DE3872618T2

DE3872618T2 - Ferroelektrische fluessigkristallzusammensetzung.

Info

Publication number: DE3872618T2
Application number: DE8888112467T
Authority: DE
Inventors: Kenji Shinjo; Masahiro Terada; Takeshi Togano; Toshiharu Uchimi; Akio Yoshida
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2008-08-02
Also published as: EP0301602A2; EP0301602B1; DE3872618D1; JPH06104827B2; EP0301602A3; US5478495A; JPS6436684A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung, insbesondere eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung, die eine Mischung von besonderen mesomorphen Verbindungen enthält.
Flüssigkristallvorrichtungen sind schon als verschiedene optische Modulationsvorrichtungen, insbesondere als Anzeigevorrichtung in Turm-, Wand-, Armband- und Taschenuhren, elektronischen Rechengeräten usw., verwendet worden. Dies ist auf Vorteile wie z.B. darauf zurückzuführen, daß eine Flüssigkristallvorrichtung einen äußerst geringen Energieverbrauch erfordert, in einem dünnen und leichten Gerät gebildet werden kann und kaum eine Ermüdung der Augen verursacht, weil sie eine lichtempfangende Anzeigevorrichtung ist.
Bei den meisten Flüssigkristallvorrichtungen, die in der Praxis angewandt worden sind, werden verdrillt nematische Flüssigkristalle (TN-Flüssigkristalle; TN = "twisted neinatic") verwendet, wie sie in "Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal" von M. Schadt und W. Helfrich, "Applied Physics Letters", Bd. 18, Nr. 4 (15. Februar 1971), Seiten 127 und 128, gezeigt sind.
Diese Vorrichtungen basieren auf der dielektrischen Ausrichtungswirkung eines Flüssigkristalls und nutzen die Wirkung aus, daß die mittlere Molekülachsenrichtung wegen der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle als Reaktion auf ein erzeugtes elektrisches Feld in eine bestimmte Richtung gerichtet wird. Man sagt, daß der Grenzwert der Ansprechgeschwindigkeit in der Größenordnung von Millisekunden liegt, was ein Hindernis für eine Vergrößerung der Anwendungsgebiete der Flüssigkristallvorrichtung darstellt. Beispielweise ist ein Einfachmatrixsystem der Ansteuerung für die Anwendung auf eine flache Anzeigevorrichtung mit großer Fläche im Hinblick auf die Kosten, die Produktivität usw. in Kombination in hohem Maße erfolgversprechend. Bei dem Einfachmatrixsystem wird eine Elektrodenanordnung, bei der Abtastelektroden und Signalelektroden in einer Matrix angeordnet sind, und zur Ansteuerung ein Zeitmultiplex-Ansteuerungssystem angewandt, bei dem ein Adressensignal aufeinanderfolgend, periodisch und selektiv an die Abtastelektroden angelegt wird und vorgegebene Datensignale unter Synchronisierung mit dem Adressensignal parallel selektiv an die Signalelektroden angelegt werden.
Wenn der vorstehend erwähnte TN-Flüssigkristall in einer Vorrichtung mit einem solchen Ansteuerungssystem verwendet wird, wird an Bereichen, wo eine Abtastelektrode angewählt wird und keine Signalelektroden angewählt werden, oder an Bereichen, wo keine Abtastelektrode angewählt wird und eine Signalelektrode angewählt wird, (wobei diese Bereiche sogenannte "halbangewählte Stellen" sind) ein bestimmtes elektrisches Feld erzeugt. In dem Fall, daß die Differenz zwischen einer an die angewählten Stellen angelegten Spannung und einer an halbangewählte Stellen angelegten Spannung ausreichend groß ist und ein Schwellenwert der Spannung, der erforderlich ist, um zu ermöglichen, daß Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu einem elektrischen Feld ausgerichtet oder orientiert werden, auf einen dazwischenliegenden Wert eingestellt wird, arbeiten die Anzeigevorrichtungen normal. Tatsächlich nimmt jedoch im Fall einer Erhöhung der Zahl (N) der Abtastzeilen die Zeitdauer (das Tastverhältnis), während der bei der Abtastung einer ganzen Bildfläche (entsprechend einem Vollbild) an einer angewählten Stelle ein wirksames elektrisches Feld erzeugt ist, proportional zu 1/N ab. Deshalb ist die Spannungsdifferenz eines Effektivwerts, der an eine angewählte Stelle und an nicht angewählte Stellen angelegt wird, in dem Fall, daß die Abtastung wiederholt durchgeführt wird, um so geringer, je größer die Zahl der Abtastzeilen ist. Dies führt zu den unvermeidbaren Nachteilen, daß der Bildkontrast vermindert wird oder Überlagerung (Störung, Interferenz) oder "Übersprechen" auftritt. Diese Phänomene werden als im wesentlichen unvermeidbare Probleme angesehen, die auftreten, wenn ein Flüssigkristall, der keine Bistabilität hat (d.h., daß als stabiler Zustand Flüssigkristallmoleküle horizontal bzw. parallel zu der Elektrodenoberfläche orientiert sind und nur in dem Fall senkrecht zu der Elektrodenoberfläche orientiert sind, daß tatsächlich ein elektrisches Feld erzeugt ist), unter Ausnutzung eines Zeitspeicherungseffekts angesteuert (d.h., wiederholt abgetastet) wird. Zur Überwindung dieser Nachteile sind z. B. bereits das Spannungsmittelungsverfahren, das Zweifrequenz- Ansteuerungsverfahren, das Mehrfachmatrixverfahren usw. vorgeschlagen worden. Es reicht jedoch kein Verfahren aus, um die vorstehend erwähnten Nachteile zu überwinden. Als Folge besteht gegenwärtig der Zustand, daß die Entwicklung einer großen Bildfläche oder einer hohen Packungsdichte bei Anzeigeelementen verzögert ist, weil es schwierig ist, die Zahl der Abtastzeilen in ausreichendem Maße zu erhöhen.
Es ist notwendig, anstelle einer TN-Flüssigkristallvorrichtung eine neue Art einer Flüssigkristallvorrichtung zu entwickeln, um ein Ansprechvermögen zu gewährleisten, das mit dem einer Vorrichtung vom Lichtemissionstyp vergleichbar ist, während die Vorteile einer Flüssigkristallvorrichtung wie z.B. niedriger Energieverbrauch und einer Vorrichtung vom Lichtempfangstyp beibehalten werden. Als ein solcher Versuch ist von Clark und Lagerwall (z. B. Japanische Offengelegte Patentanmeldung 56- 107216, US-Patentschrift 4367924 usw.) die Anwendung von Flüssigkristallvorrichtungen mit Bistabilität vorgeschlagen worden. In diesem Fall werden als Flüssigkristalle mit Bistabilität im allgemeinen ferroelektrische Flüssigkristalle mit einer chiralen smektischen C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) verwendet. Diese Flüssigkristalle haben bistabile Zustände, d.h., sie haben bezüglich eines an den Flüssigkristallen erzeugten elektrischen Feldes einen ersten und einen zweiten stabilen Zustand. Aus diesem Grund sind die bistabilen Flüssigkristallmoleküle im Unterschied zu optischen Modulationsvorrichtungen, bei denen die vorstehend erwähnten TN-Flüssigkristalle verwendet werden, bezüglich eines elektrischen Feldvektors und des anderen elektrischen Feldvektors zu einem ersten bzw. zu einem zweiten optisch stabilen Zustand orientiert. Ferner hat diese Flüssigkristallart die Eigenschaft (Bistabilität), daß sie als Reaktion auf ein erzeugtes elektrisches Feld einen der beiden stabilen Zustände annimmt und den resultierenden Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält.
Der ferroelektrische Flüssigkristall hat zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Eigenschaft, daß er Bistabilität zeigt, die ausgezeichnete Eigenschaft, daß er mit hoher Geschwindigkeit anspricht. Dies liegt daran, daß die spontane Polarisation des ferroelektrischen Flüssigkristalls und ein erzeugtes elektrisches Feld in direkter Wechselwirkung miteinander stehen und eine Umwandlung bzw. einen Übergang der Orientierungszustände hervorrufen. Die resultierende Ansprechgeschwindigkeit ist um 3 bis 4 Dezimalstellen schneller als die Ansprechgeschwindigkeit, die auf die Wechselwirkung zwischen der dielektrischen Anisotropie und einem elektrischen Feld zurückzuführen ist.
Folglich hat ein ferroelektrischer Flüssigkristall möglicherweise ganz hervorragende Eigenschaften, und es ist durch Ausnutzung dieser Eigenschaften möglich, bei vielen der vorstehend erwähnten Probleme bekannter TN-Flüssigkristallvorrichtungen wesentliche Verbesserungen zu erzielen, wobei insbesondere die Anwendung auf einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden optischen Verschluß und auf eine Anzeigevorrichtung mit einer hohen Dichte und einem großen Bild zu erwarten ist. Aus diesem Grund sind ausgedehnte Untersuchungen über Flüssigkristallsubstanzen, die Ferroelektrizität zeigen, durchgeführt worden. Es kann jedoch nicht behauptet werden, daß ferroelektrische Flüssigkristallsubstanzen, die bisher entwickelt worden sind, den Eigenschaften einschließlich Tieftemperatur-Betriebsverhalten und schnelles Ansprechen usw., die für eine Flüssigkristallvorrichtung erforderlich sind, in ausreichendem Maße genügen, so daß keine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung in der Praxis kommerziell angewandt worden ist.
Zwischen der Ansprechzeit τ, dem Betrag Ps der spontanen Polarisation und der Viskosität η besteht die folgende Beziehung:
