(57)【要約】  一対の基板、および該一対の基板の間に配置されたスメクチック相液晶材料を少なくとも含む液晶素子。該液晶材料組成物が、スメクチック相液晶材料および分子配向増強剤を少なくとも含む。該スメクチック相液晶材料の分子長軸またはｎ−ディレクタが、バルク材として、その層法線に対してチルト角を有し、且つ、該スメクチック相液晶材料の分子長軸が、プリセット配向方向に対して平行に配列して、その長軸層法線を与える。該分子配向増強剤が、バルク材として、層法線に対してチルト角を有せず、該分子配向増強剤が、その分子内に二重結合構造を有する。
2008545159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、
該一対の基板の間に配置されたスメクチック相液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該液晶材料組成物が、スメクチック相液晶材料および分子配向増強（molecular alignment-enhancing）剤を少なくとも含み；
該スメクチック相液晶材料の分子長軸またはｎ−ディレクタが、バルク材として、その層法線に対してチルト角を有し、且つ、該スメクチック相液晶材料の分子長軸が、プリセット配向方向（pre-setting alignment direction）に対して平行に配列して（align）、その長軸層法線を与え（すなわち、それにより、その分子長軸を、その層に対して垂直にする）；且つ、
該分子配向増強剤が、バルク材として、層法線に対してチルト角を有せず、該分子配向増強剤が、その分子内に二重結合構造を有する液晶素子。
【請求項２】
該分子配向増強剤が、その分子構造内に不飽和炭化水素（carbon hydride）構造を有する請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
該分子配向増強剤が、その分子構造内に炭素−窒素二重結合構造を有する請求項１に記載の液晶素子。
【請求項４】
該分子配向増強剤が、その分子構造内に炭素−炭素三重結合構造を有する請求項１に記載の液晶素子。
【請求項５】
該分子配向増強剤が、その分子構造内に窒素−窒素二重結合構造を有する請求項１に記載の液晶素子。
【請求項６】
スメクチック相液晶材料と分子配向増強剤を少なくとも含む液晶材料組成物であって；
該スメクチック相液晶材料の分子長軸またはｎ−ディレクタが、バルク材として、その層法線に対してチルト角を有し、且つ、該スメクチック相液晶材料の分子長軸が、プリセット配向方向に対して平行に配列して、その長軸層法線を与え；且つ、
該分子配向増強剤が、バルク材として、層法線に対してチルト角を有せず、該分子配向増強剤が、その分子内に二重結合構造を有する液晶材料組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分極遮蔽スメクチック（以後「ＰＳＳ」と称する）液晶、ないしＰＳＳ液晶材料を用いる、液晶表示素子（特に、フルモーションビデオ画像用に適する表示素子）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の用途拡大は、第３世代携帯電話用ディスプレイ、ネット携帯情報端末（ＰＤＡ）、コンピュータモニタ、および大画面直視型テレビ等、これまでにない広範な展開を見せている。これらの急速な用途拡大は、主として、近年の液晶ディスプレイ技術の性能向上および製造性向上に裏打ちされたものである。
【０００３】
一方、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）およびプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の新たなフラットパネルディスプレイ技術は、それらの開発および製造において急速に進んできており、液晶ディスプレイの優位性を脅かす存在となっている。更に、それらの新たな応用分野へのＬＣＤ導入には、これらの新たな応用分野に適合するための新しいより高度な表示性能が要求されている。特に、近年急速に進んできた応用分野の大部分は、従来のＬＣＤの低速応答特性のために、まだ従来のＬＣＤ技術にとって困難であるフルカラー動画表示を必要とする。
【０００４】
このような状況の中、ＬＣＤには、より高度な性能、特に、それらのすべてが従来のＬＣＤ技術に対するものよりも速い光学応答性能を有する新フラットパネルディスプレイ技術と競合するそれらの応用分野を拡大するために、より速い光学応答を示すことが求められている。新ＬＣＤ技術に対するそれぞれの具体的な応用分野における具体的な要請は、以下に記述する。
【０００５】
（それぞれの応用分野における従来のＬＣＤ技術の技術的課題）
（第３世代携帯電話用途および関連応用分野）
近年のブロードバンドシステムの利用可能性におけるインフラストラクチャ整備進展のために、韓国、日本およびノルウエー等の一部の国は、すでに、携帯電話に対するブロードバンドの商業サービスを有している。この劇的な送信能力の増加は、携帯電話がフルカラー動画表示を扱うことを可能とする。更に、電荷カップリングデバイス（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体センサー（ＣＭＯＳセンサ）等の画像取り込みデバイスの広範な普及と併せて、上記国々における最新の携帯電話は、「話す」デバイスから「見る」デバイスに急速に変換しつつある。この第３世代携帯電話の「見る」機能は、フルモーションビデオ画像に限定されず、一段と高度な解像度を示す携帯電話ディスプレイを必要とするインターネット・ブラウザリングにも応用可能である。
【０００６】
この具体的な用途用に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術を用いた従来のＬＣＤ（以後、「ＴＦＴ−ＬＣＤ」と称する）は、６インチを超える対角画面サイズのもの等の比較的大きなサイズのパネルディスプレイにおけるフルモーションビデオ画像能力のその性能を証明してきた。この特定応用分野におけるＯＬＥＤとの切迫した競合において、一般的なＬＣＤ技術の利点の一つは、画面輝度と画像保持および寿命間のその高度なバランスにある。
【０００７】
すべてのディスプレイ技術に対して、多かれ少なかれ、画面輝度と画像保持、寿命間のこの関係は、常に、トレードオフの関係にある。ＯＬＥＤにおける蛍光体発光特性のために、このトレードオフはＬＣＤのそれよりも一段と厳しい。従来のＴＦＴ−ＬＣＤの利点の一つは、画面輝度とＬＣＤそれ自身の寿命間のその自由な関係である。従来のＬＣＤがすべて光スイッチングデバイスおよび非発光性デバイスであるので、その結果、ＬＣＤはこのトレードオフから自由である。ＴＦＴ−ＬＣＤの現在の寿命は、大部分、ＴＦＴ−ＬＣＤそのものを構成するバックライトにより決定される。従って、屋外使用用に適合される携帯電話およびネットＰＤＡに対して、より長い寿命のより明るいディスプレイ、すなわち、ＬＣＤ系のディスプレイを用いることは好ましい。
【０００８】
フルカラー動画表示の場合に遭遇してきたそれらの先進ディスプレイ用途に合致するためのＴＦＴ−ＬＣＤにおける現在の技術課題は、小型の表示画面サイズでのその不良解像度ならびにその遅い光学応答であり、これは「見る」携帯電話および他の運搬装置または携帯機器に対する決定的な要請でもある。
【０００９】
一般に、いわゆるテレビ画像として最小の必要解像度は、クオーター・ビデオ・グラフィック・アレイ（ＱＶＧＡ：３２０×２４０画素）であることが必要である。副画素上の赤、緑および青（ＲＧＢ）マイクロカラーフィルタを用いる従来のＴＦＴ−ＬＣＤ技術（以下の記述および図１に記載されるような）に基づき、実際の必要画素数は（２４０×３）×３２０画素である。現状市販の第３世代携帯電話用ディスプレイは、せいぜい、画面上にテレビ画像を見せるには充分でないクオーター・コモン・インターメディエート・フォーマット（ＱＣＩＦ：（１７６×３）×２２０画素）を有する。特に、携帯電話およびネットＰＤＡ用に用いられる縦長画面において、画素配置解像度は、横長画面を用いる他の用途用のそれよりも一層複雑となる。
【００１０】
図１に、ＴＦＴ−ＬＣＤにおける現在のＲＧＢ副画素構造の一般的な例を示す。各副画素上の各マイクロカラーフィルタは、ＴＦＴ−ＬＣＤで三原色要素の一つとして機能する。これらの物理的に分離された三原色要素の精細なピッチパターンのために、人間の目は混合色画像を認識することが可能である。各副画素は、バックライトからライトにスイッチを切り換え（脱漏の場合を除き選択的に伝達する）、その結果、三原色に対応するライトは副画素を通過することが可能である。空間的に分割された三原色は、ＲＧＢ副画素組合せに基づく正方形画像を保持するためにその矩形副画素形状を保持することを必要とする。以下の表１に、ＱＶＧＡ解像度と組み合わせた画面サイズに応じて決まる副画素および画素ピッチの両方を示す。
【００１１】
表１．ＱＶＧＡ解像度での画面サイズに応じて決まる副画素ピッチ
【表１】
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【００１２】
この表は、明確に、ＱＶＧＡ解像度を有する１０インチ対角画面サイズがＴＦＴアレイ基板における充分な設計幅を与えることを示す。しかしながら、ＱＶＧＡ解像度を有する２．５インチ対角画面は、４μｍのＴＦＴアレイに対応する従来のデザイン・ルールと比べて充分でない５３μｍピッチしか有しない。
【００１３】
この極端にきつい設計幅は、二つの主要課題を提示する。これらの課題の一つは開口率の低下であり、他は製造上マスクの位置合わせ精度の問題からの製造歩留まりの低下である。開口率の低下は、バッテリーにより駆動される携帯電話およびネットＰＤＡの場合に致命的な問題となる。より小さな開口率は、バックライト処理能力の一段と低い効率を意味する。
【００１４】
結論として、より高い解像度を有する小画面サイズを有すること、ならびに実質的に電力消費を犠牲にすることなくフルモーションビデオ画像用に充分速く駆動することを要求される第３世代携帯電話用ディスプレイおよびネットＰＤＡ用途には、より高品質のフルモーションビデオ画像再生用の充分に速い光学応答に加えて、充分に高い開口率を保持しつつのより高い解像度が必要とされるであろう。
【００１５】
（大画面直視型ＬＣＤテレビ用途）
近年、ＬＣＤおよびＰＤＰ等のフラットパネル型ディスプレイ技術が、直視型ディスプレイおよび投影型ディスプレイ両方の分野において従来から陰極線管（ＣＲＴ）技術により支配されている家庭用大型画面テレビ市場にも急速に普及する様相を見せていることは周知の事実である。一般に、この特定用途分野用のＰＤＰのそれらに比べてのＴＦＴ−ＬＣＤの一つの利点は、そのより高い解像度およびその精細な画像品質である。この利点のために、ＴＦＴ−ＬＣＤ系テレビは、今、ＣＲＴ支配の画面サイズ（すなわち、２０インチ〜４０インチ間）市場でそれらの市場シェアを伸ばしつつある。他方、ＰＤＰは精細ピッチの画素パターン化に幾分の難点を有するが、反面、ＴＦＴ−ＬＣＤのそれよりも大型のパネルサイズの容易な製造における利点を有する。従って、ＰＤＰは、主として、６０インチ画面を超えるテレビの商業的使用のために開発されている。
【００１６】
