JP3585185B2 - 液晶組成物、それを有する液晶素子及びそれらを有する液晶装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶素子、液晶表示装置や、液晶光シャッター等に用いる液晶組成物、液晶素子、及び液晶装置、特に強誘電性液晶組成物、強誘電性液晶素子、及び、強誘電性液晶装置に関し、詳しくは、液晶組成物中にある特定の化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、微小領域間の「最暗軸のズレ角」が１度以内の良好なモノドメイン性を示し、液晶分子最暗軸の均一性に優れ、表示素子面内上のコントラストむらを小さくすることが可能である強誘電性液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備えた液晶装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子との組み合わせにより透過光線を制御する型の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガーウォル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書）。この強誘電性液晶は、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ティックＣ相（ＳｍＣ＊）またはＨ相（ＳｍＨ＊）を有し、この状態において、加えられる電界に応答して第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態とのいずれかを取り、かつ電界の印加のないときはその状態を維持する性質、すなわち双安定性を有し、また電界の変化に対する応答も速やかであり、高速ならびに記憶型の表示素子用としての広い利用が期待され、特にその機能から大画面で高精細なディスプレイへの応用が期待されている。
【０００３】
ところで、このような強誘電性液晶、特にカイラルスメクティック液晶を大画面・高精細ディスプレイに利用した場合において、高いコントラストを有し、かつ高速表示を可能とした技術が、特開平０３−２５２６２４号公報に開示されている。
【０００４】
まず、高いコントラストを得る方法について説明する。
▲１▼ 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Ｉ／Ｉ０ は次の式［１］で表されるが、この式より、透過率Ｉ／Ｉ０ を高めて表示品質を向上させるためには、見かけのチルト角θａ（詳細は後述）が２２．５°であることが望ましいことが分かる。
【０００５】
【数２】
Ｉ／Ｉ０ ＝ｓｉｎ４θａｓｉｎ２ （Δｎｄ／λ）π ［１］
ここで、Ｉ０ は入射光強度、
Ｉは 透過光強度、
θａは見かけのチルト角、
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。
【０００６】
なお、前述の非らせん構造における見かけのチルト角θａは第１と第２の配向状態で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れることになる。
【０００７】
▲２▼ しかし、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においては、見かけのチルト角θａ（２の安定状態の分子軸のなす角度の１／２）は、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）と較べて小さくなり、一般に３°〜８°程度で、その時の透過率Ｉ／Ｉ０ はせいぜい３〜５％程度と低かった。
【０００８】
▲３▼ ところで、スメクチック液晶は一般に層構造をもつが、ＳｍＡ相からＳｍＣ相またはＳｍＣ＊相に転移すると層間隔が縮むので図２のように２１で表わされる液晶層が、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（Ｃ１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Ｃ１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つがあり得る。また、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つの状態（以下、ユニフォーム状態と呼ぶ）が現われることが発見された。
【０００９】
そして、これらの状態は電界をかけると互いに遷移し、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が、ユニフォーム２状態を用いると、大きな見かけのチルト角θａを生じ、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ことがわかった。
【００１０】
したがって、表示素子として画面全体をＣ１配向状態に統一し、かつ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。
【００１１】
▲４▼ ここで、Ｃ１配向およびＣ２配向での基板近くのディレクタは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれコーン３１上にある。またよく知られているように、基板界面の液晶分子は、ラビングによって基板に対してプレチルトと呼ばれる角度をなし、その方向はラビング方向（図３（ａ）（ｂ）では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）方向である。
【００１２】
上のことにより液晶のコーン角Θ、プレチルト角αおよび層傾斜角（液晶層と基板法線とのなす角度）δの間には、
【００１３】
【数３】
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。
【００１４】
したがって、Ｃ２配向を生ぜずＣ１配向を生じさせるための条件は、
【００１５】
【数４】
Θ−δ＜α つまり Θ＜α＋δ （Ｉ）
となる。
【００１６】
さらに界面の液晶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
【００１７】
【数５】
α＞δ （ＩＩ）
が得られる。
【００１８】
よって、Ｃ１→Ｃ２転移が起こりにくく、Ｃ１配向状態をより安定に形成させるには、（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ことが理解できる。
【００１９】
この上述した条件（Ｉ）及び（ＩＩ）を満足する場合には、液晶の見かけのチルト角θａは、上述した３°〜８°程度から８°〜１６°程度にまで増大し、液晶のコーン角Θと見かけのチルト角θａとの間には、
【００２０】
【数６】
Θ＞θａ＞Θ／２ （ＩＩＩ）
なる関係式が成り立つことが経験的に得られた。
【００２１】
以上のように（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）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。なお、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０°〜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。
【００２２】
次に、高速表示が可能となる技術について説明する。
▲１▼ 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およ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、およ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。
【００２３】
▲２▼ この問題に対する解決法は、特開昭６０−３１１２０号公報、特開平１−１４０１９８号公報等で開示されている。
すなわち、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、走査電極を全数また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き込みという）と、走査電極を全数また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き込みという）とを有する表示装置を用いることにより、部分的動画表示を部分書き込みで行うことによって高速表示が可能となり、部分書き込みと全面書き込みの両立が実現できる。
【００２４】
この強誘電性液晶層を一対の基板間に挟持した素子で前述した様な単純マトリクス表示装置とした場合では、例えば特開昭５９−１９３４２６号公報、特開昭５９−１９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４６号公報、特開昭６０−１５６０４７号公報などに開示された駆動法を適用することができる。
【００２５】
図６は、駆動法の波形図の一例である。また、図５は、マトリクス電極を配置した強誘電性液晶パネルの一例の平面図である。図５の液晶パネル５１には、走査電極群５２の走査線と情報電極群５３のデータ線とが互いに交差して配線され、その交差部の走査線とデータ線との間には強誘電性液晶が配置されている。
【００２６】
図６（Ａ）中のＳＳ は選択された走査線に印加する選択走査波形を、ＳＮ は選択されていない非選択走査波形を、ＩＳ は選択されたデータ線に印加する選択情報波形（黒）を、ＩＮ は選択されていないデータ線に印加する非選択情報信号（白）を表わしている。また、図中（ＩＳ −ＳＳ ）と（ＩＮ −ＳＳ ）は選択された走査線上の画素に印加する電圧波形で、電圧（ＩＳ −ＳＳ ）が印加された画素は黒の表示状態をとり、電圧（ＩＮ −ＳＳ ）が印加された画素は白の表示状態をとる。
【００２７】
図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す駆動波形で、図７に示す表示を行ったときの時系列波形である。
図６に示す駆動例では、選択された走査線上の画素に印加される単一極性電圧の最小印加時間Δｔが書込み位相ｔ２ の時間に相当し、１ラインクリヤｔ１ 位相の時間が２Δｔに設定されている。
さて、図６に示した駆動波形の各パラメータＶＳ ，ＶＩ ，Δｔの値は使用する液晶材料のスイッチング特性によって決定される。
【００２８】
図８は後述するバイアス比を一定に保ったまま駆動電圧（ＶＳ ＋ＶＩ ）を変化させた時の透過率Ｔの変化、即ちＶ−Ｔ特性を示したものである。ここではΔｔ＝５０μｓｅｃ、バイアス比ＶＩ ／（ＶＩ ＋ＶＳ ）＝１／３に固定されている。図８の正側は図６で示した（ＩＮ −ＳＳ ）、負側は（ＩＳ −ＳＳ ）で示した波形が印加される。
【００２９】
ここで、Ｖ１ ，Ｖ３ をそれぞれ実駆動閾値電圧及びクロストーク電圧と呼ぶ。また、Ｖ２ ＜Ｖ１ ＜Ｖ３ の時ΔＶ＝Ｖ３ −Ｖ１ を電圧マージンと呼び、マトリクス駆動可能な電圧幅となる。Ｖ３ は強誘電性液晶表示素子駆動上、一般的に存在すると言ってよい。具体的には、図６（Ａ）（ＩＮ −ＳＳ ）の波形におけるＶＢ によるスイッチングを起こす電圧値である。勿論、バイアス比を大きくすることによりＶ３ の値を大きくすることは可能であるが、バイアス比を増すことは情報信号の振幅を大きくすることを意味し、画質的にはちらつきの増大、コントラストの低下を招き好ましくない。
【００３０】
我々の検討ではバイアス比１／３〜１／４程度が実用的であった。ところで、バイアス比を固定すれば、電圧マージンΔＶは液晶材料のスイッチング特性に強く依存し、ΔＶの大きい液晶材料がマトリクス駆動上非常に有利であることは言うまでもない。
【００３１】
この様なある一定温度において、情報信号の２通りの向きによって選択画素に「黒」及び「白」の２状態を書き込むことが可能であり、非選択画素はその「黒」又は「白」の状態を保持することが可能である印加電圧の上下限の値及びその幅（駆動電圧マージンΔＶ）は、液晶材料間で差があり、特有なものである。また、環境温度の変化によっても駆動マージンはズレていくため、実際の表示装置の場合、液晶材料や環境温度に対して最適駆動電圧にしておく必要がある。
【００３２】
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、上述の部分書き込みを行な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。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
