DE69012396T2

DE69012396T2 - Mesomorphische Verbindung, sie enthaltende Flüssigkristallzusammensetzung und sie enthaltende Flüssigkristallvorrichtung.

Info

Publication number: DE69012396T2
Application number: DE69012396T
Authority: DE
Inventors: Takashi Iwaki; Shosei Mori; Takao Takiguchi; Takeshi Togano; Yoko Yamada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: ES2059864T3; CA2014811A1; KR900016427A; DE69012396D1; JPH02279681A; CA2014811C; NO178575B; US5190690A; AU625181B2; KR930006471B1; ATE111505T1; NO901741L; EP0393613B1; JP2832028B2; EP0393613A1; NO178575C; NO901741D0; AU5366090A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue mesomorphe Verbindung, eine Flüssigkristallmischung, die die Verbindung enthält, und eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Mischung verwendet wird, und insbesondere eine neue Flüssigkristallmischung mit verbessertem Ansprechverhalten gegenüber einem elektrischen Feld, und eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Flüssigkristallmischung verwendet wird, für die Anwendung bei einem Flüssigkristall-Anzeigegerät, einem optischen Flüssigkristall- Verschluß usw.
Flüssigkristallvorrichtungen sind bisher auf verschiedenen Gebieten als elektrooptische Vorrichtung angewandt worden. Bei den meisten Flüssigkristallvorrichtungen, die in der Praxis angewandt worden sind, werden verdrillte nematische Flüssigkristalle (TN-Flüssigkristalle; TN = "twisted nematic") verwendet, wie sie in "Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal" von M. Schadt und W. Helfrich, "Applied Physics Letters", Bd. 18, Nr. 4 (15. Febr. 1971), S. 127-128, gezeigt sind.
Diese Vorrichtungen basieren auf der dielektrischen Ausrichtungswirkung eines Flüssigkristalls und nutzen die Wirkung aus, daß die mittlere Molekülachsenrichtung wegen der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld in eine bestimmte Richtung gerichtet wird. Man sagt, daß der Grenzwert der Ansprechgeschwindigkeit in der Größenordnung von Millisekunden liegt, was für viele Anwendungen zu langsam ist. Andererseits ist ein Einfachmatrixsystem der Ansteuerung für die Anwendung auf eine flache Anzeige mit großer Fläche im Hinblick auf Kosten, Produktivität usw. in Kombination in hohem Maße erfolgversprechend. Bei dem Einfachmatrixsystem ist eine Elektrodenanordnung vorhanden, bei der Abtastelektroden und Signalelektroden in einer Matrix angeordnet sind, und wird zur Ansteuerung ein Zeitmultiplex-Ansteuerungssystem angewandt, bei dem ein Adressensignal aufeinanderfolgend, periodisch und selektiv an die Abtastelektroden angelegt wird und vorgeschriebene Datensignale unter Synchronisierung mit dem Adressensignal parallel selektiv an die Signalelektroden angelegt werden.
Wenn der vorstehend erwähnte TN-Flüssigkristall in einer Vorrichtung mit einem solchen Ansteuerungssystem verwendet wird, wird an Bereiche, wo eine Abtastelektrode angewählt wird und keine Signalelektroden angewählt werden, oder an Bereiche, wo keine Abtastelektrode angewählt wird und eine Signalelektrode angewählt wird, (wobei diese Bereiche sogenannte "halbangewählte Stellen" sind) ein bestimmtes elektrisches Feld angelegt. Wenn die Differenz zwischen einer an die angewählten Stellen angelegten Spannung und einer an die halbangewählten Stellen angelegten Spannung ausreichend groß ist und ein Schwellenwert der Spannung, der erforderlich ist, um zu ermöglichen, daß Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu einem elektrischen Feld ausgerichtet oder orientiert werden, auf einen dazwischenliegenden Wert eingestellt wird, arbeiten Anzeigevorrichtungen normal. Tatsächlich nimmt jedoch im Fall einer Erhöhung der Zahl (N) der Abtastzeilen die Zeit (Tastverhältnis), während der bei der Abtastung einer ganzen Bildfläche (entsprechend einem Vollbild) an eine angewählte Stelle ein wirksames elektrisches Feld angelegt wird, proportional zu 1/N ab. Infolgedessen ist bei wiederholter Durchführung der Abtastung die Spannungsdifferenz eines Effektivwertes, der an eine angewählte Stelle und nicht angewählte Stellen angelegt wird, um so geringer, je größer die Zahl der Abtastzeilen ist. Dies führt als Ergebnis zu den unvermeidbaren Nachteilen, daß der Bildkontrast vermindert wird oder Überlagerung (Störung, Interferenz) oder Übersprechen auftritt. Diese Erscheinungen werden als im wesentlichen unvermeidbare Probleme angesehen, die auftreten, wenn ein Flüssigkristall, der keine Bistabilität hat (d.h., Flüssigkristallmoleküle sind als stabiler Zustand horizontal bzw. parallel zu der Elektrodenoberfläche orientiert und sind nur in dem Fall senkrecht zu der Elektrodenoberfläche orientiert, daß tatsächlich ein elektrisches Feld angelegt wird), unter Ausnutzung eines Zeitspeicherungseffekts angesteuert (d.h. wiederholt abgetastet) wird. Zur Überwindung dieser Nachteile sind schon das Spannungsmittelungsverfahren, das Zweifrequenzen-Ansteuerungsverfahren, das Mehrfachmatrixverfahren usw. vorgeschlagen worden. Kein Verfahren reicht jedoch aus, um die vorstehend erwähnten Nachteile zu überwinden. Als Folge besteht gegenwärtig der Zustand, daß die Entwicklung einer großen Bildfläche oder einer hohen Packungsdichte in bezug auf Anzeigeelemente verzögert ist, weil es schwierig ist, die Zahl der Abtastzeilen ausreichend zu erhöhen.
Zur Überwindung der Nachteile bei solchen bekannten Flüssigkristallvorrichtungen ist von Clark und Lagerwall (z.B. Japanische Ausgelegte Patentanmeldung Nr. 56-107216, US-Patentschrift Nr. 4367924 usw.) die Anwendung von Flüssigkristallvorrichtungen mit Bistabilität vorgeschlagen worden. In diesem Fall werden als Flüssigkristalle mit Bistabilität im allgemeinen ferroelektrische Flüssigkristalle mit einer chiralen smektischen C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) verwendet. Diese Flüssigkristalle haben bistabile Zustände, d.h., sie haben bezüglich eines daran angelegten elektrischen Feldes einen ersten und einen zweiten optisch stabilen Zustand. Infolgedessen sind die bistabilen Flüssigkristallmoleküle im Unterschied zu optischen Modulationsvorrichtungen, bei denen die vorstehend erwähnten TN-Flüssigkristalle verwendet werden, bezüglich eines bzw. des anderen elektrischen Feldvektors zu einem ersten und einem zweiten optisch aktiven Zustand orientiert. Ferner hat diese Flüssigkristallart die Eigenschaft (Bistabilität), daß sie als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld einen der zwei stabilen Zustände annimmt und den resultierenden Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält.
