JP2763220B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関し、さ
らに詳しくはコントラストの高いマトリックス型の大容
量表示の強誘電性液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示素子は、時計、電卓はも
とより、ワープロ、パソコンなどのＯＡ機器、ポケット
テレビなど幅広い分野において用いられているが、一般
に広く用いられているのはネマチック相を利用したもの
である。

【０００３】しかしながらツイステッドネマティック型
液晶表示装置では、走査線数の増加に伴い急速に駆動マ
ージンが狭くなり、十分なコントラストが得られなくな
るという欠点が存在するために大容量表示素子、ことに
２０００×２０００ラインなどの高解像度の表示素子を
作る事が困難である。

【０００４】その一方、より高解像度の表示装置に対す
る要求は、ますます高まっている。特にＷＹＳＩＷＹＧ
（Ｗｈａｔ ｙｏｕ ｓｅｅ ｉｓ ｗｈａｔ ｙｏｕ
ｇｅｔ）−即ち、プリントアウトされるもの同一のも
のとを表示装置に表示させること−の求められるＤＴＰ
（Ｄｅｓｋ Ｔｏｐ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ）の分野や
ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆ
ａｃｅ）に基づくＷＩＮＤＯＷＳ環境−複数の独立した
作業各々の画面とその操作に必要な様々な情報を一つの
表示素子の画面の中に表示する環境−の要求されるＥＷ
Ｓ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗｏｒｋ Ｓｔａｔｉｏ
ｎ），ＢＷＳ（Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｗｏｒｋ Ｓｔａｔ
ｉｏｎ）などの分野では表示素子に対して大表示容量化
や高速な応答性が求められている。そこで、有望視され
ているのがクラーク（Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋ）とラガバル
（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている強誘電性
液晶表示素子（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，３
６，８９９（１９８０）；特開昭５６−１０７２１６号
公報；米国特許第４３６７９２４号）である。この液晶
表示素子は、液晶分子の誘電異方性を利用する電界効果
型の前記ネマチック液晶表示装置とは異なり、強誘電性
液晶の自発分極の極性と電界の極性とが整合するように
分子がスイッチングする液晶表示素子である。

【０００５】この表示方法はカイラルスメクチックＣ
相、カイラルスメクチックＩ相，カイラルスメクチック
Ｆ相などの強誘電性液晶相を利用するものである。この
強誘電性液晶素子においては、強誘電性液晶をセルギャ
ップの薄いセルに注入すると、界面の影響を受けて強誘
電性液晶のカイラルスメクチック相の螺旋構造がほど
け、液晶分子がスメクチック層法線にたいして傾き角θ
だけ傾いて安定する領域と、逆方向に−θだけ傾いて安
定する領域とが混在する双安定性を示す。この状態にあ
る強誘電性液晶素子に電圧を印加すると、液晶分子は、
液晶分子自体の自発分極の向きを電界方向に揃えること
ができる。それ故に、印加する電圧の極性を切り替える
ことによって液晶分子の配向をある一定の状態からもう
一方の状態へと切り替えるスイッチングが可能となる。
このスイッチングに伴い、液晶分子の配向方向と共に偏
光軸が変化する。セル内の強誘電性液晶では、複屈折光
が変化するので２つの偏光子間に上記強誘電性液晶素子
を挟むことによって、透過光を制御することができる。
さらに、電圧の印加を停止しても液晶分子の配向は、界
面の配向規制力によって電圧印加停止前の状態に維持さ
れるので、メモリ効果も得ることができる。また、スイ
ッチング駆動に必要な時間は、液晶の自発分極と電界強
度が直接作用するためにツイステッドネマティック型液
晶表示装置の１／１０００以下という高速応答性が可能
であり、高解像度の表示素子の実現化の点で大いに有望
視されている。

【０００６】しかしながら、かかる強誘電性液晶表示装
置において、実際に高速応答性を実現するためには種々
の問題がある。例えば、１０００×１０００ライン以上
の走査線でフリッカのない高コントラスト表示を行なう
ためには、例えば８．４μｓｅｃという極めて高速の応
答性が要求される。このため、低粘性のノンカイラル液
晶組成物に大きな自発分極を有するカイラル化合物を添
加したり、ピリミジン系液晶のごとき低粘度のノンカイ
ラル液晶を用いる提案（例えば、第１６回液晶討論会、
１Ｋ１０１，１Ｋ１０２，１Ｋ１１１，１Ｋ１１２，１
Ｋ１１４，１Ｋ１１５，１Ｋ１１６，１Ｋ１１７，１Ｋ
１１９，３Ｋ１０６，第１６回液晶討論会予稿集（１９
９０）；大西，他，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃ
ａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，３３，３５（１９８７）がなされ
ている。

【０００７】さらに上記した液晶材料の開発のみなら
ず、高速応答性を実現するための新しい液晶駆動方式の
開発もなされている。中でも、有効な手法として、部分
書き換えと呼ばれる手法（神辺，電子情報通信学会専門
講習会講演論文集「オプトエレクトロニクス」−液晶表
示と関連材料−，１９９０年１月，ｐ１８〜２６）が知
られている。この手法は画面を書き換える必要のあると
ころだけアクセスする手法である。これにより、グラフ
ィックスを表示する上で高速性を要求されるマウスの移
動などに追随できる表示素子が可能となる。

【０００８】そして、この部分書き換え法を用いてフリ
ッカのない表示を得ようとする場合の具体的な駆動法と
して、いわゆる１／３バイアス駆動法が提案されている
（特開昭６４−５９３８９号公報）。この駆動法の自発
分極の変化を図１に例示した。