実用上、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１０〜５０℃程度になる。通常の強誘電性液晶を用いたディスプレイでは、このすべての温度範囲で良好な画質を保つことは実現されていないのが現状である。特に層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整された液晶組成物を用いた場合、低温度領域における駆動マージンの確保は大きな課題となっている。
【００３４】
室温付近の温度では、Ｃ１ユニフォーム配向状態の高コントラストの良好な画像を実現できても、低温域ではマトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現する場合がある。このため、低温域では駆動マージンの減少が大きく、使用環境温度範囲内で良好な画像や駆動マージンを実現できているとは言い難かった。
【００３５】
さらに、上記の液晶表示素子に電圧を印加して駆動した場合、液晶の均一配向状態の程度の差によって、表示素子面内上のコントラストむらが著しく、表示品位の均一性が損なわれてしまう場合があった。
【００３６】
すなわち、前述のＣ１ユニフォーム配向状態を有している素子を数十倍以上に拡大して偏光顕微鏡上で観察すると図１１に示す様な、ほぼ一軸性配向処理方向に「筋状線欠陥」６０を見つけることができる。この「筋状線欠陥」で分けられた領域間の「最暗軸のズレ角」が１度以内の時、その配向状態は良好なモノドメイン性を示しているということができ、表示素子面内の配向の均一性及び液晶分子最暗軸の均一性は良好であり、表示素子のコントラストを左右する大きな要因としては非選択期間の間、連続的に印加される情報信号電圧による分子の揺らぎに由来する問題のみとなる。
【００３７】
一方、上述の「筋状線欠陥」で分けられた領域間の「最暗軸のズレ角」が２度以上の時、その配向状態はモノドメイン性が不良であるとみなせる。この場合、情報信号電圧による分子の揺らぎの程度が同じレベルであっても、液晶分子最暗軸の方向が微少エリアごとに異なるため、表示素子内上でコントラストが低下するエリアが現れる場合が多く、表示品位の均一性が損なわれてしまう。
【００３８】
なお、図１１は、一軸性配向軸方向に現れる「筋状線欠陥」および画素内で見かけのチルト角θａの異なる配向領域Ａ，Ｂが混在する状態を示す模式図である。
【００３９】
そこで、本発明は、液晶組成物中にある特定の化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、微小領域間の「最暗軸のズレ角」が１度以内の良好なモノドメイン性を示し、液晶分子最暗軸の均一性に優れ、表示素子面内上のコントラストむらを小さくすることが可能である液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備えた液晶装置を提供することを目的とするものである。
【００４０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明者らは、上述の問題点を解決すべく、特定の液晶性化合物を組み合わせ、これを用いた液晶組成物、これを使用した液晶素子、更にこれを用いた液晶装置について、鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったものである。
【００４１】
すなわち、本発明は、下記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物をそれぞれ０．１〜３０重量％含有することを特徴とする液晶組成物を用いることにより達成される。
【００４２】
【化１８】
（式中、Ｒ１は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基を示し、
Ｘ１、Ｘ２は単結合、−Ｏ−、
【００４３】
【化１９】
を示し、ｎは１〜１０の整数を示す。
【００４４】
Ａ１は
【００４５】
【化２０】
を示す。）
【００４６】
一般式（Ａ）で示される液晶性化合物の合成手段は、例えば特願平５−３４４７３８号に開示された方法によって得ることができる。
一般式（Ａ）で示される液晶性化合物の好ましい具体的な化合物例を下記の表に示す。表中におけるアルファベットは下記に示す側鎖基または環状基を示す。
【００４７】
【化２１】
【００４８】
【化２２】
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
【化２３】
（式中、Ｒ２は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基を示し、
Ｘ３は単結合、−Ｏ−、
【００５２】
【化２４】
を示し、Ｘ４は単結合、−ＯＣＨ２−、
【００５３】
【化２５】
を示し、ｍは３〜１６の整数を示す。
【００５４】
Ａ２は
【００５５】
【化２６】
を示す。）
一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物の合成手段は、例えば特願平５−１９７４号あるいは特願平５−３１２９２４号に開示された方法によって得ることができる。
一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物の好ましい具体的な化合物例を下記の表に示す。表中におけるアルファベットは下記に示す側鎖基または環状基を示す。
【００５６】
【化２７】
【００５７】
【化２８】
【００５８】
【表３】
【００５９】
【表４】
【００６０】
【表５】
【００６１】
本発明で用いる液晶性化合物（ｍｅｓｏｍｏｒｐｈｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）は、それ自体単独で液晶としての相転移系列をとるか否かは限定されず、液晶組成物中で液晶成分としての好適な機能をなすものであればよい。
【００６２】
本発明の液晶組成物は、一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物をそれぞれ０．１〜３０重量％含有することが望ましく、０．１重量％未満では効果の出現性が希薄となり、３０重量％を越えると、多の特性とのバランスを大きく崩し、更には一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物で６０重量％を越えることになり、液晶組成物に用いられる、その他の液晶性化合物（本発明の一般式（Ａ）、一般式（Ｂ）以外）との量比関係から、相転移温度などの調整が困難となってしまい、好ましくない。
【００６３】
また、好ましくはそれぞれ０．１〜２０重量％含有すると、他の特性を大きく損なうことなく、本発明が目的とする効果を発現させることができる利点があり、更に好ましくは、それぞれ０．５〜１５重量％含有すると、更に本発明が目的とする効果を最も確実に発現させ、更には、液晶組成物に用いられる、その他の液晶性化合物（本発明の一般式（Ａ）、一般式（Ｂ）以外）との量比関係から、相転移温度などの調整が容易となる利点がある。
【００６４】
また、好ましくは、前記液晶組成物がカイラルスメクティックＣ相を有し、かつ、０℃〜６０℃の範囲において、カイラルスメクティックＣ相の層の傾斜角δの大きさが、３°〜１５°、好ましくは３°〜１２°に調整されていることが望ましい。
【００６５】
更に、本発明は、カイラルスメクティック液晶と、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平行あるいは互いに所定の角度で交差した配向処理が施された一対の基板とを備えた液晶素子において、該液晶が、前記一般式（Ａ）及び前記一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物を各々０．１〜３０重量％を含有する液晶組成物であることを特徴とする液晶素子を用いることにより達成される。
【００６６】
好ましくは、前記液晶素子に使用される前記液晶組成物が、カイラルスメクティックＣ相を有し、０℃〜６０℃の範囲において、カイラルスメクティックＣ相の層の傾斜角δの大きさが、３°〜１５°に調整されている液晶組成物であることが望ましい。
【００６７】
更に好ましくは、前記液晶素子において、カイラルスメクティック液晶、及びその液晶素子の室温近傍におけるプレチルト角をα、コーン角Θ、液晶の層の傾斜角をδとすれば、カイラルスメクティック液晶が、下記（Ｉ）式、及び、（ＩＩ）式で表される配向状態を有し、かつ、この配向状態において、少なくとも２つの安定状態を示し、それらの光学軸のなす角度の１／２である、見かけのチルト角θａとコーン角Θとが、下記（ＩＩＩ）式の関係を有し、該液晶が、前記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物を各々０．１〜３０重量％を含有する液晶組成物であることが望ましい。
【００６８】
【数７】
Θ＜α＋δ （Ｉ）
δ＜α （ＩＩ）
Θ＞θａ＞Θ／２ （ＩＩＩ）
【００６９】
更に好ましくは、前記液晶素子の一軸性配向軸の交差角が０°〜２５°であることが望ましい。
より好ましくは、前記液晶素子のプレチルト角αの大きさが、５°以上であることが望ましい。
更に、本発明は、前記液晶組成物を使用した前記液晶素子の駆動回路と、光源を具備する液晶装置により達成される。
【００７０】
更に好ましくは、本発明において、液晶組成物を構成するその他の好ましい液晶性化合物としては、下記一般式（１）〜（５）の構造を有する液晶性化合物などをあげることができ、これらを主な構成成分とし、適時、各液晶性化合物の配合比を変え、液晶組成物とすることが望ましい。
【００７１】
【化２９】
【００７２】
（式中、Ｒ２１、Ｒ２２は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮ、ＣＦ３を示す。
また、Ｒ２１、Ｒ２２は光学活性であっても良い。Ｙ１ は水素原子またはフッ素原子を表す。ｐ，ｑは、０、１、２であって、ｐ＋ｑは１または２である。）
【００７３】
【化３０】
（式中、Ｂ１は、
【００７４】
【化３１】
を表し、Ｙ１は水素原子またはフッ素原子を表す。
【００７５】
Ｒ２３は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、
Ｒ２４は水素原子、ハロゲン、ＣＮ基または炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、Ｒ２３、Ｒ２４の示す該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、
Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３を示す。また、Ｒ２３、Ｒ２４は光学活性であっても良い。）
【００７６】
【化３２】
（式中、Ｂ２は、
【００７７】
【化３３】
を表す。
【００７８】
Ｒ２５、Ｒ２６は、炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３を示す。
また、Ｒ２５、Ｒ２６は光学活性であっても良い。）
【００７９】
【化３４】
（式中、Ｂ３は、
【００８０】
【化３５】
を表し、Ｚは−Ｏ−または−Ｓ−を表す。
【００８１】
Ｒ２７、Ｒ２８は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２７、Ｒ２８は光学活性であっても良い。）
【００８２】
【化３６】
【００８３】
（式中、Ｒ２９、Ｒ３０は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２９、Ｒ３０は光学活性であっても良い。）
【００８４】
一般式（１）〜（４）の化合物のより好ましい化合物例を下記に示す。
一般式（１）の化合物のより好ましい化合物例
【００８５】
【化３７】
【００８６】
一般式（２）の化合物のより好ましい化合物例
【００８７】
【化３８】
【００８８】
一般式（３）の化合物のより好ましい化合物例
【００８９】
【化３９】
【００９０】
一般式（４）の化合物のより好ましい化合物例
【００９１】
【化４０】
【００９２】
上記の式中、Ｒは、水素原子、ハロゲン、ＣＮ基または炭素原子数１〜１８の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つ、もしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。また、Ｒは光学活性であっても良い。
