JPH0532973A - 反強誘電性液晶組成物 - Google Patents

反強誘電性液晶組成物

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JPH0532973A
JPH0532973A JP3211661A JP21166191A JPH0532973A JP H0532973 A JPH0532973 A JP H0532973A JP 3211661 A JP3211661 A JP 3211661A JP 21166191 A JP21166191 A JP 21166191A JP H0532973 A JPH0532973 A JP H0532973A
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勝之 村城
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 第一成分が式(I−1)で表わされ、かつ、
反強誘電相を示す化合物であり、第二成分が式(II−
2)及び/又は(II−3)で表わされる光学活性化合物
であり、第一成分を60〜97wt.%、第二成分を3
〜40wt.%含有する反強誘電性液晶組成物及び該反
強誘電性組成物を用いた光スイッチング素子。 【効果】 この反強誘電性液晶組成物を用いて、駆動し
きい値電圧の温度依存性が改善された、3状態スイッチ
ングを高速でできる光スイッチング素子が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は反強誘電性液晶組成物に
関する。反強誘電性液晶には、電界を印加し、または解
除することによって反強誘電相から強誘電相に、または
強誘電相から反強誘電相に変る際の顕著なしきい値電圧
が在る。本発明は詳しくは、このしきい値電圧の温度依
存性が小さい反強誘電性液晶組成物ならびに該組成物を
用いた光スイッチングデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】液晶は表示装置用材料として広く用いら
れている。液晶ディスプレイはその多くがネマチック相
に属する物を材料としている。表示方式として各画素に
スイッチングトランジスターとして薄膜トランジスター
(TFT)を用いるアクティブマトリックス方式やツィ
スト角を270°にしたスーパーツィストネマチック複
屈折表示方式(STN方式)等により表示の品質は向上
したものの、電気光学応答速度の面からは陰極線管(C
RT)を用いる表示に比べて液晶ディスプレイは劣って
いる。この欠点を克服する物として強誘電性液晶を用い
た表面安定化強誘電性液晶表示(SSFLC)方式が1
980年に、N.A.クラークとS.T.ラガウォール
とにより提案されて以来、強誘電性液晶材料の開発は続
いている。この表示素子の特徴としては、 電気光学応答が迅速である、 メモリー性がある、 視覚が大きい、 などがあげられ、強誘電性液晶は高密度表示への可能性
を秘めた物である。
【0003】しかし、強誘電性液晶ディスプレイには解
決しなければならない問題が数多く残っている。例えば スイッチング不良、焼付き現象、 機械的ショックに対する安定性の悪さ、 「く」の字層構造の発現による明るさやコントラス
トの低下、 がある。これらのSSFLC表示方式の本質的課題を解
決する方法として反強誘電性液晶を用いたディスプレイ
が山脇等により1989年に試作されている(ジャパン
ディスプレイ ’89 予稿集3−3,26頁参照)。
反強誘電性液晶相は、1987年に古川等によって初め
て見出されカイラルスメクチックY(SY* )相と名づ
けられ(第1回強誘電性液晶学会予稿集参照)、その後
チャンダニ等によって、SY* 相が反強誘電性であるこ
とが示されたものである(ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス28巻1265頁(1
989)参照)。
【0004】反強誘電性液晶相において電界を印加する
と強誘電相となり、電界の印加がないとき反強誘電相に
戻る。この強誘電相における双安定状態と反強誘電相と
の間の3状態スイッチングを表示に利用している。3状
態スイッチングの特徴は、反強誘電相と強誘電相との転
