JPH09318921A - スメクティック液晶素子およびその製造方法 - Google Patents

スメクティック液晶素子およびその製造方法

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JPH09318921A JP8130171A JP13017196A JPH09318921A JP H09318921 A JPH09318921 A JP H09318921A JP 8130171 A JP8130171 A JP 8130171A JP 13017196 A JP13017196 A JP 13017196A JP H09318921 A JPH09318921 A JP H09318921A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スメクティック液晶セルの応答速度または消
費電力を改善すると共に、階調表示を実現する。 【解決手段】 スメクティック液晶セルの液晶層へ、液
晶と同じ符号の自発分極を有するポリマーを導入し、応
答速度の向上を図る（第２の液晶セル）。あるいは液晶
と反対の符号の自発分極を有するポリマーをτ−Ｖmin
特性を示す液晶へ導入し、駆動電圧の低減化を図る（第
１の液晶セル）。これらのポリマーは、液晶セルに注入
する前に液晶組成物へ予め添加する。あるいは光重合性
モノマーを液晶組成物へ添加して液晶セルへ注入した
後、光照射によってポリマー化する。さらに、ポリマー
を導入した液晶セルをＩ相まで再加熱して冷却すること
により、階調表示を実現する。

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
ィスプレイ等に適用されるスメクティック液晶表示素子
に関し、特に階調表示が可能なスメクティック液晶表示
素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】旧来、例えば、ネマティック液晶を用い
たＴＮ(Twisted Nematic) 型およびＳＴＮ(Super-Twist
ed Nematic) 型の液晶表示素子が知られている。しかし
これらの液晶表示素子は、電気光学効果の応答速度がｍ
ｓオーダと遅いため、高速駆動を行おうとすると、画面
に乱れが生じたり、コントラストが低下したりするとい
う欠点がある。このため、これら旧来の液晶表示素子
は、表示可能な容量に限界があり、動画表示に適さない
という問題点があった。そこで、近年、次世代の液晶表
示素子として、強誘電性あるいは反強誘電性液晶を用い
た液晶表示素子の実用化が検討されている。
【０００３】１９７５年に、R. B. Meyer らは分子の対
称性の議論から、光学活性な分子が分子長軸に対して垂
直な方向に双極子モーメントを持っていればカイラルス
メクティックＣ相（ＳｍＣ* 相）で強誘電性を示すこと
を予想し、ＤＯＢＡＭＢＣ（2-methylbutyl p-〔p-(dec
yloxybenzylidene)-amino 〕-cinnamate) を合成し、液
晶において初めて強誘電性を確認することに成功した
（R.B.Meyer, L.Liebert, L.Strzelecki and P.Keller:
J.Phys.(Paris)36(1975)L69. 参照）。
【０００４】ここで、スメクティック液晶相の一例とし
て、強誘電性を示すＳｍＣ* 相の構造について説明す
る。ＳｍＣ* 相では、層内における液晶分子の重心位置
は無秩序であるが、図１２（ａ）中にコーン１０１とし
て模式的に示すように、液晶分子の長軸（ダイレクタ１
０２）は、スメクティック層を区切る層面１０３の法線
である層法線ｚに対して一定の角度θだけ傾いている。
なお、ダイレクタ１０２の傾く方向は層から層へ僅かず
つずれ、この結果、液晶分子の配向は螺旋構造をなして
いる。螺旋のピッチ（ヘリカルピッチ）は１μｍ程度で
あり、約１ｎｍの層間隔よりはるかに大きい。
【０００５】このような分子配列をもつ相は、強誘電性
液晶だけでなく、反強誘電性液晶においても確認されて
いる(A.D.L.Chandani, T.Hagiwara, Y.Suzuki, Y.Ouch
i, H.Takezoe and A.Fukuda:Jpn.J.Appl.Phys. 27(198
8)L729. 参照）。反強誘電性液晶の中にも、光学純度を
変化させるとＳｍＣ* 相が出現したり、また、ＭＨＰＯ
ＢＣ（4-(1-methylheptyloxycarbonyl)phenyl 4'-octyl
oxybiphenyl-4-carboxylate ）のように、光学純度１０
０％のＲ体やＳ体の場合でもＳｍＣ* 相が出現するもの
も存在する。
【０００６】Clark とLagerwall は、セル厚が１μｍ程
度（螺旋のピッチと同程度）以下になると、この螺旋構
造が消滅し、図１２（ｂ）に示すように、各層の分子１
０４が印加される電界に応じて双安定状態のいずれかを
とることを発見し、表面安定化型強誘電性液晶表示素子
（ＳＳＦＬＣ：surface stabilized ferroelectric liq
uid crystal)を提案した。これは、特開昭５６−１０７
２１６号公報、および米国特許第４３６７９２４号明細
書等に開示されている。なお、図１２（ｂ）では、分子
１０４に印加されている電界の向きは、紙面に対して垂
直かつ紙面裏側から表側へ向かう方向である。そして、
分子１０４の電気双極子モーメントは、同図（ｂ）にお
いて各分子内に示すように、印加電界の向きにすべて揃
う。
【０００７】図１３を参照しながらその動作原理につい
て説明する。上述したように、薄セルとして形成された
ＳＳＦＬＣの分子１０４は、同図に示すとおり、印加さ
れる電界の方向に応じて、状態ＡおよびＢの２つの安定
状態のいずれかをとる。なお、同図に示す状態Ａでは、
分子１０４に印加されている電界の向きは、同図の紙面
に対して垂直かつ紙面表側から裏側へ向かっており、状
態Ｂでは、紙面に対して垂直かつ紙面裏側から表側へ向
かう方向である。
【０００８】このため、直交する２枚の偏光子の間に、
例えば状態Ｂのときの分子長軸が偏光子の一方の方向
（同図中に矢印で示す方向１１１）と平行になるよう
に、ＳＳＦＬＣセルを配置することにより、状態Ａの場
合には光が透過されて明状態となり、状態Ｂの場合には
光が遮断されて暗状態となる。すなわち、印加電界の方
向を切り替えることによって、白黒の表示を行うことが
可能となる。
【０００９】ＳＳＦＬＣでは、自発分極と電場とが相互
作用して駆動トルクが発生するために、通常のネマティ
ック液晶における誘電異方性を用いたスイッチングとは
異なって、電界に対してμｓオーダーの高速応答が可能
である。また、ＳＳＦＬＣは、双安定状態のいずれかに
一旦スイッチすると、電界が消滅してもその状態を保つ
いわゆるメモリ性を持つことから、常に電圧を印加する
必要はない。
【００１０】以上のように、ＳＳＦＬＣ型の液晶表示素
子は、高速応答性とメモリ性という特徴を利用すること
により、１走査線ごとに高速で表示内容を書き込んでゆ
くことができ、単純マトリクス駆動で大容量のディスプ
レイを実現することが可能となり、壁掛けテレビへの応
用も期待されている。
【００１１】強誘電性液晶を用いた液晶素子は、ＳｍＣ
* 相における液晶分子がもつ双安定性のため、厳密な意
味では明および暗の２階調表示しかできないが、従来、
印加電場の高速変調や面積分割法を利用することによっ
てある程度の階調表示を可能とする構成が提案されてい
る。しかし、これら従来の構成は、駆動系の構成やパネ
ル作製工程が複雑であり、製造コスト等も多大である。
【００１２】その他に、例えば特開平６−１９４６３５
号公報に、重合物質からなる異方性の３次元網状構造体
中に非反応性キラル液晶分子を捕捉した構造体を形成す
る技術が開示されている。これは、網状構造体によって
相互に反対の分極方向を有する微小な隣接ドメインを安
