JPH07207265A - スメクチック液晶材料混合物 - Google Patents
スメクチック液晶材料混合物Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な配向と均一な外観を与えるスメクチッ
ク液晶装置に用いられるスメクチック液晶混合物を提供
する。 【構成】 液晶材料混合物であって、通常のデバイス動
作温度における傾斜キラルスメクチック相と、高温にお
けるコレステリック相と、コレステリック相からスメク
チック相への転移温度より少なくとも０．１℃上のコレ
ステリック相における４μｍ以上のコレステリックピッ
チと、層の厚さ以上のスメクチックピッチと、スメクチ
ック相における０．１ｎＣ／ｃｍ２以上の自発分極係数
とを有する。
ク液晶装置に用いられるスメクチック液晶混合物を提供
する。 【構成】 液晶材料混合物であって、通常のデバイス動
作温度における傾斜キラルスメクチック相と、高温にお
けるコレステリック相と、コレステリック相からスメク
チック相への転移温度より少なくとも０．１℃上のコレ
ステリック相における４μｍ以上のコレステリックピッ
チと、層の厚さ以上のスメクチックピッチと、スメクチ
ック相における０．１ｎＣ／ｃｍ２以上の自発分極係数
とを有する。
Description
本発明はスメクチック液晶材料混合物に係る。液晶材料
混合物は、液晶装置において用いるものである。液晶装
置は２枚のガラス板またはガラス壁の間に液晶材料の薄
い層を容れて成るのが普通である。両壁の内面側に薄い
透明電極をデポジットする。このような液晶層と壁と電
極とを組合せたものを液晶セルと称することが多い。２
つの電極間に電界を印加すると、液晶分子が電界内で回
転してオン状態になる。電界を除去すると、液晶分子は
反転してオフ状態に戻るが、このオフ状態はセルの組立
て前に壁に対して行なう表面処理および液晶材料の種類
によって決定される。オン状態とオフ状態では透光特性
に相違がある。装置によってはオン状態とオフ状態を視
覚的に判別するために１つまたはそれ以上の偏光子およ
び／または色素を要するものがある。大雑把に言って、
液晶材料にはネマチック，コレステリック，スメクチッ
クの３種類があり、それぞれ分子の秩序によって区別さ
れる。これらの材料が液晶相を示すのは、固相と等方性
液相との間の限られた温度範囲だけである。材料は液晶
相温度範囲内において、ネマチック，コレステリックま
たはスメクチックのうち１つまたはそれ以上の相を示す
ことがあるが、通常の場合はその動作温度範囲内で１種
類の液晶相のみ形成するような材料を選択する。一方の
壁部に電極を行形成し、他方の壁部に列形成した表示装
置が現在製造されている。これらは大型表示装置の上に
別個にアドレスできる素子から成るｘ，ｙマトリックス
を集合的に形成したものである。このような表示装置を
アドレスする方法の１つとしてマルチプレックス駆動、
即ち表示装置全体のアドレスを完了するまで１行毎に逐
次アドレスして行く方法がある。表示を必要とする毎に
これを反復する。別の種類の表示装置ではオン状態とオ
フ状態を用いて電気的に切換え可能な光学シャッタを形
成している。さらに別の種類の表示装置は光記憶装置と
して使用される。このような装置にネマチック，コレス
テリックおよびスメクチック液晶材料が使用されてい
る。多くの表示装置の持つ問題点は、２つの状態間での
切換えに要する時間、すなわち応答時間に関係するもの
である。表示装置は応答時間を短くする必要のある場合
が多い。ネマチック材料を９０度捩れ構造とした場合、
応答時間は１００ミリセカンドになるのが普通である。
スメクチック材料を含む装置はネマチック材料やコレス
テリック材料を用いた装置ほど広く使用されるには至っ
ていない。スメクチック材料を基材とした現存の表示装
置が所要の特性を満たしていなかったためである。最近
になって、切換え速度が速く、双安定特性を有する強誘
電性スメクチック装置に関心が持たれるようになった。
Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋ ＆ Ｓ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌ
ｌ，Ａｐｐ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔｅｒｓ ３６（１
１）１９８０ ｐｐ．８９９〜９０１を参照されたい。
傾斜スメクチック相（ｔｉｌｔｅｄ ｓｍｅｃｔｉｃ
ｐｈａｓｅ）におけるキラル液晶材料、例えばＳＣ ＊，
ＳＩ ＊，ＳＦ ＊，ＳＪ ＊，ＳＧ ＊，ＳＨ ＊において強誘
電性を有することが知られている。これについては、
Ｒ．Ｂ．Ｍｅｙｅｒ，Ｌ．Ｌｉｅｂｅｒｔ， Ｌ．Ｓｔ
ｒｚｅｌｅｃｋｉ ａｎｄＰ．Ｋｅｌｌｅｒ， Ｊ．ｄ
ｅ Ｐｈｙｓｉｇｕｅ（Ｌｅｔｔ），３６，Ｌ−６９
（１９７５）に記載されている。本発明による液晶材料
混合物は、（ｉ） 通常のデバイス動作温度における傾
斜キラルスメクチック層と、高温におけるコレステリッ
ク層と、（ｉｉ） コレステリック相からスメクチック
相への転移温度より少なくとも０．１℃上のコレステリ
ック相における４μｍ以上のコレステリックピッチと、
（ｉｉｉ）層の厚さ以上のスメクチックピッチと、（ｉ
ｖ） スメクチック相における０．１ｎＣ／ｃｍ２以上
の自発分極係数と、（ｖ） 少なくとも１種の左旋性コ
レステリック捩れ方向を有する材料成分と、（ｖｉ）
少なくとも１種の右旋性コレステリック捩れ方向を有す
る材料成分と、（ｖｉｉ）該左旋性および右旋性材料成
分は組み合わさって所要のコレステリックピッチを与え
ることと、（ｖｉｉｉ）該左旋性および右旋性材料成分
は加算される自発分極を有することと、を有する。良好
な配向を得るべく液晶材料をセルに封入するに際して加
熱するが、この加熱段階を行なうのは材料をセル壁間の
空間に導入する前後何れでも良い。液晶材料は単一成分
としても良いし、複数成分の混合物としても良い。左旋
性コレステリック捩れ方向を有する１種またはそれ以上
のキラル成分と右旋性コレステリック捩れ方向を有する
１種またはそれ以上のキラル成分を併用することもでき
る。このような混合物を用いた場合、左旋性成分はいず
れも右旋性成分のラセミ体とすることはできない。この
キラル混合物はキラルスメクチック物質そのものであっ
ても良いし、あるいは非キラルおよび／またはラセミ傾
斜スメクチック液晶ホスト材料に加える添加剤として使
用しても良い。あるいはまた、キラル成分に同一のコレ
ステリック捩れ方向を持たせてコレステリックピッチを
与えても良く、ＰＳは上記数値とする。スメクチック相
は温度によりＣ＊，Ｉ＊，Ｆ＊，Ｊ＊，Ｇ＊，Ｋ＊，Ｈ
＊のキラル傾斜スメクチック相のうち少なくとも１つを
有し、コレステリック相からスメクチック相へ転移する
間にスメクチックＡ相を含む場合がある。材料層の厚さ
は１５μｍまで、またはそれ以上とすることができる
が、普通は１〜１２μｍ、例えば２μｍや６μｍであ
る。コレステリック相からスメクチック相への転移に近
いコレステリック相において材料にπ以上の捩りが生じ
るのを防止するために、ｐ／ｄ比を十分に大きくする。
理想的にはピッチＰを約２ｄより大きくして、転移近辺
でのコレステリック相ではπ以下の捩りしか生じないよ
うにする。理想的に言うとこのｐの値をコレステリック
相全体に亘って大きくし、好ましくはスメクチック／コ
レステリック相転移温度から上５℃に亘って大きくす
る。スメクチック相におけるピッチは層の厚さ以上とす
る。自発分極係数ＰＳは少なくとも０．１ｎＣ／ｃ
ｍ２、好適には１ｎＣ／ｃｍ２またはそれ以上とする。
キラル成分全部にＰＳの大きな値とＰＳの同じ向き（ｓ
ｅｎｓｅ）を持たせることができる。あるいはまた１つ
またはそれ以上の成分のＰＳ値を反対方向にして正味の
ＰＳを大きなものにすることもできる。混合物によって
は、コレステリック相からスメクチック相への転移温度
の±５℃の範囲内において冷却速度を０．０５゜／分か
ら２℃／分の間にする。冷却速度はコレステリック相で
の補整量によって決まる。十分に補整された材料の場
合、例えば２０℃／分またはそれ以上の速い速度で有利
に冷却し得る。本発明によると、傾斜キラルスメクチッ
ク液晶デバイスに使用する液晶材料は、通常のデバイス
動作温度において傾斜キラルスメクチック相を有し、高
