JPH01225691A - 強誘電性液晶組成物及び強誘電性液晶表示装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は双安定性をもつ液晶に係わり、とくに強誘電性
液晶組成物及び強誘電性液晶表示装置に関するものであ
る。

従来の技術 近年液晶表示は、腕時計、電卓等だけでなく映　　　′
像機器にも広く使われるようになり、液晶カラーテレビ
も市場に出始めている。現在カラー表示用液晶パネルは
ネマチ・ツク液晶を用いたものがその主流を占めている
。しかし、そのネマチック液晶の緒特性は理想的とは言
い難く多くの問題を含んでいる。強誘電性液晶はその速
い応答速度、メモリー性等ネマチック液晶にはない緒特
性を有しておりデイスプレィ装置への応用が考えられ多
方面から研究が進められている。（例えばオプトロニク
ス、１９８３、磁９）以下図面をみながら強誘電性液晶
について説明する。第４図は強誘電性液晶分子の模式図
である。強誘電性液晶は通常スメクチック液晶と呼ばれ
る層構造を有する液晶で、液晶分子は層法線方向に対し
てθだけ傾いた構造をとっている。また、通常強誘電性
液晶分子は、ラセミ体でない光学活性な液晶分子によっ
て構成されている。第５図に於て、７は液晶分子、８は
自発分極、９はＣダイレクタ−１）０はコーン、１）は
層構造、１２は層法線方向、１３θは傾き角を示してい
る。第４図に示すように、強誘電性液晶分子は自発分極
を有しており、カイラルスメクチックＣ相に於ては、第
４図の円錐形８　（コーン）の外側を自由に動くことが
できる。層毎に分子長軸の方向は少しだけずれており全
体としてはねじれ構造をとっている。次に強誘電性液晶
の表示原理について述べる。第５図は強誘電性液晶の動
作原理図で有る。第５図（ａｌは電圧無印加の状態、第
５図（ｂ）は紙面裏から表方向に電圧を印加した場合、
第５図（Ｃ）は逆方向に電圧を印加した場合の動作原理
図である。１４は層法線に対して分子長軸が＋θ度度傾
た液晶分子、１５は−θ度伸した液晶分子、１６は紙面
表方向を向いている双極子モーメント、Ｉ７は紙面裏方
向を向いている双極子モーメント、１８は２枚の偏光板
の方向である。強誘電性液晶を透明電極を有したガラス
基板に挾みそのパネルの厚を螺旋ピッチ以下にすると第
５図＋ａｌのように螺旋がほどけ層に対して分子が＋６
度（頃いた領域と一θ度傾いた領域にわかれる。上下電
極間紙面頂から表方向に電圧を印加することにより第５
図（ｂｌのようにセル全体が＋θ度度傾たユニフォーム
なモノドメインになる。また、逆電圧を印加すると第５
図ｆｃ）のようにセル全体が一θ度傾いたユニフォーム
なモノドメインになる。従って、電気光学効果による複
屈折または２色性を利用すれば±θ度度傾たユニフォー
ムな２つの状態により明暗を表すことができる。ところ
が、一般に有機配向膜のラビング法をもちいた場合この
ような理想的なユニフォーム間のスイッチングをする場
合は現在まで報告されておらず、第６図（ａ）に示すよ
うに基板上面では分子は＋θ度度傾ており基板下面では
一θ度傾いておりその中間では分子が基板上面から下面
に＋６度から一θ度ねじれたツイストの状態が安定であ
る。第６図において、１９は上面基板、２０は下面基板
、２１は＋θ傾いた液晶分子、２２は一〇傾いた液晶分
子、２３はコーン、２４はＣダイレクタ−を示す。第６
図（ｂｌにＣダイレクタ−による表示を示した。分子は
基板にたいして一定角度のプレチルトをもっており、分
子のねじれが右か左かによって透過光量がことなってく
る。第７図の（８）〜（ｄ）にプレティルトを考慮した
場合の可能なツイスト状態をＣダイレクタ−による表示
で示した。第７図において２５は上面基板、２６は下面
基板、２７はコーン、２８はＣダイレクタ−を示す。こ
れまでの報告によると有機配向膜のラビングによる配向
性を用いると、（ａｌ、　（ｂ）間或いは（Ｃ１，ｆｄ
１間でのツイスト間スイッチングにより表示をおこなっ
ている。エム・ムラカミ、ニス・ミャケ、ティー・マス
ミ、ティー・アンド−、ニー・フカミ；プロシーディン
グ　オブ　ザ　６ス　インターナショナル　デイスプレ
ィ　リサーチ　コンフェレンス、　、　３４４（１９８
６）　　（Ｍ、　Ｍｕ　ｒ　ａ　ｋａｍｉ、　　Ｓ、　
Ｍｉ　ｙ　ａｋｅ、　　ＴｏＭａｓｕｍｔ、Ｔ、Ａｎｄ
ｏ、Ａ、Ｆｕｋａｍｉ；Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　　ｏ
ｆｔｈｅ　　５ｔｈ　　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＤ
ｉｓｐｌａｙ　　Ｒｅ５ｅａｃｈ　　Ｃｏｎｆｅ−ｒ　
ｅ　ｎ　ｃ　ｅ、　、　　３４４　（１９８６）　）こ
れを強誘電性液晶をデイスプレィデバイスに応用する場
合、液晶材料に要求されるモノとして以下の項目が挙げ
られる。

