JPH10293290A

JPH10293290A - 液晶装置

Info

Publication number: JPH10293290A
Application number: JP11612097A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kitayama; 宏之北山; Hirokatsu Miyata; 浩克宮田; Katsuhiko Shinjo; 克彦新庄; Hirohide Munakata; 博英棟方; Tomoko Maruyama; 朋子丸山; Shinjiro Okada; 伸二郎岡田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた階調表示特性が得られるようにする。【解決手段】一対のガラス基板４，５間に、電界に対
して双安定性を有するカイラルスメクチック液晶１３を
挟持した液晶素子１において、層の傾き角が画素内で分
布するようにカイラルスメクチック液晶１３を配置する
ことにより、良好な部分反転が得られ、優れた階調表示
特性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電性液晶、特
にカイラルスメクチック液晶等が基板間に注入された液
晶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、強誘電性液晶分子の屈折率異
方性を利用して偏向素子との組み合わせによって透過光
線を制御する方式の液晶表示素子が、クラーク（Clark)
及びラガーウオル（Lagerwall)らにより提案されている
（例えば、特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許
第４３６７９２４号等）。

【０００３】強誘電性液晶は、一般に特定の温度域にお
いて非らせん構造のカイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ
^* ）、又はＨ相（ＳｍＨ^* ）を有し、この状態におい
て、印加される電界に応答して第１の光学的安定状態と
第２の光学的安定状態のいずれかを取り、且つ電界の印
加のないときはその状態を維持する性質、即ち双安定性
を有し、また、電界の変化に対する応答も速やかであ
り、高速、並びに記憶型の表示素子としての広い利用が
期待されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したカ
イラルスメクチック液晶を基板間に注入して表示動作を
行う液晶素子は実用化されているが、均一な駆動特性や
十分な階調表示を行うために必要な諸物性や配向状態に
ついて、まだ十分に解明されていない部分もあるため
に、実用上十分な階調表示特性が得られていなかった。

【０００５】そこで、本発明は、良好な階調表示特性を
得ることができる液晶装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、夫々電極を有し互いに対向す
るように配置された一対の基板と、前記一対の基板間に
挟持された少なくとも２状態をとるカイラルスメクチッ
ク相を呈する液晶とを有する液晶素子と、前記電極によ
り前記液晶に対して電圧を印加し該液晶の分子の配列状
態を制御する駆動制御手段を備えた液晶装置において、
前記液晶のスメクチック液晶層の傾き角が、画素内で所
定の範囲で分布を持つように形成されており、前記スメ
クチック液晶層の傾き角の分布に応じて前記液晶のスイ
ッチングしきい値に分布が形成されており、前記駆動制
御手段は階調信号に応じて前記液晶に電圧を印加し、前
記液晶素子において中間調表示を行うことを特徴として
いる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明に係
る実施の形態について説明する。

【０００８】図１は、本発明の実施の形態に係る液晶装
置である液晶素子を示す概略断面図である。この液晶素
子１は、偏光板２，３の間に対向して配置されたガラス
基板４，５を備えており、ガラス基板４，５には、それ
ぞれＩＴＯなどの透明電極６，７、及び配向制御膜８，
９が形成され、透明電極６，７と配向膜８，９の間に
は、必要に応じて透明電極６，７間のショート防止層と
して、Ｔａ₂ Ｏ₅ 等の絶縁膜１０，１１が形成されてい
る。

【０００９】同図に示す構造では、後述するように各ガ
ラス基板４，５における透明電極６，７は互いに交差
し、マトリクス電極構造を形成している。一方の透明電
極が走査電極となり、他方の透明電極が情報電極とな
り、その交差部が画素となる。

【００１０】そして、配向制御膜８，９の間に、径が均
一な球状のスペーサ（粒子）１２を散布し、更にスペー
サ（粒子）１２の径以上にギャップが広がらないように
一対のガラス基板４，５を接合する接着性樹脂（図示省
略）を散布してガラス基板４，５を貼り付け、その周囲
をシール材（図示省略）によってシールして、配向制御
膜８，９間に電界印加に対して双安定性を有するカイラ
ルスメクチック相を呈する液晶１３が注入されている。

【００１１】配向制御膜８、９の少なくとも一方は、ラ
ビング等によって液晶１３に対し一軸配向規制力を示す
配向制御膜である。具体的には、ポリイミド、ポリアミ
ド等の有機ポリマーをラビング処理した膜が用いられ
る。また、配向制御膜８、９のうち、一方を上述したよ
うに一軸配向処理が施されたものとして、他方をポリシ
ロキサン膜やシランカップリング処理し、ラビング等の
一軸処理は施されていない膜とすることもできる。

【００１２】特に、液晶１３として上記したようなカイ
ラルスメクチック相を示す液晶であって、高温でコレス
テリック相を示さず温度降下に従って、等方相、スメク
チックＡ相、カイラルスメクチック相の順に相転移する
ような液晶材料を用いる場合では、上記一方の配向制御
膜を一軸処理し、他方を一軸処理しないものとすること
が好ましい。

