JPS6167827A - カイラルスメクティック液晶素子 - 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】 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シャッタ等で用いる
液晶素子に関し、更に詳しくは液晶分子の初期配向状態
を改善することにより、表示ならびに駆動特性を改善し
た液晶素子に関するものである。　　・ 従来より、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し多数の画素を形
成して、画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子は、
よく知られている。

この表示素子の駆動法としては、走査電極群に順次周期
的にアドレス信号を選択印加し、信号電極群には所定の
情報信号をアドレス信号と同期させて並列的に選択印加
する時分割駆動が採用されているが、この表示素子及び
その駆動法には以下に述べる如き致命的とも言える大き
な欠点がある。

■！μち１画素密度を高く、或いは画面を大さくするの
が難しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較
的高く、しかも消費電力が小さいことから、表示素子と
して実用に供されているのは殆んどが１例えばＭ、５ｃ
ｈａｄｔとＷ、Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ著　“Ａｐｐｌｉｅｃ
ｌ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ″　Ｖｏ、　
１８　。

Ｎｏ、４（１９７１，２，１５）、Ｐ、１２７〜１２８
の“Ｖｏ　ｌ　ｔ　ａｇｅ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　　０
ｐｔｉｃａｌ　　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　　ｏｆ　　ａＴｗ
ｉｓｔｅｄ　　Ｎｅｍａｔｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃ
ｒｙｓｔａｌ”に示されたＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅ
ｍａｔＬｃ）型の液晶を用いたものであり、この型の液
晶は、無電解状態で正の誘電異方性をもつネマティック
液晶の分子が液晶層厚方向で捩れた構造（ヘリカル構造
）を形成し、両電極間でこの液晶の分子が平行に配列し
た構造を形成している。一方。

電界印加状態では、正の誘電異方性をもつネマティック
液晶が電界方向に配列し、この結果光学変調を起すこが
できる。この型の液晶を用いてマトリクス電極構造によ
って表示素子を構成した場合、走査電極と信号電極が共
に選択される領域（選択点）には、液晶分子を電極面に
垂直に配列させるに要する閾値以上の電圧が印加され、
走査電極と信号電極が共に選択されない領域（非選択点
）には電圧は印加されず、したがって液晶分子は電極面
に対して並行な安定配列を保っている。このような液晶
セルの上下に互いにりａスニコル関係にある直線偏光子
を配置することにより、選択点では光が透過せず。

非選択点では光が透過するため、ｇ！ｉ像素子とするこ
とが可能となる。然し乍ら、マトリクス電極構造を構成
した場合には、走査電極が選択され、信ｑ電極が選択さ
れない領域、或いは走査電極が選択されず、信号電極が
選択される領域（所謂“半選択点″）にも有限に電界が
かかってしまう０選択点にかかる電圧と、半選択点にか
かる電圧の差が充分に大きく、液晶分子を電界に垂直に
配列させるのに要する電圧閾値がこの中間の電圧値に設
定されるならば、表示素子は正常に動作するわけである
が、走査線数（Ｎ）を増やして行った場合１画面全体（
１フレーム）を走査する間に一つの選択点に４１効な電
界がかかっている時間（ｃｉｕｔｙ比）がｌ／Ｎの割合
で減少してしまう、このために、〈り返し走査を行った
場合の選択点と非選択点にかかる実効値としての電圧差
は、走査線数が増えれば増える程小さくなり、結果的に
は画像コントラストの低下やクロストークが避は難い欠
点となっている。このような現象は、双安定性を有さな
い液晶（電極面に対し、液晶分子が水平に配向している
のが安定状態であり、電界が有効に印加さている間のみ
垂直に配向する）を時間的蓄積効果を利用して駆動する
（即ち、繰り返し走査する）ときに生ずる木質的には避
は難い問題点である。この点を改良するために、ＴＬ圧
圧平化化法２周波駆動法や、多重マトリクス法等が既に
提案されているが、いずれの方法でも不充分であり１表
示素子の大画面化や高密度化は、走査線数が充分に増や
せないことによって頭打ちになっているのが現状である
。′一方、プリンタ分野を眺めて見るに、電気信号を入
力としてハードコピーを得る手段として、画素密度の点
からもスピードの点からも電気画像信号を光の形で電子
写真感光体に与えるレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）
が現在最も優れている。ところがＬＢＰには、 ｌ、　プリンタとしてのが装置が大型になる；２、　ポ
リゴンスキャナの様な高速の駆動部分があり騒音が発生
し、また厳しい機械的精度が要求される；など の欠点がある。この様な欠点を解消すべく１ｔｔＡ信号
を光信号に変換する素子として、液晶シャッタアレイが
提案されている。ところが、液晶シャッタアレイを用い
て画素信号を与える場合、たとえば２１０ｍｍの長さの
中に画素信号を１６ｄａｔ／ｍｍの割合で書き込むため
には、３０００個以上の信号発生部を有していなければ
ならず、それぞれに独立した信号を与えるためには１元
来それぞれの信号発生部会てに信号を送るリート線を配
線しなければならず、製作」−困難であった。

そのため、ＩＬＩＮＥ（ライン）分の画素信号を数行に
分割された信号発生部により、時分割して与える試みが
なされている。この様にすれば、信号を与える電極を、
複数の信号発生部に対して共通にすることができ、実質
配線を大幅に軽減することができるからである。ところ
が、この場合通常行われているように双安定性を有さな
い液晶を用いて行数（Ｎ）を増して行くと、信号ＯＮの
時間が実質的にｌ／Ｎとなり感光体上で得られる光量が
減少してしまってり、クロストークの問題が生ずるとい
う難点がある。

このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て、双安定性を有する液晶素子の使用が、Ｃ１ａｒｋお
よびＬａｇｅ　ｒｗａ　Ｉ　ｌにより提案されている（
特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７
９２４号明細占等）、双安定性液晶として！±、一般に
、カイラルスメクテイックＣ相（ＳｍＣ’）又は他のカ
イラルスメクテイック相、具体的にはカイラルスメクテ
イックＨ相（ＳｍＨ”）、カイラルスメクテイソクＦ相
（ＳｍＦ本）、カイラルスメクテイックＩ相（ＳｍＨ本
）、およびカイラルスメクテイックＧ相（ＳｍＧ＊）を
有する強誘電性液晶が用いられる。

この液晶は電界に対して第１の光学的安定状態と第２の
光学安定状態からなる双安定状態を有し、従って前述の
ＴＮ型の液晶で用いられた光学変調素子とは異なり、例
えば一方の電界ベルトに対して第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第２の光学
的安定状態に液晶が配向される。またこの型の液晶は、
加えられる電界に応答して、極めて速やかに上記を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を有する。このような性質
を利用することにより、上述した従来の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る。

この点は、本発明と（ＳＯ連して、以下に、更に詳細に
説明する。しかしながら、この双安定性を有する液晶を
用いる光学変調素子が所定の駆動特性を発揮するために
は、一対の平行基板間に配置される液晶が、電界の印加
状態とは無関係に、上記２つの安定状態の間での変換が
効果的に起るような分子配列状態にあることが必要であ
る。たとえばＳｍＣ末又は他のカイラルスメクテイック
相を有する強ａＡ’ｌ！性液晶については、３ｍ０京又
は他のカイラルスメクテイック相を有する液晶分子層が
基板面に対して垂直で、したがって液晶分子軸が基板面
にほぼ平行に配列した領域（モノドメイン）が形成され
る必要がある。しかしながら、従来の双安定性を有する
液晶を用いる光学変調素子においては、このようなモノ
ドメイン構造を有する液晶の配向状態が、必ずしも満足
に形成されなかったために、充分な特性が得られなかっ
たのが実情である。

たとえば、このような配向状態を与えるために、磁界を
印加する方法、せん断力を印加する方法、などが提案さ
れている。しかしながら、これらは、いずれも必ずしも
満足すべき結果を与えるものではなかった。たとえば、
磁界を印加する方法は、大規模な？を置を要求するとと
もに作動特性の良好な薄層セルとは両立しがたいという
難点があり、また、せん断力を印加する方法は、セルを
作成後に液晶を注入する方法と両立しないという難点が
ある。

本発明の主要な目的は、上述した事情に鑑み高速応答性
、高密度画素と大面積を有する表示素子、あるいは高速
度のシャッタスピードを有する光学シャッタ等として潜
在的な適性を有する双安定性を有する液晶を使用する光
学変調素子において、従来問題であったモノドメイン形
成性ないしは初期配向性を改善することによれ、その特
性を充分に発揮させ得る液晶の配向制御法を提供するこ
とにある。

本発明者らは、上述の目的で更に研究した結果、特に液
晶材料が別の相（例えば等方相等の高温状態）より、ス
メクテイック相の低温状態へ移行する降温過程に於ける
配向性に五目したところ、降温過程で等方相からコレス
テリック相、スメクテイックＡ相（ＳｍＡ）、およびカ
イラルスメクテイックＣ相（Ｓ　ｍｃ＊）、カイラルス
メクテイックＨ相（ＳｍＨ本）、カイラルスメクテイッ
クＧ相（５ｍ０本）なと゛のカイラルスメクテイック相
に相転移を生じる液晶と、降駄過程で等方相からコレス
テリック相および結晶相に又は等方相からコレステリッ
ク相、スメクテイックＡ（ＳｍＡ）および結晶相に相転
移を生じる液晶とを含有する液晶組成物を用いた場合、
液晶と界面で接する基板の面に液晶の分子軸方向を使先
して一方向に配列させる効果を付与することにより、液
晶分子が一方向に配列したモノドメインを形成すること
ができ、この結果液晶の双安定性に基づく素子の作動特
性と液晶層のモノドメイン性を両立し得る構造の液晶素
子が得られるとともに、長期間に亘った配向安定性を向
上させることができることを見い出した。

本発明は前述の知見にノ＾づくものであり、すなわち本
発明の液晶素子は、一対の基板間に、降温過程で等方相
からコレステリック相、スメクテイソクＡ相（ＳｍＡ）
およびカイラルスメクテイック相に相転移を生じる液晶
（以下、単に１カイラルスメクテイック相を示す液晶”
という）の少なくともＩＮと降温過程で等方相からコレ
ステリック相および結晶相又は等方相からコレステリッ
ク相、スメクテイックＡ相（Ｓ　ｍＡ）および結晶相に
相転移を生じる液晶（以下、単に“コレステリック相を
示す液晶”という）の少なくとも１種とを含有する液晶
組成物で且つ所定温度でカイラルスメクテイック相を示
す液晶組成物を封入したセル構造をなし。

前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の面が界
面で接する液晶の分子軸方向を優先して一方向に配向さ
せる効果を有していることを特徴としている。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ１本発明を更に詳
細に説１１する。

本発明で用いる液晶組成物は、強誘電性を示す。

前述の降温過程で等方相からコレステリック相、スメク
テイックＡ相（ＳｍＡ）およびカイラルスメクテイック
相に相転移を生じる液晶（すなわち、カイラルスメクテ
ィック相を示す液晶）の具体例を表１に示す、一方、降
温過程で等方相からコレステリック相および結晶相に又
は等方相からコレステリック相、ＳｍＡおよび結晶相に
相転移を生じる液晶（すなわち。

