JPS6325628A - 液晶デバイスとその製造法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は液晶ディスプレイ　（ＬＣＤ）ならびに光シャ
ッタ等のその他のデバイスに有用な液晶デバイスに関す
る。

〔背景技術〕

従来型の液晶においては、電極が形成されるガラス板の
内部主表面は薄いポリマで被覆されている。このポリマ
層は所定の方向にポリマ鎖を配向し、または微視溝を形
成するために例えば布でラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）さ
れる。ポリマに接触する液晶分子はポリマ鎖または微視
溝と相互作用することにより自らをその方向に沿って配
向する。従ってポリマ層は液晶技術において配向被覆と
して知られている。そのような層がなければセル表面の
液晶分子は、配向被覆の境界条件により形成される好適
な方向とは対照的に、まちまちな方向を向くであろう。

例えば名マチイック液晶材料はセルの両方の内部表面を
ポリマ（通常はポリイミド）で被覆し、かつ両方のポリ
マ層を一方向にラビングすることにより容易に配向でき
る。適切な結晶ポリマを用いれば、そのような表面処理
でスメクティンク液晶材料を配向することもできる。

表面におけるＬＣ分子の配列は通常、液晶ディレクタと
表面平面との間の角度で定義される傾斜バイアス角（α
）を用いて表わす（第２図参照）。

αが０度またはほぼ０度（即ちα−±５度）の場合配列
は「ホモジニアス」と呼ばれ、αが９０度またはほぼ９
０度（即ち、９０±５度）の場合ホメオトロピックと呼
ばれる。一般にホモジニアスまたはホメオトロピックの
Ｌ　Ｃ配列を作り出すのは容易である。しかしこの両極
値の間の配列を得るのははるかに困難なことであった。

例えば、単方向ホモジニアス配列は典型的にはポリマ被
覆面をラビングすることで得られ、ホメオトロピック配
列はシランまたはクローム複合物などの表面処理剤で表
面処理を行なうことで得られる。Ｊ、コナードの「分子
結晶液晶」補遺１．１ページ、１９８２年（Ｊ、　Ｃｏ
ｇｎａｒｄ、　　”Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　釦出壮」促叶
Ｌ１１，５ｕｐｐ１．１　、ｐ、　１．１９８２）を参
照。しかし、約２０−５０度の高傾斜角を必要とする液
晶デバイスは数種類存在する。例えば、Ｔ、Ｊ、　　シ
ェファーらの情報ディスプレイ学会８５年ダイジェスト
、１２０ページ、１９８５年（Ｔ、　Ｊ、　５ｃｈｅｆ
ｆｅｒ、　ｅｔ　ａｌ、ｔ　力ａ１塵ｆｏｒＩｎｆｏｒ
ｍａｔｉｏｎ　因田状ｕ８５　現」且Ｃ工）の超ツイス
ト複屈折（Ｓ　Ｂ　Ｅ）液晶、Ｐ、Ｊ、ボスらの同学会
８３年ダイジェスト、３０ページ、１９８３年Ｐ、　Ｊ
、　Ｂｏｓ、　ｅｔ　ａｌ、、　　ｂ立国夏ｆｏｒ　Ｉ
ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ彰互吋幻μｓす」旦Ｉ工）の光学
シャッタバイセル、Ｄ、Ｗ、ベレマンらのアプライド　
フイジノクスレターズ第３７巻１０７２ページ、１９８
０年り、　　Ｗ、　　Ｂｅｒｒｅｍａｎ、　　ｅｔ　　
ａｌ、、　　Ａｐｐｌｉｅｄ　　ＰｈｙｓｉｃａＬｅｔ
ｔｅｒｓ　）のコレステリンク双安定液晶ディスプレイ
、及びＲ３Ｗ、フィラスの上記学会８４年ダイジェスト
、２０６ページ、１９８４年（Ｒ，Ｗ。

Ｆｉｌａｓ、　　カニ国立ｆｏｒ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉ
ｏｎ　県Ｊ状す８４肚仁■）の傾斜ハイブリッド相変化
ゲストホスト液晶ディスプレイがある。このような高傾
斜表面を作成するためには従来、酸化シリコンなどの材
料を斜め蒸着角で高真空蒸着させる方法をとっていた。

