JPS61183624A - 液晶表示装置 - Google Patents

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】 （イ）発明の目的 〔産業上の利用分野〕 この発明は強誘電性のスメクチック液晶を用いる応答速
度の速い液晶表示装置に関する。

〔従来技術〕

現在、最も広く用いられている液晶表示装置の動作モー
ドは、ネマチック液晶を用いるツイストネマチック電界
効果型であるが、応答時間が１０ｍ５以上で応答が遅い
という欠点がある。

最近上記の欠点を克服できる動作モードの一例として、
強誘電性を有するキラルスメクチックのＣ相やＨ相の液
晶を利用した光スイツチング素子が公表されている（Ｎ
、Ａ、　Ｃ１ａｒｋ、　Ｓ、Ｔ、　Ｌａｇｅｒｗａｌｌ
。

Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、、　３６８９９．　
（１９８０））　、この動作モードは、後記の（ロ）発
明の構成の項で詳述するが、薄い液晶セル内において、
印加電界の極性と強誘電性スメクチック液晶の自発分極
との相互作用によって、これらの液晶の配向方向のセル
面内の方位角が制御できることに基づくものである。

上記の動作モードを発現するためには、強誘電性スメク
チック液晶分子を基板に平行に配向させることが原理上
必須である。しかも、光スィッチとして良好なコントラ
ストを得るためには、液晶の配向方向（ディレクタ）を
セル全面にわたって同一方向にそろえることが望ましい
。一般に、スメクチック液晶をガラス板にはさんで偏光
顕微鏡で観察すると、ドメインと呼ばれる微小領域の集
合体であるフォーカルコニックやモザイクなどの組織（
テクスチャ）が見られる。ドメインの中ではディレクタ
は同一方向または連続的に変化した方向を向いていると
されている。上記の動作モードにおいて良好なコントラ
ストを得るためには、パネル内のどの部分のディレクタ
も同一の方向を向いている配向状態、すなわちモノドメ
インの水平配向を作り出すことが理想的である。

しかしながら、スメクチック液晶は、強誘電性と強誘電
性でないものいずれも一般に上述した動作モードを発現
するのに必要な水平配向を得ることは容易でない。その
上、水平配向が得られたとしても、スメクチック液晶は
微小なドメインを発生しやすく、ディレクタをパネル内
で均一にそろえることはさらに困難である。

特に強誘電性スメクチック液晶のモノドメイン水平配向
を得るための技術として既にいくつかの方法が知られて
いるが、いずれも工業的な利用価値は低い。すなわち、
前記のＮ、Ａ、　Ｃ１ａｒｋとＳ、Ｔ。

Ｌａｇｅｒｗａｌｌの論文には、スメクチック液晶を基
板間間隙１．５μ−ではさんだ２板の基板に軽いせん断
力を加えて動かし、所望の配向を得る方法が記載されて
いる。また、磁場と温度制御の並用による方法が人世、
福田、性感らＪｐｎ、　Ｊ、　Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ。

皿、　１７７３　　（１９８１）に、スペーサ側面から
のドメイン成長ニヨル方法が、同誌ｆｉ、　Ｌ８５　　
（１９８４）　ニ、また、液晶セル内に温度勾配を作っ
てドメインを成長させる方法が同誌益、　Ｌ２１１　（
１９８４）に公表されている。これらの方法は、セル１
ケあたりを処理するのに長時間を要したり、処理できる
セルの大きさに限りがあるので、工業的に有効な手段で
はない。

以上述べたように、強誘電性スメクチック液晶のモノド
メイン水平配向を得る技術としては、簡便でかつ高信頼
性のものがまだ無いのが現状である。

〔発明の解決しようとする問題点〕

この発明は、前記問題点を解消するためになされたもの
で、この発明によってスメクチック液晶、特に強誘電性
のスメクチック液晶を簡便で高い信頼性をもってモノド
メイン水平配向させて応答時間の著しく短い液晶表示装
置を提供するものである。

