(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるフッ素含有液晶化合物及び下記一般式（２）で表されるフッ素含有液晶化合物を含有する液晶組成物であって、該液晶組成物の３０重量％以上が、下記一般式（１）中のＲf’中のＲ*が−ＣＨ（Ｆ）−で示される鎖状のフッ素カイラルを有する複数のフッ素含有液晶化合物からなるラセミ体であることを特徴とする液晶組成物。
【化１】
0003854750.tif 000037
を表わす。
ａ，ｂ，ｃは夫々独立に０又は１〜３の整数（但し、ａ＋ｂ＋ｃは少なくとも１である）を表わす。
Ａ及びＢは夫々独立に下記のグループ（方向は問わない）より選択される（ｋは１〜４の整数である）。
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−（ＣＨ2ＣＨ2）k−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ2−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−
Ｘ，Ｙ，Ｚは夫々独立に、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＣＨ3、−ＣＦ3、−ＯＣＦ3、−ＣＮ、−ＮＯ2より選択される。
ｌ，ｍ，ｎは夫々独立に０又は１〜４の整数を表わす。
Ｄは下記のグループ（方向は問わない）より選択される。
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＯＣ−ＣrＨ2r−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯ−、−Ｏ−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−ＣrＨ2r−、−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＯＳＯ2−、−ＳＯ2−、−ＳＯ2−ＣrＨ2r−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＳＯ2−、−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＣＯ−、−ＣＨ＝Ｎ−、及びこれらの組み合わせ。ここで、ｒ及びｒ’は独立に０〜２０の整数、ｓは各（ＣsＨ2sＯ）について独立に１〜１０の整数、ｔは１〜６の整数、ｐは０〜４の整数である。
Ｒは、
−Ｏ−（（Ｃq'Ｈ2q'-v'−（Ｒ’）v'）−Ｏ）w−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
−（（Ｃq'Ｈ2q'-v'−（Ｒ’）v'）−Ｏ）w−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
【化２】
0003854750.tif 000038
−ＣＲ’Ｈ−（Ｄ）g−ＣＲ’Ｈ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
を表わし、Ｒ’は独立に、−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ3、−ＮＯ2、−ＣＮ、−Ｈ、−ＣqＨ2q+1、−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q+1、−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q+1、−Ｂｒ、−ＯＨ、−ＯＣqＨ2q+1を表す。ｑ’は各（Ｃq'Ｈ2q'−Ｏ）について独立に１〜２０の整数、ｑは１〜２０の整数、ｗは０〜１０の整数、ｖは０〜６の整数、各ｖ’は独立に０〜６の整数、ｇは１〜３の整数である。各Ｄは独立に前記Ｄが選択されるグループ（方向は問わない）から選択される（但し、Ｄを含む環は３〜１０の原子から環が構成される）。各Ｗは独立にＮ、ＣＲ’、ＳｉＲから選択される。Ｒはカイラルもしくはアカイラルである。
Ｒf’は−Ｒ*−Ｄ−（Ｏ）x−ＣＨ2−Ｄ’−Ｒfを表わし、ここでＲ*は環状或いは鎖状のカイラル部分である。Ｄ及びＤ’は夫々独立に前記Ｄが選択されるグループ（方向を問わない）から選択される。ｘは０又は１の整数、Ｒfはフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、フルオロエーテル基、パーフルオロエーテル基を表わす。〕
【化３】
0003854750.tif 000039
を表わす。
ａ，ｂ，ｃは夫々独立に０又は１〜３の整数（但し、ａ＋ｂ＋ｃは少なくとも２である）を表わす。
Ａ及びＢは夫々独立に下記のグループ（方向は問わない）より選択される（ｋは１〜４の整数である）。
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−（ＣＨ2ＣＨ2）k−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ2−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−
Ｘ，Ｙ，Ｚは夫々独立に、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＣＨ3、−ＣＦ3、−ＯＣＦ3、−ＣＮ、−ＮＯ2より選択される。
ｌ，ｍ，ｎは夫々独立に０又は１〜４の整数を表わす。
Ｄは下記のグループ（方向は問わない）より選択される。
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−ＣrＨ2r−、−ＯＳＯ2−、−ＳＯ2−、−ＳＯ2−ＣrＨ2r−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＳＯ2−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＣＯ−。ここで、ｒ及びｒ’は独立に１〜２０の整数、ｓは各（ＣsＨ2sＯ）について独立に１〜１０の整数、ｔは１〜６の整数、ｐは０〜４の整数である。
Ｒは、直鎖状或いは分岐状のいずれでもよく、
−Ｏ−（ＣqＨ2q−Ｏ）w−Ｃq'Ｈ2q'+1、
−（ＣqＨ2q−Ｏ）w−Ｃq'Ｈ2q'+1、−ＣqＨ2q−Ｒ’、
−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｒ’、−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｒ’、
−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q−Ｒ’である。ここでＲ’は−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ3、−ＮＯ2、−ＣＮ、−Ｈ、−Ｏ−ＯＣ−Ｃq'Ｈ2q'+1、−ＣＯ−Ｏ−Ｃq'２q'+1のいずれかである。ｑ及びｑ’は夫々独立に１〜２０、ｗは１〜１０である。
Ｒfは−（ＣＦ2）w'−Ｏ−（ＣxＦ2xＯ）zＣyＦ2y+1であり、ここでｗ’は５〜１６の整数、ｘは各（ＣxＦ2xＯ）について夫々独立に１〜１０の整数、ｙは１〜１０の整数、ｚは１〜１０の整数である。〕
