JP3168390B2 - 液晶素子及びこれを用いた液晶装置 - Google Patents

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、特にカイラルスメク
ティック液晶、好ましくは強誘電性液晶を用いた液晶素
子に関し、更に詳しくは、液晶分子の配向状態を改善し
た液晶素子及び該液晶素子を用いた表示装置を始めとす
る液晶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、例えばエム・シャット（Ｍ．Ｓｃｈａ
ｄｔ）とダブリュ・ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃ
ｈ）著”アプライド フィジックス レターズ（Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）”Ｖｏ
ｌ．１８，Ｎｏ．４（１９７１）Ｐ．１２７に示された
ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型の液晶を用
いたものがある。しかし、このモードにおいて時分割方
式での駆動を行なった場合、走査線数が増えれば増える
程、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。

【０００３】これを解決するものとして、液晶分子を更
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．Ｓｃｈｅｆｆｅ
ｒ）、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”Ｖｏｌ．
４５（１９８４）Ｐ．１０２１により提唱された。

【０００４】ところが、このＳＢＥ型液晶表示素子で
は、従来のようなティルト角の小さな配向膜を用いると
スキャッタリングドメインが発生してしまう。そのため
大きなティルト角を実現する配向膜が必要とされてい
る。

【０００５】一方、強誘電性液晶分子の屈折率異方性を
利用して偏向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４，３
６７，９２４号明細書）。

【０００６】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、即ち、スメクティック液晶層
の法線方向における液晶分子のらせん配列が解除された
カイラルスメクティックＣ相（ＳｍＣ^*）又はＨ相（Ｓ
ｍＨ^*）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の安定状態と第２の安定状態のいずれかを
取り、且つ電界の印加のない時はその状態を維持する性
質（即ち双安定性）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。

【０００７】この少なくとも２つの安定状態を有する液
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。

【０００８】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、

【０００９】

【数１】

【００１０】〔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。〕と表わされる。

【００１１】前述の非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、係るティルト角θが２２．５°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ティル
ト角θが２２．５°にできる限り近いことが必要であ
る。

【００１２】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ティック液晶を形成す
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
簡便である方法が好ましい。例えば、液晶セルにおける
液晶層界面に高分子の範囲の材料からなる薄膜を設けラ
ビング処理を施すことが好ましい。

【００１３】強誘電性液晶、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４，５６１，７２６号明細書などが知ら
れている。

【００１４】

【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、特にラビング処理した高分
子配向膜を用いる配向方法を前述のクラークとラガーウ
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、用いる高分
子配向膜の構造や分子量等の諸特性によっては、下述の
如き問題を生じることがある。

【００１５】即ち、本発明者等の実験によれば、従来の
ラビング処理した高分子配向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分子のティルト角（後
述の図３に示す角度θ）はらせん構造を持つ強誘電性液
晶分子のティルト角（後述の図２に示す三角錐の頂角の
１／２の角度Θ）と比べて小さくなっていることが判明
した。例えば、従来のラビング処理した高分子配向膜
（例えば所定構造のポリイミド膜）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％であり、表示に際してのコントラストが著し
く劣っていた。

【００１６】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強誘電性液晶で
のティルト角はらせん構造を持つ強誘電性液晶でのティ
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判明した。つまり、非らせん構
造を持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。

【００１７】このねじれ配列を解消し、より大きな非ら
せん構造でのティルト角θを得て、コントラストを向上
させるべく、液晶配向面と液晶分子のダイレクタとのな
すプレティルト角を大きくすることが有効な手段である
ことが知られているが、このプレティルト角を大きくす
るための配向膜材料としての特性はいまだ十分に解明さ
れていない。

【００１８】また、従来のラビング処理した高分子配向
面膜によって生じたカイラルスメクティック液晶の配向
状態は、用いる高分子材料の種類によっては、電極と液
晶層の間の絶縁体層としての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．１４２〜１４３の「ＳＳＦＬＣのスイッ
チング特性」で明らかにされている。

【００１９】本発明の目的は、前述の問題を解決し、特
にカイラルスメクティック液晶の非らせん構造で大きな
ティルト角θを生じせしめて高い透過率を実現した液晶
素子を提供することにある。

