JPS61241727A - 液晶素子 - Google Patents

液晶素子

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JPS61241727A
JPS61241727A JP8219085A JP8219085A JPS61241727A JP S61241727 A JPS61241727 A JP S61241727A JP 8219085 A JP8219085 A JP 8219085A JP 8219085 A JP8219085 A JP 8219085A JP S61241727 A JPS61241727 A JP S61241727A
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JP
Japan
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liquid crystal
substrate
phase
general formula
substrates
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JP8219085A
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English (en)
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Kazuo Yoshinaga
和夫 吉永
Akira Tsuboyama
明 坪山
Kazuharu Katagiri
片桐 一春
Osamu Taniguchi
修 谷口
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/141Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals

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、液晶表示素子や液晶−光シャ7タアレイ等に
適用する液晶素子を作成する際の配向制御法に関し、詳
しくは液晶分子の初期配向状態を改善することにより、
表示ならびに駆動特性を改善した液晶の配向制御法に関
する。
[従来の技術] 従来の液晶素子としては、例えばエム、シャット(M、
 5chadt )とダブリュー、ヘルフリッヒ(W、
 He1frich )著“アプライド・フィシ、クス
ーレターズ″ (”Applied Ph7sics 
Letters″′)第18巻、第4号(1971年2
月15日発行)、第127頁〜128頁の“ボルテージ
・ディペンダント・オプティカル・アクティビティ−・
オブ・ア・ツィステッド・ネマチック・リキッド・クリ
スタル”(”Voltage Daper+dent 
0ptical Activity of aTwis
ted Nematic Liquid Crysta
l”)に示されたツィステッド・ネマチック(tvis
ted neiatic )液晶を用いたものが知られ
ている。このTN液晶は1画′素密度を高くしたマトリ
クス電極構造を用いた時分割駆動の時、クロストークを
発生する問題点があるため、画素数が制限されていた。
又、各画素に9膜トランジスタによるスイッチング素子
を接続し、各画素毎にスイッチングする方式の表示素子
が知られているが、基板上に98トランジスタを形成す
る工程が極めて煩雑な上、大面私の表示素子を作成する
ことが難しい問題点がある。
このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て、双安定性を有する液晶素子の使用がクラーク(C1
ark )とラガウェル(Lagervall )によ
り提案されている(特開昭5Ei−107216号公報
、米国特許第4387824号明細君等)、双安定性を
有する液晶としては、一般に、カイラルスメクティック
C相(Sac” )又はH相(SmH−)を有する強誘
電性液晶が用いられる。この液晶は、電界に対して第1
の光学的安定状態と第2の光学安定状態からなる双安定
状態を有し、従って前述のTN型の液晶で用いられた光
学変調素子とは異なり、例えば一方の電界ベクトルに対
して第1の光学的安定状態に液晶が配向し、他方の電界
ベクトルに対しては第2の光学的安定状態に液晶が配向
される。またこのII(p液晶は、加えられる電界に応
答して、極めて速やかに上記2つの安定状態のいずれか
を取り、且つ電界の印加のないときはその状態を維持す
る性質を有する。このような性質を利用することにより
、上述した従来の丁Hy3素子の問題点の多くに対して
、かなり本質的な改善が得られる。
[発明が解決しようとする問題点] この双安定性を有する強誘電性液晶が所定の駆動特性を
