JP2942094B2 - 液晶組成物、液晶素子および液晶装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶組成物およびそれ
を使用した液晶素子並びに液晶装置に関し、さらに詳し
くは電界に対する応答特性及び低温保存性が改善された
新規な液晶組成物を使用した液晶表示素子や液晶−光シ
ャッター等に利用される液晶素子並びに該液晶素子を表
示に使用した液晶装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、双安定性を有する液晶素子の使用
がクラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅ
ｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０
７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書
等）。

【０００３】双安定性液晶としては、一般にカイラルス
メクティックＣ相（ＳｍＣ^*相）又はＨ相（ＳｍＨ^*相）
を有する強誘電性液晶が用いられる。

【０００４】この強誘電性液晶は電界に対して第１の光
学的安定状態と第２の光学的安定状態からなる双安定状
態を有し、例えば一方の電界ベクトルに対して第１の光
学的安定状態に液晶が配向し、他方の電界ベクトルに対
しては第２の光学的安定状態に液晶が配向されている。
また、この型の液晶は、加えられる電界に応答して、上
記２つの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（双安定性）を有す
る。

【０００５】以上の様な双安定性を有する特徴に加え
て、強誘電性液晶は高速応答性であるという優れた特徴
を持つ。それは強誘電性液晶の持つ自発分極と印加電場
が直接作用して配向状態の転移を誘起するためであり、
誘電率異方性と電場の作用による応答速度より３〜４オ
ーダー速い。

【０００６】また、一般に、液晶の複屈折を利用した液
晶素子の場合、直交ニコル下での透過率は、 Ｉ／Ｉ_O＝ｓｉｎ²４θ_aｓｉｎ²（Δｎｄ／λ）π （ただし、Ｉ_Oは入射光強度、Ｉは透過光強度、θ_aは以
下で定義される見かけのチルト角、Δｎは屈折率異方
性、ｄは液晶層の膜厚、λは入射光の波長である。）で
表わされる。前述の非らせん構造における見かけのチル
ド角θ_aは、第１と第２の配向状態でのねじれ配列した
液晶分子の平均分子軸方向の角度として現われることに
なる。上式によれば、かかる見かけのチルト角θ_aが２
２．５°の角度の時最大の透過率となり、双安定性を実
現する非らせん構造でのチルト角θ_aが２２．５°にで
きる限り近いことが望ましい。

【０００７】しかしながら、これまで用いられてきた配
向方法、特にラビング処理したポリイミド膜による配向
方法を、前述のクラークとラガウォールによって発表さ
れた双安定性を示す非らせん構造の強誘電性液晶に対し
て適用した場合には、下述の如き問題点を有していた。

【０００８】即ち、従来のラビング処理したポリイミド
膜によって配向させて得られた非らせん構造の強誘電性
液晶での見かけのチルト角θ_a（２つの安定状態の分子
軸をなす角度１／２）が強誘電性液晶でのコーン角（図
３に示す三角錐の頂角の１／２の角度Θ）と較べて著し
く小さくなっていることが判明した。特に、従来のラビ
ング処理したポリイミド膜によって配向させて得た非ら
せん構造の強誘電性液晶での見かけのチルト角θ_aは、
一般に３°〜８°程度で、その時の透過率はせいぜい３
〜５％程度であった。

【０００９】スメクティック液晶は一般に層構造をもつ
が、ＳｍＡ相からＳｍＣ相又はＳｍC^* 相に転移すると
層間隔が縮むので図２のように２１で表される液晶層
が、上下基板の中央で折れ曲がった構造（シェブロン構
造）をとる。折れ曲がる方向は図に示すように高温相か
らＳｍC^* 相に転移した直後に現われる配向状態（ＣＩ
配向状態）の部分２２における場合とさらに温度を下げ
た時にＣＩ配向状態に混在して現われる配向状態（Ｃ２
配向状態）の部分２３における場合の２つが有り得る。
その後、特定のプレチルトの高い配向膜と液晶の組み合
わせを用いると、 上記のＣ１→Ｃ２転移が起こりにくく、液晶材料によ
っては全くＣ２配向状態が生じないこと、及び、 Ｃ１配向内に従来見出されていた液晶のディレクタが
上下の基板間でねじれている低コントラストの２つの安
定状態（以下、スプレイ状態と呼ぶ）の他に、コントラ
ストの高い別の２つの安定状態（以下、ユニフォーム状
態と呼ぶ）が現れることが発見された。

【００１０】また、これらの状態は電界をかけると互い
に遷移する。弱い正負のパルス電界を印加するとスプレ
イ２状態間の遷移が起こり、強い正負のパルス電界を印
加するとユニフォーム２状態間の遷移が起こる。

【００１１】ユニフォーム２状態を用いると従来より明
るく、コントラストの高い表示素子が実現できる。

【００１２】そこで、表示素子として画面全体をＣ１配
向状態に統一し、且つＣ１配向内の高コントラストの２
状態を白黒表示の２状態として用いれば、従来より品位
の高いディスプレイが実現できると期待される。

【００１３】上記のようにＣ２配向状態を生ぜずにＣ１
配向状態を実現するためには、以下のような条件を満た
すことが必要である。

【００１４】即ち、図３に示すようにＣ１配向及びＣ２
配向での基板近くのディレクタはそれぞれ図３（ａ）及
び（ｂ）のコーン３１上にある。よく知られているよう
にラビングによって基板界面の液晶分子は、基板に対し
てプレチルトと呼ばれる角度α（図３の基板２０と液晶
分子３３のなす角度）をなし、その方向はラビング方向
（図２及び図３でいえばＡ方向）に向かって液晶分子が
頭をもたげる（先端が浮いた格好になる）向きである。
以上のことにより液晶のコーン角Θ、プレチルト角α及
び層傾斜角δ（図３の基板法線３２と液晶分子層２１と
のなす角度）の間には、 Ｃ１配向のとき Θ＋δ＞α Ｃ２配向のとき Θ−δ＞α の関係が成り立っていなければならない。

【００１５】従って、Ｃ２配向を生ぜずＣ１配向を生じ
させるための条件は、 Θ−δ＜αつまりΘ＜α＋δ（Ｉ） である。

【００１６】さらに界面の分子が一方の位置から他方の
位置へ電界によって移るスイッチングの際に受けるトル
クの簡単な考察より、界面分子のスイッチングが起こり
やすい条件として、 α＞δ（ＩＩ） が得られる。

【００１７】よって、Ｃ１配向状態をより安定に形成さ
せるためには、（Ｉ）式の関係に加えて（ＩＩ）式の関
係を満たすことが効果的である。

【００１８】（Ｉ）及び（ＩＩ）式の条件の下でさらに
実験を進めた結果、液晶の見かけのチルト角θ_a は
（Ｉ）及び（ＩＩ）式の条件を満たさない従来の液晶素
子の場合の３°〜８°程度から、（Ｉ）及び（ＩＩ）式
の条件を満たす本発明の場合の８°〜１６°程度にまで
増大し、液晶のコーン角Θとの間に、 Θ＞θ_a ＞Θ／２（ＩＩＩ） という関係式が成り立つことが経験的に得られた。

【００１９】以上のように、（Ｉ）、（ＩＩ）及び（Ｉ
ＩＩ）式の条件を満足すれば高コントラストな画像が表
示されるディスプレイが実現できることが明らかとなっ
た（特開平３−２５２６２４号公報）。

【００２０】Ｃ１配向状態を安定に形成し、良好な配向
性を得るために、上下基板のラビング方向を２°〜２５
°（交差角）の範囲でずらしたクロスラビングも極めて
効果がある。

【００２１】ところで、カイラルスメクティック液晶素
子を用いた表示装置は、従来のＣＲＴやＴＮ型液晶ディ
スプレイをはるかに上回る大画面化及び高精細化を可能
とする表示装置であるが、その大画面化・高精細化に伴
い、フレーム周波数（１画面形成周波数）が低周波とな
ってしまい、このため、画面書き換え速度や文字編集や
グラフィックス画面等でのスムーズスクロール、及びカ
ーソル移動等の動画表示の速度が遅くなるという問題点
があった。この問題に対する解決法は、特開昭６０ー３
１１２０号公報、特開平１−１４０１９８号公報等で開
示されている。