【０００９】しかしながら、かかる１／３バイアス駆動
法による部分書き換え法を適用した場合には、高速応答
がある程度実現できるが、書き換えを行なわない画素に
も書き換え電圧の１／３のバイアス電圧が印加されるた
め、液晶分子の揺らぎが生じてコントラストが低いとい
う問題があった（神辺，電子情報通信学会専門講習会講
演論文集「オプトエレクトロニクス」−液晶表示と関連
材料−，１９９０年１月，ｐ１８〜２６）。

【００１０】そして、このような表示の低コントラスト
化は、主として、用いられる強誘電性液晶の層構造に密
接に関連していると考えられている。

【００１１】すなわち、このような強誘電性液晶素子に
おいては、強誘電性液晶層における層構造は、一般的に
は、理想的なブックシェルフ構造ではなく『く』の字に
おれまがったシェブロン構造をしていることが知られて
いる。そして、この層の折れ曲がる方向は図４に示すよ
うに、二通りの方向（１７，１８）に発生し、これに伴
って二つの異なった配向状態が生じる。そのとき層と層
の折れ曲がりの方向が異なった場所には、ジグザグ欠陥
と呼ばれる配向欠陥が生じてくる。図２に示すように、
ジグザグ欠陥には層の折れ曲がる方向で＜＜＞＞と＞＞
＜＜の２種類の欠陥が発生し、その形状から前者がライ
トニング欠陥、後者をヘアピン欠陥と名付けられてお
り、この形状を観察することで層の折れ曲がり方向が規
定できる。［Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２
８，ｐ．５０（１９８８）］。

【００１２】このような２つの配向はラビング方向との
関係からＣ１配向（シェブロン１）、Ｃ２配向（シェブ
ロン２）と呼ばれている（神辺，電子情報通信学会専門
講習会講演論文集「オプトエレクトロニクス」−液晶表
示と関連材料−，１９９０年１月，ｐ１８〜２６，及び
特開平１−１５８４１５）。

【００１３】そして、Ｃ１配向及びＣ２配向のいずれに
おいても、シェブロンの一層における液晶分子の傾斜角
がねじれて明確な消光位を示さない配向と、傾斜角が均
一で明確な消光位を示す配向とに分類でき、前者がＣ１
Ｔ配向及びＣ２Ｔ配向（Ｔはツイストの意）、後者がＣ
１Ｕ配向及びＣ２Ｕ配向（Ｕはユニフォームの意）と呼
ばれている（福田，竹添，「強誘電性液晶の構造と物
性」，コロナ社，１９９０年，ｐ−３２７）。

【００１４】そして、上記した消光位を示すＣ１Ｕ及び
Ｃ２Ｕ配向が得られにくいこと、ジグザグ欠陥とライト
ニング欠陥並びにＣ１Ｕ及びＣ１ＴやＣ２Ｕ及びＣ２Ｔ
配向が混在していることが表示の低コントラスト化の原
因になっていると考えられる。

【００１５】この点に関し、液晶基板に形成される配向
膜として、ＳｉＯ₂ 斜蒸着膜を適用することにより、コ
ントラストの改善を図る提案がなされている（上村，
他，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏ
ｒｔ，３３（１），５１（１９８７）．）。これは斜蒸
着膜によって比較的高いプレチルトを基板界面に付与す
ることで、液晶層の折れ曲がりを防ぎ、斜めに傾斜した
層構造を達成するというものである。また、折れ曲がり
構造をもつセルに高い電圧の交番電界を印加することに
より、層構造をブックシェルフ構造の変える方法も提案
されている（佐藤ら，第１２回液晶討論会（名古屋），
１Ｆ１６（１９８６）．）。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】強誘電性液晶素子は上
記のような長所を有しているが、１０００×１０００本
以上の走査線を有する大容量表示素子においてフリッカ
のない高コントラストの表示を行おうとすると次のよう
な問題点が生じてくる。すなわち、フリッカのない表示
を行うための一つの手法は１６.７ｍｓｅｃ（６０Ｈ
ｚ）以内に１画面を書き換えることであるが、この場合
には強誘電性液晶材料に非常に速い応答速度が要求され
る。例えば、走査線が１０００本の表示素子の場合、次
の式から分かるように８.４ｓｅｃという高速応答が要
求される。１６.７（ｍｓｅｃ）÷１０００÷２＝８.４
ｓｅｃ（ここで、２で割っているのは、強誘電性液晶の
場合、書き込みに最低２パルス必要だからである。）

【００１７】しかしながら、強誘電性液晶材料の改良に
よって、求められる応答速度を実現するのは現状では決
して容易ではない。しかも、より大容量の表示素子を作
成すると、液晶材料の高速化によって大容量化を図るの
はかなり困難であることが容易に想像できる。

【００１８】このような問題点を解決するための有力な
手法として、部分書き換えと呼ばれる手法（神辺、電子
情報通信学会専門講習会講演論文集「オプトエレクトロ
ニクス」−液晶表示と関連材料−、１９９０年１月、ｐ
１８〜２６）が提案されている。この手法は画面を書き
換える必要のあるところだけアクセルする手法である。
これにより、グラフィックスを表示する上で高速性を要
求されるマウスの移動などに追随できる表示素子が可能
となる。

【００１９】しかしながら、この１／３バイアス駆動法
を用いた場合の問題は、書換えを行わない画素にも１／
３バイアス電圧が印加され、このバイアス電圧のため書
換えを行わない画素の分子の揺らぎを生じ、メモリ状態
が損なわれたり、分子の揺らぎによるコントラストの低
下がおこったりする。

【００２０】さらに、上記ＳｉＯ₂ 斜蒸着膜による方法
においては、蒸着角度を均一に制御することが困難であ
って表示面積に制限を生じると共に、真空プロセスを有
するために製造装置をコストアップを招くなど、生産面
で大きな問題がある。 また後述の電界を印加する方法
は、均一に層構造を変化させるのが難しく、長期の時間
の経過とともに序々に元のシェブロン構造に変化するも
のも多く、未だ実用化には至っていない。

