JP2749823B2 - 液晶組成物およびこれを含む液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は液晶表示素子や液晶−光シヤツター等に利用
される液晶素子に用いる液晶組成物に関し、更に詳しく
は、電界に対する応答特性が改善された新規な液晶組成
物に関するものである。

〔背景技術〕

従来より、液晶は電気光学素子として種々の分野で応
用されている。現在実用化されている液晶素子はほとん
どが、例えばM.SchadtとW.Helfrich著“Applied Physic
s Letters"Vo.18、No.4（1971.2.15）、P.127〜128の
“Voltage−Spendent Optical Activity of a Twisted
Nematic Liquid Crystal"に示されたTN（twisted nemat
ic）型の液晶を用いたものである。

これらは、液晶の誘電的配列効果に基づいており、液
晶分子の誘電異方性のために平均分子軸方向が、加えら
れた電場により特定の方向を向く効果を利用している。
これらの素子の光学的な応答速度の限界はミリ秒である
といわれ、多くの応用のためには遅すぎる。一方、大型
平面デイスプレイへの応用では、価格、生産性などを考
え合せると単純マトリクス方式による駆動が最も有力で
ある。単純マトリクス方式においては、走査電極群と信
号電極群をマトリクス状に構成した電極構成が採用さ
れ、その駆動のためには、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
分割駆動方式が採用される。

しかしこのような駆動方式の素子に前述したTN型の液
晶を採用すると走査電極が選択され、信号電極が選択さ
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。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、画面全体
（１フレーム）を走査する間に一つの選択点に有効な電
界がかかっている時間（duty比）が1/Nの割合で減少し
てしまう。このために、く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行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け難い欠点となっ
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れている間のみ垂直
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）ときに生ずる本質的には避け難
い問題点である。この点を改良するために、電圧平均化
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、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。

この様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Clark及びLager
wallにより提案されている（特開昭56−107216号公報、
米国特許第436724号明細書等）。双安定性液晶としては
一般に、カイラルスメクテイツクＣ相（SmC^*）又はＨ相
（SmH^*）を有する強誘電性液晶が用いられる。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、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。

以上のような双安定性を有する特徴に加えて、強誘電
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。

このように強誘電液晶はきわ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。特に、高速光学光シヤツタ
ーや、高密度、大画面デイスプレイへの応用が期待され
る。

この強誘電性液晶層を一対の基板間に挾持した素子で
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、同59−193427号公報、
同60−156046号公報や同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。

第４図は、本発明の実施例中で用いた駆動法の波形図
である。又、第５図は、本発明で用いたマトリクス電極
を配置した強誘電性液晶パネル51の平面図である。第５
図のパネル51には、走査線52とデータ線53とが互いに交
差して配線され、その交差部の走査線52とデータ線53と
の間には強誘電性液晶が配置されている。

第４図（Ａ）中のS_Sは選択された走査線に印加する選
択走査波形を、S_Nは選択されていない非選択走査波形
を、I_Sは選択されたデータ線に印加する選択情報波形
（黒）を、I_N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。又、図中（I_S−
S_S）と（I_N−S_S）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（I_S−S_S）が印加された画素は黒の
表示状態をとり、電圧（I_N−S_S）が印加された画素は白
の表示状態をとる。

第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）に示す駆動波形で第６図
に示す表示を行ったときの時系列波形である。

第４図に示す駆動例では、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、第４図に示した駆動波形の各パラメータV_S，
V₁，Δｔの値は使用する液晶材料のスイツチング特性に
よって決定される。

第７図は後述するバイアス比を一定に保ったまま駆動
電圧（V_S＋V_I）を変化されたときの透過率Ｔの変化即ち
Ｖ−Ｔ特性を示したものである。こここでは、Δｔ＝50
μｓ、バイアス比V_I／V_I＋V_S）＝1/3に固定されてい
る。第７図の正側は第４図で示した（I_N−S_S）、負側は
（I_S−S_S）で示した波形が印加される。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。但し（V₂＜V₁＜V₃）またはΔＶ＝（V₃−V₁）を電圧
マージンと呼ぶ、マトリクス駆動可能な電圧幅となる。
V₃はFLCのマトリクス駆動上、一般的に存在すると言っ
てよい。具体的には、第４図（Ａ）（I_N−S_S）の波形に
おけるV_B′によるスイツ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くない。
我々の検討ではバイアス比は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Δ
Ｖは液晶材料のスイツ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。

