JPH0959636A - 液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブマトリックス型または単純マトリ
ックス型の液晶表示素子に好適に使用される液晶組成物
を提供する。 【解決手段】 下記一般式(1) で表される反強誘電性液
晶に下記化学式(2)のフェリ誘電性液晶および下記一般
式(3) で表される光学活性化合物を混合してなる液晶組
成物。 【化１】 （式中 R, R'は直鎖アルキル基、ｍは５以上の整数、ｎ
は１以上の整数、X, Y,Z はフッ素原子または水素原
子、p は 4以上の整数、C*は不斉炭素である。)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各画素毎に駆動する
アクティブマトリクス型の液晶表示素子或いは単純マト
リックス型の液晶表示素子に好適に使用される液晶組成
物並びに該組成物を用いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子(LCD) は、従来のブラウン
管ディスプレイに代わるフラットパネルディスプレイと
して、既にポータブル機器を中心に普及しつつある。最
近のパーソナルコンピュータやワードプロセッサの機能
拡大、および処理情報の大量化にともない、LCD にもよ
り高い機能、即ち大表示容量化、フルカラー表示、広視
野角、高速応答、高コントラスト化等が要求されてい
る。

【０００３】この様な要求に応える液晶表示方式（液晶
駆動方式）として、画面の各画素毎に薄膜トランジスタ
(TFT) あるいはダイオード(MIM) を形成し、各画素毎に
独立して液晶を駆動する方式であるアクディブマトリク
ス(AM)表示素子と単純マトリックス駆動方式による STN
表示素子が実施されている。ＡＭ表示方式は、製造歩留
りが低いため低コスト化が困難である、大画面化が困難
であるなどの問題はあるものの表示品質の高さにより従
来主流であったＳＴＮ表示方式を凌駕し、ＣＲＴに迫る
勢いとなっている。

【０００４】従来、ＡＭ表示素子には液晶材料としてＴ
Ｎ（ツイステッドネマチック）液晶が用いているため、
次のような問題が生じている。 (1) TN液晶はネマチック液晶であり、応答速度が一般的
に遅く（数十ｍｓ）、動画表示を行うとき良好な画質が
得られない。 (2) 液晶分子のねじれ状態（ツイスト配向）を利用して
表示するため、視野角が狭い。特に階調表示を行うと、
視野角が急激に狭くなる。すなわち、ディスプレイを見
る角度によって、コントラスト比、色などが変わってし
まう。また、単純マトリックス駆動による液晶表示素子
は、ＡＭ駆動素子に比べ、低コストで生産が可能である
が、上記(1) 、(2) の問題に加えて大容量駆動、動画表
示が困難であるなどの問題がある。

【０００５】これらの問題を解決するため、ＴＮ液晶に
代えて、強誘電性液晶や反強誘電性液晶を採用したＡＭ
パネルの提案も近年行われている（特開平5-249502、特
開平5-150257、特開平6-95080 等）が、これらの液晶に
も下記(3),(4) のような問題点があり実用化の壁は厚い
のが現状である。 (3) 強誘電性液晶は自発分極を有しているが、自発分極
が常に存在するため画面の焼き付きが起こりやすく駆動
が困難となる。また、強誘電性液晶は原理的に黒、白の
２値表示しかできないため、階調表示は極めて困難であ
る。階調表示を行うとするときには特別な工夫が必要で
あり (例えば、単安定を使用した強誘電性液晶素子; Ke
iichi Nito et al., SID'94, Preprint p48)、高度な実
用化技術の開発が必要とされる。

【０００６】(4) 反強誘電性液晶は、永久自発分極が存
在しないため上記(3) で述べられている焼き付の問題は
回避されている。ＡＭ駆動においては、少なくとも10Ｖ
以下で駆動する液晶材料が必要であるが、反強誘電性液
晶は一般にしきい値電圧が高く、低電圧駆動は困難であ
る。また、光学応答に履歴（ヒステリシス）があるため
階調表示が困難であるなどの問題を有している。また、
単純マトリックス駆動による液晶表示素子においても、
反強誘電性液晶の高いしきい値電圧 (大きい駆動電圧を
意味する) は、駆動用ＩＣへの負荷を大きくするためし
きい値電圧の低下が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、以上
のような問題点を解決できるＡＭ駆動、単純マトリック
ス駆動に適したしきい値電圧の極めて低い新しい材料を
提供することにある。ＡＭ駆動に適した新しい材料とし
てフェリ誘電相を有する液晶が考えられる。フェリ誘電
相(=SCγ* 相）を有するフェリ誘電性液晶は、1989年、
4-(4−オクチルオキシフェニル）安息香酸-4-(1-メチル
ヘプチロキシカルボニル）フェニル(略称 MHPOBC)にお
いて初めて発見された(Japanese Journal of AppliedPh
ysics, Vol.29, No.1, 1990, pp.L131-137）。

