DE68910418T2

DE68910418T2 - Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung.

Info

Publication number: DE68910418T2
Application number: DE89114182T
Authority: DE
Inventors: Kenji Furukawa; Mitsuyoshi Ichihashi; Makoto Kikuchi; Fusayuki Takeshita; Kanetsugu Terashima
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2009-08-02
Also published as: DE68910418D1; US5141670A; JPH07786B2; EP0353708A2; JPH01256590A; EP0353708B1; EP0421012A1; KR900003330A; EP0421012B1; US5190691A; KR0146051B1; EP0353708A3; JPH0243283A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen mit raschen Ansprecheigenschaften, worin die Phasenübergangsreihe von der Hochtemperaturseite her die Reihenfolge isotrope Flüssigkeit T cholesterinartige Phase T chirale smektische C Phase einnimmt, ohne eine smektische Phase anzunehmen, und betrifft Schaltelemente unter Verwendung derselben.
Flüssigkristallverbindungen werden als Materialien in Anzeigeelementen weithin verwendet und die meisten dieser Flüssigkristallelemente sind vom TN-Typ Displaysystem (TN = twisted nematic = verdrillt nematisch) und die Flüssigkristallstoffe sind in der nematischen Phase.
Das Anzeigesystem vom TN-Typ hat Vorteile, wie etwa eine moderate Ermüdung der Augen und einen extrem kleinen Energieverbauch aufgrund seines nichtemissiven Typs, wohingegen es auch Nachteile hat, wie eine langsame Ansprechzeit und ein Verschwinden der Anzeige bei gewissen Sichtwinkeln.
In den vergangenen Jahren wurde dieses System solcherart verbessert, daß die Charakteristika von flachen Displays beibehalten wurden, und insbesondere werden eine schnellere Ansprechzeit und die Vergrößerung des Sichtwinkels gefordert.
Um diesen Bedarf zu erfüllen, wurden Verbesserungen bei Flüssigkristallmaterialien versucht. Jedoch scheint es, daß im Vergleich zu anderen Displays vom emissiven Typ (z.B. Elektroluminiszenzanzeigen und Plasmadisplays) das Display vom TN-Typ eine wesentlich langsamere Ansprechzeit und einen kleineren Sichtwinkel hat.
Damit die Charakteristika des Flüssigdisplayelements, etwa die Merkmale vom nichtemissiven Typ und der geringe Verbrauch von elektrischer Energie erhalten werden können und damit ein schnelles Ansprechverhalten, das dem der Displays vom emissiven Typ entspricht, sichergestellt werden kann, ist es wesentlich, ein neues Flüssigdisplaysystem anstelle des Displaysystems vom TN-Typ zu entwickeln.
In einem solchen Versuch wurde ein Displaysystem, worin das optische Schaltphänomen von ferroelektrischen Flüssigkristallen ausgenutzt wird von N.A. Clark und S.T. Lagewall vorgeschlagen (siehe Appl. Phys. Lett. 36, Seite 899, 1980)
Das Auftreten von ferroelektrischen Flüssigkristallen wurde erstmals 1975 von R.B. Mayer et al. bekanntgegeben (siehe J. Phys., 36, Seite 69, 1975), und aus struktureller Sicht gehören diese Kristalle zur chiralen smektischen C-Phase, der chiralen smektischen I-Phase, der chiralen smektischen F-Phase, der chiralen smektischen G-Phase und der chiralen smektischen H-Phase (im Folgenden einfach bezeichnet als "SC*", "SI*", "SF*", "SG*" bzw. SH*").
Bei der chiralen smektischen Phase liegen Moleküle in Schichten vor und sind bezüglich der Oberfläche der Schicht geneigt, und die helikale Achse verläuft zu dieser Schichtoberfläche vertikal. In der chiralen smektischen Phase tritt spontane Polarisation auf, und daher drehen sich, wenn ein elektrisches Gleichstromfeld an diese Schichten-parallel zu den Schichten angelegt wird, die Moleküle um die helikale Achse in Übereinstimmung mit ihrer Polarität. Das Displayelement aus ferroelektrischen Flüssigkristallen nutzt dieses Schaltphänomen aus.
Heutzutage wird unter den chiralen smektischen Phasen besondere Aufmerksamkeit auf die SC*-Phase gerichtet.
Das Anzeigesystem, bei dem das Schaltphänomen der SC*-Phase ausgenutzt wird, kann weiterhin in zwei Typen eingeteilt werden: ein System vom Doppelbrechungstyp, das zwei Polarisatoren verwendet und ein System vom Gast/Wirt-Typ unter Verwendung eines dichroitischen Farbstoffs.
