JPH07140469A

JPH07140469A - 液晶表示素子および液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07140469A
Application number: JP30854393A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Shirane; 浩朗白根; Osami Inoue; 長三井上
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶内に混入したイオン性不純物が配向膜表
面に吸着することで液晶表示素子に生ずる焼き付きを防
ぐ。【構成】電圧印加前の初期配向状態で全領域における
液晶分子の自発分極の向きが一定方向に揃うカイラルス
メクティック液晶２を用い、この液晶分子の自発分極の
向きを第２配向膜３３ｂから第１配向膜３ａへ向う定方
向１２に揃えることで内部電界１１を発生させ、不純物
陰イオン１０ｂを第１配向膜３ａに、不純物陽イオン１
０ａを第２配向膜３ｂに選択的に吸着させるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メモリ効果を有すると
共に応答速度に優れた強誘電性液晶を用いた液晶表示素
子および液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より液晶の性質を示す材料は種々知
られており、その光学的性質を利用することによって、
薄型でフラットな表示装置やプリンタのシャッタ機構
（液晶シャッタ）等に用いられている。なお、液晶は分
子配列の違いから、「スメクティック（ｓｍｅｃｔｉ
ｃ）液晶」、「ネマティック（ｎｅｍａｔｉｃ）液
晶」、「コレステリック（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）液
晶」の３つに大きく分けられており、スメクティック液
晶は分子配列の規則性が強く、ネマティック液晶は分子
位置に規則性がないものの全体として分子軸が一方向に
向いており、コレステリック液晶は分子軸が略々０．３
μｍの範囲でねじれているカイラル（ｃｈｉｒａｌ）な
分子よりなる。

【０００３】上記のような液晶において、現在実用化さ
れているものに、ネマティック液晶を用いたＴＮ（ねじ
れネマティック：ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）型
やＳＴＮ（超ねじれネマティック：ｓｕｐｅｒｔｗｉ
ｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）型などの液晶表示素子があ
る。これらの液晶表示素子は、液晶の誘電的配列効果に
基づいており、液晶分子の誘電異方性のために、平均分
子軸方向が加えられた電場により特定の方向に向く効果
を利用している。しかしながら、これらネマティック液
晶を用いた表示素子の光学的な応答速度の限界はミリ秒
のオーダーであるとされており、応答速度が低速な点が
ネックとなって広範な応用に適しているとは言えない。

【０００４】また、現在使用されている液晶表示素子駆
動方式として能動マトリクス方式があり、ＴＦＤ（薄膜
ダイオード）型やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）型等によ
るＬＣＤ（液晶ディスプレイ）駆動方式は、高いコント
ラストで広い視野角が得られると共に液晶に鋭い閾特性
が要求されないといった利点から、広く利用されてい
る。しかし、大型平面ディスプレイに応用する液晶表示
素子駆動方式としては、価格・生産性等の観点から能動
マトリクス駆動方式よりも単純マトリクス駆動方式が望
ましいといえる反面、ＴＮ型液晶表示素子を累積応答型
の単純マトリクス駆動方式（１ラインの走査時間を液晶
の応答時間よりも短くした方式）で駆動させるには、十
分に急峻な閾特性が従来の液晶表示素子から得られない
ため、実用可能な程度のコントラストを得るには６０〜
７０本程度の走査線数が限界であるとされていた。な
お、累積応答型マトリクス駆動方式で広い視野角と高い
コントラストを得るため、ＳＢＥ（ｓｕｐｅｒｔｗｉ
ｓｔｅｄｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｅｆｆｅｃ
ｔ）方式やＳＴＮ方式等が提案されているものの、未だ
解決課題が多々残されており、実用化しうる程度の解決
には至っていない。

【０００５】このようなことから、双安定性（メモリ
性）を有する液晶表示素子として強誘電性液晶（カイラ
ルスメクティック液晶）を用いると共に、１ラインの走
査時間を液晶の応答時間よりも長くする逐次書込み型の
単純マトリクス駆動方式が、クラーク（Ｎ．Ａ．Ｃｌａ
ｒｋ）およびラガヴァル（Ｓ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌ
ｌ）により提案されている。この逐次書込み型マトリク
ス方式は、自発分極を有するカイラルスメクティック液
晶分子のらせん軸が基板に並行で且つ層が垂直な薄いセ
ル（液晶分子のらせんピッチよりも薄いセル厚）を用い
ることで、液晶分子のらせん構造を消滅させて分極ドメ
インを発生させ、表面での安定化を図り、電場による自
発分極の反転を利用して双安定スイッチングを行わせる
ものである。したがって、高速応答性と双安定性とを有
する表面安定強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ：ｓｕｒｆａｃ
ｅｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｆｅｒｒｏ−ｅｌｅｃｔｒ
ｉｃｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌ）セルによれば、単
純マトリクス駆動方式による高精細表示が可能となるの
である。なお、ＳＳＦＬＣセルに用いる液晶組成物とし
ては、特に粘性の低いカイラルスメクティックＣ液晶が
想定される。

【０００６】上記のような理由から、強誘電性液晶表示
素子を単純マトリクス駆動方式でパルス駆動することが
望ましいが、液晶分子の自発分極が特に強い場合、強誘
電性液晶を片方のメモリ状態のままに放置しておくと、
当該メモリ状態が安定化して印加パルスに応答したスイ
ッチングが行われなくなり、同じ画像が残ったままにな
る所謂「表示焼付け」という放置単安定化現象の生ずる
ことが知られている。この表示焼付けは、外部電界の極
性が変化することにより強誘電性液晶が有する自発分極
の向きが反転した際に生ずる反電界によって、界面付近
に電荷が貯まるためと考えられている。

