JPH09506652A - 強誘電性液晶装置 - Google Patents

強誘電性液晶装置

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JPH09506652A JP7516591A JP51659195A JPH09506652A JP H09506652 A JPH09506652 A JP H09506652A JP 7516591 A JP7516591 A JP 7516591A JP 51659195 A JP51659195 A JP 51659195A JP H09506652 A JPH09506652 A JP H09506652A
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マクドネル,ダミアン・ジエラルド
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スラニー,アンドリユー
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Abstract

(57)【要約】 成分A及びBを含んでなる液晶混合物を含む強誘電性液晶装置を記載する。成分Aは、材料に自発分極を付与し得る1種以上の光学活性化合物からなる。成分Bは、式(I)(式中、a、b及びcは独立して0、1、2であり、R1及びR2はC1-15直鎖又は分枝鎖アルキル又はアルコキシ、好ましくはC3−C12である)で表される1種以上の化合物として選択される。上記で(成分Bの場合)、CH=CH結合基はC24で置換されていてもよく、CH2O結合基はOCH2で置換されていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 強誘電性液晶装置 本発明は強誘電性液晶装置及び強誘電性液晶混合物に関する。 液晶装置は通常、2つのガラススライド間に含まれる薄層液晶材料を包含する 。両スライドの内面上に光学的に透明な電極が形成される。これらの電極に電圧 が印加されると、得られた電界が液晶分子の分子配向を変化させる。分子配向の 変化は容易に観察でき、多くの型の液晶装置の基本原理となる。 強誘電性液晶装置では、分子は印加された電界の極性に依存して、異なる配向 方向の間を切り替わる。これらの装置はしばしば二安定性を示し、分子は、他方 の状態に切り替わるまで、2つの状態の一方に留まる傾向にある。これにより、 非常に大型で複雑な装置のマルチプレックスアドレシッングが可能となる。 共通マルチプレックスディスプレイは、例えばα数字の表示のためにx、y行 列フォーマットで配置された表示素子(即ちピクセル)を有する。行列フォーマ ットは、一方のスライド上の電極を一連の列電極として、他方のスライド上の電 極を一連の行電極として形成することにより提供 される。各列及び行の交点はアドレス指定可能な素子又はピクセルを形成する。 他の行列レイアウト(例えばセブンバー数値表示)も公知である。 多数の異なるマルチプレッスクアドレス計画がある。共通の特徴は、ストロー ブ電圧と称する電圧を各行又は列に順番に印加することである。各行に印加され るストローブと同時に、データ電圧と称する適切な電圧が全ての列電極に印加さ れる。種々の計画の相違はストローブの形状及びデータ電圧の波形にある。 他のアドレス計画はGB−2,146,473−A号;GB−2,173,3 36−A号;GB−2,173,337−A号;GB−2,173,629−A 号;WO 89/05025号;Harada等 1985 S.I.D.Pa per 8.4pp131−134;Lagerwall等 1985 I.D .R.C pp213−221及びP Maltese等 Proc 1988 IDRC p90−101 Fast Addressing for Fer ro Electric LC Display Panelsに記載されてい る。 材料は、データ波形と関連する反対符号の2つのストロ ーブパルスによって2つの状態の間を切り替わり得る。あるいは、ブランキング パルスを用いて、材料を一方の状態に切り替えてもよい。定期的にブランキング パルス及びストローブパルスの符号を交互にして、正味直流値を維持してもよい 。 これらのブランキングパルスは通常、2つのデータ波形のどちらが交点に加え られようとも材料が切り替わるように、印加の振幅及び長さがストローブパルス よりも大きい。ブランキングパルスは、ストローブの前にライン毎の方式で印加 され得るか又は全ディスプレイが一度にブランキングされ得るか又はライン群が 同時にブランキングされ得る。 強誘電性液晶装置技術の分野では、装置から最も高い性能を引き出すために、 特定型の装置で最も適した強誘電性スメクチック特性を有する材料となる化合物 の混合物を使用することが重要であることがよく知られている。 装置は、応答時間対パルス電圧曲線を考慮して速度で評価することができる。 