JPH08311451A - 反強誘電性液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 応答速度に優れた新規な反強誘電性液晶組成
物の提供。 【構成】 （Ａ）下記一般式〔１〕で表される化合物の
少なくとも１種、 【化１】 （Ｂ）下記一般式〔２〕で表される化合物の少なくとも
１種、 【化２】 および（Ｃ）下記一般式〔３〕で表される化合物の少な
くとも１種 【化３】 を含有していることを特徴とする反強誘電性液晶組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な反強誘電性液晶
組成物に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示素子は、１）低電圧作動性、２）
低消費電力性、３）薄形表示、４）受光型などの優れた
特徴を有するため、現在まで、ＴＮ方式、ＳＴＮ方式、
ゲスト−ホスト（Ｇｅｓｔ−Ｈｏｓｔ）方式などが開発
され実用化されている。

【０００３】しかし、現在広く利用されているネマチッ
ク液晶を用いたものは、応答速度が数ｍｓｅｃ〜数十ｍ
ｓｅｃと遅い欠点があり、応用上種々の制約を受けてい
る。

【０００４】これらの問題を解決するため、ＳＴＮ方式
や薄層トランジスタ方式などを用いたアクティブマトリ
ックス方式などが開発されたが、ＳＴＮ型表示素子は、
表示コントラストや視野角などの表示品位は優れたもの
となったが、セルギャップやチルト角の制御に高い精度
を必要とすることや応答がやや遅いことなどが問題とな
っている。薄膜トランジスタ方式は構造が複雑で製造時
の歩留りが低く、結果的に高価につく。

【０００５】このため、応答性のすぐれた新しい液晶表
示方式の開発が要望されており、光学応答時間がμｓｅ
ｃオーダーと極めて短かい超高速デバイスが可能になる
強誘電性液晶の開発が試みられていた。

【０００６】強誘電性液晶は、１９７５年、Ｍｅｙｏｒ
等によりＤＯＢＡＭＢＣ（ｐ−デシルオキシベンジリデ
ン−ｐ−アミノ−２−メチルブチルシンナメート）が初
めて合成された（Ｌｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｄｅ Ｐｈｙ
ｓｉｑｕｅ，３６巻１９７５，Ｌ−６９）。さらに、１
９８０年、ＣｌａｒｋとＬａｇａｗａｌｌによりＤＯＢ
ＡＭＢＣのサブマイクロ秒の高速応答、メモリー特性な
ど表示デバイス上の特性が報告されて以来、強誘電性液
晶が大きな注目を集めるようになった〔Ｎ．Ａ．Ｃｌａ
ｒｋ，ｅｔａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３
６．８９９（１９８０）〕。しかし、彼らの方式には、
実用化に向けて多くの技術的課題があり、特に室温でデ
ィスプレーに要求される実用特性を満足する強誘電性液
晶はほとんど無く、表示ディスプレーに不可欠な液晶分
子の配列制御に有効かつ実用的な方法も確立されていな
かった。

【０００７】この報告以来、液晶材料／デバイス両面か
らの様々な試みがなされ、ツイスト二状態間のスイッチ
ングを利用した表示デバイスが試作され、それを用いた
高速電気光学装置も例えば特開昭５６−１０７２１６号
などで提案されているが、高いコントラストや適正なし
きい値特性は得られていない。

【０００８】このような視点から他のスイッチング方式
についても探索され、過渡的な散乱方式が提案された。
その後、１９８８年に本発明者らによる三安定状態を有
する液晶の三状態スイッチング方式が報告された〔Ａ．
Ｄ．Ｌ．Ｃｈａｎｄａｎｉ，Ｔ．Ｈａｇｉｗａｒａ，
Ｙ．Ｓｕｚｕｋｉ ｅｔａｌ．，Ｊａｐａｎ．Ｊ．ｏｆ
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２７，（５），Ｌ７２９−Ｌ７
３２（１９８８）〕。

