JPH02222930A - 反強誘電相を用いる液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は液晶表示装置や液晶光シャッターなどに利用さ
れる強誘電性液晶素子に関し、表示特性が改善された新
規な強誘電性液晶素子に関するものである。

（従来の技術） 近年強誘電性液晶を用いた電気光学素子が注目を集めて
いる。強誘電性液晶を用いた電気光学素子の特徴は、従
来のネマチック液晶を用いた電気光学素子に比べてはる
かに高速応答であること、双安定性を持つことなどであ
る。この様な強誘電性液晶の特徴を発揮できる電気光学
素子としては表面安定化型強誘電性液晶（以後５ＳＦＬ
Ｃと略す）素子がある。この素子は、Ｃ１ｅｒｋらによ
り開発された素子（Ｕ、　Ｓ、　Ｐａｔｅｎｔ／Ｉ６４
．３６７．９２４）で、最も実用化に近い位置ｌこある
素子であるといわれている。

５ＳＦＬＣ素子１ｃ於けるｄｉｒｅｃｔｏｒ　ノスイッ
チング原理は、強誘電性液晶を凛旋構造が消失する程度
に薄いセル（セルギヤツブ約０．５〜２μｍ）の間に保
持すると、液晶分子の双安定な状態が出現するところに
ある。すなわち２つの安定な状態では、液晶分子は液晶
分子の長軸方向の単位ベクトルであるダイレクタ−の向
きの異なるユニフォームな状態にある。

強誘電性液晶は自発分極を有すること、及び上記Ｉ７た
ように双安定性を持つことから高速応答性とメモリー性
を実現できる。そのため、高密度の大画面デイスプレー
や高速光シャッターなどへの応用が考えられている。そ
してこの双安定状、Ｃを利用するＳ　Ｓ　Ｆ　Ｌ、　Ｃ
素子は近年の液晶材料の開発の進展と共に大きく進歩し
ている。

しかしながら、高密度の大画面デイスプレー等の表示１
ここの５ＳＦＬＣ素子を応用するにはさらにより高いコ
ントラストを有すること、高速応答性を有すること、−
層明確な電圧しきい値を有すること、厚いセルでも双安
定性を実現できることなど表示特性の改良が必要である
。

コントラストおよび応答性の向上のためには、液晶層の
構造の制御が必要であることが近年の研究により明らか
となっている。強誘電性液晶層の構造は、配向処理の方
法によって異なるが、・一対の平行なガラス基板１ζ対
して「＜」の層構造であるシふブロン構造となることが
一般的である。多（の場合、シェブロン構造の「り」の
字の向きが食い違うこと；こよりジグザグ欠陥が発生し
、この欠陥を通して光が漏れることによりコントラスト
が大きく低下する。又、応答速度も液晶、噴の（構造が
シェブロン構造の場合よりモブックシェルフ構造の場合
ｉｃ速（なることが明らかとなっている。このことより
、ジグザグ欠陥を生じない強誘電性液晶層の構造として
、一対のガラス基板に対して概ね垂直であるブックシェ
ルフ構造が望まれている。

従来の強誘電性液晶では、一般的に電界では液晶層の構
造は変化しないことが知られている。

特定の波形、電圧、周波数をもった電圧を強誘電性液晶
に印加し、液晶層の構造を変化させた例もあるが、基板
の法線に対するシェブロン構造の液晶層の傾きがわずか
に変化し、あるいは傾きは変化しないが液晶層の向きが
揃う程度である。層構造がブックシェルフ構造で。ある
素子を得る方法としては、ＳｉＯの斜方蒸着法〔ジャパ
ニーズ　ジャーナル　オブ　アプライドフィジッ’）　
ス（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐ
！１ｅｄＰｈｙｓｔｃｓ　）　　２７巻、ＰＰ　　Ｌ７
２５．１９８８及びジャパニーズ　ジャーナル　オブ　
アプライド　フィジックス　２７巻　ＰＰ　　Ｌ１９９
３．１９８８）が一般的に知られているが、工業的１こ
実施することは難しい。

Ｃ１ａｒｋらが５ＳＦＬＣ素子を発表して以来、多（の
強誘電性液晶化合物が合成されているが、近年その中で
反強誘電相を有する強誘電性液晶化合物が注目を集めて
いる（特開平１−２１３３９０号公報、ジャパニーズ　
ジャーナル　オブ　アプライド　フィジックス　２７巻
　ｐｐ　　Ｌ７２９．１９８８）。反強誘電性液晶の特
性としては、電圧に対するしきい値特性、見かけのチル
ト角（液晶層の法線と液晶分子の平均的な長袖方向との
なす角）のヒステリシス特性、王女定状ｇ（二つのユニ
フォームと第三状ａ）等ｔｙｉ明らかとなっているが、
液晶層の構造に対する知見は全く得られていなかった。

