JPH05273558A

JPH05273558A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH05273558A
Application number: JP9856992A
Authority: JP
Inventors: Yuuko Morikawa; 有子森川; Hiroshi Matsuda; 宏松田; Yuji Kasanuki; 有二笠貫; Yoshihiro Yanagisawa; 芳浩柳沢; Harunori Kawada; 春紀河田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1993-10-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】残像を生じない液晶表示素子を提供する。【構成】一対の平行基板間に、これに垂直又は略垂直
な複数の分子配列層を形成する強誘電性液晶を満たした
液晶素子において、配向制御膜が、ポリアミド酸と、一
般式（１）〜（３）（Ｘ，ＹはＨ、ＣＨ_３、Ｃ_２Ｈ_５；
ｐ，ｑ，ｗは２６以下の整数で、１２≦ｐ≦２６、１５
≦ｐ＋ｑ≦５２，１７≦ｐ＋ｑ＋ｗ≦６０）のいずれか
で表わされる第１のアルキルアミンと、一般式（１）〜
（３）（Ｘ，ＹはＨ、ＣＨ_３、Ｃ_２Ｈ_５；ｐ，ｑ，ｗは
１６以下の整数で、１≦ｐ≦１６、４≦ｐ＋ｑ≦１６、
４≦ｐ＋ｑ＋ｗ≦１６）のいずれかで表わされる第２の
アルキルアミンとからなる単分子膜又はその累積膜であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディスプレイなどに応用
される強誘電性液晶素子に関するものである。

【０００２】

【従の来技術】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およびラガーウォールにより提
案されている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国
特許第４３６７９２４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、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、即
ち双安定状態を有し、また電界の変化に応対する応答も
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。

【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こる
ような分子配列状態にあることが必要である。

【０００４】ところで、強誘電性液晶の配向方法として
は、一般にラビング処理や斜方蒸着処理等による一軸性
配向処理を施した配向制御膜を用いる方法が知られてい
る。この従来からの配向方法は、そのほとんどが双安定
性を示さないらせん構造の状態下で、強誘電性液晶をラ
ビング処理したポリイミド膜によって配向制御するもの
であった。

【０００５】しかしながら、前述した従来の配向制御膜
を、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する配向制
御に適用した場合には、次の様な問題点を有していた。
即ち、従来の配向制御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に示す三角すいの頂角の１／２に相
当する。）と比べて小さくなっている。特に、従来の配
向制御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１０°程度で、その時
の透過率はせいぜい３〜５％程度であった。

【０００６】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をもつ強誘電性液
晶でのチルト角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。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に、軸
（ねじれ配列の方向）へ連続的にねじれ角δでねじれ配
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Ｈより小さくなる原因となって
いる。

【０００７】ところで、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

【０００８】

【数１】（式中、Ｉ₀ ：入射光強度、Ｉ：透過光強度、θ：チル
ト角、Δｎ：屈折率異方性、ｄ：液晶層の膜厚、λ：入
射光の波長である。）で表される。

【０００９】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
最大の透過率となるが、双安定性を実現する非らせん構
造でのチルト角θは大きくて１０°程度の角度であり、
したがって表示装置としての適用を考慮したときには、
その透過率は３〜５％程度で充分なものとはならない問
題がある。

【００１０】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の極性の逆電界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
〜Ｐ．１４３の［ＳＳＦＬＣのスイッチング特性］で明
らかにされている。

【００１１】かかる問題点を解決する方法として、配向
膜にポリペプチド誘導体、無水マイレン酸誘導体等の高
分子化合物や、重合性物質を用いたり、ポリイミド分子
内にフッ化物やアルキル鎖を導入したり、基板や配向膜
そのものに凹凸をもたせたりすることによって配向性を
高めた例が挙げられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術で述べら
れた配向膜においていは、光学応答速度や双安定性の問
題の解決に有効であるが、大面積での高精細な表示素子
を考えた場合、画素内、画素間での均一性については不
十分な点があった。高分子材料を用いた場合、表示面積
を広くしようとすると、高分子主鎖をすべて配向制御す
るのは困難であり、ラビング処理をするにしても、大面
積にわたって、微弱なラビング処理を行なうのは、無理
があった。

