JP3765182B2 - 液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶組成物及びこれを使用した液晶表示素子、詳しくは、室温でコレステリック相を示す液晶組成物及びこれを使用した双安定／反射型の液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
近年、ネマティック液晶にカイラル材を添加することにより、室温においてコレステリック相を示すようにしたカイラルネマティック液晶を用いた反射型の液晶表示素子が種々研究されている。この素子では電圧のオン、オフによって液晶をプレーナ状態とフォーカルコニック状態に切り換えて表示を行う。
【０００３】
しかしながら、今日まで、カイラルネマティック液晶を使用した反射型の液晶表示素子では、プレーナ状態とフォーカルコニック状態とで十分なコントラストを得ることができておらず、反射率、コントラスト等の特性を十分に満足したものは存在していなかった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、双安定性に優れ、反射率特性が良好でコントラストの高い反射型の液晶表示素子及びこれに使用される液晶組成物を提供することにある。
【０００５】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明は、末端にシアノ基を有する４０ｗｔ％以上の液晶性エステル化合物を含むネマティック液晶成分と、コレステロール環を含まないエステル化合物からなるカイラル材とを含み、室温でコレステリック相を示すことを特徴とする液晶組成物である。
【０００６】
本発明においては、液晶性エステル化合物を用いることで、駆動電圧に対する応答性が向上し、特に、透明性が向上し、コントラストの高い反射型の液晶表示素子を得ることができる。とりわけ、従来では液晶成分の電圧に対する応答性を阻害する不純物として存在していたカイラル材に、液晶成分と類似の構造を有するエステル化合物を主成分とするものを用いたため、反射率等の特性やコントラストの向上に寄与することになった。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶組成物及び液晶表示素子の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１実施形態の構成と表示動作）
図１に本発明の第１実施形態である液晶表示素子の断面構造を示す。（Ａ）は高電圧パルスを印加したときのプレーナ状態（ＲＧＢ着色状態）を示し、（Ｂ）は低電圧パルスを印加したときのフォーカルコニック状態（透明／黒色表示状態）を示す。なお、この液晶表示素子はメモリー性を有しており、プレーナ状態及びフォーカルコニック状態はパルス電圧印加後も維持される。
【０００９】
図１において、１１，１２は透明基板で、それぞれの表面には透明電極１３，１４がマトリクス状に形成されている。電極１３上には絶縁性薄膜１５がコーティングされていることが好ましい。また、基板１２の裏面には、表示の必要性に応じて、可視光吸収層１６が設けられる。
２０は柱状構造物、２１は室温でコレステリック相を示す液晶組成物であり、これらの材料やその組合わせについては以下の実験例によって具体的に説明する。２４は液晶組成物２１を液晶表示素子内部に封じ込めるためのシールである。２５はパルス電源であり、前記電極１３，１４にパルス状の所定電圧を印加する。
【００１０】
以上の構成からなる液晶表示素子においては、電源２５から電極１３，１４にパルス電圧を印加することで表示が行われる。即ち、液晶組成物がコレステリック相を示すものを用いている場合、比較的高いパルス電圧を印加することで、液晶がプレーナ状態となり、コレステリックピッチと屈折率に基づいて決まる波長の光を選択的に反射する。比較的低いパルス電圧を印加することで、液晶がフォーカルコニック状態となり、透明状態となる。なお、図１に示したように、可視光吸収層１６を設けると、フォーカルコニック状態では黒色を表示することになる。
【００１１】
本液晶表示素子ではマトリクス状の電極１３，１４が交差する領域が表示画素となる。本明細書では、液晶によって光変調が行われる領域を表示領域と称し、その周辺は光変調が行われない表示領域外となる。
【００１２】
（基板）
基板１１，１２は少なくとも一方が透明であることが必要である。透明な基板としては、ガラス以外に、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート等のフレキシブル基板等が使用可能である。
【００１３】
（電極）
電極１３，１４としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）に代表される透明導電性膜、アルミニウム、シリコン等の金属電極、あるいはアモルファスシリコン、ＢＳＯ（Bismuth Silicon Oxide）等の光導電性膜が使用可能である。電極１３，１４をマトリクス状に形成するには、例えば、基板１１，１２上にＩＴＯ膜をスパッタリング法等で形成した後、フォトリソグラフィ法でパターニングすればよい。
【００１４】
（絶縁膜、配向膜）
絶縁性薄膜１５は酸化シリコン等の無機膜あるいはポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機膜であり、電極１３，１４間の短絡を防止したり、ガスバリア層として液晶の信頼性を向上させる機能を有する。また、電極１３，１４上には、ポリイミド樹脂に代表される配向膜を必要に応じて配してもよい。さらに、柱状構造物２０に用いる高分子体と同じ材料を絶縁膜や配向膜として使用してもよい。
【００１５】
（スペーサ）
図１には図示されないが、基板１１，１２間にスペーサを挿入してもよい。このスペーサは樹脂製又は無機酸化物製の球体であり、基板１１，１２間のギャップを均一に保持する。
【００１６】
（液晶組成物）
液晶組成物は、液晶性エステル化合物を主成分とするネマティック液晶成分を含有し、さらに室温でコレステリック相を示すようにカイラル材を添加したものが使用され、色素を添加してもよい。
【００１７】
ここで、使用可能な液晶性エステル化合物の一般構造式（Ａ），（Ａ'）及び具体的構造式（Ａ1）〜（Ａ70），（Ａ'1）〜（Ａ'20），（ＡＡ1）〜（ＡＡ40）を以下に示す。
【００１８】
【化１】
【００１９】
【化２】
【００２０】
【化３】
【００２１】
【化４】
【００２２】
【化５】
【００２３】
【化６】
【００２４】
【化７】
【００２５】
【化８】
【００２６】
【化９】
【００２７】
【化１０】
【００２８】
【化１１】
【００２９】
【化１２】
【００３０】
