JPH0559366A - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

強誘電性液晶組成物

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JPH0559366A
JPH0559366A JP3222880A JP22288091A JPH0559366A JP H0559366 A JPH0559366 A JP H0559366A JP 3222880 A JP3222880 A JP 3222880A JP 22288091 A JP22288091 A JP 22288091A JP H0559366 A JPH0559366 A JP H0559366A
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JP
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liquid crystal
crystal composition
phase
general formula
compound
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JP3222880A
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Inventor
Sadao Takehara
貞夫 竹原
Masashi Osawa
政志 大沢
Kayoko Nakamura
佳代子 中村
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Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 (1)フルオロフェニルオキシメチレンビ
フェニル誘導体及び含フッ素ビフェニル誘導体を含有
し、更にフェニルピリミジン誘導体を含有してもよい
スメクチックC相を示す母体液晶、及び(2)光学活性
化合物から成るキラルドーパントを含有する強誘電性液
晶組成物 【効果】 本発明の強誘電性液晶組成物は、広い温度範
囲で強誘電性を示し、且つ低粘性であるため、高速応答
が得られるので液晶表示素子の材料として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気光学的表示材料とし
て有用な強誘電性液晶組成物に関し、更に詳しくは、従
来の液晶材料と比較してその応答性に優れ、液晶表示素
子の構成材料として有用な強誘電性液晶組成物を提供す
るものである。
【0002】
【従来の技術】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、あるいはS
TN型と呼ばれるものであり、多くの利点を有している
ものの、その応答性においてはCRT等の発光型の表示
方式と比較すると格段に遅いという大きな欠点があり、
そのためにその応用に大きな制限があった。その他の液
晶表示方式もいろいろと検討されているが、その応答性
における改善は余りなされていないのが実情である。
【0003】ところが、最近見いだされた強誘電性キラ
ルスメクチック液晶を利用した液晶表示素子において
は、従来のTN型などの表示素子の100倍以上の高速
応答が可能となった。更に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ことが明らかになっ
た。このため、大画面高解像度ディスプレイ、薄型テレ
ビ、光シャッター、プリンターヘッド等への利用可能性
が大きく、現在、その実用化に向けて活発に開発研究が
なされている。
【0004】強誘電性液晶の液晶相は、チルト系のキラ
ルスメクチック相に属するが、その中でも最も低粘性の
キラルスメクチックC(以下、SC*と省略する。)相
が実用上望ましい。既に数多くのSC*相を示す液晶化
合物(以下、SC*化合物という。)が合成され、検討
されているが、強誘電性液晶表示用光スイッチング素子
として用いるのに十分な性質を有するものは未だ知られ
ていない。よって他の液晶化合物と混合してSC*相を
示す液晶組成物(以下、SC*液晶組成物という。)と
して用いられている。
【0005】このようなSC*液晶組成物の検討は活発
に行われており、現在では、キラルでないスメクチック
C(以下、SCと省略する。)相を示す母体液晶に、光
学活性化合物から成るキラルドーパントを添加する方法
が一般的である。これによって高速応答性、良好な配向
性、広い作動温度範囲等の特性を合わせ持つSC*液晶
組成物が得られるようになってきた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記S
*液晶組成物の応答性はまだ充分とはいい難く、更に
高速応答性が望まれている。強誘電性液晶において応答
