JP3382580B2

JP3382580B2 - 液晶素子

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Publication number: JP3382580B2
Application number: JP2000037924A
Authority: JP
Inventors: 宏之北山; 智成堀切
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2003-03-04
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: US6333081B1; JP2000305087A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶をゲル化する
ことができる化合物を含有する液晶組成物を用いた液晶
素子に関し、特に該液晶組成物中の液晶をゲル化する化
合物として前記配向処理方向に対し平行または垂直に配
列することが可能である超構造物質を含む液晶素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】情報機器の発達に伴い、低消費電力の薄
型表示素子への社会的なニーズが急速に大きくなってい
る。その中でそのようなニーズに応えられる表示素子の
一つの形態として、液晶表示素子の活発な研究開発が行
われており、特にネマティック相を示す低分子液晶、強
誘電性液晶を用いた表示素子は商品化され、社会に広く
普及している。特に、室温を含む広い温度範囲で液晶相
を持つ表示素子を実現するための液晶組成物として、従
来、骨格の異なる構造を持つ複数の液晶化合物を混合し
たものが用いられてきた。

【０００３】しかしながら、これらの液晶組成物は、多
くの成分を混合して温度範囲の拡大を図るための経験の
蓄積が必要であり、また、多成分の混合という複雑な工
程も必要である。

【０００４】最近、数少ない成分系で液晶組成物中にさ
まざまな化合物を含有させた新しいタイプの液晶組成物
が多数報告されている。

【０００５】例えば、低分子液晶と非晶質を形成する低
分子化合物を組成分とした液晶組成物では、非晶質を形
成する低分子化合物が水素結合によりネットワークを形
成し、そのドメイン中に低分子液晶を分散させる例（特
開平８−２５４６８８号公報参照）、水素結合により形
成される側鎖型液晶性高分子と低分子液晶及び電解質か
らなる液晶組成物が、配向膜のない自己支持性に優れた
液晶素子になる例（特開平６−４З４４０号公報）が提
示されている。この特開平８−２５４６８８号公報およ
び特開平６−４３４４０号公報は、水素結合という分子
間力により新たな液晶系を提示したものであり、これ以
外にも加藤隆史らによって検討されている（「高分子予
稿集」Ｖｏｌ．４６（１２），３１７４〜３１７５，１
９９７及び１９９８年日本液晶学会討論会講演予稿集ｌ
Ｂ０１，ｌＢ０２参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−２５４６８８号公報では、非晶質の低分子化合物を
用い、その含有量はネットワークを形成させるために１
０重量％以上用いることが必要とされている。

【０００７】また、特開平６−４３４４０号公報では、
水素結合により形成されている側鎖型液晶性高分子が用
いられている。また、用いられる液晶は高分子と混合し
た際に、スメクティックＡ構造になることが必要なの
で、液晶材料が限定される。

【０００８】また、加藤隆史らの文献では、自己集積性
分子（超構造物質）による液晶のゲル化に着目し、自己
集積性分子の分子間に形成する水素結合により液晶の配
向制御が可能となることが述べられている。

【０００９】さらに、特開平１１−２１５５６号および
特開平１１−５２３４１号公報では、液晶分子とゲル化
剤とからなる液晶ゲルや、それらを含む液晶デバイスな
どが提示されている。また、特開平１１−２５６１６４
号公報では、アミノ酸ゲル化剤と液晶性化合物からなる
ゲル状物質や、これらを用いた表示デバイスが提示され
ている。これらの公知例は、ゲル化剤の凝集方向につい
ての示唆は一切ないので、本発明とは異なっている。

【００１０】しかし、上記のいずれの公知資料において
も、ゲル化剤が規則的に配列し、且つ、その規則的に配
列したゲル化剤のネットワーク形成内において、ゲル化
剤の配列は、ランダムな配列している。

【００１１】上記のような特性の従来の液晶素子におい
ては、ゲル化剤及び液晶分子の配列がランダムなため、
液晶分子のスイッチングの挙動が悪く、液晶素子として
もコントラストが取り図らい問題及び階調が取り図らい
問題が生じている。