Solch ein ferroelektrischer Flüssigkristall (nachstehend manchmal als "FLC" abgekürzt) hat zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Eigenschaft, daß er Bistabilität zeigt, eine ausgezeichnete Eigenschaft, d.h. eine hohe Ansprechgeschwindigkeit. Dies liegt daran, daß die spontane Polarisation des ferroelektrischen Flüssigkristalls und ein angelegtes elektrisches Feld in direkter Wechselwirkung miteinander stehen, so daß sie einen Übergang der Orientierungszustände hervorrufen. Die resultierende Ansprechgeschwindigkeit ist um 3 bis 4 Dezimalstellen höher als die Ansprechgeschwindigkeit, die auf die Wechselwirkung zwischen der dielektrischen Anisotropie und einem elektrischen Feld zurückzuführen ist.
Ein ferroelektrischer Flüssigkristall hat somit möglicherweise ganz hervorragende Eigenschaften, und es ist durch Ausnutzung dieser Eigenschaften möglich, bei vielen der vorstehend erwähnten Probleme der herkömmlichen TN-Vorrichtungen wesentliche Verbesserungen zu erzielen. Vor allem wird die Anwendung auf einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden optischen Verschluß und auf eine Anzeigevorrichtung mit einer hohen Dichte und einem großen Bild erwartet. Aus diesem Grund sind ausgedehnte Untersuchungen über Flüssigkristallsubstanzen, die Ferroelektrizität zeigen, durchgeführt worden. Es kann jedoch nicht behauptet werden, daß ferroelektrische Flüssigkristallsubstanzen, die bisher entwickelt worden sind, den Eigenschaften, die für eine Flüssigkristallvorrichtung erforderlich sind, einschließlich Tieftemperatur-Betriebsverhalten, hohe Ansprechgeschwindigkeit usw. ausreichend genügen. Zwischen der Ansprechzeit τ, dem Betrag der spontanen Polarisation Ps und der Viskosität η besteht die folgende Beziehung: τ = η/(Ps E), worin E die angelegte Spannung ist. Eine hohe Ansprechgeschwindigkeit kann folglich erhalten werden, indem (a) die spontane Polarisation Ps erhöht wird, (b) die Viskosität η vermindert wird oder (c) die angelegte Spannung E vergrößert wird. Die Steuerspannung hat jedoch im Hinblick auf die Ansteuerung mit einer integrierten Schaltung usw. eine bestimmte Obergrenze und sollte erwünschtermaßen möglichst niedrig sein. Infolgedessen ist es tatsächlich notwendig, die Viskosität zu vermindern oder die spontane Polarisation zu erhöhen.
Ein ferroelektrischer chiraler smektischer Flüssigkristall mit einer großen spontanen Polarisation liefert in einer Zelle im allgemeinen ein großes inneres elektrisches Feld, das durch die spontane Polarisation gegeben ist, und neigt dazu, dem Aufbau der Vorrichtung, durch den Bistabilität erzielt wird, viele Zwangsbedingungen aufzuerlegen. Ferner besteht die Neigung, daß eine übermäßig große spontane Polarisation eine Erhöhung der Viskosität begleitet, so daß als Ergebnis keine beachtliche Vergrößerung der Ansprechgeschwindigkeit erzielt werden kann.
Ferner ändert sich die Ansprechgeschwindigkeit unter der Annahme, daß die Betriebstemperatur einer wirklichen Anzeigevorrichtung 5 bis 40 ºC beträgt, um einen Faktor von etwa 20, so daß sie tatsächlich den Bereich überschreitet, der durch Steuerspannung und Frequenz steuerbar ist.
Wie vorstehend beschrieben wurde, erfordert die Kommerzialisierung einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung eine ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallmischung mit einer niedrigen Viskosität, einer hohen Ansprechgeschwindigkeit und einer geringen Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mesomorphe Verbindung, eine Flüssigkristallmischung, insbesondere eine ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallmischung, die die mesomorphe Verbindung enthält, für die Bereitstellung einer praktisch anwendbaren ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung und eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Flüssigkristallmischung verwendet wird und die eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und eine niedrigere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigt, bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine mesomorphe Verbindung bereitgestellt, die durch die folgende Formel (I) wiedergegeben wird:
worin R&sub1; und R&sub2; jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen bezeichnen, die wahlweise mit einer Fluorgruppe oder einer Alkoxygruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen substituiert ist; X&sub1; und X&sub2; jeweils eine Einfachbindung, -O-, -O -, - O-, -O O- oder - - bezeichnen und A&sub1; und A&sub2; jeweils
bezeichnen, worin X&sub3; und X&sub4; jeweils Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, -CH&sub3;, -CN oder -CF&sub3; bezeichnen und Z -O- oder -S- bezeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallmischung bereitgestellt, die mindestens eine Spezies der mesomorphen Verbindung, die vorstehend beschrieben wurde, enthält.
Durch die vorliegende Erfindung wird ferner eine Flüssigkristallvorrichtung bereitgestellt, die ein Paar Substrate und solch eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, die zwischen den Elektrodenplatten angeordnet ist, umfaßt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet wird; und
Figuren 2 und 3 sind schematische perspektivische Zeichnungen der Ausführungsform einer Vorrichtungszelle zur Erläuterung des Betriebsprinzips einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung.

NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die mesomorphen Verbindungen, die durch die allgemeine Formel (I) wiedergegeben werden, können im allgemeinen durch die folgenden Reaktionsschemas synthetisiert werden. Nitrierung Reduktion Ringschluß
Die Nitrierung von Phenolen kann durch Anwendung von Verfahren durchgeführt werden, wie sie in L. Gattermann, "Die Praxis des organischen Chemikers", S. 214, R. Adams u.a., "J. Am. Chem. Soc.", 63, 196 (1941), usw. gezeigt sind. Die Ringschlüsse und , bei denen o-Aminophenole in Verbindungen mit Benzoxazolringen umgewandelt werden, können durch Anwendung von Verfahren durchgeführt werden, wie sie in D. W. Hein u.a., "J. Am. Chem. Soc.", 79, 427 (1957), Y. Kanaoka u.a., "Chem. Pharm. Bull.", 18, 587 (1970), usw. gezeigt sind. In dem Fall, daß X&sub1; und X&sub2; jeweils -O-, -O -, - O- und -O O- bezeichnen, ist es auch möglich, durch die folgenden Schritte (a) bis (c) eine Gruppe R&sub1;-X&sub1;-A&sub1;- oder R&sub2;-X&sub2;-A&sub2;- zu bilden:
(a) Eine Hydroxylgruppe oder Carboxylgruppe, die mit A&sub1; oder A&sub2; verbunden ist, wird durch Anlagerung einer Schutzgruppe zu einer nicht reaktionsfähigen oder weniger reaktionsfähigen Gruppe wie z.B. -OCH&sub3;, - O CH&sub3;,
die zu einer Eliminierungsreaktion fähig ist, modifiziert.
(b) Es wird ein Ringschluß oder bewirkt.
(c) Die Schutzgruppe wird eliminiert und zu -O-R&sub1;(R&sub2;), -O -R&sub1;(R&sub2;), - O-R&sub1;(R&sub2;) oder -O O-R&sub1;(R&sub2;) modifiziert, um die Struktur R&sub1;-X&sub1;-A&sub1;- oder R&sub2;-X&sub2;-A&sub2;- zu bilden.
In der vorstehend beschriebenen Formel (I) können bevorzugte Beispiele für X&sub1; und X&sub2; jeweils die folgenden Kombinationen einschließen:
X&sub1; ist eine Einfachbindung, -O- oder - O- ; und
X&sub2; ist eine Einfachbindung, -O-, -O - oder - O-.
Ferner können bevorzugte Beispiele für R&sub1; und R&sub2; in der Formel (I) die folgenden Gruppen (i) bis (iv) einschließen:
(i) n-Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen und insbesondere mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen;
(ii)
worin m 1 bis 6 ist und n 2 bis 8 ist (optisch aktiv oder inaktiv);
(iii)
worin r 0 bis 6 ist, s 0 oder 1 ist und t 1 bis 12 ist (optisch aktiv oder inaktiv); und
(iv)
worin x 1 bis 14 ist. Hierin bezeichnet * ein optisch aktives Zentrum.
Besondere Beispiele für die mesomorphen Verbindungen, die durch die vorstehend erwähnte allgemeine Formel (I) wiedergegeben werden, können die einschließen, die durch die folgenden Strukturformeln gezeigt werden.
Die Flüssigkristallmischung gemäß der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden, indem mindestens eine Spezies der Verbindung, die durch die Formel (I) wiedergegeben wird, und mindestens eine Spezies einer anderen mesomorphen Verbindung in geeigneten Anteilen vermischt werden. Die Flüssigkristallmischung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise als ferroelektrische Flüssigkristallmischung und insbesondere als ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallmischung formuliert werden.
Besondere Beispiele für eine andere mesomorphe Verbindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, können die einschließen, die durch die folgenden Strukturformeln bezeichnet werden.
Bei der Formulierung der Flüssigkristallmischung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, daß 1 bis 500 Masseteile und vorzugsweise 2 bis 100 Masseteile einer Verbindung, die durch die Formel (I) wiedergegeben wird, mit 100 Masseteilen mindestens einer Spezies einer anderen mesomorphen Verbindung, wie sie vorstehend erwähnt wurde, oder einer Flüssigkristallmi schung, die eine andere mesomorphe Verbindung enthält, (nachstehend einfach als "Flüssigkristallsubstanz" bezeichnet) vermischt werden.
Ferner können in dem Fall, daß zwei oder mehr Spezies der Verbindungen, die durch die Formel (I) wiedergegeben werden, verwendet werden, die zwei oder mehr Spezies der Verbindung der Formel (I) in einer Gesamtmenge von 1 bis 500 Masseteilen und vorzugsweise von 2 bis 100 Masseteilen pro 100 Masseteile der Flüssigkristallsubstanz verwendet werden.
Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise hergestellt werden, indem die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Flüssigkristallmischung unter Vakuum zu einer isotropen Flüssigkeit erhitzt wird, eine Leerzelle, die ein Paar Elektrodenplatten, die mit Abstand gegenüberliegend angeordnet sind, umfaßt, mit der Mischung gefüllt wird, die Zelle nach und nach abgekühlt wird, um eine Flüssigkristallschicht zu bilden, und der Normaldruck wiederhergestellt wird.
Figur 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Ausführungsform der wie vorstehend beschrieben hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung zur Erläuterung ihrer Struktur.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 umfaßt die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht 1, die zwischen einem Paar Glassubstraten 2 angeordnet ist, auf denen sich je eine lichtdurchlässige Elektrode 3 und eine isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht 4 befinden. Mit den Elektroden sind Anschlußleitungen 6 verbunden, um an die Flüssigkristallschicht 1 von einer Stromquelle 7 eine Steuerspannung anzulegen. Außerhalb der Substrate 2 ist ein Paar Polarisatoren 8 angeordnet, um Licht I&sub0;, das von einer Lichtquelle 9 her einfällt, unter Zusammenwirkung mit dem Flüssigkristall 1 zu modulieren und moduliertes Licht I zu erzeugen.
Jedes der zwei Glassubstrate 2 wird mit einer lichtdurchlässigen Elektrode 3, die aus einem Film aus In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; oder ITO (Indiumzinnoxid) besteht, beschichtet, um eine Elektrodenplatte zu bilden. Ferner wird darauf eine isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht 4 gebildet, indem ein Film aus einem Polymer wie z.B. Polyimid mit Mull bzw. Gaze oder mit einem acetatfaserbesetzten Tuch gerieben wird, um die Flüssigkristallmoleküle in der Reibrichtung auszurichten. Ferner ist es auch möglich, die Ausrichtungseinstellungsschicht aus zwei Schichten zu bilden, indem z.B. zunächst eine isolierende Schicht aus einer anorganischen Substanz wie z.B. Siliciumnitrid, wasserstoffhaltigern Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, wasserstoffhaltigem Siliciumcarbid, Siliciumoxid, Bornitrid, wasserstoffhaltigem Bornitrid, Ceroxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid oder Magnesiumfluorid gebildet wird und darauf eine Ausrichtungseinstellungsschicht aus einer organischen isolierenden Substanz wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder Photoresistharz gebildet wird. Es ist alternativ auch möglich, eine einzige Schicht in Form einer anorganischen isolierenden Ausrichtungseinstellungsschicht oder einer organischen isolierenden Ausrichtungseinstellungsschicht zu verwenden. Eine anorganische isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht kann durch Aufdampfung gebildet werden, während eine organische isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht gebildet werden kann, indem eine Lösung einer organischen isolierenden Substanz oder einer Vorstufe davon in einer Konzentration von 0,1 bis 20 Masse% und vorzugsweise 0,2 bis 10 Masse% mittels Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Siebdruck, Spritzauftrag oder Walzenauftrag aufgetragen