JP3585183B2 - Liquid crystal composition, liquid crystal element having the same, and liquid crystal device having the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶素子、液晶表示装置や、液晶光シャッター等に用いる液晶組成物、液晶素子、及び液晶装置、特に強誘電性液晶組成物、強誘電性液晶素子、及び、強誘電性液晶装置に関し、詳しくは、液晶組成物中にある特定の化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、極低温（例えば−１５℃）で長時間放置されても、見かけのチルト角θａ、コントラスト、配向状態などの特性が変化することのない強誘電性液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備えた液晶装置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）およびラガーウォル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書）。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クティック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の光学的安定状態とのいずれかを取り、か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イへの応用が期待されている。
【０００３】
ところで、このような強誘電性液晶、特にカイラルスメクティック液晶を大画面・高精細ディスプレイに利用した場合において、高いコントラストを有し、かつ高速表示を可能とした技術が、特開平０３−２５２６２４号公報に開示されている。
【０００４】
まず、高いコントラストを得る方法について説明する。
▲１▼ 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Ｉ／Ｉ０ は次の式［１］で表されるが、この式より、透過率Ｉ／Ｉ０ を高めて表示品質を向上させるためには、見かけのチルト角θａ（詳細は後述）が２２．５°であることが望ましいことが分かる。
【０００５】
【数２】
Ｉ／Ｉ０ ＝ｓｉｎ４θａｓｉｎ２ （Δｎｄ／λ）π ［１］
ここで、Ｉ０ は入射光強度、
Ｉは 透過光強度、
θａは見かけのチルト角、
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。
【０００６】
なお、前述の非らせん構造における見かけのチルト角θａは第１と第２の配向状態で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れることになる。
【０００７】
▲２▼ しかし、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においては、見かけのチルト角θａ（２の安定状態の分子軸のなす角度の１／２）は、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）と較べて小さくなり、一般に３°〜８°程度で、その時の透過率Ｉ／Ｉ０ はせいぜい３〜５％程度と低かった。
【０００８】
▲３▼ ところで、スメクチック液晶は一般に層構造をもつが、ＳｍＡ相からＳｍＣ相またはＳｍＣ＊相に転移すると層間隔が縮むので図２のように２１で表わされる液晶層が、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＊相に転移した直後に現われる配向状態（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われる配向状態（Ｃ２配向状態）の部分２３における場合、の２つがあり得る。また、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つの状態（以下、ユニフォーム状態と呼ぶ）が現われることが発見された。
【０００９】
そして、これらの状態は電界をかけると互いに遷移し、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が、ユニフォーム２状態を用いると、大きな見かけのチルト角θａを生じ、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ことがわかった。
【００１０】
したがって、表示素子として画面全体をＣ１配向状態に統一し、かつＣ１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。
【００１１】
▲４▼ ここで、Ｃ１配向およびＣ２配向での基板近くのディレクタは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれコーン３１上にある。またよく知られているように、基板界面の液晶分子は、ラビングによって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（ａ）（ｂ）では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）方向である。
【００１２】
上のことにより液晶のコーン角Θ、プレチルト角αおよび層傾斜角（液晶層と基板法線とのなす角度）δの間には、
【００１３】
【数３】
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。
【００１４】
したがって、Ｃ２配向を生ぜずＣ１配向を生じさせるための条件は、
【００１５】
【数４】
Θ−δ＜α つまり Θ＜α＋δ （Ｉ）
となる。
【００１６】
さらに界面の液晶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
【００１７】
【数５】
α＞δ （ＩＩ）
が得られる。
【００１８】
よって、Ｃ１→Ｃ２転移が起こりにくく、Ｃ１配向状態をより安定に形成させるには、（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ことが理解できる。
【００１９】
この上述した条件（Ｉ）及び（ＩＩ）を満足する場合には、液晶の見かけのチルト角θａは、上述した３°〜８°程度から８°〜１６°程度にまで増大し、液晶のコーン角Θと見かけのチルト角θａとの間には、
【００２０】
【数６】
Θ＞θａ＞Θ／２ （ＩＩＩ）
なる関係式が成り立つことが経験的に得られた。
【００２１】
以上のように（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）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。なお、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０°〜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。
【００２２】
次に、高速表示が可能となる技術について説明する。
▲１▼ カイラルスメクテ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および高精細化を可能とする表示装置であるが、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、およ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。
【００２３】
▲２▼ この問題に対する解決法は、特開昭６０−３１１２０号公報、特開平１−１４０１９８号公報等で開示されている。
すなわち、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、走査電極を全数また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き込みという）と、走査電極を全数また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き込みという）とを有する表示装置を用いることにより、部分的動画表示を部分書き込みで行うことによって高速表示が可能となり、部分書き込みと全面書き込みの両立が実現できる。
【００２４】
この強誘電性液晶層を一対の基板間に挟持した素子で前述した様な単純マトリクス表示装置とした場合では、例えば特開昭５９−１９３４２６号公報、特開昭５９−１９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４６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。
【００２５】
図６は、駆動法の波形図の一例である。また、図５は、マトリクス電極を配置した強誘電性液晶パネルの一例の平面図である。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５３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とデータ線との間には強誘電性液晶が配置されている。
【００２６】
図６（Ａ）中のＳＳ は選択された走査線に印加する選択走査波形を、ＳＮ は選択されていない非選択走査波形を、ＩＳ は選択されたデータ線に印加する選択情報波形（黒）を、ＩＮ 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。また、図中（ＩＳ −ＳＳ ）と（ＩＮ −ＳＳ ）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（ＩＳ −ＳＳ ）が印加された画素は黒の表示状態をとり、電圧（ＩＮ −ＳＳ ）が印加された画素は白の表示状態をとる。
【００２７】
図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す駆動波形で、図７に示す表示を行ったときの時系列波形である。
図６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ｔ２ の時間に相当し、１ラインクリヤｔ１ 位相の時間が２Δｔに設定されている。
さて、図６に示した駆動波形の各パラメータＶＳ ，ＶＩ ，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。
【００２８】
図８は後述するバイアス比を一定に保ったまま駆動電圧（ＶＳ ＋ＶＩ ）を変化させた時の透過率Ｔの変化、即ちＶ−Ｔ特性を示したものである。ここではΔｔ＝５０μｓｅｃ、バイアス比ＶＩ ／（ＶＩ ＋ＶＳ ）＝１／３に固定されている。図８の正側は図６で示した（ＩＮ −ＳＳ ）、負側は（ＩＳ −ＳＳ ）で示した波形が印加される。
【００２９】
ここで、Ｖ１ ，Ｖ３ をそれぞれ実駆動閾値電圧及びクロストーク電圧と呼ぶ。また、Ｖ２ ＜Ｖ１ ＜Ｖ３ の時ΔＶ＝Ｖ３ −Ｖ１ を電圧マージンと呼び、マトリクス駆動可能な電圧幅となる。Ｖ３ は強誘電性液晶表示素子駆動上、一般的に存在すると言ってよい。具体的には、図６（Ａ）（ＩＮ −ＳＳ ）の波形におけるＶＢ によるスイッチングを起こす電圧値である。勿論、バイアス比を大きくすることによりＶ３ の値を大きくすることは可能であるが、バイアス比を増すことは情報信号の振幅を大きくすることを意味し、画質的にはちらつきの増大、コントラストの低下を招き好ましくない。
【００３０】
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、電圧マージンΔＶは液晶材料のスイッチング特性に強く依存し、ΔＶ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。
【００３１】
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」及び「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」又は「白」の状態を保持することが可能である印加電圧の上下限の値及びその幅（駆動電圧マージンΔＶ）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にしておく必要がある。
【００３２】
以上のように、上述した（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）式の条件を満たす液晶素子を、上述の部分書き込みを行な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。
【００３３】
通常の強誘電性液晶の応答速度の温度に対する変化は、粘性に依存して変化しているためにかなり大きく、５〜５０℃において十数倍もあり、駆動電圧などによる調節の範囲を超えているのが現状である。また大画面ディスプレイを実使用する場合、数℃〜十数℃の面内温度分布に対して、同一駆動条件で出画可能でなくてはならないが、従来の液晶材料では、駆動条件の温度依存性が大きすぎた。
【００３４】
本発明者らは、応答速度の温度依存性が大きくなってくる低温側で、層の傾斜角δが温度降下に対し減少傾向を示せば、従来の単調に増加するものに比較して、応答速度の温度依存性は格段に改善されること、即ち、δの値が温度の降下にともない増加し、その後、減少していくような（極大値を有する）温度特性を有する事を特徴とする強誘電性液晶組成物を用いる事によって、駆動条件の温度依存性の小さな液晶素子、表示装置を提供することができることを明らかにした。（特願平３−３０７８０２号）
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
液晶組成物は、セルの中での過冷却状態がかなり安定であり、バルクの状態でのメルティングポイント以下になっても結晶化や偏析が起こらないことが多い。特にプレチルト角が５°以上の素子構成においてはこの現象は顕著である。このため、低温における保存試験は問題とならない場合が多い。
【００３６】
しかしながら、上述した、δの値が温度の降下にともない増加し、その後、減少していくような（極大値を有する）温度特性を有する強誘電性液晶組成物を用いた素子の場合、液晶組成物のメルティングポイントとは無関係に、低温保存後の素子特性に異常を来たすことが多発した。詳しくは、極低温（例えば−１５℃）で長時間放置されると、再び昇温しても、見かけのチルト角θａ、コントラスト、液晶分子の配向状態などの多くの特性が変化してしまい、初期には戻らなくなってしまう様な現象である。
【００３７】
これはディスプレイの表示特性を著しく劣化させる事になり、製品の輸送や保管をするにあたって大きな問題となる。
この現象は、層の傾斜角δの環境温度変化（特に極低温〜室温間）に対するヒシテリシスと関連していると考えられるが、液晶組成物の種類によっても、その程度に大きな差が生じた。
【００３８】
さらに、実用上、ディスプレイとしての使用温度範囲を５〜３５℃程度とした場合、素子周辺からの熱蓄積により、液晶素子自身の環境温度は５〜５０℃程度になる。通常の強誘電性液晶を用いたディスプレイでは、このすべての温度範囲で良好な画質を保つことは実現されていないのが現状である。特に層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整された液晶組成物を用いた場合、低温度領域における駆動マージンの確保は大きな課題となっている。
