JPH02261893A - 強誘電性液晶組成物およびそれを用いた液晶素子 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、強誘電性液晶組成物およびそれを用いた強
誘電性液晶素子に関する。

（ロ）従来の技術 現在液晶素子ではネマチック液晶相を利用したものが主
流を占めているが、近年ではこれに加えてスメクチック
相を利用した種々の表示モードの研究ら盛んに行われて
いる。特にカイラルなスメクチックＣ相を利用した強誘
電性液晶表示は大容量が可能な点及び視角が広い点など
から有望視されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記スメクチックＣ相を利用した強誘電性液晶素子に用
いる液晶材料は室温付近を中心に広い温度範囲でスメク
チックＣ相を呈する必要があるのはもちろんのこと、そ
のほかにも種々の条件を満たすことが必要である。まず
、大容量表示を行うためにはデバイス特性として高速応
答性が必要で、この観点から液晶材料には高い自発分極
と低い粘性とが要求される。また、液晶セルに適用した
場合に良好な配向性と双安定性とを得るために、９）と
いう相系列を液晶材料が呈することが必要であり、かつ
ネマチック相及びスメクチックＣ相の螺旋ピッチがセル
厚に比べて十分長いことが必要である。コントラスト、
明るさの点からは強誘電性液晶のチルト角が大きいこと
が望ましい。さらに、誘電異方性、屈折率異方性、比抵
抗などを最適化することも必要となる。

しかしながら、現在のところ単一化合物で望まれる条件
を総て満たすことは不可能であり、通常、複数の化合物
を混合して液晶組成物として実用に供している。実用可
能な条件を満たす液晶組成物を作成するためには多様な
性質をもった数多くの単品液晶化合物が必要となり、と
きには、それ自身液晶性を示さない化合物が液晶組成物
の成分として有用となる可能性もある。

この発明の目的は動作温度範囲が広く、良好な配向性を
呈し、室温で高速応答性を呈し、チルト角度の大きい強
誘電性液晶組成物およびそれを用いた強誘電性液晶素子
を提供することにある。

（ニ）課題を解決するための手段 この発明によれば、 式（Ｉ） （ただし、Ｒ１及びＲ２は同−又は異なって直鎖又は分
枝鎖で１〜１５の炭素数を有するアルキル基、＊は不斉
炭素原子を示す） で表わされる化合物の少なくとも一種、式（Ｉ［） （ただし、Ｒ３及びＲ４は同−又は異なって直鎖又は分
枝鎖で１〜１５の炭素数を有するアルキル又はアルコキ
シ基を示す） で表わされる化合物の少なくとも一種及び式（ＩＩＩ） （ただし、Ｒ５及びＲ＠は同−又は異なって直鎖又は分
枝鎖で１〜！５の炭素数を育するアルキル又はアルコキ
ン基、Ｘは−Ｃｏｏ−又は単結合、Ｙは一０ＣＯ−又は
単結合を示す） で表わされる化合物の少なくとも一種を含有してなる強
誘電性液晶組成物が提供される。

上記式（Ｉ）の化合物は、文献未記載の化合物である。

式（Ｉ）の定義における直鎖又は分枝鎖で１〜１５の炭
素数を有するアルキル基は、メチル、エチル、プロピル
、Ｉ−プロピル、ブチル、ｉ−ブチル、ペンチル、１−
又は２−メチルブチル、ヘキシル、１−又は３−メチル
ペンチル、ヘプチル、■又は４−メチルデシル、オクチ
ル、ｌ−メチルヘプチル、ノニル、１−又は６−メチル
デシル、デシル、■−メチルノニル、ウンデシル、ｌ−
メチルデシル、ドデシル、１−メチルウンデシルなどが
含まれる。これらのアルキル基中で炭素鎖に不斉炭素が
含まれてもよい。

