JPH08151579A

JPH08151579A - 液晶組成物およびこれを含む液晶素子

Info

Publication number: JPH08151579A
Application number: JP6295205A
Authority: JP
Inventors: Kyoko Endo; 恭子遠藤; Chizu Sekine; 千津関根; Koichi Fujisawa; 幸一藤沢; Naoyuki Takano; 尚之高野; Yukari Fujimoto; ゆかり藤本; Masayoshi Minamii; 正好南井
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【構成】下記一般式（Ｉ）で表されるフェニルキノキサ
リン化合物および／または下記一般式（ＩＩ）で表され
るフェニルナフタレン化合物【化１】〔式中、Ｒ₁およびＲ₃は炭素数３〜２０のアルキル基
を表す。Ｒ₂およびＲ₄は炭素数１〜２０のアルキル基
を表す。Ａは−Ｏ−である。ＦおよびＧはハロゲン原子
を表す。ｍおよびｎはそれぞれ独立に０〜２の整数を表
す。〕と、下記一般式（ＩＩＩ）【化２】〔式中、Ｒ₅およびＲ₆は炭素数１〜１５のアルキル基
を表す。ＸおよびＹは単結合または−Ｏ−を表す。Ｐ、
ＱおよびＲはいずれか一つが、【化３】（式中、Ｆはフッ素原子を表す。）であり、残りの二つ
は、例えばフェニレン基である。〕で表される化合物を
必須成分とするノンキラルスメクチック液晶組成物。【効果】誘電率異方性が負で絶対値が大きい化合物を用
いていながら、より室温に近い温度のＳｃ相を持ち、広
いＳｃ相温度範囲を有し、実用的である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性カイラルスメ
クティック液晶組成物に用いることのできる新規なノン
キ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。

【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徴を有
し、急速に普及してきた。液晶ディスプレイに代表され
る液晶素子のうち情報量の大きいマトリクス型液晶素子
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駆動方法がある。

【０００３】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。しかし、アクティブマトリクス方式は、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
格化および高密度化に関して課題を有しており、価格や
生産性などを考え合わせると単純マトリクス方式の方が
有力である。

【０００４】現在実用化されている単純マトリクス方式
の液晶素子としてはＴＮ型・ＳＴＮ型液晶を用いたもの
が主流である。しかしこれらの液晶素子の光学的な応答
は、電界印加時に生じる液晶分子の誘電率異方性に基づ
く平均的な液晶分子軸の特定方向への配列を利用してい
る。従ってこれらの液晶素子の光学的な応答速度の限界
は、ミリ秒のオーダーであり、情報量の増大を考えると
不十分である。

【０００５】また、情報量を増大させるために走査線の
数を増大すると、コントラスト比の低下やクロストーク
が原理的に避けられない。これはＴＮ型やＳＴＮ型の液
晶がメモリー性（双安定性）を示さないことによる本質
的な問題である。このことを改良するために、二周波駆
動法、電圧平均化法および多重マトリクス法など種々の
駆動法が提案されているが問題の本質的な解決ではな
く、大容量化、高密度化は容易ではない。またこれらの
液晶は視野角の制約や表示品質にも大きな問題がある。

【０００６】このような液晶素子の本質的な問題点を解
決することを目標に、１９８０年にＮ．Ａ．Ｃｌａｒｋ
とＳ．Ｔ．Ｌａｇｅｒｗａｌｌは、双安定性を有する液
晶を利用する液晶素子を提案した（米国特許第４３６７
９２４号明細書、特開昭５６−１０７２１６号公報な
ど）。このような双安定性を示す液晶としてはカイラル
スメクチックＣ相を発現する強誘電性液晶が主として用
いられている。

【０００７】強誘電性液晶を用いることの特徴の一つ
は、強誘電性液晶が双安定性を示すことにある。双安定
性とは、強誘電性液晶を透明電極を有する二枚のガラス
基板間に狭持した場合に、印加する電界の向きに依存し
て二つの光学的な安定状態を有し、しかもこの二つの光
学的安定状態は、印加した電界を除去しても維持される
性質である。このような性質を有することから、強誘電
性液晶を用いた液晶素子は走査線の数を増大させてもコ
ントラスト比の低下やクロストークがないことが期待で
きる。

