JPH0425590A - 強誘電性液晶組成物および光スイッチング素子 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、安定な強誘電性液晶状態をとり得、例えば、
液晶テレビ等のデイスプレィ用、光プリンターヘッド、
ライトバルブ等に利用されるオプトエレクトロニクス関
連素子の素材としてを用な液晶組成物及び光スイッチン
グ素子に関するものである。

（従来の技術） 現在、液晶化合物が表示材料として種々の機器で応用さ
れ、時計、電卓、小型テレビ等に実用化されている。こ
れらは、ネマチック液晶材料を主成分として用い、ＴＮ
型あるいはＳＴＮ型と呼ばれる表示方式のものが採用さ
れている。

この場合の素子は、液晶化合物の誘電異方性と電場の相
互作用に基づく効果を利用しており、電場に対する光学
的な応答が数ｍ５ｅｃと遅いことが欠点としてあげられ
ている。

一方、単純マトリクス駆動方式はデイスプレィの大型化
を図る上で、生産性、コスト、信顧性の面で最も有利と
考えられるが、ＴＮ型あるいはＳＴＮ型液晶の様な双安
定性を持たない液晶を単純マトリクス駆動方式で駆動し
ようとすると走査線数が充分に増やせないという問題点
があった。

この様な従来型の液晶素子の欠点を改良するものとして
、強誘電性液晶の光スイッチング現象を利用した表示方
式がＮ、Ａ、Ｃ１ａｒｋとＳ、Ｔ、Ｌａｇｅｒｗａｌｌ
により提案された（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔ
ｔ、、　１９８０゜ｖｏｌ、３６．ｐ、８９９）　、な
お、強誘電性液晶の存在は、Ｒ，Ｂ、Ｍｅｙｅｒらによ
って１９７５年に初めて報告された。

強誘電性液晶を利用した素子は双安定性を有し、しかも
、従来の液晶素子に比べ光学的な応答がμｓｅｃのオー
ダーと速いという優れた特徴を有する。

これらの強誘電性液晶材料が実際の素子材料として用い
られるためには、いくつかの物性及び特性が要求される
が、その中でも基本的なものとしては、室温を含む広い
温度範囲でキラルスメクチックＣ（Ｓｃ”　）相を示す
こと、高速応答をすることが挙げられる。この他にも強
誘電性液晶材料には数多くの物性及び特性が要求される
が、現在、これらの物性及び特性の要求に単一の化合物
で応じることはできず、いくつかの化合物を混合した強
誘電性液晶組成物を用いる必要がある。

強誘電性液晶組成物を得るためには、強誘電性液晶化合
物だけを用いて混合する必要はなく、非キラル化合物で
あってスメクチックＣ（Ｓｃ）相を示す液晶かあるいは
液晶混合物（ベース液晶と呼ばれる）に、キラルな化合
物を添加することによっても得ることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、現在までベース液晶、キラル化合物について、
共に数多くの研究が行われ、提案がなされれてきている
が、充分な高速応答性を有する強誘電性液晶組成物は未
だないのが現状である。

本発明者らは、先に、下記−形成（Ｉ［［）、（Ｉ［［
） （式中、Ｒ１はアルキル基、Ｙは一〇−又は−Ｃ００Ｚ
は−ＣＯＯ−又は−０ＣＯ−、Ａはハロゲン原子、ＣＨ
。

又はＣＨ，Ｏ−、Ｃ”は光学活性が誘起された不斉炭素
、ｉ及びｊは１以上で、ｊはｉよりも大きい整数を示す
）で表される化合物が自発分極が大きく高速応答性に優
れていることを見出し、これを含む液晶組成物を提案し
た（特開平１−３１１０４９号公報、特願平１−５７１
２９号）。しかし、この化合物は強誘電性液晶相をとる
温度範囲が高いため、この化合物単独では実用に供する
ことができない。

一方、下記−第八（１）、 （式中、Ｒ１及びＲ２はアルキル基を示す）で表される
化合物は、液晶の温度領域が低温側にあり、また粘性が
低いためベース液晶として広く採用されている。そこで
、このベース液晶に上記−第八（Ｉ［ｌ）の化合物を添
加してみたが、強誘電性液晶相をとりうる温度範囲が狭
いという欠点があった。

