JPH03137620A - 強誘電性液晶素子 - 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］ 本発明は液晶表示素子や液晶−光シャッタ等で用いる液
晶素子、特に強誘電性液晶を用いた液晶素子に関する。

［従来の技術］ 強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子と
の組み合わせにより透過光線を制御する型の表示素子が
クラーク（Ｃ１ａｒｋ）及びラガーウオール（Ｌａｇｅ
ｒｗａｌ　１）により提案されている（特開昭５６−１
０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明紬書
等）。この表示素子に用いられている強誘電性液晶は、
一般に特定の温度域において、カイラルスメクチックＣ
相（ＳｍＣ”　）又はＨ相（ＳｍＨ”　）を有し、この
状態において、加えられる電界に応答して第１の光学的
安定状態と第２の光学的安定状態のいずれかをとり、且
つ電界の印加のないときはその状態を維持する性質、す
なわち双安定性を有し、また電界の変化に対する応答も
速やかであり、高速ならびに記憶型の表示素子用として
広い利用が期待されている。

このような表示素子においては、電界を印加するための
電極が形成された２枚の基板の間隔を、十分に小さくか
つ均一に保持する必要があるが、その方法として、一般
にシリカビーズやアルミナビーズなどの硬質体（スペー
サ剤）を素子内に散布する方法がとられている。また、
衝撃や荷重等による外部応力によって生じる配向状態の
乱れを抑える為に粒子状の接着剤を素子内に散布して基
板間のずれを抑えることが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、液晶表示の配向を考えてみた場合、素子内に粒
状のスペーサ剤や粒状接着剤等が存在することは、その
周辺において配向欠陥が生じやすくなる傾向を生じる。

そして、このような状態において液晶素子の駆動を行な
い第１の光学的安定状態から第２の光学的安定状態へと
反転を行なった場合には、粒状スペーサ剤や粒状接着剤
の周辺において反転の遅れが生じ、これが画質において
ちらつきという現象となって表われてしまう。また、こ
の遅れが大きくなった場合、反転前の画面の状態が反転
後にも消えずに残って見える状態（残像）が生じること
になる。この現象は粒状スペーサ剤や粒状接着剤の数が
増すと顕著に現われてくる。このような現象は液晶素子
の画質を著しく低下させることとなり問題となっている
。

従って、本発明の目的は、粒状スペーサ剤の散布密度を
本来の使用目的である２枚の電極基板の間隔を均一に保
つ事ができる範囲内で減少させ、かつスペーサ剤に起因
する配向の乱れによるちらつきや残像の影響の少ない良
好な配向性を有する表示品位の高い画質を持った強誘電
性液晶素子を提供する事にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明では、電極群が形成され
間隔を置いて配置された一対の基板、この一対の基板間
に配置されその電極群によって印加される電圧で駆動す
る強誘電性液晶、及び一対の基板間の間隔を均一に保持
するための粒状のスペーサ剤を有する強誘電性液晶素子
において、スペーサ剤の直径が１〜１０μｍであり、か
つその分布密度が１００〜５００個／　ｍ　ｍ　”とな
るようにしている。

一対の基板間は、通常、基板間の接着体によって接着さ
れているが、基板の間隔は強誘電性液晶のらせん配列構
造を抑制するのに十分に小さい距離に設定され、また、
少なくとも一方の基板に配向制御膜が配置されている。

［実施例］ 第１図（Ａ）は、本発明の強誘電性液晶素子（セル）を
例示する断面図である。強誘電性液晶セル１０１は、一
対の基板１０２と１０３（ガラス、プラスチック）との
間に強誘電性液晶１０４、粒状スペーサ１０５（アルミ
ナビーズ、シリカビーズ）及び基板１０２と１０３とを
接着する接着体１０６が配置されている。

基板１０２と１０３の内面には、それぞれ透明電極１０
７と１０８、透明８電体膜１０９と１１０及び配向制御
膜１１１と１１２が設けられている。この配向制御膜１
１１と１１２のうち何れか一方を省略することも可能で
ある。

強誘電性液晶１０４としては、例えば米国特許第４５６
１７２６号公報、同第４５８９９９６号公報、同第４５
９２８５８号公報、同第４６１４６０９号公報などに開
示された液晶を用いることができ、その配向状態として
は米国特許第４５６３０５９号公報、同第４７１２８７
３号公報に開示された抑制又は消失したらせん配列構造
を用いることができる。