ＴＦＴ−ＬＣＤは、既に、１２インチから２０インチのモニタ等のラップトップおよびデスクトップコンピュータ両方に対するコンピュータモニタ画面の分野では大きな市場を形成してきているが、しかしながら、コンピュータモニタとテレビに要求されるべき画像性能は、全く異なる。コンピュータモニタ・ディスプレイ用に要求される画面輝度は、それらが明視の距離において用いられるので、２００ｃｄ／ｍ２以下等のより低い値に限定される。コンピュータモニタ・ディスプレイの表示内容がテキスト中心であるため、殆どの場合、フルカラー動画再生用の２５６階調ではなく、各色３２〜６４階調で充分である。
【００１７】
大画面直視型テレビ用途に対して、特に２０インチを超えるテレビ画面の場合において、画面輝度、コントラスト比、フルカラー階調、および視野角は、テレビ画像として充分に良好な画像品質を与えるために極めて重要である。特に、３５インチを超えるテレビ等の大画面テレビにおいては、その画像品質は、画像ボケを見せることなく５１２階調以上等のより深い階調を与えるために極めて重要である映画画像品質のそれと実質的に同じであると期待される。直視型テレビ用の必要解像度は、ＮＴＳＣの場合にＶＧＡ（６４０×４８０画素）、ＷＸＧＡの場合により高い解像度（１，２８０×７６８画素）、およびＨＤＴＶの場合にはフル標準（１，９２０×１，０８０画素）等である。
【００１８】
大画面直視型テレビ用途においては、小型の高解像度ディスプレイ用途とは違った極めて明白な差異がある。この差異は、画面画像速度関係に基づく。
【００１９】
両方共ＷＸＧＡ解像度を有する２０インチと４０インチ画面間の二つの画面画像を比較する場合、２０インチ画面の画面対角距離は、４０インチ画面のそれの半分である。しかしながら、テレビ画像としての画面フレーム周波数は、２０インチと４０インチ画面間で同じである。これは図２に示すような画像速度差をもたらす。画面画像速度は、単純に対角サイズに比例する。全体解像度がＷＸＧＡのそれと同じである場合、４０インチ画面の画素サイズは２０インチ画面のそれの４倍となる。より大きな画素はより小さな画素サイズよりも一層分かりやすい。特に、従来のＴＦＴ−ＬＣＤの比較的遅い光学応答は、より大きな画面サイズを構成するより大きな画素サイズにおいて一段と認知しやすい。これは、テレビ画像品質における致命的問題である認知しえる遅い光学応答を避けるために、より小さな対角画面パネルにおけるそれよりもより大きな対角画面パネルにおける各画素でのより速い光学応答を必要とする。
【００２０】
ＣＲＴに基づくテレビ画像において、各画素での蛍光体発光は、従来のＴＦＴ−ＬＣＤに比べて数マイクロ秒のような速度で極端に速いので、その結果、画面サイズに関わらず、画面サイズに応じて決まる画面画像速度は人間の目の時間分解解像度を遥かに超える。しかしながら、従来のＴＦＴ−ＬＣＤでの光学応答は、一般に、数十ミリ秒であり、中間調表示での光学応答時間は２００ミリ秒である。一般的な人間の目の時間分解能が百ミリ秒であると言われているので、従来のＴＦＴ−ＬＣＤの遅い光学応答時間は、人間の目に充分認知できる。従って、従来のＴＦＴ−ＬＣＤ技術を用いる大画面直視型テレビは、大抵の人間の目にとってＣＲＴに基づくテレビ画像と同じの自然なテレビ画像の再生の点で、深刻な問題を抱えている。
【００２１】
従来のＴＦＴ−ＬＣＤテレビにおけるもう一つの画像品質上の課題は、その画像ボケである。この画像ボケは、ＴＦＴ−ＬＣＤの遅い光学応答が原因ではなく、そのフレーム応答性に原因がある。ＣＲＴ技術に基づくテレビは、フレームにおいて極めて短いがしかし極めて強い発光を用いる。この蛍光体からの発光時間は、６０Ｈｚのフレーム周波数に対する１６．７ミリ秒のフレーム時間での数マイクロ秒ほどである。この短いが著しく強い発光は、人間の目にある種の衝撃を与え、人間の目に１フレーム画像をもたらす。反対に、従来のＴＦＴ−ＬＣＤ画像は、１フレームの間同一の輝度レベルを保持する。特に細かな動画表示画像において、１フレームの時間帯でのこの保持型輝度は、結果として画像ボケを作る。フィルムをベースとする映画画像も、同様の画像ボケ問題を有する。今、映画画像は、この画像ボケを防ぐためのブランキングを作製するため機械的シャッターを入れている。
【００２２】
（その他のフルカラー動画表示を必要とする用途）
上述のように、近年のＴＦＴ−ＬＣＤの用途の大部分は、フルカラー動画表示を必要とする。テレビ用途はもちろんのこと、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ゲーム用モニタ、更にコンピュータモニタ用ディスプレイも、テレビ画像と組み合わせて用いられる。実際の要求画像品質は、特にテレビ画像の場合、高度に画面サイズに依存するけれども、ＣＲＴ同等のテレビ画像品質はすべてのフルモーションビデオ画像用途に対して絶対的に必要となる。この極めて明白な要請において、従来のＴＦＴ−ＬＣＤは、それらの光学応答時間、特に、上述のような中間調表示応答における深刻な問題を有している。
【００２３】
更に、１フレームの間の一定輝度による画像ボケは、ＴＦＴ−ＬＣＤをテレビ画像用途に応用させるのを難しくする。文献Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｉｎ  Ｋｏｂｅ，“Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｐｅｒｃｅｉｖｅｄ  ＭＴＦ  ｏｆ  Ｈｏｌｄ  Ｔｙｐｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｆｏｒ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｉｍａｇｅｓ”；ｐｐ．８２３−８２６，（１９９８），Ｔ．Ｋｕｒｉｔａらに記載されている通りに、バックライト・ブランキングを挿入することによりＴＦＴ−ＬＣＤにおけるこの致命的な画像ボケ問題を低減するため、いくつかの試みがなされてきた。しかしながら、この方法は、現在、ＴＦＴ−ＬＣＤ寿命時間を決定するための支配的要因であるバックライト寿命時間を短くする。テレビ用途として、このブランキングによるバックライト寿命時間の短縮化は、ＴＦＴ−ＬＣＤテレビの価値を有意に低下させる。
【００２４】
（技術的課題）
新たな技術により解決されるべき技術的課題は、幾分、実際の用途分野に依存している。各具体的な用途分野に対して、以下の説明は、各用途において解決しようとする特定の技術的課題を示す。しかしながら、ＰＳＳ−ＬＣＤｓでの液晶分子配向の強化に基づく上記必要条件を解決する原則的な技術は一般的である。ＰＳＳ−ＬＣＤ、すなわち、分極遮蔽スメクチック液晶ディスプレイは、米国特許出願ＵＳ−２００４／０１９６４２８−Ａ１号明細書に記載されているように発明されてきた。この技術の概念および目的は、より高い表示性能および／又は、より高い生産性またはより高い製造収率を実現することの観点から、ＰＳＳ−ＬＣＤの液晶分子配向を得るために最も基本的な方法を提供することである。
【００２５】
（小画面高解像度ディスプレイ）
上述の通り、従来のマイクロカラーフィルタ方式のＴＦＴ−ＬＣＤは、より小さな画素ピッチに基づく有意に低い開口率および製造歩留まり低下のために、この特定用途に対するその適用性に深刻な問題を抱えている。高解像度ディスプレイを有する小画面サイズにおいて高開口率を保持するための有効な手段として、時間分割カラー表示が知られている。
【００２６】
文献Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ｉｎ  Ｔｏｋｙｏ（１９９９），“Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｗｉｔｈ  Ｓｉ  Ｂａｃｋｐｌａｎｅ”；Ａ．  Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ，ｐｐ．１８１−１８４，ｉｂｉｄ．；“Ａ  Ｆｕｌｌ−ｃｏｌｏｒ  ＦＬＣ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｌｏｒ  ｗｉｔｈ  ＴＦＴｓ”，Ｔ．Ｙｏｓｈｉｈａｒａら，ｐｐ．１８５−１８８等の時間分割カラー表示に関する２、３の論文には、時間分割カラー表示のいくつかの利点が詳細に記述している。
【００２７】
これらの論文に記載されているように、時間分割カラーは、同じ一つの画素を用いて時間的に順番に赤、緑、および青色を現す。時間分割カラーを実現するための高速光学応答は、このシステムにおいて最も重要である。色割れ現象を起こすことなく自然なカラー画像を示すために、液晶スイッチングにおいて少なくとも３倍速い光学応答が、従来のマイクロカラーフィルタカラー再生方式のそれよりも３倍のフレーム周波数を有するために必要とされる。
【００２８】
最も一般的であり最近主流の駆動モードである従来のツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶駆動モードは、この３倍のフレーム周波数を満足させるための充分なスイッチング時間を有しない。従って、新しい高速光学応答液晶駆動モードが、時間分割カラー表示を実現するために必要である。我々が高速光学応答液晶駆動モードを有することができる限り、時間分割カラー表示は、図３に示すように高開口率および高解像度の両方を実現することが可能であり、より低い電力消費を伴う第３世代携帯電話ディスプレイ用に輝度、高解像度、および充分に高速の光学応答を与える。
【００２９】
時間分割カラー表示方式は、既に、ネマチック液晶を用いた方式、シリコンバックプレーンを用いた表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）表示方式、およびＴＦＴによるアナログ階調表示可能な強誘電性液晶方式が提案されている。ネマチック液晶を用いる時間分割カラー表示は、ネマチックＬＣＤとして２ミクロンの極度に薄いパネルギャップを有する。これは、液晶の１８０Ｈｚフレーム周波数応答を実現する。この方式は、文献“Ｄｅｎｓｈｉ  Ｇｉｊｙｕｔｓ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）”、Ｊｕｌｙ，１９９８  ｉｎ  Ｔｏｋｙｏ“Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆａｓｔ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”；Ｍ．Ｏｋｉｔａ，ｐｐ．８−１２（日本語）に記載されているように高開口率および高解像度の両方を可能とする。
【００３０】
しかしながら、この方式は、図４（ａ）に示すようなＴＮ光学応答プロファイルの性質のために、高開口率の利点を充分に利用することはできなかった。白色の連続発光バックライトを有する従来型のカラーフィルタ方式と時間分割カラー表示方式間には、バックライト処理能力の極めて大きな差がある。従来型のカラー方式において、パネルの開口率は、直接的に、光処理能力および画像品質を示す。しかしながら、時間分割カラー表示方式において、光処理能力およびコントラスト比およびカラー純度等の画像品質は、液晶光学応答プロファイルとバックライト発光タイミング間の特性の組合せとして決定される。
【００３１】
