JP2663082B2 - 液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子や液晶光
シャッター等で用いる液晶素子、特に強誘電性液晶素子
に関し、更に詳しくは、液晶分子の配向状態を改善する
ことにより、表示特性を改善した液晶素子に関するもの
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）及びラガーウオ
ル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（米国
特許第４３６７９２４号明細書等）。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^* ）又は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、即ち双安定性を有し、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ーへの応用が期待されてい
る。

【０００３】この双安定性を有する液晶を用いた光学変
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。

【０００４】また、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は、

【０００５】

【数１】 （式中：Ｉ。は入射光強度、Ｉは透過光強度、θ_a は後
述する見かけのチルト角、△ｎ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。）で表わされ
る。非らせん構造における見かけのチルト角θ_a は、第
１と第２の配向状態での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われることになる。上式によ
れば、かかる見かけのチルト角θ_a が２２．５°の角度
の時最大の透過率となり、双安定性を実現する非らせん
構造での見かけのチルト角θ_aが、２２．５。にできる
限り近いことが必要である。

【０００６】ところで、強誘電性液晶の配向方法として
は、大きな面積に亘って、スメクティック液晶を形成す
る複数の分子で組織された分子層を、その法線に沿って
一軸方向に配向させることができ、しかも製造プロセス
も、簡便なラビング処理により実現できるものが望まし
い。

【０００７】強誘電性液晶、特に非らせん構造のカイラ
ルスメクティック液晶のための配向方法としては、例え
ば米国特許第４５６１７２６号公報に記載されたものな
どが知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で用いられてきた配向方法、特にラビング処理したポリ
イミド膜による配向方法を、前述のクラークとラガウォ
ールによって発表された双安定性を示す非らせん構造の
強誘電性液晶に対して適用した場合には、下述の如き問
題点を有していた。

【０００９】即ち、本発明者らの実験によれば、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での見かけのチルト角
θ_a（２つの安定状態の分子軸のなす角度の１／２）が
強誘電性液晶でのコーン角（後述の図３（ａ）に示す三
角錐の頂角の１／２の角度Θ）と較べて小さくなってい
ることが判明した。特に、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た非らせん構造の強誘電
性液晶での見かけのチルト角θ_a は、一般に３°〜８°
程度で、その時の透過率はせいぜい３〜５％であった。

【００１０】そこで本発明者らは、カイラルスメクティ
ック液晶の非らせん構造での見かけのチルト角θ_a が大
で、高コントラストな画像が表示されるディスプレーを
実現するために検討した結果、以下のことを発見した。

【００１１】カイラルスメクティック液晶は一般に層構
造をもつが、Ｓａ相からＳｃ相又はＳｃ^* 相に転移する
と層間隔が縮むので図２の２１のように層が上下基板の
中央で折れ曲がった構造（シェブロン構造）をとる。

【００１２】折れ曲がる方向は図２に示すように、高温
相からＳｃ^* 相に転移した直後に表われる配向状態（Ｃ
１配向状態２２）とさらに温度を下げた時にＣ１配向状
態に混在して表われる（Ｃ２配向状態２３）の２つ有り
得ることを本発明者らは発見した。さらに特定の配向膜
と液晶の組み合わせを用いると、上記のＣ１→Ｃ２転移
が起こりにくく、液晶材料によっては全くＣ２配向状態
が生じないことを新たに発見した。さらに、高プレチル
ト配向膜を用い、後述するΘ＜α＋δの関係が成立する
時、Ｃ１配向のコントラストが非常に高く、一方Ｃ２配
向のコントラストは近いということも発見した。従っ
て、高プレチルト配向膜を用い表示画面全体をＣ１配向
状態に統一すれば、白黒コントラストの高いディスプレ
ーが期待できる。

【００１３】図３に示すように、Ｃ１配向、Ｃ２配向で
の基板近くのディレクタはそれぞれ図３（ａ）および
（ｂ）のコーン３１にある。よく知られているようにラ
ビングによって基板界面の液晶分子は基板に対してプレ
チルトと呼ばれる角度をなし、その方向はラビング方向
（Ａ方向）に向って液晶分子が頭をもたげる（先端が浮
いた格好になる）向きである。以上のことより液晶のコ
ーンΘ、プレチルト角α及び層傾斜角δの間には、 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】従って、Ｃ２配向を生ぜずＣ１配向を生じ
させるための条件は、Θ−δ＞αつまり Θ＜α＋δ （ａ） である。

