JP2994854B2 - 液晶組成物およびこれを用いる液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子や液晶光
シャッタ等で用いる液晶組成物、および、それを使用し
た液晶素子に関し、更に詳しくは液晶組成物の物性、あ
るいはそれらと配向処理条件の組み合わせにより、スイ
ッチング特性の良好な、あるいは、液晶分子の配向状態
を改善することにより、表示特性を改善した液晶組成
物、および、それを使用した液晶素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用
して偏光素子との組み合わせにより透過光線を制御する
型の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウォ
ール（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特
開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９
２４号明細書等）。この強誘電性液晶は、一般に特定の
温度域において、非らせん構造のカイラルスメチックＣ
相（ＳｍＣ^*）またはＨ相（ＳｍＨ^*）を有し、この状態
において、加えられる電界に応答して第１の光学的安定
状態と第２の光学的安定状態のいずれかを取り、且つ電
界の印加のないときはその状態を維持する性質、すなわ
ち双安定性を有し、また電界の変化に対する応答も速や
かであり、高速ならびに記憶型の表示素子用としての広
い利用が期待され、特にその機能から大画面で高精細な
ディスプレーへの応用が期待されている。

【０００３】この強誘電性液晶層を一対の基板間に挟持
した素子を前述した様な単純マトリクス表示装置とした
場合は、例えば特開昭５９−１９３４２６号公報、特開
昭５９−１９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４
６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。

【０００４】図４は、駆動法の波形図の一例である。
又、図５は、本発明で用いたマトリクス電極を配置した
強誘電性液晶パネル５１の平面図である。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（５２）とデータ線（５３）との間には強誘電
性液晶が配置されている。

【０００５】図４（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）を表わしてい
る。又、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
表示状態をとる。

【０００６】図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す駆動波形
で、図６に示す表示を行ったときの時系列波形である。

【０００７】図４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
が書込み位相ｔ_２ の時間に相当し、１ラインクリヤｔ
_１位相の時間が２ΔＴに設定されている。

【０００８】さて、図４に示した駆動波形の各パラメー
タＶ_Ｓ 、Ｖ_１ 、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。

【０００９】図７は後述するバイアス比を一定に保った
ままΔＴを変化させたときの透過率Ｔ％の変化、即ちΔ
Ｔ−Ｔ％特性を示したものである。ここではＶ＝２５Ｖ
ｏｌｔ、バイアス比Ｖ_１ ／（Ｖ_１ ＋Ｖ_Ｓ ）＝１／
３に固定されている。図７の正側は図４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。

【００１０】ここでｔ_１ 、ｔ_３ をそれぞれ実駆動閾
値パルス巾及びクロストークパルス巾と呼ぶ。また、ｔ
_２ ＜ｔ_１ ＜ｔ_３ の時Ｍ＝ｔ_３ −ｔ_１ を駆動パ
ルス巾マージンと呼び、マトリクス駆動可能なパルス巾
領域となる。ｔ_３ はＦＬＣ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４（Ａ）（Ｉ_Ｎ
−Ｓ_Ｓ ）の波形におけるＶ_Ｂ によるスイッチング
を起こすパルス巾値である。

【００１１】我々の検討ではバイアス比１／３〜１／４
程度が実用的であった。ところで、バイアス比を固定す
れば、駆動パルス巾マージンＭは液晶材料のスイッチン
グ特性に強く依存し、Ｍの大きい液晶材料がマトリクス
駆動上非常に有利であることは言うまでもない。

【００１２】この様なある一定温度において、情報信号
の２通りの向きによって選択画素に「黒」および「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
る印加パルス巾の上下限の値およびその幅（駆動パルス
巾マージンＭ）は、液晶材料間で差があり、特有なもの
である。また、環境温度の変化によっても駆動マージン
はズレていくため、実際の表示装置の場合、液晶材料や
環境温度に対して最適駆動電圧および最適駆動パルス巾
にしておく必要がある。

【００１３】しかしながら、実用上この様なマトリクス
表示装置の表示面積を拡大していく場合、各画素におけ
る液晶の存在環境の差（具体的には温度や電極間のセル
ギャップの差）は当然大きくなり、駆動パルス巾マージ
ンが小さな液晶では表示エリア全体に良好な画像を得る
ことが出来なくなる。

【００１４】さらに、この様なマトリクス表示装置を実
現するためにはコントラストや透過率もまた重要な課題
となる。

【００１５】すなわち、双安定を有する液晶を用いた光
学変調素子が所望の駆動特性および表示特性を発揮する
ためには、一対の平行基板間に配置される液晶が、電界
の印加状態とは無関係に２つの安定状態にあることが必
要である。

【００１６】また、液晶の複屈折を利用した液晶素子の
場合、直交ニコル下での透過率は

【００１７】

【外５】 （式中：Ｉ_Oは入射光強度、Ｉは透過光強度、θ_aは以下
で定義される見かけのチルト角、Δｎは屈折率異方性、
ｄは液晶層の膜厚、λは入射光の波長である。）で表わ
される。前述の非らせん構造における見かけのチルト角
θ_aは、第１と第２の配向状態でのねじれ配列した液晶
分子の平均分子軸方向の角度として表われることにな
る。上式によれば、かかる見かけのチルト角θ_aが２
２．５°の角度の時最大の透過率となり、双安定性を実
現する非らせん構造での見かけのチルト角θ_aが、２
２．５°にできる限り近いことが必要である。

