JPH05346585A

JPH05346585A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH05346585A
Application number: JP31112792A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Asaoka; 正信朝岡; Yukio Haniyu; 由紀夫羽生
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-10-30
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1993-12-27
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JP2704814B2

Abstract

(57)【要約】【構成】それぞれに透明電極を設けた一対の基板のう
ち、少なくとも一方の基板の液晶側に下記一般式を有す
る長鎖フルオロアルキル基を側鎖として有し、ラビング
処理されたポリイミド配向膜を設け、カイラルスメクチ
ック液晶を用いた液晶素子。【化２５】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）

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、特に強誘電性カイラ
ルスメクチック液晶素子に関し、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】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（Ｃｌａ
ｒｋ）及びラガーウォル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により
提案されている（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（Ｓｍ
Ｃ^* ）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、即ち双安定性
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。

【０００３】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。

【０００４】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、

【０００５】

【数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。］で表わされる、前述の非らせん構
造におけるチルト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。

【０００６】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。

【０００７】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号公報などが知られ
ている。

【０００８】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、下述の如き問題点を有していた。

【０００９】即ち、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（図２
（ｂ）のθ）がらせん構造をもつ強誘電性液晶でのチル
ト角（図２（ａ）のΘ）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。

【００１０】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帰因してい
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Θより小さくなる原因となっ
ている。

【００１１】また、コントラストを大きくとるために、
偏光板をクロスニコルにし一方の偏光板の方向をチルト
角θにあわせて配置し強誘電性液晶を駆動した場合、白
及び黒への書き込み波形が印加されると、図９のように
液晶分子は一度Θの位置まで移動し、その後θの位置ま
で戻る現象（オーバーシュート）が観測され、これがち
らつきの原因となっていた。

【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惹き起して
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」Ｐ．１４２〜１４
３の「ＳＳＦＬＣのスイッチング特性」で明らかにされ
ている。

【００１３】

【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θを生じ、高コントラストな画像がディスプレ
イされ、且つ残像やちらつきを生じないディスプレイを
達成できる液晶素子、特にカイラルスメクチック液晶素
子を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の強誘電
性液晶素子の特徴は、前記したポリイミド配向膜に有
る。即ち、それぞれに透明電極を設けた一対の基板のう
ち少なくとも一方の基板の液晶側に、長鎖フルオロアル
キル基を有するポリイミド配向膜を設けたことを特徴と
する液晶素子、特にカイラルスメクチック液晶素子であ
る。

【００１５】図１は本発明の強誘電性液晶素子の一例を
模式的に描いたものである。

【００１６】１１ａと１１ｂはそれぞれＩｎ₂ Ｏ₃ やＩ
ＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の透明電
極１２ａと１２ｂで被覆された基板（ガラス板）であ
り、その上に２００Å〜１０００Å厚の絶縁膜１３ａと
１３ｂ（ＳｉＯ₂ 膜、ＴｉＯ₂膜、Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜など）
と前記ポリイミドで形成した５０Å〜１０００Å厚の配
向制御膜１４ａと１４ｂとがそれぞれ積層されている。

【００１７】この際、同一方向で且つ平行（図１でいえ
ばＡ方向）となるように、又は同一方向で且つ２°〜１
５°の角度で交差となるように、又は反対方向で且つ平
行となるように、又は反対方向で且つ２°〜１５°の角
度で交差となるように一軸配向処理としてラビング処理
（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１６（シリカビーズ、アルミナビー
ズ）によって保持される。ラビング処理が基板１１ａと
１１ｂに対して同一方向で且つ平行の時、分子層２２が
図３のような屈曲したシェブロン構造をとり、又、ラビ
ング処理が基板１１ａと１１ｂに対して反対方向で且つ
平行の時分子層２２は傾斜した層を形成する。

【００１８】本発明者らの実験によれば、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）のちらつきと光学応答遅れを生じない配向状
態が達成された。

【００１９】本発明で用いるポリイミド配向膜は、カル
ボン酸無水物とフッ素含有ジアミンを縮合反応させるこ
とによって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。

