WO2006121040A1

WO2006121040A1 - 液晶および液晶ディスプレイ

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Publication number: WO2006121040A1
Application number: PCT/JP2006/309317
Authority: WO
Inventors: Junji Watanabe; Tatsuya Izumi
Original assignee: Tokyo Institute Of Technology; Lintec Corporation
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2006-11-16
Also published as: TW200706643A; KR101278189B1; US20100155663A1; JP5223141B2; JPWO2006121040A1; KR20080017341A; US7910180B2; TWI339679B

Abstract

　本発明は、新規な液晶を提供することを目的とする。　本発明の液晶は、屈曲構造を有する第１の液晶化合物と第２の液晶化合物を含んでいる。ここで、第１の液晶化合物の形成する液晶相は、強誘電性あるいは反強誘電性を示す。第２の液晶化合物が形成する液晶相は、強誘電性および反強誘電性を示さないものを用いる。第１の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有し、第２の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有さない。第１の液晶化合物が以下の化学式(m=16)からなり、第２の液晶化合物が以下の化学式(m=4)からなるものを用いる。

Description

明細書

液晶および液晶ディスプレイ

技術分野

[0001] 本発明は、新規な液晶に関する。また、本発明は、この液晶を用いる新規な液晶デイスプレイに関する。

背景技術

[0002] 従来の液晶ディスプレイに用いられているネマチック液晶に比べ、強誘電液晶は電場印加時の応答速度が数十〜数百倍高速であり、新、ディスプレイ方式の材料として注目を集め現在も研究が行われて、る。

[0003] 強誘電液晶は 1976年アメリカのマイヤーによって発見された。この系はスメクチック Cを発現する化合物に不斉炭素を導入し、キラルスメタチック C相とすることで系の対称性を低下させ強誘電性を発現させた。

[0004] これに対し 1996年新居らにより系内に不斉炭素を導入せずに強誘電性を発現する化合物が発見された。この化合物はその分子形状力バナナ型液晶あるいはベント型液晶と呼ばれ、従来の強誘電液晶に比べコスト的に非常に有利である。なぜなら不斉炭素を導入した系に必要なキラル分割工程を省略することができるからである。バナナ型液晶は従来の強誘電液晶よりも安価に強誘電液晶ディスプレイを作製することが可能である。

[0005] バナナ型液晶については、新たな構造、組成のものが開発されている（例えば、特許文献 1〜3参照。 )₀また、バナナ型液晶の相構造に関する研究報告がなされている (例えば、非特許文献 1参照。 ) o

特許文献 1：特開平 9 - 221456号公報

特許文献 2：特開平 11― 256163号公報

特許文献 3 :特開 2002— 161277号公報

非特許文献 1 :J. Watanabe, T. Izumi, T. Niori, M. Zennyoji, Y. Takanishi, H. Takez oe.， Mol. Cryst. Liq. Cryst., 346,77(2000)

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、従来のバナナ型液晶が形成する強誘電スメクチック液晶相は分子がスメクチック液晶層法線方向に対し傾、た (チルト)構造をとつており、その傾き方に応じて（+ )キラル、（一）キラル、ラセミの 3つの液晶相が混在してしまうという問題点かあつた。

[0007] 液晶ディスプレイ（LCD)の作製にお!、ては、セル内の液晶分子を一様に配列させることが必須条件となる。しかし、前述のような 3種の液晶相が混在する状態ではセル内の液晶分子を一様に配列させることが困難であった。

[0008] そのため、このような課題を解決する、新規な液晶および新規な液晶ディスプレイの開発が望まれていた。

[0009] 本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、新規な液晶を提供することを目的とする。

また、本発明は、この液晶を用いる新規な液晶ディスプレイ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

[0010] 上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の液晶は、屈曲構造を有する第 1の液晶化合物と、この他の第 2の液晶化合物を含むことを特徴とする。

[0011] ここで、第 1の液晶化合物の形成する液晶相が、強誘電性あるいは反強誘電性を示すものを用いることができる。第 2の液晶化合物が形成する液晶相力強誘電性および反強誘電性を示さな、ものを用いることができる。第 2の液晶化合物が屈曲構造を有するものを用いることができる。第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、末端鎖長を除いて同様の構造を有するものを用いることができる。第 1の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有し、第 2の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有さな、ものを用いることができる。

[0012] また、第 1の液晶化合物が化 l(m=16)力もなり、第 2の液晶化合物が化 l(m=4)からなるものを用いることができる。第 1の液晶化合物の含有量が、 25〜80モル％の範囲内にあるものを用いることができる。

[0013] また、第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、一般式 A— M—X -B-X— M A (式中、 Aは末端鎖、 Mおよび Mはメソーゲン基、 Xおよび Xは結合基、 Bは屈

1 2 1 2

曲鎖を表す)で表されるものを用いることができる。メソーゲン基 Mおよび Mならびに

1 2 結合基 Xおよび Xがそれぞれ屈曲鎖 Bを中心として対称に配置されているものを用

1 2

いることができる。屈曲鎖 Bが一（CH ) — (nは整数）、一（（CH ) -0-) — (

2 2n-l 2 m 2n-l

CH ) (m, nは整数）の、ずれかで表され、屈曲鎖 Bが有する炭素数は 3〜9の

2 m

範囲内にあるものを用いることができる。末端鎖 Aが一 0—(CH ) CH (nは整数）

2 n 3

、一（CH ) CH (nは整数)のいずれか 1つの基であり、第 1の液晶化合物の末端

2 n 3

鎖 Aが有する炭素数は 12〜20の範囲内にあり、第 2の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 1〜7の範囲内にあるものを用いることができる。メソーゲン基 M , M

1 2 が化 2からなる群より選択された少なくとも 1種の基であるものを用いることができる。結合基 X がー COO かつ、結合基 X がー OCO の基であるものを用いることが

1 2

できる。

[0014] また、第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、一般式 A — M -X-B-Y-M

