JPH0210323A - 強誘電性液晶表示素子 - 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、強誘電性液晶を配向制御する配向膜が改良さ
れた強誘電性液晶表示素子に関するものである。

従来の技術 液晶を用いた表示素子は、 １）消費電力が少ないこと ２）駆動電圧が小さいこと ３）小型、軽改化ができること なとの利点を持ち、電卓、時計−を始め様々な用途に用
いられている。しかし、ネマチック液晶を用いた表示素
子の場合、電気光学的応答は遅く、高速応答を必要とす
る分野、例λ−ばテレビ表示装置、光シヤツター装置な
どへの応用は制限されてきた。

最近、強誘電性液晶を電気光学装置として応用しようと
研究が活発に行われているが、この強誘電性液晶は、 ｌ）高速電界応答性を有している ２）電界が印加されていない状態でも表示状態を保持す
るメモリ効果を示す などの、優れた特性を有している。この強誘電性液晶を
用いて表示素子を作成すれば、大型画面、高精細表示が
実現可能である。そして、その実現に向けて強誘電性液
晶材料の開発や駆動方法の開発が、さかんに行われてい
る。

この強誘電性液晶の応用にあたり、解決すべき課題とし
て、新しい液晶材料や駆動方法の開発も挙げられるが、
表示素子を作成する上で最も市要な技術の一つに液晶の
均一配向技術が挙げられる。

強誘電性液晶はネマチック液晶と異なり層構造をもって
いるため、ネマチック液晶に比べて均一配向を得ること
が困難である。特に、現在実用化が活発に検討されてい
る強誘電性カイラルスメクチックＣ（以下、Ｓａｃ”と
略記する）液晶表示素子についてそのセル厚が数μｍ以
下の場合について提案されている配向方法の例として、
シェアリング法、温度勾配法、５１０等の斜方蒸着法、
ラビング法等が挙げられる。

強誘電性液晶には、温度を下げると等方性液体相（１相
）から直接ＳｍＣ”相に相転移するものもあるが、この
ようなものは一般に均一配向が非常に困・難である。そ
して、はとんどのものは高温側でコレステリック相（Ｃ
ｈ相）またはスメクチックＡ相（ＳｍＡ相）を経由して
Ｓｎ＋Ｃ”相に転移する。特にｃｈ相を経由するものの
うち、ｃｈ相のらせんピッチがパネルのセル厚に比べて
充分長い場合に配向性が良いといわれている。

上記の配向方法のうち、シェアリング法と温度勾配法に
ついては、実験室レベルで数ｍｍ角程度以下の面積の均
一配向を得るためには有効であるが、これらの方法では
一般に表示素子に必要な、より大面積の均一配向を得る
ことは非常に難しいと考えられている。

斜方蒸着法は、蒸着角を小さくすることで均一配向が得
られることが報告されているが、このとき液晶は大きな
プレチルト角を有するため、電界と自発分極の方向のず
れが大きく、電界応答速度が遅くなる問題点を持ってい
る。また、蒸着装置を必要とするため製造コストも高く
なる。

これらの配向処理方法に対して、ラビング法は基板表面
に形成した有機高分子の配向膜を布なとて一定方向にこ
することによって配向処理を行うことができ、斜方蒸着
法のような高価な蒸着装置を必要とせず、また、大面積
の配向処理も容易である。ラビングによる液晶配向のメ
カニズムは完全に解明されてはいないが、配向膜表面に
ラビングによってせん断応力を加えることによって、表
面付近のポリマー鎖の配向が起こり、液晶分子がポリマ
ー鎖の配向に従って、配向すると考えられている。この
ときのプレチルト角は、０度〜数度であり自発分極は電
界とほぼ平行方向に向き、速い電界応答性が期待される
。従フて、ラビング法によって配向処理を行えば、最も
容易に、しかも安価に高速応答性の強誘電性液晶表示素
子を製造することができる。

発明が解決しようとする課題 しかし、ラビング法にも次のような問題点かある。

ラビング法により配向処理を行った素子では、一般に完
全なメモリ効果が得られない。即ち、電圧をＯＦＦにす
ると電圧ＯＮ時に比べて液晶パネルの光透過率の増加ま
たは減少が起こる。このことは強誘電性液晶分子の配列
が電圧無印加時には電圧印加時とは異なる状態に変化し
てしまうことに起因している。従って双安定なメモリ状
態を保持することが極めて難しい。

課題を解決するための手段 本発明は、電極を設けた一対の基板上の配向膜が、結晶
性高分子と非晶性高分子の両方を含む高分子混合体より
形成され、強誘電性液晶の配向を規制することによって
、上記目的を達成する。

作用 本発明の詳細な説明する前に、その作用原理を説明する
。

そもそも、ラビング法により配向処理を行った素子にお
いて配向の欠陥が発生したり、充分なメモリ効果が得ら
れない最大の原因は、ＳｍＣ”液晶相において配向膜が
強い液晶配向規制力を持っためであると考えられる。

