JPH02265989A - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

強誘電性液晶組成物

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JPH02265989A
JPH02265989A JP1084907A JP8490789A JPH02265989A JP H02265989 A JPH02265989 A JP H02265989A JP 1084907 A JP1084907 A JP 1084907A JP 8490789 A JP8490789 A JP 8490789A JP H02265989 A JPH02265989 A JP H02265989A
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JP1084907A
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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l−性にすぐれた液晶表示素子への利用可能
性を有する液晶打首1を提供するものである。
〔従来波fネj〕
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。′「N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、強誘電性スメクチン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、光シャンタ
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突
がなされている。
強誘電性液晶は、液晶#目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ン
クC(以下、SC゛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〕 SC“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、既に数多くの
化合物が合成されている。しかしながら、これらのSC
′″化合物には単独では強誘電性液晶表示用光スインチ
ング素子として用いるための以゛ドの条件、即ち、 (イ)室温を含む広い温度範囲で強誘電性を示すこと (ロ)高温域において適当な相系列を有すること (ハ) 略する。
(ニ) (ホ) (へ・) こと 特にキラルイマチ・ツク(以下、N” 、j: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るさらに (]・)(ロ)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た。
そのため、現在では、SC”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。
良好な配向性を得るためには、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、N”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sc”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向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C(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
、配向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・デイスプレィ゛86講演予稿集
(352ページ〜)又は特開昭61583号公報に記載
されている。
[?O+C00+OR’ (R,R,’はアキラルなアルキル基を表わす。)(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向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。
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、中温域母体液晶、
減粘液晶及び高温液晶を含有し、スメクチックC相を示
す液晶組成物(以下、本発明で使用するSC母体液晶と
いう。)に、光学活性化合物から成るキラルドーパント
を添加して成る強誘電性液晶組成物であって、特に高温
液晶が次の一般式(A、)で表わされる化合物の少なく
とも11重を含有し、室温を含む広い温度範囲でsc”
4Bを示す強誘電性液晶組成物を提供する。
式中、R′″及びRhは各々独立的に炭素原子数1〜1
8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルコキシル基
を表わすが、好ましくは少な(とも■方は直鎮状のアル
キル基を表わす。
スーII4 シクロヘキシレン基)を表わすが、 を表わす。
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)I(等方性液体)相→N相→SA相→SC相の相
系列を有するもの (ロ)■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 (ニ)■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)〜(ニ)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
9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(ロ)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、N0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
