JPH0745659B2 - 液晶組成物 - Google Patents

液晶組成物

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JPH0745659B2
JPH0745659B2 JP18222586A JP18222586A JPH0745659B2 JP H0745659 B2 JPH0745659 B2 JP H0745659B2 JP 18222586 A JP18222586 A JP 18222586A JP 18222586 A JP18222586 A JP 18222586A JP H0745659 B2 JPH0745659 B2 JP H0745659B2
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spontaneous polarization
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ferroelectric liquid
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博之 大西
強 上村
孝男 櫻井
量一 樋口
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Ajinomoto Co Inc
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Ajinomoto Co Inc
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規な液晶物質を含有する液晶組成物に係わ
り、特に強誘電性液晶材料に関するものである。
従来の技術 近年液晶表示は、腕時計,電卓等だけでなく映像機器に
も広く使われるようになり、液晶カラーテレビも市場に
出始めている。現在カラー表示用液晶パネルはネマチッ
ク液晶を用いたものがその主流を占めている。しかし、
そのネマチック液晶の諸特性は理想的とは言い難く多く
の問題を含んでいる。強誘電性液晶はその速い応答速
度,メモリー性等ネマチック液晶にはない諸特性を有し
ておりディスプレイ装置への応用がか考えられ多方面か
ら研究が進められている(オプトロニクス、1983、No.
9)。以下図面をみながら強誘電性液晶について説明す
る。第7図は強誘電性液晶分子の模式図である。強誘電
性液晶は通常スメクチック液晶と呼ばれる層構造を有す
る液晶で、液晶分子は層法線方向に対してθだけ傾いた
構造をとっている。また、通常強誘電性液晶分子は、ラ
セミ体でない光学活性な液晶分子によって構成されてい
る。
第7図に於て、10は液晶分子、11は自発分極、12はCダ
イレクター、13はコーン、14は層構造、15は層法線方
向、16は傾き角θを示している。
第7図に示すように、強誘電性液晶分子は自発分極を有
しており、カイラルスメクチックC相に於いては、第7
図の円錐形13(コーン)の外側を自由に動くことができ
る。層毎に分子長軸の方向は少しだけずれており全体と
してはねじれ構造をとっている。次に強誘電性液晶の表
示原理について述べる。第8図は強誘電性液晶の動作原
理図で有る。第8図(a)は電圧無印加の状態、第8図
(b)は紙面裏から表方向に電圧を印加した場合、第8
図(c)は逆方向に電圧を印加した場合の動作原理図で
ある。17は層法線に対して分子長軸が+θ度傾いた液晶
分子、18は−θ度傾いた液晶分子、19は紙面表方向を向
いている双極子モーメント、20は紙面裏方向を向いてい
る双極子モーメント、21は2枚の偏光板の方向である。
強誘電性液晶を透明電極を有したガラス基板に挟みその
パネルの厚を螺旋ピッチ以下にすると第8図(a)のよ
うに螺旋がほどけ層に対して分子が+θ度傾いた領域と
−θ度傾いた領域にわかれる。上下電極間紙面裏から表
方向に電圧を印加することにより第8図(b)のように
セル全体が+θ度傾いたモノドメインになる。また、逆
電圧を印加すると第8図(c)のようにセル全体が−θ
度傾いたモノドメインになる。従って、電気光学効果に
よる複屈折または2色性を利用すれば+θ度傾いた2つ
の状態により明暗を表すことができる。
強誘電性液晶をディスプレイデバイスに応用する場合、
液晶材料に要求される条件として以下のものがあげられ
る。
室温を含む広い温度範囲で強誘電性液晶相(たとえ
ばカイラルスメクチックC相)を示す。
強誘電性液晶の電界に対する応答速度τは、 τ=η/Ps・E 但し、η;粘度 Ps;自発分極 E;印加電場 で与えられる。この為、数μsecオーダーの高速応答を
