JPH03186818A - 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］ 本発明は液晶素子に関する。

［従来の技術］ 近年光変調素子としての液晶の研究が活奪になっている
が、その狙いはデイスプレーあるいは光シヤツター等で
、これらのほとんどはＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａ
ｔｉｃ）型表示方式のものである。

一方、高速スイッチングメモリ性を特徴とした強誘電性
液晶を利用する表示方式［Ｎ、Ａ、Ｃ１ａｒｋｓら；　
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、８８，８９９（
１９８０）］が提案されている。

これらの液晶素子では液晶を一方向に優先的に配向させ
る必要がある。この配向処理はこれらの液晶素子の品質
に大きな影響を与えることから多くの研究がなされてい
る。液晶の基板表面での配向状態には、基板面に平行に
配向するホモジニアス配向と基板面に垂直に配向するホ
メオトロピック配向とに大きくわけられる。

実際の液晶はこのように配向された液晶に電界などを印
加することにより液晶の配向状態を変化させ、複屈折、
２色性等を利用して光の０Ｎ−ＯＦＦを行う。

従来の液晶の配向方法としては無機物の斜方蒸着や有機
高分子塗膜のラビングなど知られているがいずれも満足
のいくものではない。特に強誘電性液晶を配向させよう
とする場合には従来のネマチックタイプにくらべて非常
に配向させに＜＜、いずれの方法においても均一に配向
させることは困難であった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は特定の配向層を用いることにより、液晶、特に
強誘電性液晶の配向性を改良し、良好な駆動特性を得る
ことができる液晶素子を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討した結
果、配向層として液晶性シランカップリング剤を用いる
ことが有効であることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は対向する一対の基板の内側に各々電
極及び液晶を配向させる配向層とを有し、その間に液晶
層を設けてなる液晶素子において、配向層を形成する成
分として、液晶性シランカップリング剤を用いた液晶素
子である。

以下本発明について図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の液晶素子の断面図であり、１．２は基
板、３．４は電極、７，８は液晶性シランカップリング
剤からなる配向層、９は液晶層、１０はスペーサー　１
１．１２は偏光板である。第２図は本発明の別の態様を
示す断面図であり、５゜６は無機酸化物膜あるいは有機
高分子膜である。

基体としてはガラス、ポリエステル等の合成樹脂フィル
ム等が使用できる。

この基板上に設ける電極には例えば既知の酸化錫インジ
ウム（ＩＴＯ）が用いられ、これをガラス等の基板に蒸
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
ラス基板と電極の間に５ｉＯｚ等によるブロッキング層
を設けてもよい。又、このようにして設けた電極をエツ
チングにより所望の形状にすることができる。

次にこの電極上に配向層を形成する。第２図の５．６に
対応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、ポリぶつ化ビニ
リデン（ＰＶＤＦ）などの有機高分子材料やシランカッ
プリング剤、あるいはＳｉＯ等の酸化物の蒸着が適して
いる。

本発明において配向層を形成する成分として用いるシラ
ンカップリング剤は、例えば下記−般式（Ｉ）及び（ｎ
）等で示される液晶性を有するシランカップリング剤で
ある。

（ＲＩ０）３ｓｉ（ＣＨ２）　　ｌｌ　ＮＣＯ−Ｒ２−
Ｍ　　　（Ｉ）（ＲＩ　　Ｏ）３５ｔ−ＣＨ２ＣＨ２Ｒ
２Ｍ　　　　　（ＩＩ）（式中、ＲＩは低級アルキル基
、ｎは１〜Ｇの整数、Ｒ２はスペーサー基、Ｍはメソゲ
ン基を表わす。） Ｒ２はいわゆるスペーサ、即ち一定の間隔を形成する基
を表わす。

好適な基Ｒ２（スペーサー基）の例を挙げると、例えば
−ＣＨ２−イＣＨ２＋２、イＣＨｚ＋ｓ、イｃｎ２＋４
　　イｃｎ２＋ｓ　　　イＣＨ２＋６４ＣＨ２＋ｙ　、
イｃｎｚ＋ｓ　　　イＣＨｚ＋９４ＣＨ２＋　１０％　
−＋ＣＨ２＋　＋＋、−ＣＨ２−（）（ＣＨ２＋　３、
ＣＨ２ イＣＨ２ ＋ＣＨ２ −Ｃ）＋２ ＧＣＨ２ ＣＨ２ −□□□ＣＨ２チ４、　　ＣＨ２−斡ＣＨ２チロ、＋３
圓ＣＨ２＋　３．４ｃｕ２＋３帆ＣＨ２）４＋３旧ＣＨ
２＋　６、−ＣＩ２　ＮＨイＣＨ２＋２、−Ｎ（ＣＨ３
）４０１１ｚ　＋　２　、’ｊ−３ＮＨ−ＥＣＨｚ　＋
　２又は ＋ｓＮイＧＨｚ＋２等である。

