[0001]【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶を用いた素子に関する。通常のネマティック液晶を用いたTN素子、あるいはSTN素子と比べ、広い視野角を有していること、メモリー性を利用して時分割駆動するため、素子の走査線本数が増加してもコントラストが低下する事がないことなど、素子としての優れた特性が注目され実用化に向けた研究が活発になされている。actively.【0003】しかし実用化を阻む大きな問題点として従来より指摘されていることの一つとして、機械的衝撃に対する耐性が弱いということが上げられている。これは液晶素子に機械的衝撃が印加されると内部に封入されている液晶分子の配向状態が変化し、元の配向状態に戻らなくなる為であるとされている。これに対して、配向膜をポリイミドラビング膜に替えて、パラレル配向された斜方蒸着膜とすることにより、強誘電性液晶のチルト角を大きくすることができ、シェブロン構造と呼ばれる一方向に折れ曲がった層構造が確実に得られる構成とすることにより機械的衝撃に対する耐性を強くする対策がなされている。[0004]【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の強誘電性液晶素子にあっては、依然として実用化を阻む問題点として、スイッチングのしきい電圧が高く、同じ電圧で駆動した場合には応答速度が遅いということがあげられる。これは、配向膜としてポリイミドラビング膜を用いる構成ではツイスト配列によりスイッチングされていたのに対し、斜方蒸着膜を用いる構成では後に述べるようにユニフォーム配列によりスイッチングが行なわれているためである。film.【0005】詳述するとパラレル配向された斜方蒸着膜が形成された強誘電性液晶素子における液晶分子の自発分極の配列の方向は、模式的には図16及び図17のように示される。図中白抜き矢印で表わしたセル内の液晶分子の自発分極の配列は、上下基板3,4間で外部電界Eの印加方向に従い一様なユニフォームと呼ばれる配列を形成している。ここで外部電界Eを反転させると、全ての液晶分子の自発分極の方向が反転し表示がスイッチングされる。このためパラレル配向された斜方蒸着膜が形成された強誘電性液晶素子2では、スイッチングを行なうためには、全ての液晶分子の自発分極の方向を反転する必要があり、しきい電圧が高くなり同じ電圧で駆動した場合には応答速度が遅くなる。voltage.【0006】またもう一つの問題点としては時分割駆動した際のメモリー性の再現性が悪く、表示が不安定であることが上げられる。強誘電性液晶素子では印加電界の極性の反転により液晶の配向状態を交互に変換して動作させており、液晶の自発分極の方向が交互に反転する。reversed.この自発分極の反転にともなって液晶セルの配向膜と液晶層との界面において分極電荷が発生し、この界面での静電気的エネルギーが増加する。この分極電荷は、印加電界の極性の反転による自発分極の反転に対して抑止力として働くためにメモリー性が不安定になる。これは液晶素子としての信頼性の上で大きな問題点であり、これを解決しなくては強誘電性液晶を用いた素子を商品化することは困難である。封入されたことを特徴とするものである。表面改質機能層を形成すると良い。上記斜方蒸着膜としては、シリコン酸化物または金属酸化物またはシリコン窒化物または金属窒化物またはこれらの混合物で形成されることが望ましい。この液晶素子には、表示駆動前に、相対向する電極間に交流電界を一定時間印加する機構を設けることが望ましい。大きな移動度を有するイオン性物質を添加した構成では、液晶組成物中に空間電荷が形成され、液晶分子の自発分極の方向をバルク(液晶層のうち、配向膜との界面部分をのぞいた中間部分)内だけで反転させることが可能となり、見かけ上生じる空間電荷をイオン性物質の移動により補償することが可能となる。このため配向膜としてパラレル配向された斜方蒸着膜を用いた強誘電性液晶素子であっても、ラビング配向膜を用いた素子と同様にツイスト配列を形成することが可能となり、低いしきい電圧でスイッチングが可能となり同じ電圧で駆動した場合には応答速度が速くなる。添加されている大きな移動度を有するイオン性物質とが、斜方蒸着膜表面に対する吸着能力の違いにより分離してしまい、イオン性物質が注入口付近では高濃度に、奥の方では逆に低濃度になり上記の大きな移動度を有するイオン性物質を添加した作用がセル内で分布を生じてしまう場合がある。