【０００８】MHPOBCの構造式とその相系列は下記のとお
りである。 MHPOBC式：C₈H₁₇O-Ph-Ph-COO-Ph-COO-C*H(CH₃)C₆H₁₃ (式中のPhは1,4-フェニレン基、C*は不斉炭素、アルキ
ル基は直鎖アルキル基) 相系列 ：I(147)SA(122) SCα*(121)SC*(119)SCγ*(11
8)SCA*(65)SIA*(30)Cr (但し、SAはスメクチックＡ相、SCα* はカイラルスメ
クチックＣα相、SC* はカイラルスメクチックＣ相（強
誘電相）、SCγ* はフェリ誘電相（カイラルスメクチッ
クＣγ相）、SCA*はカイラルスメクチックCA相（反強誘
電相）、SIA*はカイラルスメクチックIA相、Crは結晶
相、括弧内は相転移温度 (℃) を示す。)

【０００９】フェリ誘電性液晶を説明するために図１に
フェリ誘電相における分子配列状態を、図２にフェリ誘
電相の三角波に対する光学応答を示した。なお、図２に
おいては、フェリ誘電状態から強誘電状態へ変化する電
圧と、強誘電状態からフェリ誘電状態へ変化する電圧と
の間に差が認められるが、配向条件（配向膜の種類、厚
さ、絶縁膜の種類、厚さなど）を最適化することによっ
てその差を無くすことができる。フェリ誘電相では図１
の FI(+) (印加電圧が正の場合) あるいは FI(-) (印加
電圧が負の場合) の分子配列をしている。電場のない状
態では、 FI(+)と FI(-)とは等価であるので、共存して
いる。従って、平均的な光軸は層法線方向となり、図１
に示した偏光板の条件下では暗状態となる。この状態は
図２において電圧０で透過光強度が０のところに相当す
る。

【００１０】また、 FI(+)及びFI(-) は、分子配列状態
から明らかなようにそれぞれ自発分極を有するが、これ
らの共存状態では自発分極を打ち消し合うため、平均的
な自発分極は零となる。このことから、フェリ誘電性液
晶は、反強誘電性液晶と同様に強誘電性液晶に見られる
焼き付き現象から逃れられる。

【００１１】フェリ誘電相に電場を印加すると、電場の
向きに応じ安定な状態である強誘電相 FO(+)又はFO(-)
に相転移する。すなわち、図２において透過光強度が０
から飽和状態（左右の平坦部）となったものが FO(+)又
はFO(-) である。この強誘電状態 FO(+)又はFO(-) で
は、フェリ誘電状態 FI(+)又はFI(-) より更に大きな自
発分極が発現することが図１より分かる。応答速度は自
発分極が大きいほど速くなるが、このことより高速応答
性が発現する。図１に示した偏光板の条件下では、両強
誘電状態は明状態となる。以上のように、フェリ誘電相
では、 FI(+)とFI(-) の共存状態を暗、強誘電状態 FO
(+)及びFO(-) を明として使用できる。

【００１２】従来の強誘電性液晶は FO(+)、FO(-) 間の
スイッチングであったのに対し、フェリ誘電性液晶では
FI(+)、FO(+) 、FO(-) 及び FI(-)の４状態間でスイッ
チングをするという大きな特徴を有している。しかしな
がら、その表示原理はいずれも液晶の複屈折性を利用し
たものであり、視角依存性の小さな表示素子の作製が可
能である。

【００１３】フェリ誘電性液晶は図２に示されているよ
うに、一般的にフェリ誘電状態から強誘電状態へ変化す
る電圧と、強誘電状態からフェリ誘電状態へ変化する電
圧の差が小さい、すなわち、ヒステリシスの幅が狭い傾
向が強くＡＭ駆動及びＡＭ駆動における階調表示に適し
た性質を持っている。また、フェリ誘電性液晶の電圧に
よる変化に於て、フェリ誘電状態から強誘電状態へ変化
する電圧であるしきい値電圧は、反強誘電性液晶に比べ
て小さい傾向を有し、この点からもフェリ誘電性液晶は
ＡＭ駆動に適しているといえる。しかしながら、現在ま
で合成されたフェリ誘電性液晶の数はきわめて少なく、
更に従来知られていたフェリ誘電性液晶はＡＭ駆動素子
への応用を考えたとき、ヒステリシス、しきい値電圧の
面で満足すべきものは見いだされていない。

【００１４】また、単純マトリックス駆動用の材料にお
いても、しきい値電圧が低く十分な応答速度を有する液
晶材料の開発は、駆動用ＩＣの面から必須の項目であ
る。反強誘電性液晶のしきい値電圧を低下させる方法と
して、本発明者らが既に特開平6-184536号において反強
誘電性液晶にフェリ誘電性液晶を混合することによっ
て、低しきい値電圧である反強誘電性液晶組成物が得ら
れることを明らかにしている。しかしながらこの手法
は、応答速度の面からみたときに必ずしも満足する結果
とはなっていない。

