JPH04217973A - 液晶性化合物、これを含む液晶組成物およびこれを利用した液晶素子、表示装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、新規な液晶性化合物、それを含有する液晶組
成物およびそれを使用した液晶素子並びに表示装置に関
し、さら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、およびそれを使用した液晶表示素子
や液晶−光シヤツター等に利用される液晶素子並びに該
液晶素子を表示に使用した表示装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来より、液晶は電気光学素子として種々の分野で応用
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、例えばエム　シヤツト（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とダブ
リュ　へルフリツヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著“アプ
ライド　フイジツクス　レターズ”（“Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）Ｖｏ．１８，Ｎｏ
．４（１９７１．２．１５）Ｐ．１２７〜１２８の“Ｖ
ｏｌｔａｇｅ　ＤｅｐｅｎｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌ　Ａ
ｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａ
ｔｉｃｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ”に示されたＴＮ
　（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）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に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
面デイ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、
その駆動のためには、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ている。

しかし、この様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
れない領域、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。

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
）を増加して行った場合、画面全体（Ｉ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、く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け難い欠点となっている。

この様な現象は、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）ときに生ずる本質的には避け難い問題点であ
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密
度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。

この様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クラーク（Ｃｌａ
ｒｋ）およびラガウエル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）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イツク
Ｃ相（ＳｍＣ＊相）又はＨ相（ＳｍＨ＊相）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、例えば一方の電界ベクトルに対して第１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ている。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
。

以上の様な双安定性を有する特徴に加えて、強誘電性液
晶は高速応答性であるという優れた特徴を持つ。それは
強誘電性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。

この様に強誘電性液晶はきわめて優れた特性を潜在的に
有しており、この様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、大画面デイ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
用いる十分な特性を備えているとは言い難い。

応答時間τと自発分極の大きさＰｓおよび粘度ηの間に
は、下記の式［ＩＩ］ （ただし、Ｅは印加電界である） の関係が存在する。したがって応答速度を速くするには
、 （ア）自発分極の大きさＰｓを大きくする（イ）粘度η
を小さくする （ウ）印加電界Ｅを大きくする 方法がある。しかし印加電界は、ＩＣ等で駆動するため
上限があり、出来るだけ低い方が望ましい。

よって、実際には粘度ηを小さくするか、自発分極の大
きさＰｓの値を大きくする必要がある。

一般的に自発分極の大きい強誘電性カイラルスメクチツ
ク液晶化合物においては、自発分極のもたらすセルの内
部電界も大きく、双安定状態をとり得る素子構成への制
約が多くなる傾向にある。又、いたずらに自発分極を大
きくしても、それにつれて粘度も大きくなる傾向にあり
、結果的には応答速度はあまり速くならないことが考え
られる。

また、実際のディスプレイとしての使用温度範囲が例え
ば５〜４０℃程度とした場合、応答速度の変化が一般に
２０倍程もあり、駆動電圧および周波数による調節の限
界を越えているのが現状である。

以上述べたように、強誘電性液晶素子を実用化するため
には、大きな自発分極と低い粘性による高速応答性を有
し、かつ応答速度の温度依存性の小さな強誘電性カイラ
ルスメクチツク液晶組成物が要求される。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、強誘電性液晶素子を実用できるように
するために、応答速度が速く、しかもその応答速度の温
度依存性を軽減させるのに効果的な液晶性化合物、これ
を含む液晶組成物、特に強誘電性カイラルスメクチツク
液晶組成物、および該液晶組成物を使用する液晶素子、
表示装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕および〔作用〕すなわち
、本発明の第一の発明は、下記一般式〔Ｉ〕で示される
液晶性化合物である。

ただし、上記式〔Ｉ〕中、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ独立に
炭素原子数が１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル
基であり、該アルキル基中の−ＣＨ２−は、ヘテロ原子
が隣接しない条件において、は水素原子、ハロゲン原子
、シアノ基、トリフルオロメチル基であってもよい。

ｎは０または１であり、ｎ＝０のときＡ１は単結ｎ＝１
のときはＡ１は単結合を示す。

はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、トリフ
ルオロメチル基の中から独立に選ばれる。

ただし、少なくとも１つは水素原子ではない。

の中から選ばれる。

また、第二の発明は、前記一般式〔Ｉ〕で示される液晶
性化合物の少なくとも１種を含有することを特徴とする
液晶組成物である。

さらに、第三の発明は、前記一般式〔Ｉ〕で示される液
晶性化合物の少なくとも１種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
子である。

本発明者等は、上記の液晶組成物およびそれを使用した
液晶素子を用いることにより、高速応答性、応答速度の
温度依存性の軽減等の諸特性の改良がなされ、良好な表
示特性が得られることを見い出したものである。

以下、本発明を詳細に説明する。

前記一般式〔Ｉ〕で示される液晶性化合物において、Ｒ
１、Ｒ２は炭素原子数が１〜１８、好ましくは２〜１６
のアルキル基であるが、該アルキル基は直鎖状または分
岐状であってもよい。また該アルキル基中の１個または
２個以上の−ＣＨ２−はヘで置き換わってもよい。より
好ましくは下記（■）〜（■）から選ばれる。

