JP2704821B2

JP2704821B2 - 液晶素子

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Publication number: JP2704821B2
Application number: JP5084064A
Authority: JP
Inventors: 浩朗白根
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH06273767A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示や液晶シャッタ
ー等で用いられる強誘電性液晶を用いた液晶素子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より液晶は電気光学素子として種々
の分野で応用されているが、現在実用化されているもの
はネマティック液晶を用いたＴＮ（twisted nematic ）
型あるいはＳＴＮ（super twisted nematic ）型などの
表示素子である。これらは、液晶の誘電的配列効果に基
づいており、液晶分子の誘電異方性のために平均分子軸
方向が、加えられた電場により特定の方向に向く効果を
利用している。しかし、これらの素子の光学的な応答速
度の限界はミリ秒オーダーであるといわれ、多くの応用
のためには遅すぎる。

【０００３】一方、大型平面ディスプレイへの応用で
は、価格、生産性などを考え合わせると、単純マトリッ
クス方式による駆動が最も有力である。しかし、この駆
動方式の素子に前述のＴＮ型の液晶を採用すると、走査
線数が増えるほどクロストークによるコントラストの低
下が起こるという欠点がある。このような従来型の液晶
素子の欠点を改良するものとして、双安定性を有する液
晶素子の使用がクラーク（N.A.Clark ）およびラガヴァ
ル（S.T.Lagerwall ）により提案されている（特開昭56
-107216 号公報、米国特許第4367924 号明細書等）。す
なわち、強誘電性液晶を使用し、基板にらせん軸が平行
で層が垂直な薄いセルを用いることにより、らせん構造
を消滅させて表面で安定化された分極ドメインを発生さ
せ、電場による自発分極の反転を利用して双安定スイッ
チングを行わせるものである。この表面安定化強誘電性
液晶セルは高速応答性と双安定性（メモリー性）を有す
るため、単純マトリックス方式による駆動で高精細表示
が可能となる。

【０００４】このような双安定性を有する素子を得るた
めには、クラークおよびラガヴァルが提唱しているよう
に、セルギャップｄをキラルスメクティック相のらせん
ピッチＰより小さくし（ｄ≦Ｐ）、らせんをほどく必要
がある（N.A.Clark & S.T.Lagerwall : Appl.Phys.Let
t.,36,899 (1980) ）。このときの配向状態としては、
上側基板から下側基板まで分子が一様に並んだユニフォ
ーム配向を取ることが望ましく、上下基板間で分子が連
続的に捩れたツイスト配向では良好なコントラスト比が
得られない。このユニフォーム配向を得るためには、自
発分極の符号が同じでキラルスメクティック相のらせん
の掌性が互いに逆のキラルスメクティック液晶化合物を
添加するなどの手法によりらせんピッチを伸ばした（通
常10μｍ以上）液晶組成物が用いられる（特開昭61-174
294 号公報等）。

【０００５】しかしながら、従来のＴＮモードなどで用
いられている、ポリマーなどの有機物からなる配向膜を
電極基板上に形成して一方向にラビング処理した透明電
極基板間に、上記の手法によりらせんピッチを10μｍ程
度以上に伸ばしたキラルスメクティック液晶組成物を封
入した場合においても、実際にはツイスト状態となった
り、あるいはユニフォーム状態が得られてもメモリー性
がなく、双安定の２つの状態の一方のみが安定になるい
わゆる片安定状態となる場合が多い。

【０００６】また、ディジョン（J.Dijon ）他は配向膜
表面の双極子の符号を考慮し、上下基板の配向膜の界面
エネルギーにおける非対称性が小さい場合に双安定性が
えられ、これが大きい場合には片安定状態となるという
実験結果を得ている（J.Dijon et al. : Ferroelectric
s, 85,47 (1988) ）。これによると、通常の液晶セルで
は上下基板に同じ配向膜を用いているため界面エネルギ
ーの非対称性はなく、双安定状態が得られると予想され
るが、実際には片安定状態となることが多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように、
キラルスメクティック液晶をユニフォーム配向させて双
安定性を得る実用的な方法は未だ存在せず、現在は、使
用しようとする液晶材料に適合する配向膜、あるいは逆
に使用しようとする配向膜に適合する液晶材料を経験的
に見つけているに過ぎない。従って、本発明は、経験に
よらず一定の法則に基づいて液晶材料と配向膜を適合さ
せ、ユニフォーム配向で双安定性を有する強誘電性液晶
素子を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、配向膜と強
誘電性液晶組成物の組合せを多岐にわたり変化させ配向
状態およびメモリー性の変化について鋭意検討を重ねた
結果、配向膜表面の双極子の符号、自発分極の符号およ
びキラルスメクティック相のらせんの掌性の関係がこれ
らを決定する法則性を見出し、この法則に従って配向膜
に対し液晶材料の材料物性をコントロールすることによ
りユニフォーム配向で双安定性を達成することに成功
し、本発明を完成するに至った。

