JPH0455811A - 液晶素子および該素子を用いた光変調方法 - 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】 ｉ見立呈亘至１ 本発明は新規な液晶素子およびこの素子を用いた光変調
方法ならびにこの光変調方法を利用した表示方法に関す
る。さらに詳しくは、本発明１よ、強誘電性液晶を含む
液晶物質を使用した新規な液晶素子およびこの液晶素子
を用いる光変調方法ならびにこの光変調方法を利用した
表示方法に関する。

登朋！１０１映１１ これまで強誘電性液晶を用いた光変調素子について種々
の提案がされている。

このような光変調素子を駆動させる方法としては、二枚
の透明基板によって形成された２μｍ程度の間隙にキラ
ルスメクテイツクＣ層を示す強誘電性液晶を充填した液
晶セルを使用する方法がある。

強誘電性液晶はキシルスメクチックＣ相において層構造
を有し、この層内では分子長軸がほぼ一定の角度（チル
ト角という）θを形成するように配向している。この状
態では第１図に示したように、液晶分子１１の長軸方向
は、その分子間の相互作用によって徐々に向きを変え、
ヘリカル構造を形成している（第１図）。

ところが、例えば、二枚のガラス基板によって形成され
る２μｍ程度の間隙に液晶物質を充填すると、液晶物質
の配向状態がガラス基板などによって影響を受け、螺旋
構造が解除されて、第２図に示すように、透明基板２０
上から見ると、液晶分子２１が二形態の安定状態を示す
ようになる。このような安定状態においては、液晶分子
の分子長軸と垂直方向のグイポールが、二形憇の安定状
態で相互に反対向きになるため、電界を印加することに
より、液晶物質の安定状態を、上記のような二形態の間
で移行させることができる。

そして、偏光方向が直交する二枚の偏光板の間に、上記
のような液晶セルを、液晶物質が一方の安定状態を採っ
たときに暗くなるように（透過光量が低下するように）
配置することにより、透過光量を制御することができる
。

この方法では、厘理的には、液晶分子の安定状態は、上
述のように二形態しか存在しないとされているため、電
界を印加することにより液晶物質が一旦安定状態になれ
ば、電界を取り除いても他の安定状態に液晶物質が移行
することはないとされており、従って、このような光変
調素子は、メモリー効果を有するとされている。

しかしながら、実際には、安定状態にある液晶物質に電
界を印加せずに放置すると、液晶物質の一部は、他の安
定状態に移行することがあり、光変調素子に充分なメモ
リー効果、すなわち一定の安定状態にある液晶物質に電
界を印加せずに長期間その安定状態を維持させるのは困
難であり、安定状態、すなわち、明状態および暗状態を
維持するためには、ある程度の電界を印加する必要があ
る。

このように従来の方法では、暗状態を得る場合でも電界
の印加が必要であり、多くの場合、充分な暗さの暗状態
を達成することは困難であった。

このため、充分な明状態と暗状態との明るさの比、すな
わち充分なコントラストを得るには到っていない。

発明の目的 本発明は、上記のように従来技術においては、充分なコ
ントラストを有する光変調方法及び光変調素子が得られ
ていないことに鑑み、充分な暗さを有する暗状態を達成
することができ、コントラストの大きい液晶素子および
このような液晶素子を用いた光変調方法を提供すること
を目的としている。

只浬Ｉ運艷栗 本発明の光変調素子は、少なくとも液晶物質を充填する
間隙を形成するように配置された二枚の透明基板と、該
二枚の透明基板の対面する面に形成された透明電極とか
らなるセル、該セルの間隙に充填された液晶物質および
該セルの両外側に−枚ずつ配置された二枚の偏光板から
なる液晶素子において、 該偏光板によって形成される偏光面が、７０〜１１０度
になるように該二枚の偏光板が配置されており、かつ該
偏光板の間に液晶物質を充填したセルが、透過光が最暗
となるセル位置または最明となるセル位置に対して±１
０度の角度で配置されており、 そして、該液晶物質が次式［ｒｌで表される液晶化合物
を含むことを特徴としている。

し、 ＡおよびＢは、それぞれ独立に、 よりなる群から選ばれる基を表し、 Ｒ富は、 ・・・［ｒｌ ただし、式［ｒｌにおいて、Ｒは、炭素原子数３〜２０
のアルキル基、炭素原子数３〜２０のアルコキシ基およ
び炭素原子数３〜２０のハロゲン化アルキル基よりなる
群から選ばれる一種の基であり、 ｘおよびＹは、それぞれ独立に、−ＣＯＯ−１−ＯＣＯ
−１よりなる群から選ばれる基を表し、 そして、ｍおよびｎは、それぞれ独立に、０〜２の整数
を表す。ただし、ｍおよびｎが同時に０になることはな
い。

そして、本発明に係る光変調方法は、少なくとも液晶物
質を充填する間隙を形成するように配置された二枚の透
明基板と、該二枚の透明基板の対面する面に形成された
透明電極とからなるセル、該セルの間隙に充填された液
晶物質および該セルの両外側に一枚ずつ配置された二枚
の偏光板からなる液晶素子に電界を印加する光変調方法
においで、 該偏光板によって形成される偏光面が、７０〜１１０度
になるように該二枚の偏光板が配置されており、かつ該
偏光板の間に液晶化合物を充填したセルが、透過光が最
暗となるセル位置または最明となるセル位置に対して±
１０度の角度で配置されており、 そして、該液晶物質が上記［１］で表される液晶化合物
を含むことを特徴としている。

また、本発明の表示用素子および表示方法は、上記の液
晶素子を使用することを特徴としている。

本発明の液晶素子およびこの液晶素子を用いた光変調方
法によれば、充分な暗さの暗状態を達成することができ
るので、明状態と暗状態とのコントラストが非常に高く
なるだけでなく、良好なメモリー性を確保することが可
能になる。