【化１３】
【００３１】
【化１４】
【００３２】
液晶性エステル化合物としては、末端にシアノ基を有するものを用いることが好ましい。補助的な液晶成分として、液晶性トラン化合物、ｎ型液晶性化合物、液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、相転移温度を調整するための液晶性多環化合物など他の液晶性化合物を含んでいてもよい。
【００３３】
液晶性エステル化合物の含有量は全液晶成分の２０ｗｔ％よりも多く、好ましくは４０ｗｔ％以上、より好ましくは５０ｗｔ％以上とする。液晶性エステル化合物の含有量の上限は、全液晶成分の７０ｗｔ％、より好ましくは６０ｗｔ％とすることが望ましい。
【００３４】
添加されるカイラル材としては、コレステロール環を含まないエステル化合物であり、エステル基を有する多環化合物を主成分とするものが好ましい。特に、以下の一般構造式（Ｃ1）〜（Ｃ4）に示す化合物を使用することが好ましい。添加量は、液晶成分に対して５〜４０ｗｔ％がよい。５ｗｔ％以下では所望の選択反射波長を実現できない場合を生じ、４０ｗｔ％以上では室温でコレステリック相を示さなくなる場合がある。
【００３５】
【化１５】
【００３６】
さらに、前記一般構造式（Ｃ1）〜（Ｃ4）に示す化合物のうち、使用可能な化合物の具体的構造式（Ｃ1−１）〜（Ｃ1−１０），（Ｃ2−１）〜（Ｃ2−１０），（Ｃ3−１）〜（Ｃ3−１０），（Ｃ4−１）〜（Ｃ4−１０）を以下に示す。
【００３７】
【化１６】
【００３８】
【化１７】
【００３９】
【化１８】
【００４０】
【化１９】
【００４１】
【化２０】
【００４２】
【化２１】
【００４３】
【化２２】
【００４４】
【化２３】
【００４５】
添加される色素としては、アゾ化合物、キノン化合物、アントラキノン化合物等あるいは２色性色素等、従来知られている各種の色素が使用可能であり、これらを複数種用いてもよい。添加量は、液晶成分とカイラル材の合計量に対して合計３ｗｔ％以下が好ましい。
【００４６】
（柱状構造物）
柱状構造物２０に関しては、まず、構造面について説明する。
柱状構造物２０は、例えば、格子配列等の所定のパターンに一定の間隔で配列された、円柱状体、四角柱状体、楕円柱状体である。所定間隔で配置されたストライプ状のものでもよい。この柱状構造物２０はランダムな配列ではなく、等間隔な配列、間隔が徐々に変化する配列、所定の配置パターンが一定の周期で繰り返される配列等、基板１１，１２の間隙を適切に保持でき、かつ、画像表示を妨げないように考慮された配列であることが好ましい。
【００４７】
柱状構造物は従来公知の各種の方法により形成すればよく、例えば、光硬化性樹脂材料を基板に塗布した後、所望のパターンの開口が形成されたマスクを介して所定波長の光を照射することにより光硬化性樹脂材料を重合させ、不要部分を取り除く方法、液晶組成物と光硬化性樹脂材料との混合物を一方の基板に塗布した後、他方の基板を重ねて、所望のパターンの開口が形成されたマスクを介して所定波長の光を照射することにより光硬化性樹脂材料を重合させ、上記混合物から相分離することにより、樹脂構造物を形成する方法などが挙げられる。
液晶表示素子とするには、柱状構造物を挟持した基板間に液晶組成物を真空注入法等によって注入すればよい。
【００４８】
（第２実施形態の構成）
図２に本発明の第２実施形態である液晶表示素子の断面構造を示す。（Ａ）は高電圧パルスを印加したときのプレーナ状態（ＲＧＢ着色状態）を示し、（Ｂ）は低電圧パルスを印加したときのフォーカルコニック状態（透明／黒色表示状態）を示す。これら２種類の状態は前記第１実施形態と同様に電圧印加後も維持される。
【００４９】
この液晶表示素子はカイラルネマティック液晶組成物２１と３次元的な網目状の樹脂ネットワーク２３からなる複合膜２２を形成した樹脂ネットワーク型である。この複合膜２２は、液晶組成物と、光重合開始剤を添加した樹脂材料とを所定の割合でよく混合した後、スペーサを塗布した基板上に滴下し、いまひとつの基板を被せて十分に密着させた後、紫外線を照射して樹脂材料を重合させて製作する。液晶組成物２１は前記第１実施形態で説明したカイラルネマティック液晶組成物２１と同じ材料を使用することができる。他の部材は前記第１実施形態と同様であり、図１と同じ符号が付されている。
【００５０】
（第３実施形態の構成）
図３に本発明の第３実施形態である液晶表示素子の断面構造（高電圧パルス印加時、プレーナ状態）を示す。この液晶表示素子は、図１に示した前記第１実施形態と基本的に同じものであり、表示領域内に柱状構造物を設けないようにしたものである。図３において、図１と同じ部材には同じ符号が付されている。
【００５１】
（第４実施形態の構成）
図４に本発明の第４実施形態である液晶表示素子の断面構造（高電圧パルス印加時、プレーナ状態）を示す。この液晶表示素子は、図３に示した前記第３実施形態のものに、基板１１，１２の間隙の中間部まで延びた小柱状構造物２０’を形成したものである。図４において、図１、図３と同じ部材には同じ符号が付されている。
【００５２】
（実験例１）
前記化学式（Ａ1），（Ａ2），（Ａ3），（Ａ4），（Ａ6），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ49）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１７、誘電率異方性Δε＝３０、等方相への相転移温度ＴNI＝９０℃）に、前記化学式（Ｃ1−５）で示されるカイラル材を２６．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００５３】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２１を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は３．０を示し、コントラストは７であった。なお、Ｙ値（視感反射率）の測定は、白色光源を有する分光測色計ＣＭ−３７００ｄ（ミノルタ社製）を用いて行った。以下の実験例、比較例でも同様である。
【００５４】
（比較例１）
液晶性ピリミジン化合物を１５ｗｔ％含み、他に液晶性トラン化合物、２環ｐ型液晶、液晶性フェニルシクロヘキシル化合物を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１８、誘電率異方性Δε＝１２、等方相への相転移温度ＴNI＝７０℃）に、前記化学式（Ｃ1−５）で示されるカイラル材を２２．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００５５】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１００Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は１９を示した。７０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は４．５を示し、コントラストは４．２であった。
