JPH0639586B2 - 液晶組成物 - Google Patents

液晶組成物

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JPH0639586B2 JP11254888A JP11254888A JPH0639586B2 JP H0639586 B2 JPH0639586 B2 JP H0639586B2 JP 11254888 A JP11254888 A JP 11254888A JP 11254888 A JP11254888 A JP 11254888A JP H0639586 B2 JPH0639586 B2 JP H0639586B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 強誘電性液晶表示素子に用いる液晶組成物に関し、 大面積にわたって均一に配向し、高コントラストと良好
なマモリー性を有する組成物を得ることを目的とし、 少くとも2種以上の強誘電性液晶からなる、強誘電性液
晶の双安定性を利用する液晶表示素子に用いる液晶組成
物において、下記式I,IIで示される液晶化合物を同時
に含むように構成する。
上式中、R,Rは炭素数6〜16のアルキル基又はア
ルコキシ基、 は不斉炭素原子がその結合手を提供している炭素数4〜
12のアルキル基、nは1〜6の整数を表わす。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、強誘電性液晶素子に用いる液晶組成物に関す
る。
〔従来の技術〕
液晶表示は、低電力消費および低駆動電圧という特徴を
有するため、時計や電卓等における小容量表示として広
く普及しているが、近年ハンドルヘルドコンピュータ等
のOA機器用表示としての需要が増大し、より情報量の
大きな液晶表示の開発が求められている。
従来の液晶表示(LCD)の主なものには、2枚の基板
間に挟持された液晶分子が90°の角度をもってねじれ
た構造を有するツイステッド・ネマティック(TN)方
式と1つの画素に1個の薄膜トランジスタ(TFT)は
め込んだTFT方式とがある。TN方式を用いたLCD
においては、電界のオン−オフに際してメモリー性がな
く、しかもしきい値特性が急峻でないため、大容量のド
ットマトリックス表示を行おうとすると、累積応答効果
により非表示部分も半表示の状態になるというクロスト
ークの問題がある。一方、TFT方式では、低コスト
で、しかも欠陥を生じることなく、TFTを大面積にわ
たって配置することが困難であるという問題点がある。
さらに、これら従来の液晶表示においては、駆動電界は
液晶分子の誘電異方性に作用するという特徴を有してい
る。従って、印加電界が液晶分子に及ぼすトルクが極め
て小さく、その結果応答時間が10〜300ms程度の遅いも
のとなるという問題がある。
一方、自発分極を有する強誘電性液晶を使用した液晶表
示素子は、強誘電性液晶を封入したセルの両面をクロス
ニコルではさんで構成される。その構成図を第1図に示
す。図において、6は検光子、6′は偏光子、2は透明
電極であり、1は基板、3は配向膜、4はスペーサ、5
は液晶分子、7は電源である。この液晶セルにおいて、
セルギャップを2μm程度にとった場合、基板界面の配
向規制力の影響が大きく、カイラルスメクティックC
(Sc)相のらせん構造が消失するため、もし配向膜
にブラシなどで一方向にこするというラビングが施して
あれば、液晶分子は基板に平行に均一な方向に配向する
ことになり、このとき自発分極の方向は基板に対して上
向き方向と下向き方向との双安定状態をとるという原理
にもとづき、明と暗の表示を行う。
従って、強誘電性液晶表示においては、メモリー性(双
安定性)および急峻なしきい値特性を有することから、
クロストークのない、大容量のドットマトリックス駆動
が可能であるという利点がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
強誘電性液晶を使用した液晶表示素子は、原理的には、
上記のような利点を有するが、単一の液晶ではほとんど
の場合、室温よりも高い温度でしかSc相をとらない
という問題がある。また、市販されている、室温で動作
する強誘電性液晶材料をラビング法を用いて配向させた
液晶セルを偏光顕微鏡下で観察したところ、配向むらが
生じており、またジグザグ状や線状の欠陥が多数発生
し、良好なメモリー性が得られず、コントラスト比も1
対5と低いという問題があることがわかった。
一方、上記ラビング法は、TN液晶で広く用いられてい
る技術であり、低コストで容易に大容量表示装置を作製
するための基本技術であると考えられている。従って、
上記利点を持った強誘電性液晶表示装置を実用化するた
めには、室温を中心とした広い温度領域で動作し、しか
もラビング法で容易にジグザグ状や線状の欠陥のない大
面積均一配向が得られ、高コントラストと良好なメモリ
ー性をもった液晶組成物の開発が不可欠である。従っ
て、本発明は、大面積にわたって均一に配向し、高コン
トラストと良好なメモリー性を有する強誘電性液晶組成
