JPH10195445A

JPH10195445A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH10195445A
Application number: JP71897A
Authority: JP
Inventors: Noriko Nishimura; 紀子西村; Masao Yamamoto; 雅夫山本; Tsuyoshi Kamimura; 強上村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-07
Filing date: 1997-01-07
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】広温度範囲で、光学ヒステリシスを良好にす
る。【解決手段】高分子分散型の液晶表示素子において、分
子長軸に対する側方位置に極性基を有しかつ液晶に対し
て溶解性を有する化合物Ｃ_1〜3を、液晶に添加すること
で、化合物Ｃ_1〜3の極性基が液晶と樹脂５との間の界面
に吸着して、樹脂界面６ａにおる液晶のチルト角を低く
させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、高輝度、高コント
ラストなディスプレイに用いられる高分子分散型液晶表
示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型で軽量、かつ低消
費電力を特徴とするディスプレイであり、ワープロやテ
レビの表示画面として広く用いられている。液晶表示装
置のなかでも、液晶パネルに背面からバックライトを投
射し、光学システムを通してスクリーン上に画像を映し
出す投写型液晶表示装置は、容易に大画面の画像が得ら
れるディスプレイとして近年開発が進んでいる。

【０００３】投写型液晶表示装置に用いられる液晶表示
素子として、従来から、透明電極を有するガラス基板の
間に、樹脂（高分子化合物）と液晶とを非相溶状態に分
散させてなる高分子分散型の液晶表示素子がある。高分
子分散型の液晶表示素子は、表示モードとして、散乱モ
ードを用いているために、偏光板が不要で高輝度の表示
が容易に得られるという特徴がある（S.Shikama et.al,
Society for information Display'95,Page 231-234参
照）。このため、高分子分散型の液晶表示素子を用いた
投写型液晶表示装置は、室内灯のもとでも、明るく、か
つコントラストの高い画像を見ることができるという特
徴がある。

【０００４】高分子分散型の液晶表示素子には、上記の
ような利点がある反面、光学ヒステリシスが大きいとい
う不都合がある。光学ヒステリシスは、印加電圧に対す
る光の透過率の変化（透過率−印加電圧曲線）におい
て、印加電圧を増加させていった場合と、減少させてい
った場合とでは、同じ軌跡を辿らないことを示してい
る。光学ヒステリシスの大きい表示素子は、表示の焼き
付け等を起こし、表示形態としては非常に都合の悪いも
のとなる。

【０００５】高分子分散型の液晶表示素子において光学
ヒステリシスが生じる要因の一つとして、次のようなこ
とがいわれている。すなわち、高分子分散型の液晶表示
素子を構成する液晶は、その配向規制力が弱いことに起
因して、印加電圧を取り除いて液晶を初期状態に戻そう
としても、向きの揃わない無秩序部分や欠陥がその配列
に生じやすい。液晶配列の無秩序状態や配列の欠陥は光
学ヒステリシスが生じる最も大きな原因の一つであるた
め、液晶配列の無秩序状態や配列の欠陥が生じやすい高
分子分散型の液晶表示素子は、構造的に光学ヒステリシ
スが発生しやすかった。

【０００６】そこで、従来から、高分子分散型の液晶表
示素子においては、光学ヒステリシスを低下させるため
に、例えば、液晶にカイラル化合物を添加することで液
晶に螺旋ピッチを持たせ、これによって液晶の配向規制
力を増加させて光学ヒステリシスを低下させていた（特
開平５−１００２１３号参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして光学ヒステリシスの低下を図った従来の高分
子分散型の液晶表示素子においても、まだ十分に光学ヒ
ステリシスを低下させることができないうえに、応答時
間が遅いという課題があった。以下、その理由を説明す
る。

【０００８】一般に、高分子分散型の液晶表示素子の液
晶の配向は、室温以上の高温状態では、配向の極を２つ
有するバイポーラ配向状態となる一方、室温以下の低温
状態では界面に対し液晶が垂直配向となるラジアル配向
となることが知られている（Sov.Phys.JETP 58(6),1983
ないしLiquid Crystal Dispersions P.S.Drzaic著、Wor
ld Scientific 1996参照）。図７（ａ）には一般的なバ
イポーラ配向状態を示し、図７（ｂ）には、一般的なラ
ジアル配向の模式図を示した。これらの図において、符
号５０は樹脂であり、５１は樹脂５０内に形成された液
晶滴であり、５１ａは液晶滴５１の配向方向であり、５
１ｂは液晶滴５１の配向の極であり、５２は液晶滴５１
と樹脂滴５０との間の界面である。なお、樹脂５０内の
液晶分子は界面５２を含めて、弾性エネルギーが最小値
を取る形に配向し、これによって一定の配向方向５１ａ
が形成される。

【０００９】図７（ｂ）に示すように、配向の極５１ｂ
が液晶滴５１の内部に一つだけ生じるラジアル配向状態
では、配向方向５１ａは配向の極５１ｂから放射線状に
延び界面５２に対してほぼ垂直配向となる。そのため、
ラジアル配向状態では、界面５２における配向は、界面
５２の規制を受けにくくなる。高分子分散型の液晶表示
素子では、液晶の配向方向５１ａは界面５２における液
晶の配向に強く依存することが知られており、界面５２
における配向が界面５２の規制を受けにくいラジアル状
態では、配向の極５１ｂが液晶滴５１内において動きや
すくなる。