■）−Ｙ■ＣＨ２■ｎＣＨ３ くは４〜１６の整数である。） ■） ｑは１〜１０の整数である。また、光学活性であっても
よい。） の中から選ばれ、ｒは０〜７の整数であり、Ｓは０また
は１、ｔは１〜１４の整数である。また、これは光学活
性であってもよい。） ■） あり、ｍは０〜１４の整数である。） ■） あり、ｋは０〜１２の整数である。） また、Ｒ２は上記以外であって、水素原子、ハロゲン原
子、シアノ基、トリフルオロメチル基、好ましくは水素
原子、フッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基で
あってもよい。

ｎは０または１であり、ｎ＝０のときＡ１は単結ｎ＝１
のときＡ１は単結合を示す。つまり一般式〔Ｉ〕で示さ
れる液晶性化合物は２または３個の環状基をＺ２はそれ
ぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、トリフ
ルオロメチル基の中から選ばれるが、好ましくは水素原
子、フッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基の中
から選ばれ、さらに好ましくは水素原子またはフッ素原
子である。ただし、Ｘ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２の少なくと
も１個は水素原子ではない。

単結合の中から選ばれる。

さらに好ましくは、一般式〔Ｉ〕で示される化合物は、
下記（Ｉａ）〜（Ｉｄ）式で表される。

ただし、上記式（Ｉａ）〜（Ｉｄ）中、Ｒ１、Ｒ２、Ａ
２は前記定義のとおりであり、 Ｘ３、Ｘ４はフッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチ
ル基、水素原子の中から選ばれ、より好ましくはフッ素
原子である。ただし、少なくとも一方または単結合であ
る。Ｚ３、Ｚ４はフッ素原子、シアノ基、トリフルオロ
メチル基、水素原子の中から選ばれるが、好ましくはフ
ッ素原子、トリフルオロメチル基、水素原子の中から選
ばれる。ただし、少なくとも一方は水素原子ではない。

前記一般式〔Ｉ〕で表わされる液晶性化合物の一般的な
合成法を以下に示す。

■）ｎ＝０の場合 ■）ｎ＝１の場合 ■Ｙが単結合でない場合 ■Ｙが単結合の場合 ただし、Ｒ１、Ｒ２、Ａ１、Ａ２、Ｘ１、Ｘ２、Ｙは前
記定義のとおりである。

また、Ｒ１、Ｒ２の環状基に隣接する−ＣＨ２ＣＨ２−
は環状基に隣接する−ＣＨ２−が−Ｏ−で置きかわった
場合は、あらかじめ離脱可能な保護基で環状基に存在す
る水酸基またはカルボキシル基を保護し、チオフェン環
に閉環した後に保護基を離脱させ、目的物を得ることも
可能である。

一般式〔Ｉ〕で示される液晶性化合物の具体的な構造式
を以下に示す。

本発明の液晶組成物は前記一般式〔Ｉ〕で示される液晶
性化合物の少なくとも１種と他の液晶性化合物１種以上
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
。

又、本発明による液晶組成物は強誘電性液晶組成物、特
に強誘電性カイラルスメクチツク液晶組成物が好ましい
。

本発明で用いる他の液晶性化合物を一般式（ＩＩＩ）〜
（ＸＩＩ）で次に示す。

ｅ：０または１　ｆ：０または１ ただしｅ＋ｆ＝０または１ （ＩＩＩ）式の好ましい化合物として（ＩＩＩａ）￣（
ＩＩＩｄ）が上げられる。

ｇ、ｈ：０または１　ただしｇ−ｈ＝１　ｉ：０または
１（ＩＶ）式の好ましい化合物として（ＩＶａ）￣（Ｉ
Ｖｃ）が上げられる。

ｊ：０または１ （Ｖ）式の好ましい化合物として（Ｖａ），（Ｖｂ）が
上げられる。

ｋ、■、ｍ：０または１　ただしｋ＋■＋ｍ＝０、１、
２（ＶＩ）式の好ましい化合物として（ＶＩａ）￣（Ｖ
Ｉｆ）が上げられる。

ここで、Ｒ１′、Ｒ２′は炭素数１〜炭素数１８の直鎖
状又は分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１
つもしくは隣接しない２つ以上の−ＣＨ２−基は−ＣＨ
ハロゲン−によって置き換えられていても良い。さらに
Ｘ１、Ｘ２と直接結合する−ＣＨ２−基を除く１つもし
くは隣接しない２つ以上の−ＣＨ２−ただし、Ｒ１′ま
たはＲ２′が１個のＣＨ２基をゲン化アルキルである場
合、Ｒ１′またはＲ２′は環に対して単結合で結合しな
い。

Ｒ１′、Ｒ２′は好ましくは、 ■）炭素数１〜１５の直鎖アルキル基 ■） ｐ：０〜５　ｑ：２〜１１　整数 光学活性でもよい ■） ｒ：０〜６　ｓ：０，１　ｔ：１〜１４　整数光学活性
でもよい ■） ｕ：０，１　ｖ：１〜１６　整数 ■） ｗ：１〜１５　整数 光学活性でもよい ■） ｘ：０〜２　ｙ：１〜１５整数 ■） ｚ：１〜１５整数 ■） Ａ：０〜２　Ｂ：１〜１５　整数 光学活性でもよい ■） Ｃ：０〜２　Ｄ：１〜１５　整数 光学活性でもよい （ＩＩＩａ）〜（ＩＩＩｄ）のさらに好ましい化合物と
して（ＩＩＩａａ）〜（ＩＩＩｄｃ）が上げられる。