温においてコレステリック相を有する材料から成り、該
材料はコレステリック相からスメクチック相への転移温
度から少なくとも０．１℃上におけるコレステリック相
において４μｍ以上のコレステリックピッチを有し、ス
メクチック相において大きな自発分極係数ＰＳを有す
る。デバイスの動作温度は普通０℃〜４０℃の範囲内で
あるが、装置への搭載時の高い方の動作温度が約１００
℃またはそれ以上になるデバイスもある。キラル成分を
ネマチック液晶材料に使用することは周知となってい
る。キラル成分を添加することによってネマチック材料
のディレクタに捩れ方向を与えて、コレステリック材料
となる。この時の捩れ方向は時計廻りまたは逆時計廻
り、すなわち右旋回または左旋回の何れでも良い。反対
の捩れの２種類のキラル材料を添加すると、混合物の組
成および温度によって捩れがゼロになる場合もある。化
合物の中には右旋回力と左旋回力の両方を備える分子を
持つものがあるが、これ等が光学的異性体である。光学
的異性体が同量ずつ存在する場合はラセミ混合物が形成
される。ラセミ混合物は通常の非キラル液晶材料と判別
不能である。図１と図２のセル１はスペーサリング４お
よび／または分散スペーサにより約１〜６μｍの間隔を
あけて配設した２つのガラス壁２，３を含んで成る。透
明酸化錫から成る電極構造５，６を両壁の内面上に形成
する。これらの電極は従来の行列形状としてもよいし、
７セグメント表示装置としても良い。セル壁２，３およ
びスペーサリング４の間に液晶材料層７を入れる。セル
１の前後に偏光子８，９が配設される。各偏光子の光軸
の整列については後述する。概略的には両偏光子を交差
させ、一方の偏光子の光軸を液晶分子の整列方向と略平
行または垂直にする。直流電圧源１０が制御ロジック１
１を介して駆動回路１２，１３に電力を供給する。駆動
回路１２，１３はリード線１４，１５により電極構造
５，６とそれぞれ接続されている。セル壁２，３は組立
て前に薄いポリアミドまたはポリイミド層を展延し、乾
燥した後、必要に応じて硬化させ、その後柔軟な布（レ
ーヨン等）を用いて一方向Ｒ１，Ｒ２に擦過して表面処
理を行なう。このような周知の処理により、液晶分子が
表面配向するようになる。分子は擦過方向Ｒ１，Ｒ２に
沿って、表面に対して約２度の角度でそれ自体で配向す
る。方向Ｒ１，Ｒ２は同じ方向でも反対方向でも良い。
Ｒ１，Ｒ２を同一方向にした場合、接触する液晶分子が
層の中心に向かって傾斜し、層の厚さ方向全体において
スプレイ配置（ｓｐｌａｙｅｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔ
ｉｏｎ）をとる。酸化ケイ素をセル壁上に斜めに蒸着す
るという周知の方法により表面配向を与えることもでき
る。擦過配向の場合は、配向を同一方向または反対方向
で平行にし得る。選択的方法として、一方のセル壁を被
覆しないまま残すかあるいはポリアミド等で被覆して擦
過しない方法をとることもできる。このとき配向は他方
の擦過壁面によって与えられる。このデバイスは透過モ
ードまたは反射モードで動作することができる。前者の
場合、例えばタングステン電球からデバイスを通過する
光が選択的に透過あるいは遮断されて所望の表示を形成
する。反射モードでは、第２偏光子９の後方に鏡を配置
して、周囲光をセル１および２つの偏光子を通して反射
させる。鏡に部分的に反射させることによって、装置を
透過モードと反射モードの両方で動作させることができ
る。多色性色素を材料７に添加することもできる。この
場合は偏光子が１つでも良い。セル内部での液晶分子の
配向状態を理想化した上やや単純化して概略的に示した
のが図３，４，５である。実際にはセル壁の表面効果も
あって、図示のものと相当異なる配列になる場合もあ
る。図３はスメクチックＡ（ＳＡ）材料層７を示す。方
向を定義するためにｘ，ｙ，ｚ軸を使用する。液晶層は
ｘ，ｙ平面にあり、層の厚さ方向がｚ方向である。擦過
方向Ｒ１，Ｒ２は上下壁に関してそれぞれ＋ｘおよび−
ｘの方向である。このような配列のＳＡ材料に関して
は、個々の分子２１がｙ−ｚ平面に対して平行な層２０
（２０，２０２，２０３，……２０ｎ）においてｘ方向
に整列する。図４はスメクチックＣ（ＳＣ）材料層を示
す。表面整列は図３と同じく＋ｘと−ｘの方向である。
図３と同様液晶分子２１はｙ−ｚ平面に平行の層２０を
形成する。但しＳＣ分子２１は各層において傾斜形態を
とる。傾斜はｘ−ｙ平面においてｘ軸に対して角度θで
ある。θは材料の組成および温度によるが、一般に１５
〜２５度である。図５はスメクチックＣ＊ （ＳＣ ＊）
材料層７におけるスメクチックピッチを示す。この層は
複数の層２０ｎ （層構成については図３を参照）を形
成する。各層において分子２１ｎがｘ軸に対して１５〜
２５度の角度を成し、この１５〜２５度の角度が層２０
毎に変化している。全体として分子はｘ軸と一致する捩
れ軸を有する捩れ構造を形成している。図５では順次層
の分子配向２１が各層毎に４５度ずつ方向（傾斜方位）
を変えながら円錘の表面に沿っている様子を表わしてい
る。図５の構造を傾斜キラルスメクチック相と称する。
このような材料は、スメクチック材料にキラル材料を添
加することによって製造することができる。キラル添加
物の捩れ方向は時計廻り方向と逆時計廻り方向の何れで
も良いが、化合物によっては両方向の捩りを有する分子
を持つものもある。この場合の材料はラセミ化合物とす
ることができる。傾斜キラルスメクチック材料は自発分
極を有し得、分子の形状により２つの対抗する自発分極
方向が存在する。ラセミ材料においては、２つの自発分
極（ＰＳ）方向が等しく、相殺し合って正味のＰＳは存
在しなくなる。捩れ方向の対抗するキラル化合物の混合
物を用いた場合、ＰＳは正，負の何れにでもすることが
できる。正味のＰＳが存在すると仮定した場合、その混
合物は強誘電性を呈する。配向したＳＣ ＊層７を製造す
る方法の１つとして、材料を加熱してＳＡ相にし、ＳＡ
相においてセル表面処理により配向させた後冷却してＳ
Ｃ ＊相にする方法がある。残念ながらこの冷却工程によ
り材料が小さなフォーカルコニック構造に形成されるこ
とにもなり、この状態では分子層が互いに角度の異なる
多数の平面をとる。本発明によればスメクチック相より
上にコレステリック相を有する材料を提供するので、適
当なコレステリックピッチを与えることによってこの問
題を解決した。この材料は温度上昇に伴なって：固体−
スメクチックＸ＊−スメクチックＡ−コレステリック−
等方性、および固体−スメクチックＸ＊−コレステリッ
ク−等方性の相を有する材料である。上記においてＸ＊
はＣ＊，Ｉ＊，Ｆ＊，Ｊ＊，Ｇ＊，Ｋ＊，Ｈ＊のうち少
なくとも１つを指す。このようなスメクチック相を１つ
以上有する材料については、相が温度と共に変化する。
コレステリック相におけるピッチｐは、約２／３ｄの時
３πの捩れが生じ得るが、ｐを約ｄとすると２πの捩れ
となる。ｐを約２ｄ以上とするとπ以下の捩れとなる
が、ｐ＞４ｄでは捩りがゼロになる。従ってｐ＞４ｄが
好適である。このコレステリックピッチは、スメクチッ
ク／コレステリック相転移温度から上０．１℃の温度範
囲に亘って必要である。好ましくはこの範囲は転移の上
５℃であり、理想的にはコレステリック相全体に亘って
示すものである。上記の材料を達成する方法はいくつか
ある。例えば、１種またはそれ以上の左旋性コレステリ
ック捩れ方向を有するキラル成分と１種またはそれ以上
の右旋性コレステリック捩れ方向を有するキラル成分と
を左旋性成分の中に右旋性成分のラセミ化合物となるも
のが無いことを条件として組合わせる方法がある。この
ような混合物が必要なスメクチック相を有する場合はそ
れ自身で使用することもできる。あるいはまた、キラル
混合物を非キラルまたはラセミ液晶材料、例えばスメク
チックＣホスト材料に添加しても良い。異なるキラル成
分は異なる温度／ピッチ特性を有する場合がある。その
場合は結果的に得られるピッチがスメクチック／コレス
テリック相転移温度から上の温度範囲において所要の値
を有するようにする必要がある。捩れ方向が逆のキラル
成分を使用する場合、結果的に得られる混合物が所要の
自発分極値ＰＳを有するようにする必要がある。従っ
て、コレステリック捩れ方向とは無関係に全てのキラル
成分のＳＣ ＊分極を同じ方向にすることができる。すな
わちＰＳが合算される。あるいはまた１つまたはそれ以