wird, wonach unter vorgeschriebenen Härtungsbedingungen (z.B. durch Erhitzen) vernetzt oder gehärtet wird. Die isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht kann eine Dicke von im allgemeinen 30 Å bis 1 Mikrometer, vorzugsweise 30 bis 3000 Å und insbesondere 50 bis 1000 Å haben. Die zwei Glassubstrate 2 mit lichtdurchlässigen Elektroden 3 (die hierin zusammen als "Elektrodenplatten" bezeichnet werden können) und ferner mit ihren isolierenden Ausrichtungseinstellungsschichten 4 werden durch einen Abstandshalter 5 derart gehalten, daß sie einen vorgeschriebenen (jedoch beliebigen) Zwischenraum haben. Solch ein Zellenaufbau mit einem vorgeschriebenen Zwischenraum kann beispielsweise gebildet werden, indem Abstandshalter aus Siliciumdioxidperlen oder Aluminiumoxidperlen mit einem vorgeschriebenen Durchmesser zwischen zwei Glasplatten angeordnet werden und ihr Rand bzw. Umfang dann z.B. mit einem Epoxidharzklebstoff abgedichtet wird. Alternativ kann als Abstandshalter auch ein Polymerfilm oder ein Glasfaserstoff verwendet werden. Zwischen den zwei Glasplatten wird ein ferroelektrischer Flüssigkristall eingeschlossen, um eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht 1 mit einer Dicke von im allgemeinen 0,5 bis 20 Mikrometern und vorzugsweise 1 bis 5 Mikrometern zu bilden.
Der ferroelektrische Flüssigkristall, der durch die Mischung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, kann erwünschtermaßen in einem weiten Temperaturbereich, der Raumteinperatur einschließt (und vor allem an der Seite mit niedrigeren Temperaturen weit ist), eine SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase) annehmen und zeigt auch eine hohe Ansprechgeschwindigkeit, eine niedrige Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit und eine weite Steuerspannungstoleranz, wenn er in einer Vorrichtung enthalten ist.
Um ein gutes Ausrichtungsverhalten für die Bildung einer gleichmäßigen bzw. homogenen Monodomäne zu zeigen, kann der ferroelektrische Flüssigkristall vor allem eine Phasenübergangsreihe zeigen, die bei Abnahme der Temperatur folgende Phasen umfaßt: isotrope Phase - Ch-Phase (cholesterische Phase) - SmA-Phase (smektische A-Phase) - SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase).
Die lichtdurchlässigen Elektroden 3 sind durch die Anschlußleitungen 6 mit der äußeren Stromquelle 7 verbunden. Ferner sind außerhalb der Glassubstrate 2 Polarisatoren 8 angebracht. Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung ist von durchlässiger Bauart und ist mit einer Lichtquelle 9 versehen.
Figur 2 ist eine schematische Abbildung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle (Flüssigkristallvorrichtung) zur Erläuterung ihres Betriebs. Die Bezugszahlen 21a und 21b bezeichnen Substrate (Glasplatten), auf denen jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode aus z.B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indiumzinnoxid) usw. angeordnet ist. Ein Flüssigkristall in einer SmC*-Phase (chiralen smektischen C-Phase) oder einer SmH*-Phase (chiralen smektischen H-Phase), in dem Flüssigkristallmolekülschichten 22 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten ausgerichtet sind, ist dazwischen angeordnet und hermetisch abgeschlossen. Ausgezogene Linien 23 zeigen Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 23 hat ein Dipolmoment (P ) 24 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Die Flüssigkristallmoleküle 23 bilden in der Richtung, in der sich die Substrate erstrecken, kontinuierlich eine schraubenförmige Struktur (Helixstruktur). Wenn zwischen den auf den Substraten 21a und 21b gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird eine schraubenförmige Struktur des Flüssigkristallmoleküls 23 gelockert oder abgewickelt, wodurch die Richtung, in der die einzelnen Flüssigkristallmoleküle 23 ausgerichtet sind, derart verändert wird, daß alle Dipolmomente (P ) 24 in die Richtung des elektrischen Feldes gerichtet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 23 haben eine längliche Gestalt und zeigen Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Es ist deshalb leicht zu verstehen, daß zum Beispiel dann, wenn auf der oberen und der unteren Oberfläche der Glasplatten Polarisatoren in der Art von gekreuzten Nicols, d.h., derart, daß sich ihre Polarisationsrichtungen kreuzen, angeordnet sind, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle als optische Flüssigkristall-Modulationsvorrichtung wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.
Wenn die Flüssigkristallzelle ferner in einer ausreichend geringen Dicke (z.B. weniger als etwa 10 Mikrometer) hergestellt wird, ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes abgewikkelt, so daß eine nicht schraubenförmige Struktur bereitgestellt wird, wodurch das Dipolmoment einen der zwei Zustände annimmt, d.h., einen Zustand Pa in einer Richtung 34a nach oben oder einen Zustand Pb in einer Richtung 34b nach unten, wie es in Figur 3 gezeigt ist, so daß ein bistabiler Zustand erhalten wird. Wenn an eine Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften ein elektrisches Feld Ea oder Eb angelegt wird, das höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wobei sich Ea und Eb hinsichtlich ihrer Polarität unterscheiden, wie es in Figur 3 gezeigt ist, wird das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die Richtung 34a nach oben oder in die Richtung 34b nach unten ausgerichtet. Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 33a oder in einem zweiten stabilen Zustand 33b orientiert.
Wenn der vorstehend erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall als optisches Modulationselement verwendet wird, können zwei Vorteile erzielt werden. Der erste besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit sehr hoch ist. Der zweite Vorteil ist, daß die Orientierung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird z.B. unter Bezugnahme auf Figur 3 näher erläutert. Wenn das elektrische Feld Ea an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird, werden sie in den ersten stabilen Zustand 33a ausgerichtet. Dieser Zustand wird selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Andererseits werden die Flüssigkristallmoleküle in den zweiten stabilen Zustand 33b ausgerichtet, wodurch die Richtungen der Moleküle verändert werden, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der Richtung des elektrischen Felds Ea entgegengesetzt ist, an die Moleküle angelegt wird. Dieser Zustand wird gleichermaßen selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Ferner befinden sich die Flüssigkristallmoleküle in den jeweiligen Ausrichtungszuständen, solange die Feldstärke des angelegten elektrischen Feldes Ea oder Eb einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.
Wenn solch eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die zwischen einem Paar Elektrodenplatten eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, umfaßt, in Form einer Einfachmatrix-Anzeigevorrichtung gebildet ist, kann die Vorrichtung durch ein Ansteuerverfahren angesteuert werden, wie es in den Japanischen Ausgelegten Patentanmeldungen (KOKAI) Nrn. 193426/1984, 193427/1984, 156046/1985, 156047/1985 usw. offenbart ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele näher erläutert. Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele eingeschränkt ist.