Ｙ１ は、水素または、フッ素を表す。
【００９３】
本発明の構成をより詳細に、図に基づいて以下に説明する。
図１は強誘電性液晶素子の構成を説明するために、液晶素子の一例を示す断面概略図である。
図１において、符号１５は液晶層、１１ａ，１１ｂはガラス基板、１２ａ，１２ｂは透明電極、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは絶縁性配向制御層、１６はスペーサー、１７ａ，１７ｂは偏光板を示している。
【００９４】
２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂには、それぞれＩｎ２ Ｏ３ 、ＳｎＯ２ あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの薄膜からなる透明電極１２ａ，１２ｂが被覆されている。
その上に、液晶を特定の方法に並べる絶縁性配向制御層が形成されている。絶縁性配向制御層は、単層であっても、複数の材料で構成された、複数の層であってもよい。
【００９５】
図１においては、絶縁性配向制御層が、無機物質で絶縁膜１３ａ，１３ｂを形成し、その上に有機物質で配向制御膜１４ａ，１４ｂを形成する、２層構成の絶縁性配向制御層である場合を例示している。
【００９６】
無機物質としては、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、ホウ素窒化物、水素を含有するホウ素窒化物、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、タンタル酸化物やフッ化マグネシウムなどを用いることができ、具体的には、ＳｉＯ２ 膜、ＴｉＯ２ 膜、Ｔａ２ Ｏ５ 膜などを挙げることができる。
【００９７】
有機物質としては、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を用いることができ、具体的には、下記構造式で示されるポリイミドなどを挙げることができる。
【００９８】
更に、また無機物質絶縁性配向制御層の単層、あるいは有機物質絶縁性配向制御層の単層で絶縁性配向制御層が形成されていてもよい。
【００９９】
【化４１】
【０１００】
配向制御膜１４ａと１４ｂは、配向方向が下配向膜１４ｂを基準として、上配向膜１４ａが、上配向膜１４ａの方から見て、左回り（または右回り）に０〜２５°の交差角を持って一軸配向処理を行い、かつ、同一方向（図１で言えば矢印Ａ方向）になる様にラビング処理してある。
以下においては、上記の様に交差角を定義する。
この絶縁性配向制御層が無機系ならば、蒸着法等で形成できる。
【０１０１】
又、有機系ならば有機絶縁物質を溶解させた溶液又はその前駆体溶液（溶剤に０．１〜２０ｗｔ％、好ましくは０．２〜２０ｗｔ％を配合）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、スプレイ塗布法、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）で硬化させることができる。
【０１０２】
絶縁性配向制御層１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの層厚は、各々、通常３〜１０００ｎｍ、好ましくは３〜３００ｎｍ、更に好ましくは５〜２００ｎｍが適している。
【０１０３】
この２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂはスペーサー１６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、周囲をシール剤、例えばエポキシ系接着剤を用いて接着する方法がある。
その他スペ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よい。
【０１０４】
この２枚のガラス基板の間に強誘電性液晶が封入されている。
【０１０５】
強誘電性液晶が封入される液晶層１５は、一般的には０．５〜２０μｍ、好ましくは、０．８〜５μｍである。
また素子とした場合に、良好な配向性を示すモノドメイン状態を得るには、その強誘電性液晶が、等方相からカイラルネマティック相（コレステリック相）、スメクティックＡ相、カイラルスメクティックＣ相と変化する相転移系列を有していることが望ましい。
【０１０６】
また、ガラス基板１１ａ，１１ｂの外側には偏光板１７ａ，１７ｂが貼り合わせてある。図１は透過型なので、光源を備えている。
【０１０７】
この強誘電性液晶層を一対の基板間に挟持した素子で、単純マトリクス表示装置とした場合では、例えば、特開昭５９−１９３４２６号公報、特開昭５９−１９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４６号公報、特開昭６０−１５６０４７号公報などに開示された駆動法を適用することができる。
【０１０８】
図４は、駆動法の波形図の一例である。
図５は、本発明で用いたマトリクス電極を配置した強誘電液晶パネルの平面図である。
図５の液晶パネル５１には、走査電極群５２の走査線と情報電極群５３のデータ線とが互いに交差して配線され、その交差分の走査線とデータ線との間には強誘電性液晶が配置されている。
【０１０９】
本発明の液晶素子は、種々の液晶装置を構成するが、特に表示素子として液晶表示装置を構成するものが好ましい。
本発明による液晶素子を表示パネル部に使用し、図９及び図１０に示した走査線アドレス情報を持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。
【０１１０】
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９及び図１０に示した信号転送手段に従って表示パネル１０３に転送される。
【０１１１】
グラフィックスコントローラ１０２は、ＣＰＵ（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、本発明による液晶素子を用いた液晶表示装置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。
【０１１２】
本発明に係る液晶素子におけるコーン角Θ、見かけのチルト角θａ、液晶層の傾斜角δ、プレチルト角α、及び自発分極Ｐｓは、以下の様にして測定することができる。
【０１１３】
＜コーン角Θの測定＞
±３０Ｖ〜±５０Ｖ、１〜１００ＨｚのＡＣ（交流）を液晶素子の上下基板間に電極を介して印加しながら、直交クロスニコル下、その間に配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させると同時に、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）及び第２の消光位を求める。
そして、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とする。
【０１１４】
＜見かけのチルト角θａの測定＞
液晶の閾値の単発パルスを印加した後、無電界下、かつ直交クロスニコル下において、その間に配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させ、第１の消光位を求める。
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の消光位を求める。
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を見かけのチルト角θａとする。
【０１１５】
＜液晶層の傾斜角δの測定＞
基本的には、クラークやラガーウォルによって行われた方法（Ｊａｐａｎ Ｄｉｓｐｌａｙ‘８６，Ｓｅｐ．３０〜Ｏｃｔ．２，１９８６，４５６〜４５８）、あるいは、大内らの方法（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．２７（５）（１９８８）７２５〜７２８）と同様の方法により測定した。
測定装置は、回転陰極方式Ｘ線回折装置（ＭＡＣサイエンス製）を用い、液晶セルのガラス基板へのＸ線の吸収を低減させるため、基板にはコーニング社製のマイクロシート（８０μｍ）を用いた。
【０１１６】
＜プレチルト角αの測定＞
Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．１９（１９８０）Ｎｏ．１０，Ｓｈｏｒｔ Ｎｏｔｅｓ ２０１３に記載されている方法（クリスタルローテイション法）に従って求めた。つまり、ラビングした基板を平行、かつ反対方向にはり合わせて、厚さ２０μｍのセルを作成し、チッソ（株）製の強誘電性液晶ＣＳ−１０１４に、下記の構造式で示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て注入し、測定を行った。
【０１１７】
【化４２】
なお、この混合した液晶組成物は、１０〜５５℃でＳｍＡ相を示す。
【０１１８】
測定方法は、液晶セルを上下基板に垂直、かつ配向処理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持つヘリウム・ネオンレーザ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持つ偏光版を通して、フォトダイオードで透過光強度を測定した。
【０１１９】
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、理論曲線と下記に示す式とフィッティ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。
【０１２０】
【数８】
【０１２１】
＜自発分極の測定方法＞
自発分極は、Ｋ．ミヤサト他［三角波による強誘電性液晶の自発分極の直接測定方法］（日本応用物理学会誌２２、１０号、Ｌ（６６１）１９８３、（“Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ Ｗａｖｅｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｎ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ”，ａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ Ｋ．Ｍｉｙａｓａｔｏ ｅｔ ａｌ．（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２．Ｎｏ１０．Ｌ６６１（１９８３）））によって測定した。
【０１２２】
【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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１２３】
実施例１
下記構造の化合物を、下記に示す配合比にて配合して、液晶組成物１を作成した。
【０１２４】
【化４３】
【０１２５】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物１Ｓ、１Ａ、１Ｂを作成した。
なお、液晶組成物１Ａ、１Ｂはそれぞれ、比較例１、２のために作成した。
【０１２６】
【０１２７】
【０１２８】
【０１２９】
なお、本実施例１、及び、比較例１、２のために作成した液晶の相転移温度、及び、３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに、層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１３０】
本実施例において、ガラス基板１１ａ，１１ｂの厚さを１．１ｍｍとし、透明電極１２ａ，１２ｂとしては、サイドメタル（モリブデン）付きのＩＴＯ膜を用いて、画面サイズ横（情報線側）約２８０ｍｍ、縦（走査線側）約２２０ｍｍ、画素数１２８０×１０２４の液晶表示素子を以下のようにして作成した。該透明電極１２ａ，１２ｂの上には、透明誘電体膜としての酸化タンタルを、スパッタ法により１５０ｎｍ厚に成膜した。また、配向制御膜１４ａ，１４ｂとしては、２５ｎｍ厚のポリイミド膜を用いており、その形成は、ポリイミド前駆体溶液であるＬＱ１８０２（日立化成（株）製）のＮＭＰ溶液を用いてスピンナー塗布法により行った。配向制御膜１４ａ，１４ｂには、アセテート植毛布によるラビング処理を施している。
【０１３１】
またさらに、スペーサ１６としては平均粒径１．２μｍのシリカマイクロビーズを用いており、ノードソン静電散布方式で分布密度３００個／ｍｍ２ になるように散布した。さらに、シール材としては液状接着剤（商品名：ストラクトボンド；三井東圧社製）を用いており、６μｍの膜厚になるように印刷塗布している。
