DE69112478T2

DE69112478T2 - Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung.

Info

Publication number: DE69112478T2
Application number: DE69112478T
Authority: DE
Inventors: Murashiro Katsuyuki; Makoto Kikuchi; Kanetsugu Terashima
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2011-04-20
Also published as: DE69112478D1; EP0453309A3; JPH044290A; JP2958046B2; EP0453309A2; KR910018520A; KR0171412B1; EP0453309B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung und insbesondere eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung, die eine nichtchirale Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie enthält und die die Eigenschaften der negativen dielektrischen Anisotropie sowie hervorragende Temperatureigenschaften bei einer Ansprechgeschwindigkeit aufweist; die Erfindung betrifft ferner ein Lichtschaltelement, in welchem diese Zusammensetzung verwendet wird.
In den vergangenen Jahren haben Flüssigkristall-Anzeigen eine breite Anwendung als Display-Elemente durch Nutzung von Merkmalen gefunden, wie beispielsweise Dünnheit, Leichtigkeit und geringe elektrische Leistungsaufnahme. Allerdings nutzen die meisten dieser Flüssigkristall-Anzeigen einen TN-Displaymodus, in dem ein Material als Flüssigkristall mit einer nematischen Phase verwendet wird, und die Ansprechzeit dieser Anzeigen ist in Anwendungsgebieten immer noch sehr gering, bei denen eine hohe Multiplexität gefordert wird. Die Verbesserung dieser Arten von Flüssigkristall-Anzeigen ist daher dringlich.
In derartigen Situationen richtet sich ein großer Teil der Aufmerksamkeit heutzutage auf ein Display-System unter Einsatz des Phänomens des Lichtschaltens (optisches Schalten) von ferroelektrischen Flüssigkristallen, die von N. A. Clark und S. T. Lagerwall (siehe Appl. Phys. Lett., Bd. 36, S. 899 (1980)) vorgeschlagen wurden. Von der Existenz der ferroelektrischen Flüssigkristalle wurde erstmalig von R. B. Meyer et al. 1975 (siehe J. de Phys., Bd. 36, S. 69 (1975)) berichtet, wobei nach der Klassifikation der Flüssigkristalle diese ferroelektrischen Flüssigkristalle zu einer chiralen smektischen C-Phase, chiralen smektischen I-Phase, chiralen smektischen F-Phase, chiralen smektischen G-Phase, chiralen smektischen H-Phase, chiralen smektischen J-Phase und chiralen smektischen K-Phase gehören (nachfolgend abgekürzt bezeichnet als SC*-Phase, SI*-Phase, SF*-Phase, SG*-Phase, SJ*-Phase bzw. SK*-Phase).
Wenn der Lichtschalteffekt der ferroelektrischen Flüssigkristalle auf das Display Element angewendet wird, hat diese Art des Display-Elements zwei weitere hervorragende Merkmale im Vergleich zum TN-Displaymodus. Das erste Merkmal besteht darin, daß das Ansprechen so schnell erfolgt, daß die Ansprechzeit 1/100 oder weniger von dem des TN-Displaymodus ist, und das zweite Merkmal besteht darin, daß ein Speichereffekt vorliegt und Multiplexsteuerung im Zusammenhang mit den vorgenannten Eigenschaften des Ansprechens mit hoher Geschwindigkeit leicht ist.
Als Mittel, dem Display-Element unter Verwendung der ferroelektrischen Flüssigkristalle die Speichereigenschaften zu verleihen, können die zwei folgenden Methoden angestrebt werden.
Die erste Methode umfaßt das Verringern der Dicke (d) einer Zelle auf die Ganghöhe (p) einer Helix oder weniger (d < p) und danach Abwinden der Helix, um die Speichereigenschaften zu erzeugen, wie von N. A. Clark vorgeschlagen wurde (siehe Appl. Phys. Lett., Bd. 36, S. 899 (1980)). Um nach dieser Methode die Speichereigenschaften zu erzeugen, ist es notwendig, die Dicke der Zelle auf einer Größe von etwa 1 bis etwa 3 um zu halten, da die meisten Materialien ferroelektrischer Flüssigkristalle, die gegenwärtig verwendet werden, die kurze helikale Ganghöhe haben (1 bis 3 um). Angesichts der gegenwärtigen Herstellungsverfahren der Zellen, d.h. vom Standpunkt der Kosten und der Leistung, wird der Einsatz dieser Methode jedoch nicht angestrebt.
