JPS63214721A - 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、液晶デバイスにおいて重要な、液晶配向を実
現した液晶素子に関する。

（従来の技術） 近年、時計、電子卓上計算機からカラーテレビに至るま
で、表示素子、デバイスの分野で液晶素子は極めて重要
なものとなっており、さらにセンサーをはじめとする多
方頁に活用されている。との液晶素子は、通常２枚の対
向電極間に液晶を封入したもので６って、電界印加によ
る液晶分子の配向変化に伴う光学的桂質の変化を光の制
御、スイッテングに利用している。この場合、液晶の初
期配向を実現する方法として最も広く用いられているの
は、対向する電極ＩＲ面にめらかじめ高分子をコーティ
ングした後、綿布等でラビングを行う方法である（磯貝
正人、向尾昭夫、中野文庫、佐藤幹夫；第４３回応用物
理学会講演会（１９１年秋）予稿集、ｐ、　２ｇ、　２
８ｐ−に−８：佐藤進、「液晶とその応用」昭和５９年
産業図書刊）。

現在、多くの液晶素子はネマチック液晶を用いている。

これらの素子においては、上述のポリマーコーティング
とラビング処理が採用されているが、より信頼性の高い
、工程の簡単な方法が求められている。

また、ネマチック液晶の配向を変化させる駆動力は、通
常、誘電率の異方性を利用しているが、これによる力は
比較的小さいので、応答速度は一般に極めて遅（，１０
ｓｅｃ以下にすることが難しい問題が６９、これを改良
する新しい素材として強誘電性を備えた、強誘電性液晶
が開発され、これを用いた種々のデバイスが提案されて
いる（文献：吉野勝美、「強誘電性液晶と高速光デバイ
ス」、機能材料、ｖａｔ、　５．ＪＰ６４．　Ｐ、　１
６　（１９８５）　）。

この場合、駆動力は自発分極Ｐｓ　Ｋ対する電界Ｅによ
るトルクｐｓ＊ｇであり、これが大きな力となることか
ら、１０−６ｓｅｅ域の高速応答を示し、液晶応用分野
を飛躍的に拡大しようとしている。

しかし、強誘電性液晶の配向はネマチック液晶にくらべ
液晶の配向がかなり難しい。

これまでネマチック液晶で用いられたポリマーコーティ
ングとラビングの方法がそのまま試みられているが、か
ならずしもうまくいっておらず、高配向、大型のセル、
特に薄いセルを作成することは極めて難しかった。

（発明の概要） 本発明者は、この問題を解決するため鋭意研究した結果
、セルを構成する電極表面Ｋ、−軸配向した高分子膜を
積層することにより高配向が実現できることを見出した
。これに基づいて本発明はなされたもので電極面に一軸
配向した高分子膜を積層することにより、液晶、強誘電
性液晶デバイスの基本技術として重要な高配向を実現し
た液晶素子を提供するものである。

更に詳しくは、液晶配向セルと液晶体とからな沙、液晶
配向セルが対を形成し対向して配設された電極と該電極
に積層された分子鎖が一軸配向された高分子膜とから構
成されている液晶素子を提供するものである。

分子鎖が一軸に配向された高分子膜を積層することによ
って液晶体が高配向する理由は必ずしも明らかではない
が、高分子膜の分子の配向が液晶体の配列に影響を与え
る結果と考えられる。

（発明の構成） 本発明の液晶配向セルおよびそれを用いた液晶素子は、
液晶セルを構成する２枚の電極表面の少くとも一方の表
面に、−軸配向した高分子膜を積層したものを用いて作
成されたものである。

以下、図面に基いて本発明の構成を詳細に説明する。第
１図は、本発明による配向セルの基本的な一例を示す。

液晶配向セルｌは対向して対を形成する電極２ａｅ　ｚ
ｂ　を有する。

電極２ａ＃　２ｂは、透過型液晶素子の場合は透明電極
（例えばＩＴＯネサガラス）が用いられる。

該電極２の少なくとも一方には一軸配向した高分子膜３
を内方に積層し、所定の厚さのスペーサー４を介して液
晶配向セル１を構成し、咳液晶配向セル１内に液晶体５
を充填する。

