JPH04267223A - 強誘電性液晶素子 - 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、強誘電性液晶表示素子
に関する。さらに詳しくは、本発明はコントラストの高
いマトリクス型大容量強誘電性液晶素子とその駆動方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示素子は時計、電卓はもと
より、ワープロ、パソコンなどのＯＡ機器、ポケットテ
レビ、など幅広い分野において用いられているが、一般
に広く用いられている液晶表示素子はネマチック相を利
用したものである。

【０００３】ネマティック液晶を用いた液晶表示装置と
しては、ツィステッドネマティック型（Ｔｗｉｓｔｅｄ
　Ｎｅｍａｔｉｃ　ＴＮ　型）液晶表示装置、スーパー
ツイステッド型（Ｓｕｐｅｒｔｗｉｓｔｅｄ　Ｂｉｒｅ
ｆｒｅｎｇｅｎｃｅ　Ｅｆｅｃｔ、ＳＢＥ　型）液晶表
示装置などがある。

【０００４】しかしながら、ツイステッドネマティック
型液晶表示素子では、走査線数の増加とともに駆動マー
ジンが狭くなり、十分なコントラストが得られなくなる
という欠点が存在するため、大容量の表示素子を作るこ
とは困難である。このＴＮ型液晶表示素子を改良するた
めスーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）型液晶表
示素子、ダブルレイヤースーパーツイステッドネマチッ
ク（ＤＳＴＮ）型液晶表示素子が開発されているが、ラ
イン数の増加と共にコントラスト、応答速度が低下する
ので、現状では８００×１０２４ライン程度の表示容量
が限界である。

【０００５】一方、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ
）を配列したアクティブマトリックス方式の液晶表示素
子も開発され、１０００×１０００ライン等の大容量表
示が可能になったが、製造プロセスが長く、歩留りの低
下も生じやすく、製造コストが非常に高くなるという欠
点を有している。またこの方式は、半導体の移動度によ
る制約などから、２０００×２０００ラインなどの大容
量表示素子を作製することは困難と考えられている。

【０００６】しかしながら、世の中における表示装置に
対する要求はますます高解像度の方向に向かっており、
とくに、ＤＴＰ（Ｄｅｓｋ　Ｔｏｐ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉ
ｎｇ），ＥＷＳ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｗｏｒｋ　
Ｓｔａｔｉｏｎ）などの分野ではＷＹＳＩＷＩＧ　（Ｗ
ｈａｔ　ｙｏｕ　ｓｅｅ　ｉｓ　ｗｈａｔ　ｙｏｕ　ｇ
ｅｔ）という概念がさかんに強調されている。これは、
プリントアウトされるものと同一のものを表示装置に表
示させようという概念である。現在のレーザープリンタ
の解像度は４００ＤＰＩ（４００ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）程
度であるので、ＷＹＳＩＷＹＧの概念を実現するために
は少なくともＡ４サイズ以上で、２０００×２０００以
上の解像度を有する表示装置が求められる。

【０００７】先に述べたように、従来のネマチック相を
利用した液晶表示装置では２０００×２０００以上の解
像度を実現するのは困難なわけであるが、これに対して
、２０００×２０００ライン以上の表示容量を有する液
晶素子として有望視されているのが強誘電性液晶表示素
子（Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．，　３６，　
８９９　（１９８０）；特開昭５６−１０７２１６号公
報；米国特許第４３６７９２４号）である。この液晶表
示素子は、液晶分子の誘電異方性を利用する電界効果型
の前記ネマチック液晶表示装置とは異なり、強誘電性液
晶の自発分極の極性と電界の極性とが整合するように分
子がスイッチングする液晶表示素子である。

【０００８】この表示方法はカイラルスメクチックＣ相
、カイラルスメクチックＩ相，カイラルスメクチックＦ
相などの強誘電性液晶相を利用するものである。この強
誘電性液晶素子においては、強誘電性液晶をセルギャッ
プの薄いセルに注入すると、界面の影響を受けて強誘電
性液晶の螺旋構造がほどけ、液晶分子がスメクチック層
法線にたいして傾き角θだけ傾いて安定する領域と、逆
方向に　−θだけ傾いて安定する領域とが混在し、双安
定性を有する。この強誘電性液晶素子に電圧を印加する
と、液晶分子とその自発分極の向きを一様に揃えること
ができ、印加する電圧の極性を切り替えることによって
液晶分子の配向をある一定の状態から別の一定の状態へ
と切り替えるスイッチングが可能となる。このスイッチ
ングに伴い、セル内の強誘電性液晶では、複屈折光が変
化するので２つの偏光子間に上記強誘電性液晶素子を挟
むことによって、透過光を制御することができる。さら
に、電圧の印加を停止しても液晶分子の配向は、界面の
配向規制力によって電圧印加停止前の状態に維持される
ので、メモリ効果も得ることができる。また、スイッチ
ング駆動に必要な時間は、液晶の自発分極と電界が直接
作用するためにツイステッドネマティック型液晶表示装
置の１／１０００以下という高速応答性が可能である。