発明の詳細な説明 次に本発明の液晶素子および光変調方法について具体的
に説明する。

まず、本発明で使用される液晶組成物について説明する
。

本発明で使用される液晶組成物は、次式［１］で表され
る少なくとも一種類のカルボン酸エステルを含有してい
る。

・・・　［１］ ただし、式［ｒｌにおいて、Ｒは、炭素原子数３〜２０
のアルキル基、炭素原子数３〜２０のアルコキシ基およ
び炭素原子数３〜２ｏのハロゲン化アルキル基よりなる
群から選ばれる１種の基を表す。

上記式［ｚｌにおいて、Ｒが炭素原子数３〜２０のアル
キル基である場合には、このようなアルキル基は、直鎖
状、分枝状および脂環状のいずれの形態であってもよい
が、Ｒが直鎖状のアルキル基であるカルボン酸エステル
の分子は、分子がまっ直ぐに伸びた剛直構造をとるため
、優れた液晶性を示す。このような直鎖状のアルキル基
としては、炭素原子数３〜２０のアルキル基が好ましく
、このようなアルキル基の具体的な例としては、ヘキシ
ル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基
、テトラデシル基、ヘキサデシル基およびオクタデシル
基などを挙げることができる。

また、Ｒが炭素原子数３〜２０のハロゲン化アルキル基
である場合、ハロゲン化アルキル基の例としては、上記
のようなアルキル基の水素原子の少なくとも一部が、Ｆ
、ＣＱ、Ｂｒおよび工などのハロゲン原子で置換された
基を挙げることができる。

また、Ｒが炭素原子数３〜２０のアルコキシ基である場
合には、このようなアルコキシ基の例としては、上記の
ようなアルキル基を有するアルコキシ基を挙げることが
できる。このようなアルコキシ基の具体的な例としては
、ヘキソキシ基、ヘプトキシ基、オクチルオキシ基、デ
シルオキシ基、ドデシルオキシ基、テトラデシルオキシ
基、ヘプタデシルオキシ基、ヘキサデシルオキシ基およ
びオクタデシルオキシ基を挙げることができる。

上記のようなＲを有する化合物のうちアルコキシ基を有
する化合物が特に優れた液晶性を示す。

また、上記式［１］において、 ＸおよびＹは、それぞれ独立に、−ＣＯＯ−１−ＯＣＯ
−１のうちから選ばれる基または単結合を表す。これら
の内、分子の直線性を考慮すると、Ｘ及びＹの内、少な
くともいずれが一方、好ましくは両者が、−ＣＯＯ−で
あることが望ましい。

また、上記式［ｒｌにおいて、ＡおよびＢは、それぞれ
独立に、 よりなる群から選ばれる基を表す。

これらの基のうち、本発明のカルボン酸エステル化合物
を液晶化合物として使用する場合、液晶物質としての特
性を考慮すると、 であることが好ましい。

また、式［ｒｌにおいて、Ｒ”は、 よりなる群から選ばれる基を表す。

これらの基のうち、液晶物質としての特性を考慮すると
、以下に示す基が好ましい。

また、式［１］において、ｍおよびｎは、それぞれ独立
に、０〜２の整数を表す。ただし、上３己式［ｒｌにお
いて、ｍおよびｎの両者が同時に０になることはない。

特に、このカルボン酸エステル化合物を液晶化合物とし
て使用する場合には、ｍは、１または２であることが好
ましい。

さらに、上記式［Ｉ］において、ナフチル基としては、 １．５−ナフチル基 １．６−ナフチル基 ２．６−ナフチル基 および １．７−ナフチル基を挙げることができる。

特に本発明では、分子全体が直線状になることが好まし
く、このためナフチル基としては、２．６ナフチル基が
特に好ましい。

従って、上記式［Ｉ］で表されるカルボン酸工ステル化
合物の好ましい例として、具体的には次式［１１〜［８
］で表される化合物を挙げることができる。

［５］ ・　［１］ ・・　［６コ ・・・　［２］ ［７］ ・・・［３］ ・・［４コ ・・・　［８］ 上記のようなカルボン酸エステル化合物は、公知の合成
技術を組み合わせて利用することにより製造することが
できる。

例えば、上記のカルボン酸エステル化合物は、以下に示
す合成経路に従って合成することができすなわち、例え
ば、６−ｎ−アルコキシナフタレン−２−カルボン酸と
、４−ヒドロキシ安息香酸ベンジルエステルとを、４−
Ｎ、Ｎ’−ジメチルアミノピリジンの存在下に、塩化メ
チレンを溶媒として用い、Ｎ、Ｎ’−ジシクロへキシル
カルボジイミドを含む塩化メチレン溶液を滴下しながら
反応させることにより、４−（６’−ｎ−アルコキシ−
２′−ナフトイルオキシ）安息香酸ベンジルエステルを
得る。

上記のようにして得られた４−（６’−ｎ−アルコキシ
２°−ナフトイルオキシ）安息香酸ベンジルエステルを
、テトラヒドロフラン等の溶媒に投入し、パラジウム／
炭素等の還元触媒の存在下に水素ガスを用いて還元する
ことにより、４−（６’−ｎ−アルコキシ−２′−ナフ
トイルオキシ）安息香酸を得る。

次いで、４−Ｎｏ−ジメチルアミノピリジンの存在下に
、塩化メチレンを溶媒として用い、Ｎ、Ｎ’−ジシクロ
へキシルカルボジイミドを含む塩化メチレン溶液を滴下
しながら、ヒドロキシ安息香酸と不斉炭素を有するアル
コールとから得られるエステル化合物と、上記工程で得
られた４−（６’−ｎ−アルコキシ−２゛−ナフトイル
オキシ）安息香酸とを反応させることにより、本発明で
使用されるカルボン酸エステル化合物を得ることができ
る。

