JP2000219881A - 強誘電性液晶材料の製造方法並びに液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動温度マージンが従来よりも広い強誘電性
液晶材料の製造方法、並びに、該強誘電性液晶材料を用
いた液晶素子を提供する。 【解決手段】 強誘電性液晶セル（液晶素子）は、偏光
板１１、ガラス基板１、信号電極３…、絶縁膜４および
配向膜７で構成された電極基板１３と、偏光板１２、ガ
ラス基板２、走査電極５、絶縁膜６および配向膜８で構
成された電極基板１４との間に、強誘電性液晶材料を注
入・封入して液晶層９を形成することによって構成され
ている。強誘電性液晶材料は、少なくとも２５℃でスメ
クティックＣ相を示すアキラルホスト材料に、キラルス
メクティックＣ相を示すと共に、その自発分極の絶対値
Ｐｓが温度Ｔの関数Ｐｓ（Ｔ）であると定義したとき
に、∂Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ＜０、かつ、∂² Ｐｓ（Ｔ）／
∂Ｔ² ≧０となる温度領域を有するキラルドーパント材
料を添加することによって作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動温度マージン
（領域）が従来よりも広い強誘電性液晶材料の製造方
法、並びに、該強誘電性液晶材料を用いた液晶素子に関
するものである。該液晶素子は、例えば、一般の直視型
ディスプレイや投影型プロジェクタ、空間光変調器、光
シャッタ、光学フィルタ、光センサ等に好適に用いるこ
とができる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、ネマティツク液晶を
用いたＴＮ (Twisted Nematic)型およびＳＴＮ (Super-
Twisted Nematic)型の液晶表示素子が知られている。し
かし、これら液晶表示素子は、電気光学効果の応答速度
がｍｓ（ミリ秒）オーダーと遅いため、高速駆動を行お
うとすると、画面に乱れが生じたり、コントラストが低
下したりするという欠点を有している。

【０００３】このため、これら液晶表示素子は、表示可
能な容量に限界があり、動画表示に適さないという問題
点を有している。また、視野角が狭く、大画面化を行う
ことにも適していない。そこで、近年、次世代の液晶表
示素子として、強誘電性液晶表示素子の実用化が検討さ
れている。

【０００４】例えば、1975年、R.B.Meyer らは、分子の
対称性の議論から、光学活性な分子が分子長軸に対して
垂直な方向に双極子モーメントを有していれば、キラル
スメクティックＣ相（ＳｍＣ^* 相）で強誘電性を示すこ
とを予想して、DOBAMBC (2-methylbutyl-p-[p-(decylo
xybenzylidene)-amino]-cinnamate)を合成し、液晶にお
いて初めて強誘電性を確認することに成功した（R.B.Me
yer, L.Liebert, L.Strzelecki and P.Keller : J. Phy
s. (Paris) 36 (1975) L69参照）。

【０００５】また、Clark 並びにLagerwall は、セル厚
が１μｍ程度（螺旋のピッチと同程度）の厚さになる
と、各層の分子の螺旋構造が消滅して、印加される電界
の方向に応じて双安定状態の何れかの状態を採る現象を
発見し、表面安定化型強誘電性液晶素子（ＳＳＦＬＣ：
Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal ）
を提案した（特開昭５６−１０７２１６号公報、およ
び、米国特許第４３６７９２４号等に開示されてい
る）。

【０００６】上記ＳＳＦＬＣにおいては、自発分極と電
界とが直接相互作用して駆動トルクが発生するために、
通常のネマティック液晶における誘電異方性を用いたス
イッチングとは異なり、電界に対してμｓ（マイクロ
秒）オーダーの高速応答が可能である。また、ＳＳＦＬ
Ｃは、双安定状態の何れかの状態に一旦スイッチする
と、電界が消滅してもその状態を保つ、いわゆるメモリ
性を有することから、電圧を常時印加し続ける必要はな
い。さらに、ＳＳＦＬＣは、２次元的な面内スイッチン
グ（インプレインスイッチング）特性を備えているた
め、直視型ディスプレイにおいては広視野角を実現する
ことができる。

【０００７】以上のように、ＳＳＦＬＣ型の液晶表示素
子は、高速応答性、メモリ性、インプレインスイッチン
グ特性等の優れた性能を備えているので、該性能を利用
することにより、１走査線ごとに高速で表示内容を書き
込んでゆくことができ、単純マトリックス駆動で大容量
の広視野角ディスプレイを実現することが可能となり、
例えば、壁掛けテレビへの応用も期待されている。