【００２２】即ち、走査電極と情報電極とをマトリック
ス配置した表示パネルと、走査電極を全数又は所定数選
択する手段（この手段により選択する場合を全面書込み
という）と、走査電極を全数又は所定数のうちの一部選
択する手段（この手段により選択する場合を部分書込み
という）とを有する表示装置を用いるということであ
る。これによって部分的動画表示を部分書込みで行うこ
とによって高速表示が可能となり、部分書込みと全面書
込みの両立が実現できる。

【００２３】以上のように、上述した（Ｉ）、（ＩＩ）
及び（ＩＩＩ）式の条件を満たす液晶素子を上述の部分
書込みを行える表示装置で駆動すれば大画面、高精細デ
ィスプレイにおいて高コントラストな画像が高速表示で
実現できることが明らかになった。

【００２４】このように強誘電性液晶は極めて優れた特
性を潜在的に有しており、このような性質を利用するこ
とによって、従来のＴＮ型素子の問題点の多くに対し
て、かなり本質的な改善が得られている。特に高速光学
光シャッターや、高密度大画面ディスプレイへの応用が
期待される。このために強誘電性を持つ液晶材料に関し
ては広く研究がなされているが、現在までに開発された
強誘電性液晶材料は、低温保存性、高速応答性などを含
めて液晶素子に用いるに十分な特性を持ち合わせている
とは言い難い。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】事実上、ディスプレイ
としての使用温度範囲を５〜３５℃程度とした場合、素
子周辺からの熱蓄積により、液晶素子自身の環境温度
は、５〜５０℃程度になる。通常の強誘電性液晶の応答
速度の温度に対する変化は、粘性に大きく依存して変化
しているためにかなり大きく、５〜５０℃において十数
倍もあり、駆動電圧などによる調節の範囲を超えている
のが現状である。また大画面ディスプレイを実用化使用
とする場合、数度〜十数度の面内温度分布に対して同一
駆動条件で出画可能でなくてはならないが、従来の液晶
材料では、応答速度をはじめとする駆動条件の温度依存
性が大きすぎた。

【００２６】本発明者らの研究によれば、構成成分液晶
化合物の一部の側鎖長がわずかに異なるだけの、ほとん
ど類似の液晶組成物で粘性係数や自発分極の大きさが余
り変わらなくとも応答速度の温度特性（特に低温側）が
かなり異なる場合があった。この現象は温度特性に差が
現れる温度近傍での層の傾斜角δの温度特性に大きく由
来していることが見いだされた。

【００２７】これは液晶層の傾斜が大きくなってくると
自発分極ダイレクターの基板法線方向への正味の大きさ
が減少して、外部電界との実行的な作用分が減ってくる
ためと考えられる。

【００２８】もし応答速度の温度依存性が大きくなって
くる低温側で層の傾斜角δが温度降下に対し減少傾向を
示せば、従来の単調に増加するものに比較して、応答速
度の温度依存性は格段に改善される。

【００２９】本発明者らの研究によれば、特願平２−３
０７８０２号公報明細書内で開示しているように、層の
傾斜角δの大きさ及び温度特性の調整手段として液晶組
成物構成成分化合物の骨格構造、側鎖長、成分組み合せ
の相性などが挙げられるが、一般にＳｍＡの温度幅を広
げるようなタイプの液晶化合物が、δの温度特性を大き
く変える場合が多い。

【００３０】即ち、強誘電液晶のスメクチック相におけ
るシェブロン構造の層と、基板法線とのなす角度を、
「層の傾斜角δ」とすれば、そのδの値が、温度の降下
にともない増加し、その後減少していくような（極大値
を有する）温度特性を有することを特徴とする強誘電性
を示す液晶組成物を用いる事によって、駆動条件の温度
依存性の小さな液晶素子、表示装置を提供することがで
きるのである。

【００３１】しかし本発明者らの更なる研究によると、
次に示す様な新たな問題点が見いだされた。前述したδ
の温度特性が極大値を有する液晶組成物を用いた液晶素
子を、ディスプレイとしての使用温度範囲を越して、更
に冷却していくと、ＳｍＣ^*相の低温側で、δの値が０
になる、すなわちスメクチック相における層構造が、シ
ェブロン構造から、ブックシェルフ構造を示すようにな
る場合がある（この時の温度をＴδＳとする）。

【００３２】このような液晶組成物においては、そのＴ
δＳ以下で液晶素子が保存されると、再び昇温して、デ
ィスプレイとしての使用温度に達しても、層の傾斜角
δ、見かけのチルト角（二つの消光位の間の角度の１／
２で定義する）、コントラスト、液晶分子の配向状態な
どの多くの特性が変化してしまい、初期には戻らなくな
ってしまう。

【００３３】これはディスプレイの表示特性を著しく劣
化させる事になり、液晶組成物、あるいは液晶素子を低
温で保存、使用するにあたって大きな問題となる。

【００３４】また、スメクチック相状態にあって、セル
内に封入されている液晶組成物は、バルク状態における
スメクチック相→結晶化相転移温度以下の温度状態にお
いても、スメクチック相に安定して存在し、結晶化や偏
析が起こらない（過冷却状態）。

【００３５】このようなことから、実際に保存温度の低
温限界温度というものは、メルティングポイントよりも
前述のＴδＳで決まる場合が多いということがわかっ
た。

【００３６】また、前記、層の傾斜角δ、液晶素子のプ
レチルト角α、液晶のコーン角Θが Θ＜α＋δおよびα＞δ で表される関係を満たす配向状態を有し、かつ該配向状
態における液晶が少なくとも２つの光学的な安定状態を
示し、見かけのチルト角θ_aと、液晶のコーン角Θと
が、 Θ＞θ_a＞Θ／２ の関係を満たしている配向状態即ちＣ１ユニフォーム状
態においては、上記、コントラスト及び、配向状態の変
化がより著しいこともわかった。

【００３７】なお、ここで言う配向状態の変化とは、Θ
＞θ_a＞Θ／２の条件を満たさないコントラストの著し
く低い配向状態を示す部分が現れたり、ラビング方向と
ほぼ垂直な方向にスジ状に走る「スジ欠陥」、および低
温保存前には、異なる二つの安定状態にあった部分が、
低温保存後には等価ではなくなる、すなわち両部分を同
時に一方の安定状態にしても各々の消光位の軸が微妙に
違ってくる「最暗軸のズレ」などが現れることである。
またこの最暗軸のズレは、昇温し、ＳｍＡ相となっても
消光位の軸が違うということで残る。

【００３８】そこで本発明では、室温域を含む広い温度
範囲で、駆動条件の温度依存性が小さく、かつ、低温保
存によるδ、θ_a、Ｃ／Ｒ及び配向状態の変化が少ない
液晶組成物、液晶素子、およびこれらを使用した表示装
置を提供することを目的としている。

【００３９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、液晶素子に用いられる強誘電性液晶のスメクチック
相における層と基板法線とのなす角度を「層の傾斜角
δ」とすれば、そのδの値がある特定の温度特性を有す
ることによって、上記の問題が解決され、液晶素子の表
示特性、及び低温保存性を著しく向上させることができ
得ることを見いだした。

【００４０】すなわち、カイラルスメクチック相を有す
る液晶組成物であって、該液晶組成物を具備する液晶素
子が使用される際に経験すると仮定された所定の環境温
度範囲（−３０℃〜７０℃）において、前記液晶組成物
のスメクチック相における層の傾斜角δの値が、前記環
境温度範囲の上限からの温度降下に伴ってまず増加し、
極大値を与える変曲点を有し、該変曲点通過後減少し、
さらなる温度降下に伴ってδの値が０になることがない
ことを特徴とする液晶組成物を用いることにより、上記
環境温度範囲における前記配向状態の変化を防ぐことが
できる。

【００４１】また、前記層の傾斜角δの値の温度特性と
して、δの値が、温度の降下にともない増加し、その後
減少していく変移点を示した後、更なる温度の降下にも
δの値が０にならず、再び増加していくことを特徴とす
るカイラルスメクチック液晶組成物を用いた場合通常想
定された保存温度範囲を通り越して、更に低温で保存さ
れても、コントラスト、及び配向状態の変化がないこと
を見いだした。

