JPH03238419A - 強誘電性液晶組成物及び素子 - Google Patents

強誘電性液晶組成物及び素子

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JPH03238419A
JPH03238419A JP2035236A JP3523690A JPH03238419A JP H03238419 A JPH03238419 A JP H03238419A JP 2035236 A JP2035236 A JP 2035236A JP 3523690 A JP3523690 A JP 3523690A JP H03238419 A JPH03238419 A JP H03238419A
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JP
Japan
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liquid crystal
compound
ferroelectric liquid
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formulas
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JP2035236A
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Akio Yoshida
明雄 吉田
Gouji Tokanou
門叶 剛司
Junko Sato
純子 佐藤
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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】 〔産業上の利用分野; 本発明は強誘電性(以下FLCという)成品組成物並び
に素子に関し、更に詳しくは、液晶層内の電気抵抗値を
低下させるため、特定の添加剤を混合し特性を改善した
FLC組戊物並びに素子に関する。
〔従来の技術〕
クラークとラガヴアル等の提案した強誘電性液晶素子の
構成においては、第2図に示されるように液晶層内で各
液晶分子の双極子の方向が揃い、液晶の自発分極が生じ
ている。
この自発分極の存在は、強誘電性液晶素子のスイッチン
グ特性の条件であるため、この自発分極による電荷の片
寄りは、5SFLCD (Surface 5tabi
lizedFerroelectric Liquid
 Crystal Device)においては不可避な
ものである。
この自発分極によって誘起される5SFLCセル内ての
内部電界の存在については、既に本発明者らによって十
分明らかにされている。
例えば、特開昭63−135922号公報に於ては、液
晶分子の分極電荷による電界に対して、液晶層内に存在
しているイオン性不純物が泳動し、イオンの不均一な偏
在が生じる事が説明されている。
このために5SFLCセルのメモリー状態に於ては液晶
分子の作る分極電場に対して、イオンの偏在による抗電
場が形成され、電気的安定状態をなしている訳である。
また特開昭64−78235号公報に於ては、前記の議
論をより進展させて電極上に絶縁体膜を有する5SFL
Cセルに於て、双安定性を実現させるための一般的手法
を述べている。
即ち絶縁体層を有する5SFLCセル内において、前記
イオンの偏在によって自発分極Psが作る電場に対し、
抗電場が形成されている。この状態で外部駆動回路から
の電圧によって自発分極の向きが一瞬にして反転すると
、イオンの4動が伴わないため、抗電場はそのまま残り
、セル内に不安定な電界を生じる。本発明者らはこれを
[逆電圧」と呼び、第13回液晶討論会に於て発表して
いる。(同予稿集p、142 (1987)) 前者の特開昭63−135922号公報てはswitc
hingによって発生した前記逆電圧を液晶の抵抗値を
下げる事で早期に緩和しようとしたものであり、後者の
特開昭64−78235号公報では自発分極Ps。
絶縁体膜の容i Ci 、及び抵抗R1、液晶層の容量
CLCによって対処しようとしたものである。
〔発明が解決しようとしている課題〕
本発明は前記特開昭63−135922号公報をさらに
押し進めたものであリミ以下に述べる自発分極に起因す