上のキラル成分のＰＳを反対方向にして、正味のＰＳを
充分な値とすることもできる。上記の材料を獲得するも
う１つの方法として、同一のコレステリック捩れ方向お
よびＳＣ ＊分極方向を有するがそれでもなお上記のコレ
ステリックピッチ値を満足するキラル成分を１種または
それ以上使用する方法がある。このような混合物を単独
で用いるか、あるいは例えばＳＣホスト材料のような非
キラルまたはラセミ液晶材料と併用することができる。
コレステリック相のピッチを大きくする結果、その材料
は冷却されると、セル壁処理による均等な配向を有する
ＳＡ相になる。その結果が図３に示す整列である。さら
に冷却すると、ＳＣ ＊ピッチが十分に長い混合物につい
ては図６に示した配向に近い配向を有するＳＣ ＊相とな
って表面配向が螺旋ピッチを解く、すなわちＳＣ ＊ピッ
チが約ｄである。ピッチ長がそれより短かいものについ
ては図５のような配向になる。ＳＡ相のない材料は冷却
された時コレステリック相からキラルスメクチック相に
なる。コレステリックピッチが十分に長いと仮定する
と、そのセルはＳ＊相において十分に配向する。傾斜ス
メクチック相でのピッチは約１μｍ以上、好適にはそれ
よりはるかに大きくする。コレステリック相におけるピ
ッチの補整を図示したのが図７（ａ），（ｂ），（ｃ）
である。図７（ａ）はコレステリック相からスメクチッ
ク相への転移を有する非補整材料に関するコレステリッ
クピッチ対温度の関係を示す。この転移においてピッチ
は無限大に向かう。図７（ｂ）に示す補整材料は転移温
度より数度上がったところでピッチが無限大に大きくな
り、それ以降ピッチが小さくなることを示している。図
７（ｃ）では、ピッチが無限大に向かう補整温度が、ス
メクチック相／コレステリック相転移温度のすぐ上に生
じることを示している。適当な材料を選択することによ
って、このようなピッチの増大が生じる個所をさらに転
移温度に近付けることもできるが、数度の相違が最終的
結果に影響を及ぼすことはないと考えられる。ドーパン
トの中にはＣＣ１０，ＣＣ１２のように少量を単独で用
いて図７（ｃ）に示すような特性を与えられるものがあ
る。この場合の材料は図７（ｂ）のように補整されるの
ではなく、固有に長いピッチを有するものである。十分
な大きさの直流パルスを電極５，６に印加すると、分子
はパルスの極性に応じて２種類の整列Ｄ１，Ｄ２のうち
何れか一方をとる。これを図６の２１，２２に示す。こ
れらの整列がゼロ電界整列に相当しないかも知れないこ
とに注意されたい。２つの分子方向Ｄ１，Ｄ２が２種類
のＰＳ方向、すなわちアップ方向とダウン方向を示して
いる。偏光子８，９が、それぞれの光軸を直交させ、何
れか一方の偏光子８または９の光軸を方向２１または２
２に平行にした状態で配設される。あるいはまた、偏光
子８，９の軸を平行でも直交でもない方向に配設しても
良い。それぞれの場合において、２つの切換え状態にお
いて異なる効果が観察される。直流パルスを印加するに
従って、セルが暗状態と明状態の間で高速に変化するの
が観察される。方向２１と２２間の角度は液晶材料によ
って決まるが、約４５度が理想的である。選択的方法と
して液晶材料の中に色素を添加した場合は、方向２１と
２２間の理想的角度が約９０度であり、単独の偏光子を
２つの方向２１，２２の何れか一方に一致させるかある
いはそれに対して垂直に整列させる。図８はある材料混
合物、すなわち例５について温度と共に角度θ（２１，
２２間の角度の半分）の変化する様子を示す。同じ例５
の材料に関して温度に伴なうＰＳの変化を示したのが図
９である。電極５，６がシート電極の場合、セル１をシ
ャッタとして使用することもできる。２種類の切換え状
態のセルにおいて光を遮断したり透過したりする。この
ようなシャッタと着色偏光子を組合せてカラースイッチ
を構成し、単色（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅ）陰極線管
（Ｃ．Ｒ．Ｔ．）の正面に配設することもできる。同様
の構成がＧ．Ｂ．１，４９１，４７１に記載されてい
る。ここではＣ．Ｒ．Ｔは２つの異なる波長で発光す
る。カラースイッチを切換えて１回に１フレームずつ２
種類の色を伝達する。これをＣ．Ｒ．Ｔ．と同期化し
て、２種類の色を表わす連続フレーム像を発する。観察
者の眼が２種類の着色像を１つの多色像として合成して
認識する程度にフレーム時間を早くする。本発明はセル
１の片側に無色偏光子を設け、セルの他方の側に２種類
の色、例えば赤と青の偏光子を設けることによりカラー
スイッチを提供する。これらの着色偏光子はそれぞれの
光軸を直交させて配設する。一方の着色偏光子の軸を無
色偏光子の軸と平行にする。Ｇ．Ｂ．１，４９１，４７
１に記載のようにＣ．Ｒ．Ｔ．のフレーム速度でセルの
切換えを行なう。本発明によるセルは９０度偏光スイッ
チとしても使用することができる。この場合は２つの切
換え状態２１，２２の一方において偏光子の一方が液晶
分子に平行になるように偏光子を配設する。第２偏光子
は第１偏光子に関して交差させる。２つの方向２１，２
２間の角度は約４５度である。複屈折Δｎを周知の式Δ
ｎｄ／λより適当に決定して、光の偏光面を９０度回転
させる。偏光スイッチは例えば三次元（３Ｄ）テレビに
有効である。三次元テレビでは左右のアイフレーム（ｅ
ｙｅ ｆｒａｍｅ）が交互に表示される。視聴者は偏光
眼鏡をかけ、テレビ画面の正面の偏光スイッチがフレー
ム速度と同期して切換えられる。これについてはＧ．
Ｂ．２，０６２，２８１Ｂに記載されている。視聴者が
テレビ画面の左右のアイフレームと同期して切換えられ
る左右眼用液晶シャッタを備える眼鏡をかけた場合にも
同様の効果を得ることができる。 使用材料例： キラル成分
混合物は、液晶装置において用いるものである。液晶装
置は２枚のガラス板またはガラス壁の間に液晶材料の薄
い層を容れて成るのが普通である。両壁の内面側に薄い
透明電極をデポジットする。このような液晶層と壁と電
極とを組合せたものを液晶セルと称することが多い。２
つの電極間に電界を印加すると、液晶分子が電界内で回
転してオン状態になる。電界を除去すると、液晶分子は
反転してオフ状態に戻るが、このオフ状態はセルの組立
て前に壁に対して行なう表面処理および液晶材料の種類
によって決定される。オン状態とオフ状態では透光特性
に相違がある。装置によってはオン状態とオフ状態を視
覚的に判別するために１つまたはそれ以上の偏光子およ
び／または色素を要するものがある。大雑把に言って、
液晶材料にはネマチック，コレステリック，スメクチッ
クの３種類があり、それぞれ分子の秩序によって区別さ
れる。これらの材料が液晶相を示すのは、固相と等方性
液相との間の限られた温度範囲だけである。材料は液晶
相温度範囲内において、ネマチック，コレステリックま
たはスメクチックのうち１つまたはそれ以上の相を示す
ことがあるが、通常の場合はその動作温度範囲内で１種
類の液晶相のみ形成するような材料を選択する。一方の
壁部に電極を行形成し、他方の壁部に列形成した表示装
置が現在製造されている。これらは大型表示装置の上に
別個にアドレスできる素子から成るｘ，ｙマトリックス
を集合的に形成したものである。このような表示装置を
アドレスする方法の１つとしてマルチプレックス駆動、
即ち表示装置全体のアドレスを完了するまで１行毎に逐
次アドレスして行く方法がある。表示を必要とする毎に
これを反復する。別の種類の表示装置ではオン状態とオ
フ状態を用いて電気的に切換え可能な光学シャッタを形
成している。さらに別の種類の表示装置は光記憶装置と
して使用される。このような装置にネマチック，コレス
テリックおよびスメクチック液晶材料が使用されてい
る。多くの表示装置の持つ問題点は、２つの状態間での
切換えに要する時間、すなわち応答時間に関係するもの
である。表示装置は応答時間を短くする必要のある場合
が多い。ネマチック材料を９０度捩れ構造とした場合、
応答時間は１００ミリセカンドになるのが普通である。
スメクチック材料を含む装置はネマチック材料やコレス
テリック材料を用いた装置ほど広く使用されるには至っ
ていない。スメクチック材料を基材とした現存の表示装
置が所要の特性を満たしていなかったためである。最近
になって、切換え速度が速く、双安定特性を有する強誘
電性スメクチック装置に関心が持たれるようになった。
Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋ ＆ Ｓ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌ
ｌ，Ａｐｐ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔｅｒｓ ３６（１
１）１９８０ ｐｐ．８９９〜９０１を参照されたい。
傾斜スメクチック相（ｔｉｌｔｅｄ ｓｍｅｃｔｉｃ
ｐｈａｓｅ）におけるキラル液晶材料、例えばＳＣ ＊，
ＳＩ ＊，ＳＦ ＊，ＳＪ ＊，ＳＧ ＊，ＳＨ ＊において強誘
電性を有することが知られている。これについては、
Ｒ．Ｂ．Ｍｅｙｅｒ，Ｌ．Ｌｉｅｂｅｒｔ， Ｌ．Ｓｔ
ｒｚｅｌｅｃｋｉ ａｎｄＰ．Ｋｅｌｌｅｒ， Ｊ．ｄ
ｅ Ｐｈｙｓｉｇｕｅ（Ｌｅｔｔ），３６，Ｌ−６９
（１９７５）に記載されている。本発明による液晶材料
混合物は、（ｉ） 通常のデバイス動作温度における傾
斜キラルスメクチック層と、高温におけるコレステリッ
ク層と、（ｉｉ） コレステリック相からスメクチック
相への転移温度より少なくとも０．１℃上のコレステリ
ック相における４μｍ以上のコレステリックピッチと、
（ｉｉｉ）層の厚さ以上のスメクチックピッチと、（ｉ
ｖ） スメクチック相における０．１ｎＣ／ｃｍ２以上
の自発分極係数と、（ｖ） 少なくとも１種の左旋性コ
レステリック捩れ方向を有する材料成分と、（ｖｉ）
少なくとも１種の右旋性コレステリック捩れ方向を有す
る材料成分と、（ｖｉｉ）該左旋性および右旋性材料成
分は組み合わさって所要のコレステリックピッチを与え
ることと、（ｖｉｉｉ）該左旋性および右旋性材料成分
は加算される自発分極を有することと、を有する。良好
な配向を得るべく液晶材料をセルに封入するに際して加
熱するが、この加熱段階を行なうのは材料をセル壁間の
空間に導入する前後何れでも良い。液晶材料は単一成分
としても良いし、複数成分の混合物としても良い。左旋
性コレステリック捩れ方向を有する１種またはそれ以上
のキラル成分と右旋性コレステリック捩れ方向を有する
１種またはそれ以上のキラル成分を併用することもでき
る。このような混合物を用いた場合、左旋性成分はいず
れも右旋性成分のラセミ体とすることはできない。この
キラル混合物はキラルスメクチック物質そのものであっ
ても良いし、あるいは非キラルおよび／またはラセミ傾
斜スメクチック液晶ホスト材料に加える添加剤として使
用しても良い。あるいはまた、キラル成分に同一のコレ
ステリック捩れ方向を持たせてコレステリックピッチを
与えても良く、ＰＳは上記数値とする。スメクチック相
は温度によりＣ＊，Ｉ＊，Ｆ＊，Ｊ＊，Ｇ＊，Ｋ＊，Ｈ
＊のキラル傾斜スメクチック相のうち少なくとも１つを
有し、コレステリック相からスメクチック相へ転移する
間にスメクチックＡ相を含む場合がある。材料層の厚さ
は１５μｍまで、またはそれ以上とすることができる
が、普通は１〜１２μｍ、例えば２μｍや６μｍであ
る。コレステリック相からスメクチック相への転移に近
いコレステリック相において材料にπ以上の捩りが生じ
るのを防止するために、ｐ／ｄ比を十分に大きくする。
理想的にはピッチＰを約２ｄより大きくして、転移近辺
でのコレステリック相ではπ以下の捩りしか生じないよ
うにする。理想的に言うとこのｐの値をコレステリック
相全体に亘って大きくし、好ましくはスメクチック／コ
レステリック相転移温度から上５℃に亘って大きくす
る。スメクチック相におけるピッチは層の厚さ以上とす
る。自発分極係数ＰＳは少なくとも０．１ｎＣ／ｃ
ｍ２、好適には１ｎＣ／ｃｍ２またはそれ以上とする。
キラル成分全部にＰＳの大きな値とＰＳの同じ向き（ｓ
ｅｎｓｅ）を持たせることができる。あるいはまた１つ
またはそれ以上の成分のＰＳ値を反対方向にして正味の
ＰＳを大きなものにすることもできる。混合物によって
は、コレステリック相からスメクチック相への転移温度
の±５℃の範囲内において冷却速度を０．０５゜／分か
ら２℃／分の間にする。冷却速度はコレステリック相で
の補整量によって決まる。十分に補整された材料の場
合、例えば２０℃／分またはそれ以上の速い速度で有利
に冷却し得る。本発明によると、傾斜キラルスメクチッ
ク液晶デバイスに使用する液晶材料は、通常のデバイス
動作温度において傾斜キラルスメクチック相を有し、高
温においてコレステリック相を有する材料から成り、該
材料はコレステリック相からスメクチック相への転移温
度から少なくとも０．１℃上におけるコレステリック相
において４μｍ以上のコレステリックピッチを有し、ス
メクチック相において大きな自発分極係数ＰＳを有す
る。デバイスの動作温度は普通０℃〜４０℃の範囲内で
あるが、装置への搭載時の高い方の動作温度が約１００
℃またはそれ以上になるデバイスもある。キラル成分を
ネマチック液晶材料に使用することは周知となってい
る。キラル成分を添加することによってネマチック材料
のディレクタに捩れ方向を与えて、コレステリック材料
となる。この時の捩れ方向は時計廻りまたは逆時計廻
り、すなわち右旋回または左旋回の何れでも良い。反対
の捩れの２種類のキラル材料を添加すると、混合物の組
成および温度によって捩れがゼロになる場合もある。化
合物の中には右旋回力と左旋回力の両方を備える分子を
持つものがあるが、これ等が光学的異性体である。光学
的異性体が同量ずつ存在する場合はラセミ混合物が形成
される。ラセミ混合物は通常の非キラル液晶材料と判別
不能である。図１と図２のセル１はスペーサリング４お
よび／または分散スペーサにより約１〜６μｍの間隔を
あけて配設した２つのガラス壁２，３を含んで成る。透
明酸化錫から成る電極構造５，６を両壁の内面上に形成
する。これらの電極は従来の行列形状としてもよいし、
７セグメント表示装置としても良い。セル壁２，３およ
びスペーサリング４の間に液晶材料層７を入れる。セル
１の前後に偏光子８，９が配設される。各偏光子の光軸
の整列については後述する。概略的には両偏光子を交差
させ、一方の偏光子の光軸を液晶分子の整列方向と略平
行または垂直にする。直流電圧源１０が制御ロジック１
１を介して駆動回路１２，１３に電力を供給する。駆動
回路１２，１３はリード線１４，１５により電極構造
５，６とそれぞれ接続されている。セル壁２，３は組立
て前に薄いポリアミドまたはポリイミド層を展延し、乾
燥した後、必要に応じて硬化させ、その後柔軟な布（レ
ーヨン等）を用いて一方向Ｒ１，Ｒ２に擦過して表面処
理を行なう。このような周知の処理により、液晶分子が
表面配向するようになる。分子は擦過方向Ｒ１，Ｒ２に
沿って、表面に対して約２度の角度でそれ自体で配向す
る。方向Ｒ１，Ｒ２は同じ方向でも反対方向でも良い。
Ｒ１，Ｒ２を同一方向にした場合、接触する液晶分子が
層の中心に向かって傾斜し、層の厚さ方向全体において
スプレイ配置（ｓｐｌａｙｅｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔ
ｉｏｎ）をとる。酸化ケイ素をセル壁上に斜めに蒸着す
るという周知の方法により表面配向を与えることもでき
る。擦過配向の場合は、配向を同一方向または反対方向
で平行にし得る。選択的方法として、一方のセル壁を被
覆しないまま残すかあるいはポリアミド等で被覆して擦
過しない方法をとることもできる。このとき配向は他方
の擦過壁面によって与えられる。このデバイスは透過モ
ードまたは反射モードで動作することができる。前者の
場合、例えばタングステン電球からデバイスを通過する
光が選択的に透過あるいは遮断されて所望の表示を形成
する。反射モードでは、第２偏光子９の後方に鏡を配置
して、周囲光をセル１および２つの偏光子を通して反射
させる。鏡に部分的に反射させることによって、装置を
透過モードと反射モードの両方で動作させることができ
る。多色性色素を材料７に添加することもできる。この
場合は偏光子が１つでも良い。セル内部での液晶分子の
配向状態を理想化した上やや単純化して概略的に示した
のが図３，４，５である。実際にはセル壁の表面効果も
あって、図示のものと相当異なる配列になる場合もあ
る。図３はスメクチックＡ（ＳＡ）材料層７を示す。方
向を定義するためにｘ，ｙ，ｚ軸を使用する。液晶層は
ｘ，ｙ平面にあり、層の厚さ方向がｚ方向である。擦過
方向Ｒ１，Ｒ２は上下壁に関してそれぞれ＋ｘおよび−
ｘの方向である。このような配列のＳＡ材料に関して
は、個々の分子２１がｙ−ｚ平面に対して平行な層２０
（２０，２０２，２０３，……２０ｎ）においてｘ方向
に整列する。図４はスメクチックＣ（ＳＣ）材料層を示
す。表面整列は図３と同じく＋ｘと−ｘの方向である。
図３と同様液晶分子２１はｙ−ｚ平面に平行の層２０を
形成する。但しＳＣ分子２１は各層において傾斜形態を
とる。傾斜はｘ−ｙ平面においてｘ軸に対して角度θで
ある。θは材料の組成および温度によるが、一般に１５
〜２５度である。図５はスメクチックＣ＊ （ＳＣ ＊）
材料層７におけるスメクチックピッチを示す。この層は
複数の層２０ｎ （層構成については図３を参照）を形
成する。各層において分子２１ｎがｘ軸に対して１５〜
２５度の角度を成し、この１５〜２５度の角度が層２０
毎に変化している。全体として分子はｘ軸と一致する捩
れ軸を有する捩れ構造を形成している。図５では順次層
の分子配向２１が各層毎に４５度ずつ方向（傾斜方位）
を変えながら円錘の表面に沿っている様子を表わしてい
る。図５の構造を傾斜キラルスメクチック相と称する。
このような材料は、スメクチック材料にキラル材料を添
加することによって製造することができる。キラル添加
物の捩れ方向は時計廻り方向と逆時計廻り方向の何れで
も良いが、化合物によっては両方向の捩りを有する分子
を持つものもある。この場合の材料はラセミ化合物とす
ることができる。傾斜キラルスメクチック材料は自発分
極を有し得、分子の形状により２つの対抗する自発分極
方向が存在する。ラセミ材料においては、２つの自発分
極（ＰＳ）方向が等しく、相殺し合って正味のＰＳは存
在しなくなる。捩れ方向の対抗するキラル化合物の混合
物を用いた場合、ＰＳは正，負の何れにでもすることが
できる。正味のＰＳが存在すると仮定した場合、その混
合物は強誘電性を呈する。配向したＳＣ ＊層７を製造す
る方法の１つとして、材料を加熱してＳＡ相にし、ＳＡ
相においてセル表面処理により配向させた後冷却してＳ
Ｃ ＊相にする方法がある。残念ながらこの冷却工程によ
り材料が小さなフォーカルコニック構造に形成されるこ
とにもなり、この状態では分子層が互いに角度の異なる
多数の平面をとる。本発明によればスメクチック相より
上にコレステリック相を有する材料を提供するので、適
当なコレステリックピッチを与えることによってこの問
題を解決した。この材料は温度上昇に伴なって：固体−
スメクチックＸ＊−スメクチックＡ−コレステリック−
等方性、および固体−スメクチックＸ＊−コレステリッ
ク−等方性の相を有する材料である。上記においてＸ＊
はＣ＊，Ｉ＊，Ｆ＊，Ｊ＊，Ｇ＊，Ｋ＊，Ｈ＊のうち少
なくとも１つを指す。このようなスメクチック相を１つ
以上有する材料については、相が温度と共に変化する。
コレステリック相におけるピッチｐは、約２／３ｄの時
３πの捩れが生じ得るが、ｐを約ｄとすると２πの捩れ
となる。ｐを約２ｄ以上とするとπ以下の捩れとなる
が、ｐ＞４ｄでは捩りがゼロになる。従ってｐ＞４ｄが
好適である。このコレステリックピッチは、スメクチッ
ク／コレステリック相転移温度から上０．１℃の温度範
囲に亘って必要である。好ましくはこの範囲は転移の上
５℃であり、理想的にはコレステリック相全体に亘って
示すものである。上記の材料を達成する方法はいくつか
ある。例えば、１種またはそれ以上の左旋性コレステリ
ック捩れ方向を有するキラル成分と１種またはそれ以上
の右旋性コレステリック捩れ方向を有するキラル成分と
を左旋性成分の中に右旋性成分のラセミ化合物となるも
のが無いことを条件として組合わせる方法がある。この
ような混合物が必要なスメクチック相を有する場合はそ
れ自身で使用することもできる。あるいはまた、キラル
混合物を非キラルまたはラセミ液晶材料、例えばスメク
チックＣホスト材料に添加しても良い。異なるキラル成
分は異なる温度／ピッチ特性を有する場合がある。その
場合は結果的に得られるピッチがスメクチック／コレス
テリック相転移温度から上の温度範囲において所要の値
を有するようにする必要がある。捩れ方向が逆のキラル
成分を使用する場合、結果的に得られる混合物が所要の
自発分極値ＰＳを有するようにする必要がある。従っ
て、コレステリック捩れ方向とは無関係に全てのキラル
成分のＳＣ ＊分極を同じ方向にすることができる。すな
わちＰＳが合算される。あるいはまた１つまたはそれ以
上のキラル成分のＰＳを反対方向にして、正味のＰＳを
充分な値とすることもできる。上記の材料を獲得するも
う１つの方法として、同一のコレステリック捩れ方向お
よびＳＣ ＊分極方向を有するがそれでもなお上記のコレ
ステリックピッチ値を満足するキラル成分を１種または
それ以上使用する方法がある。このような混合物を単独
で用いるか、あるいは例えばＳＣホスト材料のような非
キラルまたはラセミ液晶材料と併用することができる。
コレステリック相のピッチを大きくする結果、その材料
は冷却されると、セル壁処理による均等な配向を有する
ＳＡ相になる。その結果が図３に示す整列である。さら
に冷却すると、ＳＣ ＊ピッチが十分に長い混合物につい
ては図６に示した配向に近い配向を有するＳＣ ＊相とな
って表面配向が螺旋ピッチを解く、すなわちＳＣ ＊ピッ
チが約ｄである。ピッチ長がそれより短かいものについ
ては図５のような配向になる。ＳＡ相のない材料は冷却
された時コレステリック相からキラルスメクチック相に
なる。コレステリックピッチが十分に長いと仮定する
と、そのセルはＳ＊相において十分に配向する。傾斜ス
メクチック相でのピッチは約１μｍ以上、好適にはそれ
よりはるかに大きくする。コレステリック相におけるピ
ッチの補整を図示したのが図７（ａ），（ｂ），（ｃ）
である。図７（ａ）はコレステリック相からスメクチッ
ク相への転移を有する非補整材料に関するコレステリッ
クピッチ対温度の関係を示す。この転移においてピッチ
は無限大に向かう。図７（ｂ）に示す補整材料は転移温
度より数度上がったところでピッチが無限大に大きくな
り、それ以降ピッチが小さくなることを示している。図
７（ｃ）では、ピッチが無限大に向かう補整温度が、ス
メクチック相／コレステリック相転移温度のすぐ上に生
じることを示している。適当な材料を選択することによ
って、このようなピッチの増大が生じる個所をさらに転
移温度に近付けることもできるが、数度の相違が最終的
結果に影響を及ぼすことはないと考えられる。ドーパン
トの中にはＣＣ１０，ＣＣ１２のように少量を単独で用
いて図７（ｃ）に示すような特性を与えられるものがあ
る。この場合の材料は図７（ｂ）のように補整されるの
ではなく、固有に長いピッチを有するものである。十分
な大きさの直流パルスを電極５，６に印加すると、分子
はパルスの極性に応じて２種類の整列Ｄ１，Ｄ２のうち
何れか一方をとる。これを図６の２１，２２に示す。こ
れらの整列がゼロ電界整列に相当しないかも知れないこ
とに注意されたい。２つの分子方向Ｄ１，Ｄ２が２種類
のＰＳ方向、すなわちアップ方向とダウン方向を示して
いる。偏光子８，９が、それぞれの光軸を直交させ、何
れか一方の偏光子８または９の光軸を方向２１または２
２に平行にした状態で配設される。あるいはまた、偏光
子８，９の軸を平行でも直交でもない方向に配設しても
良い。それぞれの場合において、２つの切換え状態にお
いて異なる効果が観察される。直流パルスを印加するに
従って、セルが暗状態と明状態の間で高速に変化するの
が観察される。方向２１と２２間の角度は液晶材料によ
って決まるが、約４５度が理想的である。選択的方法と
して液晶材料の中に色素を添加した場合は、方向２１と
２２間の理想的角度が約９０度であり、単独の偏光子を
２つの方向２１，２２の何れか一方に一致させるかある
いはそれに対して垂直に整列させる。図８はある材料混
合物、すなわち例５について温度と共に角度θ（２１，
２２間の角度の半分）の変化する様子を示す。同じ例５
の材料に関して温度に伴なうＰＳの変化を示したのが図
９である。電極５，６がシート電極の場合、セル１をシ
ャッタとして使用することもできる。２種類の切換え状
態のセルにおいて光を遮断したり透過したりする。この
ようなシャッタと着色偏光子を組合せてカラースイッチ
を構成し、単色（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅ）陰極線管
（Ｃ．Ｒ．Ｔ．）の正面に配設することもできる。同様
