JP3365707B2 - 自発分極の小さい反強誘電性液晶組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、自発分極の小さい反強誘電性液
晶組成物に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示素子は、１）低電圧作動性、２）
低消費電力性、３）薄形表示、４）受光型などの優れた
特徴を有するため、現在まで、ＴＮ方式、ＳＴＮ方式、
ゲスト−ホスト（Ｇｅｓｔ−Ｈｏｓｔ）方式などが開発
され実用化されている。しかし、現在広く利用されてい
るネマチック液晶を用いたものは、応答速度が数ｍｓｅ
ｃ〜数十ｍｓｅｃと遅い欠点があり、応用上種々の制約
を受けている。

【０００３】これらの問題を解決するため、ＳＴＮ方式
や薄層トランジスタなどを用いたアクティブマトリック
ス方式などが開発されたが、ＳＴＮ型表示素子は、表示
コントラストや視野角などの表示品位は優れたものとな
ったが、セルギャップやチルト角の制御に高い精度を必
要とすることや応答がやや遅いことなどが問題となって
いる。このため、応答性のすぐれた新しい液晶表示方式
の開発が要望されており、光学応答時間がμｓｅｃオー
ダーと極めて短かい超高速デバイスが可能になる強誘電
性液晶の開発が試みられていた。

【０００４】強誘電性液晶は、１９７５年、Ｍｅｙｅｒ
等によりＤＯＢＡＭＢＣ（ｐ−デシルオキシベンジリデ
ン−ｐ−アミノ−２−メチルブチルシンナメート）が初
めて合成された（Ｌｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｄｅ Ｐｈｙ
ｓｉｑｕｅ，３６巻１９７５，Ｌ−６９）。さらに、１
９８０年、ＣｌａｒｋとＬａｇａｗａｌｌによりＤＯＢ
ＡＭＢＣのサブマイクロ秒の高速応答、メモリー特性な
ど表示デバイス上の特性が報告されて以来、強誘電性液
晶が大きな注目を集めるようになった〔Ｎ．Ａ．Ｃｌａ
ｒｋ，ｅｔａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３
６．８９９（１９８０）〕。

【０００５】しかし、彼らの方式には、実用化に向けて
多くの技術的課題があり、特に室温で強誘電性液晶を示
す材料は無く、表示ディスプレーに不可欠な液晶分子の
配列制御に有効かつ実用的な方法も確立されていなかっ
た。この報告以来、液晶材料／デバイス両面からの様々
な試みがなされ、ツイスト二状態間のスイッチングを利
用した表示デバイスが試作され、それを用いた高速電気
光学装置も例えば特開昭５６−１０７２１６号などで提
案されているが、高いコントラストや適正なしきい値特
性は得られていない。

【０００６】このような視点から他のスイッチング方式
についても探索され、過渡的な散乱方式が提案された。
その後、１９８８年に本発明者らによる三安定状態を有
する液晶の三状態スイッチング方式が報告された〔Ａ．
Ｄ．Ｌ．Ｃｈａｎｄａｎｉ，Ｔ．Ｈａｇｉｗａｒａ，
Ｙ．Ｓｕｚｕｋｉ ｅｔａｌ．，Ｊａｐａｎ．Ｊ．ｏｆ
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２７，（５），Ｌ７２９−Ｌ７
３２（１９８８）〕。

【０００７】このように、“反”強誘電性液晶は、１）
高速応答が可能で、２）高いコントラストと広い視野角
および３）良好な配向特性とメモリー効果が実現でき
る、非常に有用な液晶化合物と言える。

【０００８】“反”強誘電性液晶の三安定状態を示す液
晶相については、１）Ａ．Ｄ．Ｌ．Ｃｈａｎｄａｎｉ
ｅｔａｌ.，Ｊａｐａｎ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ.，２
８，Ｌ−１２６５（１９８９）、２）Ｈ．Ｏｒｉｈａｒ
ａ ｅｔａｌ.，ＪａｐａｎＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ.，
２９，Ｌ−３３３（１９９０）に報告されており、
“反”強誘電的性質にちなみＳ＊CA相（Ａｎｔｉｆｅｒ
ｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＳｍｅｃｔｉｃ Ｃ＊相）と命名
している。本発明者らは、この液晶相が三安定状態間の
スイッチングを行なうためＳ＊(3)相と定義した。

