JPH0321692A - 強誘電性液晶素子 - 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〕 本発明は強誘電性液晶の自発分極及びその負の講電異方
性を利用して、電気光学的変換を行う強誘電性液晶素子
に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、強誘電性液晶の自発分極及びその負の誘電異
方性を利用して、２つの双安定状態間をスイノチングし
、かつ、ＡＣスタビライズド効果で光学的濃度比を高め
る強誘電性液晶素子で、フェニルピリダジン骨格を有す
る化合物を含有する強誘電性液晶組成物とすることによ
り、低い交流電圧でＡＣスタビライズド効果で出現させ
、また、高速応答を実現したものである。

〔従来の技術〕

強誘電性液晶素子は、１９８０年にクラーク、ラガーバ
ルによって、サーフェススタビライジング法が提案され
て以降、表示素子やシャツターアレイとして実用化すべ
く活発に研究されてきた。

しかし、配向処理を施した液晶セル内で強誘電性液晶相
を形或すると、第１図＋ａｌのように、スメクチソク相
の層が折れ曲がったいわゆるシェブロン構造となったり
、（ｂｌのように層が斜めになり、双安定状態間の見掛
けのコーン角が小さく、第２図で示したような理想的な
配向状態のような約４５゜の双安定状態間のスイッチン
グは得られない。更に、基板表面と強誘電性液晶の自発
分極との相互作用が強いとユニフォーム配向ではなく、
ツウイスト配向となる。

こうした理由により、光学的なＯＮ−ＯＦＦの濃度比（
コントラスト）が低いという問題があった．コントラス
トを上げる方法としては、酸化シリコンの斜方蒸着膜を
配向膜とすることにより、理想配向に近い双安定な配向
状態を形或する方法や、誘電率異方性が負の強誘電性液
晶を用いて、ＡＣスタビライズド効果を利用する方法が
知られている。

しかし、酸化シリコンの斜方蒸着膜を配向膜として使用
する方法は、大きな基板に均一な膜を形成するためには
、大きな蒸着装置が必要であり、かつ、膜形戒に時間が
かかるなど、大量生産には不向きであり、コストが高く
なる。また、誘電異方性が負の強誘電性液晶を用い、Ａ
Ｃスタビライズド効果を利用する方法は、特開昭６０−
１７６０９７号、６３　−　１９２０２０号、６３　−
　２０１６２９号、６３　−　２１０８２５号などに開
示されているが、ＡＣスタビライズド効果を生じる電圧
、周波数が高く、そのため現状で液晶表示素子のドライ
バー回路で使われているドライバーＩＣが使えなかった
り、駆動回路が複雑になったりした。

（発明が解決しようとする課題） 誘電異方性が負で、かつ、その絶対値が大きい強誘電性
液晶は、一般に分子間の相互作用が強く、応答が速い傾
向があった．そのため、液晶分子の反転に必要な電圧パ
ルスのパルス巾は広く、そして、ＡＣスタビライズド効
果を生しる電圧パルス巾は狭いということで、周波数の
高いＡＣ波形を信号電極から重畳するのが一般的な駆動
方法であった。

更に、ＡＣスタビライズド効果を生しる電圧は、その強
誘電性液晶素子の配向状態によっても大きく異なる。即
ち、ユニフォーム配向の双安定な状態を取り得る配向状
態であれば、ＡＣスタビライズド効果を生じる電圧が低
いが、ツウィスト配向であれば、かなりその電圧が高く
なるという問題があった。よって、強誘電性液晶材料と
配向膜との組合わせで、ユニフォーム配向の双安定な状
態を取り得ることが求められた。

本発明の目的は、ＡＣスタビライズド効果を生じる電圧
が低く、かつ、応答の速い強誘電性液晶組成物を提供す
るものであり、同時にその強誘電性液晶が双安定なユニ
フォーム配向状態を容易に取り得る配向膜も合わせ提供
し、ＡＣスタビライズド効果が低電圧で生じ、即ち、高
コントラストで、応答性の良い強誘電性液晶素子を提供
しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、強誘電性液晶として ここで、Ｒ１は直鎮状のアルキル基、アルコキシ基、ま
たは不斉炭素素子を有する、アルコキシ基、アルコキシ
アルコキシ基、アシルオキシ基であり、Ｒ２は直鎖アル
キル基である〉で表わされる化合物を適当量含有するこ
とを特徴としてる。これらの化合物自体は既に我々が特
許出願したが、その代表的なものの転移温度を第１表に
記す。

