JPS6354492A - 液晶組成物 - 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】 九五公■ 本発明は液晶表示素子や液晶−光シヤツター等に利用さ
れる液晶素子に用いる液晶組成物に関し、更に詳しくは
、電界に対する応答特性が改善された新規な液晶組成物
に関するものである。

１１藍遺 従来より、液晶は電気光学素子として種々の分ツ？で応
用されている。現在実用化されている液晶素子はほとん
どが１例えばＮ、５ｃｈａｄｔとＷ、Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ
′Ａ　Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈ７ｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ　　’　　　　Ｖａ、１８　　、　　Ｎｏ、４（
１９７１，２，１５）　、　Ｐ、１２７〜１２８の”　
　Ｖｏｌｔａｇｅ　−Ｄｐｅｎｄｓ＋ｓｔ　　　０ｐｔ
ｉｃａｌ　　　Ａｃｔｉｖｉｔ２　　　ｏｒ　　　ａ　
　　丁ｗｉｓｔｅｄＮｅｓａｔｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　
　Ｃｒｙｓｔａｌ　　”に示されたＴＮ（ｔｗｉｓｔｅ
ｄ　ｎｅｍａｔｉｃ　）型の液晶を用いたものである。

これらは、液晶の誘電的配列効果に基づいており、液晶
分子の誘電異方性のために平均分子軸方向が、加えられ
た電場により特定の方向を向く効果を利用している。こ
れらの素子の光学的な応答速度の限界はミリ秒であると
いわれ、多くの応用のためには遅すぎる。一方、大型平
面ディスプレイへの応用では、価格、生産性などを考え
合せると単純マトリクス方式による駆動が最も有力であ
る。単純マトリクス方式においては、走査電極群と信号
電極群をマトリクス状に構成した電極構成が採用され、
その駆動のあめには、走査電極群に順次周期的にアドレ
ス信号を選択印加し、信号電極群には所定の情報信号を
アドレス信号と同期させて並列的に選択印加する時分割
駆動方式が採用される。

しかしこのような駆動方式の素子に前述したＴＮ型の液
晶を採用すると走査電極が選択され、信号電極が選択さ
れない債域、或いは走査電極が選択されず、信号電極が
選択される領域（所謂“半選択点”）にも有限に電界が
かかってしまう０選択点にかかる電圧と、半選択点にか
かる電圧の差が充分に大きく、液晶分子を電界に垂直に
配列させるのに要する電圧閾値がこの中間の電圧値に設
定されるならば、表示素子は正常に動作するわけである
が、走査線数（Ｎ）を増やして行なった場合１画面全体
（１フレーム）を走査する間に一つの選択点に有効な電
界がかかっている時間（ｄｕｔｙ比）が１／Ｎの割合で
減少してしまう、このために、〈り返し走査を行った場
合の選択点と非選択点にかかる実効値としての電圧差は
、走査線数が増えれば増える程小さくなり、結果的には
画像コントラストの低下やクロストークが避は難い欠点
となっている。このような現象は、双安定性を有さない
液晶（電極面に対し、液晶分子が水平に配向しているの
が安定状態であり、電界が有効に印加されている間のみ
垂直に配向する）を時間的蓄積効果を利用して駆動する
（即ち、繰り返し走査する）ときに生ずる木質的には避
は難い問題点である。この点を改良するために、電圧平
均化法。

２周波駆動法や、多重マトリクス法等が既に提案されて
いるが、いずれの方法でも不充分であり。

表示素子の大画面化や高Ｖ：変化は、走査線数が充分に
増やせないことによって頭打ちになっているのが現状で
ある。

このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て、双安定性を有する液晶素子の使用がＣ１ａｒｋおよ
びＬａｇｅｒｖａｌｌ　により提案されている（特開昭
５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４
号明細書等）、双安定性液晶としては、一般に、カイラ
ルスメクティックＣ相（ＳｍＣ”）又はＨ相（ＳｍＨ”
）を有する強誘電性液晶が用いられる。この強誘電性液
晶は電界に対して第１の光学的安定状態と第２の光学的
安定状態からなる双安定状態を有し、従って前述のＴＮ
型の液晶で用いられた光学変調素子とは異なり１例えば
一方の電界ベクトルに対してｔ５１の光学的安定状態に
液晶が配向し、他方の電界ベクトルに対しては第２の光
学的安定状態に液晶が配向される。またこの型の液晶は
、加えられる電界に応答して、上記２つの安定状態のい
ずれかを取り、且つ電界の印加のないときはその状態を
維持する性質（双安定性）を有する。

以上のような双安定性を有する特徴に加えて。

強誘電液晶は高速応答性であるという優れた特徴を持つ
、それは強誘電液晶の持つ自発分極と印加電場が直接作
用して配向状態の転移を誘起するためであり、誘電率異
方性と電場の作用による応答速度より３〜４オーダー速
い。

