JPH083092B2 - 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、新規な液晶組成物、特に強誘電性液晶組成
物に関するものである。

本発明の強誘電性液晶組成物は、従来の液晶材料と比
較して、特に高速応答性及びメモリー性にすぐれた液晶
表示素子への利用を有効成らしめるものである。

［従来技術］ 液晶表示素子はその低電圧作動性、低消費電力性、薄
型表示が可能なこと、受光型で目が疲れないことなどの
すぐれた特徴を有するため、各種表示素子として、広く
用いられている。

現在のところ、表示方式としてはTN（Twisted Nemati
c）型と呼ばれるネマチツク液晶を材料として用いるも
のが最も一般的である。しかし、このTN型表示装素子に
おいては、前記のすぐれた特徴をすべて有する反面、CR
Tなど、他の発光型の表示方式と比較すると、応答が非
常に遅いという欠点があった。そのため、テレビ等と動
画面や、高速プリンターのヘッド等、速い応答が必要と
される表示素子への応用においては種々の制約を受けて
いた。

液晶表示素子としては、TN型以外にもゲスト−ホスト
（GH）型、複屈折制御（ECB）型、相転移（PC）型、熱
効果型等が開発されており、それぞれに特徴を有してい
るが、その応答性においては、いずれもTN型と比べて特
に高速応答が得られるものとは言えなかった。これらの
表示素子に対して、高速応答が得られる表示方式として
二周波駆動型が開発され、応答性においてはかなりの改
善がなされたが、それでも充分満足のできるものとは言
い難かった。このため、さらに応答性にすぐれた新しい
表示方式の開発が試みられてきた。

この目的に沿ったものとして、最近、強誘電性液晶が
発表された（メイヤーら、ジユルナール・ド・フイジー
ク、36 L69（1975））。

この強誘電性液晶を利用した表示素子は、従来の液晶
と比較して、100〜1000倍という高速応答と、双安定性
によるメモリー効果が可能であり（クラークら、アプラ
イド・フイジクス・レタース、36 899（1980））、テレ
ビ等の動画像や、高速光シヤツター等をはじめとする多
方面の表示素子への応用が期待できるものである。

強誘電節液晶は、液晶相としてはチルト系のカイラル
スメクチツク相に属するものであり、その中でもカイラ
ススメクチツクＣ相（以下SC^＊相と略記する）が、最も
低粘性で実用的に望ましいものである。

SC^＊相を示す液晶化合物は、これまでにも検討されて
きており、既に、数多く知られている。

代表的なものとしては、初めて合成された強誘電性液
晶として知られている（Ｓ）−２−メチルブチル・ｐ−
デシルオキシベンジリデンアミノシンナメート（DOBAMB
Cと略称されている）およびその同族体のシツフ塩基系
液晶をあげることができる。これは今でも強誘電性液晶
の物性や配向などの検討用として最もよく用いられる液
晶化合物の１つであって、自発分極やピツチなど強誘電
性液晶において重要な物性値を比較検討する場合の１つ
の基準物質ともなっている。しかしDOBAMBCとその系列
化合物には、光に対する安定性に欠ける水分に対す
る安定性に欠けるそれ自身有色であるSC^＊相を示す
温度範囲が、76゜〜93゜と狭くかつ室温よりはるかに高
い、などの欠点があり実用面からみると満足できるもの
ではなかった。

こうした欠点を改良すべく、化学的に安定なエステル
系のものが最近検討されており、既に報告例もある。総
説としては、１）グツドビー他、リキツド・クリスタル
・アンド・オーダード・フリユーイズ、４、P1〜２）グ
ツドビー他、モレキユラー・クリスタルズ・アンド・リ
キツド・クリスタルズ、110、175（1984）などをあげる
ことができる。

しかし、これらに紹介されている化合物では、分子内
にベンゼン環を２個含むいわゆる２環性のものではSC^＊
相がモノトロピツクであることが多く、また、ベンゼン
環を３個含むいわゆる３環性のものではSC^＊相の温度範
囲が高すぎるというきらいがあった。このためこれらの
化合物は、すべて配合によってその温度域を調整する必
要があった。本発明者らは既に、こうした化合物の特定
の位置にフツ素、塩素等のハロゲン原子を導入すること
によって、その移転温度、特に融点を大きく引き下げ
て、より実用的な強誘電性液晶化合物を得ることができ
ることを報告している（特願昭60−1791、特願昭60−71
628、特願昭60−81688、特願昭60−90676、特願昭60−9
8712など）。

すでに、エステル系、ハロゲン置換されたエステル系
又はピリミジン骨格を含む強誘電性液晶は配合により室
温を含む広い温度範囲SC^＊相をとることが報告されてい
る。

