JP3221539B2 - 液晶素子及びこれらを使用した液晶装置並びに液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶素子並びに液晶表
示装置に関し、さらに詳しくは耐衝撃性が改善された、
コントラストの高い表示画面が得られる液晶組成物を使
用した液晶表示素子や液晶−光シャッター等に利用され
る液晶素子並びに該液晶素子を表示に使用した液晶装
置、特に表示素子として使用した液晶装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、双安定性を有する液晶素子の使用
がクラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅ
ｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０
７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書
等）。

【０００３】双安定性液晶としては、一般にカイラルス
メクチィックＣ相（ＳｍＣ^* 相）又はＨ相（ＳｍＨ^*
相）を有する強誘電性液晶が用いられる。

【０００４】この強誘電性液晶は電界に対して第１の光
学的安定状態と第２の光学的安定状態からなる双安定状
態を有し、例えば一方の電界ベクトルに対して第１の光
学的安定状態に液晶が配向し、他方の電界ベクトルに対
しては第２の光学的安定状態に液晶が配向されている。
また、この型の液晶は、加えられる電界に応答して、上
記２つの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（双安定性）を有す
る。

【０００５】以上の様な双安定性を有する特徴に加え
て、強誘電性液晶は高速応答性であるという優れた特徴
を持つ。それは強誘電性液晶の持つ自発分極と印加電場
が直接作用して配向状態の転移を誘起するためであり、
誘電率異方性と電場の作用による応答速度より３〜４オ
ーダー速い。

【０００６】また、一般に、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、

【０００７】

【数１３】 （式中：Ｉ₀ 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
表される。

【０００８】前述の非らせん構造における見かけのチル
ト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現われることにな
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チルト角θ_a が２２．５°にで
きる限り近いことが望ましい。

【０００９】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ポリイミド膜による配向
方法を、前述のクラークとラガウエ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。

【００１０】即ち、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られた非らせん構造の強誘電性
液晶でのみかけのチルト角θ_a （２つの安定状態の分子
軸をなす角度１／２）が強誘電性液晶でのコーン角（図
３に示す三角錐の頂角の１／２の角度Θ）と較べて著し
く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θ_a 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。

【００１１】スメクチック液晶は一般に層構造をもつ
が、ＳｍＡ相からＳｍＣ相又はＳｍＣ^* 相に転移すると
層間隔が縮むので図２のように２１で表される液晶層
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ＳｍＣ^* 相に移転した直後に現れる配向状態（Ｃ１配
向状態）の部分２２における場合と、さらに温度を下げ
た時にＣ１配向状態に混在して現れる配向状態（Ｃ２配
向状態）の部分２３における場合の２つが有り得る。

【００１２】その後、特定のプレチルトの高い配向膜と
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、及び、 Ｃ１配向内に従来見出されていた液晶のディレクタ
が上下の基板間でねじれている低コントラストの２つの
安定状態（以下、スプレイ状態と呼ぶ）の他に、コント
ラストの高い別の２つの安定状態（以下、ユニフォーム
状態と呼ぶ）が現れることが発見された。

【００１３】また、これらの状態は電界をかけると互い
に遷移する。弱い正負のパルス電界を印加するとスプレ
イ２状態間の遷移が起こり、強い正負のパルス電界を印
加するとユニフォーム２状態間の遷移が起こる。ユニフ
ォーム２状態を用いると従来より明るく、コントラスト
の高い表示素子が実現できる。

【００１４】そこで、表示素子として画面全体をＣ１配
向状態に統一し、且つＣＩ配向内の高コントラストの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
の高いディスプレイが実現できると期待される。上記の
ようにＣ２配向性状態を生ぜずに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。

【００１５】即ち、図３に示すようにＣ１配向及びＣ２
配向での基板近くのディレクタはそぞれ図３（ａ）及び
（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α（図３の基板２０と液晶分
子３３のなす角度）をなし、その方向はラビング方向
（図２及び図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。
以上のことにより液晶のコーン角Θ、プレチルト角α及
び層傾斜角δ（図３の基板法線３２と液晶分子層２１と
のなす角度）の間には、

【００１６】

【数１４】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。

【００１７】従って、Ｃ２配向を生ぜずＣ１配向を生じ
させるための条件は、

【００１８】

【数１５】 Θ−δ＜αつまりΘ＜α＋δ （Ｉ） である。

【００１９】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

【００２０】

【数１６】 α＞δ （ＩＩ） が得られる。

【００２１】よって、Ｃ１配向状態をより安定に形成さ
せるためには、（Ｉ）式の関係に加えて（ＩＩ）式の関
係を満たすことが効果的である。

【００２２】（Ｉ）及び（ＩＩ）式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θ_a は
（Ｉ）及び（ＩＩ）式の条件を満たさない従来の液晶素
子の場合の３°〜８°程度から、（Ｉ）及び（ＩＩ）式
の条件を満たす本発明の場合の８°〜１６°程度にまで
増大し、液晶のコーン角Θとの間に、

【００２３】

【数１７】 Θ＞θ_a ＞Θ／２ （ＩＩＩ） という関係式が成り立つことが経験的に得られた。

【００２４】以上のように、（Ｉ）、（ＩＩ）及び（Ｉ
ＩＩ）式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イが実現できることが明らかとなっ
た（特開平３−２５２６２４号公報）。

【００２５】Ｃ１配向状態を安定に形成し、良好な配向
性を得るために、上下基板のラビング方向を２°〜２５
°（交差角）の範囲でずらしたクロスラビングも極めて
効果がある。

【００２６】ところで、カイラルスメクチィック液晶素
子を用いた表示装置は、従来のＣＲＴやＴＮ型液晶ディ
スプレイをはるかに上回る大画面化及び高精細化を可能
とする表示素子であるが、その大画面化・高精細化に伴
い、フレーム周波数（１画面形成周波数）が低周波とな
ってしまい、このため、画面書き換え速度や文字編集や
グラフィックス画面等でのスムーズスクロール、及びカ
ーソル移動等の動画表示の速度が遅くなるという問題点
があった。この問題に対する解決法は、特開昭６０−３
１１２０号公報、特開平１−１４０１９８号公報等で開
示されている。

【００２７】即ち、走査電極と情報電極とをマトリック
ス配置した表示パネルと、走査電極を全数又は所定数選
択する手段（この手段により選択する場合を全面書込み
という）と、走査電極を全数又は所定数のうちの一部選
択する手段（この手段により選択する場合を部分書込み
という）とを有する表示装置を用いるということであ
る。これによって部分的動画表示を部分書込みで行うこ
とによって高速表示が可能となり、部分書込みと全面書
込みの両立が実現できる。

【００２８】以上のように、上述した（１），（ＩＩ）
及び（ＩＩＩ）式の条件を満たす液晶素子を上述の部分
書込みを行える表示装置で駆動すれば大画面、高精細デ
ィスプレイにおいて高コントラストな画像が高速表示で
実現できることが明らかになった。

【００２９】このように強誘電性液晶は極めて優れた特
性を潜在的に有しており、このような特性を利用するこ
とよって、従来のＴＮ型素子の問題点の多くに対して、
かなり本質的な改善がなされており、特に高速光学光シ
ャッターや、高密度大画面ディスプレイへの応用が期待
され、強誘電性を持つ液晶材料に関しては広く研究がな
されてきた。