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンター等に用いられるライトバルブに使用される液晶組成物、液晶素子及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から最も広範に用いられてきているディスプレイとしてはＣＲＴが、テレビやＶＴＲなどの動画出力、或いはパーソナルコンピュータ等のモニターとして広く用いられている。しかしながら、ＣＲＴはその特性上、静止画像に対してはフリッカや解像度不足による走査縞等が視認性を低下させたり、焼き付きによる蛍光体の劣化が起こったりする。また、最近ではＣＲＴが発生する電磁波が人体に悪影響を与えることがわかり、ＶＤＴ作業者の健康を害することが懸念されている。そして、ＣＲＴはその構造上、画面後方に広く体積を有することが必須であることから、情報機器の利便性を著しく阻害し、オフィス、家庭の省スペース化を阻害している。このようなＣＲＴの欠点を解決するものとして液晶素子がある。例えば、Ｍ．シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とＷ．ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）第１２７頁〜１２８頁において示されたツイステッドネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄ  ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いたものが知られている。近年、このタイプの液晶を用いてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）タイプと呼ばれる液晶素子の開発、製品化が行われている。このタイプの液晶素子は、一つ一つの画素にトランジスタを作製するものであり、クロストークの問題がなく、また、近年の急速な生産技術の進歩によって１０〜１２インチクラスのディスプレイがよい生産性で作られている。しかしながら、さらに大きなサイズ或いは動画を問題なく再現できるという点の６０Ｈｚ以上のフレーム周波数という点では、未だ生産性、液晶の応答速度、視野角に問題が存在している。
【０００３】
一方、自発分極をスイッチングトルクとする液晶素子が、クラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガウェル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書）カイラルスメクチック液晶素子がある。この素子に用いる液晶としては、一般にカイラルスメクチックＣ相またはカイラルスメクチックＨ相を有する強誘電性液晶が用いられている。この強誘電性液晶は、自発分極により反転スイッチングを行うため、非常に早い応答速度を有し、さらに視野角特性も優れていることから、高速、高精細、大面積の単純マトリクス表示素子或いはライトバルブとして適していると考えられる。また、最近ではチャンダニ、竹添らにより、カイラルスメクチック反強誘電性液晶素子も提案されている（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）第２７巻、１９８８年Ｌ７２９頁）。そして、最近、この反強誘電性液晶材料のうち、しきい値レスで、ヒステリシスが小さく、階調表示に有利な特性を有するＶ字型応答特性が発見された（例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス  第３６巻、１９９７年、第３５８６頁）。また、自発分極をスイッチングトルクとするＶ字スイッチング液晶としては、単安定表面安定化ＦＬＣ（例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス  第６１巻、１９８７年、第２４００頁）、デフォームドヘリックスＦＬＣ（例えば、フェロエレクトリクス  第８５巻、１９８８年、第１７３頁）、ツイストスメクチックＦＬＣ（例えば、アプライド・フィジックス・レターズ  第６０巻、１９９２年、第２８０頁）、しきい値レス反強誘電性液晶、高分子液晶安定化ＦＬＣ（例えば、ＳＩＤ’９６  ダイジェスト  １９９６年、第６９９頁）などがある。これらの液晶を用い、アクティブマトリクスタイプの液晶素子とし、高速のディスプレイを実現しようという動きが活発になってきている（例えば、特開平９−５００４９号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記強誘電性を有するカイラルスメクチック液晶を用いたアクティブマトリクスタイプの液晶素子においては、ヒステリシスに基づく残像、経時的な配向の劣化、焼き付き等信頼性の面で尚問題があり、この面での改善が強く求められている。
【０００５】
また、強誘電性を有するカイラルスメクチック液晶を用いたアクティブマトリクスタイプの液晶素子においては、液晶の有する自発分極が液晶に印加されるスイッチング電圧を著しく降下させることが知られており、該自発分極の低減化が大きな課題となっている。また、液晶材料の信頼性の面では、ネマチック系液晶材料に比べて著しく遅れており、なお様々な課題が残っている。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、高速応答、高画質、高信頼性のカイラルスメクチック液晶材料を提供し、該液晶材料を用いて高性能の液晶素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、以下の構成をとることにより、上記課題を解決し、高速応答、高画質、高信頼性の液晶素子が実現することを見出し、本発明を達成した。
【０００８】
即ち本発明の液晶組成物は、  下記一般式（１）で表されるフッ素含有液晶化合物及び下記一般式（２）で表されるフッ素含有液晶化合物を含有する液晶組成物であって、該液晶組成物の３０重量％以上が、下記一般式（１）中のＲf’中のＲ*が−ＣＨ（Ｆ）−で示される鎖状のフッ素カイラルを有する複数のフッ素含有液晶化合物からなるラセミ体であることを特徴とする。
【０００９】
【化５】
0003854750.tif 000002
を表わす。
【００１０】
ａ，ｂ，ｃは夫々独立に０又は１〜３の整数（但し、ａ＋ｂ＋ｃは少なくとも１である）を表わす。
【００１１】
Ａ及びＢは夫々独立に下記のグループ（方向は問わない）より選択される（ｋは１〜４の整数である）。
【００１２】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−（ＣＨ2ＣＨ2）k−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ2−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−
【００１３】
Ｘ，Ｙ，Ｚは夫々独立に、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＣＨ3、−ＣＦ3、−ＯＣＦ3、−ＣＮ、−ＮＯ2より選択される。
【００１４】
ｌ，ｍ，ｎは夫々独立に０又は１〜４の整数を表わす。
【００１５】
Ｄは下記のグループ（方向は問わない）より選択される。
【００１６】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＯＣ−ＣrＨ2r−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯ−、−Ｏ−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−ＣrＨ2r−、−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＯＳＯ2−、−ＳＯ2−、−ＳＯ2−ＣrＨ2r−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＳＯ2−、−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＣＯ−、−ＣＨ＝Ｎ−、及びこれらの組み合わせ。ここで、ｒ及びｒ’は独立に０〜２０の整数、ｓは各（ＣsＨ2sＯ）について独立に１〜１０の整数、ｔは１〜６の整数、ｐは０〜４の整数である。
【００１７】
Ｒは、
−Ｏ−（（Ｃq'Ｈ２q'-v'−（Ｒ’）v'）−Ｏ）w−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
−（（Ｃq'Ｈ２q'-v'−（Ｒ’）v'）−Ｏ）w−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
【００１８】
【化６】
0003854750.tif 000003
−ＣＲ’Ｈ−（Ｄ）g−ＣＲ’Ｈ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
を表わし、Ｒ’は独立に、−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ3、−ＮＯ2、−ＣＮ、−Ｈ、−ＣqＨ2q+1、−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q+1、−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q+1、−Ｂｒ、−ＯＨ、−ＯＣqＨ2q+1を表す。ｑ’は各（Ｃq'Ｈ2q'−Ｏ）について独立に１〜２０の整数、ｑは１〜２０の整数、ｗは０〜１０の整数、ｖは０〜６の整数、各ｖ’は独立に０〜６の整数、ｇは１〜３の整数である。各Ｄは独立に前記Ｄが選択されるグループ（方向は問わない）から選択される（但し、Ｄを含む環は３〜１０の原子から環が構成される）。各Ｗは独立にＮ、ＣＲ’、ＳｉＲから選択される。Ｒはカイラルもしくはアカイラルである。