（ＩＶａ）〜（ＩＶｃ）のさらに好ましい化合物として
（ＩＶａａ）〜（ＩＶｃｂ）が上げられる。

（Ｖａ）〜（Ｖｄ）のさらに好ましい化合物として（Ｖ
ａａ）〜（Ｖｄｆ）が上げられる。

（ＶＩａ）〜（ＶＩｆ）のさらに好ましい化合物として
（ＶＩａａ）〜（ＶＩｆａ）が上げられる。

Ｅ：０または１ Ｆ，Ｇ：０または１ （ＶＩＩ）のより好ましい化合物として（ＶＩＩａ），
（ＶＩＩｂ）が上げられる。

（ＶＩＩＩ）式の好ましい化合物として（ＶＩＩＩａ）
，（ＶＩＩＩｂ）が上げられる。

（ＶＩＩＩｂ）のさらに好ましい化合物として（ＶＩＩ
Ｉｂａ），（ＶＩＩＩｂｂ）が上げられる。

ここで、Ｒ３′、Ｒ４′は炭素数１〜炭素数１８の直鎖
状又は分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の１
つもしくは隣接しない２つ以上の−ＣＨ２−基は−ＣＨ
ハロゲン−によって置き換えられていても良い。さらに
Ｘ１、Ｘ２と直接結合する−ＣＨ２−基を除く１つもし
くは隣接しない２つ以上の−ＣＨ２−ただし、Ｒ３′ま
たはＲ４′が１個のＣＨ２基を−ＣＨハロゲン−で置き
換えたハロゲン化アルキルである場合、Ｒ３′またはＲ
４′は環に対して単結合で結合しない。

さらにＲ３′、Ｒ４′は好ましくは、 ■）炭素数１〜１５の直鎖アルキル基 ■） ｐ：０〜５　ｑ：１〜１１　整数 光学活性でもよい ■） ｒ：０〜６　ｓ：０，１　ｔ：１〜１４　整数光学活性
でもよい ■） ｕ：０，１　ｖ：１〜１６　整数 ■） ｗ：１〜１５　整数 光学活性でもよい ■） Ａ：０〜２　Ｂ：１〜１５　整数 光学活性でもよい ■） Ｃ：０〜２　Ｄ：１〜１５　整数 光学活性でもよい Ｈ，Ｊ：０または１　ただしＨ＋Ｊ＝０または１Ｋ，Ｌ
，Ｍ：０または１　ただしＫ＋Ｌ＋Ｍ＝０または１Ｙ４
′、Ｙ５′、Ｙ６′：ＨまたはＦ （ＩＸ）式の好ましい化合物として（ＩＸａ）￣（ＩＸ
ｃ）が上げられる。

（Ｘ）式の好ましい化合物として（Ｘａ），（Ｘｂ）が
上げられる。

（ＸＩＩ）式の好ましい化合物として（ＸＩＩａ）￣（
ＸＩＩｄ）が上げら れる。

（ＩＸａ）￣（ＩＸｃ）のさらに好ましい化合物として
（ＩＸａａ）￣（ＩＸｃｃ）が上げられる。

（Ｘａ），（Ｘｂ）のさらに好ましい化合物として（Ｘ
ａａ）￣（Ｘｂｂ）が上げられる。

（ＸＩ）のより好ましい化合物として（ＸＩａ）〜（Ｘ
Ｉｇ）が上 げられる。

（ＸＩＩａ）￣（ＸＩＩｄ）のさらに好ましい化合物と
して（ＸＩＩａａ） 〜（ＸＩＩｄｂ）が上げられる。

ここで、Ｒ５′、Ｒ６′は炭素数１〜炭素数１８の直鎖
状又は分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中のＸ
１、Ｘ２と直接結合する−ＣＨ２−基を除く１つもしく
は隣接しない２つ以上の−ＣＨ２−さらにＲ２′、Ｒ６
′は好ましくは、 ■）炭素数１〜１５の直鎖アルキル基 ■） ｐ：０〜５　ｑ：２〜１１　整数 光学活性でもよい ■） ｒ：０〜６　ｓ：０，１　ｔ：１〜１４　整数光学活性
でもよい ■） ｗ：１〜１５　整数 光学活性でもよい ■） Ａ：０〜２　Ｂ：１〜１５　整数 光学活性でもよい ■） Ｃ：０〜２　Ｄ：１〜１５　整数 光学活性でもよい 本発明の液晶性化合物と、１種以上の上述の液晶性化合
物、あるいは液晶組成物とを混合する場合、混合して得
られた液晶組成物中に占める本発明の液晶性化合物の割
合は１重量％〜８０重量％、好ましくは１重量％〜６０
重量％とすることが望ましい。

