JP2000290653A - 液晶素子及びこれを備えた液晶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶のヒステリシスに基づく残像、経時的な
配向の劣化及び焼き付きを改善することのできる液晶素
子及びこれを備えた液晶装置を提供する。 【解決手段】 一対の基板４１，４２により挟持される
単安定性を有するカイラルスメクチック液晶２１とし
て、スメクチック相もしくは潜在的スメクチック相を持
つフッ素含有カイラル液晶化合物であると共に、（ａ）
少なくとも１つのメチレングループを有し、少なくとも
一つの連鎖中エーテル酸素を有していてもよいフルオロ
ケミカル末端部分と、（ｂ）カイラルもしくはアカイラ
ルな飽和炭化水素末端部分と、（ｃ）それら末端部分を
結んでいる中央コア部と、からなる化合物群のみからな
るカイラルスメクチック液晶組成物を用い、かつ基板４
１，４２に設けられた電極４３により、この液晶２１に
極性の反転する駆動電圧を交互に印加して光変調を行な
うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンタ
ー等に用いられる液晶素子及びこれを備えた液晶装置に
関し、特に単安定性を有する液晶を用いるものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、もっとも広範に用いられてきてい
るディスプレイとしてはＣＲＴがあり、このＣＲＴはテ
レビやＶＴＲなどの動画出力、あるいはパソコン等のモ
ニターとして広く用いられている。しかしながら、この
ＣＲＴはその特性上、静止画像に対してはフリッカや解
像度不足による走査縞等が視認性を低下させたり、焼き
付きによる蛍光体の劣化が起こったりする。

【０００３】また、最近ではＣＲＴが発生する電磁波が
人体に悪影響を与えることがわかり、ＶＤＴ作業者の健
康を害することが懸念されている。さらに、ＣＲＴはそ
の構造上、画面後方に広く体積を有することが必須であ
ることから、情報機器の利便性を著しく阻害し、オフィ
ス、家庭の省スペース化を阻害している。

【０００４】ところで、このようなＣＲＴの欠点を解決
するものとして液晶素子がある。そして、この液晶素子
の一例として、例えばエム・シャット（M.Schadt）とダ
ブリュー・ヘルフリッヒ（W.Helfrich）著、アプライド
・フィジックス・レターズ（Applied Physics Letters
）第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）第
１２７頁〜１２８頁において示されたツイステッドネマ
チック（twisted nematic ）液晶を用いたものが知られ
ている。

【０００５】さらに、近年、このタイプの液晶を用いて
ＴＦＴといわれる液晶素子の開発、製品化が行われてい
る。ここで、このタイプの液晶素子は一つ一つの画素に
トランジスタを作成するものであり、クロストークの問
題が無く、また、近年の急速な生産技術の進歩によって
１０−１２インチクラスのディスプレイがよい生産性で
作られつつある。しかしながら、さらに大きなサイズあ
るいは動画を問題無く再現できるという点の６０Ｈｚ以
上のフレーム周波数という点では、未だ生産性、液晶の
応答速度、視野角に問題が存在している。

【０００６】一方、自発分極をスイッチングトルクとす
る液晶素子として、例えばカイラルスメクチック液晶素
子がクラーク（Clark ）及びラガウェル（Lagerwall ）
により提案されている（特開昭５６−１０７２１６、米
国特許第４３６７９２４号明細書）。

【０００７】ここで、この液晶としては、一般にカイラ
ルスメクチックＣ相又はカイラルスメクチックＨ相から
なる強誘電性液晶が用いられているが、この強誘電性液
晶は、自発分極により反転スイッチングを行うため、非
常に早い応答速度を有し、さらに視野角特性も優れてい
ることから、高速、高精細、大面積の単純マトリクス表
示素子あるいはライトバルブとして適していると考えら
れる。

【０００８】また、最近ではチャンダニ、竹添らによ
り、カイラルスメクチック反強誘電性液晶素子も提案さ
れている（ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライ
ド フィジックス（Japanese Journal of Applied Phys
ics ）第２７巻、１９８８年Ｌ７２９頁）。さらに、最
近この反強誘電液晶材料のうち、閾値レスで、ヒステリ
シスが小さく階調表示に有利な特性を有するＶ字型応答
特性が発見された（例えば、ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス（Japanese Journal
of Applied Physics ）第３６巻、１９９７年３５８６
頁）。

【０００９】また、自発分極をスイッチングトルクとす
るＶ字スイッチング液晶としては、単安定表面安定化Ｆ
ＬＣ（例えばジャーナル オブ アプライド フィジッ
クス６１巻１９８７年２４００頁）、デフォームドヘリ
ックスＦＬＣ（例えばフェロエレクトリクス８５巻１９
８８年１７３頁）、ツイストスメクチックＦＬＣ（例え
ばアプライドフィジックスレター６０巻１９９２年２８
０頁）、シキイ値レス反強誘電ＬＣ、高分子液晶安定化
ＦＬＣ（例えば、ＳＩＤ’９６ダイジェスト１９９６年
６９９頁）などがある。

【００１０】そして、これらの液晶を用い、アクティブ
マトリクスタイプの液晶素子とし、動画表現するに充分
な高速のディスプレイを実現しようという動きが活発に
なってきている（例えば、特開平９−５００４９）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の上記カイラルスメクチック液晶を用いた液晶
素子においては、ヒステリシスに基づく残像、経時的な
配向の劣化、焼き付き等信頼性の面で大きな問題があ
り、この面での改善が強く求められている。

