
がある。セルギャップは全ての試料とも２μｍとした。

【００５０】各セルは、駆動に伴う液晶の移動方向を見
るために、図８に示したように下駄状に印刷されたシー
ル材６３とラビング方向６０が直交するように貼り合わ
されており、これに液晶を注入してサンプルとした。

【００５１】注入した液晶は、Ｃｒｙｓｔａｌ → ＳｍＣ^* → ＳｍＡ → Ｉｓ
ｏ．という相転移系列を有する混合液晶Ａで、この混合液晶
Ａは、３０℃の温度条件下でＳｍＣ^* 相を示し、チルト
角Θが２５°以上、自発分極が２０μＣ／ｃｍ²という
特性を有するものである。

【００５２】注入後、温度を室温まで戻し、ＳｍＣ^* 相
での配向状態を観察した結果、作製した全ての素子とも
に欠陥の少ない良好なユニフォーム配向状態を示し、見
かけのチルト角θａは平均で２１°と大きかった。

【００５３】図８に示す様に、この素子の両側の解放端
に液晶移動方向を見るためのマーカーとしてシリコンオ
イル６４を垂らし、液晶分子軸が配向処理方向６０に対
して方向６１または６１’となるように書き込み波形を
入力する。書き込み波形は、パルス幅３０μｓｅｃ、１
／３バイアス、１／１０００デューティーの波形６２，
６２’で、書き込みパルス電圧を２０Ｖとし、閾値の
１．２倍のパルス幅で検討した。また、液晶の移動速度
は、５時間後のマーカーの侵入距離から算出した。

【００５４】その結果を図９に示す。この図は、反平行
セルに関する結果である。この図からわかるように、ラ
ビングを施さない場合（ローラー回転数＝０）には液晶
の移動速度は比較的大きいが、適当な強度（ローラー回
転数）でＬＢ膜成膜時の基板の移動方向と逆向きにラビ
ングすることによって、液晶の移動速度をほぼ０にする
ことができた。なお、平行セル、非対称セルともこれと
ほぼ同じ特性を示した。

【００５５】また、前述の３通りのＬＢ膜層数と６通り
のラビング条件（ラビングなしを含む）で反平行セルを
プレチルト角の測定用として別途作製し、前述した液晶
を注入してクリスタルローテーション法によって各試料
の平均的なプレチルト角の変化を測定した。その結果を
図１０に示す。

【００５６】図９及び図１０より、液晶の移動速度がほ
ぼ０となっている試料の場合には、クリスタルローテー
ション法で観測される平均的プレチルト角はほぼ０°と
なっていることがわかる。

【００５７】本実施例において液晶移動が確認されなか
った試料は、駆動電圧、温度を変化させた場合にも液晶
の移動は起こらず、安定したスイッチング挙動を示し
た。

【００５８】また、本実施例において、完全に液晶の移
動を０にすることができなかったＬＢ膜層数の異なる試
料に関しても、ラビング強度（ローラー回転数）を最適
化することによって液晶の移動を完全に止めることがで
きた。

【００５９】［実施例２］本実施例では実施例１で用い
たものと同じ電極基板を用いた。そして、実施例１と同
様に、ＬＢ膜成膜装置に純水を満たし、その上にポリア
ミック酸アルキルアンモニウム塩ＢのＮＭＰ溶液を滴下
し、水面上に単分子膜を形成する。そして、バリア３２
で３０ｍＮ／ｍの表面圧をかけながら基板を上下させて
ＬＢ膜を成膜した。成膜速度、すなわち基板を上下させ
る速度は、８ｍｍ／ｍｉｎで行った。本実施例では、基
板を水中より引き上げる場合と水中に基板を押し入れる
場合の両方でＬＢ膜が累積されるようにして、層数を６
層、１０層、２０層の３通りに変化させた。これらのＬ
Ｂ膜を２２０℃で焼成してＬＢ膜配向膜とした。

【００６０】このそれぞれに対して、以下に示す条件で
ラビングを行った。ラビング布、ローラーとも実施例１
と同じものを用いた。また、ラビングを施さない試料も
作製し、比較に用いた。なお、ラビング方向は、ＬＢ膜
の最後の一層を成膜する際に基板を動かした方向と逆向
きとした。

【００６１】（ラビング条件）押し込み量［ｍｍ］：０．２ローラー回転数［ｒｐｍ］：２０，４０，６０，８０，
１００ステージ速度［ｍｍ／ｓ］：５０繰り返し回数［回］：１