反射型の素子の場合は一方の電極２は透明である必要は
なく、またセルに沿ってすなわち電極２に千行く光が入
射する場合あるいは光を使わない液晶素子の場合は透明
電極でなく単に金属板等の電極板を用いることもできる
。また、１対の電極２のいずれにも一軸配向した高分子
膜３を設置して配向セルを作成することもできる。

また、対を形成する電極は、第１図に示すように２枚で
ｌ対の電極を形成してもよく、対を形成する電極を多数
列設することもできる。また、一方に複数の電極を列設
し他方に共通電極として一枚の電極を設けることもでき
る。

一軸配向された高分子膜３を積層した電極２の作成法と
しては、（１）−軸配向した高分子膜を導電性電極に接
着する方法、（２）−軸配向した高分子膜の片面に真空
蒸着等によ抄導電性電極膜を形成する方法、（３）高分
子融液を押出成形する際に一軸配向を与えながら、直接
あるいは接着剤を介して導電性電極上にキャスティング
する手法などがある。

高分子膜の厚みは、液晶の配向性という観点からは制約
はないが、めまし厚いと液晶素子の駆動電圧を高くしな
ければならないので実用上、１０μｍ以下であるほうが
好ましい。

（１）および（２）の方法により積層構造体としての電
極を得る場合の、−軸配向した高分子膜を得る方法には
種々のやレオがある。４〜５μｍ以上の厚みの一軸配向
した高分子膜を得るには、押出成形された高分子膜や流
灘法により成形された高分子膜を一軸延伸あるいは巾固
定−軸延坤をすることによって得られる。また押出し成
形時に押出しの線速度より充分速い速度で引き取ること
によっても得ることができる。より薄い一軸配向した高
分子膜を得る方法としては、−軸配向した高分子膜に用
いる高分子材料（Ａ）と接着性のない別の高分子（Ｂ）
を共押出しするか、予め成形された（６）の膜上に流汎
法により（Ａ）の層を形成せしめた後、積層したまま一
軸延伸または巾固定−軸延伸し、使用時に高分子材料（
Ａ）を剥離する方法がるる。

この方法を用いる場合、（Ａ）の片側のみに（Ｂ）を配
して延伸しても、（Ａ）の両側にＣＢ）を配して延伸し
てもよく、また（Ａ）と（Ｂ）の間にさらに、導電性電
極と一軸配向した高分子膜との接着に用いるためのホッ
トメル）Ｉ！接着剤を介在せしめたものを一軸延伸また
は巾固定−軸延伸してもよい。

この場合、ホットメルト型接着剤は（Ａ）および導電性
電極とは接着性がよ＜、ＣＢ）とは接着性がよくないこ
とが必要でおる。この方法は、５声ｍ以下サブミクロン
程度までの厚みの一軸配向した高分子膜を得る方法とし
て優れているだけでなく、−軸配向した高分子膜を成形
した後、前記（１）または（２）の方法によ抄導電性電
極と積層するまでの間、およびこの後液晶素子とするた
めにセルを組立てるまでの間、−軸配向した高分子膜の
表面にキズやホコリがつかないように保護することも容
易である点でも優れている。すなわち、（Ｂ）を剥離す
ることが工程上必要となる時点まで（Ｂ）を剥離しない
でおくことは、表面の保護に有効である。

前記（３）の方法により一軸配向した高分子膜を積層し
た電極を得る場合には、高分子融液の押出しの線速度よ
抄充分速い速度で引きと秒ながら、直接あるいは接着剤
を介して導電性電極上にキャストすればよい。

いずれの場合にも、液晶体と接する側の高分子表面に高
分子鎖を一軸配向せしめた方向および／または、これと
は異る方向にさらにラビング処理を施してもよい。これ
は、強誘電性液晶の双安定性を増すために有効である。

前記（２）の積層法を用いる場合の導電性電極膜の形成
法としては、金属等の蒸着や化学メツ争を行いそのまま
用いてもよいし、その後さらに酸化等の化学処理を施し
てもよい。また、ピロール等導電性高分子を作抄うるモ
ノマーを用い高分子膜表面に酸化重合等の手法によ９導
電層を形成せしめて電極としてもよい。