【００１５】応答速度の高速応答性は次のような点で重
要である。図３に示したように、反強誘電性液晶の場合
電圧に対して明確な光学的な履歴があり、そして反強誘
電状態から強誘電状態、強誘電状態から反強誘電状態へ
の二つのスイッチングが存在する。この電圧による二つ
のスイッチング速度、即ち応答速度は素子の表示品質を
決定する１つの大きな因子である。

【００１６】例えば、単純マトリックス駆動において
は、線順次走査するので反強誘電から強誘電状態への応
答速度は走査線１ライン当たりの書き込み速度となるの
で１画面を構成する走査線数を決定することになる。即
ち、応答速度が速ければ速いほど走査線数を増やすこと
ができ、高精細な素子を実現できる。また、強誘電から
反強誘電状態への応答速度は素子の駆動法の設計により
必要とされる速度は変わる。一般にこの速度は、駆動方
法を決定した後、最適な値に設定される。ＡＭ駆動に於
いても、累積応答ではなく１パルスで書き込みが終了す
ることが要求されるので、フェリ誘電状態から強誘電状
態への応答速度が重要となる。本発明では、このような
ことから反強誘電から強誘電状態、フェリ誘電状態から
強誘電状態への応答速度に注目した。

【００１７】以上、本発明は、反強誘電性液晶とフェリ
誘電性液晶の混合物にある種の光学活性化合物を添加す
ることによって、ヒステリシス、しきい値電圧、応答速
度の特性に優れＡＭ駆動に好適に使用できる新しいフェ
リ誘電性液晶組成物を提供することにある。また、本発
明は、反強誘電性液晶とフェリ誘電性液晶の混合物にあ
る種の光学活性化合物を添加することによって単純マト
リックス駆動用材料として好適に使用できる、しきい値
電圧が低く高速応答性を示す材料を提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、下
記一般式(1) で表される反強誘電性液晶、下記化学式
(2) で表されるフェリ誘電性液晶および下記一般式(3)
で表される光学活性化合物を混合してなる液晶組成物で
ある。

【００１９】

【化２】 （式中 R, R'は直鎖アルキル基、ｍは５以上の整数、ｎ
は１以上の整数、X, Y,Z はフッ素原子または水素原
子、ｐは４以上の整数、C*は不斉炭素である）。

【００２０】本発明においては、上記一般式(1) のＲの
炭素数が 6〜10である反強誘電性液晶が好適に使用され
る（実施例１〜８，９〜14）。また、一般式(1) のｍは
5〜6 の範囲、ｎは 2〜3 の範囲が好ましく、特にｍ＝
５、ｎ＝２の反強誘電性液晶が特に好適である。上記一
般式(3) のR'の炭素数が 8〜12である光学活性化合物が
好ましい（実施例１〜８，９〜14）。また、一般式(3)
のｐが４〜10の偶数である光学活性化合物が好ましい
（実施例１〜８，９〜14）。

【００２１】本発明の液晶組成物においては、実用的に
要求される温度範囲にフェリ誘電相を有するもの、又
は、反強誘電相を有するものとしてその組成成分比を調
製することにより調製できる。この組成としては、一般
式(1) で表される反強誘電性液晶 20〜70モル％、化学
式(2) で表されるフェリ誘電性液晶 5〜50モル％、一般
式(3) で表される光学活性化合物 10〜40モル％の範囲
から選択するのが好ましい。

【００２２】ＡＭ駆動用材料としてはフェリ誘電相を有
していることが好ましく、単純マトリックス駆動用材料
の場合は、反強誘電相を持つことが好ましい（実施例１
〜９及び実施例10〜14）。本発明に於ける該液晶組成物
は、配向膜、絶縁膜を付けた２枚の電極基板に挟持して
使用されるが、その際挟持された状態での液晶分子の配
向性が表示品質を決める１つの要素となるため配向性の
良否は極めて重要である。そのため該液晶組成物は反強
誘電相或いはフェリ誘電相の高温側にカイラルスメクチ
ックＣ相、またはスメクチックＡ相を有することが好ま
しく、より好ましくはスメクチックＡ相を有することで
ある（全実施例）。

【００２３】ＡＭ駆動用材料としてはフェリ誘電相を有
していることが好ましく、フェリ誘電相を少なくとも温
度 0〜40℃の範囲、特にフェリ誘電相を少なくとも温度
−20℃〜＋50℃の範囲に有する液晶組成物が好ましい。
また、該フェリ誘電相のフェリ誘電状態から強誘電状態
へ転移するときのしきい値電圧が 5V/μｍ以下、特に 2
V/μｍ以下が好ましい。そして、このフェリ誘電相を有
する液晶組成物を、各画素毎に薄膜トランジスタあるい
はダイオード等の非線形能動素子を設置した基板間に狭
持したアクティブマトリクス液晶表示素子が好適に製造
できるものであり、該非線形能動素子による液晶の電圧
による駆動を、２つのフェリ誘電状態と２つの強誘電状
態、及びその中間状態へのスイッチングにて行うことか
らなるアクティブマトリクス液晶表示素子とされる。

