JP2014234477A - 強誘電性液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、液晶表示素子に用いた場合に優れた耐衝撃性を示し、液晶分子のチルト角を大きくして透過率を向上させることができる強誘電性液晶組成物を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、下記一般式（１）で表されるキラル化合物Ａを含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物を提供する。（式中の符号は明細書に記載のとおりである。）【選択図】なし

Description

本発明は、キラル化合物を含有する強誘電性液晶組成物を用いた液晶表示素子に関するものである。

液晶表示素子は薄型で低消費電力などといった特徴から、大型ディスプレイから携帯情報端末までその用途を広げており、その開発が活発に行われている。これまで液晶表示素子は、ＴＮ方式、ＳＴＮのマルチプレックス駆動、ＴＮに薄層トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス駆動等が開発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を用いているために、液晶材料の応答速度が数ｍｓ〜数十ｍｓと遅く、動画表示に充分対応しているとはいえない。

強誘電性液晶は、応答速度がμｓオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶であり、視野角が広いなどの優位性を有するため、高性能な液晶表示素子が提供できるとして期待されている。
しかしながら、強誘電性液晶は、ネマチック液晶に比べて分子の秩序性が高いために、衝撃により分子配向の規則性が乱されると元の状態に戻りにくい、すなわち外部衝撃に非常に弱いという問題を抱えている。

耐衝撃性を向上させる手段としては、例えば、一対の基板間に隔壁（リブとも称する。）を配置する方法が提案されている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。しかしながら、隔壁が設けられている場合であっても、液晶表示素子に局所的に衝撃が加わった場合には、配向乱れが生じてしまうという問題がある。
また、耐衝撃性を向上させる手段として、強誘電性液晶組成物にゲル化剤を添加する方法（特許文献３参照）、強誘電性液晶組成物に硬化型樹脂を添加する方法、強誘電性液晶組成物に熱可塑性樹脂を添加する方法（特許文献４参照）、強誘電性液晶構造を側鎖に有する強誘電性高分子液晶を用いる方法、液晶高分子化合物と低分子の強誘電性液晶化合物を混合する方法（特許文献５参照）が提案されている。しかしながら、これらの方法では、駆動電圧が高くなるという問題がある。また、強誘電性液晶組成物に高分子化合物を用いたとしても、ある程度の弱い衝撃に対して分子配向の規則性が乱れにくくなるという効果は示すものの、強い衝撃によって配向の規則性が乱れると元の状態に戻りにくいという本質的な問題は解決されていない。
さらに、最近では、耐衝撃性を向上させる手段として、複数個のベンゼン環が直接結合された所定の構造を有するキラル化合物を含有する強誘電性液晶組成物を用いる方法が提案されている（特許文献６〜９参照）。

特開２００４−７７５４１号公報 国際公開第０２／０３１３１号パンフレット 特開２００４−２３３４１４号公報 特開２００３−１１４４４０号公報 特許第３５４１４３７号公報 国際公開第２０１０／０３１４３１号パンフレット 国際公開第２０１３／０３５８１２号パンフレット 国際公開第２０１３／０３５８１１号パンフレット 国際公開第２０１３／０３５８０９号パンフレット

ところで、液晶表示素子には低消費電力、高速応答、広視野角等に加えて高透過率が求められる。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、液晶表示素子に用いた場合に優れた耐衝撃性を示し、高透過率を達成し得る強誘電性液晶組成物を提供することを主目的とする。

本発明者らは、強誘電性液晶組成物を用いた液晶表示素子の耐衝撃性および透過率の向上について種々検討を行った結果、特許文献７〜９に記載されているような複数個のベンゼン環が直接結合されたキラル化合物のうち、３個のベンゼン環と１個のシクロヘキサン環とが直接結合されており、キラル部位の不斉炭素原子にフッ素原子が結合されたキラル化合物を含有する強誘電性液晶組成物を液晶表示素子に用いた場合に、優れた耐衝撃性および高い透過率が得られることを見出し、このような知見に基づいて本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、下記一般式（１）で表されるキラル化合物Ａを含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物を提供する。

（上記式（１）において、Ｒ¹は、炭素数５〜９の飽和もしくは不飽和のアルキル基である。
Ｒ²は炭素数４〜７の飽和もしくは不飽和のアルキル基である。
＊は不斉炭素原子を示す。
Ｘ¹およびＸ²は、それぞれ独立して、メチル基、ハロゲン原子、または水素原子を表す。ただし、Ｘ¹およびＸ²のうち１つ以上は、それぞれ独立して、メチル基、またはハロゲン原子である。）

本発明によれば、上記式（１）で表されるキラル化合物Ａを強誘電性液晶組成物に含有することにより、上記強誘電性液晶組成物を液晶表示素子に用いた場合に、耐衝撃性を高めることができるとともに、液晶分子のチルト角を大きくして透過率を向上させることが可能となる。

また本発明の強誘電性液晶組成物は、下記一般式（２）で表されるキラル化合物Ｂを含有することが好ましい。上記強誘電性液晶組成物を液晶表示素子に用いた場合に、耐衝撃性を高めることができるとともに、強誘電性液晶組成物の結晶化を抑制することができる。さらには、液晶表示素子とした際に液晶分子の配向の乱れを抑制して、安定した駆動性能を得ることができるからである。

（上記式（２）において、Ｒ³は、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数４〜１８の飽和もしくは不飽和のアルキル基もしくはアルコキシアルキル基である。
Ｒ⁴はキラルな基であり、下記一般式（３）で表される。