なお、上記方法は、本発明で使用されるカルボン酸エス
テル化合物の製造方法の一例であり、本発明で使用され
るカルボン酸エステル化合物は、この製造方法によって
限定されるものではない。

例えば上記のようにして得られた式［Ｉ］で表されるカ
ルボン酸エステル化合物の内、次式［４］で表される化
合物が特に優れた液晶特性を示す。

・・・［４］ 液晶化合物として特に優れている、上記式［４］で表さ
れる化合物の相転移温度を表１に示す。なお、本発明に
おいて、Ｃｒｙは、結晶相、ＳｍＣ月よ、カイラルスメ
クチック相、ＳｍＡは、スメクチックＡ相、Ｉ　ｓｏは
、等方性液体を表す。

表１ 化合物　　　Ｃｒｙ−８ｍＣ”　　　ＳｍＣ寥−ＳｍＡ
　　ＳｍＡ−Ｉｓ。

［４］　　　　　　７６℃　　　　１２５℃　　　１８
３℃上記式［Ｉ］で表される化合物に包含される液晶化
合物中には、表１に例示したように、広い温度範囲で、
スメクチック相を呈する化合物が多い。

従来、液晶化合物を単独で使用した場合に、上記の化合
物のように約１００℃の範囲でスメクチック相を呈する
液晶化合物はほとんど知られていない。

すなわち、従来、液晶素子では、カイラルスメクチック
Ｃ相、カイラルスメクチックＦ相、カイラルスメクチッ
クＣ相、カイラルスメクチックＨ相、カイラルスメクチ
ックエ相およびカイラルスメクチックに相の内のいずれ
かの相を示す液晶物質が使用されていたが、カイラルス
メクチックＣ相以外の相を示す液晶物質を使用したとし
ても、液晶素子の応答速度が低いため、実用上はカイラ
ルスメクチックＣ相で駆動させることが有利であるとさ
れていた。

しかしながら、本発明者が既に提案したようなカイラル
スメクチックＡ相における液晶素子の駆動方法（特願昭
６４−３６３２号公報参照）を利用することにより、カ
イラルスメクチックＣ相だけでなく、カイラルスメクチ
ックＡ相でも駆動させることができる。従って、上記の
ようなカルボン酸エステル化合物を含有する液晶化合物
を使用することによって、液晶素子の駆動温度が広いだ
けでなく、このような液晶化合物を含有する液晶物質が
充填された液晶素子は、高速応答性にも優れている。

上記のような液晶化合物は単独で使用することもできる
が、他の液晶化合物と混合して使用することもできる。

例えば、本発明の液晶化合物は、スメクチック液晶組成
物の主剤あるいはスメクチック相を呈する他の化合物を
主剤とする液晶組成物の助剤として使用することができ
る。すなわち、本発明の液晶素子を構成する液晶物質中
における上記カルボン酸エステル化合物の含有率は、使
用される液晶化合物の特性、組成物の粘度、液晶素子の
作動温度および用途等を考慮して適宜設定することがで
きるが、本発明においては、液晶物質中における上記カ
ルボン酸エステル化合物の含有率が、通常は１〜９９重
量部、好ましくは５〜７５重量部の範囲内になるように
使用される。また、本発明で使用される液晶物質中には
、上記カルボン酸エステル化合物が単独で含まれていて
もよく、また２種類以上が組み合わせて含まれていても
よい。

本発明で使用される液晶物質において、上記式［ｒ］で
表されるカルボン酸エステル化合物と共に使用すること
ができる液晶化合物の例としては、（＋）　−４’　−
（２”−メチルブチルオキシ）フェニル−６−オクチル
オキシナフタレン−２−カルボン酸エステル、４゛−デ
シルオキシフェニル−６−（（＋）−２”−メチルブチ
ルオキシ）ナフタレン−２−カルボン酸エステル、のよ
うを液晶化合物の他、 のようなアゾキシ系液晶化合物、 あるいは のような環状構造を有する化合物、 および のような不斉炭素を有する液晶化合物を挙げることがで
きる。

さらに、 （ｃ４Ｈ９）ｏ−＠ｃｏｏ＠ｃ、ｏ　ｋｌ（Ｃ７Ｈｔｓ
　）ｏ−◎ｃｏｏ＠ＣＮ のような安息香酸エステル系液晶化合物、（Ｃ５■１□
）＜Ｅ）Ｃｏｏ◎ＣＮ （ＣｓＨｔ□）（Ｅ）Ｃｏｏ＠０−Ｃ３Ｈ、。

のようなシクロへキシルカルボン酸エステル系液晶化合
物、 ’　ｌ　Ｉ　Ｃ５−◎→＠ＣＮ のようなフェニル系液晶化合物、 のようなシッフ塩基系液晶化合物、 のようなターフエノール系液晶化合物、のようなシクロ
ヘキシル系液晶化合物、および のようなピリミジン系液晶化合物を挙げることができる
。

なお、上記のような液晶化合物を用いて、例えば表示用
素子を形成するに際しては、上記のカルボン酸エステル
化合物および他の液晶化合物に加えて、さらに、例えば
電導性賦与剤および寿命向上剤等、通常の液晶組成物に
配合することができる添加剤を配合してもよい。

本発明で使用される液晶物質は、上記のようなカルボン
酸エステル化合物ならびに所望により他の液晶化合物お
よび添加剤を混合することにより製造することができる
。

上記のような液晶物質が充填されている本発明の液晶素
子は、基本的には、第３図に示すように、液晶物質を充
填する間隙３４を形成するように配置された二枚の透明
基板３１ａ、　３１ｂと、この二枚の透明基板３１ａ、
　３１ｂの対面する面に形成された透明電極３２ａ、　
３２ｂとからなるセル３３と、このセル３３の間隙３４
に充填された液晶物質３５およびこのセル３３の両外側
に一枚ずつ配置された偏光板３６ａ、　３６ｂから形成
されている。

