JPS63257722A - 積層型液晶素子及びその製法 - 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、各種表示ディバイス、たとえばＯＡ機器用デ
ィスプレー、テレビ等、あるいはプリンター用光入力部
等に利用できる積層型素子及びその製造方法に関するも
のである。

［従来技術］ 従来より一般に用いられている液晶素子は、第４図及び
第５図に示したように、片側に透明電極及び配向膜の設
けられた透明基板（ガラス他）を、配向膜同士が互いに
向き会うように、微小間隔を隔てて配置構成されたセル
に、液晶材料を注入し、セルの外側に偏光板を１枚ない
し２枚配置して構成されていた。この微小間隔はセル端
部に設けた側壁兼スペーサーにより（第２図）あるいは
セル中に粒径のそろった微粒子や線径のそろったガラス
ファイバー等を分散させてスペーサーとすることにより
（第３図）形成されているが、このような構成ではセル
全体にわたって均一なギャップを設定することは困難で
あり、ギャップのばらつきによる色むら、コントラスト
比のばらつきや駆動特性の変動が生じた。特に強誘電性
液晶の場合は材料の螺旋構造を解消するために２μｍ前
後の微小ギャップが必要であり、生産性よくこのような
セルをつくるのは極めて困難であった。またこのような
微小間隔に液晶を注入するには真空注入等複雑な工程を
必要とし、生産性が悪く、コストが高い等の問題があっ
た。とくに、室温においては通常スメクティック相をと
り粘度の高い強誘電性液晶の場合には真空注入によって
も充填に長時間を要し、液晶がセル内に進入する過程で
基板表面に選択吸着させる結果、セル内で組成の変動が
生じ、素子の特性の不均一化が生じるという問題があっ
た。

また前記のスペーサー粒子を用いる場合にはこの粒子と
して使用できるものは　平均粒径２μｍ程度が限界であ
り、それ以下の薄い液晶層を形成することは不可能で、
これが駆動電圧のアップ、視野角依存性を増大させでい
た。

［目　的］ 本発明の目的は、上記した。従来の液晶素子自体及びそ
の製法上の問題点を解決するものである。

すなわち、本発明の目的は、低価格で生産性が良く、表
示特性、駆動特性にすぐれた液晶素子及びその製造方法
を提供することであり、とくに駆動電圧が低い、表示む
らの少ない、高コントラスト、高速応答性の液晶素子及
びその製造方法を提供することである。

［構　成］ 本発明の第１のものは、少なくとも透明電極及び配向層
を順次形成した一組の透明基板の間に液晶の薄膜を挟持
せしめたことを特徴とする積層型液晶素子である。

また本発明の第２のものは、少なくとも透明電極及び配
向膜が順次形成された透明基板の配向膜上に液晶を塗布
して薄膜化する工程、同じく透明電極及び配向膜が順次
形成された透明基板を配向膜面を液晶層側に向けて重ね
て密着させる工程とを少なくとも含むことを特徴とする
積層型液晶素子の製造方法である。

次に本発明を図面により説明する。

第１図は、本発明の積層型素子の断面図であり、１．２
は透明基板、３．４は透明電極、５，６は配向膜、７は
液晶層、８は封止剤である。

透明基板１としてはガラスあるいはポリエステル等合成
樹脂フィルム等の可撓性を有する透明材料で構成される
。

この基板上に設ける透明電極３には、たとえばＩＴＯ（
１化すずインジウム）が用いられる。

これをガラス等の基板上に蒸着、スパッタリングなどに
より形成する。必要に応じガラス基板からのアルカリイ
オンの侵入を防ぐために、ガラス基板と透明電極との間
に５ｉ０２等によるブロッキング層を設けてもよい。ま
たこのようにして設けた透明電極をエツチングにより所
望の形状にすることもできる。透明電極上に配向膜５を
形成する。