【００１５】さらに界面の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、 α＜δ （ｂ） が得られる。

【００１６】よって、Ｃ１配向状態をより安定に形成さ
せるには、（ａ）に加えて（ｂ）の関係を満たすことが
効果的である。

【００１７】（ａ）、（ｂ）の条件の下で、さらに実験
を進めた結果、液晶の見かけのチルト角θ_a も、従来の
（ａ）、（ｂ）の条件を満たさない場合の３°〜８°程
度から本発明の（ａ）、（ｂ）の条件を満たす場合の８
°〜１６°程度にまで増大し、コーン角Θとの間に Θ＞θ_a ＞Θ／２ （ｃ） という関係式が成り立つことが経験的に得られた。

【００１８】以上のように、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）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
ィスプレーが実現できることが明らかとなった。

【００１９】しかしながら、（ａ）、（ｂ）条件を満た
したＣ１配向状態の中にもコントラストの高い、配向２
状態（以下ユニフォーム配向と定義する。）とコントラ
ストの低い配向２状態（以下スプレイ配向と定義す
る。）が存在しうることも明らかとなった。本発明者ら
は、スプレイ配向を不安定化して解消し、ユニフォーム
配向も安定に得るべく検討し、液晶セルの上下基板の一
軸性配向軸を互いに２〜２５°（交差角）の範囲でずら
した配向手法（以下特にラビング処理の場合、クロスラ
ビングと呼ぶ）が有効であることがわかった。

【００２０】しかし、クロスラビングのみの配向改善で
は、まだ不十分であり、依然として、スプレイ配向が安
定で、且つ、ユニフォームでのスイッチング特性が悪い
場合が存在していた。

【００２１】さらに、クロスラビングは上下基板の一軸
配向処理をずらすために、液晶の一軸配向性が悪くな
り、均一配向できない場合も存在していた。

【００２２】本発明の目的は、上述の問題点を解決した
液晶素子を提供することにある。

【００２３】本発明の別の目的は、安定なユニフォーム
配向を有し、且つ良好なスイッチング特性をもつカイラ
ルスメクチック液晶を用いた液晶素子を提供することに
ある。

【００２４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
上記問題点を解消すべく、鋭意検討した結果、液晶のコ
レステリック相のらせんのねじれ方向と、クロスラビン
グの交差方向の組み合わせにより、上記問題点が解消さ
れ、均一一軸配向がなされ且つユニフォーム配向性およ
びユニフォーム配向下でのスイッチング特性が良好にな
ることを発見し、本願第１の発明を達成した。また、本
発明者らは用いるカイラルスメクティック液晶のＰｓの
極性と、クロスラビングの交差方向の組み合わせによ
り、上記問題点が解消されユニフォーム配向性および、
ユニフォーム配向下でのスイッチング特性が良好になる
ことを発見し、本願第２の発明を達成した。

【００２５】即ち本願第１の発明は、液晶に電圧を印加
するための電極と液晶を配向させるための一軸配向膜を
それぞれ有する一対の基板間にカイラルスメクティック
液晶を挟持してなる液晶素子であって、上基板と下基板
の配向膜の処理軸が交差し、且つ下基板に対する上基板
の処理軸の交差方向が上記カイラルスメクティック液晶
のコレステリック相のらせんのねじれ方向と同じであ
り、上記カイラルスメクティック液晶が、プレチルト角
をα、コーン角をΘ、Ｓｍ^* Ｃ層の傾斜角をδとした
時、Θ＜α＋δで表わされる配向状態を有し、見かけの
チルト角をθ_a とすると、Θ＞θ_a ＞Θ／２であること
を特徴とする液晶素子である。

【００２６】本発明者らは更に、カイラルスメクティッ
ク液晶のＰｓの極性とクロスラビングの交差方向（極
性）をあわせ、且つ、用いるカイラルスメクティック液
晶のコレステリックのねじれ方向とクロスラビングの交
差方向をあわせ、更に、特定のＰｓの大きさとクロス角
の組み合わせを選択することにより、前記問題が改善さ
れ、ユニフォーム配向性及びユニフォーム配向下でのス
イッチング特性が良好になることを発見した。