また、本発明の液晶性化合物を２種以上用いる場合は、
混合して得られた液晶組成物中に占める本発明の液晶性
化合物２種以上の混合物の割合は１重量％〜８０重量％
、好ましくは１重量％〜６０重量％とすることが望まし
い。

さらに、本発明による液晶素子における液晶層は、先に
示したようにして作成した液晶組成物を真空中、等方性
液体温度まで加熱し、素子セル中に封入し、徐々に冷却
して液晶層を形成させ常圧に戻すことが好ましい。

第１図は強誘電性液晶素子の構成の説明のために、本発
明の液晶層を有する液晶素子の一例を示す断面概略図で
ある。

第１図において符号１は強誘電性液晶層、２はガラス基
板、３は透明電極、４は絶縁性配向制御層、５はスペー
サー、６はリード線、７は電源、８は偏光板、９は光源
を示している。

２枚のガラス基板２には、それぞれＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ
２あるいはＩＴＯ（インジウム　チン　オキサイド；Ｉ
ｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）等の薄膜から成る透
明電極３が被覆されている。その上にポリイミドの様な
高分子の薄膜をガーゼやアセテート植毛布等でラビング
して、液晶をラビング方向に並べる絶縁性配向制御層４
が形成されている。また絶縁物質として例えばシリコン
窒化物、水素を含有するシリコン炭化物、シリコン酸化
物、硼素窒化物、水素を含有する硼素窒化物、セリウム
酸化物、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、チ
タン酸化物やフッ化マグネシウムなどの無機物質絶縁層
を形成し、その上にポリビニルアルコール、ポリイミド
、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリパラキ
シレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニル
アセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリア
ミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、
ユリヤ樹脂、アクリル樹脂やフォトレジスト樹脂などの
有機絶縁物質を配向制御層として、２層で絶縁性配向制
御層４が形成されていてもよく、また無機物質絶縁性配
向制御層あるいは有機物質絶縁性配向制御層単層であっ
ても良い。この絶縁性配向制御層が無機系ならば蒸着法
などで形成でき、有機系ならば有機絶縁物質を溶解させ
た溶液、またはその前駆体溶液（溶剤に０．１〜２０重
量％、好ましくは０．２〜１０重量％）を用いて、スピ
ンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、スプレ
ー塗布法、ロール塗布法等で塗布し、所定の硬化条件下
（例えば加熱下）で硬化させ形成させることができる。

絶縁性配向制御層４の層厚は通常３０Å〜１μｍ、好ま
しくは３０Å〜３０００Å、さらに好ましくは５０Å〜
１０００Åが適している。

この２枚のガラス基板２はスペーサー５によって任意の
間隔に保たれている。例えば所定の直径を持つシリカビ
ーズ、アルミナビーズをスペーサーとしてガラス基板２
枚で挟持し、周囲をシール材、例えばエポキシ系接着材
を用いて密封する方法がある。その他スペーサーとして
高分子フィルムやガラスファイバーを使用しても良い。

この２枚のガラス基板の間に強誘電性液晶が封入されて
いる。

強誘電性液晶が封入された強誘電性液晶層Ｉは、一般に
は０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜５μｍである。

透明電極３からはリード線によって外部の電源７に接続
されている。

またガラス基板２の外側には偏光板８が貼り合わせてあ
る。

第１図は透過型なので光源９を備えている。

第２図は液晶素子の動作説明のために、セルの例を模式
的に描いたものである。２１ａと２１ｂはそれぞれＩｎ
２Ｏ３、ＳｎＯ２あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉ
ｎ　Ｏｘｉｄｅ）等の薄膜からなる透明電極で被覆され
た基板（ガラス板）であり、その間に液晶分子層２２が
ガラス面に垂直になるよう配向したＳｍＣ＊相又はＳｍ
Ｈ＊相の液晶が封入されている。

太線で示した線２３が液晶分子を表わしており、この液
晶分子２３はその分子に直交した方向に双極子モーメン
ト（Ｐ⊥）２４を有している。基板２１ａと２１ｂ上の
電極間に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子
２３のらせん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）
２４がすべて電界方向に向くよう、液晶分子２３は配向
方向を変えることができる。

液晶分子２３は細長い形状を有しており、その長軸方向
と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って例えばガラス
面の上下に互いにクロスニコルの偏光子を置けば、電圧
印加極性によって光学特性が変わる液晶光学変調素子と
なることは、容易に理解される。

本発明における液晶セルは、その厚さを充分に薄く（例
えば１０μ以下）することができる。このように液晶層
が薄くなるにしたがい、第３図に示すように電界を印加
していない状態でも液晶分子のらせん構造がほどけ、そ
の双極子モーメントＰａまたはＰｂは上向き（３４ａ）
又は下向き（３４ｂ）のどちらかの状態をとる。このよ
うなセルに、第３図に示す如く一定の閾値以上の極性の
異る電界Ｅａ又はＥｂを電圧印加手段３１ａと３１ｂに
より付与すると、双極子モーメントは電界Ｅａ又はＥｂ
の電界ベクトルに対応して上向き３４ａ又は下向き３４
ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子は、第１の安定
状態３３ａかあるいは第２の安定状態３３ｂの何れか一
方に配向する。

