JP2000314892A

JP2000314892A - 単安定強誘電液晶表示素子

Info

Publication number: JP2000314892A
Application number: JP12518199A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Isozaki; 忠昭磯崎; Teiichiro Nishimura; 貞一郎西村; Keiichi Nito; 敬一仁藤; Makoto Chisaki; 誠地崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電界処理を用いることなくモノドメイン構造
を実現する。【解決手段】少なくとも一方に一軸配向処理が施され
た一対の基板間にカイラルスメクチックＣ相を有する強
誘電性液晶材料が充填されてなる単安定強誘電液晶表示
素子である。基板間に形成される液晶層構造は、シェブ
ロン構造であり、且つ前記強誘電性液晶材料の液晶分子
が描くコーンの軸方向の基板への投影成分及び液晶分子
自身の分子軸方向の基板への投影成分がそれぞれ基板の
配向処理方向と略同一とされ、この状態が初期状態とし
て単安定化されている。シェブロン構造の強誘電液晶層
は、交流の高電界を印加するなどのモノドメイン化処理
が不要であり、電界印加量に対して透過光量が低電圧印
加時から高電圧印加時にかけてほぼ線形的に変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カイラルスメクチ
ックＣ相を有する強誘電性液晶を用いた単安定強誘電液
晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、これまでＴＮ方式、Ｓ
ＴＮのマルチプレックス駆動、ＴＮに薄層トランジスタ
（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス駆動等が開
発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を
用いているために、液晶材料の応答速度が数ｍｓ〜数十
ｍｓと遅いという欠点を有するため、応用上の様々な制
約を受けており、大画面化や高精細化を達成するために
は、より高速なデバイスが必要となってきている。

【０００３】このため、応答速度がμｓオーダーと極め
て短い強誘電性液晶を用いたデバイスの開発が試みられ
ている。

【０００４】強誘電性液晶を用いたデバイスとしては、
エヌ・エー・クラーク及びエス・ティー・ラガバルによ
り提案された表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ：Su
rface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal ）デ
バイス等が知られているが、この方式では明、暗の２状
態でのスイッチングに限られ、メモリー性は有するもの
の、階調表示ができないという問題を抱えている。

【０００５】そこで、階調を得るための技術として、例
えば特開平１−１５２４３０号公報に記載されているよ
うに、ＳｍＣ相のピッチｐとセルギャップｄとの関係が
ｄ／ｐ＞５、すなわちｄ＝２μｍでｐ＜０．４μｍのピ
ッチを有するＳｍＣ液晶を使用し、ＳｍＣ相のらせん軸
が基板の配向処理方向に向き、且つ安定状態において液
晶のダイレクタ（分子軸）がらせんを形成するようにし
た液晶表示セルが提案されている。

【０００６】この液晶表示セルでは、強誘電性液晶のヘ
リックス歪み効果を用いた単安定状態において、低電圧
駆動でテレビレートのアナログ階調が実現可能とされて
いる。

【０００７】しかしながら、この場合には、高速応答性
及びその動作原理のためにヘリカルピッチの極端に短い
液晶材料が必要となる上、良好な配向が困難であるとい
う新たな問題が生ずる。

【０００８】１９８９年に反強誘電性液晶が発見され、
強誘電性液晶と同様に高速応答が期待できる上、特開平
７−４３６７６号公報において開示されているように、
階調表示を行うことができるとの指摘がなされている。

【０００９】しかし、これまで知られている反強誘電性
液晶材料は、電界を印加して反転させたときの自発分極
の大きさが１００ｎＣ／ｃｍ²を大きく超えてしまうも
のが多く存在している。自発分極が大きいと、応答速度
は高速化されるという利点はあるが、反転過程で生ずる
分極反転電流が大きくなってしまうために、駆動ドライ
バＩＣの負担が大きくなり、消費電力が大きくなるとい
う欠点がある。さらに、分極反転電流による電圧降下が
原因となり、マトリックスディスプレイ画面が大きくな
るにつれ（画素数が増えるにつれ）、明暗の表示ムラが
生じてくるという問題が起こる。これを解決する手段と
しては、ドライバーＩＣの出力を高めることが考えられ
るが、それでは消費電力の増大を招いてしまう。

【００１０】この他、特開平７−６４０５６号公報等に
開示されるように、反強誘電性液晶をＴＦＴ素子と組み
合わせることで、中間調表示や、高速応答、広視野角化
を実現し、ＴＮ−ＴＦＴの欠点を補うことが試みられて
いる。

【００１１】しかしながら、反強誘電性液晶を使用して
いる限りにおいては、自発分極が大きいことに起因する
消費電力の増大を回避することはできない。

【００１２】通常、ＴＦＴ素子をネマチック液晶に使用
する場合には、ＴＦＴのゲートが数１００ｎｓ〜２０μ
ｓ程度開いて電荷が注入され、ゲートが閉じた後もコン
デンサーにその電荷が蓄えられているので、液晶分子は
ゲートが開いている間だけでなく、閉じた後も応答を続
けることが可能である。しかし、自発分極を有する強誘
電性液晶や反強誘電性液晶では、ＴＦＴのゲートが開い
ている間に完全に応答が完了しないと、応答過程で生ず
る分極反転電流により電荷の放出が起こり、応答した液
晶分子が元の状態に戻ってしまうために、表示ムラが生
ずることになる。これは、自発分極の大きさに依存する
ので、相対的には、自発分極の値の大きい反強誘電性液
晶の場合に、より深刻な問題となる。