【００１３】この液晶１３は、液晶分子が非らせん配向
状態であって少なくとも２つの光学的安定状態を示す強
誘電性液晶であり、且つそのチルト角をΘとし、見かけ
のチルト角をθａとした場合に、Θ＞θａ＞Θ／２の関
係を有することが好ましい。本発明の液晶装置では、上
述した図１に示すような素子構造において、好ましくは
液晶１３に用いるカイラルスメクチック相を呈する組成
物の成分処方を調整し、スメクチック液晶層の傾き角
（以下、層傾き角と記す) を液晶素子１の少なくとも一
画素の面積の範囲内で所定の範囲、好ましくは、−６°
〜＋６°程度の範囲内で分布させる。そして、液晶素子
１の一画素内における層傾き角の分布に応じてカイラル
スメクチック相を呈する液晶１３の２状態間のスイッチ
ングを生じさせる電圧のしきい値に分布が形成され、こ
れを利用して中間調表示（階調表示）を行うものであ
る。

【００１４】次に、上述したような液晶装置において階
調表示を行う具体的な手段の例について、図面を参照し
て以下に詳述する。

【００１５】図２は、図１に示す液晶素子１におけるマ
トリックス電極の平面構造を模式的に説明する図であ
る。図中、２２は一対の対向基板のうち一方における透
明電極であり、走査電極（走査線Ｓ１、Ｓ２…）に相当
し、２３は他方の基板における透明電極であり情報電極
（情報線Ｉ１、Ｉ２…）に相当し、これらの交差部にお
いて画素が形成される。これら電極間に双安定性を示す
カイラルスメクチック液晶が挟持される。

【００１６】なお、図２では、説明を簡略化するために
白黒の二値信号を表示する場合を例として、図２におけ
る斜線で示されている画素が「黒表示」に、その他の画
素が「白表示」に対応するものとする。このような表示
を行うために、例えば、まず液晶を双安定状態のうち第
１の状態に揃え画面を「白表示」に揃えてクリアにした
後、各画素毎の白（第１の状態の保持）、黒の書込み
（第２の状態へのスイッチング）を行う。そして、実際
には、走査電極、情報電極間に所定の電圧パルス（例え
ば、電圧波高値３Ｖ０、パルス幅Δｔとする）を加え画
面を「白表示」とした後、情報信号に応じて各画素毎の
階調表示を行う。

【００１７】図３は、全画面又は所定画面をクリアした
（白表示とした）後に書込みを行う際の駆動信号の基本
的な波形を示すものであり、（ａ）と（ｂ）は夫々選択
された走査線（走査電極）に付与される電気信号２Ｖ０
と、選択されない走査線に付与される電気信号（０）で
あり、（ｃ）と（ｄ）は夫々選択された（黒表示を行
う）データ線（走査電極）に付与される電気信号（Ｖ
０）と、選択されない（白表示を行う）データ線に付与
される電気信号（−Ｖ０）を示す。

【００１８】一方、図４（ａ）〜（ｅ）は、図３に示す
書込みの駆動信号、特に図３（ａ）及び（ｃ）による黒
表示用の波形に加えて、データ線に印加される階調信号
の波形を示すものであり（実際には極性は図示と逆とな
る）、図５（ａ）〜（ｅ）は、これらの階調信号を付与
された際の、各画素に走査線及び情報線から印加される
階調信号（白にクリアとした後の階調情報に応じて黒に
反転させる電圧信号）の合成波形を示す。そして、図６
は図５に示す合成波形が印加された画素におけるクロス
ニコル下での顕微鏡観察での液晶の状態を模写した図で
ある。

【００１９】図４（ａ）は、第１階調信号の電圧波形
（０）で、かかる信号が付加された該当画素には図５
（ａ）に示す３Ｖ０の電圧信号が印加される。この場
合、当該画素では図６（ｅ）に示すような画素全体が白
表示から黒表示に反転、即ち、液晶が第１の状態から第
２の状態へスイッチングする。

【００２０】図４（ｅ）は、第５階調信号の電圧波形
（Ｖ４）であり、かかる信号が付加された該当画素には
図５（ｅ）に示す液晶の反転開始電圧よりわずかに小さ
い（実質的に反転開始電圧）以下の３Ｖ０−Ｖ４の信号
電圧が印加される。この場合、当該画素では図６（ａ）
に示すような画素内に実質的に黒表示に反転していない
状態が形成される。そして、図４（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）は、夫々第２階調信号（Ｖ１）、第３階調信号
（Ｖ２）、及び第４階調信号（Ｖ３）を示すものであ
り、夫々の階調信号は０＜｜Ｖ１｜＜｜Ｖ２｜＜｜Ｖ３
｜＜｜Ｖ４｜に設定されている。

