JP2562585B2 - 液晶装置および液晶装置の作製方法 - Google Patents

液晶装置および液晶装置の作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】 『発明の利用分野』 この発明はスメクチック液晶に関するもので、特にそ
の代表例の1つである強誘電性液晶(以下FLCという)
を用いた液晶装置に関し、コントラスト比の向上および
グレースケールの可能化を図り、マイクロ・コンピュー
タ、ワードプロセッサまたはテレビ等の表示部の薄型化
を目的とする液晶装置、さらにディスクメモリ等のメモ
リ装置、スピーカ等の音響機器へ応用する液晶装置の作
製方法に関する。
『従来技術』 従来、スメクチック液晶を用いて液晶装置を作製せん
とする場合、この液晶の一対の基板の内側に一対の電極
を設け、その電極上の液晶側に対称配向膜を設ける方式
が知られている。
しかし、かかる単純マトリックス構造または各画素に
非線型素子が直列に連結されたアクティブ素子構造にお
いては、前記したスメクチック液晶が十分大きいEc(臨
界電界またはスレッシュホールド電界)を有することが
最も重要である。このEcは、液晶が所定の電界以下では
初期の状態(例えば非透過)を保持し、所定の電界以上
においてきわめて急峻に反転し、他の状態(例えば透
過)を呈する現象、およびこの逆に透過より非透過とな
る現象をいう。即ち、このEcはEc+(正に電界を加える
場合に観察される臨界電界)と、逆にEc−(負に電界を
加える場合に存在する電界)とがある。
しかしかかるEc+とEc−はスメクチック液晶において
はきわめてその存在が乏しく、特にカイラルスメクチッ
クC相を発現する液晶においては、この液晶の印加する
パルス電界の電界強度とそのパルス巾との値に大きく依
存している。そのためマトリックス表示においては「AC
駆動法」として知られている駆動方式を用いなければな
らない。即ち、正方向に書き換えんとする時、一度負の
パルスを加え、次に正のパルスを所定の電界強度と時間
とを精密に制御して加える。また逆に、負方向に書き換
えんとする場合も一度正のパルスを加え、次に負のパル
スを所定の電界強度と時間との精密な制御のもとに加え
なければならない。
『発明が解決しようとする問題点』 かくの如きスメクチック液晶であって、特に強誘電性
液晶として用いんとした時、これまでの技術では前記し
た如き「AC駆動法」を用いなければならない。また、表
面安定化したFLC(Surface Stabilized FLCまたはSSFLC
という)技術を用いなければならない。しかしかかる技
術はグレイスケールが出しにくく、表面というきわめて
不安定な面の物性を用いなければならないという大きな
欠点を有していた。このためSSFLC技術を用いない手段
が求められていた。本発明はかかる発明を実効するため
になされたものである。
本発明はかかる強誘電性液晶を用いた場合、液晶それ
自体にEcを有することを求めるのではなくこの液晶と配
向膜(配向処理)とを一体物とみなし、その全体で実質
的に有効なEcを得んとしたものである。
『問題を解決するための手段』 かかる問題を解くため、本発明はEcを決定する要素と
してFLCに密接または実質的に密接(互いに電気的影響
を及ぼしつつも離れている)する一方または双方の配向
処理面の下層(電極側の層)として、または配向膜それ
自体として、自発分極の向きが液晶に近い側を一方の極
(正または負に固定された極)となるべく配設した強誘
電体(以下FEともいう)を設けたものである。そしてこ
のスメクチック液晶の強誘電体の向きを実質的にFEの有
する一方の極の向きにより決めんとするものである。言
い換えれば、SSFLCに示される如く、表面によって決め
られるのではなく、FEのもつ自発分極の向きにより決め
ることができる。
即ち、本発明においてはこのFEを配向処理面下に一方
の向きに自発分極を固定して配設する、または配向膜の
一部にFEを混合(ブレンド)し、かつその自発分極の向
きを固定して下層として用いる。この配向膜部が固定し
た自発分極を有し、かつその平均厚さを5000Å以下、例
えば200〜300Åとする。その結果、FLCがFEのもつ固有
の極の向きより一方の向きを自ら向いている状態を第1
の安定な配向として用いる。さらに次にそれを挟む一対
の電極に加える電圧により他方の逆向きにFLCを配向さ
せることにより、第2の安定な配向として用いる。する
とこの方式はいわゆるSSFLCではなく、固定電荷配向(F
CS即ちFixed Charge Stabilized)方式とする。
その縦断面図の一例を第1図に示す。
第1図において強誘電性液晶(FLC)は間隙(1)に
最終工程で充填される。この図面では、配向膜(2),
(2′),FEを含有する膜(3),(3′),一対を構
成する透光性電極(4),(4′),さらに透光性基板
(5),(5′)を有する。この配向膜(3)または
(3′)の液晶に接する表面の一方をラビングし配向処
理面として用いる。
そして配向膜中に存在するFEは液晶が(1)に充填さ
れた後は、電圧により向きを変えることができないよう
にする。
その工程を略記すると以下の如くである。即ち電極