【００２７】即ち、本願第３の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ための電極が
形成され、さらに液晶を配向するための一軸性配向処理
が施された１対の基板を備えた液晶素子であって、一軸
配向処理軸が互いにある角度（以下「クロス角」と記
す）で交差し、該交差方向が上基板側から見て下基板の
方向に対して上基板の方向が左側になる場合の極性を
負、右側になる場合の極性を正とした時に、該極性と挟
持した液晶の自発分極（以下「Ｐｓ」と記す）の極性の
積が正になる関係を有し、カイラルスメクティック相上
限温度から３０℃したの温度におけるＰｓの大きさとク
ロス角の関係が ｜Ｐｓ｜＜２ｎｃ／ｃｍ² の時に｜クロス角｜＜４° ｜Ｐｓ｜≧２ｎｃ／ｃｍ² の時に｜クロス角｜≧４° であり、かつ、用いるカイラルスメクティック液晶のコ
レステリックのねじれ方向とクロスラビングの交差方向
をあわせ、上記液晶のコーン角Θ、プレチルト角α、ス
メクティック相における液晶層の傾斜角をδとすると、
該液晶はΘ＜α＋δ、α＞δで表わされる少なくとも２
つの安定状態を示す配向状態を有し、該少なくとも該２
つの安定状態における光学軸のなす角度の１／２である
θ_a が Θ＞θ_a ＞Θ／２ の関係を満足することを特徴とする液晶素子である。

【００２８】

【実施例】本発明において、コーン角Θ、層の傾き角
δ、プレチルト角α、及び見かけのチルト角θ_a 、コレ
ステリックらせんピッチは以下のようにして測定した。

【００２９】コーン角Θの測定 ±３０Ｖ〜±５０Ｖ、１００ＨｚのＡＣをＦＬＣ素子の
上下基板間に印加しながら直交クロスニコル下、その間
に配置されたＦＬＣ素子を偏光板と水平に回転させフォ
トマル（浜松フォトニクス（株）製）で光学反応を検知
しながら第１の消光位（透過率が最も低くなる位置）、
第２の消光位を捜す。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とした。

【００３０】見かけのチルト角θ_a の測定 液晶の閾値の単発パルスを印加した後、無電界下、且つ
直交クロスニコル下、その間に配置されたＦＬＣ素子を
偏光板と水平に回転させ第１の消光位を捜し、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の消光位を捜す。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θ_a とした。

【００３１】層の傾き角δの測定 Ｘ線解析装置ＲＡＤ−ＩＩＢ（４５ＫＶ、３０ｍＡ）を
用いてＸ線解析法でδを測定した。

【００３２】プレチルト角αの測定 Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌｌ９（１９８
０）ＮＯ．１０，Ｓｈｏｒｔ Ｎｏｔｅｓ ２０１３に
記載されている方法（クリスタルローテーション法）に
従って求めた。

【００３３】つまり、平行且つ反対方向にラビングした
基板を貼り合わせてセル厚２０μｍのセルを作成し、０
℃〜６０℃の範囲でＳｍＡ相を有する液晶（Ａ）を封入
し測定を行った。液晶（Ａ）は強誘電性液晶組成物に一
般的に含有するフェニルピリミジンを主成分とする混合
液晶である。

【００３４】液晶セルを上下基板に垂直且つ配向処理軸
を含む面で回転させながら回転軸と４５°の角度をなす
偏光面をもつヘリウム・ネオンレーザ光を回転軸に垂直
な方向から照射し、その反対側で入射偏光面と平行な透
過軸をもつ偏光板を通してフオトダイオードで透過光強
度を測定した。

【００３５】干渉によってできた透過光強度の双曲線群
の中心となる角と液晶セルに垂直な線となす角度をφ_x
とし、下式に代入してプレチルト角α₀ を求めた。

【００３６】

【数２】

【００３７】コレステリックらせんピッチの測定 コレステリックらせんピッチは、ｃａｎｏのくさび法を
用い、松村らの方法［応用物理、４３（１９７４）１２
５］に準じて測定した。