Ｅ、ガイオンらのレターズ　イン　アプライド　アンド
　エンジニアリング　サイエンス誌第１巻１９ページ、
１９７３年（Ｅ、　Ｇｕｙｏｎ、　ｅｔ。

ａｌ、、　Ｌｅｔｔｅｒｓ　ｉｎ　勧且■ｅｄ　肋ｄ　
ｈ訂邸ｙ−員■−５ｃｉｅｎｃｅｓ　　を参照。ＳｉＯ
はホモジニアス配列を作成するのにも用いられる。蒸着
角が表面に対して３０”±１０°の場合は液晶のホモジ
ニアス配列は蒸着角に垂直な方向に生じる。Ｈ，Ｌ、オ
ンゾらはこの技術を用いて微視的非ホモジニアス表面を
用いたネマティック液晶の傾斜配列を得たことを報告し
ている。ジャーナル　オブ　アプライドフィジックス誌
第５７巻第２号１８６ページ、１９８５年（Ｈ，Ｌ、　
Ｏｎｇ、　ｅｔ　ａｌ、＋　Ｊｏｕヒ娃ｏｆジ囮山迫凡
す玉シ■工）を祭日、（。この表面は、ホモジニアス（
平面）配列を促進する一つの材料（Ｓｉｎ）のマトリク
スで囲まれた、ホメオトロピック配列を促進する他の材
料（シランＤＭＯＡＰ）の小さなバッチまたは島（ｉｓ
ｌａｎｄ）から成っていた。しかしこの方法は時間がか
かり、　基板サイズを制限し、ひいてはディスプレイの
サイズを制限してしまう。

高傾斜角を達成する際の困難さからみて化学的方法が極
めて望ましいと考えられる。化学的に生成された高傾斜
角の例として唯−知られているのはＧ、ポルテのジャー
ナル　オブ　フィジフクス（パリ）第３７巻１２４５ペ
ージ、１９７６年（Ｇ、　Ｐｏｒｔｅ、　Ｊｏｕｒｎａ
ｌ　ｏｆ　肌用」（Ｐａｒｉｓ）　Ｖｏｌ。

３７）の報告である。彼は純粋なガラス表面を様々なア
ルキル鎖長ｎの脂肪族モノアミンの単分子膜で処理する
ことによりネマティックＮ−（ｐ−メトキシにンジリデ
ン）−ｐ′−ブチルアニリン（ＭＢＢＡ）の配向を傾斜
（５＜ｎ＜１０）かあるいはホメオトロピック（１２＜
ｎ＜　１６）のどちらかと観た。彼の実験では液晶は毛
管現象によリセル内に流入できるようになっており、傾
斜方向は液の流入方向により決められた。この方法では
２つの表面上に非平行傾斜が自然に得られるが（第５図
、１２４７ページ）、これは一般には望ましくない。彼
は、イソトロピック化まで加熱した後、この２つの表面
間の温度傾斜をもって極めてゆっくりと冷却することに
より均一な平行傾斜（第６図、１２４７ページ）を得ら
れると主張しているが、そのようなやり方はデバイス応
用面には実用的ではない。

〔発明の概要〕

本発明は比較的に高い傾斜角を有する配列被覆を有する
液晶デバイスを提供する。この被覆は、被覆すべき表面
に２個またはそれ以上の表面結合剤から成る合成物を与
えることにより形成される比較的に高い傾斜角をもって
液晶を配列させるものである。表面結合剤の一方はもし
単体で与えられれば液晶ディレクタを表面に対して角度
αをなすようにし、他方はもし単体で与えられれば角度
α２をなすようにするものであり、組合わせると合計し
てα、やα２とは異なる鋭角α３を生じる。

分子と接触する被覆の表面は化学的にホモジニアスであ
り、前述のオングらにおけるような微視的に非ホモジニ
アスというものではない。

被覆の表面の空間的均一性を記述するためにここで用い
ているホモジニアスという用語は、ディレクタが被覆が
形成される表面に対して平行になるように配向さる液晶
分子を記述するために以前に用いられた用語ホモジニア
スと混同してはならない。

