JPH02265990A - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

強誘電性液晶組成物

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JPH02265990A
JPH02265990A JP8490889A JP8490889A JPH02265990A JP H02265990 A JPH02265990 A JP H02265990A JP 8490889 A JP8490889 A JP 8490889A JP 8490889 A JP8490889 A JP 8490889A JP H02265990 A JPH02265990 A JP H02265990A
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JP8490889A
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English (en)
Inventor
Sadao Takehara
貞夫 竹原
Masashi Osawa
大沢 政志
Kayoko Nakamura
佳代子 中村
Tadao Shoji
東海林 忠生
Hiroshi Ogawa
洋 小川
Noburu Fujisawa
宣 藤沢
Takeshi Kuriyama
毅 栗山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawamura Institute of Chemical Research
DIC Corp
Original Assignee
Kawamura Institute of Chemical Research
Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は電気光学的表示材料として有用な新規液晶組成
物に関するもので、特に強誘電性を有する液晶材料を提
供するものであり、従来の液晶材料と比較して、特に応
答性、メモリー性にすぐれた液晶表示素子への利用可能
性を有する液晶材料を提供するものである。
〔従来技術〕
現在、広く用いられている液晶表示素子は主にネマチッ
ク液晶を利用したTN型と呼ばれるものであって、多く
の長所・利点を有しているもののその応答性においては
、CRTなどの発光型の表示方式と比較すると、格段に
遅いという大きな欠点があった。TN型以外の液晶表示
方式も多く検討されているが、その応答性における改善
はなかなかなされていない。
ところが、強誘電性スメクチック液晶を利用した液晶デ
バイスでは、従来のTN型液晶表示素子の100〜10
00倍の高速応答が可能で、かつ双安定性を有するため
、電源を切っても表示の記憶が得られる(メモリー効果
)ことが、最近明らかになった。このため、光シヤツタ
ーやプリンターヘッド、薄型テレビ等への利用可能性が
極めて大きく、現在、各方面で実用化に向けて開発研究
がなされている。
強誘電性液晶は、液晶相としてはチルト系のキラルスメ
クチフク相に属するものであるが、その中でも、実用的
に望ましいものは、最も粘度の低いキラルスメクチック
C(以下、SCoと省略する。)相と呼ばれるものであ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
S00相を示す液晶化合物(以下、SC2化合物という
、)はこれまでにも検討されてきており、既に数多くの
化合物が合成されている。しかしながら、これらのSC
′″化合物には単独では強誘電性液晶表示用光スイツチ
ング素子として用いるための以下の条件、即ち、 (イ)室温を含む広い温度範囲で強誘電性を示すこと (ロ)高温域において適当な相系列を有すること (ハ)特にキラルネマチック(以下、N1と省略する。
)相において長い螺旋ピッチを示すこと(ニ)適当なチ
ルト角を持つこと (ホ)粘性が小さいこと (へ)自発分極がある程度以上大きな値であること さらに (ト)(ロ)及び(ハ)の結果として良好な配向を示す
こと (チ)(ホ)及び(へ)の結果として、高速の応答性を
示すこと をすべて満足するようなものは知られていなかった。
そのため、現在では、S00相を示す液晶組成物(以下
、SC°液晶組成物という、)が検討用等に用いられて
いるのが、実情である。
良好な配向性を得るためには、例えば、特開昭61−1
53623号公報等に示されているように、SC1相の
高温域にN°相を有する液晶において、N。
相の螺旋ピッチの長さを大きくする方法が一般的に有力
である。この場合にSC0相とN*相の中間の温度域に
スメクチックA(以下、SAと省略する。)相を有する
場合に配向はより良好となり、螺旋ピッチを大きくする
には、左螺旋を生じさせる光学活性物質と、右螺旋を生
じさせる光学活性化合物を組み合せて用いればよいこと
も知られている。(ネマチック(以下、Nと省略する。
)液晶に光学活性物質を添加して生しる螺旋ピッチを任
意の長さに調整することは既に公知の技術である。)シ
かし、これらの技術によっては良好な配向性は得られる
ものの、高速応答性が得られるわけではなかった。
高速応答性を示すには、例えば、第12回液晶討論会に
おける特別講演(同討論会予稿集P、98)で示されて