定化し、無電界時においても中間調を維持することを可
能にするものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平６
−１９４６３５号公報に開示された技術は、ドメインサ
イズに均一性がなく、電圧印加時のドメインの面積を一
定に保つことができないという問題がある。ドメインサ
イズ自体も実際の画素の大きさ（約０．３ｍｍ角）に対
してかなり大きいので、この技術を用いて階調表示を行
うことは実用的に困難である。
【００１４】また、ホストの液晶材料へ添加するキラル
材料の割合が高くなると、液晶の配向性が悪くなり、表
示品位が劣化するという問題点もある。
【００１５】また、強誘電性液晶を用いた表示素子にと
って、耐ショック性を向上することも、解決すべき重要
な課題の一つである。すなわち、ＳＳＦＬＣ型の液晶表
示素子は、外からの圧力や、電気的なショックに弱く、
配向が容易に乱れてしまうという欠点がある。これに対
して、従来、スペーサ壁を基板に形成する方法が提案さ
れているが、パネル作製工程において様々な問題が生
じ、未だ実用化には到っていない。
【００１６】さらに、強誘電性液晶素子は、ＴＮ型の液
晶素子等に比べると高速駆動が可能であるが、例えば壁
掛けテレビ等の大画面のフラットパネルディスプレイへ
の適用を可能とするためには、応答速度をさらに高速化
することが望まれる。また、消費電力を低減し、発熱量
を抑制するためには、駆動電圧を低く抑えることが好ま
しい。
【００１７】本発明は、上記した各問題点に鑑みなされ
たもので、強誘電性液晶等のスメクティック液晶を用い
たスメクティック液晶素子において、応答速度や消費電
力を改善すると共に階調表示を実現し、さらに耐ショッ
ク性も向上させることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の第１のスメクティック液晶素子は、少な
くとも電極を有する一対の基板間にスメクティック相を
示す液晶層を備えたスメクティック液晶素子において、
二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起する
ポリマーが上記液晶層に導入されており、スメクティッ
ク相において、上記ポリマーの自発分極と上記液晶層の
液晶分子の自発分極とが同じ符号をもつことを特徴とし
ている。
【００１９】上記の構成では、液晶分子の自発分極と同
じ符号の自発分極をもつポリマーが液晶層に導入された
ことによって、スメクティック相において、液晶層全体
の自発分極の大きさが増大する。このため、電極から駆
動電場を印加したときに、駆動電場と自発分極との相互
作用で液晶分子に加わる駆動力が大きくなる。この結
果、高速駆動が可能なスメクティック液晶素子を提供す
ることが可能となる。
【００２０】また、上記第１のスメクティック液晶素子
において、好ましくは、上記液晶層は、τ−Ｖmin 特性
を示す液晶組成物を用いて形成される。
【００２１】なお、τ−Ｖmin 特性とは、液晶組成物に
モノパルス電圧を印加した場合の、パルス電圧と、その
パルス電圧によってすべての液晶分子が完全にスイッチ
するためのパルス幅との関係を示す曲線（いわゆるτ−
Ｖ曲線）が、例えば図１１に示すように、極小値を有す
る特性のことである。
【００２２】また、上記第１のスメクティック液晶素子
において、好ましくは、上記液晶層は、負の誘電異方性
をもつ液晶組成物を用いて形成される。
【００２３】また、上記の課題を解決するために、本発
明の第２のスメクティック液晶素子は、少なくとも電極
を有する一対の基板間にスメクティック相を示す液晶層
を備えたスメクティック液晶素子において、上記液晶層
が、τ−Ｖmin 特性を示す液晶組成物と、二軸性を示す
分子配置にあるときに自発分極を誘起するポリマーとを
含み、スメクティック相において、上記ポリマーの自発
分極と上記液晶層の液晶分子の自発分極とが互いに異な
る符号をもつことを特徴としている。
【００２４】上記の構成では、液晶分子の自発分極と異
なる符号の自発分極をもつポリマーが液晶層に導入され
たことによって、スメクティック相において、液晶層全
体の自発分極の大きさが小さくなる。このため、電極か
ら駆動電場を印加したときに、自発分極と駆動電場との
相互作用によって液晶分子へ加わる自発分極トルクより
も、誘電異方性と駆動電場との相互作用によって生じる
誘電トルクの方が相対的に大きくなる。
【００２５】これにより、スメクティック相における液
晶層全体としてのτ−Ｖmin 特性が変化して、パルス幅
τが極小値τmin をとるパルス電圧Ｖが低電圧側へシフ
トする。この結果、駆動波形のパルス幅τを極小値τ
min 程度とすれば、液晶素子の駆動電圧を低電圧化する
ことが可能となる。この結果、消費電力を低減すること
ができ、発熱量を抑制することができる。
【００２６】なお、上記した第１および第２のスメクテ
ィック液晶素子で階調表示を実現するためには、ポリマ
ーが液晶層のスメクティック層間に凝集していることが
好ましい。
【００２７】上記の構成によれば、スメクティック層間
に凝集したポリマーの近辺の粘性が他の領域と異なるの
で、電極から印加される駆動電場に対する応答特性も異
なるものとなる。この結果、ポリマー凝集部近辺で局所
的なスイッチングドメインの出現および消滅が発生す
る。このスイッチングドメインは１画素よりも充分に小
さいので、階調表示が可能なスメクティック液晶素子を
提供することが可能となる。
【００２８】また、上記した第１および第２のスメクテ
ィック液晶素子では、ポリマーが、電気双極子モーメン
トを有し光学活性であることが好ましい。
【００２９】また、上記した第１および第２のスメクテ
ィック液晶素子では、ポリマーが、光重合性の官能基を
１つ有するモノマーを光重合することによって形成され
ていることが好ましい。この構成では、液晶の配向性が
劣化しないので、コントラスト等の表示品位の劣化を防
止して良好な表示品位を保つことができる。
【００３０】上記の課題を解決するために、本発明のス
メクティック液晶素子の第１の製造方法は、少なくとも
電極を有する一対の基板間にスメクティック相を示す液
晶層を備えたスメクティック液晶素子の製造方法におい
て、二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起
するポリマーと、スメクティック相において上記ポリマ
ーと同じ符号の自発分極を有する液晶組成物とを混合す
る工程と、上記ポリマーと液晶組成物との混合物を上記
基板間に導入する工程とを含むことを特徴とする。
【００３１】この製造方法によれば、液晶分子の自発分
極と同じ符号の自発分極をもつポリマーを液晶層に導入
することによって、スメクティック相において、液晶層
全体の自発分極の大きさが増大する。このため、電極か
ら駆動電場を印加したときに、駆動電場と自発分極との
相互作用によって液晶分子に加わる駆動力が大きくな
り、応答速度がさらに向上したスメクティック液晶素子
を提供することが可能となる。
【００３２】上記の課題を解決するために、本発明のス
メクティック液晶素子の第２の製造方法は、少なくとも
電極を有する一対の基板間にスメクティック相を示す液
晶層を備えたスメクティック液晶素子の製造方法におい
て、二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起
するポリマーと、スメクティック相において上記ポリマ
ーと異なる符号の自発分極を有すると共にτ−Ｖmin 特
性を示す液晶組成物とを混合する工程と、上記ポリマー
と液晶組成物との混合物を上記基板間に導入する工程と
を含むことを特徴とする。
【００３３】この製造方法によれば、液晶分子の自発分
極と異なる符号の自発分極をもつポリマーを液晶層に導
入することによって、スメクティック相において、液晶
層全体の自発分極の大きさが小さくなる。このため、電
極から駆動電場を印加したときに、自発分極と駆動電場
