JPH11183912A

JPH11183912A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH11183912A
Application number: JP35396197A
Authority: JP
Inventors: Tsuneki Nukanobu; 恒樹糠信; Kiyoshi Miura; 聖志三浦; Yoshinari Yoshino; 佳成吉野; Takashi Enomoto; 隆榎本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】両基板上に特定の体積抵抗値の第一の配向膜
を設け、一方の基板の該配向膜上に一軸配向処理を施さ
れた配向膜を設けた非対称構成の液晶素子において、上
記第一の配向膜の表面凹凸により上記一軸配向処理膜表
面に露出した該第一の配向膜による液晶の配向不良を防
止する。【解決手段】基板１１，２１上に、電極１２，２２
と、１×１０⁴ 〜１×１０¹⁰Ωｃｍの体積抵抗値を有す
る第一の配向膜１３，２３をそれぞれ形成し、基板２１
上の第一の配向膜２３上には体積抵抗値が１×１０⁹ Ω
ｃｍ以下のポリアニリン膜を形成し、これをラビング処
理して第二の配向膜２４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンタ
などに使用される液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、広範に用いられてきている液晶素
子としては、各画素毎にＴＦＴを備えたパネルが代表的
である。このＴＦＴタイプにおいて不十分な点として
は、視野角特性が狭いこと、大面積プロセスが困難なこ
と、駆動電力が高いことなどが挙げられる。これらの問
題点を解決する手段として、クラーク（Ｃｌａｒｋ）及
びラガーウォル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）らにより提案さ
れた、双安定性を有する液晶素子（特開昭５６−１０７
２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書）の
応用開発が進められている。

【０００３】この双安定性を有する液晶としては、一般
にカイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^* ）またはカイラ
ルスメクチックＨ相（ＳｍＨ^* ）を呈する強誘電性液晶
が用いられている。この強誘電性液晶は、自発分極によ
り反転スイッチングを行うため、メモリ性のある双安定
性を実現できる。このため、単純マトリクス構成におい
てデューティ比の小さいパルス駆動が可能で、ＴＦＴタ
イプよりも低電力駆動が可能である。また、マトリクス
構成が容易に作用できるため、大面積化が容易に実現で
きる。さらに、強誘電性液晶の大きな特徴である視野角
の広さがあるため、ＴＦＴタイプの弱点を補うことが可
能となる。

【０００４】このようなカイラルスメクチック液晶素子
においては、例えば「強誘電性液晶の構造と物性」（コ
ロナ社、福田敦夫、竹添秀雄著、編、１９９０年）に記
載されているように、ジグザグ状の配向欠陥が発生して
コントラストを著しく低下させるという問題があった。
この欠陥は上下基板間に担持されたカイラルスメクチッ
ク液晶の層状構造が２種類のシェブロン構造を形成して
いることに起因している。最近、このような欠点を持つ
シェブロン構造を改良し、ブックシェルフと言われる層
状構造或いはそれに近い構造を現出させ、高コントラス
トで良好な液晶素子を実現しようという動きがある（例
えば「次世代液晶ディスプレイと液晶材料」（株）シー
エムシー、福田敦夫編、１９９２年）。

【０００５】ブックシェルフ或いはそれに近い構造を現
出する液晶材料としてパーフルオロエーテル側鎖を持つ
液晶化合物（米国特許第５２６２０８２号明細書、国際
出願公開ＷＯ９３／２２３９６、１９９３年第４回強誘
電液晶国際会議Ｐ−４６、ＭａｒｋＤ．Ｒａｄｃｌｉ
ｆｆｅ等）が開示されている。この液晶は、電場などの
外部場を用いずとも、ブックシェルフ或いはそれに近い
層傾き角の小さな構造を現出することができ、高速、高
精細、大面積の液晶素子、表示装置に適している。

