JPS6156324A - カイラルスメクチツクｃ液晶表示素子の製造方法 - 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、カイラルスメクチックＣ液晶を構成要素とす
る液晶表示素子の製造方法に関する。

背景技術 ネマチック液晶を利用したツィステッドネマチック型液
晶弄示素子はその電力消費が少ない、などの理由で電、
卓や時計などの各種の電子機器に用いられている。しか
し近年液晶を単に情報表示素子としてだけでなく、その
元に対する透過性の変化を利用してカメラ、複写機、画
像処理用プリンタなどの光シャッタとして利用する技術
が開発されつつちる。液晶表示素子を光７ヤツタとして
使用するとき、その応答性が重要であり高速性が要求さ
れる。液晶はその分子配列によって３種類に太きぐ分類
される。ツィステッドネマチック液晶を用いて光シャッ
タとするとき、その時間応答特性、メモリ性およびしき
い値特性が十分とは言えない。そこで最近スメクチック
Ｃ液晶の一つでちるカイラルスメクチックＣ液晶を用い
るとそれらの諸物件を満足する液晶表示素子が得られる
ことが知られている。しかしながらカイラルスメクチッ
クＣ液晶を得ることができる実用的な液晶表示素子の構
成については、まだ明らかになっていない０ 発明が解決しようとしている問題点 実用的な液晶表示素子を作製する際物−な配列の安定し
たカイラルスメクチックＣ液晶全得るための条件として
、その液晶表示素子の液晶の配向を規制するための配向
処理法がとくに重要である。

所要の液晶配列を得るための基板表面に対する各種の処
理法として、胴蒸着法、片面ラビング法、スペーサエツ
ジ法などが知られている（Ｏｐｔｒｏｎｉｘ（１９８３
）ｇ）。これらの処理法のうち蒸着法およびスペーサエ
ツジ法は小さな表示面積には有効であるが、その面積が
太きくなると十分な配向が得られなくなる。また本発明
者の実験によれば片面ラビング法では実用的なセルギャ
ップ６〜１０μｍにおいて充分な配向全得ることができ
なかった。これらの基板の表面処理方法の他に液晶セル
に温度勾配をつけて液晶を注入した後、加熱冷却して均
一な配向を得る方法が提案されている。

本発明者の実験でもアイソトロピック（等方性）転移点
近傍またはそれ以上の温度で加熱処理した結果、配向が
改善されるという実験結果が得られたが、液晶セルの構
造や液晶材料の種類にその配向を改善することができな
い場合も生じた。このようなことからこの加熱冷却法は
均一配向を得るための補助手段と考えられる。

本発明の目的は均一な分子配向のカイラルスメクチック
Ｃ液晶を得ることができ、高速の時間応答特性を得るこ
とができるカイラルスメクチックＣ液晶表示素子の製造
方法である。

問題点を解決する念めの手段 本発明は、外Ｏ１１］に一対の偏光板が配置され、内側
表面に透明電極およびその透明電極全液晶と絶縁し、擦
シ溝の配向方向を互いに平行として液晶の配向を規制す
る一対の有機材料から成る配向膜が前記内側表面に形成
される一対の基板の間に、カイラルスメクチックＣ液晶
となる温度以上に加熱された液晶を介し、その液晶の温
度を常温に降下してカイラルスメクチックＣ液晶表示素
子の製造方法である。

作　　用 本発明に従えば、擦シ溝の配同方向全互いに平行として
液晶の配向を規制する一対の配向膜が形成された基板の
間に１カイラルスメクチンクＣ液晶となる温度以上に加
熱された液晶を介し、その液晶の温度を常温に降下して
カイラルスメクチックＣ液晶を得、一方体の偏光板の偏
光透過軸と、その一方体の配向膜の擦υ溝の配向軸との
なす角度を０〜１０度とし、他方側の偏光板の偏光透過
軸と、その他方側の配向膜の配向軸とのなす角度ｆ、９
０〜１００朋とすることによって、コントラスト比が良
好で、高速の時間応答特性を得ることができる。