【００２１】本発明では、前述したように液晶素子１に
おいて、画素内においてカイラルスメクチック相を呈す
る液晶の層傾き角の分布（−６°〜＋６°）により液晶
の２状態間での反転電圧に分布が生じている。このよう
な液晶の層傾き角の分布に応じた反転電圧を考慮し、Ｖ
１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ０の値を設定して、画素に階
調情報に応じて図５（ａ）〜（ｅ）に示すような上記の
反転開始電圧（３Ｖ０−Ｖ４）、又はこれを超え、完全
反転電圧（３Ｖ０）より小さい電圧である（３Ｖ０−Ｖ
１）（図５（ｂ））、（３Ｖ０−Ｖ２）（図５
（ｃ））、（３Ｖ０−Ｖ３）（図５（ｄ））、完全反転
電圧（３Ｖ０）のいずれかの電圧が印加され、画素内に
おける白のドメイン領域に対して黒に反転するドメイン
の割合を制御する（図６に示す画素内で、黒ドメイン７
１と白ドメイン７２とが混在した状態）。例えば、（３
Ｖ０−Ｖ１）（図５（ｂ））の電圧が印加された画素で
は図６（ｄ）に示すような状態、（３Ｖ０−Ｖ２）（図
５（ｃ））の電圧が印加された画素では図６（ｃ）に示
すような状態、（３Ｖ０−Ｖ３）（図５（ｄ））の電圧
が印加された画素では図６（ｂ）に示すような状態を表
示することができる。

【００２２】なお、図４に示す階調信号では、パルス幅
Δｔを一定にし、電圧値（パルス波高値）を０〜Ｖ４で
制御したが、例えば電圧値をＶ０程度で一定としてパル
ス幅Δｔを階調信号情報に応じて制御し、画素に応じた
種々のレベルの電圧を印加することもできる。

【００２３】本発明では、前述したような液晶素子１に
おいて、画素内においてカイラルスメクチック相を呈す
る液晶の層傾き角の分布（−６°〜＋６°）を形成する
べく、液晶材料（液晶１３）として、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、スメクチック中間
相又は潜在的スメクチック中間相を持つフッ素含有液晶
化合物を含有する液晶組成物を用いる。特に好ましく
は、下記一般式（Ｉ）、或いは（ＩＩ）で表されるフッ
素含有液晶化合物を用いることができる。

【００２４】一般式（Ｉ）

【００２５】

【化３】を表わす。

【００２６】ｇａ、ｈａ、ｉａは独立に０〜３の整数
（但し、ｇａ＋ｈａ＋ｉａは少なくとも２である）を表
わす。

【００２７】夫々のＬ¹ とＬ² は独立に、単結合、−Ｃ
Ｏ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ
−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−Ｓｅ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｔｅ
−、−Ｔｅ−ＣＯ−、−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −、−ＣＨ＝ＣＨ
−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ
₂ Ｏ−、−Ｏ−ＣＨ₂ −、−ＣＯ−又は−Ｏ−を表わ
す。夫々のＸ¹ 、Ｙ¹ 、Ｚ¹ はＡ¹ 、Ａ² 、Ａ³ の置換
基であり、独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、
−ＯＨ、−ＯＣＨ₃ 、−ＣＨ₃ 、−ＣＮ、又は−ＮＯ₂
を表わし、夫々のｊａ、ｍａ、ｎａは独立に０〜４の整
数を表わす。

【００２８】Ｊ¹ は、−ＣＯ−Ｏ−（ＣＨ₂ ）_ra−、−
Ｏ−（ＣＨ₂ ）_ra−、−（ＣＨ₂ ）_ra−、−Ｏ−ＳＯ₂
−、−ＳＯ₂ −、−ＳＯ₂ −（ＣＨ₂ ）_ra−、−Ｏ−
（ＣＨ₂ ）_ra−Ｏ−（ＣＨ₂ ）_rb−、−（ＣＨ₂ ）_ra−
Ｎ（Ｃ_paＨ_2pa+1 ）−ＳＯ₂ −、又は−（ＣＨ₂ ）_ra−
Ｎ（Ｃ_paＨ_2pa+1 ）−ＣＯ−を表わす。ｒａ及びｒｂ
は、独立に１〜２０であり、Ｐａは０〜４である。

【００２９】Ｒ¹ は、−Ｏ−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｏ−Ｃ_qbＨ
_2qb+1 、−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｏ−Ｃ_qbＨ_2qb+1 、−Ｃ_qaＨ
_2qa −Ｒ³ 、−Ｏ−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｒ³ 、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ
_qaＨ_2qa−Ｒ³ 、又は−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｒ³ を
表わし、直鎖状、分岐状のいずれかであっても良い（但
し、Ｒ³ は、−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qbＨ_2qb+1 、−ＣＯ−Ｏ−
Ｃ_qbＨ_2qb+1 、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ₃ 、−ＮＯ
₂ 、−ＣＮを表わし、ｑａ及びｑｂは独立に１〜２０で
ある）。

【００３０】Ｒ² は、Ｃ_xaＦ_2xa −Ｘを表わす（Ｘは−
Ｈ又は−Ｆを表わし、ｘａは１〜２０の整数である）。

【００３１】一般式（ＩＩ）

【００３２】

【化４】を表わす。

【００３３】ｇｂ、ｈｂ、ｉｂは独立に０〜３の整数
（但し、ｇｂ＋ｈｂ＋ｉｂは少なくとも２である）を表
わす。

【００３４】夫々のＬ³ とＬ⁴ は独立に、単結合、−Ｃ
Ｏ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ
−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−Ｓｅ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｔｅ
−、−Ｔｅ−ＣＯ−、−（ＣＨ₂ ＣＨ₂ ）_ka−（ｋａは
１〜４）、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ
−、−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ₂ Ｏ−、−Ｏ−ＣＨ₂ −、−
ＣＯ−又は−Ｏ−を表わす。