【０００６】一方、上記液晶材料を良好に配向させる素
子構成として、例えば特開昭６１−２０９３０号公報等
に記載のように、非対称な配向膜を設けた構成が挙げら
れる。この構成は、一方の配向膜に一軸配向処理を施
し、他方には一軸配向処理を施さない構成とすることに
よって、液晶の配向を一軸配向処理された側から高秩序
に制御することができ、良好な液晶配向状態が得易くな
る。

【０００７】上記非対称な配向膜を設けた構成において
は、配向状態の一軸性は良好になるものの、スイッチン
グに非対称な特性が出たり、強誘電性液晶の双安定性が
阻害されることがあり、いわゆるスイッチングのメモリ
性が低減されるという問題があった。このような問題を
解決すべく、両基板の極性を調節するようにしたものが
特開昭６２−２３５９２８号公報や特開昭６３−２２８
１３０号公報に開示されている。

【０００８】また、上下非対称構成において、素子の動
作温度を考慮すると、ある一定温度で上記スイッチング
の対称性が得られたとしても、液晶分子に接する材料間
で電気物性の温度依存性が異なるため、温度が変化する
とスイッチングの対称性が得られなくなるという問題が
生じた。この問題を解決すべく、双方の基板に体積抵抗
値が１×１０⁴ 〜１×１０¹⁰Ωｃｍの配向膜を設けるこ
とにより、温度依存を小さくすることができる。この構
成を図１に示す。図中、１１，２１は基板、１２，２２
はＩＴＯからなる電極、１３，２３が上記特定の体積抵
抗値を有する配向膜、１４はカイラルスメクチック液
晶、２４は一軸配向処理された配向膜である。

【０００９】また、液晶の自発分極の存在が、液晶素子
内の電荷の偏在を誘因し、スイッチング不良を起こすと
いういわゆる反電場の問題を抑制するために、配向膜を
低インピーダンス化するという例が、特開昭６３−１２
１０２０号公報や、特開昭６４−４９０２３号公報など
で開示されている。これを図１に示した構成に応用する
には、自発分極が２０ｎＣ／ｃｍ² 以上の液晶１４と配
向膜２４にポリイミドやポリアミドを用いた場合、配向
膜２４の膜厚を１００Å以下にすることが望ましい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１に示した上下非対
称構成において、反電場の問題を抑制した配向膜１３、
２３としては、導電性微粒子を有機または無機バインダ
ー中に分散させた膜で構成することが望ましい。しかし
ながら、配向膜１３、２３の表面には凝集微粒子による
高低差が数百Å程度の凹凸が密に存在し、上記したよう
に配向膜２４の膜厚を１００Åにすると、被覆状態が低
下して配向膜２３の一部が露出してしまい、その部分で
一軸性が弱くなり、当該部分に接した液晶分子がランダ
ム配向となり良好な画像表示が得られないという問題が
生じた。

【００１１】本発明の目的は、一対の基板の両方に上記
した特定の体積抵抗値の配向膜を設け、少なくとも一方
の基板においては、該配向膜上に一軸配向処理を施した
配向膜を設けた液晶素子において、上記した配向欠陥の
ない液晶配向状態を得て良好な画像表示を実現すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれに電
極を有する一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶素子
であって、各基板の電極上に１×１０⁴ 〜１×１０¹⁰Ω
ｃｍの体積抵抗値を有する第一の配向膜を設け、少なく
とも一方の基板において、第一の配向膜の上に、膜厚が
２００Å以上で一軸配向処理が施された第二の配向膜を
設けたことを特徴とする液晶素子である。

【００１３】本発明においては、第二の配向膜の膜厚を
２００Å以上とすることにより、第一の配向膜表面の凹
凸による液晶の配向欠陥を防止することができる。ま
た、本発明においては、該第二の配向膜を体積抵抗値が
１×１０⁹ Ωｃｍ以下の高分子で形成することにより、
膜厚を２００Å以上としたことによる極端な反電場の増
大を抑えることができ、スイッチング特性を従来と同様
に保つことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に本発明の液晶素子の一実施
形態の部分断面模式図を示す。図中、１１，２１は基
板、１２，２２は電極、１３，２３は第一の配向膜、１
４は液晶化合物、２４は第二の配向膜である。

