JPH04255827A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子や液晶−
光シャッター等で用いる液晶素子、特に強誘電性液晶素
子並びに表示装置に関し、更に詳しくは液晶分子の配向
状態を改善することにより、表示特性を改善した液晶素
子並びに該液晶素子を表示に使用した表示装置に関する
ものである。

【０００２】

【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（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４，３６７，
９２４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、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、特にその機能から大画面で、高精
細なディスプレーとしての応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る
ような分子配列状態にあることが必要である。

【０００４】又、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、

【０００５】

【外１】 〔式中：ＩＯ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。〕で表わされる、前述の非らせん構
造におけるチルト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われ
ることになる。上式によれば、かかるチルトθが２２．
５°の角度の時最大の透過率となり、双安定性を実現す
る非らせん構造でのチルト角θが２２．５°にできる限
り近いことが必要である。

【０００６】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分子層をその法線に沿って一軸
に配向させることができ、しかも製造プロセス工程も簡
便なラビング処理により実現できるものが望ましい。

【０００７】強誘電性液晶、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４，５６１，７２６号公報などが知られて
いる。

【０００８】しかしながら、これまで用いられてきた配
向方法、特にラビング処理したポリイミド膜による配向
方法を、前述の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し
て適用した場合には、下述の如き問題点を有していた。

【０００９】すなわち、本発明者らの実験によれば、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（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（後述の図２に示す三角錐の頂角の１／２
の角度

【００１０】

【外２】 ）と較べて小さくなっていることが判明した。（特に、
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）。

【００１１】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

【００
１２】

【外３】 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

【００１３】

【外４】 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
れ配列に帰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
接する液晶分子の軸（ねじれ配列の方向）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

【００１
４】

【外５】 より小さくなる原因となっている。

【００１５】さらに、本発明者らの一人は、以前、強誘
電性液晶の配向状態に関して、以下のような現象を発見
した。

【００１６】基板上に比較的プレチルトの低いＬＰ６４
（東レ（株）製）などのポリイミド配向膜を塗布しラビ
ングしたものを、上下２枚ラビング方向を同じにして間
隙を約１．５μｍに保って貼り合わせてセルを構成し、
これにＣＳ１０１４（チッソ（株）製）などの強誘電性
カイラルスメクチック液晶を注入し温度を降下させてい
くと、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ｄ）、（ｅ）に示す
経過をたどる。すなわち、高温相からＳ　＊Ｃ相に転移
した直後の図４（ａ）に示す状態においてはコントラス
トの小さい配向状態（Ｃ１配向状態）４１および４２を
とり、温度を下げ、ある温度領域に達すると図４（ｂ）
に示すようにジグザグ状の欠陥４３が発生し、その欠陥
を境にしてコントラストの高い配向状態（Ｃ２配向状態
）４４と４５が現われる。更に温度が下がるとともにＣ
２配向状態が拡がり（図４（ｃ）、図５（ｄ））、つい
には全体がＣ２配向状態になる（図５（ｅ））。

【００１７】Ｃ１およびＣ２の２種類の配向状態は、図
５に示すようなスメクチック層のシェブロン構造の違い
で説明されている。図６で、５１はスメクチック層、５
２はＣ１配向の領域、５３はＣ２配向の領域を表わす。

【００１８】スメクチック液晶は一般に層構造をもつが
ＳＡ相からＳＣ相またはＳ　＊Ｃに相に転移すると層間
隔が縮むので図６のように層が上下基板の中央で折れ曲
がった構造（シェブロン構造）をとる。折れ曲がる方向
は図に示すようにＣ１とＣ２の２つ有り得るが、よく知
られているようにラビングによって基板界面の液晶分子
は基板に対して角度をなし（プレチルト）、その方向は
ラビング方向に向って液晶分子が頭をもたげる（先端が
浮いた格好になる）向きである。このプレチルトのため
にＣ１配向とＣ２配向は弾性エネルギー的に等価でなく
、上述のようにある温度で転移が起こる。また機械的な
歪みで転移が起こることもある。

【００１９】従来は、該Ｃ１およびＣ２配向において、
コントラストの観点からＣ２の配向状態を用いた液晶素
子を提供するものであった。しかし、本発明者等は特定
の配向膜と液晶の組み合わせを用いると■上記のＣ１→
Ｃ２転移が起こりにくく、液晶材料によっては全くＣ２
配向状態が生じないこと、および、■Ｃ１配向内に従来
見出されていた低いコントラストの２つの安定状態のほ
かに、コントラストの高い別の２つの安定状態が現われ
ることを新たに発見した。