【００１８】ところで、強誘電性液晶の配向方法として
は、大きな面積に亘って、スメクチック液晶を形成する
複数の分子で組織された分子層を、その法線に沿って一
軸方向に配向させることができ、しかも製造プロセス
も、簡便なラビング処理により実現できるものが望まし
い。

【００１９】強誘電性液晶、特に非らせん構造のカイラ
ルスメクチック液晶のための配向方法としては、例えば
米国特許第４５６１７２６号公報に記載されたものなど
が知られている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で用いられてきた配向方法、特にラビング処理した有機
配向膜による配向方法を前述のクラークとラガウォール
によって発表された双安定性を示す非らせん構造の強誘
電性液晶に対して適用した場合には下述の如き問題点を
有していた。

【００２１】本発明者らの実験によれば、従来のラビン
グ処理した有機配向膜、特にポリイミド膜によって配向
させて得られた非らせん構造の強誘電性液晶のみかけの
チルト角θａ（２つの安定状態の分子軸のなす角度の１
／２）が強誘電性液晶でのコーン角（後述の図３に示す
三角錐の頂角の１／２の角度Θ）と比べて小さくなって
いることが判明した。特に、従来のラビング処理したポ
リイミド膜によって配向させて得た非らせん構造の強誘
電性液晶でのみかけのチルト角θａは一般に、３〜８°
程度で、その時の透過率はせいぜい３〜５％程度であっ
た。これは、液晶分子と配向膜の強い相互作用のため、
配向膜界面では、液晶分子が固着され、結果的に液晶分
子がねじれ配列をとることに起因している。

【００２２】つまり、非らせん構造をもつ強誘電性液晶
では、液晶分子が基板の法線に対して、上基板に隣接す
る液晶分子軸より、下基板に隣接する液晶分子の軸へ、
連続的にねじれて配列しており、このことが非らせん構
造での見かけのチルト角θａがらせん構造でのコーン角
Θより小さくなる原因となっている。

【００２３】この問題に対し、本発明者らは、液晶分子
と配向膜界面の相互作用を弱め、カイラルスメクチック
液晶の非らせん構造での大きな見かけのチルト角θａを
生じ、高コントラストな画像が表示されるディスプレー
を実現するために以下のことを発見したのでそのことに
ついて説明する。

【００２４】本発明者らは、カイラルスメクチック液晶
の非らせん構造での大きな見かけのチルト角θａを生
じ、高コントラストな画像が表示されるディスプレーを
実現するためにまず第１に以下のことを発見した。

【００２５】すなわち、カイラルスメクチック液晶と、
この液晶を間に保持して対向するとともにその対向面に
はそれぞれカイラルスメクチック液晶に電圧を印加する
ための電極が形成され、かつ液晶を配向するための、一
軸配向処理が施された一対の基板とを備えた液晶素子に
おいて、上記スメクチック液晶のプレチルト角をα、ラ
セン構造をもつ上記スメクチック液晶でのコーン角を
Θ、液晶層の傾斜角をδとすれば、スメクチック液晶
は、 Θ＜α＋δおよびδ＜α で表わされる配向状態を有する液晶素子であって、かつ
該配向状態における液晶が少なくとも２つの安定状態を
示し、それらの光学軸のなす角度の１／２である見かけ
のチルト角θａと該カイラルスメクチック液晶のコーン
角Θとが Θ＞θａ＞Θ／２ の関係を有することを特徴とする液晶素子であれば、高
コントラストな画像が表示されるディスプレーが実現で
きることが明らかとなった。以下でこのことについて順
次説明する。

【００２６】スメクチック液晶は、一般に層構造をもつ
が、Ｓ_A相からＳ_C相またはＳｃ^*相に転移すると層間隔
が縮むので図２のように２１で表わされる層が上下基板
の中央で折れ曲がった構造（シェブロン構造）をとる。
折れ曲がる方向は図に示すように高温相からＳｃ^*相に
転移した直後に表われる配向状態（Ｃ１配向状態）とさ
らに温度を下げた時にＣ１配向状態に混在して表われる
配向状態（Ｃ２配向状態）の２つ有り得ることを本発明
者らは発見した。さらに特定の配向膜と液晶の組み合わ
せを用いると、上記のＣ１→Ｃ２転移が起こりにくく、
液晶材料によっては全くＣ２配向状態が生じないことを
新たに発見した。特に高プレチルト配向膜を用い、Θ＜
α＋δの関係を満たしている時、Ｃ１配向のコントラス
トが非常に高く、Ｃ２配向のコントラストが低いという
ことを発見した。このことにより表示素子として高プレ
チルト配向膜を用い画面全体をＣ１配向状態に統一し、
高コントラストの２状態を白黒表示の２状態として用い
れば、従来より品位の高いディスプレーができると期待
される。

【００２７】上記のようにＣ２配向状態を生ぜずにコン
トラストの高いＣ１配向状態を実現するためには以下の
ような条件を満たすことが必要であると結論される。

【００２８】すなわち図３に示すように、Ｃ１配向、Ｃ
２配向での基板近くのダイレクタはそれぞれ図３（ａ）
および（ｂ）のコーン３１上にある。よく知られている
ようにラビングによって基板界面の液晶分子は基板に対
してプレチルトと呼ばれる角度をなし、その方向はラビ
ング方向（図３でいえばＡ方向）に向かって液晶分子が
頭をもたげる（先端が浮いた格好になる）向きである。
以上のことより液晶のコーンΘ、プレチルト角αおよび
層傾斜角δの間には、 Ｃ１配向のときΘ＋δ＞α Ｃ２配向のときΘ−δ＞α の関係が成り立っていなければならない。