図４（ａ）および４（ｂ）に、その立上りおよび立下りにおける対称および非対称の光学応答プロファイル間の光処理能力の極めて単純な差を示す。これらの図が差を示すので、時間分割カラー表示の光処理能力は、液晶光学応答プロファイルおよびバックライト発光タイミングの両方により決定される。ＴＮ−ＬＣＤにおける立下りプロファイルのすそ引き性質のために、立下り端でのバックライト発光の大部分は、ディスプレイとして用いられない。反対に、立上りおよび立下り端両方の対称応答プロファイルを用いる図４（ｂ）の場合、バックライト発光の大部分は、充分にディスプレイとして用いられる。従って、時間分割カラー表示において、高開口率は、低電力消費、または明るい画面を保持するために充分ではない。バックライト発光の使用を最大化するための対称応答プロファイルは、低電力消費を伴う明るい画面を保持するために必要である。
【００３２】
更に、図４（ａ）および４（ｂ）に、すそ引き立下りプロファイルは、すそが次のフレームバックライト発光に届くケースにおいて、混色の可能性があることを示す。このケースは、ＴＮが液晶の粘度増加のために有意に遅い光学応答を示す場合、容易に、より低い温度範囲で起こる。このケースにおいて、「黒」レベルでの光漏洩のために、コントラスト比の有意な低下が混色と同時に起こる。従って、高性能時間分割カラー表示を得るために、高速光学応答および対称応答プロファイルの両方が必要である。
【００３３】
この特性は、実際に、アナログ階調を与えることができる従来のＳＳＦＬＣＤおよびＦＬＣＤにより実現される。従来のＳＳＦＬＣＤはアナログ階調能力を全く持たず、その結果、ＴＦＴアレイはＴＦＴの限定された電子移動性のためにフルカラービデオ画像を提供できないであろう。シリコンバックプレーンは、パルス幅変調によりＳＳＦＬＣＤを駆動するために充分な電子移動性を提供し、それによってフルカラービデオ画像を与えることが可能である。
【００３４】
しかしながら、経済的な理由により、シリコンバックプレーンは、充分な輝度を与えることができるフロント・リット・ライティング方式とのその組合せの難しさのために、直視型大画面ディスプレイに適用することは困難である。文献Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ；“Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｆｕｌｌ  ｃｏｌｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｕｓｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ”；Ｖｏｌ．３８，（１９９９）Ｌ５３４−Ｌ５３６；Ｔ．Ｔａｋａｈａｓｈｉら，により記載されている高分子安定型Ｖ字応答強誘電性液晶表示（ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ）等のアナログ階調を与えることができるＦＬＣは、実質的にＴＮ−ＬＣＤのそれと同等の電気光学応答を示す。本明細書において、「Ｖ字応答」は印加電場の強さにより制御することができるアナログ階調表示能力として指定される。印加電圧（Ｖ）と透過率（Ｔ）の関係において、アナログ階調ＬＣＤは「Ｖ字応答」特性を示す。従って、以後、用語「Ｖ字応答」は印加電場強さにより制御されるアナログ階調表示能力と同義である。
【００３５】
従って、それは高解像度ディスプレイを有する小画面に適用可能であろう。この方式は、しかしながら、一般的に、紫外光による光重合工程が必要となる。紫外光照射工程は、液晶それ自身の分解をもたらす危険性を有する。紫外光照射工程中の液晶分解を避けるために、通常、極めて厳密な工程管理が必要となる。更に、「Ｖ字」の物理的意味は、電圧−透過率（transmittance）曲線（Ｖ−Ｔ曲線）において、スレショルドが無いということであるが、これは実際の応用、特にＴＦＴ駆動のＬＣＤｓ（それらのＴＦＴにおいてスレショルド電圧の変動を有する）においては実際的でない。
【００３６】
結論として、第３世代携帯電話用の理想的な小型の高解像度ディスプレイは、高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤに示すような立上り／立下り対称高速光学応答プロファイル、および高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤ用のそれよりもより容易なその工程管理を与えることができる、米国特許出願ＵＳ−２００４／０１９６４２８−Ａ１号に記載されているようなアナログ階調表示である。
【００３７】
（大画面直視型テレビ用途）
大画面直視型テレビ用途では、画面サイズの増加と共に画像速度の増加が必要なことを既に述べた。画像速度の増加は各画素での液晶光学応答時間の低下を必要とする。経済的な観点から、液晶技術には無関係に、完全に新しい製造装置を導入する必要性なしで、従来の大型パネル製造ラインを用いることは極めて重要である。これは、また、液晶技術に無関係に、従来の製造工程の大部分が安定なうまく管理された生産プロセスに適用可能であることを意味する。従って、高速応答新規液晶駆動モードは、好ましくは、従来の標準マイクロカラーフィルタＴＦＴアレイ工程に適合すべきである。従来のＳＳＦＬＣＤは、その著しい高速光学応答において優れているが、しかしながら、これはアナログ階調応答を与える能力を全く有しない。アナログ階調能力がないために、従来のＳＳＦＬＣＤは従来型マイクロカラーフィルタＴＦＴアレイにより駆動することができない。
【００３８】
アナログ階調能力を有する高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤは、潜在的に、従来の大量生産ラインおよび工程に適合することが可能である。従来の大量生産ラインおよび工程の利用可能性に関して、高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤの一つの制約は、ＴＦＴアレイを通して印加しようとする電圧である。主として経済的理由により、各画素への最大印加電圧は７Ｖに限定される。ポリマーが高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤでＦＬＣ材料と共に用いられる場合、７Ｖ内の飽和電圧制御は簡単でない。極めて厳密な材料品質管理および工程管理、特に紫外光重合工程管理は、７Ｖ未満の飽和電圧を保持するために必要である。大画面パネル製造に対して、この品質および工程管理は、大画面領域における均一性維持の観点から極めて難しい。充分に広い工程管理用の窓を保持するために、液晶の飽和電圧を低下させることは必要である。  更に、最近の最も人気があり最も経済的な、アモルファスシリコンＴＦＴである液晶駆動アレイは、ＳＳＦＬＣＤｓ、Ｖ字型ＦＬＣＤおよび反強誘電性液晶ディスプレイ用の液晶等の自発分極を有する液晶に対して充分に良好な電子電荷を供給するための充分に良好な電子移動度を有さない。
【００３９】
この目的において、混合性光重合物質は排除することが好ましい。紫外光重合工程等の追加の新工程を増やすことなく、最適化された従来の製造ラインを用いることができる安定な製造プロセスは、コスト競争力を保持するために極めて重要である。更に、米国特許出願ＵＳ−２００４／０１９６４２８  Ａ１明細書に記載されているスメクチック液晶材料からのあらゆる自発分極の排除は、従来型のＴＦＴアレイによる実際的な駆動の観点から最も決定的なものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
本発明の目的は、従来技術分野において遭遇する上述の課題を解決することができる液晶表示素子を提供することにある。
【００４１】
本発明の他の目的は、従来技術分野における液晶表示素子よりも優れた表示性能を与えることができる液晶表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
本発明者は鋭意研究の結果、スメクチック相液晶材料および分子配向増強剤を含む特定の液晶材料を用いて液晶表示素子を構成することが、極めて効果的なことを見出した。
【００４３】
本発明の液晶素子は上記発見に基づくものであり、より詳しくは、一対の基板と、
該一対の基板の間に配置されたスメクチック相液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該液晶材料組成物が、スメクチック相液晶材料および分子配向増強（molecular alignment-enhancing）剤を少なくとも含み；該スメクチック相液晶材料の分子長軸またはｎ−ディレクタが、バルク材として、その層法線に対してチルト角を有し、且つ、該スメクチック相液晶材料の分子長軸が、プリセット配向方向に対して平行に配列して、その長軸層法線を与え（すなわち、それにより、その分子長軸を、その層に対して垂直にする）；且つ、該分子配向増強剤が、バルク材として、層法線に対してチルト角を有せず、該分子配向増強剤が、その分子内に二重結合構造を有するものである。
【００４４】
本発明によれば、更に、スメクチック相液晶材料と分子配向増強剤を少なくとも含む液晶材料組成物であって；該スメクチック相液晶材料の分子長軸またはｎ−ディレクタが、バルク材として、その層法線に対してチルト角を有し、且つ、該スメクチック相液晶材料の分子長軸が、プリセット配向方向に対して平行に配列して、その長軸層法線を与え；且つ、該分子配向増強剤が、バルク材として、層法線に対してチルト角を有せず、該分子配向増強剤が、その分子内に二重結合構造を有する液晶材料組成物が提供される。
【００４５】
本発明者の知見によれば、上記した現象（すなわち、スメクチック相液晶材料の分子長軸が、プリセット配向方向に対して平行に配列して、それにより、その分子長軸を、その層に対して垂直にするという現象）は、後述する「充分強い方位角（azimuthal）アンカリングエネルギー」に帰着されうる（attributable）と推定される。このような「充分強い方位角アンカリングエネルギー」は、例えば、後述するある種の配向方法によって得ることができる。
【００４６】
このように説明してきた本発明から、本発明を多様なやり方で変えることが可能であることは明らかである。こうした変更は本発明の精神および範囲からの逸脱とみなされるべきではなく、この詳細な説明から当業者には明らかであろうすべてのこうした修正は、以下のクレームの範囲内に包含されるように意図されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
【００４８】
（液晶素子）
本発明による液晶素子は、一対の基板と、該一対の基板の間に配置されたスメクチック相液晶材料とを少なくとも含み、該液晶材料組成物が、スメクチック相液晶材料および分子配向増強剤を少なくとも含む。
【００４９】
本発明の液晶素子においては、スメクチック相液晶材料は、バルク材料として分子長軸又はｎ−ダイレクタが層法線に対してチルト角を有し、スメクチック液晶材料の分子長軸がプリセット配向方向と平行に配向してその長軸が層法線になる。分子配向増強剤は、バルク材料として分子軸又はｎ−ダイレクタが層法線に対してチルト角を有せず、分子配向増強剤は分子内に二重結合構造を有する。
【００５０】
（チルト角の確認）
上記チルト角は次のような方法で確認できる。
【００５１】
（層法線からの分子チルトの測定方法）