【００４２】即ち、本発明は、カイラルスメクチック液
晶のスメクチック相における層の傾斜角をδとすれば、
そのδの値が、使用温度範囲あるいは保存温度範囲（−
３０〜７０℃）において、温度の降下にともない増加
し、その後減少していく変移点（以下極大値という）を
有する温度特性を示し、かつ、該使用温度範囲及び保存
温度範囲において、δの値が０にはならないことを特徴
とする液晶組成物を提供するものである。

【００４３】また、本発明は、カイラルスメクチック液
晶のスメクチック相における層の傾斜角をδとすれば、
そのδの値が温度の降下にともない増加し、その後更に
温度が低下すると減少していく変移点（以下極大値とい
う）を有する温度特性を示し、かつδの値が０になる前
に、再び増加していくことを特徴とする液晶組成物を提
供するものである。

【００４４】また、本発明は、カイラルスメクチック液
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
ぞれ液晶に電界を印加するための電極が形成された一対
の基板を備えた液晶素子において、該液晶が、カイラル
スメクチック液晶のスメクチック相における層の傾斜角
をδとすれば、そのδの値が、温度の降下に伴ない増加
し、その後更に温度が低下すると減少していく変移点
（以下極大値という）を有する温度特性を示し、かつ、
該使用温度範囲及び保存温度範囲において、δの値が０
にはならないことを特徴とする液晶素子を提供するもの
である。

【００４５】また、本発明は、カイラルスメクチック液
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
ぞれ液晶に電界を印加するための電極が形成された一対
の基板を備えた液晶素子において、該液晶が、カイラル
スメクチック液晶のスメクチック相における層の傾斜角
をδとすれば、そのδの値が、温度の降下に伴ない増加
し、その後更に温度が低下すると減少していく変移点
（以下極大値という）を有する温度特性を示し、かつ、
δの値が０になる前に、再び増加していくことを特徴と
する液晶素子を提供するものである。

【００４６】また、本発明は、カイラルスメクチック液
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
ぞれ上記液晶に電圧を印加するための電極が形成され、
かつ液晶を配向させるための一軸性配向軸が互いに所定
の角度で交差した配向処理を施した一対の基板とを備え
た液晶素子において、該液晶素子のプレチルト角α、液
晶のコーン角Θ、カイラルスメクチック相における層の
傾斜角をδとした時、上記液晶が Θ＜α＋δ および α＞δ で表される関係を満たす配向状態を有し、かつ該配向状
態における液晶が少なくとも２つの光学的な安定状態を
示し、それらの光学軸のなす角度の１／２で定義される
見かけのチルト角θ_a と液晶のコーン角Θとが、 Θ＞θ_a ＞Θ／２ の関係を満たしている配向状態を有し、さらに、該液晶
のδの値が、該液晶組成物を具備する液晶素子が使用さ
れる際に経験すると仮定された所定の環境温度範囲（−
３０〜７０℃）において、温度の降下に伴ない増加し、
その後減少していく変移点（以下極大値という）を有す
る温度特性を示し、かつ、該環境温度範囲において、δ
の値が０にはならないことを特徴とする液晶素子を提供
するものである。

【００４７】また、本発明は、カイラルスメクチック液
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
ぞれ上記液晶に電圧を印加するための電極が形成され、
かつ液晶を配向させるための一軸性配向軸が互いに所定
の角度で交差した配向処理を施した一対の基板とを備え
た液晶素子において、該液晶素子のプレチルト角α、液
晶のコーン角Θ、カイラルスメクチック相における層の
傾斜角をδとした時、上記液晶が Θ＜α＋δ および α＞δ で表される関係を満たす配向状態を有し、かつ該配向状
態における液晶が少なくとも２つの光学的な安定状態を
示し、それらの光学軸のなす角度の１／２で定義される
見かけのチルト角θ_a と液晶のコーン角Θとが、 Θ＞θ_a ＞Θ／２ の関係を満たしている配向状態を有し、さらに、該液晶
のδの値が、温度の降下に伴ない増加し、その後更に温
度が低下すると減少していく変移点（以下極大値とい
う）を有する温度特性を示し、かつ、δの値が０になる
前に、再び増加していくことを特徴とする液晶素子を提
供するものである。

【００４８】また、液晶素子の画面書き換えスピード
（フレーム周波数）を上げるために有用な条件として、
前記δの値の極大値δ_MAXが２０°以下、より好ましく
は１５°以下であることが望ましい。

【００４９】また、液晶組成物に上記のごときδの温度
特性を与えるための有効な実現手段の一つとして、該液
晶組成物中に、一般式（Ｉ）に示すインダン系化合物を
少なくとも１種含有させることが挙げられる。

【００５０】

【外１０】

【００５１】前記一般式（Ｉ）で示される化合物のうち
より好ましい化合物の構造を以下に示す。

【００５２】

【外１１】

【００５３】

【外１２】 （上記式中Ｒ₁、Ｒ₂は炭素数１〜１８である直鎖状ある
いは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の一つ
もしくは隣接しない二つ以上のメチレン基は以下に示し
たもので置き換わってもよく、また、水素原子はＦに交
換されてもよい。−Ｏ−、−Ｓ−、

【００５４】

【外１３】 −ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、この場合、一般式（Ｉ）
の化合物は、その割合が、組成物全体に対して１０〜８
０％であることが望ましく、より好ましくは２０〜４０
％であることが望ましい。）さらに、室温を含む広い温
度範囲でＳｍＣ^*相をとり、応答速度などの調節もしや
すく、かつ、前記層の傾斜角δの値に対して、前記環境
温度範囲内で、温度降下に伴い値が増加し、極大値を与
える変極点を通過後は減少、かつ０になることがないよ
うな特徴を有する温度特性を与えるための手段として、
液晶組成物中に一般式（Ｉ）及び一般式（ＩＩ）に示す
ピリミジン系化合物を含有させることが挙げられる。

【００５５】

【外１４】 （Ｒ₁、Ｒ₂；Ｃ₁〜Ｃ₂₀の直鎖または分岐のアルキルで
あって１つまたは隣接しない２つの−ＣＨ₂−基が−Ｏ
−、

【００５６】

【外１５】 に置き換わっていても良く、−ＣＨ₂−の水素がＣｌ、
Ｆ、ＣＦ₃に置換されていても良い。

【００５７】ｍ、ｎは０、１、２であり、ｍ＋ｎは１又
は２である。）また、前記一般式（ＩＩ）で示される液
晶化合物の、より好ましい具体的な構造式の例を以下に
示す。

【００５８】

【外１６】 （上記式中Ｒ₁、Ｒ₂はＦなどの置換基を有してもよい炭
素数１〜１８である直鎖状あるいは分岐状のアルキル基
である。）

【００５９】この場合、式（Ｉ）及び式（ＩＩ）の化合
物はその割合が液晶組成物全体に対して、重量パーセン
トとして１０〜８０％が望ましい。より好ましくは２０
〜４０％であることが望ましい。

