JPS63123017A - 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】 〔発明の分野〕 本発明は、強誘電性液晶であるカイラルスメクチック液
晶を用いた液晶素子に関する。

（従来の技術） 最近、液晶表示素子や液晶−光シヤツター等にも、強誘
電性液晶が使用されることが多い。

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
光学的安定状態からなる双安定状態を有し、従って従来
のＴＮ　（Ｔｗｉ　ｓ　ｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）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。

（発明の解決しようとする問題点１ 強誘電性液晶を構成するカイラルスメクチック液晶分子
は、−様なモノドメインの層構造を有しているが、この
層構造のモノドメイン性が外部衝撃力によるセル自体の
たわみによって崩れてしまい、さらに、この崩れたモノ
ドメイン性の層構造は−様なモノドメイン性への回復が
困難である問題点があった。

特に、クラークらにより発表された米国特許４．３６７
．９２４号公報によれば、第１安定配向状態と第２安定
配向状態を生じる双安定性を発現させるには、カイラル
スメクチック液晶の膜厚をらせん構造が解消されるのに
充分に薄い膜厚（約１〜５μｍ）に設定する必要があり
、しかも大型ディスプレイパネル（対角線サイズ；　１
５ｃｍ以上）の場合では、上述した薄膜のカイラルスメ
クチック液晶を前パネルに亘って均一な薄膜で形成する
必要があるため、カイラルスメクチック液晶を用いた大
型ディスプレイパネルでは、セルを構成しているガラス
基板の厚みを薄く（一般に２ｍｍ以下）している。

前述したカイラルスメクチック液晶を注入した液晶セル
は、その後ワードプロセッサー、パソコンやＴＶなどの
表示面に適用するまでの間に、例えば液晶セルに設けた
電極と外部駆動回路とを電気的に接続するために、液晶
セルを構成するガラス基板上に直接駆動回路用ｒｃを設
けたり、あるいはＴＡＢ（Ｔａｐｅ　　Ａｕｔｏｍａｔ
ｅｄＢｏｎｄ　ｉ　ｎｇ）法が採用されたり、さらには
品質管理などの多くの工程を経る。これらの工程中のハ
ンドリング操作時に、液晶セルに撓みを生じ、この撓み
による変位が原因と見られる配向欠陥が生じていた。特
に、長方形状のガラス基板やプラスチック基板を用いた
カイラルスメクチック液晶セルでは、撓みによる変位が
長方形の長手方向に生じるため、−様なモノドメインの
層構造の形成が困難となっていた。

従って、本発明の目的は、前述の問題点を解決したカイ
ラルスメクチック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）　　　　　゛本発明は
、一対の長方形状基板の間に、該基板に対して垂直な分
子層を形成しているカイラルスメクチック液晶を配置し
た液晶素子において、前記長方形状基板の短手方向の軸
と対角線とのなす角度なθ、とじた時、前記垂直な分子
層の法線と前記長方形状基板の短手方向の軸とのなす角
度θ６が前記角度θａとの間で０≦θ６〈θａの関係を
有している液晶素子に特徴を有している。

〔作用〕

本発明者の実験により、 カイラルスメクチック液晶を充填した液晶セルに対し、 このセルの表示面に垂直な方向に外部より力を加えた場
合、前述の配向状態の乱れがカイラルスメクチック液晶
の垂直分子層の法線に垂直な方向に細長い針状の欠陥と
して現われ、垂直分子層の法線方向には、現われ難いこ
とが顕微鏡観察によって分った。

〔実施例〕

第１図は、本発明の液晶素子の平面図である。

図中、１１は上側長方形状基板（ガラス基板、プラスチ
ック基板）、１２は下側長方形状基板（ガラス基板、プ
ラスチック基板）、１３は基板１１と１２に対して垂直
なカイラルスメクチック液晶分子層（垂直分子層という
）の法線、１４は上側長方形状基板の短手方向と平行な
軸、１５は上側長方形状基板の対角線を表わしている。

角度θａは短手方向と平行な軸１４と対角１５とのなす
角度を表わし、角度θ６は短手方向と平行な軸１４と垂
直層の法線１３とのなす角度を表わしている。

この角度θ、は０≦θ５〈θａの関係を有しているが、
好ましくは０≦０６≦−〇８の関係を有しているのがよ
い。

特に、角度θ、が角度−０８を越え、その角度の増大に
応じて前述した配向欠陥の生じる危険が増大することに
なる。

垂直分子層の法線１３は、上側長方形状基板１１に付与
した一軸性配向処理軸、例えばラビング処理軸、斜方蒸
着処理軸、斜方エツチング処理軸と平行となっている。

第２図は、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊相）の
強誘電性液晶分子の配向状態を示したもので、２１は配
向した液晶分子てあり、１３は、ＳｍＣ＊の基板に対す
る垂直な分子層２２の法線、２３は法線１３に直角な軸
である。今、第２図の紙面に垂直な方向から基板に力を
加え、基板を撓ませた場合、液晶分子２１の配向秩序い
るため、軸′２３に対しては、ネマチック液晶的に作用
し、軸２３に働く力に対して液晶分子２１は、柔軟な動
きを示し、配向欠陥を生じにくい。

