JPH0766125B2

JPH0766125B2 - カイラルスメクチック液晶素子

Info

Publication number: JPH0766125B2
Application number: JP62197827A
Authority: JP
Inventors: 由紀夫羽生; 幸子二見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1995-07-19
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: CA1277403C; JPS63191129A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、液晶表示素子や液晶−光シヤツタ等で用いる
液晶素子、特にカイラルスメクチック液晶を用いた液晶
素子に関し、更に詳しくは液晶分子の初期配向状態を改
善することにより、表示特性を改善した液晶素子及び２
つの双安定状態の消光後の色調が黒く透過光量が少ない
白黒表示ができカラー表示素子への応用もできる液晶素
子に関するものである。

〔従来の技術〕

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
の組み合せにより透過光線を制御する型の表示素子がク
ラーク（Clack）及びラガーウオール（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（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、すなわち双安定性を
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
れている。

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交換が効果的に起ることが必要であ
る。たとえばSmC^＊またはSmH^＊相を有する強誘電性液晶
についてはSmC^＊またはSmH^＊相を有する液晶分子相が基
板面に対して垂直で、したがって液晶分子軸が基板面に
ほぼ平行に配列した領域（モノドメイン）が形成される
必要がある。

又、白黒文字表示素子やカラー表示素子として用いるた
めには、偏光板をクロスニコルに配し、その間に液晶素
子をはさんで第１の安定状態を最暗にしたときに配向が
黒く透過光量が少ないことが必要である。

これらの機能を満足するためには、それに適した特殊な
配向状態をつくり出す必要がある。

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など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をもつ強誘電性液晶に対するもので
あった。例えばヨーロッパ公開特許第91661号公報や特
開昭60−230635号公報に開示された配向方法は、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
ング処理した全芳香族ポリイミド、ポリアミド又はポリ
ビニルアルコール膜によって配向制御するものであっ
た。

しかしながら、前述した如きの従来の配向制御膜をクラ
ークとラガウオ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膜に適用
した場合には、下述の如き問題点を有していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

すなわち、本発明者らの実験によれば、従来の配向制御
膜によって配向され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（後述の第３図に示す角度θ）がら
せん構造をもつ強誘電性液晶でチルト角（後述の第２
図に示す三角錐の頂角の1/2の値である角度）と較べ
て小さくなっていることが判明した。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、一般に数度程度でその時の透過率
はせいぜい３〜５％程度であった。

この様に、クラークとラガウオ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より小さくなってい
る。即ち、チルト角θが最大チルト角を彩る為に、液
晶分子の配向状態が第４図に示すユニホーム配向となっ
ている必要があるが、実際には第５図に示す様に隣接す
る各々の液晶分子がねじれ角αでねじれて配向している
事に原因するスプレイ配向状態となっている為に、十分
に大きいチルト角θを形成する事ができない問題があっ
た。また、スプレイ配向状態下の液晶素子は、第７図に
示す様なパルス信号に対する光学応答性特性を示し、こ
の光学応答特性がマルチプレクシング駆動を行った時の
表示画面でのちらつきの原因となる問題点があっった。

従って、本発明の目的は前述の問題点を解決すること、
すなわち少なくとも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ヤツタ開口時の透過率を向上さ
せた液晶素子を提供することにある。

又、本発明の別の目的は、マルチプレクシング駆動時の
画面にちらつきを生じない液晶素子を提供することにあ
る。

さらに本発明者らの実験によれば、従来用いられてきた
ポリビニルアルコールを配向制御膜として用いた配向状
態では配向の消光後の色調が黒で消光後の透過光量が少
なく液晶シヤツタの性能がよいがジグザグ欠陥等の欠陥
が大きいため、スイツチング時の双安定性がよくないた
めに実際マトリクス駆動したとき鮮明な画質が得られな
かった。

又、全芳香族ポリイミドを用いた場合、均一配向性がよ
く、欠陥も少なくスイツチング時の双安定性は良いが消
光後での配向が青いために、この場合も鮮明な画質が得
られなかった。

従って、本発明は特定の配向制御膜を用いることによっ
て、第４図に示すユニホーム配向状態の強誘電性液晶素
子を実現することができ、これに伴ない第６図に示す様
なパルス信号に対する光学応答性を示し、マルチプレク
シング駆動時の画面にちらつきを生じない液晶素子を実
現することを目的とする。

