JPH0425591A - 強誘電性液晶組成物及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有用な液晶組成物及び光スイツチン
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挙げられ
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ツ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（ＩＩＩ）、（式中、
Ｒ３及びＲ６はアルキル基、Ｃ１は光学活性が誘起され
た不斉炭素を示す）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（特願平１−２８７９９４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−形成（Ｉ）、 （式中、Ｒ，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、また粘性も
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−形成（ＩＩＩ）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
ツ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−形成（Ｉ）、 （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−形成（ＩＩ）、 （式中、Ｒ３及びＲ４はアルキル基、Ｘは単結合又は０
−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−形成（ＩＩＩ）、 （式中、Ｒ２及びＲ６はアルキル基、Ｃ１は光学活性が
誘起された不斉炭素を示す）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−形成（Ｉ）で表される化合物のう
ちの少なくとも一種と、上記−形成（Ｉ［［）で表され
る化合物のうちの少なくとも一種と、下記−形成（ＩＶ
）、 （式中、Ｒ１及びＲｉ、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−形成（Ｖ）、 （式中、Ｒ，及びＲ１゜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−形成（Ｉ）で表される化合物
のうちの少なくとも一種と、上記−形成（ＩＩ）で表さ
れる化合物のうちの少なくとも一種と、上記−形成（Ｉ
［［）で表される化合物のうちの少なくとも一種と、上
記−形成（ＩＶ）で表される化合物のうちの少なくとも
一種と、上記−形成（Ｖ）で表される化合物のうちの少
なくとも一種とを含有することを特徴とする強誘電性液
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ツチング
素子に関するものである。

上記−形成（Ｉ）〜（Ｖ）中、Ｒ１−Ｒ１゜で示される
アルキル基の炭素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、炭素数１
８までのものが好ましい。

前記−形成（Ｉ）で表される化合物は、Ｈ，Ｚａｓｃｈ
ｋｅの方法（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｆ、Ｐｒａｋｔ、Ｃｈｅ
ｍ。

３１７、６１７　　（Ｉ９７５））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。

ＨＣ（ＯＣＪｓ）３ 次に、前記−形成（Ｉｆ）で表される化合物は、例えば
前記−形成（Ｉ）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（Ｒ３ＣＯＯＨ）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
願平１−２８７９９４号に記載の合成方法で得られる。

前記−形成（ＩＶ）で表される化合物は）１．Ｚａｓｃ
ｈｋｅの方法（Ｚ、Ｃｈｅｍ、、　１５．４４Ｈ１９７
５）、或いは Ｊｏｕｒｎａｌ　ｆ、Ｐｒａｋｔ、ｃｈｅｍ、　３２３
．１９９　（Ｉ９８１））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。

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（Ｉ）で
表される化合物のうちの少なくとも１種に、前記−形成
（■）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（ＩＩ）
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（Ｉ）
／（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（ＩＩＩ）の化合物のうちの少な（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（
Ｉ）で表される化合物のうちの少なくとも一種と前記−
形成（Ｉ１１１）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、（Ｉ）　／　（（ＩＶ）
＋　（Ｖ））が５０１５０〜９８／２の比率で、かつ（
ＩＶ）／（■）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−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。

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、応答速度を下げる
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）
／　（ＣＩ）　＋　（Ｉ［）　＋（ＩＶ）　＋（Ｖ）　
）　−３０／１００〜９５／１００、（ＩＩ）／　（（
Ｉ）＋　（ｎ）＋　（ＩＶ）＋　（Ｖ））　＝２／１０
０〜４０／１００、（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（
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、ＳＸ
はスメクチックＸ相、Ｓｏ′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 第 表 ス１１１１ 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。

相転移温度じＣ）： 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、液晶組成物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♂相で電界を印加し、クロスニフルの偏
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／μｍ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９０％
へ変化するのに要する時間（Ｌｏ−ｗ。）が３３μｓｅ
ｃと高速であった。

スＪＬ［１亀 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（”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（ｔｌｏ−ｗ。）を
測定した結果、４１μｓｅｃと高速であった。

遺Ｊ１例」□ 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）： 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（ｔｌｏ−ｑ。）を
測定した結果、２４μｓｅｃと高速であった。

此ＩＬ上 実施例１で使用した液晶組成物Ｂに代えて、液晶組成？
ＩＡに対して、化合物（Ｉ［−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（ｔｌｏ−９０
）を測定したところ、６９μｓｅｃ　”？ｌ’９つだ。

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。

且ｌ■１１ 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（■〜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（Ｉ＋。−９゜
）を測定したところ、５９μｓｅｃであった。

この結果、実施例２の液晶組成物Ｅの方が応答時間が速
（、好ましいことが分かる。

止較貫主 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）、（Ｉｌ−４）を混合せずに、前記化合物（Ｉｌ
ｒ−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、液晶組成物ｇに
比べ、キシルスメクチックＣ相の温度幅が広くなってお
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、その他の光スイツチング素
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及びＲ＿６はアルキル基、Ｃ＾＊は光学
   活性が誘起された不斉炭素を示す）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＿７及びＲ＿８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＿９及びＲ＿１＿０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。