【００２９】したがって、本発明でいうＣ２配向を生ぜ
ずＣ１配向を生じさせるための条件は、Θ−δ＜αつま
り Θ＜α＋δ（ａ） である。

【００３０】さらに界面の分子が一方の位置から他方の
位置へ電界によって移る（スイッチング）の際に受ける
トルクの簡単な考察より、界面分子のスイッチングが起
こりやすい条件として α＞δ（ｂ） が得られる。

【００３１】よって、Ｃ１配向状態をより安定に形成さ
せるには（ａ）に加えて（ｂ）の関係を満たすことが効
果的である。

【００３２】（ａ）、（ｂ）の条件の下で、さらに実験
を進めた結果、液晶の見かけのチルト角θａも、従来の
（ａ）、（ｂ）の条件を満たさない場合の３°〜８°程
度から、本発明の（ａ）、（ｂ）の条件を満たす場合の
８°〜１６°程度にまで増大し、コーン角Θとの間に Θ＞θａ＞Θ／２（ｃ） という関係式が成り立つことが経験的に得られた。

【００３３】以上のように（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の条
件を満足すれば高コントラストな画像が表示されるディ
スプレーが実現できることが明らかとなった。

【００３４】しかしながら、前述の配向処理方法と用い
てもユニフォーム配向での駆動特性に関しては、充分満
足のいくレベルではなかった。

【００３５】また、これまでにラビング処理した有機配
向膜を用いて液晶分子を簡単に配向させるには、液晶組
成物の相転移系列が降温時にＩＳＯ（等方相）→Ｃｈ
（コレステリック相）→Ｓ_A（スメクチックＡ相）→Ｓ_C
^＊ （カイラルスメクチックＣ相）であること。（特開
昭６０−１５６０４３号公報）、および該コレステリッ
ク相のピッチが長いこと（特開昭６１−２４９０１９号
公報）等の条件を満足していることが重要である。

【００３６】しかし、上述の条件を満たしているだけで
は、広い面積で均一配向が達成できない場合も存在す
る。特に前述した様な液晶分子と配向膜界面の相互作用
を弱めることにより高コントラストな画像を得る様な配
向手法でより均一配向が難しくなる。

【００３７】

【問題を解決するための手段及び作用】そこで、本発明
者らは、上記問題点を解消すべく、第１に液晶組成物の
物性に着目し、実験を重ね、鋭意検討した結果、液晶組
成物のＳｍＣ^＊ 相でのピッチの温度変化の度合が、配
向性及び駆動特性に大きく起因していることを発見し
た。

【００３８】つまり、ＳｍＣ^＊ 相を有する液晶組成物
において、ＳｍＣ^＊ ピッチの温度変化の少ないもの、
すなわち、

【００３９】

【外６】 であることを特徴とする液晶組成物を用いた液晶素子
は、広い駆動マージンが得られ駆動特性が良好であるこ
とがわかった。特にΘ＜α＋δ及びα＞δでかつ、Θ＞
θａ＞Θ／２の関係を有する液晶素子の場合、ユニフォ
ーム配向を安定に得た広い温度範囲で、高コントラスト
な画像が得られる素子において、さらに駆動特性も良好
になることがわかった。

【００４０】よって、第１の発明として、本発明は、カ
イラルスメクチックＣ相（Ｓｃ^*相）を有する液晶組成
物において、Ｓｃ^*相を示す上限温度（Ｔｃ）から１５
℃低い温度、〔｜Ｔｃ−１５｜（℃）〕のピッチの長さ
〔ｌ_|Tc-15|（μｍ）〕とＴｃから２５℃低い温度の
〔｜Ｔｃ−２５｜（℃）〕の〔ｌ_|Tc-25|（μｍ）〕の
変化の度合いが、

【００４１】

【外７】 であることを特徴とする液晶組成物及び該液晶組成物を
用いる液晶素子を提供する。

【００４２】また、本発明者らは、上記問題点を解消す
べく、第２に液晶組成物の一軸配向性に一番重要なＣｈ
相に着目し、実験を重ね、鋭意検討した結果、Ｃｈ相か
らＳ_A相に転移する時のそれぞれの２つの相が共存（混
在）する温度域（巾）が均一配向に大きく寄与している
ことを発見した。

【００４３】つまり、他の相と混在しないＣｈ相の温度
領域＞Ｃｈ相とＳ_A相の混在している温度領域である液
晶組成物を用いた液晶素子は均一配向性が大きく改善さ
れることを発見した。

