DE68905445T2

DE68905445T2 - Ferroelektrische fluessigkristallzusammensetzung und anzeigeelement.

Info

Publication number: DE68905445T2
Application number: DE8989121909T
Authority: DE
Inventors: Kenji Furukawa; Mitsuyoshi Ichihashi; Makoto Kikuchi; Fusayuki Takeshita; Kanetsugu Terashima
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1993-09-02
Anticipated expiration: 2009-11-29
Also published as: DE68905445D1; EP0371448A3; KR0167333B1; KR900008009A; EP0371448B1; JP2728702B2; JPH02145683A; EP0371448A2; US5116529A

Description

(1) Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ferroelektrisches Flüssigkristall-Material. Insbesondere betrifft sie eine ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung mit schnellen Reaktionseigenschaften, welche eine smektische Flüssigkristall-Verbindung und eine optisch aktive Verbindung umfaßt, sowie ein optisches Schaltelement, welches diese Zusammensetzung enthält.

(2) Beschreibung des Standes der Technik

Flüssigkristall-Verbindungen werden in großem Umfang als Materialien für Anzeigeelemente verwendet, und die meisten dieser Flüssigkristallelemente sind bei Anzeigesystemen vom TN-Typ zu finden und Flüssigkristall- Materialien sind im Zustand der nematischen Phase.
Das Anzeigesystem vom TN-Typ hat Vorteile wie z. B. geringere Ermüdung der Augen und äußerst geringen Verbrauch an elektrischer Energie, da es ein nicht-emittierender Typ ist, wohingegen es auch Nachteile hat wie z. B. langsame Reaktion und Verschwinden der Anzeige bei bestimmten Blickwinkeln. In den letzten Jahren ist dieses System verbessert worden, um Charakteristika von flachen Displays aufrechtzuerhalten, aber insbesondere werden schnelle Reaktion und Vergrößerung des Blickwinkels verlangt.
Um diesen Forderungen nachzukommen, wurden Verbesserungen bei den Flüssigkristall-Materialien in Angriff genommen. Es ist offensichtlich, daß im Vergleich zu anderen Anzeigegeräten des nicht-emittierenden Typs (z. B. Leuchtanzeigegeräte und Plasmaanzeigegeräte) das Anzeigesystem vom TN-Typ hinsichtlich Reaktionszeit und Weite des Blickwinkels viel schlechter ist.
Damit die Charakteristika des Flüssigkristall- Anzeigeelements wie z. B. die Merkmale des nicht- emittierenden Typs sowie geringer Verbrauch an elektrischer Energie, aufrechterhalten werden können, und damit eine schnelle Reaktion, die der der Anzeigegeräte vom nicht- emittierenden Typ entspricht, gesichert werden kann, ist es wesentlich, ein neues Flüssig-Anzeigesystem anstelle des Anzeigesystems vom TN-Typ zu entwickeln. Als eine derartige Bemühung wurde ein Anzeigesystem verwendet, in welchem das optische Schalt-Phänomen von ferroelektrischen Flüssigkristallen ausgenutzt wird, was von N. A. Clark und S. T. Lagerwall (s. Appl. Phys. Lett. 36, S. 899, 1980) vorgeschlagen worden ist.
Das Vorliegen von ferroelektrischen Flüssigkristallen wurde erstmals 1975 durch R. B. Mayer et al (s. J. de Phys. 36 S. 69, 1975) bekannt, und unter dem Gesichtspunkt der Struktur gehören diese Flüssigkristalle zu einer chiralen smektischen C-Phase, einer chiralen smektischen J-Phase, einer chiralen smektischen F-Phase, einer chiralen smektischen G-Phase und einer chiralen smektischen H-Phase (im folgenden vereinfacht als "SC*-Phase", "SI*-Phase", "SF*-Phase", "SG*-Phase" bzw. "SH*-Phase" bezeichnet). In der chiralen smektischen Phase bilden Moleküle eine Schicht, stellen sich schräg zur Oberfläche der Schicht, und senkrecht zu dieser Schichtoberfläche existiert eine helikale Achse. In der chiralen smektischen Phase findet spontane Polarisation statt. Und wenn ein elektrisches Gleichstromfeld parallel zu dieser Schicht angelegt wird, drehen sich daher die Moleküle (um die helikale Achse) entsprechend ihrer Polarität ( ). Das Anzeigeelement der ferroelektrischen Flüssigkristalle nützt dieses Schaltphänomen aus.
Derzeit findet unter den chiralen smektischen Phasen insbesondere die SC*-Phase besondere Beachtung. Das Anzeigeelement, in dem das Schaltphänomen der SC*-Phase ausgenützt wird, kann in zwei Klassen unterteilt werden: ein System vom Doppelbrechungstyp, das zwei Polarisatoren verwendet, und ein System vom Guest/host-Typ, das einen dichroitischen Farbstoff verwendet.
Merkmale dieser Anzeigesysteme sind:
(1) Reaktionszeit ist sehr kurz
(2) Speichereigenschaften sind vorhanden
(3) Anzeigeleistung wird durch den Blickwinkel nicht so beeinträchtigt.
Demnach haben die Anzeigeelemente die Möglichkeit, eine Anzeige mit hoher Dichte zu erzielen, und es wird angenommen, daß sie im Display-Element effektiv verwendbar sind. Allerdings sind in diesen Anzeigesystemen viele Probleme zu lösen.
Zum Beispiel
(1) Es gibt keine Verbindungen, die die SC*-Phase annehmen und die bei Raumtemperatur stabil wirksam sind.
(2) Der helikale Abstand ist klein
(3) Das Zustandebringen der Ausrichtung ist sehr schwierig.
(4) Die spontane Polarisation ist gering, und die Reaktionszeit ist lang.
Daher sind typische Erfordernisse für das ferroelektrische Flüssigkristall-Material wie folgt:
(1) Die SC*-Phase soll in einem ausgedehnten Temperaturbereich einschließlich der Raumtemperatur stabil sein.
(2) Der helikale Abstand soll groß sein.
(3) Die spontane Polarisation soll groß sein.
Zur Zeit gibt es keine smektischen Flüssigkristall- Verbindungen in einem einzelnen Zustand, welche diesen Erfordernissen genügen, und daher ist es eine Aufgabe, eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung bereitzustellen, welche die oben genannten Erfordernisse erfüllt, indem sie mehrere chirale smektische Flüssigkristall-Verbindungen, welche einem Teil der genannten Anforderungen entsprechen, oder Nicht- Flüssigkristall-Verbindungen nach dem Vermischen dieser Verbindungen enthält und nach der Trial- und Error-Methode getestet wird.
Zusätzlich zu der ferroelektrischen Flüssigkristall- Zusammensetzung, die die ferroelektrische Flüssigkristall- Verbindung allein enthält, offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nr. 195 187/1986 eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung, welche durch Vermischen von einer oder mehreren Verbindungen, die eine ferroelektrische Flüssigkristallphase annehmen, mit Grundmaterialien aus Verbindungen und Zusammensetzungen, die nicht-chirale smektische C, F, G, H und I-Phasen (nachfolgend vereinfacht als "SC und andere Phasen" bezeichnet). Ferner wird eine weitere ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung beschrieben, in welcher eine oder mehrere Verbindungen, die optische Aktivität haben, aber keine ferroelektrische Flüssigkristall-Phase annehmen, mit Grundmaterialien aus Verbindungen und Zusammensetzungen, die die SC- und andere Phasen annehmen, vermischt werden (Mol. Cryst. Liq. Cryst., 89, S. 327, 1982).
