JPH07253599A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配向欠陥の発生が抑制された均一なモノドメ
インの初期配向状態を実現すること。 【構成】 それぞれ電極を設けた一対の基板及び該一対
の基板間に配置したカイラルスメクチック液晶を有する
液晶素子において、前記一対の基板のうち一方の基板に
一軸性配向処理施してなり、他方の基板に複数の絶縁性
ストライプ形状突起体が設けられ、一軸性配向処理が施
されていない液晶素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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素子に関し、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素子に関する。

【０００２】

【従来技術の説明】これまで、クラークらにより米国特
許第４３６７９２４号公報で強誘電性液晶素子が発表さ
れている。この強誘電性液晶素子が所定の駆動特性を発
揮するためには、一対の平行基板間に配置される強誘電
性液晶が、電界の印加状態とは無関係に、上記２つの安
定状態の間での交換が効果的に起こるような分子配列状
態にあることが必要である。たとえばカイラルスメクチ
ック相を有する強誘電性液晶については、カイラルスメ
クチック相の液晶分子層が基板面に対して垂直で、した
がって液晶分子軸が基板面にほぼ平行に配列した領域
（モノドメイン）が形成される必要がある。

【０００３】この様なカイラルスメクチック液晶の配向
方法としては、従来のＴＮ型液晶表示装置におけると同
様に、ラビング法や斜法蒸着により、液晶セル内の基板
面に、物理的なキズ（溝）を付した有機薄膜、無機蒸着
膜を形成して分子の配列方向性を与える方法が提案され
ている。例えば、ラビング法は、ガラス基板上に透明電
極を形成した後、有機高分子膜を形成してそれをビロー
ドなどの布で一方向へこすり、膜表面についた微細なキ
ズによって液晶分子を整列させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】ラビング法は、生産
性等の点から工業的にも有力な配向方法であるが、複数
のストライプ状の透明電極を有する液晶セルを用いて強
誘電性液晶を配向させようとすると、広い面積にわたる
充分な配向状態が得られず、液晶分子の配列が乱れた部
分（欠陥）を生じることがしばしば起こる。

【０００５】特に、下述する様に基板上に形成したマト
リクス電極が高密度で配線されると、電極線の低抵抗化
のために、電極線が比較的厚い（例えば８００Å〜３０
００Å）膜厚となるため、基板自体の面と電極面との間
で８００Å以上の大きな段差を形成し、この段差が強誘
電性液晶に対する配向欠陥を発生させる原因となってい
ることが、本発明者の実験により明らかとなった。

【０００６】従って、本発明の目的は、カイラルスメク
チック液晶を用いた液晶素子において、配向欠陥の発生
が抑制された均一なモノドメインの初期配向状態を実現
させることによって、表示並びに駆動特性を改善した液
晶素子を提供することにある。

【０００７】

【問題点を解決するための手段及び作用】本発明は、そ
れぞれ電極を設けた一対の基板及び該一対の基板間に配
置したカイラルスメクチック液晶を有する液晶素子にお
いて、前記一対の基板のうち一方の基板に一軸性配向処
理を施してなり、他方の基板に複数の絶縁性ストライプ
形状突起体が設けられ、一軸性配向処理が施されていな
い液晶素子に特徴を有する。

【０００８】以下、本発明の実施例を図面に従って説明
する。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の液晶素子の概要を表わす斜
視図である。図１に示す液晶素子は、８００Å〜３００
０Åの酢とライブ形状に形成した透明電極１２ａ（ＩＴ
Ｏ膜、酸化スズ膜）を配線したガラス基板１１ａとスト
ライプ形状に形成した透明電極１２ｂ（ＩＴＯ膜、酸化
スズ膜）を配線したガラス基板１１ｂとが相対向して配
置されており、ストライプ状透明電極１２ａと１２ｂと
が互いに直交している。このガラス基板１１ａと１１ｂ
との間にはカイラルスメクチック相、好ましくはらせん
消失したカイラルスメクチック液晶１４が注入されてい
る。ガラス基板１１ａにはかかる液晶１４に対して段差
体となるストライプ状透明電極１２ａの稜線１５と平行
な方向１３にラビング処理などの一軸性配向処理が施さ
れている。