これに対し、液晶分子２１が、法線１３に対して結晶的
な構造を成しているため、法線１３方向に働く力は、垂
直分子層２２の構造を崩し、垂直分子層２２の法線に垂
直な方向に沿って細長い針状の欠陥が、前述の現象の様
に現われると考えられる。

従って、長方形状の大型パネルの取扱中に、ヤ Ｙのパネルに撓みを生じた時には、軸２３の方向に大き
な力が印加されることになるが、本発明では垂直分子層
２２の法線１３が、上述の軸２３に対して直角方向にあ
るため、撓みによって生じる配向欠陥を防止することが
できる。又、軸２３に大きな力が印加される長方形状板
のサイズとしては、−時に長手方向の長さをＬとし、短
手方向の長さをＳとした時、Ｓ／Ｌ≦τ、た。又、その
時に長方形状基板１１の対角線１５のサイズとしては、
その肉厚が２ｍｍ以下のガラス基板の場合で１５ｃｍ以
上の時に、撓みが原因となった配向欠陥を生じ易くなる
。

第３図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の液晶素子
の実施態様を示す断面図である。第３図（ａ）に示す液
晶素子は、一対の平行配置した上側長方形状基板３１ａ
及び下側長方形状基板３１ｂと、それぞれの基板に配線
した透明電極３２ａと３２ｂを備えている。上基板３１
ａと下基板３１ｂとの間には強誘電性液晶、好ましくは
少なくとも２つの安定状態をもつ非らせん構造の強誘電
性液晶３３が配置されている。

前述した透明電極３２ａと３２ｂは、強誘電性液晶３３
をマルチブレクシング駆動するために、それぞれストラ
イプ形状で配線され、且つそのストライブ形状が互いに
交差させて配置されていることが好ましい。

第３図（ａ）に示す液晶素子では、基板３１ａと３１ｂ
に配向制御膜３４ａと３４ｂが配置されている。

又、第３図（ａ）に示す液晶素子で用いた配向制御膜３
４ａと３４ｂのうち何れか一方を省略することができる
。

本発明では、前述した配向制御膜３４ａと３４ｂに一軸
性配向軸を付与することができる。

この一軸性配向軸は、好ましくはラビング処理によって
付与されることができる。この際、前述した一軸性配向
軸を互いに平行方向とすることができるが、互いに交互
させることも可能である。

この際に、用いることができる配向制御膜３４ａと３４
ｂとしては、ポリイミド膜、ポリアミド膜、ポリビニル
アルコール膜、ポリエチレンオキシド膜、ポリエチレン
膜やセルロース樹脂膜などを用いることができる。

本発明の別の好ましい具体例では、ＳｉＯやＳ　ｉ　０
２などの無機絶縁物質を長方形状基板１１ａとｆｌｂの
上に斜め蒸着法によって被膜形成することによって、一
軸性配向処理軸が付与された配向制御膜を得ることがで
きる。

第４図に示された装置に於いてペルジャー４０１は吸出
口４０５を有する絶縁基板４０３上に載置され、前記吸
出口４０５から伸びる（図示されていない）真空ポンプ
によりペルジャー４０１が真空にされる。タングステン
製又はモリブデン製のるつぼ４０７はペルジャー４０１
の内部及び底部に配置され、るつぼ４０７には数グラム
（ＤＳ　ｉ　Ｏ，Ｓ　ｉ　０２　、　Ｍｇ　Ｆ２などの
結晶４０８が載置される。るつぼ４０７は下方の２つの
アーム４０７ａ、４０７ｂを有し、前記アームは夫々導
線４０９，４１０に接続される。

電源４０６及びスイッチ４０４がペルジャー４０１の外
部導線４０９，４１０間に直列に接続される。基板４０
２はペルジャー４０１の内部でるつぼ４０７の真上にペ
ルジャー４０１の垂直軸に対しＫの角度を成して配置さ
れる。

スイッチ４０４が開放されると、ペルジャー４０１はま
ず約１０−’ｍｍＨｇの真空状態にされ、次にスイッチ
４０４が閉じられて、るっぽ４０７が適温で白熱して結
晶４０８が蒸発されるまで電源４０６を調節して電力が
供給される。

