JPH06250185A

JPH06250185A - 強誘電性液晶素子

Info

Publication number: JPH06250185A
Application number: JP3292693A
Authority: JP
Inventors: Hisahide Wakita; 尚英脇田; Tsuyoshi Kamimura; 強上村; Hiroyuki Onishi; 博之大西
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は強誘電性液晶素子に関するもので、
配向欠陥のない、明るい表示を得ることを目的とする。【構成】複数の組成物からなり常温でカイラルスメク
チック相を示す混合物液晶６を、カイラルスメクチック
相で配向した状態で、液晶の組成を変化させることによ
り、スメクチック層間隔を変えて、ジグザグ欠陥をなく
し、見かけのチルト角を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶を用いた
液晶素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶に用いられる材料として
は、カイラルスメクチック相、特に配向が容易なカイラ
ルスメクチックＣ相を示す材料が用いられる。この液晶
はネマチック液晶より結晶性が高く、層構造を取り、液
晶分子が自発分極を持つ。また、薄膜化によりメモリー
性を示し、応答速度が非常に速く、視野角が広い等、優
れた性質を示す。

【０００３】しかしながら、カイラルスメクチック相で
は層構造を取るためにネマチック液晶に比べて均一な配
向を得ることが難しい。

【０００４】図２に薄膜化した時の強誘電性液晶の配向
をパネルの断面図で示す。上下ガラス基板（図示省略）
上の配向膜１９により液晶分子２０は基板に対してやや
起き上がってに並び、液晶の層２１は図のように基板間
で折れ曲がった構造（「く」の字構造）を取ることがＸ
線回折により確かめられている。基板表面上の液晶分子
の起き上がり角（プレチルト）が小さいときは、くの字
の折れ曲がり方向は２方向存在し、折れ曲がり方向の違
うドメインの境界が、ジグザグ欠陥２２ａ，２２ｂと呼
ばれる配向欠陥となる。ジグザグ欠陥はコントラストを
落し、また、しきい値特性を劣化させて表示品位を損ね
る。

【０００５】また、薄膜化強誘電性液晶は基板表面との
相互作用によってメモリー性があり、パルスの極性によ
ってメモリー状態を切り替えるが、２つのメモリー状態
間の基板上への投影角（以下「見かけのチルト角（θef
f）と呼ぶ）が層が折れ曲がることによって、液晶材料
自身の持つチルト角より小さくなってしまう。見かけの
チルト角は複屈折効果による表示の明るさを左右する要
素であり、層の折れ曲がりにより暗い表示になってしま
うという問題もある。

【０００６】カイラルスメクチックＣ相（ＳC*相）の高
温側には通常スメクチックＡ相（ＳA相）があるが、高
温側から徐冷すると、ＳA相ではこの層の折れ曲がり及
びジグザグ欠陥は存在せず、液晶分子は基板に水平で、
層は基板に垂直である。ＳA相からＳC*相に入ると分子
は層に対して傾斜し始め、傾斜が増すにつれて層の厚み
が小さくなり、「く」の字の折れ曲がり角が大きくなっ
てくることが知られている。

【０００７】ジグザグ欠陥をなくす為には、基板表面で
の分子の起き上がり角であるプレチルト角を大きくする
ことが有効であることが知られている。

【０００８】図２で、プレチルトに対して層の傾きが直
角に近い方の配向をＣ１配向、他方をＣ２配向と呼ぶ
と、プレチルト角が大きくなるにつれて、Ｃ２配向が不
安定になり、例えば、高いプレチルト角を実現できる斜
方蒸着配向法では折れ曲がり方向が一定になり均一な配
向が得られることが知られている（例えば、上村他「次
世代液晶とディスプレイ」８５〜９１頁、シーエムシー
発行）。ラビング配向法でもプレチルト角を高くする配
向膜と層法線に対する分子傾斜角（チルト角）の小さい
液晶材料を組み合わせることにより折れ曲がり方向を揃
えた例がある（例えば、特開平３−２５２６２４）。

