JPS6066233A - 強誘電性液晶表示素子における配列方法 - Google Patents

強誘電性液晶表示素子における配列方法

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JPS6066233A
JPS6066233A JP59155702A JP15570284A JPS6066233A JP S6066233 A JPS6066233 A JP S6066233A JP 59155702 A JP59155702 A JP 59155702A JP 15570284 A JP15570284 A JP 15570284A JP S6066233 A JPS6066233 A JP S6066233A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 子）に関する。
液晶素子は情報表示に広く用いられている。
一般に液晶素子は、その液晶物質の分子の配向によって
異なる少（とも二つの光学状態を有する。これらの光学
状態の一つは、その特色として分子が空間的秩序性（規
則性）（　ｓｐａｔｉａｌ　ｏｒｄｅｒｉｎｇ）を持っ
ている状態である。この秩序性は大抵の場合、電界の印
加により変化を受り゛、分子が第２の空間配置（　ｃｏ
ｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　）をとる。すなわち第２の・
光学状態が生ずる。
望ましい空間的秩序性は、その液晶物質に特有なものと
は限らない。一般に液晶を比較的秩序性のある状態にお
（には、その液晶物質を秩序誘因物質（　ｏｒｄｅｒ　
ｉｎｄｕｃｉｎｇｓｕｂｓｔａｎｃｅ　）と接触させね
ばならない。その典型的方法は、秩序誘因物質を液晶セ
ルに組入れ、液晶物質と常時接触させておくことである
。秩序誘因物質と液晶物質とを有するセルは、一般に、
比較的透明な物質、例えは、カラス板上に電極を形成す
ることによって構成される。（電極は、光学的状態を切
替えるのに必要な電界を印加するために用いられる）。
次いで電極面」二で、この透明側の少（とも一部を秩序
誘因物質で破缶する。（ネマチック液晶素子では透明材
全面を被覆するが、強銹電液晶素子ではポリエステル系
秩序誘因物質で、透明材の情報表示に用いられ領域を残
して、他の面を処理した場合だり゛、素子は正しく働く
と報告されている。（遅蒔ら、日本応用物理雑誌，２２
（２）、１　８　５　（　１．　９　８　３　）参照）
。秩序誘因物質で処理された２枚の透明材を互いに向い
合わせるときは、所望の距離例えば一般に０．５乃至１
００μｍの距離をとり、その間に、毛管作用を利用する
方法、真空充填法等の従来用いられている方法で、液晶
物質を充填する。
ネマチック相の液晶物質を用いたセルには、一般に高度
に架橋されたポリイミドが、所望の秩序性（　ｏｒｄｅ
ｒｉｎｇ）を確保するために用いられる。例えは、４−
ｎ−ペンチルー４−シアノ−ビフェニルのような液晶物
質を配列させる（　ａｌｔｇｎ　）ため、イー・アイ・
デュポン社から販売されている架橋性ポリイミド、完全
に硬化させたＰＩ２５５５が用いられて℃・る。得られ
た液晶セルは、時計、計算器等の表示など各種の用途に
広く利用されている。
しかしながら、ネマチック液晶の秩序化の成功は、スメ
チツク液晶の秩序化には及んで（・ない。すなわち、ク
ラーク（　（、ｌａｒｋ　）もがアブライド・フィジッ
クス・レターズ（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ　）　、第３６巻，第８９９頁（１９８０）
に報告しているように、スメチツク液晶を用いた素子で
は表示面全体にわたり、コントラストがネマチック液晶
素子において一般に達成される値に比べかなり小さい。
本発明によると、特定の秩序化物質 （　ｏｒｄｅｒｉｎｇ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）を用いる
ことによって、スメチツク液晶の十分な秩序化が可能と
なった。特に次の二つの基準を満足するポリイミド、ポ
リアミド、ポリエステル等の材料によってスメチツク液
晶が強く秩序化される。
その基準とは、第１にＡＳＴＭ　Ｄ−６３８の試験法に
準じて引張試験を行った場合、破断することな（バルク