発揮するためには、一対の平行基板間に配こされる液晶
が、電界の印加状態とは無関係に、上記2つの安定状態
の間での変換が効果的に起こるような分子配列状態にあ
ることが必要である。たとえば5rsC”またはSmI
H”相を有する強誘電性液晶については、S+oC”ま
たはSs)!”相を有する液晶分子層が基板面に対して
垂直で、したがって液晶分子軸が基板面にほぼ平行に配
列した領域(モノドメイン)が形成される必要がある。
しかしながら、従来の双安定性を有する強誘電性液晶素
子においては、この様なドメイン構造を有する液晶の配
向状態が、必ずしも満足に形成されなかったために、充
分な特性が得られなかったのが実情である。
たとえば、クラーク(Clark )らによれば、この
ような配向状態を与えるために、磁界を印加する方法、
せん断力を印加する方法、基板間に小間隔で平行なリッ
ジ(ridge )を配列する方法などが提案されてい
る。しかしながら、これらは、いずれも必ずしも満足す
べき結果を手えるものではなかった。たとえば、磁界を
印加する方法は、大規模な装置を要求するとともに作動
特性の良好な1相セルとは両立しがたいという難点があ
り、また、せん断力を印加する方法は、セルを作成後に
液晶を注入する方法と両立しないという難点がある。ま
たセル内に平行なりッジを配列する方法では、それのみ
によっては、安定な配向効果を与えられないものであっ
た。
本発明の目的は、前述した事情に鑑み、高速応答性、高
密度画素と大面積を有する表示素子、あるいは高速度の
シャッタスピードを有する光学シャッター等として潜在
的な適性を有する強誘電性液晶素子において、従来聞届
であったモノドメイン形成性ないしは初期配向性を改善
することにより、その特性を充分に発揮させ得る強誘電
性液晶素子を提供することにある。
[問題点を解決するための手段]及び[作用]本発明の
液晶素子においては、一対の平行基板間に液晶を挟持さ
せてなる液晶素子において、前記一対の平行基板のうち
の第1の基板の液晶と接触する側の面には、それぞれ側
壁を有する複数の構造部材が→ドライブ状に配置され、
第2の基板の液晶と接する側の面には、前記第1の基板
上の複数の構造部材の延長方向とほぼ平行もしくは垂直
な方向の一軸性配向処理が施されているとともに、前記
一般式(I)で表わされた液晶化合物又はそれを含有し
た液晶組成物のスメクティック相を該スメクティック相
より高温側の相からの徐冷による相転移により形成する
ことを特徴とするものである。
すなわち、液晶を挟持する一対の平行基板のうち、少な
くとも一方の基板の面に施されたラビング等による一軸
性配向処理効果と、一対の基板間に配こしたストライプ
状の側壁を有する構造部材の配列による効果を併用する
とともに、下記一般式(I)で示される液晶化合物又は
それを含有した液晶組成物のスメクティック相、例えば
SmA(スメクティックA相)やカイラルスメクティッ
ク相等を該スメクティック相より高温側の相、例えばコ
レステリック相(カイラルネマチック相)、ネマチー7
り相、等吉相からの徐冷による相転移を用いた場合、ス
メクティ7り相のモノドメインを形成することができ、
この結果強誘電性液晶の双安定性に基づく素子の作動と
液晶層のモノドメイン性を両立しうる構造の液晶素子が
得られる。
一般式(I) (上記一般式中Rは炭素原子数1〜18のアルキル基も
しくはアルコキシ基であり、1は0又は1であり、1=
0のときR′は炭素原子数1〜18のアルキル基であり
、麿=1のときR′は炭素原子数1〜18のアルキル基
もしくはアルコキシ基を示す) 以下、図面とともに、本発明を更に詳細に説明する。
本発明で用いる液晶は1強誘電性を有するものであって
、具体的にはカイラルスメクティックC相(S+C・)
、H相(S厘H◆)、1相(S+I・)、J相(S+J
・)、K相(SmK・)、G相(SmG・)又はF相(
S+aF°)を有する液晶を用いることができる。
本発明の強誘電性液晶素子で用いることができる前述の
一般式(I)で示される液晶化合物は、下記合成法によ
り容易に得ることができ、七の合成によって得られた具
体例については、下記合成例1−1!3及び表1〜3で
示す。
一般式(I)で示される本発明で用いる液晶化合物は1
例えば。
一般式(■): ρM (式中Rは炭素原子数1〜18のアルキル基もしくはア
ルコキシ基である) で示される2、3−ジシアノピラジン誘導体を加水分解
後、脱炭醜し、 一般式(IiI) : で示される2−カルボキシピラジン誘導体を得、これを
ハロゲン化して酸ハロゲン化物となし、これに 一般式(■): (式中mはO又は1であり、11=0のときR′は炭素
原子数1〜18のアルキル基であり、l =’lのとき
R′は炭素原子数1〜18のアルキル基もしくはアルコ
キシ基を示す) で示される化合物を反応せしめてエステル化することに
より製造することができる。