実現するためには、大きな自発分極をもつことが必要で
ある。
先述したように、強誘電性液晶の光学応答は、安定
な2状態(bistable state)により初めて実現され
る。Clerkらによると、この状態を実現するためには、
セルギャップdを螺旋ピッチp以下にし螺旋をほどく必
要がある。エヌ.エー.クラーク、エス.テイー.ラガ
ヴァル;アプル.フィズ.レット.、36 899 (198
0)(N.A.Clerk,S.T.Lagerwall;Apll.Phys.Lett.、36
899(1980))この為、セル作成上作成容易なセルギャ
ップの厚いセルを利用するためには、強誘電性液晶の螺
旋ピッチを長くする必要がある。
強誘電性液晶の配向状態は、液晶材料の相系列によ
って異なり、特に強誘電性液晶相の高温側にスメクチッ
クA相(SmA)及びコレステリック相(Ch)を有する液
晶材料が良好な配向状態が得られると考えられている。
即ち、強誘電性液晶材料の相系列が、たとえばカイラル
スメクチックC相の場合* Iso→Ch→SmA→SmC* 但し、Iso;等方性液体 Ch;コレステリック相 SmA;スメクチックA相 SmC*;カイラルスメクチックC相 であることが望ましい。
更に、上記のような相系列を持つ液晶材料の中でもCh相
のピッチが長いものの方が配向状態が良好であると考え
られている。
以上述べた条件以外にも液晶分子の傾き角θ等に対する
様々な要求がある。
従来の強誘電性液晶材料は温度範囲だけをとりあげてみ
ても実用的な材料は数少なく、上記の条件をすべて満た
し実用に耐え得る材料は皆無に等しいのが現状であっ
た。
以下に従来の強誘電性液晶材料の1例を示す。(+)p
−デシルオキシベンジリデンp′アミノ2−メチルブチ
ルシンナメイト(+DOBAMBC) 但し、SmG*カイラルスメクチックG相 Ps=4〜5nC τ=数百μsec〜数msec 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の強誘電性液晶材料は、その温度範
囲だけをとりあげても実用的なものは少なく先述の4つ
の条件を総て満たし即ディスプレイデバイスに応用でき
る液晶材料は皆無に等しいのが現状である。そこで、本
発明では、自発分極が大きく、且つ捩れの向きが逆であ
るような液晶材料を混合することにより、広い温度範囲
で強誘電性液晶相を示し、容易に良好な配向が得られ、
数十μsecオーダーの高速応答可能な強誘電性液晶材料
を提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する為に本発明の強誘電性液晶材料
は、自発分極が大きく、且つ捩れの向きが逆であるよう
な液晶材料を混合することにより、広い温度範囲で強誘
電性液晶相を示し、容易に良好な配向が得られ、数十μ
secオーダーの高速応答可能な強誘電性液晶材料であ
る。
作 用 一般に、液晶の温度範囲を拡大する為には、2種類以上
の分子形状の異なる液晶化合物を混合することが必要で
ある。ところが、強誘電性液晶材料を混合する際にはそ
の化合物の自発分極の極性,強誘電性液晶相の捩れの向
き,コレステリック相の捩れの向き等の物質定数を考慮
にいれ混合しなければいけない。自発分極は、第3図
(a)に示すように+のものと第3図(b)に示すよう
に−のものが有りこの極性はカイラル中心の立体配置と
双極子モーメントの向きで決定される。自発分極の極性
の同一な液晶化合物を混合した場合の自発分極の変化を
第4図に、自発分極の極性の異なる液晶化合物を混合し
た場合の自発分極の変化を第5図に示す。又、第5図
(a)は自発分極の大きさのほぼ等しい場合、第5図
(b)は自発分極の大きさの大きく異なる場合の自発分
極の変化を示す。この図より明らかなように、自発分極
の極性の異なる液晶化合物を混合すると自発分極の値は
小さくなってしまうが、自発分極の極性の同一の液晶化
合物を混合することにより自発分極の大きい液晶化合物
を容易に得ることができる。又自発分極の極性の異なる
液晶化合物を混合する場合でも第5図(b)のように、
一方の自発分極の大きさが他方に比べて大きい場合には
自発分極の減少は抑えられ比較的大きな自発分極をもっ
た液晶化合物がえられる。
螺旋軸の捩れ方向は、カイラル部の絶対的立体配置とベ
ンゼン環からカイラル中心までの分子数が偶数か奇数か
で決定されると考えられている。エム.ツカモト,テ
イ.オオツカ、ケイ.モリモト、ワイ.ムラカミ;ジャ
パン.ジェイ.アプル.フィズ.、14 1307(1975)
(M.Tukamoto,T.Otsuka,K.Morimoto,Y.Murakami,;Japa