1 1 2 A (A， Aは末端鎖であり、 M， Mはメソーゲン基であり、 X, Yは結合基であつ

2 1 2 1 2

てそれぞれ独立に COO -または OCO—であり、 Bは芳香族化合物基である）で表されるものを用いることができる。末端鎖 A , Aが一 0 (CH ) CH (nは整数

1 2 2 n-1 3

)、一（CH ) CH (nは整数）、 0 (CH CH O) CH (nは整数）、 0 (C

2 n-1 3 2 2 n 3

H CH CH O) CH (nは整数)からなる群より選択された少なくとも 1種の基であり

2 2 2 n 3

、第 1の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 12〜20の範囲内にあり、第

1 2

2の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 1〜7の範囲内にあるものを用い

1 2

ることができる。メソーゲン基 M , Mが化 3からなる群より選択された少なくとも 1種の

1 2

基であるものを用いることができる。芳香族化合物基 Bが化 4からなる群より選択された少なくとも 1種の基であるものを用いることができる。

[0015] 本発明の液晶ディスプレイは、屈曲構造を有する第 1の液晶化合物とこの他の第 2 の液晶化合物力なる液晶を使用することを特徴とする。

[0016] ここで、第 1の液晶化合物の形成する液晶相力強誘電性あるいは反強誘電性を示すものを用いることができる。第 2の液晶化合物が形成する液晶相力強誘電性および反強誘電性を示さな、ものを用いることができる。第 2の液晶化合物が屈曲構造を有するものを用いることができる。第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、末端鎖長を除いて同様の構造を有するものを用いることができる。第 1の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有し、第 2の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有さな、ものを用いることができる。

[0017] また、第 1の液晶化合物が化 l(m=16)力もなり、第 2の液晶化合物が化 l(m=4)からなるものを用いることができる。第 1の液晶化合物の含有量が、 25〜80モル％の範囲内にあるものを用いることができる。

[0018] また、第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物力一般式 A— M -X -B-X M

1 1 2 2 A (式中、 Aは末端鎖、 Mおよび Mはメソーゲン基、 Xおよび Xは結合基、 Bは屈

1 2 1 2

1 2

2 2n-l 2 m 2n-l

2 m

2 n 3

1 2

できる。

[0019] また、第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、一般式 A — M -X-B-Y-M

2 1 2 1 2

1 2 2 n-1 3

)、一（CH ) CH (nは整数）、 0 (CH CH O) CH (nは整数）、 0 (C

2 n-1 3 2 2 n 3

2 2 2 n 3

1 2

2の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 1〜7の範囲内にあるものを用いることができる。メソーゲン基 M , Mが化 3からなる群より選択された少なくとも 1種の

1 2

発明の効果

[0020] 本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。

[0021] 本発明は、屈曲構造を有する第 1の液晶化合物と、この他の第 2の液晶化合物を含むので、新規な液晶を提供することができる。

[0022] 本発明は、屈曲構造を有する第 1の液晶化合物とこの他の第 2の液晶化合物からなる液晶を使用するので、新規な液晶ディスプレイを提供することができる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]本発明の液晶ディスプレイの一例を示す図である。

[図 2]屈曲構造の化合物に関する、末端鎖炭素数と相構造の関係を示す図である。

[図 3]S ^S ,S ^f,および S ^b相構造を示す図である。

CA CA CA

[図 4]160AM5AM016の含有量に対する、層間隔の変化を示す図である。

[図 5]液晶について、組織観察、分極反転電流測定、および消光位反転測定に用いられる装置を示す図である。

[図 6]図 5に示した装置の等価回路を示す図である。

[図 7]液晶に三角波の電圧を印加したときの波形を示す図である。

[図 8]液晶に矩形波の電圧を印加したときの波形を示す図である。

符号の説明

[0024] 1 · · · '偏光子、 2 · ·…回転ステージ、 3 · · · 'ホットステージ、 4 · · · '液晶セル、 5 · · · · 検光子、 6 · · · 'デジタルカメラ、 7 · · · · Ι- V変翻、 8 · · · '波形発生装置、 9 · · · ·オシロス: π—プ発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

[0026] まず、液晶に力かる発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の液晶は、屈曲構造を有する第 1の液晶化合物と、この他の第 2の液晶化合物を含むものである。

[0027] 第 1の液晶化合物は、屈曲構造を有している。屈曲構造を有する液晶は、バナナ型液晶あるいはベント型液晶と呼ばれ、折れ曲がった構造の分子力もなつている。

[0028] 第 1の液晶化合物の形成する液晶相は、強誘電性あるいは反強誘電性を示す。強誘電液晶とは、分子が自発分極を持ち液晶相全体としてその自発分極の方向が一方向にそろっており電場印加によってその自発分極の方向が電場印加方向を向くような液晶をいう。反強誘電液晶とは、分子が自発分極を持ち、同じ層内での自発分極の方向は揃っているが隣接層の自発分極方向が反対方向を向いており、液晶相全体としては自発分極が打ち消されて!/、るが電場印加によりその自発分極の方向が電場印加方向を向くような液晶をいう。（反)強誘電液晶は通常の液晶（常誘電体）に比べ電場に対し数十〜数百倍早く応答するためディスプレイとして使用する場合、画面の切り替えに非常に有利である。

[0029] 第 1の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有している。スメクチック液晶相とは、液晶種のひとつで層構造をもつような液晶相をいう。チルト構造とは、スメクチック液晶相にお、て分子が層法線に対して傾、た (チルトした)構造をヽ

[0030] 第 2の液晶化合物は、屈曲構造を有している。第 2の液晶化合物が形成する液晶相は、強誘電性および反強誘電性を示さない。第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物は、末端鎖長を除いて同様の構造を有している。第 2の液晶化合物が形成するスメタチック液晶相は、チルト構造を有して、な、。

[0031] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物の具体例を列挙する。

[0032] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物としては、ィ匕 1の構造を有しているものを挙げることができる。ここで、第 1の液晶化合物は m= 16であり、第 2の液晶化合物は m= 4である。