【００４４】よって、第２の発明として、本発明は、相
転移系列が降温下において、等方相（Ｉｓｏ）、コレス
テリック相（Ｃｈ）、スメクチックＡ相（Ｓ_Ａ ）、カ
イラルスメクチックＣ相（Ｓ_Ｃ ^＊）の順番に転移する液
晶組成物において、該液晶組成物の他の相と混在しない
Ｃｈ相の温度領域とＣｈ相とＳ_Ａ 相の混在している温
度領域との関係が、他の相と混在しないＣｈ相の温度領
域＞Ｃｈ相とＳ_Ａ 相の混在している温度領域であるこ
とを特徴とする液晶組成物と、該液晶組成物を挟持して
対向すると共にその対向面にそれぞれ上記液晶に電圧を
印加するための電極が形成され、且つ液晶を配向するた
めの一軸性配向軸が互いに所定の角度で交差した配向処
理が施された一対の基板とを備えた液晶素子であって、
液晶素子のプレチルト角をα、液晶のコーン角をΘ、ス
メクチック相における層の傾斜角をδとしたとき、上記
液晶がΘ＜α＋δ及びα＞δで表される配向状態を有
し、且つ該配向状態における液晶が少なくとも２つの光
学的な安定状態を示し、それらの光学軸のなす角度の１
／２である見かけのチルト角θ_ａ とコーン角Θとが、
Θ＞θ_ａ ＞Θ／２の関係を有することを特徴とする液
晶素子を提供する。

【００４５】以下、さらに本発明を詳細に説明する。

【００４６】本発明の第１の発明の液晶組成物は、駆動
温度範囲内のＳｃ^*ピッチの温度変化をできるだけ小さ
くなる様に種々の液晶性化合物を混合、調整することに
より得られる。

【００４７】本発明の液晶組成物のＳｃ^*ピッチはＳｃ^*
相を示す上限温度Ｔｃから１５℃低い温度｜Ｔｃ−１５
｜℃と２５℃低い温度｜Ｔｃ−２５℃｜℃の間で、それ
ぞれの温度におけるピッチの長さｌの変化度が

【００４８】

【外８】 の関係であることが好ましい。

【００４９】さらに好ましくは、

【００５０】

【外９】 であるとよい。

【００５１】よりさらに好ましくは、

【００５２】

【外１０】 であるとよい。

【００５３】また、ｌ｜Ｔｃ−１５｜とｌ｜Ｔｃ−２５
｜の長さの比は、

【００５４】

【外１１】 であることが好ましい。

【００５５】さらに好ましくは、

【００５６】

【外１２】 であるとよい。

【００５７】よりさらに好ましくは、

【００５８】

【外１３】 であるとよい。

【００５９】本発明の液晶組成物は広い温度範囲で駆動
できる様にＴｃは４０℃以上であることが好ましい。さ
らには、５０℃以上であることが好ましい。

【００６０】また本発明の液晶組成物のＰｓは｜Ｔｃ−
２５｜℃で１ｎｃ／ｃｍ^２ 以上であることが好まし
く、さらには、２．０ｎｃ／ｃｍ^２ 以上あることが好
ましい。

【００６１】本発明の液晶組成物の相転移は、Ｓｃ^*相
の上に、秩序度の低い液晶相を少なくとも１つ有するこ
とが好ましい。さらには、冷却過程でＩｓｏ（等方相）
→Ｃｈ（コレステリック相）→Ｓ_Ａ （スメクチックＡ
相）→Ｓｃ^*相の順に転移することが好ましい。

【００６２】本発明の第１の発明の液晶組成物は少なく
とも下記液晶性化合物を１種以上含有していることが好
ましい。ただし本発明の液晶組成物に含有している液晶
性化合物は下記液晶性化合物のみには限定されない。

【００６３】本発明の液晶組成物で用いる液晶性化合物
の代表例を下記一般式（Ｉ）〜（Ｘ）で示す。

【００６４】

【外１４】

【００６５】

【外１５】

【００６６】

【外１６】

【００６７】

【外１７】

【００６８】

【外１８】

【００６９】

【外１９】

【００７０】

【外２０】

【００７１】

【外２１】

【００７２】

【外２２】

【００７３】

【外２３】

【００７４】

【外２４】

【００７５】

【外２５】

【００７６】

【外２６】

【００７７】

【外２７】

【００７８】

【外２８】

【００７９】

【外２９】

【００８０】

【外３０】

【００８１】

【外３１】

【００８２】一方、本発明の第２の発明の液晶組成物の
相転移のパターン下記する。

【００８３】

【外３２】

【００８４】すなわち、相転移系列が、降温下におい
て、Ｉｓｏ→ｃｈ→Ｓ_Ａ →Ｓｃ^＊の順番に転移する液
晶組成物において、該液晶の他の相と混在しないｃｈ相
の温度領域とｃｈ相とＳ_Ａ 相の混在している温度領域
との関係が、他の相と混在しないｃｈ相温度領域＞ｃｈ
相とＳ_Ａ 相の混在温度領域であることを特徴とする液
晶組成物を用いた液晶素子は、大画面での均一配向を良
好にすることがわかった。

【００８５】また、本発明の液晶組成物を実現するため
には、構成する単体液晶化合物において、少なくとも１
種以上、ｃｈ相またはＮ相を有している化合物を総量で
１０重量部以上、好ましくは３０重量部以上使用すると
よい。

【００８６】本発明の液晶組成物は、Ｉｓｏ→ｃｈ→Ｓ
_Ａ →Ｓｃ^＊ の相転移系列を示し、かつｃｈ相温度領
域巾＞ｃｈ相とＳ_Ａ 相の混在温度領域巾となる物性を
示す様に、液晶性化合物を混合することにより得られ
る。