Aus diesen Berichten wird deutlich, daß die ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung durch Mischen einer oder mehrerer Verbindungen, die optische Aktivität haben, mit Grundmaterialien ohne Rücksicht darauf, ob die zu vermischenden Verbindungen die ferroelektrische Kristallphase annehmen oder nicht, hergestellt werden können.
Die oben erwähnte smektische Flüssigkristall-Mischung, die das Grundmaterial, welches mindestens eine nicht- chirale SC- und andere Phasen annimmt, und die mindestens eine der SC- und anderen Phasen annimmt, umfaßt, wird nachfolgend als die Sm-Grundmischung bezeichnet.
Die in der Praxis vorteilhafte Sm-Grundmischung ist eine Flüssigkristall-Mischung, die die SC-Phase in einem breiten Temperaturbereich einschließlich Raumtemperatur annimmt. Komponenten dieser Sm-Grundmischung werden geeigneterweise aus Flüssigkristall-Verbindungen beispielsweise der Phenylbenzol-Reihen, Schiff-Base-Reihen, Phenylpyridin-Reihen und 5-Alkyl-2-(4-alkoxyphenyl)pyrimidin ausgewählt.
Gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 291 679/1986, der EP-A-206 228 und der Druckschrift der PCT-Veröffentlichung WO 86/06401 kann das ferroelektrische Flüssigkristall, das durch Vermischen von 5-Alkyl-2-(4- alkoxyphenyl)pyrimidin mit einer optisch aktiven Verbindung hergestellt wird, die SC*-Phase in einem weiten Temperaturbereich einschließlich Raumtemperatur annehmen; und in der zuerst genannten Veröffentlichung wird noch beschrieben, daß ein optisches Schaltelement, das das ferroelektrische smektische Flüssigkristall-Material, in dem das oben genannte Pyrimidinderivat als Sm-Grundmischung eingesetzt ist, enthält, eine verkürzte Reaktionszeit hat. Außerdem ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 291 679/1986 offenbart, daß das ferroelektrische Flüssigkristall-Material, das 5-Alkyl-2-(4'- alkylbiphenylyl-)pyrimidin, 5-Alkyl-2-(4-alkoxyphenyl) pyrimidin und eine optisch aktive Verbindung enthält, ebenfalls die SC*-Phase in einem weiten Temperaturbereich einschließlich Raumtemperatur annimmt, und daß es zur Verbesserung der Reaktionszeit wirksam ist.
Allerdings sind zur Zeit die Reaktionszeiten der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzungen nach der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 291 679/1986 und der Druckschrift der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 86/06401 noch länger (300 bis 500 usec) als die anderer Anzeigeelemente wie z. B. der gegenwärtig verwendeten Anzeigegeräte vom Leuchttyp, und von da wird weiter eine Verbesserung der Reaktionseigenschaften gefordert.
Auch beim helikalen Abstand wurden einige Verbesserungen durchgeführt. Das ferroelektrische Flüssigkristall-Material, das den großen helikalen Abstand aufweist, kann durch Vermischen einer chiralen smektischen Flüssigkristall-Verbindung, in der der helikale Drehsinn rechtshändig ist, mit einer chiralen smektischen Flüssigkristall-Verbindung, in der die Helix linkshändig ist, oder durch Vermischen einer Verbindung, die die SC- Phase aufweist, mit einer chiralen smektischen Flüssigkristall-Verbindung (japanische Offenlegungsschrift Nr. 90 290/1985 und 195 187/1986), erhalten werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer ferroelektrischen Flüssigkristall- Zusammensetzung, die eine kurze Reaktionszeit hat und eine SC*-Phase in einem weiten Temperaturbereich einschließlich der Raumtemperatur annimmt. Und eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines optischen Schaltelementes, das aus dieser Flüssigkristall- Zusammensetzung hergestellt ist und eine kurze Reaktionszeit hat.
Das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung ist auf eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung gerichtet, die mindestens eine chirale Verbindung, mit einer Stelle optischer Aktivität, die durch die Formel (A) dargestellt wird,
worin R¹ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,
und mindestens eine nicht-chirale Verbindung, die eine Phase aus einer smektischen C-Phase, einer smektischen I- Phase, einer smektischen F-Phase, einer smektischen G- Phase, einer smektischen H-Phase, einer smektischen J-Phase oder einer smektischen K-Phase aufweist, umfaßt.
Das zweite Merkmal der vorliegenden Erfindung ist auf eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung gerichtet, die mindestens eine chirale Verbindung mit einer Stelle optischer Aktivität, die durch die Formel (B) dargestellt wird,
worin R² eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R³ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, jede der
und
unabhängig
ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt, und mindestens eine nicht-chirale Verbindung umfaßt, die eine Phase aus einer smektischen C-Phase, einer smektischen I-Phase, einer smektischen F-Phase, einer smektischen G- Phase, einer smektischen H-Phase, einer smektischen J-Phase oder einer smektischen K-Phase aufweist, wobei diese nicht- chirale Verbindung durch die Formel (C) dargestellt wird
worin jede der
und
unabhängig
oder
ist, R&sup4; und R&sup5; gleich oder verschieden sind und jede von diesen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe, Alkoxygruppe oder Alkanoyloxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und l, m und n jeweils gleich 0 oder 1 sind.
Darüber hinaus ist das dritte Merkmal der vorliegenden Erfindung auf eine ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung gerichtet, die mindestens drei unten genannte Flüssigkristall-Komponenten A, B und C umfaßt und ein Verhältnis dieser Komponenten 5 bis 40 Gew.-% der Komponente A, 20 bis 75 Gew.-% der Komponente B und 5 bis 35 Gew.-% der Komponente C, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Komponenten, aufweist. Hier umfaßt die Flüssigkristall-Komponente A eine oder mehrere Verbindungen, die aus der aus den Verbindungen der Formeln (B-I), (B-II), (B-III), (B-IV) und (B-V) bestehenden Gruppe ausgewählt sind;
die Formel (B-I):
worin R&sup6; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R&sup7; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,
die Formel (B-II):
worin R&sup8; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R&sup9; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,
die Formel (B-III):
worin R¹&sup0; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R¹¹ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,
die Formel (B-IV):
worin R¹² eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R¹³ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt, und
die Formel (B-V):
worin R¹&sup4; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R¹&sup5; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt.