【００１２】そこで本発明は、このような現状に鑑みて
なされたものであり、液晶のヒステリシスに基づく残
像、経時的な配向の劣化及び焼き付きを改善することの
できる液晶素子及びこれを備えた液晶装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、単安定性を有
するカイラルスメクチック液晶と、前記液晶を挟持する
と共に、駆動電圧を該液晶に印加する電極を有する一対
の基板と、を備え、前記液晶として、スメクチック相も
しくは潜在的スメクチック相を持つフッ素含有カイラル
液晶化合物であると共に、（ａ）少なくとも１つのメチ
レングループを有し、少なくとも一つの連鎖中エーテル
酸素を有していてもよいフルオロケミカル末端部分と、
（ｂ）カイラルもしくはアカイラルな飽和炭化水素末端
部分と、（ｃ）それら末端部分を結んでいる中央コア部
と、からなる化合物群のみからなるカイラルスメクチッ
ク液晶組成物を用い、かつ光変調を行なうよう前記電極
により該液晶に極性の反転する駆動電圧を交互に印加す
ることを特徴とするものである。

【００１４】また本発明は、前記液晶における単安定状
態を黒表示状態とすることを特徴とするものである。

【００１５】また本発明は、前記液晶が、少なくとも１
つの連鎖中エーテル酸素をもつフルオロカーボン末端部
分と炭化水素末端部分が中央コアにより結ばれてなるア
カイラルな化合物であり、かつスメクチック相もしくは
潜在的スメクチック相を持つ化合物を成分として含有す
ることを特徴とするものである。

【００１６】また本発明は、前記液晶の自発分極が１０
ｎＣ／ｃｍ² 以下であることを特徴とするものである。

【００１７】また本発明は、前記液晶を配向させる配向
膜を、配向構成が異なるように前記基板にそれぞれ形成
したことを特徴とするものである。

【００１８】また本発明は、前記電極には能動素子が接
続され、該電極及び能動素子を介して前記液晶に前記極
性の反転する駆動電圧を交互に印加することを特徴とす
るものである。

【００１９】また本発明は、前記能動素子としてトラン
ジスタを用いることを特徴とするものである。

【００２０】また本発明は、液晶素子を備えた液晶装置
において、前記液晶素子は、前記請求項１乃至７記載の
いずれかに記載の液晶素子であることを特徴とするもの
である。

【００２１】また本発明は、前記駆動電圧の大きさに応
じて階調表示が可能であることを特徴とするものであ
る。

【００２２】また本発明は、前記液晶素子の背部に光源
を配したことを特徴とするものである。

【００２３】また本発明のように、一対の基板により挟
持される単安定性を有するカイラルスメクチック液晶と
して、スメクチック相もしくは潜在的スメクチック相を
持つフッ素含有カイラル液晶化合物であると共に、
（ａ）少なくとも１つのメチレングループを有し、少な
くとも一つの連鎖中エーテル酸素を有していてもよいフ
ルオロケミカル末端部分と、（ｂ）カイラルもしくはア
カイラルな飽和炭化水素末端部分と、（ｃ）それら末端
部分を結んでいる中央コア部と、からなる化合物群のみ
からなるカイラルスメクチック液晶組成物を用い、かつ
基板に設けられた電極により、この液晶に極性の反転す
る駆動電圧を交互に印加して光変調を行なうようにす
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２５】図１は本発明の実施の形態に係る液晶素子
の構成を示す断面図であり、同図において、１は液晶
（組成物）からなる液晶層であり、液晶としてカイラル
スメクチック液晶を用いる場合、通常、強誘電相の安定
性を実現させるため、この液晶層１の層厚は５μｍ以下
が好ましい。また、２ａ，２ｂは基板であり、ガラス、
プラスチック等が用いられる。３ａ，３ｂはＩＴＯ等の
透明電極、５はシール材、８ａ，８ｂは偏光板、９は光
源である。

【００２６】また、４ａ，４ｂは配向制御膜であり、少
なくとも一方の配向制御膜は一軸配向制御膜である。な
お、一軸配向制御膜の形成方法としては、例えば基板上
に溶液塗工又は蒸着あるいはスパッタリング等により、
一酸化珪素、二酸化珪素、酸化アルミニウム、ジルコニ
ア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ化セリウ
ム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物な
どの無機物や、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポ
リイミドアミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリエス
テルイミド、ポリパラキシレン、ポリカーボネート、ポ
リビニルアセタール、ポリビニルクロライド、ポリスチ
レン、ポリシロキサン、セルロース樹脂、メラミン樹
脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂などの有機物を用いて披
膜形成したのち、表面をビロード、布あるいは紙等の繊
維状のもので摺擦（ラビング）することにより得られ
る。

【００２７】また、ＳｉＯ等の酸化物あるいは窒化物な
どを基板の斜方から蒸着する斜方蒸着法なども用いられ
得る。さらに、このほかにショート防止層を設けること
も可能である。

【００２８】特に、より良好な一軸配向性を得るために
ポリイミドラビング膜を一軸配向制御膜として用いるこ
とが好ましい。ここで、通常ポリイミドはポリアミック
酸の形で塗膜し、焼成することで得られる。なお、ポリ
アミック酸は溶剤に易溶解性であるため生産性に優れ
る。さらに、最近では溶剤に可溶なポリイミドも生産さ
れており、そういった技術の進歩の上からもポリイミド
は、より良好な一軸配向性を得られ、高い生産性を有す
る点で好ましく用いられる。