【００２４】一方、単純マトリックス駆動用材料の場合
は、反強誘電相を持つことが好ましく（実施例10〜1
4）、反強誘電相を少なくとも温度 0〜40℃の範囲、特
に反強誘電相を少なくとも温度−20℃〜＋50℃の範囲に
有する液晶組成物が好ましい。また、該反強誘電相の反
強誘電状態から強誘電状態へ転移するときのしきい値電
圧が 10V/μｍ以下、特に 5V/μｍ以下が好ましい。そ
して、この反強誘電相を有する液晶組成物を、走査電極
と信号電極をマトリックス上に配置した基板間に狭持し
た単純マトリックス液晶表示素子が好適に製造できるも
のであり、該単純マトリックス液晶素子による電圧によ
る駆動を、１つの反強誘電状態と２つの強誘電状態の間
でスイッチグすることからなる単純マトリックス液晶表
示素子とされる。

【００２５】本発明の反強誘電性液晶は、本発明者らが
既に明らかにした方法（特開平3-198155号）によって容
易に製造できる。その製造法の概略は次の通りである。 (イ) AcO-Ph(3X)-COOH + SOCl₂ → AcO-Ph(3X)-COCl (ロ) (イ) + HOC*H(CF₃)(CH₂)_mOC_nH_2n+1 → AcO-Ph(3X)-COOC*H(CF₃)(CH₂)_mOC_nH_2n+1 (ハ) (ロ) + Ph-CH₂NH₂ → HO-Ph(3X)-COOC*H(CF₃)(CH₂)_mOC_nH_2n+1 (ニ) R-O-Ph-Ph-COOH + SOCl₂ → R-O-Ph-Ph-COCl (ホ) (ロ) + (ニ) → 目的液晶化合物 上記の式において、Phは1,4-フェニレン基、Ph(3X)は3-
位に適宜Ｆ置換した1,4-フェニレン基、C*は不斉炭素を
示す。

【００２６】上記製造法を簡単に説明すると次の通りで
ある。(イ) はp-アセトキシ安息香酸の塩化チオニルによ
る塩素化反応である。(ロ) は塩化物(イ) と光学活性アル
コールとの反応によるエステルの生成である。(ハ) はエ
ステル(ロ) の脱アセチル化である。(ニ) は 4'-アルキル
オキシビフェニル−4-カルボン酸の塩素化である。(ホ)
は (ハ)と(ニ) との反応による目的液晶化合物の生成反応
である。

【００２７】本発明のフェリ誘電性液晶は、本発明者ら
が既に明らかにした方法（特開平3-292388号）によって
容易に製造できる。その製造法の概略は次の通りであ
る。 (1) AcO-Ph-Ph-COOH + SOCl₂ → AcO-Ph-Ph-COCl (2) (1) + CF₃C*H(OH)(CH₂)₅OC₂H₅ → AcO-Ph-Ph-COO-C*H(CF₃)(CH₂)₅OC₂H₅ (3) (2) + Ph-CH₂NH₂ → HO-Ph-Ph-COO-C*H(CF₃)(CH₂)₅OC₂H₅ (4) R-O-Ph-COOH + LiAlH₄ → R-O-Ph-CH₂0H (5) (3) + (4) + (トリフェニルホスフィン/シ゛エチルアソ゛シ゛カルホ゛ン 酸) → 目的液晶化合物 上記の式において、Phは1,4-フェニレン基、C*は不斉炭
素を示す。

【００２８】上記製造法を簡単に説明すると次の通りで
ある。(1) は 4'-アルキルオキシビフェニル−4-カルボ
ン酸の塩素化である。(2) は塩化物(1) と光学活性アル
コールとの反応によるエステルの生成である。(3) はエ
ステル＜２＞の脱アセチル化である。(4) はp-アセトキ
シ安息香酸のカルボキシル基の還元である。(5) は (3)
と(4) との反応による目的液晶化合物の生成反応であ
る。

【００２９】また、本発明の光学活性化合物は本発明者
らが既に明らかにした方法（特願平7-13856 号）によっ
て容易に製造できる。その製造法の概略は次の通りであ
る。 (a) HO-Ph(2Y)-COOH + RCOCl → RCOO-Ph(2Y)-COOH (b) (a) + SOCl₂ → RCOO-Ph(2Y)-COCl (c) AcO-Ph(3Z)-COOH + SOCl₂ → AcO-Ph(3Z)-COCl (d) (c) + R*OH → AcO-Ph(3Z)-COOR* (e) (d) + Ph-CH₂NH₂ → HO-Ph(3Z)-COOR* (f) (b) + (e) → 目的光学活性化合物 上記の式において、Phは1,4-フェニレン基、Ph(2Y)、Ph
(3Z)は2-位か3-位に適宜Ｆ置換した1,4-フェニレン基、
R*OHは光学活性アルコールを示す。

