DE69010731T2

DE69010731T2 - Ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung.

Info

Publication number: DE69010731T2
Application number: DE69010731T
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Funada; Mitsuhiro Koden; Tomoaki Kuratate
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-04-10
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: US5198151A; KR940000666B1; KR900016424A; DE69010731D1; EP0392432B1; EP0392432A2; JPH0347891A; EP0392432A3; JP2547857B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, und insbesondere betrifft sie eine ferroelektrische Flüssigkeitkristallzusammensetzung mit schnellem Ansprechvermögen und Speichercharakteristiken, die für Anzeigen hoher Kapazität geeignet ist.
Als Flüssigkristallanzeigen sind solche Gerätschaften, die nematische Flüssigkristalle wie jene vom TN-Typ (twisted nematic = gedreht nematisch) STN- Typ (super twisted nematic = super gedreht nematisch). DST-Typ (double layer super twisted nematic = super gedreht nematlsch mit Doppelschicht) und vom aktiven Matrixtyp einsetzen, in breitem Umfang verwendet worden. Allerdings sind Gerätschaften vom TN-, STN- und DST-Typ für Anzeigen mit großer Kapazität von mehr als tausend Zeilen bedingt durch die Beschränkung der Ansprechgrenze problembehaftet. Ferner ist die Aktivmatrix auf Grund der komplizierten Tafelstruktur teuer und im Hinblick auf die Produktionsausbeute mit Problemen behaftet. Außerdem ist jeder Typ der TN-, STN- und DST-Typ und der Aktivmatrix-Typ mit dem Problem des "engen Sichtwinkels" behaftet, solange sie auf dem TN-Modus für das Anzeigenprinzip flüssiger Kristalle basieren.
Andererseits ist in der ferroelektrischen Flüssigkristallanzeige vom SSF- Typ (surface stabilized ferroelektric = oberflächenstabilisiert, ferroelektrisch) die ferroelektrische Flüssigkristalle in der chiralen smektischen C-Phase verwendet [N. A. Clark. et. al. "Appl. Phys. Lett., 36, 899 (1988)], der Ansprechmodus von Flüssigkristallmolekülen gegenüber dem elektrischen Feld im Vergleich zu herkömmlichen, die nematische Phase verwendenden Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ziemlich unterschiedlich. Folglich können ein schnelles Ansprechverhalten und Speichercharakteristiken erhalten werden, die durch herkömmliche nematische Flüssigkristalle nicht möglich waren, was Anzeigen mit großer Kapazität ermöglicht, und darüberhinaus besitzen sie den Vorteil eines breiteren Sichtwinkels im Vergleich zu herkömmlichen Flüssigkristallen vom nematischen Typ.
Es gibt verschiedene physikalische Eigenschaften und Charakteristiken, die für in ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen verwendeten Flüssigkristallmaterialien erforderlich sind, und sie müssen folgende Bedingungen erfüllen:
(1) Betreibbarkeit und Lagerbarkeit innerhalb eines breiten Temperaturbereiches um die Raumtemperatur wie bei herkömmlichen nematischen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen;
(2) chemische Stabilität;
(3) Betreibbarkeit mit geringer Ansteuerspannung;
(4) schnelle Speichercharakteristiken, welche zum Erhalt einer Anzeigequalität ohne Flickern erforderlich sind, als eine Anzeigevorrichtung mit Abtastzeilen einer Anzahl von mehr als 1000 Zeilen;
(5) befriedigendes Orientierungsvermögen und
(6) geeigneten Neigungswinkel.