式（ｒ）で表わされる化合物は、例えば、光学活性エピ
クロルヒドリンとフェノール類を塩基の存在下で反応さ
せて式 で表わされる化合物を得、これに式 Ｒ″−ＣＨ（ＧＯＯＲ’）ｚ　　　（Ｖ）（ただし、Ｒ
１及びＲ１−は式（Ｉ）中の定義と同一の意味を示し、
Ｒ７−はメチル、エチルなどの低級アルキル基、＊は不
斉炭素原子を示す）で表わされるマロン酸エステルを塩
基の存在下に反応させることにより得ることができる。

式（Ｉ）で表わされる化合物は必ずしも液晶相を示さな
いが、ノンカイラルスメクチックあるいはカイラルスメ
クチック液晶化合物及び組成物に適１ｉ添加することに
よってその組成物の自発分極を増大させ、強誘電性液晶
組成物の応答を高速化させることができる。また、この
化合物は強誘電性液晶組成物に対して０．１〜ＩＯ重量
％添加するのが好ましく、０．５〜３重量％が特（ご好
ましく、ｌＯ重量％超の場合には強誘電液晶組成物中で
結晶化を起こしやすい。

式（ｔＩ）の化合物は、安定なスメクチックＣ相を示す
ので、式（Ｉ）の化合物に添加することにより、カイラ
ルスメクチックＣ相の温度範囲が広く、応答速度の速い
強誘電性液晶組成物を作成することができ、この化合物
は強誘電性液晶組成物に対して、通常３０〜９５重量％
添加するのが好ましく、特に６０〜９０重量％が好まし
い。また、式（ＩＩ）の化合物のうち、 で表わされる化合物はチルト角度を増大させるのに特に
有効であり、この化合物を強誘電性液晶組成物に対し３
０〜５０重量％含有させることによりチルト角度の大き
な強誘電性液晶組成物を作成することができる。

式（［）の化合物は、カイラルスメクチックＣ相の上限
温度を上昇させるのに有効であり、強誘電性液晶組成物
に対し、通常５〜４０重量％、特に１０〜２５重量％含
有することが好ましい。この化合物はンクロヘキサン環
を含むため粘度が低く、カイラルスメクチックＣ相の上
限温度を上げるために添加しても、応答速度を低下させ
ないという利点を有する。式（Ｉ［［）の化合物の温度
が５重量％未満ではカイラルスメクチックＣ相の上限温
度が上昇せず、逆に４０重量％超では低温での結晶化、
など好ましくない現象が生じてくる。

このようにこの発明における性格の異なる前記（Ｉ）　
（ＩＩ）　（ＩＩＩ）の化合物を組み合わせてなる液晶
組成物は、式（Ｉ）　（ＩＩ）　（ＩＩＩ）の化合物の
内の２種だけを用いたのでは得られない良好な特性の強
誘電性液晶組成物を作成でき、この中でも特にネマチッ
ク相、スメクチックＡ相及びスメクチックＣ相を呈する
ものが好ましく、カイラルスメクチックＣ相の温度範囲
が広く、高速応答性を呈し、かつ、チルト角の大きな高
性能の強誘電性液晶素子を作製することができる。

なお、前記強誘電性液晶組成物は式（Ｉ）（ＩＩ）（Ｉ
ＩＩ）の化合物以外の化合物を適宜添加して作製しても
良い。

次に、図を用いてこの発明の液晶表示素子を説明する。

第１図は、この発明の強誘電性液晶組成物を用いた透過
型液晶素子の例を示す説明図であり、絶縁基板１，２、
導電性膜３．４、絶縁性膜５、配向制御層６、シール剤
７、強誘電性液晶８、偏光板９から構成することができ
る。

絶縁性基板１．２は透光性の基板が用いられ、通常ガラ
ス基板が使用される。また、透明セラミックス基板など
を用いることもできる。

絶縁性基板１．２の上にはそれぞれ１ｎｏ３゜ＳｎＯｔ
ｌＳｎｏｔｌＴＯ（Ｉｎｄｉｕ　０ｘｉｄｅ）などの導
電性薄膜からなる所定のパターンの透明電極３．４が形
成される。

