JP2759459B2 - 液晶組成物およびこれを含む液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は液晶表示素子や液晶−光シャッター等に利用
される液晶素子に用いる液晶組成物に関し、更に詳しく
は、電界に対する応答特性が改善された新規な液晶組成
物に関するものである。

［背景技術］ 従来より、液晶は電気光学素子として種々の分野で応
用されている。現在実用化されている液晶素子はほとん
どが、例えばM.SchadtとW.Helfrich著“Applied Physic
s Letters"Vo.18、No.4（1971.2.15）、P.127〜128の
“Voltage−Spendent Optical Activity of a Twisted
Nematic Liquid Crystal"に示されたTN（twisted nemat
ic）型の液晶を用いたものである。

これらは、液晶の誘電的配列効果に基づいており、液
晶分子の誘電異方性のために平均分子軸方向が、加えら
れた電場により特定の方向を向く効果を利用している。
これらの素子の光学的な応答速度の限界はミリ秒である
といわれ、多くの応用のためには遅すぎる。一方、大型
平面ディスプレイへの応用では、価格，生産性などを考
え合せると単純マトリクス方式による駆動が最も有力で
ある。単純マトリクス方式においては、走査電極群と信
号電極群をマトリクス状に構成した電極構成が採用さ
れ、その駆動のためには、走査電極群に順次周期的にア
ドレス信号を選択印加し、信号電極群には所定の情報信
号をアドレス信号と同期させて並列的に選択印加する時
分割駆動方式が採用される。

しかしこのような駆動方式の素子に前述したTN型の液
晶を採用すると走査電極が選択され、信号電極が選択さ
れない領域、或いは走査電極が選択されず、信号電極が
選択される領域（所謂“半選択点”）にも有限に電界が
かかってしまう。選択点にかかる電圧と、半選択点にか
かる電圧の差が充分に大きく、液晶分子を電界に垂直に
配列させるのに要する電圧閾値がこの中間の電圧値に設
定されるならば、表示素子は正常に動作するわけである
が、走査線数（Ｎ）を増やして行った場合、画面全体
（１フレーム）を走査する間に一つの選択点に有効な電
界がかかっている時間（duty比）が1/Nの割合で減少し
てしまう。このために、くり返し走査を行った場合の選
択点と非選択点にかかる実効値としての電圧差は、走査
線数が増えれば増える程小さくなり、結果的には画像コ
ントラストの低下やクロストークが避け難い欠点となっ
ている。このような現象は、双安定性を有さない液晶
（電極面に対し、液晶分子が水平に配向しているのが安
定状態であり、電界が有効に印加されている間のみ垂直
に配向する）を時間的蓄積効果を利用して駆動する（即
ち、繰り返し走査する）ときに生ずる本質的には避け難
い問題点である。この点を改良するために、電圧平均化
法、２周波駆動法や、多重マトリクス法等が既に提案さ
れているが、いずれの方法でも不充分であり、表示素子
の大画面化や高密度化は、走査線数が充分に増やせない
ことによって頭打ちになっているのが現状である。

この様な従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て、双安定性を有する液晶素子の使用がClark及びLager
wallにより提案されている（特開昭56−107216号公報、
米国特許第4367924号明細書等）。双安定性液晶として
は一般に、カイラルスメクティックＣ相（SmC^*）又はＨ
相（SmH^*）を有する強誘電性液晶が用いられる。この強
誘電性液晶は電界に対して第１の光学的安定状態と第２
の光学的安定状態からなる双安定状態を有し、従って前
述のTN型の液晶で用いられた光学変調素子とは異なり、
例えば一方の電界ベクトルに対して第１の光学的安定状
態に液晶が配向し、他方の電界ベクトルに対しては第２
の光学的安定状態に液晶が配向される。また、この型の
液晶は、加えられる電界に応答して、上記２つの安定状
態のいずれかを取り、且つ電界の印加のないときはその
状態を維持する性質（双安定性）を有する。

以上のような双安定性を有する特徴に加えて、強誘電
液晶は高速応答性であるという優れた特徴を持つ。それ
は強誘電液晶の持つ自発分極と印加電場が直接作用して
配向状態の転移を誘起するためであり、誘電率異方性と
電場の作用による応答速度より３〜４オーダー速い。

このように強誘電液晶はきわめて優れた特性を潜在的
に有しており、このような性質を利用することにより、
上述した従来のTN型素子の問題点の多くに対して、かな
り本質的な改善が得られる。特に、高速光学光シャッタ
ーや、高密度，大画面ディスプレイへの応用が期待され
る。このため強誘電性を持つ液晶材料に関しては広く研
究がなされているが、現在までに開発された強誘電性液
晶材料は、低温作動特性，高速応答性等を含めて液晶素
子に用いる十分な特性を備えているとは云い難い。

応答時間τと自発分極の大きさPsおよび粘度ηの間に
は （ただしＥは印加電圧である）の関係が存在する。した
がって応答速度を速くするには、 （ア）自発分極の大きさPsを大きくする （イ）粘度ηを小さくする （ウ）印加電圧Ｅを高くする 方法がある。しかし印加電圧は、IC等で駆動するため上
限があり、出来るだけ低い方が望ましい。よって、実際
には粘度ηを小さくするか、自発分極の大きさPsの値を
大きくする必要がある。