との相互作用によって液晶分子へ加わる自発分極トルク
よりも、誘電異方性と駆動電場との相互作用によって生
じる誘電トルクの方が相対的に大きくなる。この結果、
スメクティック相における液晶層全体としてのτ−Ｖ
min 特性が変化し、パルス幅τが極小値τmin をとるパ
ルス電圧Ｖが低電圧側へシフトする。この結果、低電圧
駆動が可能なスメクティック液晶素子を提供することが
可能となる。
【００３４】上記の課題を解決するために、本発明のス
メクティック液晶素子の第３の製造方法は、少なくとも
電極を有する一対の基板間にスメクティック相を示す液
晶層を備えたスメクティック液晶素子の製造方法におい
て、二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起
する光重合性のモノマーと、スメクティック相において
上記モノマーと同じ符号の自発分極を持つ液晶組成物と
を混合する工程と、上記モノマーと液晶組成物との混合
物を上記基板間に導入する工程と、上記混合物に光を照
射してモノマーを重合させる工程とを含むことを特徴と
する。
【００３５】この製造方法によれば、モノマーが液晶と
混在した状態で重合反応が進行するため、モノマー単体
に光を照射して重合させた場合よりも、形成されるポリ
マーの重合度にばらつきが生じる。すなわち、この製造
方法によって形成される液晶層は、重合度の異なる複数
種類のポリマーが混在した状態となる。このため、ポリ
マーと液晶との相溶性が比較的高くなり、ポリマーが液
晶へ与える影響が大きい。
【００３６】スメクティック相において、上記モノマー
と液晶組成物とは同じ符号の自発分極を持ち、上述のよ
うに、上記モノマーから形成されたポリマーと液晶との
相溶性が高いことから、液晶層全体の自発分極の大きさ
が効果的に増大し、電極から印加される駆動電場と自発
分極との相互作用で生じる駆動力が大きくなる。また、
モノマーの添加量も比較的少量で済み、液晶の配向が乱
れない。この結果、表示品位が高く、高速駆動が可能な
液晶素子を提供することが可能となる。
【００３７】上記の課題を解決するために、本発明のス
メクティック液晶素子の第４の製造方法は、少なくとも
電極を有する一対の基板間にスメクティック相を示す液
晶層を備えたスメクティック液晶素子の製造方法におい
て、二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起
する光重合性のモノマーと、スメクティック相において
上記モノマーと異なる符号の自発分極を有すると共にτ
−Ｖmin 特性を示す液晶組成物とを混合する工程と、上
記モノマーと液晶組成物との混合物を上記基板間に導入
する工程と、上記混合物に光を照射してモノマーを重合
させる工程とを含むことを特徴とする。
【００３８】この製造方法によれば、モノマーが液晶と
混在した状態で重合反応が進行するため、モノマー単体
に光を照射して重合させた場合よりも、形成されるポリ
マーの重合度にばらつきが生じる。すなわち、この製造
方法によって形成される液晶層は、重合度の異なる複数
種類のポリマーが混在した状態となる。このため、ポリ
マーと液晶との相溶性が比較的高くなり、ポリマーが液
晶へ与える影響が大きい。
【００３９】スメクティック相において、上記モノマー
と液晶組成物とは互いに異なる符号の自発分極を持ち、
上述のように、上記モノマーから形成されたポリマーと
液晶との相溶性が高いことから、液晶層全体の自発分極
の大きさが効果的に減少し、τ−Ｖmin 特性においてパ
ルス幅τが極小値をとるパルス電圧Ｖが、液晶組成物そ
のもののτ−Ｖmin 特性から低電圧側へシフトする量が
大きくなる。また、添加するモノマーの量も少量で済
み、液晶の配向が乱れない。この結果、表示品位が高
く、低電圧駆動が可能な液晶素子を提供することが可能
となる。
【００４０】また、上記第１ないし第４の製造方法にお
いて、液晶組成物がスメクティック相よりも高温側の相
を示す温度において上記混合物を基板間に導入する工程
を実施した後に冷却する第１の配向工程と、この第１の
配向工程の後に液晶組成物が等方相を示す温度まで加熱
する第２の配向工程とをさらに加えた製造方法によれ
ば、階調表示が可能なスメクティック液晶素子を提供す
ることが可能となる。
【００４１】すなわち、この製造方法によれば、第２の
配向工程において等方相を示す温度まで加熱した場合、
液晶分子は等方性をもち粘性も低下する。このため、液
晶に添加されたポリマーあるいはモノマーは動きやすく
なって凝集し始める。その後、スメクティック相まで温
度が下降すると、凝集した分子はスメクティック層に挟
まれるように配置する。このようにスメクティック層間
に凝集した分子の近辺は、粘性が他の領域と異なるの
で、電極から印加される駆動電場に対する応答特性も異
なるものとなる。この結果、ポリマー凝集部近辺で局所
的なスイッチングドメインの出現および消滅が発生す
る。このスイッチングドメインは１画素よりも充分に小
さいので、階調表示が可能なスメクティック液晶素子を
提供することが可能となる。
【００４２】また、上記第１ないし第４の製造方法にお
いて、上記モノマーは、電気双極子モーメントを有する
と共に光学活性であることが好ましい。
【００４３】また、上記第１ないし第４の製造方法にお
いて、上記モノマーは、光重合性の官能基を１つ有する
ことが好ましい。
【００４４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１ないし図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりで
ある。
【００４５】（強誘電性液晶セルの基本構成）まず、本
実施の形態に係る強誘電性液晶セル（スメクティック液
晶素子）の基本的な構成について、図１を参照しながら
説明する。この強誘電性液晶セルは、互いに対向する２
枚のガラス基板１・２の間に、上記ガラス基板１・２の
各々にストライプ状に形成された膜厚１００ｎｍの透明
なＩＴＯ膜からなる信号電極３および走査電極５、膜厚
１００ｎｍの絶縁膜４・６、膜厚７０ｎｍの配向膜７・
８、および液晶９（液晶層）を備えた構成である。
【００４６】なお、ガラス基板１の外側には偏光板１１
が配置され、この偏光板１１、ガラス基板１、信号電極
３、絶縁膜４、および配向膜７によって、電極基板１３
が形成されている。同様に、偏光板１２、ガラス基板
２、走査電極５、絶縁膜６、および配向膜８によって、
電極基板１４が形成されている。
【００４７】上記の偏光板１１および１２は、その偏光
軸が互いに直交するように配置されている。配向膜７・
８の表面には、ラビング処理が施されている。また、電
極基板１３および１４の間隔は、図示しないスペーサに
よって、ほぼ均一に１．４μｍに保たれている。
【００４８】本実施の形態に係る強誘電性液晶セルは、
液晶層としての液晶９がポリマーを含んでいることを特
徴としている。以下で、この強誘電性液晶セルの構成お
よびその製造工程について、より具体的に説明する。
【００４９】（第１の液晶セル）第１の液晶セルの製造
工程は次のとおりである。まず、光重合性の官能基を１
つ有するＳ体のアクリレートキラルモノマーに対して
２．０重量％の重合開始剤を添加し、波長３６５ｎｍ、
強度３．５ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を室温で３分間照射し
てポリマー化する。なお、上記のアクリレートキラルモ
ノマーは、電気双極子モーメントを有し、二軸性を示す
分子配置にあるときに、負の自発分極を誘起する。この
モノマーを重合してなるポリマーも同様に二軸性を示す
分子配置にあるときに負の自発分極を誘起する。
【００５０】このポリマーを、メルク社製の商品名「Ｓ
ＣＥ８」によって実現される強誘電性液晶組成物に対し
て１．５重量％の割合で添加し、電極基板１３および１
４の間隙に１００℃で真空注入する。これを２．０℃／
