JPS61107221A

JPS61107221A - 液晶素子

Info

Publication number: JPS61107221A
Application number: JP22838484A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Kazuharu Katagiri; 片桐　一春; Junichiro Kanbe; 純一郎神辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-10-30
Filing date: 1984-10-30
Publication date: 1986-05-26

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】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、特にプラスチック基板を用いた液晶素子に関
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、表示並びに駆動特性を改善した液晶素子に関
するものである。

これまでの液晶素子は、主にＭ、５ｃｈａｄＬとＷ、Ｈ
ｅ１ｔｒｉｃｈ著“Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃＳＬ
ｅｔｔｅｒｓ”　　ＶｏＬ、１８．Ｎｏ、４（１９７１
，２，１５）。

Ｐ、１２７〜１２ｇ　（７）“Ｖｏ　ｌｔａｇｅ−Ｄｅ
ｐｅｎｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌ　　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　
　ｏｆ　　ａ　ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｅ　Ｌｉｑ
ｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ”に記載されている様なＴＮ（
Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）方式が採用されてお
り、このＴＮ方式の配向制御を効率的に保障する方法と
してネマチック液晶の接する基板界面を斜方蒸着によっ
て形成したＳｉＯ又は５ｉ０２や一方にラビング処理し
た有機樹脂、例えばポリイミド、ポリアミドで形成する
方法が知られている。

このＴＮ方式を用いた表示パネルは、ＴＮ方式自体に高
速応答性とメモリー効果を持っていないため、高密度画
素の表示パネルを設計する上で、例えば薄膜トランジス
タ（ＴＰＴ）　を７レイ状に配置したアクティブマトリ
クス基板を必要としている。しかし、この様なＴＮ液晶
を用いたアクティブマトリクス駆動方式の表示パネルで
は、使用するＴＰＴが複雑な構造を有しているため、製
造工程数が多く、高い製造コストがネックとなっている
上に、ＴＰＴを構成している薄膜半導体（例えば、ポリ
シリコン、アモルファスシリコン）を広い面積に亘って
被膜形成することが難しいなどの問題点がある。

これらの問題点を解決するものとして、Ｎ、Ａ、Ｃ１ａ
ｒｋ　　　　と　　　Ｓ、Ｔ、Ｌａｇｅｒｗａｌ　　ｌ
の米国特許第４３６７９２４号明細書で提案されている
強誘電性液晶素子が知られている。：“しかし、強誘電
性液晶はカイラルスメクテオック相で、その挙動を現わ
すが、一般にスメクテイツク相の液晶はネマチック相の
液晶に較べ配向制御性や配向安定性が悪い欠点がある０
本発明者らの実験では、従来のＴＮ方式で知られている
様な配向制御法をスメクテイツク相の形成に単に転用す
るだけでは、全面に亘って均一なモノドメインのスメク
テイツク相査形成できないが、下述する特定の配向制御
膜を用いることによって均一なモノドメインのスメクテ
イツク相を形成できることが判明した。

従って、本発明の目的は、全面に亘って均一なモノドメ
インのスメクテイツク相、特に強誘電性を示すカイラル
スメクテイツクＣ相（ＳｍＣ本）。

Ｈ相（ＳｍＨ＊）、　　Ｉ相（ＳｍＩ”）、　　Ｊ相（
ＳｍＪ本）、に相（ＳｍＫ本）、Ｆ相（Ｓ　ｍＦ本）や
Ｇ相（Ｓ　ｍＧ勺を示す液晶を形成する配向制御膜を提
供することにある。

又、本発明の別の目的は、プラスチック基板を用いたス
メクテイツク液晶素子に適した配向制御膜を提供するこ
とにある。

本発明のかかる目的は、電極を設けた一対の基板の間に
スメクテイツク液晶を封入したセル構造を有する液晶素
子において、前、記一対の基板のうち少なくとも一方の
基板が有機タンタル化合物から形成した配向制御膜を有
する液晶素子によって達成される。

以下１図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による液晶素子の一実施態様を示すもの
で、図中、ｌはプラスチック基板。