n.J.APPL.Phys.,14 1307(1975))即ちカイラル中心
の絶対立体配置がS体でありベンゼン環からカイラル中
心までの原子数が偶数であれば捩れの方向は右であり奇
数であれば左である。又、カイラル中心の絶対立体配置
がR体であれば逆になる。一般にピッチを伸すには、2
つの方法が考えられる。1つは強誘電性液晶材料にカイ
ラルを持たない液晶材料を混合する方法と、捩れの方向
が逆である液晶材料を混合する方法である。前者の方法
によるとピッチを伸すためにはカイラルを持たない液晶
材料をかなりの割合混合する必要があり、自発分極は非
カイラル成分の増加と共に減少するので非常に小さくな
ってしまう。一方後者の方法によれば先程述べたよう
に、自発分極の極性が同一でかつピッチの捩れ方向が逆
の液晶材料を混合するか或いは自発分極の極性が逆であ
っても一方の自発分極が非常に大きく、且つ互いのピッ
チの捩れ方向が逆である液晶材料を混合することにより
自発分極が非常に大きく、且つ互いのピッチの捩れ方向
が逆である液晶材料を混合することにより自発分極の大
きな且つピッチの発散した強誘電性液晶材料が容易に得
られる。
実施例 本発明の実施例を図を用いて説明する。最初に本実施例
において、その強誘電性液晶材料の応答特性を測定した
液晶セルの構造を第6図に示す。ここで、4は偏光板、
5はガラス基板、6は透明電極、7はラビングにより配
向処理を施した有機高分子膜、8は強誘電性液晶層、9
はセル厚を一定に保つためのスペーサーを表している。
このような構造のセルに強誘電性液晶材料を封入しその
応答特性及び自発分極を測定した。自発分極については
三角波法を用いて測定を行った。
又、相転位温度については、偏光顕微鏡によるtexture
観察及びDSCにより行い、Sc*相のピッチはセル厚100ミ
クロンの配向処理を施したセルを用い、Ch相のピッチは
Ch相を示さない化合物についてはネマチック液晶と混合
することによりCh相とし厚さ5ミリの配向処理を施した
ガラス基板を用いた楔型セルを用い通常法により測定を
行った。
実施例1 特許請求の範囲第1項記載の化合物(I)のカイラル部
の立体配置が2S,3SでありRがオクチル基でありlが1
である化合物(VI)のらせんのねじれ方向は右である
為、逆ねじれの化合物としてねじれ方向が左の化合物
(II)のカイラル部の立体配置がS体でR′がデシロキ
シ基でありl,m,nがそれぞれ1である化合物(VII)を用
い、これら2成分混合系について相転移温度,自発分
極,ピッチの長さ,応答速度を測定した。測定を行った
混合物の組成は化合物(VI)が70wt%,化合物(VII)
が30wt%である。第1図に上記の組成の化合物を用いて
作成した液晶セルの25℃に於ける応答速度の測定結果
を、第2図にこの2成分混合系の相図を示した。以下に
その結果を示す。
相転移温度 自発分極;60nC Ch相のピッチ;無限大 応答速度;80μsec(25℃) 実施例2 特許請求の範囲第1項記載の化合物(I)のカイラル部
の立体配置が2S,3SでありRがノニル基である化合物(V
III)および特許請求の範囲第1項記載の化合物(I)
のカイラル部の立体配置が2S,3SでありRがオクチル基
である化合物(VI)のらせんのねじれ方向は右である
為、逆ねじれの化合物としてねじれ方向が左の化合物
(II)のカイラル部の立体配置がS体でありR′がデシ
ロキシ基でありl,m,nがそれぞれ1である化合物(VII)
を用いた3成分系についてその相転移温度、ピッチの長
さについて測定を行った。又、測定を行った化合物の組
成は、化合物(VIII)が21wt%,化合物(VI)が49wt
%,化合物(VII)が30wt%であった。以下にその結果
を示す。
相転移温度 Ch相の螺旋ピッチ;無限大 応答速度;90μsec 実施例3 特許請求の範囲第6項記載の化合物(I)のカイラル部
の立体配置が2S,3SでありRがノニル基でありlが0で
ある化合物(VIII)及び特許請求の範囲第1項記載の化
合物(I)のカイラル部の立体配置が2S,3SでありRが
オクチル基でありlが1である化合物(VI)のらせんの
ねじれ方向は右であるため、逆ねじれの左ねじれの化合
物として化合物(IV)のカイラルの立体配置がS体であ
りR′がオクタノイックオキシ基である化合物(IX)を
用いた3成分系についてその転移温度、ピッチの長さに
ついて測定をおこなった。また測定を行った化合物の組
成は、化合物(VIII)が40wt%、化合物(VI)が10wt
%、化合物(IX)が50wt%であった。以下にその結果を
示す。
相転移温度 Ch相のらせんピッチ;無限大 発明の効果 以上のように本発明は自発分極の大きい、且つピッチの