【００６２】以上の条件で作製した基板を用いて試料セ
ルを作製した。

【００６３】作製したセルは、実施例１と同様、平行セ
ル、反平行セル、非対称セルの３種類に大別され、それ
ぞれに対して３通りのＬＢ膜層数と６通りのラビング条
件（ラビングなしを含む）のものがある。セルギャップ
は全ての試料とも２μｍとした。

【００６４】各セルは、駆動に伴う液晶の移動方向を見
るために、図８に示したように下駄状に印刷されたシー
ル材６３とラビング方向６０が直交するように貼り合わ
されており、これらのセルに実施例１と同じ強誘電性液
晶を注入し、ＳｍＣ^* 相での配向状態を観察した結果、
作製した全ての素子ともに欠陥の少ない良好なユニフォ
ーム配向状態を示し、見かけのチルト角θａは平均で２
１°と大きかった。

【００６５】これらの試料に対して、実施例１と同様に
して駆動に伴う液晶の移動速度を観測した。駆動条件は
実施例１と同じである。

【００６６】その結果を図１１に示す。この図は、両基
板に１０層のＬＢ膜配向膜が存在する反平行セルに関す
る結果である。この図からわかるように、ラビングを施
さない場合（ローラー回転数＝０）には液晶の移動速度
は比較的大きいが、適当な強度（ローラー回転数）でＬ
Ｂ膜成膜時の最後の一層を成膜する際の基板の移動方向
と逆向きにラビングすることによって、液晶の移動速度
をほぼ０にすることができた。なお、平行セル、非対称
セルともこれとほぼ同じ特性を示した。また、ＬＢ膜の
層数が異なってもほぼ同じ結果が得られた。

【００６７】また、前述の３通りのＬＢ膜層数と６通り
のラビング条件（ラビングなしを含む）で反平行セルを
プレチルト角の測定用として別途作製し、前述した液晶
を注入してクリスタルローテーション法によって各試料
の平均的なプレチルト角の変化を測定した。ＬＢ膜が１
０層の試料に関する結果を図１２に示す。

【００６８】図１１及び図１２より、液晶の移動速度が
ほぼ０となっている試料の場合には、クリスタルローテ
ーション法で観測される平均的プレチルト角はほぼ０°
となっていることがわかる。

【００６９】本実施例においても、液晶移動が確認され
なかった試料は、駆動電圧、温度を変化させた場合にも
液晶の移動は起こらず、安定したスイッチング挙動を示
した。

【００７０】［実施例３］本実施例では実施例１で用い
たものと同じ電極基板を用いた。この基板にポリアミッ
ク酸ＡのＮＭＰ溶液をスピンコートにより塗布し、焼成
してポリイミド配向膜Ａとした。このようにして形成し
た配向膜に対して、以下に示す条件でラビングを行っ
た。ラビング布、ローラーとも実施例１と同じものを用
いた。また、ラビングを施さない試料も作製し、比較に
用いた。

【００７１】（ラビング条件）押し込み量［ｍｍ］：０．３ローラー回転数［ｒｐｍ］：４０，６０，８０，１０
０，１２０ステージ速度［ｍｍ／ｓ］：５０繰り返し回数［回］：１

【００７２】次に、このようにして配向処理を行った配
向膜上にＬＢ膜を成膜した。

【００７３】即ち、実施例１と同様に、ＬＢ膜成膜装置
に純水を満たし、その上にポリアミック酸アルキルアン
モニウム塩ＡのＮＭＰ溶液を滴下し、水面上に単分子膜
を形成する。そして、バリア３２で３０ｍＮ／ｍの表面
圧をかけながら、ラビング方向が下向きになるように固
定された配向膜の形成された基板を水中より引き上げて
ＬＢ膜を成膜した。成膜速度、すなわち基板を上下させ
る速度は、８ｍｍ／ｍｉｎで行った。本実施例では、基
板を水中より引き上げる場合のみＬＢ膜が累積されるよ
うにして、層数を５層、１０層、２０層の３通りに変化
させた。これらのＬＢ膜を２００℃で焼成してＬＢ膜配
向膜とした。

【００７４】以上の条件で作製した基板を用いて試料セ
ルを作製した。

【００７５】作製したセルは、上下基板でＬＢ膜成膜時
の基板の移動方向が互いに略平行になるようにした平行
セル、略反平行になるようにした反平行セル、及び片側
の基板のみに配向膜を形成しラビングした後にＬＢ膜を
成膜しもう一方の基板には配向材を形成せずに垂直配向
処理を施した非対称セルの３種類に大別され、それぞれ
に対して３通りのＬＢ膜層数と６通りのラビング条件
（ラビングなしを含む）のものがある。セルギャップは
全ての試料とも２μｍとした。

