JPS62235928A - カイラルスメクチック液晶素子 - 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、液晶表示素子や液晶−光シヤツタアレイ等に
適用する強誘電性液晶素子に関し、１作しくは少なくと
も２つの安定状態をもつ強誘電性液晶素子のチルト角を
増大させることによって、表示コントラストを向上させ
る液晶素子に関する。

［従来の技術］ 従来の液晶素子としては、例えばエム・シャウドＣＭ、
　５ｃｈａｄｊ）とダフリュー・ヘルフリッヒ（Ｗ、　
１ｌｅｌｆｒｉｃｈ）　：Ａ“アプライド・フィジック
ス・レターズ′″　（“八ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　１．ｃｔＬｃｒｓ　”　）第１８巻、第４号（１９
７１年２月１５０発行）、第１２７頁〜１２８頁の“ボ
ルテージ・ティベンタント・オプティカル・アクティビ
ティ−・オフ・アライスチット・ネマチック・リキッド
・クリスタル（”Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
　０ｐＬｉｃａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙｏｆ　　ａ　　Ｔ
ｗｉｓＬｅｄ　　Ｎｅｍａｔｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　
Ｃｒｙｓｔａｌ”　）　に　示されたツィステッド・ネ
マチック（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｉａｔｉｃ）液晶を用い
たものか知られている。このＴＮ液晶は、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かあるため、画讃数か制限
されていた。

また、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素
子を接続し、各画素毎をスイッチングする方式の表示素
子か知られているが、基板上に薄膜トランジスタを形成
する工程か極めて煩雑な」二、大面積の表示；Ｖ子を作
成することか難しい問題点かある。

このような従来型の珍品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かクラーク（Ｃｌ
ａｒｋ）及びラガウオール（Ｌａｇｅ　ｒｗａ　ｌ　ｌ
　）により提案されている（特開昭５［＋−１０７２１
５号公報、米国特許第４．３６７．９２４号明細書等）
。双安定性を有する液晶素子としては、一般に、カイラ
ルスメタティウクＣ相（Ｓａｃ’）又はＨ相（Ｓｉｌｌ
”）を有する強、″Ａ電性液晶か用いられる。この液晶
は電界に対して第一の光学的安定状態と第二の光学的安
定状態からなる双安定状ｍ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１例えば一
方の電界ベクトルに対して第一の光学的安定状態に液晶
か配向し、他方の電界ベクトルに対しては第二の光学的
安定状態に液晶が配向される。又この型の液晶は、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。この様な性質を利用す
ることにより、上述した従来のＴＮ型素子の問題点の多
くに対して、かなり本質的な改りか得られる。

［発明が解決しようとする問題点］ 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、液晶の均一な配向状悪か必ずしも満足に
形成されなかった為に、充分な特性が得られなかったの
か実情である。この為、これまてにラビング処理や斜方
蒸着処理した面の存在下で双安定性を示す強誘電性液晶
を均一な配向状態に配向させようとする方法か提案され
ている。本発明者は、既に上述のラビング処理や斜方蒸
着処理を施した基板を用いることによって、均一な配向
状態をもつ双安定性強誘電性液晶か得られることは判明
していた。

しかしながら、本発明者の実験によれば前述した双安定
状態か必ずしもクラークとラガーウオルによって発表さ
れた前掲の文献等て示された理想的な双安定状態を持た
ないことか判明した。

すなわち、クラークとラガーウオルによれば双安定性を
実現する非らせん構造のカイラルスメタティック相での
チルト角（後述の第３図に示す角度０）からせん構造を
もつカイラルスメタティック相てのチルト角（後述の第
２図に示す五角錐の頂角■）と同一の角度をもつはずで
あるか、実際には非らせん構造てのチルト角０の方か、
らせん構造てのチルト角■より小さくなっている。しか
も、この非らせん構造てのチルト角Ｏからせん構造ての
チルト角■より小さくなる原因か非らせん構造での液晶
分子のねじれ配列に帰因していることか判明した。つま
り、非らせん構造をもつカイラルスメタティック相では
、液晶分子か基板の法線に対して上基板に隣接する液晶
分子の軸から下基板に隣接する液晶分子の軸へ連続的に
ねじれて配列しており、このことか非らせん構造てのチ
ルト角０からせん構造てのチルト角■より小さくなる原
因となっている。