【００２１】このような従来の手法では、広い温度範囲
で高コントラスト比の表示を行なうことが未だ実現され
ていない。

【００２２】本発明は、かかる状況下なされたものであ
り、ことに、１／３バイアス駆動法において高コントラ
スト比の表示を安定にかつ広い温度範囲で実現できる強
誘電性液晶表示装置を提供しようとするものである。

【００２３】実用的な強誘電性液晶組成物は、通常複数
の成分を混合して作製される。ときには、その成分とし
て、スメクチックＣ相を示さない化合物や、まったく液
晶相を示さない化合物が用いられることもある。強誘電
性液晶組成物に求められる性質としては、適切な素子構
造と組み合わせて高コントラストを実現できるだけでな
く、次のような性質をあげることができる。すなわち、
応答速度が速いことが求められ、この点から、低粘性が
求められる。応答速度を速くするためには、自発分極を
増大化することも有効ではあるが、強誘電性液晶素子の
良好な双安定性を得るために、強誘電性液晶組成物には
むしろ低い自発分極の値（例えば、１０ｎＣ／ｃｍ）が
求められる場合が多い。強誘電性素子に適用した場合良
好な配向性を得るためには、強誘電性液晶組成物の相系
列が重要であり、一般にはＩＮＡＣ（Ｉｓｏｔｒｏｐｉ
ｃ−Ｎｍａｔｉｃ−Ｓｍｅｃｔｉｃ Ａ−Ｓｍｅｃｔｉ
ｃＣ）相系列がもっとも好ましい。ネマチック相および
スメクチックＣ相におけるらせんピッチが長いことも良
好な配向性を得るために重要である。室温を中心に広い
温度範囲でスメクチックＣ相を示すことも必要であり、
化学的に安定であること、光に対して安定であること、
着色がないこと、粘度が高くないこと、スメクチックＣ
相において適切なチルト角を有していることなども求め
られる。

【００２４】本発明はこのような状況においてなされた
ものであり、高コントラストの実用的な強誘電性液晶組
成物を作製する上で有用な液晶組成物、並びに液晶素子
を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、表面に電極を選択的に形成し、さらにその上に絶縁
膜、配向膜を形成した後、一軸配向処理を施した一対の
基板を、その一軸配向処理の方向を上下基板において略
平行になるよう互いに対向して配置するとともに、これ
らの基板間にカイラルスメクチックＣ相を有する液晶を
介在させ液晶パネルとし、前記電極に選択的に電圧を印
加することによって液晶の光軸を切り換える駆動手段
と、光軸の切り替えを光学的に識別する手段を有する強
誘電性液晶表示装置において、カイラルスメクチックＣ
相に於ける層構造が「く」の字に折れ曲がったシェブロ
ン構造であり、上記一軸配向処理方向と層構造の関係か
ら生じる配向領域が、一軸配向処理方向に発生するライ
トニング欠陥とその欠陥の後方に発生するヘアピン欠陥
に囲まれた領域の内側、もしくは、配向処理方向に発生
するヘアピン欠陥と後方に発生するライトニング欠陥に
囲まれた領域の外側であることを特徴とし、その配向状
態がユニフォームであり、かつ、液晶分子の基板近傍で
の反転を伴うスイッチング過程を有することと、スメク
チック層の基板にたいするプレティルト角が８°以上２
０°以下の有機配向膜で構成され、かつ上記強誘電性液
晶層が ｉ）下式（IV）：

【化６】 で表される化合物（IV）であるか、 ii）下式（III)：

【化８】 で表される化合物（III)と化合物（IV）をそれぞれ一種
含有するシェブロン構造の強誘電性液晶組成物からなる
液晶表示装置を提供する。更に、下式（Ｖ）：

【化１０】 で表される化合物（Ｖ）を含むことが好適である。

【００２６】本発明は、上記特定の配向膜と特定の液晶
組成物とを組合せて強誘電性液晶表示装置を構成した際
に、均一なＣ１Ｕ配向のシェブロン構造の液晶層が広い
温度範囲に亘って得られ、その結果、欠陥や配向の不均
一性を生じることなく高コントラスト比の安定な表示が
可能となるという事実の発見に基づくものである。

【００２７】上記化合物（III)、（IV）、（Ｖ）の定義
中、直鎖または分枝鎖のアルキル基には、メチル、エチ
ル、プロピル、ｉ−プロピル、ブチル、ｉ−ブチル、ペ
ンチル、１−又は２−メチルブチル、ヘキシル、１−又
は３−メチルペンチル、ヘプチル、１−又は４−メチル
ヘキシル、オクチル、１−又は５−メチルヘプチル、ノ
ニル、１−又は６−ヘチルオクチル、デシル、１−メチ
ルノニル、ウンデシル、１−メチルデシル、ドデシル、
１−メチルウンデシルなどが含まれる。

【００２８】これらのアルキル基またはアルコキシ基中
で炭素鎖に不斉炭素が含まれてもよい。また、これらの
アルキル基またはアルコキシ基中の１つ以上の水素原子
がフッ素原子、塩素原子、臭素原子、シアノ基、ニトロ
基、トリフルオロメチル基、メトキシ基、などで置換さ
れてもよい。

