JPH0261616A - 液晶表示素子 - 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、強誘電性スメクチック液晶の電気光学効果を
利用する液晶表示素子に関するものである。

従来の技術 強誘電性液晶は、光学活性な系からなる傾いたスメクチ
ック液晶相であり、カイラルスメクチックＣ液晶相（以
下、カイラルＳ　ｍ　Ｃと略記する）をはじめ、カイラ
ルスメクチックＩ等さらに低温側の強誘電性スメクチッ
ク液晶相が知られている。これらの強誘電性スメクチッ
ク液晶は、従来から液晶表示素子に用いられているネマ
チック液晶と比較して非常に高速な電界応答性や、電界
が加わっていない状態でも表示状態を保持するメモリ効
果など、優れた特性を有するといわれている。この強誘
電性液晶を用いて表示素子を作製すれば、単純マトリク
ス駆動方式で、ネマチック液晶を用いたＴＮ方式やＳＴ
Ｎ方式に比べて走査線の数を多くすることができ、大型
画面の表示素子も実現可能であると考えられている。そ
して、近年その実現に向けて強誘電性液晶材料の開発や
駆動方法の開発が、さかんに行われている。

液晶材料や駆動方法と並んで表示素子を作製する上で最
も重要な技術のひとつに、液晶の均一配向技術が挙げら
れる。強誘電性液晶はネマチック液晶と異なり層構造を
もっているため、ネマチック液晶に比べて均一配向を得
ることが困難である。そのため、種々の配向方法が提案
されている。とくに、現在実用化が活発に検討されてい
る強誘電性カイラルＳ　ｍ　Ｃ液晶をギヤツブ数μｍ以
下の非常に薄いセル内に封入したもので、複屈折の変化
を利用する５ＳＦＬＣ型の素子について、提案されてい
る配向方法の例を挙げれば、シェアリング法、温度勾配
法（エピタキシャル成長法）ＳｉＯ等の斜方蒸着法、−
軸延伸有機高分子フィルムによる方法、有機高分子膜ラ
ビング法等が挙げられる。

上記の配向方法のうち、シェアリング法と温度勾配法に
ついては、実験室レベルで数ｍｍ角程度以下の面積の均
一配向を得るためには有効であるが、これらの方法では
、一般に表示素子に必要な、さらに大面積の均一配向を
得ることは非常に難しいと考えられている。

斜方蒸着法は、蒸着によって得られる表面形状の異方性
によって液晶を配向させる方法である。

蒸着角を８０”以上に太き（することで均一配向が得ら
れることが報告されているが、このような素子では、液
晶分子が大きなプレチルト角を有するため、電界と自発
分極の方向のずれが大きく、電界応答速度が遅くなると
いう問題点をもっている。また、配向処理の工程に長時
間を要し、蒸着装置を必要とするため製造コストも高（
なり、大面積の配向処理も困難である。

一軸延伸有機高分子フィルムによる方法は、延伸処理に
よって高分子鎖が延伸方向に一軸配向し、それにしたが
って液晶が配向するものである。有機高分子膜ラビング
法による配向機構も同様に有機高分子膜表面を繊維で擦
ることによって、せん断応力が加わり表面付近の高分子
鎖が一軸配向し、それにしたがって液晶が配向するもの
であり、一般に有機高分子膜としてポリイミドが用いら
れている。これらは２つは、まとめて−軸配向性高分子
膜による液晶配向処理と言うことができる。

一軸配向性高分子膜を用いて液晶を配向させる方法は、
容易に配向処理を行うことができ、斜方蒸着法のように
高価な蒸着装置を必要としない。

また、大面積の配向処理も容易である。

−軸配向性高分子膜を用いて配向処理を行えば、最も容
易に、しかも安価に強誘電性液晶表示素子を製造するこ
とができる。

発明が解決しようとする課題 しかし、−軸配向性高分子膜を用いて液晶表示素子を作
製した場合にも次のような問題点がある。それは、一般
に完全な双安定メモリ効果が得られないことである。即
ち、電圧ＯＦＦにすると電圧０８時に比べて液晶パネル
の光透過率の増加または減少がおこる。このことは強誘
電性液晶分子の配列が電圧無印加時には電圧印加時とは
異なる状態に変化してしまうことに起因しており、した
がって双安定なメモリ状態を保持できないのである。メ
モリ効果がないと表示素子の実駆動時において、高いコ
ントラストが得られず大きな問題である。