一般式（１）で表わされるフエニルビリダジン系化合物
は、ビリダジン環の電子的片寄りのために、負の誘電異
方性を有する．Δ６としては、−１から−４の値を有す
る。ところで、これまで一般的に利用されている誘電異
方性が負の化合物は、以下の一般式のように、骨格のヘ
ンベン環のオルト，メタ位に大きな電子吸引性を有する
基（−ＶＥＮ，ｃｊ，　Ｆ）が付加した構造を有する。

ここで、ＲＳ＋　Ｒｈはアルキル基、アルコキシ基、リ
ミジン環等であり、ｎは０か１であり、そして、Ｙ　Ｉ
−　Ｙ　ａの位置にーＣミＮ，　−Ｆ，　−ｃＪが１〜
２個付加している。

これらの化合物は、分子の横方向に出っ張った形状をし
、かつその電子的片寄りのため、横方向の分子間相互作
用が強くなり、応答性が悪くなる。

又、横方向の出っ張りは、液晶性を小さくする。

即ち、二環の化合物では、液晶相の温度域が低くなる。

これに対して、フェニルビリダジン系液晶は、大きな負
の誘電異方性を有するが、分子横方向の出っ張りがない
ため、液晶性が高い。確かにその電子的片よりのため、
分子間相互作用が高いが、それを弱くする化合物とブレ
ンドすることにより、応答性の優れた強誘電性液晶組成
物を得ることができる。更に、フェニルビリダジン系の
化合物はその液晶相の温度域が高いという特徴もあり、
室温を含み、高い温度まで強誘電性液晶相を有する液晶
組或物を調整し得る．このため、フェニルピリダジン系
化合物を適量含有する強誘電性液晶組或物は、ＡＣスタ
ビライズド効果を利用して、高コントラストを得ようと
する強誘電性液晶素子にとって好適であり、応答性の良
い素子が得られることが実験的に確認された． フェニルビリダジン系化合物のＭｉ戒比は、１０％以下
では、その化合物の特１′＆を発揮されず、また８０％
以上でル：１、ブレンドする他の系の化合物を種々変え
ても、結晶化しやすいというデメリソトをカバーし得な
いため、１０〜８０重量％が良好であり、更には、２０
〜７０重量％が望ましい。

フエニルピリダジン系化合物にブレンドする液晶化合物
としては、粘度が小さい液晶化合物が好ましく、誘電異
方性が小さいか、負の液晶化合物が良い。具体的には以
下の一般式に表わされるものである。

ングの応答性を良くする。

［ここで、Ｒ３は直鎖アルキル基または不斉炭素原子を
有するアルキル基であり、Ｒ４は直鎖アルキル基であり
、Ｘが一〇ミｃ−，−ｇ−ｏ−，または−０↑である］ で表わさる液晶化合物は、強誘電性液晶化合物にブレン
ドすると、回転粘度を下げる働きをする。

代表的な化合物と転移温度を第２表に示す．これらの液
晶化合物は、誘電異方性が負またはは、正の小さな値で
あり、フェニルピリダジン系化合物の誘電的性質に余り
影響を及ぼさずに、スイッチ一般式（２）で表わされる
液晶化合物は、一種または多種類をフェニルピリダジン
系化合物にブレンドすることができ、その比率としては
、ｌｏ〜６０重量％が好ましい。１０重量％以上でない
と、回転粘度を低くする効果が乏しく、また、６０重量
％以上になると、スメクチック相の上限温度を大きく下
げるため、好ましくなく、又、フェニルピリダジン系化
合物の銹電的性質が大きく影響を受けてくる。

一般弐（１１と（２）の混合液晶に、その他の液晶性化
合物を添加することも可能であり、以下に示す一般式＋
３１，　（４１等の化合物を添加し、回転粘度を調整し
たり、自発分極やピッチの値を調整できる。