本発明者らはチルト角と印加電圧の関係を測定し、液晶
分子のスイッチングに対するしきい値直流電圧を求め、
このしきい値電圧より若干高い印加直流電圧における液
晶層の構造を、Ｘ線回折装置を用いて解析したところ、
シェブロン構造であることが確認され、更にテクスチャ
ー観察により多くのジグザグ欠陥が液晶層内に存在する
ことが確認された。

上記の反強誘電相を有する強誘電性液晶素子の利点は、
電圧（ζ対する非常に明確なしきい値を有すること、厚
いセルｆご於いてもメモリー性を有することである。こ
の２点からいうと、反強誘電相を有する強誘電性液晶を
用いた液晶素子は従来の強誘電性液晶を用いた素子に比
べ大幅に改善されているといえる。しかしながら、反強
誘電相を有する強誘電性液晶層の構造は、従来の強誘電
性液晶の場合と同様にシェブロン構造であり、コントラ
スト及び応答速度の向上のために、層構造をブックシェ
ルフ構造とすることが望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、本発明の目的は、高いコントラスト、高速応答
性を有する強誘電性液晶素子を得ることにある。

更に本発明の目的は、液晶層にジグザグ欠陥の存在しな
い又は殆ど存在しない、強誘電性液晶素子を得ることに
ある。

更番こ本発明の目的は、高密度の大画面デイスプレー、
高速光シャッター等への使用に適する強誘電性液晶素子
を得ることにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、 反強誘電相ｃ３ｍＣ，）を有する強誘電性液晶又は強誘
電性液晶組成物と、電極を有し該強誘電性液晶又は強誘
電性液晶組成物を挟持した一対の基板とから成り、 反強誘電相（ＳｔｎＣ，）　　において、該電極書と電
圧を印加すること番ζよって該強誘電性液晶又は強誘電
性液晶組成物の層構造をシェブロン構造からブックシェ
ルフ構造に一旦変化させることを特徴とする強誘電性液
晶素子１こよって達成される。

本発明で使用される強誘電性液晶又は強誘電性液晶組成
物は、反強誘電相（ＳｍＣＡ　）を有することが必要で
ある。例えば、降温過程において、等方相→カイレルネ
マチック相（Ｎ　　）→スメクチックＡ相（Ｓ、）→カ
イラルスメクチックＣ相（Ｓｃ”）→反強誘電相（ｓｍ
ｃ、”）に相転移するものであっても、等方相→スメク
チック人相（Ｓ、）→カイラルスメクチックＣ相（Ｓ−
）→反強誘電相（ｓｍｃ、’１’）　に相転移するもの
であうでもよいが、これらに限定するものではない。

上記の相転移を有する強誘電性液晶又は強誘電性液晶組
成物を、電極を有する平行に配置された一対の基板の間
で保持し、強誘電性液晶又は強誘電性液晶組成物を加熱
することによって等方相状態とした後、徐冷すること１
ζよりて強誘電性液晶又は強誘電性液晶組成物を反強誘
電相（ＳｍＣＡ　）の状態とする。

この状態において、液晶層は一対の基板匿対して「＜」
の字となったシェブロン構造となっている。一定電圧以
上の電圧を電極書こ印加すること１ζよって、シェブロ
ン構造は、液晶層が一対の基板番と対して概ね垂直であ
るブックシェルフ構造薯こ変化する。電界を切ると、ブ
ックシェルフ構造は基板に対する傾き角ψの小さなシェ
ブロン構造あるいはシエナロンかブックシェルフの判定
のつかない層構造昏ζ変化する。以上の層構造の変化を
表したＸ線回折パターンが後に詳述する第４図である。

又、層構造の欠陥であるジグザグ欠陥の様子をテクスチ
ャー観察により調べたところ、電界印加前には多くのジ
グザグ欠陥が認められたが、層が電界印加によりブック
シェルフ構造となることにより、ジグザグ欠陥は消滅し
た。印加電界を切ると、ブックシェルフ構造は基板に対
する傾き角φの小さなシェブロン構造あるいはシェブロ
ンかブックシェルフの判定のつかない層構造１こ変化す
るが、驚くべきことに、この層構造においても全くジグ
ザグ欠陥は認められなかった。

本発明において、強誘電性液晶又は強誘電性液晶組成物
の層構造をシェブロン構造からブックシェルフ構造啓ζ
−旦変化させるとは、液晶層がシェブロン構造にあり且
つ−度も電界を印加されていない液晶素子に電界を印加
してブックシェルフ構造に変化させることを意味する。