いるように、低粘性のスメクチックC(以下、SCと省
略する。)相を示す母体の液晶組成物(以下、SC母体
液晶という、)に、自発分極(以下、Psと省略する。
)の大きいSC。
化合物を添加する方式が優れている。この方式によれば
、螺旋を生じさせる光学活性化合物の割合が少なくなる
ため、螺旋ピンチは比較的長くなるが、配向性が良好と
なるほど螺旋ピッチを長くしようとすると光学活性化合
物の添加量を少量にする必要があり、そのため自発分極
が小さくなりすぎ、高速応答性が得られなくなってしま
う問題点があった。
また、SC母体液晶としてこれまで用いられてきたもの
は、例えば、ジャパン・デイスプレィ”86講演予稿集
(352ページ〜)又は特開昭62−583号公報に記
載されている。
(R,R’はアキラルなアルキル基を表わす、)(R,
R’は上記と同様、) の如く、化合物自身又はその同族体が、SC相を示すも
のに限られるか、又はそれに加えて分子長軸に対して垂
直方向に強いダイポール(分極)を示すような液晶化合
物を添加した組成物であり、SC相の温度範囲を広く保
つと粘性が大きくなり、粘性を小さくするとSC相の温
度範囲が狭くなるという問題点があった。
従って、従来技術では良好な配向性と高速応答性を同時
に実現するのは困難なことであった。
本発明が解決しようとする課題は、高速応答性及び配向
性においてともに充分に満足できる強誘電性液晶組成物
を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は上記課題を解決するために、中温域母体液晶、
減粘液晶及び高温液晶を含有し、スメクチックC相を示
す液晶組成物(以下、本発明で使用するSC母体液晶と
いう、)に、光学活性化合物から成るキラルドーパント
を添加して成る強誘電性液晶組成物であって、特に減粘
液晶が次の一般式(A)で表わされる化合物の少なくと
も1種を含有し、室温を含む広い温度範囲でS00相を
示す強誘電性液晶組成物を提供する。
(式中、R1及びR1は、各々独立的に炭素原子数1〜
1日の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表わすが、R”
及びRゝのうち少なくとも一方は直鎖状のアルキル基を
表わす、R1及びRkが各々独立的に炭素原子数4〜1
2の直鎖状のアルキル合が特に好ましい。
本発明で使用するSC母体液晶は、そのSC相の高温側
において、降温時に、 (イ)1 (等方性液体)相→N相→SA相→SC相の
相系列を有するもの (ロ)I相→SA相→SC相の相系列を有するもの (ハ)l相→N相→SC相の相系列を有するもの 又は (ニ)I相→SC相の相系列を有するもののいずれかの
相系列を有するものが用いられるが、(イ)〜(ニ)の
選択は、同時に用いるキラルドーパントによって異なる
。最も繁用性のあるのは(イ)であり、キラルドーパン
トのネマチック性(SC母体液晶に添加した場合に、N
0相の温度範囲を広げ、SA相の温度範囲を狭くしやす
い傾向)が強い場合には(ロ)を、キラルドーパントの
スメクチックA性(SC母体液晶に添加した場合に、S
A相の温度範囲を広げ、N0相の温度範囲を狭くしやす
い傾向)が強い場合には(ハ)を、また、SC性が弱く
、N“相やSA相の温度範囲を広げやすい場合などには
(ニ)を用いるのが、最も通している0重要であるのは
SC0液晶組成物とした場合の相系列であって、−船釣
には、1−N“→SA→SC“の相系列が配向性の点で
有利である。一方、I→N1→SC′″の相系列も配向
制御B方法によっては、より良好な配向を示す場合もあ
り、また、大きなチルト角が得やすいので、ゲスト・ホ
スト方式などには通している。
本発明で使用するSC母体液晶は、従来用いられてきた
ようなSC相を示す化合物から成る組成物を用いること
もできるが、より高速応答性を得るためには、以下に示
すような組成物がより好ましい。
即ち、(I)2環構造であり、室温に近い温度でSC相
を示す化合物又はその同族体(アルキル鎖のみが異なる
化合物)から成る組成物(以下、中温域液晶という、)
に、 (II)2環構造であり、分子中に極性基が少なく、低
粘性の化合物(以下、減粘液晶という、)を加えて粘度
を低くし、 (Ill)減粘液晶を加えることによって低下したSC
相の上限温度を高くするために、TC点(SC相又はS
00相の上限温度を表わす、)が高く、3環以上の環構
造を有する化合物又はその同族体から成る組成物(以下
、高温液晶という、)を加えて成る組成物である。
(I)中温域液晶 本発明で用いる中温域液晶とは、それを構成する液晶化
合物が、光学的に不活性であり、2F2構造であって、
SC相を示す化合物又は、そのアルキル鎖の炭素原子数
、形状のみが異った同族体から成り、その同族体中の少
なくとも1種の化合物は10’C以上における任意の1
°C以上の温度中の範囲でモノドロピンクでもよいSC
相を示す化合物である。
中温域液晶として用いられる化合物の代表的なものを以
下に掲げる。ただし、以下に示す一般式において、R+
、Rzは各々独立的に炭素原子数1〜18のアルキル基
を表わす。
/ ごブ / (1−a) (1−b) (1−c) (1−c−29) RIOCO畳Coo(’aとOR。
(1−d) 以上の化合物のうち、中温域母体液晶としては、式(1
−a)及び式(1−b)で表わされる化合物が好ましく