【００２９】化合物（IV）、（Ｖ）に含まれるものの具
体的な化学構造は次のようなものが挙げられる。

【化１１】

【化１２】

【化１３】

【化１４】

【化１５】

【化１６】

【化１７】

【化１８】 このうち好ましい化合物としては、11−２、11−７、11
−10、12−１、12−６、12−７、13−２、13−９、14−
１、14−２、18−４などが挙げられる。なお、上記化合
物の内、１４−３〜１７−７は、化合物（IV）と（Ｖ）
に含まれないが、これらは強誘電性液晶層に更に含まれ
ていてもよい化合物である。 さらに、化合物（III)に含
まれるものの具体的な化学構造はつぎのようなものが挙
げられる。

【化２１】

【化２２】

【化２３】 このうち好ましい化合物としては、23−１、23−２、23
−３、23−４、21−６、21−７、22−７、22−８などが
挙げられる。

【００３０】化合物（IV）で表されるものの製造方法の
一例はつぎのようなものが挙げられる。２−フルオロ−
４−（トランス−４−アルキルシクロヘキシル）安息香
酸（（VI）を５塩化リンと反応させて酸クロリド（VII)
とした後、ピリジン存在下のトルエン溶媒中で４−ヒド
ロキシ安息香酸アルキル(VIII)と反応させることにより
得ることができる。

【化２４】

【００３１】本発明の強誘電性液晶組成物は、上記化合
物（III)、（IV）、（Ｖ）を、公知の強誘電性液晶や組
成物と混合して調整することができる。とくに相系列が
ＩＮＡＣとなるように、調整するのが適している。通
常、化合物（IV）、（Ｖ）の含有量は、全体で４ｗｔ％
以上、上記化合物（IV）、（Ｖ）群に含まれる単品１成
分あたりでは、全体の２５ｗｔ％以下とするのが好まし
い。化合物（IV）、（Ｖ）全体の含有量が４ｗｔ％未満
であると１／３バイアス駆動でコントラストの改善効果
が不充分であり、単品１成分あたりの含有量が２０ｗｔ
％を越えると添加物の結晶化を起こしたり、スメクチッ
クＣ相の温度範囲がディスプレイとして使用する温度範
囲に適合しなくなるので適当でない。

【００３２】

【００３３】また、化合物（III)の化合物（IV）の合計
への混合割合は、５０〜９５ｗｔ％とするのが好まし
い。９５ｗｔ％を越えると、メモリが不充分だったり、
１／３バイアス駆動でコントラストが充分に改善され
ず、２０ｗｔ％未満だと、ディスプレイとしての適当な
スメクチックＣ相の温度域を維持できないので適さな
い。

【００３４】かかる本発明の強誘電性液晶組成物には、
本発明の意図する効果が阻害されない限り、種々の添加
剤が配合されていてもよい。例えば、配向性向上の点
で、末端にフルオロアルキル基を有する他の液晶性化合
物や液晶相溶性化合物が配合（通常、０．０１〜１ｗｔ
％）されていてもよく、その例は、例えば特開平３−４
７，８９１号公報等に示される。

【００３５】次にその好ましい一例として、一対の基板
の一軸配向処理の方向が平行であり、駆動される液晶相
がキラルスメクチックＣ相であり、該キラルスメクチッ
クＣ相においてスメクチック層構造が『く』の字に折れ
曲がったシェブロン構造をとっており、かつその配向状
態が均一なＣ１配向（Ｃ１Ｕ配向）であることを特徴と
する液晶素子について述べる。

【００３６】一般に、キラルスメクチックＣ層における
層構造は、一般的には、図２（ａ）に示すような『く』
の字に折れたシェブロン構造を有していると言われてい
る。層の折れ曲がる方向には図に示すように、二通りの
方向がある。このとき層の折れ曲がりの方向が変化する
所には、ジグザグ欠陥と呼ばれる配向欠陥が生じる。図
２（ｂ）はジグザグ欠陥を偏向顕微鏡で観察したときの
模式図であるが、ジグザグ欠陥はライトニング欠陥と呼
ばれる欠陥と、ヘアピン欠陥と呼ばれる欠陥とに分類す
ることができる。これまでの研究の結果、層構造が＜＜
＞＞となている部分がライトニング欠陥に対応してお
り、層構造が＞＞＜＜となっている部分がヘアピン欠陥
に対応していることが明らかとなっている（Ｎ．Ｈｉｊ
ｉ ｅｔａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
２７，Ｌ１（１９８８）．）。ラビング方向とプレチル
ト角θ_P の関係は図２（ａ）に示すとおりであり、上記
の２つの配向はラビング方向との関係からＣ１配向、Ｃ
２配向と呼ばれている（神辺，電子情報通信学会専門講
習会講演論文集「オプトエレクトロニクス」−液晶表示
と関連材料−，１９９０年１月，ｐ１８〜２６）。ラビ
ング軸と層の折れ曲がり方向が逆である場合をＣ１配向
（シェブロン１）、同じである場合をＣ２配向（シェブ
ロン２）と定義されている。

【００３７】さて、プレチルト角θ_P を大きくすると、
Ｃ１配向とＣ２配向での液晶分子の配向状態の差が顕著
になってゆき、８°以上という大きな値（好ましくは
〜°）を示す配向膜を用いると、高温側のＣ１配向にお
いては、明確な消光位置を示す領域と消光する位置を示
さない領域とが観察され、低温側のＣ２配向では、明確
な消光位置を示す領域のみが観察される。ユニフォーム
配向とツイスト配向とを消光位の有無によって区別する
ことが一般に認められているので（福田，竹添，「強誘
電性液晶の構造と物性」，コロナ社，１９９０年，ｐ−
３２７）、今ここで、Ｃ１配向で消光位を示すものをＣ
１Ｕ（Ｃ１ユニフォーム）配向、Ｃ１配向で消光位を示
さないものをＣ１Ｔ（Ｃ１ツイスト）配向と呼ぶことに
する。Ｃ２配向については一種類の配向しか得られなか
ったので、Ｃ２配向とのみ標記することにする。図３に
示すような電圧波形を印加したとき、Ｃ１Ｕ配向では良
好なコントラストが得られるのに対し、Ｃ２配向では電
圧無印加時に消光位置を示していたにもかかわらず、コ
ントラストは著しく低下し、Ｃ１Ｔ配向にいたってはさ
らに低いコントラストしか得られない。コントラストに
は次のような傾向があることを本発明の研究者らは見い
だしており、Ｃ１Ｕ配向はコントラストの点で特に好ま
しいものである。 Ｃ１Ｕ＞Ｃ２＞＞Ｃ１Ｔ