このような強誘電性液晶素子を光学変調素子として用い
ることの利点は先にも述べたが２つある。

その第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２は
液晶分子の配向が双安定性を有することである。第２の
点を例えば第３図によって更に説明すると、電界Ｅａを
印加すると液晶分子は第１の安定状態３３ａに配向する
が、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向き
の電界Ｅｂを印加すると、液晶分子は第２の安定状態３
３ｂに配向してその分子の向きを変えるが、やはり電界
を切ってもこの状態に留っている。又、与える電界Ｅａ
あるいはＥｂが一定の閾値を越えない限り、それぞれ前
の配向状態にやはり維持されている。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明について更に詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない
。

実施例１ ２−（３−フルオロ−４−ヘキシルオキシフェニル）−
５−（４−ヘキシルフェニル）チオフエンの構造。

下記工程に従い、２−（３−フルオロ−４−ヘキシルオ
キシフエニル）−５−（４−ヘキシルフエニル）チオフ
エンを製造した。

２００ｍｌの反応容器にｎ−ヘチシルベンゼン１０ｇ（
６．１７×１０−２ｍｏｌ）、無水マレイン酸６．６５
ｇ（６．７９×１０−２ｍｏｌ）、ニトロベンゼン６０
ｍｌを仕込み、０℃以下に冷却した。その後、攪拌下０
℃以下にて無水塩化アルミニウム１８．３ｇ（１．３７
×１０−１ｍｏｌ）を少しずつ添加した（６０分間要し
た）。添加終了後、徐々に室温に戻しながら２４時間反
応させた。

次に水５０ｍｌ、濃塩酸１４ｍｌの混合溶液を加えた。

この溶液を酢酸エチルにて抽出し、水洗、乾燥した後、
酢酸エチルを減圧留去した。得られたオイルをベンゼン
に溶かし、ろ過して不溶物を除いた後、ろ液をヘキサン
５００ｍｌに注入し、析出した結晶をろ過、乾燥し２．
７ｇの精製物を得た。（収率１６．８％） 工程２） ２００ｍｌの反応容器に １６．０ｇ（６．１５×１０−２ｍｏｌ）、炭酸ナトリ
ウム６．５３ｇ（６．１６×１０−１ｍｏｌ）、エタノ
ール６５ｍｌを仕込み、室温にて４０分間攪拌した。そ
の後、３−フルオロ−４−メトキシベンズアルデヒド９
．４８ｇ（６．１６×１０−１ｍｏｌ）、３−エチル−
５−（２−ヒドロキシメル）−４−メチル−１，３−チ
アゾリウムブロミド１．９２ｇ、トリエチルアミン６．
２４ｇ（６．１８×１０−１ｍｏｌ）を加え、７時間加
熱還流した。反応溶液を溶媒留去し、残渣に水１００ｍ
ｌ、クロロホルム２００ｍｌを加えて抽出し、有機層を
１０％硫酸４０ｍｌ×２、５％重曹水４０ｍｌ×２、水
４０ｍｌ×２にて洗浄した。無水硫酸ナトリウムにて乾
燥した後、溶媒留去し２２．５ｇの粗結晶を得た。これ
をエタノールにて再結晶し、１５．０ｇの精製品を得た
。（収率６５．９％）工程３） ２００ｍｌの反応容器に １５．０ｇ（４．０５×１０−２ｍｏｌ）、ローエソン
試薬１６．４ｇ（４．０５×１０−２ｍｏｌ）、トルエ
ン８０ｍｌを仕込み、３時間加熱還流した。溶媒留去し
、残渣をｎ−ヘキサン／酢エチ＝６／１にてカラム精製
して、１５．０ｇの精製品を得た。

工程４） ３００ｍｌの反応容器に １５．０ｇ（４．０８×１０−２ｍｏｌ）、２５％臭化
水素酢酸溶液１５０ｍｌ、５７％ヨウ化水素水７ｍｌを
仕込み、１００℃にて２６時間加熱撹拌した。反応溶液
を水１ｌに注入し、析出した結晶を濾過、水洗した。乾
燥後、ｎ−ヘキサン／酢酸エチル＝６／１にてシリカゲ
ルカラム精製を行い、続いてベンゼン／ヘキサン＝２／
１にてシリカゲルカラム精製して、４．４ｇの目的物を
得た。

工程５） ブタノール２ｍｌに水酸化カリウム０．１９ｇ（２．８
×１０−３ｍｏｌ） ０．７１ｇ（２．０×１０−３ｍｏｌ）を溶解させたも
のにヨウ化ヘキサン０．４７ｇ（２．２×１０−３ｍｏ
ｌ）をブタノール１ｍｌと共に加え、加熱還流を３時間
行った。反応終了後、反応溶液を水に注入し、塩酸を加
えて酸性にした後、酢酸エチルで抽出した。得られた有
機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を留去し、反
応混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（移動
相：トルエン／ヘキサン＝１／３）にて精製し、メタノ
ールとトルエンの混合溶媒で再結晶を行い、０．４３ｇ
の目的物を得た。（収率４９％） 相転移温度（℃） 実施例２ ２−（３−フルオロ−４−ヘプタノイルオキシフエニル
）−５−（４−ヘキシルフェニル）チオフェンの製造下
記工程に従い２−（３−フルオロ−４−ヘプタノイルオ
キシフエニル）−５−（４−ヘキシルフエニル）チオフ
ェンを製造した。

