JP5920771B2

JP5920771B2 - 液晶素子

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Publication number: JP5920771B2
Application number: JP2012017275A
Authority: JP
Inventors: 山本　潤; 潤山本; 大二朗鈴木; 陽一高西; 伊佐西山
Original assignee: DIC Corp; Kyoto University
Current assignee: DIC Corp; Kyoto University
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP2013155309A

Description

本願発明は液晶ＴＶ等の構成部材として有用な液晶素子に関する。

強誘電性液晶は現在のネマチック液晶に代わる、次世代高速液晶ディスプレイに用いられる新物質として、１９７９年R.B.Meyerによる強誘電性の設計・強誘電性液晶発見、１９８０年初頭、Clark-Lagerwallによる表面安定化による双安定性の報告に始まり、１９８０〜１９９０年代、多くの企業がその実現に向けて研究を行ってきた。しかし残念ながら、液晶表示セルとして、電極つきガラス基板間に水平配向を強制した状態での配向不良、動作不良の問題が解決せず、現在ではほとんど撤退を余儀なくされている。
強誘電性液晶（ＳｍＣ^＊）相、反強誘電性液晶（ＳｍＣ_Ａ）相を利用した最近の研究の流れでは、例えば次のようなものがある。

ａ）強誘電性液晶の研究の流れの中で、「高分子安定化強誘電性液晶」という、山口東京理科大：小林駿介先生により発明された技術がある。この技術は、強誘電性液晶中に液晶骨格を持つアクリレートモノマーを混合しておき、水平配向セルを作成した後、ＵＶ光を照射することによって、強誘電性液晶の持つ双安定性を潰して、単安定にすることにより配向の乱れが現れることを妨げようとしたものである。双安定性という特徴を失うが、代わりに一様な配向が実現しやすいという利点を持つ（例えば非特許文献１参照）。
一方、近年、日立により開発されたネマチック液晶の水平方向電場による駆動方式（ＩＰＳ）により、強誘電性液晶もあえて、問題が解決できない水平配向ではなくスメクチックの層がガラス基板に平行になる、垂直配向を用いようとする試みがいくつか試行され始めている。

ｂ）東京工業大学の竹添秀男研究室、ドイツ国ハレ大学のチェルスケ研究室等では、バナナ型（東京工業大学の渡邊順次研究室で発見された。）液晶と呼ばれる液晶分子が作るＳｍＡ（スメクチックＡ）相において、水平配向電場をかけることにより複屈折を誘起しようとする試みがなされている。バナナ型分子のＳｍＡ相では、バナナ型分子のバナナの曲がり方向は様々な方向を向いているが、バナナ型分子はバナナの曲がり方向に自発分極を持っている（例えば非特許文献２参照）。したがって、ある程度強い電場をかけると、電場方向に上記の分極が偏在することで、同時にバナナ型分子の持っている屈折率異方性（分子長軸方向ではなく、バナナの曲りに沿った２軸性の短軸側）を誘起し、複屈折による光透過を電場で制御することができる。
問題点としては、バナナ型分子の短軸方向の向きは、基本的にＳｍＡ相では熱的にランダムな方向を向こうとしている（＝液体、無秩序相である）。これに対してＳｍＣ^＊（カイラルスメクチックＣ）相の場合は、自発的に同じ方向を向こうとしている（＝液晶層、秩序相）協同的に小さな力で変化が誘起される。つまり、駆動力は自発分極を使っているので大きいが、基本的には液体中で分子の配向を外場によって誘起するカー効果の変形であるため大きな電場を必要とする。同時に、バナナ型液晶の短軸方向の異方性（バナナの屈曲による）は、分子形状からそれほど大きくなく、誘起される屈折率異方性も小さいのが現状である。また、大きな複屈折を稼ぐためには、大きな駆動電圧を必要としていて実用上に難点がある。

ｃ）反強誘電性液晶の螺旋維持状態で常誘電性駆動を用いた方法として、京都大学の高西准教授（本発明の共同研究者）と株式会社日立製作所の共同研究により発明された方法で、２０１０年に特許出願されている（非特許文献３参照）。強・反強誘電性液晶を液晶セル中に垂直配向にして封入すると、層間でＣ−ダイレクター（層内での液晶分子が傾いている方向を示すベクトル）が螺旋を描くように回転する（Clark-Lagerwallの方法では、水平配向にすることにより螺旋をほどいていた）。この性質は、コレステリック相と同様に、カイラルな液晶が持つ本質的な性質である。このため、液晶セルを上から見た場合複屈折性を示さない。前述ｂ）のバナナ型液晶の原理では、この状態（電場０）を黒の状態として用いる。ここで前述ａ）の高分子安定化強誘電性液晶の方法と同様に水平電場を印加すると、反強誘電相では、隣り合う層で自発分極が打ち消されているので、Ｃ−ダイレクター方向に向いて傾いている液晶分子の常誘電性の異方性によって、電場方向にＣ−ダイレクターをそろえるようなトルクが働き、この結果セルを上から見たときに、屈折率の異方性を生じて複屈折により透過光が現れる。本方法では、さらに電場強度を強くすると強誘電状態に転移して、Ｃ−ダイレクターが電場と垂直になるようにさらに回転が起こるが、この変形は螺旋をほどくモードとなるため、変形速度が遅くなり液晶表示素子としては、反強誘電性を保った電場強度の領域を用いる。螺旋を維持するねじり力と、電場との力のバランスで連続的なリターデーション変化を調整できる。また、この領域では、１０〜１００μｓｅｃと現在のディスプレイの１０〜１０００倍の駆動速度を実現できる。
問題点としては、螺旋を維持したまま螺旋の歪を利用して複屈折を発生させているため、バナナ型液晶同様に複屈折の絶対値が小さく、液晶層の厚みを十分にとらないと完全な白・黒を実現できないが、液晶層の厚みを厚くすると、既存のＩＰＳ電極では十分な電場がかからない。また、Ｆ（強誘電）状態への転移が起きる電場強度以下で駆動しなければならないので、電場によって駆動力を増強することができない。また、駆動電圧も、バナナ型液晶同様、螺旋を歪ませることができるような十分に高い電圧を必要とする。

ｄ）高分子安定化ブルー相とは、２００２年に九州大学の菊池裕嗣氏により発明された技術（例えば特許文献１や、菊池裕嗣、梶山千里・「光学変調素子用液晶材料」、独立行政法人科学技術振興機構を参照）で、ブルー相内にある液晶秩序の欠陥に、重合性の分子を自発的に凝集させ、ブルー相の状態で光重合させることで、ブルー相の温度幅を数十℃も拡大して安定化することに成功したものである。前述ａ）の高分子安定化液晶相と異なり、重合により高分子化された物質が、液晶相の中で局在的に存在することを特徴とする。しかしながら、高分子安定化ブルー相では、液晶秩序の「欠陥」という、ブルー相など特殊な液晶相にしか存在しない場所をターゲットにして高分子化を行う必要がある。

上記の試みは、層内の分子傾きが有限の値を取る秩序相（ＳｍＣ^＊，ＳｍＣ_Ａなど）において、傾いた分子の偏角（アジマス）方向の運動により光の透過を制御する方法であり、一定の傾きを保ったまま液晶分子１１がみかけのコーン１２の上を移動するモード（図１（ｂ）参照）をゴールドストーンモードと呼び、Ｃ−ダイレクターの運動として記述している。現在の液晶ディスプレイに用いられているネマチック液晶のダイレクターの運動に比べて、このＣ−ダイレクターの運動（ゴールドストーンモード）は２〜３桁応答速度が速いという特徴を持っている。

他方、高温側に隣接するＳｍＡ相における電傾効果を利用した、高速な光バルブの動作原理が以前から提唱されている。電傾効果とは、カイラル対称性が破れた系において、自発分極が電場方向に揃うことにより、層内の分子の傾きが誘起される効果である。消光位を層垂直においておけば、チルトの発生に伴い複屈折による透過光が発生する。この液晶分子１１の層法線１３に対するチルトに関する運動はソフトモード（図１（ａ）参照）と呼ばれ、高速なゴールドストーンモードに比べてもさらに１〜２桁速い応答速度が期待され、その高速応答性は液晶応用技術の中でも特筆すべきものがある。しかしながら、その結合係数はＳｍＡ−ＳｍＣ^＊相転移点からの温度差に強く依存し、転移点に近くなると結合係数が発散する臨界現象を示すが、転移点から離れた温度ではきわめて小さくなってほとんどチルトを発生しない。
電傾効果の応用については、様々な文献と特許があるが、もともと平均的に分子が傾いていない相（ＳＡ相）における誘起秩序（チルト）であるために、その絶対値が小さく実用上問題がある。ＳｍＡ−ＳｍＣ^＊相転移点近傍では臨界現象により、大きな結合係数が期待できるが、電傾係数の温度依存性が大きく、安定な表示を行うことができない。

特許第３７７９９３７号公報

東京理科大学古江研究室、"高分子安定化液晶"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００６年、［平成２４年１月１３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： http://www.rs.noda.tus.ac.jp/~furuelab/introduction/ps.html＞東京工業大学竹添・石川研究室、"バナナ形液晶で理想的なディスプレイを開発"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００６年、［平成２４年１月１３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： http://www.op.titech.ac.jp/lab/Take-Ishi/Japanese/Research/Highlight/jjap.html＞京都大学ソフトマター物理学研究室、"反強誘電性液晶の電場応答"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２０１１年９月１１日、［平成２４年１月１３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： http://softmatter.scphys.kyoto-u.ac.jp/studySCA.html＞

