JPS63228130A - 強誘電性スメクチツク液晶電気光学装置 - 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］ 本発明は、強誘電性スメクチック液晶を用いた電気光学
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、強誘電性を示すスメクチック液晶を配向させる手
段として実用的なものには、有機高分子膜、特にポリイ
ミド系高分子膜を形成し、布で一定方向にラビングし配
向制御膜としたもの、或は、５ｉ０２等の斜方蒸着によ
り配向制御膜を形成したものを用い、液晶を注入後、コ
レステリック相又は等吉相を示す温度まで加熱した後、
徐冷しつつスメクチックＡ相をモノドメインとして成長
させ、さらに降温させて目的とする強誘電性を示すスメ
クチック相のモノドメインを得る方法などがある。　　
［Ｊ、Ｓ、Ｐａｔａｌ、Ｔ、Ｍ。

Ｌｅｓｌｉｅ　ａｎｄ　Ｊ、Ｗ、Ｇａｏｄｂｙ　；　Ｆ
ｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｇ、５９゜１３７（１９８４
）　］、［］竹添秀夫、福田敦夫、久世栄−；工業材料
第３１巻、第１０号、２２］。

これらの方法によって得られた強誘電性を示すスメクチ
ック相のモノドメインには電界の向きに依存した双安定
の２つの状態が存在し、上下基板の透明電極間に電圧を
印加する手段によって、電界が印加され、双安定な２つ
の状態のうち電界の向きによって一方の状態に制御され
る。さらに、双安定な２つの状態のうち一方の状態が明
るく、他方が暗くなるような配置に偏光板を組み合せる
ことによって表示装置として用いられる。

しかしながら、このような方法によって双安定な２つの
状態が制御されるのは上基板と下基板の透明電極が対向
する表示画素部分に限られ、表示画素以外の部分では初
期配向で得られた双安定な２つの状態が混在する為に、
表示装置の外観を著しく損う重大な欠点がある。

このように、従来の強誘電性スメクチック液晶電気光学
装置の配向制御法には、表示画素以外の部分について双
安定な２つの状態のうち一方の状態に制御する方法はな
く、表示画素以外の部分の均一性の良い外観を持つ表示
装置が得られないという問題点があった。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明は従来の方法では解決されなかった表示画素以外
の部分を双安定状態の一方に選択的に制御することを可
能とした強誘電性スメクチック液晶電気光学装置を提供
することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、それぞれ所望の形状の透明電極が形成された配向制
御膜を有する上基板と下基板の間に、強誘電性を示すス
メクチック液晶が挟持され、該上下基板の透明電極間に
電圧を印加する手段を備えた液晶電気光学装置において
、該上下基板の少なくとも一方に表面電位の制御膜を設
けたことを特徴とする強誘電性スメクチック液晶電気光
学装置を提供するものである。

第１図は１本発明の基本的な液晶電気光学装置の断面図
である。２枚の透明基板（ｌａ）　、　（ｌｂ）の表面
に、それぞれ透明な導電膜（２ａ）　、　（２ｂ）と配
向制御膜（３ａ）　、　（３ｂ）を形成する。導電膜（
２ａ）　。

（２ｂ）は、基板に保持された液晶層（４）に電界を印
加するための電極であり、電気化学的応答を生じさせる
目的で設けられているもので、Ｉｎ２０ｔ、Ｓｌ２Ｏ３
等からなり、所定のパターンが形成されている。

配向制御膜（３ａ）　、　（３ｂ）はスメクチック相で
液晶が示す層構造について、層重線方向が上下基板にほ
ぼ水平に配向させるものである。代表的なものとしては
、有機高分子膜を形成し布で一定方向にラビングする方
法、あるいはＳｉＯの斜め蒸着法等、ネマチック液晶で
用いられた配向制御法が用いられる。また、使用される
強誘電性スメクチック液晶が、等吉相からコレステリッ
ク相を経ずにスメクチック相へ相転移する場合には、上
記のラビング又は斜め蒸着を一方の基板のみとし、他方
は液晶分子が基板とほぼ水平であるがラビング等による
方位付けを行なわないことが好ましい場合もある。また
、上下基板ともに同一方向に方位付けることが、配向欠
陥を少なくする点で好ましい。

このようにして形成する配向制御膜を、上下基板とも同
じ材料または異なる材料で構成し、上下基板の少なくと
も一方の基板に表面電位の制御膜を設けることによって
、上下基板間に５０ｍ以上の表面電位差を付与すると、
液晶セルの全面にわたり、強誘電性を示すスメクチック
相で現われる双安定な２つの状態のうち一方に選択的に
制御され、表示画素以外の部分の均一性の良い外観を持
つ液晶電気光学装置が得られることを本発明者らは見出
したものである。