【００１０】配向の極５１ｂが動きやすくなると、液晶
表示素子に対する印加電圧を増加させた際の電圧と、印
加電圧を減少させた際の電圧とでは、同じ印加電圧を印
加した状態であっても、配向の極５１ｂの位置が異なり
やすくなり、これによって光学ヒステリシスが増大す
る。

【００１１】一方、図７（ａ）に示すように、配向の極
５１ｂが液晶滴５０の両端それぞれに計二つ生じるバイ
ポーラ配向状態の液晶滴５０では、配向方向５１ａが界
面５２に対してほぼ水平配向となり、界面５２の規制を
受けやすい。そのため、バイポーラ配向状態では、配向
の極５１ｂは液晶滴５１内において移動しにくくなって
安定し、これにより光学ヒステリシスが低減する。

【００１２】以上のことにより、光学ヒステリシスを良
好に保持するためには、バイポーラ配向状態を安定的に
維持できれはよいことがわかる。

【００１３】液晶滴５１がバイポーラ配向状態を維持す
るうえでは、界面５２でのチルト角は低いほど良い。こ
れは、チルト角が低いほどバイポーラ配向がエネルギー
的に安定であることと、チルト角が低いほどバイポーラ
配向とラジアル配向のエネルギー差が大きく、これによ
って配向転移温度が低くなるためだと考えられる。

【００１４】一般に、他の液晶表示素子では、液晶界面
に対してラビング処理等を施すことにより、液晶界面で
の液晶分子の配向を規制しているが、樹脂５０内で液晶
滴５１を分散配置している高分子分散型液晶表示素子で
は、各液晶滴５１の界面５２に対してラビング処理する
ことは構造上不可能であり、そのために、液晶分子の配
向を規制して、バイポーラ配向状態を安定的に維持する
ことが困難となっていた。このことは、単に、液晶にカ
イラル化合物を添加しただけでは解消できないのは明ら
かであり、このことが液晶にカイラル化合物を添加した
従来の改良においても、十分に光学ヒステリシスを低下
させることができない理由となっていた。

【００１５】なお、高分子分散型の液晶表示素子によっ
ては、樹脂５０中に分散配置する液晶滴５１の数を増や
し、隣接する液晶滴どうしを連通させて構成したもの
や、網の目状に形成した樹脂を液晶内に配置して構成し
たものがある。このような液晶表示素子においては、構
造的に液晶滴が形成されない（液晶滴が互いに接してい
る）ため、厳密にいえば、バイポーラ配向やラジアル配
向といった配向状態を形成しない。しかしながら、これ
らの構造の高分子分散型の液晶表示素子においてもバイ
ポーラ型の配向やラジアル型の配向に準じる配向が形成
され、しかも、これに配向状態が温度によって上述した
のと同様の配向転移するため、上述したのと同様の理由
により、光学ヒステリシスが生じる。

【００１６】また、界面５２でのチルト角を低くできな
い従来の高分子分散型の液晶表示素子では、界面５２に
おける配向の秩序を良好に維持することができず、その
ために応答時間が遅くなっていた。応答時間は動画表示
時の性能に大きな影響を与える要因であり、応答時間が
遅くなる従来の高分子分散型の液晶表示素子では、動画
表示に支障を来すことになり、その改善が求められてい
た。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、電極の間に樹脂および液晶が充填さ
れ、かつ、前記液晶を前記樹脂内に液滴状ないし液滴が
連続的に繋がった形状に配置する、もしくは網の目に形
成した前記樹脂を前記液晶中に配置してなる液晶表示素
子において、分子長軸に対する側方位置に極性基を有し
かつ前記液晶に対して溶解性を有する化合物を、前記液
晶に添加している。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、電極の間に樹脂および液晶が充填され、かつ、前記
液晶が前記樹脂内に液滴状ないし液敵が連続的に繋がっ
た形状に配置される、もしくは網の目に形成した前記樹
脂を前記液晶中に配置してなる液晶表示素子において、
分子長軸に対する側方位置に極性基を有しかつ前記液晶
に対して溶解性を有する化合物を、前記液晶に添加した
ことに特徴を有しており、これにより次のような作用を
有する。すなわち、分子長軸に対して側方に極性基を有
する化合物を液晶に添加することにより、極性基が液晶
と樹脂との間の界面に吸着し、樹脂界面におる液晶のチ
ルト角を低く抑えることができるようになる。

【００１９】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に係る液晶表示素子において、前記化合物をカイラル
化合物にしており、これにより次のような作用を有す
る。すなわち、液晶に捻れ力を付与して螺旋ピッチをも
たせることにより、液晶が秩序ある配列に再配列しやす
くなるうえ、液晶分子の立ち下がり時間も短縮される。

【００２０】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の液晶表示素子において、カイラル化合物からな
る化合物が添加された液晶の螺旋ピッチを１０μｍから
５００μｍにしたことに特徴を有しており、これにより
次のような作用を有する。すなわち、螺旋ピッチが１０
μｍ以下であると、捻れ力が強すぎて駆動電圧が非常に
高くなってしまう。また５００μｍ以上になると、捻れ
力が弱くなることと、カイラル化合物の添加量が非常に
微量となるため光学ヒステリシスの低減の効果がみられ
なくなる。

【００２１】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１に係る液晶表示素子において、前記化合物は、右旋性
のカイラル化合物と左旋性のカイラル化合物とを等量混
合したラセミ体であることに特徴を有しており、これに
より次のような作用を有する。

【００２２】すなわち、化合物がカイラル化合物のラセ
ミ体であるので、液晶に対して溶解性を有する化合物を
容易に構成することができるうえ、化合物の添加量を増
加しても螺旋ピッチを持たないため駆動電圧の上昇が起
こらない。