【００３８】かかる本発明の強誘電性液晶表示装置の具
体例を図４に示す。ガラス基板１ａ上に透明電極２ａ，
絶縁膜３ａ，配向膜４ａの順に各層が形成されたもの
が、基板９である。ここで、透明電極２ａは複数本の透
明電極が互いに平行となるようにストライプ状に配列し
て形成され、配向膜４ａにはラビングによる一軸配向処
理がほどこされた構造になっている。

【００３９】一方、もう片側のガラス基板１ｂ上にも同
様の条件で透明電極２ｂ，絶縁膜３ｂ，配向膜４ｂの順
に各層が形成されたものが、基板１０である。透明電極
２ｂ，配向膜４ｂは基板９と同様、透明電極２ｂは複数
本の透明電極が互いに平行となるようにストライプ状に
配列して形成され、配向膜４ｂにはラビングによる一軸
配向処理がほどこされた構造になっている。

【００４０】ついで、この基板９と基板１０は、互いに
配向膜４ａ，４ｂが対向しあい、かつ、互いの透明電極
２ａ，２ｂが直交し、かつ、基板９と１０でラビング方
向がほぼ一致するようにし、１．５〜３μｍ程度、好ま
しくは１．２〜１．８μｍの間隔を隔ててシール部材６
で貼り合わせる。

【００４１】これらの基板９，１０間には強誘電性液晶
組成物７を介在させて液晶セル１１が作成される。

【００４２】更に、このセルの上下に偏光軸をほぼ直交
させた偏光板１２ａ，１２ｂを配置させ、偏光板の一方
の偏光軸をセルの液晶のどちらか一方の光軸にほぼ一致
させて液晶表示装置とする。

【００４３】もちろん、化合物（IV）を少なくとも一種
含む液晶組成物を用いることのできる液晶素子は上記の
強誘電性液晶素子に限られるものではなく、他の構成の
強誘電性液晶素子、あるいはネマチック相を利用した液
晶素子（ＴＮ，ＳＴＮ，ＤＳＴＮ，など）、スメクチッ
クＡ相を利用した液晶素子（熱書き込み、エレクトロク
リニック、など）、反強誘電性液晶素子などに適用でき
ることは言うまでもない。

【００４４】

【実施例】

合成例１ ２−フルオロ−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘ
キシル）安息香酸ヘプチルの合成（Ｎｏ．１０１） ２−フルオロ−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘ
キシル）安息香酸０．７ｇ（０．００２４モル）に五塩
化リン０．６ｇ（０．００２９モル）を加え、約８０℃
に過熱して反応させた。生成したＰＯＣｌ₃ および過剰
の五塩化リンを減圧留去し、２−フルオロ−４−（トラ
ンス−４−ペンチルシクロヘキシル）安息香酸クロリド
を得た。これをトルエン１０ｍｌに溶解し、４−ヒドロ
キシ安息香酸ヘプチル０．７ｇ（０．００３０モル）と
ピリジン（脱塩化水素剤）１ｍｌを加えた。室温で１０
時間放置した後、７０℃に３時間保った後、室温まで冷
却した。その後、氷と塩酸を加え、エーテルで抽出し
た。エーテル層をＮａＨＣＯ ₃ 水溶液、次いで水で洗
い、Ｎａ₂ＳＯ₄で乾燥した。エーテルを留去し、残留物
を高速液体クロマトグラフィー（ウォータース製デルタ
プレップ３０００液体クロマトグラフィー；Ｃ−１８シ
リカゲルカラム；溶媒メタノール＋クロロホルム（８：
２）で精製し、エタノールより再結晶して、目的とする
２−フルオロ−４−（トランス−４−ペンチルシクロヘ
キシル）安息香酸ヘプチルを得た。この化合物の赤外吸
収スペクトルを図５に示す。また、この化合物の転移温
度は以下のとおりであった。 更に本発明の実施例に利用した化合物（ＩＸ）を次に示
す。

【化25】

【化26】

【化27】

【００４５】参考例１ 化合物（IX）の化合物を用いて、表１に示す組成の液晶
組成物Ｎｏ．２０１を作製した。この液晶組成物の転移
温度は以下の通りであった。

【表１】 この液晶組成物は室温でスメクチックＣ相を示したが、
スメクチックＡ相は示さなかった。

【００４６】実施例１ 参考例 １で作製した液晶組成物Ｎｏ．２０１に化合物
（IX）の化合物Ｎｏ．１０１を１０重量％添加して、液
晶組成物Ｎｏ．２０２を作製した。この液晶組成物も室
温でスメクチックＣ相を示した。この液晶組成物の組成
を表１に示す。化合物Ｎｏ．１０１を添加することによ
って、スメクチックＡ相が出現し、強誘電性液晶素子の
配向性にとって好ましいＩＮＡＣ相系列が実現できた。