【００１３】一方、高速応答・広視野角ディスプレイを
実現する方法として、本願出願人は、特開平４−２１２
１２６公報、あるいは米国特許第５２１４５２３号にお
いて、単安定強誘電性液晶表示素子を提案している。

【００１４】これは、液晶表示素子として、一軸配向処
理が施された一対の基板が配向処理方向が互いにほぼ平
行となるように対向配置するとともに、これら基板間に
カイラルスメクティックＣ相を有する液晶材料を充填し
たものを用い、このカイラルスメクティックＣ相を有す
る液晶材料の液晶分子が描くコーンの軸方向の基板への
投影成分及び液晶分子自身の分子軸方向の基板への投影
成分をそれぞれ基板の配向処理方向と同一とし、この状
態が初期状態とする単安定化構成をとり、各画素、すな
わち最小単位の画素に対応してスイッチング素子を設け
たアクティブマトリクス駆動を行うものであり、電圧印
加によって液晶のダイレクタ（分子軸の傾き）を連続的
に変化させて透過光強度をアナログ変調することで、高
速・広視野角のアナログ階調表示や、フルカラー表示が
実現できるという優れた特徴を有する。

【００１５】具体的には、透明電極（ＩＴＯ）を配した
ガラス板の透明電極側をシランカップリング処理した
後、スピンコート法によりポリアミド酸膜を塗布し、べ
ーキングによりイミド化してポリイミド膜を形成する。
このポリイミド膜に対してベルベット布で一方向にラビ
ング処理を施し、配向膜とする。配向膜の厚さは約２０
０Åであり、液晶配向の効果を得るラビング処理方向に
関して非対称性を有する。以上により配向膜を形成した
ガラス板をラビング処理方向が互いに反平行（アンチパ
ラレル）となるように透明電極を対向させて配置し、２
μｍの真絲球（ＳｉＯ₂スペーサ）を分散させた紫外線
硬化接着剤を用いてギャップ２μｍのセルを組み立て
る。そして、液晶材料としては、カイラル成分及び非カ
イラル成分（３環性２フッ素系の化合物、フェニルピリ
ミジン系の化合物、フェニルベンゾエート系の化合物）
を用い、単安定ＦＬＣモードを実現している。

【００１６】この方法を用いると、本来、明、暗の２状
態でのスイッチングに限られていた強誘電性液晶相にお
いても、電圧の大小に応じて透過光量を変化させること
ができるので、中間調表示を行うことが可能である。し
かも、自発分極の大きさが反強誘電性液晶のそれより１
／１０〜１／２０程度と小さいため、ＴＦＴ素子と組み
合わせたときの表示ムラも比較的少ないことが期待でき
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、中間調の表
示を行うためには、電界印加量に対して透過光量が低電
圧印加時から高電圧印加時にかけて連続的に変化するよ
うにすることが好ましく、このためには、単安定強誘電
性液晶表示素子においては、モノドメイン構造を得る必
要がある。

【００１８】強誘電性液晶材料を液晶セルに充填した場
合、そのままではストライプ状の構造を呈するが、この
ストライプ状の単安定ＦＬＣは、コントラスト比が比較
的低く、また、液晶の応答も電界強度に対して２段階応
答で、階調特性も必ずしも線形的であるとは言えない。

【００１９】そこで、交流の高電圧波形を印加する等の
モノドメイン化処理が必要となる。電界処理によりモノ
ドメイン化した場合、いわゆる傾斜ブックシェルフ構造
のモノドメインとなり、コントラスト比の向上、応答時
間の高速化、階調特性の向上が図られる。

【００２０】ただし、ＴＦＴ素子駆動での使用を考慮す
ると、モノドメイン化の方法として電界処理を用いるこ
とは好ましいものではなく、その改善が望まれるところ
である。

【００２１】本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案
されたものであり、単安定強誘電性液晶表示素子の改良
を目的とする。

【００２２】具体的には、電界処理を用いることなくモ
ノドメイン構造を実現することを目的とし、これにより
階調特性、高速応答性、コントラス比に優れた単安定強
誘電性液晶表示素子を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、少なくとも一方に一軸配向処理が施された一対の
基板間にカイラルスメクチックＣ相を有する強誘電性液
晶材料が充填されてなる単安定強誘電液晶表示素子にお
いて、上記基板間に形成される液晶層構造がシェブロン
構造であり、且つ前記強誘電性液晶材料の液晶分子が描
くコーンの軸方向の基板への投影成分及び液晶分子自身
の分子軸方向の基板への投影成分がそれぞれ基板の配向
処理方向と略同一とされ、この状態が初期状態として単
安定化されたことを特徴とするものである。

【００２４】前述の単安定強誘電性液晶表示素子におい
ては、パラレル配向で双安定になり易い傾向にあること
から、単安定化するためにはアンチパラレル配向セルと
することが好適であると考えられてきた。

【００２５】しかしながら、その後の検討の結果、必ず
しもアンチパラレル配向でなくても単安定配向が得られ
るとの知見を得るに至った。

【００２６】このときのモノドメイン構造は、シェブロ
ン構造であり、交流の高電界を印加するなどのモノドメ
イン化処理を施すことなく、電界印加量に対して透過光
量が低電圧印加時から高電圧印加時にかけて、ほぼ線形
的に変化するように改善されている。