なお、一般式(IT)で示される2、3−ジシアノピラ
ジン誘導体は、それ自体、公知の製造方法〔津田忠敬ら
、日本農芸化学会誌′5452@、 213頁(197
8年)〕を用いることによって得られるものである。
次に合成例を挙げて本発明を更に詳しく現用する。
なお、以下の合成例において、相転移温度は。
DSC(セイコー電子SS0580 DS)により測定
を行い、温度制御した銅ブロツク中へガラス板に封入し
た液晶を挿入し、偏光顕微鏡で観察することで測定した
合成例1 5−(P−オクチルオキシフェニル)ピラジン−2−カ
ルボン酸P−オクチルオキシフェニルエステル(I )
  5−(p−オクチルオキシフェニル)ピラジン−2
,3−ジ刀ルポニトリルの合成 二酸化セレン11.4g  (0,1moj’) 、ジ
オキサン100峠、水21Nを混合し、70〜75℃で
2時間撹拌した後、ピオクチルオキシアセトフェノン2
4.8g(0,1moj’)−ジオキサン(GOmJ)
の溶液を加えた。2時間還流後冷却し、析出した金属セ
レンをろ過シタ、ろ液ニDA14N 10.8g (0
,1moj’) 、酢酸3.0mRを加え、80〜83
℃で2時間還流した0反応後冷却し、ろ過した後、ろ液
を濃縮し粗生成物を得た。ヘキサンから再結晶後、 2
7.2g  (82%収率)の生成物を得た。融点79
℃、 IRy am−1: 2245(C斑N)。
元素分析 C2o H22NJ Oとして計3I値: 
C71,83H8,83N 18.75要測値: C7
2,02H8,75N 1ε、55(II )  5−
(p−オクチルオキシフェニル)ピラジン−2,3−ジ
カルボン酸の合成 5−(p−オクチルオキシフェニル)ビラジ′−2,3
−ジカルボニトリル(8,7g、 0.028moj’
)を水酸化ナトリウム(15g、 0.375moi’
)−水(600+*fりの溶液中に入れ、95℃で3時
間撹拌した0反応後、濃塩酸を加えて反応液を酸性にし
て、析出物をろ過した。 80rapの水で5回洗浄し
、真空乾燥後8.1g (84%収率)の生成物を得た
。エタノール−水から再結晶後、融点163℃a IR
y ca+−1: 3400〜2550(OH)、 1
730. l5fl15(CニーQ) 。
元素分析 C20H24N205として計 算 イi 
 :  C84,50H6,50N  7.52実 n
幡 イg  :  CEi4.52   H6,70N
  ?、3E15−(p−オクチルオキシフェニル)ピ
ラジン−2,3−カルボン酸(8,1g、 0.021
8 mof’)をジクロルベンセン(100mj))中
に入れ油浴を 160℃に設定して3.5時間撹拌した
。−夜放置後析出物をろ過し、ヘキサンeomRで2回
浄後、4.1gの生成物を得た。エタノール−水から再
結晶後、融点185℃、分解点190℃、 IRy c
+s−1: 3400〜2500(OH)、 IEi8
0(C−0) 。
元素分析 C+9Hz4N20xとして。
計算値: CH,4987,37N 8.53実 λ1
幡 イ偵 :  C69,65H7,35、N  8.
38(IV)エステル化 5−(p−オクチルオキシフェニル)ピラジン−2−カ
ルボンa (4,lOg、 0.0125mof’)を
塩化チオニル80II!!中に入れ、2時間還流した0
反応後、過剰の塩化チオニルを減圧留去し、残留物をト
ルエン250 m&に溶解した。トルエン溶液を水70
m!!で4回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒
を留去した。残留物をヘキサンで洗浄し、アセトン(1
00m1) )中に入れ、5℃に冷却下、撹拌しなから
p−オクチルオキシフェ/−ル1.77g  (7,9
8mmoj’) 、水酸化ナトリウム0.38g(9s
+oi’)、水10+1’およびアセトン20Jの混合
溶液を25分間かけて滴下した。その後、5℃で2時間
撹拌した後、反応溶液をろ過した。沈澱物をトルエン(
400mil’ )に溶解し、0.5規定水酸化ナトリ
ウム水溶液 150m1)で洗浄し、さらに水200履
!で3回洗浄した0次にトルエン溶液を硫酸マグネシウ
ムで乾煙後、溶媒を留去した。残留物をヘキサンで洗浄
し、トルエン−ヘキサンで再結晶後。
1、Hg  (29%収率)の生成物を得た。
IRνam−’ : 1730(C−0) 。
元素分析 C33Ha a 8204として、計 ] 
 (i1ff  :  C74,40H8,33N  
5.28実測値: C74,55H8,5i  N 5
.09MMRδ pp鳳(coat3):  9.40
(d、IH,J−1,5Hz)、  9.15(d、I
H,J・1.5Hz)、 8.11(d、2H)。
7.06(d、2H)、 7.18(d、2H)、 8
.90(d、2H)、 4.04(t、2)1)、 3
.H(t。
2)1)、 1.90〜0.70(m、30H) 。
合成例2〜IS 合成例1と同様にして、表−1に示した化合物を得た。