本発明の別の目的は消光後が黒く液晶シヤツタとして白
黒表示、又はカラー表示に対応でき、液晶のスイツチン
グ性能もよい液晶表示を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は強誘電性液晶素子の配向制御におい
て、配向制御膜に脂環式ポリイミドを用いることを特徴
とする液晶素子である。

好ましくは前記脂肪族ポリイミドが下記一般式［Ｉ］で
示される構造単位を有するポリイミド樹脂被膜又は下記
一般式［I a］および［II］から［XII］で示される各々
の構造単位を有するポリイミド膜である。

（R₁は、４価の脂肪族系有機残基、ｎは０または１） R₂:脂肪族基、R₃:芳香族基 R₄:芳香族基、R₅:脂肪族基 R₆:芳香族基、R₇:環状脂肪族基 R₈:環状脂肪族基、R₉:芳香族基 R₁₀,R₁₁は脂肪族基 R₁₂,R₁₃は脂肪族基であり、そのいずれか一方は環状脂肪族基である。

本願明細書に記載の脂肪族基とは、芳香族基を持たない
脂肪族基を言う。

〔実施例〕

以下、本発明を詳細に説明する。

第１図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の液晶素子
の実施態様を示す断面図である。第１図（ａ）に示す液
晶素子は、一対の平行配置した上基板11a及び下基板11b
と、それぞれの基板に配線した透明電極12aと12bを備え
ている。上記板11aと下基板11bとの間には強誘電性液
晶、好ましくは少なくとも２つの安定状態をもつ非らせ
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、それぞれストライブ形状
で配線され、且つそのストライブ形状が互いに交差させ
て配置されていることが好ましい。

第１図（ａ）に示す液晶素子では、基板11aと11bにそれ
ぞれ前述した脂肪族ポリイミド樹脂で形成した配向制御
膜14aと14bが配置されている。

又、第１図（ａ）に示す液晶素子で用いた配向制御膜14
aと14bのうち何れか一方を脂肪族ポリイミド樹脂とし、
何れか他方を脂肪族ポリイミド樹脂以外の配向制御膜と
することも可能である。この際に用いる配向制御膜とし
てポリイミド、ポリアミドやポリビニルアルコールで形
成した被膜とすることができる。又、第１図（ｂ）に示
す様に、本発明では第１図（ａ）の液晶素子で用いた配
向制御膜14bの使用を省略することも可能である。

本発明では、前述した配向制御膜14aと14bに一軸性配向
軸を付与することができる。この一軸性配向軸は、好ま
しくはラビング処理によって付与されることができる。
この際、前述した一軸性配向軸を互いに平行方向とする
ことができるが、互いに交差させることも可能である。

本発明の配向制御膜14aと14bに用いられる脂肪族ポリイ
ミドは、テトラカルボン酸ジ無水物とジアミンとを重縮
合させ、所謂ポリアミツク酸とし、次いで脱水閉環させ
ることにより合成できる。

しかし、その重合方法は特に制限されるものではなく、
溶液重合、界面重合、塊状重合、箇相重合等いずれも採
用され得る。又上記重合反応は生成するポリアミツク酸
を単離せずにポリイミドとする１段法で行っても良く、
或いは生成したりポリアミツク酸を単離し、次いで脱水
閉環させて、ポリイミドとする２段法で行っても良い。

本発明における重合方法は通常溶液法が好適である。溶
液法の用いられる溶媒としては、生成するポリアミツク
酸を溶解するのもであれば特に限定されるものではな
い。代表的な例としてはN,N−ジメチルホルムアミド、
N,N−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、
Ｎ−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テ
トラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホラン、ヘキ
サメチルホスホルアミド、プチロラクトン等が挙げられ
る。これらは、単独で用いられても良く、又混合して用
いてもかまわない。更にポリアミツク酸を溶解させない
溶媒であっても、ポリアミツク酸を溶解され得る範囲内
で、これを上記溶媒に加えても何ら差支えない。

