JPH04127126A - 強誘電性液晶装置 - 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装置に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示装置の分野では、高速応答性を有する強誘電性
液晶を用いることが提案されている。この強誘電性液晶
としては、カイラルスメクチックＣ相などを示すものを
用いることが検討されている。

しかしながら、強誘電性液晶はその特性上液晶分子を所
定の配向方向に均一に揃えて配列させにくく、このため
従来の配向手段を強誘電性液晶の配向に適用した場合に
、均一な配向を行うことが困難であるという問題が生じ
ている。従来の配向手段としては、配向処理を施した配
向膜を液晶装置の基板内面に形成する方法、磁場配向方
法（液晶を加熱して外部から磁界を加える方法、）、電
場配向方法（液晶を加熱して外部から電界を加える方法
。）、および剪断力配向方法（液晶装置に用いる一対の
基板をそれぞれ逆向きにずらして液晶に剪断力を加える
方法。）などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のいずれの配向手段を適用しても、強誘電性液晶の
液晶分子を所定の配向方向に均一に安定して揃えて配列
させることが困難である。特に強誘電性液晶層にジグザ
グ欠陥が発生することが防げなかった。従って、従来の
強誘電性液晶を用いた液晶装置では、十分高いコントラ
ストで表示あるいは光スイッチングが行えないという問
題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、十分高
いコントラストで表示あるいは光スイッチングを行うこ
とができる強誘電性液晶を用いた液晶装置を提供するこ
とを目的に、鋭意研究の結果、本発明の強誘電性液晶装
置の完成に到った。

即ち、本発明は、強誘電性液晶層と、該液晶層を狭持し
液晶層と接触する側に電圧印加が可能となるよう設けら
れた電極および、電極面に配向層を設けた基板からなる
液晶装置において、液晶に接する表面に強誘電性液晶の
層方向及び層法線方向に等間隔に突起部を設けたことを
特徴とする強誘電性液晶装置である。

本発明の液晶装置の一実施態様を第１図に示す。

第１図において、ｌは基板、２は電極、３は配向層、４
は液晶を装置中に保持するための封止材、５は透明基板
同士を一定の間隔に保つためのギャップ保持材、６は段
差部、７は強誘電性液晶である。以後、第１図に沿って
説明する。

透明基板ｌとしては、ガラス、プラスチックなどが挙げ
られるが、特にこれに規定されるものではない。

電極２は、透明基板上にＩＴＯなどの透明な導電体の膜
を形成したものなどを用い得るが、特にこれに限定され
るものではない。

強誘電性液晶７とは、自発分極を持ちその向きが外部電
界によって反転可能な液晶化合物または液晶組成物であ
り、液晶化合物としては４−デシロキシベンジリデン−
４−アミノ−２−メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡ
ＭＢＣ）、４−へキシルオキシベンジリデン−４−アミ
ノ−２−クロロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ
）等が挙げられる。液晶化合物を単独で用いた場合、強
誘電性を示す温度範囲が狭い、粘度が高い、ピッチ長が
短いなどの問題点がある。そのため、強誘電性液晶を２
種以上混合したり、スメクチック液晶やカイラルネマチ
ック液晶を混合した液晶組成物を用いることが好ましい
。

配向層３の材料としては、従来強誘電性液晶の配向に用
いられているものを使用できる。例えば、ＳｉＯ等の無
機物質や、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコ
ール、有機シラン化合物等の有機物質が挙げられるが、
これに限定されるものではない。

本発明の突起部６を透明基板に対して垂直な方向から見
た形状の例を第２〜５図に示す。本発明の突起部とは、
単一の突起もしくは複数の突起の近接した場合をさす。

第２〜４図は、単一の突起からなる突起部を示し、第５
図は、４個の突起の集合からなる突起部を示している。

突起部の配置の例を第６〜８図に示す。第６〜８図の中
の正方形は一つの突起部を示す。第８図において、例え
ばａとｂを結ぶ直線が強誘電性液晶の層方向で、ｂとＣ
を結ぶ直線が層法線方向であるとすると、この場合には
層方向の突起部の間隔とはａとｂとの距離を意味し、層
法線方向の間隔とはｂとＣとの距離を意味する。

突起部の大きさ、形状は特に限定されないが、０．０１
〜４００平方μ鞘、かつその突起部を透明基板に対し垂
直な方向からみたとき強誘電性液晶の層方向と層法線方
向との長さの比が１：１０〜１０：１であることが効果
の点から好ましい。この場合、突起部の大きさ、形状と
は、突起の全てを内側に含むような最小の凸な閉曲線の
大きさ、形状を意味するものとする。