【００２０】そこで、表示素子として画面全体をＣ１配
向状態に統一し、かつＣ１配向内の高コントラストの２
状態を白黒表示の２状態として用いれば、従来より品位
の高いディスプレイができると期待される。

【００２１】以下、上記■、■について詳しく説明する
。

【００２２】■の点についていうと、Ｃ１→Ｃ２転移の
起こりやすさは、第１表に示すように、基板界面付近の
液晶分子が基板と成す角度（プレチルト角）、層の傾き
角、および液晶のチルト角に依存している。

【００２３】

【表１】

【００２４】第１表は、プレチルト角の異なる３種類の
配向膜Ａ〜Ｃのセルにチルト角の異なる３種類の液晶ａ
〜ｃを注入して配向状態を見た結果である。ただし、ポ
リイミド配向膜ＡはＬＰ６４（東レ（株）製）、ポリイ
ミド配向膜ＢはＳＥ６１０（日産化学（株）製）、ポリ
イミド配向膜Ｃは図１８で示される構造式のポリアミド
酸を焼成して得られるポリイミドで、プレチルト角はそ
れぞれ２．５°、６°、１２°であった。

【００２５】第１表から、プレチルト角が大きくてチル
ト角が小さい場合にＣ１配向が維持されることがわかる
。

【００２６】次に■の点について説明する。従来の低プ
レチルト配向膜では、Ｃ１配向においては比較的コント
ラストの低い２つの状態しか安定には存在しえなかった
。ところが、第１表に示した配向膜Ｃのような高プレチ
ルト配向膜では、Ｃ１配向のなかに４つの状態が存在し
て、そのうちの２つは従来と同じ低コントラストの２状
態（偏光顕微鏡の視野下では消光位がなく青く見えるの
で液晶のダイレクタが上下の基板間でねじれている。 以下、スプレイ状態と呼ぶ）で、ほかの２つはきわだっ
てコントラストの高い、かつ見掛けのチルト角の大きい
状態（偏光顕微鏡下で消光位がある。以下、ユニフォー
ム状態と呼ぶ）である。新たに見出されたユニフォーム
状態のコントラストと透過率はＣ２配向での値よりも高
いことが明らかになっている。

【００２７】又、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Ｖｒｅｖが生じ、この逆
電界Ｖｒｅｖがディスプレイの際の残像を惹き起してい
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．１４２〜１４８の「
ＳＳＦＬＣのスイッチング特性」で明らかにされている
。

【００２８】［発明の概要］従って、本発明の目的は、
前述の問題点を解決した強誘電性液晶素子を提供するこ
と、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θを生じ、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
できる強誘電性液晶素子並びに該液晶素子を表示に使用
した表示装置を提供することにある。

【００２９】本発明は、一対の基板と、該一対の基板間
に配置した液晶とを有する液晶素子において、前記一対
の基板のうち、少なくとも一方の基板がナフタレンテト
ラカルボン酸及び／又はその誘導体の少なくとも１種と
ジアミン及び／又はその誘導体の少なくとも１種とから
得たアミド酸を脱水閉環反応によって生成したイミド環
を持つ化合物（以後、「イミド環化合物」という）の被
膜を有する液晶素子によって達成される。

【００３０】［発明の態様の詳細な説明］図１は本発明
の強誘電性液晶セルの一例を模式的に描いたものである
。

【００３１】１１ａと１１ｂはそれぞれＩｎ２Ｏ３やＩ
ＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔｉｎ　　Ｏｘｉｄｅ）等の透
明電極１２ａと１２ｂで被覆された基板（ガラス板）で
あり、その上に２００Å〜１０００Å厚の絶縁膜１３ａ
と１３ｂ（ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜、Ｔａ２Ｏ５膜など
）と前記イミド環化合物で形成した５０Å〜１０００Å
厚の配向制御膜１４ａと１４ｂとがそれぞれ積層されて
いる。

【００３２】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
制御膜１４ａと１４ｂが配置されている。基板１１ａと
１１ｂとの間には、強誘電性スメクチック液晶１５が配
置され、基板１１ａと１１ｂとの間隔の距離は、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０．１μｍ〜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。上述の十分に小さい距離は、
基板１１ａと１１ｂとの間に配置したビーズスペーサ１
６（シリカビーズ、アルミナビーズ）によって保持され
る。