配向膜材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコー
ル（ＰＶＡ）　、ポリアミド、ポリふっ化ビニリデン（
ＰＶＤＦ）などの有機高分子材料ヤシランカップリング
剤、あるいはＳ１０等の酸化物の斜方蒸着が適している
。有機高分子材料の場合には膜形成後、表面にラビング
処理を施して一軸異方性を持たせる。以上の工程を他方
の基板２についても行う。

次に配向膜５の上に液晶層７を形成する。液晶材料は、
公知の高分子液晶、強誘電性液晶等が用いられる。高分
子液晶としては、主鎖あるいは側鎖にメソーゲン基（液
晶性を有する部分）をもつので、たとえば、 ｌｌ　３ などが挙げられる。また、強誘電性液晶としては、たと
えば ＤＯＢＡ）ＩＢｃ ＣＩＩＨ２じ０＠−ＣＨ＝Ｎ＠−（Ｃｌ＞　２２−Ｃ０
Ｏ−Ｃ２−’−Ｃ７Ｈ−Ｃ２Ｈｓ Ｈ３ 市販品としてはチッソ■製Ｃ３１０１１，１０１３，１
０１４、１０１５などメ゛ルク社製Ｚ　Ｌ　Ｉ　’−３
２３４．３４８９．３６５４などが挙げられる。

これらは、カイラルスメクチックＣ相（Ｓｃ“）カイラ
ルスメクチックＦ相（ＳＦ’）及びカイラルスメクチッ
クＩ相（ＳＩ”）のうち少なくとも１つの相を呈するも
のである。

また、液晶材料には必要に応じ、たとえば染料あるいは
微小粒子等の添加剤を含有させることができる。液晶中
に分散される微小粒子としてはアルミナシリカ等の無機
物が適当であり、粒径は２〜１０μｍ程度である。たと
えば、積水ファインケミカル（体製「ミクロパールＳＰ
Ｊ、日本触媒化学工業■製「エポスターＧＰＪ、触媒化
成工業（ｌＩ製「真綿球Ｗ」などが適している。なお、
液晶材料は単一成分だけでなく、２種以上の成分を混合
した多成分系の材料でおってもよい。

これらの液晶材料から配向膜上に液晶層を形成するには
、これらの液晶材料をクロロホルム、トルエン、ジメチ
ルホルムアミド等の溶媒に溶解し、スピンコーティング
、ディピング、ブレードコーティング、ロールコーティ
ングあるいはスクリーン印刷、フレキソ印刷などの手段
により配向膜上に塗付し、薄膜を形成する。

強誘電性液晶材料を塗付する際には、これを適当な温度
に加熱してより粘度の低いアイソトロピック相、ネマテ
ィック相、（或いはコレスティック相）に保持した状態
で、同様に上記の低粘度の各相をとる温度以上に加熱さ
れた基板の配向膜にそのまま塗付するのが有利であり、
また後記する密着工程での密着性が改善される。

具体的な温度としては例えば、チッソＩｎ’Ａ強誘電性
液晶Ｃ５−１０１４で８０．５℃以上、　同じくＣＳ−
１０１５では７７．８℃以上でアイソトロピック相をと
る。またメルク社製Ｚ　Ｌ　ｌ　３６５４では８６℃以
上で同様にアイソトロピック相に転移する。

したがって、これらの液晶を塗付する場合には約９０℃
程度が望ましい。塗付厚としては２μｍ程度で、微粒子
が添加されてる場合は、その平均粒径よりやや厚めに塗
付する。

次にこのまうにして形成した液晶層７に対して、他方の
基板２上に同様に形成した配向膜面側を重ねて密着させ
て、基板の間の周囲を封止剤８で封止する。

この密着工程を大気圧に対して減圧された状態で行なう
と気泡の混入がなく、基板間隙精度のよい均一な特性の
素子を作ることができる・すなわち、上記の他方の基板
周囲に封止剤（接着剤）を印刷し、両方の基板を真空ペ
ルジャー１３内に設置する。ペルジャー内を真空ポンプ
により排気して、大気圧に対して減圧状態にした後、上
下の基板を重ね合せ加圧密着する。