【００６０】また、その他に含有させることができる好
適な化合物として、一般式（ＩＩＩ）〜（Ｖ）で示した
液晶性化合物が挙げられる。

【００６１】

【外１７】 Ｒ₃、Ｒ₄；Ｃ₁〜Ｃ₂₀の直鎖または分岐のアルキルであ
って１つまたは隣接しない２つの−ＣＨ₂−基が−Ｏ
−、

【００６２】

【外１８】 に置き換わっていても良い。）また、一般式（ＩＩＩ）
で示される液晶化合物のより好ましい具体的な構造式を
以下に示す。

【００６３】

【外１９】 （上記式中Ｒ₃、Ｒ₄はＦなどの置換基を有してもよい炭
素数１〜１８である直鎖状あるいは分岐状のアルキル基
である。）

【００６４】

【外２０】 Ｚ；−Ｏ−、−Ｓ−

【００６５】

【外２１】 Ｒ₅、Ｒ₆；Ｃ₁〜Ｃ₂₀の分岐または直鎖のアルキルであ
って１つまたは隣接しない２つの−ＣＨ₂−が−Ｏ−、

【００６６】

【外２２】 に置き換わっていても良い。）また、一般式（ＩＶ）で
示される液晶化合物のより好ましい具体的な構造式を以
下に示す。

【００６７】

【外２３】 （上記式中Ｒ₅、Ｒ₆はＦなどの置換基を有してもよい炭
素数１〜１８である直鎖状あるいは分岐状のアルキル基
である。）

【００６８】

【外２４】 （Ｒ₇；水素、Ｃｌ、Ｆ、ＣＦ₃、（ＣＮ）又はＣ₁〜Ｃ
₂₀の直鎖または分岐のアルキルであって１つまたは隣接
しない２つの−ＣＨ₂−が−Ｏ−、

【００６９】

【外２５】 で置き換わっていても良い。

【００７０】Ｒ₈；Ｃ₁〜Ｃ₂₀の直鎖または分岐のアルキ
ルであって１つまたは隣接しない２つの−ＣＨ₂−基が
−Ｏ−、

【００７１】

【外２６】 で置き換わっていても良い。

【００７２】Ｘ₁；水素又はフッ素

【００７３】

【外２７】 Ｘ₂；水素、フッ素（ＣＦ₃、ＣＮ）ｌ；０、１） また、一般式（Ｖ）で表される液晶化合物のより好まし
い具体的な構造式を以下に示す。

【００７４】

【外２８】 （上記式中Ｒ₇、Ｒ₈はＦなどの置換基を有してもよい炭
素数１〜１８である直鎖状あるいは分岐状のアルキル基
である。）

【００７５】また、前述のＣ１ユニフォーム配向状態を
示す液晶素子においては、前述したように低温保存にお
けるコントラスト、並びに配向状態の変化が著しい。

【００７６】そこで本発明は、前記Ｃ１ユニフォーム配
向状態を有し、かつ、前記層の傾斜角δの値が該表示装
置の使用温度範囲あるいは保存温度範囲において、温度
の降下にともない増加し、その後減少していく変移点を
有する温度特性を示し、かつ、該使用温度範囲及び保存
温度範囲において、δの値が０にはならない液晶組成物
を用いたことを特徴とする液晶素子及び前記Ｃ１ユニフ
ォーム配向状態を有し、δの値が温度の降下にともない
増加し、その後減少を示した後、更なる温度の降下にも
δの値が０にならず、再び増加していく温度特性を有す
る液晶組成物を用いたことを特徴とする液晶素子を提供
するものである。

【００７７】図１は強誘電性を利用した結晶素子の構成
を説明するために、本発明のカイラルスメクチック液晶
層を有する液晶素子の一例を示す断面概略図である。

【００７８】図１において符号１はカイラルスメクチッ
ク液晶層、２はガラス基板、３は透明電極、４は配向
層、５はスペーサー、６はリード線、７は電源、８は偏
光板、９は光源を示している。

【００７９】２枚のガラス基板２には、それぞれＩｎ₂
Ｏ₃、ＳｎＯ₂あるいはＩＴＯ（インジウム ティン オ
キサイド；Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の薄
膜から成る透明電極３が被覆されている。その上にポリ
イミドの様な高分子の薄膜をガーゼやアセテート植毛布
等でラビングして、液晶をラビング方向に並べる配向層
が形成されている。また、該膜を形成する絶縁物質とし
て、例えばシリコン窒化物、水素を含有するシリコン炭
化物、シリコン酸化物、硼素窒化物、水素を含有する硼
素窒化物、セリウム酸化物、アルミニウム酸化物、ジル
コニウム酸化物、チタン酸化物やフッ化マグネシウムな
どの無機物質絶縁層を形成し、その上にポリビニルアル
コール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル
イミド、ポリパラキシレン、ポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ
酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹
脂、メラミン樹脂、ユリヤ樹脂、アクリル樹脂やフォト
レジスト樹脂などの有機絶縁物質を配向制御層として、
２層で配向制御層が形成されていてもよく、また無機物
質絶縁性配向制御層あるいは有機物質絶縁性配向制御層
単層であっても良い。この配向層が無機系ならば蒸着法
などで形成でき、有機系ならば有機物質を溶解させた溶
液、またはその前駆体溶液（溶剤に０．１〜２０重量
％、好ましくは０．２〜１０重量％）を用いて、スピン
ナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、スプレー
塗布法、ロール塗布法等で塗布し、所定の硬化条件下
（例えば加熱下）で硬化させ形成させることができる。

【００８０】配向層の層厚は通常３０Å〜１μｍ、好ま
しくは４０Å〜３０００Å、さらに好ましくは４０Å〜
１０００Åが適している。

【００８１】この２枚のガラス基板２はスペーサー５に
よって任意の間隔に保たれている。例えば所定の直径を
持つシリカビーズ、アルミナビーズをスペーサーとして
ガラス基板２枚で挟持し、周囲をシール材、例えばエポ
キシ系接着材を用いて密封する方法がある。その他スぺ
ーサーとして高分子フィルムやガラスファイバーを使用
しても良い。この２枚のガラス基板の間に強誘電性を示
す液晶が封入されている。

【００８２】カイラルスメクチック液晶が封入されたカ
イラルスメクチック液晶層１は、一般には０．５〜２０
μｍ、好ましくは１〜５μｍである。

【００８３】また、この強誘電性液晶は、室温を含む広
い温度域（特に低温側）でＳｍＣ^*相（カイラルスメク
チックＣ相）を有し、かつ素子とした場合には駆動電圧
マージン及び駆動温度マージンが広いことが望まれる。

【００８４】また、特に素子とした場合に、良好な均一
配向性を示し、モノドメイン状態を得るには、その強誘
電性液晶は、等方相からＣｈ相（コレステリック相）−
ＳｍＡ（スメクチック相）−ＳｍＣ^*（カイラルスメク
チックＣ相）という相転移系例を有してしることが望ま
しい。

【００８５】透明電極３からはリード線によって外部電
源７に接続されている。

【００８６】また、ガラス基板２の外側には偏光板８が
貼り合わせてある。

【００８７】図１は透過型である。

【００８８】さらに本発明は、上記液晶素子に液晶素子
の駆動回路、光源を備えた液晶装置を提供するものであ
る。

【００８９】本発明の液晶素子を表示パネル部に使用
し、図４及び図５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ＳＹＮＣ信号による
通信同期手段をとることにより、液晶表示装置を実現す
る。

【００９０】図中、符号はそれぞれ以下の通りである。 １０１ 強誘電性液晶表示装置 １０２ グラフィックスコントローラ 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 １１２ ＧＣＰＵ １１３ ホストＣＰＵ １１４ ＶＲＡＭ

【００９１】画像情報の発生は、本体装置側のグラフィ
ックスコントローラ１０２にて行われ、図４及び図５に
示した信号転送手段にしたがって表示パネル１０３に転
送される。グラフィックスコントローラ１０２は、ＣＰ
Ｕ（中央演算処理装置、以下ＧＣＰＵ１１２と略す）及
びＶＲＡＭ（画像情報格納用メモリ）１１４を核に、ホ
ストＣＰＵ１１３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おり、本発明の制御方法は主
にこのグラフィックスコントローラ１０２上で実現され
るものである。

【００９２】なお、該表示パネルの裏面には、光源が配
置されている。

【００９３】本発明に係るコーン角Θ、見かけのチルト
角θ_a 層の傾斜角δ、コントラストＣ／Ｒ及びプレチル
ト角αは以下のようにして測定した。

【００９４】コーン角Θの測定 ±３０Ｖ〜±５０Ｖ、１００ＨｚのＡＣ電圧をＦＬＣ素
子の上下基板間に印加しながら直交クロスニコル下、そ
の間に配置されたＦＬＣ素子を偏光板と水平に回転さ
せ、フォトマル（浜松フォトニクス（株）製）で光学応
答を検知しながら第１の消光位（透過率が最も低くなる
位置）と第２の消光位を捜す。この時の第１の消光位か
ら第２の消光位までの角度の１／２をコーン角Θとし
た。

【００９５】見かけのチルト角θ_a の測定 液晶の閾値の単発パルスを印加した後、無電界下、且つ
直交クロスニコル下、その間に配置されたＦＬＣ素子を
偏光板と水平に回転させ第１の消光位を捜し、次に上記
の単発パルスと逆極性のパルスを印加した後、無電界
下、第２の消光位を捜す。この時の第１の消光位から第
２の消光位までの角度１／２をθ_a とした。