【０００９】本発明の液晶表示素子について、まずその
基本となる概念を説明する。配向膜表面の双極子の符号
については、ディジョン（J.Dijon ）他に従うと、配向
膜表面における双極子モーメントが外側（液晶側）を向
いている場合が正である。この配向膜表面の双極子の符
号は、上下基板の配向膜が異なる非対称セルを用い、こ
れに自発分極の符号が既知の液晶を注入し、その双安定
性を調べることにより決めることができる。すなわち、
双安定性または捩れ状態を伴った単安定性が得られた場
合には、上下基板の配向膜表面の双極子の符号は同一で
あり、真の（捩れ状態を伴わない）単安定性が得られた
場合には、両方の配向膜表面の双極子の符号は反対か、
もしくは双極子モーメント値が大きく異なる。このよう
にして、配向膜表面の双極子の符号を決めることができ
る。この配向膜表面の双極子の符号が正および負の配向
膜材料として知られているもの、およびそれらの知見に
基づいて考えられるものの例を次に挙げる。

【００１０】（イ）配向膜表面の双極子の符号が正のも
の：メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ナイロ
ン６、ナイロン６６、ナイロン６９、ポリビニールアル
コール、ＩＴＯ、ポリエチレン、ポリイソブテン、ポリ
ブタジエン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレ
ート、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリ
ル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリスチ
レン、ポリキノキサリン、ポリベンズチアゾール、ポリ
ベンズオキサゾール、アセチルセルロース、トリアセチ
ルセルロース、ポリ（グリシドプロピルトリメトキシシ
ラン）、ポリヘキサメチルシロキサン、シリコーンゴ
ム、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリメチルシロキ
サン、ポリ−１，３−ジメチルシクロへキサン、尿素樹
脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、クロマン−インデ
ン樹脂、ポリビニルピリジウム、ポリエステルシリコー
ン、カゼイン。

【００１１】（ロ）配向膜表面の双極子の符号が負のも
の：メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラ
ン、シクロヘキシルジメチルクロロシラン、１，８−ビ
ス（クロロジメチルシリル）オクタン、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミ
ド、ポリフッ化ビニリデン、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ
₂、ポリ塩化ビニル、ポリパラキシリレン、ポリウレタ
ン、ポリスルフォン、メチルセルロース、ニトロセルロ
ース、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリパー
フルオロシクロヘキサン、ポリパーフルオロジメチルシ
クロブタン、ポリアセチレン−パーフルオロ−１，３−
ジメチルシクロヘキサン共重合体。

【００１２】自発分極（Ｐｓ）の符号については、分極
を負の電荷から正の電荷の方向にとった場合、図１に示
すように定義される。ここで、スメクティック層法線を
Ｚ軸に取り、液晶分子１はＸＺ面内で傾いている。この
自発分極の符号は、キラルスメクティック液晶を注入し
た水平配向セルを作製し、これを偏光顕微鏡の直交ニコ
ル状態で観察し、電界を印加したときの消光位を見つけ
ることにより知ることが出来る。すなわち、観察視野に
おいてスメクティック層法線が水平方向になる状態を基
準として、セルの上側から下側に向かう電界を印加した
ときに、セルを左回りに回転させて消光位が得られる場
合が自発分極の符号が正で、逆にセルを右回りに回転さ
せて消光位が得られる場合が自発分極の符号が負である
（福田，竹添：”強誘電性液晶の物性と構造”，２９６
頁，コロナ社（1990））。

【００１３】キラルスメクティック相のらせんの掌性に
ついては、そのらせんが右ねじらせんであれば右の掌
性、左ねじであれば左の掌性と定義される。特許請求の
範囲を含む本明細書においては右らせんの掌性を正、左
らせんの掌性を負と定義する。らせんの掌性の決定法に
は直接法と間接法がある（福田，竹添：”強誘電性液晶
の物性と構造”，２８９頁，コロナ社（1990））。