ポリアミツク酸生成のための重縮合反応の反応温度は−
20℃〜150℃の任意の温度を選択できるが、特に−５℃
〜100℃の範囲が好ましい。

本発明において、ポリアミツク酸をポリイミドに転化す
るには、通常は加熱により脱水閉環する方法がとられ
る。この加熱脱水閉環させる温度は150℃〜400℃、好ま
しくは170℃〜350℃の任意の温度を選択できる。又この
脱水閉環に要する時間は上記反応温度にもよるが30秒〜
10時間、好ましくは５分〜５時間をかけることが適当で
ある。又、ポリアミツク酸をポリイミドに転化する他の
方法として、脱水閉環触媒を用いて化学的に閉環する方
法もとり得る。これらの方法については、通常のポリイ
ミド合成にいおいて用いられる公知の方法をそのまま採
用でき、特に条件なども制限されるものではない。

又、テトラカルボン酸ジ無水物とジアミンを気相で直接
基板上に製膜する蒸着重合も可能である。

以下に脂肪族系テトラカルボン酸ジ無水物とジアミ化合
物の具体例を示す。

（１）脂肪族系テトラカルボン酸ジ無水物本発明においてテトラカルボン酸ジ無水物を脂環式テト
ラカルボン酸ジ無水物を用いた場合、本発明において用
いられるジアミンは、本発明の目的を損わない限り、特
に限定されるものではない。その代表的の例を挙げれ
ば、ｐ−フエニレンジアミン、ｎ−フエニレンジアミ
ン、ジアミノジフエニルメタン、ジアミノジエフエニル
エーテル、2,2−ジアミノフエニルプロパン、ジアミノ
ジフエニルスルホン、ジアミノベンゾフエノン、ジアミ
ノナフタレン、1,3−ビス（４−アミノフエノキシ）ベ
ンゼン、1,4−ビス（４−アミノフエノキシ）ベンゼ
ン、4,4′−ジ（４−アミノフエノキシ）ジフエニルス
ルホン、2,2−ビス（４−（４−アミノフエノキシ）フ
エニル）プロパン等がある。

（２）脂肪族ジアミン化合物（ｏ） NH₂−CH₂CH₂−Ｏ−CH₂CH₂−NH₂ 本発明において、ジアミンとして脂肪族ジアミンを用い
た場合、本発明において用いられるテトラカルボン酸ジ
無水物は、本発明の目的を損わない限り特に限定される
ものではない。その代表的な例を挙げればピロメリツト
酸二無水物、ベンゾフエノンテトラカルボン酸二無水
物、ビフエニルテトラカルボン酸二無水物、ナフタレン
テトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス（ジカルボキシ
フエニル）プロパン二無水物、ビス（ジカルボキシフエ
ニル）スルホン二無水物、ビス（ジカルボキシフエニ
ル）エーテル二無水物等がある。

又、上記の芳香族テトラカルボン酸二無水物の代わりに
前記脂肪族テトラカルボン酸二無水物と脂肪族ジアミン
の組み合せによる全脂肪族ポリイミドの組み合せもよ
い。

本発明で使用されるポリイミドとしては、ビニルアルコ
ールで代表されるオレフイン類又は他の重合性単量体
（例えば、プロピレン、イソブチレンなどのα−オレフ
イン類、メチルビニルエーテル、で代表されるアルキビ
ニルエーテル類、塩化ビニルなど一種又は二種以上）な
どとの共重合体脂肪族ポリイミドなども含まれる。

脂肪族ポリイミド樹脂の被膜で配向制御膜14aと14bを形
成するが、絶縁膜としての機能をもたせることが可能
で、通常30Å〜１μ程度、好ましくは50Å〜2000Å、さ
らに好ましくは70Å〜1000Åの範囲の膜厚で形成され
る。

又、これらの脂肪族ポリイミドの被膜の形成法として
は、その前駆体であるポリアミツク酸樹脂を適当な溶剤
に0.1重量％〜20重量％、好ましくは0.2重量％〜10重量
％の割合で溶解させた溶液、或いはその前駆体溶液をス
ピンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、スプ
レー塗布法やロール塗布法などの方法によって塗布した
後、所定の硬化条件（例えば加熱）下で硬化させる方法
を用いることができる。

又、Ｎ−メチルピロリドン（NMP）、ガンマーブチロラ
クトン等に可溶なポリイミドはポリアミツク酸でなく、
ポリイミド環を形成した後、塗布することも可能であ
る。

次に、本発明の液晶素子に用いられる一対の基板の面に
対して垂直な複数の層を形成している分子の配列をもつ
強誘電性液晶について説明する。

第２図は、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、In₂O₃、SnO₂
やITO（Indium Tin Oxide）等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がガラス基板面に対して垂直な層となるよう配向した
SmC^＊（カイラルスメクチツクＣ相）の液晶が封入され
ている。太線で示した線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ツ
ク相でのチルト角を表わしている。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（Ｐ⊥）24
はすべて電界方向に向くよう、液晶分子23の配向方向を
変えることができる。