【００９６】層の傾斜角δ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）
或いは大内らの方法（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．，２７（５）
（１９８８）ｐｐ．Ｌ７２５〜７２８）と同様の方法を
用いた。

【００９７】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。液晶セルには基板ガラスとして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、その他は通常のセル化工程を
そのまま使用した。液晶の層間隔の測定は、バルク液晶
を試料ガラス上に塗り、通常の粉末Ｘ線回折と同様に２
θ／θｓｃａｎを行って求めた。

【００９８】傾斜角δの測定は、前記と同じ８０μｍ厚
ガラスをスペーサーとして８０μｍギャップのセルを形
成し、電磁石中で基板と平行な方向に磁場をかけながら
等方相から徐冷し、水平配向処理を施したセルを用意し
た。

【００９９】これに前記層間隔を得た回折角２θにＸ線
検出器を合わせ、セルをθスキャンし、前記文献に示さ
れた方法でδを算出した。

【０１００】また、８０μｍ磁場配向セルの代わりに、
ＬＰー６４（日立化成社製）を配向膜とし、ラビング処
理を施したセルギャップ１．２μｍのセルを用いても、
約−２０℃〜６０℃の温度範囲においてほぼ同じδの値
を得ることができる。

【０１０１】また、配向膜として、後述するＳＰー７１
０、あるいはＳＰー５１０を用いてもほぼ同様の値が得
られた（なお、これらのセルを用いた時のプレチルト角
は、１〜３°であった。）。

【０１０２】しかし、上記配向膜の代わりに、ＬＱー１
８０２（日立化成社製）を用いた場合には、セルのプレ
チルト角が８〜２５°となり、そのセルでのδの値は前
述の磁場配向あるいはＬＰー６４を用いた時よりも０．
２から２°程度大きな値を示した。この場合、δの値は
各液晶素子における固有の値となる。

【０１０３】なお、以下の実施例の項の中では、特別に
断らない限り、δの値は８０μｍギャップセルを磁場配
向させて測定した。

【０１０４】更に、リーカーらによると、層の傾斜角δ
と、ＳｍＣ^* 、ＳｍＡの層間隔ｄ_c、ｄ_A の間には、以
下の関係がほぼ成り立つことを示している。（““Ｃｈ
ｅｖｒｏｎ”Ｌｏｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕ
ｒｅ ｉｎ Ｓｕｒｅｆａｃｅ−Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ
Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｍｅｃｔｉｃ−ＣＣ
ｅｌｌｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，５９，
ｐ．２６５８（１９８７） ｃｏｓδ＝ｄ_Ｃ ／ｄ_A

【０１０５】コントラストＣ／Ｒの測定 Ｖ_pーp ＝３０Ｖの駆動波形を液晶素子の上下基板間に印
加しながら、直交ニコル下その間に配置された液晶素子
を偏向版と水平に回転させ、前述したフォトマルで、第
１の消光位を捜し、液晶素子をその位置で固定する。

【０１０６】次に駆動波形を変えて、観察していた箇所
を“明状態”に書き換えて、その時のフォトマルの出力
電圧と、先の消光位での出力電圧の比をコントラストと
した。

【０１０７】プレチルト角αの測定 プレチルト角αの測定は、クリスタルローテーション法
（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ． Ｖ．１１９（１９８０）Ｎｏ． Ｓ
ｈｏｒｔ Ｎｏｔｅｓ ２０３１）により求めた。また
プレチルト角の測定用液晶としては強誘電性液晶（チッ
ソ社製ＣＳ−１０１４）に下記の構造式で表される化合
物を重量比で２０％混合したものを標準液晶とした。

【０１０８】

【外２９】

【０１０９】なお、ここで標準液晶とした液晶組成物は
１０〜５５℃でＳｍＡ相を示した。測定手順は、標準液
晶が注入された液晶パネルを上下基板に垂直かつ配向処
理軸（ラビング軸）を含む面で回転させながら、回転軸
と４５°の角度をなす偏光面をもつヘリウム・ネオンレ
ーザー光を回転軸に垂直な方向から照射して、その反対
側で入射偏光面と平行な透過軸をもつ偏向板を通してフ
ォトダイオードで透過光強度を測定した。そして、干渉
によってできた透過光強度のスペクトルに対して、下記
理論曲線、数式３、４とフィッチングを行うシミュレー
ションによりプレチルト角αを求めた。

【０１１０】

【外３０】 Ｎ_o ：常光屈折率 Ｎ_e ：異常光屈折率 φ：液晶パネ
ルの回転角 Ｔ（φ）：透過光強度 ｄ：セル厚 λ：
入射光の波長

【０１１１】

【実施例】以下実施例により本発明について更に詳細に
説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。

【０１１２】下記の例において、「部」は、いずれも
「重量部」を示す。

【０１１３】また、以下の実施例において用いた液晶組
成物Ａ〜Ｌは、前述のインダン系化合物、ピリミジン系
化合物及び一般式（ＩＩＩ）〜（Ｖ）で表される化合物
を、適宜異なる割合で混合して得た混合液晶性化合物で
ある。

【０１１４】具体的な例をいくつか示すと、液晶組成物
Ｉは下記に示す化合物を各々下記に示す割合にて配合し
作成した。

【０１１５】

【外３１】

【０１１６】

【外３２】

【０１１７】また、液晶組成物Ｋは下記に示す化合物を
各々下記に示す割合にて配合し作成した。

【０１１８】

【外３３】

【０１１９】

【外３４】

【０１２０】更にＸで表される液晶組成物は以下に示す
液晶性化合物をそれぞれの割合で混合した液晶性組成物
である。

【０１２１】

【外３５】

【０１２２】

【外３６】 （表１）に液晶組成物Ａ〜ＬおよびＸの相転移温度、イ
ンダン系化合物含有割合、及びピリミジン系化合物含有
割合を示した。

【０１２３】

【表１】

【０１２４】（参考例１）層の傾斜角δの温度特性が温
度の降下とともに単調に増加するような液晶材料チッソ
（株）社製ＣＳ−１０１７を用いて、Ｘ線回折法により
測定したδの値（°）の温度特性を（表１−１）に示
す。

【０１２５】なお、以下に記述の実施例、参考例および
比較例で行った温度特性実験の測定開始を行うべき温度
の上限値は「ＳｍＣ相←→ＳｍＡ相転移温度」−５℃の
値であり、下限は記載した測定データの下限である。

【０１２６】

【表２】

【０１２７】次に、２枚の０．７ｍｍ厚のガラス板を用
意し、それぞれのガラス板上にＩＴＯ膜を形成し、電圧
印加電極を作成し、さらにこの上にＳｉＯ₂を蒸着させ
絶縁層とした。ガラス板上にシランカップリング剤［信
越化学（株）製ＫＢＭ−６０２］０．２％イソプロピル
アルコール溶液を回転数２０００ｒ．ｐ．ｍのスピンナ
ーで１５秒間塗布し、表面処理を施した。この後、１２
０℃にて２０分間加熱乾燥処理を施した。

【０１２８】さらに表面処理を行ったＩＴＯ膜付きのガ
ラス板上にポリイミド樹脂前駆体［東レ（株）ＳＰ−５
１０］１．５％ジメチルアセトアミド溶液を回転数２０
００ｒ．ｐ．ｍのスピンナーで１５秒間塗布した。成膜
後、６０分間、３００℃加熱縮合焼成処理を施した。こ
の時の塗膜の膜厚は約２５０Åであった。

【０１２９】この焼成後の被膜には、アセテート植毛布
によるラビング処理がなされ、その後イソプロピルアル
コール液で洗浄し、平均粒径２μｍのシリカビーズを一
方のガラス板上に散布した後、それぞれのラビング処理
軸が互いに平行となる様にし、接着シール剤［リクソン
ボンド（チッソ（株）］を用いてガラス板をはり合わ
せ、６０分間、１００℃にて加熱乾燥しセルを作成し
た。このセルのセル厚をベレック位相板によって測定し
たところ約２μｍであった。