【０１３２】
次いで、２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂを左回りに４〜１２°の交差角でかつ同方向に貼り合わせ、７０℃の温度下で２．８Ｋｇ／ｃｍ３ の圧力を５分間印加することによって圧着し、さらに１５０℃の温度下で０．６３Ｋｇ／ｃｍ３ の圧力を加えながら、４時間かけて２種の接着剤を硬化し、セルを作製した。
【０１３３】
その後の液晶セル内を約１０Ｐａまで減圧し、前記の液晶組成物１、１Ｓ、１Ａ、１Ｂを等方性液体相、または、コレステリック相で注入し、その後、コレステリック相とスメクチックＡ相を通してカイラルスメクチックＣ相を生じる３０℃に冷却した。
【０１３４】
この液晶素子を用いて、３０℃及び５℃における配向性を観察すると共に、図４に示す駆動波形（１／３．３バイアス比）で駆動マージンΔＶ（Ｖ３ −Ｖ１ ）を測定し駆動性を観察した（但し、ΔＴはＶ１ ＝１５．０Ｖになるように設定した。）。
【０１３５】
また、「筋状線欠陥」の程度、及びこの「筋状線欠陥」で分けられた二つの領域間の「最暗軸のズレ角」の観察、さらに駆動時のコントラストの測定も同時に行った。本実験において、コントラスト（Ｃ／Ｒ）の測定は、３０℃において、先に述べた画面サイズ横（情報線側）約２８０ｍｍ、縦（走査線側）約２２０ｍｍ、画素数１２８０×１０２４の液晶表示素子を１０×１０の合計１００エリアに分割し、その全エリアについて行った。（最小Ｃ／Ｒｍｉｎ、最大Ｃ／Ｒｍａｘ、及びその差）
【０１３６】
光源の光量を一定にし、直交クロスニコル間で、上記の液晶素子を無電界時の一方の消光位（透過率が最も低くなる位置）に配置し、フォトマルチメーター（浜松フォトニクス（株）製）で透過光量を検知して測定した。色および黒の表示は、同様に図４に示す駆動波形を用いて走査側±１１．２Ｖ（一部±４．８Ｖ）、情報側±４．８Ｖ、すなわち図４中のＶｏｐ＝１６．０Ｖで行った（ΔＴは同様にＶ１ ＝１５．０Ｖになるように設定した）。
【０１３７】
本実施例における測定結果を表７に示すが、ここにおける配向性とは、未駆動時の配向性を示す。また、駆動電圧マージンのパラメータＭは、
【０１３８】
【数９】
Ｍ＝（Ｖ３ −Ｖ１ ）／（Ｖ３ ＋Ｖ１ ）
で定義し、この値が大きい方が、駆動電圧の変動に対する画像表示能力の余裕度が大きい事を示している。（この値が、０．１以上であれば実用上表示装置に用いることが可能であるといえる）
【０１３９】
配向性、および駆動性のランクは次のようにした。
配向性
Ｃ１Ｕ ： 全領域Ｃ１ユニフォーム配向
Ｃ１Ｔ ： Ｃ１スプレイ配向の出現
Ｃ２ ： Ｃ２配向の出現
【０１４０】
駆動性
Ｃ１Ｕ ： Ｃ１ユニフォーム配向間のみのスイッチング
Ｃ１Ｔ ： Ｃ１スプレイ配向の出現
Ｃ２ ： Ｃ２配向の出現
【０１４１】
実施例２
下記に示す液晶性化合物を各々下記に示すｗｔ％にて配合し、液晶組成物２を作成した。
【０１４２】
【化４４】
【０１４３】
【化４５】
【０１４４】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物２Ｓ、２Ａ、２Ｂを作成し、実施例１、及び、比較例１、２で用いた液晶組成物に替えて、これらの液晶組成物を使用した以外は同様に液晶素子を作成し、実施例１、及び比較例１、２と同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１４５】
なお、液晶組成物２Ａ、２Ｂはそれぞれ、比較例３、４のために作成した。
【０１４６】
【０１４７】
【０１４８】
【０１４９】
なお、本実施例２及び比較例３、４のために作成した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１５０】
実施例３
下記に示す液晶性化合物を各々下記に示すｗｔ％にて配合し、液晶組成物３を作成した。
【０１５１】
【化４６】
【０１５２】
【化４７】
【０１５３】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物３Ｓ、３Ａ、３Ｂを作成し、実施例１及び比較例１、２で用いた液晶組成物に替えて、これらの液晶組成物を使用した以外は同様に液晶素子を作成し、実施例１及び比較例１、２と同様の評価を行った。結果を表７に示す。
なお、液晶組成物３Ａ、３Ｂはそれぞれ、比較例５、６のために作成した。
【０１５４】
【０１５５】
【０１５６】
【０１５７】
なお、本実施例３及び比較例５、６のために作成した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θならびに層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１５８】
実施例４
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物４Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１５９】
【０１６０】
なお、本実施例４に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６１】
実施例５
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物５Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１６２】
【０１６３】
なお、本実施例５に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６４】
実施例６
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物６Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１６５】
【０１６６】
なお、本実施例６に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６７】
表７より明らかなように、ベースとなる液晶組成物１と比較して、液晶性化合物Ａ及びＢを同時に含有させた本発明による液晶組成物１Ｓが、低温域での駆動特性、配向性が共に優れ、総合的に実用的であることがわかる。
【０１６８】
一方、液晶性化合物Ａを加えた１Ａは低温域での駆動特性が向上しているが、配向性では劣る。また、液晶性化合物Ｂを加えた１Ｂは逆に配向性は向上しているが、低温域での駆動特性が、優れているとは言えない。
【０１６９】
このように配向性、低温域での駆動特性の両方の特性を向上させる為には液晶化合物Ａ、Ｂを共に含有させることが重要であり、更には、液晶化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した場合よりも格段に効果があることがわかる。
【０１７０】
また、実施例２においても、液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させた液晶組成物２Ｓは、ベースとなる液晶組成物２、及び液晶性化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した２Ａ、２Ｂと比較して、低温域での駆動特性、配向性の両方の特性が向上している。
【０１７１】
更に、実施例３においても、液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させた液晶組成物３Ｓは、ベースとなる液晶組成物３、及び液晶性化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した３Ａ、３Ｂと比較して、低温域での駆動特性、配向性の両方の特性が向上している。
【０１７２】
同様に液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させて調製した液晶組成物４Ｓ、５Ｓ、６Ｓも低温域での駆動特性、配向性両方の特性を満足させている。
【０１７３】
【表６】
【０１７４】
ここで、Ｃｒｙ ；結晶相または高次のスメクチック相
ＳｍＣ＊；カイラルスメクチックＣ相
ＳｍＡ ；スメクチックＡ相
Ｃｈ ；コレステリック相
Ｉｓｏ ；等方性液体相
を各々示す。
【０１７５】
【表７】
【０１７６】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、液晶組成物中に一般式（Ａ）及び（Ｂ）で示される液晶性化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、微小領域間の「最暗軸のズレ角」が１度以内の良好なモノドメイン性を示し、液晶分子最暗軸の均一性に優れ、表示素子面内上のコントラストむらを小さくすることが可能である液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備え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】本発明の液晶素子の構成の一例を示す模式的断面図である。
【図２】シェブロン構造におけるＣ１配向及びＣ２配向状態を示す模式図である。
【図３】Ｃ１配向及びＣ２配向でのコーン角Θ、プレチルト角α及び層の傾斜角δの関係を示す模式図である。
【図４】図１の液晶素子に印加した電界の波形、及びフォトマルによって測定された光学応答波形と駆動波形との関係を示すためのタイミングチャート図である。
【図５】マトリクス電極を配置した液晶パネルの平面図である。
【図６】従来技術の説明で述べた駆動法の波形図である。
【図７】図６（Ｂ）に示す時系列駆動波形で実際の駆動を行った時の表示パターンの模式図である。
【図８】駆動電圧を変化させた時の透過率の変化を表わすＶ−Ｔ特性図である。
【図９】本発明に係る液晶表示装置とグラフィックコントローラとの接続状態を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る液晶表示装置とグラフィックコントローラとの間の画像情報通信状態を示すタイミングチャート図である。
【図１１】一軸性配向軸方向に現れる「筋状線欠陥」および画素内で見かけのチルト角θａの異なる配向領域が混在する状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ 基板（ガラス基板）
１２ａ，１２ｂ 電極（透明電極）
１３ａ，１３ｂ 絶縁膜（絶縁性配向制御層）
１４ａ，１４ｂ 配向制御膜（絶縁性配向制御層）
１５ 液晶層
１６ スペーサー
１７ａ，１７ｂ 偏光版
４１ 白表示を行う時の電圧波形の一例
４２ 黒表示を行う時の電圧波形の一例
４３ ４２の駆動波形を印加した時の光学応答波形
４４ 白書き込み波形選択期間
４５ 黒書き込み波形選択期間
５１ 液晶パネル
５２ 走査電極群
５３ 情報電極群
６０ 筋状線欠陥
１０１ 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
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶素子、液晶表示装置や、液晶光シャッター等に用いる液晶組成物、液晶素子、及び液晶装置、特に強誘電性液晶組成物、強誘電性液晶素子、及び、強誘電性液晶装置に関し、詳しくは、液晶組成物中にある特定の化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、微小領域間の「最暗軸のズレ角」が１度以内の良好なモノドメイン性を示し、液晶分子最暗軸の均一性に優れ、表示素子面内上のコントラストむらを小さくすることが可能である強誘電性液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備えた液晶装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子との組み合わせにより透過光線を制御する型の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガーウォル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書）。この強誘電性液晶は、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ティックＣ相（ＳｍＣ＊）またはＨ相（ＳｍＨ＊）を有し、この状態において、加えられる電界に応答して第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態とのいずれかを取り、かつ電界の印加のないときはその状態を維持する性質、すなわち双安定性を有し、また電界の変化に対する応答も速やかであり、高速ならびに記憶型の表示素子用としての広い利用が期待され、特にその機能から大画面で高精細なディスプレイへの応用が期待されている。