（Ｒ⁵は、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数１〜１０の飽和もしくは不飽和のアルキル基もしくはアルコキシアルキル基である。
Ｙ¹は、メチル基またはフッ素原子を表す。
ｍ、ｎはそれぞれ独立して０または１である。
＊は不斉炭素原子を示す。）
Ｘ³〜Ｘ¹⁴は、それぞれ独立して、メチル基、フッ化メチル基、ハロゲン原子、または水素原子を表す。ただし、Ｘ³〜Ｘ¹⁴のうち１つ以上は、それぞれ独立して、メチル基、フッ化メチル基、またはハロゲン原子である。）

本発明は、第１基材、上記第１基材上に形成された第１電極層、および、上記第１電極層上に形成された第１配向膜を有する第１配向処理基板と、第２基材、上記第２基材上に形成された第２電極層、および、上記第２電極層上に形成された第２配向膜を有する第２配向処理基板と、上記第１配向膜および上記第２配向膜の間に形成された液晶層とを有する液晶表示素子であって、上記液晶層が、上記強誘電性液晶組成物を含有することを特徴とする液晶表示素子を提供する。

本発明によれば、上記強誘電性液晶組成物を含有する液晶層を有することにより、耐衝撃性に優れ、高い透過率を有する液晶表示素子とすることができる。

本発明においては、強誘電性液晶組成物が上記式（１）で表されるキラル化合物Ａを含有することにより、液晶表示素子に用いた場合に、耐衝撃性を高めることができるとともに、液晶分子のチルト角を大きくして透過率を向上させることができるという効果を奏する。

本発明における液晶分子の配向状態の一例を示す模式図である。 本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。

以下、本発明の強誘電性液晶組成物および液晶表示素子について、詳細に説明する。

Ａ．強誘電性液晶組成物
本発明の強誘電性液晶組成物は、上記式（１）で表されるキラル化合物Ａを含有することを特徴とするものである。

強誘電性液晶組成物を用いた液晶表示素子においては、強誘電性液晶組成物が結晶化しやすいものであると、衝撃が加わって液晶分子が移動したときに元の状態に戻りにくくなり、耐衝撃性が劣ってしまうと考えられる。ベンゼン環は平面的な構造をとるのに対して、シクロヘキサン環は立体的な構造をとる。そのため、上記式（１）で表される３個のベンゼン環と１個のシクロヘキサン環とが直接結合されたキラル化合物Ａは、シクロヘキサン環を有することにより曲がった構造をなす。曲がった構造をなすキラル化合物が含有されている場合には、液晶表示素子とした際に、液晶分子の規則性が崩れ、強誘電性液晶組成物の結晶化が阻害される。したがって、本発明の強誘電性液晶組成物は、キラル化合物Ａを含有することにより、液晶表示素子に用いた場合には優れた耐衝撃性を達成することが可能となる。

また、キラル化合物Ａを強誘電性液晶組成物に添加することにより、液晶分子のチルト角を大きくして透過率を向上させることが可能となる。この理由は明らかではないが、次のように考えられる。すなわち、キラル化合物Ａは、キラル部位である末端鎖部においてキラル中心である不斉炭素原子にフッ素原子が結合されているため、カイラルスメクチックＣ性が増す。これにより、液晶分子のチルト角を大きくして液晶表示素子の透過率を向上させることができると推量される。

１．キラル化合物Ａ
本発明に用いられるキラル化合物Ａは、下記一般式（１）で表されるものである。

上記式（１）において、Ｒ¹は、炭素数５〜９の飽和もしくは不飽和のアルキル基である。
Ｒ¹の炭素数は５〜９であればよいが、中でも５〜７が好ましく、７がさらに好ましい。炭素数が上記範囲よりも多いと、キラル化合物Ａの合成が困難となり、コストが嵩むからである。一方、炭素数が上記範囲よりも少ないと、本発明の強誘電性液晶組成物がスメクチック相を発現しない場合があるからである。
アルキル基は、直鎖状または分岐状である。
アルキル基は、飽和であっても不飽和であってもよいが、中でも飽和であることが好ましい。環状の不飽和アルカン以外の不飽和アルカンにおいては、不飽和アルカンは飽和アルカンに比べて反応性が高く、長期の保存・駆動や温度変化により材質が変化し、本発明の強誘電性液晶組成物を液晶表示素子に用いた場合に表示品質が劣化するおそれがあるからである。

本発明において、Ｒ²は炭素数４〜７の飽和もしくは不飽和のアルキル基である。
Ｒ²の炭素数は４〜７であればよいが、中でも５〜７が好ましく、５がさらに好ましい。Ｒ²の炭素数が上記範囲である好ましい理由については、上述したＲ¹の炭素数と同様であるため、ここでの記載は省略する。
アルキル基は直鎖状であってもよく、あるいは分岐状であってもよい。