Merkmale dieses Displaysystems sind:
(1) Die Ansprechzeit ist sehr kurz.
(2) Memory-Eigenschaften liegen vor.
(3) Die Leistungsfähigkeit des Displays wird durch den Sichtwinkel nicht beeinflußt.
Somit haben die Displaysysteme die Möglichkeit, eine Anzeige von hoher Dichte zu erzielen, und werden für effektiv verwendbar in Displayelementen gehalten. Jedoch sind auch bei diesen Displaysystemen noch viele Probleme zu lösen.
Mit den Displaysystemen, die das Schaltphänomen der SC*- Phase nutzen, gehen beispielsweise die folgenden Problemen einher:
(1) Die Schichten deformieren sich zur Form des Buchstaben L (die resultierende Form wird "Säbelstruktur" genannt) und daher wird ein zickzackförmiger Defekt ausgebildet;
(2) die Moleküle nehmen eine nach innen erweiterte Anordnung an und daher können vollständige Memoryeigenschaften nicht erhalten werden; und
(3) um die Memoryeigenschaften sicherzustellen, ist es erforderlich, die Dicke der Zelle auf 2 um oder weniger einzustellen, aber die Massenproduktion einer solchen Zelle ist bei den gegenwärtigen Fabrikationstechniken schwierig. Insbesondere die Probleme unter (1) und (2) müssen für Displays gelöst werden, die ferroelektrische Flüssigmaterialien als Displayelemente nutzen, um die Verschlechterung der Displayqualität zu verhindern.
Jedoch haben kürzlich C. Bowry et al. eine neue Idee vorgeschlagen, um die obigen Probleme zu lösen [siehe Euro Display 87, 33 (1987)]
Sie stellen fest, daß, wenn eine Zelle, auf die SiO schräg abgelagert worden war, verwendet wird und als SC*-Material Verwendung von einem Material gemacht wird, dessen Phasenübergangsreihe die ISO T N* T SC* (worin ISO für eine isotrope Flüssigkeit steht und N für eine cholesterinartige Phase steht) ist, die obige Struktur mit der Form des Buchstaben L vermieden werden kann, so daß der Zickzackdefekt kaum erkannt wird. Gemäß ihrer Idee erzielte die Verwendung einer Zelle mit einem schräg abgeschiedenen dünnen Film gute Memoryeigenschaften.
Daher wurde vor kurzem die Untersuchung von Displayelementen unter Verwendung von ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien dieses Systems sehr populär.
Jedoch gibt es wenige praktische ferroelektrische Flüssigkristallmaterialien, die eine ISO T N* T SC* Typ Phasenübergangsreihe haben. Beispielsweise können, da ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen für Gast/Wirt-Typ-Displayelemente, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 22889/1987, die vom gegenwärtigen Anmelder eingereicht wurde, eine Phasenübergangsreihe vom ISO T N* T SC* Typ annehmen, diese im System, das von C. Bowry et al. vorgeschlagen wurde, verwendet werden.
Jedoch ist die Ansprechzeit der ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzungen, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 22889/1987 offenbart ist, sehr lang (beispielsweise im Fall einer ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung, die in Beispiel 4 offenbart ist), und ist nicht praxisgerecht.
Infolgedessen wird nach einer weiteren Verbesserung im Ansprechverhalten nachdrücklich verlangt.
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung mit schnellen Ansprecheigenschaften zur Verfügung zu stellen, die einen Übergangstyp von isotroper Flüssigkeit T cholesterinartiger Phase T chiraler smektischer C Phase hat und eine SC* Phase über einen weiten Temperaturbereich einschließlich der Raumtemperatur annimmt.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Schaltelement mit ausgezeichneten Ansprecheigenschaften zur Verfügung zu stellen, das diese Flüssigkristallzusammensetzung verwendet.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung zur Verfügung gestellt, die schnelle Ansprecheigenschaften hat, dadurch gekennzeichnet, daß die ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung jeweils mindestens enthält:
Eine Komponente A aus einer oder mehreren Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen der Formel (I):
worin R¹ und R², die gleich oder verschieden sein können, jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellen; und Verbindungen der Formel (II):
worin R³ und R&sup4;, die gleich oder verschieden sein können, jeweils eine Alkylgruppe oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellen;
eine Komponente B einer Verbindung der Formel (III):
worin R&sup5; eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet;
eine Komponente C einer Verbindung der Formel (IV)
worin R&sup6; eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt, x
- O- oder -O -
darstellt, Y ein Wasserstoffatom oder ein Halogenatom darstellt und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet; und
eine Komponente D einer Verbindung der Formel (V)
worin R&sup7; eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt, n eine Ganzzahl von 0 bis 10 ist, Z ein Wasserstoffatom oder ein Halogenatom darstellt und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet,
wobei der Anteil der Komponente A 20 bis 80 Gew.%, der der Komponente B 5 bis 30 Gew.%, der der Komponente C 3 bis 10 Gew.% und der der Komponente D 3 bis 20 Gew.% beträgt, wobei vorzugsweise der Anteil der Komponente A 50 bis 75 Gew.%, der der Komponente B 10 bis 30 Gew.%, der der Komponente C 3 bis 7 Gew.% und der der Komponente D 3 bis 20 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge der vier Komponenten A, B, C und D, ist, und die Phasenübergangsreihe von der Hochtemperaturseite her eine isotrope Flüssigkeit T eine cholesterinartige Phase T eine chirale smektische C-Phase in dieser Reihenfolge einnimmt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung zur Verfügung gestellt, die mindestens die Komponenten A, B, C und D, die oben definiert wurden, umfaßt, sowie eine Komponente E einer Verbindung der Formel (VI):
worin R&sup8; eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt, R&sup9; eine Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstof fatomen darstellt und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet, wobei die Menge der Komponente E 3 bis 10 Gew.% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten A, B, C und D und die Phasenübergangsreihe dieser Zusammensetzung, ausgehend von der Hochtemperaturseite, die Reihenfolge einer isotropen Flüssigkeit T einer cholesterinartigen Phase T einer chiralen smektischen C-Phase annimmt.
In den Formeln (I) bis (VI) beträgt die Anzahl der Kohlenstoffatome von Alkyl- oder Alkoxygruppen vorzugsweise 6 bis 12 in R¹ und R², 4 bis 14 in R³ und R&sup4;, 5 bis 16 in R&sup5;, 5 bis 12 in R&sup6;, 6 bis 12 in R&sup7;, 3 bis 7 in R&sup8; und 4 bis 6 in R&sup9;.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Schaltelement zur Verfügung gestellt, das die ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung ausnutzt, die im ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde.
Die durch die allgemeinen Formeln (I) und (II) dargestellten Verbindungen, die die Komponente A, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, konstituieren, sind nichtchirale Verbindungen, nehmen aber eine SC-Phase etc. an, und da sie sehr niedrige Viskositäten haben, sind sie als Zusammensetzung einer Grundlage für eine smektische Phase sehr nützlich. Obwohl die Erfinder deren Verwendbarkeit in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 291679/1986 offenbart haben, sind sie auch als Komponente der ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung sehr nützlich, auf die die vorliegende Erfindung abzielt.
