JPH0633060A - 液晶組成物およびこれを含む液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】カイラルスメクチック強誘電性液晶化合物 【化１】 に光学活性ニトリル誘導体 【化２】 を添加したことを特徴とするカイラルスメクチック強誘
電性液晶組成物およびそれを用いた液晶素子 【効果】従来の強誘電性カイラルスメクチック強誘電性
液晶化合物に比較してコントラスト比の改善された液晶
素子を与える強誘電性液晶組成物を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な強誘電性カイラ
ルスメクティック液晶組成物およびそれを用いた液晶素
子に関する。さらに詳しくは、コントラスト比の改良さ
れた新規な液晶組成物、およびそれを使用した光シャッ
ターや表示素子などに使用できる液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年情報化社会の進展に伴い、各種の表
示装置はマンマシーンインターフェースの一つとして、
その重要性がますます高まっている。そのような中で平
面ディスプレイ、特に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、
薄型・軽量・低電圧駆動・低消費電力などの特長を有し
急速に普及してきた。ＬＣＤのうち表示容量の大きいマ
トリクス型ＬＣＤには、アクティブマトリクス方式と単
純マトリクス方式と呼ばれている二つの方式がある。ア
クティブマトリクス方式は、ポリシリコン、アモルファ
スシリコンなどの薄膜トランジスター（ＴＦＴ）または
ダイオードを画素毎に非線形素子として装着したもので
ある。複雑な製造プロセスと歩留まりの悪さから大面積
化、低価格化、高密度化に関して課題を残している。Ｓ
ＴＮ型ＬＣＤに代表される単純マトリクス方式は、ＴＦ
Ｔなどの非線形素子が不要であるという大きな特徴を有
している。ＳＴＮ型ＬＣＤは、各種パソコンやワープロ
に使用され、技術的な改良が着々と進められている。し
かし原理的に走査線の数を大きくできないという欠点を
有しており大容量化、高密度化は容易ではない。また視
野角の制約や表示品質にも大きな問題を残している。

【０００３】このような背景の下に、強誘電性ＬＣＤ
は、単純マトリクス方式で高表示容量・高品質ＬＣＤを
実現するための有力候補の一つとして活発に研究が行わ
れている。強誘電性ＬＣＤは、上記した他のＬＣＤが液
晶材料としてネマティック液晶を用いるのに対してカイ
ラルスメクチックＣ相（Ｓｃ＊相）を示すカイラルスメ
クチック強誘電性液晶を用いる。その結果、前者とは全
く異なる以下の特徴を有している。 ( １) メモリー性 電界印加時の液晶分子の配向が電界を除去してもそのま
ま保持される。従って走査線を増やしてもコントラスト
が低下しない。 ( ２) 高速応答性 マイクロ秒オーダーの高速応答性をもつので走査線の増
大や高速動画表示が可能である。 ( ３) 広視野角 液晶分子が基板に対して平行な面内で応答し、セル厚も
薄いので表示の視角依存性が小さい。 強誘電性ＬＣＤはこのような特徴を持つことから、アク
ティブマトリクス方式の場合のように高価な非線形素子
を必要とせず、単純マトリクス方式で大表示容量と高表
示品質を達成できる高品質大型ディスプレイとして期待
されている。その代表的なものであり現在の開発の主流
を占めているのが１９８０年にＮ．Ａ．Ｃｌａｒｋと
Ｓ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌｌにより提案された表面安定
化型強誘電性液晶表示装置（ＳＳＦＬＣＤ）である。

【０００４】強誘電性液晶化合物に関して現在精力的に
化合物のスクリーニングが行われているが、該液晶化合
物に要求される基本的な特性を以下に記載する。 １）強誘電性相を示す温度範囲が室温を中心に充分広い
こと。 ２）高フレーム周波数でマルチプレックス駆動できるよ
う応答速度が充分速いこと。そのために適度の大きさの
自発分極と小さい回転粘度を有すること。 ３）マルチプレックス駆動可能な良好なしきい値特性と
メモリー性を有すること。 ４）均一な配向を得るためＮ＊相のヘリカルピッチが充
分長いこと。 ５）好ましくは相系列としてＳｃ＊相の高温側にＮ＊相
およびＳA 相を有すること。 このような観点で現在、シッフ塩基系、アゾ系、アゾキ
シ系、ビフェニル系、アロマティックエステル系、フェ
ニルピリミジン系などの多くの化合物が検討されてい
る。