[0033] [化 1]

[0034] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物として、下記一般式からなる液晶を挙げることがでさる。

A— M -X B— X— M— A

1 1 2 2

式中、 Aは末端鎖、 Mおよび Mはメソーゲン基、 Xおよび Xは結合基、 Bは屈曲

1 2 1 2

鎖を表す。

[0035] メソーゲン基 Mおよび Mならびに結合基 Xおよび Xは、それぞれ屈曲鎖 Bを中心

1 2 1 2

として対称に配置されて、る。

[0036] 屈曲鎖 Bは、—（CH ) — (nは整数）、—（（CH ) — O— ) — (CH ) — (m,

2 2n-l 2 m 2n-l 2 m nは整数）の!、ずれかで表される。

[0037] 屈曲鎖 Bが有する炭素数は 3〜9の範囲内にあることが好ましい。また、屈曲鎖 Bが有する炭素数は 5〜7の範囲内にあることがさらに好ましい。

[0038] 炭素数が 3以上であると、化合物が液晶相を形成しやすいという利点がある。炭素数が 5以上であると、この効果がより顕著になる。

[0039] 炭素数が 9以下であると、化合物が液晶相を形成しやすいという利点がある。炭素数が 7以下であると、この効果がより顕著になる。

[0040] 末端鎖 Aは、 -0- (CH ) CH (nは整数）、 (CH ) CH (nは整数）のいずれ

2 n 3 2 n 3

力 1つの基である。

[0041] 第 1の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 12〜20の範囲内にあることが好ましい。また、第 1の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 12〜18の範囲内にあることがさらに好ましい。

[0042] 炭素数が 12以上であると、屈曲鎖 Bと末端鎖 Aが相溶しに《なり屈曲鎖 Bと末端鎖 A力ミクロ相分離したスメクチック液晶相を形成しやすくなり結果として強誘電液晶あるいは反強誘電液晶を形成するとヽぅ利点がある。

[0043] 炭素数が 20以下であると、屈曲鎖 Bと末端鎖 A力ミクロ相分離したスメクチック液晶相を形成しやすくなり結果として強誘電液晶あるいは反強誘電液晶を形成するとヽぅ利点がある。炭素数が 18以下であると、この効果がより顕著になる。

[0044] 第 2の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 1〜7の範囲内にあることが好ましい。また、第 2の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 4〜6の範囲内にあること力 Sさらに好ましい。 [0045] 炭素数が 1以上であると、化合物がスメクチック液晶を形成しやすいという利点がある。炭素数力以上であると、この効果がより顕著になる。

[0046] 炭素数が 7以下であると、屈曲鎖 Bと末端鎖 A力ランダムに相溶したスメクチック相を形成しやすいという利点がある。炭素数が 6以下であると、この効果がより顕著になる

[0047] メソーゲン基 M , M は、化 2からなる群より選択された少なくとも 1種の基である。

1 2

[0048] [化 2]

[0049] なお、これらのメソーゲン基の骨格は、シァノ基、ハロゲン基、メトキシ基、メチル基などの置換基でその一部が置換されて、てもよ、。

[0050] 結合基 X は— COO かつ、結合基 X は— OCO の基である。

1 2

[0051] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物として、下記一般式で表される液晶を挙げることができる。

A M -X-B-Y-M A

1 1 2 2

ここで、 A , A は末端鎖であり、 M , M はメソーゲン基であり、 X, Yは結合基で

1 2 1 2

あってそれぞれ独立に COO -または OCO—であり、 Bは芳香族化合物基である。 [0052] 末端鎖 A , Α は、一 0 (CH ) CH (nは整数）、一（CH ) CH (nは整数）、

1 2 2 n-1 3 2 n-1 3

-0 (CH CH O) CH (nは整数）、—0 (CH CH CH O) CH (nは整数）から

2 2 n 3 2 2 2 n 3

なる群より選択された少なくとも 1種の基である。

[0053] 第 1の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 12〜20の範囲内にあること

1 2

が好ましい。また、第 1の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 12〜18の

1 2

範囲内にあることがさらに好ましい。

[0054] 炭素数が 12以上であると、中央芳香族化合物基 Bと末端鎖 Aが相溶しに《なり屈曲鎖 Bと末端鎖 A力 Sミクロ相分離したスメクチック液晶相を形成しやすくなり結果として強誘電液晶あるいは反強誘電液晶を形成するとヽぅ利点がある。

[0055] 炭素数が 20以下であると、中央芳香族化合物基 Bと末端鎖 Aがミクロ相分離したスメタチック液晶相を形成しやすくなり結果として強誘電液晶あるいは反強誘電液晶を形成するという利点がある。炭素数が 18以下であると、この効果がより顕著になる。

[0056] 第 2の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 1〜7の範囲内にあることが

1 2

好ましい。また、第 2の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 4〜6の範囲

1 2

内にあることがさらに好ましい。

[0057] 炭素数が 1以上であると、化合物がスメクチック液晶相を形成しやすいという利点がある。炭素数力以上であると、この効果がより顕著になる。

[0058] 炭素数が 7以下であると、中央芳香族化合物基 Bと末端鎖 A力 Sランダムに相溶したスメクチック相を形成しやすいという利点がある。炭素数が 6以下であると、この効果力り顕著になる。

[0059] メソーゲン基 M , M は、化 3からなる群より選択された少なくとも 1種の基である。

1 2

[0060] [化 3]

[0061] なお、これらのメソーゲン基の骨格は、シァノ基、ハロゲン基、メトキシ基、メチル基などの置換基でその一部が置換されて、てもよ、。

[0062] 芳香族化合物基 Bは、化 4からなる群より選択された少なくとも 1種の基である。なお

、これらの芳香族化合物基の骨格は、シァノ基、ハロゲン基、メトキシ基、メチル基などの置換基でその一部が置換されて、てもよ L、。

[0063] [化 4]