ＳｍＡ相またはｃｈ相からＳｍＣ”相に相転移が起こる
場合、液晶分子あるいは層がチルト角θに対応する角度
だけ傾こうとする。即ち、ラビングによってラビングと
モ行方向に規定されていた方位から０だけずれて傾く。

ところが、この時点において、強い液晶配向規制力が存
在すれば、配向膜界面近くの分子は束縛をうけて本来の
チルト角θだけ傾くことができず傾き角が小さくなる。

従って、Ｗ面付近に歪が発生し、配向欠陥が発生しやす
い。

また、電圧無印加時には界面付近の分子がラビングに束
縛された方向に戻るため、それがパネルの光透退学変化
となって現れ、双安定なメモリ効果が得られないもので
ある。

本発明による強誘電性液晶表示素子が従来のものと異な
る点は、前述のように、配向膜が、結晶性高分子と非晶
性高分子の両方を含むため、強誘電性液晶の配向規制が
可能なことである。

従来より、ネマチック液晶用として用いられてきた配向
膜高分子として、ポリイミド系高分子や、ポリビニルア
ルコールなどが挙げられるが、これらは結晶性高分子で
ある。これらを配向処理することによって、液晶が配向
するわけであるが、この配向膜を強誘電性液晶用に用い
た場合、液晶は均一に配向するが、液晶配向規制力が強
いため、本来のチルト角ぶん傾くことができず、歪つま
り、配向欠陥が発生する。

一方、非晶性高分子をネマチック液晶用配向膜として用
いた場合には配向するが、これを強誘電性用配向膜とし
て用いた場合には、充分な配向は示さない。これら２つ
の場合においては、ネマチック液晶では常温で液晶を注
入するのに対し、強誘電性液晶では高温で注入する点が
異なるが、これは、非晶性高分子は、結晶性高分子に比
べ液晶配向規制力が弱いためである。つまり、非晶性高
分子は、室温付近では液晶配向規制力を持つが、高温（
強誘電性液晶の注入温度付近）では、液晶配向規制力は
減少あるいは、はぼゼロになり、その後室温に戻しても
、その配向規制力は変わらないと考えられる。

このようなことから、液晶、特に強誘電性液晶を配向さ
せるには、結晶性高分子と、非晶性高分子の両方からな
る高分子混合体より配向膜を作成すれば良いと考えられ
る。つまり、結晶性高分子と非晶性高分子を適量ずつ混
合した配向膜を、強誘電性液晶用として用いる。このと
き、結晶性高分子、非晶性高分子ともに、各々の特性を
失うことなしに成膜することができ、この配向膜では、
非晶性高分子の弱い配向規制力が、結晶性高分子の強い
配向規制力を緩和するため、強誘電性液晶は配向膜界面
近くでも本来のチルト角とほぼ同じ角度傾くことが可能
である。従って界面の歪の発生がなく、ＳｍＣ”相にお
いて均一配向が得られる。

また、電圧無印加時において、配向膜からの強い液晶配
向規制力は受けないので、双安定となり、完全なメモリ
状態を保持することができる。

実施例 以下に、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明す
る。

本発明の液晶表示素子に用いる結晶性高分子として、ポ
リイミド系の高分子、ポリビニルアルコール、結晶性ポ
リスチレン（アイツタクチイックポリスチレン）、ポリ
エチレン、結晶性ポリプロピレン（アイソタクティック
ボリブロビレン）、ポリエチレンテレフタレート、ポリ
塩化ビニル、ナイロンなどが、非晶性高分子として、ポ
リスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル
等が挙げられる。

実施例１ 図に本発明における強誘電性液晶表示素子の構造を示す
。この構造を有する素子を次のように作成した。まず、
ＩＴＯ電極２，８を有するガラス基板１゜９上に、結晶
性高分子として、ポリイミド（ＰＩ）　（日立化成製、
ＰＩＸ−５４００）、非晶性高分子として、ポリメタク
リル酸メチル（ＰＭＭＡ）　（、脂化成製、ＬＰ−１）
を選び、それぞれＮ−メチル２ヒ０ロリトーン（ＮＭＰ
）に溶かした。これらの高分子溶液はＰｌとＰＭＭＡの
重量比が表１に示すような値になるように組み合わせ、
高分子混合体の配向膜溶液を調製した。

表１ これを乾燥後の配向膜３，４の膜厚が１００ＯＡとなる
ように、スピンコード法により塗布し、［５０℃で１時
間乾燥した。

次に、このガラス基板上の配向膜を布てラビン゛グし、
その後、このラビングした方向が互いに逆平行になるよ
うに、２．０μｍのビースペーサ６を介して貼合わせ、
注入口となる箇所を除いたその周辺をシール樹脂５で封
止した。次に液晶７と（〕て、本実施例では、降温過程
で次のような相転移変化する強誘電性液晶を素子内に減
圧下、１相の温度領域で注入した。