【００１９】
Ｒf’は−Ｒ*−Ｄ−（Ｏ）x−ＣＨ2−Ｄ’−Ｒfを表わし、ここでＲ*は環状或いは鎖状のカイラル部分である。Ｄ及びＤ’は夫々独立に前記Ｄが選択されるグループ（方向を問わない）から選択される。ｘは０又は１の整数、Ｒfはフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、フルオロエーテル基、パーフルオロエーテル基を表わす。
【００２０】
【化７】
0003854750.tif 000004
を表わす。
【００２１】
ａ，ｂ，ｃは夫々独立に０又は１〜３の整数（但し、ａ＋ｂ＋ｃは少なくとも２である）を表わす。
【００２２】
Ａ及びＢは夫々独立に下記のグループ（方向は問わない）より選択される（ｋは１〜４の整数である）。
【００２３】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−（ＣＨ2ＣＨ2）k−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ2−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−
【００２４】
Ｘ，Ｙ，Ｚは夫々独立に、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＣＨ3、−ＣＦ3、−ＯＣＦ3、−ＣＮ、−ＮＯ2より選択される。
【００２５】
ｌ，ｍ，ｎは夫々独立に０又は１〜４の整数を表わす。
【００２６】
Ｄは下記のグループ（方向は問わない）より選択される。
【００２７】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−ＣrＨ2r−、−ＯＳＯ2−、−ＳＯ2−、−ＳＯ2−ＣrＨ2r−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＳＯ2−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＣＯ−。ここで、ｒ及びｒ’は独立に１〜２０の整数、ｓは各（ＣsＨ2sＯ）について独立に１〜１０の整数、ｔは１〜６の整数、ｐは０〜４の整数である。
【００２８】
Ｒは、直鎖状或いは分岐状のいずれでもよく、
−Ｏ−（ＣqＨ2q−Ｏ）w−Ｃq'Ｈ2q'+1、
−（ＣqＨ2q−Ｏ）w−Ｃq'Ｈ2q'+1、−ＣqＨ2q−Ｒ’、
−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｒ’、−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｒ’、
−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q−Ｒ’である。ここでＲ’は−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ3、−ＮＯ2、−ＣＮ、−Ｈ、−Ｏ−ＯＣ−Ｃq'Ｈ2q'+1、−ＣＯ−Ｏ−Ｃq'2q'+1のいずれかである。ｑ及びｑ’は夫々独立に１〜２０、ｗは１〜１０である。
【００２９】
Ｒfは−（ＣＦ2）w'−Ｏ−（ＣxＦ2xＯ）zＣyＦ2y+1であり、ここでｗ’は５〜１６の整数、ｘは各（ＣxＦ2xＯ）について夫々独立に１〜１０の整数、ｙは１〜１０の整数、ｚは１〜１０の整数である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
また、本発明の液晶素子に用いられる、本発明の液晶組成物は、スメクチック相または潜在的スメクチック相を持つフッ素含有液晶化合物であって、（ａ）カイラルまたはアカイラルな、少なくとも一つの連鎖中エーテル酸素を有していてもよいフルオロケミカル末端部分と、（ｂ）ラセミでないアカイラルな炭化水素末端部分と、（ｃ）上記（ａ）末端部分と（ｂ）末端部分とを結んでいる中央コア部分からなるフッ素含有液晶化合物を含有し、ラセミまたは自発分極が相殺関係にある複数のカイラルなフッ素含有液晶化合物を３０重量％以上含有している液晶組成物である。
【００４０】
本発明の液晶組成物に用いられる、スメクチック相または潜在的スメクチック相を持つフッ素含有液晶化合物であって、（ａ）カイラルまたはアカイラルな、少なくとも一つの連鎖中エーテル酸素を有していてもよいフルオロケミカル末端部分と、（ｂ）ラセミでないアカイラルな炭化水素末端部分と、（ｃ）上記（ａ）末端部分と（ｂ）末端部分とを結んでいる中央コア部分からなるフッ素含有液晶化合物としては、例えば、米国特許第５，０８２，５８７号明細書、ＷＯ９３／２２３９６号、米国特許第５，４８２，６５０号明細書、ＷＯ９６／３３２５１号等に記載されている化合物が挙げられ、具体的には、以下の一般式（１）、（２）、（３）で表される化合物が好ましい構造として例示される。
【００４１】
【化９】
0003854750.tif 000005
を表わす。
【００４２】
ａ，ｂ，ｃは夫々独立に０又は１〜３の整数（但し、ａ＋ｂ＋ｃは少なくとも１である）を表わす。
【００４３】
Ａ及びＢは夫々独立に下記のグループ（方向は問わない）より選択される（ｋは１〜４の整数である）。
【００４４】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−（ＣＨ2ＣＨ2）k−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ2−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−
【００４５】
Ｘ，Ｙ，Ｚは夫々独立に、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＣＨ3、−ＣＦ3、−ＯＣＦ3、−ＣＮ、−ＮＯ2より選択される。
【００４６】
ｌ，ｍ，ｎは夫々独立に０又は１〜４の整数を表わす。
【００４７】
Ｄは下記のグループ（方向は問わない）より選択される。
【００４８】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＯＣ−ＣrＨ2r−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＯ−、−Ｏ−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−ＣrＨ2r−、−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＯＳＯ2−、−ＳＯ2−、−ＳＯ2−ＣrＨ2r−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＳＯ2−、−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＣＯ−、−ＣＨ＝Ｎ−、及びこれらの組み合わせ。ここで、ｒ及びｒ’は独立に０〜２０の整数、ｓは各（ＣsＨ2sＯ）について独立に１〜１０の整数、ｔは１〜６の整数、ｐは０〜４の整数である。
【００４９】
Ｒは、
−Ｏ−（（Ｃq'Ｈ2q'-v'−（Ｒ’）v'）−Ｏ）w−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
−（（Ｃq'Ｈ2q'-v'−（Ｒ’）v'）−Ｏ）w−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
【００５０】
【化１０】
0003854750.tif 000006
−ＣＲ’Ｈ−（Ｄ）g−ＣＲ’Ｈ−ＣqＨ2q+1-v−（Ｒ’）v、