【００２０】本発明の更なる目的は、表示特性に優れた
液晶装置を提供することにあり、更に具体的には、高コ
ントラストな画像で且つ残像を生じない表示装置を提供
することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の上記目
的は、電極の形成された一対の平行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に有
機配向膜を形成し、且つ該有機配向膜が後述する一般式
（Ｉ）で示される繰り返し単位を有する平均分子量３０
０００以下のポリイミドを少なくとも一種と平均分子量
３００００を超える重合体を少なくとも一種含有するこ
とを特徴とする液晶素子によって達成される。

【００２２】本発明の更なる目的は、上記液晶素子を備
えた液晶装置によって達成される。

【００２３】尚、本発明で言う平均分子量は数平均分子
量に相当し、実際はゲルろ過クロマトグラフィ（以下Ｇ
ＰＣと示す）により測定された値である。このＧＰＣに
ついては、例えば「高分子化学実験法」（高分子学会
編）第１版第１刷２０２〜２１０頁に記載の方法に沿っ
て溶液の状態で測定することができる。

【００２４】図１を参照して、本発明の液晶素子の一実
施態様を説明する。

【００２５】同図において、ガラス、プラスチック材料
等からなる基板１１ａ，１１ｂ上は、酸化スズ、酸化イ
ンジウム、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）等の透明導電性材料からなる透明電極１２ａ，１２
ｂによって被覆されている。これら透明電極１２ａ，１
２ｂ上には、必要に応じて、単層又は積層構造の絶縁膜
１３ａ，１３ｂが形成されている。これら絶縁膜には、
例えばＳｉＯ₂，ＴｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅が用いられ、単層で
の厚みを好ましくは２００〜１０００Åとする。

【００２６】絶縁膜１３ａ，１３ｂ上に、上記特定の組
成の配向制御膜１４ａ，１４ｂが夫々形成される。尚、
これら配向制御膜は、用いる液晶材料等の特性に応じ
て、一方の基板側にのみ、或いは両方の基板に選択して
設ける。

【００２７】配向制御膜１４ａと１４ｂには、好ましく
は、平行且つ同一向き（図１ではＡ方向）になるように
ラビング処理（矢印方向）が施されている。また、基板
１１ａと１１ｂとの間には、ネマティック液晶、スメク
ティック液晶等の液晶１５が配置されている。基板１１
ａと１１ｂとの間隔の距離は、液晶材料として強誘電性
スメクティック液晶を用いる場合、液晶分子のスメクテ
ィック液晶層の法線方向における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に双
安定性配向状態を生じせしめる。また、他の液晶材料を
用いる際も、その材料特性に応じ基板間距離を適切に設
定する。上述したような基板間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（例えばシリカビーズ、アルミナビーズ）によって
保持される。

【００２８】本発明者等によれば、例えば上述したよう
な液晶素子の構成において、配向制御膜として平均分子
量が３００００以下、好ましくは２００００以下、更に
望ましくは１００００以下、最も好ましくは８０００以
下の重合体を少なくとも１種含有する有機配向膜を適用
することによって優れた液晶配向状態を得ることができ
る。特に、液晶材料として、カイラルスメクティック液
晶を用いる場合、前記配向制御膜を必要に応じてラビン
グ処理して用いることにより、プレティルトの高い配向
状態を実現し、非らせん構造でのティルト角θをより大
きくし、明状態と暗状態での大きな光学的コントラスト
が得られる。特に、米国特許第４，６５５，５６１号な
どに開示された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、更にディスプレイ
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）の光学応答遅延を生じない配向状態が達成
される。

【００２９】本願発明による平均分子量が３００００以
下の重合体成分を含む配向膜材料を用いて配向膜を作成
する場合、上述したような作用効果に加えて、液晶注入
後の初期の配向性は高分子量の配向膜を用いた場合と比
べ特に大きな差はないものの、長期間保存した後の配向
状態の劣化が少ないものとなる。その原因については充
分には明らかになっていないものの、低分子量化するこ
とにより種々の転移温度即ち、高分子の状態が緩和する
温度が高分子量のものと比べ相対的に低くなり、成膜後
の熱履歴により配向膜材料としてはより構造的に緩和し
た状態で液晶が注入されることになり、その後の経時変
化に対しても劣化の少ない配向膜となるものと思われ
る。

