JPS61252532A - 強誘電性スメクチック液晶電気光学装置の製造方法 - 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、強誘電性スメクチック液晶を用いた電気光学
装置に関するものである。

［従来の技術Ｊ ネマチック液晶を用いた表示装置は、消費電力が少ない
こと、駆動電圧が小さいこと、薄く小型にできることな
どの利点をもち、電卓、時計その能様々な用途に多く用
いられている。しかし、キの電気光学的応答は遅く、高
速応答を必要とする分野１例えば光通信、プリンターヘ
ッド等の光シヤツター装置への応用は制限されてきた。

最近、強誘電性液晶を用いた。電気光学装置の報告がな
された。（例えば、Ｎ、　Ａ、　Ｃ１ａｒｋ。

Ｓ、　丁、　　Ｌａｇｅｒｗａｌｌ、　　Ａｐｐｌ、　
　Ｐｈ１ｓ、　　Ｌｅｔｔ、　　３Ｂ、ｐ。

［９，（１９８０））これは、液晶がカイラルスメクチ
ックＣ相及びＨ相において、強誘電性を示すことを利用
したものである。これらの相において、液晶分子は層構
造をなし、その分子長軸方向は１層垂直方向に対しある
一定角度だけ傾いている。この分子に垂直で、かつ層平
面に含まれる方向に自発分極をもち、外部から印加され
た電界の方向に対し、自発分極の方向をそろえようとす
ることで１分子の向きが変わり、光学的な変化がおきる
。その電気光学的応答は、従来の液晶装置の応答に比較
して、ｌＯ〜ｔｏｏｏ倍速いものであり、高速光シャッ
ター装置への応用が可能である。また、電界に対して、
双安定性をもたせるこａ可能であることから、大型の表
示装置への応用が可能である。

しかしながら、これらの装置を作るには、液晶が均一に
配向したセルを作成する必要があるが、スメクチック液
晶は配向制御がネマチック液晶に比べ難しく、実用化を
はばむ原因の一つになっている。従来１強誘電性液晶を
配向させる手段としては、次のような方法がある。

（１）１強力な磁場を印加しつつ１等方相より冷却する
。

（２）、セルを構成する２枚の基板を、ずらす方向に微
小に振動させる。

（３）、配向制御膜を形成し、単結晶成長と同様に等方
相より除冷する。

（１）の方法は１強力な磁場を発生させるのに大きな装
置が必要であり、また１０ＩＬｍ以下のセル厚において
は配向制御が難しい、（２）についても振動を与えるた
めの装置を必要とし、またセルのシール方法など、解決
すべき問題点が多く残っている。（３）の方法に関して
は、最も実用的な方法ではあるが、藩偏の温度コントロ
ールを厳密に行わなければならず、セルを一定温度に保
つ装置が必要であり、また除冷に時間がかかるという欠
点がある。

こうした問題に関して、本発明者等は、配向制御処理を
ほどこした２枚の電極付基板間にカイラルスメチックＣ
相を有する強誘電性液晶層を保持した液晶電気光学装置
において、該液晶層はカイラルスメクチックＣ相より高
い温度においてコレステリック相を持ち、かつ、コレス
テリック相におけるらせんピッチの長さを基板間の距離
の４倍以上にする方法が有効であることを見出したが（
特願昭５９−２７４０７３号）、用途によっては必ずし
も充分ではないことが問題であった。それは、「ジグφ
ザグ壁」と称される線状の配向欠陥であり、プリンター
ヘッド用光シヤツター等の微細な電極パターンを必要と
する用途においては、ジグ・ザブ壁が僅かでも存在する
と、コントラストの不均一等の問題を生ずる。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明では、従来の方法では解決されなかった線状配向
欠陥の除去を可能とした強誘電性スメクチック液晶電気
光学装置を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題を解決すべくなされたものであり
１強誘電性を示すスメクチック相よりも高温域において
、コレステリック相を示す液晶層と、所望の形状の透明
電極が形成された。該液晶層を挟持する一対の基板およ
び該透明電極に電圧を印加する手段と該一対の基板の液
晶に接する表面は、液晶分子が基板表面に対してほぼ平
行で、かつ同一方向であり、かつ液晶層の中央部に対し
液晶分子の配向が対称になる如く壁方位づけられ、かつ
該液晶のコレステリック相におけるラセンピッチが、基
板間隙の４倍以上の長さであることを特徴とする強誘電
性スメクチック液晶電気光学装置を提供するものである
。

第１図は、本発明の基本的な液晶電気光学、装置の断面
図である。２枚の透ＦＦｉ基板（ｌａ）、　（Ｉｂ）の
表面に、それぞれ透明な導電膜（２ａ）、（２ｂ）と配
向制御膜（３ａ）、（３ｂ）を形成する。導電膜（２ａ
）、（２ｂ）は、基板間に保持された液晶層（４）に電
界を印加するための電極であり、電気光学的応答を生じ
させる目的で設けられているもので、　Ｉｎ２Ｏ３か、
５ｎ０２等からなり、所定のパターンが形成されている
。