【００８７】本発明の第２の発明液晶組成物は、少なく
とも上記第１の発明で使用できるとして例示した液晶性
化合物の中から選ばれた１種以上の化合物を含有してい
ることが好ましい。ただし、本発明の液晶組成物に含有
している液晶性化合物は、上記例示の液晶性化合物のみ
には限定されない。

【００８８】なお、本発明における相転移の挙動観察、
ｃｈピッチ、コーン角Θ、コントラスト比、層の傾斜角
８、プレチルト角α及び見かけのチルト角θ_ａ Ｐｓ、
Ｓｃ^＊ ピッチは、以下のようにして測定した。 ・相転移の挙動（相転移点の測定） Ａ：パーキンエルマー社製、示差走査熱量計（ＤＳＣ−
７）を用い、５℃／分の割合で昇降温することにより、
Ｃｒｙｓｔ．←→Ｓｃ^＊ 転移温度を求めた。

【００８９】Ｂ：メトラー社製、温度制御装置（メトラ
ーホットステージＦＰ−８０／８２）を用い、倍率３０
〜６０倍の偏光顕微鏡で、観察しながら等方相から、
０．２℃／分の割合で降温し、相転移の挙動観察および
相転移点の決定相同定を行なった。顕微鏡視野内で相が
変化しはじめたところを、混在開始温度とし、顕微鏡視
野内で相の混在領域がなくなったところを、他の相と混
在しない温度とした。

【００９０】・ｃｈピッチの測定 Ｃａｎｏのくさび法を用い、松村らの手法〔松村、岩
柳：応用物理、４３（１９７４）１２５．〕に準じｃｈ
ピッチを測定した。

【００９１】・コーン角Θの測定 ±３０ｖ〜±５０Ｖ、１００ＨｚのＡＣをＦＬＣ素子の
上下基板間に印加しながら直交ニコル下、その間に配置
されたＦＬＣ素子を偏光板と水平に回転させ、フォトマ
ル（浜松フォトニクス（株）製）で光学応答を検知しな
がら第１の消光位（透過率が最も低くなる位置）、第２
の消光位をさがす。

【００９２】このときの第１の消光位から第２の消光位
までの角度の１／２をコーン角Θとした。

【００９３】コントラストの測定 液晶のしきい値（以上）の単発パルスを印加した後、無
電界下かつ直交ニコル下その間に配置されたＦＬＣ素子
を偏光板と水平に回転させ消光位をさがし、フォトマル
（浜松フォトニクス（株）製）で透過光強度を測定する
（最暗状態での透過強度）。その後、同位置にセルを固
定したまま、逆極性のしきい値（以上）の単発パルスを
印加し、無電界下、透過光強度を測定し（明状態での透
過強度）コントラストを算出した。

【００９４】

【外３３】

【００９５】層の傾斜角δの測定 基本的にはクラークやラガーウォルによって発表された
方法（Ｊａｐａｎ Ｄｉｓｐｌａｙ‘８６，Ｓｅｐ．３
０〜Ｏｃｔ．２．１９８６，ｐｐ．４５６〜４５８）或
いは大内らの方法（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．，２７（５）（１
９８８）ｐｐ．Ｌ７２５−７２８）と同様の方法を用い
た。

【００９６】測定装置は回転対陰極方式のＭＡＣサイエ
ンス社製Ｘ線回析装置を用い、銅のＫα線を分析線とし
た。液晶セルには基板ガラスとしてＸ線の吸収を極力低
減するために８０μｍ厚ガラス（コーニング社製商品名
マイクロシート）を用い、その他は通常のセル化工程を
そのまま使用した。液晶の層間隔の測定は、バルク液晶
を試料ガラス上に塗り、通常の粉末Ｘ線回析と同様に２
θ／θｓｃａｎを行って求めた。

【００９７】傾斜角δの測定は、前記と同じ８０μｍ厚
ガラスをスペーサとして８０μｍギャップのセルを形成
し、電磁石中で基板と平行な方向に磁場をかけながら等
方相から徐冷し、水平配向処理を施したセルを用意し
た。これに前記層間隔を得た回析角２θにＸ線検出器を
合わせ、セルをθスキャンし、前記文献に示された方法
でδを算出した。尚、この測定法によるδの値は、セル
厚依存性のほぼ排除した液晶組成物固有のものである。 プレチルト角αの測定 Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ１９（１９８
０）Ｎｏ．１０，Ｓｈｏｒｔ Ｎｏｔｅｓ ２０１３に
記載されている方法（クリスタルローテーション法）に
従って求めた。つまり、平行かつ反対方向にラビングし
基板を貼り合わせてセル厚２０μｍのセルを作成し、室
温を含む広い温度範囲でＳｍＡ相を有する液晶（Ａ）を
封入し測定を行なった。

【００９８】液晶セルを上下基板に垂直かつ配向処理軸
を含む面で回転させながら、回転軸と４５°の角度をな
す偏光面をもつヘリウム・ネオンレーザ光を回転軸に垂
直な方向から照射し、その反対側で入射偏光面と平行な
透過軸をもつ偏光板を通してフォトダイオードで透過光
強度を測定した。