【０００８】ところが、強誘電性液晶素子を用いたディ
スプレイは、温度変化によるスイッチング特性（挙動）
の変化が著しいこと、即ち、スイッチング特性が大きな
温度依存性であり、従って、駆動温度マージンが狭いと
いう問題点を有している。温度変化に対する上記問題点
の対応策としては、例えば、ａ）ファンやヒータを用い
てディスプレイ（パネル）の温度を、外的環境に関わら
ずに一定に保つ方法、ｂ）温度に応じて駆動波形を調整
する方法（特許第２６４４５２８号公報、特公平８−２
３６３４号公報）、ｃ）応答速度−電圧曲線が極小値を
有するτ−Ｖｍｉｎモード用強誘電性液晶材料におい
て、Ｖｍｉｎが温度低下に従い一定若しくは増大する液
晶材料を使用する方法（特開平８−１５２５９０号公
報）等が提案されている。上記ｂ）の方法においては、
パネルの表面温度を検知するシステムを構築し、該温度
に応じた駆動電圧をパネルに印加する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の各種対応策では、下記の問題点を招来する。つま
り、上記ａ）の方法においては、パネルの温度を一定に
保つための装置が必要であるため、ディスプレイの大型
化やコストの増大等の理由により、現実的ではない。上
記ｂ）の方法においては、温度検知にかかるシステムの
構築が必要であるため、ディスプレイの大型化やドライ
バコストの増大等の問題点を有している。上記ｃ）の方
法においては、スイッチング特性が大きな温度依存性で
あることには変わりが無く、それゆえ、Ｖｍｉｎの挙動
に注目してその温度特性を制御しても、必ずしも温度変
化に対して安定した駆動条件を確保することができると
は限らない。また、使用できる強誘電性液晶材料も、特
異な液晶材料に限定されてしまう。従って、上記ｃ）の
方法は、本質的な改善策とは言えない。それゆえ、温度
依存性が小さい、つまり、駆動温度マージンが従来より
も広い強誘電性液晶材料の製造方法、並びに、該強誘電
性液晶材料を用いた液晶素子が嘱望されている。

【００１０】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たものであり、その目的は、駆動温度マージンが従来よ
りも広い強誘電性液晶材料の製造方法、並びに、該強誘
電性液晶材料を用いた液晶素子を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の強
誘電性液晶材料の製造方法は、上記の課題を解決するた
めに、少なくとも２５℃でスメクティックＣ相を示すア
キラルホスト材料に、キラルスメクティックＣ相を示す
と共に、その自発分極の絶対値Ｐｓが温度Ｔの関数Ｐｓ
（Ｔ）であると定義したときに、∂Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ＜
０、かつ、∂² Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ² ≧０となる温度領域
を有するキラルドーパント材料を添加することを特徴と
している。

【００１２】一般に、スメクティックＣ相（ＳｍＣ相）
を示すアキラルホスト材料に、少量のキラルゲスト材料
を添加する方法は、キラルドーパント法と称されてお
り、実用的な強誘電性液晶材料の製造に採用されている
（W.Kuczynski and H.Stegemeyer : Chem. Phys. Lett.
70, 123 (1980) 参照）。そして、アキラルホスト材料
には、広い温度領域にわたってスメクティックＣ相を示
す低粘性の材料が用いられる。一方、キラルゲスト材料
には、螺旋のピッチが長く、大きな自発分極を誘起する
材料が用いられる。本願発明者らは、鋭意検討した結
果、或る特定のキラルゲスト材料を用いて上記キラルド
ーパント法を実施することによって、駆動温度マージン
が従来よりも広い強誘電性液晶材料を製造することがで
きることを見い出した。

【００１３】或る特定の波高値のパルス電圧をセルに印
加したときに、液晶分子をスイッチさせるのに必要な最
小のパルス幅を応答速度τと定義すると、強誘電性液晶
材料の応答速度τは、粘性係数η、自発分極の絶対値Ｐ
ｓ、および印加電場Ｅとの間で比例式（１） τ∝（η／ＰｓＥ） ……（１） で表される関係を満足する。従って、上記比例式（１）
から、応答速度τの温度依存性を小さくするには、粘性
係数ηと自発分極の絶対値Ｐｓとが同じような温度依存
特性を示すようにすればよいことが判る。

【００１４】粘性係数ηは、温度の低下に伴って指数関
数的にその値が増大していくので、自発分極の絶対値Ｐ
ｓも、温度の低下に伴って急激に増大する方がよいこと
になる。即ち、自発分極の絶対値Ｐｓが温度Ｔの関数Ｐ
ｓ（Ｔ）であると定義したときに、該関数Ｐｓ（Ｔ）
は、下向きに凸である（極小値を有する）曲線か、少な
くとも右下がりの直線であることが必要である。

【００１５】ここで、一般的な強誘電性液晶材料の関数
Ｐｓ（Ｔ）は、比例式（２） Ｐｓ（Ｔ）∝（Ｔｃ−Ｔ）^a ……（２） （但し、ＴｃはスメクティックＡ相−スメクティックＣ
相間の相転移温度、ａ≦０．５）で表される関係を満足
する。つまり、一般的な強誘電性液晶材料は、上記比例
式（２）で表される自発分極特性を示す。従って、応答
速度τは、温度依存性が大きい。

【００１６】しかしながら、キラルゲスト材料のなかに
は、キラルスメクティックＣ相を示すと共に、その自発
分極の絶対値Ｐｓが温度Ｔの低下に伴って急激に増大し
ていく挙動を示すものが存在する。