しかしこれらの室温付近での応答速度は、たかだか0.
5〜1.0msecであり実用上充分なものとは云えない。

＜本発明が解決しようとする問題点＞ 強誘電性液晶は、その実用化上、室温を含む広い温度
範囲でSC^＊相をとる事を前提として、高速応答性、大き
な自発分極、適切ならせんピツチ、チルト角やメモリー
性等の諸特性を具備していなければならない。一般的に
液晶は単独化合物で必要な諸特性を満足するものではな
く、各種特性を有する液晶を配合することによって実用
的特性を示すようになる。

強誘電性液晶に関しても、当然、配合により諸特性を
具備することが必要である。ところが、現在、強誘電性
液晶の配合に関する報告は少なく、SC^＊相の温度範囲拡
大に関して数件（第10回液晶討論会14A09北村、向尾
等；第11回液晶討論会2N20 山口、末永等；特開昭60−
248789など）及びピツト調整に関する報告［Mol.Cryst.
Lip.Cryst.,110（1984）175,J.W.Goodby et.al.］がな
されているにすぎない。しかし、それら配合によって得
られる強誘電性液晶組成物は、室温付近での応答速度が
遅く、実用化に不十分なものである。TV等のデイスプレ
イ用表示素子として要求される100μsec以下の高速応答
性を室温を含む温度範囲で示す強誘電性液晶が強く望ま
れている。

本発明は、そのような要請にこたえる液晶組成物を提
供するものである。

［問題点を解決する手段］ 本発明者等は、強誘電性液晶の室温を含む広い温度範
囲で高速応答性を示す配合条件について鋭意研究を重さ
ねた結果、一般式 （式中、R₁は炭素原子数１〜20の直鎖状アルキル基を示
し、R₂は炭素原子数２〜８の直鎖状アルキル基又はフエ
ニル基を示し、 又はトランス−1,4−シクロヘキサン環をしめし、Ｑは
単結合又は−Ｃ≡Ｃ−を示し、ｎは０又は１を示し、＊
は不斉炭素原子を示す。但し、Ｑが単結合を示す且つR²
が炭素原子数２〜８の直鎖状アルキル基を表わす場合、
ｎは１であり且つ 表わすことはない。

で表わされる少なくとも１種の化合物を強誘電性液晶又
は強誘電性液晶組成物に0.1〜50重量％配合することに
より、その応答速度を大幅に改善し得ることを見出し
た。例えば、添付図面の図−１には、化合物（Ｉ）をエ
ステル系強誘電性液晶組成物に添加した時の25℃におけ
る化合物（Ｉ）の濃度（重量％）と応答特速度及びSC^＊
−SA相転移温度（但しSAはスメクチツクＡ相を表わす）
との関係が示されているが、それによると、化合物の配
合量には制限があり、0.1〜50重量％、望ましくは１〜2
0重量％配合された場合に室温付近において実用的高速
応答性能を示す強誘電性液晶組成物が得られることが判
る。

本発明化合物（Ｉ）の好適な化合物（Ａ〜Ｅ）を化学
式にて例示すれば、次の通りである。

（式中、 はトランス1,4−シクロヘキサン環を示し、 ＊は不斉炭素原子を示す。） 本発明においては、添加の対象となる強誘電性液晶又
は強誘電性液晶組成物は、特に限定されることなく広範
囲に選ばれる。しかし、実用的な面からは、一般式 （式中、R₁は炭素原子数１〜20のアルキル基又はアルコ
キシル基又はアルカノイロシル基を示し、Ｑは単結合、
−COO−、 −CH＝Ｎ−、−Ｎ＝CH−、 又は−CH＝CH−を示し、Ｙは単結合又は−COO−、 −Ｏ−又は−CH＝CH−COO−を示し、R₂は不斉炭素を含
むアルキル基又はハロゲン化アルキル基を示し、X₁及び
X₂はＨ又はF,Cl等のハロゲン原子又は−OH基を示し、ｎ
及びｍは０〜３より選ばれる整数であってどちらも同時
にゼロであることはない。） で示されるエステル系強誘電性液晶、ピリミジン系強誘
電性液晶、シツフ塩基系強誘電性液晶及びそれらの混合
物が好ましい。特ち、化合物（II）の強誘電性液晶に化
合物（Ｉ）を配合すると、室温を含む広い温度範囲でSC
^＊相を示す強誘電性液晶組成物が得られる。