【００３９】
室温付近の温度では、Ｃ１ユニフォーム配向状態の高コントラストの良好な画像を実現できても、低温域ではマトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現する場合がある。このため、低温域では駆動マージンの減少が大きく、使用環境温度範囲内で良好な画像や駆動マージンを実現できているとは言い難かった。
【００４０】
そこで、本発明は、液晶組成物中にある特定の化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、極低温（例えば−１５℃）で長時間放置されても、見かけのチルト角θａ、コントラスト、配向状態などの特性が変化することのない液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備えた液晶装置を提供することを目的とするものである。
【００４１】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明者らは、上述の問題点を解決すべく、特定の液晶性化合物を組み合わせ、これを用いた液晶組成物、これを使用した液晶素子、更にこれを用いた液晶装置について、鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったものである。
【００４２】
すなわち、本発明は、下記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物をそれぞれ０．１〜３０重量％含有することを特徴とする液晶組成物を用いることにより達成される。
【００４３】
【化１８】
Ｘ１、Ｘ２は単結合、−Ｏ−、
【００４４】
【化１９】
【００４５】
Ａ１は
【００４６】
【化２０】
【００４７】
一般式（Ａ）で示される液晶性化合物の合成手段は、例えば特願平５−３４４７３８号に開示された方法によって得ることができる。
一般式（Ａ）で示される液晶性化合物の好ましい具体的な化合物例を下記の表に示す。表中におけるアルファベットは下記に示す側鎖基または環状基を示す。
【００４８】
【化２１】
【化２２】
【表１】
【表２】
【化２３】
Ｘ３は単結合、−Ｏ−、
【００５３】
【化２４】
【００５４】
【化２５】
【００５５】
Ａ２は
【００５６】
【化２６】
一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物の合成手段は、例えば特願平５−１９７４号あるいは特願平５−３１２９２４号に開示された方法によって得ることができる。
一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物の好ましい具体的な化合物例を下記の表に示す。表中におけるアルファベットは下記に示す側鎖基または環状基を示す。
【００５７】
【化２７】
【化２８】
【表３】
【表４】
【表５】
本発明で用いる液晶性化合物（ｍｅｓｏｍｏｒｐｈｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）は、それ自体単独で液晶としての相転移系列をとるか否かは限定されず、液晶組成物中で液晶成分としての好適な機能をなすものであればよい。
【００６３】
本発明の液晶組成物は、一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物をそれぞれ０．１〜３０重量％含有することが望ましく、０．１重量％未満では効果の出現性が希薄となり、３０重量％を越えると、多の特性とのバランスを大きく崩し、更には一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物で６０重量％を越えることになり、液晶組成物に用いられる、その他の液晶性化合物（本発明の一般式（Ａ）、一般式（Ｂ）以外）との量比関係から、相転移温度などの調整が困難となってしまい、好ましくない。
【００６４】
また、好ましくはそれぞれ０．１〜２０重量％含有すると、他の特性を大きく損なうことなく、本発明が目的とする効果を発現させることができる利点があり、更に好ましくは、それぞれ０．５〜１５重量％含有すると、更に本発明が目的とする効果を最も確実に発現させ、更には、液晶組成物に用いられる、その他の液晶性化合物（本発明の一般式（Ａ）、一般式（Ｂ）以外）との量比関係から、相転移温度などの調整が容易となる利点がある。
【００６５】
また、好ましくは、前記液晶組成物がカイラルスメクティックＣ相を有し、かつ、０℃〜６０℃の範囲において、カイラルスメクティックＣ相の層の傾斜角δの大きさが、３°〜１５°、好ましくは３°〜１２°に調整されていることが望ましい。
【００６６】
更に、本発明は、カイラルスメクティック液晶と、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平行あるいは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において、該液晶が、前記一般式（Ａ）及び前記一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物を各々０．１〜３０重量％を含有する液晶組成物であることを特徴とする液晶素子を用いることにより達成される。
【００６７】
好ましくは、前記液晶素子に使用される前記液晶組成物が、カイラルスメクティックＣ相を有し、０℃〜６０℃の範囲において、カイラルスメクティックＣ相の層の傾斜角δの大きさが、３°〜１５°に調整されている液晶組成物であることが望ましい。
【００６８】
更に好ましくは、前記液晶素子において、カイラルスメクティック液晶、及びその液晶素子の室温近傍におけるプレチルト角をα、コーン角Θ、液晶の層の傾斜角をδとすれば、カイラルスメクティック液晶が、下記（Ｉ）式、及び、（ＩＩ）式で表される配向状態を有し、かつ、この配向状態において、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とコーン角Θとが、下記（ＩＩＩ）式の関係を有し、該液晶が、前記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物を各々０．１〜３０重量％を含有する液晶組成物であることが望ましい。
【００６９】
【数７】
Θ＜α＋δ （Ｉ）
δ＜α （ＩＩ）
Θ＞θａ＞Θ／２ （ＩＩＩ）
【００７０】
更に好ましくは、前記液晶素子の一軸性配向軸の交差角が０°〜２５°であることが望ましい。
より好ましくは、前記液晶素子のプレチルト角αの大きさが、５°以上であることが望ましい。
更に、本発明は、前記液晶組成物を使用した前記液晶素子の駆動回路と、光源を具備する液晶装置により達成される。
【００７１】
更に好ましくは、本発明において、液晶組成物を構成するその他の好ましい液晶性化合物としては、下記一般式（１）〜（５）の構造を有する液晶性化合物などをあげることができ、これらを主な構成成分とし、適時、各液晶性化合物の配合比を変え、液晶組成物とすることが望ましい。
【００７２】
【化２９】
（式中、Ｒ２１、Ｒ２２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、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、Ｒ２１、Ｒ２２は光学活性であっても良い。Ｙ１ は水素原子またはフッ素原子を表す。ｐ，ｑは、０、１、２であって、ｐ＋ｑは１または２である。）
【００７４】
【化３０】
【００７５】
【化３１】
【００７６】
Ｒ２３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、
Ｒ２４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のアルキル基であり、Ｒ２３、Ｒ２４の示す該アルキル基中の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またはＣＦ３を示す。また、Ｒ２３、Ｒ２４は光学活性であっても良い。）
【００７７】
【化３２】
【００７８】
【化３３】
【００７９】
Ｒ２５、Ｒ２６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、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またはＣＦ３を示す。
また、Ｒ２５、Ｒ２６は光学活性であっても良い。）
【００８０】
【化３４】
【００８１】
【化３５】
【００８２】
Ｒ２７、Ｒ２８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、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またはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２７、Ｒ２８は光学活性であっても良い。）
【００８３】
【化３６】
（式中、Ｒ２９、Ｒ３０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、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またはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２９、Ｒ３０は光学活性であっても良い。）
【００８５】
一般式（１）〜（４）の化合物のより好ましい化合物例を下記に示す。
一般式（１）の化合物のより好ましい化合物例
【００８６】
【化３７】
一般式（２）の化合物のより好ましい化合物例
【００８８】
【化３８】
一般式（３）の化合物のより好ましい化合物例
【００９０】
【化３９】
一般式（４）の化合物のより好ましい化合物例
【００９２】
【化４０】
上記の式中、Ｒ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、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またはＣＦ３ を示す。また、Ｒは光学活性であっても良い。
Ｙ１ は、水素または、フッ素を表す。
【００９４】
本発明の構成をより詳細に、図に基づいて以下に説明する。
図１は強誘電性液晶素子の構成を説明するために、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１５は液晶層、１１ａ，１１ｂはガラス基板、１２ａ，１２ｂは透明電極、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは絶縁性配向制御層、１６はスペーサー、１７ａ，１７ｂは偏光板を示している。
【００９５】
２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂには、それぞれＩｎ２ Ｏ３ 、ＳｎＯ２ あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの薄膜からなる透明電極１２ａ，１２ｂが被覆されている。
その上に、液晶を特定の方法に並べる絶縁性配向制御層が形成されている。絶縁性配向制御層は、単層であっても、複数の材料で構成された、複数の層であってもよい。
【００９６】
図１においては、絶縁性配向制御層が、無機物質で絶縁膜１３ａ，１３ｂを形成し、その上に有機物質で配向制御膜１４ａ，１４ｂを形成する、２層構成の絶縁性配向制御層である場合を例示している。
【００９７】
無機物質としては、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、ホウ素窒化物、水素を含有するホウ素窒化物、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、タンタル酸化物やフッ化マグネシウムなどを用いることができ、具体的には、ＳｉＯ２ 膜、ＴｉＯ２ 膜、Ｔａ２ Ｏ５ 膜などを挙げることができる。
【００９８】
有機物質としては、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を用いることができ、具体的には、下記構造式で示されるポリイミドなどを挙げることができる。
【００９９】
更に、また無機物質絶縁性配向制御層の単層、あるいは有機物質絶縁性配向制御層の単層で絶縁性配向制御層が形成されていてもよい。
【０１００】
【化４１】
配向制御膜１４ａと１４ｂは、配向方向が下配向膜１４ｂを基準として、上配向膜１４ａが、上配向膜１４ａの方から見て、左回り（または右回り）に０〜２５°の交差角を持って一軸配向処理を行い、かつ、同一方向（図１で言えば矢印Ａ方向）になる様にラビング処理してある。
以下においては、上記の様に交差角を定義する。
この絶縁性配向制御層が無機系ならば、蒸着法等で形成できる。
【０１０２】
又、有機系ならば有機絶縁物質を溶解させた溶液又はその前駆体溶液（溶剤に０．１〜２０ｗｔ％、好ましくは０．２〜２０ｗｔ％を配合）を用いて、スピンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、スプレイ塗布法、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）で硬化させることができる。
【０１０３】
絶縁性配向制御層１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの層厚は、各々、通常３〜１０００ｎｍ、好ましくは３〜３００ｎｍ、更に好ましくは５〜２００ｎｍが適している。
【０１０４】
この２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂはスペーサー１６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、周囲をシール剤、例えばエポキシ系接着剤を用いて接着する方法がある。
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よい。
【０１０５】
この２枚のガラス基板の間に強誘電性液晶が封入されている。
【０１０６】
強誘電性液晶が封入される液晶層１５は、一般的には０．５〜２０μｍ、好ましくは、０．８〜５μｍである。
また素子とした場合に、良好な配向性を示すモノドメイン状態を得るには、その強誘電性液晶が、等方相からカイラルネマティック相（コレステリック相）、スメクティックＡ相、カイラルスメクティックＣ相と変化する相転移系列を有していることが望ましい。
【０１０７】
また、ガラス基板１１ａ，１１ｂの外側には偏光板１７ａ，１７ｂが貼り合わせてある。図１は透過型なので、光源を備えている。
【０１０８】
この強誘電性液晶層を一対の基板間に挟持した素子で、単純マトリクス表示装置とした場合では、例えば、特開昭５９−１９３４２６号公報、特開昭５９−１９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４６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。
【０１０９】
図４は、駆動法の波形図の一例である。
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液晶パネルの平面図である。