この時塗布された液晶材料がアイソ１〜ロピツク相、ネ
マティック相、カイラルネマティック相またはコレステ
ィック相を示す温度で行なうと、液晶の流動性がよく、
両方の基板の密着性が改善される（第２図）。加圧する
方法としては第３図のように液晶セルの上に一定加重の
分銅等を乗Ｕてもよいし、あるいは第５図のようにジヤ
ツキ１５等により液晶素子を固定された平板に一定圧力
で圧接してもよい。

その後、液晶層７に用いた材料がアイソトロピック状態
となるまで液晶素子を加熱した後、徐冷しながら液晶層
をラビング方向に配向させる。

また、必要に応じて偏光板１０，１１、反射板１２を透
明基板１，２の外側に配置する。

［実施例］ 以下、実施例により本発明をざらに詳細に説明する。

実施例１ 透明基板・・・ガラス板（厚さ１．１ｍｍ）〃　電極・
・・ＩＴＯ（厚さ５００人、パターン状にマスク蒸着で
形成） 配向膜・・・・・・ポリイミド（日本合成ゴム抹製ＪＩ
Ｂ−１をスピンコーティングによ ７００人に塗布し、１５０’Ｃ１時間焼成後ラビング処
理） 液晶層・・・・・・前記■で示すエステル結合を有する
メソーゲン基を側鎖に持つシロ キサンポリマーをトルエンに １０ｗｔ％溶解した溶液をブレードコ −ティングにより塗布し、５０００人 薄層金形成した。

封止剤・・・・・・紫外線硬化型封止剤（積水ファイン
ケミカル（）朱製　　フォトレック Ａ−７０４） 偏光板・・・・・・一方の偏光板の偏光軸を配向膜のラ
ビング方向に一致させ、他方は これと直行するように配置。

このようにして構成された積層型液晶素子を液晶層が液
晶相を呈する温度（５０〜゛１１０°Ｃ）に保った時、
電極間に電圧の印加されない場合は光透過状態となり、
５０Ｈ７±５ｖの交流電圧が印加された場合は光遮断状
態となった。

第６図はこのこの時の印加電圧と光透過量の関係を示す
。透過状態から遮断状態への変化に要する時間は約３０
ｍ５ｅＣである。

実施例２ 液晶層として前記■に示すようなアクリルポリマーをジ
メチルホルムアミドに１０ｗｔ％溶解した溶液を同様な
方法で塗布し、５０ＱＯ入の薄層としたほかは実施例１
と同様にして積層型液晶素子を得た。

５０〜１３０’Ｃの温度範囲において、実施例１と同じ
＜　５０１１２±５ｖの交流電圧を電極に印加したとこ
ろ、光透過状態から光遮断状態に変化した。この時の変
化に要する時間は約１００ｍ５ｅＣであった。

実施例３ この実施例は、ツイスト・ネマテック型液晶素子を示す
ものである。

透明基板・・・ガラス板（厚さ１．１ｍｍ）〃　電極・
・・ＩＴＯ（厚さ５００人、パターン状にマスク蒸着で
形成） 配向膜・・・・・・ポリイミド（日本合成ゴム＜＋ｉ製
ＪＩＢ−１をスピンコーティングによ ７００人に塗布し、１５０°Ｃ１時間焼成後ラビング処
理。ラビング方向 は側基板を重ねた時お互いに直行 するような方向にそれぞれ行う。） 高分子液晶・・・前記■に示すシアノ基を有する正の誘
電異方性するメソーゲン基を 側鎖に持つアクリルポリマーをジ メチルホルムアミド１０ｗｔ％溶解し た溶液をブレードコーティングに より塗布し、５０００人の薄層を形成 した。

封止剤・・・・・・熱硬化型液晶用封止剤（三井東圧化
学■製ＥＳ−６５００） 偏光板・・・・・・それぞれ貼り合わせる基板の配向膜
のラビング方向に偏光軸が一致 するよう貼布する。

このように構成された液晶セルを一旦１２０℃まで加熱
した後、１°Ｃ／分の速度で徐冷した。

約４０’Ｃの温度に維持したまま、電極間に３０Ｈ２±
１ｖの矩形波駆動信号を入力したところ、電圧印加状態
では不透明、無電圧状態では透明となった。コントラス
ト比は２５：１であった。