Die oben erwähnte Flüssigkristall-Komponente B umfaßt eine oder mehrere Verbindungen, die aus der aus den Verbindungen der folgenden Formeln (C-VI), (C-VII), (VIII) und (IX) bestehenden Gruppe ausgewählt sind;
die Formel (C-VI):
worin R¹&sup6; und R¹&sup7; gleich oder verschieden sind und jede von diesen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist,
die Formel (C-VII):
worin R¹&sup8; und R¹&sup9; gleich oder verschieden sind, und jede von diesen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist,
die Formel (VIII):
worin R²&sup0; und R²¹ gleich oder verschieden sind und jede von ihnen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist,
die Formel (IX):
worin R²² eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, X nicht vorhanden oder -O- ist, k ein Wert von 0 bis 10 ist, und (±) eine racemische Verbindung anzeigt.
Die oben erwähnte Flüssigkristall-Komponente C umfaßt eine oder mehrere Verbindungen, die aus der aus den Verbindungen der Formel (X) bestehenden Gruppe ausgewählt sind
die Formel (X):
worin R²³ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, Y -H, -F oder -CN ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt.
Das vierte Merkmal der vorliegenden Erfindung ist auf eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung gerichtet, die mindestens drei Flüssigkristall-Komponenten A, B und C des dritten Merkmals der vorliegenden Erfindung sowie eine vierte Komponente, d. h. die folgende Flüssigkristall-Komponente D, umfaßt und ein Verhältnis der Komponente D von 5 bis 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Komponenten A, B und C aufweist. Hier umfaßt die Flüssigkristall-Komponente D eine oder mehrere Verbindungen, die aus der aus Verbindungen der folgenden Formeln (XI), (XII), (XIII), (XIV) und (XV) bestehenden Gruppen ausgewählt sind,
die Formel (XI):
worin R²&sup4; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,
die Formel (XII):
worin R²&sup5; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,
die Formel (XIII):
worin R²&sup6; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, Z -H, -F oder -CN ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,
die Formel (XIV):
worin R²&sup7; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, W gleich -H, -F oder -CN ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,
die Formel (XV):
worin R²&sup8; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt.
Das fünfte Merkmal der vorliegenden Erfindung ist auf ein optisches Schaltelement gerichtet, das aus der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung des oben erwähnten ersten, zweiten, dritten oder vierten Merkmals der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben intensive Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, eine Erfindung, die in der japan. Patentoffenlegungsschrift Nr. 291 679/1986 offenbart ist, zu verbessern. Als Ergebnis fanden wir, daß eine ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung, die eine kurze Reaktionszeit hat und eine SC*-Phase in einem weiten Temperaturbereich einschließlich Raumtemperatur annimmt, erhalten werden kann, indem Flüssigkristall-Verbindungen wie oben beschrieben miteinander kombiniert werden; und auf der Grundlage dieses Wissens wurde die vorliegende Erfindung vollendet.
Eine in der vorliegenden Erfindung eingesetzte chirale Verbindung, die eine Stelle optischer Aktivität der Formel
aufweist, ist durch die Tatsache gekennzeichnet, daß eine Carbonyloxygruppe mit einem großen Dipolmoment neben einem asymmetrischen Kohlenstoffatom, wie nachfolgend beschrieben, vorliegt. Daher besitzt diese Art einer chiralen Verbindung einen sehr großen spontanen Polarisationswert und die Fähigkeit schneller Reaktion. Typische Beispiele für die chirale Verbindung der vorliegenden Erfindung sind Verbindungen, die durch die Formel
dargestellt werden, und insbesondere umfassen andere Beispiele für die chirale Verbindung Verbindungen der Formeln (B-I) bis (B-V), die in den Patentanmeldungen (japan. Patentanmeldungen Nr. 49796/1987 und 103977/1987) aufgezählt sind. Selbstverständlich können in der vorliegenden Erfindung Verbindungen, die jeweils eine Stelle optischer Aktivität der Formel (A) aufweisen, zusätzlich zu den Verbindungen der Formel (B) verwendet werden.
Beispiele für die Verbindungen, die jeweils eine Stelle optischer Aktivität haben, schließen Verbindungen mit Bindungsgruppen, z. B.
zwischen den Gruppen
und
der Formel (B) ein. Das heißt, die Verbindung, die Gerüststruktur aufweist, kann als Strukturkomponente der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, solange sie die chirale Verbindung mit einer Stelle optischer Aktivität der Formel (A) ist.
Typische Beispiele der Verbindung, die durch die Formel (B) dargestellt wird, sind in den untenstehenden Tabellen 1 bis 9 aufgeführt. Die absolute Konfiguration des asymmetrischen Kohlenstoffatoms kann entweder vom R-Typ oder vom S-Typ sein. Tabelle 1 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration Tabelle 2 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration Tabelle 3 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration Tabelle 4 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration Tabelle 5 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration Tabelle 6 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration Tabelle 7 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration Tabelle 8 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration Tabelle 9 Verbindungen, dargestellt durch R² Absolute Konfiguration
Die nicht-chirale Verbindung, die eine der Phasen: SC- Phase, SI-Phase, SF-Phase, SG-Phase, SH-Phase und SK-Phase hat, wird in der vorliegenden Erfindung als eine Sm- Grundverbindung angenommen, und daher ist es andererseits bevorzugt, daß die nicht-chirale Verbindung die SC-Phasen oder dgl. in einem ausgedehnten Temperaturbereich einschließlich Raumtemperatur annimmt.
Typische Beispiele für derartige nicht-chirale Verbindungen schließen Pyrimidinverbindungen der Formel (C)
wie auch Phenylpyrimidinverbindungen der Formeln (C-VI), und (C-VII) ein. Allerdings können in der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung andere Verbindungen, die nicht durch die Formel (C) dargestellt sind, als Strukturkomponenten in einer Menge verwendet werden, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht behindert, solange sie die SC-Phase oder dgl. aufweisen. Beispiele für solche nicht-chirale Verbindungen schließen Flüssigkristall-Verbindungen aus der Reihe der Biphenylylbenzoate, der Biphenylylcyclohexane, der Azo-Reihe, der Azoxy-Reihe, der Phenylpyridin-Reihe und der Biphenyl-Reihe ein, welche hinsichtlich der Sc- Eigenschaften günstig sind.