【０００３】
ところで、このような強誘電性液晶、特にカイラルスメクティック液晶を大画面・高精細ディスプレイに利用した場合において、高いコントラストを有し、かつ高速表示を可能とした技術が、特開平０３−２５２６２４号公報に開示されている。
【０００４】
まず、高いコントラストを得る方法について説明する。
▲１▼ 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Ｉ／Ｉ０ は次の式［１］で表されるが、この式より、透過率Ｉ／Ｉ０ を高めて表示品質を向上させるためには、見かけのチルト角θａ（詳細は後述）が２２．５°であることが望ましいことが分かる。
【０００５】
【数２】
Ｉ／Ｉ０ ＝ｓｉｎ４θａｓｉｎ２ （Δｎｄ／λ）π ［１］
ここで、Ｉ０ は入射光強度、
Ｉは 透過光強度、
θａは見かけのチルト角、
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。
【０００６】
なお、前述の非らせん構造における見かけのチルト角θａは第１と第２の配向状態で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れることになる。
【０００７】
▲２▼ しかし、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においては、見かけのチルト角θａ（２の安定状態の分子軸のなす角度の１／２）は、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）と較べて小さくなり、一般に３°〜８°程度で、その時の透過率Ｉ／Ｉ０ はせいぜい３〜５％程度と低かった。
【０００８】
▲３▼ ところで、スメクチック液晶は一般に層構造をもつが、ＳｍＡ相からＳｍＣ相またはＳｍＣ＊相に転移すると層間隔が縮むので図２のように２１で表わされる液晶層が、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（Ｃ１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Ｃ１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つがあり得る。また、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つの状態（以下、ユニフォーム状態と呼ぶ）が現われることが発見された。
【０００９】
そして、これらの状態は電界をかけると互いに遷移し、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が、ユニフォーム２状態を用いると、大きな見かけのチルト角θａを生じ、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ことがわかった。
【００１０】
したがって、表示素子として画面全体をＣ１配向状態に統一し、かつ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。
【００１１】
▲４▼ ここで、Ｃ１配向およびＣ２配向での基板近くのディレクタは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれコーン３１上にある。またよく知られているように、基板界面の液晶分子は、ラビングによって基板に対してプレチルトと呼ばれる角度をなし、その方向はラビング方向（図３（ａ）（ｂ）では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）方向である。
【００１２】
上のことにより液晶のコーン角Θ、プレチルト角αおよび層傾斜角（液晶層と基板法線とのなす角度）δの間には、
【００１３】
【数３】
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。
【００１４】
したがって、Ｃ２配向を生ぜずＣ１配向を生じさせるための条件は、
【００１５】
【数４】
Θ−δ＜α つまり Θ＜α＋δ （Ｉ）
となる。
【００１６】
さらに界面の液晶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
【００１７】
【数５】
α＞δ （ＩＩ）
が得られる。
【００１８】
よって、Ｃ１→Ｃ２転移が起こりにくく、Ｃ１配向状態をより安定に形成させるには、（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ことが理解できる。
【００１９】
この上述した条件（Ｉ）及び（ＩＩ）を満足する場合には、液晶の見かけのチルト角θａは、上述した３°〜８°程度から８°〜１６°程度にまで増大し、液晶のコーン角Θと見かけのチルト角θａとの間には、
【００２０】
【数６】
Θ＞θａ＞Θ／２ （ＩＩＩ）
なる関係式が成り立つことが経験的に得られた。
【００２１】
以上のように（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）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。なお、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０°〜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。
【００２２】
次に、高速表示が可能となる技術について説明する。
▲１▼ 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およ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、およ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。
【００２３】
▲２▼ この問題に対する解決法は、特開昭６０−３１１２０号公報、特開平１−１４０１９８号公報等で開示されている。
すなわち、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、走査電極を全数また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き込みという）と、走査電極を全数また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き込みという）とを有する表示装置を用いることにより、部分的動画表示を部分書き込みで行うことによって高速表示が可能となり、部分書き込みと全面書き込みの両立が実現できる。
【００２４】
この強誘電性液晶層を一対の基板間に挟持した素子で前述した様な単純マトリクス表示装置とした場合では、例えば特開昭５９−１９３４２６号公報、特開昭５９−１９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４６号公報、特開昭６０−１５６０４７号公報などに開示された駆動法を適用することができる。
【００２５】
図６は、駆動法の波形図の一例である。また、図５は、マトリクス電極を配置した強誘電性液晶パネルの一例の平面図である。図５の液晶パネル５１には、走査電極群５２の走査線と情報電極群５３のデータ線とが互いに交差して配線され、その交差部の走査線とデータ線との間には強誘電性液晶が配置されている。
【００２６】
図６（Ａ）中のＳＳ は選択された走査線に印加する選択走査波形を、ＳＮ は選択されていない非選択走査波形を、ＩＳ は選択されたデータ線に印加する選択情報波形（黒）を、ＩＮ は選択されていないデータ線に印加する非選択情報信号（白）を表わしている。また、図中（ＩＳ −ＳＳ ）と（ＩＮ −ＳＳ ）は選択された走査線上の画素に印加する電圧波形で、電圧（ＩＳ −ＳＳ ）が印加された画素は黒の表示状態をとり、電圧（ＩＮ −ＳＳ ）が印加された画素は白の表示状態をとる。
【００２７】
図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す駆動波形で、図７に示す表示を行ったときの時系列波形である。
図６に示す駆動例では、選択された走査線上の画素に印加される単一極性電圧の最小印加時間Δｔが書込み位相ｔ２ の時間に相当し、１ラインクリヤｔ１ 位相の時間が２Δｔに設定されている。
さて、図６に示した駆動波形の各パラメータＶＳ ，ＶＩ ，Δｔの値は使用する液晶材料のスイッチング特性によって決定される。
【００２８】
図８は後述するバイアス比を一定に保ったまま駆動電圧（ＶＳ ＋ＶＩ ）を変化させた時の透過率Ｔの変化、即ちＶ−Ｔ特性を示したものである。ここではΔｔ＝５０μｓｅｃ、バイアス比ＶＩ ／（ＶＩ ＋ＶＳ ）＝１／３に固定されている。図８の正側は図６で示した（ＩＮ −ＳＳ ）、負側は（ＩＳ −ＳＳ ）で示した波形が印加される。
【００２９】
ここで、Ｖ１ ，Ｖ３ をそれぞれ実駆動閾値電圧及びクロストーク電圧と呼ぶ。また、Ｖ２ ＜Ｖ１ ＜Ｖ３ の時ΔＶ＝Ｖ３ −Ｖ１ を電圧マージンと呼び、マトリクス駆動可能な電圧幅となる。Ｖ３ は強誘電性液晶表示素子駆動上、一般的に存在すると言ってよい。具体的には、図６（Ａ）（ＩＮ −ＳＳ ）の波形におけるＶＢ によるスイッチングを起こす電圧値である。勿論、バイアス比を大きくすることによりＶ３ の値を大きくすることは可能であるが、バイアス比を増すことは情報信号の振幅を大きくすることを意味し、画質的にはちらつきの増大、コントラストの低下を招き好ましくない。
【００３０】
我々の検討ではバイアス比１／３〜１／４程度が実用的であった。ところで、バイアス比を固定すれば、電圧マージンΔＶは液晶材料のスイッチング特性に強く依存し、ΔＶの大きい液晶材料がマトリクス駆動上非常に有利であることは言うまでもない。
【００３１】
この様なある一定温度において、情報信号の２通りの向きによって選択画素に「黒」及び「白」の２状態を書き込むことが可能であり、非選択画素はその「黒」又は「白」の状態を保持することが可能である印加電圧の上下限の値及びその幅（駆動電圧マージンΔＶ）は、液晶材料間で差があり、特有なものである。また、環境温度の変化によっても駆動マージンはズレていくため、実際の表示装置の場合、液晶材料や環境温度に対して最適駆動電圧にしておく必要がある。
【００３２】
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、上述の部分書き込みを行な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。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
実用上、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１０〜５０℃程度になる。通常の強誘電性液晶を用いたディスプレイでは、このすべての温度範囲で良好な画質を保つことは実現されていないのが現状である。特に層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整された液晶組成物を用いた場合、低温度領域における駆動マージンの確保は大きな課題となっている。
【００３４】
室温付近の温度では、Ｃ１ユニフォーム配向状態の高コントラストの良好な画像を実現できても、低温域ではマトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現する場合がある。このため、低温域では駆動マージンの減少が大きく、使用環境温度範囲内で良好な画像や駆動マージンを実現できているとは言い難かった。
【００３５】
さらに、上記の液晶表示素子に電圧を印加して駆動した場合、液晶の均一配向状態の程度の差によって、表示素子面内上のコントラストむらが著しく、表示品位の均一性が損なわれてしまう場合があった。
【００３６】
すなわち、前述のＣ１ユニフォーム配向状態を有している素子を数十倍以上に拡大して偏光顕微鏡上で観察すると図１１に示す様な、ほぼ一軸性配向処理方向に「筋状線欠陥」６０を見つけることができる。この「筋状線欠陥」で分けられた領域間の「最暗軸のズレ角」が１度以内の時、その配向状態は良好なモノドメイン性を示しているということができ、表示素子面内の配向の均一性及び液晶分子最暗軸の均一性は良好であり、表示素子のコントラストを左右する大きな要因としては非選択期間の間、連続的に印加される情報信号電圧による分子の揺らぎに由来する問題のみとなる。