本発明は、双安定性が高（、かつ均一配向性も大きな強
誘電性液晶表示素子を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 液晶配向膜として結晶性ポリスチレンを用いて強誘電性
液晶表示素子を構成する。

作用 一軸配向性高分子膜を液晶配向膜として用いて液晶表示
素子を作製した場合に、配向の欠陥が発生したり、充分
なメモリ効果が得られない最大の原因は、強誘電性スメ
クチック液晶相において配向膜による液晶の配向方位規
制力が強過ぎるためであると考えられる。

強誘電性液晶相、例えばカイラルＳ　ｍ　Ｃ相において
、液晶分子はカイラルＳｍＣ相の本来のチルト角θに対
応する角度だけ、層法線から傾こうとする。即ち、−軸
配向によって規定されていた方位からθだけずれて傾こ
うとする。

ところが、−軸配向処理による強い配向方位規制力が存
在すれば、配向膜界面近くの分子は束縛をうけて本来の
チルト角θだけ傾（ことができず電界無印加時のチルト
角θ′がθより小さ（なる。電界を加えると電界の強さ
に応じてチルト角は大きくなり、ある電界以上ではθに
等しくなる。ところが電界を取り去ると液晶分子が配向
膜の−軸配向性に束縛された方向θ″に戻ってしまうた
め、双安定なメモリ効果が得られない。

−軸配向性高分子によって液晶が配向する場合、高分子
の構成単位のうちカルボニル基、アミノ基、ヒドロキシ
ル基等の極性基の寄与が大きいと考えられる。このよう
な極性基をもつ高分子は、液晶との相互作用が大きく、
配向方位規制力が強すぎるため、これらの高分子を配向
膜として用いた素子ではメモリ効果が充分でない。一方
、ポリエチレンのようにまった（極性基をもたない高分
子を配向膜として用いると、液晶との相互作用か弱すぎ
て均一配向が得られない。

本発明の液晶表示素子においては、配向膜として一軸配
向処理した結晶性ポリスチレン膜を用いる。液晶の配向
にはポリスチレンの側鎖ベンゼン環が寄与しており、液
晶は他の一軸配向高分子膜を用いた場合と異なり、主鎖
の一軸配向方向と直交方向に配向する。ベンゼン環と液
晶との相互作用はカルボニル基、アミノ基、ヒドロキシ
ル基等の極性基との相互作用に比べると弱（、配向方位
規制力が弱いため、双安定なメモリ効果が得られる。ま
たポリエチレン等に比べると液晶との相互作用は強いた
め、均一配向性も充分である。さらに結晶性であるため
に、液晶配向の熱安定性も優れている。

実施例 ポリスチレンは通常非晶性であるが、アイソタクチック
な立体規則性をもつポリスチレンは結晶性となる。アタ
クチックまたはシンジオタクチックな非品性ポリスチレ
ンのラビング膜を液晶配向膜として用いた場合、室温で
は均一配向が得られる。しかし４０℃程度以上の温度で
液晶を注入した場合、ポリスチレン分子のミクロブラウ
ン運動の影響で均一配向が得られない。一方、結晶性ポ
リスチレンの場合は、１５０℃以上の温度まで液晶の均
一配向が得られる。

以下に具体的な実施例をもって本発明の説明を行う。

実施例１ 配向膜として結晶性ポリスチレンを用いて第１図に示し
たセル構造を有する５ＳＦＬＣ素子を作成した。用いた
ポリスチレンは、９０零アイソタクチツクポリスチレン
、平均分子量４１５００、融点は２１０℃であった。ま
ずＩＴＯ電極２．８を有するガラス基板１．９上に、結
晶性ポリスチレンのトルエン溶液をスピンコードし、ｌ
０００Ａ厚みの配向膜３．４を形成した。１５０℃で６
０分間熱処理した後、ナイロン不織布を用いてラビング
処理を施した。これらをラビング方向が平行になるよう
に１．８μｍのスペーサ６を介して貼り合わせた。強誘
電性液晶７としてチッソ株式会社製Ｃ５−１０２２を８
０℃で注入し、１００℃に昇温後０．２℃／ｌｉｎの速
度で室温まで降温した。Ｃ５−１０２２は８４．９℃　
　７３．１℃５９．９℃ Ｌ　　→Ｃｈ　　−ＳｍＡ　　→　　カイラルＳ　ｍ　
Ｃの相転移系列をもつ液晶材料である。この素子のカイ
ラルＳ　ｍ　Ｃ相における配向は均一であった。

