JP2010077351A - 強誘電性液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一般式(I)においてR1及びR2が炭素原子数7以上の比較的長い直鎖状アルキル基を有する化合物を含有し、更に一般式(II)で表される化合物を含有する液晶組成物を提供する。
【化1】
更に、本願発明は当該液晶組成物に光学活性化合物を含有する強誘電性液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子を提供する。本発明の液晶組成物及び強誘電性液晶組成物はチルト角が大きく、高い透過率を有する強誘電性液晶素子が可能である。またINAC相を示すため、配向性も良好である。
本願発明の強誘電性液晶組成物は、強誘電性液晶ディスプレイの構成部材として極めて有用である。
【選択図】 なし
Description
(1)高速応答であること、(2)メモリー性を有すること、(3)視野角が広いこと、(4)パッシブ駆動が可能であること、などの特性を示すことから、次世代の表示素子として注目されている(非特許文献1参照)。
このSSFLCの一般的な液晶素子と偏光板の配置方位は、電圧印加(例えば+V)後の電圧無印加時の液晶の配向方向と偏光板の吸収軸方向を一致させる。そのため、+V印加後の電圧無印加時は、光を遮断し(黒表示)となる。―V印加後の電圧無印加時は、液晶のチルト角(θ)に応じた方位に液晶が配向し、光が透過(白表示)する。そのため光透過率は、強誘電性液晶組成物のチルト角(θ)が約22.5°の場合が最も大きくなり、明るい画面が得られる。SSFLCは、前記(1)〜(4)の優れた特徴を有するが、メモリー性のある白と黒の2値表示のため、中間階調の表示は難しい。
本願発明は、一般式(I)
A、B及びCは各々独立に、1,4−フェニレン基、ピラジン−2,5−ジイル基、ピリダジン−3,6−ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、1,3−ジチアン−2,5−ジイル基、1,3−チアゾール−2,4−ジイル、1,3−チアゾール−2,5−ジイル、チオフェン−2,4−ジイル基、チオフェン−2,5−ジイル基、ピペラジン−1,4−ジイル基、ピペラジン−2,5−ジイル基又はナフタレン−2,6−ジイル基を表すが、該1,4−フェニレン基及びナフタレン−2,5−ジイル基中の水素原子はフッ素原子、CF3基、OCF3基、CN基、CH3基、又はOCH3基に置換されていてもよく、該トランス−1,4−シクロへキシレン基中の水素原子はCN基又はCH3基で置換されていてもよい、
L1、及びL2は各々独立に単結合、−O−、−S−、−CO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−又は−OCH2CH2−で表される化合物、
及び一般式(II)
一般式(I)において、より具体的には環構造として以下に記載される構造を有する化合物が好ましい。
一般式(I)で表される化合物の含有量は、5〜40%が好ましく、10〜30%がより好ましく、一般式(I)で表される化合物を2種以上含有することが好ましい。
本願発明の強誘電性液晶組成物は、一般式(I)、一般式(II)で表される化合物及び光学活性化合物を含有する。光学活性化合物としては不斉原子を持つ化合物、又は軸不斉を持つ化合物を用いることができ、不斉炭素を持つ化合物、又は炭素−炭素結合を軸不斉とする化合物を用いることが好ましく、不斉炭素原子を持つ化合物がより好ましい。
光学活性化合物として具体的には一般式(IV)
A4、B4及びC4は各々独立に、1,4−フェニレン基、ピラジン−2,5−ジイル基、ピリダジン−3,6−ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、1,3−ジチアン−2,5−ジイル基、1,3−チアゾール−2,4−ジイル、1,3−チアゾール−2,5−ジイル、チオフェン−2,4−ジイル基、チオフェン−2,5−ジイル基、ピペラジン−1,4−ジイル基、ピペラジン−2,5−ジイル基又はナフタレン−2,6−ジイル基を表すが、該1,4−フェニレン基及びナフタレン−2,5−ジイル基中の水素原子はフッ素原子、CF3基、OCF3基、CN基、CH3基、又はOCH3基に置換されていてもよく、該トランス−1,4−シクロへキシレン基中の水素原子はCN基又はCH3基で置換されていてもよい、
a4、b4、及びc4は各々独立に0又は1を表し、*は不斉炭素を表し、
L41、及びL42は各々独立に単結合、−O−、−S−、−CO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−又は−OCH2CH2−を表し、L43は、一般式(IV-b)、一般式(IV-c)又は一般式(IV-d)
更に、一般式(IV)におけるYは,フッ素原子またはメチル基がより好ましい。
更に、一般式(IV-a)
