JPH0675227A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶分子の配向特性及び階調特性を改善した
液晶素子を提供する。 【構成】 透明電極１２ａ，１２ｂを有する基板１１
ａ，１１ｂ間に強誘電性スメクチック液晶１５を挟持し
てなる液晶素子であって、前記基板上には、導電率が１
０^-10 Ｓ／ｃｍ以上の保護膜１３ａ，１３ｂ及び、剛直
π共役導電性高分子からなる結晶性構造を有する配向膜
１４ａ，１４ｂが形成されており、上記剛直π共役導電
性高分子の高分子鎖軸の基板面に対する配向角が１°〜
４５°であることを特徴とする液晶素子。 【効果】 大きなチルト角を生じコントラストが高く、
残像現像も生じない。更には、ゆるやかに変化する透過
特性が得られ、中間調を調整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置や液晶−
光シャッター等に用いる液晶素子に関し、特に液晶分子
の配向特性及び階調特性を改善した液晶素子に関する。

【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画像表示方法を中心に盛んに研究されてい
る。しかし、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、素子作製プロセ
スの複雑さ、工程数等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４３６
７９２４号明細書等）。この強誘電性液晶は、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
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取
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、すなわち双安定性を有し、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】強誘電性液晶素子は該液晶の双安定性な２
状態の制御に基づいた本質的に２値表示法である為、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、強誘電性液晶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広範囲の応用が可能になる
と期待される。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微小ドメイン形成に
基づく面積階調法が提案されている（特開昭５９−１９
３４２７号公報）。しかし従来の配向制御技術では上記
微小ドメイン安定性、制御性が十分ではなく、実用可能
な階調性が実現出来ているとは言い難い。さらには、双
安定性の２値状態間のコントラスト比の向上、スイッチ
ング過程における残像現像やヒステリシスの解消も十分
実現出来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為には、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／Ｉ_O ＝ｓｉｎ² ４θｓｉｎ² （Δｎｄπ／λ） （式中：Ｉ_O 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。）で表される。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、高コントラストを得るに
は、かかるチルト角θが２２．５゜に出来る限り近いこ
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４５６１７２
６号明細書等が知られている。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Θ
（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。

【０００８】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Θ
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
ん構造をもつ強誘電性液晶では、液晶分子が図４に示す
様に、上下基板に隣接する液晶分子の軸４２，４３が、
ねじれ配列の方向４４へ連続的に基板の法線に対してね
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Θより
小さくなる原因となっている。

【０００９】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
表している。

【００１０】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チック液晶の配向
状態では、電極と液晶層の間に絶縁体層としてのポリイ
ミド配向層の存在によって、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、
強誘電性液晶層には他方極性の逆電界Ｖｒｅｖが生じ、
係る逆電界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１
０月「液晶討論会予行集」１４２〜１４３頁の「ＳＳＦ
ＬＣのスイッチング特性」）、イオン種などによる電荷
染め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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主目的は、前
述した強誘電性液晶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
消して、さらには実用可能な階調性を実現するために、
各画素内に発生する微小ドメイン安定性、制御性に対し
て十分の制御を有する液晶素子を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】即ち、本発明は
電極を有する一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶素
子において、少なくとも一方の基板上或いは該基板に形
成された導電性を付与された保護膜上に、少なくとも一
種類の剛直π共役導電性高分子からなる結晶性構造を有
する配向膜が形成されており、上記剛直π共役導電性高
分子の高分子鎖軸の基板面に対する配向角が１°〜４５
°であることを特徴とする液晶素子である。