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、十分なチルトを発生させることができる大きな電傾係数が、広い温度範囲で得られる液晶素子を提供することを課題とする。

本発明者は、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移を示すある種の２種類の液晶化合物の混合系において、中間の濃度領域でＩｎｄｕｃｅｄＳｍＡと呼ばれる相が安定化され、広い温度範囲でＳｍＡ−ＳｍＣ相転移の臨界現象が起こることを見出した。この混合系では、片側の化合物のＳｍＣ相が「ｈｉｎｄｅｒｅｄ（隠された）ＳｍＣ」相となって、この異常臨界現象を引き起こす。このような混合物では、電傾係数にも同様の影響が現れ、広い温度範囲で一様で大きな電傾係数が得られることを見出し本発明の完成に至った。この異常臨界現象を利用して混合物の材料設計を行い、ＳｍＡ相における電場誘起チルトを起源とする超高速のソフトモードを利用して液晶表示素子に応用ができる。
すなわち、本発明は、第一の基板と、第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板間に液晶組成物を含有する液晶層を挟持し、該基板の少なくとも一方には、該液晶層を制御する電極を有する液晶素子であって、該液晶組成物はスメクチックＡ相を示し、なおかつ少なくとも２種類以上の液晶化合物を含有し、該液晶化合物は単独でそれぞれスメクチックＡ相−スメクチックＣ相の相転移を有し、前記液晶層が１０℃以上の温度幅でクリティカルソフトニングを生じることを特徴とするソフトモードを利用した液晶素子である。

本発明によれば、十分なチルトを発生させることができる大きな電傾係数を、広い温度範囲で得ることができ、超高速で安定な表示が可能な液晶素子に応用することができる。

（ａ）ソフトモード、及び（ｂ）ゴールドストーンモードの説明図である。液晶組成物の一例（Mixture Ａ）の相図を示すグラフである。他の液晶組成物（Mixture Ｂ）の相図の一例を示すグラフである。他の液晶組成物（Mixture Ｃ）の相図の一例を示すグラフである。ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移点近傍での層圧縮弾性率Ｂのクリティカルソフトニング現象の一例を示すグラフである。 Mixture Ａの層圧縮弾性率の濃度・温度依存性を説明する模式図を示す。 Mixture Ｃの層圧縮弾性率の濃度・温度依存性を説明する模式図を示す。 Mixture Ａの電傾係数の濃度・温度依存性を説明する模式図を示す。 Mixture Ｃの電傾係数の濃度・温度依存性を説明する模式図を示す。

以下、好適な実施の形態に基づいて、本発明を説明する。
図２に、本発明で用いられる液晶組成物の相図の一例を示し、図３及び図４に、他の液晶組成物の相図の一例を示す。これらの相図は、左端に示される第１の液晶化合物と、右端に示される第２の液晶化合物との混合物との分率を横軸φとし、縦軸を温度Ｔとして表したものである。左端は第１の液晶化合物１００％の組成を表し、右端は第２の液晶化合物１００％の組成を表し、横軸の中間部は、第１の液晶化合物と第２の液晶化合物との混合物を表す。

図２に示すMixture Ａと図３に示すMixture Ｂとでは、第１の液晶化合物及び第２の液晶化合物はそれぞれ高温側から等方相（Ｉｓｏ）−スメクチックＡ（ＳｍＡ）相−スメクチックＣ（ＳｍＣ）相を示す。ここで、ＳｍＡ相は、カイラルスメクチックＡ（ＳｍＡ^＊）相を包含するものとし、ＳｍＣ相は、カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ^＊）相や反強誘電性スメクチックＣ（ＳｍＣ_Ａ ^＊）相、フェリ誘電性相を包含するものとする。

図３のMixture Ｂの相図では、同じ液晶相（ＳｍＡとＳｍＡ、ＳｍＣとＳｍＣなど）同士はよく混合し、Ｉｓｏ−ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移を示す２種類の液晶化合物の混合系では、相転移温度の差を連続的に接続するように、相図が形成される。なお、一般に、２種類の液晶材料を混合すると、同一の液晶相の場合にはよく混合することが、混和試験の原理として知られており、未知の液晶相を同定する際に“相溶性試験”と呼ばれる混合試験により液晶相を同定する原理としても用いられる。図３は、混和試験の原理をよく満たした場合に相当する。事実、実用のネマチック液晶では転移温度や粘度などを調整するため、複数種の液晶材料を混合して使用している。また、ＳｍＣ^＊相は強誘電性を示す液晶材料として重要であり、複数のＳｍＣ^＊（広い意味でＳｍＣ）を混合し、材料特性の改善が試みられてきた。

２つの液晶化合物のＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度が極端に異なる場合や、第２の液晶化合物がＳｍＣ相を示さない場合には、図４に示すMixture ＣのようにＳｍＣ相は不安定化され、左端に示される第１の液晶化合物の割合が低下するにつれ、ある濃度を限界に消滅する。図４は、右端に示される第２の液晶化合物のＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度が縦軸の温度範囲より低温側に存在するか、または第２の液晶化合物がＳｍＣ相を示さない場合に相当する。

これに対して、２種類の液晶化合物共に、類似の温度でＳｍＣ相を示すにもかかわらず、図２のMixture Ａの相図のように、対称組成（１対１の濃度比）付近では、ＳｍＣ相が消滅してＳｍＡ相が安定化される化合物の組み合わせが存在することが知られており、このＳｍＡ相を「Induced（誘起された）ＳｍＡ相」と呼ぶ。
ここで第１の液晶化合物がリッチな領域、つまり相図の左端をMixture ＡとMixture Ｃで比べてみると、ほぼ同じ形で、図２及び図４において第２の液晶化合物の混合によりＳｍＣ相が不安定化し、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度が低下する特徴を示す。両者の違いは、第２の液晶化合物に類似温度でＳｍＣ相が有るか無いかの違いである。ここで、本発明者らは、Mixture Ａにおける第２の液晶化合物が示すＳｍＣ相を「Hindered（隠された）ＳｍＣ相」と呼ぶことにした。

さて、図２、図４で示したMixture ＡとMixture Ｃの相図は、第１の液晶化合物がリッチな領域（相図の左端）では熱力学的に類似の形を持ち、偏光顕微鏡観察においてもＳｍＣ相、ＳｍＡ相ともに何ら特徴を見出すことができない。ここで代表発明者は以前より、液晶相の粘弾性的性質を研究しており、ＳｍＡ−ＳｍＣ相の転移点近傍で、層圧縮弾性率と呼ばれるスメクチックの層間の圧縮・膨張に関する弾性率がクリティカルソフトニングを起こすことを見出していた（S. Shibahara, J. Yamamoto, Y. Takanishi, K. Ishikawa, H. Takezoe and H. Tanaka, Critical Behavior of Layer Compression Modulus near the Smectic-A-Smectic-Cα* Transition, Phys. Rev. Lett. 85, 1670-1673(2000).）。この現象は、２次相転移であるＳｍＡ−ＳｍＣ転移点近傍では、低温側のＳｍＣ相の秩序変数でもある層内分子の傾きを復元する力が発散的に減少することを起源とした臨界現象である。つまり、層に対する分子チルトを変化させることで、層の伸縮変形に容易に応答できる（弾性が弱くなる）ことを表している。

図５に、従来報告された、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移点近傍での層圧縮弾性率Ｂのクリティカルソフトニング現象の一例を示す。図５は、層圧縮弾性率Ｂの温度依存性を表すもので、層圧縮弾性率Ｂは、温度が低下するにつれ層圧縮弾性率Ｂが徐々に増大する（逆に言えば、温度が上昇するにつれ層圧縮弾性率Ｂが徐々に減少する）傾向を示すが、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度とＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度より数℃高い温度との間の温度範囲においては、反対に、温度が低下するにつれ層圧縮弾性率Ｂが急激に減少する（逆に言えば、温度が上昇するにつれ層圧縮弾性率Ｂが急激に増大する）傾向を示している。これは、高温側で安定なＳｍＡ相では液晶分子の長軸方向が層に垂直な配向が安定であるのに対し、低温側で安定なＳｍＣ相では液晶分子の長軸方向が層に傾斜する配向が安定化するため、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度より数℃高い温度またはそれ以下の温度では、液晶分子が層に対する分子チルトを変化させることで、層の伸縮変形に容易に応答でき、層圧縮弾性率Ｂが減少することを表している。つまり、混合系が現実にＳｍＣ相を示さなくても、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移の臨界現象がＳｍＡ相内で観測でき、臨界温度を推定することができる。ただし、図５の例では、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度の近傍で層圧縮弾性率Ｂが減少する温度範囲（臨界温度領域）が５〜１０℃程度と狭く、工業的な応用のためには、臨界温度領域を拡大することが必要である。