【０００７】このような表示焼付けを防止する方法とし
て、例えば特開昭６３−１３５９２２号公報や特開平１
−１００２２７号公報等には液晶中のイオン濃度を増大
させてイオンの遍在を無くす方法が、特開平３−５９０
８９号公報にはイオン性物質の速やかな移動により反電
界を打ち消す方法が、特開平４−２１５６１６号公報に
は最初に印加するパルス電圧に続いて逆極性のパルス電
圧を印加して反電界を打ち消す方法が提案されているほ
か、配向膜にＬＢ膜を使用して蓄積電荷を蓄積電荷を逃
がし易くする方法（Ｈ．Ｉｋｅｎｏｅｔａｌ．：Ｊ
ｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２７，Ｌ４７５（１
９８８））や、電荷移動錯体を添加した配向膜や導電性
膜を配向膜として使用することで蓄積電荷を逃がし易く
する方法（Ｋ．Ｎａｋａｙａｅｔａｌ．：Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２８，Ｌ１１６（１９８
９））も提案されており、これらの方法は反電界に起因
する表示焼付けに対して有効なものと認識されている。
なお、液晶表示素子に強誘電性液晶を用いる場合、自発
分極の向きが異なる２種類の分極ドメインが略々半々と
なるようにして、電荷の遍在によって生じる焼き付きの
影響を受け難くするような方法も採られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者が強誘電性液晶組成物と配向膜の多岐に亙る組合せに
ついてメモリ性の変化を詳細に調べたところ、上記のよ
うな反電界により生ずるものとは考えられない焼き付き
現象を認識するに至った。すなわち、反電界に起因する
焼き付きであれば、液晶の全面に対して略々均一に生ず
る筈であるが、液晶表示素子の液晶注入口付近に選択的
に焼き付きが生じてしまったのである。このことは、液
晶分子の自発分極には関与しない、反電界とは異なった
メカニズムでイオン性不純物が配向膜へ吸着されること
により生ずるものと考えられる。

【０００９】上記の点に付いて本発明者は、液晶を配向
膜間に注入する際に液晶が最初に通過する注入口付近で
イオン性不純物が選択的に配向膜へ吸着され、配向膜に
吸着された不純物イオンの電荷により形成される電界が
両配向膜間に生ずるためであると推認するに至った。そ
して、この焼き付き現象は、図１０に示す如く、強誘電
性液晶組成物３１を封入する第１配向膜３２ａと第２配
向膜３２ｂと間に、自発分極の向きが第１方向３３ａ
（図においては上向き）に分子配列が揃った第１領域３
４ａと、自発分極の向きが上記第１方向３３ａと反転し
た第２方向３３ｂ（図においては下向き）に分子配列が
揃った第２領域３４ｂとが混在したものである。

【００１０】このような第１領域３４ａと第２領域３４
ｂとが生ずるのは、以下のような要因によるものと考え
られる。すなわち、表面の双極子が負である第１，第２
配向膜３２ａ，３２ｂの各内側面に不純物陽イオン３５
ａ…が各々吸着され、この不純物陽イオン３５ａ…の付
着領域に相対する部分の配向膜表面近傍に不純物陰イオ
ン３５ｂが遍在しているため、第１方向３６ａ（図にお
いては上向き）の電界が生じている領域と、第２方向３
６ｂ（図においては下向き）の電界が生じている領域と
が混在し、このイオン性不純物の吸着により生ずる電界
の作用を受けて液晶分子の配向状態が異なる領域が生じ
てしまうのである。なお、配向膜表面の双極子の符号
は、配向膜表面における双極子モーメントが液晶側を向
いている場合を正、その逆の場合を負とする定義（Ｊ．
ディジョン他の提案による）が一般的であり、以下これ
に従うこととする。

【００１１】また、液晶表示素子に用いる２枚の配向膜
は、通常同一の材料を用いるため、配向膜表面の双極子
の符号に応じて、不純物陽イオン３５ａ…あるいは不純
物陰イオン３５ｂ…が不規則に第１，第２配向膜３２ａ
，３２ｂに吸着されることで、液晶分子の配向状態が
不均一になるものと考えられる。

【００１２】従って、配向膜に予め吸着されてしまった
不純物イオンにより形成される電界によって強誘電性液
晶表示素子に生ずる焼き付き現象は、従来より提案され
ている表示焼付け防止手段では対処できない。例えば、
イオン濃度や移動度を上げる方法では、イオンが表面に
固定（強く吸着されている）ために効果が得られず、Ｌ
Ｂ膜や導電性膜を配向膜に用いる方法では、液晶表示素
子に印加される実行電圧が低下したりショートが起こり
やすくなって実用的ではないし、印加パルス電圧と逆極
性のパルス電圧を続けて印加する方法では、反電界に起
因しない焼き付きに対して何ら効果のないことは明確で
ある。