Beispielsweise sind die Phasenübergangstemperaturen der Verbindung der allgemeinen Formel (I), worin R¹ = C&sub6;H&sub1;&sub3;- und R² = C&sub8;H&sub1;&sub7;- : Cr-26ºC-SC-47ºC-SA-58ºC-N-65ºC-ISO, worin N eine nematische Phase bedeutet; die Verbindung nimmt in einem relativ niedrigen Temperaturbereich eine SC-Phase ein, während die Phasenübergangstemperaturen in der Verbindung der Formel (II) mit R³ = C&sub7;H&sub1;&sub5;- und R&sup4; = C&sub8;H&sub1;&sub7;betragen: Cr-58ºC-SC-134ºC-SA-144ºC-N-157ºC-ISO, und die Verbindung nimmt eine SC-Phase in einem relativ hohen Temperaturbereich an. Wenn daher eine Verbindung, dargestellt durch die allgemeine Formel (I), mit einer Verbindung, dargestellt durch die allgemeine Formel (II), kombiniert wird, kann eine SC Grundmischung mit einer SC Phase über einen breiten Temperaturbereich von einem niedrigen Temperaturbereich bis zu einem hohen Temperaturbereich erhalten werden.
Von nichtchiralen Verbindungen, dargestellt durch die allgemeine Formel (I) oder (II), die als Komponente A der vorliegenden Erfindung dienen, sind typische Verbindungen, die eine SC Phase etc. einnehmen, die in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 aufgelisteten Verbindungen. Tabelle 1 Verbindungen dargestellt durch R¹ Tabelle 2 Verbindungen dargestellt durch: Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung)
Als nichtchirale Verbindungen, dargestellt durch die allgemeine Formel (I) oder (II), die als Komponenten der vorliegenden ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung verwendet werden, sind solche mit einer SC Phase bevorzugt, obwohl Verbindungen, die keine SC Phase einnehmen, verwendet werden können, falls die Verbindungen Komponenten sein sollen, die in Mengenbereichen verwendet werden, in denen die Verbindungen den SC*-Phasentemperaturbereich der resultierenden ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung nicht äußerst eng machen, und die die Viskosität erniedrigen oder den SC* Phasentemperaturbereich einstellen.
Die durch die allgemeine Formel (III) dargestellten Verbindungen, die als die Komponente B dienen, sind chirale Verbindungen, offenbart in der japanischen Offenlegungsschrift 219251/1984, eingereicht vom gegenwärtigen Anmelder, sind nicht groß in der spontanen Polarisation, nehmen keine SA Phase an, haben eine SC* Phase in einem sehr hohen Temperaturbereich und weisen eine cholesterinartige Phase in einem sehr breiten Temperaturbereich auf (beispielsweise Cr-81ºC-SC*-131ºC-N*- 175ºC-ISO im Fall von R&sup5; = C&sub8;H&sub1;&sub7;O-). Daher spielen die Verbindungen, die durch die allgemeine Formel (III) dargestellt werden und als Komponente B dienen, eine sehr wichtige Rolle dafür, daß die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen Phaseübergang vom ISO T N* T S* Typ aufweist.
Als Verbindungen, die durch die Formel (III) dargestellt werden und die Komponente B in der vorliegenden Erfindung konstituieren, sind die folgenden Verbindungen typisch:
Die durch die Formel IV dargestellten Verbindungen, die als die Komponente C dienen, sind chirale Verbindungen, über die Patentanmeldungen vom vorliegenden Anmelder eingereicht und offengelegt wurden (beispielsweise siehe japanische Offenlegungsschrift Nrn. 43/1986 und 210056/1986), viele von ihnen weisen einen Phasenübergang von ISO T N* T SC* Typ auf, wie die Verbindungen, die durch die Formel III dargestellt werden und als Komponente B dienen, und da sie eine N* Phase und eine SC* Phase in einem Hochtemperaturbereich einnehmen, spielen sie eine wichtige Rolle dabei, daß die ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung erfindungsgemäß einen Phasenübergang vom ISO T N* T SC* Typ aufweist.
Ferner besteht als Regel zwischen der Ansprechzeit (Responsezeit) (τ), dem Spontanpolarisationswert (PS) und der Viskosität (η) eines ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials die folgende Beziehung:
worin E die elektrische Feldintensität darstellt, und daher wird von solch einer Verbindung gewünscht, daß sie eine niedrige Viskosität und einen großen Spontanpolarisationswert hat. Da die durch die Formel IV dargestellten Verbindungen, die die Komponente C konstituieren, hohe spontane Polarisationswerte haben (= 100 nC/cm²), spielen sie eine wichtige Rolle dabei, daß die ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung der vorliegenden Erfindung einen Phasenübergang vom ISO T N* T SC* Typ und eine rasche Ansprechzeit aufweist.
Beispielsweise betragen die Phasenübergangstemperaturen der die durch die Formel (IV) dargestellten Verbindungen, worin
R&sup6; = C&sub6;H&sub1;&sub3;O-, X = -O -, und Y = -H ist Cr-71ºC-SC*-98ºC-N*-123ºC-ISO, und der sponane Polarisationswert ist 110 nC/cm² (T-TC = -30ºC)
Ferner sind die Phasenübergangstemperaturen der Verbindung, worin R&sup6; = C&sub8;H&sub1;&sub7;O-, X = -O - und Y = -F, Cr-52ºC-SC*-104ºC-N*-109ºC-ISO, und der spontane Polarisationswert beträgt 132 nC/cm² (T-TC = -30ºC).
Selbst die durch die Formel (IV) dargestellten Verbindungen, die eine SA-Phase haben, können als Komponente verwendet werden, die zur Bewirkung eines raschen Ansprechverhaltens eingebaut werden, so lange ihre Menge in einem Bereich liegt, in dem sie die Phasenübergangsreihe (ISO T N* T SC*-Typ) der ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht negativ beeinflussen.
Als die durch die Formel (IV) dargestellten Verbindungen, die als die Komponente C der vorliegenden Erfindung dienen, können typischerweise die folgenden Verbindungen angeführt werden:
Die durch die Formel (V) dargestellten Verbindungen, die als Komponente D dienen, sind chirale Verbindungen, über die eine Patentanmeldung vom vorliegenden Anmelder eingereicht und offengelegt wurde (siehe japanische Offenlegungsschrift Nr. 169765/1987), haben niedrige Viskositäten, der Temperaturbereich der SC* Phase erstreckt sich auf sehr niedrige Temperaturen, und sie spielen eine Rolle zur Herabsetzung der Untergrenze der SC* Phase in der ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise betragen die Phasenübergangstemperaturen der durch die allgemeine Formel (V) dargestellten Verbindung, in der R&sup7; = C&sub8;H&sub1;&sub7;-, Z = -F, und n = 5: Cr-10ºC-SC*-33ºC-SA-43ºC-ISO, und die Phasenübergangstemperaturen der durch die allgemeine Formel (V) dargestellten Verbindung, in der R&sup7; = C&sub9;H&sub1;&sub8;-, Z = -H und n = 4 betragen, sind Cr-10ºC-SC*-47ºC-SA-59ºC-ISO.
Als durch die Formel (V) dargestellte Verbindungen, die als Komponente D dienen, können typischerweise die folgenden Verbindungen angeführt werden:
Obwohl die vorliegende Erfindung erzielt werden kann, indem die obigen Komponente A, B, C und D kombiniert werden, kann, wenn die Komponente E, die nachfolgend angegeben wird, außerdem zugegeben wird, eine sehr praktische ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, die in ihren Ansprecheigenschaften verbessert ist, zur Verfügung gestellt werden.
Die Verbindungen, die durch die allgemeine Formel (VI) dargestellt werden und als Komponente E dienen, sind chirale Verbindungen, über die eine Patentanmeldung eingereicht wurde (siehe japanische Offenlegungsschrift Nr. 103 977/1987), weisen einen Phasenübergang vom ISO T N* T SC*-Typ auf, wie die Verbindungen, dargestellt durch die allgemeine Formel (III), die die Komponente B sind, und die N* Phase und SC* Phase liegt in Bereichen hoher Temperatur vor. Da ferner ihre spontane Polarisation sehr groß ist (≈ 300* nC/cm²), weisen sie in der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Zusammensetzung einen Phasenübergang vom ISO T N* T SC* Typ auf und spielen gleichzeitig eine wichtige Rolle zur Darstellung eines raschen Ansprechverhaltens (beispielsweise betragen im Fall daß R&sup8; = C&sub6;H&sub1;&sub3;O- und R&sup9; = -OC&sub4;H&sub9;, die Phasenübergangstemperaturen: Cr-88ºC-SC*-104ºC-N*-113ºC-ISO, und der spontane Polarisationswert beträgt 378 nC/cm² (T-TC = -10ºC)).