【００７６】各セルは、駆動に伴う液晶の移動方向を見
るために、図８に示したように下駄状に印刷されたシー
ル材６３とラビング方向６０が直交するように貼り合わ
されており、これらのセルに実施例１と同じ強誘電性液
晶を注入し、ＳｍＣ^* 相での配向状態を観察した結果、
作製した全ての素子ともに欠陥の少ない良好なユニフォ
ーム配向状態を示し、見かけのチルト角θａは平均で２
１°と大きかった。

【００７７】これらの試料に対して、実施例１と同様に
して駆動に伴う液晶の移動速度を観測した。駆動条件は
実施例１と同じである。

【００７８】その結果を図１３に示す。この図は、反平
行セルに関する結果である。この図からわかるように、
下地のポリイミド配向膜にラビングを施さない場合（ロ
ーラー回転数＝０）には液晶の移動速度は比較的大きい
が、ＬＢ膜を成膜する前に、適当な強度（ローラー回転
数）でＬＢ膜成膜時の基板の移動方向と逆向きにラビン
グしておくことによって、液晶の移動速度を変化させる
ことができ、ラビング強度を最適化することによって移
動速度をほぼ０にすることができることがわかる。な
お、平行セル、非対称セルともこれとほぼ同じ特性を示
した。

【００７９】また、前述の３通りのＬＢ膜層数と６通り
のラビング条件（ラビングなしを含む）で反平行セルを
プレチルト角の測定用として別途作製し、前述した液晶
を注入してクリスタルローテーション法によって各試料
の平均的なプレチルト角の変化を測定した。その結果を
図１４に示す。

【００８０】図１３及び図１４より、液晶の移動速度が
ほぼ０となっている試料の場合には、クリスタルローテ
ーション法で観測される平均的プレチルト角はほぼ０°
となっていることがわかる。

【００８１】本実施例においても、液晶移動が確認され
なかった試料は、駆動電圧、温度を変化させた場合にも
液晶の移動は起こらず、安定したスイッチング挙動を示
した。

【００８２】また、本実施例において、完全に液晶の移
動を０にすることができなかったＬＢ膜層数の異なる試
料に関しても、ラビング強度（ローラー回転数）を最適
化することによって液晶の移動を完全に止めることがで
きた。

【００８３】［実施例４］本実施例では実施例１で用い
たものと同じ電極基板を用いた。そして、実施例３と同
様に、ポリアミック酸ＡのＮＭＰ溶液スピンコートによ
り塗布し、焼成してポリイミド配向膜Ａとした。このよ
うにして形成した配向膜に対して、以下に示す条件でラ
ビングを行った。ラビング布、ローラーとも実施例１と
同じものを用いた。また、ラビングを施さない試料も作
製し、比較に用いた。

【００８４】（ラビング条件）押し込み量［ｍｍ］：０．２５ローラー回転数［ｒｐｍ］：２０，４０，６０，８０，
１００ステージ速度［ｍｍ／ｓ］：５０繰り返し回数［回］：１

【００８５】次に、このようにして配向処理を行った配
向膜上にＬＢ膜を成膜した。

【００８６】即ち、実施例３と同様に、ＬＢ膜成膜装置
に純水を満たし、その上にポリアミック酸アルキルアン
モニウム塩ＢのＮＭＰ溶液を滴下し、水面上に単分子膜
を形成する。そして、バリア３２で３０ｍＮ／ｍの表面
圧をかけながら、ラビング方向が下向きになるように固
定された配向膜の形成された基板を上下させてＬＢ膜を
成膜した。成膜速度、すなわち基板を上下させる速度
は、８ｍｍ／ｍｉｎで行った。本実施例では、基板を水
中より引き上げる場合と水中に基板を押し入れる場合の
両方でＬＢ膜が累積されるようにして、層数を６層、１
０層、２０層の３通りに変化させた。ラビング方向が下
向きになるように基板を固定したので、基板を水中に押
し入れる方向から成膜を開始した場合、偶数層のＬＢ膜
を成膜することによって最後の一層の成膜時の基板の移
動方向と下地のポリイミド配向膜のラビング方向とを逆
向きにすることができる。このようにして成膜したＬＢ
膜を２２０℃で焼成してＬＢ膜配向膜とした。