【００３８】らせんピッチの方向は、あらかじめらせん
ピッチの方向のわかっている液晶とｃｈ相でのコンタク
ト法（Ｇｒａｙ ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｌ，Ｃｒｙｓ
ｔ．，Ｌｉｇ．Ｃｒｙｓｔ．，３４（Ｌｅｔｔ．），
（１９７７）２１１．）での判別、又はあらかじめピッ
チの方向のわかっている液晶と比率を変えながら混合
し、それぞれの比率でピッチを測定し、比率とピッチ長
の関係からある比率で発散傾向なら逆方向、連続的なら
ば同方向として判別した。

【００３９】以下、本発明に係る液晶素子を作成した実
施例を説明する。

【００４０】図１に本発明の液晶素子の一例の断面概略
図を示す。

【００４１】図１において、符号１５は強誘電性液晶
層、１１ａ、１１ｂはガラス基板１２ａ、１２ｂは透明
電極、１３ａ、１３ｂは絶縁膜、１４ａ、１４ｂは配向
制御膜、１６はスペーサー、１７ａ、１７ｂは偏光板を
示している。

【００４２】２枚のガラス基板１１ａ、１１ｂには、そ
れぞれＩｎ₂ Ｏ₃ ，ＳｎＯ₂ 或いはＩＴＯ（インジウム
ティン オキサイド；Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉ
ｄｅ）等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、チタン酸化物やフッ
化マグネシウムなどからなる絶縁膜１３ａ、１３ｂを形
成し、更に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、セルロース樹脂などの高分子の
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ならべる配向制御膜１４ａ、１４ｂ
が形成されている。また、これら絶縁膜、配向制御膜
は、必ずしも２層でなく両方の性質を備えていれば単層
であっても良い。

【００４３】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
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ィルムやガラスフ
ィバーを使用しても良い。この２枚がガラス基板の間に
強誘電性を示す液晶が封入され、強誘電性液晶層１５が
形成される。

【００４４】強誘電性液晶が封入された強誘電性液晶層
１５は一般には厚さ０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜
５μｍである。

【００４５】実施例１ 透明電極のついたガラス基板上にＴｉ−Ｓｉ（１：１）
の薄膜をスピンコートで形成し、そのうえに日立化成
（株）製のポリアミド酸ＬＱ１８０２の１％ＮＭＰ溶液
をスピンナで塗布し、２７０℃で１時間焼成した。この
基板をラビングし、同じ処理をしたもう１枚の基板とラ
ビング方向が平行で、且つ交差方向が左で交差角度６°
になる様に１．５μｍのギャップを保って張り合わせ、
間隙に強誘電性液晶を注入、液晶素子を作成した。該セ
ルのプレチルト角は、クリスタルローテーション法によ
り測定したところ、１６°であった。用いた液晶は、フ
ェニルピリミジンを主成分とする混合液晶で、コーン角
は室温で、１５．４°、層の傾斜角１０．３°、Ｐｓは
６．８ｎｃ／ｃｍ² であった。ｃｈピッチは、左ねじれ
で、ピッチの長さは、ｃｈ相の中心温度で１６μｍであ
った。

【００４６】該液晶素子を１００℃で５時間保持した
後、１分間に１℃の速度で徐冷し、室温下で顕微鏡観察
を行なったところ、初期配向状態で均一にＣ１配向が保
たれ、ほぼ全面がユニフォーム状態であった。

【００４７】見かけのチルト角はユニフォーム２状態間
で１１．０°であった。

【００４８】波高値２４Ｖの矩形パルスを印加すると、
パルス幅１６μｓでユニフォーム間のスイッチングが起
こった。

【００４９】比較例１ 実施例１と全く同様に作成した液晶セルに、上記強誘電
性液晶を用いて、液晶素子を作成した。用いた液晶はフ
ェニルピリミジンを主成分とする混合液晶で、コーン角
は室温で１４．３°、層の傾斜角は９．６°、Ｐｓは
４．３ｎｃ／ｃｍ² 、ｃｈピッチは右ねじれで、ピッチ
の長さはｃｈ相の中心温度で３０μｍであった。