ところで、液晶の複屈折を利用した液晶素子の場合、直
交ニコル下ての透過率は、 て表わされる。前述の非らせん構造におけるチルト０は
第一と第二の配向状態でのねじれ配列した液晶分子の平
均分子軸方向の角度として現われることになる。上式に
よれば、かかるチルトθか２２．５°の角度の時最大の
透過率となるが、双安定性を実現する非らせん構造での
チルト角０は大きくて１０°程度の角度てあり、従って
表示装置としての適用を考慮した時にはその透過率は３
〜５％程度て七分なものとはならない問題がある。

従って、本発明の目的は、前述の問題点を解決すること
、すなわち少なくとも２つの安定状態を実現する非らせ
ん構造のカイラルスメタティック相でのチルト角を増大
し、これによって画素シャッタ開口時の透過率を向上さ
せた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］すなわ
ち、本発明は基板／透明電極層／配向制御層／強誘電性
液晶層／配向制御層／透明電極層／基板の層構造を有す
る強誘電性液晶を利用した液晶素子において、一方の配
向制御層か下記の配向膜Ａ、Ｂのいずれか一方からなる
単層又は両者の二ｍ層から形成され、他方の配向制御層
か配向ｖＡおよびＢからなる二重層から形成されてなる
ことを特徴とする強誘電性液晶素子である。

（Ａ）強誘電性液晶の液晶分子の長軸を基板に対して平
行または略平行に配向させる水平直配向力を有する配向
膜Ａ。

（Ｂ）強誘電性液晶の液晶分子の長軸を基板に対して垂
直または略垂直に配向させる垂直配向力を有する配向１
１２Ｂ。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の強誘電性液晶素子の一実施悪様を示す
断面図である。同第１図において、本発明の強誘電性液
晶素子は一対の平行に配置したガラスまたは樹脂系の上
下の透ＩＪＩ基板１．ｌ’　と、それぞれの基板に配線
したインジウム−ティン−オキサイド（Ｉ　Ｔｏ）から
なる透明電極層２゜２′を備え、該透明電極層２．２′
の上に配向膜３．４および３’、４’からなる二重層に
より形成された配向制御層６．６′を設け、該配向制御
層６．６′の間に強誘電性液晶層５を配ｌしてなるもの
である。配向膜３，３′と４．４′はいずれか一方が配
向膜Ａてあり、他方が配向膜Ｂで任意に選定することが
できる。

本発明において上下の基板に設けられた各々の配向制御
層はいずれも配向膜Ａと配向膜Ｂの二重層から形成され
るか、または一方の配向ｆｔ１Ｊ御層を配向１１ＱＡ或
いはＢのいずれか一つの単層で形成し、他の配向制御層
を二重層で形成した構成とすることができる。

配向膜Ａは強誘電性液晶の液晶分子の長軸を基板に対し
て平行または略平行に配向させる水平配向力を有する材
料から形成され、具体的にはポリアミドイミド、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有機樹脂類または５ｉＯ１
ＳｉＯ□やＴｉＯ２等の無ａ物賀て形成した被膜を用い
ることかできる。

配向ＪＩＢは水モ規制力か弱く、好ましくは強１＋Ａ電
性液晶の液晶分子の長軸を基板に対して垂直または略垂
直に配向させる重置配向力を有する材料から形成され、
具体的にはシラン力・ンプリンク剤Ｔて形成された被膜
を用いることかてきる。