【００２９】さらに好ましい具体的な例として、一軸配
向性をよくするため、下記の一般式（Ｉ）の繰返し単位
を有するポリイミド配向膜が設けられている。

【００３０】

【化１】 式中、 Ａ；芳香環、芳香族多環、複素環、又は縮合多環構造の
４価の基、 Ｂ；脂環基を含む胎肪族基、芳香族環基、又は−（Ph)
_a − (O)_c −（CH₂)_x −(D)_e−(CH₂)_y−(O)_d−(Ph)_b −
（Phはフェニル基） Ｒ₁ Ｒ₂ ａ＝ｂ ： ０又は１ ｃ＝ｄ ： ａ＝ｂ＝０のとき０、ａ＝ｂ＝１のとき０
又は１ ｘ，ｙ：それぞれ独立に１以上の整数 ただし、ｘ＋ｙ＋ｅは２以上１０以下である。

【００３１】一方、両基板２ａ，２ｂは、不図示のスペ
ーサを介して対向しているが、このスペーサは、基板間
の距離（セルギャップ）を決定するものであり、シリカ
ビーズ等が用いられる。ここで、このスペーサにより決
定されるセルギャップについては、液晶材料の違いによ
って最適範囲及び上限値が異なるが、均一な一軸配向
性、また電界無印加時に液晶分子の平均分子軸をほぼ配
向処理軸の平均方向の軸と実質的に同一にする配向状態
を発現させるべく、０．３〜１０μｍの範囲に設定する
ことが好ましい。両基板上に構成されているポリイミド
膜は一軸配向性を付与するため、通常ラビングされる。

【００３２】ところで、本発明においては、後述するよ
うな単安定状態を有する液晶を用いている。ここで、こ
の単安定状態は、例えば配向構成によって発現させるこ
とができ、この代表的な方法として上下配向膜の構成を
非対称とする方法がある。この場合、単に非対称とする
ことでは単安定状態を発現させることはできないため、
例えば上下の配向膜に帯電特性の差の大きいものを使用
することにより、外部電場なしで片方の表面安定方向に
単安定化することが可能である。

【００３３】そして、このような配向膜の例としては、
前記した一軸配向制御膜と一軸配向性のない（または付
与していない）膜の組み合わせがあり、この一軸配向を
付与していない膜の例としては、一軸配向制御膜に使用
した材質で一軸配向制御処理をしていないもの、各種高
分子材料、反電場の影響を抑制する意味で導電性を有す
る膜等がある。

【００３４】さらに、導電性を有する膜として、導電微
粒子をバインダー材質に分散した膜が挙げられ、一軸配
向制御膜として好ましく使用されるポリイミドと帯電特
性に差をつけることができる点で好ましく用いられる。
また、駆動上の方法を用いて単安定状態を使用する方法
もあり、例としては駆動信号に対して常に直流電圧のオ
フセットを重畳して用いることによってなる方法であ
る。さらにＤＣ電圧で一定時間処理するなどして、過度
に片側安定状態に焼付いた状態を作り込むことも可能で
ある。

【００３５】一方、本発明に用いられる液晶としては、
単安定性を有する単安定表面安定化ＦＬＣがあり、この
液晶は自発分極をスイッチングトルクとしているため高
速液晶素子を実現することができる。なお、この液晶の
スイッチングスピードは、駆動電圧に依存するが、１ｍ
ｓ以下あるいは５００μｓ以下あるいは１００μｓ以下
にすることも可能である。

【００３６】さらに、このような液晶として、スメクチ
ック相もしくは潜在的スメクチック相を持つフッ素含有
カイラル液晶化合物であり、この化合物は、（ａ）少な
くとも１つのメチレングループを有し、少なくとも一つ
の連鎖中エーテル酸素を有していてもよいフルオロケミ
カル末端部分と、（ｂ）カイラルもしくはアカイラルな
飽和炭化水素末端部分と、（ｃ）それら末端部分を結ん
でいる中央コア部と、からなる化合物群のみからなるカ
イラルスメクチック液晶組成物を用いている。

【００３７】そして、このような液晶に対し、後述する
ように極性の反転する駆動電圧を交互に印加することに
より、ヒステリシスに基づく残像、経時的な配向の劣
化、焼き付き等信頼性の面での問題を大きく改善するこ
とができる。

【００３８】なお、上記フッ素含有化合物の具体的な構
造としては、以下の一般式（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩ
Ｉ）で表される化合物があり、さらにこれら化合物の合
成方法及び具体例としては、特開平６−３２９５９１
（特に表１〜１５に記載の化合物）、特開平７−３１６
５５５（特に表１−１〜１８に記載の化合物）に記載さ
れている。また、パーフルオロ末端部分を有する化合物
については、特開昭６３−２７４５１（特に表１に記載
の化合物）、特開平２−１４２７５３（特に表１に記載
の化合物）、ＷＯ ９６／３３２５（特にＴａｂｌｅ１
に記載の化合物）に記載され、側鎖末端が置換基で置換
された化合物については、特開平７−１１８１７８（特
に（Ｉ−１）〜（Ｉ−１８０）に記載の化合物）、特開
平６−２５６２３１（特に（Ｉ−１）〜（Ｉ−２２３）
記載の化合物）に記載されている。

【００３９】

【化２】 を表わす。

【００４０】ｇａ、ｈａ、ｉａは独立に０〜３の整数
（但し、ｇａ＋ｈａ＋ｉａは少なくとも２である）を表
わす。

【００４１】夫々のＬ¹ とＬ² は独立に、単結合、−Ｃ
Ｏ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯＳ−、−Ｓ−ＣＯ−、
−ＣＯ−Ｓｅ−、−Ｓｅ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−
Ｔｅ−ＣＯ−、−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −、−ＣＨ＝ＣＨ−、−
Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ₂ −Ｏ
−、−Ｏ−ＣＨ₂ −、−ＣＯ−又は−Ｏ−を表わす。

