JPH0743724A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

液晶電気光学装置

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JPH0743724A
JPH0743724A JP20589093A JP20589093A JPH0743724A JP H0743724 A JPH0743724 A JP H0743724A JP 20589093 A JP20589093 A JP 20589093A JP 20589093 A JP20589093 A JP 20589093A JP H0743724 A JPH0743724 A JP H0743724A
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JP
Japan
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liquid crystal
resin
optical device
substrate
substrates
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JP20589093A
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English (en)
Inventor
Toshimitsu Konuma
利光 小沼
Takeshi Nishi
毅 西
Michio Shimizu
美知緒 清水
Harumi Mori
晴美 森
Koji Moriya
幸司 森谷
Tomohito Murakami
智史 村上
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い基板間隔においても螺旋構造の発現を抑
制し、電極間短絡の発生を防ぎ、かつ容易に作製できる
強誘電性液晶電気光学装置を提供する。 【構成】 一対の基板間において液晶材料が樹脂材料に
より形成された閉空間内に存在し、かつ該閉空間が基板
に垂直な方向に複数個存在している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複屈折モードによる強
誘電性液晶電気光学装置の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、液晶電気光学装置の高速応答を図
ることが重要な課題として検討されている。このために
は、従来のTN型、STN型液晶電気光学装置に使用さ
れるネマチック液晶では応答速度が遅いため、液晶材料
に強誘電性液晶等の高速応答可能な材料を用いる方法が
検討されている。
【0003】上記強誘電性液晶電気光学装置の構成は、
電極を有する一対の基板間に強誘電性スメクチック液晶
材料を挟持し、前記液晶分子を基板に平行かつ一軸配向
せしめ、液晶材料の有する層を基板に対して垂直あるい
は傾斜して形成させるものである。
【0004】前記液晶材料は、液晶材料の有する自発分
極と前記電極により印加された電界との積によるトルク
により高速応答が可能で、上記ネマチック液晶に比べ数
百〜数千倍の応答速度を実現できる。
【0005】上記液晶電気光学装置においては良好なコ
ントラスト特性を得るために、液晶材料を均等に一軸配
向させる必要が有る。上記液晶材料を一軸配向させる方
法として、ずり応力法、磁場配向法、温度勾配法、斜方
蒸着法、ラビング法等がある。
【0006】上記液晶電気光学装置は、液晶材料の有す
るキラリティーのために発現する螺旋構造を抑制し、双
安定性を得るため基板の間隔を1〜数μmという狭い間
隔にしている。
【0007】
【従来技術の問題点】上記従来の強誘電性液晶電気光学
装置は基板間隔が狭いため、一対の基板上に設けられた
対向する画素電極間で短絡が発生しやすく、大面積の基
板としたときには特に顕著で、表示特性の劣化を招いて
いた。
【0008】このため、従来は電極と配向膜の間に絶縁
層を設ける方法が取られていたが、装置の作製工程が煩
雑になってしまった。