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５３のデータ線とが互いに交差して配線され、その交差分の走査線とデータ線との間には強誘電性液晶が配置されている。
【０１１０】
本発明の液晶素子は、種々の液晶装置を構成するが、特に表示素子として液晶表示装置を構成するものが好ましい。
本発明による液晶素子を表示パネル部に使用し、図９及び図１０に示した走査線アドレス情報を持つ画像情報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。
【０１１１】
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にて行われ、図９及び図１０に示した信号転送手段に従って表示パネル１０３に転送される。
【０１１２】
グラフィックスコントローラ１０２は、ＣＰＵ（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、本発明による液晶素子を用いた液晶表示装置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。
【０１１３】
本発明に係る液晶素子におけるコーン角Θ、見かけのチルト角θａ、液晶層の傾斜角δ、プレチルト角α、及び自発分極Ｐｓは、以下の様にして測定することができる。
【０１１４】
＜コーン角Θの測定＞
±３０Ｖ〜±５０Ｖ、１〜１００ＨｚのＡＣ（交流）を液晶素子の上下基板間に電極を介して印加しながら、直交クロスニコル下、その間に配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させると同時に、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）及び第２の消光位を求める。
そして、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とする。
【０１１５】
＜見かけのチルト角θａの測定＞
液晶の閾値の単発パルスを印加した後、無電界下、かつ直交クロスニコル下において、その間に配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させ、第１の消光位を求める。
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の消光位を求める。
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を見かけのチルト角θａとする。
【０１１６】
＜液晶層の傾斜角δの測定＞
基本的には、クラークやラガーウォルによって行われた方法（Ｊａｐａｎ Ｄｉｓｐｌａｙ‘８６，Ｓｅｐ．３０〜Ｏｃｔ．２，１９８６，４５６〜４５８）、あるいは、大内らの方法（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．２７（５）（１９８８）７２５〜７２８）と同様の方法により測定した。
測定装置は、回転陰極方式Ｘ線回折装置（ＭＡＣサイエンス製）を用い、液晶セルのガラス基板へのＸ線の吸収を低減させるため、基板にはコーニング社製のマイクロシート（８０μｍ）を用いた。
【０１１７】
＜プレチルト角αの測定＞
Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．１９（１９８０）Ｎｏ．１０，Ｓｈｏｒｔ Ｎｏｔｅｓ ２０１３に記載されている方法（クリスタルローテイション法）に従って求めた。つまり、ラビングした基板を平行、かつ反対方向にはり合わせて、厚さ２０μｍのセルを作成し、チッソ（株）製の強誘電性液晶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、測定を行った。
【０１１８】
【化４２】
【０１１９】
測定方法は、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、その反対側で入射偏光面と平行な透過軸を持つ偏光版を通して、フォトダイオードで透過光強度を測定した。
【０１２０】
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て、理論曲線と下記に示す式とフィッティングを行うシミュレーションにより、プレチルト角αを求めた。
【０１２１】
【数８】
＜自発分極の測定方法＞
自発分極は、Ｋ．ミヤサト他［三角波による強誘電性液晶の自発分極の直接測定方法］（日本応用物理学会誌２２、１０号、Ｌ（６６１）１９８３、（“Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ Ｗａｖｅｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｎ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ”，ａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ Ｋ．Ｍｉｙａｓａｔｏ ｅｔ ａｌ．（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２．Ｎｏ１０．Ｌ６６１（１９８３）））によって測定した。
【０１２３】
【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。
【０１２４】
実施例１
下記構造の化合物を、下記に示す配合比にて配合して、液晶組成物１を作成した。
【０１２５】
【化４３】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物１Ｓ、１Ａ、１Ｂを作成した。
なお、液晶組成物１Ａ、１Ｂはそれぞれ、比較例１、２のために作成した。
【０１２７】
なお、本実施例１、及び、比較例１、２のために作成した液晶の相転移温度、及び、３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに、層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１３１】
本実施例において、ガラス基板１１ａ，１１ｂの厚さを１．１ｍｍとし、透明電極１２ａ，１２ｂとしては、サイドメタル（モリブデン）付きのＩＴＯ膜を用いた。さらに、該透明電極１２ａ，１２ｂの上には、透明誘電体膜としての酸化タンタルを、スパッタ法により１５０ｎｍ厚に成膜した。また、配向制御膜１４ａ，１４ｂとしては、３０ｎｍ厚のポリイミド膜を用いており、その形成は、ポリイミド前駆体溶液であるＬＱ１８０２（日立化成（株）製）のＮＭＰ溶液を用いてスピンナー塗布法により行った。配向制御膜１４ａ，１４ｂには、アセテート植毛布によるラビング処理を施している。
【０１３２】
またさらに、スペーサ１６としては平均粒径１．２μｍのシリカマイクロビーズを用いており、ノードソン静電散布方式で分布密度３００個／ｍｍ２ になるように散布した。さらに、シール材としては液状接着剤（商品名：ストラクトボンド；三井東圧社製）を用いており、６μｍの膜厚になるように印刷塗布している。
【０１３３】
次いで、２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂを左回りに４〜１２°の交差角でかつ同方向に貼り合わせ、７０℃の温度下で２．８Ｋｇ／ｃｍ３ の圧力を５分間印加することによって圧着し、さらに１５０℃の温度下で０．６３Ｋｇ／ｃｍ３ の圧力を加えながら、４時間かけて２種の接着剤を硬化し、セルを作製した。
【０１３４】
その後の液晶セル内を約１０Ｐａまで減圧し、前記の液晶組成物１、１Ｓ、１Ａ、１Ｂを等方性液体相、または、コレステリック相で注入し、その後、コレステリック相とスメクチックＡ相を通してカイラルスメクチックＣ相を生じる３０℃に冷却した。
【０１３５】
この液晶素子を用いて、３０℃及び５℃における配向性を観察すると共に、図４に示す駆動波形（１／３．３バイアス比）で駆動マージンΔＶ（Ｖ３ −Ｖ１ ）を測定し駆動性を観察した（但し、ΔＴはＶ１ ＝１５．０Ｖになるように設定した。）。
【０１３６】
また、３０℃における駆動時のコントラストの測定も同時に行った。本実験において、コントラスト（Ｃ／Ｒ）の測定は、光源の光量を一定にし、直交クロスニコル間で、上記の液晶素子を無電界時の一方の消光位（透過率が最も低くなる位置）に配置し、フォトマルチメーター（浜松フォトニクス（株）製）で透過光量を検知して測定した。色および黒の表示は、同様に図４に示す駆動波形を用いて走査側±１１．２Ｖ（一部±４．８Ｖ）、情報側±４．８Ｖ、すなわち図４中のＶｏｐ＝１６．０Ｖで行った（ΔＴは同様にＶ１ ＝１５．０Ｖになるように設定した）。
【０１３７】
本実施例における測定結果を表７に示すが、ここにおける配向性とは、未駆動時の配向性を示す。また、駆動電圧マージンのパラメータＭは、
【０１３８】
【数９】
Ｍ＝（Ｖ３ −Ｖ１ ）／（Ｖ３ ＋Ｖ１ ）
で定義し、この値が大きい方が、駆動電圧の変動に対する画像表示能力の余裕度が大きい事を示している。（この値が、０．１以上であれば実用上表示装置に用いることが可能であるといえる）
【０１３９】
配向性、および駆動性のランクは次のようにした。
配向性
Ｃ１Ｕ ： 全領域Ｃ１ユニフォーム配向
Ｃ１Ｔ ： Ｃ１スプレイ配向の出現
Ｃ２ ： Ｃ２配向の出現
【０１４０】
駆動性
Ｃ１Ｕ ： Ｃ１ユニフォーム配向間のみのスイッチング
Ｃ１Ｔ ： Ｃ１スプレイ配向の出現
Ｃ２ ： Ｃ２配向の出現
【０１４１】
以下に、低温保存性の評価方法を述べる。
低温保存性の評価は、上記の液晶素子を用いて３０℃での駆動電圧マージンのパラメータＭ、見かけのチルト角θａ、コントラストＣ／Ｒを測定、及び配向状態を観察し、それを初期状態とする。次に、この素子を恒温槽中で−１５℃に９６時間放置した後に再び低温保存後の特性として、３０℃で、Ｍ、θａ、Ｃ／Ｒ、及び配向状態を測定及び観察し、低温保存前の各々の特性と比較し変化のほぼ無いものを低温保存性良好と判断した。
【０１４２】
また、“配向性変化”で、“スジ”と示したものは、初期状態においては観察されることのなかった、ラビング方向と直交する向き（スメクチック層方向）に他のドメインとは消光位の異なるスジ状の配向状態が現れたことを示す。この配向状態のドメインが現れると、コントラストが低下するばかりではなく、他の部分と閾値電圧が異なるためにパラメータＭの値も著しく減少する。
【０１４３】
実施例２
下記に示す液晶性化合物を各々下記に示すｗｔ％にて配合し、液晶組成物２を作成した。
【０１４４】
【化４４】
【化４５】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物２Ｓ、２Ａ、２Ｂを作成し、実施例１、及び、比較例１、２で用いた液晶組成物に替えて、これらの液晶組成物を使用した以外は同様に液晶素子を作成し、実施例１、及び比較例１、２と同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１４７】
なお、液晶組成物２Ａ、２Ｂはそれぞれ、比較例３、４のために作成した。
【０１４８】
なお、本実施例２及び比較例３、４のために作成した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１５２】
実施例３
下記に示す液晶性化合物を各々下記に示すｗｔ％にて配合し、液晶組成物３を作成した。
【０１５３】
【化４６】
【化４７】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物３Ｓ、３Ａ、３Ｂを作成し、実施例１及び比較例１、２で用いた液晶組成物に替えて、これらの液晶組成物を使用した以外は同様に液晶素子を作成し、実施例１及び比較例１、２と同様の評価を行った。結果を表７に示す。
なお、液晶組成物３Ａ、３Ｂはそれぞれ、比較例５、６のために作成した。
【０１５６】
なお、本実施例３及び比較例５、６のために作成した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θならびに層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１６０】
実施例４
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物４Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１６１】
なお、本実施例４に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６３】
実施例５
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物５Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１６４】
なお、本実施例５に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６６】
実施例６
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物６Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１６７】
なお、本実施例６に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６９】
表７より明らかなように、ベースとなる液晶組成物１と比較して、液晶性化合物Ａ及びＢを同時に含有させた本発明による液晶組成物１Ｓが、低温域での駆動特性、低温保存性が共に優れ、総合的に実用的であることがわかる。
【０１７０】
一方、液晶性化合物Ａを加えた１Ａは低温域での駆動特性が向上しているが、低温保存性では劣る。また、液晶性化合物Ｂを加えた１Ｂは逆に低温保存性は向上しているが、低温域での駆動特性が、優れているとは言えない。
【０１７１】
このように低温保存性、低温域での駆動特性の両方の特性を向上させる為には液晶化合物Ａ、Ｂを共に含有させることが重要であり、更には、液晶化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した場合よりも格段に効果があることがわかる。
【０１７２】
また、実施例２においても、液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させた液晶組成物２Ｓは、ベースとなる液晶組成物２、及び液晶性化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した２Ａ、２Ｂと比較して、低温域での駆動特性、低温保存性の両方の特性が向上している。
【０１７３】
更に、実施例３においても、液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させた液晶組成物３Ｓは、ベースとなる液晶組成物３、及び液晶性化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した３Ａ、３Ｂと比較して、低温域での駆動特性、低温保存性の両方の特性が向上している。
【０１７４】
同様に液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させて調製した液晶組成物４Ｓ、５Ｓ、６Ｓも低温域での駆動特性、低温保存性両方の特性を満足させている。