【０００９】以上のようにこの強誘電性液晶素子の特徴
としては双安定性、メモリー性、高速応答性などを挙げ
ることができる。そこで、この強誘電性液晶を利用して
マルチプレックス駆動方式による走査線の数が多い高解
像度の液晶表示装置を構成すること可能であり、また薄
膜トランジスタなどのアクティブ素子を必要としないこ
とから、製造コストも上がらないという利点を有する。 加えて、強誘電性液晶素子は視角が広いという長所も兼
ね備えており、ＷＹＳＩＷＩＧ　（Ｗｈａｔ　ｙｏｕ　
ｓｅｅ　ｉｓ　ｗｈａｔ　ｙｏｕ　ｇｅｔ．）の概念を
実現する大容量表示用の素子として大いに有望視されて
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】強誘電性液晶素子は上
記のような長所を有しているが、１０００×１０００本
以上の走査線を有する大容量表示素子においてフリッカ
のない高コントラストの表示を行おうとすると次のよう
な問題点が生じてくる。

【００１１】すなわち、フリッカのない表示を行うため
の一つの手法は１６．７ｍｓｅｃ（６０Ｈｚ）以内に１
画面を書き換えることであるが、この場合には強誘電性
液晶材料に非常に速い応答速度が要求される。例えば、
走査線が１０００本の表示素子の場合、次の式から分か
るように８．４μｓｅｃという高速応答が要求される。

【００１２】１６．７（ｍｓｅｃ）÷１０００÷２＝８
．４μｓｅｃ（ここで、２で割っているのは、強誘電性
液晶の場合、書き込みに最低２パスル必要だからである
。）

【００１３】このためにこれまでの強誘電性液晶材
料の研究開発においては、高速応答性の実現が大きな目
標となってきたわけである。これまでの研究で、応答速
度を向上させるには、スメクチックＣ相を示す低粘性の
ノンカイラル液晶組成物に、大きな自発分極を有するカ
イラル化合物を添加して強誘電性液晶組成物を作成する
のが好ましいことが分かってきた。このため、非常に大
きな自発分極を有する光学活性化合物の開発に多くの努
力がなされてきたし（例えば、第１６回液晶討論会，　
１Ｋ１０１，　１Ｋ１０２，　１Ｋ１１１，　１Ｋ１１
２，　１Ｋ１１４，　１Ｋ１１５，　１Ｋ１１６，　１
Ｋ１１７，　１Ｋ１１９，　３Ｋ１０６，　（１９９０
），）、一方、ノンカイラル液晶組成物においても、ピ
リミジン系化合物が粘度が低く好ましいなどの知見（例
えば；大西，他，Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａ
ｌ　Ｒｅｐｏｒｔ，３３，３５　（１９８７）．）が得
られて来た。

【００１４】しかしながら、強誘電性液晶材料の改良に
よって，求められる応答速度を実現するのは現状では決
して容易ではない。しかも、より大容量の表示素子を作
成する場合には、応答速度をさらに速くしなければなら
ないということを考え合わせると、液晶材料の高速化に
よって大容量化を図るのはかなり困難であることが容易
に想像できる。

【００１５】このような問題点を解決するための有力な
手法として、部分書き換えと呼ばれる手法（神辺，電子
情報通信学会専門講習会講演論文集「オプトエレクトロ
ニクス」−液晶表示と関連材料−，１９９０年１月，　
ｐ１８〜２６）が提案されている。この手法は画面を書
き換える必要のあるところだけアクセスする手法である
。これにより、グラフィックスを表示する上で高速性を
要求されるマウスの移動などに追随できる表示素子が可
能となる。

【００１６】しかしながら、この部分書き換え法を用い
てフリッカのない表示を得ようとする場合、書き換えを
行わない画素にも書き込み電圧の１／３のバイアス電圧
が印加される（以下、この駆動法を１／３バイアス駆動
法と呼ぶ）。

【００１７】図１は特開昭６４−５９３８９において提
案されている１／３バイアス駆動法の一例である。すな
わち、図２に示すように互いに交差する方向に配列した
複数の走査電極Ｌと複数の信号電極Ｓとの間に強誘電性
液晶を介在させ、走査電極Ｌと信号電極Ｓが交差する部
分の強誘電性液晶を画素とし、信号電極Ｓには表示デー
タに対応する波形の信号電圧を印加し、走査電極Ｌには
その電極上の画素の表示状態を書き換えることのできる
波形の選択電圧を線順次で印加する駆動法において、図
１（１）に示す波形は走査電極Ｌに印加され、その走査
電極Ｌ上の画素のメモリ状態つまり表示されている輝度
の状態を書き換えることのできる選択電圧Ａの波形であ
り、図１（２）に示す波形は走査電極Ｌに印加されてい
るが、その走査電極Ｌ上の画素のメモリ状態つまり表示
されている輝度の状態を書き換えることのできない非選
択電圧Ｂの波形である。図１（３）に示す波形は画素を
「明」の輝度状態に書き換えるときに信号電極Ｓに印加
される書き換え明電圧Ｃの波形であり、図１（４）に示
す波形は画素を「暗」の輝度状態に書き換えるときに信
号電極Ｓに印加される書き換え暗電圧Ｄの波形であり、
図１（５）に示す波形は画素を表示状態を書き換えない
ときに信号電極Ｓに印加される非書き換え電圧Ｇの波形
である。図１（６）〜（１１）は画素Ｐｉｊにかかる電
圧の波形を示し、そのうち、図１（６）の波形Ａ−Ｃは
走査電極Ｌｉに選択電圧Ａが印加され、信号電極Ｓｊに
書き換え明電圧Ｃが印加されたときの波形を示し、図１
（７）の波形Ａ−Ｄは走査電極Ｌｉに選択電圧Ａが印加
され、信号電極Ｓｊに書き換え暗電圧Ｄが印加されたと
きの波形を示し、図１（８）の波形Ａ−Ｇは走査電極Ｌ
ｉに選択電圧Ａが印加され、信号電極Ｓｊに非書き換え
電圧Ｇが印加されたときの波形を示し、図１（９）の波
形Ｂ−Ｃは走査電極Ｌｉに非選択電圧Ｂが印加され、信
号電極Ｓｊに書き換え明電圧Ｃが印加されたときの波形
を示し、図１（１０）の波形Ｂ−Ｄは走査電極Ｌｉに非
選択電圧Ｂが印加され、信号電極Ｓｊに書き換え暗電圧
Ｄが印加されたときの波形を示し、図１（１０）の波形
Ｂ−Ｇは走査電極Ｌｉに非選択電圧Ｂが印加され、信号
電極Ｓｊに非書き換え電圧Ｇが印加されたときの波形を
示す。それゆえ、表示内容が「暗」→「明」に書き換え
る画素には図１（６）の電圧波形が画素に印加され、表
示内容が「明」→「暗」に書き換える画素には図１（７
）の電圧波形が画素に印加され、それ以外の画素には図
１（８）、（９）、（１０）、（１１）のうちのいずれ
かの電圧波形が印加されることになる。さて、ここで、
図１（６）および（７）の波形では、３ＶＤまたは−３
ＶＤの電圧がかかるが、（８），（９），（１０），（
１１）ではその１／３のＶＤまたは−ＶＤの電圧が印加
される。このような波形を用いることにより、表示内容
を書き換えないときの波形（８）、（９）、（１０）、
（１１）の間で電圧の波高値差をなくすことができ、フ
リッカの生じない表示が得られる。