を表わし、Ｒ’は独立に、−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ3、−ＮＯ2、−ＣＮ、−Ｈ、−ＣqＨ2q+1、−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q+1、−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q+1、−Ｂｒ、−ＯＨ、−ＯＣqＨ2q+1を表す。ｑ’は各（Ｃq'Ｈ2q'−Ｏ）について独立に１〜２０の整数、ｑは１〜２０の整数、ｗは０〜１０の整数、ｖは０〜６の整数、各ｖ’は独立に０〜６の整数、ｇは１〜３の整数である。各Ｄは独立に前記Ｄが選択されるグループ（方向は問わない）から選択される（但し、Ｄを含む環は３〜１０の原子から環が構成される）。各Ｗは独立にＮ、ＣＲ’、ＳｉＲから選択される。Ｒはカイラルもしくはアカイラルである。
【００５１】
Ｒf’は−Ｒ*−Ｄ−（Ｏ）x−ＣＨ2−Ｄ’−Ｒfを表わし、ここでＲ*は環状或いは鎖状のカイラル部分である。Ｄ及びＤ’は夫々独立に前記Ｄが選択されるグループ（方向を問わない）から選択される。ｘは０又は１の整数、Ｒfはフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、フルオロエーテル基、パーフルオロエーテル基を表わす。
【００５２】
【化１１】
0003854750.tif 000007
を表わす。
【００５３】
ａ，ｂ，ｃは夫々独立に０又は１〜３の整数（但し、ａ＋ｂ＋ｃは少なくとも２である）を表わす。
【００５４】
Ａ及びＢは夫々独立に下記のグループ（方向は問わない）より選択される（ｋは１〜４の整数である）。
【００５５】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−（ＣＨ2ＣＨ2）k−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ2−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−
【００５６】
Ｘ，Ｙ，Ｚは夫々独立に、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＣＨ3、−ＣＦ3、−ＯＣＦ3、−ＣＮ、−ＮＯ2より選択される。
【００５７】
ｌ，ｍ，ｎは夫々独立に０又は１〜４の整数を表わす。
【００５８】
Ｄは下記のグループ（方向は問わない）より選択される。
【００５９】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−（ＣsＨ2sＯ）t−Ｃr'Ｈ2r'−、−ＣrＨ2r−、−ＯＳＯ2−、−ＳＯ2−、−ＳＯ2−ＣrＨ2r−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＳＯ2−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＣＯ−。ここで、ｒ及びｒ’は独立に１〜２０の整数、ｓは各（ＣsＨ2sＯ）について独立に１〜１０の整数、ｔは１〜６の整数、ｐは０〜４の整数である。
【００６０】
Ｒは、直鎖状或いは分岐状のいずれでもよく、
−Ｏ−（ＣqＨ2q−Ｏ）w−Ｃq'Ｈ2q'+1、
−（ＣqＨ2q−Ｏ）w−Ｃq'Ｈ2q'+1、−ＣqＨ2q−Ｒ’、
−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｒ’、−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｒ’、
−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q−Ｒ’である。ここでＲ’は−Ｃｌ、−Ｆ、−ＣＦ3、−ＮＯ2、−ＣＮ、−Ｈ、−Ｏ−ＯＣ−Ｃq'Ｈ2q'+1、−ＣＯ−Ｏ−Ｃq'2q'+1のいずれかである。ｑ及びｑ’は夫々独立に１〜２０、ｗは１〜１０である。
【００６１】
Ｒfは−（ＣＦ2）w'−Ｏ−（ＣxＦ2xＯ）zＣyＦ2y+1であり、ここでｗ’は５〜１６の整数、ｘは各（ＣxＦ2xＯ）について夫々独立に１〜１０の整数、ｙは１〜１０の整数、ｚは１〜１０の整数である。
【００６２】
【化１２】
0003854750.tif 000008
を表わす。
【００６３】
ａ，ｂ，ｃは夫々独立に０又は１〜３の整数（但し、ａ＋ｂ＋ｃは少なくとも２である）を表わす。
【００６４】
Ａ及びＢは夫々独立に下記のグループ（方向は問わない）より選択される。
【００６５】
共有結合、−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＯ−Ｓｅ−、−ＣＯ−Ｔｅ−、−ＣＨ2ＣＨ2−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ2−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−
【００６６】
Ｘ，Ｙ，Ｚは夫々独立に、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＣＨ3、−ＣＮ、−ＮＯ2より選択される。
【００６７】
ｌ，ｍ，ｎは夫々独立に０又は１〜４の整数を表わす。
【００６８】
Ｄは−ＣＯ−Ｏ−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＣrＨ2r−、−ＣrＨ2r−、−ＯＳＯ2−、−ＳＯ2−、−ＳＯ2−ＣrＨ2r−、−Ｏ−ＣrＨ2r−Ｏ−Ｃr'Ｈ2r'−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＳＯ2−、−ＣrＨ2r−Ｎ（ＣpＨ2p+1）−ＣＯ−である。ここで、ｒ及びｒ’は独立に１〜２０の整数、ｐは０〜４の整数である。
【００６９】
Ｒは、直鎖状或いは分岐状のいずれでもよく、−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｏ−Ｃq'Ｈ2q'+1、−ＣqＨ2q−Ｏ−Ｃq'Ｈ2q'+1、−ＣqＨ2q−Ｒ’、−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｒ’、−ＣＯ−Ｏ−ＣqＨ2q−Ｒ’、−Ｏ−ＯＣ−ＣqＨ2q−Ｒ’のいずれかであり、Ｒ’は−Ｏ−ＯＣ−Ｃq'Ｈ2q'+1または−ＣＯ−Ｏ−Ｃq'Ｈ2q'+1、ｑ及びｑ’は独立に１〜２０である。
【００７０】
ＲfはＣqＦ2q−Ｘであり、ここでＸは−Ｈまたは−Ｆ、ｑは独立に１〜２０である。
【００７１】
さらに、具体的な構造の例を挙げる。
【００７２】
【化１３】
0003854750.tif 000009
【００７３】
【化１４】
0003854750.tif 000010
【００７４】
【化１５】
0003854750.tif 000011
【００７５】
【化１６】
0003854750.tif 000012
【００７６】
【化１７】
0003854750.tif 000013
【００７７】
【化１８】
0003854750.tif 000014
【００７８】
【化１９】
0003854750.tif 000015
【００７９】
【化２０】
0003854750.tif 000016
【００８０】
【化２１】
0003854750.tif 000017
【００８１】
【化２２】
0003854750.tif 000018
【００８２】
【化２３】
0003854750.tif 000019
【００８３】
【化２４】
0003854750.tif 000020
【００８４】
【化２５】
0003854750.tif 000021
【００８５】
【化２６】
0003854750.tif 000022
【００８６】
【化２７】
0003854750.tif 000023
【００８７】
【化２８】
0003854750.tif 000024
【００８８】
【化２９】
0003854750.tif 000025
【００８９】
【化３０】
0003854750.tif 000026
【００９０】
【化３１】
0003854750.tif 000027
【００９１】
【化３２】
0003854750.tif 000028
【００９２】
【化３３】
0003854750.tif 000029
【００９３】
【化３４】
0003854750.tif 000030
【００９４】
本発明の液晶素子に用いられる本発明の液晶組成物について詳しく説明する。
【００９５】
特許第２６９２８１５号の発明では、本発明の液晶組成物に用いられるフッ素含有液晶化合物ではない、いわゆる炭化水素鎖で構成される液晶化合物を用いて、自発分極の異なる化合物を混合して、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ*）の温度域を拡大、温度特性の改善を図っているが、該材料系では層傾き角の大きないわゆるシェブロン構造を形成し、コントラストがよくないという問題があった。さらには、アクティブマトリクスタイプの液晶素子に用いる場合、他の液晶材料の場合よりもさらに電圧保持率が悪化し、実使用上大きな問題が存在していた。