【００１７】それゆえ、このような挙動を示すキラルゲ
スト材料を用いて上記キラルドーパント法を実施するこ
とによって、温度依存性が小さい強誘電性液晶材料を製
造することができる。即ち、スメクティックＣ相を示す
アキラルホスト材料に、キラルスメクティックＣ相を示
すと共に、∂Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ＜０、かつ、∂² Ｐｓ
（Ｔ）／∂Ｔ² ≧０となる温度領域を有するキラルドー
パント材料を添加することによって、駆動温度マージン
が従来よりも広い強誘電性液晶材料を製造することがで
きる。

【００１８】請求項２記載の発明の強誘電性液晶材料の
製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１記
載の製造方法において、キラルスメクティックＣ相を示
す全温度領域にわたって、上記両不等式が成立するキラ
ルドーパント材料を用いることを特徴としている。

【００１９】上記の方法によれば、キラルドーパント材
料が備える特異な温度依存特性を、より一層強く、製造
すべき強誘電性液晶材料に反映させることができる。こ
れにより、温度依存性がより一層小さい、つまり、駆動
温度マージンがより一層広い強誘電性液晶材料を製造す
ることができる。

【００２０】請求項３記載の発明の強誘電性液晶材料の
製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１記
載の製造方法において、自発分極の極性が所定の温度を
境として反転するキラルドーパント材料を用いることを
特徴としている。

【００２１】一般的な強誘電性液晶材料は、上記比例式
（２）で表される自発分極特性を示すが、自発分極の絶
対値Ｐｓが温度Ｔの低下に伴って急激に増大していく挙
動を示すものとして、極性反転材料が存在する。該極性
反転材料は、温度Ｔが低下すると、自発分極の極性（符
号）が所定の温度（極性反転温度Ｔｐ）を境として反転
した後、該自発分極の絶対値Ｐｓが温度Ｔの低下に伴っ
て急激に増大していくものが多い（N.Mikami, R.Higuch
i, T.Sakurai, M.Ozaki and K.Yoshino : Jpn.J. Appl.
Phys. 25, L833 (1986) 参照）。従って、上記極性反
転材料をキラルドーパント材料として用いることによ
り、駆動温度マージンがより一層広い強誘電性液晶材料
を製造することができる。

【００２２】請求項４記載の発明の強誘電性液晶材料の
製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１、
２または３記載の製造方法において、τ−Ｖｍｉｎモー
ド用のアキラルホスト材料を用いることを特徴としてい
る。

【００２３】τ−Ｖｍｉｎモードとは、素子にモノパル
ス電圧を印加した場合に、全ての液晶分子が完全にスイ
ッチするために必要なパルス幅（τ）とパルス波高値
（Ｖ）との関係を示す曲線（いわゆるτ−Ｖ曲線）が、
例えば図１４に示すように、極小値を有するモードのこ
とである。負の誘電異方性を有する液晶組成物、若しく
は、大きな正の二軸誘電異方性を有する液晶組成物が、
上記τ−Ｖｍｉｎ特性を示すことが知られている。

【００２４】従って、該τ−Ｖｍｉｎモードを採用する
ことにより、下記の利点がある。例えば図１４に示すよ
うに、パルス幅τ_SWのパルス電界を印加する場合を考え
るとき、領域αではスイッチングは起こらないが、閾値
電圧以上の領域βではスイッチングが起こる。τ−Ｖ曲
線が極小値を持たないならば、この領域間でスイッチン
グを制御することになるのだが、τ−Ｖ曲線が極小値を
持つ場合には、高電界の領域γでもスイッチングが起こ
らないことから、これら３領域（α〜γ）を利用してス
イッチング制御を行うことができる。即ち、α−β領域
間で行っていたスイッチング制御を、β−γ領域間での
スイッチング制御に変えることも可能となるわけであ
る。また、β−γ領域間でのスイッチング制御は、α−
β領域間でのスイッチング制御と比較して、駆動マージ
ンが広いという利点がある。

【００２５】また、非スイッチング時にＡＣ電界を印加
し、双安定状態を安定させるというＡＣスタビライズ効
果（J.C.Jones, M.J.Towler and E.P.Raynes : Ferroel
ectrics 121 (1991) 91 参照）を利用することができる
という利点もある。この効果によって、メモリ角が広が
り、高コントラスト、高輝度（明度）を実現することが
できる。

【００２６】さらに、例えば図１４に示されるβ−γ領
域間でのスイッチングにかかる閾値電圧Ｖ_k を、温度に
依存しない定数にすることができる。即ち、閾値電圧Ｖ
_k は、自発分極の絶対値Ｐｓとの間で比例式（３） Ｖ_k ∝（Ｐｓ／Ａ） ……（３） で表される関係を満足する。但し、式中のＡは、誘電異
方性に関する係数であり、ε₀ を真空の誘電率、Δεを
誘電異方性、∂εを二軸誘電異方性、θをチルト角、δ
を層傾斜角とすると、等式（４） Ａ＝ε₀ 〔（Δεsin²θ−∂ε）cos²δ−Δεsin2θ・sin2δ/4〕 ……（４） で表される定数である（酒匂、金子、向殿：第23回液晶
討論会予稿集 p.446参照）。

