JPS61186932A - 液晶素子 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶表示素子、液晶−光シャッタ、液晶表示
素子笠として利用される液晶素子に関するもので、特に
強誘電性液晶素子とするに適した配向制御膜を有する液
晶素子に関する。

［従来の技術］ 従来、ポリアミド酸溶液を基板面に塗布した後加熱し、
溶剤を蒸発除去すると共に脱水閉環反応を生じさせるこ
とによって形成したポリイミド被膜にラビングを施した
配向制御膜を有する液晶素子が知られている（特開昭５
１−６５９８０号）。また、ポリイミド被膜を真空蒸着
によって形成できることも最近発表されているが（昭和
５９年ｌＯ月　第４５回応用物理学会学術講演会予稿集
１３Ｐ−Ｚ−９）、この被膜を配向制御膜として液晶素
子を構成することは試みられていない。

一方、強誘電性を有する液晶素子が注目を集めている（
特開昭５８−１０７２１８号、米国特許第４３８７９２
４号）。この強誘電性液晶素子は１例えばカイラルスメ
スチックＣ相（Ｓａｃつ、カイラルスメスチックＨ相（
ＳｍＨつ、カイラルスメスチックＦ相（ＳｍＦつ、カイ
ラルスメスチックＩ相（ＳｍＩつ、カイラルスメスチッ
クＣ相（ＳｍＧつ等のカイラルスメスチック相を有する
液晶を、液晶分子層が基板に対してほぼ垂直（このとき
液晶分子軸は基板にほぼ平行）となるよう配向させて基
板間に封入すると共に、基板間の液晶分子層の厚さをト
分に薄くする（通常１０ル以′Ｆ′）ことによって得ら
れる。

この強誘電性液晶素子について説明すると、通常、カイ
ラルスメスチック相を有する液晶を、液晶分子層が基板
に対してほぼ垂直となるよう配向させて封入すると、液
晶分子は、基板にほぼ平行方向に延びる螺旋構造をとる
。この液晶分子は。

分子に直交する方向に双極子モーメントを有しており、
一定の閾値以上の電界が印加されると、液晶分子の螺旋
構造がほどけ、双極子モーメントが全て電界方向に向く
よう配向方向が変わる。また、液晶分子は、細長い形状
を有しており、その長袖方向と短軸方向で屈折率異方性
を示すことから、極性の異なる電界印加によって光学特
性が変わるものである。

ところで、基板間に封入されるカイラルスメスチック相
を有する液晶の厚さが七分に薄くなると、電界を印加し
ていない状態でも液晶分子の螺旋構造がほどけて非螺旋
構造となり、その双極子モーメントは上向き又は下向き
（上下一方の基板方向）のどちらかの状態となる。この
ような状態にして、極性の異なる一定の閾値以上の電界
を印加すると、′ｐ、極子モーメントは、電界ベクトル
に対応して上向き又は下向きに向きを変え、それに応じ
て液晶分子は第一の安定状態又は第二の安定状態のいず
れか一方に配向する。そして、この配向状態は、電界を
切っても安定であり、また一定の閾値を越える電界が印
加されない限り同じ配向状態が維持される強誘電性を示
すものである。

上述の強誘電性液晶素子は、応答速度が極めて速く、ま
た双安定性を有するという利点を有する。このことから
、従来最も一般的である↑Ｎ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅ
ｍａｔｉｃ　）型の液晶素子では実現できなかった大面
積、高速、高精度の応答を可能にするものとして１強誘
電性液晶素子が注目されているものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述の通り、優れた強誘電性液晶素子を得るためには、
基板間に封入される液晶の液晶分子層を基板面に対して
ほぼ垂直にしておくこと、即ち、液晶分子軸が基板面に
ほぼ平行に配列したモノドメインを形成することが必要
である。

