JPH09211464A - 液晶素子及び表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セル作成上の配向膜の膜剥がれを改善し、駆
動特性が改善された、高速、高コントラスト、高輝度な
カイラルスメクチック液晶素子を提供する。 【構成】 上下基板上に少なくとも電圧を印加するため
の電極、配向膜及びカイラルスメクチック液晶組成物か
らなる液晶層を有し、配向膜の少なくとも一方が一般式
（Ｉ）で表される構造の繰り返し単位を持つポリ（２，
２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体膜からな
る液晶素子。 【化１】

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
等に用いられるライトバルブに使用される液晶素子およ
びそれらを使用した表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、広範に用いられている液晶表示素
子として、たとえばエム・シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄ
ｔ）とダブリュー・ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃ
ｈ）著「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｔｓ」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。

【０００３】また、代表的な液晶素子として知られてい
るものに単純マトリクスタイプの液晶素子がある。この
タイプは、素子作成が容易であり、コスト面で優位性が
ある。しかしながら、画素密度を高くしたマトリクス電
極構造を用いた時分割駆動の時、クロストークが発生す
るという問題点があるため、画素数が制限されていた。
また、応答速度が１０ミリ秒以上と遅いため、ディスプ
レイとしての用途が制限されていた。

【０００４】近年、このような単純マトリクスタイプの
素子に対してＴＦＴといわれる液晶素子の開発が行われ
ている。このタイプは一つ一つの画素にトランジスタを
作成するため、クロストークや応答速度の問題は解決さ
れる反面、大面積になればなるほど不良画素なく液晶素
子を作成することが非常に困難であり、また、可能であ
っても多大なコストが発生する。

【０００５】このような従来型の液晶素子の欠点を改善
するものとして、双安定性からなる液晶素子がクラーク
（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅｒｗａｌ
ｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２１６
号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書）。この双
安定性からなる液晶としては、一般にカイラルスメクチ
ックＣ相また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。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、非常に速い応
答速度からなる上にメモリー性のある双安定状態を発現
させることができる。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。また、最近で
はチャンダニ、竹添らにより３つの安定状態を有するカ
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（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、第２７巻、１９８８年Ｌ７
２９頁）。

【０００６】このようなカイラルスメクチック液晶素子
においては、たとえば「強誘電液晶の構造と物性」（コ
ロナ社、福田敦夫、竹添秀男著、１９９０年）に記載さ
れているように、ジグザグ状の配向欠陥が発生してコン
トラストを著しく低下させるという問題があった。この
欠陥は上下基板間に担持されたカイラルスメクチック液
晶の層状構造が２種類のシェブロン構造を形成している
ことに起因している。最近、このような欠点を持つシェ
ブロン構造を解消し、ブックシェルフといわれる層状構
造あるいはそれに近い構造を現出させ、高コントラスト
な良好な液晶素子を実現しようという動きがある（たと
えば「次世代液晶ディスプレイと液晶材料」（株）シー
エムシー、福田敦夫編、１９９２年）。

【０００７】ブックシェルフあるいはそれに近い構造を
現出する液晶材料としてパーフルオロエーテル側鎖を持
つ液晶性化合物（米国特許第５２６２０８２号明細書、
国際出願特許ＷＯ９３／２２３９６、１９９３年第４回
強誘電液晶国際会議Ｐ−４６、ＭａｒｃＤ． Ｒａｄｃ
ｌｉｆｆｅら）が開示されている。この液晶は電場等の
外部場を用いずともブックシェルフあるいはそれに近い
層傾き角の小さな構造を現出することができ、高速、高
精細、大面積の液晶素子、表示装置に適している。しか
しながら、液晶素子のスピード、配向、コントラスト、
駆動安定性等の面でさらなる改良が求められている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般的なネマクチック
液晶やカイラルスメクチック液晶の表示素子において使
用されている配向膜は、殆どの場合ポリイミド等の単体
高分子膜が多い。これらの高分子膜（例えばポリイミド
膜）の殆どは、電気抵抗が約１０⁺¹⁵ Ωｃｍ以上の絶縁
膜である。この配向膜に一軸性を持たせる方法としてラ
ビング法がある。この方法は、膜そのものを布で擦るこ
とにより、軸性を付与するものであるが、この際に膜表
面に静電的な帯電が生じるため、ゴミの吸着、配向膜の
剥がれ等の問題が生ずる。

【０００９】また、カイラルスメクチック液晶のセル特
性を考えると、配向膜の与える影響はさらに大きい。カ
イラルスメクチック液晶のスイッチングは、外部電場に
従い自発分極の向きを反転させる事で、スイッチングが
行われる。この液晶の持つ自発分極により、液晶と接す
る配向膜表面には帯電が生じてしまう。この配向膜表面
の帯電は、スイッチング不良の原因（反電場、逆電圧）
となり、駆動マージンを減少させる。この反電場による
スイッチング不良は、配向膜の電気抵抗を下げることで
解決されることが明らかになっている。例えば吉田明雄
著、昭和６２年１０月「液晶討論会予稿集」１４２〜１
４３頁の「ＳＳＦＬＣのスイッチング特性」に詳しい。
反電場は、自発分極の大きさに伴って大きくなるため、
液晶素子の応答速度の高速化を行ううえで非常に大きな
問題となる。また膜厚を薄膜化する事で、配向膜の電気
容量を大きくし、反電場を抑制することも可能ではある
が、薄膜にすることと、膜剥がれを抑制することは、相
反する問題であり、均一配向を得ることは極めて困難で
ある。