ｍｉｎの速度で室温（２５℃）まで徐冷した後、封止す
る。
【００５１】なお、メルク社製の商品名「ＳＣＥ８」
は、スメクティック相において正の自発分極をもつ。つ
まり、この第１の液晶セルにおいて、強誘電性液晶組成
物と上記ポリマーとは、互いに異なる符号の自発分極を
有している。また、「ＳＣＥ８」は負の誘電異方性をも
ち、τ−Ｖmin 特性を示す。「ＳＣＥ８」の相系列およ
び相転移温度は下記のとおりである。 Ｉ相−（98℃）−Ｎ* 相−（78℃）−ＳｍＡ相−（58
℃）−ＳｍＣ* 相 自発分極の符号を確認するために、キラル分子のないス
メクティックＣ相の液晶材料に上記アクリレートキラル
モノマーを添加し、ＤＣ電場を印加したところ、電場方
向に向かって左側へ分子長軸が傾いた。これにより、上
記のキラルモノマーの自発分極の符号が負であることが
確認できた。
【００５２】なお、第１の液晶セルに用いる液晶組成物
としては、τ−Ｖmin 特性を示すスメクティック液晶材
料であることが必要であり、上記の「ＳＣＥ８」のよう
に負の誘電異方性を有する液晶組成物の他に、大きな正
の二軸誘電異方性を有する液晶組成物を用いることもで
きる。
【００５３】（第２の液晶セル）第２の液晶セルは、下
記の製造工程により作成される。まず、第１の液晶セル
で用いたアクリレートキラルモノマーのＲ体に対して
２．０重量％の重合開始剤を添加し、波長３６５ｎｍ、
強度３．５ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を室温で３分間照射し
てポリマー化する。このポリマーを、メルク社製の商品
名「ＳＣＥ８」によって実現される強誘電性液晶組成物
に対して１．５重量％の割合で添加し、電極基板１３お
よび１４の間隙に１００℃で真空注入する。これを２．
０℃／ｍｉｎの速度で室温まで徐冷した後、封止する。
【００５４】なお、上記のモノマーは電気双極子モーメ
ントをもち、自発分極の符号を調べると正であった。こ
のモノマーを重合してなるポリマーも同様に二軸性を示
す分子配置にあるときに正の自発分極を誘起する。つま
り、この第２の液晶セルにおいて、液晶組成物と上記ポ
リマーとは同じ符号の自発分極を有している。
【００５５】なお、この第２の液晶セルに用いる液晶組
成物としては、必ずしもτ−Ｖｍｉｎ特性を示すもので
ある必要はない。
【００５６】（第３の液晶セル）第３の液晶セルの製造
工程は次のとおりである。まず、第１の液晶セルで用い
たものと同じアクリレートキラルモノマーに２．０重量
％の重合開始剤を添加したものを、メルク社製の商品名
「ＳＣＥ８」によって実現される強誘電性液晶組成物に
対して１．５重量％の割合で添加し、電極基板１３およ
び１４の間隙に１００℃で真空注入する。次に、上記の
強誘電性液晶組成物がＮ＊ 相を呈する９０℃におい
て、波長３６５ｎｍ、強度３．５ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線
を３分間照射する。その後、２．０℃／ｍｉｎの速度で
室温まで徐冷して封止する。
【００５７】前記した第１の液晶セルの製造工程では、
液晶組成物と異なる符号の自発分極を有するアクリレー
トキラルモノマーを予めポリマー化し、そのポリマーを
液晶組成物に添加するのに対し、この第３の液晶セルの
製造工程では、液晶組成物にモノマーを添加してセルに
注入した後に紫外線照射を行うことが特徴である。
【００５８】なお、この第３の液晶セルに使用する液晶
組成物も、第１の液晶セルと同様に、τ−Ｖmin 特性を
示すものであることが必要である。
【００５９】（第４の液晶セル）第４の液晶セルの製造
工程は次のとおりである。まず、第２の液晶セルで用い
たものと同じアクリレートキラルモノマーに２．０重量
％の重合開始剤を添加したものを、メルク社製の商品名
「ＳＣＥ８」によって実現される強誘電性液晶組成物に
対して１．５重量％の割合で添加し、電極基板１３およ
び１４の間隙に１００℃で真空注入する。次に、上記の
強誘電性液晶組成物がＮ* 相を呈する９０℃において波
長３６５ｎｍ、強度３．５ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線を３分
間照射した後、２．０℃／ｍｉｎの速度で室温まで徐冷
して封止する。
【００６０】前記した第２の液晶セルの製造工程では、
アクリレートキラルモノマーを予めポリマー化し、その
ポリマーを液晶組成物に添加するのに対し、この第４の
液晶セルの製造工程では、液晶組成物にモノマーを添加
してセルに注入した後に紫外線照射を行うことが特徴で
ある。
【００６１】なお、この第４の液晶セルに使用する液晶
組成物も、第２の液晶セルと同様に、必ずしもτ−Ｖ
min 特性を示すものである必要はない。
【００６２】（第５の液晶セル）第５の液晶セルは、第
１の液晶セルを１００℃まで加熱し、１分間その温度に
保った後、２．０℃／ｍｉｎの速度で室温まで徐冷する
ことにより得られる。すなわち、第１の液晶セルを液晶
組成物がＩ相（等方相）を示す温度まで再加熱して徐冷
することにより再配向させたものが、第５の液晶セルで
ある。なお、以降では、このように液晶セルをＩ相まで
再加熱して徐冷する処理を、再配向処理と称する。
【００６３】（第６の液晶セル）第６の液晶セルは、第
２の液晶セルを１００℃まで加熱し、１分間その温度に
保った後、２．０℃／ｍｉｎの速度で室温まで徐冷する
ことにより得られる。すなわち、第２の液晶セルを液晶
組成物がＩ相を示す温度まで再加熱して徐冷することに
より再配向させたものが、第６の液晶セルである。
【００６４】（第７の液晶セル）第７の液晶セルは、第
３の液晶セルを１００℃まで加熱し、１分間その温度に
保った後、２．０℃／ｍｉｎの速度で室温まで徐冷する
ことにより得られる。すなわち、第３の液晶セルを液晶
組成物がＩ相を示す温度まで再加熱して徐冷することに
より再配向させたものが、第７の液晶セルである。
【００６５】（第８の液晶セル）第８の液晶セルは、第
４の液晶セルを１００℃まで加熱し、１分間その温度に
保った後、２．０℃／ｍｉｎの速度で室温まで徐冷する
ことにより得られる。すなわち、第４の液晶セルを液晶
組成物がＩ相を示す温度まで再加熱して徐冷することに
より再配向させたものが、第８の液晶セルである。
【００６６】次に、上記の第１ないし第８の液晶セルの
駆動特性について説明する。なお、以下では、比較のた
めに、下記のとおりに第１ないし第３の比較例および従
来の液晶セルを準備し、同様に駆動特性を測定した。
【００６７】（第１の比較例）第１の比較例としての液
晶セルの製造工程は下記のとおりである。まず、光重合
性の官能基を１つ持つＳ体のアクリレートキラルモノマ
ーと、同じく光重合性の官能基を１つ持つＲ体のアクリ
レートキラルモノマーとを１対１の割合で混ぜ合わせた
ラセミ体モノマーに対して、重合開始剤を２．０重量％
の割合で添加し、波長３６５ｎｍ、強度３．５ｍＷ／ｃ
ｍ2 の紫外線を室温で３分間照射してポリマー化する。
このポリマーを、メルク社製の商品名「ＳＣＥ８」によ
って実現される強誘電性液晶組成物に対して１．５重量
％の割合で添加し、電極基板１３および１４の間隙に１
００℃で真空注入する。これを２．０℃／ｍｉｎの速度
で室温まで徐冷した後、封止する。
【００６８】つまり、この第１の比較例は、第１・第２
の液晶セルにそれぞれ添加されたＳ体・Ｒ体のアクリレ
ートキラルモノマーからなるポリマーの代わりに、ラセ
ミ体のアクリレートキラルモノマーから形成されるポリ
マーが添加されている点のみが第１・第２の液晶セルと
異なっており、その他の条件はすべて同じである。な
お、このラセミ体のアクリレートキラルモノマーは自発
分極を持たない。
【００６９】（第２の比較例）第２の比較例としての液
晶セルの製造工程は下記のとおりである。まず、光重合
性の官能基を１つ持つＳ体のアクリレートキラルモノマ
ーと、同じく光重合性の官能基を１つ持つＲ体のアクリ
レートキラルモノマーとを１対１の割合で混ぜ合わせた