ポリスチレン系の配向膜を用いた場合、コレステリック
液晶層〈以下ｃｈ相と略記する）及びスメクチックＡ液
晶層（以下Ｓ　ｍ　Ａ相と略記する）における液晶配向
方向は、ラビング方向と直交となる。一方のガラス基板
表面に、偏光板の偏光軸をラビングと直交方向から液晶
本来のチルト角２５°だけ傾けて貼り、もう一方の基板
にはこれと偏光軸が直交するように偏光板を貼り付けて
、５ＳＦＬＣ素子を形成した。この素子に第２図に示し
た電圧波形を印加した時の透過光強度の変化を第３図に
示した。

一方の極性パルスを印加し、他方の極性パルスを印加す
る直前（メモリ時）の透過光強度の比、即ちメモリ時コ
ントラストは３０であった。　比較例１配向膜として非
晶性ポリスチレンを用いて実施例１と全く同様に第１図
に示したセル構造を有する５ＳＦＬＣ素子を作成した。

非品性ポリスチレンとしてはＨＲＭ−２−３１１（電気
化学工業■製）を用い、スピンコードにより１０００　
Ａ厚みの配向膜を形成した。この素子においては、液晶
の均一配向が得られず、カイラルＳｍＣ相において、フ
ォーカルコニック組織のマルチドメインとなってしまっ
た。

比較例２ 配向膜としてポリビニルアルコールを用いて実施例１と
同様に第１図に示したセル構造を有するＳ５ＦＬＣ素子
を作成した。ポリビニルアルコールとしてはポバール１
１７（株式会社クラレ製）を用い、膜厚８ｏｏＡｉ成し
た。偏光板の偏光軸はラビング方向から２５°の角度、
及びこれと直交方向に配置した。この素子に第２図の電
圧波形を印加した時の透過光強度変化を第４図に示した
。この素子のメモリ時コントラストは３であった。

比較例３ 配向膜としてポリイミドを用いて比較例２と同様に第１
図に示したセル構造を有する５ＳＦＬＣ素子を作成した
。ポリイミドとしてはＰＩＸ−１４００（日立化成工業
■製）を用い、膜厚１０００　Ａ形成した。この素子に
第２図の電圧波形を印加した時の透過光強度変化は、比
較例２と同様であり、この素子のメモリ時コントラスト
は２．５であった。

実施例２ 実施例１と同様にして作成したセルに、強誘電性液晶７
としてメルク社製ＺＬＩ−４１３９を７５℃で注入し、
０．２℃／ｇｉｉｎの速度で室温まで降温した。ＺＬＩ
−４１３９は ８２℃　　　　　６５℃ ■　→　ｃｈ　　→　カイラルＳ　ｍ　Ｃの相転移系列
をもつ液晶材料である。この素子のカイラルＳ　ｍ　Ｃ
相における配向は均一であり、第２図の電圧波形を印加
した時のメモリ時コントラストは２３であった。

発明の効果 本発明によれば、液晶の・均一配向が得られ、メモリ性
に優れているため、単純マトリクス駆動で高コントラス
トの表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における。液晶表示素子の
構成を表す断面図、第２図は、実施例及び比較例にいて
、双安定なメモリ性の有無を調べるために印加したパル
ス電圧波形を示す図、第３図及び第４図は、各々第２図
の波形を印加した時の実施例及び比較例の素子透過光強
度の変化を示したグラフである。 １．９・・・ガラス基板、　２．８・・・ＩＴＯ電極、
３．４・・・配向膜、　５・・・シール樹脂、　　６・
・・スペーサ、　７・・・強誘電性液晶。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名第１図 宵２図 畔問 光透＠芋 腰 腰 ω

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶配向膜として結晶性ポリスチレンを用いた強
   誘電性液晶表示素子。
2. （２）結晶性ポリスチレンがアイソタクチックな立体規
   則性を有するポリスチレンであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の強誘電性液晶表示素子。