JP2831463B2 - 液晶パラメータの温度補償 - Google Patents

液晶パラメータの温度補償

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Description

【発明の詳細な説明】 小さな螺旋ピッチを有するコレステリック液晶は、近
年益々様々な新しい応用分野、例えば偏光光源として
〔例えば、ベレイェフ（Veleayev）,S.V.等の論文:Jpn.
J.Appl.Phys.,1990,29,No.4,L 634参照〕あるいはコレ
ステリック被膜の色変化による温度表示のために利用さ
れるようになってきた。後者の応用では、コレステリッ
ク液晶の螺旋ピッチの大きな温度依存性、その結果とし
てのその選択反射の色が利用されていることが知られて
いる。これにより、0.1℃の数倍程度の温度変化を、コ
レステリック被膜の選択反射波長のシフトにより表示す
ることが可能となる。
しかしながら、大きな温度依存性が所定の効果の達成
を妨害もしくは不可能とする恐れがあることから、コレ
ステリック液晶の選択反射の温度依存性がまったく許さ
れないか、あるいはほんの僅かしか許されないような用
途もある。
キラルネマチック混合物の場合における螺旋ピッチの
温度依存性が、右旋性並びに左旋性の添加物をドープし
た場合には、低下する可能性があることが既に知られて
いる〔例えば、ゴブル−ブンシュ（Gobl−Wunsch）,A.
等の論文:Zeitschr.Naturforsch.1979,34a,p.594;ゲル
ベール（Gerber）,P.,Phys.Lett.,1980,No.3,p.285を参
照のこと〕。大きなピッチのコレステリック液晶を与え
るこれらの公知の方法は、ネマチック電界効果の電気−
光学的特性の温度依存性の補償をもたらす。
小さなピッチのコレステリック液晶の選択反射バンド
の平均値λ０の温度依存性を補償する同様な方法は、従
来未知であったドーパントおよびその利用法が使用し得
る場合にのみ、適用可能であろう。
従って、本発明の目的は小さな螺旋ピッチを有するコ
レステリック被膜の選択反射の温度補償法並びに該方法
に適した混合物またはキラルドーパントを提供すること
にある。
そのために、本発明によればネマチック液晶を、以下
の条件を満足する少なくとも２種のキラルドーパントと
混合する： （１）ａ（c1B1＋c2B2）＝−ｂ（c1A1＋c2A2）：および （２）1/λ０（Ｔ）＝ａ（c1A1＋c2A2）＋ａ（Ｔ−22
℃）（c1B1＋c2B2）＋ｂ（Ｔ−22℃）（c1A1＋c2A2） ここで、ａは、22℃における平均屈折率の逆数であり、
ｂは、平均屈折率の逆数の一次温度係数であり、λ
０は、選択反射の波長バンドの平均又は中央値を表す。
先の式（１）、（２）及びそれに続く数列で、c1、c2及
び一般的にciは、更に種々のキラルドーパントの濃度を
表し、A1、A2、B1、B2及び一般的にAi及びBiは、パラメ
ーターである。更に、詳細には、Aiは、22℃におけるね
じれ又はねじれ力（1/p）であり、Biは、ねじれ又はね
じれ力の一次温度係数である。
近似式（１）は以下のようにして導かれる。即ち、濃
度ciのｎ個のキラル添加物をドープしたネマチック混合
物のねじれ1/pの温度依存性は以下の式で表すことがで
きる。
ここで、一次の項における係数Biは実質的に該ねじれ
の温度依存性を表す。また、Ciは、ねじれ力の温度二乗
項の係数を表す。平均の屈折率（Ｔ）の温度依存性
（これはネマチック秩序度Ｓ（Ｔ）の温度依存性に比例
する）を以下の関係： （ここで、Δｎは光学異方性を表し、n0は該液晶の正面
屈折率を表す）に従って考慮すると、ｎ種のキラル添加
物をドープしたネマチック液晶からなる平坦なコレステ
リック被膜の平均波長λ０の温度依存性につき、以下の
関係式から得られる： ２次以上の高次の項を無視すれば、この式は２種のキ
ラル添加物を含む場合に対して以下のようになる。
（２）1/λ０（Ｔ）＝ａ（c1A1＋c2A2）＋ａ（Ｔ−22
℃）（c1B1＋c2B2）＋ｂ（Ｔ−22℃）（c1A1＋c2A2） この場合、該２種のキラル添加剤のピッチは、可視光
線における選択反射に必要とされる小さなピッチを与え
る為には加算効果を持たなければならないので、係数A1
及びA2は同一の符号、即ち以下の式を満足するものでな