【０００９】前記「三安定状態を有する」とは、第一の
電極基板と所定の間隙を隔てて配置されている第二の電
極基板との間に反強誘電性液晶が挟まれてなる液晶電気
光学装置において、前記第一及び第二の電極基板に電界
形成用の電圧が印加されるよう構成されており、図１Ａ
で示される三角波として電圧を印加したとき、前記反強
誘電性液晶が、無電界時に分子配向が第一の安定状態
〔図３（ａ）〕になり、液晶電気光学装置の透過率が第
一の安定状態（図１Ｄの１）を示し、かつ、電界印加時
に一方の電界方向に対し分子配向が前記第一の安定状態
とは異なる第二の安定状態〔図３（ｂ）〕になり液晶電
気光学装置の透過率が第２の安定状態（図１Ｄの２）を
示し、さらに他方の電界方向に対し前記第一及び第二の
安定状態とは異なる第三の分子配向安定状態〔図３
（ｃ）〕になり液晶電気光学装置の透過率が第三の安定
状態（図１Ｄの３）を示すことを意味する。なお、この
三安定状態を利用する液晶電気光学装置については、本
出願人は特願昭６３−７０２１２号として出願し、特開
平２−１５３３２２号として公開されている。

【００１０】三安定状態を示す反強誘電性液晶の特徴を
さらに詳しく説明する。クラーク／ラガウェル（Ｃｌａ
ｒｋ−Ｌａｇａｗａｌｌ）により提案された表面安定化
強誘電性液晶素子では、Ｓ＊C相において強誘電性液晶
分子が図２（ａ）および（ｂ）のように一方向に均一配
向した２つの安定状態を持ち、印加電界の方向により、
どちらか一方の状態に安定化され、電界を切ってもその
状態が保持される。

【００１１】しかしながら実際には、強誘電性液晶分子
の配向状態は、液晶分子のダイレクターが捩れたツイス
ト二状態を示したり、層がくの字に折れ曲ったシエブロ
ン構造を示す。シエブロン層構造では、スイッチング角
が小さくなり低コントラストの原因になるなど、実用化
へ向けて大きな障害になっている。一方、“反”強誘電
性液晶は三安定状態を示すＳｍＣ＊A相では、上記液晶
電気光学装置において、無電界時には、図３（ａ）に示
すごとく隣り合う層毎に分子は逆方向に傾き反平行に配
列し、液晶分子の双極子はお互に打ち消し合っている。
したがって、液晶層全体として自発分極は打ち消されて
いる。この分子配列を示す液晶相は、図１Ｄのに対応
している。

【００１２】さらに、（＋）又は（−）のしきい値より
充分大きい電圧を印加すると、図３（ｂ）および（ｃ）
に示すごとく液晶分子が同一方向に傾き、平行に配列す
る。この状態では、分子の双極子も同一方向に揃うため
自発分極が発生し、強誘電相となる。

【００１３】“反”強誘電性液晶のＳｍＣ＊A相におい
ては、無電界時の“反”強誘電相と印加電界の極性によ
る２つの強誘電相が安定になり、“反”強誘電相と２つ
の強誘電相間を直流的しきい値をもって三安定状態間を
マイクロセカンドオーダーの高速スイッチングを行うも
のである。すなわち、印加電界の極性と大きさにより液
晶の分子配列が変化して、液晶の光学軸を三状態に変化
させることができ、このような液晶の三状態を一対の偏
光板にはさみ込むことにより電気光学的表示装置として
用いることができる。交流三角波の印加電圧に対して光
透過率をプロットすると図４のようなダブル・ヒステリ
シスを示す。このダブル・ヒステリシスに、図４の
（Ａ）に示すようにバイアス電圧を印加して、さらにパ
ルス電圧を重畳することによりメモリー効果を実現でき
る特徴を有する。

【００１４】そして、“反”強誘電性液晶では、プラス
側とマイナス側の両方のヒステリシスを交互に使い画像
表示を行なうことができるため、自発分極に基づく内部
電界の蓄積による画像の残像現象を防止することができ
る。さらに、電界印加により強誘電相は層がストレッチ
され、ブックシエルフ構造となる。一方、第一安定状態
の“反”強誘電相では類似ブックシエルフ構造となる。
この電界印加による層構造スイッチングが液晶層に動的
シエアーを与えるため駆動中に配向欠陥が改善され、良
好な分子配向が実現できる。