τ = η/(Ps E), worin E die angelegte Spannung ist. Eine hohe Ansprechgeschwindigkeit kann folglich dadurch erhalten werden, daß (a) die spontane Polarisation erhöht wird, (b) die Viskosität η vermindert wird oder (c) die angelegte Spannung vergrößert wird. Die Steuerspannung hat jedoch im Hinblick auf die Ansteuerung mit einer integrierten Schaltung usw. eine bestimmte Obergrenze und sollte geeigneterweise möglichst niedrig sein. Deshalb ist es tatsächlich erforderlich, die Viskosität zu vermindern oder die spontane Polarisation zu erhöhen.
Ein ferroelektrischer chiraler smektischer Flüssigkristall mit einer großen spontanen Polarisation liefert in einer Zelle im allgemeinen ein großes inneres elektrisches Feld, das durch die spontane Polarisation gegeben ist, und neigt dazu, dem Aufbau der Vorrichtung, durch den Bistabilität erzielt wird, viele Zwangsbedingungen aufzuerlegen. Ferner besteht die Neigung, daß eine übermäßig große spontane Polarisation von einer Erhöhung der Viskosität begleitet ist, was dazu führt, daß keine beachtliche Vergrößerung der Ansprechgeschwindigkeit erzielt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben wurde, erfordert die Kommerzialisierung einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung eine ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallmischung, die die Bedingungen einer hohen Ansprechgeschwindigkeit und einer guten Bistabilität erfüllt, die für die praktische Anwendung durch flexible Änderung des Wertes der spontanen Polarisation Ps geeignet sind.
Wenn in dieser Hinsicht eine mesomorphe Verbindung, die eine chemische Spezies hat, die an ihrer optisch aktiven Stelle ein großes Dipolmoment liefert, in eine Flüssigkristallmischung eingemischt wird, kann die Größe der spontanen Polarisation leicht gesteuert werden. Mesomorphe Verbindungen, die übermäßig verschiedene Arten von optisch aktiven Stellen haben, haben jedoch ein schlechte gegenseitige Löslichkeit, so daß die Neigung besteht, daß sie keine gleichmäßige Flüssigkristallmischung liefern.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung bereitzustellen, die die vorstehend erwähnten Fehler oder Schwierigkeiten gelöst hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung bereitgestellt, die mindestens drei mesomorphe Verbindungen enthält, die durch die folgende Formel (I) wiedergegeben werden:
worin C* ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet; Z einen Rest einer mesomorphen Verbindung bezeichnet, der eine zweiwertige Gruppe einschließt, die einen 6gliedrigen Ring enthält und einen Substituenten haben kann; und A und B voneinander verschiedene Gruppen sind, die jeweils aus der Klasse ausgewählt sind, die aus (a) der Methylgruppe, (b) linearen oder verzweigten Alkylgruppen mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben können, (c) linearen oder verzweigten Alkyloxygruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, (d) linearen oder verzweigten Alkyloxyalkylgruppen mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, (e) linearen oder verzweigten Alkyloxycarbonylgruppen mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, (f) linearen oder verzweigten Alkyloxycarbonylmethylgruppen mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, (g) Chlor oder Brom, (h) Fluor, (i) der Trifluormethylgruppe und (j) der Cyanogruppe besteht;
wobei die mindestens drei mesomorphen Verbindungen zu mindestens drei voneinander verschiedenen Reihen von Verbindungen gehören, die sich in der Kombination der an das asymmetrische Kohlenstoffatom gebundenen Gruppen A und B, die jeweils aus irgendeiner der Unterklassen (a) bis (j) ausgewählt sind, voneinander unterscheiden.
Es wird auch eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitgestellt, die ein Paar Substrate, die jeweils eine Einrichtung zum Anlegen von Spannung haben, und die vorstehend erwähnte ferroelektrische Flüssigkristallmischung aufweist, die zwischen dem Paar Substraten angeordnet ist, wobei sich auf mindestens einem der Substrate eine Ausrichtungssteuerschicht befindet.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in Anbetracht der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet wird;
Figuren 2 und 3 sind jeweils schematische perspektivische Zeichnungen einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung zur Erläuterung des Betriebs der Vorrichtung;
Figur 4 ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung der spontanen Polarisation in Abhängigkeit von Mischungsverhältnissen zweier Flüssigkristallmischungen A und B zeigt, die in Kombination eine Flüssigkristallmischung bildeten, die in dem nachstehend gezeigten Beispiel 2 verwendet wird; und
Figur 5 ist eine graphische Darstellung, die temperaturabhängige Veränderungen der Ansprechzeit der Flüssigkristallmischung A und der Flüssigkristallmischung von Beispiel 2 zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie vorstehend beschrieben wurde, bezeichnet Z in der Formel (I) einen Rest einer mesomorphen Verbindung, der eine zweiwertige Gruppe einschließt, die einen 6gliedrigen Ring enthält, (d.h., eine 6gliedrige Ringgruppe oder eine kondensierte Ringgruppe, die einen 6gliedrigen Ring enthält). Irgendein Unterschied in der Struktur des Restes Z wird nicht als Reihe von mesomorphen Verbindungen für die Bereitstellung der Flüssigkristallmischung der vorliegenden Erfindung, die mindestens drei Reihen von mesomorphen Verbindungen enthalten muß, die durch die Formel (I) wiedergegeben werden, in Betracht gezogen. Zu besonderen Beispielen für den zweiwertigen 6gliedrigen Ring können gehören:
Diese Gruppen können in dem Rest in einer Anzahl von 4 oder weniger, vorzugsweise von 2 bis 4, enthalten sein und können miteinander durch eine Einfachbindung,
usw. verbunden sein. Diese Gruppen können einen Substituenten wie z.B. Halogenatom, Alkylgruppe, Alkoxygruppe, Trifluormethylgruppe oder Cyanogruppe und eine Seitenkette aus einer verzweigten oder linearen Alkyl- oder Alkoxygruppe haben. Ferner kann eine solche Gruppe, die einen 6gliedrigen Ring enthält, mit dem asymmetrischen Kohlenstoffatom oder mit einer Seitenkette durch eine Einfachbindung, Alkyloxygruppe, Alkylgruppe,
usw. verbunden sein.
Im einzelnen wird durch die vorliegende Erfindung eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung bereitgestellt, die von mindestens drei Reihen von mesomorphen Verbindungen, die durch die Kombination der an das asymmetrische Kohlenstoffatom gebundenen Gruppen A und B definiert sind, jeweils mindestens eine Art enthält. Es ist gefunden worden, daß durch solch ein Vermischen von mindestens drei Reihen mesomorpher Verbindungen verschiedene Eigenschaften der Flüssigkristallmischung wie z.B. gegenseitige Löslichkeit, hohe Ansprechgeschwindigkeit und Bistabilität verbessert werden, so daß gute Anzeigeeigenschaften erzielt werden.
Es wird besonders bevorzugt, daß die vorstehend erwähnten mindestens drei Reihen mesomorpher Verbindungen mindestens zwei mesomorphe Verbindungen einschließen, bei denen eine der Gruppen A und B zu derselben Unterklasse [d.h., zu einer der vorstehend erwähnten Unterklassen (a) bis (j)] gehört und die andere der Gruppen A und B zu verschiedenen Unterklassen [d.h., zu mindestens zweien der vorstehend erwähnten Unterklassen (a) bis (j)] gehört.
Nachstehend sind 8 typische Reihen von mesomorphen Verbindungen aufgeführt, die durch verschiedene Kombinationen der an das asymmetrische Kohlenstoffatom in der Formel (I) gebundenen einwertigen Gruppen A und B gegeben sind.
Reihe 1: Kombination von (a) einer Methylgruppe und (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann;
Reihe 2: Kombination von (a) einer Methylgruppe und (c) einer linearen oder verzweigten Alkyloxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen;
Reihe 3: Kombination von (a) einer Methylgruppe und (e) einer linearen oder verzweigten Alkyloxycarbonylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen;
Reihe 4: Kombination von (g) Chlor oder Brom und (a) einer Methylgruppe oder (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann;
Reihe 5: Kombination von (h) Fluor und (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen;
Reihe 6: Kombination von (i) einer Trifluormethylgruppe und (f) einer Alkyloxycarbonylmethylgruppe mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen;
Reihe 7: Kombination von (i) einer Trifluormethylgruppe und (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann; und
Reihe 8: Kombination von (j) einer Cyanogruppe und (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann.
Besondere Verbindungen, die durch die Formel (I) wiedergegeben werden, sind nachstehend mit ihren Beispielverbindungsnummern unter Einteilung in die vorstehend erwähnten 8 Reihen einzeln aufgeführt. Reihe 1 Reihe 2 Reihe 3 Reihe 4 Reihe 5 Reihe 6 Reihe 7 Reihe 8
Nachstehend sind typische Beispiele für die Synthese von mesomorphen Verbindungen beschrieben, die bei der Erfindung verwendet werden.