上記合成例1〜19で得た化合物の元素分析の結果を表
−1に、KMR及びIRデータを表−2に、そして合成
例1〜19で得た化合物の相転移温度を表−3に示す。
未発11において一般式(I)で表わされる構造に、光
学活性基を導入することによって容易に強誘電性カイラ
ルスメクチック液晶を得ることができる0本発明におい
て一般式(I)で表わされる強誘電性力イラルスメクテ
ィックF& j% It、エヌ。
ニー、クラーク(N、 A、 C1ark )らによっ
て示されたような表示素子として使用する場合に電界応
答に対する閾値特性にすぐれているため、強誘電性力イ
ラルスメクティック液晶を単純マトリックス電極にて駆
動するディスプレイに使用した場合にクロストークを防
止し良好なコントラストを与えることが可能となる。こ
のような特徴は本発明の液晶性化合物を含む液晶組成物
についても同様であり、強訪電性力イラルスメクテイッ
ク液晶を高精細・大画面表示素子として使用する場合に
本発明の液晶性化合物は特に優れている。
一方、構造上光学活性基を含まない本発明の化合物にお
いて5taC相を持つもの(例えばP−オクチルオキシ
フェニル5−(p−オクチルオキシフェニル)ピラジン
−2−カルボキシレート)に対して表−1に示されるよ
うなカイラルスメクテイツク相を持つ液晶性化合物を混
合して得られる液晶組成物は強誘電性カイラルスメクテ
ィlり液晶として使用することが可能である0強誘電性
カイラルスメクティック相を持つ液晶性化合物を混合す
るかわりに1表−5に示されるような光学活性基を含む
がカイラルスメクティック相を示さない液晶性化合物、
もしくは単に光学活性基を含む液晶性化合物を混合した
液晶組成物もまた強誘電性カイラルスメクティック液晶
として使用することができる。そのようにして調製され
た強誘電性カイラルスメクティック液晶組成物は、本発
明に示される基本骨格により付与されるすぐれた閾値特
性を示した。
上記のように本発明で用いる液晶性化合物は、それ単独
でも強誘電性液晶素子材料として使用し得るが、他の成
分との混合により強誘電性液晶素子の性能改善した組成
物とする場合は、該組成物中における一般式(I)で示
される化合物の含有量はlli量%〜S9重量%が好ま
しく、5重量%〜95重量%がより好ましい。
この際、本発明で用いる液晶化合物との間で混合強誘電
性液晶組成物を形成することができる他の液晶化合物を
、後述の表−4と表−5に示す。
表−4 結晶;::5層じ8;::5厘A ;:=::、弄力和
−CO0CH2CHC2H!。
暑 □コレスデリック相−一一一等刀相 表−5 (A)コレステリルプロピオネート (B)コレステリルノナネート (C)コレステリルパルミテート (D)コレステリルノナネート 4−(:”−メチルブチル)−4’−シアノビフェニル
−シアノビフェニル −(2−メチルブチル)アニリン 結晶□ch、□等方相 これらの材料を用いて素子を構成する場合、液晶化合物
がSac”相やSmH”相となるような温度状態に保持
する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた銅
ブロック等により支持することができる。
第1図は、強誘電性液晶の動作説明もために、セルの例
を模式的に描→たものである。21aと、21bは、I
n203 、5n02あるいはITO(Indium−
Tin−Oxide)等の薄膜からなる透明電極で被覆
された基板(ガラス板)であり、その間に液晶分子層2
2がガラス面に垂直になるよう配向したSac・相又は
SmH”相の液晶が封入されている。太線で示した線2
3が液晶分子を表わしており、この液晶分子23はその
分子に直交した方向に双極子モーメント(P、)24を
有している。基板21aと21b上の電極間に一定の閾
値以上の電圧を印加すると、液晶分子23のらせん構造
がほどけ、双極子モーメント(Pよ)24はすべて電界
方向に向くよう、液晶分子23は配向方向を変えること
ができる。液晶分子23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し、従って
例えばガラス面の上下に互いにクロスニコルの偏光子を
置けば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光
学変調素子となることは、容易に理解される。
本発明の液晶素子で好ましく用いられる液晶セルは、そ
の厚さを充分に薄く(例えばlOμ以下)することがで
きる、このように液晶層が薄くなるにしたがい、第2図
に示すように電界を印加していない状態でも液晶分子の
らせん構造がほどけ非らせん構造を採り、その双極子モ
ーメン)Pa又はPbは上向き(34a)又は下向き(
34b )のどちらかの状態をとる。このようなセルに
、第2図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る電界E