工程１） 実施例１の工程１〜４と同様の操作を行い、表記化合物
を得た。

工程２） ０．７１ｇ（２０×１０−３ｍｏｌ）、ヘプタン酸０．
２６ｇ（２０×１０−３ｍｏｌ）、Ｎ，Ｎ′−ジシクロ
ヘキシルカルボジイミド０．４２ｇ、４−ピロリジノピ
リジン４０ｍｇをジクロロメタン２０ｍｌに溶解させ、
一晩室温にて撹拌することにより反応させた。不溶物を
濾過して除いた後、溶媒を留去し、シリカゲルカラムク
ロマロトグラフイー（移動相：ヘキサン／トルエン＝１
／ｌ）にて精製し、更にメタノールとトルエンの混合溶
媒で再結晶を行った。目的物は０．３２ｇ（収率３４％
）であった。

相転移温度（℃） 実施例３ 下記化合物を下記の重量部で混合し液晶組成物Ａを作成
した。

更にこの液晶組成物Ａに対して以下に示す例示化合物を
以下に示す重量部で混合し、液晶組成物Ｂを作成した。

２枚の０．７ｍｍ厚のガラス板を用意し、それぞれのガ
ラス板上にＩＴＯ膜を形成し、電圧印加電極を作成し、
さらにこの上にＳｉＯ２を蒸着させ絶縁層とした。ガラ
ス板上にシランカップリング剤［信越化学（株）製ＫＢ
Ｍ−６０２］０．２％イソプロピルアルコール溶液を回
転数２０００ｒ．ｐ．ｍのスピンナーで１５秒間塗布し
、表面処理を施した。この後、１２０℃にて２０分間加
熱乾燥処理を施した。

さらに表面処理を行なったＩＴＯ膜付きのガラス板上に
ポリイミド樹脂前駆体［東レ（株）ＳＰ−５１０］１．
５％ジメチルアセトアミド溶液を回転数２０００ｒ．ｐ
．ｍのスピンナーで１５秒間塗布した。成膜後、６０分
間、３００℃加熱縮合焼成処理を施した。この時の塗膜
の膜厚は約２５０Åであった。

この焼成後の被膜には、アセテート植毛布によるラビン
グ処理がなされ、その後イソプロピルアルコール液で洗
浄し、平均粒径２μｍのアルミナビーズを一方のガラス
板上に散布した後、それぞれのラビング処理軸が互いに
平行となる様にし、接着シール剤［リクソンボンド（チ
ッソ（株））］を用いてガラス板をはり合わせ、６０分
間、１００℃にて加熱乾燥しセルを作成した。

このセルに液晶組成物Ｂを等方性液体状態で注入し、等
方相から２０℃／ｈで２５℃まで徐冷することにより、
強誘電性液晶素子を作成した。このセルのセル厚をベレ
ツク位相板によって測定したところ約２μｍであった。

この強誘電性液晶素子を使って自発分極の大きさＰｓと
ピーク・トウ・ピーク電圧Ｖｐｐ＝２０Ｖの電圧印加に
より直交ニコル下での光学的な応答（透過光量変化０〜
９０％）を検知して応答速度（以後光学応答速度という
）を測定した。その結果を次に示す。

実施例４ 下記化合物を下記の重量部で混合し液晶組成物Ｃを作成
した。

更に、この液晶組成物Ｃに対して、以下に示す例示化合
物を各々以下に示す重量部で混合し、液晶組成物Ｄを作
成した。

液晶組成物Ｄをセル内に注入する以外は全く実施例３と
同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、光学応答速度
を測定し、スイッチング状態等を観察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。

測定結果を次に示す。

また、駆動時には明瞭なスイッチング動作が観察され、
電圧印加を止めた際の双安定性も良好であった。

比較例１ 実施例４で混合した液晶組成物Ｃをセル内に注入する以
外は全く実施例３と、同様の方法で強誘電性液晶素子を
作成し、光学応答速度を測定した。

その結果を次に示す。

実施例５ 実施例４で使用した例示化合物（Ｉ−２）、（Ｉ−４９
）、（Ｉ−９８）のかわりに以下に示す例示化合物を各
々以下に示す重量部で混合し、液晶組成物Ｅを作成した
。

この液晶組成物を用いた以外は全く実施例３と同様の方
法で強誘電性液晶素子を作成し、光学応答速度を測定し
、スイッチング状態等を観察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。

測定結果を次に示す。

実施例６ 実施例３で使用した例示化合物（Ｉ−２）、（Ｉ−４９
）、（Ｉ−９８）のかわりに以下に示す例示化合物を各
々以下に示す重量部で混合し、液晶組成物Ｆを作成した
。

この液晶組成物を用いた以外は全く実施例３と同様の方
法で強誘電性液晶素子を作成し、光学応答速度を測定し
、スイッチング状態等を観察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。