【０１７５】
【表６】
ここで、Ｃｒｙ ；結晶相または高次のスメクチック相
ＳｍＣ＊；カイラルスメクチックＣ相
ＳｍＡ ；スメクチックＡ相
Ｃｈ ；コレステリック相
Ｉｓｏ ；等方性液体相
を各々示す。
【０１７７】
【表７】
表７中コントラスト測定の欄（Ｃ／Ｒ）において、“−”表示されているのは、コントラストが測定不能であったことを意味する。
【０１７９】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、液晶組成物中に一般式（Ａ）及び（Ｂ）で示される液晶性化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、極低温（例えば−１５℃）で長時間放置されても、見かけのチルト角θａ、コントラスト、配向状態などの特性が変化することのない液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備えた液晶装置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構成の一例を示す模式的断面図である。
【図２】シェブロン構造におけるＣ１配向及びＣ２配向状態を示す模式図である。
【図３】Ｃ１配向及びＣ２配向でのコーン角Θ、プレチルト角α及び層の傾斜角δの関係を示す模式図である。
【図４】図１の液晶素子に印加した電界の波形、及びフォトマルによって測定された光学応答波形と駆動波形との関係を示すためのタイミングチャート図である。
【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】従来技術の説明で述べた駆動法の波形図である。
【図７】図６（Ｂ）に示す時系列駆動波形で実際の駆動を行った時の表示パターンの模式図である。
【図８】駆動電圧を変化させた時の透過率の変化を表わすＶ−Ｔ特性図である。
【図９】本発明に係る液晶表示装置とグラフィックコントローラとの接続状態を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る液晶表示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状態を示すタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ 基板（ガラス基板）
１２ａ，１２ｂ 電極（透明電極）
１３ａ，１３ｂ 絶縁膜（絶縁性配向制御層）
１４ａ，１４ｂ 配向制御膜（絶縁性配向制御層）
１５ 液晶層
１６ スペーサー
１７ａ，１７ｂ 偏光版
４１ 白表示を行う時の電圧波形の一例
４２ 黒表示を行う時の電圧波形の一例
４３ ４２の駆動波形を印加した時の光学応答波形
４４ 白書き込み波形選択期間
４５ 黒書き込み波形選択期間
５１ 液晶パネル
５２ 走査電極群
５３ 情報電極群
１０１ 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[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a liquid crystal composition, a liquid crystal element, and a liquid crystal device used for a liquid crystal element, a liquid crystal display device, a liquid crystal optical shutter, and the like, particularly, a ferroelectric liquid crystal composition, a ferroelectric liquid crystal element, and a ferroelectric liquid crystal device. Regarding, in detail, even when the magnitude of the tilt angle δ of the layer is adjusted so as not to monotonously increase on the low temperature side by including a specific compound in the liquid crystal composition in combination, even in a low temperature region. In addition, a region exhibiting a C2 alignment state does not appear during matrix driving, and it is possible to suppress a decrease in driving margin in a low temperature region. In addition, even if the device is left at a very low temperature (for example, −15 ° C.) for a long time, A ferroelectric liquid crystal composition in which characteristics such as an apparent tilt angle θa, contrast, and alignment state do not change, a liquid crystal element using the same, a drive circuit for the liquid crystal element, and a light source. And a liquid crystal device.
[0002]
[Prior art]
A display device of a type that controls transmitted light by combining with a polarizing element utilizing the refractive index anisotropy of ferroelectric liquid crystal molecules has been proposed by Clark and Lagerwall (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 56). -107216, U.S. Pat. No. 4,367,924). This ferroelectric liquid crystal generally has a chiral smectic C phase (SmC *) or H phase (SmH *) having a non-helical structure in a specific temperature range, and in this state, the first phase responds to an applied electric field. Has the property of taking one of the optically stable state and the second optically stable state and maintaining the state when no electric field is applied, that is, has bistable stability, and also has a response to a change in the electric field. It is expected to be promptly used, widely used for high-speed and storage-type display elements, and is expected to be applied to a large-screen and high-definition display due to its function.
[0003]
By the way, when such a ferroelectric liquid crystal, particularly a chiral smectic liquid crystal is used for a large screen and a high definition display, a technique which has a high contrast and enables high-speed display is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 03-252624. Is disclosed.
[0004]
First, a method for obtaining high contrast will be described.
{Circle around (1)} In general, in the case of a liquid crystal element utilizing birefringence of liquid crystal, the transmittance I / I under crossed Nicols 0 Is expressed by the following equation [1]. From this equation, the transmittance I / I 0 It can be seen that in order to increase the display quality and improve the display quality, the apparent tilt angle θa (details will be described later) is desirably 22.5 °.
[0005]
(Equation 2)
I / I 0 = Sin4θasin 2 (Δnd / λ) π [1]
Where I 0 Is the incident light intensity,
I is the transmitted light intensity,
θa is the apparent tilt angle,
Δn is the refractive index anisotropy,
d is the thickness of the liquid crystal layer,
λ is the wavelength of the incident light,
It is.
[0006]
The apparent tilt angle θa in the non-helical structure described above appears as an angle in the average molecular axis direction of the liquid crystal molecules twisted and aligned in the first and second alignment states.
[0007]
{Circle around (2)} However, in a ferroelectric liquid crystal having a non-helical structure obtained by orienting a conventional rubbed polyimide film, the apparent tilt angle θa (1/2 of the angle formed by the molecular axis in the stable state of 2). ) Is smaller than the cone angle of the ferroelectric liquid crystal (Θ of the apex angle of the triangular pyramid shown in FIG. 3), and is generally about 3 ° to 8 °, and the transmittance I / I 0 It was as low as 3-5% at most.
[0008]
{Circle around (3)} By the way, the smectic liquid crystal generally has a layered structure, but the transition from the SmA phase to the SmC phase or the SmC * phase shortens the layer interval. Therefore, as shown in FIG. Takes a bent structure (chevron structure). As shown in the figure, the direction of bending appears in the orientation state (C1 orientation state)
[0009]
These states transition with each other when an electric field is applied. When a weak positive and negative pulse electric field is applied, a transition between the
[0010]
Therefore, if the entire screen is unified into the C1 orientation state as a display element and two high-contrast states in the C1 orientation are used as two states for black-and-white display, it is expected that a display with higher quality than before can be realized.
[0011]
{Circle around (4)} Here, the directors near the substrate in the C1 orientation and the C2 orientation are on the
[0012]
From the above, the liquid crystal cone angle Θ, the pretilt angle α, and the layer tilt angle (the angle between the liquid crystal layer and the substrate normal) δ are:
[0013]
(Equation 3)
In the case of C1 orientation Θ + δ> α
In the case of C2 orientation Θ−δ> α
Must be established.
[0014]
Therefore, the conditions for causing the C1 orientation without generating the C2 orientation are as follows:
[0015]
(Equation 4)
Θ−δ <α, that is, Θ <α + δ (I)
It becomes.
