JPH04255824A - 液晶素子及び表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
子並びに表示装置に関し、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
子並びに該液晶素子を表示に使用した表示装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶は電気光学素子として種
々の分野で応用されている。現在、実用化されている液
晶素子としては、たとえばエム・シャット（Ｍ．Ｓｃｈ
ａｄｔ）とダブリュ・ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉ
ｃｈ）著“アプライド　　フィジック　　レターズ”（
“Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ”）Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．４（１９７１）Ｐ．１２７
に示されたＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）がた
の液晶を用いたものがある。しかし、このモードにおい
て時分割方式での駆動を行った場合、走査線数が増えれ
ば増えるほど、画像コントラストの低下が起こり、大容
量の表示を得ることは困難になっている。これを解決す
るものとして、液晶分子をさらにねじって配向させ、液
晶セルの複屈折性を利用して表示する超ねじれ複屈折型
（ＳＢＥ型）表示素子が、ティー・ジェー・シェファー
（Ｔ．Ｊ．Ｓｃｈｅｆｆｅｒ）、ジェー・ネーリング（
Ｊ．Ｎｅｈｒｉｎｇ）により、“アプライド・フィジッ
クス・レターズ”（“Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）Ｖｏｌ．４５（１９８４）Ｐ
．１０２１により提唱された。ところが、このＳＢＥ型
液晶表示素子では、従来のようなチルト角の小さな配向
膜を用いるとスッキャタリングメインが発生してしまう
。そのため大きなチルト角を実現する配向膜が必要とさ
れている。

【０００３】一方、強誘電性カイラルスメクチック液晶
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（Ｃ
ｌａｒｋ）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４，３６７，９２４号明細書等）。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＊）または
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を取り、かつ電界の印加のない時は
その状態を維持する性質（すなわち双安定性）を有する
。また、電界の変化に対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の広い利用が期待されて
いる。特にその機能から大画面で、高精細のディスプレ
イ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こ
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、直行ニコル下での透過率は、

【０００６】

【外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］ と表わされる。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°の角度のときは
最大の透過率となり、双安定性を実現する非らせん構造
でのチルト角が２２．５°にできる限り近いことが必要
である。

【０００７】ところで強誘電性液晶の配向方法としては
、大きな面積にわた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。

【０００８】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、たとえ
ば、米国特許第４，５６１，７２６号公報などが知られ
ている。

【０００９】しかしながら、これまで用いられてきた配
向方法、特にラビング処理し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、下述のごとき問題点を有していた。

【００１０】

【外２】

【００１１】

【外３】

【００１２】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、電極と液晶層の間の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Ｖｒｅｖが生じ、
この逆電界Ｖｒｅｖがディスプレイの際の残像を引き起
こしていた。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」Ｐ．１４
２〜１４３の「ＳＳＦＬＣのスイッチング特性」で明か
にされている。

【００１３】（発明の概要）したがって、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が
ディスプレイされ、かつ残像を生じないディスプレイを
達成できる強誘電性液晶素子、ならびに、該液晶素子を
表示に使用した表示装置を提供することにある。

【００１４】本発明は、一対の基板と、該一対の基板間
に配置した液晶とを有する液晶素子において、前記一対
の基板のうち、少なくとも一方の基板がビシクロ［２，
２，２］オクト−７−エン−２，３，５，６−テトラカ
ルボン酸及び／又はその誘導体の少なくとも１種とジア
ミン及び／又はその誘導体の少なくとも１種とから得た
アミド酸を脱水閉環反応によって生成したイミド環を持
つ化合物（以後、「イミド環化合物」という）の被膜を
有する液晶素子である。

【００１５】（発明の態様の詳細な説明）図１は本発明
の強誘電性カイラルスメクチック液晶セルの一例を模式
的に描いたものである。

【００１６】１１ａと１１ｂはそれぞれＩｎ２Ｏ３やＩ
ＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔｉｎ　　Ｏｘｉｄｅ）等の透
明電極１２ａと１２ｂで被覆された基板（ガラス板）で
あり、そのうえに２００Å〜１０００Å厚の絶縁膜１３
ａと１３ｂ（ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜、Ｔａ２Ｏ５膜な
ど）と、前記イミド環化合物で形成した５０Å〜１００
０Å厚の配向制御膜１４ａと１４ｂとがそれぞれ積層さ
れている。