【００１０】従って、本発明の目的は、セル作成上の配
向膜の膜剥がれを改善し、またセルと液晶が接する界面
の帯電を防止し、駆動特性が改善された、高速、高コン
トラスト、高輝度なカイラルスメクチック液晶素子およ
びそれらを使用した表示装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、上下基
板上に少なくとも電圧を印加するための電極、配向膜及
び液晶層を有し、下記一般式（Ｉ）で表される構造の繰
り返し単位を持つポリ（２，２′−ビピリジン−５，
５′−ジイル）重合体膜を含むセル構成を特徴とする液
晶素子である。

【００１２】

【化４】 また、本発明は前記液晶素子を用いた表示装置である。

【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。本発明者
らは、上記の問題点を解決するべく鋭意検討した結果、
従来技術に基づくポリイミド系配向膜では、電気抵抗が
約１０⁺¹⁵ Ωｃｍ以上の絶縁膜であるため、上記課題を
解決することは非常に困難であったが、上記一般式
（Ｉ）で表される構造の繰り返し単位を持つポリ（２，
２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体膜（電気
抵抗：約１０⁺⁶Ωｃｍ）を用いることによって、上記の
問題点を解決し、液晶素子の表示特性を著しく向上させ
ることができることを見いだした。

【００１４】本発明で用いられる上記一般式（Ｉ）で表
される構造の繰り返し単位を持つポリ（２，２′−ビピ
リジン−５，５′−ジイル）重合体膜の合成法に関して
は、例えば特開平３−１６６２２４号公報に詳細に記述
されている。

【００１５】本発明において用いるポリビピリジン誘導
体は、好ましくは平均分子量１，０００〜５０，０００
の範囲として膜材料として用いられる。

【００１６】また、具体的に本発明に用いられるポリ
（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体膜
について説明すると、２，２′−ビピリジンが５，５′
−位で結合した単位を繰り返し単位としているため、優
れた直線性、すなわち配向性と、耐熱性を有し、また可
溶性を有し、ドーピングにより導電性を付与でき、かつ
金属元素に対して配位子となる線状ポリ（２，２′−ビ
ピリジン−５，５′−ジイル）重合体膜である。

【００１７】本発明は、上下基板上に少なくとも電極、
配向膜及び液晶層を有し、下記一般式（Ｉ）で表される
構造の繰り返し単位を持つポリ（２，２′−ビピリジン
−５，５′−ジイル）重合体膜を含むセル構成を特徴と
する液晶素子であり、さらに好ましくはこのポリビピリ
ジンに対し、電子供与体の添加またはポリビピリジンの
還元によって得られる導電性を付与されたポリビピリジ
ン膜を配向膜として用いることを特徴とする液晶素子を
提供するものである。

【００１８】

【化５】

【００１９】また、液晶を挟持する２枚の基板のうち、
一方にドープし導電性を付与したポリ（２，２′−ビピ
リジン−５，５′−ジイル）重合体膜を一軸性配向処理
をした基板、対向側に垂直配向処理をした基板から構成
される非対称なセル構成を特徴とする液晶素子を提供す
るものである。

【００２０】また、前記液晶層としては、カイラルスメ
クチック液晶組成物であることが好ましく、さらに好ま
しくは、液晶層が、フルオロカーボン末端鎖及び炭化水
素末端鎖を有し、該両末端鎖が中心核によって結合さ
れ、スメクチック中間相または潜在的スメクチック中間
相を持つフッ素含有液晶化合物を含有するカイラルスメ
クチック組成物である。

【００２１】このスメクチック中間相または潜在的スメ
クチック中間相を持つフッ素含有液晶化合物は、好まし
くは、以下の一般式（ＩＩ）で表わされる化合物であ
る。

【００２２】

【化６】

【００２３】（式中、Ｂ、Ｅ、Ｈはそれぞれ独立に

【００２４】

【化７】

【００２５】を表わし、ａ、ｂ、ｄはそれぞれ独立に０
または１から３の整数である。但し、ａ＋ｂ＋ｄは少な
くとも２である。Ｄ、Ｇはそれぞれ独立に単結合、−Ｏ
−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＳ−、
−ＳＣＯ−、−ＣＯＳｅ−、−ＳｅＣＯ−、−ＣＯＴ
ｅ、−ＴｅＣＯ−、−（ＣＨ₂ ＣＨ₂ ）_h −、−ＣＨ＝
Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ₂ Ｏ−、
−ＯＣＨ₂ −を表わし、ｈは１から４までの整数であ
る。Ｘ、Ｙ、ＺはＢ、Ｅ、Ｈの置換基であり、それぞれ
独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−
ＯＣＨ₃ 、−ＣＮ、−ＮＯ₂ を表わし、ｅ、ｆ、ｇはそ
れぞれ独立に０または１から４までの整数である。

