(57)【要約】      （修正有）【課題】応答時間及びバルクオン状態の配向が改善されたネガティブタイプ液晶の提供およびその製造方法、さらに、ネガティブタイプ液晶を使用した液晶表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの可溶性及び双極性を有する有機ドーパントをネガティブタイプメソゲンに混合し、液晶材料を製造する。更に、この液晶材料を遠心分離し、次いでセルに埋め込んだ後、アニール処理することにより液晶セル又はネガティブタイプの液晶表示装置を製造することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの可溶性及び双極性を有するドーパントを含む少なくとも１つのネガティブタイプメソゲンを有する液晶材料。
【請求項２】
上記ドーパントは有機ドーパントであり、少なくともフッ化官能基及び／又は少なくとも１つの末端基であるシアノ基を有することを特徴とする請求項１記載の液晶材料。
【請求項３】
上記ネガティブタイプメソゲンは、ＭＬＣ−２０３８、ＭＬＣ−６６０８、ＭＬＣ−６６０９、ＭＬＣ−６６ｌ０からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１又２記載の液晶材料。
【請求項４】
上記ドーパントは、混合物内に約０．０１乃至約１０ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の液晶材料。
【請求項５】
上記ドーパントは、混合物内に約０．０５乃至約５ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の液晶材料。
【請求項６】
上記ドーパントは、混合物内に約０．１乃至約１．５ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の液晶材料。
【請求項７】
上記ドーパントは、ＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の液晶材料。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれか１項記載の液晶材料を備える液晶セル又はネガティブタイプ液晶表示装置。
【請求項９】
少なくとも１つのネガティブタイプメソゲンに可溶性及び双極性を有するドーパントを混合する工程を有する液晶材料の製造方法。
【請求項１０】
上記ドーパントは、有機ドーパントであり、少なくともフッ化官能基及び／又は少なくとも１つの末端基であるシアノ基を有することを特徴とする請求項９記載の液晶材料の製造方法。
【請求項１１】
上記ネガティブタイプメソゲンは、ＭＬＣ−２０３８、ＭＬＣ−６６０８、ＭＬＣ−６６０９、ＭＬＣ−６６ｌ０からなるグループから選択されることを特徴とする請求項９又１０記載の液晶材料の製造方法。
【請求項１２】
上記ドーパントは、混合物内に約０．０１乃至約１０ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項９乃至１１いずれか１項記載の液晶材料の製造方法。
【請求項１３】
上記ドーパントは、混合物内に約０．０５乃至約５ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項９乃至１２いずれか１項記載の液晶材料の製造方法。
【請求項１４】
上記ドーパントは、混合物内に約０．１乃至約１．５ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項９乃至１３いずれか１項記載の液晶材料の製造方法。
【請求項１５】
上記ドーパントは、ＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択されることを特徴とする請求項９乃至１４いずれか１項記載の液晶材料の製造方法。
【請求項１６】
ａ）少なくとも１つのネガティブタイプメソゲンと約０．００１ｗｔ％乃至約１０ｗｔ％の少なくとも１つの可溶性及び双極性を有するドーパントとを混合して混合物を生成する工程と、
ｂ）上記混合物を遠心分離する工程と、
ｃ）上記混合物をセルに埋め込む工程と、
ｄ）上記混合物が埋め込まれたセルをアニール処理する工程とを有する液晶セル又はネガティブタイプ液晶表示装置の製造方法。
【請求項１７】
オフ状態の特性を劣化させることなく、ネガティブタイプ液晶材料の応答速度、オン状態における均一な配向及びコントラストを向上させる特性改善方法であって、少なくとも１つの可溶性及び双極性を有するドーパントを該液晶材料に加える工程を有する特性改善方法。
【請求項１８】
上記ドーパントは、有機ドーパントであり、少なくともフッ化官能基及び／又は少なくとも１つの末端基であるシアノ基を有することを特徴とする請求項１７記載の特性改善方法。
【請求項１９】
上記ドーパントは、混合物内に約０．０１乃至約１０ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項１７又は１８記載の特性改善方法。
【請求項２０】
上記ドーパントは、混合物内に約０．０５乃至約５ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項１７乃至１９いずれか１項記載の特性改善方法。
【請求項２１】
上記ドーパントは、混合物内に約０．１乃至約１．５ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項１７乃至２０いずれか１項記載の特性改善方法。