【００１２】本発明は、この様な従来技術で生じている
問題を鑑みてなされたものであり、液晶分子のスイッチ
ング特性を良くし、コントラストの増大及び階調表現の
実現を可能にする液晶素子を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、電場応
答性の液晶と、該液晶中に、液晶配向場との相互作用に
より、１次元凝集構造体を形成するゲル化剤とを組成分
として含むことを特徴とする液晶組成物を提供すること
を特徴としている。

【００１４】さらに、本発明では液晶分子が一方向に配
向する配向処理を施した一対の基板間に、少なくとも液
晶物質と液晶をゲル化する化合物を含有する液晶組成物
を狭持してなり、かつ該液晶組成物中の液晶をゲル化す
る化合物がアミド基を少なくとも１つ有するアミノ酸誘
導体からなる化合物であって、かつ前記配向処理方向に
対し略一方向に配列していることを特徴とする液晶素子
である。

【００１５】前記液晶をゲル化する化合物は超構造物質
からなるのが好ましい。

【００１６】前記超構造物質が、少なくとも分子間相互
作用部位を１つ持ち、その相互作用の方向も多次元に形
成しうるのが好ましい。

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明における液晶物質と、液晶
をゲル化する化合物からなる液晶組成物の一例を示す平
面模式図である。液晶をゲル化する化合物は超構造物質
からなるのが好ましく、図中の１は超構造物質、２は液
晶分子である。超構造物質１がある配列を形成し、その
周りを液晶分子２が取り囲むように規則的に配列され、
超構造物質１と液晶分子２の間に配向規制力が働いてい
る。

【００２０】本発明の超構造物質とは、超分子構造を取
るタイプの化合物、すなわち、分子間に働く弱い力の相
互作用により、幾何学的な秩序を有する構造を持った集
合体を形成（自己組織化、自己集積化）する物質である
ことを特徴とする。分子間に働く弱い力の相互作用と
は、電子を共有することにより互いに堅く結びつく共有
結合と異なり、非共有結合と呼ばれている水素結合、イ
オン結合、疎水結合、静電力、ファンデルワース（ｖａ
ｎｄｅｒＷａａｌｓ）力、電荷移動相互作用などが
あげられる。これらの結合力は、共有結合に比べ数十分
の一だが、多数の結合点が存在するとかなり強固な集合
体が形成される。また、生物分野では、超分子が生物の
構造形成（細胞など）をはじめ、さまざまな代謝過程
（酵素反応など）や情報伝達（ＤＮＡの会合）などが、
選択的に会合して非常に巌密に組織化された分子複合体
や膜を形成することが知られており、その結果、構成要
素単独の場合には見られないような機能、高度に位置選
択的で立体選択的な反応が実現されている。また、必要
に応じて構造を変化させて、自己修復・化学反応等を極
めて効率的に行なうことができる性質、構造が可能であ
る。このように、超構造をとることにより、共有結合か
らなる従来の高分子では得られない巌密な秩序構造、新
しい機能が得られることが可能である。

【００２１】そこで、このような超分子構造のゲル化剤
分子と液晶を用いて混合させることにより、液晶が配向
した場の中で、ゲル化剤自身がほぼ規則的な配列をもっ
た凝集体（集合体）の構造を形成し、さらに液晶との一
定の相互作用を有する状態を実現できる。また、このゲ
ル化剤が素子に注入する前のバルク状態ではネットワー
クを形成し、このネットワーク中に液晶物質が取り込ま
れドメインを形成することによりゲル化することが可能
となる。この際に、液晶の配向を規制する場としては、
適当な配向処理法（ラビング、シェアリング、垂直配向
膜など）や、磁場配向法、、温度勾配法など、公知の方
法を広く用いることができる。

【００２２】ゲル化剤が液晶配向場の中で規則的な配列
をもった凝集体を形成するというメカニズムについて考
察するために、上記液晶性組成物を適当な配向処理が施
されたセルに注入して、高温から室温へと温度変化させ
た時の配向状態の顕微鏡観察を行なったところ、液晶物
質の分子構造の違いにより、以下のような場合が観察さ
れた。その状態を図１に示す。

【００２３】（第１の場合）：図１の（ａ）水平ラビングセルにネマティック液晶と超構造物質を注
入して偏光顕微鏡で偏光板を直交させて観察したとこ
ろ、高温からの冷却で、液晶物質がまだ等方性液体相の
状態で、ゲル化剤の繊維状物質が繊維の長軸を配向処理
方向に対し平行に略一方向に配列し、その後、液晶が等
方相からネマチック相に転移した。このことにより、ゲ
ル化剤の凝集が起こる温度よりも低温側で液晶相の相転
移が起こるように、ゲル化剤と液晶との組成比を最適化
する必要がある。また、バルク状態でこれらの組成物が
ゲル化していることを確認した。