【００１４】直接法は垂直配向セルを用い、その旋光性
の正負を測定する方法である。すなわち、図２に示すよ
うな光学配置において、向かってくる光１２の直線偏光
の回転を調べたとき、右回りに回転するものを正の旋光
性、または右旋性、左回りに回転するものを負の旋光
性、または左旋性という。このキラルスメクティック相
における旋光性は図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような波長
分散を示す。従って、測定に用いる波長がらせんピッチ
より短い通常の場合には、旋光性が正であれば左らせ
ん、旋光性が負であれば右らせんとなる。但し、らせん
ピッチが紫外域にあるようなものではこの関係は逆転す
る。

【００１５】間接法はらせんの掌性がわかっている標準
物質を用いて、接触法によって調べるものである。水平
配向セルに標準試料、試験試料を接触させて偏光顕微鏡
の直交ニコル状態で観察すると、両側にらせんピッチに
対応する縞模様が見えるが、それらが連続的につながれ
ば同じ掌性、接触部分でらせんの縞が消えれば逆の掌性
である。以上に述べた方法により自発分極の符号とキラ
ルスメクティック相のらせんの掌性を決定することがで
きるが、この自発分極の符号とらせんの掌性の組合せに
よってキラルスメクティック液晶化合物および組成物を
下記の４つの群に分けることができる。これら４つの群
に属するキラルスメクティック液晶化合物としては、例
えば次に示すようなものが知られている。

【００１６】（Ａ）自発分極の符号が正で、らせんの掌
性が正（右らせん）のもの：

【化１】

【００１７】（Ｂ）自発分極の符号が正で、らせんの掌
性が負（左らせん）のもの：

【化２】

【００１８】

【化３】

【００１９】（Ｃ）自発分極の符号が負で、らせんの掌
性が正（右らせん）のもの：

【化４】

【００２０】

【化５】

【００２１】（Ｄ）自発分極の符号が負で、らせんの掌
性が負（左らせん）のもの：左らせんのもの

【化６】上記の式中、Ｒは直鎖状のアルキル基またはアルコキシ
基を示す。

【００２２】本発明者は、多岐にわたる配向膜材料と強
誘電性液晶組成物の組合せを用い、その配向膜表面の双
極子の符号、自発分極の符号、キラルスメクティック相
のらせんの掌性の組合せと配向性およびメモリー性との
関係について鋭意検討を重ねた結果、これらの間に一定
の相関関係があることを見いだした。すなわち、表面の
双極子の符号が正の配向膜を用いた場合には、上記
（Ｂ）群または（Ｃ）群に分類される強誘電性液晶を含
む液晶組成物と組み合わせて使用するとユニフォーム配
向で双安定性が得られ、また表面の双極子の符号が負の
配向膜を用いた場合には、上記（Ａ）群または（Ｄ）群
に分類される強誘電性液晶を含む液晶組成物と組み合わ
せて使用するとユニフォーム配向で双安定性が得られる
法則性を見いだし、この法則に従って配向膜に液晶材料
の自発分極の符号およびらせんの掌性という材料物性を
コントロールすることにより、ユニフォーム配向での双
安定性が得られることを確認した。

【００２３】すなわち、本発明は、基板上に透明電極お
よびラビング処理された配向膜がこの順で積層された透
明電極基板二枚を、それぞれの配向膜を内側にして配置
し、その間にキラルスメクティック液晶組成物を封入し
てなる液晶素子において、キラルスメクティック相のら
せんの掌性が右らせんのものを正、左らせんのものを負
としたとき、配向膜表面の双極子の符号が正の場合には
自発分極の符号とキラルスメクティック相のらせんの掌
性のいずれか一方が正で他方が負であり、また配向膜表
面の双極子の符号が負の場合には自発分極の符号とキラ
ルスメクティック相のらせんの掌性の両者が共に正また
は負であることを特徴とする、ユニフォーム配向で双安
定性を有する強誘電性液晶素子を提供したものである。