【０００５】しかしながら単品の液晶材料では実用的な
特性を満たすことは非常に困難であり、実用的な強誘電
性液晶材料の開発においては、二成分以上の液晶化合物
を混合し、種々の基本的な材料物性をより実用サイドに
近い特性に調整しているのが現状である。

【０００６】その内でＳＳＦＬＣＤを実用に供する場合
においては明るさを犠牲にせず充分なコントラスト比を
得る必要がある。そのためには暗状態での光の漏れを最
小限にする必要がある。暗状態で光が漏れる原因として
スメクチック層がセル中央部で折れ曲がったシェブロン
構造やねじれ状態が存在する。現時点においてＳＳＦＬ
ＣＤが実用化に至らない原因の一つがこのシェブロン構
造であり、当初Ｎ．Ａ．ＣｌａｒｋとＳ．Ｔ．Ｌａｇｅ
ｒｗａｌｌがＳＳＦＬＣＤの概念を発表した際には全く
予想できなかった構造である。このシェブロン構造を排
除し、本来のブックシェルフ構造または傾斜ブックシェ
ルフ構造を実現して高いコントラスト比のＳＳＦＬＣＤ
を実用化するための努力が活発になされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するものでコントラスト比が改良された表示素
子を与えるカイラルスメクチック強誘電性液晶組成物お
よびこれを含む液晶表示素子を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明はカイ
ラルスメクチック強誘電性液晶に化９

【０００９】

【化９】 〔式中、Ｘはエステル結合（−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−）
または単結合を、ｍおよびｎはそれぞれ独立に１または
２、Ｙは

【００１０】

【化１０】 （Ｒは炭素数１〜１５のハロゲン原子で置換されていて
もよいアルキル基または炭素数２〜１５のアルコキシア
ルキル基、Ｚは

【００１１】

【化１１】 、ｓは０または１、ｐは０〜６の整数、ｑは１〜６の整
数および＊印は不斉炭素原子を示す。）または

【００１２】

【化１２】 （ここでＲ₁ は炭素数２〜７のアルキル基または炭素数
１〜７のアルコキシ基、ｔは０〜７の整数および＊印は
不斉炭素原子を示す。）を示す。〕で表される光学活性
ニトリル誘導体を添加したことを特徴とするカイラルス
メクチック強誘電性液晶組成物およびこれを含む液晶表
示素子を提供することにある。

【００１３】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明においてカイラルスメクティック強誘電性液晶のコ
ントラスト比改良のため使用される光学活性ニトリル誘
導体について説明する。化９中のＹが化１０で表される
光学活性ニトリル誘導体のＲとしてはメチル、エチル、
プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オ
クチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリ
デシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、
ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシ
ル、メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピ
ル、メトキシブチル、メトキシペンチル、メトキシヘキ
シル、メトキシヘプチル、メトキシオクチル、メトキシ
ノニル、メトキシデシル、エトキシメチル、エトキシエ
チル、エトキシプロピル、エトキシブチル、エトキシペ
ンチル、エトキシヘキシル、エトキシヘプチル、エトキ
シオクチル、エトキシノニル、エトキシデシル、プロポ
キシメチル、プロポキシエチル、プロポキシプロピル、
プロポキシブチル、プロポキシペンチル、プロポキシヘ
キシル、プロポキシヘプチル、プロポキシオクチル、プ
ロポキシノニル、プロポキシデシル、ブトキシメチル、
ブトキシエチル、ブトキシプロピル、ブトキシブチル、
ブトキシペンチル、ブトキシヘキシル、ブトキシヘプチ
ル、ブトキシオクチル、ブトキシノニル、ブトキシデシ
ル、ペンチルオキシメチル、ペンチルオキシエチル、ペ
ンチルオキシプロピル、ペンチルオキシブチル、ペンチ
ルオキシペンチル、ペンチルオキシヘキシル、ペンチル
オキシヘプチル、ペンチルオキシオクチル、ペンチルオ
キシノニル、ペンチルオキシデシル、ペンチルオキシメ
チル、ペンチルオキシエチル、ペンチルオキシプロピ
ル、ペンチルオキシブチル、ペンチルオキシペンチル、
ペンチルオキシヘキシル、ペンチルオキシヘプチル、ペ
ンチルオキシオクチル、ペンチルオキシノニル、ペンチ
ルオキシデシル、ヘキシルオキシメチル、ヘキシルオキ
シエチル、ヘキシルオキシプロピル、ヘキシルオキシブ
チル、ヘキシルオキシペンチル、ヘキシルオキシヘキシ
ル、ヘキシルオキシヘプチル、ヘキシルオキシオクチ
ル、ヘキシルオキシノニル、ヘキシルオキシデシル、ヘ
プチルオキシメチル、ヘプチルオキシエチル、ヘプチル
オキシプロピル、ヘプチルオキシブチル、ヘプチルオキ
シペンチル、オクチルオキシメチル、オクチルオキシエ
チル、オクチルオキシプロピル、オクチルオキシブチ
ル、オクチルオキシペンチル、ノニルオキシメチル、ノ
ニルオキシエチル、ノニルオキシプロピル、ノニルオキ
シブチル、ノニルオキシペンチル、デシルオキシメチ
ル、デシルオキシエチル、デシルオキシプロピル、デシ
ルオキシブチル、デシルオキシペンチル、１ーメチルエ
チル、１ーメチルプロピル、１ーメチルブチル、１ーメ
チルペンチル、１ーメチルヘキシル、１ーメチルヘプチ
ル、１ーメチルオクチル、２ーメチルプロピル、２ーメ
チルブチル、２、３ージメチルブチル、２、２、３ート
リメチルブチル、２ーメチルペンチル、３ーメチルペン
チル、２、３ージメチルペンチル、２、４ージメチルペ
ンチル、２、３、３、４ーテトラメチルペンチル、２ー
メチルヘキシル、３ーメチルヘキシル、４ーメチルヘキ
シル、２、５ージメチルヘキシル、２ーメチルヘプチ
ル、２ーメチルオクチルが例示される。これらの光学活
性ニトリル誘導体は特願平３−３２８７５９号明細書に
記載の方法で合成することができる。