【００２７】一般的なτ−Ｖｍｉｎモード用材料におい
て、上記係数Ａは、（Ｔｃ−Ｔ）に略比例することが知
られている。従って、自発分極の絶対値Ｐｓも、係数Ａ
と同じような温度依存特性を示すようにすれば、閾値電
圧Ｖ_k を、温度に依存しない定数にすることができる。
つまり、スイッチングにかかる駆動電圧を、温度によっ
て変化させる必要が無くなる。従って、τ−Ｖｍｉｎモ
ード用のアキラルホスト材料を用い、該アキラルホスト
材料に前記キラルドーパント材料を添加することによっ
て、応答速度および閾値電圧の温度依存性がより一層小
さい、つまり、駆動温度マージンがより一層広い強誘電
性液晶材料を製造することができる。

【００２８】請求項５記載の発明の強誘電性液晶材料の
製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１、
２、３または４記載の製造方法において、１０℃〜５０
℃の範囲内でスメクティックＣ相を示すアキラルホスト
材料を用いることを特徴としている。

【００２９】これにより、駆動温度マージンがより一層
広い強誘電性液晶材料を製造することができる。

【００３０】請求項６記載の発明の強誘電性液晶材料の
製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１、
２、３、４または５記載の製造方法において、上記アキ
ラルホスト材料およびキラルドーパント材料の合計量に
対するキラルドーパント材料の割合が、０．５重量％〜
２０重量％の範囲内であることを特徴としている。

【００３１】一般に、キラルドーパント材料の割合が高
くなると（キラルドーパント材料を高濃度で添加する
と）、スメクティックＡ相（ＳｍＡ相）−スメクティッ
クＣ相間の相転移温度の低下や、液晶の配向の不均一化
を生じるだけではなく、イオンによる逆電界を誘起し
て、駆動電圧領域を狭くしてしまう。それゆえ、キラル
ドーパント材料は、より低濃度で添加する方が好まし
く、具体的には、アキラルホスト材料およびキラルドー
パント材料の合計量に対するキラルドーパント材料の割
合を、０．５重量％〜２０重量％の範囲内、特に、１．
０重量％〜１０重量％の範囲内とすることにより、駆動
温度マージンがより一層広い強誘電性液晶材料を製造す
ることができる。

【００３２】請求項７記載の発明の液晶素子は、上記の
課題を解決するために、請求項１ないし６の何れか１項
に記載の製造方法によって得られる強誘電性液晶材料か
らなる液晶層を、一対の基板の間に形成してなる液晶素
子であって、上記基板に形成された配向膜と液晶層との
界面における液晶分子にプレチルトが付与され、該プレ
チルトの方向と、スメクティック層構造の折れ曲がり方
向とが基板の略全面にわたって等しくなるように形成さ
れていることを特徴としている。

【００３３】上記の構成によれば、液晶の配向として、
いわゆるＣ２配向が得られる。図１５に示すように、Ｃ
２配向は、シェブロン層構造において、基板と液晶層と
の界面における液晶分子Ｍのプレチルトの方向と、スメ
クティック層構造の折れ曲がり方向とが同方向となる配
向であり、スメクティック層構造の折れ曲がり方向が反
対方向のＣ１配向に比べて、低温度域、広温度範囲で安
定し、応答速度が速く、高コントラストを示す等の点で
優れている。特に、基板法線方向に液晶分子Ｍが捩じれ
ていないＣ２ユニフォーム（Ｃ２Ｕ）が最も好ましい。
それゆえ、上記の構成によれば、前記強誘電性液晶材料
を用いた液晶素子を提供することができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１ないし図１３に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。

【００３５】本実施の形態にかかる液晶素子は、表示装
置に適用される強誘電性液晶セルであって、強誘電性液
晶材料として後述の強誘電性液晶（ＦＬＣ−Ａ）を用い
て液晶層を形成した液晶素子である。該液晶素子とし
て、強誘電性液晶材料の特性の測定にも用いる強誘電性
液晶セルの概略的構成を、図１を参照しながら、以下に
説明する。

【００３６】図１に示すように、上記の強誘電性液晶セ
ルは、互いに対向する２枚（一対）のガラス基板１・２
の間に、強誘電性液晶材料からなる液晶層９を備えた構
成となっている。ガラス基板１・２は、透明基板であ
り、かつ、絶縁基板である。

【００３７】ガラス基板１上（対向面側）には、それぞ
れ膜厚１００ｎｍ程度の透明なＩＴＯ膜からなり、互い
に平行となるように（ストライプ状に）形成された複数
の信号電極３…が設けられており、さらに信号電極３…
を覆うように、膜厚１００ｎｍの絶縁膜４および膜厚３
０ｎｍの配向膜７が順次設けられている。また、ガラス
基板１の外側には、偏光板１１が設けられている。従っ
て、上記偏光板１１、ガラス基板１、信号電極３…、絶
縁膜４および配向膜７で以て、電極基板１３が形成され
ている。