【００３０】本発明において、上記平均分子量が２００
００以下の重合体成分を用いた場合には、有機配向膜を
基板上に作成するために調整される重合体（もしくは該
重合体前駆体）溶液に用いることの出来る溶剤の選択の
幅がより広がり好ましい。

【００３１】また平均分子量１００００以下の重合体成
分を用いた場合には、それに加えさらに有機配向膜作成
のための加熱乾燥処理の温度をより低温域に広げること
ができ好ましい。

【００３２】また本発明における配向膜において、特定
の範囲にある分子量の小さい重合体を用いた方が、同じ
条件のラビングで、より高いプレティルトを得ることが
できる。逆にある大きさのプレティルトを得るために必
要なラビング強度は、分子量の大きな重合体と比べより
強くすることが可能であり、その結果として配向膜とし
ての一軸性が強くなり、より広い面積での均一な配向を
実現することができる。これらの十分なる効果を得るた
めの好ましい分子量の値は１００００以下であり、更に
８０００以下の場合、顕著な効果がもたらされる。

【００３３】尚、このような重合体の分子量の下限は、
重合体の具体的な構造や合成プロセスの容易さ等にも起
因するもので特に限定されないが、好ましくは５００以
上であり、さらに成膜性との両立の観点からより好まし
くは１０００以上である。

【００３４】 本発明において、配向膜の材料として用
いる重合体としては好ましくはポリアミド、ポリイミド
が挙げられる。特に、平均分子量３００００以下の重合
体としては、下記一般式（Ｉ）に示される繰り返し単位
を有するポリイミドの平均分子量を調整したものが用い
られる

【００３５】

【化３】

【００３６】〔上記一般式（Ｉ）中、Ａは４価の有機残
基を示し、Ｒ₁、Ｒ₂は炭素数１〜１０のアルキル基、フ
ルオロアルキル基を示す。但し、Ｒ₁、Ｒ₂は同じでも異
なっていても良い〕

【００３７】

【００３８】

【００３９】本発明においては、上記構造を有する重合
体を用いることによって、重合体分子鎖の直線性が良好
なことから、配向規制力が向上し、大面積にわたって均
一な配向を得やすく、また、耐水耐湿性溶剤溶解性等の
点で有利である。

【００４０】更にこれら構造のポリマーを用いることに
より、特にカイラルスメクティック液晶に適用する場合
に、プレティルト角をより高い値に制御することが可能
となる。

【００４１】尚、一般式（Ｉ）で表わされるようなポリ
イミドを用いる場合、その平均分子量はその前駆体にお
けるＧＰＣの測定値により設定することができる。

【００４２】上記（Ｉ）式において、Ａは好ましくは

【００４３】

【化５】

【００４４】

【００４５】

【００４６】 本発明で用いる有機配向膜を基板上に設
ける際には、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸
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
剤に溶解して例えば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。ま
た、参考までに配向膜がポリアミドの場合にはこれを直
接上記溶剤に溶解し、ポリイミドの場合と同様に基板に
塗布し、１００〜２５０℃、好ましくは１５０〜２２０
℃の温度で加熱して溶媒を蒸発させることでポリアミド
膜を形成する。これら有機配向膜は、しかる後に必要に
応じて布などでラビング処理等の一軸配向処理を施す。

【００４７】また、本発明で用いる有機配向膜の膜厚は
３０Å〜１μｍ、好ましくは２００〜２０００Åに設定
される。この場合、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。

【００４８】また本発明においては、絶縁膜１３ａと１
３ｂの上に有機配向膜を設定する際には、この有機配向
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。

【００４９】 また、本発明に係る平均分子量が３００
００以下のポリイミドの平均分子量が小さいために良好
に塗布することが困難であるため、あるいは液晶に対す
る一軸配向規制力を調整すべく、平均分子量が３０００
０を超える高分子量重合体、或いはその前駆体と適宜混
合して用いる。その高分子量重合体の平均分子量の上限
は特に限定されるものではないが、その溶剤溶解性，塗
布性等の点から１００００００以下、好ましくは５００
０００以下である。