【００３０】しかし、現在までに開発された強誘電性液
晶材料は、作動可能温度範囲、応答速度の温度依存性、
耐衝撃性などで液晶素子として用いるのに十分な特性を
持ち合わせているとは言い難い面もあった。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】強誘電性液晶は、それ
を利用及び保存する温度範囲（おおよそ−３０°〜７０
°）ではスメクチック相を示す為に、明確な層構造を有
しておりネマクチック液晶に比べ流動性に乏しい。従っ
てセル外部からの応力、例えば衝撃力や歪み力に対して
は、比較的脆い性質をもっており、軽度の衝撃に対して
はＣ１配向とＣ２配向が混在してしまうジグザグ欠陥が
発生し、更に強い衝撃に対しては、層構造そのものにも
乱れを生じ、代表的にはサンデッドテクスチャーを発生
する。衝撃力によるサンデッドテクスチャーの発生は、
例えば坪山らの米国特許第４６７４８３９号で明らかに
されている。

【００３２】そこで本発明では、外部からの応力、例え
ば衝撃力あるいは歪み力に対して強い安定度を示す液晶
素子、及びこれらを使用した表示装置を提供することを
目的とする。また更には、液晶素子の表示素子としての
表示能力を高める為にコントラストが大きく、しかも耐
衝撃性に優れた表示素子を提供することを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、液晶素子
に用いられる強誘電性液晶のスメクチィック相における
層と基板法線とのなす角度を「層の傾斜角δ」、またそ
の「半値幅をＷ_H 」とすれば、基板界面からの配向規制
力がないか或いは弱い状態で測定された時の値δ_A ：Ｗ
_HAと、実際のセル中で基板界面から強い配向規制力を受
けている時の値δ_R 、Ｗ_HRの間にある関係が成り立つ時
に上記の問題が大きく改善され、液晶素子の耐衝撃性を
著しく向上させることができることを新たに見いだし
た。

【００３４】即ち本発明は、液晶と、該液晶を挟持して
対向すると共にその対向面に各々上記液晶に電圧を印加
するための電極が形成され、かつ液晶を配向させるため
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
を施した一対の基板とを備えた液晶素子において、該液
晶は強誘電性液晶組成物であり、かつ該強誘電性液晶組
成物のスメクチック相における層と基板法線のなす角度
を層の傾斜角とすると、該強誘電性液晶組成物の真の層
の傾斜角δ _A と実際の層の傾斜角δ _R を、 （１）基板界面からの配向規制力をほとんど無視できる
様な十分に厚いセル内に強誘電性液晶組成物を挟持し、
磁場配向で一軸性を与えて測定したスメクチック相にお
ける２５℃での層の傾斜角の値を真の層の傾斜角δ _A と
し、 （２）対向面にそれぞれ液晶に電圧を印加するための電
極が形成され、該電極上に液晶を配向させるための、一
軸性配向軸が互いに平行あるいは所定の角度で交差した
配向処理を施した一対の基板を、その間隔がカイラルス
メクチック相の螺旋構造を解消し、少なくとも二つの安
定状態を示す間隔で対向配置したセル内に強誘電性液晶
組成物を挟持して測定した２５℃での層の傾斜角の値を
実際の層の傾斜角δ _R とした時、

【００３５】

【数１８】 なる関係を満たすことを特徴とする強誘電性液晶組成物
を使用した液晶素子を提供するものである。

【００３６】また、本発明は、液晶と、該液晶を挟持し
て対向すると共にその対向面に各々上記液晶に電圧を印
加するための電極が形成され、かつ液晶を配向させるた
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
理を施した一対の基板とを備えた液晶素子において、該
液晶は強誘電性液晶組成物であり、液晶素子のプレチル
ト角α、強誘電性液晶組成物のコーン角Θ、層の傾斜角
δ_Rが各々

【００３７】

【数１９】Θ＜α＋δ_R および α＞δ_R

【００３８】で表される関係を満たす配向状態を有し、
か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
で定義される見かけのチルト角θ_aと、強誘電性液晶組
成物のコーン角Θとが、

【００３９】

【数２０】Θ＞θ_a ＞Θ／２

【００４０】となる関係を満たしている配向状態を有
し、かつ該強誘電性液晶組成物のスメクチック相におけ
る層と基板法線のなす角度を層の傾斜角とすると、該強
誘電性液晶組成物の真の層の傾斜角δ _A と実際の層の傾
斜角δ _R を、 （１）基板界面からの配向規制力をほとんど無視できる
様な十分に厚いセル内に強誘電性液晶組成物を挟持し、
磁場配向で一軸性を与えて測定したスメクチック相にお
ける２５℃での層の傾斜角の値を真の層の傾斜角δ _A と
し、 （２）対向面にそれぞれ液晶に電圧を印加するための電
極が形成され、該電極上に液晶を配向させるための、一
軸性配向軸が互いに平行あるいは所定の角度で交差した
配向処理を施した一対の基板を、その間隔がカイラルス
メクチック相の螺旋構造を解消し、少なくとも二つの安
定状態を示す間隔で対向配置したセル内に強誘電性液晶
組成物を挟持して測定した２５℃での層の傾斜角の値を
実際の層の傾斜角δ _R とした時、

【００４１】

【数２１】 なる関係を満たすことを特徴とする強誘電性液晶組成物
を使用した液晶素子を提供するものである。

【００４２】また、本発明は、液晶と、該液晶を挟持し
て対向すると共にその対向面に各々上記液晶に電圧を印
加するための電極が形成され、かつ液晶を配向させるた
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
理を施した一対の基板とを備えた液晶素子において、該
液晶は強誘電性液晶組成物であり、かつ該強誘電性液晶
組成物のスメクチック相における層と基板法線のなす角
度を層の傾斜角とすると、該強誘電性液晶組成物の真の
層の傾斜角δ _A の半値幅Ｗ _HA と、実際の層の傾斜角δ _R の
半値幅Ｗ _HR を、 （１１）基板界面からの配向規制力をほとんど無視でき
る様な十分に厚いセル内に強誘電性液晶組成物を挟持
し、磁場配向で一軸性を与えて測定したスメクチック相
における２５℃での層の傾斜角の値を真の層の傾斜角δ
_A とし、その傾斜角δ _A の半値幅をＷ _HA とし、 （１２）対向面にそれぞれ液晶に電圧を印加するための
電極が形成され、該電極上に液晶を配向させるための、
一軸性配向軸が互いに平行あるいは所定の角度で交差し
た配向処理を施した一対の基板を、その間隔がカイラル
スメクチック相の螺旋構造を解消し、少なくとも二つの
安定状態を示す間隔で対向配置したセル内に強誘電性液
晶組成物を挟持して測定した２５℃での層の傾斜角の値
を実際の層の傾斜角δ _R とし、その傾斜角δ _R の半値幅を
Ｗ _HR とした時、

【００４３】

【数２２】 なる関係を満たすことを特徴とする強誘電性液晶組成物
を使用した液晶素子を提供するものである。

【００４４】また、本発明は、液晶と、該液晶を挟持し
て対向すると共にその対向面に各々上記液晶に電圧を印
加するための電極が形成され、かつ液晶を配向させるた
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
理を施した一対の基板とを備えた液晶素子において、該
液晶は強誘電性液晶組成物であり、液晶素子のプレチル
ト角α、強誘電性液晶組成物のコーン角Θ、層の傾斜角
δ_Rが各々

【００４５】

【数２３】Θ＜α＋δ_R および α＞δ_R

【００４６】で表される関係を満たす配向状態を有し、
か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
で定義される見かけのチルト角θ_aと、強誘電性液晶組
成物のコーン角Θとが、