本発明において、透明基板としては、例えば、ガラスお
よび透明高分子板等を用いることができる。

なお、ガラス基板を用いる場合には、アルカリ成分の溶
出液晶物質の劣化を防止するために、ガラス基板表面に
、例えば酸化珪素等を主成分とするアンダーコート層（
不要成分透過防止層）を設けることもできる。

透明基板の厚さは、例えばガラス基板の場合には通常は
０．０１〜１．○ｌの範囲内にある。

また、本発明においては、透明基板として、可撓性透明
基板を用いることもできる。この場合、透明基板の少な
くとも一方の基板として可撓性透明基板を用いることが
でき、さらに両者とも可撓性基板であってもよい。

このような可撓性透明基板としては、高分子フィルム等
を用いることができる。

このような透明基板の表面には透明電極が設けられてい
る。

透明電極は、例えば酸化イリジウム、酸化スズ等で透明
基板表面をコーティングすることにより形成される。透
明電極は、公知の方法により形成することができる。

透明電極の厚さは、通常は１００〜２０００．ｔングス
トロームの範囲内にある。

このような透明電極が設けられた透明基板には、さらに
透明電極上に配向層あるいは強誘電体層が設けられてい
てもよい。例えば配向層は、有機シランカップリング剤
あるいはカルボン酸多核錯体等を化学吸着させることに
より形成することができる。また酸化珪素等を斜方蒸着
することによっても形成することができる。さらに、透
明電極上にポリイミド樹脂を塗布し、その後一定方向に
ラビングすることにより配向層を形成することもできる
。

また、配向層等は後述のスペーサを兼ねるように形成さ
れていてもよい。

上記のような透明基板を、透明電極が対面し、そしてこ
の透明基板により液晶物質を充填する間隙が形成される
ように二枚配置する。

上記のようにして形成される間隙の幅は、通常は１〜１
０μｍ、好ましくは１〜５μｍである。

このような間隙は、例えば、スペーサを挟持するように
二枚の基板を配置することにより、容易に形成すること
ができる。

このようなスペーサとしては、例えば、感光性ポリイミ
ド前駆体をバターニングして得られるポリイミド系高分
子物質等を用いることができる。

このようなスペーサを用いることにより、このスペーサ
と液晶物質との界面効果により、モノドメインが形成さ
れる。また、例えば、配向膜として作用する同心円形状
のスペーサあるいはクシ状のスペーサを用いて、配向膜
とスペーサとを一体化することもできる。

また、上記のようなスペーサの他に、液晶物質中にファ
イバを配合して、このファイバにより、透明基板が一定
の間隙を形成するように保持することもできる。

さらに、上記ファイバの代わりに、あるいは上記ファイ
バと共に粒状物を配合することもできる。

このような粒状物としては、メラミン樹脂、尿素ａ脂あ
るいはベンゾグアナミン樹脂等からなる粒子径が１〜１
０μｍの粒状物を挙げることができる。

上記のようにして間隙を形成して配置された二枚の透明
基板は、通常は周辺をシール材でシールすることにより
貼り合わされる。

このようなシール材としては、エポキシ系樹脂およびシ
リコン系樹脂等を用いることができる。

さらに、このエポキシ樹脂等がアクリル系材料あるいは
シリコン系ゴム等で変性されていてもよい。

上記のような構成を有する液晶セルの間隙には、上述し
たような式［ｒ］で表されるカルボン酸エステル化合物
を含む液晶物質が充填されている。

液晶セルの間隙に充填されたこのような液晶物質は、た
とえばスペーサエツジを利用した温度勾配法あるいは配
向膜を用いた表面処理法等の一軸配向制御法方法を利用
して配向させることができる。また、本発明においては
、液晶物質を加熱しながら、直流バイアス電圧を用いて
電界を印加することにより、液晶物質の初期配向を行な
うこともできる。

このようにして液晶物質が充填され、初期配向された液
晶セルは、二枚の偏光板の間に配置される。そして、こ
の二枚の偏光板は、それぞれの偏光板の偏光面のなす角
度が７０〜１１０度になるように配置される。そして、
この二枚の偏光板の偏光方向が直交するように、すなわ
ち上記角度が９０度になるように偏光板を配置すること
が好ましい。

このような偏光板としては、例えばポリビニルアルコー
ル樹脂フィルム、ポリビニルブチラール樹脂フィルム等
の樹脂フィルムをヨウ素等の存在下で延伸することによ
りフィルム中にヨウ素を吸収させて偏光性を賦与した偏
光フィルムを用いることができる。このような偏光フィ
ルムは、他の樹脂などで表面を被覆して多層構造にする
こともできる。

本発明において、上記のような液晶セルは、上記のよう
に配置された偏光板の間に、透過する光量が最も少ない
状態（すなわち、最暗状態）から±１０度の範囲内の角
度（回転角度）を形成するように、好ましくは最暗状態
になるように二枚の偏光板の間に配置することができる
。さらに、上記のような液晶セル上記のように配置され
た偏光板の間に、透過する光量が最も多い状態（すなわ
ち、最明状１１りがら土１０度の範囲内の角度（回転角
度）を形成するように、好ましくは最明状態になるよう
に二枚の偏光板の間に配置することができる。

上記のような構成を有する本発明の液晶素子に、電界を
印加することによりこの液晶素子を駆動させることがで
きる。

すなわち、本発明の液晶素子に周波数が通常はＩＨ２〜
１００ＫＨｚ、好ましくは１０Ｈ２〜１０ＫＨｚ、　　
電界が通常は０．０１−６０　Ｖｐｐ／μｍ・、好まし
くは０．０５〜３０Ｖｐｐ／μｍ・に制御された電界を
かけることにより駆動させることができる。

