JPH02229885A - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

強誘電性液晶組成物

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JPH02229885A
JPH02229885A JP1050887A JP5088789A JPH02229885A JP H02229885 A JPH02229885 A JP H02229885A JP 1050887 A JP1050887 A JP 1050887A JP 5088789 A JP5088789 A JP 5088789A JP H02229885 A JPH02229885 A JP H02229885A
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phase
liquid crystal
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chemical formulas
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Application number
JP1050887A
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English (en)
Inventor
Sadao Takehara
貞夫 竹原
Masashi Osawa
大沢 政志
Kayoko Nakamura
佳代子 中村
Tadao Shoji
東海林 忠生
Hiroshi Ogawa
洋 小川
Noburu Fujisawa
宣 藤沢
Takeshi Kuriyama
毅 栗山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawamura Institute of Chemical Research
DIC Corp
Original Assignee
Kawamura Institute of Chemical Research
Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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Publication date
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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〕 本発明は電気光学的表示材料として有用な新規液晶組成
物に関するもので、特に強誘電性を有する液晶材料を提
供するものであり、従来の液晶材料と比較して、特に応
答性、メモリー性にすぐれた液晶表示素子への利用可能
性を有する液晶材料を提供するものである。
〔従来技術] 現在、広く用いられている液晶表示素子は主にネマチッ
ク液晶を利用したTN型と呼ばれるものであって、多く
の長所・利点を有しているもののその応答性においては
、CRTなどの発光型の表示方式と比較すると、格段に
遅いという大きな欠点があった。TN型以外の液晶表示
方式も多く検討されているが、その応答性における改善
はなかなかなされていない。
ところが、強誘電性スメクチック液晶を利用した液晶デ
バイスでは、従来のTN型液晶表示素子の100〜10
00倍の高速応答が可能で、かつ双安定性を有するため
、電源を切っても表示の記憶が得られる(メモリー効果
)ことが、最近明らかになった。このため、光シャッタ
ーやプリンターヘッド、薄型テレビ等への利用可能性が
極めて大きく、現在、各方面で実用化に向けて開発研究
がなされている。
強誘電性液晶は、液晶相としてはチルト系のキラルスメ
クチック相に属するものであるが、その中でも、実用的
に望ましいものは、最も粘度の低いキラルスメクチック
C(以下、S00と省略する。)相と呼ばれるものであ
る。
〔発明が解決しようとする課題] S01相を示す液晶化合物(以下、SC“化合物という
。)はこれまでにも検討されてきており、既に数多《の
化合物が合成されている。しかしながら、これらのSC
0化合物には単独では強誘電性液晶表示用光スイッチン
グ素子として用いるための以下の条件、即ち、 (イ)室温を含む広い温度範囲で強誘電性を示すこと (口)高温域において適当な相系列を有すること (ハ) 略する。
(二) (ホ) (へ) 特にキラルネマチック(以下,,N“と省)相において
長い螺旋ピッチを示すこと適当なチルト角を持つこと 粘性が小さいこと 自発分極がある程度以上大きな値であろこと さらに (ト)(口)及び(ハ)の結果として良好な配向を示す
こと (チ)(ホ)及び(へ)の結果として、高速の応答性を
示すこと をすべて満足するようなものは知られていなかっそのた
め、現在では、S04相を示す液晶組成物(以下、sc
”液晶組成物という.)が検討用等に用いられているの
が、実情である。
良好な配同性を得るためには、例えば、特開昭61−1
53623号公報等に示されているように、SC”相の
高温域にN“相を有する液晶において、N1相の螺旋ピ
ッチの長さを大きくする方法が一般的に有力である。こ
の場合にS00相とN”相の中間の温度域にスメクチッ
クA(以下、SAと省略する。)相を有する場合に配向
はより良好となり、螺旋ピッチを大きくするには、左螺
旋を生じさせる光学活性物質と、右螺旋を生じさせる光
学活性化合物を組み合せて用いればよいことも知られて
いる。(ネマチック(以下、Nと省略する。)液晶に光
学活性物質を添加して生じる螺旋ピッチを任意の長さに
調整することは既に公知の技術である。)しかし、これ
らの技術によっては良好な配同性は得られるものの、高
速応答性が得られるわけではなかった. 高速応答性を示すには、例えば、第12回液晶討論会に
おける特別講演(同討論会予稿集P.98)で示されて
いるように、低粘性のスメクチックCC以下、SCと省
略する.)相を示す母体の液晶組成物(以下、SC母体
液晶という.)に、自発分極(以下、Psと省略する.
