JPS6337186A - 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】 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緒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緒特性を有して
おりデイスプレィ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（オプトロニクス、１９８３、徹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ツ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−１１０はコーン、１１は層構造、１２は層法
線方向、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（ａｌは電圧無印加の状態、第７
図山）は紙面裏から表方向に電圧を印加した場合、第７
図ｔｃ）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＋〇度傾いた液
晶分子、１５は一θ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０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
ｆａｔ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７図（ｂ
ｌ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（Ｃ１のようにセル
全体が一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。

強誘電性液晶をデイスプレィ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−Ｂ 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、
フイズ、レット９、二　８９９（１９８０）　　（Ｎ、
　Ａ、　　Ｃ１ｅｒｋ、　　Ｓ、Ｔ、　−Ｌａｇｅｒｗ
ａｌｌ　；　ＡｐＨ，Ｐｈｙｓ、　　Ｌｅｔｔ、、１旦
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、例えばカイラ
ルスメクチックＣ相の場合水 Ｉｓｏ−４Ｃｈ−４ＳｍＡ−４ＳｍＣ＊但し、ｌｓｏ；
等方性液体 Ｃｈ；コレステリック相 ＳｍＡ；スメクチックＡ相 ＳｍＣ＊Ｈ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キ角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（のの強誘電性液高材料を
混合してやる必要が存る。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体のコレステ
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（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。第３図に従来のエステル系の非カイラル
化合物を用いた混合系の自発分極と２５℃に於ける２４
ＶＰｐの電圧印加時の応答速度を示す。

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くいという問題
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として（
１）式で示される様なフェニルピリミジン系の液晶化合
物を用いることにより、広い温度範囲で強誘電性液晶相
を示し、容易に良好な配向かえられ、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 上記の問題点を解決するために本発明は、強誘電性液晶
材料に（１）式で表されるようなフェニルピリミジン系
の非カイラルである（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混合する
ことにより非カイラル成分の添加量を増やすことができ
、広い温度範囲で強誘電性液晶相を示し、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
性液晶材料を容易に得ることができる。

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涙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。この為、捩れ構造、自
発分極を全く有さない非カイラルなスメクチックＣ相を
温度範囲拡大の為にもちいれば、捩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
なスメクチック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３図に示すように
非カイラル成分の増加と共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応答速度は非
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、すり粘性の非常に小さいフェニルピリミジン
系の非カイラルな液晶化合物を混合する為、その自発分
極は減少するが第４図に示すように非カイラル成分が増
加しても応答速度は遅くなっておらず、より速くなる傾
向にある。このようにフェニルピリミジン系の非カイラ
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
よりその添加量を増加させてもより高速な応答特性をし
めずため、強誘電性を示す液晶化合物に非カイラル成分
としてＮ）式で示されるようなフェニルピリミジン系の
液晶材料を混合すれば多量の非カイラル成分を添加でき
るためピッチの長い、温度範囲の広い高速な応答特性を
しめず強誘電性液晶組成物が容易に得られる。

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５図に示す。

ここで、１は偏光板、２はガラス基板、３は透明電極、
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−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ｔｅｘｔ
ｕｒｅ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 特許請求の範囲第１項記載の化合物（Ｉ）が式（ＩＩ）
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（Ｉ［［）式でしめされるような混合系について相
転位温度、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２０Ｖｐｌ）印加時に於ける応答速度の
濃度依存を示した。

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いるが、非カイラル成分が７５ｗ
ｔ％になっても２５℃に於いて２４Ｖｌ）ｐの電圧印加
時の応答速度は１１０μｓｅｃという高速応答を示し、
非カイラル成分が５Ｑｗｔ％に於ては６２μｓｅｃとい
う高速応答をしめす。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。又、上記
以外の組成の化合物についても良好な配向が得られた。

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相をしめす式（１）でしめされるフェニ
ルピリミジン系の液晶材料を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図、第３図は従来の強
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
特性図、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。 １・・・・・・偏光板、２・・・・・・上下のガラス基
板、３・・・・・・透明電極、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−１１０・・・・・
・コーン、１１・・・・・・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
軸が一〇傾いた液晶分子、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 ０６θ　　　　　　　　　ｌθθ 化合物ＣＩ［）ノＷ−ｔ７Ａ 第２図 イし合物　（Ｉ）のＷｔＺ 第３図 Ｏぴ　　　　　　　　　１００ カイラル八分のＷちん 第４図 カイラルＡ分のｗｔ％ 第５図 第６図 第７図

Claims (2)

【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 ） （但し式中Ｒ、Ｒ’はアルキル基またはアルコキシ基を
   示す）で表される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種類以上添加することを特徴
   とする液晶組成物。
2. （２）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （但し式中Ｒ、Ｒ’はアルキル基又はアルコキシ基を示
   す）で表される非カイラルなスメクチックＣ相を示す液
   晶化合物をらせんピッチののびた強誘電性液晶組成物に
   少なくとも１種類以上添加することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の液晶組成物。