【００１８】さて、このこの１／３バイアス法を用いた
場合の最大の問題は、書き換えを行わない画素にも１／
３のバイアス電圧が印加され、このバイアス電圧のため
に書き換えを行わない画素の分子の揺らぎが生じ、コン
トラストが低下するということである。例えば、部分書
き換え法を用いてキャノン社が試作した強誘電性液晶デ
ィスプレイではわずか５：１のコントラストしか得られ
ていない（神辺，電子情報通信学会専門講習会講演論文
集「オプトエレクトロニクス」−液晶表示と関連材料−
，１９９０年１月，　ｐ１８〜２６）。また、我々もこ
れまで種々の強誘電性液晶組成物を種々の構成の液晶素
子と組み合わせて表示素子を作成してきたが、１／３バ
イアス駆動法を用いて表示を行ったとき得られたコント
ラストの値は１．５〜８程度であり、商品としてははな
はだ不満足なものでしかなかった。

【００１９】一方、コントラストを向上させるための研
究もこれまで活発に行われて来た。例えば、ＳｉＯ斜方
蒸着法を用いた研究がある。これは斜方蒸着によって比
較的高いプレチルトを基板界面に付与することで、層の
折れ曲がりを防ぎ、斜めに傾斜した層構造を達成すると
いうものである（上村，他，Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ，　３３（１），　５１　
（１９８７）．）。また、シェブロン構造を有する液晶
セルに高い電圧の交番電界を印加することにより、層構
造をブックシェルフ構造に変える方法も報告されている
。（佐藤ら，第１２回液晶討論会，１Ｆ１６　（１９８
６）．）。 これらの報告では、いずれも高いコントラスト特性がえ
られたことが述べられている。しかしながら、前記の斜
方蒸着法は、蒸着角度を基板内で均一に作製する技術が
難しいことや、真空プロセスを有するために製造装置を
コストアップをまねくなど、生産面で大きな問題がある
。また後述の電界を印加する方法は、液晶セル内で均一
に層構造を変化させるのが難しく、長期の時間の経過と
ともに序々に元のシェブロン構造に変化するものも多く
、未だ実用化には至っていない。加えて、前述した１／
３バイアス駆動法によってこれらの素子を駆動したとい
う報告はなく、このような手法によって大容量の高コン
トラスト表示素子が実現できるのかどうか、現段階では
はなはだ疑問である。

【００２０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の研究者
らは１／３バイアス駆動法において良好なコントラスト
を得、かつ実用上必要なその他の仕様を満たすことを目
的として鋭意研究を重ねた結果、本発明に達した。

【００２１】すなわち、本発明においては、表面に電極
を選択的に形成し、次いで絶縁膜、配向膜を形成した後
、該配向膜にラビング配向処理を施した一対の基板を、
互いに対向しあうように配置し、該基板間に強誘電性液
晶を介在させ、前記電極に選択的に電圧を印加すること
によって強誘電性液晶を駆動する強誘電性液晶表示素子
において、一対の基板のラビング配向処理の方向が平行
であり、駆動される液晶相がキラルスメクチックＣ相で
あり、該キラルスメクチックＣ相においてスメクチック
層構造が『く』の字に折れ曲がったシェブロン構造をと
っており、前記ラビング配向処理の方向と層の折れ曲が
り方向が反対方向の関係となっており、配向膜との界面
での液晶ののプレチルト角度が８°以上であり、強誘電
性液晶の配向状態がユニフォームであり、前記強誘電性
液晶が一般式（Ｉ）の化合物を９５重量％以上含有する
ことを特徴とする強誘電性液晶素子が提供される。