【請求項２２】
上記ドーパントは、ＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１７乃至２１いずれか１項記載の特性改善方法。
【請求項２３】
請求項１乃至７いずれか１項記載の液晶材料を表示装置の改善されたＬＣ材料として使用する使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネガティブタイプ液晶（negative-type liquid crystal）の応答時間及びバルクオン状態の配向（bulk on-state alignment）の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器における表示技術では、明るく、高いコントラストを有し、消費電力が低く、応答速度が速い表示装置が要求される。プロジェクタ型の表示装置では、液晶技術が利用されており、特にオフ状態でホメオトロピック配向された（homeotropically aligned in the off state）ネガティブタイプ液晶の利用が注目されている。これらの材料において、オフ状態における良好なホメオトロピック配向性と、高速な応答時間と、オン状態における均一な配向と、オフ状態における高い不透明性と、良好なコントラストを実現することが重要である。
【０００３】
一般的な表示セル及び偏光子システム（polarizer system）では、ホメオトロピック配向された、複屈折液晶に電界が与えられる。電界が与えられると、液晶は電界に応じて一定の度合いで配向されるとともに複屈折性が変化するので、システムの光伝達特性が変化する。ここで、配向には時間を要するががこの時間は短い程よい。
【０００４】
また、電界が取り除かれるか又は変更されると、液晶は、一定の度合いで元の位置又は新たな変更後の電界に応じた位置に配向され、複屈折性が再び変化する。液晶表示装置の質を向上させるためには、この応答時間を最小にする必要がある。
【０００５】
多くの研究者がホメオトロピック配向された、すなわちネガティブタイプの液晶について研究しているが、これまで、双極性ドーパント（dipolar dopant）を加えることにより特性を向上させる試みは成功していない。
【０００６】
欧州特許出願第ＥＰ０５４１３８８号には、液晶表示装置及びその製造方法が開示されている。この文献には、ネガティブタイプ配向下塗り膜（negative-type alignment undercoat film）によってコーティングされたガラス基板を有する表示装置が開示されている。ネガティブタイプ配向下塗り膜は、イオンビームを用いたアングル蒸着法（angle vapour deposition）によって基板に蒸着された酸化物の膜である。
【０００７】
米国特許第３，６５６，８３４号には、液晶材料のための添加剤が開示されている。この液晶材料では、ネガティブタイプ組織は、例えばヘクサデシルトリメチル臭化アンモニウムである添加物が溶解されたネマチック材料（nematic material）を備えることを前提としている。
【０００８】
米国特許第３，８４８，９６６号には、液晶のためのネガティブタイプ配向添加剤(negative-type alignment additive)が開示されている。上述の米国特許第３，６５６，８３４号と同様、ネマチック材料は、負誘電異方性を有し、ネマチック材料内には、少量ではあるが有効な量である０．５％のオクタデシルマロン酸が添加され、溶解されている。
【０００９】
米国特許第４，３５７，３７４号には、シラン界面活性剤(silane surfactant)を有するゲスト−ホスト液晶表示装置（guest-host liquid crystal display device）が開示されている。この文献に開示されている表示装置においては、単一方向に摩擦又は研磨することにより配向性を有するように処理された無機絶縁層によって被覆された電極が設けられている。
【００１０】
欧州特許出願ＥＰ１１９７７９１号には、特に、カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）のための液晶セル用の液晶混合物が開示されている。カラー液晶表示装置は、液晶材料とダイとを備え、ダイは双極性であり、永久双極性であることが好ましい。欧州特許出願ＥＰ１１９７７９１号では、液晶の応答速度を向上させるために、ネガティブタイプ液晶とは反対のポジティブタイプ液晶をドープする手法が開示されている。
【００１１】
モクリャチュク・エル・アイ（Moklyachuk, L.I）他は（モクリャチュク・エル・アイ（Moklyachuk, L.I）、エム・ユー・コルニーロフ（M. Yu. Kornilov）、ユー・エー・フィアルコフ（Yu. A. Fialkov）、エム・エム・クレムリヨフ（M.M. Kremlyov）、エル・エム・ヤグポルスキー（L.M. Yagupolsky）１９９０．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｋｈｉｍ．２６：１５３３．において)、ＭＢＢＡの中間生成フッ化誘導体（mesogenic fluorinated derivative）の形式でフッ化液晶化合物を合成する技術を開示している。シアノ化合物のフッ化誘導体（大きな誘電異方性のために、応用例において重要である）を合成する試みにより、中間状態ではない化合物又はスメクチック相（smectic phase）のみを示す化合物が生成される。なお、最終的には、ＣＮ基を含みネマチック相を示すフッ化化合物が得られる。