【００１５】以上のように、“反”強誘電性液晶は、
１）高速応答が可能で、２）高いコントラストと広い視
野角および３）良好な配向特性とメモリー効果が実現で
きる、非常に有用な液晶化合物と言える。

【００１６】“反”強誘電性液晶の三安定状態を示す液
晶相については、１）Ａ．Ｄ．Ｌ．Ｃｈａｎｄａｎｉ
ｅｔａｌ.，Ｊａｐａｎ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ.，２
８，Ｌ−１２６５（１９８９）および２）Ｈ．Ｏｒｉｈ
ａｒａ ｅｔａｌ.，Ｊａｐａｎ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ.，２９，Ｌ−３３３（１９９０）に報告されてお
り、“反”強誘電的性質にちなみＳ＊Ｃ A相（Ａｎｔｉ
ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｍｅｃｔｉｃ Ｃ＊
相）と命名しているが本発明者らは、この液晶相が三安
定状態間のスイッチングを行なうためＳ＊(3)相（本明
細書ではＳｍＣ＊A相と表示）と定義した。

【００１７】三安定状態を示す“反”強誘電相ＳｍＣ＊
Aを相系列に有する液晶化合物は、本発明者の出願した
特開平１−３１６３６７号、特開平１−３１６３７２
号、特開平１−３１６３３９号、特開平２−２８１２８
号及び市橋等の特開平１−２１３３９０号公報があり、
また三安定状態を利用した液晶電気光学装置としては本
出願人は特開平２−４０６２５号、特開平２−１５３３
２２号、特開平２−１７３７２４号において新しい提案
を行っている。

【００１８】前述した表示装置に用いられる反強誘電性
液晶に要求される材料特性は、主として１）動作温度範
囲、２）応答時間、３）ヒステリシス特性、４）表示コ
ントラスト等が挙げられる。

【００１９】２）の応答時間についてみると、反強誘電
性液晶は、従来からの液晶に較べて、その光学応答時間
が短く、高速デバイスとしての可能性を切り開くものと
して注目されるが、この光学応答時間は、液晶の用途を
拡大するので、応答時間の短縮は必要である。特に、室
温より低い温度域における応答時間の短縮は重要な課題
である。

【００２０】４）の表示コントラストについては、反強
誘電相の暗状態であるとき、配向欠陥などにより光洩れ
が生じる。このように光洩れが生じている反強誘電相を
用いて表示駆動させると低い表示コントラストしか得ら
れない。スイッチングした強誘電相の光の透過強度と無
電界での反強誘電相の光の透過強度の比を配向コントラ
ストと呼んでいるが、反強誘電相の光洩れが少ないほど
配向コントラストが高く、表示コントラストは向上す
る。従って、表示コントラストを向上させるためには、
配向コントラストの改善が必要となる。しかしながら、
現在のところ配向コントラストの優れた反強誘電性液晶
は得られていない。

【００２１】現在、開発されている反強誘電性液晶ディ
スプレイでは、ＴＦＴ液晶ディスプレイの表示性能に比
較して、高精細、高品位という点で表示品位が充分でな
く、前記の重要な駆動特性の改善方法が強く求められて
いる。これらの性能を満たすには、単一化合物の反強誘
電性液晶化合物では非常に困難であることがわかってき
た。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、応答
速度に優れた新規な反強誘電性液晶組成物を提供するこ
とにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】以上の問題を鋭意検討し
た結果、骨格構造にシクロヘキシル基を有している液晶
化合物を反強誘電性液晶組成物に配合することにより、
応答速度を改善することを見出し、本発明を完成するに
至った。

【００２４】すなわち、本発明は、（Ａ）下記一般式
〔１〕

【化４】 （式中、ｍは４〜１４の整数、ｎは４〜１４の整数であ
り、Ｘ¹およびＸ²はＨおよびＦよりなる群からそれぞれ
独立して選ばれた基であり、Ｙ¹は単結合、Ｏ、ＯＣＯ
およびＣＯＯよりなる群から独立して選ばれた基であ
り、＊は光学活性中心を示す。）で表される化合物の少
なくとも１種、（Ｂ）下記一般式〔２〕

【化５】 （式中、ｍは４〜１４の整数、ｎは４〜１４の整数であ
り、Ｘ³およびＸ⁴はＨおよびＦよりなる群からそれぞれ
独立して選ばれた基であり、Ｙ²は単結合、Ｏ、ＯＣＯ
およびＣＯＯよりなる群から独立して選ばれた基であ
り、＊は光学活性中心を示す。）で表される化合物の少
なくとも１種、および（Ｃ）下記一般式〔３〕

【化６】 （式中、ｍは４〜１４の整数、ｎは４〜１４の整数であ
り、ＣｆはＣＨ₃又はＣＦ₃、＊は光学活性中心を示
す。）で表される化合物の少なくとも１種を含有してい
ることを特徴とする反強誘電性液晶組成物に関する。

【００２５】前記一般式〔１〕で表される化合物の例を
以下に示す。

【化７】

【化８】

【化９】

【００２６】前記一般式〔２〕で表される化合物の例を
以下に示す。

【化１０】

【化１１】

【化１２】

【００２７】前記一般式〔３〕で表される化合物の例を
以下に示す。

【化１３】 なお、式中Ｒ¹はＣ_mＨ_2m+1 Ｒ²はＣ_nＨ_2n+1を示す。

【００２８】３成分が必要となる理由は、 第一成分（ＣＦ₃系化合物）と第二成分（ＣＨ₃系化
合物）の両方でけでは配向コントラストが良好だが、応
答速度が遅い。 第一成分（ＣＦ₃系化合物）のみ（即ち、第二成分
が入っていない）だと配向コントラストが悪く、望まし
くない。 第一成分と第三成分のみの組合せ、若しくは第二成
分と第三成分のみの組合せでは、メモリーマージンの拡
大は可能であるが、バランスが悪く好ましくない。

【００２９】

【表１】

【００３０】本発明における電気光学特性の測定方法は
つぎのとおりである。ラビング処理したポリイミド配向
膜を透明電極基板上に有するセル厚２．０μｍの液晶セ
ルに、実施例で得られた液晶組成物を等方相において充
填し、液晶薄膜セルを作製した。作製した液晶セルを
０．１〜１．０℃／ｍｉｎ．の温度勾配で徐冷して析出
させた。この液晶セルを２枚の偏光板を直交させた、光
電子増倍管付き偏光顕微鏡に電圧０Ｖの状態で暗視野と
なるように配置した。

【００３１】セル中の液晶が反強誘電性相であるとき
に、セルに図５に示すような±５０Ｖ、１Ｈｚの矩形波
を印加したときの光の相対透過率の変化から応答時間
τ、τｒ、τｄを求めることができる。τは強誘電相の
状態（マイナス側の矩形波電圧終了時）から反強誘電相
の状態を経由して次の強誘電相の状態（プラス側の矩形
波電圧印加により相対透過率が９０％に達したとき）に
なるまでの時間である。τｒは反強誘電相の状態（矩形
波電圧をかけた時）から強誘電相の状態（矩形波電圧印
加により相対透過率が９０％に達したとき）になるまで
の時間である。τｄは強誘電相の状態（矩形波電圧終了
時）から反強誘電相の状態（相対透過率が１０％に達し
たとき）になるまでの時間である。いずれも単位はμｓ
ｅｃ．である。応答時間τ、τｒ、τｄが短いと言うこ
とは、液晶の応答速度が速いことを意味する。

【００３２】無電界での反強誘電相の光の透過強度とス
イッチングした強誘電相の光の透過強度の比を配向コン
トラスト（ＣＲ）とし、次のように測定する。液晶物性
測定セルを２枚の偏光板を直行させた光電子倍増管付き
偏光顕微鏡に無電界の状態（反強誘電相）で最も暗くな
るように配置する。偏光顕微鏡の光電子倍増管への光路
を閉じ、その時の光電子倍増管の出力をＩｏ、無電界の
状態（反強誘電相）の光電子倍増管の出力をＩｄ、３０
Ｈｚ、６０Ｖｐｐ（電圧不足であれば８０Ｖｐｐまで）
の矩形波電界を加え、その時の状態（強誘電相）の最大
の光電子増倍管の出力をＩｂと定義することにし、配向
コントラストＣＲを次式で定義する。