この関係は、特定の印加電圧(Vmin)での切り替え時間(tmin)が最小である ことを示し得る。Vminより高い又は低い電圧では、切り替え時間はtminより長 くなる。このように応答時間対電圧極性が 最小である装置が、他の強誘電性液晶装置よりも高いコントラストにて、高いデ ューティーレシオでマルチプレッスク駆動され得ることは十分に理解されよう。 低い印加電圧及び短いパルス長さでそれそれ応答時間対電圧曲線が最小になって 、低い電圧源及び速いフレームアドレスリフレッシュ速度を用いて装置を駆動で きることが好ましい。 強誘電性装置内に加えたときにこのような最小値を示さない通常の公知の材料 (適切な液晶特性を有する化合物の混合物)としては、SCE13及びZLI− 3654(共にMerck UK Ltd.Poole,Dorset製)とし て公知の市販材料が含まれる。このような最小値を示さない装置は、例えば市販 のSCE8(Merck UK Ltd.)のような材料を用いて、PCT G B88/01004号に従って製造され得る。従来技術の材料の他の例はPCT /GB/86/00040号、PCT/GB87/00441号及びUK223 2416B号に記載されている。 これまでに達成されていたよりも短い切り替え時間及び/又は低い電圧を有す る装置を提供することが本発明の目的である。 本発明によれば、(例えばマルチプレッスクアドレスされる)強誘電性液晶装 置は、各々が電極構造を有し、少なくとも配向(alignment)層と対面 する表面上で処理される2つの離間したセル壁と、該セル壁の間に包囲されたス メクチック液晶材料層とを含んでなり、応答時間対電圧曲線が最小であり、液晶 材料が以下の2成分A、Bからなり、成分A が0.1〜50重量%存在して、材料に自発分極を付与し得る1種以上の 光学活性化合物であり、成分B はA+Bが100重量%になるのに十分な量存在して、 (式中、a、b及びcは独立して0、1、2であり、R1及びR2はC1-15直鎖又 は分枝鎖アルキル又はアルコキシ、好ましくはC3−C12である)の中から選択 される少なくとも2種の化合物であり、上記で(成分Bの場合)、CH=CH結 合基はC24で置換されていてもよく、CH2O結合基はOCH2で置換されてい てもよいが、但し、Aが のときに、成分Bは の組み合わせではあり得ず、 Aが の組み合わせのときに、 成分Bは ではあり得ないことを特徴とする。 成分Aは好ましくは1〜15重量%、更に好ましくは1〜5重量%存在する。 成分Bを構成する化合物は好ましくは5〜60重量%、更に好ましくは10〜3 0重量%存在する。 この材料が、PCT/GB88/01111号に記載されているような以下の 式: [式中、R1は水素、C1-12アルキル、アルコキシ、パーフルオロアルキル及び パーフルオロアルコキシの中から選択され、直鎖であっても分枝鎖であってもよ く、R2はアルキルであってC1-8直鎖、C1-15分枝鎖又は環式であり得、rは1 〜10の整数であり、n及びmは独立して0又は1であり、Xは一般式: (式中、(F)は関連するフェニル環が1個又は2個のフッ素置換基を有し得る ことを示し、pは0又は1であり、Zはpが0のときには単結合であり、pが1 のときにはCOO又は単結合である)で表される基である]で表される光学活性 ドーパントを含んでいることが好ましい。 CN基はCH3、CF3、ハロゲン(好ましくはF又はCl)で置換されていて もよい。CO2基は逆さであってもよい。キラル単位CH(CN)R2がキラルエ ポキシド基で置換されていてもよい。1個以上のフェニル基がシクロヘキシル基 で置換されていてもよい。 装置が45ボルト末満のVmin及び/又は100μs未満のtminを有すること が好ましい。 成分Aは更に、(−)左コレステリック回転ねじれ方向を示す1種以上のキラ ル成分を、(+)右回転ねじれ方向を示す1種以上のキラル成分と組合させ得る ことを特徴とし得る。(−)成分のいずれも、(+)成分の光学異性体ではあり 得ない。このキラル混合物はキラルスメクチック 自体であってもよいし、非キラル及び/又はラセミ体傾斜(tilted)スメ クチック液晶宿主材料への添加剤として使用してもよい。あるいは、キラル成分 が同一のコレステリック回転ねじれ方向を有していてもよく、この場合、室温よ りも高い温度でキラルスメクチック相と等方性相との間にコレステリック相を有 し、コレステリックピッチpがコレステリックからスメクチックへの転移温度よ りも少なくとも0.1℃高い温度範囲で層厚さdの半分よりも大きく、キラルス メクチック相でかなりの自発分極を生ずる傾斜キラルスメクチック液晶材料であ ることを特徴とする液晶材料が得られる。US特許第5,061,047号は、 液晶表示装置の幾つかの適切な製造方法を記載している。 Ps値は少なくとも0.1nC/cm2であり、好ましくは1nC/cm2以上 である。 層厚さは15μm以下であってもそれ以上であってもよいが、通常は1〜12 μmである。 以下で添付図面を参照して、本発明を例示的に説明する。 