【００３３】本発明者らの実験によれば、下述の実施例
で明らかにするラビング処理した特定のポリイミド配向
膜による配向方法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４，６５５，５６１号などに開示のマルチプレクシ
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）の光学応答おく
れを生じない配向状態が達成された。

【００３４】本発明で用いるイミド環化合物（例えば、
ポリイミド、イミドダイマー、イミドトリマー等）の被
膜は、ナフタレンテトラカルボン酸および／またはその
誘導体の少なくとも一種類を含有する酸成分と、ジアミ
ンおよび／またはその誘導体から成るジアミン成分とを
反応させて得られるアミド酸（アミド酸ポリマー、アミ
ド酸ダイマー等）を脱水閉環させて得られる。

【００３５】ナフタレンテトラカルボン酸誘導体として
は、具体的には ■１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水
物 ■１，２，３，４−ナフタレンテトラカルボン酸二無水
物 ■１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水
物 ■２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水
物 などが挙げられるが、より好ましくは、１，４，５，８
−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物又は２，３，６
，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物が望ましい
。

【００３６】上述の他の酸成分としては、特に限定され
るわけではないが、具体的には、例えば以下のようなも
のを組合せて用いることができる。

【００３７】ピロメリット酸二無水物、３，３′，４，
４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、２，３，
３′４′−テトラカルボシキビフェニル二無水物、３，
３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニルエーテル
二無水物、２，３，３′４′−テトラカルボキシビフェ
ニルエーテル二無水物、３，３′，４，４′−テトラカ
ルボキシベンゾフェノン二無水物、２，３，３′４′−
テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物、３，３′，
４，４′−テトラカルボキシジフェニルメタン二無水物
、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロ
パン二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフ
ェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、３，３′，
４，４′−テトラカルボキシジフェニルスルホン二無水
物、２，２−ビス｛４−（３，４−ジカルボキシフェノ
キシ）フェニル｝プロパン二無水物、２，２−ビス｛４
−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝ヘキ
サフルオロプロパン二無水物。

【００３８】本発明で用いるジアミン成分としては、特
に限定されるものではないが、例えば下記一般式（１）
〜（４）で示されるようなジアミンが挙げられる。

【００３９】

【外６】 （ただし、上記一般式（１）〜（４）において、Ｚ１〜
Ｚ６はそれぞれ独立に単結合、−Ｏ−、−ＣＨ２−、−
Ｓ−、−ＳＯ２−、−ＣＯ−、−Ｃ（ＣＨ３）２−、−
Ｃ（ＣＦ３）２−のいずれかを示す。また、Ｘ１〜Ｘ１
０はそれぞれ独立にＨ、Ｆ、ＣＨ３、ＣＦ３のいずれか
を示す。） 一般式（１）において、２つのアミノ基は好ましくはパ
ラもしくはメタ配位であり、Ｘ１は好ましくはＨを示す
。

【００４０】一般式（２）において、Ｚ１は好ましくは
単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ２−、−Ｃ（ＣＨ３）
２−、−Ｃ（ＣＦ３）２−のいずれかを示し、Ｘ２、Ｘ
３は好ましくはＨ、ＣＨ３、ＣＦ３を示し、より好まし
くはＨを示す。また、２つのアミノ基は結合子Ｚ１に対
しそれぞれパラ位で結合することが望ましい。

【００４１】一般式（３）において、Ｚ２、Ｚ３は好ま
しくは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、のいずれかを示し、Ｘ
４、Ｘ５、Ｘ６はそれぞれ好ましくはＨ、ＣＨ３、ＣＦ
３のいずれかを示す。また、Ｚ２、Ｚ３は好ましくはパ
ラ位で結合することが望ましく、２つのアミノ基は結合
子Ｚ２、Ｚ３に対しそれぞれパラ位もしくはメタ位で結
合することが望ましい。