Allerdings ist es derzeit extrem schwierig, alle diese erforderlichen Bedingungen mit einer einzelnen Verbindung zu erfüllen, und somit wird eine Vielzahl von zu einer Flüssigkristallzusammensetzung vermischten Verbindungen als eine Vorrichtung angewandt. Derzeit werden zur Herstellung von Flüssigkristallen, die zur Erfüllung der Anforderungen in der Lage sind, die folgenden Mittel häufig verwendet:
(1) eine Verbindung mit großer spontaner Polarisation wird einer Flüssigkristallzusammensetzung hinzugesetzt, die eine smektische C-Phase zeigt, oder
(2) eine Verbindung wird einer Verbindung mit extrem schnellem Ansprechvermögen und Speichercharakteristiken zur Verringerung der Viskosität und zur Regulierung der Übergangstemperatur hinzugesetzt.
Allerdings kann derzeit nicht behauptet werden, daß ein schnelles Ansprechvermögen, das für eine Anzeige großer Kapazität erforderlich ist, erhalten werden kann, und nur kleine Werte können ebenfalls für Speicherwinkel in den meisten Fällen erhalten werden.
In bezug auf die Speichercharakteristiken von ferroelektrischen Flüssigkristallen besteht ferner das Problem, daß ein bistabiler Speicherzustand mit einem eine große spontane Polarisation Ps aufweisenden Material zu erhalten ist, was als notwendig für die Entwicklung von schnellem Ansprechvermögen angesehen wird, wie es in dem Vortrag von Yoshida et. al., beim "13 th Meeting For Liquid Crystals (1987, Vortragsnr. 2Z15, Vorbereitungsbericht Seiten 142-143) gezeigt ist.
Außerdem ist es bekannt, etwa 2 bis 9% einer eine Fluoralkylgruppe enthaltenden Flüssigkristallverbindung zu einer chiralen smektischen Flüssigkristallzusammensetzung hinzuzusetzen (siehe ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 63 (1988) - 27451).
Die EP-A-255 236 offenbart Perfluoralkyl-substituierte flüssigkristalline Verbindungen, die eine chirale Alkylgruppe enthalten, für die Verwendung in flüssigkristallinen Mischungen. Es ist ersichtlich, daß die Perfluoralkylverbindung ein Hauptbestandteil in den Flüssigkristallzusammensetzungen ist. In den Beispielen llegt die Perfluoralkylverbindung in einer Menge von etwa 10 % bis etwa 50% vor.
Unter der vorausgehenden Situation haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung in Betracht gezogen, daß die Charakteristiken von ferroelektrischen Flüsslgkristallanzeigevorrichtungen, wie die Ansprech- und Speichercharakteristiken, nicht von der Eigenschaft des Hauptteils, dem Orientierungsverfahren für das Flüssigkristallmaterial und dem Zellaufbau abhängen, sondern in starkem Maße von derWechselwirkung an der Grenzfläche zwischen den Flüssigkristallen und dem Substrat abhängig sind, und sie haben eingehende Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, die Charakteristiken der Vorrichtung durch Verbesserung der wechselwirkenden Anteile zwischen den Flüssigkristallen und dem Substrat zu verbessern.
Als Ergebnis haben wir die vorliegenden Erfindung basierend auf der Erkenntnis bewerkstelligt, daß eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung mit beträchtlich verbesserten Ansprecheigenschaften und Speichercharakteristiken erhalten werden kann, indem ein spezifischer Perfluoralkyl enthaltener Flüssigkristall oder eine Flüssigkristall-kompatible Verbindung in einer bestimmten geringen Menge einer ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung als eine Basismaterial hinzugesetzt wird (die Zusammensetzung wird nachfolgend manchmal als flüssige Basiskristalle bezeichnet).