【００２６】Ｊは−ＣＯＯＣ_q Ｈ_2q−、−ＯＣ_q Ｈ
_2q−、−Ｃ_q Ｈ_2q−、−ＯＳＯ₂ −、−ＳＯ₂ Ｏ−、−
ＳＯ₂ −、−ＳＯ₂ Ｃ_q Ｈ_2q−、−ＯＣ_q Ｈ_2qＯＣ_r Ｈ
_2r−、−Ｃ_q Ｈ_2qＮ（Ｃ_s Ｈ_2s+1）ＳＯ₂ −、−Ｃ_q Ｈ
_2qＮ（Ｃ_s Ｈ_2s+1）ＣＯ−を表わし、ｑ、ｒはそれぞれ
独立に１から２０までの整数であり、ｓは１から４まで
の整数である。

【００２７】Ａは−ＯＣ_t Ｈ_2tＯＣ_u Ｈ_2u+1、−Ｃ_t Ｈ
_2tＯＣ_u Ｈ_2u+1、−Ｃ_t Ｈ_2tＲ、−ＯＣ_t Ｈ_2tＲ、−Ｃ
ＯＯＣ_t Ｈ_2tＲ、−ＯＣＯＣ_t Ｈ_2tＲを表わし、直鎖状
基または分岐状基でもよい。Ｒは−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ
₃ 、−ＮＯ₂ 、−ＣＮ、−Ｈ、−ＣＯＯＣ_v Ｈ_2v+1、−
ＯＣＯＣ_v Ｈ_2v+1を表わし、ｔ、ｕ、ｖはそれぞれ独立
に１から２０までの整数である。

【００２８】Ｋは−（Ｃ_x Ｆ_2xＯ）_z Ｃ_y Ｆ_2y+1または
−Ｃ_w Ｆ_2w+1を表わす。ｘはそれぞれのＣ_x Ｆ_2xＯに対
して独立に１から１０の整数であり、ｙは１から１０ま
での整数であり、ｚは１から６までの整数である。ｗは
１から２０までの整数である。）

【００２９】上記一般式（Ｉ）で表される化合物は、フ
ェニルピリミジンコアからなる化合物であるのが好まし
い。また、本発明においては、前記カイラルスメクチッ
ク液晶組成物が強誘電性を発現する液晶組成物、または
強誘電性及び反強誘電性を発現する液晶組成物であるの
が好ましい。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下本発明を順を追って詳細に説
明する。図１に本発明のカイラルスメクチック液晶素子
の１例を挙げた。１がカイラルスメクチック液晶組成物
からなる液晶層であり、通常、双安定性を実現させるた
め、層厚５μｍ以下が好ましい。２は基板であり、ガラ
ス、プラスチック等が用いられる。３がＩＴＯ等の透明
電極である。４が配向膜であり、少なくとも一方の基板
上に一軸配向膜が必要である。少なくとも一方の配向膜
にはポリ（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）
重合体膜が用いられる。該配向膜の形成方法としては通
常基板上に溶液塗工により、ポリ（２，２′−ビピリジ
ン−５，５′−ジイル）重合体膜を被膜形成したのち、
加熱処理し、ポリ（２，２′−ビピリジン−５，５′−
ジイル）重合体膜被膜とする。これの表面をビロード、
布あるいは紙等の繊維状のもので摺擦（ラビング）する
ことによりポリ（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジ
イル）重合体膜配向膜が得られる。

【００３１】また、自発分極Ｐｓのスイッチングに伴っ
て発生する反電場を抑制し、良好なスイッチング性能を
保持する観点で、配向膜の膜厚は５０Å以下にする方法
がある。すなわち配向膜の膜厚は５０Å以下にして電気
容量を大きくする事で、反電場を抑制することが可能と
なる。しかし、配向膜を薄膜にすることと、配向膜の膜
剥がれを抑制して均一配向を得ることは、相反する問題
であり、両方を満足することは極めて困難であった。

【００３２】本発明では、少なくとも一方の配向膜にポ
リ（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体
膜を用いることで、配向膜の電気抵抗を小さくすること
により、膜厚を１００Å以上にしても反電場の影響を受
けない、良好なスイッチング特性を有し、かつ配向膜の
剥がれによる配向欠陥がない、均一配向を有する液晶表
示素子を提供することが可能になる。

【００３３】さらに、上記一般式（ＩＩ）で表わされる
化合物を含有するカイラルスメクチック液晶組成物は、
一般的に液晶相としてスメクチックＡ（ＳｍＡ）相とス
メクチックＣ（ＳｍＣ）相を示すが、コレステリック
（Ｃｈ）相を持たないため、均一な一軸配向を得るため
に、非対称の配向膜構成素子を用いることが好ましい。

【００３４】また、上記配向膜とは別に上下基板のショ
ート防止層としての絶縁層や他の有機物層、無機物層が
形成されていても良い。５がギャップ制御スペーサーで
あり、たとえばシリカビーズ等が用いられる。６がリー
ド線、７が信号電源、８が偏光板、９が光源である。信
号電源７からのスイッチング信号に応じてスイッチング
が行われ、表示素子のライトバルブとして機能する。ま
た、３の透明電極を上下クロスにマトリクスとすれば、
パターン表示、パターン露光が可能となり、たとえばパ
ーソナルコンピュータ、ワークステーション等のディス
プレイ、プリンター用等のライトバルブとして用いられ
る。

