JPH10511192A - 光変調デバイス及び光変調デバイスを具えるディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、光変調デバイスと高いコントラストを有する DHFLC型のディスプレイを提供するものである。この変調デバイスは、対向面上に、電極層及び配向層が順次積層され、互いに平行に配置されている第１の基板と第２の基板を具える。本発明の有利な効果は、第１の基板上の配向層表面エネルギーと第２の基板上の配向層表面エネルギーが相違し、さらにこの表面エネルギーの差が少なくとも５mN/mであるような、異なる種類の配向層を用いることによって達成される。高い表面エネルギーを有する配向層は、好ましくは擦られたポリイミドから作製され、低い表面エネルギーを有する配向層は、好ましくは擦られていないポリメチルシルセスキオキサンから作製される。本発明により得られた変調デバイスの光学活性層は、傾斜本棚構造を示す。

Description

【発明の詳細な説明】 光変調デバイス及び光変調デバイスを具えるディスプレイ 本発明は、実質状互いに平行に位置した、第１の基板と第２の基板を有すると ともに、対向した面上に電極層及び配向層が順次積層され、かつ、歪らせん型強 誘電性液晶からなる光学的活性層が２つの基板間に存在してなる、光学変調デバ イスに関する。本発明は、また、このような光変調デバイスを用いたDHFLC ディ スプレイに関する。 明細書前文で述べられたような型の光変調デバイスはそれ自体は良く知られて いるものである。例えば、「Proceedings of the SID」のVol.31/2(1990)、119 ページ以降において、光変調デバイスを用いた強誘電性ディスプレイが記載され ている。前記の変調デバイスは、歪らせん型強誘電性液晶（略して、DHFLC とい う）材料であるホフマン・ラ・ロッシュ(Hoffman La Roche)製のFLC5679 及びFL C5836 の混合物から構成される光学的活性層を有する。DHFLC は、光学的活性層 が２μｍの厚さを有する、市販の変調デバイスにおいて研究されている。デバイ スに用いられる基板は、高分子物質からなる配向層を有しており、その表面は平 行に擦られた状態を呈している。液晶の注入に際して、デバイスは加熱される。 デバイスの光学的なコントラストを改良するために、DHFLC を用いたデバイスは 、冷却過程において交流電圧(30Hz，30V)が印加される。 DHFLC 型の強誘電性物質は、広く知られた表面安定型強誘電性液晶(SSFLC)と は多くの点で異なっている。SSFLC は、らせん状の構造を有するが、そのピッチ が光学的活性層の厚さよりも大きくなると、配向層表面上での相互作用の影響に より、そのらせんは解けてしまう（いわゆる、非らせん状配列）。しかしながら 、DHFLC の特徴は、らせんピッチが光学的活性層の厚さよりも十分に小さい、ら せん構造を有するという点にある。また、DHFLC は比較的高い分極特性（一般に は、50nC/cm²以上）を示す。DHFLC の分子間における内部分子間相互作用が、DH FLC と配向層間の相互作用よりもはるかに強いため、光学活性層中のDHFLC のら せん状構造が維持されたままとなる（いわゆる、らせん配列）。その上、DHFLC は、 印加電圧と光学的応答性の関係では準線形の関係を示す。これらの特性によって DHFLC は特にディスプレイ用途として大変興味深いものとなっている。 前記文献には、変調デバイスの基板間でDHFLC を均一に配向することは比較的 困難であると記載されている。これは、変調デバイスは多数の線状構造を呈する 光学的欠陥を含んでいるからである。これらの欠陥は、偏光顕微鏡で見ることが できる。これらの欠陥が、変調デバイスの光学特性に対して好ましくない影響を 及ぼすのは明白である。例えば、デバイスのコントラストは、特に大きく低下す る。 これらの欠点を除去することが本発明の目的である。より詳しくは、明細書前 文で述べたような、DHFLC が均一に配向した光変調デバイスを提供することを目 的とする。また、本発明の変調デバイスは、高いコントラストを示すものである 。 本発明は、これらの目的とその他の目的を達成するために、明細書前文で述べ たような型の光変調デバイスおいて、第１の基板上の配向層の表面エネルギーが 第２の基板上の表面エネルギーと異なっており、その差が少なくとも５mN/mであ ることを特徴とする。この表面エネルギー差は、好ましくは、少なくとも10mN/m であり、さらに好ましい態様としては、少なくとも20mN/mである。 本発明は、光学活性材である、いわゆるスメクチック層のシェブロン状形状が 、光変調デバイスの光学特性を劣化させているという認識に基づいたものである 。 