Beispiel 1

2-(4-Octylphenyl)-5-(trans-4-octylcyclohexyl)-benzoxazol (Beispielverbindung Nr. 1-218) wurde durch die folgenden Schritte i) bis iii) synthetisiert.

Schritt i)

3,00 g (10,4 mmol) 4-(trans-4-Octylcyclohexyl)-phenol wurden in einer Lösungsmittelmischung aus 8,8 ml Benzol und 5,2 ml Essigsäure dispergiert. Der Dispersion wurden nach und nach 1,2 ml Salpetersäure (60%ig, Dichte = 1,38) unter Kühlung mit Eiswasser und Rühren unter 8 ºC tropfenweise zugesetzt. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung in Wasser gegossen und mit Ethylacetat extrahiert. Die organische Schicht wurde mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und einer Destillation unter vermindertem Druck unterzogen, wobei ein Feststoff erhalten wurde. Der Feststoff wurde aus Methanol umkristallisiert, wobei 2,05 g 2-Nitro-4-(trans-4-octylcyclohexyl)-phenol erhalten wurden (Ausbeute: 59,1 %).

Schritt ii)

In einen 50-ml-Dreihalskolben wurden 1,90 g (5,70 minol) 2-Nitro-4-(trans-4-octylcyclohexyl)-phenol, 0,35 g Aktivkohle, 0,04 g FeCl&sub3; 6 H&sub2;O und 15 ml Ethanol eingefüllt und unter Rühren auf 55 bis 65 ºC erhitzt. Der Mischung wurden nach und nach 1,8 ml 80%iges Hydrazinhydrat tropfenweise zugesetzt und auf 70 ºC erhitzt, worauf 20minütiges Rühren bei 70 ºC folgte. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsinischung unter Erhitzen filtriert, um die Aktivkohle zu entfernen, und das Filtrat wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, um Kristalle auszufällen. Die Kristalle wurden durch Filtrieren gewonnen und aus Ethanol umkristallisiert, wobei 1,49 g 2-Amino-4-(trans-4-octylcyclohexyl)-phenol erhalten wurden (Ausbeute: 86,2 %).

Schritt iii)

In einen 50-ml-Rundkolben wurden 10 g Polyphosphorsäure, 0,40 g (1,32 mmol) 2-Amino-4-(trans-4-octylcyclohexyl)-phenol und 0,31 g (1,32 minol) 4-Octylbenzoesäure eingefüllt, worauf 4stündiges Rühren bei etwa 250 ºC folgte. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung in Wasser gegossen, und eine unlösliche Substanz wurde durch Filtrieren gewonnen. Die unlösliche Substanz wurde zu 10%igem K&sub2;CO&sub3; gegeben und ausreichend gerührt, worauf die Gewinnung eines Feststoffs folgte. Der Feststoff wurde mit Wasser gewaschen und durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie (Elutionsmittel: Toluol) gereinigt, wobei 0,11 g 2-(4-Octylphenyl)-5-(trans-4-octylcyclohexyl)-benzoxazol erhalten wurden (Ausbeute: 16,7 %). Phasenübergangstemperatur (ºC) Krist.: Kristall, SmC: smektische C-Phase, N: nematische Phase und Iso.: isotrope Phase.

Beispiel 2

2-(4-Octylphenyl)-5-(4-decylphenyl)-benzoxazol (Beispielverbindung Nr. 1-60) wurde durch die folgenden Schritte i) bis iv) synthetisiert.

Schritt i)

5,00 g 4-(4-Decylphenyl)-phenol wurden in derselben Weise wie in Schritt i) von Beispiel 1 nitriert, wobei 3,50 g 2-Nitro-4-(4-decylphenyl)-phenol erhalten wurden (Ausbeute: 61,1 %).