その上に通常、絶縁性膜５が形成されるが、これは場合
によっては省略できる。絶縁性膜５は例えば、５ｉＯｔ
、５ｉＮｘ−ＡｌｔＯ＊などの無機系薄膜、ポリイミド
、アクリル樹脂、フォトレジスト樹脂、高分子液晶など
の有機系薄膜などを用いることができる。絶縁性Ｈ５が
無機系薄膜の場合には蒸着法、スパッタ法、ＣＶ　Ｄ　
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐａｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法、あるいは溶液塗布法などによって形成できる。

また、絶縁性［５が有機系薄膜の場合には有機物質を溶
かした溶液またはその前駆体溶液を用いて、スピンナー
塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、ロール塗布法
、などで塗布し、所定の硬化条件（加熱、光照射など）
で硬化させ形成する方法、あるいは蒸着法、スパッタ法
、ＣＶＤ法などで形成したり、Ｌ　Ｂ　（Ｌａｎｇｕｍ
ｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法などで形成することもで
きる。

絶縁性膜５の上には配向制御Ｆ！６が形成される。

ただし、絶縁性［５が省略された場合には導電性膜３及
び４の上に直接配向制御層６が形成される。

配向制御層は無機素の層又は有機系の層を用いて作製す
ることができる。

無機系の配向制御層は、例えば酸化ケイ素の斜め蒸着法
、回転蒸着法などの方法を用いて作製することができる
。有機系の配向制御層は、ナイロン、ポリビニルアルコ
ール、ポリイミド等を用い、通常この上をラビングして
形成することができ、また、液晶配向性の高分子液晶、
ＬＢＩｌｉ等を用いることができる。この池に、磁場に
よる配向、スペーサエツジ法による配向なども用いるこ
とかできる。また、５ｉｎｓ、ＳｉＮえなどを蒸着法、
スパッタ法、ＣＶＤ法などによって形成し、その上をラ
ビングする方法も可能である。

次に２枚の絶縁性基板を張り合わせ、液晶を注入して強
誘電性液晶素子とする。

以上第１図においては画素数１のスイッチング、素子と
して説明したが、この発明の強誘電性液晶及び液晶素子
は大容量マトリクスの表示装置に通用可能であり、この
場合には第２図に示すように上下基板の配線をマトリク
ス型に組み合わせて用いる。このようなマトリクス型液
晶素子はこれまで提案されている各種駆動法（脇田、上
村、大西。

大庭、古林、太田、　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｎｉｃ
ａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ３３．４４（Ｉ９８７）によって駆
動することができる。

（ホ）作用 式（Ｉ）で表わされる化合物がその強誘電性液晶組成物
の自発分極を増大させて応答を高速化さ什、 式（ｎ）で表わされる化合物が前記組成物のカイラルス
メクチックＣ相を呈する温度範囲とチルト角度を広げ、 式（ＩＩＩ）で表わされる化合物が前記組成物のカイラ
ルスメクチックＣ相の上限温度を上げて１強誘電性液晶
組成物の性能をバランスさせる。

（へ）実施例 実施例１ 以下の各実施例において、式（Ｉ）で表される化合物の
Ｒ，Ｓ表示は下記の化学式の位置番号に基づいて行った
。

で表わされるフェノール誘導体２．５０？、ＦＬ−（−
）−エピクロルヒドリン４．２５９及びベンジルトリエ
チルアンモニウムクロリド２０１１９をジメチルホルム
アミド３肩σに溶解させ、６０℃で２４重量％水酸化ナ
トリウム水溶液１，２当量を滴下した。この温度で４０
分反応させた後、反応液を室温に戻し、次いでエーテル
で抽出を行い、減圧下で溶媒を留去し残渣をシリカゲル
カラムクロマトグラフィーにより精製し、特性値、 ｍｐ　　　　９０℃ ［α］ｏ”　　＋　４．４４°（Ｃ＝１．０１．　ＣＨ
ｔＣ１２）ＮＭＲ（ＣＤ、ＣＩｓ） δ：　０．５０〜３．ＯＯ（Ｉ９Ｈ、ｍ　）３、ｔ（Ｉ
〜３．５（Ｉ（Ｉ，Ｈ，ｍ）３．８０〜４．３０　（２
Ｈ、ｍ　） ６．７５〜７．６０　（８Ｈ，ｍ） を呈する式、 で表わされるＳ体のグリシジルエーテル１．６２９を得
た。