【００９６】
本発明の液晶組成物は、ラセミまたは自発分極が相殺関係にある複数のカイラルなフッ素含有液晶化合物を３０重量％以上含有するところに大きな特徴がある。該組成物においては、フッ素含有液晶材料特有の層傾き角の小さないわゆるブックシェルフ構造を現出し、高コントラストが実現する。また、アクティブマトリクスタイプの液晶素子における問題、即ち自発分極の低減化と信頼性の確保という点について、本発明者等が鋭意検討を行ったところ、ラセミまたは自発分極が相殺関係にある複数のカイラルなフッ素含有液晶化合物を用いた場合には、そうでない場合に比較して自発分極以外の諸特性を悪化させないばかりでなく、驚くべきことに、カイラルスメクチック相の温度範囲についてはより広い温度範囲を確保できること、粘性をも同等かそれ以下にできること、低温保存性に関しても同等かそれ以上の性能を有すること、アクティブマトリクスタイプの液晶素子用として重要な特性である電圧保持率に関しても全く変化しないことを見出した。この現象は、フルオロケミカル末端部分を有するラセミまたは自発分極が相殺関係にある複数のカイラルなフッ素含有液晶化合物の含有率が増加するに従ってその効果を発揮するが、実質的に３０重量％以上であることでその効果が顕著に得られる。より好ましくは、ラセミまたは自発分極が相殺関係にある複数のカイラルなフッ素含有液晶化合物の含有率は５０重量％以上である。
【００９７】
さらに、本発明の液晶組成物においては、含有されるラセミまたは自発分極が相殺関係にある複数のカイラルなフッ素含有液晶化合物の相対比率を変化させることで、他の特性をほとんど変化させることなく、自発分極を低減することが可能である。この点を利用して、設計される液晶素子のパラメーターに合わせて、自発分極を自由にコントロールすることができる。
【００９８】
本発明で用いられる、前述の一般式（１）中のＲf’、即ち−Ｒ*−Ｄ−（Ｏ）x−ＣＨ2−Ｄ’−ＲfのＲ*が−ＣＨ（Ｆ）−で示される鎖状のフッ素カイラルを有する具体的な例としては、先に示した、例示化合物１−１〜３６，２−１〜７３，３−１〜８４の構造のうち、１−１，２，４，５，８〜１７，２６，２８，３０，３２，３６が挙げられる。
【００９９】
次に、本発明の液晶素子の構成について説明する。
【０１００】
図１に本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図を、図２に本発明の液晶素子に周辺駆動回路を組み込んだ場合のアクティブマトリクス基板側の平面模式図を示す。図中、１１，１２は基板、１３は画素電極、１４はＴＦＴ、１６は共通電極、１５，１７は配向制御層、１８は液晶層、１９はスペーサー、２０はシール材、２１は走査信号線ドライバ、２２は情報信号線ドライバ、２３は走査信号線、２４は走査信号線端部、２５は情報信号線、２６は情報信号線端部である。
【０１０１】
本発明の液晶素子は、一対の基板１１，１２間に液晶層１８を狭持してなる。基板１１側はアクティブマトリクス基板であり、基板１２側は対向基板である。基板１１，１２は通常ガラスやプラスチック等の透明基板が用いられるが、反射型の液晶素子を構成する場合には、基板１１をシリコン基板等で構成する場合もある。基板１１上には、透明な画素電極１３と該画素電極１３に接続されたアクティブ素子とがマトリクス状に形成されている。本実施形態においてはアクティブ素子としてＴＦＴ１４が用いられている。アクティブ素子として好適なトランジスタとしては、アモルファスシリコンベース、ポリシリコンタイプ、或いはマイクロクリスタルシリコンベース、単結晶シリコン等の半導体が用いられる。ＴＦＴは通常、基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に形成された半導体層と、該半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極とから構成される。
【０１０２】
図２に示すように、画素電極１３の行間に走査信号線（ゲート線）２３が配線され、列間に情報信号線（ソース線）２５が配線されている。各ＴＦＴ１４のゲート電極は、対応する走査信号線２３に接続され、ドレイン電極は対応する情報信号線２５に接続されている。そして、走査信号線２３は端部２４を介して走査信号線ドライバ２１に接続され、情報信号線２５は端部２６を介して情報信号線ドライバ２２に接続される。走査信号線ドライバ２１は走査信号線２３を順次選択してゲートオン信号を印加し、これと同期して情報信号線ドライバ２２からは各情報信号線２５に表示データに対応する情報信号を印加する。走査信号線２３は端部２４を除いてＴＦＴ１４のゲート絶縁膜で覆われており、情報信号線２５は該ゲート絶縁膜の上に形成されている。画素電極１３は該ゲート絶縁膜の上に形成され、その一端部においてＴＦＴ１４のソース電極に接続されている。
【０１０３】
また、基板１２には、画素電極１３と対向する共通電極１６が形成されている。共通電極１６は、表示領域全体にわたる面積の１枚の電極から構成され、基準電圧が印加される。その結果、液晶層１８には情報信号電圧に応じた電圧が印加され、透過率が変化し、階調表現を行うことができる。また、画素毎に補助容量となるコンデンサが配置されることもある。
【０１０４】
画素電極１３及び共通電極１６は通常ＩＴＯ等の透明導電材で形成されるが、反射型の液晶素子を構成する場合には、画素電極１３を反射能の高い金属で構成したり、或いは画素電極の上または下に反射部材を設ける場合がある。
【０１０５】
配向制御層１５，１７の少なくとも一方は一軸配向制御層とする。一軸配向制御層の形成方法としては、例えば基板上に溶液塗工または蒸着、或いはスパッタリング等により、一酸化珪素、二酸化珪素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、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物や、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリシロキサン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂などの有機物を用いて被膜形成した後、表面をビロード、布或いは紙等の繊維状のもので摺擦（ラビング）することにより得られる。また、ＳｉＯ等の酸化物或いは窒化物などを基板の斜方から蒸着する、斜方蒸着法なども用いられ得る。また、この他にショート防止層を設けることも可能である。
【０１０６】
特に、より良好な一軸配向性を得るために、ポリイミドラビング膜を一軸配向制御層として用いることが好ましい。また、通常ポリイミドはポリアミック酸の形で塗膜し、焼成することで得られる。ポリアミック酸は溶剤に易溶解性であるため、生産性に優れる。最近では、溶剤に可溶なポリイミドも生産されており、そういった技術の進歩の上からもポリイミドはより良好な一軸配向性を得られ、高い生産性を有する点で好ましく用いられる。特に、下記一般式（Ｐ）で示される繰り返し単位を有するポリイミドが好ましく用いられる。
【０１０７】
【化３５】
0003854750.tif 000031
上記式中、
Ａ：芳香環、芳香族環、または縮合多環構造の４価の基
Ｂ：脂環基を含む脂肪族基、または
−（Ｐｈ）a−（Ｏ）c−（ＣＨ2）x−（Ｄ）e−（ＣＨ2）y−（Ｏ）d−（Ｐｈ）b−
Ｐｈ：フェニル基
【０１０８】
【化３６】
0003854750.tif 000032
Ｒ1、Ｒ2は、それぞれ独立に−Ｈまたはメチル基である。
【０１０９】
ａ，ｂ：０または１、但しａ＝ｂ
ｃ，ｄ：ａ＝ｂ＝０の時０、ａ＝ｂ＝１の時０または１、但しｃ＝ｄ
ｅ：０または１
ｘ、ｙ：それぞれ独立に１以上の整数
但し、ｘ＋ｙ＋ｅは２以上１０以下である。
【０１１０】
両基板は、スペーサー１９を介して対向している。かかるスペーサーは、基板間の距離（セルギャップ）を決定するものであり、通常シリカビーズ等が用いられる。ここで決定されるセルギャップについては、液晶材料の違いによって最適範囲及び上限値が異なるが、均一な一軸配向性、または電界無印加時に液晶分子の平均分子軸をほぼ配向処理軸の平均方向の軸と実質的に同一にする配向状態を発現させるべく、０．３〜１０μｍの範囲に設定することが好ましい。
