JPH0240625A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶電気光学装置に関するものであって、例
えば光シヤツターや壁掛はテレビのような平面表示素子
に用いて好適なものである。

〔従来の技術〕

液晶を用いた電気光学装置としては、時計、電卓、自動
車用メータ類に用いられている、ネマチック液晶をねじ
れ構造にしたツィステッドネマチック（ＴＮ）モードに
よる表示が主流である。−方、スメクチック液晶、その
中でも強誘電性を示すカイラルスメクチックＣ及びＨ相
の高速応答。

相安定に関する報告（Ａｐｐｌ、Ｐｂｙｓ、Ｌｅｔｔ、
　３６，８９９゜１９８０年）がなされて以来、液晶の
新たな応用分野を開拓するものとして、研究開発が進め
られている。

さて、この様な液晶を用いた表示素子の使用温度範囲を
考えてみると、先ずＴＮ液晶表示素子では、車載用のメ
ータ類に用いる場合、ネマチック相の温度範囲が一３０
°Ｃから＋８５°Ｃの液晶（例えばＺＬ　Ｉ−１５６５
（Ｍｅｒｃｋ社製））が使われている。液晶表示装置の
ガラス基板の内面には液晶分子を一方向に並べる配向処
理が施され、ネマチック相で液晶分子は一方向に配向し
ている。使用温度が下がりネマチック温度よりも下がる
と液晶は結晶相に相転移し、表示機能は失なわれる。

次に使用温度が上昇し、結晶相からネマチック相に相転
移すると、通常通りＴＮ液晶としての表示機能は回復し
、従来通り表示することができる。

つまり、表示素子のガラス基板の内面に配向処理を施し
ておけば、冷却して結晶に相転移した後に温度さえ元に
戻せば、液晶分子は元通り配向する。

一方、後述の強誘電性液晶素子の場合、強誘電性液晶材
料として、例えばＭｅｙｅｒらによって初めて合成され
た（Ｌ、　ｄｅ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌ６９．１９７５年）
Ｐ−デシロキシベンジリデンＰ′−アミノ２〜メチルブ
チルシンナメート（通商ＤＯＢＡＭＢＣ）を配向処理法
としてラビング処理やスペーサエツジ法（Ｊｐｎ、　Ｊ
、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　２３．　Ｌ２１１．１９
８４年）を用いて配向させると、カイラルスメクチック
Ｃ相ではラビング法ではラビング方向にほぼ垂直に、ス
ペーサエツジ法ではスペーサエツジにほぼ垂直にスメク
チック層がほぼ一様に形成される。従って直交した偏光
板下で観察するとほぼモノドメインが形成されているた
め、印加電界の方向に対して明暗を示す。この表示素子
を先に述べたＴＮ素子と同様に温度を下げて結晶に相転
移させると、カイラルスメクチックＣ相で得られていた
モノドメインは壊れ、表示機能は失なわれる。この表示
素子を再度温度を上昇させ結晶相からカイラルスメクチ
ックＣ相に相転移させると、先にカイラルスメクチック
Ｃ相で得られていたスメクチック層がほぼ一様に並んだ
モノドメインは壊れたままで、表示機能は復帰しない。

〔発明が解決しようとする課題］ 強誘電性スメクチック相を利用した液晶電気光学装置の
開発が望まれているものの、特に車載用の液晶電気光学
装置、寒冷地で使用する液晶電気光学装置光を考えた場
合、使用温度範囲の下限に問題がある。つまり、先に述
べた様に強誘電性液晶素子では強誘電性スメクチック相
でほぼ一様な方向に並べられたスメクチック層は、温度
が下がり結晶に相転移した後、再び温度が上昇し強誘電
性スメクチック相に相転移した場合、先に一様に配向し
ていたスメクチック層の並び方は壊されてしまい、表示
素子としての表示機能を失うと言う重大な欠点がある。

この壊れたスメクチック層をほぼ一様な方向に並べるに
は、等方性液体相に温度を上昇した後、強誘電性スメク
チック相まで毎分０．１〜１°Ｃ程度で除冷する必要が
ある。このスメクチック層の一様な配向が結晶化により
壊れる事を防止するために、必要以上に強誘電性スメク
チック相の下限を下げる事が対策として考えられるが、
低温域で強誘電性スメクチック相を示す液晶材料の合成
はむづかしく、また多種液晶のブレンド効果による低温
化にも限界がある。