本発明では、表面電位の制御膜を適宜選択することによ
り、この上下両基板の配向制御膜を同一の材料で形成し
、上下の基板間に５０ｍＶの表面電位差を付与できるた
め、生産性、信頼性も向上する０表面電位の制御膜は配
向制御膜と透明電極が形成された基板との間に形成する
ことも、配向制御膜の液晶に接する表面に形成すること
もできるが、配向制御膜を形成する際の熱等による変質
が避けられる理由から、配向制御膜の液晶に接する表面
に形成することが好ましい。

配向制御膜の液晶に接する表面に形成される表面電位の
制御膜としては、真空蒸着、スピンニート等で１００Å
以下に各種無機酸化物、有機高分子等をコートした膜や
界面活性剤による吸着膜が用いられるが、配向制御膜が
一軸配向処理がされている場合には、−軸配向性を損わ
ないことから界面活性剤の吸着膜が好ましい、なお、こ
の配向制御膜は１両基板とも同一材質で形成しておくこ
とにより、別途形成される表面電位の制御膜の表面電位
の差がそのまま現れるため制御しやすく好ましい。

界面活性剤としては、シランカップリング剤、チタネー
トカップリング剤等があるが、アミノシラン、エポキシ
シランやこれらの混合物を用いることが、配向の安定性
から好ましい。

また、吸着膜の形成の方法としては、界面活性剤の希薄
溶液に基板を浸漬した後、必要に応じて熱処理を行う方
法などがある。

表面電位の制御膜を設けた結果付与される上下基板間の
極性の差は５０■Ｖ以上であれば本発明の効果が得られ
る。しかしながら、強誘電性スメクチック液晶は双安定
な２つの状態において一方から他方へ移る際のエネルギ
ー障壁が小さく、明確なしきい値特性は得られにくい、
従って、上下基板間の極性の差が大きくなると、表示画
素部における双安定が著しく損われる０本発明者らは、
上下基板間の極性の差が５０ｍＶ以上５００ｍＶとする
ことが双安定の観点から好ましいことを見出した。

これは、セル間隙の制御が完全にＯにできないため、５
０ｍＶ未満では十分に一方に制御されないことがあるこ
と及び５００履Ｖを越えると、セル間隙のバラツキが電
圧マージンにより許される範囲をはずれやすく、５０５
０−５Ｏ０の範囲内とされることが好ましい。

このような配向処理を行ったのち、該基板が平行、かつ
一定の間隔で保持されるように、スペーサー、例えば、
有機ビーズ、アルミナ粒子をはさみ、シール剤（５）で
周囲を固定し、セルとする。この際、２枚の基板の配向
制御方向は、お互いに平行になるようにする。

その後、強誘電性液晶組成物をコレステリック相、ある
いは等吉相まで加熱し、セルに注入した後、封止する。

セルの外側に２枚の偏光板（６ａ）、（８ｂ）をその偏
光板がお互いに直交し、かつ基板の配向制御方向と一定
角度をなすように配置する。この角度は、液晶材料、装
置の動作温度、駆動方法等によって変わり最もコントラ
スト特性等のよい角度を選べばよく、また場合によって
は２枚の偏光板の偏光軸を直交から僅かにずらして配置
する場合もある。

基板（１ｂ）側に光源（７）を置き、反対側へ光が透過
するようにする。なお、反射型で用いる場合には、偏光
板（８ｂ）の外側に反射板を設ければよい。

第２図は、導電１１！Ｉ　（２ａ）及び（２ｂ）（７）
パターン例を示し、ドツトマトリックス表示素子等に使
われるものである。一方の基板には、横方向の縞状の走
査電極群０１〜Ｏｎがパターニゲされ、他方の基板には
、縦方向の縞状の信号電極群ｓ１〜Ｓｍがパターニング
されている。２組の電極群の交差点ＡＩｌ〜Ａｍｎが画
素となる。

本発明で用いられる強誘電性スメクチック液晶としては
カイラルスメクチックＣ相（以下Ｓｒｓ’”相と略す）
を初めとしていくつかの種類が知られているが配向制御
の容易さ、あるいは応答の速さ等から５ＬＩＣ＊相を有
する液晶を使用することが好ましい、具体的な例として
は、　４−（４−ｎ−デシルオキシベンジリデンアミノ
）ケイ皮酸エステル等がある。また、材料単体ではなく
、いつかの材料を混合して特性を実現してもよく、例え
ば第１表に示すような混合物が用いられる。