物を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、少くとも2種以上の強誘電性液晶から
なる、強誘電性液晶の双安定性を利用する液晶表示素子
に用いる液晶組成物が提供されるのであって、この組成
物は、下記式I,IIで示される液晶化合物を同時に含む
ことを特徴とする。
上式中、R,Rは炭素数6〜16のアルキル基又は
アルコキシ基、 は、少くとも1個の不斉炭素原子を有する炭素数が4〜
12のアルキル基を表わす。
〔作用〕
一般に、液晶分子は、基板界面とファンデルワールス型
相互作用に従い、基板に平行配向することが知られてい
る。分子は、この相互作用が強い程より強固に基板に平
行配向し、その結果大面積にわたりSc相の均一なド
メインが得られやすいと考えられる。このファンデルワ
ールス型相互作用は、液晶分子のπ電子の非局在性が大
きい程大きくなることが知られている。これは、ファン
デルワールス型相互作用は分子の誘電異方性が大きい程
強くなる傾向があり、一方分子の誘電異方性は一般にπ
電子の非局在性が大きくなる程大きくなるからである。
従って、より大きなπ電子の非局在性をもった液晶組成
物を用いれば、ラビング法を用いてジグザグ状や線状の
欠陥発生の少ない大面積均一配向が得られる可能性があ
る。
典型的な強誘電性液晶化合物としては、次式IIIで示さ
れるエステル系液晶、 式IVで示されるピリミジン系液晶、 などがある。π電子は、上記化合物のベンゼン環付近に
非局在している。ところで、よりπ電子の非局在性が大
きい液晶化合物としては、下記式Vで示される如き、式
IIIのベンゼン環をナフタレン環で置換した、ナフタレ
ン系液晶、 が考えられる。式Vで表わされる液晶化合物は下記の相
転移系列を有する。
本発明者らの検討によれば、π電子の非局在性の大きな
式Vで表わされる液晶化合物が、式IIIおよびIVの液晶
化合物よりも、ラビング法による大面積均一配向が得ら
れやすく、しかもジグザグ状や線状の欠陥の発生が著し
く減少し、さらにコントラストが高く、メモリー性が得
られやすいということが確認できた。
上述したように、一般式IおよびIIで表わされるナフタ
レン系液晶化合物は、ラビング法を用いて、ジグザグ状
や線状の欠陥の発生しない大面積均一配向が得られやす
いという特性を有するが、一例として式Vで示した液晶
化合物のように、一般的にSc相の温度範囲が室温よ
りもかなり高い。実用上有用な強誘電性液晶材料は、室
温を中心とした広い動作温度範囲を有する必要がある。
そこで、本発明者らは、一般式I,IIで表わされるナフ
タレン系液晶を基本組成にして、エステル系液晶(一例
を式IIIに示した)やピリミジン系液晶(一例を式IVに
示した)などの混合を検討した結果、分子の中央骨格部
と不斉炭素との間についたメチレン(−CH−)数の
異なる液晶の混合や分子末端のアルキル鎖長の異なる液
晶化合物の混合により、上述した優れた配向特性が保持
されつつ、液晶化温度が著しく減少し、動作温度範囲が
拡大することを見出した。
ただし、一般式I,IIで表わされるナフタレン系液晶を
主成分として混合液晶を作製する際においては、ナフタ
レン系液晶が全体の10重量%より少ない場合には、場
合によって、ラビング法による大面積配向が容易ではな
く、ジグザグ状や線状欠陥の発生が見られ、コントラス
ト比が低くなることがわかった。従って、上述した優れ
た配向特性を得るためには、ナフタレン系液晶の組成比
が少くとも10重量%であるのが好ましい。
〔実施例〕
以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。
実施例1 酸化インジウムを透明電極として用いたガラス基板を洗
浄したのち、ガラス基板(200×200mm)上にポリビニル
アルコール(日本合成化学製)を用いて役1500Åの厚さ
で成膜した。150℃で1時間乾燥した後、この高分子膜
をポリエチレン製のブラシでラビングし、粒径が2μm
のアルミナ微粉(昭和電工製)をスペーサとしてパネル
を作製した。次に、表1に示す液晶化合物A,Bおよび
Cからなる混合液晶を等方相に加熱したのち、パネルに
注入し、1℃/分の割合で強誘電性液晶相まで徐冷する
ことにより、液晶パネルを作製した。この液晶組成物
は、−20℃〜52℃の広い温度範囲で安定に動作するSc
相をもち、下記の相転移系列を有する。
この液晶パネルを室温(25℃)で偏光顕微鏡で観察し
たところ、線状欠陥のない均一な配向が形成されている
のが確認できた。
次に、この液晶パネルに第2図に示すパルス電圧を印加
し、透過光量を測定したところ、1:15のコントラス
ト比が得られた。第3図に25℃で測定した透過光量の
オシロスコープ像を示す。第3図から明かなように、良
好な双安定性が実現できた。
実施例2 配向膜として、実施例1の場合のポリビニルアルコール
の代りに、ポリイミド(東レ製)を用いて、約1500Åの
厚さで成膜し、実施例1の場合と同じ液晶組成物を用い
てパネルを作製した。この液晶パネルを偏光顕微鏡で観
察したところ、欠陥のない均一な強誘電性液晶のドメイ