この組合せは一つの配列材料から成る層を堆積させ他方
と反応させるか、またはこれら配列材料（他方と反応す
るかしないかにかかわらず）の組合せを形成し、次に表
面上にこの組合せからの層を形成することによって形成
される。組合せ中の表面結合剤の相対的濃度を変化させ
ることにより表面力を平衡させて任意の所望傾斜角、例
えばα３＝５ないし８５度を得ることができる。所定の
方向に沿って被覆を機械的に歪ませると、所望の高傾斜
境界条件を得られる。高真空蒸着法と異なり基板サイズ
には本質的な制限はなく、ホモジニアスとホメオトロピ
ックとの間の全ての角度が本質的に同様な容易さで達成
される。

〔実施例の説明〕

第１図は液晶デバイスの一部分、液晶デバイスに用いら
れるセルを概略的に示す。セルは本質的に平行な一対の
平板１０及び２０のような閉込め手段を含み、この閉込
め手段により液晶材料３゜の境界が形成される。液晶材
料は単一の液晶構成材を含んでも良いし、そのような構
成材を複数含んでも良い。適切な液晶材料はイソトロピ
ック化からネマティック相またはコレステリック相への
転移を受ける時（例えば冷却される時）に配列されるよ
うな材料である。デバイス動作はこれとは異なる相、例
えばスメクティソク相で行なわれることもあり得るが、
当然ながらネマティック相やコレステリック相でも行な
われる。

平板１０及び２０は光に対して実質的に透過性であり、
内部主表面上には電極１２及び２２が堆積されている。

電極を通して光が透過する場合は電極も事実上透過性の
材料で作成しなければならない。マトリクス　アドレス
またはマルチプレックス用に用いる場合は、電極はわず
かに離したストライプから成るアレイを構成し、２つの
アレイが互いに横方向（例えば垂直）になるように配向
されるようにパターン化される。このようにして、スト
ライプの各対の重複部分における液晶容積により画素（
ｐｅｌ）が規定される。

個々の画素は、電極２２のアレイに接続されたスイッチ
８．４０と電極１２のアレイに接続されたスイッチ源５
０として示される適切な電子回路を用いて個別にアドレ
スされる。簡単にするために各アレイに対し接続は２個
のみ示されている。源４０及び５０は選択された電極間
に適切な電圧をかけ、これによりあらかじめ選択された
画素に電界Ｅをかける。液晶にかけられる電界はセル表
面に対し実質的に垂直である。

共通反射モードで用いる場合は、セルには反射器（不図
示）も備えられ、この反射器はセルを通って透過した光
を視認表面から外へ再透過させる。

液晶材料３０の分子を配列させるためにセルの内部表面
上には一対の配列被覆８０及び９０が設けられる。被覆
を堆積させる前に表面に付着促進層（不図示）を任意に
設けても良い。これらの被覆は典型的には非常に薄＜（
例えば５０−１００人程度）、平板または電極またはそ
の両者を覆う。

しかし、典型的には、図示のように被覆８０及び９０は
電極１２及び２２とさらにこれらのすき間の部分を覆っ
ている。本発明の一つの特徴に従えば、被覆８０は液晶
の隣合う分子をその組成で決める所定の角度α３　（第
２図）で配列させ、被覆９０は隣合う分子をその組成で
決める所定の角度α３′　（第２図）で配列させる。こ
の２つの角度α３及びα３′は互いに等しくても等しく
なくても良いが、被覆８０及び９０は典型的には高（頃
斜を生じる、即ち、角度α３及びα３′は例えば５ない
し８５度の範囲である。各配列層は所定の方向に沿って
機械的に歪められる（例えばその表面を布でラビングす
る）。しかし、１つの被覆に対する所定の方向は他の被
覆に対する方向とは異なっても良い。被覆に隣接する液
晶分子の長軸はその所定の方向に配列される。

さらに液晶ディスプレイには光学的コントラストを与え
る手段、例えばガラス平板１０及び２０の上に形成され
た偏光板が含まれる。偏光板は周知のやり方で所定の（
ラビング）方向に関して方向付けられる。あるいはコン
トラストは液晶中に二色性染料を含ませることによって
も得られる。

