JPH01145627A - 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、強誘電性スメクチック液晶の電気光学効果を
利用する強誘電性液晶表示素子に関するものである。

従来の技術 強誘電性液晶は、従来から液晶表示素子に用いられてい
るネマチック液晶と比較して非常に高速な電界応答性や
、電界が加わっていない状態でも表示状態を保持するメ
モリ効果など、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製すれば、単純マトリクス駆
動方式で大型画面の表示素子が実現可能であるといわれ
ている。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、盛んに行われている。

液晶材料や駆動方法と並んで表示素子を作製する上で最
も重要な技術のひとつに、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。そのため、種々の配向方法が提案
されている。とくに、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、カイラルＳ
ｍＣと略記する）液晶をギヤツブ数μｍ以下の非常に薄
いセル内に封入したもので、電界による複屈折の変化を
利用する５ＳＦＬＣ型の素子について、以下のような配
向方法が提案されている。たとえば、シェアリング法、
エピタキシャル成長法〈温度勾配法）、Ｓｉｏ等の斜方
蒸着法、ラビング法等である。その他、磁場によって液
晶を配向させる方法が知られているが、この方法は液晶
相が数１００μｍ以上の厚い場合に有効であり、ギヤツ
ブ数μｍ以下の５ＳＦＬＣ型の素子の配向には適用でき
ない。

上記の配向方法のうち、シェアリング法は、すり応力を
加えることによって、応力を加えた方向に液晶を配向さ
せる方法である。この方法は、操作が難しいばかりでな
く、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、一般の表示素子に必要な
、さらに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、基板表面にＳｉＯなどを斜め方向から蒸
着することによって得られる特異形状を持った表面によ
り、液晶を配向させる方法である。蒸着角を８０’以上
に太き（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、このような素子では、液晶分子が大きなプレ
チルト角を有するため、電界と自発分極の方向のずれが
太きく、電界応答速度が遅くなるという問題点をもって
いる。また、配向処理の工程に長時間を要し、蒸着装置
を必要とするため製造コストも高くなり、大面積の配向
処理も困難である。

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
布などで一定方向に擦ることによって、液晶配向処理を
行うものである。この方法はネマチック液晶の配向法と
しては、大きな成功をもたらした。しかし強誘電性スメ
クチック液晶の配向方法としては、次のような問題点を
有している。

一つは、大面積にわたって欠陥のない強誘電性スメクチ
ック液晶相の均一配向（モノドメイン）を得ることがで
きないことである。もう一つは、メモリ角が小さく（＜
１０”）、完全な双安定メモリ効果が得られないことで
ある。このことは、液晶分子が膜表面のの強い配向規制
力を受け、電界ＯＦＦ時にはラビング方位へ戻ってしま
うことによる。つまり、厚みの薄い５ＳＦＬＣ素子にお
いて、大きな基板表面全体に渡ってセル厚方向に強い配
向規制力を付与すると、表面効果が強すぎて、層法線方
向から分子長軸がチルトした本来のＳｃ”構造をとるこ
とができない。その結果、液晶相に内部歪みが発生して
配向欠陥を生じ、同時に完全な双安定性も得られない。

エピタキシャル成長法は、一軸配向性の表面を用いてセ
ルの側面方向から結晶成長的にモノドメインを得る方法
であり、補出らにより提案された（ジャパニーズジャー
ナルオブアプライドフィジックス（Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐ
ｉ、Ｐｈｙｓ、）、２２　（１９８３）Ｌ８５−８７．
）。彼らは延伸ＰＥＴフィルムを延伸方向に沿って切り
出した表面が液晶配向性を持つことを示している。

発明が解決しようとする問題点 この方法を用いてモノドメイン化できる領域は、通常エ
ピタキシャル成長源から数１００μｍ程度離れた領域ま
でである。そこで、普通液晶表示素子に必要な、さらに
大きな面積を均一配向させるためには、モノドメイン化
が可能なある短い間隔以下でエピタキシャル成長源を設
ける必要がある。しかし、表示品位を低下させることな
く、短い間隔で必要な位置に延伸ＰＥＴフィルムのエピ
タキシャル成長源を多数設置することは不可能である。

問題点を解決するための手段 フォトリソグラフ工程によりパターニングされた一軸配
向性のポリイミドの側表面を、液晶配向のためのエピタ
キシャル成長源として用いて強誘電性スメクチック液晶
表示素子を作製する。