（発明の構成〕 この発明は、強誘電性のスメクチック液晶層と、この液
晶層を挟持するように配置された一対のセル基板と、前
記液晶層への電圧印加が可能となるように前記セル基板
に設けた電圧印加手段と、前記液晶層周縁をシールする
シール部材と、少なくともひとつの偏光板とからなる液
晶表示装置であって、セル基板は透明基板、透明導電膜
、無機酸化物膜及び有機高分子膜がこの順に前記液晶層
方向に形成されてなり、無機酸化物膜が珪素、チタンも
しくはアルミニウムの１以上の水酸化物もしくはその縮
合物、またはオルガノオキシドもしくはその部分加水分
解物もしくは該部分加水分解物の縮合物の１以上の溶液
を前記透明導電膜上に塗布し焼成して形成された膜であ
ることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである
。

この発明に用いられる強誘電性スメクチック液晶として
は次のような光学活性な化合物が挙げられる。

４’−（２−メチルブチル）ビフェニル−４−カルボン
酸　４−アルキルフェニル、４°−（２−メチルブチル
）ビフェニル−４−カルボン酸　４−（２−メチルブチ
ル）フェニル、４”−オクチルビフェニル−４−カルボ
ン酸　４−（２−メチルブチル）フェニル、４′−アル
コキシビフェニル−４−カルボン［４−（２−メチルブ
チル）フェニル、４−アルコキシ安息香酸　４−（２−
メチルブチルオキシ）フェニル、４′−アルコキシビフ
ェニル−４−カルボン酸　４−（２−メチルブチルオキ
シ）フェニル、４−アルキル安息香酸　４゛−（２−メ
チルブチルオキシ）−４−ビフェニル、４−アルコキシ
安息香酸　４’−（２−メチルブチルオキシ）−４−ビ
フェニル、４゛−アルコキシビフェニル−４−カルボン
酸　４’−（２−メチルブチルオキシ）−４−ビフェニ
ル、４−アルキル安息香酸　４°−（１−メチルへブチ
ルオキシ）−４−ビフェニル、４−アルコキシ安息！酸
　４’−（１−メチルへブチルオキシ）−４−ビフェニ
ル、４′−アルキルビフェニル−４−カルボン酸　４−
（２−メチルブチルオキシ）カルボニル−フェニル、４
゛−アルキルビフェニル−４−カルボン酸４−（２−メ
チルブチルオキシ）カルボニル−フェニル、４−Ｎ−（
４−デシルオキシベンジリデン）アミノケイ皮酸　２−
メチルブチル、４−Ｎ−（４−へキシルオキシベンジリ
デン）アミノケイ皮酸　２−クロロプロピル、４−Ｎ−
（４−アルコキシベンジリデン）アミノ−α−メチルケ
イ皮酸　２−メチルブチル、４−Ｎ−（４−アルコキシ
ベンジリデン）アミノ−α−シアノケイ皮酸２−メチル
ブチル、４−Ｎ−（４−アルコキシベンジリデン）アミ
ノ−α−クロロケイ皮酸　２−メチルブチル、４−Ｎ−
（４−デシルオキシベンジリデン）アミノケイ皮酸　１
−メチルブチル、４−Ｎ−（４−デシルオキシベンジリ
デン）アミノケイ皮酸　１−メチルプロピル、Ｎ−（４
−０−（２−メチルブチル）レゾルシリデン〕−４−ア
ルキルアニリン、Ｎ−（４−０−（６−メチルオクチル
）レゾルシリデン〕−４−アルキルアニリン、及び４’
−（２−メチルブチル）ビフェニル−４−カルボン酸　
４−アルコキシフェニルなど。