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」および「白」の二状態
を書き込むことが可能であり、非選択画素はその「黒」
または「白」の状態を保持することが可能である印加電
圧の上下限の値およびその幅（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。

しかしながら、実用上この様なマトリクス表示装置の
表示面積を拡大していく場合、各画素における液晶の存
在環境の差（具体的には、温度や電極間のセルギヤツプ
差）は当然大きくなり、駆動電圧マージンが小さな液晶
では表示エリア全体に良好な画像を得ることが出来なく
なる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、強誘電性液晶素子を実用できるように、駆
動電圧マージンが大きく、液晶素子の表示エリア上にあ
る程度の温度バラツキがあっても、全画素が良好にマト
リクス駆動できる駆動温度マージンの広いカイラルスメ
クチツク液晶組成物および該液晶組成物を使用する液晶
素子を提供することにある。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、下記一般式（Ｉ） （式中、R₁はフッ素又はアルコキシ基により置換され
ていてもよいC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアルキル基
であり、R₂はC₁〜C₁₂の直鎖状のアルキル基であり、X₁
は単結合、−Ｏ−、 のいずれかであり、。

のいずれかである。） で表される化合物の少なくとも１種と 下記一般式（II） （式中、R₃、R₄はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアル
キル基であり、少なくとも一方は光学活性である。X₂、
X₃は単結合、−Ｏ−、 のいずれかである。）で表される少なくとも１種とを含
有することを特徴とする強誘電性カイラルスメクチック
液晶組成物 、並びに該液晶組成物を一対の電極基板間に配置してな
る液晶素子を提供するものである。

前述の一般式（Ｉ）で示される化合物のうち、好まし
い化合物例としては、一般式（Ｉ−ａ）〜（Ｉ−ｄ）で
示されるものが挙げられる。

またさらに、上記（Ｉ−ａ）〜（Ｉ−ｄ）式における
X₁のより好ましい例としては、単結合，−Ｏ−， を挙げることができる。

またさらに、上記（Ｉ−ａ）〜（Ｉ−ｄ）式における
R₁のより好ましい例としては、直鎖状のアルキル基であ
る。

また、前述の一般式（II）で示される化合物のうち好
ましい化合物例としては、X₂，X₃が（II−ｉ）〜（II−
viii）である化合物が挙げられる。

（II−ｉ） X₂が単結合、X₃が−Ｏ− （II−iv） V₂が単結合、X₃が単結合 （II−ｖ） X₂が−Ｏ−、X₃が−Ｏ− （II−viii） X₂が単結合、X₃が単結合 またさらに、一般式（II）で示される化合物において
R₃，R₄の好ましい化合物例としては、（II−ix）〜（II
−xi）を挙げることができる。

（x,yは０〜７であり、R₅，R₆は直鎖状又は分岐状の
アルキル基） 前記一般式（Ｉ）で示される化合物の具体的な構造式
の例を以下に示す。

合成例１（化合物No.1−４の合成） （Ｉ）トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキサンカル
ボン酸クロライド10g（53.6mmol）をエタノール30mlに
とかし、これに少量のトリエチルアミンを加え室温で10
時間撹拌した。反応混合物を氷水100mlに注入し、6N塩
酸水溶液を加え酸性側とした後、イソプロピルエーテル
により抽出した。有機層を洗液が中性となるまで水洗を
繰り返した後、硫酸マグネシウムにより乾燥した。溶媒
留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフイーにより精
製し、トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキサンカル
ボン酸エチルエステル9.9gを得た。

（II）水素化アルミニウムリチウム0.73g（19.1mmol）
を乾燥エーテル30mlに添加し、１時間加熱環流した。氷
水浴中で10℃程度まで冷却した後、乾燥エーテル30mlに
溶かしたトランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキサンカ
ルボン酸エチルエステル5g（25.5mmol）を徐々に滴下し
た。滴下終了後、室温で１時間撹拌し、さらに１時間加
熱環流させた。これを酢酸エチル,6N塩酸水溶液で処理
した後、氷水200mlに注入した。