【００２７】さらに、アンチパラレル配向で発現する傾
斜ブックシェルフ構造に比べると、応答速度も速い。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した単安定強
誘電液晶表示素子について、図面を参照しながら詳細に
説明する。

【００２９】本発明が適用される単安定強誘電液晶表示
素子の基本構成は、例えば図１に示すようなものであ
り、ラビング処理や斜方蒸着等の一軸配向処理を施した
一対の基板１，２を面対向する如く配置して液晶セルと
なし、これら基板１，２の間隙にＳｍＣ^*相を有する液
晶材料を充填してなるものである。

【００３０】基板１，２は、いずれも透明基板上に透明
電極を形成し、さらにその上にポリイミド膜を被着して
ラビング処理したり、斜方蒸着膜を形成してなるもので
あって、それぞれの一軸配向処理方向（図１中矢印Ｘ及
び矢印Ｙで示す。）が互いに略平行となるように配置さ
れている。

【００３１】ここで、例えばラビング処理はポリイミド
膜の表面を一方向に擦って表面に微細な傷を付けて配向
性を持たせる手法であるが、本発明では、擦った方向ま
で同一（全くの平行。以下、パラレルと称する。）にな
るように配置する。すなわち、基板１のラビング方向を
Ｘ₁としたときに基板２のラビング方向をＹ₁とし、パ
ラレルラビングセル構造とする。

【００３２】あるいは、一方の基板にのみラビング処理
を施し、片側ラビングセル構造とする。

【００３３】かかるセル構造とすることにより、モノド
メイン構造としてのシェブロン構造が発現する。

【００３４】上述のように上下両方の基板１，２に一軸
配向処理を施し、その配向方向が互いに略平行となるよ
うに配した液晶セルに、ＳｍＣ^*相を有する液晶材料を
充填すると、例えば液晶材料が層構造を有するものであ
れば、各層の法線方向（あるいはその基板への投影成分
の方向）が前記配向処理方向と一致する。ここで、各層
の液晶分子３は、図２に示すように円錐の外周面に沿う
形で回転するが、この液晶分子３の描くコーン（円錐）
の軸方向Ｚ（あるいはその基板への投影成分の方向）も
前記配向処理方向と一致する。さらには、液晶分子３自
身のダイレクタ（分子軸）の方向Ｄ（あるいはその基板
への投影成分の方向）もやはり前記配向処理方向と一致
する。すなわち、各液晶分子３は、コーンの円周上の点
ｒあるいは点ｓの位置で安定する。

【００３５】したがって、本発明が適用される強誘電液
晶表示素子は、基板表面での液晶分子の安定化効果を用
いたものであるが、これまで知られる双安定（メモリー
コーン３０°〜４５°程度）を利用したものではなく、
また双安定のどちらか片側だけで安定化する片安定でも
なく、その中間の状態で単安定されたもの（メモリーコ
ーン２°以下）と言える。

【００３６】上記強誘電液晶表示素子は、基板１，２の
法線方向から見たときに、電界を印加しない状態で各基
板１，２の一軸配向処理方向Ｘ，Ｙと液晶分子３が描く
コーンの軸方向Ｚ、液晶分子３自身のダイレクタの方向
Ｄが一致する構造である。

【００３７】ここで、一対の偏光子（アナライザとポー
ラライザ。それぞれの偏光方向をＡ及びＰで表す。）の
偏光方向を直交させたまま、いずれか一方の偏光方向を
前記配向処理方向と一致させると、光は透過せず黒レベ
ルが得られる。

【００３８】これに対して、電界を印加すると、液晶分
子３のダイレクタはコーンに沿って回転し、電界強度や
極性に応じて右あるいは左に連続的（アナログ的）にチ
ルトすることになり、これによって連続階調（アナログ
階調）が得られる。

【００３９】なお、印加する電界の駆動電圧波形は任意
であるが、＋，−交互の印加であって、電気的中性条件
をほぼ満足した振幅変調型であることが好ましい。

【００４０】このときの液晶分子の挙動を図３、図４及
び図５に示す。図３は図１中ａ方向から見た液晶分子の
挙動、図４は図１中ｂ方向から見た液晶分子の挙動、図
５は図１中ｃ方向から見た液晶分子の挙動である。ま
た、これらの図面においては、ガラス板１ａ，２ａ上に
透明電極１ｂ，２ｂ及びラビング処理層１ｃ，２ｃが成
膜されたものが基板１，２として配置されている。

【００４１】電界を印加していない状態では、各液晶分
子３のダイレクタの方向Ｄは、基板１，２のラビング処
理層１ｃ，２ｃの一軸配向処理方向に揃う。すなわち、
図３中央に示すように、液晶分子３のダイレクタの方向
Ｄは、コーンの投影面のセンターに来る。

【００４２】この状態が単安定状態であり、例えばポー
ラライザの偏光方向Ｐを配向処理方向Ｘ，Ｙに一致さ
せ、アナライザの偏光方向Ａをこれと直交させると、光
は透過せずに暗状態となる。

