JPH0439390A - 強誘電性液晶組成物の調製方法 - 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〕 本発明は強誘電性液晶組成物に関する。さらに詳しくは
、不斉炭素を有する強誘電性液晶化合物の光学異性体同
士を特定の割合で含有せしめてえられる強誘電性液晶組
成物に関する。

〔従来の技術〕

現在の液晶表示素子は、主にネマチック液晶組成物を用
いたＴＮ（Ｔｗｌｓｔｅｄ　Ｎｅ５ａｔｌｃ）型である
。このＴＮ型の液晶表示素子は、製造工程が簡便で、消
費電力が低いなどの長所を有するので、時計、電卓、テ
レビ、ワードプロセッサ、ラップトツブコンピュータな
どに幅広く用いられている。しかし、このネマチック液
晶組成物を用いたＴＮ型液晶表示素子には、画像表示の
応答速度が遅い、表示容量に限界があるなどの問題があ
り、これを解決するために高速応答性、メモリ性などの
ネマチック液晶材料にはない性質を有する強誘電性液晶
材料を用いた液晶表示素子の開発が盛んに行なわれてい
る（エヌφニー・クラーク（Ｎ、＾、ＣＩａｒｋ）ら、
アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ　、Ｐｈ
ｙｓ。

Ｉｅｔｔ、）　、　３６．８９９（１９８０）参照）。

強誘電性液晶材料の液晶相は、一般にスメクチックＣ’
（Ｓｃ’）相またはスメクチックＨ’（Ｓ＋’）相とよ
ばれ、層構造を有し、かつらせん構造を示す液晶であり
、液晶分子の長袖が層の法線に対して傾きをもっており
、この傾きの方向がらせんを描くように各層間で規則的
に異なっている。第８図は強誘電性液晶材料の分子配向
の説明図である。第８図において（６）は液晶分子、（
力は自発分極、（θ）は層の法線に対して液晶分子のな
す角（チルト角）θ、（８）は層間のらせんの一周期に
相当する長さ（らせんピッチ）　、（９）は層境界面を
示す。分子長軸の垂直方向、すなわち層に平行なある方
向に一定のしきい値以上の電圧を印加すると、液晶分子
（６）は層法線と一定角θを保ちながらコーン型の側面
に沿って回転し、自発分極（７）の方向が電界の方向を
向くように配列する。実際に表示素子として用いるばあ
いには、透明電極を有し、その上に配向処理を施したガ
ラス基板間に強誘電性液晶材料を挟持し、その液晶パネ
ルのセルギャップをらせんピッチ以下にすることにより
、らせん構造を解いて液晶分子を一定方向に向けた状態
で用いられる。

この表示素子に用いる強誘電性液晶材料には以下のよう
な特性が要求される。

■室温を含む広い温度範囲でＳｃ’相などの強誘電τ−
η／ＰＳ−Ｅ （η：粘度、Ｐｓ：自発分極、Ｅ：電界）で表わされる
ので、大きな自発分極をもち、かつ低粘度であること。

なお、自発分極が大きくなると粘度も高くなる傾向がみ
られ、自発分極、粘度の両者を満足させるためには、自
発分極が約１０ｎｃ／ｃｊであるのが一般に適当である
と考えられている。ただし、自発分極の値の最適値はセ
ル条件、配向条件などに左右される。

■高コントラストをうるために、２２．５°のチルト角
を有すること。

■良好な配向を実現するために、強誘電性液晶相がＳｃ
’相のばあいには、好ましくは Ｉ　　−＋　　Ｃｈ　　−ｗ　　ＳＡ　　　　　Ｓｃ’
（Ｉ：等方性相、Ｃｈ：コレステリック相、ＳＡ：スメ
クチックＡ相、８０本：スメクチツクＣ零相）の相系列
であること。