a又はEbを電圧印加手段31aと31bにより付与す
ると、双極子モーメントは、電界Ea又はEbの電界ベ
クトルに対応して上向き34a又は下向き34bと向き
を変え、それに応じて液晶分子は、第1の安定状933
aかあるいはw42の安定状態33bの何れか1方に配
向する。
このよ′5な強誘電性を光学変調素子として用いること
の利点は先にも述べたが2つある。その第1に、応答速
度が極めて速いこと、第2に液晶分子の配向が双安定性
を有することである。第2の点を、例えば第2図によっ
て更に説明すると、電界Eaを印加すると液晶分子は第
1の安定状態33aに配向するが、この状態は電界を切
っても安定である。又、逆向きの電界Ebを印加すると
、液晶分子は第2の安定状態33bに配向してその分子
の向きを変えるが、やはり電界を切ってもこの状態に留
まっている。又、与える電界Eaが一定の閾値を越えな
い限り、それぞれの配向状態にやはり維持されている。
このような応答速度の速さと、双安定性が有効に実現さ
れるにはセルとしては出来るだけ薄い方が好ましい。
この様な強誘電性を宥する液晶で素子を形成するに当た
って最も問題となるのは、先にも述べたように、 Sa
c”相又はS+sHψを有する層が基板面に対して垂直
に配列し且つ液晶分子が基板面に略平行に配向した、モ
ノドメイン性の高いセルを形成することが困難なことで
あり、この点に解決を与えることが本発明の主要な口約
である。
[実施例コ 第3図(A)〜(C)は、本発明の液晶素子の一実施例
を示している。第3図(A)は同実施例の側視図であり
、第3図(B)はその側面の断面図、第3図(C)はそ
の正面の断面図である。但し第3図(A)においては、
液晶ならびに偏光子の図示は省略しである。
第3図(A)〜(C)において、ガラス板またはプラス
チック板などからなる基板101の上に、複数の電極1
02からなる電極群(例えば走査電極群を構成)が、所
定のパターンにエツチング等により形成されている。さ
らに、これら電極102と交互に且つ並列する位ご関係
で、ストライプ形状で複数配置された側壁106および
107を有するスペーサ部材104が形成されている。
さらに基板101上のスペーサ部材104形成部を除き
電極102を覆って絶縁I漠103が形成されている。
スペーサ部材104は、例えば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、ポリ酪酸ビ
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、アクリル樹脂などの樹脂類、
あるいは感光性ポリイミド、感光性ポリアミド、環化ゴ
ム系フォトレジスト、フェノールノボラック系フォトレ
ジストあるいは電子線フォトレジスト(ポリメチルメタ
クリレート、エポキシ化−1,4−ポリブタジェンなど
)などから選択して形成することが好ましい。
絶縁膜103は、電極102から液晶層への電荷の注入
を防止する機能を有し、例えば−酸化ケイ素、二酸化ケ
イ素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネシ
ウム、酸化セルラム、フッ化セリウム、シリコン窒化物
、シリコン炭化物、ホウ素窒化物どの化合物を用いて例
えば汚看により被膜形成して得ることができる。またそ
れ以外にも2例えば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
シレリン、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
、ユリャ樹脂やアクリル樹脂などの樹脂類の塗膜として
形成することもできる。絶縁膜103の膜厚は、材料の
もつ電荷注入防止能力と、液晶層の厚さにも依存するが
、通常50A〜5ル、好適には、500A〜5000A
の範囲で設定される。一方、液晶層の層厚は、液晶材料
に特有の配向のし易さと素子として要求される応答速度
に依存するが、スペーサ部材104の高さによって決定
され、通常0.2 g〜200 μ、好適には、0.5
 g〜10μの範囲で設定される。又、スペーサ部材1
04の幅は、通常0.5μ〜50終、好適には1μ〜2
0μの範囲で設定される。スペーサ部材104のピー、
チ(間隔)は、あまり大きすぎると液晶分子の均一な配
向性を阻害し、一方あまり小さ過ぎると液晶光学素子と
しての有効面積の減少を招く、このため、通常10ル〜
2■、好適には。
50〜700μの範囲でビー、チが設定される。
これらスペーサ部材104は、例えばスクリーン印刷等
の各種印刷法、あるいは、より好ましくはフォトリソグ
ラフィー、電子線リソグラフィー等の技術により所定の
パターンならびに寸法に形成される。
本発明の液晶素子は、上記のようにして処理された基板
101と平行に重ね合されたもう一方の基板110を備
