JPH01193390A - 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】 〔概　要〕　　。

強誘電性液晶表示素子に用いる液晶組成物に関し、 大面積にわたって均一に配向し、高コントラストと良好
なメモリー性を有する組成物を得ることを目的とし、 少くとも２種以上の強誘電性液晶からなる、強誘電性液
晶の双安定性を利用する液晶表示素子に用いる液晶組成
物において、下記式１．ＩＩで示される液晶化合物を同
時に含むように構成する。

上式中、Ｒ＋　、　Ｒｚは炭素数６〜１６のアルキル基
又はアルコキシ基、Ｒ，、Ｒ，は少くとも１個の不斉炭
素原子を有する炭素数４〜１２のアルキル基を表わす。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、強誘電性液晶表示素子に用いる液晶組成物に
関する。

〔従来の技術〕

液晶表示は、低電力消費および低駆動電圧という特徴を
有するため、時計や電卓等における小容量表示として広
く背反しているが、近年ハンドベルトコンピュータ等の
ＯＡ機器用表示としての需要が増大し、より情ｆ［ａｉ
Ｌの大きな液晶表示の開発が求められている。

従来の液晶表示（ＬＣＤ）の主なものには、２枚の基板
間に挟持された液晶分子が９０°の角度をもってねじれ
た構造を有するツィステッド・ネマティック（ＴＮ）方
式と１つの画素に１個の薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）を
はめ込んだＴＦＴ方式とがある。ＴＮ方式を用いたＬＣ
Ｄにおいては、電界のオン−オフに際してメモリー性が
なく、しかもしきい値特性が急峻でないため、大容量の
ドツトマトリックス表示を行おうとすると、累積応答効
果により非表示部分も半表示の状態になるというクロス
トークの問題がある。一方、ＴＦＴ方式では、低コスト
で、しかも欠陥を生じることなく、ＴＰＴを大面積にわ
たって配置することが困難であるという問題点がある。

さらに、これら従来の液晶表示においては、駆動電界は
液晶分子の誘電異方性に作用するという特徴を有してい
る。

従って、印加電界が液晶分子に及ぼすトルクが極めて小
さく、その結果応答時間が１０〜３００ｍ５程度の遅い
ものとなるという問題がある。

一方、自発分極を有する強誘電性液晶を使用した液晶表
示素子は、強誘電性液晶を封入したセルの両面をクロス
ニコルではさんで構成される。その構成図を第１図に示
す。図において、６は検光子、６′は偏光子、２は透明
電極であり、■は基板、３は配向膜、４はスペーサ、５
は液晶分子、７は電源である。この液晶セルにおいて、
セルギャップを２−程度にとった場合、基板界面の配向
規制力の影響が大きく、カイラルスメクテイフクＣ（Ｓ
ｃ”）相のらせん構造が消失するため、もし配向膜にブ
ラシなどで一方向にこするというラビングが施してあれ
ば、液晶分子は基板に平行に均一な方向に配向すること
になり、このとき自発分極の方向は基板に対して上向き
方向と下向き方向との双安定状態をとるという原理にも
とづき、明と暗の表示を行う。

従って、強誘電性液晶表示においては、メモリー性（双
安定性）および急峻なしきい値特性を有することから、
クロストークのない、大容量のドツトマトリックス駆動
が可能であるという利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

強誘電性液晶を使用した液晶表示素子は、原理的には、
上記のような利点を有するが、単一の液晶ではほとんど
の場合、室温よりも高い温度でしかＳｃ”相をとらない
という問題がある。また、市販されている、室温で動作
する強誘電性液晶材料をラビング法を用いて配向させた
液晶セルを偏光顕微鏡下で観察したところ、配向むらが
生じており、またジグザグ状や線状の欠陥が多数発生し
、良好なメモリー性が得られず、コントラスト比も１対
５と低いという問題があることがわかった。

一方、上記ラビング法は、ＴＮ？＆晶で広く用いられて
いる技術であり、低コストで容易に大容量表示装置を作
製するための基本技術であると考えられている。従って
、上記利点を持った強誘電性液晶表示装置を実用化する
ためには、室温を中心とした広い温度領域で動作し、し
かもラビング法で容易にジグザグ状や線状の欠陥のない
大面積均一配向が得られ、高コントラストと良好なメモ
リー性をもった液晶組成物の開発が不可欠である。

従って、本発明は、大面積にわたって均一に配向し、高
コントラストと良好なメモリー性を有する強誘電性液晶
組成物を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、少くとも２種以上の強誘電性液晶から
なる、強誘電性液晶の双安定性を利用する液晶表示素子
に用いる液晶組成物が提供されるのであって、この組成
物は、下記式１．Ｉ［で示される液晶化合物を同時に含
むことを特徴とする。

