JPH0774867B2

JPH0774867B2 - 液晶素子

Info

Publication number: JPH0774867B2
Application number: JP60026508A
Authority: JP
Inventors: 一春片桐; 和夫 ▲吉▼永; 修谷口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPS61186932A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、液晶表示素子、液晶−光シャッタ、液晶光変
調素子等として利用される液晶素子に関するもので、特
に強誘電性液晶素子に関する。

［従来の技術］従来、ポリアミド酸溶液を基板面に塗布した後加熱し、
溶剤を蒸発除去すると共に脱水閉環反応を生じさせるこ
とによって形成したポリイミド被膜にラビングを施した
配向制御膜を有する液晶素子が知られている（特開昭51
-65960号）。また、ポリイミド被膜を真空蒸着によって
形成できることも最近発表されているが（昭和59年10月
第45回応用物理学会学術講演会予稿集13P-Z-9）、この
被膜を配向制御膜として液晶素子を構成することは試み
られていない。

一方、強誘電性を有する液晶素子が注目を集めている
（特開昭56-107216号、米国特許第4367924号）。この強
誘電性液晶素子は、例えばカイラルスメクチックＣ相
（SmC^*）、カイラルスメクチックＨ相（SmH^*）、カイラ
ルスメクチックＦ相（SmF^*）、カイラルスメクチックＩ
相（SmI^*）、カイラルスメクチックＧ相（SmG^*）等のカ
イラルスメクチック相を有する液晶を、液晶分子層が基
板に対してほぼ垂直（このとき液晶分子軸は基板にほぼ
平行）となるよう配向させて基板間に封入すると共に、
基板間の液晶分子層の厚さを十分に薄くする（通常10μ
以下）ことによって得られる。

この強誘電性液晶素子について説明すると、通常、カイ
ラルスメクチック相を有する液晶を、液晶分子層が基板
に対してほぼ垂直となるよう配向させて封入すると、液
晶分子は、基板にほぼ平行方向に延びる螺旋構造をと
る。この液晶分子は、分子に直交する方向に双極子モー
メントを有しており、一定の閾値以上の電界が印加され
ると、液晶分子の螺旋構造がほどけ、双極子モーメント
が全て電界方向に向くよう配向方向が変わる。また、液
晶分子は、細長い形状を有しており、その長軸方向と短
軸方向で屈折率異方性を示すことから、極性の異なる電
界印加によって光学特性が変わるものである。

ところで、基板間に封入されるカイラルスメクチック相
を有する液晶の厚さが十分に薄くなると、電界を印加し
ていない状態でも液晶分子の螺旋構造がほどけて非螺旋
構造となり、その双極子モーメントは上向き又は下向き
（上下一方の基板方向）のどちらかの状態となる。この
ような状態にして、極性の異なる一定の閾値以上の電界
を印加すると、双極子モーメントは、電界ベクトルに対
応して上向き又は下向きに向きを変え、それに応じて液
晶分子は第一の安定状態又は第二の安定状態のいずれか
一方に配向する。そして、この配向状態は、電界を切っ
ても安定であり、また一定の閾値を越える電界が印加さ
れない限り同じ配向状態が維持される強誘電性を示すも
のである。

上述の強誘電性液晶素子は、応答速度が極めて速く、ま
た双安定性を有するという利点を有する。このことか
ら、従来最も一般的であるTN（Twisted Nematic）型の
液晶素子では実現できなかった大面積、高速、高精度の
応答を可能にするものとして、強誘電性液晶素子が注目
されているものである。

［発明が解決しようとする問題点］前述の通り、優れた強誘電性液晶素子を得るためには、
基板間に封入される液晶の液晶分子層を基板面に対して
ほぼ垂直にしておくこと、即ち、液晶分子軸が基板面に
ほぼ平行に配列したモノドメインを形成することが必要
である。

しかしながら、前記のように、強誘電液晶素子にはカイ
ラルスメクチック相を有する液晶が利用されており、一
般にスメクチック系の液晶は、従来最も一般的なネマチ
ック系の液晶に比較して配向安定性が悪く、均一な配向
状態の液晶素子が得にくい問題がある。ポリアミド酸溶
液を塗布し、加熱することによって得られるポリイミド
被膜の配向制御膜は、ネマチック系の液晶に対しては比
較的良好な配向制御性が得られているが、上記理由か
ら、この配向制御膜では優れた強誘電性液晶素子が得ら
れていない。