【００３５】夫々のＸ² 、Ｙ² 、Ｚ² はＡ⁴ 、Ａ⁵ 、Ａ
⁶ の置換基であり、独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂ
ｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ₃ 、−ＣＨ₃ 、−ＣＦ₃ 、
−Ｏ−ＣＦ₃ 、−ＣＮ、又は−ＮＯ₂ を表わし、夫々の
ｊｂ、ｍｂ、ｎｂは独立に０〜４の整数を表わす。

【００３６】Ｊ² は、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｏ
−Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｏ−（Ｃ_saＨ_2sa
−Ｏ）_ta−Ｃ_rdＨ_2rd −、−Ｏ−ＳＯ₂ −、−ＳＯ₂
−、−ＳＯ₂ −Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｃ_rcＨ_2rc −Ｎ（Ｃ_pb
Ｈ_2pb+1 ）−ＳＯ₂ −、−Ｃ_rcＨ_2rc −Ｎ（Ｃ_pbＨ
_2pb+1 ）−ＣＯ−であり、ｒｃ及びｒｄは独立に１〜２
０であり、ｓａは夫々の（Ｃ_saＨ_2sa −Ｏ）に独立に１
〜１０であり、ｔａは１〜６であり、ｐｂは０〜４であ
る。

【００３７】Ｒ⁴ は、−Ｏ−（Ｃ_qcＨ_2qc −Ｏ）_wa−Ｃ
_qdＨ_2qd+1 、−（Ｃ_qcＨ_2qc −Ｏ）_wa−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、
−Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、−Ｏ−Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、−ＣＯ
−Ｏ−Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、又は−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qCＨ_2qc
−Ｒ⁶ を表わし、直鎖状、分岐状のいずれかであっても
良い（但し、Ｒ⁶ は、−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、−Ｃ
Ｏ−Ｏ−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ₃ 、−Ｎ
Ｏ₂ 、−ＣＮ又は−Ｈを表わし、ｑｃ及びｑｄは独立に
１〜２０の整数、ｗａは１〜１０の整数である）。

【００３８】Ｒ⁵ は、（Ｃ_xbＦ_2xb −Ｏ）_za−Ｃ_yaＦ
_2ya+1 で表わされる（但し、上記式中ｘｂは夫々の（Ｃ
_xbＦ_2xb −Ｏ）に独立に１〜１０であり、ｙａは１〜１
０であり、ｚａは１〜１０である）。

【００３９】上記一般式（Ｉ）で表される化合物は、特
開平２−１４２７５３号公報、米国特許第５，０８２，
５８３号に記載の方法によって得ることができ、その具
体例についても同公報に記載のものが挙げられる。

【００４０】また、上記一般式（ＩＩ）で表される化合
物は、国際公開ＷＯ９３１２２３９６、特公平７−５０
６３６８号公報に記載の方法によって得ることができ、
その具体例についても同公報に記載のものが挙げられ
る。

【００４１】図１７は、上述した液晶素子１を備えた液
晶装置の構成を示すブロック図である。この液晶装置３
０は、上述した液晶素子１と、駆動制御部３１と、グラ
フィックコントローラ３２とを備えている。

【００４２】液晶素子１は、例えば１２８０×１０２４
画素を有しており、各画素はマトリクス配置された走査
電極（図示省略 )と情報電極（図示省略 )との交差部分
により構成されている。また、液晶素子１には、走査信
号印加回路３３と情報信号印加回路３４が接続されてい
る。

【００４３】駆動制御部３１は、走査信号制御回路３５
と、情報信号制御回路３６と、駆動制御回路３７からな
り、走査信号制御回路３５は走査信号印加回路３３に走
査線アドレスデータを出力し、情報信号制御回路３６は
情報信号印加回路３４に階調情報を含む表示データを出
力する。また、走査信号制御回路３５、情報信号制御回
路３６には、グラフィックコントローラ３２から駆動制
御回路３７を介してデータと走査方式信号等が入力され
る。

【００４４】グラフィックコントローラ３２から出力さ
れるデータは、走査信号制御回路３５、情報信号制御回
路３６でそれぞれアドレスデータと表示データとに変換
され、走査方式信号は、そのまま走査信号印加回路３３
及び情報信号印加回路３４に入力される。

【００４５】また、走査信号印加回路３３は、アドレス
データによって決まる液晶素子１の走査電極（図示省略
)へ走査方式信号によって決まる波形の走査信号を印加
し、情報信号印加回路３４は、液晶素子１の情報電極
（図示省略 )へ表示データによって送られる白黒、階調
の表示内容と走査方式信号の２つによって決まる波形の
情報信号を印加するように構成されている。［実施例］以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説
明する。

【００４６】（実施例１)図１に示した液晶素子１を作
製した。ガラス基板４，５として基板ガラスとして後述
する層傾き角測定におけるＸ線の吸収を低減するため
に、厚さが８０μｍ程度のガラス（例えば、コーニング
社製、商品名：マイクロシート) を用いた。そして、こ
のガラス基板４，５上に、それぞれ膜厚が１５０ｎｍ程
度の透明電極（ＩＴＯ膜) ６，７及び絶縁膜（例えば、
Ｔａ₂ Ｏ₅ ) １０，１１をスパッタリング法によって形
成し、更に例えばスピンコート法によって配向制御膜
８，９を形成した。

