JPH01256590A - 強誘電性液晶組成物および液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は強誘電性スメクチック液晶組成物及び該液晶組
成物を用いる液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、
良好なメモリー性を有する強誘電性液晶組成物及びそれ
を液晶材料に用いた液晶素子に関する。

（従来の技術） 強誘電性液晶の最大の特色は高速の光学応答とメモリー
性であシ、この二つの特質を利用してＴＮ型液晶素子で
は成し得なかったような、大容量かつ高密度の表示が実
現できるものとして期待されている。強誘電性液晶の特
徴であるメモリー性の発現は、液晶表示素子の時分割駆
動を実現するだめの必須要件である。しかし、現在一般
に知られている強誘電性液晶材料を使用してメモリー性
を有する液晶素子を得るためには、セルギャップが２μ
ｍ以下の非常に薄いセルによらねばならない。現ＬＴＮ
型液晶素子で実用化されている最も薄い素子のセルギャ
ップは５μｍ、程度である。非常に薄いセルでは電極間
の短絡の可能性が大きいこと、また、厚みむらの発生に
よシ製造上の歩留シが低下することを考慮すると、非常
に薄いセルを量産することは極めて困難と考えられる。

また、ゲスト・ホストモードの強誘電性液晶素子ではセ
ル厚が大きい程コントラスト比が大きくなるので、前記
の薄いセルの量産化が困難であることを併せて考えれば
、セル厚の大きな液晶素子でもメモリー性を発現できる
強誘電性液晶材料が切望される。

強誘電性液晶素子におけるメモリー性の発現は液晶材料
のチルト角に関係し、チルト角が３０°以上であれば良
好なメモリー性が得られることが、特開昭６２−１５９
１１８号公報に記載されている。しかし、材料特性とし
てチルト角を特定しただけでは必ずしも良好なメモリー
性を発現し得ないことを経験していた発明者等は、液晶
材料のその他の特性をも考慮して、現在ＴＮ液晶素子に
用いられている程度の厚さのセルにおいても良好なメモ
リー性を示す強誘電性液晶材料の探索を続けた。

（発明が解決しようとする課題） 前述したことから明らかなように本発明の目的は、セル
ギャップが約５μ罵よシも大きい液晶素子においても良
好なるメモリー性と高速応答性とを示す強誘電性スメク
チックＣ液晶組成物を提供することである。

（課題を解決するための手段） 強誘電性液晶を用いた液晶素子のメモリー性に大きな影
響を与える、強誘電性スメクチックＣ液晶材料の特性と
して、本発明者等はその自発分極の大きさ（以下、ｐｓ
と略記する）とチルト角の大きさに着目して研究を重ね
た結果、本発明を完成した。すなわち、本発明の第一は （１）　　強誘電性スメクチックＣ液晶混合物において
、囚−環式 （式中、！及びｍは０又は１の整数を示すがともに１で
あることはなく、ｎは３〜８の整数を示し、Ｘ及びＹは
Ｈ，Ｆ％（Ｊ又は−ＣＮを示すがともにＨであることは
なく、Ａは−Ｃｏ−又は−０Ｃ−を示し、Ｒは炭素数３
〜１８のアルキル基もしくはアルキルオキシ基を示す。

）にて表わされる光学活性化合物少くとも１つからなる
第１成分、およびｆＢ）−数式 （式中、１５ｍ１ｎ及びＲは前記した意味を持ち、Ａは
−Ｃ０−１−〇Ｃ−１−ＣＨｔＯ−または一〇ＣＨ，−
を示す。）にて表わされる光学活性化合物少くとも１つ
からなる第２成分、 とからなシ、第１成分と第２成分とを合計して６０モル
係以上含有し、室温における自発分極の大きさ及びチル
ト角がそれぞれ６ｏｎｃ／ｃＩｌ！以上及び２４°以上
である液晶組成物であシ、その望ましい態様は、 （２）　　前記第（１）項において、（１）式及び（Ｉ
Ｉ）式におけるｎが６又は３である強誘電性スメクチッ
クＣ液晶組成物、 である。本発明の第二は （３）前記第（１）項または第（２１項に記載の強誘電
性スメクチックＣ液晶組成物を用いることを特徴とする
液晶素子、 である。