【００４２】さらに、一般式（４）において、Ｚ５は好
ましくは−Ｃ（ＣＨ３）２−、−Ｃ（ＣＦ３）２−のい
ずれかを示し、Ｚ４、Ｚ６は好ましくは−Ｏ−、−Ｓ−
、−ＣＨ２−のいずれかを示す。またＸ８、Ｘ９は好ま
しくはＨを示しＸ７、Ｘ１０は好ましくはＨ、Ｆ、ＣＦ
３のいずれかを示す。さらに、Ｚ４、Ｚ６はそれぞれＺ
５に対し互いにパラ位で結合することが望ましく、２つ
のアミノ基は結合子Ｚ４、Ｚ６に対し、それぞれパラ位
もしくはメタ位で結合することが望ましい。

【００４３】具体的には一般式（１）で示される化合物
としては、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジ
アミンなどが挙げられる。

【００４４】一般式（２）で示される化合物としては、
４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジ
アミノジフェニルメタン、４，４′−ジアミノフェニル
スルホン、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）プロパ
ン、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）ヘキサフルオ
ロプロパン、３，３′−ジアミノジフェニルエーテル、
３，３′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジア
ミノジフェニルスルホン、３，３′−ジメチル−４，４
′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ジメチル
−４，４′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジ
メチル−４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、２，
２−ビス（ｍ−アミノフェニル）プロパン、２，２−ビ
ス（ｍ−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、３
，３′−ジメチルベンジジンなどが挙げられる。

【００４５】一般式（３）で示される化合物としては、
１，４′′−ジアミノターフェニル、１，４−ビス（ｐ
−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（ｍ−ア
ミノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノ−３−
メチルフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミ
ノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ベンゼンなど
が挙げられる。

【００４６】一般式（４）で示される化合物としては、
２，２−ビス［（４−アミノフェノキシ）フェニル］プ
ロパン、２，２−ビス［（４−アミノ−３−フルオロフ
ェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［（４−
アミノ−３−メチルフェノキシ）フェニル］プロパン、
２，２−ビス［（４−アミノ−３−トリフルオロメチル
フェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［（４
−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパ
ン、２，２−ビス［（４−アミノ−３−フルオロフェノ
キシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビ
ス［（４−アミノ−３−メチルフェノキシ）フェニル］
ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス［（４−アミノ
−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］ヘキ
サフルオロプロパン、２，２−ビス［（４−アミノ−２
−フルオロフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−
ビス［（４−アミノ−２−メチルフェノキシ）フェニル
］プロパン、２，２−ビス［（４−アミノ−２−トリフ
ルオロメチルフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２
−ビス［（４−アミノ−２−フルオロフェノキシ）フェ
ニル］ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス［（４−
アミノ−２−メチルフェノキシ）フェニル］ヘキサフル
オロプロパン、２，２−ビス［（４−アミノ−２−トリ
フルオロメチルフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロ
プロパン、２−［（４−アミノ−３−フルオロフェノキ
シ）フェニル］−２−［（４−アミノフェノキシ）フェ
ニル］プロパン、２−［（４−アミノ−３−トリフルオ
ロメチルフェノキシ）フェニル］−２−［（４−アミノ
フェノキシ）フェニル］プロパン、２−［（４−アミノ
−２−フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（４−
アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２−［（４−
アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル
］−２−［（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパ
ン、２−［（４−アミノ−２−メチルフェノキシ）フェ
ニル］−２−［（４−アミノフェノキシ）フェニル］プ
ロパン、２−［（４−アミノ−３−フルオロフェノキシ
）フェニル］−２−［（４−アミノフェノキシ）フェニ
ル］ヘキサフルオロプロパン、２−［（４−アミノ−３
−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］−２−［
（４−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプ
ロパン、２−［（４−アミノ−２−フルオロフェノキシ
）フェニル］−２−［（４−アミノフェノキシ）フェニ
ル］ヘキサフルオロプロパン、２−［（４−アミノ−２
−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］−２−［
（４−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプ
ロパン、２−［（４−アミノ−２−メチルフェノキシ）
フェニル］−２−［（４−アミノフェノキシ）フェニル
］ヘキサフルオロプロパン、２−［（４−アミノ−３−
フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（４−アミノ
−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］プロ
パン、２−［（４−アミノ−３−フルオロフェノキシ）
フェニル］−２−［（４−アミノ−２−トリフルオロメ
チルフェノキシ）フェニル］プロパン、２−［（４−ア
ミノ−３−フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（
４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェ
ニル］ヘキサフルオロプロパン、２−［（４−アミノ−
３−フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（４−ア
ミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］
ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス［（３−アミノ
フェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［（３
−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパ
ン、２，２−ビス［（５−アミノ−２−フルオロフェノ
キシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［（５−アミ
ノ−２−フルオロフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオ
ロプロパン、２−［（４−アミノフェノキシ）フェニル
］−２−［（３−アミノフェノキシ）フェニル］プロパ
ン、２−［（４−アミノフェノキシ）フェニル］−２−
［（３−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロ
プロパン、２−［（４−アミノ−３−トリフルオロメチ
ルフェノキシ）フェニル］−２−［（３−アミノフェノ
キシ）フェニル］プロパン、２−［（４−アミノ−２−
フルオロフェノキシ）フェニル］−２−［（３−アミノ
フェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパンなどが
挙げられる。