【００２３】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１ないし４のいずれかに係る液晶表示素子において、前
記極性基は、水酸基、フェニル基、ないしフッ素である
ことに特徴を有しており、これにより次のような作用を
有する。すなわち、分子長軸に対する側方位置に極性基
を有する化合物を容易に構成することができる。

【００２４】以下、本発明の実施の形態について図面に
基づいて説明する。

【００２５】実施の形態１図１は本発明の実施の形態１に係わる液晶表示素子１₁
を示している。

【００２６】この液晶表示素子１₁は、ガラス基板等か
らなる一対の透明基板４，４を有している。これら透明
基板４，４は、画素電極ないしは対向電極となる透明電
極２と配向膜３とが形成されている。透明基板４，４
は、透明電極２を向かい合わせて対向配置されており、
透明基板４，４の間には、高分子化合物からなる樹脂５
と液晶滴６とが分散配置されて構成されている。液晶滴
６は樹脂５内に島状に存在した構造となっている。液晶
滴６を構成する液晶組成物７₁は、液晶にカイラル化合
物からなり分子長軸に対する側方位置に極性基を有し、
かつ液晶に対して溶解性を有する化合物Ｃ₁が添加され
ている。さらには、液晶組成物７₁を構成する液晶は、
その螺旋ピッチが１０μｍから５００μｍの範囲に設定
されており、具体的には、１５μｍの螺旋ピッチを有し
ている。

【００２７】なお、液晶表示素子１₁を構成する透明基
板４は、通常、ＴＦＴトランジスタのアクティブマトリ
クス構造を有しているが、図１では、特徴となる部分の
理解を高めるためにマトリクス構造（ソースライン，ゲ
ートライン等）に付いては図示省略している。また、液
晶滴６それぞれは互いに分離した構成となっているが、
液晶滴６の端部が互いに連通して構成されてもよいし、
網の目状に樹脂５を形成し、この樹脂５を液晶組成物７
₁内に配置して構成としてもよいのはいうまでもない。

【００２８】次に、この高分子分散型の液晶表示素子１
₁の製造方法を説明する。

【００２９】まず、重合性モノマー（２エチルヘキシル
アクリレート）８９重量％と、オリゴマー（ビスコー
ト８２８（商品名）：大阪有機化学工業製）９重量％
と、重合開始剤（ベンジルメチルケタール：日本化薬
製）１重量％とを混合して第１混合物Ａを作成する。
そして、この第１混合物Ａ２０重量％と、液晶ＴＬ２
０５（商品名：メルク社製）８０重量％とを混合して
第２混合物Ｂを作成する。

【００３０】さらに、この第２混合物Ｂに次の式１にそ
の構造式が示される右旋性カイラル化合物Ｒ１０１１
（メルク社製）からなる化合物Ｃ₁を添加し、液晶・樹
脂混合材料Ｄ₁を作成する。化合物Ｃ₁（Ｒ１０１１）
は、液晶に対して溶解性を有しており、かつ、その構造
式に示されるように、分子長軸に対して側方位置に極性
基（フェニル基）が配置されており、このような位置に
極性基（フェニル基）を有する化合物Ｃ₁を第２混合物
Ｂに添加して液晶・樹脂混合材料Ｄ₁を構成したことが
実施の形態１の製法上の特徴である。

【００３１】

【化１】

【００３２】次に、透明基板４，４に、真空蒸着とエッ
チングの手法を用いて、画素電極や対向電極等となる透
明電極２を作成する。さらに、透明電極２上に配向膜３
を印刷法を用いて形成した後、オーブンで配向膜３を硬
化する。配向膜３としては、例えば、オプトマーＡＬ８
５３４（商品名：日本合成ゴム社製）を用いる。そし
て、透明基板４，４を、その間に図示しないガラススペ
ーサーを介装させることで１３μｍの間隔を空けて対向
配置し、さらに接着剤により貼り合わせる。

【００３３】貼り合わせた透明基板４，４間に、真空注
入法を用いて液晶・樹脂混合材料Ｄ₁を注入する。そし
て、このようにして構成した液晶パネルに９５ｍＷ／ｃ
ｍ²程度の紫外線を照射し、液晶・樹脂混合材料Ｄ₁中の
重合性モノマーを重合させる。重合性モノマーの重合に
より、液晶・樹脂混合材料Ｄ₁中の液晶組成物７₁は、重
合により形成される樹脂５の間で析出して液晶滴６を形
成する。このとき、液晶組成物７₁は化合物Ｃ₁を含んだ
状態で析出して液晶滴６を構成する。以上のようにし
て、高分子分散型の液晶表示素子１₁を作成する。

【００３４】なお、この液晶表示素子１₁では、化合物
Ｃ₁の添加量を、液晶の螺旋ピッチが１０μｍから５０
０μｍになる量と規定したが、これは次のような理由に
よっている。すなわち、螺旋ピッチが１０μｍ以下であ
ると、捻れ力が強すぎて駆動電圧が非常に高くなってし
まう。また５００μｍ以上になると、捻れ力が弱くなる
ことと、カイラル化合物の添加量が非常に微量となるた
め光学ヒステリシスの低減の効果がみられなくなるため
である。

【００３５】螺旋ピッチ、駆動電圧、および光学ヒステ
リシスの関係を次の表１に示す。表１では、駆動電圧と
光学ヒステリシスが最良となる螺旋ピッチに対して☆を
付し、良となる螺旋ピッチに〇を付し、使用に適しない
螺旋ピッチに×を付している。