【００２４】添付図面を用いて本発明の液晶素子の構成
について説明する。図４に、本液晶セルの一例の断面図
を示すが、この液晶セルの構造自体は従来から用いられ
ているものと何ら変わるところはない。すなわち、２１
ａ、２１ｂは透明基板であり、その上に透明電極２２
ａ、２２ｂ、絶縁膜２３ａ、２３ｂ、配向膜２４ａ、２
４ｂがこの順序で積層されて、透明電極基板２８ａ、２
８ｂを形成している。配向膜２４ａ、２４ｂの表面はラ
ビングにより一軸配向処理が行われており、透明電極基
板２８ａ、２８ｂは、互いに配向膜２４ａ、２４ｂが対
向し、ラビング方向が一致するように配置されている。
透明電極基板２８ａ、２８ｂの間には、キラルスメクテ
ィック液晶組成物２５が配置され、透明電極基板２８ａ
と２８ｂとの間隔はスペーサー２６により保持される。
また、このセルの外側には、液晶分子の配向状態を光学
的に識別するために、２枚の偏光子２７ａ、２７ｂが互
いにその偏光方向が直交するように配置されている。

【００２５】本発明の透明基板２１ａ、２１ｂとして
は、たとえば平滑性の良好なフロートガラスなどのガラ
スの他、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテ
レフタレート等のポリエステル、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルフ
ォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、
アセチルセルロース、ポリアミノ酸エステル、芳香族ポ
リアミド等の耐熱樹脂、ポリスチレン、ポリアクリル酸
エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリルア
ミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等のビニル系ポリ
マー、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂およびそ
れらの変性体等から形成されたプラスチックフィルム等
が使用できる。なお、透明基板表面にはカラーフィルタ
ーを形成してもよい。

【００２６】上記基板上には、常法により３００〜5000
オングストローム厚、好ましくは1000〜3000オングスト
ローム厚のストライプ状の透明電極２２ａ、２２ｂが形
成されており、これらを互いに直交するように組み合わ
せることによりマトリックス表示が可能となる。また、
上記透明電極は、一方のみストライプ状に形成されてい
てもよい。透明電極材料としては、例えば、酸化インジ
ウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）およびＩＴ
Ｏ（インジウム・スズ・オキサイド）等が使用できる。

【００２７】上記透明電極上には、２００〜5000オング
ストローム厚、好ましくは５００〜2000オングストロー
ム厚の絶縁膜２３ａ、２３ｂが形成される。この絶縁膜
材料としてはＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅等が使用
できる。また、この絶縁膜を形成せずに、透明電極上に
直接配向膜を形成してもよい。上記絶縁膜上もしくは透
明電極上には、１０〜1000オングストローム厚、好まし
くは５０〜５００オングストローム厚の配向膜２４ａ、
２４ｂが形成される。配向膜としては、例えば、ポリイ
ミド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、
ポリアミド（ナイロン等）等をスピンコートまたは印刷
することにより形成される高分子膜、有機シラン化合物
を塗布することによって形成される有機膜、そしてＳｉ
Ｏ、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂等を真空蒸着あるいはスパッタ
リングすることにより形成される無機膜等が使用でき
る。

【００２８】上記配向膜のうち、ポリイミド等の高分子
膜は、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、ポリアクリ
ロニトリル等の合成繊維や、綿、羊毛等の天然繊維等を
用いてラビング処理が行われる。このようにして製造さ
れた二枚の透明電極基板２８ａ、２８ｂは、スペーサー
２６を介して対向させて配置させることにより、セルギ
ャップ、すなわち液晶層の厚さが一定に保持される。ス
ペーサーとしては、ガラスファイバー、ガラスビーズ、
プラスチックビーズ、アルミナやシリカ等の金属酸化物
粒子、またポリエチレンテレフテレートやポリイミド等
のプラスチック薄膜等が使用できる。設定されるセルギ
ャップの値としては、 0.5〜１０μｍが一般的であり、
好ましくは１〜３μｍである。

【００２９】また、本発明に使用されるキラルスメクテ
ィック液晶組成物は、具体的にはキラルスメクティック
Ｃ相（ＳｍＣ^*）、Ｆ相（ＳｍＦ^*）、Ｇ相（Ｓｍ
Ｇ^*）、Ｈ相（ＳｍＨ^*）、Ｉ相（ＳｍＩ^*）、Ｊ相
（ＳｍＪ^*）、Ｋ相（ＳｍＫ^*）のいずれかを有するも
のである。このキラルスメクティック相を示す温度範囲
としては０〜５０℃より広いことが好ましい。上記キラ
ルスメクティック液晶組成物を構成する化合物数は、好
ましくは２〜２０種類であり、これらの中にキラルスメ
クティック相を示さない液晶化合物や液晶相を全く示さ
ないキラル化合物が含まれていてもよい。本発明で使用
されるキラルスメクティック液晶組成物の相系列の例と
しては、