（１）室温を含む広い温度範囲で強誘電性液晶相（例え
ばカイラルスメクチックＣ相）を示す。

（２）強誘電性液晶の電界に対する応答速度τは、τ＝
η／（Ｐｓ−Ｅ） 但し、η；粘度 Ｐｓ；自発分極 Ｅ；印加電場 で与えられる。この為、数μｓｅｃオーダーの高速応答
を実現するためには、大きな自発分極をもち且つ粘度が
低いことが必要である。

（３）　　先述したように、強誘電性液晶の光学応答は
、安定な２状［（ｂｉｓｔａｂｌｅ　　５ｔａｔｅ）に
より初めて実現される。（：：１ｅｒｋらによると、こ
の状態を実現するためには、セルギャップｄを螺旋ピ・
ノチｐ以下にし螺旋をほどく必要がある。

エヌ、ニー、クラーク、ニス、ティー、ラガヴアル；ア
プル、フィズ、レフト０、並　８９９　（１９８０）（
Ｎ、Ａ、Ｃ１ｅｒｋ、Ｓ、Ｔ、Ｌａｇｅｒｗ−ａ　１）
　；Ａｐ　ｌ　１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅ　ｔ　ｔ、　、３６
８９９　　（１９８０）　”）この為、セル作成上作成
容易なセルギャップの厚いセルを利用するためには、強
誘電性液晶の螺旋ピッチを長くする必要がある。

（４）強誘電性液晶の配向状態は液晶材料の相系列によ
って異なる。相系列には以下のものがある。

■　　Ｉ　　ｓ　　ｏ−＊Ｎ＊ＳｍＡ−＊ＳｍＣ＊■　
　Ｉ　　ｓ　　ｏ→ＳｍＡ−３ｍＣ＊■　　ｒ　　ｓ　
　ｏ−＋Ｎ＊−＊ＳｍＣ＊■　　Ｉｓｏ−ｅｓｍｃ＊ 但し、Ｉｓｏ；等方性液体 Ｎ＊；カイラルネマチ、り相 Ｓ　ｍ　Ａ　ｉスメクチックＡ相 ＳｍＣ＊；カイラルスメクチックＣ相 従来はこの４つの相系列の中で■の相系列のものでかつ
Ｎ＊相のらせんピッチの長いものがもっとも良好な配向
が得られ■のものはＳｍＡ相への転移時に■及び■のも
のはＳｍＣ＊相への転移時に、変形が大きいために配向
膜れが生じる。

