JP2004029717A - ねじれらせん効果型電気光学素子およびそれに用いる強誘電性液晶組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】高応答性、高コントラストを有するねじれらせん強誘電性液晶素子ＤＨＦＬＣ、およびそれに用いる強誘電性液晶組成物を提供する。
【解決手段】少なくとも一方が透明または半透明である複数の電極板間に既知の厚みの強誘電性液晶層１５が設けられたねじれらせん強誘電性液晶セル１０では、この層を介して電極板に電圧を印加することにより、素子の光学的異方性が変化する。層を有する強誘電性液晶１５は強誘電相を示し、強誘電相を示す温度よりも高い温度ではキラルネマティック相を示す。強誘電相では、強誘電性液晶の自然のらせんピッチが、素子の強誘電性液晶層１５の厚みよりも十分短いため、強誘電性液晶はらせん配向ベクトル構造を有し、かつ表面安定化されていない。ネマティック相では、強誘電性液晶の自然のらせんピッチが、強誘電性液晶層１５の厚みよりも十分長いため、素子の強誘電性液晶層１５の配向が容易になる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電性液晶（以下、ＦＬＣと呼ぶ）を含む電気光学素子に関し、特に、強誘電相中に短いピッチを有する非表面安定化ＦＬＣセルを含む素子、例えば、ねじれらせん強誘電性（以下、ＤＨＦと呼ぶ）素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬａｇｅｒｗａｌｌおよびＣｌａｒｋは、表面安定化強誘電性液晶（以下、ＳＳＦＬＣと呼ぶ）の効果、そして電気光学シャッターおよび表示素子への応用について記載した（米国特許第４，３６７，９２４号および第４，５６３，０５９号）。ＳＳＦＬＣセル中で、ＦＬＣは、透明電極間で、いわゆる「ブックシェルフ（ｂｏｏｋｓｈｅｌｆ）」配向状態にある。「ブックシェルフ」配向とは、スメクティック層が電極に対して実質的に垂直であり、ＦＬＣ分子の長手方向軸が電極に平行である配向状態である。この配置では、強誘電相中で典型的に形成される自然のらせんが、セル内の表面相互作用により抑制される。らせんがこのように抑制される結果、双安定性セルが形成される。双安定性セルとは、印加された駆動電圧の符号を変更することにより、セルの光軸が電極の面内で２θ旋光し得るセルである。但し、θは傾き（ｔｉｌｔ）角である。傾き角は、ＦＬＣ固有の特性である。らせんを抑制するためには、セルの厚み（ｄ）が、らせんピッチ長に相当するか、またはそれより小さくなければならない。したがって、セルの厚みが０．５〜６μｍであることが最も有用である（複屈折は０．１５〜０．３であると考える）可視光に応用する場合、ＦＬＣセルでのＳＳＦＬＣの自然のらせんピッチは、０．５〜１０μｍよりも長いべきである。
【０００３】
スメクティックＣ^＊相中のらせんが表面安定化により抑制されないＦＬＣセルでの電気光学効果もまた、既に記載されている。例えば、ＯｓｔｏｖｓｋｉらのＡｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｏｘｆｏｒｄ／Ｂｕｄａｐｅｓｔ．（１９８０）の４６９頁、およびＦｕｎｆｓｃｈｉｌｌｉｎｇおよびＳｃｈａｄｔのＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６６（８）：３８７７頁−３８８２頁（１９８９）に記載のねじれらせん強誘電（ＤＨＦ）効果は、スメクティックＣ^＊（または他のキラルな傾いたスメクティック強誘電）相中の自然のらせんピッチが十分に短く、すなわち、ＦＬＣセルの厚み（ｄ）よりも短く、そのためらせんが抑制されない、電極板間に配向されたＦＬＣに見られる。ＤＨＦＬＣ電気光学素子は、電極板間に配向されたＦＬＣを有する。最も典型的には、ＦＬＣは平面配向され、「ブックシェルフ」配置（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）にある。電極に電圧が印加されることにより、ＦＬＣ層を通過して電界が発生する。表面安定化ＦＬＣ素子とは異なり、配向されたキラルスメクティック相の自然のらせんは、ＤＨＦ効果形素子の、配向されたＦＬＣ材料中に見られる。図１に示すように、らせんは、電極板に平行で、且つ、スメクティック層に垂直である。らせんピッチ長とは、らせんが完全に一回転する部分の、らせん軸に沿った距離であり、ピッチの符号（＋または−）は、らせんがねじれる方向を示す。ピッチは、正または負の値であり得、「短い」ピッチとは、らせんが完全に一回転する部分の軸方向の長さが比較的短いということである。本明細書で用いる用語「ピッチ」は、ピッチ長を意味し、「ピッチの符号」または「ねじれ」という用語は、らせんのねじれの方向を示す。
【０００４】
ＳＳＦＬＣおよびＤＨＦセルは、複数の電極板のうちのいずれかが反射性である、反射モードにおいて作用し得る（例えば、米国特許第４，７９９，７７６号を参照せよ）。
【０００５】
Ｃ^＊らせんピッチ長が、可視光の波長に相当する時、素子中にストライプパターンが現れ、実際に回折格子が形成される。ピッチ長が光の波長よりも短い時（および好ましくは、光の１／２λよりも短い時）、光の回折は最小であり、ＦＬＣの見かけの屈折率は、図１に示すようにらせんの多くの配向方向にわたって平均化されている。電界が発生せず、且つ、表面安定化もされていない、電界が存在しない（ｆｉｅｌｄ−ｆｒｅｅ）状態では、Ｃ^＊らせんは自然状態にある。分子の配向ベクトル（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）
【０００６】
【化１】

（以下、ｎ^＊とする）は、層の垂線と角度θを成す。電界が存在しない（Ｅ＝０）状態では、らせんがあるために、平均化が起こり、ＤＨＦＬＣの見かけの光軸は、図１に示すように、らせん軸と一致する。
【０００７】
ＦＬＣ層を通過して印加された電圧が、ある臨界レベルＥ_Ｃよりも高い場合、らせんは完全に解けて、ＳＳＦＬＣ素子中でのように、２つの異なる光学状態を形成する。Ｅ_Ｃよりも低い電圧を印加すると、らせんが変形し、ＤＨＦＬＣの光軸が効果的に旋光する。ＤＨＦＬＣ層の光軸の方向は、印加された電界に比例して連続的に変化し得、したがって、ＦＬＣの光学的異方性を変化させる。ＤＨＦセルは、印加された電界の大きさに依存する光軸旋光を示し、そして印加された電界の大きさに基づいて、見かけの複屈折（Δｎ）の変化もまた示す。
【０００８】
ＤＨＦＬＣの光軸旋光の、電界誘導角の最高値は、材料の傾き角であるθである。＋／−電圧ステップである＋／−Ｅ_ｍａｘを印加することにより、光軸旋光の電界誘導角の最高値を２θにし得る。但し、Ｅ_ｍａｘは、θの旋光を得るために必要な最小電圧であり、Ｅ_ｍａｘの値はＥ_ｃよりも小さい。
【０００９】
ＤＨＦ効果形セルは、典型的には、上記の平均化により、ＳＳＦＬＣセルよりも大幅に低い見かけの屈折率を示す。したがって、所望の光学的リタデーション（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）を得るために、ＤＨＦセルは、典型的には対応するＳＳＦＬＣセルよりも厚い。ＤＨＦＬＣセルの複屈折は、典型的には約０．０６〜０．１３の範囲で変化し、ＳＳＦＬＣセルの約１／２である。その結果、ＤＨＦＬＣの波長板は、典型的には対応するＳＳＦＬＣの波長板よりも厚い。セルの厚みを最小にするためには、高複屈折材料をＤＨＦに用いることが有用である。
【００１０】
Ｅ_ｃは、ＦＬＣの自発分極および強誘電相のピッチに反比例し、以下の関係を有する。
【００１１】
【数１】

したがって、自発分極が大きいほど、且つ、ピッチが長いほど、効果を制御するために必要な電圧は低い。ＤＨＦＬＣセルの応答時間（τ）は以下のように定義される。
【００１２】
【数２】

ここで、γは、配向粘度（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）であり、θは傾き角である。Ｐ_ｓが上昇すると、閾値電圧が低下するが、速度は上昇しない。一方、ピッチを短くすると、速度とＥ_ｃの両方が上昇する。Ｐ_ｓを上昇させ、且つ、ｐを低下させることにより、応答速度が大幅に上昇し得、一方、閾値電圧を低く維持し得る。粘度を低下させることによってもまた、応答速度が上昇する。
【００１３】
欧州特許出願第３０９，７７４号は、電界の変化によりらせん構造が変化し、それによって光学的異方性が変化する、キラルスメクティックＦＬＣを含むＤＨＦＬＣ表示素子に関する。上記出願はＤＨＦセルに関し、ＦＬＣのらせんピッチに対するこの液晶セルの厚みの比（ｄ／ｐ）は５より大きく、好ましくは１０より大きい。但し、θは２２．５゜と５０゜との間であり、且つ、いわゆる相関数
【００１４】
【数３】