■液晶パネル内でらせんピッチを解いて良好な配向をう
るため、Ｃｈ相、Ｓｃ＊相において充分に長いらせんピ
ッチをもつこと。

しかし、以上の条件を満たす単体の強誘電性液晶材料は
皆無に等しいので、種々の特性をもつ液晶材料を混合す
ることにより目標とする特性を達成しようとしている。

つまり、自発分極の極性の異なる化合物同士を混合して
自発分極の大きさを調節し、らせんピッチのねじれ方向
の異なる化合物同士を混合してらせんピッチを大きくす
るなどの手法により、前記５つの条件を達成しようとし
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、分子構造が異なり、自発分極の極性、ら
せんピッチのねじれ方向が各々逆の強誘電性液晶化合物
の相溶性を満足させながら混合していくとき、一般に自
発分極の大きさには加成性が成り立ち、組成比に対応し
て自発分極の大きさは直線的に変化する。一方、らせん
ピッチの長さは双方の強誘電性液晶化合物のねじり力の
つり合った組成において無限大に発散する傾向がみられ
る。具体例として後述する比較例１に示した２種の強誘
電性液晶化合物（化合物（１）−３および化合物ｌ）を
混合したばあいの関係を第６図に示す。

化合物（１）−８は（自発分極（＋）、らせんビッヂ（
ＬＨ））　、化合物ｌは（自発分極（−）、らせんピッ
チ（ＲＨ））であり、これを混合したときの自発分極の
大きさまたはらせんピッチの長さと組成との関係を表わ
す第６図かられかるように、自発分極が一般的にいわれ
る最適値の約１０ｎｃ／ｃｊとなる組成（化合物（１）
−８／化合物（Ｉｔ−２０／８０（重量比、以下同様）
）と、らせんピッチが無限大に発散する組成（化合物ｆ
ｉｌ−８／化合物（Ｉｌ［）　−４０／　ｆｉｇ）とは
一致していない。

そこで、さらに分子構造、自発分極の極性、らせんピッ
チのねじれ方向が異なり、かっ相溶性も満足する第３の
強誘電性液晶化合物（組成物）を添加して、自発分極が
最適値（約１０ｎＣ／　ｃｊ　）を示す組成とらせんピ
ッチが最適値（無限大に発散）を示す組成とを一致させ
なければならず、そのような第３の強誘電性液晶化合物
（組成物）を見つけ出すことは非常に困難であるという
問題がある。

また、強誘電性液晶組成物を調製していく際、高速応答
性をうるために低粘度を目指す必要があリ、低粘度化が
可能で、同時に自発分極の大きさ、らせんピッチの長さ
を最適化できるような強誘電性液晶化合物（組成物）の
組合わせを見出すことはさらに困難であるという問題が
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記問題を解決するためになされたものであ
り、分子構造が同一であり、互に光学異性体である強誘
電性液晶化合物同士を、えられる組成物が光学活性を示
す割合になるように含有せしめたことを特徴とする強誘
電性液晶組成物に関する。

〔作　用〕

本発明では、同一の分子構造を有し、旋光方向のみが異
なり、互に光学異性体の関係にある強誘電性液晶化合物
同士を混合する、または強誘電性液晶化合物とその化合
物と同一の分子構造を有するが光学活性を示さない化合
物、つまりラセミ体とを混合することにより、あらかじ
め単一の分子構造を有する強誘電性液晶化合物の自発分
極の大きさ・極性、らせんピッチの長さ・ねじれ方向を
任意の値に調整し、そののち、分−ｆ構造の異なる強誘
電性液晶化合物との混合を行なうことにより、自発分極
を約１０ｎＣ／ｃｊにする組成とらせんピッチを無限大
に発散する組成とを容品に一致させることができる。こ
のため、光学異性体またはラセミ体を混合して調整した
強誘電性液晶化合物の自発分極の大きさ・極性、らせん
ピッチの長さ・ねじれ方向を考慮に入れることなく、分
子構造の異なる強誘電性液晶化合物間の混合を行なうこ
とができ、混合の対象となる液晶材料の選択範囲が広が
る。この結果、強誘電性液晶相を広い温度範囲で示し、
らせんピッチが長いために配向性に優れ、自発分極を最
適化でき、高速応答が可能な強誘電性液晶組成物をうろ
ことができる。