本発明は上記課題を解決するもので、本発明の目的は、
充分に広いＳｃ”相の温度範囲と高速応答性とを有する
強誘電性液晶組成物、及び該液晶組成物を用いた光スイ
ッチング素子を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、下記−第八（１）、 （式中、Ｒ，及びＲ２はアルキル基を示す）で表される
化合物のうちの少なくとも１種と、 下記−第八（ＩＩ）、 （式中、Ｒ３及びＲ４はアルキル基、Ｘは単結合又は−
〇−を示す）で表される化合物のうちの少なくとも１種
と、 下記−第八（Ｉ） （ＩＩＩ） （式中、Ｒ６はアルキル基、Ｙは一〇−又は−Ｃ００Ｚ
は、−Ｃ０〇−又は−０ＣＯ−、Ａはハロゲン原子、Ｃ
Ｈ３−又はＣＨ３０−、Ｃ”は光学活性が誘起された不
斉炭素、ｉ及びｊは１以上で、ｊはｉより大きい整数を
示す）で表される化合物のうちの少なくとも一種とを含
有することを特徴とする強誘電性液晶組成物（以下「第
１発明」と称する）に関するものである。

また、本発明は上記−第八（Ｉ）で表される化合物のう
ちの少な（とも一種と、上記−第八（ＩＩ［）で表され
る化合物のうちの少なくとも一種と、下記−第八（ＴＶ
）、 （式中、Ｒ８及びＲ７はアルキル基を示す）で表される
化合物のうちの少なくとも一種と、 下記−第八（Ｖ）、 （式中、Ｒ８及びＲ９はアルキル基を示す）で表される
化合物のうちの少なくとも一種とを含有することを特徴
とする強誘電性液晶組成物（以下「第２発明」と称する
）に関するものである。

さらに、本発明は、上記−第八（１）で表される化合物
のうちの少なくとも一種と、上記−第八（Ｉりで表され
る化合物のうちの少なくとも一種と、上記−第八（１）
で表される化合物のうちの少なくとも一種と、上記−第
八（ＩＶ）で表される化合物のうちの少なくとも一種と
、上記−第八（Ｖ）で表される化合物のうちの少なくと
も一種とを含有することを特徴とする強誘Ｎ性液晶組成
物（以下「第３発明」と称する）に関するものである。

さらにまた、本発明は、上記いずれかの強誘電性液晶組
成物を構成要素とすることを特徴とする光スイッチング
素子に関するものである。

上記−形成（Ｉ）〜（Ｖ）中、ＲＩ−Ｒｑで示されるア
ルキル基の炭素数及び−形成（１）中のｊの整数に特に
制限はないが、原材料の入手のしやすさなどの実用的な
製造上の見地から、アルキルとしては炭素数１８までの
ものが、ｊの整数としては１６までのものが好ましい。

前記−形成（１）で表される化合物は、Ｈ．Ｚａｓｃｈ
ｋｅの方法（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｆ．Ｐｒａｋｔ．ｃｈｅ
＋ａ。

３１７、６１７　（１９７５））に従い、市販の試薬よ
り次のスキームで合成することができる。

ＩＣ（ＯＣ２Ｈ５）　！ 次に、前記−形成（ＩＩ）で表される化合物は、例えば
前記−形成（１）の合成法と同様の方法で得た次式の中
間体、 （式中、Ｘは単結合又は−〇−を示す）を用い、対応す
るカルボン酸（Ｒ，ＣＯＯＨ）とエステル化することに
より得ることができる。

前記−形成（Ｉ［［）で表される化合物は、例えば、特
開平１−３１１０４９号公報、特願平１−５７１２９号
に記載の合成方法等で得られる。

前記−形成（ＩＶ）で表される化合物はＨ．Ｚａｓｃｈ
ｋｅの方法（Ｚ．Ｃｈｅｍ．、　１５．４４Ｈ１９７５
）、或いは Ｊｏｕｒｎａｌ　ｆ．Ｐｒａｋｔ．Ｃｈｅ＋＋＋．　３
２３．　１９９　（１９８１）　］に従い、４−アルキ
ル−４′−シアノビフェニルを原料として 次のスキームで合成することができる。