【００４７】合成例１ ２，２−ビス［４−（４−アミノ−３−トリフルオロチ
メルフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパンの
製造

【００４８】工程１ ２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオ
ロプロパン１６．０ｇ（４７．６ｍｍｏｌ）、５−クロ
ロ−２−ニトロベンゾトリフルオライド２６．９ｇ（１
１９ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム２０．２ｇ（１９０ｍ
ｍｏｌ）をジメチルホルムアミド１００ｍｌ中１５０℃
で、４時間反応させた。反応終了後、氷水２５０ｍｌに
注入し、酢酸エチルで抽出した。有機層を水洗後、無水
硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後溶媒を留去して粗生
成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展
開液　　トルエン／ヘキサン＝１／１）で精製後、さら
に、活性炭処理をして２，２−ビス［４−（４−ニトロ
−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］ヘキ
サフルオロプロパン３２．６ｇを得た（収率９５．９％
）。

【００４９】工程２ 工程１で得られたジニトロ体３１．７ｇ（４４．４ｍｍ
ｏｌ）をエタノール１００ｍｌに溶かし、７０℃に加熱
した。これに活性炭１．９３ｇ、塩化第二鉄１０６ｍｇ
を加え、３０分間加熱攪拌を続けた。これに、ヒドラジ
ンー水和物（純度８０％）９．１６ｇ（１３３．２ｍｍ
ｏｌ）を滴下した。４時間反応させた後熱濾過し不溶物
を除去した。母液を濃縮し、水２００ｍｌに注入した。 酢酸エチルで抽出後、水洗し無水硫酸ナトリウムで乾燥
した。濾過後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（
展開液　　トルエン）にて精製し、２，２−ビス［４−
（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フ
ェニル］ヘキサフルオロプロパン２１．２ｇを得た（収
率７３．０％）。

【００５０】合成例２ ポリアミド酸の合成 反応容器中に合成例１で得た２，２−ビス［４−（４−
アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル
］ヘキサフルオロプロパン６．５４ｇ（１０ｍｍｏｌ）
を精秤し、反応容器ごと１００℃乾燥機中で１時間半減
圧乾燥した。これに、良く乾燥させたＮ−メチル−２−
ピロリドン（ＮＭＰ）３０ｍｌを加え、ジアミンを溶解
させた。１５０℃乾燥機中で１時間半減圧乾燥した１，
４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物２．
６８ｇ（１０ｍｍｏｌ）を精秤し、数回に分けて添加し
た。添加の際に容器壁に付着した酸二無水物は、乾燥Ｎ
ＭＰで随時洗い落としながら、室温で５時間激しく攪拌
を続けた。最終的に加えたＮＭＰ量は８０ｍｌであった
。

【００５１】本発明で用いるイミド環化合物の膜を基板
上に設ける際には、イミド環化合物の前駆体であるアミ
ド酸をジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド
、ジメチルスルフォキシド、Ｎ−メチルピロリドンなど
の溶剤に溶解して０．０１〜４０（重量）％溶液として
、該溶液をスピンナー塗布法、スプレイ塗布法、ロール
塗布法などにより基板上に塗布した後、１００〜３５０
℃、好ましくは２００〜３００℃の温度で加熱して脱水
閉環させてポリイミド膜などのイミド環化合物の膜を形
成することができる。このイミド環化合物の膜は、しか
る後に布などでラビング処理される。又、本発明で用い
るイミド環化合物の膜は３０Å〜１μ程度、好ましくは
２００Å〜２０００Åの膜厚に設定される。この際には
、図１に示す絶縁膜１３ａと１３ｂの使用を省略するこ
とができる。又、本発明では、絶縁膜１３ａと１３ｂの
上にイミド環化合物の膜を設ける際には、このイミド環
化合物の膜の膜厚は２００Å以下、好ましくは１００Å
以下に設定されることができる。