イソプロピルエーテルにより抽出した後、有機相を
水、水酸化ナトリウム水溶液、水で順次洗浄し、硫酸マ
グネシウムにより乾燥した。溶媒留去後、シリカゲルカ
ラムクロマトグラフイーにより精製し、トランス−４−
ｎ−プロピルシクロヘキシルメタノール3.5gを得た。

（III）トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキシルメ
タノール3.4g（22.4mmol）をピリジン20mlに溶かした。
これにピリジン20mlに溶かしたｐ−トルエンスルホン酸
クロライド5.3gを氷水浴中で５℃以下に冷却しながら滴
下した。室温で10時間撹拌した後、氷水200mlに注入し
た。6N塩酸水溶液により酸性側とした後、イソプロピル
エーテルで抽出した。有機相を洗液が中性となるまで水
洗を繰り返した後、硫酸マグネシウムにより乾燥した。
これを溶媒留去して、トランス−４−ｎ−プロピルシク
ロヘキシルメチル−ｐ−トルエンスルホネートを得た。

（IV）ジメチルホルムアミド40mlに５−デシル−２−
（４′−ヒドロキシフエニル）ピリミジン6.3g（20.2mm
ol）を溶かした。これに85％水酸化カリウム1.5gを加
え、100℃で１時間撹拌した。これにトランス−４−ｎ
−プロピルシクロヘキシルメチル−ｐ−トルエンスルホ
ネート6.9gを加え、さらに100℃で４時間撹拌した。反
応終了後、これを氷水200mlに注入し、ベンゼンで抽出
した。有機相を水洗した後、硫酸マグネシウムにより乾
燥した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフ
イーにより精製し、これをさらにエタノール／酢酸エチ
ル混合溶媒から再結晶して、前記例示化合物No.1−４を
得た。

IR（cm^-1）： 2920,2840,1608,1584 1428,1258,1164,800 相転移温度（℃） （Sm2はSmA,SmC以外のスメクチツク相，未同定） 前記一般式（II）で示される化合物の具体的な構造式
の例を以下に示す。

前記一般式（II）で示される化合物は、例えば特開昭
61−93170,特開昭61−24576,特開昭61−129170,特開昭6
1−200972,特開昭61−200973,特開昭61−215372,特開昭
61−291574などに記載の合成方法により得られる。例え
ば下記に示すような合成経路で得ることができる。

（R₃，R₄，X₃は前述の通り） 本発明の液晶組成物は前記一般式（Ｉ）で示される化
合物の少なくとも１種と、前記一般式（II）で示される
化合物の少なくとも１種と、さらに他の液晶性化合物１
種以上とを適当な割合で混合することにより得ることが
できる。また、本発明による液晶組成物は、強誘電性液
晶組成物、特に強誘電性カイラルスメクチツク液晶組成
物が好ましい。

本発明で用いる他の液晶性化合物の具体例を下記にあ
げる。

本発明の一般式（Ｉ）で示される液晶性化合物および
一般式（II）で示される液晶性化合物それぞれと、一種
以上の上述した他の液晶性化合物あるいは、それを含強
誘電性液晶組成物（以下強誘電性液晶材料と略す）との
配向割合は、強誘電性液晶材料100重量部当り、本発明
一般式（Ｉ）および一般式（II）で示される液晶性化合
物それぞれを１〜300重量部より好ましくは、５〜100重
量部とすることが好ましい。

また、本発明の一般式（Ｉ）および一般式（II）で示
される液晶性化合物の一方もしくは両方を２種以上用い
る場合も強誘電性液晶材料との配合割合は前述した強誘
電性液晶材料100重量部当り、本発明一般式（Ｉ）およ
び一般式（II）で示される液晶性化合物の一方もしくは
両方の２種以上の混合物を１〜500重量部、より好まし
く10〜100重量部とすることが好ましい。