実施例４ この実施例及び次の実施例５は、透明基板に可撓性の基
板を用いた液晶素子を示すものである。

透明電極の形成されたガラス基板に及びポリエチレンテ
レフタレート基板に配向膜として日本合成ゴム■製ポリ
イミド溶液ＪＩＢ−１をスピンコーティングにより塗付
して　約７００人の薄膜とし、これをラビング処理した
ものを用意した。ガラス基板の方にＤＯＢＡＭＩ３Ｃの
クロロホルム溶液をスピンコーティングし、約２５００
人の液晶層を得た。この上にポリエチレンテレフタレー
ト基板を、配向膜が液晶層側を向くように重ね、上から
加圧しながら密着させ、基板の周囲を封止したこのよう
にして出来上った素子を一旦１２０°Ｃまで加熱した後
、徐冷して液晶層を配向させ、カイラルスメティックＣ
相にした状態で正、負の電圧を透明電極に印加して、素
子を透過する光量のコントラスト比か最も大ぎくなるよ
うに偏光板を基板により貼り合わせた。液晶層と基板の
密着性が完全で場所により光変調特性のむらのない液晶
素子が得られた。

実施例５ 液晶層として前記０式の構造を有するポリシロキサン材
料をトルエンに溶解して基板に塗布した点を除いて実施
例１と同様な素子を作製したところ、やはり気泡等の混
入のない、均一な特性を有する液晶素子ができ必がった
。

実施例６ 透明電極の形成されたガラス基板に配向膜として日本合
成ゴム■製ポリイミド溶液ＪＩＢ−１をスピンコーティ
ングにより塗布して、約７００人の薄膜とし、これをラ
ビング処理したものを２枚用意した。一方の配向膜の上
にＤＯＢＡＭ１３Ｃのクロロホルム溶液をスピンコーテ
ィングし、約３０００人の液晶層を得た。この上に他方
の基板を重ねて周囲を封止し、本文に述べた配向処理を
行った。偏光軸が直行するように偏光板を基板外側に貼
り合わせ第１図のような液晶素子を作製した。素子を８
０℃に保ったまま電極間に±３ｖの矩形パルスを印加し
たところパルスの極性によって光透過及び遮断の２状態
が出現した。この時の立上がり時間は１５μｓｅｃであ
った。またコントラスト比として２５を得た。

実施例７ のクロロホルム溶液を用いた池は実施例１と同様の手法
により約２５００への液晶層を有する液晶素子を作製し
た。素子を７５℃に保ち、電極間に±５Ｖの矩形パルス
を印加したところ、同じく２状態が出現し、立上がり時
間２０μｓｅコントラスト比２１を得た。

実施例８ この実施例は、ゲスト・ホスト型液晶素子を示すもので
ある。

２枚のガラス基板表面にまずＳｉＯ２の薄膜（厚さ１０
００人）をスパッタリングにより形成した。次に蒸着に
よりＩＴＯＩ膜　（厚さ５００人）を３ｉＱ２の上に形
成した。あと、フォトエツチングにより電極パターンを
作製した。次いで日本合成ゴム■製ポリイミド溶液ＪＩ
１３−１をスピンコーティングにより透明電極上に塗布
、１５０℃６０分焼成した後、スポンジ材によりラビン
グ処理を行なった。

液晶性高分子材料として を用い、クロロホルムに１０ｗｔ％溶解させた。

これに二色性染料として を（１）に対して３ｗｔ％添加して、充分混合させた。

この溶液をスピンコーティングにより、一方の基板の配
向膜の上に塗布し、約５０００人の液晶性高分子層７を
形成した。溶媒を蒸発させてから反対側基板を、配向膜
４が液晶性高分子層７側を向くように重ね合わせて、加
圧密着させながら、三井東圧化学■製、液晶封止剤スト
ラクトボンドＥＳ−６５００を用いて、基板周囲を封止
した。