作用 ポリイミド膜はＴＮ素子等のネマチック液晶を用いた液
晶表示素子の配向膜として広く用いられており、せん断
応力を加えることによって液晶を一軸配向させることが
知られている。この場合、液晶はポリイミド膜表面の一
軸配向した高分子鎖に沿って配向すると考えられる。ポ
リイミドはフォトレジストと組み合わせたり、または分
子内に感光性基をもつ場合は単独でも、フォトリソグラ
フ工程によって、正確に必要な位置に、必要な間隔でパ
ターン形成が可能である。そこでフォトリソグラフ工程
によって形成したパターンの側表面に一軸配向性を付与
しておけば、これをエピタキシャル成長源として用いて
、大面積均一配向の強誘電性スメクチック液晶表示素子
を作製することができる。

実施例 本発明は、フォトリソグラフ工程によりパターニングさ
れたポリイミドの一軸配向性の表面を液晶配向のための
エピタキシャル成長源として用いることを特徴とする。

ポリイミドとしては、ポリアミド酸ワニスを塗布後、熱
処理によってイミド化させる熱硬化型ポリイミド、溶剤
に可溶で最初からイミド化した状態で塗布し、膜を形成
する可溶性ポリイミドの両方が使用可能である。ポリイ
ミド膜の上にフォトレジストの膜を形成し、フォトマス
クを用いて露光し、現像後必要に応じて適当なエツチン
グ処理を行えば、数μｍ以下の解像度でポリイミドのパ
ターニングが可能である。又、東しセミコパイン等の感
光性ポリイミドを用いれば、別にフォトレジストを用い
な（でもパターン形成が可能である。

ポリイミドのパターンは、例えば表示用のマトリクス電
極パターンにおいて、上下基板の電極の重なりのない部
分に形成すれば表示の妨げとならない。表示コントラス
トを高めるために、この部分を必要に応じて遮光するこ
ともできる。

強誘電性カイラルＳｍＣ相には、温度を下げると等方性
液体相（■相）から直接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。は
とんどカイラルＳｍＣ液晶は、高温側でコレステリック
相（Ｃａ相）またはスメクチックＡ相（ＳｍＡ相）を経
由して、以下に示すようにカイラルＳｍＣ相に転移する
。

ａ）ｒ−＋Ｃｈ−＋カイラルＳ　ｍ　Ｃｂ）Ｉ−＋Ｃｈ
−＋ＳｍＡ−”カイラルＳ　ｍ　Ｃｃ）Ｉ−＊ＳｍＡ−
＋カイラルＳ　ｍ　Ｃａ）、ｂ）のようにｃｈ相を経由
するものは、Ｃａ相のらせんピッチがセルのギャップに
比べて充分長い場合に、比較的良好な配向が得られると
いわれている。本発明においても、カイラルＳ　ｍ　Ｃ
相の高温側にＳ　ｍ　Ａ相またはｃｈ相をもつ方が好ま
しい。

液晶をエピタキシャル成長法によって均一配向できる範
囲は普通成長源から１ｍｍ以下であり、ポリイミドパタ
ーンは１ｍｍ以下の間隔で配置することが好ましい。

より広い領域を均一配向させるためには、エピタキシャ
ル成長を行う降温過程において、素子の横方向、即ちエ
ピタキシャル成長成長方向に温度勾配をつけることが有
効である。また、より良好な均一配向を得るために磁場
または電場の印加も有効である。

以下に具体的な実施例をもって本発明の説明を行う。

実施例１ 第１図に示したセル構造を有する液晶表示素子を、以下
に示したように作製した。まず、表面に５００Ａ厚のＳ
ｉＯ２膜３を形成したＩＴＯ電極２を有するパイレック
スガラス基板１の上に、日立化成株式会社製ポリイミド
ＰＩＸ−５４００の１１ｗｔ％ＮＭＰ溶液を４００Ｏｒ
ｐｍでスピンコートし、１５０℃で３０分間仮硬化して
、膜厚約１．５μｍのポリイミド膜を得た。このポリイ
ミドは熱硬化型のポリイミドである。

このようにして形成したポリイミド膜上に、さらにベキ
スト社製ポジ型フォトレジストＡＺ１３５０Ｊ／ＳＦを
スピンコードにより塗布し、８５℃でブレベークした。

膜厚は１．５μｍであった。線幅２０μｍ、パターン間
隔５０μｍのストライブ状のフォトマスクを用いて、高
圧水銀ランプで１５ｍＪ／ｃ＋ｊの光を照射した。次に
０．６．ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液に２分間浸漬
し、フォトレジストの露光部分と同時に、露光部の下の
部分のポリイミドを取り除いた。