、式(1−a−1)、式(1−a−2)、式(I−a−
5)、式(1−a−6)、式(1−a−41)、式(I
 −a−42)及び式(1−b−1)で表わされる化合
物が特に好ましい。
(I[)  K粘液晶 本発明で用いる減粘液晶とは、低粘度の液晶化合物又は
組成物であって、構成する低粘度化合物は2環構造であ
って、両側鎖中のアルキル鎖の炭素原子数及びその形状
のみが異った同族体においてもSC相を示さないが、中
温域液晶に添加することにより、応答性の向上に寄与す
るものであり、両側鎖の少なくとも一方は、アルキル基
であり、特に望ましくは両側鎖がアルキル基である化合
物であって、分子内に含まれるエステル結合は1個以下
である。
本発明は、特に減粘液晶として前記−殺伐(A)で表わ
される化合物を含有することを特徴とするものである。
一般式(A)で表わされる化合物の代表的なものと、そ
の相転移温度を第1〜4表に掲げる。
第1表 第 表 (つづき) 第2表 第3表 第4表 を示す液晶化合物をSC相を示す液晶組成物に添加した
場合、そのTc (SC相の上限温度)を大きく降下さ
せることが多い、しかるに本発明の式(A)の化合物を
添加した場合においてはそのTc降下度は小さく、しか
もSC相を示す液晶組成物の粘性が低下し、応答性を大
きく向上させることも可能である。
減粘液晶としては、以下に示す一般式(D)で表わされ
る化合物が一般式(A)で表わされる化合物と併用して
用いることもできる。
上表において、Crは結晶相、SAはスメクチックA相
、N゛はネマチック相、■は等方性液体相を各々表わす
、・はその相が存在することを、−はその相が存在しな
い(又は確認できない)ことを表わし、・の右の数字は
その相からより高温域の相への転移温度を表わし、()
内はその相がモノトロピックであることを表わす。
これらの化合物はいずれもN相又はSA相を示すがSC
相は示さない、一般にこのような相転移Rt及びR1は
各々独立的に炭素原子数1〜18の直鎖状又は分岐状の
アルキル基又はアルコキシル基であって少なくとも1方
はアルキル基を表わすが、好ましくは炭素原子数3〜1
2の直鎖状の■は一〇〇〇−QCO−C)lzO−0C
Hz−−C)!、CI、−1− c = c −−co
s −−5co−又は単結合を表わす。
(I[[)  高温液晶 本発明で用いる高温液晶とは、3環あるいは4環構造か
らなる光学的に不活性な化合物、あるいはそれから成る
組成物であって、各化合物は前記中温域液晶からなるS
C相の上限温度(以下、↑Cと略称する。)が50〜6
0’Cの組成物に10%混合した際に、そのTcを3℃
以上上昇しうるものであり、好ましくは、少なくとも2
環は芳香環(1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5
−ジイル。
ピラジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル
、あるいはそのフッ素置換体)であり、Tcが90℃以
上で、かつ、SC相の温度域が5°C以上の温度幅を有
する化合物、あるいは、その側鎖のアルキル基の炭素原
子数あるいはその形状が異った同族体であることを特徴
とするものである。
高温液晶として用いられる化合物の代表的なものを以下
に掲げる。ただし以下に示す一般式において、R+ 、
Rzは各々独立的に炭素原子数1〜18のアルキル基を
表わす。
(I[[−a) (Iil−b) (In−c) (■ b−16) R,(≦jし===5仁〕〉・−<ζ二区巨===メ〕
〕〉−〈テ二づデ==巨0)ヒR鵞(III−b−19
) R,cookお竪R2 (III −b−22) R1C罵ン竪0COR2 (Ld) (III−e) (m f) (n[−g) (III−h) (Ill−h−21) R,ICHO+烏 (m −h−24) RIOic11□0()COOR1 (fil−h−26) R+OmCHtO()COORz (I[[、−h−28) 81合C11,O(¥)ORよ (I[i−i) (III−j) (n[−k) (III−1) (m−厳) 以下に掲げる複素環を有する化合物も高温液晶として使
用することができる。また、以下に掲げる一般式で示さ
れる複素環を有する化合物におけるベンゼン環、シクロ
ヘキサン環にフッ素原子、塩素原子又はシアノ基が置換
した化合物も高温液晶として使用することができる。
−/′ (Ifl −@−25) ([1−一−26) <III −s+−27) (In−m−28) (III−m−29) (■−130) (m −w−31) (I[I −a+−32) R,<H\>coo−Cい2 Rt % coo< 0R1 p、o(H)coo()R。
Rto # coo−@−0R1 R,% C00()OCORz p、coo<H顕5> coo()R−R,% coo
−@−R。
R3(X会coo4)OR1 (■−霞−57) (m−s−58) (III −5−59) (III −w−60) (III −m−61) (III −m−62) (m −m−63) (II −m−64) R,O喪バ灸CQO()R1 ・(バ灸(ツ R、COOORt Rl(X國C00()OCOR* (X灸(羽 R+ COOCOORt Rl祖べ國COO< Rz R1祖べ灸coo舎OR。
R,O祖べ(ハ)coo−@−Ill。
R,0祖べ灸COO−@)−OR。
