JPH08234210A

JPH08234210A - 液晶装置

Info

Publication number: JPH08234210A
Application number: JP7325096A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sato; 正彦佐藤
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶パネル内のイオン性不純物による影響を
回避し、液晶パネルの表示品質を向上する。【構成】それぞれに電極が設けられた一対の基板と、
前記基板間に配置された液晶層と、前記基板の一方に近
接し、前記液晶層の一方の面に接触している、ポリイミ
ドでなる配向膜と、前記基板の他方に近接し、前記液晶
層の他方の面に接触している、ポリビニルカルバゾール
でなる膜とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶を用いた電気光学装
置とその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、世界的に研究が進んでいる強誘電
性液晶は従来、時計、電卓等に応用されてきたＴＮ(Twi
sted Nematic) 型液晶に比較して、応答速度が速い、視
野角が広い等の点で優れている。

【０００３】強誘電性液晶の速い応答速度は、液晶自身
の持つ自発分極に起因している。一般に強誘電性液晶の
応答時間は自発分極、外部電界に反比例し、粘度に比例
するために、従来自発分極の小さい強誘電性液晶は応答
速度が遅いため使えないものとされ、自発分極の大きい
強誘電性液晶の開発が進められてきた。しかしながら、
ごく最近になってこの自発分極が強誘電性液晶のスイッ
チング特性に重大な影響を与えていることが明らかにな
っている。

【０００４】すなわち自発分極の存在により、この分極
電荷が外部電界を印加しない状態でも液晶層内に電界を
形成し、液晶層内のイオン性不純物の偏在を生じさせ、
その結果逆にイオン性不純物が液晶分子の自発分極を拘
束するために、正常状態において双安定性を示す強誘電
性液晶分子が単安定にならざるを得ず、コントラスト比
の低下を招くのである。

【０００５】ところで、液晶装置の配向膜としてはポリ
イミド，ポリアミド等の有機高分子化合物，もしくはSi
O 等の斜方蒸着膜が用いられている。なかでも作業性，
耐熱性に優れたポリイミドは広く使用され、その溶液を
基板上に塗布し、溶剤を除去した後、必要に応じて熱処
理して、ポリイミド膜を形成した後ラビング処理がなさ
れる。

【０００６】

【従来の技術の問題点】しかし、前述のポリイミド，Si
O 等絶縁性の高い配向膜を用いた強誘電性液晶電気光学
装置では強誘電性液晶分子の双極子の整列にともない、
液晶中のイオン性不純物が液晶層と配向膜の界面に偏在
し、素子内で電荷の偏りが生じる。この結果、例えば強
誘電性液晶ディスプレイで数時間一定の表示を行った後
に画面を切り換えようとしても前の像が残ってしまうい
わゆる「焼付け」現象が発生し、ディスプレイとした場
合の大きな障害となっている。

【０００７】この問題を回避するために、配向膜の抵抗
を下げる工夫がなされており、例えば特開昭62-295028
公報にはポリイミド配向膜中に金属粉末または導電性有
機化合物が混合された配向膜を備えた液晶表示素子が開
示されている。

【０００８】強誘電性液晶素子に用いられる配向膜は一
般に1000Å以下で特に500 〜200 Åの膜厚でのスイッチ
ング特性が良いとされている。このような薄い膜中に導
電性粒子を均一に分散させることは非常に困難である。

【０００９】また配向膜の表面にも当然導電性粒子が露
出しており、これが長い間に液晶層中に溶け出し、液晶
層中の不純物イオンが増加して前述の「焼付け」現象を
増長してしまうとともに液晶層内に流れる電流が増加
し、液晶材料の劣化を引起し、素子の信頼性を低下させ
てしまう。さらに、この流れる電流のために消費電力を
増加させてしまう。