更なる研究において、これらのシェブロン状形状は、すでに変調デバイスとして 生産されている製品にも形成されていることが明らかとなった。特に、スメクチ ックＡ相からスメクチックＣ相への遷移が重要な役割を果たしている。 公知のデバイスの基板間にDHFLC を注入する際には、DHFLC が等方性またはネ マチック相となるように加熱され、続いて、室温まで冷却される。結果として、 DHFLC はいわゆるスメクチックＡ相を経由して、いわゆるスメクチックＣ相に遷 移する。スメクチック層はスメクチックＡ相の状態で形成される。スメクチック Ａ相からスメクチックＣ相への遷移は、DHFLC 分子をスメクチック層に垂直な方 向から傾斜した状態にする。結果として、スメクチック層における収縮が生じる 。この過程において、いわゆるコーン(cone)を形成する。スメクチック層はデバ イスの配向層の表面に強く固定されているので、この遷移は、好ましくないベン ト 層構造（シェブロン状形状）を誘起する。ベント領域においては、ベント部分に 沿って連続的な遷移が可能となるように、らせんは解かれてしまう。 ベント領域でのらせんが局部的に解かれると、系全体のエネルギーが局部的に 増大する。この増加は、コントラスト欠損欠陥の形成によって減じられる。本発 明によるデバイスは、ベント層構造の発生を防ぎ、ベント構造が原因で生じるコ ントラスト欠損欠陥の発生を阻止するものである。これにより、本発明のデバイ スのコントラストは相当程度増大する。 表面エネルギーの異なる配向層を使用すると、スメクチック層は高エネルギー 側の配向層に固定される。そして、スメクチック層は、低エネルギー側の配向層 に沿って移動する。これにより、スメクチック層は目的とする傾斜本棚構造(til ted-bookshelf structure)を有するようになり、望ましくないシェブロン形状は 生じなくなる。同一の配向層が使用され、配向層の表面エネルギーが等しくなる と、スメクチック層は双方の配向層上で移動することができなくなり、結果とし て、シェブロン形状となる。 本発明の変調デバイスの好ましい態様としては、第１の基板の配向層が、少な くとも30mN/mの高い表面エネルギーを有している物質で作製され、第２の基板の 配向層が最大25mN/mの低い表面エネルギーを有しているものである。実験では、 配向層がこの臨界値を有しているものを、汎用されているDHFLC に使用すると良 好な結果を示した。これらのデバイスでは、望ましくない線状欠陥の数は無視で きるまでに減少する。この好ましい態様のデバイスのコントラストは、比較的に 高く40以上を示す。これより、DHFLCの冷却過程で交流電圧を使用する必要がな い。好ましくは、第１の基板の配向層は最低でも35mN/mの表面エネルギーを示し 、第２の基板の配向層は最大でも22mN/mの表面エネルギーを示すものが用いられ る。さらなるコントラストの改善には、一方の配向層の最低表面エネルギーは少 なくとも40mN/mであることが必要であり、他方の配向層の表面エネルギーは最大 でも20mN/mであることが必要である。 高い表面エネルギーを有する配向層としては、種々の材料を用いることができ る。例えば、ポリアミド、ポリエーテルアミド、ビニルポリマー、ポリビニルア ルコール、ポリビニルアセテート、ポリエーテルアミド又はポリエステルなどの 高分子から作製された異方性を有する（好ましくは擦ることによって誘起された もの）層である。これらのポリマーは総て、25mN/m程度の表面エネルギーを有し ている。高い表面エネルギーを有している配向層は、好ましくは擦られたポリイ ミドから形成される。この型の配向層は約45−55mN/mの表面エネルギーを有する 。これは簡易に調節可能な方法によって得られるものである。加えて、ポリイミ ドは高いガラス転移温度を示すので有利である。すなわち、デバイスが高温で使 用されても、誘起された異方性は保持されたままとなるからである。また、ポリ イミドから作製された配向膜が液晶においてプレティルトを誘起する場合は、線 状欠陥の数はさらに減少する。 低い表面エネルギーを有する配向層にも、種々の材料を用いることができる。 例えば、テフロン、ポリシロキサン、ポリオルガノシルセスキオキサン又はポリ アルカリシランのようなアモルファス又は等方性の高分子から作製された層が用 いられる。 これらの材料の表面エネルギーは、総て25mN/m以下である。低表面エネルギー の配向層は、好ましくは擦られていないポリメチルシルセスキオキサンが用いら れる。この材料は約22mN/mの表面エネルギーを有している。比較的簡単な方法で 厚く、均一な層を作製することができる。 本発明は、またDHFLC ディスプレイに関する。このディスプレイは前記したよ うな光変調デバイスと、少なくとも１つの偏光子と、光学活性層の駆動手段とを 具える。