コレステリック相を示す液晶）の具体例を表２に示す。

表　　　　１ カイライルスメクテイック相を示す液晶の具体例（化合
物名、構造式及び相転移点） ４−（２’−メチルブチル）フェニル−４′オクチルオ
キシビフェニル−４−カルボキシレート７８℃　　　　
８０℃　　　　　１２８．３℃結晶　；＝　Ｓｍ３　　
＝　ＳｍＣ木　；＝　ＳｍＡ１７１．０℃　　　　　　
　　１７４．２℃；＝　コレステリック相　；＝　等方
相４−ペンチルフェニル−４−（４＃−メチルヘキシル
）ビフェニル−４′−カルボキシレート ９１．５℃　　　　９３℃ 結晶　；＝　ＳｍＣ寧　　；＝　ＳｍＡ１１２℃　　　
　　　　　１３１”ｃ ；＝　コレステリック相　　；等方相 メチルブチルオキシ）フェニルエステル４０．５℃　　
４２℃　　　５８℃　　　　　６５℃結晶　；ビ　Ｓｍ
Ｃ＊；＝　ＳｍＡ　；竺コレステリック相；等方相７・
′ 、／′。

５・′ ／′ 表　　　２ コレステリック相を示す液晶の具体例 （化合物名、構造式及び相転移点） （Ａ）　　　　コレステリルプロピオネート１０７℃　
　　　　　　　　１１７℃ 結晶　＝　コレステリック相　；＝　等方相ＣＢ）　　
　コレステリルノナネート ７８℃　　　　　　　　　　９２℃ 結晶　；＝　コレステリック相　＝　等方相（Ｃ）　　
　コレステリルパルミテート７７℃　　　　　　　　　
８３℃ 結晶　；＝　コレステリック相　＝　等方相（Ｄ）　　
　コレステリルノナネート １４８℃　　　　　　　　１７６℃ 結晶　；＝　コレステリック相　二　等方相−−５４℃ ＳｍＡ４−−５４テリ、相　′−３０１４−（２“−メ
チルブチルオキシ）−４−シアノビフェニル＼　　　コ
レステリック相　　　′９℃結晶　；＝　コレステリッ
ク相　；　等方相４−　（２−メチルブチル）−４′−
へキシルオキシアゾベンゼン４−（２−メチルブチル）
フェニル−４′−デシロキシベンゾエート４−ヘキシル
オキシ−４’−（２−メチルブチル）ベンゾエートこれ
ら前述のカイラルスメクテイック相を示す液晶又は前述
のネマティック相を示す液晶は、それぞれ２種以上組合
せて使用することもできる。

本発明で用いる液晶組成物での前述のカイラルスメクテ
イック相を示す液晶と前述のコレステリック相を示す液
晶の割合は、使用する液晶の種類によって相違するが、
一般的に前述の力イラルスメクテイック相を示す液晶１
００重量部に対して前述のフレスティック相、を示す液
晶０、１〜５０重量部、好ましくは１〜２０重量部であ
る。

これらの材料を用いて素子を構成する場合。

液晶組成物がＳｍＣ木、ＳｍＨ’、ＳｍＦ”。

ＳｍＩ木、ＳｍＧ京、となるような温度状態に保持する
為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた銅ブロ
ック等により支持することができる。

第１図は１強誘電性液晶の動作説明の為に。

セルの例を模式的に描いたものである。１１と１１’は
、Ｉｎ２Ｏ３，５ｎ０２あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
　　−Ｔｉｎ　　０ｘｉｄｅ）’５の薄膜からなる透明
７１極で被覆された基板（ガラス板）であり、その間に
液晶分子層１２がガラス面に垂直になるよう配向したＳ
ｍＣ木。

ＳｍＨ本、ＳｍＦ本、Ｓｍｌ末、ＳｍＧ木などのカイラ
ルスメクテイック相の液晶が封入されている。太線で示
した線１３が液晶分子を表わしており、この液晶分子１
３はその分子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ上
）１４を有している。基板１１とｌ　ｌ′上の電極間に
一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子１３のら
せん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ工）１４がす
べて電界方向に向くよう、液晶分子１３は配向方向を変
えることができる。液晶分子１３は、細長い形状を有し
ており、その長袖方向と短軸方向で屈折率異方性を示し
、従って例えばガラス面の上下に互いにクロスニコルの
偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変わ
る液晶光学変調素子となることは、容易に理解される。

本発明の光学変調素子で好ましく用いられる液晶セルは
、その厚さを充分に薄く（例えばＩＪｔ以下）すること
ができる、このように液晶層が薄くなることにしたがい
、第２図に示すように電界を印加していない状態でも液
晶分子のらせん構造がほどけ、非らせん構造となり。

その双極子モーメントＰまたはＰ′は上向き（２４）又
はド向き（２４’）のどちらかの状ｆ〕をとる。このよ
うなセルに、第２図に示す如く一定の閾値以上の極性の
異る電界Ｅ又はＥ′を電圧印加手段２１と２１’により
付午すると、双極子モーメントは、電界Ｅ又はＥ′の電
界ベクトルに対応して上向き２４又は下向き２４′と向
きを変え、それに応じて液晶分子は、第１の安定状態２
３かあるいは第２の安定状８２３′の何れか一方に配向
する。

このような強誘電性を光学変ｍ素子として用いることの
利点は、先にも述べたが２つある。

その第１は、応答速度が極めて速いことである。第２は
液晶分子の配向が双安定性を有することである。第２の
点を１例えば第２図によって更に説明すると、電界Ｅを
印加すると液晶分子は第１の安定状態２３に配向するが
、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向きの
電界Ｅ′を印加すると、液晶分子は第２の安定状ｔ６２
　：ｒに配向してその分子の向きを変えるが。

