JPH09185061A

JPH09185061A - 液晶素子及び液晶装置

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Publication number: JPH09185061A
Application number: JP35216395A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shinjo; 健司新庄; Nobutsugu Yamada; 修嗣山田; Koichi Sato; 公一佐藤; Yukio Haniyu; 由紀夫羽生; Yoshimasa Mori; 省誠森; Koji Noguchi; 幸治野口; Shinichi Nakamura; 真一中村; Masahiro Terada; 匡宏寺田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-07-15
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JP3168399B2

Abstract

(57)【要約】【課題】強誘電性液晶を用いた液晶素子において、閾
値非対称性を改善し、良好な双安定性を実現し、高信頼
性、駆動安定性を有する液晶装置を提供する。【解決手段】上下基板間に表面エネルギーの差を生
じ、等方相からカイラルスメクティックＣ相まで徐冷し
た初期配向において、液晶分子の双極子モーメントが表
面エネルギーの高い基板を向くように制御することによ
り、二つの安定状態間のスイッチングを対称にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフラットパネルディ
スプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンター
等に用いられるライトバルブに使用される液晶素子及び
それを使用した液晶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から最も広範に用いられてきている
ディスプレイとしては、ＣＲＴが知られている。テレビ
やＶＴＲなどの動画出力、あるいはパソコンのモニター
として広く用いられている。しかしながら、ＣＲＴはそ
の特性上、静止画像に対してはフリッカや解像度不足に
よる走査縞等が視認性を低下させたり、焼きつきによる
蛍光体の劣化が起こったりする。また、最近ではＣＲＴ
が発生する電磁波が人体に悪影響を与えることが分か
り、ＶＤＴ作業者の健康を害する恐れがある。そして、
構造上、画面後方に広く体積を有するため、オフィス、
家庭の省スペース化を阻害し、ひいては、高度情報社会
におけるディスプレイとしての責任を果たし得ない可能
性がある。

【０００３】このようなＣＲＴの欠点を解決するものと
して液晶表示素子がある。例えばエム・シャット（Ｍ．
Ｓｃｈａｄｔ）とダブリュー・ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅ
ｌｆｒｉｃｈ）著”アプライド・フィジックス・レター
ズ”（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ
ｓ”）第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）
第１２７頁〜１２８頁において示されたツイステッド・
ネマティック（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）液晶
を用いたものが知られている。ひとつにはコスト面で優
位性を持つ単純マトリクスタイプの液晶素子がある。こ
の液晶素子は画素密度を高くしたマトリクス電極構造を
用いた時分割駆動の時、クロストークを発生する問題点
があるため、画素数が制限されていた。また、応答速度
が数十ミリ秒以上と遅いため、ディスプレイとしての用
途も制限されていた。近年このような単純マトリクスタ
イプのものに対して、ＴＦＴといわれる液晶素子の開発
が行われている。このタイプは一つ一つの画素にトラン
ジスタを作成するため、クロストークや応答速度の問題
は解決される反面、大面積になればなるほど、不良画素
なく液晶素子を作成することが工業的に非常に困難であ
り、また可能であっても多大なコストが発生する。

【０００４】このような従来型の液晶素子の欠点を改善
するものとして、双安定性からなる液晶素子の使用がク
ラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅｒｗ
ａｌｌ）により提案されている。（特開昭５６−１０７
２１６、米国特許第４３６７９２４号明細書）この双安
定性からなる液晶としては、一般にカイラルスメクティ
ックＣ相またはカイラルスメクティックＨ相からなる強
誘電性液晶が用いられている。この強誘電性液晶は、自
発分極により反転スイッチングを行うため、非常に早い
応答速度からなる上にメモリー性のある双安定状態を発
現させることができる。さらに視野角特性も優れている
ことから、高速、高精細、大面積の表示素子あるいはラ
イトバルブとして適していると考えられる。また、最近
では、チャンダニ、竹添らにより、３つの安定状態を有
するカイラルスメクティック反強誘電液晶素子も提案さ
れている（ジャパニーズジャーナルオブアプライ
ドフィジックス（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）２７巻、１９８
８年Ｌ７２９頁）。

【０００５】このようなカイラルスメクティック液晶素
子においては、例えば「強誘電液晶の構造と物性」（コ
ロナ社、福田敦夫、竹添秀男著、１９９０年）に記載さ
れているように、ジグザグ状の配向欠陥が発生してコン
トラストを著しく低下させるという問題があった。この
欠陥は、上下基板間に担持されたカイラルスメクティッ
ク液晶の層状構造が２種類のシェブロン状の構造を形成
していることに起因している。最近、低コントラストの
原因であるシェブロン構造を解消し、ブックシェルフと
いわれる層状構造（以下該構造をブックシェルフと記
す）あるいはそれに近い構造を現出させ、高コントラス
トを実現しようという動きがある（例えば「次世代液晶
ディスプレイと液晶材料」（株）シーエムシー、福田敦
夫編、１９９２年）。ひとつには、ナフタレン系液晶材
料を用いる方法があるが、この場合、ティルト角が１０
度程度であり、理想的な最大の透過率を得られる２２．
５度とくらべ非常に小さく、低透過率という問題があ
り、さらにはブックシェルフ構造が温度にたいして可逆
的に現出しないという問題もある。今一つの代表的な例
としてはシェブロン構造を取っている液晶素子に外部か
ら高電場を加えてブックシェルフ構造を誘起する方法が
あるが、この方法も温度等の外部刺激に対しての不安定
性が問題となっている。これらのブックシェルフタイプ
のものに関してはいまだ発見されたばかりであり、実用
に供するためにはこの他にさまざまな問題が存在する。

