JPH11311812A - 液晶素子及び液晶表示装置 - Google Patents

液晶素子及び液晶表示装置

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JPH11311812A
JPH11311812A JP11039954A JP3995499A JPH11311812A JP H11311812 A JPH11311812 A JP H11311812A JP 11039954 A JP11039954 A JP 11039954A JP 3995499 A JP3995499 A JP 3995499A JP H11311812 A JPH11311812 A JP H11311812A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カイラルスメクチック液晶を用いた液晶素子
で階調表示を可能にする。 【解決手段】 カイラルスメクチック液晶を用いた液晶
素子で、該液晶のスメクチックＣ層がシェブロン構造を
とり、電界無印加時では、該カイラルスメクチック液晶
が、該液晶の分子の平均分子軸が平均一軸配向処理軸及
び／又は液晶分子の最大チルトの中心軸と実質的に一致
する配向状態を有し、電界印加時では、該カイラルスメ
クチック液晶の連続的に見かけのチルト角及び透過光強
度が変化することとを特徴とする。

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、該
素子における液晶の配向制御方法、及び該素子の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ネマチック液晶表示素子にお
いて、一つ一つの画素にトランジスタのような能動素子
を配置した、アクティブマトリクス（たとえばＴＦＴ）
といわれる液晶素子の開発が行われている。現在このＴ
ＦＴを用いた液晶表示素子に用いられるネマチック液晶
のモードとして、たとえばエム・シャット（Ｍ．Ｓｃｈ
ａｄｔ）とダブリュー・ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒ
ｉｃｈ）著Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）
第１２７頁から１２８頁において示されたツイステッド
ネマチック（Twisted Nematic）モードが広く用いられ
ている。また、最近では横方向電界を利用したインプレ
インスイッチング（In-Plain Switching）モードが発表
されており、ツイステッドネマチックモード液晶ディス
プレイの欠点であった視野角特性の改善がなされてい
る。その他、上述したTFT等の能動素子を用いない、ネ
マチック液晶表示素子の代表例として、スーパーツイス
テッドネマチック（Super Twisted Nematic）モードが
ある。このように、こうしたネマチック液晶を用いた液
晶表示素子は様々なモードが存在するのであるが、その
いずれのモードの場合にも液晶の応答速度が数十ミリ秒
以上かかってしまうという問題点が存在した。
【０００３】このような従来型のネマチック液晶素子の
欠点を改善するものとして、双安定性を示す液晶を用い
た素子（ＳＳＦＬＣ／Surface Stabilized FLC）がクラ
ーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅｒｗａ
ｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２１
６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書）。この
双安定性を示す液晶としては、一般にカイラルスメクチ
ックＣ相を示す強誘電性液晶が用いられている。この強
誘電性液晶では、電界印加の際に液晶分子の自発分極に
電界が作用し分子の反転スイッチングがなされるため、
非常に速い応答速度が得られ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。
【０００４】一方、最近では３安定性を示す反強誘電性
液晶が注目されている。この反強誘電性液晶も強誘電性
液晶同様に、液晶分子の自発分極への作用により分子の
反転スイッチングがなされるため、非常に速い応答速度
が得られる。この液晶材料は、電界無印加時には液晶分
子は互いの自発分極を打ち消し合うような分子配列構造
をとるため、電界を印加しない状態では自発分極は存在
しないことが特徴となっている。
【０００５】こうした自発分極による反転スイッチング
を行う強誘電性液晶や反強誘電性液晶は、いずれもスメ
クチック液晶相を示す液晶である。すなわち、従来ネマ
チック液晶が抱えていた応答速度に関する問題点を解決
できるという意味において、スメクチック液晶を用いた
液晶表示素子の実現が期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、高速応答
性能など次世代のディスプレイ等に期待される強誘電性
液晶であるが、SSFLCの場合、基本的には２値の表示し
かできず、１画素内での階調表示が困難であった。
【０００７】近年、カイラルスメクチック相を示す液晶
を用いて階調制御を行うモードとして、ショートピッチ
タイプの強誘電性液晶」、「高分子安定型強誘電性液
晶」、「無閾反強誘電性液晶」などがあるが、実用に十
分なレベルに至っているものはない。
【０００８】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、その課題とするところは、カイラルスメクチ
ックＣ相を示す液晶を用いた液晶素子であって、階調制
御を可能にした液晶素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶素子は、カ
イラルスメクチックＣ液晶と、該液晶を挟持して対向す
ると共にその対向面にそれぞれ該液晶に電圧を印加する
電極が形成され、且つ該液晶を配向するため少なくとも
一方に一軸配向処理が施された一対の基板とを備えた液
晶素子であって、該カイラルスメクチックＣ液晶のスメ
クチック層がシェブロン構造をとることと、電界無印加
時では、該カイラルスメクチックＣ液晶が、該液晶の分
子の平均分子軸が平均一軸配向処理軸及び／又は該液晶
の電界印加による最大チルトの中心軸と実質的に一致す
る配向状態を有し、電界印加時では、印加電界の強度変
化に応じて該カイラルスメクチックＣ液晶の連続的に見
かけのチルト角及び透過光強度が変化すること、とを特
徴とする液晶素子である。
【００１０】本発明の液晶素子では、電界無印加時に、
液晶の分子の平均分子軸が平均一軸配向処理軸及び／又
は該液晶の電界印加による最大チルトの中心軸と実質的
に一致する配向状態を有し、電界印加時では液晶への印
加電界に応じて透過光強度が変化する特性を示し、この
特性を利用して階調表示がなされる。以下、このような
本発明の液晶素子における液晶の配向状態及びスイッチ
ング過程について、前述したＳＳＦＬＣタイプとの対比
の上で図面を参照してモデル上で説明する。
【００１１】従来のＳＳＦＬＣでは、基板間にカイラル
スメクチック相の状態の液晶を挟持し、該液晶について
基板に実質的に平行な２状態を安定化させることによっ
て双安定性すなわちメモリ性を発現させている。
【００１２】図１はこのＳＳＦＬＣ型の素子における液
晶分子及び液晶の層構造について説明したものである。
当該素子では、同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、基
板１１及び１２間に挟持された液晶１３の部分におい
て、液晶分子１４は、基板１１又は１２の界面付近では
各基板の一軸配向処理方向Ａに沿って基板から所定のプ
レチルト角αで立ち上がり（本例では両基板の一軸配向
処理方向Ａが平行であり且つ同方向であるとした）、基
板１１及び１２間で基板法線に対して傾斜角δをなすシ