[0064] このような A , A , M , M および Bを有する化合物としては具体的には化 5〜8のような化合物が挙げられる。

[0065] [化 5]

[0066] [化 6]

[ ] [8900]

[ 900]

.TC60C/900Zdf/X3d ZY Otom/900Z OAV 3

[0069] 第 1の液晶化合物の含有量は 20〜85モル％の範囲内にあることが好ましい。また、第 1の液晶化合物の含有量は 25〜80モル％の範囲内にあることがさらに好ましい

[0070] 含有量が 20モル％以上であると、屈曲鎖 Bと末端鎖 A力ミクロ相分離したスメクチック液晶相を形成しやすくなり結果として強誘電液晶あるいは反強誘電液晶を形成するという利点がある。含有量が 25モル％以上であると、この効果がより顕著になる。

[0071] 含有量が 85モル％以下であると、形成するスメクチック液晶相のチルト構造が消失するという利点がある。含有量が 80モル％以下であると、この効果がより顕著になる。

[0072] このように、強誘電性あるいは反強誘電性を示すが、分子がスメクチック液晶層法線方向に対し傾ヽた液晶相を形成する屈曲構造を有する液晶に、強誘電性ある、は反強誘電性を示さな、が分子がスメクチック液晶層法線方向に対し傾、て、なヽ構造をとる屈曲構造を有する液晶をブレンドすることによりそのブレンド比に応じて分子がスメクチック層法線方向に対し傾ヽてヽなヽ構造をとる強誘電液晶及び反強誘電液晶を作り出すことができる。チルト構造を持たなヽ液晶を形成する化合物をブレンドすることにより傾きを抑え、 3種類の混合物より 1種類のみの液晶を形成することができる。

[0073] 以上のことから、本発明を実施するための最良の形態によれば、屈曲構造を有する第 1の液晶化合物と、この他の第 2の液晶化合物を含むので、新規な液晶を提供することがでさる。

[0074] なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

[0075] つぎに、液晶ディスプレイに力かる発明を実施するための最良の形態について説明する。

[0076] 本発明による液晶は液晶ディスプレイとして使用することができる。使用できる液晶ディスプレイとしては、特にインプレインスイッチング (IPS)モード用の強誘電性液晶ディスプレイあるいは反強誘電液晶ディスプレイなどがある。

[0077] インプレインスイッチング（IPS)モード用のディスプレイは、従来のタイプの LCD (TN モード）が液晶分子を二枚の電極ではさんでいたのに対し、 IPSでは基板の片側に二本の電極を置いた構造になっている。電圧をかけていない場合は、 TNモードとは異なり、液晶分子はねじれてはいない。しかしその電極にガラス基板と平行に電圧をかけると、液晶分子がガラス基板と水平になるように並ぶ。結果としてガラス基板に液晶分子が水平に並ぶため、 LCDに特有の視野角の狭さの問題が解消される。ただし応答速度が遅くなるという難点があるが本発明では液晶材料に強誘電液晶あるいは反強誘電液晶を用いるため応答速度についても改善が可能である。

[0078] 図 1は、本発明の液晶ディスプレイの一例を示す図である。この液晶ディスプレイには、屈曲構造を有する第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物力なる液晶を使用する。

[0079] 液晶ディスプレイとして使用する場合、左側の図に示すように、図面の上の方向（ホメォトロピック方向）から見る。液晶ディスプレイでは液晶分子を入れたセルを 2枚の偏光子で挟んで使用する。液晶分子の向きが 2枚の偏光子の方向（Pまたは Aの方向）と一致する場合はディスプレイの画面は暗視野、一致しない場合は明視野となる

[0080] 右側の図に示すように、電場印加していないとき分子の向きは偏光子の向きと一致させるように配置する。これにより通常時暗視野 (ノーマリーブラック）が実現する。もつとも明るくなるのは分子の向きが偏光子の方向と 45° 傾いたときなので電場印加方向は偏光子と 45° 傾いた方向とする。分子は電場印加方向に並ぶので偏光子と 45 ° 傾いた方向に電場を印加したときディスプレイはもつとも明るくなり高コントラストを得ることができる。

[0081] 以上のことから、本発明を実施するための最良の形態によれば、屈曲構造を有する第 1の液晶化合物とこの他の第 2の液晶化合物からなる液晶を使用するので、新規な液晶ディスプレイを提供することができる。

[0082] なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

実施例

[0083] つぎに、本発明にかかる実施例について具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではないことはもちろんである。

[0084] 化 9に示す屈曲構造の化合物に関する、末端鎖炭素数と相構造の関係を説明する

[0085] [化 9]

[0086] 図 2は、屈曲構造の化合物に関する、末端鎖炭素数と相構造の関係を示す図である (非特許文献 1)。図 3は、屈曲構造の化合物の S ^S、 S ^f、および S ^b相構造を示

CA CA CA

す図である。

[0087] 化 9に示される化合物は 1分子中に液晶を形成するメソーゲン基を 2つ有しそれらを屈曲鎖で連結した構造をして、る。通常液晶相にお、てはすべてのメソーゲンが同一方向を向くのが普通である力 2つのメソーゲンがアルキル鎖などによって連結されている場合、形成される液晶構造は連結アルキル鎖の影響を強く受ける。連結ァルキル鎖は通常オールトランス構造をとつておりその場合連結アルキル鎖炭素数が奇数ならば 2つのメソーゲンはそれぞれ反対方向に傾いた方向をとり連結アルキル炭素数が偶数ならば 2つのメソーゲンは平行に配列する。化 9の場合屈曲鎖の炭素数は 5であり 2つのメソーゲンが同一方向を向くことができず交互に反対方向を向いた液晶を形成する。このようなスメクチック液晶は S と呼ばれている。ィ匕 9のような屈