【００１４】また、Ｙが化１２で表される光学活性ニト
リル誘導体の場合、Ｒ₁ としてはエチル、プロピル、ブ
チル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、メトキシ、エト
キシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘプチ
ルオキシが例示される。具体例の一部として下記の光学
活性ニトリル誘導体を記載する。

【００１５】

【化１３】

【００１６】

【化１４】

【００１７】本発明において使用されるカイラルスメク
チック強誘電性液晶として公知のカイラルスメクチック
強誘電性液晶化合物、これらの混合物、これらを含む組
成物が使用できる。本発明に使用されるカイラルスメク
チック強誘電性液晶化合物としては化１５

【００１８】

【化１５】 〔式中、Ｘ₁ はエーテル結合もしくは単結合、Ｘ₂ はエ
ステル結合（−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−）もしくは単結
合、Ｘ₃ は

【００１９】

【化１６】 であり、Ａは

【００２０】

【化１７】 Ｂは

【００２１】

【化１８】 Ｒ₂ 、Ｒ₃ はそれぞれ独立に炭素数１〜１６のアルキル
基であり、ｒは０〜６の整数を示す。〕で表される化合
物が例示され、またこれらの混合物も使用できる。さら
にこれらに高速応答性、メモリー性等改良のための化合
物を混合したカイラルスメクチック強誘電性液晶組成物
が使用できる。

【００２２】なお、上記Ｒ₂ としてはメチル、エチル、
プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デ
シル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシルが例示さ
れ、オクチル、デシル、ドデシルが好ましい。また、Ｒ
₃ としてはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチ
ル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、テトラデ
シル、ヘキサデシルが例示され、メチル、エチル、プロ
ピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチルが好まし
い。これらのカイラルスメクチック強誘電性液晶化合
物、これらの混合物、これらを含む組成物としては、例
えば特開平２−１６７２５１、同２−１９６７５５、同
２−１６７２４９、同１７４７６５、同２７５８６４、
同２−１６７２４１および同４−１２８２６７号公報、
さらに特願平３−３１７６２０号明細書等に記載されて
いるものが使用できる。

【００２３】以下に上記カイラルスメクチック強誘電性
液晶化合物の具体的化合物の一部について例示する。２
環性アロマチックエステル系の化合物としては

【００２４】

【化１９】 また、３環性アロマティックエステル系化合物およびフ
ェニルピリミジン系化合物としては、

【００２５】

【化２０】 などが例示される。

【００２６】上記光学活性ニトリル誘導体のカイラルス
メクチック強誘電性液晶中の含有量について述べる。本
発明のカイラルスメクチック強誘電性液晶組成物中の光
学活性ニトリル誘導体の含有量は０．１モル％以上が好
ましく、１モル％以上がより好ましい。含有量が０．１
モル％未満では液晶素子に使用した場合、コントラスト
比の向上が顕著でない。一方、上限について次に述べ
る。本発明に使用される光学活性ニトリル誘導体は化１
で定義する基の種類、組合せによりカイラルスメクチッ
ク強誘電性液晶を示す化合物もあり、この場合は必ずし
も上限はないが、好ましくは５０モル％以下、より好ま
しくは２０モル％以下、さらに好ましくは１５モル％以
下である。カイラルスメクチック強誘電性液晶を示さな
い光学活性ニトリル誘導体では組成物がカイラルスメク
チック強誘電性液晶を示す範囲であれば必ずしも限定さ
れないが、組成物の２０モル％以下が好ましく、１５モ
ル％以下がより好ましい。