(III−+5−96) R,C00eCOO−@− R。
(IiT−n) (III−n−49) (I[[−n−50) (m −n−51) (m −n−52) R1づR竪oco()R2 R(潰:DOCO−@−0R− R,0づ+oco−@−R。
R+0挺+0CO−@−0R− (III−o) (I[l−p) (m−o−97) (II[−o−98) ([1−o−99) (nl −o−1100 )(−o−101) (In−o−102) Rt l CHJ舎R1 R,e co代)OR2 R,o(x式ct+、o−o−R− 11110% co、o+ 0Rt R1% c++!o会0COR2 R1C00% CIItO(トRZ (I[l−p−85) (1−p−86) (I[[−p−87) (I[l−p−88) (III−p−89) (I[I −p−90) (m −p−91) (II−p−92) R1eOC+1=−@−”= RInOCH−@−R− R,o% 0CIICRg R,o% OCH,G 0R1 RI% OCH,G 0CORt RICOO−@□ OCH!−@−1hR,>OCH,
(’DR2 R1% 0C11べ4oR。
(I[1−q−13) ([[1−q−14) (I[r−q−15) (m −q−16) R,>キC1+冒()R2 R+ %CH2Cl1!+0R2 R+0 #CtlzCHt9Rz R10(x奔c112cH1畳oP2 以上の化合物のうち、弐(III−a)、式(II[−
b)、式(III−c)、式(III−f)、式(1−
h)、式(III−m) 、式(III−n)、式(I
II−o)及び式(nl−p)で表わされる化合物が特
に好ましい。
中温域液晶の配合割合は、SC母体液晶の1〜901(
量%が好ましく、5〜75重量%が特に好ましい、減粘
液晶の配合割合は、SC母体液晶の1〜50重量%が好
ましく、5〜40重四%が特に好ましい、高温液晶の配
合割合は、SC母体液晶の1〜70!it%が好ましく
、5〜60重量%が特に好ましい。
減粘液晶中に、上記−触式(A)で表わされる化合物は
10重量%以上、特に50重量%以上含まれることが好
ましい。
本発明で使用するキラルドーパントとしては、(1)S
C”相を示す化合物、(2)SC”相思外の液晶相のみ
を示す化合物又は(3)液晶性を全く示さない化合物を
用いることができるが、(3)の場合には、SC母体液
晶に添加して得られるS00液晶組成物の液晶性が低下
する傾向を防止するために、液晶類似の骨格を有する化
合物を用いることが好ましい。
キラルドーパントがSC°液晶組成物にもたらす諸物性
のうち重要なものは、その誘起する螺旋ピッチ、自発分
極の向き及びその大きさであるが、これらはキラルドー
パントを構成する各化合物の光学活性部位により最も大
きな影響を受ける。
これまでキラルドーパント、SC2化合物又はネマチッ
ク液晶への添加剤として用いられてきた光学活性化合物
における光学活性基の代表的なものを以下に掲げる。
C11゜ (IV −b) −O−Ct C11!−+TCI  CzHs(TV−
7) CH3 1・ (−CH,÷7CII  R1 (TV−8) CHコ ト −0+ CH!÷、CHRs (IV−12) C)1゜ CI(−R4 (TV−13) CH2 1・ −C!’It−CHCHt  ORs (TV−21) C)1m 1・ −S + Cl z +rCH(CHxhツO3(IV
−32) Hi 1・ −0−CH−R4 (IV−14) C)Is 1・ −CHCL  0Rs (IV−18) CH3C11j −O−CHtCHt−CI−CHzCthCH=Ccl
iff(IV−55) OCHz  C3−Rs (IV−57) I OCHz−CHRs (IV−53) C11゜ −CH−0−R。
(TV−62) F3 −O−C)IRs (TV−64) CH。
−OCHz  C1l  CHz  0Rs(IV−6
5) CHI3 −O−CH−CIl□−0R3 (TV−66) CH。
−0(−CHI −)y C11(CI+!)i−OR
5(IV−67) −COOC1h−C1l   C1l−Girls(T
V−69) C2 −COOCHt  CORs (rV−70) CH3 −OCHz  CHCll□−0COR。
(mV−71) CH2 0CI  C1h  OC0Rs (IV−72) CH3 1・ 一〇−CI−CIl□(C0よドア0CORs(IV−
73) Cut3 −0−C)!、−C1l−(Cut)−=OCOR%(
rV−80) COOCH*  CHRs (rV−81) CN OCHz  C1l  Rs (IV−82) CN 1・ −C1l  Rs (IV−83) CH,CN 1・ COO−C1h  C1l  Rs (TV−84) l1ICN 1・ 0−CHz  CHRs (TV−75) C11゜ −0−C11,−CI−OR。
(IV−76) CH。
−5−CH−R8 (TV−78) C□H% OC)It  CI  OR& (IV−79) 0   C−OCHHa Cll。
し113 上記各−殺伐において、mは1〜4の整数を表わし、n
は1〜10の整数を表わし、R1は炭素原子数3〜8の
アルキル基を表わし、R4は炭素原子数2〜10のアル
キル基を表わし、R2は炭素原子数1〜10のアルキル
基を表わし、R&は炭素原子数1〜4のアルキル基を表
わす。
光学活性基として、式(IV−1)〜(IV−22)で