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung bereitgestellt, die 0,01 bis 1 Gew.-% einer Flüssigkristall- oder Flüssigkristall-kompatiblen Verbindung mit einer Fluoralkylgruppe in ferroelektrischen Flüssigkristallen.,welche eine smektische C-Phase zeigen, enthält, wobei die Flüssigkristall- oder Flüssigkristall-kompatible Verbindung der Formel (I) entspricht:
worin bedeuten:
jeweils einen Benzol-, Cyclohexen-, Pyridin-, Pyrimidin-, Pyridazin-. Pyrazin- oder (2,2,2)-Bicyclooctanring, in welchem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch einen Substituenten, welcher aus der aus F, Cl, Br, CN, CH&sub3;, CH&sub3;O und NO&sub2; bestehenden Gruppe gewählt ist, substituiert sein können;
R eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Perfluoralkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, welche nicht chiral ist;
A eine einfache Bindung oder eine Gruppe -O-, -COO, -OCO-, -CH&sub2;O-, -OCH&sub2;-, -C C- oder -CH&sub2;CH&sub2;-;
B und B' jeweils eine einfache Bindung oder eine Gruppe -O-, -COO-, -OCO-. -CH&sub2;O-, OCH2-. -C-C- oder -CH&sub2;CH&sub2;-; C eine einfache Bindung oder eine Gruppe -O-. -COO-, -OCO-, -R1-. -OR1-. -COOR1 - oder -OCOR1-, worin R1 eine lineare, nichtchirale Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet;
m eine ganze Zahl aus 0 oder 1; und
n eine ganze Zahl von 1 bis 10.
Die Figur I ist eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer für eine erfindungsgemäße Ausführung verwendete Flüssigkristallzelle; und
die Figuren 2 bis 5 stellen jeweils Diagramme dar, die verschiedene Charakteristiken einer Flüssigkristalllanzeige erläutern, welche eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Perfluoralkyl enthaltende Flüssigkristall oder die Flüssigkristall-kompatible Verbindung der Formel (I) nicht für die Flüssigkristalleigenschaften oder das chirale Verhalten verwendet, sondern für die Verbesserung der Wechselwirkung zwischen der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall und dem Substrat, und zwar vermittels der Perfluoralkylgruppe in der Verbindung. Mithin kann jede beliebige Verbindung (I) verwendet werden, solange sie zu keinen unerwünschten Effekten bezüglich der Phasenübergangstemperatur der flüssigen Basiskristalle oder die physikalischen Eigenschaften der Phasenserie führen, damit ohne Trennung kompatibel sind und mit den flüssigen Basiskristallen nicht reagieren, und es können sogar solche Flüssigkristallverbindungen im allgemeinen verwendet werden, die keine Flüssigkristalleigenschaft oder chirales Verhalten aufweisen. Der Ausdruck Flüssigkristall-kompatible Verbindung mit einer Perfluoralkylgruppe steht für eine Verbindung, welche selbst keinen Flüssigkristallzustand zeigt aber mindestens eine Perfluoralkylgruppe aufweist und mit der grundlegenden (ferroelektrischen) Flüssigkristallzusammensetzung kompatibel ist.
Beispiele geeigneter Perfluoralkyl enthaltender Flüssigkristalle oder Flüssigkristall-kompatibler Verbindungen schließenjene Verbindungen ein, die zwei bivalente 6-gliedrige Ringe enthalten, welche durch eine Substituenten substltuiert sein können, welcher aus der aus F, Cl, Br, CN, CH&sub3;, CH&sub3;O und NO&sub2; bestehenden Gruppe gewählt ist.