検光子と偏光子がクロスニコルとしてセットされた偏光顕微鏡を用いて液晶の分子方向（ｎ−ダイレクタ）を測定できる。ｎ−ダイレクタが層法線として配向されていると、クロスニコルの状態で、プリセット分子配向方向が検光子の吸収角と合致するときに液晶パネルを通る透過光は最小になる、すなわち、消光角を示す。ｎ−ダイレクタが層法線として配向されていないで、層法線からのチルト角を有する場合、クロスニコルの状態で液晶パネルを通る透過光は最小でない、すなわち、消光角を示さない。
【００５２】
（液晶材料の配向の確認）
【００５３】
液晶材料の上記配向は次のような方法で確認できる。
【００５４】
検光子と偏光子がクロスニコルにセットされた偏光顕微鏡を用いて液晶の分子方向（ｎ−ダイレクタ）を測定できる。ｎ−ダイレクタが層法線として配向されていると、クロスニコルの状態で、プリセット分子配向方向が検光子の吸収角と合致するときに液晶パネルを通る透過光は最小になる、すなわち、消光角を示す。ｎ−ダイレクタが層法線として配向されていないで、層法線からのチルト角を有する場合、クロスニコルの状態で液晶パネルを通る透過光は最小でない、すなわち、消光角を示さない。
【００５５】
（分子配向増強剤の性能の確認）
デザインされた分子配向方向がどれほど実現されるかは、次の方法によって測定できる。
【００５６】
検光子と偏光子がクロスニコルにセットされた偏光顕微鏡を用いて液晶の分子方向（ｎ−ダイレクタ）を測定できる。この分子配向の一様性も、下記のように消光角における光出力（light throughput）として定量的に測定できる。より強く配向した、すなわち、一様に配向した液晶分子は消光角における光出力が小さくなる。ｎ−ダイレクタが層法線として配向している場合、クロスニコルの状態で、プリセット分子配向方向が検光子の吸収角と合致するときに液晶パネルを通る透過光が最小になる、すなわち、消光角を示す。透過率が低いほど、分子配向が強い、すなわち、より一様であることを意味し、分子配向がより増強されたことを意味する。ｎ−ダイレクタが層法線として配向していないで、層法線からのチルト角を有する場合、クロスニコルの状態で、液晶パネルを通る透過光が最小でなく、消光角を示さない。
【００５７】
（消光角の確認）
上述した液晶素子の消光角は次のような方法で確認される。
【００５８】
検光子と偏光子がクロスニコルにセットされた偏光顕微鏡を用いて液晶の分子方向（ｎ−ダイレクタ）を測定できる。ｎ−ダイレクタが層法線として配向している場合、クロスニコルの状態で、プリセット分子配向方向が検光子の吸収角と合致するときに液晶パネルを通る透過光が最小になる、すなわち、消光角を示す。ｎ−ダイレクタが層法線として配向していないで、層法線からのチルト角を有する場合、クロスニコルの状態で、液晶パネルを通る透過光が最小でなく、消光角を示さない。
【００５９】
（好ましい態様）
本発明のある好ましい態様においては、液晶素子は、好ましくは、少なくとも一対の基板；および該一対の基板の間に配置されたスメクチック相液晶材料を含み、該スメクチック相液晶材料は、分子長軸の配向がバルク材料としての層法線に対してチルト角を有し、基板表面が充分に強い方位角アンカリングエネルギーを有し、該スメクチック相液晶材料の分子長軸を予めセットされた配向方向と平行に配向させ、その分子長軸を層に対して直角にする。
【００６０】
（充分強い方位角アンカリングエネルギーの確認）
本発明において、上述の充分強い方位角アンカリングエネルギーは、スメクチック相液晶材料の分子長軸が、その分子長軸をその層に対して垂直にして、プリセット配向方向に平行に配列させることを確認することにより、確認することが可能である。この確認は、以下の方法により達成することが可能である。
【００６１】
一般に、方位角アンカリングエネルギーは、いわゆる結晶回転法により測定可能である。この方法は、文献“An improved Azimuthal Anchoring Energy Measurement Method Using Liquid Crystals with Different Chiralities”：Y. Saitoh and A. Lien, Journal of Japanese Applied Physics Vol．３９，ｐｐ．１７９３（２０００）等に記載されている。測定システムはいくつかの装置企業から市販されている。本明細書において、特に充分強い方位角アンカリングエネルギーは、以下の通りに極めて明快に確認することができる。「充分強い方位角アンカリングエネルギー」の意味は、そのｎ−ディレクタが通常層法線から一定のチルト角を持って並ぶ液晶分子を用いてプリセット配向方向に沿って配列される液晶分子のｎ−ディレクタを得るために、最も必要なものということである。従って、調製された表面が、うまく液晶のｎ−ディレクタをプリセット配向方向に沿って配列される場合に、それは、「充分強い」アンカリングエネルギーを意味する。
【００６２】
（液晶材料）
本発明において、スメクチック相液晶材料が用いられる。本明細書において、「スメクチック相液晶材料」は、スメクチック相を示すことができる液晶材料を言う。従って、それがスメクチック相を示すことができる限り、特に制限なく液晶材料を用いることが可能である。
【００６３】
（好ましい液晶材料）
本発明においては、以下の静電容量（capacitance）特性を有する液晶材料を用いることが好ましい。
【００６４】
（分子配向増強剤）
本発明では分子配向増強剤が用いられる。ここで、“分子配向増強剤”とは、ＰＳＳ−ＬＣＤ分子配向を増強し、合わせて四重極モーメントを増強できる物質を指す。この分子配向増強剤の性能は、以下のようにしていろいろな物質から選択できる。
【００６５】
（分子配向増強剤の選択）
特にこの目的で、利用できる分子配向増強剤の選択は、以下のようなものである。
【００６６】
この物質は、完全な混合物を得るために、スメクチック液晶材料との完全な混和性を有する必要がある。このためには、物質は大部分のネマチック又はスメクチック液晶物質と同じような分子構造を有する必要がある。この分子はまた、充分良好なCoulomb-Coulomb相互作用を与えることが必要である。このためには、この物質は、その分子構造で多少電子リッチな構造、例えば二重結合を有する必要がある。
【００６７】
（好ましい分子配向増強剤）
ＰＳＳ−ＬＣＤ液晶混合物の四重極モーメントを増強するために、好ましくは分子配向増強剤が用いられる。この物質は、好ましくは、次の特徴を備えることができる：
【００６８】
（ａ）スメクチックＣ相、スメクチックＨ相、スメクチックＩ相、カイラルスメクチックＣ相、カイラルスメクチックＨ相、カイラルスメクチックＩ相、および非対称分子構造が最小なその他の相、との良好な混和性。
【００６９】
（ｂ）その物質と配向層の間のCoulomb-Coulomb相互作用を強めるために分子構造におけるパイ電子リッチな構造。
【００７０】
（１）この物質は、好ましくは、次の少なくとも（ａ）、および（ｂ）から（ｅ）までの少なくとも一つの分子構造を有する。
【００７１】
（ａ）スメクチック液晶混合物との良好な混和性のためにネッマチック様分子構造。
（ｂ）分子内に炭素−炭素二重結合構造。
（ｃ）分子内に炭素−窒素二重結合構造。
（ｄ）分子内に炭素−炭素三重結合構造。
（ｅ）分子内に窒素−窒素二重結合構造。
【００７２】
これら個々の特徴がＰＳＳ−ＬＣＤ分子配向の増強、合わせて四重極モーメントの増強として作用する。
【００７３】
（分子配向増強剤の具体的な例）
分子配向増強剤の例として次の化学式を有する物質があげられる：
【００７４】
【化１】
2008545159.tif 000004
【００７５】
（分子配向増強剤の量）
【００７６】
本発明においては、上述したようなセルの所望の性能が得られる限り、分子配向増強剤の量には特に制限はない。一般に、分子配向増強剤の量は、液晶材料全体の量（１００部）を基準として、好ましくは２部以上、より好ましくは２〜１０部、さらに２〜８部（特に、６〜８部）である。
【００７７】
（静電容量特性）
ＰＳＳ−ＬＣＤはスメクチック液晶材料を用いるが、四重極モーメントから生成される誘電分極のその予測源（expected origin）からして、各ＬＣＤでの画素静電容量は、従来型のＬＣＤｓと較べて充分に小さい。各画素における、この小さな静電容量はＴＦＴ設計のいかなる特定変更をも必要としない。ＴＦＴにおける主要設計課題は、その必要とされる電子移動度、および高い口径比の保持を伴うその静電容量である。従って、新規のＬＣＤ駆動モードがより大きな静電容量を必要とする場合、ＴＦＴは、技術的および経済的両面の観点から容易でない主要設計変更を伴うことが必要となる。ＰＳＳ−ＬＣＤの最も重要な利点の一つは、バルク液晶静電容量としてのそのより小さな静電容量である。従って、ＰＳＳ−ＬＣ材料が透過型ＬＣＤとして用いられる場合、その画素静電容量は、従来型のネマチック系ＬＣＤのそれに較べてほぼ半分〜１／３である。ＰＳＳ−ＬＣＤがＬＣｏＳディスプレイ等の反射型ＬＣＤとして用いられる場合、その画素静電容量は、透過型ネマチック系ＬＣＤに対するものとほぼ同じであり、反射型の従来型ネマチック系ＬＣＤのそれに較べてほぼ半分〜１／３である。
【００７８】
＜静電容量特性を測定する方法＞
ＬＣＤの画素静電容量は、一般的に、以下に記載される標準法により測定される。
日刊工業新聞社（日本語）の液晶デバイスハンドブック第２章２．２部：頁７０、液晶特性の測定方法（Measuring method of liquid crystal properties)。
【００７９】
試験しようとする液晶パネルをクロスニコル関係に配置される偏光子と検光子間に挿入し、液晶パネルを回転させつつ、透過光の最小光量を提供する角度を測定する。このようにして測定される角度は、消光位置の角度である。
【００８０】
（好ましい特性を有する液晶材料）
本発明において、最小の対称グループに属する液晶材料を用いることが必要とされる。液晶材料の観点からＰＳＳ−ＬＣＤ性能に対する必要条件は、液晶素子における四重極モーメントの強化である。従って、用いられる液晶分子は、最小の対称分子構造を持たなければならない。正確な分子構造は、最終素子としての要求性能に応じて決まる。最終素子がモバイル・ディスプレイ用途用である場合、むしろ、低粘度がより大きなパネル・ディスプレイ用途用のものよりも重要であって、結果としてより小さな分子量が好ましい。しかしながら、より低い粘度は混合物としての全体特性である。時折、混合物の粘度は、各分子成分によらず、分子間相互作用によって決定される。複屈折等の光学性能必要条件でさえも、また、用途に大きく依存する。従って、液晶材料における最大で唯一の必要条件は、本明細書において、スメクチック液晶分子中のその最小対称または最大非対称分子構造である。
【００８１】
（好ましい液晶材料の具体例）
本発明において、以下の液晶材料から選択される液晶材料を用いることは好ましい。勿論、これらの液晶材料は、要望どおりに、それらの２種以上の組合せまたは混合物として用いることが可能である。本発明において用いようとするスメクチック液晶材料は、スメクチックＣ相材料、スメクチックＩ相材料、スメクチックＨ相材料、カイラルスメクチックＣ相材料、カイラルスメクチックＩ相材料、カイラルスメクチックＨ相材料からなる群から選択することが可能である。
【００８２】