Es ist bevorzugt, als die durch die Formel (VI) dargestellten Verbindungen Verbindungen mit einer SC* Phase zu verwenden, die mit den Verbindungen, dargestellt durch die Formel (I) oder (II), die als Komponente A dienen, kompatibel sind, und selbst wenn sie keine SC* Phase haben, treten wenn sie mit der Komponente A gemischt werden, die SC* Phase und die N* Phase über einen breiteren Temperaturbereich auf.
Infolgedessen können selbst Verbindungen, die die SC* Phase nicht aufweisen, in der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung verwendet werden. Typische Verbindungen der durch die Formel (VI) dargestellten Verbindungen, die als Komponente E dienen, sind die folgenden:
Um Flüssigkristallzusammensetzungen mit den beabsichtigten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, wobei beste Verwendung von den Eigenschaften der Komponenten A, B, C, D und E gemacht wird, wurden die Anteile der Komponenten A, B, C, D und E auf verschiedene Weisen untersucht, und wie zuvor festgestellt, wurde gefunden, daß die Anteile geeigneterweise so sind, daß die Komponente A einer Menge von 20 bis 80 Gew.%, die Komponente B in einer Menge von 5 bis 30 Gew.%, die Komponente C in einer Menge von 3 bis 10 Gew.%, die Komponente D in einer Menge von 3 bis 20 Gew.% verwendet wird, und die Menge der Komponente E 3 bis 10 Gew.% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten A, B, C und D, was zur Vervollständigung der vorliegenden Erfindung führte.
Wenn die verwendeten Mengen der Komponenten A, B, C, D und E kleiner sind als die Untergrenzen, ist der Effekt der Mischung der Komponenten A, B, C, D und E nicht ausreichend.
Bezüglich der Komponente A wird, obwohl sie von sehr niedriger Viskosität ist und als Sm Grundmischung verwendbar ist, falls die Menge der Komponente A 80 Gew.% der Zusammensetzung übersteigt, die Menge an chiralen Verbindungen relativ herabgesetzt, die spontane Polarisation nimmt ab und die Ansprechzeit wird negativ beeinflußt.
Bezüglich der Komponente B wird, obwohl sie eine cholesterinartige Phase über einen breiten Bereich aufweist, wenn ihre Menge 30 Gew.% der Zusammensetzung übersteigt, die Viskosität der Zusammensetzung hoch und die Ansprechzeit negativ beeinflußt.
Bezüglich der Komponente C zeigen viele der Verbindungen, die als Komponente C dienen, den ISO T N* T SC* Phasenübergang auf, einige von ihnen haben eine SA Phase, und da die Komponente C die Viskosität der Zusammensetzung erhöht und die Ansprechzeit negativ beeinflußt, beträgt die Obergrenze des Anteils an Komponente C 10 Gew.%.
Bezüglich der Komponente D beträgt, obwohl die Komponente C von niedriger Viskosität ist und der Temperaturbereich der SC Phase der Komponente D sich zu niedrigen Temperaturen erstreckt, der Anteil der Komponente D bis zu 20 Gew.%, da die Komponente D eine SA Phase aufweist.
Bezüglich der Komponente E wird, obwohl die Komponente E die N* Phase und die SC* Phase in Bereichen hoher Temperatur hat und die spontane Polarisation sehr groß ist, falls die Menge der Komponente E 10 Gew.% übersteigt, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten A, B, C und D, die Viskosität der Zusammensetzung hoch und die Ansprechzeit negativ beeinflußt, so daß die Obergrenze der Menge an Komponente E 10 Gew.% beträgt.
Wenn die vorliegende Flüssigkristallzusammensetzung als Grundzusammensetzung verwendet wird, kann ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial, das frei von jedwedem Zickzackdefekt ist, gute Orientierungscharakteristika aufweist und ein rasches Ansprechverhalten hat, erhalten werden, und wenn das Flüssigkristallmaterial verwendet wird, kann ein Flüssigkristallelement das recht gut an Kontrast, gut in Memoryeigenschaften und hoch in Ansprechgeschwindigkeit ist, zur Verfügung gestellt werden.
Als einzigartige Anwendungen der vorliegenden ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung können beispielsweise Hochgeschwindigkeitsflüssigkristall- Verschlusse und High-Definition Flüssigkristall-Displays erwähnt werden.