ラセミ体モノマーに対して、重合開始剤を２．０重量％
の割合で添加し、波長３６５ｎｍ、強度３．５ｍＷ／ｃ
ｍ2 の紫外線を室温で３分間照射してポリマー化する。
このポリマーを、メルク社製の商品名「ＳＣＥ８」によ
って実現される強誘電性液晶組成物に対して１．５重量
％の割合で添加し、電極基板１３および１４の間隙に１
００℃で真空注入する。これを２．０℃／ｍｉｎの速度
で室温まで徐冷して封止し、強誘電性液晶セルを得る。
【００７０】次に、この液晶セルを１００℃まで加熱
し、１分間その温度に保った後、室温まで２．０℃／ｍ
ｉｎの速度で徐冷して再配向させる。
【００７１】つまり、この第２の比較例は、第５・第６
の液晶セルにそれぞれ添加されたＳ体・Ｒ体のアクリレ
ートキラルモノマーからなるポリマーの代わりに、ラセ
ミ体のアクリレートキラルモノマーから形成されるポリ
マーが添加されている点のみが第５・第６の液晶セルと
異なっており、光重合処理や再配向処理等に関する条件
はすべて同じである。なお、上記のラセミ体のモノマー
は自発分極を持っていない。
【００７２】（第３の比較例）第３の比較例としての液
晶セルの製造工程は下記のとおりである。まず、Ｓ体の
アクリレートキラルモノマーとＲ体のアクリレートキラ
ルモノマーとを１対１の割合で混合したラセミ体モノマ
ーに対して２．０重量％の重合開始剤を添加したもの
を、メルク社製の商品名「ＳＣＥ８」によって実現され
る強誘電性液晶組成物に１．５重量％の割合で添加し、
電極基板１３および１４の間隙に１００℃で真空注入す
る。次に、上記の強誘電性液晶組成物がＮ* 相を呈する
９０℃において波長３６５ｎｍ、強度３．５ｍＷ／ｃｍ
2 の紫外線を３分間照射した後、２．０℃／ｍｉｎの速
度で室温まで徐冷して封止し、強誘電性液晶セルを得
る。
【００７３】次に、この強誘電性液晶セルを１００℃ま
で加熱し、１分間その温度に保った後、室温まで２．０
℃／ｍｉｎの速度で徐冷して再配向させる。
【００７４】つまり、この第３の比較例は、第７・第８
の液晶セルにそれぞれ添加されたＳ体・Ｒ体のアクリレ
ートキラルモノマーからなるポリマーの代わりに、ラセ
ミ体のアクリレートキラルモノマーからなるポリマーが
使用されている点のみが第７・第８の液晶セルと異なっ
ており、光重合処理や再配向処理等に関する条件はすべ
て同じである。なお、上記のラセミ体のモノマーは自発
分極を持たない。
【００７５】（従来の液晶セル）下記のような従来の製
造工程により、強誘電性液晶セルを形成した。まず、前
記した本実施の形態に係る電極基板１３および１４の製
造工程と同様の工程により、信号電極・走査電極、絶縁
膜、および配向膜を備えた一対の電極基板を作成し、こ
れらを対向させて貼り合わせた。なお、上記信号電極・
走査電極、絶縁膜、配向膜のそれぞれの膜厚や、電極基
板の間隙の大きさ等は、本実施の形態に係る強誘電性液
晶セルと同条件とした。上記の一対の電極基板の間隙
に、メルク社製の商品名「ＳＣＥ８」によって実現され
る強誘電性液晶組成物を１００℃で真空注入し、２．０
℃／ｍｉｎの速度で室温まで徐冷して封止した。
【００７６】以下に、本実施の形態に係る第１ないし第
８の液晶セルの特性について説明する。最初に、強誘電
性液晶組成物にポリマーを添加したことによる自発分極
の大きさの変化を見るために、本実施の形態に係る第１
・第２の液晶セル、第１の比較例、および従来の液晶セ
ルのそれぞれに対して三角波電圧を印加して自発分極の
大きさを計測した。その計測結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】上記表１に示すように、第１の液晶セルの
自発分極は、正の自発分極を有する液晶組成物に負の自
発分極を有するポリマーが添加されたことにより、ポリ
マーを含まない液晶組成物を用いた従来の液晶セルより
も小さくなる。一方、第２の液晶セルの自発分極は、正
の自発分極を有するポリマーが添加されたことにより、
従来の液晶セルよりも大きくなる。さらに、第１の比較
例では、添加されたポリマーは自発分極を持たないの
で、液晶セルとしての自発分極の大きさはポリマーを含
まない液晶組成物（従来の液晶セル）とほぼ等しい。
【００７９】図２は、第１・第２の液晶セル、第１の比
較例、および従来の液晶セルにおいて、パルス電圧を印
加したときの、スイッチングに要するパルス幅τとパル
ス波高値Ｖとの関係（τ−Ｖ特性）を示すグラフであ
る。同図に示すように、ポリマーを含まない従来の液晶
セルのτ−Ｖ曲線に対して、負の自発分極をもつポリマ
ーを含む第１の液晶セルのτ−Ｖ曲線は全体的に左上方
へシフトし、正の自発分極をもつポリマーを含む第２の
液晶セルのτ−Ｖ曲線は全体的に右下方へシフトしてい
る。すなわち、自発分極をもつポリマーを液晶組成物へ
添加することにより、τ−Ｖ特性を変化させることが可
能である。
【００８０】なお、同図に示すグラフは極小値をもち、
いわゆるτ−Ｖmin 特性を示していることが分かる。負
の誘電異方性をもつ液晶組成物、もしくは大きな正の二
軸誘電異方性をもつ液晶組成物は、τ−Ｖmin 特性を示
すことが知られている。ここで、τ−Ｖmin 特性につい
て、図１１を参照しながら簡単に説明する。
【００８１】τ−Ｖmin 特性とは、液晶組成物にモノパ
ルス電圧を印加した場合の、パルス電圧Ｖと、そのパル
ス電圧によってすべての液晶分子が完全にスイッチする
ためのパルス幅τとの関係において、パルス幅τが極小
値を有する特性である。
【００８２】なお、上記の誘電異方性とは、液晶分子の
配向ベクトルに平行な誘電率をε0と、垂直な誘電率を
ε1 との差Δε＝ε0 −ε1 を指す。
【００８３】電場Ｅが印加されたとき、液晶分子の配向
ベクトル方向と電場のなす角度をθとすると、自発分極
と電場との相互作用によって生じる自発トルクＴP が、
下記の数１で表されるのに対して、誘電異方性と電場と
の相互作用によって生じる誘電トルクＴE は、数２で表
される。
【００８４】
【数１】
【００８５】
【数２】
【００８６】このため、例えば誘電異方性が負の場合に
は、液晶分子がセル界面に平行になるように誘電トルク
が働くことにより、光学応答の立ち上がりが遅くなる。
このとき、負の誘電異方性の絶対値が大きいと、ある大
きさ以上の電場を印加したときには、自発分極に基づく
トルクに誘電トルクが勝り、スイッチングを抑え込むよ
うに作用する。そのため、大きい電場が印加されたとき
にスイッチングするために長いパルス幅を必要とするこ
とになり、図１１に示すようにτ−Ｖ曲線は極小値を示
す。これが、τ−Ｖmin 特性である。
【００８７】なお、このτ−Ｖmin 特性を利用すると、
次のような利点がある。図１１に示すパルス幅τSWを有
するモノパルスを印加した場合、パルス波高値ＶS が範
囲αにある場合にはスイッチングは起こらない。パルス
波高値ＶS が範囲βにある場合にはスイッチングが起こ
る。τ−Ｖ曲線が極小値をもたない場合には、この範囲
αおよびβの領域を用いてスイッチングを制御すること
となる。
【００８８】しかし、τ−Ｖ曲線が極小値をもつ場合に
は、範囲γでもスイッチングが起こらないことから、範
囲βおよびγの領域を用いてスイッチングを制御するこ
とも可能である。範囲βおよびγの領域を用いたスイッ
チング制御では、範囲αおよびβの領域を用いたスイッ
ング制御に比べて印加される電場が大きいために、応答
が早くなるという利点もある。さらに、極小値近辺のパ
ルス波高値およびパルス幅を用いれば、応答速度が速
く、駆動電圧も比較的低いという利点がある。
【００８９】例えば、第１の液晶セルでは、τ−Ｖ曲線
の極小値付近のパルス電圧およびパルス幅を利用して駆
動を行えば、従来の液晶セルよりもさらに低い駆動電圧
による駆動が可能となるという利点がある。また、第２
の液晶セルでは、従来の液晶セルよりもスイッチングに
必要なパルス幅が短く、高速駆動が可能である。
【００９０】なお、ラセミ体のポリマーを含む第１の比
較例のτ−Ｖ曲線は、従来の液晶セルのτ−Ｖ曲線より