【００９９】干渉によってできた透過光強度の双曲線群
の中心となる角と液晶セルに垂直な線となす角度をφｘ
とし下式に代入してプレチルト角α_０ を求めた。

【０１００】

【外３４】 ｎ_０ ：常光屈折率 ｎ_ｅ ：異常光屈折率

【０１０１】液晶（Ａ）の組成を下記する。

【０１０２】

【外３５】

【０１０３】見かけのチルト角θ_ａ の測定 液晶の閾値の単発パルスを印加した後、無電界下、且つ
直交クロスニコル下、その間に配置されたＦＬＣ素子を
偏光板と水平に回転させ第１の消光位を捜し、次に上記
の単発パルスと逆極性のパルスを印加した後、無電界
下、第２の消光位を捜す。この時の第１の消光位から第
２の消光位までの角度１／２をθ_ａ とした。 ・Ｐｓの測定 三角波法を用い測定した。 ・Ｓｃ^＊ ピッチの測定 配向処理をしないガラスを貼りあわせ３００μｍのセル
厚のセルを作成し、これに液晶を注入、磁場配向させ、
Ｓｃ^＊ 相で出現したらせんピッチに対応する縞模様の
間隔を偏光顕微鏡で直接測定した。

【０１０４】

【実施例】以下本発明に係る液晶組成物およびこれを用
いた液晶素子を作成した実施例を説明する。

【０１０５】（実施例１）フェニルピリミジンを主成分
とする液晶化合物を用い、液晶組成物Ａを調製した。液
晶組成物Ａの物性を下に示す。

【０１０６】

【外３６】 Ｓｃ^＊ ピッチ｜Ｔｃ−１５｜＝２０．６μｍ ｜Ｔｃ
−２５｜＝２０．６μｍ（図９参照）

【０１０７】

【外３７】

【０１０８】次に液晶組成分Ａを用い、以下の手順で作
成したセルを用いて均一配向性を観察した。

【０１０９】透明電極（１２ａ、１２ｂ）のついたガラ
ス基板（１１ａ、１１ｂ）上に、Ｔｉ−Ｓｉ（１：１）
の薄膜をスピンコートで形成し（１３ａ、１３ｂ）、そ
の上に日立化成（株）製のポリアミド酸ＬＱ１８０２の
１％ＮＭＰ溶液をスピンナで塗布し、２７０℃で１時間
焼成した（１４ａ、１４ｂ）。この基板をラビングし同
じ処理したもう１枚の基板とラビング方向が平行で上か
らながめた時に上基板が下基板に対して左側でかつ交差
角度が１０°になるように交差し、ギャップが１．３μ
ｍを保って貼り合わせセルを作成した（図１参照）。

【０１１０】このセルに上述の液晶組成物Ａを等方性液
体状態で注入し、１００℃で３時間エージングした後、
等方相から２０℃／ｈｏｕｒで室温まで徐冷し液晶素子
を作成した。この時、同じ方法で同時に作成したセルを
用いプレチルトαを３０℃にて測定したところ１８．２
°であった。また実施例１において、Θ＝１４．５°θ
ａ＝１０．０°δ＝１０．３°である。

【０１１１】３０℃でそれぞれの液晶素子を偏光顕微鏡
観察（２００倍）を行なったところ、全面Ｃ１配向で全
面ユニフォーム状態をとっていた。

【０１１２】次に３０℃でこの液晶素子に、図８の駆動
波形（Ｖ_１ ＝２５Ｖに設定）を行なったところ、図８
において、Ｓ_Ｎ 、Ｓ_Ｎ＋１ などは走査電極に印加す
る電圧波形、Ｉは情報信号電極に印加する電圧波形、Ｉ
−Ｓ_Ｎ などは画素に印加する電圧波形である。）ΔＴ
が３０μｓｅｃから５０μｓｅｃの広い範囲で良好な駆
動が得られた。また、温度を変えて同様の測定をしたと
ころ、４３℃から、０℃（以下）の広い温度範囲でマー
ジンが得られた。

【０１１３】さらに、３０℃、ΔＴ＝４０μｓｅｃでコ
ントラストを測定したところ、６０：１であった。

【０１１４】（実施例２）フェニルピリミジンを主成分
とする液晶化合物を用い、液晶組成物Ｂを調製した。液
晶組成物Ｂの物性を下に示す。

【０１１５】

【外３８】 Ｓｃ^＊ ピッチ｜Ｔｃ−１５｜＝２６．８μｍ ｜Ｔｃ
−２５｜＝２６．８μｍ（図９参照）

【０１１６】

【外３９】

【０１１７】次に液晶組成物Ｂを用いた他は、全て実施
例１と同様に液晶素子を作成した。θａ（３０℃）＝１
０．２°である。

【０１１８】この液晶素子を３０℃で偏光顕微鏡観察を
行なったところ全面Ｃ１配向で、全面ユニフォーム状態
をとっていた。

【０１１９】次に同温度で、実施例１と全く同様に駆動
波形を印加したところ、ΔＴが２７μｓｅｃから４５μ
ｓｅｃの広い範囲で良好に駆動できた。さらにΔＴ＝３
６μｓｅｃにおいてコントラストを測定したところ８
０：１であった。