Ｈｚ （ＣＨ＋ｈＮゝ＝ｃｔｔ　−　Ｃ１０４前記−形成（Ｖ
）で表される化合物は、例えば前記−形成（ＩＶ）の合
成法と同様の方法で、次のスキームによって合成するこ
とができる。

本発明の第１発明の液晶組成物は、前記−形成（１）で
表される化合物のうちの少なくとも１種に、前記−形成
（ＩＩＩ）で表される化合物のうちの少なくとも１種を
、キラルドーパントとして添加して調製される応答速度
は速いが比較的狭い温度範囲でしかキシルスメクチック
Ｃ相の液晶相を呈しない強誘電性液晶に前記−形成（Ｉ
Ｉ）で表される化合物を加えることにより、応答速度を
悪化させることなく、キシルスメクチックＣ相をとる低
温域側の温度範囲を広げるようにしたものである。

従って、これら化合物の混合割合は、かかる効果が有効
に奏せられるように選定する必要があり、例えば（１）
／（ＩＩ）が５０　／　５０〜９８／２の比率で混合し
たものに、全体として、２〜３４重量％となるように前
記−形成（ＩＩ［）の化合物のうちの少なくとも一種を
添加することが、より効果的に上記目的を達成する上で
好ましい。

一方、本発明の第２発明の液晶組成物は、前記−形成（
１）で表される化合物のうちの少なくとも一種と前記−
形成（１）で表される化合物のうちの少なくとも一種と
からなる前記強誘電性液晶組成物に、前記−形成（ＩＶ
）で表される化合物のうちの少なくとも一種と前記−形
成（Ｖ）で表される化合物のうちの少なくとも一種とを
混合して、応答速度を悪化させることなく、キシルスメ
クチックＣ相をとる高温域側の温度範囲を広げるように
したものである。この場合、前記−形成（ＩＶ）と前記
−形成（Ｖ）で表される両化合物ともに混合しなければ
、応答速度を悪化させることなく高温域側の温度範囲を
充分に広げることはできない。

これらの化合物の混合割合は、（１）／（（ＩＶ）＋（
Ｖ））が５０１５０〜９８／２の比率で、かつ（ＩＶ）
／（Ｖ）が１０／９０〜９０／１０の比率で混合したも
のに、全体として、２〜３４重量％となるように前記−
ｍ式（ＩＩＩ）の化合物のうちの少なくとも一種を添加
することが、より効果的に上記目的を達成する上で、好
ましい。

さらに、本発明の第３発明の液晶組成物は、本発明の第
１発明の液晶組成物に前記−形成（ＩＶ）で表される化
合物のうちの少なくとも一種と前記−形成（Ｖ）で表さ
れる化合物のうちの少なくとも一種とを混合することに
よって、応答速度を悪化させることなく、キシルスメク
チックＣ相をとる低温域側の温度領域を狭めることなく
、高温域側の温度範囲を広げるようにしたものである。

この場合、前記−形成（ＩＶ）と前記−形成（Ｖ）で表
される化合物ともに混合しなければ、応答速度を悪化さ
せることなく高温域側の温度範囲を充分に広げることは
できない。

この場合におけるこれらの化合物の混合割合は、（Ｉ）
／　（（１）　＋（ｎ）　＋　（■）　＋　（Ｖ）　）
　＝３０／１００〜９５　／１００、（Ｉ［）／　（（
Ｉ）　＋　Ｎｌ）＋　（■）＋　（Ｖ））＝２／１００
〜４０　／１００、（ＩＶ）／　（Ｖ）　−１０／９０
〜９０／１０となるような比率で混合したものに、前記
−形成（Ｉ［［）の化合物のうちの少なくとも一種を２
〜３４重量％となるように添加することが好ましい。