Synthesebeispiel 1

Die vorstehend erwähnte Beispielverbindung (5-40) [p'-(2-Fluordecyloxy)-phenyl-p-octyloxybenzoat] wurde gemäß dem folgenden Reaktionsschema hergestellt.
0,93 g (3,7 mmol) p-Octyloxybenzoesäure und 8 mL Thionylchlorid wurden 2 h lang unter Rückfluß erhitzt; dann wurde nicht umgesetztes Thionylchlorid abdestilliert, wobei ein Säurechlorid erhalten wurde.
Separat wurden 0,81 g (7,4 mmol) Triethylendiamin in 5 mL trokkenem Benzol gelöst und dann nach Zusatz von Kaliumhydroxid etwa 30 min lang getrocknet. Die erhaltene Lösung wurde in einen Behälter gegeben, der 1,0 g (3,7 mmol) p-Hydrochinonmono-(2- fluordecyl)-ether enthielt, und dann unter Schütteln gerührt. Die Lösung wurde dem vorstehend erwähnten Säurechlorid tropfenweise unter Rühren zugesetzt und dann 2 h lang bei 50 ºC erhitzt.
Nach der Reaktion wurden 1 n Salzsäure und Wasser zugesetzt, und die erhaltene Lösung wurde mit Benzol extrahiert. Die Benzollösung wurde unter Zusatz von wasserfreiem Natriumsulfat über Nacht getrocknet.
Nach Abdestillieren des Benzols wurde das Produkt durch Kieselgel-Säulenchromatographie mit Benzol als Elutionsmittel gereinigt, wobei 1,49 g (Ausbeute: 81 %) p'-(2-Fluordecyloxy)-phenyl-p-octyloxybenzoat erhalten wurden. Das Produkt lieferte für optische Drehung, IR und Phasenumwandlung die folgenden Meßwerte:
Optische Drehung [α]23,2D: -1,5º (c = 0,94, Benzol)
IR (cm&supmin;¹): 2900, 1740, 1610, 1520, 1280, 1250, 1210, 1170, 1130, 760, 690.
Phasenumwandlungstemperaturen (ºC):