【００４７】ガラス基板４への配向制御膜８の形成は、
２７００ｒｐｍの速度で回転しているガラス基板４にポ
リイミド形成液（東レ（株) 社製、商品名：ＬＰ６４の
ＮＭＰ／ｎＢＣ＝２／１の０．７重量％溶液) を垂らし
て、２０秒間回転させた。その後、８０℃で５分間前乾
燥を行った後、２７０℃で約１時間加熱して焼成処理を
施した。そして、ナイロン布によるラビング処理を施し
た。

【００４８】一方、ガラス基板５への配向制御膜９の形
成は、２０００ｒｐｍの速度で回転しているガラス基板
５にシランカップリング剤（チッソ（株) 社製、商品
名：ＯＤＳ−Ｅのエタノールの０．５重量％溶液) を垂
らして、２０秒間回転させた。その後、８０℃で５分間
前乾燥を行った後、１８０℃で約１時間加熱して乾燥処
理を施した。

【００４９】そして、配向制御膜８，９上にスペーサ
（例えば、平均粒径２．０μｍのシリカビース）１０を
散布し、ガラス基板４，５を２．０μｍのギャップで貼
り合わせて、セル（空セル) を得た。次いで、このセル
に等方相を示す温度において以下に示す液晶化合物を有
する液晶組成物を真空注入した。

【００５０】液晶組成物として、以下の構造式で示され
る化合物Ａ及びＢを混合比（重量比) Ａ／Ｂ＝９０／５
で混合したものを用いた。

【００５１】

【化５】この液晶組成物の物性パラメータは、以下に示す通りで
ある。

【００５２】そして、この液晶組成物を４℃／ｍｉｎで室温まで徐冷
することによって配向させて液晶素子１（サンプル１)
を得た。

【００５３】このようにして作製された液晶素子１（サ
ンプル１) を９０°のクロスニコル下に配向し、図８に
示す駆動波形（一画素に両基板の電極から印加される合
成波形 )を印加して適当な電圧Ｖw のパルスで書き込み
を行う。具体的には、白によるクリア後に黒に書き込ん
だ。

【００５４】図９乃至図１３は、図８に示した駆動波形
を印加した際に、書き込み電圧Ｖｗを印加後、電圧Ｖ₁
の情報信号波形を印加した状態での上述した図１に示す
液晶素子１の液晶１３の一画素（約３００μｍ×３００
μｍ) 部分反転状態を示す顕微鏡写真である。

【００５５】これらの図（写真) によれば、図８に示し
た駆動波形のパルス幅ΔＴを徐々に増加させた時におけ
る白から黒へ反転する途中での部分反転状態を示してい
る。なお、写真に添した記矢印Ａは、一方のガラス基板
４の一軸配向処理軸を示している。

【００５６】この実験結果から明らかなように、ガラス
基板４の一軸配向処理方向Ａに対して垂直方向、即ち、
Ｓｃ^* の層方向に黒の部分反転状態が徐々に拡がってい
くことが分かる。

【００５７】次に、この液晶素子１（サンプル１) に、
例えば、図１４に示すような双極性パルス（パルス幅Δ
Ｔ＝５０μｓｅｃ )を繰り返し連続印加し（白に書き込
む)、印加電圧Ｖ_inを変化させた時の直交クロスニコル
下において、測定装置（例えば、浜松フォトニクス（株
)社製、フォトマルチプライヤー )で光学応答を検知し
ながら透過光強度の変化を測定した。

【００５８】そして、上述した液晶素子１との比較を行
うために、上記と同様に形成されたセル（空セル) に、
等方相において以下に示す液晶化合物を混合した液晶組
成物を真空注入して液晶素子（サンプル２) を得た。

【００５９】サンプル２において用いた液晶組成物にお
ける成分の混合比率と特性について以下に示す。

【００６０】

【化６】上記において、各液晶組成物の構造を示すアルファベッ
トは、下記に示す環状骨格を意味する。また、側鎖基に
おける「＊」印は、不斉炭素原子であることを意味す
る。

【００６１】

【化７】図１５は、このときの測定結果を示す図であり、Ｍ₁ は
本発明に係る液晶素子１（サンプル１) による測定結
果、Ｍ₂ は比較用液晶素子（サンプル２) による測定結
果である。なお、この測定は３０℃の温度で行った。

【００６２】この測定結果から明らかなように、本実施
例に係るサンプル１の方がサンプル２よりも印加電圧Ｖ
_inの増加につれてなだらかに透過光強度が増大してお
り、優れた階調表示特性を有していることが分かる。

【００６３】この印加電圧と透過光強度の関係をもとに
して、例えば図３〜図５、図７に示すような階調表示用
の駆動波形を用い、特に図４に示す階調信号の電圧を設
定して階調情報に応じて画素に最適な電圧を印加して、
強誘電性を示すカイラルスメクチック液晶での優れた階
調表示を実現することができる。