実施例 第１図は本発明の基本となる液晶表示素子Ｇの断面図で
ある。液晶表示素子Ｇは、一方の表面に透明電極１，２
と配向膜３，４が形成された一対の透明基板５，６の一
方表面φ１ｊの間にシール部材としての役目も兼ねるス
ペーサ７を介在して形成される空間内に液晶８が封入さ
れている。透明基板５．６の他方表面側には偏光板９，
１０がそれぞれ配置されている。透明基板５，６の一方
表面に形成場れた透明電極１，２は液晶８に電圧印加し
て駆動するためのものである。ま次透明基板５６の一方
表面で透明電極１，２を覆うように形成された配向膜３
，４は透明電極１，２を絶縁するとともに、琢磨布で擦
り、その表面に形成される擦シ溝によって液晶８の配向
方向を規制するために設けられている。

第２図は液晶の分子配向を説明するための図である。図
中においてｎは液晶分子長軸であり、ｐは液晶層の法線
方向であり、αは液晶層の法線方向♀に対する液晶分子
長軸重の傾き角である。本発明の基本となる液晶はその
分子配列が規則正しく層をなしているスメクチック液晶
である。第３図にその代表的なスメクチック液晶の分子
配向全モデル化して示す。第３図ｆｌ）に示されている
スメクチックＡは層内の分子位置に規則性がなく、分子
長＋ｉｌ＋　ｎが層の面に対して垂直であり、スメクチ
ックＣは傾き角αだけ分子長軸ｎが傾いている。

スメクチックＢは層内の分子位置にも規則性を持つもの
である。本発明ではこれら３種類のスメクチック液晶の
うちスメクチックＣに関するものである。カイラルスメ
クチックＣ液晶とはその分子長１ｌｑｌ］が捩れている
ものである。

カイラルスメクチックＣ液晶となる液晶材料は少いが、
本発明ではエステルタイプＭ〜”料であるＣ８−８３ｔ
−用いた。この液晶材料Ｃ８−８３は第４図に示すよう
な温度特性を持つ。

低温度では結晶体であって、３１Ｃｏ濶度で力米 イラルスメクチックＣ液晶ＳｍＣ，カイラルス米 ヌクチックＣ９晶Ｓｍ　　Ｃの状態で１８Ｃに湿度を降
下するとスメクチックＢ液晶ＳｍＢ、５０°Ｃの温度で
スメクチックＡ液晶ＳｍＡ、６２　Ｃの温度でコレステ
リック液晶Ｃｈ、７３°Ｃ以上の温度では液体となる。

このような液晶Ｃ５−８３について、カイラルスメクチ
ックＣ７液晶の状態で均一な配向を得ることができる条
件が、本件発明者によって検討された結果、以下に述べ
るような知見が得られた。

評価するのに基本となった液晶表示セルの構成１１　　
　条件についてまず述べる。透明基板５，６は、厚み１
　ｍｒｎのソーダライムガラス（日本板ガラス社製）を
用いる。基板５．６上の透明電極１．２は、酸化インジ
ウムが用いられ、スパッタリング法または蒸着法によっ
て形成される。その面抵抗は１ｃｍ四方で１５０〜２８
０ｇである。そのパターンの形成は、レジスト（東京応
用化学社製の０ＦＤＲ−７７Ｅ）全スピンナー塗布した
後２０００Ｗの紫外線元照射機（竹材電機社製）で１５
０〜２００ｍＪ／ａｍ２の強さの露光を２０秒間行ない
、エツチング液（Ｆ　ｅ　Ｃｌ　ａ　＋　ＨＣｌ　）で
行なう。第５図に電極１，２のパターンがクロスハツチ
で示されている。第５図ｆｉｌは特性評価用のセグメン
ト電極のパターンであり、第５図（２）は特性評価用の
共通電極のパターンである。偏光板９．１０（王立電機
社友の品番ＬＣＩ−８１−４０）の偏光透過軸方向は第
６図に示されている。図中において偏光板９の透過軸方
向は矢符Ａで示され、偏光板１０の透過軸方向は矢符Ｂ
で示されている。偏光板　　　。

９側の配向膜３の配向方向Ｃに対して、透過軸方向Ａは
角度θ２を有する。また偏光板１０側の配向膜４の配向
方向りに対して、透過軸方向Ｂは角度σ】を有する。配
向Ｍ３，４はポリイミド樹脂浴ｇ（日立化成社製ＰＩＸ
と溶媒ノルマルメチルピロリドンの１対３の混合液）ｔ
−スピンナ塗布し、１５０°Ｃ程度の温度で加熱処理し
て形成される。