図1は時マルチプレッスクアドレスされたx、y行列の概略図である。 図2は、図1のディスプレイの一部の横断面を拡大した ものである。 図3は(tmin/Vmin)特徴のターンアラウンドを表わしたものである。 図4〜図6は、混合物のそれぞれについての30℃でのt/μs対 V/Vのグラフである。(混合物については表1を参照されたい)。 図1、2に示すディスプレイ1は、スペーサーリング4及び/又は分配スペー サーによって約1〜6μm離間した2つのガラス壁2、3を含んでいる。 透明酸化スズの電極構造5、6が両壁の内面上に形成される。これらの電極は 、X、Y行列を形成する行及び列として示されているが、他の形態であってもよ く、例えばディジタルセブンバーディスプレイを形成するセグメントであっても よい。 液晶材料層7が壁2、3とスペーサーリング4との間に含まれる。 偏光子8、9がセル1の前部及び背部に配置される。行ドライバー10及び列 ドライバー11がセルに電圧信号を送る。行ドライバー10及び列ドライバー1 1に供給される2組の波形が生ずる。ストローブ波形発生器12は行波 形を供給し、データ波形発生器13は列ドライバー11にON/OFF波形を供 給する。タイミング及びディスプレイフォーマットの全体の制御は対照論理演算 装置14で行われる。 組立の前に、壁2、3を例えばポリアミド又はポリイミド薄層上で回転させ( spinning)、乾燥し、適当とあれば硬化し、次いで柔らかい清浄布(例 えばレーヨン)で単一方向R1、R2に磨くことにより表面処理する。この公知 の処理によって、液晶分子の表面が整列する。電界が生じなければ、分子はそれ 自体でラビング方向に沿って整列する。R1とR2は平行(+/−30°)であ って方向は同一であるか又は反対である。適切な一方向電圧が印加されると、分 子配向ベクトルが、互いに約45°の角度にある2個の配向ベクトルD1、D2 の一方に沿って整列する。 この装置は、状態を光学的に識別する手段、例えば1個以上の偏光子を含んで いる。この装置は伝送又は反射モードで動作し得る。前者の場合、例えばタング ステン球から装置を貫通する光が選択的に伝導されるか又は阻止されて、所望の ディスプレイを形成する。反射モードでは、ミラー が第2偏光子9の背後に配置されて、セル1や2個の偏光子を貫通して戻ってき た周囲の光を反射する。部分反射式ミラーを製造することにより、装置は伝送モ ード及び反射モードの両方で動作し得る。 材料7に多色染料を加えてもよい。この場合、偏光子が1個だけ必要であり、 層厚さは4〜10μmであり得る。 一般的な2μmの厚さでは、室温(例えば22℃)の材料は、100μsに対 して+又は−50ボルトのdcパルスで切り替わる。2つの切り替え状態D1、 D2は随意に、正パルスを受けた後はON、十分な大きさの負パルスを受けた後 はOFFと定義することができる。偏光子8、9は、偏光軸が互いに垂直であり 、一方の偏光軸が一方の切り替え状態においてダイレクターに平行になるように 配置される。 動作時に、ストローブ波形が各行に加えられ、適切なON又はOFFデータ波 形が各列の電極に加えられる。これにより、ON状態のx、y交点及びOFF状 態の他の交点によって形成される所望のディスプレイパターンが得られる。この ようなアドレスはマルチプレッスクアドレスと呼ばれる。 以下の化合物及び混合物は本発明の実施例である。 表1に示すデータを分析すると、項目見出しのEmin/Ps及びtmin×XPs2 を考察するのが恐らく最もためになる。 混合物及びの異なる温度でのPs及びθデータを表2及び表3に示す。 種々の混合物を以下で、特に明記しない限り30℃で評価する。Vminの単位 はV、tminの単位はμs、Psの単位はnCcm-2である。 ZLI 5014−000はMerckから市販されている混合物である。 Vmin=60 tmin=26 Ps=2.7nCcm-2 LB7は、以下の成分: の1:1混合物である。 次いで、この混合物を1部の以下の成分: 及び5%のBE80F2N(1%活性剤)と混合する。 Vmin=46 tmin=29 Ps=1.9nCcm-2 AJS20は以下の成分: 及び5%のBE80F2N(1.75%活性剤) の混合物である。 Vmin=21.4 tmin=38 Ps=2.3nCcm-2 AJS62は以下の成分: 及び5.1%のBE80F2N(1.8%活性剤) の混合物である。 Vmin=70 tmin=19.6 AJS64は以下の成分: 及び5.2%のBE80F2N(2.3%活性剤) の混合物である。 Vmin=55 tmin=19.6 AJS67は以下の成分: 及び5%のBE80F2N(2.25%活性剤) の混合物である。 Vmin=6.5 tmin=19 Ps=6.9nCcm-2(7.5Vacバイアス ) AJS32は以下の成分: 及び1.75%のBE80F2N の混合物である。 Vmin=46 tmin=15 Ps=4.2nCcm-2 VH53は以下の成分: 及び5%のBE80F2N(1%活性剤) の混合物である。 