Synthesebeispiel 2

Die Beispielverbindung (2-24) {5-n-Decyl-2-[4-(2-propoxypropyloxy)-phenyl]-pyrimidin} wurde in der folgenden Weise synthetisiert.
4,75 g 2-Propoxypropanol, 5,39 g p-Toluolsulfonylchlorid, 2,24 g und 10 mL Benzol wurden in einen 50-mL-Reaktionsbehälter gebracht und 22 h lang in einem Stickstoffgasstrom bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurden der Reaktionsmischung 8,6 mL erhitzte konz. NaOH-Lösung zugesetzt, wonach 5 min lang gerührt wurde. Die Reaktionsflüssigkeit wurde in 200 mL gekühlte 10%ige Salzsäurelösung gegossen und mit Hexan extrahiert, wobei 3,2 g 2-Propoxypropyl-p-toluolsulfonat (Tosylat) erhalten wurden.
Dann wurden 2,2 g 5-n-Decyl-2-(4-hydroxyphenyl)-pyrimidin, 0,43 g KOH und 12 mL Dimethylformamid 50 min lang unter Erhitzen bei 100 ºC gerührt. Dann wurden 1,5 g des vorstehend erwähnten Tosylats dazugegeben, wonach 2,5 h lang unter Erhitzen bei 100 ºC gerührt wurde. Nach der Reaktion wurde die Mischung in kaltes Wasser gegossen und dreimal mit Benzol extrahiert. Der Extrakt wurde durch Aluminiumoxid-Säulenchromatographie mit Hexan behandelt, und nach der Entfernung des Lösungsmittels wurde aus Ethanol umkristallisiert, wobei 1,03 g 5-n-Octyl-2-[4-(2-propoxypropyloxy)-phenyl]-pyrimidin erhalten wurden.
Schmelzpunkt: 37,4 ºC
IR (cm&supmin;¹): 2850 - 2970, 1615, 1590, 1435, 1255, 1165, 1115, 1045, 800.