【００４２】夫々のＸ¹ 、Ｙ¹ 、Ｚ¹ はＡ¹ 、Ａ² 、Ａ
³ の置換基であり、独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂ
ｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ₃ 、−ＣＨ₃ 、−ＣＮ、又
は−ＮＯ₂ を表わし、夫々のｊａ、ｍａ、ｎａは独立に
０〜４の整数を表わす。

【００４３】Ｊ¹ は、−ＣＯ−Ｏ−（ＣＨ₂ ）_ra−、−
Ｏ−（ＣＨ₂ ）_ra−、−（ＣＨ₂ ）_ra−、−Ｏ−ＳＯ₂
−、−ＳＯ₂ −、−ＳＯ₂ −（ＣＨ₂ ）_ra−、−Ｏ−
（ＣＨ₂ ）_ra−Ｏ−（ＣＨ₂ ）_rb−、−（ＣＨ₂ ）_ra−
Ｎ（Ｃ_paＨ_2pa+1 ）−ＳＯ₂ −、又は−（ＣＨ₂ ）_ra−
Ｎ（Ｃ_paＨ_2pa+1 ）−ＣＯ−を表わす。ｒａ及びｒｂ
は、独立に１〜２０であり、ｐａは０〜４である。

【００４４】Ｒ¹ は、−Ｏ−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｏ−Ｃ_qbＨ
_2qb+1 、−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｏ−Ｃ_qbＨ_2qb+1 、−Ｃ_qaＨ
_2qa −Ｒ³ 、−Ｏ−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｒ³ 、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ
_qaＨ_2qa−Ｒ³ 、又は−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｒ³ を
表わし、直鎖状、分枝状のいずれであっても良い（但
し、Ｒ³ は、−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qbＨ_2qb+1 、−ＣＯ−Ｏ−
Ｃ_qbＨ_2qb+1 、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ₃ 、−ＮＯ
₂ 、−ＣＮを表わし、ｑａ及びｑｂは独立に１〜２０で
ある）。

【００４５】Ｒ² はＣ_xaＦ_2xa −Ｘを表わす（Ｘは−Ｈ
又は−Ｆを表わし、ｘａは１〜２０の整数である）。

【００４６】

【化３】 を表わす。

【００４７】ｇｂ、ｈｂ、ｉｂはそれぞれ独立に０〜３
の整数（但し、ｇｂ＋ｈｂ＋ｉｂは少なくとも２であ
る）を表わす。

【００４８】夫々のＬ³ 、Ｌ⁴ は独立に、単結合、−Ｃ
Ｏ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ
−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−Ｓｅ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｔｅ
−、−Ｔｅ−ＣＯ−、−（ＣＨ₂ ＣＨ₂ ）_ka−（ｋａは
１〜４）、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ
−、−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ₂ −Ｏ−、−Ｏ−ＣＨ₂ −、
−ＣＯ−又は−Ｏ−を表わす。

【００４９】夫々のＸ² 、Ｙ² 、Ｚ² はＡ⁴ 、Ａ⁵ 、Ａ
⁶ の置換基であり、独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂ
ｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ₃ 、−ＣＨ₃ 、−ＣＦ₃ 、
−Ｏ−ＣＦ₃ 、−ＣＮ、又は−ＮＯ₂ を表わし、夫々の
ｊｂ、ｍｂ、ｎｂはそれぞれ０〜４の整数を表わす。

【００５０】Ｊ² は、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｏ
−Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｏ−（Ｃ_saＨ_2sa
−Ｏ）_ta−Ｃ_rdＨ_2rd −、−Ｏ−ＳＯ₂ −、−ＳＯ₂
−、−ＳＯ₂ −Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｃ_rcＨ_2rc −Ｎ（Ｃ_pb
Ｈ_2pb+1 ）−ＳＯ₂ −、−Ｃ_rcＨ_2rc −Ｎ（Ｃ_pbＨ
_2pb+1 ）−ＣＯ−であり、ｒｃ及びｒｄは独立に１〜２
０であり、ｓａはそれぞれの（Ｃ_saＨ_2sa −Ｏ）に独立
に１〜１０であり、ｔａは１〜６であり、ｐｂは０〜４
である。

【００５１】Ｒ⁴ は、−Ｏ−（Ｃ_qcＨ_2qc −Ｏ）_wa−Ｃ
_qdＨ_2qd+1 、−（Ｃ_qcＨ_2qc −Ｏ）_wa−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、
−Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、−Ｏ−Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、−ＣＯ
−Ｏ−Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、又は−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qcＨ_2qc
−Ｒ⁶ を表わし、直鎖状、分枝状のいずれであっても良
い（但し、Ｒ⁶ は−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、−ＣＯ−
Ｏ−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ₃ 、−ＮＯ
₂ 、−ＣＮ、又は−Ｈを表わし、ｑｃ及びｑｄは独立に
１〜２０の整数、ｗａは１〜１０の整数である）。

【００５２】Ｒ⁵ は、（Ｃ_xbＦ_2xb −Ｏ）_za−Ｃ_yaＦ
_2ya+1 で表わされる（但し、上記式中ｘｂはそれぞれの
（Ｃ_xbＦ_2xb −Ｏ）に独立に１〜１０であり、ｙａは１
〜１０であり、ｚａは１〜１０である）。

