JP2645780B2

JP2645780B2 - 液晶素子

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Publication number: JP2645780B2
Application number: JP4273574A
Authority: JP
Inventors: 正信朝岡; 英昭高尾; 誠小嶋; 剛司門叶
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1997-08-25
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: JPH06102515A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子や液晶−
光シヤッター等で用いる液晶素子、特にカイラルスメク
チック相を有する液晶素子に関し、更に詳しくは液晶分
子の配向状態を改善することにより、表示特性を改善し
た液晶素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、強誘電性液晶分子の屈折率異方性
を利用して偏光素子との組み合わせにより透過光線を制
御する型の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガ
ーウォル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている
（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４，３
６７，９２４号明細書等）。

【０００３】この強誘電性液晶は、一般に特定の温度域
において、非らせん構造のカイラルスメクチックＣ相
（ＳｍＣ^* ）又はＨ相（ＳｍＨ^* ）を有し、この状態に
おいて、加えられる電界に応答して第１の光学的安定状
態と第２の光学的安定状態のいずれかを取り、且つ電界
の印加のないときはその状態を維持する性質、すなわち
双安定性を有し、また電界の変化に対する応答も速やか
であり、高速ならびに記憶型の表示素子としての広い利
用が期待され、特にその機能から大画面で高精細なディ
スプレーとしての応用が期待されている。

【０００４】この双安定性を有する液晶を用いた光学変
調素子が所定の駆動特性を発揮するためには、一対の平
行基板間に配置される液晶が、電界の印加状態とは無関
係に、上記２つの安定状態の間での変換が効果的に起る
ような分子配列状態にあることが必要である。

【０００５】また、液晶の複屈折を利用した液晶素子の
場合、直交ニコル下での透過率は、下記の式で表わされ
る。

【０００６】

【数１】（式中、Ｉ₀ は入射光強度、Ｉは透過光強度、θはチル
ト角、Δｎは屈折率異方性、ｄは液晶層の膜厚、λは入
射光の波長である。）

【０００７】前述の非らせん構造におけるチルト角θは
第１と第２の配向状態でのねじれ配列した液晶分子の平
均分子軸方向の角度として現われることになる。上式に
よれば、かかるチルト角θが２２．５°の角度の時最大
の透過率となり、双安定性を実現する非らせん構造での
チルト角θが２２．５°にできる限り近いことが必要で
ある。

【０００８】ところで、強誘電性液晶の配向方法として
は、大きな面積に亘って、スメクチック液晶を形成する
複数の分子で組織された液晶分子層を、その法線に沿っ
て一軸に配向させることができ、しかも製造プロセス工
程も簡便なラビング処理により実現できるものが望まし
い。

【０００９】強誘電性液晶、特に非らせん構造のカイラ
ルスメクチック液晶のための配向方法としては、例え
ば、米国特許第４，５６１，７２６号明細書等が知られ
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で用いられてきた配向方法、特にラビング処理されたポ
リイミド膜による配向方法を、前述のクラークとラガウ
ォールによって発表された双安定性を示す非らせん構造
の強誘電性液晶に対して適用した場合には、下記の如き
問題点を有していた。

【００１１】すなわち、本発明者らの実験によれば、従
来のラビング処理したポリイミド膜によって配向させて
得られた非らせん構造の強誘電性液晶でのチルト角θ
（後述の図３に示す角度）がらせん構造をもつ強誘電性
液晶でのチルト角Ｈ（後述の図２に示す三角錐の頂角の
１／２の角度）と較べて小さくなっていることが判明し
た。特に、従来のラビング処理したポリイミド膜によっ
て配向させて得た非らせん構造の強誘電性液晶でのチル
ト角θは、一般に３°〜８°程度で、その時の透過率は
せいぜい３〜５％程度であった。

【００１２】この様に、クラークとラガウォールによれ
ば双安定性を実現する非らせん構造の強誘電性液晶での
チルト角がらせん構造をもつ強誘電性液晶でのチルト角
と同一の角度をもつはずであるが、実際には非らせん構
造でのチルト角θの方がらせん構造でのチルト角Ｈより
小さくなっている。しかも、この非らせん構造でのチル
ト角θがらせん構造でのチルト角Ｈより小さくなる原因
が非らせん構造での液晶分子のねじれ配列に起因してい
ることが判明した。