【００１２】
当分野において知られている液晶は、応答速度が遅く、全体的なオン状態の配向性が良好ではない。このため、所望のオン状態配向を促進するための強力な手法が必要とされるが、これによりオフ状態におけるホメオトロピック性が損なわれる虞もある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、少なくとも１つの可溶性の双極性ドーパントを有する少なくとも１つのネガティブタイプメソゲン（negative-type mesogen）を備える液晶材料に関する。
【００１４】
本発明の好適な具体例では、ドーパントは有機ドーパントであり、少なくともフッ化官能基及び／又は少なくとも１つの末端基であるシアノ基を有する。
【００１５】
本発明の液晶材料の好適な具体例では、ネガティブタイプメソゲンは、ＭＬＣ−２０３８、ＭＬＣ−６６０８、ＭＬＣ−６６０９、ＭＬＣ−６６ｌ０からなるグループから選択される。
【００１６】
本発明の好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．０１乃至約１０ｗｔ％含まれている。
【００１７】
本発明の液晶材料の更に好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．０５乃至約５ｗｔ％含まれている。
【００１８】
本発明の液晶材料の更に好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．１乃至約１．５ｗｔ％含まれている。
【００１９】
本発明の好適な具体例では、ドーパントは、ＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択される。
【００２０】
本発明の他の側面として、本発明は、上述の液晶材料を備える液晶セル又はネガティブタイプ液晶表示装置を提供する。
【００２１】
本発明の他の側面として、本発明は、少なくとも１つのネガティブタイプメソゲンに可溶性及び双極性を有するドーパントを混合する工程を有する液晶材料の製造方法を提供する。
【００２２】
本発明の製造方法の好適な具体例では、ドーパントは、有機ドーパントであり、少なくともフッ化官能基及び／又は少なくとも１つの末端基であるシアノ基を有する。
【００２３】
本発明の製造方法の好適な具体例では、ネガティブタイプメソゲンは、ＭＬＣ−２０３８、ＭＬＣ−６６０８、ＭＬＣ−６６０９、ＭＬＣ−６６ｌ０からなるグループから選択される。
【００２４】
本発明の製造方法の好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．０１乃至約１０ｗｔ％含まれている。
【００２５】
本発明の製造方法の更に好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．０５乃至約５ｗｔ％含まれている。
【００２６】
本発明の製造方法の更に好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．１乃至約１．５ｗｔ％含まれている。
【００２７】
本発明の製造方法の好適な具体例では、ドーパントは、ＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択される。
【００２８】
本発明の他の側面として、本発明は、ａ）少なくとも１つのネガティブタイプメソゲンと約０．００１ｗｔ％乃至約１０ｗｔ％の少なくとも１つの可溶性及び双極性を有するドーパントとを混合して混合物を生成する工程と、ｂ）混合物を遠心分離する工程と、ｃ）混合物をセルに埋め込む工程と、ｄ）混合物が埋め込まれたセルをアニール処理する工程とを有する液晶セル又はネガティブタイプ液晶表示装置の製造方法を提供する。
【００２９】
本発明の他の側面として、本発明は、オフ状態の特性を劣化させることなく、ネガティブタイプ液晶材料の応答速度、オン状態における均一な配向及びコントラストを向上させる特性改善方法であって、少なくとも１つの可溶性及び双極性を有するドーパントを該液晶材料に加える工程を有する特性改善方法を提供する。
【００３０】
本発明の特性改善方法の好適な具体例では、ドーパントは、有機ドーパントであり、少なくともフッ化官能基及び／又は少なくとも１つの末端基であるシアノ基を有する。
【００３１】
本発明の特性改善方法の好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．０１乃至約１０ｗｔ％含まれている。
【００３２】
本発明の特性改善方法の更に好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．０５乃至約５ｗｔ％含まれている。
【００３３】
本発明の特性改善方法の更に好適な具体例では、ドーパントは、混合物内に約０．１乃至約１．５ｗｔ％含まれている。
【００３４】
本発明の特性改善方法の好適な具体例では、ドーパントは、ＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択される。
【００３５】
