JPS6314122A - 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］ 本発明は液晶素子に関し、特に液晶分子の大きなプレテ
ィルト角制御か可能な液晶表示器もしくは液晶光変調器
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、液晶素子において、液晶分子の基板に対する配向
は基本的に垂直配向（ホメオトロピック配向）と水平配
向（ホモジニアス配向）かある。

完全な垂直配向を除くと、水平配向やある程度基板と一
定の角度（以下、プレティルト角と云う）を成す配・向
では、これ等の分子ディレクタか基板面へ投影される方
向が一定の方向を持つ配向処理、即ち一軸配向性か表示
器にとっては有用である。

この−軸配向性を付与するための手段として、一つは表
面のミクロな物理的形状によるものかある。その代表的
な方法が斜方薄着である。斜方蒸着は典型的な材料とし
てＳｉＯを用い、蒸着角度によってホメオトロピック配
向からホモジニアス配向まて任意のプレティルト角を持
つ一軸配向を得る手段である。また形状による配向とし
ては機械的に一定方向の微細な溝を形成する機械研磨や
、更には周期的な凹凸を有するクジーテインクを写真食
刻やレプリカによって得る方法もある。

これに対して化学的処理ては、基板表面に高分子膜を形
成した後、綿布等て一定方向に°“　こする”ラビング
法がツイストネマティック（ＴＮ）表示で広く実用化さ
れている。この配向法は基本的にはホモジニアス配向を
与える。一方、基板表面に界面活性剤やシランカップリ
ング剤を処理するとホメオトロピックな配向を得ること
ができる。これを一般に垂直配向剤と云っている。

生産性の良い配向手段としては化学処理とラビングを組
合わせたものが好ましい。一方、プレティルト角を任意
の設計値で得る目的では斜方７Ｎ若が有効である。云い
換えると、高分子膜上のラビング配向では通出なプレテ
ィルト角、特に５°以上の大きなプレティルト角を持つ
処理ができない欠点を有している。一方、斜方蒸着では
生産性が悪く、同時に装置か大きくなるため大面積表示
が作製し難いという欠点を有していた。

又、従来二種の相異なる配向能を有する領域を設けた表
示器として、垂直配向させた表示部背景に対して、セグ
メントパターンを水平配向させた正の誘電異方性液晶を
持つゲストホスト液晶表示が知られている。しかし、こ
のゲストホスト液晶表示は異なる配向が、視認てきる領
域として用いられ有意なパターンを形成するものである
。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、上述の如き欠点を解決した液晶分子の
プレティルト角制御が可能な液晶素子を提供するもので
ある。

さらに本発明の目的は高生産性と同時に高信頼性を有す
るプレティルト角制御が可能な液晶素子を提供するもの
である。

又本発明は比較的大きなプレティルト角を利用した表示
器に好適に用いられることを目的とし、また高時分割駆
動のツイストネマティック（ＴＮ）表示、スーパーツイ
スト複屈折効果（ＳＢＥ）や強誘電性液晶を用、いた液
晶素子を提供するものである。

又本発明は大面積処理に適し、上記利用の大面積表示を
得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明は表面に透明電極を形成した二枚の基板間
に液晶を挟持してなる液晶素子において、同一基板面に
少なくとも二種以上の相異なる液晶配向能を有する微小
領域を分散形成してなることを特徴とする液晶素子であ
る。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に係わる液晶素子は、少なくとも二種以上の相異
なる液晶配向能を有する微小領域を同一基板面に分散形
成してなり、液晶分子のプレティルト角制御を可能にす
ることを特徴の一つとするものである。

二種以上の相異なる液晶配向能は典型的には、一方がホ
メオトロピック配向であり、他方がホモジニアス配向を
持つものが挙げられるが、本発明はこれ等プレティルト
角がほぼ９０°〜Ｏ０の間の任意の値を与える二種以上
の配向処理であって、これ等が同一基板面で各々微小領
域を形成して分散配置してなるものである。

本発明て用いる微小領域は、その配向処理によりドメイ
ンを形成してない範囲であれば良く、好適な例としては
相異なる配向能を示すパターンの一方の最大線巾かセル
ギャップを越えない範囲で分散配置したものか用いられ
る。但し、この微小領域の大きさは配向の差異の大小に
よっても左右され、はぼ近似した二種の相異なる配向能
てはより大きなパターン［口な用いることができ、逆に
ほぼ完全にホメオトロピックとホモジニアスの配向を示
すものを組合せる時は互いに微小な領域で分散させるこ
とを要する。