を高速化するには、液晶組成物の自発分極を大きくする
か、粘度を小さくする必要があることは知られている。
しかしながら、このうち自発分極についてあまり大きく
するとメモリー性等に悪影響を与えるため、ある程度以
上に自発分極を大きくできないのが実情である。そこで
液晶組成物の粘度を小さくする必要があるが、そのため
には前記SC*液晶組成物の大部分を占める母体液晶の
粘度を小さくすることが最も重要である。
【0007】本発明が解決しようとする課題は、粘性の
小さい母体液晶にキラルドーパントを添加することによ
り、高速応答性と良好な配向性と、広い駆動温度範囲を
有するSC*液晶組成物を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、第1のSC*液晶組成物を提供する。
【0009】即ち、(1)一般式(I)
【0010】
【化4】
【0011】(式中、R1及びR2は各々独立的に、炭素
原子数4〜12のアルキル基を表わすが、好ましくは炭
素原子数4〜12の直鎖状アルキル基を表わす。)で表
わされる化合物及び一般式(II)
【0012】
【化5】
【0013】(式中、R3及びR4は、一方は炭素原子数
4〜12の直鎖状アルキル基を表わし、他方は炭素原子
数4〜12のアルコキシル基又はアルケニルオキシ基を
表わすが、好ましくはR3は炭素原子数4〜12の直鎖
状アルキル基を表わし、R4は炭素原子数4〜12の直
鎖状アルコキシル基を表わす。)で表わされる化合物を
を含有し、スメクチックC(SC)相を示す母体液晶、
及び (2)光学活性化合物から成るキラルドーパント を含有する強誘電性液晶組成物を提供する。
【0014】更に本発明は、第2のSC*液晶組成物を
提供する。
【0015】即ち、(1)一般式(I)で表わされる
化合物、一般式(II)で表わされる化合物及び一
般式(III)
【0016】
【化6】
【0017】(式中、R5及びR6は、一方は炭素原子数
4〜12の直鎖状アルキル基を表わし、他方は炭素原子
数4〜12のアルコキシル基又はアルケニルオキシ基を
表わすが、好ましくはR5が炭素原子数4〜12の直鎖
状アルキル基を表わし、R6が炭素原子数4〜12の直
鎖状アルコキシル基を表わす。)で表わされる化合物を
含有し、SC相を示す母体液晶、及び (2)光学活性化合物から成るキラルドーパント を含有するSC*液晶組成物を提供する。
【0018】母体液晶中の各化合物の含有量は、これら
の液晶組成物のSC相を示す母体液晶中に、一般式
(I)で表わされる化合物を5〜40重量%、一般式
(II)で表わされる化合物を10〜50重量%の範囲
が好ましく、また、一般式(III)で表わされる化合
物を使用する場合には、その含有量は、母体液晶中の2
0〜70重量%の範囲が好ましい。
【0019】本発明のSC*液晶組成物で使用する一般
式(I)で表わされる化合物は、広い温度範囲且つ高い
温度域までSC相を示す化合物であり、また、3環式化
合物の中でも非常に低粘性であるため、SC相を示す母
体液晶(以下、SC母体液晶と省略する。)を構成する
化合物として優れたものである。
【0020】一般式(I)で表わされる化合物はSC相
の高温域にスメクチックA(SA)相を示さない。一般
に、キラルドーパントとして用いるような大きい自発分
極を誘起する光学活性化合物は、その化合物を液晶組成
物中に加えることにより、SA相を拡大し、キラルネマ
チック(N*)相を消失させやすい傾向を示すものが多
い。
【0021】強誘電性液晶において、SC*相の高温域
にSA相及びN*相を有する相系列は、良好な配向性を
得るために必要であるといわれている。従って、一般式
(I)で表わされる化合物は、このような相系列を有す
る液晶組成物を得るために、特に好ましい。
【0022】本発明のSC*液晶組成物においては、こ
の一般式(I)で表わされる化合物を母体液晶の主成分
として含有するが、その含有量が5重量%未満であると
効果が少なく、40重量%を超えると母体液晶の融点が
高くなり、結晶が析出しやすくなる傾向にあるので、母
体液晶中に5〜40重量%の範囲で含有することが好ま
しい。
【0023】一般式(I)で表わされる化合物の代表的
なものの例を第1表に掲げる。
【0024】
【表1】
【0025】(表中、Crは結晶相を、Iは等方性液体
相を、Nはネマチック相を、SCはスメクチックC相を
それぞれ表わす。)
【0026】一方、一般式(II)で表わされる化合物
は、融点が低く、粘度も非常に低い化合物である。この
化合物は、SC相を比較的低い温度域で示すか、あるい
は示さない化合物も多いが、液晶組成物に添加した場合
にSC相の温度範囲をそれほど低下させることもないの
で、低粘性の母体液晶を得るために優れた化合物であ
る。
【0027】本発明の液晶組成物においては、この一般
式(II)で表わされる化合物も母体液晶の主成分とし
て含有するが、その含有量が10重量%以下であると効