〔実施例〕

本発明の強誘電性液晶組成物には、分子構造が同一であ
り、互に光学異性体である強誘電性液晶化合物の両者を
含む単一の分子構造を有する強誘電性液晶化合物が含有
される。

前記強誘電性液晶化合物の具体例としては、たとえば一
般式（Ｉ）： （式中、Ｒは８体または２体の不斉炭素を有する光学活
性な分枝アルキル基、Ｒ１は炭素数１〜２゜のアルキル
基またはアルコキシ基　Ｑｌは一〇Ｃ０−−・０−また
は直接結合、Ｑ２　　　Ｒ３はそれぞれ原子またはハロ
ゲン原子を示し、本はそのアルキル基が光学活性である
ことを示す）で表わされる強誘電性液晶化合物（化合物
（Ｉ））があげられる。

前記一般式（１）におけるＲは、好ましくは炭素数４〜
２０の不斉炭素を有する分枝アルキル基であり、などが
あげられる。

前記一般式（１）における炭素数１〜２ｏのアルキル基
またはアルコキシ基であるＲ１の具体例としては、たと
えばＣｅＨ＋３−　、Ｃ７Ｈ５−、Ｃ６Ｈ１７−、Ｃ９
１ｈ−ＣＫＩ　　Ｈ２＋−Ｃ１１）１２３−　　　ＣＩ
２　８２５−１Ｃ８Ｈ１７０−１Ｃ幻　Ｈ２１０−など
があげられる。

前記一般式［１）で表わされる化合物の具体例としては
、たとえば ＣＨ３、 ＣＨ３ （ｊ（３ などがあげられる。

前記強誘電性液晶化合物として化合物（＋１を用いるば
あい、液晶化合物を低粘度にする結合基として知られて
いるエチレン基またはエチニレン基を分子骨格中に含む
ため好ましい。

本発明の組成物には、前記化合物（１）で代表される強
誘電性液晶化合物（以下、化合物（１）について説明す
る）が、この化合物の光学異性体とともに、えられる組
成物が光学活性を示す割合になるように含有せしめられ
ている。この際の化合物（Ｉ）とその光学異性体の混合
割合は、混合により液晶化合物の緒特性の変化かえられ
る範囲で併用する他の化合物に合わせて最適の緒特性を
有する組成物かえられるように調整されるが、通常、化
合物（Ｉ）／化合物（１）異性体が重量比で５／９５〜
９５１５の範囲である。

前記混合において、化合物（１）とその光学異性体とを
混合して目的の割合にしてもよく、ラセミ体と多くした
い方の光学異性体とを混合して目的の割合にしてもよい
。

前記混合物は単独で用いてもよいが、ＳＣ相を示す温度
範囲を広くするという点からは２種以上併用するのが好
ましい。

前記のごとく、化合物（１）と同一の分子構造を有し、
旋光方向のみ異なる光学異性体である化合物とを混合す
ることにより、または化合物（Ｉ）と同一の分子構造を
有するが光学活性を示さない化合物、つまりラセミ体と
を混合することにより、単一の分子構造を有する化合物
のみで自発分極の大きさ・極性、らせんピッチの長さ、
ねじれ方向を任意の値に調整することができる。そのの
ち、分子構造の異なる強誘電性液晶化合物間の混合を行
なうことにより、混合時の自発分極の大きさを約１０ｎ
ｅ／　ｃｊとする組成とらせんピッチを無限大に発散さ
せる組成とを容易に一致させることができる。このため
、化合物（１）とその光学異性体との混合物である化合
物の自発分極の大きさ・極性、らせんピッチの長さ・ね
じれ方向を考慮に入れることなく強誘電性液晶化合物間
の混合を行なうことができ、混合の対象とする液晶化合
物の選択範囲を広げることができる。その結果、強誘電
性液晶相を広い温度範囲で示し、らせんピッチが長いた
めに配向性に優れ、自発分極を最適化でき、低粘度であ
るために高速応答の可能な強誘電性液晶組成物を容易に
うろことができる。