一般的に自発分極の大きい強誘電性カイラルスメクチ
ック液晶化合物においては、自発分極のもたらすセルの
内部電界も大きく、双安定状態をとり得る素子構成への
制約が多くなる傾向にある。又、いたずらに自発分極を
大きくしても、それにつれて粘度も大きくなる傾向にあ
り、結果的には応答速度があまり速くならないことが考
えられる。

また、実際のディスプレイとしての使用温度範囲が例
えば５〜40℃程度とした場合、応答速度の変化が一般に
20倍程もあり、駆動電圧及び周波数による調節の限界を
越えているのが現状である。

以上述べたように、強誘電性液晶素子を実用化するた
めには、粘度が低く高速応答性を有し、かつ応答速度の
温度依存性の小さな強誘電性カイラルスメクチック液晶
組成物が要求される。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、強誘電性液晶素子を実用できるよう
に、応答速度が速く、しかもその応答速度の温度依存性
が軽減されたカイラルスメクチック液晶組成物および該
液晶組成物を使用する液晶素子を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は下記一般式（Ｉ） （ただし、R₁，R₂はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアル
キル基 X₁，X₂は単結合、−Ｏ−， −CH₂O−，−OCH₂−，単結合 のうち少なくとも１つは である。） で示される化合物の少なくとも一種と、下記一般式（I
I） （ただし、R₃はアルコキシ基により置換されていても良
いC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアルキル基 ｌは１〜12） で示される化合物の少なくとも一種と、下記一般式（II
I） （ただし、R₄，R₅はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアル
キル基であり、かつ、少なくとも一方は光学活性であ
る。

で示される化合物の少なくとも一種とを含有することを
特徴とする強誘電性カイラルスメクチック液晶組成物な
らびに該液晶組成物を一対の電極基板間に配置してなる
液晶素子を提供するものである。

前述の一般式（Ｉ）で示される化合物において好まし
い化合物例として下記する（Ｉ−ａ）〜（Ｉ−ｑ）式で
表わされる化合物を挙げることができる。

又、さらに上述の（Ｉ−ａ）〜（Ｉ−ｑ）式における
X₁，X₂の好ましい例として（Ｉ−ｉ）〜（Ｉ−viii）を
挙げることができる。

（Ｉ−ｉ） X₁が単結合 X₂が単結合 （Ｉ−ii） X₁が 〃 X₂が−Ｏ− （Ｉ−iii ） X₁が−Ｏ− X₂が単結合 （Ｉ−iv） X₁が 〃 X₂が−Ｏ− （Ｉ−vi） X₁が 〃 X₂が−Ｏ− （Ｉ−viii）X₁が 〃 X₂が−Ｏ− 又、さらに上述の（Ｉ−ａ）〜（Ｉ−ｑ）式における
R₁，R₂の好ましい例として、直鎖状のアルキル基を挙げ
ることができる。

又、前述の一般式（II）で示される化合物のうち好ま
しい化合物例として下記する（II−ａ），（II−ｂ）式
で表わされる化合物を挙げることができる。

又、前述の一般式（III）で示される化合物におけるX
₄，X₅の好ましい例としてX₄は−Ｏ−， を挙げることができる。

又、さらにR₄，R₅の好ましい例として下記する（III
−ｉ）〜（III−ｖ）を挙げることができる。

R₆〜R₉は、直鎖状又は分岐状のアルキル基、 m,n,p,rは０〜7 q,sは０又は１ 前記一般式（Ｉ）で表わされる液晶性化合物の具体的
な構造式の例を以下に示す。

前記一般式（Ｉ）で示される化合物の代表的な合成例
を以下に示す。

合成例１（化合物No.1−65の合成） ５−ドデシル−２−（４′−ヒドロキシフェニル）ピ
リミジン1.0g（2.94mmol）をトルエン4ml及びピリジン4
mlに溶かした。これにトルエン4mlに溶かしたトランス
−４−ｎ−プロピルシクロヘキサンカルボン酸クロリド
（関東化学（株）製）0.55gを氷水浴中５℃以下で徐々
に滴下した。滴下終了後、室温で12時間攪拌し、反応混
合物を氷水100ml中に注入した。6N塩酸で酸性側とした
後、ベンゼンで抽出し、これを水,5％炭酸水素ナトリウ
ム水溶液，水で順次洗浄した。硫酸マグネシウムにより
乾燥した後、溶媒留去し、クリーム色の粗生成物を得
た。これをカラムクロマトグラフィーにより精製した
後、さらにエタノール１酢酸エチル混合溶媒から再結晶
し、白色の標記化合物0.94gを得た。（収率64.8％） 相転移温度（℃） 合成例２（化合物No.1−133の合成） （Ｉ）トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキサンカル
ボン酸クロライド10g（53.6mmol）をエタノール30mlに
とかし、これに少量のトリエチルアミンを加え室温で10
時間攪拌した。反応混合物を氷水100mlに注入し、6N塩
酸水溶液を加え酸性側とした後、イソプロピルエーテル
により抽出した。有機層を洗液が中性となるまで水洗を
繰り返した後、硫酸マグネシウムにより乾燥した。溶媒
留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精
製し、トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキサンカル
ボン酸エチルエステル9.9gを得た。