［問題点を解決するための手段］上記問題点を解決するために講じられた手段を本発明の
一実施例に対応する第１図で説明すると、真空蒸着によ
って形成されたポリイミド被膜の配向制御膜1,1′を少
なくとも一方が有する一対の基板2,2′を、カイラルス
メクチック相の螺旋構造が解除される距離だけ離して配
置し、その間隙に、高温側の相からの徐冷によって形成
されたカイラルスメクチック相を示した液晶３を挾持し
た構造の液晶素子とすることによって上記問題点を解決
しているものである。

まず、真空蒸着による、基板2,2′へのポリイミド被膜
の形成は次のようにして行うことができる。

即ち、酸二無水物とジアミン化合物とを蒸着装置内に別
々にセットして真空下で加熱し、対向する位置にセット
した基板2,2′上に蒸発成分を付着堆積させると、基板
2,2′上で両方の化合物が反応してポリアミド酸が生成
される。そして、蒸着装置より基板2,2′を取り出し
て、その蒸着面を加熱することにより、ポリイミド被膜
が形成される。

酸二無水物及びジアミン化合物加熱時の蒸着装置内真空
度は、10^-3Torr以上、好ましくは10^-4Torr以上である。
酸二無水物及びジアミン化合物の加熱温度は、化合物の
種類によっても相違するが、通常は100〜200℃である。
蒸着装置から取出した基板２の蒸着面の加熱は、150〜3
50℃で30分〜２時間行うことが好ましい。上述のように
して配向制御膜１として形成されるポリイミド被膜の厚
さは、100Å〜１μ、好ましくは500〜5000Åである。こ
の厚さは、蒸着装置内真空度、酸二無水物及びジアミン
化合物の加熱温度、蒸着時間等によってコントロールす
ることができる。また、ポリイミド被膜の配向制御膜1,
1′は、例えばビロード布、紙等で一方向にラビングを
施しておくことによって良好な配向制御作用をなすもの
となる。

真空蒸着に用いる酸二無水物としては、例えばピロメリ
ット酸二無水物、3,3,′4,4′−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物、3,3′,4,4′ジフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二
無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水
物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、
1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,
9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、4,4,′−ジ
スルホニルジフタル酸二無水物等が挙げられる。また、
ジアミン化合物としては、例えば4,4′−ジアミノジフ
ェニルエーテル、パラフェニレンジアミン、メタフェニ
レンジアミン、4,4′−アミノジフェニレン、1,5−ジア
ミノナフタレン、4,4′−ジアミノジフェニルスルホ
ン、4,4′−ジアミノジフェニルサルファイド、4,4′−
ジアミノジフェニルメタン、4,4′−ジアミノジフェニ
ルプロパン、4,4′−ジアミノジフェニルケトン等が挙
げられる。

真空蒸着によって、ポリイミド被膜の配向制御膜1,1′
を形成すべき基板2,2′は、ガラスであっても、例えば
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、ポリエーテルスルフォン、ポリカーボネイト、三
酢酸セルロース、ポリオール、ポリエーテルサルフォン
等のプラスチックであっても良い。また、通常はポリイ
ミド被膜の配向制御膜１を両基板２に設けるが、一方の
みとしてもよい。

本液晶素子に用いられる液晶３は特に限定されるもので
はなく、例えばネマチック液晶、コレスチック液晶、ス
メスチック液晶、カイラルスメクチック液晶等を単独又
は混合して用いることができる。

更に具体的には、ネマチック液晶としては、例えば下記
の液晶等を単独又は混合して用いることができる。

コレスチック液晶としては、例えばコレステリルクロラ
イド、コレステリルノナノエート並びに下記の液晶等を
単独又は混合して用いることができる。

スメクチック液晶としては、例えば下記の液晶等を単独
又は混合して用いることができる。

また、カイラルスメクチック相を有する液晶としては、
例えば下記の液晶等を単独又は混合して用いることがで
きる。

［作用］本液晶素子は、真空蒸着によって形成されたポリイミド
被膜の配向制御膜を有するもので、これによって、一般
に配向安定性の悪いスメクチック系の液晶を用いた液晶
素子とした場合にも、良好な配向状態が得られるもので
ある。従来のポリアミド酸溶液の塗布、加熱によるポリ
イミド被膜の配向制御膜では十分成し得なかったスメク
チック系液晶の均一配向を、同じポリイミド被膜であっ
ても本発明のようにすると達成できる理由は必ずしも明
らかではない。しかし、本発明者等は次のように推測し
ている。