第１表 構造式　　　　　　　　　　濃度（ｗｔＸ）転移温度 ５１．０℃　　６８．１℃　　８９．４　　　９８．３
℃Ｃｒ　　　−５ｒｓＣ’　　−ＳｍＡ　　　−Ｃｈ　
　　　−ＩＣｌ３ また、本発明で用いる液晶としては、強誘電性を示す液
晶相より高温の温度範囲においてスメクチック相（Ｓｍ
Ａ相）をもつ液晶が双安定性の対称性の点で好ましい０
等方相（■相）あるいはネマチック相（Ｍｅ相）あるい
はコレステリック相（ｃｈ相）より、Ｓ薦Ａ相を経由せ
ずに直接Ｓａｃ”相等の強誘電性液晶相へ変化する液晶
を用いた場合、通常配向制御の方向に対して液晶分子層
の方向が異なる２種類の配向状態をとる。

この２種類の配向状態が混在するとコントラストの低下
をまねくため、Ｉ相あるいはＭｅ相あるいはｃｈ相より
Ｓａｃ”相等の強誘電性液晶相へ冷却する際に、一方向
の極性をもつ直流電界を印加し、２種類の配向状態のう
ち１種類のみに配向させる等の手段をとることが必要と
なる。このようにして作成した素子においてはその安定
性において第１の安定状態と第２の安定状態のうち、冷
却する際に印加する電界の極性と一致する安定状態のほ
うがより安定となってしまい、双安定性の低下につなが
る。これに対し、ＳｍＡ相をもつ液晶においては、液晶
分子層の方向が１種類しかなく、電界印加等の手段が必
要なく、従って双安定性が電圧に対して対称的になり双
安定性がよい。

また、本発明で用いる液晶としては、強誘電性を示す液
晶相より高温の温度範囲でａｈ相をもつことが配向の均
一性の点で好ましい、この液晶の配向の作成法について
は、特願昭５８−２７４０７３号の方法を用いることで
極めて良好な配向に素子が作成できる。

強誘電性液晶組成物として５ｔａＣ”相をもち、それよ
り高い温度においてＣｈ相をもち、かつＣｈ相における
らせんピッチの長さくｐ）が基板（１ａ）と（１ｂ）間
の距離（ｄ）の４倍以上長い液晶を用いる。またｃｈ相
と５ＩＩＣ本相の間にＳ腸Ａ相をもつことが、配向の均
一性の点で望ましい、このような液晶としては、光学活
性物質、スメクチック液晶化合物、ネマチック液晶化合
物を適当な割合で混合することで得られ、必要に応じて
非液晶添加物を加える場合もある。特に、ｃｈ相におけ
るピッチを長くするには、左らせんを生じさせる光学活
性物質と、右らせんを生じさせる光学活性物質を、らせ
んを生じさせる力の大きさに応じて混合するのが有効で
ある。

通常、Ｃｈ相におけるらせんピッチの長さは温度ととも
に変化する。均一な配向を得るには、コレステリック−
スメクチック相転移点の直上でｐ＞４ｄの条件を満たす
ことが必要である。

しかし、この条件を満たす温度範囲が転移点のごく近傍
に限られる場合は、温度降下速度が速い場合においては
、らせん構造がほどけずにスメクチック相へ転移してし
まう、この場合には均一な配向が得られないので、らせ
ん構造がほどけるまでｐ＞４ｄを満たす温度に保持する
か、温度降下速度を遅くする必要がある。この理由から
らせんピッチｐが基板間距離ｄの４倍以上になる温度範
囲は、コレステリッタースメクチック相転移点より５℃
以上の範囲にわたることが好ましく、ざらにｃｈ相全全
温度範囲わたることがより好ましい。

なお、ここでいうａｈ相はネマチック液晶に光学活性物
質を添加して固有のピッチを持つようにされたネマチッ
ク液晶によるＭｅ相も含むものである。

また、液晶の結晶化、あるいは高電圧印加により配向不
良が生じた時のために、液晶層の温度を上昇させる手１
段を備えることが好ましい。

この手段としては、外部に温度上昇のためのヒーターを
備えてもよいが、セル内部又は外部の電極に電流を流し
、直接加熱すればより簡単な装置となる。

［作用］ 本発明は、上下基板に設けられた配向制ｗｇの表面を、
上下基板の少なくとも一方に表面電位の制御膜を設ける
ことにより、上下基板間に極性の差が付与され、強誘電
性液晶の配向制御膜表面との相互作用が上基板と下基板
で異なるために、双安定な２つの状態のうち一方の状態
に選択的に制御されるものである。

［実施例］ 次に本発明の一実施例について説明する。

第２図で、上基板に信号電極群を３２本、下基板に走査
電極群を３２本設けられた一対の基板表面にポリイミド
皮膜（日立化成社ＰｒＸ−５４００）を形成し、３００
℃で３０分焼成した後にガーゼで一定方向にラビングし
配向制御膜を形成した。

次に上基板について、エポキシシラン希薄溶液（信越化
学！！Ｉ　ＫＢＭ−４０２をイソプロピルアルコールで
希釈）に３分間浸漬し、引き上げ後１５０℃で２０分乾
燥し、吸着膜による表面電位の制御膜を形成した。