又、この相異なる配向能の領域の形状としては、一方の
配向能を下地として、他方の配向能を水玉状に分散配置
したものでも良く、又網目状やその他の幾何学的規則性
を持つものでも、又前記ドメイン形成をしない範囲で不
規則配置、不規則形状であっても良い、ドメイン形成を
しないパターン形状としては大賞セルギャップ程度が最
大であるとしたが、通常のＴＮ表示では６〜ｌＯＢｍ程
度である。

一方、下限値は特に無く、むしろ加工上、生産上管理可
能な範囲であれば良＜　、　０．１ｐｍ程度まてが有効
に用いられる。

相異なる配向ＩＦとしての例は、水平配向処理で用いら
れる高分子フィルム材料、特にポリイミドやポリビニル
アルコールがある。一方、垂直配向処理てはフッ化炭素
鎖を有する界面活性剤（ダイキンＦＳ　１５０　）やフ
ッ化炭素鎖を有するケイ素酸エステル（ダイキンＦＳ１
１６）、４級アンモニウム塩界面活性剤（ＤＭＯＡＰ）
、レシチン、ヘキサデシルアミン等がある。この他清浄
な面では大きなプレティルト角を持ち易いか、ラビング
等の処理て水平配向もできる中間的材料として無機被膜
の例かある。例えば５ｉｎ２、Ｔｉｅ□、２ｒ２０３、
Ｉｎ２Ｏ，、チッ化シリコン等がある。又一般に金属被
膜もこの部類に近い材料として使用てきる。

次に、本発明において用いられる配向処理形成方法の一
例を示す。

通常の光変調器、表示器に使用する目的では透明基板か
使用される。特に透明ガラス、透明プラスチックスな基
板とし、電気光学的変調を行う目的て透明電極の形成さ
れた基板が使用できる。該基板の透明電極の下地側にア
ルカリイオンの溶出を防止する目的のアンダーコートや
、電極上の保護を目的としたオーバーコートを必要に応
じて設けることがてきる。これは５ｉｎ２やＡＲ２０ｘ
　、その他通常用いられる透明絶縁材か使用できる。

本発明に用いる最も典型的構成では、」上記のような基
板表面にホモジニアスな配向を示す高分子フィルムを形
成し、次にこの表面に垂直配向剤を溶解した液を、スプ
レーで微細な霧状にして上記高分子フィルム面に分散す
るよう吹き付けることによって得られるものか挙げられ
る。

第１図は、この構成を示す、本発明における基板の断面
を示す模式図である。１１はガラス、プラスチック等の
基板、　１２は、例えばＳｉＯ□のアンターコートであ
る。これは必要に応じて設ければよい。次に１３は透明
電極で光変調や表示を行う蒔に設ける。図中では設けて
いないか、更にこの上に保護等の目的で絶縁膜を形成し
ても良い。以上の１１〜１３は表示等で良く用いられる
電極基板である。

１４は第１の配向を示す層、すなわち末完１町による一
方の配向能を示す配向膜でポリイミドやポリビニルアル
コール等の高分子フィルムである。この被膜の形成はス
ピナーコート、スプレー、ディップ、ロールコート、印
刷等の手段を使用できる。１５は第２の配向を示す層、
すなわち他方の配向能を示す材料てスプレーによって形
成した垂直配向剤て、前記ＦＳ１５０やＦＳ１１６、Ｄ
ＭＯＡＰ等が使用できる。

第２図はこの配向処理面の部分平面図で水玉状の垂直配
向能を有する第２の配向を示す領域１５′と、水平配向
能を有する第１の配向を示す領域１４’を示す。ｄは許
容できる最大の寸法を示し。

本発明ては各々の配向能の独立した領域を形成しない為
の大きさである。ｄの一つの目安はセルギャップである
。

第３図は本発明による構成で得られた液晶素子の一例を
示す断面図である。第１の配向を示す層１４は基板上に
形成されたホモジニアス配向ｆ戯表面で、この面の一部
を覆うホメオトロピック配向ス距領域を第２の配向を示
す層１５で示す。１６はバルク層の液晶分子でその主軸
方向がどちらに向いているかを示すものである。界面領
域ａてはミクロな配向は、配向能の異なる微小領域によ
って支配されるが、この液晶が光学的挙動を呈するのは
ｂのバルク領域である。この領域はセルギヤツブ文か前
記平均半径７に対して充分大であれば界面での配向能の
差異は分解しなくなる。分解はしなくなるが、バルク領
域ての分子の方向は界面領域て異なるプレティルト角か
平均化され、あたかも界面が第１の配向を示す層１４の
配向能ても第２の配向を示す層１５の配向能でもない両
者の平均プレティルト角を持つ界面の如き挙動を示すよ
うになる。