(ニ)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、−船釣
には、■→N1→5A−3C”の相系列が配向性の点で
存利である。一方、I−+N”→SC″′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。
本発明で使用するSC母体液晶は、従来用いられてきた
ようなSC相を示す化合物から成る組成物を用いること
もできるが、より高速応答性を得るためには、以下に示
すような組成物がより好ましい。
即ち、(1)2環構造であり、室温に近い温度でSC相
を示す化合物又はその同族体(アルキル鎖のみが異なる
化合物)から成る組成物(以下、中温域母体液晶という
。)に、 (■)2環構造であり、分子中に極性基が少なく、低粘
性の化合物(以下、減粘液晶という。)を加えて粘度を
低くし、 (I[[)減粘液晶を加えることによって低下したSC
相の上限温度を高くするために、TC点(SC相又はS
C″′相の上限温度を表わす。)が高く、3環以上の環
構造を有する化合物又はその同族体から成る組成物(以
下、高温液晶という。)を加えて成る組成物である。
N)中温域母体液晶 本発明で用いる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環構造であって
、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″C以上における任意の
1 ’C以上のin度11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。
中温域母体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 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−9) RI−@−陥めOR。
−N (■ a〜10) 0−(涙金yR。
−N (I a−39) (■ RICOO3COORZ R,COO−哲H防COOR2 (Lb) (1−b−31) (1−b−32) (1−b−33) (I −b−34) (1−b−35) (1−b−36) (1−b−37) ([−b−38) R,OCO+C00(濁o1?Z p、ocoo+coo((訓R2 R,0COO依防coo((防R2 R,0COO合C00(防0R2 R,0COO+C00(頌0R2 R,0COO依トCOO4防0R2 RIO−@−COO−@−0COORzR,o−@)−
COO(トOCOOR2(■ c−22) R,Coo+COO÷(:00R。
(I R10CO+COO久桝COOR2 (1−c−25) (1−c−26) R10(νC0080R2 −N R,0敷&coo−の→OR2 −N (■ c−27) (1−c−28) RICOO−(シC00fYOR2 −N R,COO敷防cooで騙OR2 −N d) (■ R101防coo÷ORア (r (■ c−58) R,coo+coo−@−R2 R,C00iCoo(c災Of?。
(1−c−60) R,COO子C00(トOCORz (II)  減粘液晶 本発明で用いる減粘液晶とは、低粘度の液晶化合物又は
組成物であって、構成する低粘度化合物は2環構造であ
ってSC相を示さないが、中温域母体液晶に添加するこ
とにより、応答性の向上に寄与するものであり、両側類
の少なくとも一方は、アルキル基であり、特に望ましく
は両側類がアルキル基である化合物であって、分子内に
含まれるエステル結合は1個以下であることを特徴とす
るものである。
減粘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,、
Rzは各々独立的に炭素原子数1〜12のアルキル基を
表わす。
/ り a−15) R+()coO(Eヴopz (II−a a−18) a−19) (II−a RFFeCO3涙R2 R1魯coo舎ORE R,Q(今COO−■−R2 R,菩coo子OR。
R,0−舎coo衣FRz (II−a R(仝coo◇)R2 a −22) R+−(5)′−C0080Rt b−23) b−24) (!I −b−26) R1魯C1l□0舎R2 R9るC1l□0処XR2 R,0蛍βX山0千)撲 R,0養cnzo僚R2 (II−b b−29) (11−b−30) R,Coo金CH2O舎R2 R,COO+c++□0舎R2 R,COO蕃CH2OすXR2 R,(今CH20(濾OR。
(II−d) (U −c−12) (II−c−13) (■−c−14) (U −c−15) (U −c−16) R+(譚%CHtCHt((臣FOCOR。
RtoC)ltC11図防0CORz (H−c−17) (II −c48) (II −c−19) R,0舎CH2Cl−1,合R7 12,0舎CIl□CHイ←2 R+0舎C11,Ci2契涙R2 R,COO舎C)1.c)1.合R2 R,COO仝)−C)filイI2 片] R,Coo舎CH,CH〜ンR2 (■ e) (U −e−10) R1憑−CEC舎R2 (II −e−11) R,(頌CEC苦−R2 (II−e−12) R,O←[有]可トCミCべE) R。
(I[−e−13) I?、O−■−C(へ)E)−R2 (H−e−14) R、0+CミCべ◎)←R2 (■〜e−1,5) R,QC三Cベラ)−R2 以上の化合物のうち、中温域母体液晶としては、式(1
−a)及び式(i−b)で表わされる化合物が好ましく
、弐(I−a−1)、式(1−R2)、弐(i−a−5
)、弐(1−a−6)、式(1−a −4,1,) 、
式(r−a−42)及び式(Ib−1)で表わされる化
合物が特に好ましい。減粘液晶としては、式(II−a
)及び式(II−b)で表わされる化合物が好ましく、
弐(II−a−1)、式(U−a−6)及び式(II 
−b−1)で表わされる化合物が特に好ましい。
/ / / (III)  高温液晶 本発明で用いる高温液晶とは、3環あるいは4環構造か
らなる光学的に不活性な化合物、あるいはそれから成る
組成物であって、各化合物は前記中温域液晶からなるS
C相の上限温度(以下、Tcと略称する。)が50〜6
0°Cの組成物に10%混合した際に、そのTcを1,
