JP3180171B2 - 強誘電性液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置や液晶−
光シャッター等で用いる液晶素子に関し、更には液晶分
子の配向特性を改善した液晶素子用導電性配向膜及びそ
れを用いた液晶素子に関するものである。

【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
ティック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何れかを取
り、且つ電界の印加のない時にはその状態を維持する性
質、即ち双安定性を有し、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値表示法であるため、
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マイクロドメイン
形成に基づく面積階調法が提案されている（特開昭５９
−１９３４２７号公報）。しかし従来の配向制御技術に
よって２値状態間のコントラスト比、スイッチング過程
におけるヒステリシス、更には発生するマイクロドメイ
ン安定性、制御性に対して十分の制御が行なわれ、実用
可能な階調性が実現でき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。

【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、係るチルト角θが２２．５゜に
でき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ティ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、らせん構造を持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
３゜〜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、らせん構造を持つ強誘電性液晶でのチルト
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
ん構造を持つ強誘電性液晶では、液晶分子が図４に示す
様に基板の法線に対して上基板に隣接する液晶分子の軸
４３（ねじれ配向の方向４４）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極性の逆電界Ｖｒｅｆが生じ、
係る逆電界Ｖｒｅｆ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マイクロドメイン安定性、制御性に
対して十分の制御を有する強誘電性液晶素子を提供する
ことにある。さらにまた、カイラルスメクティック液晶
の非らせん構造での大きなチルト角を生じ、高コントラ
ストな画像が表示され、しかもスイッチング過程での残
像現象、ヒステリシスの生じない表示が可能な強誘電性
液晶素子を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれに電
極と配向膜を有する一対の基板間に強誘電性液晶を挟持
してなる液晶素子であって、上記配向膜が、基板上に設
けられた電極を覆う導電性を付与した保護膜上に形成さ
れ、直鎖状π共役導電性高分子が基板面に対して略平行
方向に一次元配向した構造を有し、且つ該一次元配向軸
方向の光学的二色性比が２以上であることを特徴とする
強誘電性液晶素子である。

【００１３】 本発明において、上記直鎖状π共役導電
性高分子としては、好ましくは剛直π共役導電性高分子
を用い、また上記配向膜上に導電性突起物を有すること
が好ましい。この場合、導電性突起物も剛直π共役導電
性高分子からなることが好ましい。更にまた、本発明に
おいては、強誘電性液晶の自発分極の大きさが１０ｎＣ
／ｃｍ²以上であることが好ましい。本発明の液晶素子
において液晶初期配向状態は交流電界を印加して得るの
が望ましい。

【００１４】以下、図面に従って本発明を詳細に説明す
る。

【００１５】図１は、本発明の液晶素子用配向膜（以
下、配向膜と記す）を用いた強誘電性液晶素子の一例を
示す模式図である。以下、同図に基づいて本発明の配向
膜の特性を、本発明の配向膜を有する液晶セルの特性の
評価を通して説明する。図１において、１１ａと１１ｂ
は各々Ｉｎ₂ Ｏ₃ やＩＴＯ等の透明電極１２ａと１２ｂ
で被覆されたガラス基板であり、その上に２００〜１０
００Åの帯電防止のために僅かに導電性を付与した保護
膜１３ａと１３ｂと前記重合体からなる被膜の配向膜１
４ａと１４ｂが各々積層されている。帯電防止性を有す
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^-5Ｓ／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、前記条件を満たす保護膜とし
てＥＢスパッタ法で作製したＷＯ₃薄膜を主に用いてい
るが、該ＷＯ₃ 膜の製法はこれに限定されるものではな
い。また、ＷＯ₃ に限らず、上記特性を有する材料であ
れば導電性付与した保護膜として用いることができる。
例えば、ＳｎＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｃｄ
Ｏ、ＣｄＳ等多くの金属酸化物や硫化物を用いることが
でき、該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
所も有している。また、前記金属酸化物や硫化物の混合
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。

【００１６】前記配向膜１４ａと１４ｂとの間には強誘
電性スメクティック液晶１５が配置され、その間隔の距
離は強誘電性スメクティック液晶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、強誘電性スメクティック液晶
１５は双安定性配向状態を生じている。上述の強誘電性
スメクティック液晶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，１
７ｂは偏光板を示す。