移の際に、急峻なしきい値特性と幅の広い光学的ヒステ
リシスを示すことである。この特徴を利用して、SSF
LC表示と同程度の広い視角を持ちコントラストの高い
ディスプレイが可能である。反強誘電相としては、これ
までカイラルスメクチックC(SC* )相およびカイラ
ルスメクチックI(SI* )相の反強誘電相が報告され
ているが、カイラルスメクチックF(SF* )相の反強
誘電相もその構造上存在し得る。3状態スイッチングは
反強誘電相であればどの相であっても可能である。しか
し、応答速度から考えるとSC* 相の反強誘電相である
SCA * 相が望ましい。現在の反強誘電性液晶材料に
は、 駆動電圧が高い、 ヒステリシス特性の温度依存性が大きい、 といった問題がある。しかも、反強誘電性液晶相を示す
組成物は少く、これらの問題を解決するに至っていな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した問題
を解決しようとするもので、その第一の目的は、SCA
* 相とSC* 相との間の転移におけるしきい値電圧の温
度依存性を改善された反強誘電性液晶組成物を提供する
ことであり、第二の目的は、駆動しきい値電圧の温度特
性が改善された光スイッチング素子を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の目的は後
記の第(1)項により達成される。また、この発明の態
様を第(2)項乃至第(4)項に示す。本発明の第二の
目的は後記の第(5)項によって達成される。 (1)少くとも2つの成分からなり、第一の成分は、後
記の一般式(I)
【化6】 (式中、R1 は炭素数1〜18のアルキル基又はアルコ
キシ基を、R2 は炭素数2〜18のアルキル基又はアル
コキシ基をそれぞれ示し、Xは−CH3 、−CF3 又は
−C2 5 を示し、六員環A及びBはそれぞれ独立に
1,4−シクロヘキシレン、側位の1つをハロゲン原子
又はシアノ基で置換されていてもよい1,4−フェニレ
ン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−
ジイル、ピラジン−2,5−ジイル又はピリダジン−
3,6−ジイルを示し、Zは−COO−、−CH2 O−
又は−OCH2 −を示し、m及びnは1又は2の整数を
示し、(m+n)は3であり、*はカイラル炭素原子を
示す)にて表わされ、かつ反強誘電性カイラルスメクチ
ックC相を有する少くとも1つの化合物からなり、第二
の成分は、後記の一般式(II)
【化7】 (式中、R3 は炭素数1〜18のアルキル基又はアルコ
キシ基を、R4 は炭素数2〜18のアルキル基又はアル
コキシ基をそれぞれ示し、Yは−CH3 、−CF3 又は
−C2 5 を示し、六員環C,D及びEはそれぞれ独立
に1,4−シクロヘキシレン、側位の1つをハロゲン原
子又はシアノ基で置換されていてもよい1,4−フェニ
レン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5
−ジイル、ピラジン−2,5−ジイル又はピリダジン−
3,6−ジイルを示し、lは0又は1の整数を示し、*
はカイラル炭素を示す)にて表わされる少くとも1つの
化合物からなり、第一成分と第二成分の合計量に対して
第一成分が60〜97重量%、第二成分が3〜40重量
%それぞれ含有される、反強誘電性液晶組成物。
【0007】(2)前記第(1)項において第二成分が
一般式(II−1)
【化8】 (式中、R3 は炭素数3〜10のアルキル基又はアルコ
キシ基を示し、R4 は炭素数2〜8のアルキル基を示
し、六員環Cは1,4−シクロヘキシレン又は1,4−
フェニレンを示し、六員環D及びEは1,4−フェニレ
ン、ピリジン−2,5−ジイル又はピリミジン−2,5
−ジイルを示し、*はカイラル炭素原子を示す)にて表
わされる少くとも1つの化合物からなる成分である、反
強誘電性液晶組成物。 (3)前記第(1)項において第二成分が式(II−2)
又は(II−3)
【化9】 (これらの式において、R3 は炭素数3〜9の直鎖のア
ルキル基を示し、R4 は炭素数3〜6の直鎖のアルキル
基を示す)にて表わされる少くとも1つの化合物からな
る成分である、反強誘電性液晶組成物。 (4)前記第(1)項において第一成分が式(I−1)