一軸配向した高分子層に用いる高分子材料は、ガラス転
移温度または融点が６０℃以上で、液晶素子に用いる液
晶や液晶と二色性色素などとの混合物に溶解しないもの
であればよく、高分子の種類に関してはこれ以外の制約
はない。例としては、ポリスチレンやボリプマビレン、
ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレートなど
のような結晶性高分子や、ポリスチレン、ポリメチルメ
タクリレート、ビニリデンシアナイド／酢酸ビニル共重
合体、ポリカーボネートなどのような非晶性高分子がめ
げられる。また、ポリ弗化ビニリデンとポリメチルメタ
クリレートやポリ塩化ビニルのような組合せの混合物で
もよい。分子鎖の配向によ９複屈折性を示さない混合物
や共重合物は特に好ましい。

液晶配向セル１に充填される液晶体５としては、例えば
、ｐ−アルキルベンジリデン−ｐ′−シアノアニリンや
、ｐ−アルコキクベンジリデン−ｐ／　＋＋＋シアノア
ニリン、ｐ−アルキル−ｐ′−シアノビフェニル、ｐ−
アルキル−ｐ／−アル−キシフェニルベンゾエート等で
アルキル基やアルコキシ基の炭素数が数個程度のものや
これらの混合物、さらには、２色性色素を添加したもの
などを用いることができる。

また、本発明液晶配向セル１に充填される液晶体５は強
誘電性液晶であることが望ましい。本発明において強誘
電性液晶とは、カイラルスメクチック液晶のうち、Ｓｍ
Ｃ”、ＳｍｆＳＳｍＩ”、ＳｍＧ”、ＳｍＨ＊、ＳｍＪ
”相ノ液晶ヲイウ。コレラの液晶の例は多数めるが、例
えば、ＳｍＣ＊相を有するものの例としては、（Ｒ又は
５）−４−アルコキシベンジリデン−４′−アミノ１ｐ
″−メチルプロビルシンナメー）、（Ｒ又ハ８　）　−
４−フル：ｒキシベンジリデン−４′−アミノ−１ｐ“
−メチルブチルシンナメート、（Ｒ又は５）−２−ヒド
ロキシ−４−アルコキシベンジリデン−４７−アミノ−
１ｐ“−メチルブチルシンナメート、（Ｒ又は５）−２
−ヒドロキシ−４−アルコキシベンジリデン−４′−ア
ミノ−１ｐ“−メデルプロビルシンナメー）、（２８，
３８又は２Ｂ、３Ｒ）−ｓ−メチル−２−ハロベンタノ
イクアシツド−４′、４“−アルコキシビフェニルエス
テルなどで、アルコキシル基の炭素数が数個ないし士数
個のものが用いられる。

本発明は、高分子鎖を一軸配向せしめた高分子膜と電極
を形成する導電層が積層された構造のものを、少くとも
一方の電極として用いて液晶配向セルを構成することと
それを液晶素子として用いることに特徴があ抄、何ら特
定の高分子材料、液晶体や構成法などに限定されるもの
ではない。

以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、
本発明は何らこれらの実施例に限定されるものではない
。

実施例１ 、共押出成形によりポリ弗化ビニリデン３．５μｍとポ
リプロピレン４０μｍの積層フィルムを形成−した後３
．５倍の巾固定−軸延伸を行いポリ弗化ビニリデン層の
厚み１μｍの積層フィルムを得た。

ネサガラスの導電層側に、ごく薄い接着剤層を介してポ
リ弗化ビニリデン層を接着した後ポリプロピレン層を剥
離した。

以上の方法で作成した一軸配向高分子積層電極とネサガ
ラス板を対向させ、第１図に示すようなセルとした。ス
ペーサーは厚み２μｍのポリエチレンテレフタレートを
用いた。

このセルに、メルク社製強誘電性液晶ＺＬＩ−３６５４
を封入した。

このセルを偏光顕微鏡で観察したところ、極めて良好な
ホモジュアス配向をしていることがわかった。

このセルに、パルス電圧を印加した場合の応答時間は、
パルス電圧が３０Ｖの場合に１５０μｌｅｅと高速であ
った。

実施例２ 実施例１と同様の方法で作成した、−軸配向高分子積層
電極とネサガラス板を対向させ、第１図に示すようなセ
ルとした。スペーサーは厚み５μｍのポリエチレンテレ
フタレートを用いた。