【００５２】本発明で用いる液晶物質としては、降温過
程で等方相、コレステリック相、スメクチック相を通し
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。（コレステリック相でのピッチは、
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）。具体的な液晶としては、下記液晶物質「ＬＣ−
１」、「８０Ｂ」及び「８０ＳＩ＊」を下記比率で含有
させた液晶組成物が好ましく用いられる。

【００５３】

【外７】

【００５４】

【外８】

【００５５】

【外９】

【００５６】液晶 （１）（ＬＣ−１）９０／（８ＯＢ）１０（２）（ＬＣ
−１）８０／（８ＯＢ）２０（３）（ＬＣ−１）７０／
（８ＯＢ）３０（４）（ＬＣ−１）６０／（８ＯＢ）４
０（５）８ＯＳＩ＊ （表中の添字は、それぞれ重量比を表している）。

【００５７】図２は、強誘電性カイラルスメクチック液
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２１ｂは、Ｉｎ２Ｏ２、ＳｎＯ２ある
いはＩＴＯ等の薄膜からなる透明電極で被履された基板
（ガラス板）であり、その間に液晶分子層２２がガラス
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＊（カイラルスメクチツクＨ）
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。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。

【００５８】本発明の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０．１μｍ〜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に示す様
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
ＰまたはＰ′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Ｅ
ｂ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ある
いは第２の安定状態３３ｂの何れか一方に配向する。

【００５９】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、
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。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。

【００６０】図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ｄ）、（ｅ）
は、図１の液晶セルに強誘電性液晶を注入し、温度を降
下させていったときの配向状態の変化を示す模式図、図
６は、Ｃ１およびＣ２の２種類の配向状態の相違を示す
説明図、図７（Ａ）は、本発明の配向方向に生じた液晶
分子の配向状態を模式的に明らかにした断面図である。

【００６１】図８に示す６１ａ及び６１ｂは、それぞれ
上基板及び下基板を表わしている。６０は液晶分子６２
で組織された分子層で、液晶分子６２が円錐６３の底面
６４（円形）に沿った位置に変化させて配列している。

【００６２】図９は、Ｃ−ダイレクタを示す図である。 図１０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７に示す分子層
６０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。

【００６３】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９のＣ−ダイレクタ図
によって示される。図９に示す配向状態は、上基板６１
ａから下基板６１ｂ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。

【００６４】図１０（Ａ）は、Ｃ−ダイレクタ８１が図
８の状態（ユニフォーム配向状態という）でのチルト角
θを示すための平面図で、図１０（Ｂ）はＣ−ダイレク
タ８１が図９の状態（スプレイ配向状態という）でのチ
ルト角θを示すための平面図である。図中、７０は前述
した本発明の特定イミド環化合物の膜に施したラビング
処理軸を示し、７１ａは配向状態Ｕ１での平均分子軸、
７１ｂは配向状態Ｕ２での平均分子軸、７２ａは配向状
態Ｓ１での平均分子軸、７２ｂは配向状態Ｓ２での平均
分子軸を示す。平均分子軸７１ａと７１ｂ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７２ａと７２ｂと
の間でも生じる。

【００６５】次に、逆電界Ｖｒｅｖによる光学応答のお
くれ（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。

【００６６】液晶セルの絶縁層（配向制御膜）の容量Ｃ
ｉ、液晶層の容量をＣＬＣ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、下式で表わされ
る。

【００６７】

【外１０】

【００６８】図１１は、液晶セル内の電荷の分布、Ｐｓ
の方向及び逆電界の方向を模式的に示した断面図である
。

【００６９】図１１（Ａ）は、パルス電界印加前のメモ
リー状態下における

【００７０】

【外１１】 及び

【００７１】

【外１２】 電荷の分布状態を示し、この時の自発分極Ｐｓの向きは

【００７２】

【外１３】 電荷から

【００７３】

【外１４】 電荷の方向である。図１１（Ｂ）は、パルス電界解除直
後の自発分極Ｐｓの向きが図１１（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、

【００７４】

【外１５】 及び

【００７５】

【外１６】 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Ｖｒｅｖが矢標方向に生じている。この
逆電界Ｖｒｅｖは、しばらくした後、図１１（Ｃ）に示
す様に消滅し、