【００２４】（第２の場合）：図１の（ｂ）さらに、スメクティックＡ相を示す液晶物質と超構造物
質に変えて観察したところ、スメクティックＡ相の層方
向に対し、繊維の長軸が平行した形で存在していること
を確認した。また、それ以外のスメクティック相（例え
ば、スメクティックＣ、スメクティックＣ^* ）において
も同様な現象を確認した。この時は高温からの冷却で、
液晶物質がスメクティック相に転移した後に、その相を
保つ温度に約１時間放置することによって、ゲル化剤が
スメクティック相の層方向に凝集し配列した。

【００２５】言い換えれば、液晶分子の配列方向と垂直
な略一方向にゲル化剤が配列した。

【００２６】このことにより、液晶のスメクティック相
への相転移温度よりも低温側でゲル化剤の凝集が起こる
ように、ゲル化剤と液晶との組成比を最適化する必要が
ある。さらに、バルク状態でこれらの組成物がゲル化し
ていることを権認した。

【００２７】一方、比較例として超構造を持たない物質
と液晶物質の液晶組成物については、同様な顕微鏡観察
により、液晶の相状態にもかかわらずランダムに成長し
た超構造を持たない物質が観察された。

【００２８】以上のように、繊維状物質（超構造物質）
と液晶物質の間に何らかの相互作用が発生して配向規制
力を与えていると考えられる。

【００２９】以上のようにして作成された液晶素子は、
規則的に配列したゲル化剤と液晶との相互作用によっ
て、液晶のみでは発現しない新規な機能、性質をもつこ
とがわかった。詳しくは実施例に記載したが、液晶素子
としてのコントラストの増大、液晶のスイッチング挙動
の改善によるスム−ズなスイッチング、階調表示の実現
などの新しい機能の発現により、優れた表示素子を実現
することができる。

【００３０】本発明において、液晶組成物の構成内容と
しては、少なくとも液晶物質と、液晶をゲル化する化合
物である物質と超構造物質を含有する。

【００３１】前記液晶物質は、種類、構造は特に限定さ
れないが、低分子液晶であることが好ましい。さらに、
この液晶組成物を表示素子として使用することを想定す
る温度範囲で、少なくともネマティック相、スメクティ
ック相、カイラルスメクティック相またはコレステリッ
ク相を発現できる液晶物質であることが好ましい。その
ため、２種類以上の液晶物質を混合した混合液晶物質で
あってもよい。

【００３２】その他、必要に応じて二色性色素、電解
質、安定化剤等の添加物を添加してもよいし、この添加
物は、公知の物であればよく、液晶物質に溶解、又は相
互作用を示せば使用可能であり、構造、種類は特に限定
されるものではない。

【００３３】また、これらの組成比（超構造物質の含有
率）は特に限定されないが、表示素子などに用いる時に
上述した繊維状物質が、コントラストに影響を与える場
合には最適な混合比にすることが好ましい。好ましく
は、液晶をゲル化する化合物の含有量は特に限定しない
が、好ましくは０．３〜２０重量％が好ましい。

【００３４】本発明に関する液晶組成物中の液晶をゲル
化する化合物の超構造物質は、アミノ酸誘導体であれば
特に限定されない。このアミノ酸誘導体は、重量平均分
子量が低分子として通常公知の値であればよいが、好ま
しくは重量平均分子量が１０００以下がよい。

【００３５】超構造物質が持つ水素結合性置換基として
は、アミノ酸が持つアミド基以外にも、カルバメート
基、アミド基、ウレア基、カルボキシル基、アルコキシ
基、水酸基及びリン酸基等があってもよく、これらの種
類、数、構造位置は特に限定しない。

【００３６】さらに、本発明に用いられる超構造物質
は、加熱等の外部エネルギーの授与に関わらず液晶に溶
解しても良く、溶解、非溶解に関わらず、超構造物質
が、表示素子として使用することを想定する温度範囲内
で外観上の不具合を生じないくらいの結晶径として析出
してもよい。また、液晶物質と超構造物質が複合して新
たな超構造を形成して、複合体を形成しても良い。

