JPS63277295A - 強誘電性液晶組成物 - 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、マトリックス表示装置及びプリンター用光シ
ヤツター等に用いる強誘電性を示す強誘電性液晶組成物
に関するものである。

［従来の技術］ 近年、強誘電性液晶を用いた電気光学装置が注目を集め
ている。（例えば、Ｎ、Ａ、ＣＩａｒｋ、　Ｓ、Ｔ。

Ｌａｇｅｒｗａｌｌ、　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ
、、３６，８９９（１９８０））強誘電性液晶は、カイ
ラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ”相と略記する）、カイ
ラルスメクチックＨ相等の液晶相において、自発分極を
持つ、即ち、強誘電性を示す特徴があり、この点におい
て、従来から表示素子等に用いられてきたネマチック相
あるいはコレステリック相とは大きく異なる特徴を有し
ている。

強誘電性スメクチック相としては、いくつかの相が知ら
れているが、光シヤツター等の用途への応用が期待され
ている相は、ＳｍＣ”相であるので、以下の説明はＳｍ
Ｃ”相の例について説明する。

ＳｍＣ’相において、液晶分子は層構造をなし、その分
子長軸方向は層重線方向に対して傾斜した配向をとる。

また、その分子構造中に不斉中心を持つ光学活性物質を
含み１分子の傾斜方向は層間でずれたらせん構造を持っ
ている。さらにＳｍＣ”相においては分子長軸方向に垂
直で、かつ周平面に平行な方向に自発分極を持ち、外部
電界に対し、自発分極の極性と電界とが整合するように
分子の配列方向が変化し、光学的変化を生起することが
できる９この電気光学的効果の特長として、従来のネマ
チック液晶を用いた効果に比較して１０〜１０００倍も
の高速応答であること、メモリー性があること等が見出
されており、大画面ドツトマトリクス表示素子、高速光
シャッター素子等への応用が期待されている。

しかし、数多くの問題点も有している。

最大の問題点は、素子作成が困難であることである。即
ち、ＳｍＣ”液晶は従来から使用されてきたネマチック
液晶に比較して、より結晶に近い相であり、基板上に均
一に配列させた良配向を得ることは単結晶成長に類する
困難さを持っている。通常、配向孔れやＺｉｇ−ｚａｇ
　ｗａｌＬ　（Ｚ　７゜Ｗと略記する）とよばれる配向
欠陥をイ■するのがけ通である。このため、液晶の相系
列や配向制御法を選択し、温度等の配向作成条件を最適
化して良配向を得る試みが多く行なわれてきている。特
に、工業的には従来のネマチック液晶表示素子で使用さ
れてきたラビング法を用いたＳｎ＋Ｃ”液晶の配向制御
が研究されている７　（例えば、昭和６１年液晶討論会
講演要旨集１連Ｆｉ＋、１連ＦＩ５等） ［発明の解決しようとする問題点］ しかし、強誘電性液晶の配向にはｚＺＷのような配向欠
陥が多く、これによりコントラストが低下したり、均一
な駆動が困難という問題点を有していたい このため、ＺＺＷのような欠陥のない良配向の強誘電性
液晶素子が望まれていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の１−号題点な解決すべくなされたもの
で、一般式ａ、（）（シＲヨ口）で表わされるビフェニ
ル化合物（式中Ｒ１ｓ　Ｒ＊は直鎖状または分岐したア
ルキル基若しくはアルコキシ基を示す）を５〜５０ｗｔ
％含有したことを特徴とする強誘電性液晶組成物を提供
するものである。

本発明は、上記一般式（１）で表わされるビフェニル化
合物を添加することにより、従来のネマチック液晶の配
向作成に使用されているラビング法を用いてもＺＺＷの
ような配向欠陥を生じにくくすることができる。

この一般式Ｈ）で表わされるビフェニル化合物は、ビフ
ェニルの両端にＲｉ％Ｒ３の２つの直鎖状または分岐し
たアルキル基若しくはアルコキシ基をイ■している物で
あり、強誘電性液晶組成物を構成する他の化合物との相
溶性に問題がなければ、それ自体が光学活性を示しても
よいし、光学活性を示さなくてもよい。