＊印は不斉炭素原子であることを示す。

Ｘ¹およびＸ²は、それぞれ独立して、メチル基、ハロゲン原子、または水素原子を表す。ただし、Ｘ¹およびＸ²のうち１つ以上は、それぞれ独立して、メチル基、またはハロゲン原子である。
Ｘ¹およびＸ²が水素原子である場合には、キラル化合物Ａの溶解性が低下するため、キラル化合物Ａの合成、精製が困難になり、コストが高くなったり、また本発明の強誘電性液晶組成物が結晶化しやすいものとなり、液晶表示素子に用いた場合に所望の耐衝撃性が得られなかったりするおそれがある。これに対し、本発明のようにＸ¹およびＸ²のうち１つ以上がメチル基、またはハロゲン原子である場合には、キラル化合物Ａの溶媒への溶解性が高くなり、大量合成、精製が可能になる。また、キラル化合物Ａの立体構造に歪みが生じ、この歪みによって強誘電性液晶組成物の結晶化が阻害されるので、高い耐衝撃性を得ることができると考えられる。

Ｘ¹およびＸ²のいずれか１つがメチル基、またはハロゲン原子である場合には、中でもメチル基、またはフッ素原子であることが好ましく、特にメチル基であることが好ましい。また、Ｘ¹およびＸ²のいずれもがそれぞれ独立してメチル基またはハロゲン原子である場合には、Ｘ¹およびＸ²のいずれもがフッ素原子であることが好ましい。Ｘ¹およびＸ²のいずれもがフッ素原子である場合には、液晶分子のチルト角を大きくすることができるため、液晶表示素子の透過率を高めることができる。

上記式（１）で表すキラル化合物Ａの具体例としては、下記式で表されるキラル化合物Ａが挙げられる。

このようなキラル化合物Ａとしては、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

キラル化合物Ａは、例えば、国際公開第２０１０／０３１４３１号パンフレットに記載の方法により合成することができる。

強誘電性液晶組成物中のキラル化合物Ａの含有量としては、優れた耐衝撃性および高い透過率が得られる程度であれば特に限定されるものではない。上記キラル化合物Ａを１種単独で用いる場合にはそのキラル化合物Ａの含有量が、上記キラル化合物Ａを２種以上混合する場合には２種以上のキラル化合物Ａの各含有量が、強誘電性液晶組成物中にて５質量％以上であることが好ましい。中でも、上記キラル化合物Ａを１種単独で用いる場合にはそのキラル化合物Ａの含有量が、上記キラル化合物Ａを２種以上混合する場合には２種以上のキラル化合物Ａの合計含有量が、強誘電性液晶組成物中で５質量％〜３５質量％の範囲内であることが好ましく、１５質量％〜３０質量％の範囲内であることがより好ましい。キラル化合物Ａの含有量が上記範囲よりも少ないと、所望の耐衝撃性が得られない場合があり、一方、キラル化合物Ａの含有量が上記範囲よりも多いと、強誘電性液晶組成物が、粘度が高くなったり、結晶化しやすくなったりして、十分な耐衝撃性が得られない場合があり、また液晶表示素子を作製する際に液晶層の形成が困難となる場合があるからである。

２．キラル化合物Ｂ
本発明の強誘電性液晶組成物は、上述したキラル化合物Ａに加え、下記一般式（２）で表されるキラル化合物Ｂを含有することが好ましい。本発明の強誘電性液晶組成物にキラル化合物Ａとキラル化合物Ｂとが含有されていることにより、液晶表示素子とした際に、優れた耐衝撃性および高い透過率が得られるとともに、液晶分子の配向の乱れを抑制し、安定した駆動性能を得ることができる。

この理由は明らかではないが、次のようなことが推量される。すなわち、上記式（１）で表される３個のベンゼン環と１個のシクロヘキサン環とが直接結合されたキラル化合物Ａは、シクロヘキサン環を有することにより曲がった構造をなす。また、下記式（２）で表される４個のベンゼン環が直接結合されたキラル化合物Ｂは棒状の構造をなす。曲がった構造をなすキラル化合物Ａと、棒状の構造をなすキラル化合物Ｂとが含有されていることにより、液晶表示素子とした際に、キラル化合物Ａおよびキラル化合物Ｂの構造の屈曲性の違いによって液晶分子の規則性が崩れ、強誘電性液晶組成物の結晶化が阻害される。したがって、本発明の強誘電性液晶組成物が、上記式（１）で表されるキラル化合物Ａと上記式（２）で表されるキラル化合物Ｂとを含有することにより、液晶表示素子に用いた場合にはさらに優れた耐衝撃性を達成することが可能となる。また、強誘電性液晶組成物がキラル化合物Ｂを含有するだけでは、液晶分子の配向安定性に劣る場合がある。これに対し、本発明においては、キラル化合物Ａとキラル化合物Ｂとが含有されていることにより、液晶表示素子とした際に液晶分子の配向の乱れを抑制し、安定した駆動性能を得ることができる。

上記式（２）において、Ｒ³は、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数４〜１８の飽和もしくは不飽和のアルキル基もしくはアルコキシアルキル基である。
炭素数は４〜１８であればよいが、中でも６〜１８、特に６〜１２が好ましい。炭素数が上記範囲よりも多いと、キラル化合物Ｂの合成が困難となり、コストが嵩むからである。一方、炭素数が上記範囲よりも少ないと、本発明の強誘電性液晶組成物がスメクチック相を発現しない場合があるからである。なお、アルキル基およびアルコシキアルキル基がハロゲン原子で置換されている場合には、炭素数が比較的少なくとも、本発明の強誘電性液晶組成物がスメクチック相を発現する場合がある。
アルキル基またはアルコシキアルキル基は、ハロゲン原子で置換されていてもよく、ハロゲン原子で置換されていなくてもよいが、中でも、ハロゲン原子で置換されていないことが好ましい。
アルキル基またはアルコキシアルキル基は、直鎖状または分岐状である。
アルキル基またはアルコシキアルキル基は、飽和であっても不飽和であってもよいが、中でも飽和であることが好ましい。
Ｒ³はアルキル基であってもアルコキシアルキル基であってもよいが、中でもアルキル基であることが好ましい。