【００１３】重合性物質を用いる場合は、一旦、配向膜
を形成したのちに重合を行なうため、配向膜内での重合
度に関し、局所的な変動をもたらし、これが原因となっ
て大面積での均一な配向性を得にくくしていた。また、
利用可能な材料は重合性部位を有するものに限定され、
その選択範囲が狭められている。更には、重合時におけ
る膜の体積変化（膨張又は収縮）をゼロにすることは事
実上極めて困難であり、かかる体積変化にともなって、
膜中に亀裂などの欠陥が生じ、先の配向性の低減を招く
ことがある。

【００１４】また、表面エネルギーを下げて、チルト角
をあげるためにポリイミド分子にフッ化物や、アルキル
鎖を導入する方法があるが、かかるフッ化物あるいはア
ルキル鎖を導入して、単分子膜又は単分子累積膜を作成
する場合、該フッ化物あるいはアルキル鎖が互いに反発
するため、均質さを保ったまま、膜内の分子密度を高め
ることは必ずしも容易ではなかった。

【００１５】また、一般に上記単分子膜又は単分子累積
膜を作成する手法としては、ラングミュアーブロジェッ
ト（ＬＢ）法によるのが簡単であるが、とくに前記フッ
化物あるいはアルキル鎖を有するポリイミド分子をＬＢ
法によって成膜するには、前述した分子の反発をうまく
緩和するために、特別な金属イオンを導入するなど、そ
の成膜材料や、成膜条件は非常に限定されたものとな
り、汎用性に乏しい。

【００１６】そのほか、基板又は配向膜そのものに凹凸
を設ける方法では、液晶素子の作成上に、凹凸を形成す
るための工程を有するため、作成プロセスが煩雑になる
という問題点を有している。

【００１７】本発明の目的は、前述の従来技術の問題点
を解決した液晶素子を提供するものであり、少なくとも
２つの安定状態、特に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を増大し、これによって画
素シャッタ開口時の透過率を向上させ、高コントラスト
な画像がディスプレイされ、且つ残像を生じないディス
プレイを達成できる高精細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、一対の
平行基板と、該一対の平行基板の面に対して垂直又は略
垂直な複数の層を形成している分子の配列をもつ強誘電
性液晶とを有する液晶素子において、前記一対の平行基
板のうち少なくとも一方の基板が前記複数の層を一方向
に優先して配向させる配向制御膜を有し、該配向制御膜
が、ポリアミド酸と、下記一般式（１）〜（３）のいず
れかで表わされる第１のアルキルアミンと、下記一般式
（４）〜（６）のいずれかで表わされる第２のアルキル
アミンとからなる単分子膜又はその累積膜であることを
特徴とする液晶素子である。

【００１９】

【化３】

【００２０】（式中、Ｘ，Ｙは−Ｈ，−ＣＨ₃ ，−Ｃ₂
Ｈ₅ のいずれかを表わし、ｐ，ｑ，ｗは２６以下の整数
で、１２≦ｐ≦２６、１５≦ｐ＋ｑ≦５２，１７≦ｐ＋
ｑ＋ｗ≦６０である。）

【００２１】

【化４】

【００２２】（式中、Ｘ，Ｙは−Ｈ，−ＣＨ₃ ，−Ｃ₂
Ｈ₅ のいずれかを表わし、ｐ′，ｑ′，ｗ′は１６以下
の整数で、１≦ｐ′≦１６、４≦ｐ′＋ｑ′≦１６，４
≦ｐ′＋ｑ′＋ｗ′≦１６である。）