【００４７】

【数２４】Θ＞θ_a ＞Θ／２

【００４８】となる関係を満たしている配向状態を有
し、かつ該強誘電性液晶組成物のスメクチック相におけ
る層と基板法線のなす角度を層の傾斜角とすると、該強
誘電性液晶組成物の真の層の傾斜角δ _A の半値幅Ｗ
_HA と、実際の層の傾斜角δ _R の半値幅Ｗ _HR を、 （１１）基板界面からの配向規制力をほとんど無視でき
る様な十分に厚いセル内に強誘電性液晶組成物を挟持
し、磁場配向で一軸性を与えて測定したスメクチック相
における２５℃での層の傾斜角の値を真の層の傾斜角δ
_A とし、その傾斜角δ _A の半値幅をＷ _HA とし、 （１２）対向面にそれぞれ液晶に電圧を印加するための
電極が形成され、該電極上に液晶を配向させるための、
一軸性配向軸が互いに平行あるいは所定の角度で交差し
た配向処理を施した一対の基板を、その間隔がカイラル
スメクチック相の螺旋構造を解消し、少なくとも二つの
安定状態を示す間隔で対向配置したセル内に強誘電性液
晶組成物を挟持して測定した２５℃での層の傾斜角の値
を実際の層の傾斜角δ _R とし、その傾斜角δ _R の半値幅を
Ｗ _HR とした時、

【００４９】

【数２５】 の関係を満たすことを特徴とする強誘電性液晶組成物を
使用した液晶素子を提供することにある。

【００５０】また、本発明は上記の液晶素子を具備して
なる液晶装置を提供することにある。さらに、本発明
は、上記の液晶素子と、該液晶素子の駆動手段と、光源
とを具備してなる液晶表示装置を提供することにある。

【００５１】一般に、強誘電性液晶が、基板界面からの
配向規制力が無視でき得るような十分に厚いセル厚を持
ったセルに挟持され、磁場配向など何らかの方法で一軸
性を与えられた時のスメクチック相における層の傾斜角
を「真の層の傾斜角δ_A 」、その半値幅をＷ_H とする
と、δ_A の値は各液晶組成物特有の値であり、物性値で
ある。そしてこの時、液晶組成物は明確な層構造を有
し、ネマクチック液晶に比べて流動性に乏しい。

【００５２】そのために外部からの応力、例えば衝撃力
や歪み力に対しては脆い性質を持っており、該力が印加
された時には、このスメクチック相の層構造に変形、転
移、あるいは破壊が生じ、液晶分子の配向状態に乱れを
生じやすい。

【００５３】本発明者らは、様々な種類の骨格構造、側
鎖長の組み合わせ、並びにそれらの混合組成比率を変化
させることにより得られた多くの液晶組成物の物性と、
耐衝撃性を検討した結果、前述したような液晶組成物の
層の傾斜角δの値の比、あるいはその半値幅の比と、衝
撃に対する耐久性が非常に深くかかわっていることを見
いだした。

【００５４】つまり、本発明者らの研究によると、液晶
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、かつ液晶を
配向させるための一軸性配向軸を互いに平行、あるいは
所定の角度で交差するように配向処理を施した一対の基
板とを備え、カイラルスメクチック相の螺旋構造を解消
し、少なくとも二つの安定状態を示す実際の液晶素子に
おける層の傾斜角の値を「実際の層の傾斜角δ_R 」、そ
の半値幅をＷ_HRとすると、δ_R がδ_A に比較して大き
く、かつ／あるいはＷ_HRがＷ_HAに比較して大きい場合、
特にδでは１．０３倍、Ｗ_H で１．３倍を越えると、ま
た前述の非常にコントラストの高いユニフォーム配向状
態でもδで１．０３倍、Ｗ_H で１．３倍を超えると著し
く外部からの応力に対して安定となる。

【００５５】これは、実際のセル中での層の傾斜角の値
δ_R が、液晶組成物本来の真の層の傾斜角δ_A からある
程度ずれることによって、スメクチック相の層構造自体
がルーズとなり、逆に外部からの応力を適度に吸収し
て、衝撃力や、歪み力に対して強くなるためと考えられ
る。この層構造のルーズさは、Ｘ線回折でδを測定した
時のδのピークの半値幅が広くなることからも示されて
いる。

【００５６】また、更にさまざまな種類の骨格構造、及
びその混合比率を変化させ検討した結果、強誘電性液晶
のスメクチック相の層の傾斜角の特性を前述のごとくに
する有効な手段のひとつとして、強誘電性液晶組成物中
に、次の一般式（Ａ）で表されるインダン化合物および
／または一般式（Ｂ）で表されるチオフェン化合物を含
有させることが重要であることがわかった。

【００５７】さらに、液晶素子の面からはセルのブレチ
ルトをある程度高くすることによって、ユニフォーム配
向が安定となり、また、衝撃に対する耐久性も向上する
が、それだけではなく、セルと液晶組成物のさまざまな
物性値とのマッチングが重要であり、素子構成と、液晶
材料の両方向からの最適化が必要である。

【００５８】次に、強誘電性液晶組成物に含有されるイ
ンダン化合物を下記の一般式（Ａ）に示す。

【００５９】

【化１５】

【００６０】式中、Ｒ_１ 、Ｒ_２ は炭素原子数１〜１
８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、Ｘ_１ 、
Ｘ_２ は単結合、

【００６１】

【化１６】 であり、Ａ_１ は単結合または

【００６２】

【化１７】 のいずれかであり、Ａ_２ は

【００６３】

【化１８】 のいずれかを示す。

【００６４】一般式（Ａ）で示される液晶性化合物の好
ましい具体的化合物を下記の表に示す。表中におけるア
ルファベットで表わされる略号は下記に示す側鎖基、ま
たは環状基を示す。

【００６５】ｍｅｔ＝ＣＨ_３ ，ｈｅｐ＝Ｃ_７ Ｈ
_１５ ，ｔｒｔ＝Ｃ_１３Ｈ_２７ ，ｅｔｈ＝Ｃ_２ Ｈ_５
，ｏｃｔ＝Ｃ_８ Ｈ_１７ ，ｔｅｔ＝Ｃ_１４Ｈ_２９
，ｐｒｏ＝Ｃ_３ Ｈ_７ ，ｎｏｎ＝Ｃ_９ Ｈ_１９ ，
ｐｅｄ＝Ｃ_１５Ｈ_３１ ，ｂｕｔ＝Ｃ_４ Ｈ_９ ，ｄｅ
ｃ＝Ｃ_１０Ｈ_２１ ，ｈｅｘｄ＝Ｃ_１６Ｈ_３３，ｐｅｎ
＝Ｃ_５ Ｈ_１１ ，ｕｎｄ＝Ｃ_１１Ｈ_２３ ，ｈｅｐｄ
＝Ｃ_１７Ｈ_３５，ｈｅｘ＝Ｃ_６ Ｈ_１３ ，ｄｏｄ＝Ｃ
_１２Ｈ_２５ ，ｏｃｄ＝Ｃ_１８Ｈ_３７，２ｍｂ＝２−メ
チル−ブチル

【００６６】

【化１９】

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】次に、強誘電性液晶組成物に含有されるチ
オフェン化合物を下記の一般式（Ｂ）に示す。

【００７０】

【化２０】 式中、Ｒ₃は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状
のアルキル基であり、Ｘ₃、Ｘ₄は単結合、

【００７１】

【化２１】 であり、Ａ₃は

【００７２】

【化２２】 のいずれかを示す。ｎは３〜１６、好ましくは４〜１１
の整数を示す。

【００７３】一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物の好
ましい具体的化合物を下記の表に示す。表中におけるア
ルファベットで表わされる略号は下記に示す側鎖基、ま
たは環状基を示す。