は見かけ上、０．１より大きい値、好ましくは０．４５より大きい値になるように制限されている。この必要性により、液晶セルの厚みが制限され、したがって、ＤＨＦＬＣ素子の応用範囲も制限され得る。上記出願は、５−アルキル−２−（ｐ−アルコキシフェニル）ピリミジンとラセミ化していないキラルなターフェニルジエステルとのＦＬＣ混合物に関する（欧州特許出願第３３９，４１４号もまた参照せよ）。
【００１５】
欧州特許出願第４０５，３４６号は、アキラルなスメクティックＣホスト混合物と１μｍ未満のピッチを誘導するドーパントとを含む、配向されたＦＬＣを有する、双安定性ＦＬＣセルに関する。上記混合物は、１０ｎＣ／ｃｍ^２より大きい自発分極および１０゜より大きいθを有すると考えられる。上記セルは、電界中でうまく形成された後、電圧０の時、不均質な構造を示す直交偏光子の間に平行な暗線を表示する。
【００１６】
欧州特許出願第４０４，０８１号は、分極が大きく、且つ、ピッチが短いＦＬＣ素子に関する。上記出願は、短いＣ^＊ピッチを有する材料の使用に関する。但し、自発分極の大きいセルで見られる光学的ヒステリシスを排除するために、ＳＳＦＬＣセルでは、ｐは、せいぜい１／２ｄ未満である。Ｃ^＊ピッチが０．２５μｍと０．６３μｍとの間である混合物は報告されているが、報告されている混合物のうち、室温で最も短かったピッチは、０．３９μｍであった。Ｃ^＊ピッチの短いＦＬＣ混合物は、少なくとも８μｍより長いＮ^＊ピッチを有するということが報告されている。
【００１７】
ＦｕｎｆｓｃｈｉｌｌｉｎｇおよびＳｃｈａｄｔのＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６６（８）：３８７７頁−３８８２頁（１９８９）は、応答性が高く、且つ、複数化可能なＤＨＦＬＣ表示装置に関する。上記文献の著者は、ＤＨＦセルは、セルの厚みよりも大幅に短いピッチを有するＦＬＣ、および液晶セル内に弱い表面相互作用を必要とすると記載している。らせんが解けようとする傾向を減少させるためのセル調製方法が、以下のようにいくつか報告されている。すなわち、（１）剪断応力（ｓｈｅａｒ）をかける、（２）上部セル板と下部セル板とを異なる方向でラビングする、および（３）ＳＳＦＬＣにジグザク欠陥をもたらす表面処理である。しかし、これらの処理は、セルの光学的コントラストに悪影響を与える。上記文献の著者は、配向された層を一方向にラビングして得られたＤＨＦセルのコントラスト比（ＯＮ／ＯＦＦ）は１２：１であり、剪断応力をかけて得られたＤＨＦセルのコントラスト比は４０：１であると報告している。したがって、上記処理による、高コントラストＤＨＦＬＣ電気光学素子の製造には問題がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、安定して解けないらせん配向ベクトル構造を維持するＦＬＣを含む、高応答性、高コントラストＦＬＣ電気光学素子、特にこのようなＤＨＦＬＣ電気光学素子を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、短い強誘電相ピッチを必要とするＦＬＣ電気光学素子に有用な、特に、ＦＬＣにらせん配向ベクトル構造の存在を必要とするＦＬＣ電気光学素子に有用な液晶層特性、すなわち、短い強誘電相ピッチ、長いＮ^＊ピッチ、および大きな自発分極を有するＦＬＣ組成物を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は、半波長板であり、特に、可視光波長領域で有用な半波長板であり、安定して解けないような、高応答性、高コントラストＤＨＦＬＣセルを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、らせん配向ベクトル（ｎ^＊）構造を保持し、印加された電界または駆動電圧の大きさに基づいて光学的異方性が変化を示す非表面安定化ＦＬＣセルを含む、高コントラスト電気光学素子を提供する。特に、本発明は、高コントラストＤＨＦ効果型セルを提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の高コントラスト電気光学素子は、少なくとも一方が透明または半透明である電極板間に設けられた既知の厚みの強誘電性液晶層、高コントラスト電気光学素子の光学的異方性が変化するように、強誘電性液晶層を介して電極板に電圧を印加する手段、および電圧を印加した素子の光学的異方性の変化状態を光学的に識別する手段を包含する。ここで、層を有する強誘電性液晶は、強誘電相を示し、強誘電相を示す温度よりも高い温度ではキラルネマティック相を示す。強誘電相では、強誘電性液晶の自然のらせんピッチは、素子の強誘電性液晶層の厚みよりも十分短く、そのために、強誘電性液晶は、らせん配向ベクトル構造を有し、かつ、表面安定化されていない。ネマティック相では、強誘電性液晶の自然のらせんピッチは、強誘電性液晶層の厚みよりも十分長く、そのために、素子の強誘電性液晶層の配向が容易に行える。
【００２２】
好適な実施態様では、本発明の高コントラスト電気光学素子は、ねじれらせん強誘電性液晶（ＤＨＦＬＣ）素子である。
【００２３】
好適な実施態様では、上記強誘電相での自然のらせんピッチは、有用な素子動作温度では約１μｍ以下であり、上記ネマティック相での自然のらせんピッチは、約４μｍ以上である。上記強誘電相での自然のらせんピッチは、好ましくは、室温では０．３９μｍ未満であり、より好ましくは、０．２５μｍ未満であり、さらにより好ましくは、０．１５μｍ未満である。上記キラルネマティック相での自然のらせんピッチは、好ましくは、Ｎ^＊転移点よりも少なくとも約１℃から２℃高い温度では、上記強誘電性液晶（ＦＬＣ）相の厚み以上であり、より好ましくは、強誘電性液晶相の厚みの少なくとも約４倍である。好適な実施態様では、上記強誘電相での自然のらせんピッチは、可視光の波長の１／２未満である。
【００２４】
好適な実施態様では、本発明の高コントラスト電気光学素子は、上記強誘電性液晶層に接した上記強誘電性液晶層の配向手段をさらに包含し、それによって、強誘電性液晶の分子の分子配向ベクトルは選択された方向に実質的に配向する。上記配向手段は、好ましくは、一方向にラビングされた高分子配向層を包含し、より好ましくは、一方向にラビングされたナイロン配向層を包含する。上記一方向にラビングされたナイロン配向層は、好ましくは、上記電極板の内表面では強誘電性液晶層に接して設けられており、かつ、互いに対向する電極板上のナイロン配向層のラビング方向は互いに平行である。
【００２５】
好適な実施態様では、本発明の高コントラスト電気光学素子は、可視光波長領域では実質的に半波長板である。
【００２６】
好適な実施態様では、上記強誘電性液晶の複屈折がΔｎである時、上記強誘電性液晶層の厚みは約０．２５／Δｎ（μｍ）と０．３０／Δｎ（μｍ）との間である。
【００２７】
本発明の強誘電性液晶組成物は、強誘電相、および強誘電相を示す温度より高い温度ではキラルネマティック相を示す、少なくとも２つの成分を含む。ここで、Ｎ^＊転移点より少なくとも約１℃から２℃高い温度で上記キラルネマティック相での自然のらせんピッチは、ほぼ室温での強誘電相での自然のらせんピッチよりも少なくとも約４倍長い。
【００２８】
好適な実施態様では、本発明の強誘電性液晶組成物は、キラルドーパントおよびホスト化合物を含む。上記ホスト化合物は、好ましくは、スメクティックＣホストまたはスメクティックＣ^＊ホストである。
【００２９】
好適な実施態様では、温度が低下するにつれて、上記相は、Ｉ→Ｎ^＊→直交スメクティック→スメクティック強誘電と転移し、より好ましくは、Ｉ→Ｎ^＊→Ａ→Ｃ^＊と転移する。
【００３０】
好適な実施態様では、上記キラルネマティック相での自然のらせんピッチは、上記強誘電相での自然のらせんピッチより少なくとも約１０倍長い。
【００３１】
好適な実施態様では、本発明の強誘電性液晶組成物は、上記強誘電相では上記キラルドーパントと同一のピッチ符号を示し、かつ、キラルネマティック相ではキラルドーパントと逆のピッチ符号を示す、ネマティック相ピッチ補償剤をさらに含む。
【００３２】
好適な実施態様では、上記強誘電相での自然のらせんピッチは、室温では０．２５μｍ以下であり、上記キラルネマティック相での自然のらせんピッチは、Ｎ^＊転移点より少なくとも約１℃から２℃高い温度では８μｍ以上である。
【００３３】
好適な実施態様では、本発明の強誘電性液晶物質は約３０重量％以下のキラルドーパントを含む。好適な実施態様では、本発明の強誘電性液晶材料のキラルドーパントは、式Ｒ−Ａ−Ｚ_１−Ｂ−Ｏ−Ｍで表されるラセミ化していない化合物である。ここで、ＡおよびＢは、各々独立して１，４−フェニレン、環状炭素原子のうちの１個または２個が窒素原子で置換される１，４−フェニレン、または１，４−シクロヘキシレンから選択され、Ｚ_１は、一重結合、酸素原子、−ＣＯ−Ｏ−基または−Ｏ−ＣＯ−基であり、Ｒは、１個以上の隣接しない炭素原子が二重結合、酸素原子、イオウ原子またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る１個から２０個の炭素原子を有する基である。そしてＯ−Ｍは、式

で表される２，３−ジハロアルキル部分であり、＊は不斉炭素を表し、ＸおよびＹは、各々独立してハロゲンであり、Ｒ’は、１個以上の隣接しない炭素原子が二重結合、酸素原子、イオウ原子、またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る１個から約２０個の炭素原子を有する基あるいは−ＯＣＯ−Ｒ’’で表されるアシル基であり、ここでＲ’’は、１個以上の隣接しない炭素原子が二重結合、酸素原子、イオウ原子またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る１個から２０個の炭素原子を有する基である。上記キラルドーパントは、好ましくは、式

