JPS6162019A - 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】 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シャッタ等で用いる
液晶素子、特にプラスチック基板を用いた液晶素子に関
し、更に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、表示並ひに駆動特性を改善した液晶素子に関
するものである。

これまでの液晶素子は、主にＭ、５ｃｈａｄｔとＷ、Ｈ
ｅ１ｔｒｉｃｈ　著　“Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓＬｅｔｔｅｒｓ”　　Ｖｏｌ、１８．Ｎｏ、４（１９
７１，２，１５）。

Ｐ、１２７〜１２Ｂの°’Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｄｅｐｅｎ
ｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌ　　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　　ｏｆ
　　ａ　ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｅ　Ｌｉｑｕｉｄ
　Ｃｒｙｓｔａｌ”に記載されている様なＴＮ（Ｔｗｉ
ｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）方式が採用されており、こ
のＴＮ方式の配向制御を効率的に保障する方法としてネ
マチック液晶の接する基板界面を斜方蒸着によって形成
したＳｉＯ又は５ｉ０２や一方にラビング処理した右機
構脂、例えばポリイミド、ポリアミドで形成する方法が
知られている。

このＴＮブ」式を用いた表示パネルは、ＴＮ方式自体に
高速絶、容性とメモリー効果を持っていないため、高密
度画素の表示パネルを設計する１−で、例えばｔし膜Ｉ
・ランジスタ（ＴＰＴ）　を７レイ状に配置したアクテ
ィブマトリクス２（＆全必要としている。しかし、この
様なＴＮ液晶を用いたアクティブマトリクス駆動方式の
表示パネルでは、使用するＴＰＴが複雑な構造を有して
いるため、製造］−程数が多く、高い製造コストがネッ
クとなっているにに、ＴＰＴを構成している薄膜半導体
（例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン）を広
い面精に１王って被膜形成することが難しいなどの問題
点がある。

これらの問題点を解決するものとして、Ｎ、Ａ、Ｃ１ａ
ｒｋ　　　　と　　　Ｓ　　、Ｔ、　　Ｌａｇｅ　　ｒ
ｗａ　　ｌ　　ｌの米国特誇第４３６７９２４号明細書
で提案されている強誘電性液晶素子が知られている。

しかし、強、誘電性液晶はカイラルスメクティツク相で
その挙動を現わすが、一般にスメクテイツク相の液晶は
ネマチック相の液晶に較べ配向制御性や配向安定性が悪
い欠点がある。木発明者らの実験では、従来のＴＮ方式
て知られている様な配向制御法をスメクテイツク相の形
成に単に転用するだけでは、全面に亘って均一なモノド
メインのスメクテイツク相を形成できないが、下達する
特定の配向制御膜を用いることによって、均一なモノド
メインのスメクテイツク相を形成できることが判明した
。

従って、本発明の目的は、全面に亘って均一なモノドメ
インのスメクテイツク相、特に強誘電性を示すカイラル
スメクテイツクＣ相（ＳｍＣ＊）　。

Ｈ相（ＳｍＨ＊）、Ｉ相（ＳｍＩ＊）、Ｆ相（ＳｍＦ＊
）　や　Ｇ相（５ｍ６本）を示す液晶を形成する配向制
御膜を提供することにある。

又、本発明の別の目的は、プラスチック基板を用いたス
メクテイツク液晶素子に適した配向制御膜を提供するこ
とにある。

本発明のかかる目的は、電極を設けた一対の基板の間に
スメクテイック液晶を封入したセル；化合物を伯機−樹
」卜１奔佑寸を上誠壜から形成した配向制御膜を有する
液晶素子によって達成される。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による液晶素子の一実施態様を示すもの
で、図中、ｌはプラスチック基板、２は該ノ１（板にに
設けられた透明導電膜より成る７Ｌ極、３は配向制御膜
、４はシール部材、５はスペーサ部材、６はスメクティ
ック液晶物質を示す。プラスチック基板１としては、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンチレフタレ−
１・、ポリエーテルスルフォン、ポリカーボネート、三
酢酸セルローズ、ポリオールやポリエーテルサルホンな
どのプラスチックが使用され、これらに蒸着、低温スパ
ッタ、ＣＶＤ、などの公知の手段により酸化スズ、酸化
インジウきやＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔｉｎ　　Ｏｘ
ｉｄｅ）等の透明導電膜２が設けられる。