２は該基板上に設けられた透明導電膜より成る電極、３
は配向制御膜、４はシール部材、５はスペーサ部材、６
はスメクテイツク液晶物質を示す、プラスチック基板１
としては、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、ポリエーテルスルフォン、ポリカーボ
ネート、三酢酸セルロース、ポリオールやポリエーテル
サルホンなどのプラスチックが使用され、これらに蒸着
、低温スパッタ、ＣＶＤ、などの公−知の手段により酸
化スズ、酸化インジウムやＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔ
ｉｎ　　０ｘｉｄｅ）等の透明導電膜２が設けられる。

本発明では上記透明電極３を形成したプラスチック基板
１上に有機タンタル化合物を主成分とする組成物より成
る配向制御膜３が形成される。

有機タンタル化合物は、式Ｔａ　（ＯＲ）　５で示され
（式中：Ｒはエチル、プロピル、ブチルなどのアルキル
基）、具体的にはＴａ　（ＯＣ２Ｈ５）　５　、　Ｔａ
（ＯＣ３Ｈ７）が用いられる。

有機タンタルを含有する塗布液を用いて配向制御膜３を
形成する際、その塗布液中の有機タンタルの濃度が低す
ぎては配向性能が充分得られず、又高すぎた場合では成
膜のうねり、屈折率から来る反射光の干渉色及び透明導
電膜上の抵抗値の増大が生ずるため１〜５ｗｔ％が好ま
しい。

有機タンタル化合物を溶かす溶媒としてはその溶解性の
他に溶液状態での安定貯蔵性や配向膜形成時の揮散性、
膜中への残留性、基板への影響、などを考慮しなければ
ならない、これら、の例については後の実施例で詳細に
示すが、一般的にメタノール、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などのケトン系溶剤や酢酸
エチル、酢酸メチルなどのエステル系溶剤、テトラヒド
ロフラン、ジオキサン　　　　　；゛などのエーテル系
溶剤を用いることができる。

上記条件を満たした配向膜形成成分含有溶液を基板に塗
布し、６０’−１５０℃で乾燥し膜とする。

膜形成後、綿布等で２０〜２００　ｇ　／　ｃ　ｍ″、
好ましくは１００ｇ／ｃｍ″付近の静圧下でラビングす
ることで配向制御膜とし、基板間に液晶物質を充填する
ことにより液晶表示パネルが得られる。

この配向制御膜３の一般的な膜厚は、ｌＯＯ人〜ｌル、
好ましくは５００人〜２０００人とすることができる。

本発明の液晶表示パネルの配向制御膜成形は浸漬法や吹
き付は法などで行なうことが容易で、真空工程やパター
ニング（現象エツチング、ハクリ）工程や印刷工程を要
しないため連続量産に適しており、また膜形成に高温を
要せず安定な配向制御膜が得られることから、基板にプ
ラスチックフィルムを用いた液晶表示パネルも容易に作
ることができる様になった。

又、スペーサ部材５は、感光性樹脂、例えば感光性ポリ
イミドの被膜を形成した後、所定のホトエツチングによ
り得られる。

本発明で用いるスメクテイツク液晶としては、強誘電性
を示すものが好ましく、例えばＳｍＣ木、ＳｍＨ木、Ｓ
ｍＩ本、ＳｍＪ本。

ＳｍＫ木、ＳｍＦ木やＳｍＧ本などのカイラルスメクテ
イツク相を有する液晶組成物を用いることができる。

本発明の液晶素子に用いるカイラルスメクテイツク相を
示す液晶を下記に示す。

Ｓ工Ｈ本　６３℃ ヘ　　　　　　　１２７℃　　　　本　　３８℃ ｍＣ菖 −ＣＯＯＣＨ２ＣＨＣ２Ｈ５本これらの液晶は、単独又は２種以上を混合してもよく、
あるいは他のスメクテイツク液晶やコレステリック（カ
イラルネマチック）液晶と混合してもよい。

第２図は、強誘電性液晶の動作説明の為に。

セルの例を模式的に描いたものである。１１と１１１′
は、Ｉｎ２Ｏ３，５ｎ０２あるｌ、ＮはＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍ　　Ｔｉｎ　　０ｘｉｄｅ）等の薄膜からなる透
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１２がガラス面に垂直になるよう配向したＳ
ｍＣ＊。