で表されるラセミ化していないキラルな２，３−ジフルオロアルキルオキシである。ここで、＊は不斉炭素を表し、ＡまたはＢのいずれか一方は１，４−フェニレンであり、ＡまたはＢの他方は２，５−ピリミジンであり、Ｒ’は、１個から２０個の炭素原子を有するアルキル基、または１個から２０個の炭素原子を有する−ＯＣＯ−Ｒ’’で表されるアシル基である。より好ましくは、上記ドーパントの立体構造は、２−Ｒ、３−Ｒまたは２−Ｓ、３−Ｓである。好ましくは、　Ｒ’は、１個から２０個の炭素原子を有するアルキル基であり、または、１個から２０個の炭素原子を有するアシル基である。
【００３４】
好適な実施態様では、本発明の強誘電性液晶材料は、３０重量％以下の上記キラルドーパント、５０重量％以上の上記ホスト化合物、および１重量％以下の上記ピッチ補償剤を含む。
【００３５】
本発明のＦＬＣセルは、強誘電相、例えば、スメクティックＣ^＊相を示し、強誘電相を示す温度より高い温度ではキラルネマティック（Ｎ^＊）相を示す、キラルな強誘電性液晶を含む。本発明のＦＬＣセルは、均一な間隔をあけて設けられた、電極を含む板を含み、上記電極板間にＦＬＣが配向されている。上記電極板のうち、少なくとも一方が、透明または半透明である。電極板のうちの一方は、反射性であり得、それにより、反射モードで動作するＤＨＦセルを製造し得る。上記セルは、電界の印加により誘導される、ＦＬＣの光学的異方性の変化を検出する手段を備える。例えば、透過モードセルでは、入射光偏光子および偏光検光子が、電極板のいずれか一方の側に設けられ得る。
【００３６】
ＦＬＣを配向する手段が、セル内、例えば、電極板の内表面でＦＬＣに接して設けられ得る。上記配向手段は、板の間にＦＬＣを挿入する前に、一方向の、平行または逆平行のラビングまたはブラッシングが施された配向層であり得る。例えば、ナイロン、ポリイミドまたはポリアミド層が、電極板に蒸着またはスピンコートされ得る。ＳｉＯセルの射方蒸着は、別の配向手段である。高コントラストＤＨＦＬＣセルの製造のためには、ラビングされたナイロンの配向層が好ましい。
【００３７】
本発明の素子のＦＬＣ層は、好ましくは、平面配向され、最も好ましくは、「ブックシェルフ」配置に配向される。本発明のＦＬＣ素子では、強誘電相中のＦＬＣの自然のらせんピッチは、強誘電性液晶相の厚み、すなわちＦＬＣ層の厚み（ｄ）よりも十分短い。すなわち、上記らせんピッチは、上記素子中の強誘電性液晶層が、らせん配向ベクトル構造を示し、したがって表面安定化しないように、十分短い。ＦＬＣのＮ^＊相では、自然のらせんピッチは、上記素子のＦＬＣの配向が容易に行えるように、セルの厚みよりも十分長い。それにより、上記素子は、少なくとも４０：１、より好ましくは１００：１以上の高い光学的コントラストを示す。さらに良好な配向を得るためには、ＦＬＣがまた、強誘電相とＮ^＊相との間の温度で、直交スメクティック相中間体をも有することが望ましい。直交スメクティック相は、他の相の中で、スメクティックＡ相およびスメクティックＢ相を含む。スメクティックＡ相の存在が好ましい。
【００３８】
本発明の高コントラスト電気光学素子は、好ましくはＦＬＣ材料を含み、ここで、強誘電相中の自然のらせんピッチ長は、約１／５ｄ（ｄ＝ＦＬＣセルの厚み）未満であり、Ｎ^＊相中の自然のらせんピッチ長は、少なくとも実質的にｄに等しい。強誘電相中の自然のピッチ長が、約１／１０ｄ未満であることが、より望ましい。Ｎ^＊相中の自然のらせんピッチは、好ましくは、約４ｄよりも長く、より好ましくは、約８ｄよりも長い。
【００３９】
本発明のＦＬＣは、有用な素子動作温度で、所望のピッチ特性を有する強誘電相を示すことが好ましい。ＦＬＣまたはＤＨＦＬＣ素子にとって有用な動作温度は、上記素子の所望の応用分野に依存する。いくつかの場合は、室温（２０℃〜３０℃）またはそれより低い温度（１０℃〜３０℃）での動作が望ましい。別の場合、例えば、投影型素子では、より高い動作温度（５０℃〜８０℃）が望ましい。したがって、本発明の素子の有用な動作温度は、約１０℃から約８０℃の範囲である。本発明のＦＬＣは、好ましくは、Ｎ^＊相への転移温度よりも約１℃から２℃まで高い温度で、所望の長いＮ^＊ピッチ特性を示す。より好ましくは、本発明のＦＬＣは、Ｎ^＊転移点よりも少なくとも約５℃まで高い温度で、所望の長いＮ^＊ピッチを示す。最も好ましくは、本発明のＦＬＣは、Ｎ^＊相である温度範囲全体にわたって、所望の長いＮ^＊ピッチを示す。
【００４０】
本発明の強誘電相は、スメクティックＣ^＊、Ｉ^＊、Ｆ^＊、Ｈ^＊、Ｊ^＊、およびＧ^＊を含むキラルな傾いたスメクティック相であり、これらすべての相が強誘電特性を示す（Ｍｅｙｅｒら、Ｊ．ｄｅ　Ｐｈｙｓｉｑｕｅ　３６、Ｌ−６９（１９７５））。本発明のＦＬＣの好ましい強誘電相は、スメクティックＣ^＊相である。
【００４１】
本発明の直交スメクティック相は、ＦＬＣ化合物の長手方向分子軸が、平均すると、スメクティックＡ相およびＢ相を含むスメクティック層に直交する。
【００４２】
可視光波長領域で使用するためには、ＦＬＣセルの厚みが、ＦＬＣの複屈折に応じて、約０．５μｍと６．０μｍとの間であることが好ましい。可視光波長領域にＤＨＦＬＣ素子を応用する場合に、回折の影響および表面安定化の影響を避けるためには、強誘電相中のＦＬＣの自然のらせんピッチが、使用する光の波長よりも実質的に短く、且つ、セルの厚みよりも実質的に短いことが好ましい。強誘電相では、０．１μｍから１．２μｍよりも小さい範囲の値を有するピッチが望ましい。約０．２５μｍよりも小さい値の強誘電相ピッチが、より望ましく、約０．１５μｍよりも小さい値の強誘電相ピッチが、最も望ましい。このようなセル中の自然のＮ^＊ピッチは、４ｄよりも大きい値を有することが望ましく、８ｄより大きいことがより望ましい。好ましい強誘電相は、スメクティックＣ^＊相である。上記したように、可視光波長領域で有用なＤＨＦＬＣ素子では、上記素子のＦＬＣが、有用な動作温度で所望の強誘電相およびピッチを示し、且つ、Ｎ^＊相への転移温度よりも少なくとも約５℃高い温度までＮ^＊ピッチを示すことが好ましい。また、上記したように、ＦＬＣがスメクティックＣ^＊相とキラルネマティック相との間にスメクティックＡ相を有することが好ましい。
【００４３】
本発明の高コントラスト素子、特に、高コントラストＤＨＦＬＣ素子を得るために、少なくとも２つの成分を含み、且つ、強誘電相および強誘電相を示す温度よりも高い温度でＮ^＊相を示すＦＬＣ組成物が提供されている。ここで、強誘電相中の自然のらせんピッチは、約１／５ｄ未満であり、好ましくは、約１／１０ｄ未満である。キラルネマティック相中の自然のらせんピッチは、ｄ以上であり、好ましくは、４ｄよりも大きく、さらに好ましくは、８ｄよりも大きい。好ましい組成物は、スメクティックＣ^＊強誘電相を有する組成物である。
【００４４】
本発明のＦＬＣ組成物は、強誘電相では短い自然のらせんピッチを誘導するが、ＦＬＣ組成物のキラルネマティック相では短い自然のらせんピッチを誘導しない、キラルドーパントを含む。本発明のＦＬＣ組成物は、さらに、それ自体が傾いたスメクティック相を有し、キラルまたはアキラルであり得る、ホスト材料を含む。ホストは、最も好ましくは、傾いたスメクティック相よりも高い温度でネマティック相を有し、好ましくは、傾いたスメクティック相とネマティック相との間の温度で直交スメクティック相中間体をも有する。上記ＦＬＣ組成物では、Ｎ^＊相中の自然のらせんピッチは、強誘電相中の自然のらせんピッチよりも、少なくとも４倍長く、好ましくは１０倍長い。上記ＦＬＣ組成物は、短いピッチを誘導するキラルドーパントを１種より多く含み得、好ましくは、そのすべてが、強誘電相ピッチの同一の符号を有する。Ｎ^＊ピッチを最大にするためには、ＦＬＣ組成物中で化合されたすべてのキラルドーパントが、Ｎ^＊ピッチの同一の符号を有さないことが望ましい。ホストは、成分の混合物であり得、多くの場合、そうである。ホストは、典型的にはアキラルであるが、小さい自発分極を有するラセミ化していないキラルなＦＬＣであり得る。ラセミ化していないキラルなＦＬＣホストが用いられる場合は、ＦＬＣホスト、および、それと化合される、短いピッチを誘導するＦＬＣドーパントが、強誘電ピッチの同一の符号を有することが好ましい。
【００４５】
本発明の好ましいＦＬＣ組成物は、温度が低下するにつれて、Ｉ→Ｎ^＊→直交スメクティック→強誘電→Ｘという相系列（ｐｈａｓｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を示す。但し、Ｉは等方性であり、Ｎ^＊はキラルネマティックであり、そしてＸは結晶性である。より好ましいＦＬＣ組成物は、温度が低下するにつれて、Ｉ→Ｎ^＊→Ａ→Ｃ^＊→Ｘという相系列を示す。但し、Ｉは等方性であり、Ｎ^＊はキラルネマティックであり、ＡはスメクティックＡであり、Ｃ^＊はスメクティックＣ^＊であり、そしてＸは結晶性である。
【００４６】
本発明のＦＬＣ組成物はまた、ネマティック相ピッチ補償剤（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ａｇｅｎｔ）、またはこのような補償剤の混合物をも含み得、上記の全補償剤は、好ましくは、ＦＬＣホストと短いピッチを誘導するＦＬＣドーパントとの混合物とは逆のＮ^＊ピッチの符号（すなわち、らせんのねじれ方向）を示す。
【００４７】
本発明の好ましいＦＬＣ組成物は、約３０重量％未満の、短いピッチを誘導するキラルドーパント成分、および、約５重量％から１０重量％未満のネマティックピッチ補償剤を含む。より好ましい組成物は、約２０重量％未満の、短いピッチを誘導するドーパントを含む。より好ましい組成物は、約１重量％未満のネマティックピッチ補償剤を含む。
【００４８】
本発明の好ましいＦＬＣ組成物では、自発分極の大きさが、約１０ｎＣ／ｃｍ^２よりも大きい。好ましいＦＬＣ組成物では、傾き角が、約１０゜よりも大きく、より好ましくは、約１８゜よりも大きく、最も好ましくは、２２．５゜以上である。
【００４９】
一般に、本発明の好ましいキラルドーパントは、液晶核、第２のテール基、および次式で表される置換された２，３−ジハロアルキルオキシキラルテールを有する、ラセミ化していないキラルな化合物である。
【００５０】
＊　　　＊
−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨＸ−ＣＨＹ−ＣＨ_２−Ｒ’
ここで、＊は不斉炭素を表し、ＸおよびＹは互いに独立して、ハロゲンであり、Ｒ’は、１個以上の隣接しない炭素原子が、二重結合、Ｏ原子、Ｓ原子、またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る、１個から約２０個の炭素原子を有する基であり、またはＲ’は、アシル基−ＯＣＯ−Ｒ’’である。ここで、Ｒ’’は、１個以上の隣接しない炭素原子が、二重結合、Ｏ原子、Ｓ原子、またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る、２個から約２０個の炭素原子を有する基である。Ｒ’は、直鎖または分枝アルキルまたはアルケニル部分、およびシクロアルキルまたはシクロアルケニル部分を含み得る。好ましいキラルドーパントは、ＸおよびＹが互いに独立して、ＦまたはＣｌであるものであり、より好ましくは、ＦＬＣドーパントは、ＸおよびＹが、両方ともＦであるものである。一般に、キラルドーパントの液晶核は、任意の中間状態の（ｍｅｓｏｍｏｒｐｈｉｃ）基であり得、例えば、短いピッチの誘導に適合する、芳香族またはシクロヘキシレン基を含むものであり得る。２個または３個の環を有する核が好ましい。第２のテール基は、一般に、キラルまたはアキラルであり得、典型的には、１個から約２０個の炭素原子を含み、それらの中で、直鎖または分枝アルキル、アルケン、シクロアルキル、シクロアルケニル、エーテル、エステル、アシル、チオエーテル、チオエステル、またはアルキルシリル基であり得る。
【００５１】
特定の実施態様では、本発明の、短いピッチを誘導するキラルドーパントは、次式を有するラセミ化していないキラルな化合物である。
【００５２】
Ｒ−Ａ−Ｚ_１−Ｂ−Ｏ−Ｍ
ここで、ＡおよびＢは互いに独立して、１，４−フェニレン、環状炭素原子のうちの１個または２個が窒素原子で置換されている１，４−フェニレン、または１，４−シクロヘキシレンから選択され得、そして、Ｚ_１は、一重結合、Ｏ原子、−ＣＯ−Ｏ−基、または−Ｏ−ＣＯ−基である。例えば、−Ａ−Ｚ_１−Ｂ−は、以下のものを含み得る。
【００５３】
【化２】

ここで、Ｒは、１個以上の隣接しない炭素原子が、二重結合、Ｏ原子、Ｓ原子、またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る、１個から２０個の炭素原子を有する基である。Ｒは、直鎖または分枝アルキル、アルケニル、シクロアルキル、またはシクロアルケニル部分を含み得、Ｏ−Ｍは、次式で表される２，３−ジハロアルキルオキシ部分である。
【００５４】

ここで、＊は、不斉炭素を表し、ＸおよびＹは互いに独立して、ハロゲンであり、Ｒ’は、１個以上の隣接しない炭素原子が、二重結合、Ｏ原子、Ｓ原子、またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る、１個から約２０個の炭素原子を有する基、あるいは、アシル基−ＯＣＯ−Ｒ’’である。ここで、Ｒ’’は、１個以上の隣接しない炭素原子が、二重結合、Ｏ原子、Ｓ原子、またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る、１個から約２０個の炭素原子を有する基である。Ｒ’およびＲ’’は、直鎖または分枝アルキル、アルケニル、シクロアルキル、またはシクロアルケニル部分を含み得る。
【００５５】
他の特定の実施態様では、本発明の、短いピッチを誘導するドーパントは、次式を有するラセミ化していないキラルな化合物である。
【００５６】

ここで、＊は不斉炭素を表し、Ｚ_１は、一重結合であり、Ｂは、１，４−フェニレンであり、そして、Ａは、２，５−ピリミジンであり、例えば、−Ａ−Ｚ_１−Ｂ−は、次式であり得る。
【００５７】
【化３】

ここで、Ｒ’は、１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基、または、１個から約２０個の炭素原子を有するアシル基−ＯＣＯ−Ｒ’’である。
【００５８】
本発明の特定の実施態様では、Ｒ’は、３個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基、３個から約２０個の炭素原子を有するω−モノアルケン基、４個から約２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基、または、アシル基−ＯＣＯ−Ｒ’’であり得る。ここで、Ｒ’’は、３個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基、３個から約２０個の炭素原子を有するω−モノアルケン基、または、４個から約２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基であり得る。
【００５９】
本発明の他の特定の実施態様では、Ｒ’は、１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基、または、アシル基−０ＣＯ−Ｒ’’であり得る。ここで、Ｒ’’は、１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基である。Ｒ’およびＲ’’にとっての好ましいアルキル基は、約６個から約１２個の炭素原子を有する。
【００６０】
さらに特定の実施態様では、核である−Ａ−Ｚ_１−Ｂ−は次式の通りである。
【００６１】
【化４】