【０００９】一方、ＳA相からＳC*相に冷却されてチル
ト角が生じても、層の厚みがあまり変わらない特異な振
舞いがナフタレン系の一部の液晶材料で報告されてお
り、この材料では層がほとんど折れ曲がらないようであ
る（例えば、高西他、第１６回液晶討論会、２Ｋ１１
３、１５６頁）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ジグザグ欠陥をなくすために、高いプレチルト角を誘起
する配向膜が従来用いられているが、斜方蒸着による配
向膜はコストが高く、有機配向膜をラビングする方法で
は十分高いプレチルトを安定に得ることが難しい。ま
た、ラビング法ではチルト角の小さい液晶材料を用いる
ために、ジグザグ欠陥は無くなっても、見かけのチルト
角が小さくなり、暗い表示となる。

【００１１】また、特定のナフタレン系液晶では、低プ
レチルト角の配向膜を用いてこれらの問題を解決できる
が、このような性質を示す液晶材料はほとんどない。液
晶相の温度範囲や粘性等を調節するために他の液晶材料
と混合すると、従来と同様に層は折れ曲がってしまい、
実用的な物性を持つ混合液晶で層の折れ曲がりのない材
料は作れない。

【００１２】本発明は、このような従来の液晶材料の課
題を考慮し、配向欠陥のない、明るい表示を得ることの
出来る強誘電性液晶素子を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、対向する電極
間に、複数の組成物からなり常温でカイラルスメクチッ
ク相を示す混合物液晶を挟み、混合物液晶をカイラルス
メクチック相で配向させた状態で、前記混合物液晶の組
成を変化させることにより、層の折れ曲がりを小さくし
てジグザグ欠陥を軽減またはなくし、見かけのチルト角
を大きくすることができる。

【００１４】特に、カイラルスメクチック相の層間隔
が、混合物液晶の組成の変化により大きくなるようにす
ることが有効である。

【００１５】

【作用】カイラルスメクチックＣ相での層の折れ曲がり
は、スメクチックＡ相で基板に垂直な層が形成されてか
ら、ＳC*相で層間隔が短縮するにつれて大きくなる。ス
メクチック相の層間隔は、一つの分子の長さに近い場
合、極性分子が２分子で１層を形成する場合、また、隣
合った分子が平行にずれて１分子と２分子の中間の層間
隔を示す場合があり、多様である。混合液晶の場合、そ
の組成によってこれらの層間隔が変わるが、ナフタレン
系のような特殊な液晶を除いて、パネル内に注入された
後、等方相から徐冷してＳC*相で配向させるとチルト角
が大きくなるに従い層間隔が短くなり層は折れ曲がる。

【００１６】そこで、本発明では、通常の混合液晶をＳ
C*相で配向させた状態で、その組成を変えることによ
り、元の組成より層間隔の長い組成を実現し、層の折れ
曲がりを軽減または解消するものである。

【００１７】その変更の手段としては、光照射により重
合反応を生じさせる、または、解離させることにより、
成分を変質させる方法や、固形微粒子等に特定の液晶分
子を吸着させる等により組成比率を変える。

【００１８】組成の変更を、初期の混合液晶のチルトが
大きくなってから行うと、一旦折れ曲がった層が基板に
垂直に伸びる。また、温度降下に伴いチルトが大きくな
る過程で、吸着等により徐々に組成を変えれば、層間隔
はチルトが大きくなっても変化せずＳA相と同じ垂直な
層構造を保てる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の強誘電性液晶素子の一実施
例を示す断面図である。上下基板１、２上には透明電極
５、絶縁膜３、配向膜４を形成している。配向膜４とし
て、（化１）の構造を持つシランカプラーをエタノール
で希釈した混合溶液を、スピンナーで約１０〜１５nmの
厚みとなる条件で塗布し、約１３０度Ｃで焼成してから
上下基板１、２とも同方向に、平行にラビング処理し
た。