【００１０】本発明の好ましい具体例では、片側の基板
であるガラス基板１１ｂとしては、液晶層膜に対して段
差を生じる段差体を解消した基板を用いることができ
る。

【００１１】図２は、前述した好ましい片側基板１１ｂ
の態様を、図３はそれを用いた液晶素子を表わしてい
る。片側基板１１ｂには基板１１ａに形成したストライ
プ状透明電極１２ａと直交したストライプ状透明電極１
２ｂが設けられており、それぞれの電極間全体にスペー
サ部材２１が配置されている。かかるスペーサ部２１を
電極間全体に配置することによって、電極を設けたこと
によって帰因する液晶層膜に対する段差を解消すること
ができる。従って、片側基板１１ｂにはストライプ状透
明電極１２ｂの稜線２３に対して垂直方向２２（基板１
１ａの一軸性配向軸１３と平行）でラビング処理による
一軸性配向軸を施したとしても、この基板１１ｂには液
晶層膜に対する段差を生じていないので、この部分にお
ける配向欠陥を生じすることはない。

【００１２】又、本発明では、図２に示す片側基板１１
ｂには必ずしもラビング処理を施さなくとも、良好な配
向状態を得ることができるので、片側基板１１ｂに施し
たラビング処理は省略されることができる。又、片側の
基板１１ｂに施す一軸性配向処理２２として、基板１１
ａに施した一軸性配向処理軸１３と９０度以下の角度
（例えば１０度〜６０度の角度）で交差させた一軸性配
向処理軸２２を形成することも可能である。

【００１３】本発明の好ましい具体例では、一軸性配向
処理を施す基板（例えば基板１１ａ）には、図示してい
ない各種の配向制御膜を設け、かかる配向制御膜にラビ
ング処理などの一軸性配向処理を施すことができる。こ
の配向制御膜に用いる材料としては、例えば、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、ポリパラキシリレン、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、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレン、セル
ロース樹脂、メラミン樹脂、ユリヤ樹脂、アクリル樹脂
などの樹脂類、あるいは感光性ポリイミド、感光性ポリ
アミド、環化ゴム系フォトレジスト、フェノールノボラ
ック系フォトレジストあるいは電子線フォトレジスト
（ポリメチルメタクリレート、エポキシ化−１，４−ポ
リブタジエンなど）などから選択して被膜形成したもの
が好ましい。

【００１４】又、本発明の液晶素子を作成するに当っ
て、基板１１ａと１１ｂの間隔を制御する必要がある。
特に、カイラルスメクチック相のらせん構造を消失させ
るに十分な間隔とする必要がある。基板１１ａと１１ｂ
の間に適当なスペーサ部材２１が配置されて、その間隔
を全面に亘って均一なものとすることができる。この
際、基板１１ｂには、図２及び図３に示す様にストライ
プ状透明電極１２ｂのそれぞれの間を覆うストライプ状
スペーサ部材２１を設けることが好ましい。スペーサ部
材２１の膜厚は、カイラルスメクチック液晶１４の膜厚
を決定することができるので、従って、液晶材料の種類
や要求される応答速度などにより変化するが、一般的に
は０．２μ〜２０μ、好適には０．５μ〜１０μの範囲
に設定される。又、本発明の別の具体例ではスペーサ部
材として、前述のストライプ状スペーサの他にグラスフ
ァイバーやアルミナビーズなどを用いることも可能であ
る。

【００１５】本発明の液晶素子は、実際の駆動を行なう
のに先立って、予め双安定性下に配向しているカイラル
スメクチック液晶１４に交流を印加すると、配向欠陥が
なく、しかも交流印加前に較べ向上したコントラスト下
で表示駆動を行なうことができる。この際に用いる印加
交流としては、１０〜１００Ｖの電圧、周波数１０〜１
００Ｈｚで数秒〜数分間の交流が適用される。

【００１６】本発明で用いるカイラルスメクチック液晶
としては、各種のものが適用されるが、特にカイラルス
メクチック相より高温側にコレステリック相をもつ液晶
が適している。具体的には、下記のものを挙げることが
できる。

【００１７】

【外１】 （Ｃ相：結晶相、Ｓ_C ^*：カイラルスメクチックＣ相、
Ｓ_A ：スメクチックＡ相、Ｓ_B ：スメクチックＢ相、Ｓ
_E ：スメクチックＥ相、Ｃｈ：コレステリック相、Ｉ：
等方相）