ければならない： （７） |c1A1＋c2A2|≠０ かくして、式（２）から、２種以上のキラル添加物が
以下の条件を満足する場合においてのみ、λ０の温度補
償が可能となることが導かれる。
（１）ａ（c1B1＋c2B2）＝−ｂ（c1A1＋c2A2） （Ｔ）の温度依存性が無視し得る特殊な場合、即ち
コレステリック相−等方性相間の相転移温度よりも著し
く低い温度Ｔ＜＜Tcにおいては、式（１）から、２種の
キラル添加物の場合の一次温度係数B1が逆の符号を有
し、かつ条件:|c1B1＝c2B2|を満足しなければならない
ことが導かれる。また、同様に、螺旋ピッチの温度依存
性が小さいか、あるいは（Ｔ）の温度依存性を丁度補
償するような性質のキラル添加物を使用することも可能
である。このようにして、λ０≠ｆ（Ｔ）を得ることも
可能である。
以下に上記の２者のいずれかを満足する混合物の例２
つを記載する。
混合物Ｉは以下に詳細に記載されかつ以下の26種の成
分から調合されたネマチック液晶を76.0重量％で含み、
以下のような右旋性のコレステリック添加物でドープさ
れている。
5.0wt％ ジエチル（4S,5S）−２−〔trans−４−（ｐ
−シアノフェニル）シクロヘキシル〕−1,3−ジオキソ
ラン−4,5−ジカルボキシレート 5.1wt％ （Ｒ）−１−メチルヘプチル ｐ−〔（2S,4
R,5S）−５−デシル−４−メチル−ｍ−ジオキサン−２
−イル〕ベンゾエート 7.5wt％ 2,2′−ｐ−フェニレンビス〔（2S,4R,5S）−
４−メチル−５−オクチル−ｍ−ジオキサン〕 6.4wt％ （Ｒ）−α−メチルヘプチル４′−〔（2S,4
R,5S）−４−メチル−５−オクチル−ｍ−ジオキサン−
２−イル〕−４−ビフェニルカルボキシレート 該ネマチック液晶は以下のように調合する。
2.0wt％ ４′−エチル−４−ビフェニルカルボニトリ
ル 2.0wt％ ４′−プロピル−４−ビフェニルカルボニト
リル 7.0wt％ ４′−ペンチル−４−ビフェニルカルボニト
リル 7.0wt％ ｐ−〔trans−４−〔（Ｅ）−１＋プレンテニ
ル（plentenyl）〕シクロヘキシル〕ベンゾニトリル 4.0wt％ ｐ−〔trans−〔（Ｅ）−プロペニル〕シクロ
ヘキシル〕ベンゾニトリル 3.0wt％ trans−４−（３−ブテニル）−trans−４′
−（ｐ−フルオロフェニル）〔ビシクロヘキシル〕 3.0wt％ trans−４−（ｐ−フルオロフェニル）−tran
s−４′−〔（Ｅ）−プロペニル〕〔1,1′−ビシクロヘ
キシル〕 3.0wt％ ４″−ぺンチル〔ｐ−ターフェニル〕−４−
カルボニトリル 3.0wt％ ４′−〔trans−４−（３−ブテニル）シクロ
ヘキシル〕−４−ビフェニルカルボニトリル 2.0wt％ ４′−〔trans−４−〔（Ｅ）−３−ペンテニ
ル〕シクロヘキシル〕−４−ビフェニルカルボニトリル 2.0wt％ 4'〔trans−４−〔（Ｅ）−プロペニル〕シク
ロヘキシル〕−４−ビフェニルカルボニトリル 6.0wt％ １−〔２−（trans−４−ブチルシクロヘキシ
ル）エチル〕−４−（trans−４−ペンチルシクロヘキ
シル）ベンゼン 4.0wt％ １−〔２−（trans−４−ブチルシクロヘキシ
ル）エチル〕−４−〔trans−４−（４−ペンテニル）
シクロヘキシル）ベンゼン 3.0wt％ １−〔２−（trans−４−ブチルシクロヘキシ
ル）エチル〕−４′−（trans−４−ペンチル−シクロ
ヘキシル）−1,1′−エチレンジベンゼン 5.0wt％ エチルｐ−〔２−（trans−４−プロピルシク
ロヘキシル）エチル〕フェニル エーテル 6.0wt％ エチルpp−〔２−（trans−４−ペンチルシク
ロヘキシル）エチル〕フェニル エーテル 5.0wt％ ４−trans−ペンチル−４′−trans−ビニル
〔1,1′−ビシクロヘキシル〕 6.0wt％ メチル〔４′−trans−〔（Ｅ）−プロペニ
ル〕〔1,1′−ビシクロヘキシル〕−４−trans−イル〕
メチル エーテル 4.0wt％ ４′−trans−３−ブテニル〔1,1′−ビシク
ロヘキシル〕−４−trans−イル エチル エーテル 3.0wt％ trans−４−メトキシ−trans−４′−
〔（Ｅ）−３−ペンテニル〕〔ビシクロヘキシル〕 2.0wt％ １−エトキシ−４−〔trans−４−〔（Ｅ）−
３−ペンテニル〕シクロヘキシル〕ベンゼン 3.0wt％ （Ｅ）−２−ブテニルｐ−（trans−４−プロ