Bevorzugte Verbindungen der Formel (I) sind folgende:
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Verbindungen, die eine Perfluoralkylgruppe wie oben beschrieben enthalten, denen eine smektische C-Phase zeigenden flüssigen Basiskristallen hinzugesetzt. Die Zugabemenge liegt im Bereich von 0.01 bis 1 Gew.-% zu den flüssigen Basiskristallen. Wenn die Zugabemenge geringer als 0,01 Gew.-% ist, hat sie sich als nicht geeignet herausgestellt, da der Effekt der Verbesserung der Ansprech- oder Speichercharakteristiken ungenügend ist. Wenn andererseits die Zugabemenge über 1 Gew.-% liegt, wäre es ungeeignet, da sie manchmal unerwünschte Effekte auf das Phasensystem oder das Orientierungsverhalten des flüssigen Basiskristalls verursacht. Deshalb liegt die Zugabemenge vorzugsweise zwischen 0,01 und 1 Gew.-%, um ein schnelles Ansprechverhalten und ausgezeichnete Speichereigenschaften zu erhalten.
Als eine smektische C-Phase zeigende Flüssigkristallbasiszusammensetzung können im einschlägigen Fachbereich bekannte, verschiedene smektische Flüssigkristallzusammensetzungen oder Mischungen davon verwendet werden, welche notwendigerweise mindestens eine optisch aktive Verbindung erhalten. Beispiele geeigneter flüssiger Basiskristalle schließen jene der Formel (II), (III) und (IV) ein:
worin bedeuten:
D und F jeweils eine einfache Bindung oder eine Gruppe -COO-, -OCO-, -CH CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -O-, -S-, -OCOO- oder -CO-,
E und G jeweils eine einfache Bindung oder eine Gruppe -COO-, -OCO-, -CH=N-, -N=CH-, -CH=CH-, -C=C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -CH&sub2;CH&sub2;-, -OCH&sub2;-, -CH&sub2;O-, -COS- oder -SOC-,
unabhängig voneinander einen 6-gliedrigen Ring, gewählt aus der aus einem Benzol-, Pyridin-, Pyrimizin-, Pyrazin-, Pyridazin-, Piperazin-, Cyclohexan-, Pyran-, Dioxacyclohexan-, Thiapyran-, Dithian-, Thiadiazin-, Bicyclo(2.2.2)octan- und Tetrazinring bestehenden Gruppe, wobei die Wasserstoffatome in diesen 6-gliedrigen Ringen durch ein Fluoratom, Chloratom, Bromatom, eine Cyanogruppe, Nitrogruppe, Niederalkylgruppe, Niederalkoxygruppe oder schweren Wasserstoff substituiert sein können;
R&sub2; und R&sub3; unabhängig voneinander eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, wobei der Alkylteil ein asymmetrisches Kohlenstoffatom beinhalten kann; und
p eine ganze Zahl aus 1 oder 2.
Es ist natürlich möglich, zwei oder mehrere der Verbindungen als eine Mischung zu verwenden.
Bei der praktischen Ausführung werden diese flüssigen Basiskristalle vorzugsweise durch gründliches Mischen dieser verwendet, so daß sie eine smektische C-Phase in der Nähe der Raumtemperatur zeigen und eine Phasensequenz aufweisen, wie IAC (isotropische Phase, smektische A-Phase, smektische C-Phase) oder INAC (isotrope Phase, nematische Phase, smektische A-Phase, smektische C-Phase).
Ein Flüssigkristall oder eine Flüssigkristall-kompatible Verbindung mit einer Perfluoralkylgruppe der Formel (I), die in einer bestimmten Menge zu eine smectische C-Phase zeigenden flüssigen Basiskristallen hinzugesetzt wird, bewirkt eine Verbesserung der Ansprech- und Speichercharakteristiken der flüsslgen Basiskristalle, und zwar bedingt durch die darin eingebrachte Fluoralkylengruppe.

