JPS6162022A - 液晶素子 - Google Patents

液晶素子

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JPS6162022A
JPS6162022A JP18414984A JP18414984A JPS6162022A JP S6162022 A JPS6162022 A JP S6162022A JP 18414984 A JP18414984 A JP 18414984A JP 18414984 A JP18414984 A JP 18414984A JP S6162022 A JPS6162022 A JP S6162022A
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JP
Japan
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liquid crystal
control film
phase
orientation control
film
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JP18414984A
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English (en)
Inventor
Junichiro Kanbe
純一郎 神辺
Shinjiro Okada
伸二郎 岡田
Kazuharu Katagiri
片桐 一春
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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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、表示並び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 PhysicsL
etters”  Vol、18.No、4(1971
,2,15)。
P、127〜128 (7)“Voltage−Dep
endentOptical  Activity  
of  a TwistedNemat ie Liq
uid Crystal”に記載されている様なTN 
(Twi s t e d Nemat E c)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S i02や一方
にラビング処理した有機樹脂、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方式を用いた表示パネルは、TN方式自体に高
速応答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上で、例えば薄膜トランジ
スタ(T P T)をアレイ状に配置したアクティブマ
トリクス基板を必要としている。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
、製造工程数が多く、高い製造コストがネックとなって
いる」−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)を広い面積に
亘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、Lagerwallの米
国特許第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イツク相でそ
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。本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
インのスメクテイッ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
インのスメクテイッ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本)、■相(SmI*)、F相(SmF*
)  や G相(3m6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
板が前記#横オルガノシラン化合物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は該基板上に設け
られた透明導電膜より成る電極、3は配向制御膜、4は
シール部材、5はスペーサ部材、6はスメクテイツク液
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、ホ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、C
VD、などの公知の手段により酸化スズ、酸化インジウ
ムやITO(Indium  Tin  0xide)
等の透明導電膜2が設けられる。
成分とする組成物より成る配向制御II! 3が形成さ
れる。
ク オルガlシラン化合物としては、−11Q式RnS i
 X 4− nで表わきれるものが好ましい。一般式中
のnは1,2.3であり、Xは例えば塩素原子、臭素原
子などのハロゲン原子、メI・キシ、工l・キシ、プロ
ポキシ、ブトキシなどのアルコキシ基又はアセトキシな
どのアシロキシ基、その他の加水分解性官能基である。
式中、Rはメチル、エチル、プロピル、ブチルなどの飽
和の、又はビニル、アルケニルなどの不飽和の脂肪族炭
化水素基、又はフェニル、ナフチルなどの芳香族炭化水
素基で、これらの炭化水素基にはビニル、アルケニルな
どの不飽和基、ヒドロキシ基、カルボニル基、ハロゲン
原子、アミン基、その他の官能性有機基で置換されても
よい。
旦体的な化合物例を下記に列挙する。
化合物例 (1) CH2−CHCH20(CH2) 3Si (
OCH3) 3(2) CH2= C−Co (CH2
) 3si (OCH3) 3CH30 (3) H2N (CH2) 2NH(OH2) 3s
i (OCH3) 3(4) CH3−NH(CH2)
 3si (OCH3) 3(5) CH2= CH3
1C文3 (6) CH2= CH3i (OC2H5) 3(7
) CH2= CH31(OC2H40CH3)3(8
) H2N (CH2) 2NH(CH2) 3Si 
(OCH3) 3■ CH3 (9)0文(CH2) 3Si (OCH3) 3(1
0) H3(CH2) 3Si (OCH3) 3(I
I) H2N (CH2) aSi (OC2H5) 
32〜′ オルガノシランを含有する塗布液を用いて配向制御膜3
を形成する際、その塗布液中のオルガノシランの濃度が
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」二の抵抗値の増大が生ずるため1〜5wt%
が好ましい。
オルカッシラン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、イソプロピ
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ど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
布し、60°〜l 50 ’C!で乾燥し膜とする。
膜形成後、綿布等で20〜200 g / c m’、
好ましくは100 g / c m’付近の静圧下でラ
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川、
好ましくは500人〜2,000人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浸漬法や吹
き伺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I・エツチングに
より得られる。
本発明で用いるスメクテイツク液晶としては、強誘電性
を示すものが好ましく、例えばSmC*、SmH木、S
mF*、SmF* やSmG’なとのカイラルスメクテ
