JPH01101390A - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液晶組成物に係わり、特に強誘電性液晶組成物
に関するものである。

従来の技術 近年液晶表示は、腕時計、電卓等だけでなく映像機器に
も広く使われるようになり、液晶カラーテレビも市場に
出始め−ている。現在カラー表示用液晶パネルはネマチ
ック液晶を用いたものがその主流を占めている。しかし
、そのネマチック液晶の緒特性は理想的とは言え難（多
くの問題を含んでいる０強誘電性液晶はその速い応答速
度、メモリー性等ネマチック液晶にはない緒特性を有し
ておりデイスプレィ装置への応用が考えられ多方面から
研究が進められている。（例えばオプトロニクス、１９
８３、Ｉｌ＆Ｌ９）以下図面をみながら強誘電性液晶に
ついて説明する。第４図は強誘電性液晶分子の模式図で
ある０強誘電性液晶は通常スメクチック液晶と呼ばれる
層構造を有する液晶で、液晶分子は層法線方向に対して
θだけ傾いた構造をとっている。また、通常強誘電性液
晶分子は、ラセミ体でない光学活性な液晶分子によって
構成されている。

第４図に於て、７は液晶分子、８は自発分極、９はＣダ
イレクタ−１１０はコーン、１１は層構造、１２は層法
線方向、１３は傾き角θを示している。

第４図に示すように、強誘電性液晶分子は自発、分極を
有しており、カイラルスメクチックＣ相に於いては、第
４図の円錐形１０（コーン）の外側を自由に動くことが
できる０層毎に分子長軸の方向は少しだけずれており全
体としてはねじれ構造をとっている０次に強誘電性液晶
の表示原理について述べる。第５図は強誘電性液晶の動
作原理図で有る。第５図ｔａ）は電圧無印加の状態、第
５図Ｔｂ）は紙面裏から表方向に電圧を印加した場合、
第５図（Ｃ）は逆方向に電圧を印加した場合の動作原理
図である。１４ば層法線に対して分子長軸が＋θ度傾い
た液晶分子、１５は一θ度傾いた液晶分子、１６は紙面
表方向を向いている双極子モーメント、１７は紙面裏方
向を向いている双極子モーメント、１８は２枚の偏光板
の方向である。強誘電性液晶を透明電極を有したガラス
基板に挟みそのパネルの厚を螺旋ピッチ以下にすると第
５図（ａｌのように螺旋がほどけ層に対して分子が＋θ
度傾いた領域と−θ度傾いた領域にわかれる。上下電極
間紙面裏から表方向に電圧を印加することにより第５図
（ｂｌのようにセル全一が＋θ度傾いたモノドメインに
なる。

また、逆電圧を印加すると第５図（Ｃ）のようにセル全
体が−〇度傾いたモノドメインになる。従って、電気光
学効果による複屈折または２色性を利用すれば＋θ度傾
いた２つの状態により明暗を表すことができる。

強誘電性液晶をデイスプレィデバイスに応用する場合、
液晶材料に要求される条件として以下のものがあげられ
る。

■　室温を含む広い温度範囲で強誘電性液晶相（例えば
カイラルスメクチックＣ相）を示す。

■　強誘電性液晶の電界に対する応答速度τは、τ−７
７／Ｐ　ｓ　−Ｅ 但し、η；粘度 Ｐｓ；自発分極 Ｅ：印加電場 で与えられる。この為、数μｓｅｃオーダーの高　−速
応答を実現するためには、大きな自発分極をもつことが
必要である。

■　先述したように、強誘電性液晶の光学応答は、安定
な２状ｇ　（ｂｉｓｔａｂｌｅ　５ｔａｔｅ）により初
めて実現される。Ｃ１ｅｒｋらによると、この状態を実
現するためには、セルギャップｄを螺旋ピッチル以下に
し螺旋をほどく必要がある。エヌ、ニー。

クラーク、ニス、ティー、ラガヴアル；アブル。

ライズ。レフト、競　８９９　（１９８０）　（Ｎ、　
　Ａ、　　Ｃ−１ａｒｋ、Ｓ、Ｔ、Ｌａｇｅｒｗａｌ　
ｌ　：Ａ１）１−１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　、３６　
８９９（１９８０））この為、セル作成上作成容易なセ
ルギャップの厚いセルを利用するためには、強誘電性液
晶の螺旋ピッチを長くする必要がある。