（II）水素化アルミニウムリチウム0.73g（19.1mmol）
を乾燥エーテル30mlに添加し、１時間加熱還流した。氷
水浴中で10℃程度まで冷却した後、乾燥エーテル30mlに
溶かしたトランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキサンカ
ルボン酸エチルエステル5g（25.5mmol）を徐々に滴下し
た。滴下終了後、室温で１時間攪拌し、さらに１時間加
熱還流させた。これを酢酸エチル,6N塩酸水溶液で処理
した後、氷水200mlに注入した。

イソプロピルエーテルにより抽出した後、有機相を
水，水酸化ナトリウム水溶液，水で順次洗浄し、硫酸マ
グネシウムにより乾燥した。溶媒留去後、シリカゲルカ
ラムクロマトグラフィーにより精製し、トランス−４−
ｎ−プロピルシクロヘキシルメタノール3.5gを得た。

（III）トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキシルメ
タノール3.4g（22.4mmol）をピリジン20mlに溶かした。
これにピリジン20mlに溶かしたｐ−トルエンスルホン酸
クロライド5.3gを氷水浴中で５℃以下に冷却しながら滴
下した。室温で10時間攪拌した後、氷水200mlに注入し
た。6N塩酸水溶液により酸性側とした後、イソプロピル
エーテルで抽出した。有機相を洗液が中性となるまで水
洗を繰り返した後、硫酸マグネシウムにより乾燥した。
これを溶媒留去して、トランス−４−ｎ−プロピルシク
ロヘキシルメチル−ｐ−トルエンスルホネートを得た。

（IV）ジメチルホルムアミド40mlに５−デシル−２−
（４′−ヒドロキシフェニル）ピリミジン6.3g（20.2mm
ol）を溶かした。これに85％水酸化カリウム1.5gを加
え、100℃で１時間攪拌した。これにトランス−４−ｎ
−プロピルシクロヘキシルメチル−ｐ−トルエンスルホ
ネート6.9gを加え、さらに100℃で４時間攪拌した。反
応終了後、これを氷水200mlに注入し、ベンゼンで抽出
した。有機相を水洗した後、硫酸マグネシウムにより乾
燥した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフ
ィーにより精製し、これをさらにエタノール／酢酸エチ
ル混合溶媒から再結晶して、前記例示化合物No.1−133
を得た。

IR（cm^-1） 2920,2840,1608,1584,1428,1258,1164,800 相転移温度（℃） （Sm2はSmA,SmC以外のスメクチック相，未同定） 又、Z₁が単結合である場合、例えば の式で表わされる化合物は、下記の合成経路で合成する
ことができる。

前記一般式（II）で示される化合物の具体的な構造式
の例を以下に示す。

一般式（II）で示される化合物は下記に示すような合
成経路A,B,Cで得ることができる。

一般式（II）で示される化合物の代表的な合成例を以
下に示す。

合成例１（化合物No.2−17の合成） ｐ−２−フルオロオクチルオキシフェノール1.00g
（4.16mM）をピリジン10ml、トルエン5mlに溶解させ、
トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキサンカルボン酸
クロライド1.30g（6.00mM）をトルエン5mlに溶解した溶
液を、５℃以下、20〜40分間で滴下した。滴下後、室温
で一晩攪拌し、白色沈殿を得た。

反応終了後、反応物をベンゼンで抽出し、さらにこの
ベンゼン層を蒸留水で洗ったのち、ベンゼン層を硫酸マ
グネシウムで乾燥し、ベンゼンを留去した。さらにシリ
カゲルカラムクロマトグラフィーを用いて精製し、さら
にエタノール／メタノールで再結晶して、トランス−４
−ｎ−ペンチルシクロヘキサンカルボン酸−ｐ−２−フ
ルオロオクチルオキシフェニルエステル1.20g（2.85m
M）を得た。（収率68.6％） NMRデータ（ppm） 0.83〜2.83ppm（34H,m） 4.00〜4.50ppm（2H,q） 7.11ppm （4H,s） IRデータ（cm^-1） 3456,2928,2852,1742,1508,1470,1248,1200,1166,1132,
854。

相転移温度（℃） （ここで、S₃，S₄，S₅，S₆は、SmC^*よりも秩序度の高い
相を示す。） 合成例２（化合物No.2−29の合成） 十分に窒素置換された容器に、（−）−２−フルオロ
ヘプタノール0.40g（3.0mmol）と乾燥ピリジン1.00g（1
3mmol）を入れ氷冷下で30分間攪拌した。その溶液にｐ
−トルエンスルホン酸クロリド0.69g（3.6mmol）を加
え、そのまま５時間攪拌を続けた。反応終了後、1NHCl1
10mlを加え、塩化メチレン10mlで２回抽出を行った後、
その抽出液を蒸留水10mlで１回洗浄した。得られた塩化
メチレン溶液に無水硫酸ナトリウムを適宜加えて乾燥し
たのち、溶媒を留去し（＋）−２−フルオロヘプチルｐ
−トルエンスルホン酸エステル0.59g（2.0mmol）を得
た。