【００５６】
（比較例２）
液晶性トラン化合物を１５ｗｔ％含み、他に液晶性ピリミジン化合物、３環ｐ型液晶、ｎ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝８、等方相への相転移温度ＴNI＝８０℃）に、前記化学式（Ｃ1−５）で示されるカイラル材を２２ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００５７】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２２を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は４．８を示し、コントラストは４．６であった。
【００５８】
（比較例３）
前記化学式（Ａ10），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ13），（Ａ14），（Ａ15），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ48），（Ａ49）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝１５、等方相への相転移温度ＴNI＝８０℃）に、以下に示す化学式（Ｄ）で示されるカイラル材を３８．１ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００５９】
【化２４】
【００６０】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に８０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２５を示した。４０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は５．７を示し、コントラストは４．４であった。
【００６１】
（比較例４）
液晶性シアノビフェニル化合物を５０ｗｔ％と３環ｐ型液晶とを含む、液晶性エステル化合物非含有のネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１８、誘電率異方性Δε＝１３、等方相への相転移温度ＴNI＝７５℃）に、前記化学式（Ｃ1−５）で示されるカイラル材を３８ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００６２】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１００Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２５を示した。６０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は７．２を示し、コントラストは３．５であった。
【００６３】
（実験例２）
前記化学式（Ａ4），（Ａ5），（Ａ6），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ13），（Ａ14），（Ａ46），（Ａ47），（ＡＡ3），（ＡＡ8），（Ａ'2）で示される液晶性エステル化合物の混合物を６０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝１６、等方相への相転移温度ＴNI＝８３℃）に、前記化学式（Ｃ1−４）で示されるカイラル材を２７．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００６４】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２３を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は３．２を示し、コントラストは７．２であった。
【００６５】
（実験例３）
前記化学式（Ａ10），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ13），（Ａ14），（Ａ15），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ48），（Ａ49）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５５ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝１５、等方相への相転移温度ＴNI＝８５℃）に、前記化学式（Ｃ3−６）で示されるカイラル材を２７ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００６６】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２４を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は３．４示し、コントラストは７．１であった。
【００６７】
（実験例４）
前記化学式（Ａ1），（Ａ2），（Ａ3），（Ａ4），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ49）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１７、誘電率異方性Δε＝１４．５、等方相への相転移温度ＴNI＝９０℃）に、前記化学式（Ｃ2−５）で示されるカイラル材を２６ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００６８】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２０を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は４．０を示し、コントラストは５．０であった。
【００６９】
（実験例５）
前記化学式（Ａ3），（Ａ4），（Ａ5），（Ａ10），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ47），（Ａ48），（Ａ49），（Ａ51）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５３ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１７、誘電率異方性Δε＝２０、等方相への相転移温度ＴNI＝８７℃）に、前記化学式（Ｃ4−７）で示されるカイラル材を２６．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。また、一方の基板に紫外線硬化性樹脂材料を用いてマスク露光法により高さ１０μｍの柱状構造物を形成した。この基板ともう一方の基板との間に、前記液晶組成物を注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。
【００７０】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると赤色に着色し、Ｙ値は２１を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は３．５を示し、コントラストは６．０であった。
【００７１】
（実験例６）
前記化学式（Ａ1），（Ａ2），（Ａ3），（Ａ4），（Ａ6），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ49），（Ａ51）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝２５、等方相への相転移温度ＴNI＝８５℃）に、前記化学式（Ｃ3−７）で示されるカイラル材を２６ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物に光重合開始剤を添加したアダマンチルメタクリレート化合物を重量比８５：１５（液晶：樹脂）の割合で混合し、電極を形成した基板間に挟持して間隙１０μｍに調整し、紫外線を１５ｍｗ／ｃｍ2で５分間照射して樹脂材料を重合させ、網目状の樹脂ネットワークを含む複合膜を形成し、図２に示す樹脂ネットワーク型の液晶表示素子とした。
【００７２】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１１０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２０を示した。７０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は５．０を示し、コントラストは４．０であった。
【００７３】
（比較例５）
液晶性シアノビフェニル化合物を５０ｗｔ％含む、液晶性エステル化合物非含有のネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．２３、誘電率異方性Δε＝１６．２、等方相への相転移温度ＴNI＝６１．５℃）に、前記化学式（Ｃ2−５）で示されるカイラル材を３６．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物に光重合開始剤を添加したアダマンチルメタクリレート化合物を重量８５：１５（液晶：樹脂）の割合で混合し、電極を形成した基板間に挟持して間隙を１０μｍに調整し、紫外線を１５ｍｗ／ｃｍ2で５分間照射して樹脂材料を重合させ、網目状の樹脂ネットワークを含む複合膜を形成し、図２に示す樹脂ネットワーク型の液晶表示素子とした。
【００７４】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１１０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は１５を示した。７０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は８．０を示し、コントラストは１．８８であった。
【００７５】
（比較例６）
前記化学式（Ａ1），（Ａ2），（Ａ3），（Ａ4），（Ａ6），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ49），（Ａ51）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝２５、等方相への相転移温度ＴNI＝８５℃）に、カイラル材としてペラルゴン酸コレステロール（以下の化学式（Ｅ）参照）を３１．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物に光重合開始剤を添加したアダマンチルメタクリレート化合物を重量比８５：１５（液晶：樹脂）の割合で混合し、電極を形成した基板間に挟持して間隙を１０μｍに調整し、紫外線を１５ｍｗ／ｃｍ2で５分間照射して樹脂材料を重合させ、網目状の樹脂ネットワークを含む複合膜を形成し、図２に示す樹脂ネットワーク型の液晶表示素子とした。
【００７６】
【化２５】
【００７７】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１１０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は１６を示した。７０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は８．０を示し、コントラストは２．０であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の第１実施形態を示す断面図、（Ａ）はプレーナ状態を示し、（Ｂ）はフォーカルコニック状態を示す。
【図２】本発明に係る液晶表示素子の第２実施形態を示す断面図、（Ａ）はプレーナ状態を示し、（Ｂ）はフォーカルコニック状態を示す。
【図３】本発明に係る液晶表示素子の第３実施形態を示す断面図。
【図４】本発明に係る液晶表示素子の第４実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
１１，１２…基板
１３，１４…電極
１５…絶縁性薄膜
１６…可視光吸収層
２０，２０’…柱状構造物
２１…液晶組成物
２２…複合膜
２３…樹脂ネットワーク
２５…電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶組成物及びこれを使用した液晶表示素子、詳しくは、室温でコレステリック相を示す液晶組成物及びこれを使用した双安定／反射型の液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
近年、ネマティック液晶にカイラル材を添加することにより、室温においてコレステリック相を示すようにしたカイラルネマティック液晶を用いた反射型の液晶表示素子が種々研究されている。この素子では電圧のオン、オフによって液晶をプレーナ状態とフォーカルコニック状態に切り換えて表示を行う。