いくつかの例では染料と偏光板とを共に用いる。

本発明の一実施例におていは、配列被覆８０は２種また
はそれ以上の表面結合剤（配列材料）の合成物である。

表面結合剤の一方は、もし単体で与えられれば、液晶デ
ィレクタを表面に対し角度α、をなすようにし、他方は
、もし単体で与えられれば角度α２をなすようにするも
のであり、共に用いれば組合せでα１やα２と異なる角
度α。

をもたらす。分子と接触する合成被覆の表面は化学的に
ホモジニアスであり、前述のオングらの報告におけるよ
うな微視的に表面ホモジニアスなものではない。合成被
覆は１つの配列材料から成る第１の層を堆積させ、次に
その上に他の配列材料から成る第２の層を形成すること
により形成することができる。これら２つ層は互いに反
応して両者間に表面層を形成する。表面層は第１の層を
木質的に完全に覆い、第２の層の未反応部分は除去され
る。被覆を所定の方向に沿って機械的に歪ませた後、露
出された表面層により角度α３の高傾斜配列が得られる
。

本発明の他の実施例においては、配列被覆８０は異なる
配列材料を組合せてこれから１つの層を形成することに
より形成される。この組合せは互いに反応するかあるい
は反応しない荊の混合物であっても良い。どちらにして
も組合せ中の剤の４度及びおそらく他の因子（熟成度合
、温度）によって、混合物から形成される配列層によっ
て生成される特定の傾斜角α３が定まる。従って７農度
を変えることにより、異なる配列層を用いである範囲の
傾斜角α３が得られる。同様の事項が配列被覆９０にも
当てはまる。単体で与えられれば角度α１′とα２′が
得られるような表面結合剤の組合せから角度α、′が得
られる。ここでα３′はα３と、α１′はα１とα２′
はα２と等しくても良い。

等しい場合は被１８０と９０の双方を作成するのに同じ
組合せを用いることができる。

例えば、混合物の１つの成分（例えばメチルアミノプロ
ピルトリメトキシシラン、ＭＡＰ）を単体で用いればホ
モジニアス配列（α１またはα１′が〜０度）が得られ
、他の成分（例えばオクタデシルトリメトキシシラン、
０ＴＳ）を単体で用いればホメオトロピック配列（α２
またはα２′が〜９０度）が得られる。しかしこの両者
を混合すると、混合物中の相対的濃度に依存して０度か
ら９０度まで広がる傾斜角α３またはα、′の配列が得
られる。このようにして、例えば５度ないし８５度の高
傾斜角が容易に得られる。上述のＯＴＳ及びＭＡＰ材料
はモノマであるがモノマとポリマの組合せまたは２種ま
たはそれ以上のポリマも適切である。例えばポリイミド
を含む化学的に変性したポリマ（これは単体ではホモジ
ニアス配列を生じる）とホメオトロピックをもたらす側
鎖とを用いることもできる。多くの有機材料（有機−金
属材料を含む）を本発明に適用することができる。

〔実例〕

以下の実例は、Ｍ　Ａ　ＰとＯＴＳの濃度を様々に変え
これらの混合物から配列被覆を形成した液晶デバイスを
示すものである。与えられた特定のパラメータと条件は
例示を目的とするものであって他の記述がない限り本発
明の範囲を制限するものではない。

ＭＡＰから成る配列被覆は液晶分子のホモジニアス配列
を生じ、一方ＯＴＳから成る被覆はホメオトロピック配
列を生じる。これらの材料の溶液（３重世％）を０．５
％の水、０．０４％の酢酸を含むイソプロピルアルコー
ル（ＩＰＡ）中に用、ｔ　Ｌ／た。これらの溶液を様々
な割合で組合せた。インジウムスズ酸化物で被覆し、電
極パッドを形成するためにフォトリソグラフを用いてパ
ターン化して洗浄したガラス平板上にこの溶液の回転吹
付けを行なった。１２０℃で２０分間焼き、ＩＰＡです
すぎ、凝縮フレオン蒸気で乾燥した後、ポリエステルで
被覆した回転円筒輸とこの下で平板を運ぶ移動プラーテ
ンとから成る装置で平板をみがいた。平行傾斜角構成を
得るために２片のガラス上で非平行ラビング方向を用い
てテストセルを作成した。テストセルに透明点が９０℃
のネマティック液晶にューヨーク州ホーソーンのＥＭ化
学／ＥＭ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から購入したメルク　
（Ｍｅｒｃｋ　）ＺＬＩ−１８４０）を充てんした。充
てんはイソトロピック相で毛管現象を用いて行なった。