収率は66％である。生成物の比旋光度およびIRデータ
は下記の通りである。

比旋光度▲［α］^26.4 _D▼＋2.59°（ｃ＝1,CHCl₃）。

比旋光度▲［α］^23.6 ₄₃₅▼＋9.58°（ｃ＝1,CHCl₃）。

IR（cm^-1）： 2900,2850,1600,1450,1350,1170,1090,980,810,660,55
0。

上記のようにして得られた（＋）−２−フルオロヘプ
チルｐ−トルエンスルホン酸エステル0.43g（1.5mmol）
と５−オクチル−２−（４−ヒドロキシフェニル）ピリ
ミジン0.28g（1.0mmol）に１−ブタノール0.2mlを加え
よく攪拌した。その溶液に、あらかじめ１−ブタノール
1.0mlに水酸化ナトリウム0.048g（1.2mmol）を溶解させ
て調製しておいたアルカリ溶液を速やかに注ぎ５時間
半、加熱還流した。反応終了後蒸留水10mlを加え、ベン
ゼン10mlおよび5mlでそれぞれ１回づつ抽出を行なった
後、その抽出液に無水硫酸ナトリウムを適宜加えて乾燥
した。乾燥後、溶媒を留去し、シリカゲルカラム（クロ
ロホルム）により目的物である（＋）−５−オクチル−
２−［４−（２−フルオロヘプチルオキシ）フェニル］
ピリミジン0.17g（0.43mmol）を得た。

収率は43％であり、以下のような比旋光度およびIRデ
ータが得られた。

比旋光度▲［α］^25.6 _D▼＋0.44°（ｃ＝1,CHCl₃）。

比旋光度▲［α］^22.4 ₄₃₅▼＋4.19°（ｃ＝1,CHCl₃）。

IR（cm^-1）： 2900,2850,1600,1580,1420,1250,1160,800,720,650,55
0。

前記一般式（III）で表される液晶性化合物の具体的
な構造式の例を以下に示す。

前記一般式（III）で示される化合物例えば は下記に示すような合成経路で得ることができる。

（R₄，R₅は前述の通り） 本発明の液晶組成物、前記一般式（Ｉ）で示される化
合物の少なくとも１種と、前記一般式（II）で示される
化合物の少なくとも１種と、及び一般式（III）で示さ
れる化合物の少なくとも１種と、さらに他の液晶性化合
物１種以上とを適当な割合で混合することにより得るこ
とができる。又、本発明による液晶組成物は、強誘電性
液晶組成物、特に強誘電性カイラルスメクチック液晶組
成物が好ましい。

本発明で用いる他の液晶性化合物の具体的例を下記に
あげる。

本発明の一般式（Ｉ）で示される液晶性化合物、一般
式（II）で示される液晶性化合物、および一般式（II
I）で示される液晶性化合物それぞれと、上述した他の
液晶組性化合物一種以上、あるいは、それを含む強誘電
性液晶性組成物（強誘電性液晶材料と略す）との配合割
合は、強誘電性液晶材料100重量部当り、本発明一般式
（Ｉ），一般式（II），及び一般式（III）で示される
液晶性化合物それぞれを１〜300重量部、より好ましく
は、２〜100重量部とすることが好ましい。

また、本発明の一般式（Ｉ），一般式（II）及び一般
式（III）で示される液晶性化合物のいずれか、あるい
は全てを２種以上用いる場合も強誘電性液晶材料との配
合割合は、前述した強誘電性液晶材料100重量部当り、
本発明一般式（Ｉ），一般式（II）及び一般式（III）
で示される液晶性化合物のいずれか、あるいは全ての２
種以上の混合物を、１〜500重量部より好ましくは、２
〜100重量部とすることがのぞましい。

第１図は強誘電性液晶素子の構成の説明のために、本
発明の強誘電性液晶層を有する液晶素子の１例の断面概
略図である。

第１図において符号１は強誘電性液晶層,2はガラス基
板,3は透明電極,4は絶縁性配向制御層,5はスペーサー,6
はリード線,7は電源,8は偏光板,9は光源を示している。

２枚のガラス基板２には、それぞれIn₂O₃，SnO₂ある
いはITO（Indium−Tin Oxide）等の薄膜から成る透明電
極が被覆されている。その上にポリイミドの様な高分子
の薄膜をカーゼやアセテート植毛布等でラビングして、
液晶をラビング方向に並べる絶縁性配向制御層が形成さ
れている。また絶縁物質として例えばシリコン窒化物，
水素を含有するシリコン炭化物，シリコン酸化物，硼素
窒化物，水素を含有する硼素窒化物，セリウム酸化物，
アルミニウム酸化物，ジルコニウム酸化物，チタン酸化
物やフッ化マグネシウムなどの無機物質絶縁層を形成
し、その上にポリビニルアルコール，ポリイミド，ポリ
アミドイミド，ポリエステルイミド，ポリパラキシレ
ン，ポリエステル，ポリカーボネート，ポリビニルアセ
タール，ポリ塩化ビニル，ポリ酢酸ビニル，ポリアミ
ド，ポリスチレン，セルロース樹脂，メラミン樹脂，ユ
リヤ樹脂，アクリル樹脂やフォトレジスト樹脂などの有
機絶縁物質を配向制御層として、２層で絶縁性配向制御
層が形成されていてもよく、また無機物質絶縁性配向制
御層あるいは有機物質絶縁性配向制御層単層であっても
良い。この絶縁性配向制御層が無機系ならば蒸着法など
で形成でき、有機系ならば有機絶縁物質を溶解させた溶
液、またはその前駆体溶液（溶剤に0.1〜20重量％，好
ましくは0.2〜10重量％）を用いて、スピンナー塗布
法，浸漬塗布法，スクリーン印刷法，スプレー塗布法，
ロール塗布法等で塗布し、所定の硬化条件下（例えば加
熱下）で硬化させ形成させることができる。