Synthesebeispiel 3

Die Beispielverbindung (2-26) wurde in der folgenden Weise hergestellt.
1,25 g (4,01 mmol) des folgenden Alkoholderivats wurden in einen 30-mL-Rundkolben gebracht.
Unter Kühlen wurden 4 mL Thionylchlorid zugesetzt, wonach die Temperatur auf Raumtemperatur anstieg. Der Kolben wurde ferner mit einem Kühlrohr versehen, und die Mischung wurde auf einem äußeren Bad von 70 bis 80 ºC 6 h lang unter Rückfluß erhitzt. Nach der Reaktion wurde überschüssiges Thionylchlorid abdestilliert, wobei ein Säurechlorid erhalten wurde, das dann in 15 mL Toluol gelöst wurde.
Dann wurden 0,3 g Natriumhydrid (60%ig; in Paraffin) in einen 200-mL-Dreihalskolben gebracht und mehrmals mit trockenem n-Hexan gewaschen. Dann wurden 20 mL einer Lösung von 1,0 g (5,01 mmol) des folgenden Phenolderivats
tropfenweise bei Raumtemperatur dazugegeben, und ferner wurden 20 mL Dimethylsulfoxid (DMSO) zugesetzt, wonach 1 h lang gerührt wurde. Dann wurde die in der vorstehend erwähnten Weise hergestellte Lösung des Säurechlorids in Toluol tropfenweise langsam dazugegeben, und nach dem Zusatz wurde das Rühren bei Raumtemperatur 16 h lang weiter fortgesetzt. Nach der Reaktion wurde das Produkt in etwa 200 mL Eiswasser gegossen, wonach die organische Schicht abgetrennt und die wäßrige Schicht zweimal mit 50 mL Benzol extrahiert wurde. Der Benzolextrakt wurde mit der zuvor abgetrennten organischen Schicht vermischt und zweimal mit 5%iger wäßriger Salzsäurelösung, einmal mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser und einmal mit 5%iger wäßriger NaOH-Lösung gewaschen. Dann wurde ferner die organische Schicht fit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser gewaschen, bis die wäßrige Schicht einen neutralen pH-Wert zeigte.
Die organische Schicht wurde abgetrennt und mit Magnesiumsulfat getrocknet, wonach das Lösungsmittel abdestilliert wurde, um ein Rohprodukt zu erhalten, das dann durch Kieselgel-Säulenchromatographie unter Verwendung einer Entwicklermischung aus n-Hexan/Dichlormethan (= 3/10) gereinigt wurde.
Kristalle, die nach Abdestillieren des Lösungsmittels erhalten wurden, wurden aus n-Hexan umkristallisiert und bei Raumtemperatur unter Vakuum getrocknet, wobei 0,507 g des gewünschten gereinigten Endprodukts erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 25,8 %.
Phasenumwandlungstemperaturen (ºC): (Sm2, Sm3: von SmA verschiedene smektische Phasen, nicht identifiziert)
Andere Verbindungen können synthetisiert werden oder erhältlich sein, wie es nachstehend beispielsweise unter Bezugnahme auf die einzelnen Reihen von mesomorphen Verbindungen gezeigt wird.
Verbindungen der Reihe 1 können beispielsweise im Handel erhältlich sein oder gemäß einem Verfahren, das in der Japanischen Patentanmeldung Sho 62-32389 offenbart ist, synthetisiert werden.
Verbindungen der Reihe 2 können, vorzugsweise gemäß einem Verfahren, das in der Japanischen Patentanmeldung Sho 61-203982 offenbart ist, synthetisiert werden.
Ferner können Verbindungen der Reihe 5 gemäß einem Verfahren der Japanischen Patentanmeldung Sho 60-23288 synthetisiert werden. Verbindungen der Reihe 4 können gemäß einem Verfahren synthetisiert werden, das in S.C.J. Fu, S.U. Birnbaum, J.P. Greenstein, J. Am. Chem. 76, 6054 (1954) oder der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung JP-A 60-218358 beschrieben ist. Verbindungen der Reihe 7 können gemäß einem Verfahren synthetisiert werden, das in der Japanischen Patentanmeldung Sho 62- 186574 offenbart ist, und Verbindungen der Reihe 8 können gemäß einem Verfahren synthetisiert werden, das in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung JP-A 61-243055 oder 61-129169 offenbart ist.
Allgemeiner können mesomorphe Verbindungen, die eine Esterbindung haben, leicht hergestellt werden, indem ein Ausgangs-Carbonsäurederivat gemäß einem üblichen Verfahren in ein Säurechlorid umgewandelt wird und das Säurechlorid in Gegenwart eines Alkalis mit einem entsprechenden Alkohol- oder Thiolderivat zur Reaktion gebracht wird, wie es durch das folgende Reaktionsschema wiedergegeben wird:
worin R&sub1; und R&sub2; endständige Gruppen bezeichnen, von denen mindestens eine ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat;
und
jeweils eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Gruppe bezeichnen, die einen 6gliedrigen Ring enthält; X&sub1; und X&sub2; jeweils eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Kettengruppe bezeichnen und Z -O- oder -S- bezeichnet.
Ferner können mesomorphe Verbindungen, die eine Etherbindung haben, leicht hergestellt werden, indem ein Ausgangs-Alkohol gemäß einem üblichen Verfahren in ein Tosylat umgewandelt wird und das Tosylat mit einem entsprechenden Phenolderivat zur Reaktion gebracht wird, wie es durch das folgende Reaktionsschema wiedergegeben wird:
worin R&sub1; und R&sub2; endständige Gruppen bezeichnen, von denen mindestens eine ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat;
eine zweiwertige Gruppe bezeichnet, die einen 6gliedrigen Ring enthält; X&sub3; eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Gruppe bezeichnet, die einen 6gliedrigen Ring enthält; und X&sub3; eine Tosylgruppe bezeichnet.
Mesomorphe Verbindungen, die eine Methylenoxygruppe oder Oxymethylengruppe haben, können leicht hergestellt werden, indem ein Ausgangs-Benzylalkoholderivat gemäß einem üblichen Verfahren in ein Chlorid umgewandelt wird und das Chlorid mit einem Metallsalz eines entsprechenden Phenolderivats zur Reaktion gebracht wird, wie es durch das folgende Reaktionsschema wiedergegeben wird:
worin R&sub5; und R&sub6; endständige Gruppen bezeichnen, von denen mindestens eine ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat;
und
jeweils eine zweiwertige Gruppe bezeichnen, die einen 6gliedrigen Ring enthält.
Ferner können mesomorphe Verbindungen, die mehr als eine der vorstehend beschriebenen Bindungen enthalten, synthetisiert werden, indem die vorstehend beschriebenen Reaktionen in einer gewünschten Kombination wiederholt werden.
Die ferroelektrische Flüssigkristallmischung der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem von mindestens drei Reihen mesomorpher Verbindungen, die durch die Formel (I) wiedergegeben werden, jeweils mindestens eine Art ausgewählt wird und die ausgewählten mesomorphen Verbindungen in geeigneten Verhältnissen vermischt werden. Ferner kann die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, indem die ferroelektrische Flüssigkristallmischung auf die Temperatur erhitzt wird, bei der sie eine isotrope Flüssigkeit ist, und eine Vorrichtungszelle, die das Paar Substrate hat, mit der erhitzten Flüssigkristallmischung gefüllt wird, wonach allmählich abgekühlt wird, um darin eine Flüssigkristallschicht zu bilden.
Jede mesomorphe Verbindung kann in der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung geeigneterweise in einem Anteil enthalten sein, der aus dem Bereich von 1 bis 99 Masse% ausgewählt ist.
Ferner kann die ferroelektrische Flüssigkristallmischung der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den optisch aktiven mesomorphen Verbindungen, die durch die vorstehend erwähnte Formel (I) wiedergegeben werden, eine optisch inaktive mesomorphe Verbindung enthalten, die eine nematische Phase und/oder eine smektische Phase hat.
Nachstehend sind einige besondere Beispiele für solche optisch inaktiven mesomorphen Verbindungen mit ihren Nummern und Strukturformeln angegeben: Beispielverbindung
Figur 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Ausführungsform der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung zur Erläuterung ihrer Struktur.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 umfaßt die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht 1, die zwischen einem Paar Glassubstraten 2 angeordnet ist, auf denen sich jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode 3 und eine isolierende Ausrichtungssteuerschicht 4 befinden. Mit den Elektroden 3 sind Anschlußleitungen 6 verbunden, um an die Flüssigkristallschicht 1 von einer Stromquelle 7 eine Steuerspannung anzulegen. Außerhalb der Substrate 2 ist ein Paar Polarisatoren 8 angeordnet, um Licht I&sub0;, das von einer Lichtquelle 9 her einfällt, unter Zusammenwirkung mit dem Flüssigkristall 1 zu modulieren und moduliertes Licht I zu erzeugen,
Jedes der zwei Glassubstrate 2 wird mit einer lichtdurchlässigen Elektrode 3, die aus einem Film aus In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; oder ITO (Indiumzinnoxid) besteht, beschichtet, um eine Elektrodenplatte zu bilden. Ferner wird darauf eine isolierende Ausrichtungssteuerschicht 4 gebildet, indem ein Film aus einem Polymer wie z.B. Polyimid mit Mull bzw. Gaze oder mit einem acetatfaserbesetzten Tuch gerieben wird, um die Flüssigkristallmoleküle in der Reibrichtung auszurichten. Ferner ist es auch möglich, die Ausrichtungssteuerschicht 4 aus zwei Schichten zu bilden, indem z.B. zunächst eine isolierende Schicht aus einer anorganischen Substanz wie z.B. Siliciumnitrid, wasserstoffhaltigem Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, wasserstoffhaltigem Siliciumcarbid, Siliciumoxid, Bornitrid, wasserstoffhaltigem Bornitrid, Ceroxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid oder Magnesiumfluorid gebildet wird und darauf eine Ausrichtungssteuerschicht aus einer organischen isolierenden Substanz wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder Photoresistharz gebildet wird. Es ist alternativ auch möglich, eine einzige Schicht in Form einer anorganischen Ausrichtungssteuerschicht oder einer organischen Ausrichtungssteuerschicht zu verwenden. Eine anorganische Ausrichtungssteuerschicht kann durch Aufdampfung gebildet werden, während eine organische Ausrichtungssteuerschicht gebildet werden kann, indem eine Auswahl einer organischen Substanz oder eines Vorläufers davon in einer Konzentration von 0,1 bis 20 Masse%, vorzugsweise 0,2 bis 10 Masse%, mittels Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Siebdruck, Spritzauftrag oder Walzenauftrag aufgetragen wird, wonach unter vorgeschriebenen Härtungsbedingungen (z.B. durch Erhitzen) vernetzt oder gehärtet wird. Die anorganische isolierende Schicht kann eine Dicke von im allgemeinen 50 Å bis 1 u, vorzugsweise 100 Å bis 3000 Å, insbesondere 100 Å bis 1000 Å, haben. Die zwei Glassubstrate 2 mit lichtdurchlässigen Elektroden 3 (die hierin zusammen als "Elektrodenplatten" bezeichnet werden können) und ferner mit ihren isolierenden Ausrichtungssteuerschichten 4 werden durch einen Abstandshalter aus z.B. einem durch Siebdruck gebildeten Epoxidharzstreifen derart gehalten, daß sie einen vorgeschriebenen (jedoch beliebigen) Zwischenraum haben. Alternativ kann solch ein Zellenaufbau mit einem vorgeschriebenen Zwischenraum gebildet werden, indem Abstandshalter aus Siliciumdioxid- oder Aluminiumoxidperlen mit einem vorgeschriebenen Durchmesser zwischen zwei Glasplatten angeordnet werden und ihr Rand bzw. Umfang dann z.B. mit einem Epoxidharzklebstoff abgedichtet wird. Ferner kann als Abstandshalter auch ein Polymerfilm oder ein Glasfaserstoff verwendet werden. Zwischen den zwei Glasplatten wird ein ferroelektrischer Flüssigkristall eingeschlossen, um eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von im allgemeinen 0,5 bis 20 u, vorzugsweise 1 bis 5 u, zu bilden.
Die lichtdurchlässigen Elektroden 3 sind durch die Anschlußleitungen 6 mit der äußeren Stromquelle 7 verbunden. Ferner sind außerhalb der Glassubstrate 2 Polarisatoren 8 angebracht. Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung ist von durchlässiger Bauart.
Figur 2 ist eine schematische Abbildung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle (-vorrichtung) zur Erläuterung ihres Betriebs. Die Bezugszahlen 21a und 21b bezeichnen Substrate (Glasplatten), auf denen jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode aus z.B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indiumzinnoxid) usw. angeordnet ist. Ein Flüssigkristall in einer SmC*-Phase (chiralen smektischen C-Phase), in dem Flüssigkristallmolekülschichten 22 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten ausgerichtet sind, ist dazwischen angeordnet und hermetisch abgeschlossen. Ausgezogene Linien 23 zeigen Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 23 hat ein Dipolmoment (P ) 24 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Die Flüssigkristallmoleküle 23 bilden in der Richtung, in der sich die Substrate erstrecken, kontinuierlich eine schraubenförmige Struktur. Wenn zwischen den auf den Substraten 21a und 21b gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle 23 abgewickelt oder gelockert, wodurch die Richtung, in der die einzelnen Flüssigkristallmoleküle 23 ausgerichtet sind, derart verändert wird, daß alle Dipolmomente (P ) 24 in die Richtung des elektrischen Feldes gerichtet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 23 haben eine längliche Gestalt und zeigen Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Es ist deshalb leicht zu verstehen, daß zum Beispiel dann, wenn auf der oberen und der unteren Oberfläche der Glasplatten Polarisatoren in der Art von gekreuzten Nicolschen Prismen, d.h., derart, daß sich ihre Polarisationsrichtungen kreuzen, angeordnet sind, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle als optische Flüssigkristall-Modulationsvorrichtung wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.
Wenn die Flüssigkristallzelle ferner ausreichend dünn (z.B. etwa 1 u) gemacht wird, ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes abgewickelt, so daß eine nicht schraubenförmige Struktur erhalten wird, was dazu führt, daß das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, d.h., einen Zustand Pa in einer Richtung 34a nach oben oder einen Zustand Pb in einer Richtung 34b nach unten, wie es in Figur 3 gezeigt ist, so daß ein bistabiler Zustand erhalten wird. Wenn an einer Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften ein elektrisches Feld Ea oder Eb erzeugt wird, das höher ist als ein bestimmter Schwellenwert, wobei sich Ea und Eb hinsichtlich ihrer Polarität unterscheiden, wie es in Figur 3 gezeigt ist, wird das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrisches Feldes Ea oder Eb entweder in die Richtung 34a nach oben oder in die Richtung 34b nach unten ausgerichtet. Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 33a oder in einem zweiten stabilen Zustand 33b orientiert.
Wenn der vorstehend erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall als optisches Modulationselement angewandt wird, können zwei Vorteile erzielt werden. Der erste besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit sehr hoch ist. Der zweite Vorteil ist, daß die Orientierung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird z.B. unter Bezugnahme auf Figur 3 näher erläutert. Wenn bei den Flüssigkristallmolekülen das elektrische Feld Ea erzeugt wird, werden sie in den ersten stabilen Zustand 33a orientiert. Dieser Zustand wird selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld aufgehoben wird. Andererseits werden die Flüssigkristallmoleküle in den zweiten stabilen Zustand 33b orientiert, wodurch die Richtungen der Moleküle verändert werden, wenn an den Molekülen das elektrische Feld Eb erzeugt wird, dessen Richtung der Richtung des elektrischen Feldes Ea entgegengesetzt ist. Dieser Zustand wird gleichermaßen selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld aufgehoben wird. Ferner befinden sich die Flüssigkristallmoleküle in den jeweiligen Orientierungszuständen, solange die Feldstärke des erzeugten elektrischen Felds Ea oder Eb nicht über einem bestimmten Schwellenwert liegt. Zum wirksamen Realisieren einer solchen hohen Ansprechgeschwindigkeit und der Bistabilität wird es bevorzugt, daß die Zelle so dünn wie möglich ist, im allgemeinen 0,5 bis 20 u, vorzugsweise 1 bis 5 u.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele eingehender erläutert, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt. In den Beispielen sind "Teile" Masseteile.