本発明におけるこれらの及びその他の態様は、以下に示す実施例におい て明らかにされ、また説明される。 図面 第１図は本発明の光変調デバイスを示す。 第２図は本発明のDHFLC ディスプレイを示す。 第３図はDHFLC からなる、２つの光学活性層のＸ線解説パターンを示す。 第４図はDHFLC からなる、２つの光学活性層の線状欠陥のパターンを示す。 図に示された部分は、明確なものとするため、スケール的には必ずしも正確で はない。 第１図は、本発明の光変調デバイスの断面図を概略的に表したものである。前 記したデバイスは、２つの実質的に平行な基板(1，2)と、対向した面上に、連続 して電極層(3，4)と配向層(5，6)が積層されている。配向層間には、DHFLC から なる光学活性層(7)が存在する。配向層間の距離は 0.5−10μｍの範囲であり、 好ましくは１−５μｍの範囲である。この距離は、光学活性層に設けられたガラ スの小球又は繊維からなるスペーサー（図示せず）によって決定される。配向層 間のすき間は、封止材(8)によって封止される。電極層は、インジウム−錫の酸 化物(ITO)のような透明導電膜によって作製される。少なくとも一方の基板は、 使用する光に対して透明である。しかしながら、２つの基板は共に透明であるこ とが好ましい。 第１の基板(1)の配向層(5)に使用される材料の表面エネルギーは、第２の基板 (2)の配向層(6)に使用される表面エネルギーとは異なる。本発明の効果を達成す るためには、この表面エネルギーの差は少なくとも５mN/mでなければならない。 より良い効果を達成するためには、この差が10mN/mでなければならない。最良の 効果を達成するためには、この差は少なくとも20mN/mでなければならない。 本発明の変調デバイスには、光学シャッター又は光学バルブを用いることもで きる。 本発明では、基板(1，2)は合成プラスチックやガラスなどの光学的に透明な材 料から作製される。また、電極層(3，4)は実質的に基板表面の全体を覆うように 作製される。また、光変調デバイスは、２つの光学偏光子（図示せず）を有して いることが望ましい。前記偏光子は、好ましくは基板の対向していない面上に設 置される。 第２図は、本発明のDHFLC ディスプレイの概略を示すものである。本発明のDH FLC ディスプレイは第１図の光変調デバイスを用いたものである。第２図−Ａは 、前記ディスプレイの平面図を示す。第２図−Ｂは、第２図−ＡのA-A'線に沿っ たディスプレイの断面図を示すものである。ディスプレイは２つの基板(11，12) からなり、この基板には対向した面上に、例えば、ITO のような透明電極が設け られている。この電極マトリックスは、各々独自に制御が可能な、多数の電極の 行(13)及び列(14)から構成されている。各画素は、好ましくは薄膜トランジスタ ー 又は薄膜ダイオード（図示せず）からなる固体スイッチで形成される。 配向層(15，16)は、各基板の電極層上に設けられている。第１の基板(11)上の 配向層(15)は、第２の基板(12)上の配向層(16)の作製に使用する材料と異なる表 面エネルギーの材料が使用される。本発明の効果を達成するためには、この表面 エネルギーの差は少なくとも５mN/mは必要である。より好ましい効果を得るには 、この差として10mN/mは必要である。最良の結果をもたらすためには、この差は 少なくとも20mN/mは必要である。配向層間には、DHFLCからなる光学活性層(17) が存在している。DHFLCの構造は、電場によって局部的に歪んでいる。この電場 は、光学活性層を駆動するための手段（図示せず）によって局部的に印加され、 生じたものである。この場合にも、すき間は封止材により封止される。配向層間 の距離、すなわち、光学活性層の厚さは、例えばガラス製の小球又は繊維からな る光学活性層のスペーサー（図示せず）によって決定される。また、本ディスプ レイは、1つの偏光子(18)又は２つの偏光子(18，19)を有している。さらに、本デ ィスプレイは視野角依存性を少なくするために補償箔（図示せず）を有している ことが望ましい。 本発明のDHFLC ディスプレイは、反射型モードあるいは透過型モードのどちら でも駆動することができる。透過型ディスプレイの場合、２つの基板は、合成プ ラスチック又はガラスのような光学的に透明な材料から作製される。反射型ディ スプレイの場合は、ディスプレイを実際に駆動するための電極を配置する、Siプ レートなどの不透明な材料から基板が作製される。この場合、ディスプレイは反 射型の電極層（例えば、Al）からなる。また、電極層と配向層の間には無機酸化 物や窒化物（例えば、Si酸化物）の絶縁層を有していることが望ましい。反射型 のディスプレイでは、偏光子がひとつあれば十分である。 