【００３８】一方、ガラス基板２上（対向面側）には、
それぞれ膜厚１００ｎｍ程度の透明なＩＴＯ膜からな
り、互いに平行となるよう形成された複数の走査電極５
が設けられており、さらに走査電極５を覆うように、膜
厚１００ｎｍの絶縁膜６および膜厚３０ｎｍの配向膜８
が順次設けられている。信号電極３…および走査電極５
は、両者が互いに直交するように配置されている。ま
た、ガラス基板２の外側には、偏光板１２が設けられて
いる。偏光板１１・１２は、両者の偏光軸が互いに直交
するように配置されている。従って、上記偏光板１２、
ガラス基板２、走査電極５、絶縁膜６および配向膜８で
以て、電極基板１４が形成されている。

【００３９】上記の配向膜（配向制御膜）７・８の表面
には、ラビング処理が施されている。該処理が施された
両ガラス基板１・２は、信号電極３…と走査電極５とが
互いに直交するようにして、シール剤１０によって貼り
合わされている。上記配向膜７と配向膜８との間には、
スペーサ（図示せず）が挿入されており、該スペーサに
よって両配向膜７・８の間隔は、ほぼ均一に１．４ｍｍ
となるように保たれている。そして、貼り合わされた状
態で、両ガラス基板１・２の間に、強誘電性液晶材料を
注入・封入することによって、液晶層９が形成されてい
る。これにより、強誘電性液晶セルが構成されている。

【００４０】〔実施例１〕液晶層９を形成すべき強誘電
性液晶材料の作製方法について説明する。スメクティッ
クＣ相を示すアキラルホスト材料としての、大きな二軸
誘電異方性を持つアキラルホスト液晶（Host−Ａ）に、
キラルスメクティックＣ相を示し、図２のグラフから明
らかなように、その自発分極の絶対値Ｐｓ（ｎＣ／ｃｍ
² ）が温度低下に伴って急激に増加するキラル化合物
（Chiral−Ａ）を、３重量％の割合で添加して、強誘電
性液晶材料である強誘電性液晶（ＦＬＣ−Ａ）を作製し
た。

【００４１】該Chiral−Ａの自発分極の絶対値Ｐｓの温
度依存性は、７８℃〜８２℃の範囲内において、（Ｔｃ
−Ｔ）^1.2 に比例する関数（但し、Ｔｃはスメクティッ
クＡ相−スメクティックＣ相間の相転移温度）となって
おり、∂Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ＜０、かつ、∂² Ｐｓ（Ｔ）
／∂Ｔ² ≧０で表される関係を満足している。従って、
Chiral−Ａは、本発明にかかるキラルドーパント材料で
ある。

【００４２】上記Host−ＡおよびChiral−Ａの、強誘電
性液晶セル内における液晶相系列は、 ・Host−Ａの液晶相系列 ＳｍＣ^* ―７１℃―ＳｍＡ―８８℃―Ｎ^* ―９８℃―Ｉ ・Chiral−Ａの液晶相系列 Cryst.―５４℃―ＳｍＸ―７２℃―ＳｍＣ^* ―８３℃―
ＳｍＡ―８６℃―Ｉ となっている。ＦＬＣ−Ａの各温度におけるτ−Ｖ曲線
を、図３にグラフとして示す。そして、該ＦＬＣ−Ａを
ガラス基板１・２の間に注入・封入することによって、
液晶層９を形成し、強誘電性液晶セルを構成した。

【００４３】〔比較例１〕Chiral−Ａの代わりに、液晶
相を持たず、少量の添加で大きな自発分極を誘起するこ
とが知られている一般的なキラル化合物（Chiral−Ｂ）
を、２重量％の割合で添加した以外は、実施例１の操作
と同様の操作を行って、比較用の強誘電性液晶材料であ
る強誘電性液晶（ＦＬＣ−Ｂ）を作製した。ＦＬＣ−Ｂ
の各温度におけるτ−Ｖ曲線を、図４にグラフとして示
す。そして、該ＦＬＣ−Ｂを用いて液晶層９を形成し、
比較用の強誘電性液晶セルを構成した。

【００４４】〔実施例２〕液晶層９を形成すべき強誘電
性液晶材料の作製方法について説明する。スメクティッ
クＣ相を示すアキラルホスト材料としての、大きな二軸
誘電異方性を持つアキラルホスト液晶（Host−Ｂ）に、
キラルスメクティックＣ相を示し、図５のグラフから明
らかなように、その自発分極の絶対値Ｐｓ（ｎＣ／ｃｍ
² ）が温度低下に伴って急激に増加する極性反転キラル
化合物（Chiral−Ｃ）を、５重量％の割合で添加して、
強誘電性液晶材料である強誘電性液晶（ＦＬＣ−Ｃ）を
作製した。

