JPH01152430A - 液晶混合物用キラール添加剤おびその用途 - 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】 本発明は、そのヘリックス構造が電場の作用によって影
響されて、その結果光学異方性が変化するキラール強誘
電性スメクチック液晶層、その間に液晶が配置され、し
かも液晶の分子を整列させる表面構造を有し、かつ電極
を備えてその中に電場を生成する１対の透明板および液
晶の前後に各各１個の偏光子を有する液晶表示セルに関
する。

また、本発明は、セルに用いるキラールまたは光学活性
化合物および液晶混合物および化合物の電気光学目的の
用途にも関する。　　　　　□前記に記載された種類の
へワックス構造の電場によるひずみの効果はＢ、１．０
８ｔｒｏｖａｋｉ　、によりアドバンシズ・イン・リキ
ッド・クリスタル・リサーチ・アンド・アプリケーショ
ンズ（Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙθ
ｔａｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔ
、１ｏｎｓ）、オックスフォード／ブダペスト、１９８
０、第４６９頁、以降に記載されている。この効果は文
献において「ひずみへワックス誘電性」ＫついてＤＨＦ
の略号によって示されることがある。この文献は、周波
数ｉ　ｋＨｚにおいて、６　Ｘ　１０−３Ｖ／ｃｍより
小さい電場を用いて光線を変調する可能性を考慮してい
る。しかしながら、後釦、この効果は実用可能な電気光
学セルを生じないことが明らかに分かった。

既知であるが、異種の効果は、強誘電性液晶が未捩れ構
造で用いられるＬａｇｅｒｖｒａｌｌおよびＣ１ａｒｋ
の表面安定化された強誘電性液晶（Ｓ８ＦＬＣ）である
。

この効果は、モレキュラー・クリスタルズ・アンド・リ
キッド・クリスタルズ（Ｍｏ１．　Ｃｒｙｓｔ、　Ｌｉ
ｑ。

ＣｒＹ”ｔ、）　９４　（１９８３）、２１３〜２３４
および１１４（１９８４Ｌ　１５１〜１８７に記載され
ている。

本発明の目的は、ＤＨＦ効果の既知の利点のみでなく、
光シヤツターまたは表示セルとしての実用に必要な性質
をも有するＤＨＦセルを提供することである。

本発明により、これは、液晶層の厚さｄ対ヘリカル捩れ
のｆツチ高の比ｄ／ｐが５より大であシ、スメクチック
傾斜角θ　は２２．５゜〜５０゜であり、そして積ｄ・
θ２・Δｎ・１／λが０．１μｍｘシ大きい、前記に記
載されたＤＨＦセルによって得られる。Δｎは複屈折を
表わし、かつλは光の波長を表わす。

本発明の態様は、添付図面を参照して下記に記載される
。

第１図に示すように、本発明による液晶セルは、互に実
質的に平面平行関係に配置されて、しかもガラス、アク
リル系ガラス、シラチック箔などの透明な材料製の２枚
の板２．３の間に配置された液晶層１を含む。偏光子４
を、前板２の前に配置し、しかも好ましくは例えば粘着
によって前板２に接続する。偏光子５は、相応して後板
３と組み合っている。板は、互に距離ｄだけ離れている
。

液晶近傍の板面は記号像ドツトを表わすように分割され
た従来の電極被覆を有する。第１図に示すセル部分を参
照して、板２上に単一電極セグメント６のみを示し、ま
た対向電極セグメント７を後板３上に示す。

また、液晶近傍の表面は、隣接液晶分子上に方向効果を
及ぼすように、かつ配向ベクトルの方向を求めるように
処理される。この処理は、例えば表面を１方向に摩擦し
て、平面配向を生じることからなる。他の可能性は、配
向層の斜蒸気被覆などである。このような処理の結果は
、表７面配向としてのこの説明のために示される。２枚
の板上の表面配向け、矢印によって示される。後板３上
の表面配向は前板上のものに平行である。平面表面配向
ならびにホメオトロピック配向または両者の組み合せを
考えることができる。