ここで、Ｒ’は、１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基、２個から約２０個の炭素原子を有するω−アルケン基、４個から約２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基、または、アシル基−ＯＣＯ−Ｒ’’である。ここで、Ｒ’’は、１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基、２個から約２０個の炭素原子を有するω−アルケン基、または、４個から約２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基であり得る。ＲおよびＲ’にとっての好ましいアルキル基は約６個から１２個の炭素原子を含む。
【００６２】
より好ましくは、より大きな自発分極を得るために、ＦＬＣ組成物は、２，３−ジフルオロアルキルテールを有するキラルドーパントであり、ここで、不斉炭素の立体配置は、２（Ｒ）、３（Ｒ）、または、２（Ｓ）、３（Ｓ）である。
【００６３】
本発明の素子で有用なホストは、少なくとも約１０重量％の、次式を有するジオキシ置換化合物を１種以上含む。
【００６４】
Ｒ_１−Ｏ−Ｃ−Ｄ−ＯＲ_２
ここで、ＣまたはＤのいずれか一方は、１，４−フェニレンであり、ＣまたはＤの他方は、環の炭素原子のうちの１個以上が窒素原子で置換されている１、４−フェニレンである。ここで、Ｒ_１およびＲ_２は互いに独立して、１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基、あるいは４個から約２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基である。Ｒ_１およびＲ_２は、直鎖または分枝アルキル、アルケニル、シクロアルキルまたはシクロアルケニル部分を含み得る。
【００６５】
本発明の好ましいホスト成分は、ＣまたはＤのいずれか一方が、１，４−フェニレンであり、ＣまたはＤの他方が、２，５−ピリミジンである、フェニルピリミジンである。本発明の特定の実施態様では、Ｒ_１およびＲ_２は、１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基またはω−モノアルケン、あるいは、４個から約２２個の炭素原子を有し、末端にＳｉ（ＣＨ_３）_３基を含む、シリルアルキル基である。Ｒ_１およびＲ_２にとっての好ましいアルキル基は、約６個から約１２個の炭素原子を有する。
【００６６】
特定の実施態様では、本発明のホストは、少なくとも約１０重量％の、次式で表される化合物を有する。
【００６７】
Ｒ_１−Ｏ−Ｃ−Ｄ−Ｏ−Ｒ_２
ここで、Ｃは、２，５−ピリミジンであり、Ｄは、１，４−フェニレンであり、ここで、Ｒ_１およびＲ_２は互いに独立して、３個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基またはω−アルケニル基である。
【００６８】
本発明のホストはまた、次式を有する化合物を１個以上含み得る。
【００６９】
Ｒ_３−Ｅ−Ｆ−Ｚ_２−Ｒ_４または
Ｒ_５−Ｇ−Ｈ−Ｚ_３−Ｃｙｃ−Ｒ_６
ここで、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５およびＲ_６は、互いに独立して、約１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基、あるいは、約４個から約２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基である。Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５およびＲ_６の基は、直鎖または分枝アルキル、アルケニル、シクロアルキル、またはシルロアルケニル部分であり得る。
【００７０】
ＥまたはＦのいずれか一方は、１、４−フェニレンであり、ＥまたはＦの他方は、環状炭素のうちの１個または２個が窒素原子で置換されている１，４−フェニレンであり、Ｚ_２は、酸素原子、−ＣＯ−Ｏ−基、または−Ｏ−ＣＯ−基のいずれかである。ＧまたはＨのいずれか一方は、１，４−フェニレンであり、ＧまたはＨの他方は、環状炭素のうちの１個または２個が窒素原子で置換されている１，４−フェニレンであり、Ｚ_３は、一重結合、Ｏ原子、−Ｏ−ＣＯ−基、または、−ＣＯ−Ｏ−基である。Ｃｙｃは、１，４−シクロヘキシレン基である。
【００７１】
−Ｅ−Ｆ−および−Ｇ−Ｈ−は、好ましくは、以下のものを含むフェニルピリミジンである。
【００７２】
【化５】

ここで、Ｚ_２は、好ましくは酸素原子である。Ｚ_３は、好ましくは、一重結合または−Ｏ−ＣＯ−基であり、最も好ましくは、−Ｏ−ＣＯ−基である。Ｃｙｃは、好ましくは、トランス−１，４−シクロヘキシレン基である。Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５およびＲ_６は、好ましくは、３個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基またはω−アルケニル基であり、より好ましくは、約６個から１２個の炭素原子を有するアルキル基である。
【００７３】
本発明の好ましいホスト混合物は、約５０重量％以上の、式Ｒ_１−Ｏ−Ｃ−Ｄ−Ｏ−Ｒ_２を有する化合物、または約５０重量％の、式Ｒ_１−Ｏ−Ｃ−Ｄ−Ｏ−Ｒ_２またはＲ_３−Ｅ−Ｆ−Ｏ−Ｒ_４を有する化合物の混合物であり、ここで、少なくとも１０重量％が、式Ｒ_１−Ｏ−Ｃ−Ｄ−Ｏ−Ｒ_２を有する化合物である。
【００７４】
好ましいホスト混合物はまた、少なくとも約１０重量％の、式Ｒ_５−Ｇ−Ｈ−Ｏ−ＣＯ−Ｃｙｃ−Ｒ_６を有する化合物を含む。
【００７５】
本発明はまた、本発明の素子に使用し得ると考えられるラセミ化していないキラルな化合物をアッセイして、長いＮ^＊ピッチを保持する混合物中で短い強誘電相ピッチを誘導する、上記化合物の能力を調べる方法をも提供する。本発明の、短い強誘電相ピッチおよび長いＮ^＊ピッチを有する混合物での使用に適したホストを同定するための、類似の方法もまた、提供されている。
【００７６】
本発明はさらに、高コントラストＤＨＦセル、特に、半波長板である、高コントラストセルを製造する方法を提供する。このようなＤＨＦセルは、素子動作温度で短い強誘電相ピッチを示し、Ｎ^＊転移点より少なくとも１℃から２℃まで高い温度で、長いＮ^＊ピッチを示す、本発明のＦＬＣ組成物を、均一な間隔で設けられた電極板間に挿入することにより製造される。上記電極板を、表面処理し、それによって、一方向にラビングされた高分子層のような配向層を供給する。ＦＬＣを、Ｎ^＊層への転移点より少なくとも５℃高い温度まで加熱し、表面処理された電極板間に挿入し、そして、約０．０５℃〜２．０℃／分の間の速度でゆっくりと冷却して強誘電相にし、その結果、ＦＬＣの良好な配向を得る。
【００７７】
本発明のＦＬＣ組成物は、短い強誘電相ピッチを有する材料の使用を必要とする、または、このような材料の使用により良い効果が得られる、いかなるＦＬＣ素子にも用いられ得る。本発明のＦＬＣ組成物は、いわゆる抗強誘電効果型電気光学素子および双安定性ＳＳＦＬＣ様セルに用いられ得る。本発明はまた、本発明のＦＬＣ組成物を有するＦＬＣ層を含むＦＬＣ素子をも提供する。
【００７８】
ＳＳＦＬＣセルでの配向およびコントラスト比の改良は、強誘電性の傾いたキラルスメクティック相に転移する高い温度では長いＮ^＊ピッチを有するＦＬＣにより、容易に達成し得るということは、当業者には周知である（例えば、ＷＯ８７／０６０２１号を参照のこと）。ＳＳＦＣＬで配向を容易にするためには、Ｎ^＊ピッチは少なくともｄに等しく、好ましくは４ｄ以上であるべきである。ＳＳＦＬＣセルの製造では、キラルな傾いたスメクティック強誘電相とＮ^＊相との間の温度でスメクティックＡ相を有するＦＬＣの存在により、セルの配向はさらに容易になるということもまた、当業者には周知である。しかし、当業者は、ＳＳＦＬＣセルは、強誘電相では比較的長いピッチ（典型的にはｄよりも長く、好ましくは４ｄよりも長い）を必要とすると考えてきた。
【００７９】
従来の方法および組成物によると、ＤＨＦＬＣ素子では高コントラストを得ることは困難であった。コントラスト比とは、オフ時の透過光（素子を透過する最小の白色光）とオン時の透過光（素子を透過する最大の白色光）との比であると定義されている。最大のコントラストを達成するために、ＤＨＦＬＣセルの半波長板を、直交（直線）偏光子間に設け、そして、Ｅ_ｍａｘ（または−Ｅ_ｍａｘ）が印加された時に最小透過量が観察されるように方向づける。最大のコントラストは、セルを通過して印加される電圧ステップが、オフ状態とオン状態との間に光軸を４５゜回転させる時に得られる。さらに、ＦＬＣは２２．５゜未満の傾き角を有する場合が多いため、オン状態の最大透過量は、４５゜未満の全光軸旋光の最大角によって制限される。
【００８０】
オフ状態の最小透過量は、電極板間のセル内でＤＨＦＬＣが十分均一に配向することを必要とする。ＤＨＦＬＣセルで配向を改良させることに関しては、これまで、ほとんど何も報告されていない。上述のＦｕｎｆｓｃｈｉｌｌｉｎｇおよびＳｃｈａｄｔ（１９８９）は、ＤＨＦＬＣセルのコントラストは改良し得るということを示唆しているが、４０：１より大きいコントラストを達成する方法については全く述べていない。彼らは、４０：１のコントラスト比を有するＤＨＦＬＣセルを得るために、剪断応力による配向技術を用いた。しかし、剪断応力による配向技術は、大量生産には実用的ではない。ＤＨＦＬＣセルで、わずか１２：１のコントラスト比を得るために、一方向のラビングまたはブラッシングを含む、より実用的な方法が報告されている。欧州特許第３０９，７７４号は、１００：１のコントラスト比を有するＤＨＦセルについて記載しているが、いかにしてこのコントラストが達成されたかを詳細に述べてはいない。
【００８１】
本発明の発明者は、ＳＳＦＬＣセルの配向およびコントラストをうまく改良させた方法に類似する方法が、ＤＨＦＬＣセルの配向およびコントラストを改良させるために用いられ得るということを発見した。本発明者は、ＤＨＦＬＣセルの配向、より具体的には平面配向および「ブックシェルフ」型配向を容易にするために十分長いＮ^＊ピッチは、ＤＨＦＬＣセルが安定して解けないために必要な短い強誘電相ピッチをも有するＦＬＣ組成物で達成され得るということを発見した。短いピッチの強誘電相、例えばスメクティックＣ^＊相、および、それよりも高い温度で長いピッチのＮ^＊相を有するＦＬＣ組成物は、ＷＯ８７／０６０２１号に記載されているような方法を用いて配向され得る。これらの方法は、セルに表面処理を施すこと（例えば、配向層）および電極板の処理された表面間に接したＦＬＣを冷却することによりネマティック相から強誘電相に転移させることを組み合わせている。その結果、良好なＦＬＣの配向およびＤＨＦＬＣセルの高コントラストが得られる。これらの方法により、高コントラスト、すなわち４０：１以上、好ましくは１００：１以上を有するＤＨＦＬＣセルが得られ得る。ＦＬＣを冷却することによりネマティック相から強誘電相に転移させると共に、ＦＬＣ層を通過して電界を印加し得る。また、ネマティック相と強誘電相との間の温度でスメクティックＡ相のような直交スメクティック相が存在すると、さらに、良好な配向が容易になり、かつ、高コントラストセルが形成されることがわかった。
【００８２】
より詳細には、本発明の発明者は、適切なホストと組み合わせたラセミ化していないキラルなドーパントは、キラルネマティック相で短いピッチを誘導することなしに、短い強誘電相ピッチを誘導することを発見した。ＦＬＣホストおよび短いピッチを有するラセミ化していないキラルなドーパントは両方とも、強誘電相、例えば、スメクティックＣ^＊相とＮ^＊相との相対的なピッチ長に影響を与えるということが判明している。
【００８３】
本発明の強誘電性液晶セルは、従来のものと同様、保持用板間に既知の厚み（ｄ）のＦＬＣ層を含む。例えば、図１のＤＨＦＬＣセル１０に示すように、セルは板１１、１２、およびＦＬＣ層１５を有する。板は、ガラス、プラスティックまたは適切な光学的特性を有する他の材料から形成され得、実質的に互いに平行である。板のうち少なくとも一方は、透明または半透明である。透過型素子では、典型的には両板とも透明または半透明である。反射型素子では、板の一方が、金属シートまたは蒸着反射性表面のように反射性表面を有する。板は電極を備え、電極に電圧が印加されるとＦＬＣ層を通過して電界が形成し得るようになっている。例えば、透明または半透明の電極層１３、１４は、図１に示すように、板の内表面上に設けられ得る。適切な透明または半透明な電極材料としては、例えば、酸化スズおよびＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などが含まれる。金属ミラーを備えた反射型素子では、反射性表面も電極として作用し得る。電極は、例えば板全体に蒸着した層である単一の接触シートであり得るし、あるいは、画素を形成するために例えば板上のグリッド状の所望のパターンに蒸着または塗布され得る。ＦＬＣの所望の厚みを得るために板間にスペーサーが設けられ得る。
【００８４】
本発明のＦＬＣセルには、所望のＦＬＣの配向を誘導するために、あるいはセル内のＦＬＣの配向を補助または改良するために、電極板の内表面上ではＦＬＣ層に接して配向層が備えられ得る。良好な配向および高コントラストを得るためには、配向層を使用することが好ましい。例えば、ナイロン、ポリイミド、ポリアミド、または他の高分子層が、板の内表面上に設けられ得る。このような配向層は、例えば柔らかいレーヨン布で、一方向にラビングまたはブラッシング（一方向ラビング）される。互いに対向する板上の配向層は、同一の方向にラビングされるが、互いに対向する板上に対して平行でも逆平行でもよい。セル板上に、ラビングまたはブラッシングされた配向層を設けることはまた、セル表面処理とも呼ばれる。この分野で認識される範囲では、これらの表面処理は、ＦＬＣ層中のＦＬＣ分子の配向を実施、補助、または改良する。ＦＬＣに対する他の配向技術には、剪断応力工程およびセル板の内表面に対するＳｉＯ_ｘの射方蒸着が含まれる。配向技術は、特定の応用分野に適した所望の配向、例えば、平面配向またはホメオトロピック配向を得るために用いられ得る。
【００８５】
ＤＨＦＬＣセルは、ＦＬＣ層内にらせん配向ベクトル構造を保持し、そのため、表面安定化されていないＦＬＣセルである。ＤＨＦセルのらせん配向ベクトル構造を、図１に示す。図１は、電極板に垂直に、ブックシェルフ配置に配向されたスメクティックＣ^＊層を含むＤＨＦＬＣセルの模式図である。スメクティック層内に、平均分子長の軸ｎ^＊は、層に対する垂線
【００８６】
【化６】