この為従来の強誘電性液晶組成物は■の相系列を示すも
のが殆どであった。

従来の強誘電性液晶は温度範囲のみならず応答速度の面
も実用レベルに達しているものは少なく又メモリー性、
闇値特性に関しても良好なユニフォーム間の転移を示す
高コントラストの得られる実用可能な液晶組成物は未だ
得られていないのが現状である。以下に従来の強誘電性
液晶材料の一例を示す。

転移温度 Ｉｓｏ　　−Ｉ　　Ｎ＊　　−ｅ　　ＳｍＡ　　−＊　
　ＳｍＣ＊７５℃　　６４℃　　５７℃ 融点 一１）’Ｃ 自発分極 １）ｎＣ／ｃｍ２ 応答速度 ３００μｓｅｃ　（４４ＶＩ）り印加時）チルト角 ２６゜ このような液晶組成物を用いた液晶表示装置では応答速
度も遅く有機配向膜のラビングによる配向性を用いたパ
ネルにおいては、前述のようにユニフォーム間の転移は
見られず、そのかわりにツイスト間転移を示すため表示
品位の点でも満足のいくものではなかった。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の強誘電性液晶材料は、他の相系列
のもので良好な配向性をしめすものは殆ど無い為、相系
列がＩ　ｓ　ｏ−＋Ｎ＊−＋ＳｍＡ−３ｍＣ＊のものが
殆どであった。この為有機配向膜のラビング法により配
向させた表示装置でユニフォーム間の転移を示すものが
全く無く良好な表示品位が得られないという課題を有し
ていた。

課題を解決するための手段 上記課題を解決する為に本発明の強誘電性液晶組成物お
よび強誘電性液晶表示装置は相系列が■ｓ　ｏ−４Ｓｍ
Ａ−”ＳｍＣ＊でありかつ等方性液体がらＳｍＡ相への
転移の際に前転移現象を伴う強誘電性液晶組成物であり
、この液晶組成物をもちいることにより、良好な配向が
容易に得られ、有機配向膜のラビング法を用いた液晶表
示装置においテｊ、ニフォーム間の転移を示し、高いコ
ントラストの表示が得られるものである。

作用 一般にＩ　ｓ　ｏ−＝ＳｍＡ→ＳｍＣ＊の相系列を示す
液晶組成物はＮ＊相が無い為等方性液体がらＳｍＡ相へ
の転移の際に全くランダムな状態から分子長軸の規制及
び層方向の規制が同時に起きる為変形が急激すぎる。こ
の為良好な配向状態が得られない。ところが本発明の液
晶組成物は等方性液体からＳｍＡ層への転移の際に前転
移現象（プレトランジション）と呼ばれる現象が起り、
等方性液体のランダムな状態のなかにサイボタクチツク
なりラスターが生じる。この為、ＳｍＡ層への転移はこ
のサイボタクチツククラスターからの転移になる為前述
のような急激な変形はなく転移が緩やかになり良好な配
向が得られる。又、Ｎ＊相が無い為、ＳｍＣ＊相への転
移後の配向状態は有機配向膜のラビング法に特有のジグ
ザグディスクリネイションと呼ばれるディスクリも殆ど
無く、また自発分極も２０ｎ　Ｃ／　ｃ　ｍ　２以上と
大きく、さらにはチルト角も２０°以上と大きい為、ツ
イスト間転移ではなく良好なユニフォーム間のスイッチ
ングが観測される。又、この液晶組成物を用いることに
より良好な配向状態をもち優れた表示品位をもつ液晶表
示装置が容易に得られる。

実施例 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

最初に本実施例において、その強誘電性液晶材料の応答
測定に用いた液晶セルの構造を第３図に示す。ここで、
ｌは偏光板、２はガラス基板、３は透明電極、４は有機
配向膜にラビング処理を施した有機膜、５は液晶、６は
対向基板間を密着させるためのシール剤を表している。