【００７４】ｍｅｔ＝ＣＨ_３ ，ｈｅｐ＝Ｃ_７ Ｈ
_１５ ，ｔｒｔ＝Ｃ_１３Ｈ_２７ ，ｅｔｈ＝Ｃ_２ Ｈ_５
，ｏｃｔ＝Ｃ_８ Ｈ_１７ ，ｔｅｔ＝Ｃ_１４Ｈ_２９
，ｐｒｏ＝Ｃ_３ Ｈ_７ ，ｎｏｎ＝Ｃ_９ Ｈ_１９ ，
ｐｅｄ＝Ｃ_１５Ｈ_３１ ，ｂｕｔ＝Ｃ_４ Ｈ_９ ，ｄｅ
ｃ＝Ｃ_１０Ｈ_２１ ，ｈｅｘｄ＝Ｃ_１６Ｈ_３３，ｐｅｎ
＝Ｃ_５ Ｈ_１１ ，ｕｎｄ＝Ｃ_１１Ｈ_２３ ，ｈｅｐｄ
＝Ｃ_１７Ｈ_３５，ｈｅｘ＝Ｃ_６ Ｈ_１３ ，ｄｏｄ＝Ｃ
_１２Ｈ_２５ ，ｏｃｄ＝Ｃ_１８Ｈ_３７，２ｍｂ＝２−メ
チル−ブチル

【００７５】

【化２３】

【００７６】

【表３】

【００７７】

【表４】

【００７８】また、本発明における液晶組成物に含まれ
るのに好ましい液晶性化合物としては、他に下記の構造
を有する液晶性化合物などをあげることができる。これ
らをを主成分として強誘電性液晶組成物を作成し、ま
た、液晶組成物の各液晶性化合物の配合比を、適宜異な
るものとすることができる。

【００７９】また、本発明の液晶組成物は、前記一般式
（Ａ）で示される液晶性化合物の少なくとも１種以上
と、前記一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物の少なく
とも１種以上を各々１〜３０重量％、好ましくは１〜２
０重量％を含有するのが望ましい。

【００８０】

【化２４】

【００８１】（式中、ｍ，Ｌは、０、１、２であって、
０＜ｍ＋Ｌ≦２である。Ｒ₄ ，Ｒ₅ は、水素原子、ハロ
ゲン、ＣＮ基、または、炭素原子数１〜１８の直鎖状ま
たは、分岐状または、環状のアルキル基であり、該アル
キル基中の１つ、もしくは２つ以上のメチレン基は、ヘ
テロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ
−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって
置き換えられていてもよく、Ｗは、ハロゲン、ＣＮ、Ｃ
Ｆ₃ を示す。また、Ｒ₄ 、Ｒ₅ は光学活性であっても良
い。）

【００８２】

【化２５】

【００８３】（式中、Ａ₄ は、

【００８４】

【化２６】 を表す。

【００８５】Ｘ₅ は、水素原子またはフッ素原子を表
し、Ｒ₆ ，Ｒ₇ は、水素原子、ハロゲン、ＣＮ基、また
は、炭素原子数１〜１８の直鎖状または、分岐状また
は、環状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つ、
もしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接し
ない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−
ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていて
もよく、Ｗは、ハロゲン、ＣＮ、ＣＦ₃ を示す。また、
Ｒ₆ 、Ｒ₇ は光学活性であっても良い。）

【００８６】

【化２７】 （式中、Ｂ₁ は、

【００８７】

【化２８】 を表す。

【００８８】Ｒ₈ ，Ｒ₉ は、水素原子、ハロゲン、ＣＮ
基、または、炭素原子数１〜１８の直鎖状または、分岐
状または、環状のアルキル基であり、該アルキル基中の
１つ、もしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が
隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ
−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられ
ていてもよく、Ｗは、ハロゲン、ＣＮ、ＣＦ₃ を示す。
また、Ｒ₈ 、Ｒ₉ は光学活性であっても良い。）

【００８９】

【化２９】 （式中、Ｃ₁ は、

【００９０】

【化３０】 を表す。Ｚは、−Ｏ−、−Ｓ−を表わす。

【００９１】Ｒ₁₀ ，Ｒ₁₁ は、水素原子、ハロゲン、Ｃ
Ｎ基、または、炭素原子数１〜１８の直鎖状または、分
岐状または、環状のアルキル基であり、該アルキル基中
の１つ、もしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子
が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨ
Ｗ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えら
れていてもよく、Ｗは、ハロゲン、ＣＮ、ＣＦ₃ を示
す。また、Ｒ₁₀ 、Ｒ₁₁は光学活性であっても良い。）

【００９２】

【化３１】 （式中、Ｒ₁₂ ，Ｒ₁₃ は、水素原子、ハロゲン、ＣＮ
基、または、炭素原子数１〜１８の直鎖状または、分岐
状または、環状のアルキル基であり、該アルキル基中の
１つ、もしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が
隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ
−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられ
ていてもよく、Ｗは、ハロゲン、ＣＮ、ＣＦ₃ を示す。
また、Ｒ₁₂、Ｒ₁₃は光学活性であっても良い。）以下に
（Ｉ）〜（ＩＶ）の化合物のより好ましい化合物例を下
記に示す。

【００９３】（Ｉ）の化合物のより好ましい化合物例

【００９４】

【化３２】

【００９５】（ＩＩ）の化合物のより好ましい化合物例

【００９６】

【化３３】

【００９７】（ＩＩＩ）の化合物のより好ましい化合物
例

【００９８】

【化３４】

【００９９】（ＩＶ）の化合物のより好ましい化合物例

【０１００】

【化３５】

【０１０１】Ｒ、Ｒ′は夫々独立して、水素原子、ハロ
ゲン、ＣＮ基、または、炭素原子数１〜１８の直鎖状ま
たは、分岐状または、環状のアルキル基であり、該アル
キル基中の１つ、もしくは２つ以上のメチレン基は、ヘ
テロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ
−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって
置き換えられていてもよく、Ｗは、ハロゲン、ＣＮ、Ｃ
Ｆ₃ を示す。また、Ｒは光学活性であっても良い。Ｘ₅
は、上述したものと同じである。

【０１０２】図１は強誘電性を利用した液晶素子の構成
を説明するために、本発明のカイラルスメクチック液晶
層を有する液晶素子の一例を示す断面概略図である。図
１において符号１はカイラルスメクチック液晶層、２は
ガラス基板、３は透明電極、４は配向層、５はスペーサ
ー、６はリード線、７は電源、８は偏光板、９は光源を
示している。

【０１０３】２枚のガラス基板２は、それぞれＩｎ₂ Ｏ
₃ 、ＳｎＯ₂ あるいはＩＴＯ（インジウム ティン オ
キサイド；Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｓｉｄｅ）等の
薄膜から成る透明電極３が被覆されている。その上にポ
リイミドの様な高分子の薄膜をガーゼやアセテート植毛
布等でラビングして、液晶をラビング方向に並べる配向
層が形成されている。また、該膜を形成する絶縁物質と
して、例えばシリコン窒化物，水素を含有するシリコン
炭化物，シリコン酸化物，硼素窒化合物，水素を含有す
る硼素窒化物，セリウム酸化物，アルミニウム酸化物，
ジルコニウム酸化物，チタン酸化物やフッ化マグネシウ
ムなどの無機物質絶縁層を形成し、その上にポリビニル
アルコール，ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエス
テルイミド，ポリパラキシレン，ポリエステル，ポリカ
ーボネート，ポリビニルアセタール，ポリ塩化ビニル，
ポリ酢酸ビニル，ポリアミド，ポリスチレン，セルロー
ス樹脂，メラミン樹脂，ユリヤ樹脂，アクリル樹脂やフ
ォトレジスト樹脂などの有機絶縁物質を配向制御層とし
て、２層で配向制御層が形成されてもよく、また無機物
質絶縁性配向制御層あるいは有機物質絶縁性配向制御層
単層であっても良い。この配向層が無機系ならば蒸着法
などで形成でき、有機系ならば有機物質を溶解させた溶
液、またはその前駆体溶液（溶剤に０．１〜２０重量
％、好ましくは０．２〜１０重量％）を用いて、スピナ
ー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、スプレー塗
布法、ロール塗布法等で塗布し、所定の硬化条件下（例
えば加熱下）で硬化させ形成させることができる。