このような印加する電界の波形、周波数は特番こ限定さ
れないが、波形としては直流、規矩形波、三角波等を用
いることができる。又、周波数としては、Ｏ〜ｌ　ＫＨ
ｚが好ましい。印加する電圧は使用する強誘電性液晶又
は強誘電性液晶組成物に依存するが、液晶層がシェブロ
ン構造から一旦ブックシェルコ構造に変化するために、
液晶分子のスイッチングに対するしきい値よりも十分に
大きな電圧であることを要する。後１ζ詳述する実施例
１に勿いて使用された強誘電性液晶の場合には、液晶分
子のスイッチングに対するしきい値の２倍以上の印加電
圧で、液晶層はシェブロン構造からブックシェルフ構造
に完全に変化した。

先ｊζ述べた先行技術において、本発明のように電界の
印加により液晶層がブックシェルフ構造である液晶素子
を得た例はないし、液晶層をシェブロン構造からブック
シェルフ構造に変化させることによって液晶層内のジグ
ザグ欠陥を除去するという例も認められない。本発明に
よって、容易にブックシェルフ構造を有しそしてジグザ
グ欠陥の除去された液晶層を初めて得ることができた。

上記のように、液晶層に電界を加え一旦シエプロン構造
からブックシェルフ構造に変化させた後電界を切ると、
液晶層はブックシェルフ構造から基板に対する傾き角ψ
の小さなシェブロン構造又はシェブロン構造かブックシ
ェルフ構造の判定のつきＩｃ　（い液晶層構造１ζ変化
する。

液晶素子を、この状態から実際に使用することができる
。実際の使用に際しては、液晶素子の電極に印加する電
圧は、液晶分子のスイッチング１ｃ対するしきい値より
も大きければよく、上記の液晶層を一旦シエプロン構造
からブックシェルフ構造に変化させるのに用いられた印
加電圧はど高くする必要はない。

反強誘電相（ＳｒｎＣ，’）の層構造は、従来の強誘電
性液晶と同様にシェブロン構造とブックシェルフ構造Ｉ
こ大別できる。シェブロン構造とは、第５Ａ図（ζ示す
ように、液晶層が基板に対して「り」の字に折れ曲がり
ている状態を指す。ブックシェルフ構造とは、第５Ｂ図
に示すように、液晶層が基板に対して垂直な状態、ある
いは第５Ｃ図１ζ示すように液晶層が基板に対して傾い
ている状態を指す。第５Ａ、５Ｂ及び５０図は液晶素子
の断面を示し、１０は基板であり、１２は液晶層の１つ
を示す。第５Ａ図ＩＣおいて液晶層は基板１０の法線に
対してψだけ傾いている。

第１図に示すＸ線回折測定系を用いて得られた液晶層構
造を示すＸ線回折パターンと液晶層構造とは以下の関係
となることが判明した。即ち、シェブロン構造を有する
液晶層のＸ線回折パターンは、・第２Ａ図及び第２Ｂ図
に示すように、通常２つのピークを有する。これに対し
て、ブックシェル構造を有する液晶層のＸ線回折パター
ンは、第２Ｃ図に示すように、通常鋭い単一のピークを
有する。本明細書においては、シェブロン構造とブック
シェルフ構造とを以下のとおり定義する。

（１）液晶層のＸ線回折パターンが、第２Ａ図又は第２
Ｂ図に示すように、２つ以上のピークを明確に有する場
合、液晶層はシェブロン構造である。

（２）　　液晶層のＸ線回折パターンが、第２Ｃ図に示
すように、鋭い１つのピークのみを有する場合、液晶層
はブックシェルフ構造である。

（３）液晶層のＸ線回折パターンが、第２Ｄ図］こ示す
ように、明確に分離することのできない２つ以上のピー
クを有する場合、液晶層がシェブロン構造であるかある
いはブックシェルフ構造であるかは、Ｘ線回折パターン
のピークの半値幅］こよって決定する。即ち、第２Ｃ図
に示すような１つの鋭いピークを有スるＸ線回折パター
ンが得られるまで、液晶素子に十分高い電圧（しきい値
の２倍以上の電圧が好ましい）を印加する。この印加状
態では液晶層はブックシェルフ構造となっている。これ
によって得られたＸ線回折パターンの１つの鋭いピーク
の半値幅（Ｐｌ）を測定する。次ｌこ、シェブロン構造
であるかブックシェルフ構造であるかを決定すべき液晶
層のＸ線回折パターンの半値幅（Ｐ、）を測定する。Ｐ
　ＩカＰ１の２倍未満の場合、液晶層はブックシェルフ
構造であるとする。Ｐ８がＰ、の２倍以上の場合、液晶
層はシェブロン構造であるとする。