【０００８】もう一つの強誘電性液晶の特徴は、高速応
答性にある。すなわち強誘電性液晶の光学的応答は、強
誘電性液晶が有する自発分極と電場との直接的な相互作
用によって生じる液晶分子の配列の変化を利用するた
め、前述したＴＮ型、ＳＴＮ型液晶の場合の光学応答に
比較して、約１０００倍速い。

【０００９】すなわち、強誘電性液晶素子は、（１）二
つの光学的安定状態を示し、その光学的安定状態が電界
を除去してもそのまま保持され（双安定性）、（２) そ
の二つの光学的安定状態をマイクロ秒オーダーでスイッ
チングする（高速応答性）という本質的な特徴を有す
る。さらに強誘電性液晶素子は、（３）液晶分子が基板
に対して平行な面内で応答し、セル厚さも薄いので表示
の視角依存性が小さい（広視野角）という特徴も有して
いる。

【００１０】したがって強誘電性液晶素子は、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。

【００１１】このため現在までに強誘電性を示す液晶材
料に関して莫大な研究がなされ報告されている。しかし
ながら最終組成物が強誘電性を示す液晶を含有した組成
物であっても、キラルドーパント法においては添加する
強誘電性を示す液晶材料は、組成物全体に占める割合が
少量であるため、強誘電性液晶を添加する前のノンキラ
ル母体組成物の物性か重要である。特に広いスメクチッ
クＣ相（Ｓｃ相）温度範囲を示し低粘度であることが重
要である。

【００１２】また近年、デバイスサイドから、誘電率異
方性を負にする必要性がでてきた。しかし、誘電率異方
性が負である化合物はスメクチックＣ相の下限温度が高
く実用に際して課題を残していた。

【００１３】

【本発明が解決しようとする課題】本発明は、誘電率異
方性が負で絶対値が大きい化合物を用いていながら、よ
り室温に近い温度でスメクチックＣ相を持ち、広いスメ
クチックＣ相温度範囲を有するノンキラル母体液晶組成
物および該液晶組成物を用いた液晶素子を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、特定のフェニルキノキサリン化合物および／また
はフェニルナフタレン化合物に、特定の３環系化合物を
組み合わせることにより、より室温領域の近くでスメク
チックＣ相温度範囲を広くできることを見出し、本発明
に至ったものである。

【００１５】本発明は次に記す発明からなる。〔１〕下記一般式（Ｉ）で表されるフェニルキノキサリ
ン化合物および／または下記一般式（ＩＩ）で表される
フェニルナフタレン化合物

【化５】〔式中、Ｒ₁およびＲ₃はそれぞれ独立にハロゲン原子
で置換されていてもよい炭素数３〜２０のアルキル基ま
たはアルコキシアルキル基を表す。Ｒ₂およびＲ ₄はそ
れぞれ独立にハロゲン原子で置換されていてもよい炭素
数１〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基またはハ
ロゲン原子で置換されていてもよい炭素数２〜２０のア
ルコキシアルキル基を表す。Ａは単結合、−Ｏ−、−Ｃ
ＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ≡Ｃ−または−ＣＨ＝ＣＨ−
のいずれかを表す。ＦおよびＧはハロゲン原子を表し互
いに同一であっても異なっていてもよい。同一ベンゼン
環に複数のＦまたはＧが置換されているときは、それら
は互いに同一であっても異なっていてもよい。ｍおよび
ｎはそれぞれ独立に０〜２の整数を表す。〕と、下記一
般式（ＩＩＩ）

【化６】〔式中、Ｒ₅およびＲ₆はそれぞれ独立に炭素数１〜１
５のアルキル基を表す。ＸおよびＹはそれぞれ独立に単
結合または−Ｏ−を表す。Ｐ、ＱおよびＲはいずれか一
つが、

【化７】（式中、Ｆはフッ素原子を表す。）であり、残りの二つ
は、

【化８】の組合せから選ばれる。Ｐ、ＱおよびＲの並べ方は順不
同である。〕で表される化合物を必須成分とし、それら
のモル比が、一般式（Ｉ）と一般式（ＩＩＩ）で表され
る化合物を含むときは、〔一般式（Ｉ）で表される化合
物〕：〔一般式（ＩＩＩ）で表される化合物〕＝（８０
〜２０）：（２０〜８０）であり、一般式（ＩＩ）と一
般式（ＩＩＩ）で表される化合物を含むときは、〔一般
式（ＩＩ）で表される化合物〕：〔一般式（ＩＩＩ）で
表される化合物〕＝（２０〜８０）：（８０〜２０）で
あるノンキラルスメクチック液晶組成物。