【００１５】本発明において用いられる基板１１、２１
は通常ガラス基板であるが、必要な強度や透明性を備え
ていれば、プラスチック基板なども用いることができ
る。また、反射型の液晶素子の場合には、基板１１、２
１の一方にシリコン基板などの不透明な基板が用いられ
る場合もある。

【００１６】電極１２、２２は通常、ＩＴＯ等の透明導
電材が用いられるが、反射型の液晶素子の場合に、反射
側の基板には反射部材を兼ねた金属が用いられる場合も
ある。また、本実施形態においては、電極１２は紙面に
平行な、電極２２は紙面に垂直なストライプ状に形成さ
れた単純マトリクス電極を構成している。

【００１７】本発明において、第一の配向膜１３、２３
は、体積抵抗値が１×１０⁴ 〜１×１０¹⁰Ωｃｍに設定
されている。このような体積抵抗値の配向膜として具体
的には、有機または無機バインダー中に導電性微粒子を
分散させた膜とすることにより好適に得られる。ここで
用いられる有機バインダーとしては、ポリイミド、ポリ
カーボネートが好ましく用いられ、無機バインダーとし
ては、ＳｉＯ_x の重合体や、Ａｌ₂Ｏ₃が好ましく用いら
れる。また、導電性微粒子としては、ＳｎＯ_x、ＴｉＯ_x
が好ましく用いられる。

【００１８】また、上記第一の配向膜２３を表面凹凸も
含めて第二の配向膜２４によって完全に被覆するには、
第二の配向膜２４は膜厚が２００Å以上になるように形
成する必要がある。このような第二の配向膜として、例
えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ナイ
ロン等を用いることができる。また、該第二の配向膜２
４を２００Å以上と膜厚化することによる反電場の増大
を抑えるためには体積抵抗値が１×１０⁹ Ωｃｍ以下の
高分子で形成することが好ましい。このような高分子と
しては、ポリアニリン、ポリピロールが好ましく用いら
れる。また、本発明にかかる第二の配向膜２４にはラビ
ング処理等の一軸配向処理が施されている。

【００１９】本発明の液晶素子は、上記のように一対の
基板１１、２１にそれぞれ必要な部材を構成し、スペー
サ（図示しない）を介して互いに配向膜が相対するよう
に対向配置させ、周縁部をシール材により貼り合わせて
固着してセルを形成し、該セル内に液晶を注入して液晶
注入口を封止してなる。

【００２０】本発明に用いられる液晶としては、強誘電
性液晶や反強誘電性液晶など、自発分極の作用を駆動に
応用したカイラルスメクチック液晶が好ましく用いられ
る。強誘電性液晶としては、例えば高温側から低温側に
向かって、等方相→ＳｍＡ（スメクチックＡ相）→Ｓｍ
Ｃ^* →結晶相となる相転移系列を有する液晶が用いられ
る。本発明のおいて好適に用いられる液晶としては、例
えば特開平２−１４２７５３号公報、米国特許第５０８
２５８７号公報、国際出願公開ＷＯ９３／２２３９６号
公報等に記載されている、フルオロカーボン末端部分及
び炭化水素末端部分を有し、該両末端部分が中心核によ
って結合され、スメクチック中間相または潜在的スメク
チック中間相を持つフッ素含有液晶化合物が挙げられ
る。ここで、中心核とは、少なくとも二つの、芳香族
環、複素芳香族環、脂肪族環、または置換芳香族環、置
換複素芳香族環、もしくは置換脂肪族環から選ばれ、こ
れらの環は互いに、−ＣＯＯ−、−ＣＯＳ−、−ＨＣ＝
Ｎ−、−ＣＯＳｅ−から選ばれる官能基によって結合さ
れていても良い。また、これらの環は縮合していても、
いなくても良い。複素芳香族環中のヘテロ原子は、Ｎ、
ＯまたはＳから選ばれる少なくとも一つの原子を含む。
脂肪族環中の隣接していないメチレン基はＯによって置
換されていても良い。

