JPS63178213A - 電気光学装置 - 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〕 この発明は、強誘電性カイラルスメクチック液晶を用い
た液晶表示装置、オプティカルシャンク−、カメラ用シ
ャッター等、種々の電気光学装置において、その特性を
一石向上させた強誘電性カイラルスメクチック液晶表示
装置を提供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明は強誘電性液晶電気光学装置おいて、高分子配向
膜等にラビング処理等の一軸配向処理を施した配向性を
用いた場合、上下の配向膜に、全表面エネルギー（分散
表面エネルギー十極性表面エネルギー）高い配向膜とす
ると、高コントラスト等の優れた表示特性が実現できる
。

（従来の技術〕 液晶は、表示装置、プリンタ用シャッターアレイ、カメ
ラ用シャッター等、種々の電気光学装置に使われている
。

液晶パネルは、小型で薄くさらに消費電力が少ない等の
優れた特性がある。

近年、液晶の中でも高速応答性と記録保持性を持つディ
スプレイ等の電気光学装置としてカイラルスメクチック
Ｃ液晶（以下ＳｍＣ”と呼ぶ）等の強誘電性液晶を使用
した液晶パネルが注目されている。このカイラルスメク
チックＣ相を持つ液晶として、例えば、ｐ−（＋）−ｎ
−デシロキシベジリーデンアミノ）−２−メチルブチル
シナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ）が広く知られている。こ
の液晶は、第３図に示したように一定の方位角を持って
層毎辷捩れた螺旋構造を取って配列している。

ところで、このＳｍＣ”をその螺旋周期（通常数μｍ）
よりも小さい２μｍ程度の間隙を持った２枚の基板１の
間に注入して液晶セルを構成すると（第１図）液晶分子
は、螺旋構造を消失して分子軸を基板に平行にして層の
法線方向から±θだけ傾いた状態で配列する。すなわち
、セルに注入された液晶は、第２図に示したように層の
法線から時計回りに再度θ傾いたドメインと、反時計回
りにθつまり、−θ傾いたドメインが混在した状態で配
列する。

また、ＳｍＣ”液晶分子は、分子軸と垂直な方向に電気
双極子を持ち、電界の印加により±θに二つの状態を取
る。液晶分子は、偏光特性を持つため、上述のセルに対
してセルの両面に偏光板を配設すると、液晶分子の配列
方向により光学的明暗状態が生じ、液晶表示パネル、シ
ャッターアレイ等の機能を持たせることができる。さら
に、Ｓｍ０１液晶等の強誘電性液晶は、μｓｅｃオーダ
ーの高速応答、メモリー性、急峻なしきい値特性、高コ
ントラスト等の優れた性質を持つとされていた。

しかし、この優れた性質は、液晶分子の配向状態によっ
て大きく左右される。配向状態は、配向法によってほぼ
決定されると考えてよい。従来、ＳｍＡ相、又はＳｍＣ
”相において微小な流動を起されて配向させる“Ｓｈｅ
ａｒｉｎｇ法”やポリエチレンテレフタレート等の高分
子フィルムをパネルのスペーサーとして、そのスペーサ
ーの側面に平行に分子が配列する特性を利用したスペー
サー配向法等の配向法が提案されてきた。しかし、これ
らの方法は、工業的に、適していないと考えられており
、ＴＮ液晶で用いられている高分子薄膜等をラビング処
理した配向膜による配向法を中心に検討されていた。こ
の配向法には、両基板上の配向膜をともにラビング処理
する等の一軸処理する両側−粕処理法と片側のみ一軸処
理し、他方には一軸処理を施さない片側−粕処理法（例
えば特開昭６ｌ−２０９３０）が知られていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記配向法において強誘電性液晶が有す
る優れた性質を十分発揮できる配向状態が実現されなか
った。特に、高コントラストは理論的に理想状態で表示
が行なわれるとしたとき、はぼＴＮのスタティック駆動
と同等のコントラストが得られると言われてきた。事実
、スタティックに正負の直流電界を印加しＯＮ・ＯＦＦ
させるとＴＨのスタティック並のコントラストが得られ
る。しかるに、ダイナミック駆動の場合は、直流電界に
より誘起された配向状態と異なった配向状態で０Ｎ−Ｏ
ＦＦが行なわれており、従って２〜５程度の低コントラ
ストしか実現できないという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は従来の技術の問題点を解決することを目的とし
、高分子等の一軸配向処理を施した配向法を用いるとき
、高分子等の配向膜に高エネルギー表面の配向膜を用い
る事により高コントラストを実現しようとするものであ
る。高エネルギー表面とは、全表面エネルギーが、４０
ｄｙｎ／ｃｍ、前後の表面を意味する。また、上下配向
膜をともに一軸配向処理した系でも、一方のみ一軸配向
処理を施した系においても前記高エネルギー表面による
同一効果が得られる。