ェブロン構造のスメクチック層１６を形成している。一
方、液晶分子１４は、電界印加によりスイッチングし且
つ電界無印加の状態で、２Θ（Θ：液晶材料に固有のチ
ルト角）の頂角を有する仮想コーン１５の壁面に安定的
に存在する。尚、同図（ａ）及び（ｂ）に示すスメクチ
ック層１６がシュブロン構造をなす配向状態は、夫々、
基板間の液晶分子１４のプレチルトの方向とスメクチッ
ク層１６のシェブロン構造の折れ曲がり方向の関係によ
り種別されるもので、（ａ）の配向状態をＣ１配向、
（ｂ）の配向状態をＣ２配向と呼ぶ。
【００１３】ここで、図１に示すＳＳＦＬＣの配向状態
では、Ｃ１配向状態及びＣ２配向状態共に一般的にΘ＞
δの関係を満たすことで、電界無印加時に基板１１及び
１２間でシェブロン構造をなるスメクチック層１６のキ
ンク位置（基板間中央の折れ曲がり部分）を含む全厚み
方向で、液晶分子１４がコーン１５内で安定的に２位置
をとることができ、双安定状態が発現する。図２（ａ）
及び（ｂ）は、夫々図１（ａ）及び（ｂ）に示すＣ１配
向状態とＣ２配向状態の夫々における仮想のコーン１５
の底面１７上への液晶分子の射影（Ｃ−ダイレクタ）を
示すものであり、液晶分子が１４ａ及び１４ｂの双安定
状態（射影１８ａ，１８ｂ）をとることを示している。
【００１４】液晶が上記のような双安定性の配向状態を
呈する素子では、一対のクロスニコル下の偏光板のう
ち、双安定状態の一方に偏光軸を合わせて、双安定状態
間のスイッチングを行い、黒（暗状態）及び白（明状
態）の表示を行う。このスイッチングは、例えば一方の
状態から他方の状態のドメインの生成により、即ちドメ
インウォールの生成及び消滅を伴ってなされる。
【００１５】これに対し、本発明の液晶素子は、基板間
でカイラルスメクチックＣ液晶のスメクチック層がシェ
ブロン構造をなし、且つ当該液晶のチルト角Θとスメク
チック層のδとの関係をδがΘと実質的に同じかそれよ
り大きくするように設定したものである。図３〜６はこ
の配向状態について、説明したものである（図１及び２
と同一の符合は同一の部材を示す）。
【００１６】図３（ａ）及び（ｂ）は、Θ＝δの関係
（実質的にΘとδが同じ場合）となるように素子を設定
した場合、図５（ａ）及び（ｂ）は、Θ＜δの関係にな
るように素子を設定した場合における、液晶分子及び液
晶の層構造について説明したものであり（いずれも
（ａ）はＣ１配向状態、（ｂ）はＣ２配向状態、両基板
の一軸配向処理方向Ａを平行且つ同方向にした場合）、
図４（ａ）及び（ｂ）は夫々図３（ａ）及び（ｂ）に示
すＣ１配向状態とＣ２配向状態の夫々における、図６
（ａ）及び（ｂ）は夫々図５（ａ）及び（ｂ）に示すＣ
１配向状態とＣ２配向状態の夫々における、液晶分子の
仮想のコーン１５の底面１７上への射影（Ｃ−ダイレク
タ）を示す。
【００１７】図３及び４に示すΘ＝δの場合では、電界
無印加の際には、少なくともシェブロン構造のスメクチ
ック層１６のキンク部分で、Ｃダイレクタがコーン底面
内で水平方向を基準にしてπ／２又は−π／２の位置に
存在し（１８ｃ）、分子配向ベクトル（１４）がスメク
チック層法線方向（軸）の基板面への射影と一致し（実
質的には平均一軸配向処理軸及び／又は該液晶の電界印
加による最大チルトの中心軸と一致し）、この一方向の
みが安定な方向となる。尚、この安定な液晶分子の配列
は、反強誘電性液晶の分子の電界無印加時の配列状態と
は異なる。
【００１８】図５及び６に示すΘ＜δの場合では、Ｃ１
配向及びＣ２配向に関係なく、電界無印加の際には、シ
ェブロン構造をなすスメクチック層１６のキンク部分
で、液晶分子１４がコーン１５内に存在することが難し
くなる。この場合、エネルギー的には不安定な状態とな
るが、図６（ａ）及び（ｂ）に示す通り、Ｃダイレクタ
がコーン底面内で水平方向を基準にしてπ／２又は−π
／２の位置に存在（１８ｃ）するような場合、液晶分子
１４とコーン１５の位置が最も近くなり、分子配向ベク
トル（１４）がスメクチック層法線方向（軸）の基板面
への射影と一致（実質的には平均一軸配向処理軸及び／
又は該液晶の電界印加による最大チルトの中心軸と一
致）した場合で、この一方向のみが安定な方向となる。
この安定な液晶分子の配列は、反強誘電性液晶の分子の
電界無印加時の配列状態とは異なる。
【００１９】なお、図５及び６に示したようなセル厚方
向に対して層傾き角が一定のシェブロン構造を仮定する
と、シェブロンキンク部分の液晶分子がコーン上から外
れるというエネルギー的に不利な構造になってしまう
め、実際のシェブロン構造は若干のベンド性を有するこ
とでエネルギー的な安定化を図っているものと考えられ
る。
【００２０】そして、このような図３〜６に示す配向状
態で電界を印加した際には電界の強度及び極性に応じ
て、液晶分子１４がコーン１５内で連続的に存在位置を
変化させ、見かけ上のチルト角が変化するようにスイッ
チングする。
【００２１】図１及び２に示すＳＳＦＬＣでの配向状態
では、液晶分子１４が双安定状態間をスイッチングする
ためには、所定の高さのエネルギー障壁を超えることが
必要である。特に上述したようにドメインの生成、消滅
を伴うスイッチングであり、このエネルギー障壁は非常
に大きいものとなり、結果的に高い駆動電圧が要求され
ることとなる。
【００２２】これに対し本発明の図３〜６に示す素子の
配向状態では、電界印加の際に液晶分子１４が単安定状
態からスイッチングする際にはエネルギー障壁がなく、
印加電圧の大きさに応じた安定状態がアナログ的に存在
し、且つ印加電圧と安定な分子位置が一対一で対応する
ため、連続的且つドメインの生成を伴わない反転が実現
できる。
【００２３】また、このとき電界印加時の電圧−透過率
曲線において、図１に示す配向状態のＳＳＦＬＣではヒ
ステリシスが存在するのであるが、本発明の図３〜６に
示す配向状態では、正負の極性の電圧値に対し、透過率
が印加電圧０の時を中心にヒステリシスのないＶ字型の
曲線のスイッチング特性を示す。この原因は、ＳＳＦＬ
Ｃと異なりドメインウォールの生成や消滅を伴わないス
イッチングが行われるため、前状態の履歴を受けづらい
ためであろうと推測される。以上の結果、本発明の図３
〜６に示す配向状態では、同じ液晶材料を用いてもＳＳ
ＦＬＣより低電圧または高速なスイッチング特性、及び
ヒステリシスのないＶ字スイッチング特性を発現させ、
アナログ階調駆動が容易な素子が実現できる。
【００２４】図７及び８に、素子において一対の基板１
１及び１２における一軸配向処理方向Ａが平行で且つ互
いに逆方向の反平行の関係にある場合の液晶分子及び液
晶の層構造と、仮想のコーン１５の底面１７上への液晶
分子ダイレクタの射影を示す。各図（ａ）は一般的にΘ
＞δ の関係にあるＳＳＦＬＣの場合、（ｂ）はΘ＝δ
の関係、（ｃ）はΘ＜δの関係にある場合を夫々示す。
これらの場合においても、（ａ）では液晶分子１４がコ
ーン１５内で双安定状態となるが、（ｂ）及び（ｃ）の
場合では、図３〜６に示す場合と同様に、特にシェブロ
ン構造をなるスメクチック層１６のキンク位置（基板間
中央の折れ曲がり部分）を付近で、液晶分子１４がコー
ン１５内の２位置に安定的に存在することが困難とな
り、双安定性が消失し単安定状態１４ｃ（射影１８ｃ）
をとる。更に、このような配向状態で電界を印加した際
には電界の強度及び極性に応じて、液晶分子１４がコー
ン１５内で連続的に存在位置を変化させるようにスイッ
チングする。
【００２５】尚、図７及び図８（ａ）〜（ｃ）の基板１
１及び１２の界面付近については、傾斜角δ及びチルト
角Θが一定の前提で、コーン１５及び液晶分子１４の位
置を示したものであり、実際の液晶分子の配置には必ず
しも相当しない。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、図９を参照して本発明の液
晶素子の一実施形態について説明する。
【００２７】同図に示す液晶素子８０では、一対のガラ
ス、プラスチック等透明性の高い材料からなる基板８１
ａ、８１ｂ間にカイラルスメクチック相を示す液晶８５