【００５０】該液晶素子を１００℃で５時間保持した
後、１分間に１℃の速度で徐冷し、室温下で顕微鏡観察
を行なったところ、初期配向状態で位置軸配向性が悪化
し、均一配向状態が失われており、垂直配向状態をとり
暗視野しか得られない部分も出現した。均一配向状態が
失われていたため、波高値２４Ｖのパルスをパルス幅を
変えながら（１μｓ〜２０ｍｓ）印加しても、明確に全
面スイッチングは得られなかった。

【００５１】実施例２ 実施例１において交差方向が右で交差角度が６°になる
様にした他は、全く実施例１と同様に液晶セルを作成
し、間隙に、比較例１と同じ強誘電性液晶を注入、液晶
素子を作成した。

【００５２】該液晶素子を実施例１と全く同様に１００
℃に保持、徐冷をし、室温下で顕微鏡観察を行なったと
ころ、初期配向状態で均一にＣ１配向が保たれていた。
約９０％がスプレイ状態で残りの約１０％がユニフォー
ム状態であった。見かけのチルト角はユニフォーム２状
態間で１０．６°であった。

【００５３】波高値２４Ｖの矩形パルスを印加すると、
パルス幅３５μｓでユニフォーム間のスイッチングが起
こった。

【００５４】比較例２ 実施例２と全く同様に作成したセルに、実施例１と同じ
強誘電性液晶を注入、液晶素子を作成した。

【００５５】該液晶素子を実施例１と全く同じ１００℃
に保持、徐冷をし、室温下で顕微鏡観察を行なったとこ
ろ、初期配向状態で一軸配向性が悪化、均一配向が失わ
れ、約８０％の部分が、暗視野しか得られない垂直配向
状態であった。均一配向状態が失われていたため、波高
値２４Ｖのパルスをパルス幅を変えながら（１μｓ〜２
０ｍｓ）印加しても明確に全面スイッチングは得られな
かった。

【００５６】以上、実施例１・２、比較例１・２から、
一軸性配向処理の交差方向と、該カイラルスメテッィク
液晶のコレステリックのらせんのねじれ方向が一致した
場合、均一配向性及びスイッチング性が良好になること
がわかった。

【００５７】実施例３ 透明電極のついたガラス基板上に、Ｔｉ−Ｓｉ（１：
１）の薄膜をスピンコートで形成し、そのうえに日立化
成（株）製のポリアミド酸ＬＱ１８０２の１％ＮＭＰ溶
液をスピンナで塗布し、２７０℃で１時間焼成した。こ
の基板をラビングし、同じ処理をしたもう１枚の基板と
ラビング方向が並行で、且つ、交差方向が負（左）で、
交差角度が６°になる様に１．５μｍのギャップを保っ
て張り合わせ、間隙に強誘電性液晶を注入、液晶素子を
作成した。該セルのプレチルト角は、クリスタルローテ
ーション法により測定した結果、１４．２°であった。
用いた液晶は、フェニルピリミジンを主成分とする混合
液晶で、コーン角は、室温で１４°、層の傾斜角は９．
２°、Ｐｓの極性は負で、大きさは６ｎｃ／ｃｍ^２であ
った。

【００５８】該液晶素子を１００℃で５時間保持した
後、１分間に１℃の速度で徐冷し、室温下で顕微鏡観察
を行なったところ、初期配向状態でＣ１配向が保たれ約
９９．５％がユニフォーム状態、残りの０．５％がスプ
レイ状態であった。

【００５９】見かけのチルト角は、ユニフォーム２状態
間で１１．２°であった。

【００６０】波高値２４Ｖの矩形パルスを印加すると、
パルス幅２０μｓでユニフォーム間のスイッチングが起
こった。

【００６１】比較例３ 交差方向が正（右）で交差角度が６°になる様にした他
は、全く実施例３と同様に液晶セルを作成した。この液
晶セルに実施例３で用いた強誘電性液晶を注入し、液晶
素子を作成した。

【００６２】この液晶素子を実施例と全く同様に１００
℃に保持、徐冷、室温下で顕微鏡観察を行なったとこ
ろ、初期配向状態でＣ１配向は保たれていたが、約９５
％がスプレイ状態、残りの５％がユニフォーム状態であ
った。