しかし、このらせん構造を用いた強誘電性液晶は、電界
無印加時には、もとのらせん構造に復帰するもので、下
述する双安定性を示さない。

本発明の好ましい具体例では、無電界時に少なくとも２
つの安定状態、特に双安定状態をもつ第３図に示す強誘
電性液晶素子を用いることができる。すなわち、液晶セ
ルの厚さを充分に薄くした場合（例えば１μ）には、第
３図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）又は下向き（3
4b）のどちらかの状態をとり、双安定状態が形成され
る。このようなセルに第３図に示す如く一定の閾値以上
の極性の異なる電界EaまたはEbを付与すると、双極子モ
ーメント電界Ea又はEbは電界ベクトルに対応して上むき
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
何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。

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。第２の点を、例えば第３図によって説明すると、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。又、与える電界
Eaが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態に
やはり維持されている。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、
セルとしては出来るだけ薄い方が好ましく、一般的に
は、0.5μ〜20μ、特に１μ〜５μが適している。この
種の強誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する
液晶−電気光学装置は、例えばクラークとラガバルによ
り、米国特許第4367924号明細書で提案されている。

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−デキ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（HOBACPC）、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（DOBAMBCC）、ｐ−テトラデキシロ
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′−アゾキシシンナミツク
アシツド−ビス（２−メチルブチル）エステル、４−ｏ
−（２−メチル）ブチルレゾルシリデン−４′−オクチ
ルアニリン、４−（２′−メチルブチル）フエニル−
４′−オクチルオキシビフエニル−４−カルボキシレー
ト、４−ヘキシルオキシフエニル−４−（２″−メチル
ブチル）ビフエニル−４′−カルボキシレート、４−オ
クチルオキシフエニル−４−（２″−メチルブチル）ビ
フエニル−４′−カルボキシレート、４−ヘプチルフエ
ニル−４−（４″−メチルヘキシル）ビフエニル−４′
−カルボキシレート、４−（２″−メチルブチル）フエ
ニル−４−（４″−メチルヘキシル）ビフエニル−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種以上組合わせて用いることができ、又、強
誘電性を示す範囲で他のコレクステリツク液晶やスメク
チツク液晶を含有させることができる。

又、本発明では強誘電性液晶としてはカイラルスメクチ
ツク相を用いることができ、具体的には、カイラルスメ
クチツクＣ相（SmC^＊）、Ｈ相（SmH^＊）、Ｉ相（Sm
I^＊）、Ｋ相（SmK^＊）やＧ相（SmG^＊）を用いることが
できる。

第４図は、強誘電性液晶素子の電圧無印加時におけるユ
ニフオーム配向状態を模式的に表わした断面図で、第６
図はその際のパルス信号に対する光学応答特性を表わし
ている。すなわち、第４図は第３図に示す複数のカイラ
ルスメクチツク液晶分子で形成した垂直層32の法線方向
から見た断面図で、第４図中の41は第３図に示す液晶分
子33a又は33bの前述の垂直層32への写影（Ｃ−デレク
タ）を表わし、42は前述の垂直層32層に対する液晶分子
33a又は33bの先端部を表わしている。従って、第４図に
よれば垂直層32内の液晶分子は互いに実質的に平行に配
向した状態を採り、チルト角θを最大チルト角に近ず
けることができる。この状態をユニフオーム配向状態と
いう。

これに対し、第５図は第４図と同様の方法で垂直層32内
の配列状態を表わしたものである。第５図から分る様に
垂直層32内の液晶分子41の先端部42が垂直層の層厚方向
に円周に沿って回転している。従って、基板21aと21bに
隣接する液晶分子は、互いに平行とはなっておらず、垂
直層32内の液晶分子は基板21aから21bに向けて連続的に
ねじれた状態で配向していることになる。この様な配向
状態をスプレイ配向状態という。