本発明では上記透明電極３を形成したプラスチック基板
１上に有機ジルコニウム化合物を主成分とする組成物よ
り成る配向制御膜３が形成される。

有機ジルコニウム化合物としては、 Ｚｒ（ｉ−ＯＣ３Ｈ７）４．Ｚｒ（ＯＣ４Ｈ９）４．Ｚ
ｒ（ＯＣ５Ｈ１１）４Ｚ　ｒ　（ＯＣ８Ｈ１７）　４　
、　Ｚ　ｒ　（ＯＣ９Ｈ１９）　４などの様な一罷゛式
Ｚｒ（ＯＲ）４　（但し、ＯＲはアルコキシ基）で表わ
されるアルコキシタイプのものや、Ｚｒ　（ＣＨ３ＣＯ
ＣＨＣＯＣＨ３）４の様なキレートタイプのものが挙げ
られ、スメクテイツク液晶６に対する配向性能あるいは
成■り性や取扱いの点から後者のキレートタイプのもの
が好ましい。

有機ジルコニウムを含有する塗布液を用いて配向制御膜
３を形成する際、その塗布液中の有機ジルコニウムの濃
度が低すぎては配向性能が充分得られず、又高すぎた場
合では成膜のうねり、屈折率から来る反射光の干渉色及
び透明導電膜」−の抵抗値の増大が生ずるため１〜５ｗ
ｔ％が々ｆましい。

有機ジルコニウム化合物を溶かす溶媒としてはその溶解
性の他に溶液状態での安定貯蔵性や配向膜形成時の揮散
性、膜中への残留性、基板への影響、などを考慮しなけ
ればならない。これらの例については後の実施例で詳細
に示すが、一般的にメタノール、エタノール、インプロ
ピルアルコール、ブタノールなどのアルコール系溶剤、
アセトン、メチルエチルケトンなとのケトン系溶剤を用
いることができる。

上記条件を満たした配向膜形成成分含有溶液を基板に塗
／１１シ、６０°〜１５０°Ｃで乾燥し膜とする。

ＩＩＱ形成後、綿布等テ２０−２００　ｇ　／　ｃ　ｍ
’、好ましくはｌ　ＯＯｇ　／　ｃ　ｍ’伺近の静圧下
でラビングすることで配向制御膜とし、基板間に液晶物
質を充填することにより液晶表示パネルが得られる。

この配向制御膜３の一般的な膜厚は、１００人〜１＃、
ｌｉ’ｌ’ましくは５００人−２０００久とすることが
できる。

本発明の液晶表示パネルの配向制御膜成形は侵漬法や吹
き付は法などで行なうことが容易で、真空工程やパター
ニング（現象エツチング、ハクリ）工程や印刷工程を要
しないため連続量産に適しており、また膜形成に高温を
要せず安定な配向制御膜が得られることから、基板にプ
ラスチックフィルムを用いた液晶表示パネルも容易に作
ることができる様になった。

又、スペーサ部材５は、感光性樹脂、例えば感光性ポリ
イミドの被膜を形成した後、所定のホトエツチングによ
り得られる。

本発明で用いるスメクティック液晶としては、強誘電性
を示すものが好ましく、例えばＳｍＣ＊　、ＳｍＨ木、
ＳｍＦ木、ＳｍＦ＊　やＳｍＧ＊などのカイラルスメク
ティック相を有する液晶組成物を用いることができる。

本発明の液晶素子に用いるカイラルスメクテイツク相を
示す液晶を下記に示す。

（１）ｃＨ３ 一メチルブチルシンナメー１・（ＤＯＢＡＭＢＣ）−ク
ロルプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）７０℃　
ｓｍＨ＊　　７５℃ ＼　　　　　　　〆 ２７’Ｃ＊　　　３８°Ｃ ｍＣ （７）　　ＣＨ３ ＣＨ３０ −ＣＯＯＣＨ２ＣＨＣ２Ｈ５ 本 Ｈ これらの液晶は、単独又は２種以上を１２合してもよく
、あるいは他のスメクテイツク液晶やコレステリック（
カイラルネマチック）液晶と混合してもよい。

第２図は、強１誘電性液晶の動作説明の為に、セルの例
を模式的に描いたものである。１１と、１１’は、Ｉｎ
２Ｏ３，５ｎ０２あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔ
ｉｎ　　０ｘｉｄｅ）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１
２がガラス面に帆直になるよう配向したＳ　ｍ　Ｃ＊。