次にセル全体を１２０’Ｃまで加熱した後、１°Ｃ／分
で徐冷し、液晶性高分子層のメソーゲン基をラビング方
向に配向させた。セルを室温まで冷却した後偏光板１を
、偏光軸がラビング方向に対してほぼ平行となるように
、一方の基板の外側に貼り、反対側基板には反射板を貼
り合わせた。

このようにして出来上った積層型ゲスト・ホスト液晶素
子の透明電極間に±１ｖ、３０Ｈ２の矩形波パルスを印
加たところ、セルはほぼ無色透明の状態となり、無電界
状態に戻すと、青色になった。この時のコントラスト比
は１５：１であった。

比較の為、８μｍのスペーサーを用いた従来タイプのゲ
スト・ホスト素子を作成（但し液晶層７の材料はメルク
社製ネマティック液晶ＺＬＩ−１１３２に（２）の二色
性染料を３ｗｔ％添加した物を用いた。）したところ駆
動電圧は±５ｖ以上必要でおり、コントラスト比、視角
依４性も本発明の素子に比べて劣った。

実施例９ この実施例は、液晶中に分散された微小粒子を含む液晶
パネルを示すものである。

液晶材料・・・強誘電性液晶Ｃ５−１０１３（ヂッソ■
製） 微小粒子・・・シソ力粒子　平均粒径２．０μｍ（触媒
化成工業曲製） 商品名「真紬球Ｗ」 ＱＳ−１０１３を約９０℃まで加熱してアイソトロピッ
ク相にした後シリカ粒子を、液晶に対して０．０１５重
量％添加して、そのままの温度で超音波分散させた。液
晶材料を室温まで冷却した後透明電極及び配向膜の形成
された基板に、ロールコーティングにより、厚さ　約３
μｍの塗布膜を形成した。同じく透明電極及び配向膜の
形成された対向基板を配向膜、液晶層側に向けて重ね、
加圧した。この際パネル全体を約７５℃に保った状態で
密着作業を行った。基板端部よりはみ出した液晶材料を
拭きとり、周囲をエポキシ系接着剤により封止した。

パネル全体を再び９０℃まで昇温し、　毎分０．５℃で
徐冷しながら液晶を配向させ、室温まで冷却した。液晶
の配向方向に合わせて偏光板を基板の両面に貼りつけ、
パネルを完成させた。出来上ったパネルは全体にわたっ
て均一な色調でおり、表示特性についても場所による差
はほとんど見られなかった。

［効　果］ 本発明は、従来のスペーサーによって微小間隙を形成し
たセルに液晶材料を真空注入する方法にくらべて、操作
が容易であり、かつ短時間に生産性よく液晶素子を製造
することができる。

また、こうしてつくられた液晶素子は、液晶層の厚さが
液晶材料の塗布時の膜厚で決まるので、従来法によるス
ペーサーで基板間の間隙を決定する方式のものにくらべ
て均一な液晶を形成できるので低電圧駆動、高コントラ
ストの液晶素子が実現できる等の顕著な効果を奏すもの
である。