■　強誘電性液晶の配向状態は、液晶材料の相系列によ
って異なり、特に強誘電性液晶相の高温側にスメクチッ
クＡ相（ＳｍＡ）及びコレステリック相（Ｃｈ）を有す
る液晶材料が良好な配向状態が得られると考えられてい
る。即ち、強誘電性液晶材料の相系列が、例えばカイラ
ルスメクチックＣ相の場合本 Ｉｓｏ　　−ｅ　　Ｎ＊　　−＊　　ＳｍＡ　　−＊　
　ＳｍＣ＊但し、Ｉｓｏ；等方性液体 Ｎ＊；カイラルネマチック相 ＳｍＡ　；スメクチックＡ相 ＳｍＣ＊ＨカイラルスメクチックＣ相 （ＩＮＡＣ）であることが望ましい。

更に、上記のような相系列を持つ液晶材料の中でもｃｈ
相のピッチが長いものの方が配向状態が良好であると考
えられている。

以上述べた条件以外にも液晶分子の傾き角θ等に対する
様々な要求がある。

温度範囲の拡大のためには多くの強誘電性液晶材料を混
合してやる必要が有る。このとき先述の４つの条件を満
たすためには多くの強誘電性液晶材料単体のコレステリ
ック相およびカイラルスメクチックＣ相それぞれに於け
るピッチの左右の向き、大きさ、自発分極の極性等を総
て考慮しながら混合しなければならず、実用的な強誘電
性液晶組成物は得にくいという問題点がある。そこで従
来より非カイラルなスメクチックＣ相を示す化合物を混
合する方法がとられていた。以下に従来の強誘電性液晶
組成物の組成と諸物性を示す。

転移温度 Ｉｓｏ　　−ｈ　　ＳｍＡ　　−＋’ＳｍＣ＊　　→　
Ｓｍｌ［［７０℃　　　　４３℃　　　　　２５℃自発
分極 ２．３ｎＣ／ｃｍ２ 組成 カイラル成分：５０Ｗｔ％ 非カイラル成分：５ＱＷｔ％ 発明が解決しようとする問題点 従来の強誘電性液晶材料は、温度範囲の拡大の為には、
非カイラルなスメクチックＣ相を示す化合物を混合する
方法がとられていた。ところが、非カイラルな化合物を
混合することにより、自発分極が小さくなるため非カイ
ラル成分の添加量は４０Ｗ　ｔ％〜６０Ｗｔ％程度であ
った。このため温度範囲拡大の為には、多種類のカイラ
ル成分を自発分極の極性、カイラルスメクチックＣ相の
らせんのねじれ方向、コレステリック相のらせんのねじ
れ方向等多くの物質定数を合せながら混合してやる必要
があり実用的な強誘電性液晶組成物は得に（いという問
題点があった。そさで本発明の強誘電性液晶組成物は、
非カイラルなスメクチックＣ相を示す液晶化合物を７５
Ｗｔ％以上添加することにより、広い温度範囲で強誘電
性液晶相を示し、容易に良好な配向が得られ、高速応答
可能な強誘電性液晶材料を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために本発明は、強誘電性を示
す液晶組成物に非カイラルである（即ちねじれ構造、自
発分極を全（有さない）スメクチックＣ相を示す液晶材
料を７５Ｗｔ％以上添加することにより広い温度範囲で
強誘電性液晶相を示し、良好な配向が得られ、高速応答
可能な強誘電性液晶材料を容易に得ることができる。