本発明の強誘電性液晶素子においては、ブックシェルフ
構造の液晶層を維持しながら２つのユニフォームの間の
スイッチングを高速で行うことが可能である。本発明の
強誘電性液晶素子１こおける２つのユニフォームの間の
スイッチングは、カイラルスメクティックＣ相での２つ
のユニフォームの間のスイッチングと同様の機構で進行
しているものと考えられる。従来のカイラルスメクティ
ックＣ相の液晶層はシェブロン構造であり、そしてその
スイッチング機構は詳細に知られている。２つのユニフ
ォームの間のスイッチングは、液晶層がブックシェルフ
構造の場合の方が、シェブロン構造の場合よりも高速と
なることは、ジャパニーズ　ジャーナルオブ　アプライ
ド　フィジックス　Ｖｏｌ　　２６゜ｐｐ、Ｌ２１〜２
４．１９８９化記載されている。しかしながら、従来の
カイラルスメクティックＣ相での液晶層がブックシェル
フ構造となる液晶素子を容易に作製する実用的な方法は
なかった。しかるに、本発明Ｉこおいては、電界の印加
１こよって液晶層をシェブロン構造からブックシェルフ
構造に容易１こ変化させることができるので、２つのユ
ニフォームの間のスイッチングを高速で行うことができ
る液晶素子を容易に作製することができる。

以上、本発明によれば液晶層の構造を電界の印加により
シェブロンからブックシェルフ構造へ一旦変化させるこ
とにより高いコントラスト、高速応答性を有する強誘電
性液晶素子を得ることができ、これ番とよって表示特性
に優れた強誘電性液晶素子を実現できるものである。

本発明で用いられる特殊な性質を有する強誘電性液晶は
、単一物でも混合組成物であっても構わない。

本発明で用いられる強誘電性液晶として有効な化合物は
例えば次のような化学構造式を持つ公知の４−　（１−
メチルへブチロオキシカルボニル）フェニル４′　　−
オフチロオキシビフェニル−４−カルボキシレート（化
合物Ａ）をあげることかできる。

Ｃ、Ｈ１，ｏ−ｐｈ　−ｐｈ　−ｃｏｏ−ｐｈ　−Ｃｏ
ｏ−Ｃ”Ｈ（ＣＨ３）Ｃ６Ｈ１゜Ｐｈ；　ベンゼン環 Ｃ０；　不斉炭素 また上記化合物に次のような公知の化合物を混合して強
誘電性液晶組成物として用いることもできる。混合され
る化合物としては、例えば次のような一般式で表される
化合物群（化合物Ｂ）がある。

ＲＯ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｃ■Ａ− ＲＣＯＯ−Ｐｈ　−Ｐｈ　−Ｃｏｏ−Ｒ”ＲＯ−Ｐｈ　
−Ｃｏｏ−Ｐｈ　−ＣＯＯＲ”ＲＯ−Ｐｈ−ＯＣＯ−Ｐ
ｈ−Ｒ” ＲＯ−Ｐｈ　−Ｐｈ　−Ｃｏｏ−Ｐｈ　−ＯＲ”Ｒ；ア
ルキル基 Ｐｈ；ベンゼン環 棄 Ｒ；不斉炭素を含む置換基 Ｐ　　；ピリミジン環 ７ｍ 上記一般式で表わされる化合物ＣＢ）の具体的例として
は例えば次のような化合物があげられるが本発明はこれ
らに限定されるものではないゃ ＣＨ−ｐｈ−ｐｈ−ｃｏｏ−ｃａ２ｃｓ（ｃＨ３）ｃ、
Ｈ。

フ１ｓ ＣＨ−ｃｏｏ−ｐｈ−ｐｈ−ｃｏｏ−ｃｕ２ｃ％（ｃＨ
３）ｃ、ａ６８　１？ ＣＨ０−Ｐｈ−Ｃｏｏ−Ｐｈ−Ｃｏｏ−ＣＨ，Ｃ”Ｈ（
ＣＨ，）Ｃ２ＨＳＩＩ　ｉ？ ＣＨｏ−ｐｈ−ｏｃｏ−ｐｈ−ｃＨ２ｃ％（ｃＨ３）ｃ
２Ｈ。

９　１會 ＣＨ０−Ｐｈ−Ｐｂ−ＣＯｏ−Ｐｈ−０−ＣＨ，Ｃ”Ｈ
（Ｃ）！、）Ｃ２）（。

本発明で用いられる化合物Ａと化合物Ｂの混合物である
強誘電性液晶組成物は化合物Ｂの種類によりて異なるが
化合物Ｂの１１１又はそれ以上を添加して作ることがで
きる。また化合物Ａと化合物Ｂの混合割合は化合物Ａが
液晶組成物中答こ２〜８０１１１１９６、好ましくは３
〜７０重屋４になるよう１こ混合することが好ましい。

本発明で用いられる強誘電性液晶または強誘電性液晶組
成物の例としては前述したとおりであるが、これらの化
合物又は混合物は降温過程において等方相より相転移を
行わせる時反強誘電相（ＳｍＣＡ）が存在しなければな
らない。