Vmin=44 tmin=61 Ps=2.5nCcm-2 LPM68は以下の成分: 及び1%のIGS97 の混合物である。 Vmin=50 tmin=36 Ps=3.0nCcm-2 13/291−1は以下の成分: の混合物である。 Vmin=40 tmin=33 Ps=6.4nCcm-2(36℃) 031291−1は以下の成分: の混合物である。 Vmin=38 tmin=35 Ps=6.5nCcm-2(25℃) H1は以下の成分: 及び1.75%のBE80F2N の混合物である。 Vmin=35 tmin=90 Ps=9.0nCcm-2 VH50は以下の成分: 及び10%のBE80F2N(1.71%活性剤) の混合物である。 Vmin=35 tmin=163 Ps=7.4nCcm-2 VF9は以下の成分: 及び2%のBE80F2N の混合物である。 Vmin=61 tmin=41 Ps=9.2nCcm-2 BDH835はMerckから市販されている混合物である。 Vmin=45 tmin=33 Ps=9.5nCcm-2 SCE8はMerckから市販されている混合物である。 Vmin=50 tmin=46 Ps=5.7nCcm-2(25℃) LT4は、以下の成分: 及び2%のBE80F2N の混合物である。 Vmin=52 tmin=26 Ps=6.6nCcm-2(0℃) VH51は、以下の成分: 及び10%のBE80F2N(1.75%活性剤) の混合物である。 Vmin=30 tmin=66 Ps=7.1nCcm-2 VH52は、以下の成分: 及び10%のBE80F2N(1.7%活性剤) の混合物である。 Vmin=35 tmin=121 Ps=5.7nCcm-2 AS452は、以下の成分: 及び1.75%のBE80F2N の混合物である。 Vmin=41 tmin=13 AS407は、以下の成分: 及び2.5%のIGS97 の混合物である。 Vmin=50 tmin=29 Ps=7.74nCcm-2 AS436は、以下の成分: 及び2.5%のIGS97 の混合物である。 Vmin=50 tmin=17 Ps=6.6nCcm-2 AS435は、1.28%のIGS97が存在することを除いてAS436と同 一である。 Vmin=45 tmin=31 Ps=2.7nCcm-2 ここで、 IGS97は、 で表され、 BE80F2Nは、 で表される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マクドネル,ダミアン・ジエラルド イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・3・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユース・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー、 デイー・アール・エイ・モールバーン(番 地なし) (72)発明者 ジヨーンズ,ジヨン・クリフオード イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・3・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユース・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー、 デイー・アール・エイ・モールバーン(番 地なし) (72)発明者 スラニー,アンドリユー イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・3・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユース・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー、 デイー・アール・エイ・モールバーン(番 地なし) 【要約の続き】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.各々が電極構造を有し、少なくとも配向層と対面する表面上で処理される2 つの離間したセル壁と、該セル壁の間に包囲されたスメクチック液晶材料層とを 含んでなり、応答時間対電圧曲線が最小である強誘電性液晶装置であって、液晶 材料が以下の2成分A、Bからなり、成分A が0.1〜50重量%存在して、材料に自発分極を付与し得る1種以上の 光学活性化合物であり、成分B はA+Bが100重量%になるのに十分な量存在して、 (式中、a、b及びcは独立して0、1、2であり、R1及びR2はC1-15直鎖又 は分枝鎖アルキル又はアルコキシ、好ましくはC3−C12である)の中から選択 される少なくとも2種の化合物であり、上記で(成分Bの場合)、CH=CH結 合基はC24で置換されていてもよく、CH2O結合基はOCH2で置換されてい てもよいが、但し、Aが のときに、成分Bは の組み合わせではあり得ず、 Aが の組み合わせのときに、 成分Bは ではあり得ないことを特徴とする前記強誘電性液晶装置。 