本発明に用いられる第１成分の化合物として好ましい物
を例示すると、 化合物Ａ１ 化合物Ａ３ 化合物Ａ４ 化合物Ａ５ 化合物Ａ６ 化合物Ａ７ などを挙げることができる。

（１）式で表わされる光学活性化合物はその殆んどが強
誘電性スメクチックＣ液晶であシ、大きなｐｓＯ値を有
する。また、それ自身では液晶でない（１）式の光学活
性化合物は、スメクチックＣ液晶に混合することによシ
強誘電性スメクチックＣ液晶を呈し、あたかも光学活性
化合物自身が大きなＰｓを持つかの如く作用する。（Ｉ
）式の光学活性化合物の中では、不斉炭素原子を持つ１
−メチルアルキルオキシ基の結合するベンゼン環のオル
ト位に、−ＣＮ、Ｆ、Ｃ１等の極性置換基を有する物が
大きなｐｓを示すことが知られており、それらは第１成
分として好ましく用いられる。中でも、１−メチルへブ
チルオキシ基を持つ化合物が特に好ましい。これらの光
学活性化合物は特開昭６１−２１００５６号及び特願昭
６１−１９２５１６号の各公報によシ開示されている。

第２成分として本発明に用いられる（Ｉｆ）式で表わさ
れる光学活性化合物もその殆んどが強誘電性スメクチッ
クＣ液晶である。これらは（１）式の化合物はど大きく
はないがやはシ大きなＰｓ値を持っている。（１）式の
カイラルスメクチックＣ液晶化合物にはカイラルスメク
チックＣ相（以下、ＳＣ相と略記する）の上限温度がや
や低い物が多いのに比べると、（ＩＩ）式の化合物はＳ
ｃ＋相上限温度が高く、得られる液晶組成物のＳｃ　相
上限を高温側に拡げるために（ｎ）式の化合物が必要で
ある。

第２成分として好ましく用いられる（■）式の化合物を
例示すると 化合物Ｂ１ 化合物Ｂ２ 化合物Ｂ３ ＯＣ凡 化合物Ｂ４ 化合物Ｂ５ 化合物Ｂ６ 化合物Ｂ７ 化合物Ｂ８ 化合物Ｂ９ 　Ｈｓ 化合物ＢＩＯ 化合物１３１１ 等を挙げることができる。（ＩＩ）式で表わされる光学
活性化合物は特開昭６１−４３号及び特開昭６１−６３
６３３号の各公報によシ開示されている。（ＩＩ）式で
表わされるカイラルスメクチックＣ液晶化合物は得られ
る組成物のＳｃＣ相限温度を高く留めることの外に、組
成物のチルト角を目的の値に調整する際の成分化合物と
して有用である。これらの中でも、やはり１−メチルへ
ブチルオキシ基をもつ光学活性化合物が特に好ましく用
いられる。

本発明の組成物には発明の目的を損わない範囲で第３成
分を混合することができる。それらの化合物としてはス
メクチックＣ相（以下、Ｓｃ相と略記する）を有する比
較的粘性の小さい物質やＳｃＣ相限温度の降下に有効な
ネマチック化合物等の従来から強誘電性スメクチックＣ
液晶混合物の成分としてその効果を知られている物質が
好ましく用いられる。

強誘電性スメクチックＣ液晶の混合において知られてい
るｐｓならびにチルト角の値についての近似的な加成性
は、本発明の組成物についても成立する。例えばｐｓが
１ｏ　ｏ　ｎＣＡの化合物と２０　ｎＣ／ｃｒＩｌの化
合物との等量混合物のｐｓは概ね６０ｎＣ／ｄとなり、
チルト角が３５°の化合物と２５°の化合物とを等量混
合するとチルト角が略々３０°の混合物が得られる。従
って、組成物のｐｓ値を６０ｎＣ／ｄ以上にするために
は構成成分化合物の個々のｐｓ値をあらかじめ測定して
、それらの値に基づいてｐｓが６０ｎＣ／ｃｒｉ１以上
の成分の混合割合を高めるなどして混合比を決定すれば
良いし、また、チルト角を２４°以上にするためにも同
様に成分化合物のチルト角に基づいてチルト角の大きな
成分の混合割合を高めるなどして混合比を決定すればよ
い。