Schritt ii)

3,40 g 2-Nitro-4-(4-decylphenyl)-phenol wurden in derselben Weise wie in Schritt ii) von Beispiel 1 reduziert, wobei 2,42 g 2-Amino-4-(4-decylphenyl)-phenol erhalten wurden (Ausbeute: 77,7 %).

Schritt iii)

In einen 50-ml-Dreihalskolben wurden 0,85 g (2,61 mmol) 2-Amino-4-(4-decylphenyl)-phenol, 0,68 g 4-Octylbenzoylchlorid und 25 ml Dioxan eingefüllt und erhitzt. Der Mischung wurden bei etwa 90 ºC unter Rühren nach und nach 0,94 ml Pyridin tropfenweise zugesetzt, worauf 1stündiges weiteres Rühren bei etwa 90 ºC folgte. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung in 150 ml Wasser gegossen, um Kristalle auszufällen. Die Kristalle wurden durch Filtrieren gewonnen und mit Methanol gewaschen, wobei 1,34 g 2-(4-Octylbenzoylamino)-4-(4-decylphenyl)phenol erhalten wurden (Ausbeute: 94,7 %).

Schritt iv)

In einen 50-ml-Rundkolben wurden 1,30 g (2,40 mmol) 2-(4-Octylbenzoylamino)-4-(4-decylphenyl)-phenol, 0,13 g (0,68 mmol) p-Toluolsulfonsäure und 20 ml o-Dichlorbenzol eingefüllt, worauf 4ominütiges Rühren bei 189 bis 192 ºC folgte. Nach der Reaktion wurde o-Dichlorbenzol unter vermindertem Druck abdestilliert. Der Rückstand wurde durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie (Elutionsmittel: Toluol) gereinigt, wobei 0,62 g 2- (4-Octylphenyl)-5-(4-decylphenyl)-benzoxazol erhalten wurden (Ausbeute: 49,3 %). Phasenübergangstemperatur (ºC)

Beispiel 3

2-(4-Decyloxyphenyl)-5-(4-decylphenyl)-benzoxazol (Beispielverbindung Nr. 1-133) wurde in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 2 bereitgestellt. Phasenübergangstemperatur (ºC) SmA: smektische A-Phase.

Beispiel 4

2-(4-Octylphenyl)-5-(5-dodecylpyrimidin-2-yl)-benzoxazol (Beispielverbindung Nr. 1-253) wurde durch die folgenden Schritte i) bis iii) synthetisiert.

Schritt i)

2,00 g (5,87 mmol) 4-(5-Dodecylpyrimidin-2-yl)-phenol wurden in 20 ml konz. Schwefelsäure dispergiert. Der Dispersion wurden nach und nach 0,50 ml Salpetersäure (60%ig, Dichte = 1,38) unter Kühlen, und Rühren bei 2 bis 8 ºC tropfenweise zugesetzt. Nach dem Zusatz wurde die Mischung 30 min lang bei etwa 5 ºC gerührt. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung in 150 ml Eiswasser gegossen, um Kristalle auszufällen. Die Kristalle wurden durch Filtrieren gewonnen, mit Wasser gewaschen und aus Ethanol umkristallisiert, wobei 1,85 g 2-Nitro- 4-(5-dodecylpyrimidin-2-yl)-phenol erhalten wurden (Ausbeute: 81,7 %).

Schritt ii)

1,80 g 2-Nitro-4-(5-dodecylpyrimidin-2-yl)-phenol wurden in derselben Weise wie in Schritt ii) von Beispiel 1 reduziert, wobei 1,51 g 2-Amino-4-(5-dodecylpyrimidin-2-yl)-phenol erhalten wurden (Ausbeute: 91,0 %).

Schritt iii)

2-(4-Octylphenyl)-5-(5-dodecylpyrimidin-2-yl)-benzoxazol wurde in derselben Weise wie in Schritt iii) und Schritt iv) von Beispiel 2 erhalten. Phasenübergangstemperatur (ºC)

Beispiel 5

Eine Flüssigkristallmischung A wurde hergestellt, indem die folgenden Verbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen vermischt wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile
Die Flüssigkristallmischung A wurde ferner mit den folgenden Beispielverbindungen in den jeweils nachstehend gezeigten Anteilen vermischt, um eine Flüssigkristallmischung B bereitzustellen. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Zwei 0,7 mm dicke Glasplatten wurden bereitgestellt und je mit einem ITO-Film (Indiumzinnoxid) beschichtet, um eine Elektrode zum Anlegen von Spannung zu bilden, die ferner mit einer isolierenden Schicht aus aufgedampftem SiO&sub2; beschichtet wurde. Auf die isolierende Schicht wurde durch 15sekündige Schleuderbeschichtung mit einer Drehzahl von 2000 U/min eine 0,2%ige Lösung eines Silan-Haftmittels (KBM-602, erhältlich von Shinetsu Kagaku K.K.) in Isopropylalkohol aufgebracht und 20 Minuten lang einer Heißhärtungsbehandlung bei 120 ºC unterzogen.
Ferner wurde jede Glasplatte, die mit einem ITO-Film versehen und in der vorstehend beschriebenen Weise behandelt worden war, durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung, die 15 Sekunden lang mit 2000 U/min rotierte, mit einer 1,5%igen Lösung einer Polyimidharzvorstufe (SP-510, erhältlich von Toray K.K.) in Dimethylacetamid beschichtet. Danach wurde der Beschichtungsfilm 60 min lang einer Heißhärtung bei 300 ºC unterzogen, wobei ein etwa 250 Å dicker Film erhalten wurde. Der Beschichtungsfilm wurde mit einem acetatfaserbesetzten Tuch gerieben. Die zwei auf diese Weise behandelten Glasplatten wurden mit Isopropylalkohol gewaschen. Nachdem Aluminiumoxidperlen mit einer mittleren Teilchengröße von 2,0 Mikrometern auf einer der Glasplatten verteilt worden waren, wurden die zwei Glasplatten mit einem Kleb- und Abdichtungsmittel (Lixon Bond, erhältlich von Chisso K.K.) derart aufeinandergebracht, daß ihre Reibrichtungen zueinander parallel waren, und zur Bildung einem Leerzelle 60 min lang bei 100 ºC erhitzt. Durch Messung mit einem Berek-Kompensator wurde gefunden, daß der Zellenzwischenraum etwa 2 Mikrometer betrug.
Dann wurde die Flüssigkristallmischung B zu einer isotropen Flüssigkeit erhitzt und unter Vakuum in die vorstehend hergestellte Zelle eingespritzt und nach Abdichtung allmählich mit einer Geschwindigkeit von 20 ºC/Stunde auf 25 ºC abgekühlt, um eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung herzustellen.
Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde einer Messung der optischen Ansprechzeit (Zeit vom Anlegen der Spannung bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Änderung des Durchlässigkeits grades 90 % des Maximalwertes erreicht, unter Anlegen einer Spitze-Spitze-Spannung Vpp von 20 V in Kombination mit im rechten Winkel gekreuzten Nicol-Polarisatoren) unterzogen.
Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Ansprechzeit (us)