【０００９】三安定状態を示す“反”強誘電相Ｓ＊(3)
を相系列に有する液晶化合物は、本発明者の出願した特
開平１−３１６３６７号、特開平１−３１６３７２号、
特開平１−３１６３３９号、特開平２−２８１２８号及
び市橋等の特開平１−２１３３９０号公報があり、また
三安定状態を利用した液晶電気光学装置としては本出願
人は特開平２−４０６２５号、特開平２−１５３３２２
号、特開平２−１７３７２４号において新しい提案を行
っている。

【００１０】“反”強誘電性液晶を液晶ディスプレイへ
応用する場合、１）動作温度範囲、２）応答速度、３）
自発分極、４）ヒステリシス特性等を単一液晶で全て満
足させることは困難であり、通常十数種類の混合液晶と
して調製される。

【００１１】現在知られている反強誘電性液晶のなかに
は、反強誘電性相へ相転移した温度から２０℃下がった
温度における、自発分極の値が１００ｎＣ／ｃｍ²を越
えてしまうものが相当数存在し、なかには１５０ｎＣ／
ｃｍ²を越えてしまうものや２００ｎＣ／ｃｍ²を越えて
しまうものも存在する。自発分極が大きいと応答速度は
高速化されるという利点はあるものの、分極反転電流が
大きくなってしまいドライバーＩＣの負担（消費電力）
が大きく、また分極反転電流による電圧降下が原因でド
ットマトリクスディスプレイ画面が大きく（画素数が大
きく）なるにつれて、表示むらが生じてくるという問題
が起こる。これを解決する一つの方法は、ドライバーＩ
Ｃの高出力化が考えられるが、これは消費電力の増大を
招き、ラップトップコンピューターのようなポータブル
タイプへの応用には不利である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、反強
誘電性液晶相を呈する温度領域において、反強誘電性液
晶化合物やその組成物が必要以上に高い自発分極を有す
る結果、消費電力が大きく、画面の表示むらが生じてし
まうという問題を解決し、実用温度領域において消費電
力が少なく、画面の表示むらが大幅に改善された結果、
大型画面への適用を可能にした新規反強誘電性液晶組成
物に関する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、昇温過程にお
いて５０℃以上、１２０℃以下で反強誘電性液晶相から
強誘電性液晶相（あるいはスメクチックＡを含むより高
温側の液晶相）へ転移する相転移温度を持ち、かつ３０
℃における応答速度τｒが４２．１μｓ以下であって、
３０℃における自発分極の値が１０ｎＣ／ｃｍ^２以上、
１１８ｎＣ／ｃｍ^２以下である反強誘電性液晶組成物で
あって、かつ光学分割をして光学活性化合物の形にすれ
ば反強誘電性液晶化合物となりうる化合物のラセミ体を
反強誘電性液晶組成物中に１．０ｗｔ％以上、９０ｗｔ
％以下含有することを特徴とする自発分極の小さい反強
誘電性液晶組成物に関する。

【００１４】本発明においては、従来の高い自発分極を
有する反強誘電性液晶化合物の一部をラセミ体の形で使
用することにより、反強誘電性液晶の他の性能に悪影響
をおよぼすことなく、反強誘電性液晶組成物の自発分極
を低下させ、請求項１の反強誘電性液晶組成物を得るこ
とに成功した。

【００１５】すなわち、本発明の自発分極の小さい反強
誘電性液晶組成物を得るためには、反強誘電性液晶を発
現する働きをする反強誘電性液晶化合物の１種または２
種以上の混合物に、光学分割をして光学活性化合物の形
にすれば反強誘電性液晶化合物となりうる化合物のラセ
ミ体を１．０〜９０．０重量％含有させることにより達
成することができる。

【００１６】前記ラセミ体は、反強誘電性液晶組成物に
おいて反強誘電性液晶化合物としての働きを呈している
化合物のラセミ体であることが好ましいが、必ずしもそ
れに限るわけではなく、要はラセミ分割をして光学活性
化合物の形にしたとき、それが反強誘電性液晶化合物と
しての作用を示す化合物のラセミ体であればよい。

【００１７】前記ラセミ体の１つは、下記一般式（Ｉ）

【化５】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、ｐ
は０または１であり、Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃、Ｘ₄、Ｘ₅、Ｘ₆は
ＨおよびＦよりなる元素からそれぞれ独立して選ばれた
元素であり、ＣｆはＣＨ₃、ＣＦ₃、ＣＣｌＦ₂およびＣ₂
Ｈ₅よりなる群から選ばれた基である。）で表わされる
ラセミ体である。