【０００６】更にブックシェルフあるいは、実質的にそ
れに近い構造をもつ液晶としてパーフルオロエーテル側
鎖をもつ液晶性化合物（米国特許５，２６２，０８２、
国際出願特許ＷＯ９３／２２３９６、１９９３年第４回
強誘電液晶国際会議Ｐ−４６、ＭａｒｃＤ．Ｒａｄｃ
ｌｉｆｆｅら）が開示されている。この液晶は、電場等
の外部場を用いずともブックシェルフあるいはそれに近
い層傾き角の小さな構造を現出することができ、高速、
高精細、大面積の液晶素子、表示装置に適している。し
かしながら、液晶素子のスピード、配向、コントラス
ト、駆動安定性等の面でさらなる改良が求められてい
る。しかも諸特性それぞれの改善はもちろんのこと、よ
り高性能化へ向けて、複数特性の改良方法、発明が求め
られている。

【０００７】例えば、このポリフッ素系液晶を用いた液
晶素子が所望の電気光学特性を発揮するためには、基板
間の液晶が二つの安定状態間を安定で再現性良くスイッ
チングするような配向状態にあり、且つその配向状態が
画素ないし表示画面全域で均一であることが必要であ
る。

【０００８】一般にカイラルスメクティック液晶を配向
させるには、基板表面にポリイミド（ＰＩ）、ポリビニ
ルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアミド（ＰＡ）等の水平
配向性（或いは傾斜配向性）の高分子膜を形成し、ほぼ
同方向にラビング処理した一対の基板を用いる。この場
合、使用する液晶が温度降下により、等方（Ｉｓｏ）相
→コレステリック（Ｃｈ）相（カイラルネマティック
（Ｎ^*）相）→スメクティックＡ（ＳｍＡ）相→カイラ
ルスメクティックＣ（ＳｍＣ^*）相の相変化をするもの
であれば、配向はＣｈ相において均一化されるため、Ｓ
ｍＣ^*相での配向が均一になり易い。しかしながら、例
えばポリフッ素液晶は相転移がＩｓｏ相→ＳｍＡ相→Ｓ
ｍＣ^*相の順で起こるため、Ｉｓｏ相→ＳｍＡ相の転移
（Ｉ／Ａ転移）の際、バトネ（一種の液晶核）の発生・
成長・結合の過程を踏むため、スメクティック相での層
法線方向のずれやバトネ結合部の欠陥等が生じ、均一配
向を得にくい。

【０００９】本発明者等の実験によれば、このようなＣ
ｈ相の欠如した液晶に対しては、対向する基板の一方の
みをラビングし、ラビングを行なわない側の基板表面は
配向膜を形成せずに垂直配向処理することによって均一
配向が得られた。これはＩ／Ａ転移温度近傍でラビング
を行なった側の基板表面から液晶が成長し、対向基板に
到達する転移過程を踏むためである。事実両面を水平配
向膜としたセルにおけるＩ／Ａ転移温度は、両面を垂直
配向処理したセルのＩ／Ａ転移温度に比べ０．５℃以上
高いことが確かめられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、強誘電
性液晶を均一に配向させるためには、特に液晶がＣｈ相
を持たない場合、水平配向膜のラビング処理と垂直配向
処理との非対称構成が有効である。しかしながら、対向
基板表面の性質がそれぞれ異なる場合、強誘電性液晶の
双安定状態が崩れ、二つの安定状態間の電気光学的スイ
ッチング特性（駆動閾値特性）が非対称となり、駆動マ
ージンを減少させる原因となる。

【００１１】これまでの本発明者等の実験では、前述し
たようなポリフッ素系液晶は、配向制御膜として高分子
膜のポリイミド等の薄膜を用い、もう一方の配向制御膜
として垂直配向剤を用いる場合、外部電場によって二つ
の安定状状態間をスイッチングさせた時、自発分極Ｐｓ
の双極子モーメントが配向膜側を向いた状態（ここでは
高分子膜側）（第１の状態）と液晶内部側（第２の状
態）を向いた状態の２状態間の閾値電圧は異なり、第１
の状態から第２の状態へのスイッチングの方が低くなる
非対称閾値となることがある。おそらくポリフッ素系液
晶は前述のような高分子膜からの規制よりも、垂直配向
剤から規制を強く受けている（相互作用が強い）ためで
あると考えられる。このように閾値非対称性のある系で
は、両側からの書込み動作においてより効果的に適応す
るため、実質的に駆動方法に制限を与えることになる。
また、閾値非対称性のある系特有の劣化現象も生じ易
い。

【００１２】本発明は、上記問題点に鑑み、上記閾値非
対称性を改善し、良好な双安定性を実現、高信頼性、駆
動安定性を有する液晶素子、及び該素子を用いた液晶装
置を提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれに電
極膜が形成された上下基板、各々の電極膜上に形成され
た配向制御膜、上記上下基板間に挟持された強誘電性液
晶の基本構成要素を有する液晶素子において、少なくと
も各々の基板間で液晶の界面における表面エネルギーに
差を生じ、上下基板間に電界を印加しない状態下、等方
相からカイラルスメクティックＣ（ＳｍＣ^*）相まで徐
冷を施した時の初期配向を、上記液晶分子の自発分極双
極子モーメントが表面エネルギーの高い方の基板に向く
ように制御したことにより、上記課題を解決した液晶素
子である。

【００１４】配向制御膜として高分子膜のポリイミド等
の薄膜を用いた場合、液晶分子の双極子モーメントと高
分子表面の電気的相互作用（ｄｉｐｏｌｅ−ｄｉｐｏｌ
ｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）により、双極子モーメント
が高分子配向膜側を向いた状態（第１状態）に規制力が
働くと考えられている。一方、垂直配向剤側にはポリフ
ッ素系液晶分子に対する基板表面の規制力が他方の基板
表面より強い場合が多い。本発明では、これら高分子配
向膜と垂直配向膜とをそれぞれ備え、それぞれの基板に
おける液晶との界面付近での表面エネルギーの差を設け
た一対の基板による素子構成において、実質的に配向膜
を有する基板側を表面エネルギーの高い状態に設定し、
好ましくは表面エネルギーの低い側の基板で表面電位が
高くなるように設定し、液晶の双極子モーメントを規制
させ、より安定化するように調整することにより、当該
基板において、双極子モーメントが液晶内部側（第２状
態）を向いた状態の垂直配向剤側表面の規制力を不安定
化させ、その結果、非対称構成に起因する安定状態間の
スイッチング閾値の電圧印加方向に対する非対称性と互
いに相殺する関係となるようにし、結果として二つの安
定状態間のスイッチングを対称にし高い信頼性、駆動安
定性を示すことを見出した。

【００１５】本発明において、上記液晶としては、好ま
しくは、フルオロカーボン末端部分及び炭化水素末端部
分を有し、該両末端部分が中心核によって結合されてお
り、スメクティック中間相又は潜在的スメクティック中
間相を持つフッ素含有液晶化合物群を７０重量％以上含
有する液晶組成物であり、且つ、該フッ素含有液晶化合
物のうち、フルオロカーボン末端鎖中に少なくとも一つ
の連鎖中エーテル酸素を含む化合物（パーフルオロエー
テル液晶性化合物）を前記液晶組成物の総量中３０重量
％以上含有する液晶組成物からなるカイラルスメクティ
ック液晶組成物が用いられる。

【００１６】本発明において連鎖中エーテル酸素とは、
パーフルオロエーテル鎖中の主鎖を形成する酸素を言
う。

【００１７】また本発明において好ましくは、前記フル
オロカーボン末端鎖中に少なくとも一つの連鎖中エーテ
ル酸素を含むフッ素含有液晶化合物の該フルオロカーボ
ン末端鎖が、−Ｖ（Ｃ_xＦ_2xＯ）_zＣ_yＦ_2y+1で表され、
ｘはそれぞれのＣ_xＦ_2xＯに独立に１から１０までの整
数で、ｙは１から１０までの整数で、ｚは１から１０ま
での整数であり、Ｖは単結合、−ＣＯＯ−Ｃ_rＨ_2r−、
−Ｏ−Ｃ_rＨ_2r−、−Ｏ−（Ｃ_sＨ_2sＯ）_t−Ｃ_ｒ’Ｈ
_２ｒ’−、−ＯＳＯ₂−、−ＳＯ₂−、−ＳＯ₂−Ｃ_rＨ_2r
−、−Ｃ_rＨ_2r−、−Ｃ_rＨ_2r−Ｎ（Ｃ_pＨ_2p+1）−ＳＯ₂
−、−Ｃ_rＨ_2r−Ｎ（Ｃ_pＨ_2p+1）−ＣＯ−、ｒとｒ’は
それぞれ独立に１から２０までの整数であり、ｓはそれ
ぞれのＣ_sＨ_2sＯに独立に１から１０までの整数であ
り、ｔは１から６までの整数であり、ｐは０から４まで
の整数である。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１に本発明の液晶素子の１例を
挙げた。１がカイラルスメクティック液晶組成物からな
る液晶層であり、通常、双安定性を発現させるため、層
厚は５μｍ以下が好ましい。２が基板であり、ガラス、
プラスチック等が用いられる。３がＩＴＯ等の透明電極
である。４が配向制御層であり、少なくとも一方の基板
上に一軸配向制御層が必要である。また少なくとも一方
の配向制御層にはポリイミドが用いられる。形成方法と
しては、通常基板上に溶液塗工により、ポリイミド前駆
体であるポリアミック酸を被膜形成したのち、加熱処理
し、ポリイミド被膜とする。これの表面をビロード、布
あるいは紙等の繊維状のもので摺擦（ラビング）するこ
とによりポリイミド配向制御層が得られる。

【００１９】本発明では、配向膜構成が非対称の素子が
用いられる。ポリイミド配向制御膜を有する非対称配向
膜構成の素子中に前記カイラルスメクチック液晶組成物
を用いたとき、非常に広い温度範囲で良好な駆動特性を
有し、高い信頼性、駆動安定性の良好な素子とすること
が可能である。配向膜としては、特性における観点から
用いられるポリイミドの具体的な構造としては以下の一
般式Ｐで表される繰り返し単位からなるポリイミドが好
ましい。

【００２０】［一般式Ｐ］（−Ｋ−Ｐ¹−Ｌ¹−Ｍ¹−（Ｌ²）_a−Ｐ²−）

【００２１】

【化２】または炭素数１から２０のアルキレン基を表し、Ｐ¹，
Ｐ²はイミド結合を表す。Ｍ¹は単結合または−Ｏ−を表
し、ａは０，１，２を表す。）

【００２２】また、これらのポリイミドの具体的構造と
してはたとえば以下の繰り返し単位構造が挙げられる。

【００２３】

【化３】

【００２４】また、上記配向制御層とは別に上下基板の
ショート防止層としての絶縁層や他の有機物層、無機物
層が形成されていてもよい。５は基板を貼り合わせるシ
ール材である。この他に、基板間にはシリカビーズ等の
ギャップ制御スペーサー（不図示）等が設けられる。８
が偏光板、９が光源である。信号電源（不図示）からの
スイッチング信号に応じてスイッチングが行われ、表示
素子等のライトバルブとして機能する。また、３の透明
電極を上下クロスにマトリクスとすれば、パターン表
示、パターン露光が可能となり、例えばパーソナルコン
ピューター、ワードプロセッサー等のディスプレイ、プ
リンター用ライトバルブとして用いられる。

【００２５】前記本発明に用いられる液晶組成物中に用
いられるパーフルオロエーテル液晶性化合物は、米国特
許５，２６２，０８２、国際出願特許ＷＯ９３／２２３
９６、１９９３年第４回強誘電液晶国際会議Ｐ−４６
（ＭａｒｃＤ．Ｒａｄｃｌｉｆｆｅら）に記載されて
おり、フルオロカーボン末端部分及び炭化水素末端部分
を含み、且つ該フルオロカーボン末端鎖中に少なくとも
一つの連鎖中エーテル酸素を含み、該両末端部分が中心
核によって結合されており、スメクティック中間相また
は潜在的スメクティック中間相を持つフッ素含有液晶化
合物である。

【００２６】ここで言う潜在的スメクティック中間相を
持つ化合物とはそれ自身でスメクティック中間相を示し
ていなくとも、スメクティック中間相を持つ化合物また
は他の潜在的スメクティック中間相を持つ化合物との混
合物において、適当な条件下スメクティック中間相を発
現する化合物を言う。下記一般式ＩＩで表すことができ
る。

【００２７】［一般式ＩＩ］

【００２８】

【化４】を表し、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ独立に０または１から３
の整数を表す。ただしａ＋ｂ＋ｃは少なくとも２であ
る。

【００２９】Ｍ，Ｎはそれぞれ独立に、−ＣＯＯ−，−
ＣＯＳ−，−ＣＯＳｅ−，−ＣＯＴｅ−，−（ＣＨ₂Ｃ
Ｈ₂）_d−（ｄは１から４の整数を表す）、−Ｃ≡Ｃ−，
−ＣＨ＝ＣＨ−，−ＣＨ＝Ｎ−，−ＣＨ₂−Ｏ−，−Ｃ
Ｏ−，−Ｏ−，単結合を表し、その向きはいずれでもよ
い。

【００３０】それぞれのＸ，Ｙ，Ｚは独立に−Ｈ，−Ｃ
ｌ−，−Ｆ，−Ｂｒ，−Ｉ，−ＯＨ，−ＯＣＨ₃，−Ｃ
Ｈ₃，−ＣＦ₃，−ＯＣＦ₃，−ＣＮ，−ＮＯ₂を表す。そ
れぞれのｌ，ｍ，ｎは独立に０〜４の整数を表す。

【００３１】Ｇは−ＣＯＯ−Ｃ_eＨ_2e−，−Ｏ−Ｃ_eＨ_2e
−，−Ｏ（Ｃ_e"Ｈ_2e"Ｏ）_t−Ｃ_e'Ｈ_2e'−，−Ｃ_eＨ
_2e−，−ＯＳＯＯ−，−ＳＯＯ−，−ＳＯＯＣ_eＨ
_2e−，−Ｃ_eＨ_2e−Ｎ（Ｃ_pＨ_2p+1）−ＳＯＯ−，−Ｃ_e
Ｈ_2e−Ｎ（Ｃ_pＨ_2p+1）−ＣＯ−（ｅ，ｅ’はそれぞれ
独立に１から２０までの整数を表し、ｐは０から４まで
の整数を表す。ｅ”はそれぞれの（Ｃ_e"Ｈ_2e"Ｏ）に独
立に１から１０の整数を表わし、ｔは１から６の整数を
表わす。）を表す。

【００３２】Ａは−Ｏ−（Ｃ_fＨ_2f−Ｏ）_u−Ｃ_f'Ｈ
_2f'+1,−（Ｃ_fＨ_2f−Ｏ）_u−Ｃ_f'Ｈ_2f'+1，−Ｃ_fＨ_2f−
Ｒ’，−Ｏ−Ｃ_fＨ_2f−Ｒ’，−ＣＯＯ−Ｃ_fＨ_2f−
Ｒ’，−ＯＣＯ−Ｃ_fＨ_2f−Ｒ’（Ｒ’は−Ｃｌ，−
Ｆ，−ＣＦ₃，−ＮＯ₂，−ＣＮ，−Ｈ，−ＣＯＯ−Ｃ_f'
Ｈ_2f'+1，−ＯＣＯ−Ｃ_f'Ｈ_2f'+1を表し、ｆ，ｆ’はそ
れぞれ独立に１から２０の整数を表す。ｕは１から１０
の整数である。）を表し、Ａは直鎖でも分岐鎖でも良
い。

【００３３】Ｒは−（Ｃ_xＦ_2xＯ）_zＣ_yＦ_2y+1であり、
ｘはそれぞれのＣ_xＦ_2xＯに独立に１から１０までの整
数であり、ｙは１から１０までの整数であり、ｚは１か
ら１０までの整数である。）

【００３４】さらにパーフルオロエーテル液晶性化合物
の具体的構造例として以下に挙げる構造の化合物が挙げ
られる。

【００３５】

【化５】

【００３６】

【化６】

【００３７】

【化７】

【００３８】本発明においては、液晶として、フルオロ
カーボン末端部分及び炭化水素末端部分を含み、且つ該
フルオロカーボン末端鎖中に少なくとも一つの連鎖中エ
ーテル酸素を含み該両末端部分が中心核によって結合さ
れており、スメクティック中間相または潜在的スメクテ
ィック中間相を持つフッ素含有液晶化合物のうち、少な
くとも一種以上の一つの連鎖中エーテル酸素を持つ化合
物と、少なくとも一種以上の２つの連鎖中エーテル酸素
を持つ化合物と、少なくとも一種以上の３つの連鎖中エ
ーテル酸素を持つ化合物を含有したものが好ましく用い
られる。これら３種類の化合物が含有されることによ
り、特徴的に広い温度範囲を良好な駆動特性、高い信頼
性、駆動安定性を得ることができる。これらの効果を得
るためには、少なくとも一種以上の一つの連鎖中エーテ
ル酸素を持つ化合物が１０重量％以上と、少なくとも一
種以上の２つの連鎖中エーテル酸素を持つ化合物が１０
重量％以上と、少なくとも一種以上の３つの連鎖中エー
テル酸素を持つ化合物が１０重量％以上含有されている
ことが好ましい。また、十分なコントラスト、応答速度
を得るためにブックシェルフあるいはそれに近い層傾き
角が小さい構造が好ましく、このために本発明の液晶組
成物中には５０重量％以上のパーフルオロエーテル液晶
性化合物が含有されていることが好ましい。また、パー
フルオロエーテル液晶性化合物との相溶性が良好である
という観点でパーフルオロアルキル液晶性化合物が含有
されることができる。さらにその他の構成成分として、
パーフルオロカーボン鎖を持たない、いわゆるハイドロ
カーボンタイプの液晶性化合物を含有することが可能で
ある。そして本発明のカイラルスメクティック液晶組成
物にはカイラル化合物が含まれる。

【００３９】以上に記述したパーフルオロアルキル液晶
性化合物の具体例として特開平２−１４２７５３号公報
に記載のものが挙げられ以下の構造のものが挙げられ
る。

【００４０】

【化８】

【００４１】

【化９】

【００４２】

【化１０】

【００４３】

【化１１】

【００４４】

【化１２】

【００４５】

【化１３】

【００４６】

【化１４】

【００４７】

【化１５】

【００４８】

【化１６】

【００４９】

【化１７】

【００５０】

【化１８】

【００５１】また、本発明のカイラルスメクティック液
晶組成物中には、その他の化合物、例えば染料、顔料、
酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加物も含むことが可能
である。

【００５２】本発明の液晶素子は種々の機能をもった液
晶装置を構成するが、図２、図３に示した走査線アドレ
ス情報をもつ画像情報なるデータフォーマット及びＳＹ
Ｎ信号による通信同期手段を取ることにより液晶表示装
置を実現する。図中の符号はそれぞれ以下のとおりであ
る。

【００５３】１０１カイラルスメクティック液晶表示装置１０２グラフィックコントローラ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１１２ＧＣＰＵ１１３ホストＣＰＵ１１４ＶＲＡＭ

【００５４】画像情報の発生は、本体装置側のグラフィ
ックコントローラ１０２にて行われ、図２及び図３に示
した信号転送手段にしたがって表示パネル１０３へと転
送される。グラフィックコントローラ１０２は、ＣＰＵ
（中央演算処理装置、ＧＣＰＵと略す。）及びＶＲＡＭ
（画像情報格納用メモリ）１１４を核にホストＣＰＵ１
１３と液晶表示装置１０１間の画像情報の管理や通信を
つかさどっている。尚、該表示パネルの裏面には、光源
が配置されている。

【００５５】本発明の表示装置は表示媒体である液晶素
子が前述したように良好なスイッチング特性を有するた
め、優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高精細、高速、
大面積の表示画像を得ることができる。

【００５６】本発明の液晶素子の駆動法としては、例え
ば特開昭５９−１９３４２６号公報、特開昭５９−１９
３４２７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。

【００５７】図６は、上記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カイラル
スメクティック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カイラルスメク
ティック液晶が配置されている。

【００５８】図６（Ａ）中のＳ_Sは選択された走査線に
印加する選択走査波形を、Ｓ_Nは選択されていない非選
択走査波形を、Ｉ_Sは選択されたデータ線に印加する選
択情報波形（黒）を、Ｉ_N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（Ｉ_S−Ｓ_S）と（Ｉ_N−Ｓ_S）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（Ｉ_S−Ｓ_S）が
印加された画素は黒の表示状態をとり、電圧（Ｉ_N−
Ｓ_S）が印加された画素は白の表示状態をとる。

【００５９】図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す駆動波形
で、図４に示す表示を行ったときの時系列波形である。

【００６０】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。

【００６１】さて、図６に示した駆動波形の各パラメー
タＶ_S，Ｖ_I，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。

【００６２】図７は後述するバイアス比を一定に保った
まま駆動電圧（Ｖ_S＋Ｖ_I）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Δ
ｔ＝５０μｓｅｃ、バイアス比Ｖ_I／（Ｖ_I＋Ｖ_S）＝１
／３に固定されている。図７の正側は図６で示した（Ｉ
_N−Ｓ_S）、負側は（Ｉ_S−Ｓ_S）で示した波形が印加され
る。

【００６３】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
駆動可能な電圧幅のパラメータとなる。Ｖ₃はカイラル
スメクティック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）（Ｉ_N−Ｓ_S）の
波形におけるＶ_B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。

【００６４】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
及び素子構成に強く依存し、ΔＶの大きい素子がマトリ
クス駆動上非常に有利であることは言うまでもない。

【００６５】また、同様に上述した電圧を一定に保ち、
電圧印加時間をΔｔを変化させていくことにより、駆動
をすることも可能である。上述した電圧をそのまま電圧
印加時間とすればよく、その際電圧印加時間閾値をΔｔ
₁とし、電圧印加時間クロストーク値をΔｔ₂とし、Δｔ
₂−Δｔ₁＝ΔＴを電圧印加時間マージンという。

【００６６】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電
圧マージンまたは電圧印加時間マージンは液晶材料及び
素子構成によって差が有り、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、素子構成や環境
温度に対して最適な駆動条件にしておく必要がある。

【００６７】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。

【００６８】［実施例１］

【００６９】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明がこれらの実施例に限定されるものでは
ない。

【００７０】下記表１、表２に実施例中で引用される高
分子膜（一軸配向制御膜）と垂直配向剤及びその表面電
位、表面エネルギーの例を示す。

【００７１】

【表１】

【００７２】

【表２】

【００７３】尚、表面電位及び表面エネルギーの値は膜
の状態が変わると変化する。本実施例においては下記の
関係があった。

【００７４】表面電位の大小関係：Ａ＜Ｄ＜Ｂ，Ｅ＜Ｃ表面電位の絶対値：膜厚厚い＞薄い表面エネルギーの大小関係：高分子膜＞垂直配向剤

【００７５】液晶素子の作製方法の例を以下に記載す
る。

【００７６】透明電極としてスパッタ法により７０ｎｍ
の厚さのＩＴＯ（酸化インジウム：錫）膜を形成した一
対のガラス基板を用意し、一方の基板のＩＴＯ膜上にポ
リイミドの前駆体であるポリアミック酸ＬＰ−６４（東
レ社製）のＮＭＰ（Ｎメチルピロリドン）：ｎ−ＢＣ
（ｎ−ブチルセロソルブ）混合溶液をスピンコートし
た。塗布溶液はＮＭＰ：ｎ−ＢＣ＝２：１の混合溶媒に
ＬＰ−６４を１重量％となるように調整し、スピン条件
は、４５回転／秒、２０秒で行なった。この基板を８０
℃のオーブン中で５分の溶媒乾燥を行なった後、２００
℃のオーブン中で１時間の加熱焼成を行ないイミド化し
た。得られたポリイミド膜は約１０ｎｍの厚さで、この
膜をラビング処理して配向膜とした。

【００７７】ラビングは、直径１０ｃｍのローラーにナ
イロン製の布を巻き付けたものを用い、１６．７回転／
秒、配向膜表面に対する布の押し込み０．４ｍｍ、基板
の送り速度１０ｍｍ／秒で、同じ方向に２回（片道）の
ラビングを行なった。その後、この基板表面に平均粒径
２．０μｍのシリカビーズを０．００８重量％で分散さ
せたＩＰＡ（イソプロピルアルコール）溶液を、２５回
転／秒、１０秒の条件でスピン塗布し、分布密度３００
個／ｍｍ²程度のビーズスペーサを散布した。