反強誘電相（Ｓ、、Ｃ，）とは下記の性質を示す相であ
る。

（１）　　平行配向され、反強誘電相（ＳｍＣ，＊）を
有する液晶素子の消光位は、電界を印加しない状態では
、液晶素子を上から見た場合の液晶層の法線方向及び液
晶層に平行な方向である（以下液晶層の法線方向及び液
晶層（こ平行な方向という場合には、液晶素子を上から
見た場合をいう）。

（２）平行配向され、反強誘電相（ＳｍＣ，）を有する
液晶素子Ｉζおける液晶分子の見かけのチルト角ＩＩＴ
（液晶層の法線方向と平均的な液晶分子の長袖方向との
なす角度）は第３図に示すようＩこ、直流印加電圧に対
してヒステリシスを有する。更に、第３図に示すように
、かかる液晶素子は直流印加電圧に対する明確なしきい
値を有する。

（３）平行配向され、反強誘電相（ＳｍＣＡ′）を有す
る液晶素子にしきい値以上の電界を印加した場合、カイ
ラルスメクティックＣ相と同様化液晶分子はユニフォー
ム状態となる。

平行配向され９”）反強誘電相（Ｓ、、Ｃ，）を有する
液晶素子を直交する偏光板の間に保持して液晶素子を観
察すると、電界を印加しない状態では、消光位は液晶層
の法線方向及び液晶層に平行な方向である。このことか
ら、電界を印加しない状態では、見かけ上、液晶分子の
長軸は液晶層の法線方向に平行Ｉこ配列している。この
液晶素子魯こしきい値の電圧以上の直流電圧を印加する
と、液晶分子は液晶層の法線方向から成る角度傾き、通
常のカイラルスメクティックＣ相において認められるユ
ニフォーム状態となる。

即ち、反強誘電相（ＳｍＣ，）は、従来知られている２
つのユニフォーム状態と、１つの新シい状Ｉｌ！（液晶
分子が見かけ上液晶層の法線方向を向いている）を有す
る。この新しい状態を第３の状態と呼ぶ。反強誘電相（
ＳｍＣ，）の特徴の１つは、上記のよう１こ３つの安定
な状態（王女定状態と呼ぶ）を有することである。現在
、王女定状態を有する反強誘電相ＣＳｍＣ，＞の詳細な
構造については不明な点が多いが、第６図のようなモデ
ルが考えられている（ジャパニーズジャ・−ナル　オブ
　アプライド　フィジックス、Ｖｏｌ　　２８、ｐｐＬ
ｔｚａｓ、１９８９参照）。

第６図は液晶素子を上から見た図であり、第６図の中央
が第３の状態を示し、液晶分子の長袖は隣接する液晶層
において反対方向を向いており、その結果、ダイポール
モーメントは隣接する液晶層の間で打ち消しあっている
。第６図の右端及び左端はユニフォーム状態を示す。

王女定状態を示す反強誘電相（Ｓ□Ｃりを有する液晶素
子の更に別の特徴は、液晶分子の見かけのチルト角（−
）が、第３図に示すように、直流印加電圧に対して２つ
のヒステリシスを有しそして明確な直流電圧のしきい値
を有することである。即ち、液晶素子の電極に成る方向
の直流の電界を印加し電圧を増加させていくと、当初０
°　であつた見かけのチルト角（第３図のＡ点）は電圧
ｖ１まではわずかに変化し、電圧ｖ１　で変化し始め（
第３図のＢ点）更に電圧を増加させるにつれて見かけの
チルト角は急激に変化する。電圧を■２　　まで増加さ
せると見かけのチルト角の急激な変化が止み（第３図の
０点）、それ以上電圧を増加させても見かけのチルト角
の変化は殆ど生じない（第３図のＤ点）。この状態から
電圧を減少し始めると、始めのうちは見かけのチルト角
は殆ど変化しないが、電圧ｖ３まで電圧が減少すると見
かけのチルト角は変化し始める（第３図のＥ点）。更に
電圧を減少し続けると見かけのチルト角は急激に変化し
、電圧Ｖ４　　＋ζおいて見かけのチルト角の急激な変
化は止み（第３図のＦ点）、その後電圧をＯｖまで下げ
ていくと見かけのチルト角は徐々に減少し電圧Ｏｖで概
ねθ°となる。電圧■】　とｖ４及び電圧ｖ２　　とＶ
ｓ　　とは異なっており、見かけのチルト角は直流印加
電圧番こ対してヒステリシスを示す。印加する電界の方
向を逆１こしても、上記と同様の現象が発現する。但し
、見かけのチルト角の角度変化の向きは上記と逆である
。

即ち、第３図において、上記と逆の電界を印加し電圧を
増加し次に減少すると、見かけのチルト角はＡ点→Ｂ′
点→Ｃ′点→Ｄ′点→Ｅ′点→ｐｔ点→Ａ点へと変化す
る。見かけのチルト角が電圧ｖ１からｖ２　　への変化
番と対して急激Ｉこ変化するので、反強誘電相（Ｓｒｎ
ＣＡ＊）を有する液晶素子は明確な直流印加電圧のしき
い値を有する。