る逆電圧によるデイスプレィ上の障害を軽減するもので
ある。
即ち逆電圧の発生は自発分極の値が大きい場合には外部
電界によって有効にスイッチングができなくなり、素子
としての基本特性を満足しない。また自発分極の値が小
さい時は双安定性を満足する事はできるが、上記逆電圧
があたかもDC/<イアス的に働き、デイスプレィの画
質を劣化させる事につまり、例えばメモリ性を有する双
安定なFLCパネルにとって、ある画素がずっと“黒”
状態に置かれていた時、この状態を安定にする様にイオ
ンが分極し、抗電場が形成される。その後外部駆動回路
より“白”信号が入ると、画素の全領域は一瞬にして白
になる。この過程で前述の逆電圧が発生するために、画
素内の液晶の閾値電圧の小さい部分、例えば画素電極エ
ツジやスペーサーヒーズの周辺領域が元の“黒”にゆっ
くりと戻される。
そして次のフレームでの走査によって再び先述の現象を
呈するが、逆電圧が衰頽するに従って、“黒”に戻され
る領域は徐々に小さくなってゆく。
そしてやがて“白“に安定なイオン分極が形成されると
この現象は消失する。これは全説明した場合の逆すなわ
ち白から黒への変化であっても同様である。そして該現
象は観察者にとって、黒情報から白へ書き換えた時、「
かすれた黒」が残像として視認されてしまう。
この様にFLCデイスプレィにおける逆電圧は、パネル
の基本特性に係わる他、残像などの画質に関与するなど
重大な影響を与えている訳である。
本発明は以上の障害を軽減する事が課題である。
また、もう一つの本発明の課題はテトラブチルアンモニ
ウムブロマイド(TBAB)の様な塩は一般に液晶に対
して溶解性が悪く、特に低温で析出するという問題があ
ったため、溶解性の良い化合物を提供することである。
〔課題を解決するための手段(及び作用)〕本発明は前
記の課題に鑑み、液晶層の抵抗RLCを安定にかつ再現
性良く下げるために、下式で示す化合物を(a)グルー
プ、(b)グループより選択したそれぞれ少なくとも1
種以上を同時に添加した事を特徴とするものである。
化合物(a) 2 R,−N”−R4X 3 (ただし、R,、R2,R3,R4はそれぞれ11もし
くは炭素数1−18の置換基を有してもよい直鎖状もし
くは分岐状のアルキル基を示す。また、X−はCf−も
しくはBr−を示す。)化合物(b) (ただし、R5,R6はそれぞれHまたは炭素数l〜1
8の置換基を有しても良い直鎖状もしくは分岐状のアル
キル基を示す。Xlは単結合もしくは−O−を示し、x
2は単結合、−O−−0C−1 〇 −C〇−のいずれかを示す。Z、は−0C−もしOO くは一0CH2−を示す。またA1は−A2もしくは−
A2−A3−を示し、A2.A3は本発明による好まし
い化合物(a)としてはテトラブチルアンモニウムブロ
マイド(TBAB)、テトラエチルアンモニウムブロマ
イド(TEAB)、テトラプロピルアンモニウムブロマ
イド(TPAB)あるいはこれらの塩素化物があるが、
液晶への溶解性の点で更に好ましくは臭化物であるTB
AB、TPABなどが良い。
また、化合物(b)において、R,、R2は好ましくは
下2(i)、  (ii)から選ばれる。
i)炭素数1−18のn−アルキル基、より好ましくは
炭素数4〜14のn−アルキル基 ll) H3 + CH2升CHCn H2n+1 (たたし、mはO〜7の整数であり、nは1〜9の整数
である。また、nが2以上の時は光学活性であっても良
い。) Z、は好ましくは一0C−であり、X2はA1が(b−
5) 具体的な構造式を下記に示す。
(b 10) (b−20) す (b 15) (b 25) ○ (b 30) (b 40) (b 35) 前述の化合物(b)は、一般的に以下に示す経路により
合成することができる。
等を示す。) (ただし、R5,R6,A、、X2は前述の通りである
。) 合成例 4−ペンチルシクロヘキサンカルホン酸、2.3ジシア
ノ−4−へキシルオキンフェニルの合成2.3−ジシア
ノハイドロキノン27g (168,8mmol)。
85%5%水酸化カルラム22. (337mmol)
をメタノール65mA、  ジメチルホルムアミド30
2mj2に溶かし、50℃まで昇温した。ヘキシルブロ
マイド33.4g (202,4mmol)を25分か
けて滴下した後、100℃まで昇温し、3時間撹拌した
。冷水に注入し、エーテル洗浄した後、水層に6N塩酸
を加えpH=1とした。析出した結晶をエーテルで抽出