状態で５０係以上の延伸が可能であり、少（とも５０％
延伸後、延伸前の長さの１２０係以上の長さを保持しう
ろこと、第２に平均分子量が８０００原子単位以」二で
、側鎖の容積が、平均して重合体の全体の容積の２０係
以下である直鎖状重合体であることである。これらの秩
序化物質は、ネマチック液晶およびコレステリック液晶
のを配列するのにも役立つ。しかしながら、最も著しい
効果は、クラークが述べているような強誘電液晶素子に
おいて、コントラストが従来の素子で広い地域にわたっ
て本質的に１：１であるのに対し、広い地域にわたって
１６：１よりも大きい非常に高い値が得られたことであ
る。各種ナイロンなど市販の多（の市販品が本発明の効
果を住、むのに有効であ次に添付図面により、本発明の
実施態様を説明する。特定の秩序化物質を用いると、液
晶物質の秩序が大巾に向上する。それによって、情報表
示を行なうための電界を作用させる領域において秩序化
物質が液晶と接触するように秩序化物質が素子の電極１
００本質的に全面にわたって形成されることが好ましい
。
液晶の配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　）が一旦確立さ
れれば、その後は秩序化物質を除去することもできるし
、あるいはその化学的性質を変えることもできる。例え
ば、秩序化後、しばしばセル１を加熱し、これによって
化学物質に架橋など種々の化学変化をおこすことができ
る。
秩序化物質１５ば、秩序化を行なう前に成る性質を具え
ていなければならない。１−なわち、配列（ａｌｉｇｎ
ｍｅｎｔ　）前においては、秩序イ１′物質は、バルク
の形態にお℃・てＡＳＴＭＤ−６３８に準じて引張試験
を行なった時、破１１ノ「することなく、５０係以上の
伸びを示し、５０チ以上延伸後、延伸前の長さの１２０
％以上の長さを保持できるものでなければならない。
さらに、秩序化物質は平均分子量８０００原子単位以上
の直鎖状重合体であって、その側鎖の容積は正合体自体
の全容積・の平均して２０係以下であるものでなけれは
ならない。
（ここで直鎖状とは、重合体の主鎖に最小自乗法の適用
、ずなわち、重合体分子中で原子価で連続的に結合して
いる最長の原子団が、空間的に最も引き延ばされた配置
において本留的に直線形であるということである）。ネ
マチック液晶を配向するのに用いられる架橋重合体は、
十分な延伸が不可能であり、且つ直鎖状でもない。これ
はスメチック液晶には所望の配向を与えなし・０ 」−記の秩序化物質の基準を満足する物質は種々存在す
る。例えば、一般に市販されている多（のナイロンなど
のポリアミドが有用である。さらに、上記基準を満足す
るボリイミ関　七　ｌ−７暫　ギ　ＩＩ　〒　７　８　
ＩＩ　Ｊ、ｆｆ　Ｅ二　可ム乙　１−　士　ｈ　イコ用
である。
有用なナイロンを例示すると、次のとおりである。
次式のポリカプロラクタム（ナイロン６）１ 次式のポリへキサメチレン・セバヵミド（ナイロン６／
１０　） 次式のポリへキサメチレン・ドデカンジアミド（ナイロ
ン６／１２） 次式のポリウンテカノアミド（ナイロン］１）Ｏ １） −（−Ｎ−（ＣＨ２）、　、　−ｃ−）　−（４）■ ■（ 次式のポリラウリルラクタム（ナイロン１２）１ （Ｎ　（ＣＨ２）ＩＩ　Ｃ）　（５） Ｉ　ｎ さらに、ポリブチレンテレフタレートのようなポリエス
テルや、架橋が少ないポリイミドも父上記の所望の基準
を満足する。ポリエチレンやポリビニルアルコールなど
の他の重合体も満足に使用できる。しかし、ポリメチル
メタクリレートのような重合体は伸びが小さく、側鎖も
基準に適合していないので、所期の秩序化を与えず、そ
れ故コントラストについても所期の向上は望めなし・。
又、必須条件ではないが、秩序化物質１５は用（・しれ
る液晶組成物２０に不溶であることが望ましい。秩序化
物質が液晶物質に５１溶、すなわち１０％より大きな溶
解度を示すときは、秩序化物質は一般に膨潤する。この
膨潤は幾つかの望ましくない影響を与える。例えば膨潤
によってセルの厚みが局部的に変化し、そのため光学的
性質の局部的ゆがみが認められるようになる。又、時間
が経つと、配向剤がかなり浴解し、液晶中に大量の不純
物が混入して（る。それによって生ずる組成の不連続性
によって、セルに望ましくない光学的変化が午する。従
って、液晶組成物に可溶な秩序化物質の使用は、短時間