)の大きいSC*化合物を添加する方式が優れている。
この方式によれば、螺旋を生じさせる光学活性化合物の
割合が少なくなるため、螺旋ピッチは比較的長くなるが
、配同性が良好となるほど螺旋ピッチを長くしようとす
ると光学活性化合物の添加量を少量にする必要があり、
そのため自発分極が小さくなりすぎ、高速応答性が得ら
れなくなってしまう問題点があった。
また、SC母体液晶としてこれまで用いられてきたもの
は、例えば、ジャパン・ディスプレイ゛86講演予稿集
(352ページ〜)又は特開昭6 2−5 8 3号公
報に記載されている。
RO +C00 +OR ’ (R,R’ はアキラルなアルキル基を表わす。)本発
明が解決しようとする課題は、高速応答性及び配向性に
おいてともに充分に満足できる強誘電性液晶組成物を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記課題を解決するために、以下に示す中温域
母体液晶及び高温液晶から成るSC母体液晶に、一般式
(A) (R,R’ は上記と同様。) の如く、化合物自身又はその同族体が、SC相を示すも
のに限られるか、又はそれに加えて分子長軸に対して垂
直方向に強いダイポール(分極)を示すような液晶化合
物を添加した組成物であり、SC相の温度範囲を広く保
つと粘性が大きくなり、粘性を小さくするとSC相の温
度範囲が狭くなるという問題点があった。
従って、従来技術では良好な配同性と高速応答性を同時
に実現するのは困難なことであった。
・・・(A) で表わされる光学活性化合物の少なくとも1種を構成成
分として含有するキラルドーパントを添加して成る室温
を含む広い温度範囲でSC“相を示すSC“液品組成物
を提供する。
一般式(A)において、R”は炭素原子数2〜10のア
ルキル基を表わし、Rbは炭素原子数1〜10のアルキ
ル基、アルコキシル基又はアルカノイルオキシ基を表わ
し、Y1はフッ素原子又はシアノ基を表わし、ybは水
素原子、フッ素原子又はシアン基を表わし、mはO又は
1を表わし、lはO〜10の整数を表わし、c1及びc
Oは各々独立的に(R)配置又は(S)配置の不斉炭素
原子を表わし、Z1及びZ2は各々独立的に単結合、 
Coo    OCO    C}IzO    OC
Hg−、CIhCth    c=c    cos一
又は−SCO一を表わし、Z3は単結合、−coo−−
aco−−o−Y1及びYtは水素原子又はフッ素原子
を表わす。
特に好ましくは、一般式(A)において、Zl及びZ″
が各々独立的に単結合、− COO一又は− OCO一
であり、Z3が単結合、−coo−  −oco−本発
明で使用するSC母体液晶は、そのSC相の高温側にお
いて、降温時に、 (イ)!(等方性液体)相→N相→SA相→SC相の相
系列を有するもの (口)■相→SA相→SC相の相系列を有するもの (ハ)I相→N相→SC相の相系列を有するもの 又は (二)I相→SC相の相系列を有するもののいずれかの
相系列を有するものが用いられるが、(イ)〜(二)の
選択は、同時に用いるキラルドーパントによって異なる
.最も繁用性のあるのは(イ)であり、キラルドーパン
トのネマチック性(SC母体液晶に添加した場合に、N
“相の温度範囲を広げ、SA相の温度範囲を狭くしやす
い傾向)が強い場合には(口)を、キラルドーパントの
スメクチックA性(SC母体液晶に添加した場合に、S
A相の温度範囲を広げ、N1相の温度範囲を狭くしやす
い傾向)が強い場合には(ハ)を、また、SC性が弱く
、N1相やSA相の温度範囲を広げやすい場合などには
(二)を用いるのが、最も適している。重要であるのは
sc”液晶組成物とした場合の相系列であって、一殻的
には、I→N*→SA−4SC”の相系列が配向の点で
有利である。一方、■→N0→S00の相系列も配向制
御方法によっては、より良好な配向を示す場合もあり、
また、大きなチルト角が得やすいので、ゲスト・ホスト
方式などには適している。
本発明におけるSC母体液晶は、中温域母体液晶と高温
液晶とから成ることを特徴とする。
ここでいう中温域母体液晶とは、それを構成する液晶化
合物が、光学的に不活性であり、2環又は3環構造であ
って、3環構造の場合には、少なくとも1環はシクロヘ
キシル環であって、SC相を示す化合物又は、そのアル
キル鎖の炭素原子数、形状のみが異った同族体から成り
、その同族体中の少なくとも1種の化合物は10℃以上
における任意の1℃以上の温度中の範囲でモノトロピッ
クでもよいSC相を示す化合物である.ただし、3環構
造の場合には、SC相の上限温度が90℃未満である液
晶であり、10℃〜80℃における任意の10℃以上の
温度巾でモノトロピックでもよいSC相を示すものであ
濠。
中温域母体液晶として用いられる化合物の代表的なもの
を以下に掲げる。ただし、以下に示す一般式において、
R.,R!は各々独立的に炭素原子数1〜18のアルキ
ル基を表わす。