しかしながら、前記のように、強誘電液晶素子にはカイ
ラルスメスチック相を有する液晶が利用されており、一
般にスメクチック系の液晶は、従来最も一般、的なネマ
チック系の液晶に比較して配向安定性が悪く、均一な配
向状態の液晶素子が得にくい問題がある。ポリアミド酸
溶液を塗布し、加熱することによって得られるポリイミ
ド被膜の配向制御膜は、ネマチック系の液晶に対しては
比較的良好な配向制御性が得られているが、上記理由か
ら、この配向制御膜では優れた強誘電性液晶素子が得ら
れていない。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために講じられた手段を本発明の
一実施例に対応する第１図で説明すると、真空蒸着によ
って形成されたポリイミド被膜の配向制御膜１．１′を
少なくとも一方が有する一対に基板２，２′間に液晶３
が封入されている液晶素子とすることによってと記問題
点を解決しているものである。

まず、真空蒸着による、基板２．２′へのポリイミド被
膜の形成は次のようにして行うことができる。

即ち、酸二無水物とジアミン化合物とを蒸着装置内に別
々にセットして真空下で加熱し、対向する位置にセット
した基板２，２′上に蒸発成分を付着堆積させると、基
板２．２′上で両方の化合物が反応してポリアミド酸が
生成される。そして、蒸着装置より基板２．２′を取り
出して、その蒸着面を加熱することにより、ポリイミド
被膜が形成される。

酸二無水物及びジアミン化合物加熱時の蒸着装置内真空
度は、１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以上、好ましくは１Ｏ−４Ｔａ
ｒｒ以上である。酸二無水物及びジアミン化合物の加熱
温度は、化合物の種類によっても相違するが、通常は１
００〜２００℃である。蒸着装置から取出した基板２の
蒸着面の加熱は、１５０〜３５０℃で３０分〜２時間行
うことが好ましい。上述のようにして配向制御膜１とし
て形成されるボリイミド被膜の厚さは、　１００　Ａ〜
ＩＳＬ、奸ましくは５００〜５０００Ａである。この厚
さは、蒸着装置内真空度、酸二無水物及びジアミン化合
物の加熱温度、蒸着時間等によってコントロールするこ
とができる。また、ポリイミド被膜の配向制御作用ｌ。

１′は、例えばビロード布１紙等で一方向にラビングを
施しておくことによって良好な配向制御作用をなすもの
となる。

真空蒸着に用いる酸二無水物としては、例えばピロメリ
ット酸ゴニ無水物、３．３’　、４．４’−ヘア　ソフ
ェノンテトラカルポン酸二無水物、　３．３’　、４．
４”；フェニルテトラカルボン酸二無水物、シクロペン
タンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５．８−ナフ
タレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，８．７−ナ
フタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５．８−
ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９．１
０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、４，４′−ジ
スルホニルシフタル酸二無水物等が挙げられる。また、
ジアミン化合物としては、例えば４，４′−ジアミノジ
フェニルエーテル、パラフェニレンジアミン、メタフェ
ニレンジアミン、　４．４′−アミノジフェニレン、１
．５−ジアミノナフタレン、　４．４’−ジアミノジフ
ェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフェニルサルフ
ァイド、４．４′−ジアミノジフェニルメタン、　４．
４’−ジアミノジフェニルプロパン、４．４’−ジアミ
ノジフェニルケトン等が挙げられる。

真空蒸着によって、ポリイミド被膜の配向制御膜１，１
′を形成すべき基板２．２′は、ガラスであっても１例
えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリエーテルスルフォン、ポリカーボネイト
、三酢酸セルロース、ポリオール、ポリエーテルスルフ
ォン等のプラスチックであっても良い。また１通常はポ
リイミド被膜の配向制御膜ｌを内基板２に設けるが。

一方のみとしてもよい。

本液晶素子に用いられる液晶３は特に限定されるもので
はなく１例えばネマチック液晶、コレスチック液晶、ス
メスチック液晶、カイラルスメスナック液晶等を単独又
は混合して用いることができる。

更に具体的には、ネマチック液晶としては、例えば下記
の液晶等を単独又は混合して用いることができる。

ＧＨ３０−◎−Ｃトド◎−Ｃ４Ｈ９ Ｃ２Ｈ５０−◎−ＣＨ＝Ｎ−◎−Ｃａ　ＨｑＧＨ３０−
◎−Ｇ）！＝Ｎ−◎−ＣＮ （６Ｈ＋３−◎−ＧＨ＝Ｎ−◎−ＣＭ Ｃ５’Ａｒ＋−◎−◎−〇Ｎ Ｇ／ＨＩ３−〇−◎−〇Ｎ ＧｓＨ＋＋Ｏ−◎−◎−ＣＮ Ｃ４Ｈ９−〇−〇−ＣＭ コレスチック液晶としては１例えばコレステリルクロラ
イド、コレステリルノナノエート並びに下記の液晶等を
単独又は混合して用いることができる。