[0016]
Furthermore, from a simple consideration of the torque received when switching the liquid crystal molecules at the interface from one position to the other by an electric field, the conditions under which the switching of the interface molecules is likely to occur
[0017]
(Equation 5)
α> δ (II)
Is obtained.
[0018]
Therefore, it can be understood that it is effective to satisfy the relationship of the formula (II) in addition to the relationship of the formula (I) in order that the C1 → C2 transition hardly occurs and the C1 alignment state is formed more stably.
[0019]
When the above conditions (I) and (II) are satisfied, the apparent tilt angle θa of the liquid crystal increases from about 3 ° to 8 ° to about 8 ° to 16 °, and the cone of the liquid crystal increases. Between the angle Θ and the apparent tilt angle θa,
[0020]
(Equation 6)
Θ>θa> Θ / 2 (III)
It was empirically obtained that the following relational expression holds.
[0021]
As described above, it has been clarified that a display capable of displaying a high-contrast image can be realized if the conditions of the expressions (I), (II) and (III) are satisfied. Cross-rubbing in which the rubbing directions of the upper and lower substrates are shifted within a range of 0 ° to 25 ° (intersection angle) is also extremely effective in order to stably form the C1 alignment state and obtain good alignment.
[0022]
Next, a technology that enables high-speed display will be described.
{Circle around (1)} A display device using a chiral smectic liquid crystal element is a display device that can achieve a larger screen and higher definition than a conventional CRT or TN type liquid crystal display, but has a larger screen and higher definition. As a result, the frame frequency (single screen forming frequency) becomes low, and therefore, the speed of screen rewriting, smooth scrolling on character editing and graphics screens, and the speed of moving image display such as cursor movement are slow. There was a problem of becoming.
[0023]
{Circle around (2)} A solution to this problem is disclosed in JP-A-60-31120 and JP-A-1-140198.
That is, a display panel in which scanning electrodes and information electrodes are arranged in a matrix, means for selecting all or a predetermined number of scanning electrodes (the case of selecting by this means is referred to as entire writing), and all or a predetermined number of scanning electrodes By using a display device having means for partially selecting (selection by this means is referred to as partial writing), high-speed display can be performed by performing partial moving image display by partial writing, and partial writing and full writing can be performed. Both can be achieved.
[0024]
In the case of a simple matrix display device as described above using an element in which the ferroelectric liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates, for example, JP-A-59-193426, JP-A-59-193427, and The driving method disclosed in JP-A-60-156046, JP-A-60-15647 and the like can be applied.
[0025]
FIG. 6 is an example of a waveform diagram of the driving method. FIG. 5 is a plan view of an example of a ferroelectric liquid crystal panel on which matrix electrodes are arranged. In the
[0026]
S in FIG. 6 (A) S Represents the selected scanning waveform applied to the selected scanning line, N Represents an unselected scanning waveform that is not selected, S Represents the selection information waveform (black) applied to the selected data line, N Represents a non-selection information signal (white) applied to an unselected data line. In the figure, (I S -S S ) And (I N -S S ) Is a voltage waveform applied to the pixel on the selected scanning line, and the voltage (I S -S S ) Is in a black display state, and the voltage (I N -S S The pixel to which () is applied takes a white display state.
[0027]
FIG. 6B shows the drive waveforms shown in FIG. 6A and is a time-series waveform when the display shown in FIG. 7 is performed.
In the driving example shown in FIG. 6, the minimum application time Δt of the single polarity voltage applied to the pixels on the selected scanning line is equal to the writing phase t. 2 , And one line clear t 1 The phase time is set to 2Δt.
Now, each parameter V of the drive waveform shown in FIG. S , V I , Δt are determined by the switching characteristics of the liquid crystal material used.
[0028]
FIG. 8 shows that the driving voltage (V S + V I 3) shows the change in transmittance T when を is changed, that is, the VT characteristic. Here, Δt = 50 μsec, bias ratio V I / (V I + V S ) = 1/3. The positive side of FIG. 8 is shown in FIG. N -S S ) And the negative side is (I S -S S ) Is applied.
[0029]
Where V 1 , V 3 Are called an actual drive threshold voltage and a crosstalk voltage, respectively. Also, V 2 <V 1 <V 3 ΔV = V 3 -V 1 Is referred to as a voltage margin, and is a voltage width in which matrix driving is possible. V 3 Can be said to be generally present when driving a ferroelectric liquid crystal display element. Specifically, FIG. N -S S V) B Is a voltage value that causes switching due to Of course, by increasing the bias ratio, V 3 Can be increased, but increasing the bias ratio means increasing the amplitude of the information signal, which is undesirable in terms of image quality due to an increase in flicker and a decrease in contrast.
[0030]
In our study, a bias ratio of about 1/3 to 1/4 was practical. By the way, if the bias ratio is fixed, the voltage margin ΔV strongly depends on the switching characteristics of the liquid crystal material, and it goes without saying that a liquid crystal material having a large ΔV is very advantageous for matrix driving.
[0031]
At such a certain temperature, two states of “black” and “white” can be written to the selected pixel according to the two directions of the information signal, and the non-selected pixels can be written in the “black” or “white” state. The values of the upper and lower limits of the applied voltage capable of maintaining the state and the width thereof (driving voltage margin ΔV) differ between liquid crystal materials and are unique. In addition, since the driving margin is deviated by the change of the environmental temperature, in the case of an actual display device, it is necessary to set the driving voltage to the optimum with respect to the liquid crystal material and the environmental temperature.
[0032]
As described above, if the liquid crystal element satisfying the conditions of the above-described formulas (I), (II) and (III) is driven by the display device capable of performing the above-described partial writing, a high-contrast display can be realized on a large-screen and high-definition display. Image can be realized at high speed.
[0033]
The change of the response speed of ordinary ferroelectric liquid crystals with respect to temperature is considerably large because it changes depending on the viscosity, and is several tens of times at 5 to 50 ° C., exceeding the range of adjustment by driving voltage and the like. That is the current situation. In addition, when a large-screen display is actually used, it must be possible to output an image under the same driving conditions for an in-plane temperature distribution of several degrees Celsius to ten and several degrees Celsius, but in a conventional liquid crystal material, the driving conditions depend on the temperature. Sex was too big.
[0034]
The present inventors show that if the inclination angle δ of the layer shows a decreasing tendency with respect to the temperature drop on the low temperature side where the temperature dependence of the response speed becomes large, the response becomes smaller than the conventional monotonically increasing one. The temperature dependence of the speed is markedly improved, that is, it has a temperature characteristic in which the value of δ increases with a decrease in temperature and then decreases (has a maximum value). By using a ferroelectric liquid crystal composition, it has been clarified that a liquid crystal element and a display device having small temperature dependence of driving conditions can be provided. (Japanese Patent Application No. 3-307802)
[0035]
[Problems to be solved by the invention]
The supercooled state of the liquid crystal composition in the cell is fairly stable, and crystallization or segregation does not often occur even when the temperature falls below the melting point in a bulk state. This phenomenon is particularly remarkable in an element configuration having a pretilt angle of 5 ° or more. For this reason, storage tests at low temperatures often do not pose a problem.
[0036]
However, in the case of an element using a ferroelectric liquid crystal composition having a temperature characteristic (having a local maximum value) in which the value of δ increases with a decrease in temperature and then decreases with a decrease in the liquid crystal composition, Irrespective of the melting point of the product, the device characteristics after storage at low temperature often became abnormal. More specifically, when left at a very low temperature (for example, −15 ° C.) for a long time, even if the temperature is raised again, many characteristics such as an apparent tilt angle θa, contrast, and alignment state of liquid crystal molecules change. It is a phenomenon that will not return to the beginning.
[0037]
This significantly degrades the display characteristics of the display, and is a serious problem in transporting and storing products.
This phenomenon is considered to be related to the hysteresis with respect to the change in the ambient temperature of the layer inclination angle δ (particularly, between extremely low temperature and room temperature). However, the degree of the difference greatly varies depending on the type of the liquid crystal composition.
[0038]
Further, in practice, when the operating temperature range of the display is about 5 to 35 ° C., the environmental temperature of the liquid crystal element itself becomes about 5 to 50 ° C. due to heat accumulation from the periphery of the element. At present, a display using ordinary ferroelectric liquid crystal has not been able to maintain good image quality in all the temperature ranges. In particular, when using a liquid crystal composition adjusted so that the magnitude of the inclination angle δ of the layer does not monotonously increase on the low-temperature side, securing a driving margin in a low-temperature region is a major issue.
[0039]
At a temperature near room temperature, a high-contrast good image in the C1 uniform alignment state can be realized, but in a low temperature region, a region exhibiting the C2 alignment state may appear during matrix driving. For this reason, the drive margin is greatly reduced in the low temperature range, and it has been difficult to say that a good image and drive margin can be realized within the operating environment temperature range.
[0040]
Therefore, the present invention provides a liquid crystal composition comprising a specific compound in combination, even when the magnitude of the tilt angle δ of the layer is adjusted so as not to monotonously increase on the low temperature side, even in a low temperature region. In this case, the region exhibiting the C2 alignment state does not appear at the time of matrix driving, and it is possible to suppress a decrease in the driving margin in a low temperature region. In addition, the device can be left at a very low temperature (for example, −15 ° C.) for a long time. In addition, a liquid crystal composition in which characteristics such as an apparent tilt angle θa, contrast, and alignment state do not change, and a liquid crystal element using the same, a liquid crystal device including a driving circuit of the liquid crystal element, and a light source. It is intended to provide.
[0041]
Means and Action for Solving the Problems
The present inventors have intensively studied a liquid crystal composition using the same, a liquid crystal composition using the same, a liquid crystal element using the same, and a liquid crystal device using the same in order to solve the above-mentioned problems. As a result, the present invention has been achieved.
[0042]
That is, the present invention is achieved by using a liquid crystal composition containing 0.1 to 30% by weight of each of the liquid crystal compounds represented by the following general formulas (A) and (B). .