果が少なく、50重量%を超えると母体液晶のSC相の
温度範囲が低くなりすぎる傾向にあるので、母体液晶中
に10〜50重量%の範囲で含有することが好ましい。
【0028】一般式(II)で表わされる化合物の代表
的なものの例を第2表に掲げる。
【0029】
【表2】
【0030】一般式(III)で表わされる化合物は、
室温からやや高温域でSC相を示し、比較的低粘性の化
合物であるので、強誘電性液晶における母体液晶とし
て、現在最もよく用いられている化合物である。
【0031】本発明の第2のSC*強誘電性液晶組成物
は、一般式(I)で表わされる化合物、一般式(II)
で表わされる化合物に加えて、一般式(III)で表わ
される化合物を第三の成分として含有することにより、
液晶組成物の相溶性を高め、非常に低融点の液晶組成物
を得ることが可能となる。
【0032】本発明の第2の液晶組成物においては、こ
の一般式(III)で表わされる化合物を母体液晶の主
成分として含有するが、その含有量が20重量%以下で
あると効果が少ないので、母体液晶中に20〜70重量
%含有することが好ましい。
【0033】本発明のSC*液晶組成物においては、一
般式(III)で表わされる化合物のうち、以下の化合
物が好ましい。
【0034】(a)R5が炭素原子数4〜12の直鎖状
アルキル基を表わし、R6が炭素原子数4〜12の直鎖
状のアルコキシル基を表わす一般式(IIIa)の化合
物。
【0035】(b)R5が炭素原子数4〜12の直鎖状
アルキル基を表わし、R6が炭素原子数4〜12の分岐
状のアルコキシル基を表わす一般式(IIIb)の化合
物。
【0036】(c)R5が炭素原子数4〜12の直鎖状
アルキル基を表わし、R6が炭素原子数4〜12の直鎖
状のアルケニルオキシ基を表わす一般式(IIIc)の
化合物。
【0037】(d)R5が炭素原子数4〜12の直鎖状
のアルコキシル基を表わし、R6が炭素原子数4〜12
の直鎖状のアルキル基を表わす一般式(IIId)の化
合物。
【0038】(e)R5が炭素原子数4〜12の分岐状
のアルコキシル基を表わし、R6が炭素原子数4〜12
の直鎖状のアルキル基を表わす一般式(IIIe)の化
合物。
【0039】(f)R5が炭素原子数4〜12の直鎖状
のアルケニルオキシ基を表わし、R6が炭素原子数4〜
12の直鎖状のアルキル基を表わす一般式(IIIf)
の化合物。
【0040】一般式(IIIa)、(IIIb)及び
(IIIc)の化合物の例を第3表及び第4表に掲げ
る。
【0041】
【表3】
【0042】
【表4】
【0043】また、一般式(IIId)、(IIIe)
及び(IIIf)の化合物の例を第5表に掲げる。
【0044】
【表5】
【0045】これらの化合物のうち、本発明のSC*
晶組成物においては、一般式(IIIa)で表わされる
化合物が特に好ましい。
【0046】このような化合物を含有する本発明のSC
*液晶組成物の特徴は、低粘性でその応答が非常に高速
であることである。
【0047】後述の実施例にも示したように、一般式
(I)で表わされる化合物50重量%及び一般式(I
I)で表わされる化合物50重量%から成る母体液晶
(B−1)を調製した。この母体液晶(B−1)95重
量%及びキラルドーパントとして式(P)
【0048】
【化7】
【0049】で表わされる光学活性化合物5重量%から
成るSC*液晶組成物(M−1)は、25℃で33μ秒
という高速応答を示した。
【0050】これに対して、一般式(III)で表わさ
れる化合物から成る母体液晶(B−2)95重量%及び
上記の式(P)の化合物5重量%から成るSC*液晶組
成物(N−1)は、25℃における応答速度は51μ秒
と、やや遅いものであった。
【0051】このことから、本発明のSC*液晶組成物
は、非常に低粘性であることが明らかである。
【0052】次に、一般式(I)で表わされる化合物2
5重量%、一般式(II)で表わされる化合物25重量
%及び一般式(III)で表わされる化合物50重量%
から成る母体液晶(B−3)を調製した。
【0053】この母体液晶(B−3)95重量%及びキ
ラルドーパントとして、式(Q)
【0054】
【化8】
【0055】で表わされる光学活性化合物5重量%から
成るSC*液晶組成物(M−3)は、25℃で45μ秒
という高速応答を示した。この組成物(M−3)は融点
が0℃と(M−1)に比べて低くなり、10〜15℃の
低温で長時間放置しても析出や相分離はなかった。
【0056】また、本発明は上記のSC*液晶組成物を
用いた液晶表示素子を提供する。
【0057】本発明のSC*液晶組成物は、ポリイミド
等の有機薄膜をコーティングし、これにラビング等の処
理を施すか、あるいはSiO等の斜め蒸着等による配向
処理を施した2枚のガラス透明電極板間に封入すること
により、液晶表示用素子として使用できる。セル(液晶
層)の厚みは1〜20μmの範囲が好ましく、1.5〜