本発明の効果は、次に示す本発明に従った実施例及び本発明と異なる比較例に よって詳細に説明される。実施例及び比較例においては、変調デバイスのセル形 状は簡単なものを用いた。これらのセルにおいては、特に、液晶材料と配向層の 種類を変えた。製造されたセルのDHFLC が、目的とする傾斜本棚構造を有するの か、望ましくないシェブロン構造を有するのか否かにより評価を行った。この２ つの構造は、特に、光学活性層のＸ線回折パターン及び線状欠陥の型によって決 定された。 第３図は、２つのＸ線回折パターンを示し、強度（尺度任意）は入射角Ｄの関 数としてプロットされている。第３図Ａのパターンは、本発明のセルにおける光 学活性層を測定したものであり、DHFLC は実質的に総て目的とする傾斜本棚構造 を有している。この場合のパターンは単一のピークのみを示す。第３図Ｂは、本 発明とは異なるセルの光学活性層を測定したときのパターンを示す。ここで用い られているDHFLC は、望ましくないシェブロン構造を有していた。シェブロン構 造を有する光学活性層は、２つの高強度ピークと、広範囲にわたる低強度ピーク を有する。この低強度ピークは、２つの高強度ピークの間に位置する。高強度ピ ークはシェブロン構造に起因するものであり、広範囲にわたるピークは光学活性 層中の多数の欠陥に起因するものである。 第４図は、本発明のセル（第４図Ａ）及びに本発明とは異なるセル（第４図Ｂ ）中に多数存在する線状欠陥の偏光顕微鏡イメージを示す。本発明のセルにおい て測定した線状欠陥は、図中線で囲まれた領域に示されている。この領域でのス メクチック層の傾斜方向は、その周辺領域でのスメクチック層の傾斜方向と反対 である。本発明のセルは第４図Ａに示されるように、ごく僅かな線状欠陥を有す るのみである。実質上、本発明におけるセルの光学活性層の全体は、目的とする 傾斜本棚構造を有している。本発明と異なるセルの場合は、第４図Ｂに示される ように、非常に多くの線状欠陥を有している。この場合はセル中のDHFLC の大部 分が望ましくないシェブロン構造を有している。例１ 第１の基板に、ITO のパターニングされた電極層を形成した。次に、この基板 に、ポリヘキサメチレンアジポミド（ナイロン6-6;アルドリッチ化学社(Aldrich Chemical Co.Inc.)製）の0.5重量％ギ酸溶液を塗布した。基板を1200rpm で40 秒間スピンコートし、続いて、75℃で16時間乾燥させた。これにより40nmの厚さ のナイロン6-6層を得た。次に、このナイロン6-6層をベルベット製の布で一方向 に擦った。この配向層の表面エネルギーは46mN/mであった。この値は接触角測定 方法により測定した。 第２の基板にも同様にパターニングされたITO 電極層を形成し、ポリメチルシ ルセスキオキサン（エービーシーアール社(ABCR GmbH & Co.))の６重量％１−ブ タノール（アルドリッチ化学社製）溶液を塗布した。この基板を 4000rpmで20秒 間スピンコートし、続いて、75℃で16時間乾燥させた。ポリメチルシルセスキオ キサン層には、擦る操作は実施されなかった。この層の表面エネルギーは22mN/m であった。 配向層が対向した状態の２つの基板で、紫外線硬化性の接着剤（ノーランドUV シーラント91(Norland UV Sealant 91)、ノーランド物産社(Norland Products) 製）を間に介してセルを形成した。直径2.4μｍの水晶球（触媒化学工業社製） を、基板間スペーサーとして使用するために、基板上に2-プロパノール懸濁液を スピンコートした。懸濁液は、好ましくは高い表面エネルギーを有する基板の上 にスピンコートした。この場合、低い表面エネルギー基板上に懸濁液を用いてス ピンコートしたものよりも、コントラストははるかに高かった。低表面エネルギ ー基板上にスピンコートした場合は、50％以上コントラストが低下した。 このようにして得られたセルを、真空中で昇温（75℃）し、ホフマン・ラ・ロ ッシュ製のDHFLC 材料であるFLC-10150 を注入した。このセルは、２つの偏光子 の間に置かれると、良好な消光性を呈する優れた配向特性と均一な組織を示した 。アクティブ・マトリックス・ドライブでのコントラストは80以上であった。得 られたセルには、線状欠陥はほとんど見られなかった。このセルを測定したＸ線 回折パターンには、約26°において１つの回折ピークが見られた。これらの測定 より、スメクチック層は傾斜本棚構造を有し、シェブロン構造にはなっていない ことを示している。例２ この例で用いたセルは、ほとんど例１と同一である。しかしながら、この例に 用いたセルは、高表面エネルギー配向層として異なるものを用いた。