【００１７】本発明において用いられる剛直π共役導電
性高分子としては例えば、ポリ（ｐ−フェニレン）［Ｐ
ＰＰ］、ポリ（チオフェン−２，５−ジイル）［ＰＴ
ｈ］、ポリ（ピリジン−２，５−ジイル）［ＰＰｙ］、
ポリ（２，２’−ビピリジン−２，５−ジイル）［ＰＢ
Ｐｙ］、ポリ（ピリジン−５，２−ジイル−チオフェン
−２，５−ジイル）［ＰＴＰｙ］、ポリ（ピロール−
２，５−ジイル）［ＰＰｒ］などが１種類又は２種類以
上同時に用いられる。

【００１８】該剛直π共役導電性高分子に高い導電性を
付与するにはドーパントを必要とする。しかし、ドーパ
ントを特別に使用しなくとも、１０^-10 Ｓ／ｃｍ以上の
導電率の膜が得られる。より好ましくは１０^-8〜１０^-4
Ｓ／ｃｍの範囲の導電率を付与すればよい。また可視領
域の光に対して透過性の優れた媒体が好ましく、配向膜
の膜厚も通常１０００Å以下、好ましくは５００Å以
下、より好ましくは２００Å以下が望ましい。

【００１９】前記した剛直π共役導電性高分子は、光散
乱法における偏光解消度の測定から溶液中においても剛
直な構造を持ち、主鎖方向の分極率が他の２方向に比べ
て著しく大きく、偏光解消度の測定値は０．３３と理論
的な極限値（１／３）に近く、これまで他の分子につい
て知られていない理想的な剛直構造をとっていることが
知られている。

【００２０】そこで、この分子鎖をある方向に並べるこ
とができれば、配向異方性の高い配向膜を作製すること
が可能となる。配向異方性を与える方法としては、延伸
法や流動配向法等が知られている。我々は流動配向法に
より、前記基板上に直鎖状π共役導電性高分子が該基板
面に対して略平行（１°以下）方向に一次元配向した構
造を有する配向膜を作製できることを見出した。この配
向膜に直線偏光を当てると強い２色性が観測された。内
径１φ以下の細管中を１ｃｃ／ｍｉｎ以上の流速で該直
鎖状π共役導電性高分子の溶液を流したところ、流動軸
に対して、平行及び垂直な偏光を当てた時の紫外可視吸
収スペクトルの最大吸収波長における、該配向軸に平行
な偏光に対する吸光度Ａ_a と垂直な偏光に対する吸光度
Ａ_b とでは大きな差があり、その２色性比、Ｒ_d ＝Ａ_a
／Ａ_b は２以上の膜が得られた。２色性比が大きいほど
一軸配向性が高く、配向膜としては可能な限り大きな２
色性比を有するものが好ましいが、２以上の２色性比を
有する配向膜であれば、液晶を均一に配向させることが
できる。

【００２１】しかし、従来液晶の配向技術として用いら
れてきたラビング法やＬＢ法では、やはり引伸効果によ
る高分子鎖のマクロ的、統計的な一軸配向が生じるが、
これらの方法ではミクロな領域までも高分子鎖軸の配向
を制御することはできない。このような配向膜自体が持
つミクロな配向軸分布に起因して、界面近傍の強誘電液
晶分子の配向軸のずれが生じることにより、駆動時のヒ
ステリシス、残像現象や液晶配向状態の駆動劣化が引き
起こされる可能性が指摘されている。

【００２２】一方、該剛直π共役導電性高分子は、１０
^-6Ｔｏｒｒ以下の高真空下で加熱を行なうことにより、
比較的容易に熱分解することなく蒸発する。例えば真空
蒸着法により炭素基板上に作製したＰＰＰ蒸着膜は良好
な配向性・結晶性を持ち、ＰＰＰ結晶の軸、即ち分子鎖
が炭素基板面に対してほぼ垂直に向いて配向しているこ
とが知られている。