【００２０】

【化１】

【００２１】液晶層６の厚みは約１．８μmにスペーサ
ー７で決定される。（化１）の配向膜４は水平配向膜
で、磁場容量法で測定したところ、プレチルトはほぼ零
度である。

【００２２】（実施例１）このようなセルに、（表１）
のフェニルピリミジン系の強誘電性液晶組成物に、（化
２）で示される化合物を５重量％混ぜ、セル中に注入し
た。（化２）の合成法は特開昭６３−９９２９４公報で
示されている方法で行った。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【化２】

【００２５】（化２）と（表１）を混合した混合液晶Ａ
も強誘電性を示し、高温側から等方相→カイラルネマチ
ック相（Ｎ*相）→ＳA相→ＳC*相という相系列をと
る。セルへの注入は、混合液晶Ａを加熱して等方性液体
にしながらキャピラリー法により行い、室温まで徐冷し
た。このとき、ＳC*相での配向はジグザグ欠陥を生じて
おり、二つの「くの字」層構造を有していることがわか
った。この後、作成した液晶パネルに紫外線を照射する
ことにより、（化２）に重合反応を起こさせた。顕微鏡
による観察では、ジグザグ欠陥が消失しており、一様な
モノドメインが得られていることが分かった。

【００２６】また、重合させる前は、正負の直流電圧印
加時によって測定される液晶固有チルト角が２１゜で、
メモリー状態間の「見かけのチルト角」は１２゜と、固
有チルト角より小さくなっていたが、重合後は、固有チ
ルト角が２０゜、見かけのチルト角が１９゜と殆ど等し
くなっていた。重合によって、見かけのチルト角が大き
くなり、明るい表示が得られ、また、非選択電圧に応答
するクロストーク現象も極めて小さくなり、コントラス
トが高くなった。

【００２７】（化２）の成分は重合反応により変化し、
混合液晶の組成がＳC*相中で変化したといえる。光照射
による重合の前後で、層間隔をＸ線回折により測定した
ところ、層間隔が長くなっていることが確認された。

【００２８】（実施例２）（表１）の強誘電性液晶組成
物に（化３）の化合物を５重量％混合した。

【００２９】

【化３】

【００３０】（化３）は参考文献（増田らリキッドク
リスタル第１０巻、５号６２３頁〜６３４頁、１９
９１年）に記載されている合成法に基づいて作成した。
相転移温度は、ＩＳＯ → Ｎ* → ＳｍＡ → ＳｍＣ* であった。 152゜Ｃ 146゜Ｃ 78゜Ｃこの混合液晶に、触媒化成(株)製微小シリカ球（0.05〜
0.1ミクロン）を加熱しながら等方性液体で混合し、キ
ャピラリー法で実施例１と同じセルに注入し、約１時間
かけて室温まで冷却して、ＳC*相で配向させた。冷却直
後は、ジグザグ欠陥が残っており、層が折れ曲がってい
ることを示している。液晶固有のチルト角は１８度、見
かけのチルト角は１３度と小さくなっていた。

【００３１】ところが、このパネルを室温中で１日放置
するとジグザグ欠陥は無くなり、一様なモノドメインが
得られていた。また、固有チルト角が１９度、見かけの
チルト角が１８度とほぼ等しくなった。

【００３２】比較のため、シリカ球を混入させなかった
場合には、ジグザグ欠陥が多くなり、長時間放置しても
消えることはなかった。また、固有のチルト角は１７．
５度で、見かけのチルト角は１２度であった。

【００３３】さらに、比較のため、（表１）の強誘電性
液晶組成物だけを用いた場合ではシリカ球を混在させて
もジグザグ欠陥は消失せず、固有のチルト角は２０度、
見かけのチルト角は１２度であった。