【００３６】この表から明らかなように、螺旋ピッチが
５μｍ（１０μｍ以下）となると、駆動電圧が極端に高
くなって（２３Ｖ）、使用に適さないことがわかる。一
方、螺旋ピッチが６００μｍ（５００μｍ以上）となる
と、光学ヒステリシスが非常に高くなって（４％）、使
用に適さないことがわかる。なお、駆動電圧の最適値を
１７Ｖ以下、光学ヒステリシスの最適値を３％以下とし
た場合、螺旋ピッチの最適値の範囲は、１０μｍ≦螺旋
ピッチ≦３００μｍとなる。

【００３７】光学ヒステリシス、および駆動電圧は次の
ように測定している。すなわち、同一電圧印加時の透過
光強度の差を、２０Ｖ印加時の透過光強度で割った値の
パーセント表示を光学ヒステリシスとして測定した。ま
た、液晶表示素子の対向電極，画素電極間に３０Ｈｚの
交流電圧を印加し、パネル透過率が９０％となる印加電
圧を駆動電圧として測定した。

【００３８】また、螺旋ピッチ１０μｍ以下という化合
物Ｃ₁の添加量を具体的にいうと、おおよそ液晶組成物
７₁に対して３０重量％以下が適当といえる。

【００３９】

【表１】

【００４０】液晶表示素子１₁を構成する配向膜３は、
ポリイミドタイプ、ポリアミック酸タイプのどちらも用
いることができ、また、無機の絶縁膜を用いても良い。
さらには、配向膜３は、電圧保持率を高めることに効果
があるものの、省略してもよい。

【００４１】また、液晶・樹脂材料Ｄ₁は、上述した構
成に限るものではなく、一般に液晶と樹脂とを混合し紫
外線により共重合をおこす物であればどのような組み合
わせであってもよい。特に、液晶に関しては、上記した
ＴＬ２０１に限るものではなく、さらには、複数の液晶
を混合してもよい。この場合、液晶滴６の粒径が０．８
μｍ以上、２．５μｍ以下であれば散乱能に優れた素子
が得られる。特に液晶滴６の粒径が１μｍ以上、２μｍ
以下であれば、パネルギャップと組み合わせてＴＦＴ駆
動が十分可能な低電圧で液晶パネルを駆動することがで
きる。

【００４２】さらにまた、パネルギャップは上記例に限
らず５μｍ以上であれば良い。特に１０μｍ以上、１５
μｍ以下とすることで駆動電圧と散乱能を両立させるこ
とができる。

【００４３】また、紫外線強度は上記以外でも良いが、
８０ｍＷ／ｃｍ²以上であれば透明基板４の傷等が目立
たず均一な液晶表示素子が得られる。特に紫外線強度が
１５０ｍＷ／ｃｍ²以上であれば、高温での光学ヒステ
リシスの低減に効果があり、さらに２００ｍＷ／ｃｍ²
以上であれば、配向変化温度がさらに低くなる効果があ
る。また反対に、紫外線強度が３０ｍＷ／ｃｍ²以下で
あれば、液晶滴６の粒径が大きくなるために、駆動電圧
を低くすることができるという効果がある。

【００４４】比較例１実施の形態１の比較例として、次に示す比較例１の液晶
表示素子１_H1を製造した。液晶表示素子１_H1は実施の形
態１の液晶表示素子１₁と基本的に同様の構成を有して
いるが、液晶組成物７_H1の構成が異なっている。液晶組
成物７_H1は、液晶（ＴＬ２０５）に、分子長軸に対して
側方位置に極性基が配置されておらず、かつ液晶に対し
て溶解性を有するカイラル化合物を添加して構成されて
いる。

【００４５】この液晶表示素子１_H1の製造方法は、基本
的に実施の形態１の製造方法と同様であるが、次の点で
異なっている。すなわち、第２混合物Ｂに対して、次の
式２にその構造式が示される右旋性カイラル化合物Ｒ８
１１（商品名：メルク社製）からなる化合物Ｃ_H1を０．
６重量％添加して、液晶・樹脂混合材料Ｄ_H1を作成す
る。そして、この液晶・樹脂混合材料Ｄ_H1を用い実施の
形態１で説明した製造方法により、液晶組成物７_H1を有
する液晶表示素子１_H1を作成する。

【００４６】

【化２】

【００４７】化合物Ｃ_H1（カイラル化合物Ｒ８１１）で
は、構造式に示されるように、分子長軸に対して側方位
置には極性基が配置されておらず、この点が化合物Ｃ₁
（カイラル化合物Ｒ１０１１）と異なっている。

【００４８】実施の形態１および比較例１の液晶表示素
子１₁,１_H1の電気光学特性を以下の手順で測定した。

【００４９】液晶表示素子１₁,１_H1に図示しない駆動回
路を別途接続し、ＴＦＴ駆動を行った。液晶表示素子１
₁,１_H1の対向電極，画素電極（透明電極２，２）間に最
低０Ｖ、最大２０Ｖの電圧を連続的に印加し電圧スイー
プの方向を逆転させて、光学ヒステリシスを測定した。
測定時のパネル透過率は液晶評価装置（ＬＣＤ５００
０、大塚電子製）を用いて測定した。光学ヒステリシス
は、次のように定義した。すなわち、同一電圧印加時の
透過光強度の差を、２０Ｖ印加時の透過光強度で割った
値のパーセント表示を光学ヒステリシスとして定義し
た。