(1−a) ( 1 −a−7) R.Ol伽OR! F ( I −a−9) R1{ト而¥OR+ N−N ( I −a−39) R,COO{(叉{泥cooRz F (I−b) ( 1 −c) ( 1 −b−31) ( I −b−32) ( 1 −b−33) ( 1 −b−34) ( 1 −b−35) ( 1 −b−36) ( 1 −b−37) ( I −b−38) RIOCO+coo{c帖ORよ R.ocoo{濾coo{(防R2 R,OCOO依防C00{防R2 RIOCOO+C00+ORt F RIOCOO合coo{頌OR, F R.OCOO依tcoo{防OR, R10{防coo会OCOOR. F R.O+COO{XOCOOR2 ( 1 −c−22) R,COO{(防coo承洲cooRzN p ( I −c−24) R OCO{訓COOeCOORz I N ( 1 −c−25) R.0{Cい00舎oRz 『 ( I −c−27) RICOOeCOO舎OR. R (■ d) ( 1 −e) ( 1 −e−1) ( 1 −e−2) P 本発明で使用するSC母体液晶は、低粘性の中温域母体
液晶を用いた場合でも、SC相の温度範囲を広くするた
めに、高温液晶を含有する.ここでいう高温液晶とは、
主として3環構造からなるか、あるいはそれ以上の環か
らなり、SC相を示す光学活性でない化合物、その同族
体、又は、これらから成る組成物であって、SC相を示
す化合物はそのSC相の上限温度が90℃以上であり、
かつ、少なくとも5度以上の温度幅の温度域においてS
C相を示すものであり、その同族体においては上限温度
が90℃未満であってもよく、温度幅が5度未満であっ
てもよく、あるいはSC相がモノトロピックであっても
よいものであり、組成物として、SC相の上限温度が9
0℃以上で、少なくとも5度以上の温度幅の温度域にお
いてSC相を示すものである。
高温液晶として用いられる化合物の代表的なものを以下
に掲げる。ただし以下に示す一般式において、Rl,R
tは各々独立的に炭素原子数工〜l8のアルキル基を表
わす。
(■ a) F ( III −b) (■ C) (■ d) (■ d−5) R,0{K冥列R2 F (Ill−d−12) R.OΦ入沢或OR, (■ e) (■ f) (III−f Rl《X灸COO{}OCOR2 (III−f47) R,0℃XφCOOG OCORx F (I[[−f−19) RICOO{図銘COO℃ト (II[−f−20) n,coo<H〆■coo(}oat (■ f−21) R,{〆Φcooぐ})COORt F (■ g) (III −h) (I[[−i) (ILj) (■ k) (m−j−8) R.O @coo@OCR,{羽OR!ρ (III−j−10) RIOGCOO℃>oclit+Rt p (m−j−12) R+ 《》COO■oCH!{}Rt (DI−j43) R −@−OCO@−CI’0−@−R− (■ j−14) R,0 《》oco(gシCH,O{}Rt(III−
f) 以下に掲げる複素環を有する化合物も高温液晶として使
用することができる。また、以下に掲げる一般式で示さ
れる複素環を有する化合物におけるベンゼン環、シクロ
ヘキサン環にフッ素原子、塩素原子又はシアノ基が置換
した化合物も高温液晶として使用することができる。
/ (III−+w−17) (III−m−18) (■一個−19) (III −sr−20) ( m −n+−21) (■一請−22) (m−w−23) (III −m−24) R,やX奔coo? OCOR2 R,coo<H枢キC00{鎮2 R,<H猟5>coo−@−R. R,《h}COO−@−OR2 R,Om C00−@−R− R,0《X》COO−@7−OR2 R,0や4COO{}OCORz RrCOo岱−@− C00−@−R−([[ −m−
49) (I[I−m−50) (In −m−51) ( ■−m−52) (I[I−a+−53) (III −a+−54) (I[[−m−55) ( m −m−56) R,{鑞■−coo−《い2 R,−<原或C00{}ORz R,O℃唇葆C00{い2 R10{パ灸coo{}ORz R,−Cバ■C00{}OCORz R,coo{浸灸C00{鎮2 R+Φバ灸coo{}R, R,歪状灸coo{}ORZ (m −a−85) (III −m−86) ( m −ta−81> ( m −m−88) R,ecoo−@−R. 1寞?coo−@−oR. R10eCOO.−@−R− R+OΦ別Dcoo−@−oa− (III−n−5) (I!I−n−6) (Hl −n−7) (In−n−8) (n[−n−9) (II−n−10) (III −n−11) (II−n−12) R1{}ゆとOCO+ OCORz R,Coo{シ■′!−OCO{い2 R,−4かp>OCO{cい2 R{防10CO{羽OR. R10{濾10CO{い2 RIO−4奈10CO{}OR2 R1−@S10CO{}OCOR2 R.C00−@−/X10CO{}R,(nl−n−3
7) (II−n−38) (n[−n−39) (III −n−40) (lli −n−41) (■−n−42) (III−n−43) ( m −n−44) R,ゆべ(9)OCO{鎮2 N {■{頑 Rl  ○    OCO    OR ZN R,O■國DOCO{(鎮2 N R,Qや図IDOcO−@−OR. N R+や4oco{(羽ocoRz N {゛■} R+COO Q   OCOeRz N R1イ◇−@−OCO−@−R− N レ[相]{} R,イ      OCO     OR!(I[[−
o) (In −n−101) (11−n−102) Rl% OCO −@”− OCORzRICOO$ 