【００２０】上記ジアミンとして例えば

【００２１】

【化７】を用いることができる。

【００２２】またカルボン酸無水物としては

【００２３】

【化８】を用いることができる。

【００２４】本発明で用いられるジアミン成分が長鎖フ
ルオロアルキル基を有するポリイミドは例えば、

【００２５】

【化９】

【００２６】

【化１０】

【００２７】

【化１１】を用いることができる。

【００２８】中でもジアミン成分が長鎖フルオロアルキ
ル基を側鎖として有するものが好ましく、更に好ましく
は該長鎖フルオロアルキル基が下記一般式

【００２９】

【化１２】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）で示されるものが望ましい。

【００３０】本発明で用いるポリイミド膜を基板上に設
ける際には、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を
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。又、本
発明で用いるポリイミド膜は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。

【００３１】本発明の好ましい具体例では、ポリイミド
配向膜は、フッ素含有カルボン酸無水物とジアミンとを
縮合反応させることによって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。

【００３２】中でもカルボン酸成分が長鎖フルオロアル
キル基を側鎖として有するものが好ましく、更に好まし
くは該長鎖フルオロアルキル基が下記一般式

【００３３】

【化１３】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）で示されるものが望ましい。

【００３４】長鎖フルオロアルキル基を有するカルボン
酸無水物として、例えば

【００３５】

【化１４】を用いることができる。またジアミンとしては

【００３６】

【化１５】を用いることができる。

【００３７】また、本発明で用いるポリイミド膜は、カ
ルボン酸無水物とジアミンとフルオロアルキルアミンと
の縮合反応によって合成されたポリアミド酸を加熱開環
することによって得たポリアミドイミドとすることがで
きる。この場合、カルボン酸無水物は例えば、

【００３８】

【化１６】等を用いることができる。

【００３９】フルオロアルキルアミンは、Ｃ₃Ｆ₇ＣＨ₂ＮＨ₂ Ｃ₆ Ｆ₁₃ＣＨ₂ ＮＨ₂ Ｃ₇ Ｆ₁₅ＣＨ₂ ＮＨ₂ Ｃ₈ Ｆ₁₇ＣＨ₂ ＮＨ₂ Ｃ₅ Ｆ₁₁ＣＨ₂ ＣＨ₂ ＮＨ₂ Ｃ₁₀Ｆ₂₁ＣＨ₂ ＮＨ₂ 等を用いることができる。

【００４０】本発明で用いられるポリイミド又はポリア
ミドは例えば、

【００４１】

【化１７】

【００４２】

【化１８】

【００４３】

【化１９】

【００４４】

【化２０】を用いることができる。

【００４５】本発明で用いるポリイミド又はポリアミド
膜を基板上に設ける際には、ポリイミドの前駆体である
ポリアミド酸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、１００〜３
５０℃、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。又、本発明で用いるポリイミド膜は３０Å〜１
μｍ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１３ａと１３
ｂ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。

【００４６】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における中央点で測定
したもの）。具体的な液晶としては、下記液晶物質「Ｌ
Ｃ−１」、「８０Ｂ」及び「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。

【００４７】上述のモノアミンとジアミンとの使用量比
は、重量比で、モノアミン：ジアミン＝１：９９〜９
９：１、好ましくは１０：９０〜９０：１０、特に２
０：８０〜８０：２０とするのがよい。また、本発明で
用いたポリイミド又はポリアミドイミドの分子量は、１
０，０００〜１００，０００、好ましくは３０，０００
〜８０，０００とするのがよい。

【００４８】

【化２１】液晶（イ）（ＬＣ−１）₉₀／（８０Ｂ）₁₀ （ロ）（ＬＣ−１）₈₀／（８０Ｂ）₂₀ （ハ）（ＬＣ−１）₇₀／（８０Ｂ）₃₀ （ニ）（ＬＣ−１）₆₀／（８０Ｂ）₄₀ （ホ）８０ＳＩ^* （表中の添字は、それぞれ重量比を表わしている。）図２（ａ）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２１ｂは、
Ｉｎ₂ Ｏ₂ 、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
複数の液晶分子の長軸で組織した複数の液晶分子層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２
３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２４が全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。

【００４９】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０．１μｍ〜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２（ｂ）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２（ｂ）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或いは
第２の安定状態３３ｂの何れか一方に配向する。

【００５０】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２（ｂ）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３
３ａ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っている。ま
た、与える電界Ｅａが一定の閾値を超えない限り、それ
ぞれの配向状態にやはり維持されている。

【００５１】図３は、本発明の液晶素子の液晶分子の配
向状態を模式的に明らかにした断面図である。

【００５２】図３に示す４１ａ及び４１ｂは、それぞれ
上基板及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。