ＣＨ３ であり、上記式中、 Ｒ３はＣ１〜ＣＩ２−アルキル基、０１〜ＣＩ２アルコ
キシ基、Ｃ１〜ＣＩ２−アルコキシカルボニル基、ＣＩ
〜Ｃ１２アルカノイルオキシ基、水素、弗素原子、塩素
原子、シアノ基、４−シアノフェニル基又はニトロ基を
表し、かつＲ４はＣ１〜ＣＩ２−アルキル基を表す。

これら液晶性シランカップリング剤は下記反応式に従っ
て得ることができる。

まず一般式（１）はイソシアネートアルキルトリアルコ
キシシラン（ＩＩＩ）とアルコール化合物（ＩＶ）をト
ルエン、テトラヒドロフラン等の溶媒中で加熱反応する
ことにより得られる。

一般式（ｎ）はトリアルコキシシラン（Ｖ）とエチレン
化合物（Ｖｒ）とから公知のヒドロシル化反応により得
られる。該反応は適当な有機溶媒中例えばベンゼン、ト
ルエン、テトラヒドロフランなどの溶媒中、室温から２
００℃程度の温度範囲内で、公知のヒドロシル化触媒、
例えば塩化白金酸触媒の存在下、１０分から１００時間
反応を行うことによって行われる。使用する触媒の濃度
としては原料であるトリアルコキシシランに対して、０
．００１〜１％の範囲内の量で用いられる。

（Ｒ１Ｏ）３　Ｓｔ　（ＣＨｚ　）。ＮＣＯ（１）　＋
ＨＯ−Ｒ２−Ｍ（ＩＶ）→（ＲＩ　０）　３　　Ｓｌ　
　（ＣＨ２）　　。　Ｎ　　Ｃ０−Ｒ２−）Ｉ（１）（
ＲＩ　Ｏ）３　ＳＩＲ（Ｖ）　＋ＣＨ２−ＣＢ−Ｒ２−
Ｍ（Ｖｌ）　−＝（ＲＩ　　Ｏ）　３　ＳＩ　−ＣＨ２
ＣＨ２−Ｒ２−Ｍ（Ｉ＋）以下に液晶性シランカップリ
ング剤の具体例を挙げる。なお以下において＊は不斉炭
素原子■ （ＲＩ ０）３ｓｉ （Ｃ１＋２ ） ＯＲ２ （Ｉ） ■ （ＲＩ ０）３５ｉＣＨ２ＣＨ２−Ｒ２ Ｈ （ｎ） １ 本発明の液晶素子に使用する液晶材料としては公知のも
のが利用でき、例えば強誘電性液晶としては、 不 ＳＩ 早 チッソ側製１０１１．１０１３．１０１４．１０１５な
ど、メルク社製ＺＬＩ−３２３４，３４８９，３６５４
等がある。コレラバカイラルスメクチック相を呈するも
のである。

強誘電性液晶を用いた液晶素子において光変調は以下の
様にして行うことができる。

基板に対してホモジニアス配向した液晶分子に対して液
晶層をはさむ電極により電界を印加すると液晶分子は自
発分極と電界との作用により電界の向きに対して面内で
その向きを変える（第３図）。

　３ したがって複屈折あるいは２色性を利用すれば光のＯＮ
、　ＯＦＦつまり光変調が可能となる。ただし、このと
き液晶層の厚さは液晶のらせんが消失する薄さであるこ
とが必要である。

さて、このような光変調に行う場合コントラストを大き
くするには液晶を均一に配向させなければならない。セ
ルの構成を第１．２図に示すが、液晶の配向は配向膜層
によって行われる。

ネマチックタイプに較べ強誘電性液晶は配向が困難であ
るが、第１の発明では配向層を形成する成分として液晶
性シランカップリング剤を用いることで良好な配向を得
ている。

液晶性シランカップリング剤よりなる配向膜が良好な配
向を示す理由については明らかではないが、シランカッ
プリング剤にあるメソゲン基と液晶材料間の相互作用に
よるものと考えている。

本発明の別の態様では配向層として無機酸化物膜あるい
は有機高分子膜と液晶性シランカップリング剤よりなる
薄膜とを順次積層すること４ による良好な配向を得ている。このとき無機酸化物膜あ
るいは有機高分子膜は斜方蒸着あるいはラビングにより
処理されており、その上に積層される液晶性シランカッ
プリング剤のメソゲン基を配向させる効果を持つもので
ある。したがって液晶は配向した液晶性シランカップリ
ング剤のメソゲン基により配向することができるのであ
る。

これら液晶性シランカップリング剤層を基板、無機酸化
物膜あるいは有機高分子膜上に形成するには、これらの
液晶性シランカップリング剤を　１．２−ジクロロエタ
ン、トルエン、テトラヒドロフラン等の溶媒に溶解し、
スピンコーティング、ディッピング、プレートコーティ
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基板、無機酸化物膜、ある
いは有機高分子膜上に塗布し、８０〜１２０℃に加熱し
、次いで未反応の液晶性シランカップリング剤を上記の
溶媒により洗浄し乾燥することにより得られる。