本発明者らは、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移における臨界現象を、粘弾性測定という方法を用いて研究して来た過程で、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移を示す２種類の液晶物質のある種の混合系で、臨界温度領域が広い温度範囲に拡大する、異常な臨界現象を発見した。すなわち、図２の相図に示すMixture Ａでは、純粋物質や図４の相図に示すMixture Ｃの場合と異なり、異常な臨界現象を示す。
図６に、Mixture Ａの層圧縮弾性率の濃度・温度依存性を説明する模式図を、また、図７に、Mixture Ｃの層圧縮弾性率の濃度・温度依存性を説明する模式図を示す。図６（ａ）及び図７（ａ）は、層圧縮弾性率Ｂ、温度Ｔ、濃度（組成）φの３軸からなる座標系のＴ−φ平面に図２及び図４の相図を置き、その相図の上に、φ_０〜φ_３の３つの組成におけるＢのＴ温度依存性のグラフを重ね合わせたものである。ここで、φ_０は、図２及び図４の左端に示される第１の液晶化合物単独の場合を表し、φ_１〜φ_３は、第１の液晶化合物を主化合物とし、第２の液晶化合物を副化合物とする混合物を表し、φ_０からφ_１、φ_２、φ_３の順で第２の液晶化合物の分率が増加する。

図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、副化合物の濃度を徐々に増やして、層圧縮弾性率Ｂの温度依存性をＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度の近傍で測定すると、両者とも該相転移温度（これらの図では、Ｂが極小を示す温度に相当する。）が低下していくことがわかる。Mixture Ｃの場合は、図７（ｂ）に示すように、濃度に依存した相転移温度の周りで、通常の臨界現象が観測されるのに対して、Mixture Ａでは、図６（ｂ）に示すように、副化合物の濃度を増やすにつれて臨界現象を示す温度領域（臨界領域）が異常に拡大して、広い温度範囲で臨界現象を示す異常性が現れることが分かる。この場合の臨界現象は、ＳｍＣ相が熱力学的相図の中に保持される限界濃度を超え、相図上ではＳｍＡ相だけしか現れないとしても、原理的にはソフトニングが観測されるはずである。

この異常な臨界現象を引き起こす物理的なメカニズムについて、本発明者らは仮説ではあるが、主化合物のみならず、副化合物もが単独では、ＳｍＣ相を示す温度範囲であることから、副化合物が単独であればＳｍＣ相を示すという、「Hindered（隠された）ＳｍＣ相」の存在が、濃度揺らぎや過渡的なＳｍＣ構造形成などのダイナミクスを通して、ＳｍＡ−ＳｍＣ臨界現象に影響を与えているものと予想している。
また、混合物においてＳｍＡ相を示す組成及び温度ではあっても、その温度において、主化合物及び副化合物が、単独では、ＳｍＣ相を示す範囲内又はＳｍＡ−ＳｍＣ相転移温度よりやや高い臨界領域の範囲内にある。このことから、液晶組成物が全体ではＳｍＡ相を示していても、各液晶分子がＳｍＣ相のように容易に傾き、分子チルトが変化しやすい状態にあることで、図１（ａ）に示すように液晶分子１１が層法線１３に対するチルト角を増減する、ソフトモードの運動が起こりやすいためとも考えられる。

そこで、図２のMixture Ａは、特定の温度範囲において、液晶組成物はＳｍＡ相を示すが、該液晶組成物に含まれる２種類以上の液晶化合物が単独ではそれぞれＳｍＣ相を示すことから、ソフトモードの運動を利用した液晶素子に応用すると、超高速な応答を広い温度範囲で得ることができる。液晶組成物にソフトモードの運動を誘起する方法として、電傾効果を利用する方法が挙げられる。電傾効果（electroclinic effect）とは、カイラル対称性が破れた系において、自発分極が電場方向に揃うことにより、層内の分子の傾きが誘起される効果である。層に関する傾きとはＳｍＣ相における秩序変数そのものなので、ＳｍＡ相において分子の傾きを抑制する力は、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移を記述する自由エネルギーの秩序変数に対する変分そのものに対応する。つまり電傾係数は、層圧縮弾性率Ｂの臨界現象と同様に、２次相転移であるＳｍＡ−ＳｍＣ相転移点の近傍では、チルトの発生を抑制する力の発散的な減少によって、電傾係数χが発散的に大きくなる。先に説明したように、電傾効果を工業的に応用して、本質的に超高速なソフトモードの運動を表示素子に使おうとした場合、従来は、この強い温度依存性が短所となり、また転移点から遠く離れた温度では高電圧を加えない限り十分なチルトは発生しない。

しかしながら、Mixture ＡのInduced ＳｍＡ相に見られる異常な臨界現象は、同じ現象を電傾効果で観測すれば、広い温度範囲で一様で大きな電傾係数を持つことに完全に対応する。図８に、Mixture Ａの電傾係数の濃度・温度依存性を説明する模式図を、また、図９に、Mixture Ｃの電傾係数の濃度・温度依存性を説明する模式図を示す。Mixture Ｃについては図９に示したように、副化合物の増加と共に単に転移温度が低下するだけで、相似の電傾効果が観測されるが、Mixture Ａでは、図８に示すように、幅広い温度範囲で一様で大きな電傾係数が観測される。なお、図８及び図９の縦軸である、χの上に〜を添えた記号：

は、層圧縮弾性率Ｂのソフトニングを含んだ実効的な電傾係数を表す。
Hindered（隠された）ＳｍＣ相を持つ、Induced（誘起された）ＳｍＡ相を形成するスメクチック液晶混合物では、ＳｍＡ−ＳｍＣ相の臨界領域の拡大により、異常電傾効果を起こす機構を持つことから、そのような液晶混合物を用いることで、ソフトモードを用いた超高速な液晶表示素子を作成する基本技術が得られる。工業的な応用には、よりフラットな温度特性をもち、微小な電場で大きなチルト角を発生する液晶混合物の探索が必要である。様々な材料デザインが可能だと思われるので、有効な物性を示す混合系を得られる可能性は極めて高いと思われる。

この異常な臨界現象を、先に述べた電傾効果と関連させて考えると、ＳｍＡ相を示す液晶において、ＳｍＡ−ＳｍＣ相転移点から遠く離れた温度でも、ＳｍＣ相への相転移の影響を受け、大きな電傾係数が広い温度範囲で実現されることになり、その物性を表示素子に応用することができる。異常な臨界現象を示す混合系とは、少なくとも２つ又はそれ以上の液晶化合物が共にＳｍＣ相を示すにも関わらず、混合系の液晶組成物全体では、ＳｍＡ相が強く安定化されてＳｍＣ相への転移が起こらない「Induced ＳｍＡ相」と呼ばれる相を示す混合系である。この混合系自体は、強誘電性液晶が精力的に研究されていた十数年前から、その存在が認識されていた。しかしながらこれまでInduced ＳｍＡ相は、ＳｍＣ相の実現温度を広げようとして混合を行った結果、ＳｍＣ相が不安定化してしまう困った性質として扱われていた。後に述べるように、相図の形だけからは、本質的に臨界現象に異常性がみられるかどうかを調べることはできないのである。今回、粘弾性測定という研究により、混合系のＳｍＡ−ＳｍＣ相転移の特徴は、相転移点からの距離とは単なる温度差だけでなく、濃度などの別の物理量やミクロな構造の特徴に依存して変化することが明確に示された。そこで本発明者らは、Induced ＳｍＡ相では、不安定化した混合物の「Hindered（隠された）ＳｍＣ」相の存在により、異常な臨界現象が起こり、臨界温度領域が拡大すると結論した。そこで、この異常な臨界現象を応用することにより、幅広い温度範囲で一様で大きな電傾係数をもたらす液晶混合系の材料を設計することができ、図１（ａ）に示すようなソフトモードでの高速応答が可能な液晶素子、例えば表示素子や光学素子等へ応用することができる。

液晶材料を２枚の基板間に充填する方法としては、従来の真空注入法、液晶滴下注入法（One Drop Fill）、フレキソ印刷法等が挙げられる。液晶材料を等方相やネマチック相等（より高温で安定な相）に加熱してから注入した後、必要なときに徐冷してネマチック相やスメクチック相等（より低温で安定な相）に相転移させることが好ましい。
第一の基板と第二の基板間に挟持される液晶層を駆動するため、第一の基板と第二の基板のうち少なくとも一方には、該液晶層を制御する電極を有する。
液晶組成物の示すスメクチックＡ相の層法線が基板に対して略水平である場合には、該電極が発生する電場が基板に対して略垂直であることが好ましい。基板に対して略垂直に電場を印加するには、第一の基板と第二の基板のそれぞれに電極を設けることが好ましい。
液晶組成物の示すスメクチックＡ相の層法線が基板に対して略垂直である場合には、液晶層を制御する電極が発生する電場が基板に対して略水平であることが好ましい。基板に対して略水平に電場を印加するには、極性の異なる２つの電極を同一の基板に設けることが好ましい。該電極は櫛歯電極であってもよい。