OCO−@−Rz (II[ −o−25) (III−o−26) ( m −o−27) (III−o−28) ( m −o−29) (III −o−30) (m−o−31) (III−o−32) ?1e’DCI’0{レ. RII CII■O{いR2 R,Oや4CIttO{}Rz R.Oe CIItO僑OR, R.や$CHzO{}OCORz RICOOや\p CH−0−@−R−R,《X¥CH
■08R2 R1’C\:z CH−0−@−OR−([−o−57
) (III−o−58) (III−o−59) ( m −o−60) ( m −o−61) (nI−o−62) (m−o−63) (I[I−o−64) ?バ灸 {羽 R,O           CH■O       
Rz↓X或 合 RIO          CR20      0R
2蛮バ灸 {} R,          CH20      0CO
RZcoo疹X灸 {勅 RI            Cl!O      R
zR1祖べ(ハ)CI12−}R! R+祖状灸Ct{zO{}ORz R.0祖べ灸CHzO{}Rz R.O祖べ灸CH!0{}OR* (II[−o−89) (III−o−90) (m−o−91) ( m −o−92) (m−o−93) (III −o−94) (III−o−95) (I[[ −o−96) R.<:=ζ甲====耳=巨クX不←”2二二〕)ト
c++ .o R;;J二七ミ〒=====石ζ;;}
 OCOrシ2R+COO % CII!O@Rt RIeCH20舎”− Rl l CHIO−@− ORZ R,OnCH−’−@− ’ R.O% CH,0+ ORg RI$ co.o−@.− OCORzR,COO e
 Cl{zOe Rt (II[−p) (II[−p−13) (I[[ −p−14) (III−p−15) ( m −p−16) (II −p−17) (III−p−18) (III−p−19) (III−p−20) ?,心+OC1{−{(羽R2 N R,鞄H頑oCH!G ORZ N R.OやHがOCII■4羽R2 N R.0挺X図OCH祢}OR2 N R{沢5’,−ocn−G OCORzN R+C00WOCH!D RZ N R1(3)+OCH=−@−R− N R,や<ocotΦ戸R2 N (■ (■ p−50) p−51) ト◎−@−OCR−@−OR− R.0や8灸ocu,G Rt (■ q) (■ q − 65) ( m −q−66) ?t祖状(ハ)CII■CIlz一■−OCOR.R.
COO祖バ灸Cll■CO釈DR=(I[l −q (■ q−98) C I[I −q−99) (I[I −q−100) (■ q−101) (■〜q−102) 帽 q−103) (I!I−q−104) ?I$ CI{2CI12Q Rz Rl % CHzCtlz+ ORZ R,伏◇−GCII冒会R2 R,oΦ+CII■cut舎OR2 R,’15図DCHzCHz舎ocoRzR+COOG
GCHzCHzCR− Rl l CHZCH2+Rg Rl℃双Dcu.cu.−0,}− ORz以上の化合
物のうち、中温域母体液晶としては、式(I−a)及び
式(1−b)で表わされる化合物が好ましく、式(I−
a−IL式(1−a2)、式(I−a−5)、式(1−
a−41)、式(1−a−42)及び式(I−b−1)
で表わされる化合物が特に好ましい。また、高温液晶と
しては、式(III−a)、式(I[I−b)及び式(
III−c)で表わされる化合物が好ましく、式(II
I−a −1)、式(III−a−2)、式(III 
− a −13) 、式(II[−b−1)、式(I[
[−c−1)及び式(II[−c −3)で表わされる
化合物が特に好ましい。
本発明におけるSC母体液晶において、上記高温液晶の
割合が多くなりすぎるとSC相の温度範囲は高温域まで
広がるものの、粘性が高くなって応答性に悪影響を及ぼ
し、少ない場合にはSC相の温度範囲が狭くなってしま
うので、その割合は5〜80重量%が好ましく、10〜
50重量%が特に好ましい。
斯くして、SC相の温度域が広く、かつ低粘性であるS
C母体液晶を得ることができる。これに、キラルドーパ
ントを添加することにより、容易に高速応答性のS01
液晶組成物を得ることができる。
本発明で使用するキラルドーパントとしては、(1)S
C”相を示す化合物、(2) S C ’相以外の液晶
相のみを示す化合物又は(3)液品性を全く示さない化
合物を用いることができるが、(3)の場合には、SC
母体液晶に添加して得られるSC1液品組成物の液晶性
が低下する傾向を防止するために、液晶類似の骨格を有
する化合物を用いることが好ましい。
キラルドーパントがSC1液晶組成物にもたらす諸物性
のうち重要なものは、その誘起する螺旋ピッチ、自発分
極の向き及びその大きさであるが、特に応答性の面では
自発分極の大きさが重要である。
前述のように、本発明においては、一般式(A)で表わ
される光学活性化合物をキラルドーパントの構成成分と
して特徴的に含有するものである。
発分極を示しうることが知られているが、本発明の一般
式(A)゛で表わされる化合物においては、他の側鎖と
して、別の光学活性基であるらに優れた性質を示しうる
ちのである。
一般式(A)で表わされる化合物をキラルドーパントの
