JPH0347892A - 強誘電性液晶組成物 - Google Patents

強誘電性液晶組成物

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JPH0347892A
JPH0347892A JP7399090A JP7399090A JPH0347892A JP H0347892 A JPH0347892 A JP H0347892A JP 7399090 A JP7399090 A JP 7399090A JP 7399090 A JP7399090 A JP 7399090A JP H0347892 A JPH0347892 A JP H0347892A
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chemical formulas
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JP7399090A
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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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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
クチッ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、sc”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〕
SC”相を示す液晶化合物(以下、sc”化合物という
。)はこれまでにも検嗣されてきており、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
9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O (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、SC1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、SC9相の
高温域にN”相を有する液晶において、N9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SC*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じ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。)しかし、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回液晶耐論会に
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、P、と省略する。
)の大きいSC′T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、螺旋ピッ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1 2 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。
RO+COO+OR’ (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、光学的に不活性
でスメクチックC相を示す母体液晶(以下、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
ントを加えて成るキラルスメクチックC相を示す液晶組
成物であって、母体液晶が、 (1)下記一般式(A−1)、(A−2)、(A3)、
(A−4)及び(A−5)で表わされる化合物から成る
A群から選ばれる化合物、(2)下記一般式(B−1)
、(B−2)、(B3)及び(B−4)で表わされる化
合物から成るB群から選ばれる化合物及び (3)下記一般式(C)で表わされる化合物3 4 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
キラルスメタヂックC相を示す強誘電性液晶組成物を提
供する。
一般式(A−1) 状又は分岐状のアルキル基又はアルコキシル基を表わす
が、R”及びRbのうち、少なくとも一方の基はアルコ
キシル基を表わす。) 一般式(B−1) 一般式(A−2) 一般式(B−2) 一般式(A−3) 一般式(B−3) 一般式(A−4) 一般式(B−4) 一般式(A−5) (上記一般式(A−1) 〜(1−5)中、R”及びR
bは各々独立的に炭素原子数1〜20の直鎖(上記一般
式(B−1) 〜(B−4)中、R’及びRd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’及びR6のうち、少なくとも一方
の基は直状のアルキ5 6 一般式(C) (式中、R″及びRfは各々独立的に炭素原子数1〜1
8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアA群に族する
化合物は、室温あるいは室温付近の温度範囲で、SC相
を示す化合物あるいはその同族体(アルキル鎖の炭素数
及び、またはその形状のみが異った化合物)であって、
粘性は中程度であるが、低温域までSC相の温度範囲を
拡大するのに寄与するところが大きい化合物である。本
発明は、特に前記一般式(1−1)、(A、2)、(A
−3)、(A、−4)又は(A−5)で表わされる化合
物の少なくとも1種を含有することを特徴とする。
一般式(A−1)、(A、2)、(A−3)、(A−4
)及び(A−5)で表わされる化合物としては、更に詳
しくは、以下の化合物を挙げることができる。
7 8 一般式(^−11)〜(A−53)で表わされる化合物
のうち、 一般式(A−11)、 (八−12)、 (
八−21)、 (八−22)、(^−31)、(A−3
2)、(A−41>、(八−42)、(^−52)及び
(^−53)で表わされる化合物が好ましく、一般式%
式%) わされる化合物が特に好ましい。
A群に属する化合物と類似した性質を有する化合物とし
て、次の(1)〜(3)の化合物も必要とあれば液晶組
成物の成分として含有していて差しつかえない。
(])一般式(A−1)〜(A−3)において、R”及