【００６４】サンプル１における上述した液晶組成物か
らなる液晶１３の層傾き角δの分布を測定した。

【００６５】このような構成の液晶素子中での液晶１３
の層傾き角を測定するには、基本的にはクラーク（Clar
k)及びラガーウオル（Lagerwall)によって発表された方
法［ジャパンディスプレイ（Japan Display)、８６、
９月３０日〜１０月２日、１９８６年、ｐｐ．４５６−
４５８］、或いは大内等の方法［ジャパニーズジャー
ナルオブアプライドフィジックス（J.J.A.P)、２
７（５) （１９８８)、ｐｐ．Ｌ７２５−７２８］と同
様の方法を用いた。

【００６６】なお、この測定は透過法で行うため、前述
したように液晶素子１のガラス基板４，５は、吸収の少
ない十分に薄いものを用いた。

【００６７】この層傾き角を測定する測定装置は、例え
ば、回転対陰極方式のＭＡＣサイエンス社製のＸ線回折
装置を用い銅のＫα線とした。そして、液晶１３の層に
よる回折角にこのＸ線回折装置を合わせて液晶素子をス
キャンし、上述した文献に示された方法で層傾き角δを
測定した。この測定は室温で行った。図１６にこの測定
結果を示す。

【００６８】なお、図１６に示した層傾き角δの各測定
データ（図では、１６の測定チャート )は、以下のよう
にして得られたものである。先ず、Ｘ線回折装置から出
射されるＸ線のビーム径を３０μｍ×３０μｍに絞って
スキャンを行い、検出されるピーク強度を大きくするた
め、必要に応じて計測時間を増やして測定を行った。そ
して、液晶素子の一方のガラス基板４の一軸配向処理方
向に沿って数十μｍステップで移動して、各画素内での
層傾き角δを測定した。

【００６９】図１６に示す結果より、本実施例に係る液
晶素子１（サンプル１) の液晶１３の層傾き角δが画素
内で−６°〜＋６°程度の範囲で分布しているのが分か
る。即ち、液晶１３の層構造は場所によっては均一では
なく、ある場所では層傾き角δが画素内で±６°〜±６
°のシェブロン構造、また、別の場所では層傾き角δが
画素内で０°のブックシェルフ構造等のように、様々な
層構造が混在していることが認識される。

【００７０】図１６に示す測定結果と、図９〜図１３に
示す観察結果を考慮すれば、液晶素子１（サンプル１)
は、液晶１３の層傾き角δが画素内で−６°〜＋６°程
度の範囲で分布を持つことによって生じる電気光学効果
の違いを利用して良好な階調表示特性を得ることができ
る。

【００７１】一方、比較用液晶素子（サンプル２) につ
いても同様なＸ線回折測定を行ったが、サンプル１のよ
うな液晶の層傾き角の場所依存性は示さず、液晶の層傾
き角は±１０．０°程度の均一なシェブロン構造であ
り、階調表示特性は本実施例の液晶素子１よりも悪かっ
た。

【００７２】（実施例２)実施例１では一方のガラス基
板４だけに配向処理を施した構成であったが、本実施例
では、図１に示した液晶素子１のガラス基板４，５の両
方に配向処理を施した。

【００７３】即ち、配向制御膜８，９の形成は、２７０
０ｒｐｍの速度で回転しているガラス基板４にポリイミ
ド形成液（東レ（株) 社製、商品名：ＬＰ６４のＮＭＰ
／ｎＢＣ＝２／１の０．７重量％溶液) を垂らして、２
０秒間回転させた。その後、８０℃で５分間前乾燥を行
った後、２７０℃で約１時間加熱して焼成処理を施し
た。そして、ナイロン布によるラビング処理を施した。
他の構成は実施例１と同様にして、液晶素子１（サンプ
ル３) を得た。

【００７４】そして、本実施例の液晶素子（サンプル
３) においても、実施例１と同様に図１４に示すような
双極性パルスを連続印加し、印加電圧Ｖｉｎを変化させ
て透過光強度を変化させたところ、図１５に示す結果と
同様に優れた階調表示特性を得ることが明らかであっ
た。

【００７５】このように、液晶素子１のガラス基板４，
５に対する配向処理がその一方か両方かに拘らず、層傾
き角に分布を持つ液晶化合物を用いることにより、良好
な階調表示特性を得ることができる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
液晶の層傾き角が所定の範囲で分布するように形成した
ことによって、良好な部分反転が得られ、階調表示特性
の優れた液晶装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶素子の構造を示
す断面図。