【００３０】Ｋ−（…ＳｍＸ₂−ＳｍＸ₁）−ＳｍＣ^*
−ＳｍＡ−Ｃｈ−ＩＫ−（…ＳｍＸ₂−ＳｍＸ₁）−ＳｍＣ^*−Ｃｈ−ＩＫ−（…ＳｍＸ₂−ＳｍＸ₁）−ＳｍＣ^*−ＳｍＡ−ＩＫ−（…ＳｍＸ₂−ＳｍＸ₁）−ＳｍＣ^*−Ｉ等が挙げられる。

【００３１】なお、上記式中、Ｋは結晶相を表わし；Ｓ
ｍＸ₁、ＳｍＸ₂…は高次スメクティック相を表わす
が、高次スメクティック相は存在しなくてもよいし複数
存在してもよく；ＳｍＣ^*はキラルスメクティックＣ相
を表わし、ＳｍＡはスメクティックＡ相を表わし；Ｃｈ
はコレステリック相を表わし；Ｉは等方相を表わす。ま
た、自発分極の値は好ましくは２〜６０ｎＣ／ｃｍ²で
あり、コレステリック相を有する場合のらせんピッチの
値は好ましくは１０μｍ以上である。

【００３２】

【作用】まず、自発分極の符号とキラルスメクティック
相のらせんの掌性の違いによって上記４つに分類された
強誘電性液晶組成物が、基板表面と液晶分子との間の相
互作用が全くない場合にとる配向状態について説明す
る。図５（Ａ）は自発分極が正で右らせんの場合である
が、上側基板３１ａの面の液晶分子３２ａと下側基板３
１ｂの面の液晶分子３２ｂは、液晶分子の回転により形
成されるコーンにおいて互いに反対側に位置し、左ねじ
方向に捩れた（Twist Lefthanded，ＴＬと略す）状態を
とることがわかっている（福田，竹添：”強誘電性液晶
の物性と構造”，３３８頁，コロナ社（1990））。この
場合、上下基板界面における自発分極の方向３３ａ、３
３ｂはいずれも液晶側を向いている。

【００３３】次に、図５（Ｂ）には自発分極が正で左ら
せんの場合を示すが、ここにおいては上側基板３１ａの
面の液晶分子３４ａと下側基板３１ｂの面の液晶分子３
４ｂは、（Ａ）の場合とは逆に右ねじ方向に捩れた（Tw
ist Righthanded ，ＴＲと略す）状態をとることがわか
っている。この場合、上下基板界面における自発分極の
方向３５ａ，３５ｂは（Ａ）の場合とは逆にいずれも基
板側を向いている。同様にして、自発分極が負で右らせ
んの場合には図５（Ｃ）に示すようにＴＬ状態をとり、
基板界面での自発分極３７ａ，３７ｂは基板側を向く。
また、自発分極が負で左らせんの場合には図５（Ｄ）に
示すようにＴＲ状態をとり、基板界面での自発分極３９
ａ，３９ｂは液晶側を向く。

【００３４】次に、上記の状態に加えて、更に基板表面
と液晶分子との間の相互作用が働いた場合について説明
する。まず、上下基板４０ａ，４０ｂの配向膜表面の双
極子の符号が正の場合について考える。自発分極が正で
右らせんの場合は、図５（Ａ）に示す上下界面における
自発分極３３ａ，３３ｂの方向と図６（Ａ）に示す上下
基板における配向膜表面の双極子の方向４１ａ，４１ｂ
とが一致するため、基板表面と液晶分子の間に引力を生
じ、上下界面における分子は図６（Ａ）で示す３２ａお
よび３２ｂで示す位置に安定化される。すなわち、捩れ
状態（ＴＬ状態）が安定となり、ユニフォーム状態間の
スイッチングは起こらない。