ＳｍＨ、ＳｍＦ　　、ＳｍＩ　　ＳｍＧ＊などの木　　
　　　　　　木　　　　　　　　本カイラルスメクティ
ック相の液晶が封入されている。太線で示した線１３が
液晶分子を表わしており、この液晶分子■３はその分子
に直交した方向に双極子モーメン）（Ｐ土）１４を有し
ている。ノ１（板１１と１１’　ｌ〕の電極間に一定の
閾（＋Ｃｉ以１−の電圧を印加すると、液晶分子１３の
らせん構造がほどけ、双極子モーメン）　（Ｐ工）１４
がすべて電界方向に向くよう、液晶分子１３は配向力向
を変えることができる。液晶分子１３は、細長い形状を
有しており、その長袖方向と１１ｊ軸力向で屈折率異方
性を示し、従って例えばカラス而のにＦに力、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１０μ以ド）することがで
きる。このように液晶層が７：しくなることにしたがい
、：５３図にｊｆ＜すように電界を印加していない状１
１；でも液晶分子のらせん構造がほどけ、非らせん構造
となり、その双極ｆ・モーメントＰまたはＰ′は上向き
（２４）又はド向き（２４’）のどちらかの状態をとる
。このようなセルに、第３図に示す如く一定の閾値以１
−の極性の異る電界Ｅ又はＥ′を電圧印加手段２１と２
１’により伺り°、すると、双極子モーメントは、電界
Ｅ又はＥ′の゛市界ベクトルに対応してｉ向き２４又は
下向き２４′と向きを変え、それにＩ直、して液晶分子
は、第１の安′）ｊｌ状７八’、　２３かあるいは第２
の安定状ｐｉ＋２３’の何れか一方に配向する。

このような強誘電性を液晶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は、応答速度が極めて速いことであり、第２は
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Ｅを
印加すると液晶分子は第１の安定状態２３に配向するが
、この状ｙｔ、は電界を切っても安定である。又、逆向
きの′１に界Ｅ′を印加すると、液晶分子は第２の安定
状！ハ、２３′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っている。

又、′ｊ−える電界Ｅが一定のＦＡＩ伯を越えない限り
、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有する液晶で素子を形成するに当た
ってＩＩＹも問題となるのは、先にもし１（＊　　　　
　　　＊ べたように、ＳｍＣ、ＳｍＨ、ＳｍＦ才。

ネ ＳｍＩ　　、ＳｍＣ木　などのカイラルスメクティンク
相をイＩする層力見１板面に勾１．て＋ｌｊ　１１′ｌ
に配りＩＩ　Ｌ　ＩＩっ液晶分子が）１Ｖ板面に略・１
・行に配向した、千ノドメイン慴の高いセルを形成する
ことか困難なことであり、この点に解決をりえることが
本発明の１′費な目的である。

第４図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の液品素ｒの一実施例を
示している。第４図（Ａ）は、本発明の液晶素子の・１
〆面図で、第４図（Ｂ）はそのＡ−ｘ断面図である。

第４図で示すセル構造体１００は、一対のカラス板やプ
ラスチック基板１０１とｌ　Ｏ１’（片側のみをプラス
チック基板としてもよい）をスペーサ１０４で所定の間
隔に保持され、この−・対の基板をシーリングするため
に接！、剤１０６で接箔したセル構造をイ１しており、
さらに基板１０１のにには枚数の透明電極１０２からな
る電極Ｒ１（例えば、マＩ・リフスミ極構造のうちの走
査電圧印加用電極群）が例えば帯状パターンなどの所定
パターンで形成されでいる。

基板１０１’の上には前述の透明電極１０２と交差させ
た複数の透明電極１０２′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。

この基板１０１と１０１′の上には、それぞれル 前述の有機ジ侠コニウム化合物から形成した配向制御膜
１０５が設けられている。

第４図に示すセル構造体１００の中の液晶層＊　　　　
＊ １０３は、ＳｍＣ、ＳｍＨ、ＳｍＦ木。

＊ ＳｍＩ　　、ＳｍＣ木などのカイラルスメクティツク相
とすることができる。

第５図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表わしてい
る。第５図で示す液晶素子は、一対のプラスチック基板
１０１と１０１’の間に複数のスペーサ部材２０１が配
置されている。