【００３７】
一方、上述の「筋状線欠陥」で分けられた領域間の「最暗軸のズレ角」が２度以上の時、その配向状態はモノドメイン性が不良であるとみなせる。この場合、情報信号電圧による分子の揺らぎの程度が同じレベルであっても、液晶分子最暗軸の方向が微少エリアごとに異なるため、表示素子内上でコントラストが低下するエリアが現れる場合が多く、表示品位の均一性が損なわれてしまう。
【００３８】
なお、図１１は、一軸性配向軸方向に現れる「筋状線欠陥」および画素内で見かけのチルト角θａの異なる配向領域Ａ，Ｂが混在する状態を示す模式図である。
【００３９】
そこで、本発明は、液晶組成物中にある特定の化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、微小領域間の「最暗軸のズレ角」が１度以内の良好なモノドメイン性を示し、液晶分子最暗軸の均一性に優れ、表示素子面内上のコントラストむらを小さくすることが可能である液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備えた液晶装置を提供することを目的とするものである。
【００４０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明者らは、上述の問題点を解決すべく、特定の液晶性化合物を組み合わせ、これを用いた液晶組成物、これを使用した液晶素子、更にこれを用いた液晶装置について、鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったものである。
【００４１】
すなわち、本発明は、下記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物をそれぞれ０．１〜３０重量％含有することを特徴とする液晶組成物を用いることにより達成される。
【００４２】
【化１８】
Ｘ１、Ｘ２は単結合、−Ｏ−、
【００４３】
【化１９】
【００４４】
Ａ１は
【００４５】
【化２０】
【００４６】
一般式（Ａ）で示される液晶性化合物の合成手段は、例えば特願平５−３４４７３８号に開示された方法によって得ることができる。
一般式（Ａ）で示される液晶性化合物の好ましい具体的な化合物例を下記の表に示す。表中におけるアルファベットは下記に示す側鎖基または環状基を示す。
【００４７】
【化２１】
【化２２】
【表１】
【表２】
【化２３】
Ｘ３は単結合、−Ｏ−、
【００５２】
【化２４】
【００５３】
【化２５】
【００５４】
Ａ２は
【００５５】
【化２６】
一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物の合成手段は、例えば特願平５−１９７４号あるいは特願平５−３１２９２４号に開示された方法によって得ることができる。
一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物の好ましい具体的な化合物例を下記の表に示す。表中におけるアルファベットは下記に示す側鎖基または環状基を示す。
【００５６】
【化２７】
【化２８】
【表３】
【表４】
【表５】
本発明で用いる液晶性化合物（ｍｅｓｏｍｏｒｐｈｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）は、それ自体単独で液晶としての相転移系列をとるか否かは限定されず、液晶組成物中で液晶成分としての好適な機能をなすものであればよい。
【００６２】
本発明の液晶組成物は、一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物をそれぞれ０．１〜３０重量％含有することが望ましく、０．１重量％未満では効果の出現性が希薄となり、３０重量％を越えると、多の特性とのバランスを大きく崩し、更には一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物で６０重量％を越えることになり、液晶組成物に用いられる、その他の液晶性化合物（本発明の一般式（Ａ）、一般式（Ｂ）以外）との量比関係から、相転移温度などの調整が困難となってしまい、好ましくない。
【００６３】
また、好ましくはそれぞれ０．１〜２０重量％含有すると、他の特性を大きく損なうことなく、本発明が目的とする効果を発現させることができる利点があり、更に好ましくは、それぞれ０．５〜１５重量％含有すると、更に本発明が目的とする効果を最も確実に発現させ、更には、液晶組成物に用いられる、その他の液晶性化合物（本発明の一般式（Ａ）、一般式（Ｂ）以外）との量比関係から、相転移温度などの調整が容易となる利点がある。
【００６４】
また、好ましくは、前記液晶組成物がカイラルスメクティックＣ相を有し、かつ、０℃〜６０℃の範囲において、カイラルスメクティックＣ相の層の傾斜角δの大きさが、３°〜１５°、好ましくは３°〜１２°に調整されていることが望ましい。
【００６５】
更に、本発明は、カイラルスメクティック液晶と、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平行あるいは互いに所定の角度で交差した配向処理が施された一対の基板とを備えた液晶素子において、該液晶が、前記一般式（Ａ）及び前記一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物を各々０．１〜３０重量％を含有する液晶組成物であることを特徴とする液晶素子を用いることにより達成される。
【００６６】
好ましくは、前記液晶素子に使用される前記液晶組成物が、カイラルスメクティックＣ相を有し、０℃〜６０℃の範囲において、カイラルスメクティックＣ相の層の傾斜角δの大きさが、３°〜１５°に調整されている液晶組成物であることが望ましい。
【００６７】
更に好ましくは、前記液晶素子において、カイラルスメクティック液晶、及びその液晶素子の室温近傍におけるプレチルト角をα、コーン角Θ、液晶の層の傾斜角をδとすれば、カイラルスメクティック液晶が、下記（Ｉ）式、及び、（ＩＩ）式で表される配向状態を有し、かつ、この配向状態において、少なくとも２つの安定状態を示し、それらの光学軸のなす角度の１／２である、見かけのチルト角θａとコーン角Θとが、下記（ＩＩＩ）式の関係を有し、該液晶が、前記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物を各々０．１〜３０重量％を含有する液晶組成物であることが望ましい。
【００６８】
【数７】
Θ＜α＋δ （Ｉ）
δ＜α （ＩＩ）
Θ＞θａ＞Θ／２ （ＩＩＩ）
【００６９】
更に好ましくは、前記液晶素子の一軸性配向軸の交差角が０°〜２５°であることが望ましい。
より好ましくは、前記液晶素子のプレチルト角αの大きさが、５°以上であることが望ましい。
更に、本発明は、前記液晶組成物を使用した前記液晶素子の駆動回路と、光源を具備する液晶装置により達成される。
【００７０】
更に好ましくは、本発明において、液晶組成物を構成するその他の好ましい液晶性化合物としては、下記一般式（１）〜（５）の構造を有する液晶性化合物などをあげることができ、これらを主な構成成分とし、適時、各液晶性化合物の配合比を変え、液晶組成物とすることが望ましい。
【００７１】
【化２９】
（式中、Ｒ２１、Ｒ２２は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮ、ＣＦ３を示す。
また、Ｒ２１、Ｒ２２は光学活性であっても良い。Ｙ１ は水素原子またはフッ素原子を表す。ｐ，ｑは、０、１、２であって、ｐ＋ｑは１または２である。）
【００７３】
【化３０】
【００７４】
【化３１】
【００７５】
Ｒ２３は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、
Ｒ２４は水素原子、ハロゲン、ＣＮ基または炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、Ｒ２３、Ｒ２４の示す該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、
Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３を示す。また、Ｒ２３、Ｒ２４は光学活性であっても良い。）
【００７６】
【化３２】
【００７７】
【化３３】
【００７８】
Ｒ２５、Ｒ２６は、炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３を示す。
また、Ｒ２５、Ｒ２６は光学活性であっても良い。）
【００７９】
【化３４】
【００８０】
【化３５】
【００８１】
Ｒ２７、Ｒ２８は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２７、Ｒ２８は光学活性であっても良い。）
【００８２】
【化３６】
（式中、Ｒ２９、Ｒ３０は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２９、Ｒ３０は光学活性であっても良い。）
【００８４】
一般式（１）〜（４）の化合物のより好ましい化合物例を下記に示す。
一般式（１）の化合物のより好ましい化合物例
【００８５】
【化３７】
一般式（２）の化合物のより好ましい化合物例
【００８７】
【化３８】
一般式（３）の化合物のより好ましい化合物例
【００８９】
【化３９】
一般式（４）の化合物のより好ましい化合物例
【００９１】
【化４０】
上記の式中、Ｒは、水素原子、ハロゲン、ＣＮ基または炭素原子数１〜１８の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つ、もしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。また、Ｒは光学活性であっても良い。
Ｙ１ は、水素または、フッ素を表す。
【００９３】
本発明の構成をより詳細に、図に基づいて以下に説明する。
図１は強誘電性液晶素子の構成を説明するために、液晶素子の一例を示す断面概略図である。
図１において、符号１５は液晶層、１１ａ，１１ｂはガラス基板、１２ａ，１２ｂは透明電極、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは絶縁性配向制御層、１６はスペーサー、１７ａ，１７ｂは偏光板を示している。
【００９４】
２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂには、それぞれＩｎ２ Ｏ３ 、ＳｎＯ２ あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの薄膜からなる透明電極１２ａ，１２ｂが被覆されている。
その上に、液晶を特定の方法に並べる絶縁性配向制御層が形成されている。絶縁性配向制御層は、単層であっても、複数の材料で構成された、複数の層であってもよい。
【００９５】
図１においては、絶縁性配向制御層が、無機物質で絶縁膜１３ａ，１３ｂを形成し、その上に有機物質で配向制御膜１４ａ，１４ｂを形成する、２層構成の絶縁性配向制御層である場合を例示している。
【００９６】
無機物質としては、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、ホウ素窒化物、水素を含有するホウ素窒化物、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、タンタル酸化物やフッ化マグネシウムなどを用いることができ、具体的には、ＳｉＯ２ 膜、ＴｉＯ２ 膜、Ｔａ２ Ｏ５ 膜などを挙げることができる。
【００９７】
有機物質としては、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を用いることができ、具体的には、下記構造式で示されるポリイミドなどを挙げることができる。
【００９８】
更に、また無機物質絶縁性配向制御層の単層、あるいは有機物質絶縁性配向制御層の単層で絶縁性配向制御層が形成されていてもよい。
【００９９】
【化４１】
配向制御膜１４ａと１４ｂは、配向方向が下配向膜１４ｂを基準として、上配向膜１４ａが、上配向膜１４ａの方から見て、左回り（または右回り）に０〜２５°の交差角を持って一軸配向処理を行い、かつ、同一方向（図１で言えば矢印Ａ方向）になる様にラビング処理してある。
以下においては、上記の様に交差角を定義する。