（以下、ｚ^＊とする）に対して角度（Ψ）で方向づけられている。電極板に対して、らせん軸、すなわち、ｚ^＊は平行であり、スメクティック層は垂直である。図１には、らせんピッチ（ｐ）が示されている。ＤＨＦ効果を得るため、セルの厚み（ｄ）は、Ｃ^＊ピッチよりも大幅に大きい。強誘電材料は、層の平面に平行であり、かつ、ｎ^＊に対して垂直である自発分極Ｐを有する。配向されたＦＬＣでは、図１に示すように、ｎ^＊およびＰはｚ^＊の周りを回転しながら、スメクティック相からスメクティック相へと進む。続く相のＰおよびｎ^＊は、方位角φで回転し、図１に示すらせん配向ベクトル構造を形成する。層に対する垂線は、らせん軸に対して平行である。互いに同一の方位を有するｎ^＊とＰとの間のらせん軸に沿った距離、すなわち、３６０゜のφにおける変化量が、らせんピッチ長である。ピッチは＋または−であり得、＋および−は、らせんねじれの、互いに反対の符号を示す。ＤＨＦＬＣ層のらせん構造は、実質的にＦＬＣ層全体、または、ＦＬＣ層の中央部分のみに存在し得る。所定のセルがＤＨＦ効果を示すように、層には十分ならせん構造が存在しなければならない。例えば、ＦＬＣのらせん配向ベクトル構造が、表面相互作用により板表面付近で分裂することもあり得る。好ましいＤＨＦＬＣセルは、ＦＬＣ層のらせん構造が最大限に存在するセルである。ＤＨＦＬＣセルのコントラストは、良好なＦＬＣ分子の配向により改良される。ＤＨＦセルの配向技術は、らせん構造が完全に分裂することなく、配向が容易になるものであるべきである。ＤＨＦセルにとって好ましい配向技術とは、らせん配向ベクトル構造が実質的に分裂することなく、良好な配向が可能になるものである。本発明の発明者は、高コントラストＤＨＦ効果型セルの製造には、平行にラビングされたナイロン配向層を用いることが好ましいことを発見した。上述したように、ＤＨＦ効果は、現在当業者には周知である。このようなセルを含むＤＨＦＬＣセルまたはＤＨＦＬＣ素子では、セル電極に対する電圧の変化の上昇に伴ってＦＬＣ層のらせん構造のねじれが大きくなり、このねじれの結果、セルの光学的異方性の変化の上昇が検出される。これも当業者に理解されているように、ＤＨＦＬＣセルでは、電圧の上昇に伴って、光軸の方位および複屈折の変化量が増加する。これらの効果は両方とも、電圧に応じた光学的異方性の変化を検出するのに寄与している。
【００８７】
半波長板を含むＦＬＣは、特に電気光学素子の使用に利点がある。半波長板は、式
【００８８】
【数４】

を満たすように設計される。半波長板を含むＦＬＣは、より低い動作電圧を必要とし、広範囲の応用では高次セル（例えば、３／２λなど）よりも有用である。半波長板を含むＦＬＣセルの、波長による光透過量の変化は、高次セルの場合よりも大幅に小さい。このことは、特に可視光領域では真実である。可視光領域では、λ＝５５０ｎｍである時、Δｎｄ＝λ／２であるように設計されたＦＬＣ半波長板は、全可視光スペクトルにわたって、色収差を補正した半波長板である。
【００８９】
本発明の、非常に短い強誘電相ピッチを有する混合物は、安定して解けず、かつ、半波長（Δｎｄ＝λ／２）になるように設計されたＤＨＦセルの構造を可能にする。
【００９０】
Ｎ^＊ピッチおよび強誘電相ピッチは、当業者に周知の任意の方法により測定され得る。約０．５から０．６μｍよりも長いピッチを有する試料では強誘電相（例えば、スメクティックＣ^＊）またはＮ^＊のピッチを測定するために、カノウェッジ（Ｃａｎｏ　ｗｅｄｇｅ）法が用いられ得る。Ｒ．ＣａｎｏのＢｕｌｌ．Ｓｏｃ．Ｆｒａｎｃｅ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ．ＸＣ３３３（１９６７）、Ｐ．ＫａｓｓｕｂｅｋおよびＧ．ＭｅｉｅｒのＭｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．８：３０５頁−３１５頁（１９６９）、そして、Ｐｈ．Ｍａｒｉｎｏｔ−ＬａｇａｒｄｅらのＭｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．７５：２４９頁−２８６頁（１９８１）を参照のこと。厚い（約４００μｍ）ホメオトロピックに配向したセルの選択的反射率の測定は、典型的には、約０．５μｍ未満のピッチ長を測定するために用いられる。Ｋ．ＫｏｎｄｏらのＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２１：２２４頁（１９８２）を参照のこと。
【００９１】
ＦＬＣ材料の強誘電性およびＮ^＊ピッチは、温度によって変化する。典型的には、強誘電性ピッチは、温度の低下に伴って減少する傾向にあり、Ｎ^＊ピッチは、Ｎ^＊相を示す温度と、それより低いスメクティック相を示す温度との間の転移点で無限になる傾向がある。Ｎ^＊ピッチはしばしば、Ｎ^＊への転移点よりも数十分の１まで高い温度の範囲内で非常に急速に減少する。上記転移点よりも高い温度でＮ^＊ピッチを長くするために、ネマティック相ピッチ補償剤が用いられ得る。本発明の組成物は、上記転移点よりも少なくとも約１℃から２℃高い温度で長いＮ^＊ピッチを有する材料と、有用な素子動作温度（約１０℃から８０℃）で短い強誘電相ピッチを有する材料とを組み合わせたものである。
【００９２】
図４は、本発明の代表的なＦＬＣ混合物である混合物１（ＭＸ５５６５）の、温度に対するピッチ長を示すグラフである。この図では、本発明の代表的な混合物であるＣ^＊およびＮ^＊のピッチ長が、温度に伴ってどのように変化するかを示す。温度（℃）変化に伴う、Ｃ^＊ピッチ（□で示す）とＮ^＊ピッチ（■で示す）の変化をミクロン単位で示す。Ｎ^＊ピッチの目盛（ｙ軸、右）は、Ｃ^＊ピッチの目盛（ｙ軸、左）の１０倍である。スメクティックＡ相（Ａ）、スメクティックＣ^＊相（Ｃ^＊）、キラルネマティック相（Ｎ^＊）、および等方性相（Ｉ）に対応する温度範囲をグラフ内に示し、転移点を破線で示す。混合物１のＣ^＊ピッチおよびＮ^＊ピッチの実際の値は、両方とも常にマイナス（すなわち、ピッチの符号は−のねじれ）である。図４中で、絶対ピッチ長は、温度変化に伴うピッチ長の変化を比較するために用いられている。この混合物は、キラルスメクティック相（スメクティックＣ^＊）とキラルネマティック相との間の中間温度では直交スメクティック相、ここではスメクティックＡ相を有する。上述のＡからＮ^＊への転移では、温度が低下するにつれて、Ｎ^＊相ピッチ長は無限に増大する。この混合物の場合、Ｎ^＊ピッチは、ＡからＮ^＊への転移点よりも約１０℃高い温度では約５μｍであり、上記転移点よりも約５℃高い温度では約７．５μｍであり、そして、上記転移点よりも約２℃高い温度では、約３５μｍよりも長い値まで増大する。温度がＡからＮ^＊への転移点に近づくにつれて、Ｎ^＊ピッチは無限に増大する。
【００９３】
本発明のＦＬＣ混合物は、Ｎ^＊相への転移点よりも１℃から２℃高い温度では、長いＮ^＊ピッチを示し、好ましくは、上記転移点よりも少なくとも５℃まで高い温度では、長いＮ^＊ピッチを示し、最も好ましくは、Ｎ^＊相を示す全温度範囲では、長いＮ^＊ピッチを示す。Ｎ^＊ピッチの測定は、Ｎ^＊への転移点よりも約１℃から２℃高い温度またはそれ以上の温度で容易になされ得る。温度が、上記転移点の約１℃以内の温度に近づくにつれて、正確なＮ^＊ピッチを測定することが困難になる。
【００９４】
これも図４に示すように、Ｃ^＊ピッチは温度に応じて変化し得る。混合物１は、室温（２０℃から３０℃）では約０．５μｍ未満のＣ^＊ピッチを有する。本発明のＦＬＣ混合物は、好ましくは、光学素子の動作に有用な温度では短いピッチを有する。有用な動作温度は、素子の種類および応用分野により異なる。いくつかの応用分野では、室温で短いＣ^＊ピッチを有することが望ましい。別の応用分野では、これより高い温度で動作することが必要または望ましくあり得る。このような場合は、ＦＬＣは室温よりも高い温度、例えば、４０℃から８０℃で短いＣ^＊ピッチを有することが望ましい。
【００９５】
本発明の高コントラストＤＨＦセルは、均一な間隔をあけて設けられた電極板間に、本発明のＦＬＣ混合物を挿入することにより製造される。電極板の内表面は、好ましくは、一方向にラビングされた高分子層のように、配向を容易にする表面処理が施される。処理された板は、互いに対向する板上の配向層のラビング方向が平行または逆平行になるように、互いに方向づけられる。ＦＬＣ混合物は、Ｎ^＊への転移点より少なくとも５℃高い温度で、セル間に挿入される。好ましくは、ＦＬＣ混合物は、上記ＦＬＣ混合物が等方性の相を示す温度で、板間に挿入される。その後、ＦＬＣはＮ^＊相を示す温度まで冷却され、Ｎ^＊への転移点よりも少なくとも約５℃高い温度からゆっくりと冷却されて強誘電相になる。ＦＬＣは、Ｎ^＊相への転移点よりも約５℃以内の温度から、それより低いスメクティック相を示す温度まで、約０．０５℃から２℃／分の速度で冷却される。直交スメクティック相が存在する場合は、ＦＬＣは、直交スメクティック相から、それより低い温度の強誘電相まで、ゆっくりと冷却される。
【００９６】
得られた、配向されたＤＨＦＬＣセルは、その後、当業者に周知の方法、例えば、セルのコントラスト比を測定することによって、配向状態を評価する。所望であれば、さらにＮ^＊相を加熱し、その後、強誘電相までゆっくりと冷却するという１以上の工程を用いることにより、配向が改良され得る。実質的な配向が得られるまで、配向工程を繰り返すことが好ましい。ＤＨＦセルの実質的な配向とは、セルが直交偏光子間で最小光透過率を得るように設けられている場合（オフ状態）に、入射光の約０．０２５％未満が、セルを介して漏れる状態である。好ましい配向は、オフ状態で入射光の約０．０１％未満が漏れる状態である。このようなセル配向の工程から、高コントラストを有するＤＨＦセルが得られる。
【００９７】
本発明の素子で有用な相およびピッチ特性を有するＦＬＣ組成物の例としては、短い強誘電相ピッチドーパントとラセミ化していないキラルな２，３−ジハロアルコキシテール基とを組み合わせたものであり、例えば、米国特許第５，０５１，５０６号、米国特許出願第０７／７６３，１３４号および第０７／５５６，６５６号に記載されている。式Ｉで表される化合物