【００５０】図２（ａ）は、実施の形態１の液晶表示素
子１₁における３０℃のときの光学ヒステリシスの測定
結果である。液晶表示素子１₁では、光学ヒステリシス
は２％と小さい値であった。これに対して、比較例１の
液晶表示素子１_H1における３０℃のときの光学ヒステリ
シスを測定したところ、図示はしないが４％となり、実
施の形態１と比べて劣化している。

【００５１】また、図示はしないが、３０℃において階
調表示を点滅表示した際の全階調レベルでの光学ヒステ
リシスを、実施の形態１と比較例１とで比較したとこ
ろ、やはり、実施の形態１の液晶表示素子１₁の方が良
好な値を有しており、残像等が少ない良好な表示が得ら
れることが確認できる。

【００５２】図２（ｂ）は、実施の形態１の液晶表示素
子１₁における５℃のときの光学ヒステリシスの測定結
果である。液晶表示素子１₁では、光学ヒステリシスは
５％と比較的小さな値であった。これに対して、比較例
１の液晶表示素子１_H1における５℃のときの光学ヒステ
リシスは、図示はしないものの２０％となり、実施の形
態１と比べて劣化している。また、図示はしないが、５
℃において階調表示を点滅表示した際の全階調レベルで
の光学ヒステリシスを、実施の形態１と比較例１とで比
較したところ、やはり、実施の形態１の液晶表示素子１
₁の方が良好な値を有していることが確認できる。

【００５３】図３は、実施の形態１の液晶表示素子１₁
において、光学ヒステリシスを温度を変えて測定した結
果である。図３から明らかなように、液晶表示素子１₁
では、１０℃から８０℃の温度範囲において温度依存性
の低い良好な表示特性（光学ヒストリシス）が得られ
た。したがって、液晶表示素子１₁では、通常の使用温
度帯域において、安定した表示を行うことができる。

【００５４】これに対して、図４は、比較例１の液晶表
示素子１_H1において、光学ヒステリシスを温度を変えて
測定した結果である。図４から明らかなように、液晶表
示素子１_H1は、５℃から３０℃の温度範囲において温度
依存性の高い表示特性（光学ヒステリシス）となった。
このような温度依存性を有する液晶表示素子１_H1では、
通常の使用温度帯域において、安定した表示を行うこと
ができない。

【００５５】さらに以下の方法で実施の形態１および比
較例１の液晶表示素子１₁，１_H1の応答速度を測定し
た。すなわち、液晶表示素子１₁，１_H1の対向電極，画
素電極（透明電極２，２）間に３０Ｈｚの交流電圧を印
加する。このとき、パネル透過率が１０％となる印加電
圧をＶ₁₀とし、パネル透過率が９０％となる印加電圧を
Ｖ₉₀とする。そして、液晶表示素子１₁，１_H1に電圧Ｖ
₁₀，Ｖ_9Oを一定間隔で交互にスイッチング操作し、パネ
ル透過率が１０％から９０％に変化するのに要する時間
を立ち上がり時間として、同じく９０％から１０％に変
化するように要する時間を立ち下がり時間と定義して、
それぞれ透過率の変化時間を測定する。パネル透過率は
液晶評価装置（ＬＣＤ５０００、大塚電子製）を用いて
測定した。

【００５６】実施の形態１の液晶表示素子１₁では、Ｖ
₉₀は１２Ｖ、Ｖ₁₀は７Ｖであり、立ち上がり時間は１７
ｍｓｅｃ、立ち下がり時間は３９ｍｓｅｃであった。こ
れに対して、比較例１の液晶表示素子１_H1では、Ｖ₉₀は
１２Ｖ、Ｖ₁₀は７Ｖであり、立ち上がり時間は１７ｍｓ
ｅｃ、立ち下がり時間は３６ｍｓｅｃであった。このよ
うに、液晶表示素子１₁は、立ち下がり時間が液晶表示
素子１_H1より改善されており、その分、応答時間は速く
なっている。

【００５７】このように、液晶表示素子１₁（分子長軸
に対して側方に極性基を有する化合物Ｃ₁（Ｒ１０１
１）が液晶組成物７₁に添加されている）では、低温で
の光学ヒステリシスの急激な増加を抑制し、応答速度を
高速化することができた。これは、分子長軸に対して側
方に極性基を有する化合物Ｃ₁を液晶組成物７₁に添加す
ることにより、化合物Ｃ₁中の極性基が液晶滴６と樹脂
５との間の界面６ａに吸着し、樹脂界面６ａにおる液晶
のチルト角を低く抑えるためだと考えられる。以下、こ
のことを説明する。

【００５８】高分子分散型の液晶表示素子において、光
学ヒステリシスを良好に保持するためには、バイポーラ
配向状態を安定的に維持できればよい。液晶滴６がバイ
ポーラ配向状態を維持するうえでは、界面６ａでのチル
ト角は低いほど良い。これは、発明が解決しようとする
課題において説明したように、チルト角が低いほどバイ
ポーラ配向がエネルギー的に安定であることと、チルト
角が低いほどバイポーラ配向とラジアル配向のエネルギ
ー差が大きくなって配向転移温度が低くなるためだと考
えられる。

【００５９】そのため、化合物Ｃ₁（Ｒ１０１１）の極
性基の作用により樹脂界面６ａにおる液晶のチルト角が
低く抑えられた液晶表示素子１₁では、低温での光学ヒ
ステリシスの急激な増加を抑制することができる。

【００６０】また、界面６ａでのチルト角を低くできる
液晶表示素子１₁では、界面６ａにおける配向の秩序を
良好に維持することができ、そのために、応答時間も速
くなる。