ならば許されるが、この溶解性は長時間では特性の重大
な劣化を招（ので望ましくない。
先に述べたように、秩序化物質１５は電極１００表面に
薄膜状に塗布するのが有利である。電極により形成され
る電界の強さが、秩序化物質の存在によって許容範囲以
」二に低下させないことが望ましい。電界の強さが非常
に弱い場合でも液晶物質に光学的変化を与えることはで
きるが、通常１　ｃｍあたり約１０４ｖ８度の強さの電
界が用いられる。大抵の用途には、この電界強度は５ｖ
未満の印加電圧によってえられる。本液晶素子は又次の
光学的性質を有するものでな（てはならない。すなわち
、表示領域における素子の透明度は、液晶を除いて、一
般に２８０ｎｍ乃至７００ｎｍの波長の光に対し９０チ
以上でなければならない。この実用上の要件を充たすに
は、秩序化物質は、それが表示領域にある場合、その厚
さが２０ｎｍ乃至１μｍの範囲のものでなくてはならな
い。１μｎ］より厚い場合は、電界の強さが望ましくな
い程度にまで弱められ、２０ｎｍより薄い場合はフィル
ムの形成が困難であり、しばしば不連続なものとなる。
このような不連続が生ずると、配列は失敗に終り、その
ため液晶物質中にコントラストの低い領域が住する。上
記の厚み範囲の層は、スビンニング塗装や噴蕨塗装など
従来用いられている方法によって容易に形成される。
（このような方法については、イー・ジイミノ（Ｅ　”
　Ｇｕｙｏｎ　）ら、°１ノン・エミツシツ１１１１エ
レクトロオプテイク・ディスプレイ″（Ｎｏｎ　−Ｅｍ
ｉｓｓｉｖｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ　Ｄｉｓｐ
ｌａｙｓ、）（エイｅアール拳りメッッ（Ａ・ＲＩＩＫ
ｆｎｅｔｚ）およびイー・ケーーフォン・ウイリセン（
Ｅ　１１Ｋ　ＩＩＶｏｎ　Ｗｉ　ＩＩ　１ｓｅｎ）　ｉ
Ｊ３．９゛プレナム会プレス”　（Ｐｌｅｎｕｍ　Ｐｒ
ｅｓａ）　、　１９７６参照）。
秩序化物質は、液晶物質の配向に用いる前に、それ自体
を配列させねばならなし・。この配列は、重合体分子鎖
の再配列を可能に１−るように秩序化物質中に塑性変形
を及ぼすことによって達成される。この所望の効果は、
熱と圧力とを併用することによって達成される。
この併用は、例えば、木綿あや織の如き物質と共に秩序
化物質をロールにかけることによって達成される。例え
ば、ロールはポリエステル又はナイロン製である。この
ロールで秩序化物質を押しつけ、加圧下にその秩序化物
質の上をいくらかのスベリがおこるように十分速く動か
す。そうすると、ロールと秩序化物質との間の１腿擦に
よって局部的に熱が発生する。この熱が、ロールの圧力
と共に所望の塑性変形を与える。他の方法によっても、
秩序化物質中に適正な塑性変形帯域を及ぼすことができ
るが、このロールによる方法が簡便であり、好まし、〜
・。必須条件ではないが、この塑性変形帯域がその表面
全体に行き渡っているのが一般に望ましい。しかしなが
ら、秩序化物質の層を布類の表面上を単に移動させるこ
とによって、秩序化物質の層全体に塑性変形をおこすこ
ともできる。液晶物質を適正に秩序化するためには、液
晶物質と接している秩序化物質を実質的に同一方向、例
えば、同じ容積領域の液晶と接している任意の秩序化物
質に対して５０°度以内に配列させねばならない。それ
故、素子の両（極）板上に秩序化物質を配列させるのが
有利である。この配列を同一方向に一致させることは、
秩序化物質の両層を同じ方向、又は１８０°度回転した
方向でロールかけすることによって達成される。（この
方向はセル中における秩序化物質の壁間配置に関連して
考慮される）。
又、適正な秩序化を行なうためには、液晶物質はスメチ
ツクＡ相の状態にある必要がある。このスメチツクＡ相
は、温度を上げてゆ（とき、等方性の状態になっても構
わない。
しかし、そうであっても、このスメチツクＡ相より高（
・温度におけるコレステリック相は、実質的に５℃以下
の範囲に存在しなければならない。この温度範囲が広け
れば広いほど、最終的配列は不完全なものとなり、液晶
物質が冷却の際このコレステリック相を通過するから、
温度をそれだけ速やかに低下させねばならない。これに
対し、スメチツクＡ相より高い温度で住するネマチック
相は、液晶の配列に影響をおよぼさないので、その存在
する温度範囲は狭（なくてもよい。