【０１１１】
また、両基板に配向制御層としてポリイミド膜を形成した場合、その膜厚は薄い方が反電場による悪影響を抑制する意味で好ましく、また、双安定性の向上のためにも薄い方が好ましい。具体的には、２００Å以下が好ましい。
【０１１２】
本発明においては、配向制御層１５と１７が異なる構成も好ましく適用される。
【０１１３】
液晶層１８としては、前記した、特定の液晶組成物、即ち、スメクチック相または潜在的スメクチック相を持つフッ素含有液晶化合物であって、（ａ）カイラルまたはアカイラルな、少なくとも一つの連鎖中エーテル酸素を有していてもよいフルオロケミカル末端部分と、（ｂ）ラセミでないアカイラルな炭化水素末端部分と、（ｃ）上記（ａ）末端部分と（ｂ）末端部分とを結んでいる中央コア部分からなるフッ素含有液晶化合物を含有し、ラセミまたは自発分極が相殺関係にある複数のカイラルなフッ素含有液晶化合物を３０重量％以上含有している液晶組成物を用いる。好ましくは、双安定性を有する強誘電性液晶を用いる。
【０１１４】
本発明の液晶素子は、用いた液晶が自発分極をスイッチングトルクとしているため、高速液晶素子を実現することができる。例えば、５Ｖ程度の駆動電圧でスイッチングスピードとして１ｍｓｅｃ以下、或いは５００μｓｅｃ以下、さらには１００μｓｅｃ以下にすることも可能である。良好な双安定性を発現するためには、２つの状態間の遷移の活性化エネルギーが大きい必要があり、様々な方法で実現し得る。以下に双安定性を得やすい例を挙げる。
【０１１５】
カイラルスメクチック液晶においては、チルト角が大きいものが好ましく用いられる。代表的には、１５°以上が好ましい。また、ツイスト状態を持たない、ユニフォームの２状態を持つ双安定性液晶も好ましく用いられる。この場合、ツイスト状態を抑制する意味で液晶中のイオンの存在が少ないほど好ましい。さらなる例としては、自発分極があまり大きくないカイラルスメクチック液晶も２状態間のしきい値電圧が大きくなる傾向を持っており、好ましく用いられる。代表的には、自発分極は１０ｎＣ／ｃｍ2以下が好ましい。また、ヒステリシスを抑制する意味でも小さい自発分極が好ましい。
【０１１６】
本発明の液晶素子は、少なくとも２つの安定状態を有するため、この変調状態を複数のドメイン共存状態、或いは一方のドメインのみが存在する状態でメモリーすることができ、一部分をメモリー状態としその他の部分を駆動状態とする部分画素書き換え、全面メモリー状態として使用する静止画モード、また低消費電力モードといった応用展開ができるというメリットを有している。
【０１１７】
本発明の液晶素子においては、ゲートオン状態に電荷が画素である液晶セルに注入され、短時間でゲートがオフとなり、次の走査ライン上の画素に情報が書き込まれる。本発明で用いられる液晶は自発分極を有することから、ゲートオン時間内にスイッチングを完了する場合を除き、自発分極の反転に伴い、ゲートオフ時の電圧降下因子となる。従って、自発分極は大きすぎないことが好ましく、この点からも自発分極は１０ｎＣ／ｃｍ2以下が好ましい。これは、極性の不純物等の混入による配向劣化を抑制するためにも好ましい。
【０１１８】
本発明の液晶素子の好ましい駆動方法としては、一画素に着目すると、情報信号線から交互に極性の反転した、リセットと書き込みの電圧信号が入力される、いわゆるＡＣ対称駆動法である。場合によっては、ヒステリシスを改善するため、或いはその他の目的で、これら以外の電圧信号を加えてもよい。本発明において、このような極性反転駆動を行う場合、以下に記載する方法が好ましく用いられる。
【０１１９】
まず、初期状態から一方の双安定方向へスイッチングする極性の電圧信号を与え、液晶をスイッチングさせ、光変調信号に変換する。これは階調表現が可能である。次に極性の異なる信号を与えると、初期方向にスイッチングする。初期方向にスイッチングした状態は、直行した偏光板の光軸の一方を初期状態の光軸に合わせて使用するノーマリーブラックとして使用した場合、黒状態またはそれに非常に近い状態を表現することになる。この場合、表示素子としてこの素子を見ると非ホールド型表示となり、本発明の液晶素子が高速スイッチングすることから、動画表示の画質に優れる点で非常に好ましい。初期方向にスイッチングさせている期間ともう一方の双安定方向にスイッチングさせている期間の時間比は特に限定されないが、ＤＣ成分の偏りを最小化することで焼き付きを抑制する意味で、時間比を１対１とし、極性の異なる信号が直前のまたは直後の光変調信号と絶対値の同等の信号を与える方法が好ましい。
【０１２０】
また、本発明の液晶素子においては、中間電圧信号を用いることで容易にアナログ階調表現が可能である。
【０１２１】
本発明の液晶素子は透過型或いは反射型のいずれのタイプでも好適に用いられ、透過型であれば通常光源が用いられる。また、反射型であれば反射層が素子中に構成される。また、投写型、直射型のいずれにも応用される。さらに、プリンター等のライトバルブとしても使用可能である。
【０１２２】
【実施例】
（参考実施例１）
【０１２３】
〔液晶組成物〕
液晶組成物としては、以下の液晶化合物を下記重量比で混合して液晶組成物αを調整した。
【０１２４】
【化３７】
0003854750.tif 000033
混合比：Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＝５／８７／５／３（重量比）
相転移温度：Ｔisoが７８℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５０℃
チルト角：２５°（３０℃）
自発分極：３．８ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１２５】
〔セルＡ〕
厚さ１．１ｍｍのガラス基板２枚にそれぞれ、透明電極として厚さ約７０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。
【０１２６】
一方の基板に対して、下記繰り返し単位を有するポリイミド前駆体のポリアミック酸０．７重量％溶液を１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０１２７】
【化３８】
0003854750.tif 000034
【０１２８】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した後、一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施した。膜厚は６０Åであった。
【０１２９】
他方の基板に、ラダー型のポリシロキサンの母材にアンチモンドープのＳｎＯxの酸化物超微粒子（粒径約１００Å）の分散した固形分濃度５重量％のエタノール溶液を１５００ｒｐｍ、１０秒間の条件でスピンコート法により塗布した。８０℃、５分間の前乾燥を行った後、２００℃で１時間加熱乾燥した。この基板上に平均粒径が２．４μｍのシリカビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ（イソプロパノール）溶液を１５００ｒｐｍ、１０秒間の条件でスピン塗布し、分散密度１００個／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。さらに、当該基板の周辺部に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セル（空セル）を得た。
【０１３０】
前記液晶組成物ａに活性アルミナ微粒子を１重量％混合した後、上記空セルに注入した。得られたセルＡに、５Ｈｚ、±７Ｖの三角波を印加し、後述する光学応答測定法により電圧−透過率曲線を測定したところ、典型的な双安定強誘電性液晶のヒステリシスカーブが得られた。５０％反転しきい値電圧の差は５０ｍＶであった。
【０１３１】
〔アクティブ素子Ａ〕
上記セルＡ（面積：０．９ｃｍ2）、単結晶シリコントランジスタ（オン抵抗：５０Ω）、及びセラミックコンデンサ（容量：２ｎＦ）を用いて、図５に示すアクティブ素子Ａを構成した。図中、２３は走査信号線、２５は情報信号線、５１は単結晶シリコントランジスタ、５２は液晶セル、５３はコンデンサである。
【０１３２】