【００３５】これに対し、自発分極が正で左らせんの場
合は、図５（Ｂ）に示す上下界面における自発分極３５
ａ，３５ｂの方向と図６（Ｂ１）、（Ｂ２）に示す上下
基板における配向膜表面の双極子の方向４１ａ、４１ｂ
が逆になるため、基板表面と液晶分子の間に斥力を生
じ、図５（Ｂ）に示す捩れ状態（ＴＲ状態）は不安定と
なる。ここで、もう一つの捩れ状態であるＴＬ状態は、
この左らせんの液晶が元々とりにくい状態であるため、
結果としてユニフォーム状態が安定化される。このユニ
フォーム状態には、図６（Ｂ１）と（Ｂ２）に示す分子
の揃う位置が異なる２つの場合がある。これら２つのユ
ニフォーム状態は等価であるため、互いにスイッチング
が可能であり、双安定性が得られる。また、自発分極が
負で右らせんの場合は、図６（Ｂ１）、（Ｂ２）の場合
と同様に捩れ状態が不安定になる結果、図７（Ｃ１）と
（Ｃ２）に示すようにユニフォーム状態が安定化され、
双安定性が得られる。更に、自発分極が負で左らせんの
場合は、図６（Ａ）の場合と同様に捩れ状態が安定化さ
れ、ユニフォーム状態間のスイッチングは起こらない
（図７（Ｄ））。

【００３６】次に、上下基板の配向膜表面の双極子の符
号が負の場合についても同様に考える。自発分極が正で
右らせんの場合は、図８（Ａ１）、（Ａ２）に示すよう
に、捩れ状態が不安定となる結果、ユニフォーム状態が
安定化され双安定性が得られる。同様に、自発分極が負
で左らせんの場合も、図９（Ｄ１）、（Ｄ２）に示すよ
うに、捩れ状態が不安定となる結果、ユニフォーム状態
が安定化され双安定性が得られる。また、自発分極が正
で左らせんの場合は、図８（Ｂ）に示すように、捩れ状
態が安定化され、ユニフォーム状態間のスイッチングは
起こらない。同様に、自発分極が負で右らせんの場合
も、図９（Ｃ）に示すように、捩れ状態が安定化され、
ユニフォーム状態間のスイッチングは起こらない。

【００３７】

【実施例】本発明の液晶素子を実施例により更に詳細に
説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。尚、以下の実施例における配向方法、ユニフォ
ーム配向とツイスト配向の判別方法、メモリー性、自発
分極及びその符号、キラルスメクティックＣ相のらせん
ピッチおよびその掌性の評価方法は次のようにして行っ
た。配向については、液晶の注入されたセルを、等方相
−コレステリック相の転移温度より５℃高い温度まで加
熱して全体を等方相とした後、１℃／分の速度で室温ま
で徐冷して配向させた。ユニフォーム配向とツイスト配
向の判別は、偏光顕微鏡の直交ニコル下で観察して消光
位の現れるものをユニフォーム配向、消光位の現れない
ものをツイスト配向とした。

【００３８】メモリー性の評価は次のようにして行っ
た。上記セルを互いに偏光方向が直交する２枚の偏光板
間に挟んで後ろから照明し、正極性および負極性の２種
類のパルスで交互に駆動した際に、それぞれのパルスに
よるスイッチング状態が１秒以上持続する場合を双安定
であるとし、一方のパルスによるスイッチング状態の持
続が１秒以下の場合を片安定であると判定した。自発分
極の測定は三角波法により行い、自発分極の符号は上述
の偏光顕微鏡によるスイッチング時の消光位を観察する
方法により行った。キラルスメクティックＣ相における
らせんピッチの測定は、セル厚１５０μｍのラビング処
理を行った水平配向セルを用い、フルピッチに対応する
縞模様の間隔を偏光顕微鏡により直接測定することによ
り行った。また、らせんの掌性は、セル厚５０μｍの垂
直配向セルを用い、上述の旋光性の正負を測定する方法
により行った。