構成成分として用いることによる利点として以下を挙げ
ることができる。
(1)片側にのみキラル基を有する化合物より強い自発
分極を示しうる. 即ち、前記化合物と、次の一般式(B)で表わされると
ころの片側にのみキラル基 ・・・(B) Z2、z3、m及びR1は式(A)におけると同様の意
味を有する) を有する化合物を、それぞれSC母体液晶に添加して、
その外挿値として自発分極を求めると、同一条件下では
一般式(A)の化合物の方が10〜30nC/cm”あ
るいはそれ以上であり、両側のキラル基による自発分極
の値の単純和よりも大きい値を示すことがわかる。
キラルドーパントとして用いる際には、その誘起する自
発分極が大きい程、その使用量が少量ですむので、粘性
の低いSC母体液晶の割合を多くでき、SC*液晶組成
物の粘度低下が可能となり、結果として応答性の向上に
つながるものである。
(2)  N”相、あるいはSC“相に誘起する螺旋ピ
ッチが非常に長い化合物、及び、非常に短い化合物など
、螺旋ピッチを調整することが可能である。
前述のように、良好な配同性を得るためには、そのN“
相あるいはS00相における螺旋ピッチが長いことが重
要である.キラルドーパントは全体として、螺旋ピッチ
が調整されていればよいのであって、個々の化合物につ
いては、必ずしもその必要はないが、キラルドーパント
の主成分としてはある程度螺旋ピッチが長い方がその調
整が容易である. しかしながら、一般式(B)の化合物はすべてその螺旋
ピッチは短いものであった。一般式(A)1傘 して、R”−CH−0と螺旋ピッチの向きが逆の光学活
性基を選ぶことにより、その螺旋ピッチを長くすること
が可能である。逆に螺旋ピッチの調整を主目的として加
える場合には、その螺旋ピッチが短い程、その添加量を
押えることができるので好CH3 都合である。−Z″+co,−)−,べH−R’が示す
自発分極が、20〜30nC/cm”以下の場合には、
その向きはほとんど必要がないが、それ以上の場合には
相殺しないようにその向きを揃えることが望ましい。
一般式(A)で表わされる化合物として、具体的には、
以下の化合物を挙げることができる。
上記中、Cは結晶相、N“はキラルネマチック相、SA
はスメクチック八相、■は等方性液体相を表わす。転移
温度が未記載のものについては急冷下液晶相が観察され
るが結晶化のため、転移温度の測定ができなかったこと
を示しており、式(■−3)、弐(IV−5)〜式(I
V−8)で表わされる化合物にいたっては液晶相の存在
は確認できるが、その同定すら困難であった。
本発明において、キラルドーパントの構成成分として、
一般式(A)の化合物に加えて、通常の光学活性液晶性
化合物を用いることもできる。これらの光学活性化合物
としては、一般の液晶中心骨格に片方または両方の側鎖
として、以下に掲げる光学活性な基を有する化合物ある
いは、中央連絡基や環構造中に不斉炭素を有する化合物
などを挙げることができる。(ただし式(A)の化合物
を除く。) これまで用いられてきた代表的な光学活性基は以下の通
りである。
(IV−1) (IV−2) (IV−3) (IV−4) CFI3 ÷C I1 2 +r C H C.H, CHff 1申 一〇℃CHz +−CI  CzllsCH3 + CHth−0 +CHz−+TCH  CJsCH
3 一〇+CH2h−0÷CH2÷−CHCzHs(IV−
7) CL 1・ ÷C}+! +T−CH  R3 (IV−8) CH3 −O + CHz−+T−CH  R:+(■ CH3 −CH−R4 (IV−13) CH. −CHz−CH  Clh  ORs (TV−14) C113 −Ct{  CHz  ORs ?H. S −{− CH Z −h− Cll (cIl■チ
rcll3(IV−32) (IV−43) (TV−48) CH3 −O−CIl−R4 O  Cl!, 11   ・ QC  Cll  ORs c++:+  0 .   II −CB−C−0 R, CH, 一CH−0−RS (IV−55) ?0−CIl■−Cll−RS (IV−57) Cl 1・ O  CH!  CH  Rs (IV−69) Cl −COOC}Iz  CH  Rs (rV−70) CI!3 J  Cl{z  C}I  CHz  OCORs(
IV−71) Cth O  CH  CH2  0  CORsCH3 (IV−73) CH3 0  CHZ−CH−{CHzh OCOR5(■ O     CF. l1 −C−0−Cll R5 (IV−62) CF. 1・ −O  C}I  Rs (IV−64) CHI O  CHz  CH  CHz  ORs(IV−6
5) C11, −O−CH CH,−OR, (IV−66) CH3 −O {− C}l.÷,CI{CHz}rORs(I
V−75) 一〇 CH3 CTo  CH  ORs (IV−76) CH3 −S−CH−R5 (IV−78) C2H, O  Cllz  CH  ORa (IV−81) 一〇 CN Cllz  CH  Rs (IV−82) CH−R, (rV−83) 一000 CI,CN CH z  (Jl −−− R s (IV−84) ?IIzCN −O−CIl■一〇〇−RS 上記各一般式において、mは1〜4の整数を表わし、n
は1〜10の整数を表わし、R,は炭素原子数3〜8の