びRhのうち、少くとも一方の基が、アルコキシカルボ
ニル、アルカノイルオキシ又はアルコキシカルボニルオ
キシ基であり、他方の基がアルキル、アルコキシ、アル
コキシカルボニル、アルカノイルオキシ又はアルコキシ
カルボニル基であるところの化合物。
(2)一般式(A−1)〜(A−3)又は上記(1)で
表わされる化合物であって、任意の−@−(3)次の一
般式(A される化合物。
一般式(A−4) 4)〜(A−7)で表わ (式中、R1及びR・は、各々独立的にアルキル、アル
コキシル、アルキルチオ、アルコキシカルボニル、アル
キルチオカルボニル、アルカノイルオキシ、又はアルコ
キシカルボニルオキシ基を表わすが、少なくとも一方の
基はアルキル基ではなく、は2位又は3位にFが置換し
ていてよい。)一般式(A−5) (式中、R寡及びRJは、一般式(A−4)の場合と同
様の意味を有し、 I 2 表わす。) 一般式(A−7) を表わす。
一般式(A (式中、 及びRJ 一般式(A 4)の場 般式(A−6)の場合と同様の意味を有する。)B群に
属する化合物は、それ自身及びその同族体においてもS
C相を示すことばないが、非常に低粘性の化合物であっ
て、S01液晶組成物に加えることにより、その粘度を
低下させ、応答性の向上に寄与するものである。本発明
は、特に前記一般式(B−1)、(B−2)、(B−3
)又は(B−4)で表わされる化合物を少なくとも1種
含有することを特徴とするものである。
B群に属する代表的な化合物として、以下の化合物を挙
げることができる。
4 (イ) 一般式(B ■)で表わされる化合物 在しないことを、・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各々表わし、()内はその相がモノ
トロピックであることを表わす。
Crは結晶相、SBはスメクチックB相、Nはネマチッ
ク相、■は等方性液体相を表わすが、SBは一部SA(
スメクチックA)相の可能性もある。
6 7 29 (ロ) 一般式(B 2)で表わされる化合物 8 0 (ハ) 一般式(B 3)で表わされる化合物 (上表中、 Sはスメクチック相を表わす。
) 1 (ニ) 一般式(B 4)で表わされる化合物 (上式中、 SEはスメクチックE相を表わす。
) 3 2 4 これらのB群の化合物は、N相やSA相、SE相、ある
いはSE(スメクチックE)相を示しても、チルト系の
スメクチック相、特にSC相は示さない。
一般に、このような相転移を示す化合物をSC母体液晶
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く、これまでSC母体液晶の構
成材料としてはほとんど用いられていなかった。しかる
に、A群及び0群から選ばれる化合物を用いることによ
り、特に0群の化合物の効果によって、Tcの降下を抑
制し、かつ、液晶組成物の粘性を低下させて、応答性を
大きく向上させることが可能となった。
また、これらの化合物は、特に一般式(B−1)〜(B
−3)で表わされる化合物においては、5 はその位置によって、その液晶性に差があり、SC母体
液晶(又は、sc”液晶組成物)のN相(又はN′″相
)の温度範囲を拡大したい場合には、6 通常の場合には−(Σト が好適である。
B群の化合物と類似した性質を有する化合物として、以
下に示す一般式(B′)で表わされSC相を示さない化
合物を併用して用いることもできる。
R’−(I)−V−(E)−R’ 、   −(B’ 
”)Rk及びR’ は各々独立的に炭素原子数1〜18
と直鎖又は分岐状のアルキル基を表わすが、好ましくは
炭素数4〜12の直鎖状アルキル基を表わし、(■Σ 
及び ()  は、各々独立的にCOOOCOCHzo
     0CII□CHzCHz−1c=c  、 
 CO35CO−又は単結合を表わす。(ただし、B群
の化合物を除く。)前記一般式(C)で表わされる化合
物は、高い温度域までSC相を示すか、あるいはSC相
を示さない場合でもTc (SC相の上限温度)の低い
液晶組成物に添加することにより、そのTcを上昇しう
る効果を有しているものであり、SC相の温度範囲の特
に高温域における拡大に寄与するものであり、具体的に
は以下の化合物をあげることができる。
7 8 1 O 2 0 ○ 5 ○ 3 6 4 ■ O 9 一↑ ○ 7 0 8 0 3 1 4 2 上記中、Cは結晶相、SCはスメクチックC相、SAは
スメクチックA相、Nはネマチック相、SGはスメクチ
ックC相、SFはスメクチックF相、■相は等方性液体
相を各々表わす。
一般式(C)で表わされる化合物と頻偵の効果を有する
化合物としては、次の一般式(G)で表わされる化合物
を挙げることができる。これらは一般式(C)で表わさ
れる化合物と併用して用いることができる。
一般式(G) CH,−C1,−、−C三C−あるいは単結合を表わす
が、少なくとも1方は単結合であることが好ましい。
式中、R′I及びRI″は各々独立的に炭素原子数1〜
18の、好ましくは3〜12の直鎖状又は分岐状のアル
キル基を表わし、Zl及びZ4は各々独立的に−coo
−,−oco−、−o−、−s−又は単結合を表わし、
好ましくは少なくとも1方が単結合を表わす。
Z2及びZ3は各々独立的に、−coo−、−oco−
CHzO、0CHz  、  CO3、SCOの環にお
ける任意の1〜2個の水素がフッ素に置5 6 フッ素置換体)であり、さらにその少なくとも1方が 
(φΣ を表わす場合である。
本発明で使用するSC母体液晶において、A群の化合物
の割合は1〜90重量%の範囲が好ましく、5〜75重
量%の範囲が特に好ましい。B群の化合物の割合は、小
さすぎると応答性の改善効果が小さく、大きすぎるとT
cが低くなりすぎることから1〜60重量%の範囲、特
に5〜40重量%の範囲が好ましい。
一般式(C)で表わされる化合物の割合は、小さすぎる
とTcが低く、大きすぎると応答性を低下するので5〜
70重量%の範囲、特に10〜50重景%の置板が好ま
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)I(等方性液体)相→N相→SA相→SC相の相
系列を有するもの (ロ)■相→SA相→SC相の相系列を有するもの (ハ)I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及び、SC“液
晶組成物とした場合の好ましい相系列により異なって(
る。最も繁用性のあるのは、(イ)であり、キラルドー
パントをSC母体液晶に添加した場合に、N1相の温度
範囲を広げ、SA相等の温度範囲を狭くしやすい傾向が