Vergleichsbeispiel 1

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die in Beispiel 5 hergestellte Flüssigkristallmischung A in eine Zelle eingespritzt wurde. Die Meßwerte der Ansprechzeit der Vorrichtung waren wie folgt. Ansprechzeit (us)

Beispiel 6

Eine Flüssigkristallmischung C wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-7 und 1-133 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Flüssigkristallmischung C verwendet wurde, und in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)

Beispiel 7

Eine Flüssigkristallmischung D wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-7 und 1-133 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Flüssigkristallmischung D verwendet wurde, und in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)

Beispiel 8

Eine Flüssigkristallmischung E wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-7 und 1-133 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Flüssigkristallmischung E verwendet wurde, und in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)

Beispiel 9

Eine Flüssigkristallmischung F wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-7 und 1-133 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Flüssigkristallmischung F verwendet wurde, und in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Anspyechzeit unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)

Beispiel 10

Eine Flüssigkristallmischung G wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-7 und 1-133 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Flüssigkristallmischung G verwendet wurde, und in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)

Beispiel 11

Eine Flüssigkristallmischung H wurde hergestellt, indem die folgenden Verbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen vermischt wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile
Die Flüssigkristallmischung H wurde ferner mit den folgenden Beispielverbindungen in den jeweils nachstehend gezeigten Anteilen vermischt, um eine Flüssigkristallmischung I bereitzustellen. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung I verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)

Vergleichsbeispiel 2

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die in Beispiel 11 hergestellte Flüssigkristallmischung H in eine Zelle eingespritzt wurde. Die Meßwerte der Ansprechzeit der Vorrichtung waren wie folgt. Ansprechzeit (us)

Beispiel 12

Eine Flüssigkristallmischung J wurde in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-15, 1-17 und 1-221 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung J verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)
Ferner wurde während der Ansteuerung der Vorrichtung eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und nach Beendigung des Anlegens der Spannung wurde eine gute Bistabilität gezeigt.

Beispiel 13

Eine Flüssigkristallmischung K wurde in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-15, 1-17 und 1-221 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung K verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)
Ferner wurde während der Ansteuerung der Vorrichtung eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und nach Beendigung des Anlegens der Spannung wurde eine gute Bistabilität gezeigt.

Beispiel 14

Eine Flüssigkristallmischung L wurde in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-15, 1-17 und 1-221 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung L verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)
Ferner wurde während der Ansteuerung der Vorrichtung eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und nach Beendigung des Anlegens der Spannung wurde eine gute Bistabilität gezeigt.

Beispiel 15

Eine Flüssigkristallmischung M wurde in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-15, 1-17 und 1-221 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung M verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)
Ferner wurde während der Ansteuerung der Vorrichtung eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und nach Beendigung des Anlegens der Spannung wurde eine gute Bistabilität gezeigt.

Beispiel 16

Eine Flüssigkristallmischung N wurde in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-15, 1-17 und 1-221 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung N verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)
Ferner wurde während der Ansteuerung der Vorrichtung eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und nach Beendigung des Anlegens der Spannung wurde eine gute Bistabilität gezeigt.

Beispiel 17

Eine Flüssigkristallmischung O wurde in derselben Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-15, 1-17 und 1-221 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung O verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)
Ferner wurde während der Ansteuerung der Vorrichtung eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und nach Beendigung des Anlegens der Spannung wurde eine gute Bistabilität gezeigt.

Beispiele 18 bis 21

Flüssigkristallmischungen P bis S wurden hergestellt, indem die Beispielverbindungen und die Flüssigkristallmischungen, die in Beispiel 5 verwendet wurden, durch Beispielverbindungen und Flüssigkristallmischungen, die in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind, ersetzt wurden. Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, indem anstelle der Mischung B jeweils diese Mischungen verwendet wurden, und einer Messung der optischen Ansprechzeit und einer Beobachtung der Umschaltzustände unterzogen. Bei den Vorrichtungen wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die Ergebnisse der Messung sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Beispiel Nr. (Name der Mischung) Beispielverbindung Nr. oder Name der Flüssigkristallmischung (Masseteile) Ansprechzeit (us)
Wie aus den Ergebnissen, die in den vorstehenden Beispielen 18 bis 21 gezeigt werden, ersichtlich ist, zeigten die ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen, die die Flüssigkristallmischungen P bis S enthielten, ein verbessertes Betriebsverhalten bei niedriger Temperatur, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und eine verminderte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit.

Beispiel 22

Eine Leerzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, wobei für jede Elektrodenplatte anstelle der 1,5%igen Lösung einer Polyimidharzvorstufe in Dimethylacetamid eine 2%ige wäßrige Lösung eines Polyvinylalkoholharzes (PVA-117, erhältlich von Kuraray K.K.) verwendet wurde. Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde hergestellt, indem die Leerzelle mit der in Beispiel 5 hergestellten Flüssigkristallmischung B gefüllt wurde. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der optischen Ansprechzeit unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Ansprechzeit (us)

Beispiel 23

Eine Leerzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die SiO&sub2;-Schicht weggelassen wurde, um auf jeder Elektrodenplatte eine Ausrichtungseinstellungsschicht zu bilden, die nur aus der Polyimidharzschicht bestand. Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde hergestellt, indem die Leerzelle mit der in Beispiel 5 hergestellten Flüssigkristallmischung B gefüllt wurde. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der optischen Ansprechzeit unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Ansprechzeit (us)
Wie aus den vorstehenden -Beispielen 22 und 23 ersichtlich ist, lieferten die Vorrichtungen, die die ferroelektrische Flüssigkristallmischung B gemäß der vorliegenden Erfindung enthielten, auch im Fall anderer Vorrichtungsstrukturen jeweils ein beträchtlich verbessertes Betriebsverhalten bei einer niedrigeren Temperatur und auch eine verminderte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit.