【００２３】本発明によれば、ポリアミド酸と第１のア
ルキルアミンとを混合して作成したポリアミド酸アルキ
ルアミン塩をマトリックス材として、かかるマトリック
ス材に第２のアルキルアミンを添加することで、アルキ
ルアミン分子間の空間を第２のアルキルアミンが埋める
ことでかかる単分子膜又は単分子累積膜の配向性、均一
性、面内密度を向上させることが可能になり、配向制御
膜として用いたときに、表面エネルギーが小さくなりチ
ルト角を増大させることが可能になっただけでなく、高
精細な表示が可能になった。

【００２４】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実施状態を示す断面図である。同
図１において、１１ａと１１ｂは各々Ｉｎ₂ Ｏ₃ やＩＴ
Ｏ（インジウムチンオキサイド；ＩｎｄｉｕｍＴ
ｉｎＯｘｉｄｅ）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、その上に絶縁膜１３
ａと１３ｂ（例えば、ＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂ 膜、Ｔａ₂
Ｏ₅ 膜など）と配向制御膜１４ａと１４ｂとが各々積層
されている。

【００２５】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、強誘電性液晶、好ましくは少なくとも２
つの安定状態を示す非らせん構造の強誘電性液晶１３が
配置されている。前述した透明電極１２ａと１２ｂは、
強誘電性液晶１３をマルチプレクシング駆動するため
に、それぞれストライプ形状で配線され、且つそのスト
ライプ形状が互いに交差して配置されていることが好ま
しい。強誘電性液晶１５が配置されている液晶間距離
は、配向制御膜１４ａと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。

【００２６】本発明において、上述のポリアミド酸はカ
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
って得られる。カルボン酸無水物としては例えば、ピロ
メリット酸無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルテ
トラカルボン酸無水物、３，３′，４，４′−ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸無水物、２，２−ビス（３，４
−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−
ヘキサフルオロプロパン酸無水物等が挙げられる。

【００２７】ジアミンとしては、フェニレンジアミン、
４，４′−オキシジアニリン、４，，４′−ジオキシフ
ェニレンジアニリン、４，４′−フェニレンジアニリ
ン、４，４′−チオジアニリン、４，４′−サルフォニ
ルジアニリン、４，４′−メチレンジアニリン、２，２
−ビス（４−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，
３−ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（３−アミ
ノプロピル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキ
サンなどか挙げられる。

【００２８】本発明に用いられるポリアミド酸はそのポ
リマー主鎖中に前述の構造単位が一部含まれていてもよ
いので、２種以上のカルボン酸無水物及び／又は、２種
以上のジアミンを用いた共重合体ポリアミド酸の利用も
可能である。

【００２９】本発明において、上記アルキルアミンに
は、前記一般式（１）〜（３）のいずれかで表わされる
第１のアルキルアミンと、前記一般式（４）〜（６）の
いずれかで表わされる第２のアルキルアミンの１〜３級
のアルキルアミン、更に、アルキル基の一部又は全部が
ハロゲン置換されているもの、アルキル基の一部が水酸
基に置換されているもの、分岐型アルキル基、ベンゼン
環等環状構造を有しているものなどを用いることが可能
である。

【００３０】又、特に前記単分子膜又は単分子累積膜の
表面エネルギーをより低下させるには、第２のアルキル
アミンだけでなく、ポリアミド酸、第１のアルキルアミ
ンの一方又は両方の分子の一部又はすべての分子内にす
くなくとも１つ以上又は全てにフッ素基を有することが
有効である。

【００３１】前記一般式（１）〜（３）のいずれかで表
わされる第１のアルキルアミンの具体例としては、Ｎ，
Ｎ−ジメチルオクタデシルアミン、Ｎ−メチル−ジ−ｎ
−オクタデシルアミン、トリ−ｎ−ヘキシルアミン等が
挙げられる。

【００３２】また、前記一般式（４）〜（６）のいずれ
かで表わされる第２のアルキルアミンの具体例として
は、２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブチ
ルアミン、ヘプタフロロブチルアミン、パーフルオロト
リヘキシルアミン等が挙げられる。