【化10】 (式中、R1 は炭素数6〜14の直鎖のアルキル基又は
アルコキシ基を示し、R2 は炭素数2〜8の直鎖のアル
キル基を示し、Tは水素原子又はFもしくはClのハロ
ゲン原子を示し、Zは−COO−、−CH2 O−又は−
OCH2 −を示す)にて表わされる少くとも1つの化合
物からなる成分である、反強誘電性液晶組成物。 (5)前記の第(1)項乃至第(4)項のいずれか一項
に記載の反強誘電性液晶組成物を用いることを特徴とす
る光スイッチング素子。
【0008】本発明において第一成分として用いうる化
合物は、前記の一般式(I)で表わされかつSCA *
を示す光学活性液晶化合物である。これらの中では前記
の式(I−1)で表わされる化合物が好ましく用いられ
る。この外に式(I−1)でTがHであり、ビフェニレ
ン環の側位の一つをF又はClで置換された構造式をも
つ化合物や4−ヒドロキシ−4′−(1−メチルアルコ
キシカルボニル)ビフェニルのp−置換安息香酸エステ
ル(一般式(I)でn=1,m=2である物)が好まし
く用いられる。第一成分の化合物としてより好ましい物
として、式(I−1)でR1 が炭素数6〜12の直鎖の
アルキル基又はアルコキシ基で、R2 が炭素数2〜6の
直鎖アルキル基であり、TがF原子である化合物があげ
られる。これらの光学活性液晶を以下に例示する。
【化11】
【化12】
【化13】
【化14】
【化15】
【化16】 また式(I−1)には含まれないが、やはり第一成分と
して好ましく用いられる化合物として次の光学活性液晶
が例示される。
【化17】
【0009】第一成分として用いられる光学活性液晶は
反強誘電相を有する。本発明の液晶組成物に反強誘電相
を実現させるために、第一成分の混合割合は第一及び第
二の成分の合計量に対して60−97重量%である。第
一成分のより好ましい混合割合は70〜95重量%であ
る。第一成分の混合割合が60重量%未満では、必ずし
も反強誘電相を持っていない第二成分の混合割合が相対
的に大きくなり、そのため反強誘電相が消滅したり、あ
るいは反強誘電相の上限温度が低下したりすることがあ
って好ましくない。第一成分の化合物は、そのカイラル
中心における絶対配置がR型である場合は反強誘電相な
らびに強誘電相におけるらせんのねじれの向きは一般に
右である。絶対配置がS型の場合はらせんのねじれの向
きは一般に左である。後述する第二成分の化合物のらせ
んのねじれの向きも第一成分の化合物と同様である。本
発明においては、第一成分および第二成分の化合物をそ
れらのカイラル中心における絶対配置がR型の物とS型
の物とから適当に選び混合することによって、得られる
組成物の反強誘電相ならびに強誘電相におけるらせんの
ピッチを長くすることができる。
【0010】第一成分の化合物が反強誘電相を示すこと
は、偏光顕微鏡下の組織観察によるほか、液晶素子の電
気光学応答における見掛のチルト角対印加電圧曲線のヒ
ステリシスの存在や電気光学応答における3状態スイッ
チングの発現によって確認することができる。本発明に
おいて第二成分としては前記の一般式(II)で示される
光学活性化合物が用いられる。第二成分の化合物として
は反強誘電相を示す光学活性液晶化合物が望ましいが、
反強誘電相を示さない物でも第一成分の反強誘電相およ
び強誘電性液晶相に溶解する物なら一般式(II)で表わ
される化合物を用いることができる。第二成分としては
前記の一般式(II−1)で表わされる光学活性化合物が
好ましく、また、前記の式(II−2)又は(II−3)で
表わされる光学活性化合物がより好ましく用いられる。
これらの化合物は例えば以下の式で表わされる物であ
る。
【化18】
【化19】 これらの中で化合物B−4はその相転移温度が昇温過程
で下の通りであり、Cr 52.4 S3 79.0 S
A * 94.0 SC* 118.5 I反強誘電性SC
A * 相を有する。ここにCr、SC* 、SCA * 及びI
はそれぞれ結晶、カイラルスメクチックC相、反強誘電
性カイラルスメクチックC相、及び等方性液体の各相を
意味し、S3 は未同定のスメクチック相を示し、数字は
相転移温度(℃)を示す。また、化合物B−1の相転移
温度は昇温過程で Cr 102.5(SE 100.8)SA 108.