第１図は強誘電性液晶素子の構成の説明のために、本
発明の強誘電性液晶層を有する液晶素子の１例の断面概
略図である。

第１図において符号１は強誘電性液晶層、２はガラス
基板、３は透明電極、４は絶縁性配向制御層、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。

２枚のガラス基板２には、それぞれIn₂O₃，SnO₂ある
いはITO（Indium−Tin Oxide）等の薄膜から成る透明電
極が被覆されている。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絶縁性配向制御層が形成さ
れている。また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
物やフツ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、アクリル樹脂やフオ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層で絶縁性配向制御
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。この絶縁性配向制御層が無機系ならば蒸着法など
で形成でき、有機系ならば有機絶縁物質を溶解させた溶
液、またはその前駆体溶液（溶剤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。

絶縁性配向制御層の層厚は通常30Å〜１μｍ、好まし
くは30Å〜3000Å、さらに好ましくは50Å〜1000Åが適
している。

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枚で挾持し、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。その他スペーサーとし
て高分子フイルムやガラスフア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液晶が封入さ
れている。

強誘電性液晶が封入された強誘電性液晶層は、一般に
は0.5〜20μｍ、好ましくは１〜５μｍである。

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（カイラルスメクチツク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。

また、特に素子とした場合には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（コレステリツク相）−SmA相（スメクチ
ツクＡ相）−Sm^*相（カイラルスメクチツクＣ相）とい
う相転移系列を有していることが望ましい。

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。

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。

第１図は透明型なので光源９を備えている。

第２図は強誘電性液晶素子の動作説明のために、セル
の例を模式的に描いたものである。21aと21bはそれぞれ
In₂O₃，SnO₂あるいはITO（Indium−Tin Oxide）等の薄
膜からなる透明電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22がガラス面に垂直になるよう
配向したSmC^*相またはSmH^*相の液晶が封入されている。
太線で示した線23が液晶分子を表わしており、この液晶
分子23はその分子に直交した方向に双極子モーメント
（Ｐ⊥）24を有している。基板21aと21b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23のらせん
構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）24がすべて電
界方向に向くよう、液晶分子23は配向方向を変えること
ができる。液晶分子23は細長い形状を有しており、その
長軸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10μ以下）すること
ができる。このような液晶層が薄くなるにしたがい、第
３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、その双極子モーメントPaまた
はPbは上向き（34a）または下向き（34b）のどちらかの
状態をとる。このようなセルに、第３図に示す如く一定
の閾値以上の極性の異る電界EaまたはEbを電圧印加手段
31aと31bにより付与すると、双極子モーメントは電界Ea
またはEbの電界ベクトルに対応して上向き34aまたは下
向き34bと向きを変え、それに応じて液晶分子は、第１
の安定状態33aかあるいは第２の安定状態33bの何れか一
方に配向する。

このような強誘電性を光学変調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り、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
の点を例えば第３図によって更に説明すると、電界Eaを
印加すると液晶分子は第１の安定状態33aに配向する
が、この状態は電界を切っても安定である。また、逆向
きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第２の安定状態33
b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。また与える電界Eaある
いはEbが一定の閾値を越えない限り、それぞれ前の配向
状態にやはり維持されている。

この様な特性を有する強誘電性液晶材料を一対の基板
間に挾持した素子で単純マトリクス表示装置とした場
合、例えば特開昭59−193426号公報、同59−193427号公
報、同60−156046号公報や同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。

第４図は、本発明の実施例中で用いた駆動法の波形図
である。また、第５図は、本発明で用いたマトリクス電
極を配置した強誘電性液晶パネル51の平面図である。第
５図のパネル51には、走査線52とデータ線53とが互いに
交差して配線され、その交差部の走査線52とデータ線53
との間には強誘電性液晶が配置されている。

第４図（Ａ）中のS_Sは選択された走査線に印加する選
択走査波形を、S_Nは選択されていない非選択走査波形
を、I_Sは選択されたデータ線に印加する選択情報波形
（黒）を、I_N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（I_S−
S_S）と（I_N−S_S）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（I_S−S_S）が印加された画素は黒の
表示状態をとり、電圧（I_N−S_S）が印加された画素は白
の表示状態をとる。