次に、得られた前ｇＥＳ体のグリシジルエーテル３１０
ｍｇ、ｎ−プロピルマロン酸ジエチル４４２ｍｇ、カリ
ウムｔ−ブトキシド１３４ｍｇ及びｔ−ブチルアルコー
ル３ｘＱを混合し１０時間還流撹拌した。反応液を室温
に戻し、４Ｎ塩酸を加えてｐＨ＝１とした後、水とメタ
ノールで洗浄し白色結晶を得た。

これをシリカゲルクロマトグラフィーにより分離精製し
て、特性値、 相転移温度 １１５℃ Ｃ−−→　■ ［α］♂”　　＋　３２．６７°（Ｃ＝　１．０８Ｌ、
　ＣＨｔ　Ｃｌ　ｔ）ＮＭＲ（ＣＤ　Ｃ１ｓ） δ：　０．７０〜３．００　（２７Ｈ、ｍ　）４、ＯＯ
〜４．２５　（２Ｈ、ｍ　） ４．４０〜４．８５（ＩＨ，ｍ） ６．６０〜７．６０　（８Ｈ，ｍ） Ｉ　Ｒ（Ｋ　Ｂ　ｒ　）　　１７６２ｃ「１を呈する式
、 す で表わされるγ−ラクトン誘導体の（２Ｓ、４Ｓ）体２
４０ｘｇ、及び特性値、 相転移温度 １１７℃ ［α］。”　　＋　２２．５０°（Ｃ＝０．５０４．　
ＣＨｔＣ１ｔ）ＮＭＲ（ＣＤＣｌ、） δ：　０．７Ｑ〜３．００　（２７Ｈ、ｍ　）４、ＯＯ
〜４．２５　（２Ｈ，ｍ） ４．５０〜５．００　（ＩＨ，ｍ） ６．６０〜７．６０　（８Ｈ，ｍ） ＩＲ（ＫＢｒ）　　１７６２ｃｍ−’ を呈する式、 で表わされるγ−ラクトン誘導体の（２Ｒ，４Ｓ）体Ｌ
４０ｍｇを得た。

ｂ０強誘電性液晶組成物の作製 式（Ｉ）で表わされる化合物としてこの実施例式（ＩＩ
）で表わされる化合物として、公知の方法によってい得
られた、 及び式（ＩＩＩ）で表わされる化合物として、公知の方
法によって得られた、 Ｃ＋ＪｔｔＯ舎Ｃ０Ｏ−ｏ−Ｏ−Ｃ６Ｉ１１．５％及び
この他の成分として、公知の方法によって得られた、 ＣＪ＋７０（（防Ｃｏｏ−＠−ＯＣ，Ｈ１？　　　　ｓ
％ＣユＨ１，０−ｏ−ｏ−ｃＯｏ−ｏ−ＯＣ６Ｈ１３５
％ＣｓＨ＋ｔ０　Ｃｏｏ　＜ボＪｏｃ、ｏ、ｔ　　　５
％を配合して、液晶組成物を作製した。

この液晶組成物は、その相転移か ５６℃　　　　　　６８℃　　　　　８２℃Ｓｃ　−−
一呻　ＳＡ　−−一→　Ｎ　　−一→　■（ここでＳＣ
，ＳＡ、Ｎ、ＩはそれぞれスメクチックＣ相、スメクチ
ックＡ相、ネマチック相、等方性液体を示す）であり、
室温でスメクチックＣ相を示した。