このため、一般にはＲ１、Ｒ３は、炭素数Ｉ〜１２程度
のアルキル基若しくはアルコキシ基とされれば良い。

特に、この強誘電性液晶組成物が光学活性化合物０．１
〜８０ｗｔ％と光学不活性化合物２０〜９９．９ｗｔ％
とからなり、一般式（１）で表わされるビフェニル化合
物が光学不活性なビフェニル化合物とされることが好ま
しく、これにより５強誘電性液晶組成物の物性を容易に
設定することができ、所望の特性の強誘電性液晶組成物
を得ることができる。

この場合、光学不活性化合物が２０〜９９．９ｗｔ％と
され、光学活性化合物が０．１〜８０ｗｔ％とされるの
は、光学活性化合物がＯ，１ｗｔ％未満であっても、８
０ｗｔ％を超えても、所望の特性の強誘電性を示す液晶
組成物を構成することが難しくなり実用的でないためで
ある。

また、このような強誘電性液晶組成物の光学不活性化合
物が、一般式（＋）の化合物と、と一般式Ｒｓ　ｅ　ｎ
−ＣＯＯＤＲ−（ＩＩＩ　）で表わされる化合物（式中
Ｒ３、Ｒ４、Ｒｓ、　Ｒ−は夫々直鎖状または分岐した
アルキル基若しくはアルコキシ基を示し、０は１または
２を表わす）を、夫々（１）　　５〜５０ｗｔ％、（Ｉ
Ｎ　）　　５〜５０ｗｔ％、（ＩＩＩ）５〜５０ｗｔ％
を含むことが好ましく、このような組成配合とすること
により、特にＺＺＷのような配向欠陥を生じにくい。

これらの一般式（１１）及び一般式（ｍ）の化合物のＲ
ｓ、　Ｒａ、Ｒ，、Ｒｏで示されるアルキル基若しくは
アルコキシ基も、強誘電性液晶組成物を構成する他の化
合物との相溶性に問題がなければ使用でき、一般にはＲ
ｌｂ　Ｒｓと同様、炭素数１〜１２程度のアルキル基若
しくはアルコキシ基とされれば良い。

第１図は、本発明で駆動する強誘電性液晶電気光学素子
の断面図である。２枚の透明基板（１ａ）、（１ｂ）の
表面に、それぞれ透明な導電膜（２ａ）、（２ｂ）と配
向制御膜（３ａ）、（３ｂ）を形成する。導電膜（２ａ
）、（２ｂ）は、基板間に保持されだ液畠層（４）に電
界を印加するための電極であり、夫々走査電極群と信号
電極群を構成し、電気光学的応答を生じさせる目的で設
けられているもので、Ｉｎｎ’ｓか、Ｓｎｕｇ等からな
り、所定のパターンに形成されている。

配向制御膜（３ａ）、（３ｂ）は、液晶を水平配向させ
るものであり、代表的なものとしては、有機高分子膜、
特にポリイミド系高分子膜を形成し、布で一定方向にラ
ビングしたものが好ましいが、その他、ポリアミド系高
分子膜、ポリイシドアミド系高分子膜、ポリバラキシリ
レン等の高分子膜をラビングしたもの及びＳ１６□等の
斜め蒸着膜も有効でありまたオーバーコート膜を形成せ
ずに、直接、導電膜（２ａ）、（２ｂ）をラビングして
配向制御膜を形成してもよい。

このような配向処理を行ったのち、該基板が平行、かつ
一定の間隔で保持されるように、スペーサー、例えば、
有機ビーズ、アルミナ粒子をはさみ、シール剤（５）で
周囲を固定し、セルとする。この際、２枚の基板の配向
制御方向は、お互いに平行になるようにする。

その後、強誘電性液晶組成物をコレステリック相、ある
いは等方相まで加熱し、セルに注入し１．：後、封止す
る。セルの外側に２枚の偏光板（６ａ）、（６ｂ）をそ
の偏光板がお互いに直交し、かつ基板の配向制御方向と
一定角度をなすように配置する。この角度は、液晶材料
、装置の動作温度、駆動方法等によって変わり最もコン
トラスト特性等のよい角度を選べばよく、また場合によ
っては２枚の偏光板の偏光軸を直交からずらして配置す
る場合もある。