この例では 、ポリヘキサメチレンアジポミド(ナイロン6-6)溶液の代わりに、オプトマーAL- 1051(Optmer／AL-1051)（日本合成ゴム社製）のγ−ブチロラクトン５重量％溶 液を用いた。このポリイミドをスピンコートする前に、基板を、接着改良剤とし てγ−アミノプロピルシラン（ジャンセン化学社(Janssen Chemical)製）を用い て 前処理を行った。続いて、前記ポリマーを1000rpm で５秒間、次に、5000rpm で 30秒間スピンコートした。引き続き、基板を80℃で15分乾燥させ、次に、真空中 において、170 ℃で60分間加熱した。これにより約120nm の厚さのオプトマーAL -1051 層が得られ、次にこれをベルベット製の布で一方向に擦った。表面エネル ギーは54mN/mであった。 セルを真空中で昇温（75℃）し、ホフマン・ラ・ロッシュ製のDHFLC 材、FLC- 10150 を注入した。このセルは、良好な消光性を呈する優れた配向特性と均一な 組織を示した。コントラストは70以上を示した。このセルには、線状欠陥はほと んど見られなかった。光学活性層の法線方向と平行方向に存在するこれら線状欠 陥の幅を測定したところ、セルの厚さの２倍であった。この光学活性層のＸ線回 折パターンは単一のピークのみを示した。結果として、DHFLCは傾斜本棚構造を 有していた。例３ この例で用いたセルも例１とほとんど同じである。しかし、高表面エネルギー 層の配向層としては異なるものを用いた。この例では、ポリヘキサメチレンアジ ポミド（ナイロン6-6）溶液の代わりに、ポリオキシエチレンオキシテレフタロ イル(ポリエチレンテレフタレート)(アルドリッチ化学社製)の0.5 重量％のｏ− クロロフェノール溶液を用いた。このポリエステルをスピンコートするに先立ち 、基板に対し、γ−アミノプロピルシラン（ジャンセン化学社(Janssen Chemica l)製）の接着改良剤で前処理を実施した。続いて、前記ポリマーを 1200rpmで40 秒間スピンコートした。さらに引き続いて、基板を75℃，16時間乾燥させた。こ のようにして得られたポリエステル層を、ベルベット布で一方向に擦った。この ときの表面エネルギーは45mN/mであった。 セルを次に、真空中で昇温（72℃）し、ホフマン・ラ・ロッシュ製のDHFLC 材 、FLC-9848を注入した。このセルは、良好な消光性を呈する優れた配向特性と均 一な組織を示した。コントラストは、75以上を示した。得られたセルには、線状 の欠陥はほとんど存在しなかった。光学活性層の法線と平行な方向に伸びる線状 欠陥を測定したところ、セルの厚さの２倍を示し、傾斜本棚構造を有しているこ とが分かった。この光学活性層のＸ線回折パターンも単一のピークのみを示した 。 結果として、このことからもDHFLC が傾斜本棚構造を有していることが分かった 。例４ この例で用いられるセルは、例１のものと実質的に同じであるが、高エネルギ ー表面層を有する配向層のみを異なるものとした。ポリヘキサメチレンアジポミ ド(ナイロン6-6)溶液の代わりに、オプトマー AL-3046（日本合成ゴム社製）溶 液を用いた。この溶液は、常法により使用した。このポリイミドを1000rpm で５ 秒間、さらに 5000rpmで30秒間スピンコートした。続いて、基板を80℃で15分間 乾燥させ、次に 170℃で60分間加熱した。オプトマーAL-3046 は50−100nm の厚 さを有し、続いて、ベルベット布を用いて一方向に擦った。このときの表面エネ ルギーは52.3mN/mであった。 このようにして得られたセルを、真空中で昇温（75℃）し、ホフマン・ラ・ロ ッシュ製のDHFLC 材、FLC-10150 を注入した。このセルは、良好な消光性を呈す る優れた配向特性と均一な組織を示した。コントラストは65以上を示した。セル 中の線状欠陥はごく僅かであった。光学活性層の法線と平行方向に伸びる線状欠 陥は、セルの厚さの２倍を示した。光学活性層のＸ線回折パターンも単一のピー クのみを示した。結果として、DHFLC は目的とする傾斜本棚構造を有しているこ とが分かった。例５ この例でも、例１と実質的に同一であるが、高表面エネルギーとプレティルト を有する配向層を用いた点で異なる。このために、ポリヘキサメチレンアジポミ ド(ナイロン6-6)溶液の代わりに、LQ1800（日立化成）の1-メチルー2-ピロリド ンと2-ブトキシエタノール（50対50）の３重量％溶液が用いられた。このポリマ ーを1000rpm で５秒間、続いて4000rpm で30秒間スピンコートした。引き続き、 基板は80℃で15分間乾燥させ、次に、真空中 250℃で60分間加熱した。得られた 35nm厚のLQ1800を、ベルベット布で一方向に擦った。配向層のプレティルトは10 °であった。また、表面エネルギーは約40mN/mであった。 