ＣＨ３ スメクチック液晶としては、例えば下記の液晶等を単独
又は混合して用いることができる。

また、カイラルスメスチック相を有する液晶としては、
例えば下記の液晶等を単独又は混合して用いることがで
きる。

ＣＨ３ ［作　川〕 本液晶素子は、真空蒸着によって形成されたポリイミド
被膜の配向制御膜を有するもので、これによって、一般
に配向安定性の悪いスメクチック系の液晶を用いた液晶
素子とした場合にも、良好な配向状態が得られるもので
ある。従来のポリアミド酸溶液の塗布、加熱によるポリ
イミド被膜の配向制御膜では十分成し得なかったスメク
チック系液晶の均一配向を、同じポリイミド被膜であっ
ても本発明のようにすると達成できる理由は必ずしも明
らかではない。しかし、本発明者等は次のように推測し
ている。

まず、本発明における配向制ｇ４膜は、その形成に溶剤
を全く使用しないので、残留溶剤による配向制御性の低
下がない。また、真空蒸着によって形成されるので、薄
く均一に形成しやすく、良好な配向制御性を均一に発揮
させやすい。従って、これらによって、ポリイミド被膜
による配向制御性が最大限に引き出されていると考えら
れる。

しかしながら、残留溶剤の除去や薄く均一な被膜とする
ことは、従来のポリアミド酸溶剤の塗布、加熱による被
膜形成を慎重に行うことによってもある程度達成できる
ことである。それにも拘らず、従来スメクチック系液晶
の均一配向が不十分であったことを考えると、真空蒸着
による被膜形成が、上記理由以外に配向制御性の向上に
有効に作用しているものと考えられる。

［実施例］ まず、本発明に係る液晶素子の一実施例を説明すると、
第１図及び第２図において、■、１′は配向制御膜、２
，２′は基板、３は液晶である。

−・対の基板１．１″は、スペーサ部材４を介して所定
の間隔に保持され、基板ｌ、１′間に液晶３が封入され
ている。このスペーサ部材４は、ＳｉＯ、５ｉ０２、Ａ
ｈ０３．　ＴｉＯ２などの無機化合物あるいはポリビニ
ルアルコール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエ
ステルイミド、ポリパラキシリレン、ポリエステル、ポ
リカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレン、セル
ロース樹脂、メラミン樹脂、ユリャ樹脂アクリル樹脂や
フォトレジスト樹脂などの樹脂類を適当な方法で被膜形
成した後、所定の位置にスペーサ部材４が配置される様
にエツチングすることによって得ることができる。

一対の基板２．２′の周囲は、接着剤５で接着されるこ
とによってシールされている。また、基板２のＥには、
複数の透明電極６からなる電極群（例えば、マトリクス
電極構造のうちの走査電圧印加用電極群）が１例えば帯
状パターンなどの所定パターンで形成されている。基板
２′の１には、前述の透明電極６と交差させた複数の透
明電極６′からなる電極群（例えば、マトリクス電極構
造のうちの信号電圧印加用電極群）が形成されている。

これらの透明電極６．６′は、蒸着、低温スパッタ、Ｃ
ＶＤ等の公知の手段により、酸化スズ、酸化インジウム
、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕ＋ｓ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等を
付設することによって設けることができる。

この様な透明電極６，６′を設けた基板２゜２′には、
真空蒸着によって形成したポリイミド被膜にラビングを
施した配向制御膜１．１′が設けられている。

この様な液晶素子は、基板２，２′の外側にはクロスニ
コル状態又はパラレルニコル状態とした偏光子７．７′
がそれぞれ配置されて、電極６゜６′の間に電圧を印加
した時に光学変調を生じることになる。尚、８は発熱体
である。