この絶縁性配向制御層が無機系ならば、蒸着法等で形成できる。
【０１０１】
又、有機系ならば有機絶縁物質を溶解させた溶液又はその前駆体溶液（溶剤に０．１〜２０ｗｔ％、好ましくは０．２〜２０ｗｔ％を配合）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、スプレイ塗布法、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）で硬化させることができる。
【０１０２】
絶縁性配向制御層１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの層厚は、各々、通常３〜１０００ｎｍ、好ましくは３〜３００ｎｍ、更に好ましくは５〜２００ｎｍが適している。
【０１０３】
この２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂはスペーサー１６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、周囲をシール剤、例えばエポキシ系接着剤を用いて接着する方法がある。
その他スペ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よい。
【０１０４】
この２枚のガラス基板の間に強誘電性液晶が封入されている。
【０１０５】
強誘電性液晶が封入される液晶層１５は、一般的には０．５〜２０μｍ、好ましくは、０．８〜５μｍである。
また素子とした場合に、良好な配向性を示すモノドメイン状態を得るには、その強誘電性液晶が、等方相からカイラルネマティック相（コレステリック相）、スメクティックＡ相、カイラルスメクティックＣ相と変化する相転移系列を有していることが望ましい。
【０１０６】
また、ガラス基板１１ａ，１１ｂの外側には偏光板１７ａ，１７ｂが貼り合わせてある。図１は透過型なので、光源を備えている。
【０１０７】
この強誘電性液晶層を一対の基板間に挟持した素子で、単純マトリクス表示装置とした場合では、例えば、特開昭５９−１９３４２６号公報、特開昭５９−１９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４６号公報、特開昭６０−１５６０４７号公報などに開示された駆動法を適用することができる。
【０１０８】
図４は、駆動法の波形図の一例である。
図５は、本発明で用いたマトリクス電極を配置した強誘電液晶パネルの平面図である。
図５の液晶パネル５１には、走査電極群５２の走査線と情報電極群５３のデータ線とが互いに交差して配線され、その交差分の走査線とデータ線との間には強誘電性液晶が配置されている。
【０１０９】
本発明の液晶素子は、種々の液晶装置を構成するが、特に表示素子として液晶表示装置を構成するものが好ましい。
本発明による液晶素子を表示パネル部に使用し、図９及び図１０に示した走査線アドレス情報を持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。
【０１１０】
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９及び図１０に示した信号転送手段に従って表示パネル１０３に転送される。
【０１１１】
グラフィックスコントローラ１０２は、ＣＰＵ（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、本発明による液晶素子を用いた液晶表示装置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。
【０１１２】
本発明に係る液晶素子におけるコーン角Θ、見かけのチルト角θａ、液晶層の傾斜角δ、プレチルト角α、及び自発分極Ｐｓは、以下の様にして測定することができる。
【０１１３】
＜コーン角Θの測定＞
±３０Ｖ〜±５０Ｖ、１〜１００ＨｚのＡＣ（交流）を液晶素子の上下基板間に電極を介して印加しながら、直交クロスニコル下、その間に配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させると同時に、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）及び第２の消光位を求める。
そして、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とする。
【０１１４】
＜見かけのチルト角θａの測定＞
液晶の閾値の単発パルスを印加した後、無電界下、かつ直交クロスニコル下において、その間に配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させ、第１の消光位を求める。
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の消光位を求める。
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を見かけのチルト角θａとする。
【０１１５】
＜液晶層の傾斜角δの測定＞
基本的には、クラークやラガーウォルによって行われた方法（Ｊａｐａｎ Ｄｉｓｐｌａｙ‘８６，Ｓｅｐ．３０〜Ｏｃｔ．２，１９８６，４５６〜４５８）、あるいは、大内らの方法（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．２７（５）（１９８８）７２５〜７２８）と同様の方法により測定した。
測定装置は、回転陰極方式Ｘ線回折装置（ＭＡＣサイエンス製）を用い、液晶セルのガラス基板へのＸ線の吸収を低減させるため、基板にはコーニング社製のマイクロシート（８０μｍ）を用いた。
【０１１６】
＜プレチルト角αの測定＞
Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．１９（１９８０）Ｎｏ．１０，Ｓｈｏｒｔ Ｎｏｔｅｓ ２０１３に記載されている方法（クリスタルローテイション法）に従って求めた。つまり、ラビングした基板を平行、かつ反対方向にはり合わせて、厚さ２０μｍのセルを作成し、チッソ（株）製の強誘電性液晶ＣＳ−１０１４に、下記の構造式で示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て注入し、測定を行った。
【０１１７】
【化４２】
【０１１８】
測定方法は、液晶セルを上下基板に垂直、かつ配向処理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持つヘリウム・ネオンレーザ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持つ偏光版を通して、フォトダイオードで透過光強度を測定した。
【０１１９】
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、理論曲線と下記に示す式とフィッティ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。
【０１２０】
【数８】
＜自発分極の測定方法＞
自発分極は、Ｋ．ミヤサト他［三角波による強誘電性液晶の自発分極の直接測定方法］（日本応用物理学会誌２２、１０号、Ｌ（６６１）１９８３、（“Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ Ｗａｖｅｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｎ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ”，ａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ Ｋ．Ｍｉｙａｓａｔｏ ｅｔ ａｌ．（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２．Ｎｏ１０．Ｌ６６１（１９８３）））によって測定した。
【０１２２】
【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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１２３】
実施例１
下記構造の化合物を、下記に示す配合比にて配合して、液晶組成物１を作成した。
【０１２４】
【化４３】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物１Ｓ、１Ａ、１Ｂを作成した。
なお、液晶組成物１Ａ、１Ｂはそれぞれ、比較例１、２のために作成した。
【０１２６】
なお、本実施例１、及び、比較例１、２のために作成した液晶の相転移温度、及び、３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに、層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１３０】
本実施例において、ガラス基板１１ａ，１１ｂの厚さを１．１ｍｍとし、透明電極１２ａ，１２ｂとしては、サイドメタル（モリブデン）付きのＩＴＯ膜を用いて、画面サイズ横（情報線側）約２８０ｍｍ、縦（走査線側）約２２０ｍｍ、画素数１２８０×１０２４の液晶表示素子を以下のようにして作成した。該透明電極１２ａ，１２ｂの上には、透明誘電体膜としての酸化タンタルを、スパッタ法により１５０ｎｍ厚に成膜した。また、配向制御膜１４ａ，１４ｂとしては、２５ｎｍ厚のポリイミド膜を用いており、その形成は、ポリイミド前駆体溶液であるＬＱ１８０２（日立化成（株）製）のＮＭＰ溶液を用いてスピンナー塗布法により行った。配向制御膜１４ａ，１４ｂには、アセテート植毛布によるラビング処理を施している。
【０１３１】
またさらに、スペーサ１６としては平均粒径１．２μｍのシリカマイクロビーズを用いており、ノードソン静電散布方式で分布密度３００個／ｍｍ２ になるように散布した。さらに、シール材としては液状接着剤（商品名：ストラクトボンド；三井東圧社製）を用いており、６μｍの膜厚になるように印刷塗布している。
【０１３２】
次いで、２枚のガラス基板１１ａ，１１ｂを左回りに４〜１２°の交差角でかつ同方向に貼り合わせ、７０℃の温度下で２．８Ｋｇ／ｃｍ３ の圧力を５分間印加することによって圧着し、さらに１５０℃の温度下で０．６３Ｋｇ／ｃｍ３ の圧力を加えながら、４時間かけて２種の接着剤を硬化し、セルを作製した。
【０１３３】
その後の液晶セル内を約１０Ｐａまで減圧し、前記の液晶組成物１、１Ｓ、１Ａ、１Ｂを等方性液体相、または、コレステリック相で注入し、その後、コレステリック相とスメクチックＡ相を通してカイラルスメクチックＣ相を生じる３０℃に冷却した。
【０１３４】
この液晶素子を用いて、３０℃及び５℃における配向性を観察すると共に、図４に示す駆動波形（１／３．３バイアス比）で駆動マージンΔＶ（Ｖ３ −Ｖ１ ）を測定し駆動性を観察した（但し、ΔＴはＶ１ ＝１５．０Ｖになるように設定した。）。
【０１３５】
また、「筋状線欠陥」の程度、及びこの「筋状線欠陥」で分けられた二つの領域間の「最暗軸のズレ角」の観察、さらに駆動時のコントラストの測定も同時に行った。本実験において、コントラスト（Ｃ／Ｒ）の測定は、３０℃において、先に述べた画面サイズ横（情報線側）約２８０ｍｍ、縦（走査線側）約２２０ｍｍ、画素数１２８０×１０２４の液晶表示素子を１０×１０の合計１００エリアに分割し、その全エリアについて行った。（最小Ｃ／Ｒｍｉｎ、最大Ｃ／Ｒｍａｘ、及びその差）
【０１３６】
光源の光量を一定にし、直交クロスニコル間で、上記の液晶素子を無電界時の一方の消光位（透過率が最も低くなる位置）に配置し、フォトマルチメーター（浜松フォトニクス（株）製）で透過光量を検知して測定した。色および黒の表示は、同様に図４に示す駆動波形を用いて走査側±１１．２Ｖ（一部±４．８Ｖ）、情報側±４．８Ｖ、すなわち図４中のＶｏｐ＝１６．０Ｖで行った（ΔＴは同様にＶ１ ＝１５．０Ｖになるように設定した）。
【０１３７】
本実施例における測定結果を表７に示すが、ここにおける配向性とは、未駆動時の配向性を示す。また、駆動電圧マージンのパラメータＭは、
【０１３８】
【数９】
Ｍ＝（Ｖ３ −Ｖ１ ）／（Ｖ３ ＋Ｖ１ ）
で定義し、この値が大きい方が、駆動電圧の変動に対する画像表示能力の余裕度が大きい事を示している。（この値が、０．１以上であれば実用上表示装置に用いることが可能であるといえる）
【０１３９】
配向性、および駆動性のランクは次のようにした。
配向性
Ｃ１Ｕ ： 全領域Ｃ１ユニフォーム配向
Ｃ１Ｔ ： Ｃ１スプレイ配向の出現
Ｃ２ ： Ｃ２配向の出現
【０１４０】
