JPH0717904B2 - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、強誘導性スメクチック液晶組成物に関するも
のである。

［従来の技術］ 近年、強誘導性液晶を用いた電気光学装置が注目を集め
ている。（例えば、N.A.Clark,S.T.Lagerwall,Appl.Phy
s.Lett.36,899（1980））強誘導性液晶は、カイラルス
メクチック−Ｃ相、カイラルスメクチック−Ｈ相等の液
晶相において、自発分極を持つ、すなわち強誘導性を示
すことにより従来から表示素子等に用いられてきたネマ
チック相あるいはコレステリック相とは異なる特徴を持
つ。

強誘導性スメクチック相としてはいくつかの相が知られ
ているが、光シャッター等の用途への応用が期待されて
いる相はカイラルスメクチック相−Ｃ相（以下SmC^＊と
称す）であるので以下の説明はSmC^＊相の例について行
なう。

SmC^＊相において、液晶分子は層構造を成し、その分子
長軸方向は、層垂線方向に対して傾斜した配向となる。
また、通常分子構造中に不斉炭素を持った光学活性化合
物を少なくとも含み、分子の傾斜方向は層毎にずれたら
せん構造を持っている。さらにSmC^＊相においては、分
子長軸方向に垂直で、かつ層平面に平行な方向に自発分
極を持ち、外部電界に対し自発分極の極性と電界とが整
合するように分子の配列方向が変化し、光学的変化を生
起することができる。この電気光学効果の特徴として、
従来のネマチック液晶を用いた効果に比較して10〜1000
倍もの高速応答であること、あるいはメモリー性を示す
こと等が見い出されており、光シャッター素子、ドット
マトリクス表示素子等への応用が期待されている。しか
しながら、これらの優れた特徴に対し、数多くの技術的
問題も持っている。

最大の問題は、素子作成が難しいことである。SmC^＊液
晶は、従来から使用されてきたネマチック液晶に比較し
て、より結晶に近い相であり、基板上に均一に配列させ
ることは、単結晶成長に類する困難をもっている。

本発明者等は種々検討した結果、液晶材料のラセンピッ
チを長くすること、さらに強誘導性スメクチック液晶相
温度よりも高温域にコレステリック相を持つ液晶が配向
を均一化することに有効であることを見い出した。また
ピッチの長さは、少なくとも基板間隙の４倍以上がより
好ましい。

かかる目的に対して、左らせん化合物と右らせん化合物
とを共存させ、ピッチ補償組成を構成することにより、
長ピッチ化を企る方法が既にコレステリック材料では知
られている。一方SmC^＊液晶素子を作成する際、自発分
極の大きさは、駆動電圧を低下すること、あるいは応答
速度を早くするために重要な物性である。かかる観点か
らSmC^＊液晶組成としてはラセンピッチが充分長く、か
つ自発分極の大きい性質を持つことが好ましい。そこ
で、左らせん化合物と右らせん化合物とを共存させるピ
ッチ補償の試みが行なわれた。

その結果長ピッチ化は可能だが、反面自発分極が小さく
なるという実用性の乏しい液晶となった例が報告されて
いる。例えば、光学活性化合物としてｄ体とｌ体とを共
存させれば、ラセン化が可能である。しかしながら自発
分極も同時に零になるという矛盾を生ずる。

［発明の解決しようとする問題点］ 従って左らせん化合物と右らせん化合物とを共存させ、
長ピッチ化すると同時に自発分極の大きさに悪影響しな
い方法が求められていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者等はかかる問題を解決すべく検討した結果、光
学活性化合物の種類により、自発分極の極性が異なるこ
とを見い出した。その結果、らせんの方向と自発分極の
極性とは各々独立の物性であり、適切な組合せを選択す
ることにより、前述の問題が解消されることを見い出し
た。

すなわち、本発明はコレステリック相、あるいはネマチ
ック相に添加した場合において左らせんを生じる光学活
性化合物の少なくとも１種と、右らせんを生じる光学活
性化合物の少なくとも１種を含み（ただし下記の組成物
１及び組成物２を除く）、かつ該光学活性化合物の強誘
電性スメクチック相における自発分極は、スメクチック
層垂線方向と、該層垂線方向からの分子のチルト方向と
に対し、同一方向の極性を有することを特徴とする強誘
電性液晶組成物を提供するものであり、このように構成
することにより自発分極に悪影響なく、長ピッチ化する
ことができる。