まず、本発明における配向制御膜は、その形成に溶剤を
全く使用しないので、残留溶剤による配向制御性の低下
がない。また、真空蒸着によって形成されるので、薄く
均一に形成しやすく、良好な配向制御性を均一に発揮さ
せやすい。従って、これらによって、ポリイミド被膜に
よる配向制御性が最大限に引き出されていると考えられ
る。

しかしながら、残留溶剤の除去や薄く均一な被膜とする
ことは、従来のポリアミド酸溶剤の塗布、加熱による被
膜形成を慎重に行うことによってもある程度達成できる
ことである。それにも拘らず、従来スメクチック系液晶
の均一配向が不十分であったことを考えると、真空蒸着
による被膜形成が、上記理由以外に配向制御性の向上に
有効に作用しているものと考えられる。

［実施例］まず、本発明に係る液晶素子の一実施例を説明すると、
第１図及び第２図において、1,1′は配向制御膜、2,2′
は基板、３は液晶である。

一対の基板1,1′は、スペーサ部材４を介して所定の間
隔に保持され、基板1,1′間に液晶３が封入されてい
る。このスペーサ部材４は、SiO、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂な
どの無機化合物あるいはポリビニルアルコール、ポリイ
ミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリパ
ラキシリレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ
ビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、
ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン
樹脂、ユリヤ樹脂アクリル樹脂やフォトレジスト樹脂な
どの樹脂類を適当な方法で被膜形成した後、所定の位置
にスペーサ部材４が配置される様にエッチングすること
によって得ることができる。

一対の基板2,2′の周囲は、接着剤５で接着されること
によってシールされている。また、基板２の上には、複
数の透明電極６からなる電極群（例えば、マトリクス電
極構造のうちの走査電圧印加用電極群）が、例えば帯状
パターンなどの所定パターンで形成されている。基板
２′の上には、前述の透明電極６と交差させた複数の透
明電極６′からなる電極群（例えば、マトリクス電極構
造のうちの信号電圧印加用電極群）が形成されている。
これらの透明電極6,6′は、蒸着、低温スパッタ、CVD等
の公知の手段により、酸化スズ、酸化インジウム、ITO
（Indium Tin Oxide）等を付設することによって設ける
ことができる。

この様な透明電極6,6′を設けた基板2,2′には、真空蒸
着によって形成したポリイミド被膜にラビングを施した
配向制御膜1,1′が設けられている。

この様な液晶素子は、基板2,2′の外側にはクロスニコ
ル状態又はパラレルニコル状態とした偏光子7,7′がそ
れぞれ配置されて、電極6,6′の間に電圧を印加した時
に光学変調を生じることになる。尚、８は発熱体であ
る。

実験例１ピッチ100μｍで幅62.5μｍのストライプ状のITO膜を電
極として設けた正方形状ガラス基板を用意し、これの電
極となるITO膜が設けられている側を下向きにして蒸着
装置内にセットした。次に、２個の石英製船形ボートに
ピロメリット酸二無水物と4,4′−ジアミノジフェニル
エーテルを別々に入れて蒸着装置内にセットした。この
とき、ボートは、前記基板の下方約300mmの位置とし
た。しかる後蒸着装置内を真空ポンプで約６×10^-4Torr
の真空度としてから、ボート上約30mmの位置にセットし
た2KWの赤外線ヒーターにより、ボート中の化合物を加
熱し、基板へ蒸着させた。

赤外線ヒーターを切り、蒸着装置内を常圧に戻した後蒸
着された基板を取り出し、これをオーブン内で300℃で
１時間加熱し、約3000Åのポリイミド被膜を得た。さら
に布により一方向にラビング処理を行なった。

この様にして得た配向制御膜を有する一対の基板を、ラ
ビング方向が平行となる様に配向制御膜を内側にして重
ね合せ、注入口を除いて周辺を熱硬化型エポキシ樹脂を
用いてシールを行なった。基板間の間隔は２μであっ
た。