ピルシクロヘキシル）フェニル エーテル 4.0wt％ （Ｅ）−２−ブテニルｐ−（trans−４−ペン
チルシクロヘキシル）フェニル エーテル 3.0wt％ １−エチル−４′−〔trans−４−〔（Ｅ）−
３−ペンテニル〕シクロヘキシル〕ビフェニル 4.0wt％ １−〔trans−４−〔（Ｅ）−３−ペンテニ
ル〕シクロヘキシル〕−４′−プロピルビフェニル 3.0wt％ ｐ−〔trans−４−（３−ペンテニル）シクロ
ヘキシル〕フェニルtrans−４−プロピル−シクロヘキ
サンカルボキシレート 混合物IIは以下に詳細に記載されかつ以下の24種の各
成分からなるネマチック液晶を75.1重量％で含み、以下
の左旋性のコレステリック添加物でドープされている。
3.9wt％ 16β−メチル−17−オキソアンドロスト−５
−エン−３β−イル アセテート 7.3wt％ ビス〔（Ｓ）−１−エチルヘプチル〕ｐ−タ
ーフェニル−4,4″−シカルボキシレート 6.9wt％ ジブチル（4R,5R）−２−〔trans−４−（ｐ
−シアノフェニル）シクロヘキシル〕−1,3−ジオキソ
ラン−4,5−ジカルボキシレート 6.8wt％ ジエチル（4R,5R）−２−〔trans−４−（ｐ
−シアノフェニル）シクロヘキシル〕−1,3−ジオキソ
ラン−4,5−ジカルボキシレート このネマチック液晶は以下のようにして調合する。
3.0wt％ ４′−エチル−４−ビフェニルカルボニトリ
ル 3.0wt％ ４′−プロピル−４−ビフェニルカルボニト
リル 5.0wt％ ４′−ペンチル−４−ビフェニルカルボニト
リル 4.0wt％ ｐ−〔trans−４−（３−ブテニル）シクロヘ
キシル〕ベンゾニトリル 8.0wt％ ｐ−〔trans〔（Ｅ）−１＋ペンテニル〕シク
ロヘキシル〕ベンゾニトリル 3.0wt％ ４″−ペンチル−＜ｐ−ターフェニル＞−４
−カルボニトリル 3.0wt％ ４′−〔trans−４−（３−ブテニル）シクロ
ヘキシル〕−４−ビフェニルカルボニトリル 2.0wt％ ４′−〔trans−４−〔（Ｅ）−３−ペンテニ
ル〕シクロヘキシル〕−４−ビフェニルカルボニトリル 8.0wt％ １−〔２−（trans−４−ブチルシクロヘキシ
ル）エチル〕−４−（trans−４−ペンチルシクロヘキ
シル）ベンゼン 2.0wt％ ５−（trans−４−ペンチルシクロヘキシル）
−２−〔ｐ−（trans−４−プロピルシクロヘキシル）
フェニル〕ピリミジン 3.0wt％ ４−〔〔２−（trans−４−ブチルシクロヘキ
シル）エチル〕−４′−（trans−４−ペンチルシクロ
ヘキシル）−1,1′−エチレンジベンゼン 3.0wt％ ｐ−シアノフェニルtrans−４−〔２−（tran
s−４−プロピルシクロヘキシル）エチル〕シクロヘキ
サンカルボキシレート 7.0wt％ エチルｐ−〔２−（trans−４−プロピルシク
ロヘキシル）エチル〕フェニル エーテル 10.0wt％ エチルｐ−〔２−（trans−４−ペンチルシ
クロヘキシル）エチル〕フェニル エーテル 6.0wt％ ４−trans−ペンチル−４′−trans−ビニル
〔1,1′−ビシクロヘキシル〕 5.0wt％ ４′−trans−（３−ブテニル）〔1,1′−ビ
シクロヘキシル〕−４−trans−イル エチル エーテ
ル 3.0wt％ ４′−trans−（４−ペンテニル）〔1,1′−
ビシクロヘキシル〕−４−trans−イル エチル エー
テル 3.0wt％ trans−４−メトキシ−trans−４′−
〔（Ｅ）−３−ペンテニル〕〔ビシクロヘキシル〕 2.0wt％ １−エトキシ−４−〔trans−４−〔（Ｅ）−
３−ペンテニル〕シクロヘキシル〕ベンゼン 3.0wt％ （Ｅ）−２−ブテニルｐ−（trans−４−プロ
ピルシクロヘキシル）フェニルエーテル 4.0wt％ （Ｅ）−２−ブテニルｐ−（trans−４−ペン
チルシクロヘキシル）フェニルエーテル 3.0wt％ １−エチル−４′−〔trans−４−〔（Ｅ）−
３−ペンテニル〕シクロヘキシル〕ビフェニル 4.0wt％ １−〔trans−４−〔（Ｅ）−３−ペンテニ
ル〕シクロヘキシル〕−４′−プロピルビフェニル 3.0wt％ ｐ−〔trans−４−（３−ペンテニル）シクロ
ヘキシル〕フェニルtrans−４−プロピル−シクロヘキ
サンカルボキシレート これら２種の混合物ＩおよびIIの測定した諸特性を以