以上説明した例では、ホモジニアス配向能を示す下地に
ホメオトロピックな配向７１の微小領域を設けたが、プ
レティルト角の異なる二種のホモシニアス配向俺同志を
組合わせることも可能である。又逆にホメオトロピック
な下地にホモシニア。

スな微小領域を設けても良く、更にはプレティルト角の
相異なるホメオトロピック配向能を有する物質同志の組
合わせも本発明の範囲とするところである。

更に本発明ては二種以上の配向能を組合わせることもて
きる。即ち、通常、配向剤として用いられているもの以
外の第３の物質表面を一部介在させることも可能である
。例えば部分的に使用される金属材料や絶縁材料、半導
体材料、着色材料等が微小領域として分散配置されてな
るものであれば垂直配向剤や水平配向剤でなくても良い
。むろんこれ等は配向剤同志で３種以上を組合わせるこ
とも可能である。

本発明はプレティルト角制御を行う為の基本的構成を提
供するものであるが、液晶表示器等に於いては、基板と
一定の傾滑角を成して配列するこのプレティルト角と、
同時に良く揃った一軸配向性、即ち平面に投影した液晶
分子の軸方向が一方向に揃っていることが好ましい。具
体的には、本発明において、基板面に形成された微小領
域の表面を綿布等゛で一方向に“こする”いわゆる“ラ
ビングの手法が適用できる。

従来、ラビング法によるプレティルト角を制御てきる因
子としては ■ラビング時のパラメーター （相対速度、圧力、回数） ■使用する配向剤 ■使用する液晶 等が挙げられる。しかし、これ等の中で■は信頼性と要
求仕様で決定される場合の方が多く、■についてはあま
り正確な相関値が認められているものではなく、また■
は使用する表示モードて一種類の配向剤が選ばれてきた
。

結局、従来、ラビング法によるプレティルト角は許され
る範囲で若干プレティルトに好ましい条件のものを用い
るといった消極的選択が行われる実状であった。

本発明では二種以上の異なる配向能の選択を行うことで
プレティルト角が決定でき、従ってラビング法を用いな
がらプレティルト角の設計を可能とするものである。

本発明はこの様なプレティルト角が設計可能な配向処理
基板を用いて光変調器や表示器等の液晶素子を提供する
ものである。

本発明における配向基板が適用できる液晶動作モードと
しては、ツイストネマティックセル、ツイスト又はツイ
ストの無いゲストホストセル等があるが、特に大きなチ
ルト角を必要とするスーパーツイスト複屈折効果を用い
たセルや強誘電性液晶に用いると有効である。

［作用］ 本発明の液晶素子は、同一基板面に少なくとも二種以上
の相異なる液晶配向簡を有する微小領域を分散形成して
なる２枚の基板間に、液晶を挟持した構成からなるので
、液晶分子の配向は基板表面のミクロな領域では二種以
上の相異なる液晶配向能により支配されるが、中間部の
バルク領域においては液晶分子の配向は、前記の相異な
る微小領域の支配による互に異なるプレティルト角が平
均化され、各微小領域の均衡の保たれたプレティルト角
を示すことができるものと推定される。

［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。

実施例１ たて３００ｍｍ、よこ　３００■、厚さ　１．　ｌｓｍ
の青板ガラス面にＳｉＯ□被膜を１００ＯＡ、　Ｉｎ２
Ｏ３を主成分とする透明導電膜３００〜５００Ａ、第１
の領域としてポリイミド膜３００〜８００Ａを順次積層
して形成した基板上に、第２の領域としてオクタデシル
エトキシシラン０．５ｗｔ％エタノール溶液をスプレー
ガンで噴霧塗布し、塗布後１００°Ｃで１時間加熱し、
該基板上を綿布によって一方向に“こする”ラビングを
行った。

該基板を二枚用いて、セルギャップ８１の液晶セルを作
成し、ホフマン・う・ロツシュ製、液晶ＲＯＴＮ　４０
３を注入した。該セルを磁界電位法によってプレティル
ト角の測定を行った。