【００２７】

【実施例】以下、本発明について実施例により具体的に
説明するが、本発明はこれらにより限定されるものでは
ない。

【００２８】合成例（Ｉ−６化合物の合成） 光学活性な（＋）−４−（１−ヘキシルオキシエチル）
安息香酸２．５ｇ（０．０１モル）、ｐ−シアノフェノ
ール１．１９ｇ（０．０１モル）、４−ピロリジノピリ
ジン０．１ｇを乾燥したジクロロメタン２０ｍｌに溶か
し、ジシクロヘキシルカルボジイミド２．５ｇ（０．０
１２モル）を加えて室温で６時間撹拌した。反応終了
後、５％酢酸水を加え、ジクロロメタンで抽出した後、
有機層を水および７％炭酸水素ナトリウム水溶液で順次
洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を留
去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して
光学活性な（＋）−４−（１−ヘキシルオキシエチル）
安息香酸 ｐ−シアノフェニル３．１ｇ（収率８８％）
を得た。 融点: −５０℃以下（室温では無色透明の液体） 〔α〕_D ²⁵：＋２０．５°（Ｃ＝１．１；クロロホル
ム）

【００２９】実施例１ 少なくとも−５０℃までの温度範囲で液晶相を示さない
室温で等方性液体相である合成例で得られたＩ−６化合
物５モル％と、５０℃より６℃（降温時）でカイラルス
メクティックＣ相を発現する強誘電性液晶化合物である
前記ＩＩ−２３で表される化合物９５モル％とからなる
組成物を調製した。この組成物は４６℃から室温域でカ
イラルスメクティックＣ相を示す強誘電性液晶組成物で
あった。この組成物を、公知の方法でガラス基板上に透
明電極とポリイミド配向膜を設けた、二枚のガラス基板
間にスペーサーを用いてギャップが２μｍになるように
挟持し、この二枚のガラス基板のそれぞれ外側に偏光面
が９０゜回転した状態で二枚の偏光板を設置し液晶素子
を作製した。この際光の入射側の偏光軸はポリイミド配
向膜のラビング方向に一致するように設置した。この液
晶素子を用いてコントラスト比を測定した。コントラス
ト比はこの液晶素子に光を入射し、±２０Ｖの矩形波を
印加した場合の出射光の強度をフォトマルで計測し、暗
状態と明状態との光の強度比より求めた。その結果、こ
の組成物を用いた液晶素子のコントラスト比は２６であ
った。

【００３０】比較例１ 合成例で得られた化合物を使用せず、強誘電性カイラル
スメクティック液晶相を示す化合物単独を用いて実施例
１と同様に液晶素子を作製し、コントラスト比を測定し
たところコントラスト比は３であった。

【００３１】実施例２ 組成を合成例で得られたＩ−６化合物を１０モル％、前
記ＩＩ−２３で表される化合物を９０モル％に変えた以
外は実施例１と同様の実験を行った。この組成物は４６
℃から室温域でカイラルスメクティックＣ相を示す強誘
電性液晶組成物であった。実施例１と同様に液晶素子を
作製し、この液晶素子のコントラスト比を測定したとこ
ろコントラスト比は５２であった。

【００３２】実施例３ 合成例で得られたＩ−６化合物５モル％と前記ＩＩ−２
６で表される８０℃より９℃（降温時）でカイラルスメ
クティックＣ相を発現する強誘電性液晶化合物９５モル
％とからなる組成物を調製した。この組成物は７５℃か
ら室温域でカイラルスメクティックＣ相を示す強誘電性
液晶組成物であった。この組成物を用いて実施例１と同
様にして液晶素子を作製し、この液晶素子のコントラス
ト比を測定したところコントラスト比は７０であった。

【００３３】実施例４ 前記化１３のＩ−１５で表される化合物１０モル％と前
記ＩＩ−２３で表される化合物９０モル％とからなる組
成物を調製した。この組成物は４７℃から室温域でカイ
ラルスメクティックＣ相を示す強誘電性液晶組成物であ
った。この組成物を用いて実施例１と同様にして液晶素
子を作製し、この液晶素子のコントラスト比を測定した
ところコントラスト比は４５であった。