の構成がＧ．Ｂ．１，４９１，４７１に記載されてい
る。ここではＣ．Ｒ．Ｔは２つの異なる波長で発光す
る。カラースイッチを切換えて１回に１フレームずつ２
種類の色を伝達する。これをＣ．Ｒ．Ｔ．と同期化し
て、２種類の色を表わす連続フレーム像を発する。観察
者の眼が２種類の着色像を１つの多色像として合成して
認識する程度にフレーム時間を早くする。本発明はセル
１の片側に無色偏光子を設け、セルの他方の側に２種類
の色、例えば赤と青の偏光子を設けることによりカラー
スイッチを提供する。これらの着色偏光子はそれぞれの
光軸を直交させて配設する。一方の着色偏光子の軸を無
色偏光子の軸と平行にする。Ｇ．Ｂ．１，４９１，４７
１に記載のようにＣ．Ｒ．Ｔ．のフレーム速度でセルの
切換えを行なう。本発明によるセルは９０度偏光スイッ
チとしても使用することができる。この場合は２つの切
換え状態２１，２２の一方において偏光子の一方が液晶
分子に平行になるように偏光子を配設する。第２偏光子
は第１偏光子に関して交差させる。２つの方向２１，２
２間の角度は約４５度である。複屈折Δｎを周知の式Δ
ｎｄ／λより適当に決定して、光の偏光面を９０度回転
させる。偏光スイッチは例えば三次元（３Ｄ）テレビに
有効である。三次元テレビでは左右のアイフレーム（ｅ
ｙｅ ｆｒａｍｅ）が交互に表示される。視聴者は偏光
眼鏡をかけ、テレビ画面の正面の偏光スイッチがフレー
ム速度と同期して切換えられる。これについてはＧ．
Ｂ．２，０６２，２８１Ｂに記載されている。視聴者が
テレビ画面の左右のアイフレームと同期して切換えられ
る左右眼用液晶シャッタを備える眼鏡をかけた場合にも
同様の効果を得ることができる。 使用材料例： キラル成分
【表１】 分極の符号はＳ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌｌ並びにＩ Ｄ
ａｈｌ， Ｍｏｌ Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．
１１４ ｐ．１５１（１９８０）による。コレステリッ
ク捩れ方向およびキラル基の絶対配置についてはＧ．
Ｗ．Ｇｒａｙ並びにＤ．Ｇ．ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ， Ｍ
ｏｌ Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．３４，ｐ．２
１１（１９７７）に記載の慣例による： Ｄ：右旋性 Ｌ：左旋性 非キラル材料
ａｈｌ， Ｍｏｌ Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．
１１４ ｐ．１５１（１９８０）による。コレステリッ
ク捩れ方向およびキラル基の絶対配置についてはＧ．
Ｗ．Ｇｒａｙ並びにＤ．Ｇ．ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ， Ｍ
ｏｌ Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．３４，ｐ．２
１１（１９７７）に記載の慣例による： Ｄ：右旋性 Ｌ：左旋性 非キラル材料
【表２】 ラセミ材料
【表３】 ＳＣホスト混合物 コード 組成 遷移温度（℃） Ｈ１：− Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３（１：１：１）Ｉｓ１５１．７Ｎ １１２．７ＳＡ １０７．３ＳＣ ２７．８Ｓ Ｈ２：− Ｍ２＋Ｍ３＋Ｒ１（１：１：１） Ｈ３：− Ｍ１＋Ｍ６＋Ｍ４（１：１：１）Ｉｓ Ｎ ６０ ＳＣ Ｈ４：− Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ５（１：１：１）Ｉｓ １５５．８ Ｎ ８９．７ ＳＣ １５固体 注：Ｉｓ＝等方性、Ｎ＝ネマチック、Ｓ＝スメクチッ
ク、Ｃｈ＝コレステリック。 スメクチック材料で下付き文字の付いていないのは特定
の相が未知のものである。 例１： （ａ）７．８％Ｒ１ （ｂ）２．２％ＣＣ１ （ｃ）９０％Ｍ６ この材料は温度上昇と共に相が 固体＝ＣＣ ＊−ＳＡ−コレステリック−等方相 の順に変化した。材料（ａ）と材料（ｂ）はコレステリ
ックの捩れ方向が反対であるが、ＳＣ ＊分極の方向は同
じである。６μｍ厚の層を有するセルにおいて試験する
と、冷却してＳＡ相、次いでＳＣ ＊相とした時優れた配
向が達成された。１２μｍ厚の層を有するセルにおいて
試験した場合は、加熱コレステリック相でｐｉ（１８０
゜）捩れを示した。冷却速度を例えば約０．２℃／分と
遅くすると、配向が良くなり、強誘電性効果を用いて装
置の切換えを容易に行なうことができた。自発分極ＰＳ
を測定すると約１ｎＣ／ｃｍ２であった。下記の例２，
３，４では補整キラル混合物を使用する。これらの混合
物はコレステリック捩れ方向が反対であるがＳ＊自発分
極方向が同じであるキラル成分で構成する。 例２ ＣＤ１：２３％ＣＣ１＋７７％ＣＣ３ この材料は等方性１１４゜コレステリック９３．４゜Ｓ
Ａ ７１．５゜ ＳＣ ＊５０゜固体の相転移温度を有す
る。コレステリックピッチ対温度曲線が第７ｂ図と同様
になり、補整温度（すなわちピッチが無限大になる温
度）は約９９℃に発生する。２μｍセルにおいて、ＳＡ
からコレステリック相への転移温度の上１℃までπの捩
れ状態を維持することができる。緩慢に冷却することに
よりスメクチック相において良好な配向を達成すること
ができる。６１．５℃において混合物はＰＳは約２５ｎ
Ｃ／ｃｍ２を示し、傾斜角（すなわち半円錘角）は約１
８．５゜であった。 例３ ＣＤ３：２２％ＣＣ１＋７８％ＣＣ３ この材料は、等方性１１５゜コレステリック９４．６゜
ＳＡ７２．６゜ＳＣ ＊４７゜固体の相転移温度を有す
る。コレステリックピッチ対温度曲線は第７ｂ図と同様
であり、補整温度（すなわちピッチが無限大になる温
度）は約９８℃において生じる。２μｍセルにおいて、
捩れ０度の状態が得られる。またＳＡからコレステリッ
ク相への転移温度から上〜６℃までπの捩れを維持する
ことができる。 例４ ＣＤ９：２０％ＣＣ８＋８０％ＣＣ３ この材料は、等方性１２０．１°コレステリック９３．
０゜ＳＡ７８．０゜ＳＣ ＊４３゜固体の相転移温度を有
する。コレステリックピッチ対温度曲線は第７ｂ図と同
様であり、補整温度（すなわちピッチが無限大になる温
度）は〜１０２℃において生じる。６μｍセルにおい
て、ＳＡからコレステリック相への転移温度から上０．
５℃までπの捩れ状態を獲得することができる。例５，
６，７，８ではＳＣホスト材料に補整キラル混合物を加
えたものを使用する。 例５ ＣＭ６：４３．５％ＣＤ３＋５６．５％Ｈ１ この材料の相転移温度値は等方性１３２．８゜コレステ
リック１０６．８゜ＳＡ８３．９゜ＳＣ ＊１４゜Ｓ？−
固体である。Ｓ？は未知のスメクチック相である。ピッ
チ対温度曲線は図７ｂと同様であり、〜１１３゜におい
て補整される（すなわちピッチが無限大になる）。２μ
ｍセルにおいてはＳＡからコレステリック相への転移温
度から上１４℃まで、６μｍのセルにおいては８℃まで
捩れ０度の状態が得られる。図８と図９はＣＭ６に関し
て傾斜角（すなわち半円錘角）と自発分極ＰＳを温度の
関数として示したものである。 例６ ＣＭ８ １９．６％（４９％ＣＣ１＋５１％ＣＣ４）＋
８０．４％Ｈ１ この材料は、等方性１２６，１゜コレステリック８４゜
ＳＡ６５゜ＳＣ ＊５゜Ｓの相転移温度値を有する。ピッ
チ対温度曲線は図７ｂと同様であり、約１１９．５にお
いて補整される（すなわちピッチが無限大になる）。２
μｍセルにおいて、スメクチックＡからコレステリック
相への転移温度から上数℃に亘って捩れ０度の状態が獲
得される。 例７ ＣＭ３：４０％（２０％ＣＣ１＋８０％ＣＣ３）＋６０
％Ｈ３ この材料は等方性１２７．５℃コレステリック９２．４
゜ＳＡ７２゜ ＳＣ ＊１０゜Ｓの相転移温度を有する。
ピッチ対温度曲線は第７ｃ図と同様である。６μｍセル
において、スメクチックＡからコレステリック相への転
移温度の上３℃まで捩れゼロの状態が獲得される。 例８ ＣＭ１１：２５％ＣＤ９＋７５％Ｈ４ この材料は等方性１４７．１゜コレステリック１０１．
１°ＳＡ ８５．１゜ＳＣ ＊１３゜Ｓの相転移温度を有
する。ピッチ対温度曲線は第７ｂ図と同様であり、補整
温度（すなわちピッチが無限大になる温度）は〜１１９