【００２２】もちろん、本発明の素子の駆動法は１／３
バイアス駆動法に限られるわけではなく、他の駆動方法
が適用可能なのは言うまでもない。

【００２３】次に本発明を詳細に説明する。図３は本発
明の液晶素子の一例を示す断面図である。ガラス基板１
ａ上に複数本の透明電極２ａが互いに平行となるように
ストライプ状に配列して形成され、この上に絶縁膜３ａ
、配向膜４ａが形成され、配向膜４ａにはラビングによ
る一軸配向処理がほどこされて、基板９が形成される。 一方、もう片側のガラス基板１ｂ上にも同様の条件で複
数本の透明電極２ｂが、互いに平行となるようにストラ
イプ状に配列して形成され、その上に絶縁膜３ｂ、配向
膜４ｂが形成され、配向膜４ｂにはラビング配向処理が
ほどこされ基板１０が形成される。

【００２４】ついで、この基板１０は、もう一方の基板
９と互いに配向膜４ａ，４ｂが対向し合い、互いの透明
電極２ａ，２ｂが直交し、ラビング方向がほぼ一致する
ようにし、１．５〜３μｍ程度の間隔を隔ててシール部
材６で貼り合わせる。これらの基板９，１０間に強誘電
性液晶７を介在させて液晶セル１１が作成される。更に
、このセルの上下に偏光軸をほぼ直交させた偏光板１２
ａ，１２ｂを配置し、偏光板の一方の偏光軸をセルの液
晶のどちらか一方の光軸にほぼ一致させて液晶表示装置
とする。

【００２５】さて、このような強誘電性液晶素子におい
てはキラルスメクチックＣ層における層構造は、一般的
には、『く』の字におれまがったシェブロン構造を有し
ていることが知られている。ところで、この層の折れ曲
がる方向には第４図（ａ）に示すように、二通りの方向
（１７，１８）があり、これに伴って二つの異なった配
向状態が生じる。このとき層の折れ曲がりの方向が変化
する所には、ジグザグ欠陥と呼ばれる配向欠陥が生じる
。第４図（ｂ）はジグザグ欠陥を偏光顕微鏡で観察した
ときの模式図であるが、ジグザグ欠陥はライトニング欠
陥（１５）と呼ばれる欠陥と、ペアピン欠陥（１６）と
呼ばれる欠陥とに分類することができる。これまでの研
究の結果、層構造が＜＜＞＞となっている部分がライト
ニング欠陥に対応しており、層構造が＞＞＜＜となって
いる部分がヘアピン欠陥に対応していることが明らかと
なっている（Ｊｐｎ．　Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．
，　２８，　５０　（１９８８）．）。

【００２６】さて、このような２つの配向はラビング方
向との関係からＣ１配向、Ｃ２配向と呼ばれている（神
辺，電子情報通信学会専門講習会講演論文集「オプトエ
レクトロニクス」−液晶表示と関連材料−，１９９０年
１月，ｐ１８〜２６）。図５はこれら２つの配向を説明
するための図である。図５に記されている円錐状の図形
は、スイッチングの際に、液晶分子が動きうる軌道で、
層法線２５に対して液晶のティルト角２６だけ傾いた軌
道である。　この関係に関しては、特開平１−１５８４
１５の中でも論じており、ラビング軸と層の折れ曲がり
方向が同じである２３の場合をＣ１配向（シェブロン１
）、逆である２４の場合をＣ２配向（シェブロン２）と
定義されている。Ｃ１配向とＣ２配向は、基板界面の液
晶分子のプレティルトが無い場合には、ほぼ等価な配向
状態を示すが、ラビング処理などの一軸配向処理をした
場合図６に示すような方向に、液晶分子のプレチルト２
２が生ずる。このプレチルトを大きくすると、Ｃ１配向
とＣ２配向での液晶分子の配向状態の差が顕著になって
いく。プレティルト角度は２°程度以上あれば差は顕著
であることを本発明の研究者らは確認している。また、
Ｃ１配向の方がより高温側に出現する傾向のあることも
報告されている（神辺，電子情報通信学会専門講習会講
演論文集「オプトエレクトロニクス」−液晶表示と関連
材料−，１９９０年１月，　ｐ−１８〜２６．）。

【００２７】図７は強誘電性液晶のスイッチングを示す
ための模式図を示す。ａ⇔ｂ間、ｃ⇔ｄ間のスイッチン
グは、基板界での分子が動きにくい場合のＣ１配向およ
びＣ２配向のメモリ状態の分子（Ｃダイレクター　）の
様子を模式的に記したものである。この場合においては
、メモリー状態の切り替えは、シェブロン構造のつなぎ
め部分１４の周辺だけで起こっている。言い換えれば、
基板界面では分子はスイッチングしていないと言うこと
ができ、通常このようなメモリ状態はツイスト配向と呼
ばれている。この場合、界面における分子の配置を考え
ると、Ｃ１配向ではｎダイレクタ２０は大きくねじれた
状態になっており、逆にＣ２配向では小さなねじれ状態
になっている。それゆえ、Ｃ１配向の方がツイスト配向
を取り易いことが予想される。実際、特開平−１５８４
１５によれば、セルの上下に偏光板を直交させて配置し
、セルをその中で回転させるたとき、Ｃ１配向では消光
する場所がなく、Ｃ２配向では消光する場所があり、Ｃ
１配向に比べＣ２配向の方が、良いコントラスト特性が
得られることが報告されている。