未露光部分のフォトレジストを酢酸ｎ−ブチルに溶かし
て除去し、残ったポリイミド膜を２５０℃で３０分間本
硬化した。このようにしてポリイミドのストライブ状の
パターン５を形成した基板を、さらにアセトンで超音波
洗浄した後、ナイロン不織布を用いてストライブと平行
方向にラビング処理を施した。この基板と表面に５００
Ａ厚のＳｉＯ２膜６を形成したＩＴＯ電極７を有するパ
イレックスガラス基板８貼り合わせた。

次に、強誘電性液晶９として、チッソ社製強誘電性液晶
Ｃ５−１０１５を、この液晶の透明点より高温の約９５
℃の温度で注入した後、周囲をシール樹脂で封止し液晶
表示素子を作製した。

用いたＣ８−１０１５は次のような相転移を起こす液晶
材料である。

等吉相→ｃｈ相→ＳｍＡ相→カイラルＳｍＣ相７８℃　
　６８℃　　　５７℃ この素子を７０℃に冷却すると液晶はｃｈ相を示し、偏
光顕微鏡を用いて観察した結果、液晶分子はｃｈ相にお
いて、ラビング方向に沿った均一なホモジニアス配向を
していることが確認できた。その後、この素子を０６５
℃／　ｍ　ｉ　ｎの降温速度で室温まで徐冷した。

このようにして作製した液晶表示素子を素子Ａとする。

比較例として、ＩＴＯ電極を有するガラス基板上に、東
し社製ポリイミド５Ｐ−７１０をスピンコードによって
塗布した後、３００℃で３０　ｍ　ｉｎ熱処理して、膜
厚５００Ａの有機高分子膜を形成した。ラビング処理以
下は実施例１とまった（同様にしてＣ５−１０１５を封
入し、０．５℃／ｍ　ｉ　ｎの降温速度で室温まで徐冷
して第１図に示された構成を有する液晶表示素子を作製
した。

このようにして作製した液晶表示素子を素子Ｂとする。

素子Ａおよび素子ＢについてカイラルＳ　ｍ　Ｃ相にお
けるチルト角、メモリ性の有無を表１に示した。

表１ 実施例の素子Ａは、カイラルＳｍＣ相において、ポリイ
ミドパターンの間の５０μＩの領域で均一配向が達成さ
れていた。しかし、比較例の素子Ｂではジグザグ欠陥が
見られ、均一配向は得られなかった。また、表１から明
らかなように、素子Ａは素子Ｂと比べてチルト角が太き
（、メモリ性の点でも優れていることが分かる。

実施例２ 表面に５００Ａ厚のＳｉＯ２膜を形成したＩＴＯ電極を
有するパイレックスガラス基板の上に、日本合成ゴム製
ポリイミドＰＩＸ−５４００の１０ｗｔ％γ−ブチロラ
クトン溶液を３００Ｏｒ　ｐｍでスピンコードし、１０
０℃で３０分間加熱製膜して、膜厚約１．６μｍのポリ
イミド膜を得た。このポリイミドは可溶性ポリイミドで
ある。

このようにして形成したポリイミド膜上に、さらにベキ
スト社製ポジ型フォトレジストＡＺ１３５０Ｊ／ＳＦを
スピンコードにより塗布し、８５℃でプレベークした。

膜厚は１．５μｍであった。

実施例１と同様、線幅２０μｍ、パターン間隔５０μｍ
のストライブ状フォトマスクを用いて、高圧水銀ランプ
で１５　ｍ　Ｊ　／　ｃ＋Ｊの光を照射した。次に０．
６ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液に２分間浸漬し、フ
ォトレジストの露光部分と同時に、露先部の下の部分の
ポリイミドを取り除いた。

未露光部分のフォトレジストを酢酸ｎ−ブチルに溶かし
て除去し、残ったポリイミド膜を２００℃で３０分間加
熱した。このようにしてポリイミドのストライプ状パタ
ーンを形成した基板を、さらにアセトンで超音波洗浄し
た後、ナイロン不織布を用いてストライブと平行方向に
ラビング処理を施した。この基板と表面に、５００Ａ厚
のＳｉＯ２膜を形成したＩＴＯ電極を有するパイレック
スガラス基板貼り合わせた。

次に、強誘電性液晶として、チッソ社製強誘電性液晶Ｃ
３−Ｔ９０６を、この液晶の透明点より高温の約９５℃
の温度で注入した後、周囲をシール樹脂で封止し液晶表
示素子を作製した。この素子を０．５℃／　ｍ　ｉ　ｎ
の降温速度で室温まで徐冷した。

用いたＣ３−Ｔ９０６は次のような相転移を起こす液晶
材料である。

等吉相→ＳｍＡ相→カイラルＳｍＣ相 ６８℃　　　５８℃ このようにして作製した液晶表示素子を素子Ｃとする。

素子ＣのカイラルＳ　ｍ　Ｃ相におけるチルト角は２３
°であり、メモリ性も良好であった。また、ポリイミド
パターンの間の領域で液晶は均一配向していた。

実施例３ 表面に５００Ａ厚のＳｉＯ２膜を形成したＩＴＯ電極を
有するパイレックスガラス基板の上に、日立化成株式会
社製ポリイミドＰＩＸ−５４００の１１ｗｔ％ＮＭＰ溶
液を４００Ｏｒｐｍでスピンコードし、１５０℃で３０
分間仮硬化して、膜厚的１．５μｍのポリイミド膜を得
た。このポリイミドは熱硬化型のポリイミドである。

このようにして形成したポリイミド膜上に、さらにベキ
スト社製ポジ型フォトレジストＡＺ１３５０Ｊ／ＳＦを
スピンコードにより塗布し、８５℃でブレベークした。

膜厚は１．５μｍであった。線幅２０μｍ、パターン間
隔１５０μｍのストライプ状のフォトマスクを用いて、
高圧水銀ランプで１５ｍＪ／ｃ＋７の光を照射した。次
に０．６ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液に２分間浸漬
し、フォトレジストの露光部分と同時に、露光部の下の
部分のポリイミドを取り除いた。

未露光部分のフォトレジストを酢酸ｎ−ブチルに溶かし
て除去し、残ったポリイミド膜を２５０℃で３０分間本
硬化した。このようにしてポリイミドのストライプ状の
パターンを形成した基板を、さらにアセトンで超音波洗
浄した後、ナイロン不織布を用いてストライブと平行方
向にラビング処理を施した。この基板と表面に５００Ａ
厚のＳｉＯ２膜を形成したＩＴＯ電極を有するパイ、レ
ックスガラス基板貼り合わせた。

次に、強誘電性液晶として、チッソ社製強誘電性液晶Ｃ
８−７９０６を、この液晶の透明点より高温の約９０℃
の温度で注入した後、周囲をシール樹脂で封止し液晶表
示素子を作製した。この素子を横方向に２℃／　ｃｍの
温度勾配をつけながら０．５℃／ｍｉｎの降温速度で室
温まで徐冷した。このようにして作製した素子りのカイ
ラルＳｍＣ相におけるチルト角は２３°であり、メモリ
性も良好であった。また、約１５０μｍのポリイミドパ
ターンの約１５０μｍ間隔の領域で液晶は均一配向して
いた。

発明の効果 本発明によれば、フォトリソグラフ工程によりパターニ
ングされた一軸配向性のポリイミドの側表面を、液晶配
向のためのエピタキシャル成長源として用いることで、
大面積の均一配向が可能となった。また、本発明の強誘
電性液晶素子は基板表面全体をラビング膜とした素子と
比べても、配向性、メモリ性ともに優れている。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の液晶表示素子の一実施例における液晶表
示素子の構成を表す断面図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）フォトリソグラフ工程によりパターニングされた
   一軸配向性のポリイミドの側表面を、液晶配向のための
   エピタキシャル成長源として用いたことを特徴とする強
   誘電性液晶表示素子。
2. （２）一軸配向処理がポリイミドの側表面にせん断応力
   を加えることによって施されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の強誘電性液晶表示素子。
3. （３）エピタキシャル成長源としてのポリイミドパター
   ンの間隔が１ｍｍ以下であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の強誘電性液晶表示素子。
4. （４）ポリイミドパターンが液晶パネルのギャップをと
   るためのスペーサとしても利用されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の強誘電性液晶表示素子。
5. （５）強誘電性液晶がカイラルスメクチックＣ液晶であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の強誘
   電性液晶表示素子。
6. （６）ポリイミドパターン部分以外の液晶に接する表面
   部分が、液晶非配向性の表面であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の強誘電性液晶表示素子。
7. （７）ポリイミド側表面の一軸配向処理がラビング法に
   よって施されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載の強誘電性液晶表示素子。