2 I であり、この化合物は反強誘電相を示さない。ここにS
EはスメクチックE相を意味し、( )内の数字は単変
性相転移点であることを意味する。
【0011】ここに例示した2つの光学活性液晶は一方
は反強誘電相を有し、一方は反強誘電相を示さないが、
いずれも前記の一般式(II−1)に属する物であり、本
発明の第二成分として用いると得られる反強誘電性液晶
の反強誘電相と強誘電相との間の電界印加による相転移
におけるしきい値電圧の温度依存性を小さくすることが
できる。第二成分の混合割合は、第一成分と第二成分の
合計量に対して3〜40重量%である。第二成分のより
好ましい混合割合は5〜30重量%である。また、第二
成分の添加により、反強誘電相と強誘電相との間の相転
移のしきい値電圧を低下させることができる。本発明の
組成物には、その粘度を低下させたり、反強誘電相の温
度範囲を拡張させたり、または電界印加に伴う相転移の
しきい値電圧を低下させたりする目的で第一、第二成分
の外に第三の成分を本発明の目的を損わない範囲で添加
することができる。これらの目的で使われる化合物とし
て次の化合物が例示される。
【化20】
【化21】
【化22】
【0012】本発明の光スイッチング素子はラガウォー
ルらの提案した表面安定化強誘電性液晶(SSFLC)
方式に属する。本発明の光スイッチング素子には、通常
の強誘電性液晶を用いる物と同様に、互いに向き合った
一組の透明電極上に塗布した配向膜にラビングを施した
一対の基板からなる物も用いうるが、液晶材料の配向の
面からは一方の基板にのみラビングを施した一対の基板
から組立てられた素子の方が望ましい。本発明の光スイ
ッチング素子は、反強誘電相における反強誘電相と強誘
電相との間のスイッチングの際の直流しきい値電圧が温
度変化によって大きくは影響されない液晶材料を用いて
いる点に特徴がある。本発明の光スイッチング素子には
視角を拡める目的で二色性色素を添加した反強誘電性液
晶組成物を用いることもできる。
【0013】
【実施例】以下に実施例により本発明を詳細に説明す
る。実施例及び比較例において液晶材料は、透明電極を
備えたガラス基板にポバール系配向膜を塗布した一組の
基板の一方をラビング処理して互いに向き合わせ、電極
間隔が5μmとしたセルに液相で注入し、徐冷してSC
A * 相とした。反強誘電相と強誘電相との間の転移のし
きい値電圧は、この液晶セルに50mHzの三角波を印
加した時の光学応答と印加電圧とを二現象オシロスコー
プで観測し、しきい値によって適当に定めた印加電圧の
もとで光学応答の変化から測定した。 実施例1 第一成分として前出の化合物A−10と化合物A−17
を、第二成分として前出の化合物B−4を用いて次の混
合物を調製した。 化合物A−11 45重量% 化合物A−18 45重量% 化合物B−4 10重量% この混合物の相転移温度は昇温過程で Cr −36.5 SCA * 95.6 SCγ* 96.