そして、本発明の液晶素子は、電界を印加して駆動する
際に、印加する電界の波形（駆動波）の幅を変えること
により、この液晶素子を透過する光量が２種類のヒステ
リシス曲線を描くようになる。すなわち、本発明者は、
同一の液晶素子で、二通りの駆動方法によりメモリー性
を発現させることに成功した。このうち一方は、いわゆ
る双安定型を利用する駆動方法であり、もう一方は、い
わゆる王女定型を利用する駆動方法である。

王女定壓を示す液晶素子の例としては、液晶物質として
ＭＨＰＯＢＣを用いた液晶素子が知られているが、この
液晶素子は王女定性を示すだけであり、双安定性はほと
んど示さない。

一種類の液晶素子を用いて、印加する電界の波形（駆動
波）の幅を変える操作だけで双安定性と王女定性のいず
れかの安定状態を選択できるのは、本発明の液晶素子に
よってはじめて実現できるのである。

第４図は王女定性を、第５図は双安定性を示している液
晶素子の透過光量と印加電圧との関係を示すオシロ波形
の例である。

ここで用いた液晶素子は、液晶物質を充填した液晶セル
を、偏光面が直交するように配置された二枚の偏光板の
間に、電界を印加しない状態で最暗状態になるように配
置した液晶素子であり、第４図には、この液晶素子に１
０Ｈｚの三角波を印加したときのオシロ波の例が示され
ており、第５図には１００Ｈｚの三角波を印加したとき
のオシロ波形の例が示されている。

そして、上記のように液晶セルと偏光板とを最暗状態に
なるように配置した液晶素子では、比較的低い周波数の
電界、例えば周波数０．００１〜５０Ｈｚ、　　好まし
くは０．１〜３０Ｈｚの電界を印加することにより、良
好な王女定状態が実現できる。印加する電界の周波数を
高くするに従って次第にオシロ波形は第５図に示すよう
な双安定状態に移行し、例えば周波数５０　Ｈｚ　〜１
００　Ｋ　Ｈｚ、好ましくは７０Ｈｚ〜Ｉ　０ＫＨｚの
電界を印加することにより、良好な双安定状態が実現で
きる。

そして、このような液晶素子においては、例えば第４図
に示すように、印加電圧がＯＶ、、で暗状態を達成する
ことができ、この場合、コントラストが非常に高くなる
。

また、第６図および第７図は、偏光面が直交するように
配置された二枚の偏光板の間に、液晶物質を充填した液
晶セルを最明状態になるように配置した液晶素子のオシ
ロ波形の例が示されている。

そして、第６図には、この液晶素子に１０Ｈｚの三角波
を印加したときのオシロ波の例が示されており、第７図
には１００Ｈｚの三角波を印加したときのオシロ波形の
例が示されている。この液晶素子においても、上記の液
晶素子と同様の傾向があり、例えば、このような液晶素
子に比較的高い周波数の電界を印加することにより双安
定状態が達成される。

このような液晶素子に印加される電界は、矩形波（ある
いはパルス波）、三角波、正弦波およびこれらを組み合
わせた波形の内のいずれかの波形のものであることが好
ましい。このような波形の電界の内、矩形波（あるいは
パルスまたは両者の組み合わせ波）を印加する場合には
、電界の幅を１０ミリ秒以下、好ましくは０．０１〜１
０ミリ秒の範囲内にすることにより、液晶素子の駆動速
度を高くすることができ、この領域では本発明の液晶素
子を双安定型液晶素子として使用することができる。ま
た、この電界の幅を１０ミリ秒より大きくすることによ
り、好ましくは３３〜１０００ミリ秒の範囲内にするこ
とにより、それほど高速で駆動することが必要でない領
域で、本発明の液晶素子を王女定型液晶素子として使用
することができる。ここで、電界の幅とは、例えば矩形
波においては、所定の電圧に維持される電界の長さ（す
なわち時間）を意味する。

そして、この液晶素子には、負電圧と正電圧との間をＯ
ｖを介して変動させて電界を印加することができる。第
５図および第７図に示すような双安定状態を発現させる
駆動方法においては、例えば電圧を一３０〜＋３０Ｖの
間で変動させることにより良好な双安定性を示すヒステ
リシス曲線を形成させることができる。王女定性を示す
液晶素子においても同様に電界を印加することができる
。

また、この液晶素子には、上記波形の電界を、０と正電
圧との間で変動させて印加してもよいし、また、Ｏと負
電圧との間で変動させて印加してもよい。すなわち、例
えば第４図において、０〜＋３０Ｖの範囲内で電圧を変
動させた電界を印加してプラス電圧側に形成されるヒス
テリシス曲線で示される光透過性を利用した光変調方法
を採用することもできるし、同様に、Ｏ〜−３０Ｖの範
囲内で電圧を変動させた電界を印加してマイナス電圧側
に形成されるヒステリシス曲線で表される光透過性を利
用した光変調方法を採用することもできる。

本発明の液晶素子は、上記のように二通りの駆動方法を
利用できる素子であり、その使用条件によって駆動方法
を変えることにより、メモリー性を確保することが可能
であるとの優位性を有している。

上記のような液晶素子は、通常の液晶素子としての用途
に使用することができるが特に表示用素子として有用で
ある。

表示用素子としては、例えば大画面デイスプレィ、車載
用マルチインフォメーションデイスプレィおよび車載用
ナビゲーションデイスプレィ等を挙げることができる。

このような表示用素子は、用途に対応させて、上述のよ
うな駆動方法を利用して、双安定型表示素子あるいは王
女定型表示素子として駆動させることができる。

発明の効果 本発明の液晶素子およびこの液晶素子を用いた光変調方
法によれば、一種類の液晶素子で双安定状態と王女定状
態の２形葱の安定状態を達成することが可能になる。

そして、本発明の液晶素子を用いることにより、充分な
暗さの暗状態を達成することができるので、明状態と暗
状態とのコントラストが非常に高くなるだけでなく、良
好なメモリー性を確保することが可能になる。