充てん中の流入方向は、ディレクタの方向がラビング方
向を向く配列性の良いサンプルにより、流入によりもた
らされた配列が存在しないことを実証するように、ラビ
ング方向に垂直になるように選んだ。

傾斜角は周知の磁気容量技術（ｍａｇｎｅｔｏｃａｐａ
ｃｉｔａｔｉｖｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　）と周知の光学
技術（オルソスコープ及びコノスコープ）を用いて測定
した。

得られる傾斜角は用いた溶液の熟成度合（ａｇｅ）に大
きく依存することが判った。第２図から判るように与え
られたＭＡＰ１０ＴＳ重量比に対しては傾斜角は溶液の
熟成度合とともに変化する。

傾斜角に対するラビング圧力の影響も調べた。

中間傾斜角においては圧力は角度の大きさにはほとんど
何の影響も及ぼさなかった。

温度も傾斜角に影響を与える。傾斜はＳｉ０表面の場合
と同じく、温度が上がると残少することが観察された。

温度に伴なう角度変化は約６５°Ｃまでは可逆性であっ
たが、約７０℃以上では傾斜角はサンプルがホメオトロ
ピックになるまで時間とともに増加することが判った。

上述の構成は本発明の原理の応用を示すために工夫する
ことのできる多くの可能な実施例を例示するものである
ことを理解されたい。当業者にあっては本発明の精神と
範囲から逸脱することなく、本発明の原理に従って多く
の様々な変型例を工夫することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に従う液晶デバイスの概略的
等周回、 第２図はＮ−メチルアミノブ口ピルトリメトキジシラン
（ＭＡＰ）とオクタデシルトリメトキシシラン（ＯＴＳ
）の混合物の重量による組成と（頃斜角との関係を表わ
すグラフを示す図である。 Ｃ主要部分の符号の説明〕 平板・・・１０．２０ 電極・・・１２．２２ 配列被覆・・・８０．９０ 出　願　人：アメリカン　テレフォン　アンドテレグラ
フ　カムバニー イビ℃）イｉ三１　山　（ｊｋン 手続補正書 昭和６２年　８月　４日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液晶材料を内蔵し、該液晶材料を境界付ける第１及
   び第２の本質的に平行に隔てられた平板を有するセルと
   、 該平板のそれぞれの内部主表面上に形成した薄膜電極と
   、 該平板の双方に形成した配列被覆とを有する液晶デバイ
   スにおいて、 該配列被覆の少くとも一方は、液晶分子を該平板に対し
   て第１の鋭角α＿３をなすように配向せしめる配列材料
   の合成物を含み、該分子と接触する該被覆の表面は化学
   的にホモジニアスであることを特徴とする液晶デバイス
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載のデバイスにおいて、 該配列被覆の両者は該分子を該平板のうちの一方に対し
   て鋭角α＿３をなすように、かつ該平板の他方に対して
   鋭角α＿３′をなすように配向せしめる配列材料の合成
   物を含み、α＿３はα＿３′に等しくても良く、該分子
   に接触する該被覆の双方の表面は化学的にホモジニアス
   であることを特徴とする液晶デバイス。 ３、特許請求の範囲第２項記載のデバイスにおいて、 該配列被覆の一方は、単体で与えられると該分子を該平
   板のうちの一方に対して鋭角α＿１をなして配向せしめ
   る１つの材料と、単体で与えられると該分子を該一方の
   平板に対して鋭角α＿２をなして配向せしめる他の材料
   との組合わせにより形成され、該組合せが生じた時には
   該分子をα＿１ともα＿２とも異なる該鋭角α＿３をな
   して配向せしめることを特徴とする液晶デバイス。 ４、特許請求の範囲第３項記載のデバイスにおいて、 該配列被覆の他方は、単体で与えられると該分子を該平