Die vorgenannte zweite Methode besteht im Einsatz eines AC-Stabilisierungseffektes, um die Speichereigenschaften zu erzeugen, wie von Le Piesant et al. (siehe Paris Liquid Crystal Conference, S. 217 (1984)) entdeckt wurde.
Diese Methode ist lediglich bei Materialien der ferroelektrischen Flüssigkristalle wirksam, die eine negative dielektrische Anisotropie (Δ&epsi;) haben. Ein Flüssigkristall-Molekül, bei dem die dielektrische Anisotropie negativ ist (Δ&epsi; < 0) hat die Eigenschaft, zu einem Substrat beim Anlegen eines elektrischen Feldes eine parallele Lage einzunehmen. Wenn das niederfrequente elektrische Feld intermittierend angelegt wird, herrscht die Wirkung der spontanen Polarisation vor und die Polarität des elektrischen Feldes kehrt sich um mit dem Ergebnis, daß ein Schalten ausgeführt wird. In diesem Fall fällt das Molekül, wenn das elektrische Feld nicht anliegt, aus seiner parallelen Lage zum Substrat (d.h. Speichereigenschaften gehen verloren) und der Kontrast verschwindet. Wenn jedoch das hochfrequente elektrisch Feld kontinuierlich simultan der intermittierenden Aufbringung des niederfrequenten elektrischen Feldes überlagert wird, kann unter der Bedingungen, daß das niederfrequente elektrische Feld nicht anliegt, der Effekt der spontanen Polarisation dem hochfrequenten elektrischen Feld nicht folgen, so daß der Effekt der dielektrischen Anisotropie vorherrscht. Als Folge bewahrt das Molekül die parallele Lage zum Substrat (d.h. es werden Speichereigenschaften erzeugt), wodurch der hohe Kontrast erhalten wird.
Der AC-stabilisierende Effekt kann durch Nutzung der Eigenschaft ausgenutzt werden, die zum Zeitpunkt erzeugt wird, wenn das hochfrequente elektrische Feld an den vorgenannten Flüssigkristallen mit der negativen dielektrischen Anisotropie angelegt wird, wobei entsprechend diesem AC-stabilisierenden Effekt die Speichereigenschaften selbst in den dicken Zellen (5 bis 7 um) erzeugt werden können. Aus diesem Grund kann mit der zweiten Methode die gegenwärtige Technik der Herstellung von Zellen eingesetzt werden und ist praktischer als die erste Methode.
So wurden Matrix-Displays, bei denen dieser AC-stabilisierende Effekt genutzt wird, erstmalig 1985 von Jeary (siehe SID '85, Digest S. 128 (1985)) vorgeschlagen und danach kaum Beispiele zu dieser Technik veröffentlicht. Der Grund besteht darin, daß es wenig Substanzen für ferroelektrische Flüssigkristalle gibt, die die negative dielektrische Anisotropie aufweisen. Darüber hinaus beschreibt der Bericht von Jeary, daß, um die Speichereigenschaften durch Nutzung des AC-stabilisierenden Effektes zu nutzen, eine Spannung von etwa 40 V benötigt wird. Unter Berücksichtigung des Bereichs der Steuerspannung, die bei ICs üblich ist, ist es wünschenswert, den AC-stabilisierenden Effekt bei einer niedrigeren Spannung zu erzeugen (25 V oder weniger).
Die gegenwärtigen ferroelektrischen Flüssigkristall-Elemente mit Doppelbrechungs-Modus können die Speichereigenschaften nicht im ausreichenden Maße gewähren, was auf die Spreizungseinstellung des Moleküls und die Bildung der V-Struktur zurückzuführen ist, so daß der Kontrast gering ist, was diese Flüssigkristall-Elemente unpraktisch werden läßt. Daher wird die Nutzung des AC-stabilisierenden Effektes selbst im Fall dünner Zellen (1 bis 3 um) erforderlich, und es werden Substanzen für die Flüssigkristalle angestrebt, die diesen Anforderungen genügen können.
In bezug auf die von Jeary veröffentlichten Substanzen für die ferroelektrischen Flüssigkristalle beträgt die Ansprechzeit mehrere Millisekunden, was vom praktischen Standpunkt noch wenig ist. Die ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzungen wurden in der JP-A-1- 168792 und 1-306493 offenbart, für praktische Zwecke ist die Temperaturänderung der Ansprechzeit jedoch zu groß. Damit besteht die Forderung nach einer Entwicklung der ferroelektrischen Flüssigkristalle, die ein Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit, hervorragenden Temperatureigenschaften der Ansprechzeit und eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen

ZUSAMMENFASSUNG

Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie, einem AC-stabilisierenden Effekt selbst bei einer niedrigen Spannung, einem Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit und die hervorragenden Temperatureigenschaften einer Ansprechzeit, während die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Elementes zum Lichtschalten ist, bei dem diese Zusammensetzung verwendet wird.
Die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine negative dielektrische Anisotropie aufweist und der Gehalt der folgenden drei Komponenten A, B und C 85% oder mehr der Zusammensetzung beträgt, wobei die Anteile der Komponenten A, B und C in bezug auf die Gesamtmasse der drei Komponenten 10% bis 25 Gewichtsprozent, 45% bis 65 Gewichtsprozent bzw. 10% bis 30 Gewichtsprozent beträgt und worin sind:
Komponente A, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen, dargestellt durch die Formel:
Komponente B, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen, dargestellt durch die Formel:
und Komponente C, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen, die ausgewählt werden aus Verbindungen, dargestellt durch die Formeln:
und
worin sind:
R¹ und R² identisch oder verschieden und jede dieser Gruppe eine geradkettige Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen;
R³, R&sup4;, R&sup5;, R&sup7; und R&sup9; identisch oder verschieden und jede dieser Gruppen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen;
jedes R&sup6; und R&sup8; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen;
R¹&sup0; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
jedes der k, l, m, und n Null oder 1 und l + m 1 oder 2, jede der
und
,unabhängig
oder
sind,
jedes der X, Y, Z und W ist F, Cl, Br oder CN, wobei Y auch H sein kann und
worin das Zeichen * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom kennzeichnet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:
Fig. 1 eine Temperaturänderung zur Ansprechzeiteiner Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung nach Beispiel 1 und einer Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Vergleichsbeispiel 1;
Fig. 2 eine Wellenform der angelegten Spannung er Zusammensetzung in bezug auf die vorliegende Erfindung und
Fig. 3 ein optisches Ansprechen für den Fall, daß eine AC-Wellenform mit 25 kHz der in Fig. 2 dargestellten Spannungs-Wellenform überlagert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Komponente A einer Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist eine durch die Formel (A) dargestellte nichtchirale Verbindung. Diese Verbindung hat eine negative dielektrische Anisotropie und ist reich an smektischen C-Eigenschaften und spielt daher in der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Zusammensetzung die Rolle einer Basis SC-Verbindung (welche Rolle darin besteht, SC in einem weiten Temperaturbereich zu zeigen).
In der durch die Formel (A) dargestellten Verbindung der Komponente A sind R¹ und R² identisch oder verschieden und jede dieser Gruppe eine geradkettige Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und mehr bevorzugt 4 bis 10 Kohlenstoffatomen.
Ein typisches Beispiel der durch die Formel (A) dargestellten Verbindung ist eine durch die Formel (A-1)
dargestellte Verbindung, worin jede Kohlenstoffzahl von R¹ und R² die gleiche wie vorstehend angegeben ist und die besonders bevorzugte Kohlenstoffzahl 4 bis 10 beträgt. Tabelle 1 zeigt typische Beispiele für R¹ und R². TABELLE 1: Verbindungen, dargestellt durch die Formel
Die durch die Formel (A-1) dargestellte Verbindung zeigt eine SC-Phase in einem relativ hohen Temperaturbereich und hat eine negative dielektrische Anisotropie. Beispielsweise hat eine Verbindung, dargestellt durch die Formel
eine Phasenumwandlungstemperatur von Cr 83,6 SC 138,6 SA 158,0 ISO und eine dielektrische Anisotropie Δ&epsi; von -7.
In der Komponente B der erfindungsgemäßen Flüssigkristall Zusammensetzung gibt es eine chirale Verbindung mit chiralen smektischen C-Eigenschaften, worin R&sup4; der Formel (ß) eine optisch aktive Gruppe ist, sowie eine nichtchirale Verbindung, die reich an smektischen C-Eigenschaften ist.
Typische Beispiele für die durch die Formel (B) dargestellte nichtchirale Verbindung sind:
und typische Beispiele der durch die Formel (B) dargestellten chiralen Verbindung sind:
und
worin sind:
R¹³ und R¹&sup4; identisch oder verschieden und jede dieser Gruppen eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
R¹&sup5; eine geradkettige Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
R¹&sup6; eine Alkylgruppe mit 2 bis (16-p) Kohlenstoffatomen, p eine ganze Zahl von Null bis 10 und
das Zeichen * kennzeichnet ein asymmetrisches Kohlenstoffatom.
Mehr bevorzugt sind:
R¹³ eine geradkettige Alkylgruppe mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen,