を挟持したセルが互いに偏光軸が直交した一対の偏光板
８７ａ及び８７ｂ間に挟装した構造となっている。
【００２８】基板８１ａ、８１ｂには、夫々液晶８５に
電圧を印加するためのIn2O3、ITO等の材料からなる電極
８２ａ、８２ｂが例えばストライプ状に設けられてお
り、これらが互いに交差してマトリックス電極構造（単
純マトリックス）を形成している。また、一方の基板に
ドット状の透明電極をマトリックス状に配置し、各透明
電極にＴＦＴやＭＩＭ等のスイッチング素子を接続し、
他方の基板の一面上の対向電極としアクティブマトリッ
クス構造にすることもできる。
【００２９】電極８２ａ，８２ｂ上には、必要に応じて
これらのショートを防止する等の機能を持つSiO2、Ti
O2、Ta2O5等の材料からなる絶縁膜８３ａ，８３ｂが夫
々設けられる。
【００３０】更に、絶縁膜８３ａ，８３ｂ上には、液晶
８５に接し、その配向状態を制御するべく機能する配向
制御膜８４ａ，８４ｂが設けられている。かかる配向制
御膜８４ａ，８４ｂの少なくとも一方には一軸配向処理
が施されている。かかる膜としては、例えば、ポリイミ
ド、ポリイミドアミド、ポリアミド、ポリビニルアルコ
ール等の有機材料を溶液塗工した膜の表面にラビング処
理（例えば同図に示す矢印Ａの方向）を施したもの、あ
るいはSiO等の酸化物、窒化物を基板に対し斜め方向か
ら所定の角度で蒸着した無機材料の斜方蒸着膜を用いる
ことができる。
【００３１】尚、配向制御膜８４ａ，８４ｂについて
は、その材料、処理（一軸配向処理等）の条件等によ
り、液晶８５の分子のプレチルト角（液晶分子の配向制
御膜界面付近で膜面に対してなす角度）が調整される。
本発明では、図３〜７に示したΘ≦δの関係において
も、プレチルト角が大きいと特にＣ１配向状態では電界
無印加の状態で基板界面付近の液晶分子が双安定状態を
とり得るので、プレチルト角を小さく設定することが好
ましい。
【００３２】また、配向制御膜８４ａ，８４ｂがいずれ
も一軸配向処理がなされた膜である場合、夫々の膜の一
軸配向処理方向（特にラビング方向）を、用いる液晶材
料に応じて平行、反平行、あるいは４５°以下の範囲で
クロスするように設定することができる。
【００３３】基板８１ａ及び８１ｂは、スペーサー８６
を介して対向している。かかるスペーサー８６は、基板
８１ａ、８１ｂの間の距離（セルギャップ）を決定する
ものであり、シリカビーズ等が用いられる。ここで決定
されるセルギャップについては、液晶材料の違いによっ
て最適範囲及び上限値が異なるが、均一な一軸配向性、
また電界無印加時に液晶分子の平均分子軸をほぼ配向処
理軸の平均方向の軸と実質的に同一にする配向状態を発
現させるべく、０．３〜１０μmの範囲に設定すること
が好ましい。
【００３４】スペーサー８６に加えて、基板１１ａ及び
１１ｂ間の接着性を向上させ、カイラルスメクチックＣ
相を示す液晶の耐衝撃性を向上させるべく、エポキシ樹
脂等の樹脂材料からなる接着粒子を分散配置することも
できる（図示せず）。
【００３５】上記構造の液晶素子８０では、カイラルス
メクチックＣ相を示す液晶８５については、その材料の
組成を調整し、更に液晶材料の処理や素子構成、例えば
配向制御膜８４ａ及び８４ｂの材料、処理条件等を適宜
設定することにより、前述の図３〜６及び図７（ｂ）及
び（ｃ）に示すような、カイラルスメクチックＣ液晶の
スメクチック層構造がシェブロン構造をなし、液晶のチ
ルト角Θ≦δの関係となり、且つ電界無印加時では、該
カイラルスメクチックＣ液晶が、該液晶の分子の平均分
子軸が平均一軸配向処理軸及び／又は電界印加による液
晶分子の最大チルトの中心軸と実質的に一致する配向状
態を示し、電界印加時では、印加電圧の大きさに応じて
該カイラルスメクチックＣ液晶の見かけのチルト角が連
続的に変化するような配向状態を示す。従って、クロス
ニコルの関係にある一対の偏光板８７ａ及び８７ｂ間
で、電界無印加の状態で最暗状態となるようにセルを配
置し、電界印加時には、このようなチルト角の連続的な
変化に伴い透過光強度を変化させることができる。
【００３６】尚、“平均一軸配向処理軸”とは、両基板
において一軸配向処理が施され、その方向（例えばラビ
ング方向）が平行で同一方向であるか互いに逆方向（反
平行）である場合、及びその一方の基板においてのみ一
軸配向処理が施されている場合では、その一軸配向処理
の方向自体に相当し、両基板において一軸配向処理が施
されその方向（例えばラビング方向）が互いにクロスし
ている場合では、両方の一軸配向処理軸の中心方向の
軸、即ちクロス角の１／２の方向に相当する。
【００３７】カイラルスメクチック相を示す液晶８５と
しては、基板間でチルト角Θ≦スメクチック層傾斜角δ
の関係となるように材料を選択する。例えば、フェニル
ピリミジン骨格を有する炭化水素系の液晶材料を上記チ
ルト角、傾斜角の関係が得られるように適宜選択して配
合した組成物を用いる。
【００３８】また、カイラルスメクチック相を示す液晶
として、上述した液晶材料であって、少なくとも相系列
中に、好ましくはスメクチック相の温度範囲で誘電異方
性が正を示す温度域を含む液晶組成物を用い、電界印加
等の処理を行い、前述したΘ≦δの関係を有するシェブ
ロン構造のスメクチック層からなる配向状態を好適に形
成することができる。以下、この事項について詳細に説
明する。
【００３９】通常、カイラルスメクチック相における自
発分極値が大きい液晶材料を用い、層構造がシェブロン
構造を示しているセルに対し十分大きな電界を印加する
と、自発分極と電界とのカップリング効果によって層構
造変化を誘発し、層構造がシェブロン構造からブックシ
ェルフ構造または擬似ブックシェルフ構造へと層変形す
ることが知られている。この層変形現象は液晶材料の自
発分極値が大きいほど発生しやすいことが経験的に知ら
れている。この電界印加によるブックシェルフ化現象
は、電界印加方向の実効的な自発分極値がPs・cosδで表
されるため、電界印加時における電界（Ｅ）と自発分極
とのカップリング効果（Ｅ・Ps・cosδ）を大きくするた
め、層傾斜角自身を小さくするよう変形を誘起させると
いうことにより理解できる。
【００４０】一方、例えばIso-Ch-SmA-SmC*という相系
列を有する液晶組成物を用い、平行配向処理を施したセ
ル中に注入した液晶素子に対し、通常電界等の外場を印
加せずに等方相から冷却した場合には、Ch相にて基板と
分子とが平行にかつ平均分子長軸方向が一方向に揃うよ
う配向し、SmA相に冷却することで基板と垂直になるよ
うスメクチック層構造を形成し、SmC*相まで冷却するこ
とによりシェブロン構造を形成することが一般的であ
る。こうしたセルに対し、誘電異方性が正を示す温度域
が存在した場合に、当該温度域において電界を印加する
と、電界方向に液晶分子がそろう性質があるため基板間
で液晶分子が立つことになる。したがって、例えばCh相
において電界を印加しそのままSmA相へと冷却するとス
メクチック層は平均分子長軸方向を法線とした層を形成
するため、スメクチック層は基板と垂直にならず傾斜し
た層構造を示すことになる。またSmA相において電界を
印加した場合においても、当該温度域において誘電異方
性が正であれば、Ch相と同様に電界方向に分子が揃うト
ルクが働くため、基板に対して垂直に配列したスメクチ
ック層構造から再配列し層構造が傾斜することになる。
SmC*相でも同様に電界による層傾斜を生じせしめること
が可能であるが、自発分極値が大きい場合には上述のよ
うな電界と自発分極とのカップリング効果による層変形
が生じるため、自発分極値は小さい方が望ましい。な
お、ここでいう「小さい」自発分極値とは誘電異方性と
電界とのカップリング効果（1/2・Δε・Ｅ2）との相対値
で決まる値であるため、材料の有する誘電異方性の値や
層変形処理する電界の値に依存する値であり、少なくと
も上述したような電界を印加する温度域で２０〔nC/c
m2〕以下が望ましい。
【００４１】以上に述べたような誘電異方性が正の温度