【００１３】また、従来のラビング処理したポリイミド
配向膜によって生じたカイラルスメクチック液晶の配向
状態は、電極と液晶層の間に絶縁体層としてのポリイミ
ド配向膜の存在によって、第１の光学的安定状態（例え
ば、白の表示状態）から第２の光学的安定状態（例え
ば、黒の表示状態）にスイッチングするための一方極性
電圧を印加した場合、この一方極性電圧の印加解除後、
強誘電性液晶層には他方極性の逆電界Ｖ_rev が生じ、こ
の逆電界Ｖ_rev が表示の際の残像を引き起していた。上
述の逆電界発生現象は、例えば吉田明雄著、昭和６２年
１０月「液晶討論会予稿集」１４２〜１４３頁の「ＳＳ
ＦＬＣのスイッチング特性」で明らかにされている。

【００１４】このような課題に対して、本出願人らは新
しいポリイミド等の配向膜を用いることを既に提案して
いる。（特開平３−２５４１８号公報）しかし、この配向状態においても、コントラストの高い
状態（均一配列）とコントラストの低い状態（ねじれ配
列）が存在する。この状態でマルチプレクシング駆動を
行った場合、コントラストの高い状態の書き込み可能な
駆動範囲の上限と下限でねじれ配列が出現する。この傾
向は表示面積が大きくなっ場合、ラビングのムラや波形
のなまり等に伴ない顕著となる。その結果、均一配向の
状態の範囲をせばめてしまう。

【００１５】したがって、本発明の目的は、前述の問題
点を解決した液晶素子を提供するものであり、特に大き
い表示面積においても、非らせん構造のカイラルスメク
チック液晶を用いて大きなチルト角θを生じ、高いコン
トラストの２状態を安定に有し、且つ残像を生じないデ
ィスプレイを安定して、達成できる液晶素子を提供する
ことにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、下記の特
徴を有する液晶素子を用いることで前記課題を解決でき
ることを実験より見い出した。

【００１７】即ち、本発明は、透明電極を設けた一対の
基板上の少なくとも一方に配向膜を有し、その基板間に
強誘電性液晶を挟持してなる液晶素子において、前記配
向膜が２種以上のポリマー成分よりなる複合物であり、
かつそのポリマー成分の１つとして下記構造単位（１）
で示されるポリアミドが前記複合物の全体に対して８０
重量％以下含有されていることを特徴とする液晶素子で
ある。

【００１８】

【化４】

【００１９】（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素原子数１〜
１０のアルキル基または炭素原子数１〜１０のフルオロ
アルキル基を示す。ただし、Ｒ_１，Ｒ_２は同じでも
又は異なっていてもよい。）また、本発明は、透明電極
を設けた一対の基板上の少なくとも一方に配向膜を有
し、その基板間にカイラルスメクチック液晶を挟持して
なる液晶素子において、前記配向膜が２種以上のポリマ
ー成分よりなる複合物であり、かつそのポリマー成分の
１つとして下記構造単位（１）で示されるポリアミドが
前記複合物の全体に対して８０重量％以下含有されてい
ることを特徴とする液晶素子である。

【化５】（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素原子数１〜１０のアルキ
ル基または炭素原子数１〜１０のフルオロアルキル基を
示す。ただし、Ｒ_１，Ｒ_２は同じでも又は異なって
いてもよい。）また、本発明は、少なくとも一方の基板
に、配向膜を設けた一対の基板及び複数の液晶分子で組
織した複数の層を生じた層構造と、固有するらせん配列
構造の形成を抑制した配列構造とを有し、該層構造が折
れ曲がり構造を生じてなり、該折れ曲がり構造の隣接基
板に対する回転方向が該隣接基板に隣接する液晶分子の
浮き上がり回転方向と同一方向を生じてなるカイラルス
メクチック液晶を有する液晶素子であって、前記配向膜
が２種以上のポリマー成分よりなる複合物であり、かつ
そのポリマー成分の１つとして下記構造単位（１）で示
されるポリアミドが前記複合物の全体に対して８０重量
％以下含有されていることを特徴とする液晶素子であ
る。

【化６】（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素原子数１〜１０のアルキ
ル基または炭素原子数１〜１０のフルオロアルキル基を
示す。ただし、Ｒ_１，Ｒ_２は同じでも又は異なって
いてもよい。）

【００２０】以下、本発明を詳細に説明する。図１は本
発明の液晶素子の一例を示す模式図である。同図１にお
いて、１１ａと１１ｂは各々Ｉｎ₂ Ｏ₃ やＩＴＯ（イン
ジウムチンオキサイド；ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯ
ｘｉｄｅ）等の透明電極１２ａと１２ｂで被覆された基
板（ガラス基板）であり、その上に２００Å〜１０００
Å厚の絶縁膜１３ａと１３ｂ（例えば、ＳｉＯ₂ 膜、Ｔ
ｉＯ₂ 膜、Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜など）とポリマー複合物で形成
した５０Å〜１０００Å厚の配向膜１４ａと１４ｂとが
各々積層されている。