（実施例） 次に、本発明を実施例により具体的に説明する。

下記の第１〜５表に、本発明で使用しうる化合物のいく
つかについて、昇温時におけるその相転移温度を具体的
に示す。尚、表中、Ｃｒは結晶、ＳｃはスメクチックＣ
相、ＳＡはスメクチックＡ相、Ｎはネマチック相、Ｓ♂
はキシルスメクチックＣ相、 ｃｈはコレステリック相、 ■は液体を夫々示 す。

第 表 実１１津Ｐ 上記第１表に例示した化合物のうち、下記の化合物Ｎｏ
のものを下記の割合で混合し、液晶組成物Ａを作製した
。

更に、この液晶組成物Ａに対して、上記第２表に例示し
た化合物のうち、下記の化合物ＮＯのものを下記の割合
で混合し、液晶組成物Ｂを作成した。

更に、この液晶組成物Ｂに対して、上記第３表に例示し
た化合物のうち、下記の化合物Ｎｏのものを下記の割合
で混合し、液晶組成物Ｃを作成した。

液晶組成物Ｃの相転移温度を以下に示す。

相転移温度（’ｃｌ この結果、室温を含む広い温度範囲でＳど相を示すこと
が確かめられた。

次に、液晶組成′＃Ｃをポリイミドを塗布したラビング
処理を施した透明電極付きガラスからなる厚さ２μｍの
セルに注入し、Ｓど相で電界を印加し１．クロスニコル
の偏光顕微鏡下で観察したところ、明瞭なスイッチング
動作が観測された。また、２５°Ｃで１０　Ｖｐｐ／μ
ｍの矩形波を印加し、その時の透過光量の変化をフォト
ダイオードで観測したところ、透過光量が１０％から９
０％へ変化するのに要する時間（ｔＩｏ−ｑ。）が４１
μｓｅｃと高速であった。

実ｌｌ汁λ 実施例１に示す組成物Ａに対して、上記第４．５表に例
示した化合物のうち、下記の化合物Ｎ。

のものを下記の割合で混合し、液晶組成物りを作成した
。

更に、この液晶組成物りに対して、上記第３表に例示し
た化合物のうち、下記の化合物ＮＯのものを下記の割合
で混合し、液晶組成物Ｅを作成した。

液晶組成物Ｅの相転移温度を以下に示す。

転移温度じＣ）： この結果、室温を含む広い温度範囲でＳど相を示した。

液晶組成物Ｅを実施例１と同様の操作に従いセルに入れ
て透過光量の変化に対する所要時間（１＋。−９゜）を
測定した結果、４１μｓｅｃと高速であった。

実１カレー 実施例１に示す組成物Ａに対して、上記第２．４．５表
に例示した化合物のうち、下記の化合物Ｎｏのものを下
記の割合で混合し、液晶組成物Ｆを作成した。

更に、この液晶組成物Ｆに対して、上記第３表に例示し
た化合物のうち、下記の化合物Ｎｏのものを下記の割合
で混合し、液晶組成物Ｇを作成した。

液晶組成物Ｇの相転移温度を以下に示す。

相転移温度Ｃ℃）： Ｃｒ＝Ｓ♂　←５Ａ４−Ｃｈ４−１ この結果、室温を含む広い温度範囲でＳｃ″相を示した
。

液晶組成物Ｇを実施例１と同様の操作に従いセルに入れ
て透過光量の変化に対する所要時間（ｔＩｏ−ｑ。）を
測定した結果、３４μｓｅｃと高速であった。

北較■土 実施例１で使用した液晶組成物Ｂに代えて、液晶組成物
Ａに対して、化合物（ｎ−４）を混合せずに、その代わ
りに、下記例示化合物（ｉｉ　−１）、（ｉｉ　−２）
、（ｉｉ　−３）、（ｉｉ　−４）を下記に示す割合で
混合し、液晶組成物すを作成した。