【０１３０】このセルに液晶組成物ＣＳ−１０１７を等
方性液体状態で注入し、等方相から２０℃／ｈで２５℃
まで徐冷することにより、液晶素子を作成した。

【０１３１】この液晶素子を使ってピーク・トゥ・ピー
ク電圧Ｖｐｐ＝２０Ｖの電圧印加により直交ニコル下で
の光学的な応答（透過光量変化０〜９０％）を検知して
応答速度（以後光学応答速度という）を測定した。

【０１３２】その結果を（表１−２）に示す。

【０１３３】

【表３】 ※（ ）内は１０℃ごとの温度特性（ｆ^10/20、
ｆ^20/30、ｆ^30/40）を示す。

【０１３４】前記同素子において、液晶組成物ＣＳ−１
０１７を液晶組成物Ｂ、Ｄ、Ｊ、Ｋにそれぞれかえて、
同様の応答速度を測定する実験を行った。

【０１３５】結果を表２−１に示す。

【０１３６】

【表４】

【０１３７】以上の結果より、層の傾斜角δの温度特性
が温度の降下に対して極大値をとり、その後減少傾向を
示す液晶組成物は、元のδが温度降下に伴って増加しつ
づける液晶組成物ＣＳ−１０１７よりも応答速度の温度
依存性が軽減されており、応答速度の温度特性の改善が
なされている。

【０１３８】（実施例１−４、比較例１−９） 次に、液晶素子の応答速度の温度依存性を改善するため
に、層の傾斜角δの温度特性を調整した液晶組成物、及
び低温保存により表示特性が劣化した例を述べる。

【０１３９】「層の傾斜角δの値が、温度の降下にとも
ない増加し、その後減少していく変移点を有する温度特
性を示す液晶組成物」として前述の液晶組成物Ａ〜Ｆ、
並びにＸを調整した。

【０１４０】Ａ〜Ｆ、及びＸの、組成、相転移温度、表
１に前述した。

【０１４１】また各々の傾斜角δの温度特性は図６及び
図７に示した。

【０１４２】ここでは（参考例１）で使用した０．７ｍ
ｍ厚ガラスの代わりにコーニング社製８０μｍ厚ガラス
を、ポリイミド樹脂前駆体ＳＰ−５１０の代わりに東レ
（株）製ＬＰ−６４を用いたセルを作成し用いた。

【０１４３】この時の配向制御膜の厚さは、約５０Å、
セル厚は約１．２μｍであった。

【０１４４】前記セルに、前述した方法でＡ〜Ｆ、及び
Ｘの液晶組成物を注入し、前述した方法で２５℃の層の
傾斜角δ、θ_a、Ｃ／Ｒを測定した。

【０１４５】なお、このＬＰ−６４配向制御膜使用、セ
ル厚１．２μｍのセルで測定した層の傾斜角δの値は、
約−２０〜６０℃の温度範囲において、セル厚８０μｍ
の無配向膜セルを磁場配向させたセルで測定される液晶
組成物固有の値とほぼ同じ値を示した。

【０１４６】その後、各セルを０℃まで１℃／分の割合
で冷却し１５分間保持した後、同じ割合で再び２５℃ま
で昇温し、δ、θ_a、Ｃ／Ｒを測定し、初期値と比較し
た。

【０１４７】同様に低温保存温度を−３０℃とした実験
も行った。結果を（表３−１）、（表３−２）に示し
た。

【０１４８】

【表５】

【０１４９】

【表６】

【０１５０】以上の実験結果から、保存温度が前述した
Ｔδｓよりも低い場合には、δやθ_aが変化したり、コ
ントラストが低下するなどの現象が起こり、ディスプレ
イの表示特性が劣化することが確認された。

【０１５１】しかし、これらの実験において、セル中で
の液晶組成物の偏析、及び結晶化は起こらなかった。

【０１５２】また、この配向制御膜ＬＰ−６４を用いた
セルでは、低温保存による「スジ欠陥」や、「最暗軸の
ズレ」の現象は起こらなかった。

【０１５３】なお、この時の液晶素子のプレチルト角α
は、約２°であり、配向はＣ２のスプレイ状態であっ
た。

【０１５４】（比較例１０−１６） 次にＣ１ユニフォーム配向状態における、低温保存によ
る表示特性の変化を検討した結果を示す。

【０１５５】ここでは、（参考例１）で作成したセルに
おいて、０．７ｍｍ厚ガラスの代わりに１．１ｍｍ厚ガ
ラスを、ポリイミド樹脂前駆体ＳＰ−５１０の代わりに
日立化成社製ＬＱ−１８０２を用いてセルを作成した。

【０１５６】この時のセルの配向制御膜の厚さは２５０
Å、セルギッャプを１．２μｍとした。

【０１５７】上記のセルに、前述の液晶組成物Ａ〜Ｅ、
ＸをＩｓｏ．状態で注入し、約１００℃で５時間エージ
ング処理を行った後徐冷し、配向状態、見かけのチルト
角を観察したところ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，及びＸが１０℃〜５
５℃においてＣ１ユニフォーム条件を満たし、コントラ
ストの高い配向状態を示すことを確認した。なお、Ｅは
３０℃〜４５℃の間でだけＣ１ユニフォーム配向を示し
た。

【０１５８】またこの時ＬＱ１８０２配向膜を用いた液
晶素子のプレチルト角αは約１８°であった。（表４−
１）に２５℃でのコーン角Θ、見かけチルト角θ_a、層
の傾斜角δを示した。

【０１５９】

【表７】

【０１６０】次に該強誘電性液晶セルを、各々室温から
１℃／分の割合で０℃または−１０℃まで冷却し、暗所
で２００時間放置した後、再び１℃／分の割合で室温ま
で昇温するという低温保存試験を行い、その前後での見
かけのチルト角θ_a、コントラストＣ／Ｒ、配向状態の
変化を観察した。

【０１６１】各々の結果を（表４−２）、（表４−３）
に示した。

【０１６２】

【表８】

【０１６３】

【表９】 配向状態の変化において、Ｉ、ＩＩは、以下のようなも
のを言う。

【０１６４】Ｉ：Ｃ１スプレイ配向状態の部分が現れて
しまい、配向状態の均一性が破られる。

【０１６５】ＩＩ：Ｉとともに、配向層の傾斜角δの異
なるドメインの境界に生じるラピング方向とほぼ垂直な
方向にスジ状に走る「スジ欠陥」や、最暗軸の方向や、
見かけのチルト角θ_aの中心角が、低温保存中に一方の
最暗位置でいたエリアと他方の最暗位置でいたエリアで
異なる現象の「最暗軸のズレ」が現れる。

【０１６６】なお、θ_aは上記のＣ１スプレイ配向状態
が現れなかった部分において測定した。

【０１６７】以上の実験結果より、Ｃ１ユニフォーム配
向状態においても、保存温度がＴδｓよりも高い場合は
θ_a、コントラスト共に変化はないことがわかる。

【０１６８】しかしＴδｓ以下の温度で低温保存を行う
とθ_aが変化したり、コントラストが低下するだけでな
く、配向状態の変化が起こり、Ｃ１スプレイ配向状態の
部分が出現したり、スジ欠陥、軸ズレが発生するなど、
Ｃ２スプレイ配向では起こらなかったディスプレイとし
ての表示特性に大きなダメージを与えるような現象が起
きる。

【０１６９】（実施例５−１２、比較例１７−１８） 次に、層の傾斜角δの値が、「温度の降下にともない増
加し、その後さらに温度が低下すると減少していく変移
点を有する温度特性を示し、かつδの値が０になる前に
再び増加していくことを特徴とするいくつかの液晶組成
物の低温保存性に関して行った実験例を示す。

【０１７０】図７に示したように、液晶組成物中にイン
ダン系化合物、ピリミジン系化合物を配合することによ
ってδの温度特性が「温度の降下にともない増加し、そ
の後さらに温度が低下すると減少していく変移点を有す
る温度特性を示し、かつδの値が０になる前に再び増加
していく」タイプになったことを確認した。

【０１７１】次に実施例１で作成した、配向制御膜ＬＱ
−１８０２を用いたセルに、液晶組成物Ｆ〜Ｉ、また比
較のためにＸをＩｓｏ．相で注入し、約１００℃で５時
間エージング処理を行った後に徐冷し、約１０〜５０℃
での配向状態と、見かけのチルト角を観察した所、すべ
ての液晶材料においてＣ１ユニフォーム配向を示してい
た。