ンが基板全体にわたり形成されているのが確認できた。
次に、第2図に示した電圧を印加して透過光量を測定し
たところ、25℃で1:12のコントラスト比が得ら
れ、双安定性も実現されていることが確認できた。
なお、表1に示した液晶化合物のうち、組成比をそのま
まにして、液晶化合物Cを表2に示した液晶化合物D〜
Kで置き換えても、大面積にわたり欠陥のない均一なド
メインが形成され、良好なコントラスト比と双安定性が
得られることが確認できた。
実施例の液晶組成では、フェニル基の4−位置換基の炭
素数が9,10,12の直鎖アルコキシ基を持つ液晶を用い
たが、良好な配向性を与えるのに本質的な構造は前述の
とおり、ナフタレン環を分子中に有することである。従
って、適当な液晶相温度範囲が得られる限り、フェニル
基の4−位置換基の炭素数を変えても同様の効果が得ら
れ、またフェニル基の4−位置換基は直鎖アルコキシ基
に限らず、炭素数6〜16の直鎖または分枝のアルキル
基、アルコキシ基であってもよい。またカイラル部分は
炭素数4〜12の不斉炭素を少くとも1つ含むアルキル
基であれば、同様の効果が得られる。
比較例 実施例1で用いた液晶組成物の代りに、表3に示す液晶
化合物を混合してなる液晶組成物を用いて、実施例1の
場合と同一の条件で液晶パネルを作製した。この液晶パ
ネルを25℃で偏光顕微鏡観察したことろ、ジグザグ状
や線状の欠陥が多数誘起され、基板全体にわたって均一
な配向が形成されていなかった。比較的に均一配向して
いる部分を選んで、第2図に示す電圧を印加し、透過光
量を測定したところ、1:5のコントラスト比が得られ
た。第4図に25℃で測定した透過光量のオシロスコー
プ像を示す。第4図から双安定性は実現しているもの
の、パルス切断後の減衰が大きく、この減衰のためにコ
ントラスト比が低下していることがわかる。この減衰
は、基板界面における液晶分子のプレチルト、ジグザグ
状や線状欠陥に起因していると考えられる。
なお、上記比較例で用いた液晶組成物の代りに、第2に
示した液晶化合物F,G,H,I,JおよびKをそれぞ
れ用いても、ジグザグ状や線状の欠陥が多数誘起してい
るのが観察された。この場合、コントラスト比はほぼ
1:6で、第4図と同様な透過光量のオシロスコープ像
が得られた。
なお、上記比較例において、配向膜としてポリビニルア
ルコールの代りにポリイミド(東レ製)を用いても、ジ
グザグ状や線状の欠陥が多数誘起され、基板全体にわた
って均一なドメインを形成することができなかった。
また、上記と同様にして、液晶化合物AおよびC、Bお
よびC、AおよびI並びにBおよびJの組み合せの液晶
組成物を調製した。これらの組成物の強誘電−結晶転移
温度は、下記の表に示す通りであった。そして、常温
(25℃)において強誘電相(カイラルスメクティックC
相)を示す液晶組成物について実施例1と同様にしてコ
ントラスト比を測定した。これらのコントラスト比の値
を表中に併記するが、それらは実施例1および2に比較
して明らかに劣っていた。
〔発明の効果〕 本発明に係る強誘電性液晶組成物を用いれば、従来のラ
ビング法を用いて、配向むらおよびジグザグ状や線状の
欠陥がほとんどなく、十分高いコントラストを持った双
安定状態が室温を中心とした広い温度範囲で確保でき、
従って大容量表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は強誘電性液晶表示素子の構成の一例を示す図、
第2図は実施例および比較例で用いられた印加パルス電
圧を示す図、第3図は実施例で得られた透過光量のオシ
ロスコープ像を示す図、そして第4図は比較例で得られ
た透過光量のオシロスコープ像を示す図である。 1……基板、2……透明電極、 3……配向膜、4……スペーサ、 5……液晶分子、6……検光子、 6′……偏光子、7……電源。
フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 光章 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 中塚 正勝 神奈川県横浜市栄区飯島町2882番地

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少くとも2種以上の強誘電性液晶からな
    る、強誘電性液晶の双安定性を利用する液晶表示素子に
    用いる液晶組成物であって、下記式I,IIで示される液
    晶化合物を同時に含むことを特徴とする液晶組成物。 上式中、R,Rは炭素数6〜16のアルキル基又はア
    ルコキシ基、 は不斉炭素原子がその結合手を提供している炭素数が4
    〜12のアルキル基、nは1〜6の整数を表わす。
  2. 【請求項2】前記式、I,IIの化合物の単体または混合
    物を、液晶組成物全体に対して10重量%以上含むことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の液晶組成物。
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