【００１０】本来、液晶化合物は、合成する過程に使用
した試薬および副反応生成物が完全に取り除かれていな
いために、わずかのイオン性不純物を含んでいる。この
イオン性不純物を減らすためには再結晶による精製の繰
り返しまたはゾーンメルト法による精製が考えられる。
しかし、これらの方法では液晶の精製に要する時間およ
びその収率がコスト高の原因となる。

【００１１】更には、液晶材料を十分に精製したとして
も液晶装置製造工程において不純物が混入したり、素子
構成後においても配向膜やシール部からイオン性不純物
が混入するため、最終的には液晶層へのイオン性物質の
混入は避けられない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記問題点を解決する
ため、本発明は液晶パネル内のイオン性不純物による影
響を回避し、液晶パネルの表示品質を向上することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、電極が形成された一対の基板間に、強誘電性
液晶を介在せしめた強誘電性液晶電気光学装置におい
て、少なくとも一方の基板の液晶に接する面にはポリビ
ニルカルバゾール膜が形成されていることを特徴とす
る。

【００１４】本発明の装置は、基板上に形成した相対す
る配向膜の少なくとも一方を体積抵抗率がポリイミドよ
り低く、かつアクセプター性を有する有機高分子材料で
あるポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）膜とする。その
ため、液晶中のドナー性不純物をＰＶＫ膜にトラップさ
せることにより、液晶中の電荷の偏在を解消することが
でき、前述の「焼き付け」現象を回避することができ
る。

【００１５】そして、基板の一方のみにＰＶＫ膜を形成
した場合には、他方には液晶分子を配向させるためのラ
ビング処理を行ったポリイミド膜を作製することが好ま
しい。なぜなら、ラビング処理されたポリイミド膜の液
晶配向機能は非常に優れているため、一対の基板の両方
にＰＶＫ膜を作製した場合より液晶の配向性が良いから
である。だが、一対の基板の両方にＰＶＫ膜を作製して
も、大きな問題があるわけではなく、さらに前述した
「焼き付け」現象を防ぐことについても支障はない。

【００１６】更に本発明は、ＰＶＫ膜を有する液晶パネ
ル中に液晶を公知の方法で注入した後に、更に加熱処理
を加えることにより効果的にＰＶＫ中にドナー性のイオ
ン性不純物をトラップさせることができることを特徴と
する。特に、加熱処理を液晶注入用の注入孔を封止した
後，つまりパネル内部に外部から不純物が入りえない状
況下で行うことによって、パネル内部のドナー性不純物
をすべてトラップし、それ以後、半永久的にドナー性不
純物の影響を排除することができる。

【００１７】さらには、一対の基板の一方にＰＶＫ，他
方にポリイミドを作製した場合にはＰＶＫ側の電極を正
極，ポリイミド側の電極を負極として直流の電圧を印加
することにより、積極的にドナー性不純物をトラップさ
せることができ、加熱処理の時間を短縮することができ
る。

【００１８】また、一対の基板の両方にＰＶＫを作製し
た場合にはどちらの電極を正極にしても構わない。この
場合、負極側のＰＶＫは不純物のトラップにはあまり寄
与することはないが、悪影響を与えることもないため、
正極側のＰＶＫの不純物のトラップの効果が期待できる
からである。

【００１９】また、ＰＶＫはそれ自体体積抵抗率がポリ
イミドより低いため液晶分子の双極子の偏りを軽減する
こともできる。

【００２０】本発明に用いる強誘電性液晶は、外部から
加える電界に応じて第１の光学安定状態と、第２の光学
安定状態とのいずれかを取るものであり、カイラルスメ
クティックＣ相（Sc^*）の液晶が望ましいが、カイラル
スメクティックＩ相，カイラルスメクティックＨ相も用
いることができる。以下、実施例により本発明を説明す
る。

【００２１】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例によって作製された強誘電性液晶
電気光学装置の断面の概略図を図１に示す。