【００５０】本発明において、平均分子量が３００００
以下の重合体は少なくとも１種用いて配向膜を形成する
が、その含有量は、重合体（もしくは該重合体前駆体）
溶液中に含有される平均分子量３００００以下の重合体
の固形分の比率として、重量比で５〜１００％好ましく
は１０〜１００％より好ましくは２０〜１００％であ
る。

【００５１】本発明で用いる液晶物質としては、例え
ば、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
液晶であって、強誘電性を呈する液晶が好ましい。特
に、カイラルスメクティック相での配向状態向上の観点
で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とす
る）。具体的には、フェニルピリミジンやその他の複素
環からなる構造の中心骨格を有する液晶性化合物及び同
様の構造の少なくとも一種のカイラルドーパントを含有
する液晶組成物が用いられる。

【００５２】本発明において用いられる液晶（スメクテ
ィック液晶やカイラルスメクティック液晶）として具体
的には、下記液晶物質「ＬＣ−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。

【００５３】

【化７】

【００５４】液晶組成物 （１） （ＬＣ−１）₉₀／（８０Ｂ）₁₀ （２） （ＬＣ−１）₈₀／（８０Ｂ）₂₀ （３） （ＬＣ−１）₇₀／（８０Ｂ）₃₀ （４） （ＬＣ−１）₆₀／（８０Ｂ）₄₀ （５） ８０ＳＩ^* （上記の配合比率は、それぞれ重量比を表わしてい
る。）

【００５５】また、本発明の液晶素子では、ネマティッ
ク液晶材料を用いることができる。

【００５６】本発明の液晶素子では、前述したように強
誘電性を呈するカイラルスメクティック液晶を用いた場
合に配向特性や特に表示に関する特性が向上する。以下
に強誘電性液晶に関連して述べる。

【００５７】図２は、強誘電性液晶の動作説明のため
に、液晶セルの例を模式的に描いたものである。

【００５８】図中２１ａと２１ｂはＩｎ₂Ｏ₂、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（スメクテ
ィック液晶層）２２がガラス面にほぼ垂直になるよう配
向したＳｍＣ^*又はＳｍＨ^*の液晶が封入されている。太
線２３が液晶分子を表わしており、この液晶分子２３は
その分子に直交する方向に双極子モーメント（Ｐ⊥）２
４を有している。この時の三角錐の頂角をなす角度が係
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。基板２１ａと基板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、双極モーメント（Ｐ⊥）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。

【００５９】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。

【００６０】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、非らせん構造となり、その双極子モーメントＰ
ａ又はＰｂは上向き（３４ａ）、又は下向き（３４ｂ）
のどちらかの状態を取る。

【００６１】このような液晶セルに、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の安定状態のなす角度の１／２がティルト角θに
相当する。

【００６２】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。

【００６３】次に、図４は本発明の液晶素子の一例にお
ける有機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。

【００６４】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おり、少なくとも一方が平
均分子量３００００以下の重合体からなる有機配向膜に
よって被覆されている。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。

【００６５】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。図５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小さく、
ティルト角θが大きくなっている（ユニフォーム状
態）。

【００６６】一方、従来の高分子量の重合体成分からな
る有機配向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（スプ
レイ配向状態）。

【００６７】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）でのティルト角θ
を示す説明図、及び図７（ｂ）はＣ−ダイレクタ８１が
図６の状態（スプレイ配向状態）でのティルト角θを示
す説明図である。

【００６８】図中６０は有機配向膜に施したラビング処
理軸等の一軸配向処理軸を示し、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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】

【数２】

【００７２】図８は液晶セル内の電界の分布、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。

【００７３】図９は従来の高分子量の重合体成分を含む
配向膜によって生じ易いスプレイ配向状態の光学応答の
変化をティルト角θの変化に変えて示した説明図であ
る。

【００７４】図９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）までティルト
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）までティルト角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に示すような遅延となって表れる。

【００７５】本発明によれば、前述した特定の重合体成
分を含む有機配向膜を用いているため、その配向処理に
より得られた配向状態では、図９に示したスプレイ状態
下の平均分子軸Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）及びＳ（Ｃ）を生じ
ることがなく、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。こ
の時の本発明の光学応答を図１１に示す。

【００７６】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より高い
コントラストを引き起こしていることがわかる。