そこで、本発明は結晶相まで温度が低下し、結晶相に相
転移しても強誘電性スメクチック相で一様に配向してい
たスメクチック層の一様性はそのまま保存され、再度強
誘電性スメクチック相まで温度を上昇させても、先に配
向させたスメクチック層が壊れることなく表示素子とし
て表示可能な液晶電気光学装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、第一の電極基板
と所定の間隔を隔てて配置されている第二の電極基板の
間に強誘電性液晶が挟まれてなる液晶電気光学装置にお
いて、前記第一及び第二の電極基板に電界形成用の電圧
が印加される様に構成されており、前記強誘電性液晶は
、結晶でスメクチック層間隔が縮まらない結晶相を有す
る液晶であり、この液晶は強誘電性スメクチック相でほ
ぼ一方向に配列したスメクチック層構造を冷却過程で維
持しつつ結晶相に相転移し、結晶相からの加熱過程で前
記強誘電性スメクチック相に相転移後、はぼ一方向に配
列された前記スメクチック層構造が復帰する構成を備え
ている。

〔作用〕

上記構成の液晶電気光学装置において、強誘電性液晶が
強誘電性スメクチック相でのスメクチック層構造を保存
するような結晶相を有するため、前記液晶電気光学装置
が液晶相に転移する程の低温にさらされた後、強誘電性
スメクチック相に戻した後、従来のＴＮ型液晶電気光学
装置の場合と同様に表示機能は復帰し、冷却前と同程度
の表示性能を示すことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例である液晶電気光学装置
の構造を示すものである。例えば２〜１０μｍの間隔に
隔てられ、互いに平行に配置された２枚の電極基板１．
　２の間に後述の強誘電性液晶材料６を密封する。電極
基板１には、第１図のごとく透明状のガラスあるいは樹
脂の透明基板ｌＣの内側表面に沿い、酸化インジウムあ
るいは酸化すずなどの透明状の導電膜よりなる電極１ａ
を形成しである。もう一方の電極基板２についても同様
の構成となっている。透明電極１ａ、２ａの内側表面に
は液晶分子を基板と平行にそろえるための配向処理が施
された高分子膜の配向ｇｌｉｂ。

２ｂが配置されている。また、この他にも電極基板への
ラビング処理、あるいは、表面への酸化けい素等の斜め
蒸着、あるいは、界面活性剤による処理などの一般に液
晶を配向させるものが適用できる。この電極基板１，２
は液晶が一方向に並ぶように平行に組み合わせて液晶セ
ルとしている。

このセルに、下記化学式で表わされるＴＦＨＰＯＢＣを
等方性液体相に加熱して注入した。

（４−（１−計１ｊｌｕｏｒ　ｍｅｔｈｙｌ　ｈｅｐｔ
ｏｘｙ　ｃａｒｂｏｎｙｌＢｈｅｎｙｌ）４’　４ｃｔ
ｙｌ　ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４−ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ
　）この化合物の相転移を示差熱分析（ＤＳＣ）と偏光
顕微鏡で測定した結果衣の様になった。

８１．７°ｃ　　　　　　　１１１．０°Ｃ１２０，７
°ＣＣｒ　　　　　　　Ｓ　ｍ　Ｃ”　←−−−Ｓ　ｍ
　Ａ−１ここで、Ｃｒ；結晶相、ＳｍＣ”　　；カイラ
ルスメクチックＣ相（強誘電性液晶相）　、　Ｓ　ｍ　
Ａ　；スメクチックＡ相、１；等方性液体相を示す。尚
、ＤＳＣの測定結果で第４図に示し、偏光顕微鏡の結果
と良く近似していることが分かる。

さて、前記強誘電性液晶を封入した液晶セルを加熱して
等方性液体相にした後、液晶セル全体を毎分０．１〜１
．０°Ｃにて除冷し、カイラルスメクチックＣ相まで冷
却する。このような冷却の結果、カイラルスメクチック
Ｃ相となった液晶分子１０は第２図（ｂ）の様に配向す
る。このとき、スメクチック相２０の層方向は液晶分子
ＩＯとほぼ直交する方向に形成されている。この様にほ
ぼ一様にスメクチック層が形成された状態で電界を紙面
の表側から裏側に印加すると液晶分子は第２図（ａ）の
様に向かって左側にチルト角θだけチルトする。次に紙
面の裏から表に電界を印加すると液晶分子は第２図（Ｃ
）の様に再配向する。この様な構成の液晶セルを１０２
の方向の偏光板とそれと直交する方向の偏光板の間に挟
めば、第２図（ｂ）は暗、（ａ）、　（Ｃ）は明の状態
となり表示が可能である。まず、１００°Ｃで３０Ｖ印
加時の明と暗のコントラスト比はｌ：１０程度であった
。

