JPH023014A - 強誘電性液晶素子の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶素子、特に強誘電
性液晶の配向処理方法に関する。

（従来の技術） 液晶素子は直視型の表示素子として精力的に研究開発が
行われ、現在では広く用いられている。

従来の液晶素子に用いられている液晶材料はネマティッ
ク液晶であるＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶である。しかしＴＮ
液晶等は、応答時間が長く、応用範囲に限界があった。

近年、応答時間の短い液晶として強誘電性液晶が開発さ
れ、高速化が図られている。ここで強誘電性液晶の動作
について説明する。強誘電性液晶の高速応答動作は、ノ
ーエル・ニー・クラーク（ＮｏｅｌＡ、　Ｃ１ａｒｋ）
とスベン・チー・ラガバル（Ｓｖｅｎ　Ｔ。

Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）によって確認された（アプライド
・フイジクスルターズ（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅ
ｔｔ、　３６（１９８０）８９９））。すなわち、強誘
電性を示すカイラルスメクティック液晶は第２図に示す
ように自発分極２１を持った液晶分子２２が層構造をと
ると共に螺旋構造を形成をしている。このままでは自発
分極２１は螺旋軸２３の回りに均一に分布して打ち消し
あっているが、このような液晶を、その螺旋軸２３と平
行な２枚の配向処理を行った基板３１．３２ではさみ、
かつその間隔、すなわち液晶の厚さを少なくとも螺旋構
造のピッチ長以下に薄くすると、液晶分子２２は自発分
極２３が基板に対して垂直となるような二つの配向状態
のいずれかに強制的に配向させられる。第３図はその様
子を示す図であり領域Ａは自発分極２１が下側の基板に
向いた状態、領域Ｂは自発分極２１が上側の基板に向い
た状態である。

第４図は、基板の上面からみた図であり、領域Ａと領域
Ｂでは４１．４２で示すように液晶分子が異なる配向状
態をとっている。例えば、このような状態を２枚の互い
に偏光方向が直行する偏光板ではさみ、かつ１枚の偏光
板の偏光方向４３を液晶分子の方向に一致させて観測す
ると、領域Ａは暗く見え、領域Ｂは明るく見える。この
ように、強誘電性を示すカイラルスメクティック液晶を
間隔の狭い２枚の基板で挟むと、液晶分子は光学的に識
別される二つの配向状態のいずれかをとるようになる。

しかも、強誘電性液晶はその自発分極が外部電界に直接
的に応答して配向する。従って外部がら基板と直行する
方向の直流電界を印加して、その向きを反転すると、そ
れに応じて自発分極の向きが反転する。すなわち、第４
図の領域Ａと領域Ｂとが電気的にスイッチングされるわ
けで、これは２枚の基板の内側に透明電極の類を形成し
ておくことによって容易に実現できる。さらに、この電
気的スイッチング現象が自発分極と外部電界との直接的
な応答によるものであるために、きわめて高速であり、
前述の論文によるとマイクロ秒台の応答時間が確認され
ている。

また、電圧を除去した後も、電圧印加時の配向状態が保
持されるという特性が、強誘電性液晶にはある。これは
通常双安定性と呼ばれる。

強誘電性液晶の配向処理方法としては、ＴＮ液晶で用い
られているラビング法、耕法蒸着法等が提案されている
。

（発明が解決しようとする問題点） 配向処理として前述のラビング法を用いた液晶素子では
、配向膜表面に−様な溝を形成するのが困難で、さらに
膜のはがれや、膜厚の不均一により、液晶素子全体にわ
たって十分な光学応答特性、特に双安定性動作が得られ
ていない。また、斜方蒸着では大面積で均一な液晶素子
を作成するのは大規模な装置を用いなければならず、さ
らには量産性にも問題がある。

本発明の目的は、上記の欠点を除去して、均一性のよい
膜を基板上に積層し、−様な凹凸を形成することにより
、強誘電性液晶の特徴である高速応答、双安定性動作を
大面積の素子で実現できる強誘電性液晶素子の製造方法
を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明は、電極が形成されている二枚の電極付き基板で
強誘電性液晶を狭持する構造の強誘電性液晶素子の製造
方法であって、前記基板上に水面上に展開した感光性を
有するポリアミド酸とピリジン系有機物のより構成され
る有機物質の単分子膜を少なくとも一層以上積層し、そ
の後に、露光、現像することで、前記有機物質を一部除
去し前記基板表面上に凹凸を形成し、その凹凸の上に強
誘電性液晶を積層させる点に特徴がある。また、感光性
を有する有機物の分子量が低いと、露光に時間がかかっ
てしまうので、重量平均分子量の５０００以上のアミド
酸を用い、露光時間を短縮した点に特徴がある。