【００２３】該剛直π共役導電性高分子は上記したよう
に結晶性が高い理想的な剛直高分子であり、該結晶性に
起因した配向膜特性として、ミクロな配向軸（結晶軸）
分布制御性と、また形成されたミクロな配向軸（結晶
軸）自体のずれが発生しにくいことが挙げられる。これ
らの配向膜特性に基づき、より安定な液晶配向が実現で
き、更に言えば、界面近傍の強誘電液晶分子の配向軸の
ずれが発生し難い配向膜を提供することができる。本発
明では、該剛直π共役導電性高分子配向膜の一軸配向特
性（結晶化の割合を反映している）を２色性比により評
価しているが、液晶の均一配向には２以上の２色性比を
有する配向膜であれば良く、好ましくは１０以上、更に
ミクロな配向軸（結晶軸）分布制御のためには２０以上
の２色性比を有する配向膜がより好ましい。

【００２４】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
グすることも可能である。この際、ラビングの方向は、
一方向のみでよいが、該高分子鎖の配向方向に添ってラ
ビングすることが（平行、反平行）好ましい。また上下
基板に配向膜を用いた場合、上下基板の配向軸は平行、
反平行、或いは１°以下のわずかな角度を持たせて交差
する方向でもよく、用いる強誘電性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。

【００２５】本発明においては、液晶分子の配向状態を
制御するために直鎖状π共役導電性高分子の高分子鎖軸
の基板面内の一軸配向性を制御すると共に、該直鎖状π
共役導電性高分子の導電特性を利用して、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、更には実
用可能な階調性を実現するために、各画素内に発生する
マイクロドメイン安定性、制御性に対して十分の制御を
有する強誘電性液晶素子を提供することができる。ま
た、前記高分子鎖軸の面内一軸配向の形成方法として、
流動配向法について述べたが、本発明の配向膜形成法は
それに限定されるものではなく、前記一軸配向性が実現
できる方法であれば他の方法でもよい。例えば、予めラ
ビング配向処理した基板上に、直鎖状π共役導電性高分
子を１０^-6Ｔｏｒｒ以下の高真空下で加熱蒸着すること
により所望の配向膜を形成できる。

【００２６】本発明の配向膜を用いた液晶素子に使用さ
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）。しかし、本発明の
液晶配向膜の応用は上記特性の液晶にのみ限定されるも
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、即ち空間電荷の作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好適に用いられる。また、
降温過程でコレステリック相を持たず、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。

【００２７】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。２１ａと２
１ｂは、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、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^* （カイラルスメクティックＣ）相又
はＳｍＨ^* （カイラルスメクティック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２４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。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。

【００２８】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従が
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又は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、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３４
ｂ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。

【００２９】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。

【００３０】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）は、Ｃ−ダイレクタを示す図であり、
同図中の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。

【００３１】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。

【００３２】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、及び図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、又は配向膜を塗布法又は
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、互いに閾値電圧を越え
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。

【００３３】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。液晶セルの配向制御層の容量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。

【００３４】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。

【００３５】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９はこの時の光学応答の状態を示すグラフである。

【００３６】本発明によれば、前述した本発明の配向膜
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に配列させることがで
きる。

【００３７】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。図１２は本発明の配向膜を用いた時の透過率と
５０μｓｅｃの印加パルスの波高値との関係を示すグラ
フ（Ｖ−Ｔ特性）である。図１２の実線と点線で示した
ように、初期状態の相違（暗状態、明状態）に対してＶ
−Ｔ特性に差のない配向状態が達成されていることが認
められた。

【００３８】本発明は、下述の実施例で明らかにするよ
うに、高配向制御された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、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）の光学応答の遅れを生じない配向状態を達成す
ることができると共にスイッチングによる配向状態の変
化も観測されず安定な配向状態が達成されていることを
確認できた。

【００３９】

【実施例】以下、実施例を示し本発明を更に具体的に説
明する。

【００４０】（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５００Åの膜厚に成膜し保護膜とした。この膜の
シ−ト抵抗値は０．１×１０^-7Ｓ／ｃｍであった。