第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）に示す駆動波形で第６図
に示す表示を行ったときの時系列波形である。

第４図に示す駆動例では、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、第４図に示した駆動波形の各パラメータV_S，
V_I，Δｔの値は使用する液晶材料のスイツチング特性に
よって決定される。第７図は後述するバイアス比を一定
に保ったまま駆動電圧（V_S＋V_I）を変化させたときの透
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＝50μs,バイアス比V_I／（V_I＋V_S）＝1/3
に固定されている。第７図の正側は第４図に示した（I_N
−S_S）、負側は（I_S−S_S）で示した波形が印加される。
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。但し（V₂＜V₁＜V₃）またΔＶ＝（V₃−
V₁）を電圧マージンと呼ぶ、マトリクス駆動可能な電圧
幅となる。V₃はFLCのマトリクス駆動上、一般的に存在
すると言ってよい。具体的には、第４図（Ａ）（I_N−
S_S）の波形におけるV_B′によるスイツチングを起こす電
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。我々の検討ではバイアス比は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は液晶材料のスイツチング特性に
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。

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」および「白」の二状態
を書き込むことが可能であり、非選択画素は、その
「黒」または「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およびその幅（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。

しかしながら、実用上この様なマトリクス表示装置の
表示面積を拡大していく場合、各画素における液晶の存
在環境の差（具体的には、温度や電極間のセルギヤツプ
の差）は当然大きくなり、駆動電圧マージンが小さな液
晶では、表示エリア全体に良好な画像を得ることが出来
なくなる。

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。

実施例１ 下記の重量部で混合した液晶性組成物１−Ａを作成し
た。

この液晶組成物１−Ａに対して例示化合物１−1,1−
４をそれぞれ下記の重量部で混合し、液晶組成物１−Ｂ
を得た。

次に、これらの液晶組成物を以下の手順で作製したセ
ルを用いて、光学的な応答を観察した。

２枚の1.1mm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。

この基板上にポリイミド樹脂前駆体［東レ（株）SP−
510］1.0％ジメチルアセトアミド溶液を回転数3000r.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
120Åであった。

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1.5μｍ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
（チツソ（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
ル厚をベレツク位相板によって測定したところ約1.5μ
ｍであった。

このセルに上述の液晶組成物１−Ｂ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、強誘電性液晶素子を作成した。

この強誘電性液晶素子を用いて、前述した第４図に示
す駆動波形（1/3バイアス）で駆動電圧マージンΔＶ（V
₃−V₂）を測定した。その結果を次に示す。（尚、Δｔ
はV₂≒15Vとなる様に設定） さらに25℃における駆動電圧マージンの中央値に電圧
を設定して測定温度を変化させた場合駆動可能な温度差
（以下、駆動温度マージンという）は±3.2℃であっ
た。

また、25℃におけるこの駆動時のコントラストは10で
あった。

比較例１ 実施例１で混合した液晶組成物１−Ｂのうち例示化合
物No.2−４を混合せずに１−Ａに対して例示化合物No.1
−１のみを混合した液晶組成物１−Ｃと例示化合物No.1
−１を混合せずに１−Ａに対して例示化合物No.2−４の
みを混合した液晶組成物１−Ｄを作成した。

液晶組成物１−Ｂを用いる代わりに液晶組成物１−A,
1−Ｃ及び１−Ｄをセル内に注入する以外は、全く実施
例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、駆動電
圧マージンΔＶを測定した。その結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、１−Ａで±
1.9℃、１−Ｃで±2.2℃、１−Ｄで±2.4℃であった。

実施例１と比較例１より明らかな様に、本発明による
液晶性組成物１−Ｂを含有する強誘電性液晶素子の方が
駆動温度マージンは広がっており、環境温度の変化や、
セルギヤツプのバラツキに対して画像を良好に保つ能力
にすぐれている。

実施例２ 実施例１で混合した液晶組成物１−Ａ、75重量部に対
して、以下に示す例示化合物を以下に示す重量部で混合
して液晶組成物２−Ｂを得た。

これを用いた他は実施例１と同様の方法で強誘電性液
晶素子を作成し、実施例１と同様の方法で駆動マージン
を測定し、スイツチング状態等を観察した。この液晶素
子内の均一配向性は良好であり、モノドメイン状態が得
られた。測定結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、±3.4℃で
あった。またこの温度における、この駆動時のコントラ
ストは11であった。