10μmの範囲が特に好ましい。
【0058】液晶デバイスの高いコントラストを得るた
めには、液晶材料の均一な配向が必要であるが、このた
めには液晶材料として、高温側からI−N*−SA−S
*の相系列を示すことが必要であるといわれている。
大きい自発分極を誘起するような光学活性化合物を添加
した液晶組成物では、高温域のN*が消失しやすいが、
本発明のSC*液晶組成物における母体液晶は、SC相
の高温域に広い範囲でN相を有し、SA相は存在しない
か、あるいは非常に狭い温度範囲であるので、そのよう
な光学活性化合物を添加しても、上記の好ましい相系列
が容易に得ることができ、そのために配向性にも優れて
いる。
【0059】
【実施例】
【0060】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
によって制限されるものではない。
【0061】実施例において、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
(DSC)を併用して行った。また、組成物中における
「%」はすべて「重量%」を表わすものとする。
【0062】(実施例1) 第1表中のNo.(I)−2の化合物 12.5% No.(I)−3の化合物 12.5% No.(I)−4の化合物 12.5% No.(I)−5の化合物 12.5% 第2表中のNo.(II)−1の化合物 12.5% No.(II)−2の化合物 12.5% No.(II)−3の化合物 12.5% No.(II)−4の化合物 12.5% から成るSC相を示す母体液晶(B−1)を調製した。
【0063】この母体液晶(B−1)は、65℃までS
C相を、72℃までN相を示した。
【0064】次いで、母体液晶(B−1)95%及びキ
ラルドーパントとして式(P)
【0065】
【化9】
【0066】で表わされる光学活性化合物5%から成る
SC*液晶組成物(M−1)を調製した。このSC*液晶
組成物(M−1)は49.0℃までSC*相を、50.
5℃までSA相を、58.0℃までN*相を、それぞれ
示した。また、融点は約13℃であった。
【0067】次に、ITO蒸着ガラス板(電極面積70
mm2)にポリイミド形成溶液を塗布し、ポリイミド被膜
を作成した(基板A)。同様にして、グラスファイバー
のスペーサーを混合した上記のポリイミド形成溶液を用
いてスペーサーを含んだポリイミド被膜を作成した(基
板B)。基板A及び基板Bをナイロン布でラビング処理
を施し、一方の基板に熱硬化型エポキシ接着剤を塗布し
て、基板A及び基板Bをそのラビング方向が互いに平行
かつ逆向きになるように重ね合わせ、加熱硬化させ、セ
ルを作成した。
【0068】こうして得られたセルに、SC*液晶組成
物(M−1)を加熱して等方性液体(I)相とした状態
で注入し、次いで徐冷を行い、N*相、SA相、SC*
を配向させ、液晶表示素子を得た。配向状態は非常に良
好であった。この液晶表示素子のセル厚を測定したとこ
ろ、約2.0μmであった。
【0069】この液晶表示素子に電界強度10Vp-p
μmの矩形波を印加して、その電気光学的応答速度を測
定したところ、25℃で33μ秒と高速応答を確認でき
た。このときの自発分極は13.6nC/cm2、チル
ト角は24.1゜であった。コントラストは非常に良好
であった。
【0070】(比較例1) 第3表中のNo.(IIIa)−1の化合物 30% No.(IIIa)−2の化合物 20% No.(IIIa)−3の化合物 30% No.(IIIa)−4の化合物 20% から成る母体液晶(B−2)を調製した。
【0071】この母体液晶(B−2)95%及び式
(P)の光学活性化合物5%から成るSC*液晶組成物
(N−1)を調製した。このSC*液晶組成物(N−
1)は46.5℃までSC*相を、64.0℃までSA
相を、66.5℃までN*相を、それぞれ示した。
【0072】このSC*液晶組成物(N−1)を用い
て、実施例1と同様にして液晶表示素子を作成し、その
電気光学的応答速度を測定したところ、25℃で51μ
秒と遅くなった。また、実施例1と比較して、用いたキ
ラルドーパントが同一で且つ同量であることから、実施
例1の母体液晶(B−1)が(B−2)よりも低粘性で
あることが明らかである。
【0073】(実施例2)前記母体液晶(B−1)95
%及び式(Q)
【0074】
【化10】
【0075】で表わされる光学活性化合物5%から成る
SC*液晶組成物(M−2)を調製した。このSC*液晶
組成物は50.0℃までSC*相を、51.5℃までS
A相を、58.0℃までN*相をそれぞれ示した。
【0076】実施例1と全く同様にして測定した電気光
学応答速度は、25℃において41μ秒であり、やはり
高速応答性が確認できた。また、このときの自発分極は
11.2nC/cm2であり、チルト角は24.6゜で
あった。コントラストは良好であった。