所望の秩序性を得るためには、等方性の相になる温度ま
で液晶を加熱し、秩序化物質と接触させる。（等方性の
液晶を直ちに凝固させることのな（・よう、秩序化物質
も加熱してお（）。液晶を冷却し、スメチツクＡ相に達
した時に本発明の秩序化物質によって秩序化が誘起され
、液晶が冷却され正常の相シーケンスにしたがって遷移
を受けるので、この誘起された秩序化が保持される。
液晶と物質と秩序化物質との接触は、真空充填、毛管作
用を利用した充填など種々の方法で与えられる。素子の
極板間の距離が狭いとき、例えば、２０μｍ未満のとき
は真空充填法が有利であり、２０μｍ以上のときはどち
らの方法も好適に用いられる。
次に実施例により本発明の詳細な説明する。
実施例１ 酸化インジウム−酸化錫（ＩＴＯ）で被覆されたガラス
スライド板を、オプチカル・コーティング・ラボラトリ
−社から購入し、２、５　ｃｍ　Ｘ　２．５　ｃｍの大
きさにカットした。このカラス板を、先づ約１２８℃に
加熱した洗剤溶液中で超音波洗浄した。次いで、脱イオ
ン水で洗浄した後、過硫酸アンモニウム約０．０１４モ
ル／ｌを含む濃硫酸に浸漬した。
浸漬後、再度脱イオン水で洗浄した後、市販フレオン乾
燥語中で乾燥した。
このカラススライド板６２枚をスピンコータ一台におい
た。０．５　ｍｌのＶＭ６５］（イー・アイ・デュポン
社製接着増進剤）をメタノール５００　ｍｌに溶かし、
この溶液を一晩放置後、各ガラススライド板の全面に十
分塗布した。（この溶液は秩序化物質を用いる次の工程
において接着を増進する作用をする）。このガラススラ
イド板を約２０．００　ｒｐｍで１５秒間回転した。表
１に示した秩序化物質の溶液１種（濃度０．５Ｗ／Ｖ％
）をカラススライド板上の増進剤上に載置した。再度、
充分な量の秩序化物質溶液を用いてスライドの底面を完
全に濡らした。そうして、スライド板を約４００　Ｏｒ
ｐｍで５０秒間回転した。さらに、これらの試料を空気
循環炉中で１３０℃で約３０分間焼成した。このスピン
塗装でえられた秩序化物質層の厚みは、タリー−ステッ
プ（Ｔａ１ｌｙ　−５ｔｅｐ）厚み計で測定した結果、
約２０ｎｒｎであった。
木綿あや織布を硬い水平板上におき、次の試料処理のた
め、直線の端面がえられるように切断した。各試料を、
その重合体層を有する面が織布の直線端面に清って織布
と接するようにおき、織布に清って約１．５　ｃｍ　３
〜５回こすった。（かる（圧力をかけるだけで、試料の
自重も働くので、所望の結果をうるのに、基本的に十分
である）。乾燥チッ素を噴射するエアガンを用いて試料
に付着した織布のリント（１ｉｎｔ）を取除いた。約０
１賜の厚みの鋭い直線の刃をその３　ｃｍの巾に沿って
約１ｍの深さまで、ノーランドＵＶシーラントＵＶ５９
１−ＮＳ（エポキシ樹脂）に浸漬した。次に、この浸漬
した直線の刃を各試料の一端にしっかりと押しつけた。
次にナイフを再びシーラントに同様に浸漬した後、同じ
各試料の同じ主面上の反対の端部に押し伺けた。
上記の第１の試料上に第２の試料を、処理ｔＭ＋が互に
向い合うように、又こずった方向がほぼ一致するように
、重ね合せエポキシの部分で接触させた。重ね合せた試
料を押し合わせ、隙間を約２５　ｕｍにした。この隙間
はツアイスのライトｅセクション１マイクロスコープを
用いて測定した。このエポキシ・シーラントを中心波長
約３５０ｎｍの波長範囲の広℃・紫外線に５分間曝露し
た。（紫外線の強度は、エポキシの表面で約」０ミリワ
ツトｉ＝＞。
次式の化合物を次の割合で混合して、液晶組成物を調製
した。
この混合物は、次の相シーケンスを示した。
組立てたセルの端部（シールしていない端部）に、この
得られた液晶ペーストを置き、毛管作用を利用して、セ
ルに液晶ペーストを充填した。これをメトラーＦＲ−５
２小型炉に入れ、炉を約１２０℃に加熱した。次に炉の
温度を１分間に約３℃の割合で室温まで下げ、各試料を
炉から取り出した。このようにして作製した各サンプル
セルを、十字交叉した偏光子と検光子を備えた透過式光
学顕微鏡を用いて、測定した。試ネ」の照明には、６■
、２０Ｗのタングステンランプを用いた。この試料を回
転して、３６０度回転の間に顕微鏡で観測された光度の
極太と極小とを記録した。
この２つの値の比がコントラストである。表１に示した
全試料は、ポリイミドだけは少し低い値を示したが、他
はすべて約１６：１のコントラストを示した。