【００５３】図４は、図３のＣ−ダイレクタを示す図で
ある。図４のＵ₁ は一方の安定配向状態でのＣ−ダイレ
クタ４５で、Ｕ₂ は他方の安定配向状態でのＣ−ダイレ
クタ４５である。Ｃ−ダイレクタ４５は、図３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。

【００５４】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のＣ−ダイレクタ図
によって示される。図５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。

【００５５】図６（ａ）は、Ｃ−ダイレクタ４５が図４
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６（ｂ）はＣ−ダイレクタ４
５が図５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、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 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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】Ｖ_rev ＝２・Ｐｓ／（Ｃｉ＋Ｃ_LC）図７は、液晶セル内の電荷の分布、Ｐｓの方向及び逆電
界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ー状態下における正及び
負電荷の分布状態を示し、この時の自発分極Ｐｓの向き
は正電荷から負電荷の方向である。図７（ｂ）は、パル
ス電界解除直後の自発分極Ｐｓの向きが図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、正及び負電荷の分布状態は、図７（ａ）の時
と同様であるため、液晶内に逆電界Ｖ_rev が矢印方向に
生じている。この逆電界Ｖ_rev は、しばらくした後、図
７（ｃ）に示す様に消滅し、正及び負電荷の分布状態が
変化する。

【００５９】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ものである。図８によれば、パルス
電界印加時、印標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 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７（ｂ）に
示す逆電界Ｖ_rev の作用が働いて、矢標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７（ｃ）に示す逆電界Ｖ_rev
の減衰の作用により、矢標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。この時の光学応答は
図１０で明らかにされている。

【００６０】本発明によれば、前述したフッ素原子含有
のポリイミド膜を用いたことによって得た配向状態で
は、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）を生じることがなく、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
いコントラストを惹き起していることが判る。

【００６１】

【実施例】

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
ルセロゾルブ＝２／１の３．０重量％溶液を回転数３０
００ｒｐｍで塗布を行なった。

【００６２】

【化２２】その後２５０℃で約１時間加熱焼成処理を施した。この
時の膜厚は４００Å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。

【００６３】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
ビング軸が互いに平行で同一方向となるように２枚のガ
ラス板を重ね合わせてセルを作成した。

【００６４】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「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。

【００６５】

【数２】（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）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１５°であり、最暗状態時の透過率は
１．８％で、明状態時の透過率は３６％であり、従って
コントラスト比は２０：１であった。

【００６６】また、目視によりそのちらつき度を観測し
た。ホトマルチプレターによりオーバーシュートを測定
したところ、図１３（ａ）のようにオーバーシュートは
少なく目視においてもほとんど気にならなかった。

【００６７】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１
２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は体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 ＝５Ｖ〜８Ｖ，ΔＴ＝２０μｓｅｃ〜
７０μｓｅｃで行った。

【００６９】実施例２〜５表１に示した配向制御膜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。

【００７０】それぞれに対して実施例１と同様の試験を
行った。

【００７１】コントラスト比及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。

【００７３】

【表１】

【００７４】

【表２】比較例１〜４表３に示した配向制御膜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。

【００７５】それぞれのセルに対してコントラスト比及
びちらつき、光学応答の遅れを表４に示した。

【００７６】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残像が生じた。また、比較例
１についてホトマルチプレターによりオーバーシュート
の測定を行ったところ、図１３（ｂ）に示すように大き
く、白，黒のコントラストも低かった。

【００７７】

【表３】

【００７８】

【表４】実施例６１０００Å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
ルセロゾルブ＝２／１の３．０重量％溶液を回転数３０
００ｒｐｍで塗布を行なった。

【００７９】

【化２３】その後２５０℃で約１時間加熱焼成処理を施した。この
時の膜厚は４００Å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。

【００８０】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
ビング軸が互いに平行で同一方向となるように２枚のガ
ラス板を重ね合わせてセルを作成した。

【００８１】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「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。

【００８２】

【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）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１５°であり、最暗状態時の透過率は
１．８％で、明状態時の透過率は３６％であり、従って
コントラスト比は２０：１であった。

【００８３】また、目視によりそのちらつき度を観測し
た。ホトマルチプレターによりオーバーシュートを測定
したところ、図１３（ａ）のようにオーバーシュートは
少なく目視においてもほとんど気にならなかった。