本発明の他の側面として、本発明は、上述の液晶材料を表示装置の改善されたＬＣ材料として使用する使用方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の目的は、従来の課題に鑑てなされたものであり、応答時間が短縮（改善）されたネガティブタイプ液晶を提供することでる。更に、本発明は、オン状態における異種配向特性が向上され、より均一な液晶を提供することを目的とする。更に、本発明は、オフ状態でのホメオトロピック配向特性が向上され、システムの不透明性（黒さ）が改善された液晶を提供することを目的とする。
【００３７】
これらの目的は、請求項１の液晶混合物、請求項８の液晶セル又はネガティブタイプ液晶装置及び請求項２３の使用方法によって解決される。請求項２乃至７は、液晶材料の好適な具体例に対応する。
【００３８】
本発明は、少なくとも１種類の可溶性の双極性ドーパントを有する少なくとも１種類のネガティブタイプメソゲン（negative-type mesogen）を備える液晶材料を提供する。本発明は、例えば、有機ドーパントをフッ化させることにより得られる可溶性のドーパント、例えば末端基としてシアノ基を結合させることにより得られる双極性のドーパントを液晶材料に用いることによって、この混合物が電界を印加又は除去する際に応答する必要な応答時間を大幅に削減することができるという発見に基づいている。また、このドーパントを用いることにより、バルクオン状態の均一配向の全体的な均一性も向上されることが見出された。更に、本発明に基づく新たな材料を用いることにより、表示装置のオフ状態（黒さ）も改善される。
【００３９】
ここで、液晶材料という用語は、永久双極子に誘導された双極子（permanent dipole induced dipole）及び／又は強誘電性を有する物質を指すものとする。双極子の誘導は、例えば、電界が与えられた際に分子内の電子及び陽子を僅かに再構成されることによって実現される。液晶は、通常、１０１２Ω以上、好ましくは１０１３Ω以上の抵抗値を有している。液晶は、異なる液晶材料の混合物（blend, mixture）であってもよく、液晶混合物は、一般的に、機能的混合物又は層に用いられることが有効である基本的に全ての材料又は素子を包括的に含むものとして解釈されるべきである。したがって、液晶混合物は、例えば表示装置用の液晶セルに応用される場合、膜全体又はセル自体を指すと解釈することもできる。これは、特定の種類の液晶材料のみから構成されていてもよく、異なる液晶材料を混合して構成されていてもよい。更に、液晶ではない付加的な材料を含んでいてもよい。液晶は、他の材料又は分子グループに埋め込んでもよい。更に、１以上の液晶材料及び／又は他の材料又はグループ間で相互作用又は化学的結合が生じてもよく、この場合も液晶材料という表現が用いられる。液晶状態の弁別的な特性は、液晶分子がディレクタと呼ばれる素子に沿って同方向に配向されるという傾向である。液晶分子がディレクタに沿って配向される傾向により、異方性（anisotropy）と呼ばれる状態が導かれる。異方性とは、材料の特性が測定される方向に依存していることを意味する。この液晶の異方性により、液晶は独特の光特性及び電気特性を示す。液晶は、好ましくは、電界、磁界又は電磁波（optical field）によってスイッチング可能であり、表面効果（surface effect）によって配向可能である。
【００４０】
メソゲンという用語は、中間相を有する、すなわち固相と液相の間に１以上の相を有する分子を指す。液晶はメソゲンの一種である。
【００４１】
また、この明細書において、ネガティブタイプ液晶又はネガティブタイプメソゲンとは、ネガティブタイプの誘電異方性を有する材料を指し、二重周波数液晶（dual-frequency liquid crystal）を含み、ここで誘電異方性は、駆動電界の性質によって選択される。このようなネガティブタイプ液晶は、実際の応用例では、多くの場合オフ状態においてホモトロピック構造（homotropic texture）として配向される。なお、オフ状態において、これらの液晶を均一に（homogeneously）又は不均一（heterogeneously）に配向することができ、横電界（in-plane-switching）又は当分野において周知の手法によりオンにすることができる。本発明に基づく液晶材料は、一種類のネガティブタイプメソゲンのみから構成されてもよいが、多くの場合複数の異なるネガティブタイプメソゲンから構成される。
【００４２】
ホメオトロピックという用語は、ディレクタによって形成される、セル壁の法線に対する角度が４５°以下、好ましくは０°になるような液晶の配向を指すが、ある程度の予備的な傾斜（pre-tilt）がセルの機能にとって有益である場合もある。ホメオトロピックセル内の液晶は、負の誘電異方性を有し、セルに電界が与えられていない場合、ホメオトロピック状態となる。
【００４３】
均一（homogeneous）という用語は、ディレクタによって形成されるセル壁の法線に対する角度が４５°より大、好ましくは９０°になるような液晶の配向を指すが、ある程度の予備的な傾斜がセルの機能にとって有益である場合もある。均一なセル内の液晶は、通常、正の誘電異方性を有し均一な状態を保っている。
【００４４】
不均一（heterogeneous）という用語は、例えばあるセル壁においては液晶がホメオトロピック配向され、他のセル壁においては液晶が均一配向されているなど、各セル壁における液晶の配向が異なるようなセル内の液晶の配向を指す。
【００４５】
ドーパントという用語は、添加剤又はゲスト物質である物質を指す。ドーパントは、システム又はホスト物質に添加され、ホスト物質の特性を偏光する。ホスト物質におけるドーパントの可溶性の度合いは、重量、体積又はモル濃度について最大５０％である。濃度が５０％を超えると、ホスト物質がドーパントになり、ドーパントがホスト物質になる。液晶材料は、１種類のみのドーパントを含んでいてもよく、複数種類のドーパントの混合物を含んでいてもよい。