も大幅に左上方へシフトしており、スイッチングに必要
なパルス幅が長くなってしまったことが分かる。これ
は、ラセミ体のポリマーによって液晶の粘性が増加した
ことによると考えられる。
【００９１】次に、上記第１・第２の液晶セルをＩ相ま
で再加熱して再配向処理を行った第５・第６の液晶セル
の駆動特性について説明する。第５および第６の液晶セ
ルのテクスチャを顕微鏡で観察すると、ポリマーがスメ
クティック層間に挟まれたように凝集していることが分
かる。また、これらの液晶セルにモノパルス電圧を印加
しながら顕微鏡観察すると、パルス波高値の増加に従っ
て、図３に示すように、縞状のスイッチング領域が層方
向と平行に出現することが分かる。
【００９２】なお、同図に示す５つの矩形のそれぞれ
は、信号電極３および走査電極５の交差する領域すなわ
ち１画素分の領域に対応しており、縞状に出現するスイ
ッチング領域の間隔が１画素の幅（実際には約０．３ｍ
ｍ）に対して充分短いことが分かる。また、パルス波高
値に応じて１画素中のスイッチング領域の割合が変化す
るので、パルス波高値を制御することにより、所望の明
るさの階調表示が可能となる。
【００９３】Ｉ相では、液晶組成物の分子は等方性を示
し、粘性も小さくなるので、強誘電性液晶組成物と相溶
性の低いポリマーや重合したモノマーは動きやすくな
り、凝集し始める。その後、冷却されることにより、凝
集した分子はスメクティック層に挟まれるように配置す
る。この結果、分子の凝集部の近辺は他の領域とは異な
る粘性を有し、印加電圧に対する応答特性も異なるもの
となる。
【００９４】図４は、分子凝集部近辺の局所的なスイッ
チングドメインの出現および消滅の様子を示す説明図で
ある。同図に示すように、低いパルス電圧を印加する
と、凝集したポリマー３１に沿って、層方向に平行な縞
３２が出現する（状態ａ）。この縞３２が、スイッチン
グ領域である。状態ａからパルス波高値が高くなるにつ
れて、状態ｂ、状態ｃに示すようにスイッチングする領
域が広がってゆき、ある波高値のパルス電圧に対して全
面スイッチ状態となる（状態ｄ）。本実施の形態では、
負の誘電異方性を有する強誘電性液晶組成物を用いてい
るので、その後、パルス波高値をさらに高くすると、ス
イッチングドメインが消滅してゆく現象が見られる（状
態ｅ、状態ｆ）。
【００９５】以上のように、再配向処理を行った第５お
よび第６の液晶セルは、パルス波高値に応じて１画素中
のスイッチング領域の割合を変化させることができ、階
調表示が可能である。
【００９６】なお、第５・第６の液晶セルのτ−Ｖ特性
は、図５に示すとおりである。図２と図５とを比較して
分かるように、第１・第２の液晶セルに再配向処理を行
って作成した第５・第６の液晶セルのτ−Ｖ特性は、液
晶中にポリマーを含まない従来の液晶セルのτ−Ｖ特性
に近づいている。これは、再配向処理によってポリマー
が凝集したことにより液晶とポリマーとがある程度分離
してしまい、ポリマーが液晶へ与える影響が、第１・第
２の液晶セルに比べて小さくなったことが原因であると
考えられる。
【００９７】次に、モノマーを予めポリマー化したもの
を液晶組成物へ添加するか、あるいはモノマーを液晶組
成物に添加した後にポリマー化を行うかによって生じる
駆動特性上の差異について、第５の液晶セルと第７の液
晶セルとの比較、および第６の液晶セルと第８の液晶セ
ルとの比較に基づいて説明する。
【００９８】図６は、第５および第７の液晶セルと、従
来の液晶セルとのτ−Ｖ特性をそれぞれ測定した結果を
示すグラフである。図６および図７から明らかなよう
に、モノマーを添加した液晶組成物をセルに注入後に紫
外線照射を行って作成した液晶セル（第７・第８）のτ
−Ｖ曲線の方が、ポリマーを予め添加した液晶組成物を
用いた液晶セル（第５・第６）のτ−Ｖ曲線よりも、従
来の液晶セルのτ−Ｖ曲線からのシフト量が大きいこと
が分かる。
【００９９】この理由は次のように説明できる。モノマ
ーを液晶組成物に添加してセルに注入した後に露光を行
うと、液晶分子とモノマーとが混在した状態で重合反応
が進む。このため、モノマー単体で露光を行った場合よ
りも重合度が低くなり、しかも重合度は均一ではなく、
重合度の異なる複数種類のポリマーが混在した状態にな
ると考えられる。このため、液晶組成物とポリマーとの
相溶性が高く、再配向処理を行ってポリマーを凝集させ
たとしても、ポリマーが液晶に与える影響が大きいと考
えることができる。
【０１００】なお、ラセミ体に関しては、前記したよう
に自発分極への影響がないため、ポリマーを液晶組成物
へ予め添加した場合（第２の比較例）と、モノマーを添
加した液晶組成物をセルへ注入した後に紫外線照射を行
った場合（第３の比較例）との間では、図８に示すよう
に、τ−Ｖ特性にほとんど差が見られない。
【０１０１】また、図９は、第５および第７の液晶セル
と、従来の液晶セルとにおいて、パルス電圧の波高値の
変化に対してスイッチング領域の割合が変化する様子を
計測した結果を示すグラフである。なお、パルス電圧と
しては、図１０（ａ）に示すように、一定のパルス幅
（８０μｓ）を有するモノパルスを印加した。また、ス
イッチング領域の割合は、同図（ｂ）に示すように、Ａ
Ｃカップリングで検出される出力Ｖに比例するので、こ
の出力Ｖを測定することから求めた。
【０１０２】図９において、従来の液晶セルと第５の液
晶セルとを比較すると、第５の液晶セルは、低電圧側お
よび高電圧側におけるグラフの勾配がなだらかであるこ
とが分かる。また、第７の液晶セルは、グラフの勾配が
さらになだらかである。第５・第７の液晶セルは、パル
ス電圧の波高値を制御することによってスイッチング領
域の割合を変化させて階調表示を行うものである。この
場合、パルス電圧の波高値に対するスイッチング領域の
割合の変化率がより小さい方が、セル厚の不均一性や周
辺温度の変化に伴うτ−Ｖ特性の変化を補償することが
できるという点で好ましい。
【０１０３】また、第１ないし第８の液晶セルは、液晶
９中にポリマーが導入されたことにより、耐ショック性
が向上していることが分かった。例えば、第３の液晶セ
ルと従来の液晶セルとを用いて、１．０ｃｍ2 の円板状
の先端を有する加圧試験器で加圧試験を行ったところ、
従来の液晶セルが０．７５ｋｇ重の圧力でジグザグ欠陥
が生じたのに対して、第３の液晶セルは、ジグザグ欠陥
が生じた圧力は１．００ｋｇ重であった。これにより、
スペーサ壁等を形成する方法よりも容易な製造工程によ
って、耐ショック性が向上した強誘電性液晶セルを実現
することが可能となる。
【０１０４】なお、液晶９に導入するポリマーの量を調
整することによって、自発分極トルクおよび誘電トルク
の大きさや液晶の粘性を調整することができ、液晶９の
駆動特性を変化させることができる。なお、ポリマーの
添加率は、液晶組成物に対して１．５重量％以上とする
ことが好ましい。
【０１０５】なお、この実施の形態では、第１ないし第
８の液晶セルにおいて、駆動特性の差異を分かりやすく
するために、例えば第１の液晶セルで負の自発分極を誘
起するモノマーとしてＳ体のアクリレートキラルモノマ
ーを用い、第２の液晶セルで正の自発分極を誘起するモ
ノマーとして上記アクリレートキラルモノマーのＲ体を
用いた。しかし、第１ないし第８の液晶セルの各々で提
示したモノマーはあくまでも一例であって、正あるいは
負の自発分極を誘起するモノマーであれば、種々の材料
を使用することが可能である。
【０１０６】なお、上記では、τ−Ｖmin 特性を示す液
晶材料として、負の誘電異方性を有する強誘電性液晶組
成物を用いたが、この他に、同様にτ−Ｖmin 特性を示
すことが知られている、大きな正の二軸誘電異方性を持
つ材料を使用しても良い。
【０１０７】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載のスメクテ
ィック液晶素子は、二軸性を示す分子配置にあるときに
自発分極を誘起するポリマーが液晶層に導入されてお
