JP2645781B2

JP2645781B2 - 液晶素子

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Publication number: JP2645781B2
Application number: JP4273576A
Authority: JP
Inventors: 正信朝岡; 英昭高尾; 剛司門叶; 誠小嶋
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: JPH06102516A

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−
光シャッター等で用いる液晶素子、特に強誘電性液晶素
子に関し、更に詳しくは製造プロセスにおいて有利な
上、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】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４３６７９２
４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、

【０００６】

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

【０００７】で表わされる。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、大きな面積に亙って、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】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。つまり、非らせん構造をもつ強誘
電性液晶では、液晶分子が基板の法線に対して上基板に
隣接する液晶分子の軸より下基板に隣接する液晶分子の
軸（ねじれ配列の方向）へ連続的にねじれ角δでねじれ
て配列しており、このことが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とな
っている。

【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 がディスプレイ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「ＳＳＦＬＣのスイッチング特性」で明らかにされて
いる。

【００１４】さらに、従来一般に用いられているポリイ
ミド配向膜は、その前駆体であるポリアミック酸溶液を
用いて塗布成膜し、少なくとも２５０℃以上の高温で焼
成することによりイミド化して形成されるものであり、
製造プロセス上、大きなエネルギーを必要としていた。

【００１５】従って、基板と配向膜との間に構成される
各種層材料には、耐熱性をもつもののみしか使用するこ
とができず、特に、カラー液晶素子に必須のカラーフィ
ルター等の有機材料には、優れた耐熱性を必要とし、材
料選択の幅が狭められていた。

【００１６】一方、従来より、ポリアミド配向膜につい
ては知られていたが、上記の各観点に対し、充分な特性
を総合的に有する配向膜はなかった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、前述の問題点を解決した強誘電性液晶素子を提供す
ること、特にカイラルスメクチック液晶の非らせん構造
での大きなチルト角θを生じ、高コントラストな画像
で、且つ残像を生じないディスプレイを達成できる液晶
素子を提供することにある。

【００１８】さらに、他の目的は、低温による簡便な製
造プロセスで形成することができ、生産性に優れる上、
他の構成材料に選択の幅を広げることが可能な配向膜を
有する液晶素子を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、透
明電極の形成された一対の平行基板間に強誘電性液晶を
挟持し、少なくとも一方の基板にポリアミド配向膜を有
する液晶素子において、前記ポリアミド配向膜が下記構
造単位（１）

【００２０】

【化７】

【００２１】（式中、Ｒ₁ は芳香族環を有する２価の有
機残基を示す。）で表わされる少なくとも２種以上のジ
カルボン酸成分と、下記構造単位（２）

【００２２】

【化８】

【００２３】（式中、Ｒ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は炭素原子数
１〜１０のアルキル基であり、他方は炭素原子数２〜１
０のアルキル基を示す。）で表わされるジアミン成分よ
りなるポリアミド被膜からなり、かつジカルボン酸成分
のうち少なくとも１種は直線性分子構造を有することを
特徴とする液晶素子である。

【００２４】また、本発明は、透明電極の形成された一
対の平行基板間にカイラルスメクチック液晶を挟持し、
少なくとも一方の基板にポリアミド配向膜を有する液晶
素子において、前記ポリアミド配向膜が下記構造単位
（１）

【００２５】

【化９】

【００２６】（式中、Ｒ _１は芳香族環を有する２価の
有機残基を示す。）で表わされる少なくとも２種以上の
ジカルボン酸成分と、下記構造単位（２）

【００２７】

【化１０】

【００２８】（式中、Ｒ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は炭素原子数
１〜１０のアルキル基であり、他方は炭素原子数２〜１
０のアルキル基を示す。）で表わされるジアミン成分よ
りなるポリアミド被膜からなり、かつジカルボン酸成分
のうち少なくとも１種は直線性分子構造を有することを
特徴とする液晶素子である。

【００２９】また、本発明は、少なくとも一方の基板
に、ポリアミド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、
前記ポリアミド配向膜が下記構造単位（１）

【００３０】

【化１１】

【００３１】（式中、Ｒ _１は芳香族環を有する２価の
有機残基を示す。）で表わされる少なくとも２種以上の
ジカルボン酸成分と、下記構造単位（２）

【００３２】

【化１２】

【００３３】（式中、Ｒ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は炭素原子数
１〜１０のアルキル基であり、他方は炭素原子数２〜１
０のアルキル基を示す。）で表わされるジアミン成分よ
りなるポリアミド被膜からなり、かつジカルボン酸成分
のうち少なくとも１種は直線性分子構造を有することを
特徴とする液晶素子である。本発明において、上記構造
単位（２）のＲ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は炭素原子数１〜１０のア
ルキル基であり、他方は炭素原子数４〜１０のアルキル
基を示すのが好ましい。また、上記構造単位（２）のＲ
₂ ，Ｒ ₃ の一方は炭素原子数４のアルキル基であり、他方
は炭素原子数１または４のアルキル基であるのが好まし
い。

【００３４】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〜１５００
Å厚の絶縁膜１３ａと１３ｂ（例えば、ＳｉＯ₂ 膜、Ｔ
ｉＯ₂ 膜、Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜など）と前記ポリアミドで形成
した５０Å〜１０００Å厚の配向膜１４ａと１４ｂとが
各々積層されている。

【００３５】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、強誘電性カイラルスメクチック液晶１５
が配置され、基板１１ａと１１ｂとの間隔の距離は、強
誘電性カイラルスメクチック液晶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、強誘電性カイラルスメク
チック液晶１５は双安定性配向状態を生じている。上述
の十分に小さい、強誘電性カイラルスメクチック液晶１
５が配置されている液晶間距離は、配向膜１４ａと１４
ｂ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。

【００３６】本発明においては、２種類以上のポリアミ
ドを複合化した配向膜が用いられるが、ポリアミドは前
記構造単位（１）と（２）よりなる２種以上のポリアミ
ドからなり、かつ少なくとも１種は構造単位（１）のＲ
₁ が直線性分子構造を有する。

【００３７】２価の有機残基Ｒ₁ としては、直線性分子
構造を有するものとして例えば、

【００３８】

【化１３】

【００３９】等が、又非直線性分子構造を有するものと
して例えば、

【００４０】

【化１４】

【００４１】等があげられる。

【００４２】本発明で用いるポリアミド膜は、以下に示
す様なジアミンとジカルボン酸とを重合反応させること
によって合成されるものを成膜することによって得られ
る。本発明において用いられるジカルボン酸としては、
直線性分子構造を有するものとして、例えばテレフタル
酸、４，４′−ビフェニルジカルボン酸、２，６−ナフ
タレンジカルボン酸等があげられる。

【００４３】また、他のジカルボン酸としては、非直線
性分子構造のもので、例えばオルトフタル酸、イソフタ
ル酸、４，４′−ジカルボキシ−ジフェニルメタン、
４，４′−ジカルボキシ−ジフェニルエーテル、２，２
−ビス（４−カルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロ
パン等があげられる。

【００４４】また、ジアミン成分としては、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−ペンタンなどが用いられる。

【００４５】通常の単一のポリアミドを配向膜として用
いた場合、下述の様な最大チルト角に近いチルト角を生
じる平均分子軸に液晶を配列させることは難しい。ま
た、これを改善するために、単一のポリアミドを複合化
させた場合、通常の組み合わせでは、好ましい特性は得
られないことが多い。しかるに、本発明においては、特
定の複合化、すなわち、２種以上の構造単位（１）と
（２）よりなるポリアミドの組み合わせで、かつそのう
ちの少なくとも１種は、ジカルボン酸成分に直線性分子
構造を有するものを用いることにより、大きなプレチル
ト角を得ることができる。

【００４６】本発明における、２種以上のポリアミドの
複合化の方法としては、任意の比率における２種以上の
ポリアミドのブレンド（混合）、共重合、あるいは、積
層構成等の方法が使用できる。

【００４７】本発明で用いるポリアミド膜を基板上に設
ける際には、ポリアミドをジメチルフオルムアミド、ジ
メチルアセトアミド、ジメチルスルフオキシド、Ｎ−メ
チルピロリドンなどの溶剤に溶解して０．０１〜４０
（重量）％溶液として、該溶液をスピンナー塗布法、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、１００〜２５０℃、好ましくは１５０〜２２０℃
の温度で加熱して、溶媒を蒸発させることのみでポリア
ミド膜を形成することができる。このポリアミド膜は、
しかる後に布などでラビング処理される。又、本発明で
用いるポリアミド膜は３０Å〜１μ程度、好ましくは２
００Å〜２０００Åの膜厚に設定される。この際には、
図１に示す絶縁膜１３ａと１３ｂの使用を省略すること
ができる。又、本発明では、絶縁膜１３ａと１３ｂの上
にポリアミド膜を設ける際には、このポリアミド膜の膜
厚は２００Å以下、好ましくは１００Å以下に設定する
ことができる。

【００４８】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、例えば下記の化２で示される液晶物質「ＬＣ−
１」、「８０Ｂ」及び「８０ＳＩ^* 」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。

【００４９】

【化１５】

【００５０】（上記の配合比率は、それぞれ重量比を表わしてい
る。）

【００５１】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。基板２
１ａ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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。また、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。

【００５５】次に、図４は本発明の液晶素子におけるポ
リアミドを複合化した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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】一方、従来のラビング処理したポリイミド
膜或いはポリアミド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。

【００６０】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
発明の特定の複合化したポリアミド膜に施したラビング
処理軸を示し、６１ａは配向状態Ｕ₁ での平均分子軸、
６１ｂは配向状態Ｕ₂での平均分子軸、６２ａは配向状
態Ｓ₁ での平均分子軸、６２ｂは配向状態Ｓ₂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。

【００６１】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。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。

【００６２】

【数２】

【００６３】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。
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。

【００６４】図９は従来のポリイミド配向膜或いはポリ
アミド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１０はこの時の光学応答の状態
を示すグラフである。

【００６５】本発明によれば、前述した特定の構造を有
する複合化したポリアミド膜を用いているため、その配
向処理により得られた配向状態では、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。図１１によれば、残像に原因する光学
応答の遅れを生じないことと、メモリー状態下での高い
コントラストを引き起こしていることが認められる。

【００６６】

【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。

【００６７】実施例１１０００Å厚のＩＴＯ膜が設けられている１．１ｍｍ厚
のガラス板を２枚用意し、それぞれのガラス板上に、下
記の構造式（３），（４）で示す２種のポリアミドを
６：４にブレンドした複合化ポリアミドのＮ−メチル−
２−ピロリドン／ｎ−ブチルセロソルブ＝３／１の２．
５重量％溶液をスピンコートにて成膜後、約１時間，２
００℃で加熱焼成処理を施した。この時の膜厚は３００
Åであった。

【００６８】

【化１６】

【００６９】この様にして形成された塗布膜に、ナイロ
ン殖毛布による一方向ラビング処理を行なった。

【００７０】その後、平均粒径約１．５μｍのアルミナ
ビーズを一方の基板上に散布した後、それぞれのラビン
グ処理軸が互いに平行で、かつ同一処理方向となる様に
２枚のガラス基板を重ね合せてセルを作成した。

【００７１】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℃／
ｈで３０℃まで徐冷することによって配向させることが
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。

【００７２】

【数３】８０．５℃ ６９．１℃ ５０℃ Ｉｓｏ．────→ Ｃｈ────→ ＳｍＡ────→ ＳｍＣ^* （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）

【００７３】上述の液晶セルを一対の９０°クロスニコ
ル偏光子の間に挾み込んで、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、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１５°であり、最暗状態時
の透過率は１．２％で、明状態時の透過率は３０％であ
り、従ってコントラスト比は２５：１であった。また、
残像の原因となる光学応答の遅れは０．３秒以下であっ
た。

【００７４】さらに、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画面を白の状態
に消去したところ、残像の発生は判読できなかった。
尚、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は代表的な情報線に印加し
た電圧波形を表わしている。（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。
又、本実施例では、Ｖ₀ ＝５〜８Ｖ、ΔT ＝２０〜７０
μｓｅｃで行った。

【００７５】実施例２以下の構造式（５），（６）で示した７：３のポリアミ
ド複合配向膜を用いた以外は、実施例１と同様にしてセ
ルを作製した。

【００７６】

【化１７】

【００７７】実施例１と同様の試験を行い、コントラス
ト比＝２０：１、光学応答のおくれ時間＝０．２秒の結
果を得た。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と同様に良好な結果が得られた。

【００７８】実施例３以下の構造式（３），（７），（８）で示した４：３：
３のポリアミド複合配向膜を用いた以外は、実施例１と
同様にしてセルを作製した。

【００７９】

【化１８】

【００８０】実施例１と同様の試験を行い、コントラス
ト比＝２３：１、光学応答のおくれ時間＝０．３秒の結
果を得た。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と同様に良好な結果が得られた。

【００８１】比較例１以下の構造式（３）で示したポリアミド単一配向膜を用
いた以外は、実施例１と同様にしてセルを作製した。

【００８２】

【化１９】

【００８３】実施例１と同様の試験を行い、コントラス
ト比＝１４：１、光学応答のおくれ時間＝１．７秒の結
果を得た。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。

【００８４】比較例２以下の構造式（１１），（１２）で示した６：４のポリ
アミド複合配向膜を用いた以外は、実施例１と同様にし
てセルを作製した。

【００８５】

【化２０】

【００８６】実施例１と同様の試験を行い、コントラス
ト比＝６：１、光学応答のおくれ時間＝１．９秒の結果
を得た。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。

【００８７】比較例３以下の構造式（１１），（１２）で示した１：１のポリ
アミド複合配向膜を用い、焼成温度を２７０℃にした以
外は、実施例１と同様にしてセルを作製した。

【００８８】

【化２１】

【００８９】実施例１と同様の試験を行い、コントラス
ト比＝５０：１、光学応答のおくれ時間＝０．２秒の結
果を得た。又、実施例１と同様のマルチプレクシング駆
動による表示でコントラスト及び残像について良好な結
果を得ることができるが、このような特性を得るには配
向膜の焼成プロセスにおいて、イミド化の為に最低２５
０℃以上の高温処理が必要であった。

【００９０】比較例４以下の構造式（１３），（１４）で示した６：４のポリ
アミド複合配向膜を用いた以外は、実施例１と同様にし
てセルを作製した。

【００９１】

【化２２】

【００９２】実施例１と同様の試験を行い、コントラス
ト比＝５：１、光学応答のおくれ時間＝３．０秒の結果
を得た。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。

【００９３】

【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、従来のポリイミド配向膜を形成する際の高温
処理を必要とせず、生産性に優れ、かつ得られた液晶素
子においては、明状態と暗状態でのコントラストが高
く、特にマルチプレクシング駆動時の表示コントラスト
が非常に大きく高品位の表示が得られ、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
配向状態を示す斜視図である。

【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Ｐｓ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強誘電性カイラルスメクチック液晶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)発明者小嶋誠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】透明電極の形成された一対の平行基板間
に強誘電性液晶を挟持し、少なくとも一方の基板にポリ
アミド配向膜を有する液晶素子において、前記ポリアミ
ド配向膜が下記構造単位（１）【化１】（式中、Ｒ_１は芳香族環を有する２価の有機残基を示
す。）で表わされる少なくとも２種以上のジカルボン酸
成分と、下記構造単位（２）【化２】（式中、Ｒ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は炭素原子数１〜１０のアルキ
ル基であり、他方は炭素原子数２〜１０のアルキル基を
示す。）で表わされるジアミン成分よりなるポリアミド
被膜からなり、かつジカルボン酸成分のうち少なくとも
１種は直線性分子構造を有することを特徴とする液晶素
子。
【請求項２】前記構造単位（２）のＲ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は
炭素原子数１〜１０のアルキル基であり、他方は炭素原
子数４〜１０のアルキル基を示す請求項１記載の液晶素
子。
【請求項３】前記構造単位（２）のＲ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は
炭素原子数４のアルキル基であり、他方は炭素原子数１
または４のアルキル基である請求項１記載の液晶素子。
【請求項４】透明電極の形成された一対の平行基板間
にカイラルスメクチック液晶を挟持し、少なくとも一方
の基板にポリアミド配向膜を有する液晶素子において、
前記ポリアミド配向膜が下記構造単位（１）【化３】（式中、Ｒ_１は芳香族環を有する２価の有機残基を示
す。）で表わされる少なくとも２種以上のジカルボン酸
成分と、下記構造単位（２）【化４】（式中、Ｒ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は炭素原子数１〜１０のアルキ
ル基であり、他方は炭素原子数２〜１０のアルキル基を
示す。）で表わされるジアミン成分よりなるポリアミド
被膜からなり、かつジカルボン酸成分のうち少なくとも
１種は直線性分子構造を有することを特徴とする液晶素
子。
【請求項５】前記構造単位（２）のＲ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は
炭素原子数１〜１０のアルキル基であり、他方は炭素原
子数４〜１０のアルキル基を示す請求項４記載の液晶素
子。
【請求項６】前記構造単位（２）のＲ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は
炭素原子数４のアルキル基であり、他方は炭素原子数１
または４のアルキル基である請求項４記載の液晶素子。
【請求項７】少なくとも一方の基板に、ポリアミド配
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、前記ポリアミド配
向膜が下記構造単位（１）【化５】（式中、Ｒ_１は芳香族環を有する２価の有機残基を示
す。）で表わされる少なくとも２種以上のジカルボン酸
成分と、下記構造単位（２）【化６】（式中、Ｒ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は炭素原子数１〜１０のアルキ
ル基であり、他方は炭素原子数２〜１０のアルキル基を
示す。）で表わされるジアミン成分よりなるポリアミド
被膜からなり、かつジカルボン酸成分のうち少なくとも
１種は直線性分子構造を有することを特徴とする液晶素
子。
【請求項８】前記構造単位（２）のＲ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は
炭素原子数１〜１０のアルキル基であり、他方は炭素原
子数４〜１０のアルキル基を示す請求項７記載の液晶素
子。
【請求項９】前記構造単位（２）のＲ ₂ ，Ｒ ₃ の一方は
炭素原子数４のアルキル基であり、他方は炭素原子数１
または４のアルキル基である請求項７記載の液晶素子。
【請求項１０】前記ポリアミド配向膜が一方向のラビ
ング処理されてなる請求項７記載の液晶素子。
【請求項１１】前記一対の基板に設けたポリアミド配
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７記載の液晶素子。
【請求項１２】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７記載の液晶素子。
【請求項１３】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７記載の液晶素子。