   板のうちの他方に対して鋭角α＿１′をなして配向せし
   める１つ材料と、単体で与えられると該分子を該他方の
   平板に対して鋭角α＿２′をなして配向せしめる他の材
   料との組合せにより形成され、該組合せが生じた時には
   該分子をα＿１′ともα＿２′とも異なる該鋭角α＿３
   ′をなして配向せしめることを特徴とする液晶デバイス
   。 ５、特許請求の範囲第３項または４項記載のデバイスに
   おいて、 該１つの材料はホモジニアス配列を生じ、該他の材料は
   ホメオトロピック配列を生じることを特徴とする液晶デ
   バイス。 ６、特許請求の範囲第５項記載のデバイスにおいて、 該配列材料は有機化合物を含むことを特徴とする液晶デ
   バイス。 ７、特許請求の範囲第６項記載のデバイスにおいて、 該１つの材料はＭＡＰを含み、該他の材料はＯＴＳを含
   むことを特徴とする液晶デバイス。 ８、特許請求の範囲第７項記載のデバイスにおいて、 該液晶材料はイソトロピック層からネマティック相また
   はコレステリック相へ転移する時に配列されることを特
   徴とする液晶デバイス。 ９、特許請求の範囲第６項記載のデバイスにおいて、 該角度α＿３及びα＿３′はそれぞれ約５ないし８５度
   の範囲内にあることを特徴とする液晶デバイス。 １０、特許請求の範囲第１項ないし９項のいずれか１項
   記載のデバイスにおいて、 該デバイスは液晶ディスプレイの一部を成し、該電極は
   該平板のうちの一方の内部主表面上にある第１の電極ア
   レイと、該平板のうちの他方の内部主表面上にある第２
   の電極アレイとを含み、 該デバイスはさらに、 該液晶材料を透過する電磁放射の光学的コントラストを
   与える手段と、 該アレイのそれぞれにおいて該電極のうちの選択された
   電極に対して電圧をかける手段 とを含むことを特徴とする液晶デバイス。 １１、液晶デバイスの製造法であって、 （ａ）液晶セルが形成される一対の透明平板を与える工
   程、 （ｂ）該平板上に薄膜電極を堆積する工程、（ｃ）該平
   板のそれぞれの上に被覆を形成する工程、 （ｄ）該平板のそれぞれの上で所定の方向に沿って該液
   晶の分子を配列させるために該被 覆を機械的に歪める工程、 （ｅ）該セルに液晶を含む液体材料を充てんする工程と
   を含み、該方法は、 該平板のうちの一方に関して該被覆形成工程は少くとも
   ２つの配列材料を組合せる工程を含み、 これらの配列材料の一方は一方の平板に単体で与えられ
   るとこれに対して角度α＿１をなして液晶分子を配向せ
   てめ、他方の配列材料は該一方の平板に単体で与えられ
   るとこれに対して角度α＿２をなして液晶分子を配向せ
   しめ、 さらに該被覆形成工程は、 該一方の平板に対してα＿１ともα＿２とも異なる角度
   α＿３をなして液晶分子を配向せしめる第１の被覆を形
   成するため、該一方の平板に対して該材料の組合せを付
   与する工程を含むことを特徴とする液晶デバイスの製造
   法。 １２、特許請求の範囲第１１項記載の方法において、 該平板のうちの他方に関して、該被覆形成工程は少くと
   も２つの配列材料を組合せる工程を含み、 これらの配列材料の一方は該平板のうちの他方に単体で
   与えられるとこれに対して角度α＿１′をなして液晶分
   子を配向せしめ、他方の配列材料は該他方の平板に単体
   で与えられるとこれに対して角度α＿２′をなして液晶
   分子を配向せしめ、 さらに該被覆形成工程は、 該他方の平板に対してα＿１′ともα＿２′とも異なり
   、α＿３とも異なり得る角度α＿３′をなして液晶分子
   を配向せしめる第２の被覆を形成するため、該他方の平
   板に対して該材料の組合せを付与する工程を含むことを
   特徴とする液晶デバイスの製造法。