【００３３】また、本発明においては、配向制御膜を形
成する単分子膜又はその累積膜を、ポリアミド酸、第１
のアルキルアミンおよび第２のアルキルアミンを混合す
ることによって形成されるが、これら分子の混合比とし
ては、ポリアミド酸のカルボキシル基をすべてアミン塩
化させる程度とすることが好ましい。即ち、ポリアミド
酸の１繰り返し単位当たり通常２個のカルボキシル基が
存在するが、この場合ポリアミド酸の繰り返し単位数の
緩和：第１のアルキルアミンのモル数＝１：１から１：
３、より好ましくは１：２から１：２．５とすることが
望ましい。

【００３４】第２のアルキルアミンのモル数は、ポリア
ミド酸の繰り返し単位数の緩和：第２のアルキルアミン
のモル数＝１：２から１：１００００、より好ましくは
１：１０から１：１０００とすることが望ましい。

【００３５】この時の溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチル
アセトアミド（ＤＭＡＣ）など、ポリアミド酸およびア
ミンが充分に溶解し、かつ水面上にかかる溶液を展開す
ることが可能な溶媒であれば何を用いてもよく、また、
混合溶媒でもよい。また、濃度にも特に制限はないが、
展開性の面から、１×１０^-5〜１×１０^-3繰り返し単位
数／ｌの範囲とすることが好ましい。

【００３６】以上のようにして作成したポリアミド酸混
合アミン塩の溶液を水面上に静かに展開する。この時、
水相としては、２〜２５℃の純水ｇが一般に用いられる
が、各種金属イオンの添加や酸、アルカリを加えてｐＨ
の調整を行なっても構わない。次に、水面上に展開した
ポリアミド酸アミン塩混合溶媒を圧縮し、水面上にポリ
アミド酸混合アミン塩の単分子膜を形成する。

【００３７】かかる単分子膜を表面圧を一定に保ったま
ま、水面上単分子膜を横切る方向に浸漬し、引き続き引
き上げることにより２層のＹ型単分子膜を支持体上に累
積することが可能となる。ポリアミド酸アミン塩の単分
子膜を基板上にうつしとるには、上述した垂直浸漬法の
他，水平付着法，回転円筒法等の方法によることもでき
る。

【００３８】本発明の液晶素子で用いることができる強
誘電性液晶としては、例えば、ｐ−デシロキシベンジリ
デン−ｐ′−アミノ−２−メチルブチルシンナメート
（ＤＯＢＡＭＢＣ）、ｐ−ヘキシロキシベンジリデン−
ｐ′−アミノ−２−クロルプロピルシンナメート（ＨＯ
ＢＡＣＰＣ）、ｐ−デシロキシベンジリデン−ｐ′−ア
ミノ−２−メチルブチル−α−シアノシンナメート（Ｄ
ＯＢＡＭＢＣＣ）、ｐ−テトラデシロキシベンジリデン
−ｐ′−アミノ−２−メチルブチル−α−シアノシンナ
メート（ＴＤＯＢＡＭＢＣＣ）、ｐ−オクチルオキシベ
ンジリデン−ｐ′−アミノ−２−メチルブチル−α−ク
ロロシンナメート（ＯＯＢＡＭＢＣＣ）、ｐ−オクチル
オキシベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−メチルブチル
−α−メチルシンナメート、４，４′−アゾキシシンナ
ミックアシッド−ビス（２−メチルブチル）エステル、
４−ｏ−（２−メチル）ブチルレゾシリデン−４′−オ
クチルアニリン、４−（２′−メチルブチル）フェニル
−４′−オクチルオキシビフェニル−４−カルボキシレ
ート、４−ヘキシルオキシフェニル−４−（２″−メチ
ルブチル）ビフェニル−４′−カルボキシレート、４−
オクチルオキシフェニル−４−（２″−メチルブチル）
ビフェニル−４′−カルボキシレート、４−ヘプチルフ
ェニル−４−（４″−メチルヘキシル）ビフェニル−
４′−カルボキレート、４−（２″−メチルブチル）フ
ェニル−４−（４″−メチルヘキシル）ビフェニル−
４″−カルボキシレートなどを挙げることができ、これ
らは単独又は２種以上組み合わせて用いることができ
る。また、強誘電性を示す範囲で他のコレステリック液
晶やスメクチック液晶を含有させることができる。さら
に、強誘電性液晶としてカイラルスメクチックＣ相とし
て（ＳｍＣ^* ）、Ｈ相（ＳｍＨ^*）、Ｉ相（ＳｍＩ
^* ）、Ｋ相（ＳｍＫ^* ）やＧ相（ＳｍＧ^* ）を用いるこ
とができる。