【０００３】
しかしながら、今日まで、カイラルネマティック液晶を使用した反射型の液晶表示素子では、プレーナ状態とフォーカルコニック状態とで十分なコントラストを得ることができておらず、反射率、コントラスト等の特性を十分に満足したものは存在していなかった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、双安定性に優れ、反射率特性が良好でコントラストの高い反射型の液晶表示素子及びこれに使用される液晶組成物を提供することにある。
【０００５】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明は、末端にシアノ基を有する４０ｗｔ％以上の液晶性エステル化合物を含むネマティック液晶成分と、コレステロール環を含まないエステル化合物からなるカイラル材とを含み、室温でコレステリック相を示すことを特徴とする液晶組成物である。
【０００６】
本発明においては、液晶性エステル化合物を用いることで、駆動電圧に対する応答性が向上し、特に、透明性が向上し、コントラストの高い反射型の液晶表示素子を得ることができる。とりわけ、従来では液晶成分の電圧に対する応答性を阻害する不純物として存在していたカイラル材に、液晶成分と類似の構造を有するエステル化合物を主成分とするものを用いたため、反射率等の特性やコントラストの向上に寄与することになった。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶組成物及び液晶表示素子の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１実施形態の構成と表示動作）
図１に本発明の第１実施形態である液晶表示素子の断面構造を示す。（Ａ）は高電圧パルスを印加したときのプレーナ状態（ＲＧＢ着色状態）を示し、（Ｂ）は低電圧パルスを印加したときのフォーカルコニック状態（透明／黒色表示状態）を示す。なお、この液晶表示素子はメモリー性を有しており、プレーナ状態及びフォーカルコニック状態はパルス電圧印加後も維持される。
【０００９】
図１において、１１，１２は透明基板で、それぞれの表面には透明電極１３，１４がマトリクス状に形成されている。電極１３上には絶縁性薄膜１５がコーティングされていることが好ましい。また、基板１２の裏面には、表示の必要性に応じて、可視光吸収層１６が設けられる。
２０は柱状構造物、２１は室温でコレステリック相を示す液晶組成物であり、これらの材料やその組合わせについては以下の実験例によって具体的に説明する。２４は液晶組成物２１を液晶表示素子内部に封じ込めるためのシールである。２５はパルス電源であり、前記電極１３，１４にパルス状の所定電圧を印加する。
【００１０】
以上の構成からなる液晶表示素子においては、電源２５から電極１３，１４にパルス電圧を印加することで表示が行われる。即ち、液晶組成物がコレステリック相を示すものを用いている場合、比較的高いパルス電圧を印加することで、液晶がプレーナ状態となり、コレステリックピッチと屈折率に基づいて決まる波長の光を選択的に反射する。比較的低いパルス電圧を印加することで、液晶がフォーカルコニック状態となり、透明状態となる。なお、図１に示したように、可視光吸収層１６を設けると、フォーカルコニック状態では黒色を表示することになる。
【００１１】
本液晶表示素子ではマトリクス状の電極１３，１４が交差する領域が表示画素となる。本明細書では、液晶によって光変調が行われる領域を表示領域と称し、その周辺は光変調が行われない表示領域外となる。
【００１２】
（基板）
基板１１，１２は少なくとも一方が透明であることが必要である。透明な基板としては、ガラス以外に、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート等のフレキシブル基板等が使用可能である。
【００１３】
（電極）
電極１３，１４としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）に代表される透明導電性膜、アルミニウム、シリコン等の金属電極、あるいはアモルファスシリコン、ＢＳＯ（Bismuth Silicon Oxide）等の光導電性膜が使用可能である。電極１３，１４をマトリクス状に形成するには、例えば、基板１１，１２上にＩＴＯ膜をスパッタリング法等で形成した後、フォトリソグラフィ法でパターニングすればよい。
【００１４】
（絶縁膜、配向膜）
絶縁性薄膜１５は酸化シリコン等の無機膜あるいはポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機膜であり、電極１３，１４間の短絡を防止したり、ガスバリア層として液晶の信頼性を向上させる機能を有する。また、電極１３，１４上には、ポリイミド樹脂に代表される配向膜を必要に応じて配してもよい。さらに、柱状構造物２０に用いる高分子体と同じ材料を絶縁膜や配向膜として使用してもよい。
【００１５】
（スペーサ）
図１には図示されないが、基板１１，１２間にスペーサを挿入してもよい。このスペーサは樹脂製又は無機酸化物製の球体であり、基板１１，１２間のギャップを均一に保持する。
【００１６】
（液晶組成物）
液晶組成物は、液晶性エステル化合物を主成分とするネマティック液晶成分を含有し、さらに室温でコレステリック相を示すようにカイラル材を添加したものが使用され、色素を添加してもよい。
【００１７】
ここで、使用可能な液晶性エステル化合物の一般構造式（Ａ），（Ａ'）及び具体的構造式（Ａ1）〜（Ａ70），（Ａ'1）〜（Ａ'20），（ＡＡ1）〜（ＡＡ40）を以下に示す。
【００１８】
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
液晶性エステル化合物としては、末端にシアノ基を有するものを用いることが好ましい。補助的な液晶成分として、液晶性トラン化合物、ｎ型液晶性化合物、液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、相転移温度を調整するための液晶性多環化合物など他の液晶性化合物を含んでいてもよい。
【００３３】
液晶性エステル化合物の含有量は全液晶成分の２０ｗｔ％よりも多く、好ましくは４０ｗｔ％以上、より好ましくは５０ｗｔ％以上とする。液晶性エステル化合物の含有量の上限は、全液晶成分の７０ｗｔ％、より好ましくは６０ｗｔ％とすることが望ましい。
【００３４】