組成物１ 化合物C₈H₁₇O−Ph−CO−Ｏ−Ph−Y₁（左らせん）と、 化合物C₈H₁₇O−Ph−Ph−CO−Y₁（右らせん）とからなる
組成物 組成物２ 化合物C₈H₁₇O−Ph−CO−Ｏ−Ph−Y₁（左らせん）と、 化合物C₉H₁₉O−Ph−CO−Ｏ−Ph−Y₁（左らせん）と、 化合物C₆H₁₃O−Ph−Ph−CO−Ｏ−Ph−Y₁（左らせん）
と、 化合物C₈H₁₇O−Ph−CO−Ｏ−Ph−CO−Y₁（右らせん）
と、 化合物C₈H₁₇O−Ph−Ph−CO−Ｏ−Ph−CO−Y₁（右らせ
ん）とからなる組成物 ここで、 Phはパラフェニレン基である。

第１図はらせん方向（70〜73）、層垂線方向（10〜1
3）、分子のチルト方向（50〜53）および自発分極の極
性（60〜63）を模式的に示したものである。光学活性化
合物は第１図（ａ）〜（ｄ）のいずれかに分類される。
コレステリック相におけるらせん方向及びSmC^＊層にお
ける自発分極方向によって、第１図（ａ）において、層
垂線方向（10）、チルト方向（50）および自発分極の極
性（60）を左手系と仮定すれば、（ｂ）も左手系、一方
（ｃ），（ｄ）は右手系の性質を示す。

第１図において好ましい組合せは、（ａ）と（ｂ）もし
くは（ｃ）と（ｄ）であり、らせん方向が逆であり、自
発分極が同一極性となる。一方、（ａ）〜（ｄ）それぞ
れ単独での系では長ピッチ化を実現する手段が光学活性
化合物の添加濃度を小さくすることしかなく、自発分極
の大きさはほぼ濃度に比例して小さくなる。また、
（ａ）と（ｃ）あるいは（ｂ）と（ｄ）の組合せでは、
長ピッチ化は可能だが、自分分極の大きさに悪影響があ
る。

強誘導性スメクチック相を有する光学活性化合物として
は次のようなものがある。

以下の例でＲ^＊は不斉炭素又はハロゲンを有するアルキ
ル基又はアルコキシ基を示し、Ｒは直鎖アルキル基又は
直鎖アルコキシ基を示し、一つの化合物に同一のＲ^＊,R
が示されていてもそれらは同一の基とは限らない。

又、上述のような強誘導性スメクチック相を示す物質以
外の光学活性物質でも、他のスメクチックの液晶を加え
てその特性を改善して用いることができ、これには公知
の種々の液晶又は非液晶の液晶添加物が使用でき、例え
ば以下のようなものがある。

強誘導性スメクチック相はいくつか知られているが、応
答性等の実用的性質を考慮するとSmC^＊相が好ましい。

また、光学活性化合物の濃度は自発分極の大きさに影響
するために、少なくとも１重量％以上の総濃度が好まし
い。

さらに、配向制御のより容易な条件として、SmC^＊相よ
り高温域にコレステリック相を示す組成が好ましく、ラ
ビング法等の従来ネマチック液晶に用いられた手法が使
用できる。また２枚の基板間に保持されて使用される際
に、基板間隙に対して、少なくとも４倍以上のピッチで
あることが好ましい。基板間隙の制御は、基板の平滑度
あるいは短絡の生じやすさ等を考慮すると１μｍ以下で
は実用性が無い。従って少なくともコレステリック相に
おいては４μｍ以上のピッチを示すことが好ましい。

［作 用］ 第１表はらせん方向と自発分極の極性の向きによって分
類された光学活性化合物の例である。第１表において、
それ自信がSmC^＊相を示す化合物については単独で自発
分極の方向を知ることができたが、かかる相を示さない
場合はSmC相を示す材料として に５〜30重量％を添加し、透明電極基板間に挟持し、電
界を印加し、電界の向きと分子の配列方向を調べること
で決定した。なお自発分極の極性に関しては既知の定義
が無いために通常多様される（Ｓ＋）−２−メチルブチ
ル−ｐ−（ｐ−ｎ−デシロキシベンジリデンアミノ）シ
ンナメート（化合物No11）を左と定義した。

また、らせんの方向についても、メルク社製ZLI−1565
等のネマチック液晶に２〜20重量％添加しそのらせんの
方向を決定した。

前述のように、第１表において好ましい組み合せは、N
o.01〜05の化合物群とNo.21〜25の化合物群と、もしく
はNo.11〜16の化合物群とNo.31〜34の化合物群であり、
これらの組み合せにおいては自発分極を互いに打ち消す
ことなく、らせんピッチを長くすることができる。

第２表は、本発明による液晶組成物の自発分極およびら
せんピッチを示す。らせん方向、自発分極の極性が共に
右の材料としてNo.01の化合物、一方双方共に左の材料
としてNo.22の化合物（5.5重量％）と との混合液晶（以下No.220と略称する）を用いた。自発
分極の測定はSmC^＊相の上限温度より10℃低い温度で行
なった。またピッチの測定は70℃で行なった。

第２図は第２表の結果を図示したものである。ピッチが
無限大になる組成があり、かつ自発分極は常に同一極性
である。

第３表は、No.15（5.0重量％）と との混合液晶（No.150と略称する）と、No.220との混合
液晶の比較例である。第３図に第３表の内容を図示する
が、ピッチを大きくすると同時に自発分極も小さくなる
ことがわかる。

［発明の効果］ 以上の如く本発明は、自発分極の極性の同一である左ら
せんおよび右らせん光学活性化合物を共存させることに
より、自発分極を小さくすることなく、らせんピッチを
長くすることを可能にし、その結果、低電圧駆動、高速
応答あるいは均一な配向制御が実現できる。

また、SmC^＊相のらせんピッチも同様に長くでき、メモ
リー性の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の主要概念を示す模式図である。 第２図は本発明による実施例の物性を図にしたものであ
る。 第３図は比較例を図にしたものである。 10,11,12,13:層垂線方向 30,31,32,33:液晶分子 50,51,52,53:チルト方向 60,61,62,63:自発分極方向 70,71,72,73:らせん方向

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コレステリック相、あるいはネマチック相
   に添加した場合において左らせんを生じる光学活性化合
   物の少なくとも１種と、右らせんを生じる光学活性化合
   物の少なくとも１種を含み（ただし下記の組成物１及び
   組成物２を除く）、かつ該光学活性化合物の強誘電性ス
   メクチック相における自発分極は、スメクチック層垂線
   方向と、該層垂線方向からの分子のチルト方向とに対
   し、同一方向の極性を有することを特徴とする強誘電性
   液晶組成物。 組成物１ 化合物C₈H₁₇O−Ph−CO−Ｏ−Ph−Y₁（左らせん）と、 化合物C₈H₁₇O−Ph−Ph−CO−Y₁（右らせん）とからなる
   組成物 組成物２ 化合物C₈H₁₇O−Ph−CO−Ｏ−Ph−Y₁（左らせん）と、 化合物C₉H₁₉O−Ph−CO−Ｏ−Ph−Y₁（左らせん）と、 化合物C₆H₁₃O−Ph−Ph−CO−Ｏ−Ph−Y₁（左らせん）
   と、 化合物C₈H₁₇O−Ph−CO−Ｏ−Ph−CO−Y₁（右らせん）
   と、 化合物C₈H₁₇O−Ph−Ph−CO−Ｏ−Ph−CO−Y₁（右らせ
   ん）とからなる組成物 ここで、 Phはパラフェニレン基である。
2. 【請求項２】強誘電性を示す相がカイラルスメクチック
   −Ｃ相である特許請求の範囲第１項記載の強誘電性液晶
   組成物。
3. 【請求項３】光学活性化合物の総濃度が１重量％以上で
   ある特許請求の範囲第２項記載の強誘電性液晶組成物。
4. 【請求項４】強誘電性を示すスメクチック相と等方相と
   の間の温度域にコレステリック相を示す特許請求の範囲
   第３項記載の強誘電性液晶組成物。
5. 【請求項５】該コレステリック相において、ラセンピッ
   チが４μｍ以上である特許請求の範囲第４項記載の強誘
   電性液晶組成物。