【００５３】

【化４】一般式（ＩＩＩ） 式中、Ｍ、Ｎ、Ｐは、それぞれ独立に、

【００５４】

【化５】

【００５５】

【化６】 を表わす。

【００５６】ａ，ｂ，ｃは、ａ＋ｂ＋ｃが少なくとも１
で、好ましくは、２より大きくならない条件で、独立に
０〜３の整数である。

【００５７】それぞれのＡとＢは、独立に、方向はどち
らでもよく、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓ
−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓｅ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｔｅ−、−
（ＣＨ₂ ＣＨ₂ ）_k −（但し、ｋは１〜４）−ＣＨ＝Ｃ
Ｈ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ₂ −Ｏ−、−
Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｏ−を表わす。

【００５８】それぞれのＸ、Ｙ、Ｚは、独立に、−Ｈ、
−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ₃ 、−
ＣＨ₃ 、−ＣＦ₃ 、−ＯＣＦ₃ 、−ＣＮ、−ＮＯ₂ を表
わし、それぞれのｌ，ｍ，ｎは独立に０〜４の整数を表
わす。

【００５９】Ｄは、方向はどちらでもよく、

【００６０】

【化７】 を表わす。

【００６１】ｒとｒ’は、独立に０〜２０の整数を表わ
し、ｓは、それぞれの（Ｃ_s Ｈ_2sＯ）に独立に１〜１０
であり、ｔは１〜６の整数であり、ｐは０〜４の整数で
ある。

【００６２】Ｒは、

【００６３】

【化８】 を表わす。

【００６４】Ｒ’は、独立に、−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ
₃ 、−ＮＯ₂ 、−ＣＮ、−Ｈ、−Ｃ_qＨ_2q+1、−Ｏ−
（Ｏ＝）Ｃ−Ｃ_q Ｈ_2q+1、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｃ_q Ｈ
_2q+1、−Ｂｒ、−ＯＨ、−ＯＣ_q Ｈ_2q+1（好ましくは、
−Ｈ、−Ｆ）を表わし、ｑ’は、それぞれの（Ｃ_q'Ｈ
_2q' −Ｏ）に独立に１〜２０であり、ｑは１〜２０の整
数であり、ｗは、１〜１０の整数であり、ｖは０〜６の
整数であり、ｖ’はそれぞれ独立に０〜６の整数であ
り、ｑは１〜３の整数であり、それぞれＤは、先に示し
た構造で、それぞれ独立に方向はどちらでもよく、Ｄを
含む環構造は３〜１０の原子で構成される。Ｗはそれぞ
れ独立にＮ、ＣＲ’、ＳｉＲ’であり、Ｒ’はカイラル
でもアカイラルでもよい。

【００６５】Ｒｆ’は、−Ｒ^* −Ｄ−（Ｏ）_x −ＣＨ₂
−Ｄ’−Ｒ_f を表わす。ここで、Ｒ^* は環状カイラルで
も非環状カイラルでもよい。ＤとＤ’は、先に示した構
造で、それぞれ独立に方向はどちらでもよく、ｘは０又
は１であり、Ｒ_f は、フルオロアルキル、パーフルオロ
アルキル、フルオロエーテル、又は、パーフルオロエー
テルである。好ましくはＲ_f は、フルオロアルキル、フ
ルオロエーテル、又は、パーフルオロエーテルである。

【００６６】上記一般式（Ｉ）で表わされる化合物の具
体例を以下に列挙する。

【００６７】

【化９】

【００６８】

【化１０】

【００６９】

【化１１】

【００７０】

【化１２】

【００７１】

【化１３】

【００７２】

【化１４】

【００７３】

【化１５】

【００７４】

【化１６】

【００７５】

【化１７】

【００７６】

【化１８】

【００７７】

【化１９】

【００７８】

【化２０】 上記一般式（ＩＩ）で表わされる化合物の具体例を以下
に列挙する。

【００７９】

【化２１】

【００８０】

【化２２】

【００８１】

【化２３】

【００８２】

【化２４】

【００８３】

【化２５】 一般式（ＩＩＩ）に示す化合物の具体例を以下の表にて
列挙する。

【００８４】

【表１】

【００８５】

【表２】

【００８６】

【表３】

【００８７】

【表４】

【００８８】

【表５】 ところで、本発明の液晶素子は、能動素子であり、図２
にこのような能動素子の一例として既述した図１のよう
な構成を一画素として用いたものを示す。同図におい
て、４１、４２は、一対の透明基板（例えばガラス基
板）であり、この透明基板４１，４２のうち、下側基板
４１には透明な画素電極４３と画素電極４３に接続され
たアクティブ素子４４とがマトリクス状に形成されてい
る。

【００８９】なお、このアクティブ素子４４としては、
アモルファスシリコンベース、ポリシリコンタイプ、あ
るいはμクリスタルベース、単結晶シリコン等の半導体
を用いたＴＦＴと言われる薄膜トランジスタから構成さ
れる。また、このアクティブ素子４４は基板４１上に形
成された不図示のゲート電極と、ゲート電極を覆う不図
示のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された不図
示の半導体層と、半導体層の上に形成された不図示のソ
ース電極及びドレイン電極とを有している。

【００９０】一方、この下基板４１には図３に示すよう
に画素電極４３の行間にゲートライン（走査ライン）４
５が、また画素電極４３の列間に情報信号ライン４６が
それぞれ配線されている。そして、各ＴＦＴ４４のゲー
ト電極は対応するゲートライン４５に接続され、ドレイ
ン電極は対応する情報信号ライン４６に接続されてい
る。

【００９１】さらに、各ゲートライン４５は端部４５ａ
を介し、ゲート信号を印加してゲートライン４５をスキ
ャンする行ドライバ３１に接続され、各情報信号ライン
４６は端部４６ａを介し、表示データに対応する信号を
情報信号ライン４６に印加する列ドライバ３２に接続さ
れる。