【００７８】対向側のもう一方の基板は、基板のＩＴＯ
膜上にシランカップリング剤（ＯＤＳ−Ｅ）の０．５重
量％エチルアルコール溶液を４５回転／秒、２０秒の条
件でスピン塗布し、垂直配向処理した。その後、この基
板上に熱硬化型の液状接着剤を印刷により塗工した。

【００７９】こうして得られた２枚の基板を対向して貼
り合わせ、１５０℃のオーブン中で９０分間熱硬化さ
せ、セルとした。

【００８０】このようにして作製したセルに、液晶組成
物を等方相温度で注入し、ＳｍＣ^*相まで徐冷すること
により液晶素子とした。

【００８１】

【化１９】

【００８２】

【化２０】

【００８３】本発明で用いた液晶組成物を下記に示す。

【００８４】本液晶組成物（重量比；化合物Ａ／Ｂ／Ｃ
／Ｄ／Ｅ＝４６．４／１５．５／３０．９／５．２／
２．０）の物性パラメータを以下に示す。

【００８５】

【数１】ティルト角（３０℃）Θ＝２４．４° 自発分極（３０℃）Ｐｓ＝−３１．１（ｎＣ／ｃｍ²）

【００８６】上述のように作製した液晶素子をクロスニ
コル下に置き、実験駆動波形（Ｖ＝２０Ｖ固定、パルス
幅を変化）を印加して第１の状態から第２の状態と、第
２の状態から第１の状態へのスイッチング閾値を測定し
た。結果を下記表３に示す。

【００８７】

【表３】

【００８８】以上のことから、初期配向状態の双極子モ
ーメントの方向を第１の状態側に向かせるように制御す
ることにより、スイッチングの非対称を解消し良好な駆
動特性を示すことがわかった。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポリフッ素系液晶材料を用いた非対称構成の液晶セルか
らなる液晶素子にて、双安定な二状態間のスイッチング
閾値を等しく対称にし、良好な駆動特性にすることが可
能となり、高信頼性、駆動安定性を有する液晶装置が実
現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の断面構造を示す図である。

【図２】本発明の液晶素子を備えた表示装置とグラフィ
ックスコントローラを示すブロック図である。

【図３】表示装置とグラフィクスコントローラとの間の
画像情報通信タイミングチャートを示す図である。

【図４】図６に示す時系列駆動波形で実際の駆動を行な
った時の表示パターンの模式図である。

【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】本発明の液晶素子の駆動に用いられる駆動波形
の一例を示す図である。