測定結果を次に示す。

実施例７ 下記化合物を下記の重量部で混合し液晶組成物Ｇを作成
した。

更に、この液晶組成物Ｇに対して、以下に示す例示化合
物を各々以下に示す重量部で混合し、液晶組成物Ｈを作
成した。

この液晶組成物を用いた以外は全く実施例３と同様の方
法で強誘電性液晶素子を作成し、光学応答速度を測定し
、スイッチング状態等を観察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。

測定結果を次に示す。

比較例２ 実施例７で混合した液晶組成物Ｇをセル内に圧入する以
外は全く実施例３と同様の方法で強誘電性液晶素子を作
成し、光学応答速度を測定した。

その結果を次に示す。

実施例８ 実施例７で使用した例示化合物（Ｉ−１７）、（Ｉ−３
５）、（Ｉ−６１）、（Ｉ−７９）のかわりに以下に示
す例示化合物を各々以下に示す重量部で混合し、液晶組
成物Ｊを作成した。

この液晶組成物を用いた以外は全く実施例３と同様の方
法で強誘電性液晶素子を作成し、光学応答速度を測定し
、スイッチング状態等を観察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。

測定結果を次に示す。

実施例９ ２−（３−フルオロ−４−ブチルオキシフエニル）−５
−（４−ヘキシルフエニル）チオフェン（Ｉ−１２８）
の製造 実施例１工程５においてヨウ化ヘキサン０．４７ｇ（２
．２×１０−３ｍｏｌ）の代わりに臭化ブタン０．２８
ｇ（２．２×１０−３ｍｏｌ）を用いる以外は実施例１
と同様の工程により０．２４ｇの目的物を得た（収率２
９％）。

実施例１０ ２−（３−フルオロ−４−デシルオキシフェニル）−５
−（４−ヘキシルフェニル）チオフェン（Ｉ−１３０）
の製造 実施例１工程５においてヨウ化ヘキサン０．４７ｇ（２
．２×１０−３ｍｏｌ）の代わりにヨウ化デカン０．５
４ｇ（２．２×１０−３ｍｏｌ）を用いる以外は実施例
１と同様の工程により０．４８ｇの目的物を得た（収率
４９％）。

実施例１１ ２−（３−フルオロ−４−ブタノイルオキシフエニル）
−５−（４−ヘキシルフェニル）チオフェン（Ｉ−１２
７）の製造 実施例２工程２においてヘプタン酸０．２６ｇ（２．０
×１０−３ｍｏｌ）の代わりにペンタン酸０．２１ｇを
用いる以外は実施例２と同様の操作を行い０．２６ｇの
表記化合物を得た（収率３０％）。

表１に実施例９〜１１で得られた化合物の相転移温度を
示す。

実施例１２ 実施例７で使用したポリイミド樹脂前駆体１．５％ジメ
チルアセトアミド溶液に代えて、ポリビニルアルコール
樹脂［クラレ（株）製ＰＵＡ−１１７］２％水溶液を用
いた他は全く同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、
実施例７と同様の方法で光学応答速度を測定した。

その結果を次に示す。

実施例１３ 実施例７で使用したＳｉＯ２を用いずに、ポリイミド樹
脂だけで配向制御層を作成した以外は全く実施例７と同
様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、実施例７と同様
の方法で光学応答時間を測定した。

その結果を次に示す。

実施例１２，１３より明らかな様に、素子構成を変えた
場合でも本発明に従う強誘電性液晶組成物を含有する素
子は、実施例７と、同様に低温作動特性の非常に改善さ
れ、かつ、応答速度の温度依存性か軽減されたものとな
っている。

実施例１４ 下記化合物を下記の重量部で混合し、液晶組成物Ｋを作
成した。

更に、この液晶組成物Ｋに対して、以下に示す例示化合
物を各々以下に示す重量部で混合し、液晶組成物Ｌを作
成した。

液晶組成物Ｌをセル内に注入する以外は全く実施例３と
同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し、光学応答速度
を測定した。その測定結果を次に示す。

比較例３ 実施例１４で混合した液晶組成物Ｋをセル内に注入する
以外は全く実施例３と同様の方法で強誘電性液晶素子を
作成し、光学応答速度を測定した。

その結果を次に示す。

実施例１５ 実施例１４で使用した例示化合物Ｉ−７，Ｉ−８，Ｉ〜
９３の代わりに以下に示す例示化合物を各々以下に示す
重量部で混合し、液晶組成物Ｍを作成した。

この液晶組成物を用いた以外は全く実施例３と同様の方
法で強誘電性液晶素子を作成し、光学応答速度を測定し
、スイッチング状態等を観察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。測定結果を次に示す。

実施例１６ 実施例１４で使用した例示化合物Ｉ−４６，Ｉ−１１８
，Ｉ−１３５のかわりに以下に示す例示化合物を各々以
下に示す重量部で混合し、液晶組成物Ｎを作成した。

この液晶組成物を用いた以外は全く実施例３と同様の方
法で強誘電性液晶素子を作成し、光学応答速度を測定し
、スイッチング状態等を観察した。

この液晶素子内の均一配向性は良好であり、モノドメイ
ン状態が得られた。

測定結果を次に示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の液晶性化合物を含有する
強誘電性液晶組成物を使用した素子は、スイッチング特
性が良好で、かつ応答速度の温度依存性の軽減された液
晶素子とすることができる。