やはり電界を切ってもこの状態に留っている。

又、与える電界Ｅが一定の閾値を越えない限り、それぞ
れの配向状態にやはり維持されている。このような応答
速度の速さと、双安定性が有効に実現されるにはセルと
しては出来るだけ薄い方が好ましい。

この様な強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当た
って最も問題となるのは、先にも述へたように、ＳｍＣ
＊、ＳｍＨ本、ＳｍＦ＊。

ＳｍＩ木、ＳｍＧ木などのカイラルスメクテイック相を
有する層が基板面に対して垂直に配列し且つ液晶分子が
基板面に略平行に配向した。

モノドメイン性の高いセルを形成することが困難なこ七
であり、この点に解決を与えることが本発明の主要な目
的である。

第３図（Ａ）と（Ｂ）は、本発明の液晶素子の一実施例
を示している。第３図（Ａ）は１本発明の液晶素子の平
面図で、第３図（Ｂ）はそのＡ−ｘ断面図である。

第３図で示すセル構造体１００は、ガラス板又はプラス
チック板などからなる一対の基板１０１と１０１’をス
ペーサ１０４で所定の間隔に保持され、この一対の基板
をシーリングするために接着剤１０６で接着したセル構
造を有しており、さらに基板１０１の上には複数の透明
電極１０２からなる電極群（例えば、マトリクス電極構
造のうちの走査電圧印加用電極群）が例えば帯状パター
ンなどの所定パターンで形成されている。基板１０１′
の上には前述の透明電極１０２と交差させた複数の透明
電極１０２′からなる電極群（例えば、マトリクス電極
構造のうちの信号電圧印加用電極群）が形成されている
。

この様な透明電極１０２′を設けた基板ｉ　ｏ　ｔ’に
は１例えば、−酸化硅素、二酸化硅素、酸化アルミニウ
ム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、Ｍ化セリウム、
フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホ
ウ素窒化物などの無機絶縁物質や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
、ポリパラキンレリン、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、ポリアミ
ド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユ
リア樹脂やアクリル樹脂などの有機絶縁物質を用いて？
Ｉｋ膜形成した配向制御１ｉＬＯ５を設けることができ
る。

この配向制Ｗｌ＠　１０５は、前述の如き無機絶縁物質
又は有機絶縁物質を被膜形成した後に、その表面をビロ
ード、布や紙で一方向にｍ擦（５ピング）することによ
って得られる。

本発明の別の好ましい具体例では、Ｓ）Ｏや５Ｌ０２な
どの無機絶縁物質を基板１０１’の上に斜め蒸着法によ
って被膜形成することによって、配向制御膜１０５を得
ることができる。

第５図に示された装置に於いてペルジャー５０１は吸出
口５０５を有する絶縁基板５０３上にＪｉ＆置され前記
吸出口５０５かも伸びる（図示されていない）真空ポン
プによりペルジャー５０１が真空にされる。タングステ
ン類又はモリブデン製のるつぼ５０７はペルジャー５０
１の内部及び底部に配置され、るっぽ５０７には数グラ
ムのＳ　ｉｏ　、Ｓ　ｉｏ２　、ＭｇＦ２などの結晶５
０８がａＲされる。るつぼ５０７は下方の２つのアーム
５０７ａ、５０７ｂを有し、前記アームは夫々導＆１５
０９，５１０に接続される。電源５０６及びスイッチ５
０４がペルジャー５０１の外部導線５０９．５１０１１
ＪＩに直列に接続される。基板５０２はペルジャー５０
１の内部でるつぼ５０７の真上にペルジャー５０１の垂
直軸に対しθの角度を成して配置される。

スイッチ５０４が開放されると、ペルジャー５０１はま
ず約１０−５ｍｍＨｇ圧の真空状態にされ１次にスイッ
チ５０４が閉じられて、るつぼ５０７が適温で白熱して
結晶５０８が藩発されるまで電Ｗ５０６をａ１節して電
力が供給される。適温範囲（７００−１０００℃）に対
して必要な電流は約１００１００ａである。結晶５０８
は次に蒸発され図中Ｓで示された上向きの分子流を形成
し、流体Ｓは、基板５０２に対してθの角度を成して基
板５０２上に入射され。

この結果基板５０２が被膜される。角度θは１記の“入
射角”であり、流体Ｓの方向は上記“斜め蒸着方向゛°
である。この被膜の膜厚は基板５０２をペルジャー５０
１に挿入する前に行なわれる装置の時間に対する厚みの
キャリブレーションにより決定される。過室な厚みの被
膜が形成されると電源５０６からの電力を減少させ、ス
イッチ５０４を開放してペルジャー５０１とその内部を
冷却する０次に圧力を大気圧まで上げ基板５０２をペル
ジャー５０１から取り外す。

また、別の具体例ではガラス又はプラスチックからなる
基板ｔ　ｏ　ｔ’の表面あるいは基板１０１’の上に前
述した無機絶縁物質や有機絶縁物質を被膜形成した後に
、該被膜の表面を斜方エツチング法によりエツチングす
ることにより、その表面に配向制御効果を付与すること
ができる。

前述の配向制御１１５１１０５は、同時に絶縁膜として
もａ能されることが好ましく、このためにこの配向制御
１１９１０５の膜厚は一般に１００人〜１μ、好ましく
は５００人〜５０００人の範囲に設定することができる
。この絶縁膜は、液晶層１０３に微量に含有される不純
物等のために生ずる電流の発生を防止できる利点をも有
しており、従って動作を繰り返し行なっても液晶化合物
を劣化させることがない。