【００４６】
双極（dipolar）という用語は、永久又は誘導可能な双極子モーメント、好ましくは永久双極子モーメントを有する物質を指す。分子が電荷分離を生じる置換基を含み、分子全体の対称性によって個々の結合モーメントがキャンセルされない場合に、分子は双極子モーメントを有する。本発明に基づく可溶性の双極性ドーパントの双極子モーメントは、少なくとも１Ｄ、好ましくは少なくとも５Ｄ、更に好ましくは少なくとも１０Ｄ、最も好ましくは少なくとも１５Ｄである。双極子モーメントを導入する官能基（group）は、好ましくは、直線状分子の末端に結合され、また分子が分岐している場合は、分子の分岐の末端に結合される。ドーパントに双極子モーメントを誘導する適切な官能基としては、例えばＣＦ３、ＣＮ、ＮＯ２等がある。
【００４７】
可溶性という用語は、液晶材料に溶解可能な物質の性質を意味し、液晶材料は、少なくとも１種類のメソゲンを少なくとも０．００１ｗｔ％、好ましくは少なくとも０．０１ｗｔ％、更に好ましくは少なくとも０．５ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも０．１ｗｔ％含む。
【００４８】
本発明の好ましい具体例において、ドーパントは、少なくとも１種類のネガティブタイプメソゲンに可溶な有機分子である。有機ドーパントの可溶性は、負に帯電された原子又は分子に、例えばＣｌ又はＦ等のドーパントを形成する官能基を結合することにより実現される。好ましい置換は、フッ化である。本発明に基づく、置換された、好ましくはフッ化されたドーパントは、１乃至１０個の同じ又は異なる電気的に負の原子又は分子、好ましくはフッ素原子を含む。
【００４９】
これに加えて又はこれに代えて、好ましくはこれに加えて、有機ドーパントは、例えばＣＦ３、ＣＮ、Ｃ（ＣＮ）２、ＣＨ（ＣＮ）２、ＣＨ（ＣＮ）３、ＮＯ２等、ドーパントに双極子モーメントを誘導する少なくとも１つの官能基を含む。このような有機双極分子の一般式を以下に示す。
【００５０】
【化１】
2004162058.tif 000002
【００５１】
ここで、Ｄは、例えばアリル基、ヘテロアリル基、シクロアルキル基、ジアルキルアミノ基、ピリジノ基、ピリミジノ基等の官能基を表すがこれらに限定されるものではない。また、Ａは、例えばＣＦ３、ＣＮ、Ｃ（ＣＮ）２、ＣＨ（ＣＮ）２、ＣＨ（ＣＮ）３、ＮＯ２から選択された官能基を表すがこれらに限定されるものではない。好ましい官能基は、シアノ基である。
【００５２】
本発明に基づく、可溶性を有する有機双極性ドーパントの双極子モーメントは、少なくとも１Ｄ、好ましくは少なくとも５Ｄ、更に好ましくは少なくとも１０Ｄ、最も好ましくは少なくとも１５Ｄである。好ましくは、双極子モーメントを導入する官能基は、直線状の有機分子の末端に結合され、又は有機分子が分岐している場合には、分子の分岐の末端に結合される。好ましくは、双極子モーメントを誘導する２以上の官能基、更に好ましくは、２つのシアノ基が直線状分子の末端又は分岐分子の分岐の末端に結合される（いわゆる末端基）。１又は複数の双極子を誘導する官能基、好ましくはシアノ基が直線状又は分岐した分子の末端に結合されたドーパントには、これに加えて、双極子モーメントを誘導する更なる官能基、好ましくはシアノ基が末端ではない位置に結合されており、この官能基は、双極子モーメントには大きくは貢献しない。
【００５３】
本発明の好ましい具体例においては、本発明に基づくドーパントは、フッ化され、少なくとも１つ、好ましくは２つの末端基であるシアノ基を有する。
【００５４】
本発明の好適な具体例においては、例えば、ＭＬＣ−２０３８、ＭＬＣ−６６０８、ＭＬＣ−６６０９、ＭＬＣ−６６ｌ０（ＭＬＣとは、メルク社（Merck）から入手可能なメルク液晶である）等、ネガティブタイプ液晶の応答速度を速める低濃度の可溶性の双極性ドーパントが使用される。
【００５５】
上述のように、本発明は、少量ではあるが有効な量のドーパントが液晶材料に正の特性（positive properties）を与えるという発見に基づいている。本発明に基づく好適な液晶材料においては、ドーパントは、混合物内に約０．０１〜１０ｗｔ％程度存在する。より好ましくは、本発明に基づく液晶材料は、約０．０５〜５ｗｔ％のドーパントを混合物内に含む。最も好ましくは、混合物におけるドーパントの量は、約０．１〜１．５ｗｔ％とする。
【００５６】
本発明に基づく液晶材料に対しては、いくつかのドーパントを用いることができる。上述のように、１又は複数のドーパントは、メソゲン中に可溶であり、双極性を有するものであることが必要である。好ましい具体例においては、ドーパントはフッ化され、少なくとも１つのシアノ基を末端基として有する。好ましくは、このドーパントは、以下の化学式に示すＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択される。
【００５７】
【化２】
2004162058.tif 000003
【００５８】
【化３】
2004162058.tif 000004
【００５９】
【化４】
2004162058.tif 000005
【００６０】
【化５】
2004162058.tif 000006
【００６１】
【化６】
2004162058.tif 000007
【００６２】
【化７】
