JPS6337192A - 液晶表示装置 - 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
、特に強誘電性液晶表示装置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ふマチッ
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７マチツ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０強誘電性液晶はその速い応答速度
、メモリー性等ネマチンク液晶にはない諸特性を有して
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、ｌ１ｈ９）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図において、１０は液晶分子、１）は自発分極、１
２はＣダイレクタ−５１３はコーン、１４は層構造、１
５は層法線方向、１６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相においては、第６
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６図は強誘電性液晶の動作
原理図である。第６図（ａｌは電圧無印加の状態、第６
図〜）は紙回連から表方向に電圧を印加した場合、第６
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度頭重た液晶分子、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０強誘電性液晶を透明電極を存したガラス基板
に挾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−θ度頭重た領域にわかれる。上下電極間紙
面塩から表方向に電圧を印加することにより第７図Ｃｂ
）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ｆｃｌのようにセル
全体が−〇度頭重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 ただし、η；粘度 Ｐｓ；自発分極 Ｅ；印加電場 で与えられる。このため、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Ｂ（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、セルギヤノブｄを螺旋ビンチル以下に
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；アプル、
フィズ、レット、ユ亙　８９９（１９８０）　　（Ｎ、
Ａ、　Ｃ１ｅｒｋ、　Ｓ、Ｔ、　Ｌａｇｅｒｗａｌｌ；
ＡｐＨ，Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、、３６　８９９（１９
８０））このため、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
ン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）およびコレステリ、り相（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。すなわち、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相の場合本 Ｉｓｏ　　−４Ｃｈ　　−ｅ　　ＳｍＡ　　→　ＳｍＣ
＊ただし、ｌｓｏ；等方性液体 Ｃｈ；コレステリック相 ＳｍＡ；スメクチックＡ相 Ｓ　ｍ　Ｃ”　ｉカイラルスメクチックＣ相であること
が望ましい。

さらに、上記のような相系列を持つ液晶材料の中でもＣ
ｈ相のピン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（、上記の条件をすべて満た
し実用に耐え得る材料を用いた表示品位の優れた強誘電
性液晶表示装置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−デシルオキシヘンジリデンｐ　アミノ２−メ
チルブチルシンナメイト（＋ＤＯＢＡＭＢＣ）Ｉｓｏ−
４５℃ｍＡ−４ＳＩＩＩＣ＊→ＳｍＧ＊１２０℃　　　
９１℃　　　６０℃ ただし、ＳｍＧ＊　；カイラルスメクチックＣ相Ｐ　ｓ
　＝　４〜５　ｎ　Ｃ τ＝数百μｓｅＣ〜数ｍ５ｅｃ このような液晶化合物を用いた液晶表示セルにおいては
良好な配向状態は得られず、上記の結果のようにカイラ
ルスメクチックＣ相を示す温度領域は狭く表示特性は悪
いものであった。

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、自発分権が大きくかつねじれの向きが逆である
ような液晶材料を含む液晶組成物を用いることにより、
広い温度範囲で動作し、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優れた表示品位の
強誘電性液晶表示装置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強誘電性液晶表示
装置は、自発分極が大きく、かつねしれの向きが逆であ
るような液晶材料を含む液晶組成物を用いることにより
、広い温度範囲で動作し、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優れた表示品位
を示すものである。

作用 一般に、液晶の温度範囲を拡大するためには、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１強誘電性液晶相のねじれ
の向き、コレステリック相のねじ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ｆａｔに示すように＋のものと第３図（ｂｌ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。また、第
５図（ａｌは自発分極の大きさのほぼ等しい場合、第５
図中）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。また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（１））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
が得られる。

螺旋軸のねしれ方向は、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１．ツカモト、ティ、オオツカ、ケイ、モリモト、
ライ。ムラカミ；ジャパン、ジェイ、アブル、フィズ０
、上↓　１３０７　　　（１９７５）（門、Ｔｕｋａｍ
ｏｔｏ、　Ｔ、０ｔｓｕｋａ、　Ｋ、Ｍｏｒｉｍｏｔｏ
、　Ｙ、ＭｕｒａｋａｍｉＨＪａｐａｎＪ、Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙｓ、、±４　１３０７　　（１９７５））すなわ
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ねじれの
方向は右であり奇数であれば左である。また、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、ねじ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
ッチのねじ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、かつ互いのピッチのねじれ方向が逆である液晶材
料を含む液晶材料を用いることにより、良好な配向状態
を持つ高速応答可能な強誘電性液晶表示装置を得ること
ができる。

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、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およ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
。

また、相転移温度については、偏光顕微鏡によるｔｅｘ
ｔｕｒｅ観察および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３体でありＲがノニル基でありｌが０
である化合物（Ｖｌ）と下記のカイラル部の立体配置が
２３．３３である化合物（■）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３体でありＲｏがオ
クタノイックオキシ基でありｌが２、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転
移温度、ピッチの長さについて測定を行った。