Typische Beispiele für die nicht-chiralen Verbindungen, die durch die allgemeine Formel (C) dargestellt werden, welche die SC-Phase und dgl. annehmen können, sind in den Tabellen 10 bis 12 aufgeführt. Tabelle 10 Verbindungen, dargestellt durch Tabelle 11 (I) Verbindungen, dargestellt durch Tabelle 11 (II) Tabelle 12 (I) Verbindungen, dargestellt durch Tabelle 12 (II)
Das Sm-Grundgemisch der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung kann durch Kombination von mehreren Phenylpyridin-Reihen allein, die die SC-Phase aufweisen und die in den Tabellen 10 bis 12 aufgezählt wurden, hergestellt werden. Es ist auch möglich, eine oder mehrere dieser Verbindungen mit einer oder mehreren bekannten nicht-chiralen Verbindungen in einem Umfang zu kombinieren, der dem Gegenstand der Erfindung nicht schädlich ist. Beispiele für bekannte nicht-chirale Verbindungen sind Flüssigkristall- Verbindungen der Biphenylylbenzoat-Reihe, Biphenylylcyclohexan-Reihe, Azo-Reihe, Azoxy-Reihe, Phenylpyridin-Reihe und Biphenyl-Reihe, welche vorzügliche smektische C-Eigenschaften aufweisen.
In der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung werden insbesondere Kombinationen von Verbindungen der Phenylpyridin-Reihe der Formel (VIII) und Verbindungen der Biphenyl-Reihe der allgemeinen Formel (IX) bevorzugt.
Von den Verbindungen der Phenylpyridin-Reihe, die durch die Formel (VIII) dargestellt werden, werden insbesondere Verbindungen mit SC-Phase bevorzugt, in denen R²&sup0; in der Formel (VIII) eine Alkylgruppe mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen ist und R²¹ eine Alkoxygruppe mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen ist.
Darüber hinaus sind unter den Verbindungen der Biphenyl-Reihe, die durch die allgemeine Formel (IX) dargestellt werden, insbesondere Verbindungen mit SC-Phase bevorzugt, in denen R²² in der Formel (IX) eine Alkoxygruppe mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, X keine Gruppe ist und k gleich 3 ist.
Die Verbindungen der Pyrimidin-Reihe, die durch die Formel (C) dargestellt werden und die als Komponente der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall- Zusammensetzung verwendet werden, weisen vorzugsweise wie beschrieben die SC-Phase auf, es können aber auch andere Verbindungen, die die SC-Phase nicht annehmen, eingesetzt werden, aber nur in solchen Mengen, daß bei der erhaltenen Sm-Grundverbindung kein merklicher Rückgang im SC-Phasen- Temperaturbereich festgestellt werden kann.
Diese Tatsache kann auf die Verbindungen der Phenylpyridin-Reihe sowie auf die Verbindungen der Biphenyl-Reihe, die keine SC-Phase annehmen und die durch die Formeln (VIII) und (IX) dargestellt werden, angewendet werden, und diese Verbindungen können mit dem Ziel, die Viskosität zu erniedrigen und den SC-Phasen- Temperaturbereich zu regulieren, verwendet werden.
Wie oben beschrieben, kann die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung durch Mischen der chiralen Verbindung, die die Stelle optischer Aktivität der Formel (A) [z. B. eine Verbindung der Formel (B)] aufweist, mit der nicht-chiralen Verbindung, die die SC-Phase oder dgl. [z. B. eine Verbindung der Pyrimidin- Reihe der Formel (C)] annimmt. In einer anderen Ausführungsform kann eine ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung, die hervorragendere Charakteristika aufweist, ebenfalls durch Kombination mit der chiralen Verbindung der Formel (X), die einen großen spontanen Polarisationswert und eine höhere obere Temperaturgrenze der SC*-Phase aufweist, hergestellt werden, oder durch Kombination mit der Verbindung der Formeln (XI) bis (XV), in der der spontane Polarisationswert nicht so groß ist, die aber zur Einstellung eines helikalen Abstandes verwendet werden kann.
Die meisten der Verbindungen, die Flüssigkristall- Charakteristika aufweisen und durch die Formeln (B-I) bis (XV) dargestellt werden, sind bekannt und wurden bereits offenbart, beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 43/1986, 210,056/1986, 63,633/1986, 13,729/1985 und 122,334/1981. Darüber hinaus werden die meisten der anderen Flüssigkristall-Verbindungen offenbart sein, beispielsweise in Veröffentlichungen betreffend die japanischen Patentanmeldungen Nr. 49,796/1987 und 103,977/1987.
Nun wird die ausgezeichnete Arbeitsweise der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall- Zusammensetzung in bezug auf die Verbindungen A, B, C und D, die durch die Formeln (B-I) bis (XV) dargestellt werden, als Flüssigkristall-Komponenten detailliert beschrieben.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Kombination der ausgezeichneten Charakteristika, die die Verbindungen A, B, C und D, die durch die Formeln (B-I) bis (XV) dargestellt werden, als Flüssigkristall-Komponenten haben.
Hier werden die ausgezeichneten Charakteristika jeder Flüssigkristall-Komponente im einzelnen beschrieben.
Die Verbindungen, die als Flüssigkristall-Komponente A, die durch die Formeln (B-I) bis (B-V) dargestellt werden, verwendet werden können, sind chirale Verbindungen mit sehr großen Werten der spontanen Polarisation und sind unbekannte Verbindungen, die in den oben erwähnten Patentanmeldungen (japanische Patentanmeldung Nr. 49, 796/1987 und 103,977/1987), die durch den gleichen Anmelder wie die vorliegende Patentanmeldung bereits früher eingereicht wurden, erwähnt sind.
In dem Fall, daß in der Formel (B-II) R&sup8; C&sub7;H&sub1;&sub5;- ist, R&sup9; -OC&sub3;H&sub7; ist und die absolute Konfiguration vom (S, R)-Typ ist, ist die Phasenübergangstemperatur Cr&sub5;&sub5;SC*93Iso und Ps 165 nC/cm².
Im allgemeinen besteht die folgende Beziehung zwischen dem Wert der spontanen Polarisation (Ps), Viskosität (η) und Reaktionszeit (τ):
τ = η/(Ps x E)
worin E die Feldstärke ist, welche auf eine Flüssigkristallzelle angelegt wird.
Daher wird verlangt, daß die Viskosität niedrig und der spontane Polarisationswert groß ist.
Die Verbindungen, die durch die Formeln (B-I) bis (B-V) dargestellt werden, und die die Flüssigkristall- Komponenten A sind, genügen diesen Anforderungen, und sie spielen eine wichtige Rolle, um die Eigenschaften einer schnellen Reaktion bereitzustellen.
Tabelle 13 führt die Phasenübergangstemperatur, den Wert der spontanen Polarisation, den Kippwinkel und die Reaktionszeit der ferroelektrischen Flüssigkristall- Zusammensetzungen auf, welche durch Zugabe von 20 Gew.-% der chiralen Verbindungen A bis F der Formeln (B-I) bis (B-IV) Sm-Grundgemisch A (Phasenübergangstemperatur Cr&sub4;SC65SA79N90Iso), das die nicht-chiralen Pyrimidin- Flüssigkristall-Verbindungen der Formeln (C-VI) und (C-VII), die nachfolgend beschrieben werden, enthält, hergestellt wurden.
Der Wert der spontanen Polarisation, der Kippwinkel und die Reaktionszeit wurden bis 25 ºC gemessen. Zur Zeit der Messung der Reaktionszeit war eine Feldstärke von 5 V/um angelegt. Außerdem war die Zusammensetzung des Sm- Gemisches A wie folgt:
Ferner waren die chiralen Verbindungen a bis f, die durch die Formeln (B-I) bis (B-IV) dargestellt werden und die zu den Flüssigkristall-Komponenten A gehören, wie folgt: Tabelle 13 Chirale Verbindung Phasen-Übergangs-Temp. (ºC) Spontaner Polarisationswert** (nC/cm²) Kippwinkel** (º) Reaktionszeit** (usec)
Wie aus den Resultaten in Tabelle 13 zu entnehmen ist, haben die chiralen Verbindungen, die die Flüssigkristall- Komponente A sind, die durch die Formeln (B-I) bis (B-IV) dargestellt werden, sehr große Werte der spontanen Polarisation (extrapolierter Wert etwa 100 nC/cm²). Und wenn sie mit nicht-chiralen Verbindungen der Formeln (C-VI) und (C-VII) vermischt werden, können daher ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzungen erhalten werden, die die Eigenschaft sehr schneller Reaktion (30 bis 50 usec) aufweisen, (diese Reaktionszeit ist etwa 1/10 der Reaktionszeit der ferroelektrischen Flüssigkristall- Zusammensetzungen, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 291679/1986 und der PCT- Druckschrift WO 86/06401 offenbart sind). Die Flüssigkristall-Komponente A spielt bei der Bereitstellung der Eigenschaften schneller Reaktion eine sehr wichtige Rolle, wenn aber eine zu große Menge dieser Komponente eingesetzt wird, neigt der Temperaturbereich der SC*-Phase dazu, schmäler zu werden. Aus diesem Grund beträgt die Konzentration der Flüssigkristall-Komponente A vorzugsweise 40 Gew.-% oder weniger. In dem Fall, daß die absolute Konfiguration der Stelle optischer Aktivität in der Formel (A) vom (S, S)-Typ oder (S, R)-Typ ist, ist die Richtung der spontanen Polarisation der Verbindungen gemäß den Formeln (B-I) bis (B-V) minus, und die Polarität der Drehung ist links [im Fall, daß die absolute Konfiguration vom (R, R)-Typ oder (R, S)-Typ ist, sind sie plus und rechts].
Die Verbindungen der Formeln (C-VI) bis (IX), die die Flüssigkristall-Komponenten B sind, sind nicht-chiral und spielen die Rolle der Sm-Grundverbindungen in der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall- Zusammensetzung. Die Verbindungen der Formel (C-VI) haben die SC-Phase in einem Niedrigtemperaturbereich (z. B. ist die Phasenübergangstemperatur Cr28SC47SA58N66Iso, wenn R¹&sup6; C&sub6;H&sub1;&sub3;O- ist und R¹&sup7; C&sub8;H&sub1;&sub7;- ist), und andererseits haben die Verbindungen der Formel (C-VII) die SC-Phase in einem Hochtemperaturbereich (z. B. ist die Phasenübergangstemperatur Cr58SC134SA144N157Iso, wenn R¹&sup8; C&sub7;H&sub1;&sub5;- und R¹&sup9; C&sub8;H&sub1;&sub7;- ist). Wenn also die Verbindung der Formel (C-VI) mit der Verbindung der Formel (C-VII) kombiniert wird, kann das Sm-Grundgemisch, das die SC-Phase in einem ausgedehnten Temperaturbereich einschließlich niedriger Temperaturen hat, erhalten werden.
Die ausgezeichneten Charakteristika der Verbindungen, die dieses Gerüst haben, werden in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 291679/1986 vom gleichen Anmelder wie im vorliegenden Fall beschrieben, und wie aus dieser Beschreibung verständlich wird, haben die oben genannten Verbindungen eine sehr niedrige Viskosität. Daher spielen sie die wichtige Rolle der SC-Grundverbindungen in der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung.
Einerseits haben die Verbindungen, die durch die Formel (VIII) dargestellt werden, die SC-Phase oder dgl. in einem ausgedehnten Temperaturbereich einschließlich niedriger und hoher Temperaturen (z. B. eine Phasenübergangstemperatur von Cr24SH32SG40SF53SC77Iso, wenn R²&sup0; C&sub7;H&sub1;&sub5;O- ist), und andererseits haben die Verbindungen der Formel (IX) die SC-Phase oder dgl. in einem Niedrigtemperaturbereich (z. B. eine Phasenübergangstemperatur von Cr20SG40SF51SC53Iso, wenn R²² C&sub7;H&sub1;&sub5;O- ist, X fehlt und k gleich 3 ist). Die ausgezeichneten Charakteristika der Verbindungen mit diesem Gerüst sind bereits in der EP-A-206228, die vom gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung ist, beschrieben, und wie aus der Beschreibung ersichtlich ist, haben die oben erwähnten Verbindungen wie die oben genannten Pyrimidin-Verbindungen sehr geringe Viskosität. Daher spielen sie die Rolle der Sm-Grundverbindungen in der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung, und sie werden mit der Absicht verwendet, den Temperaturbereich der SC-Phase einzustellen. Die Verbindungen der Formeln (C-VI) bis (IX), die die Flüssigkristall-Komponenten B sind, haben die Rolle der Sm-Grundverbindungen in der vorliegenden Erfindung, und daher ist die Konzentration der Flüssigkristall-Komponente B vorzugsweise 75 Gew.-% oder weniger.
Die Verbindungen der Formel (X), die die Flüssigkristall-Komponenten C darstellen, sind chirale und bekannte Verbindungen, die in den Patentanmeldungen des gleichen Anmelders wie im vorliegenden Fall beschrieben sind und bereits in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 43/1986 und 210,056/1986 offenbart sind. Diese Verbindungen nehmen die SC*-Phase in einem Hochtemperaturbereich an und haben sehr große Werte der spontanen Polarisation (beispielsweise in der Formel (X), eine Phasenübergangstemperatur von Cr52SC*104N*109Iso und PS von 132 nC/cm² (T-TC = -30ºC), wenn R²³ C&sub8;H&sub1;&sub7;O- ist und Y -F ist; eine Phasenübergangstemperatur von Cr71SC*98N*123Iso und einen PS von 110 nC/cm² (T-TC = -30ºC), wenn R²³ C&sub6;H&sub1;&sub3;O- und Y gleich -H ist; eine Phasenübergangstemperatur von Cr28SC*57SA94Iso und einen PS von 240 nC/cm² (T-TC = -30ºC), wenn R²³ C&sub8;H&sub1;&sub7;O- und Y -CN ist, wobei T die gemessene Temperatur ist und TC die obere Temperaturgrenze des SC*-Bereiches ist. Daher ist es offensichtlich, daß in der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung die Verbindungen der Formel (X) sehr wichtig sind, um die Fähigkeit schneller Reaktion bereitzustellen und die obere Temperaturgrenze für die SC*- Phase der Zusammensetzung zu erhöhen. Beispielsweise ist die ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung, die die oben genannte chirale Verbindung "a" von Tabelle 13 und das Sm-Grundgemisch A enthält, tatsächlich hinsichtlich der Reaktionseigenschaften ausgezeichnet, aber diese Verbindung wird in der Praxis als nicht einsetzbar betrachtet, da ihre Temperaturobergrenze für die SC*-Phase niedrig ist (in der Praxis muß die Temperaturobergrenze mindestens 50 ºC betragen. Zu 90 Gew.-% dieser Zusammensetzung wurden 10 Gew.-% einer Verbindung gegeben, in welcher in der Formel (X) Y -F ist und R²³ C&sub6;H&sub1;&sub3;- ist, um so eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung B herzustellen.

Zusammensetzung B

Sm-Grundgemisch A 72 Gew.-%
Chirale Verbindung a 18 Gew.-%
Diese ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung B nahm die SC*-Phase in einem Temperaturbereich von -5ºC bis 55 ºC, die SA-Phase auf der Hochtemperaturseite des Bereiches, die N*-Phase bei 70 ºC und einen isotropen flüssigen Zustand bei 84 ºC an. Für diese Zusammensetzung B betrug der Wert für die spontane Polarisation bei 25 ºC 20 nC/cm², der Kippwinkel war 21,5º und die Reaktionszeit war 50 usec (E = ±5V/um). Das heißt, die so erhaltene ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung konnte die Reaktionseigenschaften, wie sie die ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzungen in Tabelle 12 haben, aufrechterhalten und konnte die Eigenschaften der sehr schnellen Reaktion und den ausgedehnten Temperaturbereich der SC*-Phase aufweisen.
Aus dem Vorhergehenden ist zu entnehmen, daß die Kombination der nicht-chiralen Verbindung der Formel (C-VI) oder (C-VII) mit der chiralen Verbindung, die eine der Formeln (B-I) bis (B-V) und (X) hat, es erlaubt, das ferroelektrische Flüssigkristall-Material zu erhalten, das die SC*-Phase in einem ausgedehnten Temperaturbereich einschl. Raumtemperatur annimmt und das hinsichtlich der Reaktionseigenschaften ausgezeichnet ist. Hinsichtlich der Konzentrationen der Flüssigkristalle A und B wie auch der Wirkung des Flüssigkristalls C ist es wünschenswert, daß die Konzentration des Flüssigkristalls C 35 Gew.-% oder weniger ist. Im Hinblick auf diese Verbindung, die die Flüssigkristall-Komponente C ist, war die Polarität der spontanen Polarisation minus, wenn an der optisch aktiven Stelle eine absolute Konfiguration vom S-Typ vorhanden war, und der Sinn der helikalen Drehung war links (wenn die absolute Konfiguration vom R-Typ war, waren sie plus und rechts). Wenn die ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung aus Verbindungen, in denen die spontane Polarisations-Polarität umgekehrt ist, hergestellt wird, ist der Wert der spontanen Polarisation gelegentlich klein, und die Reaktionseigenschaften sind ungewöhnlich schlecht (siehe z. B. japanische Offenlegungsschrift Nr. 231082/1986). Folglich ist die ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Verbindungen der Formeln (B-I) bis (B-V) und (X), in denen die spontanen Polarisations- Polaritäten in den meisten Fällen gleich sind, hergestellt werden.
Um die ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, die die ausgezeichneten Charakteristika durch Verwendung der Flüssigkristall-Komponente A, B und C aufweist, zu erhalten, wurden verschiedene Mischungsverhältnisse dieser Komponenten untersucht, und als Ergebnis wurde gefunden, daß das bevorzugte Verhältnis 5 bis 40 Gew.-% Flüssigkristall-Komponente A, 20 bis 75 Gew.-% Flüssigkristall-Komponente B und 5 bis 35 Gew.-% Flüssigkristall-Komponente C ist.
Verbindungen der Formeln (XI) bis (XV), die die Flüssigkristall-Komponenten D darstellen, sind chirale Verbindungen, die nicht so große spontane Polarisationswerte aufweisen, und sie spielen eine wichtige Rolle bei der Einstellung eines helikalen Abstandes. Dafür werden diese Verbindungen, wenn nötig, eingesetzt. Für die Verbindungen, die durch die Formeln (XI) bis (XV) dargestellt werden, ist der helikale Drehsinn rechts, wenn die absolute Konfiguration der Stelle optischer Aktivität ein S-Typ ist. Dieser helikale Drehsinn ist dem der Verbindungen der Formeln (B-I) bis (B-V) und (X) entgegengesetzt. Wenn daher die Verbindung, die durch eine der Formeln (XI) bis (XV) dargestellt wird, verwendet wird, kann die ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung mit einem verlängerten helikalen Abstand erhalten werden. Darüber hinaus ist die Polarität der spontanen Polarisation der Verbindungen, die durch die Formeln (XI) bis (XV) dargestellt werden, plus, wenn die Stelle optischer Aktivität vom S-Typ ist [allerdings ist bei Verbindungen, in denen Y in den Formeln (XIII) und (XIV) -CN ist, die spontane Polarisations-Polarität minus], und dieser spontane Polarisations-Sinn ist entgegengesetzt zu dem der Verbindungen, die durch die Formeln (B-I) bis (B-V) und (X) dargestellt werden. Wenn die Verbindungen der Formeln (XI) bis (XV) verwendet werden, sind die Werte der spontanen Polarisation sehr klein (etwa 1 nC/cm²), und die Konzentration ist gering. Daher beeinflussen diese Verbindungen die Durchführung der schnellen Reaktion in der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Zusammensetzung nicht negativ.
Typische Beispiele für die Verbindungen, die durch die Formeln (XI) bis (XIV) dargestellt werden und die die Flüssigkristall-Komponenten D ausmachen, sind folgende:
In Anbetracht der Tatsache, daß die Flüssigkristall- Komponente D zur Einstellung des helikalen Abstandes der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung verwendet wird, und der Tatsache, daß in der Komponente D der spontane Polarisationswert niedrig ist und die Reaktion nicht so schnell ist, und unter Berücksichtigung der Konzentrationen der Flüssigkristall-Komponenten A, B und C sowie des Effektes der Flüssigkristall-Komponente D, ist eine Konzentration der Flüssigkristall-Komponente D in der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung von 25 Gew.-% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Flüssigkristall-Komponenten A, B und C. Da die Flüssigkristall-Komponente D zum Zweck der Einstellung des helikalen Abstandes verwendet wird, sind die verwendbaren Verbindungen für die Flüssigkristall-Komponente D nicht auf die Verbindungen der Formeln (XI) bis (XIV) beschränkt. Es können auch andere Verbindungen, die folgende Stellen optischer Aktivität haben, in der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung verwendet werden.
Um die ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung mit ausgezeichneten Charakteristika durch Einsatz der Merkmale der Flüssigkristall-Komponenten A, B, C und D zu erhalten, werden diese Komponenten in einem Verhältnis von 5 bis 40 Gew.-% Flüssigkristall-Komponente A, 20 bis 75 Gew.-% Flüssigkristall-Komponente B und 5 bis 35 Gew.-% Flüssigkristall-Komponente C eingesetzt, der Anteil der Flüssigkristall-Komponente D beträgt 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Komponenten A, B und C.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die speziellen Flüssigkristall-Verbindungen in geeigneter Weise kombiniert, um eine ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung bereitzustellen, die schnelle Reaktionseigenschaften aufweist und eine SC*-Phase in einem ausgedehnten Temperaturbereich einschließlich Raumtemperatur annimmt.
Außerdem kann ein optisches Schaltelement, das die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Zusammensetzung enthält, einen scharfen Schaltvorgang durchführen und kann einen ausgezeichneten Kontrast und eine extrem schnelle Reaktion entweder in einem Doppelbrechungs-Anzeigesystem oder einem Guest/host-Anzeigesystem bereitstellen.

BEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Beispiele näher beschrieben, ohne durch diese Beispiele den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
Die Werte für die spontane Polarisation (PS) wurden durch das Sayer-Tower-Verfahren gemessen, die Werte für den helikalen Abstand (P) wurden durch direktes Messen des jeweiligen Abstandes zwischen den Stufenlinien (Dechiralisationslinien), die dem helikalen Abstand entsprechen, unter einem polarisierenden Mikroskop gemessen, wobei eine Zelle mit einer Dicke von etwa 200 um, welche der homogenen Ausrichtung unterworfen war, verwendet wurde. Die Kippwinkel (θ) wurden bestimmt, indem zunächst ein ausreichend hohes elektrisches Feld des kritischen Feldes oder mehr an die Zelle angelegt wurde, welcher der homogenen Ausrichtung unterworfen worden war, eine helikale Struktur aufgehoben wurde, die Polarität umgekehrt wurde und ein beweglicher Winkel (entsprechend 2θ) einer Extinktionsphase bei gekreuzten Nicol-Prismen gemessen wurde.
Die Reaktionszeit wurde bestimmt, indem jede Zusammensetzung in die Zelle mit einem Elektroden- Zwischenraum von 2 um gegeben wurde, welche einer Ausrichtungsbehandlung unterworfen worden war, und eine Änderung der Intensität von durchgelassenen Licht mit der Zeit gemessen wurde, wenn eine Rechteckwelle mit Vpp von 20 V und 100 Hz angelegt wurde.
In den unten angeführten Beispiele gibt es Zusammensetzungen, die chirale Verbindungen enthalten, welche keine Flüssigkristall-Phase wie z. B. eine SC*-Phase annehmen, aber große potentielle Werte für die spontane Polarisation aufweisen (z. B. siehe japanische Patentanmeldung Nr. 133,269/1986), und solche chiralen Verbindungen beeinträchtigen die Charakteristika der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung nicht negativ. Daher ist es akzeptabel, daß die Zusammensetzungen die chiralen Verbindungen enthalten.

BEISPIELE 1 BIS 17

Erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristall- Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 17 sind in Tabelle 14 aufgeführt, und die Charakteristika davon sind in Tabelle 15 aufgelistet.
Die Angaben in Tabelle 1 sind in Gew.-%. Tabelle 14 Beispiel Komponente Formel Verbindung Tabelle 14 (Fortsetzung) Beispiel Komponente Formel Verbindung Tabelle 14 (Fortsetzung) Beispiel Komponente Formel Verbindung Tabelle 14 (Fortsetzung) Beispiel Komponente Formel Verbindung Tabelle 14 (Fortsetzung) Beispiel Komponente Formel Verbindung Tabelle 14 (Fortsetzung) Beispiel Komponente Formel Verbindung Tabelle 14 (Fortsetzung) Beispiel Komponente Formel Verbindung Tabelle 15 Beispiel Phasen-Übergangs-Temp. (ºC) Spontaner Polarisationswert** (nC/cm²) Helicale Ganghöhe** (um) Kippwinkel** (º) Reaktionszeit** (usec) ** Werte bei 25ºC gemessen Tabelle 15 (Fortsetzung) Beispiel Phasen-Übergangs-Temp. (ºC) Spontaner Polarisationswert** (nC/cm²) Helicale Ganghöhe** (um) Kippwinkel** (º) Reaktionszeit** (usec) ** Werte bei 25ºC gemessen *** Es wurde keine Kristallisation beobachtet, selbst wenn jede Probe auf -50 ºC gekühlt wurde, und dementsprechend war der Schmelzpunkt undefiniert.

BEISPIEL 18

Die in Beispiel 10 hergestellte Flüssigkristall- Zusammensetzung wurde in eine Zelle gebracht, die durch Beschichten von PVA mit einem Ausrichtungsagens und anschließendes Reiben an den Oberflächen, um eine parallele Ausrichtung durchzuführen, hergestellt worden war. Die Zelle wurde mit einem Paar transparenter Elektroden ausgestattet und wies einen Abstand von 2 um auf. Die Flüssigkristall-Zelle wurde zwischen zwei Polarisatoren, die im gekreuzten Nicol-Zustand angeordnet waren, gebracht, und es wurde ein Niedrigfrequenz-Wechselstrom von 0,5 Hz und 20 V an die Zelle angelegt. In dem so gebildeten Flüssigkristall-Anzeigeelement war das Schaltverhalten scharf und ausgezeichnet im Kontrast (1:20), und die Reaktionszeit war kurz, 25 usec bei 25 ºC.

BEISPIEL 19

Zu der in Beispiel 11 hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung wurden 3 Gew.-% des Farbstoffs D-16 der Antrachinon-Reihe (hergestellt durch BDH Co., Ltd.), der durch die Formel
dargestellt wird, gegeben, um eine Zusammensetzung vom Guest/host-Typ herzustellen. Die letztere wurde dann in eine Zelle mit einem Zellzwischenraum von 8 um gebracht, welche der gleichen Behandlung wie in Beispiel 18 unterworfen worden war. Ein Polarisator wurde so angeordnet, daß eine Polarisierungsebene parallel zur Molekülachse sein konnte, es wurde Niederfrequenz- Wechselstrom von 0,5 Hz und 40 V angelegt. In dem so gebildeten Farb-Flüssigkristall-Anzeigeelement war das Schaltverhalten scharf und im Kontrast ausgezeichnet (1:10), die Reaktionszeit war kurz, 80 usec bei 25 ºC.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung, welche mindestens eine chirale Verbindung mit einer Stelle optischer Aktivität, die durch die Formel (A) dargestellt wird

worin R¹ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,

und mindestens eine nicht-chirale Verbindung, die irgendeine Phase aus einer smektischen C-Phase, einer smektischen I-Phase, einer smektischen F-Phase, einer smektischen G-Phase, einer smektischen H-Phase, einer smektischen J-Phase oder einer smektischen K-Phase hat, umfaßt.

2. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher die chirale Verbindung, die eine Stelle optischer Aktivität, die durch die Formal (A) dargestellt wird, hat, eine chirale Verbindung der Formel (B) ist

worin R² eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R³ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, jeder der

und

unabhängig

sind und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt, und die nicht-chirale Verbindung, die irgendeine Phase aus einer smektischen C-Phase, einer smektischen I-Phase, einer smektischen F-Phase, einer smektischen G-Phase, einer smektischen H-Phase, einr smektischen J-Phase oder einer smektischen K-Phase aufweist, eine Verbindung der Formel (C) ist

worin

und

jeweils unabhängig

oder

ist, R&sup4; und R&sup5; gleich oder verschieden sind und jedes von ihnen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe, Alkoxygruppe oder Alkanoyloxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und l, m und n jeweils gleich 0 oder 1 sind.

3. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, in der mindestens drei unten erwähnte Flüssigkristallkomponenten A, B und C enthalten sind, wobei das Verhältnis dieser Komponenten 5 bis 40 Gew.-% A, 20 bis 75 Gew.-% B und 5 bis 35 Gew.-% C, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei genannten Komponenten ist:

- die Flüssigkristallkomponente A, die aus einer oder mehreren der Verbindungen, die aus der aus Verbindungen der folgenden Formeln (B-I), (B-II), (B-III), (B-IV) und (B-V) bestehenden Gruppe ausgewählt sind, besteht;

die Formel (B-I):

worin R&sup6; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; R&sup7; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt;

die Formel (B-II):

worin R&sup8; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R&sup9; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,

die Formel (B-III):

worin R¹&sup0; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R¹¹ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,

die Formel (B-IV):

worin R¹² eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R¹³ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt, und

die Formel (B-V):

worin R¹&sup4; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R¹&sup5; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,

die Flüssigkristallkomponente B, die sich aus einer oder mehreren Verbindungen der aus den Verbindungen der Formeln (C-VI), (C-VII), (VIII) und (IX) bestehenden Gruppe zusammensetzt;

die Formel (C-VI):

worin R¹&sup6; und R¹&sup7; gleich oder verschieden sind und jede von ihnen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist,

die Formel (C-VII):

worin R¹&sup8; und R¹&sup9; gleich oder verschieden sind und jede von ihnen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist,

die Formel (VIII):

worin R²&sup0; und R²¹ gleich oder verschieden sind und jede von ihnen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und

die Formel (IX):

worin R²² eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, X fehlt oder -O- ist, k ein Wert von 0 bis 10 ist, und (±) eine racemische Verbindung anzeigt,

die Flüssigkristallkomponente C, die sich aus einer oder mehreren der Verbindungen, die durch die Formel (X) dargestellt werden, zusammensetzt,

worin R²³ eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, Y gleich -H, -F oder CN ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt.

4. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher mindestens drei in Anspruch 3 beschriebene Flüssigkristallkomponente sowie eine vierte Komponente aus der folgenden Fiüssigkristallkomponente D vorliegen, wobei das Verhältnis der Komponente D 5 bis 25 Gew.-% zu dem Gesamtgewicht der drei Komponenten A, B und C ist, und die Flüssigkristallkomponente D ein oder mehrere Glieder der aus den Verbindungen der folgenden Formeln (XI), (XII), (XIII), (XIV) und (XV) bestehenden Gruppe umfaßt;

die Formel (XI):

worin R²&sup4; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,

die Formel (XII):

worin R²&sup5; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,

die Formel (XIII):

worin R²&sup6; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, Z -H, -F oder -CN ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,

die Formel (XIV):

worin R²&sup7; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, W -H, -F oder -CN ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt,

die Formel (XV):

worin R²&sup8; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom anzeigt.

5. Optisches Schaltelement, das eine in einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4 beschriebene Flüssigkristall- Zusammensetzung enthält.