本発明の液晶装置が表示に応用されるときには、突起部
と突起部でない部分との液晶層の厚みの違いにより表示
濃度及び表示の色調に差を生じるので、突起部を覆うよ
うな光学的マスク手段によって突起部を通過する光が外
部で観察されないようにすることが好ましい。そのため
、本発明の液晶装置が特に表示に応用されるときには、
液晶装置を十分に光が通過できるように突起部の全面積
と表示に関わる液晶装置の面積との関係を適切に設計す
ることが好ましい。本発明の効果において突起部が装置
の全面積に対して占める割合は本質的に影響を及ぼさな
いが、上記観点から本発明の液晶装置を特に表示に応用
する場合には突起部の面積は装置の全面積に対し、５０
％以下であることが好ましく、より好ましくは２０％以
下、最も好ましくは１０％以下である。

突起部は、強誘電性液晶の層法線方向には５乃至５００
　ｐ　ｔｎ間隔に、層方向には５乃至１０００μ朔間隔
に設ければ本発明の効果を有する。この間隔は層法線方
向及び層方向ともに１０乃至２００　ｐ　ｍが本発明の
効果の点からより好ましい。さらに、本発明の液晶装置
が特に表示に応用されるときには上述のような配慮が必
要となり、突起部の全面積と表示に関わる液晶装置の面
積との関係が適切になるように突起部の間隔を設計する
ことが好ましい。

突起部の配向層表面からの高さは、セルギャップの０．
５〜１００％の範囲にあれば本発明の著しい効果を有す
る。ただし、セルギャップとは液晶装置中の液晶層の厚
みである。突起部の高さがセルギャップと等しいときは
突起部はセルギャップを液晶装置全体にわたって一定に
保つためのギャップ保持材を兼ねさせてもよい。

液晶に接する表面に突起部を形成するには、基板、電極
、または配向層を突起状に成形する方法や、電極または
配向層上に他の材料で形成する方法が挙げられる。

電極または配向層に本発明の突起部を設ける手段として
は、紫外線、電子線、χ線等のエネルギー線により化学
反応を生じる物質を用いたりソグラフィ手段や、金属ス
タンパを用いる機械的圧迫手段等が挙げられる。形成の
筒便さと加工精度の点からフォトリソグラフィ手段が好
ましい。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明
は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１ 酸化インジウム錫を０．０７μｍ蒸着した４０ｍｍｘ３
７．５ｍｍ、厚さＩＭのガラス板■に感光性ポリイミド
前駆体（旭化成工業■製、商品名：　ＰＩＭＥＬＴＭＧ
−５０３Ｃ）を回転塗布した後、７０°Ｃで３０分間乾
燥した。これに第９図に示すマスクを介して超高圧水銀
灯で１０秒間露光し、現像し、１８０°Ｃにて２時間空
気中で加熱を行ない、高さ２．０μ蒙、面方向の寸法が
１０μｍ×１０ＤＩ１１の突起を作成した。

このガラス板■と、同じ寸法のガラス板■の両方に、酸
化インジウム錫の蒸着されている側にシランカップリン
グ材を回転塗布した後、１５０°Ｃで空気中５分間焼付
けを行なった。ガラス板■と■をポリエステル布で擦り
（ラビング処理と称する）、強誘電性液晶の配向処理と
した。このとき、ガラス板■のラビング方向と突起パタ
ンの配置の関係を第１Ｏ図に示した。ガラス板のとガラ
ス板■を、互いにラビングの向きが反対になるように向
かい合わせて重ね、一部を液晶注入用に残して周囲をエ
ポキシ系接着剤で封止した。注入口から１００’Ｃの温
度において強誘電性液晶混合物〔チッソ■製、商品名：
　Ｃ５−１０２４：ｌを注入し、毎分１“Ｃで室温まで
冷却して強誘電性液晶セルを作成した。このセルを偏光
顕微鏡で観察したところ、ジグザグ欠陥のない−様な液
晶配向が得られていることがわかった。このセルを直行
ニコルに配置された２個の偏光子の間に配置し、第１１
図に示す波形のパルス電圧を印加してヘリウム−ネオン
レーザ−光（６３２，８ｎｍ）の透過光強度を観測した
ところ、第１２図のようになった。この結果、このセル
の光透過状態と遮断状態の光強度比（コントラスト）は
８０であった。

実施例２ 実施例１と同様に強誘電性液晶セルを作成したが、配向
膜の材料にはシランカップリング材のかわりにポリビニ
ルアルコールを用いた。突起を設けたガラス板■と突起
を設けないガラス板■は両方ともポリエステル布でラビ
ングし、強誘電性液晶の配向処理とした。ガラス板■は
第１０図のようにラビングした。ガラス板■とガラス板
■を、互いにラビングの向きが同じになるように向かい
合わせて重ね、一部を液晶注入用に残して周囲をエポキ
シ系接着剤で封止した。注入口から１００°Ｃの温度に
おいて強誘電性液晶混合物〔チッソ■製、商品名：　ｃ
ｓ−１０２４３を注入し、毎分１°Ｃで室温まで冷却し
て強誘電性液晶セルを作成した。このセルを偏光顕微鏡
で観察したところ、ジグザグ欠陥のない−様な液晶配向
が得られていることがわかった。このセルを直行ニコル
に配置された２個の偏光子の間に配置し、第１１図に示
す波形のパルス電圧を印加してヘリウム−ネオンレーザ
−光（６３２，８ｎｍ）の透過光強度を観測したところ
、このセルのコントラストは７０であった。