１相→Ｃ１＋相→ＳＡ相→ＳｍＣ”相 この素子を室温まで徐冷した後（約−０，５℃／分）、
注入口を封止した。

これらの素子を顕微鏡観察し、チルト角の測定を行った
（表１）。チルト角は電圧無印加時のラビング処理を行
った方向と液晶分子長軸方向のなす角である。ポーララ
イザ側とアナライザ側の偏光板を互いに直交するように
設置し、液晶分子長軸方向と偏光板の偏光軸の傾斜度を
チルト角とした。

素子Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ，においては、均一配向と充分
なチルト角が得られた。素子りでは、高分子混合体に占
める非晶性高分子の割合が大きくなったために、強誘電
性液晶を配向させるための液晶配向規制力が得られず、
充分な配向が得られなかった。

さらにＢ、　　Ｃの素子について、極性反転電圧波形（
パルス電圧）をかけ、その光透退学変化を測定すること
によってそれらの応答時間ならびにコントラスト、メモ
リ効果についても測定した。測定は、パルス電圧及びパ
ルス時間を、ＯＮ（２ｍｓ、＋１０Ｖ）−＋ＯＦＦ（１
８ｍｓ）→ＯＮ（２ｍｓ、−１０Ｖ）−＋ＯＦＦ（１８
ｍｓ）に設定し検討した。このとき偏光板の角度は、２
枚の偏光板のうち１枚はその偏光軸が液晶分子長軸方向
と一致するように、もう１枚の偏光板はこれと偏光軸が
直交するように設置した。電圧反転時に透過率が９０χ
変化するのに要する時間が応答時間である。

コントラストは、＋ｔＯＶと一１Ｏｖのパルス電圧を印
加し終えてからそれぞれ１４ｍｓ後の透過光強度の比で
表した。

素子Ｂにおいて、応答速度２００μｓ、コントラス）　
３０：ｌ、素子Ｃにおいて、応答速度２２０ＩＬｓ、コ
ントラスト２５：１が得られ、充分なメモリ性を示した
。

実施例２ 結晶性高分子として結晶性ポリスチレン（フイソタクフ
イックネ°リスチトシ）、非晶性高分子としてポリスチ
レン（７タクテイヴクネ°リス珪ン）からなる高分子混
合体を調製し、これを乾燥後の配向膜３，４の膜厚が１
００ＯＡとなるように、スピンコード法により塗布し、
１００℃で１時間乾燥した。実施例１と同様に強誘電性
液晶表示素子を作成した。このとき、配向膜として用い
た結晶性ポリスチレン（結晶性ＰＳ）と非晶性ポリスチ
レン（非晶性ＰＳ）の１汝パーセント、その配向膜を使
って作成した素子のチルト角、及びコントラストを同様
に測定した（表２）。

（以下空白） 表２ 素子Ｅ、　　Ｇ、特に素子Ｆにおいては、充分なチルト
角、コントラストが得られ、また均一配向、充分なメモ
リ性も得られた。

比較例１ ポリイミド弔独の高分子を使い、実施例１と同様に強誘
電性液晶表示素子を作成した。

この素子のチルト角、応答速度、コントラストを同様に
測定した。チルト角は８°　応答速度は２３０７１ｓ、
コントラストは８：ｌであり、かなりのジグザグ欠陥が
発生し、メモリ性は得られなかった。

比較例２ ポリスチレン単独の高分子を使い、実施例１と同様に強
誘電性液晶表示素子を作成した。

この素子では、強誘電性液晶の充分な配向は得られず、
チルト角の測定はできなかった。応答速度は、３００７
１ｓ、　　コントラストは３：ｌであった。また、メモ
リ性も得られなかった。

本実施例では、配向処理法の一方法としてラビング法を
行ったが、他の方法で配向処理を行ってもよいことは言
うまでもない。

また、液晶の相転移については、ｌ−Ｃｈ−５ｍＡ−Ｓ
ｍＣ”のものでもよいが、１相とＳｍＣ”相の間にｃｈ
相やＳｍＡ相が存在してもしなくてもよい（Ｉ　−Ｓｍ
Ｃ”　、　ｌ　−Ｃｈ−ＳｍＣ”　。

ｌ　−５ｍＡ−ＳｍＣ”）。

発明の効果 本発明の液晶表示素子では、配向膜から強い配向規制力
は受けないので、配向膜界面近くの液晶は本来のチルト
角とほぼ同じ角度傾くことが可能である。従って界面の
歪の発生がなく、ＳｍＣ’相において均一配向が得られ
る。また電圧無印加時においても、ラビング法を利用す
る場合には、ラビング方向からある角度だけ傾いた方向
が安定な状態であるので双安定となり、完全なメモリ効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における液晶表示素子の構
造を表す断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を設けた一対の基板上の配向膜が、結晶性高
   分子と非晶性高分子の両方を含む高分子混合体を備えた
   ことを特徴とする強誘電性液晶表示素子。
2. （２）高分子混合体が、結晶性ポリスチレンと非晶性ポ
   リスチレンよりなることを特徴とする請求項１記載の強
   誘電性液晶表示素子。