【０１０４】配向層の層厚は通常３０Å〜１μｍ、好ま
しくは４０Å〜３０００Å、さらに好ましくは４０Å〜
１０００Åが適している。

【０１０５】この２枚のガラス基板２はスペーサー５に
よって任意の間隔に保たれている。例えば所定の直径を
持つシリカビーズ，アルミナビーズをスペーサーとして
ガラス基板２枚で挟持し、周囲をシール材、例えばエポ
キシ系接着剤を用いて密封する方法がある。その他スペ
ーサーとして高分子フィルムやガラスファイバーを使用
しても良い。この２枚のガラス基板の間に強誘電性を示
す液晶が封入されている。

【０１０６】カイラルスメクチック液晶が封入されたカ
イラルスメクチック液晶相１の厚さは、一般には０．５
〜２０μｍ、好ましくは１〜５μｍである。

【０１０７】また、この強誘電性液晶は、室温を含む広
い温度域（特に低温側）でＳｍＣ^*相（カイラルスメク
チックＣ相）を有し、かつ素子とした場合には駆動電圧
マージン及び駆動温度マージンが広いことが望まれる。

【０１０８】また、特に素子とした場合に、良好な均一
配向性を示し、モノドメイン状態を得るには、その強誘
電性液晶は、等方相からＣｈ相（コレステリック相）−
ＳｍＡ（スメクチック相）−ＳｍＣ^* （カイラルスメク
チックＣ相）という相転移系列を有していることが望ま
しい。

【０１０９】透明電極３からはリード線によって外部電
源７に接続されている。

【０１１０】また、ガラス基板２の外側には偏光板８が
貼り合わせてある。図１は透過型である。さらに本発明
は、上記液晶素子に液晶素子の駆動回路、光源を備えた
液晶表示装置を提供するものである。

【０１１１】本発明の液晶素子を表示パネル部に使用
し、図４及び図５に示した走査線アドレス情報をもつ画
像情報よりなるデータフォーマット及びＳＹＮＣ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。

【０１１２】画像情報の発生は、本体装置側のグラフィ
ックスコントローラ１０２にて行なわれ、図４及び図５
に示した信号転送手段にしたがって表示パネル１０３に
転送される。グラフィックスコントローラ１０２は、Ｃ
ＰＵ（中央演算処理装置、以下ＧＣＰＵ１１２と略す）
及びＶＲＡＭ（画像情報格納用メモリ）１１４を核に、
ホストＣＰＵ１１３と液晶表示装置１０１間の画像情報
の管理や通信をつかさどっており、本発明の制御方法は
主にこのグラフィックスコントローラ１０２上で実現さ
れるものである。なお、該表示パネルの裏面には、光源
が配置されている。

【０１１３】本発明に係るコーン角Θ、見かけのチルト
角θ_a 、層の傾斜角δ、層の傾斜角δの半値幅Ｗ_H 及び
プレチルト角αは以下のようして測定した。

【０１１４】コーン角Θの測定 ±３０Ｖ〜±５０Ｖ、１００ＨｚのＡＣ電圧を強誘電性
液晶（ＦＬＣ）素子の上下基板間に印加しながら直交ク
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、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）と第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の１／２
をコーン角Θとした。

【０１１５】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強誘電性液晶
（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。

【０１１６】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．
３０〜Ｏｃｔ．２，１９８６，ｐｐ．４５６〜４５８）
或いは大内らの方法（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．，２７，（５）
（１９８８）ｐｐ．Ｌ７２５〜７２８）と同様の方法を
用いた。

【０１１７】測定装置は回転対陰極方式のＭＡＣサイエ
ンス社製、Ｘ線回折装置を用い、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。まず液晶の層間隔は、バルク液
晶を試料ガラス上に塗り、通常の粉末Ｘ線回折と同様に
２θ／θｓｃａｎを行って求める。

【０１１８】次に傾斜角δの測定は、前記と同じ８０μ
ｍ厚ガラスをスペーサーとして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折角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。

【０１１９】次に、「基板界面からの配向規制力をほと
んど無視できるような十分に厚いセル厚」を探る為に、
セル厚を、１．５，２０，５０，８０，１００，３００
μｍと変えて、δのセル厚依存性を考案した結果、セル
厚が５０μｍ以上ならほぼ０．５％以下の精度でセル厚
に関係なく真の層間隔δ_A が測定できることがわかっ
た。

【０１２０】なお、この時に測定した液晶組成物は、後
述する液晶組成物Ｄで、室温での層間隔は約２８．９
Å、ＳｍＣ^* ピッチは約９μｍである。なお、以下の実
施例では、特別に断らない限り、δ_A の値は８０μｍギ
ャップセルを磁場配向させて測定した。

【０１２１】また、該液晶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、かつ液晶を配向させ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を施した一対
の基板とを備え、カイラルスメクチック相の螺旋構造を
解消し、少なくとも２つの安定状態を示す実際の液晶素
子における層の傾斜角δ_R は、前述の８０μｍ厚ガラス
にＩＴＯの薄膜を約１０００Åの厚さでスパッタリング
し、その上に絶縁層としてＴｉ−Ｓｉ膜を約１２００Å
の厚さに成膜し、更にその上に配向制御膜として、後に
述べる東レ社製ＬＰ６４、日立化成社製ＬＱ１８０２な
どを塗布、焼成して、所定のプレチルト角になる様にラ
ビングを行った後に、ラビング処理軸が互いに略平行で
かつその方向が同一方向となるように、二枚のガラスを
セルギャップ約１．５μｍに貼り合わせたものをセルと
して用い、δ_A と同様の方法で測定した。

【０１２２】また、スリツト条件はＤＳ：０．５°、Ｓ
Ｓ：０．５°、ＲＳ：０．３°とした。

【０１２３】層の傾斜角δの半値幅Ｗ_H の測定 半値幅、前述のδを測定した時に得られるＸ線回折のプ
ロフィールの回折強度のピーク値が半分になる値の幅を
直接測定して求めた。この回折プロフィールはセル厚が
変われば当然それにほぼ比例して最大ピーク強度、総ピ
ーク面積も変化するが、半値幅自体はほとんど変化がな
く、セル中における強誘電性液晶のスメクチック相の層
構造の秩序度を示すパラメーターとして用いることがで
きる。スリツト条件は前記と同様である。

【０１２４】プレチルト角αの測定方法 プレチルト角の測定は、クリスタルローテーション法
（Ｊｐａ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏ．１１９（１
９８０）．ＮＯ．Ｓｈｏｒｔ Ｎｏｔｅｓ ２０３１）
により求めた。また、プレチルト角の測定用液晶として
は強誘電性液晶（チッソ社製ＣＳ−１０１４）に下記の
構造式で示される化合物を重量比で２０％混合したもの
を標準液晶として注入して測定した。