【００９２】なお、ゲートライン４５は端部４５ａを除
いてＴＦＴ４４のゲート絶縁膜で覆われており、情報信
号ライン４６はこのゲート絶縁膜の上に形成されてい
る。また、画素電極４３はゲート絶縁膜の上に形成され
ており、その一端部においてＴＦＴ４４のソース電極に
接続されている。

【００９３】一方、図２の上側の基板４２には下側の基
板４１の各画素電極４３と対向する透明電極４７が形成
されている。ここで、この対向電極４７は表示領域全体
にわたる面積の１枚の電極から構成され、基準電圧が印
加されている。そして、画素電極４３に印加される情報
信号電圧に応じて透過率が変化し、階調表現を行なうこ
とができる。また、画素毎に補助容量となるコンデンサ
が配置されることが良く行われる。

【００９４】なお、同図において、１８、１９は配向制
御膜、２０はシール部材、２１は液晶、２２はスペーサ
である。また、２３、２４はクロスニコルに配された偏
光板である。

【００９５】ところで、以上に記した能動素子において
は、ゲートオン状態時に電荷が画素である液晶セルに注
入され、短時間でゲートはオフとなり、次の走査ライン
上の画素に情報が書き込まれる。ここで、液晶２１は自
発分極を有することから、ゲートオン時間内にスイッチ
ングを完了する場合を除き、自発分極の反転に伴い、ゲ
ートオフ時の電圧降下因子となる。したがって、自発分
極は大き過ぎないことが好ましく、具体的には１０ｎＣ
／ｃｍ² 以下が好ましい。これは、極性の不純物等の混
入による配向劣化を抑制するためにも好ましい。

【００９６】また、本発明においては、一画素に着目す
ると情報信号ライン４６から交互に極性の反転した電圧
信号が入力されることが好ましく、このような駆動を行
なうことで焼付きを大きく改善することができる。本発
明において、このような極性反転駆動を行なう場合、以
下に記載する方法が好ましく用いられる。

【００９７】まず、単安定方向でない方向へスイッチン
グする符号の電圧信号を与え、液晶２１をスイッチング
させ、光変調信号に変換する。これはもちろん階調表現
が可能である。

【００９８】次に、極性の異なる信号を与え、液晶２１
を単安定方向にスイッチングする。ここで、単安定方向
にスイッチングした状態は、直交した偏光板２３，２４
の光軸の一方を単安定状態の光軸合わせて使用するノー
マリーブラックの素子として使用した場合、黒状態もし
くはそれに非常に近い状態を表現することになる。

【００９９】この場合、表示素子としてこの素子を見る
と非ホールド型表示となり、本発明の液晶素子が高速ス
イッチングすることから、動画表示の画質に優れる点で
非常に好ましい。

【０１００】なお、単安定方向にスイッチングさせてい
る期間と、単安定でない方向にスイッチングさせている
期間の時間比は特に限定しないが、ＤＣ成分の偏りを最
小化することで焼付きを抑制する意味で１対９から９対
１の範囲が好ましく、さらに好ましくは３対７から７対
３の範囲である。

【０１０１】また、単安定方向にスイッチングさせる情
報信号電圧値に関して、この時間比と合わせてトータル
でＤＣ成分の偏りを最小化することも好ましい方法とし
て挙げられる。代表的には、時間比を１対１とし、極性
の異なる信号が直前のまたは直後の光変調信号と絶対値
の同等の信号を与える方法が挙げられる。

【０１０２】このようなマトリクス素子は透過型で用い
られたり、反射型で用いられたりする。透過であれば、
通常光源が使用される。反射であれば、反射層が素子中
に構成される。また、直視型にも投写型にも応用され
る。また、プリンター等のライトバルブとしても使用可
能である。

【０１０３】一方、図４は、このような液晶素子を備え
た液晶装置の一例である液晶表示装置のブロック構成図
であり、この液晶表示装置は液晶素子を表示パネル部に
使用している。

【０１０４】なお、同図において、１０１は液晶表示装
置、１０２はグラフィックコントローラ、１０３は表示
パネル、１０４は走査線駆動回路、１０５は情報線駆動
回路、１０６はデコーダ、１０７は走査信号発生回路、
１０８はシフトレジスタ、１０９はラインメモリ、１１
０は情報信号発生回路、１１１は駆動制御回路、１１２
はＧＣＰＵ（中央演算処理装置）、１１３はホストＣＰ
Ｕ、１１４はＶＲＡＭ（画像情報格納用メモリ）であ
る。なお、表示パネル１０３の裏面には、光源が配置さ
れている（図１参照）。

【０１０５】ここで、グラフィックコントローラ１０２
は、ＧＣＰＵ１１２及びＶＲＡＭ１１４を核にホストＣ
ＰＵ１１３と液晶表示装置１０１間の画像情報の管理や
通信を司るものであり、グラフィックコントローラ１０
２からの画像情報は、転送クロックにしたがって駆動制
御回路１１１を経て情報線駆動回路１０５に表示情報と
して、また走査線駆動回路１０４に走査線アドレス情報
として転送されるようになっている。

【０１０６】さらに、この後、情報線駆動回路１０５に
おいては、転送された表示情報に基づき、後述する図６
に示すような情報信号を情報信号発生回路１１０を介し
て表示パネル１０３へと転送するようになっている。

【０１０７】そして、このような構成の液晶表示装置で
は、液晶素子が前述したように良好なスイッチング特性
を有するため、優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高精
細、高速、大面積の表示画像を得ることができる。

【０１０８】次に、本実施の形態の実施例について説明
する。なお、本実施の形態（本発明）はこれらの実施例
に限定されるものではない。

【０１０９】

【実施例】〈実施例１〉本実施例においては、下記の化
合物をＡ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＝４７／３２／１６／５（重量
％）で混合し、液晶組成物αを調製した。