【００４７】実施例２ 実施例１で作製した液晶組成物Ｎｏ．２０２に、化合物
（IX）に示す光学活性化合物Ｎｏ．１２４を２重量％添
加して、強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２０３を作製した。
この液晶組成物の転移温度は以下の通りであった。 この液晶組成物も室温でスメクチックＣ相を示した。こ
の液晶組成物の組成を表１に示す。この強誘電性液晶組
成物は拾い温度範囲でキラルスメクチックＣ相を示し、
かつ強誘電性液晶素子の配向性にとって好ましいＩＮＡ
Ｃ相系列を示した。

【００４８】実施例３ ２枚のガラス基板上のそれぞれに１０００Åの厚さのＩ
ＴＯ膜を形成し、その上に５００ÅのＳｉＯ₂ 絶縁膜を
形成し、これに表２の配向膜をスピンコーターにて４０
０Åの厚みに形成し、この後レーヨン系の布を用いてラ
ビングによる一軸配向処理を行った、これらの基板を、
ラビング方向が反平行となるように厚さ２０μｍで貼り
合わせて液晶セルを作製した。これにメルク社製ネマチ
ック液晶Ｅ−８を注入し、磁場容量法を用いて液晶分子
の基板からのプレチルト角度を測定した。結果を表２に
示す。

【００４９】実施例４ 図４に示す構成の強誘電性液晶素子を作製した。ガラス
基板１ａ上に１０００Åの厚さの複数本のＩＴＯ透明電
極２ａを互いに平行となるようにストライプ状に配列し
て形成し、その上に絶縁膜３ａとして５００ÅのＳｉＯ
を形成し、次に、配向膜４ａとしてＰＳＩ−Ａ−２００
１（チッソ石油化学株式会社製ポリイミド）をスピンコ
ーターにて４００Åの厚みに形成し、この後レーヨン系
の布を用いてラビングによる一軸配向処理を行い基板９
を形成した。一方、もう片側のガラス基板１ｂ上にも同
様の条件で処理を行い、基板１０を形成した。

【００５０】ついで、この基板９ともう一方の基板１０
とを、互いに配向膜４ａ，４ｂが対向し合い、互いの透
明電極２ａ，２ｂが直交し、ラビング方向がほぼ一致す
るように、１．５μｍの間隔を隔ててシリカスペーサー
を介してエポキシ樹脂製のシール部材６で貼り合わせ
た。これらの基板９，１０間には、真空注入法で注入口
から実施例３で作製した強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２０
３を注入したのちアクリル系のＵＶ硬化型の樹脂で注入
口を硬化して液晶セル１１を作成した。更に、このセル
の上下に偏光軸をほぼ直交させた偏光板１２ａ，１２ｂ
を配置し、偏光板の一方の偏光軸をセルの液晶のどちら
か一方の光軸にほぼ一致させて液晶表示装置とした。

【００５１】この強誘電性液晶素子の配向の様子を調べ
たところ、スメクチックＣ−スメクチックＡ転移点から
室温までの温度領域において、微小なジグザグ欠陥に囲
まれた面積的には小さなＣ２配向の領域を除けば、全面
Ｃ１Ｕ配向であった。

【００５２】これらの強誘電性液晶素子のキラルスメク
チックＣ相におけるチルト角を測定した。チルト角は液
晶セルに±１０Ｖの矩形波を印加し、このとき得られる
２つの消光位間の角度の１／２で定義した。チルト角を
温度に対してプロットした（図６）。

【００５３】図３（ａ）に示す波形の電圧（Ｖ＝±１０
Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定した。結果を図７
に示す。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせるこ
とのできる最小のパルス幅とした。パルス幅をメモリパ
ルス幅に設定して、図３（ａ）の波形を印加したところ
５０以上のコントラストが得られた。

【００５４】図３（ｂ）に示す１／３バイアス波形の電
圧（Ｖ＝±１０Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定し
た。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせることの
できる最小のパルス幅とした。結果を図７に示す。ま
た、パルス幅をメモリパルス幅に設定して、図３（ｂ）
の波形を印加したところ、１０という高いコントラスト
が得られた。この場合、バイアス印加時においても良好
な黒状態が維持できており、バイアス電圧による分子の
揺らぎが抑制されていることが結論できる。

【００５５】比較例１ 実施例２で作成した液晶組成物Ｎｏ．２０３に含まれる
成分のうち、化合物Ｎｏ．１０１を比較のために取り除
いた強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２１２を作製した。この
液晶組成物も室温でスメクチックＣ相を示した。この液
晶組成物Ｎｏ．２１２の組成を表１に示す。

【００５６】実施例４における強誘電性液晶組成物Ｎ
ｏ．２０３を比較のための強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２
１２に置き換えるほかは実施例４と同様にして、強誘電
性液晶素子を作製した。配向を観察したところ、Ｃ２配
向であり、良好な消光状態が観察されなかった。

【００５７】比較例２ 化合物（ＩＸ）に示す化合物を用いて、表２に示す組成
の強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２０６〜２１１を作製し
た。

【００５８】実施例４における強誘電性液晶組成物Ｎ
ｏ．２０３を比較のための強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２
０６〜２１１のいずれかに置き換えるほかは実施例４と
同様にして、強誘電性液晶素子を作製した。

【００５９】また、実施例４における強誘電性液晶組成
物Ｎｏ．２０３を比較のための強誘電性液晶組成物Ｎ
ｏ．２０６〜２１１のいずれかに置き換える、かつ実施
例４におけるＰＳＩ−Ａ−２００１をＰＳＩ−Ｓ−０１
４またはＰＶＡに置き換えるほかは実施例４と同様にし
て、強誘電性液晶素子を作製した。

