JPS63256688A - 液晶組成物 - 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フ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考えられ多方面から研
究が進められている。（例えばオプトロニクス、１９８
３、阻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６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、ラセル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６図に於て、７は液晶分子、８は自発分極、９はＣダ
イレクタ−１）０はコーン、１）は層構造、１２は層法
線方法、１３は傾き角θを示している。

第６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６
図の円錐形１０（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７図は強誘電性液晶の動
作原理図で有る。第７図（ａ）は電圧無印加の状態、第
７図（ｂ）は紙面塵から表方向に電圧を印加した場合、
第７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。１４は層法線に対して分子長軸が＋θ度傾い
た液晶分子、１５は一〇度傾いた液晶分子、１６は紙面
表方向を向いている双極子モーメント、１７は紙面裏方
向を向いている双極子モーメント、１８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
７図（ａｌのように螺旋がほどけ層に対して分子が＋θ
度傾いた領域と一〇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７図
中）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７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（例えば
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　５ｔａｔｅ）により初め
て実現される。Ｃ１ｅｒｋ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を螺旋ピッチル以下にし
螺旋をほどく必要がある。エヌ、ニー、クラーク、ニス
、ティー、ラガヴアル：アブル、フィズ、レフト、３６
８９９　　（１９８０）　　（Ｎ、　　Ａ、　Ｃ１ｅｒ
ｋ　。

Ｓ、　Ｔ、　Ｌａｇｅｒｗａｌｌ　；　ＡｐＨ，Ｐｈｙ
ｓ、　Ｌｅｔｔ、　３６８９９（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。

Φ　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（Ｓａ＋　Ａ　）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、例えば
カイラルスメクチックＣ相の場合水 Ｉ　ｓｏ　　−＊Ｃｈ−＋ＳｍＡ−４ＳｍＣ＊但し、Ｉ
ｓｏ：　　等方性液体 Ｃｈ：　コレステリンク相 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。

温度範囲の拡大のためには多くの強誘電性液晶材料を混
合してやる必要が有る。このとき先述の４つの条件を満
たすためには多くの強誘電性液晶材料単位のコレステリ
ック相およびカイラルスメクチックＣ相それぞれに於け
るピッチの左右の向き、大きさ、自発分極の極性等を総
て考慮しながら混合しなければならず、実用的な強誘電
性液晶組成物は得にくいという問題点があり、非カイラ
ルなスメクチックＣ相を示す化合物を混合する方法がと
られていた。

発明が解決しようとする問題点 従来の強誘電性液晶材料は、温度範囲の拡大の為には、
非カイラルなスメクチックＣ相を示す化合物を混合する
方法がとられていた。ところが、非カイラルな化合物を
混合することにより、自発分極が小さくなるため非カイ
ラル成分の増加にともない応答速度が遅くなるため非カ
イラル成分の添加量をあまり増やせず多種類のカイラル
成分を自発分極の極性、カイラルスメクチックＣ相のら
せんのねじれ方向、コレステリック相のらせんのねじれ
方向等多くの物質定数を合せながら混合してやる必要が
あり実用的な強誘電性液晶組成物は得に（いという問題
点があった。そこで本発明の強誘電性液晶組成物は、非
カイラルなスメクチックＣ相を示す液晶化合物を３０〜
７０−ｔ％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、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ために本発明の液晶組成物は、強
誘電性液晶材料に非カイラルである（即ちねじれ構造、
自発分極を全く有さない）スメクチックＣ相を示す液晶
材料を３０〜７０−ｔ％混合することにより強誘電性液
晶相の温度範囲の拡大、良好な配向及び高速応答可能な
強誘電性液晶材料を容易に得ることができるという特徴
を備えたものである。

作用 本発明は上記した非カイラルなスメクチックＣ相を示す
液晶化合物を用いることによりねじれの向き及び自発分
極の極性等の物質定数を考慮することなしに温度範囲の
広い液晶組成物を容易に得ることができる。非カイラル
なスメクチ７りＣ相を示す液晶化合物を強誘電性液晶化
合物に混合する場合その自発分極は第４図に示すように
非カイラル成分の増加とともに直線的に減少するため混
合物の自発分極は極端に小さくなってしまいτ＝η／Ｐ
ｓ−Ｅ（但し、τは応答速度、ηは粘度、Ｐｓは自発分
極１、Ｅは印加電場を示す）より応答速度τは非カイラ
ル成分の増加とともに遅くなってしまう。本発明の場合
は、非カイラルな液晶化合物を３０〜７０−ｔ％混合す
るため、その自発分極Ｐｓは減少するが粘性ηとの相関
により第４図に示すように非カイラル成分が増加しても
応答速度τは遅くなっておらず、より速くなる傾向にあ
ることとなる。

実施例 以下本発明の一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５図に示す、ここで
、１．１′は偏光板２．２′はガラス基板、３．３′は
透明電極、４．４′はラビングにより配向処理を施した
有機高分子膜、５は強誘電性液晶層、６はセル厚を一定
に保つためのスペーサーを表わしている。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、相転移温度については、偏光顕微鏡によるテクチャ
−観察及び、ＤＳＣ（示差走査熱量計）により測定を行
った。