【００３５】前記本発明におけるカイラルスメクチック
液晶組成物中に用いられる液晶性化合物は、フルオロカ
ーボン末端鎖及び炭化水素末端鎖を有し、該両末端鎖が
中心核によって結合され、スメクチック中間相または潜
在的スメクチック中間相を持つフッ素含有液晶化合物が
好ましい。代表的には上記一般式（ＩＩ）で表され、良
好な液晶性を持つという観点で好ましく用いられる。

【００３６】さらに、スメクチック中間相または潜在的
スメクチック中間相を持つフッ素含有液晶化合物の具体
的構造例として以下にあげる構造の化合物があげられる
が本発明はこれらに限定されるものではない。

【００３７】

【化８】

【００３８】

【化９】

【００３９】

【化１０】

【００４０】

【化１１】

【００４１】

【化１２】

【００４２】さらにカイラル化合物の具体例としては以
下の構造のものがあげられるが本発明はこれらに限定さ
れるものではない。

【００４３】

【化１３】

【００４４】

【化１４】

【００４５】Ｄ−１：ｎ＝６，２Ｒ，５Ｒ Ｄ−２：ｎ＝６，２Ｓ，５Ｒ Ｄ−３：ｎ＝４，２Ｒ，５Ｒ Ｄ−４：ｎ＝４，２Ｓ，５Ｒ Ｄ−５：ｎ＝３，２Ｒ，５Ｒ Ｄ−６：ｎ＝２，２Ｓ，５Ｒ Ｄ−７：ｎ＝２，２Ｒ，５Ｒ Ｄ−８：ｎ＝１，２Ｓ，５Ｒ Ｄ−９：ｎ＝１，２Ｒ，５Ｒ

【００４６】

【化１５】

【００４７】Ｄ−１０：ｎ＝１ Ｄ−１１：ｎ＝２ Ｄ−１２：ｎ＝３ Ｄ−１３：ｎ＝４ Ｄ−１４：ｎ＝６ Ｄ−１５：ｎ＝１０

【００４８】

【化１６】

【００４９】Ｄ−１６：ｎ＝８ Ｄ−１７：ｎ＝１０

【００５０】

【化１７】

【００５１】

【化１８】

【００５２】

【化１９】

【００５３】さらに、本発明におけるカイラルスメクチ
ック液晶組成物中には、上記以外の他の液晶性化合物が
含有されていてもよく、他の液晶性化合物としては、例
えば、フェニルピリミジン等の環状骨格に対し、炭化水
素系の側鎖が結合した液晶性化合物が挙げられる。

【００５４】また、本発明のカイラルスメクチック液晶
組成物中には、その他の化合物、たとえば染料、顔料、
酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加物を含有することが
可能である。

【００５５】本発明の液晶素子は種々の機能をもった液
晶装置を構成するが、そのもっとも適した例が該液晶素
子を表示パネル部に使用し、図２および図３に示した走
査線アドレス情報を持つ画像情報からなるデータフォー
マット及びＳＹＮ信号による通信同期手段をとることに
より、液晶表示装置を実現する。図中の符号はそれぞれ
以下の通りである。

【００５６】 １０１ カイラルスメクチック液晶表示装置 １０２ グラフィックコントローラー １０３ 表示パネル １０４ 走査線駆動回路 １０５ 情報線駆動回路 １０６ デコーダ １０７ 走査線信号発生回路 １０８ シフトレジスタ １０９ ラインメモリ １１０ 情報信号発生回路 １１１ 駆動制御回路 １１２ ＧＣＰＵ １１３ ホストＣＰＵ １１４ ＶＲＡＭ

【００５７】画像情報の発生は本体装置のグラフィック
コントローラー１０２にて行われ、図２及び図３に示し
た信号伝達手段に従って表示パネル１０３へと転送され
る。グラフィックコントローラー１０２はＣＰＵ（中央
演算装置、ＧＣＰＵ １１２と略す。）及びＶＲＡＭ
（画像情報格納用メモリ）１１４を核にホストＣＰＵ１
１３と液晶表示装置１０１間の画像情報の管理や通信を
司っている。なお、該表示パネルの裏面には、光源が配
置されている。

【００５８】本発明の表示装置は表示媒体である液晶素
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。

【００５９】本発明の液晶素子の駆動法としては、たと
えば特開昭５９−１９３４２６号公報、特開昭５９−１
９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４６号公報、
特開昭６０−１５６０４７号公報などに開示された駆動
法を適用することができる。

【００６０】図６は、駆動法の波形図の１例を示す図で
ある。また、図５は、マトリクス電極を配置した強誘電
性液晶パネルの一例を示す平面図である。図５の液晶パ
ネル５１には、走査電極群５２の走査線と情報電極群５
３のデータ線とが互いに交差して配線され、その交差部
の走査線とデータ線との間には強誘電性液晶が配置され
ている。

【００６１】図６（Ａ）中のＳ_S は選択された走査線に
印加する選択走査波形を、Ｓ_N は選択されていない非選
択走査波形を、Ｉ_S は選択されたデータ線に印加する選
択情報波形（黒）を、Ｉ_N は選択されていないデータ線
に印加する非選択情報信号（白）を表している。また、
図中（Ｉ_S −Ｓ_S ）と（Ｉ_N −Ｓ_S ）は選択された走査
線上の画素に印加する電圧波形で、電圧（Ｉ_S −Ｓ_S ）
が印加された画素は黒の表示状態をとり、電圧（Ｉ_N −
Ｓ_S ）が印加された画素は白の表示状態となる。