【0009】またこのような狭い基板間隔を大面積にお
いて均一に形成することは極めて困難であり、高い生産
性が得られなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記問題は、螺旋構造
の発現を抑制するため、基板間隔を狭くしなければなら
ないが為に発生していた。つまり、上記問題を解決する
には、基板間隔をそれ程狭くしなくても、液晶材料の螺
旋構造の発現を抑制する構成とすることが望ましい。
【0011】本発明は、広い基板間隔においても螺旋構
造の発現を抑制し、電極間短絡の発生を防ぎ、かつ容易
に作製できる強誘電性液晶電気光学装置を提供する事を
目的とするものである。
【0012】本発明は、一対の基板間に強誘電性液晶が
挟持された液晶電気光学装置であって、前記基板のいず
れか一方もしくは両方に一軸配向手段を有し、前記液晶
材料が樹脂材料により形成された閉空間内に存在し、か
つ該閉空間が基板に垂直な方向に複数個存在しているこ
とを特徴とする液晶電気光学装置を要旨とするものであ
る。
【0013】本発明の液晶電気光学装置の構成の概要を
図1を用いて説明する。図1に示されているのは、単純
マトリックス型の液晶電気光学装置である。図1におい
て、101、102は透光性基板、103、104は電
極、105は液晶材料等を注入後一定の方向に配列する
ための配向手段、107は液晶材料である。液晶材料1
07は配向手段105に従って一軸配向している。ま
た、液晶材料107は樹脂によって形成される閉空間内
に存在し、かつこのような閉空間が基板面に対し垂直方
向に複数存在する。また基板間隔が硬化した樹脂材料に
より接着、固定されている。
【0014】この液晶電気光学装置を作製するには、ス
ペーサー108によって基板間隔が決められた、電極1
03、104を有する一組の透光性基板101、102
で液晶材料と反応開始剤を添加した未硬化の樹脂との混
合物を挟持させ、前記液晶材料を配向手段に沿って配列
させる。しかる後に、液晶材料中に混入させた未硬化樹
脂を硬化するための手段を施すことにより、前記未硬化
樹脂が液晶材料を覆って硬化する。
【0015】上記の構成において用いる基板には、ガラ
ス、石英等の無機性材料やアクリル樹脂、ポリエチレン
樹脂等の有機性材料が使用できる。また、前記基板上の
電極として酸化スズ(SnO2 )や、ITO(インジウ
ム・ティン・オキサイド)等が使用できる。
【0016】また、上記構成において用いる一軸配向処
理法は、従来のものと同様に有機高分子等からなる配向
膜をスピナー法、印刷法等により上記基板上に形成し、
前記配向膜をラビング処理することにより行う。配向膜
としてはポリイミド系もしくはポリアミド系の樹脂、ま
たはポリビニルアルコール等の樹脂を使用できる。ま
た、ラビング条件も従来のものと同様で布等を巻いたロ
ーラーにより前記配向膜上を一方向に擦る。
【0017】上記の構成において用いる樹脂材料は、高
温状態で液晶材料との混合状態を呈し、温度が低下した
状態では液晶材料と分離するものであることが望まし
い。また、2枚の基板間に挟持された状態で樹脂を硬化
するために未硬化の樹脂には溶媒が含まれていないこと
が極めて望ましい。さらに、液晶材料と樹脂の分離や液
晶材料の配向状態の形成は温度に依存するところが大き
いため、樹脂は温度とは別の因子で硬化する方が望まし
い。そうした事柄を考慮すると、例えば未硬化樹脂とし
て紫外線硬化型樹脂、硬化手段として紫外線を用いるこ
とが好ましい。
【0018】また、液晶材料を閉空間に閉じ込め、かつ
該空間を基板に垂直な方向に複数存在させるために、液
晶材料に添加する樹脂の量は、液晶材料と樹脂の重量比
で5:5〜7:3の範囲であることが望ましい。また使
用する樹脂材料は低粘度であり、モノマーの含有量が7
0パーセント以上を有するものが望ましい。
【0019】図1に示す構成を採用した場合、液晶材料
107が配向手段106に従って配列した後に樹脂を硬
化させるため、硬化前の良好な配向状態を保つことが出
来、硬化後の樹脂が配向に与える影響は極めて少ない。
【0020】また、上記構成は単純マトリックス型にお
いてのみ有効なだけでなく、アクティブマトリクス型の