【図２】本発明の実施の形態に係る液晶素子の電極構造
を模式的に示す図。

【図３】（ａ) 〜（ｄ) は本発明の液晶装置で用いる基
本的な駆動波形の例を示す図。

【図４】（ａ) 〜（ｅ) は本発明の液晶装置で用いる階
調信号の波形の例を示す図。

【図５】（ａ) 〜（ｅ) は本発明の液晶装置で画素に印
加される階調信号の波形の例を示す図。

【図６】（ａ) 〜（ｅ) は本発明の液晶装置で画素に印
加される階調信号の波形が印加された際に画素における
液晶の状態を模写した図。

【図７】マトリックス電極構造において、時分割駆動に
よる階調表示を行う場合の駆動波形を示す図。

【図８】本発明の実施例において、液晶素子に印加され
る駆動波形の一例を示す図。

【図９】本発明の実施例に係る液晶素子の部分反転状態
の液晶配向を示した図面に変わる顕微鏡写真。

【図１０】本発明の実施例に係る液晶素子の部分反転状
態の液晶配向を示した図面に変わる顕微鏡写真。

【図１１】本発明の実施例に係る液晶素子の部分反転状
態の液晶配向を示した図面に変わる顕微鏡写真。

【図１２】本発明の実施例に係る液晶素子の部分反転状
態の液晶配向を示した図面に変わる顕微鏡写真。

【図１３】本発明の実施例に係る液晶素子の部分反転状
態の液晶配向を示した図面に変わる顕微鏡写真。

【図１４】本発明の実施例において、液晶素子に印加さ
れる電圧パルス波形の一例を示す図。

【図１５】本発明の実施例における液晶素子と比較用液
晶素子の、パルス印加電圧を変化させた時の透過光強度
の変化を示す図。

【図１６】本発明の実施例１に係る液晶素子の液晶の層
傾き角の分布を示す図。

【図１７】本発明に係る液晶装置の構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

１液晶素子４，５ガラス基板（基板）６，７透明電極８，９配向制御膜１３液晶（カイラルスメクチック液晶）３０液晶装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０９Ｋ 19/30 Ｃ０９Ｋ 19/30 19/32 19/32 19/34 19/34 19/40 19/40 Ｇ０２Ｆ 1/137 Ｇ０２Ｆ 1/137 (72)発明者棟方博英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)発明者丸山朋子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)発明者岡田伸二郎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】夫々電極を有し互いに対向するように配
置された一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された
少なくとも２状態をとるカイラルスメクチック相を呈す
る液晶とを有する液晶素子と、前記電極により前記液晶
に対して電圧を印加し該液晶の分子の配列状態を制御す
る駆動制御手段を備えた液晶装置において、前記液晶のスメクチック液晶層の傾き角が、画素内で所
定の範囲で分布を持つように形成されており、前記スメ
クチック液晶層の傾き角の分布に応じて前記液晶のスイ
ッチングしきい値に分布が形成されており、前記駆動制
御手段は階調信号に応じて前記液晶に電圧を印加し、前
記液晶素子において中間調表示を行う、ことを特徴とする液晶装置。
【請求項２】前記スメクチック液晶層の傾き角の分布
が−６°〜＋６°の範囲である、請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】前記液晶が、電界に対して双安定性を有
する強誘電性を示す液晶である、請求項１記載の液晶装置。
【請求項４】前記液晶が、温度降下に従って等方相、
スメクチックＡ相、カイラルスメクチック相の順に相転
移する、請求項３記載の液晶装置。
【請求項５】前記一対の基板の一方に一軸処理された
配向制御膜を有し、他方に一軸処理の施されていない配
向制御膜を有する、請求項１記載の液晶装置。
【請求項６】前記液晶が、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、スメクチック中間相又は潜在的スメク
チック中間相を持つフッ素含有液晶化合物を含有する液
晶組成物である、請求項１記載の液晶装置。
【請求項７】前記液晶が、下記の一般式（Ｉ）で表さ
れるフッ素含有液晶化合物を含有する、請求項６記載の液晶装置。一般式（Ｉ）【化１】を表わす。ｇａ、ｈａ、ｉａは独立に０〜３の整数（但
し、ｇａ＋ｈａ＋ｉａは少なくとも２である）を表わ
す。夫々のＬ¹ とＬ² は独立に、単結合、−ＣＯ−Ｏ
−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｃ
Ｏ−Ｓｅ−、−Ｓｅ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−Ｔｅ
−ＣＯ−、−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡
Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ₂ Ｏ−、−
Ｏ−ＣＨ₂ −、−ＣＯ−又は−Ｏ−を表わす。夫々のＸ
¹ 、Ｙ¹ 、Ｚ¹ はＡ¹ 、Ａ² 、Ａ³ の置換基であり、独
立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−Ｏ
ＣＨ₃ 、−ＣＨ₃ 、−ＣＮ、又は−ＮＯ₂ を表わし、夫
々のｊａ、ｍａ、ｎａは独立に０〜４の整数を表わす。
Ｊ¹ は、−ＣＯ−Ｏ−（ＣＨ₂ ）_ra−、−Ｏ−（ＣＨ