【０１７２】なお、この時の液晶素子のプレチルト角α
は１９°であった。

【０１７３】次に上記強誘電性液晶セルを、各々室温か
ら１℃／分の割合で−１０℃または−３０℃まで冷却
し、暗所で２００時間放置した後、再び１℃／分の割合
で室温まで昇温するという低温保存試験を行い、その前
後での見かけのチルト角、コントラスト、配向状態の変
化を２５℃で観察した。

【０１７４】各々の結果を（表５−３）、（表５−４）
に示した。

【０１７５】

【表１０】

【０１７６】

【表１１】 配向状態の変化において、Ｉ、ＩＩは、以下のようなも
のを言う。

【０１７７】Ｉ：Ｃ１スプレイ配向状態の部分が現れ
る。

【０１７８】ＩＩ：Ｉとともに、ラビング方向とほぼ垂
直な方向にスジ状に走る「スジ欠陥」や、最暗軸の方向
や、見かけのチルト角θ_aの中心角が、低温保存中に一
方の最暗位置でいたエリアと他方の最暗位置でいたエリ
アで異なる現象の「最暗軸のズレ」が現れる。

【０１７９】なお、θ_aは上記のＣ１スプレイ配向状態
が現れなかった部分において測定した。

【０１８０】以上の結果より、δの温度特性が「温度の
降下にともない増加し、その後さらに温度が低下すると
減少していく変移点を有する温度特性を示し、かつδの
値が０になる前に再び増加していく」タイプの液晶材料
では、シェブロン構造がブックシェルフ構造に変化する
ような転移がないために、低温での保存性が格段に改善
されている。

【０１８１】また、液晶組成物Ｇを−３０℃で保存した
場合には、見かけのチルト角が若干大きくなり、コント
ラストも高くなったが、ディスプレイとしての表示特性
には、特に悪影響を与えるものではない。

【０１８２】（実施例１３−１４、比較例１９−２１） 以上ここまでは、液晶組成物固有の物性値としてのδの
値に関し注目してきたが、次に液晶素子構成を規定し
て、その液晶素子におけるδの温度特性に注目して行っ
た実験に関して述べる。

【０１８３】ここでは（実施例１−４、比較例１−９）
で作成した、８０μｍ厚ガラスを用いたセルギャップ
１．２μｍのセルにおいて、ＬＰ−６４配向膜の代わり
に前述のＬＱ１８０２配向制御膜を用いてＸ線測定用セ
ルを作成した。

【０１８４】このセルに前述した液晶組成物Ｊ、Ｋ及び
Ｌを注入し、約１００℃で５時間エージングを行った後
２５℃まで徐冷し、前述した方法で層の傾斜角δ、見か
けのチルト角θ_a、コントラストＣ／Ｒを測定した。

【０１８５】なお、この時の液晶素子のプレチルト角α
は１９°であり、配向状態はＣ１ユニフォームであるこ
とを確認した。

【０１８６】また、ここで用いたＸ線測定用セルにおけ
る配向状態、見かけのチルト角、及びコントラストは、
１．１ｍｍ厚ガラスを用いたセルにおける配向状態、見
かけのチルト角、及びコントラストと何ら変わるもので
はない。

【０１８７】この時の素子構成における層の傾斜角δの
温度特性を図８に示す。

【０１８８】実験は、各セルを−１０℃まで１℃／分の
割合で冷却し２４時間保持した後、同じ割合で再び２５
℃まで昇温しδ、θ_a、Ｃ／Ｒを測定し初期値と比較し
た。

【０１８９】同様に低温保存温度を−３０℃として実験
も行った。

【０１９０】結果を（表６−１）、（表６−２）に示し
た。

【０１９１】

【表１２】

【０１９２】

【表１３】

【０１９３】なお、配向状態の変化の記号は、今までと
同様である。

【０１９４】以上の結果より、液晶素子構成を規定し
て、その液晶素子でのδの値が０になる温度Ｔδｓより
も高い温度での低温保存では、θ_a、Ｃ／Ｒ、配向状態
ともに変化がない。

【０１９５】しかし、Ｔδｓ以下で低温保存を行うと、
θ_a、Ｃ／Ｒ、配向状態ともに変化してしまい、ディス
プレイとしての表示特性が劣化してしまう。

【０１９６】即ち、液晶表示装置において液晶素子の応
答速度の温度依存性を軽減させ、しかも低温保存による
表示特性の劣化を防止するには、「δの値が温度の降下
にともない増加し、その後減少していく変移点を有
し」、しかも保存される可能性のある温度よりも、δの
値が０になる温度（Ｔδｓ）が低い液晶組成物を用い
る。

【０１９７】あるいは、その液晶素子構成において、
「δの値が温度の降下にともない増加し、その後さらに
温度が低下すると減少していく変移点を有する温度特性
を示し、かつδの値が０になる前に再び増加していく」
ようなδの温度特性を持つように、液晶素子を設計すれ
ば良いことがわかった。

【０１９８】

【発明の効果】本発明の液晶組成物、液晶素子、及びこ
れらを使用した液晶装置は、応答速度の温度依存性が軽
減され、また低温保存による表示特性の劣化もない非常
に優れた表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の一例を示す模式図である。

【図２】Ｃ１及びＣ２配向を示す説明図である。

【図３】Ｃ１及びＣ２配向でのコーン角、プレチルト角
及び層傾斜角間の関係を示す説明図である。

【図４】本発明の液晶装置とグラフィックスコントロー
ラを示すブッロク構成図である。

【図５】本発明の液晶装置とグラフィックスコントロー
ラとの間の画像情報通信タイミングチャート図である。

【図６】実施例で使用する各液晶組成物の層の傾斜角δ
の温度特性を示す図である。

【図７】実施例で使用する各液晶組成物の層の傾斜角δ
の温度特性を示す図である。

【図８】実施例で使用する各液晶組成物の層の傾斜角δ
の温度特性を示す図である。

【符号の説明】

１ カイラルスメクチック液晶層 ２ ガラス基板 ３ 透明電極 ４ 配向層 ５ スペンサー ６ リード線 ７ 電源 ８ 偏光板 ９ 光源 ２０ａ、２０ｂ 基板面 ２１ 液晶層 ２２ Ｃ１配向 ２３ Ｃ２配向 Ａ ラビング方向 ３１ コーン角 ３２ 基板法線 ３３ 液晶分子 １０１ 強誘電性液晶表示装置 １０２ グラフィックスコントローラ 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 １１２ ＧＣＰＵ １１３ ホストＣＰＵ １１４ ＶＲＡＭ

フロントページの続き (72)発明者 水野 祐 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 吉田 明雄 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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 19/34 C09K 19/02 C09K 19/32 G02F 1/13 500 G02F 1/1337 510 ＣＡ（ＳＴＮ) ＣＡＯＬＤ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)

