JPH0495925A - 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、強誘電性液晶素子の改良に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、液晶表示セルはツィステッド・ネマチック（ＴＮ
）型およびスーパーツィステッド・ネマチック（ＳＴＮ
）型液晶表示が主流である。このＴＮ型およびＳＴＮ型
液晶表示を用いた単純マトリクス・デイスプレィでは、
表示画素数が増加するにつれて表示コントラストが低下
するという問題が生じる。

これはＴＮ型およびＳＴＮ型液晶のしきい値特性が充分
に急峻でないために、非表示部分も半表示の状態になる
というクロストークを生してしまうためである。又、Ｔ
Ｎ型およびＳＴＮ型液晶表示は、見る方向によりコント
ラストが著しく変化するという視野角依存性が大きいこ
とによっても大面積表示が困難である。

現在の液晶表示セルの主流であるＴＮ型およびＳＴＮ型
液晶表示セルにおいては、表示の高精細化や大容量化が
限界に近付きつつある。強誘電性液晶は、メモリ性（双
安定性）およびマイクロ秒オーダーの高速応答性という
ＴＮ型およびＳＴＮ型液晶表示セルにはない特徴を有し
ている。従って、情報表示能力のより高いセルを作るこ
とが可能である。

強誘電性液晶表示は層構造を持つカイラルスメチックＣ
（ＳｍＣ”）相を用いるために、ラビングによる配向膜
表面での局部的な方向の乱れによる層構造の欠陥が発生
し易く、表示セル全体にわたり均−に配向させることが
困難である。このため、強誘電性液晶の層構造を損なわ
ずに均一に配向させる技術が必要である。また、液晶分
子の良好な配向を得るためには、適切な配向膜材料の選
択も必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

強誘電性液晶を用いれば、単純マトリクスでも大容量表
示を実現することが可能である。それはＳｍＣ”相では
液晶自体がメモリ性（双安定性）を有するためにクロス
トークの問題が無いためであり、さらに印加電圧に対す
る光透過率の応答が急峻なためである。また、強誘電性
液晶表示では、ＴＮ型およびＳＴＮ型よりも視野角依存
性が小さいので、大面積表示が可能である。

しかし、この強誘電性液晶表示セルを有効に作用させる
ためには、液晶セル中の液晶分子を均一に配向させ、表
示セル全体に単一のドメインを形成することが必要であ
る。大面積表示を考慮した強誘電性液晶の配向制御方法
としてはＴＮ型およびＳＴＮ型液晶の配向制御方法とし
て知られている樹脂配向膜のラビング法が最も有効であ
る。

従来技術として知られている配向膜材料であるポリイミ
ドやポリビニルアルコールを配向膜として用いてラビン
グを施した後作製した液晶表示セルでは、作製直後にセ
ル全体が双安定状態の内片側の一状態のみをとっている
ため全体が均一な表示になっている。しかしながら、コ
ントラスト比が５：１程度と満足のゆく表示特性が得ら
れないのが現状である。

また、有機シラン系液晶配向膜として上下間し組成のも
のを用いた場合、コントラストは高いが、作製直後に双
安定状態の２状態が混在しているため、ドントマトリク
ス構成においてドツト間の表示が乱れており、デイスプ
レーとして用いるにはブラックマスクなどが必要となっ
ている。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、強誘電性液晶素子において、強誘電性液晶の
均一な配向を得るために、表示セルを構成する２枚の基
板の一方に有機シランの薄膜を有し、他方に有機シラン
の混合物の薄膜を有する構成または２枚の基板に用いら
れる有機シランの混合物からなる薄膜の混合比が異なる
ことを特徴としている。

本発明で用いる強誘電性液晶としては、カイラルスメク
チック液晶が好ましく、例えばＳｍＣ”　。

ＳｍＨ”、　ＳｍＦ″’、　ＳｍＧ“、などの相を有す
る組成物を用いることができる。本発明の液晶表示セル
に用いる強誘電性液晶の具体例を以下に示す。

ベンジリデン−４ オクナＪレアニリンノ、 これらの液晶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が
ある。これらの問題を解決する目的で、強誘電性液晶を
２種以上混合したり、或は他のスメクチック液晶やカイ
ラルネマチック液晶を混合しても良い。特に、本発明の
表示セルを室温において高速で動作させる場合には、液
晶を単独で用いるよりも液晶組成物がより好ましい。