Beispiel I

Eine Flüssigkristall-kompatible Verbindung mit einer endständlgen Perfluoralkylgruppe (Fluoralkylverbindung) der folgenden Formel:
wurde in einer Menge von 0,1, 0,2, 0,4, 0,6 bzw. 1 Gew.-% einer im Handel erhältlichen, eine smektische C-Phase zeigenden ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung (CS-1020; hergestellt von Chisso Co., Japan) hinzugesetzt, einmal auf einen isotropen flüssigen Zustand erhitzt, um alle Verbindungen der Zusammensetzung vollständig zu lösen, wodurch 5 Arten ferroelektrischer Flüssigzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden.
Flüssigkristallzellen zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit wurden unter Verwendung der Flüssigkristallzusammensetzungen konstruiert.

Herstellung der Flüssigkristallzelle

Wie in Figur 1 gezeigt, wurde ein SiO&sub2;-Film als eine Schutzschicht auf einem Glassubstrat ausgebildet, worauf ein in Muster gelegter ITO (Indiumoxid)- Film als eine Elektrode aufgetragen wurde. Der SiO&sub2;-Film wurde ausgebildet, indem OCD (hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Japan) zu einer Filmdicke von 100 nm ( 1 000 Å) mittels eines Spinnbeschichtungverfahrens aufgetragen und dann bei 350 ºC gebacken wurde.
Ferner wurde ein PVA-Film zu einer Filmdicke von etwa 30 nm (300 Å) als ein Orientierungsfilm auf dem oben beschriebenen Film mittels eines Spinnbeschichtungsverfahrens ausgebildet. Jeweils mit ITO verbundene Glassubstrate, die wie oben beschrieben mit der Schutzschicht und der Orientierungsschicht belegt waren, wurden als oberes und unteres Substrat verwendet.
Die Orientierungsschicht auf dem Substrat wurde mittels einer Reibbehandlung aufgetragen, SiO&sub2;-Perlen einer Größe von 2 um wurden verteilt, und die Substrate wurden so aneinandergelegt, daß die Reibrichtungen zueinander parallel waren, und das obere und untere ITO-Muster wurden aneinander gegenübergestellt und als Flüssigkristallzelle verwendet.
Dann wurde die in einen isotropen Flüssigzustand versetzte Flüssigkristallzusammensetzung in die Zelle injiziert, und diese wurde fest versiegelt.
Die Figur 1 zeigt den Aufbau der erhaltenen Flüssigkristallzelle. In der Zeichnung sind ein Glassubstrat 1, eine ITO-Elektrode 2, ein Schutzfilm 3, ein Orientierungsfilm 4, eine Flüssigkristallzusammensetzung 5 und ein Versiegelungsbauteil 6 gezeigt. Bei der Flüssigkristallzelle zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften dieser Ausführungsform wurden ein ITO-Film für 2, ein SiO&sub2;-Film für 3 und ein PVA-Film für 4 verwendet.
Als physikalische Eigenschaften der derart hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallzelle wurden die Ansprechgeschwindigkeit, Ps, der Neigungswinkel und der Speicherwinkel bestimmt. Die Meßmethoden und die Definitionen davon sind nachstehend aufgeführt.

Montage der Zelle

Eine mit der Flüssigkristallzusammensetzung gefüllt Zelle wird zwischen zwei Polarisationsplatten in einem Kreuz-Nicol-Zustand gestellt. Die Zelle wird so fixiert, daß die Richtung der Normallinie zu der Schicht der Zelle einen Winkel von 22,5º relativ zu der Polarisationsachse für eine der Polarisationsplatten aufweist. Das Ansprechen der Flüssigkristallzusammensetzung auf ein an der Zelle angelegtes elektrisches Feld wird als optische Änderung der Durchgangslichtintensität mittels eines Photomultipliers durch ein Polarisationsmikroskop detektiert, und die Änderung der Menge des Durchgangslichtes wird als elektrisches Signal festgestellt.

Ansprechcharakteristik

Eine Rechteckwelle von 250 Hz mit einer Offsetspannung von 0 V und einer Amplitude von ± 10 V wird an der ITO-Elektrode der Zelle bei 25 ºC angelegt, und die Reaktion der Flüssigkristallzusammensetzung darauf wird optisch als Änderung der Durchgangslichtintensität bestimmt, und ein Durchschnittswert für jedes Mal, wenn eine 50%ige Intensitätsänderung des Durchgangslichtes relativ zum Steigen und Fallen der angelegten Pulse auftrat, wurde verwendet.

Spontane Polarlsation

Eine Dreieckwelle mit 80 Hz, einer Offsetspannung von 0 V und einer Amplitude von ± 10 V wurde an eine Zelle bei 25 ºC angelegt. Der Polarisationsumkehrstrom wurde bestimmt, und die spontane Polarisation Ps wurde aus der Fläche des Polarisationsumkehrpeaks bestimmt.

Neigungswinkel

Eine Reckteckwelle von 250 Hz, einer Offsetspannung von 0 V und einer Amplitude von ± 10 V wird an eine Zelle bei 25 ºC angelegt. Die Extinktionsrichtung dazu wird bestimmt, und die Hälfte des Winkels wird als Neigungswinkel bezeichnet.