範囲内において電界印加処理を行うことによって、本来
有する層傾斜角より大きな角度の層傾斜角を発現させる
ことが可能である。こうした電界印加処理によって分子
チルト角Θと同等、あるいはそれ以上の値を有する層傾
斜角を実現することが可能となり、一軸配向処理方向に
安定化された素子を実現することができる。
【００４２】一方、本発明のＳｍＣ*相のシェブロン構
造を用いた単安定ＦＬＣモードでは、上述したように、
原理的にはＣｈ相、ＳｍＡ相、ＳｍＣ*相のいずれにお
いても層傾斜角を大きくさせることが可能と考えられ
る。
【００４３】しかしながら、高電界印加処理、等の配向
処理は、ＳｍＣ*相といったより低温状態で行った場合
の方がプロセス的負荷が小さく、またセル内に異物が混
入した場合にも上下ショートの確率が低くなるなどの利
点があることから、我々の検討の範囲においてはＳｍＣ
*相における電界印加がもっとも量産性に優れていると
考えられる。
【００４４】またＳｍＡ相内において層間隔が低温側で
減少する液晶材料において、本発明のδ≧Θなる現象が
多く観測された。
【００４５】また、カイラルスメクチックＣ液晶とし
て、バルク状態でのピッチが素子のセルギャップのピッ
チの２倍以上となる材料を用いることが好ましい。
【００４６】本発明では、上述の液晶素子に対して階調
信号を供給する駆動回路を設け、上述したような配向状
態における、特に電界の印加により連続的に見かけのチ
ルト角及び透過光強度が変化する特性を利用し階調表示
を行う液晶表示素子を構成することができる。例えば、
液晶素子の一方の基板として前述したようなＴＦＴ等を
備えたアクティブマトリクス基板を用い、駆動回路で振
幅変調によるアクティブマトリクス駆動を行うことでア
ナログ階調表示が可能となる。
【００４７】
【実施例】以下、本発明を実施例に沿って詳細に説明す
る。
【００４８】（実施例１） （液晶セルの作製）透明電極として700ÅのITO膜を形成
した厚さ１.１ｍｍの一対のガラス基板を用意した。該
基板の透明電極上に、下記の繰り返し単位PI-aを有する
ポリイミドの前駆体をスピンコート法により塗布し、そ
の後、80℃で5分間の前乾燥を行なった後、200℃で1時
間加熱焼成を施し膜厚50Åのポリイミド被膜を得た。
【００４９】
【外１】
【００５０】続いて、当該基板上のポリイミド膜に対し
て一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を
施した。ラビング処理の条件は、径10cmのロールにナイ
ロン（NF-77/帝人製）を貼り合わせたラビングロールを
用い、押し込み量0.3mm、送り速度10ｃｍ /sec、回転
数1000rpm、送り回数4回とした。
【００５１】続いて、一方の基板上にスペーサーとし
て、平均粒径1.4μmのシリカビーズを散布し、各基板の
ラビング処理方向が互いに平行で同一（パラレル）とな
るように対向させ、均一なセルギャップのセル（空セ
ル）を得た。
【００５２】このセルのプレティルト角をクリスタルロ
ーテーション法で測定したところ2.0°であった。
【００５３】（液晶組成物の調製）下記液晶性化合物を
下記処方で混合し液晶組成物LC-1を調製した。
【００５４】
【外２】
【００５５】かかる液晶組成物のパラメータを下記に示
す。
【００５６】
【外３】 自発分極（30℃） ： Ps=０．５７nC/cm2 チルト角（30℃） ： Θ=２２.２° SmC＊相でのらせんピッチ（30℃） ：20μm以上（長ピ
ッチなので概算）
【００５７】上記のプロセスで作製した空セルに液晶組
成物LC-1を等方相の温度で注入し、液晶をカイラルスメ
クチックＣ液晶相を示す温度まで徐冷し、液晶素子サン
プルAを作製した。
【００５８】このサンプルAの液晶の初期の配向状態に
ついて偏光顕微鏡観察を行なった結果、室温（30℃）で
は2つのドメインが混在した双安定状態であった。
【００５９】（電界印加処理）上記サンプルAにおい
て、液晶に室温（30℃）で±50V、10Hzの矩形波を５分
間印加し電界印加処理を行なった後、偏光顕微鏡下で配
向状態の観測を行なったところ、電界印加処理前に観測
された2つのドメインが混在した双安定状態から、ラビ
ング方向に最暗軸を有する均一な配向状態に変化してい
ることが観測された。
【００６０】電界印加処理後のサンプルＡについてフォ
トマルチプライヤー付き偏光顕微鏡内で、ラビング方向
に偏光軸をあわせ暗視野となるように配置し、電圧値０
〜±15V、0.1Hzの三角波を印加した際の光学応答（透過
率）を観測すると、ドメインレスでスイッチングを行な
い、図１０に示すような０Ｖを中心にしてヒステリシス
のないV字型のカーブの電圧−透過率曲線Ｖ−Ｔを描く
ことがわかった。このセルの透過率が100％となる飽和
電圧は、正側、負側共に約10.0Vであった。また、この
サンプルAへの電界印加を中止すると、最暗軸がラビン
グ方向と同一な均一状態に戻り、この液晶素子において
分子の最安定位置はラビング方向と同一な方向にあるこ
とが分かる。
【００６１】このサンプルＡでは、図１０に示すような
印加電圧に対して連続的な光学応答を示すことから、TF
Tアクティブマトリックス駆動による振幅変調によりア
ナログ階調表示が可能である。
【００６２】また、この素子サンプルＡに、±6.0V、パ
ルス幅16.6msecの両極性パルスを印加しながら直交ニコ
ル下での光学応答を検知して応答速度を測定したとこ
ろ、室温（30℃）では無電界時からマイナスの電圧を印
加した際の黒表示状態（透過光量0％）から一方の白表
示状態（±６Ｖ印加の時を１００％としたときの90％）
への応答速度は1.0msec、電圧の極性を反転させた際の
一方の白表示状態（同 90％）から他方の白表示状態
（同 90％）への応答速度が1.5msec、そして電圧印加を
止めた際の他方の白表示状態（同 100％）から黒表示
状態（同 10％）への緩和時間は2.0msecであった。
【００６３】（X線測定用セルの作製）次に、この素子
サンプルAにおける液晶のスメクチック層の傾斜角δの
測定を行なった。基板としてX線の吸収を極力低減する
ために80μm厚ガラス（コーニング社製 商品名マイクロ
シート）を用いた以外は、基本的には前述と同様の方法
によりX線測定用セルを作製した。
【００６４】（スメクチック層の傾斜角の測定）基本的
にはクラークやラガーウォルによって発表された方法
（Japan Display'86,Sep.30~Oct.2,1986,pp.456~458）
あるいは大内らの方法（J.J.A.P.,27(5)(1988)pp.L725~
728）と同様の方法を用いた。
【００６５】測定装置は回転対陰極方式のMACサイエン
ス社製X線回折装置を用い、銅のKα線を分析線とした。
液晶の層間隔の測定はバルク液晶を80μm厚のガラス上
に塗り、通常の粉末X線回折と同様に2θ/θスキャンを
行なって求めた。先に作製したX線測定用セルに液晶組
成物LC-1を等方相の温度で注入し、室温（30℃）まで徐
冷することによりセルを作製した。その後前記層間隔を
得た回折角2θにX線検出器をあわせてセルをθスキャン
し、前記文献に示された方法で室温（30℃）におけるδ
を算出した。その結果θが７０．３°と１１３．１°に
2本のシャープなピークが観測され、液晶組成物LC-1は
平行ラビングセル中において、層の傾斜角δが２１．４
°のシェブロン構造を取っていることがわかった。測定
結果を図１１に示す。
【００６６】次に、液晶組成物LC-1を注入したX線測定
用セルに、室温（30℃）で±50V、10Hzの矩形波を印加
することにより電界印加処理を行なった後、先に示した
方法と同様な方法で層の傾斜角δを測定した。その結果
θが６９．５°と１１３．９°に電界印加処理前と比べ
ると若干ブロードな2本のピークが観測され、δが２
２．２°のシェブロン構造を取っていることがわかっ
た。電界印加処理前の層の傾斜角δと比較すると、電界
印加により、層の傾斜角が約1°近く大きくなっている