【００７６】

【外１７】 及び

【００７７】

【外１８】 電荷の分布状態が変化する。

【００７８】図１２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ものである。図１２によれば、パ
ルス電界印加時、印標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

【００７
９】

【外１９】 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
１１（Ｂ）に示す逆電界Ｖｒｅｖの作用が働いて、矢標
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１１（Ｃ）に
示す逆電界Ｖｒｅｖの減衰の作用により、矢標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。 この時の光学応答は図１３で明らかにされている。

【００８０】本発明によれば、前述したナフタレンテト
ラカルボン酸含有のポリイミド膜を用いた配向方法によ
って得た配向状態では、図１２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
ことがなく、従って最大チルト角

【００８１】

【外２０】 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。この時の本発明の光学応答を図１４に示す。 図１４によれば、残像に原因する光学応答のおくれを生
じないことと、メモリー状態下で高いコントラストを惹
き起こしていることが判る。

【００８２】本発明の液晶素子を表示パネル部に使用し
、図１５及び図１６に示した走査線アドレス情報をもつ
画像情報なるデータフォーマット及びＳＹＮＣ信号によ
る通信同期手段をとることにより、液晶表示装置を実現
する。

【００８３】画像情報の発生は、本体装置側のグラフィ
ックスコントローラ１０２にて行われ、図１５及び図１
６に示した信号転送手段にしたがって表示パネル１０３
に転送される。グラフィックスコントローラ１０２は、
ＣＰＵ（中央演算処理装置、以下ＧＣＰＵ１１２と略す
）及びＶＲＡＭ（画像情報格納用メモリ）１１４を核に
、ホストＣＰＵ１１３と液晶表示装置１０１間の画像情
報の管理や通信をつかさどっており、本発明の制御方法
は主にこのグラフィックスコントローラ１０２上で実現
されるものである。なお、該表示パネルの裏面には光源
が配置される。

【００８４】また、本発明で用いる液晶としては、前述
のカイラルスメクチック液晶の他、ネマチック液晶を用
いることができる。

【００８５】以下実施例により本発明について更に詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。

【００８６】

【実施例】実施例１ １０００Å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、それぞれのガラス板上に下式
で示すポリアミド酸のＮ−メチルピロリドン／ｎ−ブチ
ルセルソルブ＝５／１の３．０重量％溶液を回転数３０
００ｒｐｍのスピナーを用いて塗布した。

【００８７】

【外２１】

【００８８】成膜後約１時間、２５０℃で加熱焼成処理
を施した。この時の膜厚は４５０Åであった。この塗布
膜にナイロン触毛布による一方向のラビング処理を行っ
た。

【００８９】その後、平均粒径約１．５μｍ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で、同一処理方向となるよう
に２枚のガラス板を重ねあわせてセルを作成した。

【００９０】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「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℃／ｈｒ
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
で相変化は下記のとおりであった。

【００９１】

【外２２】

【００９２】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から、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レ
ターにより測定し、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
測定したところ、チルト角θは１５°であり、最暗状態
時の透過率は１％で、明状態時の透過率は４３％であり
、したがってコントラスト比は４３：１であった。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。

【００９３】この液晶セルを図１７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。なお、
図１７のＳＮ，ＳＮ＋１，ＳＮ＋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−ＳＮ）は情報線Ｉ
と走査線ＳＮとの交差部に印加された波形を表わしてい
る。また、本実施例では、Ｖ０＝５Ｖ〜８Ｖ，ΔＴ＝２
０μｓｅｃ〜７０μｓｅｃで行なった。 実施例２〜１０、１３〜１７ 表２に示した配向制御膜および液晶材料を用いたほかは
実施例１と同様にしてセルを得た。

【００９４】それぞれに対して実施例１と同様な試験を
行なった。

【００９５】コントラスト比および光学応答の遅れ時間
の結果を表３に示す。

【００９６】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と同様な結果が得られた。 実施例１１、１２ それぞれ、表２に示した２種のポリアミド酸のＮ−メチ
ルピロリドン溶液を別途作成し、固形分の比率が、表２
に示した重量部になるように対応するポリアミド酸溶液
を混合した。これを、Ｎ−メチルピロリドン、ｎ−ブチ
ルセルソルブで適宜希釈し所定の濃度に調整したものを
配向制御膜として、また液晶材料として、表２に示した
ものを用いたほかは、実施例１と同様にしてセルを作成
した。