Claims (27)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カイラルスメクチック相を有する液晶組
   成物であって、該液晶組成物を具備する液晶素子が使用
   される際に経験すると仮定された所定の環境温度範囲
   （−３０℃〜７０℃）において、 前記液晶組成物のスメクチック相における層の傾斜角δ
   の値が、前記環境温度範囲の上限からの温度の降下に伴
   ってまず増加し、極大値を与える変曲点を有し、該変曲
   点通過後、減少し、さらなる温度降下に対してもδが０
   になることがないことを特徴とする液晶組成物。
2. 【請求項２】 温度の降下にともない、δの値が０にな
   る前に、再び増加して行くことを特徴とする請求項１記
   載の液晶組成物。
3. 【請求項３】 前記層傾斜角δの極大値が、２０°以下
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶組
   成物。
4. 【請求項４】 前記層傾斜角δの極大値が、１５°以下
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶組
   成物。
5. 【請求項５】 前記液晶組成物に、下記一般式（Ｉ）に
   示すインダン系化合物が少くとも一種類以上含有されて
   いることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶組成
   物。 下記一般式（Ｉ） 【外１】
6. 【請求項６】 一般式（Ｉ）で表される化合物を前記組
   成物中１０〜８０％含有することを特徴とする請求項５
   記載の液晶組成物。
7. 【請求項７】 一般式（Ｉ）で表される化合物を前記組
   成物中１０〜４０％含有することを特徴とする請求項５
   記載の液晶組成物。
8. 【請求項８】 一般式（Ｉ）及び下記一般式（ＩＩ）に
   示すピリミジン系化合物を少なくとも一種類以上含有す
   ることを特徴とする請求項５記載の液晶組成物。 【外２】 （Ｒ₁、Ｒ₂；炭素数１から２０の直鎖状、もしくは分岐
   状のアルキル基であって１つまたは隣接しない２つの−
   ＣＨ₂−基が−Ｏ−、 【外３】 に置き換わっていても良く、−ＣＨ₂−基の水素がＣ
   １、Ｆ、ＣＦ₃に置換されていても良い。ｍ、ｎは０、
   １、２であり、ｍ＋ｎは１または２である。）
9. 【請求項９】 前記組成物中、一般式（Ｉ）、および
   （ＩＩ）で表される化合物を共に１０〜８０％含有する
   ことを特徴とする請求項８記載の液晶組成物。
10. 【請求項１０】 カイラルスメクチック相を有する液晶
    組成物を具備する液晶素子であって、所定の環境温度範
    囲（−３０℃〜７０℃）において、前記液晶組成物のス
    メクチック相における層の傾斜角δの値が、前記環境温
    度範囲の上限からの温度の降下に伴ってまず増加し、極
    大値を与える変曲点を有し、該変曲点通過後、減少し、
    さらなる温度降下に対してもδが０になることはないこ
    とを特徴とする液晶素子。
11. 【請求項１１】 カイラルスメクチック相を有する液晶
    組成物を具備する液晶素子であって、所定の環境温度範
    囲（−３０℃〜７０℃）において、前記液晶組成物のス
    メクチック相における層の傾斜角δの値が、前記環境温
    度範囲の上限からの温度の降下に伴ってまず増加し、極
    大値を与える変曲点を有し、該変曲点通過後、減少し、
    さらなる温度降下に対して、δが０になる前に再び増加
    してゆくことを特徴とする液晶素子。
12. 【請求項１２】 前記、層の傾斜角δ極大値が２０°以
    下であることを特徴とする請求項１０又は１１記載の液
    晶素子。
13. 【請求項１３】 前記、層の傾斜角δ極大値が１５°以
    下であることを特徴とする請求項１０又は１１記載の液
    晶素子。
14. 【請求項１４】 前記液晶組成物に下記一般式（Ｉ）に
    示すインダン系化合物が少なくとも一種類以上含有され
    ていることを特徴とする請求項１０又は１１記載の液晶
    素子。 下記一般式（Ｉ） 【外４】
15. 【請求項１５】 一般式（Ｉ）で表される化合物を前記
    組成物中１０〜８０％含有することを特徴とする請求項
    １４記載の液晶素子。
16. 【請求項１６】 一般式（Ｉ）及び下記一般式（ＩＩ）
    に示すピリミジン系化合物を少なくとも一種類以上含有
    することを特徴とする請求項１４記載の液晶素子。 【外５】 （式中Ｒ₁、Ｒ₂はＣ₁〜Ｃ₂₀の直鎖または分岐のアルキ
    ルであって１つまたは隣接しない２つの−ＣＨ₂−基が
    −Ｏ−、 【外６】 に置き換わっていても良く、−ＣＨ₂−の水素がＣｌ、
    Ｆ、ＣＦ₃に置換されていても良い。ｍ、ｎは０、１、
    ２であり、ｍ＋ｎは１又は２である。）
17. 【請求項１７】 前記組成物中、一般式（Ｉ）で表され
    る化合物を２０〜８０％、一般式（ＩＩ）で表される化
    合物を５〜８０％含有することを特徴とする請求項１６
    記載の液晶素子。
18. 【請求項１８】 カイラルスメクチック液晶と、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上記液
    晶に電圧を印加するための電極が形成され、かつ液晶を
    配向させるための一軸性配向軸が互いに所定の角度で交
    差した配向処理を施した一対の基板とを備えた液晶素子
    において、該液晶素子のプレチルト角α、液晶のコーン
    角Θ、カイラルスメクチック相における層の傾斜角をδ
    とした時、上記液晶が Θ＜α＋δ および α＞δ で表される関係を満たす配向状態を有し、かつ該配向状
    態における液晶が少なくとも２つの光学的な安定状態を
    示し、それらの光学軸のなす角度の１／２で定義される
    見かけのチルト角θ_a と液晶のコーン角Θとが、 Θ＞θ_a ＞Θ／２ の関係を満たしている配向状態を有し、さらに、該液晶
    組成物を具備する液晶素子が使用される際に経験すると
    仮定された所定の環境温度範囲（−３０〜７０℃）にお
    いて、 前記液晶組成物のカイラルスメクチック相における層の
    傾斜角δの値が、前記環境温度範囲の上限からの温度の
    降下に伴ってまず増加し、極大値を与える変曲点を有
    し、該変曲点通過後減少し、さらなる温度降下に対して
    もδが０になることはないことを特徴とする液晶素子。
19. 【請求項１９】 カイラルスメクチック液晶と、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上記液
    晶に電圧を印加するための電極が形成され、かつ液晶を
    配向させるための一軸性配向軸が互いに所定の角度で交
    差した配向処理を施した一対の基板とを備えた液晶素子
    において、該液晶素子のプレチルト角α、液晶のコーン
    角Θ、カイラルスメクチック相における層の傾斜角をδ
    とした時、上記液晶が Θ＜α＋δ および α＞δ で表される関係を満たす配向状態を有し、かつ該配向状
    態における液晶が少なくとも２つの光学的な安定状態を
    示し、それらの光学軸のなす角度の１／２で定義される
    見かけのチルト角θ_aと液晶のコーン角Θとが、 Θ＞θ_a ＞Θ／２ の関係を満たしている配向状態を有し、さらに、該液晶
    のδの値が、温度の降下に伴ない増加し、その後更に温
    度が低下すると減少していく変移点（以下極大値とい
    う）を有する温度特性を示し、かつ、δの値が０になる
    前に、再び増加していくことを特徴とする液晶素子。
20. 【請求項２０】 前記層の傾斜角δの極大値が、２０°
    以下であることを特徴とする請求項１８又は１９記載の
    液晶素子。
21. 【請求項２１】 前記層の傾斜角δの極大値が、１５°
    以下であることを特徴とする請求項１８又は１９記載の
    液晶素子。
22. 【請求項２２】 前記液晶組成物に、下記一般式（Ｉ）
    に示すインダン系化合物が少なくとも一種類以上含有し
    ていることを特徴とする請求項１８又は１９記載の液晶
    素子。 下記一般式（Ｉ） 【外７】
23. 【請求項２３】 一般式（Ｉ）で表される化合物を前記
    組成物中５〜８０％含有することを特徴とする請求項２
    ２記載の液晶素子。
24. 【請求項２４】 一般式（Ｉ）及び下記一般式（ＩＩ）
    に示すピリミジン系化合物を少なくとも一種類以上含有
    することを特徴とする請求項２２記載の液晶素子。 【外８】 Ｒ₁、Ｒ₂；炭素数１から２０の直鎖状もしくは分岐状の
    アルキル基であって１つまたは隣接しない２つの−ＣＨ
    ₂−基が−Ｏ−、 【外９】 に置き換わっていても良く、−ＣＨ₂−基の水素がＣ
    ｌ、Ｆ、ＣＦ₃に置換されていても良い。ｍ、ｎは０、
    １、２であり、ｍ＋ｎは１又は２である。
25. 【請求項２５】 前記組成物中、一般式（Ｉ）および
    （ＩＩ）で表される化合物を共に１０〜８０％含有する
    ことを特徴とする請求項２４記載の液晶素子。
26. 【請求項２６】 前記組成物中、一般式（Ｉ）および
    （ＩＩ）で表される化合物を共に２０〜４０％含有する
    ことを特徴とする請求項２４記載の液晶素子。
27. 【請求項２７】 請求項１１〜２６のいずれかに記載の
    液晶素子、該液晶素子に駆動回路、および光源を少なく
    とも有することを特徴とする液晶装置。