液晶材料としては、ＳｍＣ相及びＳｍＡ相を有する液晶として、従来公知のビフェニル、ターフェニル、フェニルシクロヘキサン、フェニルビシクロヘキサン、ビフェニリルシクロヘキサン、安息香酸フェニルエステル、安息香酸ビフェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、ビフェニルカルボン酸フェニルエステル、シクロヘキシル安息香酸フェニルエステル、シクロヘキシル安息香酸シクロヘキシルエステル、フェニルピリミジン、ビフェニリルピリミジン、２，５−ジフェニルピリミジン、フェニルジオキサン、ビフェニリルジオキサン、ジフェニルアセチレン（別名トラン）、１−フェニル−２−シクロヘキシルエタン、１−フェニル−２−ビフェニリルエタン、１−シクロヘキシル−２−ビフェニリルエタン、シアノフェニルエステル、シアノビフェニルエステル、アルキルシアノビフェニル、アルキルシアノターフェニル、アゾキシベンゼンなどを骨格として、いわゆるコア部を形成し、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子（フッ素、塩素、臭素など）、シアノ基、エーテル基、エステル基、アリール基等の置換基を有していてもよい液晶化合物などが挙げられる。液晶材料は、誘電率異方性が正のもの、負のもの、いずれも使用可能であり、誘電率異方性が正の液晶化合物と負の液晶化合物を併用することもできる。

液晶材料は、アキラルの液晶化合物でも、キラルの液晶化合物でもよい。キラルな液晶相（キラルネマチック相、キラルスメクチックＡ相、キラルスメクチックＣ相など）を得るため、キラルの液晶化合物を用いることもでき、また、アキラルの液晶化合物に非液晶性のキラル化合物を添加することもできる。傾斜スメクチック相、特にスメクチックＣ相を有する液晶が強誘電性、反強誘電性、又はフェリ誘電性液晶を示すためには、ラセミでない、キラルな系が好ましく、キラルの液晶化合物（液晶性のキラル化合物）又は非液晶性のキラル化合物を含有することが好ましい。これらのキラル化合物に不斉を導入するには、例えばメソゲンの末端の一方又は両方に連結する側鎖のアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルコキシカルボニル基等を、分枝又は置換基を有する構造としたり、環式構造中に不斉原子や軸不斉、面不斉を含むものが挙げられる。
不斉原子として不斉炭素を有するキラル化合物も好適に用いられ、このキラル化合物（液晶性であっても非液晶性であってもよい）を含有する液晶組成物は好ましく用いられる。不斉炭素の位置はコア部に近いほうが好ましく、コア部からの直線的な原子数で数えて１〜４の間に不斉炭素があるのが特によい。あるいは、コア部の両側に不斉炭素が存在するのも好ましい。この場合も、コアに近い部分に位置することが特に好ましい。不斉炭素の構造としては、不斉炭素上の置換基がフッ素、メチル基、トリフルオロメチル基を含むものが特に好ましく用いられる。

液晶組成物が少なくとも一種類以上のフェニルピリミジン骨格をコア部に有する液晶と、少なくとも一種類以上のエステル結合をコア部に有する液晶を含有することが好ましい。エステル結合をコア部に有する液晶としては、例えば、安息香酸フェニルエステル、安息香酸ビフェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、ビフェニルカルボン酸フェニルエステル、シクロヘキシル安息香酸フェニルエステル、シクロヘキシル安息香酸シクロヘキシルエステルなどがあげられる。これらの骨格はハロゲン原子（フッ素、塩素、臭素など）で置換することもできる。

液晶組成物が少なくとも一種類以上のモノレイヤーを形成する液晶と、少なくとも一種類以上のバイレイヤーを形成する液晶を含有することも好ましい。
モノレイヤーを形成する液晶化合物としては、液晶化合物の分子両端の側鎖がそれぞれ炭素原子数１〜１８のアルキル基（該アルキル基に含まれる１つ以上の−ＣＨ_２−基が、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−で置換されていもよい。）、アルコキシル基、アルケニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニル基、Ｆ原子、Ｃｌ原子、Ｂｒ原子、ＣＮ基、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基等のいずれかであるものが挙げられる。
バイレイヤーを形成する液晶化合物としては、液晶化合物の分子両端の側鎖の一方がアルキル基、アルコキシル基、アルケニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニル基、Ｆ原子、Ｃｌ原子、Ｂｒ原子、ＣＮ基、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基等のいずれかであり、分子両端の側鎖の他方が、炭素原子数１０〜３０のアルキル基（該アルキル基に含まれる１つまたは２つ以上の−ＣＨ_２−基がそれぞれ、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−のいずれかで置換されていてもよい。ただし、酸素原子が相互に直接結合する場合を除く。）であって、その水素原子の８以上、より好ましくは１０以上がフッ素原子で置換されている基であることが好ましく、その場合、１又は２以上のフッ素原子で置換されている炭素原子が、該フッ素原子で置換されているアルキル基の中で、好ましくは４つ以上、より好ましくは５つ以上連続している［−（ＣＨ_２−ｐＦ_ｐ）_ｎ−で表される基であって、ｐは１又は２であり、ｎ≧４のものを含む］ことが好ましい。該フッ素原子で置換されているアルキル基は、その部分構造として、炭素原子数が４以上のペルフルオロアルキル基又はペルフルオロアルキレン基［−（ＣＦ_２）_ｎＦ又は−（ＣＦ_２）_ｎ−であってｎ≧４のもの］を含むことが好ましい。
液晶組成物がモノレイヤーを形成する液晶と、バイレイヤーを形成する液晶を含有する場合、モノレイヤーを形成する液晶を主化合物とすることも、また、バイレイヤーを形成する液晶を主化合物とすることもできる。

＜液晶性化合物＞
スメクチックＣ相を示す液晶性化合物としては、下記の一般式

（式中、Ｒは各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、水素原子又はフッ素原子を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、
Ｚは各々独立に−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−、−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＳＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｓ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｓ−、−ＳＣＦ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＦ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−又は単結合を表し、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−又は−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−におけるＲ^ａは水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分枝状のアルキル基を表し、
Ａは各々独立にフェニレン基、シクロヘキシレン基、ジオキソランジイル基、シクロヘキセニレン基、ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジンジイル基、ナフタレンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基から選択される環式基を表し、前記フェニレン基、ナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基は環内の１つ又は２つ以上の−ＣＨ＝基が窒素原子で置き換えられてもよく、前記シクロヘキシレン基、ジオキソランジイル基、シクロヘキセニレン基、ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基は環内の１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基が、−Ｏ−及び／又は−Ｓ−で置き換えられてもよく、前記環式基の１つ又はそれ以上の水素原子が、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ＣＮ基、ＮＯ_２基、あるいは、１つ又は２つ以上の水素原子がフッ素原子又は塩素原子で置き換えられてもよい、炭素原子数１〜７の有するアルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基又はアルコキシカルボニル基で置き換えられていてもよく、
ｎは１、２、３、４又は５である。）で表される液晶性化合物（ＬＣ−０）が好ましい。

また、下記の一般式

（式中、Ｒは各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、水素原子又はフッ素原子を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、
Ｚは各々独立に−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−、−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＳＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｓ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｓ−、−ＳＣＦ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＦ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−又は単結合を表し、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−又は−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−におけるＲ^ａは水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分枝状のアルキル基を表し、
Ｙは各々独立に、単結合又は炭素原子数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を表し、該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上のメチレン基は酸素原子が相互に直接結合しないものとして各々独立に−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良く、該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上の水素原子は各々独立にハロゲン原子又は炭素原子数１〜９のアルキル基で置換されていてもよく、
Ｘは各々独立にハロゲン原子、シアノ基、メチル基、メトキシ基、−ＣＦ_３、又は−ＯＣＦ_３を表し、
ｎは各々独立に０〜４の整数を表し、
ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３及びｎ_４は、各々独立に０又は１を表すが、ｎ_１＋ｎ_２＋ｎ_３＋ｎ_４＝１〜４であり、
Ｃｙｃｌｏは各々独立に炭素原子数３〜１０のシクロアルカンを表し、任意に二重結合を有していてもよい。）で表される液晶性化合物（ＬＣ−Ｉ）〜（ＬＣ−ＩＩＩ）が好ましい。

ここで、Ｃｙｃｌｏはシクロヘキサン（シクロへキシレン基）であることが好ましく、例えば下記一般式

（式中、Ｒは各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、水素原子又はフッ素原子を表し、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、
Ｚは各々独立に−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−、−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＳＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｓ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｓ−、−ＳＣＦ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＦ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−又は単結合を表し、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−又は−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−におけるＲ^ａは水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分枝状のアルキル基を表し、
Ｙは各々独立に、単結合又は炭素原子数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を表し、該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上のメチレン基は酸素原子が相互に直接結合しないものとして各々独立に−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良く、該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上の水素原子は各々独立にハロゲン原子又は炭素原子数１〜９のアルキル基で置換されていてもよく、
Ｘは各々独立にフッ素原子、塩素原子、臭素原子、シアノ基、メチル基、メトキシ基、ＣＦ_３基、又はＯＣＦ_３基を表し、
ｎは各々独立に０〜４の整数を表し、
ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３及びｎ_４は、各々独立に０又は１を表すが、ｎ_１＋ｎ_２＋ｎ_３＋ｎ_４＝１〜４である。）で表される液晶性化合物（ＬＣ−Ｉ′）〜（ＬＣ−ＩＩＩ′）が好ましい。

液晶性を発現するためには、環に対して１，４−置換であることが好ましい。すなわち該液晶性化合物に含まれる環式２価基が１，４−シクロへキシレン基、１，４−フェニレン基、２，５−ピリミジンジイル基などであることが好ましい。
例えば下記一般式