Speicherwinkel

Nach Anlegen eines elektrischen Feldes an die Zelle bei 25 ºC wird das Potential der Elektrode auf den Grundzustand vermindert. Die Zelle wird in einen Speicherzustand versetzt, und die Extinktionsrichtung des im hellen Zustand gespeicherten Bereichs und die Extinktionsrichtung des in einem dunklen Zustand in der Zelle gespeicherten Bereichs werden jeweils bestimmt, und der Unterschied zwischen diesen wird als Speicherwinkel bezeichnet.
Die Meßergebnisse der physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt, sowie in den Figuren 2 bis 5.
Der Zugabeeffekt der Fluoralkylverbindung bezüglich der Ansprechgeschwindigkeit wird deutlich in Figur 3 gezeigt. Das heißt, daß ein geringerer Wert (schneller) durch die Zugabe der Fluoralkylverbindung von weniger als 1 Gew.-% im Vergleich mit den Wert ohne Zugabe von 0,4 Gew.-% erhalten wird. Wie in Figur 2 gezeigt ist, ergibt sich ferner für den Speicherwinkel ein Trend dahingehend, daß der Speicherwinkel durch Zunahme der Zugabemenge der Fluoralkylverbindung erhöht wird.
Andererseits wird bezüglich der Umwandlungstemperatur, wie in Figur 4 gezeigt, obgleich die Temperatur etwas durch die Zugabe der Fluoralkylverbindung verändert wird, keine Korrelation zu der zugesetzten Menge festgestellt.
Ferner wird bei der spontanen Polarisation, wie in Figur 5 gezeigt, obgleich eine Verminderung durch die Zugabe der Fluoralkylverbindung festgestellt wird, keine Korrelation bezüglich der Zugabemenge erkennbar.
In gleicher Weise wird kein Zugabeeffekt der Fluoralkylverbindung für den Wert des Neigungswinkels im Flüssigkristall erkennbar, wie in Figur 2 gezeigt.
Wie es bei der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden ist, kann die Zugabe der Fluoralkylverbindung in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% die Ansprechgeschwindigkeit und den Speicherwinkel verbessern, ohne daß dabei sich ein ungewünschter Effekt auf die Übergangstemperatur, die spontane Polarisation und den Neigungswinkel ergibt. Tabelle 1 hinzugesetzte Fluor enthaltende Verbindung (Gew.-%) Ubergangstemperatur Ansprechgeschwindigkeit (usec) spontane Polarisation Neigungswinkel (ω) Speicherwinkel

Beispiel 2

Eine Flüssigkristall-kompatible Verbindung mit einer endständigen Fluoralkylgruppe der folgenden Formel:
wurde jeweils in den in Tabelle 2 gezeigten Verhältnissen zu anderen im Handel erhältlichen ferroelektrischen Zusammensetzungen, die die chirale smektische C-Phase zeigen und in Tabelle 2 beispielhaft angegeben sind (flüssige Basiskristalle), in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hinzugesetzt und einmal zum isometrischen flüssigen Zustand erhitzt. Dann wurden alle Verbindungen der Zusammensetzung ausreichend aufgelöst, um ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen.
Die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkristallzusammensetzungen wurden bestimmt, indem Flüssigkristallzellen zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit wie in Beispiel 1 aufgebaut wurden. Die Ergebnisse sind ebenfalls zusammen in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2 flüssiger Basiskristall Hersteller des flüssigen Basiskristalls hinzugesetzte Fluoralkylverbindung spontane Polarisation (nC/cm²) Phasenübergangstemperatur (ºC) Ansprechgeschwindigkeit (usec) Neigungswinkel (ω) Speicherwinkel (22 θ) Chisso Merk CHIRACOL AdecaArgus
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, entsteht ebenfalls der Effekt der Zugabe der Verbindung mit einer Fluoralkylgruppe in dem Fall, wenn das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial (flüssige Basiskristalle) ziemlich unterschiedlich sind.
Das heißt, es kann festgestellt werden, daß die Ansprechgeschwindigkeit im wesentlichen gleich oder erhöht werden kann im Vergleich zu dem Fall ohne der Zugabe. Ferner gibt es keine beträchtliche Änderung durch die Zugabe, ebenfalls hinsichtlich der Übergangstemperatur.
Ferner ist ersichtlich, daß eine Verbesserung der physikalischen Eigenschaften weniger ausgeprägt ist bei der Zugabe der Fluoralkylverbindung zu ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzungen mit großer spontaner Polarisation (flüssige Basiskristalle) im Vergleich zu der Zugabe der Fluoralkylverbindung zu jenen mit kleiner spontaner Polaristation.