【００２１】この際、平行かつ同一向き（図１でいえば
Ａ方向）になるようラビング処理（矢印方向）した配向
膜１４ａと１４ｂが配置されている。基板１１ａと１１
ｂとの間には、強誘電性スメクチック液晶１５が配置さ
れ、基板１１ａと１１ｂとの間隔の距離は、強誘電性ス
メクチック液晶１５のらせん配列構造の形成を抑制する
のに十分に小さい距離（例えば、０．１μｍ〜３μｍ）
に設定され、強誘電性スメクチック液晶１５は双安定性
配向状態を生じている。強誘電性スメクチック液晶１５
が配置されている、上述の十分に小さい液晶間距離は、
基板１１ａと１１ｂとの間に配置されたビーズスペーサ
ー１６（例えば、シリカビーズ、アルミナビーズ等）に
よって保持される。また、１７ａ，１７ｂは偏光板を示
す。

【００２２】本発明者らの実験によれば、下述の実施例
でも明らかにする様に、ラビング処理した特定のポリマ
ー複合物配向膜による配向方法を用いることによって、
明状態と暗状態とで大きな光学的コントラストを示し、
特に米国特許第４，６５５，５６１号などに開示のマル
チプレクシング駆動時の非選択画素に対して大きなコン
トラストを生じ、さらにディスプレイ時の残像の原因と
なるスイッチング時（マルチプレクシング駆動時）の光
学応答のおくれを生じない配向状態が達成された。

【００２３】本発明で用いられる配向膜は、前記構造単
位（１）で示されるポリアミドを含有する２種以上のポ
リマー成分からなる複合物である。本発明で用いられる
複合物のポリマー成分としては、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリアミドイミドが好ましい。

【００２４】本発明で用いられるポリアミドのジカルボ
ン酸成分としては、通常ポリアミドの製造に用いられて
いるジカルボン酸が用いられる。その中で、より好まし
い具体例を示すと、テレフタル酸、イソフタル酸、４、
４′−ビフェニルジカルボン酸、１，５−ナフタレンジ
カルボン酸、２，３−ナフタレンジカルボン酸、１，８
−ナフタレンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカル
ボン酸、４，４″−ターフェニルジカルボン酸などを挙
げることができる。

【００２５】また、本発明で用いられるポリイミドのテ
トラカルボン酸成分としては、通常ポリイミドの製造に
用いられるテトラカルボン酸二無水物が用いられる。そ
のなかでより好ましい具体例を示すと、ピロメリット酸
二無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカル
ボン酸二無水物、２，３，３′，４′−ビフェニルテト
ラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−アントラセン
テトラカルボン酸二無水物、３，３″，４，４″−ター
フェニルテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−
ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７
−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などを挙げるこ
とができる。

【００２６】また、本発明で用いるポリアミドイミドの
酸成分としては、トリメリト酸無水物を用いることがで
きる。

【００２７】また、本発明で用いられるポリイミド、ポ
リアミド、ポリイミドアミドのジアミン成分としては、
それ等のポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミドに
おいて共通に用いることができる。

【００２８】ジアミン成分の具体例としては、２，２−
ビス（４−アミノ−フェノキシフェニル）プロパン、
３，３−ビス（４−アミノ−フェノキシフェニル）ペン
タン、４，４−ビス（４−アミノ−フェノキシフェニ
ル）ヘプタン、５，５−ビス（４−アミノ−フェノキシ
フェニル）ノナン、２，２−ビス（４−アミノ−フェノ
キシフェニル）ブタン、２，２−ビス（４−アミノ−フ
ェノキシフェニル）ペンタン、２，２−ビス（４−アミ
ノ−フェノキシフェニル）ヘキサン、３，３−ビス（４
−アミノ−フェノキシフェニル）ヘキサン、３，３−ビ
ス（４−アミノ−フェノキシフェニル）ヘプタン、４，
４−ビス（４−アミノ−フェノキシフェニル）オクタ
ン、２，２−ビス（４−アミノ−フェノキシフェニル）
−３−メチル−ブタン、２，２−ビス（４−アミノ−フ
ェノキシフェニル）−４−メチル−ペンタン、２，２−
ビス（４−アミノ−フェノキシフェニル）−５−メチル
−ヘキサン、３，３−ビス（４−アミノ−フェノキシフ
ェニル）−２−メチル−ペンタン、２，２−ビス（４−
アミノ−フェノキシフェニル）−ヘキサフルオロプロパ
ン、２，２−ビス（４−アミノ−フェノキシフェニル）
−デシルフルオロペンタンなどを挙げることができる。

【００２９】前記、酸成分とジアミン成分とを反応させ
る場合、両者の使用割合は、ジアミン成分１モルに対し
酸成分１モルが好ましい。

【００３０】本発明における配向膜を形成するポリマー
の数平均分子量は、例えば５千〜１０万、好ましくは２
万〜８万のものが望ましい。また、本発明における配向
膜は、混合物であっても、または同種ポリマーにおける
共重合体であってもよい。本発明で用いる構造単位
（１）のポリアミド成分の量は、複合物の全体に対して
８０重量％以下、好ましくは１０〜５０重量％が望まし
い。８０重量％を越えて多量に含有する場合、逆に配向
性を劣化させるため好ましくない。

【００３１】本発明で用いる配向膜を基板上に設ける際
には、ポリマーをジメチルフォルムアミド，ジメチルア
セトアミド，ジメチルスルフォキシド，Ｎ−メチルピロ
リドなどの溶剤に溶解して、０．０１〜４０重量％溶液
とし、該溶液をスピナー塗布法，スプレイ塗布法，ロー
ル塗布法などにより基板上に塗布した後、１００〜３５
０℃、好ましくは１８０℃〜３００℃の温度で乾燥し、
ポリマー膜を形成する。場合によっては脱水閉環させて
配向膜を形成することができる。このポリマー膜は、し
かる後に布などでラビング処理される。

【００３２】また、本発明で用いるポリマー膜は３０Å
〜１μｍ程度、好ましくは２００Å〜２０００Åの膜厚
に設定される。この際には、図１に示す絶縁膜に１３ａ
と１３ｂの使用を省略することができる。また、本発明
では、絶縁膜１３ａと１３ｂの上にポリマー膜を設ける
際には、このポリマー膜の膜厚は２００Å以下、好まし
くは１００Å以下に設定することができる。

【００３３】本発明において用いられる液晶物質として
は、降温過程で、等方相，コレステリック相，スメクチ
ックＡ相を通してカイラルスメクチックＣ相を生じる液
晶が好ましい。特に、コレステリック相の時のピッチが
０．８μｍ以上のものが好ましい（但し、コレステリッ
ク相でのピッチは、コレステリック相の温度範囲におけ
る中央点で測定したもの）。その具体的な液晶物質とし
ては、例えば下記の液晶物質「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」
を下記の比率で含有させた液晶組成物が好ましく用いら
れる。

【００３４】

【化７】

【００３５】液晶（１）［Ａ］₉₀／［Ｂ］₁₀ （２）［Ａ］₈₀／［Ｂ］₂₀ （３）［Ａ］₇₀／［Ｂ］₃₀ （４）［Ａ］₆₀／［Ｂ］₄₀ （５）［Ｃ］（上記の配合比率は、それぞれ重量比を表わしてい
る。）

【００３６】図２は、強誘電性液晶の動作説明のため
に、セルの例を模式的に描いたものである。２１ａと２
１ｂは、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ あるいはＩＴＯ等の薄膜
からなる透明電極で被覆された基板（ガラス板）であ
り、その間に液晶分子層２２がガラス基板面に垂直にな
るよう配向したＳｍＣ^* （カイラルスメクチックＣ）相
又はＳｍＨ^* （カイラルスメクチックＨ）相の液晶が封
入されている。太線で示した線２３は液晶分子を表わし
ており、この液晶分子23はその分子に直交した方向に双
極子モーメント（Ｐ⊥）２４を有している。この時の三
角錐の頂角をなす角度の１／２が、かかるらせん構造の
カイラルスメクチック相でのチルト角Ｈを表わしてい
る。

【００３７】基板２１ａと２１ｂ上の電極間に一定の閾
値以上の電圧を印加すると、液晶分子２３のらせん構造
がほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）２４がすべて電界
方向に向くよう、液晶分子２３は配向方向を変えること
ができる。液晶分子２３は、細長い形状を有しており、
その長軸方向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って
例えばガラス基板面の上下に互いにクロスニコルの偏光
子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液
晶光学変調素子となることは、容易に理解される。

【００３８】本発明の液晶素子で用いる双安定性配向状
態の表面安定型強誘電性液晶セルは、その厚さを充分に
薄く（例えば、０．１〜３μｍ）することができる。こ
のように液晶層が薄くなるにしたがい、図３に示すよう
に、電界を印加していない状態でも液晶分子のらせん構
造がほどけ、非らせん構造となり、その双極子モーメン
トＰａまたはＰｂは上向き（３４ａ）又は下向き（３４
ｂ）のどちらかの状態をとる。

【００３９】このようなセルに、図３に示す如く一定の
閾値以上の極性の異なる電界Ｅａ又はＥｂを電圧印加手
段３１ａと３１ｂにより付与すると、双極子モーメント
は、電界Ｅａ又はＥｂの電界ベクトルに対応して上向き
３４ａ又は下向き３４ｂと向きを変え、それに応じて液
晶分子は、第１の安定状態３３ａあるいは第２の安定状
態３３ｂの何れか一方に配向する。この時の第１と第２
の安定状態のなす角度の１／２がチルト角θに相当す
る。

【００４０】この強誘電性液晶セルによって得られる効
果は、その第１に応答速度が極めて速いことであり、第
２に液晶分子の配向が双安定性を有することである。第
２の点を、例えば図３によって更に説明すると、電界Ｅ
ａを印加すると液晶分子は第１の安定状態３３ａに配向
するが、この状態は電界を切っても安定である。又、逆
向きの電界Ｅｂを印加すると、液晶分子は第２の安定状
態３３ｂに配向してその分子の向きを変えるが、やはり
電界を切ってもこの状態に留まっている。又、与える電
界Ｅａが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状
態にやはり維持されている。

【００４１】次に、図４は本発明の液晶素子における配
向膜を用いた配向方法により配向した液晶分子の配向状
態を模式的に示す断面図、図５はそのＣ−ダイレクタを
示す図である。

【００４２】図４に示す５１ａ及び５１ｂは、それぞれ
上基板及び下基板を表わしている。５０は液晶分子５２
で組織された液晶分子層で、液晶分子５２が円錐５３の
底面５４（円形）に沿った位置を変化させて配列してい
る。５６ａ及び５６ｂは、それぞれ折れ曲がり構造を生
じている分子層５０の折れ曲がり構造の隣接基板５１ａ
及び５１ｂに対する回転方向である。５５ａ及び５５ｂ
は、それぞれ隣接基板５１ａ及び５１ｂに隣接する液晶
分子５２の浮き上り回転方向である。

【００４３】図５は、Ｃ−ダイレクタを示す図である。
同図５のＵ₁ は一方の安定配向状態でのＣ−ダイレクタ
８１で、Ｕ₂ は他方の安定配向状態でのＣ−ダイレクタ
８１である。Ｃ−ダイレクタ８１は、図４に示す液晶分
子層５０の法線に対して垂直な仮想面への分子長軸の写
影である。

【００４４】一方、従来のラビング処理したポリマー膜
によって生じた配向状態は、図６のＣ−ダイレクタ図に
よって示される。図６に示す配向状態は、上基板５１ａ
から下基板５１ｂに向けて分子軸のねじれが大きいた
め、チルト角θは小さくなっている。

【００４５】次に、図７（ａ）は、Ｃ−ダイレクタ８１
が図５の状態（ユニフォーム配向状態という）でのチル
ト角θを示す説明図、および図７（ｂ）はＣ−ダイレク
タ８１が図６の状態（スプレイ配向状態という）でのチ
ルト角θを示す説明図である。図中、６０は前述した本
発明の特定ポリマー膜に施したラビング処理軸を示し、
６１ａは配向状態Ｕ₁ （ユニフォームでの一方の安定配
向状態）での平均分子軸、６１ｂは配向状態Ｕ₂ （ユニ
フォームでの他方の安定配向状態）での平均分子軸、６
２ａは配向状態Ｓ₁ （スプレイでの一方の安定配向状
態）での平均分子軸、６２ｂは配向状態Ｓ₂ （スプレイ
での他方の安定配向状態）での平均分子軸を示す。平均
分子軸６１ａと６１ｂとは、互いに閾値電圧を超えた逆
極性電圧の印加によって変換することができる。同様の
ことは平均分子軸６２ａと６２ｂとの間でも生じる。

【００４６】次に、逆電界Ｖ_rev による光学応答の遅れ
（残像）に対するユニフォーム配向状態の有用性につい
て説明する。

【００４７】液晶セルの絶縁層（配向膜）の容量Ｃ_i 、
液晶層の容量をＣ_LC及び液晶の自発分極をＰs とする
と、残像の原因となるＶ_rev は、下式で表わされる。

【００４８】

【数２】

【００４９】図８は、液晶セル内の電荷の分布、自発分
極Ｐs の方向及び逆電界Ｖ_rev の方向を模式的に示した
断面図である。図８（ａ）はパルス電界印加前のメモリ
ー状態下における＋及び−電荷の分布状態を示し、この
時の自発分極Ｐs の向きは＋電荷から−電荷の方向であ
る。

【００５０】図８（ｂ）は、パルス電界解除直後の自発
分極Ｐs の向きが図８（ａ）の時の向きに対して逆向き
（従って、液晶分子は一方の安定配向状態から他方の安
定配向状態に反転を生じている）であるが、＋及び−電
荷の分布状態は、図８（ａ）の時と同様であるため、液
晶内に逆電界Ｖ_rev が矢印Ｂ方向に生じている。この逆
電界Ｖ_rev はしばらくした後、図８（ｃ）に示すように
消滅し、＋及び−電荷の分布状態が変化する。

【００５１】図９は従来のポリマー配向膜によって生じ
たスプレイ配向状態の光学応答の変化をチルト角θの変
化に換えて示した説明図である。図９に示す様に、パル
ス電界印加時においては、矢印Ｘ₁ の方向に沿ってスプ
レイ配向状態下の平均分子軸Ｓ（Ａ）から最大チルト角
Ｈ付近のユニフォーム配向状態下の平均分子軸Ｕ₂ まで
オーバーシュートし、パルス電界解除直後においては、
図８（ｂ）に示す逆電界Ｖ_rev の作用が働いて、矢印X₂
の方向に沿ってスプレイ配向状態下の平均分子軸Ｓ
（Ｂ）までチルト角θが減少し、そして図８（ｃ）に示
す逆電界Ｖ_rev の減衰の作用により、矢印Ｘ₃ の方向に
沿ってスプレイ配向状態下の平均分子軸Ｓ（Ｃ）までチ
ルト角θが若干増大した安定配向状態が得られる。図１
０はこの時の光学応答の状態を示すグラフである。

【００５２】本発明によれば、前述した特定の化学構造
を有するポリマー被膜からなる配向膜を用いていること
から、その配向状態においては、図９に示したスプレイ
状態下の平均分子軸Ｓ（Ａ）, Ｓ（Ｂ）及びＳ（Ｃ）を
生じることが無く、従って最大チルト角Ｈに近いチルト
角θを生じる平均分子軸に配列させることができる。図
１１は、この時の本発明の光学応答の状態を示すグラフ
である。つまり、本発明における配向膜を用いると、前
述の説明でいうユニフォーム配向状態をとることができ
るといえる。

【００５３】

【実施例】以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に
説明する。

【００５４】実施例１１０００Å厚のＩＴＯ膜が設けられている、１．１ｍｍ
厚の縦２００ｍｍ，横２００ｍｍのガラス板を２枚用意
し、それぞれのガラス板上に、下記構造式（３）で示さ
れるポリアミド２５重量部と、下記構造式（２）で示さ
れるポリアミド７５重量部とを混合したＮ−メチルピロ
リドン／ｎ−ブチルセロソルブ＝１／１の２．０重量％
溶液を、回転数３０００ｒｐｍのスピナーで３０秒間塗
布した。

【００５５】成膜後、約１時間、２５０℃で加熱乾燥を
施した。用いたポリアミドの数平均分子量は構造式
（３）が５０００、構造式（２）が４万であった。な
お、数平均分子量はゲル・パーミエイション・クロマト
グラフィー（ＧＰＣ）により測定した値を示す。この時
の膜厚は２５０Åであった。この塗布膜にナイロン植毛
布による一方向のラビング処理を行なった。

【００５６】その後、平均粒径約１．５μｍのアルミナ
ビーズを一方のガラス板上に散布した後、それぞれのラ
ビング処理軸が互いに平行で、同一処理方向となるよう
に２枚のガラス板を重ね合せてセルを作成した。

【００５７】

【化８】

【００５８】このセル内に、チッソ（株）社製の強誘電
性スメクチック液晶である「ＣＳ−１０１４」（商品
名）を等方相下で真空注入してから、等方相から０．５
℃／ｍｉｎで３０℃まで徐冷することにより配向させる
ことができた。この強誘電性液晶「ＣＳ−１０１４」を
用いた本実施例のセルでの相変化は、下記のとおりであ
った。

【００５９】

【数３】（Ｉｓｏ．＝等方相、Ｃｈ＝コレステリック相、ＳｍＡ
＝スメクチックＡ相、ＳｍＣ^* ＝カイラルスメクチック
Ｃ相）

【００６０】上述の液晶セルを一対の９０°クロスニコ
ル偏光子の間に挟み込んで、５０μｓｅｃの３０Ｖパル
スを印加してから、９０°クロスニコルを消光位（最暗
状態）にセットし、この時の透過率をホトマルチプレタ
ーにより測定した。続いて、５０μｓｅｃの−３０Ｖパ
ルスを印加し、この時の透過率（明状態）を同様の方法
で測定したところ、チルト角θは１２．０°であり、最
暗状態時の透過率は、１．２％で、明状態の透過率は３
２．０％であった。したがって、コントラスト比は２
７：１であった。残像の原因となる光学応答のおくれは
０．２秒以下であった。

【００６１】この液晶セルを図１２に示す駆動波形を用
いたマルチプレクシング駆動による表示を行なったとこ
ろ、高コントラストな高品位表示が得られ、また所定の
文字入力による画像表示の後に、全面白状態に消去した
ところ、残像の発生は判読できなかった。

【００６２】なお、図１２のＳ_N ，Ｓ_N+1 ，Ｓ_N+2 は走
査線に印加した電圧波形を表わしており、（Ｉ−Ｓ_N ）
は情報線Ｉと走査線Ｓ_N との交差部に印加された合成波
形である。また、本実施例では、Ｖ₀ ＝５〜８Ｖ、ΔＴ
＝２０〜７０μｓｅｃで行なった。

【００６３】実施例２〜７表１，２に示したポリマー成分で得られた配向制御膜及
び液晶材料を用いた他は、実施例１と同様にしてセルを
得た。本発明で用いた構造単位（１）のポリアミドの数
平均分子量は約５０００、その他のポリマーについては
約５００００であった。

【００６４】それぞれに対して実施例１と同様の試験を
行った。コントラスト比及び光学応答のおくれ時間の
結果、液晶素子内での配向の均一性について表３に示し
た。又実施例１と同様のマルチプレクシング駆動による
表示を行ったところ、コントラスト及び残像については
実施例１と同様の結果が得られた。

【００６５】

【表１】

【００６６】

【表２】

【００６７】

【表３】

【００６８】(注) 液晶素子内均一性の評価 ◎：マルチプレクシング駆動によっても良好な配向性。 ○：マルチプレクシング駆動によっても部分的に配向ム
ラが生じた。 ×：マルチプレクシング駆動により配向ムラが生じた。

【００６９】比較例１〜６表４，５に示した配向制御膜、ポリマー成分、及び液晶
材料を用いた他は、実施例１と全く同様にしてセルを作
成した。それぞれのセルに対して、コントラスト比、光
学応答のおくれについて、また比較例１〜２については
液晶素子内の配向の均一性についての結果を表６に示し
た。

【００７０】又、実施例１と同様のマルチプレクシング
駆動による表示を行ったとろ、比較例３〜６については
コントラストが本実施例のものと比較して小さく、しか
も残像が生じた。また、比較例１，２のマルチプレクシ
ング駆動による配向やコントラストの均一性について
は、広い面積になると本実施例に比べややムラが生じて
いた。

【００７１】

【表４】表４

【００７２】

【表５】

【００７３】

【表６】

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶素子
によれば、明状態と暗状態でのコントラストが高く、特
に大きい表示面積においても非らせん構造のカイラルス
メクチック液晶を用いて大きなチルト角θを生じ、高い
コントラストの２状態を安定に有する高品位の表示が得
られた。しかも、目ざわりな残像現象が生じない効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の一例を示す模式図である。

【図２】らせん構造をもつカイラルスメクチック液晶の
配向状態を示した斜視図である。

【図３】非らせん構造の分子配列をもつカイラルスメク
チック液晶の配向状態を示す斜視図である。

【図４】本発明における配向膜による配向方法で配向し
たカイラルスメクチック液晶の配向状態を示す断面図で
ある。

【図５】図４のカイラルスメクチック液晶のユニフォー
ム配向状態におけるＣ−ダイレクタ図である。

【図６】スプレイ配向状態におけるＣ−ダイレクタ図で
ある。

【図７】図７（ａ）はユニフォーム配向状態におけるチ
ルト角θを示す説明図、図７（ｂ）はスプレイ配向状態
におけるチルト角θを示す説明図である。

【図８】強誘電性液晶内の電荷分布、自発分極P_sの向き
及び逆電界V_revの向きを示す断面図である。

【図９】電界印加時及び印加後のチルト角θの変化を示
す説明図である。

【図１０】従来例の液晶素子における光学応答特性を示
すグラフである。

【図１１】本発明の液晶素子における光学応答特性を示
すグラフである。

【図１２】本発明の実施例で用いた駆動電圧の波形図で
ある。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂガラス基板１２ａ，１２ｂ透明電極１３ａ，１３ｂ絶縁膜１４ａ，１４ｂ配向膜１５強誘電性スメクチック液晶１６ビーズスペーサー１７ａ，１７ｂ偏光板２１ａ，２１ｂ基板２２液晶分子層２３液晶分子２４双極子モーメント３１ａ，３１ｂ電圧印加手段３２垂直層３３ａ第１の安定状態３３ｂ第２の安定状態３４ａ上向き双極子モーメント３４ｂ下向き双極子モーメントＨらせん構造でのチルト角 θ 非らせん構造でのチルト角Ｅａ，Ｅｂ電界５０液晶分子層５１ａ上基板５１ｂ下基板５２液晶分子５３円錐５４底面６０ラビング処理軸６１ａ配向状態Ｕ₁ での平均分子軸６１ｂ配向状態Ｕ₂ での平均分子軸６２ａ配向状態Ｓ₁ での平均分子軸６２ｂ配向状態Ｓ₂ での平均分子軸８１Ｃ−ダイレクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者門叶剛司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平３−6529（ＪＰ，Ａ) 特開平２−148023（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極を設けた一対の基板上の少なく
とも一方に配向膜を有し、その基板間に強誘電性液晶を
挟持してなる液晶素子において、前記配向膜が２種以上
のポリマー成分よりなる複合物であり、かつそのポリマ
ー成分の１つとして下記構造単位（１）で示されるポリ
アミドが前記複合物の全体に対して８０重量％以下含有
されていることを特徴とする液晶素子。【化１】（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素原子数１〜１０のアルキ
ル基または炭素原子数１〜１０のフルオロアルキル基を
示す。ただし、Ｒ_１，Ｒ_２は同じでも又は異なって
いてもよい。）
【請求項２】前記構造単位（１）で示されるポリアミ
ドの含有量が前記複合物の全体に対して１０〜５０重量
％である請求項１記載の液晶素子。
【請求項３】透明電極を設けた一対の基板上の少なく
とも一方に配向膜を有し、その基板間にカイラルスメク
チック液晶を挟持してなる液晶素子において、前記配向
膜が２種以上のポリマー成分よりなる複合物であり、か
つそのポリマー成分の１つとして下記構造単位（１）で
示されるポリアミドが前記複合物の全体に対して８０重
量％以下含有されていることを特徴とする液晶素子。【化２】（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素原子数１〜１０のアルキ
ル基または炭素原子数１〜１０のフルオロアルキル基を
示す。ただし、Ｒ_１，Ｒ_２は同じでも又は異なって
いてもよい。）
【請求項４】前記構造単位（１）で示されるポリアミ
ドの含有量が前記複合物の全体に対して１０〜５０重量
％である請求項３記載の液晶素子。
【請求項５】少なくとも一方の基板に、配向膜を設け
た一対の基板及び複数の液晶分子で組織した複数の層を
生じた層構造と、固有するらせん配列構造の形成を抑制
した配列構造とを有し、該層構造が折れ曲がり構造を生
じてなり、該折れ曲がり構造の隣接基板に対する回転方
向が該隣接基板に隣接する液晶分子の浮き上がり回転方
向と同一方向を生じてなるカイラルスメクチック液晶を
有する液晶素子であって、前記配向膜が２種以上のポリ
マー成分よりなる複合物であり、かつそのポリマー成分
の１つとして下記構造単位（１）で示されるポリアミド
が前記複合物の全体に対して８０重量％以下含有されて
いることを特徴とする液晶素子。【化３】（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素原子数１〜１０のアルキ
ル基または炭素原子数１〜１０のフルオロアルキル基を
示す。ただし、Ｒ_１，Ｒ_２は同じでも又は異なって
いてもよい。）
【請求項６】前記構造単位（１）で示されるポリアミ
ドの含有量が前記複合物の全体に対して１０〜５０重量
％である請求項５記載の液晶素子。
【請求項７】前記配向膜が一方向のラビング処理され
てなる請求項５記載の液晶素子。
【請求項８】前記一対の基板に設けた配向膜が互いに
平行で且つ同一向きの一方向のラビング処理されてなる
請求項５記載の液晶素子。
【請求項９】前記カイラルスメクチック液晶がカイラ
ルスメクチックＣ相の温度範囲より高温側にスメクチッ
クＡ相を生じる温度範囲を有し、該スメクチックＡ相の
温度範囲を経由してカイラルスメクチックＣ相まで冷却
されてなる液晶である請求項５記載の液晶素子。
【請求項１０】前記カイラルスメクチック液晶がカイ
ラルスメクチックＣ相の温度範囲より高温側にスメクチ
ックＡ相及びコレステリック相を生じる温度範囲を有
し、該コレステリック相、スメクチックＡ相の温度範囲
を経由してカイラルスメクチックＣ相まで冷却されてな
る液晶である請求項５記載の液晶素子。