［ここで、Ｒ，〜Ｒ，。は別々にアルキル基、アルキシ
基、アシ口キシ基等である。］ ただし、一ＩＩ式（３）のフエニルピリごジン骨格を有
する化合物は、誘電異方性が正であり、多量に？レンド
すると、フヱニルピリダジン系の化合物の誘電異方性が
負である性質を打ち消す．又、自発分極の値を調整する
ためには、Ｒ？，　ＲｑがＸ　　　　　　　　　　　　
　　Ｘ Ｃ，ｌＨｚ−＋ＣＩＩＣＨｚＯ−，ＣＩｌＩｈ■＋Ｃｔ
ｌＣＯＯ−（ここで、ｎは２以上の整数であり、ＸはＦ
，　ｄ．　ＣＮ−などである。）のような自発分極が大
きいものをブレンドすると、少量で自発分極の大きさが
調整でき、フエニルピリダジン系の化合物の誘電的性質
を大きく損なうことはない． 更に配向膜との適合性であるが、ＡＣスタビライズド効
果を低電圧で生じさせるためには、双安定なユニフォー
ム配向が望ましく、又、ツウィスト配向のものでも、表
面反転が起こり易ければ、ＡＣスタビライズド効果は、
低電圧で生しる傾向がある。

本発明のフエニルビリダジン系の化合物を主戊分とする
強誘電性液晶組或物は、ポリイミド系の配向膜に対して
は、表面反転しずらいツウィスト配向となる傾向が強く
、ＡＣスタビライズド効果を生しる電圧が高かった。こ
れに対し、ポリイξド系配向膜に比べ、相対的に極性エ
ネルギーの低いボリアミド系樹脂の配向膜は、ユニフォ
ーム配向を取りやすい。特にナイロン６のような芳香環
を含まないポリアミド配向膜ほど、ユニフォームな双安
定な配向状態をとる。同様にポリフマル酸の配向膜でも
、双安定なユニフォーム配向をとりやすく、これらの配
向では、ＡＣスタビライズド効果を生しる電圧が低かっ
た。ポリフマル酸は一Ｙがアルキル基のものから、シク
ロヘキサン環のような環状のものなど種々ある。このポ
リフマル酸の系列では、とりわけポリフマル酸ジイソピ
ル又は、これとポリ　（イソプロビルｌ，１，２．２＝
テトラビド口パーフルオロデシルママレート）の混合配
向膜は、均一で双安定なユニフォーム配向状態を呈した
。

〔作用〕

フエニルピリダジン系化合物がベースにした強誘電性液
晶組或物を用い、上記したように、双安定なユニフォー
ム配向を実現すると１．５一厚のセルでは、２０ｋｔｌ
ｚ以上の矩形波交流を印加したとき、約７ＶからＡＣス
タビライズド効果が生し始める．初期配向状態では、Ｏ
Ｎ−ＯＦＦさせた２つのメモリ状態間の見かけのコーン
角は約ｌ５゜であるが、１０Ｖの矩形波交流の印加で、
見掛けのコーン角が、約３５゜に広がる。コーン角が約
３５゜に広がると、高偏光度の偏光板をクロスニコルに
設定して２０；１以上のコントラストが得られる。

更に、上記した強誘電性液晶Ｍｉ戒物は、自発分極の値
を適切に調整すると、応答が速くなり、３０■のピーク
値の交流矩形波では、約２５μｓのパルス中まで応答す
る。

即チ、通常の１７３バイアスの駆動波形で、選択時の電
圧波高値を３０Ｖに設定すると、パルス巾２５μｓ以上
で応答し、かつｌＯ■の矩形波交流が印加される非選択
の部分にはＡＣスタビライズド効果が生じ、高コントラ
ストが得られる。この応答速度は、４００本の走査ライ
ンでも動画表示が可能なレベルである．この１／３バイ
アスの波形を第３図＋ａ＋に示し、同時にＡＣスタビラ
イズド効果を利用するこれまでの素子で使用されている
一般的な波形を示す（ｂｌ。この図より明らかなように
、第３図の（ｂｌでは、信号電極に高周波のＡＣを重畳
しなければ得られず、一ａ的な１／３バイアスの波形で
ある＋ａ＋の波形の方が駆動回路が簡易である。

