JPH02272093A - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

強誘電性液晶組成物

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JPH02272093A
JPH02272093A JP1093014A JP9301489A JPH02272093A JP H02272093 A JPH02272093 A JP H02272093A JP 1093014 A JP1093014 A JP 1093014A JP 9301489 A JP9301489 A JP 9301489A JP H02272093 A JPH02272093 A JP H02272093A
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JP1093014A
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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、光シヤツタ
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〕
S01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。しかしながら、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、N“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)自発分極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 をすべで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、SC0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SCI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。)シかし、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SCI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62−583号公報に記
載されている。
RO+COD +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、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SC′″相を示す強誘電性液
晶組成物を提供する。
(式中、R1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、R1
及びRゝのうち少なくとも一方は直鎖状のアルキル基を
表わす。R”及びRbが各々独立的に炭素原子数4〜1
2の直鎖状のアルキル基である場合が特に好ましい。今
 は、+  舎 (トランス−1,4−シフ 表わすが、−ぐ巨)← 又は−(])−を表わす場 合が特に好ましい。
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)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)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ハ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(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、
SA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S01液晶組成物とした場合の相系列であって、−船
釣には、工→N1→5A−3C“の相系列が配向性の点
で有利である。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)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、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、低粘度の液晶化金物又は
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次第  1  表 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1〜4表に掲げる。
第 表 (つづき) 第 表 第 表 第 表 上表において、Crは結晶相、SAはスメクチックA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
(又は確認できない)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相又はSA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併用して
用いることもできる。
Rt 0v%R・−(D ) R1及びR”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であって
少なくとも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、 Vは−Coo    OCOCHzo    0CI+
2−−CIZCI(2−、−Cミ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°Cの組成物に10%混合した際に、そのTcを3℃
以上上昇しうるものであり、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。
(La) / 〈 ノ (III−a−17) (I[[−a−18) R1<E巨ンぐ臣Σく巨Σ−OR。
R,Coo■誇h (m −a−20) (厘−a−21) (m −a−22) (DI−a−23) (III −a−24) N RICOOや々枳竪R1 R,◎<f 0COR。
p、+MocoR。
p、+Wocop。
RI000ΦA沢盛oR2 (III−b) ([[−b−8) R,O煩罫沢灸OR1 (1−b−13) R14妥灸OR2 (III−b−15) R3(呂沢憂R2 (DI−c) (III−c−17) (III −c−18) (II−c−19) R,イ畑HΣ刈(臣莱0COR。
R,やIR− RlO−C\必勢R1 (III −c−22) R10(にト酬OR。
(n[−c−24) RICOO−@区)罰R2 (III −d) (1![−e) (III −f) (II −g) (1![−h) (III−4) (III −j) (I[!−k) (III−j−8) R10(心coo■0山−@−oR。
(In−j−10) R7O(濾00■0Ct(、(い2 (III−j Rt @C00◎ocl!、(い2 ([[−j−13) Rt ()oco◎C1(20i ’ (I[[−j−14) RtOGOCO■CHI□0合R2 <m−m− 1)(III− 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。
! / (II −m−24) R,C00m coo(い2 (In −5−49) (I[[−5−50) (II −5−51) (III−s−52) (■−鴎−53) (III −m−54) (■−曙−55) (■−■−56) R1(¥)OCOO−@−R− R,nCOO−@−0R− RIO(原幣C00< Rz R80(べ灸C008OR1 Rt挺X幣C00()OCORt R,coo(X灸C00u R2 抛X灸() R,Coo      R++ 蛮バ灸() R+          Coo      OR2(
■−層−81) (III−m−82) (DI −m−83) (I[[−m−84) (■−輪−85) (III −5−86) (III −5−87) (II −a−88) RIOnCOO−(:、0)R− plo(x灸coo−=rO−oR− p、(x灸coへp)ocoR− RoCOOICOO−”e R− R7ICOO−@−”。