【００３９】［実施例１］配向膜として表面の双極子の
符号が負であるポリイミドを使用してセルを作製した。
まず、２枚の厚さ 1.1ｍｍのガラス基板上に、膜厚1000
オングストロームのＩＴＯの電極パターン（電極面積
0.1５ｃｍ2 ）を形成した。この透明電極付ガラス基板
上に、ポリイミド形成用塗布液（ＳＰ−７１０、東レ
（株）製）を不揮発分が 3.4％になるように希釈したも
のをスピナーで塗布した（回転数3500ｒｐｍ、時間５０
秒）。塗布後、１２０℃で３０分、続いて２００℃で３
０分、更に３５０℃で３０分焼成して膜厚約３００オン
グストロームのポリイミド膜を形成した。次に、このポ
リイミド膜の表面をレーヨン布で一軸方向にラビング処
理した。このようにして得られた２枚のガラス基板を、
それぞれのラビング処理面を内側にして、ラビング方向
が同一になるようにし、ポリエチレンテレフタレートの
フィルムをスペーサーとして挟んで貼り合わせ、セルギ
ャップ２μｍのセルを作製した。このセルへの液晶の注
入は、減圧窒素雰囲気下で毛管現象により行った。

【００４０】上記セルに、自発分極の符号が負で、キラ
ルスメクティックＣ相のらせんの掌性が左らせん（−）
の強誘電性液晶（ＭＤＷ７，Displaytech Inc.製）

【００４１】

【化７】

【００４２】５ｗｔ％と、フェニルベンゾエート系の非
光学活性液晶組成物９５ｗｔ％とからなる強誘電性液晶
組成物を作製して注入した。この組成物の相転移温度は
偏光顕微鏡によるテクスチャ観察の結果

【００４３】

【化８】

【００４４】であった。また、この組成物の自発分極は
−５ｎＣ／ｃｍ²、らせんピッチは左らせんで１０μｍ
であった。この組成物を注入したセルを等方相から室温
まで徐冷して配向させたところ全面でユニフォーム配向
が得られた。なお、ジグザグ欠陥が少々発生した。更
に、パルス（電圧±５０Ｖ、パルス幅２００μｓｅｃ）
で駆動してメモリー性を調べたところ、ジグザグ欠陥の
ある極く僅かな部分を除き双安定性が得られ、ユニフォ
ーム配向でのメモリー性を達成することができた。

【００４５】［比較例１］実施例で使用したものと同じ
セル（配向膜表面の双極子の符号が負）に、自発分極の
符号が正で、キラルスメクティックＣ相のらせんの掌性
が左らせん（−）の強誘電性液晶

【００４６】

【化９】

【００４７】３ｗｔ％と、実施例１で使用したものと同
じ非光学活性液晶組成物９７％とからなる強誘電性液晶
組成物を作製して注入した。この組成物の相転移温度は
偏光顕微鏡によるテクスチャ観察の結果

【化１０】であった。また、この組成物の自発分極は＋４ｎＣ／ｃ
ｍ²、らせんピッチは左らせんで１５μｍであった。

【００４８】この組成物を注入したセルを等方相から室
温まで徐冷して配向させたところ全面でツイスト配向と
なり、ユニフォーム配向は得られなかった。更に、パル
ス（電圧±５０Ｖ、パルス幅２００μｓｅｃ）で駆動し
てメモリー性を調べたところ、全くスイッチングせず片
安定であった。本比較例で使用した液晶組成物は、自発
分極の符号だけが実施例のものと異なっており、このた
めにユニフォーム配向と双安定性が得られなかった。上
記の実施例と比較例を較べてみれば、本発明で述べてい
る液晶材料の自発分極の符号およびらせんの掌性と、配
向膜表面の双極子の符号の間の関係を適正にコントロー
ルすることにより、ユニフォーム配向でメモリー性が得
られることが明らかである。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶素子は配向
膜表面の双極子の符号、自発分極の符号およびキラルス
メクティック相のらせんの掌性の間に特定の関係がある
という知見に基き液晶材料の物性を配向膜に合わせてコ
ントロールしたものである。本発明によれば、従来の方
法では困難であったユニフォーム配向での双安定性を従
来構造の液晶セルをそのまま用いて容易に達成すること
ができ、実用的な強誘電性液晶による液晶素子を提供す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】自発分極の符号の定義を示す図である。

【図２】キラルスメクティックＣ相の旋光性の測定法を
示す図である。

【図３】キラルスメクティックＣ相の旋光性の波長分散
を示す図である。

【図４】本発明の液晶素子の構成例を模式的に示す断面
図である。

【図５】キラルスメクティック液晶を自発分極の符号と
キラルスメクティック相のらせんの掌性の違いに基づい
て４つに分類した各場合について、基板表面と液晶分子
との間の相互作用が全くないときにとる配向状態を示す
図である。