【００４３】一方、例えば上方の基板１の透明電極１ｂ
に＋、下方の基板２の透明電極２ｂに−の電界を印加す
ると、各図面において左側に示すように、液晶分子３は
反時計回り方向（回転方向は液晶材料の自発分極の極性
に依存する。）に回転する。このとき、ラビング処理層
１ｃ，２ｃとの界面から離れるに従って見掛けのチルト
角θは大きくなるが、これはラビング処理層１ｃ，２ｃ
との界面では相互作用が大きく、いわゆるアンカー効果
が働くためと考えられる。

【００４４】ここで、見掛けのチルト角θの最大値θ
_MAXは電界強度によって決まり、したがって電界強度に
応じて前記チルト角の最大値θ_MAXが連続的に変化する
ことになる。これに伴い、当然のことながら液晶セル全
体で見た見掛けのチルト角の平均値θ_AVGも連続的に変
化する。

【００４５】上方の基板１の透明電極１ｂに−、下方の
基板２の透明電極２ｂに＋の電界を印加した場合も同様
で、この場合には各図面において右側に示すように、液
晶分子３は時計回り方向に回転し、やはり見掛けのチル
ト角の最大値θ_MAXや平均値θ_AVGが連続的に変化す
る。

【００４６】このとき、ポーラライザからの直線偏光
は、この液晶分子３のダイレクタのチルトにより位相差
を生じ楕円偏光となるため、アナライザからの透過光量
はチルト角の平均値θ_AVGに対応して大きくなる。すな
わち、前記液晶セルにおける透過光強度Ｉは、次の式１
に示す関係となり、電界強度に対応して連続的に変化す
る見掛けのチルト角の平均値θ_AVGに応じて変化し、ア
ナログ階調が得られることになる。

【００４７】Ｉ∝Ｉ₀sin²２θ ・・・式１（ただし、式中のＩ₀はセルを透過する前の光の強
度。）電界印加状態から外部電界を除去すると、液晶の内部電
界及び界面の安定化効果により、すみやかに初期状態に
戻る。

【００４８】上記液晶表示素子において、用いる強誘電
性液晶としては、ＳｍＣ^*相をとりうる液晶材料であれ
ば如何なるものであってもよい。ただし、配向性等を考
慮すると、ＳｍＣ^*相の螺旋ピッチが十分に長いことが
好ましく、さらには大きな自発分極を有し且つＳｍＣ^*
相を室温を含む広い温度範囲で示すことが好ましい。

【００４９】したがって、従来より公知のカイラル液晶
と、３環性エステルのフッ素置換誘導体，フェニルピリ
ミジン系，フェニルベンゾエート系等の非カイラル液晶
（ホスト液晶）とを混合した組成物等が好適である。

【００５０】特に、単安定性構造を安定に発現するため
には、非カイラル液晶としてフェニルピリミジン系液
晶、なかでも２環系フェニルピリミジンと３環系フェニ
ルピリミジンの混合物を使用することが好ましい。フェ
ニルピリミジン系液晶は欠陥等の観点から最も好適であ
る。

【００５１】また、上述のようにカイラル液晶と非カイ
ラル液晶の混合物を使用する場合、ホスト液晶である非
カイラル液晶へのカイラル液晶の添加量がコントラス
ト，応答時間等に影響する。実用的な応答時間を維持
し、しかも高コントラストを実現するためには、カイラ
ル液晶の添加量を１〜２０重量％とすることが好まし
い。

【００５２】特に、上記強誘電性液晶に、フェニルピリ
ミジン骨格の両末端に炭素数の和が１７であるアルキル
鎖が結合した化合物を添加することにより、上記シェブ
ロン構造が発現し易い。

【００５３】添加する化合物の具体例としては、下記の
化１で示される化合物のうち、ｍ＝９，ｎ＝８である化
合物、ｍ＝８，ｎ＝９である化合物、ｍ＝７，ｎ＝１０
である化合物等を挙げることができる。

【００５４】

【化１】

【００５５】これにより、特異的に安定な単安定モード
（シェブロン構造）が実現され、黒レベル、コントラス
ト比も改善される。

【００５６】なお、液晶組成物における上記化合物の含
有量は、１〜５０重量％であることが好ましい。上記化
合物の含有量が１重量％未満であると、効果が期待でき
ない。また、上記化合物の含有量は５０重量％が実用上
の限界であり、５０重量部を越えると、例えばＳｍＣ^*
相が発現する温度範囲が狭くなってしまう。

【００５７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、具体的な実
験結果に基づいて説明する。

【００５８】液晶セルの作製透明電極（ＩＴＯ）を配したガラス板にポリイミド配向
膜を塗布し、ベーキングによりイミド化してポリイミド
配向膜を形成し、このポリイミド膜をコットンで一方向
にラビング処理した。

【００５９】このガラス板を透明電極を対向させて配置
し、１．４μｍの真絲球（ＳｉＯ₂スペーサ）を分散さ
せた紫外線硬化接着剤を用いてギャップ１．４μｍのセ
ルを組み立てた。