【００３４】（化３）を混合することにより（表１）の
液晶の固有のチルト角が減少するが、シリカ球を混入
し、さらに放置することにより、固有のチルト角は（化
３）を含まない値に近くなる。また、放置後の混合液晶
の相転移温度は（表１）の液晶に近ずいた。これらか
ら、シリカ球混入後の放置により、（化３）を混合した
混合液晶の組成が変化し、（表１）の組成に近付いてい
ることが示唆される。（化３）は極性が極めて強いた
め、固液界面に吸着しやすいことが知られており、シリ
カ混入後の放置により、（化３）の化合物がシリカ球、
及び基板界面に吸着したため、混合液晶の組成が変化し
たことは確実である。組成変化の前後の層間隔の変化に
ついては測定できていないが、実施例１の結果から、組
成変化により層間隔が変わり、ジグザグ欠陥が消失した
と考えられる。

【００３５】また、（化３）のシアノ基の付いたフェニ
ル基をビフェニル基に変えた化合物Ｂを（表１）に混合
した場合は、相溶性が悪いために化合物Ｂはシリカ球に
吸着後、析出した。化合物Ｂが析出により相分離し、混
合液晶の組成は変わり、ジグザグ欠陥がなくなり、見か
けのチルト角と固有チルト角は１９度と２０度とほぼ等
しくなった。

【００３６】なお、本発明の組成の変化を生じさせる手
段としては、上記の実施例の他に、光や熱により液晶分
子を解離させる方法や、アゾベンゼン等の光異性化反応
を生じる液晶分子を混合すれば、光照射により実質的な
分子長が変える方法等も有効である。

【００３７】また、重合反応はまた、パネル内に固形触
媒を混入することも可能であり、重合により二量体分子
を生成させてもよい。

【００３８】また、用いる混合液晶は、組成の変化によ
り層間隔が長くなればよく、上記実施例のみに限られる
ものではない。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明の強誘電性液晶素子は、注入した混合液晶をカイ
ラルスメクチック相で配向させた後に、混合液晶の組成
を変化させることにより、ジグザグ欠陥をなくし、明る
い高コントラスト表示が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の強誘電性液晶素子の断面図
である。

【図２】従来の強誘電性液晶の配向を模式的に示したパ
ネル断面図である。

【符号の説明】

１上基板２下基板３絶縁膜４配向膜５透明電極６液晶層７スペーサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する電極間に、複数の組成物からな
りカイラルスメクチック相を示す混合物液晶が挟まれ、
前記混合物液晶は、カイラルスメクチック相で配向した
状態で、組成が変化させられたものであることを特徴と
する強誘電性液晶素子。
【請求項２】カイラルスメクチック相での双安定状態
間のなす角度が、前記混合物液晶の組成が変化すること
により大きくなることを特徴とする請求項１記載の強誘
電性液晶素子。
【請求項３】カイラルスメクチック相の層間隔が、前
記混合物液晶の組成の変化により大きくなることを特徴
とする請求項２記載の強誘電性液晶素子。
【請求項４】複数の組成物の少なくとも一つに、重合
反応を生じさせることにより、前記混合物液晶の組成を
変化させることを特徴とする請求項３記載の強誘電性液
晶素子。
【請求項５】光照射により、あるいは混合物液晶中に
触媒を混入することにより前記重合反応を促進すること
を特徴とする請求項４記載の強誘電液晶素子。
【請求項６】複数の組成物の少なくとも一つを、光ま
たは熱照射により解離させることにより、前記混合物液
晶の組成を変化させることを特徴とする請求項３記載の
強誘電性液晶素子。
【請求項７】複数の組成物の少なくとも一つに、光異
性化反応を生じさせることにより、前記混合物液晶の組
成を変化させることを特徴とする請求項３記載の強誘電
性液晶素子。
【請求項８】複数の組成物の少なくとも一つを、混合
物液晶中に混入した固形物または基板界面に吸着させる
ことにより、前記混合物液晶の組成を変化させる請求項
３記載の強誘電性液晶素子。
【請求項９】複数の組成物の少なくとも一つを、相分
離させることにより、前記混合液晶の組成を変化させる
請求項３記載の強誘電性液晶素子。