このスペーサ部材２０１は、例えば配向制御膜１０５が
設けられていない基板１０１’の上にＳｉＯ，５ｉ０２
　、ＡＪ１２０３．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、ポリパラキラリ１／ン、ポリエ
ステル、ポリカーボネート、ポリビニルアセクール、ポ
リ■１化ビニル、ポリ耐酸ビニル、ポリアミド、ポリス
チレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリャ構脂、
アクリル樹脂やフォトレジメト した後に、所定の位置にスペーサ部材２０３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。

この様なセル構造体１００は、ノ，（板ｌｏｔと１０１
′の両側にはクロスニコル状１ハ′；又はパラレルニコ
ル状態とした偏光子１０７と１０８がそれぞれ配置され
て、電極１０２と１０２′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。

、／ー 以下に本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発
明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定され
るものではない。

実施例１ ｌ１００ｐＬのポリエチレンテレフタレートフィルムに
酸化インジウムを主成分とする透明導電膜を低温スパッ
タ装置でフィルム表面温度を１２０℃以下に抑えて形成
したプラスチック基板に、以下の組成の溶液を塗布し、
１２０　′０３０分乾燥して薄膜を形成した。

ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）４１ｇエタノール　
　　　　　　　　　１００ｍ立次に、１００　ｇ　／　
ｃ　ｍ’の抑圧下で一方向にラビングし、このラビング
した一対のプラスチック基板を上下のラビング方向が平
行となる様に重ね合せ、注入口となる個所を除いたその
周辺をシーリングした。この時の一対のプラスチック基
板の間隔は、１にであった。

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）　（ＤＯＢＡＭＢＣ）１００
重ｊ）部に対して、コレステリルノナネ−１・を５重量
部加えて液晶組成物を調整した。

この液晶組成物を加熱して等吉相とし、」二記で作製し
てセル内に減圧下で注入口から注入し、その注入口を封
目した。このセルを徐冷番こよって降温させ、温度を約
７０’Ｃ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鎮観察したところ、モノドメイ
ンの非らせん構造のＳ　ｍＣ＊が形成させている事が確
認できた。

実施例２ 実施例１で用いた有機ジルコニウム化合物に代えて、Ｚ
　ｒ　（ｉ　−ＯＣ，３・Ｈ７）　４を用１．％たｉｔ
かは、実施例１と同様の方法で液晶素子を作成したとこ
ろ、非らせん構造のＳ　ｍ　Ｃ”が形成されていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶素子の一実施例を表わす断面図
である。 第２図および第３図は、本発明で用いる液晶セルを表わ
す斜視図である。第４図（Ａ）は本発明の液晶素子を表
わす平面図で、第４図（Ｂ）はそのＡ−Ｎ断面図である
。第５図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表わす断
面図である。 １　；　プラスチック基板 ２　；　透明導電膜の電極 ３　；　配向制御膜 ４　；　シール部材 ５　；　スペーサ部材 ６　；　スメクテイツク液晶 １００　　；　　セル構造体 １０１．１０１’　　；　　基板 １０２．１０２’　　：　　電極 １０３　；　液晶層 １０４．２０１　　、　　スペーサ部材１０５　　、　
　配向制御膜 １０６　；　接着剤（シール部材） １０７．１０８　　；　　偏光子 １０９　；　発熱体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を設けた一対の基板の間にスメクテイツク液
   晶を封入したセル構造を有する液晶素子において、前記
   一対の基板のうち少なくとも一方の基板が有機ジルコニ
   ウム化合物から形成した配向制御膜を有することを特徴
   とする液晶素子。
2. （２）前記スメクテイツク液晶が強誘電性液晶である特
   許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
3. （３）前記強誘電性液晶がカイラルスメクテイツク液晶
   である特許請求の範囲第２項記載の液晶素子。
4. （４）前記カイラルスメクテイツク液晶が非らせん構造
   の相を形成している特許請求の範囲第３項記載の液晶素
   子。
5. （５）前記カイラルスメクテイツク液晶がＣ相、Ｈ相、
   Ｉ相、Ｆ相又はＧ相である特許請求の範囲第３項又は第
   ４項記載の液晶素子。
6. （６）前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板が
   プラスチツク基板である特許請求の範囲第１項記載の液
   晶素子。