また、配向制御層か単層て構成される場合には比較的弱
い水平配向規制力を有するシランカップリンク剤等で形
成された配向１１！２を用いることか望ましい。

配向膜Ａ、Ｂの厚さは通常２０〜３０００Ａ、好ましく
は５０Ａ〜２０００Ａか望ましい。

次に、本発明において用いられる強誘電性液晶について
説明する。

第２図は、らせん構造を用いた強誘電性液晶セルの例を
模式的に描いたものである。２１ａと２１ｂは、Ｉｎ、
Ｏｉ　、　ＳｎＯ□やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　
０ｘｉｄｅ）等の透明電極がコートされた基板（ガラス
板）てあり、その間に複数の液晶分子層２２かガラス面
に垂直になる様に配向したＳｖＣ”　（カイラルスメク
チックＣ相）の液晶は対人されている。太線て示した線
２３か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□）２
４を有している。この時の三角錐の頂角の１７２をなす
角度かかかるらせん構造のカイラルスメクチック相ての
チルト角■を表わしている。基板２１ａと２Ｔｏ、ｌ−
の電極間に一定の闇値以上の電圧を印加すると、液晶分
子２３のらせん構造かほどけ、双極子モーメント（Ｐｌ
　）　２４はすへて電界方向に向くよう、液晶分子２３
の配向方向を変えることかできる。液晶分子２３は細長
い形状を有しており、その長軸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
ロスニコルの位置関係に配置した偏光子をｌけば、電圧
印加極性によって光学特性か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。更に液晶セルの厚さを充
分に薄くシた場合（例えばｉｐ）には、第３図に示すよ
うに電界を印加していない状態ても液晶分子のらせん構
造はほどけ、非らせん構造となり、その双極子モーメン
トＰａ又はｐｂは上向き（３４ａ）又は下向き（３４ｂ
）のどちらかの状７５をとり、双安定状態か形成される
。このようなセルに第３図に示す如く一定の闇値以にの
極性の異なる電界ＥａまたはＥｂを付ゲすると、双極子
モーメント電界Ｅａ又はＥｂは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
応して液晶分子は第一の安定状７ｇｉ　３３　ａかある
いは第二の安定状１，１：＋：＋ｂの何れか一方に配向
する。この時の第１と第２の安定状７ｆｆｉのなす角度
の１７２かチルト角０に相当している。

このような強請電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は２つある。第１に、応答速度が極めて速いこ
と、第２に液晶分子の配向か双安定性を有することであ
る。第２の点を、例えば第３図によって説明すると、電
界Ｅａを印加すると液晶分子は第一の安定状７ｆ、　３
３　ａに配向するか、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
第二の安定状５ｇ、　］　３　ｂに配向して、その分子
の向きを変えるか、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Ｅａが一定の闇値を越えない限り、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、双安定性か有効に実現されるには、セ
ルとしては出来るたけ薄い方か好ましく、一般的には、
Ｏ，Ｓ　ｕＬ〜２０延、特に１μ〜５牌か適している。

この種の強誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有
する液晶−電気光学装置は、例えばクラークとラガバル
により、米国特許第４３６７９２４号明細害て提案され
ている。

また１本発明では前述した双安定性強誘電性液晶素子の
他に、それ以北の安定状態をもつ強誘電性液晶素子にも
適用することかできる。

本発明の液晶、打子で用いることかできる強誘電性液晶
としては、例えば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（ＤＯ［ｌΔＭ
ＢＣ）　、　　ｐ−へキシロキシベンジリデン−ｐ’−
アミノ−２−クロルプロピルシンナメート（ＩＩＯＢＡ
ｃＰ（：）、　　Ｐ−デシロキシベンジリデン＝ｐ′−
アミノ−２−メチルフチルーα−シアノシンナメート（
ＤＯＩＩ八ＭＲへＣ）、ｐ−テトラデシロキシベンシリ
デンーｐ′−アミノ−２−メチルフチルーα−シアノシ
ンナメート（ＴＤＯ［ｌＡＭＢＣＣ）　、　　Ｐ−才ク
チルオキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−メチルフ
チルーα−クロロシンナメート（００ＢΔＭＢＧ（：）
、ｐ−オクチルオキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２
−メチルブチル−α−メチルシンナメート、４．４′−
アソキシシンナミックアシッドーヒス（２−メチルブチ
ル）エステル、４−ｏ−（２−メチル）フチルレソシリ
デンー４′−オクチルアニリン、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、４−へキシルオキシフェニル−４
−（２’−メチルブチル）ピフェニル−４′−カルボキ
シレート、４−才クチルオキシフェニル−４−（，２″
−メチルブチル）ビフェニル−４′−カルボキシレート
、４−へブチルフェニル−４−（４″−メチルヘキシル
）ビフェニル−４′−カルボキシレート、４−（２″−
メチルブチル）フェニル−４−（４″−メチルヘキシル
）ビフェニル−４′−カルボキシレートなどを挙げるこ
とがてき、これらはｒｌｉ独又は２種以上Ｍ１合せて用
いることかてき、又強誘電性を示す範囲て他のコレステ
リック液晶やスメクチック液晶を含有させることかでき
る。