【００６２】図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す駆動波形
で、図４に示す表示を行った時の時経列波形である。図
６に示す駆動例では、選択された走査線上の画素に印加
される単一極性電圧の最小印加時間Δｔが書き込み位相
ｔ₂ の時間に相当し、１ラインクリアｔ₁ 位相の時間２
Δｔに設定されている。さて、図６に示した駆動波形の
各パラメータＶ_S 、Ｖ_R 、Δｔの値は使用する液晶材料
のスイッチング特性によって決定される。

【００６３】図７は後述するバイアス比を一定に保った
まま駆動電圧（Ｖ_S ＋Ｖ_I ）を変化させた時の透過率Ｔ
の変化、すなわちＶ−Ｔ特性を示したものである。ここ
ではΔｔ＝５０μｓｅｃ、バイアス比Ｖ_I ／（Ｖ_I ＋Ｖ
_S ）＝１／３に固定されている。図７の正側は図６で示
した（Ｉ_N ／Ｓ_S ）、負側は（Ｉ_S −Ｓ_S ）で示した波
形が印加される。

【００６４】ここで、Ｖ₁ 、Ｖ₃ をそれぞれ実駆動閾値
電圧及びクロストーク電圧と呼ぶ。また、Ｖ₂ ＜Ｖ₁ ＜
Ｖ₃ の時ΔＶ＝Ｖ₃ −Ｖ₁ を電圧マージンと呼びマトリ
クス駆動可能な電圧幅となる。Ｖ₃ は強誘電性液晶表示
素子駆動上、一般的に存在すると言ってよい。具体的に
は図６（Ａ）（Ｉ_N −Ｓ_S ）の波形におけるＶ_B による
スイッチングを起こす電圧値である。もちろん、バイア
ス比を大きくすることにより、Ｖ₃ の値を大きくするこ
とは可能であるが、バイアス比を増すことは情報信号の
振幅をおおきくすることを意味し、画質的にはちらつき
の増大、コントラストの低下を招き好ましくない。

【００６５】本発明者らの検討ではバイアス比１／３〜
１／４程度が適当であった。ところでバイアス比を固定
すれば、電圧マージンΔＶは液晶材料のスイッチング特
性及び素子構成に強く依存し、ΔＶの大きい素子がマト
リクス駆動上非常に有利であることは言うまでもない。

【００６６】また、同様に上述した電圧を一定に保ち、
電圧印加時間Δｔを変化させていくことにより、駆動を
することも可能である。上述した電圧をそのまま電圧印
加時間とすればよく、その際電圧印加時間閾値をΔｔ₁
とし、電圧印加時間クロストーク値をΔｔ２とし、（Δ
ｔ₂ −Δｔ₁ ）＝ΔＴを電圧印加時間マージンという。

【００６７】ある一定温度においては、このように情報
信号の２通りの向きによって選択画素に黒及び白の２状
態を書き込むことが可能であり、非選択画素はその黒ま
たは白の状態を保持することが可能である電圧マージン
または電圧印加時間マージンは液晶材料及び素子構成に
よって差があり、特有なものである。また、環境温度の
変化によってもそれら駆動マージンは異なるため、実際
の表示装置の場合、液晶材料、素子構成や環境温度に対
して最適な駆動条件を設定しておく必要がある。

【００６８】駆動マージンを、定量的に評価するため
に、相似的に固定された、ある駆動波形を用いて、上記
の電圧印加時間閾値Δｔ₁ と電圧印加時間クロストーク
値Δｔ₂ を測定し、これらの値の中心値からの幅を比率
で表すパラメータ「Ｍ₂ 」を用いる事が多い。

【００６９】

【数１】 Ｍ₂ ＝（Δｔ₂ −Δｔ₁ ）／（Δｔ₂ ＋Δｔ₁ ）

【００７０】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。

【００７１】実施例で用いた液晶化合物を以下に示す。

【００７２】

【化２０】

【００７３】重量比：Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ／Ｅ＝４６．４／
１５．５／３０．９／５．２／２．０ 本組成物の物性パラメーターを以下に示す。

【００７４】

【数２】 スイッチング特性の評価においては、上述した下記パラ
メータ、駆動マージン「Ｍ₂ 」を用いた。

【００７５】

【数３】 Ｍ₂ ＝（Δｔ₂ −Δｔ₁ ）／（Δｔ₂ ＋Δｔ₁ ）

【００７６】参考例１ ポリ（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合
体は、特開平３−１６６２２４号公報を参考に、下記合
成ルートに従い合成した。それを以下に示す。