2004162058.tif 000008
【００６３】
【化８】
2004162058.tif 000009
【００６４】
更に、上に示したドーパントから誘導されるドーパントを用いてもよい。このような誘導体は、可溶性及び双極性が著しく損なわれない限り、側鎖及び／又は例えばＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＣＮ、ＣＦ３、ＮＯ２、ＣＨ３等の置換基を含んでいてもよい。例えば、５ＤＣＮＱ１又はＪ２１は、それぞれベンゼン環又はベンゼン環の１つにおいてフッ化され、これにより可溶性を高めてもよい。
【００６５】
本発明においては、ＣＮ基を含むこの他の双極性フッ化誘導体を用いてもよい。
【００６６】
他の具体例として、本発明は、上述した液晶材料を用いた液晶セル又はネガティブタイプ液晶表示装置を提供する。この液晶材料を用いて形成された液晶セル又はネガティブタイプ液晶表示装置は、上述したドーパントによって実現される優れた特性を示す。
【００６７】
更に、他の具体例として、本発明は、少なくとも１つのネガティブタイプメソゲンに可溶性の双極性ドーパントを混合する工程を有する、液晶材料の製造方法を提供する。好適な具体例においては、ドーパントは、有機ドーパントであり、少なくとも１つの可溶性を高める官能基、好ましくはフッ化された官能基及び／又は少なくとも双極性を高める官能基、好ましくは、末端器としてシアノ基を有する。
【００６８】
本発明の好適な具体例においては、ネガティブタイプメソゲンとして、例えば、ＭＬＣ−２０３８、ＭＬＣ−６６０８、ＭＬＣ−６６０９、ＭＬＣ−６６ｌ０（メルク社（Merck）から入手可能）を用いてもよい。好ましいネガティブタイプメソゲンは、ＭＬＣ−２０３８である。なお、この他のメソゲンを用いてもよい。
【００６９】
上述のように、本発明は、少量ではあるが有効な量のドーパントが液晶材料に正の特性（positive properties）を与えるという発見に基づいている。本発明に基づく好適な方法においては、ドーパントは、混合物内に約０．０１〜１０ｗｔ％程度混合される。より好ましくは、本発明に基づく方法では、約０．０５〜５ｗｔ％のドーパントを混合物内に混合する。最も好ましくは、混合物におけるドーパントの量を約０．１〜１．５ｗｔ％とする。
【００７０】
本発明の好ましい具体例においては、ドーパントは、上述した化学式に示すＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択される。可溶性及び双極性を有するこれらの分子の誘導体も好適に用いることができる。誘導体を用いる場合、ＣＮ基を含むフッ化誘導体が好ましい。
【００７１】
本発明に基づく液晶セル又はネガティブタイプ液晶装置の製造方法の好ましい具体例は、ａ）少なくとも１つのネガティブタイプメソゲンと、０．００１ｗｔ％、好ましくは少なくとも０．０１ｗｔ％、より好ましくは少なくとも０．５ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも０．１ｗｔ％の少なくとも１つの可溶性及び双極性を有するドーパントとを混合して混合物を生成する工程と、ｂ）混合物を遠心分離する工程と、ｃ）混合物をセルに埋め込む工程と、ｄ）混合物が埋め込まれたセルをアニール処理する工程とを有する。アニール処理は、好ましくは１０時間、更に好ましくは約２０時間行う。アニール温度は、好ましくは８０〜１２０℃とする。最も好ましいアニール温度は、約１００℃である。アニール処理の期間及び温度は、セルの特性、特にセルギャップの厚み及び使用される配向層に応じて決定される。
【００７２】
更に、本発明は、オフ状態の特性を劣化させることなく、ネガティブタイプ液晶材料の応答速度、オン状態における均一な配向及びコントラストを向上させる特性改善方法であって、少なくとも１つの可溶性及び双極性を有するドーパントを液晶材料に加える工程を有する特性改善方法を提供する。好適な具体例では、ドーパントは、有機ドーパントであり、好ましくはフッ化官能基である可溶性を高める官能基及び／又は好ましくは末端基としてのシアノ器である双極性を高める官能基とが結合され、最も好ましくは、少なくとも１つのフッ化官能基と、少なくとも１つの末端基としてのシアノ基とが結合されている。
【００７３】
更に、本発明の製造方法の好適な具体例においては、ネガティブタイプメソゲンとして、例えば、ＭＬＣ−２０３８、ＭＬＣ−６６０８、ＭＬＣ−６６０９、ＭＬＣ−６６ｌ０（メルク社（Merck）から入手可能）を用いてもよい。好ましいネガティブタイプメソゲンは、ＭＬＣ−２０３８である。なお、この他のメソゲンを用いてもよい。好ましいネガティブタイプメソゲンは、ＭＬＣ−２０３８である。なお、この他のメソゲンを用いてもよい。
【００７４】
本発明の製造方法の好適な具体例では、混合物内に約０．０１〜１０ｗｔ％程度混合される。より好ましくは、本発明に基づく方法では、約０．０５〜５ｗｔ％のドーパントを混合物内に混合する。最も好ましくは、混合物におけるドーパントの量を約０．１〜１．５ｗｔ％とする。
【００７５】
本発明の好ましい具体例においては、ドーパントは、上述した化学式に示すＦＭｏｒ２、Ｊ６、Ｊ６Ａ、Ｊ１０Ｂ、Ｊ２１、５ＤＣＮＱ１、１３ＦＰＨＰＩＰからなるグループから選択される。可溶性及び双極性を有するこれらの分子の誘導体も好適に用いることができる。誘導体を用いる場合、ＣＮ基を含むフッ化誘導体が好ましい。
【００７６】