ことがわかる。また、ピーク形状が電界印加前と比べ若
干ブロードなることから、電界印加処理後の層構造は若
干ベンド性を有していることが示唆される。測定結果を
図１２に示す。
【００６７】（実施例2） （液晶セルの作製）透明電極として700ÅのITO膜を形成
した厚さ１.１ の一対のガラス基板を用意した。該基
板の透明電極上に、下記の繰り返し単位PI-ｂを有する
ポリイミドの前駆体をスピンコート法により塗布し、そ
の後、80℃5分間の前乾燥を行なった後、200℃で1時間
加熱焼成を施し膜厚200Åのポリイミド被膜を得た。
【００６８】
【外４】
【００６９】続いて、当該基板上のポリイミド膜に対し
て一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を
施した。ラビング処理の条件は、径10 のロールにナイ
ロン（NF-77/帝人製）を貼り合わせたラビングロールを
用い、押し込み量0.3 、送り速度10ｃｍ/sec、回転数1
000rpm、送り回数4回とした。
【００７０】続いて、一方の基板上にスペーサーとし
て、平均粒径2.0μmのシリカビーズを散布し、各基板の
ラビング処理方向が互いに反平行（アンチパラレル）と
なるように対向させ、均一なセルギャップのセル（空セ
ル）を得た。
【００７１】このセルのプレティルト角をクリスタルロ
ーテーション法で測定したところ2.1°であった。
【００７２】上記のプロセスで作製したセルに液晶組成
物LC-1を等方相の温度で注入し、液晶をカイラルスメク
チックＣ液晶相を示す温度まで徐冷し、液晶素子サンプ
ルBを作製した。
【００７３】このサンプルＢの液晶の初期の配向状態に
ついて偏光顕微鏡観察を行なった結果、SmA相の状態で
ラビング軸方向に平行な縞状（ストライプ状）の2領域
からなるテクスチャーが発生し、その後室温（30℃）ま
で徐冷した後も同様の縞状組織が観測された。この隣接
する縞間の消光位のなす角を無電界下で測定すると約4
°であった。
【００７４】（電界印加処理）この液晶素子サンプルB
に室温（30℃）で±50V、10Hzの矩形波を５分間印加し
電界印加処理を行ない、偏光顕微鏡下で配向状態の観測
を行なったところ、電界印加処理前に観測された縞状組
織が消失し、均一な配向状態に変化していることが観測
された。
【００７５】電界印加処理後のサンプルＢについてフォ
トマルチプライヤー付き偏光顕微鏡内で、ラビング方向
に偏光軸をあわせ暗視野となるように配置し、電圧値０
〜±15V、0.1Hzの三角波を印加した際の光学応答（透過
率）を観測すると、ドメインレスでスイッチングを行な
い、図１３に示すような０Ｖを中心にしてヒステリシス
のないV字型のカーブの電圧−透過率曲線Ｖ−Ｔを描く
ことがわかった。このセルの透過率が100％となる飽和
電圧は、正側、負側共に約13.0Vであった。また、この
サンプルＢへの電界印加を中止すると、最暗軸がラビン
グ方向と同一な均一状態に戻り、この液晶素子において
分子の最安定位置はラビング方向と同一な方向にあるこ
とが分かる。
【００７６】このサンプルＢは印加電圧に応じて連続的
な光学応答を示すことから、TFTアクティブマトリック
ス駆動による振幅変調によりアナログ階調表示が可能で
ある。
【００７７】また、このサンプルＢに、±6.0V、パルス
幅16.6msecの両極性パルスを印加しながら直交ニコル下
での光学応答を検知して応答速度を測定したところ、室
温（30℃）では無電界時からマイナスの電圧を印加した
際の黒表示状態（透過光量0％）から一方の白表示状態
（同90％）への応答速度は１．４msec、電圧の極性を反
転させた際の一方の白表示状態（同90％）から他方の白
表示状態（同90％）への応答速度が２．０msec、そして
電圧印加を止めた際の他方の白表示状態（同100％）か
ら黒表示状態（同10％）への緩和時間は１．５msecであ
った。
【００７８】次に、この液晶素子サンプルBにおける層
の傾斜角δの測定を行なった。
【００７９】（X線測定用セルの作製）基板ガラスとし
て80μm厚ガラスを用いた以外は、上記同様の方法によ
りX線測定用セルを作製した。
【００８０】（層の傾斜角の測定）このラビング処理方
向を反平行としたX線測定用セルに液晶組成物LC-1を等
方相の温度で注入し、室温（30℃）まで徐冷することに
よりセルを作製した。その後実施例1と同様の方法で室
温（30℃）におけるδを算出した。その結果θが69.1°
と111.8°に2本のシャープなピークが観測され、液晶組
成物LC-1は反平行ラビングセル中において、層の傾斜角
δが21.4°のシェブロン構造を取っていることがわかっ
た。測定結果を図１４に示す。
【００８１】次にこのセルに、室温（30℃）で±50V、1
0Hzの矩形波を５分間印加することにより電界印加処理
を行なった。その後、先に示した方法と同様な方法で層
の傾斜角δを測定したところ、θが66.7°と113.3°に
電界印加処理前と比べると若干ブロードな2本のピーク
が観測され、δが23.3°のシェブロン構造を取っている
ことがわかった。電界印加処理前の層の傾斜角δと比較
すると、電界印加により、層の傾斜角が約2°程度大き
くなっていることがわかる。また、ピーク形状が電界印
加前と比べ若干ブロードなることから、電界印加処理後
の層構造は若干ベンド性を有していることが示唆され
る。測定結果を図１５に示す。
【００８２】（層間隔の温度変化より求めた層の傾斜角
δcalcとセル中の傾斜角δcellの比較）スメクチックC
＊相における層間隔dCは、スメクチックA相における
（一般的にはスメクチックＡ相からスメクチックＣ相へ
の相転移温度近傍）層間隔dAに対し以下の幾何学的関係
に従い近似的に表すことができる。
【００８３】dC=dAcosδ
【００８４】逆に、スメクチックA相ならびにスメクチ
ックC＊相における層間隔を測定することにより層の傾
斜角δcalcを求めることができる。
【００８５】以下層間隔の測定法についてさらに詳細に
説明する。
【００８６】80μm厚のガラス基板上に上述の実施例１
及び２で使用した液晶組成物LC−1を約5ｍｍ角で表面が
平滑になるように塗り、通常の粉末X線回折法により得
られたピークをBraggの回折条件式に当てはめ層間隔dを
求めた。
【００８７】測定温度は、回折面の平滑性を増すために
液晶組成物LC−1が等方性液体状態になる温度にした後
に3℃、スメクチックA相の温度域からAC転移点近傍まで
は1℃毎に温度を降下させて測定を行なった。実験に用
いた自動温度調節装置は、各温度で約±0.3℃の制御精
度を示した。
【００８８】その結果、スメクチックA相における（４
６℃）層間隔dA=29.824Å、30℃における層間隔dC=27.8
087Å、30℃における層の傾斜角δcalc=21.2°であっ
た。
【００８９】（実施例３）本実施例３では、実施例１、
２と異なり、自発分極が比較的大きいカイラルスメクチ
ックＣ液晶を用いるため、加圧処理により、δ≧Θの関
係を満たす層構造を実現する。
【００９０】（液晶組成物の調整）下記液晶性化合物を
使用して液晶組成物ＬＣ−２を調整した。
【００９１】
【外５】
【００９２】上記液晶組成物ＬＣ−２の物性パラメータ
を下記に示す。
【００９３】
【外６】 自発分極（30℃） ： Ps=6.62nC/cm2 チルト角（30℃） ： Θ=２２.１° SmC*相でのらせんピッチ（30℃） ：20μm以上
【００９４】実施例１で作製したセルに液晶組成物ＬＣ
−２を等方相の温度で注入し、液晶をカイラルスメクチ
ックＣ液晶相を示す温度まで徐冷し、液晶素子サンプル
Ｃを作製した。この素子サンプルＣの液晶の初期の配向
状態について偏光顕微鏡観察を行なった結果、室温（３
０℃）では２つのドメインが混在した双安定状態であっ
た。
【００９５】加圧処理 この液晶素子Ｃに室温（３０℃）でローラーマシン（ロ
ーラー径１０ｃｍ、ゴム硬度９０、上ローラー圧０．６
ＭＰａ、下ローラー圧０．９ＭＰａ、押し込み量０．５
ｍｍ、送り速度５０ｍｍ／ｓｅｃ）を用いて全面的に荷