アルキル基を表わし、R4は炭素原子数2〜10のアル
キル基を表わし、R,は炭素原子数1〜lOのアルキル
基を表わし、R,は炭素原子数1〜4のアルキル基を表
わす。
光学活性基として、式(IV− 1 )〜(IV−22
)で表わされる光学活性基のみを含有する光学活性化合
物は、SC母体液晶に添加してSCI液晶組成物とした
際に誘起される自発分極が非常に小さく、単独でS00
相を示す場合でもそのほとんどが10nC/cが以下に
すぎない。
一方、光学活性基として、式(IV−31)〜(■−9
1)で表わされる光学活性基を含有する光学活性化合物
は、SC母体液晶に添加してS01液晶組成物とした際
に誘起する自発分極が太き《、単独でSC”相を示す場
合などでは3 0 0 nC/cm”以上の大きな値を
示すものも存在する。
このような光学活性基を末端に有するような光学活性化
合物の基本骨格の代表的なものを以下に掲げる。
(V−66) 一〇四} (V−90) 一〇{■・・・−<欧 (V−138) ◇}OCR,瞑トの (V−162) 分OCHz−○べ今 ( V−186) ωべ瞭OCR!R註 (V−210) {}ナ}oco.{} (V 夕べ毎OCHz {} (V−260) く今イ}・・・{} (V−446) ℃超込 (V 合C00《→込 (V−448) 合OCO《→入 (■ ■co,oh込ス (V−450) ?OC11■{鷺入 (V−451) [相]{X込 (V {トOO松入 (V−501) 祖べ俊oco八六 (V やR俊CH.0〜\ (V−503) ?パ}OOCH■林 (V−504) lRdcoo林 (V−505) 如)−@−oco糸人 (V−506) 如X俊CH,0赫 (V−507) 和X俊OCH2赫 である。
上記のうち、式(V− 1 )〜式(V−274)で表
わされる基本骨格、及びそれらのベンゼン環にフッ素原
子が置換したものが好ましく、式(V一1)〜式(V−
3)、式(V−7)〜式(V−9)、式(V−17)、
(V−18)、弐(V−21)、式(V−22)又は式
(V−25)〜式(V−274)で表わされる基本骨格
が特に好ましい。
上記各基本骨格のベンゼン環にフッ素原子、塩素原子、
臭素原子、メチル基、メトキシ基、シアノ基又はニトロ
基が置換した各基本骨格も使用できる。特にフッ素原子
が置換した各基本骨格が好ましい場合が多い。
また、上記各基本骨格のうち、左右非対称なものについ
ては、左右が逆のものも同様に使用可能−L記のキラル
ドーパントは、SC母体液晶中に1〜60重景%の割合
で添加してSC“液晶組成物として用いるのが適当であ
るが、さらに好ましくは2〜50重量%の割合で添加す
ることが好ましい。キラルドーパントの添加割合が60
重量%より多いと、自発分極は増加するが、キラルドー
パント自体が母体液晶にくらべるとはるかに粘性が大き
いため、SC*液晶組成物の粘度が大きくなり、結果的
に高速応答性に悪影響を与える傾向にあるので好ましく
ない。また、キラルドーパントの添加量の増加はその螺
旋ピッチを短くするために配同性にも悪影響を与える傾
向にあるので好ましくない。一方、キラルドーパントの
添加割合が1重量%より少ないと、自発分極があまりに
小さくなりやはり高速応答性は望めない.S01液晶組
成物の自発分極の値は、3〜30nC/cm”の範囲に
あるようにキラルドーパントの添加割合を調整すること
が好まし《、sc”相を示すキラルドーパントの場合、
単独で100nC/CIIIz程度の自発分極を示すか
、又はそれに相当する強さの自発分極を誘起するキラル
ドーパントの場合、キラルドーパントの添加割合は10
〜40重量%の範囲が好ましく、3 0 0 nC/c
m2以上の強い自発分掻を示すキラルドーパントの場合
、キラルドーパントの添加割合は、2〜25重量%の範
囲が好ましい。キラルドーパントの誘起する自発分極が
強い程、その最も望ましい添加割合は減少するが、例示
した光学活性化合物からなるキラルドーパントではその
添加割合が1重景%を下回ることはない。
本発明のSC*液晶組成物は、等方性液体状態からの冷
却時において、まずN*相と相転移し、次いでSA相を
経るか、あるいは直接SC0相へと相転移することが望
ましい。その際N1相を示す温度範囲は、3゜以上30
゜未滴の範囲が好ましい。N1相を示す温度範囲が、3
゜未満である場合、降温時にすみやかにSA相に相転移
するため、N1相で液晶分子を充分に配向しにくくなる
傾向にあるので好ましくない。また、N0相を示す温度
範囲が30゜以上である場合、S04液晶組成物の透明
点が高温になり、セルに液晶材料を充填する工程等にお
ける作業性に悪影響を及ぼす傾向にあるので好ましくな
い。
キラノレドーバントは、キラノレドーバント自体の液晶
性の有無にかかわらず、SC母体液晶に添加した場合に
、 (1)N“相を示す温度範囲を拡大する傾向にあるもの
、又は (2)  N”相を示す温度範囲を縮小する傾向にある
もの など、それぞれ固有の性質を有している。本発明のSC
*液晶組成物のN*相を示す温度範囲を上記の好ましい
範囲に調整するためには、(1)の場合、N相を示す温
度範囲が狭いSC母体液晶、又は、,N相を示さないS
C母体液晶を用いればよく、(2)の場合、N相を示す
温度範囲が広いSC母体液晶を用いればよい。この方法