配向制御ＷＮ（３ａ）、（３ｂ）は、液晶ヲホホ水平ニ
配向させるものであり、代表的なものとしては、有機高
分子膜を形成し、布で一定方向にラビングする方法、あ
るいは５ｉ０２の斜め蒸着法等ネマチック液晶の配向制
御法が用いられる。またこの際、両基板を共に同一方法
に壁方位付けることによって前述の線状欠陥が解消され
ることを本発明者らは見出したものである。第２図は、
本発明に基く配向の模式図（ａ）と比較例（ｂ）を示す
。

第２図において、二重線の矢印（８）は、配向ｒｆｌＪ
−，Ｍｊ方向即ち、・ラビング方向を示しており、（８
）は液晶分子の状態を示している。

蒸着の場合はラビング方向と逆方向から行なえばよい０
本発明では第２図の（ａ）のような構造をとるものであ
り、一般のツイストネマチック型液晶セルのとる配向と
同様である（ｂ）の構造では効果を生じない、。

配向膜としては、前述のように有機高分子膜とラビング
を併用する場合と、無機化合物の斜方蒸着とがあるが、
ポリイミド、ポリアミド等の有機高分子膜とラビングの
組合せが、配向の安定性あるいは大型セルへの応用等を
考慮すると好ましい。

このような配向処理を行ったのち、該基板が平行、かつ
一定の間隔で保持されるように、スペーサー、例えば、
有機ビーズ、アルミナ粒子をはさみ、シール剤（５）で
周囲を固定し、セルとする。この際、２枚の基板の配向
制御方向は、お互いに平行になるようにする。

その後１強誘電性液晶組成物をコレステリック相、あ支
匹血等方相まで加熱し、セルに注入した後、封止する。

セルの外側に２枚の偏光板（８ａ）、（６ｂ）をその偏
光板がお互いに直交し、かつ基板の配向制御方向と一定
角度をなすように配置する。この角度は、液晶材料、装
置の動作温度、駆動方法等によって変わり最もコントラ
スト特性等のよい角度を選べばよく、また場合によって
は２枚の偏光板の偏光軸を直交から僅かにずらして配置
する場合もある。

基板（１ｂ）側に光源（７）を置き、反対側へ光が透過
するようにする。なお、反射型で用いる場合には、偏光
板（６ｂ）の外側に反射板を設ければよい。

本発明の強誘電性スメクチック液晶としては、カイラル
スメクチックＣ相（以下ＳｍＣｔ相と略す）を始めとし
ていくつかの種類が知られているが、配向制御の容易さ
、あるいは応答の速さ等からＳｍ１ｊが好ましい、また
５ｍ０本より高い温度にコレステリック相（以下ｃｈ相
と略す）を示し、かつｃｈ相におけるらせんピッチが基
板間隙の４倍以上であるしＬ丞ｉましい、またａｈ相と
Ｓ＋ｓＣ富相の間にスメクチックＡ相（以下ＳｓＡ相と
略す）をもつことが、配向の均一性の点で望ましい、こ
のような液晶としては、光学活性物質、スメクチック液
晶化合物、ネマチック液晶化合物を適当な割合で混合す
ることで得られ、必要に応じて非液晶添加物を加える場
合もある。特に、Ｃｂ相におけるピッチを長くするには
、左らせんを生じさせる光学活性物質と、右らせんを生
じさせる光学活性物質を、らせんを生じさせる力の大き
さに応じて混合するのが有効である。

通常、ｃｈ相におけるらせんピッチの長さは温度ととも
に変化する。均一な配向を得るには。

コレステリック−スメクチック相転移点の直上でｐ＞４
ｄの条件を満たすことが必要である。

しかし、この条件を満たす温度範囲が転移点のごく近傍
に限られる場合は、温度降下速度が速い場合においては
、らせん構造がほどけずにスメクチック相へ転移してし
まう、この場合には均−な配向が得られないので、−薗
ん構造がほどけるまでｐ＞４ｄを満たす温度に保持する
か、温度降下速度を遅くする必要がある。この理由から
らせんピッチｐが基板間距離ｄの４倍以上になる温度範
囲は、コレステリック−スメクチック相転移点より５℃
以上の範囲にわたることが好ましく、ざらにｃｈ相全全
温度範囲わたることがより好ましい。

また、液晶の結晶化、あるいは高電圧印加により配向不
良が生じた時のために、液晶層の温度を上昇させる手段
を備えることが好ましい。

この手段としては、外部に温度上昇のためのヒーターを
備えてもよいが、セル内部又は外部の電極に電流を流し
、直接加熱すればより簡単な装置となる。

本発明では、前述の線状配向欠陥を完全に除去するため
に、交流電圧を印加することがより好ましく、そのため
に、電圧印加手段に、電気光学素子の動作のためのみな
らず、配向を制御するための機能を持つことが好ましい
。