（作用） 強誘電性液晶の配向機構に関しては、まだ明確にはなっ
ていない。しかし、いままである程度の効果が得られて
いるラビング法、斜方蒸着法について考察してみると、
強誘電性液晶が配向する理由について、多少は推定する
ことができる。

ラビング法は基板上にポリイミドなどの高分子膜を塗布
した後に綿布等で表面を一方向に擦る方法である。また
、斜方蒸着法はＳｉＯなどの蒸着源に対して基板を傾け
て蒸着を行う方法である。どちらの場合も基板表面に何
等かの物理形状を一軸性を持たせて形成することによっ
て強誘電性液晶を配向させているというように推察する
ことができる。

ところで、水面上に有機物質を展開しその有機膜を基板
上に付着させることにより、均質の有機薄膜を基板上に
形成させることができる。この方法で形成した膜は、通
常ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔ）膜と呼ば
れている。このＬＢ膜は何層も積層することができ、基
板上の膜の厚みを自由に変えることができる。特に感光
性の官能基を含む有機物質のＬＢ膜を使用することによ
り、上記の特徴を保ったまま、マクスを介して露光・現
像するだけで、所望の凹凸が形成できる。

上述の基板上のＬＢ膜に例えばストライプ状にパターン
を形成することにより基板表面上に一軸性を持った凹凸
が形成できる。この基板を用いて液晶素子を作成し、強
誘電性液晶を注入することにより強誘電性液晶素子かえ
られる。この素子は基板表面上に均一な凹凸が形成され
ているので、強誘電性液晶分子が配向する。さらに、素
子を偏光板で挟むことにより強誘電性液晶をスイッチン
グさせ光変調液晶素子として用いることができる。

また、このＬＢ膜を形成する有機物質の分子量が低いと
、露光に時間がかかり過ぎるので、有機物質の分子量は
重量平均５０００以上のポリアミド酸を用いる。

（実施例１） 以下、本発明の実施例を挙げて詳細に説明する。

第１図に示すような強誘電性液晶素子を以下に示すよう
な方法で作成した。以下の構造式で表されるポリアミド
酸 と４−（１７−オクタデセニル）ピリジン混合物（１：
２）をベンゼン、ジメチルアセトアミド混合溶媒（１：
１）に溶解し、それぞれ１．７ｍＭ、３．３ｍＭの濃度
の試料溶液を作った。なお、このポリアミド酸の分子量
を光散乱ＧＰＣ法を用いて観測したところ、数平均分子
量が７，０８０、重量平均分子量が１０，９００であっ
た。次に、表面に透明電極１としてＩＴＯ（酸化インジ
ウム、スズ）のパターニングを行いガラス基板２，５を
作成した。表面圧を一定に保つフィードバック機構のつ
いている水槽の水面上に試料溶液を展開して、フィード
バック機構により表面圧を２５ｍＮ／ｍに保ちながら、
このガラス基板２及び５を水面を横切って上下させるこ
とにより、ガラス基板２上にポリアミド酸と４−（１７
−オクタデセニル）ピリジン混合物（１：２）から成る
ＬＢ膜すなわちポリイミド膜３，６を１０層積層させた
。その後、ラインアンドスペース０．５ｐｍのストライ
プ状のマスクを用いて、窒素気流中で１分間ＤｅｅｐＵ
Ｖｉ光を行い、ベンゼンとジメチルアセトアミドの１：
１の混合液で１分間現像後、エタノールで１分間リンス
することによってＬＢ膜のバターニングを行った。この
基板を用いて、ギャップが２μｍとなるように液晶素子
を作成し、強誘電性液晶４であるＣ５−１０１５（チッ
ソ製）を注入して配向状態を偏光顕微鏡を用いて観測し
たところ均一配向していることが確認された。さらに液
晶素子の光学応答特性としてコントラスト比を測定した
ところ３０が得られた。また良好な双安定性動作も確認
できた。