CA

曲鎖炭素数が奇数の化合物がスメクチック液晶を形成する場合末端鎖の長さに関わらず基本的に s 構造を形成する。

CA

[0088] 次に末端鎖長に依存して発現する液晶構造の違いについて説明する。前述のように化 9に示される化合物は 1分子中に液晶を形成するメソーゲン基を 2つ有している。この分子がスメクチック液晶相を形成する場合基本的にはメソーゲン 1つ 1つが等間隔に並んだスメクチック層を形成しょうとする。屈曲鎖と末端鎖の差がそれほどない場合、具体的には屈曲鎖炭素数が 5に対して末端鎖炭素数が 4または 6の化合物についてはメソーゲン間が等間隔の層を形成するために屈曲鎖と末端鎖がランダムに相溶した S 相を形成する。

CA

[0089] この構造はメソーゲン 1つ 1つが層を形成するのでシングルレイヤースメクチック層と呼ばれ single-layerの sをとり S ^sと表記される。 S ^sにおけるスメクチック層間隔は分子

CA CA

長の半分程度となる。末端鎖炭素数が 4および 6の化合物の層間隔を X線回折測定にて測定した結果分子長計算値のほぼ半分となり分子はスメクチック層法線方向に対し傾ヽてヽな、事がわかる。 S ^sにお!/、ては層内のメソーゲンの双極子モーメント

CA

の並び方がランダムとなるため層内におヽて双極子モーメントがキャンセルされ強誘電性または反強誘電性を発現しなヽ。

[0090] 逆に屈曲鎖長と末端鎖長が非常に異なる場合具体的には屈曲鎖炭素数 5に対し末端鎖炭素数が 12以上の場合、屈曲鎖と末端鎖はもはやランダムに相溶することができなくなりこれらがミクロ層分離を起こした S 相が形成される。これはメソーゲンが

CA

等間隔で並ぼうとする力よりも屈曲鎖と末端鎖がミクロ相分離したがる力の方が強くなつたために発現する。このような液晶相はメソーゲン 2つで 1層を形成するのでバイレィヤースメクチック相と呼ばれ bilayerの bをとり S ^bと表記される。 S ^bにおけるスメクチ

CA CA

ック層間隔は分子長とほぼ同程度となる。しかし X線回折測定結果では分子長計算値より幾分短ヽ値をとつており分子がスメクチック層法線に対し傾ヽたチルト構造を持つている事が示唆される。 s ^bでは同一層内のメソーゲンがすべて同じ方向を向くため各メソーゲンの双極子モーメントが各層内でキャンセルされず各層内では強!ヽ双極子モーメント（自発分極とも呼ばれる）を持つ。この自発分極が液晶相内ですベて同一方向を向いており電場印加によりその電場印加方向に分子を向力せる事の出来る液晶を強誘電液晶、各層内の自発分極が同一方向を向いているが隣接層間では逆向きのため系全体では自発分極がキャンセルされており電場印加により強誘電液晶同様電場印加方向に分子の向きを変える事のできる液晶を反強誘電液晶と呼ぶ。分極反転電流測定より s ^bは反強誘電液晶である事が確認されている。またあわ

CA

せて分子がスメクチック層法線方向に対して傾、ておりその傾き方向に応じて（ +)キラル、（一）キラル、ラセミの 3種類の液晶種が混在する。

[0091] S ^sを形成する範囲 (末端鎖炭素数 4、 6)と S ^bを形成する範囲（12,14,16)の中間

CA CA

領域においては S ^fと呼ばれるスメクチック液晶が形成される。 S ^fの構造は図 3の中

CA CA

央に示す通りである。基本的にはバイレイヤー構造を形成するが他に数個ずつの分子を 1ユニットとし 1ユニット事に半周期ずれた構造もあわせもった 2次元構造である。半周期ずれることにより 1ユニット内に発生する自発分極を隣接ユニットによってキヤンセルする事ができる。即ち S ^fの 2次元構造は S ^bの反強誘電構造とは違った形の

CA CA

系全体における自発分極キャンセルを目的として構造であり自発分極の散逸 (フラストレーシヨン)構造である。よって frustrationの! ¾とり S ^fと呼ばれる。 S ^fは S ^bと異なり

CA CA CA

強誘電性や反強誘電性は示さな、。これは分子の双極子モーメントをすベて電場印加方向に向カゝせるためにはフラストレーション構造の破壊、即ち液晶構造を破壊しなくてはならないためであると思われる。実際に s ^fの分極反転電流測定を行うと電場

CA

印加により液晶分子は 2次元格子を形成したままブロックごとに電場印加方向を向く力れは常誘電液晶の誘電異方性に由来したものでありその応答速度は非常に遅い。

[0092] サンプルの作製方法にっ、て説明する。

[0093] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物としては、ィ匕 9の液晶化合物を採用する。ここで、第 1の液晶化合物は m= 16であり、第 2の液晶化合物は m=4である。

[0094] 混合サンプルの作製方法について説明する。スクリュー間に第 1の液晶化合物及び第 2の液晶化合物を所定のモル比ずつ調合し混合物をクロ口ホルムで溶解し混合溶液を十分に攪拌する。この混合溶液を 50°Cでオーブン中にて放置しクロ口ホルムを蒸発させる事により混合サンプルを得た。第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物の合計のモル数に対する第 1の液晶化合物のモル数としては、 0モル⁰ /₀、 25. 1モル％、 49. 8モル⁰ /₀、 68. 1モル⁰ /₀、 80モル⁰ /₀、 90モル⁰ /₀、 100モル⁰ /₀の液晶を作製した

[0095] 上で作製した液晶の評価方法と評価結果につ!、て説明する。

[0096] 偏光顕微鏡観察 (液晶組織の観察）

偏光顕微鏡 (BX50、ォリンパス社製)を用いた。スライドガラスとカバーガラスの間に挟んだ試料をホットステージ (FP-90、メトラー社製）中にセットし、顕微鏡の偏光子と検光子の透過容易軸を直交させた間にある回転ステージにセットする。ホットステージ中の温度を変化させながら試料の組織観察をすることにより大体の液晶相の種類及び相転移温度を確認した。具体的な相転移温度については DSC (示差熱走査熱量測定)測定でのピーク温度を用いて、る。また詳細な液晶構造の決定にっ、ては X線回折測定結果及び電場印加時の偏光顕微鏡観察結果をあわせて決定した。