表わされる光学活性基のみを含有する光学活性化合物で
はSC母体液晶に添加してSC*液晶組成物とした際に
誘起される自発分極は小さいものが多く、単独でSC0
相を示す場合でもそのほとんどが10nC/c+s”以
下にすぎない。
一方、光学活性基として、式(rV−31)〜(■−9
1)で表わされる光学活性基を含有する光学活性化合物
は、SC母体液晶に添加してS00液晶組成物とした際
に誘起する自発分極が大きいものが多く、単独でS01
相を示す場合などでは300nC/cm”以上の大きな
値を示すものも存在する。
このような光学活性基を末端に有するような光学活性化
合物の基本骨格の代表的なものを以下に掲げる。
(V−30) 召ト夕との (V−54) 一〇←αK) (V−102) ()−Cい・・4) (V−126) 召)−ocn(ト瞑y (V−150) (E)−oCHtEへ (V−222) 一○イ)oco、() (V−246) 侶R砺OCH! i (V−460) 今0CHt豊林 N (V−462) 舎C00(→休 (V−463) 舎oco℃給入 (V−464) 舎coto@込ス (V−465) 舎OCH!祖慈〆 (V−520) [相]4F込 (V−521) (ト瞑ぺ木 上記各基本骨格中のベンゼン環あるいはシクロヘキサン
環にフッ素原子、塩素原子、臭素原子、メチル基、メト
キシ基、シアノ基又はニトロ基が置換した各基本骨格も
使用できる。
以上のような基本骨格の片側もしくは両側に前記キラル
基が結合した光学活性化合物がキラルドーパントの構成
成分として有効に使用することができる。特に両側に前
記キラル基が結合した一般式(B) Qμ−Z −Q” 〔式中、Q l 11及びQtoは互いに異なった光学
活性基であって、各光学活性基は少なくとも1個の不斉
炭素原子を有し、かつ、Q 1 m及びQ ”のうち少
なくとも1方の益は、不斉炭素原子が酸素、イオつ、窒
素、フッ素、塩素あるいは一〇−又は−CENと直結し
た構造を有する。Zは一般式(式中、0、イ百Σ 及び
 (工Σ は各々/′ これらの環上の任意の1〜2個の水素原子がフッ素原子
又はシアノ基に置換した構造を表わすが、上の水素原子
がフッ素原子又はシアノ基に置換した構造においては、 Yl及びY2は各々独立的に単結合、−COO−0CO
−CHzO0CHt −CHtCHx−−CミC−−C
oS−又は−5CO−を表わすが、単結合、 COO0
CO−CHto−又は−〇C11!−である場合が好ま
しく、m−1の場合には、Y’及びYtの内の少なくと
も一方が単結合であることが好ましい、) で表わされる液晶性分子の中心骨格(コア)部分を表わ
す、〕 で表わされる光学活性化合物が好ましい。
−殺伐(B)で表わされる光学活性化合物において、特
に、少なくとも一方の光学活性基は前記(■−31)〜
(rl/−91)で表わされる基のいずれかであること
が望ましい。
このように、基本骨格の両側に互いに異ったキラル基が
結合した光学活性化合物を用いることによる利点として
以下の点を挙げることができる。
(1)  片側にのみキラル基を有する化合物より強い
自発分極を示しうる。
部も、前記(TV−31)〜(TV−91)で表わされ
る基から選ばれるキラル基と(IV−1)〜(rV−2
2)で表わされる基から選ばれるキラル基とを基本骨格
の両側に有する化合物と、同一の基本骨格でキラル基と
しては(IV−31)〜(■−91)で表わされる基か
ら選ばれる同一の基のみで他の側はアキラルな基である
化合物をそれぞれSC母体液晶に添加して、その外挿値
として自発分極を求めてみると、両側にキラル基を有す
る化合物の方が10〜30nC/cm”あるいはそれ以
上大きい、(IV−1)〜(rV−22)で表わされる
基に由来する自発分極はたかだか10nC/cm”程度
であるので、両側のキラル基による自発分極の単純和よ
りも大きくなっていることがわかる。
さらに(IV−31)〜(IV−91)で表わされる基
から選ばれる基であって互いに異ったキラル基を上記基
本骨格の両側に有するような化合物では、両方のキラル
基による自発分極の極性(よく知られた強誘電性液晶で
ある(S)−2−メチルブチルb−デシルオキシベンジ
リデンアミノフェニルシンナメート(DOBAMBC)
の極性をeと決める。)を同一にあわせた場合には非常
に大きい自発分極を得ることができる。
この場合には両側のキラル基による自発分極の単純和よ
りもさらに100nC/cm”あるいはそれ以上に大き
な自発分極を得ることもできる。
キラルドーパントとしてはその誘起しうる自発分極が大
きい程、その使用量が少なくてもすむので、低粘性のS
C母体液晶の割合を多くすることができ、その結果、S
C−液晶組成物の低粘度化が可能となる。結果として、
応答性の向上につながるものである。
(2)  N”相あるいはS00相に誘起する螺旋ピッ
チが非常に長い化合物、及び非常に短い化合物など、螺
旋ピッチを調整することが可能である。
前述のように良好な配向性を得るためには、そのN6相
あるいはSC0相における螺旋ピッチが長いことが重要
である。キラルドーパントは全体として螺旋ピッチが調
整されていればよいのであって、個々の化合物について
は、必ずしもその必要はないが、キラルドーパントの主
成分としてはある程度螺旋ピッチが長い方が、その調整
が容易である。また、螺旋ピッチ調整を主目的として加