【００８７】以上のように下地配向膜に対するラビング
強度と、その上に成膜するＬＢ膜の層数とを変化させて
作製した基板を用いて、実施例３と同様な形態の、平行
セル、反平行セル、非対称セルを作製した。セルギャッ
プは全ての試料とも２μｍとした。これらのセルに実施
例１と同じ強誘電性液晶を注入し、ＳｍＣ^* 相での配向
状態を観察した結果、作製した全ての素子ともに欠陥の
少ない良好なユニフォーム配向状態を示し、見かけのチ
ルト角θａは平均で２１°と大きかった。

【００８８】これらの試料に対して、実施例１と同様に
して駆動に伴う液晶の移動速度を観測した。駆動条件は
実施例１と同じである。

【００８９】その結果を図１５に示す。この図は、両基
板に１０層のＬＢ膜配向膜が存在する反平行セルに関す
る結果である。この図からわかるように、下地ポリイミ
ドにラビングを施さない場合（ローラー回転数＝０）に
は液晶の移動速度は比較的大きいが、ＬＢ膜を成膜する
前に、適当な強度（ローラー回転数）でＬＢ膜成膜時の
最後の一層を成膜する際の基板の移動方向と逆向きに下
地ポリイミドをラビングしておくことによって、液晶の
移動速度をほぼ０にすることができた。なお、平行セ
ル、非対称セルともこれとほぼ同じ特性を示した。ま
た、ＬＢ膜の層数が異なってもほぼ同じ結果が得られ
た。

【００９０】また、前述の６通りのラビング条件（ラビ
ングなしを含む）と３通りのＬＢ膜層数で反平行セルを
プレチルト角の測定用として別途作製し、前述した液晶
を注入してクリスタルローテーション法によって各試料
の平均的なプレチルト角の変化を測定した。ＬＢ膜が１
０層の試料に関する結果を図１６に示す。

【００９１】図１５及び図１６より、液晶の移動速度が
ほぼ０となっている試料の場合には、クリスタルローテ
ーション法で観測される平均的プレチルト角はほぼ０°
となっていることがわかる。

【００９２】本実施例においても、液晶移動が確認され
なかった試料は、駆動電圧、温度を変化させた場合にも
液晶の移動は起こらず、安定したスイッチング挙動を示
した。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易な構成で、駆動に伴う液晶分子の移動、及び液晶層
の厚みの変動を防止して、良好なスイッチング特性の得
られ、且つ良好なユニフォーム配向を示す液晶表示素子
が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶の移動を説明するための模式図である。

