JPH02272091A - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

強誘電性液晶組成物

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JPH02272091A
JPH02272091A JP1091835A JP9183589A JPH02272091A JP H02272091 A JPH02272091 A JP H02272091A JP 1091835 A JP1091835 A JP 1091835A JP 9183589 A JP9183589 A JP 9183589A JP H02272091 A JPH02272091 A JP H02272091A
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chemical formulas
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Application number
JP1091835A
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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(
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、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〕
S00相を示す液晶化合物(以下、SC2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。しかじながら、これらのSC
2化合物には単独では強誘電性液晶表示用光スイツチン
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 (ロ)高温域において適当な相系列を有すること (ハ)特にキラルネマチック(以下、N1と省略する。
)相において長い螺旋ピッチを示すこと(ニ)適当なチ
ルト角を持つこと (ホ)粘性が小さいこと (へ)自発分橿がある程度以上大きな値であること さらに (ト)(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、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N1相を有する液晶において、N4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S01相とN1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、9B)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(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62−583号公報に記
載されている。
(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(、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(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、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バン°トを添加して成る
強誘電性液晶組成物であって、特に減粘液晶が次の一般
式(A)で表わされる化合物の少なくとも1種を含有し
、室温を含む広い温度範囲でS09相を示す強誘電性液
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〜
18の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表わすが、R”
及びRhのうち少なくとも一方は直鎖状のアルキル基を
表わす。R1及びR1′が各々独立的に炭素原子数4〜
12の直鎖状アルキル基スー1.4−シクロヘキシレン
基を表わす。
が特に好ましい。
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→S A、相→SC相
の相系列を有するもの (ロ)I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)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)〜(ニ)の
選択は、同時に用いるキラルドーバントによって異なる
。最も繁用性のあるのは(イ)であり、キラルドーバン
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(ロ)を、キラルドーバントの
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、N“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0重要であるのは
S00液晶組成物とした場合の相系列であって、一般的
には、I→N1→SA→SC1′の相系列が配向性の点
で有利である。一方、[−N”→S04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)SC相の上限温度(Tc点)が高く、3環
以上の環構造を有する化合物、又は、″その化合物のア
ルキル鎖の炭素原子数又は形状のみが異なった化合物(
同族体)から成る組成物(以下、高温液晶という)に、 (■)2環構造であり、分子中に橿性基が少なく、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、応答性を改善した組成物である。
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、両側鎖中のアルキル鎖の炭素原子数及びその形状
のみが異った同族体においてもSC相を示さないが、中
温域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、両側鎖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鎖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。
本発明は、特に減粘液晶として前記一般式(A)で表わ
される化合物を含有することを特徴とするものである。
一般式(A)で表わされる化合物の代表的なものと、そ
の相転移温度を第1〜3表に掲げる。
第  1  表 第 表 (つづき) (*はSA相の可能性もある。