える化合物では、その螺旋ピッチが短い程、その添加量
を押えることができるので好都合である。
螺旋ピッチを長くするには、両側のキラル基による螺旋
ピッチの向きが互いに相反すればよいが、(TV−31
)〜(IV−91)で表わされる基から選ばれる基を両
側に有する化合物では、その自発分極の極性は同一であ
ることが好ましい。
(3)大きな自発分極を示しうる特に(rV−31)〜
(IV−91)で表わされる基から選ばれるキラル基で
あって、不斉合成、光学分割等の化学的手法により得ら
れたものは、その光学純度は必ずしも100%ではない
ものが多いが、これらを100%に精製するのはかなり
困難である。しかしながら、天然物から得られた(S)
−2−メチルブタノール由来のキラル基、あるいは微生
物工学的手法で得られるような光学純度の極めて高いキ
ラル基と組み合わせれば、これらはジアステレオマーと
なるため、クロマトグラフィー、再結晶による分離が容
易となり光学純度を100%に近づけることができる。
一般式(B)の化合物は、キラルドーパントの構成成分
として10%以上、好ましくは30%以上、特に好まし
くは50%以上用いるのが有効である。
一般式(B)の化合物中で、特に好ましい基本骨格とキ
ラル基の組み合せを有する化合物を以下に示す。
上記−殺伐中、R4及びR4’は各々独立的に炭素原子
数2〜10のアルキル基を表わし、R3及びR、Iは各
々独立的に炭素原子数1〜10のアルキル基を表わし、
R7は炭素原子数2〜10の直鎖状のアルキル基又は炭
素原子数3〜10の分岐状のアルキル基、又は炭素原子
数4〜10の少なくとも1個の不斉炭素を含む光学的活
性なアルキル基を表わし、!は0〜5の整数を表わし、
Yは単結合、〜o−,−oco−、−coo−、又は−
ocoo −を表わし、Wは、塩素フッ素又は−〇−C
)Inを表わし、Z′は、 C0O− −OCO−。
CIl、O。
0C11,2゜ 又は単結合を X′及びX4は各々独立的に水素原子、フッ素原子又は
シアノ基を表わし、X!は水素原子又はxlを表わし、
X3は水素原子又はX4を表わす及びX4のうち少なく
とも一方は水素原子を表わす。
上記のキラルドーパントは、SC母体液晶中に1〜60
重景%重量合で添加してSC#液晶組成物として用いる
のが適当であるが、さらに好ましくは2〜50重量%の
割合で添加することが好ましい、キラルドーパントの添
加割合が60°重量%より多いと、自発分極は増加する
が、キラルドーパント自体が母体液晶にくらべるとはる
かに粘性が大きいため、S00液晶組成物の粘度が大き
くなり、結果的に高速応答性に悪影響を与える傾向にあ
るので好ましくない、また、キラルドーパントの添加量
の増加はその螺旋ピッチを短くするために配向性にも悪
影響を与える傾向にあるので好ましくない、一方、キラ
ルドーパントの添加割合がl[t%より少ないと、自発
分極があまりに小さくなりやはり高速応答性は望めない
S09液晶組成物の自発分極の値は、3〜30nC/c
m”の範囲にあるようにキラルドーパントの添加割合を
調整することが好ましく、S00相を示すキラルドーパ
ントの場合、単独で100nC/CI”程度の自発分極
を示すか、又はそれに相当する強さの自発分極を誘起す
るキラルドーパントの場合、キラルドーパントの添加割
合は10〜40!量%の範囲が好ましく、300nC/
cm”以上の強い自発分極を示すキラルドーパントの場
合、キラルドーパントの添加割合は、2〜25重量%の
範囲が好ましい、キラルドーパントの誘起する自発分極
が強い程、その最も望ましい添加割合は減少するが、例
示した光学活性化合物からなるキラルドーパントではそ
の添加割合が1重量%を下回ることはない。
本発明のSC°液晶組成物は、等方性液体状態からの冷
却時においてN1相、次いでSA相を経てS00相へと
相転移するが、その際N0相からSA相への相転移温度
(以下N”−SA点という、)から、該N” −3A点
の1度高温側までにおけるN°相に出現する螺旋のピン
チが3μm以上であるSC°液晶組成物がより好ましく
、該螺旋のピンチが10um以上であり、N”−SA点
に近づくにつれて該螺旋のピッチが発散的に大きくなる
S00液晶組成物が特に好ましい。
−殺伐(B)の光学活性化合物のうち、両側のキラル5
Rど+ R2によってN0相に誘起される螺旋の向きが
互いに逆であるような化合物では、その誘起する螺旋ピ
ッチはかなり長いため、このような化合物をキラルドー
パントの主成分として用いる場合には、螺旋ピッチ調整
が不要であるか、あるいは容易であることが多いが、−
m的には以下のようにして螺旋ピッチを長く調整するこ
とができる。
複数の光学活性化合物を含むSC″液晶組成物のN0相
に出現する螺旋のとッチP(μm)は各光学活性物質の
濃度をCi、各単位濃度あたりの螺旋のピッチをPi 
 (μm)とするとおり、(ここでは螺旋のピッチは右
巻きを正、左巻きを負とする。)、これを用いてSC1
液晶組成物の5A−N′″点T0におけるPlをPeと
する時、となるようにCiを選べばよい、ここでPiは
N相を有する該SC母体液晶に各光学活性化合物を単位
濃度添加することにより測定が可能である。
実際にはT、は各Ciによって変化するが、各光学活性
化合物を該SC母体液晶中に、濃度、ΣC1だけ添加し
たときの5A−N”点の変化などから、かなり正確に類