（ここで、Ａ、Ｂ、Ｘ、ＹおよびＲは上で定義した通りであり、そしてＲ’は、上で定義したアルキル、アルケニル、アルキルシリルまたは他の基である）は、米国特許出願第０７／７６３，１３４号に記載の方法またはこれらの方法を通常の様式で改変した方法により合成され得る。式Ｉで表され、Ｒ’がアシル基である化合物は、米国特許出願第０７／５５６，６５６号に記載の方法またはこれらの方法を通常の様式で改変した方法により合成され得る。上述の方法は、ＰＣＴ国際出願第ＷＯ８９／１０３５６号、ＷＯ８７／０５０１５号、ＷＯ８６／０６４０１号または米国特許第４，８８６，６２２号に記載されているような周知の様式により容易に用いられ得、それにより、トランス−１，４−シクロヘキシレン基を含む、式Ｉの化合物が合成される。
【００９８】
本発明の素子で有用な相およびピッチ特性を有するＦＬＣ組成物の例としては、短い強誘電相ピッチドーパントと、式ＩＩ
Ｒ_１−Ｏ−Ｃ−Ｄ−Ｏ−Ｒ_２　　　　　　ＩＩ
で表されるジアルコキシ化合物を少なくとも約１０重量％含む１個以上のホストとを組み合わせたものである。ここで、Ｒ_１、Ｃ、ＤおよびＲ_２は、上で定義した通りである。
【００９９】
ホスト成分として適した式ＩＩの化合物は、市販されているものでもよいし、あるいは、周知の方法により、または欧州特許出願第ＥＰ３０７，８８０号およびスイス特許出願第ＣＨ５９３，４９５号に記載されているような周知の方法を通常の様式で適用することにより、合成してもよい。
【０１００】
本発明のホストは、式ＩＩの化合物に加えて、式ＩＩＩおよびＩＶで表される化合物を１個以上含み得る。
【０１０１】
Ｒ_３−Ｅ−Ｆ−Ｚ_２−Ｒ_４　　　　　ＩＩＩ
または
Ｒ_５−Ｇ−Ｈ−Ｚ_３−Ｃｙｃ−Ｒ_６　ＩＶ
ここで、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｅ、Ｆ、Ｚ_２、Ｇ、Ｈ、Ｚ_３およびＣｙｃは、上で定義した通りである。
【０１０２】
本発明のホストとして適した式ＩＩＩまたはＩＶの化合物は、市販されているものでもよいし、あるいは、周知の方法により、または周知の方法を通常の様式で適用することにより、調製してもよい。
【０１０３】
本発明の素子で有用な短いＣ^＊ピッチを誘導する特性を有するラセミ化していないキラルなドーパントは、以下の工程による通常のテストにより選択され得る。
【０１０４】
１０重量％から５０重量％のテストされるべきラセミ化していないキラルな分子（例えば、ドーパントとして用いられる可能性のあるもの）と、式ＩＩで表されるジアルコキシ化合物を少なくとも１０重量％含む、室温でスメクティックＣ相またはスメクティックＣ^＊相を示すホスト化合物、好ましくは、スメクティックＣホストＨ１、Ｈ２（実施例中にその組成を示す）との混合物を調製する。用いられ得るドーパントの混合物は、ドーパントを約１０重量％と５０重量％との間の濃度で含む場合に、スメクティックＣ^＊相およびそれより高い温度ではキラルネマティック相を示す。ドーパントとして用いられる可能性のあるラセミ化していないキラルな分子の混合物の中でも、スメクティックＣ相またはネマティック相を破壊するものは、本発明で用いられ得る短いピッチを誘導するドーパントではない。ドーパントとして用いられる可能性のある混合物のＣ^＊相およびＮ^＊相のピッチを測定する。Ｎ^＊ピッチを、Ｎ^＊相への転移点よりも約１℃から２℃高い温度で測定する。Ｃ^＊ピッチを、有用な素子動作温度範囲（約１０℃から８０℃）で測定する。最も典型的には、Ｎ^＊ピッチを、Ｎ^＊への転移点よりも約２℃高い温度で測定し、Ｃ^＊ピッチを、室温（約２０℃から３０℃）で測定する。用いられ得る短いピッチを誘導するドーパントとは、少なくとも１つの混合物の、Ｃ^＊ピッチに対するＮ^＊ピッチの比が約１以上であるドーパントである。好ましい短いピッチを誘導するドーパントとは、少なくとも１つの混合物の、Ｃ^＊ピッチに対するＮ^＊ピッチの比が約４以上であるドーパントである。より好ましいドーパントを用いると、少なくとも１つのテスト混合物の、Ｃ^＊ピッチに対するＮ^＊ピッチの比は約１０以上である。好ましいドーパントとは、少なくとも１つの混合物が、室温では約０．２５μｍ未満のスメクティックＣ^＊ピッチを示し、上記転移点よりも約２℃高い温度では約２．５μｍ以上のＮ^＊ピッチを示すドーパントである。より好ましいドーパントとしては、少なくとも１つの混合物が、室温では約０．１５μｍ未満のスメクティックＣ^＊ピッチを示すドーパントである。好ましいドーパントとしては、ドーパント濃度が約１０重量％から２０重量％（ｗ／ｗ）未満である時に、Ｎ^＊相ピッチを約４μｍ未満まで減少させることなく、最も短いＣ^＊ピッチを誘導するドーパントである。この工程は、任意のキラルな傾いたスメクティック相で短い強誘電相ピッチを誘導するキラルドーパントを選択するために、容易に用いられ得る。
【０１０５】
本発明の、短いピッチを誘導するドーパントと組み合わせて用いるために適したスメクティックＣまたはスメクティックＣ^＊ホストは、以下の工程により、通常のテストを用いて選択され得る。
【０１０６】
採用される可能性のあるスメクティックＣまたはスメクティックＣ^＊ホストは、スメクティックＣまたはスメクティックＣ^＊相、および好ましくは、より高い温度ではネマティック相を示す。素子の応用において好ましいホストは、有用な動作温度（１０℃から５０℃）ではスメクティックＣまたはスメクティックＣ^＊相を示す。採用される可能性のある好ましいホストは、スメクティックＣまたはスメクティックＣ^＊相とネマティック相との間の温度では、直交スメクティック相、例えば、スメクティックＡ相を有する。採用される可能性のあるホストと、本発明により特に例示される短いピッチを誘導するドーパント、すなわち、実施例で定義するＭＤＷ１２８、ＭＤＷ２３２、ＭＤＷ１１６、ＭＤＷ１９８、ＭＤＷ３１６、またはＭＤＷ３１７のうちの１つ（１０重量％から５０重量％）との混合物を調製する。この工程によるテストに適したホストを、ドーパント濃度が約１０重量％と５０重量％（ｗ／ｗ）との間である時に、上記の少なくとも１つのドーパントと混合しなければならない。採用される可能性のあるドーパントとの混合物のＣ^＊相およびＮ^＊ピッチを測定する。Ｎ^＊ピッチを、Ｎ^＊への転移点よりも約１℃から２℃高い温度で測定する。Ｃ^＊ピッチを、有用な素子動作温度（約１０℃から８０℃）で測定する。最も典型的には、Ｎ^＊ピッチを、Ｎ^＊への転移点よりも約２℃高い温度で測定し、Ｃ^＊ピッチを、室温で測定する。本発明の組成物に使用するために適したホストとは、少なくとも１つのテストされた混合物の、Ｃ^＊ピッチに対するＮ^＊ピッチの比が約１以上であるホストである。好ましいホストとは、少なくとも１つの混合物の、Ｃ^＊ピッチに対するＮ^＊ピッチの比が約４以上であるホストである。より好ましいホストを用いると、少なくとも１つのテスト混合物の、Ｃ^＊ピッチに対するＮ^＊ピッチの比は約１０以上である。好ましいホストとは、少なくとも１つの混合物が、室温では約０．２５μｍ未満のスメクティックＣ^＊ピッチを示し、上記転移点よりも約２℃高い温度では約２．５μｍ以上のＮ^＊ピッチを示すホストである。より好ましいホストとは、少なくとも１つの混合物が、室温では約０．１５μｍ以下のＣ^＊ピッチを示すホストである。
【０１０７】
この工程は、強誘電性ホストを選択するために、容易に用いられ得る。本明細書に記載した工程によって、短いピッチを誘導するキラルドーパントが同定されると、上述の特に同定したドーパント化合物の代わりに、上述した新たに同定されたドーパントが、強誘電相ホスト用のアッセイに用いられ得る。非適合性または他の要素を混合することにより、本発明の特定のドーパントは、本発明の強誘電相、スメクティックＣまたはスメクティックＣ^＊ホストのすべての場合には、短いピッチを誘導しないこともあり得る。
【０１０８】
ホストは、典型的には低い分極密度を有するアキラルまたはラセミ化していないキラルな材料である。
【０１０９】
以下の実施例は、本発明の実施を示すためのものであって、決して本発明の範囲を限定するものではない。
【０１１０】
【実施例】
以下の実施例では、以下の式で表されるキラルＦＬＣドーパントをＦＬＣホスト混合物に導入し、得られた混合物のＣ^＊ピッチおよびＮ^＊ピッチを決定した。
【０１１１】
【化７】