【０１２５】

【化３６】 なおこの混合した液晶組成物は１０〜５５℃でＳｍＡ相
を示した。

【０１２６】測定手順は、液晶パネルを上下基板に垂直
かつ配向処理軸（ラビング軸）を含む面で回転させなが
ら、回転軸と４５°の角度をなす偏向面を持つヘリウム
・ネオンレーザ光を回転軸に垂直な方向から照射して、
その反射側で入射偏向面と平行な透過軸を持つ偏向板を
通してフォトダイオードで透過光強度を測定した。そし
て、干渉によってできた透過光強度のスペクトルに対
し、理論曲線、数式２６、２７とフィツティングを行う
シュミレーションによりプレチルト角αを求めた。

【０１２７】

【数２６】

【０１２８】Ｎｏ：常光屈折率 Ｎｅ：異常光屈折率
φ：液晶パネルの回転角 Ｔ（φ）：透過光強度 ｄ：セル厚 λ：入射
光の波長

【０１２９】

【数２７】

【０１３０】

【実施例】以下実施例により本発明について更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。

【０１３１】また、以下の実施例において用いた液晶組
成物の相転移温度（°）、約２５℃でのコーン角Θ
（度）と真の層の傾斜角δ_A(度) を示した。なお、ＣＳ
−１０１４、ＣＳ−１０３１はチッソ社製、ＺＬＩ−３
０４１はメルク社製の強誘電性液晶である。

【０１３２】

【表５】表５ 実験に用いた各液晶組成物のの相転移温
度と真の層の傾斜角δ_A（２５℃）

【０１３３】（注）液晶組成物Ｅ〜Ｇの組成は下記の通
りである。また、液晶組成物Ａ〜Ｄはフェニルピリミジ
ン系液晶を主成分とする組成物である。

【０１３４】液晶組成物Ｅ

【０１３５】

【化３７】

【０１３６】

【化３８】

【０１３７】液晶組成物Ｆ

【０１３８】

【化３９】

【０１３９】

【化４０】

【０１４０】液晶組成物Ｇ

【０１４１】

【化４１】

【０１４２】

【化４２】

【０１４３】衝撃試験 衝撃試験用セルは、約１０００Å厚のＩＴＯ膜が設けら
れている１．１ｍｍ厚のガラス板を用意し、それぞれの
ガラス板上にＴｉ−Ｓｉ前駆体溶液をスピンナーで塗
布、熱硬化し、約１２００Åの絶縁層とした。

【０１４４】次に、それぞれのガラス基板上に後述のポ
リイミド配向膜の前駆体をスピンナーで塗布し加熱焼成
後、ラビング処理を行った。ラビングの強度は、各々ラ
ビング布、回転速度、ガラス基板送り速度などを適宜変
化させて、さまざまなプレチルト角度になるように調節
した。その後、平均粒径１．５μｍのシリカビーズを一
方のガラス基板上に散布し、それぞれのラビング処理軸
が互いに略平行で、且つその処理方向が同一方向となる
ように、二枚のガラス基板を重ね合わせてセルとした。
また、セルの大きさは、対角で１４インチとした。

【０１４５】また、衝撃試験は、上記液晶セルに液晶組
成物を注入し吉田精機社製の落下耐久試験機「ＤＴ−５
０」（商品名）による衝撃耐久試験を行った。この際、
落下衝撃２０Ｇ（Ｇ：重力加速度９．８ｍ／ｓｅｃ² ）
から８０Ｇまで１０Ｇづつ増加させるごとにセルの配向
状態が変化したかどうかを観察し、６０Ｇでの試験でも
配向が変化しないものを良いものとした。

【０１４６】実施例１〜２，比較例１〜６ ここでは配向制御膜として東レ社製ＬＰ−６４、ラビン
グ布としてアセテート植毛布を用い、プレチルト角αが
約３°のセルを作成した。また、ガラス基板は、衝撃試
験用の１．１ｍｍ厚ガラスと、Ｘ線測定用に８０μｍ厚
ガラスを使用し２種類のセルを作成したが、両者の配向
状態、スイッチング速度、コントラトスには何ら差は無
かった。

【０１４７】このセルに前述の液晶組成物を注入し、
δ、Ｗ_H の測定結果と共に、耐衝撃試験の結果を表６に
示す。

【０１４８】

【表６】表６ 配向膜ＬＰ−６４を用いたセルでの衝撃
試験 （２５℃） （注）配向変化無＊は８０Ｇでも配向の変化が無かつた
ことを示す。

【０１４９】表６に示すように、インダン化合物が８重
量％含まれている液晶組成物Ｄはδ_R ／δ_A が、インダ
ン化合物が１７重量％含まれているＥではδ_R ／δ_A 、
Ｗ_HR／Ｗ_HAが各々１．０３，１．３を越えている為に８
０Ｇの衝撃に耐え得るようになっている。

【０１５０】このように、液晶組成物中にインダン化合
物が含まれることによって、δ_R ／δ_A 、Ｗ_HR／Ｗ_HAの
値が大きく、耐衝撃性が向上することがわかる。なお、
Ｃ２状態でのコントラストはほぼ５：１以下で、あまり
高いものではなかった。

【０１５１】実施例３〜５、比較例７〜１０ 次に、配向制御膜として日立化成社製ＬＱ−１８０２、
ラビング布としてナイロン植毛布を用いプレチルト角α
が約１０°のセルを作成した。また、ガラス基板は、衝
撃試験用の１．１ｍｍ厚ガラスと、Ｘ線測定用に８０μ
ｍ厚ガラスを用いたセル２種類を作成し、これらのセル
に前述の液晶組成物を注入し、δの測定と共に、耐衝撃
試験を行った。その結果を表７に示す。

【０１５２】

【表７】表 ７ 配向膜ＬＱ−１８０２（α＝１０°）を用いたセルでの
衝撃試験（２５℃）

【０１５３】なお、液晶組成物Ｅは、Ｃ１／Ｃ２配向が
ほぼ半々で混在しており衝撃試験未実施

【０１５４】表７に示すように、配向制御膜ＬＱ−１８
０２を用いてプレチルト角が約１０°と高い場合には、
液晶組成物Ｄのみならずに、先のＬＰ−６４配向膜を用
いた時には、衝撃力に対して弱かった液晶組成物Ｂ、Ｃ
までが６０Ｇもの衝撃力に対して耐え得るようになって
いる。

【０１５５】このとき、液晶組成物Ｂ，Ｃ，Ｄともにセ
ル内のほとんどの部分で

【０１５６】

【数２８】Θ＜α＋δ_R 及び α＞δ_R かつ
Θ＞θα＞Θ／２

【０１５７】の関係を満たす約５０：１以上のコントラ
ストの高ユニフォーム配向を示しており、δ_R ／δ_A の
値が１．０３を越えているために、衝撃に対して非常に
強くなったと考えられる。しかし液晶組成物Ｅは、Ｃ１
配向とＣ２配向が混在しており、液晶素子全体での均一
配向が得られなかった。

【０１５８】実施例６〜１０、比較例１１〜１３ 次に、先と同じく配向制御膜としてＬＱ−１８０２を用
い、ラビングの条件を変化させてプレチルト角αが約１
９°のセルを作成した。前述と同様の方法でδの測定と
共に、耐衝撃試験を行った。その結果を表８に示す。

【０１５９】

【表８】表８ 配向膜LQ−1802（α＝１９°）を用いた
セルでの衝撃試験（25℃） 但し、ＺＬ１−３０４１は、Ｃ２配向が２割りほど混在
していた。

【０１６０】表８に示すように、液晶組成物Ｂ，Ｃ，Ｄ
は、前記のプレチルトが１０°のセルの時と同様に、更
には液晶組成物Ｅ、並びにＺＬＩ−３０４１までも衝撃
に対して強くなっている。

【０１６１】この場合、液晶組成物Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅでは
ほとんどの部分で、またＺＬＩ−３０４１では８割りほ
どの部分が