ＳｍＨ、ＳｍＦ　　、ＳｍＩ　　ＳｍＧ木などの木　　
　　　　　　木　　　　　　　木カイラルスメクテイツ
ク相の液晶が封入されている。太線で示した線１３が液
晶分子を表わしており、この液晶分子１３はその分子に
直交した方向に双極子モーメント（Ｐ上）１４を有して
いる。基板１１と１１’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１３のらせん構造がほどけ
、双極子モーメン）　（Ｐよ）１４がすべて電界方向に
向くよう、液晶分子１３は配向方向を変えることができ
る。液晶分子１３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。

本発明の液晶素子で好ましく用いられる液晶セルは、そ
の厚さを充分に薄く（例えば１ｏＩＬ以下）することが
できる、このように液晶層が薄くなることにしたがい、
　＠３１ｉＵ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ＰまたはＰ′は上向き（２４）
又は下向き（２４）のどちらかの状態をとる。

このようなセルに、第３図に示す如く一定の閾ｉ　　　
　値以上の極性の異る電界Ｅ又はＥ′を電圧印加手段２
１と２１’により付与すると、双極子モーメントは、電
界Ｅ又はＥ′の電界ベクトルに対応して上向き２４又は
下向き２４′と向きを変え、それに応じて液晶分子は、
第１の安定状態２３かあるいは第２の安定状＄　２３’
の何れか一方に配向する。

このような強誘電性を光学変調素子として用いることの
利点は、先にも述べたが２つある。

その第１は、応答速度が極めて速いことである。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、例えば第２図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ｓ２３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Ｅ′を印加すると、液晶分子は第２の安定状態２３
′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。

この様な強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当た
って最も問題となるのは、先にも述べたように、ＳｍＣ
、ＳｍＨ、ＳｍＦ木。

木　　　　　　　本零　　　　　　　　本ＳｍＩ　　、ＳｍＧ　　　などのカイラルスメクテイツ
ク相を有する暦が基板面に対して垂直に配列し且つ液晶
分子が基板面に略平行に配向した。モノドメイン性の高
いセルを形成することが困難なことであり、この点に解
決を与えることが本発明の主要な目的である。

第４図（Ａ）と（Ｂ）は本発明の液晶素子の一実施例を
示している。第４図（Ａ）は、本発明の液晶素子の平面
図で、第４図（Ｂ）はそのＡ−Ａ　′断面図である。

第４図で示すセル構造体１００は、一対のガラス板やプ
ラスチック板基板１０１とｌ　Ｏｌ’（片側のみをプラ
スチック基板としてもよい）をスペーサ１０４で所定の
間隔に保持され、この一対の基板をシーリングするため
に接着剤１０６で接着したセル構造を有しており、さら
に基板ｌｏｔの上には複数の透明電極１０２からなる電
極群（例えば、マトリクス電極構造のうちの走査電圧印
加用電極群）が例えば帯状パターンなどの所定パダ一ン
で形成されている。

基板１０１’の上には前述の透明電極２０２と交差させ
た複数の透明電極１０２′からなる電極群（例えば、マ
トリクス電極構造のうちの信号電圧印加用電極群）が形
成されている。

この基板１０１と１０１’の上には、それぞれ前述の有
機タンタル化合物から形成した配向制御膜１０５が設け
られている。

第４図に示すセル構造体ｌＯＯの中の液晶層１０３は、
ＳｍＣ本、ＳｍＨ木、ＳｍＦ本。

ＳｍＪ本、ＳｍＫ本、ＳｍＩ木、ＳｍＣ木などのカイラ
ルスメクテイツク相とすることができる。

第５図は１本発明の液晶素子の別の具体例を表わしてい
る。第５図で示す液晶素子は、一対のプラスチック基板
１０１とｔ　ｏ　ｔ’の間に複数のスペーサ部材２０１
が配置されている。