【００６３】見かけのチルト角は、ユニフォーム２状態
間で１１．１°であった。この液晶素子に波高値２４Ｖ
のパルスを印加したところ、スプレイ状態が安定のため
ユニフォーム２状態間のスイッチングが起こりにくくな
り、得られた閾値は７５μｓと実施例３よりかなり遅く
なった。

【００６４】実施例３、比較例３からわかる通り、Ｐｓ
の極性が負の場合、上下基板の交差角は、負の方向の方
が、ユニフォーム配向性、及びユニフォーム配向下での
スイッチング特性が良好であることがわかった。

【００６５】実施例４ 比較例３と同様に作成したセルに、フェニルピリミジン
を主成分とする混合液晶でコーン角は室温で１３．５
°、層の傾斜角は室温で１０°、Ｐｓの極性は正で大き
さは、１．０ｎｃ／ｃｍ² であった。

【００６６】該液晶素子を実施例３と同様に１００℃で
保持、徐冷、室温下で顕微鏡観察を行なったところ、初
期配向状態でＣ１配向が保たれ約９５％がユニフォーム
状態、残りの約５％がスプレイ状態であった。

【００６７】見かけのチルト角は、ユニフォーム２状態
間で１０．７°であった。

【００６８】この液晶素子に波高値２４Ｖの矩形パルス
を印加すると、パルス幅９５μｓでユニフォーム状態間
のスイッチングが起こった。

【００６９】比較例４ 実施例３と同様に作成したセルに、実施例４で使用した
液晶を注入し、液晶素子を作成した。

【００７０】該液晶素子を実施例３と同様に保持し、徐
冷を行ない、室温下で顕微鏡観察を行なったところ、初
期配向状態でＣ１配向が保たれ約９０％がスプレイ状
態、残りの１０％がユニフォーム状態であった。

【００７１】見かけのチルト角は、ユニフォーム２状態
間で１０．７°であった。

【００７２】この液晶素子に波高値２４Ｖの矩形パルス
を印加したところ、スプレイ状態が安定のため、ユニフ
ォーム２状態間のスイッチングが起こりにくくなり、得
られた閾値は２００μｓと、実施例４よりかなり遅くな
った。

【００７３】実施例４、比較例４からわかる通り、Ｐｓ
の極性が正の場合、上下基板の交差方向は正の方向の方
がユニフォーム配向性及びユニフォーム配向下でのスイ
ッチング特性が良好であることがわかった。

【００７４】以上、実施例３・４、比較例３・４から、
上下基板の一軸配向処理の交差方向の極性と、カイラル
スメテッィク液晶の自発分極の極性の積が正になる関係
を有し、且つ、カイラルスメテッィク液晶液晶がΘ＜α
＋δで見かけのチルト角が、Θ＞θａ ＞Θ／２の関係
を有する液晶素子は、ユニフォーム配向性及びユニフォ
ーム配向下でのスイッチング特性が大変良好であるとい
うことがわかった。 実施例５ 透明電極を設けたガラス基板上にＴｉ−Ｓｉ（１：１）
の薄膜をスピンコートで形成し、その上に、日立化成
（株）製のポリアミド酸ＬＱ１８０２の１％ＮＭＰ溶液
をスピンナで塗布し、２７０℃で１時間焼成した。この
基板をラビングし、同じ処理をしたもう１枚の基板とラ
ビング方向が平行且つ交差方向が負でクロス角度の大き
さが１０°、即ちクロス角−１０°（以下極性は数字の
前に「＋」又は「−」で示す）になる様に１．５μｍの
ギャップを保って貼り合わせ、間隙にカイラルスメクテ
ィック液晶を注入、液晶素子を作成した。該セルのプレ
チルト角は、前述のクリスタルローテーション法により
測定した結果１７．１°であった。

【００７５】本実施例に用いた液晶はフェニルピリミジ
ンを主成分とする混合液晶でカイラルスメクティック相
上限温度から３０℃下の温度（以下「Ｔｃ−３０℃」と
記す）において、コーン角Θは、１５°、層の傾斜角
は、１０．３°、Ｐｓの極性は負で大きさは５．９ｎｃ
／ｃｍ^２ であった。Ｃｈピッチは。左ねじれでピッチ
の長さはＣｈ相の中心温度で１９μｍであった。