第 表 (つづき) 第 表 第 表 (つづき) 上表において、Crは結晶相、SAはスメクチックA相
、SBはスメクチックB相、Nはネマチック相、■は等
方性液体相を各々表わす。・はその相が存在することを
、−はその相が存在しない(又はil Llできない)
ことを表わし、・の右の数字はその相からより高温域の
相への転移温度を表わし、()内はその相がモノトロピ
ックであることを表わす。
これらの化合物はいずれもN相、SA相あるいはSB相
を示すがSC相は示さない、一般にこのような相転移を
示す液晶化合物をSC相を示す液晶組成物に添加した場
合、そのTc (SC相の上限温度)を大きく降下させ
ることが多い。し、かるに本発明の式(A)の化合物を
添加した場合においてはそのTc降下度は小さく、しか
もSC相を示す液晶組成物の粘性が低下し、応答性を大
きく向上させることも可能である。
減粘液晶としては、以下に示す一般式(D)で表わされ
る化合物が一般式(A)で表わされる化合物とを併用し
て用いることもできる。
式中、R1及びR″1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
であって少な(とも1方はアルキル基を表わすが、好ま
しくは炭素原子数3〜12の直鎖状のアルキル基を表わ
し、 ■は −Coo   OCOC)l*o   0CII
x−−CIIC11□−、−c=c−、−cos−、−
5co−又は単結合を表わす。
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℃の組成物に10%混合した際に、そのTcをl″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°C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ることを特
徴とするものである。
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、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。
(I[[−a) P (■ a−13) ・・Φd沢◇・・ (III−a−15) (III−a−16) R,る票沢盛R2 RlXI)シ〈〈メΣ〈くメトOR。
(!II−b) ([[I−c) (■ d) (11−e) (I[I−e−11) n、@−ぐ巨WR。
(III −e−12) R70(國ソ廼R。
(III−e−13) R,C00℃にシ妄R2 (III−e−16) (III−a−17> R,Φ2へ憂R2 R+0べ?ΣΣρくお×炬ΣΣR2 (■〜f) (III −f−16) R1(〆◇coo■OCORg (III−f−17) R,0<H〆φC00(いC0R2 (1−f−19) (DI−f−20) f−21) R,COO象沢■coo◎R8 R,Coo(区悴coo■OR。
R1+φCOO℃い00R2 (II[ g) (III−h) (III−i) (II −j) ([[−k) (IIl 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。
ン (III −m−9) (■−涌−10) R,0℃+p)coo−@−p。
l?lOψh頑coo()ORg (I[I−o+−12) (f[l−m−13) (■−劃」4) (III−sr−15) (III −m−16) R+COO■畿coo−、(羽h R1℃バキcoo−◎R2 Fl、$奔C00+ Oiン2 ℃図究coo−IL羽R2 R,O R,0>奔coo(いR2 (In −+w−41) (I[l−m−42) (II[−m−43) (III −m−44) (I[I−n+−45) (III−閣−46) (Lm−47) (III−m−48) R,罎N’@−COO(CいC0RK p、coo−04coo−@−p− R<:pΣ(巨Σcooべ匝ΣR2 R,(、kCOO−@−OR。
Rlo<、kcoo−@−p− h、o−(、、fcoo−@−on。
R,(、< coo−@−0COR。
R,Cf1o(、<COO−@−R。
(III−m−73) (In−n+−74) R,a coo(oンR2 ft、頑刈)C00(3)とOR2 (ill−m−76) (Ift−m−77) (II[−m−78) (III−噛−79) (II[1−80) R,0% cooヤ> aR。
(X灸−夕゛ R、COO○”、0COI?2 R,COOh coo(Q) R。
R(沫)C00イ、0)R− R,ecoo−(、Q7ob。
(II−ri) (In−ri−61) (III−n−62) (III−n−63) (III −n−64) (II −n−65) (m−n−66) R1祖へ◇oco−@−’− R1祖X或oco(いR2 R+0祖べ◇ocq)Rz Rlol oco−@−0J L9 oco−@−OCOJ RICoom OCO()Rt (In−n−98) (III−n−99) (In−n−100) RI% OCO+0R2 R,0(バ◇oco +R。
R10% OCO+OR2 (II−o) (III−o−17) ([[−o−18) (1−o−19) ([1−o−20) (m −o−21) (If[−o−22) (m −o−23) (m −o−24) RI eC)110合0COFi! R,coo>奔CH←)OR− R1(R5> CH−0−@−R− R4(猟今CH20−@−oR震 R,0(X)CH憾)i n、Q> cnto()Olh R10% CI(!0+QCO[?t R,COOm CH!0()−R。
(IIl−o−49ン (IIl−o−50) (In−o−51) (If −o−52) (I[I −o−53) (II −o−54) (m −o−55) (II−o−56) RI(\灸C1+、10金R2 R)”C区(ハ)CfltO+ORz R10+悴CH20()R2 R,0−’Z¥灸CH2へ■−0R1 R4>灸C8←α−0COr12 R、coo((頑(シ山Oべ亜>R。
喪バ灸 (防 Rt           CIIIIORz抛+(防 RI            C1bOoRz(III
 −o−81) (n[−o−82) ([1−o−83) (II −o−84) ([1−o−85) (II−o−86) (II −o−87) (m−o−88) RIOnCH−0−G’− R60(x灸C明p)Oh R1(x灸CH!0イp)OCOR2 RICOOや+cii□Oイ沖8 R=−’C双Dcu、o−(ギR1 R※)ゆ>CII*OD 0Rz RlO(羽(シ山O■R2 RtOM CHzO菩ORt (m−p) (Iff−p−5) R6C叩εQC)!!■OCOR2 (DI−p−7) (In−p−8) (m−p−9) (III−p−No) (II −p−11) (nl−p−12) R7(沖Th0CH□■R2 R3+>OC”−■0Rz R,0<ぐドβト0山()R2 R,0((か:(5)−0CI+!■0RzR,炉図防