重をかけることで加圧処理を行ない、偏光顕微鏡下で配
向状態の観察を行なったところ、電界印加処理前に観測
された２つのドメインが混在した双安定状態から、ラビ
ング方向に最暗軸を有する均一な配向状態に変化してい
ることが観測された。
【００９６】加圧処理後のセルをクロスニコル下でフォ
トマルチプライヤー付き偏光顕微鏡に、ラビング方向に
偏光軸をあわせ暗視野となるように配置し、±１５Ｖ、
０．１Ｈｚの矩形波を印加した際の光学応答を観測する
と、ドメインレスでスイッチングを行ない、ヒステリシ
スのないＶ字カーブを描くことがわかった。このセルの
透過率が１００％となる飽和電圧は、正極側、負極側共
に約４Ｖであった。また、この液晶素子Ｃへの電界印加
を中止すると、最暗軸がラビング方向と同一な均一な状
態に戻り、この液晶素子において分子の最安定位置はラ
ビング方向と同一な方向にあることが分かる。
【００９７】このセルは連続的な光学応答を示すことか
ら、ＴＦＴアクティブマトリックス駆動による振幅変調
によりアナログ階調表示が可能である。
【００９８】また、このセルに、±４．０Ｖ、パルス幅
１６．６ｍｓｅｃの両極性パルスを印加しながら直交ニ
コル下での光学応答を検知して応答速度を測定したとこ
ろ、室温（３０℃）では無電界時の黒表示状態（透過光
量０％）からマイナスの電圧を印加した際の一方の白表
示状態（同９０％）への応答速度は１．５ｍｓｅｃ、電
圧の極性を反転させた際の一方の白表示状態（同９０
％）から他方の白表示状態（同９０％）への応答速度が
１．６ｍｓｅｃ、そして電圧印加を止めた際の他方の白
表示状態（同１００％）から黒表示状態（同１０％）へ
の緩和時間は１．９ｍｓｅｃであった。
【００９９】本実施例ではＳｍＣ*（室温）にて、加圧
処理を行ったが、ＳｍＡにて加圧処理を行っても良い。
【０１００】また、加圧処理と共に実施例１のような電
界印加処理を行い、δ≧Θの関係を満たす層構造を実現
することができる。
【０１０１】（実施例４）本実施例４では、実施例１、
２と同じく、電界印加処理により、δ≧Θの関係を満た
す層構造を実現する。但し、液晶組成物を置換した。
【０１０２】（液晶組成物の調整）下記液晶性化合物を
使用して液晶組成物ＬＣ−３を調整した。
【０１０３】
【外７】
【０１０４】上記液晶組成物ＬＣ−３の物性パラメータ
を下記に示す。
【０１０５】
【外８】 自発分極（30℃） ： Ps=0.96nC/cm2 チルト角（30℃） ： Θ=19.１° SmC*相でのらせんピッチ（30℃） ：20μm以上
【０１０６】実施例１で作製したセルに液晶組成物ＬＣ
−３を等方相の温度で注入し、液晶をカイラルスメクチ
ックＣ液晶相を示す温度まで徐冷し、液晶素子サンプル
Ｄを作製した。この素子サンプルＤの液晶の初期の配向
状態について偏光顕微鏡観察を行なった結果、室温（３
０℃）では２つのドメインが混在した双安定状態であっ
た。
【０１０７】電界印加処理 この液晶素子Ｄに室温（３０℃）で±40V、10Hzの矩形
波を５分間印加し電界印加処理を行ない、偏光顕微鏡下
で配向状態の観測を行なったところ、電界印加処理前に
観測された2つのドメインが混在した双安定状態から、
ラビング方向に最暗軸を有する均一な配向状態に変化し
ていることが観測された。
【０１０８】電界印加処理後のセルをクロスニコル下で
フォトマルチプライヤー付き偏光顕微鏡に、ラビング方
向に偏光軸をあわせ暗視野となるように配置し、±１５
Ｖ、０．１Ｈｚの矩形波を印加した際の光学応答を観測
すると、ドメインレスでスイッチングを行ない、ヒステ
リシスのないＶ字カーブを描くことがわかった。このセ
ルの透過率が１００％となる飽和電圧は、正極側、負極
側共に約１１Ｖであった。また、この液晶素子Ｄへの電
界印加を中止すると、最暗軸がラビング方向と同一な均
一な状態に戻り、この液晶素子において分子の最安定位
置はラビング方向と同一な方向にある事が分かる。
【０１０９】このセルは連続的な光学応答を示すことか
ら、ＴＦＴアクティブマトリックス駆動による振幅変調
によりアナログ階調表示が可能である。
【０１１０】また、このセルに、±５．０Ｖ、パルス幅
１６．６ｍｓｅｃの両極性パルスを印加しながら直交ニ
コル下での光学応答を検知して応答速度を測定したとこ
ろ、室温（３０℃）では無電界時の黒表示状態（透過光
量０％）からマイナスの電圧を印加した際の一方の白表
示状態（同９０％）への応答速度は１．７ｍｓｅｃ、電
圧の極性を反転させた際の一方の白表示状態（同９０
％）から他方の白表示状態（同９０％）への応答速度が
１．８ｍｓｅｃ、そして電圧印加を止めた際の他方の白
表示状態（同１００％）から黒表示状態（同１０％）へ
の緩和時間は２．１ｍｓｅｃであった。
【０１１１】（実施例５）本実施例５では、実施例１、
２と同じく、電界印加処理により、、δ≧Θの関係を満
たす層構造を実現する。但し、液晶組成物を置換した。
【０１１２】（液晶組成物の調整）下記液晶性化合物を
使用して液晶組成物ＬＣ−４を調整した。
【０１１３】
【外９】
【０１１４】上記液晶組成物ＬＣ−４の物性パラメータ
を下記に示す。
【０１１５】
【外１０】 自発分極（30℃） ： Ps=1.56nC/cm2 チルト角（30℃） ： Θ=２０．５° SmC*相でのらせんピッチ（30℃） ：20μm以上
【０１１６】この液晶組成物ＬＣ−４を用いて、ＴＦＴ
パネルによる動画質評価を行った。
【０１１７】図１６に示すような平面構造を有する１
０．４インチ、ＳＶＧＡ（８００×６００×ＲＧＢ）、
ＴＦＴパネルを用い、これに液晶組成物ＬＣ−４を等方
相の温度で注入し、液晶をカイラルスメクチックＣ液晶
相を示す温度まで徐冷して液晶パネルＥを作成した。
【０１１８】本実施例の液晶素子の一実施形態の１画素
分の断面模式図を図１６に示す。本液晶素子は、スイッ
チング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス
型の液晶素子であり、図１７に示すように、複数の画素
電極３１をマトリクス状に配置し、各画素電極３１毎に
配置したＴＦＴ４１のゲート電極を走査信号線４６に、
ソース電極を情報信号線４４にそれぞれマトリクス配線
し、各走査信号線４６には走査信号印加回路より順次走
査選択信号（ＴＦＴ４１のオン信号）を印加し、該走査
選択信号と同期して情報信号印加回路４５より所定の階
調表示情報を持った情報信号を印加して選択されたライ
ンの画素電極３１に書き込み、所定の電圧を液晶層に印
加して表示を行なう。
【０１１９】図１６において、２１は基板、２２はゲー
ト電極、２３はゲート絶縁膜、２４は半導体層、２５は
オーミックコンタクト層、２６は絶縁層、２７はソース
電極、２８はドレイン電極、２９はパッシベーション
膜、３０は保持容量電極、３１は画素電極、３３は配向
膜、３５は基板、３６は共通電極、３７は絶縁層、３８
は配向膜、４１はＴＦＴ、３９は液晶である。
【０１２０】図１６の液晶素子において、透過型の場合
には基板２１には通常ガラスやプラスチック等の透明性
を有する基板が用いられ、反射型の場合にはシリコン基
板など不透明な基板が用いられる場合もある。画素電極
３１及び共通電極３６は、透過型の場合にはいずれもＩ
ＴＯ等透明導電材が用いられるが、反射型の場合には、
画素電極３１を反射性の高い金属で形成して反射板を兼
ねる場合もある。半導体層２４としては、一般にアモル
ファス（ａ−）Ｓｉが用いられ、例えば、水素希釈した
モノシラン（ＳｉＨ4 ）をグロー放電分解法（プラズマ
ＣＶＤ）によって約３００℃のガラス基板上に約２００
ｎｍの厚みで堆積して用いる。その他、多結晶（ｐ−）
Ｓｉも好ましく用いられる。さらに、オーミックコンタ
クト層２５としては、例えば、ｎ＋ａ−Ｓｉ層にリンを
ドーピングして用いる。ゲート絶縁膜２３としては、窒
化シリコン（ＳｉＮx ）等が用いられ、例えばグロー放
電分解法により形成される。さらに、ゲート電極２２、
ソース電極２７、ドレイン電極２８、保持容量電極３
０、配線等には一般にＡｌ等の金属が用いられる。保持