例えば、Ｒ．Ｃａｎｏ（１９６７）（前出）およびＫ．Ｋｏｎｄｏら（１９８２）（前出）に記載のカノウェッジ法または選択的反射法などの標準方法を用いて、ピッチの測定を行った。相ダイアグラム全体では、温度は摂氏であり、Ｉ＝等方性、Ｎ^＊＝キラルネマティック、Ａ＝スメクティックＡ、Ｃ^＊＝キラルスメクティックＣ、Ｃ＝スメクティックＣ、そして、Ｘ＝結晶性である。
【０１１２】
実施例１：Ｃ^＊ピッチおよびＮ^＊ピッチの、ホストの種類に対する依存
ＭＤＷ１１６と３種類のＦＬＣホストとの混合物を上述のように評価することにより、Ｃ^＊ピッチおよびＮ^＊ピッチを測定した。これらのホストを１０重量％含む混合物を評価した結果を表１に示す。
【０１１３】
【表１】

ホストは、上記混合物中のドーパントによるピッチの誘導では重要な役割を果たす。ホストを変えることにより、Ｃ^＊ピッチは最高３倍変化し得、Ｎ^＊ピッチは５倍より大きく変化し得る。
【０１１４】
ジアルコキシホストは、最も短いＣ^＊ピッチを供給する一方、長いＮ^＊ピッチを維持した。
【０１１５】
実施例２：短いＣ^＊ピッチを有するＦＬＣ混合物
ジフルオロアルキルオキシドーパントは、ジアルコキシフェニルピリミジンホストでは、短いピッチを誘導する。選択されたジアルコキシフェニルピリミジンホストＨ１中に選択されたドーパントを３０重量％含む混合物のＣ^＊ピッチおよびＮ^＊ピッチの測定結果を表２にまとめる。
【０１１６】
【表２】

Ｈ１は、以下の組成物を有するアキラルスメクティックＣホストである（単位：重量％）。
【０１１７】
【化８】

Ｈ１は、以下の相ダイアグラムを有する。
【０１１８】
Ｉ−−８９−−Ｎ−−７０−−Ａ−−６６−−Ｃ
実施例３：ドーパント濃度に応じたＣ^＊ピッチおよびＮ^＊ピッチの変化
ＭＤＷ２３２と、ジアルコキシフェニルピリミジンを含むスメクティックＣ^＊ホストＨ２との混合物を調製し、上記混合物のＣ^＊ピッチおよびＮ^＊ピッチを測定した。表３に示すように、混合物中のドーパントの重量％が上昇するにつれて、Ｃ^＊ピッチが短くなる。これらの混合物では、Ｃ^＊ピッチに対するＮ^＊ピッチの比は、少なくとも８であり、ドーパントを３０重量％含む混合物では、その比は１０よりも大きい。
【０１１９】
【表３】

Ｈ２は、以下の組成物を有するアキラルなスメクティックＣホストである（単位：重量％）。
【０１２０】
【化９】

この相ダイアグラムは以下の通りである。
【０１２１】
Ｉ−−９３−−Ｎ−−７８−−Ａ−−７１−−Ｃ
実施例４：Ｎ^＊ピッチ補償混合物
以下の混合物はすべて、１μｍ未満のＣ^＊ピッチおよび１０μｍより長いＮ^＊ピッチを有する。
【０１２２】
混合物１は、以下の組成を有する。
【０１２３】
１０％ＭＤＷ１９８
１５％ＭＤＷ１１６
０．８％ＺＬＩ４５７２
７４．２％ＦＥＬＩＸ００８
ＺＬＩ４５７２は、以下の相ダイアグラムを有する、市販のピッチ補償剤である。
【０１２４】
Ｉ−−１３３−−Ｘ：
【０１２５】
【化１０】

混合物１：Ｃ^＊ピッチ（２５℃）＝−０．２７；Ｎ^＊ピッチ（Ｎ^＊相への転移点よりも２℃高い温度）＝−３８μｍであり、相ダイアグラムは以下の通りである。
【０１２６】
Ｉ−−８０−−Ｎ^＊−−６５−−Ａ−−６２−−Ｃ^＊−−＜２５−−Ｘ
図２は、本発明の平面配向ＤＨＦＬＣセルの、直線型駆動電圧印加時の直線型光学的応答性を示すグラフである。上記ＤＨＦＬＣセルは、厚みが２．５μｍであり、実施例４のＤＨＦＬＣ混合物１を含む。この図は、ブックシェルフ型に配向された混合物１の層を含む厚み２．５μｍのＤＨＦセルでのＤＨＦ効果を示す。セル内の光学的応答性は、印加される駆動電界に対してほぼ直線である。上方の曲線は、０．５Ｖ／目盛での光学的応答性を示し、下方の曲線は、２Ｖ／目盛での駆動電界を示す。一目盛は５ｍｓである。
【０１２７】
混合物２は、以下の組成を有する。
【０１２８】
１０％ＭＤＷ３１６
１０％ＭＤＷ３１７
０．７％ＺＬＩ４５７２
７９．３％ＦＥＬＩＸ００８
混合物２：Ｃ^＊相ピッチ（２２℃）＝−０．２１μｍ、Ｎ^＊相ピッチ＝−３０μｍであり、相ダイアグラムは以下の通りである。
【０１２９】
Ｉ−−７２−−Ｎ^＊−−５８−−Ａ−−４５−−Ｃ^＊−−＜２２−−Ｘ
混合物３は、以下の組成を有する。
【０１３０】
１０％ＭＤＷ１９８
２０％ＭＤＷ２３２
０．９％ＺＬＩ４５７２
６９．１％Ｈ２
混合物３：Ｃ^＊相ピッチ（２２℃）＝−０．１９μｍ、Ｎ^＊相ピッチ＝−３６μｍであり、相ダイアグラムは以下の通りである。
【０１３１】
Ｉ−−８２−−Ｎ^＊−−５５−−Ｃ^＊−−＜２２−−Ｘ
ＦＥＬＩＸ００８は、以下の相ダイアグラムを有する市販のＦＬＣ混合物である。
【０１３２】
Ｉ−−８６−−Ｎ^＊−−７５−−Ａ−−７０−−Ｃ^＊−−（−７）−−Ｘ
そして、ＦＥＬＩＸ００８は−９．６ｎＣ／ｃｍ^２の分極を有する。
【０１３３】
実施例５：ＤＨＦセルのコントラストの比較
市販のＤＨＦ混合物（Ｈｏｆｆｍａｎ　Ｌａ　Ｒｏｃｈｅ　５６７９、以下５６７９と呼ぶ）および上記の混合物１を用いて、２つのＤＨＦセル（厚み２．５μｍ）を調製した。
【０１３４】
板の内表面にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の電極層を塗布することにより、厚み２．５μｍの透過型セルを作成した。電極板上にナイロン層をスピンコートし、その後、乾燥させた。柔らかいレーヨン布を用いて、ナイロン層を一方向にラビングした。この時、互いに対向する板上の配向層を、平行にラビングするようにした。板を、間隔をあけて位置づけ、ラビング方向が平行かつ同一方向になるように組み合わせた。ＦＬＣ混合物を１００℃まで加熱し、毛細管現象によりセルに導入した。ＦＬＣ混合物を、スメクティックＣ^＊相が得られるまで、０．５℃／分の速度でゆっくりと冷却した。この処理の結果、平面配向セルを得た。セルの一方は混合物１を含み、他方はＲｏｃｈｅ５６７９を含むが、上記セルを両方とも直交偏光子間に設け、適切な電圧を電極板に印加することにより、セルの光学的異方性を変化させた。両方のセルの組織およびコントラストを、同一の条件下で調べた。
【０１３５】
２つのセルの組織の顕微鏡写真を図３に示す。図３は、本発明のＤＨＦＬＣセル（混合物１を含む、厚み２．５μｍのセル）（Ａ）と、市販のＤＨＦＬＣ混合物５６７９（Ｈｏｆｆｍａｎ　Ｌａ　Ｒｏｃｈｅ製）を用いた厚み２．５μｍのセル（Ｂ）との配向を比較した図である。（Ａ）および（Ｂ）は、セルの組織の顕微鏡写真である。図３で、（Ａ）は混合物１を含むものであり、（Ｂ）は５６７９を含むものである。混合物１を含むセルの組織の方が、５６７９を含むセルよりもはるかに滑らかである。コントラストに関しては、混合物１を含むセル（１５８：１）の方が、５６７９を含むセル（２５：１）よりも大幅に高かった。本発明の混合物１を含むＤＨＦＬＣセルは、従来のＤＨＦＬＣ混合物を含むセルよりもはるかに滑らかな組織を有しており、（Ａ）のセルの配向が優れていることを示している。混合物１を含むＤＨＦＬＣセルは、１５８：１のコントラスト比を示し、一方、５６７９を含むＤＨＦＬＣセルは２５：１のコントラスト比を示す。
【０１３６】
本発明に関わる技術分野の当業者であれば、本明細書に例として記載した方法、技術工程、化合物および組成物が、本発明の目的を達成するために、本発明の思想および範囲から逸脱することなく、変更、改変、または機能的等価物に置換され得るということを認識すると考えられる。このような変更、改変、および機能的等価物への置換はすべて、本発明の範囲に包含される。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明によれば、安定して解けないらせん配向ベクトル構造を維持するＦＬＣを含む、高応答性、高コントラストＦＬＣ電気光学素子、特にこのようなＤＨＦＬＣ電気光学素子を提供することができる。また、本発明によれば、短い強誘電相ピッチを必要とするＦＬＣ電気光学素子に有用な、特に、ＦＬＣにらせん配向ベクトル構造の存在を必要とするＦＬＣ電気光学素子に有用な液晶層特性、すなわち、短い強誘電相ピッチ、長いＮ^＊ピッチ、および大きな自発分極を有するＦＬＣ組成物を提供することができる。さらに、本発明によれば、半波長板であり、特に、可視光波長領域で有用な半波長板であり、安定して解けないような、高応答性、高コントラストＤＨＦＬＣセルを提供することができる。
【０１３８】
本発明によれば、以下が提供される：
（１）少なくとも一方が透明または半透明である電極板間に設けられた、既知の厚みの強誘電性液晶層、
高コントラスト電気光学素子の光学的異方性が変化するように、該強誘電性液晶層を介して該電極板に電圧を印加する手段、および
電圧を印加した該素子の光学的異方性の変化状態を光学的に識別する手段、
を包含する、高コントラスト電気光学素子であって、
該層を有する強誘電性液晶が、強誘電相を示し、該強誘電相を示す温度よりも高い温度ではキラルネマティック相を示し、
該強誘電相では、該強誘電性液晶の自然のらせんピッチが、該素子の該強誘電性液晶層の厚みよりも十分短く、そのために、該強誘電性液晶が、らせん配向ベクトル構造を有し、かつ、表面安定化されておらず、
該ネマティック相では、該強誘電性液晶の自然のらせんピッチが、該強誘電性液晶層の厚みよりも十分長く、そのために、該素子の該強誘電性液晶層の配向が容易に行える、高コントラスト電気光学素子。
【０１３９】
（２）ねじれらせん強誘電性液晶（ＤＨＦＬＣ）素子である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４０】
（３）上記強誘電相での自然のらせんピッチが、有用な素子動作温度では約１μｍ以下である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４１】
（４）上記ネマティック相での自然のらせんピッチが、約４μｍ以上である、項（３）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４２】
（５）上記強誘電性液晶層の厚みが約０．５０と６．０μｍとの間である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４３】
（６）上記強誘電相での自然のらせんピッチが、室温では０．３９μｍ未満である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４４】
（７）上記強誘電相での自然のらせんピッチが、室温では０．２５μｍ未満である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４５】
（８）上記強誘電相での自然のらせんピッチが、室温では０．１５μｍ未満である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４６】
（９）上記キラルネマティック相での自然のらせんピッチが、Ｎ^＊転移点よりも少なくとも約１℃から２℃高い温度では、上記強誘電性液晶（ＦＬＣ）相の厚み以上である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４７】
（１０）上記キラルネマティック相での自然のらせんピッチが、Ｎ^＊転移点よりも少なくとも約１℃から２℃高い温度では、上記強誘電性液晶（ＦＬＣ）相の厚みの少なくとも約４倍である、項（９）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４８】
（１１）上記強誘電相がスメクティックＣ^＊相である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１４９】
（１２）上記強誘電相での自然のらせんピッチが、可視光の波長の１／２未満である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５０】
（１３）上記強誘電性液晶層に接した上記強誘電性液晶層の配向手段をさらに包含し、それによって、該強誘電性液晶の分子の分子配向ベクトルが選択された方向に実質的に配向する、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５１】
（１４）上記配向手段が、一方向にラビングされた高分子配向層を包含する、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５２】
（１５）上記配向手段が、一方向にラビングされたナイロン配向層を包含する、項（１４）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５３】
（１６）上記一方向にラビングされたナイロン配向層が、上記電極板の内表面では、上記強誘電性液晶（ＦＬＣ）層に接して設けられており、かつ、互いに対向する該電極板上の該ナイロン配向層のラビング方向が互いに平行である、項（１５）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５４】
（１７）４０：１以上のコントラストを有する、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５５】
（１８）１００：１以上のコントラストを有する、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５６】
（１９）可視光波長領域では、実質的に半波長板である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５７】
（２０）上記強誘電性液晶の複屈折がΔｎである時、上記強誘電性液晶層の厚みが約０．２５／Δｎ（μｍ）と０．３０／Δｎ（μｍ）との間である、項（１）に記載の高コントラスト電気光学素子。
【０１５８】
（２１）強誘電相、および該強誘電相を示す温度より高い温度ではキラルネマティック相を示す、少なくとも２つの成分を含む、強誘電性液晶組成物であって、
Ｎ^＊転移点より少なくとも約１℃から２℃高い温度で該キラルネマティック相での自然のらせんピッチが、ほぼ室温での該強誘電相での自然のらせんピッチよりも少なくとも約４倍長い、強誘電性液晶組成物。
【０１５９】
（２２）キラルドーパントおよびホスト化合物を含む、項（２１）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１６０】
（２３）上記ホスト化合物が、スメクティックＣホストまたはスメクティックＣ^＊ホストである、項（２２）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１６１】
（２４）温度が低下するにつれて、上記相が、Ｉ→Ｎ^＊→スメクティック直交→スメクティック強誘電と転移する、項（２２）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１６２】
（２５）温度が低下するにつれて、上記相が、Ｉ→Ｎ^＊→Ａ→Ｃ^＊と転移する、項（２４）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１６３】
（２６）上記キラルネマティック相での自然のらせんピッチが、上記強誘電相での自然のらせんピッチより少なくとも約１０倍長い、項（２１）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１６４】
（２７）上記強誘電相がスメクティックＣ^＊相である、項（２１）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１６５】
（２８）上記強誘電相では上記キラルドーパントと同一のピッチ符号を示し、かつ、上記キラルネマティック相では該キラルドーパントと逆のピッチ符号を示す、ネマティック相ピッチ補償剤をさらに含む、項（２１）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１６６】
（２９）上記強誘電相での自然のらせんピッチが、室温では０．２５μｍ以下であり、上記キラルネマティック相での自然のらせんピッチが、Ｎ^＊転移点より少なくとも約１℃から２℃高い温度では８μｍ以上である、項（２１）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１６７】
（３０）約３０重量％以下の上記キラルドーパントを含む、項（２２）に記載の強誘電性液晶材料。
【０１６８】
（３１）上記キラルドーパントが、式Ｒ−Ａ−Ｚ_１−Ｂ−Ｏ−Ｍで表されるラセミ化していない材料であって、
ＡおよびＢが、各々独立して１，４−フェニレン、環状炭素原子のうちの１個または２個が窒素原子で置換される１，４−フェニレン、または１，４−シクロヘキシレンから選択され、Ｚ_１が、一重結合、酸素原子、−ＣＯ−Ｏ−基または−Ｏ−ＣＯ−基であり、Ｒが、１個以上の隣接しない炭素原子が二重結合、酸素原子、イオウ原子またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る１個から２０個の炭素原子を有する基であり、そしてＯ−Ｍが、式