5°C以上上昇しうるちのであり、好ましくは、少なく
とも2環は芳香環(1,4−フェニレン、ピリミジン−
2,5−ジイル、ピラジン−2,5−ジイル、ピリジン
−2,5ジイル、あるいはそのフッ素置換体)であり、
Tcが90°C以上で、かつ、SC相の温度域が5°(
二以上の温度幅を有する化合物、あるいは、その側鎖の
アルキル基の炭素原子数あるいはその形状が異った同族
体であり、特に、前記−殺伐(A)で表わされる化合物
を少なくとも1種構成要素として含有することを特徴と
するものである。
−a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、Crは結晶相、SBはスメクチックB相、SC
はスメクチックC相、SEはスメクチックE相、■は等
方性液体相を各々表わす。
上記式(III−1)及び(II[−2)で表わされる
化合物は次の2環ピリミジン化合物から成るSC相を示
す液晶組成物に10重量%添加した場合、いずれも、そ
のTc (SC相の上限温度)を1.5〜3“C上昇さ
せる効果を有していた。
この組成物の転移温度(°C) は次の通りである。
くロ       ミ目 1」       −・ 高温液晶としては、以下の一般式(D)で表わされる化
合物が、前記−殺伐(A、)の化合物と併用して使用す
ることができる。
式中、R1及びR2は各々独立的に炭素原子数1〜18
の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表わし、Xl及びX
zは各々独立的ニーo−,−co。
oco−−s−、又は単結合を表わし、z’及びZ2は
各々独立的に−COO−,−0CO−、−C1+□00
CI+2  、  CO5、−5CO、Ctl□−C1
l□−−CEC−、又は単結合を表わし、 水素原子のフッ素原子置換体を表わすが、好ましくけ、
χ駁及びX2の少なくとも1個は単結合でフッ素原子置
換体)であり、そのうちの少なくと前記中温域母体液晶
、減粘液晶及び高温液晶からなるSC母体液晶において
、中温域母体液晶の配合割合は、1〜90重量%が好ま
しく、5〜75重量%が特に好ましい、、減粘液晶の配
合割合は1〜50重量%が好ましく、5〜40重量%が
特に好ましい。高温液晶の配合割合は1〜70重量%が
好ましく、5〜60重量%が特に好ましい。
高温液晶中に、上記−最式(A)で示される化合物は1
0%以上、特に50%以上含まれることが好ましい。
本発明で使用するキラルドーパントとじては、(1)S
C”相を示す化合物、(2) S C”相思外の液晶相
のみを示す化合物又は(3)液晶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SC”液晶組成物の液晶性が
低下する回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SC”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、これらはキラルド〜
バントを構成する各化合物の光学活性部位により最も大
きな影響を受ける。
これまでキラルドーパント、SC”化合物又はネマチッ
ク液晶への添加剤として用いられてきた光学活性化合物
における光学活性基の代表的なものを以下に掲げる。
(IV−1) (TV−2) (■〜3) (IV−4) CH。
+ CHz +T−CHCJs Cll:1 −0 +C11,÷育−CIl−C,!1゜CH3 (−CIIZ)−0−(−CHI −)−i−CIl 
−C211SC!13 −O+CHz)=  0 + Cil□+−C1l−C
ztls(■−7) CH3 1・ (’−C1l□+rCH R:1 (■ CIl:1 一〇 + CHz−)−CHR3 (IV−9) 0          CHI3 −C−0(−C日、 −)−i−CI −Rz(IV−
12) (IV−13) (rV−1,4) −CIl−R。
C1(。
CHz−Ctl  CHt、  0RsCH。
CH−Cl、 −0R1 (IV−18) (IV−19) (■ 一〇 Cll、        C113 011□C1,1!−CI−C11□CHzC1l=C
CIL+o       C113 1[1゜ −C−0−CIl□−CI  C11zCtl□CH2
C)(3 CH C1(3 Clb         CI+3 CHz−じ11−に112に1IzUth−1,l+−
1,lla(TV−21) C11゜ −S + C11,→TCH(CI(□i C113(
TV−32) CH3 −0−CIl−It。
(IV−43)   CH3 11。
−0−C−CH−OR5 (IV−45) CIl:l  0 −O−CB−C−0−R5 (TV−48) C1130 、1l −CIl−C−0−R5 (IV−4:’) O−し し112   Ui−L、z+1s (IV−53) CIl:I CI−0−R5 (IV−55) 0  CH2CHRs (TV−57) Cl OCH2CHR5 (IV−69) CI!。
−COOCl12−CH P。
(TV−70) CIl3 −O−CILz  C11 CI(。
0COR。
(IV−71) C11゜ −(1−C1l −CIl□ COI?。
C11゜ 1・ Cl−ClバC1+□)7ocoI?5一〇 C1+□ CI(3 C11−(CHz)−、T−OCO1?5(IV−61
) 0     CF3 −C−0−CH−R。
(■ CF3 −O−CIl−R。
(■ C1l、−C1l−C1l□−0[?。
(■ 一〇 Cl(3 CB−C1(□−OR。
(IV−66) 0−f Cth −) −C直CTo)ii−OR5H
j (rV−75) 一〇 CIl3 CHz  CHORs (■ l3 −9−CIIRs (IV−78) C、II 5 OCHz  CfI  0Rb (IV Q     CH3 111・ 0−C−0−CIl (IV−80) COOC11I 村。
(IV−81) N −0−CIl□−C1l (■ N CH−R5 (■ ll2CN COOC1h  C1i  Rs (■ l12CN Q  Clh  Cll  Rs 上記各−殺伐において、mは1〜4の整数を表わし、n
は1〜10の整数を表わし、R1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、R6は炭素原子数1〜10のアルキル