【０１１０】

【化２６】 なお、この液晶組成物αの相転移温度は、Ｔｉｓｏが７
５℃、ＡＣ転移温度が４９℃であった。また、チルト角
は２９°、自発分極が６．２ｎＣ／ｃｍ² （いずれも３
０℃）であった。

【０１１１】次に、以下の方法にてセルを作製した。

【０１１２】まず、厚さが１．１ｍｍの２枚のガラス基
板に透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成し
た。次に、このようなＩＴＯ膜が形成された一対の基板
に対して下記に示す繰り返し単位を有するポリイミドの
前駆体のポリアミック酸０．７ｗｔ％溶液を１回目は５
００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒
間の条件で回転塗布した。

【０１１３】

【化２７】 次に、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２３０℃で
１時間加熱焼成を施し、この後、両基板上の配向膜に対
して一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理
を施した。

【０１１４】次に、片方の基板にラダー型のポリシロキ
サンの母材と、アンチモンドープのＳｎＯｘの酸化物超
微粒子（粒径約１００Å）の分散した固形分濃度１０ｗ
ｔ％のエタノール溶液にメタノール／イソプロパノール
／トルエン＝４４／４３／３（重量％）溶液を３％の割
合で添加したものを１５００ｒｐｍ、１０秒の条件でス
ピンコート法により塗布した。さらに、この後、８０
℃、５分間の前乾燥をした後、２００℃で１時間加熱乾
燥し、もう一方の基板を作成した。

【０１１５】次に、ポリイミドの基板の表面に平均粒径
２．４μｍのシリカビーズを０．０１重量％で分散させ
たＩＰＡ（イソプロピルアルコール）／エタノール／ト
ルエン＝６０／３０／１０（重量％）溶液を１５００ｒ
ｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１０
０／ｍｍ² 程度のビーズスペーサを散布した。さらにこ
の後、この基板上に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法に
より塗工した。

【０１１６】そして、このようにして得られた２枚の基
板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分
間加熱硬化してセルを形成し、この後、このセルに上記
の液晶を注入した。

【０１１７】次に、図５に示すように、この液晶セル
（面積０．９ｃｍ² ）Ｓと、シリコン単結晶トランジス
タ（オン抵抗５０Ω）Ｔと、２ｎＦのセラミックコンデ
ンサＣを用いて、アクティブ素子を作成した。そして、
このアクティブ素子に選択期間が３０μＳとなるような
ゲイト信号を与え、情報信号ラインからは図６に示した
波形を与えた。なお、図６では、プラス方向の電圧で白
もしくはグレー状態へのスイッチングを行い、マイナス
方向の電圧信号で初期（黒）状態へのリセットが行われ
る。１フレームが１６ｍｓで、８ｍｓが表示、８ｍｓが
非表示となる。

【０１１８】（光学応答）次に、この液晶素子の電気光
学応答を測定した。測定は光電子増倍管を備えた偏光顕
微鏡を用い、透過率の変化をクロスニコル下で測定し
た。この時、電界無印加の状態で最暗となるようにセル
を設置した。

【０１１９】下記に白１の時の透過率を１００％とした
場合の各フレーム毎の透過率を示す。

【０１２０】 白２ １００％ 白３ １０２％ 白４ １０１％ グレー１ ３２％ グレー２ ３３％ グレー３ ３２％ グレー４ ３３％ 黒１ ＜１％ 黒２ ＜１％ 黒３ ＜１％ 黒４ ＜１％ 以上のように前状態のいかんにかかわらず、再現性良く
光変調が行われ、ヒステリシスはほとんどなかった。ま
た、白状態へのスイッチングスピード（９０％スイッチ
ングまでの時間）を測定したところ、３４０μｓであっ
た。

【０１２１】〈実施例２〉本実施例においては、実施例
１で用いた液晶素子を用いて、図６の白波形で表されて
いる波形を１００時間印加し続けた。その後、同図で示
されている波形を用いて、白、グレー、黒の各波形によ
る透過率を実施例１と同様に測定したところ、実施例１
で測定されたとほとんど同等の透過率が各フレームで測
定され、本発明の液晶素子の場合、焼付きが非常に抑制
されることがわかった。

【０１２２】〈実施例３〉本実施例においては、実施例
１で用いた液晶をＡ／Ｄ＝９７／３（重量％）（この液
晶の３０℃での自発分極は３．６ｎＣ／ｃｍ² であっ
た。）に変え、実施例１と同様の測定を行なった。そし
て、その結果は以下に示すようになった。

【０１２３】 白２ １０１％ 白３ １００％ 白４ １０１％ グレー１ ２４％ グレー２ ２５％ グレー３ ２５％ グレー４ ２５％ 黒１ ＜１％ 黒２ ＜１％ 黒３ ＜１％ 黒４ ＜１％ 以上のように前状態のいかんにかかわらず、再現性良く
光変調が行われ、ヒステリシスはほとんどなかった。ま
た、この素子で実施例２と同様に焼き付き耐久測定を行
なったところ、実施例２と同様に上に示した透過率とほ
とんど変化がなかった。

【０１２４】〈実施例４〉本実施例においては、実施例
１の非一軸配向膜をナイロンに変えて、実施例１、２と
同様の測定を行なったところ、実施例１と同様にヒステ
リシス、焼付きは非常に抑制されていた。