本発明において、Ｒ⁴はキラル中心をもつキラルな基であり、−Ｏ−を介して結合しており、下記式（３）で表される。

上記式（３）において、Ｒ⁵は、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数１〜１０の飽和もしくは不飽和のアルキル基もしくはアルコキシアルキル基である。
アルキル基またはアルコシキアルキル基は直鎖状であってもよく、環状であってもよく、あるいは分岐状であってもよい。
アルキル基またはアルコシキアルキル基は、ハロゲン原子で置換されていてもよく、ハロゲン原子で置換されていなくてもよい。
Ｒ⁵はアルキル基であってもアルコキシアルキル基であってもよいが、中でもアルキル基であることが好ましい。

Ｙ¹は、メチル基またはフッ素原子を表す。メチル基の場合には、上記式（２）で表されるキラル化合物の合成が容易であるという利点を有する。一方、フッ素原子の場合には、液晶分子の自発分極が大きくなり、本発明の強誘電性液晶組成物を液晶表示素子に用いた場合に応答速度を速くすることができるという利点を有する。
Ｙ¹はメチル基であってもフッ素原子であってもよいが、中でもメチル基であることが好ましい。上述したようにキラル化合物Ｂの合成が容易であり、安定してキラル化合物Ｂを製造することができ、強誘電性液晶組成物を安価に得ることができるからである。

また、ｍ、ｎはそれぞれ独立して０または１である。

＊印は不斉炭素原子であることを示す。上記式（３）において＊で示すように、キラル中心としては、１位または２位が不斉炭素原子となる。このように、本発明に用いられるキラル化合物Ｂにおいて、１位もしくは２位がキラル中心である不斉炭素原子であることにより、液晶表示素子に用いた場合に十分な耐衝撃性を示す強誘電性液晶組成物とすることができる。

Ｘ³〜Ｘ¹⁴は、それぞれ独立して、メチル基、フッ化メチル基、ハロゲン原子、または水素原子を表す。ただし、Ｘ³〜Ｘ¹⁴のうち１つ以上は、それぞれ独立して、メチル基、フッ化メチル基またはハロゲン原子である。
Ｘ³〜Ｘ¹⁴のうち１つ以上がメチル基、フッ化メチル基またはハロゲン原子であることにより、キラル化合物ＡのＸ^１〜Ｘ^２の場合と同様に、キラル化合物Ｂの溶媒への溶解性が高くなり、大量合成、精製が可能になる。また、キラル化合物Ｂの立体構造に歪みが生じ、この歪みによって強誘電性液晶組成物の結晶化が阻害されるので、高い耐衝撃性を得ることができると考えられる。

中でも、Ｘ³〜Ｘ⁷、Ｘ⁹〜Ｘ¹³のいずれか１つ以上が、それぞれ独立してメチル基、フッ化メチル基またはハロゲン原子であることが好ましい。Ｘ³〜Ｘ⁷、Ｘ⁹〜Ｘ¹³の位置に置換基を有する場合はＸ⁸、Ｘ¹⁴の位置の場合よりもキラル化合物Ｂの溶解性が良いからである。これは、Ｘ⁸、Ｘ¹⁴の位置の場合は他の位置の場合に比べて置換基による歪みが少ないためであると考えられる。

Ｘ³〜Ｘ¹⁴が結合している３個のベンゼン環のうち、置換基を有するベンゼン環は、１〜４個の置換基を有することができるが、中でも１つの置換基を有することが好ましい。１個のベンゼン環が１個の置換基を有する場合、置換基はメチル基、フッ素原子または塩素原子であることが好ましく、メチル基またはフッ素原子であることがより好ましい。また、１個のベンゼン環が２個の置換基を有する場合、置換基はいずれもフッ素原子であることが好ましい。この場合、上記２個の置換基の位置としては、例えばＸ⁵およびＸ⁶がフッ素原子である場合のようにベンゼン環の隣り合う炭素原子にそれぞれフッ素原子が置換していることが好ましい。ベンゼン環の隣り合う炭素原子に２個のフッ素原子がそれぞれ置換し、ベンゼン環が対称的に置換されている場合には、カイラルスメクチックＣ相が安定し、液晶分子のチルト角を大きくすることができるため、液晶表示素子の透過率を高めることができる。また、２個の置換基がより近くに位置する炭素原子に結合していることにより、分子配列の規則性を緩和することができ、結晶化を抑制することができる。
また、キラル化合物Ｂにおいて、合計で１〜２個の置換基を有することが好ましい。
さらに、Ｘ³〜Ｘ¹⁴が結合しているベンゼン環のうち１個のベンゼン環が置換基を有することが好ましく、中でも、結晶化抑制の観点から、真ん中に位置するベンゼン環、具体的にはＸ³、Ｘ⁴、Ｘ⁹、Ｘ¹⁰が結合しているベンゼン環およびＸ⁵、Ｘ⁶、Ｘ¹¹、Ｘ¹²が結合しているベンゼン環のいずれかが置換基を有することが好ましい。
特に、置換基の合計数が１個の場合、Ｘ³〜Ｘ¹⁴のいずれか１つがメチル基、フッ素原子または塩素原子であることが好ましく、メチル基またはフッ素原子であることがより好ましい。また、１個のベンゼン環が２個の置換基を有し、置換基の合計数が２個の場合、Ｘ³およびＸ⁴、Ｘ⁵およびＸ⁶、Ｘ⁹およびＸ¹⁰、または、Ｘ¹¹およびＸ¹²がフッ素原子であることが好ましい。

