JP2002088366A - 反強誘電性液晶組成物 - Google Patents

反強誘電性液晶組成物

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JP2002088366A
JP2002088366A JP2000283509A JP2000283509A JP2002088366A JP 2002088366 A JP2002088366 A JP 2002088366A JP 2000283509 A JP2000283509 A JP 2000283509A JP 2000283509 A JP2000283509 A JP 2000283509A JP 2002088366 A JP2002088366 A JP 2002088366A
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liquid crystal
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JP2000283509A
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Takahiro Matsumoto
隆宏 松本
Hironori Motoyama
裕規 本山
Tomoyuki Yui
知之 油井
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低いしきい値電圧の反強誘電性液晶組成物を
得る。 【解決手段】 下記一般式(1) で表わされる反強誘電性
液晶化合物、下記一般式(2) および下記一般式(3) で表
されるフェニルトリエステル化合物からなる液晶組成物
に、下記一般式(4) または(5) で表される化合物を混合
してなる反強誘電性液晶組成物。 【化1】 【効果】 より低温(15℃) においても低いしきい値電
圧の反強誘電性液晶組成物が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低温駆動性に優れた新
規な反強誘電性液晶組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は、低電圧作動性、低消費
電力性、薄型表示が可能である事等により、現在までに
各種の小型表示素子に利用されてきた。しかし、昨今の
情報、OA関連機器分野或いはテレビ分野への液晶表示
素子の応用、用途拡大に伴って、これまでのCRT表示
素子を上回る表示容量、表示品質を持つ高性能大型液晶
表示素子の要求が、急速に高まってきた。
【0003】しかしながら、現在のネマチック液晶を使
用する限りにおいては、アクテイブマトリックス駆動液
晶表示素子(TFT)でも、その大型化は容易ではな
い。又、単純マトリックス駆動のSTN型液晶表示素子
(STN)にしても、大容量駆動はTFT駆動に比較して
さらに困難である。また、応答時間にも限界があり鮮明
な動画表示は困難である。従って、ネマチック液晶表示
素子は、上記の高性能大型液晶表示素子への要求を満足
するものとはいい難いのが実状である。
【0004】更に、表示品質の面では、ネマチック液晶
を用いるTFT、STN表示素子のいずれにおいても視
野角の狭さが大きな問題となっていた。種々の改善策が
提案され成果をみているが、消費電力が大きくなる、応
答速度が遅くなる、生産性が落ちるなどのの欠点が発生
する。また、STNでは根本的に視野角の改善は困難であ
る。ネマチック液晶を用いている限りにおいてその抜本
的改善策を見いだすことは困難である。
【0005】このような状況のなかで、高速、広視野角
液晶表示素子として注目されてきたのが強誘電性液晶を
用いた液晶表示素子である。クラークとラガバールによ
り発表された表面安定化型強誘電性液晶(SSFLC)
素子は、その従来にない速い応答速度と広い視野角を有
する事が注目され、そのスイッチング特性は詳細に検討
されおり、種々の物性定数を最適化するため多くの強誘
電性液晶が合成されてきた。しかし、しきい値特性が不
十分である、層の構造がシェブロン構造をしているなど
から実用上問題のないコントラストを得るためには、液
晶の配向に関して特別な工夫が必要である。更に、液晶
分子の配向制御が極めて困難で、SSFLCの最大の特
徴の1つである双安定性を再現性良く実現するのは容易
でない。また、機械的衝撃に依って配向が破壊されそれ
の回復が困難であるなどの問題があり、素子の実用化に
あたってはこれらの問題の克服が必要である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、液晶
素子の大型化、高精細化のために新しいモードの開発を
含め様々な努力がなされているが、そのような状況の中
でこれらとはまったく別のスイッチング機構の素子の開
発も同時に進められている。反強誘電相を有する液晶物
質(以下「反強誘電性液晶」と記す)の三安定状態間の
スイッチングが、これらの新しいスイッチング機構の1
つである(JapaneseJournal of Applied Physics, Vol.