比較例２ 実施例２で混合した液晶組成物２−Ｂのうち例示化合
物No.2−43を混合せずに１−Ａに対して例示化合物No.1
−17のみを混合した液晶組成物２−Ｃと例示化合物No.1
−17を混合せずに１−Ａに対して例示化合物No.2−43の
みを混合した液晶組成物２−Ｄを作成した。

液晶組成物１−Ｂを用いる代わりに液晶組成物１−A,
2−Ｃ及び２−Ｄをセル内に注入する以外は、全く実施
例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、駆動電
圧マージンΔＶを測定した。その結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、１−Ａで±
1.9℃、２−Ｃで±2.3℃、２−Ｄで±2.5℃であった。

実施例２と比較例２より明らかな様に、本発明による
液晶組成物２−Ｂを含有する強誘電性液晶素子の方が駆
動温度マージンは広がっており、環境温度の変化や、セ
ルギヤツプのバラツキに対して画像を良好に保つ能力に
すぐれている。

実施例３ 下記重量部で混合した液晶組成物３−Ａを作成した。

この液晶組成物３−Ａに対して例示化合物１−1,2−
4,2−16をそれぞれ下記の重量部で混合し、液晶組成物
３−Ｂを得た。

液晶組成物１−Ｂをこの液晶組成物３−Ｂに代えたほ
かは実施例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作成
し、実施例１と同様の方法で駆動電圧マージンΔＶを測
定し、スイツチング状態等を観察した。この液晶素子内
の均一配向性は良好でありモノドメイン状態が得られ
た。測定結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、±3.4℃で
あった。またこの温度における、この駆動時のコントラ
ストは10であった。

比較例３ 実施例３で混合した液晶組成物３−Ｂのうち例示化合
物No.2−4,2−16を混合せずに３−Ａに対して例示化合
物No.1−１のみを混合した液晶組成物３−Ｃと例示化合
物No.1−１を混合せずに３−Ａに対して例示化合物No.2
−4,2−16のみを混合した液晶組成物３−Ｄを作成し
た。

液晶組成物１−Ｂを用いる代わりに液晶組成物３−A,
3−Ｃ及び３−Ｄをセル内に注入する以外は、全く実施
例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、駆動電
圧マージンΔＶを測定した。その結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、３−Ａで±
2.4℃,3−Ｃで±2.6℃,3−Ｄで±2.8℃であった。

実施例３と比較例３より明らかな様に、本発明による
液晶組成物３−Ｂを含有する強誘電性液晶素子の方が駆
動マージンは広がっており、環境温度の変化やセルギヤ
ツプのバラツキに対して画像を良好に保つ能力にすぐれ
ている。

実施例４ 実施例３で混合した液晶組成物３−Ａ、75重量部に対
して、以下に示す例示化合物を以下に示す重量部で混合
して液晶組成物４−Ｂを得た。

これを用いた他は実施例１と同様の方法で強誘電性液
晶素子を作成し、実施例１と同様の方法で駆動マージン
を測定し、スイツチング状態等を観察した。この液晶素
子内の均一配向性は良好であり、モノドメイン状態が得
られた。測定結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、±3.6℃で
あった。またこの温度における、この駆動時のコントラ
ストは11であった。

比較例４ 実施例４で混合した液晶組成物４−Ｂのうち例示化合
物No.2−56,2−43を混合せずに３−Ａに対して例示化合
物No.1−24のみを混合した液晶組成物４−Ｃと例示化合
物No.1−24を混合せずに３−Ａに対して例示化合物No.2
−56,2−43のみを混合した液晶組成物４−Ｄを作成し
た。

液晶組成物１−Ｂを用いる代わりに液晶組成物３−A,
4−Ｃ及び４−Ｄをセル内に注入する以外は、全く実施
例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、駆動電
圧マージンΔＶを測定した。その結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、３−Ａで±
2.4℃、４−Ｃで±2.8℃、４−Ｄで±2.6℃であった。