このようにして得た セルを、真空中で昇温（75℃）し、ホフマン・ラ・ロッシュ製のDHFLC 材、FLC- 10150 を注入した。このセルは、良好な消光性（コントラスト40以上）を呈する 優れた配向特性と均一な組織を示した。Ｘ線回折パターンは単一のピークを示し 、 DHFLC は傾斜本棚構造を有していることが分かった。プレティルト角は、ポリイ ミドを擦ることによって誘起されるが、スメクチック層の傾斜方向はディスプレ イ全体を通じて同じである。そして、目に見える線状欠陥は全く存在しない。こ の線状欠陥は、スメクチック層の傾斜方向が局所的にずれてくると生じる。例６ セルは基本的は例１と同じであるが、DHFLC の種類を代えたことのみ相違する 。この例で用いたセルは、DHFLC 材、FLC-10150 の代わりにFLC-9848（ホフマン ・ラ・ロッシュ）を使用した。コントラストは90以上であった。光学活性層の法 線と平行に走っている線状欠陥の厚さを測定することにより、及び光学活性層の Ｘ線回折パターンよりスメクチック層の構造は傾斜本棚構造を有していることが 分かった。例７ ここで用いるセルも例１とほぼ同じであるが、DHFLC 材のみが異なる。この例 で使用するセルは、DHFLC 材、FLC-10150 の代わりにFLC-9807（ホフマン・ラ・ ロッシュ）を使用した。コントラストは60以上であった。光学活性層の法線と平 行方向の線状欠陥の厚さを測定することにより、及び光学活性層のＸ線回折パタ ーンよりスメクチック層の構造は傾斜本棚構造を有していることが分かった。例８ ここで用いるセルも例１とほぼ同じであるが、DHFLC材のみが異なる。この例 で使用するセルは、DHFLC 材、FLC-10150 の代わりにFLC-9264（４７４ン・ラ・ ロッシュ）を使用した。コントラストは60以上であった。線状欠陥の厚さを測定 することにより、及び光学活性層のＸ線回折パターンよりスメクチック層の構造 は傾斜本棚構造を有していることが分かった。 例６、７、８の結果から、本発明の効果は、DHFLC の材料とは無関係に得られ ることが分かる。これら総ての場合に、コントラストは60以上を示した。 次に示す比較例では、双方の配向層の表面エネルギーの差が5mN/m よりも小さ い場合は、目的とする傾斜本棚構造が得られないことが示される。この場合、シ ェブロン・スメクチックの層構造が生じる。この構造は、シェブロンの頂点にお ける応力に起因した、多数の線状欠陥を有している。比較例１ ここで用いるセルは、例１と基本的には同じであるが、配向層を同一のものと する点で異なる。このために、例１のナイロン6-6 及びポリメチルシルセスキオ キサンの溶液は共に、オプトマーAL-1051（日本合成ゴム社製）のγ−ブチロラ クトン５重量％溶液に代えた。このポリイミドをスピンコートする前に、基板は 、接着改良剤としてγ−アミノプロピルシラン（ジャンセン化学社製）を用いて 前処理を行った。このポリイミドは続いて、1000rpm で５秒間、次に、5000rpm で30秒間スピンコートを施した。続いて、80℃で15分間乾燥させ、170 ℃で60分 間加熱した。得られた50-1000nm厚のオプトマーAL-1051を、ベルベット布を用い て一方向に擦った。２つの配向層の擦られた方向が同じになるように、２つの基 板を互いに固定した。 このようにして得られたセルを、真空中で昇温（75℃）し、ホフマン・ラ・ロ ッシュ製のDHFLC 材、FLC-10150 を注入した。アクティブ・マトリックス・ドラ イブを用いて測定されたコントラストは、約５であった。Ｘ線回折パターンは複 数のピークを示した。セルには多数の欠陥が見られた。この欠陥は平行ジグザグ 線型であった。スメクチック層の法線と平行方向に走っている線状欠陥の幅を測 定すると、セルの厚さと同じであった。これらの線状欠陥はシェブロン・スメク チック層構造に起因して存在する。比較例２ ここで用いるセルは比較例１で用いるセルと基本的には同一であるが、一方の 配向層のみを擦っている点で相違する。 得られたセルを、真空中で昇温（75℃）し、ホフマン・ラ・ロッシュ製のDHFL C 材、FLC-10150 を注入した。アクティブ・マトリックス・ドライブを用いて測 定されたコントラストは、約５であった。Ｘ線回折パターンは２つのピークを示 した。このセルには多数の欠陥が含有されていた。この欠陥は平行ジグザグ線型 であった。スメクチック層の法線と平行方向の線状欠陥の幅を測定すると、セル の厚さと同じであった。これらの線状欠陥の存在はシェブロン・スメクチック層 構造に起因するものである。比較例３ 本比較例で用いるセルは比較例１と本質的には同じものであるが、オプトマー AL-1051 の代わりにシリコンを含有したポリビニルアルコール（クラレ社製）の １重量％水溶液を用いた。