JPH05281547A

JPH05281547A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH05281547A
Application number: JP35790292A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Asaoka; 正信朝岡; Hideaki Takao; 英昭高尾; Makoto Kojima; 誠小嶋; Gouji Tokanou; 剛司門叶
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1993-10-29
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JP2660895B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】大きなチルト角θを生じ、高コントラストな
画像が広い面積で均一に、且つ残像を生じないで表示で
きる液晶素子を提供する。【構成】基板間に強誘電性液晶を挟持してなり、配向
膜が式（１）成分と、式（２）又は式（３）成分から選
ばれた２種以上の酸成分からなるポリイミドもしくはポ
リイミドアミド複合物であり、かつ酸成分中の少なくと
も１種はナフタレンテトラカルボン酸である液晶素子。（Ｒ_１，Ｒ_２は炭素原子数１〜１０の（フルオロ）アル
キル基を示す。）（式中、Ａは芳香族環、芳香族多環または縮合多環から
なる４価の有機残基を示す。）（式中、Ｂは芳香族環、芳香族多環または縮合多環から
なる２価の有機残基を示す。）

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
ウォール（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】

【０００７】（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。）

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】これに対して、例えば特開平４−２５５８
２７号公報等により、特別な構造をもった配向膜を用い
る等の方法が提案されている。これによって、高コント
ラストを有する画像がディスプレイされ、且つ残像を生
じない配向が達成されている。

【００１６】しかし、ラビング処理を行なう面積が大き
くなると、場所によって配向のムラやスイッチング時の
閾値のムラ等が生じ易くなる。これは、ラビング処理に
より、基板界面付近での液晶分子が、基板界面と成す角
度（プレチルト）が誘起され、ラビング処理する面積が
大きくなると、このプレチルトの値の不均一性が増大す
る為である。

【００１７】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、高コントラストな画像が広い面積で均
一にディスプレイされ、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。

【００１８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、透明電
極を設けた一対の平行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、前記配向膜が下記一般式（１）で示され
るジアミン成分と、下記一般式（２）で示されるテトラ
カルボン酸および下記一般式（３）で示されるジカルボ
ン酸の中から選ばれた２種以上の酸成分からなるポリイ
ミドもしくはポリイミドアミド複合物であり、かつ酸成
分中の少なくとも１種はナフタレンテトラカルボン酸で
あることを特徴とする液晶素子である。

【００１９】

【化４】

【００２０】（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素原子数１〜
１０のアルキル基または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。）

【００２１】

【化５】（式中、

【００２２】

【外３】は芳香族環、芳香族多環または縮合多環からなる４価の
有機残基を示す。）

【００２３】

【化６】（式中、

【００２４】

【外４】は芳香族環、芳香族多環または縮合多環からなる２価の
有機残基を示す。）

【００２５】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）と前記ポリイミドで形成
した５０Å〜１０００Å厚の配向膜１４ａと１４ｂとが
各々積層されている。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】本発明で用いられる配向膜は、前記一般式
（１）で示されるジアミン成分と、前記一般式（２）で
示されるテトラカルボン酸および一般式（３）で示され
るジカルボン酸の中から選ばれた２種以上の酸成分から
なるポリイミドまたはポリイミドアミド複合物であり、
かつ酸成分の中の少なくとも１種はナフタレンテトラカ
ルボン酸からなるものである。

【００２９】この様な本発明で用いるポリイミドまたは
ポリイミドアミド被膜は、次に示すようなテトラカルボ
ン酸二無水物とジアミンもしくはテトラカルボン酸二無
水物，ジカルボン酸とジアミンとを縮合反応することに
より合成されるポリアミド酸を加熱閉環することによっ
て得られる。

【００３０】ナフタレンテトラカルボン酸誘導体として
は、具体的には、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物１，２，３，４−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物１，２，５，６−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とが挙げられるが、より好ましくは、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が望ましい。

【００３１】その他、前記一般式（２）中、

【００３２】

【外５】の４価の有機残基としては、具体的には、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、２，３，６，７−テトラカル
ボキシアントラセン二無水物、３，３″，４，４″−テ
トラカルボキシターフェニル二無水物などを挙げること
ができる。

【００３３】また、前記一般式（３）中、

【００３４】

【外６】の２価の有機残基としては、具体的には、１，４−ジカ
ルボキシベンゼン、１，３−ジカルボキシベンゼン、
４，４´−ジカルボキシビフェニル、１，５−ジカルボ
キシナフタレン、２，３−ジカルボキシナフタレン、
１，８−ジカルボキシナフタレン、２，６−ジカルボキ
シナフタレン、４，４″−ジカルボキシターフェニルな
どを挙げることができる。

【００３５】一般式（２）で示される酸成分の中に含有
されるナフタレンテトラカルボン酸の含有量は、通常９
０重量％以下であり、好ましくは１０〜８０重量％の範
囲が望ましい。

【００３６】また、一般式（１）で示されるジアミンと
しては、式中のＲ_１，Ｒ_２が炭素原子数１〜１０の
アルキル基、またはフルオロアルキル基からなるジアミ
ンが用いられる。ただし、Ｒ_１，Ｒ_２は同じでも又
は異なっていてもよい。

【００３７】一般式（１）で示されるジアミンの具体例
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
などを挙げることができる。

【００３８】また、一般式（１）で示されるジアミンの
他の具体例としては、２，２−ビス（４−アミノ−フェ
ノキシフェニル）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。