実施例４と比較例４より明らかな様に、本発明による
液晶組成物４−Ｂを含有する強誘電性液晶素子の方が駆
動電圧及び温度マージンは広がっており、環境温度や変
化や、セルギヤツプのバラツキに対して画像を良好に保
つ能力にすぐれている。

実施例５ 下記重量部で混合した液晶組成物５−Ａを作成した。

この液晶組成物５−Ａに対して例示化合物１−1,2−
４をそれぞれ下記の重量部で混合し、液晶組成物５−Ｂ
を得た。

液晶組成物１−Ｂをこの液晶組成物５−Ｂに代えたほ
かは実施例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作成
し、実施例１と同様の方法で駆動電圧マージンΔＶを測
定し、スイツチング状態等を観察した。この液晶素子内
の均一配向性は良好でありモノドメイン状態が得られ
た。測定結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、±3.2℃で
あった。またこの温度における、この駆動時のコントラ
ストは10であった。

比較例５ 実施例５で混合した液晶組成物５−Ｂのうち例示化合
物No.2−４を混合せずに５−Ａに対して例示化合物No.1
−５のみを混合した液晶組成物５−Ｃと例示化合物No.1
−５を混合せずに５−Ａに対して例示化合物No.2−４の
みを混合した液晶組成物５−Ｄを作成した。

液晶組成物１−Ｂを用いる代わりに液晶組成物５−A,
5−Ｃ及び５−Ｄをセル内に注入する以外は、全く実施
例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、駆動電
圧マージンΔＶを測定した。その結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、５−Ａで±
2.5℃,5−Ｃで±2.3℃,5−Ｄで±2.5℃であった。

実施例５と比較例５より明らかな様に、本発明による
液晶組成物５−Ｂを含有する強誘電性液晶素子の方が駆
動マージンは広がっており、環境温度の変化やセルギヤ
ツプのバラツキに対して画像を良好に保つ能力にすぐれ
ている。

実施例６ 実施例５で混合した液晶組成物５−Ａ、75重量部に対
して、以下に示す例示化合物を以下に示す重量部で混合
して液晶組成物６−Ｂを得た。

これを用いた他は実施例１と同様の方法で強誘電性液
晶素子を作成し、実施例１と同様の方法で駆動マージン
を測定し、スイツチング状態等を観察した。この液晶素
子内の均一配向性は良好であり、モノドメイン状態が得
られた。測定結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、±3.6℃であ
った。またこの温度における、この駆動時のコントラス
トは11であった。

比較例６ 実施例６で混合した液晶組成物６−Ｂのうち例示化合
物No.2−43を混合せずに５−Ａに対して例示化合物No.1
−３のみを混合した液晶組成物６−Ｃと例示化合物No.1
−３を混合せずに５−Ａに対して例示化合物No.2−43の
みを混合した液晶組成物６−Ｄを作成した。

液晶組成物１−Ｂを用いる代わりに液晶組成物５−A,
5−Ｃ及び５−Ｄをセル内に注入する以外は、全く実施
例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、駆動電
圧マージンΔＶを測定した。その結果を次に示す。

さらに25℃における駆動温度マージンは、５−Ａで±
2.2℃、６−Ｃで±2.4℃、６−Ｄで±2.8℃であった。

実施例６と比較例６より明らかな様に、本発明による
液晶組成物６−Ｂを含有する強誘電性液晶素子の方が駆
動マージンは広がっており、環境温度の変化や、セルギ
ヤツプのバラツキに対して画像を良好に保つ能力にすぐ
れている。

実施例７ 実施例１及び比較例１で使用した液晶組成物１−A,1
−B,1−C,1−ＤをSiO₂を用いずに、ポリイミド樹脂だけ
で配向制御層を作成した以外は全く実施例１と同様の方
法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の方法
で駆動電圧マージンを測定した。その結果を次に示す。