スメクティック相として、現在までにスメクティック人
相やカイラルスメクティックＣ相を初めとして多（の相
が知られているが、王女定状態を有する反強誘電相（Ｓ
□Ｃ１）とは以下の点で相違する。

第７Ａ及び第７Ｂ図１と、液晶素子を上から見た場合の
液晶、層１４と液晶分子１６の関係を示す。

スメクティックＡ相は、第７Ａ図に示すように、液晶分
子が液晶層の法線方向に対して平行に並んでいる相であ
る。スメクティックＡ相Ｉこおいて、電界を印加しない
場合の消光位は、反強誘電相（”ｍＣｍ”）と同様に液
晶層の法線方向及び液晶層に平行な方向である。しかし
ながら１．液晶分子の見かけのチルト角は、直流印加電
圧に対してヒステリシスを有しておらず、直流印加電圧
に関するしきい値を有していない。

カイラルスメクテイックＣ相は、第７Ｂ図に示すように
、液晶分子が液晶層の法線方向から見かけのチルト角（
−′）だけ傾いている相である。カイラルスメクテイッ
クＣ相の状態１ζある５ＳＦＬＣ素子は、双安定性を有
しており、電界を印加した場合、液晶分子は双安定状態
、即ち２つのユニフォーム、の間でスイッチンクスる。

又、パルス電圧と見かけのチルト角の関係は、第７Ｃ図
に示すように、パルス電圧に関するしきい値と１つのヒ
ステリシスを有する。

反強誘電相（Ｓ□０２）は、以上述べたよう１こ、スメ
クティック人相やカイラルスメクテイツクＣ相を初めと
する従来知られているスメクテイック相とは明らか１ζ
相違している。

本発明で用いられる一対の平行基板の材料としてはガラ
ス、プラスチックなどが用いられ透明電極が配置されて
いることが望ましい。また、一対の平行基板の両面或は
片面にラビング処理された有機高分子膜が配向膜として
形成されるのが望ましい。有機高分子膜としては、ポリ
イミド膜、ポリアミド膜、ポリビニール膜、ナイロン膜
等を使用するのが好ましい。また、有機高分子膜の代わ
りｊｃイットリ１ウム、酸化珪素（ＳｉＯ，５ｉ０２）
　　等の無機薄膜を一対の平行基板の片面或は両面に形
成させて実施することもできる。更に、液晶を一対の平
行基板に挟持し素子を作る際に温度勾配法を採用するこ
とによって液晶を配向させることも可能であり、この場
合には平行基板に配向処理を行わなくとも実施可能であ
る。

本発明で用いられる透明電極はＩＴＯ膜、ＮＥＳＡ膜等
が好ましい。

本発明（おける平行基板の間隙即ちセルギャップは液晶
素子の用途薯とよって異なるが、０．５〜３００μｍが
好ましい。特番こデイスプレーデバイス用の素子として
使用する場合は１．５〜１０μｍ、特に好ましくは１．
５〜５μ慣である。

（発明の効果） 本発明は反強誘電相を有する強誘電性液晶又は強誘電性
液晶組成物と電極を有し該強誘電性液晶又は強誘電性液
晶組成物を挟持した一対の基板とからなり、反強誘電相
番こおいて、該電極１ζ電圧を印加することによって該
強誘電性液晶又は強誘電性液晶組成物の層構造をシェブ
ロン構造からブックシェルフ構造１こ一旦変化させるこ
とを特徴とする強誘電性液晶素子であって、これは高い
コントラストと高速応答性を有するなどの表示特性１ζ
優れたもので高密度の大画面デイスプレーや高速光シャ
ッター等への使用に遺したものである。

（実施例） 以下実施例により更に具体的に本発明を説明する。

実施例　１ 液晶は４−　（１−メチルへブチロキシカルボニル）フ
ェニル　４′−オクチロキシビフェニル−４−カルボキ
シレートを用いた。相転移温度は、等方相−＋３ｍＡ相
　１４９℃、Ｓ　ｍＡ−６ｍＣ”４ＩＩ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　査１２１℃、
ＳｍＣ４ｍＣム”　　１１６℃、ＳＣＡ →結晶　７２℃であった。一対の厚さ１５０μｍのＩＴ
Ｏ付ガツガラス基板リイミドコーテイング後、一対の基
板の片方のみをラビング処理し、その一対の基板間に液
晶を注入し液晶セルを作った。セルギャップは６μｍで
あった。液晶が等方相Ｉζなるまで液晶セルを加熱し、
その後１”Ｃ／　ｍｉ　ｎの速度で液晶セルを徐冷し、
液晶をガラス基板１こ平行に均一に配向させｘ＃ｓ回折
用のサンプルとした。Ｘ線回折はＲｕ−２００（理学（
１ｉ製）を用いて行った。液晶セルの温度制御は±０．
１℃の精度を有する温度コントロールユニットを用いて
行った。