Ｃ１液晶素子の作製及び評価 ２枚のガラス基板上に、ＩＴＯ膜を形成し、さらに５ｉ
Ｏｚを形成し、ナイロン膜を塗布しラビングして液晶配
向制御層を形成して液晶セル部材を作製した。次にこの
２枚の液晶セル部材をセル厚２μｍで張り合わせ、前記
液晶組成物を注入した後いったん液晶組成物が等方性液
体に変化する７５℃にセルを加熱し、その後１℃／ｆｆ
ｌ１ｎで室温まで冷却することにより前記液晶組成物を
良好に配向し得た。

この液晶セルを２枚の直交する偏光子の間に設置し、Ｖ
　ｐ−ｐ＝　２０　Ｖの矩形波を印加したところ透過光
強度の変化が観察された。透過光強度の変化より求めた
応答速度は２５℃で７９μｓｅｃ、チルト角度は２ピで
あった。

比較例１ 式（Ｉ）と式（ＩＩ）の化合物を用い、式（ｍ）の化合
物を用いずして以下に示す液晶組成物を作製した。

この液晶組成物は室温でスメクチックＣ相を示し、その
相転移は ５０℃　　　　６９℃　　　７１℃ Ｓｃ−一→汎　−−→Ｎ−−→　Ｉ であった。

実施例と同様にして強誘電性液晶セルを作成し、Ｖ　ｐ
−ｐ＝　２０　Ｖの矩形波を印加したときの透過光強度
の変化より求めた応答速度は２５℃で７５μｓｅｃ、チ
ルト角度は１８°であった。

以上より分かるように、実施例の強誘電性液晶組成物は
比較例よりもチルト角お上びカイラルスメクチックＣ相
の上限温度の点で優れている。これは化合物（ｎ）の総
量に対して化合物ことにより、チルト角が増大し、化合
物（ＩＩＩ）を用いたことによりカイラルスメクチック
Ｃ相の熱安定性が上昇したためである。また、化合物（
ＩＩＩ）がシクロヘキサン環を含んだ化合物であるため
、応答速度も殆ど低下することなく、チルト角およびカ
イラルスメクチックＣ相上限温度を改善できた。

（ト）発明の効果 この発明によれば、室温を中心に広い温度範囲でスメク
チックＣ相を示し、チルト角が大きく、かつ高速応答性
を呈する強誘電性液晶組成物を提供するこくとができ、
また、この該強誘電性液晶組成物を用いることにより、
配向性がよく、高コントラストで明るく、動作温度範囲
の広い、大容量の強誘電性液晶素子を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の強誘電性液晶組成物を用いた強誘
電性液晶素子の説明図、第２図は、この発明の強誘電性
液晶素子を用いた大容量強誘電性液晶素子の電極配線の
説明図である。 １．２・・・・・・絶縁性基板、 ５・・・・・・絶縁性膜、 ７・・・・・・シール剤、 ９・・・・・・偏光板。 ３．４・・・・・・導電性膜、 ６・・・・・・配向制御層、 ８・・・・・・強誘電性液晶、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （ただし、Ｒ＾１及びＲ＾２は同一又は異なって直鎖又
   は分枝鎖で１〜１５の炭素数を有するアルキル基、＊は
   不斉炭素原子を示す） で表わされる化合物の少なくとも一種、 式（II） ▲数式、化学式、表等があります▼（II） （ただし、Ｒ＾３及びＲ＾４は同一又は異なって直鎖又
   は分枝鎖で１〜１５の炭素数を有するアルキル又はアル
   コキシ基を示す） で表わされる化合物の少なくとも一種及び 式（III） ▲数式、化学式、表等があります▼（III） （ただし、Ｒ＾５及びＲ＾６は同一又は異なって直鎖又
   は分枝鎖で１〜１５の炭素数を有するアルキル又はアル
   コキシ基、Ｘは−ＣＯＯ−又は単結合、Ｙは−ＯＣＯ−
   又は単結合を示す） で表わされる化合物の少なくとも一種を含有してなる強
   誘電性液晶組成物。 ２、請求項１の強誘電性液晶組成物を有する強誘電性液
   晶素子。