【００７６】該液晶素子を１００℃で５時間保持した
後、１分間に１℃の速度で徐冷し、室温下で顕微鏡観察
を行なったところ、初期配向状態でＣ１配向が保たれ、
ほぼ全面がユニフォーム状態であった。見かけのチルト
角αはユニフォーム２状態間で１０．８°であった。

【００７７】波高値１５Ｖの矩形パルスを印加するとパ
ルス幅１５μｓでユニフォーム間のスイッチングが起こ
った。

【００７８】比較例５ クロス角が−２°になる様にした他は全く実施例５と同
様に液晶セルを作成した。この液晶セルに実施例５で用
いたカイラルスメクティック液晶を注入し液晶素子を作
成した。

【００７９】この液晶素子を実施例５と全く同様に１０
０℃でエージング、徐冷した後室温において顕微鏡観察
したところ、初期配向状態でＣ１配向は保たれていた
が、約７０％がスプレイ状態、残りの３０％がユニフォ
ーム状態であった。この液晶素子に波高値１５Ｖの矩形
パルスを印加したところ、スプレイ状態が安定のため、
ユニフォーム２状態間のスイッチングが起こりにくくな
り、得られたしきい値は３１μｓとなった。

【００８０】比較例６〜１０ それぞれクロス角を−６°、−４°、−２°、０°、＋
６°とした他は全く実施例５と同様に液晶セルを作成
し、それぞれの液晶セルに実施例５で用いたカイラルス
メクティック液晶を注入し、液晶素子を作成、実施例５
と全く同様の実験を行なった。結果を下に示す。

【００８１】

【表１】 実施例５、比較例５〜１０よりＴｃ−３０℃における｜
Ｐｓ｜が５．９ｎｃ／ｃｍ² である場合、｜クロス角｜
≧４°で良好なユニフォーム配向性、及びユニフォーム
でのスイッチング特性を示すことがわかった。

【００８２】実施例６ 比較例５と全く同様な方法（クロス角−２°）で液晶セ
ルを作成した。該セルに下記特性をもつ、フェニルピリ
ミジンを主成分とする液晶を注入、実施例５と全く同様
に１００℃でエージング、徐冷し、室温で顕微鏡観察を
行なった。

【００８３】コーン角：１４．５°， Ｐｓ（Ｔｃ−３０℃における）：−０．９ｎｃ／ｃｍ² δ ：９．８° Ｃｈピッチ：左ねじれ ３７μｍ（Ｃｈ中心温度） 初期配向状態で全面Ｃ１配向が保たれ、ほぼ全面がユニ
フォーム状態であった。見かけのチルト角はユニフォー
ム２状態間で１０．３°であった。この液晶素子に波高
値２５Ｖの矩形パルスを印加するとパルス幅４５μｓで
ユニフォーム間のスイッチングが起こった。

【００８４】比較例１１〜１６ クロス角をそれぞれ−１０°、−６°、−４°、０°、
＋４°、＋６°とした他は、全く実施例５と同様に液晶
セルを作成し、実施例６で用いた液晶を注入し、液晶素
子を作成した。実施例５と全く同様の実験を行なった。
結果を下に示す。

【００８５】

【表２】 実施例６、比較例１１〜１６よりＴｃ−３０℃における
｜Ｐｓ｜が０．９ｎｃ／ｃｍ² である場合、｜クロス角
｜＜４°で良好なユニフォーム配向性、及びユニフォー
ムでのスイッチング特性を示すことがわかった。

【００８６】実施例７〜１１ 実施例５とほぼ同様な方法で作成したセルに、Ｐｓの異
なる液晶を注入しユニフォーム配向性を調べた。結果を
下に示す。

【００８７】

【表３】 実施例７〜１１からわかる通り、Ｔｃ−３０℃における
｜Ｐｓ｜＞２ｎｃ／ｃｍ² の時、｜クロス角｜≧４°、
また、｜Ｐｓ｜＜２ｎｃ／ｃｍ² の時、｜クロス角｜＜
４°でかつ、Ｃｈピッチのねじれ方向がクロスラビング
の交差方向と同じの時ユニフォーム配向性が向上するこ
とがわかった。