次に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。

実施例Ｉ ４−［４°−（６°’−ｎ−へブチルオキシ−２′°−
ナフトイルオキシ）ベンゾイルオキシ］安息香酸Ｒ−１
”’−トリフルオロメチルヘプチルエステルの合成 第１段階 ４−ベンジルオキシ安息香酸１．４ｇ　（５ミリモル）
、Ｒ−１−トリフルオロメチルヘプタツール０．９２　
ｇ（５ミリモル）、４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノピリジ
ン０．１２ｇ（１ミリモル）および塩化メチレン２０ｍ
１の混合物に、Ｎ、Ｎ’−ジシクロへキシルカルボジイ
ミド１．０３ｇ（５ミリモル）を含む塩化メチレン溶液
１０ｍ１を室温で、攪拌下に１時間かけて滴下した。さ
らに、室温で１０時間反応を継続させた。

反応混合物を濾過し、得られた濾液を濃縮した。

濃縮物をカラムクロマトグラフィを用いて分離すること
により無色透明な液体である４−ベンジルオキシ安息香
酸Ｒ−１’−）リフルオロメチル−ヘプチルエステル１
．７５　ｇ　（４，４ミリモル）を得た。

第２段階 第１段階で得られた４−ベンジルオキシ安息香酸Ｒ−１
°−トリフルオロメチル−ヘプチルエステル１．５８ｇ
（４ミリモル）、５％パラジウム／炭素０．５ｇおよび
酢酸エチル３０ｍ１の混合物中に室温、常圧攪拌下に水
素を９時間吹きこんだ。反応混合物を濾過助剤であるセ
ライトを用いて濾過し、さらに得られた濾液を濃縮した
。

濃縮物をカラムクロマトグラフィを用いて分離すること
により無色な粘稠液体である４−ヒドロキシ安息香酸Ｒ
−１’−）リフルオロメチル−ヘプチルエステル１．７
５ｇ　（４，４ミリモル）を得た。

第３段階 ６−ｎ−ヘプチルオキシナフタレン−２−カルボン酸２
．４３　ｇ　（８，５ミリモル）、４−Ｎ、　Ｎ−ジメ
チルアミノピリジン０．０１２　ｇ　（０，１ミリモル
）および塩化メチレン３０ｍ１の混合物に、Ｎ、Ｎ’−
ジシクロへキシルカルボジイミド１．７５　ｇ　（８，
５ミリモル）を含む塩化メチレン溶液１０ｍ１を氷冷し
ながら攪拌下に１時間かけて滴下した。

反応混合物を濾過し、得られた濾液を濃縮した。

濃縮物をカラムクロマトグラフィを用いて分離すること
により白色固体である４−（６’−へブチルオキシ−２
′−ナフトイルオキシ）安息香酸ベンジルエステル２．
７２ｇ　（５，５ミリモル）を得た。

第４段階 第３段階で得られた４−（６°−へブチルオキシ−２−
ナフトイルオキシ）安息香酸ベンジルエステル２．３３
　ｇ　（４，７ミリモル）、５％パラジウム−炭素１．
０ｇおよびテトラヒドロフラン３０ｍ１の混合物中に室
温で、常圧攪拌下に、水素を８時間吹き込んだ。

反応混合物を濾過助剤であるセライトを用いて濾過し、
得られた濾液を濃縮した。濃縮物をトルエンで再結晶す
ることにより、白色固体である４−（６’−ｎ−ヘプチ
ルオキシ−２−ナフトイルオキシ）安息香酸］、４２ｇ
　（３，５ミリモル）を得た。

第５段階 第４段階で得られた４−（６’−ｎ−ヘプチルオキシ−
２−ナフトイルオキシ）安息香酸０．４１ｇ（１ミリモ
ル）、第２段階で得られた４−ヒドロキシ安息香酸Ｒ−
１゛−トリフルオロメチル−ヘプチルエステル０．３０
ｇ（１ミリモル）、４−Ｎ、　Ｎ−ジメチルアミノピリ
ジン０．０１２　ｇ　（０，１ミリモル）および塩化メ
チレン１０ｍ１の混合物に、Ｎ、Ｎ’−ジシクロへキシ
ルカルボジイミド０．２１　ｇ　（１ミリモル）を含む
塩化メチレン溶液２ｍｌを室温、攪拌下に１時間かけて
滴下した。さらに室温下で８時間反応させた。

反応混合物を濾過し、得られた濾液を濃縮した。

濃縮物をカラムクロマトグラフィーを用いて分離するこ
とにより、無色の半固体０．６３ｇを得た。

この半固体のＦＤ−マススペクトルの値はＭ／ｅ＝７３
９であった。この結果およびこの化合物のｉＨ−ＮＭＲ
スペクトルのチャートによる分析結果より、この化合物
は、目的とする４−［４’−（６°′−ｎ−へブチルオ
キシ−２１−ナフトイルオキシ）ベンゾイルオキシ］安
息香酸Ｒ−１１°−トリフルオロメチルヘプチルエステ
ル（例示化合物〔４コ〕であると同定した。

上記のようにして得られた式［４］で表されるカルボン
酸エステル化合物と、次式（Ｃｒ−１）で表される化合
物とを５１：４９の重量比で混合して液晶物質（液晶組
成物）を調製した。

・・・［４］ ・・・（Ｃｒ−１） この液晶組成物の相転移温度を表２に示す。

さらに上記式（Ｃｒ−１，）で表される化合物の相転移
温度も表２に併せて記載する。

表２ Ｃｒｙ。

ＳｍＣ” ｍＡ ｌ５ｏ。

式［４］　　・　　７６　・　１２５　　・　１８３組
成物　　・　　〈−３０・　　５２　　・　　９６（Ｃ
ｒ−１）　　　・−１３・・−６ 第１図に示すようにＩＴＯ透明ｔａ基板の内面に配向制
御方向が略平行でかつ同一方向となるように二枚のラビ
ングしたポリイミド（日立化成工業−製、ＰＩＱ−５４
００）からなる配向制御膜（厚さ：１５０オングストロ
ーム）が形成されているセルに、上記式［２コで表され
るカルボン酸エステル化合物［２］を溶融し、セルの間
隙を減圧状態にして注入した。このようにして液晶物質
を充填したセルを２００℃まで加熱し、２００℃で５分
間保持した後、　Ｉｔ）／分の速度で６０℃まで冷却し
て液晶素子を製造した。