(4),(4′)を形成の後、その電極の一方または双
方上にこのFEを有機樹脂中にブレンドし、塗布する。そ
して溶融状態またはプリベークがなされている状態で、
この一対の電極間に直流の電圧を印加する。この直流の
高電圧のため、FEの分極した極は一方の向きに配向す
る。
例えば上側の電極(4)が下側の電極(4′)に対し
正の直流電圧が印加されるとFE(3),(3′)は液晶
が充填されるべき空間(1)側にそれぞれ相対的に正及
び負の極が存在する如く配設される。
かくの如く直流の電圧を印加しつつ、これら全体を加
熱し、FEをブレンドした有機樹脂を熱硬化させる。
するとこの結果、FEは液晶の充填される側に一方の極
があるため、次に空間(1)にFLCを充填してもこの向
きはFEの分極の極性に伴って配向することが可能とな
る。
さらに次の工程で、このFEを十分固定した後、再びこ
の一対の基体の一方に対しラビング処理を施し、十分洗
浄した後、この第1図の空間(1)に対し所望のFLCを
充填し液晶装置とする。
本発明においては、電圧を印加しない時にFLCの向き
は自ずから一方に配向するようになる。即ち、FLCは上
側(3)に負極側が、下側(3′)に正極側が、外部よ
り何らの電圧を印加しなくても配向させ得る。
そして他方に配向させる場合には電極間に他方の配向
とするべく電圧を印加させんとするものである。
かかるFEは第1図は(3),(3′)に示したが、そ
の一方(3)のみまたは(3′)のみとしてもよい。ま
た配向膜(2),(2′)と一方または双方はかねて用
いてもよいことはいうまでもない。
『作用』 その結果、これを大面積またはマトリックス構成とせ
しめた場合でも、このFEの固定分極電荷配向によりFLC
の充填プロセスに対し大きなマージンをもって作ること
ができる。また他方の向きにFLCを再配向させるのに加
える電圧は、上側電極(4)を負の電極とすればよく、
その場合、FLCにとってはFEの固定分極によって発生
する電界との差で行わしめるため、これまでのSSFLC方
式ではまったく不可能であったグレースケールの成就の
可能性すら有する。
以下に本発明の実施例を示す。
『実施例1』 第1図は本発明の構成の縦断面図である。
図面において、ガラス基板(5),(5′)上に透明
導電膜(4),(4′)、例えばITO(酸化インジュー
ム・スズ)、さらにこの一方の上面に第1のFEを含有す
る有機膜(3)および配向膜(2)を設けた。他方、他
の電極(4′)の上面に第2のFEを有する膜(3′)お
よび配向膜(2′)を設けた。
即ちFEとしてここでは有機物を用いた。例えばビニリ
デンフロライド(CH2CF2)n)(VDFという)にトリフ
ロロエチレン(TrFE)を重合し、コポリマとして用い
た。これをスピン法にて電極上に添加し薄膜とするた
め、これを10重量%メチル・エチル・ケトン溶液にとか
した。さらにFEを固定分極させるため、ポリイミド系の
樹脂にブレンドを行った。スピンコートすると、この薄
め方とスピナの回転スピードに従って、FEを含むブレン
ド有機物(3),(3′)の厚さを制御できる。
これのプリベークを約70℃で行った。さらにこれらを
一体化した基体を一定の間隔をおいて他の基体と配向せ
しめ、ここに約20〜100V例えば50Vの電圧を全体に印加
し、膜(3),(3′)中のFEが一方の極に分極すべく
行った。
この後、この有機樹脂膜内の不要溶液を加熱気化除去
かつ熱硬化を行った。本発明においては、この有機物
(3),(3′)の表面をより滑らかにするため、さら
にこのFE上に対しポリイミド配向膜(2)をきわめて薄
く形成した。さらにこの一方に対してラビング処理を施
し、配向させ、配向膜部(6)とした。他の電極上には
同様のポリイミド配向膜(2′)を形成させ、他の配向
膜部(6′)とした。この側の表面に対しては、ラビン
グ処理を施すことを省略し非対称配向膜とした。
次にこの配向膜が形成された一対の基板の周辺部を互
いに封止(図示せず)し、公知の方法にてFLCを充填し
た。このFLCは、例えばエステル系とビフェル系のFLC1:
1のブレンド品を用いた。又例えば特開昭56−107216、
特開昭59−98051、特開昭59−118744に示される液晶を
用いてもよい。
本実施例において、固定分極を成就するためのFEとブ
レンドする有機樹脂およびその上の配向膜または配向処
理面下の有機樹脂としてポリイミドを用いたが、他の物
質(例えばナイロン)でもよい。またこれらの被膜の形
成方法として、他の形成方法(例えばスパッタリング
法、DIP法、スクリーン印刷法等)でも可能である。
かかるセルの各ピクセルの電極は1mm×1mmとし、2×
2のマトリックス構成させた。電圧をまったく印加しな
い時(OVの時)系のすべてのピクセルは黒の非透過(偏
向膜の配設向きによりすべて透過も可)となった。そし
て分極の向きと異なる電圧例えば+20Vの電圧を第2の
電極(4′)に加えた。するとこの電圧を加えた部分の
み透過となった。また電圧を0とすると非透過となっ
た。即ち電圧を0または正(または分極の向きにより0
または負の電極)即ちー極性電圧でもFLCの動作が可能
であることが判明した。