【００７７】即ち、スイッチング後、ほぼ遅延なくより
高い透過率で白状態に安定となる。

【００７８】また本発明の液晶素子は、種々の液晶装置
を構成する。例えば、当該液晶素子を表示パネル部に使
用し、図１２及び図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及びＳＹＮＣ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。

【００７９】画像情報の発生は、本体装置側のグラフィ
ックコントローラー１０２にて行なわれ、図１２及び図
１３に示した信号転送手段に従って表示パネル１０３に
転送される。グラフィックコントローラー１０２は、Ｃ
ＰＵ（中央演算処理装置、以下ＧＣＰＵ１１２と記す）
及び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
の管理や通信を司っており、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。

【００８０】尚、該表示パネルの裏面には必要に応じて
光源が配置されている。

【００８１】

【実施例】以下、実施例１〜１２（参考実施例）、実施
例１３、１４（実施例）、実施例１５（参考実施例）、
参考例１〜３（参考実施例）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。

【００８２】［合成例１］（配向膜材料の合成） 攪拌器、窒素導入管を備えた３００ｍｌセパラブルフラ
スコ（事前に１２０℃、減圧乾燥機中で十分に乾燥させ
た）に１２０℃減圧乾燥機中で良く乾燥させた２，２−
ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサ
フルオロプロパン１０．３７ｇ（２０ｍｍｏｌ）、無水
Ｎ−メチルピロリドン６０ｍｌを加え室温、窒素下で溶
解させた。これに１５０℃減圧乾燥機中で良く乾燥させ
たピロメリット酸３．９３ｇ（１８ｍｍｏｌ）の８割量
を先ず添加した。その後ピロメリット酸の残量を少量づ
つ数回に分けて添加した。ピロメリット酸を全量添加し
た後、無水Ｎ−メチルピロリドン６５ｍｌを添加し、更
に３０分間攪拌を続け、対応するポリアミック酸の１０
％Ｎ−メチルピロリドン溶液を作製した。

【００８３】作製したポリアミック酸の数平均分子量を
ゲル・パーミェイション・クロマトグラフィー（Ｇ．
Ｐ．Ｃ．）により測定したところ１００００であった。

【００８４】尚、本発明では特に、実施例におけるポリ
アミドやポリイミド（前駆体）について具体的には、以
下の方法によりＧＰＣ測定を行なった。

【００８５】先ず、下記の条件で標準ポリスチレンのＧ
ＰＣを測定し、検量線を作成した。

【００８６】 カラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＡＤ−８０Ｍ／Ｓ ２本、 プレカラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＡＤ−８００Ｐ １本 溶媒：ＤＭＦ（ＬｉＢｒ ０．０６ｍｏｌ／ｌ，Ｈ₃Ｐ
Ｏ₄ ０．００４ｍｏｌ／ｌを含む） 流速：１．０ｍｌ／ｍｉｎ 温度：カラム４０℃、インジェクター４０℃ 試料濃度：０．３％（ｗｔ／ｖｏｌ） 検出器：示差屈折率検出器

【００８７】引き続き同一の条件により試料（例えばポ
リイミド（前駆体）やポリアミド）のＧＰＣを測定し、
ポリスチレン換算の数平均分子量を求めた。

【００８８】［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繰り返し単位を有する
ポリアミック酸の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３０００
ｒｐｍのスピナーを用いて塗布した。

【００８９】

【化８】

【００９０】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。得られた
ポリイミドの数平均分子量は１００００であった。尚、
数平均分子量はＧ．Ｐ．Ｃ．により測定した値を示す。
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。

【００９１】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わせて液晶セルを作製した
（セルサイズ３ｍｍ×３ｍｍ）。

【００９２】このセル内にチッソ株式会社製の強誘電性
スメクティック液晶である「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通りであった。

【００９３】

【化９】

【００９４】（Ｉｓｏ＝等方相、Ｃｈ＝コレステリック
相、ＳｍＡ＝スメクティックＡ相ＳｍＣ^*＝カイラルス
メクティックＣ相）

【００９５】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
で測定したところ、ティルト角θは１５°であり、最暗
状態時の透過率は１％で、最明状態時の透過率は３９％
であり、従ってコントラスト比は３９：１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。