【００１６】〔２〕前記項〔１〕記載のノンキラルスメ
クチック液晶組成物を一対の電極基板間に挟持してなる
ことを特徴とする液晶素子。

【００１７】次に本発明を詳細に説明する。一般式
（Ｉ）および（ＩＩ）で表される液晶化合物において、
Ｒ₁およびＲ₃はそれぞれ独立に、好ましくは炭素数５
〜１２のアルキル基である。Ｒ₂およびＲ₄はそれぞれ
独立に、好ましくは炭素数５〜１２のアルキル基であ
る。Ａは、好ましくは−Ｏ−であり、ＦおよびＧは、好
ましくはフッ素原子である。ｍおよびｎは、好ましくは
２である。

【００１８】一般式（Ｉ）で表される化合物は、下記一
般式（ＩＶ）

【化９】で表される化合物〔式中、Ｒ₁は一般式（Ｉ）における
定義と同じであり、Ｓはハロゲン原子または−ＯＳＯ₂
ＣＦ₃−を表す。〕と下記一般式（Ｖ）

【００１９】

【化１０】で表されるほう素化合物〔式中、Ｒ₂、Ａ、Ｆおよびｍ
は一般式（Ｉ）における定義と同じである。〕を金属触
媒存在下塩基中で反応させることにより得ることができ
る。一般式（ＩＩ）で表される化合物は、特表平４−５
０４５７１号公報に記載の方法で合成できる。

【００２０】一般式（Ｉ）および（ＩＩ）で表される液
晶化合物の具体例としては、以下に示すものを挙げるこ
とができる。但し、これらの具体例に限定されるもので
はない。

【００２１】以下、（Ｉ−１）〜（Ｉ−２４）および
（ＩＩ−１）〜（ＩＩ−２４）で示される化合物におい
て、Ｒ₁₁およびＲ₂₁はそれぞれ独立に炭素数３〜２０の
アルキル基、または炭素数３〜２０のアルコキシアルキ
ル基を表す。Ｒ₁₂およびＲ₂₂はそれぞれ独立にハロゲン
原子で置換されていてもよい炭素数１〜２０のアルキル
基もしくはアルケニル基またはハロゲン原子で置換され
ていてもよい炭素数２〜２０のアルコキシアルキル基を
表す。Ｆはフッ素原子を表す。

【００２２】

【化１１】

【００２３】

【化１２】

【００２４】

【化１３】

【００２５】

【化１４】

【００２６】一般式（ＩＩＩ）で表される液晶化合物に
おいて、Ｒ₅およびＲ₆はそれぞれ独立に、好ましくは
炭素数６〜１２のアルキル基である。ＸおよびＹは、好
ましくは−Ｏ−である。一般式（ＩＩＩ）で表される化
合物は、特開平２−４７２５号公報に記載の方法で合成
できる。

【００２７】一般式（ＩＩＩ）で表される液晶化合物の
具体例としては、以下に示すものを挙げることができ
る。但し、これらの具体例に限定されるものではない。
以下、（ＩＩＩ−１）〜（ＩＩＩ−６０）で示される化
合物において、Ｒ₃₁およびＲ₃₁はそれぞれ独立に炭素数
１〜１５のアルキル基を表す。Ｆはフッ素原子を表す。

【００２８】

【化１５】

【００２９】

【化１６】

【００３０】

【化１７】

【００３１】

【化１８】

【００３２】

【化１９】

【００３３】本発明に関わる液晶素子は種々のタイプの
液晶素子、表示装置として利用することができる。液晶
素子の構造は特に限定するものではないが、図１に強誘
電性液晶素子の一例の概略図を示す。図１において、１
は偏光板、２はガラス基板、３は透明電極、４は絶縁性
の配向制御膜、５は強誘電性液晶、６はスペーサーであ
る。