なお、本発明の液晶素子を表示素子として、光源、駆動
回路等と組み合せた表示装置は良好な装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶組成物を用いた液晶表示素子の一
例を示す断面概略図、第２図および第３図は液晶素子の
動作説明のために素子セルの一例を模式的に表わす斜視
図である。 １…………強誘電性液晶層 ２…………・ガラス基板 ３……………透明電極 ４…………性配向制御層 ５…………・スペーサー ６……………リード線 ７……………電源 ８……………偏光板 ９……………光源 Ｉ０…………・入射光 Ｉ……………透過光 ２１ａ……………基板 ２１ｂ……………基板 ２２…………液晶分子層 ２３…………・液晶分子 ２４………双極子モーメント（Ｐ⊥） ３１ａ，３１ｂ………電圧印加手段 ３３ａ………・第１の安定状態 ３３ｂ……・第２の安定状態 ３４ａ…・上向き双極子モーメント ３４ｂ…・下向き双極子モーメント Ｅａ………上向きの電界 Ｅｂ………下向きの電界

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記一般式〔Ｉ〕で示される液晶性化合物
   。 ただし、上記式〔Ｉ〕中、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ独立に
   炭素原子数が１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル
   基であり、該アルキル基中の−ＣＨ２−は、ヘテロ原子
   が隣接しない条件において、は上記の他、水素原子、ハ
   ロゲン原子、シアノ基、トリフルオロメチル基であって
   もよい。 ｎは０または１であり、ｎ＝０のときＡ１は単結ｎ＝１
   のときはＡ１は単結合を示す。 はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、トリフ
   ルオロメチル基の中から独立に選ばれる。 ただし、少なくとも１つは水素原子ではない。 単結合の中から選ばれる。
2. 【請求項２】前記一般式〔Ｉ〕中、Ｒ１が下記一般式■
   ）〜■）のいずれかで、またＲ２が下記一般式■）〜■
   ）のいずれか、もしくは水素原子、ハロゲン原子、シア
   ノ基、トリフルオロメチル基の中から選ばれる請求項１
   記載の液晶性化合物。 ■）−Ｙ■ＣＨ２■ｎＣＨ３ くは４〜１６の整数である。） ■） ｑは１〜１０の整数である。また、光学活性であっても
   よい。） ■） の中から選ばれ、ｒは０〜７の整数であり、Ｓは０また
   は１、ｔは１〜１４の整数である。また、これは光学活
   性であってもよい。） ■） あり、ｍは０〜１４の整数である。） ■） あり、ｋは０〜１２の整数である。）
3. 【請求項３】前記一般式〔Ｉ〕が下記一般式（Ｉａ）で
   ある請求項１記載の液晶性化合物。 ただし、上記式（Ｉａ）中、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ独
   立に炭素原子数が１〜１８の直鎖状又は分岐状のアルキ
   ル基であり、該アルキル基中の−ＣＨ２−は、ヘテロ原
   子が隣接しない条件において、置き換わってもよい。ま
   たＲ２は、上記の他、水素原子、ハロゲン原子、シアノ
   基、トリフルオロメチル基であってもよい。 選ばれ、Ｘ３、Ｘ４はフッ素原子、シアノ基、トリフル
   オロメチル基、水素原子の中から選ばれる。 ただし、少なくとも一方は水素原子ではない。
4. 【請求項４】前記一般式〔Ｉ〕が下記一般式（Ｉｂ）で
   ある請求項１記載の液晶性化合物。 ただし、上記式（Ｉｂ）中、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ独
   立に炭素原子数が１〜１８の直鎖状または分岐状のアル
   キル基であり、該アルキル基中の−ＣＨ２−は、ヘテロ
   原子が隣接しない条件において、 置き換わってもよい。またＲ２は、上記の他、水素原子
   、ハロゲン原子、シアノ基、トリフルオロメチル基であ
   ってもよい。 の中から選ばれる。Ｘ３、Ｘ４はフッ素原子、シアノ基
   、トリフルオロメチル基、水素原子の中から選ばれる。 ただし、少なくとも一方は水素原子ではない。 素原子の中から選ばれる。ただし、少なくとも一方は水
   素原子ではない。 （７）請求項（１）ないし（６）記載の液晶性化合物の
   いずれか少なくとも一種を含有することを特徴とする液
   晶組成物。 （８）液晶組成物中に占める一般式〔Ｉ〕の液晶性化合
   物が１重量％〜８０重量％である請求項７記載の液晶組
   成物。 （９）一般式〔Ｉ〕の液晶性化合物を２種以上用いる場
   合、液晶組成物中に占める一般式〔Ｉ〕の液晶性化合物
   ２種以上の混合物の割合が１重量％〜８０重量％である
   請求項７記載の液晶組成物。 （１０）請求項（７）記載の液晶組成物を１対の電極基
   板間に配置してなることを特徴とする液晶組成物。 （１１）さらに、配向膜を有している請求項１０記載の
   液晶素子。 （１２）請求項１０記載の液晶素子を有する表示装置。