このスペーサ部材２０１は、例えば配向制御膜１０５が
設けられていない基板１０１’の上にＳｉＯ，５ｉ０２
．ＡｊＬ２０３．ＴｉＯ２などの無機化合物あるいはポ
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、ボリア°ミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、
メラミン樹脂、ユリャ樹脂、アクリル樹脂やフォトレジ
スト樹脂などの樹脂類を適当な方法で被膜形成した後、
所定の位置にスペーサ部材２０１が配置される様にエツ
チングすることによって得ることができる。

この様なセル構造体１００は、基板１０１と１０１’の
両側にはクロスニコル状態又はパラレルニコル状態とし
た偏光子１０７と１０８がそれぞれ配置されて、電極１
０２と１０２′の間に電圧を印加した時に光学変調を生
じることになる。

以下に本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発
明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定され
るものではない。

実施例１１００　ｐｍのポリエチレンテレフタレートフィルムに
酸化インジウムを主成分とする透明導電膜を低温スパッ
タ装置でフィルム表面温度を１２０℃以下に抑えて形成
したプラスチック基板に、以下の組成の溶液を塗布し、
１２０℃３０分乾燥して薄膜を形成した。

Ｔａ　（ＯＣ２Ｈ５）　５　　　　　　　　　　　　　
１ｇ酢酸エチル　　　　　　　　　　１００ｍ４１次に
、１００ｇ／ｃｒｎ’の押圧下で一方向にラビングし、
このラビングした一対のプラスチック基板を上下のラビ
ング方向が平行となる様に重ね合せ、注入口となる個所
を除いたその周辺をシーリングした。この時の一対のプ
ラスチツ　　）′・り基板の間隔は、１１Ｌであった。

次にＰ−デシロキシベンジリデン−Ｐ′−７ミノー２−
メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ）１００重
量部に対して、コレステリルノナネートを５重量部加え
て液晶組成物を調整した。

この液晶組成物を加熱して等吉相とし、上記で作製して
セル内に減圧下で注入口から注入し、その注入口を封口
した。このセルを徐冷によって降温させ、温度を約７０
℃で維持させた状態で一対の偏光子をクロスニコル状態
で設けてから顕微鏡観察したところ、モノ、ドメインの
非らせん構造のＳｍＣ木が形成されている事が確認でき
た。

実施例２実施例１で用いた有機タンタル化合物に代えて、Ｔａ　
（ＯＣ２Ｈ５）　５を用いたほかは、実施例１と同様の
方法で液晶素子を作成したところ、非らせん構造のＳｍ
Ｃ本が形成されていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶素子の一実施例を表わす断面図
である。第２図および第３図は、本発明で用いる液晶セルを表わ
す斜視図である。第４図（Ａ）は本発明の液晶素子を表
わす平面図で、第４図（Ｂ）はそのＡ−Ａ　”断面図で
ある。第５図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表わ
す断面図である。ｌ　：　プラスチック基板２　：　透明導電膜の電極３　；配向制御膜４　；　シール部材５　；　スペーサ部材６　；　スメクテイツク液晶１００　　；　　セル構造体１０１．１０１’　：基板１０２．１０２’　、電極１０３；液晶層１０４．２０１　　；　　スペーサ部材１０５；　配向
制御膜１０６　；　接着剤（シール部材）１０７，１０８　；偏光子１０９；発熱体／Ｉ　　　　２１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電極を設けた一対の基板の間にスメクテイツク液
晶を封入したセル構造を有する液晶素子において、前記
一対の基板のうち少なくとも一方の基板が有機タンタル
化合物から形成した配向制御膜を有することを特徴とす
る液晶素子。
（２）前記スメクテイツク液晶が強誘電性液晶である特
許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
（３）前記強誘電性液晶がカイラルスメクテイツク液晶
である特許請求の範囲第２項記載の液晶素子。
（４）前記カイラルスメクテイツク液晶が非らせん構造
の相を形成している特許請求の範囲第３項記載の液晶素
子。
（５）前期カイラルスメクテイツク液晶がＣ相、Ｈ相、
Ｉ相、Ｊ相、Ｋ相、Ｆ相又はＧ相である特許請求の範囲
第３項又は第４項記載の液晶素子。
（６）前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板が
プラスチツク基板である特許請求の範囲第１項記載の液
晶素子。