本発明で用いる有機シランとしては、−ａ式Ｒ，，５ｉ
Ｘ４−ｎ（ｎ＝Ｌ２または３、Ｘは例えば塩素原子、臭
素原子などのハロゲン原子、メトキシ、エトキシ、プロ
ポキシ、ブトキシなどのあるアルコキシ又はアセトキシ
などのアシロキシ基、その他の加水分解性官能基であり
、Ｐはメチル、エチル、プロピル、ブチルなどの飽和の
、またはビニル、アルケニルなどの不飽和の脂肪族炭化
水素基、またはフェニル、ナフチルなどの芳香族炭化水
素基であり、これらの炭化水素基にはビニル、アルケニ
ルなどの不飽和基、ヒドロキシ基、カルボニル基、ハロ
ゲン原子、アミノ基、その他の官能性有機基で置換され
ていても良い。）で表されるものが好ましい。

有機シランの混合物とは、２種または３種以上有機シラ
ンを混合したものをいう。特に、脂肪族シラン及びアミ
ノ系シランとの混合物は、表示特性特に、高いコントラ
スト比を実現するのに好ましい。

本発明に好適な脂肪族シランの具体例としては、ＣＨｓ
ＳｉＣｌｚ　［：メチルトリクロロシラン］、ＣＨｘＳ
ｉ　（ＯＣＨ３）　３　（メチルトリメトキシシラン〕
、ＣＨ：＋（ＣＨｚ）ｚｓｉｃｌ＊　（プロピルトリク
ロロシラン〕、ＣＨ３（ＣＨｚ）ｚＳｉ（ＯＣＨ：＋）
ｚ　（プロピルトリメトキシシラン）　、Ｃ）ｌｚ（Ｃ
Ｈｚ）ｓｓｉｃｌｚ　（へキシルトリクロロシラン）　
、ＣＨ３（ＣＨ２）　ｓＳｉ　（０（：Ｈ３）　３　（
ヘキシルトリメトキシシラン）　、ＣＨｚ（ＣＨｚ）ｉ
、５ｉｃ１＋　（ヘプチルトリクロロシラン）　、ＣＨ
ｚ（ＣＨｚ）６ｓｉ（ＯＣｔｂ）３（ヘプチルトリメト
キシシラン）　、ＣＨｓ（Ｃ）ｌｘ）７ＳｉＣ１３（オ
クチルトリクロロシラン）　、ＣＨ３（Ｃ）１２）　ｔ
ｓｉ　（ＯＣＨ３）　３　（オクチルトリメトキシシラ
ン）　、ＣＨ３（ＣＨｚ）＋５ＳｉＣ１：ｉ　　（テト
ラデシルトリクロロシラン）、 ＣＨ３（ＣＨ２）　＋　３ｓｉ　（ＯＣＨ３）　３　　
（テトラデシルトリメトキシシラン〕、ＣＨ３（ＣＨ２
）１，５ｉｃ１３〔ヘキサテシルトリクｏｏシラ７　）
　、ＣＨｚ　（ＣＨｚ）　＋　５Ｓｉ（ＯＣＨ：＋）　
３［ヘキサデシルトリメトキシシラン］、ＣＨｚ（ＣＨ
ｚ）＋５ＳｉＣ１３〔オクタデシルトリクロロシラン］
、 ＣＨ３（ＣＨ２）Ｉ？５ｉ（ＯＣＨ３）３　　（オクタ
デシルトリメトキシシラン）　、ＣＨ３（ＣＨ２）　Ｉ
　？　Ｓｉ　（ＯＣｚｌ（ｓ）　３　　Ｃオクタデシル
トリエトキシシラン）　、ＣＨｚ（ＣＨｚ）ｚｗｓｉｃ
１３〔モリアコンチルトリクロロシラン〕、（Ｃ）ｌ：
１）　ｚｓｉ　（ＯＣＨ＋）　ｚ　　（ジメチルジメト
キシシラン〕、（ＣＨ１３）　：＋５ｉＯＣＨ３（メト
キシトリメチルシラン］、ＣＨ，＝ＣＨ（ＣＨ：＋）ｚ
ｓｉＯｃｚＨｓ　　（ビニルジメチルエトキシシラン〕
が挙げられる。