作用 一般に、液晶の温度範囲を拡大する為には、２種類以上
の分子形状の異なる液晶化合物を混合することが必要で
ある。ところが、強誘電性液晶材料を混合する際にはそ
の化合物の自発分極の極性、強誘電性液晶相の捩れの向
き、コレステリック相の捩れ−の向き等の物質定数を考
慮にいれ混合しなければならない、この為、捩れ構造、
自発分極を全く有さない非カイラルなスメクチックＣ相
を温度範囲拡大の為にもちいれば、捩れの向き及び自発
分極の極性等の物質定数を考慮することなしに温度範囲
の広い液晶組成物を容易に得ることができる。非カイラ
ルなスメクチックＣ相を示す液晶化合物を強誘電性液晶
化合物に混合する場合その自発分権は非カイラル成分の
増加と共に直線的に減少するため混合物の自発分極は小
さくなってしまう、ところが一般にカイラル成分よりも
非カイラル成分の方が粘度が低くなる為非カイラル成分
の増加とともに自発分極は小さくなるが粘度が小さ（な
る為自発分極の低下程応答速度は遅くならない、このた
め本発明の強誘電性液晶組成物は非カイラル成分の添加
量を７５Ｗｔ％以上にしても応答速度も高速なものが得
られる。また非カイラル成分のＷｔ％が７５Ｗｔ％以上
では液晶組成物のらせんピッチもカイラル成分の４倍以
上に長くなる為、カイラル成分を混合する際にＮ＊相並
びにＳｍＣ＊相のらせんのね“じれ方向が反対の液晶化
合物を混合しピッチの発散点等を求めることなしに一方
のねじれ方向の液晶化合物だけを混合するだけで良好な
配向を示すらせんピッチの長い強誘電性液晶組成物が得
られる。以上のように、強誘電性を示す液晶組成物に非
カイラル成分を７５Ｗｔ％以上添加することによって広
い温度範囲で強誘電性液晶相を示し、良好な配向が得ら
れ、高速応答可能な強誘電性液晶材料を容易に得ること
ができる。

実施例 本発明の一実施例を図を用いて説明する。最初に本実施
例において、その強誘電性液晶材料の応答特性を測定し
た液晶セルの構造を第３図に示す。

ここで、ｌは偏光板、２はガラス基板、３は透明電極、
４はラビングにより配向処理を施した有機高分子膜、５
は強誘電性液晶層、６はセル厚を一定に保つためのスペ
ーサーを表している。このような構造のセルに強誘電性
液晶材料を封入しその応答特性及び自発分極を測定した
。自発分極については三角波法を用いて測定を行った。

又、相転位温度については、偏光顕微鏡によるｔｅｘｔ
ｕｒｅ観察及びＤＳＣ（示差走査熱量計）により測定を
行った。

実施例１ カイラル成分として下記の化合物（Ｉ）をもちい非カイ
ラル成分として以下の表でしめされるようなエステル系
とフェニルピリミジン系のスメクチックＣ相を示す液晶
組成物（ｎ）をもちい、カイラル成分と非カイラル成分
の混合系について相転移温度、Ｎ＊相の螺旋ピッチ、２
μｍラビングセルに於ける配向状態、２５℃における自
発分極と４４　Ｖ　ｐｐ印加時に於ける応答速度を測定
した。第１図にＮ＊相の螺旋ピッチの逆数、自発分極及
び応答速度の濃度依存性を示した。ここでＮ＊相の螺旋
ピッチは等方性液体からＮ＊相への転移直後の値をしめ
している。非カイラル成分が７５Ｗｔ％になっても応答
速度は５６０μｓｅｃという高速応答を示し、ｓｏＷｔ
％の場合と比較すると若干はおそくなっているが自発分
極の低下程遅くなっていない、又、Ｎ＊相の螺旋ピッチ
は非カイラル成分の増加とともに長くなっており非カイ
ラル成分が７５Ｗｔ％以上の領域で５μｍ以上の長い螺
旋ピッチをもっており２μｍのラビングセルにおいては
良好な配向を示す、２μｍセルに於て良好な配向を示す
のはこの混合系では非カイラル成分が５０Ｗｔ％以上の
領域であった。一般にラビングセルにおいて良好な配向
を得る為にはＮ＊相の螺旋ピッチはセル厚の４倍以上と
言われている＊　Ｓ　ｍ　Ａ　相への転移温度にちかず
くにつれてＮ＊相の螺旋ピッチは発散していく為、今回
のＮ＊相の螺旋ピンチの値が約２μｍ以上で良好な配向
が得れたことからセル厚とほぼ同程度の長さであればＳ
ｍＡ相への転移の直前で螺旋ピッチがセル厚の４倍以上
になっていると思われる。この実施例の液晶化合物はカ
イラル成分の螺旋ピッチが１．２μｍと長い為非カイラ
ル成分が５０Ｗｔ％でも良好な配向が得られたが一般に
は螺旋ピンチは１μｍ以下のものがおおく０．５μｍ程
度しかない液晶化合物もしられている。このため、２μ
ｍ程度のセルで良好な配向を得る為には非カイラル成分
は７５Ｗｔ％以上であればこのような螺旋ピッチの短い
強誘電性液晶化合物を用いても良好な配向を得ることが
できる。