【図２】本発明第一，第二の液晶表示素子の模式的断面
図である。

【図３】本発明第三，第四の液晶表示素子の模式的断面
図である。

【図４】ＬＢ膜成膜装置の模式図である。

【図５】ＬＢ膜配向膜上での液晶分子のプレチルト角を
説明するための図である。

【図６】本発明第一，第二に係るＬＢ膜配向膜の配向処
理強度を変化させた場合の液晶移動速度の変化を説明す
るための図である。

【図７】本発明第三，第四に係る下地配向膜の配向処理
強度を変化させた場合の液晶移動速度の変化を説明する
ための図である。

【図８】液晶の移動速度の測定法を説明するための模式
図である。

【図９】本発明の実施例１で作製した各素子における液
晶移動速度を示す図である。

【図１０】クリスタルローテーション法によって測定さ
れた本発明の実施例１の各素子におけるプレチルト角を
示す図である。

【図１１】本発明の実施例２で作製した層数１０層のＬ
Ｂ膜配向膜の各素子における液晶移動速度を示す図であ
る。

【図１２】クリスタルローテーション法によって測定さ
れた本発明の実施例２で作製した層数１０層のＬＢ膜配
向膜の各素子におけるプレチルト角を示す図である。

【図１３】本発明の実施例３で作製した各素子における
液晶移動速度を示す図である。

【図１４】クリスタルローテーション法によって測定さ
れた本発明の実施例３の各素子におけるプレチルト角を
示す図である。

【図１５】本発明の実施例４で作製した層数１０層のＬ
Ｂ膜配向膜の各素子における液晶移動速度を示す図であ
る。

【図１６】クリスタルローテーション法によって測定さ
れた本発明の実施例４で作製した層数１０層のＬＢ膜配
向膜の各素子におけるプレチルト角を示す図である。

【符号の説明】

１０配向処理方向（ＬＢ膜成膜時の基板の移動方向）１１，１１’ 平均分子軸方向１２液晶移動方向１３液晶層の厚みが変化した領域２１，２１’ ガラス基板２２，２２’ 透明電極２３，２３’ ＬＢ膜配向膜２４，２４’ スペーサ２５液晶２６，２６’ 偏光板２７，２７’ 配向膜３１水槽３２バリア３３基板６０配向処理方向６１，６１’ 平均分子軸方向６２，６２’ 駆動波形６３シール材６４シリコンオイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極を有する一対の基板間に少なくとも
２つの光学的安定状態を示す強誘電性液晶を挟持してな
る液晶表示素子において、少なくとも一方の基板上に、
ＬＢ膜もしくは該ＬＢ膜材料からの誘導体からなるＬＢ
膜配向膜が形成されており、該ＬＢ膜配向膜に対して、
さらに配向処理を行うことにより基板面内でのプレチル
トの方向性を打ち消し、平均的なプレチルト角の大きさ
をほぼ０°としたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】電極を有する一対の基板間に少なくとも
２つの光学的安定状態を示す強誘電性液晶を挟持してな
る液晶表示素子において、少なくとも一方の基板上に、
ＬＢ膜もしくは該ＬＢ膜材料からの誘導体からなるＬＢ
膜配向膜が形成されており、該ＬＢ膜配向膜に対して、
ＬＢ膜の全ての層、もしくは最後の１層を成膜する際の
基板の移動方向と逆向きの配向処理がなされていること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】前記配向処理がなされたＬＢ膜配向膜が
前記一対の基板の両方に形成されており、該一対の基板
は配向処理の方向が互いに略平行になるように配置され
ていることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示
素子。
【請求項４】前記配向処理がなされたＬＢ膜配向膜が
前記一対の基板の両方に形成されており、該一対の基板
は配向処理の方向が互いに略反平行になるように配置さ
れていることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表
示素子。
【請求項５】前記配向処理がなされたＬＢ膜配向膜が
前記一対の基板の一方にのみ形成されており、もう一方
の基板には、非一軸性表面となるような配向処理が施さ
れていることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表
示素子。
【請求項６】電極を有する一対の基板間に少なくとも
２つの光学的安定状態を示す強誘電性液晶を挟持してな
る液晶表示素子において、少なくとも一方の基板上に、
配向処理がなされた配向膜が形成されており、さらに該
配向膜上に、該配向膜による基板面内でのプレチルトの
方向性を打ち消し平均的なプレチルト角がほぼ０°にな
るように成膜方向を制御された、ＬＢ膜もしくは該ＬＢ
膜材料からの誘導体からなるＬＢ膜配向膜が形成されて
いることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】電極を有する一対の基板間に少なくとも
２つの光学的安定状態を示す強誘電性液晶を挟持してな
る液晶表示素子において、少なくとも一方の基板上に、
配向処理がなされた配向膜が形成されており、さらに該
配向膜上に、全ての層もしくは最後の一層を成膜する際
の基板の移動方向が前記配向処理の方向と逆向きになる
ようにして、ＬＢ膜もしくは該ＬＢ膜材料からの誘導体
からなるＬＢ膜配向膜が形成されていることを特徴とす
る液晶表示素子。
【請求項８】前記配向処理がなされた配向膜と前記Ｌ
Ｂ膜配向膜が前記一対の基板の両方に形成されており、
該一対の基板は、前記ＬＢ膜の全ての層もしくは最後の
一層を成膜する際に基板を動かした方向が互いに略平行
になるように配置されていることを特徴とする請求項６
又は７記載の液晶表示素子。
【請求項９】前記配向処理がなされた配向膜と前記Ｌ
Ｂ膜配向膜が前記一対の基板の両方に形成されており、
該一対の基板は、前記ＬＢ膜の全ての層もしくは最後の
一層を成膜する際に基板を動かした方向が互いに略反平
行になるように配置されていることを特徴とする請求項
６又は７記載の液晶表示素子。
【請求項１０】前記配向処理がなされた配向膜と前記
ＬＢ膜配向膜が前記一対の基板の一方にのみ形成されて
おり、もう一方の基板には、非一軸性表面となるような
配向処理が施されていることを特徴とする請求項６又は
７記載の液晶表示素子。
【請求項１１】前記配向処理が、ラビングによること
を特徴とする請求項１〜１０いずれかに記載の液晶表示
素子。
【請求項１２】前記２つの光学的安定状態間の広がり
角の１／２を見かけのチルト角θａとしたとき、θａと
前記強誘電性液晶のチルト角（コーン角）Θとの関係
が、Θ／２＜θａ≦Θとなることを特徴とする請求項１
〜１１いずれかに記載の液晶表示素子。