JPS6337191A - 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（オブトロニクス、１９８３．１ｌ
ｋ１９）。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は自発分穫、１２
はＣダイレクタ−１１３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（ａｌは電圧無印加の状態、第
８図Ｃｂ）は紙面層から表方向に電圧を印加した場合、
第８図（Ｃ１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は一θ頭重いた液晶分子、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ｔａ＋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頭重いた領域にわかれる。上下電極
間祇回連から表方向に電圧を印加することにより第８図
（ｂｌ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（Ｃ１のように
セル全体が一θ頭重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（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 Ｂ；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ｕ　（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。ニス。

ニー、クラーク、ニス、ティー、ラガヴアル；アブル、
フィズ、レット、、３６　８９９（１９８０）（Ｎ、Ａ
、Ｃ１ｅｒｋ、　　　Ｓ、Ｔ。

Ｌａｇｅｒｗａｌｌ　；　ＡｐＨ，Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔ
ｔ、、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。

■　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相の場合率 Ｉ　Ｓｏ−＋Ｃｈ−＊ＳｍＡ→ＳｍＣ＊但し、１３０；
等方性液体 Ｃｈｉ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
チルプチルシンナメイト（＋　ＤＯＢＡＭＢＣ）Ｉｓｏ
　　　−＊　　　ＳｍＡ　　　＝　　　ＳｍＣ＊　　　
−＋ＳｍＧ＊１２０℃　　　　９１℃　　　　　　　６
０℃但し、ＳｍＧ＊；カイラルスメクチックＧ相Ｐ　ｓ
　＝　４〜５　ｎ　Ｃ τ＝数百μｓｅｃ〜数ｍ５ｅｃ 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イスプレィ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μｓ
ｅｃ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 −ｉ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。

強誘電性液晶相の涙れの向き、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、自発分極は、第３図（ａｌに示すように十のものと
第３図ｔｂｌ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ｔａ＋は自発分極の大きさのほぼ
等しい場合、第５図（ｔｅｌは自発分権の大きさの太き
（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かえられる。

岬旋軸の捩れ方向は、カイラル部の絶対的立体配置とヘ
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、ツカモトティ、オオツカ、ケイ、モリモト、クイ
。ムラカミ；ジャパン、ジェイ、アプル。

フィズ、　、１４　１３０７　　（１９７５）　　（Ｍ
。

Ｔ　ｕｋａｍｏｔｏ、　　Ｔ　、　Ｏｔｓｕｋａ、　　
Ｋ　、　Ｍｏｒｉｍｏｔｏ＋Ｙ、　　Ｍｕｒａｋａｍｉ
、　　；　　Ｊａｐａｎ、　　　Ｊ、　　ＡＰＰＬ、Ｐ
ｈｙｓ、。

土↓　１３０７　　（＋９７５））即ちカイラル中心の
絶対立体配置が８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
２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、自発分権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涙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太き（、
且つ互いのピッチの涙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
強誘電性液箱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）反、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ｔｅｘｔ
ｕｒｅ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模型セルを用
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（１）のカイラル部
の立体配置が２３．３ＳでありＲがオクチル基でありｌ
が１である化合物（Ｖｌ）のらせんのねしれ方向は右で
ある為、逆ねしれの化合物としてねじれ方向が左の化合
物（ｎ）のカイラル部の立体配置が８体でＲ゛がデシロ
キシ店でありｉ。

ｍ、ｎがそれぞれ１である化合物（■）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（Ｖ［）が７Ｑｗｔ％。

化合物（■）が３Ｑｗｔ％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。

・・・・・・（ＶＴ） 相転移温度 Ｉ　ｓ　ｏ−＊ＳｍＡ−＊ＳｍＣ＋に一＊５ＨＩｋ−＋
Ｓ■＊１１１℃　　７２．５℃　　２３．８℃　１７．
７°Ｃ自発分極；６０ｎＣ ｃｈ相のピッチ；無限大 応答速度；８０μ５ｅｃ（２５°Ｃ） 実施例２ 特許請求の範囲第１項記載の化合物（１）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（■）および特許請求の範囲第１項記載の化合物（１
）のカイラル部の立体配置が２３，３ＳでありＲがオク
チル基である化合物（Ｖｌ）のらせんのねしれ方向は右
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８体でありＲ゛
がデシロキシ店でありβ、ｍ、ｎがそれぞれ１である化
合物（■）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（■）が２１
ｗｔ％、化合物（Ｖｌ）が４９ｗｔ％、化合物（■）が
３Ｑｗｔ％であった。以下にその結果を示す。

相転移温度 Ｉ　ｓ　ｏ−＋ＳｍＡ−＊ＳｍＣ＋に一５Ｉ１１＊−＝
ＳＩＶ＊８０℃　４３℃　６．２℃　−３℃ ｃｈ相の螺旋ビフチ；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（１）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（■）及び特許請求の範囲第１項記載の
化合物（１）のカイラル部の立体配置が２３．３Ｓであ
りＲがオクチル基でありｌが１である化合物（Ｖｌ）の
らせんのねしれ方向は右であるため、逆ねじれの左ねし
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Ｒｏがオクタノイックオキシ基である化合
物（ＩＸ）を用いた３枚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（■）が４Ｑｗｔ％、化合物
（Ｖｌ）が１３ｗｔ％、化合物（ＩＸ）が５Ｑｗｔ％で
あった。以下にその結果を示す。

・・・・・・（ＩＸ） 相転移温度 ｌ５ｏ−４ＳｍＡ→　ＳｍＣ＊−＊　　ＳｍＩ［［＊１
０４℃　　５７℃　　　１１℃ ｃｈ相のらせんとッチ；無限大 発明の効果 以−ヒのように本発明は自発分極の大きい、且つピッチ
の涙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
強誘電性液晶の構成図、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・・・・・・配向処理を施した打機配向
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−１１３・・・・・・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一〇傾
いた液晶分子、１９・・・・・・紙面表方向を向いてい
る双掻子モーメント、２０・・・・・・紙面裏方向を向
いている双掻子モーメント、２１・・・・・・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３図 一―　　　　△　　△ （す）　　ＰンＯＦ＝ｆ’ＺｘｆＬ Ｃ−）　　Ｐ＜０ 第１図 第２図 Ｏδｏ　　　ｔｏ。 （ＶＩ）　　ＷｔｔｏｆｃＶｎ）　　ＣＶｕ）Ｐ３　　
　　　　　　区 第６図 第７図 第８図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性を示すスメクチック液晶に於て、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （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. （２）強誘電性を示すスメクチック液晶に於て、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （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項記載の液晶組成物。
3. （３）強誘電性を示すスメクチック液晶に於て、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （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）で表される化合物と、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（II） （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）で表されるカイラル部がラセミ体をなさない
   液晶化合物をそれぞれ少なくとも１種類含む液晶組成物
   を用いた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. （４）強誘電性を示すスメクチック液晶に於て、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （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）で表される化合物と、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（III） （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）で表されるカイラル部がラセミ体をなさない液
   晶化合物をそれぞれ少なくとも１種類含む液晶組成物を
   用いた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. （５）強誘電性を示すスメクチック液晶に於て、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （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）で表される化合物と、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（IV） （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）で表されるカイラル部がラセミ体をなさない液
   晶化合物をそれぞれ少なくとも１種類含む液晶組成物を
   用いた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. （６）強誘電性を示すスメクチック液晶に於て、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （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）で表される化合物と、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（Ｖ） （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）で表されるカイラル部がラセミ体をなさない液
   晶化合物をそれぞれ少なくとも１種類含む液晶組成物を
   用いた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。