基を表わし、R5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で
はSC母体液晶に添加してS04液晶組成物とした際に
誘起される自発分極は小さいものが多く、単独でS C
”相を示す場合でもそのほとんどが10nC/Cm”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sc”液晶組成物とした際
に誘起する自発分極が大きいものが多く、単独でsc”
相を示す場合などでは300nC/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。
CH:I  CH3 (V−18) −C刈今C)IIC11□−〇− (V−42) 豆ト0べφ (V−66) 一α■) (V−90) −0()・・・−<吟 (V−114) (E)−oct+r−<:$ (V−138) 召ト・・・召ト@ (V−162) ◇)OCH□−+竪 (V−234) 68片0C11□() (V−446) ■慈ス N (V−448) (いCOやヒス (V−449) (いHzO@込メ、 (V 合OCH,■Yノ\ (V−451) 舎(ビス (V−479) 合coo々\ (V ■べ■oco^ス (V−502) (旨)OCH10筏内 (V−503) 鞄バ)o ocHμジ\ (V−504) 如X俊coo赫 (■ 仝X幣oco糸入 (V−506) 立バ)Qc)12o松休 (V 仝hOcH□々\ 上記各基本骨格中のベンゼン環あるいはシクロヘキサン
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。
以上のような基本骨格の片側もしくは両側に前記キラル
基が結合した光学活性化合物がキラルドーパントの構成
成分として有効に使用することができる。特に両側に前
記キラル基が結合した一般式(B) Q”−Z−Q” 〔式中、Ql*及びQ”は互いに異なった光学活性基で
あって、各光学活性基は少なくとも1個の不斉炭素原子
を有し、かつ、Q”及びQ ”のうち少なくとも1方の
基は、不斉炭素原子が酸素、イオ1[ つ、窒素、フッ素、塩素あるいは−C−又は−CENと
直結した構造を有する。Zは一般式これらの環上の任意
の1〜2個の水素原子がフッ素原子又はシアノ基に置換
した構造を表わすが、上の水素原子がフッ素原子又はシ
アノ基に置換した構造においては、 Y′及びY2は各々独立的に単結合、−C00OCOC
Hzo    0CL    CHzCHz〜c = 
c −−cos−又は一5CO−を表わすが、単結合、
 COOOCO−CHto−又は−〇C1,−テある場
合が好ましく、m=1の場合には、yi及びY2の内の
少なくとも一方が単結合であることが好ましい。) で表わされる液晶性分子の中心骨格(コア)部分を表わ
す。〕 で表わされる光学活性化合物が好ましい。
−殺伐(B)で表わされる光学活性化合物において、特
に、少なくとも一方の光学活性基は前記(IV−31)
〜(IV−91)で表わされる基のいずれかであること
が望ましい。
このように、基本骨格の両側に互いに異ったキラル基が
結合した光学活性化合物を用いることによる利点として
以下の点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(IV−31)〜(IV−91,)で表わさ
れる基から選ばれるキラル基と(IV−1)〜(■−2
2)で表わされる基から選ばれるキラル基とを基本骨格
の両側に有する化合物と、同一の基本骨格でキラル基と
しては(IV−31)〜(■−91)で表わされる基か
ら選ばれる同一の基のみで他の側はアキラルな基である
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てみると、両側にキラル基を有す
る化合物の方がlO〜30nC/cm”あるいはそれ以
上大きい、(IV−1,)〜(IV−22)で表わされ
る基に由来する自発分極はたかだか1Onc/cm”程
度であるので、両側のキラル基による自発分極の単純和
よりも大きくなっていることがわかる。
さらに(IV−31)〜(IV−91)で表わされる基
から選ばれる基であって互いに異ったキラル基を上記基
本骨格の両側に有するような化合物では、両方のキラル
基による自発分極の極性(よく知られた強誘電性液晶で
ある(S)−2−メチルブチルb−デシルオキシベンジ
リデンアミノフェニルシンナメート(DOBAMBC)
の極性をeと決める。)を同一にあわせた場合には非常
に大きい自発分極を得ることができる。
この場合には両側のギラル基による自発分極の単純和よ
りもさらに100 nC/Cm2あるいはそれ以上に大
きな自発分極を得ることもできる。
キラルドーパントとしてはその誘起しうる自発分極が大
きい程、その使用量が少なくてもすむので、低粘性のS
C母体液晶の割合を多くすることができ、その結果、s
c”液晶組成物の低粘度化が可能となる。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向性を得るためには、そのN1′
相あるいはsc”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。また、螺旋ピッチ調整を主目的として
加える化合物では、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都合である。
螺旋ピッチを長くするには、両側のキラル基による螺旋
ピッチの向きが互いに相反すればよいが、(TV−31
)〜(■−91)で表わされる基から選ばれる基を両側
に有する化合物では、その自発分極の極性は同一である
ことが好ましい。
(3)大きな自発分極を示しうる特に(IV−31)〜
(IV−91)で表わされる基から選ばれるキラル基で
あって、不斉合成、光学分割等の化学的手法により得ら
れたものは、その光学純度は必ずしも100%ではない
ものが多いが、これらを100%に精製するのはかなり
困難である。しかしながら、天然物から得られた(S)
−2−メチルブタノール由来のキラル基、あるいは微生
物工学的手法で得られるような光学純度の極めて高いキ