【００２１】上記液晶素子は、通常、それぞれの基板の
外側に偏光板を接着し、一般的に蛍光灯と散乱板を組み
合わせたバックライトを用い、液晶化合物をバックライ
トの光の透過率を変化させる光シャッターとして機能さ
せることにより表示を行う（透過型の場合）。

【００２２】尚、上記実施形態においては、上下非対称
構成について説明したが、本発明は上下対称構成にも適
用することができる。即ち、図１において第一の配向膜
１３上にも配向膜２４と同じ一軸配向処理を施した第二
の配向膜を設ける場合にも、その膜厚を２００Åするこ
とにより第一の配向膜１３表面の凹凸を平坦化して液晶
配向への影響を抑制することができる。また、上記実施
形態においては、単純マトリクス型の場合について説明
したが、本発明はＴＦＴ型の液晶素子についても適用す
ることができる。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例として、図１に示した構成の
液晶素子を形成した。即ち、液晶化合物として強誘電性
液晶を用い、セル内においてほぼブックシェルフに近い
構造をとる該液晶を一軸配向させるべく一方の基板上に
のみ一軸配向処理を施した配向膜を形成している。

【００２４】先ず、基板１１，２１としてガラスを用
い、一般的なＤＣスパッタ装置により、ＩＴＯのターゲ
ットを用い、パワー＝１Ｗ／ｃｍ² 、スパッタガスとし
てＡｒ：９０ＳＣＣＭ，Ｏ₂ ＝１０ＳＣＣＭを流し、
２．５分間の放電により７００Å厚のＩＴＯ膜を堆積し
た。その後、通常の湿式エッチングによりＩＴＯ膜をス
トライプ状にパターニングし、電極１２，２２を形成し
た。

【００２５】続いて、電極の形成された基板１１，２１
上に、ＳｉＯ_x の重合体からなる母材中に、ＳｎＯ_x の
酸化物超微粒子を分散した溶液を、１０００ｒｐｍ、１
０ｓｅｃのスピン条件で塗布し、厚さ１５００Åの膜を
形成した。これを２００℃、６０分間焼成して第一の配
向膜１３、２３を設けた。

【００２６】続いて、基板２１上の第一の配向膜２３上
に、体積抵抗値が５×１０⁸ Ωｃｍのポリアニリン（日
東化学社製、ＮＭＰ可溶タイプ）ＮＭＰ（Ｎ−メチルピ
ロリドン）溶液をフィルタリング後６０℃で１時間ベー
クした溶液をｎ−ブチルセロソルブで希釈した（重量比
２：１）ものをスピンコートし、８０℃で１０分間乾燥
させてポリアニリン膜を形成した。その際、ポリアニリ
ンのＮＭＰ溶液濃度とスピン回転数を調整することによ
って、得られるポリアニリン膜の膜厚を５０〜５００Å
に調整した。

【００２７】上記ポリアニリン膜を、回転数１０００ｒ
ｐｍ、押し込み量０．４ｍｍ、送りスピード５０ｍｍ／
ｓｅｃの条件で片方向２回のラビング処理を施し、第二
の配向膜２４を形成した。

【００２８】上記基板２１の第二の配向膜２４上に、
２．４μｍ径のＳｉＯ₂ 微粒子含有溶液をスピンコート
した後加熱して分散固着させ、引き続き接着粒子（東レ
社製，粒径５μｍ）含有溶液をスピンコートし、加熱し
て分散固着させた。

【００２９】一方、基板１１には、印刷機を用いてシー
ル材を所望の位置に塗布し、９０℃で５分間プリベーク
した。得られた基板１１と２１とを第一の配向膜１３と
第二の配向膜２４が相対するように対向配置し、３０ｇ
ｆ／ｃｍ² の圧力をエアークッションにて加えた状態
で、１５０℃、９０分間の加熱を行い、シール材を硬化
させて上下基板を貼り合わせた。

【００３０】得られたセルを通常のロードロック式の真
空室内に入れ、１．３×１０^-3Ｐａまで真空引きした
後、１．３Ｐａの真空中で１０５℃に加熱した液晶貯留
槽に注入口を付けるように浸し、液晶化合物１５をセル
内に注入し、注入口を封止した。本実施例では、自発分
極が３１ｎＣ／ｃｍ² （３０℃）の強誘電性液晶を用い
た。尚、本発明において自発分極とは、Ｋ．ミヤサト他
「三角波による強誘電性液晶の自発分極の直接測定方
法」（日本応用物理学会誌、２２、１０号（６６１）１
９８３、”ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈｏｄｗｉｔｈＴ
ｒｉａｎｇｕｌａｒＷａｖｅｓｆｏｒＭｅａｓｕｒ
ｉｎｇＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＰｏｌａｒｉｚａｔ
ｉｏｎｉｎＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕ
ｉｄＣｒｙｓｔａｌ”，ａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ
ｂｙＫ．Ｍｉｙａｓａｔｏｅｔａｌ．（Ｊａｐ．
Ｊ．ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２．Ｎｏ．１０，Ｌ６６１
（１９８３）））によって測定した値を言う。

【００３１】また、上記工程と同様にして、基板２１側
の第二の配向膜２４として体積抵抗値が１×１０¹³Ωｃ
ｍのポリイミド（東レ社製「ＬＰ−６４」，溶液塗布
後、２００℃で１時間焼成にて形成）を設けた液晶素子
を作製し、比較サンプルとした。

【００３２】以上作製した液晶素子を１０５℃で再配向
させた後、単位面積当たりの欠陥画素数（欠陥画素密
度）を調べた。表示上、０．５個／ｃｍ² 程度が許容範
囲となる。また、ポリアニリン膜及びポリイミド膜成膜
後の表面凹凸をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定し、Ｒ
ａ（中心線平均粗さ）を調べた。

【００３３】図２は第二の配向膜２４の膜厚に対する欠
陥画素密度を表わしたグラフである。図３は第二の配向
膜２４の膜厚に対するポリアニリン膜及びポリイミド膜
表面のＲａを表わしたグラフである。

【００３４】図２、図３からわかるように、ポリアニリ
ン及びポリイミドのいずれを用いた場合でも第二の配向
膜が薄すぎる場合には、Ｒａが大きく、欠陥画素密度も
０．５個／ｃｍ² 以上あるが、第二の配向膜の膜厚が２
００Å付近からＲａ勾配がなだらかになり、欠陥画素密
度も０．５個／ｃｍ² 未満となる。即ち、第二の配向膜
を２００Å以上の厚みで設けることで第一の配向膜の表
面露出による配向欠陥が抑制されることがわかった。

【００３５】次に、得られた液晶素子について印加電圧
と素子の光透過量の関係（Ｖ−Ｔ特性）を調べた。図４
は本発明の液晶素子のＶ−Ｔ特性を示したもので、実線
と破線は駆動電圧の極性に対応するスイッチング特性を
表わしている。このスイッチング特性は本来一致してい
ることが望ましいが、現実には多少のずれが認められ
る。