この発明に用いられるセル基板の透明基板としては、通
常の液晶表示装置に用いられるもので、よく例えばフロ
ートガラスなどが挙げられる。

この発明に用いられるセル基板の透明導電膜としては、
通常の液晶表示装置に用いられるものでよく、例えば酸
化インジウム−酸化スズ（Ｉ　Ｔ。

）などの透明導電膜が挙げられる。

また、この発明のセル基板の無機酸化物膜は、珪素、チ
タンもしくはアルミニウムの水酸化物もしくはその縮合
物、またはオルガノオキシドもしくはその部分加水分解
物もしくは該部分加水分解物の縮合物の１以上の溶液を
透明導電膜上に塗布し焼成して形成される。

上記の水酸化物としては珪酸（Ｓｔ（ＯＨ）　４）　、
チタン酸（Ｔｉ（Ｏｌｌ）　４）　、アルミン酸（ＡＩ
！（ＯＲ）３　　・３Ｈ２０）などが挙げられる。

゛　上記のオルガノオキシドとしては、低級アルコキシ
ド（例えば０１〜４のアルコキシド）、置換もしくは非
置換のフェノキシトなど、またはこれらの混合オルガノ
オキシドが挙げられる。

上記溶液の溶媒としては、アルコール類、エステル類、
ケトン類などの有機溶媒や水及びこれらの混合物が用い
られる。

さらに、この発明において上記の珪素、チタン及びアル
ミニウム以外の元素のリン、硼素、アンチモン、砒素、
亜鉛などの水酸化物もしくはその　　゛縮合物または前
記と同様のオルガノオキシドもしくはその部分加水分解
物もしくは該部分加水分解物の縮合物の１以上を付加的
に添加した溶液を用いてもよい。

この発明において前記無機酸化物膜形成用の溶液として
、東京応化工業■製のＯＣＤ液、例えばＯＣＤ　？−８
１２０６６３　（水酸化物珪素及びその縮合物及び少量
のリンのオルガノオキシドの部分加水分解物含有）など
を利用してもよい。

上記溶液の塗布方法は、スピンコード、ディップコート
、スプレーコート、はけ塗り等、均一な膜厚が得られる
ものであればよい。

塗布後、無機酸化物薄膜を形成するための焼成の温度、
時間、雰囲気は、前記化合物の種類、添加剤の種類によ
って適宜選択される。

このようにして形成された無機酸化物薄膜上に形成する
有機高分子膜としては、通常用いられるものでよいが、
ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリイミド、ポリ
エステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリスチレン
などの樹脂やこれらの混合物の有機溶媒または水の溶液
またはエマルジョンが挙げられる。これらの溶液を前記
無機酸化物膜上に塗布した後、乾燥し、必要に応じて焼
成して有機高分子膜を形成する。また、ポリｐ−キシリ
レン膜の場合はＰ−キシリレンモノマーの気相から基板
への堆積、基板上での重合によって形成される。なお、
無機酸化物膜との親和力を高めるために、下地膜に対し
て必要に応じてプライマ処理を施す。

上記のように作製したセル基鈑は、必要に応じてラビン
グ等の処理をした後、液晶セル製造の常法に従ってセル
化し、液晶を注入し、注入孔を封止して液晶セルが作製
される。このようにして作製された液晶セルではいずれ
もスメクチック液晶のモノドメイン水平配向が得られる
が、液晶によっては加熱処理を施すことによって上記配
向が得られるものもある。

上記のように作製された液晶セルに常法により１以上の
偏光板をとりつけて、この発明の液晶表示装置が作製さ
れる。

次にこの発明を実施例、比較例及び参考例によって説明
するが、この発明を限定するものではない。

〔実施例〕

裏１皿上 第１図にこの発明の一実施例の液晶表示装置αΦの概略
断面図を示した。

パターン形成したＩＴＯ透明電極（２）を有するガラス
基板Ｔｌｌ上にＯＣＤ　Ｐ−５ｉ−２０６６３（商品名
、東京応化工業側型）をスピンコードし、３５０℃で１
時間焼成して、膜厚５００人の５ｉＱ２皮膜（３）を形
成した。その基板を１重量％のシランカップリング剤で
プライマ処理した後ポリイミド前駆体のＮ−メチルピロ
リドン溶液をスピンコードし、３５０℃で１時間焼成し
、琢磨布で一方向にこすって有機配向膜を形成した。こ
の方法で処理した２枚のガラス基板をラビング方向を平
行にし、液晶セル製造方法の常法に従って基板間間隙１
．５μ−のセルとし、強誘電性の液晶の光学活性（り−
４−Ｎ−（４−デシルオキシベンジリデン）アミノ珪皮
酸２−メチルブチル（以下ＤＯＢＡＭＢＣと略す）（５
）を注入して液晶セルを作製し、このセルを１２０℃か
ら９０℃まで徐冷した。