キラル化合物Ｂの具体例としては、下記一般式（２−１）〜（２−４）で表されるキラル化合物Ｂが挙げられる。

上記式（２−１）〜（２−４）において、Ｒ⁵⁰は炭素数１〜１０の飽和または不飽和の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基であり、中でも、Ｒ⁵⁰は、飽和の直鎖状または分岐状のアルキル基、あるいはフェニルアルキル基であることが好ましい。＊印はキラル中心を示し、ｍは０または１であり、１位もしくは２位の炭素原子がキラル中心となる。ｖは４〜１８であり、好ましくは６〜１８、より好ましくは６〜１２である。上記式（２−１）および（２−２）において、Ｘ³¹〜Ｘ³³はそれぞれ独立してメチル基、フッ化メチル基またはハロゲン原子を表し、中でも、メチル基、フッ素原子または塩素原子が好ましい。Ｘ³¹〜Ｘ³³の位置としては、上述のＸ³〜Ｘ¹⁴の位置と同様である。ｒ、ｓおよびｔはいずれか１つまたは２つが１、残りが０であり、上記式（２−３）および（２−４）において、ｙおよびｚは一方が１、他方が０である。

上記式（２−１）〜（２−４）で表されるキラル化合物Ｂの具体例としては、下記表１に示すキラル化合物Ｂを挙げることができる。

このようなキラル化合物Ｂとしては、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

キラル化合物Ｂは、例えば、国際公開第２０１０／０３１４３１号パンフレットに記載の方法により合成することができる。

本発明の強誘電性液晶組成物がキラル化合物Ａおよびキラル化合物Ｂを含有する場合、強誘電性液晶組成物中のキラル化合物Ａおよびキラル化合物Ｂの合計含有量としては、優れた耐衝撃性および高い透過率が得られるとともに、液晶分子の配向の乱れを抑制し、安定した駆動性能が得られる程度であれば特に限定されるものではなく、上記キラル化合物Ａの含有量と同様である。

３．ホスト液晶
本発明の強誘電性液晶組成物は、ホスト液晶をさらに含有していてもよい。
ホスト液晶としては、強誘電性液晶組成物のホスト液晶として一般的に用いられるものを使用することができ、例えば、フェニルピリミジン化合物を挙げることができる。
ホスト液晶は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

強誘電性液晶組成物中のホスト液晶の含有量としては、上記キラル化合物の含有量を上記範囲とすることができれば特に限定されるものではない。

４．強誘電性液晶組成物
本発明の強誘電性液晶組成物としては、カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ^＊）相を発現するものであれば特に限定されるものではない。強誘電性液晶組成物の相系列としては、例えば、降温過程においてネマチック（Ｎ）相−コレステリック（Ｃｈ）相−ＳｍＣ^＊相と相変化するもの、Ｎ相−ＳｍＣ^＊相と相変化するもの、Ｎ相−スメクチックＡ（ＳｍＡ）相−ＳｍＣ^＊相と相変化するもの、Ｎ相−Ｃｈ相−ＳｍＡ相−ＳｍＣ^＊相と相変化するもの、などを挙げることができる。

また、強誘電性液晶組成物としては、双安定性を示すものおよび単安定性を示すもののいずれも用いることができる。中でも、単安定性を示す強誘電性液晶組成物が好ましい。単安定性を示す強誘電性液晶組成物を用いた場合には、電圧変化により液晶のダイレクタ（分子軸の傾き）を連続的に変化させ、透過光度をアナログ変調することで、階調表示が可能となるからである。特に、液晶表示素子をフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させる場合には、単安定性を示す強誘電性液晶組成物を用いることが好ましい。単安定性を示す強誘電性液晶組成物を用いることにより、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また、電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができるからである。

なお、「単安定性を示す」とは、電圧無印加時の液晶分子の状態がひとつの状態で安定化している状態をいう。強誘電性液晶組成物は、図１に例示するように、液晶分子２５が層法線ｚから傾いており、層法線ｚに垂直な底面を有する円錐（コーン）の稜線に沿って回転する。このような円錐（コーン）において、液晶分子２５の層法線ｚに対する傾き角をチルト角θという。このように、液晶分子２５は層法線ｚに対しチルト角±θだけ傾く二つの状態間をコーン上に動作することができる。具体的に説明すると、単安定性を示すとは、電圧無印加時に液晶分子２５がコーン上のいずれかひとつの状態で安定化している状態をいう。

また、強誘電性液晶組成物としては、単安定性を示すものであればよく、正負いずれかの電圧を印加したときのみ液晶分子が動作するハーフＶ字型スイッチング特性を示すもの、正負いずれの電圧に対しても同程度液晶分子が動作するＶ字型スイッチング特性を示すもの、正負いずれかの電圧に対する液晶分子の動作が他方の極性の電圧に対する液晶分子の動作に比べて大きくなる非対称のスイッチング特性を示すもの、のいずれも使用することができる。