0CH2■0CORz RICOOやE究0C11!■R2 (III−p−37) (■−ρ−38) (III−p−39) (Lp−40) (I[[−p−41) (In−p−42) (■−ρ−43) (■−ρ−44) R1ゆN(へ)DOCH憾) (R)・合 R100CROR2 (畝)・■ R,O○    0CII    R。
く□)・合 R,000(JI    OR2 (゛(へ))・■ R100CR0COR! R,Cooゆべ(ハ)oCH()R1 ゛)竪・0 R,イ○    0CII    R。
゛)竪 R+−(′○  0C11づ)OR2 (III−9−69) (I[[−p−70) (It[−p−71) (III−p−72) (■−ρ−73) (III−p−74) (III−p−75) (III−p−76) R+0六バ(ハ)OCth■R2 R+0也H(ハ)OCIh■OR。
R3夷は5ocoづ羽0CORx RI COO僕4べ擾>0CHt■R2R,<H別DO
CH□Φご R,−(包べくシO山(◇ン0R2 RIO(別Docl12ΦンR2 R+Oe 0CHz@、i ORt 帽 q) (■ p−101) R1> oCH2会0COI12 (III−p−102) R、COO((シバ回法O山+R2 (III−p (■ p−108) R(巨B炬区ocn、(’52)−0COIhRI C
OO> O山1列R2 (III−q−25) (III−q−26) (Lq−27) ([[−q−28) (11−q−29) (III −q−30) (I[I −q−31) (III−q−32) R1Φ\)ct+、c)IりDR− R9Φ4cHxCHx(cいR2 R,Q鞄4CIi□co、4治2 R+Om CHtCHz80Rz R,−、(心(F山CF+ ! ()OCOR!1?、
COO−、4羽4ト山山(別pgR,−G禰ンCf1z
Cf1図)F12R1(\ンC1l□CI!撃)OR2 (I[[−q−57) (III−q−58) (m −q−59) (m −q−60) (III −q−61) (III−q−62) (II−q−63) (m −q−64) ・艶X僚 () RI            CIIgC)It   
    R。
・金バ灸 () RI           CHgC1b      
ORx抛X幣 合 RI           CHgC1b      
0CORtcoo蛮べ灸 () RI             ljbcHg    
   R1R1祖状幣C)IよCB、<い2 RI祖べ灸C)l’zC11−)OR211,04)4
シcut山()R2 H,0祖状灸C11tcHぜ)OR8 (III−q−89) (m −q−90) (m −q−91) (III −q−92) (m −q−93) (II−q〜94) (DI −q−95) (III−q−96) R1% CI冒e OCORg RIC00% CHzCflzD R2H,m CHI
CHz+ Rz RI M CHtco!e 0R1 R,Om Cl1IC)IZG R2 R10−’@ソDCHICHtG 0RtR,m c+
1.cu礪)OCORz R,CO←φ−@−co冒(シR2 以上の化合物のうち、弐(III−a)、式(II[−
b)、式(I[I−c)、弐(In−f)、弐(III
−h)、式(II−m) 、式([[I−n)、式(I
[[−o)及び式(If−p)で表わされる化合物が特
に好ましい。
減粘液晶の配合割合は、SC母体液晶の1〜60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、SC母体液晶の40〜99重量%が好ま
しく、60〜95重量%が特に好ましい。
減粘液晶中に、上記一般式(A)で表わされる化合物は
10重量%以上、特に40重量%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バントとしては、(1) 
S C”相を示す化合物、(2)SC“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SCI液晶組成物の液晶性が
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。
キラルドーバントが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、自発仕
種の向き及びその大きさであるが、これらはキラルドー
パ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バント、SC2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−53) C11゜ 一〇〇−〇−R。
(IV−55) 0  CHz  Cfl  Rs (IV−62) F3 1中 −0−C1l−R。
(EV−57) CI 1奉 OCHz  CHRa (IV−64) CH3 0CHz  C8−C11z  OR%(IV−65) Cll −0−CB−CHz−OR5 (IV−66) CH3 1中 −0+ Ctlx−+Te1((C1h−)−i−OR
s(IV−67) −COUGH鵞−CH−L;kl−L;χ115(IV
−69) −CO0CII□−C)l−R。
(IV−75) OCHz  CH0Rs (IV−76) CH3 −S−CI =Rs (IV−71) −0−Cll−C1l、−0−CORs(IV−72) 0  CHCHg(C1lzトh 0CORs(IV−
78) CIIts O−Cll雪−C1l−0れ (IV−73) CI。
1串 OC)lx−CI((CHz)rOcORs(IV−7
9) 0  C−0(:li   L 上記各一般式において、mは1〜4の整数を表わし、n
は1〜lO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、R3は炭素原子数1〜IO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で
はSC母体液晶に添加してSCI液晶組成物とした際に
誘起される自発分権は小さいものが多く、単独でsc”
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)〜(IV−
91)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SC0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。
(V−18) 一σ[有]CHxCut GO (V−42) 召ト0べ衿 (V−66) −〇罰 (V−90) noco−<’、)。