推できることが多く、推定値T0とそれを用いて選ばれ
た組成物のToとが大きく異なる場合には7 、 rに
換えでToを用いて再度測定すればよい。
本発明のSC8液晶組成物のN0相を示す温度範囲は、
3度以上30度未満の範囲が好ましい。
N0相を示す温度範囲が、3度未満である場合、降温時
にすみやかにSA相に相転移するため、N0相で液晶分
子を充分に配向しにくくなる傾向にあるので好ましくな
い、また、N0相を示す温度範囲が30度以上である場
合、SC°液晶組成物の透明点が高温になり、セルに液
晶材料を充填する工程等における作業性に悪影響を及ぼ
す傾向にあるので好ましくない。
キラルードーパントは、キラルドーパント自体の液晶性
の有無にかかわらず、SC母体液晶に添加した場合に、 (1)  N”相を示す温度範囲を拡大する傾向にある
もの、又は (2)  N’″相を示す温度範囲を縮小する傾向にあ
るもの など、それぞれ固有の性質を有している0本発明のSC
°液晶組成物のN0相を示す温度範囲を上記の好ましい
範囲に調整するためには、(1)の場合、N相を示す温
度範囲が狭いSC母体液晶、又は、N相を示さないSC
母体液晶を用いればよく、(2)の場合、N相を示す温
度範囲が広いSC母体液晶を用いればよい、この方法は
、N9相に限らず、SA相及びS01相についても同様
に応用することができる。例えば、キラルドーパントが
SC*液晶組成物のSA相のみを拡大し、N°相及びS
00相を縮小するような場合には、SC母体液晶として
、SC相の上限温度が高く、N相の温度範囲が広く、か
つ、SC相→N相→I相の相系列を有するもの、又はS
A相の温度範囲が狭<Sc相→SA相→N相→■相の相
系列を有するものを用いればよい。
このようなキラルドーパントの傾向は、SC母体液晶に
一定量のキラルドーパントを添加して得られるSC°液
晶組成物の相転移温度の変化を測定することにより、容
易に知ることができる。この結果から、S00液晶組成
物における各相、特にN1相を示す温度範囲は容易にi
Pl整することができる。
本発明で使用するキラルドーパントとしては、一定量の
SC母体液晶に添加することによって、ある程度以上の
自発分極(以下、P3と省略する。)を誘起することが
必要である。
前述の如く、SC4液晶組成物としては、そのP、の値
が、特に室温付近で3〜30 nC/ C1l”の範囲
になるようにキラルドーパントの添加量を調整すればよ
い、しかしながら、キラルドーパントが誘起するP、の
値が小さい場合には、その添加量がSC母体液晶に対し
て多くなり、これに伴なってS00液晶組成物の粘性が
大きくなり、その結果、高速応答性が得られなくなる傾
向にあるので好ましくない、従って、本発明で使用する
キラルドーパントとしては、SC母体液晶に10重重量
添加した場合に1. OnC/ ctn ”以上のP、
を誘起できるものが好ましく、5重量%添加した場合に
0、5 nC/ cta”以上のP、を誘起できるもの
が特に好ましい。
ノ 〔実施例〕 以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本
発明の主旨及び適用範囲は、これらの実施例によって限
定されるものではない、なお、実施例中、1%」は重量
%を表わす、また組成物の相転移温度の測定は、温度調
節ステージを備えた偏光顕微鏡及び示差走査熱量計(D
SC)を併用して行った。
実施例I SC母体液晶に添加してSC″液晶組成物とした際に、
N0相に右巻きの螺旋を出現させる化合物として、式 (この化合物を以下に示したSC母体液晶に10%添加
した際にN″相に出現させる螺旋のピンチは60°Cに
おいて4.7 p mである。)の化合物73%と、左
巻きの螺旋を出現させる化合物として、式 (この化合物を以下に示したSC母体液晶に10%添加
した際にN°相に出現させる螺旋のピッチは60℃にお
いて11.9μmである。)の化合物27%とを混合し
て、N0相に出現させる螺旋のピッチが調整されたキラ
ルドーパントを調製した。
このキラルドーパントを、以下に示したSC母体液晶に
20%添加して得たSC′″液晶組成物の25°Cにお
ける自発分極の値は、5.5 nC7cm”であった。
なお、用いたSC母体液晶は前記−殺伐(I−a−1)
で表わされる化合物から からなる組成物(以下、母体液晶(A)という、)であ
り、57°C以下でSC相を、64.5°C以下でSA
相を、69°C以下でN相を各々示した。なお、60℃
における螺旋ピッチの値は外挿的に求めた値である。
次に、この母体液晶(A)80%と、高温液晶として前
記−殺伐(nl−a−1)で表わされる化合物から式 20%から成るSC相の温度範囲が拡大されたSC母体
液晶を調製した。(以下、母体液晶(B)という、) この母体液晶(B)は68.5℃以下でSC相を、73
.5″C以下でSA相を、83.5℃以下でN相を各々
示し、その融点は13℃であった。
この母体液晶(B)74%と減粘液晶として前記式(I
I−27)の化合物10%、及び前記キラルドーパント
16%からなるS08液晶組成物を調製した。
このSC°液晶組成物は56℃以下でS08相を、64
°C以下でSA相を、68°C以下でN0相を各々示し
、それ以上の温度で、等方性液体(N相となった。また
、室温以下で長時間放置しても結晶化せず、その融点は
明確ではなかった。