えており、この基板110の上には複数の電極(たとえ
ば信号電極) 111からなる電極群と、更にその上に
絶縁膜112が形成されている。
複数の(信号)1!Viiltと、もう一方の複数の(
走査)電極102は、マトリクス構造で配線されること
ができる。基板110上の絶縁膜112は、前述の絶縁
膜103と同様に液晶層105に流れる電流の発生を防
止するものであり、前述の絶縁膜103と同様の物質に
よって被膜形成される0本発明に従い、この基板101
の絶縁膜112のなす平面113には一軸配向性処理を
行ない、その配向方向を、前記基板101土のスペーサ
部材104の延長方向とほぼ平行(すなわち、これら二
方向のなす角度をθとして、好ましくはO0≦θ<15
°)または直交(好ましくは、80°くθ< 100’
)させる。
この際、これら二方向のなす角度0を直交した場合の液
晶セルは、角度θを平行とした場合の液晶セルと比較し
て配向欠陥を生じる傾向が大きく、特に一軸性配向処理
として後述のラビング処理を適用した場合では角度θを
平行とした液晶セルの方が角度θを直交とした液晶セル
に較べ配向欠陥のないモノドメインを形成することがで
きる。
本発明者等の研究によれば、このような平行または直交
関係が満たされないと、スペーサのエツジ部分で液晶分
子の配向が乱れたり、記憶作用を有するセルにおいては
、双安定状態間でのスイッチングがうまく行なわれない
現象が生じる。但し上記したθの範囲表現からもわかる
ように、15゜程度までのずれは実用上問題ない、この
ような一軸配向性処理は、TN型液晶セルについてよく
知られているように、絶縁膜112をビロード、布また
は紙などによりラビング処理するが、あるいは絶縁膜1
12の斜め蒸着法により達成することができる。
なお上記したような一軸配向性処理は、基本的には基板
101については行なう必要はないが、基板101につ
いても行なうことができ、この際は、スペーサ部材10
4の延長方向とほぼ平行または直交する一軸配向性処理
後に、絶縁膜103を蒸着により形成するか、あるいは
絶縁膜103の形成後に一軸配向性処理を行ない、その
後に絶縁膜103のなす面108の配向処理効果を選択
的に除くことにより、スペーサ部材104の側壁10G
および107に選択的に配向処理効果を付与することが
、得られる液晶素子の応答速度を速くするために望まし
い。
本発明の液晶素子には、一対の平行基板101と110
の両側、すなわち基板101 と110を挟む一対の偏
光手段(偏光子114と検光子115)を用いることが
できる。偏光子114と検光子115としては、通常の
偏光板、偏光膜や偏光ビームスプリッタ−を用いること
ができ、この際、この偏光手段をクロスニコル状態又は
パラレルニコル状態で、配置することが可能である。
本jA明の液晶素子は、一対の平行基板を上記したスペ
ーサ部材の延長方向と一軸性配向処理方向の相互関係を
満たすように固定し、それらの周辺をエポキシ系接着剤
や低融点ガラスで封止した後、強誘電性液晶を封入し等
方(1sotropic )相にまで加熱した状態より
 )iC!Eに温度コントロールし乍ら徐冷することに
よって、得ることができる。
上記においては1本発明の液晶素子を、その好ましい一
実施例に基づいて説明した。しかしながら本発明の範囲
内で、上記実施例を種々変形することができることは、
容易に理解できよう、たとえば、上記例においてスペー
サ部材104として説明した部材は、液晶に対して必要
な壁効果を及ぼす÷だめの側壁を有するならば、一対の
平行基板の両方に接触してスペーサ部材としても機能す
るものでなくてもよい、但し上述の例からも分る通り、
スペーサ部材は好ましい構造部材の例であり、又スペー
サ部材104が直線に泊って、ドツト状に配置した変形
ストライプ状スペーサとすることも可攬である。また、
電極は上記した単純ストライプ状のマトリクス電極に限
らず、他の形状、例えば♀セグメント構造の電極配線で
形成されていてもよい。
以下、本発明の光学変調素子の具体的な製造例を説明す
る。
実施例1 一対のITO(Indium−Tin−Oxide)か
らなるストライプ状のパターン電極が形成された基板の
一方に、ポリイミド膜を1500A程度の膜厚で形成し
一方向にラビング処理した。また他方の基板にはポリイ
ミド膜を2井鳳の膜厚で形成し、フォトエツチングによ
り、200gmピッチで巾20ル履のストライプ状スペ
ーサを形成した。
ポリイミドとしては、東し社製5P−510を用い、七
のN−メチルピロリドン溶液をディッピングもしくはス
ピナーコーティングにより塗布してポリイミド膜形成し
た。゛ エツチングは、ヒドラジン: Na0H= 1 : 1
の混合液をエツチング液として、これを30’Oに昇温
し、ポリイミド膜を形成した基板を3分間浸漬してエツ
チングを行なった。
以上の工程で作成した一対の電極基板を、ストライプ状
スペーサの方向とラビング方向をほぼ平行に一致させて
液晶セル(セル厚* 2 h ra )を構成した。
この液晶セルに等吉相の2−メチルブチルオキシフェニ
ル5−(オクチルオキシフェニル)ピラジン−2−カー
ボネートを注入した後に、セルの温度を5℃/時間の割
合で徐冷し、Sac”の液晶セルを作成した。このSa
c”の液晶セルを偏光顕微鏡で観察したところ、配向欠
陥を生じていない非らせん構造のモノドメインが形成さ
れていることが判明した。また、125℃において電界
応答を測定したところ50Vにて1 m5ec以下の応
答が得られた。また40Vの直流電界を20■sec以
丘印加しても反転しないことからすぐれた閾値特性を持
つこともわかりた。
実施例2〜4 前記実施例1で用いた液晶化合物に代えて、下記組成物
A(実施例2)、E(実施例3)及びC(実施例4)を
用いた他は、実施例1と全く同様の方法で液晶セルを作
成し、それぞれのSac”の液晶セルを偏光w4微鏡で
観察したところ、何れの場合でも配向欠陥を生じていな
い非らせん構造のモノドメインの形成が確認できた。
組成物A 1・ 【 【 (20〜78℃でSa+C・を示した)組成物B (112〜117℃でSac”を示した)組成物C (10〜55℃でSmc”を示した) これら実施例2〜4の液晶素子を実施例1と同様に電界
応答性を測定したところ、何れの例でも20Vで1鳳s
ec以下と高速で応答し、コントラストも良好であった
・ 実施例5 一対のITOからなるストライプ状のパターン電極が形
成された基板の一方に、ポリイミド膜を1500A程度
の膜厚で形成し、一方向にラビング処理した。また他方
の基板にはポリイミド膜を2次層の膜厚で形成し、フォ
トエツチングにより、200 JLmピッチで巾20μ
■のストライプ状スペーサを形成し、ストライプ状スペ
ーサの方向と平行にラビング処理した。
ポリイミドとしては、東し社製5P−510を用い、そ
のトメチルピロリドン溶液をディッピングもしくはスピ
ナーコーティングにより塗布してポリイミド膜形成した
工、チングは、ヒドラジン: Na0H= 1 : 1
の混合液をエツチング液として、これを30℃に昇温し
、ポリイミド膜を形成した基板を3分間浸漬してエツチ
ングを行なった。
以上の工程で作成した一対の電極基板を、ストライプ状
スペーサの方向とラビング方向をほぼ平行に一致させて
液晶セル(セル厚;2牌量)を構成した。
この液晶セルに実施例2で用いた等実相の組成物Aを注
入した後に、セルの温度を5℃/時間の割合で徐冷し、
Sac”の液晶セルを作成した。この5txC・の液晶
セルを偏光顕微鏡で観察したところ、配向欠陥を生じて
いない非らせん構造のモノドメインが形成されていた。
実施例6 実施例1において、一対の基板を、それらのラビング処
理方向とストライプ状スペーサの延長方向が直交するよ
うに組合わせ、それ以外は実施例1と同様にして液晶セ
ルを構成した。
この液晶セルを偏光顕V&鏡でi!察したところ、スト
ライプ状スペーサのエツジ部付近に若干の配向欠陥が観
察された。
実施例7 一対のITOからなるストライプ状のパターン電極が形
成された基板の一方に、ポリイミド膜を1000A程度
の膜厚で形成し、一方向にラビング処理した。また他方
の基板にはポリイミド膜を2湊窮の膜厚で形成し、フォ
トエツチングにより、200.菖ピッチで巾20μ履の
ストライプ状スペーサを形成した。
ポリイミドとしては、東し社!!!5P−510を用い
、そのトメチルピロリドン溶液をディッピングもしくは
スピナーコーティングにより塗布してポリイミド膜形成
した。
エツチングは、ヒドラジン: Na0)!= 1 : 
1の混合液をエツチング液として、これを30℃に昇温
し、ポリイミド膜を形成した基板を3分間浸漬してエツ
チングを行なった8次いで、このストライプ状スペーサ
が形成されている基板上に前述と同様のポリイミド膜を
全面に亘って形成した。但し、この時のポリイミドの膜
厚を100OAとした。
次いで、このポリイミド膜の表面にストライプ状スペー
サの延長方向と工性方向にラビング処理を旌した。
以上の工程で作成した一対の電極基板を、それぞれのラ
ビング方向が平行となる様にセル(セル厚;2μm)組
みし、このセル中に等吉相下の組成物Aを注入し、徐冷
によって非らせん構造のS履C゛液晶セルを作成してか
ら、実施例2と同様の方法で観察したところ、同様の結
果が得られた。
この液晶セルは、他の例で用いた液晶セルに比較して数
日間放置後でもSac”には配向欠陥を生じない安定し
たモノドメインを形成していることが判明した。
さらに、この液晶素子に20Vで1 m5ecのパルス
信号を印加して駆動させたところ、実施例2の場合と較
べ、明状態と暗状態のコントラストが大きくなることが
判明した。
比較例1 実施例1の液晶セルを作成した際のセル組み時に、一対