[0097] 示差熱走査熱量測定

示差熱走査熱量測定により、具体的な相転移温度を測定した。示差熱走査熱量測定方法は、示唆熱走査熱量計用の金属パンにサンプルを 3〜5mg注入し何も入って Vヽな、金属パンをリファレンスとして両者を 10°C/分で昇/降温しサンプルを昇/降温するのに必要な熱量を測定した。降温過程におけるサンプルの等方相-液晶相転移あるいは液晶相-結晶相転移に由来する発熱ピークのピークトップの温度をそのサンプルのその転移の転移温度とした。測定結果は、表 1の相転移挙動の欄に示すとおりである。相転移挙動は DSC測定にぉ、て観測されたピーク温度を記載した。

[0098] X線測定 (形成液晶構造の決定）

X線装置（RINT200、 RIGAKU社製）を用いた。液晶構造の決定には配向処理を施した試料、層間隔の決定にはシリコンをリファレンスとする無配向試料を用いた。

[0099] 両試料とも、ホットステージ (FP-90、メトラー社製）中に試料を入れて測定を行!、液晶相にお!、て形成される秩序構造の決定および秩序構造の周期長の測定を行った [0100] 配向処理を施した試料はつぎのように作製した。酢酸で pHを 4.5〜5.5に調整したェタノール 95質量％水溶液にォクタデシルトリメトキシランを撹拌下にカ卩ぇ最終濃度力^ 質量％になるようにする。その後加水分解とシラノール生成のため 5分ほど保持する。この溶液にあら力じめ lmn！〜 1.5mm程度に薄く切断しアセトン中で超音波洗浄しておいたスライドガラスを浸し 10分程保持する。ガラスを取り出した後、エタノールで軽く洗浄する。その後オーブン中で約 110°Cで 30分間放置し、ガラス表面の- OH基とトリメトキシォクタデシルシランのメトキシ基のエーテルィ匕反応を行った。この作業を 2〜3回繰り返してガラス表面を十分にエーテルィ匕して配向試料測定用ガラスを得た。

[0101] この配向試料測定用ガラス上に液晶試料をその等方相温度にてのせる。ガラスをホットステージ (FP-90)にセットし、温度を等方相温度よりゆっくり降温することにより配向液晶状態を得ることができる。この配向液晶試料に X線を照射することにより液晶の配向パターンを得た。

[0102] 無配向試料はつぎのように作製した。ホットステージ中にて 2枚の薄膜ガラス中に液晶試料及びリファレンス用シリコンを挟みホットステージの温度を試料が液晶相となる温度にした状態にて X線を照射し液晶及びリファレンスシリコンの無配向パターンを得た。リファレンスシリコンと液晶のパターンの相関より液晶構造にみられる秩序構造の周期長を決定した。温度を変化させて測定を行い、液晶相及び結晶相における秩序構造の周期長を測定した。一般にこの値と分子シミュレーションにより求めた分子長を比較しほぼ同じ長さであればチルト構造無し、減少が見られればチルト構造ありと判断している。なお、チルト構造については分極反転電流測定時の組織観察からもあわせて判断可能である。

[0103] 今回はブレンド試料なので横軸にブレンド比、縦軸に層間隔をとり、ブレンドした試料のみの分子長を直線で結び液晶相の層間隔がその直線上あるかどうかでチルト構造の有無を判断している。結晶相の層間隔がほぼ直線上にのるため結晶の値が分子長と考えている。従って液晶相と結晶相の層間隔が等しい場合はチルト構造無し、液晶相の層間隔が結晶相よりも短い場合はチルト構造ありと判断した (図 4参照)。

[0104] 図 4は、第 1の液晶化合物の含有量に対する、層間隔の変化を示す図である。ここで、 calcは計算値 (0%及び 100%の試料のみ)。 Crは結晶相、 S,S ^S,S，は液晶相である。 S ^sは分子長の半分の値を示す。 S ^sは図 3(a)のようにメソーゲン 1つ 1つが層

CA CA

を形成する。化 9は 1分子内にメソーゲンを 2つ有しておりメソーゲン一つの周期長は分子長の半分に相当する。よって S ^sが形成するスメクチック層間隔は分子長の半分

CA

の値を示す。

[0105] S'は S ^sがブレンドにより変異したものであると考えられるが詳しいことは分力つてい

CA

ない。 S'はシングルレイヤー構造をもっているが S 構造ではなく S構造をもっている

CA A

と考えられる。以下測定において確認された s ^sとの違いについて述べる。第 1に偏

CA

光顕微鏡観察において 1軸性である事が確認された。 S は 2軸性液晶である。第 2

CA

に X線測定にて測定された層間隔が 0%と 100%の試料の分子長計算値を結んだ直線上の S'が形成されるブレンド比 (25%)の層間隔の半分よりもはるかに長いことである。これら 2つを考えあわせて S'はシングルレイヤー構造であるがメソーゲンが層法線に対して傾いていない S的な構造をとつていると考えている。 S構造は屈曲鎖及び結

A A

合基であるエステル部位が 2つのメソーゲンが平行になるようにコンホメーシヨン変化を起こしたためであると思われる。コンホメーシヨン変化を引き起こす原因はスメクチック液晶を形成しながら屈曲鎖と末端鎖をうまくメソーゲン間に収納するためと考えられるが詳細は未定である。なお S'は分極反転電流測定において強誘電性および反強誘電性は確認されな力つた。

[0106] 測定結果は、表 1の層間隔の欄に示すとおりである。層間隔は液晶相、結晶相についてはそれぞれのサンプルのそれぞれの相を示す温度における X線測定によって求めた層間隔であり、計算値はソフト chem3Dより簡易的に求めた分子長の計算値である。