R¹&sup4; eine geradkettige Alkylgruppe mit 3 bis 13 Kohlenstoffatomen,
R¹&sup5; eine geradkettige Alkylgruppe mit 5 bis 13 Kohlenstoffatomen und
R¹&sup6; eine geradkettige Alkylgruppe mit 2 Kohlenstoffatomen.
Da in den durch die vorstehenden Formeln (B-3), (B-4), (B-5) und (B-6) dargestellten chiralen Verbindungen die spontane Polarisation gering ist, können diese chiralen Verbindungen wie die nichtchiralen Verbindungen die Rolle der jeweiligen Basisverbindung der Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung spielen. Typische Beispiele für R¹³ und R¹&sup4; sind in den Tabellen 2 und 3 gegeben und typische Beispiele für R¹&sup5; und R¹&sup6; in den Tabellen 4 und 5. TABELLE 2: Verbindungen (B-1), dargestellt durch die Formel TABELLE 3: Verbindungen (B-2) dargestellt duch die Formel TABELLE 4 TABELLE 5
Die durch die Formeln (B-1) bis (B-6) dargestellten Verbindungen zeigen eine SC-Phase oder eine SC*-Phase in einem relativ niedrigen Temperaturbereich und haben eine negative dielektrische Anisotropie.
Beispielsweise hat eine durch die Formel
dargestellte Verbindung eine Phasenumwandlungstemperatur von Cr 26,5 SG 35 SF 48 SC 67,5 N 68,7 ISO und eine dielektrische Anisotropie Δ&epsi; von -1.
Eine durch die Formel:
dargestellte Verbindung hat eine Phasenumwandlungstemperatur von Cr 26,0 SC 46,0 SA 53,4 ISO und eine dielektrische Anisotropie Δ&epsi; von -2. Ferner hat eine durch die Formel:
dargestellte Verbindung eine Phasenumwandlungstemperatur von Cr 10,0 SC* 33,2 SA 43,2 ISO und eine dielektrische Anisotropie Δ&epsi; von -0,5.
Zusätzlich zu den vorgenannten Verbindung sind Beispiele von Verbindungen, die als Komponente B angestrebt werden:
Die Komponente C in der erfindungsgemäßen Flüssigkristall- Zusammensetzung besteht aus einer oder mehreren chiralen Verbindungen, dargestellt durch die folgenden Formeln (C-1) bis (C-3), wobei diese Komponente C zur Erhöhung der spontanen Polarisation und der Beschleunigung der Ansprechgeschwindigkeit der Zusammensetzung beiträgt:
und
darin sind:
R&sup5;, R&sup7; und R&sup9; identisch oder verschieden und jede dieser Gruppen eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohl enstoffatomen,
R&sup6; und R&sup8; identisch oder verschieden und jede dieser Gruppe eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen,
R¹&sup0; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygrupe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
k ist Null oder 1,
jedes der
und
ist unhabhängig
oder
Jedes Z und W ist F, Cl, Br oder CN, und das Zeichen * kennzeichnet ein asymmetrisches Kohlenstoffatom.
Jedes der R&sup5;, R&sup6;, R&sup7;, R&sup8;, R&sup9; und R¹&sup0; ist vorzugsweise geradkettig. Bevorzugte Verbindungen der Formel (C-3) schließen ein:
und
Bevorzugte beispielhafte Verbindungen der Komponente C schließen ein:
(a) eine durch die Formel (C-1) dargestellte Verbindung, worin die Kohlenstoffzahl von R&sup5; 5 bis 12 beträgt, die Kohlenstoffzahl von R&sup6; 2 bis 9 beträgt und Z F oder CN ist (vorzugsweise F),
(b) eine Verbindung, dargestellt durch die Formel (C-2), worin die Kohlenstoffzahl R&sup7; 7 bis 12 beträgt, die Kohlenstoffzahl von R&sup8; 2 bis 6 beträgt und W F oder CN ist (vorzugsweise CN) sowie
(c) Verbindungen, dargestellt durch die Formeln (C-3a) und (C-3b), worin R&sup9; eine Alkylgruppe mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen ist und R¹&sup0; eine Alkylgruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise hat die Alkoxygruppe 2 bis 7 Kohlenstoffatome).
Typische Beispiele für diese Verbindungen sind in den Tabelle 5, 6, 7 und 8 gegeben. TABELLE 5: Verbindungen (C-1), dargestellt durch die Formel TABELLE 6: Verbindungen (C-2), dargestellt durch die Formel TABELLE 7: Verbindungen (C-3a), dargestellt durch die Formel TABELLE 8: Verbindungen (C-3b), dargestellt durch die Formel
Die vorstehend unter (a) angegebene Verbindung ist eine in der JP-A-61-43 und 61-210056 erwähnte Verbindung und hat eine hohe spontane Polarisation, cholesterische Eigenschaften und negative dielektrische Anisotropie. Beispielsweise hat eine Verbindung, dargestellt durch die Formel:
eine Phasenumwandlungstemperatur von Cr 31,5 SC* 62,1 N* 74,2 ISO, einen Wert der spontanen Polarisation von 105 nCcm&supmin;² (T-Tc = -10ºC), eine Ansprechzeit von 31 us (T-Tc = -10ºC, E = 5 V/um) und eine dielektrische Anisotropie Δ&epsi; von -1.
Die vorstehend unter (b) genannte Verbindung ist eine in der JP-A-63-298156 erwähnte Verbindung, die ein helikales Steighöhen- Modifikationsmittel ist und eine negative dielektrische Anisotropie hat. Beispielsweise hat eine Verbindung, dargestellt durch die Formel:
eine Phasenumwandlungstemperatur von Cr 47,5 SC* 85,0 SA 121,3 N* 123,6 ISO, einen Wert der spontanen Polarisation von 23,6 nCcm&supmin;² (T-Tc = -10ºC), eine Ansprechzeit von 108 us (T-Tc = -10ºC, E = 5 V/um) und eine dielektrische Anisotropie Δ&epsi; von -2.