第２図は、カイラルスメクチックの液晶がバルク状態下
で固有に存在しているらせん配列構造を消失させた時の
双安定配向状態を表わしている。

この双安定配向状態は、一対の基板２０１と２０２との
間隔をらせん配列構造が消失されるのに十分に小さい距
＠　（１０μｍ以下）に保持させることによって発現し
、無電界時において液晶分子は、何れか一方の安定状態
に配向した液晶分子２０３Ａと２０３Ｂとして保持され
る。又、本発明では、無電界時において液晶分子２０３
が基板２０１と２０２に対してプレチルト角をもって配
向した配向状態を用いることも可能である。第２図中の
２０４は複数の液晶分子で組織した垂直分子層を表わし
、図中の矢標は双極子そ−メントの方向を表わしている
。

本発明で用いる粒状スペーサの直径は１〜１０μｍ好ま
しくは１〜２μｍであり、散布密度は１００〜５００個
／　ｍ　ｍ　”　％好ましくは２００〜４００個／　ｍ
　ｍ　２であり、予め何れか一方の基板上に散布した後
、２枚の基板を重ね合わせる事によって得られる。

接着体１０６は粒状スペーサ１０５の様に予め基板上に
散布されるのが好ましい。

かかる強誘電性液晶セル１０１は、一対の偏光子１１３
と１１４によって、その配向状態の変化が光学的に識別
される。

第１図（Ｂ）は、強誘電性液晶セル１０１の平面図で、
一対の基板１０２と１０３をシーリングするシーリング
部材１１５が注入口１１６を除いて配置され、そのシー
リング部材１１５の内側を表示部１１７として利用する
。

配向制御膜１１１と１１２としては、ポリビニルアルコ
ール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイ
ミド、ポリパラキシレリン、ポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ
アミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂
、エリア樹脂やアクリル樹脂などの有機絶縁物質の膜に
一軸性配向処理（例えば、ラビング処理）を付与したも
のを用いることができる。透明誘電体膜１０９と１１０
としては、−酸化硅素、二酸化硅素、酸化アルミニウム
、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フ
ッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ
酸窒化物などの無機絶縁物質の膜を用いることができる
。配向制御膜１１１と１１２は一般に５０人〜１，００
０人の膜厚とすることができ、透明誘電体膜１０９と１
１０は、一般に１００人〜３，０００人とすることがで
きる。

以下、本発明を具体的な実施例及び比較例を挙げて説明
する。

夾直■ニ 一対の基板用として２枚の１．１ｍｍ厚のガラス板を用
意し、それぞれのガラス板上にＩＴＯ（インジウム・テ
ィン・オキサイド）の透明ストライプ電極を形成し、そ
の上に透明誘電体膜として５ｉ０２を、５００人厚０ス
パッタ法により製膜した。

この５ｉ０２膜上、にポリイミド形成液であるＬＰ６４
（東し社製）溶液を印刷法により塗布し、２７０℃で焼
成することにより、１００人厚０ポリイミド配向制御膜
を形成した。この焼成後の被膜には、アセテート植毛布
によるラビング処理を施した。その後、１枚の基板には
、ノードソン静電散布方式により、平均粒径５．５μｍ
のエポキシ樹脂接着粒子（商品名：トレパール；東し社
製）ヲ分布密度３０個／　ｍ　ｍ　”になるように散布
した。もう１枚の基板には、平均粒径１．５μｍノシリ
カマイクロビーズをノードソン静電散布方式で分布密度
３００個／　ｍ　ｍ　２で散布した。次いで、シーリン
グ部材１１５として液状接着剤（商品名ニストラクトボ
ンド；三井東圧社製）を６μｍの膜厚で印刷塗布した。

次いで、２枚のガラス板をはり合わせ、７０℃の温度下
で２．８ｋｇ／Ｃｍ２の圧力を５分間印加することによ
って圧着し、さらに１５０℃の温度下で０．６３ｋｇ／
ｃｍ’の圧力を加えながら、４時間かけて２　ｆｌの接
着剤を硬化し、セルを作製した。

その後、この液晶セル内を１０−４まで減圧し、強誘電
液晶であるピリミジン系液晶を等労相で注入した。この
液晶材の相変化を以下に示す。

−１５℃　　　６０．５℃　　　７３．５　℃　　９０
，４℃Ｃｒ　ｙ　ｓ　ｔ　　４−−５　ｍ　Ｇ　”　−
−＊　Ｓ　ｍ＾　□−＊　Ｃｈ　−−＊　Ｉ　ｓ　。

ＳｍＡ；スメクチックＡ相 Ｃｈ　　、コレステリック相 ｌ５ｏＨ等方相を示す その後、コレステリック相とスメクチックＡ相を通して
カイラルスメクチックＣ相を生じる２５℃に冷却した。