又、本発明では強誘電性液晶としてカイラルスメクチッ
ク相を用いることかてき、具体的には、カイラルスメク
チックＣ相（Ｓａｃ”）　、　Ｈ相（ＳｍＨ”）　、　
　Ｉ相（Ｓｌ”）を用いることがてきる。

以北説明した様に、本発明においては配向膜を二層にし
て、一層は前述の配向ＭＡ、もう一層は配向１１！２　
Ｂの二層構造とすることにより、基板間に交流電界（５
〜５旧１ｚ、　１〜３００Ｖ）を印加することによって
、より安定て理想的な双安定状態を実現することか可能
となり、前述の液晶分子の基板法線方向のねしれによる
チルト角の減少を防止することかてきる。

ねしれ配列を解消した液晶素子では直交ニコル下て最大
の透過率／遮光率コントラストが得られ、しかもねしれ
配列の双安定状態をもっている液晶素子ては非直交ニコ
ル下て最大のコントラストか得られるか、この時観察方
向によってそのコントラストか相違してしまう視野角依
存性を有しているか、かかるねしれ配列の解消とともに
、上述の視野角依存性をも解消することかてきる。

［実施例］ 以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。

尚、実施例においては強誘電性液晶材料としては以下の
２つの液晶組成物を用いた。

液晶組成物Ａ ＣＳ　１０１１　（チッソ■製） ５１６°　　　７８°　　　９１″ 液晶組成物Ｂ ３３＠　　　　５０”　　　　　６１’　　　　　８０
”Ｃｒｙｓｔ　　　　ＳＩＣ”＝＝　ＳｍＡ＝＝　ｃｈ
　　＝＝Ｉ　ｓ。

／１８・　５０°　　　５９”　　　　７３”ｍＢ 実施例１ 膜厚１００ＯＡのＩＴＯか形成されている厚さ０．７ｍ
ｍのガラス基板上にポリイミド被膜１０００Ａをスピン
ナー塗布により形成した。ポリイミドは日立化成工業■
製のｒＰＩＱ、を用いた。このポリイミドを焼成加熱し
た後、ダイキン工業■社製、配向剤ｒＦＳ１１６」をス
ピンナー塗布後、焼成加熱により５０Ａの膜厚でポリイ
ミド被膜上に形成した。

ｒＰＩＱ、およびｒＦｓ１１６．はそれぞれ配向膜を単
層にして液晶相Ｉ＆、物ＡとＢに対して配向状態を観察
したか、それぞれｒＰＩＱ、は水平配向力、　ｒＦｓ１
１６゜は垂直配向力を持っていることが確認された。

ｒＰＩＱ、の被膜＋０００Ａ上に　ｒＦｓ１１６．　　
の被膜５０Ａの二層配向膜をテレン布によりラビング処
理した。このようにして作製された２枚の基板をラビン
ク軸か平行になるように貼り合せた。この際液晶層厚を
一定に保つために基板上に粒径ｔ、Ｓ＝の球状のスペー
サーを散布した。

この基板間に前述の液晶組成物Ａを封入し、等吉相まて
昇温した後、２°Ｃ／ｈで徐冷して配向処理をした。こ
の液晶セルの基板間に５０　Ｉｔ　ｚ、±３０Ｖの交流
電界を２秒間かけた後、倍率３０倍の直交ニコル状態の
偏光顕微鏡で配向状態を観察すると欠陥のないモノドメ
インが得られ、次のような結果か得られた。