スプレーは塗布用スプレーガンてオリフィス０．２ｍｍ
　、コンプレッサー圧２．０ｋｇ／ｃｍ”で１ｍ角の容
器底面より噴霧し、容器底面から排気できる構造の装置
を使用した。該容器の一側面を基板が通過し、この時表
面に霧が付着する。

表１は該容器内を通過する速度及び基板上の第２の領域
の占める割合Ｓ（％）をパラメーターとして測定された
プレティルト角を示す。また、第２の領域の大きさはγ
＋　＝　　０．３〜５．０　ＩＬｒｎφ、平均〒＝２．
３４１１１φてあった。

表　　１ 実施例２ 第２の微小領域として、ダイキン製ＦＳ　１５０［Ｃａ
Ｆ　＋　７ｓＯＪＨ（Ｃ１１２）Ｊ”（ＣＩｌｉ）３Ｉ
］　　　ｌ　ｗｔ％ダイフロン溶液を用いて、実施例１
と同様に　１００ｃｍ／５ｅｃ（３５８％）の通過速度
で噴″Ｒ塗布し、塗布後１００℃で１時間加熱した基板
によるセルでは１Ｏ１７°の大きなチルト角を示した。

尚、第２の領域の大きさは７　＝　１．８μＩφであっ
た。

実施例３ 実施例１に用いた透明導電基板を用いて、第２の領域と
して　ＰＶＡ　２％水溶液を　ｌｏｏｃｍ／５ｅｅ（Ｓ
”−９％）の通過速度て噴霧塗布した後、２２０’Ｃて
３０分加熱した後、実施例２て用いたＦＳ　１５０１ｗ
ｔ％ダイフロン溶液を１００ｃｍ／ｓｅｅ　（Ｓ”；　
８％）の通過速度て噴霧した。各塗布を単独使用した場
合と共に測定したプレティルト角を表２に示す。

尚、第２の領域の大きさは〒＝　１．８　ｐ、ｍφてあ
った。

表　　　　２ ［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の液晶素子は二種以上の相
異なる配向能を有する微小領域を同一基板内に分散形成
してなることによって次のような効果がある。

使用する二種以上の配向剤の選択によって、任意のプレ
ティルト角を設計、製造てきる効果かある。この処理手
段はスプレーやラビング装置と云った簡便な装置を用い
ることができ、設備的に見ると斜方蒸着に比較して有利
である。又、生産性も大気圧中の処理てよく、高い量産
性を持っている。大面積への処理も上記装置的な簡便さ
から斜方蒸着に比較して極めて有利である。更に本発明
て用いる材料は高分子フィルムや垂直配向剤の中から非
常に信頼性の高い材料を任意に選択して使用できるのて
信頼性面ても有利である。

また、本発明による処理法は表面の材質で規制される分
子配向法であるので、一度分散形成した表面材料を溶解
したり、別の材料で被覆しない限り配向溌に変化がなく
、従って材料の変質が無い溶剤で工程中ての洗浄等が回
部て、比較的外乱に強い配向を得ることがてきる。

さらに、本発明の最も大きな効果はほぼ完全な水平配向
状７ｇから完全な垂直状７Ｅまて任意のプレティルト角
を得ることかてきる点である。特に２〜３°以上のホモ
ジニアス配向、特に５°を越えるハイプレティルト角の
セルを筒便な手段てｆ’）られる点て工業的に特に有効
となる。このような配向制御は高い時分割性を持っＴＮ
表示を始めとして、スーパーツイスト複屈折効果を利用
したＳＢＥ表示、更に強誘電性液晶を利用した表示等に
応用でき、これ等の表示塁の実用性を更に高める大きな
効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における基板の断面を示す模式図、第２
図は配向処理面の部分上面図および第３図は本発明の液
晶素子の一例を示す断面図である。 １１・・・基板 １２・・・アンダーコート １３・・・透明電極 １４・・・第１の配向を示す層 ＋４’・・・第１の配向を示す領域 １５・・・第２の配向を示す層 １５’・・・第２の配向を示す領域 １６．１６’、１６″・・・液晶分子 ａ・・・界面領域 ｂ・・・バルク領域 ρ・・・セルギャップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に透明電極を形成した二枚の基板間に液晶を
   挟持してなる液晶素子において、同一基板面に少なくと
   も二種以上の相異なる液晶配向能を有する微小領域を分
   散形成してなることを特徴とする液晶素子。
2. （２）前記基板面に形成された微小領域の表面にラビン
   グ処理が施されている特許請求の範囲第１項記載の液晶
   素子。