このような構造のセルに強誘電性液晶材料を封入しその
応答特性及び自発分極、闇値特性を測定した。自発分極
については三角波法を用いて測定を行った。

又、相転移温度については、偏光顕微鏡によるｔｅｘｔ
ｕｒｅ観察及び示差走査熱量計（Ｄ　Ｓ　Ｃ）により測
定を行った。

実施例１ 用いた強誘電性液晶組成物の、Ｐｓ、チルト角、転移温
度、応答速度、闇値特性等を測定した。結果を以下に示
す。

転移温度 Ｉｓｏ　　−＋　　ＳｍＡ　　−ＳｍＣ＊６５℃　　　
５３℃ 自発分極 ４０ｎＣ／ｃｍ２ チルト角 ２４゜ 応答速度 ３０μｓｅｃ 又、第１図ｔａ＋にこの強誘電性液晶組成物の等方性液
体からＳｍＡ相への転移時のＤＳＣの熱量曲線を示し、
第１図（ｂｌに従来よりしられているＩｓ。

−３ｍ　Ａ　−＋　Ｓ　ｍ　Ｃ＊の相系列を示す強誘電
性液晶組成物の熱量曲線を示す。ここで第１図（ａ）の
液晶組成物は等方性液体、Ｎ＊相、ＳｍＡ相の３重臨界
点（リフシソツボインド）の液晶組成物であり第１図ｔ
ｂ＋の液晶組成物は３重臨界点をもたない液晶組成物で
ある。図からも明らがなように第１図ｆａｔの液晶組成
物は等方性液体からＳｍＡ相への転移ピークの直前にベ
ースラインのずれ、つまり緩やかな発熱現象がみられる
。ところが、第１図（ｂｌの従来の液晶組成物はベース
ラインのずれは認められない。このことより明らかに第
１図（ａｌの液晶組成物はＳｍＡ相に転移する直前に前
転移現象（プレトランジション）があるが第１図（ｂ）
の液晶組成物は前転移現象はない液晶組成物である。こ
れらの液晶組成物を２．５μｍの有機配向膜のラビング
をほどこしたセルにいれ配向状態を観察すると、第１図
＋ａｌの液晶組成物は非常に良好な配向状態を示すが、
第１図（ｂｌの液晶組成物は液晶分子に一軸性は失われ
良好な配向状態は得られなかった。

第２図にこれらの強誘電性液晶組成物の闇値特性を示す
。第２図において（０１は闇値特性測定時に用いた印加
波形を示し、Ｖｒはリセットパルス、■ｔは実際の闇値
特性評価パルス、Ｖｎは非選択パルスを示す。又、第２
図Ｔａｌ、　（ｂ）において、○は評価電圧印加直後の
最大輝度を示す。×は評価電圧印加後１０００ライン走
査後のメモリー状態の輝度を示す。第２図ｆａｌは第１
図（ａ）の液晶組成物の闇値特性を示すが、良好なユニ
フォームからユニフォームへの急峻な闇値特性を示す。

一方第２図（ｂｌは第１図（ｂｌの液晶組成物の闇値特
性を示すが（ａｌのように良好な闇値特性はしめさす、
ツイスト間のなまった闇値特性を示す。又、このような
液晶組成物を用いて作成した液晶表示装置は良好な表示
品位を示すものであった。又、このような前転移現象を
示す液晶組成物で自発分極が２０ｎ　Ｃ／　ｃ　ｍ　２
以上でチルト角が２０°以上のものはこの実施例と同様
良好な配向が容易に得られ、ユニフォーム間の良好な配
向が得られた。