容量電極３０については、面積が広い場合には、ＩＴＯ
等の透明導電材を用いる場合もある。絶縁層３７にはＴ
ａ2 Ｏ5 などが用いられる。さらに、絶縁層２６及びパ
ッシベーション膜２９には窒化シリコン等の絶縁膜が好
ましく用いられる。
【０１２１】本実施例の液晶素子の駆動波形の一例を図
１８に示す。図中（ａ）〜（ｃ）は１ライン目、２ライ
ン目、及びｎライン（最終ライン）目の走査信号線に印
加する走査信号波形、（ｄ）は１列目の情報信号に印加
する情報信号波形、（ｅ）は（ａ）の走査信号波形と
（ｄ）の情報信号波形の合成波形で１ライン目で且つ１
列目の画素の液晶に印加される電圧波形を示す。
【０１２２】そして、図１６、図１７のＴＦＴ液晶パネ
ルＥ、及び図１８の駆動波形を用いて、室温３０℃でＴ
ＦＴ基板のすべてのゲートをオンにした状態で、対向基
板側の電位を±４０Ｖ、１０Ｈｚ、５分間で変化させる
ことにより、ＴＦＴ液晶パネルＥにおける電界印加処理
を行なった。
【０１２３】このパネルをフレーム周波数６０Ｈｚで動
作させ、動画質を評価した。
【０１２４】この動画質評価は１０名程度の非専門家に
よる主観評価とし、５段階の尺度（カテゴリー）で評価
した。評価に使用した画像は、ＢＴＡのハイビジョン標
準画像（静止画）から３種類（肌色チャート、感光案内
板、ヨットハーバー）を選び、その中の中心部分の４３
２×１６８画素を切り出して使用した。さらにこれらの
画像をテレビ番組の一般的な動き速度程度である６．８
（ｄｅｇ／ｓｅｃ）の一定速度で移動させて動画像を作
成し、画像のボケを評価した。このときの画像ソースの
コンピュータ側からの出力は、１秒間に６０画面分を順
次走査（プログレッシブ）するようなピクチャーレート
とした。
【０１２５】なお、この評価をＣＲＴを用いて行うと５
段階評価で全員が５、応答が数十ｍｓかかる市販のＴＦ
Ｔ液晶ディスプレイを用いると５段階評価で２〜３程度
の評価結果である。
【０１２６】その結果、周辺ぼけが全く感じられない動
画像が観測され良好な動画質を得ることができた。この
周辺ぼけ度合いを主観評価すると、５段階評価カテゴリ
ーでＣＲＴとほぼ同等の４であった。
【０１２７】（実施例６）以下、本発明を実施例に沿っ
て詳細に説明する。
【０１２８】本実施例６では、Ｉｓｏ−Ｃｈ−ＳｍＣ*
というＳｍＡを通らない相系列を有する液晶組成物を用
いる。
【０１２９】そして、電界印加処理を行うことにより、
δ≧Θの関係を満たす層構造を実現する。
【０１３０】（液晶セルの作製）透明電極として７００
ÅのＩＴＯ膜を形成した厚さ１．１ｍｍの一対のガラス
基板を用意した。該基板の透明電極上に、下記の繰り返
し単位ＰＩ−ｂを有するポリイミドの前駆体をスピンコ
ート法により塗布し、その後、８０℃５分間の前乾燥を
行なった後、２００℃で１時間加熱焼成を施し膜厚１０
０Åのポリイミド被膜を得た。
【０１３１】
【外１１】
【０１３２】続いて、当該基板上のポリイミド膜に対し
て一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を
施した。ラビング処理の条件は、径１０ｃｍのロールに
ナイロン（ＮＦ−７７／帝人製）を貼り合わせたラビン
グロールを用い、押し込み量０．３ｍｍ、送り速度５０
ｃｍ／ｓｅｃ、回転数１０００ｒｐｍ、送り回数２回と
した。
【０１３３】続いて、一方の基板上にスペーサーとし
て、平均粒径２．０μｍのシリカビーズを散布し、各基
板のラビング処理方向が互いに反平行（アンチパラレ
ル）となるように対向させ、均一なセルギャップのセル
（空セル）を得た。
【０１３４】このセルのプレティルト角をクリスタルロ
ーテーション法で測定したところ２．０°であった。
【０１３５】（液晶組成物の調整）下記液晶性化合物を
使下記処方で混合し液晶組成物ＬＣ−５を調整した。
【０１３６】
【外１２】
【０１３７】かかる液晶組成物のパラメータを下記に示
す。
【０１３８】
【外１３】 自発分極（30℃） ： Ps=1.2nC/cm2 チルト角（30℃） ： Θ=21.9° SmC*相でのらせんピッチ（30℃） ：20μm以上
【０１３９】上記のプロセスで作製した空セルに液晶組
成物ＬＣ−５を等方相の温度で注入し、液晶をカイラル
スメクチック液晶相を示す温度まで徐冷し、液晶素子サ
ンプルＦを作製した。
【０１４０】このサンプルＦの液晶の初期の配向状態に
ついて偏光顕微鏡観察を行なった結果、室温（３０℃）
では層法線方向の異なる２つのドメインが混在した双安
定状態であった。
【０１４１】（電界印加処理）上記サンプルＦにおい
て、液晶にＣｈ相（６０℃）から室温（30℃）で±50
V、700Hzの矩形波を５分間印加しながら徐冷し電界印加
処理を行なった後、偏光顕微鏡下で配向状態の観測を行
なったところ、電界印加処理前に観測された2つのドメ
インが混在した双安定状態から、ラビング方向に最暗軸
を有する均一な配向状態に変化していることが観測され
た。
【０１４２】電界印加処理後のサンプルＦについてフォ
トマルチプライヤー付き偏光顕微鏡内で、ラビング方向
に偏光軸をあわせ暗視野となるように配置し、電圧値０
〜±15V、0.1Hzの矩形波を印加した際の光学応答（透過
率）を観測すると、ドメインレスでスイッチングを行な
い、０Ｖを中心にしてヒステリシスのないV字型のカー
ブの電圧−透過率曲線Ｖ−Ｔを描くことがわかった。こ
のセルの透過率が100％となる飽和電圧は、正側、負側
共に約10Vであった。また、このサンプルＦへの電界印
加を中止すると、最暗軸がラビング方向と同一な均一状
態に戻り、この液晶素子において分子の最安定位置はラ
ビング方向と同一な方向にあることが分かる。
【０１４３】このサンプルＦでは、印加電圧に対して連
続的な光学応答を示すことから、TFTアクティブマトリ
ックス駆動による振幅変調によりアナログ階調表示が可
能である。
【０１４４】また、この素子サンプルＦに、±5.0V、パ
ルス幅16.6msecの両極性パルスを印加しながら直交ニコ
ル下での光学応答を検知して応答速度を測定したとこ
ろ、室温（30℃）では無電界時の黒表示状態（透過光量
0％）からマイナスの電圧を印加した際の一方の白表示
状態（同90％）への応答速度は1.7msec、電圧の極性を
反転させた際の一方の白表示状態（同 100％）から他
方の白表示状態（同 90％）への応答速度が1.9msec、そ
して電圧印加を止めた際の他方の白表示状態（同100
％）から黒表示状態（同 10％）への緩和時間は2.0mse
cであった。
【０１４５】（X線測定用セルの作製）次に、この素子
サンプルＦにおける液晶のスメクチック層の傾斜角δの
測定を行なった。基板としてX線の吸収を極力低減する
ために80μm厚ガラス（コーニング社製 商品名マイクロ
シート）を用いた以外は、基本的には前述と同様の方法
によりX線測定用セルを作製した。
【０１４６】（層の傾斜角の測定）基本的にはクラーク
やラガーウォルによって発表された方法（Japan Displa
y'86,Sep.30〜Oct.2,1986,pp.456〜458）あるいは大内
らの方法（J.J.A.P.,27(5)(1988)pp.L725〜728）と同様
の方法を用いた。
【０１４７】測定装置は回転対陰極方式のMACサイエン
ス社製X線回折装置を用い、銅のKα線を分析線とした。
液晶の層間隔の測定はバルク液晶を80μm厚のガラス上
に塗り、通常の粉末X線回折と同様に2θ/θスキャンを
行なって求めた。
【０１４８】先に作製したX線測定用セルに液晶組成物L
C-5を等方相の温度で注入し、室温（30℃）まで徐冷す
ることによりセルを作製した。その後前記層間隔を得た
回折角2θにX線検出器をあわせてセルをθスキャンし、
前記文献に示された方法で室温（30℃）におけるδを算
出した。その結果θが７３．６°と９０．０°ならびに
９２．６°に3本の微小なピークと、θが１０６．８°
に強いピークが観測された。Ｘ線測定を行なったエリア
を偏光顕微鏡下で観察したところ、エリア内にむらは観