このアクティブ素子Ａに、選択期間が３０μｓｅｃとなるようなゲート信号を与え、情報信号線２５からは図３に示した波形を与えた。図３では、正極性方向の電圧で白もしくはグレー状態へのスイッチングを行い、負極性方向の電圧で初期（黒）状態へのリセットが行われる。１フレームは１６ｍｓｅｃで、８ｍｓｅｃを表示期間（ｔ1）、８ｍｓｅｃを非表示期間（ｔ2）とした。
【０１３３】
〔光学応答〕
作製したセルＡ及びアクティブ素子Ａの電気光学応答を測定した。測定は、光電子増倍管を備えた偏光顕微鏡を用い、透過率の変化をクロスニコル下で測定した。この時、電界無印加の状態で最暗となるようにセルを設置した。
【０１３４】
下記に白１の時の透過率を１００％とした場合の各フレーム毎の透過率を以下に示す。
【０１３５】
白２      １００％
白３      １００％
白４      １００％
グレー１    ３７％
グレー２    ４０％
グレー３    ３９％
グレー４    ３９％
黒１        ＜１％
黒２        ＜１％
黒３        ＜１％
黒４        ＜１％
【０１３６】
以上のように、前状態の如何に関わらず、再現性良く光変調が行われ、ヒステリシスほほとんどなかった。また、白状態へのスイッチングスピード（９０％スイッチングまでの時間）を測定したところ、２９０μｓｅｃであった。また、黒状態における層方向の欠陥もほとんどなく、コントラスト比は白１／黒４でとると、１０３であった。
【０１３７】
（参考実施例２）
参考実施例１で用いた液晶化合物Ａ〜Ｄを用いて、下記液晶組成物ｂ、ｃ、ｄを調整した。
液晶組成物ｂ
混合比：Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＝５／８２／１０／３（重量比）
相転移温度：Ｔisoが７９℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５０℃
チルト角：２５°（３０℃）
自発分極：４．０ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
液晶組成物ｃ
混合比：Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＝５／７２／２０／３（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８０℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５３℃
チルト角：２６°（３０℃）
自発分極：４．１ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
液晶組成物ｄ
混合比：Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＝１５／６２／２０／３（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８６℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５２℃
チルト角：２６°（３０℃）
自発分極：３．９ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１３８】
上記組成物を用い、参考実施例１と同様のアクティブ素子を作製して、参考実施例１と同様に評価したところ、いずれの素子においても黒状態の層方向の欠陥は改善されており、コントラスト比はｂ、ｃ、ｄそれぞれ、１２４、１５０、２０９であった。
【０１３９】
（参考実施例３）
参考実施例１のアクティブ素子を用い、図３の駆動波形にリセットが強くなる方向にＤＣバイアスを０．５Ｖ乗せて用いた以外は参考実施例１と同様にして評価を行ったところ、本例でも黒表示状態での層方向の欠陥はほとんど発生しなかった。
【０１４０】
（参考実施例４）
ポリイミド膜の膜厚を１２０Åにした以外は参考実施例１と同様にしてセルを作製した。このセルの５０％反転しきい値電圧の差は１００ｍＶであった。このセルを用いて参考実施例１と同様のアクティブ素子を作製し、評価したところ、階調再現性良く光変調が行われた。また、黒表示状態の層方向の欠陥はほとんどなかった。
【０１４１】
（比較例１）
参考実施例１で示した液晶化合物Ａ〜Ｄを用い、下記液晶組成物ｅを調整した。
【０１４２】
混合比：Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＝０／９７／０／３（重量比）
相転移温度：Ｔisoが７１℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が４８℃
チルト角：２５°（３０℃）
自発分極：３．７ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１４３】
上記液晶組成物ｅを用い、参考実施例１と同様にアクティブ素子を作製して評価したところ、黒表示状態で層方向の欠陥が目立った。コントラスト比を測定したところ、２３であった。
【０１４４】
（比較例２）
前記液晶組成物ｂとｄを用いて参考実施例１と同様のアクティブ素子を作製し、図４に示した駆動波形を用いて、単純マトリクス駆動におけるコントラスト比を比較したところ、ｄを用いた素子では情報信号による揺らぎが大きく、コントラスト比は８、ｂを用いた素子ではコントラスト比が１３０で、連鎖中エーテル酸素を有しないフルオロケミカル末端部分を持つフッ素含有液晶化合物を含有した効果は全く逆であった。
【０１４５】
（実施例１）
本発明の液晶素子を作製した。
【０１４６】
液晶組成物としては、以下の液晶化合物を下記重量比で混合して液晶組成物ｆを調整した。
【０１４７】
【化３９】
0003854750.tif 000035
上記化合物ＧとＨはカイラル部分の立体がそれぞれＲとＳであり、自発分極は打ち消し合う符号を持っている。
【０１４８】
混合比：Ｅ／Ｆ／Ｇ／Ｈ／Ｉ＝１０／２５／２５／１５／２５（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８５℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５３℃、高次スメクチック相または結晶相への転移温度（降温時）が−１９℃
チルト角：２６°（３０℃）
自発分極：９．７ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１４９】
上記液晶組成物ｆを用いる以外は、参考実施例１と同様にしてセルＢを作製し、さらに該セルＢを用いて、実施例１と同様にしてアクティブ素子Ｂを作製した。得られたセルＢに、５Ｈｚ、±７Ｖの三角波を印加し、参考実施例１と同様の光学応答測定法により電圧−透過率曲線を測定したところ、典型的な双安定性強誘電性液晶のヒステリシスカーブが得られた。
【０１５０】
また、上記セルＢを用いて低温保存試験を行った。−１８℃で２０時間保存したが、配向状態は保存前と全く変わらなかった。また、三角波による電圧−透過率曲線も全く変化がなかった。
【０１５１】
さらに、アクティブ素子Ｂについて、参考実施例１と同様に図３の駆動波形を用いて光学応答を評価した。以下に白１の時の透過率を１００％とした場合の各フレーム毎の透過率を示す。
【０１５２】
白２      １００％
白３      ９９％
白４      １００％
グレー１    ５２％
グレー２    ５５％
グレー３    ５５％
グレー４    ５５％
黒１        ＜１％
黒２        ＜１％
黒３        ＜１％
黒４        ＜１％
【０１５３】
以上のように、前状態の如何に関わらず、再現性良く光変調が行われ、ヒステリシスはほとんどなかった。また、白状態へのスイッチングスピード（９０％スイッチングまでの時間）を測定したところ、１８０μｓｅｃであった。また、黒状態における層方向の欠陥もほとんどなく、コントラスト比は白１／黒４でとると１０１であった。
【０１５４】
（実施例２）
実施例１で用いた液晶化合物Ｅ〜Ｉを用い、下記液晶組成物ｇを調整した。
【０１５５】
混合比：Ｅ／Ｆ／Ｇ／Ｈ／Ｉ＝１０／１５／３０／２５／２０（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８８℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５５℃、高次スメクチック相または結晶相への転移温度（降温時）が−１７℃