【００１７】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
制御膜１４ａと１４ｂが配置されている。基板１１ａと
１１ｂ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。上述の十分に小さい距離は、
基板１１ａと１１ｂとの間に配置したビーズスペーサー
１６（シリカビーズ、アルミナビーズ）によって保持さ
れる。

【００１８】本発明者らの実験によれば、下述の実施例
で明らかにするラビング処理した特定のポリイミド配向
膜による配向方法を用いることによって、明状態と暗状
態での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）の光学応答遅れ
を生じない配向状態が達成された。

【００１９】本発明で用いるイミド環化合物の被膜は、
ビシクロ［２，２，２］オクト−７−エン−２，３，５
，６−テトラカルボン酸および／またはその誘導体の少
なくとも一種類を含有する酸成分と、ジアミンおよび／
またはその誘導体からなるジアミン成分とを反応させて
得られるポリアミド酸を脱水閉環させて得られる。

【００２０】該テトラカルボン酸誘導体としては、その
二無水物が好ましく用いられる。

【００２１】本発明は、前述の酸成分の他に、他の酸成
分を組合わせることができる。

【００２２】その酸成分としては、特に限定されるわけ
ではないが、具体的には、たとえば以下のようなものが
挙げられる。

【００２３】ピロメリット酸二無水物、３，３′４，４
′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、２，３，３
′，４′−テトラカルボキシビフェニル　　二無水物、
３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニルエー
テル　　二無水物、２，３，３′，４′−テトラカルボ
キシビフェニルエーテルニ無水物、３，３′，４，４′
−テトラカルボキシベンゾフェノン　　二無水物、２，
３，３′，４′−テトラカルボキシベンゾフェノン　　
二無水物、３，３′，４，４′−テトラカルボキシフェ
ニルメタン　　二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカ
ルボキシフェニル）プロパン　　二無水物、２，２−ビ
ス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプ
ロパン　　二無水物、３，３′，４，４′−テトラカル
ボキシジフェニルスルホン　　二無水物、２，２−ビス
｛４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝
プロパン　　二無水物、２，２−ビス｛４−（３，４−
ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプ
ロパンニ無水物ジアミン成分としては、特に限定される
ものではないが、例えば下記一般式（１）〜（５）で示
されるようなジアミンが挙げられる。

【００２４】

【外４】 （ただし、上記一般式（１）〜（５）において、Ｚ１〜
Ｚ６はそれぞれ独立に単結合、−Ｏ−、−ＣＨ２−、−
Ｓ−、−ＳＯ２−、−ＣＯ−、−Ｃ（ＣＨ３）２−、−
Ｃ（ＣＦ３）２−のいずれか１つを示す。また、Ｘ１〜
Ｘ１０はそれぞれ独立にＨ、Ｆ、ＣＨ３、ＣＦ３のいず
れか１つを示す。）

【００２５】一般式（１）において、ｎは好ましくは３
〜１２の整数である。

【００２６】一般式（２）において、２つのアミノ基は
好ましくはパラもしくはメタ配位であり、Ｘ１は好まし
くはＨを示す。

【００２７】一般式（３）において、Ｚ１は好ましくは
単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、−Ｃ（ＣＨ３）
２−、−Ｃ（ＣＦ３）２−のいずれか１つを示し、Ｘ２
及びＸ３は好ましくはＨ、ＣＨ３、又はＣＦ３を示し、
より好ましくはＨを示す。また、２つのアミノ基は結合
子Ｚ１に対してそれぞれパラ位で結合することが望まし
い。

【００２８】一般式（４）において、Ｚ２及びＺ３は好
ましくは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、のいずれか１つを示
し、Ｘ４、Ｘ５及びＸ６はそれぞれ好ましくはＨ、ＣＨ
３、ＣＦ３のいずれか１つを示す。また、Ｚ２及びＺ３
は好ましくはパラ位で結合することが望ましく、２つの
アミノ基は結合子Ｚ２及びＺ３に対しそれぞれパラ位も
しくはメタ位で結合することが望ましい。

【００２９】さらに、一般式（５）において、Ｚ５は好
ましくは−Ｃ（ＣＨ３）２−、−Ｃ（ＣＦ３）２−のい
ずれか１つを示し、Ｚ４及びＺ６は好ましくは−Ｏ−、
−Ｓ−、−ＣＨ２−のいずれか１つを示す。またＸ８及
びＸ９は好ましくはＨを示し、Ｘ７及びＸ１０は好まし
くはＨ、Ｆ、ＣＦ３のいずれか１つを示す。さらに、Ｚ
５は、Ｚ４及びＺ６それぞれに対し互いにパラ位で結合
することが望ましく、２つのアミノ基は結合子Ｚ４及び
Ｚ６に対し、それぞれパラ位もしくはメタ位で結合する
ことが望ましい。

【００３０】具体的には一般式（１）で示される化合物
としては、１，４−ブタンジアミン、１，５−ペンタン
ジアミン、１，６−ヘキサンジアミン、１，７−ヘプタ
ンジアミン、１，８−オクタンジアミン、１，９−ノナ
ンジアミン、１，１０−デカンジアミン、１，１１−ウ
ンデカンジアミン、１，１２−ドテカンジアミンなどが
挙げられる。

【００３１】一般式（２）で示される化合物としては、
ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミンなど
が挙げられる。

【００３２】一般式（３）で示される化合物としては、
４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジ
アミノジフェニルメタン、４，４′−ジアミノジフェニ
ルスルホン、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）プロ
パン、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）ヘキサフル
オロプロパン、３，３′−ジアミノジフェニルエーテル
、３，３′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジ
アミノジフェニルスルホン、３，３′−ジメチル−４，
４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ジメチ
ル−４，４′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−
ジメチル−４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、２
，２−ビス（ｍ−アミノフェニル）プロパン、２，２−
ビス（ｍ−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、
３，３′−ジメチルベンジジンなどが挙げられる。

【００３３】一般式（４）で示される化合物としては、
１，４″−ジアミノターフェニル、１，４−ビス（ｐ−
アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（ｍ−アミ
ノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノ−
３−メチルフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−
アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ベンゼン
、などが挙げられる。

【００３４】一般式（５）で示される化合物としては、
２，２−ビス［（４−アミノフェノキシ）フエニル］プ
ロパン、２，２−ビス［（４−アミノ−３−フルオロフ
ェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［（４−
アミノ−３−メチルフェノキシ）］プロパン、２，２−
ビス［（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキ
シ）フェニル］プロパン、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−３−フルオロフェノキシ）フ
ェニル］ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス［（４
−アミノ−３−メチルフェノキシ）フェニル］ヘキサフ
ルオロプロパン、２，２−ビス［（４−アミノ−３−ト
リフルオロメチルフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオ
ロプロパン、２，２−ビス［（４−アミノ−２−フルオ
ロフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［（
４−アミノ−２−メチルフェノキシ）フェニル］プロパ
ン、２，２−ビス［（４−アミノ−２−トリフルオロメ
チルフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［
（４−アミノ−２−フルオロメチルフェノキシ）フェニ
ル］プロパン、２，２−ビス［（４−アミノ−２−フル
オロフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン、
２，２−ビス［（４−アミノ−２−メチルフェノキシ）
フェニル］ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス［（
４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）フェ
ニル］ヘキサフルオロプロパン、２−［（４−アミノ−
３−フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（４−ア
ミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２−［（４−ア
ミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］
−２−［（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン
、２−［（４−アミノ−２−フルオロフェノキシ）フェ
ニル］−２−［（４−アミノフェノキシ）フェニル］プ
ロパン、２−［（４−アミノ−２−トリフルオロメチル
フェノキシ）フェニル］−２−［（４−アミノフェノキ
シ）フェニル］プロパン、２−［（４−アミノ−２−メ
チルフェノキシ）フェニル］−２−［（４−アミノフェ
ノキシ）フェニル］プロパン、２−［（４−アミノ−３
−フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（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
−［（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ
）フェニル］−２−［（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−［（４−アミノ−２
−フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（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
−［（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ
）フェニル］−２−［（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−［（４−アミノ−２
−メチルフェノキシ）フェニル］−２−［（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−［
（４−アミノ−３−フルオロフェノキシ）フェニル］−
２−［（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキ
シ）フェニル］プロパン、２−［（４−アミノ−３−フ
ルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（４−アミノ−
２−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］プロパ
ン、２−［（４−アミノ−３−フルオロフェノキシ）フ
ェニル］−２−［（４−アミノ−３−トリフルオロメチ
ルフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン、２
−［（４−アミノ−３−フルオロフェノキシ）フェニル
］−２−［（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェ
ノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパンフネフホビ
ス［（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ
）フェニル］ヘキサフルオロプロパン２，２−ビス［（
３−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−
ビス［（３−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［（５−アミノ−２−フル
オロフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［
（５−アミノ−２−フルオロフェノキシ）フェニル］ヘ
キサフルオロプロパン、２−［（４−アミノフェノキシ
）フェニル］−２−［（３−アミノフェノキシ）フェニ
ル］プロパン、２−［（４−アミノフェノキシ）フェニ
ル］−２−［（３−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキ
サフルオロプロパン、２−［（４−アミノ−３−トリフ
ルオロメチルフェノキシ）フェニル］−２−［（３−ア
ミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２−［（４−ア
ミノ−２−フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（
３−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロ
パンなどが挙げられる。

【００３５】合成例１ ２，２−ビス［４−（４−アミノ−３−トリフルオロメ
チルフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパンの
製造工程１ ２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオ
ロプロパン１６．０ｇ（４７．６ｍｍｏｌ）、５−クロ
ロ−２−ニトロベンゾトリフルオライド２６．９ｇ（１
１９ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム２０．２ｇ（１９０ｍ
ｍｏｌ）をジメチルホルムアミド１００ｍｌ中１５０℃
で、４時間反応させた。反応終了後、氷水２５０ｍｌに
注入し、酢酸エチルで抽出した。有機層を水洗後、無水
硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後溶媒を留去して粗生
成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展
開液　　トルエン／ヘキサン＝１／１）で精製後、さら
に、活性炭処理をして２，２−ビス［４−（４−ニトロ
−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］ヘキ
サフルオロプロパン３２．６ｇを得た（収率９５．９％
）。

【００３６】工程２ 工程１で得られたジニトロ体３１．７ｇ（４４．４ｍｍ
ｏｌ）をエタノール１００ｍｌに溶かし、７０℃に加熱
した。これに活性炭１．９３ｇ、塩化第二鉄１０６ｍｇ
を加え、３０分間加熱撹拌を続けた。これに、ヒドラジ
ン一水和物（純度８０％）９．１６ｇ（１３３．２ｍｍ
ｏｌ）を滴下した。４時間反応させた後熱濾過し不溶物
を除去した。母液を濃縮し、水２００ｍｌに注入した。 酢酸エチルで抽出後、水洗し、無水硫酸ナトリウムで乾
燥した。濾過後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー
（展開液トルエン）にて精製し、２，２−ビス［４−（
４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェ
ニル］ヘキサフルオロプロパン２１．２ｇを得た（収率
７３．０％）。

【００３７】合成例２ ポリアミド酸の合成 反応容器中に合成例１で得た２，２−ビス［４−（４−
アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル
］ヘキサフルオロプロパン６．５４ｇ（１０ｍｍｏｌ）
を精秤し、反応容器ごと１００℃乾燥機中で１時間半減
圧乾燥した。これに、良く乾燥させたＮ−メチル−２−
ピロリドン（ＮＭＰ）３０ｍｌを加え、ジアミンを溶解
させた。１５０℃乾燥機中で２時間減圧乾燥したビシク
ロ［２，２，２］オクト−７−エン−２，３，５，６−
テトラカルボン酸二無水物２．４８ｇ（１０ｍｍｏｌ）
を精秤し、数回に分けて添加した。添加の際に容器壁に
付着した酸二無水物は、乾燥ＮＭＰで随時洗い落としな
がら、室温で５時間激しく撹拌を続けた。最終的に加え
たＮＭＰ量は７８ｍｌであった。

【００３８】本発明で用いるイミド環化合物（例えばポ
リイミド、イミドダイマー、イミドトリマーなど）の膜
を基板上に設ける際には、その前駆体であるアミド酸（
ポリアミド酸、アミド酸ダイマー、アミド酸トリマーな
ど）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−メチルピロリドンなど
の溶剤に溶解して０．０１〜４０（重量）％溶液として
、該溶剤をスピンナー塗布法、スプレー塗布法、ロール
塗布法などにより基板上に塗布した後、１００〜３５０
℃、好ましくは２００〜３００℃の温度で加熱して脱水
閉環させイミド環化合物の膜を形成することができる。 このイミド環化合物の膜は、しかる後に布などのラビン
グ処理される。また、本発明で用いるイミド環化合物の
膜は３０Å〜１μｍ程度、好ましくは２００Å〜２００
０Å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。 また、本発明では、絶縁膜１３ａと１３ｂの上にポリイ
ミド膜を設ける際には、このイミド環化合物の膜の膜厚
は２００Å以下、好ましくは１００Å以下に設定される
ことができる。

【００３９】本発明で用い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（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の中央点で測定したもの
）。具体的な液晶としては、下記液晶物質「ＬＣ−１」
、「８０Ｂ」および「８０ＳＩ＊」を下記比率で含有さ
せた液晶組成物が好ましく用いられる。

【００４０】

【外５】

【００４１】

【外６】

【００４２】

【外７】

【００４３】液晶 （１）（ＬＣ−１）９０／（８ＯＢ）１０（２）（ＬＣ
−１）８０／（８ＯＢ）２０（３）（ＬＣ−１）７０／
（８ＯＢ）３０（４）（ＬＣ−１）６０／（８ＯＢ）４
０（５）８ＯＳＩ＊ （表中の添え字は、それぞれ重量比を表わしている。）

【００４４】図２は、強誘電性カイラルスメクチック液
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２１ｂは、Ｉｎ２Ｏ２、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
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）相または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が液
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。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。

【００４５】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、その厚さを十分に
薄く（例えば０．１μｍ〜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、非らせん構造となる、その双極子モーメントＰ
またはＰ′は上向き（３４ａ）、または下向き（３４ｂ
）のどちらかの状態を取る。このようなセルに、図３に
示すごとく一定の閾値以上の極性の異なる電界Ｅａまた
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またはＥｂの電界ベク
トルに対応して上向き３４ａ、または下向き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３
３ａあるいは第２の安定状態３３ｂのいずれか一方を配
向する。

【００４６】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
Ｅａ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。

【００４７】図４は、本発明の配向方向に生じた液晶分
子の配向状態を模式的に明らかにした断面図である。図
４に示す４１ａおよび４１ｂは、それぞれ上基板および
下基板を表わしている。４０は液晶分子４２で組織され
た分子層で、液晶分子４２が円錐４３の底面４４（円形
）に沿った位置を変化させて配列している。図５は、Ｃ
−ダイレクタを示す図である。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に示す分子層４０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。

【００４８】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４１
ａから下基板４１ｂ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。

【００４９】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
を示すための平面図で、図５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
示すための平面図である。図中、５０は前述した本発明
の特定イミド環化合物の膜に施したラビング処理軸を示
し５１ａは配向状態Ｕ１での平均分子軸、５１ｂは配向
状態Ｕ２での平均分子軸、５２ａは配向状態Ｓ１での平
均分子軸、５２ｂは配向状態Ｓ２での平均分子軸を示す
。 平均分子軸５１ａと５１ｂ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５２ａ、５２ｂとの間でも生じ
る。

【００５０】次に、逆電界Ｖｒｅｖ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。

【００５１】液晶セルの絶縁層（配向制御膜）の容量Ｃ
ｉ、液晶層の容量をＣＬＣおよ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。

【００５２】

【外８】

【００５３】図８は、液晶セル内の電荷の分布、Ｐｓの
方向および逆電解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＋および−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、＋および−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Ｖｒ
ｅｖが、矢印方向に生じている。この逆電界Ｖｒｅｖは
、しばらくした後、図８（Ｃ）に示すように消滅し＋お
よび−電荷の分布状態が変化する。

【００５４】図９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チルト角θの
変化に換えて示したものである。図９によれば、パルス
電界印加時、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Ｖｒｅｖ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Ｖｒｅｖ
の減衰作用により、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）までチルト角が若干増大
した安定配向状態が得られる。この時の光学応答は図１
０で明らかにされている。

【００５５】本発明によれば、前述したビシクロ［２、
２、２］オクト−７−エン−２、３、５、６−テトラカ
ルボン酸含有のイミド環化合物配向膜を用いた配向方法
によって得た配向状態では、図９に示したスプレイ状態
下の平均分子軸Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）およびＳ（Ｃ）を生
じさせることがなく、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。 この時の本発明の光学応答を図１１に示す。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
いることが分かる。

【００５６】また、本発明の液晶素子を表示パネル部に
使用し、図１２および図１３に示した走査線アドレス情
報を持つ画像情報なるデータフォーマットおよびＳＹＮ
Ｃ信号による通信同期手段をとることにより液晶表示装
置を実現することができる。

【００５７】画像情報の発生は、本体装置側のグラフィ
ックスコントローラー１０２にて行なわれ、図１２およ
び図１３に示した信号転送手段に従って表示パネル１０
３に転送される。グラフィックスコントローラー１０２
は、ＣＰＵ（中央演算処理装置、以下ＧＣＰＵ１１２と
略す）およびＶＲＡＭ（画像情報格納用メモリ）１１４
を核に、ホストＣＰＵ１１３と液晶表示装置１０１間の
画像情報の管理や通信をつかさどっており、本発明の制
御方法は主にこのグラフィックスコントローラー１０２
上で実現されるものである。

【００５８】なお、該表示パネルの裏面には光源が配置
されている。

【００５９】また、本発明で用いる液晶としては、カイ
ラルスメクチック液晶の他にネマチック液晶を用いるこ
とができる。

【００６０】以下、実施例により本発明について更に詳
細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。

【００６１】

【実施例】実施例１ １０００Å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式
で示すポリアミド酸のＮ−メチルピロリドン／ｎ−ブチ
ルセルソルブ＝５／１の３．０重量％溶液を回転数３０
００ｒｐｍのスピナーを用いて塗布した。

【００６２】

【外９】

【００６３】成膜後約１時間、２５０℃で加熱焼成処理
を施した。この時の膜厚は４５０Åであった。この塗布
膜にナイロン触毛布による一方向のラビング処理を行な
った。

【００６４】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あわせてセルを作成した。

【００６５】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℃／ｈｒ
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「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。

【００６６】

【外１０】

【００６７】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から、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１３°であり、最暗状態
時の透過率は１％で、明状態時の透過率は３２％であり
、したがってコントラスト比は３２：１であった。残像
の原因となる光学応答の遅れは０．２秒以下であった。

【００６８】この液晶セルを図１４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。なお、
図１４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波形を表わしてい
る。また、本実施例では、Ｖ０＝５Ｖ〜８Ｖ、ΔＴ＝２
０μｓｅｃ〜７０μｓｅｃで行なった。

【００６９】実施例２〜１５ 表１に示した配向制御膜および液晶材料を用いたほかは
実施例１と同様にしてセルを得た。

【００７０】それぞれに対して実施例１と同様な試験を
行なった。

【００７１】コントラスト比および光学応答の遅れ時間
の結果を表２に示す。

【００７２】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、コントラストおよ
び残像については実施例と同様な結果が得られた。

【００７３】実施例１６、１７ それぞれ、表１に示した２種のポリアミド酸のＮ−メチ
ルピロリドン溶液を別途作成し、固形分の比率が、表１
に示した重量部になるように対応するポリアミド酸溶液
を混合しした。これを、Ｎ−メチルピロリドン、ｎ−ブ
チルセルソルブで適宜希釈し所定の濃度に調整したもの
を配向制御膜として、また、液晶材料として、表１に示
したものを用いたほかは、実施例１と同様にしてセルを
作成した。

【００７４】それぞれに対して実施例１と同様な試験を
行なった。コントラスト比および光学応答の遅れ時間の
結果を表２に合わせて示す。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
ントラストおよび残像については実施例と同様な結果が
得られた。

【００７５】

【表１】

【００７６】

【表２】

【００７７】

【表３】

【００７８】

【表４】

【００７９】

【表５】

【００８０】

【表６】

【００８１】比較例１〜４ 表３に示した配向制御膜および液晶材料を用いたほかは
実施例１と同様にしてセルを作成した。

【００８２】それぞれのセルに対してコントラスト比お
よび光学応答の遅れを表４に示した。

【００８３】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】

【表７】

【００８５】

【表８】

【００８６】

【発明の効果】以上の実施例および比較例で明らかにし
たように、本発明による液晶素子内の均一配向性は良好
でありモノドメイン状態が得られる。また、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が生じない効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の断面図である。

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

【図４】本発明の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】そ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】そのスプレイ配向状態におけるＣ−ダイレクタ
図である。

【図７】ユニフォーム配向状態、スプレイ配向状態にお
けるチルト角θを示す平面図である。

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

【図９】電界印加時および後のチルト角θの変化を示す
平面図である。

【図１０】従来例における光学応答特性を示す。

【図１１】本発明例における光学応答特性を示す。

【図１２】強誘電性を利用した液晶素子を有する液晶表
示装置とグラフィックスコントローラーを示すブロック
構成図である。

【図１３】液晶表示装置とグラフィックスコントローラ
ーとの間の画像情報通信タイミングチャート図である。

【図１４】本実施例で用いた駆動電圧の波形図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の基板と、該一対の基板間に配置
   した液晶とを有する液晶素子において、前記一対の基板
   のうち、少なくとも一方の基板がビシクロ〔２，２，２
   ，〕オクト−７−エン−２，３，５，６−テトラカルボ
   ン酸及び／又はその誘導体の少なくとも１種と、ジアミ
   ン及び／又はその誘導体の少なくとも１種とから得たア
   ミド酸を脱水閉環反応によって生成したイミド環を持つ
   化合物の被膜を有することを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】　　前記液晶がカイラルスメクチック液晶
   である請求項１の液晶素子。
3. 【請求項３】　　前記液晶がネマチック液晶である請求
   項１の液晶素子。
4. 【請求項４】　　前記ビシクロ〔２，２，２〕オクト−
   ７−エン−２，３，５，６−テトラカルボン酸誘導体が
   ビシクロ〔２，２，２〕オクト−７−エン−２，３，５
   ，６−テトラカルボン酸二無水物である請求項１の液晶
   素子。
5. 【請求項５】　　ａ．ビシクロ〔２，２，２〕オクト−
   ７−エン−２，３，５，６−テトラカルボン酸及び／又
   はその誘導体の少なくとも１種と、ジアミン及び／又は
   誘導体の少なくとも１種とから得たアミド酸を脱水閉環
   反応によって生成したイミド環を持つ化合物の被膜を少
   なくとも一方に設けた２枚の基板、該２枚の基板に設け
   た電極及び該２枚の基板間に配置した液晶を有する液晶
   パネル、ｂ，電極に信号電極を供給する駆動手段、並び
   にｃ，駆動手段を制御する制御手段を有する表示装置。
6. 【請求項６】　　前記液晶がカイラルスメクチック液晶
   である請求項５の表示装置。
7. 【請求項７】　　前記液晶がネマチック液晶である請求
   項５の表示装置。