cell.【0010】これに対して、請求項2に示した斜方蒸着膜表面に表面改質機能層が形成されている構成では、上記分離現象が抑制され、セル内で前記イオン性物質の濃度が均一になり、セル内で上記の大きな移動度を有するイオン性物質を添加した効果が均一な強誘電性液晶素子が得られる。請求項3の液晶素子のように、斜方蒸着膜として斜方蒸着方法が確立されている、シリコン酸化物または金属酸化物またはシリコン窒化物または金属窒化物またはこれらの混合物を用いると、高い信頼性の斜方蒸着膜が得られる。大きな移動度を有するイオン性物質を添加した構成では、液晶組成物中に空間電荷が形成され、ツイスト配列を形成することが可能となるが、コントラストは低下する場合がある。セル内での配列の折れ曲がりの角度が小さくなり、コントラストを改善することが可能となる。図面に基づいて説明する。(実施例1)図1は、本発明の強誘電性液晶素子の一実施例を示すものであり、この透明基板11の一方の表面には、インジウム−スズ−オキサイド(ITO)などからなる透明電極12が設けられている。12上には、サイアロン、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素などからなる絶縁膜13が設けられている。この絶縁膜13の厚さは、特に限定されることなく、50〜300nm程度とされ、基板11間の電気的短絡を確実に防止するためには150nm以上とすることが好ましい。これらの混合物の斜方蒸着膜からなる配向膜14が設けられている。surface15°、望ましくは5°〜8°に形成される。゙ストロ-ム程度に調整される。1に示したように蒸着膜の傾きが基板11から液晶層へ向かって同一方向(図1では右方向)である配置)され、その周辺が封止材15で封止され、液晶セル16が構成されている。液晶セル16のギャップは通常2μm程度となっている。このギャップを一定とし、液晶セル16の耐衝撃性を向上させるためのものとして、微小球状の樹脂粒を基板間に撒き、双方の基板を接近させて加熱して樹脂粒を溶融させた後、ギャップを所定間隔に設定して固化することにより、双方の基板間に柱状の樹脂を形成することが望ましい。17が封入されている。完全に溶解し、イオンに解離するとともに通常液晶中に微量含有されている不純物イオンに比べ移動度が大きいものを言う。以上の移動度を有する。used,特にカイラルスメクティック相を示す温度領域が常温以下の低温から高温にかけて広いものが好ましい。cold.【0017】大きな移動度を有するイオン性物質の強誘電性液晶への添加量は、強誘電性液晶の自発分極の反転に伴って生じる界面での電荷量の少なくとも50%以上の電荷を有する量とされ、上記イオン性物質については強誘電性液晶の0.01〜1重量%程度とされる。crystal.【0018】液晶物質中でのイオン性物質の移動度の測定方法は、一般的には確立されておらず、したがってこの発明での移動度は本発明者が開発した方法によって求めたものである。この測定方法は、図2に示すように液晶セル21の両電極間に、三角波発振器22からの三角波を抵抗23を介して印加する。X-axis−Yレコーダ24に記録させると、例えば、図3に示すようなグラフが得られる。2は液晶組成物(この例では、メルク社製、商品名ZL1−3774)中のイオン性物質(この例ではTCNQを0.01重量%添加した)の移動によって流れる電流を示す。2のX軸上での位置(電圧)から移動度が算出される。周波数、液晶セルの液晶層の厚さから以下のように算出される。2/(Vp×ts)で求めることができる。2の位置は三角波の周波数によってシフトし、周波数が高くなると高電位側にシフトする。程度の移動度を示し、不純物中のイオン性物質の10倍近い速度で移動することがわかる。impurities.【0020】さらに透明電極12と配向膜14の間に絶縁膜13を設けたので、液晶セル内の電気的ショートを防止して製品の歩留りを向上させることができる。cell.【0021】以上の基本構成に更に下記材料等を用いて図1に示すような構造の液晶セル16を作製した。(TCNQ)を0(添加せず)〜1重量%添加したものを用いた。5,この印加に伴う液晶セル16の透過光量の変化をホトマルチプライヤ33で検出し、オシロスコープ34に入力し、印加されたパルスによりメモリーされる透過光量が2つの状態に分離した場合、その電圧をしきい電圧とした。