【図７】本発明にかかる、駆動電圧を変化させた時の透
過率の変化を表すグラフ（Ｖ−Ｔ特性図）である。

【符号の説明】

１液晶層２基板３透明電極４配向制御層５シール材８偏光板９光源１０１カイラルスメクティック液晶表示装置１０２グラフィックコントローラ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１１２ＧＣＰＵ１１３ホストＣＰＵ１１４ＶＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽生由紀夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者森省誠東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者野口幸治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中村真一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者寺田匡宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれに電極膜が形成された上下基
板、各々の電極膜上に形成された配向制御膜、上記上下
基板間に挟持された強誘電性液晶の基本構成要素を有す
る液晶素子において、少なくとも各々の基板間で液晶の
界面における表面エネルギーに差を生じ、上下基板間に
電界を印加しない状態下、等方相からカイラルスメクテ
ィックＣ（ＳｍＣ^*）相まで徐冷を施した時の初期配向
を、上記液晶分子の自発分極双極子モーメントが表面エ
ネルギーの高い方の基板に向くように制御されているこ
とを特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記上下基板間で表面電位差を生じ、表
面エネルギーの値が低い方の基板の表面電位の値が高い
請求項１記載の液晶素子。
【請求項３】前記配向制御膜の少なくとも一方が有機
高分子からなる請求項１又は２記載の液晶素子。
【請求項４】前記配向制御膜の少なくとも一方が、ポ
リイミドからなる請求項１〜３いずれかに記載の液晶素
子。
【請求項５】前記表面電位の低い方の基板の表面電位
が負である請求項２記載の液晶素子。
【請求項６】前記強誘電性液晶が、フルオロカーボン末端部分及び炭化水素末端部分を有
し、該両末端部分が中心核によって結合されており、ス
メクティック中間相又は潜在的スメクティック中間相を
持つフッ素含有液晶化合物群を７０重量％以上含有する
液晶組成物であり、且つ、該フッ素含有液晶化合物のうち、フルオロカーボン末端
鎖中に少なくとも一つの連鎖中エーテル酸素を含む化合
物を前記液晶組成物の総量中３０重量％以上含有する液
晶組成物からなるカイラルスメクティック液晶組成物で
ある請求項１〜５いずれかに記載の液晶素子。
【請求項７】前記フルオロカーボン末端鎖中に少なく
とも一つの連鎖中エーテル酸素を含むフッ素含有液晶化
合物の該フルオロカーボン末端鎖が、−Ｖ（Ｃ_xＦ
_2xＯ）_zＣ_yＦ_2y+1で表され、ｘはそれぞれのＣ_xＦ_2xＯ
に独立に１から１０までの整数で、ｙは１から１０まで
の整数で、ｚは１から１０までの整数であり、Ｖは単結
合、−ＣＯＯ−Ｃ_rＨ_2r−、−Ｏ−Ｃ_rＨ_2r−、−Ｏ−
（Ｃ_sＨ_2sＯ）_t−Ｃ_r'Ｈ_2r'−、−ＯＳＯ₂−、−ＳＯ₂
−、−ＳＯ₂−Ｃ_rＨ_2r−、−Ｃ_rＨ_2r−、−Ｃ_rＨ_2r−Ｎ
（Ｃ_pＨ_2p+1）−ＳＯ₂−、−Ｃ_rＨ_2r−Ｎ（Ｃ_pＨ_2p+1）
−ＣＯ−、ｒとｒ’はそれぞれ独立に１から２０までの
整数であり、ｓはそれぞれのＣ_sＨ_2sＯに独立に１から
１０までの整数であり、ｔは１から６までの整数であ
り、ｐは０から４までの整数である請求項６記載の液晶
素子。
【請求項８】前記フッ素含有液晶化合物が、下記一般
式ＩＩで表される化合物である請求項６に記載の液晶素
子。［一般式ＩＩ］【化１】を表し、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ独立に０または１から３の整数を
表す。ただしａ＋ｂ＋ｃは少なくとも２である。Ｍ，Ｎ
はそれぞれ独立に、−ＣＯＯ−，−ＣＯＳ−，−ＣＯＳ
ｅ−，−ＣＯＴｅ−，−（ＣＨ₂ＣＨ₂）_d−（ｄは１か
ら４の整数を表す）、−Ｃ≡Ｃ−，−ＣＨ＝ＣＨ−，−
ＣＨ＝Ｎ−，−ＣＨ₂−Ｏ−，−ＣＯ−，−Ｏ−，単結
合を表し、その向きはいずれでもよい。それぞれのＸ，
Ｙ，Ｚは独立に−Ｈ，−Ｃｌ−，−Ｆ，−Ｂｒ，−Ｉ，
−ＯＨ，−ＯＣＨ₃，−ＣＨ₃，−ＣＦ₃，−ＯＣＦ₃，−
ＣＮ，−ＮＯ₂を表す。それぞれのｌ，ｍ，ｎは独立に
０〜４の整数を表す。Ｇは−ＣＯＯ−Ｃ_eＨ_2e−，−Ｏ
−Ｃ_eＨ_2e−，−Ｏ（Ｃ_e"Ｈ_2e"Ｏ）_t−Ｃ_e'Ｈ_２e'−，
−Ｃ_eＨ_2e−，−ＯＳＯＯ−，−ＳＯＯ−，−ＳＯＯＣ_e
Ｈ_2e−，−Ｃ_eＨ_2e−Ｎ（Ｃ_pＨ_2p+1）−ＳＯＯ−，−Ｃ
_eＨ_2e−Ｎ（Ｃ_pＨ_2p+1）−ＣＯ−（ｅ，ｅ’はそれぞれ
独立に１から２０までの整数を表し、ｐは０から４まで
の整数を表す。ｅ”はそれぞれの（Ｃ_e"Ｈ_2e"Ｏ）に独
立に１から１０の整数を表わし、ｔは１から６の整数を
表わす。）を表す。Ａは−Ｏ−（Ｃ_fＨ_2f−Ｏ）_u−Ｃ_f'
Ｈ_2f'+1，−（Ｃ_fＨ_2f−Ｏ）_u−Ｃ_f'Ｈ_2f'+1，−Ｃ_fＨ
_2f−Ｒ’，−Ｏ−Ｃ_fＨ_2f−Ｒ’，−ＣＯＯ−Ｃ_fＨ_2f−
Ｒ’，−ＯＣＯ−Ｃ_fＨ_2f−Ｒ’（Ｒ’は−Ｃｌ，−
Ｆ，−ＣＦ₃，−ＮＯ₂，−ＣＮ，−Ｈ，−ＣＯＯ−Ｃ_f'
Ｈ_2f'+1，−ＯＣＯ−Ｃ_f'Ｈ_2f'+1を表し、ｆ，ｆ’はそ
れぞれ独立に１から２０の整数を表す。ｕは１から１０
の整数である。）を表し、Ａは直鎖でも分岐鎖でも良
い。Ｒは−（Ｃ_xＦ_2xＯ）_zＣ_yＦ_2y+1であり、ｘはそれ
ぞれのＣ_xＦ_2xＯに独立に１から１０までの整数であ
り、ｙは１から１０までの整数であり、ｚは１から１０
までの整数である。）
【請求項９】前記一般式ＩＩで表される化合物がフェ
ニルピリミジンコアからなる化合物である請求項８記載
の液晶素子。
【請求項１０】請求項１〜９いずれかに記載の液晶素
子を使用した液晶装置。