₂ ）_ra−、−（ＣＨ₂ ）_ra−、−Ｏ−ＳＯ₂ −、−ＳＯ
₂ −、−ＳＯ₂ −（ＣＨ₂ ）_ra−、−Ｏ−（ＣＨ₂ ）_ra
−Ｏ−（ＣＨ₂ ）_rb−、−（ＣＨ₂ ）_ra−Ｎ（Ｃ_paＨ
_2pa+1 ）−ＳＯ₂ −、又は−（ＣＨ₂ ）_ra−Ｎ（Ｃ_paＨ
_2pa+1 ）−ＣＯ−を表わす。ｒａ及びｒｂは、独立に１
〜２０であり、Ｐａは０〜４である。Ｒ¹ は、−Ｏ−Ｃ
_qaＨ_2qa −Ｏ−Ｃ_qbＨ_2qb+1 、−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｏ−Ｃ_qb
Ｈ_2qb+1 、−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｒ³ 、−Ｏ−Ｃ_qaＨ_2qa −Ｒ
³ 、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ_qaＨ_2qa−Ｒ³ 、又は−Ｏ−ＣＯ−
Ｃ_qaＨ_2qa −Ｒ³ を表わし、直鎖状、分岐状のいずれか
であっても良い（但し、Ｒ³ は、−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qbＨ
_2qb+1 、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ_qbＨ_2qb+1 、−Ｈ、−Ｃｌ、−
Ｆ、−ＣＦ₃ 、−ＮＯ₂ 、−ＣＮを表わし、ｑａ及びｑ
ｂは独立に１〜２０である）。Ｒ² は、Ｃ_xaＦ_2xa −Ｘ
を表わす（Ｘは−Ｈ又は−Ｆを表わし、ｘａは１〜２０
の整数である）。
【請求項８】前記液晶が、下記の一般式（ＩＩ）で表
されるフッ素含有液晶化合物を含有する、請求項６記載の液晶装置。一般式（ＩＩ）【化２】を表わす。ｇｂ、ｈｂ、ｉｂは独立に０〜３の整数（但
し、ｇｂ＋ｈｂ＋ｉｂは少なくとも２である）を表わ
す。夫々のＬ³ とＬ⁴ は独立に、単結合、−ＣＯ−Ｏ
−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｃ
Ｏ−Ｓｅ−、−Ｓｅ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−Ｔｅ
−ＣＯ−、−（ＣＨ₂ ＣＨ₂ ）_ka−（ｋａは１〜４）、
−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝Ｃ
Ｈ−、−ＣＨ₂ Ｏ−、−Ｏ−ＣＨ₂ −、−ＣＯ−又は−
Ｏ−を表わす。夫々のＸ² 、Ｙ² 、Ｚ² はＡ⁴ 、Ａ⁵ 、
Ａ⁶ の置換基であり、独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂ
ｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ₃ 、−ＣＨ₃ 、−ＣＦ₃ 、
−Ｏ−ＣＦ₃ 、−ＣＮ、又は−ＮＯ₂ を表わし、夫々の
ｊｂ、ｍｂ、ｎｂは独立に０〜４の整数を表わす。Ｊ²
は、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｏ−Ｃ_rcＨ_2rc −、
−Ｃ_rcＨ_2rc −、−Ｏ−（Ｃ_saＨ_2sa −Ｏ）_ta−Ｃ_rdＨ
_2rd −、−Ｏ−ＳＯ₂ −、−ＳＯ₂ −、−ＳＯ₂ −Ｃ_rc
Ｈ_2rc −、−Ｃ_rcＨ_2rc −Ｎ（Ｃ_pbＨ_2pb+1 ）−ＳＯ₂
−、−Ｃ_rcＨ_2rc −Ｎ（Ｃ_pbＨ_2pb+1 ）−ＣＯ−であ
り、ｒｃ及びｒｄは独立に１〜２０であり、ｓａは夫々
の（Ｃ_saＨ_2sa −Ｏ）に独立に１〜１０であり、ｔａは
１〜６であり、ｐｂは０〜４である。Ｒ⁴ は、−Ｏ−
（Ｃ_qcＨ_2qc −Ｏ）_wa−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、−（Ｃ_qcＨ_2qc
−Ｏ）_wa−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、−Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、−Ｏ−
Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ_qcＨ_2qc −Ｒ⁶ 、又
は−Ｏ−ＣＯ−Ｃ_qCＨ_2qc −Ｒ⁶ を表わし、直鎖状、分
岐状のいずれかであっても良い（但し、Ｒ⁶ は、−Ｏ−
ＣＯ−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、−ＣＯ−Ｏ−Ｃ_qdＨ_2qd+1 、−Ｃ
ｌ、−Ｆ、−ＣＦ₃ 、−ＮＯ₂ 、−ＣＮ、又は−Ｈを表
わし、ｑｃ及びｑｄは独立に１〜２０の整数、ｗａは１
〜１０の整数である）。Ｒ⁵ は、（Ｃ_xbＦ_2xb −Ｏ）_za
−Ｃ_yaＦ_2ya+1 で表わされる（但し、上記式中ｘｂは夫
々の（Ｃ_xbＦ_2xb −Ｏ）に独立に１〜１０であり、ｙａ
は１〜１０であり、ｚａは１〜１０である）。
【請求項９】複数の行及び列に沿って配列した複数の
画素を有し、前記駆動制御手段が、一画素において前記
液晶が少なくとも２状態のうちの一方の状態に配向する
ように電圧を印加する第一の段階と、前記一方の状態に
配向した前記液晶に階調情報に応じた信号電圧を印加
し、前記液晶による中間調表示を行う第二の段階とを有
するように駆動する、請求項１記載の液晶装置。
【請求項１０】前記第二の段階で階調情報に応じた信
号電圧は、パルスであり、該パルスの波高値が階調に応
じて制御されている、請求項９記載の液晶装置。
【請求項１１】前記第二の段階で階調情報に応じた信
号電圧は、パルスであり、該パルスの幅が階調に応じて
制御されている、請求項９記載の液晶装置。