セル条件（イ）外形寸法 たて２　、５　ａｍ　Ｘ　２　、２　ａｎ　Ｘ厚さ１．
５１（ロ）基板 厚さ０．７Ｂ、基板材質ガラス （ハ）基板間距離：２μｍ （ニ）側壁寸法 たて１　、８　ｍ　Ｘ　２　、２　ａｌＩＸ厚さ１．５
μｍ上記のようなセルは以下の方法で作成した。

ＩＴＯ透明電極膜付きのガラス基板上にポリイミド塗布
を行った。すなわち、ポリイミド（日立化成工業−製、
ＰＩＱ−５４００）をスピンコード法によってＩＴＯ透
明電極の上に塗布した。

ポリイミドは、Ｎ−メチルピロリドンを溶媒として１．
２％になるように希釈して２０００　ｒｐｍでスピンコ
ードした。これを３２５℃で３０分間加熱し、硬化させ
たところ、１５０〜２００オングストロームの膜厚のポ
リイミド膜が作成できた。この後、ポリイミド膜をナイ
ロン布で１方向に擦ることによりこのポリイミド膜に液
晶配向性を与えた。

このようにして作成したポリイミド膜塗布済みのガラス
基板を二枚重ね合わせてセルを作成した。

まず、ポリイミド膜を塗設したガラス基板の上に、二枚
の基板の接着とセルギャップをＩｖ′ｌｌｌ１］するた
めにエポキシ系接着剤をシルク印刷により塗布した。

エポキシ系接着剤は、接着主剤（ＥＨＣ−製、ＬＣＢ−
３０４Ｂ）、硬化剤（ＥＨＣ−製、ＬＣＢ−３０４Ｂ）
およびセルギャップ制御のためのビーズ（ＥＨＣ＠製、
ＧＰ−２０）を１３０：３０：３の重量比で混合したも
のである。

二枚のガラス基板の内、−枚にはエポキシ系接着剤を塗
布し、それぞれの基板のポリイミド膜が互いに向かい合
うように基板を配置した。そしてこの基板を５０℃で１
５分間、６０℃で１５分間、７０℃で１５分間、８０℃
で１５分間、１２５℃で１５分間そして１７０℃で６０
分間加熱してエポキシ系接着剤を硬化させて基板を貼り
合わせた。

このようにして作成した、セルギャップが約２μｍのセ
ルに上記のようにして調製した液晶組成物を充填してそ
の特性を評価した。

上記のようにして作成した液晶物質が充填されている液
晶セルを、偏光面が直交する二枚の偏光板の間に最暗位
置になるように配置して液晶素子を調製した。

この液晶素子に３０　ＶＰ−、の三角波を印加して透過
光強度を測定したところ、１０Ｈｚでは第４図に示すオ
シロ波形が得られ、１００Ｈｚでは第５図に示すオシロ
波形が得られた。

第４図から明らかなように、　１０Ｈｚの三角波を印加
することにより、この液晶素子は、Ｏｖ印加時と＋３０
ｖ（または−３０Ｖ）印加時の間でコントラスト３４が
達成できた。

また、第５図から明らかなように、１００Ｈｚの三角波
を印加することにより、この液晶素子は、−１２Ｖ印加
時と＋１２Ｖ印加時の間でコントラスト１５が達成でき
た。

このように偏光面が直交する二枚の偏光板の間に最暗位
置になるように液晶セルを配置した本発明の液晶素子は
、特に低周波数では印加電圧Ｏｖで暗状態を達成するこ
とができるので、コントラストが非常に高くなる。

なお、上記コントラストは液晶素子に印加する電圧を変
えて開時および暗時の透過光強度を測定して、工（開時
）／■　（暗時）の比を算出して求めた。

次いで、上記のようにして作成した液晶物質が充填され
ている液晶セルを、偏光面が直交する二枚の偏光板の間
に最明位置になるように配置して液晶素子を調製した。

この液晶素子に３０Ｖｐ−ｐの三角波を印加して透過光
強度を測定したところ、１０Ｈｚでは第６図に示すオシ
ロ波形が得られ、１００Ｈｚでは第７図に示すオシロ波
形が得られた。

この結果から、偏光面が直交する二枚の偏光板の間に最
明位置になるように液晶セルを配置した本発明の液晶素
子は、特に高周波数で良好なメモリー性を確保すること
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、強誘電性液晶の各分子長軸が、スメクチック
層の垂直方向２に対してチルト角だけ傾き、その傾き方
向が層ごとに一定角度ずつ回転し、ヘリカル構造をとる
ことを説明する図である。 第２図は、従来の薄膜素子における２種類の配向方向が
可能な状態を示す説明図である。 第３図は、本発明の液晶素子の一例を模式的に示す断面
図である。 ３１ａ、　３１ｂ・・・透明基板 ３２ａ、　３２ｂ・・・透明電極 ３３・・・セル ３４・・・間隙 ３５・・・液晶物質 ３６ａ、　３６ｂ　−−−偏光板 第４図および第５図は、最暗状態になるように液晶セル
を配置した本発明の液晶素子に三角波電界を印加した際
の印加電圧と透過光強度の関係を示すオシロ波形の写真
である。 第６図および第７図は、最明状態になるように液晶セル
を配置した本発明の液晶素子に三角波電界を印加した際
の印加電圧と透過光強度の関係を示すオシロ波形の写真
である。 層構造 第　　１ 図 第 ２図 層構造