し、エーテル層を5%炭酸水素ナトリウム水溶液、水で
洗浄した。溶媒留去後、粗結晶を活性炭処理し、メタノ
ールから再結晶して、2,3−ジシアノ4−へキンルオ
キシフェノール13.1gを得た。
次に、この2,3−ジシアノ−4−へキシルオキンフェ
ノール3g (12,3mmol)をピリジン30m(
2に冶かし、これに10℃以下で4−ペンチルシクロヘ
キサンカルボン酸クロライド2.7g (12,5mm
ol)を滴下した。室温で一晩撹拌した後、5%塩酸に
注入し、エーテルで抽出した。有機層を、水5%水酸化
ナトリウム水溶液、水で順次洗浄し、溶媒留去後、エタ
ノールから再結晶して、標記化合物4.2gを得た。
本発明の液晶組成物は前式で示される化合物(a)の少
なくとも一種と、化合物(b)の少なくとも一種と、他
の強誘電性を示す液晶組成物とを適当な割合で混合する
ことにより得ることができる。しかし本発明による化合
物を多量に添加すると液晶相を示す温度を低下させる他
、低温で析、出する等の欠点も現われてくる。
、よって、本発明の化合物(a)及び化合物(b)と他
の液晶性化合物あるいは、他の液晶性組成物(以下、こ
れらを液晶材料と略す。)との配合割合は、液晶材料1
00重量部あたり、本発明による化合物(a)を0.0
1〜1重量パーセント、化合物(b)を0.5〜20重
量パーセント、より好ましくは化合物(a)を0.05
〜0.5重量パーセント、化合物(b)を1〜lO重量
パーセント、とすることが好ましい。
また、本発明の化合物の一方もしくは両方を2種以上用
いる場合も、液晶材料との配合割合は、前述した液晶材
料100重量部あたり、本発明による化合物(a)を0
.01〜2wt%、化合物(b)を0.5〜40wt%
、より好ましくは化合物(a)を0.05〜1wt%、
化合物(b)を1〜20wt%、とすることが好ましい
(a)又は(b)の化合物を2種以上用いる事で析出な
しに添加割合を増やす事が可能となる。
例えば(a)の化合物1種類のみを3%添加した場合、
液晶層の抵抗は十分に下げられるが、特に組成物が低温
にさらされた場合、溶解度の理由で析出してきてしまう
場合がある。そこで炭素数の異なる同族体を2種用いる
と、個別の添加量は半分の1.5%で済むために、析出
が起きなく、低抵抗が安定に維持できる。
本発明の強誘電性液晶素子の好ましい1例の断面図を第
1図に図解的に示す。図中11はガラス板等の基板であ
り、12は該基板11上に形成されたITO等からなる
透明電極層であり、13は透明電極上に形成された絶縁
層および配向膜層てあり、14はプラスイオン、15は
マイナスイオンである。18は液晶層を示し、16およ
び17はその中でとり得る二つの液晶状態を示す。
以下実施例により詳しく説明する。
〔実施例1〕 チッソ(模型C5−1014をbase液晶にして本発
明に係わる化合物を添加し、ρ+、cを測定した結果を
表1に示す。
表 I   C5−1014における添加効果この様に
本発明に於ける2種の化合物の添加又は共存は液晶層の
抵抗を下げるのに十分の効果があることがわかった。
液晶層の抵抗RLCは第3図(a)の方法で測定した。
セル31はITO電極上にポリイミド超薄膜(〈50久
)による配向膜を施したものである。このセルの外側に
容量Ciのマイラーコンデンサ32を付け、ファンクシ
ョンジェネレーター33から矩形波を印加する。この時
バッファーアンプ34を介して測定したセル31の電圧
波形の模式図を第3図(b)に示すが、矩形波の極性反
転に伴い、最大電圧V。
から時間τ(sec)後にV (、/ eに減衰してい
る。
この時R1,Cは次式で与えられる。
この値を更に次式で体積抵抗値ρLCに変換している。
ここて d Ic・液晶層の厚み S・電極面積 :実施例2〜5) 透明電極(ITO)上(11)に、上下電極防止のため
にTa205 100OAをスパッタ法で膜付(12)
した。この上に液晶の配向膜(13)としてポリイミド
(例えば日産化学(模型5E−100)をtooA膜付
し、該基板を対向させ1.5μm厚の液晶セルを作成し
た。
このセルに本発明による化合物、濃度を変えた液晶組代
物を注入し、次に方法でセル特性を評価した。用いたベ
ース液晶(以下、該組成物の構成を示す。)はP s 
= 10 (n C/ c rt? )のものであり、
閾値電圧以上のパルス電圧印加によって完全に双安定な
スイッチングを示していた。