【００２２】ＩＴＯ薄膜を直流マグネトロンスパッタ法
にてソーダガラス１上に作製した後、フォトリソグラフ
ィー法にてパターニングを行うことにより、電極２を一
対のソーダガラス上に作製した。この一対の基板上に、
ポリビニルカルバゾールの塩化ベンゼン２％溶液を回転
数3000rpm でスピンコート法にて20秒間塗布した。成膜
後約１時間150 ℃で加熱し、溶剤を除去し、ポリビニル
カルバゾール薄膜３を作製した。膜厚は300 Åであっ
た。そして、一方の基板上に形成されたポリビニルカル
バゾールを綿布を用いてラビング処理を行った。

【００２３】その後、直径が2.5 μｍのポリスチレン粒
子（図面には示さない）20ｍｇをイソプロピルアルコー
ル（ＩＰＡ）50ccに混合し、超音波を印加してよく分散
させた後、スピンコート法を用いて1000rpm ，20秒間の
条件において一方の基板上に散布した。

【００２４】そして、一対の基板を貼り合わせてパネル
を作製した。この後、表１に示す特性を有する強誘電性
液晶４をパネル内に真空注入法により注入した後、ＵＶ
硬化接着剤にて注入孔を封止した。

【００２５】

【表１】

【００２６】こうして作製した強誘電性液晶パネルを駆
動回路に接続し、表示を行う。この時同一の画面を２時
間表示した。また、参考例として一対の基板の液晶に接
する面にポリイミド薄膜を作製した液晶パネルについて
も同じ画面をやはり２時間表示を行った。そして２時間
経過後表示内容をかえて表示を行う。これも、やはり参
考例のパネルについても同様な表示を行った。そして表
示のコントラストを両方のパネルについて測定した。す
ると、最初の２時間、つまり最初の表示を行っている間
については、本実施例のパネルが18〜19程度で、参考例
のパネルについては21〜25程度と参考例のほうが大きい
コントラストが得られた。これは、ポリイミド膜の方が
ＰＶＫ膜よりも液晶の配向機能が優れているからである
と思われる。しかし、本実施例のパネルもコントラスト
が18〜19であるから表示装置としては充分な値である。

【００２７】しかしながら、表示画面をかえてからのコ
ントラストについては、本実施例のパネルが前の画面を
表示している間とほぼ同様の17〜18程度であったのに対
し、参考パネルのコントラストは９〜11程度と大幅に低
下してしまった。これによって一対の基板の両方にポリ
イミド膜を作製すると「焼き付け」現象がひどく、表示
画面をかえた時、前の画面が残ってしまうことが明らか
であり、本実施例のように基板の液晶に接する面にＰＶ
Ｋを作製することにより、「焼き付け」現象を回避する
ことができたことがわかった。

【００２８】〔実施例２〕実施例１と同様にＩＴＯ薄膜
を直流マグネトロンスパッタ法にてソーダガラス上に作
製した後、フォトリソグラフィー法にてパターニングを
行うことにより、電極を一対のソーダガラス上に作製し
た。この基板上に、ポリビニルカルバゾールの塩化ベン
ゼン２％溶液を回転数3000rpm でスピンコート法にて20
秒間塗布した。成膜後約１時間150 ℃で加熱し、溶剤を
除去し、ポリビニルカルバゾール薄膜を作製した。膜厚
は300 Åであった。

【００２９】また、別のソーダガラス上に同様に電極を
作製した後、ポリイミドのＮ−メチル−２−ピロリドン
３％溶液を回転数3000rpm にてスピンコート法を用いて
20秒間塗布した。その後、300 ℃で約２時間加熱焼成処
理を施した。こうして得られたポリイミド膜をベルベッ
トにより一方向にラビングを行った。この時のラビング
処理は実施例１の時と比較してやや強めに行った。この
後、このポリイミド膜面上にポリビニルカルバゾールの
塩化ベンゼン２％溶液を回転数5000rpm でスピンコート
法にて20秒間塗布した。成膜後約１時間150 ℃で加熱
し、溶剤を除去し、ポリビニルカルバゾール薄膜を作製
した。膜厚は150 Åであった。このポリイミド膜上に形
成したＰＶＫ膜は厚く作製してはいけない。なぜなら、
ポリイミド膜のラビング処理の効果がＰＶＫ膜によって
完全に消されてしまうからである。概ね200 Å以下であ
ることが必要である。