添加されるカイラル材としては、コレステロール環を含まないエステル化合物であり、エステル基を有する多環化合物を主成分とするものが好ましい。特に、以下の一般構造式（Ｃ1）〜（Ｃ4）に示す化合物を使用することが好ましい。添加量は、液晶成分に対して５〜４０ｗｔ％がよい。５ｗｔ％以下では所望の選択反射波長を実現できない場合を生じ、４０ｗｔ％以上では室温でコレステリック相を示さなくなる場合がある。
【００３５】
【化１５】
さらに、前記一般構造式（Ｃ1）〜（Ｃ4）に示す化合物のうち、使用可能な化合物の具体的構造式（Ｃ1−１）〜（Ｃ1−１０），（Ｃ2−１）〜（Ｃ2−１０），（Ｃ3−１）〜（Ｃ3−１０），（Ｃ4−１）〜（Ｃ4−１０）を以下に示す。
【００３７】
【化１６】
【化１７】
【化１８】
【化１９】
【化２０】
【化２１】
【化２２】
【化２３】
添加される色素としては、アゾ化合物、キノン化合物、アントラキノン化合物等あるいは２色性色素等、従来知られている各種の色素が使用可能であり、これらを複数種用いてもよい。添加量は、液晶成分とカイラル材の合計量に対して合計３ｗｔ％以下が好ましい。
【００４６】
（柱状構造物）
柱状構造物２０に関しては、まず、構造面について説明する。
柱状構造物２０は、例えば、格子配列等の所定のパターンに一定の間隔で配列された、円柱状体、四角柱状体、楕円柱状体である。所定間隔で配置されたストライプ状のものでもよい。この柱状構造物２０はランダムな配列ではなく、等間隔な配列、間隔が徐々に変化する配列、所定の配置パターンが一定の周期で繰り返される配列等、基板１１，１２の間隙を適切に保持でき、かつ、画像表示を妨げないように考慮された配列であることが好ましい。
【００４７】
柱状構造物は従来公知の各種の方法により形成すればよく、例えば、光硬化性樹脂材料を基板に塗布した後、所望のパターンの開口が形成されたマスクを介して所定波長の光を照射することにより光硬化性樹脂材料を重合させ、不要部分を取り除く方法、液晶組成物と光硬化性樹脂材料との混合物を一方の基板に塗布した後、他方の基板を重ねて、所望のパターンの開口が形成されたマスクを介して所定波長の光を照射することにより光硬化性樹脂材料を重合させ、上記混合物から相分離することにより、樹脂構造物を形成する方法などが挙げられる。
液晶表示素子とするには、柱状構造物を挟持した基板間に液晶組成物を真空注入法等によって注入すればよい。
【００４８】
（第２実施形態の構成）
図２に本発明の第２実施形態である液晶表示素子の断面構造を示す。（Ａ）は高電圧パルスを印加したときのプレーナ状態（ＲＧＢ着色状態）を示し、（Ｂ）は低電圧パルスを印加したときのフォーカルコニック状態（透明／黒色表示状態）を示す。これら２種類の状態は前記第１実施形態と同様に電圧印加後も維持される。
【００４９】
この液晶表示素子はカイラルネマティック液晶組成物２１と３次元的な網目状の樹脂ネットワーク２３からなる複合膜２２を形成した樹脂ネットワーク型である。この複合膜２２は、液晶組成物と、光重合開始剤を添加した樹脂材料とを所定の割合でよく混合した後、スペーサを塗布した基板上に滴下し、いまひとつの基板を被せて十分に密着させた後、紫外線を照射して樹脂材料を重合させて製作する。液晶組成物２１は前記第１実施形態で説明したカイラルネマティック液晶組成物２１と同じ材料を使用することができる。他の部材は前記第１実施形態と同様であり、図１と同じ符号が付されている。
【００５０】
（第３実施形態の構成）
図３に本発明の第３実施形態である液晶表示素子の断面構造（高電圧パルス印加時、プレーナ状態）を示す。この液晶表示素子は、図１に示した前記第１実施形態と基本的に同じものであり、表示領域内に柱状構造物を設けないようにしたものである。図３において、図１と同じ部材には同じ符号が付されている。
【００５１】
（第４実施形態の構成）
図４に本発明の第４実施形態である液晶表示素子の断面構造（高電圧パルス印加時、プレーナ状態）を示す。この液晶表示素子は、図３に示した前記第３実施形態のものに、基板１１，１２の間隙の中間部まで延びた小柱状構造物２０’を形成したものである。図４において、図１、図３と同じ部材には同じ符号が付されている。
【００５２】
（実験例１）
前記化学式（Ａ1），（Ａ2），（Ａ3），（Ａ4），（Ａ6），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ49）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１７、誘電率異方性Δε＝３０、等方相への相転移温度ＴNI＝９０℃）に、前記化学式（Ｃ1−５）で示されるカイラル材を２６．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００５３】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２１を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は３．０を示し、コントラストは７であった。なお、Ｙ値（視感反射率）の測定は、白色光源を有する分光測色計ＣＭ−３７００ｄ（ミノルタ社製）を用いて行った。以下の実験例、比較例でも同様である。
【００５４】
（比較例１）
液晶性ピリミジン化合物を１５ｗｔ％含み、他に液晶性トラン化合物、２環ｐ型液晶、液晶性フェニルシクロヘキシル化合物を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１８、誘電率異方性Δε＝１２、等方相への相転移温度ＴNI＝７０℃）に、前記化学式（Ｃ1−５）で示されるカイラル材を２２．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００５５】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１００Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は１９を示した。７０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は４．５を示し、コントラストは４．２であった。
【００５６】
（比較例２）
液晶性トラン化合物を１５ｗｔ％含み、他に液晶性ピリミジン化合物、３環ｐ型液晶、ｎ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝８、等方相への相転移温度ＴNI＝８０℃）に、前記化学式（Ｃ1−５）で示されるカイラル材を２２ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００５７】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２２を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は４．８を示し、コントラストは４．６であった。