また、本発明の液晶素子ではａＡの配向制御膜１０５と
同様のものをもう一方の基板１０１に設けることができ
る。

第３図に示すセル構造体１００の中の液晶層１０３　は
、ＳｍＣ木、ＳｍＨ”　、ＳｍＦ木。

ＳｍＩ木、３ｍ０京などのカイラルスメクテイック相と
することかでさる。このカイラルスメクテイック液晶層
１０３は前述のコレステリック相を示す液晶が含有され
いる。

本発明で重要な点は、前述のコレステリック相を示す液
晶を含有する液晶組成物を用いて。

高温相からスメクテイック相又はカイラルスメクテイッ
ク相に相転移させる際、この液晶分子軸が配向制１１１
１９１０５に付与された配向制御方向に沿って配列し、
この結果均一なモノドメインが形成され、しかも長期間
に亘る保存中でも配向の乱れを全く生じない点にある。

第４図は１本発明の液晶素子の別の具体例を表わしてい
る。第４図で示す液晶素子は、一対の基板１０１とｌｏ
ｔ’の間に複数のスペーサ部材２０１が配置されている
。このスペーサ部材２０１は、例えば配向制ＷＩＩｌ１
０５が設けられティア１　一基板１０　Ｌ’ノ上ニＳ　
ｔｏ　、　Ｓ　ｉ　０２　。

Ａｊ１２０３　、ＴｉＯ２などの無機化合物あるいはポ
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、ポリバラキシリレ／、ポリエステ
Ｊし、ポリカーボネート。

ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニル、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
脂などの樹脂類を適当な方法で被膜形成した後５所定の
位置にスペーサ部材２０１が配置される様にエツチング
することによって得ることができる。

この様なセル構造体１００は、基板１０１と１０１’の
両側にはクロスニコル状態又はパラレルニコル状態とし
た偏光子１０７と１０８がそれぞれ配置されて、電極１
０２とｌ　Ｏ２’の間に電圧を印加した時に光学変調を
生じることになる。

次、本発明の液晶素子の作成法について、液晶層１０３
の配向制御法について第３図を用いて具体的に説明する
。

まず、液晶組成物が封入されているセル構造体１００は
、セル１００全体が均一に加熱される様な加熱ケース（
図示せず）にセットされる。

次に、セル１００中の液晶組成物が等方相となる温度ま
で加熱する。しかる後に、加熱ケースの温度を降温させ
て、セル１００中の等方相となっている液晶組成物を降
温過程に移す、この液晶組成物は、前述のコレステリッ
ク相を示す液晶がスメクテイック相形成時の液晶分子軸
をラビング方向に揃える様な影響を与え、しかも長期間
の保存、中でも安定な配向状態を維持させているものと
考えられる。

第６図は、中間に強誘電性液晶化合物が挟まれたマトリ
クス電極構造を有するセル４１の模式図である。４２は
走査電極群であり、４３は信号電極群である。第７図（
ａ）と（ｂ）は、それぞれ選択された走査電極４２　（
ｓ）に与えられる電気信号とそれ以外の走査型Ｊ４ｉ（
選択されない走査電極）、４２（ｎ）に与えられる電気
信号を示し、第６図（Ｃ）と（ｄ）はそれぞれ選択され
た信号電極４３（ｓ）に与えられる電気信号と選択され
ない信号電極４３　（ｎ）に与えられる電気信号を表わ
す、第７図（ａ）〜（ｄ）においては、それぞれ横軸が
時間を、縦軸が電圧を表わす０例えば、動画を表示する
ような場合には、走査電極群４２は逐次、周期的に選択
される。今、双安定性を有する液晶セルの第１の安定状
態を与えるたの閾値電圧をＶｔ　ｈｌとし、第２の安定
状態を与えるための閾値電圧を−ｖｔ　ｈ２とすると、
選択された走査電極４２（ｓ）に与えられる電気信号は
、第７図（ａ）に示される如く、位相（時間）１１では
Ｖを、位相（時間）ｔ２では−Ｖとなるような交番する
電圧である。又、それ以外の走査電極４２（ｎ）は、第
７図（ｂ）に示す如くアース状態となっており、電気信
号Ｏである。一方、１２！択された信号電極４３　（ｓ
）に与えられる電気（８号は第７図（Ｃ）に示される如
くｖであり、又選択されない信号電極４３（ｎ）に与え
られる′雇気侭号は第７図（ｄ）に示される如＜−Ｖで
、ある０以上に於て、電圧ＶはＶ＜Ｖｔ　ｈ　１＜２Ｖ
と−Ｖ＞−Ｖｔ　ｈ２＞−２Ｖを満足する所望の値に設
定される。このような上気信号が与えられたときの各画
素に印加される）ＩＬ圧波形を第８図に示す、第８図（
ａ）〜（ｄ）は、それぞれ第６図中の画素Ａ、Ｂ、Ｃお
よびＤと対応している。すなわち第８図より明らかな如
く、選択された走査線上にある画素Ａでは１位相ｔ２に
於て閾値ｖｔｈ１を越える電圧２ｖが印加される。又回
−走査線上に存在する画素Ｂでは位相し１で閾値′−ｖ
ｔｈ２を越える電圧−２ｖが印加される。従って１選択
された走査電極線上に於て信号電極が選択されたか否か
に応じて１選択された場合には液晶分子は：１ＩＪｌの
安定状態に配向を揃え、１１！択されない場合には：ｉ
４２の安定状態に配向を揃える。いずれにしても各画素
の前歴には、ＩＡ係することはない。