Die unter (c) vorstehend angegebene Verbindung ist eine in der JP-A-62-103977 erwähnte Verbindung, die eine hohe spontane Polarisation hat und zur Verkürzung der Ansprechzeit beiträgt. Wenn diese Verbindung, die eine positive dielektrische Anisotropie hat, in einer übermäßigen Menge verwendet wird, ist es möglich, die dielektrische Anisotropie der Zusammensetzung positiv zu machen, weshalb bevorzugt wird, daß der Gehalt der Verbindung 15 Gewichtsprozent oder weniger beträgt.
Beispielsweise hat als die Verbindung der Formel C-3a eine durch die Formel:
dargestellte Verbindung eine Phasenumwandlungstemperatur von Cr 67 SC* 96 N* 107 ISO, einen Wert der spontanen Polarisation von 327 nCcm&supmin;² (T-Tc = -10ºC) eine Ansprechzeit von 45 us (T-Tc = -10ºC, E = 5 V/um).
Ferner hat als die Verbindung der Formel C-3b eine durch die Formel:
dargestellte Verbindung eine Phasenumwandlungstemperatur von Cr 70 SC* 103 SA 108 N* 110 ISO, einen Wert der spontanen Polarisation von 243 nCcm&supmin;² (T-Tc = -10ºC) eine Ansprechzeit von 30 us (T-Tc = -10ºC, E = 5 V/um).
In bezug auf die durch die Formeln (C-3a) und (C-3b) dargestellten Verbindungen ist für den Fall, daß eine absolute Konfiguration in einer optisch aktiven Stellen (S. S) oder (S. R.) ist, die Polarität der spontanen Polarisation negativ und die Windungsrichtung einer Helix linksgängig (für den Fall, daß die absolute Konfiguration (R.R) oder (R.S) ist, ist die Polarisation positiv und die Windungsrichtung rechtsgängig). Darüber hinaus ist in bezug auf die durch die Formel (C-2) dargestellte Verbindung die Polarität der spontanen Polarisation die gleiche wie bei den durch die Formeln (C-3a) und (C-3b) dargestellten Verbindungen (die spontane Polarisation ist nicht versetzt) und die Windungsrichtung der Helix entgegengesetzt. Daher kann, wenn die durch die Formel (C-2) dargestellte Verbindung mit der durch die Formel (C-3a) oder (C-3b) dargestellten Verbindung vereinigt wird, eine helikale Steighöhe vergrößert werden.
Die Menge der Komponente A der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beträgt 10% bis 25 Gewichtsprozent in bezug auf die Gesamtmasse der drei Komponenten A, B und C. Wenn die Menge der Komponente A kleiner ist als 10 Gewichtsprozent, fällt die obere Grenze der SC*-Phase übermäßig ab und Δ&epsi; nimmt ebenfalls ab. Beträgt die Menge mehr als 25%, ist die Viskosität zu hoch mit dem Ergebnis, daß die Ansprechgeschwindigkeit verringert wird, die N*-Phase verschwindet und die Ausrichtung damit unbrauchbar wird.
Die Menge der Komponente B beträgt 45% bis 65 Gewichtsprozent in bezug auf die Gesamtmasse der drei Komponenten A, B und C. Wenn die Menge der Komponente B kleiner ist als 45 Gewichtsprozent nehmen die Beträge der Komponenten A und B relativ zu, so daß die Viskosität übermäßig ansteigt. Bei Überschreiten von 65% fällt die obere Grenze der SC*-Phase ab, so daß die N*-Phase kaum in Erscheinung tritt und die Ausrichtung somit unbrauchbar wird.
Die Menge der Komponente C beträgt 10% bis 30 Gewichtsprozent in bezug auf die Gesamtmasse der drei Komponenten. Wenn die Menge der Komponente C kleiner ist als 10 Gewichtsprozent, nimmt die spontane Polarisation übermäßig ab, so daß die Ansprechgeschwindigkeit langsamer wird. Bei Überschreiten von 30 Gewichtsprozent nimmt die spontane Polarisation übermäßig zu, weshalb es schwierig ist, einen AC-stabilisierenden Effekt auszuüben. Dem entsprechend wird Ansprechgeschwindigkeit stärker von der Viskosität beeinflußt als von der spontanen Polarisation, so daß selbst wenn die spontane Polarisation zunimmt, die Ansprechgeschwindigkeit langsamer wird.
Eine andere Verbindung als die drei Komponenten A, B und C kann der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ebenfalls zugesetzt werden, um die Reihe der Phasenumwandlungen von ISO T N* T SA T SC* und um ferner die negative dielektrische Anisotropie zu erhöhen. Die Menge der anderen Verbindungen beträgt weniger als 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2% bis 7 Gewichtsprozent der Zusammensetzung.
Die von den Komponenten A, B und C verschiedenen Verbindungen können dargestellt werden durch die Formeln:
und
Typische Beispiele für die anderen Verbindungen sind folgende:
Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hat eine negative dielektrische Anisotropie, einen guten AC-stabilisierenden effekt und hervorragende Temperatureigenschaften einer Ansprechzeit.
Ferner verfügt ein Element zum Lichtschalten aus der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Zusammensetzung über ein Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit und kann bei Hochmultiplex- und Flüssigkristall- Anzeigen verwendet werden.

