JP3383015B2

JP3383015B2 - 液晶光学素子

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Publication number: JP3383015B2
Application number: JP19425493A
Authority: JP
Inventors: 恵理子松居; 敬一仁藤; 章夫安田; 利弘平井; 昭行福島; 伊佐西山
Original assignee: Japan Energy Corp; Sony Corp
Current assignee: Sony Corp; Eneos Corp
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 2003-03-04
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH0728013A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶光学素子（特に液
晶表示素子）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、例えば図２及び図３に
示すように、２枚のガラス基板２ａ、２ｂの内面に透明
電極３ａ及び配向膜４ａ、透明電極３ｂ及び配向膜４ｂ
を順次被着したものを配向膜側で対向させ、その間に液
晶20を注入、装填したセル構造１となっている。

【０００３】そして、電極３ａ、３ｂはストライプ状で
あって、互いにマトリックス状に交差して設けられ、そ
れらの交点領域に時系列に電圧が選択的に印加されるよ
うになっている。また、液晶20が所定の厚さになるよう
に、周囲をシール材５で密封し、ガラスビーズのスペー
サ（図１では６で示す。）によってセルギャップを保持
している。配向膜４ａ、４ｂが有機質の場合は、セル１
の作製段階で液晶分子の配向のためのラビング処理が施
される。

【０００４】こうした液晶表示素子においては、表示動
作に際して液晶の偏光を利用するため、電界による液晶
分子の回転が動作モードとして必要とされる。液晶とし
て、分子内に自発分極を持つ強誘電性液晶を用いる場合
には、外部の電界をＯＦＦにしてもなお表示が保持され
るメモリ効果が大きな特徴である。従って、液晶分子の
配向制御はコントラストに影響し、また、配向膜と液晶
組成物の適合性は応答時間などの電気光学特性に影響す
るため、これらは表示性能を左右する非常に重要な因子
である。

【０００５】しかしながら、液晶組成物と配向膜の組み
合わせによっては、良配向性を得ることは必ずしも容易
ではないため、良好な分子配向及び電気光学特性を示す
ように配向膜と液晶分子とを設計する指針が求められて
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、強誘
電性液晶を用いた素子において高コントラストと同時に
高速応答性等の良好な電気光学特性を示すことが可能
な、液晶分子配向材料とカイラル液晶（化合物）との組
み合わせを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記一
般式（Ｉ）で表される一種以上の化合物と、下記一般式
（II）で表される一種以上の化合物と、下記一般式（II
I)で表される一種以上の化合物とを含むベース液晶に、
下記一般式（IV）で表される一種以上の化合物を添加し
てなる液晶組成物が、酸化シリコンの斜方蒸着膜からな
る配向膜を反平行に組んだセル内に装填されていること
を特徴とする液晶光学素子に係るものである。一般式（Ｉ）：

【化６】（上記式中、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を示す。）一般式（II）：

【化７】（上記式中、Ｒ³及びＲ⁴はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を示す。）一般式（III)：

【化８】（上記式中、Ｒ⁵及びＲ⁶はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を示す。）一般式（IV）：

【化９】（上記式中、Ｒ⁷及びＲ⁸はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を、Ｃ^*は光学活性な不斉炭素を示す。）

【０００８】本発明はまた、上記一般式（Ｉ）で表され
る一種以上の化合物と、上記一般式（II）で表される一
種以上の化合物と、上記一般式（III)で表される一種以
上の化合物とを含むベース液晶に、下記一般式（Ｖ）で
表される一種以上の化合物を添加してなる液晶組成物
が、酸化シリコンの斜方蒸着膜からなる配向膜を反平行
に組んだセル内に装填されていることを特徴とする液晶
光学素子も提供するものである。一般式（Ｖ）：

【化10】（上記式中、Ｒ⁹及びＲ¹⁰はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を、Ｃ^*は光学活性な不斉炭素を示す。）

【０００９】また、上記したベース液晶に、上記一般式
（IV）で表される一種以上の化合物と共に上記一般式
（Ｖ）で表される一種以上の化合物を更に添加する（併
用）することもできる。この場合の配合比は、一般式
（IV）の化合物：一般式（Ｖ）の化合物は、重量比で
６：１〜14：１とするのがよい。