得られた液晶セルをクロスニコル中に置いて回転させる
と、９０°毎に光を透過しない角度があり、その角度と
４５°ずれた位置で光を透過することから液晶が水平配
向していることは明らかである。また、これらのセルの
配向がモノドメインであることは、クロスニコル状態の
偏光顕微鏡で配向を観察しても、フォーカルコニックや
モザイクなどの組織は見られず、全く均一であったこと
から明確である。そして、このモノドメイン水平配向は
電極部分及び非電極部分のいずれの液晶にも認められた
。

上記の液晶セルに一対のクロスニコル〔偏光子（７ａ）
と検光子（７ｂ）　）を取付けて液晶表示装置αΦを作
製した。

次に、上記液晶表示装置の動作モードを第２３．２ｂ、
３ａ及び３ｂ図によって説明する。

第２ａ図は液晶表示装置の概略縦断面を示したものであ
るが、セル内での電界は上から下に向っでいる。この電
界に対して、液晶分子の双極子モーメントは矢印のよう
に配列する。図２ｂはその状態の分子配向をセル面に垂
直の方向から見た図である。液晶分子はその配列格子面
の垂線から角度θだけ傾いている。このセルを図２ｂに
付記した角度配置でクロスニコル中に配置すると、光は
遮断され、暗状態を表示する。

印加電界の極性を反転すると、図３ａに示したように、
液晶分子はその双極子モーメントを反転させ、同時に図
３ｂに示したようにセル面内での方位角を変えて−θだ
け傾（。この状態では液晶層を通過した偏光は正常光と
異常光とに位相差を生じ、検光子を通過し、明状態を表
示する。

このように、この動作モードの液晶表示装置は、　　　
　　　゛液晶分子の双極子モーメントと電界の相互作用
という強い力によって動作するので、従来の液晶表示装
置に比べて応答速度が極めて速く、例えば０゜５μｓｅ
ｃ程度の応答速度が得られる。また、図２ａと図３ｂの
分子配向状態は、充分な電界が印加されなければそれぞ
れの分子配向を保持するというメモリー効果も持ってい
る。これらの特長から、本モードの液晶表示装置は、従
来の液晶表示装置が適用できなかった分野にまで小型軽
量の表示装置の適用が可能な有望な手段である。

なお上記液晶表示装置は電圧印加とその極性反転によっ
て充分なコントラストが得られた。

裏見桝１ テトラエトキシシラン（５ｉ（ＯＣ２Ｈｓ　）　４）の
部分縮合物として市販のエチルシリケートプレポリマー
（平均分子量Ｍｎ＝６００〜６２０．チッソ社より販売
）５容量部、トルエン５０容量部、エタノール５０容量
部から成る溶液をＩＴＯ電極パターンを形成したガラス
基板上にスピンコードし、１００℃で１５分間、続いて
５００℃で３０分間焼成して、５ｉＯｚ皮膜を形成させ
た。それ以外は実施例１と同様にして液晶セルを作製し
た。このセルは電極部分も非電極部分も均一なモノドメ
インの配向が得られた。