Beispiel 24

Eine Flüssigkristallmischung T wurde hergestellt, indem die folgenden Verbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen vermischt wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile
Die Flüssigkristallmischung T wurde ferner mit den folgenden Beispielverbindungen in den jeweils nachstehend gezeigten Anteilen vermischt, um eine Flüssigkristallmischung U bereitzustellen. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung U verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)

Vergleichsbeispiel 3

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die in Beispiel 24 hergestellte Flüssigkristallmischung T in eine Zelle eingespritzt wurde. Die Meßwerte der Ansprechzeit der Vorrichtung waren wie folgt. Ansprechzeit (us)

Beispiel 25

Eine Flüssigkristallmischung V wurde in derselben Weise wie in Beispiel 24 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-25, 1-109 und 1-128 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung V verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)
Ferner wurde während der Ansteuerung der Vorrichtung eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und nach Beendigung des Anlegens der Spannung wurde eine gute Bistabilität gezeigt.

Beispiel 26

Eine Flüssigkristallmischung W wurde in derselben Weise wie in Beispiel 24 hergestellt, außer daß anstelle der Beispielverbindungen Nrn. 1-25, 1-109 und 1-128 die folgenden Beispielverbindungen in den jeweils gezeigten Anteilen verwendet wurden. Beispielverbindung Nr. Strukturformel Masseteile Mischung
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die Mischung W verwendet wurde. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wurde eine Monodomäne mit einem guten und gleichmäßigen Ausrichtungsverhalten beobachtet. Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 5 einer Messung der Ansprechzeit und einer Beobachtung des Umschaltzustands usw. unterzogen, wodurch die folgenden Ergebnisse erhalten wurden. Ansprechzeit (us)
Ferner wurde während der Ansteuerung der Vorrichtung eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und nach Beendigung des Anlegens der Spannung wurde eine gute Bistabilität gezeigt.

Beispiel 27

2-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-5-(4-decylphenyl)-benzoxazol (Beispielverbindung Nr. 1-278) wurde durch die folgenden Schritte i) und ii) synthetisiert.

Schritt i)

In einen 50-ml-Dreihalskolben wurden 0,70 g (2,15 mmol) 2-Amino-4-(4-decylphenyl)-phenol, 0,48 g (2,21 mmol) trans- 4-Pentylcyclohexylcarbonylchlorid und 20 ml Dioxan eingefüllt. Der Mischung wurden bei etwa 87 ºC unter Rühren nach und nach 0,77 ml Pyridin tropfenweise zugesetzt, worauf 1,5stündiges Rühren unter Erhitzen bei etwa 87 ºC folgte. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung in 150 ml Wasser gegossen, um Kristalle auszufällen. Die Kristalle wurden durch Filtrieren gewonnen, mit Methanol gewaschen und aus Toluol umkristallisiert, wobei 0,61 g 2-(trans-4-Pentylcyclohexylcarbonylamino)-4-(4-decylphenyl)-phenol erhalten wurden (Ausbeute: 56,1 %).

Schritt ii)

In einen 30-ml-Rundkolben wurden 0,60 g (1,19 mmol) 2-(trans-4-Pentylcyclohexylcarbonylamino)-4-(4-decylphenyl)-phenol, 0,07 g (0,37 mmol) p-Toluolsulfonsäure und 10 ml o-Dichlorbenzol eingefüllt, worauf 40minütiges Rühren bei 188 bis 192 ºC folgte. Nach der Reaktion wurde o-Dichlorbenzol unter vermindertem Druck abdestilliert. Der Rückstand wurde durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie (Elutionsmittel: Toluol) gereinigt, wobei 0,28 g 2-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-5-(4-decylphenyl)-benzoxazol erhalten wurden (Ausbeute: 48,4 %). Phasenübergangstemperatur (ºC)
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden gemäß der vorliegenden Erfindung eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung und eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die die Mischung enthält und ein gutes Umschaltverhalten, ein verbessertes Betriebsverhalten bei niedriger Temperatur und eine verminderte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigt, bereitgestellt.

Claims

1. Mesomorphe Verbindung, die durch die folgende Formel (I) wiedergegeben wird:

worin R&sub1; und R&sub2; jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen bezeichnen, die wahlweise mit einer Fluorgruppe oder einer Alkoxygruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen substituiert ist; X&sub1; und X&sub2; jeweils eine Einfachbindung, -O-, -O -, - O-, -O O- oder - - bezeichnen und A&sub1; und A&sub2; jeweils

bezeichnen, worin X&sub3; und X&sub4; jeweils Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, -CH&sub3;, -CN oder -CF&sub3; bezeichnen und Z -O- oder -S- bezeichnet.

2. Mesomorphe Verbindung nach Anspruch 1, bei der X&sub1; irgendeinen Rest bedeutet, der aus einer Einfachbindung, -O- und - O- ausgewählt ist; X&sub2; irgendeinen Rest bedeutet, der aus einer Einfachbindung, -O-, -O - und - O- ausgewählt ist; und R&sub1; und R&sub2; jeweils irgendeine der nachstehend gezeigten Gruppen (i) bis (iv) bedeuten:

(i) n-Alkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen und insbesondere mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen;

(ii)

worin m 1 bis 6 ist und n 2 bis 8 ist (optisch aktiv oder inaktiv);

(iii)

worin r 0 bis 6 ist, s 0 oder 1 ist und t 1 bis 12 ist (optisch aktiv oder inaktiv); und

(iv) -CH&sub2; HCxH2x+1 , worin x 1 bis 14 ist.

3. Mesomorphe Verbindung nach Anspruch 1, die durch irgendeine der folgenden Formeln (1-1) bis (1-298) wiedergegeben wird: