JPH1184390A

JPH1184390A - 液晶素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1184390A
Application number: JP25019297A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Miura; 聖志三浦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】カイラルスメクチック液晶を用いた液晶素子
において、非駆動領域の逆ドメインが画素内に成長して
発生するちらつきを防止する。【解決手段】配向制御膜１４ａ，１４ｂにラビング処
理を施し、その表面を光幾何異性化反応を示す物質で修
飾してなる液晶セルに液晶を注入した後、コレステリッ
ク相において紫外光を照射し、そのままスメクチック相
まで徐冷することにより、画素領域２１の液晶はユニフ
ォーム配向、非駆動領域の液晶は垂直配向させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビ受像機、ビ
デオカメラのビューファインダー、コンピュータの端末
用ディスプレイなどに用いられる液晶素子、或いは、液
晶プリンタやプロジェクタなどに用いられる光バルブに
採用され得る液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶素子として、比較的低コスト
で製造できるものとして、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅ
ｍａｔｉｃ）液晶を用いたパッシブマトリクス駆動方式
の液晶素子が知られている。この素子は、クロストーク
やコントラストの点で限界があり、高密度配線数の表示
素子、例えば液晶テレビジョンパネルなどに適したもの
とは言い難い。

【０００３】このような従来のＴＮ液晶が持つ根本的な
問題を解決するものとして、クラークとラガヴァルによ
る米国特許第４，３６７，９２４号明細書に記載されて
いるような、双安定性を有する強誘電性液晶素子が知ら
れている。この強誘電性液晶素子は、使用状態において
カイラルスメクチック相を呈するスメクチック液晶が用
いられる。このカイラルスメクチック相において、当該
液晶は印加電圧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
ない時に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広い利用が期待されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記強誘電性液晶に
は、走査電極群と信号電極群とで構成したマトリクス電
極が組み込まれ、走査電極には順次走査信号が印加さ
れ、該走査信号と同期して信号電極には情報信号が印加
される。このマルチプレックス駆動において、走査電極
に走査信号を繰り返し周期的に印加するリフレッシュ駆
動した時に、ある駆動領域で表示画面にちらつきを発生
するため、良好な表示画面を得ることができる駆動マー
ジンが狭くなるという問題点があった。

【０００５】このようなちらつきは、上記走査信号の周
期に同期して、画素の外周部より当該画素の表示しよう
とする安定状態とは逆の安定状態のドメインが発生し、
成長するためであることが分かっている。この逆の安定
状態のドメインは、隣接する画素間に位置する液晶の非
駆動領域のドメインが非選択時の駆動電圧によって成長
し、画素内に及ぶものであり、具体的には、非駆動領域
のドメインが白（或いは黒）の時には該非駆動領域が接
する画素が黒書込み時（或いは白書込み時）に当該非駆
動領域の白（或いは黒）のドメインが当該画素内の黒の
ドメイン内に成長するものである。

【０００６】上記逆ドメインの発生の様子を図２に示
す。図２中、２１は画素領域、２２は非駆動領域で、２
３は非駆動領域の黒ドメインである。

【０００７】当該逆ドメインの発生を抑制する手段とし
て、低抵抗配線の電極断面形状に傾斜をつけるなどの提
案が、特開平３−１７２８２１号公報、同１７２８２２
号公報等でなされているが、これを精度良く実現するの
は困難であった。

【０００８】また、上記逆ドメインの発生によるちらつ
き現象は、カイラルネマチック液晶素子においても発生
していた。

【０００９】本発明の目的は、上記問題を解決し、画素
内の逆ドメインの発生による表示のちらつきを防止し、
良好な表示画面を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、一対の
基板間に液晶を挟持してなる液晶素子であって、該一対
の基板の少なくとも一方に、可視光照射によって液晶分
子を垂直に配向させ、紫外光照射によって該液晶分子を
水平に配向させる配向制御膜が形成され、隣接する画素
間に液晶の非駆動領域を有し、該非駆動領域においては
液晶分子が垂直配向していることを特徴とする液晶素子
である。

【００１１】また本発明の第二は、上記液晶素子の製造
方法であって、一対の基板の少なくとも一方に、可視光
照射によって液晶分子を垂直に配向させ、紫外光照射に
よって該液晶分子を水平に配向させる配向制御膜を形成
する工程と、液晶注入後に該配向制御膜の画素領域に紫
外光を照射する工程と、を少なくとも有することを特徴
とする。

【００１２】本発明者によれば、非駆動領域の液晶分子
を垂直配向させることにより、当該領域が白／黒のいず
れでもなくなるため、ちらつきの原因となっている画素
内の逆ドメインの発生を抑制できることがわかった。

【００１３】液晶分子を垂直配向させる手段としては、
非駆動領域に凹凸を付ける方法、非駆動領域に垂直配向
剤を塗布する方法、或いは、ラビングされていない状態
では垂直配向を示す配向膜を用いて、ラビング時に非駆
動領域をマスクしてラビングされないようにする、等の
提案がなされている。しかしながら、従来の手段では、
画素間隙のような微細な領域を選択的に垂直配向させる
ことは困難であった。

【００１４】そこで本発明では、可視光が照射されてい
る間は液晶分子を垂直配向させ、紫外光照射によって該
液晶分子を水平配向させる配向制御膜を用いることによ
り、垂直配向性を付与する手段を達成した。この方法に
よると、非駆動領域に対応して設けられる遮光膜をマス
クとして利用することができるため、実施が容易であ
り、任意の領域のみを垂直配向させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施形態の液晶
素子の断面図を示す。図中、１１ａ，１１ｂは基板、１
２ａ，１２ｂは透明電極、１３は遮光膜、１４ａ，１４
ｂは配向制御膜、１６は強誘電性液晶層、１７はスペー
サである。

【００１６】図１に示すように、本発明の液晶素子は平
行に配置した上下一対の基板１１ａ，１１ｂを備え、そ
れぞれの基板１１ａ，１１ｂの上面（内面）には、画素
内に電界を印加するためのストライプ状の透明電極１２
ａ，１２ｂが形成され、該透明電極１２ａ，１２ｂが互
いに直角をなすように配置されている。これら基板１１
ａ，１１ｂとしては、少なくとも一方は透明基板であ
り、例えばガラス基板等が用いられる。透明電極１２
ａ，１２ｂとしては、酸化錫、酸化インジウム、酸化イ
ンジウム錫（ＩＴＯ）等が好適に用いられ、その厚みは
４０〜２００ｎｍに設定することが望ましい。

【００１７】さらに、上記透明電極１２ａ，１２ｂ上に
は、配向制御膜１４ａ，１４ｂが配置される。当該配向
制御膜１４ａ，１４ｂは成膜時のままでは垂直配向性を
有し、光を照射することにより一軸配向性を示す。具体
的には、光幾何異性化反応によって、可視光照射の間は
液晶分子を垂直配向させ、紫外光照射によって液晶分子
を水平配向させる分子を、上記配向制御膜形成素材中に
含有させるか、上記配向制御膜表面を該分子によって修
飾するか、或いは、上記配向制御膜構成分子の主鎖に側
鎖として該分子を導入すれば良い。

【００１８】上記特定の分子としては、下記一般式
（１）、（２）に示される構造を有するものが好まし
く、特に、該構造を有する物質からなる薄膜、例えばラ
ングミュア・ブロジェット（ＬＢ）膜を配向制御膜上に
形成することによって該配向制御膜表面を修飾する方法
が好ましい。

【００１９】

【化１】

【００２０】尚、上記式中、Ｒ₁は、疎水性を有する基
を示し、ｎ＝２〜２０のアルキル基を示す。ここで、メ
チレン基は−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ≡Ｃ−に
置換されていても良い。また、基板と結合するＲ₂は、
炭素数４〜２０のアルキレン基であり、１つもしくは隣
接しない２つ以上のメチレン基は、−Ｏ−、−Ｓ−、−
ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＯＣ−、−ＣＨ＝ＣＨ−また
は−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていても良い。

【００２１】特に、アゾベンゼンの基本骨格を有し、ｐ
位に疎水基が導入された上記（１）に示される構造を有
する化合物が好ましく用いられる。また、上記光幾何異
性化反応を呈する分子の分子占有面積（Ｓ）としては、
５０Å²＜Ｓ＜１２０Å²が好ましい。

【００２２】上記光幾何異性化反応を示す物質は、可視
光が照射された状態では棒状の分子（トランス体）であ
り、紫外光照射により屈曲した分子（シス体）となる。
このような分子がトンラス体の時に液晶分子が接触する
と、表面に結合した上記分子の配置が基板表面に対して
垂直になるように変化し、その結果として液晶分子が垂
直に配向する。一方、液晶がコレステリック相の時に、
該配向制御膜に紫外光を照射すると、当該照射領域では
上記光幾何異性化反応を示す分子がシス体に変化し、垂
直配向していた液晶分子は一軸処理方向に沿って配向す
る。この時、紫外光が照射されていない領域の液晶は垂
直配向のままである。また、液晶がコレステリック相を
持たない場合、等方相→スメクチックＡ相転移過程にお
いて、一軸配向させる領域のみに紫外光を照射し続ける
ことにより、当該照射領域の液晶は一軸配向、非照射部
は垂直配向とすることができる。

【００２３】尚、本発明において用いる物質は上記式
（１）、（２）で示される構造を有するものに限定され
ない。

【００２４】液晶を一旦一軸配向させた後、セルをスメ
クチック相まで冷却すると、画素領域に可視光が照射さ
れて上記シス体がトランス体に再び戻っても、スメクチ
ック相の弾性エネルギーによって配向状態保たれるため
に所望の配向状態が維持される。

【００２５】また、本発明において上記配向制御膜は、
所望の配向が得られるのであれば、いずれか一方のみで
も構わない。また、上下基板で異なる種類の配向制御膜
を設けても構わない。

【００２６】上記光幾何異性化反応を示す物質で修飾す
る配向制御膜としては、ポリイミド、ポリピロール、ポ
リビニルアルコール、ポリイミドアミドなどの有機膜が
適宜選択され、これら膜素材に、上記光異性化反応を示
す物質を溶解して成膜される。当該配向制御膜の厚みは
５〜１００ｎｍに設定することが望ましい。

【００２７】配向制御膜１４ａ，１４ｂにはそれぞれラ
ビング処理を施し、必要に応じて表面修飾を施した後、
ラビング方向が略平行になるように、スペーサ１７を介
して両基板を貼り合わせ、セルを作製する。

【００２８】尚、上記実施形態においては一方の基板に
は遮光膜（ブラックマトリクス）１３が形成されてお
り、当該遮光膜を下記紫外光照射の際のマスクとして用
いることができる。

【００２９】上記セルに加熱した強誘電性液晶を注入
し、徐冷しながら紫外光を照射し、当該照射を行いなが
らスメクチック相まで徐冷することにより、本発明の液
晶素子が得られる。当該紫外光照射は、コレステリック
相を有する液晶の場合はコレステリック相を呈する温度
からスメクチック相まで、コレステリック相を持たない
液晶の場合は等方相／スメクチックＡ相混在温度からス
メクチックＡ相まで行えば良い。

【００３０】また、上記実施形態においては、単純マト
リクス型の電極を構成したが、アクティブマトリクス型
の液晶素子にも本発明は好ましく適用される。

【００３１】

【実施例】

［実施例１］図１に示す断面形状を有する液晶素子を作
製した。本実施例では、１．１ｍｍ厚の２枚のガラス基
板１１ａ，１１ｂのそれぞれに、酸化クロムで遮光膜１
３を形成し、その上にＩＴＯでストライプ状の透明電極
１２ａ，１２ｂを１５０ｎｍの膜厚で設けた。その上
に、配向制御膜１４ａ，１４ｂとして、ポリイミドＬＱ
１８００（日立化成社製）溶液をフレキソ印刷により塗
布し、２５０℃にて１時間焼成してポリイミド配向膜を
２０ｎｍの膜厚で形成した。このようにして塗布形成し
た配向制御膜１４ａ，１４ｂにナイロン植毛布による一
軸ラビング処理を施した。

【００３２】上記のようにして得られた配向制御膜上
に、ＬＢ法により下記くり返し単位を有する高分子化合
物で表面修飾を施した。

【００３３】

【化２】

【００３４】このようにして作製されたガラス基板１１
ａ，１１ｂを、上記ラビング方向が略平行になるように
して、１μｍ径のシリカビーズのスペーサ１７を介して
貼り合わせた。その後、下記の相転移温度を示すピリミ
ジン系の強誘電性液晶を等方相に昇温した状態で空セル
内に真空注入した。

【００３５】

【化３】

【００３６】この液晶がコレステリック相の温度範囲
（ここでは９０℃）において、画素領域に３６０ｎｍの
紫外光を１０分間照射した後、スメクチック相になるま
で紫外光を照射したまま徐冷した。

【００３７】このようにして作製した液晶素子を偏光顕
微鏡下で観察したところ、紫外光が照射された画素領域
の液晶はユニフォーム配向を示し、遮光膜によって紫外
光が照射されていない非駆動領域では垂直配向を示して
いた。

【００３８】本実施例の液晶素子をマルチプレックス駆
動したところ、ほとんどちらつきが見られず、広い駆動
マージンで良好な表示画面を得ることができた。

【００３９】［比較例１］光異性化反応を示す物質を用
いずに配向制御膜を形成し、紫外光照射を行わなかった
以外は実施例１と同様にして液晶素子を作製し、マルチ
プレックス駆動を行ったところ、走査信号の周期に同期
して非駆動領域からのドメインが画素内に成長し、表示
画面にちらつきが生じて駆動マージンが狭くなった。

【００４０】［比較例２］紫外光照射を液晶注入前に行
う以外は実施例１と同様にして液晶素子を作製したとこ
ろ、画素領域が均一にユニフォーム配向とならず、一部
垂直配向となったため、不明瞭な表示となった。

【００４１】［比較例３］紫外光照射をＳｍＡ相におい
て行う以外は実施例１と同様にして液晶素子を作製した
ところ、画素領域においても垂直配向となり、表示素子
として機能しなかった。

【００４２】［実施例２］ＬＢ法により配向制御膜表面
を修飾する代わりに、以下の方法で表面修飾を行なっ
た。

【００４３】下記構造を有する化合物の０．５重量％エ
タノール溶液中に、１軸配向処理を行なった基板を１０
分間浸漬した後、１２０℃で３０分間乾燥した。その
後、ジクロロメタン中で洗浄し、再び乾燥して表面修飾
を施した基板を得た。その他は実施例１と同様にして液
晶素子を作製した。

【００４４】

【化４】

【００４５】この液晶素子をマルチプレックス駆動した
ところ、非駆動領域から成長するドメインによるちらつ
がほとんど見られなかった。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶素子
は、非駆動領域の液晶を垂直配向しているため、該非駆
動領域から画素内への逆ドメインの成長が防止され、該
逆ドメインの発生によるちらつきが防止され、広い駆動
マージンで良好な表示画像が得られる。

【００４７】また、本発明の製造方法によれば、液晶素
子の微細な非駆動領域のみを選択的に垂直配向させるこ
とができ、また、液晶素子に形成された遮光層を利用す
ることができるため大幅な設計変更が不要であり、実施
が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の一実施形態を示す断面図で
ある。

【図２】従来の液晶素子における逆ドメインの成長を説
明するための模式図である。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ基板１２ａ，１２ｂ透明電極１３遮光膜１４ａ，１４ｂ配向制御膜１６強誘電性液晶層１７スペーサ２１画素領域２２非駆動領域２３黒ドメイン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶
素子であって、該一対の基板の少なくとも一方に、可視
光照射によって液晶分子を垂直に配向させ、紫外光照射
によって該液晶分子を水平に配向させる配向制御膜が形
成され、隣接する画素間に液晶の非駆動領域を有し、該
非駆動領域においては液晶分子が垂直配向していること
を特徴とする液晶素子。
【請求項２】上記配向制御膜が、一軸配向処理を施さ
れた配向制御膜の表面を光幾何異性化反応を示す物質で
修飾したものである請求項１記載の液晶素子。
【請求項３】上記光幾何異性化反応を示す物質が、ア
ゾベンゼンの基本骨格を有し、ｐ位に疎水基が導入され
た化合物であって、光幾何異性化反応によって、分子形
状が棒状と屈曲形状の間で変化する請求項２記載の液晶
素子。
【請求項４】上記液晶がカイラルスメクチック液晶で
ある請求項１〜３いずれかに記載の液晶素子。
【請求項５】請求項１〜４に記載の液晶素子の製造方
法であって、一対の基板の少なくとも一方に、可視光照
射によって液晶分子を垂直に配向させ、紫外光照射によ
って該液晶分子を水平に配向させる配向制御膜を形成す
る工程と、液晶注入後に該配向制御膜の画素領域に紫外
光を照射する工程と、を少なくとも有することを特徴と
する液晶素子の製造方法。
【請求項６】上記液晶がコレステリック相を呈する温
度範囲を有し、上記紫外光照射工程を、液晶がコレステ
リック相を呈する温度範囲で行なう請求項５記載の液晶
素子の製造方法。
【請求項７】上記液晶が、等方相→スメクチックＡ相
の相転移を示すカイラルスメクチック液晶であって、上
記紫外光照射工程を、等方相→スメクチックＡ相の相転
移過程における、等方相／スメクチックＡ相混在温度範
囲において行なう請求項５記載の液晶素子の製造方法。
【請求項８】上記液晶素子が、非駆動領域に対応する
遮光層を有し、上記紫外光照射工程を、上記遮光層をマ
スクとして用いて行なう請求項５〜７いずれかに記載の
液晶素子の製造方法。