本発明において使用すべきスメクチック液晶材料の具体例には、以下の化合物または材料を挙げることが可能である。
【００８３】
【化２】
2008545159.tif 000005
【００８４】
（プレチルト角）
本発明による液晶素子を構成する基板表面は、好ましくは５度以下、更に好ましくは３度以下、一段と好ましくは２度以下の、充填液晶材料に対するプレチルト角を有することが可能である。充填液晶材料に対するプレチルト角は、以下の方法により測定することが可能である。
【００８５】
一般に、ＬＣＤ素子におけるプレチルトの測定方法には、ポピュラーであり測定システムが市販されているいわゆる結晶回転法が用いられる。しかしながら、本明細書において、必要とされるプレチルトはネマチック液晶材料に対するものではなく、層構造を有するスメクチック液晶材料に対するものである。従って、プレチルト角の科学的定義は、非層液晶材料に対するものとは異なる。
【００８６】
本発明のためのプレチルトの必要条件は、方位角アンカリングエネルギーを安定化させることである。プレチルトに対する最も重要な必要条件は、実際にその角度に対してではなく、方位角アンカリングエネルギーの安定化にある。プレチルト角が方位角アンカリングエネルギーとの対立を生じない限り、より高いプレチルト角は許容可能である。今まで、実験的に、現在の利用可能な配向層は、好ましい分子配向を安定化させるためのより低いプレチルト角を示唆している。しかしながら、より高いプレチルト角の必要性を否定する特定の科学的理論はない。プレチルトに対する最も重要な必要条件は、充分に安定なＰＳＳ−ＬＣＤ分子配列を提供することである。
【００８７】
市販されているポリマー系の配向材料の大部分は、プレチルト角のデータと共に販売されている。プレチルト角が知られていない場合、値は特定セル条件に対する代表的なプレチルト角として結晶回転法を用いて測定可能である。
【００８８】
（アンカリングエネルギーの提供）
アンカリングエネルギーを与える方法は、その方法が、スメクチック相液晶材料の分子長軸がその分子長軸をその層に対して垂直にして、プリセット配向方向に平行に配列させるために充分強い方位角アンカリングエネルギーを与えることが可能である限り、特に限定されない。本方法の具体例には、例えば、ポリマー層の機械的ラビング、その上部表面が偏光ＵＶ光により晒されるポリマー層、金属酸化物材料の斜方蒸着、等を挙げることが可能である。アンカリングエネルギーを与えるこれらの方法の文献として、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本語）の液晶デバイスハンドブック、第２章２．１、２．１．４部：頁４０、および２．１．５部、頁４７を参照することが可能である。
【００８９】
金属酸化物材料の斜方蒸着の場合に、斜方蒸着角は、好ましくは、７０度以上、更に好ましくは７５度以上、一段と好ましくは８０度以上であることが可能である。
【００９０】
＜液晶分子に対する分子初期配向状態を測定する方法＞
一般に、液晶分子の主軸は、光軸とよく合致する。従って、液晶パネルが、偏光子が検光子に直角に配置されるクロスニコル構造に置かれる場合に、透過光の強度は、液晶の光軸が検光子の吸収軸とよく合致する場合に最も小さくなる。初期配向軸の方向は、液晶パネルが、透過光の強度を測定しつつクロスニコル構造中で回転し、それにより、透過光の最小強度を与える角度を測定することができる方法によって測定することができる。
【００９１】
＜液晶分子主軸の方向と配向処理方向との平行度を測定する方法＞
ラビングの方向は設定角により決定されると共に、ラビングにより与えられるポリマー配向フィルム最外層の遅軸は、ポリマー配向フィルムの種類、フィルムを製造するための方法、ラビング強度、等により決定される。従って、消光位置が遅軸の方向と平行に提供される場合に、分子主軸、すなわち、分子の光軸が遅軸の方向と平行にあることが確認される。
（基板）
本発明において使用可能な基板は、それが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する基板は、ＬＣＤの使用法または用途、その材料およびサイズ、等の観点から適切に選択することができる。本発明において用いることができるその特定例には、以下が挙げられる。
その上にパターン化透明電極（ＩＴＯ等）を有するガラス基板
非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板
低温ポリシリコンＴＦＴアレイ基板
高温ポリシリコンＴＦＴアレイ基板
単結晶シリコンアレイ基板
【００９２】
（好ましい基板例）
これらの中で、本発明が大型液晶表示パネルに適用される場合において、以下の基板を用いることは好ましい。
非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板
【００９３】
（配向膜）
本発明において使用可能な配向膜は、それが上述した本発明に従う「チルト角」等を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する配向膜は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。例えば、文献に例示されるような種々の配向膜は、一般に、本発明において用いることが可能である。本発明において、用いることができるこうした配向膜の具体的な好ましい例には、以下が挙げられる。
【００９４】
ポリマー配向膜：ポリイミド、ポリアミド、ポリアミド−イミド
無機配向膜：ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、Ｃｒ２Ｏ３、等
【００９５】
（好ましい配向膜例）
これらの中で、本発明が投影型液晶ディスプレイに適用される場合、以下の配向膜を用いることは好ましい。
無機配向膜
【００９６】
本発明において、上述の基板、液晶材料、および配向膜として、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本、東京）発行の“Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”（１９８９）に記載されているそれぞれの項目に対応する材料、成分または構成要素を用いることは可能である。
【００９７】
（他の構成要素）
本発明による液晶ディスプレイを構成するために用いられる透明電極、電極パターン、マイクロカラーフィルタ、スペーサ、および偏光子等の他の材料、構成要素または成分は、それらが本発明の目的に反しない限り（すなわち、それらが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り）、特に限定されない。加えて、本発明において使用可能である液晶表示素子を製造するための方法は、液晶表示素子が上述の特定「初期分子配向状態」を与えるために構成されるべきであることを除き、特に限定されない。液晶表示素子を構成するための種々の材料、構成要素または成分の詳細に関しては、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本、東京）発行の“Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”（１９８９）を参照することは可能である。
【００９８】
（具体的な初期配向を実現するための手段）
こうした配向状態を実現するための手段または方策は、それが上述の具体的な「初期分子配向状態」を実現することができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する具体的な初期配向を実現するための手段または方策は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。
【００９９】
以下の手段は、好ましくは、本発明が大型テレビパネル、小型高解像度表示パネル、および直視型ディスプレイに適用される場合に用いることが可能である。
【０１００】
（初期配向を与えるための好ましい手段）
本発明者らの知見によれば、上述の適する初期配向は、以下の配向膜（焼成により形成される配向膜の場合、その厚さは焼付け後の厚さで示される）およびラビング処理を用いることにより、容易に実現することが可能である。他方、通常の強誘電性液晶ディスプレイにおいて、配向膜の厚さは３，０００Ａ（オングストローム）以下、ラビング強度（すなわち、ラビングの押し込み量）は０．３ｍｍ以下である。
【０１０１】
配向膜の厚さ：好ましくは４，０００Ａ以上、さらに好ましくは５，０００Ａ以上（特に、６，０００Ａ以上）
ラビング強度（すなわち、ラビングの押し込み量）：好ましくは０．３ｍｍ以上、さらに好ましくは０．４ｍｍ以上（特に、０．４５ｍｍ以上）
【０１０２】
上述の配向膜厚さおよびラビング強度は、例えば、これから現れる実施例１に記載されるようなやり方で測定することが可能である。
【０１０３】
（本発明と背景技術の比較）
本明細書において、本発明の上述の構造および構成の理解を容易にする目的のため、本発明による液晶素子のいくつかの特徴を、各種構造を有するものと比較して説明する。
【０１０４】
（本発明の理論的背景）
本発明は、高解像度を有する小画面ＬＣＤｓおよび大画面直視型ＬＣＤテレビ用途、ならびに高倍率投影型パネルに対する重要な利点であると考えられるＰＳＳ−ＬＣＤｓの分子配向の詳細な検討および解析に基づく。次に、本発明の技術背景を記載する。
【０１０５】
（分極遮蔽型スメクチック液晶ディスプレイ）
分極遮蔽型スメクチック液晶ディスプレイ（ＰＳＳ−ＬＣＤ）は、四重極モーメントを強化するために最小の対称分子構造の液晶材料を用いる、米国特許出願第ＵＳ−２００４／０１９６４２８Ａ１号明細書中に記載されている。この特許出願は、ＰＳＳ−ＬＣＤの基本メカニズムを論じている。また、この特許はＰＳＳ−ＬＣＤｓを製造するための実際的な方法を記載している。
【０１０６】
上記特許出願に記載されているように、ＰＳＳ−ＬＣＤの最も独特のポイントの一つは、初期配向状態として具体的な液晶分子配向を有することである。それらの自然分子ｎ−ディレクタ配向が表面の強い方位角アンカリングエネルギーと併せてスメクチック層からの特定チルトを有する、ある種のスメクチック液晶材料を用いて、この分子ｎ−ディレクタは層法線に並ぶように強制される。換言すれば、そのｎ−ディレクタが層法線から一定のチルト角を有する最小の対称分子は、図５に示すように、そのｎ−ディレクタを、特定の人工配向力により層法線に配列される。
【０１０７】
この初期配向は、ＰＳＳ−ＬＣＤで独特のディスプレイ性能を生成する。この分子配向は、そのｎ−ディレクタが層に対して垂直であるスメクチックＡ相と類似であるが、しかしながら、この特定分子配向は、液晶分子がより弱い極角アンカリング表面条件における強い方位角アンカリングエネルギー表面下にある場合にのみ実現される。従って、これらの分子は分極遮蔽スメクチックまたはＰＳＳ相と称する。この特許出願は、高性能ＰＳＳ−ＬＣＤｓを実現するための最も必要な条件を与えるための基本的な方法を与える。ＰＳＳ−ＬＣＤでこの人工のｎ−ディレクタ配向を実現するため、強い方位角分子配向ならびにより弱い極角（ｐｏｌａｒ）アンカリングは、特許出願に記載されるように最も必要なものである。
【０１０８】