【００８８】

【発明の効果】本発明の液晶素子は、ユニフォーム配向
下でのスイッチング特性が良好で、該ユニフォーム配向
が安定して得られ、高コントラストで高品質の表示を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の一例を示す断面図である。

【図２】Ｃ１及びＣ２の２種類の配向状態の説明図であ
る。

【図３】Ｃ１及びＣ２配向でのコーン角、プレチルト角
及び層傾斜角の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ａ、１１ｂ 基板 １２ａ、１２ｂ 透明電極 １３ａ、１３ｂ 絶縁膜 １４ａ、１４ｂ 配向制御膜 １５ 強誘電性液晶 １６ スペーサ １７ａ、１７ｂ 偏光板 ２１ 液晶層 ２２ Ｃ１配向状態 ２３ Ｃ２配向状態

フロントページの続き (72)発明者 水野 祐 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 朝岡 正信 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 寺田 匡宏 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３−252624（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶に電圧を印加するための電極と、液
   晶を配向させるための一軸配向膜をそれぞれ有する一対
   の基板間にカイラルスメクティック液晶を挟持してなる
   液晶素子であって、上基板と下基板の配向膜の処理軸が
   交差し、且つ下基板に対する上基板の処理軸の交差方向
   が上記カイラルスメクティック液晶のコレステリック相
   のらせんのねじれ方向と同じであり、上記カイラルスメ
   クティック液晶がプレチルト角をα、コーン角をΘ、Ｓ
   ｍ^* Ｃ層の傾斜角をδとした時、Θ＜α＋δで表わされ
   る配向状態を有し、見かけのチルト角をθ_a とするとΘ
   ＞θ_a ＞Θ／２であることを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】 液晶に電圧を印加するための電極と液晶
   を配向させるための一軸配向膜をそれぞれ有する一対の
   基板間にカイラルスメクティック液晶を挟持してなる液
   晶素子であって上基板と下基板の配向膜の処理軸が交差
   し、且つ上基板側から見て、下基板の処理軸に対して上
   基板の処理軸が交差する方向が左側を負極性、右側を正
   極性とした時上記カイラルスメクティック液晶の自発分
   極の極性と上記交差方向の極性の積が正になる関係を有
   し、上記カイラルスメクティック液晶が、プレチルト角
   をα、コーン角をΘ、Ｓｍ^* Ｃ層の傾斜角をδとした
   時、Θ＜α＋δで表わされる配向状態を有し、見かけの
   チルト角をθ_a とするとΘ＞θ_a ＞Θ／２であることを
   特徴とする液晶素子。
3. 【請求項３】 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ための電極が形成され、さらに液晶
   を配向するための一軸性配向処理が施された１対の基板
   を備えた液晶素子であって、一軸配向処理軸が互いにあ
   る角度（以下「クロス角」と記す）で交差し、該交差方
   向が上基板側から見て下基板の方向に対して上基板の方
   向が左側になる場合の極性を負、右側になる場合の極性
   を正とした時に、該極性と挟持した液晶の自発分極（以
   下「Ｐｓ」と記す）の極性の積が正になる関係を有し、
   カイラルスメクティック相上限温度から３０℃下の温度
   におけるＰｓの大きさとクロス角の関係が ｜Ｐｓ｜＜２ｎｃ／ｃｍ² の時に｜クロス角｜＜６° ｜Ｐｓ｜≧２ｎｃ／ｃｍ² の時に｜クロス角｜≧６° であり、かつ下基板に対する上基板の処理軸の交差方向
   が、上記カイラルスメクティック液晶のコレステリック
   のらせんのねじれ方向と同じであり、上記液晶のコーン
   角Θ、プレチルト角α、スメクティック相における液晶
   層の傾斜角をδとすると、該液晶はΘ＜α＋δ、α＞δ
   で表わされる少なくとも２つの安定状態を示す配向状態
   を有し、該少なくとも該２つの安定状態における光学軸
   のなす角度の１／２であるθ_a が Θ＞θ_a ＞Θ／２ の関係を満足することを特徴とする液晶素子。