察されなかったことから、基板垂直方向に複数のキンク
部を持つ層構造を取っているものと思われる。
【０１４９】次に、液晶組成物LC-5を注入したX線測定
用セルに、Ｃｈ相（６０℃）から室温（30℃）まで±50
V、700Hzの矩形波を印加しながら徐冷することにより電
界印加処理を行なった後、先に示した方法と同様な方法
で層の傾斜角δを測定した。その結果θが７０．４°と
１１４．５°に若干ブロードな2本のピークが観測さ
れ、δが２２．１°のシェブロン構造を取っていること
がわかった。電界印加処理前の層の傾斜角δと比較する
と、電界印加により層の傾斜角が大きくなり、かつ明瞭
なシェブロン構造をとっていることがわかる。測定結果
を図１９に示す。
【０１５０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
カイラルスメクチックＣ相を示す液晶を用いた液晶素子
であって、階調制御を可能にした液晶素子が提供され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）：ＳＳＦＬＣ型の素子におけ
る液晶配向状態での液晶分子及び液晶の層構造を示す模
式図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）：図１（ａ）及び（ｂ）に示
す液晶配向状態における、Ｃダイレクタを示す模式図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）：本発明の液晶素子の一態様
における液晶配向状態での液晶分子及び液晶の層構造を
示す模式図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）：図３（ａ）及び（ｂ）に示
す液晶配向状態における、Ｃダイレクタを示す模式図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）：本発明の液晶素子の他の態
様における液晶配向状態での液晶分子及び液晶の層構造
を示す模式図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）：図５（ａ）及び（ｂ）に示
す液晶配向状態における、Ｃダイレクタを示す模式図。
【図７】（ａ）：ＳＳＦＬＣ型の素子における他の態様
における液晶配向状態での液晶分子及び液晶の層構造を
示す模式図。 （ｂ）及び（ｃ）：本発明の液晶素子の更に他の態様に
おける液晶配向状態での液晶分子及び液晶の層構造を示
す模式図。
【図８】（ａ）：図７（ａ）に示す液晶配向状態でのＣ
ダイレクタを示す模式図。 （ｂ）：図７（ｂ）に示す液晶配向状態でのＣダイレク
タを示す模式図。 （ｃ）：図７（ｃ）に示す液晶配向状態でのＣダイレク
タを示す模式図。
【図９】本発明の液晶素子の一態様を示す断面図。
【図１０】本発明の実施例１の液晶素子における印加電
圧−透過率の特性を示す図。
【図１１】本発明の実施例1の液晶素子の作製過程にお
けるＸ線回折分析の結果を示すチャート。
【図１２】本発明の実施例1の液晶素子のＸ線回折分析
の結果を示すチャート。
【図１３】本発明の実施例２の液晶素子における印加電
圧−透過率の特性を示す図。
【図１４】本発明の実施例２の液晶素子の作製過程にお
けるＸ線回折分析の結果を示すチャート。
【図１５】本発明の実施例２の液晶素子のＸ線回折分析
の結果を示すチャート。
【図１６】実施例５に用いられるＴＦＴ液晶パネルを示
す図である。
【図１７】実施例５に用いられるＴＦＴ液晶パネルを示
す図である。
【図１８】実施例５に用いられる駆動波形を示す図であ
る。
【図１９】実施例６の液晶素子のＸ線回折分析の結果を
示す図である。
【符号の説明】
１１，１２ 基板 １３ 液晶 １４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 液晶分子 １５ コーン １６ スメクチック層 １７ コーン底面 １８ａ，１８ｂ Ｃダイレクタ ８１ａ，８１ｂ 基板 ８２ａ，８２ｂ 電極 ８３ａ，８３ｂ 絶縁膜 ８４ａ，８４ｂ 配向制御膜 ８５ カイラルスメクチック液晶 ８６ スペーサー ８７ａ，８７ｂ 偏光板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 森山 孝志 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 (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 カイラルスメクチックＣ液晶と、該液晶
    を挟持して対向すると共にその対向面にそれぞれ該液晶
    に電圧を印加する電極が形成され、且つ該液晶を配向す
    るため少なくとも一方に一軸性配向処理が施された一対
    の基板とを備えた液晶素子であって、 該カイラルスメクチックＣ液晶のスメクチック層がシェ
    ブロン構造をとることと、 電界無印加時では、該カイラルスメクチックＣ液晶が、
    該液晶の分子の平均分子軸が平均一軸配向処理軸及び／
    又は該液晶の電界印加による最大チルトの中心軸と実質
    的に一致する配向状態を有し、電界印加時では、該カイ
    ラルスメクチックＣ液晶の見かけのチルト角及び透過光
    強度が連続的に変化することとを特徴とする液晶素子。
  2. 【請求項２】 前記シェブロン構造をなすスメクチック
    層の基板法線に対する傾斜角δが、少なくも使用温度に
    おいて前記カイラルスメクチックＣ液晶のチルト角Θと
    実質的に同じであるかそれより大きい請求項１に記載の
    液晶素子。
  3. 【請求項３】 前記カイラルスメクチックＣ液晶はＩｓ
    ｏ−Ｃｈ−ＳｍＡ−ＳｍＣ*という相系列を有してお
    り、Ｃｈ又はＳｍＡ又はＳｍＣ*にて電界印加処理を行
    う請求項２に記載の液晶素子。
  4. 【請求項４】 前記カイラルスメクチックＣ液晶はＩｓ
    ｏ−Ｃｈ−ＳｍＡ−ＳｍＣ*という相系列を有してお
    り、ＳｍＡ又はＳｍＣ*にて加圧処理を行う請求項２に
    記載の液晶素子。
  5. 【請求項５】 前記カイラルスメクチックＣ液晶はＩｓ
    ｏ−Ｃｈ−ＳｍＣ*という相系列を有しており、Ｃｈ又
    はＳｍＣ*にて電界印加処理を行う請求項２に記載の液
    晶素子。
  6. 【請求項６】 少なくとも使用温度において前記カイラ
    ルスメクチックＣ液晶のスメクチック層の傾斜角δが、
    該カイラルスメクチックＣ液晶のバルク状態での層間隔
    の温度による変化から計算される値よりも大きい状態で
    あることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
  7. 【請求項７】 電界印加処理且つ／又は加圧処理により
    変化した素子内のシェブロン構造の層傾斜角δが、等方
    性液体相を示す高温側から冷却されて形成される初期シ
    ェブロン構造の層傾斜角δ0より大きい状態である事を
    特徴とする請求項１及び２記載の液晶素子。
  8. 【請求項８】 前記カイラルスメクチックＣ液晶のバル
    ク状態でのらせんピッチはセル厚の２倍より長い請求項
    1記載の液晶素子。
  9. 【請求項９】 前記一対の基板のうち一方が、電極に接
    続したアクティブ素子を有する基板であり、アナログ階
    調表示を行うことを特徴とする請求項1記載の液晶素
    子。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の液晶
    素子と、該素子の駆動回路と、光源を具備する液晶表示
    装置。
  11. 【請求項１１】 前記駆動回路によりアクティブマトリ
    クス駆動を行い階調表示を行う請求項１０記載の液晶表
    示装置。
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