駆動性
Ｃ１Ｕ ： Ｃ１ユニフォーム配向間のみのスイッチング
Ｃ１Ｔ ： Ｃ１スプレイ配向の出現
Ｃ２ ： Ｃ２配向の出現
【０１４１】
実施例２
下記に示す液晶性化合物を各々下記に示すｗｔ％にて配合し、液晶組成物２を作成した。
【０１４２】
【化４４】
【化４５】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物２Ｓ、２Ａ、２Ｂを作成し、実施例１、及び、比較例１、２で用いた液晶組成物に替えて、これらの液晶組成物を使用した以外は同様に液晶素子を作成し、実施例１、及び比較例１、２と同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１４５】
なお、液晶組成物２Ａ、２Ｂはそれぞれ、比較例３、４のために作成した。
【０１４６】
なお、本実施例２及び比較例３、４のために作成した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１５０】
実施例３
下記に示す液晶性化合物を各々下記に示すｗｔ％にて配合し、液晶組成物３を作成した。
【０１５１】
【化４６】
【化４７】
この液晶組成物に対して、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物３Ｓ、３Ａ、３Ｂを作成し、実施例１及び比較例１、２で用いた液晶組成物に替えて、これらの液晶組成物を使用した以外は同様に液晶素子を作成し、実施例１及び比較例１、２と同様の評価を行った。結果を表７に示す。
なお、液晶組成物３Ａ、３Ｂはそれぞれ、比較例５、６のために作成した。
【０１５４】
なお、本実施例３及び比較例５、６のために作成した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θならびに層の傾斜角δの値を表６に示す。
【０１５８】
実施例４
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物４Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１５９】
なお、本実施例４に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６１】
実施例５
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物５Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１６２】
なお、本実施例５に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６４】
実施例６
実施例３で使用した、本発明の例示液晶性化合物に替えて、下記に示す本発明の例示液晶性化合物を下記の配合比にて配合し、液晶組成物６Ｓを作成した以外は実施例１と同様に液晶素子を作成し、同様の評価を行った。結果を表７に示す。
【０１６５】
なお、本実施例６に使用した液晶の相転移温度、及び３０℃における自発分極の大きさ（Ｐｓ）、コーン角Θ、ならびに層の傾斜角δの値は表６に示す。
【０１６７】
表７より明らかなように、ベースとなる液晶組成物１と比較して、液晶性化合物Ａ及びＢを同時に含有させた本発明による液晶組成物１Ｓが、低温域での駆動特性、配向性が共に優れ、総合的に実用的であることがわかる。
【０１６８】
一方、液晶性化合物Ａを加えた１Ａは低温域での駆動特性が向上しているが、配向性では劣る。また、液晶性化合物Ｂを加えた１Ｂは逆に配向性は向上しているが、低温域での駆動特性が、優れているとは言えない。
【０１６９】
このように配向性、低温域での駆動特性の両方の特性を向上させる為には液晶化合物Ａ、Ｂを共に含有させることが重要であり、更には、液晶化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した場合よりも格段に効果があることがわかる。
【０１７０】
また、実施例２においても、液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させた液晶組成物２Ｓは、ベースとなる液晶組成物２、及び液晶性化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した２Ａ、２Ｂと比較して、低温域での駆動特性、配向性の両方の特性が向上している。
【０１７１】
更に、実施例３においても、液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させた液晶組成物３Ｓは、ベースとなる液晶組成物３、及び液晶性化合物Ａ、Ｂを各々単独で導入した３Ａ、３Ｂと比較して、低温域での駆動特性、配向性の両方の特性が向上している。
【０１７２】
同様に液晶性化合物Ａ、Ｂを同時に含有させて調製した液晶組成物４Ｓ、５Ｓ、６Ｓも低温域での駆動特性、配向性両方の特性を満足させている。
【０１７３】
【表６】
ここで、Ｃｒｙ ；結晶相または高次のスメクチック相
ＳｍＣ＊；カイラルスメクチックＣ相
ＳｍＡ ；スメクチックＡ相
Ｃｈ ；コレステリック相
Ｉｓｏ ；等方性液体相
を各々示す。
【０１７５】
【表７】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、液晶組成物中に一般式（Ａ）及び（Ｂ）で示される液晶性化合物を組み合わせて含有させることによって、層の傾斜角δの大きさを低温側で単調増加していかないように調整した場合でも、低温度領域において、マトリクス駆動時にＣ２配向状態を呈する領域が出現せず、低温域での駆動マージンの減少を抑制することが可能である、加えて、微小領域間の「最暗軸のズレ角」が１度以内の良好なモノドメイン性を示し、液晶分子最暗軸の均一性に優れ、表示素子面内上のコントラストむらを小さくすることが可能である液晶組成物、及びこれを用いた液晶素子、更にはこの液晶素子の駆動回路、及び光源を備え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】本発明の液晶素子の構成の一例を示す模式的断面図である。
【図２】シェブロン構造におけるＣ１配向及びＣ２配向状態を示す模式図である。
【図３】Ｃ１配向及びＣ２配向でのコーン角Θ、プレチルト角α及び層の傾斜角δの関係を示す模式図である。
【図４】図１の液晶素子に印加した電界の波形、及びフォトマルによって測定された光学応答波形と駆動波形との関係を示すためのタイミングチャート図である。
【図５】マトリクス電極を配置した液晶パネルの平面図である。
【図６】従来技術の説明で述べた駆動法の波形図である。
【図７】図６（Ｂ）に示す時系列駆動波形で実際の駆動を行った時の表示パターンの模式図である。
【図８】駆動電圧を変化させた時の透過率の変化を表わすＶ−Ｔ特性図である。
【図９】本発明に係る液晶表示装置とグラフィックコントローラとの接続状態を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る液晶表示装置とグラフィックコントローラとの間の画像情報通信状態を示すタイミングチャート図である。
【図１１】一軸性配向軸方向に現れる「筋状線欠陥」および画素内で見かけのチルト角θａの異なる配向領域が混在する状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ 基板（ガラス基板）
１２ａ，１２ｂ 電極（透明電極）
１３ａ，１３ｂ 絶縁膜（絶縁性配向制御層）
１４ａ，１４ｂ 配向制御膜（絶縁性配向制御層）
１５ 液晶層
１６ スペーサー
１７ａ，１７ｂ 偏光版
４１ 白表示を行う時の電圧波形の一例
４２ 黒表示を行う時の電圧波形の一例
４３ ４２の駆動波形を印加した時の光学応答波形
４４ 白書き込み波形選択期間
４５ 黒書き込み波形選択期間
５１ 液晶パネル
５２ 走査電極群
５３ 情報電極群
６０ 筋状線欠陥
１０１ 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
Claims (11)
- 下記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される液晶性化合物をそれぞれ０．１〜３０重量％含有することを特徴とする液晶組成物。
Ｘ１、Ｘ２は単結合、−Ｏ−、
Ａ１は
Ｘ３は単結合、−Ｏ−、
Ａ２は
- 請求項１記載の液晶組成物がカイラルスメクティックＣ相を有し、かつ０℃〜６０℃の範囲において、カイラルスメクティックＣ相の層の傾斜角δの大きさが、３°〜１５°に調整されていることを特徴とする請求項１記載の液晶組成物。
- 前記液晶組成物が更に下記一般式（１）で示される液晶性化合物を２５〜７５ｗｔ％、一般式（２）で示される液晶性化合物を５〜２５ｗｔ％、一般式（３）で示される液晶性化合物を５〜３０ｗｔ％、一般式（４）で示される液晶性化合物を０．１〜３０ｗｔ％、一般式（５）で示される液晶性化合物を１〜２５ｗｔ％含有してなることを特徴とする請求項１記載の液晶組成物。
また、Ｒ２１、Ｒ２２は光学活性であっても良い。Ｙ１ は水素原子またはフッ素原子を表す。ｐ，ｑは、０、１、２であって、ｐ＋ｑは１または２である。）
Ｒ２３は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、
Ｒ２４は水素原子、ハロゲン、ＣＮ基または炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、Ｒ２３、Ｒ２４の示す該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、
Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。また、Ｒ２３、Ｒ２４は光学活性であっても良い。）
Ｒ２５、Ｒ２６は、炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２５、Ｒ２６は光学活性であっても良い。）
Ｒ２７、Ｒ２８は炭素原子数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１つもしくは２つ以上のメチレン基は、ヘテロ原子が隣接しない条件で−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨＷ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えられていてもよく、Ｗはハロゲン、ＣＮまたはＣＦ３ を示す。
また、Ｒ２７、Ｒ２８は光学活性であっても良い。）
また、Ｒ２９、Ｒ３０は光学活性であっても良い。） - 前記一般式（１）で示される液晶性化合物が下記一般式（１−１）〜（１−７）で示される液晶性化合物であり、一般式（２）で示される液晶性化合物が下記一般式（２−１）〜（２−５）で示される液晶性化合物であり、一般式（３）で示される液晶性化合物が下記一般式（３−１）〜（３−９）で示される液晶性化合物であり、一般式（４）で示される液晶性化合物が下記一般式（４−１）〜（４−６）で示される液晶性化合物であることを特徴とする請求項３記載の液晶組成物。
Ｙ１ は水素原子またはフッ素原子を表す。） - カイラルスメクティック液晶と、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平行あるいは互いに所定の角度で交差した配向処理が施された一対の基板とを備えた液晶素子において、該カイラルスメクティック液晶が請求項１乃至４のいずれかの項に記載の液晶組成物であることを特徴とする液晶素子。
- カイラルスメクティック液晶、及びその液晶素子の室温近傍におけるプレチルト角をα、コーン角Θ、液晶の層の傾斜角をδとすれば、カイラルスメクティック液晶が、下記（Ｉ）式及び（ＩＩ）式で表される配向状態を有し、かつこの配向状態において、少なくとも２つの安定状態を示し、それらの光学軸のなす角度の１／２である、見かけのチルト角θａとコーン角Θとが、下記（ＩＩＩ）式の関係を有する請求項５記載の液晶素子。
【数１】
Θ＜α＋δ （Ｉ）
δ＜α （ＩＩ）
Θ＞θａ＞Θ／２ （ＩＩＩ） - 前記一軸性配向軸の交差角が０°〜２５°である請求項５または６に記載の液晶素子。
- 前記プレチルト角αの大きさが５°以上である請求項５乃至７のいずれかに記載の液晶素子。
- 請求項５乃至８のいずれかに記載の液晶素子を具備した液晶装置。
- 該液晶素子の駆動回路を具備した請求項９記載の液晶装置。
- 更に光源を具備する請求項１０記載の液晶装置。
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