【００１０】なお、本発明において、カイラル液晶（上
記一般式（IV）の化合物及び／又は（Ｖ）の化合物）
は、最終調製物を 100重量部とした時、50重量部以下の
濃度で添加されるのが望ましい。この添加量は20重量部
以下が更によい。

【００１１】本発明に使用する上記一般式（Ｉ）〜
（Ｖ）の化合物において、Ｒ¹〜Ｒ⁸で示される炭素数
４〜12のアルキル基としては、ブチル基、ペンチル基、
ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシ
ル基、ウンデシル基、ドデシル基であり、これらは通常
は直鎖状であるが、枝分かれ状であってもよい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１３】本実施例によれば、上述した設計指針とし
て、特定の配向膜と特定のカイラル液晶（化合物）との
新規な組み合わせに基いて、上述した目的を実現できる
液晶表示素子を構成するものである。

【００１４】即ち、液晶分子の配向膜としては、真空蒸
着法により斜方蒸着して形成した酸化シリコン膜（Ｓｉ
Ｏ斜方蒸着膜）を用いる。このＳｉＯ斜方蒸着膜の成膜
条件は、蒸着源と基板とを結ぶ線に対して85°をなすよ
うに基板を設置し、基板温度170℃、真空度９ｘ10^-6Tor
r、蒸着速度１Å／sec 、蒸着膜厚は 500Åとし、成膜
後に空気中で 300℃にてアニールした。

【００１５】基板には、厚さ 400Åで抵抗値が 100Ω／
□のＩＴＯ透明電極をスパッタ法で形成した。セルギャ
ップは、触媒化成（株）製の真し球(1.7μｍφ）をスペ
ーサとして用いて 1.7μｍに調製し、また、液晶セルは
蒸着方向が対向した配向膜間で平行又は反平行となるよ
うに作製した。

【００１６】図１はこうして作製された電気光学特性測
定用セルの構造を示すが、図中の２ａ及び２ｂはガラス
基板、３ａ及び３ｂはＩＴＯ（インジウムにスズをドー
プした透明導電性酸化物）透明電極、４ａ及び４ｂはＳ
ｉＯ斜方蒸着膜、６は真し球、20は強誘電性カイラル液
晶組成物である。本実施例による液晶光学素子は、図２
及び図３に示した構造に組み立てることができる。

【００１７】ＳｉＯ斜方蒸着膜からなる配向膜４ａ及び
４ｂと組み合わされて使用される特定の液晶組成物20と
して、下記の表１に示すように、下記のベース液晶
（Ｉ）の２種と（II）の１種と（III)の３種とからなる
ＡとＢに、下記の構造式（IV）で表される１種以上の化
合物を添加した液晶組成物を用いた。また、上記液晶組
成物にさらに下記の構造式（Ｖ）、（VI）で表される１
種以上の化合物を添加した液晶組成物も用いた。なお、
表１における添加量（部）はベース液晶及びカイラル液
晶からなる最終調製物 100重量部に対する重量部を示す
（以下の他の例でも同様）。

【００１８】

【化11】

【００１９】

【００２０】

【化12】

【００２１】そして、上記した液晶配向膜と液晶組成物
とを用いて、図１に示した如きセルを作製し、次のよう
にして電気光学特性を測定した。

【００２２】電気光学特性の測定方法：ＳｉＯ斜方蒸着
膜を配向膜とした図１の電気光学特性測定用セルに、各
液晶組成物を等方相温度で真空注入し、その温度で３kH
z 、±５Ｖ／μｍの矩形波を印加しながらスメクチック
Ａ相まで徐冷し、さらに 100Hz、±15Ｖ／μｍの矩形波
を印加しながら室温まで徐冷し、電界処理を行った。偏
光子、検光子を直交させた間に、液晶の配向方向を考慮
してセルを配置し、光電子増倍管を用いて電気光学測定
を行った。

【００２３】例１表１の非カイラルベース液晶に、カイラル液晶化合物
（IV）を下記の表２に示す種々の量で添加した液晶組成
物を使用し、ＳｉＯ斜方蒸着膜を配向膜とした平行又は
反平行のセルについて、電気光学特性の測定におけるバ
イアス電界印加時のコントラストを下記の表２に示す。
パルス幅は、メモリを発現する長さである。セルギャッ
プは全て 1.7μｍにコントロールしてある。