強い場合にはく口)を、キラルドーバントをSC母体液
晶に添加した場合に、SA相の温度範囲を広げ、N9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、最も適し
ている。重要であるのはSC′″液晶組成物とした場合
の相系列であって、−船釣には、I−+N”→SA−+
SC”の相系列が配向の点で有利である。一方、■→N
”7 8 →SC1の相系列も配向制御方法によっては、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・ホスト方式などに適している。
また、■→SA→sc”の相系列も、初期の強誘電性液
晶(P−デシルオキシベンジリデンアミノケイ皮酸(S
)−2−メチルブチル等)が、この相系列であったため
、その配向方法についてよく検討されており、良好な配
向を得ることも不可能ではない。
本発明で使用するキラルドーバントとしては、(1)S
C”相を示す化合物、(2) S C”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sc”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。
キラルドーバントが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。
9 0 (IV−1) CH3 +CH2−h−CH−C2H5 (IV−8) CH3 0+CHz −)−r−CHR3 (IV−2) 113 0(−C1,÷「CHCzHs (TV−3) CH3 (−CH2+−1VO+ CHz l±、CHC2H5
(IV−10) OC113 II         l申 −0−C(−CHz −+−CI  R:+(TV−4
) CH3 o+CHzh−04CHI±ycHCJs(IV−11
) OCH3 II      lヤ 一0CHzh−C+CHz −)T−CHCJs(IV
−12) CH3 CH−R。
(IV−13) 113 CHz  CHCH□−0R5 (IV−7) CH3 +CHg+−j−CHR3 (IV−14) CH3 CH−CH2−〇Rs 1 2 (■ 20) −CBI C1,CI。
CH−CH2CII□CHz  CI  CH33 (■ 38)  C1 1− 一〇−C−CH−R5 5 (■ 21) CH3 s −(−CHz −)−−CH(CHz)−−CH3
(■ 32) 113 0−CI−R4 4 6 (■ 53) CI。
011 −R5 7 (IV−62) F3 0  CHRs (■ 64) CHg CH3 CHCHg  0Rs (TV−65) 113 0−CH−CH2 R5 (■ 66) CH3 0+CHz÷、CH(CH2)−−OR59 (■ 55) CH2 CI+ 5 (■ 57) 1 O−CH,−CH 5 8 (IV−70) CH。
C11z  CHC1l□ COR5 (■ 71) CI+3 O−CH−CH2−0−CORs (■ 72) CH3 CHCHz(CHz)i「0CORs (■ 73) CH3 CIl□−CI(CHzhyOCORs0 (TV−75) CI(3 0C82CH0R5 (TV−76) CH3 5CHRs OCH。
1 CS  C1l  Rs zHs OCHz  C)I  0R6 0CH3 1 −0−C−0−CH−R4 (■ 80) 0OCH2 CI 5 (IV−81) CN −0−C11□−Cll  Rs (■ 82) CN 1傘 C)I−125 (■ 83) H2CN −COO−CIl□−C1l  Rs (■ 84) CH,CN 0−CIl□−C1l−Rs 2 上記各一般式において、mは1〜4の整数を表わし、n
は1〜10の整数を表わし、R3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、R1は炭素原子数1〜10のアルキル
基を表わし、R6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sc”
相を示す場合でもそのほとんどが10nC/cm2以下
にすぎない。
一方、光学活性基として、式(rV−31)〜(■91
)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SC”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。
4 5 77 6 8 9 81 0 2 3 85 4 6 7 89 8 0 1 93 2 4 5 97 6 8 9 10  OO 02 105 106 09 1 0 13 14 17 8 21 22 125 126 129 130 133 134 137 138 41 42 145 146 149 150 153 154 157 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。
 58 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(D) Q’申−Z   QZ− 〔式中、Qll及びQ”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、QIth及びQ2“のうち少なくとも1
方の基は、不斉炭素原子が酸素、イオ1 つ、窒素、フッ素、塩素あるいは−C−又は−C=Nと
直結した構造を有する。Zは一般式() 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、Yl及びY2は
各々独立的に単結合、−0000GOC1120−1−
0C11□−−011□CH2C=C−1−CO5−又
は−5CO−を表わし、S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が好ましい。
更に、好ましくは光学活性基QI*及びQ2″は各々次
の一般式(F−1)及び(F−2)で表わされる。
一般式(F−1) XI R1−CH−Y2 一般式(F−2) 2 R”  −CH−Y3 (式中、R1及びR2は各々独立的に炭素原子数2〜1
0のアルキル基又は炭素原子数1〜10のアルコキシル
基、アルコキシカルボニル基又はアルカノイルオキシ基
を表わし、C″は不斉炭素原子を表わし、XI及びX2
は各々独立的にCH。
F−1cp−又は−CNを表わし、Y2及びYlは各々
独立的に単結合、−o−−coo−1−〇CO+ CH
zhrO+ CHzh、÷CHzhTOCO+ Ctb
h又は +CI(z)rr COO+C1l□hを表わ
し、!!、1、!2、ml、m2、nl及びn2は各々