はアルコキシ基、Ｒ，、Ｒ，は、少くとも１個の不斉炭
素原子を有する炭素数が４〜１２のアルキル基を表わす
。

〔作　用〕

一般に、液晶分子は、基板界面とのファンデルワールス
型相互作用に従い、基板に平行配向することが知られて
いる。分子は、この相互作用が強い程より強固に基板に
平行配向し、その結果大面積にわたり３　ｃｍ相の均一
なドメインが得られやすいと考えられる。このファンデ
ルワールス型相互作用は、液晶分子のπ電子の非局在性
が大きい程大きくなることが知られている。これは、フ
ァンデルワールス型相互作用は分子の誘電異方性が大き
い程強くなる傾向があり、一方分子の誘電異方性は一般
にπ電子の非局在性が大きくなる程大きくなるからであ
る。従って、より大きなπ電子の非局在性をもった液晶
組成物を用いれば、ラビング法を用いてジグザグ状や線
状の欠陥発生の少ない大面積均一配向が得られる可能性
がある。

典型的な強誘電性液晶化合物としては、次式■で示され
るエステル系液晶、 ＣＨ３ ■ 式■で示されるピリミジン系液晶、 １■ などがある。π電子は、上記化合物のベンゼン環付近に
非局在している。ところで、よりπ電子の非局在性が大
きい液晶化合物としては、下記式■で示される如き、弐
■のベンゼン環をナフタレン環で置換した、ナフタレン
系液晶、 が考えられる。式■で表わされる液晶化合物は下記の相
転移系列を有する。

本発明者らの検討によれば、π電子の非局在性の大きな
式■で表わされる液晶化合物が、弐■および■の液晶化
合物よりも、ラビング法による大面積均一配向が得られ
やすく、しかもジグザグ状や線状の欠陥の発生が著しく
減少し、さらにコントラストが高く、メモリー性が得ら
れやすいということが確認できた。

上述したように、−最大！および■で表わされるナフタ
レン系液晶化合物は、ラビング法を用いて、ジグザグ状
や線状の欠陥の発生しない大面積均一配向が得られやす
いという特性を有するが、−例として弐■で示した液晶
化合物のように、−最内にＳＣ９相の温度範囲が室温よ
りもかなり高い。実用上有用な強誘電性液晶材料は、室
温を中心とした広い動作温度範囲を有する必要がある。

そこで、本発明者らは、−最大！、ＩＩで表わされるナ
フタレン系液晶を基本組成にして、エステル系液晶（−
例を式■に示した）やピリミジン系液晶（−例を式■に
示した）などの混合を検討した結果、分子の中央骨格部
と不斉炭素との間についたメチレン（−ＣＨ，−）数の
異なる液晶の混合や分子末端のアルキル鎖長の異なる液
晶化合物の混合により、上述した優れた配向特性が保持
されつつ、液晶化温度が著しく減少し、動作温度範囲が
拡大することを見出した。

ただし、−最大■、■で表わされるナフタレン系液晶を
主成分として混合液晶を作製する際においては、ナフタ
レン系液晶が全体の１０重量％より少ない場合には、場
合によって、ラビング法による大面積配向が容易ではな
く、ジグザグ状や線状欠陥の発生が見られ、コントラス
ト比が低くなることがわかった。従って、上述した優れ
た配向特性を得るためには、ナフタレン系液晶の組成比
が少くとも１０重量％であるのが好ましい。

〔実施例〕

以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。

実Ｊ！ＪＬＬ 酸化インジウムを透明電極として用いたガラス基板を洗
浄したのち、ガラス基板（２００Ｘ　２００　ｍｍ　）
上にポリビニルアルコール（日本合成化学製）を用いて
役１５００人の厚さで成膜した。１５０℃で１時間乾燥
した後、この高分子膜をポリエチレン製のブラシでラビ
ングし、粒径が２側のアルミナ微粉（昭和電工製）をス
ペーサとしてパネルを作製した。次に、表１に示す液晶
化合物Ａ、ＢおよびＣからなる混合液晶を等方相に加熱
したのち、パネルに注入し、１℃／分の割合で強誘電性
液晶相まで徐冷することにより、液晶パネルを作製した
。

この液晶組成物は、−２０℃〜５ユ℃の広い温度範囲で
安定に動作するＳｃ“相をもち、下記の相転移系列を有
する。

この液晶パネルを室温（２５℃）で偏光顕微鏡で観察し
たところ、線状欠陥のない均一な配向が形成されている
のが確認できた。

次に、この液晶パネルに第２図に示すパルス電圧を印加
し、透過光量を測定したところ、■＝１５のコントラス
ト比が得られた。第３図に２５℃で測定した透過光量の
オシロスコープ像を示す。

第３図から明かなように、良好な双安定性が実現できた
。

配向膜として、実施例１の場合のポリビニルアルコール
の代りに、ポリイミド（東し製）を用いて、約１５００
人の厚さで成膜し、実施例１の場合と同じ液晶組成物を
用いて液晶パネルを作製した。