【００４５】該Chiral−Ｃの自発分極の絶対値Ｐｓの温
度依存性は、２８℃〜３５℃の範囲内において、（Ｔｐ
−Ｔ）^2.5 に比例する関数（但し、ＴｐはＰｓ極性反転
温度）となっており、∂Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ＜０、かつ、
∂² Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ² ≧０で表される関係を満足して
いる。従って、Chiral−Ｃは、本発明にかかるキラルド
ーパント材料である。

【００４６】上記Host−ＢおよびChiral−Ｃの、強誘電
性液晶セル内における液晶相系列は、 ・Host−Ｂの液晶相系列 ＳｍＣ^* ―７９℃―ＳｍＡ―９３℃―Ｎ^* ―１０２℃―
Ｉ ・Chiral−Ｃの液晶相系列 Cryst.―２３℃―ＳｍＸ―２７．５℃―ＳｍＣ^* ―４２
℃―ＳｍＡ―８５℃―Ｉ となっている。ＦＬＣ−Ｃの各温度におけるτ−Ｖ曲線
を、図６にグラフとして示す。そして、該ＦＬＣ−Ｃを
ガラス基板１・２の間に注入・封入することによって、
液晶層９を形成し、強誘電性液晶セルを構成した。

【００４７】〔比較例２〕Chiral−Ｃの代わりに、液晶
相を持たず、少量の添加で大きな自発分極を誘起するこ
とが知られている一般的なキラル化合物（Chiral−Ｄ）
を、２重量％の割合で添加した以外は、実施例２の操作
と同様の操作を行って、比較用の強誘電性液晶材料であ
る強誘電性液晶（ＦＬＣ−Ｄ）を作製した。ＦＬＣ−Ｄ
の各温度におけるτ−Ｖ曲線を、図７にグラフとして示
す。そして、該ＦＬＣ−Ｄを用いて液晶層９を形成し、
比較用の強誘電性液晶セルを構成した。

【００４８】ＦＬＣ−ＡとＦＬＣ−Ｂとの比較、並び
に、ＦＬＣ−ＣとＦＬＣ−Ｄとの比較から、下記のこと
が判る。先ず、ＦＬＣ−ＡとＦＬＣ−Ｂとを比較する。

【００４９】図３に示すτ−Ｖ曲線と、図４に示すτ−
Ｖ曲線との対比から明らかなように、キラル化合物（Ch
iral−Ａ，Chiral−Ｂ）の特性の違いによって、ＦＬＣ
−ＡとＦＬＣ−Ｂとの間で、τ−Ｖ曲線の温度依存性が
大きく異なっていることが判る。つまり、図３に示すτ
−Ｖ曲線においては、温度上昇に伴って、該曲線の極小
値を示す点（Ｖｍｉｎ，τｍｉｎ）がグラフにおいてほ
ぼ真下にシフトしている。これに対し、図４に示すτ−
Ｖ曲線においては、温度上昇に伴って、該曲線の極小値
を示す点（Ｖｍｉｎ，τｍｉｎ）がグラフにおいて右下
にシフトしている。この現象は、図８にグラフとして示
すように、ＦＬＣ−Ａの自発分極の絶対値Ｐｓが（Ｔｃ
−Ｔ）^1.1 に比例しているのに対し、ＦＬＣ−Ｂの自発
分極の絶対値Ｐｓが（Ｔｃ−Ｔ）^0.6 に比例していると
いう相違点に起因している。従って、前記比例式（１）
・（３）から導き出されるように、ＦＬＣ−Ａにおいて
は、応答速度の極小値τｍｉｎ（μｓ）、並びに、閾値
電圧Ｖ_k （Ｖ／μｍ）の温度依存性が小さくなるのに対
し、ＦＬＣ−Ｂにおいては、両者の温度依存性が大きく
なる。ＦＬＣ−Ａの極小値τｍｉｎの温度依存性と、Ｆ
ＬＣ−Ｂの極小値τｍｉｎの温度依存性との対比を、図
９にグラフとして示す。また、ＦＬＣ−Ａの閾値電圧Ｖ
_k の温度依存性と、ＦＬＣ−Ｂの閾値電圧Ｖ_k の温度依
存性との対比を、図１０にグラフとして示す。