【００１３】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。

【００１４】図１は、本発明の液晶素子の一例を模式的
に示す断面図である。同図において、１１ａ，１１ｂは
各々Ｉｎ₂ Ｏ₃ やＩＴＯ等の透明電極１２ａ，１２ｂで
被覆されたガラス基板であり、その上に２００〜１００
０Åの滞電防止のために僅かに導電性を付与した保護膜
１３ａ，１３ｂと配向膜１４ａ，１４ｂが各々積層され
ている。滞電防止性を有する該保護膜としては１０^-10
Ｓ／ｃｍ以上の導電率、より好ましくは１０^-8〜１０^-4
Ｓ／ｃｍの範囲の導電率を持ち、可視領域の光に対して
透過性の優れた媒体が好ましい。本発明においては、前
記条件を満たす材料であれば、導電性を付与した保護膜
として用いることができ、例えば、ＷＯ₃ 、ＴｉＯ₂ 、
ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣｄＯ、ＣｄＳ等多くの金属酸化物や
硫化物を用いることができる。これらの酸化物や硫化物
は僅かなドーパントの添加により導電率を広範囲にわた
り制御することが可能である長所も有しており、また、
これらの混合物も保護膜のアモルファス化により、より
平坦性の高い膜が得られるため有効である。また、上記
保護膜の製法は特に限定されるものではなく、例えば、
ＥＢスパッタ法や蒸着法等を用いることができる。

【００１５】前記配向膜１４ａと１４ｂとの間には強誘
電性スメクチック液晶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、０．１〜
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。上述の強誘電性スメク
チック液晶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。

【００１６】本発明の配向膜は、少なくとも一種類の剛
直π共役導電性高分子からなる結晶性構造を有するもの
であり、上記剛直π共役導電性高分子としては、例え
ば、ポリ（ｐ−フェニレン）［ＰＰＰ］、ポリ（チオフ
ェン−２，５−ジイル）［ＰＴｈ］、ポリ（ピリジン−
２，５−ジイル）［ＰＰｙ］、ポリ（２，２’−ビピリ
ジン−５，５−ジイル）［ＰＢＰｙ］、ポリ（ピリジン
−５，２−ジイル−チオフェン−２，５−ジイル）［Ｐ
ＴＰｙ］、ポリ（ピロール−２，５−ジイル）［ＰＰ
ｒ］等が挙げられる。

【００１７】更に、本発明の配向膜は、上記剛直π共役
導電性高分子の高分子鎖軸の基板面に対する配向角が１
°〜４５°であることを特徴としている。

【００１８】前記した剛直π共役導電性高分子は、１０
^-6Ｔｏｒｒ以下の高真空下で加熱を行なうことにより、
比較的容易に熱分解することなく蒸発する。図１３に真
空蒸着法により炭素基板上に作製したＰＰＰ蒸着膜の電
子線回折写真を示す。この写真から中心対称性の単結晶
回折図型の回折スポットが確認でき、この蒸着膜は良好
な配向性・結晶性をもっていることがわかる。また、こ
の解析結果から、該ＰＰＰ蒸着膜においては、ＰＰＰ結
晶のｃ軸、即ち高分子鎖軸が炭素基板面に対してほぼ垂
直に配向していることが分かる。

【００１９】本発明の配向膜は従来公知技術により成膜
できるが、加熱蒸着法等によるのが好適である。例え
ば、加熱蒸着法を用いた場合には、液晶分子の配向状態
を制御するために前記剛直π共役導電性高分子の高分子
鎖軸の基板面に対する配向角の制御を蒸着源と基板を結
ぶ方向と基板面のなす角度（蒸着角度）を制御すること
によって行なうことができる。蒸着角度と該高分子鎖軸
の基板面に対する配向角は基板表面の特性にも大きく依
存し、必ずしも一致しないが、強い正の相関を示す。

【００２０】上記高分子鎖軸の基板面に対する配向角が
前記範囲（１°〜４５°）外であると液晶分子のチルト
角がランダムになり、均一な配向性が得られない。

【００２１】また、本発明の配向膜は前記剛直π共役導
電性高分子の導電特性を利用して、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
る残像現像やヒステリシスを解消することができる。

【００２２】前記剛直π共役導電性高分子に高い導電性
を付与するにはドーパントを必要とする。しかし、ドー
パントは反応活性なものが多く、配向性に関してはでき
るだけ使用を制限することが好ましく、１０^-10 Ｓ／ｃ
ｍ以上の導電率、より好ましくは１０^-8〜１０^-4Ｓ／ｃ
ｍの範囲の導電率を付与すれば十分である。また、この
ドーパントは可視領域の光に対して透過性の優れたもの
が好ましい。