[0043]
Embedded image
X 1 , X 2 Is a single bond, -O-,
[0044]
Embedded image
[0045]
A 1 Is
[0046]
Embedded image
[0047]
The means for synthesizing the liquid crystalline compound represented by the general formula (A) can be obtained, for example, by the method disclosed in Japanese Patent Application No. 5-344738.
Preferred specific examples of the liquid crystal compound represented by the general formula (A) are shown in the following table. The alphabet in the table indicates a side chain group or a cyclic group shown below.
[0048]
Embedded image
Embedded image
[Table 1]
[Table 2]
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X 3 Is a single bond, -O-,
[0053]
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[0054]
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[0055]
A 2 Is
[0056]
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The means for synthesizing the liquid crystalline compound represented by the general formula (B) can be obtained, for example, by the method disclosed in Japanese Patent Application No. 5-1974 or 5-319924.
Preferred specific compound examples of the liquid crystal compound represented by the formula (B) are shown in the following table. The alphabet in the table indicates a side chain group or a cyclic group shown below.
[0057]
Embedded image
Embedded image
[Table 3]
[Table 4]
[Table 5]
The liquid crystalline compound (mesomorphic compound) used in the present invention is not limited by itself as to whether or not it takes a phase transition series as a liquid crystal by itself, as long as it has a suitable function as a liquid crystal component in a liquid crystal composition. Just fine.
[0063]
The liquid crystal composition of the present invention preferably contains each of the liquid crystal compounds represented by the general formulas (A) and (B) in an amount of 0.1 to 30% by weight. If it exceeds 30% by weight, the balance with various properties is greatly lost, and the liquid crystal compounds represented by the general formulas (A) and (B) exceed 60% by weight. From the quantitative ratio relationship with other liquid crystal compounds used in the liquid crystal composition (other than the general formulas (A) and (B) of the present invention), it becomes difficult to adjust the phase transition temperature and the like. Not preferred.
[0064]
Further, when each content is preferably 0.1 to 20% by weight, there is an advantage that the effects aimed at by the present invention can be exhibited without significantly impairing other characteristics, and more preferably 0.5 to 20% by weight. When the content is 15% by weight, the effects aimed at by the present invention are more reliably exhibited, and further, other liquid crystal compounds used in the liquid crystal composition (the general formulas (A) and (B) of the present invention) There is an advantage that the adjustment of the phase transition temperature and the like is easy due to the quantitative ratio relationship with (other than).
[0065]
Also, preferably, the liquid crystal composition has a chiral smectic C phase, and in a range of 0 ° C to 60 ° C, the magnitude of the tilt angle δ of the layer of the chiral smectic C phase is 3 ° to 15 °, Preferably, the angle is adjusted to 3 ° to 12 °.
[0066]
Further, the present invention provides a chiral smectic liquid crystal, which is opposed to the liquid crystal by sandwiching the liquid crystal, and an electrode for applying a voltage to the liquid crystal is formed on each of the opposing surfaces, and a uniaxial alignment for aligning the liquid crystal. In a liquid crystal element including a pair of substrates whose axes are parallel or subjected to an alignment process crossing each other at a predetermined angle, the liquid crystal has a liquid crystal property represented by the general formulas (A) and (B). This is achieved by using a liquid crystal element characterized by being a liquid crystal composition each containing 0.1 to 30% by weight of a compound.
[0067]
Preferably, the liquid crystal composition used in the liquid crystal element has a chiral smectic C phase, and in a range of 0 ° C to 60 ° C, the chiral smectic C phase layer has a tilt angle δ of 3 °. It is desirable that the liquid crystal composition is adjusted to an angle of about 15 °.
[0068]
More preferably, in the liquid crystal element, the chiral smectic liquid crystal and the pretilt angle of the liquid crystal element near room temperature are α, the cone angle Θ, and the inclination angle of the liquid crystal layer are δ, and the chiral smectic liquid crystal has the following (I) ) And an orientation state represented by the formula (II), and in this orientation state, at least two stable states are exhibited, and an apparent angle which is そ れ ら of the angle formed by the optical axes thereof. The tilt angle θa and the cone angle Θ have the relationship of the following formula (III), and the liquid crystal is a liquid crystal compound represented by the general formula (A) and the general formula (B) of 0.1 to 30. It is desirable that the liquid crystal composition contain the weight%.
[0069]
(Equation 7)
Θ <α + δ (I)
δ <α (II)
Θ>θa> Θ / 2 (III)
[0070]
More preferably, the crossing angle of the uniaxial alignment axis of the liquid crystal element is desirably 0 ° to 25 °.
More preferably, the magnitude of the pretilt angle α of the liquid crystal element is 5 ° or more.
Further, the present invention is achieved by a liquid crystal device including a driving circuit of the liquid crystal element using the liquid crystal composition and a light source.
[0071]
More preferably, in the present invention, other preferable liquid crystal compounds constituting the liquid crystal composition include liquid crystal compounds having the structures of the following general formulas (1) to (5). It is desirable that the liquid crystal composition is appropriately changed and the mixing ratio of each liquid crystal compound is changed as needed.
[0072]
Embedded image
(Where R 21 , R 22 Is a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and one or more methylene groups in the alkyl group are -O-, -S- , —CO—, —CHW—, —CH ＝ CH—, —C≡C—, where W is halogen, CN, CF 3 Is shown.
Also, R 21 , R 22 May be optically active. Y 1 Represents a hydrogen atom or a fluorine atom. p and q are 0, 1, and 2, and p + q is 1 or 2. )
[0074]
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[0075]
Embedded image
[0076]
R 23 Is a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms,
R 24 Is a hydrogen atom, a halogen, a CN group or a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms; 23 , R 24 One or more methylene groups in the alkyl group represented by -O-, -S-, -CO-, -CHW-, -CH = CH-, -C} May be replaced by C-,
W is halogen, CN or CF 3 Is shown. Also, R 23 , R 24 May be optically active. )
[0077]
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[0078]
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[0079]
R 25 , R 26 Is a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and one or more methylene groups in the alkyl group are -O-, -S —, —CO—, —CHW—, —CH ＝ CH—, —C≡C—, where W is halogen, CN or CF 3 Is shown.
Also, R 25 , R 26 May be optically active. )
[0080]
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[0081]
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[0082]
R 27 , R 28 Is a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and one or more methylene groups in the alkyl group are -O-, -S- , -CO-, -CHW-, -CH = CH-, -C≡C-, wherein W is halogen, CN or CF. 3 Is shown.
Also, R 27 , R 28 May be optically active. )
[0083]
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(Where R 29 , R 30 Is a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and one or more methylene groups in the alkyl group are -O-, -S- , -CO-, -CHW-, -CH = CH-, -C≡C-, wherein W is halogen, CN or CF. 3 Is shown.
Also, R 29 , R 30 May be optically active. )
[0085]
Preferred examples of the compounds represented by formulas (1) to (4) are shown below.
More preferred examples of the compound of the general formula (1)
[0086]
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More preferred examples of the compound of the general formula (2)
[0088]
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More preferred examples of the compound of the general formula (3)
[0090]
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More preferred examples of the compound of the general formula (4)
[0092]
Embedded image
In the above formula, R is a hydrogen atom, a halogen, a CN group or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and one or two or more of the alkyl groups The methylene group may be replaced by -O-, -S-, -CO-, -CHW-, -CH = CH-, -C≡C-, provided that the heteroatom is not adjacent, and W is a halogen, CN or CF 3 Is shown. R may be optically active.
Y 1 Represents hydrogen or fluorine.
[0094]
The configuration of the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one example of a liquid crystal element for explaining the configuration of a ferroelectric liquid crystal element.
1, reference numeral 15 denotes a liquid crystal layer, 11a and 11b denote glass substrates, 12a and 12b denote transparent electrodes, 13a, 13b, 14a and 14b denote insulating alignment control layers, 16 denotes a spacer, and 17a and 17b denote polarizing plates. ing.
[0095]
In two
On top of that, an insulating alignment control layer for arranging liquid crystals in a specific manner is formed. The insulating orientation control layer may be a single layer or a plurality of layers composed of a plurality of materials.
[0096]
In FIG. 1, the insulating orientation control layer is a two-layer insulating orientation control layer in which insulating
[0097]
Examples of the inorganic substance include silicon nitride, silicon carbide containing hydrogen, silicon oxide, boron nitride, boron nitride containing hydrogen, cerium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, titanium oxide, and tantalum. An oxide, magnesium fluoride, or the like can be used. 2 Film, TiO 2 Membrane, Ta 2 O 5 Films and the like can be mentioned.
[0098]
Organic substances include polyvinyl alcohol, polyimide, polyamide imide, polyester imide, polyparaxylene, polyester, polycarbonate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyamide, polystyrene, cellulose resin, melamine resin, urea resin, and acrylic resin. And a photoresist resin can be used. Specific examples include polyimide represented by the following structural formula.
[0099]
Further, the insulating orientation control layer may be formed of a single layer of the inorganic substance insulating orientation control layer or the single layer of the organic substance insulating orientation control layer.
[0100]
Embedded image
The
In the following, the intersection angle is defined as described above.
If the insulating orientation control layer is inorganic, it can be formed by a vapor deposition method or the like.
[0102]
In the case of an organic system, a solution in which an organic insulating substance is dissolved or a precursor solution thereof (0.1-20 wt%, preferably 0.2-20 wt% is mixed with a solvent) is used, and a spinner coating method and a dip coating method are used. It can be applied by a coating method, a screen printing method, a spray coating method, a roll coating method or the like, and can be cured under predetermined curing conditions (for example, under heating).
[0103]
The thickness of each of the insulating
[0104]
The two
For example, there is a method in which silica beads and alumina beads having a predetermined diameter are sandwiched between two glass substrates as spacers, and the periphery is bonded using a sealant, for example, an epoxy adhesive.
Alternatively, a polymer film or glass fiber may be used as the spacer.
[0105]
A ferroelectric liquid crystal is sealed between the two glass substrates.
[0106]
The liquid crystal layer 15 in which the ferroelectric liquid crystal is sealed generally has a thickness of 0.5 to 20 μm, preferably 0.8 to 5 μm.