1 SC* 97.5 SA 112.9 I であり、室温を含む広い温度範囲で反強誘電相を示して
いる。ここでSCγ* はフェリ誘電相である。また、こ
の混合物は配向性も良好であり、コントラスト比は2
0:1であった。この混合物の反強誘電相から強誘電相
へ転移のしきい値電圧(VAFと略記する)及び強誘電相
から反強誘電相へ転移のしきい値電圧(VFAと略記す
る)の種々の温度における値を点綴して第1図に示し
た。
【0014】比較例1 実施例1において第二成分を加えない以下の混合物 化合物A−11 50重量% 化合物A−18 50重量% の相転移温度は昇温過程での観測により、 Cr −14.5 SCA * 95.6 SC* 99.9
SA 110.7I であり、室温を含む広い温度範囲で反強誘電相を示し
た。VAF及びVFAを点綴して第1図に示す。 実施例2 第一成分として化合物A−3(90重量部)と第二成分
として化合物B−1(10重量部)からなる混合物の相
転移温度は昇温過程で、 Cr 7.3 SCA * 74.7 SCγ* 76.0
SC* 78.7 SA95.8 I であり、室温を含む広い範囲で反強誘電相を示した。こ
の混合物は良好な配向を示した。また、VAF及びVFA
第2図に示す。 比較例2 実施例2における第二成分に代えて、化合物A−33
(10重量部)を用いて第一成分だけからなる混合物を
調製した。この混合物の相転移温度は昇温過程で、 Cr 10.5 SCA * 68.7 SCγ* 73.4
SC* 79.9 SA 91.7 I であり、室温を含む広い領域で反強誘電相を示した。こ
の混合物のVAFとVFAを第2図に示す。
【0015】実施例3 ポリイミド系配向膜を塗布した一組の透明電極を備えた
ガラス基板の一方のみをラビング処理した一対を向き合
わせてセルギャップ2μmのセルを組立て、実施例2で
調製した反強誘電性液晶混合物を注入し、液晶セルを作
成した。この液晶セルを直交ニコル状態に配列した2枚
の偏光板の間に無電界時の液晶分子のディレクターと一
方の偏光板の偏光方向とが一致するようにして挟み、1
00Hzの矩形波を印加したところ、明瞭なスイッチン
グ動作が観察できた。光学応答におけるコントラスト比
は20:1であった。
【0016】
【発明の効果】本発明により、反強誘電相と強誘電相と
の間の転移に要するしきい値電圧の温度依存性を改善し
た反強誘電性液晶組成物が提供される。この反強誘電性
液晶組成物を用いて3状態スイッチングが可能なコント
ラストの良好な光スイッチング素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1及び比較例1におけるしきい値電圧の
温度による変化を点綴したカーブを示す図である。
【図2】実施例2及び比較例2におけるしきい値電圧の
温度変化を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年5月14日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】第一成分の化合物が反強誘電相を示すこと
は、偏光顕微鏡下の組織観察によるほか、液晶素子の電
気光学応答における見掛のチルト角対印加電圧曲線のヒ
ステリシスの存在や電気光学応答における3状態スイッ
チングの発現によって確認することができる。本発明に
おいて第二成分としては前記の一般式(II)で示される
光学活性化合物が用いられる。第二成分の化合物として
は反強誘電相を示す光学活性液晶化合物が望ましいが、
反強誘電相を示さない物でも第一成分の反強誘電相およ
び強誘電性液晶相に溶解する物なら一般式(II)で表わ
される化合物を用いることができる。第二成分としては
前記の一般式(II−1)で表わされる光学活性化合物が
好ましく、また、前記の式(II−2)又は(II−3)で
表わされる光学活性化合物がより好ましく用いられる。
これらの化合物は例えば以下の式で表わされる物であ
る。
【化18】
【化19】
【化23】 これらの中で化合物B−4はその相転移温度が昇温過程
で下の通りであり、 Cr 52.4 S3 79.0 SCA * 94.0 S
* 118.5 I 反強誘電性SCA * 相を有する。ここにCr、SC*
SCA * 及びIはそれぞれ結晶、カイラルスメクチック
C相、反強誘電性カイラルスメクチックC相、及び等方
性液体の各相を意味し、S3 は未同定のスメクチック相
を示し、数字は相転移温度(℃)を示す。また、化合物
B−1の相転移温度は昇温過程で Cr 102.5(SE 100.8)SA 108.
2 I であり、この化合物は反強誘電相を示さない。ここにS
EはスメクチックE相を意味し、( )内の数字は単変
性相転移点であることを意味する。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】実施例3 第一成分として化合物A−6、化合物A−9および化合
物A−11を、第二成分として化合物B−4を用いて次
の組成の液晶混合物を調製した。 化合物A−6 10重量% 化合物A−9 40重量% 化合物A−11 40重量% 化合物B−4 10重量% この混合物の相転移温度は昇温過程で Cr −10 SCA* 82.2 SC* 83.5
SA 100.6 I であり、室温を含む広い温度領域で反強誘電相を示し
た。この混合物の25℃のVAFとVFAは、それぞれ9.