【００６１】これに対して、液晶表示素子１_H1（分子長
軸に対して側方位置に極性基を有しないカイラル化合物
である化合物Ｃ_H1（Ｒ８１１）が液晶組成物７_H1に添加
されている）では、上述したような作用効果は得られな
い。

【００６２】なお、実施の形態１の液晶表示素子１₁で
は、化合物Ｃ₁（Ｒ１０１１）を添加して液晶組成物７₁
を構成していたが、カイラル化合物Ｒ１０１１の他、次
の式３から式１３にその構造式が示されるカイラル化合
物（いずれも分子長軸の側方位置に極性基を有してい
る）からなる化合物Ｃ１’を、第２混合物Ｂに添加して
液晶組成物７₁’を構成しても、液晶表示素子１₁と同
様、低温での光学ヒステリシスの急激な増加を抑制し、
応答速度を高速化することができる。

【００６３】

【化３】

【００６４】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【００６５】

【化４】

【００６６】：分子長軸に対する側方位置にシアノ基
（ＣＮ）が配置されている。

【００６７】

【化５】

【００６８】：分子長軸に対する側方位置にシアノ基
（ＣＮ）が配置されている。

【００６９】

【化６】

【００７０】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【００７１】

【化７】

【００７２】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【００７３】

【化８】

【００７４】：分子長軸に対する側方位置に水酸基（Ｏ
Ｈ）が配置されている。

【００７５】

【化９】

【００７６】：分子長軸に対する側方位置にシアノ基
（ＣＮ）が配置されている。

【００７７】

【化１０】

【００７８】：分子長軸に対する側方位置にシアノ基
（ＣＮ）が配置されている。

【００７９】

【化１１】

【００８０】：分子長軸に対する側方位置にシアノ基
（ＣＮ）が配置されている。

【００８１】

【化１２】

【００８２】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【００８３】

【化１３】

【００８４】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【００８５】実施の形態２本実施の形態の液晶表示素子１₂は、基本的には、実施
の形態１の液晶表示素子１₁と同様の構成を備えている
が、液晶滴６を構成する液晶組成物７₂の構成が異なっ
ている。液晶組成物７₂は、液晶（ＴＬ２０５）に、次
のラセミ体からなる化合物Ｃ₂を添加して構成されてい
る。化合物Ｃ₂は、・分子長軸に対して側方位置に極性
基を有する、・右旋性を有する、・液晶に対して溶解性
を有する、といった特徴のあるカイラル化合物と、・分
子長軸に対して側方位置に極性基を有する、・左旋性を
有する、・液晶に対して溶解性を有する、といった特徴
のあるカイラル化合物とを等量づつ混合したラセミ体か
ら構成されている。

【００８６】この液晶表示素子１₂の製造方法は、基本
的に実施の形態１の製造方法と同様であるが、次の点で
異なっている。すなわち、第２混合物Ｂに対して、次の
ラセミ体からなる化合物Ｃ₂を添加して液晶・樹脂混合
材料Ｄ₂を構成した。そして、この液晶・樹脂混合材料
Ｄ₂を用い実施の形態１で説明した製造方法により、液
晶組成物７₂を有する液晶表示素子１₂を作成する。

【００８７】ラセミ体からなる化合物Ｃ₂は、右旋性カ
イラル化合物Ｒ１０１１（分子長軸に対して側方位置に
極性基であるフェニル基を有している：式１参照）と、
右旋性カイラル化合物Ｒ１０１１と対をなす左旋性カイ
ラル化合物Ｓ１０１１（商品名：メルク社製）とを０．
１％づつ等量混合することで作成した。

【００８８】実施の形態３本実施の形態の液晶表示素子１₃は、基本的には、実施
の形態２の液晶表示素子１₂と同様の構成を備えている
が、液晶滴６を構成する液晶組成物７₃の構成が若干異
なっている。液晶組成物７₃は、液晶材料（ＴＬ２０
５）に、次のラセミ体からなる化合物Ｃ₃を添加して構
成されている。化合物Ｃ₃は、・分子長軸に対して側方
位置に極性基を有する、・右旋性を有する、・液晶に対
して溶解性を有する、といった特徴のあるカイラル化合
物と、・分子長軸に対して側方位置に極性基を有する、
・左旋性を有する、液晶に対して溶解性を有する、とい
った特徴のあるカイラル化合物とを等量づつ混合したラ
セミ体から構成されている。

【００８９】このように実施の形態３の液晶表示素子１
₃は実施の形態２の液晶表示素子１₂とほぼ同様の構成を
備えているが、以下に説明する化合物Ｃ₃の成分構成が
実施の形態２と若干異なっている。

【００９０】すなわち、液晶表示素子１₃では、第２混
合物Ｂに、次のラセミ体からなる化合物Ｃ₃を添加して
液晶・樹脂混合材料Ｄ₃を構成している。化合物Ｃ₃は、
前記した式３にその構造式が示される右旋性カイラル化
合物と、式３の右旋性カイラル化合物と対をなす左旋性
カイラル化合物とを０．１％づつ等量混合して作成し
た。なお、このようにして作成した液晶・樹脂混合材料
Ｄ₃を用いた液晶表示素子１₃の製造方法は実施の形態１
で説明した製造方法と同様であるので、その説明は省略
する。