【００９６】残像の原因となる光学応答の遅れを、電圧
印加後透過光の大きさが一定となるまでの時間として測
定したところ０．２秒以下であった。

【００９７】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。尚、図
１４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波形を表わしている。ま
た、本実施例では、Ｖ₀＝５Ｖ〜８Ｖ、ΔＴ＝２０μｓ
ｅｃ〜７０μｓｅｃで行なった。

【００９８】［実施例２、３］実施例１で用いた有機配
向膜と数平均分子量のみが異なるポリイミドからなる配
向膜を用いた以外は実施例１と同様にしてセルを作製し
た。

【００９９】それぞれに対して実施例１と同様な試験を
行なった。

【０１００】本実施例で配向膜として用いたポリイミド
（前駆体）の数平均分子量とコントラスト比及び光学応
答の遅れ時間の結果を以下に示す。

【０１０１】

【表１】

【０１０２】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
残像については実施例１と同様な結果が得られた。

【０１０３】［参考例１］実施例１で用いた有機配向膜
と数平均分子量のみが異なるものを用いた以外は実施例
１と同様にしてセルを得た。

【０１０４】それぞれに対して実施例１と同様な試験を
行なった。

【０１０５】配向膜として用いたポリイミドの数平均分
子量、コントラスト比及び光学応答の遅れ時間の結果を
以下に示す。

【０１０６】

【表２】

【０１０７】前述の実施例１〜３、参考例１で用いたセ
ル、および実施例１に記載の配向膜材料においてその数
平均分子量のみが異なる材料（参考例２：３９０００、
参考例３：３１０００）を用いて実施例１と同様に液晶
セルを作成し、それらの注入後、およびデシケーター
中、室温で１５００時間放置した後の配向状態を光学顕
微鏡で観察した結果を合わせて下表に示す。具体的に
は、液晶セルを黒及び白を同面積で表示した状態とし、
１５００時間放置後の黒及び白の表示面積並びに境界に
ついて評価した。

【０１０８】

【表３】

【０１０９】配向状態の評価基準 ◎：黒及び白の領域が同面積でその境界も明確である。 ○：黒及び白の領域は略同面積に近いが、一部反転が生
じ、その境界が若干乱れている。 △：黒及び白の領域のそれぞれにおいて反転が生じてい
る。

【０１１０】実施例１〜３、参考例１〜３の評価結果よ
り、本発明の特定の組成の配向膜を用いた素子では、コ
ントラストがより向上しており、光学応答の遅延が十分
なレベルにあり、特に分子量の小さい領域の重合体成分
を用いることにより、経時後の配向状態をも良好に保つ
ことができる。

【０１１１】実施例１〜３及び参考例３で用いた有機配
向膜を用い、基板サイズを大判（３００ｍｍ×３００ｍ
ｍ）にし、且つプレティルトが同じ程度になるようにラ
ビング強度を調整した以外は実施例１と同様にして液晶
セルを作製した。これらのセルの液晶注入後の配向状態
を特に面内均一性の観点から光学顕微鏡で観察した結果
を下表に示す。

【０１１２】

【表４】

【０１１３】 △：部分的にコントラストのむらが若干見られた。 ○：セル端部において一部むらが見られた。 ◎：セル全面にわたり均一な配向が得られた。

【０１１４】［実施例４〜１２］表５〜７に示した配向
制御膜材料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。

【０１１５】それぞれに対して実施例１と同様な試験を
行なった。

【０１１６】コントラスト比及び光学応答の遅れ時間の
結果を表８に示す。

【０１１７】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
残像については実施例１と同様に良好な結果が得られ
た。

【０１１８】［実施例１３〜１５］それぞれ表７に示し
た２種の有機高分子材料（或いはその前駆体）のＮ−メ
チルピロリドン溶液を別途調整し、固形分の比率が同表
に示した重量部になるように対応する溶液を混合した。
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７に示したものを用いた
他は、実施例１と同様にしてセルを作製した。

【０１１９】それぞれに対して実施例１と同様な試験を
行なった。コントラスト比及び光学応答の遅れ時間の結
果を表８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
トラスト及び残像については実施例１と同様に良好な結
果が得られた。