【００２３】本発明において、その機構は明確ではない
が、前記配向膜を構成する剛直π共役導電性高分子の選
択使用により、前述した微小ドメインの発生による透過
特性を安定して制御することが可能であり、更には画素
全体に亘ってしきい値電圧の異なる領域が分布し、広い
透過域（ゆるやかに変化する透過特性）を有する透過率
／電圧特性を得ることができるため、中間調を調整する
ことができる。

【００２４】また、本発明の配向膜は、電荷蓄積による
逆電界の発生をより効率的に抑えるために薄く成膜する
ことが好ましく、その膜厚は、例えば蒸着法により成膜
する場合には通常１０００Å以下、より好ましくは５０
０Å以下、更により好ましくは２００Åである。

【００２５】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、該配向膜の表面を更にラビン
グすることも可能である。この際、ラビングの方向は、
前記高分子鎖の配向方向に沿って平行或は反平行にラビ
ングすることが好ましい。また、上下基板に配向膜を用
いた場合、上下基板の配向軸は平行、反平行、或は僅か
な角度を持たせて交差する方向でもよく、用いる液晶材
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。

【００２６】本発明の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
ば下記のビフェニルエステル系の液晶物質「ＬＣ−
１」、「８０Ｂ」及び「８０ＳＩ^* 」を下記の比率で混
合させた液晶組成物を用いることができる。

【００２７】

【化１】 更に、本発明に用いられる液晶は上記液晶に限定される
ものではなく、前記特徴を有する配向膜、さらには導電
性を付与した保護膜からなる導電性配向層を有すること
により、特にスイッチング過程の安定性・再現性から
は、強誘電性液晶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影
響を及ぼし得るような大きな自発分極を有する強誘電性
液晶に対しても好適に用いられる。例えば、自発分極Ｐ
ｓが１０ｎＣ／ｃｍ² 以上である強誘電性液晶、更には
また降温過程でコレステリック相をもたず、ＳｍＣ^* 相
でのらせんピッチが０．５μｍ以下の強誘電性液晶で
も、液晶注入時の初期均一配向の達成は難しくはなるが
十分に用いることができる。

【００２８】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。図中、２１
ａと２１ｂ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Θを表してい
る。基板２１ａと２１ｂ上の電極間に一定のしきい値以
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。

【００２９】本発明の前記導電性配向層を有する液晶素
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、０．１〜３μ
ｍ）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（３
４ａ）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、同図に示す如く一定のしきい値以上
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或は第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安定状態のなす
角度の１／２がチルト角θに相当する。

【００３０】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、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。
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が一定のしきい値を越えない限り、それ
ぞれの配向状態にやはり維持されている。

【００３１】次に、図５（ａ）は本発明の導電性配向層
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（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）において、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。

【００３２】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）に示す配向状態は、
上基板５１ａから下基板５１ｂに向けて分子軸の捩れが
大きいため、チルト角θは小さくなっている。

【００３３】次に、図６（ａ）は、Ｃ−ダイレクタ８１
が図５（ｂ）の状態（ユニホ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）でのチルト角θを示す説明図である。図中、６０は
配向層をラングミュアーブロジェット法によって形成し
たときの基板の引き上げ方向、或いは配向層を塗布法ま
たは蒸着法によって形成したときの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、互いにしきい値電
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。

【００３４】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。液晶セルの配向制御層の容量Ｃｉ、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Ｖｒｅｖは下式で表される。

【００３５】Ｖｒｅｖ＝２・Ｐｓ／（Ｃｉ＋Ｃ_LC） 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Ｖｒ
ｅｖ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。

【００３６】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チルト角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）から最大チルト
角Θ付近のユニフォーム配向状態下の平均分子軸Ｕ₂迄
チルト角θが若干増大した平均分子軸に配向し、その
後、矢印Ｘ₂ ，Ｘ₃ の方向に沿って平均分子軸Ｓ
（Ｂ），Ｓ（Ｃ）を生じ、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。

【００３７】本発明によれば、前述した導電性配向層を
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、従って最大チルト角Θに近
いチルト角θを生じる平均分子軸Ｕ₁ ，Ｕ₂ に配列させ
る事ができる。

【００３８】図１０は本発明の導電性配向層を用いた時
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。

【００３９】本発明は、下述の実施例で明らかにするよ
うに、導電性配向層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
応答の遅れを生じない配向状態を達成することができ
る。