【００３７】本発明で必要な分析法は、熱可変赤外分
光、示差走査型熱量測定（ＤＳＣ）、偏光顕微鏡、Ｘ線
回折、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）等の一般的な方法である。たとえばＤＳＣ、
偏光顕微鏡からは、相変化のピークの発生及び消滅する
時の温度を、Ｘ線回折からは複合体形成による結晶回折
の変化を、熱可変赤外分光からは温度変化により非共有
結合性を有する置換基のピークが消滅、またはシフトす
ることを確認することで超構造を推定できる。また、Ｓ
ＥＭ、ＴＥＭからは超構造をとることで得られる厳密な
秩序構造からなるネットワーク状態が観察できる。

【００３８】本発明で用いる超構造物質としてのアミノ
酸誘導体は、以下ような化合物が挙げられる。

【００３９】まず、アミノ酸は通常公知のアミノ酸であ
ることが挙げられる。具体的には、グリシン、アラニ
ン、バリン、ロイシン、インロイシン、セリン、トレオ
ニン、システイン、シスチン、メチオニン、プロリン、
アスパラギン酸、アスパラギン、グルタミン酸、グルタ
ミン、ヒスチジン、リシン、オルニチン、アルギニン、
フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン等が挙げ
られる。また、これらからなるペプチドであってもよ
い。すなわち、２〜１０個のアミノ酸からなるペプチド
が挙げられるが、好ましくは２〜５個からなるペプチド
が良い。さらに、バリン、イソロイシン、アラニン、グ
リシン、ロイシンが含まれたアミノ酸誘導体が好まし
い。

【００４０】また、アミノ酸の末端アミノ基、または末
端カルボキシル基には保護基、その他の置換基により保
護されているものも挙げられる。この場合、末端アミノ
基を保護基で保護した場合は末端カルボキシル基にその
他の置換基が、逆に末端カルボキシル基を保護基で保護
した場合は末端アミノ基にその他の置換基で保護するこ
とを意味する。保護基としては公知の物であれば良い
が、好ましくはベンジルオキシカルボニル基（カルボベ
ンゾキシ基、通常Ｚ−基と呼ばれるもの）、ベンジルエ
ステル基（通常ＯＢｚｌで表記されるもの）が良い。

【００４１】また、その他の置換基としては、液晶と同
じ構造を持つアミン置換基またはカルボキシル置換基
（以降、液晶性置換基と称する）が好ましい、さらに、
混合する液晶物質と同じ構造にすることにより、親和性
（相溶性）が増すことが考えられるが、別の公知の液晶
性置換基でもよい。具体例としては、下記の式（１）〜
（３）で表されるものがあるが、これに限定されるもの
ではない。また、水素、炭素数１〜２９からなる直鎖飽
和炭化水素基、分岐した飽和炭化水素基でもよい。具体
的には、直鎖脂肪族置換基では、ノニル基、デシル基、
ウンデシル基、ラウニル基、トリデシル基、ミリスチル
基、ペンタデシル基、パルミチル基、ヘプタデシル基、
ステアリル基、アラキジル基、ドコサノイル基、トリコ
シル基、テトラコシル基、ヘキサコシル基、トリアコン
シル基等を、分岐脂肪族置換基としては、３，５，５−
トリメチルヘキシル基、２−ヘキシルデシル基、２−メ
チルヘキサデシル基等を例としてあげられるが特に限定
しない。これらの置換基は同一種類でもよく、また２種
類以上でもよい。

【００４２】

【外１】

【００４３】本発明の液晶素子は、上記の液晶組成物を
液晶セルに注入することにより得ることができる。液晶
セルは公知の物であればよく、特に限定されない。

【００４４】

【実施例】本実施例の液晶素子は、反射型及び透過型の
液晶表示素子として使用することができる。

【００４５】以下、実施例を挙げて本発明の液晶素子の
詳細を説明するが、本発明は以下の例にのみ限定される
ものではない。

【００４６】実施例１Ｌ−バリル−Ｌ−バリン１．５ｇ、トリエチルアミン
（ＴＥＡ）１．５ｍｌを水３０ｍｌ中に加え、氷冷下で
ＴＨＦ２０ｍｌに溶かした塩化ベンジルオキシカルボニ
ル（Ｚ−Ｃｌ）１．２ｍｌを滴下した。その後、氷冷下
で２時間撹拌後、室温で一晩放置した。その後、酢酸エ
チル１００ｍｌで洗浄し、氷冷下１規定塩酸を滴下して
結晶を析出させた。その後、結晶をろ過し、冷水で洗浄
して減圧乾燥することにより、ベンジルオキシカルボニ
ル基でアミノ基を保護されたＬ−バリル−Ｌ−バリン
１．８ｇ（Ｚ−Ｖａｌ−Ｖａｌ）を得た。