【００３０】その後、直径が2.5 μｍのポリスチレン粒
子20ｍｇをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）50ccに混
合し、超音波を印加してよく分散させた後、スピンコー
ト法を用いて1000rpm ，20秒間の条件下において一方の
基板上に散布した。そして、一対の基板を貼り合わせて
パネルを作製した。

【００３１】この後、表２に示す特性を有する実施例１
と同一の強誘電性液晶をパネル内に真空注入法により注
入した後、ＵＶ硬化接着剤にて注入孔を封止した。

【００３２】

【表２】

【００３３】こうして作製された強誘電性液晶パネルの
液晶の配向の状態を偏光顕微鏡を用いて観察したところ
実施例１の場合よりも配向状態が上昇し、参考例とほぼ
同様であった。

【００３４】このパネルを駆動回路に接続し、画面の表
示を行った。実施例１の時と同様に同一の画面を２時間
表示した後、表示内容をかえて表示を行った。すると、
最初の画面を表示している間のコントラストは20〜23と
ほぼ参考例のパネルの初期のコントラストと同じ値が得
られた。そして、表示画面をかえた後のコントラストも
19〜20と、ほとんどコントラストの低下はなかった。

【００３５】従って、本実施例のようにポリイミド膜と
ＰＶＫ膜とを積層させることによって、ポリイミド膜の
配向制御機能を維持したままＰＶＫ膜のドナー性不純物
をトラップする機能をも有効に活用することができるこ
とがわかる。

【００３６】〔実施例３〕透明電極を作製するために、
ＩＴＯ薄膜をスパッタ法にてソーダガラス基板上に形成
した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングを
行った。そして、ポリイミドのＮ−メチル−２−ピロリ
ドン３％溶液を回転数3000rpmにてスピンコート法を用
いて20秒間塗布した。その後、300 ℃で約２時間加熱焼
成処理を施した。こうして得られたポリイミド膜をベル
ベットにより一方向にラビングを行った。

【００３７】他方の基板には透明電極作製後、ポリビニ
ルカルバゾールの塩化ベンゼン２％溶液を回転数3000rp
m でスピンコート法にて２０秒間塗布した。成膜後約１
時間150 ℃で加熱し、溶剤を除去し、ポリビニルカルバ
ゾール薄膜を作製した。この膜厚は約300 Åであった。

【００３８】その後、粒径２μｍのシリカビーズを一方
の基板上に散布した後、２枚の基板を貼り合わせてパネ
ルを作製した。そして、このパネル内に表３に示す特性
を有する強誘電性液晶を公知の真空注入法にて注入した
後、注入孔をＵＶ硬化接着剤にて封止した。

【００３９】

【表３】

【００４０】こうして作製した液晶パネルの上下電極間
の比抵抗をＨＰ社製ＬＣＲメーターにて測定したとこ
ろ、液晶注入直後25℃において3.1 ×10¹¹Ωcmであっ
た。この液晶パネルを80℃で加熱処理し、加熱処理時間
と液晶パネルの上下電極間の比抵抗変化を測定した。こ
の測定結果を図２に示す。図２より、明らかに加熱処理
時間の経過とともに液晶パネルの比抵抗が高くなってい
ることがわかる。

【００４１】一方、参考例の基板の両面にポリイミド薄
膜を作製した液晶パネルについても同様な実験を行っ
た。この場合図２に示すように、加熱処理により徐々に
比抵抗が下がっていることがわかる。これは、ポリイミ
ドがドナー性不純物をトラップする機能を有していない
ために、加熱処理により液晶パネル内に不純物がにじみ
でているものと思われる。