[0107] 分極反転電流測定（(反)強誘電性の確認）

分極反転電流測定について説明する。直接的に分極の電場応答を確認する方法として、分極反転電流法を用いた。装置概略を図 5に、等価回路を図 6に示す。液晶セル 4に波形発生装置 8から交流を印加し、そこに流れる電流を I— V変 7である抵抗上の電位をオシロスコープ 9 (WF1945A、 NF社製)で測ることで測定する。交流電場として三角波、矩形波を印加した。印加波形は周波数 1Ηζ、 5Hz、 10Hz程度の振幅 ± 10〜60Vで測定した。 [0108] 強誘電あるいは反強誘電液晶の判定には三角波電圧を印加した際の波形で判断できる。図 7は、三角波を印加した際の強誘電液晶が示す波形を示す。図のように強誘電液晶の場合、半周期に 1つのピークを示すことを特徴とする。反強誘電液晶の場合、このピーク数が半周期に 2つとなり、強誘電液晶でも反強誘電液晶でもない常誘電液晶の場合、このピークは観測されない。測定結果は、表 1の三角波ピーク本数の欄に示すとおりである。三角波ピーク本数は三角波を印加した分極反転電流測定にお、て半周期に観測されたピーク本数である。

[0109] また、（反)強誘電液晶に矩形波を印加した場合、図 8に示すように、印加電場方向の反転後非常に早い時間（ μ秒オーダー）にて分極反転に伴うピークが観測される。測定結果は、表 1の矩形波短時間ピークの有無の欄に示すとおりである。矩形波短時間ピークの有無は矩形波を印加した分極反転電流測定において電場印加方向反転後マイクロ秒領域にぉ、て自発分極の反転に伴うピークが観測される力否かを示している。

[0110] 電場印加時にあわせて偏光顕微鏡観察によりその組織変化を確認した。その液晶状態における消光位が電場印加時と非印加時に変化がなければチルト構造無し、消光位が回転すればチルト構造有りと判断した。測定結果は、表 1の消光位反転の有無の欄に示すとおりである。なお、チルト構造があっても消光位が回転しないモデルもあるので X線測定にて液晶相層間隔が分子長と同程度であるという結果とあわせてチルト構造無しと判断する。

[0111] 以上の結果を総合的に判断して、液晶相の判定を行った。液晶相の判定結果は、表 1に示すとおりである。液晶相の判定結果には、チルト構造の有無と、強誘電または反強誘電判定がある。チルト構造の有無は、層間隔の測定結果と消光位反転の有無の測定結果を総合的に判断して決定した。チルト構造の有無にっ、ては分極反転電流測定時の偏光顕微鏡観察において消光位の回転が観察されるものについては直ちにチルト構造ありと判断した。消光位回転が観察されな、ものにっ、ては X 線測定において液晶相における層間隔が第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物の分子長計算値を結んだ直線に対して小さな値をとつているか否かを目安にした。具体的には各ブレンド化合物の結晶相における層間隔が分子長計算値とそれほど変化な、事力も結晶相にお、ては分子はチルト構造を有して、な、と判断し液晶相温度域における層間隔と結晶相温度域における層間隔が異なる場合液晶構造はチルト構造あり、値が同じ場合はチルト構造無しと判断した。これはチルト構造を有していても消光位が回転しな、モデルも存在するためである。今回の実施例では消光位回転の確認されな力つた 0〜80%の化合物すべてにおいて結晶相と液晶相の層間隔がほぼ一致したので両者の結果を合わせてチルト構造無しと判断した。

[0112] 強誘電または反強誘電判定は、三角波ピーク本数の測定結果と矩形波短時間ピークの有無の測定結果から、結論を出した。強誘電、反強誘電、常誘電の判断につ V、てはまず矩形波を用いた分極反転電流測定にぉ、て短時間領域にピークが観測されれば強誘電あるいは反強誘電、ピークが観測されなければ常誘電と判断した。次に三角波を用いた分極反転電流測定において半周期におけるピーク本数力 1本ならば強誘電、 2本ならば反強誘電と判断した。

[0113] [表 1]

実施例のデータ一覧表

注）液晶相は S相にて測定

Claims

請求の範囲

[1] 屈曲構造を有する第 1の液晶化合物と、この他の第 2の液晶化合物を含む

ことを特徴とする液晶。

[2] 第 1の液晶化合物の形成する液晶相力強誘電性あるいは反強誘電性を示すことを特徴とする請求項 1に記載の液晶。

[3] 第 2の液晶化合物が形成する液晶相力強誘電性および反強誘電性を示さないことを特徴とする請求項 2に記載の液晶。

[4] 第 2の液晶化合物が屈曲構造を有する

ことを特徴とする請求項 3に記載の液晶。

[5] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、末端鎖長を除いて同様の構造を有することを特徴とする請求項 3に記載の液晶。

[6] 第 1の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有し、第 2の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有さない

ことを特徴とする請求項 3に記載の液晶。

[7] 第 1の液晶化合物が化 l(m=16)力なり、第 2の液晶化合物が化 l(m=4)力なる [化 1]

ことを特徴とする請求項 1に記載の液晶。

[8] 第 1の液晶化合物の含有量力 25〜80モル％の範囲内にある

ことを特徴とする請求項 7記載の液晶。

[9] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、下記一般式

A-M -X -B-X M— A

1 1 2 2

(式中、 Aは末端鎖、 Mおよび Mはメソーゲン基、 Xおよび Xは結合基、 Bは屈曲

1 2 1 2

鎖を表す)で表される

ことを特徴とする請求項 1記載の液晶。

[10] メソーゲン基 Mおよび Mならびに結合基 Xおよび Xがそれぞれ屈曲鎖 Bを中心として対称に配置されている

ことを特徴とする請求項 9記載の液晶。

[11] 屈曲鎖 Bが

一（CH) — （nは整数）

2 2n-l

-((CH) -0-) -(CH) 一（m, nは整数）

2 m 2n-l 2 m

のいずれかで表され、

屈曲鎖 Bが有する炭素数は 3〜9の範囲内にある

ことを特徴とする請求項 10記載の液晶。

[12] 末端鎖 Aが

-O-(CH) CH (nは整数）

2 n 3

-(CH) CH (nは整数）

2 n 3

のいずれか 1つの基であり、

第 1の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 12〜20の範囲内にあり、第 2の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 1〜7の範囲内にあることを特徴とする請求項 10記載の液晶。

