JPH06123888A - 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、導電性化合
物を含む配向膜１４ａ，１４ｂが形成されており、この
配向膜の中で透明電極上に形成されている部位１４
ａ’，１４ｂ’にのみ１０^-4Ｓ／ｃｍ以上の導電性を付
与した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、
また残像現像や画素間のクロストークも生じない。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
З゜〜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】上記の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する為には、配向膜に高い導電性
を付与することが好ましいが、しかし高い導電性を付与
することにより、画素間のクロストークが発生してしま
う等の大きな問題点を有していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的
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
さらには画素間のクロストークを解消して、またさらに
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。

【００１３】

【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に導電性化合物を
含む配向膜が形成されており、該配向膜の中で電極上に
形成されている部位にのみ１０^-4Ｓ／ｃｍ以上の導電性
を局所的に付与したことを特徴とする液晶素子である。

【００１４】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。

【００１５】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、その上に配向膜１４ａ，
１４ｂが各々積層されている。

【００１６】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、０．１〜３μ
ｍ）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。

【００１７】本発明の配向膜は導電性化合物を含んでお
り、該導電性化合物としては塩基性ポリマーが好まし
く、例えば、下記一般式（１）又は（２）のポリピロー
ル、ポリアニリンおよびその誘導体或はポリチオフェ
ン、ポリアニレンビニレンおよびその誘導体を好適に用
いることができる。

【００１８】

【化２】 また、ポリ（ピリジン−２，５−ジイル）、ポリ（２，
２’−ビピリジン−５，５−ジイル）、ポリ（ピリジン
−５，２−ジイル−チオフェン−２，５−ジイル）等の
誘導体も本発明に用いることができる。

【００１９】一般的に、前記高分子導電性化合物に導電
性を付与し、キャリア密度を高める為にドーパントを必
要とする。通常、ドーパントとなる化合物はイオン性の
低分子化合物である。ドーパントとしてはハロゲンイオ
ン、酸化物陰イオン、例えば過塩素酸イオン、硫酸イオ
ン、硝酸イオン、が好適に用いられる。またアルカリ金
属等の金属イオンも用いることができる。

【００２０】単純マトリックス構造の液晶セルでは画素
間のクロストークの問題のため、配向膜の画素間抵抗は
１０⁵ Ωｃｍ以上に保つ必要がある。そのために本発明
では、配向膜の中で電極上にある部位にのみ１０^-4Ｓ／
ｃｍ以上の導電性を局所的に付与することにより、上記
のクロストークの発生を防止している。前記導電性高分
子は電解法でイオンのドーピングを行なうことができる
ため、画素電極上の配向膜にのみ選択的にドーピングを
行ない高導電性を付与することができる。図１におい
て、１４ａ’，１４ｂ’は局所的に高導電性の付与され
た配向膜を示している。電解法は定法に従い、所望のイ
オンを含有する電解質有機溶液の中で電圧を印加するこ
とにより行なうことができる。しかし、本発明の目的を
達成できる方法であれば、局所ドーピングの方法は何ら
限定されるものではない。

【００２１】強誘電性液晶に対して、ポリイミド、ポリ
アミド系の高分子が配向剤として優れた特性を持つこと
が知られているが、本発明においても、ＬＢ法、ラビン
グ法等により超薄膜でも良好な配向規制力を持つ化合物
として、ポリイミド化合物、ポリアミド化合物またはポ
リアミドイミド化合物を配向膜の配向材料として用いる
ことができる。

【００２２】本発明において、その機構は明確ではない
が、上記導電性化合物と上記配向材料の混合比により、
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可能であ
る。

【００２３】前記配向膜は従来公知技術より成膜できる
が、電荷蓄積による逆電界の発生をより効率的に抑える
ためには薄く成膜することが好ましく、例えば、ＬＢ
法、塗布法または蒸着法によって形成することができ
る。ＬＢ法によって配向膜を形成する場合には、膜厚を
４〜２００Å、好ましくは１６〜１００Å、より好まし
くは１６〜５０Åとすることが望ましい。また、配向膜
を成膜する際の基板の引き上げ方向に関しては、セル組
みした時に上下の基板間でその引き上げ方向が同一方向
になるように（例えば、図１のＡの方向）成膜しても、
逆方向になるように配置しても大きな差はない。

【００２４】また、塗布法および蒸着法によって配向膜
を形成する場合には、膜厚を３０〜５００Å、好ましく
は３０〜２００Å、より好ましくは３０〜１００Åとす
ることが望ましい。