27, pp.L729, (1988)) 。
【0007】反強誘電性液晶素子は3つの安定な状態を
有する。すなわち、強誘電性液晶素子で見られる2つの
ユニフォーム状態(Ur, Ul)と第三状態である。この第三
状態が反強誘電相であることをChandaniらが報告してい
る(Japanese Journal ofApplied Physics, Vol.28, pp.
L1261, (1989) 、同 pp.L1265)。このような三安定状態
間のスイッチングが反強誘電性液晶素子の第1の特徴で
ある。反強誘電性液晶素子の第2の特徴は印加電圧に対
して明確なしきい値が存在することである。
【0008】更にメモリー性を有しておりこれが反強誘
電性液晶素子の第3の特徴である。これらの優れた特徴
を利用することにより応答速度が速く、コントラストが
良好な液晶表示素子を実現できる。又、もう一つの大き
な特徴として層構造が電界により容易にスイッチングす
る事があげられる(Japanese Journal of Applied Physi
cs, Vol.28, pp.L119,(1989)、同 Vol.29, pp.L111, (1
990)) 。このことにより欠陥が極めて少なく配向の自己
修復能力のある液晶表示素子の作製が可能となりコント
ラストに優れた液晶素子を実現できる。
【0009】しかし、反強誘電性液晶素子においては、
環境温度が低下するに従ってしきい値電圧が上昇し、あ
る温度以下では駆動できなくなるという現象が生じる。
この問題については、液晶パネルに温度検出器をつけ、
温度の低下に伴い駆動周波数を下げていく手法が考えら
れる。しかし、この方法では画質が低下する、パネル製
造のコストアップを招くといった問題が生ずる。従っ
て、液晶材料側から解決策を提示するのが、もっとも好
ましいと考えられる。また、しきい値電圧は、駆動ドラ
イバーの関係から、好ましくは35V以下、更に好ましく
は30V以下が求められる。
【0010】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、下
記一般式(1) で表わされる反強誘電性液晶化合物、下記
一般式(2) および下記一般式(3) で表されるフェニルト
リエステル化合物からなる液晶組成物に、下記一般式
(4) または(5) で表される化合物を混合してなる反強誘
電性液晶組成物である。
【0011】
【化2】 (式中、R1、R3、R4およびR5は炭素数 8〜10の直鎖アル
キル基、R2は炭素数 8〜11の直鎖アルキル基、X1、X2
X3、X4およびX5は水素原子又はフッ素原子であり、mは
5または7、pおよびrは0または2、jは2または
4、q、s、tおよびkは1または2である。)
【0012】本発明において、該一般式(3) において、
pが2、qが1である化合物が好ましい。また、該一般
式(1) で表される反強誘電性液晶が、液晶組成物の20〜
60モル%であること、該一般式(2) で表されるフェニル
トリエステル化合物が、液晶組成物の10〜40モル%であ
ること、該一般式(3) であらわされる化合物が、液晶組
成物の20〜60モル%であること、該一般式(4) および該
一般式(5) で表される化合物の混合量の合計が、液晶組
成物の 5〜30モル%であることが好ましい。そして、本
反強誘電性液晶組成物は、反強誘電相よりも高温側に少
なくともスメクチックA相を有し、反強誘電相の温度範
囲が少なくとも温度 0〜40℃であることが好ましく、こ
のような本反強誘電性液晶組成物を、1対の電極基板間
に配置して反強誘電性液晶表示素子とすることができ
る。
【0013】本発明の一般式(1) で示される反強誘電性
液晶化合物は、本発明者らが示した特開平4-198155号に
より製造することができる。例えば、X1=F, m=5 場