絶縁性配向制御層の層厚は通常30Å〜１μｍ、好まし
くは30Å〜3000Å、さらに好ましくは50Å〜1000Åが適
している。

この２枚のガラス基板２はスペーサー５によって任意
の間隔に保たれている。例えば所定の直径を持つシリカ
ビーズ、アルミナビーズをスペーサーとしてガラス基板
２枚で挟持し、周囲をシール材、例えばエポキシ系接着
材を用いて密封する方法がある。その他スペーサーとし
て高分子フィルムやガラスファイバーを使用しても良
い。この２枚のガラス基板の間に強誘電性液晶が封入さ
れている。

強誘電性液晶が封入された強誘電性液晶層は、一般に
は0.5〜20μｍ、好ましくは１〜５μｍである。

又、この強誘電性液晶は、室温を含む広い温度域（特
に低温側）でSmC^*相（カイラルスメクチック相）を有
し、高速応答性を有することが望ましい。さらに応答速
度の温度依存性が小さいこと、及び駆動電圧マージンが
広いことが望まれる。

又、特に素子とした場合に、良好な均一配向性を示し
モノドメイン状態を得るには、その強誘電性液晶は、等
相方からCh相（コレステリック相）−SmA相（スメクチ
ック相）−SmC^*相（カイラルスメクチックＣ相）という
相転移系列を有していることが望ましい。

透明電極３からはリード線によって外部電源７に接続
されている。

またガラス基板２の外側には偏光板８が貼り合わせて
ある。

第１図は透過型なので光源９を備えている。

第２図は強誘電性液晶素子の動作説明のために、セル
の例を模式的に描いたものである。21aと21bはそれぞれ
In₂O₃，SnO₂あるいはITO（Indium−Tin Oxide）等の薄
膜からなる透明電極で被覆された基板（ガラス板）であ
り、その間に液晶分子層22がガラス面に垂直になるよう
配向したSmC^*相又はSmH^*相の液晶が封入されている。太
線で示した線23が液晶分子を表わしており、この液晶分
子23はその分子に直交した方向に双極子モーメント（R
_⊥）24を有している。基板21aと21b上の電極間に一定の
閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子23のらせん構造
がほどけ、双極子モーメント（R_⊥）24がすべて電界方
向に向くよう、液晶分子23は配向方向を変えることがで
きる。液晶分子23は細長い形状を有しており、その長軸
方向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って例えばガ
ラス面の上下に互いにクロスニコルの偏光子を置けば、
電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光学変調素
子となることは、容易に理解される。

本発明の光学変調素子で好ましく用いられる液晶セル
は、その厚さを充分に薄く（例えば10μ以下）すること
ができる。このように液晶層が薄くなるにしたがい、第
３図に示すように電界を印加していない状態でも液晶分
子のらせん構造がほどけ、その双極子モーメントPaまた
はPbは上向き（34a）又は下向き（34b）のどちらかの状
態をとる。このようなセルに、第３図に示す如く一定の
閾値以上の極性の異る電界Ea又はEbを電圧印加手段31a
と31bにより付与すると、双極子モーメントは電界Ea又
はEbの電界ベクトルに対応して上向き34a又は下向き34b
と向きを変え、それに応じて液晶分子は、第１の安定状
態33aかあるいは第２の安定状態33bの何れか１方に配向
する。

このような強誘電性を光学変調素子として用いること
の利点は先にも述べたが２つある。

その第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２
は液晶分子の配向が双安定性を有することである。第２
の点を例えば第３図によって更に説明すると、電界Eaを
印加すると液晶分子は第１の安定状態33aに配向する
が、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向き
の電界Ebを印加すると、液晶分子は第２の安定状態33b
に配向してその分子の向きを変えるが、やはり電界を切
ってもこの状態に留っている。又与える電界Eaあるいは
Ebが一定の閾値を越えない限り、それぞれ前の配向状態
にやはり維持されている。

以下実施例により本発明について更に詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

実施例１ 下記例示化合物を下記の重量部で混合し、液晶組成１
−Ａを作成した。

更に、この液晶組成物１−Ａに対して、以下に示す例
示化合物を、各々以下に示す重量部で混合し、液晶組成
物１−Ｂを作成した。

次に、この液晶組成物１−Ｂを以下の手順で作成した
セルを用いて、素子特性等を観察した。

２枚の1.1mm厚のガラス板を用意して、それぞれのガ
ラス板上にITO膜を形成し、電圧印加電極を作成し、さ
らにこの上にSiO₂を蒸着させ絶縁層とした。

この基板上にポリイミド樹脂前駆体［東レ（株）SP−
710］1.0％ジメチルアセトアミド溶液を回転数2500rpm.
のスピンナーで15秒間塗布した。成膜後、60分間、300
℃加熱縮合焼成処理を施した。この時の塗膜の膜厚は約
200Åであった。

この焼成後の被膜には、アセテート植毛布によるラビ
ング処理がなされ、その後イソプロピルアルコール液で
洗浄し、平均粒径1.5μｍのシリカビーズを一方のガラ
ス板上に散布した後、それぞれのラビング処理軸が互い
に平行になる様にし、接着シール材［リクソンボンド
（チッソ（株）］を用いてガラス板を貼り合わせ、60分
間,100℃にて加熱乾燥し、セルを作成した。このセルの
セル厚をベレック位相板によって測定したところ約1.5
μｍであった。