チルト角：２７°（３０℃）
自発分極：５．８ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１５６】
上記液晶組成物ｇを用いる以外は参考実施例１と同様にしてセルを作製し、低温保存試験を行った。−１６℃で２０時間保存したが、配向状態は保存前と全く変わらなかった。また、三角波による電圧−透過率曲線も全く変化がなかった。
【０１５７】
液晶組成物ηを用いる以外は参考実施例１と同様にしてアクティブ素子を作製し、参考実施例１と同様の評価を行ったところ、前状態の如何に関わらず、再現性良く光変調が行われ、ヒステリシスはほとんどなかった。また、白状態へのスイッチングスピード（９０％スイッチングまでの時間）を測定したところ、２１０μｓｅｃであった。また、黒状態における層方向の欠陥もほとんどなく、コントラスト比は１０５であった。
【０１５８】
（実施例３）
実施例１で用いた液晶化合物Ｅ〜Ｉを用い、下記液晶組成物ｈを調整した。
【０１５９】
混合比：Ｅ／Ｆ／Ｇ／Ｈ／Ｉ＝１０／２５／２０／１５／３０（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８４℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５１℃、高次スメクチック相または結晶相への転移温度（降温時）が−２３℃
チルト角：２６°（３０℃）
自発分極：５．６ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１６０】
上記液晶組成物ｈを用いる以外は参考実施例１と同様にしてセルを作製し、低温保存試験を行った。−２２℃で２０時間保存したが、配向状態は保存前と全く変わらなかった。また、三角波による電圧−透過率曲線も全く変化がなかった。
【０１６１】
（実施例８）
実施例１で用いた液晶化合物Ｅ〜Ｉを用い、下記液晶組成物ｉ、ｊを調整した。
液晶組成物ｉ
混合比：Ｅ／Ｆ／Ｇ／Ｈ／Ｉ＝１０／２５／２２／１８／２５（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８５℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５３℃、高次スメクチック相または結晶相への転移温度（降温時）が−１９℃
チルト角：２６°（３０℃）
自発分極：４．５ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１６２】
液晶組成物ｊ
混合比：Ｅ／Ｆ／Ｇ／Ｈ／Ｉ＝１０／２５／２１／１９／２５（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８５℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５３℃、高次スメクチック相または結晶相への転移温度（降温時）が−１９℃
チルト角：２６°（３０℃）
自発分極：２．３ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１６３】
液晶組成物ｉ、ｊを用いて、参考実施例１と同様にしてセルを作製し、電圧−透過率曲線を測定したところ、双安定性を示す参考実施例１と同様の特性が観測された。また、−１５℃で３時間放置した後、同様の測定を行なったが、その特性に変化はなかった。
【０１６４】
（比較実施例１）
実施例１で用いた液晶化合物のうち、ラセミまたは自発分極を相殺しない単独のカイラル化合物を用い、下記の組成の液晶組成物ｋを調整した。
【０１６５】
混合比：Ｅ／Ｆ／Ｇ／Ｉ＝１５／３７．５／１０／３７．５（重量比）
チルト角：２５°（３０℃）
自発分極：１０．０ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
上記液晶組成物ｋと、実施例１で用いた液晶組成物ｆの電圧保持率をそれぞれ東陽テクニカ社製「ＶＨＲ−１Ａ」で測定したところ、いずれも９９．５％であった。
【０１６６】
（比較実施例２）
実施例１で用いた液晶化合物Ｅ〜Ｇ，Ｉと、液晶化合物Ｈとはカイラル部分の立体が反対のＲであるＨ’を用いて、下記液晶組成物ｌを調整した。
【０１６７】
混合比：Ｅ／Ｆ／Ｇ／Ｈ’／Ｉ＝１０／２５／２５／１５／２５（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８５℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が５２℃、高次スメクチック相または結晶相への転移温度（降温時）が−１７℃
チルト角：２６°（３０℃）
自発分極：５０．１ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１６８】
上記液晶組成物ｌを用い、実施例１と同様にスイッチングスピードを測定し、粘性を実施例１の液晶組成物ｆと比較したところ、ｌはｆの２．４倍になっていた。
【０１６９】
また、同様にして下記液晶組成物ｍを調整した。
【０１７０】
混合比：Ｅ／Ｆ／Ｇ／Ｈ’／Ｉ＝１５／３７．５／６．２５／３．７５／３７．５（重量比）
相転移温度：Ｔisoが８２℃（昇温時）、ＳｍＡ→ＳｍＣ*が４９℃、高次スメクチック相または結晶相への転移温度（降温時）が−５℃であり、実施例１の液晶組成物ｆに比較して、カイラルスメクチックＣ相の温度範囲が狭かった。
【０１７１】
チルト角：２６°（３０℃）
自発分極：９．５ｎＣ／ｃｍ2（３０℃）
【０１７２】
上記液晶組成物ｍを用いて実施例１と同様にしてセルを作製し、低温保存試験を行った。−４℃で２０時間保存したところ、保存前には見られなかったジグザグ欠陥が多数出現し、層構造が全く変化してしまった。また、実施例１と同様にスイッチングスピードを測定したところ、３８０μｓｅｃであり、実施例１に比較して非常に遅かった。
【０１７３】
（比較実施例３）
以下の炭化水素鎖系の液晶化合物Ｊ〜Ｌを用い、ノンカイラルベースに単独カイラル化合物を用いた液晶組成物ｎと、自発分極の正負が異なるカイラルを混合して自発分極を小さくした液晶組成物ｏをそれぞれ調整した。
【０１７４】
【化４０】
0003854750.tif 000036
液晶組成物ｎの混合比：Ｊ／Ｋ＝９０／１０（重量比）
液晶組成物ｏの混合比：Ｊ／Ｋ／Ｌ＝７０／２０／１０（重量比）
実施例４と同様に電圧保持率を測定したところ、液晶組成物ｎが５５．２％、οが３６．３％であった。いずれもフッ素含有液晶化合物を用いたときに比べ非常に悪いばかりでなく、炭化水素鎖系の液晶化合物を用いて自発分極の正負が異なるカイラルを混合して自発分極を小さくした液晶組成物を調整すると、自発分極を構成する極性分子構造部分が液晶組成物中に増加することからくるイオン成分の増加と考えられる、電圧保持率の低減が認められた。
【０１７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メモリー性を有する高機能、高速応答、高画質の液晶素子が提供され、表示特性に優れた表示装置の構成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図である。
【図２】  本発明の液晶素子の一実施形態に周辺駆動回路を接続した状態のアクティブマトリクス基板側の平面模式図である。
【図３】  本発明の実施例で用いた駆動波形を示す図である。
【図４】  本発明の比較例で用いた駆動波形を示す図である。
【図５】  本発明の実施例で構成したアクティブ素子の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１１，１２  基板
１３  画素電極
１４  ＴＦＴ
１５，１７  配向制御層
１６  共通電極
１８  液晶層
１９  スペーサー
２０  シール材
２１  走査信号線ドライバ
２２  情報信号線ドライバ
２３  走査信号線
２４  走査信号線端部
２５  情報信号線
２６  情報信号先端部
５１  単結晶シリコントランジスタ
５２  液晶セル
５３  コンデンサ
【図１】
0003854750.tif 000040
【図２】
0003854750.tif 000041
【図３】
0003854750.tif 000042
【図４】
0003854750.tif 000043
【図５】
0003854750.tif 000044