捩れ方向が逆であるような強誘電性液晶材料を混合する
ことにより室温を含む広い温度範囲で液晶相を示し、配
向状態の良好な、自発分極の大きい高速応答可能な強誘
電性液晶材料を用いることにより、表示品位の優れた強
誘電性液晶表示装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1における強誘電性液晶セルの
応答の特性図、第2図は本発明の実施例1における2成
分混合系の相図、第3図は自発分極の極性を示す模式
図、第4図は自発分極の極性の同一の化合物を混合した
場合の自発分極の濃度依存特性図、第5図は自発分極の
極性の異なる化合物を混合した場合の自発分極の濃度依
存特性図、第6図は強誘電性液晶セルの構成図、第7図
は強誘電性液晶の模式図、第8図は強誘電性液晶の動作
原理を示した模式図である。 1……層法線方向、2……分子長軸方向、3……自発分
極の方向、4……偏光板、5……上下のガラス基板、6
……透明電極、7……配向処理を施した有機配向膜、8
……強誘電性液晶相、9……セル厚を一定に保つための
スペーサー、10……強誘電性液晶分子、11……自発分
極、12……Cダイレクター、13……コーン、14……層、
15……層法線、16……分子の層法線に対する傾き角θ、
17……層法線に対して分子の長軸が+θ傾いた液晶分
子、18……層法線に対して分子の長軸が−θ傾いた液晶
分子、19……紙面表方向を向いている双極子モーメン
ト、20……紙面裏方向を向いている双極子モーメント、
21……2枚の偏光板の方向。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻井 孝男 神奈川県川崎市川崎区鈴木町1番1号 味 の素株式会社中央研究所内 (72)発明者 樋口 量一 神奈川県川崎市川崎区鈴木町1番1号 味 の素株式会社中央研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】強誘電性を示すスメクチック液晶に於て、
    一般式 (但し、式中lは0または1の整数を、Rはアルキル基
    を示す)で表されるカイラル部がラセミ体をなさない液
    晶化合物とこの化合物とらせんのねじれ方向が逆である
    ような化合物をそれぞれ1種類以上含有することを特徴
    とする液晶組成物。
  2. 【請求項2】強誘電性を示すスメクチック液晶に於て、
    一般式 (但し、式中lは0または1の整数を、Rはアルキル基
    を示す)で表されるカイラル部がラセミ体をなさない液
    晶化合物とこの化合物とらせんのねじれ方向が逆であり
    自発分極の極性が同一である化合物をそれぞれ1種類以
    上含有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の液晶晶組成物。
  3. 【請求項3】一般式(I)で表される化合物とらせんの
    ねじれ方向が逆であるような化合物が、一般式 (但し、式中R′はアルカノイル基またはアルコキシ基
    を又、l,mは1または2の整数、nは0または1の整数
    を示す)で表されることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項、第2項のいずれかに記載の液晶組成物。
  4. 【請求項4】一般式(I)で表される化合物とらせんの
    ねじれ方向が逆であるような化合物が、一般式 (但し、式中R′はアルカノイル基またはアルコキシ基
    を示す)で表されることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項、第2項、第3項のいずれかに記載の液晶組成物。
  5. 【請求項5】一般式(I)で表される化合物とらせんの
    ねじれ方向が逆であるような化合物が、一般式 (但し、式中R′はアルカノイル基またはアルコキシ基
    を示す)で表されることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項、第2項、第3項のいずれかに記載の液晶組成物。
  6. 【請求項6】一般式(I)で表される化合物とらせんの
    ねじれ方向が逆であるような化合物が、一般式 (但し、式中R′はアルカノイル基またはアルコキシ基
    を示す)で表されることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項、第2項、第3項のいずれかに記載の液晶組成物。
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