ラル基と組み合わせれば、これらはジアステレオマーと
なるため、クロマトグラフィー、再結晶による分離が容
易となり光学純度を100%に近づけることができる。
一般式(B)の化合物は、キラルドーパントの構成成分
として10%以上、好ましくは30%以上、特に好まし
くは50%以上用いるのが有効である。
一般式(B)の化合物中で、特に好ましい基本骨格とキ
ラル基の組み合せを有する化合物を以下に示す。
LVl−5ノ H,−L;II−j  Lu11.す1 Y−乙−U 
−Uil −UUUIぜ5 (Vl−IZJ sU しIIL;[1υ−乙 一しυUL;H−Uυυhs 上記−殺伐中、R4及びR、7は各々独立的に炭素原子
数2〜10のアルキル基を表わし、R7及びR、rは各
々独立的に炭素原子数1〜10のアルキル基を表わし、
R1は炭素原子数2〜10の直鎖状のアルキル基又は炭
素原子数3〜10の分岐状のアルキル基、又は炭素原子
数4〜10の少なくとも1個の不斉炭素を含む光学的活
性なアルキル基を表わし、lは0〜5の整数を表わし、
Yは単結合、−o−、−oco−、−coo−、又は−
oco。
を表わし、Wは、塩素フッ素又は−OCft5を表わし
、Z′ は、 又は べXう−z→(ΣΣ←C1Σ を表わし、又はC
oo  、  OCO、CHzO,0CIIz、又は単
結合をまた、 においで環上の任意の1〜2個の 水素原子がフッ素原子又はシアノ基で置換されていても
よい。
上記のキラルドーパントは、SC母体液晶中にI〜60
ffii%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重景
%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、キラルドーバン[・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、S09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向性
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。
SC“液晶組成物の自発分極の値は、3〜30nC/c
mz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く、SC”相を示すキラルドーパ
ントの場合、単独で1oonc/Cm”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重世%の範囲が好ましく、300nC/
cm”以上の強い自発分極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
の添加割合カ月重星%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N”相、次いでS A相を経てSC“相へ
と相転移するが、その際N0相からSA相への相転移温
度(以下N”SA点という、)から、該N” −SA点
の1度高温側までにおけるN”相に出現する螺旋のピッ
チが3μm以上であるS04液晶組成物がより好ましく
、該螺旋のピッチが10μm以上であり、N″’ −3
A点に近づくにつれて該螺旋のピッチが発散的に大きく
なるSC#液晶組成物が特に好ましい。
−殺伐(B)の光学活性化合物のうち、両側のキラル基
RI”+R1″によってN“相に誘起される螺旋の向き
が互いに逆であるような化合物では、その誘起する螺旋
ピッチはかなり長いため、このような化合物をキラルド
ーパントの主成分として用いる場合には、螺旋ピッチ調
整が不要であるか、あるいは容易であることが多いが、
−船釣には以下のようにして螺旋ピッチを長く調整する
ことができる。
複数の光学活性化合物を含むsc”液晶組成物のN”相
に出現する螺旋のピッチP(μm)は各光学活性物質の
濃度をC1、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5A−N“点T0におけるP’をPTi
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Toは各C1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5A−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T0とそれを用いて選ばれた
組成物のToとが大きく異なる場合にはT 、 /に換
えてToを用いて再度測定すればよい。
本発明のS01液晶組成物のN”相を示す温度範囲は、
3度以上30度未満の範囲が好ましい。
N1相を示す温度範囲が、3度未満である場合、降温時
にすみやかにSA相に相転移するため、N”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、N1相を示す温度範囲が30度以上である場
合、SC9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。
キラルドーパントは、キラルドーパ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SC
母体液晶を用いればよ<、(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
、N′相に限らず、SA相及びSC’″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SC“液晶組成物のSA相のみを拡大し、N“相及び
S00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(、
かつ、SC相→N相→l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S09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。
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/cm”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S01液晶組成物の粘性が大きく