このように強誘電液晶はきわめて優れた特性を潜在的に
有しており、このような性質を利用することにより、上
述した従来のＴＮ型素子の問題点の多くに対して、かな
り本質的な改善が得られる。特に、高速光学光シャッタ
ーや、高密度、大画面ディスプレイへの応用が期待され
る。このため強誘電性を持つ液晶材料に関しては広く研
究がなされているが、現在までに開発された強誘電性液
晶材料は、低温作動特性、高速応答性等を含めて液晶素
子に用いるに十分な特性を備えているとは云い難い。

ｉ且立１」 本発明の１的は、特定の液晶化合物を混合することによ
って、低い温度領域でスメクチックＣ１相を呈する液晶
組成物を提供し、同時に単独の液晶化合物では得られな
い種々の表示特性を有する液晶組成物ならびに該組成物
を使用する液晶素子を提供することである。

先吐立１１ すなわち本発明は、下記一般式（１） （上記一般式中、Ｒは）に素ｆｉｔ−１６のフルキルノ
、（を示す、ｍ＝１または２で、寡は不斉炭素原子を示
す、また （但しＲ１は炭素数４〜１６のアルキル基を示す、ｎ＝
１または２．ａ＝ｏまたはｌである）である） で表わされる光学活性な液晶性の乳酸誘導体の少なくと
も１種と、 下記一般式（ＩＩ　） （上記一般式中、Ｐは４〜１６であり、ｑは１または２
であり、ｒは１または２であり、２は０またはＳを示す
、またＲｆは炭素数５〜１２の光学活性フルキル基を示
す、） で表わされる光学活性な液晶化合物の少なくとも１種と
、を含有することを特徴とする液晶組成物、ならびに該
液晶組成物を一対の電極、！、Ｉｉ板間に配置してなる
液晶素子を提供するものである。

本発明者等の研究によれば、上記（Ｉ）式と（ｎ　）式
の液晶化合物を混合することにより、それぞれの液晶化
合物を単独で用いる場合に比べ。

スメクチックＣ１相をかえる温度領域が、特に低温側に
おいて、広がり、且つ応答速度が向上し、表示特性が改
善されることが見出されたのである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。以下の記載におい
て量比を表わす１％」および「部」は、いずれも！ＩＩ
量基準とする。

１　　　　　、　　　　　宝 前記（Ｉ）式に示される液晶化合物は、下記−般式（Ａ
） （上記一般式中、Ｒは炭素数１−１６の直鎖状。

分岐状もしくは環状の飽和または不飽和の炭化水素基を
示す、Ｃｘは不斉炭素原子を示す、ＸはＯＨ７，Ｉｉ　
、ハロゲ゛ン、ベンジルオキシ基、フェノキシ基、トル
エンスルホン酸基、アセチルオキシ基、トリフルオロア
セチルオキシ基から選択される着脱可能な置換基を示す
） で表わされる光学活性物質を経由して形成されることが
好ましい０例えば上記式（Ａ）でＸがＯＨ基である光学
活性物質を経由して、以下の反応により合成することが
できる。

（ここでＲ’　、Ｒ，ｍ、ｎは、前記で定義した通りで
ある。） また、一般式（Ｈ）で表わされる液晶化合物は、下記一
般式（Ｂ） Ｙ短所０−Ｒ”　　　　（Ｂ） （上記一般式中、Ｒχは炭素数５〜Ｌ２の光学活性アル
キル基を示す、Ｙは、ＯＨＭ、ハロゲン（Ｂｒ、ＣＩ、
■）、ベンジルオキシ基、フェノキシ基、トルエンスル
ホン＃基、アセチルオキシノＳ、トリフルオロアセチル
オキシ基から選択される着脱可能な置換基を示す） で表わされる光学活性物質を経由して形成されることが
好ましい６例えば上記式（Ｂ）で、ＹがＯＨ′ｊ＆であ
る光学活性物質を経由して、以下の反応により合成する
ことができる。

（ここで、ｐ、ｑ、ｒは前記と同義である。）−・般式
（Ｉ）および（ＩＩ　）で表わされた具体的な液晶化合
物例の構造式と液晶の相転移温度を下表１および表２に
示す。

液晶化合物は一般式（Ｉ）および（■）で表ｔｙ−され
るものであり、ここにあげたもののみに本発明が限られ
るわけではない。

表中、相転移温度の欄における記号は、それぞれ以下の
相を示す。

Ｃｒｙｇｔ、　：結晶相、　Ｓ＋ｓＡ＝スメクチックＡ
相、Ｓａｃ　”　：カイラルスメクチックＣ相、Ｎ：ネ
マチック相、ｃｈ：コレステリック相。

Ｉｇｏ：等方相、Ｓａｔ　、　Ｓｍ２　：　ＳｓＡ　、
　Ｓａｃ寡以外のスメクチック相（未同定）。

表−ユ 人−ヱ 木発ＩＩの液晶組成物は、上記式（Ｉ）の液晶化合物の
少なくとも１種１〜９９％と、上記式（■りの液晶化合
物の少なくとも９９〜１％を混合することにより形成す
ることが好ましい。