一方、画素ＣとＤに示される如く、選択されない走査線
上では、すべての画素ＣとＤに印加される電圧は＋■又
は−■であって、いずれも閾値電圧を越えない、徒って
各画素ＣとＤにおける液晶分子は、配向状態を変えるこ
となく前回走査されたときの信号状態に対応した配向を
、そのまま保持している。即ち、走査電極が選択された
ときにその一ライン分の信号の占き込みが行われ、−フ
レームが終了して次回選択されるまでの間は、その信号
状態を保持し得るわけである。従って、走査電極数が増
えても、実質的なデユーティ比はかわらず、コントラス
トの低下とクロストーク等は全く生じない、この際、電
圧値Ｖの値及び位相（ｔｌ＋ｔ２）＝Ｔの値としては、
用いられる液晶材料やセルのＨさにも依存するが、通常
３ポルト〜７０ポルトで０．１路ｓｅｃ〜２ｒｎｓ　ｅ
　ｃの範囲が用いられる。従って、この場合では選択さ
れた走査電極に与えられるｔ気信号が第１の安定状態（
光信号に変換されたとき「明」状態であるとする）から
：ｊＳ２の安定状７ＩＪ（光信号に変換されたとき「暗
」状態であるとする）へ、又はその逆のいずれかの変化
をも起すことができる。前述したＳｍＣ木、ＳｍＨ木、
ＳｍＦ末、ＳｍＩ木。

ＳｍＧ木などのカイラルスメクテイック相を示す液晶を
単独で用いる場合に較らべ本発明で用いるコレステリッ
ク相を示す液晶を含有する液晶組成物を用いると、配向
性が良好でしかも配向欠陥が少ない配向状態が得られる
。

特にセル厚が薄い場合、或いは双安定性（メモリ性）を
もつＳｍＣ’　、ＳｍＨ＊、ＳｍＦ＊。

ＳｍＩ木、ＳｍＧ木などのカイラルスメクテイック相の
場合には、スイッチング特性（応答速度）の点で基板表
面の液晶分子に対する拘束力（基板の配向処理による効
果）は、弱い方が好ましく、従って一方の基板表面のみ
を配向処理する場合の方が、両側等の基板表面を配向処
理する場合に較べ速い応答速度が得られる。この際、セ
ル厚が２ｐｍのセルにおいては１片側の基板のみを配向
処理した場合の方が両側の基板を配向処理した場合の応
答速度に較べ約２倍もの速い応答速度が得られる。

以下、本発明を実施例に従って説明する。

〔実施例Ｌ〕

ピッチ１１００ｐで幅６２．５　弘ｍのストライプ状の
ＩＴＯＩｌ！を電極として設けた正方形ガラス基板を用
意し、これの電極となるＩＴＯ膜が設けられている側を
下向きにして第５図に示す斜め蒸着装置にセットし、次
いでモリブデン製るつぼ内にＳ　ｉ０２の結晶をセット
した。しかる後に蒸着装置内をｔｏ−５Ｔｏｒｒ程度の
真空状態としてから、所定の方法でガラス基板上にＳｉ
Ｏ２を斜め蒸着し、８００人の斜め蒸着膜を形成した（
Ａ電極板）。

一方、同様のストライプ状のＩＴＯ膜が形成されたガラ
ス基板上にポリイミド形成溶液（日立化成工業（株）製
のｒＰＩＱに不揮発分濃度１４．５　ｗ　ｔ％）をスピ
ナー塗ｌ＃Ｊ機で塗布し、１２０℃で３０分間、２００
℃で６０分間、そして３５０°Ｃで３０分間加熱を行な
って８００人の被膜を形成した（Ｂ電極板）。

次いでＡ電極板の周辺部に注入口とな個所を除いて熱硬
化型エポキシ接着剤をスクリーン印刑法によって塗布し
た後に、Ａ電極板とＢ電極板のストライプ状パターン電
極が直交する様に重ね合せ、２枚の電極板の間隔が２牌
となるようポリイミドスペーサで保守し、セルとした。

次に４−（２’−メチルブチル）フェニル−４′−才ク
チルオキシビフェニル−４−カルボキシ１／　　）　１
００　重量ｍに対して、コレステリルノナネート５重量
部加えて液晶組成物を調整した。

この液晶に１成物を加熱して等方相とし、上記で作製し
てセル内に注入口から注入し、その注入口を封口した。

このセルを徐冷によって降温させた後、一対の偏光子を
クロスニコル状態で設けてから顕微鏡観察したところ、
モノドメインの非らせん構造のＳｍＣ木が形成されてい
る事が確認できた。

更に、このＳｍＣ＊状態の液晶素子を５００時間維持し
た後に、再び同様のｊｌ微鏡！Ｉ察を行なったところ、
依然としてモノドメインの非らせん構造のＳｍＣ木であ
ることが確認できた。

一方、比較実験として前述の液晶素子で用いたコレステ
リルノナネートを省略したほかは、前述の方法と同様に
して液晶素子を作成してから、顕微鏡観察を行なったと
ころ、初期段階ではモノドメインの非らせん構造のＳｍ
Ｃ末の形成が確認できたが、５００時間の耐久試験を行
なった後では、５ｍ０本がモノドメインを形成していな
かった。

〔実施例２〕 ピッチ１１００ｕＬで＠　８２．５　ａ　ｍのストライ
プ状のＩＴＯＩＩＱを電極として設けた正方形ガラス基
板上にポリイミド形成溶液（日立化成工業（株）製のｒ
ＰＩＱｊ、不揮発分濃度１４、５　ｗ　ｔ％）をスピナ
ー塗布機で塗布し。

１２０℃で３０分間、２００℃で６０分間、そして３５
０℃で３０分間加熱を行なって８００人の被膜を形成し
た（Ａ電極板）。

次に上記と同様にして得たポリイミド被膜電極板を布に
よりラビング処理を行った。（Ｂ電極板） 次いでＡ電極板の周辺部に注入口とな個所を除いて熱硬
化型エポキシ接着剤をスクリーン印刷法によって塗布し
た後に、Ａ電極板とＢ電極板のストライプ状パターン電
極が直交する様に重ね合せ、２枚の電極板の間隔が２１
Ｌとなるようポリイミドスペーサで保持し、セルとした
。