このような強誘電性液晶組成物としては、一般に知られる液晶材料の中から要求特性に応じて種々選択することができる。特に、Ｃｈ相からＳｍＡ相を経由しないでＳｍＣ^＊相を発現する強誘電性液晶組成物は、温度変化に対して、電圧に対する動作特性の変化が少ないことから好ましい。

Ｂ．液晶表示素子
本発明の液晶表示素子は、第１基材、上記第１基材上に形成された第１電極層、および、上記第１電極層上に形成された第１配向膜を有する第１配向処理基板と、第２基材、上記第２基材上に形成された第２電極層、および、上記第２電極層上に形成された第２配向膜を有する第２配向処理基板と、上記第１配向膜および上記第２配向膜の間に形成された液晶層とを有する液晶表示素子であって、上記液晶層が、上述した強誘電性液晶組成物を含有することを特徴とするものである。

本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。
図２は、本発明の液晶表示素子の一例を示す断面図である。図２に例示するように、液晶表示素子１は、第１基材２ａ、上記第１基材２ａ上に形成された第１電極層３ａ、および、上記第１電極層３ａ上に形成された第１配向膜４ａを有する第１配向処理基板１１ａと、第２基材２ｂ、第２基材２ｂ上に形成された第２電極層３ｂ、および、上記第２電極層３ｂ上に形成された第２配向膜４ｂを有する第２配向処理基板１１ｂと、上記第１配向膜４ａおよび第２配向膜４ｂの間に形成された液晶層５とを有しており、上記液晶層５が上記強誘電性液晶組成物を含有している。

本発明によれば、上記強誘電性液晶組成物を含有する液晶層を有することにより、耐衝撃性に優れ、高い透過率を有する液晶表示素子とすることができる。
以下、本発明の強誘電性液晶表示素子に用いられる各構成について説明する。

１．液晶層
本発明における液晶層は、第１配向処理基板の第１配向膜および第２配向処理基板の第２配向膜の間に形成され、上述の強誘電性液晶組成物を含有するものである。
なお、強誘電性液晶組成物については、上記「Ａ．強誘電性液晶組成物」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。

液晶層の厚みは、２．０μｍ〜１０．０μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは２．３μｍ〜５．０μｍの範囲内、さらに好ましくは２．５μｍ〜３．５μｍの範囲内である。液晶層の厚みが薄すぎると製造時の異物の混入により欠陥が目立ちやすくなるおそれがあり、逆に液晶層の厚みが厚すぎると液晶分子が配向しにくくなりコントラストが低下する可能性があるからである。液晶層の厚みは、ビーズスペーサ、柱状スペーサ、隔壁等により調整することができる。

液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができ、例えば真空注入方式、液晶滴下方式等を用いることができる。
強誘電性液晶組成物を配向させる際には、徐冷すればよく、液晶層に電圧を印加する必要はない。

２．第１配向処理基板
本発明に用いられる第１配向処理基板は、第１基材と、第１基材上に形成された第１電極層と、第１電極層上に形成された第１配向膜とを有するものである。
以下、第１配向処理基板における各構成について説明する。

（１）第１配向膜
本発明に用いられる第１配向膜は、強誘電性液晶組成物の配向制御が可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、光配向膜、ラビング配向膜、斜方蒸着配向膜等が挙げられる。以下、これらの配向膜について説明する。

（ａ）光配向膜
光配向膜の形成に利用される光励起反応としては、大きく、光反応と光異性化反応とに分けることができる。また、光反応としては、光二量化反応と光分解反応とを挙げることができる。
光配向膜の材料、形成方法および厚みとしては、一般的なものを適用することができ、例えば、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。

（ｂ）ラビング配向膜
ラビング配向膜の材料、形成方法および厚みとしては、一般的なものを適用することができる。

（ｃ）第１配向膜および第２配向膜の構成材料の組成
本発明においては、第１配向膜および第２配向膜の構成材料が液晶層を挟んで互いに異なる組成を有することが好ましい。第１配向膜および第２配向膜を互いに異なる組成を有する材料を用いて形成することにより、それぞれの材料に応じて第１配向膜表面および第２配向膜表面の極性を異ならせることができる。これにより、強誘電性液晶組成物および第１配向膜の極性表面相互作用と、強誘電性液晶組成物および第２配向膜の極性表面相互作用とが異なるものとなるため、第１配向膜および第２配向膜の表面極性を考慮して材料を適宜選択することによって、ジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥、電圧無印加時の液晶分子の安定状態が異なる２種類のドメイン等の配向欠陥の発生を抑制することができるからである。その結果、コントラストを向上させることができる。

第１配向膜および第２配向膜の構成材料を液晶層を挟んで互いに異なる組成を有するものとするには、例えば、一方を光配向膜とし、他方をラビング配向膜とすればよい。
また例えば、両方をラビング配向膜として、ラビング配向膜の構成材料の組成を異なるものとする；両方を光配向膜として、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすればよい。

第１配向膜および第２配向膜がラビング配向膜である場合、骨格、置換基、側鎖を変えたり、添加剤の添加量を変えたりすることや、添加剤の有無によって、組成を変化させることもできる。