図4中符号35はホトマルチプライヤ33の電源、36はパルス発振器である。oscillator.【0023】液晶の配列は、偏光顕微鏡31をクロスニコルの状態にして、回転ステージ上にメモリー状態の液晶セルを置いて回転させ、消光位が出現するか否かによってメモリー状態の液晶セル内の液晶の分子配列がユニフォーム状態かツイスト状態かを判別した。state.【0024】ユニフォーム状態では液晶セル内で液晶分子の光軸が一方向に揃っているので、光軸と偏光軸が一致する角度で消光位が出現するが、ツイスト状態では光軸が液晶セルの厚み方向で一様ではないので、液晶セルをステージ上で回転させても消光位は出現しない。Vth1、ユニフォーム状態間のスイッチングであれば、そのしきい電圧をVth2とした。Vth2.【0025】配向膜の蒸着角度およびTCNQの添加量をそれぞれ変えた各種の液晶セルにおけるVth1およびVth2を測定し、結果を表1に示した。°,TCNQ無添加のものはツイスト間のスイッチングであるVth1は観察されず、ユニフォーム状態のスイッチングしか見られなかった。これに対し1%のTCNQを液晶中に添加したサンプルはVth1、Vth2双方の状態が観察された。0.5%th2の双方の状態が観察された。Vth2双方の状態が観察された。先の実験により観察された典型的なツイスト状態の透過光量変化および液晶セルへの印加電圧を図6に示し、また図7にユニフォーム状態の透過光量変化および液晶セルへの印加電圧を示した。FIG.【0028】次に、本発明に係わる液晶セルのメカニカルショックに対する安定性を調べた。先の実験で作製した液晶セルのうち、蒸着角度5°、TCNQ濃度1重量%のサンプル(以下、実施例と言う)と、ポリイミドのラビング配向膜を用い、同じ液晶組成物を封入した液晶セル(以下、比較例という)を用い、これらの液晶セルを図4に示した測定系に置き、ステージを上昇させて上方に固定したプッシュプルゲージで加圧量(静的加圧量)をモニターしながら、図8に示すように液晶セルの中心部を加圧する構成とした。偏光顕微鏡31によりクロスニコル下での配向状態を目視で判定した。配向劣化の面積と程度により図8に示すレベル0〜レベル4にランク分けし、各種荷重条件での実施例と比較例の配向劣化状態を比較した。4は広い筋状組織がそれぞれ発生した状態とした。respectively.【0029】印加圧力と配向劣化レベルの関係を図9に示した。図10に、この時観察された典型的なジグザグ状組織を示し、また図11に筋状組織を示した。図9より、実施例の液晶セルは比較例のものに比べ配向劣化が少なく、メカニカルショックに強いことが確認された。application,(3)2kg印加後のそれぞれのON状態、OFF状態の透過光量を測定した。印加波形は図5に示す波形であって、20Hz、24V(実施例の液晶セル)、4V(比較例)とした。比較例の液晶セルの印加荷重に対する透過光強度変化を図12に示した。図12のデータを、コントラスト=ON透過光/OFF透過光で表したものを図13に示した。light.【0031】一方、実施例の液晶セルの印加荷重に対する透過光強度変化を図14に示した。そのコントラストを図15に示した。この結果、比較例のラピング配向膜を有する液晶セルは1kg圧力でジグザグ組織が発生する部分のコントラストが低下し、2kgで筋状組織部分のコントラストも低下する。cell状態とOFF状態間の透過光量の変化が無くなる。これに対し実施例の液晶セルは、2kgまでは光学的特性に殆ど変化がなく、3kgでも半分以上のセルではコントラスト10以上を確保しており、比較例に比べ配向劣化しにくい。1の割合で混合した液晶を用い、大きな移動度を有するイオン性物質としてTCNQを0.2重量%添加した事である。この構成を用いて試験したところ、動作特性、メカニカルショック耐性とも実施例1と同様の結果を得た。(HOECHST社製)を用い、大きな移動度を有するイオン性物質としてTCNQを0.1重量%添加した液晶を用いたことである。configuration,動作特性、メカニカルショック耐性とも実施例1と同様の結果を得た。(1)表面が微細な凹凸模様である斜方蒸着膜を有するセルにTCNQの様な大きな移動度を有するイオン性物質を添加した液晶を注入すると、セル内で液晶の組成分離によるクロマト現象が発生し、図18に示すように注入口の反対側に配向の不均一な部分が残る場合がある。