また本発明の液晶素子は、上記式（Ｉ）および上記式（
！■）の液晶化合物のほか、下式（１）〜（１３）で示
されるような強誘電性液晶と組合わせると、ＳｍＣ”を
低温度化し、温度範囲を拡大することが可能となる。

このような場合においては、上記式（１、）の液晶化合
物と上記式（■）の液晶化合物の合計琶を、得られる液
晶組成物の１〜９９％、特に５〜９９％となる割合で使
用することが好ましい。

フェニルエステル フェニルエステル Ｃｒｙｓ’、　−一→　５ｌＩＡ−＋ｒｓｏ。

１６へＳａＣ”　／４３．５ （３）　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＣＨコヨ Ｃ８゜Ｈ２１０＋　ＣＯＯ＋ＯＣＨ２ＣＨＣ２Ｈｓ４−
デシルオキシ安忌香酩　４”−（２−メチルブチルオキ
シ）フェニルエステル Ｃｒｙｓｔ、　−−→ｓｍｃ　”　−一歩　５ＩＩＡ−
一−すｒｓｏ。

フェニルエステル Ｓｉｎ　’　／４８ フェニルエステル 一メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ）ＣＨｓ 畜 −ＣＯＯＣＨ２ＣｌＯ２Ｈｓ ４．４′−７ゾキシシンナミツクアシツドービス（２−
メチルブチル）エステルオクチルオキシビフェニル−４
−カルボキシレートまた下式ｌ）〜５）で示されるよう
なそれ自体はカイラルでないスメクチック液晶に配合す
ることにより強誘電性液晶として使用可能な組成物が得
られる。

この場合、一般式（Ｉ）および（■）で示される本発明
の液晶性化合物を得られる液晶組成物のｌ〜９９屯是％
、特に５〜９５眞！−１％で使用することが好ましい。

４．４’−デシルオキシアゾキシベンゼンＣｒｙｓｔ、
　　７７”ＣＳｄＳや■３４Ｎ−」再１ｓｏ・Ｃｒｙｓ
ｔ、　１２０’ｏ　　５Ｉｌｃ１８９’ｃ　　ＳｍＡ　
　２１Ｂ”ＣＩｇｏ。

２−（４′−オクチルオキシフェニル）−５−ノニルピ
リミジンＣｒｙｓｔ、　　３３”Ｃ５ＩＩＣＧＯ”ＣＳ
ｍＡ　　７５’Ｃｒｓｏ。

４′−ペンチルオキシフェニル−４−オクチルオキシベ
ンゾエートＣｒ７ｓＬ、　　５８℃　　５ＩＩＣ６４℃
　　ＳｍＡ　　８８℃　　Ｎ　　８５℃　　Ｉｓｏ。

−ｍ−−＝り　　　　−一一一一争　　　　−一一一−
り　　　−〉ここで、記号は、それぞれ以下の相を示す
。

ＣｒｙｓＬ、　　：結晶相、５ｌｌＡ＝スメクチツクＡ
相。

５ａｆｌ　　：スメクチックＢ相、　１Ｃ：スメクチッ
クＣ相。

Ｎ　：ネマチ７り相、　　　　　Ｉｓｏ、　：等方相。

また未発ＩＪＩの液晶素子は、上記のようにして得られ
た本発明の液晶組成物を一対のＭｌ極基板間に配置する
ことにより得られる０例えば、単純マトリクス駆動の液
晶素子を構成するためには、一方の）Ｍ板上に走査電極
群を、他方のス（板上に信号電極群を形成すればよい。

以下、実施例により１本発明を更に具体的に説１！１す
る。

見立直」 液晶化合物の代表例として、前記表１に示した化合物の
うち液晶化合物５と液晶化合物９とを混合した。得られ
た液晶Ｍｌｌ動物相転移温度（昇温過程）の変化を相図
を第１図に示す。

第１図より明らかな通り、液晶化合物５と９をｌ：ｌの
比率で混合すると、ＳｍＣ”の温度範囲が大きく広がり
、ＳｍＣ”を安定に保っていることがわかる。また、こ
の混合比での自発分極は、３．２ｎＣ／ｃｍ２１２５℃
であった。