【００４２】そして、以下のような方法で加熱処理の時
間と「焼き付け」の回復率を測定した。この測定方法
は、液晶パネル内の強誘電性液晶分子の第１の安定状態
と第２の安定状態とを、それぞれ、「白」，「黒」とな
るようにパネルの上下に偏光板をセットし、まず最初に
「白」を表示して、その明るさを測定した後、一定時間
（２時間）「黒」を表示させた直後の「白」表示の明る
さを測定する。そして、初期の「白」表示との比で回復
率を計算する。その結果を表４に示す。ただし、加熱
時間の単位は〔hour〕で、回復率の単位は％である。

【００４３】

【表４】

【００４４】表から明らかなように、特に２時間以上加
熱処理を行った場合に大きな効果を示す。また、参考例
のように一対の基板の液晶に接する面の両方にポリイミ
ド膜を作製した場合の回復率について表５に示す。

【００４５】

【表５】

【００４６】表５より、一対の基板の液晶に接する面の
両方にポリイミド膜を作製した場合には、加熱処理の効
果がほとんど得られないことがわかる。

【００４７】さらに、加熱処理を行うと同時に、ＰＶＫ
側の電極を正極，ポリイミド側の電極を負極として20Ｖ
の直流電圧を液晶パネルに印加した場合、表６に示すよ
うに加熱処理時間を短縮することができる。また、加熱
処理なしで、直流電圧の印加のみを行った場合について
表７に示す。表からわかるように、直流電圧印加のみの
場合には、加熱処理のみの場合とほぼ同様の結果が得ら
れた。

【００４８】

【表６】

【００４９】

【表７】

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように、基板の液晶に接する
面の少なくとも一方にポリビニルカルバゾールを用いる
ことによって、液晶パネル内のドナー性不純物をトラッ
プすることができ、その結果、応答速度の速い強誘電性
液晶表示装置の「焼き付け」現象を起こすことがなくな
り、表示品質を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による強誘電性液晶電気光学装置の断
面の概略を示す図。

【図２】液晶パネルの加熱処理時間とパネルの比抵抗
との関係を示す図。

【符号の説明】

１・・・ソーダガラス２・・・電極３・・・ポリビニルカルバゾール膜４・・・強誘電性液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれに電極が設けられた一対の基板
と、前記基板間に配置された液晶層と、前記基板の一方に近接し、前記液晶層の一方の面に接触
している、ポリイミドでなる配向膜と、前記基板の他方に近接し、前記液晶層の他方の面に接触
している、ポリビニルカルバゾールでなる膜とを有する
ことを特徴とする液晶装置。
【請求項２】少なくとも一方が透光性の相対向する一対
の基板と、前記基板に設けられた電極と、前記基板間に配置されたスメクチック液晶層と、前記基板の一方に形成され、前記液晶層に隣接して設け
られたポリイミドでなる配向膜と、前記基板の少なくとも一方に、前記液晶層に接して設け
られた有機層とでなり、前記有機層は、ポリビニルカルバゾールでなり、前記有
機層の表面はラビングされていることを特徴とする液晶
装置。
【請求項３】少なくとも一方が透光性の一対の基板と、前記基板上に形成された電極と、前記基板間の液晶層と、前記基板の少なくとも一方に形成されたポリイミド膜
と、前記液晶層と前記ポリイミド膜の間に設けられた有機層
とでなり、前記有機層は、ポリビニルカルバゾールでなることを特
徴とする液晶装置。
【請求項４】請求項３において、ポリイミド膜は、前記
有機層に接触したラビングされた表面を有することを特
徴とする液晶装置。
【請求項５】請求項２および３において、前記有機層の
厚さは100 Åから1000Åであることを特徴とする液晶装
置。
【請求項６】請求項１または２または３において、前記
液晶は、強誘電性液晶でなることを特徴とする液晶装
置。
【請求項７】請求項３において、前記液晶装置は、パッ
シブ型であることを特徴とする液晶装置。
【請求項８】請求項２および３において、前記有機層
は、イオンを吸収する機能を有していることを特徴とす
る液晶装置。