基板１Ｉｂｌ側に光源（７）を置き、反対側へ光が透過
するようにする。なお、反射型で用いる場合には、偏光
板（６ｂ）の外側に反射板を設ければよい。

第２図は、導電膜（２ａ）及び（２ｂ）のパターン例を
示し７、ドツトマトリックス表示素子等に使われるもの
である。一方の基板には、横方向の縞状の走査電極群Ｃ
３〜Ｃｎがバターニングされ、他方の基板には、縦方向
の縞状の信号電極群Ｓ、〜Ｓｍがバターニングされてい
る９２組の電極群の交差点島、〜Ａｍｎが画素となる。

走査電極群のうち一つの走査電極群Ｃｉを後述の方法で
選択を行ない、その際に信号電極群Ｓ、〜Ｓｍに印加す
る信号によって、画素＾ｉ、〜Ａｉｒｎを書き込み、そ
の後Ｃｉ　”　ｌを選択し、これを繰り返すことで全画
素の書き込みを行う。

本発明で用いる強誘電性液晶組成物としては前述の一般
式（１）で表わされるビフェニル化合物を５〜５０ｗｔ
、％含有した組成物であって、ｉ界の極性に依存して双
安定性を示す液晶相を持つ液晶組成物が使用でき、具体
的にはカイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ’相）を有す
る液晶組成物が使用できる。

本発明の液晶組成物で用いるビフェニル化合物以外の光
学活性を示す化合物としては以下のような化合物がある
。

以下の例でＲｏは、光学活性を示すアルキル基又はアル
コキシ基を示し、Ｒは直鎖状または分岐したアルキル基
又はアルコキシ基を示し、一つの化合物に同一のＲｏ、
Ｒが示されていてもそれらは同一の基とは限らない。

Ｒ″″（バ灸ｃｏｏ−＠）−Ｒ Ｒ（滲００（パ Ｒ１矩４ｏｏ　＊Ｒ 本発明の液晶組成物で用いる一般式（Ｉ）、一般式（Ｉ
＋）及び一般式（ＩＩＩ）の化合物以外の光学活性を示
さない化合物としては以下のような化合物がある。

以下の例で、Ｒは直鎖状または分岐したアルキル基又は
アルコキシ基を示し、一つの化合物に同一のＲが示され
ていてもそれらは同一の基とは限らない。

Ｒ０叩（巨Σ（巨ΣＲ 及びこれらのベンゼン環、シクロヘキサン環等の水素原
子の一部をハロゲン、シアノ基、メチル基等に置換した
化合物等も使用できる。

また、本発明で用いる強誘電性液晶組成物は、強誘電性
を示す液晶相より高温の温度範囲においてスメクチック
相（ＳｍＡ相）をもつ液晶が双安定性の対称性の点で好
ましい、また、等方相（■相）あるいはネマチック相（
Ｎｅ相）あるいはコレステリック相（ｃｈ相）より、Ｓ
＋ｔ＋Ａ相を経由せずに直接ＳｍＣ”相等の強誘電性液
晶相へ変化する液晶な用いた場合、通常配向制御の方向
に対して液晶分子層の方向が異なる２種類の配向状態を
とる。この２種類の配向状態が混在するとコントラスト
の低下をまねくため、１相あるいはＮｅ相あるいはｃｈ
相よりＳｍＣ”相等の強誘電性液晶相へ冷却する際に、
一方向の極性をもつ直流電界を印加し、２種類の配向状
態のうち１種類のみに配向させる等の手段をとることが
必要となる。このようにして作成した素子においてはそ
の安定性において第１の安定状態と第２の安定状態のう
ち、冷却する際に印加する電界の極性と一致する安定状
態のほうがより安定となってしまい、双安定性の低下に
つながる。これに対し、５ｆｆｌ＾相をもつ液晶におい
ては、液晶分子層の方向が１種類しかなく、電界印加等
の手段が必要なく、従って双安定性が電圧に対して対称
的になり双安定性がよい。