前板と組み合せた偏光子４は表面配向の方向またはへリ
ツクス軸と角度βをなすように配置されている。後板と
組み合わされた偏光子は前偏光子から９０°偏っている
。偏光子のこの配置は好ましい態様である。また満足な
結果を与える他の偏光子の配置も可能である。適切な偏
光子配置は簡単な最適化によって容易に決定できる。

液晶１は文献釦おいてスメクチックＣと呼ばれることが
多いキラールスメクチツク強銹電性液晶である。この種
類の液晶は、文献から既知である。

これらの著しい特徴は、これらの分子がスメクチック面
に対して垂直でないがスメクチック傾斜角θ　として知
られる特別の角度で配置していることである。キラール
は、分子方向が全層において互に平行でなく、互に層毎
に相対的に捩れて、全体としてヘリカル捩れを与えるこ
とにある。平面表面配向の場合、このヘリカル捩れの軸
は板に平行に整列する。第１図は、スメクチック層毎に
１分子８を示し、ヘリックス軸９に沿って、互に対して
分子のヘリカル捩れを図示し、捩れは層毎に連続してい
る。スメクチック傾斜角θ　は分子縦軸とへリツクス軸
９０間の角度である。場が液晶に作用しない場合、ヘリ
ックスのピッチ高さはｐ。

である。

電圧が電極６および７に印加される場合、電場は、液晶
中に生成し、しかも分子を再配列する。実際に、記号で
示した電圧源１０は、現在のセルの場合、以下詳細に詳
述するように逆極性のものであってもよい周期的信号ま
たはトリガーパルスを送る。その正常な状態において、
すなわち印加された電場の不存在下で、セルは特別の光
透過率を有する。電場の印加によって、分子のへリツク
ス配列は、光透過率が変化するように分子のへリツクス
配列をひずませる。２状態の間に光コントラストがある
。基本的には、電場によって生成したヘリックス構造の
ひずみによって、ピッチ高さが変化する。

光の強さと印加電圧の間の関係によル、２つの異った形
の作動が可能である。すなわち光の強さが印加電圧に正
比例する線形動作および光の強さが電圧の２乗に比例す
る２次動作である。

液晶構造を通る光線がヘリカル構造の多数の周期ｐ。に
相自する開口ａに遭遇する場合に、この効果が起こる。

電気光学的出力効果はへリツクス方向に沿って、このよ
うに透過する。

５ＳＦＬＣ効果のようなヘリカル構造が完全に相殺され
る効果と比べて、多くの重要な差がある。

１、　動作電圧は、スメクチック傾斜角θｏ、未捩れ状
態の偏光Ｐ　および層厚対ピッチ高の比ｄ／ｐ０によっ
て決まシ、シかもへリツクスを相殺するに必要な電圧Ｕ
ｕよりも通常低い。動作電圧の範囲は、比ｄ／ｐｏを増
大し、かつスメクチック傾斜角θｏを拡大することによ
って広げることができる。

２、効果は、満足な変調深さ、高いコントラスト比およ
び印加電圧に略比例するグレースケールを有する。

６、効果は、貯蔵または記憶効果を印加電圧の振幅によ
って制御可能にする。構造が元の乱されていないヘリッ
クス形状に戻るに要する時間ｔ。は、液晶材料の粘度お
よび弾性定数およびヘリックスのピッチ高によって決ま
る。貯蔵時間はまた表面状態によっても影響される。低
いピッチ高値には、貯蔵時間は約１０ｍθｅＣ〜１００
　ｍ５ｅｃの低い値から５　ｓｅｃ〜１０θｅｃの高い
値に変わシ得る。