従来型のネマチック系ＬＣＤｓは、それらの初期分子配向に対する分子間力に基づく立体相互作用を用いる。立体相互作用は、それらの分子アンカリングが人工的なｎ−ディレクタ変更の必要性なしでｎ−ディレクタを順序付けているネマチック液晶分子の大部分に対して、充分に良好な初期分子アンカリングエネルギーを与える。ネマチック液晶分子の配向性質のために、それらのｎ−ディレクタは、常に、一定のオーダパラメータ下で一つの同じ方向に配列される。
【０１０９】
ネマチック液晶分子と違って、スメクチック液晶分子は層構造を形成する。この層構造は真の構造ではなく、仮想構造である。ネマチック液晶に対するものよりも高位のスメクチック液晶のパラメータのために、スメクチック液晶分子はより高位の分子配向を有し、それらの質量中心配向を形成する。スメクチック液晶の自然分子配向に較べて、ネマチック液晶は、決して、スメクチック液晶のそれ等の一定の規則状態にそれらの質量中心を保持してそれら自身を配向させることはない。
【０１１０】
本発明は、一定の配向表面上の最小の対称スメクチック液晶分子のスメクチック相における初期分子ｎ−ディレクタの観点からの、方位角アンカリングエネルギーおよび極角アンカリングエネルギーの基礎研究に基づく。周知の現象の一つとして、分子間力相互作用に基づく立体相互作用は、クーロン−クーロン相互作用により提供されるものよりも、遙かに弱いものである。スメクチック液晶分子といくつかの配向表面の間のCoulomb-Coulomb相互作用を増強するために、特に最も対称性が低いスメクチック液晶分子と配向層の高い極性表面の間の表面相互作用が研究された。
【０１１１】
（ＰＳＳ−ＬＣＤにおける表面アンカリングの理論的解析）
本発明はいかなる理論によっても限定されるべきではない。以下のある種の理論の記載は、本発明者の知識および種々の検討（研究および実験を含む）に基づくと共に、こうした理論は、本明細書において、本発明の可能なメカニズムのより良い理解の目的のためだけに記載される。
【０１１２】
初期のＰＳＳ−ＬＣ構造用の必要な条件を明確にするために、ＰＳＳ−ＬＣセルの自由エネルギーは以下の表現に基づくと考えられる。３主要自由エネルギーは以下のように表される：
（ａ）弾性エネルギー密度：ｆｅｌａｓ
【０１１３】
【数１】
2008545159.tif 000006
【０１１４】
式中、ＢおよびＤ１は、それぞれ、スメクチック相および粘弾性定数である。
座標系は図６に示すように設定される。
式中φは図６に示す方位角であり、ｘはセル厚さ方向として設定される。
（ｂ）弾性相互作用エネルギー：ｆｅｌｅｃ
【０１１５】
【数２】
2008545159.tif 000007
【０１１６】
電界は静電ポテンシャルφにより与えられる：すなわち、；
【０１１７】
【数３】
2008545159.tif 000008
【０１１８】
以下の式により表される誘電異方性条件は、
【０１１９】
【数４】
2008545159.tif 000009
【０１２０】
四重極モーメントからの寄与を表すためのものである。
（ｃ）表面相互作用エネルギー密度：Ｆｓｕｒｆ
１９８４年に刊行された文献Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ，  Ｖｏｌ．  １１４，頁１５１中の彼等の論文のダールおよびラガーウォール（Ｄａｈｌ  ａｎｄ  Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により、表面相互作用エネルギー密度は以下の式として表される；
【０１２１】
【数５】
2008545159.tif 000010
【０１２２】
式中、θは図６に示す分子チルト角であり、γｐ、γｔ、γｄは、表面相互作用係数であり、ａｔはプレチルト角であり、ａｄは図６に設定されるｚ−方向からの好ましい方向角である。
【０１２３】
表面相互作用エネルギー密度に関して、ＰＳＳ−ＬＣＤの初期分子配向条件の観点から必要とされる条件は、図６中におけるθ＝０およびｆ＝３π／２である。これらの条件を勘案して、式（３）は、今、以下となる；
【０１２４】
【数６】
2008545159.tif 000011
【０１２５】
また、ＰＳＳ−ＬＣＤの好ましいプレチルト角はゼロであり、結果として、式（４）は以下となる；
【０１２６】
【数７】
2008545159.tif 000012
【０１２７】
式（１）、（２）、および（５）を用いて、単位面積Ｆ当りの全体自由エネルギーは以下である；
【０１２８】
【数８】
2008545159.tif 000013
【０１２９】
ここで、対称表面アンカリング：γｄ０＝γｄ１、およびφ→３ｐ／２が式（６）に導入される；
【０１３０】
【数９】
2008545159.tif 000014
【０１３１】
初期状態として、Ｅ＝０が式（７）に導入される、
【０１３２】
【数１０】
2008545159.tif 000015
【０１３３】
ここで、好ましい方向角ｄｄはｚ−方向に設定され、粘弾性定数Ｄは以下のように表すことができる；
【０１３４】
【数１１】
2008545159.tif 000016
【０１３５】
Ｆを最小化するためには、
【０１３６】
【数１２】
2008545159.tif 000017
【０１３７】
従って、ＰＳＳ−ＬＣ分子が図５に示すｚ−方向に平行であることが好ましいことは明白である。また、式（１０）は、ＰＳＳ−ＬＣ分子が、特定スメクチック層弾性定数および同じ層中の液晶分子粘度を得るために、下部（bottom）から上部表面まで一様に（in uniform）積み重なる（stack）ことを必要とする条件を与える。
【０１３８】
上述のように、本発明の本質的な概念は、ラビング方向等の設定配向方向に、スメクチック層法線からのチルト角を有するスメクチック液晶分子ディレクタの強化に基づく。それらの分子ディレクタが、バルク形状としてスメクチック層法線に対するチルト角を有するスメクチック液晶分子の一部の範疇を用いる分子ディレクタ配向の強化は、プリセット配向方向にスメクチック液晶分子ディレクタを強制する。この強化は、スメクチック液晶分子ディレクタが図５に示すようにスメクチック層に直角に配向することを可能とする。
【０１３９】
ＰＳＳ−ＬＣＤの独特の電気光学性能は、スメクチック液晶分子のこの特定の分子配向により生成することができる。ＰＳＳ−ＬＣＤｓのこれらの独特の特徴的な特性の一つは、パネルギャップと駆動電圧間のその関係であることが可能である。
【０１４０】
殆どの公知のＬＣＤｓの場合において、それらは、それらのパネルギャップを増大することにより一層高い駆動電圧を必要とする。パネルギャップ増加のために、必要印加電圧は電界強度を保持するために増大されねばならない。
【０１４１】
しかしながら、本発明によるＰＳＳ−ＬＣＤにおいて、時折、パネルギャップが増大する場合に、より少ない電圧しか必要としない場合がある。ＰＳＳ−ＬＣＤパネルにおける強い方位角アンカリングエネルギーの必要性のために、パネルギャップの増加は、パネル中の液晶分子のアンカリングの弱化を招き、駆動用のより低い電圧を与える。この事実は、また、上述のＰＳＳ−ＬＣＤｓ解釈の証拠の一つである。
【０１４２】
（クーロン−クーロン相互作用を強化するための実際的な方法）
スメクチック液晶の層構造の存在のために、層構造と配向界面間の特定バランスは、常に、きれいな分子配向の観点から大いに関心のある所である。特に、強い方位角アンカリングエネルギーを必要とするＰＳＳ−ＬＣＤの場合に、いかに強いアンカリングエネルギーがそれらの生来の層構造を乱すことなく液晶分子に与えられるかが、最も重要である。
【０１４３】
前章で理論的に論じたように、強い方位角アンカリングは、ＰＳＳ−ＬＣＤ構造を実現するために最も必要なものである。本発明者は、生来の液晶層構造の形成を乱すことなく強いアンカリングエネルギーを引き起こすための実際的な方法を見出すために実験的努力を行った。実験的努力の過程において、全体ＰＳＳ−ＬＣ混合物から一部の特定液晶分子を強調することが、層構造を形成することにより充分に強いアンカリングエネルギーを与えるための効果的な方法の一つであることを見出してきた。スメクチック液晶中の層構造の強い自己形成力のために、充分に強いアンカリングエネルギーを引き起こすことは容易ではない。表面アンカリングが余りに強い場合、スメクチック液晶の形成層構造は歪められるか、または最悪の場合、破壊される。きれいな層構造を優先することは、常に、層に垂直であるスメクチック液晶分子ｎ−ディレクタ配向を形成することができないであろうＰＳＳ−ＬＣ分子配向の破綻を招く。ＰＳＳ−ＬＣＤ中のきれいな分子配向を得るために最も重要なことは、液晶分子に対して、極角アンカリングエネルギーである弱い接着性アンカリングエネルギーと共に強い方位角アンカリングエネルギーを与えることである。
【０１４４】
（本発明の好ましい態様）
本発明の中心概念は、スメクチック液晶層に垂直な初期分子ｎ−ディレクタを強調することである。この表面強調の役割は、ＰＳＳ液晶分子に対して方位角アンカリングを引き起こし、比較的弱い極角アンカリングを保持することの観点から、ＰＳＳ液晶分子と特定表面間の充分強いクーロン−クーロン相互作用を与えることである。
【０１４５】
上述のように、本発明の一部の好ましい態様は以下の通りである：
【０１４６】
（１）それらの分子ｎ−ディレクタが、図７に示すようにそれらのスメクチック層法線からいくらかのチルト角を有する特定スメクチック液晶材料を用いる。
（２）それらのスメクチック液晶がスメクチックＣ、スメクチックＨ、スメクチックＩ相および他の最小対称分子構造相群に属する。カイラルスメクチックＣ、カイラルスメクチックＨ、カイラルスメクチックＩ相は、また、米国特許出願第ＵＳ−２００４／０１９６４２８Ａ１号明細書に記載されているように、ＰＳＳ−ＬＣＤ性能用の必要基準を満たす。
【０１４７】
（３）強い方位角アンカリングならびにより弱い極角アンカリングエネルギーを印加して、スメクチック層法線からの自然ｎ−ディレクタチルトが層法線にあるように強制される。この機能の結果として、ＰＳＳ液晶材料は、一般に、以下の相系列（phase sequence）を示す：
【０１４８】
等方相−（ネマチック）−スメクチックＡ−ＰＳＳ相−（スメクチックＸ）−結晶。本明細書において、括弧「（）」は、必ずしも必要でないことを意味する。
【０１４９】
（４）ＰＳＳ−ＬＣＤの顕著な特徴的な特性の一つは、スメクチックＡ相中とＰＳＳ相中のそれの間で同じ消光角を保持することである。スメクチックＣ相の消光角は、スメクチックＣ相の層法線からの分子チルト角のために、スメクチックＡ相のそれとは常に異なる。従って、スメクチックＡ相とＰＳＳ相間の同じ消光角は、ＰＳＳ相の独特の特性である。
【０１５０】
（５）上記機能の結果として、配向ＰＳＳ−ＬＣセルは、１０未満、更に好ましくは５未満、最も好ましくは２未満等の誘電率の小さな異方性を示す。誘電率の異方性は、ＰＳＳ−ＬＣＤにおける測定周波数の関数である。たいていの従来型ＬＣＤｓに対する双極子モーメントと違った四重極モーメントの使用のために、誘電率の異方性は、プローブ電圧の周波数に応じて決まる。本明細書において、誘電率の異方性の好ましい値は、１ｋＨｚの矩形波で測定することが好ましい。
【０１５１】