ただし、ＰＳには正と負の極性が在シ、極性の異なるｐ
ｓ値を持つ強誘電性スメクチックＣ液晶同志の混合にお
いてはｐｓ値は互いに打消し合う。

例えば極性が正で５０ｎＣ／ｃ！のＰｓを有する化合物
と負の５０ｎＣ／ｃｒｉのｐｓを有する化合物を等量混
合すると、得られる組成物のｐｓは略々Ｏとなるので、
混合に際しては、同じ極性のＰｓを持つ化合物同志を構
成成分とするようにすれば、Ｐｓの大きな組成物を容易
に得ることができる。

先に具体的に例示した（１）式及び（ｆｆ）式で表わさ
れる化合物について、そのＳｃＣ相限温度（Ｔｃ　）よ
りも１０℃もしくは２０℃低い温度（Ｔ）において測定
したＰｓ及びチルト角の値を第１表に示す。

第　　　１　　　表 注Ｉ　　ＳＣ”相温度巾２０℃未満のため。

注２　　ＳＣ”相を持たないため。

注３　３Ｃ”相温度巾１０℃未満のため。

前記の（１）式および（ＩＩ）式にて表わされる化合物
でＳＣ”相を全く有さない光学活性化合物については、
ＳＣ相を示す液晶化合物との混合物とし、そのｐｓ値及
びチルト角の大きさを測定しておき、該混合物を一つの
強誘電性スメクチックＣ液晶として、Ｐ８等について加
成性の条件を適用して取り扱うことにより本発明の成分
として用いることができる。

以下に本発明の基礎となった試験結果を述べて本発明を
さらに詳しく説明する。試験は特記しない限シ次の条件
で行なった。

使用したセルはＩＣ！ｌのＩＴＯ透明電極を持つ一対の
ガラス基板にポリビニルアルコールを塗布し、アンチパ
ラレルラビングを施したセルギャップ１０μｍの物であ
る。このセルに等方性液体とした液晶組成物を注入し、
徐冷して配向させて得られた液晶素子に２５℃で第１図
ｄＫ示す波形の電圧を印加し、直交ニコル下における透
過光強度の時間的変化を観測した。透過光強度変化の観
測結果はほぼ３株類の典型に分類でき、それらは第１図
の一性の良い結果を示し、ｂ、ｃの順にメモリー性は低
下する。試験結果におけるメモリー性の良否はこの３種
に分けてａｓｂまたはＣで示す。試験に用いた強誘電性
スメクチックＣ液晶の成分として使用した（１）及び（
ＩＩ）式の化合物の外の化合物は以下の１６種である。

化合物Ｃ１ 化合物Ｃ２ 化合物Ｃ３ 化合物Ｃ４ 化合物Ｃ５ 化合物Ｃ６ 化合物Ｃ１ｌ 化合物Ｃ１２ 化合物Ｃ１３ 化合物Ｃ１４ 化合物Ｃ１５ 試験に用いた前記の光学活性化合物はいずれも不斉中心
における絶対配置がＳ型の化合物である。

調製した強誘電性スメクチックＣ液晶組成物の組成を第
２表に１各組成物のＳＣ相を重視した相転移温度を第３
表に、また、測定結果としてメモリー性、ｐｓ値及びチ
ルト角を組成物中のｉｆ及第２成分の合計含量（モノ！
４）とともに第４表に示す。

第２表 第　　　３　　　表 の上記の相の有無を示す。

第　　　４　　　表 ｆｌ＋３７℃における測定値 ｆ２１３０℃における測定値 第２表〜第４表に示す試験結果は次のことを示している
。

（１）良好なメモリー性を得る条件は ■　（＋）式の化合物と（ＩＩ）式の化合物とをそれぞ
れ１つ以上含み、その含量の合計が略々６０モル係以上
ある組成物にして、 ■　室温（２５℃）における自発分極の大きさが少くと
も６０　ｎＣＡＭｌであシ、 ＠　室温（２５℃）におけるチルト角が２４°より大き
い、 強誘電性液晶組成物である、と言える。