なお、自発分極は、に、ミャサト外「三角波による強誘
電性液晶の自発分極の直接測定法」　（日本応用物理学
会誌２２．１０号、Ｌ（６６１）１９８３、（Ｄｉｒｅ
ｃｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈ↑ｒｉａｎｇｕｌａｒＷ
ａｖｅｓ　ｆｏｒ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　５ｐｏｎｔａ
ｎｅｏｕｓ　Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎｉｎ　　Ｆｅｒ
ｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　　Ｌｔｑｕｉｄ　　Ｃｒ７ｇｔ
ａｌ”、　　ａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｂｙ　Ｋ、Ｍｉ
ｙａｓａｔｏ　ｅｔ　ａｌ、（Ｊａｐ、Ｊ、Ａｐｐｌ。

Ｐｈｒｓ、２２．Ｎｏ、１０．　Ｌ８８１（１９８３）
））により測定した。

上記液晶組成物（１：　ｌ混合物）について応答速度を
測定した。すなわち電極を覆うポリイミド被膜にラビン
グ処理を施した一対の電極基板間に上記液晶組成を挾持
し、液晶層厚を２１Ｌｍとして、ピーク・トウ・ピーク
電圧としてＩＯＶの電圧印加により直交ニコル下での光
学的な応答を検知して応答速度を測定した。

その結果を下表３に示す。

以上かられかるように単体の液晶化合物より本発明に従
う混合液晶組成物（５＋９　（１：　１）　）の方が低
温においても応答が早く応答速度が改善されている。

丈Ｕヱ 液晶化合物３と液晶化合物９を、７５：２５の；１１合
で混合して液晶組成物を得た。この液晶組成物は、降温
過程で５〜４５℃でＳｍＣ”相を示していた。この組成
物を用い実施例１と同様に素子を作成し、全く同じ条件
で応答速度を３０℃の温度において測定したところ、３
５０ＩＬｓｅｃと単体の液晶化合物を用いる場合に比べ
て、特性が改善されていた。（なお液晶化合物３の単体
の７０℃での応答速度は４００＃Ｌｓｅｃである。）１
凰上」 前記表１に記載の液晶化合物５と前記液晶化合物ｌＯを
、７０：３０の割合で混合して、液晶組成物を得た。該
液晶組成物は降温過程において。

−２℃〜７８℃でＳｍＣ”相を有していた。

この液晶組成物を用いて実施例１と同様に素子を作成し
、全く同じ条件で応答速度３０℃において測定したとこ
ろ、３００ＩＬｓｅｃであり応答速度が改善された。（
なお、液晶化合物１０の単独の４５℃での応答速度は１
８００＃Ｌｓｅｃであった。） 免且立差］ 以上の実施例からも分るとうり、未発明に従い一般式（
Ｉ）と一般式（！Ｉ）で表わされる液晶化合物を混合す
ることにより、それぞれの単独の液晶化合物に比べて、
低温側に広がったスメクチックＣ相と、改善された応答
速度などの単独の液晶化合物にはない優れた特性を持つ
液晶組成物が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は、実施例１による液晶化合物５と液晶化合物９の
混合による相転移温度の組成による変化を示す相図であ
る。 （Ｗ會％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （上記一般式中、Ｒは炭素数１〜１６のアルキル基を示
   す。ｍ＝１または２で、＾＊は不斉炭素原子を示す。ま
   た ▲数式、化学式、表等があります▼ （但しＲ＾１は炭素数４〜１６のアルキル基を示す。ｎ
   ＝１または２、ａ＝０または１である）である） で表わされる光学活性な液晶性の乳酸誘導体の少なくと
   も１種と、 下記一般式（II） ▲数式、化学式、表等があります▼（II） （上記一般式中、ｐは４〜１６であり、ｑは１または２
   であり、ｒは１または２であり、ｚは０またはＳを示す
   。またＲ＾＊は炭素数５〜１２の光学活性アルキル基を
   示す。） で表わされる光学活性な液晶化合物の少なくとも１種と
   を含有することを特徴とする液晶組成物。 ２、一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （上記一般式中、Ｒは炭素数１〜１６のアルキル基を示
   す。ｍ＝１または２で、＾＊は不斉炭素原子を示す。ま
   た ▲数式、化学式、表等があります▼ （但しＲ＾１は炭素数４〜１６のアルキル基を示す。ｎ
   ＝１または２、ａ＝０または１である）である） で表わされる光学活性な液晶性の乳酸誘導体と下記一般
   式（II） ▲数式、化学式、表等があります▼（II） （上記一般式中、ｐは４〜１６であり、ｑは１または２
   であり、ｒは１または２であり、ｚは０またはＳを示す
   。またＲ＾＊は炭素数５〜１２の光学活性アルキル基を
   示す。） で表わされる光学活性な液晶化合物の少なくとも１種と
   を含有する液晶組成物を、一対の電極基板間に配置して
   なることを特徴とする液晶素子。