℃において生じる。２μｍセルにおいて、スメクチック
Ａ相からコレステリック相への転移温度のすぐ上におい
て捩れ０度の状態が獲得される。 例９ ＣＭ１３：９０％（９０％Ｈ４＋１０％Ｍ７）＋１０％
（４９％ＣＣ１＋５１％ＣＣ４） 等方性 １３５゜コレステリック５２．３゜ＳＣ ＊−１
５゜Ｓ？−２５゜Ｓ。Ｓ？は未知スメクチック相を示
す。６μｍセルにおいて、スメクチックＣ相からコレス
テリック相への転移温度から上〜１０℃まで捩れ０度の
状態が獲得される。３０℃での混合物の自発分極は３．
４ｎＣ／ｃｍ２で、傾斜角度（すなわち半円錘角）は２
１度であった。 例１０ ＣＭ１５：１５．９％（３１．４％ＣＣ９＋６８．６％
ＣＣ４）＋９４．１％Ｈ１ 等方性１３５℃コレステリック５６．１゜ＳＣ ＊２０゜
固体。６μｍのセルにおいて、スメクチックＣ＊相から
コレステリック相への転移温度から上数度に亘ってπの
捩れ状態が維持された。臨界的に冷却してＳＣ ＊相にし
た後は配向が悪くなったが、約２０Ｖｐｋ１０Ｈｚ矩形
波を印加することによってスメクチックＣ＊相で捩れ０
度の配向を生じさせることができた。丁度コレステリッ
ク相に入ったところまで再加熱した後、適当な符号の直
流電界を用いて冷却することにより所望の配向が与えら
れた。この混合物の自発分極は５０℃と３０℃において
それぞれ２ｎＣ／ｃｍ２と６．２ｎＣ／ｃｍ２である。
例１１と例１２ではＳＣホスト材料の中に１種類のコレ
ステリック捩れ方向のキラル成分を加えたものを使用す
る。 例１１ ＬＰＣ２：１％ＣＣ１０＋９９％Ｈ１ この混合物は、等方相１５１゜コレステリック１１３．
５゜ＳＡ１０４．５゜ＳＣ ＊２８゜Ｓの相転移温度を有
する。コレステリックピッチ対温度曲線は第７ｃ図と同
様である。２μｍのセルにおいて、スメクチックＡ相か
らコレステリック相への転移温度から上〜０．５℃に亘
って捩れ０度状態を獲得できる。混合物の自発分極は８
０℃と４０℃においてそれぞれ１．７ｎＣ／ｃｍ２と
４．２ｎＣ／ｃｍ２であった。 例１２ ＬＰＣ３：１％ＣＣ１０＋９９％Ｈ４ この混合物は、等方性１５８°コレステリック９１゜Ｓ
Ａ８９゜ＳＣ ＊１８゜Ｓ？８゜Ｓの相転移温度を有す
る。コレステリックピッチ対温度曲線は第７ｃ図と同様
である。２μｍのセルにおいて、スメクチックＡ相から
コレステリック相への相転移温度から上〜４゜に亘って
捩れ０度の状態を獲得することができる。 例１３ ＬＰＣ６：０．５％ＣＣ１０＋９９．５％（９５％Ｈ４
＋５％Ｍ７）等方性１５２゜コレステリック７６．８゜
ＳＣ＊＜０゜Ｓ。 「＜０゜」は零度以下の転移温度を示す。６μｍのセル
において、スメクチックＣ＊相からコレステリック相へ
の転移温度から上０．２℃までに亘って捩れ０度の状態
を獲得することができる。 例１４ ＵＣＭ３０：９２．５％（８５％Ｈ４＋１５％Ｍ７）＋
７．５％ＣＣ１２ この混合物は、Ｉｓ１５５．８゜Ｃｈ６０．５゜ＳＣ ＊
１５゜Ｓの相を有する。コレステリックピッチ対温度曲
線は第７（ｃ）図と同様である。５０．５℃でのＰＳが
４．４ｎＣ／ｃｍ２、２５℃で８．４ｎＣ／ｃｍ２であ
る。厚さ６．２μｍのセルにおいて、ＳＣ ＊相からコレ
ステリック相への転移温度から上〜７℃に亘って捩り０
度の状態を達成することができる。 例１５ ＣＭ２０：８５％Ｈ１＋１５％ＣＤ１８ この混合物は、Ｉｓ１３３．７゜Ｃｈ９２．８゜ＳＡ６
３．２゜ＳＣ ＊の相を有する。厚さ２μｍのセルにおい
て、ＳＡ相からＣｈ相への転移温度のすぐ上で捩れ０度
の状態を獲得することができる。２５℃でのＰＳが１８
ｎＣ／ｃｍ２である。 ＣＤ１８＝３４％ＣＣ１＋６６％ＣＣ１１ 例１６ ＬＰＭ１３：７２．５％Ｈ１＋２５％Ｍ７＋２．５％Ｃ
Ｃ１３ Ｉｓ１１８゜Ｃｈ５６．３゜ＳＣ ＊＜０゜固体 ２０℃でのＰＳ＝１０ｎＣ／ｃｍ２、４６℃で５ｎＣ／
ｃｍ２。この材料は２μｍのセルにおいてコレステリッ
ク相中捩れ０度の状態を示す。次に、添付図面を参照し
ながら本発明の一形式について例示的意味に限って説明
することにする。
ク、Ｃｈ＝コレステリック。 スメクチック材料で下付き文字の付いていないのは特定
の相が未知のものである。 例１： （ａ）７．８％Ｒ１ （ｂ）２．２％ＣＣ１ （ｃ）９０％Ｍ６ この材料は温度上昇と共に相が 固体＝ＣＣ ＊−ＳＡ−コレステリック−等方相 の順に変化した。材料（ａ）と材料（ｂ）はコレステリ
ックの捩れ方向が反対であるが、ＳＣ ＊分極の方向は同
じである。６μｍ厚の層を有するセルにおいて試験する
と、冷却してＳＡ相、次いでＳＣ ＊相とした時優れた配
向が達成された。１２μｍ厚の層を有するセルにおいて
試験した場合は、加熱コレステリック相でｐｉ（１８０
゜）捩れを示した。冷却速度を例えば約０．２℃／分と
遅くすると、配向が良くなり、強誘電性効果を用いて装
置の切換えを容易に行なうことができた。自発分極ＰＳ
を測定すると約１ｎＣ／ｃｍ２であった。下記の例２，
３，４では補整キラル混合物を使用する。これらの混合
物はコレステリック捩れ方向が反対であるがＳ＊自発分
極方向が同じであるキラル成分で構成する。 例２ ＣＤ１：２３％ＣＣ１＋７７％ＣＣ３ この材料は等方性１１４゜コレステリック９３．４゜Ｓ
Ａ ７１．５゜ ＳＣ ＊５０゜固体の相転移温度を有す
る。コレステリックピッチ対温度曲線が第７ｂ図と同様
になり、補整温度（すなわちピッチが無限大になる温
度）は約９９℃に発生する。２μｍセルにおいて、ＳＡ
からコレステリック相への転移温度の上１℃までπの捩
れ状態を維持することができる。緩慢に冷却することに
よりスメクチック相において良好な配向を達成すること
ができる。６１．５℃において混合物はＰＳは約２５ｎ
Ｃ／ｃｍ２を示し、傾斜角（すなわち半円錘角）は約１
８．５゜であった。 例３ ＣＤ３：２２％ＣＣ１＋７８％ＣＣ３ この材料は、等方性１１５゜コレステリック９４．６゜
ＳＡ７２．６゜ＳＣ ＊４７゜固体の相転移温度を有す
る。コレステリックピッチ対温度曲線は第７ｂ図と同様
であり、補整温度（すなわちピッチが無限大になる温
度）は約９８℃において生じる。２μｍセルにおいて、
捩れ０度の状態が得られる。またＳＡからコレステリッ
ク相への転移温度から上〜６℃までπの捩れを維持する
ことができる。 例４ ＣＤ９：２０％ＣＣ８＋８０％ＣＣ３ この材料は、等方性１２０．１°コレステリック９３．
０゜ＳＡ７８．０゜ＳＣ ＊４３゜固体の相転移温度を有
する。コレステリックピッチ対温度曲線は第７ｂ図と同
様であり、補整温度（すなわちピッチが無限大になる温
度）は〜１０２℃において生じる。６μｍセルにおい
て、ＳＡからコレステリック相への転移温度から上０．
５℃までπの捩れ状態を獲得することができる。例５，
６，７，８ではＳＣホスト材料に補整キラル混合物を加
えたものを使用する。 例５ ＣＭ６：４３．５％ＣＤ３＋５６．５％Ｈ１ この材料の相転移温度値は等方性１３２．８゜コレステ
リック１０６．８゜ＳＡ８３．９゜ＳＣ ＊１４゜Ｓ？−
固体である。Ｓ？は未知のスメクチック相である。ピッ
チ対温度曲線は図７ｂと同様であり、〜１１３゜におい
て補整される（すなわちピッチが無限大になる）。２μ
ｍセルにおいてはＳＡからコレステリック相への転移温
度から上１４℃まで、６μｍのセルにおいては８℃まで
捩れ０度の状態が得られる。図８と図９はＣＭ６に関し
て傾斜角（すなわち半円錘角）と自発分極ＰＳを温度の
関数として示したものである。 例６ ＣＭ８ １９．６％（４９％ＣＣ１＋５１％ＣＣ４）＋
８０．４％Ｈ１ この材料は、等方性１２６，１゜コレステリック８４゜
ＳＡ６５゜ＳＣ ＊５゜Ｓの相転移温度値を有する。ピッ
チ対温度曲線は図７ｂと同様であり、約１１９．５にお
いて補整される（すなわちピッチが無限大になる）。２
μｍセルにおいて、スメクチックＡからコレステリック
相への転移温度から上数℃に亘って捩れ０度の状態が獲
得される。 例７ ＣＭ３：４０％（２０％ＣＣ１＋８０％ＣＣ３）＋６０
％Ｈ３ この材料は等方性１２７．５℃コレステリック９２．４
゜ＳＡ７２゜ ＳＣ ＊１０゜Ｓの相転移温度を有する。
ピッチ対温度曲線は第７ｃ図と同様である。６μｍセル
において、スメクチックＡからコレステリック相への転
移温度の上３℃まで捩れゼロの状態が獲得される。 例８ ＣＭ１１：２５％ＣＤ９＋７５％Ｈ４ この材料は等方性１４７．１゜コレステリック１０１．
１°ＳＡ ８５．１゜ＳＣ ＊１３゜Ｓの相転移温度を有