（２）　　チルト角が大きい（３０°以上）というだけ
では必ずしも良好なメモリー性を示さない（組成物２．
５及び１１）。

（３）シかし、チルト角が２４°未満では、（１）及び
（■）式の成分合計含量が６０モル係以上でｐｓ≧６０
ｎ　Ｃ／ａｉｒであってもメモリー性の悪い物がある。

（組成物７） （４）　　（１）式及び（ＩＩ）式の化合物の合計含量
が６０モル係以上でチルト角が２４°以上ある組成物で
も、そのｐｓが６０　ｎＣ／ｃＡ未満ではメモリー性は
良好で々い（ｍ酸物２及び３）。

（５）組成物のｐｓ及びチルト角がそれぞれ６０ｎＣ／
ｃｒ１以上及び２４°以上であっても、（Ｉ）式と（Ｉ
Ｉ）式の成分の合計含量が６０モル係未満ではメモリー
性は良くない（組成物５及び１１）。

組成物７は試験に供した中では最もチルト角の小さい物
である。チルト角が小さいと液晶の弾性的性質からツイ
スト配列をすることが理論的に予想されているが（ジャ
パニーズ・ジャーナル・アプライド・フィジックス（Ｊ
ｐｎ−Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　）２５、　Ｌ２
７．　（１９８６）　）、ツイスト配列はメモリー状態
の悪い配列と考えても良いので、チルト角の小さな組成
物７のメモリー性が劣るという結果はその報告と矛盾し
ない。本発明においてはチルト角が２３．５°以下では
良好なメモリー性が得られていない。

一方、チルト角が３５°でｐｓが１１６ｎＣ／ｆｆｌと
ともに最も大きな結果を示しだ組成物１１のメモリー性
が劣ることから、この両者以外にメモリー性に影響する
因子が在ることが解る。

組成物１１〜１３ならびに組成物６の結果から、メモリ
ー性には第１成分及び第２成分の合計含量が重要な関係
を持つことおよびメモリー性の発現には１−メチルアル
コキシ基を有する光学活性化合物が極めて有効であるこ
とが判る。

本発明の強誘電性スメクチックＣ液晶組成物をゲスト・
ホスト用液晶素子に使用する場合には、チルト角が大き
い組成物を用いればよく、また複屈折型表示素子に使用
する場合には、メモリー性の発現する範囲内でチルト角
をできるだけ小さく調製した組成物を用いれば良い。す
なわち、本発明の組成物は複屈折モード、ゲスト・ホス
トモードのいずれにおいても使用することができる。

また、本発明の強誘電性スメクチックＣ液晶組成物は、
セルギャップが２μｍ程度に薄いセルにおいても良好な
メモリー性を示すことは言うまでもない。

なお、前記の試験はメモリー性追究を主目的にしている
ため、調製された組成物にはＳｃ　相温度領域が比較的
狭い物または常用の温度でＳｃ相を示さない物もある。

しかし、構成成分として相近接する同族体化合物を用い
て構成成分の数を多くすることによシ融点を降下させる
ことができるし、ができ、またＳＣ相の上限温度の高い
化合物の混合割合を高くすることによってＳＣ“相領域
を高温側へ拡張することもできる。これらの既に知られ
ている技術を併用することによって実用に適したＳｃ１
相温度領域を持ち、メモリー性の良い強誘電性液晶を調
製することができる。

（実施例） 以下、実施例によυ本発明をさらに詳細に示すが、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
ならびに先に述べた試験において、Ｐ、の値はソーヤ−
・タワー法により求め、チルト角は偏光顕微鏡を用いて
印加電圧の極性を反転させた時の消光位の変化から求め
た。また、光学応答はフォトマルを陰極線オシロスコー
プに組合せて観測した。

実施例１ 第１成分として （化合物ＡＩ） 第２成分として （化合物Ｂ２） 及びその他の成分として をそれぞれ４．０　Ｏｆ　３．００．９及び３．００．
Ｆ混合して、液晶組成物１４を調製した。この組成物に
おける各成分の含量はそれぞれ３８．０モル係、２７．
１モル係及び３４．９モル係に相当する。前記した方法
に従って求めたこの液晶組成物の相転移温度は、 であった。また、２５℃で測定したｐｓＯ値及びチルト
角はそれぞれ７４．１　ｎＧＡ及び２４．５°であった
。