第3図(A)は縦軸に透過率(フォトマルで電気信号
に変換)、横軸に印加時間を示している。また第3図
(B)はそれに対応して一定の電圧(+20V83μ秒)を
間歇的(17m秒毎)に加えた場合(領域(10),(1
0′))と加えない場合(領域(11))とを示してい
る。すると第3図(B)の如く、電圧を0とすると領域
(11)で第3図(A)の如く非透過(15)となり、また
電圧を直流のみならずACパルスを加えた(領域(10))
場合でもそのパルス巾および高さを制御すれば透過状態
(第3図(A)(16))を成就できることが判明した。
図面においてオンからがオフに移る速度が少し遅い
が、これは液晶の改良により可となると推定できる。ま
たオフにする際、FLCの再配列を助けるべく若干逆の電
圧を加えてもよい。さらにFEの固定分極の値を大きくす
ればよい。
そしてかかるー極性駆動方式(液晶装置に0および
正、または0および負の電圧を印加させることにより、
液晶を駆動する方式)により、例えば720×480画素を有
する大面積のディスプレイに対してもまったくクロスト
ークのない表示をさせることが可能となり得る。
またFE膜は、一般に化学的に不安定で、溶媒や液晶自
身により分解または溶解する可能性があるが、本発明の
ように配向膜中または配向処理面の有機物中に固定分極
方式のFEを設けることによりこれまで動作不安定なSSFL
Cを避けて駆動させることが可能となった。
『効果』 本発明は以上に示す如く、固定分極化した強誘電体を
配向膜の一部とし、それを一方または双方に配設したも
のである。そのためより一層Ecの明確な液晶装置を得る
ことができた。
またFE膜上の配向膜は液晶を配向させるだけではな
く、化学的に不安定なFE膜を実質的に覆う保護膜として
機能している。
またこの強誘電体(FE)は第1図の電極等の上のみに
選択的に形成しても、また電極を含む全面に形成しても
よい。
この液晶装置は単にディスプレイのみならずスピー
カ、プリンタまたはディスクメモリ、イメージセンサ用
のシャッタに対しても適用でき、スメクチック液晶の光
学異方性の適用可能な製品に適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の液晶装置の縦断面図である。 第2図は本発明で得られた結果の一例を示す。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の基板と、 透光性を有する第2の基板と、 前記第1および第2の基板の間に配置された液晶層と、 前記第1および第2の基板に設けられたストライプ状の
    電極と、 前記基板の少なくとも一方の内側に設けられた強誘電性
    薄膜とを有し、 前記強誘電性薄膜は、有機樹脂と強誘電性物質との混合
    物でなり、双極子モーメントが前記基板に垂直に固定さ
    れていることを特徴とする液晶装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記強誘
    電性薄膜は配向処理されていることを特徴とする液晶装
    置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項において、前記強誘
    電性物質は、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレ
    ンでなる重合体であることを特徴とする液晶装置。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項において、前記液晶
    層は強誘電性液晶であることを特徴とする液晶装置。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項において、前記強誘
    電性薄膜のしきい値は、前記液晶層のしきい値より大き
    いことを特徴とする液晶装置。
  6. 【請求項6】基板上に強誘電性物質と有機樹脂とでなる
    混合物を塗布して薄膜を形成する工程と、 前記薄膜に対し、前記基板に対して垂直な方向に電界を
    印加する工程と、 前記薄膜を硬化する工程と、 前記基板を対向基板と貼り合わせる工程と、 前記基板間に液晶層を配置する工程とでなることを特徴
    とする液晶装置の作製方法。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第6項において、前記基板
    上に電極を配置する工程を有することを特徴とする液晶
    装置の作製方法。
  8. 【請求項8】特許請求の範囲第7項において、前記塗布
    する工程は、前記強誘電性物質と有機樹脂とを溶媒で希
    釈して、前記基板上に薄膜状に塗布し、焼成により溶媒
    を除去して実施されることを特徴とする液晶装置の作製
    方法。
  9. 【請求項9】特許請求の範囲第6項において、前記電界
    印加工程は、一対の基板間に配置された一対の電極に、
    電圧を印加して行われることを特徴とする液晶装置の作
    製方法。
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