独立的に0〜5の整数を表わす。) さらに好ましくは、各キラル基が同一でなく、かつ、そ
の少なくとも一方が、その不斉炭素原子が酸素(O)、
イオウ(S)、チッ素(N)、フッ素(F)、塩素(C
I!、)等のへテロ原子あるい1 はC,CNに直結した構造であること、特に、前記(T
V−31)〜(IV−101)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。
即ち、前記(IV−31)〜(IV−91)で表わされ
る基から選ばれるキラル基と(IV−1)〜(IV−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/c+n”あるいはそれ以
上大きい。(IV−1)〜(IV−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)〜(TV−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 61 62 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(DOBA
MBC)の極性をθ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/cm2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SC′″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N”相
あるいはsc”相におりる螺旋ピ・ソチが長いことが重
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、(IV−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(IV−31)〜
(II−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(D)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(D)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。
 65 66 上記一般式中、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、R5及びR5′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
−oco。
を表わし、Wは、塩素フッ素又は−〇−CH3を表わし
、Z′は、 OO OC0 H20 QC)I2−、又は単 す。
XI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、X2は水素原子又はXI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%置板合で添加してSC1液晶組成 69 70 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、SC*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、キラルドーバントの添加割合が1重量%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。
SC2液晶組成物の自発分極の値は、3〜30nC/c
+n2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、SC“相を示すキラルドー
パントの場合、単独で100nC/cm”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、キラルドーバントの添加
割合は10〜40重量%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I・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ルが
、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N″′相、次いでSA相を経てsc”相へ
と相転移するが、そのa N ”相からSA相への相転
移温度(以下N′″−3A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
のピッチが3μm以上であるsc”液晶組成物がより好
ましく、該螺旋のピッチが10μm以上であり、N”−
3A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SC″′液晶組成物が特に好ましい。
一般式(D)の光学活性化合物のうち、両側のキラル基
R+” 、 Rz″′によってN“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
ラルドーバ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、−船釣には以下のようにして螺旋ビッヂを長く調
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N”相
に出現する螺旋のピッチP(μm)は各光学活性物質の
濃度をC1、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SC“
液晶組成物の5A−N”点T0におけるP’をPア”と
する時、となるようにC4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ΣC4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T 、 /に
換えてToを用いて再度測定すればよい。
本発明のsc”液晶組成物のN9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。
N”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、N″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、N”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。