４、効果は、配向ベクトルの配向の小さい変動に基づき
、しかも指示帯域においてデイスインクリネーション壁
を変化させない。従って、表示動作に遅延時間がない。

５、平面配置において、効果は壁配向に敏感ではない。

壁配向の従来の方法は、ネマチック液晶におけるように
使用できる。　　・ ６、この効果により、二極信号の使用および特性周波数
ｆを有する調波場の使用ができる。

７、適切な制御信号により、光学相の差は、色切換を容
易にするように液晶層忙この効果によって生成できる。

前記のように、５より大きいｄ／ｐ０比パラメーターが
好ましく、１０より大きい比パラメーターは特に好まし
い。スメクチック傾斜角は２２．５゜〜５０°が好まし
く、２５゜〜４０°が特に好ましい。また、いわゆる位
相因子 ｄθ２Δｎ λ の値は０．４５より大であシ、特に好ましくは１より大
である。

この例において、液晶は、５−オクチル−２−〔ｐ−（
オクチルオキシ）フェニル〕ピリミジン２６６１重量％
、５−オクチル−２−Ｃｐ−Ｃノニルオキシ）フェニル
〕ピリミジン１７．１重量％、５−オクチル−２−Ｃｐ
−（デシルオキシ）フェニル〕ピリミジン２４．５重量
％およびキラール添加剤 ３２．３重量％の混合物からなる。

概して、キラール添加剤として、一般式（式中　’Ｒ１
およびＲ２は、少なくとも２個の炭素原子を有する互に
独立のアルキルを表わし、かつ０４Ｆはキラール炭素原
子を表わす） を有する化合物を使用できる。

式ｌの化合物は新規であシ、シかもまた本発明の主題で
もある。これらの化合物は、液晶混合物において非常に
高い自発分極を誘発し、しかも化学的に安定で無色であ
多、かつ従来の液晶材料、さらにとシわけ強誘電性スメ
クチック液晶に易溶性である。

「少なくとも２個の炭素原子を有するアルキル」の用語
は、直鎖および分校基、さらにとシわけエチル、プロピ
ル、イソゾロビル、エチル、イソジチル、ペンチル、ヘ
キシル、ヘゾチル、オクチル、ノニルなどの少なくとも
２個の炭素原子を有する直鎖アルキルおよびイソアルキ
ルを包含する。アルキル基Ｒ１およびＲ２は好ましくは
各々２個〜１５個、特に好ましくは２個〜９個の炭素原
子を有する。Ｒ１およびＲ２は、異なったあるいは好ま
しくは同じ意味を有してもよい。

式Ｈ中のキラール中心の配置は、キラール基が同じ意味
で自発分極を誘起するようなものが好ましい。２個のキ
ラール炭素原子は、さらにとシわけＲ１およびＲ２が同
じ意味を有する場合、Ｓ配置またはＲ配置で存在するの
が好ましい。

弐ｎの化合物は、４，４“−ｐ−テルフェニルジカルボ
ン酸および２−アルカノールから、従来のエステル化方
法によって既知のよう釦製造できる。

出発原料は既知の化合物であるかまたは既知の化合物に
類似である。

式Ｈの化合物は、液晶化合物用のキラールドーゾ剤とし
て特に適している。従って、誘発ＢＡｔｉ、また少なく
とも１成分が光学活性の式■の化合物であることを特徴
とする、少なくとも２成分を有する液晶混合物にも関す
る。混合物は、傾斜スメクチック相を有する液晶材料お
よび１種またはそれ以上の光学活性の式■の化合物を含
有するのが好ましい。

本発明による混合物中の式■の化合物の割合は、広い限
界内で変わることができ、しかも例えば約０．５重量％
〜３０重量％である。約１重量％〜１０重量％の範囲が
一般に好ましく、シかも約３重量％〜１０重量％の範囲
が特に好ましい。

傾斜スメクチック相を有する液晶材料は、従来の材料か
らなシ得る。スメクチックＣ相を有するフェニルピリジ
ン、フェニルピリジン、フェニルベンゾニー）、安息香
酸ビフェニルエステルおｘび４−２’フエニルカルボン
酸フエニルエステルのようなスメクチックＣ相を有する
材料が好゛ましい。