【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
グすることが好ましい。この際、ラビングは一方のみに
行ってもよいが、上下基板に配向膜を用いた場合、上下
基板のラビング軸は平行、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。また、ラ
ビングは常法にしたがって行なえばよい。

【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３】 更に、本発明に用いられる液晶は上記液晶のみに限定さ
れるものではなく、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、例えば、自発分極Ｐｓが１０ｎＣ／ｃｍ
² 以上である強誘電性液晶に対しても好適に用いられ
る。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】本発明の導電性配向膜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、０．１〜３μｍ）
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（３４
ａ）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Ｅ
ａ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（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５
２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
配向膜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、或いは配向膜を塗布法ま
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。液晶セルの配向膜の容量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膜を
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は本発明の配向膜を用いた時の光学
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、導電性配向膜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、該電極基板上
にポリアニリンとポリイミドの混合ＬＢ膜を形成して配
向膜とした。該配向膜の作成方法について以下に述べ
る。

【００４２】（３）式に示すポリアミド酸をＮ−メチル
ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた（単量体換算濃度１
×１０^-3Ｍ）後、別途調整した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１：
２（Ｖ／Ｖ）に混合して（４）式に示すポリアミド酸オ
クタデシルアミン塩溶液を調整した。

【００４３】

【化４】 係る溶液にポリアミド酸との重量比で１／１０に相当す
るポリアニリンをＮＭＰに溶解して添加した。該溶液を
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に迄高めた。表面圧を一定に保ちながら上述基板電
極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５ｍｍ／ｍｉｎで静かに引き上げて２
層のＹ型単分子累積膜を作製した。係る操作を繰り返し
て１０、２０、３０、４０、５０層（膜厚約４Å／層）
のポリアミド酸オクタデシルアミン塩／ポリアニリンの
混合単分子累積膜を形成した。次に、この基板を減圧
（〜１ｍｍＨｇ）下、１００℃で１時間熱処理した後、
２００℃で３０分間加熱焼成してポリアミド酸オクタデ
シルアミン塩をイミド化し（式５）、導電性付与したポ
リイミド単分子累積膜を形成した。

【００４４】

【化５】 上記の様にして、配向膜を形成された該基板をアセトニ
トリルに０．５Ｍのオクチルスルホン酸ナトリウムを溶
かした非水溶液中で該基板側に０．５Ｖの電圧を印加し
て該配向膜の電解酸化を行なった。酸化電流が減少しは
じめた時点で電解酸化を止め、配向膜の導電率を測定し
たところ、電極上部では１０^-1Ｓ／ｃｍオーダーの導電
率であり、これ以外の画素間部位では１０^-7Ｓ／ｃｍオ
ーダーの導電率を全ての試料で示した。

【００４５】次に、この膜に押し込みの毛先の侵入長
０．４ｍｍ、および回転数１０００ｒｐｍ、そして基板
の送り速度１２ｍｍ／ｓｅｃの条件でラビング処理を行
ない配向膜とした。この時ラビング軸とＬＢ膜成膜時の
基板軸（基板上下方向）とはほぼ平行になるようにし
た。

【００４６】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。

【００４７】

【数１】 上述のようにして異なる膜厚に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。

【００４８】

【表１】 尚、各膜厚での最暗状態時の透過率は共に０．９％であ
るのに対して、明状態時の透過率は４７％であった。ま
た、残像の原因となる光学応答の遅れは０．１秒以下と
なり、いずれも好結果であった。また、電解酸化をラビ
ング後に行なったセルについても同様な評価を行なった
が、十分な配向性と均一性が得られ、コントラストにつ
いても同様の結果を得た。

【００４９】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、残像の発生は高膜厚の配向膜においても
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。

【００５０】実施例２ 実施例１で用いたポリアミド酸の替わりに、ＬＱ１８０
２（商品名）ポリイミド前駆体を用い、スピンコート法
を用いて塗膜した以外は実施例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。

【００５１】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。

【００５２】

【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。

【００５３】実施例３ 実施例２に用いたポリアニリンに替えて下記のポリピロ
ール誘導体

【００５４】

【化６】 を用い、電解液としてアセトニトリルに０．５ＭのＬｉ
ＣｌＯ₄ を溶かした非水溶液を用いた以外は実施例２と
同様にして液晶セルを作製し評価したところ実施例２と
同様の良好な結果が得られた。また、実施例２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２と同様の良
好な結果が得られた。