（６）上記条件を満足させる調製されたＰＳＳ−ＬＣＤセルは、外部からの印加電界の方向に応じて分子チルトの特定方向を示す。四重極結合のために、ＰＳＳ−ＬＣ分子は印加電界の方向の違いを告げる。これはＰＳＳ−ＬＣＤの極めて異なる特徴的な特性の一つである。複屈折モードを用いるすべての従来型ネマチック系ＬＣＤｓは、双極子モーメント結合を利用する、従って、それらは印加電界の方向の違いを言わない。印加電圧の電位の違いだけがそれらのＬＣＤｓを駆動する。ＰＳＳ−ＬＣＤ分子は、それらが自発分極を有しないが、印加電圧の方向を検出することによりそれらのチルト方向を変える。これも、また、ＰＳＳ−ＬＣＤの四重極モーメント系駆動の支持理論の一つである。
【０１５２】
（分子配向増強剤の添加）
本発明による特徴の主要な機能は好ましくは次のようなものである。
上の理論的背景で述べたように、分子配向増強剤は配向層のトップ表面で仲介者として働く。対称性がきわめて低いＰＳＳ分子の分子構造のため、クリーンな分子配向を達成することは、特に方位角（azimuthal）分子配向とスメクチック層形成の特定のバランスをとりつつ達成することはそれほど容易ではない。これらのスメクチック液晶混合物に対する良好な混和性媒質は単一混合物をバルク混合物で維持する。いったん混合物がＬＣＤセルに充填され、配向層の表面に出合うと、媒質は配向層のトップ表面に選択的にアンカーされる。媒質物質は本来容易にアンカーする分子構造を有するため、容易にアンカーした分子は媒質物質と共にスメクチック液晶の分子配向を増強する。したがって、媒質物質の主要な機能はある種の配向インストラクターという機能である。強くアンカーされた物質はスメクチック液晶分子の秩序ある配向を促進する。
【０１５３】
この状況は、ＰＳＳ−ＬＣＤセルの特定誘電率（ε）の注意深い測定によって確認できる。図７に示されている基板と平行に形成される、配向層に積み重なった層状構造のため、各層が特定範囲の印加電場周波数に対してユニークな誘電応答を示す。図８は、本発明で採用されたＰＳＳ−ＬＣＤパネルで実際に測定された結果を示す。数十Ｈｚという低い周波数領域においては、表面にアンカーされた増強剤がε測定のためのプルーブ（ｐｒｏｖｅ）電圧に対して部分的に応答するだろう。増強剤分子の上にあるスメクチック液晶は大部分がフルに応答できるであろう。すなわち、このような数十Ｈｚという低い周波数領域は大きなキャパシタンスを有する。周波数が高くなって、例えば数百Ｈｚになると、徐々に表面にアンカーされた増強剤分子は応答するのが難しくなる。依然としてスメクチック液晶は大部分がフルに応答でき、したがって、セル全体のεは低周波数領域に比べてある程度の減少を示す。周波数がさらに高くなると、スメクチック液晶分子の応答はさらに制限され、εはさらに減少する。配向増強剤を用いなくても、同様のεの分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が観測される。しかし、増強剤を用いない場合、数十Ｈｚと数百Ｈｚの間のεの減少はずっと小さく、増強剤を用いた場合に比べてはっきりしない。増強剤を用いない場合に観測されるεの減少は、液晶層にはっきりしたアンカー層が存在しないために多少連続的な減少になる。他方、増強剤を用いた場合、はっきりしたアンカー層が存在するため、周波数の関数としてのεの減少は一次相変化のようなものになり、それはεの非常にはっきりした減少を意味する。図８は、ＰＳＳ−ＬＣＤセルで実際に測定された結果を示す。図８に示されているように、３００  Ｈｚと７００  Ｈｚの間の急減少がはっきりと見られる。７  ＫＨｚと１０  ＫＨｚの間のεの減少は、スメクチック液晶の低いプルーブ（ｐｒｏｖｅ）電圧による制限された応答のためである。対照的に、図９は増強剤を用いないスメクチック液晶混合物セルを示す。これら二つのセルの違いは、増強剤があるかないかだけである。図９に示された増強剤を含まないセルは１  ＫＨｚ付近でのはっきりとした変化なしに対数スケール周波数で連続的に減少していることが明らかである。図８と９は、明らかに、この物質が液晶分子配向を増強する物質として働くことを示す。したがって、本発明の効果、すなわち、この物質による分子配向の増強、は、誘電率（ε）の周波数依存性によって確認できる。本発明の明確な規準は、＋／−  １Ｖ：矩形波プルーブ（ｐｒｏｖｅ）電圧を用いる特定測定条件の下での５００  Ｈｚと１  ＫＨｚの間のｅのはっきりした減少の存在によって検出され確認される。
【０１５４】
以下に、具体的な実施例を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。
【実施例】
【０１５５】
実施例１
実施例１
（本発明）
自家製スメクチックＣ相液晶混合物材料が調製された。混合物の主な分子構造は次のようなものである：
【０１５６】
【化３】
2008545159.tif 000018
【０１５７】
調製された非自発分極スメクチック液晶混合物に３  ｗｔ％の次の分子構造の物質を添加した。この全体の混合物が下で説明する様に調製されたサンプル・パネルに充填される：
【０１５８】
【化４】
2008545159.tif 000019
【０１５９】
添加されたこの特定物質は次の合成スキームによって調製された。
【０１６０】
【化５】
2008545159.tif 000020
【０１６１】
混合後、混合物の相系列を、インステック（Ｉｎｓｔｅｃ）：コロラドの会社、により作製された「ホットステージ」（タイプ：ＨＣＳ２０６）、およびニコン：日本の会社、により作製された偏光顕微鏡を用いることにより、バルク材として測定した。混合物は、バルク形状として室温でスメクチックＣ相を示す。スメクチックＣ相は、スメクチック層法線からの分子ディレクタチルトを示し、その結果、クロスニコル下における消光角は層法線からのいくらかのチルトを有する。
【０１６２】
等方相からネマチック相へ：８９℃、ネマチック相からスメクチックＡ相へ：７９℃、スメクチックＡ相からスメクチックＣ相へ：７５℃、スメクチックＣ相から結晶へ：１４℃。試料パネルを調製し、ｉ試料パネルを以下のやり方でこの混合物で充填した。
【０１６３】
液晶分子配向材料用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を、１．５度未満の分子プレチルト角配向材料として用いた。硬化層としての配向層の厚さを７００Ａに設定した。この硬化配向層の表面を、図１０に示すように基板の中心線に対して３０度の方向にレーヨン布によりラビングした。研磨布の押し込み量を上部、下部基板共に０．５ｍｍに設定した。
【０１６４】
二つの研磨基板を、それらのラビング方向が平均径１．６μｍを有する二酸化ケイ素スペーサ球を用いて互いに平行になるように積層した。光学多重反射を用いることによる測定で得られるパネルギャップは１．９μｍであった。
【０１６５】
上記液晶混合物を、１０５℃の等方相温度で調製パネル中に充填した。パネルを混合物で充填した後、混合物が３８℃である室温近くのＰＳＳ相を示すまで、周辺温度を２℃／分下げるように制御した。次に、制御なしの自然冷却により、パネル温度が室温に達した後、パネルに＋／−１０Ｖ、５００Ｈｚの三角波電圧を５分印加した。５分の電圧印加後、パネルをその液晶充填孔からチップオフした。
【０１６６】
完成したパネルについて、偏光顕微鏡（ニコン）およびホットステージ（インステック：タイプＨＣＳ２０６）下でその相系列を測定した。最初に、パネル温度をホットステージにより１０５℃まで上げ、次に、温度を１．５℃／分の速度で下げた。パネルは、８９℃で等方相からネマチック相へ、７７．２℃でネマチック相からスメクチックＡ相へ、７１．１℃でスメクチックＡ相からＰＳＳ相へ、および４℃でＰＳＳ相から結晶への相転移を示した。
【０１６７】
バルクとパネル間のこれらの異なる相転移温度は、緩い冷却速度により広く見られる現象である過冷却効果によって説明された。顕著な事実は、ＰＳＳ−ＬＣＤ条件を満たしたこのパネルが、スメクチックＡ相とＰＳＳ相間で同じ消光角を示すことである。これはＰＳＳ−ＬＣＤ特定の特徴的な特性である。
【０１６８】
このパネルについて、また、ＤＣバイアス電圧６Ｖ下でプレシジョン（Precision）ＬＣＲ計（アジェレント（Agelent）：タイプ４７７４）を用いて、その誘電率の異方性を測定した。プローブ電圧＋／−１Ｖ、１ｋＨｚ、矩形波電圧を用いた。誘電率の測定異方性は２．５であった。この値は、平均的な従来型ＬＣＤｓのほぼ１／３である。従って、このＰＳＳ−ＬＣＤパネルは従来型ＬＣＤｓに較べて一段と広い駆動可能性を与える。
【０１６９】
このパネルの電気光学測定は、図１１に示すような三角波電圧の印加によりアナログ階調を示した。バルクとしてのスメクチック液晶材料に対する本発明の効果の観点から最も有意な事実は、分子ディレクタがＰＳＳ相における研磨角に対して傾かないように、本発明の液晶分子配向が効果的に防止することである。このバルクとしてのスメクチックＣ相における分子チルトの防止は、本発明の本質的な効果である。一定のパネル条件下で分子チルトを防止することにより、従来型の液晶駆動法によるアナログ階調は、その優れた性能を示すことが可能となる。
実施例２
（コントロール）
市販されている２容器システムのＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−０００とＺＬＩ−４８５１−１００）、およびこれらのＦＬＣ混合物に対して逆カイラリティー物質を用いてほぼゼロ自発分極混合物が調製された。調製された混合物は７５  ｗｔ％のＺＬＩ−４８５１−０００、２０  ｗｔ％のＺＬＩ−４８５１−１００、および５  ｗｔ％の逆カイラリティー物質を含む。液晶分子配向物質としては、ＲＮ１１９９（日産化学工業）が１乃至１．５度のプレチルト角配向物質として用いられた。硬化層としての配向層の厚さは１，０００  Ａから１，２００  Ａに設定された。この硬化配向層の表面をレイヨン布で基板のセンターラインに対して３０度の方向にラビングした。ラビングの押し込み量は両基板ともに０．４  ｍｍとした。スペーサとしては平均粒径が１．６ミクロンの二酸化シリコン粒子が用いられる。得られたパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃という等方相温度でパネルに注入した。混合材料を注入した後、混合材料が強誘電性液晶相を示すまで（４０℃）、周辺温度を制御して、毎分２℃の割合で徐冷した。その後自然冷却によってパネルが室温に達した後、１０分間、＋／−  １０  Ｖ，  ５００  Ｈｚの三角波電圧がパネルに印加された。このパネルの初期分子配向方向は、パネルの上面図（ｔｏｐ  ｖｉｅｗ）でラビング方向から部分的に右方向にチルトし、部分的に左方向にチルトしていた。ラビング角からのチルト角は、両側でラビング方向から２１．６度であった。
ラビング方向からの分子チルトのために、このパネルはＰＳＳ−ＬＣＤパネルに見られるようなアナログ階調を示さなかった。
【０１７０】
実施例３（対照）
自家製のスメクチックＣ相液晶混合物材料を調製した。混合物の主要分子構造は以下のとおりである：
【０１７１】
【化６】
2008545159.tif 000021
【０１７２】
混合後、混合物の相系列を、インステック：コロラドの会社、により作製された「ホットステージ」（タイプ：ＨＣＳ２０６）、およびニコン：日本の会社、により作製された偏光顕微鏡を用いることにより、バルク材として測定した。混合物は、バルク形状として室温でスメクチックＣ相を示す。スメクチックＣ相は、スメクチック層法線からの分子ディレクタチルトを示し、その結果、クロスニコル下における消光角は層法線からのいくらかのチルトを有する。