【００５０】次に、ＦＬＣ−ＣとＦＬＣ−Ｄとを比較す
る。この場合にも、図６に示すτ−Ｖ曲線と、図７に示
すτ−Ｖ曲線との対比から明らかなように、キラル化合
物（Chiral−Ｃ，Chiral−Ｄ）の特性の違いによって、
ＦＬＣ−ＣとＦＬＣ−Ｄとの間で、τ−Ｖ曲線の温度依
存性が大きく異なっていることが判る。つまり、図６に
示すτ−Ｖ曲線においては、温度上昇に伴って、該曲線
の極小値を示す点（Ｖｍｉｎ，τｍｉｎ）がグラフにお
いてほぼ真下にシフトしている。これに対し、図７に示
すτ−Ｖ曲線においては、温度上昇に伴って、該曲線の
極小値を示す点（Ｖｍｉｎ，τｍｉｎ）がグラフにおい
て右下にシフトしている。この現象は、図１１にグラフ
として示すように、ＦＬＣ−Ｃの自発分極の絶対値Ｐｓ
が（Ｔｃ−Ｔ）^1.2 に比例しているのに対し、ＦＬＣ−
Ｄの自発分極の絶対値Ｐｓが（Ｔｃ−Ｔ）^0.5 に比例し
ているという相違点に起因している。従って、前記比例
式（１）・（３）から導き出されるように、ＦＬＣ−Ｃ
においては、応答速度の極小値τｍｉｎ（μｓ）、並び
に、閾値電圧Ｖ_k （Ｖ／μｍ）の温度依存性が小さくな
るのに対し、ＦＬＣ−Ｄにおいては、両者の温度依存性
が大きくなる。ＦＬＣ−Ｃの極小値τｍｉｎの温度依存
性と、ＦＬＣ−Ｄの極小値τｍｉｎの温度依存性との対
比を、図１２にグラフとして示す。また、ＦＬＣ−Ｃの
閾値電圧Ｖ_kの温度依存性と、ＦＬＣ−Ｄの閾値電圧Ｖ
_k の温度依存性との対比を、図１３にグラフとして示
す。

【００５１】上記の比較から明らかなように、本発明を
採用することにより、駆動温度マージンが従来よりも広
い強誘電性液晶材料を製造することができると共に、該
強誘電性液晶材料を用いた液晶素子を提供することがで
きることが判る。

【００５２】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の強誘電性液晶材
料の製造方法は、以上のように、少なくとも２５℃でス
メクティックＣ相を示すアキラルホスト材料に、キラル
スメクティックＣ相を示すと共に、その自発分極の絶対
値Ｐｓが温度Ｔの関数Ｐｓ（Ｔ）であると定義したとき
に、∂Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ＜０、かつ、∂² Ｐｓ（Ｔ）／
∂Ｔ² ≧０となる温度領域を有するキラルドーパント材
料を添加する方法である。

【００５３】これにより、駆動温度マージンが従来より
も広い強誘電性液晶材料を製造することができるという
効果を奏する。

【００５４】本発明の請求項２記載の強誘電性液晶材料
の製造方法は、以上のように、キラルスメクティックＣ
相を示す全温度領域にわたって、上記両不等式が成立す
るキラルドーパント材料を用いる方法である。

【００５５】上記の方法によれば、キラルドーパント材
料が備える特異な温度依存特性を、より一層強く、製造
すべき強誘電性液晶材料に反映させることができる。こ
れにより、温度依存性がより一層小さい、つまり、駆動
温度マージンがより一層広い強誘電性液晶材料を製造す
ることができるという効果を奏する。

【００５６】本発明の請求項３記載の強誘電性液晶材料
の製造方法は、以上のように、自発分極の極性が所定の
温度を境として反転するキラルドーパント材料を用いる
方法である。

【００５７】これにより、駆動温度マージンがより一層
広い強誘電性液晶材料を製造することができるという効
果を奏する。

【００５８】本発明の請求項４記載の強誘電性液晶材料
の製造方法は、以上のように、τ−Ｖｍｉｎモード用の
アキラルホスト材料を用いる方法である。

【００５９】これにより、応答速度および閾値電圧の温
度依存性がより一層小さい、つまり、駆動温度マージン
がより一層広い強誘電性液晶材料を製造することができ
るという効果を奏する。

【００６０】本発明の請求項５記載の強誘電性液晶材料
の製造方法は、以上のように、１０℃〜５０℃の範囲内
でスメクティックＣ相を示すアキラルホスト材料を用い
る方法である。

【００６１】これにより、駆動温度マージンがより一層
広い強誘電性液晶材料を製造することができるという効
果を奏する。

【００６２】本発明の請求項６記載の強誘電性液晶材料
の製造方法は、以上のように、上記アキラルホスト材料
およびキラルドーパント材料の合計量に対するキラルド
ーパント材料の割合が、０．５重量％〜２０重量％の範
囲内である方法である。

【００６３】これにより、駆動温度マージンがより一層
広い強誘電性液晶材料を製造することができるという効
果を奏する。

【００６４】本発明の請求項７記載の液晶素子は、以上
のように、請求項１ないし６の何れか１項に記載の製造
方法によって得られる強誘電性液晶材料からなる液晶層
を、一対の基板の間に形成してなる液晶素子であって、
上記基板に形成された配向膜と液晶層との界面における
液晶分子にプレチルトが付与され、該プレチルトの方向
と、スメクティック層構造の折れ曲がり方向とが基板の
略全面にわたって等しくなるように形成されている構成
である。

【００６５】これにより、前記強誘電性液晶材料を用い
た液晶素子を提供することができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態にかかる液晶素子である
強誘電性液晶セルの構成を示す概略の断面図である。