【００４７】次に、Ｚ−Ｖａｌ−Ｖａｌ１．８ｇ、下
記の式（４）で表されるアミン化合物１．６ｇ、１−エ
チル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイ
ミド塩酸塩（ＷＳＣ）２．０ｇ、１−ヒドロキシ−ｌＨ
−ベンゾトリアゾール（ＨＯＢＴ）１．４ｇ、をＴＨＦ
１００ｍｌ中に加え、さらに氷冷下でトリエチルアミン
（ＴＥＡ）１．５ｍｌを加え２時間撹拌後、室温で一晩
放置した。その後、ろ過してろ液の溶媒を留去し、酢酸
エチル２００ｍｌに溶解させ、１規定塩酸２００ｍｌ、
飽和炭酸水素ナトリウム水溶液２００ｍｌ、及び水の順
で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。その
後、減圧濃縮して酢酸エチル−ヘキサン混合溶媒で再結
晶することにより、目的の超構造物質であるアミノ酸誘
導体（式（５））２．２ｇを得た。

【００４８】

【外２】

【００４９】ネマチック液晶物質としてＴＬ２１６（メ
ルク社製）と、上記式（５）の化合物を上記化合物が
０．１重量％になるようにそれぞれ混合し、クロロホル
ムに溶解させた後、超音波処理をして液晶混合物溶液を
調製し、溶媒を留去することにより液晶組成物を得た。
その後室温まで冷却し、この時の状態を試験管倒立法に
より、ゲル化していること確認した。

【００５０】図２に本実施例で用いた液晶セルの断面図
を示す。そのセルとして（株）イー．エッチ．シー社製
の単一画素の液晶セルを用いた。セル平面寸法は、２５
ｍｍ×２２ｍｍである。一対のソ−ダライム硝子を用い
たガラス基板３の間に超構造物質１と液晶物質２を含む
液晶層３を挟持する。液晶セルは、一対のガラス基板３
を接着剤層５でセル間隔５μｍに密閉した構造で、ガラ
ス基板３上に順に膜厚が、２００〜３００Ａのスパッ
タリング法で作成されたＩＴＯ電極４、液晶を配向する
ための配向処理膜６としてポリイミド膜が積層されてい
る。シ−ル剤として形成された接着剤層５は、アミン硬
化エポキシ樹脂中にシリカビ−ズ（〜５μｍ）を含有さ
せたものを用い、ガラス基板３の端部に配置することに
よって一定のセル厚を保持している。本実施例では、膜
厚が、２００Ａ以下のポリイミド膜として日立化成工
業（株）製、ＬＸ−１４００を使用した。

【００５１】ラビング処理の条件は、ポリエステル繊維
のラビングロ−ル（繊維長さ８ｍｍ、ロ−ル外径５８ｍ
ｍ）を用いて、ロ−ルの回転数６００ｒｐｍ、移動速度
２ｍ／分、回数７往復にて上下ガラス基板３上のポリイ
ミド配向処理膜６に平行ラビング処理を行った。さら
に、ラビング後、ＩＰＡ洗浄を行った。

【００５２】次いで、このセルと上記液晶組成物をそれ
ぞれｌ１０℃に加熱しつつ、毛細管現象により液晶セル
に注入し、室温まで徐冷することにより液晶表示素子を
作成した。これを偏光顕微鏡（（株）ニコン製、ＯＰＴ
ＩＰＨＯＴＯ−ＰＤＬ）、サーモシステム（ＭＥＴＴＬ
ＥＲ社製、ＦＰ９０）により観察した。