強誘電性液晶電気光学装置においても有効である。
【0021】
【作用】液晶材料は樹脂により形成された閉空間内に閉
じ込められる。この閉空間の大きさは基板に垂直な方向
で1〜3μmになり、樹脂によって前記液晶材料の螺旋
構造を抑制している。基板間隔を例えば30μm程度と
しても基板面に垂直な方向に閉空間が複数形成され、そ
れぞれの閉空間内で螺旋構造が抑制され一軸配向した液
晶材料存在する。液晶材料が一軸配向手段にしたがって
ある程度配向した状態で樹脂を硬化するため、閉空間内
の液晶材料を一定方向に配向させることができる。
【0022】このような本発明の構成により、基板の間
隔が液晶材料単体を挟持させた場合に螺旋構造が発現す
るような間隔であっても螺旋構造の発現は抑制され、な
おかつ、基板間隔が広いため電極間の短絡を防止するこ
とが可能である。また作製も極めて容易である。
【0023】
【実施例】本実施例では、マトリクスの規模が640×
480の単純マトリクス型の液晶セルを作製し、各特性
の評価を行った。作製したセルは図1に示す構成を有す
るものである。液晶セルの基板101及び102は厚さ
1.1mmの青板ガラスであり、該基板上には電極10
3及び104としてITOをスパッタ法、蒸着法等によ
り1200Å程度の厚さに形成した後、パターニングし
マトリクス構成とした。両方の基板の電極が形成されて
いる面上には配向膜105を形成した。
【0024】配向膜材料はポリイミド系の樹脂、例えば
LQ−5200(日立化成製)、LP−64(東レ
製)、RN−305(日産化学製)等であり、ここでは
LP−64を使用した。配向膜はn−メチル−2−ピロ
リドン等の溶媒により希釈しスピンコート法により塗布
した。塗布した基板は250〜300℃、ここでは28
0℃で2. 5時間加熱し溶媒を乾燥させ、塗膜をイミド
化し硬化させた。硬化後の膜厚は300Åであった。
【0025】次に配向膜をラビングする。ラビングは通
常の方法で良く、レーヨン、綿等の布が巻いてある直径
130mmのローラーで450〜900rpm、ここで
は450rpmの回転数で一方向に擦った。ロール押し
込み高さは0.1mm、ステージ速度は20mm/se
cで行った。
【0026】次に該セルの間隔を一定にするためスペー
サー108として、一方の基板には直径10μmのシリ
カまたはアルミナのスペーサを散布した。また、他方の
基板上には、該2枚の基板を固定するために、シール剤
として基板の周辺に2液製のエポキシ系接着剤をスクリ
ーン印刷により印刷塗布し、その後2枚の基板を接着固
定した。
【0027】上記セルには液晶材料107及び未硬化の
高分子樹脂の混合物を注入する。液晶材料としてはビフ
ェニル系の強誘電性液晶を使用した。この液晶は相系列
がIso-SmA-SmC*-Cryを取る。高分子樹脂としては市販の
紫外線硬化型の樹脂を使用した。液晶材料と未硬化高分
子樹脂は、重量比で6:4の割合で混合する。該混合体
は均一に混ざるようにIso(等方)相になる温度で攪
拌した。該混合体はIso相からSmA相への転移点が
液晶材料のみの場合より、20〜30℃低下した。
【0028】上記混合体の注入は、液晶セル及び混合体
を100℃とし真空下で行った。注入後、液晶セルは2
〜20℃/hr、ここでは3℃/hrの割合で徐冷し
た。
【0029】この液晶セルの配向状態を、偏光顕微鏡で
直交ニコル下で観察したところある回転角で消光位、即
ち片方の偏光板に入射した光が、他方の偏光板を透過せ
ず、あたかも光が遮断された状態が得られた。このこと
は液晶材料が、ユニフォーム配向となっていることを示
している。
【0030】またこの時、消光位から20°程ステージ
を回して見ると、顕微鏡の視野中に複屈折による光漏れ
を生じないで、黒状態のままの部分があった。
【0031】未硬化樹脂は複屈折性を示さないので、上
記の黒部分は未硬化樹脂が液晶材料から分離析出し硬化
したものである。
【0032】また、この時液晶材料中にはジグザグ欠陥
等の配向欠陥はほとんど見られなかった。
【0033】次に上記セルの高分子樹脂を硬化させるた
め紫外線を照射した。照射強度は3〜30mW/c
2 、ここでは20mW/cm2 とし、照射時間は0.
