JPH0675226A - 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、酸性
の官能基を有する化合物からなる配向材料と塩基性ポリ
マーからなる高分子導電性化合物を含有しこれらがポリ
マーコンフレックスを形成している配向膜１４ａ，１４
ｂを設け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、
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４５６１７
２６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】

【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上に
形成された導電性を付与された保護膜上に、液晶分子の
配向状態を制御するための配向材料と該配向材料に導電
性を付与するための高分子導電性化合物を含無配向膜が
形成されてい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 、Ｚ
ｎＯ、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】前記配向層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、配向層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】本発明の配向膜は液晶分子の配向状態を制
御するための配向材料と該配向材料に導電性を付与する
ための高分子導電性化合物を含んでおり、該高分子導電
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
リン及びその誘導体等を好適に用いることができる。

【００１７】

【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。

【００１８】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。しかしながら一般的には、電界に
よるイオンの移動は遅いため強誘電性液晶のもつ高速ス
イッチング過程におけるヒステリシス、さらには発生す
る微小ドメイン安定性、制御性に対して影響を与える可
能性を有する。そこで本発明においては、配向膜を形成
する配向材料として酸性の官能基を有する化合物を用い
ることで、該配向材料と前記高分子導電性化合物がポリ
マーコンフレックスを形成することにより導電性を付与
するのが好ましい。このような配向材料としてポリイミ
ド化合物、ポリアミドイミド化合物或いはその前駆体を
好適に用いることができる。

【００１９】本発明において、その機構は明確ではない
が、上記配向材料と高分子導電性化合物の混合比によ
り、透過特性或いは微小ドメインの発生を制御すること
が可能であり、更には画素全体に亘ってしきい値電圧の
異なる領域を分布させることにより、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、中間調を調整することができる。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】

【化３】 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、前記の特徴を有する配向膜さらには前記
導電性保護膜からなる導電性配向層を有することによっ
て、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／ｃｍ² 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。

【００２５】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。

【００２６】本発明の導電性配向膜さらには導電性保護
膜からなる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、０．１〜３μｍ）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（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、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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】

【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。

【００３８】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。

【００３９】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、導電性を付与したポリイミドＬＢ膜の形成方法お
よび形成された配向膜の配向特性について述べる。

【００４０】（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。

【００４１】

【化４】 係る溶液にポリアミド酸との重量比で１、１／２、１／
５、１／１０、１／１００に相当するポリアニリンをＮ
ＭＰ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５
ｍｍ／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２０層（膜厚約８
０Å）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）、導電性を付与
したポリイミド単分子累積膜を形成した。

【００４２】

【化５】 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１２
ｍｍ／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。

【００４３】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。

【００４４】

【数１】 上述のようにポリアニリンの混合比の異なる溶液を用い
て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、５０
μｓｅｃ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５０μｓ
ｅｃ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。

【００４５】

【表１】 表１に示したように、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。

【００４６】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。

【００４７】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と同様な手順にて実施例１に用いた
ポリイミドＬＢ膜を８層配向膜形成した後、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。尚、上記保護膜の成膜
条件を下記に示す。

【００４８】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で用いたポリアミド酸の替わりに、ＬＱ１８０
２ポリイミド前駆体を用い、スピンコート法を用いて２
００Åの膜厚に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。

【００４９】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。

【００５０】

【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。更に、上
記ＬＱ１８０２ポリイミド前駆体を用い、実施例１と同
様にＬＢ法により２０層の混合単分子累積膜を形成し、
実施例１と同様にして配向膜を形成して評価した場合
も、同様に良好な結果が得られた。

【００５１】実施例４ 実施例３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

【００５２】

【化６】 を用いた以外は実施例３と同様にして液晶セルを作製し
評価したところ、実施例３と同様の良好な結果が得られ
た。また、実施例３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３と同様の良好な結果が得られた。

【００５３】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。

【００５４】

【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。

【００５５】該液晶を実施例１で作製した液晶セル（配
向膜の混合比１：１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。

【００５６】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。

【００５７】

【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。

【００５８】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の電流電界を印加しつ
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。

【００５９】実施例６ 実施例３で作製したＬＱ１８０２ポリイミド／ポリアニ
リン（混合比１０：１、及び１００：１）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５と同じ強誘
電性液晶を注入し、交流電圧（４０Ｈｚ、６０Ｖ）を１
５分間印加したところ、チルト角θが２１．６゜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。

【００６０】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の実線及び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。本実施例の中で
用いた配向膜においては、上記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、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。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導電性配向層を用いることにより、 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。

【００６２】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。

【００６３】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成した
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 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 (13)

【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
   液晶分子の配向状態を制御するための配向材料と該配向
   材料に導電性を付与するための高分子導電性化合物を含
   む配向膜が形成されてい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、該保護膜上に液晶分子の
   配向状態を制御するための配向材料と該配向材料に導電
   性を付与するための高分子導電性化合物を含む配向膜が
   形成されていることを特徴とする液晶素子。
3. 【請求項３】 前記保護膜の導電率が１０^-10 Ｓ／ｃｍ
   以上であることを特徴とする請求項２記載の液晶素子。
4. 【請求項４】 前記保護膜が金属酸化物或は金属硫化物
   であることを特徴とする請求項２又は３記載の液晶素
   子。
5. 【請求項５】 前記高分子導電性化合物が塩基性ポリマ
   ー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】 前記高分子導電性化合物が、下記一般式
   （１）又は（２）のポリピロール、ポリアニリン或いは
   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
   〜５いずれかに記載の液晶素子。 【化１】
7. 【請求項７】 前記配向材料が、ポリイミド化合物、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１〜７いずれかに記載の液晶素
   子。
9. 【請求項９】 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１〜８
   いずれかに記載の液晶素子。
10. 【請求項１０】 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１〜９いずれかに記載の液晶素子。
11. 【請求項１１】 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１〜１０いずれかに記載の液晶素子。
12. 【請求項１２】 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１〜１１いずれかに記載の液晶素子。
13. 【請求項１３】 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１〜１
    ２いずれかに記載の液晶素子。