【０１６２】

【数２９】Θ＜α＋δ_R 及び α＞δ_R かつ Θ
＞θ_a ＞Θ／２

【０１６３】の関係を満たす約５０：１以上のコントラ
ストの高いユニフォーム配向を示しており、δ_R ／δ
_A ，Ｗ_HR／Ｗ_HAが各々１．０３，１．３を越えているた
めに、衝撃に対して非常に強くなっている。

【０１６４】このように、セルのプレチルトを高くする
ことによってδ_R ／δ_A の値を大きくすることができ、
液晶素子の衝撃に対する強度を増加させることができる
ことがわかった。

【０１６５】しかし、前述のプレチルトが約１０°の時
の液晶組成物Ｅや、約１９°の時のＺＬＩ−３０４１の
ように、プレチルトを高くすることによって、耐衝撃性
は向上しても、配向の均一性、コントラストの高さなど
表示素子としての品位が逆に損なわれる場合もあるの
で、液晶組成物と、セルの素子構成、例えばプレチルト
などをどう組み合わせるかの条件が重要であることもわ
かる。

【０１６６】実施例１１〜１３、比較例１４ ここでは液晶組成物中にインダン化合物と、前述の一般
式（Ｂ）で表わされるチオフェン化合物を同時に含有さ
せることによって、液晶組成物の層の傾斜角δが、前述
のようになり、耐衝撃性に優れた液晶組成物が得られや
すいことを示す。

【０１６７】液晶組成物Ａはインダン化合物も、チオフ
ェン化合物も含まない液晶組成物である。一方、液晶組
成物Ｅはインダン化合物を１７％、Ｆはインダン化合物
を１６％、チオフェン化合物を５％、Ｇはインダン化合
物を１７％、チオフェン化合物を６％含有している。

【０１６８】前述したのと同様の方法で、配向制御膜と
してＬＱ−１８０２を用い、プレチルト角αが約１６°
のセルを作成し、耐衝撃性試験を行った。その結果を表
９に示す。ここでは、液晶組成物Ｅ、Ｆ、Ｇにおいて約
５０：１以上のコントラストの高いユニフォーム配向が
得られた。

【０１６９】

【表９】表９ 配向膜ＬＱ−１８０２（α＝１６°）を
用いたセルでの衝撃試験（２５℃）

【０１７０】表９に示すように、液晶組成物Ｅは６０
Ｇ、液晶組成物ＦとＧはいずれも８０Ｇ以上の衝撃に耐
えている。ここには液晶組成物Ｆ、Ｇだけを示したが、
他にも多くのインダン化合物とチオフェン化合物を同時
に含有する液晶組成物を検討した結果、これらと同様
に、前述のような層の傾斜角δの特性を有した液晶組成
物が多く得られた。

【０１７１】以上の実施例、比較例から、強誘電性液晶
を用いた液晶素子において、耐衝撃性を向上させるため
には、実際のセルにおいての層の傾斜角δ_R と、真の層
の傾斜角δ_A の関係が

【０１７２】

【数３０】 の関係を満たすような液晶組成物を使用する。あるい
は、各々の層の傾斜角の半値幅Ｗ_HA，Ｗ_HRが、

【０１７３】

【数３１】 の関係を満たすような液晶組成物を使用する。

【０１７４】また、前述したユニフォーム配向状態で
は、層の傾斜角δ_A ，δ_R の関係が、

【０１７５】

【数３２】 の関係を満たすような液晶組成物を使用する液晶素子を
使用する。あるいは、各々の層の傾斜角の半値幅Ｗ_HA，
Ｗ_HRが、

【０１７６】

【数３３】 の関係を満たすような液晶組成物を使用する液晶素子を
使用すれば良いことがわかった。

【０１７７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の液晶組成
物、液晶素子、及びこれらを使用した液晶表示素子は、
従来の液晶組成物に較べ改善された耐衝撃性を有してい
るとともに、コントラストの高いの表示画面を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の一例を示す模式図である。