［作用］ 本発明におい−て、ＳｍＣ寡相での配向状態はＣｈ相で
の配向に依存する。Ｃｈ相においてラセン構造を形成せ
ず１層内が一様に配向するためには。

セル間隔の４倍以上のラセンピッチを持つ液晶が必要に
なる。一方この条件を満たさねばラセン構造を形成し、
Ｓ麿Ｃ本相に降温した際に層の方向、あるいは液晶分子
の方向が一様でなくなる。またラビングの方向に好まし
い組合せが存在する理由は未だ明確ではないが、ラビン
グ方向に依存して液晶分子が僅かに傾斜して配向するこ
とは周知の事実であり、両基板共に同一方向にラビング
した場合、第２図に示すように。

液晶層が水平に近い構造を取りうるためと考えている。

［実施例］ 実施例１ バターニングされた透明電極を設けたガラス基板表面を
ガーゼで一定方向にラビングし、ラビングの方向が同一
になるようにガラス基板を０せて、セル間隙が１．５μ
ｍのセルを構成した０次いで９３℃で９７μｍのラセン
ピッチを持つ第１表に記載した混合液晶（Ｉ）を約１０
０℃に加熱して注入した０次いでセルをＳ層１ｊ相５０
℃に冷却したところ、配向は良好であり、線状の配向欠
陥は５〜ｌＯ本／ｃｍ２であった。さらに±５Ｖの電圧
を印加したところ、残存する線状配向欠陥が消滅した。

第１表 液晶材料　　　　　ｌｆＪ（ｗｔ＄） 転移温度 ４７．５℃　６６．８℃　８５．８　”０　９４．７℃
結晶−６ｌＣ・□Ｓ■Ａ　−Ｃｈ　　□　等吉相しＨ３ 比較例１ 実施例１と同様の条件で、ラビング方向が１８０°異な
るセルを構成し、混合液晶（Ｉ）の配向状態を比較した
。線状の配向欠陥は、１０〜２０本／Ｃ脂２であり、実
施例の２倍であると共に、±５ｖの電圧印加によっては
消滅することが無く、欠陥が安定に存在することがわか
った。

実施例２ 一対の基板表面にポリイミド被膜（日立化成社ＰＩＸ−
５４００）を形成し、３００　’０テ３０分焼成した後
にガーゼで一定方向にラビングし、ラビング方向が一致
するよう重ね合せ、０〜８０μｍのクサビ状に厚みが連
続的に変化するクサビセルを構成した０次いで１００℃
に熱した状態で、３３℃にて９７μｍのラセンピッチを
持つ混合液晶（Ｉ）を注入し配向状態を観察した。

クサビセル内において、配向の均一性は間隙の影響を受
け、間隙の薄い領域では均一であり、一方厚い匍城では
著しく不均一であった。

またその境界は２４μｍにあり、ピッチの１／４に相当
することがわかった。

［発明の効果］ 本発明は、従来のネマチック液晶に用いられた配向制御
技術が条件を限定してそのまま応用できることが最大の
利点であり、特に有機高分子膜とラビングを組合せた場
合にはラビング方向を限定すればネマチックと全く同一
の工程で素子を作成できる。

また、線状配向欠陥が解消される結果、微細な電極形状
に対応することが可能である。実用的にはコントラスト
の一様性が良くなること。

あるいはプリンターヘッド用光シヤツター等の微細形状
の電極を用いる場合には、シャッターの各電極部に一ケ
所でも線状配向欠陥が存在すれば、欠陥による配向異常
領域の方が電極形状を上まわり、正常に機能しなくなる
といった問題が生ずるが、本発明によりこの問題が解消
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成を示す断面図。 第２図は本発明による配向状ｓト珀較例と共に模式的に
示す図である。 ｌａ、　ｌｂ：基板 ２ａ、２ｂ：導電膜 ３ａ、３ｂ：配向制御膜 ４　　：液　晶 ５　　：シール剤 ８ａ、６ｂ＝偏光板 ７　　：光源 ８　　：液晶分子 ・９　　：配向制御方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性を示すスメクチック相よりも高温域にお
   いて、コレステリック相を示す液晶層と、所望の形状の
   透明電極が形成された、該液晶層を挟持する一対の基板
   および該透明電極に電圧を印加する手段と該一対の基板
   の液晶に接する表面は、液晶分子が基板表面に対してほ
   ぼ平行で、かつ同一方向であり、かつ液晶層の中央部に
   対し液晶分子の配向が対称になる如く壁方位づけられ、
   かつ該液晶のコレステリック相におけるラセンピッチが
   、基板間隙の４倍以上の長さであることを特徴とする強
   誘電性スメクチック液晶電気光学装 置。
2. （２）強誘電性を示す液晶がカイラルスメクチックＣ液
   晶である特許請求の範囲第１項記載の強誘電性スメクチ
   ック液晶電気光学装置。
3. （３）該基板表面が有機高分子膜で被覆され、かつ一対
   の基板が共に同一方向に布でラビングされた特許請求の
   範囲第１項記載の強誘電性スメクチック液晶電気光学装
   置。
4. （４）前記電圧を印加する手段は、電気光学装置として
   のスイッチング機能を与えるための電圧と共に、配向を
   制御するための交流電圧を印加する機能を持つ特許請求
   の範囲第１項記載の強誘電性スメクチック液晶電気光学
   装 置。