の電極基板を、ストライプ状スペーサの方向とラビング
方向とのなす角度θを25°に設定して、重ね合せた他
は、実施例1と同様の方法で非らせん構造のSs’”液
晶セルを作成した。
この5rsC・液晶セルを実施例1と同様の方法で観。
察したところ、ストライプ状スペーサのエツジ付近に無
数の配向欠陥に起因する黒すじ状態が観察され、この黒
すじ体が電極形成部を覆っており、この一対の電極間に
互いに極性の異なる2種の電気信号を印加しても2この
黒すじ体が形成されている部分では双安定性を全く示さ
ないことが判明した。
比較例2 実施例7の液晶セルを作成した際に用いたストライプ状
スペーサとポリイミド膜を設けた電極基板と同一のもの
を用意し、このポリイミド膜の表面にストライプ状スペ
ーサの延長方向に対して角度25°の方向にラビング処
理を施した。
次いで、実施例7で使用した片側の電極基板と同一のも
のを用意し、これに一方向にラビング処理を施した。
この2枚の電極基板をそれぞれのラビング方向が平行と
なる様に重ね合せてからセル組みし、以下、実施例1と
同様の手順で非らせん構造のS■C・液晶セルを作成し
てから、この液晶セルを実施例1と同様の方法で観察し
たところ、やはり比較例1と同様にディスプレイデバイ
スとしては、致命的な配向欠陥が観察された。又、前述
と同様、一対の電極間に電気信号を印加したが、双安定
性は全く示していなかった。
[発明の効果コ 荊記したように、本発明によれば、一対の電極基板の一
方の電極基板にストライプ状の側壁を有する構造部材(
好ましくは兼スペーサ)を形成し、他方の基板に一軸性
配向処理(例えば、ラビング)を行ない、その処理方向
を上記構造部材とほぼ平行もしくは直交する方向に規制
するとともに、液晶として前述の一般式(I)で示され
た液晶化合物又はそれを含有した液晶組成物を用いるこ
とにより、特に欠陥の現われやすい記憶状態においても
スペーサエツジでの欠陥を除くことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、カイラルスメクティック液晶を用いた液晶素
子を模式的に示す斜視図、第2図は、同液晶素子の双安
定性を模式的に示す斜視図、第3図(A)は本発明の液
晶素子の斜視図、第3図(B)はその側断面図、第3図
(C)はその正断面図である。 21a、 21b・・・透明電極、22・・・液晶分子
層、23・・・液晶分子、 24・・・双極子モーメン) CPよ)、33a・・・
第1の安定状態、 33b・・・第2の安定状態、 34a・・・上向き双極子モーメント、34b・・・下
向き双極子モーメント。 101、110・・・基板、102.111・・・電極
群、103、112・・・絶縁膜、104・・・スペー
サ部材。 105・・・液晶層、IOJ 10?・・・側壁、11
4・・・偏光子1115・・・検光子。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一対の基板間に液晶を挟持して成る液晶素子にお
    いて、前記一対の基板のうち、一方の基板においてスト
    ライプ状に配列した側壁を有する複数の構造部材を有し
    、もう一方の基板においては前記複数の構造部材の延長
    方向とほぼ平行又は垂直な方向に一軸性配向処理が施さ
    れているとともに、下記一般式( I )で示される液晶
    化合物又はそれを含有した液晶組成物のスメクティック
    相を該スメクティック相より高温側の相からの相転移に
    より形成したことを特徴とする液晶素子。 一般式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) (上記一般式中Rは炭素原子数1〜18のアルキル基も
    しくはアルコキシ基であり、mは0又は1であり、m=
    0のときR′は炭素原子数1〜18のアルキル基であり
    、m=1のときR′は炭素原子数1〜18のアルキル基
    もしくはアルコキシ基を示す)
  2. (2)前記側壁を有する複数の構造部材が、一対の基板
    間のストライプ状スペーサ部材として機能し、且つ強誘
    電性液晶に双安定性を付与するに適当な厚さを有する特
    許請求の範囲第1項に記載の液晶素子。
  3. (3)前記側壁を有する複数の構造部材の延長方向と前
    記一軸性配向処理方向のなす角度θが、0°≦θ<15
    °または80°<θ<100°の関係を満たす特許請求
    の範囲第1項に記載の液晶素子。
  4. (4)一般式( I )のR′が光学活性な2−メチルブ
    チル基である特許請求の範囲第1項記載の液晶素子。
  5. (5)一般式( I )のR′が光学活性な2−メチルブ
    トキシ基である特許請求の範囲第1項記載の液晶素子。
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