Beispiele

Im folgenden wird die Erfindung im größeren Detail unter Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung durch die Beispiele nicht beschränkt.
Verschiedene Messungen wurden in der vorliegenden Erfindung nach den nachfolgend gezeigten Methoden durchgeführt.
Der Wert der Spontanpolarisation (PS) wurde nach der Sawyer-Tower-Methode gemessen und der Tiltwinkel (Θ) wurde bestimmt, indem zuerst ein elektrisches Feld, das hinreichend höher als das kritische Feld war, an die Zelle angelegt wurde, die einer homogenen Ausrichtung unterworfen worden war, dann Beseitigung der helikalen Struktur, Umkehrung der Polarität und Messung des mobilen Winkels (entsprechend 2 Θ) der Extinktionsposition unter gekreuzten Nicolschen Prismen vorgenommen wurde.
Die Ansprechzeit wurde bestimmt, indem jede Zusammensetzung in die Zelle mit einem Elektrodenabstand von 2 um, die einer Ausrichtbehandlung unterworfen worden war, eingefüllt wurde und die Veränderung der Intensität des durchgelassenen Lichts zu der Zeit gemessen wurde, wenn Rechteckwellen mit einem Vpp von 20 V und 1 KHz angelegt wurden.
Die SC* Ganghöhe wurde bestimmt, indem direkt der Abstand zwischen den Streifenlinien (Dechiralisierungslinien), der der helikalen Ganghöhe entspricht, unter einem Polarisationsmikroskop unter Verwendung einer Zelle mit einer Dicke von etwa 200 um, die einer homogenen Behandlung unterworfen worden war, gemessen wurde.
Die N* Ganghöhe wurde indirekt durch Messung des Abstands (L) zwischen den Liniendefekten (Disklinationslinien) unter einem Polarisationsmikroskop unter Verwendung einer keilartigen Zelle gemessen wurde, beruhend auf der theoretischen Beziehung:
P (Ganghöhe) = 2 L tan Θ, worin Θ den Tiltwinkel der keilartigen Zelle darstellt.
Obwohl in einigen Beispielen die Zusammensetzung zusätzlich zu den durch die Formeln (I) bis (VI) dargestellten Verbindungen andere Verbindungen zur Erhöhung der Ganghöhe der N* Phase oder der SC* Phase enthielt, führt der Einbau dieser Verbindungen zu keinem Problem, da sie die Eigenschaften der ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht verschlechtern würden.

Beispiel 1

Die durch die Formel (I) bis (V) dargestellten Verbindungen wurden zur Herstellung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung mit der folgenden Formulierung verwendet: Komponente A Komponente Komponente zusätzlich
Die obige ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung zeigt die folgenden Phasenübergangstemperaturen:
Bei 25ºC betrug der PS 5 nC/cm², der Tiltwinkel betrug 35º und die Responsezeit betrug 660 us. Die Ganghöhe der N* Phase betrug 18 um bei 73ºC und die Ganghöhe der SC* Phase betrug 6 um bei 25ºC.
Die Orientierungscharakteristika waren sehr gut, und als die Zusammensetzung in eine Zelle gegossen wurde, die einer Schrägablagerung von SiO unterworfen worden war und eine Zellendicke von 2 um und transparente Elektroden hatte, wurde eine gleichmäßige defektfreie Orientierung und ein Flüssigkristallelement mit einem sehr guten Kontrast (nicht weniger als 1:20) erhalten.
Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, wurde gefunden, daß durch Kombination von Verbindungen, dargestellt durch die Formel (I) bis (V) gemäß der Erfindung eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, die die SC* Phase über einen breiten Temperaturbereich einschließlich Raumtemperatur und eine Phasenübergangsreihe vom ISO T N* T SC aufweist und schnelle Ansprecheigenschaften hat, erhalten werden kann.

Beispiel 2

Die durch die Formeln (I) bis (VI) dargestellten Verbindungen wurden zur Herstellung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung der folgenden Formulierung verwendet: Komponente A Komponente Komponente zusätzlich
Die obige ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung zeigte die folgenden Phasenübergangstemperaturen:
Der PS betrug 17 nC/cm² bei 25ºC, der Tiltwinkel betrug 32º und die Ansprechzeit betrug 190 us. Ferner betrug die helikale Ganghöhe der N* Phase 32 um bei 71ºC und die Ganghöhe der SC* Phase betrug 10 um bei 25ºC.
Die Orientierungscharakteristika waren sehr gut, und als die Zusammensetzung in eine Zelle gegossen wurde, die eine Zellendicke von 2 um und transparente Elektroden wie die Zelle von Beispiel 1 hatte, wurde eine gleichmäßige Orientierung, die frei von Defekten war, und ein Flüssigkristallelement mit sehr gutem Kontrast (nicht weniger als 1:20) erhalten.
Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, wurde gefunden, daß durch Zugabe einer Verbindung, dargestellt durch die Formel (VI), die als Komponente E diente, zu einer Kombination von Verbindungen, dargestellt durch die Formeln (I) bis (V) die als Komponenten A, B, C und D gemäß der Erfindung gedient hatten, eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung erhalten werden konnte, die eine Phasenübergangsreihe vom ISO T N* T SC* Typ aufwies und in der Ansprechzeit weiter verbessert wurde, wodurch ein Hochgeschwindigkeitsansprechverhalten erhalten werden konnte.