なおＬＢ膜の凹凸のラインアンドスペースは１０ｐｍ以
下の場合に、極めて良好な配向性が得られた。ここでは
凹凸はポリイミド膜３，６の両方に形成させたが、凹凸
の形成はポリイミド膜３あるいはボッイミド膜６のどち
らか１つでも構わない。またポリイミド膜３と６とに両
方に形成させる場合、２面間の凹凸の角度は例えば９０
°の角度を持っても良く、２面とも向きが同じ必要はな
い。

また、実用的な速度の露光時間を得るという意味で、ポ
リアミド酸の数重量平均分子量は５０００以上が望まし
い。一方、ポリアミド酸の溶媒に対する溶解度の点から
は数平均分子量は１０万以下が望ましい。さらに上記ピ
リジン系有機物の炭素数ｎは８〜２５が望ましい。８よ
り小さいと水に溶解し易くなり、２５より大きいと、Ｌ
ｎ膜が形成し難しくなるためである。

ポリアミド酸とピリジン系有機物の比率は１：１〜１：
６のは範囲であれば良好なＬＢ膜が形成できる。

上記実施例においては強誘電性液晶としてＣ８−１０１
５を用いたが、他の種々の液晶、例えばＺＬＴ−３４８
９（メルク製）やＣ８−１０１１（チッソ製）などに応
用できる。

（実施例２） ＬＢ膜の積層数のみ１層にして、実施例１と全く同様の
実験を行なった。その結果コントラスト比のみ１０に低
下したが、その他は全く同様の結果が得られた。

（実施例３） 実施例１と全く同様にして、ＬＢ膜のパターニングを行
い、その後、無水酢酸：ビリジン：ベンゼン：１：１：
３の混合溶液に一晩浸漬することによって、以下の構造
式で表されるポリイミド膜に変化させた後、実施例１と
同様の方法で液晶素子を作成したところ、実施例１と同
様の結果が得られた。

（比較例１） 実施例１と全く同様にして、ポリアミド酸の分子量のみ
数平均分子量１，３８０、重量平均分子量２，７８０に
変えて実験を行なったところ、１分間の露光では、スト
ライプ状のパターンが形成されず、液晶の配向効果は確
認されなかった。また、１分間の露光ではＬＢ膜が残る
か否かを石英基板上に累積し、露光・現像後の変化を紫
外可視吸収スペクトルで追跡したところ、１分間の露光
では、現像後膜が残っていないことが確認できた。

本方式ではラビング法に比較して使用する液晶材料が違
い、分子構造や液晶の自発分極等の物性定数が異なり、
配向条件が違う場合にも積層数を変えたり、凹凸のピッ
チを変えることが容易にできるので使用液晶材料の配向
条件にあった表面状態を容易に実現することができる。

さらに均一な膜が形成されるので、液晶素子内での配向
不良が生じない。また斜方蒸着に比較すると大面積対応
も容易である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、配向性の良い液晶素
子が得られるため、光学応答特性に優れ、大面積対応も
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す強誘電性液晶素子の断
面図である。第２図は強誘電性液晶分子の螺旋配列状態
を示す模式図、第３図及び第４図は基板間の強誘電性液
晶分子の配向状態を模式的に示す側面図及び平面図であ
る。 １・・・透明電極、２，１５・・・ガラス基板、３，６
・・ポリイミド膜、４・・・強誘電性液晶、２１・・・
自発分極、２２，４１．４２・・・液晶分子、２３・・
・螺旋軸、３１．３２・・・基板、４３・・・偏光軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電極が形成されている二枚の電極付き基板で強誘電性液
   晶を狭持する構造の強誘電性液晶素子の製造方法におい
   て前記基板上に、以下の構造式（１）で表される重量平
   均分子量５，０００以上のポリアミド酸と以下の構造式
   （２）で表される有機物質の混合物からなる有機単分子
   膜を一層以上積層し、その後に前記有機物質の一部を除
   去することにより前記基板表面上に凹凸を形成させる工
   程と、次いで前記基板上に強誘電性液晶を積層させる工
   程とを含むことを特徴とする強誘電性液晶素子の製造方
   法。 構造式（１） ▲数式、化学式、表等があります▼ 構造式（２） ▲数式、化学式、表等があります▼