In order to obtain a monodomain state exhibiting good orientation in a device, the ferroelectric liquid crystal changes from an isotropic phase to a chiral nematic phase (cholesteric phase), a smectic A phase, and a chiral smectic C phase. It is desirable to have a phase transition series.
[0107]
Polarizing plates 17a and 17b are bonded to the outside of the
[0108]
In the case of a simple matrix display device in which the ferroelectric liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates, for example, JP-A-59-193426, JP-A-59-193427, and The driving method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 156046/1985 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-156047 can be applied.
[0109]
FIG. 4 is an example of a waveform diagram of the driving method.
FIG. 5 is a plan view of a ferroelectric liquid crystal panel on which the matrix electrodes used in the present invention are arranged.
In the
[0110]
Although the liquid crystal element of the present invention constitutes various liquid crystal devices, it is particularly preferable that the display element constitutes a liquid crystal display device.
A liquid crystal display device is realized by using the liquid crystal element according to the present invention in a display panel unit and employing a data synchronization format of image information having scanning line address information and communication synchronization means using a SYNC signal as shown in FIGS. .
[0111]
The generation of image information is performed by the graphics controller 102 on the main unit side, and is transferred to the
[0112]
The graphics controller 102 manages and manages image information between the
[0113]
The cone angle Θ, the apparent tilt angle θa, the tilt angle δ of the liquid crystal layer, the pretilt angle α, and the spontaneous polarization Ps in the liquid crystal device according to the present invention can be measured as follows.
[0114]
<Measurement of cone angle ＞>
While applying an AC (alternating current) of ± 30 V to ± 50 V, 1 to 100 Hz through electrodes between the upper and lower substrates of the liquid crystal element, the liquid crystal element disposed therebetween is rotated under the orthogonal crossed Nicols in parallel with the polarizing plate. At the same time, the first extinction position (the position where the transmittance is lowest) and the second extinction position are obtained while detecting the optical response with a photomultiplier (Hamamatsu Photonics KK).
Then, a half of the angle from the first extinction position to the second extinction position at this time is defined as a cone angle Θ.
[0115]
<Measurement of apparent tilt angle θa>
After a single pulse of the threshold of the liquid crystal is applied, the liquid crystal element disposed therebetween is rotated in parallel with the polarizing plate under no electric field and under crossed Nicols to obtain a first extinction position.
Next, after applying a pulse having a polarity opposite to that of the single pulse described above, a second extinction position is obtained without an electric field.
At this time, 1/2 of the angle from the first extinction position to the second extinction position is defined as an apparent tilt angle θa.
[0116]
<Measurement of tilt angle δ of liquid crystal layer>
Basically, the method performed by Clark and Lagerwal (Japan Display '86, Sep. 30-Oct. 2, 1986, 456-458), or the method of Ouchi et al. 27 (5) Measured in the same manner as in (1988) 725-728).
The measuring device used was a rotating cathode type X-ray diffractometer (manufactured by MAC Science), and a microsheet (80 μm) manufactured by Corning was used for the substrate in order to reduce the absorption of X-rays into the glass substrate of the liquid crystal cell. .
[0117]
<Measurement of pretilt angle α>
J. J. A. P. 19 (1980) No. 10, Short Notes 2013 (crystal rotation method). That is, the rubbed substrates were bonded in parallel and in opposite directions to form a cell having a thickness of 20 μm, and the compound represented by the following structural formula was added to a ferroelectric liquid crystal CS-1014 manufactured by Chisso Corporation. A mixture mixed at a ratio of 20% was injected as a standard liquid crystal and measured.
[0118]
Embedded image
[0119]
The measurement method is as follows: While rotating the liquid crystal cell perpendicular to the upper and lower substrates and on the plane including the alignment processing axis, helium-neon laser light having a polarization plane that forms an angle of 45 ° with the rotation axis is applied from the direction perpendicular to the rotation axis. Irradiation was performed, and the transmitted light intensity was measured by a photodiode through a polarizing plate having a transmission axis parallel to the incident polarization plane on the opposite side.
[0120]
Then, a pretilt angle α was determined by a simulation of fitting the spectrum of the transmitted light intensity generated by the interference with a theoretical curve and the following equation and fitting.
[0121]
(Equation 8)
<Method of measuring spontaneous polarization>
Spontaneous polarization is described in Miyasato et al. [Method of Direct Measurement of Spontaneous Polarization of Ferroelectric Liquid Crystal by Triangular Wave] (Journal of the Japan Society of Applied Physics, 22, 10, L (661) 1983, (“Direct Method with Triangular Waves for Measurement Spontaneous Relations, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Correspondence, Foreign Direction, Korea, Japan measured by K. Miyasato et al. (Jap. J. Appl. Phys. 22, No. 10 L661 (1983)).
[0123]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[0124]
Example 1
A compound having the following structure was blended at a blending ratio shown below to prepare a
[0125]
Embedded image
To the liquid crystal composition, the following exemplary liquid crystal compounds of the present invention were compounded at the following compounding ratio to prepare liquid crystal compositions 1S, 1A and 1B.
The liquid crystal compositions 1A and 1B were prepared for Comparative Examples 1 and 2, respectively.
[0127]
In addition, the phase transition temperature of the liquid crystal prepared for Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the magnitude of spontaneous polarization at 30 ° C. (Ps), the cone angle Θ, and the inclination angle δ of the layer Are shown in Table 6.
[0131]
In this example, the thickness of the
[0132]
Furthermore, silica microbeads having an average particle size of 1.2 μm are used as the
[0133]
Next, the two
[0134]
Thereafter, the pressure in the liquid crystal cell was reduced to about 10 Pa, and the
[0135]
Using this liquid crystal element, the alignment at 30 ° C. and 5 ° C. was observed, and the driving waveform ΔV (V / V) was obtained using the driving waveform (1 / 3.3 bias ratio) shown in FIG. 3 -V 1 ) Was measured and the driving performance was observed (however, ΔT is V 1 = 15.0 V was set. ).
[0136]
Further, the measurement of the contrast at the time of driving at 30 ° C. was also performed at the same time. In this experiment, the contrast (C / R) was measured by keeping the amount of light of the light source constant and placing the liquid crystal element between the crossed Nicols at one of the extinction positions (the position at which the transmittance becomes lowest) in the absence of an electric field. It was placed and measured by detecting the amount of transmitted light with a photomultimeter (manufactured by Hamamatsu Photonics KK). The display of color and black is also performed using the driving waveforms shown in FIG. 4 by ± 11.2 V on the scanning side (± 4.8 V in part) and ± 4.8 V on the information side, that is, Vop = 16.0 V in FIG. (ΔT is similarly V 1 = 15.0 V).
[0137]
The measurement results in this example are shown in Table 7, and the orientation here indicates the orientation when not driven. The parameter M of the drive voltage margin is
[0138]
(Equation 9)
M = (V 3 -V 1 ) / (V 3 + V 1 )
The larger the value, the larger the margin of the image display capability with respect to the fluctuation of the driving voltage. (If this value is 0.1 or more, it can be said that it can be practically used for a display device.)
[0139]
The orientation and drivability ranks were as follows.
Orientation
C1U: All areas C1 uniform orientation
C1T: Appearance of C1 spray orientation
C2: appearance of C2 orientation
[0140]
Driveability
C1U: Switching only between C1 uniform orientations
C1T: Appearance of C1 spray orientation
C2: appearance of C2 orientation
[0141]
Hereinafter, a method for evaluating low-temperature storage stability will be described.
Evaluation of the low-temperature storage property is performed by measuring the parameter M of the driving voltage margin at 30 ° C., the apparent tilt angle θa, the contrast C / R, and observing the alignment state using the above-described liquid crystal element. I do. Next, the device was left at −15 ° C. for 96 hours in a constant temperature bath, and then measured and observed at 30 ° C. as characteristics after low-temperature storage at 30 ° C. Those having almost no change as compared with the above respective properties were judged as having good low-temperature preservability.
[0142]
In the “orientation change”, those indicated as “streaks” are not observed in the initial state, and have extinction positions with other domains in a direction perpendicular to the rubbing direction (smectic layer direction). This shows that different streak-like orientation states have appeared. When the domain of the alignment state appears, not only the contrast is reduced, but also the value of the parameter M is significantly reduced due to a difference in threshold voltage from other portions.
[0143]
Example 2
A
[0144]
Embedded image
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To this liquid crystal composition, the following exemplary liquid crystal compounds of the present invention were compounded at the following compounding ratios to prepare liquid crystal compositions 2S, 2A, and 2B. A liquid crystal device was prepared in the same manner except that these liquid crystal compositions were used in place of the liquid crystal composition used in 2, and the same evaluation as in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was performed. Table 7 shows the results.
[0147]
The liquid crystal compositions 2A and 2B were prepared for Comparative Examples 3 and 4, respectively.
[0148]
Note that the phase transition temperature of the liquid crystal prepared for Example 2 and Comparative Examples 3 and 4, the value of the magnitude of spontaneous polarization (Ps) at 30 ° C., the cone angle Θ, and the inclination angle δ of the layer are shown in the table. 6 is shown.
[0152]
Example 3
A
[0153]
Embedded image
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To the liquid crystal composition, the following exemplary liquid crystal compounds of the present invention were compounded at the following compounding ratio to prepare liquid crystal compositions 3S, 3A, and 3B. Liquid crystal devices were prepared in the same manner except that these liquid crystal compositions were used instead of the liquid crystal compositions used, and the same evaluations as in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were performed. Table 7 shows the results.
The liquid crystal compositions 3A and 3B were prepared for Comparative Examples 5 and 6, respectively.
[0156]
Table 6 shows the phase transition temperature of the liquid crystal prepared for Example 3 and Comparative Examples 5 and 6, the value of the magnitude of spontaneous polarization (Ps) at 30 ° C., the cone angle Θ, and the inclination angle δ of the layer. Shown in
[0160]
Example 4
Example 1 was repeated except that the following exemplary liquid crystal compound of the present invention was blended in the following mixing ratio in place of the exemplary liquid crystal compound of the present invention used in Example 3, and the liquid crystal composition 4S was prepared. A liquid crystal element was prepared in the same manner as described above, and the same evaluation was performed. Table 7 shows the results.