【００９７】それぞれに対して実施例１と同様な試験を
行なった。コントラスト比および光学応答の遅れ時間の
結果を表３に合わせて示す。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と同様な結果を
得られた。

【００９８】

【表２】

【００９９】

【表３】

【０１００】

【表４】

【０１０１】

【表５】

【０１０２】

【表６】

【０１０３】

【表７】

【０１０４】比較例１〜４ 表４に示した配向制御膜および液晶材料を用いたほかは
実施例１と同様にしてセルを作成した。それぞれのセル
に対してコントラスト比および光学応答の遅れを表５に
示した。

【０１０５】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、コントラストが本実
施例のものと比較して小さく、しかも、残像が生じた。

【０１０６】

【表８】

【０１０７】

【表９】

【０１０８】

【発明の効果】以上の実施例および比較例で明らかにし
たように、本発明による液晶素子内の均一配向性は良好
でありモノドメイン状態が得られる。また、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、しかも目障りな残像現像が生じない効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の断面図である。

【図２】らせん構造を持つカイラルスメクチック液晶の
配向状態を示した斜視図である。

【図３】非らせん構造の分子配列を持つカイラルスメク
チック液晶の配向状態を示した斜視図である。

【図４】図１の液晶セルに強誘電性液晶を注入し、温度
を降下させていったときの配向状態の変化を示す模式図
である。

【図５】図１の液晶セルし、強誘電性液晶を注入し温度
を降下させていったときの配向状態の変化を示す模式図
である。

【図６】Ｃ１およびＣ２の２種類の配向状態の相違を示
す説明図である。

【図７】本発明の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８】そ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９】そのスプレイ配向状態におけるＣ−ダイレクタ
図である。

【図１０】ユニフォーム配向状態、スプレイ配向状態に
おけるチルト角θを示す平面図である。

【図１１】強誘電性液晶内の電荷分布、自発分極Ｐｓの
向きおよび逆電界Ｖｒｅｖの向きを示す断面図である。

【図１２】電界印加時および後のチルト角θの変化を示
す平面図である。

【図１３】従来例における光学応答特性を示す。

【図１４】本発明における光学応答特性を示す

【図１５
】強誘電性を利用した液晶素子を有する液晶表示装置と
グラフィックスコントローラーを示すブロック構成図で
ある。

【図１６】液晶表示装置とグラフィックスコントローラ
ーとの間の画像情報通信タイミングチャート図である。

【図１７】本実施例で用いた駆動電圧の波形図である。

【図１８】ポリアミド酸を焼成して得られるポリイミド
配向膜の構造式である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の基板と、該一対の基板間に配置
   した液晶とを有する液晶素子において、前記一対の基板
   のうち、少なくとも一方の基板がナフタレンテトラカル
   ボン酸及び／又はその誘導体の少なくとも１種とジアミ
   ン及び／又はその誘導体の少なくとも１種とから得たア
   ミド酸を脱水閉環反応によって生成したイミド環を持つ
   化合物の被膜を有することを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】　　ナフタレンテトラカルボン酸誘導体が
   １，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物
   である請求項１の液晶素子。
3. 【請求項３】　　ナフタレンテトラカルボン酸誘導体が
   ２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物
   である請求項１の液晶素子。
4. 【請求項４】　　前記液晶がカイラルスメクチック液晶
   である請求項１の液晶素子。
5. 【請求項５】　　前記液晶がネマチック液晶である請求
   項１の液晶素子。
6. 【請求項６】　　ａ．ナフタレンテトラカルボン酸及び
   ／又はその誘導体の少なくとも１種とジアミン及び／又
   はその誘導体の少なくとも１種とから得たアミド酸を脱
   水閉環反応によって生成したイミド環を持つ化合物の被
   膜を少なくとも一方に設けた２枚の基板、該２枚の基板
   に設けた電極及び該２枚の基板間に配置した液晶を有す
   る液晶パネル。 ｂ．電極に信号電圧を供給する駆動手段、並びにｃ．駆
   動手段を制御する制御手段を有する表示装置。
7. 【請求項７】　　前記液晶がカイラルスメクチック液晶
   である請求項６の表示装置。
8. 【請求項８】　　前記液晶がネマチック液晶である請求
   項６の表示装置。