一般式(IV)において、より具体的には環構造として以下に記載される構造を有する化合物が好ましい。
一般式(IV-a)で表される化合物として更に具体的には下記構造の化合物が特に好ましく用いられる。
本発明の液晶組成物は、配向性の面から等方性液体状態からの冷却時においてN*相、次いでSA相を経てSC*相へと相転移することが好ましい。SA相は必ずなければならないということはないが、配向性の面から考慮するとあった方が望ましい。しかしハーフV用途の場合、SmA相は不要であるため、等方相、N*相、SmC*の相転移を示す液晶組成物が好ましい。
N*相からSmA相への相転移温度(以下N*−SA点)から、該N*−SA点の1度高温側までにおけるN*相に出現する螺旋のピッチが3μm以上であるSC*液晶組成物がより好ましく、該螺旋のピッチが10μm以上であり、N*−SA点に近づくにつれて該螺旋のピッチが大きくなる液晶組成物が好ましい。
螺旋のピッチを調製するために、自発分極の符号が等しく、N*相に出現する螺旋の向きが互いに相反する複数の光学活性化合物を使用することが望ましい。
さらに好ましくは、螺旋の向きが互いに相反する光学活性物質を添加しなくても、単一の光学活性化合物で、螺旋のピッチがN*相において発散する化合物を添加することが好ましい。
しかしながら、光学活性化合物の添加量が多くなると強誘電性液晶組成物の粘性が大きくなる傾向にあり、高速応答性が得られにくくなる。
そのため、光学活性化合物は、少ない添加量で、大きなPsが得られるものが好ましい。
本発明で使用する光学活性化合物としては、強誘電性液晶SC母体液晶に10重量%添加した場合に20nC/cm2以上のPs を誘起するものが好ましい。高速応答性を必要とする場合は、Psの値が室温付近で100nC/cm2となることが好ましい。
本実施例において相転移温度の測定は、温度調節ステージを備えた偏光顕微鏡及び示差走査熱量計(DSC)を併用して行った。 チルト角(θ)は、液晶セル(配向膜:ポリイミド, ラビング方向:アンチパラレル, セルギャップ:2μm)に10Vの直流電場を印加し、さらに極性を反転させ直交ニコル下における、消光位の移動角(2θ)より求めた。
また、組成物中における「%」はすべて「重量%」を表すものとする。
(実施例1〜3)
表1に記載する液晶化合物を表中の含有量で混合し、各種の強誘電性液晶組成物を得た。
No.10、11、12の化合物をそれぞれ12%用い、実施例1〜3の強誘電性液晶組成物を得た。
各強誘電性液晶組成物をセルに注入して、強誘電性液晶素子を製作した後、相転移温度と
チルト角(θ)の測定を行った。
相転移温度は、Cr −30.2 SmC*78.5 SmA 84.2 N* 94.6 Iであった。
(実施例2)の強誘電性液晶素子のチルト角は、32.0°。
相転移温度は、Cr −31.5 SmC*78.8SmA85.2 N* 95.0 Iであった。
(実施例3)の強誘電性液晶素子のチルト角は、31.6°であった。
相転移温度は、Cr −29.8 SmC*78.0 SmA 84.0 N* 94.2 Iであった。
(実施例4)
表1に記載のNo.10及び11の化合物を各8%用いて、実施例4の強誘電性液晶組成物を作製した。実施例4の強誘電性液晶素子のチルト角は、31.2°であった。
相転移温度は、Cr −32.8 SmC* 78.4 SmA 84.7 N* 96.0 Iであった。
表1中の実施例1〜3のNo.10、11、12の化合物の代わりに、アルキル鎖長の短いNo.5,7の化合物をそれぞれ12%用いた以外は、実施例1〜3と同様の液晶性化合物を用いて、比較例1〜2の強誘電性液晶組成物を得た。実施例と同様に、強誘電性液晶素子を製作し、チルト角(θ)の測定を行った。
(比較例1)の強誘電性液晶素子のチルト角は、29.7°。
相転移温度は、Cr −33.4SmC* 78.8 SmA 85.8 N* 97.1 Iであった。
(比較例2)の強誘電性液晶素子のチルト角は、29.2°であった。
相転移温度は、Cr −31.3 SmC* 78.2 SmA 84.5 N* 95.3 Iであった。
アルキル鎖の短い液晶性化合物を用いた比較例1,2の素子は、実施例1〜3に比較しチルト角が小さいことが明らかである。
(比較例3)
表1中の実施例4のNo.10、11の化合物の代わりに、アルキル鎖長の短いNo.5,6の化合物を各8%用いた以外は、実施例4と同様の液晶性化合物を用いて、比較例3の強誘電性液晶組成物を得た。比較例3の強誘電性液晶素子のチルト角は、29.5°であった。
相転移温度は、Cr −34.1 SmC* 78.5 SmA 85.0 N* 98.3 Iであった。
実施例4に比較し、チルト角が小さいことが明らかである。
表1に記載のNo.8、9、10及び11の化合物を各4.75%用いて、実施例5の強誘電性液晶組成物を作製した。実施例5の強誘電性液晶素子のチルト角は、33.7°であり、最も大きなチルト角が得られた。