【００３０】上記製造法を簡単に説明すると次の通りで
ある。(a) はp-ヒドロキシ安息香酸と酸クロライドとの
反応によるエステルの生成である。(b) は(a) の塩化チ
オニルによる塩素化である。(c) はp-アセトキシ安息香
酸の塩化チオニルによる塩素化である。(d) は (c)と直
鎖アルコールとの反応によるエステル化である。(e) は
(d)のベンジルアミンによる脱アセチル化である。(f)
は (b)と(e) との反応によるエステル化である。

【００３１】

【実施例】以下の実施例において、本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 下記化学式(1A)で示される反強誘電性液晶に、上記化学
式(2) のフェリ誘電性液晶および下記化学式(3A)で示さ
れる学活性化合物をそれぞれ45、25、30モル％の割合で
混合して液晶組成物を調製した。 1A : C₆H₁₃-O-Ph-Ph-COO-Ph(3F)-COO-C*H(CF₃)(CH₂)₅OC₂H₅ 3A : C₉H₁₉-COO-Ph-COO-Ph-COO-C*H(CH₃)C₆H₁₃ 式中の Ph は1,4-フェニレン基、Ph(3F)は３位にフッ素
置換した1,4-フェニレン基、C*は不斉炭素を示す。

【００３２】得られた液晶組成物の相の同定をおこなっ
た結果を表１に示した。表１から明らかなように得られ
た組成物のフェリ誘電相の温度範囲は実用材料として好
ましいものであった。相の同定は、テクスチャー観察、
コノスコープ像の観察、及びDSC(示差走差熱量計）の測
定により行なった。また、得られた液晶組成物の光学応
答を30℃で調べた結果を表２に示した。表２から、この
フェリ誘電相を有する液晶組成物（フェリ誘電性液晶組
成物）は、しきい値電圧が極めて低く、高速応答性を示
すことが理解される。この組成物は、８Ｖの電圧で駆動
でき、高速応答を示すことからＴＦＴ駆動素子に好適に
使用し得る。

【００３３】光学応答の測定は、以下の手順で行った。
ITO 電極、絶縁膜(SiO₂,膜厚約 50nm)付きのガラス基板
をポリイミドコ−ティング後（膜厚約 80nm)、一対のガ
ラス基板の片方のみをラビング処理した。粒径1.6μｍ
のスペ−サ−を介し、一対のガラス基板を貼り合わせテ
ストセルとした。セル厚は 2μｍであった。液晶が等方
相となる温度まで加熱し、毛細管現象によりテストセル
中に前記液晶を注入した。その後、１℃／分の速度で徐
冷し液晶を平行配向させ、更に30℃まで冷却した。テス
トセルに±10Ｖ，50mHz の三角波電圧を印加し駆動を行
い、透過光変化を調べた。フェリ誘電相から強誘電相へ
相転移することにより透過光強度が90％となる電圧をし
きい値電圧I 、強誘電相からフェリ誘電相へ相転移する
ことによりしきい値電圧が10％に減少するときの電圧を
しきい値電圧IIと定義してしきい値電圧を測定した。図
２に印加電圧に対する光学応答履歴を示した。また、８
Ｖ,周波数10Hzのパルス電圧を印加して透過光強度が０
％から90％変化するに要する時間を応答時間と定義して
応答時間を測定した。

【００３４】実施例２、３ 実施例１において、組成比を 1A/2/3A=50/25/25(実施例
２）、30/40/30 (実施例３）の割合で混合して液晶組成
物を調製した。調製した液晶組成物の相系列、しきい値
電圧、応答時間を実施例１と同様に求めた結果をそれぞ
れ表１、表２に示した。得られた組成物のフェリ誘電相
の温度範囲は実用材料として好ましいものであった。ま
た、８Ｖの電圧で駆動でき高速応答を示すことからＴＦ
Ｔ駆動素子に好適に使用し得る。

【００３５】

【表１】 相 系 列 成分 モル％ 実施例１ I(72)SA(58)SCγ*(<-20)Cr 1A/2/3A=45/25/30 1A I(105)SA(102)SCA*(8)SX(4)Cr 2 I(71)SCα*(70) SCγ*(50)Cr 3A I(-1)SCA*(-25)Cr 実施例２ I(76)SA(63)SCγ*(<-20)Cr 1A/2/3A=50/25/25 実施例３ I(67)SA(54)SCγ*(<-20)Cr 1A/2/3A=30/40/30 上記相系列において、Ｉは等方相、SAはスメクチックＡ
相、SCA*は反強誘電相、SXは未同定の相、SCα* はカイ
ラルスメクチックＣα相、SCγ* はフェリ誘電相、Crは
結晶相を示す。

【００３６】

【表２】 しきい値電圧 (V/μｍ) 応答時間 測定温度 I II (μ秒) (℃) 実施例１ 1.6 0.5 41 30 1A 7.7(*1) 3.8(*1) *2 30 2 − − − *3 3A − − − *4 実施例２ 1.9 0.6 95 30 実施例３ 1.7 0.5 62 30 ＊１；±35Ｖ，１Hzの条件で測定。 ＊２；しきい値電圧が 7.7V/μｍと高いため８Ｖの印加電圧では応答せず。 ＊３、＊４； 30℃では測定できず。