[13] メソーゲン基 M , M 力 S

1 2

[化 2]

力なる群より選択された少なくとも 1種の基である

ことを特徴とする請求項 10記載の液晶。

[14] 結合基 X がー COO かつ、結合基 X がー OCO の基である

1 2

ことを特徴とする請求項 10記載の液晶。

[15] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、下記一般式

A M -X-B-Y-M A

1 1 2 2

(A , Αは末端鎖であり、 M , M はメソーゲン基であり、 X, Yは結合基であってそ

1 2 1 2

れぞれ独立に COO または OCO であり、 Bは芳香族化合物基である）で表される

ことを特徴とする請求項 1記載の液晶。

[16] 末端鎖 A , Aが

1 2

0 (CH ) CH (nは整数）

2 n-1 3

(CH ) CH (nは整数）

2 n-1 3

-0 (CH CH O) CH (nは整数）

2 2 n 3

-0 (CH CH CH O) CH (nは整数）

2 2 2 n 3

力なる群より選択された少なくとも 1種の基であり、第 1の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 12〜20の範囲内にあり、

1 2

第 2の液晶化合物の末端鎖 A , Aが有する炭素数は 1〜7の範囲内にある

1 2

ことを特徴とする請求項 15記載の液晶。

[17] メソーゲン基 M , Mが

1 2

[化 3]

からなる群より選択された少なくとも 1種の基である

ことを特徴とする請求項 15記載の液晶。

芳香族化合物基 Bが

[化 4]

力なる群より選択された少なくとも 1種の基である

ことを特徴とする請求項 15記載の液晶。

[19] 屈曲構造を有する第 1の液晶化合物とこの他の第 2の液晶化合物力なる液晶を使用する

ことを特徴とする液晶ディスプレイ。

[20] 第 1の液晶化合物の形成する液晶相力強誘電性あるいは反強誘電性を示すことを特徴とする請求項 19に記載の液晶ディスプレイ。

[21] 第 2の液晶化合物が形成する液晶相力強誘電性および反強誘電性を示さないことを特徴とする請求項 20に記載の液晶ディスプレイ。

[22] 第 2の液晶化合物が屈曲構造を有する

ことを特徴とする請求項 21に記載の液晶ディスプレイ。

[23] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、末端鎖長を除いて同様の構造を有することを特徴とする請求項 21に記載の液晶ディスプレイ。

[24] 第 1の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有し、第 2の液晶化合物が形成するスメクチック液晶相はチルト構造を有さない

ことを特徴とする請求項 21に記載の液晶ディスプレイ。

[25] 第 1の液晶化合物が化 5(m=16)力なり、第 2の液晶化合物が化 5(m=4)力もなる [化 5]

ことを特徴とする請求項 19に記載の液晶ディスプレイ。

[26] 第 1の液晶化合物の含有量力 25〜80モル％の範囲内にある

ことを特徴とする請求項 25記載の液晶ディスプレイ。

[27] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、下記一般式

A-M -X -B-X M— A

1 1 2 2

1 2 1 2

鎖を表す)で表される

ことを特徴とする請求項 19記載の液晶ディスプレイ。

[28] メソーゲン基 Mおよび Mならびに結合基 Xおよび Xがそれぞれ屈曲鎖 Bを中心と

1 2 1 2

して対称に配置されている

ことを特徴とする請求項 27記載の液晶ディスプレイ。

[29] 屈曲鎖 Bが

一（CH ) — （nは整数）

2 2n-l

- ( (CH ) -0-) - (CH ) 一（m, nは整数）

2 m 2n-l 2 m

のいずれかで表され、

屈曲鎖 Bが有する炭素数は 3〜9の範囲内にある

ことを特徴とする請求項 28記載の液晶ディスプレイ。

[30] 末端鎖 Aが

-O- (CH ) CH (nは整数）

2 n 3

- (CH ) CH (nは整数）

2 n 3

のいずれか 1つの基であり、

第 1の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 12〜20の範囲内にあり、第 2の液晶化合物の末端鎖 Aが有する炭素数は 1〜7の範囲内にある

ことを特徴とする請求項 28記載の液晶ディスプレイ。

[31] メソーゲン基 M , M が

1 2

[化 6]

力なる群より選択された少なくとも 1種の基である

ことを特徴とする請求項 28記載の液晶ディスプレイ。

[32] 結合基 X がー COO かつ、結合基 X がー OCO の基である

1 2

ことを特徴とする請求項 28記載の液晶ディスプレイ。

[33] 第 1の液晶化合物と第 2の液晶化合物が、下記一般式

A M -X-B-Y-M A

1 1 2 2

1 2 1 2

ことを特徴とする請求項 19記載の液晶ディスプレイ。

[34] 末端鎖 A , Aが

1 2

0 (CH ) CH (nは整数）

2 n-1 3

(CH ) CH (nは整数）

2 n-1 3

-0 (CH CH O) CH (nは整数）

2 2 n 3

-0 (CH CH CH O) CH (nは整数）

2 2 2 n 3

1 2

ことを特徴とする請求項 33記載の液晶ディスプレイ。

[35] メソーゲン基 M , Mが

1 2

[化 7]

からなる群より選択された少なくとも 1種の基である

ことを特徴とする請求項 33記載の液晶ディスプレイ。

芳香族化合物基 Bが

[化 8]

からなる群より選択された少なくとも 1種の基であることを特徴とする請求項 33記載の液晶ディスプレイ,