【００１３】そこで、本発明は、イオン性不純物が配向
膜へ吸着されて内部電界が生じても安定的なスイッチン
グを期せる液晶表示素子の提供と、その液晶表示素子を
良好に表示駆動させ得る液晶表示装置の提供を目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る液晶表示素子（１）は、基板（例えば
第１，第２透明基板７ａ，７ｂ）上に透明電極（例えば
第１，第２透明電極５ａ，５ｂ）を形成すると共に該電
極を覆う状態に配向膜（例えば第１，第２配向膜３ａ，
３ｂ）を形成した一対の透明電極板（例えば第１，第２
透明電極基板８ａ，８ｂ）を、夫々の配向膜が所定ギャ
ップを隔てて対峙するように配置し、両透明電極板間に
カイラルスメクティック相を示す液晶組成物（例えばカ
イラルスメクティック液晶２）を封入してなる液晶表示
素子において、一対の配向膜の間に注入された電圧印加
前の初期配向状態で、自発分極の向きが全領域で一方の
配向膜に揃う液晶組成物を用いるようにした。

【００１５】また、本発明に係る液晶表示装置は、基板
（例えば第１，第２透明基板７ａ，７ｂ）上に透明電極
（例えば第１，第２透明電極５ａ，５ｂ）を形成すると
共に該電極を覆う状態に配向膜（例えば第１，第２配向
膜３ａ，３ｂ）を形成した一対の透明電極板（例えば第
１，第２透明電極基板８ａ，８ｂ）を、夫々の配向膜が
所定ギャップを隔てて対峙するように配置し、両透明電
極板間にカイラルスメクティック相を示す液晶組成物
（例えばカイラルスメクティック液晶２）を封入してな
る液晶表示素子と、この液晶表示素子の透明電極へ双極
性パルス電圧を印加する表示駆動制御手段を備えた液晶
表示装置において、一対の配向膜の間に注入された電圧
印加前の初期配向状態で、自発分極の向きが全領域で一
方の配向膜に揃う液晶組成物を用いると共に、双極性パ
ルス電圧に所定の直流オフセット電圧を重畳して表示駆
動するようにした。

【００１６】

【作用】電圧印加前の初期配向状態で自発分極の向きが
全領域で同一方向に揃う液晶組成物を用いることで、セ
ル内部には液晶分子の自発分極の向きに対応する略々均
等な内部電界が生じる。そして、この内部電界を打ち消
すように、液晶内に混入したイオン性不純物は、当該イ
オンの極性に応じて何れか一方の配向膜側へ選択的に吸
着あるいは蓄積される。

【００１７】また、電圧印加前の初期状態で自発分極の
向きが全領域で同一方向に揃う液晶組成物を用いた液晶
表示素子において、液晶分子の自発分極により全領域に
生じている一定方向の内部電界は、表示駆動用の双極性
パルスに重畳した所定の直流オフセット電圧によって相
殺される。

【００１８】

【実施例】次に、本発明に係る液晶表示素子および液晶
表示装置の実施例を添付図面に基づいて説明する。

【００１９】図１に示すのは、液晶表示素子１の概略縦
断面であり、カイラルスメクティック相を示す液晶組成
物としてのカイラルスメクティック液晶２を第１配向膜
３ａと第２配向膜３ｂとの間にスペーサ４を介して封入
すると共に、第１配向膜３ａ及び第２配向膜３ｂの外側
面には、各々第１透明電極５ａ及び第２透明電極５ｂと
のアイソレーションを図るための第１絶縁膜６ａ及び第
２絶縁膜６ｂを設けてある。

【００２０】なお、上記第１，第２絶縁膜６ａ，６ｂお
よび第１，第２透明電極５ａ，５ｂは各々第１透明基板
７ａ及び第２透明基板７ｂ上に形成され、第１，第２配
向膜３ａ，３ｂは上記第１，第２絶縁膜６ａ，６ｂ上に
形成されるものとしてある。すなわち、本実施例におい
ては、第１配向膜３ａと第１透明電極５ａと第１絶縁膜
６ａと第１透明基板７ａとを一体的にした第１透明電極
基板８ｂと、第２配向膜３ｂと第２透明電極５ｂと第２
絶縁膜６ｂと第２透明基板７ｂとを一体的にした第２透
明電極基板８ｂとの間にカイラルスメクティック液晶２
を封入するのである。

【００２１】また、上記のように構成した液晶表示素子
１の両側には、液晶層における分子の配向状態を光学的
に識別するために、第１偏光板９ａと第２偏光板９ｂと
を各々変更方向が直交するように適宜配置してある。

【００２２】上記のような液晶表示素子１を組み立てる
に際しては、第１透明電極板８ａか第２透明電極板８ｂ
の第１，第２配向膜３ａ，３ｂ表面をラビング（布等で
一定の方向に擦ること）により一軸配向処理し、両配向
膜間にカイラルスメクティック液晶２封入用の空間を形
成するシール材を塗布すると共にスペーサ４…を適宜間
隔で配置し、例えば真空注入法により第１，第２透明電
極板８ａ，８ｂ間にカイラルスメクティック液晶２を注
入して、液晶注入用の注入口を封止する。

【００２３】上記第１，第２透明基板７ａ，７ｂの素材
としては、例えば平滑性の良好なフロートガラス等のガ
ラスのほか、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ンテレフタレート等のポリエステル、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリス
ルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミ
ド、アセチルセルロース、ポリアミノ酸エステル、芳香
族ポリアミド等の耐熱樹脂、ポリスチレン、ポリアクリ
ル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリ
ルアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等のビニル系
ポリマー、ポリフッ化ビニリデンの含フッ素樹脂および
それらの変性体等から形成されたプラスチックフィルム
等が使用できる。なお、第１，第２透明基板７ａ，７ｂ
の表面にＲ・Ｇ・Ｂのマイクロカラーフィルタを設ける
ことで、カラー表示にも対応させる場合もある。