【００３９】また、本発明における配向膜は、ポリイミ
ド同志もしくはポリイミド、ポリアミドのおのおの混合
物であっても、または共重合体であってもよい。この場
合、ナフタレンテトラカルボン酸よりなるポリイミドの
全配向膜中に占める割合は通常５〜９０重量％、好まし
くは１０〜８０重量％が望ましい。一般式（２）で示さ
れる酸成分よりなるポリイミドの全配向膜中に占める割
合は通常０〜８０重量％、好ましくは０〜７０重量％が
望ましい。一般式（３）で示される酸成分よりなるポリ
アミドの前配向膜中に占める割合は通常０〜３０重量
％、好ましくは０〜２０重量％が望ましい。

【００４０】本発明における配向膜を形成するポリイミ
ドまたはポリイミドアミドの数平均分子量は、例えば１
万〜１０万、好ましくは３万〜８万の範囲のもが望まし
い。

【００４１】本発明で用いる配向膜を基板上に設ける際
には、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸若しくはあ
らかじめ混合したポリアミド酸とポリアミドをジメチル
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、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、１００〜３５０℃、好ましくは２００
〜３００℃の温度で加熱して脱水閉環させてポリイミド
膜を形成することができる。このポリイミド膜は、しか
る後に布などでラビング処理される。

【００４２】また、本発明で用いるポリイミド膜または
ポリイミドアミド膜は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１
３ｂの上にポリイミド膜を設ける際には、このポリイミ
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。

【００４３】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。

【００４４】

【化７】

【００４５】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。）

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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５１
ａ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。

【００５４】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
発明の特定ポリイミド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、６２ａ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。

【００５５】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。

【００５６】

【数２】

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】本発明によれば、前述した特定の化学構造
を有するポリイミド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。

【００６１】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。

【００６２】

【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。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、
１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物
３０重量％、ピロメリット酸二無水物３５重量％、３，
３´，４，４´−テトラカルボキシビフェニル二無水物
３５重量％からなる酸成分１００重量部と、下記構造式
（４）で示されるジアミン１００重量部との縮合反応に
より得られたポリアミド酸のＮ−メチルピロリドン／ｎ
−ブチルセロソルブ＝１／１の３．０重量％溶液を、回
転数３０００ｒｐｍのスピナーで３０秒間塗布した。

【００６３】

【化８】

【００６４】成膜後、約１時間、２５０℃で加熱焼成処
理を施した。得られた配向制御膜の数平均分子量は約５
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３００Å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。

【００６５】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製した。

【００６６】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。

【００６７】

【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）

【００６８】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１５°であり、最暗状
態時の透過率は、１．０％で、明状態の透過率は５０％
であった。したがって、コントラスト比は５０：１であ
った。

【００６９】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。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。

【００７０】また、液晶素子内での配向の均一性につい
てプレチルトの値を調べた。測定に際し、実施例１のセ
ル作成と同様に配向膜を形成し、ラビング処理をほどこ
した後、ラビング処理軸が互いに平行で反対処理方向と
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。

【００７１】測定はＳｍＡ相でクリスタルローテーショ
ン法により行なった。液晶セルの９ヵ所について測定し
た。その最大値α_max は１８°、最小α_min は１７．５
°でΔαの値は、０．５°であった。また、実際のマル
チプレクシング駆動におけるスイッチング時の閾値のム
ラをみた場合、広い面積においても差がなく良好な結果
が得られた。

【００７２】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。また、本実施例では、Ｖ₀ ＝５〜８Ｖ、
ΔＴ＝２０〜７０μｓｅｃで行なった。

【００７３】実施例２〜１３表１〜表４に示したカルボン酸成分１００重量部とジア
ミン成分１００重量部とで得られた配向制御膜（各実施
例とも数平均分子量は約５万）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。それぞれに対し
て実施例１と同様の試験を行なった。

【００７４】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、プレチルトの最
大値と最小値の差Δαについて表５，表６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
行なったところ、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。なお、表中の酸成分の割
合は重量％を示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】

【表２】

【００７７】

【表３】

【００７８】

【表４】

【００７９】

【表６】

【００８０】(注) 液晶素子内均一性の評価 ◎：閾値ムラのない均一な配向。 ○：スイッチング時に場所によりやや閾値ムラがある。

【００８１】比較例１〜８表７および表８に示した配向制御膜、または酸成分とジ
アミン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、および光学応答のおくれについて、また
比較例１〜４については、液晶素子の配向の均一性とプ
レチルトの最大値と最小値の差Δαについての結果を表
９に示した。

【００８２】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なったところ、比較例５〜８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１〜４の配向やスイ
ッチング時の閾値の均一性については広い面積になると
本実施例に比べてややムラが生じていた。

【００８３】

【表７】

【００８４】

【表８】

【００８５】

【表９】

【００８６】

【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、また従来に比べ広い面積においてもスイッチ
ング時の閾値のムラが生じない、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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極を設けた一対の平行基板上の少
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、前記配向膜が下記
一般式（１）で示されるジアミン成分と、下記一般式
（２）で示されるテトラカルボン酸および下記一般式
（３）で示されるジカルボン酸の中から選ばれた２種以
上の酸成分からなるポリイミドもしくはポリイミドアミ
ド複合物であり、かつ酸成分中の少なくとも１種はナフ
タレンテトラカルボン酸であ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。）【化２】（式中、【外１】は芳香族環、芳香族多環または縮合多環からなる４価の
有機残基を示す。）【化３】（式中、【外２】は芳香族環、芳香族多環または縮合多環からなる２価の
有機残基を示す。）