【００３７】実施例４〜６ 下記化学式(1B,1C) で示される反強誘電性液晶に、フェ
リ誘電性液晶(2) および下記化学式(3B,3C) で示される
光学活性化合物をそれぞれ37.5、25、37.5モル％の割合
で混合して液晶組成物を調製した。 1B : C₈H₁₇-O-Ph-Ph-COO-Ph(3F)-COO-C*H(CF₃)(CH₂)₅OC₂H₅ 1C : C₉H₁₉-O-Ph-Ph-COO-Ph(3F)-COO-C*H(CF₃)(CH₂)₅OC₂H₅ 3B : C₉H₁₉-COO-Ph(2F)-COO-Ph-COO-C*H(CH₃)C₆H₁₃ 3C : C₉H₁₉-COO-Ph(2F)-COO-Ph-COO-C*H(CH₃)C₈H₁₇ 式中の Ph は1,4-フェニレン基、Ph(2F)は２位にフッ素
置換した1,4-フェニレン基、Ph(3F)は３位にフッ素置換
した1,4-フェニレン基、C*は不斉炭素を示す。

【００３８】得られた液晶組成物について、実施例１と
同様に物性等測定した結果をそれぞれ表３、４に示し
た。得られた組成物のフェリ誘電相の温度範囲は実用材
料として好ましいものであり、８Ｖの電圧で駆動でき高
速応答を示すことからＴＦＴ駆動素子に好適に使用し得
る。

【００３９】

【表３】 相 系 列 成分 モル％ 実施例４ I(58)SA(43)SCγ*(<-20)Cr 1B/2/3B=37.5/25/37.5 実施例５ I(56)SA(43)SCγ*(<-20)Cr 1C/2/3B=37.5/25/37.5 実施例６ I(55)SA(42)SCγ*(<-20)Cr 1C/2/3C=37.5/25/37.5 1B I(90)SCA*(<-20)Cr 1C I(83)SC*(77)SCA*(<-50)Cr 3B I(5) SA (-29)Cr 3C I(19)SA(<-6)Cr

【００４０】

【表４】 しきい値電圧 (V/μｍ) 応答時間 測定温度 I II (μ秒) (℃) 実施例４ 1.2 0.5 66 30 実施例５ 1.0 0.5 64 30 実施例６ 1.0 0.5 65 30 1B 4.2(*1) 2.4(*1) *2 30 1C 4.5(*1) 1.1(*1) *2 30 ＊１；±３５Ｖ，１Ｈｚで測定。 ＊２；しきい値電圧高いため測定できず。

【００４１】実施例７〜９、比較例１ 反強誘電性液晶(1C)又は下記化学式(1D)で示される反強
誘電性液晶に、フェリ誘電性液晶(2) および化学式(3A)
又は下記化学式(3D,3E,3F)で示される光学活性化合物を
それぞれ45、25、30モル％の割合で混合して液晶組成物
を調製した。 1D : C₈H₁₇-O-Ph-Ph-COO-Ph-COO-C*H(CF₃)(CH₂)₅OC₂H₅ 3D : C₉H₁₉-COO-Ph-COO-Ph(3F)-COO-C*H(CH₃)C₆H₁₃ 3E : C₁₀H₂₁-COO-Ph(2F)-COO-Ph(3F)-COO-C*H(CH₃)C₈H₁₇ 3F : C₁₀H₂₁-COO-Ph(3F)-COO-Ph(3F)-COO-C*H(CH₃)C₈H₁₇ 式中の Ph は1,4-フェニレン基、Ph(2F)は２位にフッ素
置換した1,4-フェニレン基、Ph(3F)は３位にフッ素置換
した1,4-フェニレン基、C*は不斉炭素を示す。

【００４２】得られた液晶組成物について、実施例１と
同様に物性等測定した結果をそれぞれ表５、６に示し
た。得られた組成物のうち実施例のものはフェリ誘電相
の温度範囲も実用材料として好ましいものであり、８Ｖ
の電圧で駆動でき高速応答を示すことからＴＦＴ駆動素
子に好適に使用し得る。しかしながら比較例１の組成物
は、フェリ誘電相の上限温度が39℃と若干低く実用材料
としては問題であった。

【００４３】

【表５】 相 系 列 成分 モル％ 実施例７ I(60)SA(52)SCγ*(<-20)Cr 1C/2/3D=45/25/30 実施例８ I(54)SA(43)SCγ*(<-20)Cr 1C/2/3E=45/25/30 比較例１ I(51)SA(39)SCγ*(<-20)Cr 1C/2/3F=45/25/30 実施例９ I(71)SA(56)SCγ*(<-0)Cr 1D/2/3A=45/25/30 1D I(100)SA(93)SCA*(47)Cr 3D I(27)SA(21)SC*(19)SCA*(-7)SX(-38)Cr 3E I(19)SA(13)SCA*(1)Cr 3F I(1)SA(-7)Cr