【０１２０】（実施例３）フェニルピリミジンを主成分
とする液晶化合物を用い、液晶組成物Ｃを調製した。液
晶組成物Ｃの物性を下に示す。

【０１２１】

【外４０】 Ｓｃ^＊ ピッチ｜Ｔｃ−１５｜＝１９．４μｍ ｜Ｔｃ
−２５｜＝１９．４μｍ（図９参照）

【０１２２】

【外４１】

【０１２３】次に液晶組成物Ｃを用いた他は、全て実施
例１と同様に液晶素子を作成した。 θａ₍₃₀₎＝１１．３° この液晶素子を、３０℃で偏光顕微鏡観察を行なったと
ころ、全面Ｃ１配向で全面ユニフォーム配向をとってい
た。

【０１２４】次に同温度で実施例１と全く同様に駆動波
形を印加したところ、ΔＴが３３μｓｅｃから４８μｓ
ｅｃの広い範囲で良好に駆動できた。

【０１２５】また、温度を変えて同様な測定をしたとこ
ろ、４８℃から０℃の広い温度範囲で良好に駆動でき
た。

【０１２６】さらに、３０℃ΔＴ＝４０μｓｅｃでコン
トラストを測定したところ５５：１であった。

【０１２７】（比較例１）チッソ社製液晶ＣＳ１０１４
を用いた他は、全く実施例１と同様に液晶素子を作成し
た。

【０１２８】ＣＳ１０１４の物性を下に示す。

【０１２９】

【外４２】 Ｓｃ^＊ ピッチ｜Ｔｃ−１５｜＝７．４μｍ ｜Ｔｃ−
２５｜＝４．８μｍ（図１０参照）

【０１３０】

【外４３】

【０１３１】なお、該素子のθａ（３０℃）＝１２．９
°である。

【０１３２】次に同温度で実施例１と全く同様に駆動波
形を印加したところ、ΔＴをいくら変えても良好に駆動
できなかった。（ΔＴ５μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ） また、温度を変えて測定したところ、４９℃から５１℃
のせまい温度範囲でしか駆動できなかった。

【０１３３】（比較例２）フェニルピリミジンを主成分
とする液晶化合物を用い、液晶組成物Ｅを調製した。液
晶組成物Ｅの物性を下に示す。

【０１３４】

【外４４】 Ｓｃ^＊ ピッチ｜Ｔｃ−１５｜＝７．８μｍ｜Ｔｃ−２
５｜＝５．２μｍ（図１０参照）

【０１３５】

【外４５】

【０１３６】該素子のθａ（３０℃）は１１．８°であ
る。

【０１３７】次に同温度で実施例１と全く同様に駆動波
形を印加したところΔＴをいくら変化させても駆動でき
なかった（ΔＴ５μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ）。

【０１３８】実施例１、２、３、比較例１、２からＳｃ
^＊ ピッチの温度変化の度合が、ユニフォーム配向下で
の駆動特性に大きく影響し、Ｓｃ^＊ ピッチの温度変化
の極めて少ない方が駆動特性が良好であることがわか
る。

【０１３９】（実施例４）フェニルピリミジンを主成分
にする液晶を用い混合調製することにより、下記相転移
よりｃｈピッチを示す液晶組成物Ｆを得た。 ｃｈピッチ（８０℃）＝１０μｍ

【０１４０】

【外４６】

【０１４１】次に液晶組成物Ｆを用い以下の手順で作成
したセルを用いて均一配向性を観察した。

【０１４２】２枚の１．１ｍｍ厚のガラス板（１１ａ、
１１ｂ）を用意して、それぞれのガラス板上にＩＴｏ膜
を形成し電圧印加電極（１２ａ、１２ｂ）を作成し、さ
らにこの上にＳｉＯ_２ を蒸着させ絶縁層（１３ａ、１
３ｂ）とした。この基板上にポリイミド樹脂前駆体〔日
立化製（株）ＬＱ１８０２〕１．５％ＮＭＰ溶液を回転
数２０００ｒｐｍのスピンナーで１５秒間塗布した。成
膜後、６０分間、２７０℃加熱縮合焼成処理を施した。
この時の塗膜の膜厚は、約２００Åであった（１４ａ、
１４ｂ）。この焼成後の被膜にはアセテート植毛布によ
るラビング処理がなされ、その後イソプロピルアルコー
ル液で洗浄し、平均粒径１．３μｍのシリカビーズ（１
６）を一方のガラス板上に散布した後それぞれのラビン
グ処理軸が互いに平行になる様にし、接着シール剤〔リ
クソンボンド〔チッソ（株）〕を用いてガラス板を貼り
合わせ６０分間、１００℃にて加熱乾燥し、セルを作成
した。同じ方法で同時に作成したセルを用い、プレチル
トαを３０℃にて測定したところ、１４．８°であっ
た。

【０１４３】このセルに上述の液晶組成物Ｆを等方性液
体状態で注入し、（液晶層１５）、１００℃から０．２
℃／分で温度を下げながら、顕微鏡観察（２００倍）を
行なったところ、ｃｈ相、Ｓ_Ａ 相ともに均一配向が観
察され、３０℃においても良好な配向が（画面（５×５
ｉｎｃｈ）全域にわたって観察された。また３０℃にお
いてコントラストを測定したところ１００：１であっ
た。なお、θａは１１．３°であった。

【０１４４】該実施例で作成した強誘電性液晶セルの構
造を図１として模式図で表わす。

【０１４５】なお符号１７ａ、１７ｂは偏光板である。

【０１４６】（比較例３）フェニルピリミジンを主成分
とする液晶化合物を用い液晶組成物Ｇを調製した。相転
移温度ｃｈピッチは下記のようになった。

【０１４７】

【外４７】

【０１４８】この液晶組成物Ｇを用いた他は、実施例４
と全く同様に液晶素子を作成し、全く同様に配向過程を
画面全域にわたって観察した。αは１４．８°θａは１
０．９°である。結果を表に示す。