【００２４】また、第１，第２透明基板７ａ，７ｂ上に
形成する第１，第２透明電極５ａ，５ｂは、酸化スズ
（ＳｎＯ₂ ）膜や酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）膜やＩＴ
Ｏ（インジウム・スズ・オキサイド）等の透明電極膜を
３００〜５０００Å程度の膜厚（望ましくは１０００〜
３０００Å）に形成し、該透明電極膜をストライプ状に
エッチングしてなる。斯く構成した第１，第２透明電極
５ａ，５ｂを互いに直交するよう組み合わせることで、
両透明電極５ａ，５ｂの交点に表示ドットが形成され、
単純マトリクス方式による表示が可能となる。なお、本
実施例においては単層マトリクス方式を示したが、２層
マトリクスや多重マトリクス方式を用いて表示画素を高
めることもできる。

【００２５】上記第１，第２透明電極５ａ，５ｂが形成
された第１，第２透明基板７ａ，７ｂ上に形成する第
１，第２絶縁膜６ａ，６ｂは、例えば酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ₂）膜や酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）膜や酸化タンタル
（Ｔａ₂Ｏ₅）膜等を２００〜５００Å程度の膜厚（望ま
しくは５００〜２００Å）に形成したものである。な
お、本実施例の如く第１，第２絶縁膜６ａ，６ｂを形成
することなく、第１，第２透明電極５ａ，５ｂ上に第
１，第２配向膜３ａ，３ｂを直接形成するようにしても
良い。

【００２６】上記第１，第２絶縁膜６ａ，６ｂ上に形成
する第１，第２配向膜３ａ，３ｂは、ポリイミド等を１
０〜１０００Å程度の膜厚（望ましくは５０〜５００
Å）に形成し、その表面にラビング処理を施したもので
ある。なお、一般的な配向膜用の素材としては、ポリイ
ミド、ビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
アミド（ナイロン等）等をスピンコートまたは印刷する
ことにより形成される高分子膜、有機シラン化合物を塗
布することによって形成される有機膜、ＳｉＯ、ＳｉＯ
₂ 、ＴｉＯ₂ 等を真空蒸着あるいはスパッタリングする
ことにより形成される無機膜等が使用されている。ま
た、ポリイミド等の高分子膜は、ナイロン、レーヨン、
ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成繊維や
綿、羊毛等の天然繊維等を用いてラビングする。

【００２７】また、カイラルスメクティック液晶２を封
入する空間を確保するために設けるセルギャップは、第
１，第２配向膜３ａ，３ｂ間にスペーサ４…を均一に散
布することで形成し、このスペーサ４…には、グラスフ
ァイバ、ガラスビーズ、プラスチックビーズ、アルミナ
やシリカ等の金属酸化物粒子、ポリエチレンテレフテレ
ートやポリイミド等のプラスチック薄膜等を用いる。な
お、セルギャップは０．５〜１０μｍ程度（望ましくは
１〜３μｍ）で、これに応じたスペーサ４…を用いる。

【００２８】而して、本発明に係る液晶素子１に用いる
カイラルスメクティック相を示す液晶組成物たるカイラ
ルスメクティック液晶２は、カイラルスメクティックＣ
相（ＳｍＣ^* ）、Ｆ相（ＳｍＦ^* ）、Ｇ相（ＳｍＧ
^* ）、Ｈ相（ＳｍＨ^* ）、Ｉ相（ＳｍＩ^* ）、Ｊ相（Ｓ
ｍＪ^* ）、Ｋ相（ＳｍＫ^* ）の何れかを有するものであ
る。このカイラルスメクティック相を示す温度範囲とし
ては、０〜５０℃よりも広いことが望ましい。なお、^*
はカイラルを示す。

【００２９】また、上記カイラルスメクティック液晶２
として用い得るカイラルスメクティック液晶組成物を構
成する化合物は、望ましくは２〜２０種類であり、これ
らの中にはカイラルスメクティック相を示さない液晶化
合物や液晶相を全く示さないカイラル化合物が含まれて
いても良い。なお、カイラルスメクティック液晶組成物
の相系列の例としては、次のようなものが挙げられる。

【００３０】Ｋ−（・・・ＳｍＸ₂ −ＳｍＸ₁ ）−Ｓｍ
Ｃ^* −ＳｍＡ−Ｃｈ−Ｉ

【００３１】Ｋ−（・・・ＳｍＸ₂ −ＳｍＸ₁ ）−Ｓｍ
Ｃ^* −Ｃｈ−Ｉ

【００３２】Ｋ−（・・・ＳｍＸ₂ −ＳｍＸ₁ ）−Ｓｍ
Ｃ^* −ＳｍＡ−Ｉ

【００３３】Ｋ−（・・・ＳｍＸ₂ −ＳｍＸ₁ ）−Ｓｍ
Ｃ^* −Ｉ

【００３４】また、電圧印加前の初期状態で自発分極の
向きが全領域で一定の方向に向きカイラルスメクティッ
ク液晶組成物は、以下に化１〜化４７として示す化学式
の化合物を組成物の一つ又はそれ以上の成分として含有
せしめることにより作製することができる。なお、化１
〜化１４で例示するのは４−（ジ置換アミノメチル）安
息香酸４−（４′−アルコキシベンゾイルフェニル）エ
ステル誘導体、化１５〜化１９で例示するのは４−（ジ
置換アミノメチル）安息香酸４−（４′−アルコキシビ
フェニル）エステル誘導体、化２０〜化２３で例示する
のは４−（ジ置換アミノメチル）安息香酸４−（６′−
ピリミジニル）フェニルエステル誘導体、化２４〜化３
５および化３７〜化４０で例示するのは光学活性シクロ
ヘキシルアミン誘導体もしくは光学活性シクロヘキサン
メチルアミン誘導体、化４１〜化４７で例示するのは光
学活性含フッ素化合物であり、その他に化３６で例示す
る４−（４′−置換フェニル）安息香酸４−アミノフェ
ニルエステル誘導体等が挙げられる。