【００８４】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。

【００８５】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１
２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 ＝５Ｖ〜８Ｖ，ΔＴ＝２０μｓｅｃ〜７
０μｓｅｃで行った。

【００８６】実施例７２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニ
ル］プロパン，Ｃ₁₀Ｆ₂₁ＣＨ₂ＮＨ₂及び３，３’，
４，４’−テトラカルボキシビフェニル２無水物をＮ−
メチルピロリドン（ＮＭＰ）４００ｇ中室温で６時間反
応させてポリアミック酸前駆体溶液を調整した。上述の
ジアミン、モノアミン及び酸無水物のそれぞれの使用量
比は重量比でジアミン：モノアミン：酸無水物＝１０
０：１０：１００とした。（下式）

【００８７】

【化２４】この後実施例６と同様にしてセルを得た。

【００８８】実施例６と同様の試験を行なったところ、
コントラスト２０：１、光学応答のおくれ０．２ｓｅ
ｃ、そしてちらつきについても同様にほとんど気になら
なかった。又、実施例６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６と同様の結果を得た。

【００８９】実施例８〜１１表５に示した配向制御膜及び液晶材料を用いた他は実施
例６と同様にしてセルを得た。

【００９０】それぞれに対して実施例６と同様の試験を
行った。

【００９１】コントラスト比及び光学応答の遅れ時間の
結果を表６に示す。

【００９２】また、実施例６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６と同様の結果が得られた。

【００９３】

【表５】

【００９４】

【表６】比較例５〜８表７に示した配向制御膜及び液晶材料を用いた他は、実
施例６と全く同様にしてセルを作成した。

【００９５】それぞれのセルに対してコントラスト比及
びちらつき、光学応答の遅れを表８に示した。

【００９６】また実施例６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残像が生じた。また、比較例
５についてホトマルチプレターによりオーバーシュート
の測定を行ったところ、図１３（ｂ）に示すように大き
く、白，黒のコントラストも低かった。

【００９７】

【表７】

【００９８】

【表８】

【００９９】

【発明の効果】本発明の強誘電性液晶素子は明状態と暗
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、しかも目ざわりなちらつきや残像現象がな
く、優れた液晶表示素子、液晶−光シャッターを製造す
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の断面図であ
る。

【図２】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】本発明の強誘電性液晶素子の液晶分子の配向状
態を示す断面図である。

【図４】図３に示した液晶分子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５】図３に示した液晶分子のスプレイ配向状態にお
けるＣ−ダイレクタ図である。

【図６】ユニフォーム配向状態及びスプレイ配向状態に
おけるチルト角θを示す平面図である。

【図７】強誘電性液晶セル内の電荷分布を示す断面図で
ある。

【図８】電界印加時及び後のチルト角θの変化を示す図
である。

【図９】電界印加時及び後のチルト角θの変化を示す図
である。

【図１０】従来例における光学応答特性を示す図であ
る。

【図１１】本発明の液晶素子の光学応答特性を示す図で
ある。

【図１２】実施例１及び比較例１についてホトマルチプ
レターにより測定したオーバーシュートを示す図であ
る。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ基板１２ａ，１２ｂ透明電極１３ａ，１３ｂ絶縁膜１４ａ，１４ｂ配向制御膜１５強誘電性スメクチック液晶１６ビーズスペーサ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３３ａ第１の安定状態３３ｂ第２の安定状態３４ａ，３４ｂ双極子モーメント４１ａ上基板４１ｂ下基板４２液晶分子４３円錐４４底面４５Ｃ−ダイレクタ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

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【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の断面図で
ある。

【図２】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】本発明の強誘電性液晶素子の液晶分子の配向
状態を示す断面図である。

【図４】図３に示した液晶分子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５】図３に示した液晶分子のスプレイ配向状態に
おけるＣ−ダイレクタ図である。