【００７７】

【化２１】

【００７８】１→２の合成 ３リットルの反応容器に３３５．０ｇ（１．４１４ｍｏ
ｌ）の原料１と１５％ＣＨ₃ＳＮａ水溶液９９１．０ｇ
（２．１２４ｍｏｌ）、トリ−ｎ−ブチルアンモニウム
ブロミド１２．５４ｇ（０．０３８９ｍｏｌ）、ベンゼ
ン６２７ｍｌを仕込み一夜加熱還流させた。反応終了
後、反応液を室温に戻し、有機層を分取した。水層をベ
ンゼンにて抽出後、有機層を合わせて水洗、無水硫酸マ
グネシウム脱水後、減圧下留去した。濃縮残渣を減圧蒸
留し、目的物２を２６３．５０ｇ得た。

【００７９】２→３の合成 ２リットルの反応容器に化合物２を２３６．８ｇ（１．
１６１ｍｏｌ）、氷酢酸５８０．５ｍｌを仕込み、氷冷
下３０％Ｈ₂Ｏ₂１５６．８ｍｌを３０分かけて滴下し
た。滴下終了後、室温にて一夜攪拌させた。反応終了
後、反応液を氷冷し、２８％ＮＨ₄ＯＨにて中和した後
ジクロロメタンにて抽出した。水層をジクロロメタンに
て抽出後、有機層を合わせて水洗、無水硫酸マグネシウ
ム脱水後、溶媒除去した。濃縮残渣をシリカゲルカラム
クロマトに付し、目的物３を１４２．８ｇ得た。

【００８０】３→４の合成 ５リットルの反応容器に化合物３を１２２．９ｇ（０．
５５８９ｍｏｌ）、無水ＴＨＦを２．５リットル仕込
み、氷冷下で１．０ＭＣ₂Ｈ₅ＭｇＢｒ（ＴＨＦ溶液）３
７３ｍｌを２０分かけて滴下した。滴下終了後、室温に
戻して１時間攪拌させた。反応終了後、反応液を水２５
リットル中に注入し、析出結晶をアセトン１リットルに
懸濁し、濾過、アセトン洗浄後、ＤＭＦより再結晶して
目的物４を５０．０ｇ得た。

【００８１】４→５の合成 ２リットルの反応容器にアルゴン気流下、化合物４を４
５．０ｇ（０．１４３４ｍｏｌ）、２，２′−ビピリジ
ン（Ｂｐｙ）２６．８ｇ（０．１７１８ｍｏｌ）、１，
５−ジシクロオクタジエン（ＣＯＤ）６２ｍｌ、ビス
（１，５−シクロオクタジエン）Ｎｉ（ＩＩ）４９．４
ｇ（０．１７９６ｍｏｌ）、ｄｒｙ ＤＭＦ９３０ｍｌ
を仕込み、７０℃で４８時間攪拌させた。反応終了後、
析出結晶を濾別し、得られた結晶を、目的物であるポリ
（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体
（５）を２１．１ｇ得た。得られたポリ（２，２′−ビ
ピリジン−５，５′−ジイル）重合体の重合度は１４０
０の数平均分子量を有する事が、蟻酸溶液中での光散乱
法より分かった。

【００８２】上記に従い合成したポリ（２，２′−ビピ
リジン−５，５′−ジイル）重合体に対し、Ｙａｍａｍ
ｏｔｏらの方法（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ，Ｓｏｃ．，１１
６（１１），４８３２（１９９４））に従い、ルテニウ
ム錯体（ジクロロビス（ビピリジン）ルテニウム（Ｒｕ
（ｂｐｙ）₂Ｃｌ₂）をドープした。

【００８３】

【化２１】

【００８４】ポリ（２，２′−ビピリジン−５，５′−
ジイル）重合体５の中の２，２′−ビピリジンを１ユニ
ットとして、それと等モル量のルテニウム錯体（ジクロ
ロビス（ビピリジン）ルテニウム）を仕込み、水を加
え、４８時間還流した。反応終了後、沈殿物をメタノー
ル溶媒でソックスレー抽出法により抽出し、この溶液の
ＵＶ−Ｖｉｓスペクトルおよび原料であるポリ（２，
２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体５のＵＶ
−Ｖｉｓスペクトルを測定したところ、４４０ｎｍ付近
に強い吸収が得られＹａｍａｍｏｔｏらのそれと一致し
た。

【００８５】実施例１ パターニングされた透明電極をガラス面上に有する基板
に、蟻酸で希釈した０．２ｗｔ％のルテニウムドープし
たポリ（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重
合体をスピナーで塗布した。溶媒の蟻酸を加熱気化させ
て、膜厚１００Åのポリ（２，２′−ビピリジン−５，
５′−ジイル）重合体膜をコートした基板を得た。この
時の膜の体積抵抗は１０⁺⁶Ωｃｍであった。

【００８６】次にこの基板をラビング処理して一軸性を
付与させた。この時、配向膜の静電的な剥がれは全く起
こらなかった。上記の様にして得られた二枚の基板のう
ちの一方に溶媒で希釈されたシリカのスペーサービーズ
をスピンナーで塗布し、乾燥してスペーサービーズを散
布した。

【００８７】その後この基板に、熱硬化型のエポキシ系
シール剤を印刷し、二枚の基板をラビング方向がパラレ
ルになるように基板を貼り合わせ、加熱下でシール硬化
させてセルを得た。このセルに、先に調整したカイラル
スメクチック液晶組成物を注入し、液晶セルを作成し
た。