【００５３】その結果、図１（ａ）のようなラビング方
向に平行な長軸方向を持った繊維状物質（超構造物質か
らなる液晶をゲル化する化合物）が得られた。これは加
熱することで消滅し、冷却することで現れる熱可逆性を
示した。

【００５４】さらに、この組成物を加熱溶解し、ラビン
グ処理を施していない、かつ親水処理を施したスライド
ガラス上に滴下し、液晶ゲルの薄膜を形成させた。これ
をゲル−等方相転移温度以下で減圧乾燥させることによ
り、液晶ゲル中の超構造物質だけを得た。これをイオン
コーターで試料にＡｕをコーティングし、走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）Ｓ−５７０ＬＢ（日立製作所（株）製）
で観察した。

【００５５】その結果、幅５０〜１００ｎｍの繊維状物
質が形成されていることを確認したが、繊維状物質は網
の目状となり、定まった方向性は持たなかった。

【００５６】これに対して、ラビング処理を施したガラ
ス基板上に滴下する以外は上述したのと同様な方法で作
成した試料薄膜について、同様な観察を行ったところ、
超構造物質がラビング処理方向に配列していることを確
認した。このことにより、ゲル化剤が、液晶配向場との
相互作用により、液晶の配向方向と同じ方向に配列させ
ることができることがわかった。

【００５７】実施例２〜６超構造物質と液晶物質の材料は実施例１と同一である。
本実施例２では、超構造物質の含有率（＝超構造物質の
量÷（超構造物質の量＋液晶物質の量））が実施例１と
異なり、０．３重量％、０．５重量％、１．０重量％、
５．０重量％、１０重量％とした。液晶セルの構成を実
施例１と同一とする。この結果、これらの組成物が試験
管倒立法によりゲル化することを確認した。また、図１
（ａ）のような液晶セル中で長軸方向がラビング方向と
平行な繊維状物質が得られた。

【００５８】さらに、０．３重量％のゲル化剤を含む液
晶セルを偏光顕微鏡のステ−ジ上に置いて、偏光板をク
ロスニコル状態にして、セルのラビング方向が偏光軸と
４５°の位置にセットし、セルのITO電極4に±２０V、
５ｋHz（パルス幅１００μｓｅｃ）の矩形波を印加し
ながら、光学特性の評価を行った。

【００５９】この評価は、上記の偏光顕微鏡上に光電子
増倍管（浜松ホトニクス社製H5784-03）を設置し、顕微
鏡のハロゲンランプから液晶セルに光を照射しながら、
セルを透過した光を検出して透過光量をオシロスコ−プ
で測定した。温度は３０℃であった。

【００６０】一方比較例としては、液晶物質TL216のみ
を注入した液晶セルについて、同様な光学測定を行っ
た。

【００６１】これらの結果を図３に示した。

【００６２】（ａ）はゲル化剤＋液晶、（ｂ）は液晶の
みのオシロスコ−プ上での、印加電界波形と光学応答を
同一時間軸で示したものである。縦軸の電圧レンジ、横
軸の時間レンジは（ａ），（ｂ）で同一である。電界無
印加時は、液晶分子は水平配向状態を保っているので、
クロスニコル下、偏光軸から４５°の位置で、透過光量
が最大となる。矩形波を印加すると、この液晶はΔε＞
０なので、垂直配向状態へとスイッチングするので、透
過光量が減少して、ある値に落ち着くという挙動を示
す。（ａ），（ｂ）ともに、水平配向から垂直配向への
スイッチング時間はほぼ同程度だが、（ｂ）の液晶のみ
の場合には、（ａ）のように透過光量が矩形波印加時間
と共に単調減少せず、途中で極大になるという複雑な挙
動を示していることがわかる。

【００６３】これは、液晶分子が、水平から垂直へとス
イッチングする際に、スム−ズにスイッチングしていな
いことを示しており、表示素子としてもチラツキなどの
問題を生じてしまう。この原因としては液晶分子のねじ
れ、欠陥、素子上下のプレチルト角の差などが考えられ
る。これに対して、ゲル化剤＋液晶の系はスム−ズにス
イッチングしていることがわかる。ゲル化剤と液晶との
相互作用により、液晶がスム−ズなスイッチングをして
いると考えられる。