(V−138) ◇)OCH□瞑ト0 (V−162) ◇)OCH,−暑べ欧 (V−186) CR)QOCll、ベダー (V−210) −+ oCHべ州 (V−234) 召8州0CII、() (V−446) ℃凶兆 (V−447) 合coo告ヤ\ (V−448) 畳0CO(煽体 (V−449) 畳C1lよOや8ス (V−450) (いCl(、−C魯坏、 (V−451) (Hンン・ (V−473) (V−474) (V−475) べ’>oco(ビス (D)−cH,o(百Σ会グ( 停OCH,−C旨ス (V−476) <警ン込 (V−477) 亨ドドス (V−478) ξ旨■糸^ −N (V−479) +C00松込 (V−501) や)−@、−oco挾ス N (V−503) (バ幣0CII□皐 (V−504) 和バ4cooぺ人 (V−505) (バ)oco松諧\ (V−506) 和バ)QCH,0赫 (V−507) 和H)oCH2八人 (V−534) 舎〈1鉢・ (V−535) Φ傾座 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バントの構成
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) Ql−I  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”のうら少なくとも1方の基
は、不斉炭素原子が酸素、イオつ、窒素、フッ素、塩素
あるいは−C−又は−C=N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Ylは各々独立的に単結合、−Coo −−O
CO−CHmo    OCH*    CH*CHm
−−c=c−−cos−又は−5CO−を表わすが、単
結合、 Coo    OCOC11g0−又は−〇C
H*−である場合が好ましく、m=1の場合には、Yl
及びYl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。
一般式(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’)〜(IV−
22)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10nC/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
よりも太き(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−デシルオーキシベン
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キラル基による自発分極の単純和よ
りもさらに100y+C7’−cim”あるいはそれ以
上に大きな自発分権を得ることもできる。
キラルドーバ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S04相に誘起する螺旋と・
ン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N0相
あるいはSCI相における螺旋ピッチが長いことが重要
である。キラルドーバ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、キラルドーバントの主
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、(IV−31
)〜(II−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)〜
([V−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、キラルドーバントの構成成分
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。
上記一般式中、R4及びR41は各々独立的に炭素原子
数2〜10のアルキル基を表わし、R3及びR、lは各
々独立的に炭素原子数1−10のアルキル基を表わし、
R9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〜IO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、!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−〇−C113を表わ
し、Z′は、 OO− CO− −C11□0 0C11□ 又は単 す。
XI及びX4は各々独立的に水素原子、フッ素原子又は
シアン基を表わし、X2は水素原子又はXIを表わし、
X3は水素原子又はX4を表わす及びX4のうち少なく
とも一方は水素原子を表わす。
上記のキラルドーバントは、SC母体液晶中に1〜60
重量%の割合で添加してS00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。キラルドーバントの添
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、S04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、キラルドーバントの添加量の
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
ドーバンI・の添加割合が1重置%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
。
SC0液晶組成物の自発分極の値は、3〜30nC/c
m”の範囲にあるようにキラルドーバントの添加割合を
調整することが好ましく、SC′″川を示すキラルドー
バントの場合、単独で100nC/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、キラルドーバントの添加
割合は10〜40重量%の範囲が好ましく、300 n
C7cm”以上の強い自発分極を示すキラルドーバント
の場合、キラルドーバントの添加割合は、2〜25重量
%の範囲が好ましい。キラルドーバ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バントで
はその添加割合が1重量%を下回ることはない。
本発明のS01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SA相を経てS00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“−3A点という、)から、該N“−3A点
の1度高温側までにおけるN1相に出現する螺旋のピッ
チが3μm以上であるSCI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”−5A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。
一般式(B)の光学活性化合物のうち、両側のキラル基
R1”+R2によってN1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、一
般的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N1