【００８８】このセルをクロスニコル下の偏光顕微鏡を
用いて、液晶セルの配向評価、および駆動マージン評価
を行った。配向は、全面均一なユニフォームの配向が得
られた。また、駆動マージン評価においては、３０℃の
駆動マージンが０．２３６と良好な駆動特性であった。

【００８９】比較例１ パターニングされた透明電極をガラス面上に有する基板
に、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）で希釈した０．５
ｗｔ％の公知のポリアミック酸（ＬＰ−６４、東レ
（株）社製）をスピナーで塗布した。溶媒のＮＭＰを加
熱気化、およびポリアミック酸をイミド化閉環させて、
膜厚１００Åのポリイミド膜をコートした基板を得た。
この後は実施例１と同様な行程で、液晶セルを作成し、
評価を行った。

【００９０】配向状態は、部分的に軸性を欠いた一部欠
陥のあるユニフォーム配向であり、ラビングによる静電
的な剥がれが生じていたためと考えられる。また、駆動
マージン評価においては、３０℃の駆動マージンが０．
１５８しかなく、反電場によるマージン減少と考えられ
る。

【００９１】実施例２ 実施例１と同様に、膜厚１００Åのルテニウムドープし
たポリ（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重
合体膜をコートした基板を得た。この基板をラビング処
理して一軸性を付与させた。

【００９２】次に、貼り合わせる二枚の基板のうちの一
方に垂直配向剤（ＯＤＳ−Ｅ、チッソ（株）社製）を塗
布、乾燥し、垂直配向性の液晶挟持用基板を得た。この
基板に溶媒で希釈されたシリカのスペーサービーズをス
ピンナーで塗布し、乾燥してスペーサービーズを散布し
た。

【００９３】その後、この基板に、熱硬化型のエポキシ
系シール剤を印刷し、二枚の基板を貼り合わせ、加熱下
でシール硬化させてセルを得た。このセルに、先に調整
したカイラルスメクチック液晶組成物を注入し、液晶セ
ルを作成した。このセルをクロスニコル下の偏光顕微鏡
を用いて、液晶セルの配向評価、および駆動マージン評
価を行った。

【００９４】配向は、全面均一なユニフォーム配向が得
られた。また、駆動マージン評価においては、３０℃の
駆動マージンが０．２４６と良好な駆動特性であった。

【００９５】比較例２ パターニングされた透明電極をガラス面上に有する基板
に、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）で希釈した０．５
ｗｔ％の公知のポリアミック酸（ＬＰ−６４、東レ
（株）社製）をスピナーで塗布した。溶媒のＮＭＰを加
熱気化、およびポリアミック酸をイミド化閉環させて、
膜厚１００Åのポリイミド膜をコートした基板を得た。

【００９６】次に、貼り合わせる二枚の基板のうちの一
方に垂直配向剤（ＯＤＳ−Ｅ、チッソ（株）社製）を塗
布、乾燥し、垂直配向性の液晶挟持用基板を得た。この
基板に溶媒で希釈されたシリカ等のスペーサービーズを
スピンナーで塗布し、乾燥してスペーサービーズを散布
した。

【００９７】この後は実施例２と同様な行程で、液晶セ
ルを作成し、評価を行った。配向状態は、部分的に軸性
を欠いた一部欠陥のあるユニフォーム配向であり、ラビ
ングによる静電的な剥がれが生じていたためと考えられ
る。また、駆動マージン評価においては、３０℃の駆動
マージンが０．１７２しかなく、反電場によるマージン
減少と考えられる。

【００９８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、セ
ル作成上の配向膜の膜剥がれを改善し、またセルと液晶
が接する界面の帯電を防止し、駆動特性が改善された、
高速、高コントラスト、高輝度なカイラルスメクチック
液晶素子およびそれらを使用した表示装置を得ることが
でき、大きく産業に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカイラルスメクチック液晶素子の一例
を示す概略図である。

