JPH026926A - 液晶電気光学装置作製方法 - 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、液晶表示素子や液晶光シャッターアレイ等の
液晶電気光学装置に関し、更に詳しくは、液晶分子の初
期配向状態を改善することにより表示ならびに駆動特性
を改善した液晶電気光学装置の作製方法に関するもので
ある。

〔従来の技術］ 従来の液晶電気光学装置としてはツィステッド・ネマチ
ック（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍｅｔｉｃ）液晶を用いた
ものが知られている。このＴＮ液晶は、画素密度を高く
したマトリクス電極構造を用いた時分割駆動の際、クロ
ストークを発生する問題点があるため、画素数が制限さ
れていた。

また、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素
子を接続し、各画素毎にスイッチングするアクティブマ
トリクス方式の表示素子が知られているが、基板上に薄
ａｈランジスタを形成４゛る工程が極めて煩雑な上、そ
の製造コスト製造歩留り等の要因により大面積の表示素
子を作成するごとが難しい問題点がある。

これらの問題点召解決するものとして、クラツにより米
国特許第４３６７９２４号公報で強誘電性液晶素子が提
案されでいる。

第３図は強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例を
模式的に描いたものである。１１と１１゛は、Ｉｎ２Ｏ
，あるいはＴＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ
）等の薄膜からなる透明電極で被覆さ５れた基板（ガラ
ス板）であり、その間に液晶分子Ｎ１２がガラス面に垂
直になるよう配向したＳｍＣ”相又は、他の強誘電性を
示す液晶相が刺入されている。この液晶電気光学装置に
おいて強誘電性液晶分子が第４図に示すように、スメク
チック層の層の法線方向に対して＋θ傾いた第１の状態
（１）と−θ傾いた第２の状態（ＴＩ）を取る。

この二つの状態間を外部より電界を加えで、強誘電性液
晶分子をスイッチさせることにより発生ずる複屈折効果
の違いにより表示を行うものであ、った。

この時強誘電性液晶分子を第１の状態（Ｉ）より第２の
状Ｂ（ＴＩ）へかえる為にスメクチック層に対して垂直
方向に例えば正の電界を加えることにより成される。ま
た逆に第２の状態（ｎ）より第１の状態（１）へ反転さ
せる為には、逆に負の電界を加えることにより成される
ものであった。

すなわち外部より印加される電界の向きをかえることに
より強誘電性液晶分子の取る２状態を変化させそれムこ
伴って生じる電気光学効果の違いを利用するものであっ
た。

さらにこの外部より印加する電界を除去しても強誘電性
液晶分子はその状態を安定に保っており第１と第２の双
安定なメモリー性を持っていた。

その為、この強誘電性液晶を用いた液晶電気光学装置を
駆動する信号波形とし７°Ｃは両極性パルス列となって
おり、パルス極性の切り替わる方向により強誘電性液晶
分子の取る２状態間をスイッチングしていた。

このような強誘電性液晶を用いた電気光学装置において
は、装置全体において均一な駆動特性が当然ながら要求
される。そのためムこ、液晶電気光学装置全体にわたっ
て欠陥のない、均一な液晶相すなわらモノドメインを全
体に形成すること、すなわち強誘電性液晶の複数の層が
互いに平行に一方向に配列しており、かつ欠陥のない均
一な配向を、目標として従来より技術開発がなされてき
た。

しかしながら、液晶材料特に強誘電性液晶は配向膜につ
いた微少なキズや液晶駆動用の電極の凹凸段差や、液晶
装置の基板間隔を一定に保持するだめのスペーサー又は
液晶材料と配向膜との組合せ、その他種々の原因により
欠陥が発生Ｌ７、均一なモノドメインが得られない。そ
の為に従来は液晶電気光学装置セルの端部より、液晶を
一次元結晶成長させる方法（温度勾配）によりセル全体
にモノドメインを成長させること又は一対の基板をミク
ロンオーダーの距離の制御で互いにずらすシェアリング
法等が試みられていた。

しかしながら液晶電気光学装置が大面積化した場合これ
らの方法は適用不可能であった。すなわち、二の方法に
よって実現されるモノドメインの大きさは最大数十ミリ
用程度であり大面積化して工業的製品に使用することは
不可能であった。

また仮に使用可能な大きさのモノドメインが実用された
としても、強誘電性液晶材料が持つ性質として液晶材料
分子が基板に平行に配列せず、−定の傾きを持つ配列（
ブレヂルト）するため強誘電セＪ液晶の層が曲がったり
、折れたりする。そのため層が平行に一方向に配列させ
る技術は非常に難しく、さらにこの層の曲がりなどによ
ってジグザグ欠陥がドメイン中に発生ずる問題があった
。

そして、液晶材料は外部、上りの電界ムこよって、その
取り得る状態を変化させる際に１．このジグザグ欠陥を
境にしてその反転過程が逆になるという現象が見られる
。このために、装置全体において、均一な表示及び駆動
特性が得られないという問題があった。