【００２４】

【００２５】これによれば、ＳｉＯ斜方蒸着膜を配向膜
としたセルにおいて蒸着方向を平行又は反平行に組んだ
場合の電気光学特性の測定の結果、バイアス電界印加時
のコントラストは、反平行セルの方が平行セルと比較し
て高いことが分かる。これは、黒レベルのバイアス安定
性が高いことの他に、ドメインが一様であり、黒レベル
自体が低いことによる。

【００２６】ＳｉＯ斜方蒸着配向膜は、プレチルト角が
およそ35度付近と高い値をとっており、配向方向により
層構造が特異的に違うため、各液晶において適合する配
向方向が異なる。本例で用いる液晶は、そうしたＳｉＯ
斜方蒸着膜に適合した良配向性を示すものである（以下
の他の例でも同様）。

【００２７】例２表１の非カイラルベース液晶に添加するカイラル液晶で
ある化合物（Ｖ）と（VI）の２種を８部の濃度になるよ
うにそれぞれ調製し、電気光学特性の測定を行った。結
果を下記の表３に示す。パルス幅とは、メモリが発現す
る長さである。

【００２８】

【００２９】この結果によれば、カイラル液晶の末端基
がアルキル基である化合物（VI）よりも、アルコキシ基
である化合物（Ｖ）の方がパルス幅、応答時間共に短
く、かつコントラストも高い。また、配向状態もアルコ
キシ基のあるカイラル液晶の方が良好であった。

【００３０】例３カイラル液晶である化合物（Ｖ）と化合物（IV）は、後
者のコア部にフッ素を有している以外は同型の液晶であ
る。強誘電性液晶を駆動する場合、画素には、選択ある
いは非選択パルスとデータパルスの差電圧が印加され、
強誘電性液晶分子は他の画素（ライン）が選択されてい
るときでも非選択データパルス分のバイアス電界を受け
ている。従って、このバイアス電界による安定性を高め
ることが、高コントラストを実現するために重要になっ
てくる。

【００３１】コア部にフッ素を有する分子においては、
フッ素を有しない分子と比べて分子短軸方向により多く
分極しており、電界方向に垂直に分子長軸が揃い易くな
ることから、バイアス安定性が高くなることが期待され
るものである。下記の表４に、この２種のカイラル液晶
を表１の非カイラルベース液晶にそれぞれ混合した２種
の強誘電性液晶組成物（カイラル濃度８部）の電気光学
特性の測定結果を示す。

【００３２】

【００３３】この結果から、カイラル液晶として、コア
にフッ素を含む化合物（IV）が応答時間がより速くなっ
ており、バイアス安定性が非常に良く、コントラストも
上がっていることが分かる。

【００３４】例４例３において、誘電率異方性が負であるカイラル液晶化
合物（IV）を用いることによりバイアス安定性が増すこ
とを述べたが、大抵のカイラル化合物がそうであるよう
に、カイラル液晶単独では等方相、カイラルネマチック
相、スメクチックＡ相、カイラルスメクチックＣ相の順
の相転移系を持っていない。このカイラル液晶の性質と
して、多量に添加すると、スメクチックＡ相は減少し、
液晶の良配向に必要なＩＮＡＣ相転移系（Ｉｓｏ−Ｎ^*
−ＳｍＡ−ＳｍＣ^*）をとらなくなる。

【００３５】そこで、自発分極の符号が化合物（IV）と
等しく、スメクチックＡ相の温度範囲を広げる効果のあ
る化合物（Ｖ）を、化合物（IV）と混合し、これを表１
の非カイラルベース液晶に添加することにより、電気光
学特性の測定を行った。カイラル濃度は化合物（Ｖ）、
化合物（IV）の添加量を変化させることにより調整し
た。電気光学特性の測定による黒レベル及び黒レベルの
安定性の結果を下記の表５に示す。

【００３６】

【００３７】この結果は、黒レベルが化合物（Ｖ）と化
合物（IV）の混合系で低い値となり、２種のカイラル液
晶を併用することによってスメクチックＡ相の不安定化
を防いだこと（Ｓ_A相を維持したこと）により配向が良
好となることを示している。さらに、黒レベルのぶれ幅
は、化合物（IV）が多く含まれている系ほど少ないこと
を示しており、これは、カイラル剤がコア部にフッ素を
有する分子であるため、フッ素を有しない分子と比較し
て、分子短軸方向により多く分極していることに寄因し
ていると思われる。