は、N11相に限らず、SA相及びS01相についても
同様に応用することができる。例えば、キラルドーパン
トがSCI液晶組成物のSA相のみを拡大し、N9相及
びSC1相を縮小するような場合には、SC母体液晶と
して、SC相の上限温度が高く、N相の温度範囲が広く
、かつ、SC相→N相→I相の相系列を有するもの、又
はSA相の温度範囲が狭<SC相→SA相→N相→I相
の相系列を有するものを用いればよい。
このようなキラルドーパントの傾向は、SC母体液晶に
一定量のキラルドーパントを添加して得られるS04液
晶組成物の相転移温度の変化を測定することにより、容
易に知ることができる。この結果から、S00液晶組成
物における各相、特にN“相を示す温度範囲は容易に調
整することができる。
さらに、N*相からSA相、あるいはS01相に転移す
る温度(N”相の下限温度)から、その1゜高温側まで
におけるN*相に出現する螺旋ピッチが3μm以上であ
ることが好ましく、該螺旋ピッチが10μm以上であり
、N9相の下限温度に近づくにつれて該螺旋ピッチが発
散的に大きくなるS01液晶組成物が配向上、特に好ま
しいものである。
本発明におけるキラルドーパントの構成成分として、一
般式(A)で表わされる光学活性化合物を用いた場合、
単一の化合物であっても上記条件を満足するような螺旋
ピッチの長いSC4液品組成物を得ることも可能である
が、一般的にはキラルドーパントの濃度が実用的な範囲
では、螺旋ピッチが必ずしも上記条件を満足するとは限
らない。
その場合は、上記の好ましい範囲に螺旋ピッチを調整す
るために、SC母体液晶に添加してS00液晶組成物と
した際に、N9相に出現する螺旋の向きが、互いに相反
する光学活性化合物を少なくとも1種ずつ加えてキラル
ドーパントを調製することが必要である。
複数の光学活性化合物を含むS00液晶組成物のN0相
に出現する螺旋のビッチP(μm)は各光学活性物質の
濃度をCi、各単位濃度あたりの螺旋のピッチをPi 
 (μm)とするとおり、(ここでは螺旋のピッチは右
巻きを正、左巻きを負とする。)、これを用いてsc”
液晶組成物のSA−N“点T0におけるpiをP,”と
する時、となるようにCiを選べばよい。ここでPiは
N相を有する該SC母体液晶に各光学活性化合物を単位
濃度添加することにより測定が可能である。
実際にはT0は各Ciによって変化するが、各光学活性
化合物を該SC母体液晶中に、濃度ΣCiだけ添加した
ときのSA−N”点の変化などから、かなり正確に類推
できることが多く、推定値1−[% 01とそれを用い
て選ばれた組成物のT0とが大きく異なる場合にはT 
. /に換えてT0を用いて再度測定すればよい. 本発明で使用するキラルドーパントとしては、一定量の
SC母体液晶に添加することによって、ある程度以上の
自発分極(以下、P,と省略する,)を誘起することが
必要である。
前述の如く、SC*液晶組成物としては、そのP,の値
が、特に室温付近で3〜30nC/cn+”の範囲にな
るようにキラルドーパントの添加量を調整すればよい。
しかしながら、キラルドーパントが誘起するP.の値が
小さい場合には、その添加量がSC母体液晶に対して多
くなり、これに伴なってS04液晶組成物の粘性が太き
《なり、その結果、高速応答性が得られなくなる傾向に
あるので好ましくない。従って、本発明で使用するキラ
ルドーパントとしては、SC母体液晶に10重景%添加
した場合に1. 0 nC/am”以上のP,を誘起で
きるものが好ましく、5重量%添加した場合に0.5n
C/cm”以上のP3を誘起できるものが特に好ましい
〔実施例〕
以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本
発明の主旨及び適用範囲は、これらの実施例により限定
されるものではない。なお、実施例中、「%」は重量%
を表わす。また組成物の相転移温度の測定は、温度調節
ステージを備えた偏光顕微鏡及び示差走査熱量計(DS
C)を併用して行った. 実施例1 前記式(VI−1)の化合物24%と、76%から成る
キラルドーパントを調製した。
次に中温域液晶として、前記一般式(I−a−1)で表
わされる化合物から、 28% 24% 及び高温液晶として、前記一般式(I[I−a−1)で
表わされる化合物から、 F から成るSC母体液晶を調製した。
このSC母体液晶は、68.5℃以下でSC相を、73
.5℃以下でSA相を、83,5℃以下でN相を各々示
し、それ以上の温度で等方性液体(1)相となった.そ
の融点は13.0℃であった。
このSC母体液晶88%と上記キラルドーパント12%
から成るSC1液品組成物を調製したところ、64℃以
下でS011相を、68℃以下でSA相を、75℃以下
でN”相を各々示した。その融点は明確ではなかった。
このS00液晶組成物を配向処理(ポリイミドコーティ
ングーラビング処理)を施した厚さ約2μmのガラスセ
ルに充填し、■相から徐冷すると極めて良好な配向性を
示した。このセルに電界強度toVr−r/μm、50
七の矩形波を印加して、その電気光学応答速度を測定し
たところ、25℃で75μ秒という高速応答性が611
 t=できた。
このときの自発分極は、21nC/cm”であり、コン
トラストは良好であった。
実施例2 前記式(Vl−3)の化合物50%と、50%から成る