【００５８】
（比較例３）
前記化学式（Ａ10），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ13），（Ａ14），（Ａ15），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ48），（Ａ49）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝１５、等方相への相転移温度ＴNI＝８０℃）に、以下に示す化学式（Ｄ）で示されるカイラル材を３８．１ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００５９】
【化２４】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に８０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２５を示した。４０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は５．７を示し、コントラストは４．４であった。
【００６１】
（比較例４）
液晶性シアノビフェニル化合物を５０ｗｔ％と３環ｐ型液晶とを含む、液晶性エステル化合物非含有のネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１８、誘電率異方性Δε＝１３、等方相への相転移温度ＴNI＝７５℃）に、前記化学式（Ｃ1−５）で示されるカイラル材を３８ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００６２】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１００Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２５を示した。６０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は７．２を示し、コントラストは３．５であった。
【００６３】
（実験例２）
前記化学式（Ａ4），（Ａ5），（Ａ6），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ13），（Ａ14），（Ａ46），（Ａ47），（ＡＡ3），（ＡＡ8），（Ａ'2）で示される液晶性エステル化合物の混合物を６０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝１６、等方相への相転移温度ＴNI＝８３℃）に、前記化学式（Ｃ1−４）で示されるカイラル材を２７．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００６４】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２３を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は３．２を示し、コントラストは７．２であった。
【００６５】
（実験例３）
前記化学式（Ａ10），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ13），（Ａ14），（Ａ15），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ48），（Ａ49）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５５ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝１５、等方相への相転移温度ＴNI＝８５℃）に、前記化学式（Ｃ3−６）で示されるカイラル材を２７ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００６６】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２４を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は３．４示し、コントラストは７．１であった。
【００６７】
（実験例４）
前記化学式（Ａ1），（Ａ2），（Ａ3），（Ａ4），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ49）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１７、誘電率異方性Δε＝１４．５、等方相への相転移温度ＴNI＝９０℃）に、前記化学式（Ｃ2−５）で示されるカイラル材を２６ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物を、透明電極を形成した２枚のガラス基板間に注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。この際、１０μｍのスペーサ粒子を予め基板に塗布しておくことにより、ガラス基板間の間隙を１０μｍに調整した。
【００６８】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２０を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は４．０を示し、コントラストは５．０であった。
【００６９】
（実験例５）
前記化学式（Ａ3），（Ａ4），（Ａ5），（Ａ10），（Ａ11），（Ａ12），（Ａ47），（Ａ48），（Ａ49），（Ａ51）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５３ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１７、誘電率異方性Δε＝２０、等方相への相転移温度ＴNI＝８７℃）に、前記化学式（Ｃ4−７）で示されるカイラル材を２６．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。また、一方の基板に紫外線硬化性樹脂材料を用いてマスク露光法により高さ１０μｍの柱状構造物を形成した。この基板ともう一方の基板との間に、前記液晶組成物を注入して、図３に示す構成の液晶表示素子を作製した。