測定系を第１図に示した。Ｘ線回折の測定手順は、ジャ
パニーズ　ジャーナル　オプ　アプライド　フィジック
ス　２７巻　ｐｐＬ７２５゜１９８８及びジャパニーズ
　ジャーナル　オブアプライド　フィジックス　２７巻
、９１）　　Ｌ１９９３．１９８８に従って行った。す
なわち、最初］こ液晶を充填したキャピラリーセールを
用い、液晶のブラッグ角を測定した。次にカウンターを
ブラッグ角にセットした。上記の手順で作製したセルを
用い、αを回転させることによりＸ線回折パターンを得
Ｉ；。ここでαはガラス面と入射ビームとのなす角度で
ある。Ｘ線のビームの大きさは１−であった。Ｘ線回折
は、液晶セルの温度を１００℃（ＳｍｃＡ　相１）とし
て、液晶配向後１度も電界を印加していない場合、及び
徐々１こ７０Ｖまで印加直流電圧を増加した場合、最後
に印加電圧を解除した場合の各々について測定した。

Ｘ線回折測定条件は以下のとおりである。

Ｘ線回折装置；Ｒｕ−２００（理学ｍ、５ＱＫＶ、００
ｍＡ Ｔａｒｇｅｔ　；Ｃｕ Ｆｉ　１　ｔ　ｅｒ　’Ｎｉ Ｖｏｌｔａｇｅ　；５ＱＫＶ Ｃｕｒｒｅｎｔ　；２００ｍＡ Ｓｃａｎ　　５ｐｅｅｄ　：４ｄｅｇ／ｍｉ　ｎＳａｍ
ｐｌ　ｉ　ｎｇ　　Ｒａｔ　ｅ　；Ｑ、ｌｄｅｇ　、ｃ
ｏｎｔｅｎｉｏｕｓｃａｎ Ｓｌｉｔ　；ＤＳ　　０．５’　、Ｒ６０，３ｍ、ＳＳ
　　Ｑ、５’Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　：Ｐ、Ｃ。

第４図にＸ線回折）等ターンを示した。第４図の縦軸は
Ｘ線回折強度を示し、横軸は液晶セルの回転角αを示す
。第４図から、印加電圧を増加していくと液晶層の構造
はシェブロン構造からブックシェルフ構造に変化するこ
とが分かる。

この時の液晶分子のスイッチングのしきい電圧は２７ｖ
　（第３図ｖ１）であることより、層をブックシェルフ
構造にするためには、しきい電圧の２倍以上の電圧を印
加する必要があることが分かる。言た、電圧を解除した
場合には液晶層の構造は本発明の定義によるシェブロン
構造に戻ることが分かる（第４図の７０→ＯｖのＸ線回
折パターン参照）。

実施例　２ 実施例１と同様の手順で、一対のガラス基板の両方をラ
ビングしたセルと、一対のガラス基板の片方をラビング
したセルを作製し、Ｘ１１回折１ζよりａｖ！を造を調
べた。一対のガラス基板の両方をラビングした液晶セル
の温度を９０℃（ＳＣ−相）に保持し、液晶配向後１度
も電界を印加していない場合、８０ｖの直流電圧を印加
した場合、及び印加電圧を解除した場合の各各について
Ｘ線回折パターンを測定した。各々の結果を第２Ａ、第
２０及び第２Ｂ図に示す。

図の縦軸はｘ１回折強度を示し、横軸は液晶セルの回転
角αを示す。一対のガラス基板の片方のみをラビングし
た液晶セルを９０°Ｃ（ＳｍＣ−相）に保持し、液晶配
向後−度も電界を印加しない状態から８０Ｖの直流電圧
を印加し次いで印加電圧を解除した後の液晶セルのＸ線
回折パターンを第２Ｄ図１と示す。第２Ｄ図及び第４図
の７０→０■のＸ線回折パターンより、片面ラビングセ
ルに於ける、電界印加解除後のシエプロン構造を有する
液晶素子のＸ線回折パターンは、セルにより若干のばら
つきがあることがわかる。又、第２Ｂ図及び第２Ｄ図よ
り、電界印加解除後のシェブロン構造を有する液晶素子
のＸ線回折パターンは、基板のラビング条件により太き
（異なることが分かる。

実施例　３ 実施例１の基板の片方のみをラビングした液晶素子を用
い、１００℃で見かけのチルト角と印加電圧の関係を調
べた。見かけのチルト角は液晶層の法線方向と消光位の
なす角とした。測定方法は、液晶素子に直流電圧を段階
的に印加して行き、各々の電圧での消光位を偏光板を直
交させた偏光顕微鏡により観察し決定した。結果を第３
図に示した。この図より、直流電圧に対するしきい値と
、メモリー性があることがわかる≦、直流電圧番こ対す
るしきい値は２７ｖ　（第３図Ｖｌ）であった。