【図２】Ｃ１及びＣ２配向を示す説明図である。

【図３】Ｃ１及びＣ２配向でのコーン角、プレチルト角
及び層傾斜角間の関係を示す説明図である。

【図４】本発明の液晶装置とグラフィックスコントロー
ラを示すブロック構成図である。

【図５】本発明の液晶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タイミングチャート図である。

【符号の説明】

１ カイラルスメクチック液晶層 ２ ガラス基板 ３ 透明電極 ４ 配向層 ５ スペンサー ６ リード線 ７ 電源 ８ 偏光板 ９ 光源 ２０ａ，２０ｂ 基板面 ２１ 液晶層 ２２ Ｃ１配向 ２３ Ｃ２配向 Ａ ラビング方向 ３１ コーン ３２ 基板法線 ３３ 液晶分子 １０１ 強誘電性液晶表示装置 １０２ グラフィックスコントローラ 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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 19/02 C09K 19/32 C09K 19/34 C09K 19/42 - 19/46 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶と、該液晶を挟持して対向すると共
   にその対向面に各々上記液晶に電圧を印加するための電
   極が形成され、かつ液晶を配向させ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を施した一対
   の基板とを備えた液晶素子において、該液晶は強誘電性
   液晶組成物であり、かつ該強誘電性液晶組成物のスメク
   チック相における層と基板法線のなす角度を層の傾斜角
   とすると、該強誘電性液晶組成物の真の層の傾斜角δ _A
   と実際の層の傾斜角δ _R を、 （１）基板界面からの配向規制力をほとんど無視できる
   様な十分に厚いセル内に強誘電性液晶組成物を挟持し、
   磁場配向で一軸性を与えて測定したスメクチック相にお
   ける２５℃での層の傾斜角の値を真の層の傾斜角δ _A と
   し、 （２）対向面にそれぞれ液晶に電圧を印加するための電
   極が形成され、該電極上に液晶を配向させるための、一
   軸性配向軸が互いに平行あるいは所定の角度で交差した
   配向処理を施した一対の基板を、その間隔がカイラルス
   メクチック相の螺旋構造を解消し、少なくとも二つの安
   定状態を示す間隔で対向配置したセル内に強誘電性液晶
   組成物を挟持して測定した２５℃での層の傾斜角の値を
   実際の層の傾斜角δ _R とした時、 【数１】 の関係を満たすことを特徴とする強誘電性液晶組成物を
   使用した液晶素子。
2. 【請求項２】 前記の各層の傾斜角が、 【数２】 の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の液晶素
   子。
3. 【請求項３】 液晶と、該液晶を挟持して対向すると共
   にその対向面に各々上記液晶に電圧を印加するための電
   極が形成され、かつ液晶を配向させ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を施した一対
   の基板とを備えた液晶素子において、該液晶は強誘電性
   液晶組成物であり、液晶素子のプレチルト角α、強誘電
   性液晶組成物のコーン角Θ、層の傾斜角δ_Rが各々 【数３】 で表される関係を満たす配向状態を有し、かつ該配向状
   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で定義される
   見かけのチルト角θ_aと、強誘電性液晶組成物のコーン
   角Θとが、 【数４】 となる関係を満たしている配向状態を有し、かつ該強誘
   電性液晶組成物のスメクチック相における層と基板法線
   のなす角度を層の傾斜角とすると、該強誘電性液晶組成
   物の真の層の傾斜角δ _A と実際の層の傾斜角δ _R を、 （１）基板界面からの配向規制力をほとんど無視できる
   様な十分に厚いセル内に強誘電性液晶組成物を挟持し、
   磁場配向で一軸性を与えて測定したスメクチック相にお
   ける２５℃での層の傾斜角の値を真の層の傾斜角δ _A と
   し、 （２）対向面にそれぞれ液晶に電圧を印加するための電
   極が形成され、該電極上に液晶を配向させるための、一
   軸性配向軸が互いに平行あるいは所定の角度で交差した
   配向処理を施した一対の基板を、その間隔がカイラルス
   メクチック相の螺旋構造を解消し、少なくとも二つの安
   定状態を示す間隔で対向配置したセル内に強誘電性液晶
   組成物を挟持して測定した２５℃での層の傾斜角の値を
   実際の層の傾斜角δ _R とした時、 【数５】 の関係を満たすことを特徴とする強誘電性液晶組成物を
   使用した液晶素子。
4. 【請求項４】 前記の各層の傾斜角が、 【数６】 の関係を満たすことを特徴とする請求項３記載の液晶素
   子。
5. 【請求項５】 液晶と、該液晶を挟持して対向すると共
   にその対向面に各々上記液晶に電圧を印加するための電
   極が形成され、かつ液晶を配向させ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を施した一対
   の基板とを備えた液晶素子において、該液晶は強誘電性
   液晶組成物であり、かつ該強誘電性液晶組成物のスメク
   チック相における層と基板法線のなす角度を層の傾斜角
   とすると、該強誘電性液晶組成物の真の層の傾斜角δ _A
   の半値幅Ｗ _HA と、実際の層の傾斜角δ _R の半値幅Ｗ
   _HR を、 （１１）基板界面からの配向規制力をほとんど無視でき
   る様な十分に厚いセル内に強誘電性液晶組成物を挟持
   し、磁場配向で一軸性を与えて測定したスメクチック相
   における２５℃での層の傾斜角の値を真の層の傾斜角δ
   _A とし、その傾斜角δ _A の半値幅をＷ _HA とし、 （１２）対向面にそれぞれ液晶に電圧を印加するための
   電極が形成され、該電極上に液晶を配向させるための、
   一軸性配向軸が互いに平行あるいは所定の角度で交差し
   た配向処理を施した一対の基板を、その間隔がカイラル
   スメクチック相の螺旋構造を解消し、少なくとも二つの
   安定状態を示す間隔で対向配置したセル内に強誘電性液
   晶組成物を挟持して測定した２５℃での層の傾斜角の値
   を実際の層の傾斜角δ _R とし、その傾斜角δ _R の半値幅を
   Ｗ _HR とした時、 【数７】 の関係を満たすことを特徴とする強誘電性液晶組成物を
   使用した液晶素子。
6. 【請求項６】 前記の各層の傾斜角の半値幅が、 【数８】 の関係を満たすことを特徴とする請求項５記載の液晶素
   子。
7. 【請求項７】 液晶と、該液晶を挟持して対向すると共
   にその対向面に各々上記液晶に電圧を印加するための電
   極が形成され、かつ液晶を配向させ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を施した一対
   の基板とを備えた液晶素子において、該液晶は強誘電性
   液晶組成物であり、液晶素子のプレチルト角α、強誘電
   性液晶組成物のコーン角Θ、層の傾斜角δ_Rが各々 【数９】 で表される関係を満たす配向状態を有し、かつ該配向状
   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で定義される
   見かけのチルト角θ_aと、強誘電性液晶組成物のコーン
   角Θとが、 【数１０】 となる関係を満たしている配向状態を有し、かつ該強誘
   電性液晶組成物のスメクチック相における層と基板法線
   のなす角度を層の傾斜角とすると、該強誘電性液晶組成
   物の真の層の傾斜角δ _A の半値幅Ｗ _HA と、実際の層の傾
   斜角δ _R の半値幅Ｗ _HR を、 （１１）基板界面からの配向規制力をほとんど無視でき
   る様な十分に厚いセル内に強誘電性液晶組成物を挟持
   し、磁場配向で一軸性を与えて測定したスメクチック相
   における２５℃での層の傾斜角の値を真の層の傾斜角δ
   _A とし、その傾斜角δ _A の半値幅をＷ _HA とし、 （１２）対向面にそれぞれ液晶に電圧を印加するための
   電極が形成され、該電極上に液晶を配向させるための、
   一軸性配向軸が互いに平行あるいは所定の角度で交差し
   た配向処理を施した一対の基板を、その間隔がカイラル
   スメクチック相の螺旋構造を解消し、少なくとも二つの
   安定状態を示す間隔で対向配置したセル内に強誘電性液
   晶組成物を挟持して測定した２５℃での層の傾斜角の値
   を実際の層 の傾斜角δ _R とし、その傾斜角δ _R の半値幅を
   Ｗ _HR とした時、 【数１１】 の関係を満たすことを特徴とする強誘電性液晶組成物を
   使用した液晶素子。
8. 【請求項８】 前記の各層の傾斜角の半値幅が、 【数１２】 の関係を満たすことを特徴とする請求項７記載の強誘電
   性液晶組成物を使用した液晶素子。
9. 【請求項９】 前記強誘電性液晶組成物中に下記一般式
   （Ａ）および／または一般式（Ｂ）で示される液晶性化
   合物をそれぞれ少なくとも１種類以上含有する請求項
   １，２，５または６のいずれかの項に記載の液晶素子。 【化１】 （式中、Ｒ₁ 、Ｒ₂ は炭素原子数１〜１８の直鎖状ま
   たは分岐状のアルキル基であり、Ｘ₁ 、Ｘ₂ は単結
   合、 【化２】 であり、Ａ₁ は単結合または 【化３】 のいずれかであり、Ａ₂ は 【化４】 のいずれかを示す。） 【化５】 （式中、Ｒ₃は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐
   状のアルキル基であり、Ｘ₃、Ｘ₄は単結合、 【化６】 であり、Ａ₃は 【化７】 のいずれかを示す。ｎは３〜１６の整数を示す。）
10. 【請求項１０】 前記一般式（Ａ）で示される液晶性化
    合物の少なくとも１種以上と、前記一般式（Ｂ）で示さ
    れる液晶性化合物の少なくとも１種以上を各々１〜３０
    重量％含有する請求項９記載の液晶素子。
11. 【請求項１１】 下記一般式（Ａ）および／または一般
    式（Ｂ）で示される液晶性化合物をそれぞれ少なくとも
    １種類以上含有する強誘電性液晶組成物を使用した請求
    項３，４，７または８のいずれかの項に記載の液晶素
    子。 【化８】 （式中、Ｒ_１ 、Ｒ_２ は炭素原子数１〜１８の直鎖状
    または分岐状のアルキル基であり、Ｘ_１ 、Ｘ_２ は単
    結合、 【化９】 であり、Ａ_１ は単結合または 【化１０】 のいずれかであり、Ａ_２ は 【化１１】 のいずれかを示す。） 【化１２】 （式中、Ｒ₃は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐
    状のアルキル基であり、Ｘ₃、Ｘ₄は単結合、 【化１３】 であり、Ａ₃は 【化１４】 のいずれかを示す。ｎは３〜１６の整数を示す。）
12. 【請求項１２】 前記一般式（Ａ）で示される液晶性化
    合物の少なくとも１種以上と、前記一般式（Ｂ）で示さ
    れる液晶性化合物の少なくとも１種以上を各々１〜３０
    重量％含有する請求項１１記載の液晶素子。
13. 【請求項１３】 請求項３，４，７，８，１１または１
    ２のいずれかの項に記載の液晶素子を具備してなる液晶
    装置。
14. 【請求項１４】 請求項３，４，７，８，１１または１
    ２のいずれかの項に記載の液晶素子と、該液晶素子の駆
    動手段と、光源とを具備してなる液晶表示装置。