する。ピッチ対温度曲線は第７ｂ図と同様であり、補整
温度（すなわちピッチが無限大になる温度）は〜１１９
℃において生じる。２μｍセルにおいて、スメクチック
Ａ相からコレステリック相への転移温度のすぐ上におい
て捩れ０度の状態が獲得される。 例９ ＣＭ１３：９０％（９０％Ｈ４＋１０％Ｍ７）＋１０％
（４９％ＣＣ１＋５１％ＣＣ４） 等方性 １３５゜コレステリック５２．３゜ＳＣ ＊−１
５゜Ｓ？−２５゜Ｓ。Ｓ？は未知スメクチック相を示
す。６μｍセルにおいて、スメクチックＣ相からコレス
テリック相への転移温度から上〜１０℃まで捩れ０度の
状態が獲得される。３０℃での混合物の自発分極は３．
４ｎＣ／ｃｍ２で、傾斜角度（すなわち半円錘角）は２
１度であった。 例１０ ＣＭ１５：１５．９％（３１．４％ＣＣ９＋６８．６％
ＣＣ４）＋９４．１％Ｈ１ 等方性１３５℃コレステリック５６．１゜ＳＣ ＊２０゜
固体。６μｍのセルにおいて、スメクチックＣ＊相から
コレステリック相への転移温度から上数度に亘ってπの
捩れ状態が維持された。臨界的に冷却してＳＣ ＊相にし
た後は配向が悪くなったが、約２０Ｖｐｋ１０Ｈｚ矩形
波を印加することによってスメクチックＣ＊相で捩れ０
度の配向を生じさせることができた。丁度コレステリッ
ク相に入ったところまで再加熱した後、適当な符号の直
流電界を用いて冷却することにより所望の配向が与えら
れた。この混合物の自発分極は５０℃と３０℃において
それぞれ２ｎＣ／ｃｍ２と６．２ｎＣ／ｃｍ２である。
例１１と例１２ではＳＣホスト材料の中に１種類のコレ
ステリック捩れ方向のキラル成分を加えたものを使用す
る。 例１１ ＬＰＣ２：１％ＣＣ１０＋９９％Ｈ１ この混合物は、等方相１５１゜コレステリック１１３．
５゜ＳＡ１０４．５゜ＳＣ ＊２８゜Ｓの相転移温度を有
する。コレステリックピッチ対温度曲線は第７ｃ図と同
様である。２μｍのセルにおいて、スメクチックＡ相か
らコレステリック相への転移温度から上〜０．５℃に亘
って捩れ０度状態を獲得できる。混合物の自発分極は８
０℃と４０℃においてそれぞれ１．７ｎＣ／ｃｍ２と
４．２ｎＣ／ｃｍ２であった。 例１２ ＬＰＣ３：１％ＣＣ１０＋９９％Ｈ４ この混合物は、等方性１５８°コレステリック９１゜Ｓ
Ａ８９゜ＳＣ ＊１８゜Ｓ？８゜Ｓの相転移温度を有す
る。コレステリックピッチ対温度曲線は第７ｃ図と同様
である。２μｍのセルにおいて、スメクチックＡ相から
コレステリック相への相転移温度から上〜４゜に亘って
捩れ０度の状態を獲得することができる。 例１３ ＬＰＣ６：０．５％ＣＣ１０＋９９．５％（９５％Ｈ４
＋５％Ｍ７）等方性１５２゜コレステリック７６．８゜
ＳＣ＊＜０゜Ｓ。 「＜０゜」は零度以下の転移温度を示す。６μｍのセル
において、スメクチックＣ＊相からコレステリック相へ
の転移温度から上０．２℃までに亘って捩れ０度の状態
を獲得することができる。 例１４ ＵＣＭ３０：９２．５％（８５％Ｈ４＋１５％Ｍ７）＋
７．５％ＣＣ１２ この混合物は、Ｉｓ１５５．８゜Ｃｈ６０．５゜ＳＣ ＊
１５゜Ｓの相を有する。コレステリックピッチ対温度曲
線は第７（ｃ）図と同様である。５０．５℃でのＰＳが
４．４ｎＣ／ｃｍ２、２５℃で８．４ｎＣ／ｃｍ２であ
る。厚さ６．２μｍのセルにおいて、ＳＣ ＊相からコレ
ステリック相への転移温度から上〜７℃に亘って捩り０
度の状態を達成することができる。 例１５ ＣＭ２０：８５％Ｈ１＋１５％ＣＤ１８ この混合物は、Ｉｓ１３３．７゜Ｃｈ９２．８゜ＳＡ６
３．２゜ＳＣ ＊の相を有する。厚さ２μｍのセルにおい
て、ＳＡ相からＣｈ相への転移温度のすぐ上で捩れ０度
の状態を獲得することができる。２５℃でのＰＳが１８
ｎＣ／ｃｍ２である。 ＣＤ１８＝３４％ＣＣ１＋６６％ＣＣ１１ 例１６ ＬＰＭ１３：７２．５％Ｈ１＋２５％Ｍ７＋２．５％Ｃ
Ｃ１３ Ｉｓ１１８゜Ｃｈ５６．３゜ＳＣ ＊＜０゜固体 ２０℃でのＰＳ＝１０ｎＣ／ｃｍ２、４６℃で５ｎＣ／
ｃｍ２。この材料は２μｍのセルにおいてコレステリッ
ク相中捩れ０度の状態を示す。次に、添付図面を参照し
ながら本発明の一形式について例示的意味に限って説明
することにする。
【図１】本発明の液晶材料混合物を用いる液晶表示装置
の平面図と断面図である。
の平面図と断面図である。
【図２】本発明の液晶材料混合物を用いる液晶表示装置
の平面図と断面図である。
の平面図と断面図である。
【図３】スメクチックＡ材料から成る配向液晶材料層を
それぞれ様式化して示す図である。
それぞれ様式化して示す図である。
【図４】スメクチックＣ材料から成る配向液晶材料層を
それぞれ様式化して示す図である。
それぞれ様式化して示す図である。
【図５】スメクチックＣ＊材料から成る配向液晶材料層
をそれぞれ様式化して示す図である。
をそれぞれ様式化して示す図である。
【図６】ＳＣ ＊セルの平面図であり、ＰＳアップ（Ｕ
Ｐ）時の分子配向状態とＰＳダウン（ＤＯＷＮ）時の分
子配向状態の両方を示す。
Ｐ）時の分子配向状態とＰＳダウン（ＤＯＷＮ）時の分
子配向状態の両方を示す。
【図７ａ】図は各種混合物に関してコレステリックピッ
チ対温度の関係を示すグラフである。
チ対温度の関係を示すグラフである。
【図７ｂ】図は各種混合物に関してコレステリックピッ
チ対温度の関係を示すグラフである。
チ対温度の関係を示すグラフである。
【図７ｃ】図は各種混合物に関してコレステリックピッ
チ対温度の関係を示すグラフである。
チ対温度の関係を示すグラフである。
【図８】ある材料混合物に関してアップ状態とダウン状
態の間の半円錘角の変化を示すグラフである。
態の間の半円錘角の変化を示すグラフである。
【図９】ある材料混合物に関して温度に伴なうＰＳの変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
１ セル ２，３ ガラス壁 ４ スペーサリング ５，６ 電極構造 ７ 液晶材料層 ８，９ 偏光子 １０ 電極源 １１ 制御ロジック １２，１３ 駆動回路 １４，１５ リード線
Claims (9)
- 【請求項１】 液晶材料混合物であって、（ｉ） 通常
のデバイス動作温度における傾斜キラルスメクチック相
と、高温におけるコレステリック相と、（ｉｉ） コレ
ステリック相からスメクチック相への転移温度より少な
くとも０．１℃上のコレステリック相における４μｍ以
上のコレステリックピッチと、（ｉｉｉ）層の厚さ以上
のスメクチックピッチと、（ｉｖ） スメクチック相に
おける０．１ｎＣ／ｃｍ２以上の自発分極係数と、
（ｖ） 少なくとも１種の左旋性コレステリック捩れ方
向を有する材料成分と、（ｖｉ） 少なくとも１種の右
旋性コレステリック捩れ方向を有する材料成分と、（ｖ
ｉｉ）該左旋性および右旋性材料成分は組み合わさって
所要のコレステリックピッチを与えることと、（ｖｉｉ
ｉ）該左旋性および右旋性材料成分は加算される自発分
極を有することと、を有する液晶材料混合物。 - 【請求項２】 通常のデバイス動作温度において傾斜キ
ラルスメクチック相を有し、高温においてコレステリッ
ク相を有する材料を有する液晶材料混合物であって、該
混合物がコレステリック相からスメクチック相への転移
温度より少なくとも０．１℃上のコレステリック相にお
いて４μｍより大きいコレステリックピッチと、スメク
チック相において少なくとも１．０ｎＣ／ｃｍ２の自発
分極係数と、１μｍよりも大きいスメクチックピッチと
を有する液晶材料混合物。 - 【請求項３】 該材料が温度変化と共に、 【数１】 の各相を有する請求項２に記載の液晶材料混合物。
- 【請求項４】 該材料が温度変化と共に、 【数２】 の各相を有する請求項２に記載の液晶材料混合物。
- 【請求項５】 コレステリック／スメクチック相転移温
度の上５℃までの温度範囲に亘ってコレステリック相で
のピッチが４μｍより大きい請求項２に記載の液晶材料
混合物。 - 【請求項６】 スメクチックピッチが２μｍより大きい
請求項２に記載の液晶材料混合物。 - 【請求項７】 コレステリック相／スメクチック相転移
温度が４０℃以上にある請求項２に記載の液晶材料混合
物。 - 【請求項８】 コレステリック相／スメクチック相転移
温度が１００℃以上にある請求項２に記載の液晶材料混
合物。 - 【請求項９】 二色性色素をさらに含む請求項２に記載
の液晶材料混合物。
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