【００１８】このラセミ体は、反強誘電性液晶組成物中
に１．０〜８０．０重量％、好ましくは５．０〜５０．
０重量％の割合で混合させることにより、本発明の組成
物とすることができる。

【００１９】前記ラセミ体としてのもう１つの好ましい
ラセミ体は、下記一般式（II）

【化６】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、ｐ
は０または１であり、Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃、Ｘ₄、Ｘ₅、Ｘ₆は
ＨおよびＦよりなる元素からそれぞれ独立して選ばれた
元素である。）で表わされるラセミ体である。

【００２０】このラセミ体は、反強誘電性液晶組成物中
に１．０〜７０．０重量％、好ましくは５．０〜５０．
０重量％の割合で混合することにより、本発明の組成物
とすることができる。

【００２１】前記ラセミ体の他の１つは、下記一般式
（III）

【化７】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、ｐ
は０または１であり、Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃、Ｘ₄、Ｘ₅、Ｘ₆は
ＨおよびＦよりなる元素からそれぞれ独立して選ばれた
元素である。）で表わされるラセミ体である。

【００２２】このラセミ体は、反強誘電性液晶組成物中
に１．０〜７０．０重量％、好ましくは５．０〜５０．
０重量％の割合で混合することにより、本発明の組成物
とすることができる。

【００２３】前記ラセミ体の他の１つは、下記一般式
（IV）

【化８】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、Ｙ
は−Ｏ−、−ＣＯＯ−および単結合よりなる群から選ば
れた基であり、Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃、Ｘ₄はＨおよびＦよりな
る元素からそれぞれ独立して選ばれた元素であり、Ｃｆ
はＣＨ₃、ＣＦ₃、ＣＣｌＦ₂およびＣ₂Ｈ₅よりなる群か
ら選ばれた基である。）で表わされるラセミ体を挙げる
ことができる。

【００２４】このラセミ体は、反強誘電性液晶組成物中
に１．０〜７０．０重量％、好ましくは５．０〜５０．
０重量％の割合で混合することにより、本発明の組成物
とすることができる。

【００２５】これらのラセミ体は、同一化学式のラセミ
体のみでも使用できるが、異った化学式をもつ複数種の
ラセミ体を併用することもできる。

【００２６】前記反強誘電性液晶化合物としては、本出
願前公知のすべての反強誘電性液晶化合物を挙げること
ができる。前記反強誘電性液晶化合物を例示すると、一
般式（Ｖ）

【化９】Ａ−骨格構造−Ｄ …（Ｖ） （式中、Ａは、Ｒ−，ＲＯ−，ＲＣＯＯ−，ＲＯＣＯ−
およびＲＣＯ−，Ｒ³−Ｏ−Ｒ⁴−およびＲ⁵−ＣＨ＝Ｃ
Ｈ−Ｒ⁶−よりなる群から選らばれた基であり、Ｒは炭
素数２〜２０のアルキル基である。たゞし、Ｒ−のとき
は、アルキル基中の１部の水素がハロゲン置換されてい
てもよく、Ｒ³は炭素数１〜８の直鎖アルキル基、Ｒ⁴は
炭素数１〜１０の直鎖アルキレン基、Ｒ⁵は水素または
炭素数１〜５の直鎖または分岐アルキル基、Ｒ⁶は炭素
数２〜１４の直鎖または分岐アルキル基であり、

【化１０】 よりなる群から選らばれた基であり、Ｅは、−ＣＦ₃，
−Ｃ₂Ｆ₅、−Ｃ₃Ｆ₇、ＣＣｌＦ₂、ＣＨ₃およびＣ₂Ｈ₅よ
りなる群から選らばれた基であり、＊は不斉炭素、Ｇは
炭素数２〜２０の直鎖または分岐アルキル基であり、た
ゞし分岐部分はメチル基であり、直鎖アルキルの一部に
炭素・炭素二重結合が１つ含まれていてもよく、

【化１１】 骨格構造は、下記の式群

【化１２】

【化１３】

【化１４】

【化１５】

【化１６】

【化１７】

【化１８】

【化１９】

【化２０】

【化２１】

【化２２】

【化２３】

【化２４】

【化２５】 よりなる群から選ばれたものである。）がある。

【００２７】前記反強誘電性液晶化合物として、やゝ具
体的な例を挙げると下記一般式群（１）〜（１３８）で
示す化合物を挙げることができる。（式中、Ｒ¹とＲ
²は、炭素数４〜２０のアルキル基よりなる群から独立
して選ばれたアルキル基であり、Ｚは、ＣＦ₃、Ｃ
₂Ｆ₅、ＣＨ₃およびＣ₂Ｈ₅よりなる群から選ばれた基で
ある。）