スペーサ７は、ガラス繊維に充填剤であるアエロジル（
けい酸粒子）を含むエポキシ系樹脂（ンマール工業社製
の主剤Ｒ−２４０１、硬化剤ＨＣ−１１）を含浸して形
成される。その加熱処理は１２０〜１３０Ｃの温度で１
時間である。

以上に述べたような液晶表示セル内に液晶８（チッン社
製Ｃ５−５３）を液体状態となるアイソトロピック転移
点以上の温度・に加熱し元状態で注入する。その注入は
スペーサ７の一部を切り欠いておいて真空注入法また。

は常圧下での側面注入法などで行表われ、注入後その切
欠部に樹脂を詰め込んで液晶８が封じ込められる。液晶
表示セルのギャップは１０μｍとして配向処理を行々つ
た評価が第１表に示されている。配向状態の評価は偏光
板９，１００偏光透過軸方向Ａ、Ｂを第６図に示すよう
に交差し次状態での暗さ全目視観測して行なっている。

第１表 第１表において評価条件Ｉ、■では、無機のＳｉＯ２を
蒸着して配向膜３，４を形成し、配向膜３．４の両方を
ラビングし、その配向軸方向Ｃ９Ｄが平行または交差す
るようにしたがカイラルスメクチックＣ液晶の配向は得
られなかった。上述したようなポリイミド樹脂の配向膜
３，４における評価条件ｍ、ＩＶ、Ｖの内評価条件■に
おいて良好な結果を得ることができ次。つまり、配向軸
方向Ｃ，Ｄｉ第６図示のように平行とし、配向膜３４０
両方の表面に配向溝を形成すると均一な配向状態？示す
カイラルスメクチックＣ液晶を得ることができる。配向
軸方向Ｃ、Ｄ＝ｉ交差した場合では配向が得られず、ま
た配向膜３，４のどちらか一方の表面をラビングした場
合ではスペーサ７近傍で一部分配向したがその配向は弱
く不充分であった。

このようにして得られたカイラルスメクチックＣ液晶表
示素子Ｇ＝ｉ実用的な条件で駆動された評価を次に述べ
る。

第７図は電極１，２に電圧Ｖが印加される正方向の駆動
パルス波形であり、第８図は電圧±Ｖが印加される両方
向の駆動パルス波形である。第７図ｆ１＋および第８図
ｆ１＋に示されている動駆動パルスハ、パルス＠ｔｏの
パルスを１フレ一ム時間ｔ　２の内時間ｔ１だけ印加す
る。第７１１ｉ１［２１および第８図（２）にはパルス
幅１０とするパルスが連続して印加される静駆動パルス
が示されている。

上述の動駆動条件での評価結果が第２表に示されている
。

第２表において、駆動パルスを液晶に印加した際の液晶
の光透過率の応答特性は、立上り時間τｒｉｓｅ　　と
立下シ時間τｄｅｃａ７で評価される。

立上り時間τｒｉｓｅは電圧印加時よシ、応答波形の定
常値の９０チに達するまでの時間であって、立下シ時間
は電圧オフ時よシ定常値の１０チになるまでの時間であ
る。第２表から正方向パルス駆動の場曾、高いコントラ
スト比が得られるが応答波形が乱れやすいという難点が
あり、−万両方向パルス駆動では高いコントラスト比は
得にくいが応答波形の乱れは少ない。

第９図は正方向パルスの靜駆動での印加電圧Ｖに対する
コントラスト比の変化を示すグラフであり、第１０図は
両方向パルスの静駆動での印加電圧Ｖに対するコントラ
スト比の変化を示すグラフである。第９図に示されてい
る評価は２５°Ｃの混１１　　　度で行なわれ、第１０
図では実線で示されている２５°Ｃの温度と、破線で示
されている４０°Ｃの温度でそれぞれ評価され次結果が
示されている。いずれの場合も印加電圧■に対してなだ
らかに変化するコントラスト比が得られ、充分な階調表
示を行なうことができる。