本発明の液晶組成物には、通常前記化合物ｆＩｌとその
光学異性体またはラセミ体との混合物以外に、自発分極
、らせんピッチ、チルト角、強誘電性液晶相温度範囲な
どの最適化を目的として、これと分子構造の異なる強誘
電性液晶化合物、非カイラルＳｃ相液晶化合物、非カイ
ラルＳｃ相液晶化合物などが含有される。

本発明の組成物は、前述のごとき各成分を、なえば化合
物（Ｉ）とその光学異性体またはラセミ体の混合物３５
％（重量％、以下同様）、これと分子構造の異なる強誘
電性液晶化合物１５％、非カイラルＳｃ相液晶化合物５
０％のごとき割合で配合することにより調製される。

このようにして調製された本発明の組成物は、たとえば
有機高分子膜、無機物蒸着膜などを配向層とする液晶表
示素子として好適に使用されうる。

以下、本発明の強誘電性液晶組成物を実施例に基づき詳
細に説明する。

まず、実施例における強誘電性液晶組成物の特性測定条
件について説明する。

第７図に液晶セルの構成を示す。ここで、（１）は偏光
板、（２）はガラス基板、（３）は透明電極、（４）は
ラビング処理を施したポリイミド配向膜、（５）は強誘
電性液晶組成物を示しており、セルギャップは２虜とし
た。このセルに強誘電性液晶組成物を注入し、応答速度
、自発分極を測定した。らせんピッチはセルギャップ１
００ρの液晶セルにおいて測定した。相転移温度、相判
定は偏光顕微鏡観察、ＤＳＣ（示差走査熱量計）により
行なった。

実施例１ 本発明に用いる強誘電性液晶化合物（化合物（Ｉｌにあ
たる化合物）として下記式側）： で示される化合物（！［＋を用い、化合物（Ｉ）と相分
離を起こすことなく相溶する分子構造の異なる強誘電性
液晶化合物として式（ＩＩ）　。

で示される化合物ｌを用いた。

化合物ｍは光学活性基の立体配置が８体（化合物（１）
−８）のとき、自発分極の極性は（＋）、らせんピッチ
のねじれ方向は（ＬＨ）を示し、Ｒ体（化合物（１）−
Ｒ）のときは逆に自発分極の極性はく−）、らせんピッ
チのねじれ方向は（ＲＨ）を示す。また化合物ｌは光学
活性基の立体配置が８体であり、このとき自発分極の極
性が（−）、らせんピッチのねじれ方向が（ＲＨ）を示
す。

化合物（１）と化合物Ｇｌ［）の混合を行なったときの
相の関係を第１図に示す。

第１図より、化合物（Ｉ）／化合物１）−７０／３０の
組成にしたとき、Ｓｃ’相の温度範囲が広く、アイソト
ロピック相（等方性流動相）への転移温度も比較的低温
であることがわかる。

一方、化合物側）についてＲ体と８体との混合を行ない
、自発分極の大きさ、らせんピッチの長さの調整を行な
った。化合物！１１のＲ体と８体とを混合したばあいの
混合割合と自発分極またはＣｈ相のらせんピッチとの関
係を第２図に示す。

第２図から化合物（Ｉ）のＲ体／Ｓ体−４０／　６０の
組成比において自発分極的１５ｎＣ／ｃｄ、らせんピッ
チ約２５ＡＩＩＴｌ（ＬＨ）とすることができることが
わかる（以下、この化合物側）のＲ体／Ｓ体−４０／　
６０の混合物を化合物（ＩＩ　４０／　６０）ともいう
）。