〔実施例〕

実施例ｌ 透明電極を有する二枚の透明基板に、絶縁層として、Ｓ
ｉｎｇ膜を形威した後、ポリフマル酸ジイソピルの配向
朕をスピンナー塗布２００℃焼成で１２０人の膜厚に形
成した．その上で、両側の基板をパラレル配向となるよ
うにラビング処理を施した上で、１．７ＩＩＭのｇａｐ
となるように、ｇａｐ剤を散布し、セルを形戒した。こ
のセルは以下の組成の強誘電性液晶組成物を注入した。

上記の強誘電性液品Ｍｉ戒物の相転移温度は以下の通り
である。

上記強誘電性液晶組底物を注入した液晶セルを７０℃に
熱した後、除冷した。初期配向状態としては、ユニフォ
ームのアンプ及びダウンの２状態と、ツウィストのアン
プ及びダウンの２状態が混在していた。

このセルに、±２０Ｖの矩形波のパルス波形を常湛中で
印加駆動すると、ユニフォームの２状態間でスイッチン
グした。このユニフォームの２状態を直交ニコル下で観
察すると、２状態それぞれが光透過強度の低い黒レベル
が得られる。そのときの偏光軸方向が見かけのグイレク
クーを示しているが、２状態の見かけのグイレクターの
角度が見かけのコーン角であり、約１５゜であった。

このセルに、２０ｋＨｚの矩形波交流を印加し、電圧を
上げていくとと、ＡＣスタビライズド効果により、見掛
けのコーン角が広がり、いわゆるＯＮ−ＯＦＦのコント
ラストが上がっていく。このセルでは、±６．５ｖから
、コーン角が広がりはしめ、±ＩＯＶで見かけのコーン
角が３４゜まで広がり、直交ニコル下で、片方の状態を
透過光量が最少となるように、偏光軸を設定すると１＝
２０のコントラストが得られた。

このセルの応答速度は、３０Ｖ，ＡＣ矩形波駆動で、３
０μｓｅｃであり、第３図（司に示すような１／３バイ
アスのスイッチング波形で波高値３０Ｖの電圧波形を印
加すると、パルス中３０μｓｅｃまで応答し、かつ、バ
イアス部の交流波形でＡＣスタビライズド効果が得られ
るので、高いコントラストのスイッチングが可能であっ
た。

実施例２ ２枚のＩＴＯ電極を有する透明基板に、絶縁層としてｓ
ｒｏｔＭを形成した後、日立化或■製ボリアξド系配向
剤を塗布、焼戊し、２００人の配向膜を得、両側がパラ
レル配向となる向きにラビング処理を施した。その上で
ｇａｐ剤を散布し１　．　５　Ｐｍ厚となるようにセル
を形戒した。かかるセルに以下の組戒の強誘電性液晶組
戒物を注入し特性を測定した． 上記１４種の化合物を上記組成比でブレンドすると、そ
の転移温度は、 であった。

上記液晶を注入した後、７０℃に加熱後、除冷するとユ
ニフォームの２状態とツウィストの２状態の４状態が混
在した初期配向状態が得られた．このセルに、±２０Ｖ
の矩形波のパルス波形を常温中で印加すると、ユニフォ
ームの２状態間でスインチングした。しかし、このユニ
フォームの２状態を直交ニコル下で観察すると、２状態
それぞれが黒レベルが得られる見かけのグイレクターの
角度一見かけのコーン角は、約１５゜であった。

このセルに、２０ｋＨｚの矩形波交流を印加し、電圧を
上げていくと、上記のユニフォームの２状態は、ＡＣス
タビライズド効果により、見掛けのコーン角が広がる．
±６■から見かけのコーン角が広がり妬め、±ＩＯＶで
見かけのコーン角は３６゜まで広がり、直交ニコル下で
片方の状態を最もｉ３過光量を最小にするように設定す
ると、１；２５のコントラストが得られる． このセルの応答速度は、ＡＣ％ｌｊ動で３０Ｖで２５μ
ｓｅｃであり、第３図（ａｌに示すような１／３バイア
スのスイッチング波形で波高値３０Ｖの電圧波形を印加
すると、パルス中２５μｓｅｃまで応答し、バイアス部
の交流波形でＡＣスタビライズド効果をもつので、高い
コントラストのスイソチングが可能であった。