【化２６】

【化２７】

【化２８】

【化２９】

【化３０】

【化３１】

【化３２】

【化３３】

【化３４】

【化３５】

【化３６】

【化３７】

【化３８】

【化３９】

【化４０】

【化４１】

【化４２】

【化４３】

【化４４】

【化４５】

【化４６】

【化４７】

【化４８】

【化４９】

【化５０】

【００２８】とくに好ましい反強誘電性液晶化合物とし
ては、

【化５１】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、＊
は不斉炭素を示す）および

【化５２】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、＊
は不斉炭素を示す）を挙げることができる。

【００２９】さらに、前記反強誘電性液晶化合物とし
て、下記一般式

【化５３】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、＊
は不斉炭素を示す）で示される化合物を用いる場合に
は、この化合物自体の自発分極が比較的低いので、ラセ
ミ体を配合する量が少なくてすむという特色を示す。

【００３０】

【実施例】以下に本発明の実施例を示して本発明を説明
するが、本発明はこれにより限定されるものではない。

【００３１】実施例１ 下記の組成の反強誘電性液晶組成物を作成した。表中、
Ｒが付いているものはＲ体を示し、±が付いているもの
はラセミ体を示している。

【化５４】

【００３２】前記組成物の相転移温度は、

【表１】 である。２０Ｈｚ、±５０Ｖの三角波法を用いた測定に
よる自発分極は、４０℃で１０８ｎＣ／ｃｍ²、３０℃
で１１６ｎＣ／ｃｍ²である。

【００３３】前記組成物の応答速度とチルト角はつぎの
とおりであった。

【表２】

【表３】

【００３４】実施例２ 下記の組成の反強誘電性液晶組成物を作成した。表中、
Ｒが付いているものはＲ体を示し、±が付いているもの
はラセミ体を示している。

【化５５】

【００３５】前記組成物の相転移温度は、

【表４】 である。実施例１と同様の方法で自発分極の大きさを測
定したところ、４０℃で９３ｎＣ／ｃｍ²、３０℃で１
０１ｎＣ／ｃｍ²であった。

【００３６】また、応答速度とチルト角はつぎのとおり
であった。

【表５】

【表６】

【００３７】実施例３ 下記の組成の反強誘電性液晶組成物を作成した。表中、
Ｒが付いているものはＲ体を示し、±が付いているもの
はラセミ体を示している。

【化５６】

【００３８】前記組成物の相転移温度は、

【表７】 である。実施例１と同様の方法で自発分極の大きさを測
定したところ、４０℃で９３ｎＣ／ｃｍ²、３０℃で１
０２ｎＣ／ｃｍ²であった。

【００３９】また、応答速度とチルト角はつぎのとおり
であった。

【表８】

【表９】

【００４０】実施例４ 下記の組成の反強誘電性液晶組成物を作成した。表中、
Ｒが付いているものはＲ体を示し、±が付いているもの
はラセミ体を示している。

【化５７】

【００４１】前記組成物の相転移温度は、

【表１０】 である。実施例１と同様の方法で自発分極の大きさを測
定したところ、４０℃で９５ｎＣ／ｃｍ²、３０℃で１
０３ｎＣ／ｃｍ²であった。

【００４２】また、応答速度とチルト角はつぎのとおり
であった。

【表１１】

【表１２】

【００４３】実施例５ 下記の組成の反強誘電性液晶組成物を作成した。表中、
Ｒが付いているものはＲ体を示し、±が付いているもの
はラセミ体を示している。

【化５８】

【００４４】前記組成物の相転移温度は、

【表１３】 である。実施例１と同様の方法で自発分極の大きさを測
定したところ、４０℃で９３ｎＣ／ｃｍ²、３０℃で１
０５ｎＣ／ｃｍ²であった。

【００４５】また、応答速度とチルト角はつぎのとおり
であった。

【表１４】

【表１５】

【００４６】実施例６ 下記の組成の反強誘電性液晶組成物を作成した。表中、
Ｒが付いているものはＲ体を示し、±が付いているもの
はラセミ体を示している。

【化５９】

【００４７】前記組成物の相転移温度は、

【表１６】 である。実施例１と同様の方法で自発分極の大きさを測
定したところ、４０℃で１０５ｎＣ／ｃｍ²、３０℃で
１１６ｎＣ／ｃｍ²であった。

【００４８】また、応答速度とチルト角はつぎのとおり
であった。

【表１７】

【表１８】

【００４９】実施例７ 下記の組成の反強誘電性液晶組成物を作成した。表中、
Ｒが付いているものはＲ体を示し、±が付いているもの
はラセミ体を示している。

【化６０】

【００５０】前記組成物の相転移温度は、

【表１９】 である。実施例１と同様の方法で自発分極の大きさを測
定したところ、４０℃で１１０ｎＣ／ｃｍ²、３０℃で
１１８ｎＣ／ｃｍ²であった。

【００５１】また、応答速度とチルト角はつぎのとおり
であった。

【表２０】