先ず直交した偏光板の間において、黒状態を示すこのセ
ルに、白方向のパルス電圧を印加した時、白レベルの輝
度変化の様子をホトマル出力によって第4図(a)に示
す。最初の数秒間は所定の白レベルよりも低いことがわ
かるが、この現象を我々ま 沈み込みfと呼んている。
二の理由は黒から白へスイッチングした時、前述の逆電
圧は液晶分子を黒に戻そうとする方向に働くため、白レ
ベルの透過光量は逆電圧が存在している間減少している
訳である。この「沈み込み」がデイスプレィパネルとし
て“残像”に関係する。
この「沈み込み」時間を前記液晶について添加量。
を変えて測定した。
液晶組成物の構成成分 表  2 全て25℃で測定 上記4つの例で示す如く本発明の化合物を2種類共存さ
せる事によって、安定に抵抗値を下げられ、かつ−沈み
込み」時間が大幅に短縮できるために、パネルの残像時
間が短くなるという利点がある。
〔発明の効果〕
以上実施例で述べた様に本発明に依る(a)式及び(b
)式の化合物を添加することで、1)絶縁体層を有する
セルに於て、双安定性を改善することができる。
2 )FLC層が低抵抗になると、逆電圧のdecay
が早まるために、FLCパネルに於て、黒情報から白へ
書き換えた時、”かすれた黒”が残像として視認される
時間が短くなる。よって、情報の切換りがスムーズに行
なわれる様にみえる。
等々FLCパネルの画質を大幅に向上できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の好ましいFLC素子の例、第2図は一
般的5SFLC素子の図、イオンの偏在が顕著な図、 第3図(a)はRLC測定回路図、 第3図(b)はセル電圧のdecayを示す図、第4図
はパルス電圧印加によってB(黒)からW(白)へスイ
ッチングした時の光学応答を示す図である。 11・・・基板 12・・・透明電極層 13・・・配向膜層 14・・・プラスイオン 15・・・マイナスイオン 16.17・・・液晶分子 18・・・液晶層 21・・・セルガラス及び配向膜 22・・・FLC分子と自発分極ダイポール23・・・
プラスイオン 24・・・マイナスイオン 3 l ・・・ セ ル 32・・・マイラーコンデンサ 33・・・ファンクションジェネレーター34・・・バ
ツファーアンプ 囁べ□□□ 窒2−図 乳雇翫 す耘態

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)強誘電性液晶組成物中に次式で示される化合物(
    a)及び化合物(b)の中からそれぞれ少なくとも1種
    以上添加することを特徴とする強誘電性液晶組成物。 化合物(a) ▲数式、化学式、表等があります▼ (ただし、R_1、R_2、R_3、R_4はそれぞれ
    Hもしくは炭素数1〜18の置換基を有してもよい直鎖
    状もしくは分岐状のアルキル基を示す。また、X^−は
    Cl^−もしくはBr^−を示す。)化合物(b) ▲数式、化学式、表等があります▼ (ただし、R_5、R_6はそれぞれHまたは炭素数1
    〜18の置換基を有しても良い直鎖状もしくは分岐状の
    アルキル基を示す。X_1は単結合もしくは−O−を示
    し、X_2は単結合、−O−、▲数式、化学式、表等が
    あります▼、▲数式、化学式、表等があります▼のいず
    れかを示す。Z_1は▲数式、化学式、表等があります
    ▼もしくは−OCH_2−を示す。またA_1は−A_
    2−もしくは−A_2−A_3−を示し、A_2、A_
    3はそれぞれ▲数式、化学式、表等があります▼もしく
    は▲数式、化学式、表等があります▼を示す。)
  2. (2)前記(a)式の化合物の添加量が強誘電性液晶に
    対し、0.01〜1重量%、(b)式化合物の添加量が
    0.5〜20重量%である事を特徴とする第1項記載の
    強誘電性液晶組成物。
  3. (3)前記(a)式の化合物の添加量が強誘電性液晶に
    対し、0.05〜0.5重量%、(b)式の化合物の添
    加量が1〜10重量%である事を特徴とする第1項記載
    の強誘電性液晶組成物。
  4. (4)第1項記載の強誘電性液晶組成物を一対の電極基
    板間に配置した強誘電性液晶素子。
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