また、本発明に好適なアミノ系シランの具体例としては
、ＨＪ（ＣＨｚ）３ｓｉ（ＯＣｚＨｓ）ｉ　　（３−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン）　、ＣＨＪＨ（ＣＨ
ｚ）ｉｓｉ（ＯＣｚＨｓ）ｚ〔Ｎ−メチルアミノプロピ
ルトリエトキシシラン〕、ＣＨｚ＝ＣＨ（ＣＪｓＣＨｚ
）ＮＣｚＦ１４ＮＨＣ：＋ＨｂＳｉ（ＯＣＨ３）＋　　
Ｃビニルベンジルアミノエチルアミノプロピルトリメト
キシ’Ｊう７　〕、ＨｚＮ（ＣＨｚ）２ＮＨＣＨ２ＣＪ
ａＣＨｚＣＨｚＳｉ（ＯＣｚｆｌｓ）３［Ｎ−（２−ア
ミノエチル）アミノメチル）フェネチルトリエトキシシ
ラン〕、 ＨｚＮ（ＣＨｚＣＨｚＮＨ）ｚ（ＣＨｚ）３ｓｉ（ＯＣ
Ｈｚ）＋　　［Ｎ−（（３−トリメトキシシリル）プロ
ピル）ジエチレントリアミン〕、Ｃ６Ｈａ（ＮＨｚ）Ｎ
Ｈ（ＣＨｚ）３ｓｉ（ＯＣＨｚ）３（Ｎ−３−トリメト
キシシリルプロピル−ｍ−）ユニレンジアミン〕、Ｈ２
Ｎ（ＣＨ２）　３ｓｉｃＨ：＋（ＯＣｚ）Ｉｓ）　ｚ　
（３−アミノプロピルジェトキシメチルシラン〕が挙げ
られる。

本発明における有機シランの混合物における混合比は、
混合される有機シランの種類に依存して良好な範囲が存
在する。有機シランが脂肪族シランおよびアミノ系シラ
ンの混合物である場合の混合比は、１００　：　１から
１　：　１００の範囲が好ましく、より好ましくは１０
：工から１：１０の範囲である。

有機シランを含有する塗布液を用いて、液晶配向膜を形
成する際、その塗布液の有機シランの濃度が低すぎては
、配向性能が充分得られず、また高すぎた場合には成膜
のうねり、屈折率からくる反射光の干渉色および透明導
電膜上の抵抗値の増大が生じるため、塗布液中の有機シ
ランの濃度は、１〜５重量％が好ましい。

有機シランの溶剤としては、その溶解性の他に溶液状態
での貯蔵安定性や薄膜形成の揮散性、膜中への残留性、
基板への影響等を考慮しなければならない。本発明の有
機シランに好適な溶媒の例を挙げれば、メタノール、エ
タノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどの
アルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン等の
ケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系
溶媒、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどのアミド系
溶媒がある。これらの溶媒は単独または２種以上を混合
して用いても良い。

また、有機シランの加水分解性官能基の加水分解性を高
めるために、上記溶媒中に触媒として酢酸、プロピオン
酸などの有機酸または塩酸、硫酸などの無機酸を添加し
ても良い。加水分解を早める目的で溶媒中に水を添加す
ることも好ましい。

上記条件を満たした有機シランの溶液を、ディッピング
法、スピンコード法、バーコード法、口−ルコート法な
どにより基板に設けられた透明電極上に塗布し、５０°
Ｃ〜２５０°Ｃで乾燥し薄膜とする。

これら薄膜のラビングを施す方法としては当業者に公知
の方法をそのまま適用することができ、特に限定するも
のではない。薄膜にラビングを施すことにより液晶配向
膜とするものである。

本発明の強誘電性液晶表示セルの構造を、−実施態様で
ある第１図を用いて説明する。第１図において、１は基
板、２は透明電極膜、３および３′は液晶配向膜、４は
シール材、５はスペーサ、６は強誘電性液晶を示す。

基板１としては、ガラスが主に使用されるが、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポ
リエーテルスルホン、ポリカーボネート、酢酸セルロー
スなどのプラスチックも使用できる。基板１に蒸着スパ
ッタ、ＣＶＤなどの公知の手段によって酸化スズ、酸化
インジウムやＴＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄ
ｅ）等の透明電極膜２が設けられる。シール材４は液晶
表示セル内に液晶を封止するためのものであり、スペー
サ５は基板と基板の間隔を一定に保つためのものである
。

液晶配向膜３は、本発明における有機シラン及び有機シ
ランの混合物を透明電極ｌＩ！２上に成膜することによ
って得られる。成膜方法としては、有機シラン及び有機
シラン混合物またはそれらを含有する塗布液を塗布した
後、焼成する方法が挙げられる。

また、塗布する方法としては、スピンコード法、バーコ
ード法、ロールコート法、ディッピング法が挙げられる
。

液晶配向膜３及び３′のラビングは、２枚の基板１の少
なくとも一方に施されていれば良い。両方の基板にラビ
ングを施した場合、ラビングの方向として互いに平行で
あるか反平行であるかの何れでも良いが、反平行がより
好ましい。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１ 液晶配向膜３として、電極幅６３５μｍドツト間（スペ
ース幅）３０μｍにパターニングされた透明電極膜（Ｉ
ＴＯ）付ガラス基板の透明電極膜上に、Ｎ−メチルアミ
ノプロピルトリメトキシシラン３．０重量部 （以下、１八Ｐと略記する） 水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．５
　重量部酢酸　　　　　　　　　　　　　　０．０４事
量部ｎ−ブタノール　　　　　　　　　９７　　重量部
からなる溶液をスピンコードした後、１８０　’Ｃで２
０分間加熱し、厚み約５００人の有機シランの薄膜を形
成した。