BEISPIELE

Nachfolgend wird die vorliegenden Erfindung eingehend unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben, durch die die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt werden soll. Die verschiedenen Parameter in den Beispielen wurden mit Hilfe der folgenden Prozeduren gemessen.
Ein Wert für die spontane Polarisation (PS) wurde nach einer Sawyer-Tower-Methode gemessen und ein Neigungswinkel (θ) bestimmt, indem zunächst ein ausreichend hohes elektrisches Feld einer kritischen elektrischen Feldstärke oder darüber an einer homogen ausgerichteten Zelle zum Löschen einer helikalen Struktur angelegt wurde, eine Polarität umgekehrt wurde und der veränderte Winkel einer Extinktionsstelle (entsprechend 2θ) unter gekreuzten Nicolschen Prismen gemessen.
Eine Ansprechzeit wurde bestimmt, indem jede Zusammensetzung in eine ausgerichtete Zelle mit einem Elektrodenspalt von 2 um gegossen und sodann die Intensitätsänderung des durchgelassenen Lichts zum Zeitpunkt gemessen wurde, zu dem eine Rechteckwellenform mit einer VPP von 20 V und 1 kHz daran angelegt wurde.
Eine SC*-Steighöhe wurde bestimmt, indem direkt ein Spalt zwischen Streifen (Dechiralisierungslinien) entsprechend den helikalen Steighöhen unter einem Polarisationsmikroskop unter Verwendung homogen ausgerichteter Zellen mit einer Dicke von etwa 200 um bestimmt wurde.
Eine N*-Steighöhe wurde indirekt bestimmt, indem zunächst ein Spalt (l) von Liniendefekten ("Disclinationslinien") unter einem Polarisationsmikroskop unter Verwendung einer keilförmigen Zelle gemessen wurde und danach eine Berechnung nach der theoretischen Formel für P (Steighöhe) = 2l tanθ erfolgte, worin θ ein Neigungswinkel der keilförmigen Zelle ist.
Die dielektrische Anisotropie wurde aus der Dielektrizitätskonstanten berechnet, die aus der Kapazität im Fall einer leeren Zelle bei 1 kHz und der Kapazität im Falle einer Zelle gemessen wurde, in die Flüssigkristalle gegossen wurden. Die erwähnten Zellen wurden vor der Verwendung einer Behandlung zum parallelen Ausrichten und einer Behandlung zum vertikalen Ausrichten unterzogen.

BEISPIEL 1

Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, die die folgenden Komponenten aufwies.
Als Komponente A: in Gew.-%
Als Komponente B: in Gew.-% in Gew.-%
Als Komponente C: in Gew.-%
Als eine weitere Komponente: in Gew.-%
Die Phasenumwandlungstemperatur dieser Zusammensetzung C betrug Cr -34 SC* 66 SA 73 N* 79 ISO. Bei 25ºC betrug der Wert für die spontane Polarisation 17 nCcm&supmin;², der Neigungswinkel 28 und die Ansprechzeit 269 us (E = 5 V/um) und die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; -4. Bei 40ºC betrug die Ansprechzeit 107 us und T25ºC/T40ºC = 2,52 (T25ºC und T40ºC sind die Ansprechzeiten bei 25ºC bzw. 40ºC).