【図６】ユニフォーム配向状態及びスプレイ配向状態
におけるチルト角θを示す平面図である。

【図７】強誘電性液晶セル内の電荷分布を示す断面図
である。

【図８】電界印加時及び後のチルト角θの変化を示す
図である。

【図９】電界印加時及び後のチルト角θの変化を示す
図である。

【図１０】従来例における光学応答特性を示す図であ
る。

【図１１】本発明の液晶素子の光学応答特性を示す図
である。

【図１２】実施例１で用いた駆動波形を示す図であ
る。

【図１３】実施例１及び比較例１についてホトマルチ
プレターにより測定したオーバーシュートを示す図であ
る。

【符号の説明】１１ａ，１１ｂ基板１２ａ，１２ｂ透明電極１３ａ，１３ｂ絶縁膜１４ａ，１４ｂ配向制御膜１５強誘電性スメクチック液晶１６ビーズスペーサ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３３ａ第１の安定状態３３ｂ第２の安定状態３４ａ，３４ｂ双極子モーメント４１ａ上基板４１ｂ下基板４２液晶分子４３円錐４４底面４５Ｃ−ダイレクタ６０ラビング処理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

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれに透明電極を設けた一対の基板
のうち少なくとも一方の基板の液晶側に、長鎖フルオロ
アルキル基を側鎖として有するポリイミド配向膜を設け
たことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記長鎖フルオロアルキル基が下記一般
式（１）で示されることを特徴とする請求項１記載の液
晶素子。【化１】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）
【請求項３】前記液晶がカイラルスメクチック液晶で
あることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
【請求項４】それぞれ透明電極を設けた一対の基板の
両方の基板のカイラルスメクチック液晶側に、長鎖フル
オロアルキル基を側鎖として有するポリイミド配向膜を
設け、それぞれのポリイミド配向膜に同一方向で且つ平
行な一軸配向処理軸又は同一方向で且つ２°〜１５°の
角度で交差した一軸配向処理軸を付与したことを特徴と
する液晶素子。
【請求項５】前記長鎖フルオロアルキル基が下記一般
式（１）で示されることを特徴とする請求項４記載の液
晶素子。【化２】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）
【請求項６】前記カイラルスメクチック液晶が該液晶
を形成する複数の分子長軸で組織した複数の同一形状の
屈曲状の層を配列させてなることを特徴とする請求項４
記載の液晶素子。
【請求項７】前記一軸配向処理膜がラビング処理軸で
あることを特徴とする請求項４記載の液晶素子。
【請求項８】それぞれ透明電極を設けた一対の基板の
両方の基板のカイラルスメクチック液晶側に、長鎖フル
オロアルキル基を側鎖として有するポリイミド配向膜を
設け、それぞれのポリイミド配向膜に反対方向で且つ平
行な一軸配向処理軸又は反対方向で且つ２°〜１５°の
角度で交差した一軸配向処理軸を付与したことを特徴と
する液晶素子。
【請求項９】前記フルオロアルキル基が下記一般式
（１）で示されることを特徴とする請求項８記載の液晶
素子。【化３】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）
【請求項１０】前記カイラルスメクチック液晶が該液
晶を形成する複数の分子長軸で組織された複数の同一形
状の傾斜した層を配列させてなることを特徴とする請求
項８記載の液晶素子。
【請求項１１】前記一軸配向処理軸がラビング処理軸
であることを特徴とする請求項８記載の液晶素子。
【請求項１２】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
のうち、少なくとも一方の基板の液晶側に、ジアミン成
分が長鎖フルオロアルキル基を側鎖として有するポリイ
ミド配向膜を設けたことを特徴とする液晶素子。
【請求項１３】前記フルオロアルキル基が下記一般式
（１）で示されることを特徴とする請求項１２記載の液
晶素子。【化４】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）
【請求項１４】前記液晶がカイラルスメクチック液晶
であることを特徴とする請求項１２記載の液晶素子。
【請求項１５】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
の両方の基板のカイラルスメクチック液晶側に、ジアミ
ン成分が長鎖フルオロアルキル基を側鎖として有するポ
リイミド配向膜を設け、それぞれのポリイミド配向膜に
同一方向で且つ平行な一軸配向処理軸又は同一方向で且
つ２°〜１５°の角度で交差した一軸配向処理軸を付与
したことを特徴とする液晶素子。