［発明の作用］ 化合物（Ｉ）を含む強誘電性液晶組成物を、ポリイミ
ドが塗布されてラビング配向処理されたI.T.Oガラスセ
ルを注入し、温度勾配法にて配向させ、20V,50Hzの矩形
波を印加して応答速度を測定したところ、25℃において
100μsec以下という高速応答性を示すことが見出され
た。従って、本発明の強誘電性液晶組成物は、液晶表示
用素子として充分実用域に達するものである。

［実施例］ 以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、
本発明の主旨と適用範囲はこれらの実施例によって限定
されるものではない。

実施例１ 化合物（Ａ）を一般式（II）で示される４種の化合物
で構成される配合組成物（Ｆ） に10％添加して成る強誘電性液晶組成物を、ポリイミド
塗膜を有し、ラビング配向処理を施された厚さ3.1μｍ
のI.T.O.ガラスセルに注入し、温度勾配法にて配向さ
せ、20V,50Hzの矩形波を印加し、応答速度を測定した。
この時の測定温度と応答速度との関係を図−２に示す
が、図−２より判るように、室温域（25℃）において、
120μsecという速い、即ち元の組成物（Ｆ）にくらべて
６倍余も速い、応答速度が得られた。また、この時の強
誘電性液晶組成物のSC^＊相温度範囲は、−５〜56℃と広
範囲であった。

実施例２ 化合物（Ａ）を、下式（Ｇ） で示される強誘電性液晶に10％添加し、実施例１と同様
に2.7μｍの厚さセルで応答速度を測定したところ、25
℃で93μsecという非常に速い応答速度を示した。この
速度は元の強誘電性液晶の13倍の速さであった。また、
この時の組成物のSC^＊相温度範囲は、３〜76℃と広範囲
であった。

実施例３〜７ 実施例１で示した強誘電性液晶組成物（Ｆ）に、各種
化合物（Ｉ）を10％添加したときのSC^＊相温度範囲と25
℃における応答速度を表−１に示す。

実施例８ 実施例１で示された化合物（Ｂ）を、下式（Ｈ） で示される強誘電性液晶化合物に10％添加し、実施例１
と同様に2.5μｍ厚のセルに注入し、応答速度を測定し
たところ、65℃において80μsecの応答性を示した。ま
た、この組成物のSC^＊相温度範囲は、55〜87℃であっ
た。

一方、化合物（Ｂ）を添加しない場合の応答速度は、
65℃において180μsecであった。

［発明の効果］ 本発明により、現在までに開発された種々の強誘電性
液晶又は強誘電性液晶組成物の応答速度を大巾に改善す
ることが可能となった。特に、室温を含む温度領域にお
いて100μsec前後の高速応答性を示す強誘電組成物を得
ることができた。その結果、従来にない高速応答性の液
晶表示素子の製作が可能となったので、本発明が強誘電
性液晶の本格的な実用化に寄与し得る効果は大きい。

図面−１ 化合物（Ｉ）を強誘電性液晶組成物（Ｆ）に
添加した時の化合物（Ｉ）の濃度と応答速度及びSC^＊−
SA転移温度の関係を示す。

図面−２ 実施例１に示す組成物の温度と応答速度の関
係を示す。

【図面の簡単な説明】

図−１は化合物（Ｉ）を強誘電性液晶組成物（Ｆ）に添
加した場合における化合物（Ｉ）の濃度と応答速度及び
SC^＊−SA相転移温度との関係を示すグラフであり、図−
２は実施例１の組成物の温度と応答速度との関係を示す
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０２Ｆ 1/13 ５００ (72)発明者 竹原 貞夫 埼玉県与野市大戸663−５ 東海浦和マン シヨン307号 (72)発明者 東海林 忠生 東京都練馬区大泉町３−13−６ (72)発明者 佐々木 誠 埼玉県浦和市太田窪１−24−９ (56)参考文献 特開 昭62−89643（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−502620（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一般式 （式中、R¹は炭素原子数１〜20の直鎖状アルキル基を示
   し、R²は炭素原子数２〜８の直鎖状アルキル基又はフエ
   ニル基を示し、 又はトランス−1,4−シクロヘキサン環を示し、Ｑは単
   結合又は−Ｃ≡Ｃ−を示し、ｎは０又は１を示し、＊は
   不斉炭素原子を示す。 但し、Ｑが単結合を示し且つR²が炭素原子数２〜８の直
   鎖状アルキル基を表わす場合、ｎは１であり且つ を表わすことはない。） で表わされる少なくとも１種の化合物が、強誘電性液晶
   又は強誘電性液晶組成物に0.1〜50重量％配合されて成
   ることを特徴とする改善された応答速度を有する強誘電
   性液晶組成物。