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S0
4液晶組成物の5A−N”点T0におけるpiを2戸と
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ΣC4だけ添加した
ときの5A−N”点の変化などから、かなり正確に類准
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 01に換え
てToを用いて再度測定すればよい。
本発明のSC0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。
N4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、N9相を示す温度範囲が30度以上である場
合、色Cゝ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。
キラルドーバントは、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
、N1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、キラルドーバントが
SCゝ液晶組成物のSA相のみを拡大し、°Nゝ相及び
SC“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→■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。
このようなキラルードーパントの(頃向は、SC母体液
晶に一定量のキラルドーバントを添加して得られるsc
”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、SC′″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バントとしては、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
自発分権(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、S00液晶組成物としては、そのP、の値
が、特に室温付近で3〜30 nC7cm”の範囲にな
るようにキラルドーバントの添加量を調整すればよい。
しかしながら、キラルドーバントが誘起する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SC0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
ルドーバントとしては、SC母体液晶に10重量%添加
した場合に1.0 nC7cm”以上のPlを誘起でき
るものが好ましく、5!l量%添加した場合に0.5n
C/e+g+”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。
実施例1 SC母体液晶に添加してS04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化合物として、式 %式% 及び左巻きの螺旋を出現させる化合物として、式、の化
合物45%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バントを調製した。
このキラルドーバントを、以下に示したSC母体液晶に
10%添加して得たsc”液晶組成物の25°Cにおけ
る自発分極の値は、15nC/ca+”であった。
なお、用いたSC母体液晶は 35% 30% から成る組成物である。
次に、高温液晶として、前記一般式([1−al)で表
わされる化合物から、 の化合物50重量部と、減粘液晶として前記式(n−1
’)の化合物20重量部から成るSC母体液晶を調製し
た。
このSC母体液晶88%と前記キラルドーパン)12%
から成るS08液晶組成物を調製したところ、85.5
°C以下の広い温度範囲でSC”相を示し、93.5°
CまでSA相を、108,5°CまでN1相を各々示し
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−ラビング処理)を施した2枚のガラス透明電橋
からなる厚さ約2μmのセルに充填し、!相から室温ま
で徐冷を行ったところ、極めて良好な配向性を示し、均
一なモノドメインが得られた。
コノセルニ電界強度10 Vp−p/ u m、 50
1tz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、30°Cで40μ秒の高速応答性が確認さ
れた。
このときのチルト角は29°であり、コントラストは良
好であった。
実施例2 高温液晶として、前記一般式U−a−1)で表わされる
化合物から、式 50%、減粘液晶として、前記式(n−1)の化合物2
5%、及びキラルドーバントとして、単独でも、そのN
1相に誘起する螺膀のピッチが非常に長い化合物である
、式 から成るS01液晶組成物を調製した。
このSCI液晶組成物は、88°C以下の広い温度範囲
でsc”相を、98.5°C以下でSA相を、119.
5°C以下でN1相を各々示した。
このSC“液晶組成物は、良好な配向性を示し、実施例
1と同様にして測定した30°Cにおける電気光学応答
速度は90μ秒であった。コントラストも良好であった
。
〔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橿め
て有用である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、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、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、減粘液晶が一般式(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を表わすが、R
    ^a及びR^bのうち、少なくとも一方は炭素原子数1
    〜18の直鎖状のアルキル基を表わす。 ▲数式、化学式、表等があります▼はトランス−1,4
    −シクロヘキシレン基を表わす。▲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、▲数式、化学式、表等があります▼が▲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▼、▲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▼、▲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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