【０１２５】〈実施例５〉本実施例においては、実施例
１で用いた液晶をＡ／Ｃ／Ｄ＝５０／４３／７に変え、
実施例１、２と同様の測定を行なったところ、実施例１
と同様にヒステリシス、焼付きは非常に抑制されてい
た。なお、この液晶の３０℃での自発分極は８．９ｎＣ
／ｃｍ² であった。

【０１２６】次に、比較例について説明する。

【０１２７】実施例１で用いた液晶をＡ／Ｅ＝９４／６
（重量％）（液晶Ｅは下記に示した構造のカイラル化合
物）に変え、実施例１と同様に透過率の測定を行なった
ところ、グレー１とグレー４の透過率の違いが２割以上
あり、大きなヒステリシスを持つことがわかった。な
お、この液晶の３０℃での自発分極は、２５．３ｎＣ／
ｃｍ² であった。

【０１２８】さらに液晶をＣ／Ｅ＝９６／４（重量
％）、Ｂ／Ｅ＝９８／２（重量％）に変え、同様の測定
を行なったところ、いずれの場合も大きなヒステリシス
を持つことがわかった。なお、それぞれの液晶の３０℃
での自発分極は、１７．６ｎＣ／ｃｍ² 及び８．９ｎＣ
／ｃｍ² であった。

【０１２９】またさらに、実施例１の液晶αを用い、図
６に示した波形のうちマイナス側の信号を除いた波形を
用いて、実施例１と同様の測定を行なったところ、白、
グレー、黒が透過率で区別がつかなかった。

【０１３０】

【化２８】Ｅ

【０１３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のように、一
対の基板により挟持される単安定性を有するカイラルス
メクチック液晶として、既述した化合物からなるカイラ
ルスメクチック液晶組成物を用い、かつこの液晶に極性
の反転する駆動電圧を交互に印加して光変調を行なうこ
とにより、ヒステリシスに基づく残像、経時的な配向の
劣化及び焼き付きを改善することができる。また、この
ようにヒステリシスに基づく残像、経時的な配向の劣化
及び焼き付きを改善することにより、高速応答、高画質
の液晶素子及びこれを備えた液晶装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶素子の構成を示
す断面図。

【図２】図１に示す構成を一画素として用いる能動素子
の構成を示す断面図。

【図３】上記能動素子の一方の基板の上視図。

【図４】上記液晶素子を備えた液晶装置のブロック構成
図。

【図５】本実施の形態の実施例１で作製したアクティブ
（能動）素子の回路図。

【図６】上記アクティブ素子に印加する波形を示す図。

【符号の説明】

１ 液晶層 ２ａ，２ｂ 基板 ３ａ，３ｂ 透明電極 ９ 光源 ２１ 液晶 ４１，４２ 透明基板 ４４ アクティブ素子 １０１ 液晶表示装置 １０３ 表示パネル

フロントページの続き (72)発明者 野口 幸治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 寺田 匡宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 森 省誠 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H093 NA11 NA16 NA34 NA53 NC34 ND12 NE06 NF17 NF20 NG02 NG12 NH02 4H027 BA06 BD08 BD19 BD22 BD24 DE03 DE09 5C094 AA02 AA12 AA13 AA31 BA03 BA49 CA19 CA25 EA04 EA05 EB02 ED20 FB01 GA10 JA02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単安定性を有するカイラルスメクチック
   液晶と、 前記液晶を挟持すると共に、駆動電圧を該液晶に印加す
   る電極を有する一対の基板と、 を備え、 前記液晶として、スメクチック相もしくは潜在的スメク
   チック相を持つフッ素含有カイラル液晶化合物であると
   共に、（ａ）少なくとも１つのメチレングループを有
   し、少なくとも一つの連鎖中エーテル酸素を有していて
   もよいフルオロケミカル末端部分と、（ｂ）カイラルも
   しくはアカイラルな飽和炭化水素末端部分と、（ｃ）そ
   れら末端部分を結んでいる中央コア部と、 からなる化合物群のみからなるカイラルスメクチック液
   晶組成物を用い、かつ光変調を行なうよう前記電極によ
   り該液晶に極性の反転する駆動電圧を交互に印加するこ
   とを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】 前記液晶における単安定状態を黒表示状
   態とすることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
3. 【請求項３】 前記液晶が、少なくとも１つの連鎖中エ
   ーテル酸素をもつフルオロカーボン末端部分と炭化水素
   末端部分が中央コアにより結ばれてなるアカイラルな化
   合物であり、かつスメクチック相もしくは潜在的スメク
   チック相を持つ化合物を成分として含有することを特徴
   とする請求項１又は２記載の液晶素子。
4. 【請求項４】 前記液晶の自発分極が１０ｎＣ／ｃｍ²
   以下であることを特徴とする請求項１乃至３記載の液晶
   素子。
5. 【請求項５】 前記液晶を配向させる配向膜を、配向構
   成が異なるように前記基板にそれぞれ形成したことを特
   徴とする請求項１記載の液晶素子。
6. 【請求項６】 前記電極には能動素子が接続され、該電
   極及び能動素子を介して前記液晶に前記極性の反転する
   駆動電圧を交互に印加することを特徴とする請求項１記
   載の液晶素子。
7. 【請求項７】 前記能動素子としてトランジスタを用い
   ることを特徴とする請求項６記載の液晶素子。
8. 【請求項８】 液晶素子を備えた液晶装置において、 前記液晶素子は、前記請求項１乃至７記載のいずれかに
   記載の液晶素子であることを特徴とする液晶装置。
9. 【請求項９】 前記駆動電圧の大きさに応じて階調表示
   が可能であることを特徴とする請求項８記載の液晶装
   置。
10. 【請求項１０】 前記液晶素子の背部に光源を配したこ
    とを特徴とする請求項８記載の液晶装置。