1回4)coo−@−oR− R3OeCOO+R2 R10nCOO8OR2 (In−n) (Ill−n−5) (II−n−6) (I[[−n−7) (nl−n−8) (If −n−9) (I[[−n−10) (m−n−11) (III−n−12) R+−□と0COu 0CORt R8COO>いCO< Rz R1@−<G澱CO+ Rz R(菖:>0CO−@−0R− RIOづh坊oco((羽R2 R10(ン10CO()OR2 R8(シ10GO()OCORz R2COO(h奈OCO()Rt (Ill−n−37) (T[[−n−38) (I[−n−39) (II[−n−40) (m−n−41) (III−n−42) (m −n−43) (■−れ−44) R3ゆ腸0CO()Rz R,(0,4戸C0()ORz R,Oゆ、べ盛0CO()Rt R,O挺Nべ幣oco((羽OR。
R1也■)oco()OcORl RICoo◇、雪DOCO−@−R− R,VX幣0CO−@−Rz R,(XΦOCO()ORz (fil−n−69) (1!l−n−70) RIO(X幣0COu Rz R80(x灸0CO()OR2 (I[[−n−72) (III−n−73) (II−n−74) (III−n−75) (■−n−76) R1CO〇七x灸0CO()R2 R8(X)OCO(OR2 R1Φx灸0CO(OR2 RlOm OCOやンR2 R10(x灸OCOやンOR2 (m−o) (I[[−n−101) R11OCO−@−0COR1 (In −n−102) RICOO@ OCO4Rz (II −n−107) (III−n−108) R−ヤx灸ocoCzocOR− R8C00慢x)OCO舎R8 (I[−o−25) (III−o−26) (I[! −o−27) (m −o−28) (nl−o−29) (III−o−30) (III −o−31) (■〜o−32) R,dcH2噸)h R1% CHtO()ORz R90(ス5co、o合R2 R,0℃X)CH20(澱R2 R(沖>CHzO()OCORz R,COO$ CH,0()Rm Rは)@トH−0−@−R− R3(X酬CH1O−@)−OR1 (n[−o−61) (III−o−62) (II −o−63) (n[−o−64) R1祖ぺ灸C1(!Q()Rt R1祖べ幣C3zO()ORz R,Q祖バ灸CHzO()R2 R10(状灸CHべ)OR2 (m −o−89) <m−o−90) (1!l−o−91) (III−o−92) (III −o−93) (m −o−94) (II−o−95) (I[l−o−96) R1l cLoG QCQRz RICOO+ CHzo@R2 R,eCH,0会R。
R6eCH−べ)OR2 RIOm CHzOG Rz R+0% CH!0@0Rz R,m C1,oG 0CORz R,COO+ CH,O+ R1 (n[−p) (III−p−13) (III−p−14) (III−p−15) (III−p−16) (■−ρ−17) (III−p−18) (III −p−19) (II−p−20) R1eOCH=−@−R− RI#OCRよ@r−OR− RIO$OC”!■紡 R,0挺+0CR1=C羽ORg R1挺!0CHz■0COR□ RrCOO挺10cHづDR− R−%OC”−@−R− R1象40C”−@−0R− (III −p−49) (III−p−50) (m −p−51) (m −p−52) R,鞄R僚ocu、4羽R2 R8づR或0CII()OR2 R,O心H灸oco、(シR2 R+0<ぐ狭夕シO山−@−0R− (III−p−83) (If −p−84) Rt % 0CHr−/、”、# oCORzRlco
o(X)OC喧トR2 (II−q) (I[I−q−36) (III −q−37) (m −q−38) (m−q−39) (III−q−40) RICOO(X酬CH2CH!4い2 (”@−−’D RI  Q     CHzCH□   R2−C”@
− RI Q   CHzCHz+ORz (¥) RtOQ   CHzCHぜDR− ・(V) (防 R+  Q     CHz CH20Rz(1−q−
65) (I[I−q−66) R+M CHzCHz+0CORz R,COO祖H或C)IIC1l撃DR−(m−q−9
7) (I[! −q−98) (III−q−99) (m−q−100) (!II−q−101) (m −q−102) R8(x國CH2CH!会 z RI n C13zCHべ)ORよ RtO% CHxCHt+ I?z R+Om co、cH,e OR。
R1$CHICHべ5’)OCORl R,COO<3羽(ト山CHt8 Rz(I[[−q−
104) RI(x幣CH2CH碌扁R。
以上の化合物のうち、式(11−a)、式(II[−b
)、式(I[I−c)、式(I[[−f)、式(III
−h)。
式(III−m) 、式(m−n)、式(ml−o)及
び式(III−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SCI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パント、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−8”) CH3 −O(−C1l□÷T−CHR3 (IV−32) C!13 −0−C1l−R4 (IV −G:j −〇−1; −シHL;tlt   Lti    L
zNs(IV −53) CH3 −C1l−0−R。
(IV−41jJ −cH−t;−u−h。
(IV−55) −0−CH,−CH−R。
(IV−57) I OCHz  CHRs CH3 C[]3 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、R1は炭素原子数3〜B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、R1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sc”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SCゝ
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”>1品組成物とした
際に誘起する自発分極が大きいものが多く、単独でS0
0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−24) −〈甲)−c −x c −(口Σoco −(■Σ(
V−48) 召トC旨刀− (V−72) ℃べ任0CR1G。
(V−96) −(gYO−c・・−骨 (V−120) (X・・・那ト〈:るー (V−144) 分oco −0べ墜 (V−168) 石X・・・合@ (V−192) 召Rキoco $ (V−216) −CR復−・・・◇ト (V−267) ビ+COO−■ (V−486) 舎OCL松入 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。
ノ / / / 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−−Z  Ql− 〔式中、Q 1m及びQ IWs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Qlのうち少なくとも
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、 Yl及びyxは各々独立的に単結合、−COO,−0C
OCH2O0CHz    CHiCHz−−Cミc−
−cos−又は一5CO−を表わすが、単結合、−CO
O−−OCO−−CH2O−又は−〇CHg−テある場
合が好ましく、m−1の場合には、Yl及びY!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−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10〜30nC/am”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、のキラル基による自発分極の単純和
よりもさらに100 nC/cts”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(でもすむので、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N′″
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りて、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、(IV−31
)〜(IV−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)〜