（式中、Ｒ^１１及びＲ^１２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表すが、Ｒ^１１とＲ^１２が同時にフッ素原子となることはなく、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子、又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、
Ｘ^１１〜Ｘ^２２は各々独立に水素原子、フッ素原子、ＣＦ_３基、又はＯＣＦ_３基を表し、
Ｌ^１１〜Ｌ^１４は各々独立に単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、
Ｙは各々独立に、単結合又は炭素原子数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を表し、該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上のメチレン基は酸素原子が相互に直接結合しないものとして各々独立に−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良く、該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上の水素原子は各々独立にハロゲン原子又は炭素原子数１〜９のアルキル基で置換されていてもよく、
ａ^１、ｂ^１、ｃ^１、ｄ^１は各々独立に０又は１の整数を表すが、ａ^１＋ｂ^１＋ｃ^１＋ｄ^１は１、２又は３であり、ａ^１が０の場合はｄ^１は０であり、ａ^１が１の場合はｃ^１は０であり、ｃ^１が１の場合はａ^１は０であり、ｂ^１＝ｃ^１＝１の場合はａ^１＝ｄ^１＝０であり、
Ｃｙｃｌｏは各々独立に炭素原子数３〜１０のシクロアルカンを表し、任意に二重結合を有していてもよい。）で表される液晶性化合物（ＬＣ−Ｉａ）〜（ＬＣ−ＩＩＩａ）が好ましい。
また、下記一般式

（式中、Ｒ^１１及びＲ^１２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表すが、Ｒ^１１とＲ^１２が同時にフッ素原子となることはなく、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子、又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、
環Ａ^１は各々１〜４つの水素原子がフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、又はＣＮ基、あるいはこれらの複数の基で置き換えられてもよい１，４−フェニレン基、又は、１，４−シクロヘキシレン基を表し、
環Ｂ^１は１〜４つの水素原子がフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、又はＣＮ基、あるいはこれらの複数の基で置き換えられてもよい１，４−フェニレン基を表し、
環Ｃ^１は１〜４つの水素原子がフッ素原子、ＣＦ_３基、ＯＣＦ_３基、又はＣＮ基、あるいはこれらの複数の基で置き換えられてもよい１，４−シクロヘキシレン基を表し、
Ｌは各々独立に単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、
Ｙは各々独立に、単結合又は炭素原子数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を表し、該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上のメチレン基は酸素原子が相互に直接結合しないものとして各々独立に−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良く、該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上の水素原子は各々独立にハロゲン原子又は炭素原子数１〜９のアルキル基で置換されていてもよく、
ａ^１は０、１、又は２を表し、ｂ^１、及びｃ^１は０、１、又は２の整数を表し、ａ^１、ｂ^１及びｃ^１の合計は１、２または３を表す。）で表される液晶性化合物（ＬＣ−ＩＶ）、

（式中、Ｒ^２１及びＲ^２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表すが、Ｒ^２１とＲ^２２が同時にフッ素原子となることはなく、該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子、又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、
Ｘ^２１〜Ｘ^２７は各々独立に水素原子、フッ素原子、ＣＦ_３基、又はＯＣＦ_３基を表し、
Ｌ^２１〜Ｌ^２４は各々独立に単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、
ａ^２、ｂ^２、ｃ^２及びｄ^２は各々独立に０又は１の整数を表すが、ａ^２＋ｂ^２＋ｃ^２＋ｄ^２は１、２又は３であり、ａ^２が０の場合はｄ^２は０であり、ａ^２が１の場合はｃ^２は０であり、ｂ^２＝ｃ^２＝１の場合はａ^２＝ｄ^２＝０である。）で表される液晶性化合物（ＬＣ−Ｖ）が好ましい。

フェニルピリミジン系化合物のうち、強誘電性の発現に必要な傾いたスメクチック相を得るため、あるいは、分子の傾き角を大きくするため、もしくは融点を低下させるためには分子の環の部分に置換基として、少なくとも１つ以上のフッ素原子、ＣＦ_３基、あるいはＯＣＦ_３基が導入されることが好ましい。置換基としては形状の小さなフッ素を導入することが、液晶相を安定に保ち、また、高速応答性も保持する面で好ましい。置換基の数は１〜３が好ましい。
粘度が低く高速応答するため、環をつなぐ連結基（−Ｚ−Ｙ−Ｚ−、又は−Ｙ−Ｌ−Ｙ−）としては、単結合、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は、−Ｃ≡Ｃ−からなるより選択されることが好ましく、特に、単結合であることが好ましい。分子の局部的な分極を抑制しスイッチング挙動への悪影響を少なくする面でも単結合が好ましい。一方、層構造の安定性を保つための材料としては粘度が高い方が好ましく、その場合には、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−からなるより選択されることが好ましく用いられ、特に、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−が好ましく用いられる。
一方、融点を低下させる効果を大きくするという点では、側鎖（Ｒ、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^２１、Ｒ^２２）の一方または両方に水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、イソプロピル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルオキシカルボニルオキシ基を用いることが好ましい。

Δｎを大きくするのに適していて、安定な強誘電性液晶相を示し、かつ、粘度が低く高速応答に適した化合物としては、下記一般式

（式中、Ｒ^２１及びＲ^２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、水素原子、又はフッ素原子を表し、
該アルキル基中の、１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の１つ以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、
Ｘ^２１〜Ｘ^２４は各々独立に水素原子、ハロゲン、シアノ基、メチル基、メトキシ基、ＣＦ_３基、又はＯＣＦ_３基を表し、
環Ａ^１はフェニレン基またはシクロヘキシレン基を示し、
Ｌは各々独立に単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｓ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、
ａ^１は０、１、又は２を表し、ｂ^１、及びｃ^１は０、１、又は２の整数を表し、ａ^１＋ｂ^１＋ｃ^１の合計は１又は２を表し、ａ^１＝１のときｃ^１＝０であり、ｃ^１＝１のときａ^１＝０である）で表される液晶性化合物（ＬＣ−ＶＩ）が好ましい。

上記一般式（ＬＣ−Ｉ）〜（ＬＣ−ＶＩ）におけるＹは、好ましくは、各々独立に、単結合又は炭素原子数１〜７のアルキレン基（該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上のメチレン基は酸素原子が相互に直接結合しないものとして各々独立に−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）であり、
より好ましくは、各々独立に、単結合又は炭素原子数１〜５のアルキレン基（該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上のメチレン基は酸素原子が相互に直接結合しないものとして各々独立に−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）であり、
より好ましくは、各々独立に、単結合又は炭素原子数１〜３のアルキレン基（該アルキレン基中に存在する１つ又は２つ以上のメチレン基は酸素原子が相互に直接結合しないものとして各々独立に−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−で置換されていても良い。）である。

ＴＦＴ駆動に適していて、安定な強誘電性液晶相を示し、かつ、粘度が低く高速応答に適した化合物としては、下記一般式

（式中、ｅ^１は０又は１を示し、
Ｘ^２１〜Ｘ^２６は各々独立に水素原子、又はフッ素原子基を表すが、ｅ^１が０のときＸ^２１〜Ｘ^２４の少なくとも１つはフッ素原子で、ｅ^１が１のときＸ^２１〜Ｘ^２６の少なくとも１つはフッ素原子であり、
Ｒ^２１及びＲ^２２は各々独立に炭素原子数１〜１８の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、１つの−ＣＨ_２−基が−Ｏ−で置き換えられてもよく、
Ｌ^２５は単結合、−ＣＨ_２Ｏ−、又は−ＯＣＨ_２−を表し、
環Ａ^１はフェニレン基またはシクロヘキシレン基を表す。）で表される液晶性化合物（ＬＣ−ＶＩＩ）が特に好ましい。

液晶組成物に用いられる液晶性化合物は、上記の（ＬＣ−０）、（ＬＣ−Ｉ）〜（ＬＣ−ＩＩＩ）、（ＬＣ−ＩＶ）、（ＬＣ−Ｖ）、（ＬＣ−ＶＩ）、（ＬＣ−ＶＩＩ）等のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせで用いてもよい。

＜キラル化合物＞
本発明に用いられる液晶組成物に含まれるキラル化合物としては、不斉原子をもつ化合物、軸不斉をもつ化合物、面不斉をもつ化合物、アトロプ異性体のいずれでもよく、該キラル化合物は重合性基を有するものでも、重合性基を有しないものでもよい。
不斉原子をもつ化合物において、不斉原子は不斉炭素原子であると立体反転が起こりにくく好ましいが、ヘテロ原子が不斉原子となっていてもよい。不斉原子は鎖状構造の一部に導入されていても、環状構造の一部に導入されていてもよい。