更に、この液晶組成物すに対して、上記第３表に例示し
た化合物のうち下記の化合物Ｎｏのものを下記の割合で
混合し、液晶組成物Ｃを作成した。

この液晶組成物Ｃを実施例１と同様の操作に従いセルに
入れて透過光量の変化に対する所要時間（ｔＩｏ−＊。

）を測定したところ、９６μｓｅｃであった。

この結果、実施例１の液晶組成物Ｃの方が応答時間が速
く、好ましいことが分かった。

此ｌ■１４ 実施例２で使用した液晶組成物Ｅに代えて、液晶組成物
Ａに対して、例示化合物（Ｖ−２）を混合せずに、化合
物（ＩＩＩ−１）、（ＩＶ−１）、（■−２）のみを下
記の割合で混合し、液晶組成物ｅを作成した。

この液晶組成物ｅの相転移温度を以下に示す。

相転移温度（”Ｃ）： この結果、実施例２の液晶組成物Ｅは上記液晶組成物ｅ
に比べ、ＳＡ−＋　Ｓｃ”の転移点が高く、好ましいこ
とが分かる。

北較■主 実施例３で使用した液晶組成物Ｇに代えて、液晶組成物
Ａに対して、化合物（ＩＶ−１）、（ＩＶ−２）、（Ｖ
−２，）、（ＩＩ−４）を混合せずに、前記化合物（Ｉ
［［−１）のみを下記の割合で混合し、液晶組成物ｇを
作成した。

この液晶組成物ｇの相転移温度を以下に示す。

相転移温度（”Ｃ）： この結果、実施例３の液晶組成物Ｇは上記液晶組成物ｇ
に比べ、融点が大きく低下しており、しかもｃｈ相の温
度幅も広くなっており、好ましいことが分かる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明の液晶組成物は、充分に
広いキシルスメクチックＣ相の温度範囲と、高速応答性
を有し、デイスプレィ装置、その他の光スイッチング素
子の素材として優れた効果を奏し、極めて有用なもので
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記の一般式（ I ）、 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｒ＿１及びＲ＿２はアルキル基を示す）で表さ
   れる化合物のうちの少なくとも１種と、 下記一般式（II）、 ▲数式、化学式、表等があります▼（II） （式中、Ｒ＿３及びＲ＿４はアルキル基、Ｘは単結合又
   は−Ｏ−を示す）で表される化合物のうちの少なくとも
   １種と、 下記一般式（III）、 ▲数式、化学式、表等があります▼（III） （式中、Ｒ＿５はアルキル基、Ｙは−Ｏ−又は−ＣＯＯ
   −、Ｚは−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−、Ａはハロゲン原子
   、ＣＨ＿３−又はＣＨ＿３Ｏ−、Ｃ＾＊は光学活性が誘
   起された不斉炭素、ｉ及びｊは１以上で、ｊはｉよりも
   大きい整数を示す）で表される化合物のうちの少なくと
   も一種とを 含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物。 ２、請求項１に記載された一般式（ I ）で表される化
   合物のうちの少なくとも一種と、 請求項１に記載された一般式（III）で表される化合物
   のうちの少なくとも一種と、 下記一般式（IV）、 ▲数式、化学式、表等があります▼（IV） （式中、Ｒ＿６及びＲ＿７はアルキル基を示す）で表さ
   れる化合物のうちの少なくとも一種と、 下記一般式（Ｖ）、 ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｖ） （式中、Ｒ＿８及びＲ＿９はアルキル基を示す）で表さ
   れる化合物のうちの少なくとも一種とを 含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物。 ３、請求項１に記載された一般式（ I ）で表される化
   合物のうちの少なくとも一種と、 請求項１に記載された一般式（II）で表さ れる化合物のうちの少なくとも一種と、 請求項１に記載された一般式（III）で表さ れる化合物のうちの少なくとも一種と、 請求項２に記載された一般式（IV）で表さ れる化合物のうちの少なくとも一種と、 請求項２に記載された一般式（Ｖ）で表さ れる化合物のうちの少なくとも一種とを 含有することを特徴とする強誘電性液晶組成物。 ４、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載された強
   誘電性液晶組成物を構成要素とすることを特徴とする光
   スイッチング素子。