実験例１ ピッチ１００ル履で＠８２．５に膳のストライプ状のＩ
ＴＯ膜を電極として設けた正方形状ガラス基板を用意し
、これの電極となるＩＴＯ膜が設けられている側を下向
きにして蒸着装置内にセットした０次に、２個の石英製
船形ポートにピロメリット酸二無水物と４．４′−ジア
ミノジフェニルエーテルを別々に入れて蒸着装置内にセ
ットした。このとき、ポートは、前記基板の下方約３０
０層膳の位置とした。しかる後蒸着装置内を真空ポンプ
で約６×１０　’Ｔｏｒｒの真空度としてから、ポート
上約３０鵬層の位置にセットした２Ｋ１１１の赤外線ヒ
ーターにより、ポート中の化合物を加熱し、基板へ蒸着
させた。

赤外線ヒーターを切り、蒸着装置内を常圧に戻した後蒸
着された基板を取り出し、これをオーブン内で３００℃
で１時間加熱し、約３０００Ａのポリイミド被膜を得た
。さらに布により一方向にラビング処理を行なった。

この様にして得た配向制ｇｉ膜を有する一対の基板を、
ラビング方向が平行となる様に配向制御膜を内側にして
重ね合せ、注入口を除いて周辺を熱硬化型エポキシ樹脂
を用いてシールを行なった。

基板間の間隔は２ＪＬであった。

次にｐ−デシロキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−
メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢｔｌｌ：　）
を加熱して等吉相とし、上記で作製したセル内に注入口
から注入し、その注入口を封口した。このセルを徐冷に
よって降温させ、温度を約７０℃で維持させた状態で一
対の偏光子をクロスニコル状態で設けてから顕微鏡によ
り観察したところ、モノドメインの螺旋のとけたＳｍＧ
−が均一に形成されていることが確認できた。

実験例２ 実験例１において用いた４、４′−ジアミノジフェニル
エーテルに代えて、４．４′−ジアミノジフェニルメタ
ンを用い、実験例１と同様にして基板を作製した。次に
、ラビング方向が直交する様に基板を千ね合せ、注入口
を除いて周辺を熱硬化型エポキシ樹脂を用いてシールし
た。基板間の間隔は６μであった。

次に、このセルにネマチック液晶（西独メルク社製のｒ
ＺＬＩ−１２ｅｓＪ　）を封入し、その注入口を封口し
た。・対の偏光子を隣接する基板のラビング方向にモ行
となるように配置し顕微鏡で観察したところ、均一配向
性のすぐれたツイスト配向されていることが確認された
。

更に、この液晶素ｒ−で連続動作試験を行なった。その
結果、交流１０ｖ、５０Ｈ２で３０日間経過後において
も良好なツイスト配向をちもっており、すぐれた耐久性
が確認された。

実験例３ 実験例１において用いたピロメリット酸二無水物に代え
て、３．３’−４，４’ベンゾフエノンテトラカルポン
酸二無水物を用い、実験例１と同様にして基板を作製し
た。ポリイミド被膜の厚さは１５００Ａであった。

この様にして得た配向制御膜を有する一対の基板を、ラ
ビング方向がモ行となる様に配向制御膜を内側にして重
ね合せ、注入口を除いて周辺を熱硬化型エポキシ樹脂を
用いてシールを行なった。

基板間の間隔は２ルであった。

次に４−（２’−メチルブチル）フェニル−４′−才ク
チルオキシビフェニル−４−カルボキシレートを加熱し
て等吉相とし、北記で作製したセル内に注入口から注入
し、その注入口を封口した。このセルを徐冷によって降
温させ、温度を約８５℃で維持させた状態で一対の偏光
子をクロスニコル状態で設けてから顕微鏡により観察し
たところ、モノドメインの螺旋のとけた５ｒａｃ”が均
一に形成されていることが確認でさた。

実験例４ 実験例１において用いたピロメリット酸二無水物に代え
て、３．３’−４，４’−ジフェニルテトラカルボン酸
二無水物を用い、実験例１と同様にして基板を作製した
。ポリイミド被膜の厚さは２０００　Ａであった。

この様にして得た配向制御膜を有する一対の基板を、ラ
ビング方向がモ行となる様に配向制御膜を内側にして重
ね合せ、注入口を除いて周辺を熱硬化型エポキシ樹脂を
用いてシールを行なった。