次にこの様に電界の印加によって明暗表示が可能な液晶
セルを室温（２２°Ｃ）に放置し、充填された液晶が結
晶相に転移した事を、電界印加によって液晶分子ＩＯが
動かないことで確認した。このとき液晶セルを顕微鏡下
で観察した結果、カイラルスメクチックＣ相でのスメク
チック層の配列状態をそのまま維持していることがわか
った。

次にこの液晶セルを再度カイラルスメクチックＣ温度域
まで上昇させて外部電界を印加した所、第２図に示す様
に（ｂ）の状態から、電界を紙面の表から裏に印加した
場合（ａ）の状態に、紙面の裏から表に印加した場合（
Ｃ）の状態にスイッチングする事を確認した。なお、１
００°Ｃで３０Ｖ印加時の明と暗のコントラスト比は、
冷却前とほぼ同程度の１：１０であった。

この様にカイラルスメクチックＣ相でほぼ一方向に配列
していたスメクチック層構造が、温度を下げて結晶相に
相転移させるという履歴を経ても、前記スメクチック層
構造が優れないことを調べるためにＸ線回折により層間
隔を測定した。前記強誘電性液晶ＴＦＨＰＯＢＣのポリ
ドメインのＸ線回折ピークをＲＵ−２００（リガク社）
を用いて測定し、そのピーク値より計算した層間隔の温
度変化を調べたのが第５図である。スメクチック層間隔
を示す回折ピークは測定した温度域ではほとんどその位
置は変化せず、これはスメクチック層間隔がほぼ一定で
ある事を示している。即ち、結晶相、カイラルスメクチ
ックＣ相、スメクチックＡ相を通して２９．５人〜３１
．５人とほぼ一定の値を示している。

次に、他の強誘電性液晶化合物Ｐ−デシロキシヘンジリ
デンＰ′−アミノ２−メチルブチルシンナメート（ＤＯ
ＢＡＭＢＣ） Ｃ１゜ｔ（ｚ＋０＠−ＣＩ（＝Ｎ勺−ＣＨ，ＣＨ−Ｃ−
０−ＣＨ□−Ｇ）［−（：２Ｈ５について調べた。この
強誘電性液晶は次の様な相変化を示す。

Ｎ ここで、Ｓ□　　；スメクチックＡ相を示す。

この強誘電性液晶ＤＯＢＡＭＢＣについては、カイラル
スメクチック相で配列したスメクチック層は、前記実施
例とは異なり、結晶相に相転移させ、再度カイラルスメ
クチック相に戻した時、スメクチック層構造が崩れて、
表示素子としての機能を失ってしまう。前述のＤＯＢＡ
ＭＢＣのスメクチック層間隔の温度変化については、ｌ
１ｉｄａｋａらにより円ｒａｓｅ　Ｔｒａｎｓｉｔｉｏ
ｎｓ、　　１９８４．　　ｖｏ１４．　Ｐ２２５〜２３
９　に詳しく記載されている如く、層間隔の温度依存性
を見るとカイラルスメクチックＣ相からカイラルスメク
チックＨ相に転移する事で層間隔が大きく変化すること
がわかる。この論文では６０゛Ｃまでしか層間隔を測定
していないが、室温（３５°Ｃ）で層間隔を測定した結
果、２５．５人とカイラルスメクチック８層での旧ｄａ
ｋａらのデータとほぼ等しかった。この様に層構造の壊
れるＤＯＢＡＭＢＣではスメクチック層間隔が結晶、Ｓ
、、５ｃＳＡ相で大きく異なる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第１の実施例と同様の液晶セルに下記化学式で示される
強誘電性液晶を等方性液体相に加熱して液晶セル内部に
注入した。