固体表面自由エネルギーＴ、は、水及びエチレングリコ
ールの接触角を測定する事から求めた。

固体の表面自由エネルギーは、Ｌｏｎｄｏｎの分散力成
分子？と他の極性相互作用、水素結合等の成分の大うた
Ｔ？の二つの大別される。γ、１′を極性表面エネルギ
ー成分子、′を分散表面エネルギー成分という。

γ鵞ｍ　７　ｇ’　＋　ｒ　＄’ また、液体との接触角θとの間には、次の関係が成りた
っている。

２　　　　　　　　　ｒｔマ γＬ’＋ｒＬ’はそれぞれ液体の分散成分と極性成分。

上記二つの液体の接触角を測定して、Ｔ、−１γＬｐを
求め、その和から固体の表面自由エネルギーを算出した
。

〔作用〕

強誘電性カイラルスメクチック液晶は、ネマチック液晶
と比較するとより強く界面と相互作用する。その主な相
互作用は、液晶分子の長軸方向に垂直に分極する双極子
が揃って生じる、自発分極Ｐ、と配向膜表面の極性基と
の相互゛作用である。

この相互作用による液晶パネル内のフリーエネルギーの
寄与をＦｏとすると、これは以下のように示される。

ＦＰ！”−γ、　（Ｐ、　・　＄）　　　　　　＋１１
＄は、界面の法線方向のベクトルである。また、ネマチ
ック液晶と同様に強誘電性液晶は分散力による相互作用
も存在する。Ｆ□と同様、これをＦ４とすると、以下の
ように書ける。

Ｆａｘ”−７１（Ｉ’ｓ　　・３）　”　　　Ｔ２１と
ころで、液晶パネルの系全体のフリーエネルギーは、上
記ＦＰＳｒ　Ｆ４％に弾性エネルギーによるフリーエネ
ルギーとの和で表わされる。すなわち、Ｆｃ　−Ｆ＊Ｌ
ａｓ＋Ｆｒｓ＋Ｆ１＝　　　　（３１Ｆｔは、系の全フ
リーエネルギーであり、初期配向状態は、Ｆ、が０にな
るように決定される。最近の実験結果によると、初期配
向状態は、二つの安定な配向状態があり、この二状態で
ＯＮ・ＯＦＦしている事がわかっている。また、その配
向状態は層の折れ曲がりで特徴づけられるとされている
。

第３図は、この配向状態の模式図を表わしている０層の
折れ曲がりは、配向膜の表面近傍の液晶が、プレティル
トしている事と関連している事が指摘されている。この
仮説に基づいて推論すると、基板に分子が平行に配向し
、強誘電性液晶によって実現される最高のコントラスト
が得られるホモジニアス配向は、界面近傍において液晶
分子がブー。

レティルトを持たないようにせしめる事であると結論づ
けられる０本発明による、高エネルギー表面を形成する
配向膜は、ぬれ性の良さから液晶分子を界面に寝かしせ
しめる効果があると考えられる。

〔実施例１〕 ナイロン６・６とナイロン１２と共重合体を配向膜とし
て用いた。商品名は、日本リルクル製Ｍ−９９５である
。このポリアミドポリマーをキシレノールを溶媒とし、
約４＋１ｔχ溶解せしめ、その後スピンナーコート法に
より、　３０００ｒｐｍ＋　−３０ｓｅｃの塗布条件で
ＩＴＯ付きガラスに塗布した。その後、１４０℃で２ｈ
ｒ硬化を行った。この配向膜の表面エネルギーを、接触
角法により測定した所、以下のような値を得た。

ｒ＊　’　　＝１８　　（ｄｙｎ／ｃｍ）７ｍ　’　　
−２４（ｄｙｎ／ｃｍ） １ｍ　　　＝　４２　　（ｄｙｎ／ｃｍ）高エネルギー
表面を形成している事がわかる。

この配向膜を用い、片側−軸配向処理を施した２μｍの
セルギャップを有するパネルに、次のような液晶組成の
ピリミジン系液晶を注入せしめた。

このとき、第４図に示したパルスにより０Ｎ−ＯＦＦさ
せた所、第５図のようなＯＮ状態での分光透過率を示し
ている。比較のために同一液晶をポリイミド（日立化成
ポリイミド、　　ＬＸ−１４００）配向膜の片側−軸配
向処理したパネルのでＯＮ状態の分光透過率を第６回に
示した。