【００３８】なお、化合物（Ｖ）と化合物（IV）の混合
系はＩＮＡＣ相転移系であり、カイラル濃度を17.4部と
したサンプルにおいても初期状態から良好な配向状態を
示した。

【００３９】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能
である。

【００４０】例えば、上述の一般式（Ｉ）〜（Ｖ）で表
される各化合物は、その使用種類数や組み合わせ方、添
加量等を変更しても、上述した例と同等の結果を得るこ
とができるし、また、上述のＲ¹〜Ｒ¹⁰も上述した例の
ものに限定されず、他の様々なアルキル基を採用でき
る。配向膜であるＳｉＯ斜方蒸着膜の蒸着方向も適宜変
化させてよい。

【００４１】また、上述した液晶表示素子の構造や構成
部分の材質、作製方法等は種々変更してよい。なお、本
発明による素子は上述の表示素子以外の光学的用途にも
適用することができる。

【００４２】

【発明の作用効果】本発明は上述した如く、一般式
（Ｉ）で表される一種以上の化合物と、一般式（II）で
表される一種以上の化合物と、一般式（III)で表される
一種以上の化合物とを含むベース液晶に、一般式（IV）
及び／又は（Ｖ）で表される一種以上の化合物を添加し
てなる液晶組成物が、酸化シリコンの斜方蒸着膜からな
る配向膜を反平行に組んだセル内に装填されるようにし
ているので、酸化シリコン斜方蒸着配向膜と特定のカイ
ラル液晶組成物との新規な組み合わせによって、高コン
トラストと同時に高速応答性等の良好な電気光学特性を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用する電気光学特性測定用
セルの概略断面図である。

【図２】本発明による液晶表示素子の一例の断面図（図
３のII−II線断面図）である。

【図３】同液晶表示素子の平面図である。

【符号の説明】

２ａ、２ｂ・・・ガラス基板３ａ、３ｂ・・・ＩＴＯ透明電極４ａ、４ｂ・・・ＳｉＯ斜方蒸着膜５・・・シール材６・・・スペーサ（真し球） 20・・・液晶組成物

フロントページの続き (72)発明者安田章夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者平井利弘東京都港区虎ノ門２丁目10番１号株式会社日鉱共石内 (72)発明者福島昭行埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会社日鉱共石内 (72)発明者西山伊佐埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会社日鉱共石内 (56)参考文献特開平４−25591（ＪＰ，Ａ) 特開平５−320649（ＪＰ，Ａ) 特開平６−80968（ＪＰ，Ａ) 特開平５−112779（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 19/34 C09K 19/42 - 19/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記一般式（Ｉ）で表される一種以上の
化合物と、下記一般式（II）で表される一種以上の化合
物と、下記一般式（III)で表される一種以上の化合物と
を含むベース液晶に、下記一般式（IV）で表される一種
以上の化合物を添加してなる液晶組成物が、酸化シリコ
ンの斜方蒸着膜からなる配向膜を反平行に組んだセル内
に装填されていることを特徴とする液晶光学素子。一般式（Ｉ）：【化１】（上記式中、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を示す。）一般式（II）：【化２】（上記式中、Ｒ³及びＲ⁴はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を示す。）一般式（III)：【化３】（上記式中、Ｒ⁵及びＲ⁶はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を示す。）一般式（IV）：【化４】（上記式中、Ｒ⁷及びＲ⁸はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を、Ｃ^*は光学活性な不斉炭素を示す。）
【請求項２】請求項１に記載したベース液晶に、下記
一般式（Ｖ）で表される一種以上の化合物を添加してな
る液晶組成物が、酸化シリコンの斜方蒸着膜からなる配
向膜を反平行に組んだセル内に装填されていることを特
徴とする液晶光学素子。一般式（Ｖ）：【化５】（上記式中、Ｒ⁹及びＲ¹⁰はそれぞれ炭素数４〜12のア
ルキル基を、Ｃ^*は光学活性な不斉炭素を示す。）
【請求項３】請求項１に記載の液晶組成物に、請求項
２に記載した一般式（Ｖ）で表される一種以上の化合物
を更に添加する、請求項１に記載した液晶光学素子。