その上、本発明は、特定の態様においてはざらに下記の
ような効果もまた発現することができる。

透明基板の少なくとも一方を可撓性材料で構成した場合
には、液晶層と基板との密着性を一層良好にすることが
でき、気泡の混入を防ぐことができる。

分散された微細粒子を含む液晶材料を用いる場合には、
反対側基板を重ねて密着する際に、気泡の混入を防ぐた
めに加圧しても、液晶層の変形を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の積層型液晶素子の断面図、第２図は本
発明の積層型素子の製造方法において密着工程を減圧下
に行う実施例を示す図、第３図は同じく別の実施例を示
す図、第４図及び第５図は従来の積層型液晶素子の断面
図、第６図は実施例１における印加電圧と光透過■の関
係を示す図。 図中、１，２透明基板、３．４は透明電極、５，６は配
向“膜、７は液晶層である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも透明電極及び配向膜を順次形成した一
   組の透明基板の間に液晶の薄層を挟持せしめたことを特
   徴とする積層型液晶素子。 （２）透明基板の間の周囲が封止剤により封止されてい
   る特許請求の範囲第（１）項記載の積層型液晶素子。 （３）透明基板の外側に少なくとも１つの偏光板を配置
   してなる特許請求の範囲第（１）又は（２）項記載の積
   層型液晶素子。 （４）液晶がその中に分散された微小粒子を含有する特
   許請求の範囲第（１）〜（３）項いずれか１つに記載の
   積層型液晶素子。 （５）液晶が高分子液晶である特許請求の範囲第（１）
   〜（４）項いずれか１つに記載の積層型液晶素子。 （６）液晶が正の誘電異方性を有するメソーゲン基を有
   する側鎖に有する高分子液晶である特許請求の範囲第（
   ５）項記載の積層型液晶素子。 （７）液晶が強誘電性材料である特許請求の範囲第（１
   ）〜（４）項のいずれか１つに記載の積層型液晶素子。 （８）液晶がカイラルスメクチックＣ相、カイラルスメ
   クチックＦ相又はカイラルスメクチックＩ相のうちの少
   なくとも一つの相を有する強誘電性液晶である特許請求
   の範囲第（７）項記載の積層型液晶素子。 （９）液晶が二色性染料を含有する特許請求の範囲第（
   １）〜（８）項のいずれか一つに記載の積層型液晶素子
   。 （１０）透明基板の少なくとも一方が可撓性である特許
   請求の範囲第（１）〜（９）項のいずれか一つに記載の
   積層型液晶素子。 （１１）少なくとも透明電極及び配向膜が順次形成され
   た透明基板の配向膜上に液晶を塗布して薄層化する工程
   、同じく透明電極及び配向膜が順次形成された透明基板
   を配向膜面を液晶層側に向けて重ねて密着させる工程を
   少なくとも含むことを特徴とする積層型液晶素子の製造
   方法。 （１２）透明基板の間の周囲を封止剤により封止する工
   程を含む特許請求の範囲第（１１）項記載の積層型液晶
   素子の製造方法。 （１３）透明基板の外側に少なくとも一つの偏光板を貼
   付する工程を含む特許請求の範囲第（１１）又は（１２
   ）項記載の積層型液晶素子の製造方法。 （１４）液晶がその中に分散された微粒子を含有する特
   許請求の範囲第（１１）〜（１３）項のいずれか一つに
   記載の積層型液晶素子の製造方法。 （１５）液晶が高分子液晶である特許請求の範囲第（１
   １）〜（１４）項のいずれか一つに記載の積層型液晶素
   子の製造方法。 （１６）液晶が正の誘電異方性を有するメソーゲン基を
   側鎖に有する高分子液晶である特許請求の範囲第（１５
   ）項記載の積層型液晶素子の製造方法。 （１７）液晶が強誘電性材料である特許請求の範囲第（
   １１）〜（１４）項のいずれか一つに記載の積層型液晶
   素子の製造方法。 （１８）液晶がカイラルスメクチックＣ相、カイラルス
   メクチックＦ相又はカイラルスメクチックＩ相のうち少
   なくとも一つの相を有する強誘電性液晶である特許請求
   の範囲第（１７）項記載の積層型液晶素子の製造方法。 （１９）液晶が二色性染料を含有する特許請求の範囲第
   （１１）〜（１８）項のいずれか一つに記載の積層型液
   晶素子の製造方法。 （２０）液晶をアイソトロピック相、ネマテック相、カ
   イラルネマテック相又はコレステック相に保持した状態
   で塗布する特許請求の範囲第 （１１）〜（１９）項のいずれか一つに記載の積層型液
   晶素子の製造方法。 （２１）透明基板の少なくとも一方が可撓性である特許
   請求の範囲第（１１）〜（２０）項のいずれか一つに記
   載の積層型液晶素子の製造方法。 （２２）密着工程を大気圧に対して減圧された状態で行
   なう特許請求の範囲第（１１）〜（２１）項のいずれか
   一つに記載の積層型液晶素子の製造方法。