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重量%添加し
た場合に1.0 nC7cm”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0.5nC/
cn+”以上のP、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って限
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(D
SC)を併用して行った。
/ シ″ 実施例1 中温域母体液晶として前記−殺伐(1−a −1,)で
表わされる化合物、減粘液晶として前記−殺伐(II−
a−6)で表わされる化合物及び、高温液晶として前記
式(III−2)の化合物及び、−殺伐(D)において
、z’ =zz =単結合、x’ −以下の割合で混合
してSC母体液晶を調製した。
(■ (■ 次にSC母体液晶に添加してSC“液晶組成物とした際
に、N*相に右巻きの螺旋を出現させるる化合物として
、弐 (■ 12.5% (この化合物をSC母体液晶に10%添加した際にN”
相に出現させる螺旋のピッチは60°Cにおいて4.7
μmである。) の化合物73%と、左巻きの螺旋を出現させる化合物と
して、式 (この化合物をSC母体液晶に10%添加した際にN*
相に出現させる螺旋のピッチは60°Cにおいて11.
9μmである。) の化合物27%とを混合して、N”相に出現させる螺旋
のピッチが調整されたキラルドーパントを調製した。
このキラルドーパント10%と、上記SC母体液晶90
%から成るS01液晶組成物の25°Cにおける自発分
極の値は、約611C/CI”であった。
次に上記SC母体液晶80%と上記キラルドーパント2
0%から成るS01液晶組成物を調製した。
このSC”液晶組成物は60.5°C以下でSC”相を
、7785°C以下でSA相を、79.5°C以下でN
1相を各々示した。このSC*液晶組成物を配向処理(
ポリイミドコーティング−ラビング処理)を施した2枚
のガラス透明電極からなる厚さ約2μmのセルに充填し
、等方性液体相から室温まで徐冷を行ったところ、良好
な配向性を示し、均一なsc”相のモノドメインが得ら
れた。
このセルに電界強度10 V P−P/ u m、50
1(z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°Cで45μ秒の高速応答性が確認さ
れた。このときの自発分極は21.0 nC/ cm 
2であり、コントラストは非常に良好であった。
〔発明の効果] 本発明の強誘電性液晶組成物は、配向性及び高速応答性
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、中温域母体液晶、減粘液晶及び高温液晶を含有し、
    スメクチックC相を示す液晶組成物に、光学活性化合物
    から成る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、高温液晶が一般式(A) ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R^a及びR^bは各々独立的に炭素原子数1
    〜18の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルコキシ
    ル基を表わし、▲数式、化学式、表等があります▼は▲
    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、▲数式、
    化学式、表等があります▼は▲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、▲数式、化学式、表等が
    あります▼ は▲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▼(トランス−1,4
    −シクロヘキシレン基)を表わすが、▲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▼のうち少なくとも1
    個は▲数式、化学式、表等があります▼を 表わす。〕 で表わされる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、R^a及びR^bが各々独立的に炭素原子数1〜1
    8の直鎖状アルキル基であり、▲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▼が共
    に▲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、キラルドーパントが一般式(B) Q^1^*−Z−Q^2^* 〔式中、Q^1^*及びQ^2^*は互いに異なった光
    学活性基であって、各光学活性基は少なくとも1個の不
    斉炭素原子を有し、かつ、Q^1^*及びQ^2^*の
    うち少なくとも1方の基は、不斉炭素原子が酸素、イオ
    ウ、窒素、フッ素、塩素あるいは▲数式、化学式、表等
    があります▼又は−C≡Nと直結した構造を有する。Z
    は一般式(C) ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、▲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▼又はこれら の環上の任意の1〜2個の水素原子がフッ素原子又はシ
    アノ基に置換した構造を表わし、Y^1及びY^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、mは0又
    は1を表わす。) で表わされる液晶性分子の中心骨格(コア)部分を表わ
    す。] で表わされる光学活性化合物を含有する請求項1又は2
    記載の強誘電性液晶組成物。
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