このセルに上述の液晶組成物１−Ｂを等方性液体状態
で注入し、等方相から20℃/hで25℃まで徐冷することに
より、強誘電性液晶素子を作成した。この強誘電性液晶
素子を用いて、ピーク・トゥ・ピーク電圧V_pp＝25Vの電
圧印加により、直交ニコル下での光学的な応答（透過光
量変化０〜90％）を検知して応答速度（以後、光学応答
速度という）を測定した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ 825μsec 284μsec 107μsec また25℃における、この駆動時のコントラストは、12
であり、明瞭なスイッチング動作が観察され、電圧印加
を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例１ 実施例１で使用した液晶組成物１−Ｂに代えて、例示
化合物No.1−5,1−73を混合せずに１−Ａに対して、例
示化合物No.2−42,3−23のみを実施例１と同じ重量部で
混合した液晶組成物１−C,および例示化合物No.2−42を
混合せずに１−Ａに対して、例示化合物No.1−5,1−73,
3−23のみを実施例１と同じ重量部で混合した液晶組成
物１−D,さらに例示化合物No.3−23を混合せずに１−Ａ
に対して、例示化合物No.1−5,1−73,2−42のみを実施
例１と同じ重量部で混合した液晶組成物１−Ｅを作成し
た。

これらの液晶組成物１−C,1−D,1−Ｅ及び１−Ａを用
いた以外は全く実施例１と同様の方向でそれぞれ強誘電
性液晶素子を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答
速度を測定した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ １−A 1360μsec 430μsec 147μsec １−C 936μsec 322μsec 117μsec １−D 1164μsec 369μsec 128μsec １−E 871μsec 298μsec 110μsec 実施例１と比較例１より明らかな様に、本発明による
液晶組成物を含有する強誘電性液晶素子の方が、低温に
おける作動特性，高速応答性が改善され、また、応答速
度の温度依存性も軽減されている。

実施例２ 実施例１で使用した液晶組成物１−Ａに対して、以下
に示す例示化合物を以下に示す重量部で混合して液晶組
成物２−Ｂを得た。

この液晶組成物を用いた以外は、全く実施例１と同様
の方法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の
方法で光学応答速度を測定し、スイッチング状態等を観
察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメ
イン状態が得られた。測定結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ 757μsec 263μsec 100μsec また25℃における、この駆動時のコントラストは、13
であり、明瞭なスイッチング動作が観察され、電圧印加
を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例２ 実施例２で使用した液晶組成物２−Ｂに代えて、例示
化合物No.2−32,2−14を混合せずに１−Ａに対して、例
示化合物No.1−10,1−151,3−７のみを実施例２と同じ
重量部で混合した液晶組成物２−Ｃを作成した。

これらの液晶組成物２−C,及び１−Ａを用いた以外は
全く実施例１と同様の方法でそれぞれ強誘電性液晶素子
を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答速度を測定
した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ １−A 1360μsec 430μsec 147μsec ２−C 1183μsec 384μsec 134μsec 実施例２と比較例２より明らかな様に、本発明による
液晶組成物を含有する強誘電性液晶素子の方が、低温に
おける作動特性，高速応答性が改善され、また、応答速
度の温度依存性も軽減されている。

実施例３ 下記例示化合物を下記の重量部で混合し、液晶組成４
−Ａを作成した。

更に、この液晶組成物４−Ａに対して、以下に示す例
示化合物を、各々以下に示す重量部で混合し、液晶組成
物４−Ｂを作成した。

この液晶組成物を用いた以外は、全く実施例１と同様
の方法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の
方法で光学応答速度を測定し、スイッチング状態等を観
察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメ
イン状態が得られた。測定結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ 743μsec 264μsec 102μsec また25℃における、この駆動時のコントラストは、12
であり、明瞭なスイッチング動作が観察され、電圧印加
を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例３ 実施例３で使用した液晶組成物４−Ｂに代えて、例示
化合物No.1−5,1−73を混合せずに４−Ａに対して、例
示化合物No.2−42,3−23のみを実施例３と同じ重量部で
混合した液晶組成物４−C,および例示化合物No.2−42を
混合せずに４−Ａに対して、例示化合物No.1−5,1−73,
3−23のみを実施例３と同じ重量部で混合した液晶組成
物４−D,さらに例示化合物No.3−23を混合せずに４−Ａ
に対して、例示化合物No.1−5,1−73,2−42のみを実施
例３と同じ重量部で混合した液晶組成物４−Ｅを作成し
た。

これらの液晶組成物４−C,4−D,4−Ｅ及び４−Ａを用
いた以外は全く実施例１と同様の方法でそれぞれ強誘電
性液晶素子を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答
速度を測定した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ ４−A 1155μsec 362μsec 133μsec ４−C 820μsec 284μsec 104μsec ４−D 1004μsec 326μsec 115μsec ４−E 801μsec 283μsec 108μsec 実施例３と比較例３より明らかな様に、本発明による
液晶組成物を含有する強誘電性液晶素子の方が、低温に
おける作動特性，高速応答性が改善され、また、応答速
度の温度依存性も軽減されている。