【００３４】図１に記載したような構造をもつ液晶素子
の一つの例として表面安定化型強誘電性液晶表示装置を
挙げることができる。この表示装置は、二枚のガラス基
板２の間の間隔を極めて薄くしたセルに強誘電性液晶を
水平配向するように封入シタものである。強誘電性液晶
層５の厚さは、二枚のガラス基板２の間隔とそれらの上
で強誘電性液晶層５の方向に設置された透明電極３と絶
縁性配向膜４の厚みのみで決定され、通常０．５〜２０
μｍ、好ましくは１〜５μｍである。

【００３５】透明電極３は、液晶層側のガラス基板２上
に被覆されており、その材料としては通常 ITO（Indium
-Tin Oxide）、In₂O ₃およびSnO ₂などが用いられて
いる。

【００３６】透明電極３の液晶層側５には、絶縁性配向
膜が設置されている。この際、配向膜がそれ単独で充分
な絶縁性を有する場合には、配向膜のみでよいが、必要
に応じて配向膜および該配向膜の下に絶縁膜を設置し、
その両者で絶縁性配向膜としてもかまわない。

【００３７】絶縁性配向膜としては、有機物、無機物、
低分子および高分子など公知のものを使用することがで
きる。高分子物質としては、例えばポリイミド、ポリア
ミド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、ポリ
スチレン、ポリエステル、ポリエステルイミドや種々の
フォトレジストなどを必要に応じて用いることができ
る。

【００３８】またこれらの高分子物質を配向膜として用
いた場合には必要に応じてこれら配向膜の表面を、ガー
ゼやアセテート植毛布などを用いて、一方向にこする、
いわゆるラビング処理を行なうことによって液晶分子の
配向をより一層促進することができる。

【００３９】絶縁膜としては、例えば、チタン酸化物、
アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、シリコン酸
化物、シリコン窒化物などを用いることができる。

【００４０】これらの絶縁性配向膜や絶縁膜を形成する
方法としては、必要に応じて、それら用いる物質によっ
て最適な方法を用いることができる。例えば、高分子物
質の場合には、その高分子物質またはその前駆体を、そ
れらの物質を溶解できる溶媒に溶解後、スクリーン印刷
法、スピンナー塗布法、浸漬法などの方法で塗布するこ
とができる。無機物質の場合には、浸漬法、蒸着法、斜
方蒸着法などを用いることができる。

【００４１】これら絶縁性配向膜の厚みとしては、特に
限定するものでないが、１０Å〜２０μｍ、好ましくは
２０Å〜１０００Åである。これら絶縁性配向膜４およ
び透明電極３を設置した二枚のガラス基板３は、スペー
サー６を介して所定の間隔に保持される。スペーサーと
しては、シリカ、アルミナ、高分子よりなり、所定の直
径または厚みを有するビーズ、ファイバーまたはフィル
ム状の絶縁性の材料を用いることができる。これらスペ
ーサ６を２枚のガラス基板２で挟持し、周囲を例えばエ
ポキシ系接着剤等を用いてシールした後、強誘電性液晶
を封入することができる。

【００４２】二枚のガラス基板の外側には、通常一枚ま
たは二枚の偏光板１が設置されている。二色性色素を添
加するゲストーホスト法の場合は用いる偏光板は一枚
で、複屈折法の場合は用いる偏光板は二枚である。図１
には二枚の偏光板を用いた場合が例示されている。この
際、二枚の偏光板は互いの偏光軸を直交させた状態、す
なわちクロスニコル状態となっている。透明電極３は、
適当なリード線が接続されており、外部の駆動回路に接
続されている。

【００４３】

【実施例】以下、実施例により、本発明に関してより詳
細に述べるが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００４４】実施例１一般式（Ｉ）および一般式（ＩＩＩ）で示される化合物
を、表１に示す割合（モル比）で混合し、液晶組成物Ａ
を調製した。

【００４５】

【表１】

【００４６】この液晶組成物Ａを、透明電極とポリイミ
ド配向膜を塗布し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。

【００４７】次にこの液晶素子を用いて、液体状態にな
るまで温度を上げて、それから２．５℃／ｍｉｎの割合
で降温し、相系列を同定した。それぞれＳｃ相の温度範
囲と下限温度を表２に示す。表２において、括弧内の数
値は温度範囲の幅（温度範囲の上限と下限の差）を示
す。以下の表においても同様である。