【００６０】液晶材料は、１４０℃の等方相の状態でセ
ルに封入し、室温まで徐冷した。

【００６１】使用した液晶材料液晶組成物Ａ：化２に示す通り。

【００６２】

【化２】

【００６３】液晶組成物Ｂ：化３に示す通り。

【００６４】

【化３】

【００６５】液晶組成物Ｃ：液晶組成物Ａの化合物ｃを
化４に示す化合物に置き換えた。

【００６６】

【化４】

【００６７】液晶組成物Ｄ：液晶組成物Ｃのうち、化合
物ｄ，ｅ，ｆ，ｇの混合比率は同一とし、その３環のビ
フェニルピリミジン系に対して化４に示す化合物の濃度
を２０重量％とした。カイラル化合物ａ，ｂの組成物全
体に対する割合は同一である。

【００６８】液晶組成物Ｅ：液晶組成物Ｂの化合物ｊを
化４に示す化合物に置き換え、カイラル化合物ｈ，ｉを
液晶組成物Ａに使用されているカイラル化合物ａ，ｂに
置き換えた。

【００６９】液晶組成物Ｆ：液晶組成物Ｂの化合物ｊを
化４に示す化合物に置き換えた。

【００７０】使用した配向膜配向膜Ａ：ＪＳＲ社製、商品名ＡＬ１２５４配向膜Ｂ：ＪＳＲ社製、商品名ＡＬ３０４６配向膜Ｃ：ＪＳＲ社製、商品名ＪＡＬＳ１４６配向膜Ｄ：ＪＳＲ社製、商品名ＪＡＬＳ３９４配向膜Ｅ：日産化学工業社製、商品名ＳＥ１１９９液晶のドメイン構造に関する検討液晶層構造の同定の方法としては、１）偏光顕微鏡観察２）Ｘ線回折による液晶層の周期構造の解析が挙げられる。

【００７１】後者の方法としては、具体的には、図６に
示すように、このセルのＸ線回折強度を液晶層の周期構
造に対応したブラッグ角θに固定して、極角（α）方向
スキャン、面内（β）方向スキャンを行い、回折強度分
布を測定した。これにより液晶層構造の分布を決定する
ことができる。ここでは、Ｘ線回折測定のために１００
μｍの厚みのガラス基板を用いた。液晶の層構造は、使
用したガラス基板の厚みには依存しないことを確認して
いる。

【００７２】主な測定条件を下記に示す。

【００７３】回転対陰極：Ｃｕ（波長＝１．５４０５Å）温度：室温極角（α）方向スキャン：−４０［deg.］〜４０［de
g.］面内（β）方向スキャン：−９０［deg.］〜９０［de
g.］Ｘ線管電流：１４０［ｍＡ］Ｘ線管電圧：４０［ｋＶ］先ず、特開平４−２１２１２６号公報に記載される方法
に準じて作製した液晶セルでは、例えばアンチパラレル
にセル組を行うことにより、偏光顕微鏡下での観察では
μｍオーダーのストライプドメイン（縞状ドメイン）が
見られ、Ｘ線回折強度分布を測定すると、図７に示すよ
うに、β方向０度、α方向±２２度付近に主要なピーク
が見られる。また、α方向３度、β方向±２２度付近の
弱いピークは、ストライプドメイン間の連続的な層構造
を反映している。

【００７４】この液晶セルに対して、電界処理を行うと
偏光顕微鏡下で観察されたストライプドメインは消失
し、モノドメイン化される。

【００７５】このモノドメイン化されたセルのＸ線回折
強度分布を測定すると、図８に示すように、β方向０
度、α方向３０度付近に主要な単一のピークが見られ、
傾斜ブックシェルフ構造であることがわかる。この構造
のとき、先のストライプドメインの場合に比べて高コン
トラスト化、高速化が達成される。

【００７６】次に、液晶組成物Ｃを用いて液晶セルを作
製し、評価した。

【００７７】先ず、透明電極を配したガラス基板上に、
配向膜Ａを塗布形成し、焼成して得た配向膜をラビング
用の布でラビング処理し、そのラビング方向がアンチパ
ラレルとなるように基板を対向させ、所定のセルギャッ
プとなるようにスペーサを用いてセル組を行った。この
アンチパラレルセルに液晶組成物Ｃを等方相温度で注入
し、室温まで冷却し、以下の検討を行った。

【００７８】液晶注入後のセルを室温で偏光顕微鏡を用
いて観察したところ、配向処理方向に沿ってμｍオーダ
ーのストライプドメインが観察された。このことは、各
ストライプドメイン内では同様の液晶配向構造を有して
いることを示している。

【００７９】このセルのＸ線回折強度の分布は図９のよ
うになり、図９Ａに示すようにα方向に２つのピークを
有する。このことから、各ストライプドメインに対応し
た２種類の層傾斜構造が存在することがわかる。

【００８０】この場合のセルの電気光学特性は、コント
ラストが比較的低く、また、応答時間も異なる２種のド
メインの存在により、２段階応答を示し、さらに階調特
性に関しても十分な線形性が得られていない。

【００８１】一方、透明電極を配したガラス基板上に、
配向膜Ａを塗布形成し、焼成して得た配向膜をラビング
用の布でラビング処理し、そのラビング方向がパラレル
となるように基板を対向させ、所定のセルギャップとな
るようにスペーサを用いてセル組を行った。このパラレ
ルセルに液晶組成物Ｃを等方相温度で注入し、室温まで
冷却し、同様の検討を行った。

【００８２】液晶注入後のセルを室温で偏光顕微鏡を用
いて観察したところ、セル全面で均一なモノドメインが
観察された。このことは、単一ドメインで同様の液晶配
向構造を有していることを示している。