【００６０】これらの強誘電性液晶素子について調べた
結果を表３に示す。いずれの強誘電性液晶素子も、実施
例４で得られたような良好な結果は得られなかった。

【表３】

【００６１】参考例２ 実施例２で作製した液晶組成物Ｎｏ．２０３に含まれる
成分のうち、化合物Ｎｏ．１０１の代わりに化合物Ｎ
ｏ．１２７を１５％含有する強誘電性液晶組成物Ｎｏ．
２１３を作製した。この液晶組成物の転移温度は以下の
通りであった。 この液晶組成物も室温でスメクチックＣ相を示した。こ
の液晶組成物Ｎｏ．２１３に置き換えるほかは実施例５
と同様にして、強誘電性液晶素子を作製した。配向を観
察したところ、スメクチックＣ−スメクチックＡ転移点
から室温までの温度領域において、微小なジグザグ欠陥
に囲まれた面積的には小さなＣ２配向の領域を除けば、
全面Ｃ１Ｕ配向であった。

【００６２】これらの強誘電性液晶素子のキラルスメク
チックＣ相におけるチルト角を測定した。チルト角は液
晶セルに±１０Ｖの矩形波を印加し、このとき得られる
２つの消光位間の角度の１／２で定義した。チルト角を
温度に対してプロットした（図８）。

【００６３】図３（ａ）に示す波形の電圧（Ｖ＝±１０
Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定した。結果を図９
に示す。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせるこ
とのできる最小のパルス幅とした。パルス幅をメモリパ
ルス幅に設定して、図３（ａ）の波形を印加したところ
５０以上のコントラストが得られた。

【００６４】図３（ｂ）に示す１／３バイアス波形の電
圧（Ｖ＝±１０Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定し
た。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせることの
できる最小のパルス幅とした。結果を図９に示す。ま
た、パルス幅をメモリパルス幅に設定して、図３（ｂ）
の波形を印加したところ、１０という高いコントラスト
が得られた。この場合、バイアス印加時においても良好
な黒状態が維持できており、バイアス電圧による分子の
揺らぎが抑制されていることが結論できる。

【００６５】参考例３ 化合物（IX）に示す化合物を用いて、表１に示す組成の
強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２１４を作製した。この液晶
組成物の転移温度は以下の通りであった。 この液晶組成物も室温でスメクチックＣ相を示した。実
施例５における強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２０３を強誘
電性液晶組成物Ｎｏ．２１４に置き換えるほかは実施例
４と同様にして、強誘電性液晶素子を作製した。配向を
観察したところ、スメクチックＣ−スメクチックＡ転移
点から室温までの温度領域において、微小なジグザグ欠
陥に囲まれた面積的には小さなＣ２配向の領域を除け
ば、全面Ｃ１Ｕ配向であった。

【００６６】これらの強誘電性液晶素子のキラルスメク
チックＣ相におけるチルト角を測定した。チルト角は液
晶セルに±１０Ｖの矩形波を印加し、このとき得られる
２つの消光位間の角度の１／２で定義した。チルト角を
温度に対してプロットした（図１０）。

【００６７】図３（ａ）に示す波形の電圧（Ｖ＝±１０
Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定した。結果を図９
に示す。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせるこ
とのできる最小のパルス幅とした。パルス幅をメモリパ
ルス幅に設定して、図３（ａ）の波形を印加したところ
５０以上のコントラストが得られた。

【００６８】図３（ｂ）に示す１／３バイアス波形の電
圧（Ｖ＝±１０Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定し
た。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせることの
できる最小のパルス幅とした。結果を図１１に示す。ま
た、パルス幅をメモリパルス幅に設定して、図３（ｂ）
の波形を印加したところ、高いコントラスト比１０が得
られた。この場合、バイアス印加時においても良好な黒
状態が維持できており、バイアス電圧による分子の揺ら
ぎが抑制されていることが結論できる。

【００６９】参考例４ 化合物（IX）に示す化合物を用いて、表１に示す組成の
強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２１５を作製した。この液晶
組成物の転移温度は以下の通りであった。 この液晶組成物も室温でスメクチックＣ相を示した。実
施例４における強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２０３を強誘
電性液晶組成物Ｎｏ．２１５に置き換えるほかは実施例
４と同様にして、強誘電性液晶素子を作製した。配向を
観察したところ、スメクチックＣ−スメクチックＡ転移
点から室温までの温度領域において、微小なジグザグ欠
陥に囲まれた面積的には小さなＣ２配向の領域を除け
ば、全面Ｃ１Ｕ配向であった。

【００７０】これらの強誘電性液晶素子のキラルスメク
チックＣ相におけるチルト角を測定した。チルト角は液
晶セルに±１０Ｖの矩形波を印加し、このとき得られる
２つの消光位間の角度の１／２で定義した。チルト角を
温度に対してプロットした（図１２）。

【００７１】図３（ａ）に示す波形の電圧（Ｖ＝±１０
Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定した。結果を図１
３に示す。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせる
ことのできる最小のパルス幅とした。パルス幅をメモリ
パルス幅に設定して、図３（ａ）の波形を印加したとこ
ろ５０以上のコントラストが得られた。

【００７２】図３（ｂ）に示す１／３バイアス波形の電
圧（Ｖ＝±１０Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定し
た。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせることの
できる最小のパルス幅とした。結果を図１３に示す。ま
た、パルス幅をメモリパルス幅に設定して、図３（ｂ）
の波形を印加したところ、高いコントラスト比２０が得
られた。この場合、バイアス印加時においても良好な黒
状態が維持できており、バイアス電圧による分子の揺ら
ぎが抑制されていることが結論できる。

【００７３】参考例５ 化合物（IX）に示す化合物を用いて、表１に示す組成の
強誘電性液晶組成物Ｎｏ．２０４，２０５，２１６，２
１７，２１８，２１９を作製した。この液晶組成物も室
温でスメクチックＣ相を示した。