キラルドーパントを調製した。
次に、このキラルドーパント16%と実施例1で用いた
SC母体液晶84%からなるS00液晶組成物を調製し
た.このS00液晶組成物は63゛C以下でS08相を
、68℃以下でN”相を各々示し、それ以上の温度でI
相となった。
実施例1と同様にして、その電気光学応答速度を測定し
たところ、25℃において、50μ秒という高速応答性
が確認できた。
〔発明の効果〕
本発明の強誘電性液晶組成物は、配同性及び高速応答性
に優れており、かつ、室温を含む広い温度範囲で作動が
可能な液晶材料である。
従って、本発明の強誘電性液晶組成物は、強誘電性スメ
クチック液晶を利用した液晶デバイスの材料として極め
て有用である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(1)光学的に不活性で、10℃以上における任意
    の1度以上の温度巾の範囲でモノトロピックであっても
    よい、(a)2環構造のスメクチックC相を示す液晶化
    合物、(b)シクロヘキシル環を有する3環構造のスメ
    クチックC相を示す液晶化合物、又は(c)上記(a)
    又は(b)の化合物のアルキル鎖の炭素原子数又は構造
    のみが異なった同族体、から成る中温域母体液晶と、(
    2)光学的に不活性で、スメクチックC相の上限温度が
    90℃以上であって、かつ少なくとも5℃以上の温度域
    においてモノトロピックでもよい、(a)3環若しくは
    それ以上の環構造から成り、スメクチックC相を示す液
    晶化合物、又は(b)該化合物のアルキル鎖の炭素原子
    数又は構造のみが異なった同族体から成るスメクチック
    C相を示す高温液晶、から成るスメクチックC相を示す
    液晶組成物に、(3)キラルドーパントを添加して成る
    強誘電性液晶組成物であって、キラルドーパントが一般
    式(A) ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、R^aは炭素原子数2〜10のアルキル基を表
    わし、R^bは炭素原子数2〜10のアルキル基、炭素
    原子数1〜10のアルコキシル基又はアルカノイルオキ
    シ基を表わし、Y^aはフッ素原子又はシアノ基を表わ
    し、Y^bは水素原子、フッ素原子又はシアノ基を表わ
    し、mは0又は1を表わし、lは0〜10の整数を表わ
    し、C^*及びC^*^*は各々独立的に(R)配置又
    は(S)配置の不斉炭素原子を表わし、Z^1及びZ^
    2は各々独立的に単結合、−COO−、−OCO−、−
    CH_2O−、−OCH_2−、−CH_2CH_2−
    、−C≡C−、−COS−又は−SCO−を表わし、Z
    ^3は単結合、−COO−、−OCO−、−O−、又は
    −S−を表わし、▲数式、化学式、表等があります▼及
    び▲数式、化学式、表等があります▼は 各々独立的に▲数式、化学式、表等があります▼、▲数
    式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
    、▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼又は▲数式、化学式、表等があります
    ▼を表わし、 Y^1及びY^2は水素原子又はフッ素原子を表わす。 〕で表わされる光学活性化合物を含有することを特徴と
    する、室温を含む広い温度範囲でキラルスメクチックC
    相を示す強誘電性液晶組成物。 2、Z^1及びZ^2が各々独立的に単結合、−COO
    −又は−OCO−であり、Z^3が単結合、−COO−
    、−OCO−又は−O−であり、▲数式、化学式、表等
    があります▼及び▲数式、化学式、表等があります▼の
    一方が▲数式、化学式、表等があります▼であり、他方 が▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式
    、表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります
    ▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼又は▲数式、化学式、表等があります
    ▼であ る請求項1記載の強誘電性液晶組成物。 3、等方性液体状態からの冷却時において、3度以上3
    0度未満の温度幅を有するキラルネマチック相を経由し
    、該キラルネマチック相からより低温側の相に相転移す
    る温度から、該相転移温度の1度高温側までにおける温
    度域において、該キラルネマチック相における螺旋ピッ
    チが3μm以上である請求項1又は2記載の強誘電性液
    晶組成物。 4、キラルネマチック相からの冷却時において、1度以
    上30度未満の温度幅を有するスメクチックA相を経由
    し、キラルスメクチックC相に相転移する請求項3記載
    の強誘電性液晶組成物。
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