合、次のような方法によって製造される。 (1) AcO-Ph(F)-COOH + SOCl2 → AcO-Ph(F)-COCl (2) (1) + HOC*H(CF3)(CH2)5OC2H5 → AcO-Ph(F)-COOC*H(CF3)(CH2)5OC2H5 (3) (2) + (Ph-CH2NH2) → HO-Ph(F)-COOC*H(CF3)(CH2)5OC2H5 (4) R1O-Ph-Ph-COOH + SOCl2 → R1O-Ph-Ph-COCl (5) (3) + (4) → 反強誘電性液晶化合物 式中、AcO-はアセチル基、-Ph-は1,4-フェニレン基、-P
h(F)- は3位がF置換している1,4-フェニレン基、Ph-
はフェニル基、C*は不斉炭素を示す。
【0014】上記製造法について、下記に簡単に説明す
る。(1) はフッ素置換のp-アセトキシ安息香酸の塩化チ
オニルによる塩素化反応。(2) は塩素化物(1) とアルコ
ールとの反応によるエステル化。(3) はエステル(2) の
脱アセチル化。(4) はアルキルオキシビフェニルカルボ
ン酸の塩素化反応。(5) はフェノール(3) と酸クロライ
ド(4) との反応による液晶の生成。
【0015】また、本発明の一般式(2) で示されるフェ
ニルトリエステル化合物も公知の方法によって製造でき
る。例示すれば下記である。 (イ) AcO-Ph(F)-COOH + SOCl2 → AcO-Ph(F)-COCl (ロ) (イ) + CH3CH(OH)C5H11 → AcO-Ph(F)-COO-CH(CH3)C5H11 (ハ) (ロ) + (CH3NH2) → HO-Ph(F)-COO-CH(CH3)C5H11 (ニ) R2COCl + HO-Ph-COOH → R2COO-Ph-COOH (ホ) (ニ) + SOCl2 → R2COO-Ph-COCl (ヘ) (ホ) + (ハ) → 目的フェニルトリエステル化合物 略号などは上記一般式(1) の場合と同様である。
【0016】上記製造法について、下記に簡単に説明す
る。(イ) は4-アセトキシ安息香酸の塩化チオニルによる
塩素化。(ロ) は酸クロライド(イ) と2−アルカノールと
の反応。(ハ) はエステル(ロ) の脱アセチル化反応。(ニ)
は酸クロライドとp-ヒドロキシ安息香酸との反応。(ホ)
はカルボン酸化合物(ニ) の塩化チオニルによる塩素化反
応。(ヘ) は目的物を得る反応である。さらに、一般式
(3) で表されるフェニルトリエステル化合物は一般式
(2) の化合物と同様な方法で製造できる。一般式(4) お
よび(5) の化合物は、一般式(1)と同様な方法で製造で
きる。
【0017】
【実施例】次に、実施例及び比較例を掲げて本発明を更
に具体的に説明するが、本発明はもちろんこれに限定さ
れるものではない。 実施例1 一般式(1) 、(2) 、(3) および(4) に相当する化合物と
して、それぞれ下記A1, B1, C1およびD1を用い、反強誘
電性液晶組成物を調製した。 A1 : C9H19O-Ph-Ph-COO-Ph(F)-COO-C*H(CF3)(CH2)5OC2H5 46 モル% B1 : C10H21COO-Ph-COO-Ph(F)-COO-C*H(CH3)C5H11 24 〃 C1 : C9H19COO-Ph-COO-Ph(F)-COO-(CH2)2CH(CH3)2 20 〃 D1 : C9H19O-Ph-Ph-COO-Ph(F)-COO-(CH2)2CH(CH3)C2H5 10 〃 D1 の化合物はラセミ体である。
【0018】得られた反強誘電性液晶組成物の相系列を
偏光顕微鏡を用いるテクスチャー観察、DSC測定によ
り判定した。テストセルとして、ラビング処理したポリ
イミド薄膜(30nm)を有する ITO電極付の液晶セル(セル
厚 2μm)に、上記液晶組成物を等方相の状態で充填し
た。このセルを毎分 1.0℃で徐冷して液晶を配向させ
た。直交偏光板間に液晶の層方向がアナライザーまたは
ポーラライザーと平行になるようにセルを設置した。15
℃において、パルス幅 35 μ秒、パルス波高を種々変え