実施例　４ 実施例１の基板の片方のみをラビングした液晶素子を用
い、チクステ中−の観察を偏光板を直交させた偏向顕微
鏡を用いて行った。なお、顕微鏡観察の間液晶素子の温
度を１００℃に保った。液晶を配向させた直後１ζは液
晶素子番こ多くのジグザグ欠陥が観察されたが、セルに
７０Ｖの電圧を印加するとこのジグザグ欠陥は消滅した
。また、電圧を切っても液晶素子にジグザグ欠陥が再び
現れることはなかった。さら薔こ、液晶配向直後のジグ
ザグ欠陥を有する素子１ζ於いて、±３５Ｖの矩形波電
圧を印加し両ユニフォーム間のコントラストを測定した
ところコントラスト比は３５であった。このセルに一旦
７０ｖの電圧を印加しジグザグ欠陥を取り除いた後、再
び±３５Ｖの矩形波電圧を印加し両ユニフォーム間のコ
ントラストを測定したところコントラスト比は６０と向
上し非常１ζ高いコントラストを示した。

実施例　５ 液晶は４−　（１−メチルへブチロキシカルボニル）フ
ェニル　４′−オクチロキシビフェニル−４−カルボキ
シレートを用いた。相転移温度は、等方相−＋８ｍＡ相
　１４９℃、Ｓ　ｍＡ−４ｍＣ”１２１℃、ＳｍＣ”−
ｓｓｍｃ、”　　１１６℃、ＳｍＣ，”→結晶　７２℃
であった。一対のＩＴＯ付ガツガラス基板晶を注入し、
温度勾配法により液晶を基板に平行１こ均−ｊこ配向さ
せた。セルギャップは２．５μｍであった。この液晶素
子膠こおいては直流電圧に対するしきい値は１５Ｖであ
った。セルの温度を７０℃に保ち、電圧　±１７Ｖ１周
波数　５Ｈｚの矩形波電圧を印加し応答時間を測定した
。液晶配向後−度も電界を印加していないセルに、上記
の電圧を印加した時の応答時間は３４μｇ（マイクロセ
カンド）であった。これに対し、このセル暑こ一旦８０
Ｖの直流電圧を印加し、層構造をブックシェルフ構造と
し再び上記の電圧を印加した時の応答時間は２７μＳ（
マイクロセカンド）であった。

以上のように、電界印加により層構造をシェブロンから
ブックシェルフ構造に一旦変化させること１こより、応
答速度が速くなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の強誘電性液晶素子の液晶層構造の解
析筈ζ用いたＸ線回折測定系であり、αは回転角、０は
回折角、Ｋｉ　　は入射Ｘ線、Ｋ３は回折Ｘ線である。 第２Ａ、２Ｂ、２Ｇ及び２Ｂ図は、本発明の強誘電性液
晶素子のＸ線回折パターンであり、横軸は液晶素子の回
転角度、縦軸はＸ線回折強度（ｃ　ｐ　ａ　）である。 第３図は、本発明の強誘電性液晶素子の見かけのチルト
角（１）と印加直流電圧の関係を示す。 第４図は、本発明の強誘電性液晶素子への印加直流電圧
を変化させた場合のＸ線回折ノくターンである。 第５Ａ、５Ｂ及び５Ｇ図は、スメクチック相の層構造を
模式的に表した液晶素子の断面図である。 第６図は、液晶素子を上から見た場合の本発明の液晶素
子の分子配列の模式図である。 第７Ａ、７Ｂ図は、液晶素子を上から見た場合の、各覆
液晶相の分子配列の模式図である。 第７Ｃ図は、反強誘ＮＦａを有さない強誘電性液晶素子
のパルス電圧とチルト角のヒステリシスを示す。 特許出願人　　三菱瓦斯化学株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　反強誘電相（Ｓ＿ｍＣ＿Ａ＾＊）を有する強誘電性液
   晶又は強誘電性液晶組成物と、電極を有し該強誘電性液
   晶又は強誘電性液晶組成物を挟持した一対の基板とから
   成り、 反強誘電相（ＳｍＣ＿Ａ＾＊）において、該電極に電圧
   を印加することによって、該強誘電性液晶又は強誘電性
   液晶組成物の層構造をシェブロン構造からブックシェル
   フ構造に一旦変化させることを特徴とする強誘電性液晶
   素子。 （３）前記強誘電性液晶又は強誘電性液晶組成物の相転
   移は、降温過程において、等方相、スメクチック相、カ
   イラルスメクチツクＣ相、反強誘電相（Ｓ＿ｍＣ＿Ａ＾
   ＊）である特許請求の範囲第１項記載の強誘電性液晶素
   子。