適温範囲（７００〜１０００℃）に対して必要な電流は
約１００１００ａである。結晶４０８は次に蒸発され図
中Ｓで示された上向きの分子流を形成し、流体Ｓは、基
板４０２に対してＫの角度を成して基板４０２上に入射
され、この結果基板４０２が被覆される。角度には上記
の“入射角°゛であり、流体Ｓの方向は上記の′斜め蒸
着方向゛である。この被膜の膜厚は基板４０２をペルジ
ャー４０１に挿入する前に行われる装置の時間に対する
厚みのキャリブレーションにより決定される。適宜な厚
みの被膜が形成されると電源４０６からの電力を減少さ
せ、スイッチ４０４を開放して鏝ルジャー４０１とその
内部を冷却する。

次に圧力を大気圧まで上げ基板４０２をペルジャー４０
１から取り外す。

前述した入射角に相当する角度Ｋを調整することによっ
て、かかる斜め蒸着処理された基板に隣接する液晶分子
を傾斜角（プレチルト角）をもって配向する傾斜配向状
態とすることや基板に対して実質的に平行に配向する配
向状態とすることができる。

また、別の具体例ではガラス又はプラスチックからなる
基板１１ａの表面あるいは基板１１ｂの上に前述した無
機絶縁物質や有機絶縁物質を被膜形成した後に、該被膜
の表面を斜方エツチング法によりエツチングすることに
より、その表面に配向制御効果を付与することができる
。

前述の配向制御膜は、同時に絶縁膜としても機能させる
ことが好ましく、このためにこの配向制御膜の膜厚は一
般に１００人〜１μ、好ましくは５００人〜５０００人
の範囲に設定することができる。この絶縁膜は、液晶層
に微量に含有される不純物等のために生ずる電流の発生
を防止できる利点をも有して−おり、従って動作を繰り
返し行っても液晶化合物を劣化させることがない。

第５図は、本発明の強誘電性液晶の動作説明のために、
セルの例を模式的に描いたものである。

以下、所望の層としてＳｍＣ＊を例にとって説明する。

５１ａと５１ｂは、■ｎ２ｏ３あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍ−Ｔｉｎ　　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、その間に垂
直分子層５２がガラス面に配向したＳｍＣ＊相の液晶が
封入されている。

太線で示した線５３が液晶分子を表わしており、この液
晶分子５３は基板の面方向に連続的にらせん構造を形成
して垂直分子層５２は、その法線５５に沿って均一に配
向し、モノドメインを形成している。

この液晶分子５３は、その分子に直交した方向に双極子
モーメント（Ｐ工）５４を有している。

基板５１ａと５１ｂ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５３のらせん構造がほどけ、双
極子がすべて電界方向に向くよう、液晶分子５３は方向
を変えることができる。

液晶分子５３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フ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、例
えば１０μ以下とすることがで診る。

このように液晶層が薄くなるにしたがい、第６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、非らせん構造となり、その双極子モーメ
ントＰａまたはｐｂは上向き（６４ａ）又は下向き（６
４ｂ）のどちらかの状態をとる。この場合でも垂直分子
層５２は、そのＹの法線５５に沿って均一に配向し、モ
ノドメインを形成している。

このようなセルに、第６図に示す如く一定の閾値以上の
極性の異る電界Ｅａ又はＥｂを電圧印加手段６１ａと６
１ｂ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６４ａ又は下
向き６４ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子は、１
つの安定配向６３ａかあるいは他の゛安定配向６３ｂの
何れか一方に配向する。

このような強銹電性を液晶光学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６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１つの安定配向６３ａ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、液晶分子は他の安定配向６
３ｂ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。

このような応答速度の速さと、双安定性が有効に実現さ
れるにはセル厚が出来るだけ薄い方が好ましい。

実施例１ 基板サイズ２００ｍｍ（長手方向）ｘ７０ｍｍ（短手方
向）ｘｌ、１ｍｍ（肉厚）のガラス基板を２枚用意した
。それぞれのガラス基板の上に１０００人厚のＳｉＯｚ
ｌｌ！ｊをスパッタリング法によって設け、その上に５
００人厚０ポリビニルアルコール膜を設けた後、その表
面にアセテート布で一方向にラビング処理を施した。こ
の際のラビング軸は角度θ、＝０に相応する短手方向と
平行に設定した。

次いで、一方のガラス基板上に平均粒径１．２μｍのシ
リカビーズを散布した後、もう一方のガラス基板を重ね
合せ、その周辺をエポキシ系接着剤でシーリングした。

こうして作成したセル内に等方相下のＣ８−１０１３（
チッソ社製のカイラルスメクチックＣ液晶）を注入した
後、徐冷（０，５℃／時間）させてカイラルスメクチッ
ク液晶セルを作成しあった。

（スメクチックＡ）（コレステリック）　　（等方相）
さらに、他のサンプルとして、前述のカイラルスメクチ
ック液晶セルを作成した時の角度θ４を１０’、３０°
、６０＠、７５’　　（本発明外）と８０°　（本発明
外）°に代えたほかは、全く同様の方法でカイラルスメ
クチック液晶セルを作成したサンプルを用意した。