また、第１配向膜および第２配向膜が光配向膜である場合、例えば一方の光配向膜に光異性化型材料を用い、他方の光配向膜に光反応型材料を用いることにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。
さらに、第１配向膜および第２配向膜が光異性化型材料を用いた光配向膜である場合、異性化反応性骨格、置換基、側鎖等を変えたり、単分子化合物および重合性モノマーをそれぞれ用いたり、添加剤の添加量を変えたりすることや、添加剤の有無によって、組成を変化させることもできる。
またさらに、第１配向膜および第２配向膜が光二量化型材料を用いた光配向膜である場合、二量化反応部位、置換基、側鎖等を変えたり、添加剤の添加量を変えたりすることや、添加剤の有無によって、組成を変化させることもできる。

（２）第１電極層
本発明に用いられる第１電極層は、一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるものではない。

（３）第１基材
本発明に用いられる第１基材は、一般に液晶表示素子の基材として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。

（４）その他の構成
本発明においては、第１基材上または第２基材上に隔壁または柱状スペーサが形成されていてもよい。隔壁および柱状スペーサとしては、一般的な隔壁および柱状スペーサを適用することができる。

また、本発明においては、第１基材上または第２基材上に着色層が形成されていてもよい。着色層が形成されている場合には、着色層によってカラー表示を実現することができるカラーフィルタ方式の液晶表示素子を得ることができる。着色層としては、一般的なものを適用することができる。

３．第２配向処理基板
本発明に用いられる第２配向処理基板は、第２基材と、第２基材上に形成された第２電極層と、第２電極層上に形成された第２配向膜とを有するものである。

なお、第２基材、第２電極層、第２配向膜およびその他の構成については、上記第１配向処理基板における第１基材、第１電極層、第１配向膜およびその他の構成とそれぞれ同様であるので、ここでの説明は省略する。

４．液晶表示素子の駆動方法
本発明の液晶表示素子の駆動方法としては、強誘電性液晶組成物の高速応答性を利用することができるので、１画素を時間分割し、良好な動画表示特性を得るために高速応答性を特に必要とするフィールドシーケンシャルカラー方式にも好適に用いることができる。
また、本発明の液晶表示素子の駆動方法は、フィールドシーケンシャル方式に限定されるものではなく、着色層を用いてカラー表示を行う、カラーフィルタ方式であってもよい。

本発明の液晶表示素子の駆動方法としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式が好ましい。ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。
また、本発明の液晶表示素子の駆動方法は、セグメント方式であってもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに説明する。

［実施例１］
（強誘電性液晶組成物）
下記に示すキラル化合物Ａおよびキラル化合物Ｂのａ〜ｆを用い、下記表２に示すように強誘電性液晶組成物を準備した。なお、ホスト液晶Ｉ〜ＩＶの含有量の比率は、ホスト液晶Ｉ：ＩＩ：ＩＩＩ：ＩＶ＝２．６７：２．６７：２．６７：１である。

（液晶表示素子の作製）
まず、ＩＴＯコーティングされたガラス基板１上にΦ５．０μｍの円状で高さ２．５μｍの樹脂スペーサを０．１ｍｍピッチで形成した。次いで、その上にラビング配向膜材料（ＳＥ６１０：日産化学工業株式会社）を回転数１５００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。その後、オーブンで１８０℃、３０分間乾燥後、ラビング処理を行った。

また、ＩＴＯコーティングされたガラス基板２上に光異性化型の光配向膜材料（ＬＩＡ０１２：ＤＩＣ株式会社）の溶液を１５００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。その後、オーブンで１００℃、３分間乾燥後、偏光露光機で２Ｊ偏光露光処理を行った。

次に、基板上に四角い枠状にシール材を塗布した。その基板上に、上述の強誘電性液晶組成物を点状に塗布し、二つの基板をラビング処理の方向と偏光処理の方向が垂直になるように組み立て熱圧着を行った。その後、液晶セルを冷却し、強誘電性液晶組成物を配向させた。

（評価）
１．チルト角
液晶分子の動いた角度は、偏光顕微鏡にて測定した。クロスニコルの状態に設定した２枚の偏光板の間に、強誘電性液晶組成物が充填された液晶セルを置き、電圧無印加状態の黒表示の位置を基準とし、正電圧（１０Ｖ）と負電圧（−１０Ｖ）とを印加した際に動いた液晶分子の角度を測定した。

２．透過率
液晶表示素子の透過率をチルト角により算出した。
ここで、一般に液晶表示素子の透過率Ｉは下記式（ａ）により求められる。
Ｉ＝Ｉ_０ｓｉｎ^２（２θ）×ｓｉｎ^２（Δｎｄ／λ） （ａ）
（上記式（ａ）において、Ｉ_０：入射光強度（定数）、θ：チルト角、Δｎ：複屈折、ｄ：セルギャップ、λ：波長である。）
本実施例では、上記式（ａ）におけるｓｉｎ^２（２θ）の項を、正電圧印加時のチルト角θ_１および負電圧印加時のチルト角θ_２からそれぞれ算出し、平均したものを透過率Ｔとした。
Ｔ＝｛ｓｉｎ^２（２θ_１）＋ｓｉｎ^２（２θ_２）｝／２ （ｂ）
なお、上記式（ａ）において、ｓｉｎ^２（２θ）の項が大きくなれば、透過率Ｉも大きくなる。そのため、透過率Ｔが大きければ、液晶表示素子の透過率が高いといえる。

３．耐衝撃性
得られた液晶表示素子について、耐衝撃性のテストを行った。
耐衝撃性のテストは、プッシュアップスケール（ＦＢ−３０Ｎ：イマダ製）を用い、押し面積１．３ｃｍ^２で３Ｎと５Ｎの荷重をかけたときの液晶配向の変化を観察した。
５Ｎの荷重をかけた後に液晶配向が変化しなかった場合は「Ａ」、３Ｎの荷重をかけた後に液晶配向が変化しなかったが、５Ｎの荷重をかけた際に液晶配向が変化して戻らなかった場合は「Ｂ」と評価した。
評価結果を表３に示す。