本発明に基づく液晶材料は、表示装置の改善されたＬＣ材料として用いることができる。液晶材料において、末端基としてシアノ基が結合されたフッ化ドーパントを用いることにより、例えばＭＬＣ−２０３８等のネガティブタイプ液晶をオンにする応答時間を約１６％（ＦＭｏｒ２の場合）、２０％（Ｊ６の場合）又は２６％（１３ＦＰＨＰＩＰの場合）短縮することができることが見出された。更に、重要な効果として、立下がり時間（decay time）も１４％（ＦＭｏｒ２の場合）、１５％（Ｊ６の場合）、２５％（１３ＦＰＨＰＩＰの場合）改善されることが見出された。
【００７７】
更に、ドーパントは、巨視的な次元で、バルクオン状態における液晶全体の配向を均一なオン状態配向に対して共線的にする作用を有する。これらの特性の向上は、ネガティブタイプ配向を劣化させることなく実現される。
【００７８】
本発明に基づくネガティブタイプ液晶セル及び偏光子システムの具体例では、ホメオトロピック配向された、複屈折液晶に電界が与えられる。電界が与えられると、液晶は電界に応じて一定の度合いで配向し、複屈折性が変化し、したがってシステムの光伝達特性が変化する。ここで、配向にはいくらかの時間を要するが、本発明によれば、この時間を単純な構成で著しく短縮することができる。
【００７９】
更に、電界が取り除かれ又は偏光されると、液晶は、一定の度合いで、元の位置又は新たな電界に応じた位置に配向し、複屈折性が再び変化する。本発明は、この応答時間も短縮する。これは、本発明に基づく液晶材料の更なる利点である。
【００８０】
更に、本発明に基づく液晶材料は、システム内の液晶の配向がホメオトロピック状態になっていない場合に、その配向を修正し、これにより液晶の光軸及びディレクタの配向の均一性を向上させ、したがって、システムの伝達及びコントラストの均一性を向上させる。すなわち、本発明により、高いホメオトロピック性及び／又は低強度の均一摩擦／配向性を有するセルを実現することができる。
【００８１】
本発明に基づくこれらの新たな材料により、液晶の立上がり時間及び立下がり時間が短縮され、負極液晶の全体的な用途の幅が広がる。更に、本発明により、バルクオン状態の配向が改善される。
【００８２】
本発明の他の側面として、本発明は、オフ状態のホメオトロピック性を向上させ、又は少なくとも劣化させることなく、ネガティブタイプ液晶材料の応答速度、オン状態における均一な配向及びコントラストを向上させる特性改善方法を提供する。すなわち、本発明は、表示装置に好適に用いることができる改善されたＬＣ材料を提供する。
【００８３】
本発明に基づく手法では、所定量のドーパントをネガティブタイプ液晶に加え、特性が向上された新たな材料を製造する。好適な具体例としては、ＭＬＣ−２０３８に０．１０ｗｔ％のＪ８を混合することにより、ドープされていないＭＬＣ−２０３８と比較して、立上がり時間が２０％向上し、立下がり時間が３４０％向上する。本発明のより好ましい具体例では、ドーパントは、双極性を有し、液晶に可溶な性質を有する。本発明の更に好ましい具体例では、ドーパントはフッ化され、少なくとも１つのシアノ基が結合されている。
【００８４】
本発明は、複雑な製造工程を含まず、単に安価なドーパントを付加するだけでネガティブタイプ液晶の特性を向上させる簡単な手法を提供する。本発明に基づく液晶材料の製造方法では、応答時間（立上がり及び立下がりの両方）が向上され、バルクオン状態の均一配向がより均一になり、液晶表示装置のコントラストが向上するとともに、多くの場合、ホスト材料のホメオトロピック性が向上する。
【実施例１】
【００８５】
実験結果について図面を参照して説明する。ＭＬＣ−２０３８と０．１ｗｔ％の混合物を（磁気攪拌機によって）混合し、１００℃のホットプレートで１０時間加熱した。混合物を５０００ｒｐｍで７分間遠心分離した。これにより、１００℃のホットプレート上における毛管現象によって、５μｍＥＨＣセルに混合物が埋め込まれた。埋め込まれたセルは、ホットプレート上で１００℃で１０時間アニール処理し、徐々に冷却した。
【００８６】
応答プロファイルは、直交偏光子（crossed polarizer）を有する光顕微鏡にセルを載置し、２５０ＨｚのＡＣ矩形波駆動電圧を与え、光ダイオードを用いて伝達特性を測定することによって測定された。応答時間の改善を調べるために、第１のＨＷＰ電圧の応答時間を比較した。これにより、〜１Ｖｐｐ／μｍ（０．５Ｖｐｇ／μｍ）の電界強度が得られた。ＬＣをドープすると、電界強度は、全てのドーパントについて、±０．１Ｖｐｐ／μｍの範囲で変化した。５μｍＥＨＣネガティブタイプセルにおける純粋なＭＬＣ−２０３８では、第１のＨＷＰ電圧は５．３Ｖｐｐである。更に、ドープされたセルへの第１のＨＷＰ電圧が５．３ｐｐ以上の場合（１３ＦＰＨＰＩＰでドープされている場合）、これらのドープされたセルの応答も５．３Ｖｐｐで測定され、以下、この５．３Ｖｐｐで測定された結果を比較し、説明する。
【００８７】
【化９】
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【００８８】
【化１０】
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【００８９】
【化１１】
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【００９０】
純粋なＭＬＣ−２０３８は、与えられた電圧に対する初期応答が遅い。多くの場合、この遅い初期応答は、ドーパントを加えることにより改善される。なお、この効果は、不純物又はホメオトロピック配向への結晶の干渉に起因する。この欠陥に誘導された配向の摂動（defect induced alignment perturbation）は好ましいものではなく、双極ドーパントによる応答の改善とは注意深く区別する必要がある。