【0077】(実施例3) 第1表中のNo.(I)−2の化合物 6.25% No.(I)−3の化合物 6.25% No.(I)−4の化合物 6.25% No.(I)−5の化合物 6.25% 第2表中のNo.(II)−1の化合物 6.25% No.(II)−2の化合物 6.25% No.(II)−3の化合物 6.25% No.(II)−4の化合物 6.25% 第3表中のNo.(IIIa)−1の化合物 15.0% No.(IIIa)−2の化合物 10.0% No.(IIIa)−3の化合物 15.0% No.(IIIa)−4の化合物 10.0% から成る母体液晶(B−3)を調製した。
【0078】この母体液晶(B−3)は50.5℃まで
SC相を、52℃までSA相を、61.5℃までN相を
示した。また、その融点は0℃以下であった。この母体
液晶(B−3)95%及びキラルドーパントとして式
(Q)
【0079】
【化11】
【0080】で表わされる化合物5%から成るSC*
晶組成物(M−3)を調製した。このSC*液晶組成物
は51℃までSC*相を、56.5℃までSA相を、6
1℃までN*相をそれぞれ示し、また、その融点は0℃
以下であった。この液晶組成物を5〜10℃で1ヶ月放
置しても相分離等は生じなかった。
【0081】実施例1と全く同様にして測定した電気光
学応答速度は、25℃において46μ秒と高速であっ
た。また、このときの自発分極は8.8nC/cm2
あり、チルト角は23.4゜であった。コントラストは
良好であった。
【0082】
【発明の効果】本発明の強誘電性液晶組成物は、広い温
度範囲でSC*相を示し、30〜40μ秒という高速応
答が可能である。従って、表示用光スイッチング素子の
材料として極めて有用である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1)一般式(I) 【化1】 (式中、R1及びR2は各々独立的に、炭素原子数4〜1
    2のアルキル基を表わす。)で表わされる化合物及び
    一般式(II) 【化2】 (式中、R3及びR4のうち、一方は炭素原子数4〜12
    の直鎖状アルキル基を表わし、他方は炭素原子数4〜1
    2のアルコキシル基又はアルケニルオキシ基を表わ
    す。)で表わされる化合物を含有し、スメクチックC相
    を示す母体液晶及び (2)光学活性化合物から成るキラルドーパントを含有
    する強誘電性液晶組成物。
  2. 【請求項2】 一般式(III) 【化3】 (式中、R5及びR6のうち、一方は炭素原子数4〜12
    の直鎖状アルキル基を表わし、他方は炭素原子数4〜1
    2のアルコキシル基又はアルケニルオキシ基を表わ
    す。)で表わされる化合物を含有することを特徴とする
    請求項1記載の強誘電性液晶組成物。
  3. 【請求項3】 R3が炭素原子数4〜12の直鎖状アル
    キル基であり、R4が炭素原子数4〜12の直鎖状アル
    コキシル基である一般式(II)で表わされる化合物及
    びR5が炭素原子数4〜12の直鎖状アルキル基であ
    り、R6が炭素原子数4〜12の直鎖状アルコキシル基
    である一般式(III)で表わされる化合物を含有する
    ことを特徴とする請求項2記載の強誘電性液晶組成物。
  4. 【請求項4】 スメクチックC相を示す母体液晶中に、
    一般式(I)で表わされる化合物を5〜40重量%、一
    般式(II)で表わされる化合物を10〜50重量%、
    一般式(III)で表わされる化合物を20〜70重量
    %含有する請求項2又は3記載の強誘電性液晶組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1、2、3又は4記載の強誘電性
    液晶組成物を構成要素とする液晶表示素子。
JP3222880A 1991-09-03 1991-09-03 強誘電性液晶組成物 Pending JPH0559366A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009125668A1 (ja) * 2008-04-09 2009-10-15 チッソ株式会社 ラテラルフッ素を有する3環液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子

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WO2009125668A1 (ja) * 2008-04-09 2009-10-15 チッソ株式会社 ラテラルフッ素を有する3環液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子

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