【００３４】実施例５ 合成例で得られたＩ−６化合物５モル％、前記ＩＩ−２
３で表される化合物４７．５モル％および前記ＩＩ−２
６で表される化合物４７．５モル％からなる組成物を調
製した。この組成物は４５℃から室温域でカイラルスメ
クティックＣ相を示す強誘電性液晶組成物であった。こ
の組成物を用いて実施例１と同様にして液晶素子を作製
し、この液晶素子のコントラスト比を測定したところコ
ントラスト比は４９であった。

【００３５】比較例２ 合成例で得られた化合物を使用せず、前記ＩＩ−２３で
表される化合物５０モル％および前記ＩＩ−２６で表さ
れる化合物５０モル％からなる組成物を調製した。この
組成物は５２℃より室温域でカイラルスメクティックＣ
相を発現する強誘電性液晶組成物であった。この組成物
を用いて実施例１と同様にして液晶素子を作製し、コン
トラスト比を測定したところ、この液晶素子のコントラ
スト比は２２であった。

【００３６】

【発明の効果】本発明の光学活性ニトリル誘導体を含有
する強誘電性液晶組成物を用いることによりコントラス
ト比が向上した液晶素子を提供することができる。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年５月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【化１】 〔式中、Ｘはエステル結合（−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−）
または単結合、ｍおよびｎはそれぞれ独立に１または
２、Ｙは

【化２】 （Ｒは炭素数１〜１５のアルキル基または炭素数２〜１
５のアルコキシアルキル基、Ｚは

【化３】 、ｓは０または１、ｐは０〜６の整数、ｑは１〜６の整
数および＊印は不斉炭素原子を示す。）、または

【化４】 （ここでＲ₁ は炭素数２〜７のアルキル基または炭素数
１〜７のアルコキシ基、ｔは０〜７の整数および＊印は
不斉炭素原子を示す。）を示す。〕で表される光学活性
ニトリル誘導体を添加したことを特徴とするカイラルス
メクチック強誘電性液晶組成物。

【化５】 〔式中、Ｘ₁ はエーテル結合もしくは単結合、Ｘ₂ はエ
ステル結合（−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−）もしくは単結
合、Ｘ₃ は

【化６】 であり、Ａは

【化７】 Ｂは

【化８】 Ｒ₂ 、Ｒ₃ はそれぞれ独立に炭素数１〜１６のアルキル
基を、ｒは０〜６の整数を示す。〕で表される化合物ま
たはこれを含む組成物である請求項１記載のカイラルス
メクチック強誘電性液晶組成物。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【化１０】 （Ｒは炭素数１〜１５のアルキル基または炭素数２〜１
５のアルコキシアルキル基、Ｚは

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南井 正好 大阪府高槻市塚原２丁目10番１号 住友化 学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カイラルスメクチック強誘電性液晶に化１ 【化１】 〔式中、Ｘはエステル結合（−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−）
   または単結合、ｍおよびｎはそれぞれ独立に１または
   ２、Ｙは 【化２】 （Ｒは炭素数１〜１５のアルキル基または炭素数２〜１
   ５のアルコキシアルキル基、Ｚは 【化３】 、ｓは０または１、ｐは０〜６の整数、ｑは１〜６の整
   数および＊印は不斉炭素原子を示す。）、または 【化４】 （ここでＲ₁ は炭素数２〜７のアルキル基またはアルコ
   キシ基、ｔは０〜７の整数および＊印は不斉炭素原子を
   示す。）を示す。〕で表される光学活性ニトリル誘導体
   を添加したことを特徴とするカイラルスメクチック強誘
   電性液晶組成物。
2. 【請求項２】カイラルスメクチック強誘電性液晶が化５ 【化５】 〔式中、Ｘ₁ はエーテル結合もしくは単結合、Ｘ₂ はエ
   ステル結合（−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−）もしくは単結
   合、Ｘ₃ は 【化６】 であり、Ａは 【化７】 Ｂは 【化８】 Ｒ₂ 、Ｒ₃ はそれぞれ独立に炭素数１〜１６のアルキル
   基を、ｒは０〜６の整数を示す。〕で表される化合物ま
   たはこれを含む組成物である請求項１記載のカイラルス
   メクチック強誘電性液晶組成物。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の強誘電性カイラ
   ルスメクティック液晶組成物を一対の透明電極基板間に
   挟持することを特徴とする液晶素子。