り、スメクティック相において、上記ポリマーの自発分
極と上記液晶層の液晶分子の自発分極とが同じ符号をも
つ構成である。
【０１０８】これにより、液晶層の自発分極が増大する
ので、自発分極と外部から印加される駆動電場との相互
作用によって生じる駆動トルクを増大させることがで
き、高速な駆動が可能なスメクティック液晶素子が実現
できるという効果を奏する。
【０１０９】請求項２記載のスメクティック液晶素子
は、液晶層がτ−Ｖmin 特性を示す液晶組成物を含む構
成である。
【０１１０】τ−Ｖmin 特性を示す液晶組成物を用いた
液晶セルは、高速駆動が可能であるという利点がある
が、この液晶組成物と同じ符号の自発分極をもつポリマ
ーを添加することによって、応答速度をさらに向上させ
ることができる。この結果、さらに高速な駆動が可能な
スメクティック液晶素子を実現することができるという
効果を奏する。
【０１１１】請求項３記載のスメクティック液晶素子
は、液晶層が負の誘電異方性をもつ液晶組成物を含む構
成である。
【０１１２】負の誘電異方性をもつ液晶組成物はτ−Ｖ
min 特性を示すので、さらに高速な駆動が可能なスメク
ティック液晶素子を実現できるという効果を奏する。
【０１１３】請求項４記載のスメクティック液晶素子
は、液晶層が、τ−Ｖmin 特性を示す液晶組成物と、二
軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起するポ
リマーとを含み、スメクティック相において、上記ポリ
マーの自発分極と上記液晶層の液晶分子の自発分極とが
互いに異なる符号をもつ構成である。
【０１１４】これにより、スメクティック液晶層の自発
分極が減少するので、自発分極と駆動電場との相互作用
によって液晶分子へ加わる自発分極トルクよりも、誘電
異方性と駆動電場との相互作用によって生じる誘電トル
クの方が大きくなる。この結果、パルス幅τが極小値τ
min をとるパルス電圧Ｖが低電圧側へシフトする。この
結果、低電圧駆動が可能となり、消費電力および発熱量
が抑制されたスメクティック液晶素子を実現できるとい
う効果を奏する。
【０１１５】請求項５記載のスメクティック液晶素子
は、ポリマーが液晶層のスメクティック層間に凝集して
いる構成である。
【０１１６】これにより、スメクティック層間に凝集し
たポリマー近辺において、１画素よりも充分に小さなス
イッチングドメインが出現／消滅する。このスイッチン
グドメインは１画素よりも充分に小さいので、階調表示
が可能なスメクティック液晶素子が実現されるという効
果を奏する。
【０１１７】請求項６記載のスメクティック液晶素子
は、ポリマーが電気双極子モーメントを有し光学活性で
ある構成である。
【０１１８】請求項７記載のスメクティック液晶素子
は、ポリマーが、光重合性の官能基を１つ有するモノマ
ーを光重合することによって形成されている構成であ
る。
【０１１９】これにより、液晶の配向性を劣化させるこ
となく、応答速度の向上あるいは駆動電圧の低減を図る
ことができるという効果を奏する。
【０１２０】請求項８記載のスメクティック液晶素子の
製造方法は、二軸性を示す分子配置にあるときに自発分
極を誘起するポリマーと、スメクティック相において上
記ポリマーと同じ符号の自発分極を有する液晶組成物と
を混合する工程と、上記ポリマーと液晶組成物との混合
物を上記基板間に導入する工程とを含む。
【０１２１】これにより、高速駆動が可能なスメクティ
ック液晶素子を提供することができるという効果を奏す
る。
【０１２２】請求項９記載のスメクティック液晶素子の
製造方法は、二軸性を示す分子配置にあるときに自発分
極を誘起するポリマーと、スメクティック相において上
記ポリマーと異なる符号の自発分極を有すると共にτ−
Ｖmin 特性を示す液晶組成物とを混合する工程と、上記
ポリマーと液晶組成物との混合物を上記基板間に導入す
る工程とを含む。
【０１２３】これにより、低電圧駆動が可能なスメクテ
ィック液晶素子を提供することができるという効果を奏
する。
【０１２４】請求項１０記載のスメクティック液晶素子
の製造方法は、二軸性を示す分子配置にあるときに自発
分極を誘起する光重合性のモノマーと、スメクティック
相において上記モノマーと同じ符号の自発分極を持つ液
晶組成物とを混合する工程と、上記モノマーと液晶組成
物との混合物を上記基板間に導入する工程と、上記混合
物に光を照射してモノマーを重合させる工程とを含む。
【０１２５】これにより、モノマーと液晶組成物との相
溶性が高くなるので、さらに高速な駆動が可能なスメク
ティック液晶素子を実現できるという効果を奏する。
【０１２６】請求項１１記載のスメクティック液晶素子
の製造方法は、二軸性を示す分子配置にあるときに自発
分極を誘起する光重合性のモノマーと、スメクティック
相において上記モノマーと異なる符号の自発分極を有す
ると共にτ−Ｖmin 特性を示す液晶組成物とを混合する
工程と、上記モノマーと液晶組成物との混合物を上記基
板間に導入する工程と、上記混合物に光を照射してモノ
マーを重合させる工程とを含む。
【０１２７】これにより、モノマーと液晶組成物との相
溶性が高くなるので、スメクティック液晶素子の駆動電
圧をさらに低減できるという効果を奏する。
【０１２８】請求項１２記載のスメクティック液晶素子
の製造方法は、液晶組成物がスメクティック相よりも高
温側の相を示す温度において上記混合物を基板間に導入
する工程を実施した後に冷却する第１の配向工程と、上
記の第１の配向工程の後に液晶組成物が等方相を示す温
度まで加熱する第２の配向工程とを含む。
【０１２９】これにより、スメクティック層間にポリマ
ーが凝集し、その近辺において１画素よりも充分に小さ
なスイッチングドメインが出現／消滅する。このスイッ
チングドメインは１画素よりも充分に小さいので、階調
表示が可能なスメクティック液晶素子が実現されるとい
う効果を奏する。
【０１３０】請求項１３記載のスメクティック液晶素子
の製造方法では、モノマーが電気双極子モーメントを有
すると共に光学活性である。
【０１３１】請求項１４記載のスメクティック液晶素子
の製造方法では、モノマーが光重合性の官能基を１つ有
する。
【０１３２】これにより、スメクティック液晶素子にお
いて、液晶の配向性を劣化させずに、応答速度の向上あ
るいは駆動電圧の低減化が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態としての強誘電性液晶セ
ルの概略構成を示す断面図である。
【図２】第１・第２の液晶セル、第１の比較例、および
従来の液晶セルのτ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図３】第５・第６の液晶セルの１画素分の領域におい
て、パルス波高値に応じて縞状のスイッチング領域が出
現する様子を示す模式図である。
【図４】図３に示したスイッチング領域をさらに拡大し
て示したものであり、分子凝集部近辺の局所的なスイッ
チングドメインの出現および消滅の様子を示す模式図で
ある。
【図５】第５・第６の液晶セル、第２の比較例、および
従来の液晶セルのτ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図６】第５・第７の液晶セル、および従来の液晶セル
のτ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図７】第６・第８の液晶セル、および従来の液晶セル
のτ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図８】第２・第３の比較例および従来の液晶セルのτ
−Ｖ特性を示すグラフである。
【図９】第５・第７の液晶セルおよび従来の液晶セル
の、パルス電圧の変化に対するスイッチング領域の割合
の変化を示すグラフである。
【図１０】同図（ａ）は、スイッチング領域の割合を測
定する際に用いた入力モノパルスの波形を示す波形図、