[0161]
Table 6 shows the phase transition temperature of the liquid crystal used in Example 4, the value of the magnitude of spontaneous polarization at 30 ° C. (Ps), the cone angle Θ, and the inclination angle δ of the layer.
[0163]
Example 5
Example 1 A liquid crystal composition 5S was prepared in the same manner as in Example 3 except that the following exemplary liquid crystal compound of the present invention was blended at the following compounding ratio in place of the exemplary liquid crystal compound of the present invention used in Example 3. A liquid crystal element was prepared in the same manner as described above, and the same evaluation was performed. Table 7 shows the results.
[0164]
Table 6 shows the phase transition temperature of the liquid crystal used in Example 5, the value of the magnitude of spontaneous polarization (Ps) at 30 ° C., the cone angle Θ, and the inclination angle δ of the layer.
[0166]
Example 6
Example 1 was repeated except that the following exemplary liquid crystalline compound of the present invention was blended in the following mixing ratio in place of the exemplary liquid crystalline compound of the present invention used in Example 3 to prepare a liquid crystal composition 6S. A liquid crystal element was prepared in the same manner as described above, and the same evaluation was performed. Table 7 shows the results.
[0167]
Table 6 shows the phase transition temperature of the liquid crystal used in Example 6, the value of the magnitude of spontaneous polarization (Ps) at 30 ° C., the cone angle Θ, and the inclination angle δ of the layer.
[0169]
As is clear from Table 7, the liquid crystal composition 1S according to the present invention, in which the liquid crystal compounds A and B are simultaneously contained, has better driving characteristics in a low temperature range and low temperature storage stability as compared with the
[0170]
On the other hand, 1A to which the liquid crystal compound A is added has improved driving characteristics in a low temperature region, but is inferior in low temperature storage stability. Conversely, 1B to which the liquid crystalline compound B is added has improved low-temperature storage stability, but cannot be said to have excellent driving characteristics in a low-temperature region.
[0171]
As described above, in order to improve both the low-temperature storage stability and the driving characteristics in the low-temperature range, it is important to include both the liquid crystal compounds A and B. Further, each of the liquid crystal compounds A and B is used alone. It turns out that it is much more effective than the case where it is introduced.
[0172]
Also in Example 2, the liquid crystal composition 2S containing the liquid crystal compounds A and B at the same time was a
[0173]
Furthermore, also in Example 3, the liquid crystal composition 3S simultaneously containing the liquid crystal compounds A and B is the same as the base
[0174]
Similarly, the liquid crystal compositions 4S, 5S, and 6S prepared by simultaneously containing the liquid crystal compounds A and B also satisfy both the driving characteristics in the low-temperature region and the low-temperature storage characteristics.
[0175]
[Table 6]
Here, Cry: crystalline phase or higher smectic phase
SmC *; Chiral smectic C phase
SmA: smectic A phase
Ch: cholesteric phase
Iso: Isotropic liquid phase
Are respectively shown.
[0177]
[Table 7]
In the contrast measurement column (C / R) in Table 7, "-" indicates that the contrast could not be measured.
[0179]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by combining the liquid crystal compounds represented by the general formulas (A) and (B) in the liquid crystal composition, the magnitude of the layer tilt angle δ can be reduced at a low temperature. Even if the adjustment is made so that the monotonous side does not increase monotonically, in the low temperature region, a region exhibiting the C2 orientation state does not appear at the time of matrix driving, and it is possible to suppress the reduction of the driving margin in the low temperature region. In addition, a liquid crystal composition in which characteristics such as an apparent tilt angle θa, contrast, and alignment state do not change even when left at an extremely low temperature (for example, −15 ° C.), and a liquid crystal element using the same. Further, a liquid crystal device including the liquid crystal element driving circuit and the light source can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a liquid crystal element of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a C1 orientation and a C2 orientation in a chevron structure.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship among a cone angle Θ, a pretilt angle α, and a layer inclination angle δ in C1 orientation and C2 orientation.
4 is a timing chart showing a waveform of an electric field applied to the liquid crystal element of FIG. 1 and a relationship between an optical response waveform measured by a photomultiplier and a driving waveform.
FIG. 5 is a plan view of a liquid crystal panel on which matrix electrodes are arranged.
FIG. 6 is a waveform diagram of the driving method described in the description of the related art.
FIG. 7 is a schematic diagram of a display pattern when actual driving is performed using the time-series driving waveform shown in FIG.
FIG. 8 is a VT characteristic diagram showing a change in transmittance when a drive voltage is changed.
FIG. 9 is a block diagram showing a connection state between a liquid crystal display device according to the present invention and a graphic controller.
FIG. 10 is a timing chart showing an image information communication state between the liquid crystal display device and the graphic controller according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11a, 11b substrate (glass substrate)
12a, 12b electrode (transparent electrode)
13a, 13b Insulating film (insulating alignment control layer)
14a, 14b Alignment control film (insulating alignment control layer)
15 Liquid crystal layer
16 Spacer
17a, 17b Polarized plate
41 Example of Voltage Waveform for White Display
42 Example of Voltage Waveform When Performing Black Display
43 Optical response waveform when drive waveform of 42 is applied
44 White writing waveform selection period
45 Black writing waveform selection period
51 LCD panel
52 scan electrode group
53 Information electrode group
101 liquid crystal display
102 Graphics Controller
103 Display panel
104 scan line drive circuit
105 Information line drive circuit
106 decoder
107 Scanning signal generation circuit
108 shift register
109 line memory
110 Information signal generation circuit
111 Drive control circuit
112 GCPU
113 Host CPU
114 VRAM
Claims (11)
Ｘ１、Ｘ２は単結合、−Ｏ−、
Ａ１は
Ｘ３は単結合、−Ｏ−、
Ａ２は
X 1 and X 2 are a single bond, —O—,
A 1 is
X 3 is a single bond, -O-,
A 2 is
また、Ｒ２１、Ｒ２２は光学活性であっても良い。Ｙ１ は水素原子またはフッ素原子を表す。ｐ，ｑは、０、１、２であって、ｐ＋ｑは１または２である。
）
Ｒ２３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、
Ｒ２４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のアルキル基であり、Ｒ２３、Ｒ２４の示す該アルキル基中の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またはＣＦ３ を示す。また、Ｒ２３、Ｒ２４は光学活性であっても良い。）
Ｒ２５、Ｒ２６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、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またはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２５、Ｒ２６は光学活性であっても良い。）
Ｒ２７、Ｒ２８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、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またはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２７、Ｒ２８は光学活性であっても良い。）
また、Ｒ２９、Ｒ３０は光学活性であっても良い。）The liquid crystal composition further comprises 25 to 75 wt% of a liquid crystal compound represented by the following general formula (1), 5 to 25 wt% of a liquid crystal compound represented by the following general formula (2), and a liquid crystal represented by the following general formula (3). A liquid crystalline compound represented by the general formula (4) in an amount of from 5 to 30 wt%, a liquid crystal compound represented by the general formula (4) by 0.1 to 30 wt%, and a liquid crystal compound represented by the general formula (5) by 1 to 25 wt%. The liquid crystal composition according to claim 1, wherein
Further, R 21 and R 22 may be optically active. Y 1 represents a hydrogen atom or a fluorine atom. p and q are 0, 1, and 2, and p + q is 1 or 2.
)
R 23 is a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms,
R 24 is a hydrogen atom, a halogen, a CN group or a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and one or more methylene groups in the alkyl group represented by R 23 and R 24. The group may be replaced by -O-, -S-, -CO-, -CHW-, -CH = CH-, -C≡C-, provided that the heteroatom is not adjacent;
W represents a halogen, CN or CF 3. Further, R 23 and R 24 may be optically active. )
R 25 and R 26 are a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and one or two or more methylene groups in the alkyl group are- O -, - S -, - CO -, - CHW -, - CH = CH -, - C≡C- may be replaced by, W is a halogen, CN or CF 3.
Further, R 25 and R 26 may be optically active. )
R 27 and R 28 each represent a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and one or more methylene groups in the alkyl group may be -O under the condition that a hetero atom is not adjacent. —, —S—, —CO—, —CHW—, —CH ＝ CH—, —C≡C— may be replaced, and W represents halogen, CN or CF 3 .
Further, R 27 and R 28 may be optically active. )
Further, R 29 and R 30 may be optically active. )
Ｙ１ は水素原子またはフッ素原子を表す。）The liquid crystal compound represented by the general formula (1) is a liquid crystal compound represented by the following general formulas (1-1) to (1-7), and the liquid crystal compound represented by the general formula (2) is represented by the following general formula: Liquid crystal compounds represented by the formulas (2-1) to (2-5), and the liquid crystal compounds represented by the general formula (3) are represented by the following general formulas (3-1) to (3-9) The liquid crystal compound represented by the general formula (4) is a liquid crystal compound represented by the following general formulas (4-1) to (4-6). Liquid crystal composition.
Y 1 represents a hydrogen atom or a fluorine atom. )
【数１】
Θ＜α＋δ （Ｉ）
δ＜α （ＩＩ）
Θ＞θａ＞Θ／２ （ＩＩＩ）Assuming that the pretilt angle of the chiral smectic liquid crystal and its liquid crystal element near room temperature is α, the cone angle Θ, and the inclination angle of the liquid crystal layer is δ, the chiral smectic liquid crystal can be expressed by the following formulas (I) and (II). And the apparent tilt angle θa and the cone angle 示 し, which are at least two stable states in this orientation state and are １ ／ of the angle formed by their optical axes, are as follows: The liquid crystal device according to claim 5, wherein the liquid crystal device has the relationship of the formula III).
(Equation 1)
Θ <α + δ (I)
δ <α (II)
Θ>θa> Θ / 2 (III)
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