【００２８】このような結果は配向膜のプレチルト角度
が小さいときにしばしば得られるもので、同様の結果を
本発明の研究者たちも確認したが、本発明の研究者たち
は、配向膜のプレチルト角度がもっと大きいときには違
った現象が生じることを見い出した。すなわちプレチル
ト角度が８°以上という大きな値を示す配向膜を用いる
と、高温側のＣ１配向においては、明確な消光位置を示
す領域と消光する位置を示さない領域とが観察され、低
温側のＣ２配向では、明確な消光位置を示す領域のみが
観察される。ユニフォーム配向とツイスト配向とを消光
位の有無によって区別することが一般に認められている
ので（福田，　竹添，「強誘電性液晶の構造と物性」，
コロナ社，１９９０年，　ｐ−３２７）、今ここで、Ｃ
１配向で消光位を示すものをＣ１Ｕ（Ｃ１ユニフォーム
）配向、Ｃ１配向で消光位を示さないものをＣ１Ｔ（Ｃ
１ツイスト）配向と呼ぶことにする。Ｃ２配向について
は一種類の配向しか得られなかったので、Ｃ２配向との
み標記することにする。

【００２９】この現象をもう少し考察すると次のように
言うことができる。すなわち、図７のａ￣ｄを用いて説
明した現象は、基板界面で分子が動きにくい場合につい
て述べたわけであるが、界面付近の分子を動き易くし、
界面反転が発生した場合を考えると、状況が異なってく
る。図７ｅ，ｆ，ｇ，ｈは界面反転が発生した場合のＣ
１配向，Ｃ２配向でのメモリー状態の分子の様子を記し
たものである。電界を印加した時のスイッチングは、ｅ
⇔ｆ間、ｇ⇔ｈ間で生ずる。この場合Ｃ１配向において
は、２つのメモリー状態共に上下基板の分子のねじれ状
態はなくなり、しかも、２つのメモリー状態間の光軸角
度（メモリ角度）が広くなる。このため、直交ニコル中
で消光が可能なだけでなく、セルを消光位置に設置し、
電圧印加を行ってもうひとつのメモリー状態に光軸を切
り替えた時の光軸角の動きが大きいために、大きな光変
化が得られる。一方、Ｃ２配向においては、界面近傍の
分子の反転が起こったとしても、図から分かるように、
第一のメモリー状態（ｇ）と第二のメモリー状態（ｈ）
との間では、光軸の変化が小さい。従ってＣ１配向の方
がより高いコントラストが得られること推定できる。ハ
イプレチルトの配向膜を用いると、一般に基板界面で分
子が動き易くなると理解しており、これが上記の現象と
結び付くものと考えている。

【００３０】さて、プレチルト角度の大きな配向膜を用
いた場合、Ｃ１Ｕ，Ｃ１Ｔ，およびＣ２の３つの配向状
態が観察されるわけであるが、１／３バイアス駆動を用
いて部分書き換え法を行ったとき、得られるコントラス
トには次のような傾向があることを本発明の研究者らは
見いだした。 Ｃ１Ｕ＞Ｃ２＞Ｃ１Ｔ

【００３１】すなわち、従来の知見（例えば、神辺，電
子情報通信学会専門講習会講演論文集「オプトエレクト
ロニクス」−液晶表示と関連材料−，１９９０年１月，
　ｐ１８−２６．）によれば、低温側で出現するＣ２配
向を用いた方が良好なコントラストが得られ、それゆえ
にできるだけ高温でＣ１配向→Ｃ２配向の転移が生じる
ことが好ましいとされてきたわけであるが（この場合で
も１／３バイアス駆動においては５程度のコントラスト
しかえられないことを確認しておく必要がある。）、本
発明者らは、配向膜と液晶の界面での液晶のプレチルト
が高い場合には、Ｃ１Ｕ配向を用いて１／３バイアス駆
動を行うことによって高いコントラストが得られること
を見いだしたのである。

【００３２】プレチルトが高いときのＣ１Ｕ配向を１／
３バイアス駆動で駆動したときに高いコントラストが得
られる理由は完全には明確になっていないが、少なくと
も本発明者らはバイアス電圧が印加されているときの分
子の揺らぎがＣ２配向よりも小さく、黒状態での光の透
過が小さいことを確かめている。

【００３３】さて、次にＣ１Ｕ，Ｃ１Ｔ，Ｃ２の各配向
の見分け方について述べる。まずＣ１配向かＣ２配向か
の見分けかたであるが、セル内に発生するジグザグ欠陥
の形状から層の折れ曲がり方向が決定できる。欠陥はラ
イトニングとヘアピンの２種類の形状があり、これらの
二つの欠陥の方向を観察することにより、ラビング方向
と層の折れ曲がり方向の関係を決定できる（第４図参照
）。一方、ラビング方向と分子のプレチルトの方向との
関係は第６図のようになることが一般に認められている
ので、これらの関係を用いて、Ｃ１配向とＣ２配向とを
区別することができる。

【００３４】つぎにツイスト配向（Ｔ）か、ユニフォー
ム配向（Ｕ）かの判別法であるが、本特許では、二つの
状態のうち、消光位が現れるものをユニフォーム、現れ
ないものをツイストとすることを先に述べた。