液晶配向膜３′として、電極幅６３５μｍドツト間（ス
ペース幅）３０μｍにバターニングされた透明電極膜（
ＩＴＯ）付ガラス基板の透明電極膜上に、ＭＡＰ　　　
　　　　　　　　　　　　１．５重量部Ｎ−オクタデシ
ルトリエトキシシラン１．５重量部（以下、ＯＴＳと略
記する） 水　　　　　　　　　　　　　　　０．５重量部酢酸　
　　　　　　　　　　　　　０．０４重量部ｎ−ブタノ
ール　　　　　　　　　９７　　重量部からなる溶液を
スピンコードした後、１８０°Ｃで２０分間加熱し、厚
み約５００人の有機シラン混合物の薄膜を形成した。

ガラス基板上に形成した液晶配向膜３及び３′に植毛布
により一方向にラビングを施した。この一対のガラス基
板を、スペーサとして１．８μｍのシリカ粒を用い、上
下のラビング方向が反平行となる様に重ね合わせ、注入
口となる箇所を除いてその周辺をシーリングした。

次に強誘電性液晶ｃｓ−１０２４（チッソ石油化学■製
〕を１００°Ｃに加熱して等吉相とし、上記で作製した
セル内に注入口から注入した。このセルを７時間かけて
１００°Ｃから３０°Ｃまで徐冷した。

偏光顕微鏡観察によって、セル内の強誘電性液晶は均一
に水平配向しており、初期状態にセル全体が双安定状態
の一状態のみをとっているため、表示ドツト間を均一な
暗状態とすることができた。

セルの電極に電圧±３０ｖ、周波数１０Ｈｚの正弦波を
印加した後、クロスニコル下での電圧駆動によって、コ
ントラスト比を測定した。

測定に用いた駆動波形及びコントラスト比の求め方を第
２図に示した。

この時のコントラスト比は１５０　：　１であった。

実施例２〜６ 第１表に示す液晶配向膜の組合せを用いて、実施例１と
同様の検討を行った。その結果を第１表に示す。

第１表 実施例２〜６ともセル内の強誘電性液晶は均一に水平配
向しており、初期状態にセル全体が双安定状態の一状態
のみをとっているため、表示ドツト間は均一な暗状態と
なっていた。

比較例１ 液晶配向膜３及び３′として、電極幅６３５μｍ、ドツ
ト間（スペース幅）３０μｍにバターニングされた透明
電極膜（ＩＴＯ）付ガラス基板の透明電極膜上に、 ＭＡＲ３，０重量部 水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．５　
　重量部酢酸　　　　　　　　　　　　　　０．０４重
量部ｎ−ブタノール　　　　　　　　　９７　　車量部
の組成の有機シラン薄膜を用いて、実施例１と同じ検討
を行った結果、初期状態では双安定状態の２状態をとっ
ているため、ドツト間が明暗のまだら状態となっていた
。また、コントラストは１５倍であった。

比較例２〜４ 第２表に示す液晶配向膜の組合せを用いて、実施例１と
同様の検討を行った。その結果を第２表に示す。

第２表 比較例２〜４ともセル内の強誘電性液晶は均一に水平配
向しており、初期状態にセル全体が双安定状態の二状態
をとっているため、表示ド・ノド間は明暗のまだらな状
態となっていた。

〔発明の効果〕

本発明によれば強誘電性液晶の層構造を乱すことなく液
晶分子を基板に平行に大面積にわたって均一に配向させ
ることができ、しかも初期状態では双安定状態の一状態
のみになっており、ド・ノド間を均一に暗状態または明
状態にすることができる。

また、高いコントラストで動作させることも可能である
。更に表示セルとして有効なメモリ（双安定性）も得る
ことが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶セルの１実り、ｖ＝、様を表す
断面図。 第２図は、本発明の実施例で用いた液晶セルの駆動波形
と透過光量変化を示したグラフである。 図中、１はガラス基板、２は透明電極膜、３及び３′は
液晶配向膜、４はシール材、５はスペーサ、６は強誘電
性液晶を表す。 特許出願人　　旭化成工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、液晶分子をはさんで対向する２枚の基板上に設けら
   れた有機シランからなる液晶配向膜において、一方の液
   晶配向膜として有機シランの混合物からなる薄膜を用い
   、他方の液晶配向膜として該有機シランの混合物とは混
   合比の異なる有機シランの混合物または有機シランの単
   体の薄膜を用いることを特徴とする液晶素子。