【００４０】

【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。

【００４１】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、スパッタ法を
用いてＷＯ₃ を該基板上にそれぞれ６００Åの膜厚に成
膜し保護膜とした。この膜のシ−ト抵抗値は０．１×１
０^-8Ｓ／ｃｍであり、その時の成膜条件を下記に示す。

【００４２】ＷＯ₃ の成膜条件 方法 ：ＷＯ₃ タ
ーゲットのスパッタ法 ＢＧＰ ：１×１０^-6Ｔｏｒｒ 成膜速度：１Å／ｓｅｃ 次に、上記基板を蒸着角度を２０°、３０°、４５°、
６０°、９０°と変えてポリ（ｐ−フェニレン）［ＰＰ
Ｐ］を抵抗加熱により真空蒸着して配向膜を形成した。
その時の成膜条件は ＢＧＰ ：２×１０^-7Ｔｏｒｒ 膜厚 ：５００Å、成膜速度：１Å／ｓｅｃ 基板温度：１５０℃ であった。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、各々の基板ラビング
軸が互いに平行か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）社製の強誘電性液晶である「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−１０１
４」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。

【００４３】

【数１】 上述のように異なる蒸着角度で成膜した配向膜を有する
５種類の液晶セルを、各々一対の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ライヤーに
より測定し、続いて５０μｓｅｃの−３０Ｖパルスを印
加し、明状態の透過率を同様の方法で測定し、チルト角
θと明状態と最暗状態との透過率の比、即ちコントラス
ト比及び残像の原因となる光学応答遅れを求めた。結果
を表１に示す。

【００４４】

【表１】 表１に示したように、蒸着角度が２０°，３０°，４５
°の素子ではコントラストが高く、残像の原因となる光
学応答の遅れも０．１秒以下となり、良好な結果が得ら
れた。

【００４５】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Ｓ_N 、Ｓ_N+1 、Ｓ_N+2 は走査線に印加した電圧波
形を表しており、Ｉは代表的な情報線に印加した電圧波
形を表している。（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Ｖ_O ＝５〜８Ｖ、ΔＴ＝２０〜７０μｓｅｃで
行なった。

【００４６】実施例２ ＷＯ₃ の替わりにＺｎＯを６００Å蒸着して保護膜とし
た基板上に実施例１と同様な手順にて蒸着角度３０°で
ＰＰＰを蒸着し配向膜を形成した後、実施例１と同様に
して液晶セルを作製し、評価を行なったところ、実施例
１と同様の良好な結果が得られた。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、コントラストおよび残像については実施例１と同様
の良好な結果が得られた。又、実施例１の条件に加え配
向膜にラビングを蒸着時の法線方向とほぼ平行に通常の
条件で施した液晶セルも評価したが、配向状態に大きな
差は認められなかった。尚、上記保護膜の成膜条件を下
記に示す。

【００４７】ＺｎＯの成膜条件 方法 ：ＺｎＯタ
ーゲットのアルゴンスパッタ法 全圧 ：１０ｍＴｏｒｒ，Ｏ₂ 分圧：５０％ 成膜速度：２．０Å／ｓｅｃ実施例３ 実施例１で用いたＰＰＰの替わりに、ポリ（チオフェン
−２，５−ジイル）［ＰＴｈ］を５００Åの膜厚に抵抗
加熱により真空蒸着して配向膜を形成した以外は実施例
１と同様にして液晶セルを作製して、実施例１と同様な
評価を行なった。その結果、表２に示されるように実施
例１と同様の良好な結果が得られた。

【００４８】

【表２】 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１と同様の良好な結果が得られた。

【００４９】実施例４ 実施例１に用いたＰＰＰに替えて、ポリ（ピリジン−
２，５−ジイル）［ＰＰｙ］を５００Åの膜厚に抵抗加
熱により真空蒸着して配向膜を形成した以外は実施例１
と同様にして液晶セルを作製（但し、蒸着角度３０°の
み）し評価したところ実施例１と同様の良好な結果が得
られた。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、コントラストおよび残
像については実施例１と同様の良好な結果が得られた。