18.図中18はシール剤、19は配向劣化部、20は液晶注入口である。これは強誘電性液晶分子とTCNQの様な大きな移動度を有するイオン性物質との斜方蒸着膜に対する吸着能力に差があるためと考えられる。AL−1051、日本合成ゴム社製)が樹脂分0.5%になるよう希釈した液をスピンナーにて膜厚が約8nmとなるようにオーバーコートした。これによりSiO斜方蒸着膜の表面は薄くポリイミドでおおわれるため、液晶分子あるいはTCNQの様な大きな移動度を有するイオン性物質との相互作用の状態は大きく変化した。TCNQ,従来よく観察されていたクロマト現象による強誘電性液晶とTCNQとの分離と、そのための配向劣化は全く観察されなかった。)をスピンナーにてオーバーコートした。それ以外は上記(1)の実施例と同じにして液晶セルに組立て液晶を注入したところクロマト現象による強誘電性液晶とTCNQとの分離と、そのための配向劣化は全く観察されなかった。observed.【0036】(3)インジウム錫酸化物の斜方蒸着配向膜の上に約5nmの膜厚となるようポリアミド溶液(品名:POLIX−002/3、HOECHST社製)をスピンナーにてオーバーコートした。TCNQとの分離と、そのための配向劣化は全く観察されなかった。observed.【0037】(4)SiO斜方蒸着配向膜の上に薄くポリパラキシレン(ユニオンカーバイト社製)を蒸着にてオーバーコートした。それ以外は上記(1)の実施例と同じにして液晶セルに組立て液晶を注入したところクロマト現象による強誘電性液晶とTCNQとの分離と、そのための配向劣化は全く観察されなかった。3nm〜約46nmの時には最も著しく上記の配向劣化防止の効果が確認された。上記実施例では、斜方蒸着膜の表面に形成する表面改質機能層として高分子膜を用いた場合について説明したが、表面改質機能層として東レシリコン社製SH6020やSH6040のようなシランカップリング剤からなるものを用いても、本実施例と同様の効果を得ることができる。embodiment.【0039】(実施例5)実施例2のサンプルに、片側20Vの矩形波を全セグメントに印加した。20V矩形波の印加を始めてから終了するまで約30secであった。wave.【0040】図19に、本処理を施す前の強誘電性液晶素子を、ピーク電圧12Vの図5に示した波形で駆動したときのホトマルチプライヤーの出力(透過光量)を示した。図中Aは暗時の透過光量に比例する量、Bは明時の透過光量に比例する量、B/Aはコントラストを示している。図20に、上記素子に本処理を施した後に、ピーク電圧12Vの図5に示した波形で駆動したときのホトマルチプライヤーの出力(透過光量)を示した。図中A、B、B/Aは図19と同様である。図よりコントラストが、本処理前は1.1であったのに対し、本処理後には2.1と向上したことが確認された。light)を示した。図中A,B,B/Aは図19と同様である。19.図22に、上記素子に本処理を施した後に、ピーク電圧20Vの図5に示した波形で駆動したときのホトマルチプライヤーの出力(透過光量)を示した。B,B/Aは図19と同様である。11.7と大幅に向上したことが確認された。5kHzの交流電界を5秒間から60秒間印加することにより得られた。電界を印加するとき、まず高い周波数の交流電界から掛け始めるとコントラスト改善の効果が顕著であった。強誘電性液晶素子が保管されている周囲の環境状態により、この効果の持続期間にバラツキが出る場合があった。このため駆動前に交流電界を印加する機構を設けて、交流電界を一定時間印加する構成とすることにより、駆動時には常にコントラストが改善された状態で使用することが可能となった。封入された構成とすることにより、低いしきい電圧でのスイッチングが可能となり同じ電圧で駆動した場合には応答速度が速くなるという効果が生じた。斜方蒸着膜表面に表面改質機能層が形成されている構成とすることにより、セル内の表示品位が均一な強誘電性液晶素子が得られた。シリコン酸化物または金属酸化物またはシリコン窒化物または金属窒化物またはこれらの混合物は斜方蒸着方法が確立されているため、高い信頼性の斜方蒸着膜が得られた。請求項4で示した相対向する電極間に表示駆動前に交流電界を印加する機構を用いて、交流電界を一定時間印加する構成とすることにより、コントラストが改善された。