酸化すずを含む酸化インジウム膜からなる透明電極（Ｉ
ＴＯ透明電極）を設けたガラス基盤にポリビニルアルコ
ールを塗布し、アンチパラレルラビングを施した、セル
ギャップ１０μｍのセルに得られた組成物を封入し、強
誘電性液晶素子を作成した。この液晶素子に、第１図ｄ
Ｋ示すような交番矩形波電圧を印下し、直交ニコル下複
屈折モードでの透過光強度を測定したところ、第１図ａ
に示すような透過光強度変化が観測され、良好なメモリ
ー性が示された。

この液晶素子に電界強度が±１０　Ｖ／μｍになるよう
に交番矩形波電圧を印加し、そのパルス幅を変えて、メ
モリースイッチングをする最小のパルス幅を求めたとこ
ろ、６５μｓｅｃの非常に短いパルス幅で十分なメモリ
ー性のある光学応答が示された。

実施例２ 第１成分として （化合物Ａ２） （化合物Ａ４） 第２成分として （化合物Ｂｌ） （化合物Ｂ３） その他の成分として （化合物Ｃ２） （化合物Ｃ１５） の６成分を用いそれらの等重量混合物を得た。これは先
に記述した組成物４に相当する。この組成物９７重量部
に二色性染料として 　　ＯＨ で表わされるアントラキノン系色素（ＢＤＨ社製Ｄ−１
６）３重量部を加えてゲスト・ホスト型表示用組成物と
した。この組成物を実施例１で用いた物と同じセルに封
入し、１枚の偏光子を偏光面が液晶分子長軸に平行にな
るように設置して、２５℃で電界強度が±１０ｖ／μｍ
となるようにパルス幅１００μｓｅｃの交番矩形波電圧
を印加したところ、メモリー性ならびにコントラストの
非常に良好なスイッチング現象が観察された。

（発明の効果） 本発明により、セルギャップが大きい液晶素子に用いて
も良好なメモリー性を示す強誘電性スメクチックＣ液晶
材料が提供され、該液晶材料を用いることによりメモリ
ー性の良い高速応答の液晶素子が得られる。これは、単
純マルチプレックス駆動で強誘電性液晶素子をコントラ
スト良く駆動できること、素子の製造における歩留りの
向上およびゲスト・ホストモードにおけるコントラスト
比の向上等の利点をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶素子のメモリー性の試験において素子に印
加した交番電圧波形および光学応答波形を模式的に示す
図である。ａは良好なメモリー性を、Ｃは乏弱なメモリ
ー性をそれぞれ示し、ｄは印加電圧波形を示す。 以上 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、ｌ及びｍはそれぞれ０又は１の整数を示すがそ
   の両者がともに１であることはなく、ｎは３〜８の整数
   を示し、Ｘ及びＹはそれぞれＨ、Ｆ、Ｃｌ又は−ＣＮを
   示すが両者がともにＨであることはなく、Ａは▲数式、
   化学式、表等があります▼又は▲数式、化学式、表等が
   あります▼を示し、Ｒは炭素数３〜１８のアルキル基も
   しくはアルキルオキシ基を示す。）にて表わされる光学
   活性化合物少くとも１つからなる第１成分、および一般
   式▲数式、化学式、表等があります▼（II） （式中、ｌ、ｍ、ｎ及びＲは前記した意味を持ち、Ａは
   ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、−ＣＨ＿２Ｏ−または−ＯＣＨ＿２
   −を示す。）にて表わされる光学活性化合物少くとも１
   つからなる第２成分とを合計で少くとも６０モル％含有
   し、室温における自発分極の大きさ及びチルト角がそれ
   ぞれ６０ｎＣ／ｃｍ＾２以上及び２４°以上である強誘
   電性スメクチックＣ液晶組成物。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項において、（ I ）式
   及び（II）式におけるｎが６又は３である、強誘電性ス
   メクチックＣ液晶組成物。
3. （３）特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載
   の強誘電性スメクチックＣ液晶組成物を用いることを特
   徴とする液晶素子。