このポリマーを2000rpm で15秒間スピンコートし、続 いて、得られた30nm厚の層を 175℃の温度で乾燥させた。 得られたセルを、真空中で昇温（75℃）し、ホフマン・ラ・ロッシュ製のDHFL C 材、FLC-10150 を注入した。アクティブ・マトリックス・ドライブを用いて測 定されたコントラストは、約５であった。X線回折パターンは２つのピークを示 した。このセルには多数の欠陥が含有されていた。この欠陥は平行ジグザグ線型 であった。スメクチック層の法線と平行方向に走っている線状欠陥の幅を測定す ると、セルの厚さと同じであった。これらの線状欠陥の存在はシェブロン・スメ クチック層構造に起因するものである。比較例４ 本比較例で用いるセルは、シリコンを含有したポリビニルアルコール（クラレ 社製）の一方の層を擦った外は、比較例３と基本的に同一に行った。 得られたセルを、真空中で昇温（75℃）し、ホフマン・ラ・ロッシュ製のDHFL C 材、FLC-10150 を注入した。アクティブ・マトリックス・ドライブを用いて測 定されたコントラストは、約５であった。Ｘ線回折パターンは２つのピークを示 した。このセルには多数の欠陥が含有されていた。この欠陥は平行ジグザグ線型 であった。スメクチック層の法線と平行方向の線状欠陥の幅を測定すると、セル の厚さと同じであった。これらの線状欠陥の存在はシェブロン・スメクチック層 構造に起因するものである。比較例５ 本比較例は、DHFLC 材、FLC-10150 の代わりにDHFLC 材、FLC-9848（ホフマン ・ラ・ロッシュ製）を用いた以外は、比較例１と実質上同一に行った。得られた セルには多数の欠陥が存在していた。この欠陥は平行ジグザグ線型であった。コ ントラストは約５であった。光学活性層のＸ線回折パターン並びに線状欠陥の厚 さ及び形状の測定より、スメクチック層構造はシェブロン構造であることが分か った。比較例６ 本比較例は、DHFLC 材、FLC-10150 の代わりにDHFLC 材、FLC-9807（ホフマン ・ラ・ロッシュ製）を用いた以外は、比較例１と基本的に同一に実施した。得ら れたセルには多数の欠陥が存在していた。この欠陥は平行ジグザグ線型であった 。コントラストは約５であった。光学活性層のＸ線回折パターン並びに線状欠陥 の厚さ及び形状の測定より、スメクチック層構造はシェブロン構造であることが 分かった。比較例７ 本比較例は、比較例１と実質上同一に実施した。但し、本比較例では、DHFLC 材、FLC-10150 の代わりにDHFLC 材、FLC-9264（ホフマン・ラ・ロッシュ製）を 用いた。得られたセルには多数の欠陥が存在していた。この欠陥は平行ジグザグ 線型であった。コントラストは約５であった。光学活性層のＸ線回折パターン並 びに線状欠陥の厚さ及び形状の測定より、スメクチック層構造はシェブロン構造 であることが分かった。 比較例５、６及び７より、本発明の効果を得るためには、DHFLC の材料の種類 は影響を与えないことが分かる。比較例８ 本比較例は、配向層として共にナイロン6-6 を用いた以外は、比較例１と実質 的に同一に実施した。２つの基板に、ITO をパターニングし、次に、ポリヘキサ メチレンアジポミド（ナイロン6-6;アルドリッチ化学社製）の 0.5重量％ギ酸溶 液を塗布した。基板を1200rpm で40秒間スピンコートし、続いて、75℃で16時間 乾燥させた。これにより約40nmの厚さのナイロン6-6層が得られ、次に、このナ イロン6-6層をベルベット製の布で一方向に擦った。両方の基板を、紫外線硬化 性の接着剤（ノーランド UV シーラント91、ノーランド物産社製）により互いに 固定した。また、２つの高分子層の擦られた方向が平行かつ同一になるようにし た。目的とする基板間距離2.4 μｍは、直径2.4 μｍの水晶球により保持される が、この水晶球は２つの基板の内にいずれか一方への2-プロパノール懸濁液から 得られるものである。このようにして得られたセルを、真空中で昇温（72℃）し 、ホフマン・ラ・ロッシュ製のDHFLC 材料であるFLC-9848を注入した。アクティ ブ・マトリックス・ドライブを用いて測定したコントラストは、約13であった。 セルには、シェブロン・スメクチック層構造の特徴である、線状欠陥が多数存在 していた。さらに、Ｘ線回折パターンもシェブロン・スメクチック層構造に対応 したパターンを示した。比較例９ 本比較例で使用したセルは比較例８と基本的に同一であるが、両方の基板を反 平行方向に擦ったことのみ変化させた。得られたセルを、真空中で昇温（72℃） し、ホフマン・ラ・ロッシュ製のDHFLC 材料であるFLC-9848を注入した。アクテ ィブ・マトリックス・ドライブを用いて測定したコントラストは、約16であった 。