キラルドーバントは、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 73 74 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。本発明のsc
”液晶組成物のN′″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S
C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、N1相に限らず、SA相及びS09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SC9液晶組成物のSA相のみを拡大し、N1相及び
sc”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
SA相の温度範囲が狭<SC相→SA相→N相→I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、sc’″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
に調整することができる。
本発明で使用するキラルドーバントとしては、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、SC”液晶組成物としては、そのP5の値
が、特に室温付近で3〜30nC/cm2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P3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sc”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重量%添加し
た場合に1.OnC/cm2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0.5nC/c
m2以上のPsを誘起できるものが特に好ましい。
〔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、「%」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S04液晶組成物とした際に、
N1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N2相に出現さ−Uる螺旋のピッチは60°C
において4.7μmである。) 77 78 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N9相に出現させる螺旋のピッチは60°Cに
おいて11.9μmである。)の化合物27%とを混合
して、N9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、5.5nC/cm2であった。
なお、用いたSC母体液晶は前記一般式(A11)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°
C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、中温域液晶として前記一般式(A−11)で表わ
される化合物から 13.2% (A−53)で表わされる化合物から、の化合物4.7
% の化合物4.7% の化合物4.7% 減粘液晶として、 前記式(B−1−1)の化合物   8.0%前記式(
B−1−2)の化合物   8.0%前記式(B−1−
3)の化合物   4.0%高温液晶として、 前記式(C−6)の化合物   6.8%前記式(C−
7)の化合物   6.8%前記式(C−8)の化合物
   3.4%及び上記キラルドーパント16%から成
るSC”液晶組成物を調製した。
こ(7)SC”液晶組成物は51.5°C以下でSC”
相を、67.5°C以下でSA相を、73.5°C以下
でN”相を各々示し、それ以上の温度で、等方性液体(
I)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SC*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 VP−P/ It m、 5
0 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°Cで38μ秒の高速応答性が確認
された。
このときのチルト角は2360°、自発分極は15、8
 nC/ cm2であり、コントラストは良好であった
 81 82 実施例2〜4 実施例1において高温液晶として用いた式(C6)、 
 (C−7)及び(C−8)の化合物に代えて、前記式
(C−1)、((、−2)及び(C5)の化合物の等置
部合物(実施例2)、前記式(C−27)及び(C−2
8)の等置部合物(実施例3)、及び前記式(C−48
)の化合物(実施例4)を各々用いた以外は実施例1と
同様にしてSC′液晶組成物を調製し、そのTc及び電
気光学応答速度を測定した。
その結果を以下に示した。
〔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。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光学的に不活性でスメクチックC相を示す母体液晶
    に、光学活性化合物から成るキラルドーパントを加えて
    成るキラルスメクチックC相を示す液晶組成物であって
    、母体液晶が、 (1)下記一般式(A−1)、(A−2)、(A一3)
    、(A−4)及び(A−5)で表わされる化合物から成
    るA群から選ばれる化合物、 (2)下記一般式(B−1)、(B−2)、(B−3)
    及び(B−4)で表わされる化合物から成るB群から選
    ばれる化合物 及び (3)下記一般式(C)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。 一般式(A−1) ▲数式、化学式、表等があります▼ 一般式(A−2) ▲数式、化学式、表等があります▼ 一般式(A−3) ▲数式、化学式、表等があります▼ 一般式(A−4) ▲数式、化学式、表等があります▼ 一般式(A−5) ▲数式、化学式、表等があります▼ (上記一般式(A−1)〜(A−5)中、R^a及びR
    ^bは各々独立的に炭素原子数1〜20の直鎖状又は分
    岐状のアルキル基又はアルコキシル基を表わすが、R^