なお上記液晶表示装置は電圧印加とその極性反転によっ
て充分なコントラストが得られた。

尖胤皿エ テトラエトキシシラン５重量部、トリブチルポレート［
８（ＱＣ４Ｈ！ｌ　）　３　）　２重量部、水０．５重
量部、エタノール５０重量部、トルエン５０重量部を混
合し、室温で１日放置した後、孔径０．２μ糊のフィル
タで濾過した溶液をＩＴＯ電極パターンを形成したガラ
ス基板上にスピンコードし、１００℃で１５分間、続い
て３５０℃で３０分間焼成して、５ｉ０２皮膜を形成さ
せる以外実施例１と同様にして液晶セルを作製した。こ
のセルも電極部分も非電極部分も均一なモノドメインの
配向が得られた。

なお上記液晶表示装置は電圧印加とその極性反転によっ
て充分なコントラストが得られた。

１１貫１ テトラブチルチタネートの４量体１０重量部、水１重量
部、トルエン１００重量部から成る溶液をＩＴＯ電極パ
ターン付のガラス基板上にスピンコードし、１００℃で
１０分間、続いて３００℃で１時間焼成して、ＴｉＯ２
皮膜を形成した。あとは実施例１と同様の処理を施した
ところ、実施例１と同様の良好な配向が得られた。

なお上記液晶表示装置は電圧印加とその極性反転によっ
て充分なコントラストが得られた。

裏胤桝ｌ アルミニウムトリイソプロポキシド１０重量部、水１重
量部、トルエン１００重量部から成る溶液を１時間還流
下に加熱した後冷却し、孔径０．２μ閣のフィルタを用
いて不溶物を除去した。ＩＴＯ電極パターン付のガラス
基板上にこの溶液をスピンコードし、１００℃で１５分
間、続いて５００℃で３０分間焼成して、Ａ１７２Ｃｈ
皮膜を形成した。それ以外は実施例１と同様の処理を施
したところ、実施例１と同様の良好な配向が得られた。

なお上記液晶表示装置は電圧印加とその極性反転によっ
て充分なコントラストが得られた。

此！ ＩＴＯ電極パターンを形成したガラス基板をシランカッ
プリング剤でプライマ処理した後、ポリイミド前駆体の
Ｎ−メチルピロリドン溶液をスピンコードし、３５０℃
で１時間焼成した後布で一方向にラビングした。同様に
処理したガラス基板をＬＣＤ製造の常法に従って基板間
間隙１．５μ謂となるように貼り合わせ、ＤＯＢＡＭＢ
Ｃを注入し、封止してセルを完成した。このセル１２０
℃から９０℃まで徐冷して配向を試みたが、均一なモノ
ドメインの配向は得られず、特に電極部分においてはフ
ォーカルコニック組織の配向状態を示し、電圧印加とそ
の極性反転によって充分なコントラストが得られなかっ
た。

比較皿１ ＩＴＯ電極パターンを形成したガラス基板上に予め膜厚
２０００人の５ｉｏｚ電子ビ一ム蒸着膜を形成し、それ
以後は比較例１と同様にしてセルを完成した。同様の徐
冷によって配向を試みたが、配向状態は比較例１に比べ
てやや良好であったものの、電極部分においてフォーカ
ルコニック組織を示し、電圧印加とその極性反転によっ
て充分なコントラストは得られなかった。

止較狙１ １ＴＯ電極パターンを形成したガラス基板上にプラズマ
ＣＶＤ法によって厚さ２０００人のＳｉ３Ｎ４膜を形成
した後、比較例１と同様にしてセルを完成した。同様の
徐冷によって配向を試みたが、電極部分はもとよりセル
全面にわたってフォーカルコニック組織を示し、目的に
通した配向は全く得られなかった。

上記比較例のように、この発明の液晶表示セルと比べて
無機酸化物膜のないもの（比較例１）、無機酸化物膜は
存在していても５ｉＱ２電子ビ一ム凛着膜（比較例２）
やプラズマＣＶＤ法によるＳｉ３Ｎ４Ｍ’Ａ　（比較例
３）の液晶セルでは強誘電性スメクチック液晶のモノド
メイン水平配向は得られなかった。