実施例３ 透明電極を有する２枚の透明基板に、絶縁層として、Ｓ
ｉｎ２膜を形威した後、ポリフマル酸ジイソプ口ピルと
ポリ　（イソプロビル１，１，２．２−テトラヒドロバ
ーフルオロデシルフマレート）を重量比で４；Ｉの比率
で溶媒に溶かした後、この液でスピンナー塗布、そして
焼成により１５０人の厚さで配向膜を形成した。その上
で、両側の基板をパラレル配向となるようにラビング処
理を施し１，５即のｇａｐ厚となるように、セルを形威
した。

このセルに以下の組成の強誘電性液晶組威物を注入した
。

液晶組成物 この液晶組成物の相転移温度は以下のようであった。

２６　　　　４７．５　　．５３　　　５７．５Ｃｒｙ
　Ｆ　　Ｓｃ”　叫ＳＡ−４Ｃｈ　−＊　Ｉｓｏこの液
晶組成物を上記セルに注入し、７０℃に加熱した後、除
冷し、３０℃で特性を測定した。初期配向状態としては
、ユニフォームの２状態が得られ、±２０Ｖの矩形波パ
ルスでの応答速度として、８．５μｓｅｃの応答が得ら
れた。そして、実施例１．　　２と同様にして、ＡＣス
タビライズド効果を確認したが、±ＩＯＶの２０ｋＨｚ
の矩形波交流の印加で３５゜の見かけのコーン角に広が
った。

このセルは、３０℃では、第３図＋ａ＋の１／３バイア
スのスイソチング波形で波高値３０Ｖの電圧波形を印加
すると、パルス巾２０μｓｅｃまで応答し、かつ、ＡＣ
スタビライズド効果により、高いコントラスト　（２３
：１）が得られた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の強誘電性液晶組或物と配向
膜を組合わせることにより、応答が速く、高コントラス
トの液晶素子が得られる。そして、ＡＣスタビライズド
効果を利用するわけだが、これまでのように、周波数の
異なる信号を印加する必要がなく、通常の電圧平均化法
の電圧波形でよいため、回路構或も簡単で済む。そして
、本発明は動画が得られる応答速度は、走査電極数が５
００本までは、画面書き換えが可能である。このように
高コントラスト化、高速応答化を合わせ実現する技術で
あり、強誘電性液晶素子の実用化でとって有効である。

造を呈している模式図であり、第１図ｆｂｌは層が斜め
になった模式図であり、第２図は理想的なｂｏｏｋｓｈ
ｅｌｆ構造を呈する模式図であり、第３図（ａｌは１／
３バイアスのスイノチング波形であり、第３図ｆｂ）が
これまでのＡＣスクビライズド効果を利用するときに印
加する電圧波形の一般形を示している。

以上

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明電極を有し、配向膜を形成された２枚の基板
   間に、誘電率の異方性が負の強誘電性液晶を挾持した強
   誘電性液晶素子において、該強誘電性液晶が 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ ［ここで、Ｒ＿１は直鎖状のアルキル基、アルコキシ基
   、または、不斉炭素原子を有するアルコキシ基、アルコ
   キシアルコキシ基、アシルオキシ基であり、Ｒ＿２が直
   鎖アルキル基である。］ で表わされる化合物を１０〜８０重量％含有する強誘電
   性液晶組成物である強誘電性液晶素子。
2. （２）該強誘電性液晶が印加電界による自発分極の反転
   によりスイッチングし、かつＡＣスタビライズド効果に
   より、ＯＮ−ＯＦＦの光学濃度比を高める駆動を行うこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の強誘電性液
   晶素子。
3. （３）走査電極に印加されるＡＣ電圧と信号電極に印加
   されるＡＣ電圧が、同一周波数であることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の強誘電性液晶素子。
4. （４）該配向膜が、少なくとも一方がラビング処理され
   たポリアミドまたはポリフマル酸の薄膜である特許請求
   の範囲第１項記載の強誘電性液晶素子。
5. （５）該強誘電性液晶組成物が、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ ［ここで、Ｒ＿３は直鎖アルキル基または不斉炭素原子
   を有するアルキル基であり、Ｒ＿４は直鎖アルキル基で
   あり、▲数式、化学式、表等があります▼、又は−Ｃ≡
   Ｃ−である］で表わされる化合物を１０〜６０％含有す
   る特許請求の範囲第１項記載の強誘電性液晶素子。