また、本発明で用いる液晶としては、強誘電性を示す液
晶相より高温の温度範囲でｃｈ相をもつことが配向の均
一性の点で更に好ましい。この液晶の配向の作成法につ
いては、特願昭５９−２７４０７３号の方法を用いるこ
とで極めて良好な配向をもつ素子が作成できる６ 強誘電性液晶組成物として５ｎｉＣ”相をもち、それよ
り高い温度においてｃｈ相をもつ液晶を用いる場合には
ｃｈ相におけるらせんピッチの長さくｐｌ　が基板（１
ａ）と（１ｂ）間の距＃（ｄ）の４倍以」二長い液晶な
用いる。また、ｃｈ相とＳｍＣ”相の間にＳｍΔ相をも
つことが、配向の均一性の点で望ましい。このような液
晶組成物としては、光学活性物質、スメクチック液晶化
合物、ネマチック液晶化合物を適当な割合で混合するこ
とで得られ、−必要に応じて非液晶添加物を加える場合
もあり、前述の本発明の範囲内で適宜選択混合されれば
よい。特に、ｃｈ相におけるピッチを長くするには、左
らせんを生じさせる光学活性物質と、右らせんを生じさ
せる光学活性物質を、らせんを生じさせる力の大きさに
応じて混合するのが有効である。

通常、ｃｈ相におけるらせんピッチの長さは温度ととも
に変化する。均一な配向を得るには、フレステリック−
スメクチック相転移点の直上でｐ＞４ｄの条件を満たす
ことが必要である。

しかし、この条件を満たす温度範囲が転移点のごく近傍
に限られる場合は、温度降下速度が速い場合においては
、らせん構造がほどけずにスメクチック相へ転移してし
まう。この場合には均一な配向が得られないので、らせ
ん構造がほどけるまでｐ＞４ｄを満たす温度に保持する
か、温度降下速度を遅くする必要がある。この理由から
らせんピッチｐが基板間距離ｄの４倍以上になる温度範
囲は、コレステリック−スメクチック相転移点より５℃
以上の範囲にわたることが好ましく、さらにＣｈ相全全
温度範囲わたることがより好ましい。

なお、ここでいうＣｈ相はネマチック液晶に光学活性物
質を添加して固有のピッチを持つようにされたネマチッ
ク液晶によるＮｅ相も含むのもである。

［作用］ 本発明によれば、強誘電性液晶組成物中に一般式（１）
のビフェニル化合物を５〜５０ｗｔ、％含有させること
により、その理由は不明であるが、ラビング法により配
向制御した場合においても、ｚＺＷのような配向欠陥を
生じにくい強誘電性液晶電気光学素子を得ることができ
る。

［実施例］ ストライブ状に電極をバターニングした基板の電極上に
ポリイミドをオーバーコートし、ラビングした基板を使
用し、セル間隙が２μｍとなるように周辺をシール材で
シールし、内部に等万全−コレステリツク相−スメクチ
ックＡ相−カイラルスメクチックＣ相を順に有する強誘
電性液晶組成物を封入した。

この実施例と比較例の具体的組成物を第１表に示す。第
１表中の数値は各化合物のｗｔ％を示す。

これらの例で、実施例！〜実施例８は、ビフェニル化合
物を含む組成物であり、比較例１と比較例２は、ビフェ
ニル化合物を含まない組成物である。

第１表 光学不活性化合物 （１）＠　　　１０−　　ＩＩ　　−１０１０５１０−
−０１０１０９１０！ＯＩｎ　　５　１０　−　−＠　
　　−５−５−−−−−− ■　　−５−５−−−−−−− （ＩＩ）＠　　７　７２１２０１１　５　５　７２７　
７■　　　　３０　　３０　　　＋５　　１７　　３０
　　３０　　３０　３０　　３０　　３０（ＩＩＩ）＠
　　　２０　２０　２０　１９　２０　２０　２０　−
　２０　２６ｏ　　５５−２５−−−５５ ■　　＋０　１０　１６　１４　１０　１４　１６　−
　１０　２４その他■　　−−−−−−１０−−− ■　　−−−−−−−＋５　−　− ■　　−−−−−−−２０−− ■　　４４４４２５４４４４ ＠　　　４４４４２６５４４４ 実施例及び比較例で使用した化合物の分子構造を以下に
示す。なお、式中Ｃｎは、炭素数ｎ個の直鎖状アルキル
基または直鎖状アルキレン基を示す。