このスプレイ配向状態は所定の電圧が印加された状態下
では、第４図に示すユニフーム配向状態を採るが、一旦
印加電圧を遮断し、メモリ状態とした時に第５図に示す
スプレイ配向状態に戻ることが判明した。従って、スプ
レイ配向状態では第７図に示す様に電圧印加状態下で
は、ユニフオーム配向状態に基づく高い透過率の光学特
性を示すが、電圧無印加時ではチルト角θが小さい、も
とのスプレイ配向状態に戻ってしまうため、これに基づ
く低い透過率の光学特性となっている。

これに対し、第４図に示すユニフオーム配向状態では、
前述したスプレイ配向状態を採らないことから、第６図
に示す様に印加電圧遮断時のメモリ状態下でも電圧印加
時の高い透過率特性をそのまま維持することができる。

すなわち、第６図では電圧10V、パルス幅500μsecのパ
ルス62を印加した時の透過率曲線61を表わしているが、
電0Vのメモリー状態下でもパルス印加時の透過率を維持
していることが判る。第７図では同様の電圧10V、パル
ス幅500μsecのパルス72を印加した時の透過率曲線71を
表わしている。この透過率曲線71によれば、パルス印加
には高い透過率となっているため、これが駆動時のちら
つきに原因している。さらに、電圧０ボルトのメモリ状
態下では透過率が急激に低下しているため、これが表示
画面での暗さに原因している。よって、ちらつきをなく
すためにも、チルト角を大にするためにもユニフオーム
配向状態にすることが好ましい。

さらに、本発明の好ましい具体例では、強誘電性液晶が
第４図に示すユニフオーム配向状態を採る上で交流印加
前処理が有効である。この交流印加前処理により、前述
したチルト角θをらせん構造でのチルト角と等しい
か、あるいは同程度の角度まで増大させることができ
る。この際に用いる交流としては、電圧20〜500V、好ま
しくは30〜150Vで周波数10〜500Hz、好ましくは10〜200
Hzを用いることができ、その印加時間を数秒〜10分程度
で交流印加前処理を施すことができる。又、かかる交流
印加前処理は、液晶素子を例えば映像信号や情報信号に
応じて書き込みを行う前の段階で行われ、好ましくはか
かる液晶素子を装置に書き込み、かかる装置を操作する
時のウエイトタイムで前述の交流印加前処理を行うか、
あるいはかかる液晶素子の製造時でも交流印加前処理を
施すことができる。

かかる交流印加前処理は、印加前のチルト角θがらせん
構造でのチルト角と同程度にまで増大させたチルト角
とすることができ、しかもかかる交流印加を除去した後
であってもその増大されたチルト角を維持することがで
きる。

又、かかる交流印加前処理は、自発分極の大きい強誘電
性液晶（例えば25℃で5nc/cm²以上、好ましくは10nc/cm
²〜300nc/cm²;ncはナノクーロンを示す単位である）に
対して有効である。この自発分極は100μセルで三角波
印刷法※により測定することができる。

※ ジヤパニーズ・ジヤーナル・オブ・アブライド・フ
イジツクス（Japanese Journal of Applicd Physisc）2
2（10）号、661〜663頁（1983年）に掲載されたケー・
ミヤサト（K.Miyasato）らの共著の“ダイレツクト・メ
ソウド・ドライアングラー・ウエーブス・フオー・メジ
ヤーリング・スポンタナス・ポーラリゼーシヨン・フエ
ロエレクトリツク・リキツド・クリスタル”（“Direct
Method with Triangular Waves for Measuring Sponta
neous Polarization in Fcrroelectric Liquid Crysta
l"）による。

〔実施例〕

以下、本発明を具体的な実施例及び比較例を挙げて説明
する。

以下、実施例で用いる液晶セルは、In₂O₃やITO（Indium
Tin Oxide）等の透明電極上に、上下電極間のシヨート
を防止する層を設け、さらにその上に配向制御層を積層
させたものである。

実施例１ 2,2−ビス（４−（４−アミノフエノキシワエニル）プ
ロパン12,3gをN,N−ジメチルホルムアミド189mlに加
え、撹拌して均一溶液とした後、3,5,6−トルカルボキ
シ−２−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−ジ
無水物7.5gを加え、室温で６時間撹拌を続けたところ、
薄く茶色味を帯びた粘調な液体となった。この粘調液体
を大量のトルエン中に沈殿させたところ白色の固体17.6
gポリアミツク酸が得られた。