該液晶組成物が、不斉原子をもつ化合物として、一般式（ＩＶ）

（式（ＩＶ）中、Ｒ^１及びＲ^２は各々独立に炭素原子数１〜３０の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、水素原子又はフッ素原子を表し、該アルキル基の１つ又は２つ以上の隣接していない−ＣＨ_２−基が−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−Ｎ（ＣＨ_３）−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、さらにアルキル基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、臭素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、重合性基をもっていてもよく、前記アルキル基が縮合又はスピロ環式系を含むものでもよく、前記アルキル基が１つ又は２つ以上のヘテロ原子を含むことができる１つ又は２つ以上の芳香族又は脂肪族の環を含むものでもよく、またこれらの環はアルキル基、アルコキシ基、ハロゲンで任意に置換されていてもよく、
Ｒ^１及びＲ^２のうちいずれか一方又は両方が不斉原子をもつ基であり、
Ｚは各々独立に−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−、−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＳＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｓ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｓ−、−ＳＣＦ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＦ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−又は単結合を表し、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−又は−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−におけるＲ^ａは水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分枝状のアルキル基を表し、
Ａ^１及びＡ^２は各々独立にフェニレン基、シクロヘキシレン基、ジオキソランジイル基、シクロヘキセニレン基、ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジンジイル基、ナフタレンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基から選択される環式基を表し、前記フェニレン基、ナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基は環内の１つ又は２つ以上の−ＣＨ＝基が窒素原子で置き換えられてもよく、前記シクロヘキシレン基、ジオキソランジイル基、シクロヘキセニレン基、ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基は環内の１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基が、−Ｏ−及び／又は−Ｓ−で置き換えられてもよく、前記環式基の１つ又はそれ以上の水素原子が、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ＣＮ基、ＮＯ_２基、あるいは、１つ又は２つ以上の水素原子がフッ素原子又は塩素原子で置き換えられてもよい、炭素原子数１〜７の有するアルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基又はアルコキシカルボニル基で置き換えられていてもよく、
ｍは１、２、３、４又は５である。）で表される光学活性化合物が好ましい。

上記一般式（ＩＶ）においてＲ^１及びＲ^２の両方がキラルな基である、ジキラル化合物がより好ましい。ジキラル化合物の具体例として、下記一般式（ＩＶ−ａ１）から（ＩＶ−ａ１１）で表される化合物が挙げられる。

一般式（ＩＶ−ａ１）から（ＩＶ−ａ１１）において、Ｒ^３は、各々独立に炭素原子数１〜１０の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基を表し、該アルキル基の１つ又は２つ以上の隣接していない−ＣＨ_２−基が−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−Ｎ（ＣＨ_３）−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、さらにアルキル基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、臭素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、重合性基をもっていてもよい。重合性基としては、ビニル基、アリル基、（メタ）アクリロイル基などが挙げられる。
また、Ｘ^３及びＸ^４は、ハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、シアノ基、フェニル基（該フェニル基の１つ又は２つ以上の任意の水素原子はハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、メチル基、メトキシ基、−ＣＦ_３、−ＯＣＦ_３で置換されていてもよい。）、メチル基、メトキシ基、−ＣＦ_３、又は−ＯＣＦ_３であることが好ましい。ただし、一般式（ＩＶ−ａ３）及び（ＩＶ−ａ８）において、＊を付した位置が不斉原子となるためには、Ｘ^４はＸ^３と異なる基が選択される。
また、ｎ_３は０〜２０の整数である。
一般式（ＩＶ−ａ４）及び（ＩＶ−ａ９）におけるＲ^５は、水素原子又はメチル基が好ましい。
一般式（ＩＶ−ａ５）及び（ＩＶ−ａ１０）におけるＱは、メチレン基、イソプロピリデン基、シクロヘキシリデン基などの二価の炭化水素基が挙げられる。
一般式（ＩＶ−ａ１１）におけるｋは、０〜５の整数である。

より好ましい例示として、Ｒ^３＝Ｃ_４Ｈ_９，Ｃ_６Ｈ_１３，Ｃ_８Ｈ_１７などの炭素原子数４〜８の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基が挙げられる。また、Ｘ^３としてはＣＨ_３が好ましい。

一般式（ＩＶ）及び（ＩＶ−ａ１）〜（ＩＶ−ａ１１）における部分構造式、−Ａ^１−（Ｚ−Ａ^２）_ｍ−は、より好ましくは、下記一般式（ＩＶ−ｂ）

（式中、環Ａ、Ｂ、Ｃは、各々独立にフェニレン基、シクロヘキシレン基又はナフタレンジイル基であり、これらの基においてベンゼン環の任意の１つ又は２つ以上の任意の水素原子はハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、メチル基、メトキシ基、−ＣＦ_３、−ＯＣＦ_３で置換されていてもよく、ベンゼン環の任意の１つ又は２つ以上の炭素原子は、窒素原子に置換されていてもよい。Ｚの定義は式（ＩＶ）におけるのと同じである。）であり、さらに好ましくは、下記一般式（ＩＶ−ｂ１）〜（ＩＶ−ｂ６）

（ただし、これらの式（ＩＶ−ｂ１）〜（ＩＶ−ｂ６）においてベンゼン環の任意の１つ又は２つ以上の任意の水素原子はハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、メチル基、メトキシ基、−ＣＦ_３、−ＯＣＦ_３で置換されていてもよく、ベンゼン環の任意の１つ又は２つ以上の炭素原子は、窒素原子に置換されていてもよい。Ｚの定義は式（ＩＶ）におけるのと同じである。）が挙げられる。信頼性の面では、ピリジン環、ピリミジン環等の複素環よりもベンゼン環やシクロヘキサン環の方が好ましい。誘電率異方性を大きくするという面では、ピリジン環、ピリミジン環等の複素環を有する化合物を使うことが良いが、その場合には化合物の持つ分極性が比較的大きく、ベンゼン環やシクロヘキサン環等の炭化水素環である場合には、化合物の持つ分極性が低い。このため、キラル化合物の分極性に応じて、適切な含有量を選択することが好ましい。

また、液晶組成物に用いられるキラル化合物としては、軸不斉を有する化合物又はアトロプ異性体を用いることもできる。
軸不斉とは、下記に示すアレン誘導体や、

下記に示すビフェニル誘導体など、

結合軸の回転が妨げられている化合物中、軸の一端側で置換基Ｘ^ａ及びＹ^ａが互いに異なり、軸のもう一端側でも置換基Ｘ^ｂ及びＹ^ｂが互いに異なることで発現する。なお、ビフェニル誘導体など、結合軸の回転が立体障害などの影響によって妨げられる場合をアトロプ異性という。

キラル化合物に用いられる軸不斉をもつ化合物としては、例えば、

が挙げられる。式（ＩＶ−ｃ１）及び（ＩＶ−ｃ２）中、Ｘ^６１とＹ^６１、Ｘ^６２とＹ^６２は、それぞれ、いずれか少なくとも一方が存在し、Ｘ^６１、Ｘ^６２、Ｙ^６１、Ｙ^６２は、各々独立にＣＨ_２、Ｃ＝Ｏ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉのいずれかを表す。また、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉである場合は、所要の原子価を満足するように、アルキル基、アルコキシ基、アシル基等の置換基と結合されていてもよい。
Ｅ^６１及びＥ^６２は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、アリール基、アリル基、ベンジル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキルエーテル基、アルキルエステル基、アルキルケトン基、複素環基又はこれらの誘導体のいずれかを表す。

また、式（ＩＶ−ｃ１）において、Ｒ^６１及びＲ^６２は、各々独立に、アルキル基、アルコキシル基もしくはハロゲン原子で置換されていてもよいフェニル基、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基を表し、
Ｒ^６３、Ｒ^６４、Ｒ^６５、Ｒ^６６、Ｒ^６７及びＲ^６８は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、アシルオキシ基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、又はジアルキルアミノ基を示し、
Ｒ^６３、Ｒ^６４及びＲ^６５のうちの２つが、置換基を有していてもよいメチレン鎖又は置換基を有していてもよい、モノ又はポリメチレンジオキシ基を形成していてもよく、
Ｒ^６６、Ｒ^６７及びＲ^６８のうちの２つが、置換基を有していてもよいメチレン鎖又は置換基を有していてもよい、モノ又はポリメチレンジオキシ基を形成していてもよい。
ただし、Ｒ^６５とＲ^６６が共に水素原子の場合は除く。

また、液晶組成物に用いられるキラル化合物としては、面不斉を有する化合物を用いることもできる。
面不斉を有する化合物としては、例えば下記に示すヘリセン（Helicene）誘導体

（式（ＩＶ−ｃ３）中、Ｘ^６１とＹ^６１、Ｘ^６２とＹ^６２は、それぞれ、いずれか少なくとも一方が存在し、Ｘ^６１、Ｘ^６２、Ｙ^６１、Ｙ^６２は、各々独立にＣＨ_２、Ｃ＝Ｏ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉのいずれかを表す。また、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉである場合は、所要の原子価を満足するように、アルキル基、アルコキシ基、アシル基等の置換基と結合されていてもよい。
Ｅ^６１及びＥ^６２は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、アリール基、アリル基、ベンジル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキルエーテル基、アルキルエステル基、アルキルケトン基、複素環基又はこれらの誘導体のいずれかを表す。）

が挙げられる。このようなヘリセン誘導体においては、前後に重なり合う環の前後関係が自由に変換することができないため、環が右向きの螺旋構造をとる場合と左向きの螺旋構造をとる場合とが区別され、キラリティーを発現する。