【００６４】実施例７〜９実施例では、超構造物質からなる液晶をゲル化する化合
物は実施例１と同一で液晶物質が異なり、ＣＳ−ｌ０ｌ
４（チッソ（株）社製）とし、超構造物質の含有率（＝
超構造物質の量÷（超構造物質の量＋液晶物質の量））
が実施例１〜６と異なり、１．５重量％、２．０重量
％、５．０重量％とした。このＣＳ−１０１４は、降温
過程で８０℃付近でカイラルネマティック（Ｃｈ）相、
６８℃付近でスメクティックＡ相（ＳｍＡ）を、５５℃
付近でカイラルスメクティックＣ相（ＳｍＣ^* ）を示
す。なお、液晶セルの構成を実施例１と同一とする。

【００６５】この結果、これらの組成物が試験管倒立法
によりゲル化することを碓認した。また、液晶セル中で
は、等方相状態からＳｍＡ相へ、またＳｍＣ^* 相へ急冷
し、１時間ほど放置したところ、図１（ｂ）のような長
軸方向がラビング方向と垂直な繊維状物質（超構造物質
からなる液晶をゲル化する化合物）が得られた。これ
は、Ｃｈ相まで加熱しても形状は変わらなかった。

【００６６】さらに、１．５重量％ゲル化剤を含む液晶
セル、及び比較例として液晶物質CS-1014のみを注入し
た以外は実施例と同一な液晶セルについて上述の実施例
とほぼ同様に光学特性の評価を行った。電界無印加時
は、液晶分子は水平配向状態を保っているので、クロス
ニコル下、透過光量が最小となる最暗位置にセルをセッ
トした。温度は２３．５℃であった。CS-1014は、室温
付近でSmC^*相となり強誘電性液晶なので、通常〜１μｍ
間隔の平行ラビングの薄セルに注入すれば、双安定状態
が得られるが、本発明で用いた５μｍ間隔のセルに注入
した場合には、実施例、比較例ともに、±数１０V、パ
ルス幅１ｍｓｅｃの電圧パルスをITO電極4に印加しても
双安定性な配向状態は得られなかった。

【００６７】そこで、ゲル化剤配列による新規機能確認
のため、矩形波の電圧を変化させながら光学特性の評価
を行った。結果を図４にまとめて示した。

【００６８】図４において（ａ）はゲル化剤＋液晶、
（ｂ）は液晶のみの結果である。このことより、（ａ）
の方が印加電圧の上昇とともに透過光量がなめらかに増
大しており、大きなコントラストと、階調表示を実現で
きることがわかる。

【００６９】ゲル化剤と液晶との相互作用により、電界
印加時の水平面内でのスイッチング角度が広げられ、こ
のことによって透過光量が増大したと考えられる。

【００７０】上記の実施例２〜６と同様に、液晶分子が
水平から垂直へとスイッチングする際に、スムーズにス
イッチングしていることにより上記のような幅広い階調
表現が実現できた。

【００７１】以下に述べる実施例、比較例の液晶セル
は、実施例１と同一条件のセルである。

【００７２】実施例１０カルボベンゾキシ−Ｌ−イソロイシン（Ｚ−Ｉｌｅ）
１．５ｇ、式（４）で表されるアミン化合物１．７ｇ、
１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カル
ボジイミド塩酸塩（ＷＳＣ）２．２ｇ、１−ヒドロキシ
−ｌＨ−ベンゾトリアゾール（ＨＯＢＴ）１．６ｇをＴ
ＨＦ１００ｍｌ中に加え、さらに氷冷下でトリエチルア
ミン（ＴＥＡ）１．６ｍｌを加え２時間撹拌後、室温で
一晩放置した。その後、ろ過してろ液の溶媒を留去し、
酢酸エチル２００ｍｌに溶解させ、１規定塩酸２００ｍ
ｌ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液２００ｍｌ、及び水
の順で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。そ
の後、減圧濃縮して酢酸エチル−ヘキサン混合溶媒で再
結晶することにより、目的の超構造物質であるアミノ酸
誘導体（式（６））２．ｌｇを得た。

【００７３】

【外３】

【００７４】この化合物も実施例１と同じ操作により、
上記化合物が、０．１５重量％になるように実施例１と
同一なネマチック液晶物質のＴＬ２１６（メルク社製）
との液晶混合物溶液を調製し、溶媒を留去して室温まで
冷却することでゲル化したことを確認した。