同図（ｂ）は、スイッチング領域の割合を測定する際に
用いたＡＣカップリングの出力波形を示す波形図であ
る。
【図１１】負の誘電異方性をもつ強誘電性液晶のτ−Ｖ
特性を示すグラフである。
【図１２】同図（ａ）は強誘電性を示すＳｍＣ* 相の液
晶分子の配列を示す模式図、同図（ｂ）はヘリカルピッ
チより薄いセルにおいて液晶分子の螺旋が解けた場合で
あって、紙面に対して垂直かつ紙面裏側から表側へ向か
う方向に電界が印加されたときの分子配置を、各液晶分
子の電気双極子モーメントの向きと共に示す模式図であ
る。
【図１３】表面安定化型強誘電性液晶素子の動作原理を
示す模式図である。
【符号の説明】
１・２ ガラス基板 ３ 信号電極 ４・６ 絶縁膜 ５ 走査電極 ７・８ 配向膜 ９ 液晶（液晶層） １１・１２ 偏光板 １３．１４ 電極基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390040604 イギリス国 ＴＨＥ ＳＥＣＲＥＴＡＲＹ ＯＦ ＳＴ ＡＴＥ ＦＯＲ ＤＥＦＥＮＣＥ ＩＮ ＨＥＲ ＢＲＩＴＡＮＮＩＣ ＭＡＪＥＳ ＴＹ’Ｓ ＧＯＶＥＲＮＭＥＮＴ ＯＦ ＴＨＥ ＵＮＥＴＥＤ ＫＩＮＧＤＯＭ ＯＦ ＧＲＥＡＴ ＢＲＩＴＡＩＮ ＡＮ Ｄ ＮＯＲＴＨＥＲＮ ＩＲＥＬＡＮＤ イギリス国 ハンプシャー ジーユー14 ０エルエックス ファーンボロー アイヴ ェリー ロード（番地なし） ディフェン ス エヴァリュエイション アンド リサ ーチ エージェンシー (72)発明者 酒匂 禎裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 宮▲崎▼ 文 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 境川 亮 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 向殿 充浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも電極を有する一対の基板間にス
    メクティック相を示す液晶層を備えたスメクティック液
    晶素子において、 二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起する
    ポリマーが上記液晶層に導入されており、 スメクティック相において、上記ポリマーの自発分極と
    上記液晶層の液晶分子の自発分極とが同じ符号をもつこ
    とを特徴とするスメクティック液晶素子。
  2. 【請求項２】上記液晶層が、τ−Ｖmin 特性を示す液晶
    組成物を含むことを特徴とする請求項１記載のスメクテ
    ィック液晶素子。
  3. 【請求項３】上記液晶層が、負の誘電異方性をもつ液晶
    組成物を含むことを特徴とする請求項２記載のスメクテ
    ィック液晶素子。
  4. 【請求項４】少なくとも電極を有する一対の基板間にス
    メクティック相を示す液晶層を備えたスメクティック液
    晶素子において、 上記液晶層が、τ−Ｖmin 特性を示す液晶組成物と、二
    軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起するポ
    リマーとを含み、 スメクティック相において、上記ポリマーの自発分極と
    上記液晶層の液晶分子の自発分極とが互いに異なる符号
    をもつことを特徴とするスメクティック液晶素子。
  5. 【請求項５】上記ポリマーが液晶層のスメクティック層
    間に凝集していることを特徴とする請求項１または４に
    記載のスメクティック液晶素子。
  6. 【請求項６】上記ポリマーが、電気双極子モーメントを
    有し光学活性であることを特徴とする請求項１または４
    に記載のスメクティック液晶素子。
  7. 【請求項７】上記ポリマーが、光重合性の官能基を１つ
    有するモノマーを光重合することによって形成されるこ
    とを特徴とする請求項１または４に記載のスメクティッ
    ク液晶素子。
  8. 【請求項８】少なくとも電極を有する一対の基板間にス
    メクティック相を示す液晶層を備えたスメクティック液
    晶素子の製造方法において、 二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起する
    ポリマーと、スメクティック相において上記ポリマーと
    同じ符号の自発分極を有する液晶組成物とを混合する工
    程と、 上記ポリマーと液晶組成物との混合物を上記基板間に導
    入する工程とを含むことを特徴とするスメクティック液
    晶素子の製造方法。
  9. 【請求項９】少なくとも電極を有する一対の基板間にス
    メクティック相を示す液晶層を備えたスメクティック液
    晶素子の製造方法において、 二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起する
    ポリマーと、スメクティック相において上記ポリマーと
    異なる符号の自発分極を有すると共にτ−Ｖmi n 特性を
    示す液晶組成物とを混合する工程と、 上記ポリマーと液晶組成物との混合物を上記基板間に導
    入する工程とを含むことを特徴とするスメクティック液
    晶素子の製造方法。
  10. 【請求項１０】少なくとも電極を有する一対の基板間に
    スメクティック相を示す液晶層を備えたスメクティック
    液晶素子の製造方法において、 二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起する
    光重合性のモノマーと、スメクティック相において上記
    モノマーと同じ符号の自発分極を持つ液晶組成物とを混
    合する工程と、 上記モノマーと液晶組成物との混合物を上記基板間に導
    入する工程と、 上記混合物に光を照射してモノマーを重合させる工程と
    を含むことを特徴とするスメクティック液晶素子の製造
    方法。
  11. 【請求項１１】少なくとも電極を有する一対の基板間に
    スメクティック相を示す液晶層を備えたスメクティック
    液晶素子の製造方法において、 二軸性を示す分子配置にあるときに自発分極を誘起する
    光重合性のモノマーと、スメクティック相において上記
    モノマーと異なる符号の自発分極を有すると共にτ−Ｖ
    min 特性を示す液晶組成物とを混合する工程と、 上記モノマーと液晶組成物との混合物を上記基板間に導
    入する工程と、 上記混合物に光を照射してモノマーを重合させる工程と
    を含むことを特徴とするスメクティック液晶素子の製造
    方法。
  12. 【請求項１２】液晶組成物がスメクティック相よりも高
    温側の相を示す温度において上記混合物を基板間に導入
    する工程を実施した後に冷却する第１の配向工程と、 上記の第１の配向工程の後に液晶組成物が等方相を示す
    温度まで加熱する第２の配向工程とをさらに含むことを
    特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載のスメ
    クティック液晶素子の製造方法。
  13. 【請求項１３】上記モノマーが電気双極子モーメントを
    有すると共に光学活性であることを特徴とする請求項８
    ないし１１のいずれかに記載のスメクティック液晶素子
    の製造方法。
  14. 【請求項１４】上記モノマーが光重合性の官能基を１つ
    有することを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか
    に記載のスメクティック液晶素子の製造方法。
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