なお、実施例１と比較例２の液晶セルの無機酸化物膜は
いずれも主成分が５ｉ０２であるにもかかわらず、興味
深いことに、電極部分での配向状態は異なっており、実
施例の方が良好な配向状態を示した。このことは比較例
１の蒸着５ｉｏｚ膜が堆積成長する過程でその下地の表
面状態の影響を受けつつ成長するために、その表面の状
態は、実施例１の無機酸化物膜に比べて下地の表面状態
をより強く反映していることに起因するものと考えられ
る。

電子ビーム５ｉ０２膜の効果が小さいこととその多孔質
な構造とは無関係であることは、緻密な膜質を有するプ
ラズマＣＶＤ法による５ｉ３１１１４膜を用いた比較例
３の結果から明らかである。すなわち、５ｉ３１１Ｊ４
膜を下地として有機高分子膜を形成したセルでは、比較
例３に記したように、非電極部分の配向まで悪化したか
らである。

参考皿上 液晶として強誘電性でないスメクチック液晶の４−シア
ノ−４゛−オクチルビフェニルを用い、セル基板間の間
隙を５μ鋼し、徐冷を行わないこと以外は実施例１と同
様にして液晶セルを製造した。

この液晶セルは電極部分も非電極部分も均一なモノドメ
インの水平配向を示した。

また、上記以外の下記の強誘電性でないスメクチック液
晶でも、上記のような良好な液晶配向が得られた。

５−デシル−２−（４−へブチルオキシフェニル）ピリ
ミジン、４−デシルオキシ安息香酸　４−アルキルオキ
シフェニル、４−へキシル−４’−ヘキシルオキシビフ
ェニル、４−デシルオキシビフェニル−４−カルボン酸
　ヘキシル、４−アルキル−４°−シアノビフェニルと
５−アルキル−２−（４−アルコキシフェニル）−ピリ
ミジンとの１モル対１モル混合物などである。

（ハ）発明の効果 この発明によれば、強誘電性のスメクチック液晶のホモ
ジニアスなモノドメイン水平配向が簡便に得られ、応答
時間の極めて短い液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の液晶表示装置の一実施例の概略縦断
面図、第２ａ、２ｂ、３ａ及び３ｂ図はこの発明の液晶
表示装置の作動モードを説明するための液晶表示装置の
概略縦断面図と、液晶分子配向説明図である。 （１）　−ガラス基板、 （２）・−・−・パターン形成したＩＴＯ透明導電膜、
Ｔａ２−　　無機酸化物膜、 （４）・−・有機高分子配向膜、 ＜５）　−一−・スメクチック液晶、 （６）−・−シール部、 （７ａ）−・−偏光子、 （７ｂ）−検光子、 （９）　−電源、 αΦ−・−ゴ液晶表示装置。 第１図 第２ａ図 第２ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強誘電性のスメクチック液晶層と、この液晶層を挟
   持するように配置された一対のセル基板と、前記液晶層
   への電圧印加が可能となるように前記セル基板に設けた
   電圧印加手段と、前記液晶層周縁をシールするシール部
   材と、少なくともひとつの偏光板とからなる液晶表示装
   置であつて、セル基板は透明基板、透明導電膜、無機酸
   化物膜及び有機高分子膜がこの順に前記液晶層方向に形
   成されてなり、無機酸化物膜が珪素、チタンもしくはア
   ルミニウムの１以上の水酸化物もしくはその縮合物、ま
   たはオルガノオキシドもしくはその部分加水分解物もし
   くは該部分加水分解物の縮合物の１以上の溶液を前記透
   明導電膜上に塗布し焼成して形成された膜であることを
   特徴とする液晶表示装置。 ２、透明導電膜上に塗布し焼成されて無機酸化物膜を形
   成する溶液が、リン、硼素、アンチモン、砒素もしくは
   亜鉛の１以上の水酸化物もしくはその縮合物、またはオ
   ルガノオキシドもしくはその部分加水分解物もしくは該
   部分加水分解物の縮合物を付加的に含有する溶液である
   特許請求の範囲第１項の液晶表示装置。