組成率 明らかに、ポリイミドは青いＯＮ状態であるが、ポリア
ミドＭ−９９５は、黒に近い分光透過率である。

このときのコントラスト比は、 Ｃ−Ｒ電８〜１０ であった。

〔実施例２〕 ポリイミドポリマーでも、アミン、酸の種類により種々
の表面エネルギーを有する。ポリイミドの中で、高エネ
ルギー表面を形成する、日東電工！！Ｘ−４１２を用い
ると、高コントラストが実現できる。　Ｘ−４１２の４
１χ溶液を、スピンコード法により、３０００ｒｐｎ、
３０ｓｅｃの塗布条件でＩＴＯ付ガラスに塗布し、２０
０℃＋１ｈｒ硬化後、片側−軸配向処理した２μｍパネ
ルを作製した。このパネルに前記ピリミジン系液晶を注
入し、分光透過率、コントラストを求めた。第７図に分
光透過率を示した。また、Ｘ−４１２の表面エネルギー
とコントラストは、以下の通りである。

Ｘ　−４１２Ｌ　Ｘ　−１４００ γｍ　　’　　〜１０　　　（ｄｙｎ／ｃｍ）　　　　
　　　　　　　　　　　１２ｒｔ　’　−３５（ｄｙｎ
／ａｍ）　　　　　　　　２３Ｔ　ｍ　　−４５（ｄｙ
ｎ／ａｍ）　　　　　　　　３５Ｃ−Ｒ−６〜８　　　
　　　　Ｃ−Ｒ−２〜５明らかに高コントラストが実現
している事がわかる。

次に、各種表面エネルギーを示す配向膜とＯＮ状態での
色アイを比較する０表１にその結果を示した。

３５〜４２ｄｙｎ／ｃｍに、ＢＩｕｅｉｓＨｂｌａｃｋ
　−＝Ｂ１ａｃｋ　ヘの変化があると考えられる。高エ
ネルギー表面とは、４０ｄｙｎ／ａｍ前後の表面エネル
ギーを言い、この表面エネルギーを有する配向膜により
、黒レベルが得られる。すなわち、高コントラストが得
られる。

高エネルギー表面を形成する配向剤は、強誘電性液晶だ
けでなく、ネマチック液晶の配向にも適しており、強誘
電性液晶においてもΔｅの正・負の如何にかかわらず良
好なコントラストが得られた。

〔発明の効果〕

以上の実施例のように、特に強誘電性液晶に対して、配
向膜が高エネルギー表面を形成する配向膜において、高
コントラストが得られ、従来の低コントラストという問
題点を解決する事が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電気光学装置の一実施例の模式図を示してい
る０図中液晶分子は強誘電性液晶の実施例としホモジニ
アス配向をした場合の状態をとっている。第２図は、強
誘電性液晶がホモジニアス配向をとる液晶分子の層との
位置関係を表わした模式図である。第３図は、強誘電性
液晶の実際の配向状態と考えられているモデル図である
。第４図は、この配向した液晶を実験的に０Ｎ−ＯＦＦ
させる駆動波形を示している。第５図、第６図。 第７図は、強誘電性回路を挟持した場合それぞれ配向層
にポリアミド配向剤Ｍ−９９５．ポリイミド配向剤Ｌ　
Ｘ−１４００，ポリイミド配向剤Ｘ−４１２を用いたと
きの、分光透過率を示している。 １・・・基板 ２・・・透明導電膜 ３・・・配向層 ４・・・液晶分子 ５・・・Ｃ−ディレクタ ６・・・ｎ−ディレクタ ７・・・偏光板 ８・・・液晶層 ９・・・ドメインウオール １０・・・層の法線方向 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社 第　Ｔ　図 島　２　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶層とこの液晶層を挟持するように配置された
   基板と、前記液晶層への電圧印加手段と、前記基板上に
   液晶層を配向制御する配向層と、少なくとも一つの偏光
   板からなる電気光学装置において、配向制御する配向層
   の表面自由エネルギーが３５ｄｙｎ／ｃｍを越えること
   を特徴とする電気光学装置。
2. （２）液晶層が強誘電性液晶であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電気光学装置。
3. （３）配向制御する配向層が、ポリアミド系ポリマーで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気
   光学装置。
4. （４）配向制御する配向層が、ポリイミド系ポリマーで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気
   光学装置。