実施例３ ポリビニルアルコール５重量部と、下記構造式（１）で
表わされる構造のアクリレート７．５重量部と、ベンジ
ルジメチルケタール０．１５重量部とを１００重量部の
Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミドと１００重量部の水との
混合溶媒に溶解した。

この溶液を酸化インジウム錫を蒸着したガラス板■に回
転塗布した後７０°Ｃのオーブン中に３０分間静置して
乾燥し、厚み２．２μｍの塗膜を得た。

第９図に示すマスクを介して超高圧水銀灯で６０秒間露
光した。ついでこの試料を１８０°Ｃのオーブン中に１
時間静置したところ、未露光部の膜厚は１．４８μｍに
なった。試料の表面形状を触針式表面荒さ測定機で測定
したところ露光部は未露光表面から盛り上がっており、
露光部の未露光表面からの高さは１．００μ−であった
。このガラス板■を第１０図のようにラビングし、ポリ
ビニルアルコールを回転塗布した酸化インジウム錫膜付
きガラス板■を同一方向にラビングして重ね合わせ、液
晶注入口を残して周囲をエポキシ系接着剤で封止した。

入口から９０℃の温度において強誘電性液晶混合物〔チ
ッソ■製、商品名：ｃｓ−１０１８）を注入し、毎分１
℃で室温まで冷却して強誘電性液晶セルを作成した。こ
のセルを偏光顕微鏡で観察したところ、ジグザグ欠陥の
ない−様な液晶配向が得られていることがわかった。こ
のセルを直行ニコルに配置された２個の偏光子の間に配
置し、第１１図に示す波形のパルス電圧を印加してヘリ
ウム−ネオンレーザ−光（６３２，８ｎｍ）の透過光強
度を観測したところ、このセルのコントラストは４０で
あることがわかった。

比較例１ 酸化インジウム錫を０．０７　μｍ蒸着した４０ｍｍ　
Ｘ３７．５ｍｍ、厚さ１ｍのガラス板■および■にポリ
ビニルアルコールを回転塗布した後、７０°Ｃで３０分
間乾燥した。ガラス板■と■をポリエステル布でラビン
グし、強誘電性液晶の配向処理とした。

ガラス板■の上に直径２．０μ−のガラスピーズを噴霧
した後、ガラス板■とガラス板■を、互いにラビングの
向きが同じになるように向かい合わせて重ね、一部を液
晶注入用に残して周囲をエポキシ系接着剤で封止した。

注入口から９０℃の温度において強誘電性液晶混合物〔
チッソ■製、商品名：ｃｓ−１０１８１を注入し、毎分
１°Ｃで室温まで冷却して強誘電性液晶セルを作成した
。このセルを偏光顕微鏡で観察したところ、ジグザグ欠
陥が多数見られた。このセルを直行ニコルに配置された
２個の偏光子の間に配置し、第１１図に示す波形のパル
ス電圧を印加してヘリウム−ネオンレーザ−光（６３２
，８ｎ＋１１）の透過光強度を観測したところ、このセ
ルのコントラストは１０であることがわかった。

〔発明の効果〕

本発明の液晶装置は、強誘電性液晶を所定の配向方向に
均一かつ安定して配向させ、高いコントラストを持った
表示あるいは光スイ・ンチングを行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶装置の一実施態様の断面図であ
る。１は透明基板、２は透明導電膜、３は配向層、４は
封止材、５はセルギャップ保持材、６は突起部、７は液
晶層を示す。 第２．３．４及び５図は、突起部の形状の例を示す平面
図であり、第５図は、突起部が突起の集合で形成されて
いる例の平面図である。 第６．７及び８図は、突起部の配置の例を示す平面図で
ある。図中の四角形は突起部を示し、そこに第２．３．
４及び５図のような突起部が形成されていることを示す
。 第９図は、フォトマスクであり、８は光が透過する部分
を示す。 第１０図は、突起部を設けた配向膜のラビング方向を示
す。 第１１図は、強誘電性液晶セルに印加する電圧の波形を
示す。 第１２図は、強誘電性液晶セルに印加される電圧の波形
とその電圧によるセルの光学応答を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強誘電性液晶層と、該液晶層を狭持し液晶層と接触する
   側に電圧印加が可能となるよう設けられた電極および、
   電極面に配向層を設けた基板からなる液晶装置において
   、液晶に接する表面に強誘電性液晶の層方向及び層法線
   方向に等間隔に突起部を設けたことを特徴とする強誘電
   性液晶装置。