下の表に与える。
この表において、λ０は選択反射の平均波長を表し、
ΔλFWHMは該選択反射のバンド幅（FWHMは半最大値（ha
lf maximum）における全幅）を表し、ｄλ0/dTは動作温
度範囲におけるλ０の温度依存性を表し、Ａは係数であ
って、ネマチック「ホスト」物質で該コレステリック混
合物をドープしたことによる、次式：λ０（ｃ）＝λ０
＋Acに従うλ０（ｃ）の増加を示し、Tcはコレステリッ
ク相−等方性相間の相転移温度である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャット マルティン スイス国 ツェーハー 4411 ゼルティ スベルク リーシュターレル シュトラ ーセ 77 (56)参考文献 特開 昭63−22893（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−81355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−81484（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−46030（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】選択反射の中央波長λ０が、可視波長範囲
    に在る小さな螺旋ピッチを持つコレステリック液晶混合
    物であって、以下の条件： を満足する、少なくとも２種類のキラル添加剤でドープ
    されたネマチック液晶材料を含み、ａは、22℃での平均
    屈折率の逆数であり、ｂは、該平均屈折率の逆数の一次
    温度係数であり、A1及びAiは、22℃でのねじれ力８（1/
    p）であり、B1及びBiは、ねじれ力の一時温度係数であ
    り、Ciは、ねじれ力の温度二乗項の係数であり、c1、c2
    及びciは、キラル添加剤の濃度であり、パラメーター
    ａ、ｂ、A1、Ai、B1、Bi、Ci、c1、c2及びciは、|dλ0/
    dT|が、該混合物の操作温度範囲にわたり、0.5nm/℃未
    満であるパラメーターである事を特徴とするコレステリ
    ック液晶混合物。
  2. 【請求項２】全てのキラル添加剤のパラメーターAiが、
    同じ符号を有する、請求項１記載のコレステリック混合
    物。
  3. 【請求項３】キラル添加剤が、 （ａ）ジエチル（4S,5S−２−［tran−４−（ｐ−シア
    ノフェニル）シクロヘキシル］−1,3−ジオキソラン−
    4,5−ジカルボキシレート、 （ｂ）（Ｒ）−１−メチルヘプチル−ｐ−［2S,4R,5S）
    −５−デシル−４−メチル−ｍ−ジオキサン−２−イ
    ル］ベンゾエート、 （ｃ）2,2′−ｐ−フェニレンビス［2S,4R,5S）−４−
    メチル−５−オクチル−ｍ−ジオキサン、及び （ｄ）（Ｒ）−α−メチルヘプチル−４′−［2S,4R,5
    S）−４−メチル−５−オクチル−ｍ−ジオキサン−２
    −イル］−４−ビフェニルカルボキシレート である、請求項１又は２記載のコレステリック液晶混合
    物。
  4. 【請求項４】コレステリック液晶の選択的反射の中央波
    長λ０の温度補償法であって、該液晶が、選択反射の中
    央波長λ０が、可視波長範囲に在る小さな螺旋ピッチを
    持つコレステリック液晶混合物であって、以下の条件： を満足する、少なくとも２種類のキラル添加剤でドープ
    されたネマチック液晶材料を含み、ａは、22℃での平均
    屈折率の逆数であり、ｂは、該平均屈折率の逆数の一次
    温度係数であり、A1及びAiは、22℃でのねじれ力（1/
    p）であり、B1及びBiは、ねじれ力の一次温度係数であ
    り、Ciは、ねじれ力の温度二乗項の係数であり、c1、c2
    及びciは、キラル添加剤の濃度であり、パラメーター
    ａ、ｂ、A1、Ai、B1、Bi、Ci、c1、c2及びciは、|dλ0/
    dT|が、該混合物の操作温度範囲にわたり、0.5nm/℃未
    満であるパラメーターである事を特徴とする温度補償
    法。
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