【００９１】なお、実施の形態２，３では、ラセミ体か
らなる化合物Ｃ₂，Ｃ₃を上述したカイラル化合物を混合
することで構成していたが、実施の形態２，３は、これ
に限るものではない。これら実施の形態の要点は、分子
長軸に対して側方位置に極性基を有し、かつ液晶に対し
て溶解性を有する右旋性カイラル化合物と、分子長軸に
対して側方位置に極性基を有し、かつ液晶に対して溶解
性を有する左旋性カイラル化合物とを等量混合して化合
物Ｃを構成すればよいのである。

【００９２】比較例２実施の形態２，３の比較例として、次に示す比較例２の
液晶表示素子１_H2を製造した。液晶表示素子１_H2は実施
の形態２，３の液晶表示素子１₂，１₃と基本的に同様の
構成を有しているが、液晶組成物７_H2の構成が異なって
いる。液晶組成物７_H2は、液晶（ＴＬ２０５）に、次の
ラセミ体からなる化合物Ｃ_H2を添加して液晶組成物７_H2
とした。化合物Ｃ_H2は、右旋性カイラル化合物Ｒ８１１
（式２参照）と、右旋性カイラル化合物Ｒ８１１と対を
なす左旋性カイラル化合物Ｓ８１１（商品名：メルク社
製）とを０．１重量％づつ等量混合したラセミ体から構
成されている。

【００９３】カイラル化合物Ｓ８１１およびＲ８１１
は、その構造式から明らかなように、分子長軸に対して
側方位置に極性基が存在しない構成となっており、この
点が実施の形態２，３とは異なっている。

【００９４】なお、このようにして作成した化合物Ｃ_H2
を用いた液晶表示素子１_H2の製造方法は実施の形態１で
説明した製造方法と同様であるので、その説明は省略す
る。

【００９５】実施の形態２，実施の形態３、および比較
例２の液晶表示素子１₂，１₃，１_H2の電気光学特性を実
施の形態１と同様に測定した。その結果を説明する。

【００９６】液晶表示素子１₂，１₃では、３０℃のとき
の光学ヒステリシスが２％と小さい値であった。これに
対して、比較例２の液晶表示素子１_H2における３０℃の
ときの光学ヒステリシスを測定したところ、５％とな
り、液晶表示素子１₂，１₃と比べて劣化している。

【００９７】また、３０℃において階調表示を点滅表示
した際の全階調レベルでの光学ヒステリシスを、液晶表
示素子１₂，１₃，１_H2で比較したところ、やはり、液晶
表示素子１₂，１₃の方が液晶表示素子１_H2より良好な値
を有しており、残像等が少ない良好な表示が得られるこ
とが確認できる。

【００９８】液晶表示素子１₂，１₃では、５℃のときの
光学ヒステリシスが４％と比較的小さな値であった。こ
れに対して、液晶表示素子１_H2では、５℃のときの光学
ヒステリシスは２０％となり、液晶表示素子１₂，１₃と
比べて劣化している。また、５℃において階調表示を点
滅表示した際の全階調レベルでの光学ヒステリシスを、
液晶表示素子１₂，１₃，１_H2と比較したところ、やは
り、液晶表示素子１₂，１₃の方が良好な値を有している
ことが確認できる。

【００９９】図５は、液晶表示素子１₂，１₃，１_H2にお
いて、光学ヒステリシスを温度を変えて測定した結果で
ある。図５から明らかなように、液晶表示素子１₂，１₃
では、１０℃から８０℃の温度範囲において温度依存性
の低い良好な表示特性（光学ヒストリシス）が得られ
た。したがって、液晶表示素子１₂，１₃では、通常の使
用温度帯域において、安定した表示を行うことができ
る。

【０１００】これに対して、図６は、液晶表示素子１_H2
において、光学ヒステリシスを温度を変えて測定した結
果である。図６から明らかなように、液晶表示素子１_H2
は、５℃から３０℃の温度範囲において温度依存性の高
い表示特性（光学ヒステリシス）となった。このような
温度依存性を有する液晶表示素子１_H2では、通常の使用
温度帯域において、安定した表示を行うことができな
い。

【０１０１】液晶表示素子１₂，１₃，１_H2の応答速度は
次の通りとなった。すなわち、液晶表示素子１₂では、
Ｖ₉₀は８Ｖ、Ｖ₁₀は４．５Ｖであり、立ち上がり時間は
２０ｍｓｅｃ、立ち下がり時間は４２ｍｓｅｃであっ
た。また、液晶表示素子１₃では、Ｖ₉₀は８Ｖ、Ｖ₁₀は
４．５Ｖであり、立ち上がり時間は１９ｍｓｅｃ、立ち
下がり時間は４２ｍｓｅｃであった。これに対して、液
晶表示素子１_H2では、Ｖ₉₀は８Ｖ、Ｖ₁₀は４．５Ｖであ
り、立ち上がり時間は２０ｍｓｅｃ、立ち下がり時間は
４８ｍｓｅｃであった。

【０１０２】液晶表示素子１₂，１₃は、立ち下がり時間
が液晶表示素子１_H2より改善されており、その分、応答
時間は速くなっている。また、液晶表示素子１₂，１₃で
は、ラセミ体を添加することで液晶に捻れが生じること
がない。通常、液晶に捻れが加わる程、駆動電圧（上述
したデータでは、パネル透過率が９０％となるのに要す
る電圧Ｖ₉₀がほぼ相当する）は高くなる。そのため、ラ
セミ体を添加してなる実施の形態２，３の液晶表示素子
１₂，１₃は、カイラル化合物Ｒ１０１１を添加してなる
実施の形態１の液晶表示素子１₁より、駆動電圧を低く
することができる（液晶表示素子１₁のＶ₉₀＝１２Ｖ，
液晶表示素子１₂，１₃のＶ₉₀＝８Ｖ）。