【００３５】更にユニフォームとツイストとを反転ドメ
インの観察によって区別することもできる。すなわち、
強誘電性液晶セルに低周波の三角波を印加しながら顕微
鏡観察をすると、反転ドメインが観察される。この際、
シェブロンのつなぎめで発生する内部回位の移動による
ドメイン反転（舟型のドメインと呼ばれている）はツイ
スト配向、ユニフォーム配向にかかわらず発生する。従
ってこの反転以外にもう一つ以上ドメイン反転　が観測
された場合、界面での反転と判断でき、配向がユニフォ
ームであると判断できる。

【００３６】さて、これまで述べてきたように、本発明
においては、プレチルト角度の大きな配向膜を用いて作
成したＣ１Ｕ配向を用いることによって、１／３バイア
ス駆動を用いて部分書き換え法を行ったとき、良好なコ
ントラストが得られることを見いだしたわけであるが、
残念なことに、どのような強誘電性液晶材料を用いても
Ｃ１Ｕ配向の双安定スイッチングを実現できるわけでは
ない。適切でない材料を用いた場合には、駆動温度領域
でＣ２配向となったり、Ｃ１配向が実現できてもＣ１Ｔ
となったり、あるいはＣＩＵ配向が実現できてもスイッ
チングしなかったり、あるいはその温度領域が極めて狭
かったりという問題が発生する。実際、本発明者らもこ
れまで作成した強誘電性液晶や、市販ないしはサンプル
提供されている強誘電性液晶を上記の強誘電性液晶素子
に適用してみたが、室温を中心に広い温度範囲でＣＩＵ
配向でのスイッチングを実現させることはできなかった
。

【００３７】また、強誘電性液晶材料には、高速応答性
、良好な配向性、良好な化学的安定性、良好な光安定性
、適切な屈折率異方性などを有することも求められる。 このような条件を満たす強誘電性液晶材料について本研
究者らは鋭意検討を重ねた結果、下記の一般式（Ｉ）の
化合物を９５重量％以上を含む液晶組成物を前述の液晶
素子に組み合わせることによって、室温を中心に広い温
度範囲でＣ１Ｕ配向を示し、かつ１／３バイアス駆動に
おいて良好なコントラストを示す液晶素子を作製できる
ことを見いだした。

【００３８】

【化７】

【００３９】また、液晶と配向膜との界面での液晶のプ
レチルト角に比べて、液晶のチルト角が５°大きくない
方が好ましいことも本発明者らは見いだしている。

【００４０】一般式（　　）の化合物に属する例として
は副式（ＩＩ）〜（ＶＩ）の化合物をあげることができ
る。

【００４１】

【化８】

【００４２】

【化９】

【００４３】

【化１０】

【００４４】

【化１１】

【００４５】

【化１２】

【００４６】式（Ｉ）〜（ＶＩ）の定義における直鎖ま
たは分枝鎖のアルキル基には、メチル、エチル、プロピ
ル、ｉ−プロピル、ブチル、ｉ−ブチル、ペンチル、１
−又は２−メチルブチル、ヘキシル、１−又は３−メチ
ルペンチル、ヘプチル、１−又は４−メチルヘキシル、
オクチル、１−メチルヘプチル、ノニル、１−又は６−
メチルオクチル、デシル、１−メチルノニル、ウンデシ
ル、１−メチルデシル、ドデシル、１−メチルウンデシ
ルなどが含まれる。また、　　式（Ｉ）〜（Ｖ）の定義
における直鎖または分枝鎖のアルキルオキシ基には上記
アルキル基にエーテル基が結合したものなどが含まれる
。 これらのアルキル基またはアルキルオキシ基中で炭素鎖
に不斉炭素が含まれてもよい。また、これらのアルキル
基またはアルキルオキシ基中の１つ以上の水素原子がフ
ッ素原子、塩素原子、臭素原子、シアノ基、ニトロ基、
トリフルオロメチル基、メトキシ基、などで置換されて
いてもよい。

【００４７】副式（ＩＩ）で表される化合物の例として
は、

【化１３】 などが挙げられる。

【００４８】副式（ＩＶ）で表される化合物の例として
は、

【化１４】 などがあげられる。

【００４９】副式（ＩＩＩ）で表される化合物の例とし
ては、

【化１５】 などがあげることができる。

【００５０】副式（Ｖ）で表される化合物の例としては
、

【化１６】 などがあげることができる。

【００５１】副式（ＶＩ）で表される化合物の例として
は、

【化１７】 などをあげることができる。

【００５２】

【実施例】実施例１ 表１に示す化合物Ｎｏ．１０１〜１１２を用いて表２に
示す組成の液晶組成物Ｎｏ．２０１〜２０３を作製した
。これらの液晶組成物は室温でスメクチックＣ相を示し
た。これらの組成物の相転移温度を表３に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】

【表３】

【００５６】実施例２ ２枚のガラス基板上のそれぞれにに１０００Åの厚さの
ＩＴＯ膜を形成し、その上に５００ÅのＳｉＯ２絶縁膜
を形成し、これに表４の配向膜をスピンコーターにて４
００Åの厚みに形成し、この後レーヨン系の布を用いて
ラビングによる一軸配向処理を行った。これらの基板を
、ラビング方向が反平行となるように厚さ２０μｍで貼
り合わせて液晶セルを作製した。これにメルク社製ネマ
チック液晶Ｅ−８を注入し、磁場容量法を用いて液晶分
子の基板からのプレチルト角度を測定した。結果を表４
に示す。