さらに25℃に駆動温度マージンは、 １−B ±3.2℃ １−C ±2.2℃ １−D ±2.4℃ １−A ±2.0℃ であった。

実施例７より明らかな様に、素子構成を変えた場合で
も本発明に従う強誘電性液晶組成物１−Ｂを含有する素
子は、他の液晶組成物を含む素子に比べ実施例１と同様
に駆動マージンは広がっており、環境温度の変化や、セ
ルギヤツプのバラツキに対して画像を良好に保つ能力に
すぐれている。

実施例８〜15 実施例1,3,5で用いた例示化合物および液晶性組成物
に代えて表１に示した例示化合物および液晶性組成物を
各重量部で用い８−Ｂ〜15−Ｂの液晶性組成物を得た。
これらを用いた他は全く実施例１と同様の方法により強
誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の方法で25℃
の駆動マージンを測定し、スイツチング状態等を観察し
た。

作成した各々の液晶素子内の均一配向性は良好であ
り、モノドメイン状態が得られた。

測定結果を表１に示す。

実施例８〜15より明らかな様に本発明による液晶性組
成物８−Ｂ〜15−Ｂを含有する強誘電性液晶素子は駆動
マージンは広がっており環境温度の変化やセルギヤツプ
のバラツキに対して画像を良好に保つ能力にすぐれてい
る。

〔発明の効果〕 本発明の強誘電性液晶組成物を含有する素子は、スイ
ツチング特性が良好で、駆動電圧マージンが大きく、素
子の表示エリア上にある程度の温度バラツキがあっても
全画素が良好にマトリクス駆動できる駆動温度マージン
の広がった液晶素子とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は強誘電性液晶を用いた液晶表示素子の一例の断
面概略図、 第２図および第３図は強誘電性液晶素子の動作説明のた
めに、素子セルの一例を模式的に表す斜視図、 第４図は実施例中で用いた駆動法の波形図、 第５図はマトリクス電極を配置した強誘電性液晶パネル
の平面図、 第６図は第４図（Ｂ）に示す時系列駆動波形で実際の駆
動を行ったときの表示パターンの模式図、 第７図は駆動電圧を変化させたときの透過率の変化を表
すつまりＶ−Ｔ特性図、 第１図において、 １……強誘電性液晶層 ２……ガラス基板 ３……透明電極 ４……絶縁性配向制御層 ５……スペーサー ６……リード線 ７……電源 ８……偏光板 ９……光源 Io……入射光 Ｉ……透過光 第２図において、 21a……基板 21b……基板 22……強誘電性液晶層 23……液晶分子 24……双極子モーメント（Ｐ⊥） 第３図において、 31a……電圧印加手段 31b……電圧印加手段 33a……第１の安定状態 33b……第２の安定状態 34a……上向きの双極子モーメント 34b……下向きの双極子モーメント Ea……上向きの電界 Eb……下向きの電界

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩城 孝志 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 森 省誠 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 (56)参考文献 特開 平２−24386（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記一般式（Ｉ） （式中、R₁はフッ素又はアルコキシ基により置換されて
   いてもよいC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアルキル基で
   あり、R₂はC₁〜C₁₂の直鎖状のアルキル基であり、X₁は
   単結合、−Ｏ−、 のいずれかであり、。 のいずれかである。） で表される化合物の少なくとも１種と 下記一般式（II） （式中、R₃、R₄はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアルキ
   ル基であり、少なくとも一方は光学活性である。X₂、X₃
   は単結合、−Ｏ−、 のいずれかである。）で表される少なくとも１種とを含
   有することを特徴とする強誘電性カイラルスメクチック
   液晶組成物。
2. 【請求項２】下記一般式（Ｉ） （式中、R₁はフッ素又はアルコキシ基により置換されて
   いてもよいC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアルキル基で
   あり、R₂はC₁〜C₁₂の直鎖状のアルキル基であり、X₁は
   単結合、−Ｏ−、 のいずれかであり、。 のいずれかである。） で表される化合物の少なくとも１種と 下記一般式（II） （式中、R₃、R₄はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアルキ
   ル基であり、少なくとも一方は光学活性である。X₂、X₃
   は単結合、−Ｏ−、 のいずれかである。）で表される少なくとも１種とを含
   有する強誘電性カイラルスメクチック液晶組成物を一対
   の電極基板間に配置してなることを特徴とする液晶素
   子。