5〜5min、ここでは3minとした。
【0034】紫外線照射後、液晶セルの配向状態を上記
と同様に偏光顕微鏡下で観察したが配向状態はほとんど
変化しなかった。紫外線照射の配向状態に対する影響は
見られなかった。
【0035】上記樹脂硬化後のセルを等方相となる温度
に一度加熱し、上記と同様にセルを徐冷すると、液晶材
料は部分的に配向が乱れた。樹脂硬化後は液晶材料に一
軸配向性が付与されない事がこのことから分かる。
【0036】上記液晶セルの光学特性を測定した。測定
方法は、ハロゲンランプを光源とする偏光顕微鏡におい
て、直交ニコル下で±30V、5Hzの三角波を液晶セ
ルに印加し、セルの透過光強度をフォトマルチプライヤ
ーで検出するものである。その時のコントラスト比は8
0であった。ここではコントラスト比は30V印加時の
透過光強度と−30V印加時の透過光強度の比である。
同じ基板間隔を有する従来の液晶電気光学装置において
は液晶が螺旋構造を形成したため、十分な透過光強度は
得られなかった。
【0037】また、上記セルを用い、外部にFETによ
る駆動回路を接続し、アクティブ駆動を模擬的に行った
場合の電極間電圧及び光学応答を図2に示す。駆動波形
は、電圧14V、パルス幅1μs、フレーム幅16ms
である。図に示すように良好な光学応答性となってお
り、この時のコントラスト比はフレーム終了時に80で
あった。
【0038】次に、電極間の絶縁性に関し、電流電圧特
性を測定した。図3は±30V、5Hzの三角波を液晶
セルに印加しそのときの電極間に流れる電流の値を測定
したものである。図に示すように、画素電極間の容量成
分201及び強誘電性液晶材料の有する自発分極が電界
の極性変化に伴い、反転する際に流れる電流202以外
は電流成分はなかった。
【0039】上記方法により作製したセルの断面を走査
型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、基板の
厚さ方向に2〜4個の内部に液晶を有する閉空間が形成
されていた。また、この閉空間の大きさは、基板の厚さ
方向で1〜3μm、基板に平行な方向で4〜10μmと
なっていた。
【0040】なお、本実施例ではセル厚を10μmとし
て作製したが、セル厚を10μm以上、50μm程度の
液晶材料単体では螺旋構造を形成するような場合でも同
様の効果が得られる。しかし、セル厚が厚くなると駆動
に要する電界強度を大ききしなければならず、また、セ
ルの透過光強度も低下するので、厚いセル厚にするのは
あまり得策ではない。
【0041】
【発明の効果】このような本発明により、基板の間隔が
液晶材料単体を挟持させた場合に螺旋構造が発現するよ
うな間隔であっても螺旋構造の発現は抑制され、また電
極間の短絡を防ぎ、かつ作製の容易な液晶電気光学装置
が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による液晶電気光学装置の概略
図を示す。
【図2】本発明の実施例による液晶電気光学装置におい
て、アクティブ駆動を行った場合の画素電極間電圧及び
光学応答を示す。
【図3】本発明の実施例による液晶電気光学装置の電流
電圧特性を示す。
【符号の説明】
101 基板 102 基板 103 電極 104 電極 105 配向膜 106 樹脂被膜 107 液晶材料 108 スペーサー 201 画素電極間に流れる電流の容量成分 202 液晶材料の有する自発分極による反転電流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 晴美 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 森谷 幸司 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 村上 智史 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板間に強誘電性液晶が挟持され
    た液晶電気光学装置であって、前記基板のいずれか一方
    もしくは両方に一軸配向手段を有し、前記液晶材料が樹
    脂材料により形成された閉空間内に存在し、かつ該閉空
    間が基板に垂直な方向に複数個存在していることを特徴
    とする液晶電気光学装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、一軸配向手段はラビ
    ング処理が施された配向膜であることをを特徴とする液
    晶電気光学装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、一対の基板の一方に
    画素電極に接続したスイッチング素子を有することを特
    徴とする液晶電気光学装置。
JP20589093A 1993-07-27 1993-07-27 液晶電気光学装置 Pending JPH0743724A (ja)

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