たパルス電圧を印加して閾値電圧を求めた。結果を表1
に示した。
【0019】実施例2 実施例1の(4) に相当する化合物D1に代えて、下記D2を
用いる他は同様にして、反強誘電性液晶組成物を調製し
た。 D2 : C9H19O-Ph-Ph-COO-Ph(F)-COO-CH(C2H5)2 10 モル% 調整した反強誘電性液晶組成物を用い、実施例1と同様
にして、相系列と閾値電圧を求めた。結果を表1に示し
た。
【0020】実施例3 実施例2において、一般式(5) に相当する化合物E1を更
に用い、A1=36モル%に減らし、E1=10モル%として反
強誘電性液晶組成物を調製した。 E1 : C9H19O-Ph-Ph-COO-Ph(F)-COO-C*H(CF3)(CH2)2CH(CH3)2 調製した反強誘電性液晶組成物を用い、実施例1と同様
にして、相系列と閾値電圧を求めた。結果を表1に示し
た。
【0021】 表2 相 系 列 閾値電圧 実施例1 Cr(<-20)SCA*(74)SA(96)I 33 (V) 実施例2 Cr(<-20)SCA*(61)SA(78)I 31 実施例3 Cr(<-20)SCA*(58)SC*(64)SA(82)I 28 相系列の記載において、()内は相転移温度 (℃) 、Crは結晶相、SCA*は反強誘 電相、SC* 相は強誘電相、SAはスメクチックA相、I は等方相をそれぞれ示す。
【0022】
【発明の効果】本発明の反強誘電性液晶組成物は、従来
の物性値を実質的に保持した上で、より低温(15℃) に
おいても低いしきい値電圧であることから、室温より低
い温度においても優れた画質の液晶表示素子を製造可能
とする。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1) で表わされる反強誘電性
    液晶化合物、下記一般式(2) および下記一般式(3) で表
    されるフェニルトリエステル化合物からなる液晶組成物
    に、下記一般式(4) または(5) で表される化合物を混合
    してなる反強誘電性液晶組成物。 【化1】 (式中、R1、R3、R4およびR5は炭素数 8〜10の直鎖アル
    キル基、R2は炭素数 8〜11の直鎖アルキル基、X1、X2
    X3、X4およびX5は水素原子又はフッ素原子であり、mは
    5または7、pおよびrは0または2、jは2または
    4、q、s、tおよびkは1または2である。)
  2. 【請求項2】 該一般式(3) において、pが2、qが1
    である請求項1記載の反強誘電性液晶組成物。
  3. 【請求項3】 該一般式(1) で表される反強誘電性液晶
    が、液晶組成物の20〜60モル%である請求項1記載の反
    強誘電性液晶組成物。
  4. 【請求項4】 該一般式(2) で表されるフェニルトリエ
    ステル化合物が、液晶組成物の10〜40モル%である請求
    項1記載の反強誘電性液晶組成物。
  5. 【請求項5】 該一般式(3) であらわされる化合物が、
    液晶組成物の20〜60モル%である請求項1記載の反強誘
    電性液晶組成物。
  6. 【請求項6】 該一般式(4) および該一般式(5) で表さ
    れる化合物の混合量の合計が、液晶組成物の 5〜30モル
    %である請求項1記載の反強誘電性液晶組成物。
  7. 【請求項7】 反強誘電相よりも高温側に少なくともス
    メクチックA相を有し、反強誘電相の温度範囲が少なく
    とも温度 0〜40℃である請求項1記載の反強誘電性液晶
    組成物。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載の反強誘電性液晶組成物
    を、1対の電極基板間に配置してなることを特徴とする
    反強誘電性液晶表示素子。
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