５ なお、積層される配向層の厚さは液晶層に印加される電
界を大きく減衰させない厚さであることが必要で、好ま
しくはあわせて１００ＯＸ以下である。

［実施例］ 以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこの
実施例にのみ、限定されるものではない。

製造例１ 一般式（１）に示す液晶性シランカップリング剤の製造 （ＣｚＨｓＯ）３ｓｉ（Ｃ）＋２　）　　３ＮＣＯ（０
１１２）　　６０［一般式（１）でＲ１ Ｒ２−イＣＨ２＋６、 −Ｃ２Ｈ５ −３ 合物Ｎｏ、Ｓ−１１１，４−（６−ヒトロキシヘキシル
オキシ）安息香酸−４°−へキシルオキシフェニルエス
テル２．０７ｇ（０，００５モル）と　３−イソシアネ
ートプロピルトリエトキシシラン１．４８ｇ（ｏ、ｏｏ
ｅモル）をトルエン１００＋ｎｌに溶解し、環流下２０
時間反応した。反応後トルエンを留去し、得られた粗製
物をヘキサンより再結晶して、目的物を２．２４ｇ得た
。

透明点：　８２．０°Ｃ 元素分析 Ｃ（％） Ｈ（％） Ｎ（％） 実測値　計算値 ８３．４１　　Ｂ３．５１ ８．４８　　８．３８ ２．１０　　２．１２ このものの構造は赤外線吸収スペクトルにより確認され
た。この赤外線吸収スペクトル図を第４図に示す。

実施例１ 透明基板・・・ガラス板（厚さ　１．１ｏｍ）透明電極
・・・ＩＴＯ（厚さ５００大、蒸着後バター７ ニング） 配向膜・・・前記製造例１の液晶性シランカップリング
剤をトルエンにてｌνｔ％に調整し、ディッピングにて
成膜し、１００℃で３０分加熱処理後、表面をトルエン
で洗浄し、（００℃で１時間乾燥させた。

スペーサー・・・積木フォインケミカル製５Ｐ−２０２
（平均粒径７．０μｍｌ〉 液晶・・・メルク社製ネマチック液晶ＺＬＩ−１１３２
封止剤・・・積木ファインケミカル製フォトレックＡ−
７０４（紫外線硬化型） 以上の材料により第１図の如く液晶素子を作製した。

このようして作製した液晶素子は非常に均一なホメオト
ロピック配向を示した。

実施例２ 透明基板・・・ガラス板（厚さ１．１ｎｉ）透明電極・
・・ＩＴＯ（厚さ　５００λ、蒸着後バターニング） 配向層（透明電極側）・・・ポリビニルアルコール８ を使用してディッピングにより１０００大の厚さで成膜
後、１００ｇ／ｃｍ　２の圧力で５回のラビング処理を
施した。

配向膜（液晶層側）・・・前記製造例１の液晶性シラン
カップリング剤を実施例１と同様の処理により配向層を
作成した。

スペーサー・・・積木フォインケミカル製５Ｐ−２０２
（平均粒径１．８μｍ） 液晶・・・チッソ製強誘電性液晶Ｃ８−１０１４封止剤
・・・積木ファインケミカル製フォトレックＡ−７０４
（紫外線硬化型） 以上の材料により第２図の如く積層し液晶素子を作成し
た。次に８５℃への加熱及びその後の徐冷により強誘電
性液晶を配向させた。

このようにして作成した液晶素子を偏光顕微鏡下で４０
℃に保った状態で電極間に１０Ｖｐｐの電圧を印加して
駆動したところ応答速度１５０μ５ｅｃ（０→９０％）
、コントラスト比４７であった。

又良好なメモリー性を有していた。

比較例１ １　つ 配向層としてポリビニルアルコールのみを使用した以外
は実施例２と同様にして液晶素子を作成し駆動した。応
答速度は１５０μ５ｅｃ（０→９゜％）、コントラスト
比８であった。又メモリー性は得られなかった。

［発明の効果］ 本発明よれば、液晶層において均一な配向が可能となり
、駆動時のコントラスト比が大きく、安定したメモリー
性をもつ液晶素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例を示す液晶素子の断面図、第２図
は本発明の別の一例を示す液晶素子の断面図、第３図は
液晶層に電界が印加されたときの液晶分子の作用を示す
図、第４図は製造例１で得られた液晶性シランカップリ
ング剤の赤外線吸収スペクトル図。 図中、１，２は基板、３，４は電極、５．８．７．８は
配向層、９は液晶層。 　０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する一対の基板の内側に各々電極及び液晶を
   配向させる配向層とを有し、その間に液晶層を設けてな
   る液晶素子において、配向層を形成する成分として、液
   晶性シランカップリング剤を用いたことを特徴とする液
   晶素子。
2. （２）前記液晶性シランカップリング剤が配向層として
   無機酸化物膜あるいは有機高分子膜上に形成されている
   特許請求の範囲第（１）項の液晶素子。