【図２】強誘電性液晶セルを構成するキラルドーパント
材料であるキラル化合物（Chiral−Ａ）の自発分極の絶
対値Ｐｓの温度依存性を示すグラフである。

【図３】上記キラル化合物（Chiral−Ａ）を用いて作製
した強誘電性液晶材料である強誘電性液晶（ＦＬＣ−
Ａ）の各温度におけるτ−Ｖ曲線を示すグラフである。

【図４】比較用のキラル化合物（Chiral−Ｂ）を用いて
作製した比較用の強誘電性液晶材料である強誘電性液晶
（ＦＬＣ−Ｂ）の各温度におけるτ−Ｖ曲線を示すグラ
フである。

【図５】強誘電性液晶セルを構成するキラルドーパント
材料であるキラル化合物（Chiral−Ｃ）の自発分極の絶
対値Ｐｓの温度依存性を示すグラフである。

【図６】上記キラル化合物（Chiral−Ｃ）を用いて作製
した強誘電性液晶材料である強誘電性液晶（ＦＬＣ−
Ｃ）の各温度におけるτ−Ｖ曲線を示すグラフである。

【図７】比較用のキラル化合物（Chiral−Ｄ）を用いて
作製した比較用の強誘電性液晶材料である強誘電性液晶
（ＦＬＣ−Ｄ）の各温度におけるτ−Ｖ曲線を示すグラ
フである。

【図８】上記ＦＬＣ−ＡおよびＦＬＣ−Ｂの自発分極の
絶対値Ｐｓの温度依存性を示すグラフである。

【図９】上記ＦＬＣ−ＡおよびＦＬＣ−Ｂの極小値τｍ
ｉｎの温度依存性を示すグラフである。

【図１０】上記ＦＬＣ−ＡおよびＦＬＣ−Ｂの閾値電圧
Ｖ_k の温度依存性を示すグラフである。

【図１１】上記ＦＬＣ−ＣおよびＦＬＣ−Ｄの自発分極
の絶対値Ｐｓの温度依存性を示すグラフである。

【図１２】上記ＦＬＣ−ＣおよびＦＬＣ−Ｄの極小値τ
ｍｉｎの温度依存性を示すグラフである。

【図１３】上記ＦＬＣ−ＣおよびＦＬＣ−Ｄの閾値電圧
Ｖ_k の温度依存性を示すグラフである。

【図１４】τ−Ｖｍｉｎモード用の強誘電性液晶のτ−
Ｖ特性を説明するグラフである。

【図１５】強誘電性液晶のＣ１配向およびＣ２配向を説
明するための模式図である。

【符号の説明】

１・２ ガラス基板 ３ 信号電極 ４・６ 絶縁膜 ５ 走査電極 ７・８ 配向膜 ９ 液晶層 １１・１２ 偏光板 １３・１４ 電極基板

フロントページの続き (72)発明者 金子 毅 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 境川 亮 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 向殿 充浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H090 HA03 HC05 JB02 JD14 KA14 LA01 LA02 MA02 MA07 MB02 4H027 BA06 BB09 BD02 BD05 BD08 BD19 BD23 BE02 BE03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２５℃でスメクティックＣ相を
   示すアキラルホスト材料に、キラルスメクティックＣ相
   を示すと共に、その自発分極の絶対値Ｐｓが温度Ｔの関
   数Ｐｓ（Ｔ）であると定義したときに、 ∂Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ＜０、かつ、∂² Ｐｓ（Ｔ）／∂Ｔ
   ² ≧０となる温度領域を有するキラルドーパント材料を
   添加することを特徴とする強誘電性液晶材料の製造方
   法。
2. 【請求項２】キラルスメクティックＣ相を示す全温度領
   域にわたって、上記両不等式が成立するキラルドーパン
   ト材料を用いることを特徴とする請求項１記載の強誘電
   性液晶材料の製造方法。
3. 【請求項３】自発分極の極性が所定の温度を境として反
   転するキラルドーパント材料を用いることを特徴とする
   請求項１記載の強誘電性液晶材料の製造方法。
4. 【請求項４】τ−Ｖｍｉｎモード用のアキラルホスト材
   料を用いることを特徴とする請求項１、２または３記載
   の強誘電性液晶材料の製造方法。
5. 【請求項５】１０℃〜５０℃の範囲内でスメクティック
   Ｃ相を示すアキラルホスト材料を用いることを特徴とす
   る請求項１、２、３または４記載の強誘電性液晶材料の
   製造方法。
6. 【請求項６】上記アキラルホスト材料およびキラルドー
   パント材料の合計量に対するキラルドーパント材料の割
   合が、０．５重量％〜２０重量％の範囲内であることを
   特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の強誘電
   性液晶材料の製造方法。
7. 【請求項７】請求項１ないし６の何れか１項に記載の製
   造方法によって得られる強誘電性液晶材料からなる液晶
   層を、一対の基板の間に形成してなる液晶素子であっ
   て、 上記基板に形成された配向膜と液晶層との界面における
   液晶分子にプレチルトが付与され、該プレチルトの方向
   と、スメクティック層構造の折れ曲がり方向とが基板の
   略全面にわたって等しくなるように形成されていること
   を特徴とする液晶素子。