この液晶混合物を有するセルにおいて、ピッチ高ｐ。は
２５℃において０．３μ〜０．４μであシ、かつ複屈折
Δｎは０．２５である。スメクチック傾斜角θｏは室温
において約２９°である。自発分極Ｐｏは、２５℃にお
いて約７　、１Ｑ−８ｃ／ａｎ′１である。

回転粘度は約１ボイズである。セル中の液晶層は厚さ３
．６μｍを有する。ヘリックス構造の完全相殺に必要な
電圧Ｕｕは約２ｖである。このセルの応答時間は約２０
０μｓｅｃである。全印加電圧範囲０＜Ｕ＜Ｕｕについ
ての応答時間は略々同じ長さである。

角度βの好ましい値は、線形操作についてβ＝２２．５
°（π／８）またはβ＝　６７．５°（３π／８）であ
シ、かつ二次操作についてβ＝０°、β＝４５゜（π／
８）またはβ＝９０°（π／２）である。

得られたセルは１００：１より大きいコントラストを与
える。下記の表は、一連の電圧振幅についての強度値■
を挙げる。電圧は、矩形パルスの形である。値は、線形
動作についてである。

表 ０．１５　　　　　　　　　　　１０ ０．２５　　　　　　　　　　　２０ ０．４５　　　　　・　　　　　　３５１３．６　　　
　　　　　　　　　５５１．０９０ ｉ、５　　　　　　　　　　　９９ １．７５　　　　　　　　　　　９８ ２．０　　　　　　　　　　　　９７ ２．４５　　　　　　　　　　　８０　　・２．６６５ ２．９５　　　　　　　　　　　５０ ３．３　　　　　　　　　　　　４０ ４．０　　　　　　　　　　　．３５ ５．１５　　　　　　　　　　　３５ 最高強さの値は１００％である。電圧範囲０〜２ｖ内の
最初の値は、得ることのできるグレースケールを示して
いる。コントラストは一層高いスメクチック傾斜角によ
ｊ０２Ｖより大きく減少する。

ヘリックスは、４．０より高い電圧において完全にほど
ける 配合物Ｈの製造は、例を参照して、以下に説明される。

例　　１ 乾燥ぎりジン２００００中の４．４”−ｐ−テルフェニ
ルジカルボン酸二塩化物（８０℃において４゜４“−ｐ
−テルフェニルジカルボン酸をピリジン中塩化チオニル
と反応させることによって製造できる”）２１１の溶液
を８−　（＋）　−（２）−オクタツール１．５９ｇと
混合し、次いで２０°Ｏにおいて２４時間攪拌する。次
いで、反応混合物を氷と希塩酸との混合物上に注４ぐ。

結晶性生成物をろ別し、水洗し、次いで高真空中で乾燥
する。クロマトグラフ精製および再結晶によ）、融点８
１°Ｃ〜８２℃の純粋な４，４“−ジー（２（Ｓ）−オ
クチルオキシカ１７　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　−リＡ０ルボニル〕−ｐ−テルフエニルヲ得り。

下記の化合物は同様に製造できる。

４．４“−ジー［２（Ｓ）−へキシルオキシカルボニル
）−ｐ−テルフェニル、 ４．４“−ジー（２（Ｒ）−へキシルオキシカルボニル
）−ｐ−テルフェニル、 ４．４“−ジー（２（Ｅｌ）−へブチルオキシカルボニ
ル）＝ｐ−テルフェニル、 ４、ｅ−ジー［２（Ｒ）−へブチルオキシカルボニル）
−ｐ−チル、フェニル、 ４、ｅ−ジー［２（Ｒ）−オクチルオキシカルボニル）
−ｐ−テルフェニル（融点８１℃〜８２℃）、４　、４
”−ジー（−２（Ｓ）−イニルオキシカルボニル）−ｐ
−テルフェニル、 ４　、４”−ジー［２（Ｒ）−ノニルオキシカルボニル
）−ｐ−テルフェニル、 ４、ｅ−ジー（２（Ｓ）−デシルオキシカルボニル）−
ｐ−テルフェニル、 ４、ｅ−ジー（２（Ｒ）−デシルオキシカルボニル）−
ｐ−テルフェニル。