得られたポリアミツク酸を２重量％の割合でジメチルホ
ルムアミドに溶解し回転数3000r.p.mのスピンナーで180
秒間塗布した。成膜後、250℃で１時間加熱焼成処理を
施し、下記式［１］のくり返して表わされるポリイミド
樹脂の塗膜を形成した。このときの塗膜の膜厚は約200
Åであった。

この焼成後の被膜には、アセテート植毛布によるラビン
グ処理がなされ、その後、イソプロピルアルコール液で
洗浄し、平均粒径約１μｍ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
いに平行となる様に２枚のガラス板を重ね合せてセルを
作成した。

このセルのセル厚をベレツク位相板（位相差による測
定）によって測定したところ、約１μｍであった。この
セル内にチツソ（株）社製の「CS−1011」（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60
℃まで徐冷することにより配向させる事ができた。以後
の実験は60℃で行った。

尚、前述した「CS−1011」の相変化は、下記のとおりで
あった。

（SmA;スメクチツクＡ相、Ch;コレステリツク相、Iso;
等方相を示す）直交ニコル下でこのセルを観察すると、一様で欠陥のな
い非らせん構造のカイラルスメクチツクＣ相を構成した
モノドメインが得られていた。

次いで、上述した液晶セルに電圧70Vで周波数70Hzの高
電界交流を約１分間印加した（交流印加前処理）。この
時のチルト角θを測定したところ18゜であった。

このチルト角θは、液晶セルにパルス電界（10V、500μ
sec）を印加することにより、一方の安定状態に液晶分
子方向をそろえ、直交ニコル下で液晶セルを回転させな
がら透過光量が最も低くなる最暗状態となる位置を見つ
け、次に、前のパルスと逆極正のパルス電界（−10V、5
00μsec）を印加することによって、もう一方の安定分
子配列状態に転移させて明状態とした後、再び液晶セル
を回転させて最暗状態となる角度を見つけることによっ
て測定することができる。この２つの最暗状態の位置
は、液晶の安定な平均的分子軸を検出していることに対
応し、これら２つの状態の間の角度がチルト角θに相当
している。

本実施例の液晶セルは、１週間以上の期間に亘ってチル
ト角18゜を維持することが判明した。

又、本実施例の液晶素子を下記の駆動条件でマルチプレ
クサシング駆動したところ、ちらつきのない表示画面が
形成されていた。

駆動条件（１）第１ステツプ；全走査線にパルス幅500μsec、電圧10Vの信号及び全信
号線にパルス幅500μsec、電圧−5Vの信号を一時に印加
する。

（２）第２ステツプ；走査選択信号としてパルス幅500μsec、電圧10Vを使用
し、この信号を順次走査線に印加し、この走査選択信号
に同期させて、パルス幅500μsec、電圧5Vの信号とパル
ス幅500μsec、電圧−5Vの信号を選択的に信号線に印加
する。

又、この液晶素子を偏光板クロスニコル下、消光位に合
わせたとき、配向の色調は黒であった。

この素子を駆動電圧10V、パルス幅500msecで駆動したと
ころ、画質は鮮明で表示のきれが非常によかった。

実施例２ジアミノジフエニルエーテル（DDE）、20.48g（0.102モ
ル）を、N,N−ジメチルホルムアミド（DMF）247.5gに溶
解した後、TCA・AH23.15g（0.103モル）を粉末のまま加
えて撹拌しながら25℃で反応させた。24時間後にこの反
応液を少量サンプリングし、ポリアミツク酸が0.5g/100
mlの濃度になるようにジメチルホルムアミドを加えて固
有粘度（30℃）を測定した。得られたポリアミツク酸の
ηinhは0.99dl/gであった。

次いで、前記反応液に更にジメチルホルムアミドを加え
てポリアミツク酸濃度を6.1重量％とした溶液30gを100m
lのフラスコに移し、この溶液に無水酢酸1.32gおよびピ
リジン1.02gを順次加えて混合し、撹拌した後、135℃で
２時間反応させた。

次いで反応生成物を大量のメタノールに注いで可溶性ポ
リイミド樹脂を凝固し回収した後、80℃で一晩乾燥し、
下記の式［２］のくり返しで表わされるポリイミド樹脂
を得た。

得られたポリイミドを２重量％の割合でジメチルアミド
に溶解し回転数3000r.p.mのスピンナーで180秒間塗布し
た。成膜後170℃で１時間した基板を用いて液晶素子を
作製した。