で表される２，３−ジハロアルキル部分であり、
＊が不斉炭素であり、ＸおよびＹが、各々独立してハロゲンであり、Ｒ’が、１個以上の隣接しない炭素原子が二重結合、酸素原子、イオウ原子、またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る１個から約２０個の炭素原子を有する基あるいは−ＯＣＯ−Ｒ’’で表されるアシル基であり、ここでＲ’’が、１個以上の隣接しない炭素原子が二重結合、酸素原子、イオウ原子またはＳｉ（ＣＨ_３）_２基で置換され得る１個から２０個の炭素原子を有する基である、項（２２）に記載の強誘電性液晶材料。
【０１６９】
（３２）上記キラルドーパントが、式

で表されるラセミ化していないキラルな２，３−ジフルオロアルキルオキシ化合物であって、
＊が不斉炭素を表し、ＡまたはＢのいずれか一方が１，４−フェニレンであり、ＡまたはＢの他方が２，５−ピリミジンであり、Ｒ’が、１個から２０個の炭素原子を有するアルキル基、または１個から２０個の炭素原子を有する
−ＯＣＯ−Ｒ’’で表されるアシル基である、項（３１）に記載の強誘電性液晶材料。
【０１７０】
（３３）上記ドーパントの立体構造が、２−Ｒ、３−Ｒまたは２−Ｓ、３−Ｓである、項（３２）に記載の強誘電性液晶材料。
【０１７１】
（３４）Ｒ’が、１個から２０個の炭素原子を有するアルキル基である、項（３２）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１７２】
（３５）Ｒ’が、１個から２０個の炭素原子を有するアシル基である、項（３２）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１７３】
（３６）式Ｒ_１−Ｏ−Ｃ−Ｄ−Ｏ−Ｒ_２で表される１個以上の化合物を少なくとも約１０重量％含む、ホスト材料を含む強誘電性液晶組成物であって、
ＣまたはＤのいずれか一方が１，４−フェニレンであり、ＣまたはＤの他方が、環状炭素原子のうちの１個以上が窒素原子で置換される１，４−フェニレンであり、Ｒ_１およびＲ_２が、各々独立して１個から２０個の炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基、あるいは４個から２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基である、項（２２）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１７４】
（３７）Ｒ_１およびＲ_２が、各々独立して１個から２０個の炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基である、項（３６）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１７５】
（３８）ネマティック相ピッチ補償剤（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ａｇｅｎｔ）をさらに含む、項（２２）に記載の強誘電性液晶化合物。
【０１７６】
（３９）さらに、式Ｒ_３−Ｅ−Ｆ−Ｚ_２−Ｒ_４で表される１個以上の化合物を含む強誘電性液晶組成物であって、
Ｒ_３およびＲ_４が、各々独立して１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基、あるいは約４個から約２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基であり、ＥまたはＦのいずれか一方が、１，４−フェニレンであり、ＥまたはＦの他方が、環状炭素原子のうちの１個または２個が窒素原子で置換される１，４−フェニレンであり、Ｚ_２が、酸素原子、−ＣＯ−Ｏ−基または−Ｏ−ＣＯ−基である、項（２２）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１７７】
（４０）Ｚ_２が酸素原子または−ＣＯ−Ｏ−基である、項（３９）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１７８】
（４１）Ｚ_２が酸素原子である、項（３９）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１７９】
（４２）ＥまたはＦのいずれか一方が１，４−フェニレンであり、ＥまたはＦの他方が２，５−ピリミジンである、項（３９）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８０】
（４３）Ｒ_３およびＲ_４が、各々独立して１個から２０個の炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基である、項（３９）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８１】
（４４）さらに、式Ｒ_５−Ｇ−Ｈ−Ｚ_３−Ｃｙｃ−Ｒ_６で表される１個以上の化合物を含む強誘電性液晶組成物であって、
Ｒ_５およびＲ_６が、各々独立して１個から２０個の炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基、あるいは約４個から約２２個の炭素原子を有するアルキルシリル基であり、ＥまたはＦのいずれか一方が１，４−フェニレンであり、ＥまたはＦの他方が、環状炭素原子の１個または２個が窒素原子で置換される１，４−フェニレンであり、Ｚ_３が、一重結合、酸素原子、−Ｏ−ＣＯ−基または−ＣＯ−Ｏ−基であり、Ｃｙｃが１，４−シクロヘキシレン基である、項（２２）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８２】
（４５）Ｚ_３が、一重結合または−Ｏ−ＣＯ−基である、項（４４）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８３】
（４６）Ｚ_３が−Ｏ−ＣＯ−基である、項（４５）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８４】
（４７）Ｃｙｃがトランス−１，４−シクロヘキシレン基である、項（４４）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８５】
（４８）ＧまたはＨのいずれか一方が１，４−フェニレンであり、ＧまたはＨの他方が２，５−ピリミジンである、項（４４）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８６】
（４９）Ｒ_５およびＲ_６が、各々独立して１個から約２０個の炭素原子を有するアルキル基またはアルケニル基である、項（４４）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８７】
（５０）３０重量％以下の上記キラルドーパント、５０重量％以上の上記ホスト化合物、および１重量％以下の上記ピッチ補償剤を含む、項（２２）に記載の強誘電性液晶組成物。
【０１８８】
（５１）傾き角が約１８゜より大きく、自発分極が約１０ｎＣ／ｃｍ^２より大きい、項（２１）に記載の強誘電性液晶組成物。
【図面の簡単な説明】
【図１】電極板に垂直に、ブックシェルフ型に配向されたスメクティックＣ^＊層を含むＤＨＦＬＣセルの模式図である。
【図２】本発明の平面配向ＤＨＦＬＣセルの、直線型駆動電圧印加時の直線型光学的応答性を示すグラフである。
【図３】本発明のＤＨＦＬＣセル（混合物１を含む、厚み２．５μｍのセル）（Ａ）と、市販のＤＨＦＬＣ混合物５６７９（Ｈｏｆｆｍａｎ　Ｌａ　Ｒｏｃｈｅ製）を含む厚み２．５μｍのセル（Ｂ）との配向を比較する図である。（Ａ）および　（Ｂ）は、セルの組織の顕微鏡写真である。
【図４】本発明の代表的なＦＬＣ混合物である混合物１（ＭＸ５５６５）のピッチ長と温度を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　　　　　ねじれらせん強誘電性液晶（ＤＨＦＬＣ）セル
１１、１２　　板
１３、１４　　電極層
１５　　　　　強誘電性液晶（ＦＬＣ）層
ｐ　　　　　　らせんピッチ

Claims (1)

1. 少なくとも一方が透明または半透明である電極板間に設けられた、既知の厚みの強誘電性液晶層、
   高コントラスト電気光学素子の光学的異方性が変化するように、該強誘電性液晶層を介して該電極板に電圧を印加する手段、および
   電圧を印加した該素子の光学的異方性の変化状態を光学的に識別する手段、
   を包含する、高コントラスト電気光学素子であって、
   該層を有する強誘電性液晶が、強誘電相を示し、該強誘電相を示す温度よりも高い温度ではキラルネマティック相を示し、
   該強誘電相では、該強誘電性液晶の自然のらせんピッチが、該素子の該強誘電性液晶層の厚みよりも十分短く、そのために、該強誘電性液晶が、らせん配向ベクトル構造を有し、かつ、表面安定化されておらず、
   該ネマティック相では、該強誘電性液晶の自然のらせんピッチが、該強誘電性液晶層の厚みよりも十分長く、そのために、該素子の該強誘電性液晶層の配向が容易に行える、高コントラスト電気光学素子。

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