【００８３】このセルのＸ線回折強度の分布は、図１０
のようになり、図１０Ａに示すようにα方向に２つのピ
ークを有している。

【００８４】ただし、アンチパラレルセルで示した単一
ピークの意味する１つの傾斜ブックシェルフ構造（図１
１参照）とは異なり、セル中の層が途中で折れ曲がった
シェブロン構造（図１２参照）であることがわかった。

【００８５】シェブロン構造での寸法Ｌ１とＬ２の厚さ
は一般的には等しいが、当然のことながらＬ１≠Ｌ２の
場合もある。

【００８６】モノドメイン部分が傾斜ブックシェルフ構
造であるかシェブロン構造であるかの区別は、上記のよ
うにＸ線回折、さらには偏光顕微鏡クロスニコル下での
観察により行うことができる。

【００８７】具体的には、図１３（傾斜ブックシェルフ
構造）及び図１４（シェブロン構造）に示すコーンモデ
ル中の液晶分子３が基板に対して傾斜している状態で、
セルを配向処理方向に傾斜させ、透過光の入射角を破線
に示すように変化させる。

【００８８】すると、図１３の傾斜ブックシェルフ構造
の場合には、透過光強度の角度依存性は液晶分子３の複
屈折異方性により非対称となるが、図１４のシェブロン
構造の場合には、液晶分子３の複屈折異方性の変化が層
の上下でほぼキャンセルされるために対称となる。これ
は直接的に位相差の対称性を測定しても同様である。

【００８９】パラレルセルの電気光学特性を評価したと
ころ、アンチパラレルセルと比べてコントラストが向上
し、さらに１段階の高速な電気光学応答を示し、さらに
階調特性についても線形性が向上した。

【００９０】セル厚−単安定性に関する実験液晶組成物Ｃに関して、セル厚を変化させた時のコーン
角への影響を測定した。

【００９１】その結果、０．８μｍ、１．５４μｍ以外
のサンプルにおいては若干のツイストが確認されたが、
単安定性はセル厚を８．５μｍにしたときにも維持され
ていることを確認した。

【００９２】図１５にセル厚の異なるセルに電界を印加
したときのコーン角の変化を示す。この図１５におい
て、横軸は電界強度であり、縦軸は見かけのコーン角で
ある。

【００９３】測定は、室温下で行い、印加した電圧は３
０Ｈｚ矩形波である。

【００９４】いずれも低電界強度でコーン角を制御でき
ることを示し、電圧無印加でコーン角０度、すなわち、
配向処理方向にダイレクタが揃うという単安定性を示し
ている。

【００９５】ラビングに関する検討上下基板の配向膜の処理方法の異なる２種類のテストセ
ルを作製した。その後、２種類のセルの電気光学応答を
比較した。

【００９６】１．パラレルラビングセル透明電極が蒸着してあるガラス基板上にポリイミド系配
向膜（配向膜Ａ）をスピンコートし焼成した後、上下基
板にその方向が平行（パラレル）になるようにラビング
処理を施した。その後、約１．４５μｍの間隔を保って
セルを組み立てた。そして、基板間に液晶組成物Ｄを等
方相（アイソトロピック相）状態で注入した。

【００９７】２．片側ラビングセル透明電極が蒸着してあるガラス基板上にポリイミド系配
向膜（配向膜Ａ）をスピンコートし焼成した。一方の配
向膜にはラビング処理を施し、他方の配向膜には何ら配
向処理を行わなかった。その後、約１．４５μｍの間隔
を保ってセルを組み立てた。そして、基板間に液晶組成
物Ｄを等方相（アイソトロピック相）状態で注入した。

【００９８】このようにして作製した２種類のセルの電
気光学応答の比較を行った。電気光学応答の評価は、テ
ストセルに電圧を印加した時の見かけのコーン角を測定
することで行った。測定時に印加した電圧は３０Ｈｚの
矩形波であり、室温下において実験を行った。図１６に
実験結果を示す。図中、○印がパラレルラビングセル、
●印が片側ラビングセルでの結果である。

【００９９】図１６から明らかなように、上下基板共に
ラビング処理を施したパラレルラビングセルと片側のみ
ラビング処理を施した片側ラビングセル共にアナログ階
調表示が可能であることがわかる。

【０１００】両者共に電界無印加時には見かけのコーン
角が０°であり、消光した状態である。両者共に電圧が
大きくなるに連れてコーン角が大きくなっており、透過
率が徐々に大きくなることが明らかである。

【０１０１】以上のことから、上下基板の少なくとも一
方に配向処理が施してあればアナログ階調表示が可能で
あると言える。

【０１０２】液晶セル作製例１液晶セルの作製の項に従い、液晶組成物Ｃ及び配向膜Ｅ
を用いてパラレル配向Ｐのセル（実施例に相当）とアン
チパラレル配向ＡＰのセル（比較例に相当）を作製し
た。

【０１０３】これら液晶セルを直交したポラライザとア
ナライザの間にポラライザがラビング方向と平行となる
ように配置し、３０Ｈｚの矩形波を印加して見かけのコ
ーン角の印加電界依存性を測定した。結果を図１７に示
す。