発明の効果 以上のように本発明は相系列が等方性液体−８ｍ　Ａ−
４Ｓ　ｍ　Ｃ＊であり且つ等方性液体→ＳｍＡへの転移
時に前転移現象を示す強誘電性液晶組成物であり有機膜
のラビング法を施した表示装置で良好な配向が容易に得
られ、ユニフォーム間のスイッチングを示し、この強誘
電性液晶組成物を用いた強誘電性液晶表示装置は高いコ
ントラストを示し、優れた表示品位を示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における等方性液体からＳｍ
Ａ相への転移時のＤＳＣの特性図、第２図は本発明の実
施例１に於ける闇値特性の特性図、第３図は強誘電性液
晶セルの構成図、第４図は強誘電性液晶の模式図、第５
図は強誘電性液晶の動作原理を示した模式図、第６図は
ツイスト状態の模式図、第７図はツイスト間スイッチン
グの説明図である。 ｌ・・・・・・偏光板、２・・・・・・上下のガラス基
板、３・・・・・・透明電極、４・・・・・・配向処理
を施した有機配向膜、５・・・・・・強誘電性液晶相、
６・・・・・・対抗基板間を密着させるためのシール材
、７・・・・・・強誘電性液晶分子、８・・・・・・自
発分極、９・・・・・・Ｃダイレクタ−１）０・・・・
・・コーン、１）・・・・・・層、１２・・・・・・層
法線、１３・・・・・・分子の層法線に対する傾き角θ
、１４・・・・・・層法線に対して分子の長軸が十〇傾
いた液晶分子、１５・・・・・・層法線に対して分子の
長軸が−θ傾いた液晶分子、１６・・・・・・紙面裏方
向を向いている双極子モーメント、１７・・・・・・紙
面裏方向を向いている双極子モーメント、１８・・・・
・・２枚の偏光板の方向、１９・・・・・・上面基板、
２゜・・・・・・下面基板、２１・・・・・・＋θ傾い
た液晶分子、２２・・・・・・−θ傾いた液晶分子、−
２３・・・・・・コーン、２４・・・・・・Ｃダイレク
タ−１２５・・・・・・上面基板、２６・・・・・・下
面基板、２７・・・・・・コーン、２８・・・・・・Ｃ
ダイレクタ−０”代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　は
か１名第１図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（ｂ）第２図 詳涌電圧Ｖｔ 洋　イ遍シ　１遺＝　圧　Ｖｔ 第３図 第４図 Ｉ 第５図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温側から等方性液体、スメクチックＡ相、カイ
   ラルスメクチックＣ相のすべての相系列を示し、等方性
   液体からスメクチックＡ相への転移時に前転移現象を伴
   うことを特徴とする強誘電性液晶組成物。
2. （２）強誘電性液晶組成物のチルト角が２０゜以上であ
   ることを特徴とする請求項第（１）項記載の強誘電性液
   晶組成物。
3. （３）強誘電性液晶組成物の自発分極が２０ｎＣ／ｃｍ
   ２以上であることを特徴とする請求項第（１）項記載の
   強誘電性液晶組成物。
4. （４）高温側から等方性液体、スメクチックＡ相、カイ
   ラルスメクチックＣ相のすべての相系列を示し、等方性
   液体からスメクチックＡ相への転移時に前転移現象を伴
   う強誘電性液晶組成物をもちいることを特徴とする強誘
   電性液晶表示装置。
5. （５）液晶組成物のチルト角が２０゜以上である強誘電
   性液晶組成物をもちいることを特徴とする請求項第（４
   ）項記載の強誘電性液晶表示装置。
6. （６）液晶組成物の自発分極が２０ｎＣ／ｃｍ２以上で
   ある強誘電性液晶組成物をもちいることを特徴とする請
   求項第（４）項記載の強誘電性液晶表示装置。
7. （７）液晶表示装置の配向処理が有機配向膜のラビング
   によることを特徴とする請求項第（４）項、第（５）項
   または第（６）項のいずれかに記載の強誘電性液晶表示
   装置。