【００７４】実施例４における強誘電性液晶組成物Ｎ
ｏ．２０３を表１に示したＮｏ．２０４，２０５，２１
６，２１７，２１８，２１９の強誘電性液晶組成物のい
ずれか一つに置き換えるほかは実施例４と同様にして、
強誘電性液晶素子を作製した。スメクチックＣ−スメク
チックＡ転移点から室温までの温度領域において配向を
観察したところ、微小なジグザグ欠陥に囲まれた面積的
には小さなＣ２配向の領域を除けば、全面Ｃ１Ｕ配向で
あった。

【００７５】良好なＣ１Ｕ配向を示している温度領域で
図３（ａ）に示す波形の電圧（Ｖ＝±１０Ｖ）を印加
し、メモリパルス幅を測定した。メモリパルス幅は双安
定スイッチングさせることのできる最小のパルス幅とし
た。パルス幅をメモリパルス幅に設定して、図３（ａ）
の波形を印加したところ表４に示すコントラストが得ら
れた。

【００７６】図３（ｂ）に示す１／３バイアス波形の電
圧（Ｖ＝±１０Ｖ）を印加し、メモリパルス幅を測定し
た。メモリパルス幅は双安定スイッチングさせることの
できる最小のパルス幅とした。パルス幅をメモリパルス
幅に設定して、図３（ｂ）の波形を印加したところ、表
４に示すコントラストが得られた。

【表４】

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、 ＡＣ転移温度から室温近傍の幅広い温度域に於てＣ１
Ｕ配向が得られる。 １／３バイアス駆動時にＣ１Ｕスイッチングできる温
度範囲が広い。 という特徴を持つ強誘電性液晶表示素子が得られる。従
って、本発明により、高コントラスト比の表示を安定に
かつ広い温度範囲で実現できる強誘電性液晶表示装置が
得られる。そして、もちろん、１／３バイアス駆動法以
外の駆動法適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】強誘電性液晶のスイッチングについて説明する
ための図である。

【図２】カイラルスメクテイックＣ相のシェブロン層構
造およびＣ１配向、Ｃ２配向について説明するための図
である。

【図３】（ａ）は０バイアスの、（ｂ）は１／３バイア
スの印加電圧波形の一例を示す図である。

【図４】本発明の強誘電性液晶素子について説明するた
めの素子の断面模式図である。

【図５】本発明の化合物Ｎｏ．１０１の赤外線吸収スペ
クトルをしめす図である。

【図６】本発明の化合物を用いた強誘電性液晶組成物の
チルト角の温度変化を示す図である。

【図７】本発明の化合物を用いた強誘電性液晶組成物の
メモリパルス幅の温度変化を示す図である。

【図８】本発明の化合物を用いた強誘電性液晶組成物の
チルト角の温度変化を示す図である。

【図９】本発明の化合物を用いた強誘電性液晶組成物の
メモリパルス幅の温度変化を示す図である。

【図10】本発明の化合物を用いた強誘電性液晶組成物の
チルト角の温度変化を示す図である。

【図11】本発明の化合物を用いた強誘電性液晶組成物の
メモリパルス幅の温度変化を示す図である。

【図12】本発明の化合物を用いた強誘電性液晶組成物の
チルト角の温度変化を示す図である。

【図13】本発明の化合物を用いた強誘電性液晶組成物の
メモリパルス幅の温度変化を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ ガラス基板 ２ａ，２ｂ 透明電極 ３ａ，３ｂ 絶縁膜 ４ａ，４ｂ 配向膜 ６ シール部材 ７ 強誘電性液晶組成物 ９，１０ 基板 １１ 液晶セル １２ａ，１２ｂ 偏光板 １５ ライトニング欠陥 １６ ヘアピン欠陥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉立 知明 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 谷口 維子 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 (56)参考文献 特開 平３−252624（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−31392（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110189（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 19/42 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に電極を選択的に形成し、さらにそ
   の上に絶縁膜、配向膜を形成した後、一軸配向処理を施
   した一対の基板を、その一軸配向処理の方向を上下基板
   において略平行になるよう互いに対向して配置するとと
   もに、これらの基板間にカイラルスメクチックＣ相を有
   する液晶を介在させ液晶パネルとし、前記電極に選択的
   に電圧を印加することによって液晶の光軸を切り換える
   駆動手段と、光軸の切り替えを光学的に識別する手段を
   有する強誘電性液晶表示装置において、 カイラルスメクチックＣ相に於ける層構造が「く」の字
   に折れ曲がったシェブロン構造であり、上記一軸配向処
   理方向と層構造の関係から生じる配向領域が、一軸配向
   処理方向に発生するライトニング欠陥とその欠陥の後方
   に発生するヘアピン欠陥に囲まれた領域の内側、もしく
   は、配向処理方向に発生するヘアピン欠陥と後方に発生
   するライトニング欠陥に囲まれた領域の外側であること
   を特徴とし、その配向状態がユニフォームであり、か
   つ、液晶分子の基板近傍での反転を伴うスイッチング過
   程を有することと、スメクチック層の基板にたいするプ
   レティルト角が８°以上２０°以下の有機配向膜で構成
   され、かつ上記強誘電性液晶層が ｉ）下式（IV）： 【化１】 で表される化合物（IV）であるか、 ii）下式（III)： 【化３】 で表される化合物（III)と化合物（IV）をそれぞれ一種
   含有するシェブロン構造の強誘電性液晶組成物からなる
   液晶表示装置。
2. 【請求項２】 更に、下式（Ｖ）： 【化５】 で表される化合物（Ｖ）を含む請求項１項の装置。
3. 【請求項３】上記液晶組成物のチルト角が、４°以上２
   ５℃以下の駆動温度領域において、プレチルト角より５
   °以上大きくないことを特徴とする請求項１〜２項のい
   ずれかに記載の装置。