【００３５】

【化１】

【００３６】

【化２】

【００３７】

【化３】

【００３８】

【化４】

【００３９】

【化５】

【００４０】

【化６】

【００４１】

【化７】

【００４２】

【化８】

【００４３】

【化９】

【００４４】

【化１０】

【００４５】

【化１１】

【００４６】

【化１２】

【００４７】

【化１３】

【００４８】

【化１４】

【００４９】

【化１５】

【００５０】

【化１６】

【００５１】

【化１７】

【００５２】

【化１８】

【００５３】

【化１９】

【００５４】

【化２０】

【００５５】

【化２１】

【００５６】

【化２２】

【００５７】

【化２３】

【００５８】

【化２４】

【００５９】

【化２５】

【００６０】

【化２６】

【００６１】

【化２７】

【００６２】

【化２８】

【００６３】

【化２９】

【００６４】

【化３０】

【００６５】

【化３１】

【００６６】

【化３２】

【００６７】

【化３３】

【００６８】

【化３４】

【００６９】

【化３５】

【００７０】

【化３６】

【００７１】

【化３７】

【００７２】

【化３８】

【００７３】

【化３９】

【００７４】

【化４０】

【００７５】

【化４１】

【００７６】

【化４２】

【００７７】

【化４３】

【００７８】

【化４４】

【００７９】

【化４５】

【００８０】

【化４６】

【００８１】

【化４７】

【００８２】また、これらの液晶組成物において、自発
分極の値は２〜６０ｎＣ／ｃｍ² が望ましく、コレステ
リック相を有する螺旋ピッチの値は１０μｍ以上が、Ｓ
Ｃ^*相の螺旋ピッチの値は５μｍ以上が望ましい。

【００８３】上述した如く、液晶表示素子１に注入する
液晶組成物として、電圧印加前の初期配向状態において
自発分極の向きが全領域で一定方向に揃っているカイラ
ルスメクティック液晶２を用いることにより、セル内部
には液晶分子の自発分極の向きに対応する略々均等な内
部電界が生じる。そして、この内部電界を打ち消すよう
に、液晶内部に混在するイオン性不純物はその極性に応
じて第１配向膜３ａあるいは第２配向膜３ｂの何れかへ
選択的に吸着あるいは蓄積されて行くこととなる。例え
ば、図２に示す如く、不純物陽イオン１０ａが第２配向
膜３ｂへ、不純物陰イオン１０ｂが第１配向膜３ａへ吸
着あるいは蓄積されるような内部電界１１が生じるよう
に、液晶分子の自発分極の向きが定方向１１に揃ったカ
イラルスメクティック液晶２を用いることで、第１，第
２配向膜３ａ，３ｂへイオン性不純物がランダムに吸着
されることを防ぎ、内部電界１１の向きを一定方向に揃
えることが可能となる。すなわち、内部電界１１を相殺
し得る電界を外部より印加することで液晶分子のスイッ
チングを良好に行えるのである。

【００８４】なお、カイラルスメクティック液晶２の層
構造は、層がまっすぐ立ったブックシェルフ構造に限ら
ず、ジグザグ欠陥のでない層構造に制御してあればよ
い。例えば、Ｃ１ユニフォーム配向およびＣ２ユニフォ
ーム配向（Ｊ．Ｋａｎｂｅｅｔａｌ．：Ｆｅｒｒｏ
ｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，１４４，３（１９９１））、電圧
印加によりスメクティックの層を立たせた疑似ブックシ
ェルフ構造（Ｙ．Ｓａｔｏｅｔａｌ．：Ｊｐｎ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２８，Ｌ４８３（１９８９）や
Ｗ．Ｊ．Ａ．Ｍ．Ｈａｒｔｍａｎｎ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅ
ｃｔｒｉｃｓ，８５，６７（１９８８）など）のものも
使用することができる。

【００８５】上記のように構成した液晶表示素子１に第
１，第２偏光板９ａ，９ｂや電圧印加制御手段（図示省
略）や電源供給手段（図示省略）等を付加することによ
って液晶表示装置が構成される。

【００８６】而して、本発明に係る液晶表示装置におい
ては、図３に示すようなパルス波を供給することで表示
制御を行うものとしてある。すなわち、０〔Ｖ〕に対し
て直流オフセット電圧Ｖ_b をバイアス電圧として重畳す
ることにより、第１，第２配向膜３ａ，３ｂ間に生ずる
電位差を相殺し、カイラルスメクティック液晶２の液晶
分子を双安定状態にし、双極性パルスによる液晶分子の
スイッチングを可能にする。なお、図３において、Ｖ_a
はパルス電圧、Ｔ_a はパルス周期、Ｔ_b パルス幅であ
る。

【００８７】従って、上記のような表示駆動制御を行う
液晶表示装置によれば、カイラルスメクティック液晶２
に固有の性質によって、イオン性不純物をその極性に応
じて第１配向膜３ａもしくは第２配向膜３ｂへ選択的に
吸着または蓄積させるので、液晶表示素子内部に生ずる
内部電界の向きは定方向となり、この全領域に生じてい
る一定方向の内部電界は、表示駆動用の双極性パルスに
重畳した所定の直流オフセット電圧によって相殺される
ので、従来と同様に液晶分子のスイッチングを行うこと
が可能となり、両配向膜間に電界の生じている液晶表示
素子を良好に表示駆動させることができる。なお、本実
施例においては２パルス法を用いたが、３パルス法、４
パルス法についても直流オフセット電圧の重畳に関して
は同様の効果がある。

【００８８】次に、本発明に係る液晶表示素子１を用い
た液晶表示装置の実験例および比較例について示す。

【００８９】以下の実験例および比較例においては、減
圧窒素雰囲気下で等方液体状態にした液晶をセルの注入
口に接触させて毛細管現象により注入し、液晶の注入さ
れたセルを等方相−コレステリック相の転移温度より５
℃高い温度まで加熱して全体を等方相とした後に１℃／
分の速度で室温まで徐冷して配向した。また、メモリ性
の評価に際しては、上記セルを互いに偏光方向が直交す
る２枚の偏光板間に挟んで後方より照明し、正極性及び
負極性の２種類のパルスで交互に駆動した際に、夫々の
パルスによるスイッチング状態が１秒以上持続する場合
を双安定と判定し、夫々のパルスによるスイッチング状
態が１秒以下しか継続しない場合を焼き付きと判定する
ものとした。

【００９０】以下に第１実験例を示す。

【００９１】厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に膜厚１０
００ÅのＩＴＯの電極パターン（電極面積は０．１５ｃ
ｍ² ）を形成し、この透明電極付きガラス基板上にポリ
ビニルアルコール（ナカライテスク株式会社製の重合度
約５００のもの）の１％水溶液をスピンナで塗布し（３
５００ｒｐｍで４０秒）、その後、８０℃で３０分間乾
燥させてポリビニルアルコール膜を形成した。そして、
このポリビニルアルコール膜の表面をレーヨン布で一軸
方向にラビング処理することで、表面の双極子の符号が
正である配向膜を得た。

【００９２】上記のようにして配向膜を形成したガラス
基板２枚を、夫々ラビング処理面を内側にして、ラビン
グ方向が同一になるように、ポリエチレンテレフタレー
トのフィルムをスペーサとして挟んで貼り合わせ、セル
ギャップが１．８μｍセルを作製した。そして、このセ
ルに第１表に示すような重量部で混合してなる液晶組成
物１を注入した。

【００９３】

【表１】

【００９４】ここで、上記第１表中の「液晶組成物Ａ」
は、第２表に示す化合物を重量部で混合したものであ
る。

【００９５】

【表２】

【００９６】なお、液晶組成物Ａの相転移温度は、偏光
顕微鏡によるテクスチャ観察の結果、図４の通りであっ
た。また、液晶組成物１の相転移温度は、偏光顕微鏡に
よるテクスチャ観察の結果、図５の通りであった。

【００９７】上記のようにして得た液晶組成物１を注入
してなるセルを等方相から室温まで徐冷して配向させた
ところ、全面で消光位が同じ方向のユニフォーム配向が
得られた。

【００９８】斯くして得られた液晶表示素子に、最初に
直流オフセット電圧を重畳しない双極性パルス電圧（±
５０Ｖ_0-P 、パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓ
ｅｃ）で駆動してメモリ性を調べたところ、メモリ性は
得られなかった。次に、当該液晶表示素子の液晶分子に
おける自発分極の向きを層法線と消光位との関係から求
め、液晶内部の電界も液晶分子の自発分極の向きと同じ
方向であると推認できるので、この向きの内部電界を打
ち消すように直流オフセット電圧５０ｍＶを重畳した双
極性パルス電圧（±５０Ｖ_0-P 、パルス幅２００μｓｅ
ｃ、パルス周期１ｓｅｃ）を上記液晶表示素子に印加し
て駆動させたところ、全領域で良好なメモリ性が得られ
た。

【００９９】次に、上記第１実験例に対する比較例を示
す。この比較例においては、上記第１実験例で用いたと
同様なガラス基板２枚に、下記の第３表に示す重量部で
混合した液晶組成物２を注入してなる液晶表示素子を用
いるものとした。

【０１００】

【表３】

【０１０１】この液晶組成物２の相転移温度は、偏光顕
微鏡によるテクスチャ観察の結果、図６の通りであっ
た。なお、第３表中の液晶組成物Ａは上記第２表に示し
た組成と同じである。

【０１０２】この液晶組成物２を第１実験例と同様に等
方相から室温まで徐冷して配向させたところ、消光位の
方向が異なる２種類のドメインからなるユニフォーム配
向が得られた。斯くして得られた液晶表示素子を、直流
オフセット電圧を重畳しない双極性パルス電圧（±５０
Ｖ_0-P 、パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓｅ
ｃ）で駆動してメモリ性を調べたところ、２種類のドメ
イン何れについてもメモリ性は得られなかった。