【０１０３】実施の形態２，３からわかるように、本発
明の特徴となる構成である分子長軸に対して側方に極性
基を有する化合物は、必ずしもカイラル化合物でなくと
もよい。要は、分子長軸に対して側方に極性基を有しか
つ液晶材料に対して溶解性を有する化合物を液晶組成物
７_1〜3に添加すればよい。カイラル化合物は、液晶組成
物７_1〜3に対して溶解性を有することを一つの理由して
選択された化合物である。また、分子長軸に対して側方
に極性基を有する化合物としてカイラル化合物を選択す
れば、液晶組成物７_1〜3に螺旋ピッチを持たせ、これに
よって液晶組成物７_1〜3の配向規制力を増加させて光学
ヒステリシスを低下させるという効果を得ることもでき
る。反対にカイラル化合物でない化合物を添加した場合
には、その分、駆動電圧を低下させることができるとい
う効果が得られる。

【０１０４】上述したように、本発明の特徴となる分子
長軸に対して側方に極性基を有し、かつ液晶に対して溶
解性を有する化合物は、カイラル化合物ではなくてもよ
いが、そのような化合物の例の構造式を次の各式に示
す。

【０１０５】

【化１４】

【０１０６】：分子長軸に対する側方位置に水酸基（Ｏ
Ｈ）が配置されている。

【０１０７】

【化１５】

【０１０８】：分子長軸に対する側方位置にシアノ基
（ＣＮ）ないしニトロ基（ＮＯ₂）が配置されている。

【０１０９】

【化１６】

【０１１０】：分子長軸に対する側方位置にシアノ基
（ＣＮ）が配置されている。

【０１１１】

【化１７】

【０１１２】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【０１１３】

【化１８】

【０１１４】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【０１１５】

【化１９】

【０１１６】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【０１１７】

【化２０】

【０１１８】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【０１１９】

【化２１】

【０１２０】：分子長軸に対する側方位置にフッ素
（Ｆ）が配置されている。

【０１２１】

【発明の効果】請求項１によれば、分子長軸に対して側
方に極性基を有する化合物を液晶に添加することによ
り、極性基が液晶と樹脂との間の界面に吸着し、樹脂界
面におる液晶のチルト角を低くおさえることができるよ
うになった。そのため、バイポーラ型の配向からラジア
ル型の配向への変化が起こりにくくなって、バイポーラ
配向状態を安定的に維持することができ、これによって
光学ヒステリシスを向上させることが可能となった。

【０１２２】また、樹脂界面のチルト角が低いために、
樹脂界面での規制力が強くなって液晶分子の立ち下がり
時間を短縮できるようになった。そのため、立ち下がり
時間を短縮できる分、応答時間を速めることが可能とな
った。

【０１２３】請求項２によれば、液晶に添加する化合物
をカイラル化合物とした分、捻れ力を付与して螺旋ピッ
チをもたせることが可能となり、秩序ある配列に再配列
しやすくなるうえ、液晶分子の立ち下がり時間も短縮で
きた。そのため、さらに光学ヒステリシスの向上と応答
時間を高速化を図ることが可能となった。

【０１２４】以上、説明したように、本発明によれば、
分子長軸に対する側方位置に極性基を有するカイラル化
合物を液晶材料に混合することにより、広い温度範囲に
おいて光学ヒステリシスが小さく、応答速度の速い液晶
表示素子を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子の構成を示す断面
図である。

【図２】本発明の実施の形態１において、光学ヒステ
リシスを測定した結果を示す図であって、（ａ）は３０
℃における測定結果であり、（ｂ）は５℃における測定
結果である。

【図３】実施の形態１において、温度を変化させた場
合の光学ヒステリシスを測定した結果を示す図である。

【図４】比較例１において、温度を変化させた場合の
光学ヒステリシスを測定した結果を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態２，３において、温度を
変化させた場合の光学ヒステリシスを測定した結果を示
す図である。

【図６】比較例２において、温度を変化させた場合の
光学ヒステリシスの測定した結果を示す図である。

【図７】高分子分散型の液晶表示素子を構成する液晶
滴の配向状態を示す図７であって、（ａ）はバイポーラ
型の配向状態を示し、（ｂ）はラジアル型の配向状態を
示している。

【符号の説明】

２透明電極４透明基板５樹脂６液晶滴６ａ界面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極の間に樹脂および液晶が充填され、
かつ、前記液晶を前記樹脂内に液滴状ないし液滴が連続
的に繋がった形状に配置する、もしくは網の目状に形成
した前記樹脂を前記液晶中に配置してなる液晶表示素子
において、分子長軸に対する側方位置に極性基を有しかつ前記液晶
に対して溶解性を有する化合物を、前記液晶に添加した
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示素子であって、
前記化合物はカイラル化合物であることを特徴とする液
晶表示素子。
【請求項３】請求項２記載の液晶表示素子であって、
カイラル化合物からなる前記化合物が添加された液晶の
螺旋ピッチが１０μｍから５００μｍであることを特徴
とする液晶表示素子。
【請求項４】請求項１記載の液晶表示素子であって、
前記化合物は、右旋性のカイラル化合物と左旋性のカイ
ラル化合物とを等量混合したラセミ体であることを特徴
とする液晶表示素子。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか記載の液晶
表示素子であって、前記極性基は、水酸基、フェニル
基、ないしフッ素であることを特徴とする液晶表示素
子。