化学物構造　　　　　　　　　　　略号一般式（＋）の
光学不活性化合物 しｌｌ５ 一般式（ＩＮ）の光学不活性化合物 一般式（Ｉｎ）の光学不活性化合物 ｃｓ−＋ｏｏて滲−Ｃ６■ Ｃｏ（ｊ、、ΣＨ叩（〈シ」−Ｃ８■ し１１３ その他の光学不活性化合物 光？活性化合物 比較例１は、実施例１のビフェニル化合物を全量フェニ
ルピリミジンで置換したものであり、比較例２は、実施
例１のビフェニル化合物を全量エステルで置換したもの
である。一方、実施例２は、実施例１のビフェニル化合
物をアルキル鎖の構造が異なるビフェニル化合物に変え
たものである。比較例１．２の場合には、大きいｚＺＷ
が多数党られ、配向状態はかなり悪く、クロスニフルの
状態でＺＺＷ欠陥部より光が漏れるため、コントラスト
が低い。

これに対して、実施例１．２の場合にはｚｚＷ等の配向
欠陥は全く認められず、極めて良好な配向状態が得られ
ることがわかった。

実施例３は、実施例１のビフェニル化合物の種類と濃度
をほぼ同じにして、それ以外の光学不活性化合物の濃度
を変えた例であり、実施例４は、実施例２のビフェニル
化合物の種類と濃度を同じにして、それ以外の光学不活
性化合物の濃度を変えた例である。

実施例５．６は実施例１のビフェニル化合物の種類と濃
度を同じにして、それ以外の光学不活性化合物及び光学
活性化合物の濃度を変えた例である。

実施例７は、ビフェニル化合物の濃度を減らし、その代
りにフェニルシクロヘキサンを添加した例であり、実施
例８は、実施例１の一般式（ＩＩＩ）のエステル化合物
の代りに他の光学不活性化合物を使用した例である。

実施例３〜７のいずれの組成物を使用した液晶電気光学
素子も、実施例１．２と同様ＺｚＷのない良好な配向が
得られた。

実施例８の組成物を使用した液晶電気光学素子も、はと
んどＺｚＷを生じなかったが、一部のものに極わずかで
はあったが、ＺＺＷを生じることがあった。

［発明の効果］ 本発明は、一般式（１）で示されるビフェニル化合物を
５〜５０ｗｔ％添加した組成物を使用して液晶電気光学
素子とすることにより、ｚｚＷのような配向欠陥の生じ
にくい配向を得ることが容易に可能となり、配向欠陥に
よるコントラストの低下を防ぎ、均一な駆動が可能にな
るという利点を有する。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で種々の応用
が可能なものであり、今後、表示素子や光プリンターを
はじめ種々の分野で応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で駆動する電気光学素子の基本的構成
を示す断面図である。 第２図は、本発明の液晶組成物を駆動する場合の電極パ
ターンの例の平面図である。 Ｉａ、１ｂ：透明基板 ２ａ、２ｂ：導電膜 ３ａ、３ｂ：配向制御膜 ４　　：液晶層 ６ａ、　６ｂ：偏光板 第　１　図 第　２　図 信号電糧群 ｉ３ｒ　　Ｂｚ　　５３−−−−−　３ｍ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式▲数式、化学式、表等があります▼（ I
   ）で表わされるビフェニル化合物（式中Ｒ＿１、Ｒ＿２
   は直鎖状または分岐したアルキル基若しくはアルコキシ
   基を示す）を５〜５０ｗｔ％含有したことを特徴とする
   強誘電性液晶組成物。
2. （２）光学活性化合物０．１〜８０ｗｔ％と光学不活性
   化合物２０〜９９．９ｗｔ％とからなり、一般式（ I
   ）で表わされる光学不活性なビフェニル化合物を含有す
   る特許請求の範囲第１項記載の強誘電性液晶組成物。
3. （３）光学不活性化合物が一般式（ I ）の化合物と一
   般式▲数式、化学式、表等があります▼（II）で表わさ
   れる化合物 と一般式▲数式、化学式、表等があります▼（III）で
   表わされ る化合物（式中Ｒ＿３、Ｒ＿４、Ｒ＿５、Ｒ＿６は夫々
   直鎖状または分岐したアルキル基若しくはアルコキシ基
   を示し、ｎは１または２を表わす）を、夫々（ I ）５
   〜５０ｗｔ％、（II）５〜５０ｗｔ％、（III）５〜５
   ０ｗｔ％を含む特許請求の範囲第２項記載の強誘電性液
   晶組成物。