【数１】 配向コントラストが大きいほど、液晶の配向状態が優れ
ていることを意味している。

【００３３】

【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明を詳細に説明
するが、本発明はこれにより限定されるものではない。

【００３４】実施例１ 下記に示す化合物を各々下記に示す割合にて配合して基
本反強誘電性液晶組成物を作成した。

【化１４】

【００３５】前記基本反強誘電性液晶組成物に下記に示
す化合物を各々下記に示す割合にて配合して反強誘電性
液晶組成物Ａ、Ｂを作成した。

【化１５】 前述の測定方法によって測定した応答時間を図７に、配
向コントラストを図８に示す。

【００３６】実施例２ 前記基本反強誘電性液晶組成物に下記に示す化合物を各
々下記に示す割合にて配合して反強誘電性液晶組成物
Ｃ、Ｄを作成した。

【化１６】 前述の測定方法によって測定した応答時間を図９に、配
向コントラストを図１０に示す。

【００３７】

【効果】本発明の反強誘電性液晶組成物は、応答速度が
早く、配向コントラストが大きいので、液晶としての性
質が大へん優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは印加される三角波を、Ｂは市販のネマチッ
ク液晶の、Ｃは二状態液晶の、Ｄは三安定状態液晶の、
それぞれの光学応答特性を示す。

【図２】クラーク／ラガウェルにより提案された強誘電
性液晶分子の二つの安定した配向状態を示す。

【図３】Ａは、本発明の“反”強誘電性液晶分子の三つ
の安定した配向状態を示す。Ｂは、Ａの各（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に対応した三状態スイッチングと液晶分
子配列の変化を示す。

【図４】“反”強誘電性液晶分子が印加電圧に対してダ
ブルヒステリシスを描いて光透過率が変化することを示
す印加電圧−光透過率特性図である。

【図５】三角波印加電圧に対する相対透過率のヒステリ
シス曲線のモデルを示す。

【図６】（Ａ）は印加電圧と時間の関係を示し、（Ｂ）
はその印加電圧がかかったときの液晶分子の応答状態を
示すグラフである。

【図７】基本組成物と本発明組成物Ａ、Ｂに関する応答
時間と温度との関係を示すグラフである。

【図８】基本組成物と本発明組成物Ａ、Ｂに関する配向
コントラストと温度との関係を示すグラフである。

【図９】基本組成物と本発明組成物Ｃ、Ｄに関する応答
時間と温度との関係を示すグラフである。

【図１０】基本組成物と本発明組成物Ｃ、Ｄに関する配
向コントラストと温度との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）下記一般式〔１〕 【化１】 （式中、ｍは４〜１４の整数、ｎは４〜１４の整数であ
   り、Ｘ¹およびＸ²はＨおよびＦよりなる群からそれぞれ
   独立して選ばれた基であり、Ｙ¹は単結合、Ｏ、ＯＣＯ
   およびＣＯＯよりなる群から独立して選ばれた基であ
   り、＊は光学活性中心を示す。）で表される化合物の少
   なくとも１種、（Ｂ）下記一般式〔２〕 【化２】 （式中、ｍは４〜１４の整数、ｎは４〜１４の整数であ
   り、Ｘ³およびＸ⁴はＨおよびＦよりなる群からそれぞれ
   独立して選ばれた基であり、Ｙ²は単結合、Ｏ、ＯＣＯ
   およびＣＯＯよりなる群から独立して選ばれた基であ
   り、＊は光学活性中心を示す。）で表される化合物の少
   なくとも１種、および（Ｃ）下記一般式〔３〕 【化３】 （式中、ｍは４〜１４の整数、ｎは４〜１４の整数であ
   り、ＣｆはＣＨ₃又はＣＦ₃、＊は光学活性中心を示
   す。）で表される化合物の少なくとも１種を含有してい
   ることを特徴とする反強誘電性液晶組成物。