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Es wurde eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung hergestellt, die die folgenden Komponenten aufwies (diese Zusammensetzung war eine in der JP-A-62-328717 offenbarte Zusammensetzung).
Als Komponente B: in Gew.-% in Gew.-%
Als Komponente C: in Gew.-%
Als die andere Komponente in der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung: in Gew.-%
Die Phasenumwandlungstemperatur dieser Zusammensetzung D betrug Cr -38 SC* 64 SA 69 N* 81 ISO. Bei 25ºC betrug der Wert der spontanen Polarisation 16 nCcm&supmin;², der Neigungswinkel 25º, die Ansprechzeit 340 us
(E = 5 V/um) und die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; -4. Bei 40ºC betrug die Ansprechzeit 119 us und T25ºC/T40ºC = 2,85.
Fig. 1 zeigt Temperaturänderungen der Ansprechzeiten der Zusammensetzungen, die in Beispiel 1 und in Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden. Wenn die Zusammensetzung von Beispiel 1 verglichen wird mit der Zusammensetzung des Vergleichsbeispiel 1, sind sie im wesentlichen identisch hinsichtlich der spontanen Polarisation und der dielektrischen Anisotropie, jedoch hat die Zusammensetzung C eine kurze Ansprechzeit und ist hinsichtlich der Temperatureigenschaften der Ansprechzeit hervorragend. Ferner enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung die Komponenten B und C, die weitgehend Komponenten der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung sind, sowie 20 Gewichtsprozent einer Verbindung mit der Gruppe
, wie beispielsweise
zum Erhöhen der dielektrischen Anisotropie einer anderen Komponente als die Komponenten A, B und C, wobei diese Verbindungen die Viskosität erhöhen und damit die Ansprechzeit verringern.
Aus dem vorgenannten ist offensichtlich, daß wenn die drei Komponenten A, B und C, die die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ausmachen vereinigt werden, die ferroel ektrische Flüssigkristall- Zusammensetzung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie erhalten werden, die eine SC*-Phase in einem breiten Temperaturbereich einschließlich der Raumtemperatur aufweist und die ein Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit und die hervorragenden Temperatureigenschaften der Ansprechzeit zeigt.

BEISPIEL 2

Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, die die folgenden Komponenten aufwies:
Als Komponente A: in Gew.-% in Gew.-%
Als Komponente B: in Gew.-%
Als Komponente C: in Gew.-% in Gew.-%
Die Phasenumwandlungstemperatur dieser Zusammensetzung betrug Cr -29 SC* 69 SA 79 N* 82 ISO. Bei 25ºC betrug die spontane Polarisation 17 nCcm&supmin;², der Neigungswinkel 26º, die Ansprechzeit 257 us (E = 5 V/um) und die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; -2. Bei 40ºC betrug die Ansprechzeit 100 us und T25ºC/T40ºC = 2,57. Diese Ergebnisse zeigen, daß die hergestellte ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung eine negative dielektrische Anisotropie mit einer SC*-Phase in einem weiten Temperaturbereich einschließend Raumtemperatur aufweist, ein Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit und hervorragende Temperatureigenschaften der Ansprechzeit.

BEISPIEL 3

Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, die die folgenden Komponenten aufwies:
Als Komponente A: in Gew.-%
Als komponente B: in Gew.-% in Gew.-%
Als Komponente C: in Gew.-%
Als andere Komponente: in Gew.-%
Die Phasenumwandlungstemperatur dieser Zusammensetzung betrug Cr -37 SC* 65 SA 73 N* 76 ISO. Bei 25ºC betrug die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; -2, der Wert der spontanen Polarisation 18 nCcm&supmin;², der Neigungswinkel 25º und die Ansprechzeit 207 us (E = 5 V/um). Bei 40ºC betrug die Ansprechzeit 80 us und T25ºC/T40ºC = 2,40. Diese Ergebnisse zeigen, daß die hergestellte Zusammensetzung eine SC*-Phase in einem breiten Temperaturbereich einschließend Raumtemperatur hat, ein Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit und die hervorragenden Temperatureigenschaften der Ansprechzeit.

BEISPIEL 4

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine Zusammensetzung hergestellt, die die folgenden Komponenten aufwies:
Als Komponente A: in Gew.-%
Als Komponente B: in Gew.-%
Als Komponente C: in Gew.-% in Gew.-%
Als andere Komponente: in Gew.-%
Die Phasenumwandlungstemperatur dieser Zusammensetzung betrug Cr -35 SC* 66 SA 71 N* 80 ISO. Bei 25ºC betrug die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; -3, der wert der spontanen Polarisation 18 nCcm&supmin;², der Neigungswinkel 26º, die Ansprechzeit 294 us (E = 5 V/um). Bei 40ºC betrug die Ansprechzeit 125 us, T25ºC/T40ºC = 2,35 und ein N*-Phasensteigungswinkel mit einer Länge von 17 um (72ºC). Diese Ergebnisse zeigen, daß die hergestellte Zusammensetzung eine SC*-Phase in einem breiten Temperaturbereich einschließend Raumtemperatur aufwies, die lange N*-Phasensteighöhe, eine hervorragende Ausrichtung, ein Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit und die hervorragenden Temperatureigenschaften der Ansprechzeit.