この液晶パネルを偏光顕微鏡で観察したところ、欠陥の
ない均一な強誘電性液晶のドメインが基板全体にわたり
形成されているのが確認できた。次に、第２図に示した
電圧を印加して透過光量を測定したところ、２５℃で１
＝１２のコントラスト比が得られ、双安定性も実現され
ていることが確認できた。

なお、表１に示した液晶化合物のうち、組成比をそのま
まにして、液晶化合物Ｃを表２に示した液晶化合物Ｄ−
Ｋ（ここで？、は炭素数６〜１６のアルキルまたはアル
コキシ基、Ｒ２は炭素数が４〜１２のアルキル基、ｎは
２〜６、ｍはＯ〜６である）で置き換えても、大面積に
わたり欠陥のない均一なドメインが形成され、良好なコ
ントラスト比と双安定性が得られることが確認できた。

実施例の液晶組成では、フェニル基の４−位置換基の炭
素数が９．１０．１２の直鎖アルコキシ基を持つ液晶を
用いたが、良好な配向性を与えるのに本質的な構造は前
述のとおり、ナフタレン環を分子中に有することである
。従って、適当な液晶相温度範囲が得られる限り、フェ
ニル基の４−位置換基の炭素数を変えても同様の効果が
得られ、またフェニル基の４−位置換基は直鎖アルコキ
シ基に限らず、炭素数６〜１６の直鎖または分枝のアル
キル基、アルコキシ基であってもよい。またカイラル部
分は炭素数４〜１２の不斉炭素を少くとも１つ含むアル
キル基であれば、同様の効果が得られる。

以下余白 、表−」一 実施例１で用いた液晶組成物の代りに、表３に示す液晶
化合物を混合してなる液晶組成物を用いて、実施例１の
場合と同一の条件で液晶パネルを作製した。この液晶パ
ネルを２５℃で偏光顕微鏡観察したところ、ジグザグ状
や線状の欠陥が多数誘起され、基板全体にわたって均一
な配向が形成されていなかった。比較的に均一配向して
いる部分を選んで、第２図に示す電圧を印加し、透過光
量を測定したところ、１：５のコントラスト比が得られ
た。第４図に２５℃で測定した透過光量のオシロスコー
プ像を示す。第４図から双安定性は実現しているものの
、パルス切断後の減衰が大きく、この減衰のためにコン
トラスト在が低下していることがわかる。この減衰は、
基板界面における液晶分子のプレチルト、ジグザグ状や
線状欠陥に起因していると考えられる。

なお、上記比較例で用いた液晶組成物の代りに、第２に
示した液晶化合物Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ、ＪおよびＫをそれぞ
れ用いても、ジグザグ状や線状の欠陥が多数誘起してい
るのが観察された。この場合、コントラスト比はほぼ１
：６で、第４図と同様な透過光量のオシロスコープ像が
得られた。

なお、上記比較例において、配向膜としてポリビニルア
ルコールの代りにポリイミド（東し製）を用いても、ジ
グザグ状や線状の欠陥が多数誘起され、基板全体にわた
って均一なドメインを形成することができなかった。

〔発明の効果〕

本発明に係る強誘電性液晶組成物を用いれば、従来のラ
ビング法を用いて、配向むらおよびジグザグ状や線状の
欠陥がほとんどなく、十分高いコントラストを持った双
安定状態が室温を中心とした広い温度範囲で確保でき、
従って大容量表示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は強誘電性液晶表示素子の構成の一例を示す図、
第２図は実施例および比較例で用いられた印加パルス電
圧を示す図、第３図は実施例で得られた透過光量のオシ
ロスコープ像を示す図、そして第４図は比較例で得られ
た透過光量のオシロスコープ像を示す図である。 １・・・基板、　　　　　　　２・・・透明電極、３・
・・配向膜、　　　　　　　４・・・スペーサ、５・・
・液晶分子、　　　　　６・・・検光子、６′・・・偏
光子、　　　　　７・・・電源。 時間（ｍｓ） 第３図 時間（ｍｓ） 透過光量オシロスコープ像 箒４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも２種以上の強誘電性液晶からなる、強誘電
   性液晶の双安定性を利用する液晶表示素子に用いる液晶
   組成物であって、下記式 I 、IIで示される液晶化合物
   を同時に含むことを特徴とする液晶組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ 上式中、Ｒ＿１、Ｒ＿２は炭素数６〜１６のアルキル基
   又はアルコキシ基、■＿１、■＿２は少くとも１つの不
   斉炭素原子を有する炭素数が４〜１２のアルキル基を表
   わす。 ２、前記式、 I 、IIの化合物の単体または混合物を、
   液晶組成物全体に対して１０重量％以上含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の液晶組成物。