【００９１】
ここで、いくつかのドーパントは、ＭＬＣ−２０３８に可溶であり、オフ状態におけるホメオトロピック配向とは干渉しないと考えられる。この研究において最良のドーパントは、ＦＭｏｒ２及びＪ６であった。１３ＦＰＨＰＩＰは、良好ではあったが、小さな結晶が存在した。ＦＭｏｒ２、Ｊ６、１３ＦＰＨＰＩＰについては、立上がり時間の短縮（図１）は、立下がり時間の増加（図２）に対応しておらず、したがって、アンカリング／ホメオトロピック配向（anchoring/homeotropic alignment）に影響がある又は改善されているとは判断できない。更に、実際には、オフ状態伝達は、ＦＭｏｒ２及びＪ６では低下し、１３ＦＰＨＰＩＰによっては影響を受けない（図４）。すなわち、図３及び図４を比較することにより、コントラスト比が向上していることがわかる。図５は、コントラストの向上を示しており、コントラストは、Ｊ６では３０５±１５％、ＦＭｏｒ２では３４２±１７％向上している。これらのドーパントは、バルクオン状態の配向にも貢献する（図３及び図６に示す組織と、図７、図８及び図９に示す組織との比較に基づく）。
【００９２】
以上説明した本発明の好適な具体例は、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおける、ＭＬＣ−２０３８に加えられた０．１ｗｔ％のドーパントによる立上がり時間に対する効果を示すグラフ図である。
【図２】ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおける、ＭＬＣ−２０３８に加えられた０．１ｗｔ％のドーパントによる立下がり時間に対する効果を示すグラフ図である。
【図３】ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおける、ＭＬＣ−２０３８に加えられた０．１ｗｔ％のドーパントによるオン状態光伝達特性に対する効果を示すグラフ図である。
【図４】ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおける、ＭＬＣ−２０３８に加えられた０．１ｗｔ％のドーパントによるオフ状態光伝達特性に対する効果を示すグラフ図である。全てのセル角度に対して伝達は同じである。
【図５】ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおける、ＭＬＣ−２０３８に加えられた０．１ｗｔ％のドーパントによる正規化されたコントラスト比に対する効果を示すグラフ図である。
【図６】フッ化処理された有望な０．１％のドーパントについてのオフ状態組織及び応答時間プロファイルを示す図である。この応答プロファイルは、５．３Ｖｐｐ、２５０ＨｚのＡＣ矩形波において測定されたものである。図のスケールは、１０ｘ＝水平９２０μｍ×垂直６９０μｍ、５ｘ＝水平５×１８４０μｍ×垂直１３８０μｍである。特に、図６は、ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおける純粋なＭＬＣ−２０３８（セル４）の組織オンの１０ｘ（０°）、応答プロファイル、組織オフの５ｘ及び１０ｘ（０°）を示している。
【図７】フッ化処理された有望な０．１％のドーパントについてのオフ状態組織及び応答時間プロファイルを示す図である。この応答プロファイルは、５．３Ｖｐｐ、２５０ＨｚのＡＣ矩形波において測定されたものである。図のスケールは、１０ｘ＝水平９２０μｍ×垂直６９０μｍ、５ｘ＝水平５×１８４０μｍ×垂直１３８０μｍである。特に、図７は、ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおけるＭＬＣ−２０３８に０．１％のＦＭｏｒ２を加えた具体例における組織オン（０°及び４５°）、応答プロファイル、組織オフ（０°）の１０ｘを示している。
【図８】フッ化処理された有望な０．１％のドーパントについてのオフ状態組織及び応答時間プロファイルを示す図である。この応答プロファイルは、５．３Ｖｐｐ、２５０ＨｚのＡＣ矩形波において測定されたものである。図のスケールは、１０ｘ＝水平９２０μｍ×垂直６９０μｍ、５ｘ＝水平５×１８４０μｍ×垂直１３８０μｍである。特に、図８は、ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおけるＭＬＣ−２０３８に０．１％のＪ６を加えた具体例における組織オン（０°及び４５°）、応答プロファイル、組織オフ（０°）の１０ｘを示している。
【図９】フッ化処理された有望な０．１％のドーパントについてのオフ状態組織及び応答時間プロファイルを示す図である。この応答プロファイルは、５．３Ｖｐｐ、２５０ＨｚのＡＣ矩形波において測定されたものである。図のスケールは、１０ｘ＝水平９２０μｍ×垂直６９０μｍ、５ｘ＝水平５×１８４０μｍ×垂直１３８０μｍである。特に、図９は、ＥＨＣ５μｍホメオトロピックセルにおけるＭＬＣ−２０３８に０．１％の１３ＦＰＨＰＩＰを加えた具体例における組織オン（０°）、応答プロファイル、組織オフ（０°）の１０ｘを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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