作製した液晶セルに実施例１と同様に電圧70Vで周波数7
0Hzの高電界交流を約１分間印加した（交流印加前処
理）。この時のチルト角θを測定したところ18.5゜であ
った。又、本実施例の液晶セルは１週間以上に亘ってチ
ルト角18゜以上を維持することが判明し、書き込み時の
ちらつきはなかった。

この液晶素子も実施例１と同様の実験を行った結果、顕
微鏡観察の配向の色調は黒で、デイスプレーとしての画
質も表示のきれがよく、画質も鮮明であった。

実施例３〜７表１に示した構造単位のくり返しで示されるポリイミド
樹脂が成膜してある基板を用いて、実施例１と同様のセ
ルを作製し実施例１と同様の実験を行った。その時のチ
ルト角θ及び１週間放置後のチルト角θを測定した。こ
れらの結果を表１に示す。又、配向の色調及び画質に関
しての結果も示す。

比較例１実施例１と液晶セルを作成した時に用いたポリイミド樹
脂を（3,3′,4,4′−ジフエニルテトラカルボン酸無水
物とｐ−フエニレンジアミンとを1:1のモル比で脱水縮
合反応させて得たポリアミツク酸の3.5重量％Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン液による塗布膜を脱水閉環させて生
成したポリイミド）に代えたほかは、実施例１と全く同
様の方法で液晶セルを作成し実施例１と同様の交流印加
前処理を行った。

この時の液晶セルのチルト角θを測定したところ８゜で
あった。又、この液晶セルを実施例１と同様のマルチプ
レクシング駆動によって表示画面を形成したが、書込み
時にちらつきが発生していた。

又、この液晶素子の消光後の色調は青であり、その画質
は不鮮明であった。

比較例２実施例１の液晶セルを作成した時に用いたポリイミド樹
脂をポリビニルアルコールに代えたほかは実施例と全く
同様の方法で液晶セルを作成し、実施例１と同様の交流
印加前処理を行った。

この時の液晶セルのチルト角θを測定したところ17.5で
あった。さらに、この液晶セルがもつ18゜のチルト角θ
の維持時間を測定したところ、２日目でチルト角は15.5
゜まで減少し、１週間後にはそのチルト角は約10゜まで
に減少することが判明した。又、この１週間放置後の液
晶セルを実施例１と同様のマルチプレクシング駆動によ
って表示画面を形成したが、書き込み時にちらつきが発
生していた。

又、この液晶素子の消光位は黒かったが欠陥が多く又、
単安定傾向があるためその画質は不鮮明であった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、増大したチルト角を得ることができる
ユニフオーム配向状態の強誘電性液晶を実現することが
でき、しかもこのユニフオーム配向状態を長時間に亘っ
て安定的に維持することができる。