実施例２ 表２に掲げた重合体を用い、実施例１の操作を繰返した
。実施例１と同様にして試料を、十字交叉した偏光子の
間で測定し、１ｄあたりのコントラストをめた。すべて
の試料は５：１よりかなり低い値を示した。
実施例３ ナイロン６／９を用い、実施例１の操作を繰返した。但
しカラス板上に形成するＩＴＯは、Ｉｉ］０．１１７ｃ
ｙｎのストリップをストリップ間隔０．０１０ｃｍに配
列したパターンとした。
第１の試料のストリップの長軸が第２の試料の長軸と直
交するようにガラス・スライドを組立て、ガラス・スラ
イド間の間隔を約４μｍとした。各スライドのストリッ
プのすべてを短絡し、第１のスライドのストリップと第
２のスライドのストリップとの間に５ｖの電圧を印加し
た。各試料の暗状態と明状態との間のコントラストは約
１０：１であった。
実施例４ シール領域および電気的接触が行なわれる領域ノナイロ
ンを取り除いてナイロン拐でパターンをつくったこと以
外は、実施例１と同様にして実験した。このパターン作
成は、市販のフォトレジスト（近紫外線感応性）を用い
、取り除かれないナイロン領域をマスクして行なった。
ナイロン表面の露光された領域な取除（ために、試料を
濃硫酸８０部水２０部の溶液に２００秒浸漬した。次い
で脱イオン水で洗浄後、すすいで残存エツチング剤を取
除いた。そうしてフォトレジストをアセトンを使って取
除いた。
（ Ｊ−Ｊ−へ ＜　ｍ　に）　く　く ＜＜り ＜＜＜＜ 悶　悶　＜
【図面の簡単な説明】
添伺図面は本発明の１つの実施態様を示す分解図である
。 〔符号の簡単な説明〕 １・・・セル １０・・・電極 １５・・・秩序化物質 ２０・・・液晶組成物。 第１頁の続き ０発　明　者　ジャヤンテイラル　シ　アメリカ合衆国
ヤムジブハイ　パテル　スコッチ　プレイ０７０７６　
ニュージャーシイ、ユニオン。 ンズ、チューゼル　レーン　１１７

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １Ｍ、品物質、秩序化物類、および電界発生手段を有す
    る入射電磁放射線に影響を与える素子において。 該秩序化物質が、入射電磁放射線の少な（とも一部が　
    該電界発生手段による電界にさらされてることによって
    影響を受ける領域において、該液晶物質と接触している
    こと、及び 該秩序化物質が、少（とも８０００原子単位の平均分子
    量を有し、直鎖状であり、置換基の容積が全体の容積の
    ２０％未満である置換基を有し、全体として５０％より
    大きな延伸が可能であり、５０％以上延伸後、全体とし
    て、延伸前の長さの１２０％以上の長さを保つ重合体を
    有することを特徴とする、入射電磁放射線に影響を与え
    る素子。 ２　前記重合体がナイロンであることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の素子。 ３　前記ナイロンが、次式の少（とも一つによって表わ
    される物質であることを特徴とする特許請求の範囲第２
    項記載の素子。 ＯＯ １１１ ｎ ０　０ １１１ ＨＨ ４　前記重合体がポリエステルであることを特徴とする
    特許誼゛求の範囲第１項記載の素子。 ５　前記ポリエステルがポリブチレンテレフタレート又
    はポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする
    特許請求の範囲第４項記載の素子。 ６　前記重合体がポリビニルアルコールであることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の素子。 ７　前記止′合体がポリエチレンであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の素子。 ８　前記液晶が強誘電性であることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の素子。 ９　電界を与える前記手段が電極を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の素子。
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