イツ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F記に示す。
/′ (1)                      
      CH3一メチルブチルシンナメート(DO
BAMBC)■ 一クロルプロピルシンナメート(HOBACPC)−メ
チルブチル−α−シアノシンナメー) (DOBAMB
CC)−メチルブチル−α−メチルシンナメートCH3
0 ■ −COOCH2CHC2H5 ネ 4.4′−アゾキシシンナミックアシッド−ビス(2−
メチルブチル)エステル (MBRA  8) これらの液晶は、単独又は2種以]:、を混合してもよ
く、あるいは他のスメクテイック液晶やコレステリック
(カイラルネマチック)液晶とJJ1合してもよい。
第2図は、強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、I n
203.3n02あるいはITO(Indium  T
in  0xide) vv)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12がガラス面に垂直になるよう配向したSmC*。
木        木        本SmH、Sm
F  、SmI  SmG*などの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か
液晶分子を表わしており、この治病分子13はその分子
に直交した方向に双極子モーメント(P上)14を有し
ている。基板11と11’J−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13のらせん構造がほ
どけ、双極子モーメント(P土)14がすべて電界方向
に向くよう、液晶分子13は配向方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−に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10゜以下)することがで
きる。このように液晶層が薄くなることにしたがい、第
3図に示すように電界を印加していない状!ハ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
の双極子モーメンl−PまたはP′は十向き(24)又
は下向き(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具−1,の極性
の異る電界E又はE′を電圧印加手段21と21’によ
り付!j−すると、双極子モーメントは、電界E又はE
′の電界ベクトルに対応してL向き24又は下向き24
′と向きを変え、それに応して液晶分子は、第1の安定
状態23かあるいは第2の安定状態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
、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向きの
電界E′を印加すると、液晶分子は第2の安定状態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、与える電界E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有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*        
木 べたように、SmC、SmH、SmF木。
木        木 SmI  、SmG   などのカイラルスメクティッ
ク相を有する層が基板面に対して垂直に配列しH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目的である。
第4図(A)、CB)は本発明の液晶素子の一実施例を
示している。第4図(A)は、本発明の液晶素子の平面
図で、第4図(B)はそのA−A’断面図である。
第415Jで示すセル構造体lOOは、一対のガラス板
やプラスチック板基板101と101’(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、この一対の基板をシーリングするた
めに接着剤106で接着したセル構造を有しており、さ
らに基板101の上には複数の透明電極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
ンで形成されている。
基板101’のト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、それぞれ前述のオ
ルガノシラン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、SmI木、SmF木。
* SmI  、SmG’などのカイラルスメクテイ本 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」−にSiO,5i0
2.A文203.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−1・、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に、所定の位置にスペーサ部材20
3が配置される様にエツチングすることによってイ11
ることができる。
この様なセル構造体100は、基板101と101’の
両側にはクロスニコル状1床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1 100 gm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°C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。
H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)
3 1gエタノール                
      100m文次に、100g/cni’の押
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11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.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I・(DOBAMBC)100
重量部に対して、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、上記で作製して
セル内に減圧下で注入口から注入し、その注入1」を封
目した。このセルを徐冷によって降温させ、温度を約7
0°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鏡観察したところ、モノドメイン
のJlらせん構造のSmC*が形成Sせている事が確認
できた。
実施例2〜5 実施例1で用いたオルガノシラン化合物に代えて、 C
H3NH(CH2) 3si (OCH3)3 (実施
例2)、0文(CH2) 3si  (OCH3)3 
(実施例3)、H3(CH2)3Si(OCH3)3 
(実施例4)、H2N (CH2) 3si (OC2
H5)3(実施例5)を用いたほかは、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
mC*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。 l ; 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オルガノシラ
    ン化合物 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)前期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。
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