基板間の間隔は２ルであった。

次にｐ−デシロキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−
メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＧ　）を加熱
して等吉相とし、上記で作製したセル内に注入口から注
入し、その注入口を封口した。このセルを徐冷によって
降温させ、温度を約７０℃で維持させた状態で一対の偏
光子をクロスニコル状態で設けてから顕微鏡により観察
したところ、モノドメインの螺旋のとけたＳａｃ：”が
均一に形成されていることが確認できた。

実験例５ 実験例１において用いた４、４′−ジアミノジフェニル
エーテルに代えて、１．５−ジアミノナフタレンを用い
、実験例１と同様にして基板を作製した。

ポリイミド被膜の厚さは８００Ａであった。

この様にして得た配向制御膜を有する一対の基板を、ラ
ビング方向がモ行となる様に配向制御膜を内側にして重
ね合せ、注入口を除いて周辺を熱硬化型エポキシ樹脂を
用いてシールを行なった。

基板間の間隔は２トであった。

次にＰ−７’シロキシベンジリデン〜ｐ′−アミノ−２
＝メチルブチルシンナメー）　（ＤＯＢＡにＢＧ　）を
加熱して等吉相とし、上記で作製したセル内に注入口か
ら注入し、その注入口を封口した。このセルを徐冷によ
って降温させ、温度を約７０℃で維持させた状態で一対
の偏光子をクロスニコル状態で設けてから顕微鏡により
観察したところ、モノドメインの螺旋のとけたＳＩｃ”
が均一に形成されていることが確認できた。

ざらに、両基板の電極間に３０Ｖの直流を正、負交互に
繰り返し印加したところ、良好なコントラストを有する
スイッチング動作が確認できた。

比較実験例１ ピロメリット酸二無水物０．１モル、１．５−ジアミノ
ナフタレン０．１モルおよびＮ−メチル−２−ピロリド
ンを１０℃で５時間反応させ固形分濃度ｌＯ％のポリア
ミド酸溶液を得た。

この溶液を３重量％に希釈し、実験例１で用いたストラ
イブ状のＩＴＯ［が設けられた基板上にスピンナを用い
塗膜を形成し、１５０℃で３０分間、３００℃で１時間
加熱させ、厚さ約８５ＯＡのポリイミド膜を得た。さら
に布により一方向にラビング処理を行なった。

この様にして得た配向制御膜を有する一対の基板を、ラ
ビング方向が平行となる様に配向制御膜を内側にして重
ね合せ、注入口を除いて周辺を熱硬化型エポキシ樹脂を
用いてシールを行なった。

基板間の間隔は２終であった。

次にｐ−デシロキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−
メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ）を加熱し
て等吉相とし、上記で作製したセル内に注入口から注入
し、その注入口を封口した。このセルを徐冷によって降
温させ、温度を約７０℃で維持させた状ｙｇで一対の偏
光子をクロスニコル状態で設けてから顕微鏡により観察
したところ、配向の乱れたマルチドメイン状態であった
。さらに、前基板の電極間に３０Ｖの直流を正、負交互
に繰り返し印加したところ、電極間における短絡（リー
ク）が起こり、正常なスイッチングを行なえないもので
あった。

［発明の効果］ 本発明によれば、ネマチック系の液晶は勿論のこと、ス
メクチック系の液晶を用いた液晶素子とした場合にも均
一に配向した液晶素子を得ることができ、優れた強誘電
性液晶素子を得ることができる。また、本発明の液晶素
子は、従来のポリアミド酸溶液の塗布、加熱によって得
られるポリイミド被膜の配向制御膜を有する液晶素子と
異なり、配向制御膜を真空蒸着によって形成しているた
め、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジ
メチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン等の毒性の
強い溶剤を使用しないで済み、健康管理上の利益もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液晶素子の一実施例を示す縦断面
図、第２図はその平面図である。 １．１′：配向制ａ膜、２．２’：基板、３：液晶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空蒸着によって形成されたポリイミド被膜の配向
   制御膜を少なくとも一方が有する一対の基板間に液晶が
   封入されていることを特徴とする液晶素子。 ２）液晶がカイラルスメスチック相を有する液晶である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶素子
   。