セルには、シェブロン・スメクチック層構造の特徴である、線状欠陥が多数存 在していた。さらに、Ｘ線回折パターンもシェブロン・スメクチック層構造に対 応したパターンを示した。比較例10 本比較例で使用したセルも比較例８と基本的に同一である。但し、配向層に対 して異なる材料を使用した点で異なる。この目的のため、２つの基板に、ポリメ チルシルセスキオキサン（エービーシーアール社）の６重量％１−ブタノール溶 液を塗布した。この基板を 4000rpmで20分間スピンコートし、続いて、75℃で16 時間乾燥させた。このようにして得られたポリメチルシルセスキオキサン塗布基 板を、紫外線硬化性の接着剤（ノーランド UV シーラント91、ノーランド物産社 製）により互いに固定した。目的とする、擦られていない基板間距離 2.4μｍは 、直径 2.4μｍの水晶球により保持されるが、この水晶球は２つの基板の内にい ずれか一方への2-プロパノール懸濁液から得られるものである。 このようにして得られたセルを、真空中で昇温（72℃）し、ホフマン・ラ・ロ ッシュ製のDHFLC 材料であるFLC-9848を注入した。この液晶は、任意な構造を示 し、さらに焦円錐曲線構造のスメクチック層を有するため、２つの偏光子間にお いた場合に消光されない（コントラストは約０である）。この液晶材料の配向は 任意であった。比較例11 本比較例のセルは、基本的には例１と同一のものを使用したが、本比較例では 直径 1.6μｍの水晶球（触媒化学工業社製）を用いた。加えて、DHFLC 材として FLC-10150 の代わりに、SSFLC 材の ZLI4655-000（メルク社(Merck社)製）を使 用した。 例１とは異なり、SSFLC 材からなるセルの光学活性層はシェブロン構造を示し た。シェブロン構造はジグザグ欠陥の存在及び形状から決定されたものである。 また、Ｘ線回折パターンもシェブロン・スメクチック層構造に対応したパターン を示した。比較例12 本比較例のセルも、基本的には例１と同一のものを使用したが、本比較例では 直径 1.6μｍの水晶球（触媒化学工業社製）を用いた。加えて、DHFLC 材として FLC-10150 の代わりに、SSFLC 材のCS1014（チッソ社製）を使用した。例１とは 異なり、SSFLC 材からなるセルの光学活性層はシェブロン構造を示した。このシ ェブロン構造の存在はジグザグ欠陥の存在及び形状、並びに光学活性層のＸ線回 折パターンから判明した。 比較例11、12の結果から、SSFLC 材の光学活性層においては、配向層の表面エ ネルギーが異なってもシェブロン構造を除去することはできない。 本発明は、光変調デバイス及び高いコントラストを有するDHFLC 型のディスプ レイを提供するものである。これらの変調デバイスは、対向面上に、電極層及び 配向層が順次積層され、互いに平行に配置されている第１の基板と第２の基板か ら構成されている。本発明の有利な効果は、第１の基板の配向層と第２の基板の 配向層の表面エネルギーが相違する、異なる種類の配向層によって達成される。 なお、この表面エネルギーの差は少なくとも5mN/m である。高い表面エネルギー を有する配向層は、好ましくは擦られたポリイミドから作製され、低い表面エネ ルギーを有する配向層は、好ましくは擦られていないポリメチルシルセスキオキ サンから作製される。このようにして得られた変調デバイスの光学活性層は、傾 斜本棚構造を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．互いに平行に配置されている第１の基板と第２の基板を有し、かつ、これら の基板の対向面上に電極層及び配向層が順次積層され、基板間に歪らせん型強誘 電性液晶を設けた光変調デバイスにおいて、前記第１の基板上の配向層表面エネ ルギーを前記第２の基板上の配向層表面エネルギーと相違させ、その差を少なく とも５mN/mとしたことを特徴とする光変調デバイス。 ２．前記第１の基板上の配向層を少なくとも30mN/mの高い表面エネルギーを有す る材料で造り、かつ前記第２の基板の配向層を多くとも25mN/mの低い表面エネル ギーを有する材料で造ることを特徴とする、請求項１に記載の光変調デバイス。 ３．前記高い表面エネルギーを有する配向層を、擦られたポリイミドから作製す ることを特徴とする、請求項１又は２記載の光変調デバイス。 ４．前記擦られたポリイミドが液晶にプレティルトを誘起することを特徴とする 請求項３に記載の光変調デバイス。 ５．前記低い表面エネルギーの配向層が擦られていないポリメチルシルセスキオ キサンから作製したことを特徴とする、請求項１〜４いずれか一に記載の光変調 デバイス。 ６．前記請求項１〜５のいずれか一に記載の光変調デバイスと、少なくとも１つ の偏光子と、光学活性層の駆動手段とを具えるDHFLC ディスプレイ。