【００３９】図２はらせん構造を用いた強誘電性液晶セ
ルの例を模式的に描いたものである。２１ａと２１ｂ
は、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ やＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴ
ｉｎＯｘｉｄｅ）などの透明電極がコートされた基板
（ガラス板）であり、その間に複数の液晶分子層２２か
ガラス基板面に対して垂直な層となるよう配向したＳｍ
Ｃ^* （カラルスメチックＣ相）の液晶が封入されてい
る。

【００４０】太線で示した線２３が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はすべて電界方向に向くよう、液
晶分子の２３の配向方向を変えることができる。

【００４１】本発明の好ましい具体例では、少なくとも
２つの安定状態、特に双安定状態をもつ図３に示す強誘
電性液晶素子を用いることができる。即ち、液晶セルの
厚さを充分に薄くした場合（１μｍ）には、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
構造はほどけ、非らせん構造となり、その双極子モーメ
ントＰａ又はＰｂは上向き（３４ａ）または下向き（３
４ｂ）のどちらかの状態をとり、双安定状態が形成され
る。

【００４２】このようなセルに図３に示すごとく一定の
しきい値以上の極性の異なる電界Ｅａ又はＥｂは電界ベ
クトルに対して上向き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か
あるいは第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
がチルト角θに相当している。

【００４３】このような強誘電性液晶を光学変調素子と
して用いることの利点は２つある。第１に応答速度が極
めて速いこと、第２に液晶分子の配向が双安定性を有す
ることである。このような応答速度の速さと、双安定性
によるメモリー効果が有効に実現されるには、セルとし
てはできるだけ、薄いほうが好ましく、一般的には０．
５μｍ〜２０μｍ、とくに１μｍ〜５μｍが適してい
る。

【００４４】次に、図４は本発明の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。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。

【００４５】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。

【００４６】一方、従来のラビング処理したポリイミド
またはポリア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５１ａ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。

【００４７】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
発明の特定のポリイミドまたはポリアミド膜に施したラ
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６
２ｂとの間でも生じる。

【００４８】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。

【００４９】

【数２】

【００５０】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。
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。

【００５１】図９は従来のポリイミドまたはポリアミド
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１０はこの時の光学応答の状態を示
すグラフである。

【００５２】本発明によれば、前述したポリアミド酸
と、第１のアルキルアミンと第２のアルキルアミンの２
種のアルキルアミンを用いた単分子膜又は単分子累積膜
を用いた配向方法によって得た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。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認
められる。

【００５３】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。

【００５４】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、疎水処理を施した。次に、ま
ず、下記の（７）式で表されるポリアミド酸をＤＭＡＣ
に溶解させた。（単量体換算濃度１×１０^-3Ｍ）

【００５５】

【化５】

【００５６】続いて、別途用意したＮ，Ｎ−ジメチルオ
クタデシルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶液とヘ
プタフロロブチルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶
液を１：２：２（Ｖ／Ｖ）に混合して、ポリアミド酸混
合アミン塩溶液を調整した。