次にｐ−デシロキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−
メチルブチルシンナメート（DOBAMBC）を加熱して等方
相とし、上記で作製したセル内に注入口から注入し、そ
の注入口を封口した。このセルを徐冷によって降温さ
せ、温度を約70℃で維持させた状態で一対の偏光子をク
ロスニコル状態で設けてから顕微鏡により観察したとこ
ろ、モノドメインの螺旋のとけたSmC^*が均一に形成され
ていることが確認できた。

実験例２実験例１において用いたピロメリット酸二無水物に代え
て、3,3′−4,4′ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無
水物を用い、実験例１と同様にして基板を作製した。ポ
リイミド被膜の厚さは1500Åであった。

次に４−（２′−メチルブチル）フェニル−４′−オク
チルオキシビフェニル−４−カルボキシレートを加熱し
て等方相とし、上記で作製したセル内に注入口から注入
し、その注入口を封口した。このセルを徐冷によって降
温させ、温度を約85℃で維持させた状態で一対の偏光子
をクロスニコル状態で設けてから顕微鏡により観察した
ところ、モノドメインの螺旋のとけたSmC^*が均一に形成
されていることが確認できた。

実験例３実験例１において用いたピロメリット酸二無水物に代え
て、3,3′−4,4′−ジフェニルテトラカルボン酸二無水
物を用い、実験例１と同様にして基板を作製した。ポリ
イミド被膜の厚さは2000Åであった。

実験例４実験例１において用いた4,4′−ジアミノジフェニルエ
ーテルに代えて、1,5−ジアミノナフタレンを用い、実
験例１と同様にして基板を作製した。ポリイミド被膜の
厚さは800Åであった。

さらに、両基板の電極間に30Vの直流を正、負交互に繰
り返し印加したところ、良好なコントラストを有するス
イッチング動作が確認できた。

比較実験例１ピロメリット酸二無水物0.1モル、1,5−ジアミノナフタ
レン0.1モルおよびＮ−メチル−２−ピロリドンを10℃
で５時間反応させ固形分濃度10％のポリアミド酸溶液を
得た。

この溶液を３重量％に希釈し、実験例１で用いたストラ
イプ状のITO膜が設けられた基板上にスピンナを用い塗
膜を形成し、150℃で30分間、300℃で１時間加熱させ、
厚さ約850Åのポリイミド膜を得た。さらに布により一
方向にラビング処理を行なった。

次にｐ−デシロキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−
メチルブチルシンナメート（DOBAMBC）を加熱して等方
相とし、上記で作製したセル内に注入口から注入し、そ
の注入口を封口した。このセルを徐冷によって降温さ
せ、温度を約70℃で維持させた状態で一対の偏光子をク
ロスニコル状態で設けてから顕微鏡により観察したとこ
ろ、配向の乱れたマルチドメイン状態であった。さら
に、両基板の電極間に30Vの直流を正、負交互に繰り返
し印加したところ、電極間における短絡（リーク）が起
こり、正常なスイッチングを行なえないものであった。

［発明の効果］本発明によれば、カイラルスメクチック系の液晶を用い
た液晶素子において均一に配向した液晶素子を得ること
ができ、優れた強誘電性液晶素子を得ることができる。
また、本発明の液晶素子は、従来のポリアミド酸溶液の
塗布、加熱によって得られるポリイミド被膜の配向制御
膜を有する液晶素子と異なり、配向制御膜を真空蒸着に
よって形成しているため、ジメチルホルムアミド、ジメ
チルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル
ピロリドン等の毒性の強い溶剤を使用しないで済み、健
康管理上の利益もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液晶素子の一実施例を示す縦断面
図、第２図はその平面図である。 1,1′：配向制御膜、2,2′：基板、3:液晶。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口修東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭61−138924（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−224823（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間にカイラルスメクチック相を
有する液晶を封入してなる液晶素子であって、上記基板
の少なくとも一方が、真空蒸着によって形成されたポリ
イミド被膜の配向制御膜を有し、上記基板が、カイラル
スメクチック相の螺旋構造がほどける間隔をもって対向
配置しており、液晶層が高温側の相からの徐冷によって
形成されたカイラルスメクチック相であることを特徴と
する液晶素子。