【００４４】

【表６】 しきい値電圧 (V/μｍ) 応答時間 測定温度 I II (μ秒) (℃) 実施例７ 1.2 0.4 81 30 実施例８ 0.8 0.2 63 30 比較例１ 0.9 0.2 71 30 実施例９ 1.4 0.3 69 30

【００４５】実施例１０ 反強誘電性液晶(1B)に、フェリ誘電性液晶(2) 、及び下
記化学式(3G)で示される光学活性化合物を60、10、30モ
ル％の割合で混合して液晶組成物を調製した。 3G : C₁₀H₂₁-COO-Ph-COO-Ph-COO-C*H(CH₃)C₆H₁₃ 式中のC*は不斉炭素を示す。得られた液晶組成物の相の
同定を実施例１と同様にした結果を表７に示した。ま
た、下記した手順で光学応答を30℃で調べた結果を表８
に示した。さらに、図３に印加電圧に対する光学応答履
歴を示した。

【００４６】セルは以下の手順で作製し、次のような条
件で特性を測定した。ITO 電極を付けたガラス基板に、
配向膜（ポリイミド、膜厚約 30nm)をコーテイングし一
対のガラス基板の片方のみをラビング処理した。粒径
1.6μｍのスペ−サ−を介し、一対のガラス基板を貼り
合わせテストセルとした。セル厚は２μｍであった。液
晶が等方相となる温度まで加熱し、毛細管現象によりテ
ストセル中に前記液晶を注入した。その後、１℃／分の
速度で徐冷し液晶を平行配向させ、更に30℃まで冷却し
物性を測定した。次に、テストセルに±25Ｖ，1 Hzの三
角波電圧を印加し駆動を行い、透過光変化を調べた。反
強誘電相から強誘電相へ相転移することにより透過光強
度が０％から90％となる電圧をしきい値電圧I 、強誘電
相から反強誘電相へ相転移することによりしきい値電圧
が 100％から90％に減少するときの電圧をしきい値電圧
IIと定義してしきい値電圧を測定した。また、35Ｖ、周
波数 10Hz のパルス電圧を印加して透過光強度が０％か
ら90％へ変化するに要する時間を応答時間と定義して応
答時間を測定した。

【００４７】実施例１１〜１４、比較例２ 反強誘電性液晶(1A,1B,1C)又は下記化学式(1F)で示され
る反強誘電性液晶に、フェリ誘電性液晶(2) および光学
活性化合物(3A,3B) 又は下記化学式(3H,3I,3J)で表され
る光学活性化合物を混合して液晶組成物を調整した。そ
れぞれの組成成分、組成比（モル％）は表７に示した。 3H : C₁₀H₂₁-COO-Ph-COO-Ph-COO-C*H(CH₃)C₄H₉ 3I : C₁₁H₂₃-COO-Ph(2F)-COO-Ph-COO-C*H(CH₃)C₆H₁₃ 3J : C₁₀H₂₁-COO-Ph-COO-Ph-COO-C*H(CH₃)C₈H₁₇ 1E : C₈H₁₇-O-Ph-Ph-COO-Ph(3F)-COO-C*H(CF₃)(CH₂)₇OC₂H₅ 式中の Ph は1,4-フェニレン基、Ph(3F)は３位にフッ素
置換した1,4-フェニレン基、C*は不斉炭素を示す。

【００４８】表７から得られた組成物の反強誘電相の温
度範囲は実用材料として好ましいものであった。また、
表８から実施例10〜14の組成物はしきい値電圧が低く、
高速応答性を示す材料であった。これらから、実施例10
〜14の組成物は、単純マトリックス駆動に好適に使用で
きる材料であった。他方、比較例２の組成物は表８か
ら、高速応答性に問題があるものであった。

【００４９】

【表７】 相 系 列 成分 モル％ 実施例10 I(68)SA(62)SC*(57)SCA*(<-30)Cr 1B/2/3G=60/10/30 〃 11 I(71)SA(61)SC*(60)SCA*(<-20)Cr 1B/2/3H=55/15/30 〃 12 I(61)SA(53)SC*(47)SCA*(<-20)Cr 1C/2/3I=60/10/30 〃 13 I(64)SA(57)SC*(54)SCA*(<-20)Cr 1B/2/3J=55/15/30 〃 14 I(63)SA(55)SC*(50)SCA*(<-20)Cr 1C/2/3B=60/10/30 比較例２ I(61)SA(50)SCγ*(47)SCA*(<-20)Cr 1E/2/3A=45/25/30 3G I(28)SA(22)SCA*(12)Cr 3H I(30)SA(22)SCγ*(18)SCA*(<-10)Cr 3I I(25)SA(15)SCA*(13)Cr 3J I(21)SA(13)SCA*(12)Cr 1E I(79)SA(78)SCA*(30)SIA*(<-40)Cr