【００５０】実施例５ 以上の実施例で用いた強誘電性液晶「ＣＳ−１０１４」
に替えて、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強誘電性液晶を用いて以下の
実験を行なった。

【００５１】

【数２】 液晶層が十分に厚い場合（〜１００μ）、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でのチルト角Θは２
３．５゜でほぼ最適値に近い値を持つ。

【００５２】該液晶を実施例１で作製した液晶セル（但
し、蒸着角度は３０°）に注入した。その時の見かけの
チルト角θは１６゜で最適値に及ばなかった。

【００５３】この液晶セルに電圧±４５Ｖ〜５５Ｖで周
波数４０Ｈｚの交流電圧を１５分間印加したところチル
ト角θが２０．２゜のドメインが出現し始め、更に５５
〜７０Ｖの電圧では、このドメインが全体に広がり非常
に良いコントラストが得られた。７０Ｖ以上では反対に
多くの欠陥が発生し、モノドメインがくずれた。安定な
モノドメインが出現した後の、双安定状態間の反転は以
下のパルスで行なわれた。

【００５４】

【表３】 交流電圧印加後の配向状態の変化は図５（ａ）に示した
層の捻じれが解ける効果であると考えている。また、反
転電圧は交流電圧印加前の反転電圧に比べ電圧が高くな
った。この原因は明らかでないが、チルト角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
流電圧印加後のチルト角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。また反電
場効果による光学応答の遅れも０．１ｓｅｃ以下で安定
なスイッチングが可能であった。

【００５５】また、双安定状態を有する強誘電液晶相
は、通常高温状態から降温によって得られるが、本実施
例では、この際５０Ｈｚ、１４０Ｖの交流電界を印加し
つつ降温したところ、広い範囲にわたって均一なモノド
メインの配向状態が実現できた。

【００５６】実施例６ 実施例１で作製した蒸着角度が３０°で成膜したＰＰＰ
配向膜の液晶セル（但し、本実施例では上下基板の配向
軸は反平行になるようにセル組している）に実施例５と
同じ強誘電性液晶を注入し、交流電圧（４０Ｈｚ、６０
Ｖ）を１５分間印加したところ、チルト角θが２１．８
°の均一なモノドメイン配向状態が出現した。該液晶セ
ルに実施例１と同様な評価を行なったところ、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、コントラストおよび残像についても同様の良好な
結果が得られた。

【００５７】次に、該液晶セルの透過率と５０μｓｅｃ
の印加パルスの波高値との関係を測定したところ、図１
２の実線で示した特性が得られた。図１２から明らかな
ように、画素全体に亘ってしきい値電圧の異なる領域が
分布することによって、広い透過域（ゆるやかに変化す
る透過特性）を有する透過率／電圧特性となり、中間調
を調整することができることがわかった。

【００５８】実施例７ 実施例６で用いた配向４膜に変えて、ＰＰＰとＰＰｙの
２元蒸着により配向膜を作製した。その時の蒸着角度は
３０°に設定し、２成分とも蒸着速度が０．５Å／ｓｅ
ｃになるように温度条件を設定した以外は実施例６と同
様にして実験を行なった。その結果、チルト角θが２
１．７°の均一なモノドメイン配向状態が出現した。該
液晶セルに実施例６と同様な評価を行なったところ、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、コントラストおよび残像についても同様の
良好な結果が得られた。

【００５９】次に、該液晶セルの透過率と５０μｓｅｃ
の印加パルスの波高値との関係を測定したところ、図１
２の一点鎖線で示した特性が得られた。図１２から明ら
かなように、画素全体に亘ってしきい値電圧の異なる領
域が分布することによって、広い透過域（ゆるやかに変
化する透過特性）を有する透過率／電圧特性となり、中
間調を調整することができることがわかった。本実施例
の中で用いた配向膜においては配向材料の混合により透
過特性の変化に若干の差は見出されたが、その機構につ
いては明確ではない。しかし、従来のＬＱ１８０２ポリ
イミド配向膜を用いた場合（図１２の点線）と比較し
て、実施例６及び本実施例の２つの液晶セルはコントラ
スト比も大きく、また画素全体に亘ってしきい値電圧の
異なる領域が分布することによって、広い透過域（ゆる
やかに変化する透過特性）を有する透過率／電圧特性と
なり、配向膜を構成する剛直π共役高分子を適宜選択或
いは混合することにより中間調の表示特性も改善される
ことがわかった。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
剛直π共役高分子からなる配向膜、さらには導電性を付
与された保護膜からなる導電性配向層を有することによ
り、 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、しかも目ざ
わりな残像現象の生じることがない。