【０１２０】実施例１３〜１５の結果より、平均分子量
３００００以下の重合体成分と３００００を超える重合
体成分をブレンドすることによって、得られる配向膜の
配向制御性、スイッチング特性に与える影響について適
切に調整することが可能となることがわかる。

【０１２１】また、これら実施例に記載の有機配向膜
は、成膜性（溶液の塗布性）が良好に制御されている。

【０１２２】

【表５】

【０１２３】

【表６】

【０１２４】

【表７】

【０１２５】

【表８】

【０１２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶の均一配向性が良好で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特性が得られ、残像現象が生じな
い効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶素子の構造の一例を示す模式図である。

【図２】強誘電性液晶の動作説明のためのセルの模式図
である。

【図３】強誘電性液晶の動作説明のためのセルの模式図
である。

【図４】本発明の液晶素子における液晶分子の配向状態
を模式的に示す断面図である。

【図５】図４に示した液晶分子のＣ−ダイレクタ図であ
る。

【図６】従来の配向処理方法によって生じた配向状態の
液晶分子のＣ−ダイレクタの一例を示す図である。

【図７】図５及び図６に示した液晶分子のティルト角θ
を示す説明図である。

【図８】液晶セル内の電荷の分布、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９】電界印加時及び印加後のティルト角θの変化を
示す説明図である。

【図１０】従来の配向処理による液晶素子における光学
応答を示す図である。

【図１１】本発明の液晶素子の光学応答を示す図であ
る。

【図１２】本発明の液晶素子を有する液晶表示装置とグ
ラフィクスコントローラーを示すブロック構成図であ
る。

【図１３】本発明で採用する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。

【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 強誘電性スメクティック液晶 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 電界印加手段 ３３ａ、３３ｂ 安定状態 ３４ａ、３４ｂ 双極子モーメント 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、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ 平均分子軸 ８１ Ｃ−ダイレクタ １０１ 強誘電性液晶表示装置 １０２ グラフィックスコントローラ １０３ 表示パネル １０４ 走査線駆動回路 １０５ 情報線駆動回路 １０６ デコーダ １０７ 走査信号発生回路 １０８ シフトレジスタ １０９ ラインメモリ １１０ 情報信号発生回路 １１１ 駆動制御回路 １１３ ホストＣＰＵ １１４ ＶＲＡＭ １１９ ＧＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高尾 英昭 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 (56)参考文献 特開 昭63−229429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−98326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−175712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−262620（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−107529（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−180519（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−257148（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−102516（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−102515（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−248076（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−41515（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1337 520

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極の形成された一対の平行基板間に液
   晶を挟持してなる液晶素子において、少なくとも一方の
   基板に有機配向膜を形成し、且つ該有機配向膜が下記一
   般式（Ｉ）で示される繰り返し単位を有する平均分子量
   ３００００以下のポリイミドを少なくとも一種と平均分
   子量３００００を超える重合体を少なくとも一種含有す
   ることを特徴とする液晶素子。 【化１】 〔上記一般式（Ｉ）中、Ａは４価の有機残基を示し、Ｒ
   ₁ 、Ｒ ₂ は炭素数１〜１０のアルキル基、フルオロアルキ
   ル基を示す。但し、Ｒ ₁ 、Ｒ ₂ は同じでも異なっていても
   良い〕
2. 【請求項２】 有機配向膜に少なくとも一種含有される
   ポリイミドの平均分子量が１００００以下であることを
   特徴とする請求項１記載の液晶素子。
3. 【請求項３】 有機配向膜に少なくとも１種含有される
   ポリイミドの平均分子量が８０００以下であることを特
   徴とする請求項１記載の液晶素子。
4. 【請求項４】 前記液晶がカイラルスメクティック相を
   示す液晶であることを特徴とする請求項１記載の液晶素
   子。
5. 【請求項５】 前記液晶がネマティ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。
6. 【請求項６】 前記液晶が強誘電性液晶であることを特
   徴とする請求項１記載の液晶素子。
7. 【請求項７】 前記有機配向膜が一軸配向処理されたも
   のであることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の液晶素
   子を備えたことを特徴とする液晶装置。
9. 【請求項９】 表示装置であることを特徴とする請求項
   ８記載の液晶装置。