前記化合物（ＩＩ　４０／　８０）と化合物ｌとを混合
し、このときの混合割合と自発分極またはらせんピッチ
との関係をしらべた。結果を第３図に示す。

この系において、第１図の相の関係を示す図よりえられ
る最もＳｃ’相の温度範囲が広がる組成、すなわち化合
物（ＩＩ　　４０／６０）　／化合物（ＩＩ［）−７０
／３０に調整することにより、以下の特性を持った強誘
電性液晶組成物をえた。

９５℃　　８２℃　　　　６４℃　　　　−５℃１−ｗ
−Ｃｈ−＋　　ＳＡ　−ｓ−Ｓｃ’　−ｓ−Ｃｒｙｓｔ
。

Ｐｓ−＋　９．５ｎＣ／ｃシ らせんピッチ〉５０項 この強誘電性液晶組成物は自発分極が目標値の１０ｎＣ
／ｃｄに近く、らせんピッチも充分に長いため、配向性
が良好で、応答速度も速かった。また、強誘電性液晶温
度範囲もかなり広く、要求特性を満足させるものであっ
た。

実施例２ 化合物ｍ−３および化合物ｆｌｌ）と同一の分子構造を
有するラセミ体（化合物（ｎ’））の混合割合と自発分
極またはｃｈ相のらせんピッチとの関係をしらべた。結
果を第４図に示す。

第４図に示したように、化合物（Ｍｌ−Ｓ／化合物（Ｉ
Ｉ　”）−４０／　６０（７）とき、自発分極的＋３０
ｎＣ／ｃ４゜らせんピッチ約４０ｕｍ　（ＬＨ）の組成
物かえられた（以下、この化合物側）−３と化合物（■
°）との４０／６０の混合物を化合物（ＩＩ　−８／　
ＩＩ　’　−４０／６０）ともいう）。

化合物（ＩＩ　−８／　ＩＩ　’　−４０／６０）と実
施例１で用いた化合物Ｑｌ［ｌとを混合し、そのときの
自発分極とＣｈ相のらせんピッチの組成依存性をしらべ
た。結果を第５図に示す。

第５図から、第１図より求められた強誘電性液晶相を最
も広い温度範囲で示す組成（化合物（■）／化合物（Ｉ
Ｉ）　−７０／３０）にあたる組成おいて、自発分極約
１５ｎｃ／ｃシ、Ｃｈ相のらせんピッチ無限大に発散と
いう特性の組成物かえられることがわかる。

以上のように化合物（ＩＩ　−３／　ＩＩ　’　−４０
／６０）と化合物ｌとを７０／３０の組成比で混合する
ことによって、相転移温度は実施例１で最終的にえられ
た強誘電性液晶組成物とほぼ同じで、自発分極１４．Ｏ
ｎＣ／ｃｊ、らせんピッチ〉５０遍の強誘電性液晶組成
物をうることかできた。この組成物は自発分極が目標値
の１Ｏｎｃ／ｃ−に近く、らせんピッチも充分に大きい
ため、配向性が良好で高速応答を示し、また強誘電性液
晶温度範囲も広（、要求特性を満足するものであった。

比較例１ 化合物ＣＩ］−８および化合物ｌの混合割合と自発分極
またはコレステリック相（Ｃｈ相）におけるらせんピッ
チの変化との関係を第６図に示す。

ここで、化合物（１）はコレステリック相を持たないの
で、以下に示した非カイラルスメクチックＣ液晶組成物
（組成物（［Ｖ））に３０〜８０％添加してコレステリ
ック相を誘起させ、グラフの直線部分を化合物（［１１
００％に外挿したときのコレステリックピッチの値を用
いた。