2.成分Bを構成する化合物の1種が、 の中から選択された1種以上の化合物からなる請求項1に 記載の装置。 3.成分Aが、以下の一般式: [式中、R1は水素、C1-12アルキル、アルコキシ、パーフルオロアルキル及び パーフルオロアルコキシの中から選択され、直鎖であっても分枝鎖であってもよ く、rは1〜10の整数であり、n及びmは独立して0又は1であり、Xは一般 式: (式中、A、B及びCは独立してフェニル又はシクロヘキシルであり、(F)は 関連する環が1個又は2個のフッ素置換基を有し得ることを示し、pは0又は1 であり、Zはpが0のときには単結合であり、pが1のときにはCOO又は単結 合である)で表される基であり、YはCO2又はO2Cであり得、Lはキラルエポ キシドであり得るか又は式: (式中、JはCN、F、Cl、CH3又はCF3であり得、R2はアルキルであっ てC1-8直鎖、C1-15直鎖、C1-15分枝鎖又は環式であり得る)で表される]で 表される請求項1又は2に記載の装置。 4.成分Aが、以下の一般式: [式中、R1は水素、C1-12アルキル、アルコキシ、パーフルオロアルキル及び パーフルオロアルコキシの中から選択され、直鎖であっても分枝鎖であってもよ く、R2はアルキルであってC1-8直鎖、C1-15分枝鎖又は環式であり得、rは1 〜10の整数であり、n及びmは独立して0又は1であり、YはCO2又はO2C であり得、JはCN、F、Cl、CH3又はCF3であり得、Xは一般式: (式中、A、B及びCは独立してフェニル又はシクロヘキシルであり、(F)は 関連する環が1個又は2個のフッ素置換基を有し得ることを示し、pは0又は1 であり、Zはpが0のときには単結合であり、pが1のときにはCOO又は単結 合である)で表される基である]で表される請求項1又は2に記載の装置。 5.JがCNであり、YがCO2である請求項4に記載の装置。 6.A、B及びCがフェニル環である請求項5に記載の装置。 7.成分Aが以下の一般式: で表される請求項6に記載の装置。 8.成分Aが以下の一般式: のいずれかで表される請求項6に記載の装置。 9.成分Aが以下の一般式: (式中、nは0又は1であり、rは1〜6であり、R1はC1-12アルキル又はア ルコキシであり、R2は分枝鎖アルキルである)で表される請求項6に記載の装 置。 10.R2がイソプロピルである請求項9に記載の装置。 11.成分Bを構成する化合物の1種が、以下の式: で表される請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 12.成分Bを構成する化合物の1種が、以下の式: で表される請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 13.成分Bを構成する化合物の1種が、以下の式: で表される請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 14.成分Bを構成する化合物の1種が、以下の式: で表される請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 15.成分Bを構成する化合物の1種が、以下の式: で表される請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 16.成分Bを構成する化合物の1種が、以下の式: で表される請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 17.成分Aを構成する1種以上の化合物が1〜15重量%存在する請求項1に 記載の装置。 18.成分Aを構成する1種以上の化合物が1〜15重量%存在する請求項2か ら16のいずれか一項に記載の装置。 19.成分Bを構成する1種以上の化合物が5〜60重量%存在する請求項1に 記載の装置。 20.成分Aを構成する1種以上の化合物が10〜30重量%存在する請求項2 から16のいずれか一項に記載の装置。 21.強誘電性液晶装置がマルチプレッスクアドレスされる 請求項1に記載の装置。 22.強誘電性液晶装置がマルチプレッスクアドレスされる請求項2から20の いずれか一項に記載の装置。 23.成分Aを成分Bに添加すると、コレステリックからスメクチックへの転移 温度よりも少なくとも0.1℃高い温度範囲で層厚さdの半分よりも大きいコレ ステリックピッチを有し、キラルスメクチック相でかなりの自発分極Psを有す る傾斜キラルスメクチッタ液晶材料を生ずる請求項1に記載の装置。 24.得られる混合物のキラル傾斜スメクチック相で実質的な自発分極を生ずる ように成分Aが(+)及び(−)キラル材料を含んでいる請求項23に記載の装 置。
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