【００５７】かかる溶液を水温２０℃の純水からなる水
相上に展開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒蒸発
除去後、表面圧を２５ｍＮ／ｍにまで高めた。表面圧を
一定に保ちながら、上述ＩＴＯ基板を水面を横切る方向
に速度５ｍｍ／ｍｉｎで静かに浸漬した後、続いて５ｍ
ｍ／ｍｉｎで静かに引き上げて２層のＹ型単分子累積膜
を作成した。かかる操作を繰り返して、６層（膜厚＝８
０Å）のポリアミド酸混合アミン塩の単分子累積膜を形
成した。

【００５８】その後、平均粒径１．５μｍのアルミナビ
ーズを一方の基板上に散布した後、それぞれの基板引き
上げ方向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成した。

【００５９】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商品名［ＣＳ−１０１４］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
の相変化は下記のとおりであった。

【００６０】

【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）

【００６１】上述のように作成した６層ＬＢ膜を配向膜
とした液晶セルを一対の９０°クロスニコル偏光子の間
に挾み込んで、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、この時の透過率をフォトマルチメータにより測定
したところ、チルト角θは１６°であり、最暗状態時の
透過率は０．９％で、明状態時の透過率は５０％であ
り、従ってコントラスト比は５５：１であった。また、
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。

【００６２】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。又、本実施例で
は、Ｖ₀ ＝５〜８Ｖ、ΔT ＝２０〜７０μｓｅｃで行っ
た。更にコントラスト比、光学応答を含め、画素の均一
性は良好であった。

【００６３】実施例２実施例１と同様に１０００Å厚のＩＴＯ膜が設けられた
１．１ｍｍ厚のガラス板を２枚用意し、疎水処理を施し
た。つぎに、下記の（８）式で表されるポリアミド酸を
ＤＭＡＣに溶解させた。

【００６４】

【化６】

【００６５】続いて、別途用意したＮ−メチル−ジ−ｎ
−オクタデシルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶液
とヘプタフロロブチルアミンの同溶媒による１×１０^-3
Ｍ溶液を１：２：１０（Ｖ／Ｖ）に混合して、ポリアミ
ド酸混合アミン塩溶液を調整した。

【００６６】かかる溶液を水温２０℃の純水からなる水
相上に展開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒蒸発
除去後、表面圧を２５ｍＮ／ｍにまで高めた。表面圧を
一定に保ちながら、上述ＩＴＯ基板を水面を横切る方向
に速度１０ｍｍ／ｍｉｎで静かに浸漬した後、続いて１
０ｍｍ／ｍｉｎで静かに引き上げて２層のＹ型単分子累
積膜を作成した。かかる操作を繰り返して、４層（膜厚
＝６０Å）のポリアミド酸混合アミン塩の単分子累積膜
を形成し、配向制御膜とした。

【００６７】次に、実施例１と同様の方法で、液晶素子
を作成し、その液晶素子の評価を行なった。本実施例に
於ける配向制御膜を用いたときのコントラスト比は５
３：１、光学応答のおくれは、０．２ｓｅｃ以下であっ
た。ま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、コントラスト及び残像について実施例１と同様
の結果が得られ、画素の均一性は良好であった。

【００６８】実施例３実施例１と同様に１０００Å厚のＩＴＯ膜が設けられ
１．１ｍｍ厚のガラス板を２枚用意し、疏水処理を施し
た。

【００６９】次に、実施例１と同様のポリアミド酸をＤ
ＭＡＣに溶解し、別途用意した、Ｎ，Ｎ−ジメチルオク
タデシルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶液とヘプ
タフロロブチルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶液
を１：２：１０（Ｖ／Ｖ）に混合して、ポリアミド酸混
合アミン塩溶液を調整した。かかる溶液を水温２０℃の
純水からなる水相上に展開し、水面上に単分子膜を形成
した。溶媒蒸発除去後、表面圧を２５ｍＮ／ｍまで高め
た。表面圧を一定に保ちながら、上述ＩＴＯ基板板を水
面を横切る方向に速度５０ｍｍ／ｍｉｎで静かに浸漬し
た後、続いて５０ｍｍ／ｍｉｎで静かに引き上げて２層
（膜厚＝３０Å）のＹ型単分子累積膜を作成し、配向制
御膜とした。