Beispiel 3

Die gleiche Fluoralkylverbindung wie die in Beispiel 1 verwendeten Fluoralkylverbindung wurde jeweils in den in Tabelle 4 angegebenen Verhältnissen ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzungen, welche Flüsslgkristallzusammensetzungen umfaßten, die durch Zugabe einer in Tabelle 3 gezeigten optisch aktiven Verbindung (1) in einer Menge von 1 Gew.-% zu jeder der in Tabelle 3 gezeigten optisch inaktiven Verbindungen (2) bis (7), formuliert zu einer chiralen pen flüssigen Zustand erhitzt wurden, und alle Verbindungen der Zusammensetzung wurden gründlich geschmolzen und vermischt, um erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen herzustellen. Tabelle 3 Verbindung Zugabemenge Tabelle 4 hinzugesetzte Fluoralkylverbindung Übergangstemperatur Ansprechgeschwindigkeit (usec) Neigungswinkel (ω) Speicherwinkel (2 θ)
Die Flüssigkristallzusammensetzungen wurden zum Aufbau von Flüssigkristallzellen für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit wie in Beispiel 1 verwendet, um die Charakteristiken zu bestimmen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, hat die Zugabemenge der Fluoralkylverbindung einen Effekt auf die Verbesserung der Charakteristiken, bezogen auf den spezifischen Bereich der Zugabe, und es ist ersichtlich, daß eine überschüssige Zugabemenge jede der Eigenschaften verschlechtert. Ferner kann ebenfalls festgestellt werden, daß selbst die Zugabe von 1 Gew.-% bereits überschüssig sein kann, in Abhängigkeit von den als Ziel der Zugabe gewählten ferroelektrischen Flüssigkristallen.

Beispiel 4

Die in Tabelle 5 gezeigten Flüssigkristall-kompatiblen Verbindungen mit jeweils einer endständigen Fluoralkylgruppe wurden jeweils anderen im Handel erhältlichen eine smektische C-Phase zeigenden ferroelektrischen Zusammensetzungen (CS-1020, hergestellt von Chisso Co.,) hinzugesetzt, einmal zu einem isometrischen Flüssigkristallzustand erhitzt, und alle Verbindungen der Zusammensetzung wurden gründlich geschmolzen, um erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen herzustellen. Die Flüssigkristallzusammensetzungen wurden verwendet, um Zellen für die Beurteilung der Betriebsleistung wie in Beispiel 1 aufzubauen, und die Charakteristiken davon wurden beurteilt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgeführt. Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, ergibt sich ein Unterschied in dem Zugabeeffekt in Abhängigkeit von der Struktur der Fluoralkyl enthaltenden Verbindungen per se. Tabelle 5 Tabelle 6 Fluoralkylverbindung hinzugesetzte Fluoralkylverbindung Überganstemperatur (ºC) Ansprechgescchwindigkeit (usec) Neigungswinkel (ω) Speicherwinkel (2 θ)
Die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung enthält eine vorbestimmte Menge einer spezifischen Verbindung mit einer Fluoralkylgruppe, und deshalb sind die Ansprechgeschwindigkeit und die Speichercharakteristiken im Vergleich mit denen von herkömmlichen ähnlichen ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzungen beträchtlich verbessert, und es kann insbesondere eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit hoher Ansprechgeschwindigkeit, was zu einer Anzeige mit großer Kapazität führen kann, in bequemer Weise bereitgestellt werden.
Demzufolge ist die Nützlichkeit im relevanten Fachbereich extrem groß.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, enthaltend 0.01 bis 1 Gew.-% einer Flüssigkristall- oder flüssigkristall-kompatiblen Verbindung mit einer Fluoroalkylgruppe in ferroelektrischen Flüssigkristallen, welche eine smektische C-Phase zeigen, wobei die Flüssigkristall- oder flüssigkristall-kompatible Verbindung der Formel (I) entspricht:

worin bedeuten:

jeweils einen Benzol-, Cyclohexen-, Pyrldin-, Pyrimidin-, Pyridazin-, Pyrazin- oder (2,2,2)-Bicyclooctanring, in welchem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch einen Substituenten, welcher aus der aus F, Cl, Br, CN, CH&sub3;. CH&sub3;O und NO&sub2; bestehenden Gruppe gewählt ist, substituiert sein können;

R eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Perfluoralkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, welche nicht chiral ist;

A eine einfache Bindung oder eine Gruppe -O-, -COO-, -OCO-, -CH&sub2;O-, -OCH&sub2;-, -C C- oder -CH&sub2;CH&sub2;-;

B und B' jeweils eine einfache Bindung oder eine Gruppe -O-, -COO-, -OCO-, -CH&sub2;O-, OCH&sub2;-, -C C- oder -CH&sub2;CH&sub2;-;

C eine einfache Bindung oder eine Gruppe -O-, -COO-, -OCO-, -R&sub1;-. -OR&sub1;-, -COOR&sub1;- oder -OCOR&sub1;-, worin R&sub1; eine lineare, nichtchirale Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet;

m eine ganze Zahl aus 0 oder 1; und

n eine ganze Zahl von 1 bis 10.

2. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristall- oder flüssigkristall-kompatible Verbindung eine solche ist, welche zwei bivalente 6-gliedrige Ringe besitzt, welche durch einen Substituenten substituiert sein können, welcher aus der aus F, Cl, Br, CN, CH&sub3;, CH&sub3;O und NO&sub2; bestehenden Gruppe gewählt ist.

3. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung, welche eine smektische C-Phase zeigt, mindestens eine Verbindung der Formeln (II), (III) oder (IV) umfaßt:

worin bedeuten:

D und F jeweils eine einfache Bindung oder eine Gruppe -COO-, -OCO-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -O-, -S-, -OCOO- oder -CO-,

E und G jeweils eine einfache Bindung oder eine Gruppe -COO-, -OCO-, -CH=N-, -N=CH-, -CH=CH-, -C C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -CH&sub2;CH&sub2;-, -OCH&sub2;-, -CH&sub2;O-, -COS- oder -SOC-,

unabhängig voneinander einen 6-gliedrigen

Ring, gewählt aus der aus einem Benzol-, Pyridin-, Pyrimizin-, Pyrazin-, Pyridazin-, Piperazin-, Cyclohexan-, Pyran-, Dioxacyclohexan-, Thiapyran-, Dithlan-, Thiadiazin-, Bicyclo(2.2.2)octan- und Tetrazinring bestehenden Gruppe, wobei die Wasserstoffatome in diesen 6-gliedrigen Ringen durch ein Fluoratom, Chloratom, Bromatom, eine Cyanogruppe, Nitrogruppe, Niederalkylgruppe, Niederalkoxygruppe oder schweren Wasserstoff substituiert sein können;

R&sub2; und R&sub3; unabhängig voneinander eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, wobei der Alkylteil ein asymmetrisches Kohlenstoffatom beinhalten kann; und

p eine ganze Zahl aus 1 oder 2.

4. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung, welche die smektische C-Phase zeigt, mindestens eine optisch aktive Verbindung umfaßt.

5. Ferroelektrische Flüsslgkristallzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung, welche die smektische C-Phase aufweist, eine Phasensequenz aus IAC (Isotropische Phase, smektische A-Phase, smektische C-Phase) oder INAC (Isotropische Phase, Nematische Phase, smektische A-Phase, smektische C-Phase) zeigt.

6. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Verbindung der Formel (I) die folgende ist: