JP2884462B2 - 液晶素子 - Google Patents
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- G02F1/141—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals
Description
【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に関し、さらに詳しく
は、特定の導電性配向膜を設けた液晶素子に関する発明
である。
光シャッター等で用いる液晶素子に関し、さらに詳しく
は、特定の導電性配向膜を設けた液晶素子に関する発明
である。
【０００２】
【従来の技術】ＴＶ画像は、精細で中間調を持つ動画像
である。このＴＶ画像を表示する場合には、高解像度、
高速応答、多段階調表示、高コントラスト、高信頼性、
カラー化など最も高度な技術が要求される。この点で、
ＣＲＴに表示されるＴＶ画像の品質は非常に優れてい
る。しかし、表示画像の大面積化の流れの中で軽量化が
可能な液晶表示装置が注目されるようになり、最近で
は、各画素毎にスイッチング素子を設けてネマティック
液晶を直接駆動するアクティブマトリックス型液晶素子
によるＴＶ画像表示方法が盛んに研究されている。この
素子に組み込むスイッチング素子としてはＴＦＴ方式が
最も優れていると考えられるが、素子作製工程の複雑
さ、工程数の多さなどが大面積化への大きな障害となっ
ている。
である。このＴＶ画像を表示する場合には、高解像度、
高速応答、多段階調表示、高コントラスト、高信頼性、
カラー化など最も高度な技術が要求される。この点で、
ＣＲＴに表示されるＴＶ画像の品質は非常に優れてい
る。しかし、表示画像の大面積化の流れの中で軽量化が
可能な液晶表示装置が注目されるようになり、最近で
は、各画素毎にスイッチング素子を設けてネマティック
液晶を直接駆動するアクティブマトリックス型液晶素子
によるＴＶ画像表示方法が盛んに研究されている。この
素子に組み込むスイッチング素子としてはＴＦＴ方式が
最も優れていると考えられるが、素子作製工程の複雑
さ、工程数の多さなどが大面積化への大きな障害となっ
ている。
【０００３】一方、強誘電性液晶（以下「ＦＬＣ」と記
す）の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形の表示素子がク
ラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガウォール（Ｌａｇｅｒｗ
ａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２
１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書等）。
このＦＬＣは、一般に特定の温度領域において、非らせ
ん構造のカイラルスメクティックＣ相（ＳｍＣ* ）又は
Ｈ相（ＳｍＨ* ）を有し、この状態において、加えられ
た電界に応答して第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とり、且つ電界の印加のないとき
にはその状態を維持する性質、即ち双安定性を有し、ま
た電界の変化に対応する応答も速やかであり、高速並び
に記憶型の表示素子として広い利用が期待され、特にそ
の機能から単純マトリックス駆動方式による大画面で高
精細な表示素子への応用が期待されている。
す）の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形の表示素子がク
ラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガウォール（Ｌａｇｅｒｗ
ａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２
１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書等）。
このＦＬＣは、一般に特定の温度領域において、非らせ
ん構造のカイラルスメクティックＣ相（ＳｍＣ* ）又は
Ｈ相（ＳｍＨ* ）を有し、この状態において、加えられ
た電界に応答して第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とり、且つ電界の印加のないとき
にはその状態を維持する性質、即ち双安定性を有し、ま
た電界の変化に対応する応答も速やかであり、高速並び
に記憶型の表示素子として広い利用が期待され、特にそ
の機能から単純マトリックス駆動方式による大画面で高
精細な表示素子への応用が期待されている。
【０００４】ＦＬＣ素子は該液晶の双安定な２状態の制
御に基づいた本質的に２値表示法であるため、中間調の
表示には不向きであろうと考えられている。しかし、Ｆ
ＬＣの階調表示技術の開発により、該液晶の優れた特性
を生かしたより高範囲の応用が可能になると期待されて
いる。例えば、単純マトリックス駆動方式での階調表示
方法として、画素内で該液晶の２つの双安定な配向状態
間の遷移をミクロな領域で制御してマイクロドメイン形
成に基づく面積階調法が提案されている（特開昭５９−
１９３４２７号公報）。しかし従来の配向制御技術によ
って２値状態間のコントラスト比、スイッチング過程に
おけるヒステリシス、さらには発生するマイクロドメイ
ン安定性、制御性に対して十分な制御が行なわれ、実用
可能な階調性が実現できているとは言い難い。
御に基づいた本質的に２値表示法であるため、中間調の
表示には不向きであろうと考えられている。しかし、Ｆ
ＬＣの階調表示技術の開発により、該液晶の優れた特性
を生かしたより高範囲の応用が可能になると期待されて
いる。例えば、単純マトリックス駆動方式での階調表示
方法として、画素内で該液晶の２つの双安定な配向状態
間の遷移をミクロな領域で制御してマイクロドメイン形
成に基づく面積階調法が提案されている（特開昭５９−
１９３４２７号公報）。しかし従来の配向制御技術によ
って２値状態間のコントラスト比、スイッチング過程に
おけるヒステリシス、さらには発生するマイクロドメイ
ン安定性、制御性に対して十分な制御が行なわれ、実用
可能な階調性が実現できているとは言い難い。
【０００５】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こる
ような分子配列状態にあることが必要である。
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こる
ような分子配列状態にあることが必要である。
【０００６】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、 Ｉ／Ｉ0 ＝ｓｉｎ2 ４θｓｉｎ2 （Δｎｄπ／λ） 式中：Ｉ0 は入射光強度、Ｉは透過光強度、θはティル
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。で表わされる。前述のらせん構造に
おけるティルト角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れる
ことになる。上式によれば、かかるティルト角θが２
２．５℃に出来る限り近いことが必要である。
場合、直交ニコル下での透過率は、 Ｉ／Ｉ0 ＝ｓｉｎ2 ４θｓｉｎ2 （Δｎｄπ／λ） 式中：Ｉ0 は入射光強度、Ｉは透過光強度、θはティル
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。で表わされる。前述のらせん構造に
おけるティルト角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れる
ことになる。上式によれば、かかるティルト角θが２
２．５℃に出来る限り近いことが必要である。
【０００７】ところでＦＬＣの配向方法としては、大き
な面積に亘ってスメクティ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
配向させることが必要であることから、通常ラビング処
理を行なったポリイミド膜が広く用いられてきた。特に
非らせん構造のカイラルスメクティック液晶のための配
向方法としては、例えば米国特許第４５６１７２６号明
細書等が知られている。
な面積に亘ってスメクティ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
配向させることが必要であることから、通常ラビング処
理を行なったポリイミド膜が広く用いられてきた。特に
非らせん構造のカイラルスメクティック液晶のための配
向方法としては、例えば米国特許第４５６１７２６号明
細書等が知られている。
【０００８】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ＦＬＣでのティ
ルト角θ（後述の図３に示す角度）がらせん構造を持つ
ＦＬＣでのティルト角Θ（後述の図２に示す三角錐の頂
角の１／２の角度）と比べて小さくなっていることが一
般的である。特に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ＦＬＣでのティル
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。
って配向させて得られた非らせん構造のＦＬＣでのティ
ルト角θ（後述の図３に示す角度）がらせん構造を持つ
ＦＬＣでのティルト角Θ（後述の図２に示す三角錐の頂
角の１／２の角度）と比べて小さくなっていることが一
般的である。特に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ＦＬＣでのティル
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。
【０００９】このように、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ＦＬＣでのティ
ルト角がらせん構造を持つＦＬＣでのティルト角と同一
の角度を持つはずであるが、実際には非らせん構造での
ティルト角θの方がらせん構造でのティルト角Θより小
さくなっている。しかも、この非らせん構造でのティル
ト角θがらせん構造でのティルト角Θ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
いることが明らかにされている。つまり、非らせん構造
を持つＦＬＣでは、液晶分子が図４に示すように基板の
法線に対して上基板に隣接する液晶分子の軸４３（ねじ
れ配向の方向４４）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ティルト角θ
がらせん構造でのティルト角Θより小さくなる原因とな
っている。
れば双安定性を実現する非らせん構造のＦＬＣでのティ
ルト角がらせん構造を持つＦＬＣでのティルト角と同一
の角度を持つはずであるが、実際には非らせん構造での
ティルト角θの方がらせん構造でのティルト角Θより小
さくなっている。しかも、この非らせん構造でのティル
ト角θがらせん構造でのティルト角Θ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
いることが明らかにされている。つまり、非らせん構造
を持つＦＬＣでは、液晶分子が図４に示すように基板の
法線に対して上基板に隣接する液晶分子の軸４３（ねじ
れ配向の方向４４）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ティルト角θ
がらせん構造でのティルト角Θより小さくなる原因とな
っている。
【００１０】尚、図中４１は上下基板に形成したラビン
グ処理や斜方蒸着処理によって得られた一軸性配向軸を
表わしている。
グ処理や斜方蒸着処理によって得られた一軸性配向軸を
表わしている。
【００１１】また、従来のラビング処理したポリイミド
配向層によって生じたカイラルスメクティック液晶の配
向状態については、電極と液晶層の間に絶縁体層として
存在するポリイミド配向層によって第一の光学的安定状
態（例えば、白の表示状態）から第二の光学的安定状態
（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、ＦＬＣ層には他方極性の逆電界Ｖrev が生じ、か
かる逆電界Ｖrev がディスプレイ時における残像現象を
引き起こすという問題や（吉田明雄著、昭和６２年１０
月「液晶討論会予稿集」１４２〜１４３頁の「ＳＳＦＬ
Ｃのスイッチング特性」）、イオン種などによる電荷染
付等によるスイッチングにおけるヒステリシス等の問題
があった。
配向層によって生じたカイラルスメクティック液晶の配
向状態については、電極と液晶層の間に絶縁体層として
存在するポリイミド配向層によって第一の光学的安定状
態（例えば、白の表示状態）から第二の光学的安定状態
（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、ＦＬＣ層には他方極性の逆電界Ｖrev が生じ、か
かる逆電界Ｖrev がディスプレイ時における残像現象を
引き起こすという問題や（吉田明雄著、昭和６２年１０
月「液晶討論会予稿集」１４２〜１４３頁の「ＳＳＦＬ
Ｃのスイッチング特性」）、イオン種などによる電荷染
付等によるスイッチングにおけるヒステリシス等の問題
があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的は
前述したＦＬＣの配向技術における問題点を解決し、双
安定性の２値状態間のコントラスト比を向上し、スイッ
チング過程における残像現象やヒステリシスを解消した
ＦＬＣ素子を提供することにある。
前述したＦＬＣの配向技術における問題点を解決し、双
安定性の２値状態間のコントラスト比を向上し、スイッ
チング過程における残像現象やヒステリシスを解消した
ＦＬＣ素子を提供することにある。
【００１３】この課題の解決する手段として、導電性を
付与した配向膜を用いることが知られている。配向制御
膜として用いる導電性高分子を導電性処理するためには
化学的に活性な化合物をドーピングする必要がある。そ
のため、導電性配向膜には何らかのイオン性ドーパント
が含まれる。
付与した配向膜を用いることが知られている。配向制御
膜として用いる導電性高分子を導電性処理するためには
化学的に活性な化合物をドーピングする必要がある。そ
のため、導電性配向膜には何らかのイオン性ドーパント
が含まれる。
【００１４】動画対応の高速スイッチングを実現するに
は、ＦＬＣの自発分極Ｐｓを大きくして液晶のスイッチ
ング速度を向上させる必要があるが、この場合大きな自
発分極による反電界も大きくなり、配向膜中のイオンの
偏在が生じ易くなる。また、安定した方向特性を得るた
めには配向膜の膜厚は十分厚い方が好ましいが、配向膜
の膜厚増加に伴い配向膜中のイオンの偏在も起こり易く
なると考えられ、スイッチング過程における残像現象や
ヒステリシスを十分に解消しきれないという問題があ
る。
は、ＦＬＣの自発分極Ｐｓを大きくして液晶のスイッチ
ング速度を向上させる必要があるが、この場合大きな自
発分極による反電界も大きくなり、配向膜中のイオンの
偏在が生じ易くなる。また、安定した方向特性を得るた
めには配向膜の膜厚は十分厚い方が好ましいが、配向膜
の膜厚増加に伴い配向膜中のイオンの偏在も起こり易く
なると考えられ、スイッチング過程における残像現象や
ヒステリシスを十分に解消しきれないという問題があ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】 本発明は、それぞれに
電極と配向制御膜を有する一対の基板間にカイラルスメ
クティックＣ相を示す液晶を挟持してなる液晶素子であ
って、上記配向制御膜が光学的バンドギャップＥｇopt
の異なる少なくとも２種類の以上の導電性高分子層を積
層してなることを特徴とする液晶素子である。
電極と配向制御膜を有する一対の基板間にカイラルスメ
クティックＣ相を示す液晶を挟持してなる液晶素子であ
って、上記配向制御膜が光学的バンドギャップＥｇopt
の異なる少なくとも２種類の以上の導電性高分子層を積
層してなることを特徴とする液晶素子である。
【００１６】 本発明においては、前記配向制御膜を構
成する導電性高分子において、液晶層に隣接する第１の
層の導電性高分子のＥｇopt が該第１の層の下層に位置
する第２の層の導電性高分子のＥｇopt よりも大きいこ
とが望ましく、また、該導電性高分子としては、下記構
造式で示されるポリピロール、ポリチオフェン、ポリア
ニリン及びその誘導体、
成する導電性高分子において、液晶層に隣接する第１の
層の導電性高分子のＥｇopt が該第１の層の下層に位置
する第２の層の導電性高分子のＥｇopt よりも大きいこ
とが望ましく、また、該導電性高分子としては、下記構
造式で示されるポリピロール、ポリチオフェン、ポリア
ニリン及びその誘導体、
【００１７】
【化２】 ポリアニレンビニレン及びその誘導体、ポリイソチアナ
フテン、ポリ（フェニレン−２，５−ジイル）、ポリ
（ピリジン−２，５−ジイル）、ポリ（２，２’−ビピ
リジン−５，５−ジイル）、ポリ（ピリジン−５，２−
ジイル−チオフェン−２，５−ジイル）からなる群より
選ばれた高分子が好ましく用いられる。
フテン、ポリ（フェニレン−２，５−ジイル）、ポリ
（ピリジン−２，５−ジイル）、ポリ（２，２’−ビピ
リジン−５，５−ジイル）、ポリ（ピリジン−５，２−
ジイル−チオフェン−２，５−ジイル）からなる群より
選ばれた高分子が好ましく用いられる。
【００１８】 また、本発明においては液晶の自発分極
の大きさが１０ｎＣ／ｃｍ2 以上であることが好まし
い。またさらに、交流電界を印加して液晶の初期配向状
態を得ることが望ましい。
の大きさが１０ｎＣ／ｃｍ2 以上であることが好まし
い。またさらに、交流電界を印加して液晶の初期配向状
態を得ることが望ましい。
【００１９】図１は本発明の液晶素子用配向制御膜（以
下「配向膜」と記す）を用いたＦＬＣ素子の一例を示す
模式図である。以下、同図に基づいて本発明の配向膜の
特性を、本発明の配向膜を有する液晶セルの特性の評価
を通して説明する。
下「配向膜」と記す）を用いたＦＬＣ素子の一例を示す
模式図である。以下、同図に基づいて本発明の配向膜の
特性を、本発明の配向膜を有する液晶セルの特性の評価
を通して説明する。
【００２０】図１において、１１ａと１１ｂは各々Ｉｎ
2 Ｏ3 やＩＴＯ等の透明電極１２ａと１２ｂで被覆され
たガラス基板であり、その上に２種類の導電性高分子を
積層した皮膜からなる配向膜１４ａと１４ｂが各々積層
されている。
2 Ｏ3 やＩＴＯ等の透明電極１２ａと１２ｂで被覆され
たガラス基板であり、その上に２種類の導電性高分子を
積層した皮膜からなる配向膜１４ａと１４ｂが各々積層
されている。
【００２１】 前記配向膜１４ａと１４ｂとの間にはカ
イラルスメクティックＣ相を示す強誘電性スメクティッ
ク液晶１５が配置され、その間隔の距離は強誘電性スメ
クティック液晶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、強誘電性スメクティック液晶１５は双安定性
配向状態を生じている。上述の強誘電性スメクティック
液晶１５が配置されている十分に小さい液晶間距離は、
配向膜１４ａ、１４ｂとの間に配置されたビーズスペー
サ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。
イラルスメクティックＣ相を示す強誘電性スメクティッ
ク液晶１５が配置され、その間隔の距離は強誘電性スメ
クティック液晶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、強誘電性スメクティック液晶１５は双安定性
配向状態を生じている。上述の強誘電性スメクティック
液晶１５が配置されている十分に小さい液晶間距離は、
配向膜１４ａ、１４ｂとの間に配置されたビーズスペー
サ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】 本発明において用いられる導電性高分子
としては例えば、下記構造式で示されるポリピロール、
ポリチオフェン、ポリアニリン及びその誘導体、
としては例えば、下記構造式で示されるポリピロール、
ポリチオフェン、ポリアニリン及びその誘導体、
【００２３】
【化３】 ポリアニレンビニレン及びその誘導体、ポリイソチアナ
フテン、ポリ（フェニレン−２，５−ジイル）、ポリ
（ピリジン−２，５−ジイル）、ポリ（２，２’−ビピ
リジン−５，５−ジイル）、ポリ（ピリジン−５，２−
ジイル−チオフェン−２，５−ジイル）からなる群より
選ばれる。
フテン、ポリ（フェニレン−２，５−ジイル）、ポリ
（ピリジン−２，５−ジイル）、ポリ（２，２’−ビピ
リジン−５，５−ジイル）、ポリ（ピリジン−５，２−
ジイル−チオフェン−２，５−ジイル）からなる群より
選ばれる。
【００２４】配向膜として該導電性高分子を用いる場
合、１０-10 Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは１０-8Ｓ／
ｃｍ以上の導電率が付与されることが望ましい。一方、
単純マトリックス構造の液晶セルでは画素間のクロスト
ークの問題のため、該配向膜の画素間抵抗は１０4 Ωｃ
ｍ以上に保つ必要がある。そのために、該配向膜の中で
電極上にある部位にのみ１０-4Ｓ／ｃｍ以上の導電性を
局所的に付与した配向膜を用いることが好ましい。
合、１０-10 Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは１０-8Ｓ／
ｃｍ以上の導電率が付与されることが望ましい。一方、
単純マトリックス構造の液晶セルでは画素間のクロスト
ークの問題のため、該配向膜の画素間抵抗は１０4 Ωｃ
ｍ以上に保つ必要がある。そのために、該配向膜の中で
電極上にある部位にのみ１０-4Ｓ／ｃｍ以上の導電性を
局所的に付与した配向膜を用いることが好ましい。
【００２５】π電子共役系ポリマーでは主鎖のπ電子雲
の重なりによってバンド構造が形成され、これが導電性
の発現に寄与している。前記導電性高分子は可視・近赤
外領域に光学的な吸収体に相当するバンドギャップを持
ち、真性半導体と同様のバンド構造を有する。しかし、
π電子共役系ポリマーではバンドギャップは形成された
共役系の大きさに依存するので、前記光吸収端のエネル
ギーにより表わされる光学的バンドギャップＥｇopt を
用いるのが便利である。しかし、こうしたπ電子共役系
ポリマーはキャリアを持たないため絶縁性材料であり、
導電性を付与するにはπ電子共役系を酸化又は還元して
キャリアを生成する必要がある。この過程はドーピング
と呼ばれ、ドーピング反応の結果、バンドギャップ内に
新しい準位が形成され、生成したキャリアはこの準位に
緩和して導電性を示すものと考えられている。
の重なりによってバンド構造が形成され、これが導電性
の発現に寄与している。前記導電性高分子は可視・近赤
外領域に光学的な吸収体に相当するバンドギャップを持
ち、真性半導体と同様のバンド構造を有する。しかし、
π電子共役系ポリマーではバンドギャップは形成された
共役系の大きさに依存するので、前記光吸収端のエネル
ギーにより表わされる光学的バンドギャップＥｇopt を
用いるのが便利である。しかし、こうしたπ電子共役系
ポリマーはキャリアを持たないため絶縁性材料であり、
導電性を付与するにはπ電子共役系を酸化又は還元して
キャリアを生成する必要がある。この過程はドーピング
と呼ばれ、ドーピング反応の結果、バンドギャップ内に
新しい準位が形成され、生成したキャリアはこの準位に
緩和して導電性を示すものと考えられている。
【００２６】前記導電性高分子は主に炭素骨格を持ち、
フェルミ準位は用いる材料により大きく変化しない。従
って、バンドギャップの異なる２つの材料（同種でも異
種材料の組み合わせでも良い）を積層してもバンド構造
に大きなベンディングを伴わない素直な接合界面が形成
できると考えられる。このような場合、ドーピング反応
により生成するキャリアはバンドギャップのより小さい
材料中に緩和することになる。それに伴い、ドーパント
もバンドギャップの小さい材料中に偏在化され、より大
きなバンドギャップを有する材料中への拡散は起こりに
くくなると考えられる。
フェルミ準位は用いる材料により大きく変化しない。従
って、バンドギャップの異なる２つの材料（同種でも異
種材料の組み合わせでも良い）を積層してもバンド構造
に大きなベンディングを伴わない素直な接合界面が形成
できると考えられる。このような場合、ドーピング反応
により生成するキャリアはバンドギャップのより小さい
材料中に緩和することになる。それに伴い、ドーパント
もバンドギャップの小さい材料中に偏在化され、より大
きなバンドギャップを有する材料中への拡散は起こりに
くくなると考えられる。
【００２７】一方、ドーピングされたバンドギャップの
小さい導電性高分子側を電極側とした２層配向膜に高電
圧が印加された時、電子やホールのキャリアは配向膜中
に形成されたバンド内をドーパントに比較して容易に前
記接合界面を通してバンドギャップの異なる層間を移動
でき、また電圧がオフされた時、該接合界面での電荷蓄
積も起こりにくい。特にＦＬＣの高速スイッチング時に
おいては、自発分極の反転に伴う配向膜／液晶界面の電
位変化を配向膜内での電子やホールの移動により緩和す
ることが可能となるであろう。
小さい導電性高分子側を電極側とした２層配向膜に高電
圧が印加された時、電子やホールのキャリアは配向膜中
に形成されたバンド内をドーパントに比較して容易に前
記接合界面を通してバンドギャップの異なる層間を移動
でき、また電圧がオフされた時、該接合界面での電荷蓄
積も起こりにくい。特にＦＬＣの高速スイッチング時に
おいては、自発分極の反転に伴う配向膜／液晶界面の電
位変化を配向膜内での電子やホールの移動により緩和す
ることが可能となるであろう。
【００２８】一般的に、該導電性高分子に導電性を付与
し、キャリア密度を高めるためのドーパントとなる化合
物はイオン性の低分子化合物である。ドーパントとして
はハロゲン、４フッ化ホウ素、酸化物陰イオン種とし
て、例えば、過塩素酸、硫酸、硝酸が好適に用いられ
る。またアルカリ金属等も用いることができる。
し、キャリア密度を高めるためのドーパントとなる化合
物はイオン性の低分子化合物である。ドーパントとして
はハロゲン、４フッ化ホウ素、酸化物陰イオン種とし
て、例えば、過塩素酸、硫酸、硝酸が好適に用いられ
る。またアルカリ金属等も用いることができる。
【００２９】一方、前記導電性高分子は電解法でイオン
のドーピングを行なうことができる。画素電極上の配向
膜にのみ選択的にドーピングを行ない高導電性を付与す
ることができる。図１に局所的に高導電性を付与された
配向膜を模式的に図示した。電解法は常法に従い、所望
のイオンを含有する電解質有機溶液の中で電圧を印加す
ることにより行なうことができる。しかし、本発明の目
的を達成できる方法であれば、局所ドーピングの方法は
何ら本発明の実施方法に限定されるものではない。
のドーピングを行なうことができる。画素電極上の配向
膜にのみ選択的にドーピングを行ない高導電性を付与す
ることができる。図１に局所的に高導電性を付与された
配向膜を模式的に図示した。電解法は常法に従い、所望
のイオンを含有する電解質有機溶液の中で電圧を印加す
ることにより行なうことができる。しかし、本発明の目
的を達成できる方法であれば、局所ドーピングの方法は
何ら本発明の実施方法に限定されるものではない。
【００３０】配向膜は可視領域の光に対して透過性の優
れた媒体が好ましい。従って、形成される配向膜の膜厚
は通常３０〜５００Å、好ましくは３０〜２００Åの範
囲、より好ましくは３０〜１００Åが望ましい。これら
は従来公知技術より成膜できる。このように成膜された
配向膜により効果的な配向性を付与するため、該配向膜
の表面をさらにラビングすることが好ましい。この際、
ラビングの方向は、一方向のみでよいが、上下基板に配
向膜を用いた場合、上下基板のラビング軸は平行、反平
行、或いはわずかな角度を持たせて交差する方向でもよ
く、用いるＦＬＣ材料の配向特性に従って種々の方法で
行なうことができる。また、ラビングは常法に従って行
なえば良い。
れた媒体が好ましい。従って、形成される配向膜の膜厚
は通常３０〜５００Å、好ましくは３０〜２００Åの範
囲、より好ましくは３０〜１００Åが望ましい。これら
は従来公知技術より成膜できる。このように成膜された
配向膜により効果的な配向性を付与するため、該配向膜
の表面をさらにラビングすることが好ましい。この際、
ラビングの方向は、一方向のみでよいが、上下基板に配
向膜を用いた場合、上下基板のラビング軸は平行、反平
行、或いはわずかな角度を持たせて交差する方向でもよ
く、用いるＦＬＣ材料の配向特性に従って種々の方法で
行なうことができる。また、ラビングは常法に従って行
なえば良い。
【００３１】本発明の配向膜を用いた液晶素子に使用さ
れる液晶物質は特に限定されない。しかし、液晶注入時
の初期均一配向の容易性から評価すると、降温過程で、
等方相、コレステリック相、スメクティックＡ相を通し
てカイラルスメクティック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、コレステリック相の温度範
囲における中央点で測定したもの）。しかし、本発明の
液晶配向膜の応用は、上記液晶にのみ限定されるもので
はなく、特にスイッチング過程の安定性・再現性から
は、ＦＬＣ分子が有する自発分極の空間的発散、即ち空
間電荷のつくる分極場が液晶分子の分子配向に液晶を及
ぼし得るような大きな自発分極を有するＦＬＣに対して
好適に用いられる。例えば、自発分極Ｐｓが１０ｎＣ／
ｃｍ2 以上であるＦＬＣ、及び／又は降温過程でコレス
テリック相を持たず、ＳｍＣ* 相でのらせんピッチが
０．５μｍ以下のＦＬＣでも、液晶注入時の初期均一配
向の達成は難しくなるが十分に用いることができる。
れる液晶物質は特に限定されない。しかし、液晶注入時
の初期均一配向の容易性から評価すると、降温過程で、
等方相、コレステリック相、スメクティックＡ相を通し
てカイラルスメクティック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、コレステリック相の温度範
囲における中央点で測定したもの）。しかし、本発明の
液晶配向膜の応用は、上記液晶にのみ限定されるもので
はなく、特にスイッチング過程の安定性・再現性から
は、ＦＬＣ分子が有する自発分極の空間的発散、即ち空
間電荷のつくる分極場が液晶分子の分子配向に液晶を及
ぼし得るような大きな自発分極を有するＦＬＣに対して
好適に用いられる。例えば、自発分極Ｐｓが１０ｎＣ／
ｃｍ2 以上であるＦＬＣ、及び／又は降温過程でコレス
テリック相を持たず、ＳｍＣ* 相でのらせんピッチが
０．５μｍ以下のＦＬＣでも、液晶注入時の初期均一配
向の達成は難しくなるが十分に用いることができる。
【００３２】図２は、ＦＬＣの動作説明のたに、セルの
例を模式的に描いたものである。２１ａと２１ｂは、Ｉ
ｎ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 或いは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に配向し
たＳｍＣ* 相又はＳｍＨ* 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ティック相でのテ
ィルト角Θを表わしている。
例を模式的に描いたものである。２１ａと２１ｂは、Ｉ
ｎ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 或いは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に配向し
たＳｍＣ* 相又はＳｍＨ* 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ティック相でのテ
ィルト角Θを表わしている。
【００３３】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２４が全て電界方向を向く
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。
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２４が全て電界方向を向く
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。
【００３４】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ＦＬＣセルは、その厚さを十分に薄く
（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従い、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又はＰ
ｂは上向き（３４ａ）又は下向き（３４ｂ）のどちらか
の状態をとる。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及び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或いは第２の安定状
態３３ｂのいずれか一方に配向する。この時の第１と第
２安定状態のなす角度の１／２がティルト角θに相当す
る。
態の表面安定型ＦＬＣセルは、その厚さを十分に薄く
（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従い、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又はＰ
ｂは上向き（３４ａ）又は下向き（３４ｂ）のどちらか
の状態をとる。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及び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或いは第２の安定状
態３３ｂのいずれか一方に配向する。この時の第１と第
２安定状態のなす角度の１／２がティルト角θに相当す
る。
【００３５】このＦＬＣ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、その第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によってさらに説明すると、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。また、
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。
その第１に応答速度が極めて速いことであり、その第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によってさらに説明すると、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。また、
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。
【００３６】次に図５（ａ）は本発明にかかる配向膜に
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（ｂ）はそのＣ−ダイレクタを示す図である。
図５（ａ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。図５
（ｂ）中の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５（ａ）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
軸の射影である。
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（ｂ）はそのＣ−ダイレクタを示す図である。
図５（ａ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。図５
（ｂ）中の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５（ａ）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
軸の射影である。
【００３７】一方、従来のラビング処理したポリイミド
膜によって生じた配向状態は図５（ｃ）のＣ−ダイレク
タ図によって示される。図５（ｃ）に示される配向状態
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、ティルト角θは小さくなっている。
膜によって生じた配向状態は図５（ｃ）のＣ−ダイレク
タ図によって示される。図５（ｃ）に示される配向状態
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、ティルト角θは小さくなっている。
【００３８】次に図６（ａ）はＣ−ダイレクタ８１が図
５（ｂ）の状態（ユニフォーム配向状態という）でのテ
ィルト角θを示す説明図、及び図６（ｂ）はＣ−ダイレ
クタ８１が図５（ｃ）の状態（スプレイ配向状態とい
う）でのティルト角θを示す説明図である。図中、６０
は配向膜をラングミュア−ブロジェット法によって形成
した時の基板の引き上げ方向、又は配向膜を塗布法また
は蒸着法によって形成した時のラビング処理軸を示し、
６１ａ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、互いに閾値電圧を越えた
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。
５（ｂ）の状態（ユニフォーム配向状態という）でのテ
ィルト角θを示す説明図、及び図６（ｂ）はＣ−ダイレ
クタ８１が図５（ｃ）の状態（スプレイ配向状態とい
う）でのティルト角θを示す説明図である。図中、６０
は配向膜をラングミュア−ブロジェット法によって形成
した時の基板の引き上げ方向、又は配向膜を塗布法また
は蒸着法によって形成した時のラビング処理軸を示し、
６１ａ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、互いに閾値電圧を越えた
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。
【００３９】次に、逆電界Ｖrev による光学応答の送れ
（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。液晶セルの配向制御層の容量Ｃｉ、液晶層
の容量をＣLC及び液晶の自発分極をＰｓとすると、残像
の原因となるＶrev は下式で表わされる。
（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。液晶セルの配向制御層の容量Ｃｉ、液晶層
の容量をＣLC及び液晶の自発分極をＰｓとすると、残像
の原因となるＶrev は下式で表わされる。
【００４０】Ｖrev ＝２・Ｐｓ／（Ｃi ＋ＣLC） 図７は液晶セル内の電荷分布、自発分極Ｐｓの方向及び
逆電界Ｖrev の方向を模式的に示した断面図である。図
７（ａ）はパルス電界印加前のメモリ状態下における＋
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７（ｂ）はパ
ルス電界解除直後の自発分極Ｐｓの向きを示し、自発分
極Ｐｓは図７（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７（ａ）の時と同様であるため、液晶内に逆電界
Ｖrev が矢印Ｂ方向に生じている。この逆電界Ｖrev は
しばらくした後、図７（ｃ）に示すように消滅し、＋及
び−電荷の分布状態が変化する。
逆電界Ｖrev の方向を模式的に示した断面図である。図
７（ａ）はパルス電界印加前のメモリ状態下における＋
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７（ｂ）はパ
ルス電界解除直後の自発分極Ｐｓの向きを示し、自発分
極Ｐｓは図７（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７（ａ）の時と同様であるため、液晶内に逆電界
Ｖrev が矢印Ｂ方向に生じている。この逆電界Ｖrev は
しばらくした後、図７（ｃ）に示すように消滅し、＋及
び−電荷の分布状態が変化する。
【００４１】図８は従来のポリイ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ティルト角θ
の変化に換えて示した説明図である。図８に示すよう
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）から最大テ
ィルト角Θ付近のユニフォーム配向状態下の平均分子軸
Ｕ2 までティルト角θが若干増大した安定配向状態が得
られる。図９はこの時の光学応答の状態を示すグラフで
ある。
じたスプレイ配向状態の光学応答の変化をティルト角θ
の変化に換えて示した説明図である。図８に示すよう
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）から最大テ
ィルト角Θ付近のユニフォーム配向状態下の平均分子軸
Ｕ2 までティルト角θが若干増大した安定配向状態が得
られる。図９はこの時の光学応答の状態を示すグラフで
ある。
【００４２】本発明によれば、前述した本発明の導電性
配向膜を用いることで、液晶配向状態として、図８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ティルト角Θ
に近いティルト角θを生じる平均分子軸に配列させるこ
とができる。
配向膜を用いることで、液晶配向状態として、図８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ティルト角Θ
に近いティルト角θを生じる平均分子軸に配列させるこ
とができる。
【００４３】図１０は本発明にかかる配向膜を用いた時
の光学応答の状態を示すグラフである。図１０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。
の光学応答の状態を示すグラフである。図１０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。
【００４４】図１２は本発明にかかる配向膜を用いた時
の透過率と５０μｓｅｃの印加パルスの波高値との関係
を示すグラフ（Ｖ−Ｔ特性）である。図１２の実線と点
線で示したように、初期状態の相違（暗状態、明状態）
に対してＶ−Ｔ特性に差の無い配向状態が達成されてい
ることが認められた。
の透過率と５０μｓｅｃの印加パルスの波高値との関係
を示すグラフ（Ｖ−Ｔ特性）である。図１２の実線と点
線で示したように、初期状態の相違（暗状態、明状態）
に対してＶ−Ｔ特性に差の無い配向状態が達成されてい
ることが認められた。
【００４５】本発明は、後述の実施例で明らかにするよ
うに、光学的バンドギャップＥｇopt の異なる少なくと
も２種類以上の導電性高分子を積層した構造を有する導
電性配向膜を用いることによって、配向膜内のドーパン
トイオンの偏在によると考えられるスイッチングにおけ
るヒステリシス等の問題を解決し、双安定な２値状態間
のコントラスト比を向上し、スイッチング過程における
残像現象を解消した。特に自発分極Ｐｓの大きなＦＬＣ
を用いた素子においてもＶ−Ｔ特性におけるヒステリシ
スの無い配向状態を達成することができた。
うに、光学的バンドギャップＥｇopt の異なる少なくと
も２種類以上の導電性高分子を積層した構造を有する導
電性配向膜を用いることによって、配向膜内のドーパン
トイオンの偏在によると考えられるスイッチングにおけ
るヒステリシス等の問題を解決し、双安定な２値状態間
のコントラスト比を向上し、スイッチング過程における
残像現象を解消した。特に自発分極Ｐｓの大きなＦＬＣ
を用いた素子においてもＶ−Ｔ特性におけるヒステリシ
スの無い配向状態を達成することができた。
【００４６】特に米国特許第４６５５５６１号明細書等
に開示されているマルチプレクシング駆動時の非選択画
素に対し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）の光学応答の送れを生じない配向状態を
達成することができる。
に開示されているマルチプレクシング駆動時の非選択画
素に対し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）の光学応答の送れを生じない配向状態を
達成することができる。
【００４７】
（実施例１）基板として、１５００Å厚のＩＴＯ膜が設
けられている、１．１ｍｍ厚のガラス基板を２枚用意
し、ポリアニリン（ＰＡｎ）をＮ−メチルピロリドン
（ＮＭＰ）に溶解し、不溶物をフィルターで取り除いた
後、回転数１５００ｒｐｍで１５ｓｅｃの間スピンコー
ト処理して８０Åの膜厚のＰＡｎ膜を作製した。該ＰＡ
ｎ膜（光学バンドギャップはほぼ１．５ｅＶであった）
を１Ｎ硫酸水溶液に浸漬し、６５℃で数時間乾燥した。
通常、該条件でドーピングした時、１０-4Ｓ／ｃｍ程度
の導電率を有する膜となる。
けられている、１．１ｍｍ厚のガラス基板を２枚用意
し、ポリアニリン（ＰＡｎ）をＮ−メチルピロリドン
（ＮＭＰ）に溶解し、不溶物をフィルターで取り除いた
後、回転数１５００ｒｐｍで１５ｓｅｃの間スピンコー
ト処理して８０Åの膜厚のＰＡｎ膜を作製した。該ＰＡ
ｎ膜（光学バンドギャップはほぼ１．５ｅＶであった）
を１Ｎ硫酸水溶液に浸漬し、６５℃で数時間乾燥した。
通常、該条件でドーピングした時、１０-4Ｓ／ｃｍ程度
の導電率を有する膜となる。
【００４８】前記導電性薄膜上に、蒸着角度１５°以下
にしてポリ（フェニレン−２，５−ジイル）（ＰＰＰ）
（光学バンドギャップ２．５ｅＶ以上）を抵抗加熱によ
り高真空下で真空蒸着して配向膜とした。配向膜の全膜
厚は１９ｎｍであった。
にしてポリ（フェニレン−２，５−ジイル）（ＰＰＰ）
（光学バンドギャップ２．５ｅＶ以上）を抵抗加熱によ
り高真空下で真空蒸着して配向膜とした。配向膜の全膜
厚は１９ｎｍであった。
【００４９】次に、この膜に押し込みの毛先の侵入長
０．４ｍｍ、及び回転数１０００ｒｐｍ、そして基板の
送り速度１２ｍｍ／ｓｅｃの条件で蒸着軸方向にほぼ平
行にラビング処理を行ない配向膜とした。
０．４ｍｍ、及び回転数１０００ｒｐｍ、そして基板の
送り速度１２ｍｍ／ｓｅｃの条件で蒸着軸方向にほぼ平
行にラビング処理を行ない配向膜とした。
【００５０】その後、平均粒径１．５μｍのアルミナビ
ーズを一方の基板上に散布した後、各々の基板ラビング
軸が互いに平行且つ同一方向になるように２枚の基板を
重ね合わせて液晶セルを作製した。このセル内にチッソ
株式会社製のＦＬＣ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ＦＬＣ「ＣＳ−１０１４」を用いた本
実施例のセルでの相変化は、下記の通りであった。
ーズを一方の基板上に散布した後、各々の基板ラビング
軸が互いに平行且つ同一方向になるように２枚の基板を
重ね合わせて液晶セルを作製した。このセル内にチッソ
株式会社製のＦＬＣ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ＦＬＣ「ＣＳ−１０１４」を用いた本
実施例のセルでの相変化は、下記の通りであった。
【００５１】
【化４】
【００５２】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、５０μｓの書き込みパルス
電圧の波高値を変えてＶ−Ｔ特性を測定した。結果を図
１２に示す。この時のパルス電圧波形を図１３に示し
た。図１２より、初期状態が暗状態であるか明状態であ
るかによらずＶ−Ｔ特性に差がなく、駆動時のヒステリ
シスがないことが示された。
ル偏光子の間に挟み込んで、５０μｓの書き込みパルス
電圧の波高値を変えてＶ−Ｔ特性を測定した。結果を図
１２に示す。この時のパルス電圧波形を図１３に示し
た。図１２より、初期状態が暗状態であるか明状態であ
るかによらずＶ−Ｔ特性に差がなく、駆動時のヒステリ
シスがないことが示された。
【００５３】また、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ライヤーにより
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、
ティルト角θと最暗状態と明状態との透過率の比、即ち
コントラスト比を求めた。最暗状態時の透過率は０．８
％であるのに対して、明状態時の透過率は４６％でコン
トラスト比は５７：１であった。また、残像の原因とな
る光学応答の遅れは０．１秒以下となり、いずれも好結
果であった。
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ライヤーにより
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、
ティルト角θと最暗状態と明状態との透過率の比、即ち
コントラスト比を求めた。最暗状態時の透過率は０．８
％であるのに対して、明状態時の透過率は４６％でコン
トラスト比は５７：１であった。また、残像の原因とな
る光学応答の遅れは０．１秒以下となり、いずれも好結
果であった。
【００５４】さらに、上記スイッチング動作を１０7 回
以上行なった後でも、ＦＬＣの配向状態に何らの変化も
生じなかった。
以上行なった後でも、ＦＬＣの配向状態に何らの変化も
生じなかった。
【００５５】この液晶セルを図１１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
１１のＳN 、ＳN+1 、ＳN+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−ＳN ）は、情報線Ｉと走査
線ＳN 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＝２０〜７０μｓｅ
ｃで行なった。 （実施例２）実施例１で用いたＦＬＣ「ＣＳ−１０１
４」に変えて、同じくビフェニルエステル系化合物で下
記に示す相転移状態を示す他のＦＬＣを用いて以下の実
験を行なった。
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
１１のＳN 、ＳN+1 、ＳN+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−ＳN ）は、情報線Ｉと走査
線ＳN 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＝２０〜７０μｓｅ
ｃで行なった。 （実施例２）実施例１で用いたＦＬＣ「ＣＳ−１０１
４」に変えて、同じくビフェニルエステル系化合物で下
記に示す相転移状態を示す他のＦＬＣを用いて以下の実
験を行なった。
【００５６】
【化５】
【００５７】液晶層が十分に厚い場合（〜１００μ
ｍ）、Ｓｍｃ* ではらせん構造をとり、そのピッチは約
４μｍであった。三角波法による自発分極の状態から自
発分極は約１０ｎＣ／ｃｍ2 であり、セル厚１．５μｍ
でのティルト角Θは２３．５°でほぼ最適値に近い値を
持つ。
ｍ）、Ｓｍｃ* ではらせん構造をとり、そのピッチは約
４μｍであった。三角波法による自発分極の状態から自
発分極は約１０ｎＣ／ｃｍ2 であり、セル厚１．５μｍ
でのティルト角Θは２３．５°でほぼ最適値に近い値を
持つ。
【００５８】該液晶を実施例で作製した液晶セル（但
し、ラビング処理なし）に注入した。その時の見かけの
ティルト角θは１６°で最適値に及ばなかった。
し、ラビング処理なし）に注入した。その時の見かけの
ティルト角θは１６°で最適値に及ばなかった。
【００５９】これらの液晶セルに交流電圧（４０Ｈｚ、
６０Ｖ）を１５分間印加したところ、ティルト角θが２
２．１°の均一なモノドメイン配向状態が出現した。交
流電圧印加後の配向状態の変化は図５（ａ）に示した層
のねじれが解ける効果であると考えている。また、反転
電圧は印加前の反転電圧に比べ電圧が高くなっている。
この原因は明らかでないがティルト角θがΘに近づくた
めには配向膜の界面近傍の液晶分子をも反転させるエネ
ルギーを与えなければならないために、反転に必要な駆
動電圧が高いことが必要であると考えられる。交流電圧
印加後のティルト角θにより透過光量が電圧印加前に比
較してコントラスト比は大幅に増加した。
６０Ｖ）を１５分間印加したところ、ティルト角θが２
２．１°の均一なモノドメイン配向状態が出現した。交
流電圧印加後の配向状態の変化は図５（ａ）に示した層
のねじれが解ける効果であると考えている。また、反転
電圧は印加前の反転電圧に比べ電圧が高くなっている。
この原因は明らかでないがティルト角θがΘに近づくた
めには配向膜の界面近傍の液晶分子をも反転させるエネ
ルギーを与えなければならないために、反転に必要な駆
動電圧が高いことが必要であると考えられる。交流電圧
印加後のティルト角θにより透過光量が電圧印加前に比
較してコントラスト比は大幅に増加した。
【００６０】該液晶セルに実施例１と同様な評価を行な
ったところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆
動特性を示した。さらに、実施例１と比較し、特にコン
トラスト比の大幅に改善された良好な液晶セルが得られ
ることがわかった。また、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なったところ、コントラス
ト及び残像についても同様の良好な結果が得られた。ま
た、スイッチング動作を１０7 回以上行なった後でも、
ＦＬＣの配向状態に何ら変化も生じなかった。 （実施例３）実施例１、２で用いたビフェニルエスエル
系のＦＬＣに変え、下記に示す相転移状態を示すロッシ
ュ社製のＦＬＣ「ＦＬＣ６４３０」を用いて以下の実験
を行なった。
ったところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆
動特性を示した。さらに、実施例１と比較し、特にコン
トラスト比の大幅に改善された良好な液晶セルが得られ
ることがわかった。また、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なったところ、コントラス
ト及び残像についても同様の良好な結果が得られた。ま
た、スイッチング動作を１０7 回以上行なった後でも、
ＦＬＣの配向状態に何ら変化も生じなかった。 （実施例３）実施例１、２で用いたビフェニルエスエル
系のＦＬＣに変え、下記に示す相転移状態を示すロッシ
ュ社製のＦＬＣ「ＦＬＣ６４３０」を用いて以下の実験
を行なった。
【００６１】
【化６】
【００６２】自発分極は９０ｎＣ／ｃｍ2 であり、Ｓｍ
Ｃ* でのピッチ長は０．４μｍ、ティルト角Θは２７°
である。
Ｃ* でのピッチ長は０．４μｍ、ティルト角Θは２７°
である。
【００６３】実施例１、２で用いた液晶セルにＦＬＣ６
４３０を等方相下で真空注入してから、等方相から０．
５℃／ｈで３０℃まで徐冷した。さらにＳｍＡ相から１
５Ｖ／μｍ、１０Ｈｚの交流電圧を印加しながらＳｍＣ
* 相まで徐冷することによって典型的なショートピッチ
テクスチャーを持つ均一な配向を得ることができた。
４３０を等方相下で真空注入してから、等方相から０．
５℃／ｈで３０℃まで徐冷した。さらにＳｍＡ相から１
５Ｖ／μｍ、１０Ｈｚの交流電圧を印加しながらＳｍＣ
* 相まで徐冷することによって典型的なショートピッチ
テクスチャーを持つ均一な配向を得ることができた。
【００６４】該液晶セルに実施例１と同様な評価を行な
ったところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆
動特性を示した（図１２）。さらに、実施例１と比較し
て特にコントラスト比の大幅な改善が見られ、コントラ
ストが６０：１以上の液晶セルが得られることがわかっ
た。まあ、実施例１と同様のマルチプレクシング駆動に
よる表示を行なったところ、コントラスト及び残像につ
いても同様の良好な結果が得られた。 （実施例４）実施例３の液晶セル作製で、ＰＡｎ膜のド
ーピングに電界酸化法を用いる以外は実施例３と同様に
して液晶セルを作製し、実施例３と同様の評価を行なっ
たところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆動
特性を示した（図１２）。さらに、実施例３と比較して
コントラスト比の改善された液晶セルが得られることが
わかった。 （実施例５〜９）実施例１〜３で用いた導電性高分子に
変えて、下記表の導電性高分子を用いて実施例１〜３と
同様にして液晶セルを作製し、ロッシュ社製のＦＬＣ６
４３０を注入し、電界配向処理を行なったところストラ
イプテクスチャーを有する均一な配向状態が得られた。
該液晶セルのスイッチング特性を実施例３と同様にして
評価を行なったところ、ヒステリシスのない良好なスイ
ッチング駆動特性を示した。さらに、実施例３と比較し
コントラスト比もほぼ同等な液晶セルが得られることが
わかった。
ったところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆
動特性を示した（図１２）。さらに、実施例１と比較し
て特にコントラスト比の大幅な改善が見られ、コントラ
ストが６０：１以上の液晶セルが得られることがわかっ
た。まあ、実施例１と同様のマルチプレクシング駆動に
よる表示を行なったところ、コントラスト及び残像につ
いても同様の良好な結果が得られた。 （実施例４）実施例３の液晶セル作製で、ＰＡｎ膜のド
ーピングに電界酸化法を用いる以外は実施例３と同様に
して液晶セルを作製し、実施例３と同様の評価を行なっ
たところ、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆動
特性を示した（図１２）。さらに、実施例３と比較して
コントラスト比の改善された液晶セルが得られることが
わかった。 （実施例５〜９）実施例１〜３で用いた導電性高分子に
変えて、下記表の導電性高分子を用いて実施例１〜３と
同様にして液晶セルを作製し、ロッシュ社製のＦＬＣ６
４３０を注入し、電界配向処理を行なったところストラ
イプテクスチャーを有する均一な配向状態が得られた。
該液晶セルのスイッチング特性を実施例３と同様にして
評価を行なったところ、ヒステリシスのない良好なスイ
ッチング駆動特性を示した。さらに、実施例３と比較し
コントラスト比もほぼ同等な液晶セルが得られることが
わかった。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶素子
においては下記の効果が得られる。
においては下記の効果が得られる。
【００６７】特にカイラルスメクティック液晶の非ら
せん構造での大きなティルト角を生じ、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、しかも目障りな残像現象の生じることがない。
せん構造での大きなティルト角を生じ、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、しかも目障りな残像現象の生じることがない。
【００６８】ＦＬＣの自発分極Ｐｓが大きくなると逆
電界効果により駆動特性が悪化することが指摘されてい
たが、本発明においては逆電界効果による駆動時のヒス
テリシスがない良好な駆動特性が得られる。特に自発分
極Ｐｓが非常に大きい（９０ｎＣ／ｃｍ2 ）液晶にも有
効である。
電界効果により駆動特性が悪化することが指摘されてい
たが、本発明においては逆電界効果による駆動時のヒス
テリシスがない良好な駆動特性が得られる。特に自発分
極Ｐｓが非常に大きい（９０ｎＣ／ｃｍ2 ）液晶にも有
効である。
【００６９】また駆動による配向のみだれの生じにく
い液晶配向状態が得られる上記の結果、本発明の液晶素
子は非常に表示品位が高く、優れた動画表示を行なうこ
とができる。
い液晶配向状態が得られる上記の結果、本発明の液晶素
子は非常に表示品位が高く、優れた動画表示を行なうこ
とができる。
【図１】本発明の液晶素子の一実施態様を示す模式図で
ある。
ある。
【図２】らせん構造を持つカイラルスメクティック液晶
の配向状態を示す斜視図である。
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持つカイラルスメク
ティック液晶の配向状態を示す斜視図である。
ティック液晶の配向状態を示す斜視図である。
【図４】基板の一軸性配向軸と非らせん構造のＦＬＣ分
子軸との関係を示す説明図である。
子軸との関係を示す説明図である。
【図５】カイラルスメクティック液晶の配向状態の説明
図である。
図である。
【図６】ユニフォーム配向状態及びスプレイ配向状態に
おけるティルト角θを示す図である。
おけるティルト角θを示す図である。
【図７】ＦＬＣの電荷分布、自発分極Ｐｓの向き及び逆
電界Ｖrev の向きを示す説明図である。
電界Ｖrev の向きを示す説明図である。
【図８】電界印加時及び印加後のティルト角θの変化を
示す図である。
示す図である。
【図９】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。
グラフである。
【図１０】本発明の液晶素子の光学応答特性を示すグラ
フである。
フである。
【図１１】本発明の実施例で用いた駆動電圧の波形図で
ある。
ある。
【図１２】本発明の液晶素子における透過率／電圧特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図１３】透過率／電圧特性の測定における印加電圧波
形である。
形である。
Claims (12)
- 【請求項１】 それぞれに電極と配向制御膜を有する一
対の基板間にカイラルスメクティックＣ相を示す液晶を
挟持してなる液晶素子であって、上記配向制御膜が光学
的バンドギャップＥｇopt の異なる少なくとも２種類以
上の導電性高分子層を積層してなることを特徴とする液
晶素子。 - 【請求項２】 前記配向制御膜を構成する導電性高分子
において、液晶層に隣接する第１の層の導電性高分子の
Ｅｇopt が該第１の層の下層に位置する第２の層の導電
性高分子のＥｇopt よりも大きいことを特徴とする請求
項１記載の液晶素子。 - 【請求項３】 導電性高分子が下記構造式で示されるポ
リピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン及びその誘
導体、 【化１】 ポリアニレンビニレン及びその誘導体、ポリイソチアナ
フテン、ポリ（フェニレン−２，５−ジイル）、ポリ
（ピリジン−２，５−ジイル）、ポリ（２，２’−ビピ
リジン−５，５−ジイル）、ポリ（ピリジン−５，２−
ジイル−チオフェン−２，５−ジイル）からなる群より
選ばれたことを特徴とする請求項１記載の液晶素子。 - 【請求項４】 液晶の自発分極の大きさが１０ｎＣ／ｃ
ｍ2 以上であることを特徴とする請求項１記載の液晶素
子。 - 【請求項５】 液晶が、降温過程で等方相、コレステリ
ック相、スメクティックＡ相、カイラルスメクティック
Ｃ相の順で相転移することを特徴とする請求項１記載の
液晶素子。 - 【請求項６】 液晶のコレステリック相のピッチが０．
８μｍ以上であることを特徴とする請求項５記載の液晶
素子。 - 【請求項７】 液晶が、降温過程でコレステリック相を
持たないことを特徴とする請求項１記載の液晶素子。 - 【請求項８】 液晶のカイラルスメクティックＣ相にお
けるらせんピッチが０．５μｍ以下であることを特徴と
する請求項１記載の液晶素子。 - 【請求項９】 交流電界を印加して液晶の初期配向状態
を得ることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。 - 【請求項１０】 少なくとも一方の配向膜の液晶側の界
面に一軸配向処理がなされていることを特徴とする請求
項１記載の液晶素子。 - 【請求項１１】 一軸配向処理がラビング処理であるこ
とを特徴とする請求項１０記載の液晶素子。 - 【請求項１２】 マルチプレクシング駆動により駆動を
行なうことを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5237211A JP2884462B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 液晶素子 |
| US08/442,987 US5498762A (en) | 1993-08-31 | 1995-05-17 | Ferroelectric liquid crystal device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5237211A JP2884462B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 液晶素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0764098A JPH0764098A (ja) | 1995-03-10 |
| JP2884462B2 true JP2884462B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=17012035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5237211A Expired - Fee Related JP2884462B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 液晶素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5498762A (ja) |
| JP (1) | JP2884462B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5644415A (en) * | 1993-12-20 | 1997-07-01 | Casio Computer Co., Ltd. | Liquid crystal display device having wide field angle |
| JPH08136932A (ja) * | 1994-11-08 | 1996-05-31 | Seiko Instr Inc | 液晶に微少に傾斜した垂直配列を導入する方法、液晶電気光学素子及び液晶ライトバルブ |
| JPH08146422A (ja) * | 1994-11-15 | 1996-06-07 | Sony Corp | 液晶表示装置および製造方法 |
| US5786041A (en) * | 1995-06-07 | 1998-07-28 | International Business Machines Corporation | Alignment film, a method for producing the alignment film and a liquid crystal display device using the alignment film |
| KR19980057654A (ko) * | 1996-12-30 | 1998-09-25 | 손욱 | 액정표시소자 및 그 제조방법 |
| KR19990000971A (ko) * | 1997-06-11 | 1999-01-15 | 손욱 | 액정표시소자 |
| KR100265062B1 (ko) * | 1997-06-19 | 2000-09-01 | 김영남 | 전기전도성 폴리피롤막을 함유하는 반사형 액정표시소자 |
| DE19933843B4 (de) * | 1999-07-20 | 2005-02-17 | Robert Bosch Gmbh | Eine Schicht, die elektrisch leitfähiges, transparentes Material enthält, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schicht und deren Verwendung |
| SG105534A1 (en) * | 2001-03-07 | 2004-08-27 | Bayer Ag | Multilayered arrangement for electro-optical devices |
| GB2394781B (en) * | 2002-10-31 | 2005-11-09 | Hewlett Packard Co | Bistable nematic liquid crystal display device |
| US7066071B2 (en) | 2003-05-01 | 2006-06-27 | Helen Of Troy Limited | Food slicer |
| JP4570341B2 (ja) * | 2003-07-23 | 2010-10-27 | シャープ株式会社 | 薄膜トランジスタおよびそれを用いた表示素子、ならびに液晶表示素子 |
| GB2412180B (en) * | 2004-03-20 | 2008-07-16 | Hewlett Packard Development Co | Bistable nematic liquid crystal display device |
| JP4082413B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2008-04-30 | セイコーエプソン株式会社 | 電気光学装置及びその製造方法、並びに電子機器 |
| GB2424716B (en) * | 2005-03-29 | 2010-03-24 | Hewlett Packard Development Co | Bistable liquid crystal display device |
| JP2007025119A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Seiko Epson Corp | 配向膜の製造装置、配向膜の製造方法、液晶装置、及び電子機器 |
| JP5426274B2 (ja) * | 2009-08-12 | 2014-02-26 | シャープ株式会社 | トランジスタおよびそれを用いた表示素子、ならびに液晶表示素子 |
| CN102830522B (zh) * | 2011-06-17 | 2014-12-24 | 苏州汉朗光电有限公司 | 高亮度、高对比度的近晶相液晶显示屏 |
| JP6451941B2 (ja) * | 2014-04-23 | 2019-01-16 | Jsr株式会社 | 液晶配向剤および液晶表示素子 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1995
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| Publication number | Publication date |
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