【表２１】

【００５２】

【発明の効果】本発明により、実用温度域において消費
電力の低下、画面の表示むらの改善がなされ、より大き
い画面用の反強誘電性液晶材料として使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】三角波印加電圧に対する相対透過率のヒステリ
シス曲線のモデルを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 強 東京都千代田区霞が関３丁目２番５号 昭和シェル石油株式会社内 (72)発明者 山川 則子 東京都千代田区霞が関３丁目２番５号 昭和シェル石油株式会社内 (72)発明者 野中 修 東京都千代田区霞が関３丁目２番５号 昭和シェル石油株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−223390（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−25153（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−271658（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−305555（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−3556（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 19/02,19/42 C09K 19/46,19/20

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 昇温過程において５０℃以上、１２０℃
   以下で反強誘電性液晶相から強誘電性液晶相（あるいは
   スメクチックＡを含むより高温側の液晶相）へ転移する
   相転移温度を持ち、かつ３０℃における応答速度τｒが
   ４２．１μｓ以下であって、３０℃における自発分極の
   値が１０ｎＣ／ｃｍ^２以上、１１８ｎＣ／ｃｍ^２以下で
   ある反強誘電性液晶組成物であって、かつ光学分割をし
   て光学活性化合物の形にすれば反強誘電性液晶化合物と
   なりうる化合物のラセミ体を反強誘電性液晶組成物中に
   １．０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以下含有することを特徴
   とする自発分極の小さい反強誘電性液晶組成物。
2. 【請求項２】 下記一般式（Ｉ） 【化１】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、ｐ
   は０または１であり、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４、Ｘ_５、
   Ｘ_６はＨおよびＦよりなる元素からそれぞれ独立して選
   ばれた元素であり、ＣｆはＣＨ_３、ＣＦ_３、ＣＣｌＦ_２
   およびＣ_２Ｈ_５よりなる群から選ばれた基である。） で表わされるラセミ体を含有する請求項１記載の反強誘
   電性液晶組成物。
3. 【請求項３】 前記一般式（Ｉ）のラセミ体が下記一般
   式（II） 【化２】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、ｐ
   は０または１であり、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４、Ｘ_５、
   Ｘ_６はＨおよびＦよりなる元素からそれぞれ独立して選
   ばれた元素である。） で表わされるラセミ体である請求項１記載の反強誘電性
   液晶組成物。
4. 【請求項４】 前記一般式（Ｉ）のラセミ体が下記一般
   式（III） 【化３】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、ｐ
   は０または１であり、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４、Ｘ_５、
   Ｘ_６はＨおよびＦよりなる元素からそれぞれ独立して選
   ばれた元素である。） で表わされるラセミ体である請求項１記載の反強誘電性
   液晶組成物。
5. 【請求項５】 下記一般式（IV） 【化４】 （式中、ｍは６〜１４の整数、ｎは３〜１０の整数、Ｙ
   は−Ｏ−、 −ＣＯＯ−および単結合よりなる群から選ばれた基であ
   り、Ｘ_１、Ｘ_２、 Ｘ_３、Ｘ_４はＨおよびＦよりなる元素からそれぞれ独立
   して選ばれた元素であり、ＣｆはＣＨ_３、ＣＦ_３、ＣＣ
   ｌＦ_２およびＣ_２Ｈ_５よりなる群から選ばれた基であ
   る。） で表わされるラセミ体を含有する請求項１、２または３
   記載の反強誘電性液晶組成物。