【００６１】従来、自発分極Ｐｓが大きい強誘電性液
晶を用いた液晶素子では、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、本発明の液晶素子で
は、上記のような強誘電性液晶を用いても逆電界効果の
ない良好な駆動特性が得られる。

【００６２】画素全体に亘ってしきい値電圧の異なる
領域が分布し、広い透過域（ゆるやかに変化する透過特
性）を有する透過率／電圧特性となるため、中間調を調
整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の強誘電性液晶素子の一例を模式的に示
す断面図である。

【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】基板の一軸性配向軸と非らせん構造の強誘電性
液晶分子の軸との関係を表す説明図である。

【図５】（ａ）は本発明の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、（ｂ）はそのユニフォーム配向状態におけるＣ−ダ
イレクタ図、（ｃ）はスプレイ配向状態におけるＣ−ダ
イレクタ図である。

【図６】（ａ）はユニフォーム配向状態におけるチルト
角θを示す説明図で、（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７】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チルト角θの変化を示
す説明図である。

【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。

【図１０】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１１】実施例で用いた駆動電圧の波形図である。

【図１２】本発明の液晶素子及び比較のために作製した
液晶素子における透過率／電圧特性を示すグラフであ
る。

【図１３】炭素基板上のＰＰＰ蒸着膜の電子線回折図で
ある。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ ガラス基板 １２ａ，１２ｂ 透明電極 １３ａ，１３ｂ 導電性付与保護膜 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 （Ｐ⊥）双極子モーメント ３１ａ，３１ｂ 電圧印加手段 ３３ａ 第１の安定状態 ３３ｂ 第２の安定状態 ３４ａ （Ｐａ）上向き双極子モーメント ３４ｂ （Ｐｂ）下向き双極子モーメント ４１ 上下基板に形成した一軸性配向軸 ４２ 上基板に隣接する液晶分子の軸 ４３ 下基板に隣接する液晶分子の軸 ４４ ねじれ配列の方向 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 ５５ Ｃ−ダイレクタ ６０ 基板引き上げ方向又はラビング軸 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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極を有する一対の基板間に液晶を挟持
   してなる液晶素子において、少なくとも一方の基板上に
   少なくとも一種類の剛直π共役導電性高分子からなる結
   晶性構造を有する配向膜が形成されており、上記剛直π
   共役導電性高分子の高分子鎖軸の基板面に対する配向角
   が１°〜４５°であることを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】 電極を有する一対の基板間に液晶を挟持
   してなる液晶素子において、少なくとも一方の基板上に
   導電性を付与された保護膜と、該保護膜上に少なくとも
   一種類の剛直π共役導電性高分子からなる結晶性構造を
   有する配向膜が形成されており、上記剛直π共役導電性
   高分子の高分子鎖軸の基板面に対する配向角が１°〜４
   ５°であることを特徴とする液晶素子。
3. 【請求項３】 前記配向膜が加熱蒸着法により成膜され
   ていることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶素
   子。
4. 【請求項４】 前記配向膜の導電率が１０^-10 Ｓ／ｃｍ
   以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記
   載の液晶素子。
5. 【請求項５】 前記液晶が１０ｎＣ／ｃｍ² 以上の自発
   分極を有する強誘電性液晶であることを特徴とする請求
   項１〜４いずれかに記載の液晶素子。
6. 【請求項６】 前記液晶が、ＳｍＣ^* 相でのらせんピッ
   チが０．５μｍ以下の強誘電性液晶であることを特徴と
   する請求項１〜５いずれかに記載の液晶素子。
7. 【請求項７】 前記液晶の初期配向状態を得るために、
   交流電界を印加したことを特徴とする請求項１〜６いず
   れかに記載の液晶素子。