Beispiele 3 bis 9

Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 oder 2 wurden ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen mit den Formulierungen, wie in Tabelle 3 gezeigt (wobei (S) die absolute Position bezeichnet) hergestellt und untersucht. Die Eigenschaften der in den Beispielen 3 bis 9 erhaltenen Flüssigkristallzusammensetzungen werden in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 3 Strukturformel Beispiel Nr. (Gew.%) Komponente: Formel Tabelle 3 (Fortsetzung) Strukturformel Beispiel Nr. (Gew.%) Komponente: Formel Zusätzliche Komponente Tabelle 4 Beispiel Nr. Phasenübergangstemperatur (ºC) Spontaner Polarisationswert** (nC/cm²) Tiltwinkel** (º) Responsezeit (us) Helikale Ganghöhe (um) ** Wert bei 25ºC

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung mit schnellen Ansprecheigenschaften, umfassend mindestens jeweils:

eine Komponente A aus einer oder mehreren Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen der Formel (I):

worin R¹ und R², die gleich oder verschieden sein können, jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellen; und Verbindungen der Formel (II):

worin R³ und R&sup4;, die gleich oder verschieden sein können, jeweils eine Alkylgruppe oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellen;

Komponente B, eine Verbindung, die durch Formel (III) ausgedrückt wird:

worin R&sup5; eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit jeweils 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet;

Komponente C, eine Verbindung, die durch die Formel (IV) ausgedrückt wird:

worin R&sup6; eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit jeweils 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt, x

- O- oder -O -

darstellt, Y ein Wasserstoffatom oder ein Halogenatom darstellt und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet; und

Komponente D, eine Verbindung, die durch die Formel (V) ausgedrückt wird:

worin R&sup7; eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit jeweils 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt, n eine Ganzzahl von 0 bis 10 ist, Z ein Wasserstoffatom oder ein Halogenatom darstellt und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet,

und der Anteil der Komponente A 20 bis 80 Gew.%, der von Komponente B 5 bis 30 Gew.%, der von Komponente C 3 bis 10 Gew.%, der von Komponente D 3 bis 20 Gew.% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der vier Komponenten A, B, C und D, und die Phasenübergangsreihe dieser Zusammensetzung von der Hochtemperaturseite her die Reihenfolge: isotrope Flüssigkeit T cholesterinartige Phase T chirale smektische C-Phase annimmt.

2. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A mindestens eine Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

3. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente B mindestens eine Verbindung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

4. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente C mindestens eine Verbindung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

5. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente D mindestens eine Verbindung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

6. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Komponente A 50 bis 75 Gew.%, der der Komponente B 10 bis 30 Gew.%, der der Komponente C 3 bis 7 Gew.% und der der Komponente D 3 bis 20 Gew.% beträgt.

7. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anzahl der Kohlenstoffatome von R¹ und R² 6 bis 12 beträgt, die von R³ und R&sup4; 4 bis 14 beträgt, die von R&sup5; 5 bis 16 beträgt, die von R&sup6; 5 bis 12 beträgt, die von R&sup7; 6 bis 12 beträgt.

8. Optisches Schaltelement unter Verwendung der ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 1.

9. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, umfassend mindestens die Komponenten A, B, C und D, die in Anspruch 1 definiert wurden, und eine Komponente E einer Verbindung der Formel (VI):

worin R&sup8; eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt, R&sup9; eine Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet, wobei die Menge der Komponente E 3 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten A, B, C und D beträgt und die Phasenübergangsreihe dieser Zusammensetzung von der Hochtemperaturseite her die Reihenfolge: isotrope Flüssigkeit T cholesterinartige Phase T chirale smektische C-Phase annimmt.

10. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente E

ist.

11. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Kohlenstoffatome von R&sup8; 3 bis 7 und die von R&sup9; 4 bis 6 beträgt.

12. Optisches Schaltelement unter Verwendung der ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung gemäß Anspruch 9.