【００７０】次に、実施例１と同様の方法で、液晶素子
を作成し、その液晶素子の評価を行なった。本実施例に
於ける配向制御膜を用いたときのコントラスト比は５
３：１、光学応答のおくれは０．４ｓｅｃであった。ま
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、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、画素の均一性は良好であった。

【００７１】実施例４実施例１と同様にして１０００Åの厚のＩＴＯ膜が設け
られた１．１ｍｍ厚のガラス板を２枚用意し、疎水処理
を施した。つぎに、下記の（９）式で表されるポリアミ
ド酸をＤＭＡＣに溶解させた。

【００７２】

【化７】

【００７３】続いて、別途用意したＮ，Ｎ−ジメチルオ
クタデシルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶液とヘ
プタフロロブチルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶
液を１：２：１０（Ｖ／Ｖ）に混合して、ポリアミド酸
混合アミン塩溶液を調整した。かかる溶液を水温２０℃
の純水からなる水相上に展開し、水面上に単分子膜を形
成した。溶媒蒸発除去後、表面圧を２５ｍＮ／ｍまで高
めた。表面圧を一定に保ちながら、上述ＩＴＯ基板を水
面を横切る方向に速度１０ｍｍ／ｍｉｎで静かに浸漬し
た後、続いて１０ｍｍ／ｍｉｎで静かに引き上げて２層
のＹ型単分子累積膜を作成した。かかる操作を繰り返し
て、４層（膜厚＝６０Å）のポリアミド酸混合アミン塩
の単分子累積膜を形成し、配向制御膜とした。

【００７４】次に、実施例１と同様の方法で、液晶素子
を作成し、その液晶素子の評価を行なった。本実施例に
於ける配向制御膜を用いたときのコントラスト比は５
８：１、光学応答のおくれは０．２ｓｅｃ以下であっ
た。また、マルチプレクシング駆動による表示を行なっ
たところ、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、画素の均一性は良好であった。

【００７５】実施例５実施例１と同様にして１０００Å厚のＩＴＯ膜が設けら
れた１．１ｍｍ厚のガラス板を２枚用意し、疎水処理を
施した。次に、実施例４と同様のポリアミド酸をＤＭＡ
Ｃに溶解させた。

【００７６】続いて、別途用意したＮ−メチル−ジ−ｎ
−オクタデシルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶液
とヘプタフロロブチルアミンの同溶媒による１×１０^-3
Ｍ溶液を１：２：１０（Ｖ／Ｖ）に混合して、ポリアミ
ド酸混合アミン塩溶液を調整した。かかる溶液を水温２
０℃の純水からなる水相上に展開し、水面上に単分子膜
を形成した。溶媒蒸発除去後、表面厚を２５ｍＮ／ｍに
まで高めた。表面圧を一定に保ちながら、上述ＩＴＯ基
板を水面を横切る方向に速度１０ｍｍ／ｍｉｎで静かに
浸漬した後、続いて１０ｍｍ／ｍｉｎで静かに引き上げ
て２層のＹ型単分子累積膜を作成した。かかる操作を繰
り返して、２層（膜厚＝３０Å）のポリアミド酸混合ア
ミン塩の単分子累積膜を形成し、配向制御膜とした。

【００７７】次に、実施例１と同様の方法で、液晶素子
を作成し、その液晶素子の評価を行なった。本実施例に
於ける配向制御膜を用いたときのコントラスト比は５
８：１、光学応答のおくれは、０．２ｓｅｃ以下であっ
た。ま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、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、画素の均一性は良好であった。

【００７８】実施例６実施例５と同様に配向制御膜を形成した。続いて、かか
る配向制御膜にナイロン触毛布による一方向のラビング
処理をおこなった。次に、実施例１と同様の方法で、液
晶素子を作成し、コントラスト比、光学反応の遅れを測
定した結果、コントラスト比は５１：１、光学応答の遅
れは０．２ｓｅｃ以下であり、本発明における配向制御
膜にラビング処理を施した場合も同様の優れた素子特性
を有していることがわかった。また、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、画素の均
一性は良好であった。