Beispiel 1

Zwei 0,7 mm dicke Glasplatten wurden bereitgestellt und jeweils mit einem ITO-Film beschichtet, um eine Elektrode zum Anlegen von Spannung zu bilden. Die Elektrode wurde ferner mit einer isolierenden Schicht aus aufgedampftem SiO&sub2; beschichtet. Auf die isolierende Schicht wurde durch 15sekündige Schleuderbeschichtung mit einer Drehzahl von 2000 U/min eine 0,2%ige Lösung eines Silan-Haftmittels (KBM-602, erhältlich von Shinetsu Kagaku K.K.) in Isopropylalkohol aufgetragen und 20 min lang einer Heißhärtungsbehandlung bei 120 ºC unterzogen.
Ferner wurde jede Glasplatte, die in der vorstehend beschriebenen Weise mit einem ITO-Film versehen und behandelt worden war, durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung, die 15 s lang mit 2000 U/min rotierte, mit einer 1,5%igen Lösung eines Polyimidharz-Vorläufers (SP-510, erhältlich von Toray K.K.) in Dimethylacetamid beschichtet. Der Beschichtungsfilm wurde danach 60 min lang einer Heißhärtung bei 300 ºC unterzogen, wobei ein etwa 250 Å dicker Film erhalten wurde. Der Beschichtungsfilm wurde mit einem acetatfaserbesetzten Tuch gerieben. Die zwei auf diese Weise behandelten Glasplatten wurden mit Isopropylalkohol gewaschen. Nachdem Aluminiumoxidperlen mit einer mittleren Teilchengröße von 2 um auf einer der Glasplatten verteilt worden waren, wurden die zwei Glasplatten mit einem Klebe- und Dichtungsmittel (Lixon Bond, erhältlich von Chisso K.K.) derart aufeinander aufgebracht, daß ihre Reibrichtungen einander parallel waren, und 60 min lang bei 100 ºC erhitzt, um eine Leerzelle zu bilden. Durch Messung mit einem Berek-Kompensator wurde gefunden, daß der Zellenzwischenraum etwa 2 um betrug.
Dann wurden aus der vorstehend beschriebenen Liste einige Beispielverbindungen ausgewählt und in den nachstehend aufgeführten Mengen vermischt. Beispielverbindung Masseteile
Die Mischung wurde unter Bildung einer isotropen Flüssigkeit erhitzt und unter Vakuum in die in der vorstehenden Weise hergestellte Zelle eingespritzt und nach dem Abdichten allmählich mit einer Geschwindigkeit von 5 ºC/Stunde auf 25 ºC abgekühlt, um eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung herzustellen.
Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde einer Messung der optischen Ansprechzeit (der Zeit vom Anlegen der Spannung bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Änderung der Durchlässigkeit 90 % des Maximalwertes erreicht, unter Anlegen einer Spitze-Spitze-Spannung Vpp von 20 V in Verbindung mit im rechten Winkel gekreuzten Nicolschen Polarisatoren) unterzogen.
Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt:
Die Vorrichtung wurde ferner bei 25 ºC angesteuert, wobei ein Kontrast von 13 erhalten und eine deutliche Schaltwirkung beobachtet wurde. Es wurde gefunden, daß auch die Bistabilität nach Entfernung der Spannung gut war.

Vergleichsbeispiel 1

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und einer Messung der optischen Ansprechzeit unterzogen, außer daß die vorstehend erwähnten Beispielverbindungen (5-4), (5-14) und (5-40) in der Flüssigkristallschicht nicht enthalten waren. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt:
Die Vorrichtung wurde bei 25 ºC angesteuert, wobei ein Kontrast von 8 erhalten wurde.
Ferner wurden die in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Vorrichtungen 24 h lang bei 10 ºC stehengelassen. Als Ergebnis wurde bei der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht der Vorrichtung von Vergleichsbeispiel 1 eine Fällung eines Teils der Komponenten der Flüssigkristallmischung beobachtet, während bei der Vorrichtung von Beispiel 1 keine Fällung beobachtet wurde. Demnach zeigte eine Vorrichtung, die drei Reihen von Komponenten mit verschiedenen Klassen von optisch aktiven Gruppen enthielt, eine bessere Haltbarkeit als eine, die zwei Reihen von Komponenten enthielt.

Beispiel 2

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die folgenden aus der vorstehend beschriebenen Liste ausgewählten Beispielverbindungen in den jeweils angegebenen Anteilen vermischt wurden, um eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung herzustellen, die verwendet wurde. Die Vorrichtung wurde dann einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Beispielverbindung Masseteile Teilmischung A Teilmischung B
Die Vorrichtung wurde bei 25 ºC angesteuert, wobei ein Kontrast von 15 erhalten und eine deutliche Schaltwirkung beobachtet wurde. Ferner wurde gefunden, daß auch die Bistabilität nach Entfernung der Spannungen gut war.
Die sieben Verbindungen, die die Flüssigkristallmischung bildeten, die in der vorstehend erwähnten Vorrichtung verwendet wurde, wurden ferner in zwei Teilmischungen aufgeteilt, die 5 Verbindungen bzw. 2 Verbindungen enthielten, wie es vorstehend gezeigt ist. Die zwei Teilmischungen A und B wurden dann in verschiedenen Anteilen miteinander vermischt, um verschiedene Mischungen herzustellen, und die Werte der spontanen Polarisation der erhaltenen Mischungen wurden jeweils bei einer Temperatur gemessen, die um 20 ºC niedriger war als die obere Grenztemperatur der SmC*-Phase jeder Mischung. Die gemessenen Werte der spontanen Polarisation sind in Figur 4 in Abhängigkeit von den Masseanteilen der Teilmischungen A und B in den einzelnen Mischungen aufgetragen.
Separat wurde eine ferroelektrische Flüssigkristallvorichtung hergestellt, indem nur die Mischung A verwendet wurde, wobei im übrigen in derselben Weise wie in Beispiel 2 verfahren wurde. Die Veränderung der Ansprechzeit in Abhängigkeit von der Temperatur der Vorrichtung ist in Figur 5 zusammen mit der der Vorrichtung von Beispiel 2 gezeigt.
Die spontane Polarisation wurde gemäß "Direct Method with Triangular Waves for Measuring Spontaneous Polarization in Ferroelectric Liquid Crystal", wie es von K. Miyasato u.a. beschrieben wird [Jap. J. Appl. Phys. 22, Nr. 10, L661 (1983)] gemessen.
Wie aus Figuren 4 und 5 hervorgeht, ist die Flüssigkristallmischung, die drei Reihen von mesomorphen Verbindungen mit verschiedenen Strukturen der optisch aktiven Stellen enthält, mit einem großen Freiheitsgrad bezüglich der Steuerung der Größe der spontanen Polarisation ausgestattet und entsprechend leicht dazu befähigt, die Ansprechgeschwindigkeit zu verbessern. Ferner war es auch möglich, bei einer Flüssigkristallmischung Zusammensetzungsverhältnisse auszuwählen, die in einem Bereich der spontanen Polarisation die höchste Ansprechgeschwindigkeit lieferten, so daß eine gute Bistabilität erhalten wurde, die den Kontrast einer Vorrichtung während der Ansteuerung in hohem Maße beeinflußt.

Beispiel 3

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die folgenden aus der vorstehend beschriebenen Liste ausgewählten Beispielverbindungen in den jeweils angegebenen Anteilen vermischt wurden, um eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung herzustellen, die verwendet wurde. Die Vorrichtung wurde dann einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Beispielverbindung Masseteile
Die Vorrichtung wurde bei 25 ºC angesteuert, wobei ein Kontrast von 18 erhalten und eine deutliche Schaltwirkung beobachtet wurde. Ferner wurde gefunden, daß auch die Bistabilität nach Entfernung der Spannungen gut war.

Vergleichsbeispiel 3

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, außer daß die Beispielverbindungen (5-8), (5-12), (5-31) und (5-40) aus der Flüssigkristallmischung weggelassen wurden, und einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Schaltzustände usw. unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt:

Beispiel 4

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils angegebenen Anteilen vermischt wurden, um eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung herzustellen, die verwendet wurde. Die Vorrichtung wurde dann einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Beispielverbindung Masseteile
Die Vorrichtung wurde bei 25 ºC angesteuert, wobei ein Kontrast von 13 erhalten und eine deutliche Schaltwirkung beobachtet wurde. Ferner wurde gefunden, daß auch die Bistabilität nach Entfernung der Spannungen gut war.

Vergleichsbeispiel 4

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, außer daß die Beispielverbindung (7-4) aus der Flüssigkristallmischung weggelassen wurde, und einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Schaltzustände usw. unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt:

Beispiel 5

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils angegebenen Anteilen vermischt wurden, um eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung herzustellen, die verwendet wurde. Die Vorrichtung wurde dann einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Beispielverbindung Masseteile
Die Vorrichtung wurde bei 25 ºC angesteuert, wobei ein Kontrast von 12 erhalten und eine deutliche Schaltwirkung beobachtet wurde. Ferner wurde gefunden, daß auch die Bistabilität nach Entfernung der Spannungen gut war.

Vergleichsbeispiel 5

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Beispielverbindungen (4-16), (5-13), (5-38) und (5-40) aus der Flüssigkristallmischung weggelassen wurden, und einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Schaltzustände usw. unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt:

Beispiel 6

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils angegebenen Anteilen vermischt wurden, um eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung herzustellen, die verwendet wurde. Die Vorrichtung wurde dann einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Beispielverbindung Masseteile
Die Vorrichtung wurde bei 25 ºC angesteuert, wobei ein Kontrast von 14 erhalten und eine deutliche Schaltwirkung beobachtet wurde. Ferner wurde gefunden, daß auch die Bistabilität nach Entfernung der Spannungen gut war.

Vergleichsbeispiel 6

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 6 hergestellt, außer daß die Beispielverbindungen (5-35), (5-40), (7-5) und (8-5) aus der Flüssigkristallmischung weggelassen wurden, und einer Beobachtung der Schaltzustände usw. unterzogen, wobei jedoch keine deutliche Schaltwirkung beobachtet wurde.

Beispiel 7

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß anstelle der 1,5%igen Lösung eines Polyimidharz-Vorläufers in Dimethylacetamid eine 2%ige wäßrige Lösung eines Polyvinylalkoholharzes ("PVA-17", erhältlich von Kuraray K.K.) verwendet wurde. Die optische Ansprechzeit der Vorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:
Die Vorrichtung zeigte ferner einen Kontrast von 23, als sie bei 25 ºC angesteuert wurde.

Beispiel 8

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß jede Glasplatte, die einen ITO-Film hatte, mit einer Ausrichtungssteuerschicht versehen wurde, die nur aus dem Polyimidharz bestand, und in derselben Weise wie in Beispiel 1 einer Messung der optischen Ansprechzeit unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt.
Wie aus den vorstehend beschriebenen Beispielen hervorgeht, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung realisiert, die verbesserte Tieftemperatur-Betriebskenndaten, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und ferner durch gute bistabile Schaltzustände ein verbessertes Kontrastverhältnis hat.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung, die mindestens drei mesomorphe Verbindungen enthält, die durch die folgende Formel (I) wiedergegeben werden:

worin C* ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet; Z einen Rest einer mesomorphen Verbindung bezeichnet, der eine zweiwertige Gruppe einschließt, die einen 6gliedrigen Ring enthält und einen Substituenten haben kann; und A und B voneinander verschiedene Gruppen sind, die jeweils aus der Klasse ausgewählt sind, die aus (a) der Methylgruppe, (b) linearen oder verzweigten Alkylgruppen mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Subtituenten haben können, (c) linearen oder verzweigten Alkyloxygruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, (d) linearen oder verzweigten Alkyloxyalkylgruppen mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, (e) linearen oder verzweigten Alkyloxycarbonylgruppen mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, (f) linearen oder verzweigten Alkyloxycarbonylmethylgruppen mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, (g) Chlor oder Brom, (h) Fluor, (i) der Trifluormethylgruppe und (j) der Cyanogruppe besteht;

wobei die mindestens drei mesomorphen Verbindungen zu mindestens drei voneinander verschiedenen Reihen von Verbindungen gehören, die sich in der Kombination der an das asymmetrische Kohlenstoffatom gebundenen Gruppen A und B, die jeweils aus irgendeiner der Unterklassen (a) bis (j) ausgewählt sind, voneinander unterscheiden.

2. Mischung nach Anspruch 1, bei der die mindestens drei mesomorphen Verbindungen mindestens zwei mesomorphe Verbindungen einschließen, bei denen eine der Gruppen A und B zu derselben Unterklasse gehört und die andere der Gruppen A und B zu verschiedenen Unterklassen gehört.

3. Mischung nach Anspruch 1, die einen Flüssigkristall mit einer chiralen smektischen C-Phase liefert.

4. Mischung nach Anspruch 1, bei der die mindestens drei mesomorphen Verbindungen, die durch die Formel (1) wiedergegeben werden, optisch aktiv sind.

5. Mischung nach Anspruch 1, bei der die zweiwertige Gruppe in dem Rest Z, die einen 6gliedrigen Ring enthält, aus

und

ausgewählt ist.

6. Mischung nach Anspruch 5, bei der der Rest Z mehr als eine der zweiwertigen Gruppen, die einen 6gliedrigen Ring enthalten, einschließt, wobei die zweiwertigen Gruppen durch irgendeinen Vertreter der Gruppe Einfachbindung,

und

verbunden sind.

7. Mischung nach Anspruch 1, bei der die Reihen von Verbindungen, die durch die Kombination der voneinander verschiedenen an das asymmetrische Kohlenstoffatom in der Formel (I) gebundenen Gruppen A und B definiert sind, einer der folgenden Reihen 1 bis 8 entsprechen:

Reihe 1: Kombination von (a) einer Methylgruppe und (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann;

Reihe 2: Kombination von (a) einer Methylgruppe und (c) einer linearen oder verzweigten Alkyloxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen;

Reihe 3: Kombination von (a) einer Methylgruppe und (e) einer linearen oder verzweigten Alkyloxycarbonylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen;

Reihe 4: Kombination von (g) Chlor oder Brom und (a) einer Methylgruppe oder (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann;

Reihe 5: Kombination von (h) Fluor und (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen;

Reihe 6: Kombination von (i) einer Trifluormethylgruppe und (f) einer Alkyloxycarbonylmethylgruppe mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen;

Reihe 7: Kombination von (i) einer Trifluormethylgruppe und (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann; und

Reihe 8: Kombination von (j) einer Cyanogruppe und (b) einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann.

8. Mischung nach Anspruch 1, die mindestens drei mesomorphe Verbindungen, die durch die Formel (I) wiedergegeben werden, und ferner eine optisch inaktive mesomorphe Verbindung enthält.

9. Mischung nach Anspruch 8, bei der die optisch inaktive mesomorphe Verbindung eine mesomorphe Verbindung mit einem Pyrimidingerüst ist.

10. Mischung nach Anspruch 8, bei der die optisch inaktive mesomorphe Verbindung eine ist, die eine nematische Phase hat.

11. Mischung nach Anspruch 8, bei der die optisch inaktive mesomorphe Verbindung eine ist, die eine smektische Phase hat.

12. Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die ein Paar Substrate, die jeweils eine Einrichtung zum Anlegen von Spannung haben, und eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist, die zwischen dem Paar Substraten angeordnet ist, wobei sich auf mindestens einem der Substrate eine Ausrichtungssteuerschicht befindet.