実施例４ 実施例３で使用した液晶組成物４−Ａに対して、以下
に示す例示化合物を以下に示す重量部で混合して液晶組
成物５−Ｂを得た。

この液晶組成物を用いた以外は、全く実施例１と同様
の方法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の
方法で光学応答速度を測定し、スイッチング状態等を観
察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメ
イン状態が得られた。測定結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ 827μsec 292μsec 112μsec また25℃における、この駆動時のコントラストは、13
であり、明瞭なスイッチング動作が観察され、電圧印加
を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例４ 実施例４で使用した液晶組成物５−Ｂに代えて、例示
化合物No.1−69,1−105,3−38を混合せずに４−Ａに対
して、例示化合物No.2−36,2−72のみを実施例４と同じ
重量部で混合した液晶組成物５−Ｃを作成した。

これらの液晶組成物５−C,及び４−Ａを用いた以外は
全く実施例１と同様の方法でそれぞれ強誘電性液晶素子
を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答速度を測定
した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ ４−A 1155μsec 362μsec 133μsec ５−C 905μsec 303μsec 110μsec 実施例４と比較例４より明らかな様に、本発明による
液晶組成物を含有する強誘電性液晶素子の方が、低温に
おける作動特性，高速応答性が改善され、また、応答速
度の温度依存性も軽減されている。

実施例５ 実施例３で使用した液晶組成物４−Ａに対して、以下
に示す例示化合物を以下に示す重量部で混合して液晶組
成物６−Ｂを得た。

この液晶組成物を用いた以外は、全く実施例１と同様
の方法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の
方法で光学応答速度を測定し、スイッチング状態等を観
察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメ
イン状態が得られた。測定結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ 724μsec 260μsec 101μsec また25℃における、この駆動時のコントラストは、13
であり、明瞭なスイッチング動作が観察され、電圧印加
を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例５ 実施例５で使用した液晶組成物６−Ｂに代えて、例示
化合物No.2−21,2−2,3−60を混合せずに６−Ａに対し
て、例示化合物No.1−11,1−34のみを実施例５と同じ重
量部で混合した液晶組成物６−Ｃを作成した。

これらの液晶組成物６−C,及び４−Ａを用いた以外は
全く実施例１と同様の方法でそれぞれ強誘電性液晶素子
を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答速度を測定
した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ ４−A 1155μsec 362μsec 133μsec ６−C 1004μsec 344μsec 127μsec 実施例５と比較例５より明らかな様に、本発明による
液晶組成物を含有する強誘電性液晶素子の方が、低温に
おける作動特性，高速応答性が改善され、また、応答速
度の温度依存性も軽減されている。

実施例６ 下記例示化合物を下記の重量部で混合し、液晶組成７
−Ａを作成した。

更に、この液晶組成物７−Ａに対して、以下に示す例
示化合物を、各々以下に示す重量部で混合し、液晶組成
物７−Ｂを作成した。

この液晶組成物を用いた以外は、全く実施例１と同様
の方法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の
方法で光学応答速度を測定し、スイッチング状態等を観
察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメ
イン状態が得られた。測定結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ 542μsec 201μsec 83μsec また25℃における、この駆動時のコントラストは、14
であり、明瞭なスイッチング動作が観察され、電圧印加
を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例６ 実施例６で使用した液晶組成物７−Ｂに代えて、例示
化合物No.2−42を混合せずに７−Ａに対して、例示化合
物No.1−5,1−72,3−23のみを実施例例６と同じ重量部
で混合した液晶組成物７−Ｃを作成した。

これらの液晶組成物７−C,及び７−Ａを用いた以外は
全く実施例１と同様の方法でそれぞれ強誘電性液晶素子
を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答速度を測定
した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ ７−A 762μsec 246μsec 98μsec ７−C 663μsec 235μsec 91μsec 実施例６と比較例６より明らかな様に、本発明による
液晶組成物を含有する強誘電性液晶素子の方が、低温に
おける作動特性，高速応答性が改善され、また、応答速
度の温度依存性も軽減されている。

実施例７ 実施例６で使用した液晶組成物７−Ａに対して、以下
に示す例示化合物を以下に示す重量部で混合して液晶組
成物８−Ｂを得た。

この液晶組成物を用いた以外は、全く実施例１と同様
の方法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の
方法で光学応答速度を測定し、スイッチング状態等を観
察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメ
イン状態が得られた。測定結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ 529μsec 196μsec 82μsec また25℃における、この駆動時のコントラストは、12
であり、明瞭なスイッチング動作が観察され、電圧印加
を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例７ 実施例７で使用した液晶組成物８−Ｂに代えて、例示
化合物No.1−69,1−105を混合せずに７−Ａに対して、
例示化合物No.2−36,2−72,3−38のみを実施例７と同じ
重量部で混合した液晶組成物８−Ｃを作成した。

これらの液晶組成物８−C,及び７−Ａを用いた以外は
全く実施例１と同様の方法でそれぞれ強誘電性液晶素子
を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答速度を測定
した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ ７−A 762μsec 246μsec 98μsec ８−C 563μsec 202μsec 81μsec 実施例７と比較例７より明らかな様に、本発明による
液晶組成物を含有する強誘電性液晶素子の方が、低温に
おける作動特性，高速応答性が改善され、また、応答速
度の温度依存性も軽減されている。