実施例１ 又はアシルオキシ基を示す）で示される化合物（Ｉ）が
式（ＩＩＩ）でしめされる化合物であり強誘電性を示す
カイラルな成分が（ＩＶ）式でしめされるような混合系
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。第１図にこの混合系の相図を、第２図に
２５℃における自発分極と２０　Ｖ　ｐＩ）印加時に於
ける応答速度の濃度依存を示した。Ａは自発分極の濃度
依存を、Ｂは応答速度の濃度依存を示す。第２図より自
発分極の値は非カイラル成分の増加と共にほぼ直線的に
減少しており化合物（ＩＶ）が２０−ｔ％以下ではその
自発分極が粘性に増して応答速度に影響を及ぼすため、
化合物（ＩＶ）が２０−ｔ％の時２５℃に於ける２４　
Ｖ　ｐｐの電圧印加時の応答速度は１４０μｓｅｃと遅
い値を示した。一方、化合物（ＩＶ）が８０ｗ　ｔ％以
下では自発分極は高い値を示すがそれにともない粘度も
増加するため、化合物（ＩＶ）が８０ｗ　ｔ％の時２５
℃に於ける２４　Ｖ　ｐｐの電圧印加時の応答速度は１
２０μｓｅｃと遅い値を示した。また、この領域では、
第１図より温度範囲も狭い。ところが、化合物（ＩＶ）
が５０−ｔ％の時２５℃に於ける２４　Ｖ　ｐｐの電圧
印加時の応答速度は６２μｓｅｃという高速応答を示し
、温度範囲の広い液晶相が得られた。またこの組成にお
いてピッチはかなり長くなっており配向状態は良好であ
った。以上のように応答速度は自発分極と粘度との相関
で決定されるものであり、高速応答かつ広い温度範囲を
示すことが液晶材料に要求される。

非カイラル成分を３０〜７０−ｔ％混合することにより
高速応答でしかも温度範囲の広い液晶材料が得ら（式中
Ｒ，Ｒ’、Ｒ’、Ｒ−はアルキル基又はアルコキシ基又
はアシルオキシ基を示す）で示される化合物（１）式及
び（ＩＩ）式が（Ｖ）式及び（ＶＩ）式で示される化合
物であり強誘電性を示すカイラルな成分が（■）式で示
されるような混合系について相転移温度を測定した。第
３図にこの混合系の相図を示した。第３図よりカイラル
成分のｗｔ％の減少と共に広い温度範囲の液晶相を示し
た。

Ｈ３ Ｃ＠　Ｈ＋？Ｏ旨■Ｘ（Ｃ←Ｃ００ＣＨｚＣＨＣｚＨｓ
　　　・・・（■）本 発明の効果 以上のように本発明は強誘電性液晶材料に非カイラルの
スメクチックＣ相を示す液晶材料を３０〜７０ｗｔ％混
合することにより、容易に室温を含む広い温度範囲で液
晶相を示し、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における混合系の相図、第２
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
速度と自発分極の濃度依存の特性を示すグラフ、第３図
は本発明の実施例２における混合系の相図、第４図は本
発明の強誘電性液晶組成物の自発分極と応答速度のカイ
ラル成分の濃度依存の特性を示すグラフ、第５図は強誘
電性液晶セルの構成図、第６図は強誘電性液晶の模式図
、第７図は強誘電性液晶の動作原理を示した模式図であ
る。 Ａ、Ａ’・・・・・・自発分極の濃度依存、Ｂ、Ｂ’・
・・・・・応答速度の濃度依存を示す、１．１′・・・
・・・偏光板、２．２′・・・・・・上下のガラス基板
、３．３′・・・・・・透明電極、４．４′・・・・・
・配向処理を施した有機配向膜、５・・・・・・強誘電
性液晶相、６・・・・・・セル厚を一定に保つためのス
ペーサー、７・・・・・・強誘電性液晶分子、８・・・
・・・自発分極、９・・・・・・Ｃダイレクタ−１）０
・・・・・・コーン、１）・・・・・・層、１２・・・
・・・層法線、１３・・・・・・分子の層法線に対する
傾き角θ、１４・・・・・・層法線に対して分子の長軸
が十〇傾いた液晶分子、１５・・・・・・層法線に対し
て分子の長軸が一θ傾いた液晶分子、１６・・・・・・
紙面表方向を向いている双極子モーメント、１７・・・
・・・紙面裏方向を向いている双極子モーメント、１８
・・・・・・２枚の偏光板の方向。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 θ　　　　　　　　　　　　ｓｏ　　　　　　　　　　
　ｉθＯイｂイ酬４勿　ＣＩＶ）の　ｖｔ２ 第　２　図 ＯＳθ　　　　　　　　　Ｉθ０ イヒ４−４句　（ＩＶ）のＷ亡、ｌ 第３図 θ　　　　　　　　　　　　　　　　、ｓｏ　　　　　
　　　　　　　　　１００４ヒレイト４勿　（Ｖ／１）
の　Ｗ沙！≦第４図 ０　　　　　　　　６０　　　　　　　　ｌθρカイラ
ルＡ分ψｗｔ名 第５図 第６図 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性液晶を示す液晶組成物に、非カイラルな
   スメクチックＣ相を示す液晶化合物を少なくとも１種類
   以上３０〜７０ｗｔ％添加することを特徴とする液晶組
   成物。
2. （２）非カイラルなスメクチックＣ相を示す液晶化合物
   の一般式が ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し式中Ｒ、Ｒ′はアルキル基又はアルコキシ基又は
   アシルオキシ基を示す）で表されることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の液晶組成物。
3. （３）強誘電性液晶を示す液晶組成物のらせんピッチが
   のびていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   または第（２）項のいずれかに記載の液晶組成物。
4. （４）非カイラルなスメクチックＣ相を示す液晶化合物
   の一般式が ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し式中Ｒ、Ｒ′、Ｒ″、Ｒ′″はアルキル基又はア
   ルコキシ基又はアシルオキシ基を示す）で表されること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の液晶組成
   物。
5. （５）強誘電性液晶を示す液晶組成物のらせんピッチが
   のびていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   または第（４）項のいずれかに記載の液晶組成物。