相転移温度は、Cr −30.1 SmC* 80.1 SmA 87.2 N* 101.7 Iであった。
Claims (9)
- 一般式(I)
(式中、R1及びR2は、各々独立に炭素原子数7〜18の直鎖状アルキル基を表し、該アルキル基中の、1つ又は2つの隣接していない−CH2−基は−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CH=CH−、−C≡C−、シクロプロピレン基又は−Si(CH3)2−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子又はCN基で置き換えられていてもよく、
A、B及びCは各々独立に、1,4−フェニレン基、ピラジン−2,5−ジイル基、ピリダジン−3,6−ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、1,3−ジチアン−2,5−ジイル基、1,3−チアゾール−2,4−ジイル、1,3−チアゾール−2,5−ジイル、チオフェン−2,4−ジイル基、チオフェン−2,5−ジイル基、ピペラジン−1,4−ジイル基、ピペラジン−2,5−ジイル基又はナフタレン−2,6−ジイル基を表すが、該1,4−フェニレン基及びナフタレン−2,5−ジイル基中の水素原子はフッ素原子、CF3基、OCF3基、CN基、CH3基、又はOCH3基に置換されていてもよく、該トランス−1,4−シクロへキシレン基中の水素原子はCN基又はCH3基で置換されていてもよい、
L1、及びL2は各々独立に単結合、−O−、−S−、−CO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−又は−OCH2CH2−で表される化合物、
及び一般式(II)
(式中R21及びR22は、それぞれ独立して炭素原子数1〜12の直鎖状アルキル基を表す。)で表される化合物を含有する液晶組成物。 - 一般式(I)で表される化合物を2種以上含有する請求項2記載の液晶組成物。
- 一般式(I)で表される化合物の含有量が5〜40%である請求項2又は3に記載の液晶組成物。
- 一般式(I)で表される化合物の含有量が10〜30%である請求項2又は3に記載の液晶組成物。
- 請求項1から5の何れかに記載の液晶組成物及び光学活性化合物を含有する強誘電性液晶組成物。
- 光学活性化合物が一般式(IV)
(式中、R41及びR42は、各々独立に炭素原子数1〜18の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基中の、1つ又は2つの隣接していない−CH2−基は−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CH=CH−、−C≡C−、シクロプロピレン基又は−Si(CH3)2−で置き換えられてもよく、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子又はCN基で置き換えられていてもよく、
A4、B4及びC4は各々独立に、1,4−フェニレン基、ピラジン−2,5−ジイル基、ピリダジン−3,6−ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、トランス−1,4−シクロへキシレン基、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、1,3−ジチアン−2,5−ジイル基、1,3−チアゾール−2,4−ジイル、1,3−チアゾール−2,5−ジイル、チオフェン−2,4−ジイル基、チオフェン−2,5−ジイル基、ピペラジン−1,4−ジイル基、ピペラジン−2,5−ジイル基又はナフタレン−2,6−ジイル基を表すが、該1,4−フェニレン基及びナフタレン−2,5−ジイル基中の水素原子はフッ素原子、CF3基、OCF3基、CN基、CH3基、又はOCH3基に置換されていてもよく、該トランス−1,4−シクロへキシレン基中の水素原子はCN基又はCH3基で置換されていてもよい、
a4、b4、及びc4は各々独立に0又は1を表し、*は不斉炭素を表し、
L41、及びL42は各々独立に単結合、−O−、−S−、−CO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−又は−OCH2CH2−を表し、L43は、一般式(IV-b)、一般式(IV-c)又は一般式(IV-d)
(式中、d4、e4、及びf4は、各々独立に0以上7以下の整数を表す。)で表される構造の何れかを表し、Yはフッ素原子、メチル基、エチル基またはCF3基を表す。)で表される化合物を表す請求項6記載の強誘電性液晶組成物。 - 室温におけるチルト角が、30〜45°であることを特徴とする請求項6又は7記載の強誘電性液晶組成物。
- 請求項6、7又は8記載の強誘電性液晶組成物を用いた強誘電性液晶表示素子。
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