自発分極Ｐ８は、４　、４”−ジー［２（ｓ）−オクチ
ルオキシカルボニルツーｐ−テルフェニル５重量％と４
−オクチルオキシ安息香酸−４−ヘキシルオキシフェニ
ルエステル９５重量％との混合物によって調べた。この
混合物は４０°Ｇにおいて８−８　ｎ０７ｃｍ”のＰ８
値を有した。４．ｔ’−ジー〔２（Ｓ）−オクチルオキ
シカルボニルシーｐ−テルフェニルについての外挿され
たＰｓ値は４０℃において１７６　ｎ０７ｃｍ”である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい態様による液晶セルの小部
分の斜視線図であ）、かつ 第２図は、貯蔵時間を印加電圧に対してプロットしたグ
ラフである。 １：液晶層 ２：前板 ３：後板 ４．５：偏光子 ６：単一電極セグメント ７：対向電極セグメント ８：１分子 ９：へリックス軸 １０：電圧源 θｏニ　スメクチック傾斜角 β　：　角度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）液晶層の厚さｄ対ヘリカル捩れのピッチ高さｐの
   比ｄ／ｐが５より大であり、スメクチック傾斜角θ＿ｏ
   は２２．５゜〜５０゜であり、そして厚さｄ、傾斜角θ
   ＿ｏの２乗、複屈折Δｎの値および光の波長λの逆数の
   積ｄ・θ＿ｏ＾２・Δｎ・１／λ（位相因子）が０．４
   ５μｍより大であることを特徴とする、そのヘリックス
   構造が電場の作用によつて影響されて、その結果光学異
   方性が変化するキラール強誘電性スメクチック液晶層、
   その間に液晶が配置され、しかも液晶の分子を整列させ
   る表面構造を有し、かつ電極を備えてその中に電場を生
   成する１対の透明板、および液晶の前後に各々１個の偏
   光子、を有する液晶表示セル。 （２）比ｄ／ｐが１０より大きいことを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項に記載のセル。 （３）θ＿ｏ＝２９゜であることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項に記載のセル。 （４）位相因子が１より大であることを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項に記載のセル。 （５）透過光の強さが印加電圧に比例する形でセルが操
   作される場合に、ヘリックス軸と入力側偏光子の偏光方
   向間の角度±は２２．５゜または６７．５゜であること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載のセル。 （６）透過光の強さが印加電圧の２乗に比例する形でセ
   ルが操作される場合に、ヘリックス軸と入力側偏光子の
   偏光方向間の角度±は０゜または４５゜あるいは９０゜
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
   のセル。 （７）板の表面構造が、液晶分子を平面的に整列させる
   効果を有する、特許請求の範囲第１項に記載のセル。 （８）偏光子が交差することを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載のセル。 （９）液晶が５−オクチル−２−〔ｐ−（オクチルオキ
   シ）フェニル〕ピリミジン２６．１重量％、５−オクチ
   ル−２−〔ｐ−（ノニルオキシ）フェニル〕ピリミジン
   １７．１重量％、５−オクチル−２−〔ｐ−（デシルオ
   キシ）フェニル〕ピリミジン２４．５重量％およびキラ
   ール添加剤 ▲数式、化学式、表等があります▼ ３２．３重量％の混合物からなることを特徴とする、前
   記特許請求の範囲第１項〜第８項の何れか１項に記載の
   セル。 （１０）式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｒ＾１およびＲ＾２は少なくとも２個の炭素原
   子を有する互に独立のアルキルを表わし、かつＣ＾＊は
   キラール炭素原子を表わす） を特徴とする、液晶混合物用キラール添加剤。 （１１）少なくとも１成分が、特許請求の範囲第１０項
   に定義された式を有する光学活性化合物であることを特
   徴とする、少なくとも２成分を有する液晶混合物。 （１２）特許請求の範囲第１０項に定義された式を有す
   る化合物の電気光学目的の用途。