(TV−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。
上記一般式中、R4及びR、tは各々独立的に炭素原子
数2〜10のアルキル基を表わし、R1及び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〜lO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(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、iはO〜5の整数を表わし、
Yは単結合、−0−、−0CO−、−COO−、又は−
ocoo −を表わし、Wは、塩素フッ素又は−〇−C
H3を表わし、Z′ は、 す。
XI及びX4は各々独立的に水素原子、フッ素原子又は
シアノ基を表わし、X!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Coo  、  OC
O、CHzO、OCHよ−、又は単及びX4のうち少な
くとも一方は水素原子を表わす。
上記のキラルドーパントは、SC母体液晶中に1〜60
重量%の割合で添加してSC1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、3〜3゜nC7c
m”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、sc4相を示すキラルドーパ
ントの場合、単独でt00nc/C112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、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
その添加割合が1重量%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N1相、次いでSA相を経てsc”相へと
相転移するが、そのIN”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SC′″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”−3A
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” + R1”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、−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ゝ
液晶組成物の5A−N’″点T0におけるPiをP、i
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Ct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五 たけ添加したときの5A−N1点の変化などから、かな
り正確に類推できることが多(、推定値T 、 /とそ
れを用いて選ばれた組成物のTゆとが大きく異なる場合
にはT 、 rに換えてT、を用いて再度測定すればよ
い。
本発明のsc”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。
N”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、S01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イ本の液晶性
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S0
1液晶組成物のN1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
、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
S00液晶組成物のSA相のみを拡大し、N0相及びs
c”相を縮小するような場合には、SC母体液晶として
、SC相の上玉温度が高く、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S
A相の温度範囲が狭り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N1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じては、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(、SC“液晶組成物としては、そのP3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(
なり、これに伴なってSC”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 nC/ Cal”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、5 
nC7cm”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 CH,1 から成るキラルドーパントは、N相及びSA相を有する
SC母体液晶に20%添加した際にN“相に誘起する螺
旋ピッチが50〜60″Cの範囲で10μm以上と長い
ものであった。
次に高温液晶として、前記一般式(III−n−1)で
表わされる化合物から式 減粘液晶として前記式(II−28)の化合物39%、
及び上記キラルドーパント35%から成るS00液晶組
成物を調製した。
このsc”液晶組成物は42゛C以下でSC*相を、6
0.5°C以下でSA相を、67°C以下で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枚のガラス透明電極
からなる厚さ約2μmのセル内に充填し、■相から徐冷
を行ったところ、良好な配向性を示した。
このセルに電界強度10 Vp−p/am、 50Hz
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95μ秒という高速応答性を示した
。このときの自発分極は8.OnC/c1”であった、
チルト角は201で、コントラストは非常に良好であっ
た。
実施例2 実施例1のキラルドーパント35%、減粘液晶として前
記式(II−28)の化合物26%、及び高温液晶とし
て、式 から成るSC′″液晶組成物を調製した。
このsc”液晶組成物は、59°C以下でsc”相を、
67℃以下でSA相を、78.5°C以下でN“相を各
々示した。
このS01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電気光学応答速度は、30℃に
おいて107μ秒であった。このときの自発分極は10
.5 n07cm” 、チルト角は23.4°でコント
ラストも良好であった。
実施例3 高温液晶として、前記一般式(II[−a−1)で表わ
される化合物から、式 %式% 減粘液晶として、前記式(11−43)の化合物25%
、及びキラルドーパントとして、単独でもN′″相に誘
起する螺旋のピッチが充分大きい化合物である式 CH。
25%から成るS09液晶組成物を調製した。
このsc”液晶組成物は、79°C以下でsc”相を、
84.5 ”C以下でSA相を、114°C以下でN2
相を各々示した。
このSC1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電気光学応答速度は、30°Cに
おいて、90μ秒であった。
〔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、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▲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▼はトランス −1,4−シクロヘキシレン基を表わす。)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が各々独立的に直鎖状アルキル基
    であり、▲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▼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、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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