次に第６図に示されている偏光軸Ａ、Ｂと配向軸Ｃ，Ｄ
とのなす角度θ２．θ１の変化に対するコントラスト比
の評価について述べる。角度θ２を角度θ１＋９０度と
して、第１１図に角度θ１とコントラスト比の関係が示
されている。第１１図に示されているように角度θ１が
５度付近でコントラスト比が最高となる。第３表には角
度θ１の変化に対する光学諸特性が示されている０第３
表 上述の評価の駆動条件は両方向パルスで動駆動とし、パ
ルス幅ｔ　Ｏ＝　０．１　ｍ　ｓ　、時間ｔ　１＝１０
ｍｓ、フレーム時間ｔ　２　＝　２０　ｍ　ｓ　、印加
電圧２０ｖである。角度θ１が一５〜１５度における応
答波形は第１２図に示すような波形となシ、良好な応答
特性が得られる。角度θ１がＯ産米１Ｔｉ４または１０
度以上になると出力応答波形に乱れが生じる。角度θ１
がＯ〜１０度程度であると、液晶分子軸方向＾と光軸方
向がずれておシ、そのずれの角度が偏光透過軸Ａ、Ｂが
液晶層の光軸に適合していると考えられる。

以上に述べた評価結果をまとめると、配向膜３゜４を平
行ラビング処理し、一方の偏光板１０の偏光透過軸方向
Ｂが配向軸方向りとなす角度０１を０〜１０度とし、他
方の偏光板９の偏光透過軸がなす角ｉ０２を９０〜１０
０度とすると良好な応答特性を得ることができる。その
ときの駆動条件は、実用的な観点から波形の乱れの少な
い両方向パルス駆動であシ、駆動温度３５〜４０°Ｃで
の応答特性を示す立上シ時間および立下９時間は１０ｍ
５程度と高速応答である。

このようにして得られたカイラルスメクチックＣ液晶光
示素子Ｇの２５°Ｃにおける視角特性は第４表に示すよ
うになる。

第４表においてＶ方向とは第１３囚に示す液晶表示素子
Ｇの縦軸方向であシ、Ｈ方向とは液晶表示素子Ｇの横軸
方向である。角度βは、＠１４図における照射される光
の光軸りに対して垂直に配置された液晶表示素子Ｇの位
置からの■方向およびＨ方向の回転角度である。第３表
に示されているように視角３０度内でコントラスト比は
安定しておシ、本発明による液晶表示素子Ｇはコントラ
スト比の良好な視角全真上とする実用的な視角特性金有
する。

また本発明に従う液晶表示素子ωの消費電流値は、２５
°Ｃの温度で２．７　μＡ／ｃｍ”、４００Ｃの温度で
３．７μＡ／ａｍ２と比較的小さい値であシ、消費電力
も少ないので光シヤツタ用のスイッチ素子として有用で
ある。

効果 以上のように本発明によれば、コントラスト比が良好で
あり、実用的な真上視角という良好な視角特性を有し、
かつ高速の時間応答性の液晶表示素子を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本となる液晶表示素子Ｇの断面図、
第２図は液晶の分子配向を説明するための図、第３図は
代表的なスメクチック液晶の分子配向をモデル化して示
す図、第４図は液晶の温度特性を示す図、第５図は評価
用の電極のパターン重水す図、第６図は偏光軸方向と配
向輪方向を説明する几めの図、第７図は正方向パルスの
駆動波形？示す図、第８図は両方向パルスの駆ｕＪ彼形
？示す図、第９図は正方向パルス駆動の印加電圧とコン
トラスト比の関係を示す図、第１０図は両方向パルス駆
動の印加電圧とコントラスト比の関係上水す図、第１１
図は角度θ１とコントラスト比の関係を示す図、第１２
因は出力応答波形を示す図、第１３図は視角特性におけ
る回転方向［（、■を説明するための図、第１４因は視
角特性における角度βを説明するための図である。 ３．４・・・配向膜、Ａ、Ｂ・・・偏光透過軸、Ｃ１Ｄ
・・・配向軸、Ｇ・・・液晶表示素子、α１．〃２・・
・角度代理人　　　弁理士　西教圭一部 第１図　　　　　　第２図 ス〆クティック ス〆クテイ・ンク 口 第３図 第４図 第５図 第６図 ｔｕ　　　第８図 第９図　　　　　　（ 第１０図 角度θ１（度） 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外側に一対の偏光板が配置され、内側表面に透明電極お
   よびその透明電極を液晶と絶縁し、擦り溝の配向方向を
   互いに平行として液晶の配向を規制する一対の有機材料
   から成る配向膜が前記内側表面に形成される一対の基板
   の間に、カイラルスメクチックＣ液晶となる温度以上に
   加熱された液晶を介し、その液晶の温度を常温に降下し
   てカイラルスメクチックＣ液晶表示素子の製造方法。