【００４１】ＰＰｙをぎ酸に０．３％の重量濃度に溶か
し、該溶液を内径１φのステンレス管（長さ５ｍｍ）中
を流した後、流速軸を一定にして前記基板上に塗布し
た。塗布の模式図を図１４に示す。配向膜の膜厚は１０
ｎｍであり、２色性比は４８であった。また、配向膜面
に垂直な吸収成分はほとんど観測されず、高分子鎖軸が
基板面にほぼ平行に配向していることが分かった。同様
にして作製した配向膜の導電率を測定したところ、１０
^-6Ｓ／ｃｍであった。

【００４２】次に、この膜に押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の条件で高分子鎖軸方向とほぼ平
行にラビング処理を行い配向膜とした。

【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、各々の基板のラビ
ング軸が互いに平行且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−１０１
４」（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−１０
１４」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。

【００４４】

【数１】 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、５０μｓの書き込みパルス電圧の波高値
を変えてＶ−Ｔ特定を測定した。結果を図１２に示す。
この時のパルス電圧波形を図１３に示した。図１２よ
り、初期状態が暗状態であるか明状態であるかによらず
Ｖ−Ｔ特性に差がなく、駆動時のヒステリシスがないこ
とが示された。

【００４５】また、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、
チルト角θと最暗状態と最明状態の透過率の比、即ちコ
ントラスト比を求めた。最暗状態の透過率は０．８％で
あるのに対して最明状態の透過率は４５％でコントラス
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０．１秒以下となり、いずれも好結果であ
った。

【００４６】更に、上記スイッチング動作を１０⁷ 回以
上行なった後でも、強誘電液晶の配向状態に何らの変化
も生じなかった。

【００４７】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。

【００４８】（実施例２）実施例１で作製したＰＰｙを
流動配向させた膜（膜厚：１０ｍｍ、２色性比：４８）
上に、蒸着角度を１５°以下にしてＰＰＰを抵抗加熱に
より真空蒸着して配向膜とした。配向膜の全膜厚は１９
ｎｍであり、２色性比は４０であった。また配向膜面に
垂直な吸収成分はほとんど観測されず、高分子鎖軸はほ
ぼ基板面に平行に配向していることが分かった。該配向
膜に実施例１と同様にしてラビング処理を施したのち、
実施例１と同様にして液晶セルを作製し、評価を行った
ところ、実施例１と同様の良好な結果が得られた。ま
た、マルチプレクシング駆動による表示においても、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。

【００４９】（実施例３）実施例１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。

【００５０】

【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。

【００５１】該液晶を実施例２で作製した液晶セル（但
し、ラビング処理なし）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。

【００５２】これらの液晶セルに電圧±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２０．１°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、モノドメインが崩れた。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。

【００５３】

【表１】 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
転電圧は印加前の反転電圧に比べ電圧が高くなっている
が、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。

【００５４】また、該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、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。

【００５５】（実施例４）実施例１で作製したＰＰｙの
流動配向膜（膜厚：１０ｎｍ、２色性比：４８）をラビ
ング処理なしに配向膜として用い液晶セルを作製した。
実施例３と同じ強誘電性液晶を注入し、交流電圧（４０
Ｈｚ、６０Ｖ）を１５分間印加したところ、チルト角θ
が２１．７°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、ヒステリシスのない良好なスイッチング駆動特性を
示した。更に、実施例１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、コントラスト及び残像に
ついても同様の良好な結果が得られた。また、スイッチ
ング動作を１０⁷ 回以上行なった後でも、強誘電液晶の
配向状態に何らの変化も生じなかった。

【００５６】（実施例５）実施例４で用いたＰＰｙ配向
膜の替わりにＰＴＰｙ配向膜（膜厚：１０ｎｍ、２色性
比：４５）を用いた以外は全て実施例３と同様にして液
晶セルを作製し、評価したところ、チルト角θが２１．
９°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、ヒステ
リシスのない良好なスイッチング駆動特性を示した。更
に、実施例１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、コントラスト及び残像についても
同様の良好な結果が得られた。また、スイッチング動作
を１０⁷ 回以上行なった後でも、強誘電液晶の配向状態
に何らの変化も生じなかった。