【図６】キラルスメクティック液晶を自発分極が正のと
きにキラルスメクティック相のらせんの掌性の違いによ
って分類した場合について、上下基板の配向膜表面の双
極子の符号が正のときにとる配向状態を示す図である。

【図７】キラルスメクティック液晶を自発分極が負のと
きにキラルスメクティック相のらせんの掌性の違いによ
って分類した場合について、上下基板の配向膜表面の双
極子の符号が正のときにとる配向状態を示す図である。

【図８】キラルスメクティック液晶を自発分極が正のと
きにキラルスメクティック相のらせんの掌性の違いによ
って分類した場合について、上下基板の配向膜表面の双
極子の符号が負のときにとる配向状態を示す図である。

【図９】キラルスメクティック液晶を自発分極が負のと
きにキラルスメクティック相のらせんの掌性の違いによ
って分類した場合について、上下基板の配向膜表面の双
極子の符号が負のときにとる配向状態を示す図である。

【符号の説明】

１、３２ａ、３２ｂ，３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６
ｂ、３８ａ、３８ｂ液晶分子２、３３ａ、３３ｂ、３５ａ、３５ｂ、３７ａ、３７
ｂ、３９ａ、３９ｂ自発分極１１垂直配向液晶セル１２入射光の光軸１３入射光の偏光方向１４出射光の偏光方向２１ａ、２１ｂ透明基板２２ａ、２２ｂ透明電極２３ａ、２３ｂ絶縁膜２４ａ、２４ｂ配向膜２５キラルスメクティック液晶組成物２６スペーサー２７ａ、２７ｂ偏光子２８ａ、２８ｂ、３１ａ、３１ｂ、４０ａ、４０ｂ、４
２ａ、４２ｂ透明電極基板４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ上下基板の配向膜表
面の双極子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に透明電極および配向膜がこの順
で積層された透明電極基板二枚を、それぞれの配向膜が
内側になるように配置し、その間にキラルスメクティッ
ク液晶を含有する組成物を封入してなる液晶素子におい
て、キラルスメクティック相のらせんの掌性が右らせん
のものを正、左らせんのものを負としたとき、液晶組成
物と配向膜の界面における配向膜表面の双極子の符号が
正の場合には自発分極の符号とキラルスメクティック相
のらせんの掌性の符号のいずれか一方が正で他方が負で
あり、また前記配向膜表面の双極子の符号が負の場合に
は自発分極の符号とキラルスメクティック相のらせんの
掌性の符号の両者が共に正または負であることを特徴と
する液晶素子。
【請求項２】配向膜表面の双極子の符号が正の化合物
が、メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ナイロ
ン６、ナイロン６６、ナイロン６９、ポリビニールアル
コール、ＩＴＯ、ポリエチレン、ポリイソブテン、ポリ
ブタジエン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレ
ート、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリ
ル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリスチ
レン、ポリキノキサリン、ポリベンズチアゾール、ポリ
ベンズオキサゾール、アセチルセルロース、トリアセチ
ルセルロース、ポリ（グリシドプロピルトリメトキシシ
ラン）、ポリヘキサメチルシロキサン、シリコーンゴ
ム、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリメチルシロキ
サン、ポリ−１，３−ジメチルシクロヘキサン、尿素樹
脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、クロマン−インデ
ン樹脂、ポリビニルピリジウム、ポリエステルシリコー
ン、カゼインから選択される請求項１に記載の液晶素
子。
【請求項３】配向膜表面の双極子の符号が負の化合物
が、メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラ
ン、シクロヘキシルジメチルクロロシラン、１，８−ビ
ス（クロロジメチルシリル）オクタン、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミ
ド、ポリフッ化ビニリデン、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ
_２、ポリ塩化ビニル、ポリパラキシリレン、ポリウレタ
ン、ポリスルフォン、メチルセルロース、ニトロセルロ
ース、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリパー
フルオロシクロヘキサン、ポリパーフルオロジメチルシ
クロブタン、ポリアセチレン−パーフルオロ−１，３−
ジメチルシクロヘキサン共重合体から選択される請求項
１に記載の液晶素子。
【請求項４】キラルスメクティック相を構成する化合
物の自発分極の値が２〜６０ｎＣ／ｃｍ^２である請求項
１乃至３のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項５】キラルスメクティック相を構成する化合
物が、コレステリック相を含む相転移系列を有するもの
であり、コレステリック相におけるらせんピッチが１０
μｍ以上である請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶
素子。