【００５７】

【表４】 実施例３ 図３に示す構成の強誘電性液晶素子を作製した。ガラス
基板１ａ上に１０００Åの厚さの複数本のＩＴＯ透明電
極２ａを互いに平行となるようにストライプ状に配列し
て形成し、その上に絶縁膜３ａとして５００ÅのＳｉＯ
２を形成し、次に、配向膜４ａとしてＰＳＩ−Ｘ−Ａ−
２００１（チッソ石油化学株式会社製ポリイミド）をス
ピンコーターにて４００Åの厚みに形成し、この後レー
ヨン系の布を用いてラビングによる一軸配向処理を行い
基板９を形成した。一方、もう片側のガラス基板１ｂ上
にも同様の条件で処理を行い、基板１０を形成した。

【００５８】ついで、この基板９ともう一方の基板１０
とを、互いに配向膜４ａ，４ｂが対向し合い、互いの透
明電極２ａ，２ｂが直交し、ラビング方向がほぼ一致す
るように、１．５μｍの間隔を隔ててシリカスペーサー
を介してエポキシ樹脂製のシール部材６で貼り合わせた
。これらの基板９，１０間には、真空注入法で注入口か
ら実施例１で作製した強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２０１
〜２０３をそれぞれ注入したのちアクリル系のＵＶ硬化
型の樹脂で注入口を硬化して液晶セル１１を作成した。 更に、このセルの上下に偏光軸をほぼ直交させた偏光板
１２ａ，１２ｂを配置し、偏光板の一方の偏光軸をセル
の液晶のどちらか一方の光軸にほぼ一致させて液晶表示
装置とした。

【００５９】これらの強誘電性液晶素子の配向の様子を
調べたところ、スメクチックＣ−スメクチックＡ転移点
から室温までの温度領域において、微小なジグザグ欠陥
に囲まれた面積的には小さなＣ２配向の領域を除けば、
全面Ｃ１Ｕ配向であった。

【００６０】これらの強誘電性液晶素子のキラルスメク
チックＣ相におけるチルト角θとメモリ角θＭを測定し
た。チルト角θは液晶セルに±１０Ｖの矩形波を印加し
、このとき得られる２つの消光位間の角度の１／２で定
義した。メモリ角θＭは図８（ａ）に示す波形の電圧を
印加し、このとき得られる２つのメモリ状態間の角度の
１／２で定義した。θ，θＭ，θＭ／θを温度に対して
プロットした（図９〜図１１）。

【００６１】図８（ａ）に示す波形の電圧（Ｖ＝±２０
Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定した。メモリパル
ス幅は双安定スイッチングさせることのできる最小のパ
ルス幅とした。パルス幅をメモリパルス幅に設定して、
図８（ａ）の波形を印加したところ３０以上のコントラ
ストが得られた。

【００６２】図８（ｂ）に示す１／３バイアス波形の電
圧（Ｖ＝±２０Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定し
た。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせることの
できる最小のパルス幅とした。結果を図９〜図１１に示
す。また、パルス幅をメモリパルス幅に設定して、図８
（ｂ）の波形を印加したところ、１５〜３０という高い
コントラストが得られた。この場合、バイアス印加時に
おいても良好な黒状態が維持できており、バイアス電圧
による分子の揺らぎが抑制されていることが結論できる
。

【００６３】また、図９〜図１１より明らかなように、
液晶のチルト角θは１６°以下であり、プレチルト角度
に比べてさほど大きくない。このチルト角の小ささがＣ
１Ｕ配向が出現し、かつその配向において良好な双安定
スイッチングが実現でき、かつ高いコントラストが得ら
れる理由の一つであると考えている。

【００６４】比較例１ 実施例３で用いた配向膜ＰＳＩ−Ｘ−Ａ−２００１を表
４に示す他の配向膜に変えるほかは実施例３と同様にし
て強誘電性液晶素子Ｎｏ．３０１〜３０５　を作製した
。実験を行った配向膜と液晶の組み合わせを第５表にま
とめた。実施例３と同様にして、図８（ｂ）　に示す１
／３　バイアス波形の電圧（　Ｖ＝±２０Ｖ）を印加し
、メモリパルス幅を測定し、パルス幅をメモリパルス幅
に設定して、図８（ｂ）　の波形を印加したが、２　〜
７　程度の低いコントラストしか得られなかった。

【００６５】

【表５】

【００６６】比較例２ 実施例３で用いた強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２０１〜２
０３　を表６に示す強誘電性液晶組成物にかえるほかは
実施例３と同様にして強誘電性液晶素子を作製した。配
向状態を観察し、図８の波形の電圧を印加してスイッチ
ングの様子を観察したが、室温でＣＩＵ配向を示しかつ
双安定のスイッチングを示したものはなかった。また、
図８（ｂ）　に示す１／３　バイアス波形の電圧（　Ｖ
＝±２０Ｖ）を印加、メモリパルス幅を測定し、パルス
幅をメモリパルス幅に設定して、図８（ｂ）　の波形を
印加したが、７以下の低いコントラストしか得られなか
った。観察結果の主な要点を表７にまとめた。

【００６７】

【表６】

【００６８】

【表７】

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、液晶と配向膜との界面
での液晶のプレチルト角が８°以上の配向膜を用い、該
配向膜をラビング処理し、強誘電性液晶として、一般式
（Ｉ）で表される化合物を９５重量％以上含み、チルト
角が液晶と配向膜との界面での液晶のプレチルト角より
５°以上大きくはない強誘電性液晶組成物を用い、Ｃ１
Ｕ配向が出現する温度領域において、１／３　バイアス
駆動法を用いた部分書き換え法で該強誘電性液晶素子を
駆動することにより、大容量かつ高コントラストの強誘
電性液晶素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は１／３　バイアス駆動法を説明するため
の図である。