【００１８】図４は、本発明で用いる強誘電性カイラル
スメクチック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。３１ａと３１ｂは、液晶層膜に対
して段差を形成するＩｎ₂ Ｏ₂ 、ＳｎＯ₂ あるいはＩＴ
Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等の薄膜（８
００Å〜３０００Å）からなる透明電極で被覆された基
板（ガラス板）であり、その間に液晶分子層３２がガラ
ス面に垂直になるよう配向したＳｍＣ^* 相（カイラルス
メクチックＣ相）またはＳｍＨ^* （カイラルスメクチッ
クＨ相）の液晶が封入されている。太線で示した線３３
が液晶分子を表わしており、この液晶分子３３はその分
子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ⊥）３４を有
している。基板３１ａと３１ｂ上の電極間に一定の閾値
以上の電圧を印加すると、液晶分子３３のらせん構造が
ほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）３４がすべて電界方
向に向くよう、液晶分子３３は配向方向を変えることが
できる。液晶分子３３は、細長い形状を有しており、そ
の長軸方向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って例
えばガラス面の上下に互いにクロスニコルの偏光子を置
けば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光学
変調素子となることは、容易に理解される。

【００１９】本発明の液晶素子で好ましく用いられる液
晶セルは、その厚さを十分に薄く（例えば１０μ以下）
することができる。このように液晶層が薄くなるにした
がい、図５に示すように電界を印加していない状態でも
液晶分子のらせん構造がほどけ、非らせん構造となり、
その双極子モーメントＰａまたはＰｂは上向き（４４
ａ）又は下向き（４４ｂ）のどちらかの状態をとる。こ
のようなセルに、図５に示す如く一定の閾値以上の極性
の異る電界Ｅａ又はＥｂを電圧印加手段４１ａと４１ｂ
により付与すると、双極子モーメントは、電界Ｅａ又は
Ｅｂの電界ベクトルに対応して上向き４４ａ又は下向き
４４ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子は、第１の
安定状態４３ａか、あるいは第２の安定状態４３ｂの何
れか１方に配向する。

【００２０】このような強誘電性を液晶素子として用い
ることの利点は、先に述べたが２つある。その第１は、
応答速度が極めて速いことであり、第２は液晶分子の配
向が双安定性を有することである。第２の点を、例えば
図５によって更に説明すると、電界Ｅを印加すると液晶
分子は第１の安定状態４３ａに配向するが、この状態は
電界を切っても安定である。又、逆向きの電界Ｅｂを印
加すると、液晶分子は第２の安定状態４３ｂに配向して
その分子の向きを変えるが、やはり電界を切ってもこの
状態に留っている。又、与える電界Ｅが一定の閾値を越
えない限り、それぞれの配向状態にやはり維持されてい
る。このような応答速度の速さと、双安定性が有効に実
現されるにはセルとしては出来るだけ薄い方が好まし
い。

【００２１】実施例１ １５００Åの膜厚をもち、線幅５０μがピッチ１２．５
μで形成されたＩＴＯのストライプ電極パターン（１６
ｐｅｌ）を有するガラス板の上に（ポリイミド形成液
（日立化成工業（株）製の「ＰＩＱ」；不揮発分濃度１
４．５ｗｔ％）を２μ厚となる様に塗布してポリイミド
の被膜を形成した。

【００２２】次いで、このポリイミド膜の上にポジ型レ
ジスト溶液（Ｓｈｉｐｌｅｙ社製の“ＡＺ１３５”）を
塗布してレジスト層を形成した後、ＩＴＯ電極間の全面
にマスクが位置する様にマスク幅１２．５μマスク部の
ピッチ５０μのストライプ状マスクを用いて露光した。
次いで、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
含有の現像液“ＭＦ３１２”で現像して露光部のレジス
ト膜とポリイミド膜を除去し、しかる後にレジストマス
クを除去してポリイミドの硬化条件下で加熱硬化させ
て、ＩＴＯストライプ電極線の間を完全に覆った形状の
スペーサ部材を形成させた後、ＩＴＯストライプ電極線
の稜線方向と平行にラビング処理を施した（Ａ電極
板）。

【００２３】次いで、１５００Åの膜厚をもち、線幅５
０μがピッチ１２．５μで形成されたＩＴＯストライプ
電極パターンを有するガラス基板上に、前述と同様のＰ
ＩＱを用いて８００Åのポリイミド膜を形成した。次い
で、ＩＴＯストライプ電極線の稜線と平行方向に前述の
ポリイミド膜にラビング処理を施した（Ｂ電極板）。

【００２４】この２枚の電極板をそれぞれのＩＴＯスト
ライプパターンが直交し、ラビング方向が互いに平行と
なる様に重ね合せ、その周辺をエポキシ系接着剤でシー
リングした後、注入口からカイラルスメクチック相を示
す等方相下の前記液晶（１）を注入し、徐冷（０．５℃
／時間）下でセル内にカイラルスメクチックＣ相を生じ
させた。