【００５５】実施例４ Ｎ−メチルピロリドンを溶媒としてスピン塗布法により
ポリアニリン配向膜を実施例１と同様の電極基板上に形
成した。その時の膜厚は２００Åであった。実施例１と
同様にして電解酸化を行なった結果、電極上部では１０
⁰ Ｓ／ｃｍオーダーの導電率であり、これ以外の画素間
部位では１０^-9Ｓ／ｃｍオーダーの導電率が得られてい
ることがわかった。以後、実施例１と同様にして液晶セ
ルを作製して、表示特性を評価した結果、最暗状態時の
透過率は各画素共に０．８％であるのに対して明状態時
の透過率は４３％であった。また、残像の原因となる光
学応答の遅れは０．１秒以下となり、いずれも好結果で
あった。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
像については実施例１と同様の良好な結果が得られた。

【００５６】実施例５ ポリ−２，５−チエニレンビニレンの可溶性前駆体を用
いて２００Åの膜厚を有するスピンコート膜を作成した
後、加熱焼成して配向膜を形成した以外は実施例４と同
様にして液晶セルを作製し、表示特性を評価したところ
実施例４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。

【００５７】実施例６ 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。

【００５８】

【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。

【００５９】該液晶を実施例１で作製した液晶セル（配
向膜の膜厚２００Åとしている）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。

【００６０】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。

【００６１】

【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。

【００６２】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。

【００６３】実施例７ 実施例２で作製したＬＱ１８０２ポリイミド／ポリアニ
リン（膜厚２００Å）配向膜の液晶セル（但し、本実施
例では上下基板のラビング軸は反平行になるようにセル
組している）に実施例６と同じ強誘電性液晶を注入し、
交流電圧（４０Ｈｚ、６０Ｖ）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２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。

【００６４】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。さらに、本実施例では、
上記のＬＱポリイミドとポリアニリンの混合比を変化さ
せて配向膜を形成したところ、混合比により透過特性の
変化の仕方に差は見出されたが、その機構については明
確ではない。しかし、ＬＱ１８０２ポリイミドのみの８
層ＬＢ膜を配向膜とした場合（図１２の点線）と比較し
て、本実施例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、導電性高分子
化合物をポリイミド配向材と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。

【００６５】実施例８ 実施例３、４、５で作製した導電性高分子の配向膜を有
する液晶セル（但し、本実施例では上下基板のラビング
軸は反平行になるようにセル組している）に実施例６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、それぞれチルト角θが
２１．４°、２１．５°、２１．４°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３、４、５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。

【００６６】また、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（実施例４で作製した
ポリアニリン配向膜を有する液晶セルを代表して示して
いる）。図１２（実線）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。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶素子
は以下の効果を有する。

【００６８】画素内の配向膜にのみ高い導電性を付与
することにより、膜厚の厚い配向性の優れた配向膜を用
いることができ、大きな自発分極Ｐｓを有する強誘電性
液晶に対しても画素間のクロストークがなく十分な配向
性・駆動性を示す。

【００６９】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。

【００７０】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ようになった。

【００７１】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。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ ガラス基板 １２ａ，１２ｂ 透明電極 １４ａ，１４ｂ 配向膜 １４ａ’，１４ｂ’ 配向膜の高導電部位 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 (9)

【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
   導電性化合物を含む配向膜が形成されており、該配向膜
   の中で電極上に形成されている部位にのみ１０^-4Ｓ／ｃ
   ｍ以上の導電性を局所的に付与したことを特徴とする液
   晶素子。
2. 【請求項２】 前記導電性化合物が、下記一般式（１）
   又は（２）のポリピロール、ポリアニリンおよびその誘
   導体、或いはポリチオフェン、ポリアニレンビニレンお
   よびその誘導体のいずれかであることを特徴とする請求
   項１記載の液晶素子。 【化１】
3. 【請求項３】 前記配向膜に配向材料として、ポリイミ
   ド化合物、ポリアミド化合物、ポリアミドイミド化合物
   或いはその前駆体のいずれかが含ま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】 前記配向膜の膜厚が５００Å以下である
   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】 前記配向膜がラングミュアーブロジェッ
   ト法を用いて形成された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】 前記配向膜が液晶分子の初期配向を制御
   するためにラビング処理されてい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１〜６いずれかに記載の液晶素子。
8. 【請求項８】 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１〜７いずれかに記載の液晶素子。
9. 【請求項９】 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１〜８いず
   れかに記載の液晶素子。