（４−（１−Ｍｏｎｏｆｌｕｏｒ　ｍｅｔｈｙｌ　ｎｏ
ｎｏｘｙ　ｃａｒｂｏｎｙ！ｐｈｅｎｙｌ）−４’−０
ｃｔｙｌ　ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４−ｃａｒｂｏｘｙｌａ
ｔｅ）この化合物の相転移をＤＳＣと偏光顕微鏡で測定
した結果、次の様になった。

Ｓ、Ｈ” さて、前記強誘電性液晶を封入した液晶セルを加熱して
等方性液体相に相転移させた後、液晶セル全体を毎分０
．１〜１．０″Ｃにて除冷し、カイラルスメクチックＣ
相まで冷却する。この時スメクチック層２０は第３図に
示す如くほぼ一方向に配列し、外部電場印加に対し液晶
分子１０は第３図（ａ）。

（ｂ）の様な動きをする。即ち外部電界が紙面の裏から
表の場合、第３図（ｂ）の様に、紙面の表から裏の場合
第３図（ａ）の様に２つの状態間をスイッチングする。

この時、偏光板の偏光軸の第３図１０２の方向のものと
これと直交する方向のもので挟んだ時の（ａ）、　（ｂ
）のコントラスト比は１：１５程度であった。この液晶
セルを液晶相まで温度を下げて液晶相に相転移させた後
、再度温度を上昇させ、カイラルスメクチックＣ相で冷
却前と同様に液晶分子の配向状態２表示特性を調べた所
、配向状態は結晶相に相転移する以前と同じ程度で、配
向の壊れはなく、コントラスト比も１：１５と良好であ
った。なお、層間隔のＸ線回折結果は第１実施例のＴＦ
ＨＰＯＢＣと同様の傾向を示した。

以上で明らかな様に、結晶相でスメクチック層間隔が縮
まない様な結晶相を有する強誘電性液晶では、冷却時に
結晶相転移の履歴を持った場合でも強誘電性スメクチッ
ク相でスメクチック層の配列が乱れず、−様な配向が維
持できるものである。

この様なことは、上記実施例で用いた液晶化合物のみに
適用されるものではなく、結晶相でスメクチック層間隔
がほとんど縮まらない結晶相を有する全ての強誘電性液
晶に適用されるものであり、二種以上の化合物の混合液
晶であっても同様である。

また上記実施例では特に述べなかったが、液晶が二色性
を有する、あるいは二色性色素との混合物であっても同
様である。

さらに、液晶セルの構造もしくは、電極基板１゜２にお
いて、各々ストライプ状の透明電極を複数本平行に形成
し、これらの基板ｌと基板２とが互いに直交するように
配置し、電極にはダイナミックに駆動が行なえるような
回路を含む外部電源を接続してマトリックス形表示装置
を形成することもできる。

〔発明の効果］ 以上述べたような本発明は、結晶相でスメクチック層間
隔が縮まらない結晶層を有する強誘電性液晶を用いて液
晶電気光学装置を構成しているので、液晶電気光学装置
が結晶相に転移する程の低温にさらされた後、温度が上
昇した場合でも、表示機能は復帰し、冷却前と同程度の
表示性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す液晶電気光学装置の構
成を示す側断面図、第２図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）
は第１の実施例の液晶分子の動きを説明する概略図、第
３図（ａ）、　（ｂ）は第２の実施例の液晶分子の動き
を説明する概略図、第４図は第１の実施例における強誘
電性液晶の示差熱分析（ＤＳＣ）の結果を示す特性図、
第５図は第１の実施例における強誘電性液晶の温度に対
するスメクチック層間隔を示す特性図である。 １・・・第１の電極基板、２・・・第２の電極基板、４
゜５・・・偏光板、６・・・強誘電性液晶、１０・・・
液晶分子。 ２０・・・スメクチック層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　第一の電極基板と所定の間隔を隔てて配置されている
   第二の電極基板の間に強誘電性液晶が挟まれてなる液晶
   電気光学装置において、 前記第一及び第二の電極基板に電界形成用の電圧が印加
   される様に構成されており、 前記強誘電性液晶は、結晶相でスメクチック層間隔が縮
   まらない結晶相を有する液晶であり、この液晶は強誘電
   性スメクチック相でほぼ一方向に配列したスメクチック
   層構造を冷却過程で維持しつつ結晶相に相転移し、結晶
   相からの加熱過程で前記強誘電性スメクチック相に相転
   移後、ほぼ一方向に配列された前記スメクチック層構造
   が復帰することを特徴とする液晶電気光学装置。