【００４８】

【表２】表２に記載したＳｃ相温度範囲の測定から明らかなよう
に、化合物（Ｉ）の具体例である化合物（Ｉ−１）と化
合物（ＩＩＩ）の具体例である化合物（ＩＩＩ−１）と
よりなる液晶組成物Ａを調整することにより、化合物
（Ｉ）単独の場合と比較して、より広く、かつ室温に近
いＳｃ相温度範囲に改善されている。

【００４９】実施例２一般式（ＩＩ）および一般式（ＩＩＩ）で示される化合
物を、表３に示す割合で混合し、液晶組成物Ｂを調製し
た。

【００５０】

【表３】

【００５１】この液晶組成物Ｂを、透明電極とポリイミ
ド配向膜を塗布し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。

【００５２】次にこの液晶素子を用いて、液体状態にな
るまで温度を上げて、それから２．５℃／ｍｉｎの割合
で降温し、相系列を同定した。それぞれＳｃ相の温度範
囲と下限温度を表４に示す。

【００５３】

【表４】

【００５４】表４に記載したＳｃ相温度範囲の測定から
明らかなように、化合物（ＩＩ）の具体例である化合物
（ＩＩ−１）と化合物（ＩＩＩ）の具体例である化合物
（ＩＩＩ−１）とよりなる液晶組成物Ｂを調整すること
により、化合物（ＩＩ）単独の場合と比較して、より広
く、かつ室温に近いＳｃ相温度範囲に改善されている。

【００５５】

【発明の効果】本発明の液晶組成物は、誘電率異方性が
負で絶対値が大きい化合物を用いていながら、より室温
に近い温度のＳｃ相を持ち、広いＳｃ相温度範囲を有
し、実用的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶組成物を用いた液晶素子の一例の断面図。

【符号の説明】

１．偏光板２．ガラス基板３．透明電極４．絶縁性配向膜５．強誘電性液晶相６．スペーサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高野尚之大阪府大阪市中央区北浜四丁目５番33号住友化学工業株式会社内 (72)発明者藤本ゆかり大阪府高槻市塚原２丁目10番１号住友化学工業株式会社内 (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記一般式（Ｉ）で表されるフェニルキノ
キサリン化合物および／または下記一般式（ＩＩ）で表
されるフェニルナフタレン化合物【化１】〔式中、Ｒ₁およびＲ₃はそれぞれ独立にハロゲン原子
で置換されていてもよい炭素数３〜２０のアルキル基ま
たはアルコキシアルキル基を表す。Ｒ₂およびＲ ₄はそ
れぞれ独立にハロゲン原子で置換されていてもよい炭素
数１〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基またはハ
ロゲン原子で置換されていてもよい炭素数２〜２０のア
ルコキシアルキル基を表す。Ａは単結合、−Ｏ−、−Ｃ
ＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ≡Ｃ−または−ＣＨ＝ＣＨ−
のいずれかを表す。ＦおよびＧはハロゲン原子を表し互
いに同一であっても異なっていてもよい。同一ベンゼン
環に複数のＦまたはＧが置換されているときは、それら
は互いに同一であっても異なっていてもよい。ｍおよび
ｎはそれぞれ独立に０〜２の整数を表す。〕と、下記一
般式（ＩＩＩ）【化２】〔式中、Ｒ₅およびＲ₆はそれぞれ独立に炭素数１〜１
５のアルキル基を表す。ＸおよびＹはそれぞれ独立に単
結合または−Ｏ−を表す。Ｐ、ＱおよびＲはいずれか一
つが、【化３】（式中、Ｆはフッ素原子を表す。）であり、残りの二つ
は、【化４】の組合せから選ばれる。Ｐ、ＱおよびＲの並べ方は順不
同である。〕で表される化合物を必須成分とし、それら
のモル比が、一般式（Ｉ）と一般式（ＩＩＩ）で表され
る化合物を含むときは、〔一般式（Ｉ）で表される化合
物〕：〔一般式（ＩＩＩ）で表される化合物〕＝（８０
〜２０）：（２０〜８０）であり、一般式（ＩＩ）と一
般式（ＩＩＩ）で表される化合物を含むときは、〔一般
式（ＩＩ）で表される化合物〕：〔一般式（ＩＩＩ）で
表される化合物〕＝（２０〜８０）：（８０〜２０）で
あるノンキラルスメクチック液晶組成物。
【請求項２】請求項１記載のノンキラルスメクチック液
晶組成物を一対の電極基板間に挟持してなることを特徴
とする液晶素子。