又、第２図にこの混合系の相図を示した。非カイラル成
分が４０Ｗｔ％以上の領域でＮ＊相を示し、ＩＮＡＣ系
の相変化を示すことがわかる。この系のように一般にカ
イラル成分は相系列をあわせ難く非カイラル成分は相系
列をあわせ易い、このため理想的なＩＮＡＣの相系列に
するためにも非カイラル成分が多い方が望ましいことが
わかる。融点についても非カイラル成分のほうが容易に
低下させることができこの混合系でも非カイラル成分が
７５Ｗｔ％以上でかなり低融点組成物が得られることが
わかる。以上の実施例からもわかるように非カイラル成
分が７５Ｗｔ％以上であればカイラル成分の諸物性を考
慮することなしに、広い温度範囲で強誘電性液晶相を示
し、良好な配向が得られ、高速応答可能な強誘電性液晶
材料を得ることができる。

発明の効果 以上のように本発明は強誘電性を示す液晶組成物に非カ
イラルなスメクチックＣ相を示す液晶化金物を７５Ｗｔ
％以上添加することにより、容易に室温を含む広い温度
範囲で液晶相を示し、良好な配向が得られ、高速応答可
能な強誘電性液晶材料を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における螺旋ピッチの逆数と
自発分極および応答速度の濃度依存性の特性図、第２図
は本発明の実施例１における混合系の相図、第３図は強
誘電性液晶セルの構成図、第４図は強誘電性液晶の模式
図、第５図は強誘電性液晶の動作原理を示した模式図で
ある。 ｌ・・・・・・偏光板、２・・・・・・上下のガラス基
板、３・・・・・・透明電極、４・・・・・・配向処理
を施した有機配向膜、５・・・・・・強誘電性液晶相、
６・・・・・・セル厚を一定に保つためのスペーサー、
７・・・・・・強誘電性液晶分子、８・・・・・・自発
分極、９・・・・・・Ｃダイレクタ−１１０・・・・・
・コーン、１１・・・・・・層、１２・・・・・・層法
線、１３・・・・・・分子の層法線に対する傾き角θ、
１４・・・・・・層法線に対して分子の長袖が＋θ傾い
た液晶分子、１５・・・・・・層法線に対して分子の長
軸が一〇傾いた液晶分子、１６・・・・・・紙面表方向
を向いている双極子モーメント、１７・・・・・・紙面
裏方向を向いている双極子モーメント、°１８・・・・
・・２枚の偏光板の方向。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 Ｑ　　　　　　　　　　　５０　　　　　　　　　　／
ＤＯ鼻カイラル潰しへのＷｔ　％ 第２図 非カイラルＡ皐ｑＶＪｔ悴 第３図 惣４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性を示す液晶組成物に非カイラルなスメク
   チックＣ相を示す液晶化合物を少なくとも１種類以上７
   ５Ｗｔ％以上添加することを特徴とする強誘電性液晶組
   成物。
2. （２）非カイラルなスメクチックＣ相を示す液晶化合物
   が一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し式中Ｒ、Ｒ′はアルキル基、アルコキシ基、アシ
   ルオキシ基又はアルコキシカルボニル基を示す）で表さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   強誘電性液晶組成物。
3. （３）非カイラルなスメクチックＣ相を示す液晶化合物
   が一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し式中Ｒ、Ｒ′はアルキル基又はアルコキシ基を示
   す）で表されることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の強誘電性液晶組成物。