３個のベンゼン環および１個のシクロヘキサン環から構成されているキラル化合物ａ〜ｄを比較すると、上記キラル化合物ａまたはｂが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．２および６は、上記キラル化合物ｃまたはｄが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．７および８と比べて、液晶分子のチルト角が大きくなり、透過率が高まった。さらに、上記キラル化合物ａ、ｆが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．５は、上記キラル化合物ｄ、ｆが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．９と比べて、液晶分子のチルト角が大きくなり、透過率が高くなった。これらの結果から、本発明のキラル化合物Ａの構造において、不斉炭素原子にフッ素原子が結合していることが透過率の向上に寄与していることが分かった。

また、キラル部位の不斉炭素原子にフッ素原子が結合しているキラル化合物ａおよびｅを比較する。４個のベンゼン環から構成されたキラル化合物では、不斉炭素原子にメチル基が結合しているキラル化合物ｆが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．１１に対して、不斉炭素原子にフッ素原子が結合しているキラル化合物ｅが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．１０ではチルト角および透過率が同等であった。この結果から、キラル部位の不斉炭素原子にフッ素原子が結合していても、４個のベンゼン環から構成されたキラル化合物では、チルト角の増大および透過率の向上の効果が得られないことが分かった。一方、１個のシクロヘキサン環および３個のベンゼン環から構成されたキラル化合物では、不斉炭素原子にメチル基が結合しているキラル化合物ｄが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．８に対して、不斉炭素原子にフッ素原子が結合しているキラル化合物ａが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．２ではチルト角および透過率が増大した。この結果から、キラル部位の不斉炭素原子にフッ素原子が結合し、かつ１個のシクロヘキサン環および３個のベンゼン環から構成された本発明のキラル化合物Ａを添加した強誘電性液晶組成物を用いることにより、液晶分子のチルト角を大きくして透過率を高めることができることが分かった。

さらに、上記キラル化合物ａが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．２と、上記キラル化合物ｂが添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．６とでは、Ｎｏ．６の方が液晶分子のチルト角が大きく、透過率が高くなった。この結果から、透過率を向上させるには、本発明のキラル化合物Ａの構造において、Ｘ^１およびＸ^２のいずれもがフッ素原子であることがより好ましいことが分かった。

さらにまた、上記キラル化合物ａが単独で添加された強誘電性液晶組成物を用いたＮｏ．２に対して、キラル化合物ａの一部をキラル化合物ｆに置き換えたＮｏ．５では耐衝撃性が向上した。この結果から、本発明のキラル化合物Ａおよびキラル化合物Ｂを含有する強誘電性液晶組成物を用いることで、優れた耐衝撃性が得られることが分かった。

１ … 液晶表示素子
２ａ … 第１基材
２ｂ … 第２基材
３ａ … 第１電極層
３ｂ … 第２電極層
４ａ … 第１配向膜
４ｂ … 第２配向膜
５ … 液晶層
１１ａ … 第１配向処理基板
１１ｂ … 第２配向処理基板

Claims (3)

1. 下記一般式（１）で表されるキラル化合物Ａを含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物。
   

   

   （上記式（１）において、Ｒ¹は、炭素数５〜９の飽和もしくは不飽和のアルキル基である。
   Ｒ²は炭素数４〜７の飽和もしくは不飽和のアルキル基である。
   ＊は不斉炭素原子を示す。
   Ｘ¹およびＸ²は、それぞれ独立して、メチル基、ハロゲン原子、または水素原子を表す。ただし、Ｘ¹およびＸ²のうち１つ以上は、それぞれ独立して、メチル基、またはハロゲン原子である。）
2. 下記一般式（２）で表されるキラル化合物Ｂを含有することを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶組成物。
   

   

   （上記式（２）において、Ｒ³は、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数４〜１８の飽和もしくは不飽和のアルキル基もしくはアルコキシアルキル基である。
   Ｒ⁴はキラルな基であり、下記一般式（３）で表される。
   

   

   （Ｒ⁵は、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数１〜１０の飽和もしくは不飽和のアルキル基もしくはアルコキシアルキル基である。
   Ｙ¹は、メチル基またはフッ素原子を表す。
   ｍ、ｎはそれぞれ独立して０または１である。
   ＊は不斉炭素原子を示す。）
   Ｘ³〜Ｘ¹⁴は、それぞれ独立して、メチル基、フッ化メチル基、ハロゲン原子、または水素原子を表す。ただし、Ｘ³〜Ｘ¹⁴のうち１つ以上は、それぞれ独立して、メチル基、フッ化メチル基、またはハロゲン原子である。）
3. 第１基材、前記第１基材上に形成された第１電極層、および、前記第１電極層上に形成された第１配向膜を有する第１配向処理基板と、
   第２基材、前記第２基材上に形成された第２電極層、および、前記第２電極層上に形成された第２配向膜を有する第２配向処理基板と、
   前記第１配向膜および前記第２配向膜の間に形成された液晶層とを有する液晶表示素子であって、
   前記液晶層が、請求項１または請求項２に記載の強誘電性液晶組成物を含有することを特徴とする液晶表示素子。

Images