液晶組成物に含まれるキラル化合物としては、螺旋構造のピッチが小さくなるように、ねじり力（Helical Twisting Power）が大きい化合物が好ましい。特に４００ｎｍ以下となる螺旋ピッチの短いＤＨＦＬＣを調整する際は、ねじり力が大きい化合物を使用することが好ましい。ねじり力が大きい化合物は所望のピッチを得るために必要な添加量が少なくできるので、原料コストの高いキラル化合物を最小限に抑えることができ、コスト削減の観点から好ましい。この観点から、好ましいキラル化合物として、不斉原子を有する化合物である、一般式（ＩＶ−ｄ１）〜（ＩＶ−ｄ３）で表される化合物

や、軸不斉を有する化合物である、一般式（ＩＶ−ｄ４）〜（ＩＶ−ｄ５）で表される化合物

が挙げられる。式（ＩＶ−ｄ１）〜（ＩＶ−ｄ５）中、Ｒ^７１及びＲ^７２は各々独立に、水素、ハロゲン、シアノ（ＣＮ）基、イソシアネート（ＮＣＯ）基、イソチオシナネート（ＮＣＳ）基又は炭素数１〜２０のアルキル基を表すが、このアルキル基中の任意の１つ又は２つ以上の−ＣＨ_２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、このアルキル中の任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、
Ａ^７１及びＡ^７２は各々独立に、芳香族性あるいは非芳香族性の３ないし８員環、又は、炭素原子数９以上の縮合環を表すが、これらの環の任意の水素がハロゲン、炭素原子数１〜３のアルキル基又はハロアルキル基で置き換えられてもよく、環の１つ又は２つ以上の−ＣＨ_２−は−Ｏ−、−Ｓ−、又は−ＮＨ−で置き換えられてもよく、環の１つ又は２つ以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝で置き換えられてもよく、
Ｚ^７１及びＺ^７２は各々独立に、単結合又は炭素原子数１〜８のアルキレン基を表すが、任意の−ＣＨ_２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＳＯ−、−ＯＣＳ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ（Ｏ）＝Ｎ−、−Ｎ＝Ｎ（Ｏ）−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、又は−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく；
Ｘ^７１及びＸ^７２は各々独立に単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、又は−ＣＨ_２ＣＨ_２−を表し、
ｍ_７１及びｍ_７２は各々独立に１〜４の整数を表す。ただし、式（ＩＶ−ｄ５）におけるｍ_７１及びｍ_７２のいずれか一方は０でもよい。
式（ＩＶ−ｄ２）中、Ａｒ^７１及びＡｒ^７２は各々独立にフェニル基又はナフチル基を表し、これらの基においてベンゼン環の任意の１つ又は２つ以上の任意の水素原子はハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、メチル基、メトキシ基、−ＣＦ_３、−ＯＣＦ_３で置換されていてもよい。

キラル化合物としては、メソゲンを有するキラル化合物を用いることもできる。このようなキラル化合物として、例えば

が挙げられる。式（ＩＶ−ｅ１）〜（ＩＶ−ｅ３）中、
Ｒ^８１、Ｒ^８２、Ｒ^８３及びＹ^８１は、各々独立に炭素原子数１〜３０の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、水素原子又はフッ素原子を表し、該アルキル基の１つ又は２つ以上の隣接していない−ＣＨ_２−基が−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−Ｎ（ＣＨ_３）−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、さらにアルキル基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、臭素原子あるいはＣＮ基で置き換えられていてもよく、重合性基をもっていてもよく、前記アルキル基が縮合又はスピロ環式系を含むものでもよく、前記アルキル基が１つ又は２つ以上のヘテロ原子を含むことができる１つ又は２つ以上の芳香族又は脂肪族の環を含むものでもよく、またこれらの環はアルキル基、アルコキシ基、ハロゲンで任意に置換されていてもよく、
Ｚ^８１、Ｚ^８２、Ｚ^８３、Ｚ^８４及びＺ^８５は各々独立に炭素原子数が１〜４０個であるアルキレン基を表し、該アルキル基の１つ又は２つ以上のＣＨ_２基が−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−Ｎ（ＣＨ_３）−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＦ_２−又は−Ｃ≡Ｃ−により置き換えられていてもよく、
Ｘ^８１、Ｘ^８２及びＸ^８３は、各々独立に−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＳＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｓ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、又は単結合を表し、
Ａ^８１、Ａ^８２及びＡ^８３は各々独立にフェニレン基、シクロヘキシレン基、ジオキソランジイル基、シクロヘキセニレン基、ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジンジイル基、ナフタレンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基から選択される環式基を表し、前記フェニレン基、ナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基は環内の１つ又は２つ以上の−ＣＨ＝基が窒素原子で置き換えられてもよく、前記シクロヘキシレン基、ジオキソランジイル基、シクロヘキセニレン基、ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、テトラヒドロナフタレンジイル基、又はインダンジイル基は環内の１つ又は２つの隣接していない−ＣＨ_２−基が、−Ｏ−及び／又は−Ｓ−で置き換えられてもよく、前記環式基の１つ又はそれ以上の水素原子が、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ＣＮ基、ＮＯ_２基、あるいは、１つ又は２つ以上の水素原子がフッ素原子又は塩素原子で置き換えられてもよい、炭素原子数１〜７の有するアルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基又はアルコキシカルボニル基で置き換えられていてもよく、
ｍ_８１、ｍ_８２、ｍ_８３はそれぞれ０又は１であり、ｍ_８１＋ｍ_８２＋ｍ_８３は１、２又は３である。
ＣＨ^＊８１及びＣＨ^＊８２は各々独立にキラルな２価の基を表し、
ＣＨ^＊８３はキラルな３価の基を表す。

ここで、ＣＨ^＊８１及びＣＨ^＊８２に用いられるキラルな２価の基としては、不斉原子を有する次の２価基

や、軸不斉を有する次の２価基

が好ましい。ただし、ＣＨ^＊８１及びＣＨ^＊８２に用いられるこれらの２価基において、ベンゼン環の任意の１つ又は２つ以上の任意の水素原子はハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、メチル基、メトキシ基、−ＣＦ_３、−ＯＣＦ_３で置換されていてもよく、ベンゼン環の任意の１つ又は２つ以上の炭素原子は、窒素原子に置換されていてもよい。
ＣＨ^＊８３に用いられるキラルな３価の基としては、ＣＨ^＊８１及びＣＨ^＊８２に用いられるキラルな２価基の任意の位置に、−Ｘ^８３（Ｚ^８３Ａ^８３）ｍ_８３Ｒ^８３が結合できることにより３価の基となればよい。

さらに好ましくは、キラルな２価基としてイソソルビド骨格を有する、次の化合物が挙げられる。

式中、Ｒ^９１及びＲ^９２は各々独立に炭素原子数１〜３０の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、水素原子又はフッ素原子を表し、該アルキル基の１つ又は２つ以上の隣接していない−ＣＨ_２−基が−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−Ｎ（ＣＨ_３）−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｏ−ＳＯ_２−、−ＳＯ_２−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、シクロプロピレン基又は−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−で置き換えられてもよく、さらにアルキル基の１つ又はそれ以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、臭素原子又はＣＮ基で置き換えられていてもよく、重合性基をもっていてもよく、前記アルキル基が縮合又はスピロ環式系を含むものでもよく、前記アルキル基が１つ又は２つ以上のヘテロ原子を含むことができる１つ又は２つ以上の芳香族又は脂肪族の環を含むものでもよく、またこれらの環はアルキル基、アルコキシ基、ハロゲンで任意に置換されていてもよく、
Ｚ^９１及びＺ^９２は各々独立に−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−、−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＳＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｓ−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｓ−、−ＳＣＦ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＦ_２−、−ＣＦ_２ＣＦ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−又は単結合を表し、−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^ａ）−又は−Ｎ（Ｒ^ａ）−ＣＯ−におけるＲ^ａは水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分枝状のアルキル基を表す。

液晶組成物層がクリティカルソフトニングを生じる温度幅は、１０℃以上であることが好ましく、１５℃以上がさらに好ましく、２０℃以上であることが特に好ましい。ここで、クリティカルソフトニングを生じる温度幅とは、例えば図５において、層圧縮弾性率ＢがＳｍＡ相で極大を示す温度と、ＳｍＡ−ＳｍＣ転移点（層圧縮弾性率Ｂが極小を示す温度、ＴＡＣという）との温度差をいう。
また、液晶組成物層が規格化電傾効果係数（χ‘）の値が０．２である温度範囲が５℃以上であることが好ましく、８℃以上であることがさらに好ましく、１０℃以上であることが特に好ましい。ここで、電傾効果係数（χ、電傾係数、エレクトロクリニック係数ともいう。）とは、電場の強度に対するチルト角の大きさの比をいい、規格化電傾効果係数（χ‘）とは電傾効果係数（χ）の値をＳｍＡ−ＳｍＣ転移点（ＴＡＣ）のときの値を１として規格化したものをいう。液晶組成物にはＳｍＣが消失してしまったために、ＳｍＡ−ＳｍＣ転移点（ＴＡＣ）が観測されないものもあるが、その場合は相図を作成し、クリティカルソフトニング現象の測定、電傾効果係数（χ）の測定などを行い、外挿法などによりＳｍＡ−ＳｍＣ転移点（ＴＡＣ）のときの電傾効果係数（χ）の値を予測してよい。この予測も困難な場合には、ＳｍＡの最下限温度での電傾効果係数（χ）の値に対して規格化して、規格化電傾効果係数（χ‘）を求めればよい。