BEISPIEL 5

Die ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung vom Beispiel 4 wurde in eine Zelle gegossen, die mit einem Mittel zum Ausrichten aus einem Polyimid beschichtet war und sodann auf die Oberfläche aufgerieben wurde, um eine Behandlung zum parallelen Ausrichten vorzunehmen, welche Zelle mit einem transparenten Elektrodenpaar mit einem Zellenspalt von 5 um ausgestattet war. Diese Flüssigkristall-Zelle wurde sodann zwischen zwei in der Anordnung von gekreuzten Nicolschen Prismen befindlichen Lichtpolarisatoren gebracht und eine AC-Wellenform von 20 kHz und 20 V mit einer Impulswellenform überlagert aufgegeben, die eine Impulsdauer von 400 us und einen Scheitelwert von 25 V entsprechend der Darstellung in Fig. 2 hatte, so daß ein guter AC-stabilisierender Effekt beobachtet wurde, der in Fig. 3 dargestellt ist. Das erhaltene Flüssig(kristall)display-Element hatte gute Speichereigenschaften und ein sehr hervorragendes Kontrastverhältnis von 1:20.

BEISPIEL 6

Die ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung von Beispiel 3 wurde in eine Zelle gegossen, die mit einem Mittel zum Ausrichten aus Polyimid beschichtet war, das auf ihre Oberfläche aufgerieben wurde, um die Behandlung zum parallelen Ausrichten auszuführen, welche Zelle ausgestattet war mit einem transparenten Elektrodenpaar mit einem Zellenspalt von 2 um. Diese Flüssigkristall-Zelle wurde sodann zwischen zwei in der Anordnung von Nicolschen Prismen befindlichen Lichtpolarisatoren gegeben und eine AC-Wellenform von 20 kHz und 8 V mit einer Impulswellenform überlagert, die eine Impulsdauer von 400 us und einen Scheitelwert von 10 V entsprechend der Darstellung in Fig. 2 hatte, so daß ein guter AC-stabilisierender Effekt beobachtet wurde, wie der in Fig. 3 dargestellt ist. Das erhaltene Flüssigdisplay-Element hatte gute Speichereigenschaften und ein hervorragendes Kontrastverhältnis von 1:20.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung mit negativer dielektrischer Anisotropie und umfassend drei Komponenten A, B und C mit 85 Gewichtsprozent oder mehr, wobei die Menge jeder der drei Komponenten A B und C in Bezug auf die Gesamtmasse der drei Komponenten 10 bis 25 Gewichtsprozent, 45 bis 65 Gewichtsprozent bzw. 10 bis 30 Gewichtsprozent beträgt und worin sind:

Komponente A, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen der Formel:

Komponente B, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen der Formel:

und

Komponente C bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen der Formeln:

und

darin sind:

R¹ und R² gleich oder/und verschieden und jedes eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen; R³, R&sup4;, R&sup5;, R&sup7; und R&sup9; gleich oder verschieden und jedes eine geradkettige oder verzweigte Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen; jedes von R&sup6; und R&sup8; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen; R¹&sup0; eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder verzweigte Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen; jedes der l, m, n und k Null oder 1, und l+m gleich 1 oder 2; jede der

und

unabhängig

oder

jedes der X, Y, Z und W ist F, Cl, Br oder CN, wobei Y auch H

sein kann, und das Zeichen * kennzeichnet ein asymmetrisches Kohlenstoffatom.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin Komponente A aus einer oder mehreren Verbindungen der Formel

besteht (worin R¹ und R² die in Anspruch 1 festgelegten Bedeutungen haben).

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin Komponente B aus einer oder mehreren Verbindungen der Formeln

und

besteht und worin R¹³ und R¹&sup4; gleich oder/und verschieden sind und jedes eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, R¹&sup5; ist eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen; R¹&sup6; eine Alkylgruppe mit 2 bis (16-p) Kohlenstoffatomen; p ist eine ganze Zahl von Null bis 10, und das Zeichen * kennzeichnet ein asymmetrisches Kohlenstoffatom.

4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Verbindung der Formel (C-3) eine oder mehrere Verbindungen der Formeln

und

umfaßt (worin R&sup9; und R¹&sup0; die in Anspruch 1 festgelegten Bedeutungen haben).

5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ebenfalls enthaltend weniger als 15 Gewichtsprozent einer oder mehrerer Verbindungen der Formeln

et

worin R¹&sup7;, R¹&sup8;, R¹&sup9; und R²&sup0; gleich oder/und verschieden sind und jedes eine Alkylgruppe mit 3 bis 15 Kohlenstoffatome ist.

6. Element zum Lichtschalten, enthaltend einen ferroelektrischen Flüssigkristall nach einem der vorhergehenden Ansprüche.