〔発明の構成〕

本願発明は従来の考えであったモノドメインを得た状態
で電気光学効果を利用するという技術思想とはちがった
技術思想によりこれらの均一な表示及び駆動特性が得ら
れないという問題を解決するものであります。本発明者
らは、とくに液晶材料が等方性液体状態（高温状態）よ
り液晶状Ｂ（低温状態）へ移行する降温過程における液
晶材料の初期配列性に注目しその配列性を従来思想とさ
れていた状態とは全くちがう状態を利用することにより
良好な液晶電気光学装置の表示又は駆動特性を実現せし
めたものであります。

すなわち、本発明は、強誘電性液晶を使用する液晶電気
光学装置の作製方法であって、前記強誘電性を示す液晶
相より高温の相で前記複数の層を連続して互いに平行に
、多方向に配列させる工程と前記高温の相から前記強誘
電性を示す液晶相に冷却する工程を有することを特徴と
する液晶電気光学装置作製方法であります。

本発明の場合、特に液晶は、微少なドメイン（大きさは
数十μｍ程度）が数多く集まったマルチドメイン状態と
なっている。

このようなマルチドメイン状態においては、液晶の配向
欠陥はそのドメインの境界によって、緩和されるために
液晶電気光学装置セル全体において、ジグザグ欠陥等が
発生しないものである。

又、この微少なドメイン内部は良好なモノドメイン状態
となっているため、各々の微少なドメインにおける液晶
の表示又は駆動特性に差がなく、装置全体としては、均
一な表示又は駆動特性を実現することができるものであ
ります。

さらに本発明方法の場合、強誘電性液晶の複数の層は平
行となっているが、基板全体では一方向のみに配列して
おらず、多方向に配列している。

このために従来のように基板全体にわたって均一な一方
向のみの配列を実現する必要がなく、工業的な生産規模
においても、十分生産性の高い液晶電気光学装置を作製
できるものであります。

以下に実施例を示します。

〔実施例］ 第１図に本実施例にて使用した液晶電気光学装置のセル
概略断面図を示す。同図は行方向と列方向のマトリクス
状に配置された電極部の端部の１部分を示している。

また概略図であるためその寸法は任意となっている。本
実施例で用いられたセルは従来より使用されているもの
と全く同様のセル構成のものである。すなわち、透明の
基板（例えばガラス）２゜２°上に液晶駆動用の電極３
，３′が行方向と列方向にマトリクス状になるようバタ
ーニングされ形成されている。また該電極上には、配向
制御４．４′が設けられており、その片側は、液晶分子
が並べるように公知のラビング処理が施されている。こ
の配向制御膜４，４゛は両方とも同じ材料を用いてもま
た片側づつ異なった材料を用いてもよいが本実施例にお
いては、４の配向制御膜をポリイミド膜を用い、もう一
方の配向制御膜４゛にＳｉＯ□膜を使用した。

このように、配向制御膜の種類を変えた場合、液晶分子
を外部信号により駆動させる際に、比較的大きなしきい
値を得ることができ、マトリクス状の液晶電気光学装置
では、有利であった。

このような基板に２．２゛を互いに重ね合わせ間にスペ
ーサ（図示せず）をはさんで一定間隔に保って液晶セル
を形成している。

本実施例の場合、強誘電性液晶の複数の層が互いに平行
になっており、さらに多方向に配列していることがすぐ
わかるように、基板間隔を２０μｍとし強誘電性液晶の
らせんピッチに対応するしま模様でこの層の配向の様子
がわかるようにした。

−ｉに強誘電性液晶ではらせんピッチに対応するしま模
様はスメクチック層の方向と一致していることが知られ
ている。

このようなセルに対し、公知の液晶注入法に従って、液
晶を注入する。この液晶としては、等方性液晶−スメク
チックＡ相−スメクチックＣ相−結晶相という相系列を
とり、等方性液体からスメクチックＡ相の転移が８９．
５°Ｃで行われる混合液晶を用いた。

この混合液晶はエステル系の強誘電性液晶を含み８種類
の液晶材料を混合した物であるが、混合液晶中の単・一
液晶材料の割合が最も多い物で２０％であり、８種類の
混合割合は各々５　＝　２０％の間で主となる液晶が存
在ゼす、多品種をほぼ等量づつ混合しているものである
。

尚、本実施例で用いた混合液晶の転移温度は次のような
物であります。

のような混合液晶を公知の注入法によりセル内に注入し
た。注入時は、混合液晶を等方性液体状態にして注入し
、セル内にすべて液晶材料を注入１−２だ後、注入口を
封止する。

この後、強誘電性液晶を示す液晶相状態Ｃ１二まで徐冷
する。この際に強誘電性液晶の液晶相より高温の相に液
体状態から温度を下げてくると同時にスメクチック層が
形成され始める。この時、スメクチック層はある領域で
は互いに平行となっている。しかし別の領域では、先と
は異なった方向に平行に揃、っている。この様子を第４
図に示す。