【０１０４】また、印加した電界強度に対する透過光強
度の関係を図１８に示す。これら図１７，図１８におい
て、実線がパラレルラビングセル、破線がアンチパラレ
ルラビングセルでの結果である。

【０１０５】さらに、評価用の駆動波形を印加したとき
の透過光量の変化から、液晶材料の応答時間を調べた。
具体的には、１６．６ｍｓのパルス波を印加したときの
最大透過光量を１００％として、その透過光量が１０％
〜９０％まで変化するのに要する時間を応答時間τ−Ｏ
Ｎとし定義した。印加電圧強度に対する応答時間τ−Ｏ
Ｎの関係を図１９に示す。図１９において、○印がパラ
レルラビングセル、●印が片側ラビングセルでの結果で
ある。

【０１０６】液晶セル作製例２液晶セルの作製の項に従い、液晶組成物Ｃ及び配向膜Ｂ
を用いてパラレル配向Ｐのセル（実施例に相当）とアン
チパラレル配向ＡＰのセル（比較例に相当）を作製し
た。

【０１０７】これら液晶セルについて、見かけのコーン
角の印加電界依存性、印加した電界強度に対する透過光
強度の関係、及び印加電圧強度に対する応答時間τ−Ｏ
Ｎの関係を測定した。結果を図２０、図２１、図２２に
それぞれ示す。図２０，図２１において、実線がパラレ
ルラビングセル、破線がアンチパラレルラビングセルで
の結果である。また、図２２において、○印がパラレル
ラビングセル、●印が片側ラビングセルでの結果であ
る。

【０１０８】液晶セル作製例３液晶セルの作製の項に従い、液晶組成物Ｃ及び配向膜Ｃ
を用いてパラレル配向Ｐのセル（実施例に相当）とアン
チパラレル配向ＡＰのセル（比較例に相当）を作製し
た。

【０１０９】これら液晶セルについて、見かけのコーン
角の印加電界依存性、印加した電界強度に対する透過光
強度の関係、及び印加電圧強度に対する応答時間τ−Ｏ
Ｎの関係を測定した。結果を図２３、図２４、図２５に
それぞれ示す。図２３，図２４において、実線がパラレ
ルラビングセル、破線がアンチパラレルラビングセルで
の結果である。また、図２５において、○印がパラレル
ラビングセル、●印が片側ラビングセルでの結果であ
る。

【０１１０】液晶セル作製例４液晶セルの作製の項に従い、液晶組成物Ｄ及び配向膜Ａ
を用いてパラレル配向Ｐのセル（実施例に相当）を作製
した。

【０１１１】この液晶セルについて、見かけのコーン角
の印加電界依存性及び印加電圧強度に対する応答時間τ
−ＯＮの関係を測定した。結果を図２６及び図２７に示
す。

【０１１２】液晶セル作製例５液晶セルの作製の項に従い、液晶組成物Ｄ及び配向膜Ｂ
を用いてパラレル配向Ｐのセル（実施例に相当）を作製
した。

【０１１３】この液晶セルについて、見かけのコーン角
の印加電界依存性及び印加電圧強度に対する応答時間τ
−ＯＮの関係を測定した。結果を図２８及び図２９に示
す。

【０１１４】液晶セル作製例６液晶セルの作製の項に従い、液晶組成物Ｄ及び配向膜Ｃ
を用いてパラレル配向Ｐのセル（実施例に相当）を作製
した。

【０１１５】この液晶セルについて、見かけのコーン角
の印加電界依存性及び印加電圧強度に対する応答時間τ
−ＯＮの関係を測定した。結果を図３０及び図３１に示
す。

【０１１６】液晶セル作製例７液晶セルの作製の項に従い、液晶組成物Ｅ及び配向膜Ａ
を用いてパラレル配向Ｐのセル（実施例に相当）を作製
した。

【０１１７】この液晶セルについて、見かけのコーン角
の印加電界依存性及び印加電圧強度に対する応答時間τ
−ＯＮの関係を測定した。結果を図３２及び図３３に示
す。

【０１１８】液晶セル作製例８液晶セルの作製の項に従い、液晶組成物Ｆ及び配向膜Ａ
を用いてパラレル配向Ｐのセル（実施例に相当）を作製
した。

【０１１９】この液晶セルについて、見かけのコーン角
の印加電界依存性及び印加電圧強度に対する応答時間τ
−ＯＮの関係を測定した。結果を図３４及び図３５に示
す。

【０１２０】いずれの作製例においても、パラレル配向
により構造が単安定のシェブロン構造となり、応答時間
の高速化が達成されている。また、見かけのコーン角に
閾値特性が見られず、線形性が向上し階調特性も向上し
ている。さらに、透過光強度にも閾値が見られず、階調
の制御性も向上している。

【０１２１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、高周波及び高電界を印加する等のモノドメ
イン化処理を施すことなく、電界印加量に対する透過光
量が低電圧時から高電圧時にかけて連続的に変化し、ア
ナログ階調表示に好適な単安定強誘電性液晶表示素子を
得ることが可能である。

【０１２２】また、本発明によれば、応答時間を短縮す
ることができるので、さらなる高速応答デバイスの実現
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】単安定強誘電液晶表示装置における液晶セルの
構成例を模式的に示す斜視図である。