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも液晶物質を充填する間隙を形成するよ
   うに配置された二枚の透明基板と、該二枚の透明基板の
   対面する面に形成された透明電極とからなるセル、該セ
   ルの間隙に充填された液晶物質および該セルの両外側に
   一枚ずつ配置された二枚の偏光板からなる液晶素子にお
   いて、 該偏光板によって形成される偏光面が、７０〜１１０度
   になるように該二枚の偏光板が配置されており、かつ該
   偏光板の間に液晶物質を充填したセルが、透過光が最暗
   となるセル位置または最明となるセル位置に対して±１
   ０度の角度で配置されており、 そして、該液晶物質が次式［ I ］で表される液晶化合
   物を含むことを特徴とする液晶素子；▲数式、化学式、
   表等があります▼ ・・・［ I ］ ［ただし、式［ I ］において、Ｒは、炭素原子数３〜
   ２０のアルキル基、炭素原子数３〜２０のアルコキシ基
   および炭素原子数３〜２０のハロゲン化アルキル基より
   なる群から選ばれる一種の基であり、 ＸおよびＹは、それぞれ独立に、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ
   −、−ＣＨ＿２ＣＨ＿２−、−ＣＨ＿２Ｏ−、−ＯＣＨ
   ＿２−、▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、
   化学式、表等があります▼および−Ｓ−Ｓ− よりなる群から選ばれる基、または、単結合を表し、 ＡおよびＢは、それぞれ独立に、 ▲数式、化学式、表等があります▼▲数式、化学式、表
   等があります▼▲数式、化学式、表等があります▼▲数
   式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼▲数式、化学式、表
   等があります▼▲数式、化学式、表等があります▼およ
   び▲数式、化学式、表等があります▼ よりなる群から選ばれる基を表し、 Ｒ＾＊は、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
   、▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼および▲数式、化学式、表等がありま
   す▼ よりなる群から選ばれる基を表し、 そして、ｍおよびｎは、それぞれ独立に、０〜２の整数
   を表す（ただし、ｍおよびｎが同時に０になることはな
   い）］。
2. （２）少なくとも液晶物質を充填する間隙を形成するよ
   うに配置された二枚の透明基板と、該二枚の透明基板の
   対面する面に形成された透明電極とからなるセル、該セ
   ルの間隙に充填された液晶物質および該セルの両外側に
   一枚ずつ配置された二枚の偏光板からなる液晶素子に電
   界を印加する光変調方法において、 該偏光板によって形成される偏光面が、７０〜１１０度
   になるように該二枚の偏光板が配置されており、かつ該
   偏光板の間に液晶化合物を充填したセルが、透過光が最
   暗となるセル位置または最明となるセル位置に対して±
   １０度の角度で配置されており、 そして、該液晶物質が次式［ I ］で表される液晶化合
   物を含むことを特徴とする光変調方法；▲数式、化学式
   、表等があります▼ ・・・［ I ］ ［ただし、式［ I ］において、Ｒは、炭素原子数３〜
   ２０のアルキル基、炭素原子数３〜２０のアルコキシ基
   および炭素原子数３〜２０のハロゲン化アルキル基より
   なる群から選ばれる一種の基であり、 ＸおよびＹは、それぞれ独立に、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ
   −、−ＣＨ＿２ＣＨ＿２−、−ＣＨ＿２Ｏ−、−ＯＣＨ
   ＿２−、▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、
   化学式、表等があります▼および−Ｓ−Ｓ− よりなる群から選ばれる基、または、単結合を表し、 ＡおよびＢは、それぞれ独立に、 ▲数式、化学式、表等があります▼▲数式、化学式、表
   等があります▼▲数式、化学式、表等があります▼▲数
   式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼▲数式、化学式、表
   等があります▼▲数式、化学式、表等があります▼およ
   び▲数式、化学式、表等があります▼ よりなる群から選ばれる基を表し、 Ｒ＾＊は、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
   、▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼および▲数式、化学式、表等がありま
   す▼ よりなる群から選ばれる基を表し、 そして、ｍおよびｎは、それぞれ独立に、０〜２の整数
   を表す（ただし、ｍおよびｎが同時に０になることはな
   い）］。
3. （３）上記液晶素子に印加する電圧を、正電圧と負電圧
   との間で変動させて、該液晶素子を透過する光の量を変
   えることを特徴とする請求項第２項記載の光変調方法。
4. （４）上記液晶素子に正電圧と負電圧との間で変動させ
   て印加される電界の波形が、矩形波、三角波、正弦波お
   よびこれらを組み合わせた波形よりなる群から選ばれる
   波形であることを特徴とする請求項第２項もしくは第３
   項記載の光変調方法。
5. （５）上記液晶素子に印加する電界の波形が矩形波であ
   り、かつ該矩形波の最小幅が１０ミリ秒以下であること
   を特徴とする請求項第４項記載の光変調方法。
6. （６）上記液晶素子に印加する電圧を、０と正電圧との
   間、または、０と負電圧との間で変動させて、該液晶素
   子を透過する光の量を変えることを特徴とする請求項第
   ２項記載の光変調方法。
7. （７）上記液晶素子に０と正電圧との間、または、０と
   負電圧との間で変動させて印加される電界の波形が、矩
   形波、三角波、正弦波およびこれらを組み合わせた波形
   よりなる群から選ばれる波形であることを特徴とする請
   求項第２項もしくは第６項記載の光変調方法。
8. （８）上記液晶素子に印加する電界の波形が矩形波であ
   り、かつ該矩形波の最小幅が１０ミリ秒より大きいこと
   を特徴とする請求項第７項記載の光変調方法。
9. （９）請求項第１項記載の液晶素子を用いた表示用素子
   。
10. （１０）請求項第２項乃至８項のいずれかの項記載の変
    調方法を利用した表示方法。