第４図は、本実施例におＬ３るスメクチックＣ相状態で
の、液晶の分子配列の様子を示し７ている顕微鏡写真で
ある。クロスニフル下での顕微鏡写真のため、黒い部分
と白い部分が存在し液晶の層が一方向には配列せず、若
干その方向が異なっている様子がわかる。

さらに温度を下げてゆき、スメクチックＣ相にまで温度
を下げるとらせんピッチに対応するしま模様が見られて
きた。この様子を第５図に示す。

これより判るよ・うにしま模様が連続して平行に存在し
、かつ多方向に配列しでいることがわかる。

さらにまた、この除冷を行う過程において一部液晶状態
の部分と等方性液体状態の部分が存在し、この時液晶状
態の部分は、配向制御膜４に施されたラビング処理にそ
っＣ１並びマイクロドメイン含形成する。さらに温度を
下げて行くとさらに液体状態の部分より新たＧご液晶部
分が発生に同様にマイクロドメインを形成する。

このようにしてセル全体がマイクロドメインで埋めるこ
とができる。このマイクロドメインの大きざは巾数μｍ
長さ数１００μｍの細邦いものであった。

ごのようなマルチドメイン配向状態を光学顕微鏡にて観
察を行ったところ、第５図に見られるように、従来見ら
れたジグザグ欠陥等は存在せずむしろ各ドメイン領域の
境界がすべて欠陥を含んだ状態であり、その欠陥が小さ
いため、セル全体では均一な配向が得られているように
見られた。このような液晶に対１７、室温付近の温度状
態で、−１−下の電極３，３゛間に外部より電圧を加え
液晶を駆動した±３０Ｖの三角波を加えぞの反転の梯子
を観察したところ液晶はマイクロドメイン単位で反転を
行い、従来のようにモノドメイン内で舟型１′メインを
形成し、て反転することばなかった。

また各ドメインの反転もほぼ同時乙こ行われてＡ：；′
す、セル全体で見ると、全体が同時に反転しでいるよう
に観４察された、 この反転過程の途中には、本実施例の場合必ずらせん形
成状態を経由していた。また、電男印加を中止し７だ場
合液晶分子の配向状態は２状態をとっており、しばらく
放置し２ていてもその状態を取り続けていた。

又、セルの中央イＮＪ近と、端部と液晶の反転はほぼ同
じで場所による反転状態の違いも見られなかった。

本実施例では、複数の層が連続して平行でかつ多方向に
配列しでいることがわかるように厚いセルを用いたが、
薄いセル（３μｍ程度）においても同様の配向を行って
いることは、ｌ］１ｉ：認でき−ている。この薄いセル
を用いた場合、強誘電性液晶はらせんをほどいた状態で
あり、このため２０μｍヒルと同じ電圧を加えた時が応
答速度が速く（約１０μ５ｅｃ）なり、スＬ−ツシュホ
ールド特性も向−ｈ　Ｌだ。また薄いセルでの液晶分子
の配列状態を第６図に丞ず。

（効　果〕 本発明により、従来の技術的進歩の方向とは逆の方向で
あるマルチドメイン配向を持つ液晶電気光学装置を実用
化できた。

ジグザグ欠陥等光学的に大きな影宮の出る欠陥が発生せ
ず均一な表示特性と高いコ＋、／ｌラス１−比を実現で
きた。さらにマルチドメイン各々の反転特性が揃ってい
るので全体で均一な液晶駆動が可能となった。

また、モノドメインを形成させるための複雑な技術工程
が不要であり工業的にも生産しやすくなった。

そのため等方性液晶状態から強誘電性を示す液晶相状態
まで温度を下げる速度を上げることができた。

加えて、ラビング法にて液晶材料を配向させた液晶電気
光学装置も商品価値の十分高いものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いた液晶電気光学装置セルの概略を
示す。 第２図は強誘電性液晶を模式的に現した図を示す。 第３図は液晶の取り得る状態を現す。 第４図、第５図及び第６図は液晶セル内での液晶の配列
状態を示す顕微鏡写真。 ２．２°０９０．基板 ３．３°０００．電極 ４．４’、、、、配向制御膜 ５　　　　、、、、液晶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の基板と、長軸を有する複数の分子から組織さ
   れた複数のスメクチック層を有する強誘電性液晶であっ
   て、前記強誘電性液晶は前記基板間に配置され、前記複
   数の層は、連続して互いに平行に一方向のみに配列する
   のではなく多方向に配列しており、かつ前記基板の面内
   で複数の微小なドメインを形成しており、電界が印加さ
   れていないときに複数の異なる分子配向示状態のうち、
   いずれか一つに対応した分子配向状態を生じる強誘電性
   液晶とを有する液晶電気光学装置の作製方法であって、
   前記強誘電性を示す液晶相より高温の相で前記複数の層
   を連続して互いに平行に、多方向に配列させる工程と前
   記高温の相から前記強誘電性を示す液晶相に冷却する工
   程を有することを特徴とする液晶電気光学装置作製方法 ２、特許請求の範囲第１項において、前記強誘電性を示
   す液晶相より高温の相でマイクロドメインを形成する工
   程を有することを特徴とする液晶電気光学装置作製方法