    a及びR^bのうち、少なくとも一方の基はアルコキシ
    ル基を表わす。) 一般式(B−1) ▲数式、化学式、表等があります▼ 一般式(B−2) ▲数式、化学式、表等があります▼ 一般式(B−3) ▲数式、化学式、表等があります▼ 一般式(B−4) ▲数式、化学式、表等があります▼ (上記一般式(B−1)〜(B−4)中、R^c及びR
    ^d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^c及びR^dのうち
    、少なくとも一方の基は直状のアルキル基を表わし、▲
    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▼、▲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▲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%式、▲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▼、▲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 ▲数式、化学式、表等があります▼を表わす。) 一般式(C) ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R^e及びR^f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
    ル基を表わし、▲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▼、 ▲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▲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▼が▲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▲数式、化学式、表等があります▼ を表わす場合、▲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▼が▲数式、化学式、表等があ
    ります▼を表 わす場合、▲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▼を表わす。) 2、▲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▼である請求項1記載 の強誘電性液晶組成物。 3、R^eが炭素原子数1〜18のアルコキシル基であ
    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▼である請求項2記 載の強誘電性液晶組成物。 4、▲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▼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▼である請求項2記
    載の強誘電性液晶組成物。 5、▲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▼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▼である請求項2記
    載の強誘電性液晶組成物。 6、キラルドーパントが一般式(D) 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−C−又は−C≡Nと
    直結した構造を有する。Zは一般式(E) ▲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▼、▲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▼、▲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▼、 ▲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_−、−C≡
    C−、−COS−又は−SCO−を表わし、s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、2、
    3、4又は5記載の強誘電性液晶組成物。 7、Q^1^*が下記一般式(F−1)で表わされる光
    学活性基であり、Q^2^*が下記一般式(F−2)で
    表わされる光学活性基である請求項6記載の強誘電性液
    晶組成物。一般式(F−1) ▲数式、化学式、表等があります▼ 一般式(F−2) ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R^1及びR^2は各々独立的に炭素原子数2
    〜10のアルキル基又は炭素原子数1〜10のアルコキ
    シル基、アルコキシカルボニル基又はアルカノイルオキ
    シ基を表わし、C^*は不斉炭素原子を表わし、X^1
    及びX^2は各々独立的にCH_3−、F−、Cl−又
    は−CNを表わし、Y^2及びY^3は各々独立的に単
    結合、−O−、−COO−、−OCO−、▲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▲数式、化学式、表等があります▼を表わし、l1
    、 l2、m1、m2、n1及びn2は各々独立的に0〜5
    の整数を表わす。)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996000204A1 (fr) * 1994-06-23 1996-01-04 Citizen Watch Co., Ltd. Derive de l'ether benzylique et composition le contenant

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WO1996000204A1 (fr) * 1994-06-23 1996-01-04 Citizen Watch Co., Ltd. Derive de l'ether benzylique et composition le contenant

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