【００７５】さらに実施例１と同じ操作により、液晶表
示素子を作成し、偏光顕微鏡観察を行なったところ、図
１（ａ）のような長軸方向がラビング方向と平行な繊維
状物質が得られていることがわかった。

【００７６】実施例１１〜１３超構造物質と液晶物質の材料は実施例１０と同一であ
る。本実施例１１〜１３では、超構造物質の含有率が、
１．５重量％、３．０重量％、１０重量％として、液晶
セルの構成を実施例１０と同一とした。この結果、これ
らの組成物が試験管倒立法によりゲル化することを確認
した。また、図１（ａ）のような液晶セル中で長軸方向
がラビング方向と平行な繊維状物質が得られた。

【００７７】実施例１４〜１７本実施例では、超構造物質は実施例１０と同一で液晶物
質がＣＳ−１０１４（チッソ（株）社製）とし、超構造
物質の含有率を０．１５重量％、１．５重量％、３．０
重量％、１０重量％とした。なお、液晶セルの構成を実
施例１と同一とする。

【００７８】この結果、これらの組成物が試験管倒立法
によりゲル化することを確認した。また、液晶セル中で
は、等方相状態からＳｍＡ相へ、またＳｍＣ^* 相へ急冷
放置したところ、図１（ｂ）のような長軸方向がラビン
グ方向と垂直な繊維状物質が得られた。これは、Ｃｈ相
まで加熱しても形状は変わらなかった。

【００７９】比較例１一方、比較例として下記の式（７）で示される超構造を
形成しない低分子化合物を用い、その混合比が０．１５
重量％とする以外は、全く実施例１と同様にして得た液
晶組成物の結果も得た。これより、超構造を形成しない
低分子化合物は配向規制力を発生せずにランダムな方向
に結晶化することがわかった。従って、超構造物質によ
り、液晶組成物をゲル化させ、液晶への配向規制力を発
生することが可能であることがわかった。

【００８０】

【外４】

【００８１】

【発明の効果】以上記述したように、本発明によれば、
少なくとも液晶物質と、液晶をゲル化する化合物からな
る液晶組成物を用いて、液晶分子が一方向に配向する配
向処理を施した一対の基板を有する素子の基板間に、液
晶物質を有する液晶組成物を配列した際に、該液晶組成
物中のゲル化する化合物が前記配向処理方向に対し平行
または垂直に配列することを特徴とする液晶素子であ
り、超構造物質からなる繊維状物質により液晶の長距離
秩序を断ち、液晶に短距離秩序のみ与えることで液晶素
子としてのコントラストの増大、液晶のスイッチング挙
動の改善によるスム−ズなスイッチング、階調表示の実
現などの新しい機能の発現により、優れた表示素子を実
現することができる。また、繊維状物質の配列処理の制
御により、液晶の配向鋳型としての使用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における液晶物質と、液晶をゲル化する
化合物からなる液晶組成物の一例を示す平面模式図であ
る。

【図２】本発明の実施例で用いた液晶セルの断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例で用いた液晶素子のスイッチン
グ挙動を示す図である。

【図４】本発明の実施例で用いた液晶素子の透過光量の
電圧依存性を示す図である。

【符号の説明】

１超構造物質２液晶物質３ガラス基板４ＩＴＯ電極５接着剤層６配向処理膜７液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/137 G02F 1/1337

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶分子が一方向に配向する配向処理を
施した一対の基板間に、少なくとも液晶物質と液晶をゲ
ル化する化合物を含有する液晶組成物を狭持してなり、
かつ該液晶組成物中の液晶をゲル化する化合物がアミド
基を少なくとも１つ有するアミノ酸誘導体からなる化合
物であって、かつ前記配向処理方向に対し、略一方向に
配列していることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記液晶組成物中の液晶をゲル化する化
合物が前記配向処理方向に対し、平行または垂直に配列
している請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】前記液晶をゲル化する化合物が超構造物
質からなる請求項１に記載の液晶素子。
【請求項４】前記超構造物質が、少なくとも分子間相
互作用部位を１つ持ち、その相互作用の方向も多次元に
形成しうる請求項３に記載の液晶素子。
【請求項５】前記液晶組成物は、液晶配向場との相互
作用により、１次元凝集構造体を形成する液晶をゲル化
する化合物を有する請求項１に記載の液晶素子。