４−（２’−メチルブチル）フェニル−４′−才クチル
オキシビフェニル−４−カルボキシレート１００重量部
に対して４−（２−メチルブチル）フェニル−４′−デ
シロキシベンゾエートを１Ｏｆｆｉ量部加えて液晶組成
物を調整した。この液晶組成物を加熱して等方相とした
セル内に注入口から注入し、その注入口を封口した。こ
のセルを徐冷によって降温させた後、一対の偏光子をク
ロスニコル状態で設けてから顕微鏡ｗ１察したところ、
モノドメインの非らせん構造のＳｍＣ木が形成されてい
ることが確認できた。

更に、このＳｍＣ本状態の液晶素子を７００時間維持し
た後に、再び同様の顕微ｍｓ寮を行なったところ、依然
としてモノドメインの非らせん構造のＳｍＣ木であるこ
とが確認できた。

一方、比較実験として前述の液晶素子で用いた４−（２
−メチルブチル）フェニル−４′−デシロキシベンゾエ
ートを省略したほかは、前述の方法と同様にして液晶素
子を作成してから、顕微鏡観察を行なったところ、初期
段階ではモノドメインの非らせん構造のＳｍＣ木の形成
が確認できたが、７００時間の耐久試験を行なった後で
は、５ｍ０本がモノドメインを形成していなかった。

〔実施例３と４〕 実施例２で用いた４−（２’−メチルブチル）フェニル
−４′−才クチルオキシビフェニル−４−カルボキシレ
ートに代えて、４−ペンチルフェニル−４−（４’−メ
チルヘキシル）フェニル−４′−力ルポキシレート（実
施例３）、Ｐ−ｎ−オクチルオキシ安息養醸−Ｐ’−（
２−メチルブチルオキシ）フェニルエステル（Ｚ雄側４
）を用いたほかは、実施例２と同様の方法で液晶素子を
作成してからｍ微鏡観察したところ。

モノドメインの非らせん構造の５ｍ０本が形成されてい
た、さらに、各実施例につき前述の実施例２と同様の７
００時間の耐久試験を行なったところ、モツプメインの
ＳｍＣ木であることが確認できた。

〔実施例５〜７〕 実施例２で用いた４−（２−メチルブチル）フェニル−
４′−デンロキシヘンソエートに代地て、４−（Ｚ″−
メチルブチル）−４゛−シアノビフェニルＣ実に例５）
、コレステリルベンゾネート（実施例６）、４−　（２
’−メチルブチルオキシ）−４’−シアノビフェニル（
実施例７）を用いたほかは、実施例２と同様の方法で液
晶素子を作成してから、！ＩＩ微鏡観察を行なったとこ
ろ、非らせん構造のＳｍＣ木が形成されていた。さらに
、各実施例につき前述の実施例２と同様の７００時間の
耐久試験を行ったところ、モノドメインのＳ　ｍＣ＊で
あることが確認できた。

一方、前述の各実施例で５〜７で使用したコレステリッ
ク相を示す液晶の使用を省略したほかは、同様にして液
晶素子を作成してから１、同様の耐久試験を行なったが
、伺れの場合もＳｍＣ木はモノドメインとなってぃなか
った。

〔実施例８〕 １１００Ｂのホリエチレンテレフタレートフイルムに鹸
化インジウムを主成分とする透明導電膜を低温スパッタ
装置でフィルム表面温度を１２０℃以下に抑えて形成し
たプラスチック基板に、以下の組成の溶液（溶液組成（
１））を塗布し、１２０℃３０分乾燥して薄膜を形成し
た。

溶液組織（１） アセトメトキシアルミニウム ジイソプロピレート　　　Ｉｇ ポリエステル樹脂（東洋紡：バイロン３０Ｐ）０．５ｇ テトラヒドロフラン　　　　　　１００ｍＪ１次に、１
００ｇ／ｃＩｒＩ′の抑圧下で一方向にラビングし、こ
のラビングした一対のプラスチック基板を上下のラビン
グ方向が平行となる様に玉ね合せ、注入口となる個所を
除いたその周辺をシーリングした。この時の一対のプラ
スチック基板の間隔は、１＝であった。

次に４−（２’−メチルブチル）フェニル−４′−才ク
チルオキシビフェニル−４−カルボキシレート１００重
量部に対して４−（２−メチルブチル）−４１−へキシ
ルオキシアゾベンゼン４ｊＴＥｉ部加えて液晶組成物を
調整した。

この液晶組成物を加熱して等方相とし、上記で作製して
セル内に減圧下で注入口から注入し、その注入口を封口
した。このセルを徐冷によって降温させた後に、一対の
偏光子をクロスニコル状態で設けてから顕微鏡観察した
ところ、モノドメインの非らせん構造の５ｍ０本が形成
されている事が確認できた。

更に、このＳｍＣ＊状態の液晶素子を５００時間維持し
た後に、再び同様の顕微鏡観察を行なったところ、依然
としてモノドメインの非らせん構造の５ｍ０本であるこ
とが確認できた。

一方、比較実験として前述の液晶素子で用いた４−（２
メチルブチル）−４’−へキシルオキシアゾベンゼンを
省略したほかは、前述の方法と同様にして液晶素子を作
成してから、顕ａｍｉ１１’９を行なったところ、初期
段階ではモノドメインの非らせん構造の５ｍ０本の形成
が確認できたが、５００時間の耐久試験を行なった後で
は、３ｍ０京がモノドメインを形成していなかった。