実施例８ 実施例６で使用した液晶組成物７−Ａに対して、以下
に示す例示化合物を以下に示す重量部で混合して液晶組
成物９−Ｂを得た。

この液晶組成物を用いた以外は、全く実施例１と同様
の方法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例１と同様の
方法で光学応答速度を測定し、スイッチング状態等を観
察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメ
イン状態が得られた。測定結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ 423μsec 162μsec 66μsec また25℃における、この駆動時のコントラストは、13
であり、明瞭なスイッチング動作が観察され、電圧印加
を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例８ 実施例８で使用した液晶組成物９−Ｂに代えて、例示
化合物No.1−82,1−165,2−77,2−12を混合せずに７−
Ａに対して、例示化合物No.3−29のみを実施例８と同じ
重量部で混合した液晶組成物９−Ｃを作成した。

これらの液晶組成物９−C,及び７−Ａを用いた以外は
全く実施例１と同様の方法でそれぞれ強誘電性液晶素子
を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答速度を測定
した。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ ７−A 762μsec 246μsec 98μsec ９−C 561μsec 199μsec 78μsec 実施例８と比較例８より明らかな様に、本発明による
液晶組成物を含有する強誘電性液晶素子の方が、低温に
おける作動特性，高速応答性が改善され、また、応答速
度の温度依存性も軽減されている。

実施例9,10 実施例１で用いた例示化合物、及び液晶組成物に代え
て、表１に示した例示化合物、及び液晶組成物を各重量
部で用い、12−B,15−Ｂの液晶組成物を得た。これらを
用いた他は、全く実施例１と同様の方法により、強誘電
性液晶素子を作成し、実施例１と同様の方法で光学応答
速度を測定し、スイッチング状態等を観察した。この液
晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイン状態
が得られた。測定結果を表１に示す。

実施例9,10より明らかな様に、本発明による液晶組成
物12−Ｂ、15−Ｂを含有する強誘電性液晶素子は、低温
における作動特性、高速応答性が改善され、また応答速
度の温度依存性も軽減されたものとなっている。

実施例11 実施例１及び比較例１で用いた液晶組成物をSiO₂を用
いずに、ポリイミド樹脂だけで配向制御層を作成した以
外は全く実施例１と同様の方法で強誘電性液晶素子を作
成し、実施例１と同様の方法で光学応答速度を測定し
た。その結果を次に示す。

光学応答速度 10℃ 25℃ 40℃ １−B 820μsec 264μsec 92μsec １−A 1340μsec 415μsec 138μsec １−C 918μsec 312μsec 112μsec １−D 1145μsec 349μsec 118μsec １−E 863μsec 279μsec 104μsec 実施例11より明らかな様に、素子構成を変えた場合で
も本発明に従う強誘電性液晶素子を含有する素子は、他
の液晶組成物を含む素子に実施例１と同様に低温作動特
性が改善され、さらに、応答速度の温度依存性も軽減さ
れたものとなっている。

［発明の効果］ 本発明の強誘電性液晶組成物を含有する素子は、スイ
ッチング特性が良好で、低温作動特性の改善された液晶
素子、及び応答速度の温度依存性の軽減された液晶素子
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、強誘電性液晶を用いた液晶素子の一例の断面
概略図。 第２図，及び第３図は強誘電性液晶素子の動作説明のた
めに、素子セルの一例を模式的に表わす斜視図。 第１図において、 １…強誘電性液晶層、２…ガラス基板、３…透明電極、
４…絶縁性配向制御層、５…スペーサー、６…リード
線、７…電源、８…偏光板、９…光源、I₀…入射光、Ｉ
…透過光 第２図において、 21a…基板、21b…基板、22…強誘電性液晶層、23…液晶
分子、24…双極子モーメント（P_⊥） 第３図において、 31a…電圧印加手段、31b…電圧印加手段、33a…第１の
安定状態、33b…第２の安定状態、34a…上向きの双極子
モーメント、34b…下向きの双極子モーメント、Ea…上
向きの電界、Eb…下向きの電界。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝岡 正信 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 佐藤 純子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−137986（ＪＰ，Ａ) 欧州公開267585（ＥＰ，Ａ１)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記一般式（Ｉ） （ただし、R₁，R₂はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアル
   キル基 X₁，X₂は単結合、−Ｏ−， −CH₂O−，−OCH₂−，単結合 で示される化合物の少なくとも一種と、下記一般式（I
   I） （ただし、R₃はアルコキシ基により置換されていても良
   いC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアルキル基 ｌは１〜12） で示される化合物の少なくとも一種と、下記一般式（II
   I） （ただし、R₄，R₅はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアル
   キル基であり、かつ、少なくとも一方は光学活性であ
   る。 で示される化合物の少なくとも一種とを含有することを
   特徴とする強誘電性カイラルスメクチック液晶組成物。
2. 【請求項２】下記一般式（Ｉ） （ただし、R₁，R₂はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアル
   キル基 X₁，X₂は単結合、−Ｏ−， −CH₂O−，−OCH₂−，単結合 で示される化合物の少なくとも一種と、下記一般式（I
   I） （ただし、R₃はアルコキシ基により置換されていても良
   いC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアルキル基 ｌは１〜12） で示される化合物の少なくとも一種と、下記一般式（II
   I） （ただし、R₄，R₅はC₁〜C₁₈の直鎖状又は分岐状のアル
   キル基であり、かつ、少なくとも一方は光学活性であ
   る。 で示される化合物の少なくとも一種とを含有する強誘電
   性カイラルスメクチック液晶組成物を一対の電極基板間
   に配置してなることを特徴とする液晶素子。