【０１０３】次に、直流オフセット電圧を重畳した双極
性パルス電圧（±５０Ｖ_0-P 、パルス幅２００μｓｅ
ｃ、パルス周期１ｓｅｃ）で上記液晶表示素子を駆動さ
せたところ、消光位の方向が異なる２種類のドメインの
うち、一方は＋１７０ｍＶの直流オフセット電圧のみ
で、他方は−１７０ｍＶの直流オフセット電圧のみで、
夫々メモリ性が得られたものの、両ドメイン同時にメモ
リ性を得ることはできなかった。

【０１０４】従って、この比較例と上記第１実験例との
結果より明らかなように、本発明に係る液晶表示組成物
（電圧印加前の初期配向状態で全領域における液晶分子
の自発分極の向きが一方の配向膜に揃う液晶組成物）を
封入した液晶表示素子によれば、イオン性不純物がラン
ダムに配向膜へ吸着されることで生ずる焼き付きを防止
できると共に、全領域における良好なメモリ性を期すこ
とができる。

【０１０５】次に、第２実験例を示す。この第２実験例
においては、上記第１実験例で用いたと同様なガラス基
板２枚に、下記の第４表に示す重量部で混合した液晶組
成物３を注入してなる液晶表示素子を用いるものとし
た。

【０１０６】

【表４】

【０１０７】この液晶組成物３の相転移温度は、偏光顕
微鏡によるテクスチャ観察の結果、図７の通りであっ
た。

【０１０８】上記第１実験例と同様な一対のガラス基板
中に液晶組成物３を注入し、等方相から室温まで徐冷し
て配向させたところ、全領域で消光位が同じ方向のユニ
フォーム配向が得られた。斯くして得られた液晶表示素
子に、直流オフセット電圧を重畳しない双極性パルス電
圧（±５０Ｖ_0-P 、パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周
期１ｓｅｃ）を供給して駆動させ、メモリ性を調べたと
ころ、メモリ性は得られなかった。次に、当該液晶表示
素子の液晶分子における自発分極の向きを層法線と消光
位との関係から求め、液晶内部の電界も液晶分子の自発
分極の向きと同じ方向であると推認できるので、この向
きの内部電界を打ち消すように直流オフセット電圧１１
０ｍＶを重畳した双極性パルス電圧（±５０Ｖ_0-P 、パ
ルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓｅｃ）を上記液
晶表示素子に印加して駆動させたところ、全領域で良好
なメモリ性が得られた。

【０１０９】次に、第３実験例を示す。この第３実験例
においては、上記第１実験例で用いたと同様なガラス基
板２枚に、下記の第５表に示す重量部で混合した液晶組
成物４を注入してなる液晶表示素子を用いるものとし
た。

【０１１０】

【表５】

【０１１１】ここで、上記第５表中の「液晶組成物Ｂ」
は、下記の第６表に示す化合物を重量部で混合したもの
である。

【０１１２】

【表６】

【０１１３】なお、液晶組成物Ｂの相転移温度は、偏光
顕微鏡によるテクスチャ観察の結果、図８の通りであっ
た。また、液晶組成物１の相転移温度は、偏光顕微鏡に
よるテクスチャ観察の結果、図９の通りであった。

【０１１４】上記第１実験例と同様な一対のガラス基板
中に液晶組成物４を注入し、等方相から室温まで徐冷し
て配向させたところ、全面で消光位が同じ方向のユニフ
ォーム配向が得られた。この液晶表示素子に、直流オフ
セット電圧を重畳しない双極性パルス電圧（±５０Ｖ
_0-P 、パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓｅｃ）
を供給して駆動させ、メモリ性を調べたところ、メモリ
性は得られなかった。次に、当該液晶表示素子の液晶分
子における自発分極の向きを層法線と消光位との関係か
ら求め、液晶内部の電界も液晶分子の自発分極の向きと
同じ方向であると推認できるので、この向きの内部電界
を打ち消すように直流オフセット電圧２０ｍＶを重畳し
た双極性パルス電圧（±５０Ｖ_0-P 、パルス幅２００μ
ｓｅｃ、パルス周期１ｓｅｃ）を上記液晶表示素子に印
加して駆動させたところ、全領域で良好なメモリ性が得
られた。

【０１１５】次に、上記液晶組成物４を封入した液晶表
示素子に、室温で３０Ｖ_0-P 、５０Ｈｚの矩形波電圧を
１分間印加することにより疑似ブックシェルフ構造（ラ
ビング方向に平行な細かいストライプ状のテクスチャ）
が得られ、全領域でユニフォーム配向となった。斯くし
て得られた液晶表示素子に、最初に直流オフセット電圧
を重畳しない双極性パルス電圧（±５０Ｖ_0-P 、パルス
幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓｅｃ）で駆動してメ
モリ性を調べたところ、良好なメモリ性が得られた。

【０１１６】しかし、この液晶表示素子を室温で放置し
ておいたところ、１週間程度で焼き付きを生じ、全くス
イッチングしなくなった。そこで、この焼き付いた液晶
表示素子に、の液晶分子における自発分極の向きを層法
線と消光位との関係から求め、液晶内部の電界も液晶分
子の自発分極の向きと同じ方向であると推認できるの
で、この向きの内部電界を打ち消すように直流オフセッ
ト電圧５００ｍＶを重畳した双極性パルス電圧（±５０
Ｖ_0-P 、パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓｅ
ｃ）を上記液晶表示素子に印加して駆動させたところ、
全領域で良好なメモリ性が得られた。