次いで、上下基板のラビング方向が同一になるように組
合せてセル間隔１．５μｍのセルを構成し、第１表に記
載した混合液晶を約１００℃に加熱して注入した０次い
でセルをＳｍｃ’相を示す５５℃に冷却したところ、配
向は良好であり、且つ、セル全面にわたって双安定な２
つの状態のうち一方に制御されていることが観察された
。

また、上記の吸着膜を下基板についてのみ形成した場合
では、双安定な２つの状態のうち、上基板にのみ吸着膜
を形成した場合とは異なる状態に制御されていた。さら
に、吸着膜を設けない場合では、配向は良好であるが、
双安定な２つの状態が混在し、電解を印加した場合でも
表示画素部の双安定状態を制御することはできなかった
。また、片側の基板のみ吸着膜を形成したセルについて
、±３■、０．５Ｈｚの三角波を印加し、透過光強度を
測定し、横軸を電圧、縦軸を透過光強度としてヒステリ
シスカーブを調べたところ、ヒステリシスループはｖ；
０から１２０ａ＋Ｖだけ片寄っていた。

実施例２ 実施例１のエポキシシランに代えアミノシラン希薄溶液
（信越化学■ＫＢＭ−６０２をイソプロピルアルコール
で希釈）を用いて表面電位の制御膜を形成した外は実施
例１と同様にしてセルを作成したところ、実施例１と同
様にセル全面にわたって双安定な２つの状態のうち一方
に制御されたいた。

このセルのヒステリシスループは■＝０から５３０ｍＶ
だけ片寄っており、双安定性が悪化し、駆動する際の電
圧マージンが減少しているため、セル間隙のバラツキが
大きいセルでは良好な表示が得られなかった。

［発明の効果］ 本発明は、従来のネマチック液晶に用いられた配向制御
技術に表面電位の制御技術を加え、外観の優れた強誘電
性スメクチック液晶電気光学装置が得られる如き優れた
効果を有し、特に大型ドツトマトリックス素子に適用し
た場合には、表示画素の間の微細な部分や、電極のセル
外部への引き回し部分など電極が対向しない部分の双安
定性状態を一方の状態に制御される為に、明るい背景に
黒いドツトパターンが表示できるようになる。さらに、
セル外部の静電気等によって双安定性状態が混在化した
場合においても、自然に数秒から数分であらかじめ制御
された双安定性状態になり永久欠陥となることがないと
いう効果も認められる。さらに、表示の為の駆動上必要
な双安定性は確保されるが、装置の電源を切った場合に
は数秒から数分で、表示内容は自動的に消えるため、気
密保持上好ましい表示装置が得られるという効果も認め
られる。

本発明はこの外、本発明の効果を損しない範囲内で種々
の応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で用いられる液晶電気光学装置の断面
図であり、第２図は、本発明で用いられる電極パターン
の例の平面図である。 ｌａ、１ｂ：透明基板 ２ａ、　２ｂ：導電膜 ３ａ、３ｂ：配向制御膜 ４　　：液晶層 ５　　：シール剤 ６ａ、６ｂ＝偏光板 ７　　：光　源 １℃埋人（升理士ン平石判子 第　１　図 第　ｚ　図 信号電、［ｉ！ｒ４

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ所望の形状の透明電極が形成された配向
   制御膜を有する上基板と子基板の間 に、強誘電性を示すスメクチック液晶が挟持され、該上
   下基板の透明電極間に電圧を印加する手段を備えた液晶
   電気光学装置におい て、該上下基板の少なくとも一方に表面電位の制御膜を
   設けたことを特徴とする強誘電性スメクチック液晶電気
   光学装置。
2. （２）該強誘電性液晶がカイラルスメクチックＣ液晶で
   ある特許請求の範囲第１項記載の強誘電性スメクチック
   液晶電気光学装置。
3. （３）上下基板の配向制御膜が同一材料で形成されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の強誘電性スメクチック液
   晶電気光学装置。
4. （４）該配向制御膜がラビング処理されている特許請求
   の範囲第１項記載の強誘電性スメクチック液晶電気光学
   装置。
5. （５）該表面電位の制御膜によって該上下基板間に生ず
   る表面電位差が５０ｍＶ以上５００ｍＶ以下である特許
   請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一項記載の強誘電
   性スメクチック液晶電気光学装置。
6. （６）該表面電位の制御膜に界面活性剤が用いられた特
   許請求の範囲第５項記載の強誘電性スメクチック液晶電
   気光学装置。
7. （７）該界面活性剤がシラン系表面処理剤である特許請
   求の範囲第６項記載の強誘電性スメクチック液晶電気光
   学装置。