非カイラルホストスメクチックＣ液晶組成物（組成物Ｎ
） ２℃ １２０℃　　１０９　℃　　９２℃ １−４−Ｎ　−＋　　　ＳＡ　　−＋　　　Ｓｃ　　→
Ｃｒｙｓｔ。

り 化合物ＴＩ）−８と化合物（Ｉ）とを、第１図よりえら
れる最もＳ−相の温度範囲の広がる組成比（化合物（Ｉ
ｌｌ−８／化合物（Ｉｔ　−７０／　３０）に調製する
と、自発分極は約＋５０ｎＣ／ｃｊ、らせんピッチは約
１５ｕＩＩｌ（Ｌｉｔ）となり（第６図）、目標値をう
ろことはできなかった。

［発明の効果コ 以上のように本発明では、同一の分子構造を有し、旋光
方向のみが異なり、互に光学異性体の関係にある強誘電
性液晶化合物同士を混合する、または強誘電性液晶化合
物とその化合物と同一の分子構造を有するが光学活性を
示さない化合物、つまりラセミ体とを混合することによ
り、あらかじめ単一の分子構造を有する強誘電性液晶化
合物の自発分極の大きさ・極性、らせんピッチの長さ・
ねじれ方向を任意の値に調整し、そののち、分子構造の
異なる強誘電性液晶化合物間の混合を行なうことにより
、分子構造の異なる強誘電性液晶化合物の混合物の自発
分極を約１０ｎＣ／ｃシとする組成とらせんピッチを無
限大に発散する組成とを容易に一致させることができる
。このため、化合物ｆｌ）で代表される強誘電性液晶化
合物の自発分極の大きさ・極性、らせんピッチの長さ・
ねじれ方向を考慮に入れることなく分子構造の異なる強
誘電性液晶化合物間の混合を行なうことができ、混合の
対象とする強誘電性液晶化合物の選択範囲が広がる。そ
の結果、強誘電性液晶相を広い温度範囲で示し、らせん
ピッチが長いため配向性に優れ、さらに自発分極を最適
化でき、高速応答の可能な強誘電性液晶組成物を容品に
うろことができる。また、強誘電性液晶化合物として一
般式（Ｉ）で表わされるエチニレン基またはエチレン基
を含み低粘度を示す化合物（１）を用いるばあいには、
さらに低粘度で、高速応答が可能な強誘電性液晶組成物
を容易にうろことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１．２における化合物ｆＩ）と化合物ｌ
との混合系の相の関係を示すグラフ、第２図は本発明の
実施例１における化合物（Ｉｌｌの８体とＲ体との混合
系の自発分極とｃｈ相らせんピッチの組成依存性を示す
グラフ、第３図は実施例１における化合物（ｎ　４０／
８０）と化合物（ＩＩＩ）との混合系の自発分極とらせ
んピッチの組成依存性を示すグラフ、第４図は実施例２
における化合物（Ｉｔ）の８体とラセミ体との混合系の
自発分極とらせんピッチの組成依存性を示すグラフ、第
５図は実施例２における化合物（ｎ　−８／　ＩＩ　’
　−４０７６０）と化合物ｌとの混合系の自発分極とら
せんピッチの組成依存性を示すグラフ、第６図は比較例
１における化合物（ＩＩＳと化合物ｌとの混合系の自発
分極とらせんピッチの組成依存性を示すグラフ、第７図
は強誘電性液晶セルの説明図、第８図は強誘電性液晶材
料の模式（図面の主要符号） （５）８強誘電性液晶組成物 代 理 人 大 石 増 雄 才２回 貨胎Ｗ）４凹讐空０ ３図 化合物（ｎ　４０／６０　）Ａヒ合寅ｍ況合糸の化合物
（ＩＩ４０／６０）の分率（（イ）才４図 の化仔際１）−Ｓの分率（％） ２６図 オ′ ５面 オフ図 ５：強誘電性液晶組成物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）分子構造が同一であり、互に光学異性体である強
   誘電性液晶化合物同士を、えられる組成物が光学活性を
   示す割合になるように含有せしめたことを特徴とする強
   誘電性液晶組成物。