これら５種のサンプルについての初期配向状態を偏光顕
微鏡によって観察したところ、垂直分子層の法線がラビ
ング方向に沿っており、且つ配向欠陥を生じていない−
様なモノドメインとなっていることが判明した。

しかる後に、駆動用ＩＣを接続したフレキ基板の端子と
前述のサンプルセル（縦方向に４００本の電極、横方向
に８００本の電極が設けられている）の端子とを異方性
導電接着剤である日立化成社製の「アニソルムＡ　Ｃ５
０５２（商品名）によって電気的に接続し、次いで手で
持ち上げて外観検査を行った。この外観検査を終えたサ
ンプルセルについての配向状態を偏光顕微鏡によって観
察した。その結果を下記に示す。

サンプル　　　　角度θ、　　　配向状態１０°　　配
向欠陥無し ２１０°　　配向欠陥無し ３３０°　　配向欠陥無し さらに、サンプルセル５と６について再配向処理を施し
た。すなわち、サンプルセル５と６のＳｍＣ＊を等方相
となるまで加熱した後、ＳｍＣ＊まで徐冷（０，５℃／
時間）した後、偏光顕微鏡による観察を行ったが、配向
欠陥はいぜんとして生じていた。

又、前述のサンプルセルとフレキ基板の接続をＴＡＢ法
によって行ったが、前述と同様の結果が得られ、さらに
前述のサンプルセルに直接駆動用ＩＣを設けた場合でも
同様の結果が得られた。

〔発明の効果） 本発明によれば、長方形状の大型パネルをワープロ、パ
ソコンあるいはＴＶ等などの表示媒体として組み込むま
での工程で、大型パネルのハンドリング時に生じるパネ
ルの撓みが原因となって生じていた配向欠陥を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶素子の平面図である。 第２図は本発明の液晶素子の分子配向状態を模式的に表
わした平面図である。第３図（ａ）と第３図（ｂ）は、
本発明の液晶素子の断面図である。第４図は、本発明で
用いた斜方蒸着装置の模式図である。第５図と第６図は
、本発明で用いたカイラルスメクチック液晶を模式的に
表わした斜視図である。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の長方形状基板の間に、該基板に対して垂直
   な分子層を形成しているカイラルスクメチック液晶を配
   置した液晶素子において、前記長方形状基板の短手方向
   の軸と対角線とのなす角度をθ＿ａとした時、前記垂直
   な分子層の法線と前記長方形状基板の短手方向の軸との
   なす角度θ＿Ａが前記角度θ＿ａとの間で０≦θ＿Ａ＜
   θ＿ａの関係を有していることを特徴とする液晶素子。
2. （２）前記垂直な分子層の法線が一軸性配向処理軸と平
   行となっている特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
3. （３）前記一軸性配向処理がラビング処理である特許請
   求の範囲第２項記載の液晶素子。
4. （４）前記一軸性配向処理が斜方蒸着処理である特許請
   求の範囲第２項記載の液晶素子。
5. （５）前記一軸性配向処理が斜方エッチング処理である
   特許請求の範囲第２項記載の液晶素子。
6. （６）前記長方形状基板の長手方向の長さＬと短手方向
   の長さＳがＳ／Ｌ≦５／６の関係を有している特許請求
   の範囲第１項記載の液晶素子。
7. （７）前記長方形状基板の長手方向の長さＬと短手方向
   の長さＳが１／６≦Ｓ／Ｌ≦５／６の関係を有している
   特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
8. （８）前記長方形状基板の対角線が１５ｃｍ以上である
   特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
9. （９）前記一軸性配向処理軸が配向制御膜に付与されて
   いる特許請求の範囲第２項記載の液晶素子。
10. （１０）前記配向制御膜がポリイミド、ポリアミド、ポ
    リビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、セルロー
    ス樹脂及びポリエチレンからなる群より選択された少な
    くとも１種の物質で形成された被膜である特許請求の範
    囲第９項記載の液晶素子。
11. （１１）前記一軸性配向処理軸がそれぞれ一対の基板に
    付与され、該一軸性配向処理軸が互いに平行である特許
    請求の範囲第１項記載の液晶素子。
12. （１２）前記カイラルスメクチック液晶の膜厚がカイラ
    ルスメクチック液晶のらせん構造を解消するのに十分に
    薄い膜厚に設定されている特許請求の範囲第１項記載の
    液晶素子。
13. （１３）ＴＡＢ法によって駆動回路と長方形状基板に形
    成した電極とが電気的に接続されている特許請求の範囲
    第１項記載の液晶素子。
14. （１４）前記長方形状基板に駆動回路が設けられている
    特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。