JP3083017B2 - Liquid crystal element and manufacturing method thereof - Google Patents
Liquid crystal element and manufacturing method thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置や液晶光
シャッター等に用いられる液晶素子、特に強誘電性液晶
素子及びその製造方法に関し、詳しくは強誘電性液晶の
電気光学応答におけるヒステリシスと不安定性を改善す
ることにより階調表示性能を向上させた液晶素子及びそ
の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal device used for a liquid crystal display device or a liquid crystal optical shutter, and more particularly to a ferroelectric liquid crystal device and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a liquid crystal element having improved gradation display performance by improving instability, and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用
して偏光子との組み合わせにより透過光量を制御する型
の表示素子がクラーク(Clark)およびラガーヴァ
ル(Lagerwall)により特開昭56−1072
16号公報や米国特許第4367924号明細書等で提
案されている。この強誘電性液晶は、一般に特定の温度
領域において非螺旋構造のカイラルスメクティックC相
(SmC*相)ないしH相(SmH*相)を呈し、これら
の相状態において、印加される電界に対して第一の光学
的安定状態と第二の光学的安定状態のいずれか一方の状
態をとり、かつ電界を取り外してもその状態を保持する
性質、即ち双安定性を有する。さらに、強誘電性液晶は
電界の変化に対する応答が速やかであるという特徴を有
することから、単純マトリクス駆動可能な高速駆動の記
憶型表示媒体として大画面で高精細な表示装置への応用
が期待されている。2. Description of the Related Art A display device of the type in which the amount of transmitted light is controlled in combination with a polarizer by utilizing the refractive index anisotropy of ferroelectric liquid crystal molecules is disclosed by Clark and Lagerwall in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-163, 1988. 56-1072
No. 16 and U.S. Pat. No. 4,367,924. In general, the ferroelectric liquid crystal exhibits a chiral smectic C phase (SmC * phase) or an H phase (SmH * phase) having a non-helical structure in a specific temperature range. It has one of the first optically stable state and the second optically stable state, and has the property of maintaining that state even when the electric field is removed, that is, has bistability. Furthermore, since the ferroelectric liquid crystal has a feature that it responds quickly to changes in the electric field, it is expected to be applied to a large-screen, high-definition display device as a high-speed storage storage medium capable of simple matrix driving. ing.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、強誘電
性液晶素子は異なる2つの安定状態間を外部電界により
スイッチングさせることを特徴としている。したがっ
て、そのスイッチング(駆動)特性を安定で再現性良い
ものとする必要がある。しかしながら、強誘電性液晶の
スイッチング過程では、外部電界印加直後の素子の強電
緩和過程、自発分極Psの反転過程、強誘電性液晶中な
いし配向膜中の不純物イオンの変位過程、外部電界オフ
後の素子の強電緩和過程、反転した自発分極Psの安定
化(ラッチ)過程、不純物イオンの緩和過程等、様々な
時間領域での緩和現象が互いに干渉し合って複雑な時定
数系を構成している。As described above, the ferroelectric liquid crystal element is characterized by switching between two different stable states by an external electric field. Therefore, it is necessary to make the switching (drive) characteristics stable and have good reproducibility. However, in the switching process of the ferroelectric liquid crystal, the process of relaxing the strong electric current of the device immediately after the application of the external electric field, the process of reversing the spontaneous polarization Ps, the displacement process of the impurity ions in the ferroelectric liquid crystal or the alignment film, and the process of turning off the external electric field Relaxation phenomena in various time regions, such as a strong electric current relaxation process of the element, a stabilization (latch) process of the inverted spontaneous polarization Ps, and a relaxation process of impurity ions, interfere with each other to form a complex time constant system. .
【0004】また、強誘電性液晶に電界を印加するため
の電極と液晶を配向させるための配向膜との界面、及び
配向膜と強誘電性液晶層との界面には、電子、イオン等
の電荷に対する障壁、トラップ準位が存在している。こ
れらの結果、強誘電性液晶素子の電気光学特性は、その
直前に書き込まれていた表示状態に起因した内部電場を
履歴として保存しやすいため、前状態が白状態である場
合と黒状態である場合とで書き込みしきい値電圧が異な
り、いわゆるヒステリシスや安定性を生じることがあ
る。したがって、単純マトリクス駆動によって二値表示
(白・黒)を行なう場合、非選択時に印加される電圧値
と選択時に印加される電圧値の差(駆動マージン)の範
囲内にその変動量(ヒステリシス)を押さえ込むことが
必要である。Further, an interface between an electrode for applying an electric field to the ferroelectric liquid crystal and an alignment film for aligning the liquid crystal and an interface between the alignment film and the ferroelectric liquid crystal layer are provided with electrons, ions and the like. There is a barrier to charges and a trap level. As a result, the electro-optical characteristics of the ferroelectric liquid crystal element can be stored in the white state and the black state in the previous state because the internal electric field caused by the display state written immediately before can be easily stored as a history. In some cases, the write threshold voltage differs, and so-called hysteresis or stability may occur. Therefore, when binary display (white / black) is performed by simple matrix driving, the amount of change (hysteresis) within the range of the difference (drive margin) between the voltage value applied when not selected and the voltage value applied when selected is selected. It is necessary to hold down.
【0005】一方、強誘電性液晶素子を単純マトリクス
駆動により階調表示する一つの方法には、一画素内での
スイッチング領域の面積を書き込み印加電圧ないし印加
パルス幅変調によって変化させることにより一画素内で
の透過率を調整するドメイン面積階調がある。この場
合、透過率最小(全黒状態)から透過率最大(全白状
態)までの電圧ないしはパルス幅の範囲に適度なしきい
値分布を持たせることが必要であり、一画素内の電界の
分布を付ける電位勾配やセル厚勾配、反転ドメインの核
となる部位を修飾しておく方法などの手法がある。しか
しながら、このような階調駆動の場合、二値表示のよう
に駆動マージンを利用して変動を押さえ込むという方法
は適用できない。よってある特定の書き込み電圧あるい
はパルス幅に対し常にある特定の中間調が得られなけれ
ばならず、理想的にはヒステリシスや不安定性は完全に
除去する必要がある。言い換えれば、表示可能な階調数
は、ヒステリシス・不安定性の量によって制限されるこ
とになる。On the other hand, one method of displaying a gray scale of a ferroelectric liquid crystal element by simple matrix driving is to change the area of a switching region in one pixel by applying a writing applied voltage or an applied pulse width modulation. There is a domain area gradation that adjusts the transmittance inside. In this case, it is necessary to provide an appropriate threshold distribution in the range of the voltage or the pulse width from the minimum transmittance (all black state) to the maximum transmittance (all white state), and the distribution of the electric field in one pixel is required. There are techniques such as a potential gradient, a cell thickness gradient, and a method of modifying a nucleus of an inversion domain. However, in the case of such gradation driving, a method of suppressing fluctuations using a driving margin as in binary display cannot be applied. Therefore, a specific halftone must always be obtained for a specific write voltage or pulse width, and ideally, hysteresis and instability must be completely removed. In other words, the number of gray levels that can be displayed is limited by the amount of hysteresis / instability.
【0006】以上の詳述した技術課題を解決するため
に、駆動波形中に一度完全に黒状態にするリセットパル
スを印加する方法、強誘電性液晶の自発分極に起因して
生じる反電場効果を低減するために導電性配向膜を用い
ることなどが考案されているが、これら単独もしくは複
合して用いてもヒステリシス低減には依然として限界が
あり階調表示特性の向上に制限を与えている。[0006] In order to solve the above-mentioned technical problems, a method of applying a reset pulse for making a complete black state once during a driving waveform, and an anti-electric field effect caused by spontaneous polarization of a ferroelectric liquid crystal are considered. Although the use of a conductive alignment film has been devised to reduce this, even if these are used alone or in combination, there is still a limit in reducing the hysteresis, which limits the improvement in gradation display characteristics.
【0007】(発明の概要)本発明は、以上述べた技術
的課題に鑑みなされたものであり、広い面積にわたって
高密度画素を簡易に作成し、また駆動するに適した液晶
素子を提供することにある。(Summary of the Invention) The present invention has been made in view of the above technical problems, and provides a liquid crystal element suitable for easily forming and driving high-density pixels over a wide area. It is in.
【0008】本発明の別の目的は、スイッチング過程に
おけるヒステリシスや残像現象を抑制できる液晶素子を
提供することにある。Another object of the present invention is to provide a liquid crystal element which can suppress a hysteresis and an afterimage phenomenon in a switching process.
【0009】更に、本発明の他の目的は階調駆動を行う
に適した液晶素子を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a liquid crystal element suitable for performing grayscale driving.
【0010】[0010]
【0011】又、本発明の目的は強誘電性液晶と、この
強誘電性液晶に間に保持して対向するとともに、その対
向面にはそれぞれ強誘電性液晶に電圧を印加するための
電極が形成され、かつ強誘電性液晶を配向させるための
一軸配向処理が施された一対の基板とを備え、配向状態
における強誘電性液晶が少なくとも2つの安定状態を示
す液晶素子であって、該一軸配向処理が導電性高分子膜
をラビングしたものであり、該液晶素子には休止時間中
に直流電圧もしくは直流電圧成分を含む交流電圧を該液
晶素子に印加するための手段が付設されていることを特
徴とする液晶素子により達成される。It is another object of the present invention to provide a ferroelectric liquid crystal and an electrode for applying a voltage to the ferroelectric liquid crystal on the opposing surface while holding the ferroelectric liquid crystal therebetween. A pair of substrates formed and subjected to a uniaxial alignment process for aligning the ferroelectric liquid crystal, wherein the ferroelectric liquid crystal in the alignment state shows at least two stable states, The alignment treatment is performed by rubbing a conductive polymer film, and the liquid crystal element is provided with means for applying a DC voltage or an AC voltage including a DC voltage component to the liquid crystal element during a pause. This is achieved by a liquid crystal element characterized by the following.
【0012】[0012]
【作用】本発明によれば、ラビング処理した導電性高分
子膜を配向膜として用い、直流電圧又は直流電圧成分を
含む交流電圧を印加することにより、ヒステリシスを抑
制した液晶素子を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal device in which hysteresis is suppressed by using a rubbed conductive polymer film as an alignment film and applying a DC voltage or an AC voltage including a DC voltage component. it can.
【0013】(好適な実施態様の説明)以下に本発明の
一実施態様について説明する。(Description of the Preferred Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below.
【0014】強誘電性液晶表示素子の階調駆動時に観測
されるヒステリシスと不安定性は、素子の電界印加方向
における電荷分布の片寄りによって生じる電場(反電
場)が1つの原因と考えられている。図1に示すよう
に、強誘電性液晶の自発分極が下向き(Ps−dow
n)の場合の表示が黒、上向き(Ps−up)の場合が
白とすると、それぞれの表示状態で強誘電性液晶の自発
分極がつくる内部電界の方向が異なる。この内部電界を
打ち消すために素子中の様々な電荷例えば液晶中、配向
膜中の不純物イオン、界面近傍のの捕獲電荷等が移動
し、反電場の原因となる。一般に、強誘電性液晶素子の
階調駆動は書き込みを行なう直前にその前の表示履歴を
一度リセットするためのパルスを印加するが、このパル
スは表示上のちらつき等を考慮すると300μsec程
度以下とする必要がある。しかしながら、上述の素子中
の電界移動の緩和時間は数百msec〜数secと30
0μsecより長い為、電荷の偏在を完全にリセットす
ることは難しい。It is considered that the hysteresis and instability observed during gradation driving of a ferroelectric liquid crystal display element is caused by an electric field (anti-electric field) generated by a bias of a charge distribution in an electric field application direction of the element. . As shown in FIG. 1, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is downward (Ps-dow).
Assuming that the display in the case of n) is black and the display in the upward direction (Ps-up) is white, the direction of the internal electric field generated by the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal differs in each display state. In order to cancel the internal electric field, various charges in the device, such as liquid crystal, impurity ions in the alignment film, and trapped charges in the vicinity of the interface move, causing an anti-electric field. Generally, in the gradation driving of the ferroelectric liquid crystal element, a pulse for once resetting the display history immediately before writing is applied, but this pulse is set to about 300 μsec or less in consideration of flicker on display. There is a need. However, the relaxation time of the electric field movement in the above-described device is several hundred msec to several sec, and
Since it is longer than 0 μsec, it is difficult to completely reset the uneven distribution of charges.
【0015】一方、配向膜として導電性の高分子を用い
ることで反電場を低減することができる。これは、配向
膜を低インピーダンスにすることにより、強誘電性液晶
と配向膜との界面への外部からの電荷供給が可能になる
ので電荷の偏在が速やかに緩和されるためと考えられ
る。しかしながら、単に導電性配向膜を用いた場合で
も、ヒステリシス・不安定性を除去することは充分では
ない。On the other hand, by using a conductive polymer as the alignment film, the anti-electric field can be reduced. This is presumably because the low impedance of the alignment film makes it possible to supply charges from the outside to the interface between the ferroelectric liquid crystal and the alignment film, so that the uneven distribution of the charges is quickly alleviated. However, even when a conductive alignment film is simply used, it is not sufficient to remove hysteresis and instability.
【0016】そこで、本発明では、この導電性高分子配
向膜を用いた液晶セルに一定時間直流電圧を印加するこ
とでヒステリシスの低減を実現した。この方法がいかな
る機構により効果を奏するかについては不明な点がある
が、強誘電性液晶と配向膜との界面の整合性の向上、界
面トラップ密度の減少、液晶中または配向膜中のイオン
量の変化等が原因と考えられる。Therefore, in the present invention, reduction of hysteresis was realized by applying a DC voltage to a liquid crystal cell using this conductive polymer alignment film for a certain period of time. It is unclear what mechanism this method is effective for, but it is necessary to improve the consistency of the interface between the ferroelectric liquid crystal and the alignment film, reduce the interface trap density, and reduce the amount of ions in the liquid crystal or alignment film. Is considered to be the cause.
【0017】以上のような直流電圧印加処理(以後DC
エージングと称する)は、強誘電性液晶素子の製造にお
いて、その工程中に行なうことができるが、強誘電性液
晶を用いた装置(例えば強誘電性液晶表示装置)にあら
かじめDCエージングの行なえる手段を付設させてお
き、装置の休止時間等にDCエージングが行なえる構成
にしておいてもよい。この場合、例えば表示動作終了
(表示スイッチoff)になったとき、それを感知して
DCエージングが開始され、一定時間エージングが行な
われるようにする。この様な手段を講じることで、ヒス
テリシスや不安定性の経時変化を小さくすることができ
る。The above-described DC voltage application process (hereinafter referred to as DC
Aging can be performed during the process of manufacturing a ferroelectric liquid crystal element. However, a device using a ferroelectric liquid crystal (for example, a ferroelectric liquid crystal display device) can perform DC aging in advance. May be provided so that DC aging can be performed during an idle time of the apparatus. In this case, for example, when the display operation ends (display switch off), this is sensed, DC aging is started, and aging is performed for a certain period of time. By taking such measures, it is possible to reduce the change over time in hysteresis and instability.
【0018】図2は本発明の一実施態様による液晶素子
の模式図であり、一画素部分を拡大して示している。FIG. 2 is a schematic view of a liquid crystal element according to one embodiment of the present invention, and shows one pixel portion in an enlarged manner.
【0019】一方の基板31の上には第1の電極32が
設けられており、該第1の電極32の上には主鎖構造が
π電子共役系の高分子からなる第1の層33が設けられ
ている。On one substrate 31, a first electrode 32 is provided. On the first electrode 32, a first layer 33 having a main chain structure of a π-electron conjugated polymer is provided. Is provided.
【0020】同様に対向基板となる第2の基板35の上
にも、第2の電極36、主鎖構造がπ電子共役系の高分
子からなる第2の層37が順に設けられている。Similarly, a second electrode 36 and a second layer 37 made of a π-electron conjugated polymer having a main chain structure are sequentially provided on a second substrate 35 serving as an opposite substrate.
【0021】そして、第1及び第2の配向層34、38
間には強誘電性液晶1が中に注入されている。Then, the first and second alignment layers 34, 38
A ferroelectric liquid crystal 1 is injected between them.
【0022】又、39は基板間隔を一定に保つ為のスペ
ーサーである。Reference numeral 39 denotes a spacer for keeping the distance between the substrates constant.
【0023】30は直流電圧又は直流電圧成分を含む交
流電圧を印加する為の電圧印加手段であり、製造装置又
は該液晶素子の制御回路の一部に設けられるものであ
る。Reference numeral 30 denotes voltage applying means for applying a DC voltage or an AC voltage including a DC voltage component, and is provided in a manufacturing apparatus or a part of a control circuit of the liquid crystal element.
【0024】図3は本発明に用いられる3つの代表的な
印加電圧の波形を示す図である。(a)はエージング期
間中、一定の直流電圧を印加するもの、(b)は直流電
圧を断続的に印加するもの、(c)は異なる極性の直流
電圧をエージング期間中の積分が0にならないように時
系的に印加するものである。FIG. 3 is a diagram showing waveforms of three typical applied voltages used in the present invention. (A) applies a constant DC voltage during the aging period, (b) applies a DC voltage intermittently, (c) integrates DC voltages of different polarities during the aging period and the integration does not become zero. As shown in FIG.
【0025】図4は、エージング工程を含む液晶素子の
製造方法の一例を示す流れ図である。FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a liquid crystal device including an aging step.
【0026】基板上に電極、導電性高分子配向膜を順次
形成した後にラビング処理を行い、基板間隔を1μm程
にして2つの基板を組み立てる。After sequentially forming an electrode and a conductive polymer alignment film on the substrate, a rubbing process is performed to assemble the two substrates with a substrate interval of about 1 μm.
【0027】そして、液晶を基板間に注入した後、降温
させ相転移させてカイラルスメクチックC相とする。After the liquid crystal is injected between the substrates, the temperature is lowered and the phase is changed to a chiral smectic C phase.
【0028】その後、前述した電圧を印加するエージン
グ処理を行う。ここで相転移とエージングとは逆であっ
てもよい。Thereafter, the aging process for applying the above-described voltage is performed. Here, the phase transition and the aging may be reversed.
【0029】一方、図5は完成した液晶素子を用いた表
示装置に設定されるエージング処理モードを示す流れ図
である。FIG. 5 is a flowchart showing an aging processing mode set in a display device using a completed liquid crystal element.
【0030】表示動作終了後に所望のタイミングでエー
ジング処理を行った後に、次の表示動作に移る例を示し
ている。An example is shown in which the aging process is performed at a desired timing after the display operation is completed, and then the next display operation is performed.
【0031】エージング時間は、必要な特性を得るに充
分な時間行えばよく、エージング電圧にもよるが少なく
とも1分以上、より好ましくは10分以上、最適には1
00分以上である。The aging time may be a time sufficient to obtain the required characteristics, and depends on the aging voltage, but is at least 1 minute or more, preferably 10 minutes or more, and most preferably 1 minute or more.
It is more than 00 minutes.
【0032】そして、本発明に用いられる高分子層3
3、37としては、その主鎖構造がπ電子共役系ででき
ている有機高分子材料であればよく、例えば、ポリアセ
チレン、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニ
レン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリキノリン、
ポリピリジン、ポリアニリン、ポリカルバゾール、ポリ
チエニレン、ポリパラフェニレンスルフィド、ポリチア
ジル、ポリジベンゾチオフェンスルフィド、ポリフラン
等を用いることができる。また、これらの混合物や、堆
積時の成膜性を高める等の目的で側鎖に各種の置換基を
導入してもよい。又、これらのうちのひとつないし複数
のものを成分とした高分子混合物をもちいてもよい。こ
れらの有機高分子材料を第1及び第2の電極32、36
上に形成する方法としては、周知のディップ(浸漬)
法、スピンコート法、ラングミュア・ブロジェット(L
B)法等の湿式法の他、蒸着法等を利用することが出来
る。また、上記高分子材料に直接、或は、π電子共役系
高分子層形成後に、I2,Br2,Na,AsF5,Cl
O4 -,PF6 -,Cl-等のドーパントをドーピングした
ものを用いてもよい。係るドーピング操作は不可欠では
ないが、液晶駆動時のヒステリシスを充分に解消,若し
くは減少させる為に必要に応じて予め(液相注入前)に
行っておくことが好ましい。ドーピング後の該π電子共
役系高分子層の導電率の下限としては、10-10S/c
m以上、好ましくは10-6S/cm以上、より好ましく
は10-4S/cm以上であり、導電率の上限は100S
/cm以下である。ドーピング後のドーパントを安定化
させる目的で、必要に応じてドーピング後、ポストベー
クを行うこともできる。The polymer layer 3 used in the present invention
3, 37 may be any organic polymer material whose main chain structure is made of a π-electron conjugated system, such as polyacetylene, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, polypyrrole, polythiophene, polyquinoline,
Polypyridine, polyaniline, polycarbazole, polythienylene, polyparaphenylene sulfide, polythiazyl, polydibenzothiophene sulfide, polyfuran, and the like can be used. Further, various substituents may be introduced into the side chain for the purpose of enhancing the film forming property at the time of deposition or a mixture thereof. Further, a polymer mixture containing one or more of these components may be used. These organic polymer materials are applied to the first and second electrodes 32 and 36.
As a method of forming on the top, a well-known dip (immersion)
Method, spin coating method, Langmuir Blodgett (L
In addition to the wet method such as the B) method, a vapor deposition method or the like can be used. Further, I 2 , Br 2 , Na, AsF 5 , and Cl are directly applied to the polymer material or after forming the π-electron conjugated polymer layer.
A material doped with a dopant such as O 4 − , PF 6 − , or Cl − may be used. Such a doping operation is not indispensable, but it is preferable to perform it in advance (before liquid phase injection) as necessary in order to sufficiently eliminate or reduce the hysteresis at the time of driving the liquid crystal. The lower limit of the conductivity of the π-electron conjugated polymer layer after doping is 10 −10 S / c
m or more, preferably 10 -6 S / cm or more, more preferably 10 -4 S / cm or more, the upper limit of the conductivity 10 0 S
/ Cm or less. For the purpose of stabilizing the dopant after doping, post-baking may be performed after doping as necessary.
【0033】又、第1及び第2の電極としては酸化ス
ズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等
の透明導電材料が好ましく用いられる。これらの材料は
スパッタリング法、イオンプレーティング法等により好
ましく形成できる。As the first and second electrodes, transparent conductive materials such as tin oxide, indium oxide, and indium tin oxide (ITO) are preferably used. These materials can be preferably formed by a sputtering method, an ion plating method, or the like.
【0034】液晶駆動特性、特にヒステリシスや逆電界
発生の解消の観点からは、係る液晶配向層の電気容量成
分を大きくすること、すなわち、係る液晶配向層の膜厚
を出来る限り薄くすることが好ましい。一方、液晶配向
特性の観点からは、液晶配向層の厚さが極端に薄いと、
良好なものが得られない場合があり、加えて膜厚や表面
の均一性も不可欠である。そこで、本発明の液晶配向層
としては、その膜厚が1nm以上50nm以下、より好
ましくは3nm以上7nm以下の範囲にあることが望ま
しく、かつ、その均一性に優れるものである必要があ
る。従って現状では、LB法によって係る液晶配向層を
形成するのが最も好ましい。From the viewpoint of the liquid crystal driving characteristics, particularly, the elimination of hysteresis and generation of a reverse electric field, it is preferable to increase the electric capacitance component of the liquid crystal alignment layer, that is, to reduce the thickness of the liquid crystal alignment layer as much as possible. . On the other hand, from the viewpoint of liquid crystal alignment characteristics, if the thickness of the liquid crystal alignment layer is extremely thin,
In some cases, a good product cannot be obtained, and in addition, uniformity of the film thickness and the surface is indispensable. Therefore, the liquid crystal alignment layer of the present invention desirably has a thickness of 1 nm or more and 50 nm or less, more preferably 3 nm or more and 7 nm or less, and must have excellent uniformity. Therefore, at present, it is most preferable to form such a liquid crystal alignment layer by the LB method.
【0035】そして、液晶の一軸配向性や基板面に対す
る液晶分子の分子軸の傾き(プレチルト角)等を制御す
る配向規制力を該液晶配向層に持たせる為に、その表面
をラビング処理する。The surface of the liquid crystal alignment layer is subjected to a rubbing treatment so that the liquid crystal alignment layer has an alignment regulating force for controlling the uniaxial alignment of the liquid crystal and the inclination (pretilt angle) of the molecular axis of the liquid crystal molecules with respect to the substrate surface.
【0036】又、本発明に用いられる液晶としては少な
くとも2つの安定状態を有する液晶としての強誘電性を
有するカイラルスメクチック液晶が最も好ましく、その
内、カイラルスメクチックC相(SmC*)、H相(S
mH*)、I相(SmI*)、F相(SmF*)やG相
(SmG*)の液晶が適している。以下、係る強誘電性
液晶について簡単に説明する。The liquid crystal used in the present invention is most preferably a chiral smectic liquid crystal having ferroelectricity as a liquid crystal having at least two stable states. Among them, chiral smectic C phase (SmC * ) and H phase ( S
mH * ), I phase (SmI * ), F phase (SmF * ) and G phase (SmG * ) liquid crystals are suitable. Hereinafter, such a ferroelectric liquid crystal will be briefly described.
【0037】強誘電性液晶については、R.B.Mey
erらの“Ferroelectric Liquid
Crystals”(Le Journal de
Physique Lettre誌,第36巻L−69
頁,1975年),N.A.Clark及びS.T.L
agerwallの“SubmicrosecondB
istable Electro−Optic Swi
tching inLiquid Crystals”
(Applied Physics Letters
誌,第36巻第11号899頁,1980年),福田敦
夫,竹添秀男共著“強誘電性液晶の構造と物性”(コロ
ナ社、1990年)等に記載されており、本発明ではこ
れらに開示されている強誘電性液晶を用いることが出来
る。As for the ferroelectric liquid crystal, R.S. B. Mey
"Ferroelectric Liquid"
Crystals "(Le Journal de
Physique Lettre, Vol. 36, L-69
P. 1975), N.M. A. Clark and S.M. T. L
agerwall's "SubmicrosecondB
istable Electro-Optical Swi
tching inLiquid Crystals "
(Applied Physics Letters
Journal, Vol. 36, No. 11, p. 899, 1980), Atsuo Fukuda and Hideo Takezoe, "Structure and Physical Properties of Ferroelectric Liquid Crystals" (Corona Co., 1990). The disclosed ferroelectric liquid crystal can be used.
【0038】具体的には、本発明に用いられる強誘電性
液晶化合物の例としては、デシルオキシベンジリデン−
p−アミノ−(2−メチル)−ブチルシンナメート(D
OBAMBC)、ヘキシルオキシベンジリデン−p−ア
ミノ−(2−クロロ)−プロピルシンナメート(HOB
ACPC)及び4−(2−メチル)−ブチル−o−レゾ
ルシリデン−4′−オクチルアニリン(MBRA8)等
が挙げられる。これらの材料を用いて液晶素子を構成す
る場合、液晶化合物がSmC*,SmH*,SmI*,S
mF*,SmG*となるような温度状態に保持するため、
必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた銅ブロック
等により保持することが出来る。Specifically, examples of the ferroelectric liquid crystal compound used in the present invention include decyloxybenzylidene-
p-Amino- (2-methyl) -butylcinnamate (D
OBAMBC), hexyloxybenzylidene-p-amino- (2-chloro) -propylcinnamate (HOB
ACPC) and 4- (2-methyl) -butyl-o-resorcylidene-4′-octylaniline (MBRA8). When a liquid crystal element is formed using these materials, the liquid crystal compound is composed of SmC * , SmH * , SmI * , and SmC * .
mF *, in order to hold the temperature state such that the SmG *,
If necessary, the element can be held by a copper block or the like in which a heater is embedded.
【0039】以上述べた構成を有する液晶素子の液晶駆
動特性において、従来の液晶素子即ち第1及び第2のπ
電子共役系高分子層が存在せず、電極上にポリイミド類
から成る液晶配向層が堆積している構造を有する液晶素
子と比較して異なる点を列挙すると、 (1)液晶駆動電圧の閾値の低下 (2)液晶駆動時のヒステリシスの減少 (3)液晶駆動時の残像現象の減少 の3点を挙げることができる。In the liquid crystal driving characteristics of the liquid crystal element having the above-described configuration, the conventional liquid crystal element, that is, the first and second π
Differences from the liquid crystal device having a structure in which an electron conjugated polymer layer does not exist and a liquid crystal alignment layer made of polyimides is deposited on the electrode are listed as follows. (1) The threshold of the liquid crystal drive voltage (2) Reduction of hysteresis at the time of driving the liquid crystal. (3) Reduction of the afterimage phenomenon at the time of driving of the liquid crystal.
【0040】本発明の液晶素子において、何故上記のよ
うな変化が見られるかという機構は学術的には不明であ
るが、電極と係る電極に隣接する層との間に形成された
電気的な狭膜の特性に基づくものと考えられる。係る狭
膜の電気特性は、上記隣接層の種類に大きく依存する筈
であり、該隣接層が本発明におけるπ電子共役系高分子
層である場合、該隣接層がポリイミド等のその主鎖がπ
電子共役系のみで構成されていない高分子層である場合
と比較して、その抵抗成分が小さく、かつ容量成分が大
きくなっていることが考えられる。In the liquid crystal device of the present invention, the mechanism why the above-mentioned change is observed is not scientifically known, but the electrical mechanism formed between the electrode and the layer adjacent to the electrode is unknown. It is thought to be based on the properties of the narrow membrane. The electrical properties of such a narrow film should greatly depend on the type of the adjacent layer, and when the adjacent layer is the π-electron conjugated polymer layer in the present invention, the adjacent layer has a main chain of polyimide or the like. π
It is conceivable that the resistance component is small and the capacitance component is large as compared with the case where the polymer layer is not composed only of the electron conjugated system.
【0041】[0041]
(実施例1)以下に本発明の実施例1について説明す
る。本実施例では、次に述べる手順で強誘電性液晶セル
を作製した。まず、透明電極としてITOをスパッタ法
によりコーティングした一対のガラス基板を用意し、そ
れぞれの基板に配向膜としてポリアニリンをスピンコー
ト法で形成した。本実施例で用いたポリアニリンはNメ
チルピロリドン(NMP)等の有機溶媒に可溶なタイプ
のもので、スピンコート後、種々の酸に浸漬ないし雰囲
気中におくことにより10-1S/cm程度の導電性が発
現する導電性高分子の一種である。このポリアニリンを
NMP:n−ブチルセロソルブ(n−BC)=1:1の
混合溶媒に0.5wt%で溶かし、濾紙及びミクロフィ
ルターを用いてフィルタリングしたものを塗布溶液とし
た。スピン条件は2000回転/分で20秒とした。塗
布後、80℃で15分間乾燥し、得られた膜厚は30Å
であった。(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described below. In this example, a ferroelectric liquid crystal cell was manufactured according to the following procedure. First, a pair of glass substrates coated with ITO as a transparent electrode by a sputtering method were prepared, and polyaniline was formed as an alignment film on each of the substrates by a spin coating method. The polyaniline used in this example is of a type soluble in an organic solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP). After spin coating, the polyaniline is immersed in various acids or placed in an atmosphere to be about 10 -1 S / cm. Is a kind of conductive polymer that expresses conductivity. This polyaniline was dissolved in a mixed solvent of NMP: n-butyl cellosolve (n-BC) = 1: 1 at 0.5 wt% and filtered using a filter paper and a microfilter to obtain a coating solution. The spin condition was 2000 revolutions / minute for 20 seconds. After coating, the coating was dried at 80 ° C. for 15 minutes, and the resulting film thickness was 30 ° C.
Met.
【0042】次に、この基板を1Nの硫酸に一時間浸漬
し、ポリアニリンのドーピングを行なった。浸漬後水洗
し、80℃で10分間乾燥した後、バキュームオーブン
(減圧下)で65℃、約13時間のポストベークを行な
った。このポストベークはポリアニリンの導電率の経時
変化を低減する目的で行なったもので本発明に必須のも
のではない。こうして得られたポリアニリンの導電率は
10-1S/cm程度であった。Next, this substrate was immersed in 1N sulfuric acid for one hour to perform doping with polyaniline. After immersion, it was washed with water, dried at 80 ° C. for 10 minutes, and then post-baked at 65 ° C. for about 13 hours in a vacuum oven (under reduced pressure). This post-bake is performed for the purpose of reducing the change over time in the conductivity of polyaniline, and is not essential to the present invention. The conductivity of the polyaniline thus obtained was about 10 -1 S / cm.
【0043】次に配向処理としてポリアニリン塗布膜の
表面をラビング処理した。ラビングに用いた布はナイロ
ン製のものでラビング条件はローラー回転数1000回
転/分、基板送り速度16mm/秒、ローラーの押し込
み0.4mmである。Next, a rubbing treatment was performed on the surface of the polyaniline coating film as an alignment treatment. The cloth used for rubbing is made of nylon, and the rubbing conditions are as follows: the number of rotations of the roller is 1000 rotations / minute, the substrate feeding speed is 16 mm / second, and the roller is pushed 0.4 mm.
【0044】以上の手順で処理した一対の基板をラビン
グ方向が同一になるように対向して1.4umの間隙を
もつように張り合わせた。ここで、スペーサはシリカビ
ーズを用いた。この間隙に室温で強誘電性を示す液晶を
等方相(80℃)で注入した。The pair of substrates processed in the above procedure were bonded to each other so as to have the same rubbing direction and to have a gap of 1.4 μm. Here, silica beads were used for the spacer. A liquid crystal exhibiting ferroelectricity at room temperature was injected into the gap in an isotropic phase (80 ° C.).
【0045】本実施例で用いた強誘電性液晶は、ショー
トピッチ系の液晶で、カイラルCピッチ〜0.35u
m、Ps71nC/cm2、チルト角26°(25℃)
であり、次に記す相系列をもつ。The ferroelectric liquid crystal used in this embodiment is a short-pitch liquid crystal having a chiral C pitch of about 0.35 μm.
m, Ps 71 nC / cm 2 , tilt angle 26 ° (25 ° C.)
And has the following phase sequence:
【0046】 等方相 →SmA相 →Sm*C相 → 結晶相 この液晶は、等方相からSm*C相に亘って20V/u
m、10Hz程度の交流電界を印加しながら徐冷するこ
とにより、ストライプ状のテクスチュアをもつユニフォ
ーム配向が得られ、見かけのチルト角θa=26°の高
コントラスト表示特性を有する。Isotropic phase → SmA phase → Sm * C phase → Crystalline phase This liquid crystal has 20 V / u from the isotropic phase to the Sm * C phase.
By applying an AC electric field of about 10 Hz and slowly cooling, a uniform orientation having a striped texture can be obtained, and a high contrast display characteristic having an apparent tilt angle θa = 26 ° is obtained.
【0047】以上のように作製した強誘電性液晶セルに
+12V、10Hzの単極性矩形パルスを室温下で一定
時間印加してエージングを行なった。エージング後、セ
ルを直交ニコル下におき、実験駆動波形を印加して透過
率を測定した。図6に駆動波形を示す。図中21は補助
パルス、22はバイポーラリセットパルス、23は書き
込みパルスである。補助パルス21は書き込みパルス2
3の逆極性パルスであり、駆動波形のDC成分をゼロに
するためのものである。リセットパルス22は書き込み
前に表示状態を一度リセット(黒状態)するためのもの
である。書き込みパルス23及び補助パルス21の電圧
値を変化させて、セルの電気光学応答を測定した。ま
た、ヒステリシス特性は図6の駆動波形が印加される前
に黒状態に放置(3秒間)した場合の特性と、白状態に
放置した場合の特性との違いを評価した。なお、測定す
る透過率は、駆動波形印加後30msec以上たった後
の安定(ラッチ)状態の透過率である。Aging was performed by applying a unipolar rectangular pulse of +12 V and 10 Hz to the ferroelectric liquid crystal cell manufactured as described above at room temperature for a certain period of time. After aging, the cell was placed under crossed Nicols, and an experimental drive waveform was applied to measure the transmittance. FIG. 6 shows a drive waveform. In the figure, 21 is an auxiliary pulse, 22 is a bipolar reset pulse, and 23 is a write pulse. The auxiliary pulse 21 is the write pulse 2
3 is a reverse polarity pulse for making the DC component of the drive waveform zero. The reset pulse 22 is for resetting the display state once (black state) before writing. The electro-optical response of the cell was measured by changing the voltage values of the write pulse 23 and the auxiliary pulse 21. The hysteresis characteristic was evaluated by evaluating the difference between the characteristic when left in a black state (for 3 seconds) before applying the driving waveform of FIG. 6 and the characteristic when left in a white state. The transmittance to be measured is a transmittance in a stable (latch) state 30 msec or more after the application of the drive waveform.
【0048】図7にDCエージングを行なわないセルの
測定結果、図8にDCエージング20時間行なったセル
の測定結果を示す。図7、図8を見比べてみるとDCエ
ージングを行なうことによって、ヒステリシス量ΔVが
ほぼ半減することがわかる。図9は、DCエージング時
間に対してヒステリシス量をプロットしたものである。
図のように、ヒステリシスはエージング時間の対数にほ
ぼ比例するように減少した。また、DCエージングを行
なったセルでは、ビデオレートで駆動した際、同じ階調
表示の書き込み電圧で駆動し続けるときの不安定性も低
減していた。なお、DCエージング電圧の極性は、正負
どちらでも同様の結果を得た。また、DCエージング電
圧は大きい方がよいが、セルのショート等による限界が
ある。FIG. 7 shows a measurement result of a cell without DC aging, and FIG. 8 shows a measurement result of a cell with DC aging for 20 hours. 7 and 8, it can be seen that by performing DC aging, the amount of hysteresis ΔV is almost halved. FIG. 9 plots the amount of hysteresis with respect to the DC aging time.
As shown, the hysteresis decreased so as to be approximately proportional to the logarithm of the aging time. In addition, in a cell subjected to DC aging, when driven at a video rate, instability when continuously driven at a write voltage for the same gradation display was also reduced. Note that the same result was obtained regardless of the polarity of the DC aging voltage. The higher the DC aging voltage, the better, but there is a limit due to short-circuiting of the cells.
【0049】(実施例2)実施例1で作製した強誘電性
液晶セルと同じ構成のセルを用い、DCエージングを、
液晶が等方相である温度(80℃)で行なった。その
後、等方相からSm*C相に亘って20V/um、10
Hzの交流電界を印加しながら徐冷し、ストライプ状の
テクスチュアをもつユニフォーム配向とした。このセル
において、実施例1の場合と同じ測定をした結果、やは
りDCエージングないの場合に比べてヒステリシスと不
安定性が低減していた。Example 2 Using a cell having the same configuration as the ferroelectric liquid crystal cell manufactured in Example 1, DC aging was performed.
The test was performed at a temperature (80 ° C.) where the liquid crystal was in an isotropic phase. Then, 20 V / um, 10 from the isotropic phase to the Sm * C phase.
The sample was gradually cooled while applying an AC electric field of Hz to obtain a uniform orientation having a striped texture. In this cell, as a result of the same measurement as in Example 1, the hysteresis and the instability were also reduced as compared with the case without DC aging.
【0050】[0050]
【発明の効果】以上説明したように、DCエージングを
行なうことにより、階調駆動を行なう場合に問題となる
ヒステリシスと不安定性を低減する効果がある。As described above, by performing DC aging, there is an effect of reducing the hysteresis and the instability, which are problems when performing gradation driving.
【図1】本発明に係わる液晶素子の分極状態を示す模式
図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a polarization state of a liquid crystal element according to the present invention.
【図2】本発明による液晶素子及びその製造方法を説明
する為の模式図。FIG. 2 is a schematic view for explaining a liquid crystal element and a method for manufacturing the same according to the present invention.
【図3】本発明に用いられる印加電圧を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an applied voltage used in the present invention.
【図4】本発明の液晶素子の製造工程の一例を示す流れ
図。FIG. 4 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of the liquid crystal element of the present invention.
【図5】本発明の液晶素子の動作の一例を示す流れ図。FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the liquid crystal element of the present invention.
【図6】本発明の実施例による液晶素子に用いた駆動波
形を説明する図。FIG. 6 is a view for explaining driving waveforms used in the liquid crystal element according to the embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施例1によるエージングを行う前の
特性を示す図。FIG. 7 is a diagram showing characteristics before aging according to the first embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施例1によるエージングを行った後
の特性を示す図。FIG. 8 is a graph showing characteristics after aging according to the first embodiment of the present invention.
【図9】本発明によるエージング時間とヒステリシスと
の関係を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between aging time and hysteresis according to the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1337 G02F 1/13 101 G02F 1/133 G09F 9/30 G09G 3/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/1337 G02F 1/13 101 G02F 1/133 G09F 9/30 G09G 3/36
Claims (1)
に保持して対向するとともに、その対向面にはそれぞれ
強誘電性液晶にに電圧を印加するための電極が形成さ
れ、かつ強誘電性液晶を配向させるための一軸配向処理
が施された一対の基板とを備え、配向状態における強誘
電性液晶が少なくもと2つの安定状態を示す液晶素子で
あって、該一軸配向処理が導電性高分子膜をラビングし
たものであり、該液晶素子には休止時間中に直流電圧も
しくは直流電圧成分を含む交流電圧を該液晶素子に印加
するための手段が付設されていることを特徴とする液晶
素子。An electrode for applying a voltage to the ferroelectric liquid crystal is formed on each of the opposing surfaces; and an electrode for applying a voltage to the ferroelectric liquid crystal. A liquid crystal device comprising a pair of substrates on which uniaxial alignment processing for aligning ferroelectric liquid crystal is performed, wherein the ferroelectric liquid crystal in the alignment state shows at least two stable states. Is a rubbed conductive polymer film, and the liquid crystal element is provided with means for applying a DC voltage or an AC voltage including a DC voltage component to the liquid crystal element during a pause. Liquid crystal element.
Priority Applications (1)
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| JP3555893A JP3083017B2 (en) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Liquid crystal element and manufacturing method thereof |
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| JPH06250187A JPH06250187A (en) | 1994-09-09 |
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|---|---|---|---|---|
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