【０１７３】
等方相からネマチック相へ：９２℃、ネマチック相からスメクチックＡ相へ：８３℃、スメクチックＡ相からスメクチックＣ相へ：７９℃、スメクチックＣ相から結晶へ：１３℃。この混合物で充填した試料パネルを以下のように調製した。
【０１７４】
液晶分子配向材料用に、ＳＥ−６１０（日産化学工業）を、５度を超える分子プレチルト角配向材料として用いた。硬化層としての配向層の厚さを８００Ａに設定した。この硬化配向層の表面を、図１０に示すように基板の中心線に対して３０度の方向にレーヨン布によりラビングした。研磨布の押し込み量を上部、下部基板共に０．１ｍｍに設定した。二つの研磨基板を、それらのラビング方向が平均径１．６μｍを有する二酸化ケイ素スペーサ球を用いて互いに平行になるように積層した。光学多重反射を用いることによる測定で得られるパネルギャップは１．９μｍであった。上記液晶混合物を、１０５℃の等方相温度で調製パネル中に充填した。パネルを混合物で充填した後、混合物が３８℃である室温近くのＰＳＳ相を示すまで、周辺温度を２℃／分下げるように制御した。次に、制御なしの自然冷却により、パネル温度が室温に達した後、パネルに＋／−１０Ｖ、５００Ｈｚの三角波電圧を５分印加した。５分の電圧印加後、パネルをその液晶充填孔からチップオフした。
【０１７５】
完成したパネルについて、偏光顕微鏡（ニコン）およびホットステージ（インステック：タイプＨＣＳ２０６）下でその相系列を測定した。最初に、パネル温度をホットステージにより１０５℃まで上げ、次に、温度を１．５℃／分の速度で下げた。パネルは、９０．５℃で等方相からネマチック相へ、８０．８℃でネマチック相からスメクチックＡ相へ、７２．３℃でスメクチックＡ相からスメクチックＣ相へ、および４℃でスメクチックＣ相から結晶への相転移を示した。バルクとパネル間のこれらの異なる相転移温度は、緩い冷却速度により広く見られる現象である過冷却効果によって説明された。顕著な事実は、ＰＳＳ−ＬＣＤ条件を満たすパネルが、スメクチックＡ相とＰＳＳ相で同じ消光角を示すことである。
【０１７６】
このパネルについて、また、ＤＣバイアス電圧６Ｖ下でプレシジョンＬＣＲ計（アジェレント：タイプ４７７４）を用いて、その誘電率の異方性を測定した。プローブ電圧＋／−１Ｖ、１ｋＨｚ、矩形波電圧を用いた。誘電率の測定異方性は３．７であった。この値は、平均的な従来型ＬＣＤｓのほぼ１／２である。従って、このパネルは、従来型ＬＣＤｓに較べてより広い駆動可能性のウィンドウを潜在的に与える。
【０１７７】
このパネルの電気光学的な測定は、図１２に示されたような三角波電圧の印加によるアナログ階調を示した。実施例１における結果と比べると、このパネルのコントラスト比は実施例１におけるものより低い。表はパネルのコントラスト比を比較している。この例ではパネルのコントラスト比は１９０  ：  １であり、実施例１ではコントラスト比は３６０  ：  １である。このようなコントラスト比の低下は、小さなドメインエリアにおける消光角の変動による。局所的な消光角のこの変動は、この例の方位角アンカリングエネルギーが充分に強くないためである。この例と異なり、配向増強剤を用いた実施例１のケースにおいては、消光角の局所的な変動は排除され、高いコントラスト比が得られる。
【０１７８】
【表２】
2008545159.tif 000022
表２  コントラスト比の差
【０１７９】
実施例４
（本発明）
次のような主な構造の液晶物質で構成される自家製のスメクチックＣ相液晶材料を用いて本発明の効果を調べた。
【０１８０】
【化７】
2008545159.tif 000023
【０１８１】
用いた分子配向増強剤は次のような分子式で示される。
【０１８２】
【化８】
2008545159.tif 000024
【０１８３】
分子配向増強剤はスメクチックＣ相液晶混合物の２  ｗｔ％で混合される。増強剤を含むこの全体混合物は何もカイラル物質を含まないのでカイラリティーを示さない。この混合物は、等方、スメクチックＡ、スメクチックＣ、およびバルク材としての結晶、という相系列を示す。
【０１８４】
混合後、混合物の相系列を、インステック：コロラドの会社、により作製された「ホットステージ」（タイプ：ＨＣＳ２０６）、およびニコン：日本の会社、により作製された偏光顕微鏡を用いることにより、バルク材として測定した。混合物は、バルク形状として室温でスメクチックＣ相を示す。スメクチックＣ相は、スメクチック層法線からの分子ディレクタチルトを示し、その結果、クロスニコル下における消光角は層法線からのいくらかのチルトを有する。
【０１８５】
等方相からスメクチックＡ相へ：７７℃、スメクチックＡ相からスメクチックＣ相へ：７１℃、スメクチックＣ相から結晶へ：−１０℃。この混合物で充填した試料パネルを以下のように調製した。
【０１８６】
液晶分子配向材料用に、ＲＮ−１１７５（日産化学工業）を、１．０度未満の分子プレチルト角配向材料として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６００Ａに設定した。この硬化配向層の表面を、図１０に示すように基板の中心線に対して３０度の方向にレーヨン布によりラビングした。研磨布の押し込み量を上部、下部基板共に０．４ｍｍに設定した。
【０１８７】
二つの研磨基板を、それらのラビング方向が平均径１．６μｍを有する二酸化ケイ素スペーサ球を用いて互いに平行になるように積層した。光学多重反射を用いることによる測定で得られるパネルギャップは１．９μｍであった。
【０１８８】
上記液晶混合物を、１００℃の等方相温度で調製パネル中に充填した。パネルを混合物で充填した後、混合物が３８℃である室温近くのＰＳＳ相を示すまで、周辺温度を２℃／分下げるように制御した。次に、制御なしの自然冷却により、パネル温度が室温に達した後、パネルに＋／−１０Ｖ、５００Ｈｚの三角波電圧を５分印加した。５分の電圧印加後、パネルをその液晶充填孔からチップオフした。
【０１８９】
完成したパネルについて、偏光顕微鏡（ニコン）およびホットステージ（インステック：タイプＨＣＳ２０６）下でその相系列を測定した。最初に、パネル温度をホットステージにより１００℃まで上げ、次に、温度を１．５℃／分の速度で下げた。パネルは、７６℃で等方相からスメクチックＡ相へ、６７．２℃でスメクチックＡ相からＰＳＳ相へ、および−１４℃でＰＳＳ相から結晶への相転移を示した。
【０１９０】
バルクとパネル間のこれらの異なる相転移温度は、緩い冷却速度により広く見られる現象である過冷却効果によって説明された。顕著な事実は、ＰＳＳ−ＬＣＤ条件を満たしたこのパネルが、スメクチックＡ相とＰＳＳ相間で同じ消光角を示すことである。これはＰＳＳ−ＬＣＤ特定の特徴的な特性である。
【０１９１】
このパネルについて、また、ＤＣバイアス電圧６Ｖ下でプレシジョン（Precision）ＬＣＲ計（アジェレント（Agelent）：タイプ４７７４）を用いて、その誘電率の異方性を測定した。プローブ電圧＋／−１Ｖ、１ｋＨｚ、矩形波電圧を用いた。誘電率の測定異方性は１．８であった。この値は、平均的な従来型ＬＣＤｓのほぼ１／４である。従って、このＰＳＳ−ＬＣＤパネルは従来型ＬＣＤｓに較べて一段と広い駆動可能性を与える。
【０１９２】
このパネルの電気光学測定は、図１３に示すような三角波電圧の印加によりアナログ階調を示した。バルクとしてのスメクチック液晶材料に対する本発明の効果の観点から最も有意な事実は、分子ディレクタがＰＳＳ相における研磨角に対して傾かないように、本発明の液晶分子配向が効果的に防止することである。このバルクとしてのスメクチックＣ相における分子チルトの防止は、本発明の本質的な効果である。一定のパネル条件下で分子チルトを防止することにより、従来型の液晶駆動法によるアナログ階調は、その優れた性能を示すことが可能となる。
【０１９３】
（従来型技術との比較）
上記の検討および実施例、特に好ましい態様（セクション３およびセクション４）および実施例の記載から、分極遮蔽スメクチック液晶ディスプレイ（ＰＳＳ−ＬＣＤｓ）に基づく本発明は、従来型ＰＳＳ−ＬＣＤと比較して、よりクリアなＰＳＳ液晶分子配向を示し、より高い製造収率を与える。
【０１９４】
（本発明の効果）
本発明は、立証された製造方法により現在存在する大型ＬＣＤパネル製造装置の大部分を用いて、自動遮断効果によってより少ない画像ボケを伴う中間調レベルにおける充分に速い光学応答を有する大画面直視型テレビ向けの高品質画像を可能とする。これは、製造におけるコスト利点を与える。本発明は、また、時間分割カラー法を用いて、特に第３世代携帯電話用途用の高解像度ＬＣＤｓを有する小型画面を可能とする。時間分割カラーシステム用のＲＧＢ・ＬＥＤバックライトを用いることにより、より広い彩度がその色再現においてより高い画像品質を作成する。これは、天然色再現を必要とするデジタルカメラモニタディスプレイにとって極めて重要である。
【０１９５】
更に、上述のように、本発明は、特定の分子構造を有する液晶分子の四重極モーメントおよびその起源の解析メカニズム結果および検討に基づく。更に、本発明は、前に報告した本発明者の技術：ＰＳＳ−ＬＣＤｓの詳細な検討により、合理的な製造コストで高性能ＬＣＤｓを製造するための具体的な方法を提供する。本発明の概念は、特定の剤を用いる液晶分子配向増強であり、それは、パネルの電気的−光学的性能の向上のみならず、より実際的なボリューム製造を可能とする。
【０１９６】
このように記載されてきた本発明から、本発明が多くのやり方で変えることが可能であることは明らかである。こうした変形は、本発明の精神および範囲からの逸脱とは見なされるべきではなく、当業者には明白であろう全てのこのような修正は、以下のクレームの範囲内に包含されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１】ＴＦＴ−ＬＣＤにおける現状のＲＧＢ副画素構造の一般的な例を示す模式断面図である。
【図２】ＴＶ画像における画像速度差を模式的に示す。
【図３】高速光学応答駆動モードで実現された高い開口率と高い解像度を模式的に示す。
【図４】時間分割カラー表示における低速応答および高速応答の例を示す模式的なグラフである。グラフ（ａ）はネマチックタイプ・ディスプレイの場合を示し、グラフ（ｂ）はＰＳＳ−ＬＣＤタイプ・ディスプレイの場合を示す。
【図５】Ｚ−方向に平行なＰＳＳ−ＬＣ分子を模式的に示す。
【図６】ＰＳＳ−ＬＣ分子セッティングの調整の一例を模式的に示す。
【図７】基板と平行に形成された配向層に積み重なった層状構造の一例を模式的に示す。
【図８】本発明で採用した（分子配向増強剤を用いた）ＰＳＳ−ＬＣＤパネルの場合に得られた実際の測定結果の一例を示す。
【図９】分子配向増強剤を用いないスメクチック液晶混合物セルの一例を模式的に示す。
【図１０】積層パネルのラビング（ないしバフィング）角を説明するための模式図である。
【図１１】ＰＳＳ−ＬＣＤのアナログ階調応答の例を模式的に示す。
【図１２】斜方蒸着配向層パネルのアナログ階調応答の例を模式的に示す。
【図１３】斜方蒸着配向層パネルのアナログ階調応答の他の例を模式的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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