このS00液晶組成物を、配向処理(ポリイミドコーテ
ィング−ラビング処理)を施した2枚のガラス透明電極
からなる厚さ約2μmのセルに充填し、■相から室温ま
で徐冷を行ったところ、極めて良好な配向性を示し、均
一なモノドメインが得られた。
このセルに電界強度10 V P−P/ u m、50
Hzの矩形波を印加してその電気光学応答速度を測定し
たところ、25℃で76μ秒の高速応答性が確認された
このときのチルト角は25.3°、自発分極は11、6
11C/C11”であり、コントラストは良好であった
実施例2 実施例1において減粘液晶として用いた式(■−27)
の化合物に代えて前記式(II−43)を用いた以外は
実施例1と同様にしてSC′液晶組成物の調製した。実
施例1と同様にしてセルの作成し、その電気光学応答速
度の測定を行った。結果を以下に示す。
82μ秒(25°C) コントラストは良好であった。
比較例 実施例1において減粘液晶を用いず、母体液晶(B)8
4%と前記キラルドーパント16%から成るSC”fi
晶組成物を調製したところ、68゛cまでsc”相を、
70.5℃までSA相を、76.5°CまでN”相を各
々示したが、25°Cにおける電気光学応答速度は、9
9μ秒であった。
〔発明の効果〕
本発明の強誘電性液晶組成物は、配向性及び高速応答性
に優れており、かつ、室温を含む広い温度範囲で作動が
可能な液晶材料である。
従って、本発明の強誘電性液晶組成物は、強誘電性スメ
クチック液晶を利用した液晶デバイスの材料として極め
て有用である。
代 理 人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、中温域液晶、減粘液晶及び高温液晶を含有し、スメ
    クチックC相を示す液晶組成物に、キラルドーパントを
    添加して成る強誘電性液晶組成物であって、減粘液晶が
    一般式(A) ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R^a及びR^bは各々独立的に炭素原子数1
    〜18の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表わすが、R
    ^a及びR^bのうち、少なくとも一方は炭素原子数1
    〜18の直鎖状のアルキル基を表わす。 ▲数式、化学式、表等があります▼は▲数式、化学式、
    表等があります▼ 又は▲数式、化学式、表等があります▼を表わし、▲数
    式、化学式、表等があります▼はトランス −1,4−シクロヘキシレン基を表わす。)で表わされ
    る化合物を含有することを特徴とする、室温を含む広い
    温度範囲でキラルスメクチックC相を示す強誘電性液晶
    組成物。 2、R^a及びR^bが各々独立的に直鎖状アルキル基
    であり、▲数式、化学式、表等があります▼が▲数式、
    化学式、表等があります▼又は ▲数式、化学式、表等があります▼である請求項1記載
    の強誘電性液晶組成物。 3、キラルドーパントが一般式(B) Q^1^*−Z−Q^2^* 〔式中、Q^1^*及びQ^2^*は互いに異なった光
    学活性基であって、各光学活性基は少なくとも1個の不
    斉炭素原子を有し、かつ、Q^1^*及びQ^2^*の
    うち少なくとも1方の基は、不斉炭素原子が酸素、イオ
    ウ、窒素、フッ素、塩素あるいは▲数式、化学式、表等
    があります▼又は−C≡Nと直結した構造を有する。Z
    は一般式(C) ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、▲数式、化学式、表等があります▼及び▲数式
    、化学式、表等があります▼ は各々独立的に▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼又はこれら の環上の任意の1〜2個の水素原子がフッ素原子又はシ
    アノ基に置換した構造を表わし、Y^1及びY^2は各
    々独立的に単結合、−COO−、−OCO−、−CH_
    2O−、−OCH_2−、−CH_2CH_2−、−C
    ≡C−、−COS−又は−SCO−を表わし、mは0又
    は1を表わす。) で表わされる液晶性分子の中心骨格(コア)部分を表わ
    す。〕 で表わされる光学活性化合物を含有する請求項1又は2
    記載の強誘電性液晶組成物。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4929550A (en) * 1987-01-22 1990-05-29 Imperial Chemical Industries Plc Process for the production of microbial cellulose

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4929550A (en) * 1987-01-22 1990-05-29 Imperial Chemical Industries Plc Process for the production of microbial cellulose

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