【図２】図２はマトリクス型液晶素子について説明する
ための模式図である。

【図３】図３は本発明の強誘電性液晶素子について説明
するための素子の断面図である。

【図４】図４はカイラルスメクチックＣ相のシェブロン
層構造およびジグザグ欠陥について説明するための図で
ある。

【図５】図５はカイラルスメクチックＣ相における分子
の配向状態について説明するための図である。

【図６】図６はラビング配向処理と液晶分子のプレチル
トとの関係を説明するための図である。

【図７】図７は強誘電性液晶のスイッチングについて説
明するための図である。

【図８】図８は印加電圧波形を示す図である。

【図９】図９は本発明の実施例の強誘電性液晶素子のメ
モリ角、チルト角、メモリパルス幅の温度変化を示す図
である。

【図１０】図１０は本発明の実施例の強誘電性液晶素子
のメモリ角、チルト角、メモリパルス幅の温度変化を示
す図である。

【図１１】図１０は本発明の実施例の強誘電性液晶素子
のメモリ角、チルト角、メモリパルス幅の温度変化を示
す図である。

【符号の説明】

１ａ　、１ｂ　　　　　ガラス基板　　　　２ａ，２ｂ
　　　透明電極３ａ，３ｂ　　　　電極保護膜　　　４
ａ，４ｂ　　配向膜６　　　　　シール部材　　　　７
　　　　　液晶９，１０　　　　基板　　　　　　　　
　１１　　　　　液晶セル　　１２ａ，１２ｂ　　偏光
板　　　　　　　１３　　　スメクチック層１５　　　
　　ライトニング欠陥 １６　　　　　ヘアピン欠陥　　 １７，１８　　　シェブロン構造　　 １９　　　　　ラビング方向 ２０　　　　　液晶分子：　Ｎ　ダイレクター２１　　
　　Ｃダイレクター ２２　　　　　プレティルト角度 ２３　　　　Ｃ１　配向 ２４　　　　Ｃ２　配向 ２５　　　　　スメクチック層の法線 ２６　　　　　液晶のティルト角 ２７　　　　　ローラー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の絶縁性基板の表面に、それぞれ
   電極が選択的に形成され、次いで絶縁膜および配向膜を
   形成され、該配向膜にラビング配向処理が施した後、該
   一対の基板が、互いに対向しあうように配置され、該基
   板間に強誘電性液晶を介在させ、前記電極に選択的に電
   圧を印加することによって液晶の光軸を切り替える駆動
   手段と光軸の識別を光学的に識別する手段と有する強誘
   電性液晶素子において、一対の基板のラビング配向処理
   の方向が平行であり、配向膜との界面での液晶分子のプ
   レチルト角度が８°以上であり、駆動される液晶相がキ
   ラルスメクチックＣ相であり、該キラルスメクチックＣ
   相においてスメクチック層構造が『く』の字に折れ曲が
   ったシェブロン構造をとっており、駆動温度領域におい
   て前記ラビング配向処理の方向と層の折れ曲がり方向が
   反対方向の関係となっており、強誘電性液晶の配向状態
   がユニフォームであり、前記強誘電性液晶が一般式（Ｉ
   ）【化１】 の化合物の９５重量％以上で構成されていることを特徴
   とする強誘電性液晶素子。
2. 【請求項２】　　一般式（Ｉ）の化合物が、副式（ＩＩ
   ）【化２】 で表される化合物または副式（ＩＶ） 【化４】 で表される化合物を少なくとも一種、副式（ＩＩＩ）【
   化３】 で表される化合物の少なくとも一種とからなる請求項１
   記載の強誘電性液晶素子。
3. 【請求項３】　　一般式（Ｉ）の化合物が、副式（Ｖ）
   【化５】 で表される化合物の少なくとも一種からなる請求項１ま
   たは２記載の強誘電性液晶素子。
4. 【請求項４】　　一般式（Ｉ）の化合物が、副式（ＶＩ
   ）【化６】 で表される化合物の少なくとも一種からなる請求項１〜
   ３記載の強誘電性液晶素子。
5. 【請求項５】　　強誘電性液晶のチルト角が、駆動温度
   領域において液晶と配向膜との界面での液晶のプレチル
   ト角より、５°以上大きくない請求項１〜４の何れか１
   つに記載の強誘電性液晶素子。
6. 【請求項６】　　互いに交差する方向に配列した複数の
   走査電極と複数の信号電極との間に請求項１に記載した
   一般式（Ｉ）の化合物を９５重量％以上含有する強誘電
   性液晶を介在させ、走査電極と信号電極が交差する部分
   の強誘電性液晶を画素とし、信号電極には表示データに
   対応する波形の信号電圧を印加し、走査電極にはその電
   極上の画素の表示状態を書き換えることのできる波形の
   選択電圧を線順次で印加して駆動する際に画素の表示状
   態を書き換えるときに強誘電性液晶に印加される電圧に
   対して、画素の表示状態を書き換えないときに強誘電性
   液晶に印加される電圧が１／３の電圧であるような駆動
   波形を用いることを特徴とする強誘電性液晶素子の駆動
   方法。