【００７０】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に９０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると赤色に着色し、Ｙ値は２１を示した。５０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は３．５を示し、コントラストは６．０であった。
【００７１】
（実験例６）
前記化学式（Ａ1），（Ａ2），（Ａ3），（Ａ4），（Ａ6），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ49），（Ａ51）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝２５、等方相への相転移温度ＴNI＝８５℃）に、前記化学式（Ｃ3−７）で示されるカイラル材を２６ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物に光重合開始剤を添加したアダマンチルメタクリレート化合物を重量比８５：１５（液晶：樹脂）の割合で混合し、電極を形成した基板間に挟持して間隙１０μｍに調整し、紫外線を１５ｍｗ／ｃｍ2で５分間照射して樹脂材料を重合させ、網目状の樹脂ネットワークを含む複合膜を形成し、図２に示す樹脂ネットワーク型の液晶表示素子とした。
【００７２】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１１０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は２０を示した。７０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は５．０を示し、コントラストは４．０であった。
【００７３】
（比較例５）
液晶性シアノビフェニル化合物を５０ｗｔ％含む、液晶性エステル化合物非含有のネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．２３、誘電率異方性Δε＝１６．２、等方相への相転移温度ＴNI＝６１．５℃）に、前記化学式（Ｃ2−５）で示されるカイラル材を３６．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物に光重合開始剤を添加したアダマンチルメタクリレート化合物を重量８５：１５（液晶：樹脂）の割合で混合し、電極を形成した基板間に挟持して間隙を１０μｍに調整し、紫外線を１５ｍｗ／ｃｍ2で５分間照射して樹脂材料を重合させ、網目状の樹脂ネットワークを含む複合膜を形成し、図２に示す樹脂ネットワーク型の液晶表示素子とした。
【００７４】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１１０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は１５を示した。７０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は８．０を示し、コントラストは１．８８であった。
【００７５】
（比較例６）
前記化学式（Ａ1），（Ａ2），（Ａ3），（Ａ4），（Ａ6），（Ａ46），（Ａ47），（Ａ49），（Ａ51）で示される液晶性エステル化合物の混合物を５０ｗｔ％含み、他に液晶性フェニルシクロヘキシル化合物、液晶性トラン化合物、４環ｐ型液晶を含むネマティック液晶材料（屈折率異方性Δｎ＝０．１６、誘電率異方性Δε＝２５、等方相への相転移温度ＴNI＝８５℃）に、カイラル材としてペラルゴン酸コレステロール（以下の化学式（Ｅ）参照）を３１．５ｗｔ％添加して、５５０ｎｍ付近の波長の光を選択反射するようにした液晶組成物を調製した。こうして得られた液晶組成物に光重合開始剤を添加したアダマンチルメタクリレート化合物を重量比８５：１５（液晶：樹脂）の割合で混合し、電極を形成した基板間に挟持して間隙を１０μｍに調整し、紫外線を１５ｍｗ／ｃｍ2で５分間照射して樹脂材料を重合させ、網目状の樹脂ネットワークを含む複合膜を形成し、図２に示す樹脂ネットワーク型の液晶表示素子とした。
【００７６】
【化２５】
このような液晶表示素子にあっては、電極間に１１０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると緑色に着色し、Ｙ値は１６を示した。７０Ｖのパルス電圧を５ｍｓｅｃ印加すると透明になり、Ｙ値は８．０を示し、コントラストは２．０であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の第１実施形態を示す断面図、（Ａ）はプレーナ状態を示し、（Ｂ）はフォーカルコニック状態を示す。
【図２】本発明に係る液晶表示素子の第２実施形態を示す断面図、（Ａ）はプレーナ状態を示し、（Ｂ）はフォーカルコニック状態を示す。
【図３】本発明に係る液晶表示素子の第３実施形態を示す断面図。
【図４】本発明に係る液晶表示素子の第４実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
１１，１２…基板
１３，１４…電極
１５…絶縁性薄膜
１６…可視光吸収層
２０，２０’…柱状構造物
２１…液晶組成物
２２…複合膜
２３…樹脂ネットワーク
２５…電源
Claims (7)
- 末端にシアノ基を有する４０ｗｔ％以上の液晶性エステル化合物を含むネマティック液晶成分と、
コレステロール環を含まないエステル化合物からなるカイラル材とを含み、
室温でコレステリック相を示すことを特徴とする液晶組成物。 - 前記ネマティック液晶成分は前記液晶性エステル化合物を５０ｗｔ％以上含有することを特徴とする請求項１記載の液晶組成物。
- 前記液晶性エステル化合物は一般構造式（Ａ），（Ａ’）で表される化合物であること、
- 前記カイラル材はエステル基を有する多環化合物であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の液晶組成物。
- 前記カイラル材は一般構造式（Ｃ1）〜（Ｃ4）で表される化合物であること、
- 前記カイラル材の添加量がネマティック液晶成分に対して５〜４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載の液晶組成物。
- 少なくとも一方が透明な一対の基板間に、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６記載の液晶組成物が挟持されていることを特徴とする液晶表示素子。
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