【請求項１６】前記カイラルスメクチック液晶が該液
晶を形成する複数の分子長軸で組織した複数の同一形状
の屈曲状の層を配列させてなることを特徴とする請求項
１５記載の液晶素子。
【請求項１７】前記一軸配向処理軸がラビング処理軸
であることを特徴とする請求項１６記載の液晶素子。
【請求項１８】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
の両方の基板のカイラルスメクチック液晶側に、ジアミ
ン成分が長鎖フルオロアルキル基を側鎖として有するポ
リイミド配向膜を設け、それぞれのポリイミド配向膜に
反対方向で且つ平行な一軸配向処理軸又は反対方向で且
つ２°〜１５°の角度で交差した一軸配向処理軸を付与
したことを特徴とする液晶素子。
【請求項１９】前記カイラルスメクチック液晶が該液
晶を形成する複数の分子長軸で組織した複数の同一形状
の傾斜した層を配列させてなることを特徴とする請求項
１８記載の液晶素子。
【請求項２０】前記一軸配向処理軸がラビング処理軸
であることを特徴とする請求項１９記載の液晶素子。
【請求項２１】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
のうち、少なくとも一方の基板の液晶側に、カルボン酸
成分が長鎖フルオロアルキル基を側鎖として有するポリ
イミド配向膜を設けたことを特徴とする液晶素子。
【請求項２２】前記フルオロアルキル基が下記一般式
（１）で示されることを特徴とする請求項２１記載の液
晶素子。【化５】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）
【請求項２３】前記液晶がカイラルスメクチック液晶
であることを特徴とする請求項２１記載の液晶素子。
【請求項２４】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
の両方の基板のカイラルスメクチック液晶側に、カルボ
ン酸成分が長鎖フルオロアルキル基を側鎖として有する
ポリイミド配向膜を設け、それぞれのポリイミド配向膜
に同一方向で且つ平行な一軸配向処理軸又は同一方向で
且つ２°〜１５°の角度で交差した一軸配向処理軸を付
与したことを特徴とする液晶素子。
【請求項２５】前記カイラルスメクチック液晶が該液
晶を形成する複数の分子長軸で組織した複数の同一形状
の屈曲状の層を配列させてなることを特徴とする請求項
２４記載の液晶素子。
【請求項２６】前記一軸配向処理軸がラビング処理軸
であることを特徴とする請求項２４記載の液晶素子。
【請求項２７】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
の両方の基板のカイラルスメクチック液晶側に、カルボ
ン酸成分が長鎖フルオロアルキル基を側鎖として有する
ポリイミド配向膜を設け、それぞれのポリイミド配向膜
に反対方向で且つ平行な一軸配向処理軸又は反対方向で
且つ２°〜１５°の角度で交差した一軸配向処理軸を付
与したことを特徴とする液晶素子。
【請求項２８】前記カイラルスメクチック液晶が該液
晶を形成する複数の分子長軸で組織した複数の同一形状
の傾斜した層を配列させてなることを特徴とする請求項
２７記載の液晶素子。
【請求項２９】前記一軸配向処理軸がラビング処理軸
であることを特徴とする請求項２７記載の液晶素子。
【請求項３０】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
のうち、少なくとも一方の基板の液晶側に、長鎖フルオ
ロアルキル基を有するポリイミド配向膜を設けたことを
特徴とする液晶素子。
【請求項３１】前記フルオロアルキル基が下記一般式
（１）で示されることを特徴とする請求項３０記載の液
晶素子。【化６】（式中、ｍは３〜１０の整数、ｎは０又は１〜３の整数
である。）
【請求項３２】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
の両方の基板のカイラルスメクチック液晶側に、長鎖フ
ルオロアルキル基を有するポリアミドイミド配向膜を設
け、それぞれのポリアミドイミド配向膜に同一方向で且
つ平行な一軸配向処理軸又は同一方向で且つ２°〜１５
°の角度で交差した一軸配向処理軸を付与したことを特
徴とする液晶素子。
【請求項３３】前記カイラルスメクチック液晶が該液
晶を形成する複数の分子長軸で組織した複数の同一形状
の屈曲状の層を配列させてなることを特徴とする請求項
３２記載の液晶素子。
【請求項３４】それぞれ透明電極を設けた一対の基板
の両方の基板のカイラルスメクチック液晶側に、長鎖フ
ルオロアルキル基を有するポリアミドイミド配向膜を設
け、それぞれのポリアミドイミド配向膜に反対方向で且
つ平行な一軸配向処理軸又は反対方向で且つ２°〜１５
°の角度で交差した一軸配向処理軸を付与したことを特
徴とする液晶素子。
【請求項３５】前記カイラルスメクチック液晶が該液
晶を形成する複数の分子長軸で組織した複数の同一形状
の傾斜した層を配列させてなることを特徴とする請求項
３４記載の液晶素子。