また測定を行った化合物の組成は、化合物（Ｖｌ）が４
０ｗｔ％、化合物（■）が１０ｉｉｔ％、化合物（■）
が５０−ｔ％であった。以下にその結果を示す。

・・・・・・　（■） ・・・・・・　（■） 相転移温度 Ｔｓｏ　　−”　　Ｓｍ＾　→ＳｍＣ＊　　→Ｓｍｌ［
Ｉ＊１０４℃　　　５７℃　　　　１）℃ ｃｈ相のらせんピッチ；無限大 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２３でありＲがオクチＪし基でありｌ
が０である化合物（Ｖｌ）のらせんのねじれ方向は右で
あるため、逆ねじれの左ねしれの化合物として化合物（
ＴＩ［）のカイラルの立体自己万力く３体でありＲがデ
ンロキシ基であり６１ｍ、ｎ力（それぞれ１である化合
物（ＩＸ）を用いた２成分系についてその転移温度、ピ
ンチの長さについて測定を行った。第１図にこの２成分
混合系の相図を示す。また測定を行った化合物の組成は
、化合物（Ｖｌ）が７０ｗｔ％、化合物（ＩＸ）が３０
圓ｔ％であった。以下にその結果を示す。

相転移温度 Ｉｓｏ　　　−４ＳｍＡ　　　−＊　　　ＳｍＣ＊　　
　→　　ＳａＩ［［４５１℃　　　３６℃　　　４．３
℃ ｃｈ相のらせんとッチ；無限大 実施例３ 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３体でありＲがノニル基でありｌが０
である化合物（Ｖｌ）のらせんのねじれ方向は右である
ため、逆ねじれの化合物としてねじれ方向が左の化合物
（Ｖ）のカイラル部の立体配置が８体でありＲｏがデシ
ルオキシ基である化合物（Ｘ）を用いた２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
。また、測定を行った化合物の組成は、化合物（Ｖ［）
が５０ｗｔ％、化合物（ＩＸ）が５０ｗｔ％であった。

また、上記の液晶を用いて作成した液晶セルの配向状態
は良好であった。以下にその結果を示す。

相転移温度 Ｉｓｏ　　−”　　ＳｍＡ　　−＝　　５ｔｓＣ＊　　
＝　　Ｓｍｍ＊１０２℃　　　５５℃　　　２２℃ ｃｈ相のピッチ；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、かつピッチの
ねじ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２成分混合系の相図
、第２図は自発分極の極性を示す模式図、第３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４図は自発分権の極性の異なる化合
物を混合した場合の自、発分権の濃度依存特性図、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・・・・・・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、１）・・・・・・自発分極、１２・
・・・・・Ｃダイレクタ−１）３・・・・・・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十〇傾いた液晶分子
、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。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ばか１名第１図 ０　　　　　　　　　　　　５０　　　　　　　　　　
　ｔｏＯＣＶｔ　十Ｖｕ３　　　　　ＷｔＺ　θｆｃＶ
ｎｔ）　　　　　　　　〔Ｖツノ１〕第２図 （十）　　Ｐン０　　　　戸＝Ｆ９ス膚（−）　　Ｐ＜
０ 第３図 第４図 （（Ｌン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（ｂ）ｗｔｚ　　　　　　　　　　ｗｔ％ Ｎ　　　　め

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おいて、一般
   式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （ただし、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種類以上含有する液晶組成
   物を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
2. （２）強誘電性を示すスメクチック液晶において、一般
   式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （ただし、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
   液晶化合物と前記化合物とらせんのねじれ方向が逆であ
   りかつ自発分極の極性が同一であるような化合物をそれ
   ぞれ１種類以上含有する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）項記載の液晶表示装置。
3. （３）強誘電性を示すスメクチック液晶において、一般
   式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （ただし、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） （ただし、式中Ｒ’はアルカノイル基またはアルコキシ
   基を示し、またｌ、ｍは１または２の整数であり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１種類以上含有する
   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、または第（２）項記載の液晶表示装置。
4. （４）強誘電性を示すスメクチック液晶において、一般
   式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （ただし、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） （ただし、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１種類以上含有する液晶組成物を
   用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、第
   （２）項、または第（３）項記載の液晶表示装置。
5. （５）強誘電性を示すスメクチック液晶において、一般
   式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （ただし、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） （ただし、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１種類以上含有する液晶組成物を
   用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、第
   （２）項、または第（３）項記載の液晶表示装置。
6. （６）強誘電性を示すスメクチック液晶において、一般
   式 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （ただし、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） （ただし、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１種類以上含有する液晶組成物を
   用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、第
   （２）項、または第（３）項記載の液晶表示装置。