【００３６】一方、実線、破線それぞれに対し、透過率
の大きく変化する電圧範囲で行きと帰り（矢印の上下に
対応する）があり、この立ち上がり電圧差をヒステリシ
スという。ヒステリシスの主原因として反電場が考えら
れている。即ち、スイッチング時の反電場が大きい程ヒ
ステリシスが大きくなる。ヒステリシスは、駆動波形に
よって許容範囲が異なるが、例えば１５インチ程度の高
精細パネルを駆動する際に１０μｍ程度のパルス電圧を
使用した場合、１．２Ｖ以下であれば双安定ポテンシャ
ルが極端に乱されることなく、書き込み不良や残像など
が抑制される。

【００３７】本実施例で用いたポリアニリンの体積抵抗
値は５×１０⁸ Ωｃｍ、ポリイミドは１×１０¹³Ωｃｍ
である。得られた液晶素子のヒステリシスを調べた結
果、ポリイミドを用いた素子の場合には１５０Å厚で
１．２Ｖを超えたのに対し、ポリアニリンを用いた場合
には５００Å厚までは１．２Ｖ未満であった。

【００３８】従って、本発明において低抵抗のポリマー
を用いることにより、第二の配向膜を厚膜化したことに
よる極端な反電場の増大を抑制できる、さらに低抵抗の
材料を用いることによりさらなる厚膜化が可能であるこ
とがわかった。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１×１０⁴ 〜１×１０¹⁰Ωｃｍの体積抵抗値を持つ第一
の配向膜表面の凹凸による液晶配向への影響を防止し、
液晶に接する第二の配向膜の一軸配向性を十分に発揮さ
せて、良好な画像表示を得ることができる。特に、第二
の配向膜を１×１０⁹ Ωｃｍ以下の体積抵抗値を有する
高分子を用いて形成することにより、該第二の配向膜の
厚膜化による極端な反電場の増大を抑えることができ、
配向欠陥がなく、書き込み不良のない良好な画像表示を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の一実施形態の部分断面模式
図である。

【図２】本発明の実施例１における第二の配向膜の膜厚
に対する欠陥画素密度を表わしたグラフである。

【図３】本発明の実施例１における第二の配向膜の膜厚
に対するポリアニリン膜及びポリイミド膜表面のＲａを
表わしたグラフである。

【図４】本発明の液晶素子のＶ−Ｔ特性を示した図であ
る。

【符号の説明】

１１，２１基板１２，２２電極１３，２３第一の配向膜１４液晶化合物２４第二の配向膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者榎本隆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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれに電極を有する一対の基板間に
液晶を挟持してなる液晶素子であって、各基板の電極上
に１×１０⁴ 〜１×１０¹⁰Ωｃｍの体積抵抗値を有する
第一の配向膜を設け、少なくとも一方の基板において、
第一の配向膜の上に、膜厚が２００Å以上で一軸配向処
理が施された第二の配向膜を設けたことを特徴とする液
晶素子。
【請求項２】上記第二の配向膜が体積抵抗値が１×１
０⁹ Ωｃｍ以下の高分子膜である請求項１記載の液晶素
子。
【請求項３】上記第一の配向膜が、導電性粒子を有機
または無機バインダー中に分散させてなる膜である請求
項１または２に記載の液晶素子。
【請求項４】上記第二の配向膜がポリアニリンまたは
ポリピロールからなる請求項１〜３いずれかに記載の液
晶素子。
【請求項５】上記第二の配向膜の一軸配向処理がラビ
ング処理である請求項１〜４いずれかに記載の液晶素
子。
【請求項６】上記液晶がカイラルスメクチック液晶で
ある請求項１〜５いずれかに記載の液晶素子。
【請求項７】上記カイラルスメクチック液晶が、フル
オロカーボン末端鎖及び炭化水素末端鎖を有し、該両末
端鎖が中心核によって結合された、スメクチック中間相
または潜在的スメクチック中間相を持つフッ素含有液晶
化合物を含有するカイラルスメクチック液晶組成物であ
る請求項６記載の液晶素子。
【請求項８】上記カイラルスメクチック液晶が強誘電
性液晶である請求項６または７に記載の液晶素子。