【００５０】

【表８】 しきい値電圧 (V/μｍ) 応答時間 測定温度 I II (μ秒) (℃) 実施例10 3.0 0.4 23 30 〃 11 3.5 0.4 23 30 〃 12 3.2 0.4 26 30 〃 13 3.0 0.3 25 30 〃 14 3.2 0.4 17 30 比較例２ 3.3 0.4 205 30 1E 7.9(*1) 4.3(*1) *2 30 ＊１；±３５Ｖ，１Ｈｚで測定。 ＊２；しきい値電圧高く測定できず。

【図面の簡単な説明】

【図１】フェリ誘電相の分子配列を示す図である。FI
(+), FI(-)はフェリ誘電状態、FO(+), FO(-)は強誘電状
態を表す。

【図２】実施例１の液晶組成物の三角波電圧に対する光
学応答を示す図である。

【図３】実施例10の液晶組成物に対する光学応答を示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 真樹 茨城県つくば市和台22番地 三菱瓦斯化学 株式会社総合研究所内

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式(1) で表される反強誘電性液
   晶、下記化学式(2)で表されるフェリ誘電性液晶および
   下記一般式(3) で表される光学活性化合物を混合してな
   る液晶組成物。 【化１】 （式中 R, R'は直鎖アルキル基、ｍは５以上の整数、ｎ
   は１以上の整数、X, Y,Z はフッ素原子または水素原
   子、ｐは４以上の整数、C*は不斉炭素である）。
2. 【請求項２】 該一般式(1) のＲの炭素数が 6〜10であ
   る請求項１記載の液晶組成物。
3. 【請求項３】 該一般式(1) のｍが５の整数である請求
   項１記載の液晶組成物。
4. 【請求項４】 該一般式(3) のR'の炭素数が 8〜12であ
   る請求項１記載の液晶組成物。
5. 【請求項５】 該一般式(3) のｐが 4〜10の偶数である
   請求項１記載の液晶組成物。
6. 【請求項６】 該一般式(1) で表される反強誘電性液晶
   が 20〜70モル％、該化学式(2) で表されるフェリ誘電
   性液晶が 5〜50モル％、該一般式(3) で表される光学活
   性化合物が 10〜40モル％である請求項１記載の液晶組
   成物。
7. 【請求項７】 該液晶組成物が、フェリ誘電相を少なく
   とも温度 0〜40℃の範囲に有する請求項１記載の液晶組
   成物。
8. 【請求項８】 該液晶組成物が、フェリ誘電相を少なく
   とも温度−20℃〜＋50℃の範囲に有する請求項１記載の
   液晶組成物。
9. 【請求項９】 該フェリ誘電相の高温側にカイラルスメ
   クチックＣ相またはスメクチックＡ相を有する請求項７
   または８記載の液晶組成物。
10. 【請求項１０】 該フェリ誘電相のフェリ誘電状態から
    強誘電状態へ転移するときのしきい値電圧が 5V/μｍ以
    下である請求項７または８記載の液晶組成物。
11. 【請求項１１】 該フェリ誘電相のフェリ誘電状態から
    強誘電状態へ転移するときのしきい値電圧が 2V/μｍ以
    下である請求項７又は８記載の液晶組成物。
12. 【請求項１２】 請求項７又は８記載の液晶組成物を、
    各画素毎に薄膜トランジスタあるいはダイオード等の非
    線形能動素子を設置した基板間に狭持することを特徴と
    するアクティブマトリクス液晶表示素子。
13. 【請求項１３】 該非線形能動素子による液晶の電圧に
    よる駆動を、２つのフェリ誘電状態と２つの強誘電状
    態、及びその中間状態へのスイッチングにて行う請求項
    １２記載の液晶表示素子。
14. 【請求項１４】 該液晶組成物が、反強誘電相を少なく
    とも温度 0〜40℃の範囲に有する請求項１記載の液晶組
    成物。
15. 【請求項１５】 該液晶組成物が、反強誘電相を少なく
    とも温度−20℃〜＋50℃の範囲に有する請求項１記載の
    液晶組成物。
16. 【請求項１６】 該反強誘電相の高温側にカイラルスメ
    クチックＣ相またはスメクチックＡ相を有する請求項１
    ４または１５記載の液晶組成物。
17. 【請求項１７】 該反強誘電相の反強誘電状態から強誘
    電状態へ転移するときのしきい値電圧が 10V/μｍ以下
    である請求項１４または１５記載の液晶組成物。
18. 【請求項１８】 該液晶組成物が反強誘電相を有すると
    き、反強誘電状態から強誘電状態へ転移するときのしき
    い値電圧が 5V/μｍ以下である請求項１４又は１５記載
    の液晶組成物。
19. 【請求項１９】 走査電極と信号電極をマトリックス上
    に配置した基板間に請求項１４又は１５記載の液晶組成
    物を狭持することを特徴とする単純マトリックス液晶表
    示素子。
20. 【請求項２０】 単純マトリックス液晶素子による電圧
    による駆動を、１つの反強誘電状態と２つの強誘電状態
    の間でスイッチグすることを特徴とする請求項１９記載
    の液晶表示素子。