双安定状態のチルト角０，１９゜ コントラスト比（明状１ム・飴状７．！ｉ’ｉ）；ｌ：
１８明状ＩＥの最大透過率　　　　　　　、　　１８％
実施例２ 実施例１において、液晶組成物Ａを液晶組成物Ｂに替え
た他は全く同様に行って液晶素子を得た。この場合にも
均一で欠陥の少ないモノドメインか得られ、５０１（ｚ
、±２０Ｖの交流印加後（２秒間）、直交ニコル下の偏
光顕微鏡観察および透過光強度測定により以下のような
結果を得た。

双安定状態のチルト角θ　　　　　：２１゜コントラス
ト比（明状態：暗状態）　；　ｌ　：　１２明状態の最
大透過率　　　　　　　、　　１８％実施例３ 実施例１において重置配向であるタイキン工業■社製（
７）配向ＮＪ　’ＦＳ１１６」ヲ＋　ッソｖｌＪ”ｌｌ
　ｒ　Ｏ２０−Ｅ　Ｊに替えた他は仝〈同様に行って液
晶素子を得た。

直交ニコルドの偏光ｍ微鏡観察では均一なモノドメイン
がてき、以下のような結果か得られた。

双安定状態のチルト角０；１５゜ コントラスト比（明状態・飴状１ム）；ｌ：［四状ＩＥ
の最大透過率　　　　　　　；１５％［発明の効果］ 本発明の強誘電性液晶素子による配向制御によれば、強
誘電性液晶、特に非らせん構造によってｔすらねる少な
くとも２つの安定状態をもつ強誘電性液晶のモノドメイ
ンを得ることかできる。また強誘電性液晶の非らせん構
造によって発現する少なくとも２つの安定状ｙＢ下、特
に双安定状態下、（すなわち、メモリー状態下）でのチ
ルト角０を増大させコントラスト比の高い値を得ること
かできる優れた効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の強誘電性液晶素子の一実施態様を示す
断面図、第２図はらせん構造の強誘電性液晶を用いた液
晶素子を模式的に表わす斜視図および第３図は非らせん
構造の強誘電性液晶を用いた液晶素子を模式的に表わす
斜視図である。 １．１′・・・透明基板　　　　２．２′・・・透明電
極層３．３’、４．４’・・・配向１漠　　５・・・強
誘電性液晶層６．６′・・・配向制御層　　　２１ａ、
２１ｂ・・・基板２２・・・液晶分子層　　　　２３・
・・液晶分子２４・・・双極子モーメント　３３ａ・・
・第一の安定状態３３ｂ・・・第二の安定状態 ３４ａ・・・上向き双極子モーメント ３４ｂ・・・下向き双極子モーメント ■・・・らせん構造でのチルト角 θ・・・非らせん構造てのチルト角 Ｅａ　、　Ｅｂ・・・電界 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板／透明電極層／配向制御層／強誘電性液晶層
   ／配向制御層／透明電極層／基板の層構造を有する強誘
   電性液晶を利用した液晶素子において、一方の配向制御
   層が下記の配向膜Ａ、Ｂのいずれか一方からなる単層又
   は両者の二重層から形成され、他方の配向制御層が配向
   膜ＡおよびＢからなる二重層から形成されてなることを
   特徴とする強誘電性液晶素子。 （Ａ）強誘電性液晶の液晶分子の長軸を基板に対して平
   行または略平行に配向させる水平面配向力を有する配向
   膜Ａ。 （Ｂ）強誘電性液晶の液晶分子の長軸を基板に対して垂
   直または略垂直に配向させる垂直配向力を有する配向膜
   Ｂ。
2. （２）前記強誘電性液晶が少なくとも第一と第二の安定
   状態を持ち、電界無印加状態でもそれぞれの安定状態を
   保つ記憶効果をもつ特許請求の範囲第１項記載の強誘電
   性液晶素子。
3. （３）前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック液晶で
   ある特許請求の範囲第１項記載の強誘電性液晶素子。