【００７９】実施例７実施例１と同様に１０００Å厚のＩＴＯ膜が設けられた
１．１ｍｍ厚のガラス板を２枚用意した。

【００８０】次に、実施例１と同様のポリアミド酸をＤ
ＭＡＣに溶解させ、別途用意したＮ−メチル−ジ−ｎ−
オクタデシルアミンの同溶媒による１×１０^−３Ｍ溶液
とヘプタフロロブチルアミンの同溶媒による１×１０
^−３Ｍ溶液を１：２：１０（Ｖ／Ｖ）に混合して、ポリ
アミド酸混合アミン塩溶液を調整した。

【００８１】ここで、上記ＩＴＯ基板を、水温２０℃の
純水からなる水相上の水面を横切る方向に静かに浸漬し
た後、前記溶液をかかる水相上に展開し、水面上に単分
子膜を形成した。溶媒蒸発除去後、表面圧を２５ｍＮ／
ｍにまで高めた。表面圧を一定に保ちながら、１０ｍｍ
／ｍｉｎで静かに引き上げて１層（膜厚＝１５Å）のポ
リアミド酸混合アミン塩の単分子膜を形成し、配向制御
膜とした。

【００８２】次に、本実施例に於ける配向制御膜を用い
たときのコントラスト比は５３：１、光学応答のおくれ
は、０．２ｓｅｃ以下であった。ま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、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、画素の
均一性は良好であった。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、ポリアミド酸と２種の
アルキルアミンからなる単分子膜又はは単分子累積膜を
配向制御膜として用いることにより、配向制御膜の表面
エネルギーが低下し、チルト角が増大するために、１）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
くなり高品位の表示が得られた。２）目障りな残像現象が生じない。３）また、面内密度が向上し、画素の均一性が高まっ
た。などの効果が得られた。

【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】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Ｐｓ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配向制御膜１５強誘電性液晶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基板引き上げ方向またはラビング処理軸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)発明者柳沢芳浩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 (72)発明者河田春紀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】一対の平行基板と、該一対の平行基板の
面に対して垂直又は略垂直な複数の層を形成している分
子の配列をもつ強誘電性液晶とを有する液晶素子におい
て、前記一対の平行基板のうち少なくとも一方の基板が
前記複数の層を一方向に優先して配向させる配向制御膜
を有し、該配向制御膜が、ポリアミド酸と、下記一般式
（１）〜（３）のいずれかで表わされる第１のアルキル
アミンと、下記一般式（４）〜（６）のいずれかで表わ
される第２のアルキルアミンとからなる単分子膜又はそ
の累積膜であることを特徴とする液晶素子。【化１】（式中、Ｘ，Ｙは−Ｈ，−ＣＨ₃ ，−Ｃ₂ Ｈ₅ のいずれ
かを表わし、ｐ，ｑ，ｗは２６以下の整数で、１２≦ｐ
≦２６、１５≦ｐ＋ｑ≦５２，１７≦ｐ＋ｑ＋ｗ≦６０
である。）【化２】（式中、Ｘ，Ｙは−Ｈ，−ＣＨ₃ ，−Ｃ₂ Ｈ₅ のいずれ
かを表わし、ｐ′，ｑ′，ｗ′は１６以下の整数で、１
≦ｐ′≦１６、４≦ｐ′＋ｑ′≦１６，４≦ｐ′＋ｑ′
＋ｗ′≦１６である。）
【請求項２】前記配向制御膜がラングミュアーブロジ
ェット法により形成されることを特徴とする請求項１記
載の液晶素子。
【請求項３】前記ポリアミド酸が分子内にフッ素基を
有していることを特徴とする請求項１記載の液晶素子
【請求項４】前記第１のアルキルアミンが分子内にフ
ッ素基を有していることを特徴とする請求項１記載の液
晶素子。