【０１４９】

【表１】 ※◎…画面全域にわたり均一配向を示す。 〇…均一配向の中にすじが存在する。 Δ…２００倍において、すじがいたるところにあるのが
確認される。 ×…かなり筋っぽく中には一軸配向がくずれているドメ
インもある。 ××…配向せず。

【０１５０】実施例４、比較例３よりｃｈ相＋Ｓ_Ａ 相
の混在温度がせまい組成物を使用した方が画面全域にわ
たって均一配向を達成し、かつコントラストが高いこと
がわかる。

【０１５１】実施例５〜１１、比較例４〜８ フェニルピリミジンを主成分とする下表の組成物を用い
実施例４と同様の実験を行なった。

【０１５２】

【表２】 ※１混在のないｃｈ下限近傍の温度 ※２すじのない領域でのコントラストは５０：１であっ
たが、すじの存在により画面全体でのコントラストはか
なり低いものとなってしまう。

【０１５３】実施例４〜１１、比較例３〜８からわかる
ように、液晶の均一配向には用いる液晶組成物のｃｈ相
とＳ_Ａ 相の混在温度領域（巾）がせまい方が良好であ
り、さらにはコントラスト比が高い。

【０１５４】また、比較例からわかるように少なくと
も、他の相と混在しない温度領域はｃｈ相とＳ_Ａ 相の
混在している温度領域以上なければ均一配向性が悪くな
ることがわかる。

【０１５５】

【発明の効果】第１の発明として提供する本発明の強誘
電性液晶組成物を含有する液晶素子は、スイッチング特
性が良好にすることができる。特にプレチルトの高い配
向膜と組みあわせて用いることにより、高いコントラス
トな画像を達成でき、広い温度範囲で良好なスイッチン
グ特性をもつ液晶素子とすることができる。

【０１５６】また第２の発明として提供する本発明の物
性を示す液晶組成物を含む液晶素子は、一軸配向性を改
善し、大画面においてもモノドメインの配向を達成し、
高コントラストな画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の強誘電性液晶セルの一例を示す模式図
である。

【図２】Ｃ１ およびＣ２ の２種類の配向状態の相違
を示す説明図である。

【図３】（ａ）および（ｂ）はＣ１およびＣ２配向での
コーン角、プレチルト角および層傾斜角間の関係を示す
説明図である。

【図４】従来の技術の中で用いたマトリクス駆動波形図
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】図４（Ｂ）に示す時系列駆動波形で実際の駆動
で行なったときの表示パターンの模式図である。

【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特製図）グラフである。

【図８】実施例１に示すマトリクス駆動波形のパターン
を表す図である。

【図９】実施例１、２、３における液晶組成物Ａ、Ｂ、
ＣのＳｃ^＊ ピッチの温度変化を示すグラフである。

【図１０】比較例１、２におけるＣＳ１０１４、液晶組
成物ＥのＳｃ^＊ ピッチの温度変化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１１ａ、１１ｂ 基板 １２ａ、１２ｂ 電極 １３ａ、１３ｂ 絶縁層 １４ａ、１４ｂ 配向膜 １５ 液晶層 １６ ビーズ １７ａ、１７ｂ 偏光板 ２１ カイラルスメクチックＣ相における層 ２２ Ｃ１配向領域 ２３ Ｃ２配向領域 ３１ 液晶コーン ５１ 液晶パネル ５２ 走査電極群 ５３ 情報電極群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−63326（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−313589（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−77023（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−15026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−27721（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/141

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カイラルスメクチックＣ相（Ｓｃ^*相）
   を有する液晶組成物において、Ｓｃ^*相を示す上限温度
   （Ｔｃ）から１５℃低い温度、〔｜Ｔｃ−１５｜
   （℃）〕のピッチの長さ〔ｌ_|Tc-15|（μｍ）〕とＴｃ
   から２５℃低い温度の〔｜Ｔｃ−２５｜（℃）〕の〔ｌ
   _|Tc-25|（μｍ）〕の変化の度合いが、 【外１】 であることを特徴とする液晶組成物。
2. 【請求項２】 【外２】 である請求項１記載の液晶組成物。
3. 【請求項３】 【外３】 である請求項１記載の液晶組成物。
4. 【請求項４】 【外４】 である請求項１記載の液晶組成物。
5. 【請求項５】 請求項１記載の液晶組成物を間に保持し
   て対向するとともに、その対向面には、それぞれ、液晶
   を印加するための電極が形成され、かつ液晶を配向する
   ための一軸性配向処理が施された一対の基板を備えた液
   晶素子。
6. 【請求項６】 液晶のプレチルト角をα、コーン角を
   Θ、ＳｍＣ^*相の層の傾斜角をδとすれば、液晶は、 Θ＜α＋δ及びα＞δ で表わされる配向状態を示す液晶素子であって、少なく
   とも２つの安定状態を示す配向状態において該２つの安
   定状態における光学軸のなす角度の１／２であるθａと
   該液晶のコーン角Θとが Θ＞θａ＞Θ／２ の関係を有する請求項５記載の液晶素子。