（実施例９〜１１） 実施例８で用いた４−（２−メチルブチル）−４′−へ
キシルオキシアゾベンゼンに代えて。

４−（ど−メチルブチル）−’４′−シアノビフェニル
（実施例９）、コレステリルベンゾネート（実施例１’
０）、４−（２’−メチルブチルオキシ）−４’−シア
ノビフェニル（実施例１１）を用いたほかは、実施例２
と同様の方法で液晶素子を作成してから、ｍ微鏡観察し
たところ、モノドメインの非らせん構造の５ｍ０本が形
成されていた。さらに、各実施例につき前述の実施例８
と同様の５００時間の耐久試験を行ったところ、モノド
メインのＳｍＣ＊であることが確認できた。

一方、前述の各実施例で９〜１１で使用したコレステリ
ック相を示す液晶の使用を省略したほかは、同様にして
液晶素子を作成してから、同様の耐久試験を行なったが
、何れの場合もＳｍＣ木はモノドメインとなっていなか
った。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明で用いる液晶セルを表わ
す斜視図である。第３図（Ａ）は本発明の液晶素子を表
わす平面図で、第３図（Ｂ）はそのＡ−ｘ断面図である
。第４図は。 本発明の液晶素子の別の具体例を表わす断面図である。 第５図は本発明の液晶素子を作成する際に用いる斜め蒸
若装置を模式的に表わす断面図である。第６図は１本発
明で用いる液晶素子の電極構造を模式的に示す平面図で
ある。第７図Ｃ＆）〜（ｄ）は１本発明で用いる液晶素
子を駆動するための信号を示す説明図である。 第８図（ａ）〜（ｄ）は、各画素に印加される′電圧波
形を示す説明図である。 １００　　、　　セル構造体 ｌｏｔ、ｉｏ１′　、　　基板 １０２．１０２’　　；　　電極 １０３　　；　液晶層 １０４．２０１　　；　　スペーサ部材１０５　　、　
　配向制御ＩＰ１４ １０６　；　接着剤 １０７．１０８　　、　　偏光子 １０９　　、　　発熱体 特許出願人　　キャノン株式会社 ａｒｔ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板間に、降温過程で等方相からコレステ
   リック相、スメクテイックＡ相およびカイラルスメクテ
   イック相に相転移を生じる液晶の少なくとも１種と降温
   過程で等方相からコレステリック相および結晶相に又は
   降温過程で等方相からコレステリック相、スメクテイッ
   ク相および結晶相に相転移を生じる液晶の少なくとも１
   種とを含有する液晶組成物を封入したセル構造をなし、
   前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の面が界
   面で接する液晶の分子軸方向を優先して一方向に配列さ
   せる効果を有してる事を特徴とする液晶素子。
2. （２）前記液晶組成物が降温過程でスメクテイックＡ相
   からカイラルスメクテック相に順次相転移を生じる液晶
   である特許請求の範囲第１項記載の液晶素子。
3. （３）前記カイラルスメクテック相がＣ相、Ｈ相、Ｆ相
   、Ｉ相又はＧ相である特許請求の範囲第２項記載の液晶
   素子。
4. （４）前記カイラルスメクテック相が非らせん構造をも
   つ相である特許請求の範囲第２項又は第３項記載の液晶
   素子。
5. （５）前記一対の基板のうち一方の基板の面が液晶の分
   子軸方向を優先して一方向に配列させる効果を有し、他
   方の基板の面が該効果を有していない特許請求の範囲第
   １項記載の液晶素子。
6. （６）前記効果を有する面が基板の面を摺擦することに
   よって得られた面である特許請求の範囲第１項又は第５
   項記載の液晶素子。
7. （７）前記面が有機絶縁物質又は無機絶縁物質の被膜に
   よって形成された面である特許請求の範囲第６項記載の
   液晶素子。
8. （８）前記有機絶縁物質が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
   パラキシリレン、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、アクリル樹脂およびフォトレジス
   ト樹脂からなる樹脂群から少なくとも１種を選択した樹
   脂である特許請求の範囲第７項記載の液晶素子。
9. （９）前記無機物質がＳｉＯ、ＳｉＯ＿２又はＴｉＯ＿
   ２である特許請求の範囲第７項記載の液晶素子。
10. （１０）前記効果を有する面が基板の面に絶縁物質を斜
    め蒸着することによって得られた面である特許請求の範
    囲第１項又は第５項記載の液晶素子。
11. （１１）前記絶縁物質がＳｉＯ又はＳｉＯ＿２である特
    許請求の範囲第１０項記載の液晶素子。
12. （１２）前記効果を有する面が基板の面を斜方エッチン
    グすることによって得られた面である特許請求の範囲第
    １項又は第５項記載の液晶素子。
13. （１３）前記面が有機絶縁物質又は無機絶縁物質の被膜
    又は基板によって形成された面である特許請求の範囲第
    １２項記載の液晶素子。
14. （１４）前記有機絶縁物質が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
    リパラキシリレン、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、アクリル樹脂およびフォトレジ
    スト樹脂からなる樹脂群から少なくとも１種を選択した
    樹脂である特許請求の範囲第１３項記載の液晶素子。
15. （１５）前記無機絶縁物質がガラス、ＳｉＯ、ＳｉＯ＿
    ２又はＴｉＯ＿２である特許請求の範囲第１３項記載の
    液晶素子。
16. （１６）前記他方の基板が絶縁物質を被膜形成した後に
    所定の位置を除いてエッチングすることにより得たスペ
    ーサ部材を備えている基板である特許請求の範囲第２項
    記載の液晶素子。
17. （１７）前記スペーサ部材が帯状形状の部材である特許
    請求の範囲第１６項記載の液晶素子。
18. （１８）前記帯状形状のスペーサ部材を複数個備えた素
    子である特許請求の範囲第１７項記載の液晶素子。