【図２】液晶分子が描くコーンを説明する模式図であ
る。

【図３】図１の矢印ａ方向から見た液晶分子の挙動を示
す模式図である。

【図４】図１の矢印ｂ方向から見た液晶分子の挙動を示
す模式図である。

【図５】図１の矢印ｃ方向から見た液晶分子の挙動を示
す模式図である。

【図６】Ｘ線回折測定を説明する模式図である。

【図７】ストライプドメイン構造の液晶セルのＸ線回折
強度分布を示す特性図である。

【図８】傾斜ブックシェルフ構造の液晶セルのＸ線回折
強度分布を示す特性図である。

【図９】アンチパラレル配向の液晶セルのＸ線回折強度
分布を示す特性図である。

【図１０】パラレル配向の液晶セルのＸ線回折強度分布
を示す特性図である。

【図１１】傾斜ブックシェルフ構造の模式図である。

【図１２】シェブロン構造の模式図である。

【図１３】傾斜ブックシェルフ構造における透過光の様
子を示す模式図である。

【図１４】シェブロン構造における透過光の様子を示す
模式図である。

【図１５】セル厚を変化させたときのコーン角の変化を
示す特性図である。

【図１６】パラレルラビングセルと片側ラビングセルに
おける電圧−コーン角応答特性を示す特性図である。

【図１７】液晶セル作製例１における見かけのコーン角
の印加電界依存性を示す特性図である。

【図１８】液晶セル作製例１における印加した電界強度
に対する透過光強度の関係を示す特性図である。

【図１９】液晶セル作製例１における印加電圧強度に対
する応答時間τ−ＯＮの関係を示す特性図である。

【図２０】液晶セル作製例２における見かけのコーン角
の印加電界依存性を示す特性図である。

【図２１】液晶セル作製例２における印加した電界強度
に対する透過光強度の関係を示す特性図である。

【図２２】液晶セル作製例２における印加電圧強度に対
する応答時間τ−ＯＮの関係を示す特性図である。

【図２３】液晶セル作製例３における見かけのコーン角
の印加電界依存性を示す特性図である。

【図２４】液晶セル作製例３における印加した電界強度
に対する透過光強度の関係を示す特性図である。

【図２５】液晶セル作製例３における印加電圧強度に対
する応答時間τ−ＯＮの関係を示す特性図である。

【図２６】液晶セル作製例４における見かけのコーン角
の印加電界依存性を示す特性図である。

【図２７】液晶セル作製例４における印加電圧強度に対
する応答時間τ−ＯＮの関係を示す特性図である。

【図２８】液晶セル作製例５における見かけのコーン角
の印加電界依存性を示す特性図である。

【図２９】液晶セル作製例５における印加電圧強度に対
する応答時間τ−ＯＮの関係を示す特性図である。

【図３０】液晶セル作製例６における見かけのコーン角
の印加電界依存性を示す特性図である。

【図３１】液晶セル作製例６における印加電圧強度に対
する応答時間τ−ＯＮの関係を示す特性図である。

【図３２】液晶セル作製例７における見かけのコーン角
の印加電界依存性を示す特性図である。

【図３３】液晶セル作製例７における印加電圧強度に対
する応答時間τ−ＯＮの関係を示す特性図である。

【図３４】液晶セル作製例８における見かけのコーン角
の印加電界依存性を示す特性図である。

【図３５】液晶セル作製例８における印加電圧強度に対
する応答時間τ−ＯＮの関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１，２基板、３液晶分子

フロントページの続き (72)発明者仁藤敬一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者地崎誠東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 2H088 GA04 GA17 HA18 JA13 JA17 KA14 MA13 MA20 2H090 HB08Y KA05 KA14 LA04 LA09 MA02 MA10 MB01 4H027 BA06 CE08 DC03 DE01 DF01 DF03 DF10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方に一軸配向処理が施され
た一対の基板間にカイラルスメクチックＣ相を有する強
誘電性液晶材料が充填されてなる単安定強誘電液晶表示
素子において、上記基板間に形成される液晶層構造がシェブロン構造で
あり、且つ前記強誘電性液晶材料の液晶分子が描くコーンの軸
方向の基板への投影成分及び液晶分子自身の分子軸方向
の基板への投影成分がそれぞれ基板の配向処理方向と略
同一とされ、この状態が初期状態として単安定化された
ことを特徴とする単安定強誘電液晶表示素子。
【請求項２】上記一対の基板のうち、一方の基板にの
み一軸配向処理が施されていることを特徴とする請求項
１記載の単安定強誘電液晶表示素子。
【請求項３】上記一対の基板の双方に一軸配向処理が
施されていることを特徴とする請求項１記載の単安定強
誘電液晶表示素子。
【請求項４】上記一対の基板の配向方向が略同一とな
るようにパラレル配向されていることを特徴とする請求
項３記載の単安定強誘電液晶表示素子。
【請求項５】上記液晶分子の傾斜角の変調が偏光光学
系により光強度変調に変換されることを特徴とする請求
項１記載の単安定強誘電液晶表示素子。
【請求項６】単安定化された初期状態を中心として、
電界の印加により液晶分子の傾斜角が変調されることを
特徴とする請求項５記載の単安定強誘電液晶表示素子。
【請求項７】印加される電界の極性によって傾斜方向
が制御され、強度によって傾斜角が変調されることを特
徴とする請求項６記載の単安定強誘電液晶表示素子。