【００２５】こうして調整した強誘電性液晶素子をクロ
スニコル下の偏光顕微鏡で観察（写真撮影）したとこ
ろ、図６に示す様なモノドメインのＳｍＣ^* の形成が確
認することができた。この液晶素子には、１５００Åの
ＩＴＯ膜により形成された段差が存在しているにもかか
わらず、配向欠陥の発生はなかった。図６中の５１はモ
ノドメインのカイラルスメクチックＣ相、５２はストラ
イプ形状に形成したスペーサ部材、５３は透明電極間隔
を現わしている。

【００２６】比較例１ 前述の実施例１の強誘電性液晶素子を作成した際に用い
たＢ電極に代えて、Ｂ′電極板を用いたほかは、実施例
１と全く同様の方法で強誘電性液晶素子を作成した。こ
の際、Ｂ′電極板は、ラビング方向をＩＴＯストライプ
パターンの長手方向に対して垂直方向としたほかは、Ｂ
電極板を作成した方法と同様の方法で作成した。

【００２７】この比較素子を実施例１と同様の方法で写
真撮影したところ、図７にスケッチしたとおりとなって
いた。すなわち、図７に示した様に配向欠陥に基づくと
見られる配向不整合部６１が見られる。

【００２８】実施例２ 実施例１のＢ電極板を作成した時に用いたポリイミド膜
に代えてポリビニルアルコール膜を用いたほかは、同様
の方法で電極板を作成し、同様の実験を繰り返したが、
実施例１と同様の結果が得られた。

【００２９】実施例３ ガラス基板全体に亘って１５００Å膜厚のＩＴＯ透明電
極が形成された電極板を用意し、この電極板の全面に亘
って、前述の実施例１で用いたＰＩＱを８００Åの膜厚
で設けた。次いで、このＰＩＱ膜面を一方向にビロード
でラビング処理を施した（Ｃ電極板）。

【００３０】このＣ電極板上に平均粒径１．５μｍのア
ルミナビーズを散布した後、ラビング方向が互いに平行
となる様に前述のＢ電極板を重合させ、その周辺をエポ
キシ系接着剤でシーリングした後、セル内に前記液晶
（１）を注入した。このセルを実施例１と同様の方法で
観察したところ、配向欠陥の発生はなかった。

【００３１】比較例２ 実施例３で用いたＢ電極板に代えて、前述のＢ′電極板
を用いたほかは、実施例３と全く同様の方法でセルを作
成し、実施例１と同様の方法で観察したところ、やは
り、図６に示した様な配向欠陥に基づくと見られる配向
不整合部を生じていた。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、配向欠陥を生じていな
い良好な初期配向状態をもつ強誘電性カイラルスメクチ
ック液晶素子を提供することができ、しかも表示駆動に
先立って予め印加交流を双安定下の強誘電性カイラルス
メクチック液晶に付与することによって向上したコント
ラストの表示を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の強誘電性カイラルスメクチック液晶素
子の斜視図。

【図２】本発明の液晶素子で用いた片側基板の断面図。

【図３】液晶素子の断面図。

【図４】本発明の強誘電性カイラルスメクチック液晶素
子の態様を模式的に表わした斜視図。

【図５】本発明の強誘電性カイラルスメクチック液晶素
子の態様を模式的に表わした斜視図。

【図６】実施例１で作成した強誘電性カイラルスメクチ
ック液晶素子の顕微鏡写真をスケッチした図。

【図７】比較例１で作成した強誘電性カイラルスメクチ
ック液晶素子の顕微鏡写真をスケッチした図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進藤 寿 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 柴田 浩文 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ電極を設けた一対の基板及び該
   一対の基板間に配置したカイラルスメクチック液晶を有
   する液晶素子において、前記一対の基板のうち一方の基
   板に一軸性配向処理を施してなり、他方の基板に、複数
   の絶縁性ストライプ形状突起体が設けられ、一軸性配向
   処理が施されていないことを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】 前記一軸性配向処理がラビング処理であ
   る請求項１の液晶素子。
3. 【請求項３】 前記複数のｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｓｔ
   ｒｉｐｅ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓが規則的な周期で配
   置されている請求項１の液晶素子。
4. 【請求項４】 前記一対の基板の間隔がカイラルスメク
   チック液晶のらせん構成の形成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の液晶素子。
5. 【請求項５】 前記一軸配向処理を施す基板に配向制御
   膜を設けてなる請求項１の液晶素子。
6. 【請求項６】 前記配向制御膜が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、ポリ酢
   酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹
   脂、メラミン樹脂、ユリヤ樹脂及びアクリル樹脂からな
   る群より選抜した少なくとも１種の物質を有する膜によ
   って形成されている請求項５の液晶素子。