【００５７】（実施例６）実施例１の液晶セル作製で、
ＰＰＰの正四角柱の微小突起物（大きさ：５μｍ、高
さ：９ｎｍ、間隔：１０μｍ）をＰＰｙ配向膜上全面に
マスクパターンを用いて蒸着形成した以外は全く同様に
して液晶セルを作製し、実施例３で用いた強誘電性液晶
を注入して、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１５の実線で示した特
性が得られた。図１５から明らかなように、画素全体に
わたって閾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。

【００５８】本実施例の中で用いたＰＰＰの微小突起物
は正四角柱であるが、その形状は実施例に限定されるも
のではなく、また突起物の大きさ、高さ、そしてその間
隔も実施例に限定されず、例えば、突起物の材質により
異なる。本実施例の液晶セルは他の実施例と同様な表示
特性を示すとともに、更に画素全体にわたって閾値電圧
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。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の配向膜を
用いることにより、 特にカイラルスメクティ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のない効果が得られる。

【００６０】強誘電性液晶の自発分極Ｐｓが大きくな
ると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、本発明の液晶素子により、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。

【００６１】駆動時のヒステリシスがなく、また駆動
による配向の乱れの生じにくい液晶配向状態が得られ
た。

【００６２】本発明の液晶素子を用いることによっ
て、画素全体に亘って閾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
きるようになった。

【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示す模式図
である。

【図２】らせん構造のカイラルスメクティック液晶の配
向状態を示す斜視図である。

【図３】非らせん構造のカイラルスメクティック液晶の
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】本発明における、液晶分子の配向状態を表す図
である。

【図６】強誘電性液晶のチルト角θの説明図である。

【図７】強誘電性液晶素子における逆電界Ｖｒｅｖの説
明図である。

【図８】電界印加によるチルト角θの変化を表す説明図
である。

【図９】従来の液晶素子における光学応答特性を示す図
である。

【図１０】本発明の液晶素子の光学応答特性を示す図で
ある。

【図１１】本発明の実施例における駆動電圧の波形図で
ある。

【図１２】本発明の液晶素子における電圧−透過率特性
を示す図である。

【図１３】電圧−透過率特性の測定における印加電圧波
形図である。

【図１４】流動配向性を利用した配向膜塗布方法の説明
図である。

【図１５】微小突起を有する配向膜を用いた液晶素子に
おける電圧−透過率特性を示す図である。

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれに電極と配向膜を有する一対の
   基板間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶素子であっ
   て、上記配向膜が、基板上に設けられた電極を覆う導電
   性を付与した保護膜上に形成され、直鎖状π共役導電性
   高分子が基板面に対して略平行方向に一次元配向した構
   造を有し、且つ該一次元配向軸方向の光学的二色性比が
   ２以上であることを特徴とする強誘電性液晶素子。
2. 【請求項２】 直鎖状π共役導電性高分子が剛直π共役
   導電性高分子であることを特徴とする請求項１記載の強
   誘電性液晶素子。
3. 【請求項３】 配向膜上に導電性突起物を有することを
   特徴とする請求項１又は２記載の強誘電性液晶素子。
4. 【請求項４】 導電性突起物が剛直π共役導電性高分子
   であることを特徴とする請求項３記載の強誘電性液晶素
   子。
5. 【請求項５】 強誘電性液晶の自発分極の大きさが１０
   ｎＣ／ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項１〜４
   何れかに記載の強誘電性液晶素子。
6. 【請求項６】 交流電界を印加して強誘電性液晶の初期
   配向状態を得たことを特徴とする請求項１〜５何れかに
   記載の強誘電性液晶素子。
7. 【請求項７】 保護膜の導電率が１０ ^-10 Ｓ／ｃｍ以上
   である請求項１〜６の何れかに記載の強誘電性液晶素
   子。
8. 【請求項８】 保護膜の導電率が１０ ^-8 〜１０ ^-5 Ｓ／ｃ
   ｍである請求項１〜６の何れかに記載の強誘電性液晶素
   子。
9. 【請求項９】 保護膜が、金属酸化物或いは金属硫化物
   からなる請求項１〜８の何れかに記載の強誘電性液晶素
   子。
10. 【請求項１０】 保護膜が、金属酸化物及び金属硫化物
    の混合物からなりアモルファス化されている請求項１〜
    ８の何れかに記載の強誘電性液晶素子。