更に、消光位の色調が黒く、その上画質の鮮明なものが
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の強誘電性
液晶素子の実施態様を示す断面図、第２図はらせん構造
の強誘電性液晶を用いた液晶素子を模式的に表わす斜視
図、第３図は非らせん構造の強誘電性液晶を用いた液晶
素子を模式的に表わす斜視図、第４図はユニフオーム配
向状態を模式的に表わす断面図、第５図はスプレイ配向
状態を模式的に表わす断面図、第６図はユニフオーム配
向状態での光学応答特性を表わす特性図および第７図は
スプレイ配向状態での光学応答性を表わす特性図であ
る。 11a……上基板 11b……下基板 12a,12b……透明電極 13……強誘電性液晶 14a,14b……配光制御膜、21a,21b……基板 22……液晶分子層 23……液晶分子 24……双極子モーメント 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……上向き双極子モーメント ……らせん構造でのチルト角 Ea,Eb……電解 θ……非らせん構造でのチルト角 41……液晶分子の垂直層への写影（Ｃ−デレクタ 42……垂直層に対する液晶分子の先端部 61……ユニフオーム配向状態の透過率曲線 62,72……パルス 71……スプレイ配向状態の透過率曲線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に配向制御膜とカイラルスメ
クチック液晶とを有するカイラルスメクチック液晶素子
において、前記配向制御膜が a.下記一般式［Ｉ］で示される構造単位を有するポリイ
ミド、一般式［Ｉ］（R₁は、４価の脂肪族系有機残基、ｎは０または１であ
る。） b.下記一般式［VIII］で示される構造単位を有するポリ
イミド、または一般式［VIII］（R₄は、芳香族基、R₅は脂肪族基である。） c.下記一般式［IX］で示される構造単位を有するポリイ
ミド、一般式［IX］（R₆は、芳香族基、R₇は環状脂肪族基である。）から選
択した脂肪族ポリイミドによって形成されたことを特徴
とするカイラルスメクチック液晶素子。
【請求項２】前記脂肪族ポリイミドが環状飽和炭化水素
基を有する脂肪族ポリイミドである特許請求の範囲第１
項記載のカイラルスメクチック液晶素子。
【請求項３】前記脂肪族ポリイミドが下記一般式［I
a］で表される構造単位を有するポリイミドである特許
請求の範囲第１項記載のカイラルスメクチック液晶素
子。一般式［I a］（R₂は脂肪族基、R₃は芳香族基である。）
【請求項４】前記脂肪族ポリイミドが下記式［II］の構
成単位を有するポリイミドである特許請求の範囲第１項
記載のカイラルスメクチック液晶素子。式［II］
【請求項５】前記脂肪族ポリイミドが下記式［III］の
構成単位を有するポリイミドである特許請求の範囲第１
項記載のカイラルスメクチック液晶素子。式［III］
【請求項６】前記脂肪族ポリイミドが下記式［IV］の構
成単位を有するポリイミドである特許請求の範囲第１項
記載のカイラルスメクチック液晶素子。式［IV］
【請求項７】前記脂肪族ポリイミドが下記式［Ｖ］の構
成単位を有するポリイミドである特許請求の範囲第１項
記載のカイラルスメクチック液晶素子。式［Ｖ］
【請求項８】前記脂肪族ポリイミドが下記式［VI］の構
成単位を有するポリイミドである特許請求の範囲第１項
記載のカイラルスメクチック液晶素子。式［VI］
【請求項９】前記脂肪族ポリイミドが下記式［VII］の
構成単位を有するポリイミドである特許請求の範囲第１
項記載のカイラルスメクチック液晶素子。式［VII］
【請求項１０】前記脂肪族ポリイミドが下記一般式
［Ｘ］で表される構造単位を有するポリイミドである特
許請求の範囲第１項記載のカイラルスメクチック液晶素
子。一般式［Ｘ］（R₈は環状脂肪族基、R₉は芳香族基である。）
【請求項１１】前記脂肪族ポリイミドが下記一般式［X
I］で表される構造単位を有するポリイミドである特許
請求の範囲第１項記載のカイラルスメクチック液晶素
子。一般式［XI］（R₁₀及びR₁₁は脂肪族基である。）
【請求項１２】前記脂肪族ポリイミドが下記一般式［XI
I］で表される構造単位を有するポリイミドである特許
請求の範囲第１項記載のカイラルスメクチック液晶素
子。一般式［XII］（R₁₂及びR₁₃は脂肪族基であり、そのいずれか一方は環
状脂肪族基である。）
【請求項１３】前記ポリマーの重合度が100〜200000で
ある特許請求の範囲第１項記載のカイラルスメクチック
液晶素子。
【請求項１４】前記ポリマーの重合度が500〜5000であ
る特許請求の範囲第１項記載のカイラルスメクチック液
晶素子。
【請求項１５】前記配向制御膜が一軸性配向軸を有して
いる特許請求の範囲第１項記載のカイラルスメクチック
液晶素子。
【請求項１６】前記一軸性配向軸がラビング処理によっ
て付与された配向軸である特許請求の範囲第15項記載の
カイラルスメクチック液晶素子。
【請求項１７】前記カイラルスメクチック液晶が無電界
時に少なくとも２つの安定配向状態を示す液晶である特
許請求の範囲第１項記載のカイラルスメクチック液晶素
子。
【請求項１８】前記カイラルスメクチック液晶のチルト
角が18゜以上である特許請求の範囲第１項記載のカイラ
ルスメクチック液晶素子。
【請求項１９】前記脂肪族ポリイミド被膜の膜厚が30Å
〜１μである特許請求の範囲第１項記載のカイラルスメ
クチック液晶素子。
【請求項２０】前記脂肪族ポリイミド被膜の膜厚が50Å
〜2000Åである特許請求の範囲第１項記載のカイラルス
メクチック液晶素子。
【請求項２１】前記脂肪族ポリイミド被膜の膜厚が70Å
〜1000Åである特許請求の範囲第１項記載のカイラルス
メクチック液晶素子。