8V/μm、および8.0V/μmであった。 実施例4 ポリイミド系配向膜を塗布した一組の透明電極を備えた
ガラス基板の一方のみをラビング処理した一対を向き合
わせてセルギャップ2μmのセルを組立て、実施例2で
調製した反強誘電性液晶混合物を注入し、液晶セルを作
成した。この液晶セルを直交ニコル状態に配列した2枚
の偏光板の間に無電界時の液晶分子のディレクターと一
方の偏光板の偏光方向とが一致するようにして挟み、1
00Hzの矩形波を印加したところ、明瞭なスイッチン
グ動作が観察できた。光学応答におけるコントラスト比
は20:1であった。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少くとも2つの成分からなり、第一の成
    分は一般式(I) 【化1】 (式中、R1 は炭素数1〜18のアルキル基又はアルコ
    キシ基を、R2 は炭素数2〜18のアルキル基又はアル
    コキシ基をそれぞれ示し、Xは−CH3 、−CF3 又は
    2 5を示し、六員環A及びBはそれぞれ独立に1,
    4−シクロヘキシレン、側位の1つをハロゲン原子又は
    シアノ基で置換されていてもよい1,4−フェニレン、
    ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイ
    ル、ピラジン−2,5−ジイル、又はピリダジン−3,
    6−ジイルを示し、Zは−COO−、−CH2 O−又は
    −OCH2 −を示し、m及びnは1又は2の整数を示
    し、(m+n)は3であり、*はカイラル炭素原子を示
    す)にて表わされ、かつ反強誘電性カイラルスメクチッ
    クC相を有する少くとも1つの化合物からなり、 第二の成分は一般式(II) 【化2】 (式中、R3 は炭素数1〜18のアルキル基又はアルコ
    キシ基を、R4 は炭素数2〜18のアルキル基又はアル
    コキシ基をそれぞれ示し、Yは−CH3 、−CF3 又は
    −C2 5 を示し、六員環C,D及びEはそれぞれ独立
    に1,4−シクロヘキシレン、側位の1つをハロゲン原
    子又はシアノ基で置換されていてもよい1,4−フェニ
    レン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5
    −ジイル、ピラジン−2,5−ジイル又はピリダジン−
    3,6−ジイルを示し、lは0又は1の整数を示し、*
    はカイラル炭素を示す)にて表わされる少くとも1つの
    化合物からなり、第一成分を第一及び第二成分の合計量
    に対して60〜97重量%、第二成分を3〜40重量%
    含有する反強誘電性液晶組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1において第二成分が一般式(II
    −1) 【化3】 (式中、R3 は炭素数3〜10のアルキル基又はアルコ
    キシ基を示し、R4 は炭素数2〜8のアルキル基を示
    し、六員環Cは1,4−シクロヘキシレン、又は1,4
    −フェニレンを示し、六員環D及びEは独立に1,4−
    フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル又はピリミジン
    −2,5−ジイルを示し、*はカイラル炭素原子を示
    す)にて表わされる少くとも1つの化合物からなる成分
    である、反強誘電性液晶組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1において第二成分が式(II−
    2)又は(II−3) 【化4】 (これらの式においてR3 は炭素数3〜9の直鎖のアル
    キル基を示し、R4 は炭素数3〜6の直鎖のアルキル基
    を示す)にて表わされる少くとも1つの化合物からなる
    成分である、反強誘電性液晶組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1において第一成分が式(I−
    1) 【化5】 (式中、R1 は炭素数6〜14の直鎖のアルキル基又は
    アルコキシ基を示し、R2 は炭素数2〜8の直鎖のアル
    キル基を示し、Tは水素原子又はFもしくはClのハロ
    ゲン原子を示し、Zは−COO−、−CH2 O−又は−
    OCH2 −を示す)にて表わされる少くとも1つの化合
    物からなる成分である、反強誘電性液晶組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に
    記載の反強誘電性液晶組成物を用いることを特徴とする
    光スイッチング素子。
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