このようにして作成した液晶素子の配向欠陥の発生状況
を顕微鏡にて観察した態様の模式的スケッチを第３図に
示す。同図に示すように、画素３０１内に発生するヘア
ピン欠陥部３０２とライトニング欠陥部３０３とは対を
なして発生しており、これらは素子内に散布した粒状ス
ペーサが原因となって発生したものである。従って、こ
の対をなすヘアピン欠陥部とライトニング欠陥部の発生
個数は、粒状スペーサの散布個数と相関がある。これら
２つの欠陥部は、周囲のドメインと光学状態が一般的に
相違し、顕微鏡で判別することができる。

上述のヘアピン欠陥とライトニング欠陥は、昭和６２年
１０月の液晶討論会予稿集Ｐ１１４〜１１５「顕微分光
法による５ＳＦＬＣ状態の構造に関する考察」で明らか
にされている。

かかる液晶素子に対して、第４図のタイミングチャート
で示す印加電圧によるマルチブレクシング方式による書
込みを行ない、画素の顕微鏡観察を行なったところ、第
１の光学的安定状態から第２の光学的安定状態への反転
に際し、上記欠陥の周辺において反転の遅れが生じる事
が確認された。さらに、上述の状態を目視にて観察した
結果、第１表に示すように、ちらつきや残像は認められ
ず、良好な画質である事が確認された。

東ＪＬＬＬ文μ」− 粒状スペーサの散布密度を２００個／　ｍ　ｍ　’及び
４００個／　ｍ　ｍ　２とした以外は実施例１と同様の
方法で、液晶素子を作製し、同様の観察を行なった。こ
の結果を実施例１の結果とともに第１表に示す。

３１１表 粒状スペーサの散布密度を６０個／　ｍ　ｍ　’　とし
た以外は実施例１と同様の方法で素子を作成した。

この素子の場合、Ｎ１図（Ａ）に示す基板１０２及び基
板１０３間の間隔が均一に得られず、液晶素子全面に画
像を表示させる事ができなかった。

この液晶素子を解体し、走査型電子顕微鏡にて粒状スペ
ーサを観察したところ、粒子に割れが発生しているもの
が有る事が確認された。

１暖１ユ 粒状スペーサの散布密度をＳＯＯ個／　ｍｍ２とした以
外は実施例１と同様の方法で素子を作製し、実施例１と
同様の観察を行なった。その結果、画素内の粒状スペー
サの分布状況は、スペーサが複数個隣接して存在するい
わゆる凝集が発生している部分が認められ、駆動によっ
て第１の光学的安定状態から第２の光学的安定状態へと
反転を行なった場合のスペーサ周辺の反転の遅れ部分の
領域が、スペーサが単独で存在する場合の領域と比較し
て数倍大きくなっている事が確認された。さらに、実施
例１と同様に目視観察を行なった結果、実施例１〜３で
は見られなかったちらつきと残像が発生している事が認
められ、良好な画質が得られなかった。

［発明の効果］ 本発明によれば、スペーサ剤の直径を１〜１０μｍとし
、かつその分布密度が１００〜５００個／　ｍ　ｍ　”
となるようにしたため、基板間隔を十分に小さくかつ均
一に保持して駆動時のちらつきや残像といった画質の低
下を生じさせる事なく良好な表示が行なえる液晶素子を
作成する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の強銹電液晶素子
を例示する断面図及び平面図、第２図は、第１図の液晶
素子における液晶分子の配列状態を表わした模式図、 第３図は、実施例で作成した液晶素子の顕微鏡による観
察結果をスケッチした模式図、そして第４図（Ａ）〜（
Ｃ）は、実施例で作成した素子の検討に用いた駆動波形
を示すタイミングチャートである。 １０１：強誕電性液晶セル、１０２，１０３：基板、１
０４：強説電性液晶、１０５：粒状スペーサ、１０７．
１０８：透明電極、１１０゜１１１：配向制御膜。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極群が形成され間隔を置いて配置された一対の
   基板、この一対の基板間に配置されその電極群によって
   印加される電圧で駆動する強誘電性液晶、及び一対の基
   板間の間隔を均一に保持するための粒状のスペーサ剤を
   有する強誘電性液晶素子において、スペーサ剤の直径が
   １〜１０μｍであり、かつその分布密度が１００〜５０
   ０個／ｍｍ＾２であることを特徴とする強誘電性液晶素
   子。
2. （２）一対の基板間に基板間を接着する接着体を有する
   請求項１記載の強誘電性液晶素子。
3. （３）一対の基板の間隔が強誘電性液晶のらせん配列構
   造を抑制するのに十分に小さい距離に設定されている請
   求項１記載の強誘電性液晶素子。
4. （４）一対の基板のうちの少なくとも一方の基板に配向
   制御膜が配置されている請求項１記載の強誘電性液晶素
   子。