液晶組成物が少なくとも２種の分子長さの異なる液晶材料の混合物を含み、該分子長の比が１．０：１．２以上であることも好ましく、１．０：１．３以上であることがさらに好ましく、１．０：１．５以上であることが特に好ましい。この場合は、液晶組成物が少なくとも一種類以上のコア部がひとつである一般的な液晶化合物と、少なくとも一種類以上の、一般的な液晶化合物を２つつなげたダイマー、３つつなげたオリゴマー、数個つなげたオリゴマーなどから選ばれる分子長の長い液晶化合物を含むことが好ましい。分子長は例えばＳｐａｔｒａｎ’０６（Ｗａｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ社製）を用いてＨａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法で得られたエネルギー最安定化の分子構造から見積もることができる。あるいは、実験的にスメクチックＡ相の層間隔から見積もることも、スメクチックＣ相の層間隔と傾き角から見積もることもできる。
液晶組成物層は、液晶組成物がＳｍＡ相を示す温度より低温側で、同一組成の液晶組成物がＳｍＣ相を示すことが好ましい。

本発明の液晶素子の動作温度は、液晶組成物に含まれる２つ以上の液晶化合物のＳｍＡ−ＳｍＣ転移温度（またはＳｍＣ相の上限温度）の中で最高値となる温度よりも低い温度で動作させることが好ましく、また、質量分率が最も大きい成分である液晶化合物（主化合物）が単独で示すＳｍＡ−ＳｍＣ転移温度（またはＳｍＣ相の上限温度）よりも低い温度で動作させることが好ましい。いずれかの液晶化合物が単独でＳｍＣ相より高温側にＳｍＡ相を有しない場合、または、ＳｍＣ相とＳｍＡ相との間に他の液晶相を有する場合は、液晶化合物が単独で示すＳｍＡ−ＳｍＣ転移温度の代わりに、該液晶化合物が単独でＳｍＣ相を示す上限温度を用いることができる。
本発明の液晶素子の動作温度は、該液晶組成物がＳｍＡ相を示す温度の範囲内であることが好ましい。該液晶組成物がその組成において低温側にＳｍＣ相を有することが好ましいが、必ずしもそれに限定されず、ＳｍＡ相の低温側にＳｍＣ相以外の液晶相を有する場合や、ＳｍＡ−ＳｍＣ転移点が明確に現れない場合も考えられる。
液晶素子の動作温度範囲は、上記に例示された好ましい上限温度と下限温度との差となる温度幅として、例えば主化合物が単独でＳｍＣ相を示す上限温度と、液晶組成物がＳｍＡ相を示す下限温度の温度差が、２０℃以上であることが好ましい。

液晶材料は、１種又は２種以上の液晶化合物を含有することができ、さらに、液晶性又は非液晶性の重合性化合物を含有する液晶材料であってもよい。液晶組成物が重合性化合物を含有する場合には、その組成物中に重合開始剤を少なくとも１種類以上含有することが好ましい。重合開始剤は、液晶組成物中の重合性化合物を効率よく重合させるために有用な化合物である。重合開始剤としては、光重合開始剤が好ましく、具体的には以下の物が好ましい。
ＢＡＳＦ社のイルガキュア６５１、イルガキュア１８４、イルガキュア９０７、イルガキュア１２７、イルガキュア３６９、イルガキュア３７９、イルガキュア８１９、イルガキュアＯＸＥ０１、イルガキュアＯＸＥ０２、ルシリンＴＰＯ、ダロキュア１１７３。ＬＡＭＢＳＯＮ社のエサキュア１００１Ｍ、エサキュアＫＩＰ１５０、スピードキュアＢＥＭ、スピードキュアＢＭＳ、スピードキュアＰＢＺ、ベンゾフェノン。
これらの重合開始剤は、１種類でも良いが、２種類以上用いても良く、増感剤等を添加しても良い。

液晶組成物中に、必要に応じて顔料、染料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、非反応性のオリゴマーや無機充填剤、有機充填剤、重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、可塑剤、シランカップリング剤等を適宜添加しても良い。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
（液晶化合物）
２種類のＳｍＣ相混合系のモデルの１つとして、次に示す１０ＢとＰ１０Ｏ１０の混合系を用いた。１０Ｂはコアとしてフェニル環とエステル結合を有し、また、１つの側鎖にキラル中心（下記の化学式中、＊を添えた炭素原子）を有する。Ｐ１０Ｏ１０はフェニルピリミジン骨格を有する。

１０Ｂ−Ｐ１０Ｏ１０混合系では、上述のようにＳｍＡ相が広く安定化される相図を示す。偏光顕微鏡による観察により同定した１０Ｂの転移温度はＩｓｏ−１５０℃−ＳｍＡ−１３０℃−ＳｍＣ^＊であるが、Ｐ１０Ｏ１０を１０％添加すると、ＳｍＡ−ＳｍＣ^＊転移点は１１５℃に低下し、２０％の添加では、ＳｍＡ−ＳｍＣ^＊転移点は７５℃に低下し、３０％の添加では、室温までＳｍＡとなりＳｍＣ^＊相は発現しなかった。Ｐ１０Ｏ１０は、Ｉｓｏ−７７℃−ＳｍＡ−７３℃−ＳｍＣとスメクチックＣ相を示すので、スメクチックＣ相を示す、１０ＢとＰ１０Ｏ１０の混合により、スメクチックＣ相が消失し、スメクチックＡ相が安定化したことがわかる。

１０Ｂ：Ｐ１０Ｏ１０＝９０％：１０％、８０％：２０％の混合物について層圧縮弾性率を測定したところ、ＳｍＡ−ＳｍＣ転移点近傍のＳｍＡ相において、分子が層内で容易に傾きやすくなることを反映したクリティカルソフトニングが相転移点に向けて起きていることがわかった。クリティカルソフトニングがおきる温度幅は、１０Ｂ：Ｐ１０Ｏ１０＝９０％：１０％の混合物で１５℃、８０％：２０％の混合物で３５℃と、１０Ｂ単独のときのクリティカルソフトニングがおきる温度幅（５℃）よりも広いものが観測された。

電傾効果の測定をするため、水平配向のセルに封入しＳｍＡ相で電場を印加して誘起されるチルト角を測定した。電傾効果の指標として、チルト角を電界で割った値である電傾係数を求め、その値を各混合物のＴｃ（ＳｍＡ−ＳｍＣ転移温度）で規格化して評価した。この規格化した電傾係数（χ‘）がある程度の大きさ以上である温度領域が広い方が好ましいが、規格化電傾係数（χ‘）が０．２以上となる温度範囲を調べると、１０Ｂ：Ｐ１０Ｏ１０＝９０％：１０％の混合物では８℃、８０％：２０％の混合物では１４℃と、１０Ｂ単独の場合の温度幅（４℃）よりも広い温度幅を得ることができ、電傾効果を利用した素子に好適であることがわかった。

臨界現象に依存した効果を除いた、裸の電傾係数の絶対値は、液晶試料の分子形状、自発分極の大きさなどに依存して大きく変わるため、今後の材料設計で主化合物の選定を厳密に行うことで、誘起チルト角の大きさを大きくすることは十分可能であると考えられる。また、今回のモデル系でも十分な厚みを持つ試料を使えば、表示機能を担うのに十分なリターデーションを稼ぐことができると考えられる。

１１…液晶分子、１２…コーン、１３…層法線。

Claims

第一の基板と、第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板間に液晶組成物を含有する液晶層を挟持し、該基板の少なくとも一方には、該液晶層を制御する電極を有する液晶素子であって、該液晶組成物はスメクチックＡ相を示し、なおかつ少なくとも２種類以上の液晶化合物を含有し、該液晶化合物は単独でそれぞれスメクチックＡ相−スメクチックＣ相の相転移を有し、前記液晶層が１０℃以上の温度幅でクリティカルソフトニングを生じることを特徴とするソフトモードを利用した液晶素子。
前記液晶層が、規格化電傾効果係数（χ‘）の値が０．２である温度範囲が５℃以上である請求項１記載の液晶素子。
前記液晶組成物が少なくとも一種類以上のフェニルピリミジン骨格をコア部に有する液晶と、少なくとも一種類以上のエステル結合をコア部に有する液晶を含有する請求項１又は２記載の液晶素子。
前記液晶組成物が少なくとも一種類以上のモノレイヤーを形成する液晶と、少なくとも一種類以上のバイレイヤーを形成する液晶を含有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶素子。
前記液晶組成物が少なくとも２種の分子長さの異なる液晶材料の混合物を含み、該分子長の比が１：１．２以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶素子。
前記液晶組成物が少なくとも２種以上のお互いに非相溶な分子構造を有する液晶材料を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶素子。
前記液晶組成物の示すスメクチックＡ相の層法線が基板に対して略水平であり、該第一の基板と、該第二の基板のそれぞれに該液晶層を制御する電極を有し、該電極が発生する電場が基板に対して略垂直である請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶素子。
前記液晶組成物の示すスメクチックＡ相の層法線が基板に対して略垂直であり、該液晶層を制御する電極が発生する電場が基板に対して略水平である請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶素子。
前記液晶組成物が少なくとも一種類以上のキラル化合物を含有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の液晶素子。