このセルに、強誘電性液晶として、（２８，３８）−３
−メチル−２−クロロペンタノイクアシドー４Ｃ４“−
オフチクキシ　ビフェニル　エステル　を封入した。

このセルを偏光顕微鏡で観察したところ、極めて良好な
ホモジエアス配向をしていることがわかった。

との配向セルによる素子を２枚の偏光板にはさみ、Ｈ２
Ｓ−Ｎ＠　レーザー光（６３２８−Ｘ（Ｄ波長）をあて
、透過光を光電子増倍管を用いて測定し、電圧印加によ
る透過光量の変化をしらべた。第２図は印加電圧士約２
０Ｖの範囲を１００秒サイクルで走査したときの透過光
量を任意単位で示したものである。また、このセルにパ
ルス電圧を印加した場合の応答時間は、電圧によって変
るけれども、ＸＯＶ以上の電圧では４０μ１ｌｅｅ以下
の高速で応答した。さらに、このセルに２０Ｖの電圧を
印加した後、回路を開放したときの透過光量は経時的に
はｙ一定でメレ、良好な双安定状態を示した。

実施例３ 対向する電極板両方共に、実施例１で用いたものと同じ
厚みのポリ弗化ビニリデンを積層した電極を用いた配向
セルを作成した。ポリ弗化ビニリデンの積層法、スペー
サー、液晶の種類は実施例１と同様である。偏光顕微鏡
観察の結果、実施例１とくらべ若干欠陥が存在するが、
やはり良好なホモジエアス配向が得られた。

実施例４ 実施例１とスペーサーの厚さのみが１００μｍと異るほ
かは、全て同じ条件で作成した配向セルの素子を作成し
た。偏光顕微鏡で観察したところ、良好なホモジニアス
配向をしていることが明らかとなった。

実施例１と同様の方法で光スイッチングを測定した。応
答速度はやは抄μｇｌｅｅ域でＳｔ）高速でめつたが、
コントラストは若干低下した。これは厚セルであるので
、セルの中心部で若干配向がずれている所があることを
示唆しているものと解釈できる。しかし、はｙ完全な配
向となっている事が明らかとなった。

実施例５ ビニリデンシアナイドと酢酸ビニルの交互共重合体をジ
メデルアセトアミド溶液とし、水平に保持された押出成
形されたナイロンフィルム上でキャストし、乾燥後ナイ
ロンフィルムと共に３．５倍に延伸した。ビニリデンシ
アナイド−酢酸ビニル交互共重合体フィルムの延伸後の
厚みは２μｍであった。このフィルムを実施例１と同様
なやや方でネサガラスの導電層側に接着した後ナイロン
フィルムを剥離した。こうして得られ九−軸配向高分子
積層電極表面を、延伸方向とラビング方向のなす角度が
強誘電性液晶の双安定となる角度と一致する方向に２ピ
ングを施した。これを用い、他の条件は実施例１と全て
同じにして配向セルを作成し、強誘電性液晶としてＤＯ
ＢＡＭＢＣ（Ｐ−デシロキシベンジリデン−ｐ′−アミ
ノ−２−メチルブデル　シンナメート）を封入して配向
セルの素子とした。偏光顕微鏡で観察したところ実施例
１とくらべると若干欠陥が存在しているが、良好なホモ
ジュアス配向していることが明らかとなった。

実施例１と同様の方法で光スイッチングを測定したとこ
ろ、応答速度は実施例１．２よ抄遅かったが、やけしμ
ｓｅａ域で、高速である。コントラストは実施例２にく
らべ多少良くなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明の実施態様を示す液晶素子の縦断面
図、第２図は、実施例２で得られた液晶素子の印加電圧
と透過光量の関係を示すグラフである。 １：液晶配向セル ２ａ、　２ｂ　：電極 ３：高分子膜 ５：液晶体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶配向セルと該液晶配向セルに充填された液晶
   体とからなる液晶素子において、液晶配向セルが、対を
   形成し対向して配設された電極と、該電極に積層された
   高分子鎖が一軸方向に配向された高分子膜とから構成さ
   れていることを特徴とする液晶素子。
2. （２）液晶体が、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。