【図２】本発明に係る液晶表示装置とグラフィックコン
トローラとの接続状態を示すブロック図である。

【図３】本発明に係る液晶表示装置とグラフィックコン
トローラとの間の画像情報通信状態を示すタイミングチ
ャート図である。

【図４】時系列駆動波形で実際の駆動を行ったときの表
示パタ−ンの模式図である。

【図５】マトリクス電極を配置した液晶パネルの平面図
である。

【図６】本発明で用いる液晶素子の駆動法の波形図であ
る。

【図７】駆動電圧を変化させた時の透過率の変化を表わ
すＶ−Ｔ特性図である。

【符号の説明】

１ 液晶層 ２ 基板 ３ 透明電極 ４ 配向膜 ５ スペーサー ６ リード線 ７ 信号電源 ８ 偏光板 ９ 光源 Ｉ₀ 入射光 Ｉ 透過光 ５１ 液晶パネル ５２ 走査電極群 ５３ 情報電極群 １０１ カイラルスメクチック液晶表示装置 １０２ グラフィックコントローラ １０３ 表示パネル １０４ 走査線駆動回路 １０５ 情報線駆動回路 １０６ デコーダ １０７ 走査信号発生回路 １０８ シフトレジスタ １０９ ラインメモリ １１０ 情報信号発生回路 １１１ 駆動制御回路 １１２ ＧＣＰＵ １１３ ホストＣＰＵ １１４ ＶＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下基板上に少なくとも電圧を印加する
   ための電極、配向膜及び液晶層を有し、下記一般式
   （Ｉ）で表される構造の繰り返し単位を持つポリ（２，
   ２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体膜を含む
   セル構成を特徴とする液晶素子。 【化１】
2. 【請求項２】 前記一般式（Ｉ）で表される構造の繰り
   返し単位を持つポリ（２，２′−ビピリジン−５，５′
   −ジイル）重合体膜に対し、電子供与体の添加ないしポ
   リ（２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体
   膜の還元によって得られる導電性を付与されたポリ
   （２，２′−ビピリジン−５，５′−ジイル）重合体膜
   を配向膜として用いるセル構成を特徴とする請求項１に
   記載の液晶素子。
3. 【請求項３】 前記上下基板のうち、一方にドープして
   導電性を付与されたポリ（２，２′−ビピリジン−５，
   ５′−ジイル）重合体膜を一軸性付与した基板、対向側
   に垂直配向処理をした基板からなる非対称なセル構成を
   特徴とする請求項１または２に記載の液晶素子。
4. 【請求項４】 前記液晶層がカイラルスメクチック液晶
   組成物からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶
   素子。
5. 【請求項５】 前記液晶層が、フルオロカーボン末端鎖
   及び炭化水素末端鎖を有し、該両末端鎖が中心核によっ
   て結合され、スメクチック中間相または潜在的スメクチ
   ック中間相を持つフッ素含有液晶化合物を含有するカイ
   ラルスメクチック液晶組成物からなることを特徴とする
   請求項１または４に記載の液晶素子。
6. 【請求項６】 前記フッ素含有液晶化合物が、以下の一
   般式（ＩＩ）で表される化合物であることを特徴とする
   請求項５に記載の液晶素子。 【化２】 （式中、Ｂ、Ｅ、Ｈはそれぞれ独立に 【化３】 を表わし、ａ、ｂ、ｄはそれぞれ独立に０または１から
   ３の整数である。但し、ａ＋ｂ＋ｄは少なくとも２であ
   る。Ｄ、Ｇはそれぞれ独立に単結合、−Ｏ−、−ＣＯ
   −、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＳ−、−ＳＣＯ
   −、−ＣＯＳｅ−、−ＳｅＣＯ−、−ＣＯＴｅ、−Ｔｅ
   ＣＯ−、−（ＣＨ₂ ＣＨ₂ ）_h −、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ
   ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ₂ Ｏ−、−ＯＣＨ₂
   −を表わし、ｈは１から４までの整数である。Ｘ、Ｙ、
   ＺはＢ、Ｅ、Ｈの置換基であり、それぞれ独立に−Ｈ、
   −Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ₃ 、−
   ＣＮ、−ＮＯ₂ を表わし、ｅ、ｆ、ｇはそれぞれ独立に
   ０または１から４までの整数である。Ｊは−ＣＯＯＣ_q
   Ｈ_2q−、−ＯＣ_q Ｈ_2q−、−Ｃ_q Ｈ_2q−、−ＯＳＯ₂
   −、−ＳＯ₂ Ｏ−、−ＳＯ₂ −、−ＳＯ₂ Ｃ_q Ｈ_2q−、
   −ＯＣ_q Ｈ_2qＯＣ_r Ｈ_2r−、−Ｃ_q Ｈ_2qＮ（Ｃ_s
   Ｈ_2s+1）ＳＯ₂ −、−Ｃ_q Ｈ_2qＮ（Ｃ_s Ｈ_2s+1）ＣＯ−
   を表わし、ｑ、ｒはそれぞれ独立に１から２０までの整
   数であり、ｓは１から４までの整数である。Ａは−ＯＣ
   _t Ｈ_2tＯＣ_u Ｈ_2u+1、−Ｃ_t Ｈ_2tＯＣ_u Ｈ_2u+1、−Ｃ_t
   Ｈ_2tＲ、−ＯＣ_t Ｈ_2tＲ、−ＣＯＯＣ_t Ｈ_2tＲ、−ＯＣ
   ＯＣ_t Ｈ_2tＲを表わし、直鎖状基または分岐状基でもよ
   い。Ｒは−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ₃ 、−ＮＯ₂ 、−ＣＮ、
   −Ｈ、−ＣＯＯＣ_v Ｈ_2v+1、−ＯＣＯＣ_v Ｈ_2v+1を表わ
   し、ｔ、ｕ、ｖはそれぞれ独立に１から２０までの整数
   である。Ｋは−（Ｃ_x Ｆ_2xＯ）_z Ｃ_y Ｆ_2y+1または−Ｃ
   _w Ｆ_2w+1を表わす。ｘはそれぞれのＣ_x Ｆ_2xＯに対して
   独立に１から１０の整数であり、ｙは１から１０までの
   整数であり、ｚは１から６までの整数である。ｗは１か
   ら２０までの整数である。）
7. 【請求項７】 前記カイラルスメクチック液晶組成物が
   強誘電性を発現する液晶組成物である請求項５または６
   に記載の液晶素子。
8. 【請求項８】 前記一般式（ＩＩ）で表される化合物が
   フェニルピリミジンコアからなる化合物である請求項５
   乃至７のいずれかの項に記載の液晶素子。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の液晶
   素子を用いた表示装置。