【０１１７】次に、第４実験例を示す。この第４実験例
においては、ポリイミド膜を配向膜として用いた一対の
ガラス基板に、上記第１実験例と同様な液晶組成物１を
注入して液晶表示素子とし、等方相から室温まで徐冷し
て配向させたところ、全領域で消光位が同じ方向のユニ
フォーム配向が得られた。

【０１１８】なお、第４実験例に用いる配向膜は次のよ
うにして得た。先ず、ポリイミド形成用塗布液（東レ株
式会社製、ＳＰ−７１０）を不揮発分が３．４％になる
よう希釈した液をスピンナで塗布し（５００ｒｐｍで１
０秒の後４５００ｒｐｍで５０秒）、その後、１２０℃
で３０分、続いて２００℃で３０分、更に３５０度で３
０分焼成して約３００Åのポリイミド膜を形成し、この
ポリイミド膜の表面をレーヨン布で一軸方向にラビング
処理した。

【０１１９】斯くして得られた液晶表示素子を、最初に
直流オフセット電圧を重畳しない双極性パルス電圧（±
５０Ｖ_0-P 、パルス幅２００μｓｅｃ、パルス周期１ｓ
ｅｃ）で駆動してメモリ性を調べたところ、メモリ性は
得られなかった。次に、当該液晶表示素子の液晶分子に
おける自発分極の向きを層法線と消光位との関係から求
め、液晶内部の電界も液晶分子の自発分極の向きと同じ
方向であると推認できるので、この向きの内部電界を打
ち消すように直流オフセット電圧７０ｍＶを重畳した双
極性パルス電圧（±５０Ｖ_0-P 、パルス幅２００μｓｅ
ｃ、パルス周期１ｓｅｃ）を上記液晶表示素子に印加し
て駆動させたところ、全領域で良好なメモリ性が得られ
た。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液晶
表示素子においては、電圧印加前の初期配向状態で自発
分極の向きが全領域で同一方向に揃う液晶組成物を用い
ることで、液晶内に混入したイオン性不純物は、当該イ
オンの極性に応じて何れか一方の配向膜側へ選択的に吸
着あるいは蓄積されることとなり、配向膜に吸着された
イオン性不純物によって液晶分子の自発分極の向きが逆
極性となる領域が液晶中に生ずることが無い。従って、
全領域において一定方向に生じている内部電界を相殺し
得る電界を外部より印加することで、液晶分子のスイッ
チングを良好に行うことが可能となり、有用な液晶表示
素子を提供できる。

【０１２１】また、電圧印加前の初期状態で自発分極の
向きが全領域で同一方向に揃う液晶組成物を用いた液晶
表示素子においては、液晶分子の自発分極により液晶表
示素子内部に生ずる内部電界の向きは一定方向となり、
この全領域に生じている一定方向の内部電界は、表示駆
動用の双極性パルスに重畳した所定の直流オフセット電
圧によって相殺されるので、従来と同様に液晶分子のス
イッチングを行うことができ、両配向膜間に電界の生じ
ている液晶表示素子を良好に表示駆動させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子の概略縦断面図であ
る。

【図２】本発明に係る液晶表示素子の第１，第２配向膜
間の配向状態を示す説明図である。

【図３】本発明に係る液晶表示装置で用いる駆動パルス
の波形図である。

【図４】液晶組成物Ａの相転移変化の温度を示す説明図
である。

【図５】液晶組成物１の相転移変化の温度を示す説明図
である。

【図６】液晶組成物２の相転移変化の温度を示す説明図
である。

【図７】液晶組成物３の相転移変化の温度を示す説明図
である。

【図８】液晶組成物Ｂの相転移変化の温度を示す説明図
である。

【図９】液晶組成物４の相転移変化の温度を示す説明図
である。

【図１０】従来の液晶表示素子の配向膜にイオン性不純
物が吸着されることで生ずる焼き付きの原理を示す説明
図である。

【符号の説明】

１液晶表示素子２カイラルスメクティック液晶３ａ第１配向膜３ｂ第２配向膜５ａ第１透明電極５ｂ第２透明電極８ａ第１透明電極基板８ｂ第２透明電極基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に透明電極を形成すると共に該電
極を覆う状態に配向膜を形成した一対の透明電極板を、
夫々の配向膜が所定ギャップを隔てて対峙するように配
置し、両透明電極板間にカイラルスメクティック相を示
す液晶組成物を封入してなる液晶表示素子において、一
対の配向膜の間に注入された電圧印加前の初期配向状態
で、自発分極の向きが全領域で一方の配向膜に揃う液晶
組成物を用いるようにしたことを特徴とする液晶表示素
子。
【請求項２】基板上に透明電極を形成すると共に該電
極を覆う状態に配向膜を形成した一対の透明電極板を、
夫々の配向膜が所定ギャップを隔てて対峙するように配
置し、両透明電極板間にカイラルスメクティック相を示
す液晶組成物を封入してなる液晶表示素子と、この液晶
表示素子の透明電極へ双極性パルス電圧を印加する表示
駆動制御手段を備えた液晶表示装置において、一対の配
向膜の間に注入された電圧印加前の初期配向状態で、自
発分極の向きが全領域で一方の配向膜に揃う液晶組成物
を用いると共に、双極性パルス電圧に所定の直流オフセ
ット電圧を重畳して表示駆動するようにしたことを特徴
とする液晶表示装置。