JPH07126622A - 液晶組成物およびこれを用いた液晶素子 - Google Patents

液晶組成物およびこれを用いた液晶素子

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JPH07126622A
JPH07126622A JP21766494A JP21766494A JPH07126622A JP H07126622 A JPH07126622 A JP H07126622A JP 21766494 A JP21766494 A JP 21766494A JP 21766494 A JP21766494 A JP 21766494A JP H07126622 A JPH07126622 A JP H07126622A
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liquid crystal
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carbon atoms
compound
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Withdrawn
Application number
JP21766494A
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English (en)
Inventor
Kyoko Endo
恭子 遠藤
Chizu Sekine
千津 関根
Koichi Fujisawa
幸一 藤沢
Naoyuki Takano
尚之 高野
Yukari Fujimoto
ゆかり 藤本
Takayuki Azumai
隆行 東井
Masayoshi Minamii
正好 南井
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】誘電率異方性が負で絶対値が大きい化合物を用
いていながら、より室温に近い温度のSc相を持ち、広
いSc相温度範囲を有するノンキラル母体組成物および
該組成物を用いた液晶素子を提供する。 【構成】下記に示す化合物等を含むノンキラルスメクテ
ィック液晶組成物および該組成物を用いた液晶素子。 【表1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性キラルスメク
ティック液晶組成物に用いることのできる、新規なノン
キラルスメクティック液晶組成物およびそれを用いた液
晶素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年情報化社会の進展に伴い、各種の表
示装置はマンマシーンインターフェースの一つとして、
その重要性がますます高まっている。そのような中で平
面ディスプレイ、特に液晶ディスプレイ(LCD)は、
薄型・軽量・低電圧駆動・低消費電力などの特徴を有し
急速に普及してきた。液晶ディスプレイに代表される液
晶素子のうち情報量の大きいマトリクス型液晶素子に
は、アクティブマトリクス方式と単純マトリクス方式と
呼ばれる二つの駆動方法がある。
【0003】アクティブマトリクス方式は、ポリシリコ
ン、アモルファスシリコンなどの薄膜トランジスターま
たはダイオードを画素毎に非線形素子として装着したも
のである。しかし、アクティブマトリクス方式は、複雑
な製造プロセスと歩留まりの悪さから大面積化、低価格
化、高密度化に関して課題を有しており、価格や生産性
などを考え合わせると単純マトリクス方式の方が有力で
ある。
【0004】現在実用化されている単純マトリクス方式
の液晶素子としてはツイストネマチック型(TN型)・
スーパーツイストネマチック型(STN型)液晶を用い
たものが主流である。しかしこれらの素子の光学的な応
答は、電界印加時に生じる液晶分子の誘電率異方性にも
とずく平均的な液晶分子軸の特定方向への配列を利用し
ている。従ってこれらの素子の光学的な応答速度の限界
は、ミリ秒のオーダーであり、情報量の増大を考えると
不十分である。また情報量を増大するために走査線の数
を増大するとコントラスト比の低下やクロストークが原
理的に避けられない。これはTN型やSTN型の液晶が
メモリー性(双安定性)を示さないことによる本質的な
問題である。このことを改良するために、二周波駆動法
・電圧平均化法・多重マトリクス法など種々の駆動法が
提案されているが問題の本質的な解決ではなく、大容量
化、高密度化は容易ではない。またこれらの液晶は視野
角の制約や表示品質にも大きな問題がある。
【0005】このような液晶素子の本質的な問題点を解
決することを目標に、1980年N.A.Clarkと
S.T.Lagerwallは、双安定性を有する液晶
を利用する液晶素子を提案した(米国特許第43679
24号明細書、特開昭56−107216号公報等)。
このような双安定性を示す液晶としてはキラルスメクチ
ックC相を発現する強誘電性液晶が主として用いられて
いる。
【0006】強誘電性液晶を用いることの特徴の一つ
は、強誘電性液晶が双安定性を示すことにある。双安定
性とは、強誘電性液晶を透明電極を有する二枚のガラス
基板間に挟持した場合に、印加する電界の向きに依存し
て二つの光学的な安定状態を有し、しかもこの二つの光
学的安定状態は、印加した電界を除去しても維持される
性質である。このような性質を有することから、強誘電
性液晶を用いた液晶素子は走査線の数を増大させてもコ
ントラスト比の低下やクロストークがないことが期待で
きる。
【0007】もう一つの強誘電性液晶の特徴は、高速応
答性にある。すなわち強誘電性液晶の光学的応答は、強
誘電性液晶が有する自発分極と電場との直接的な相互作
用によって生じる液晶分子の配列の変化を利用するた
め、前述したTN型・STN型液晶の場合の光学応答に
比較して、1000〜10000倍速い。
【0008】すなわち強誘電性液晶素子は、(1)二つ
の光学的安定状態を示し、その光学的安定状態が電界を
除去してもそのまま保持され(双安定性)、(2)その
二つの光学的安定状態をマイクロ秒オーダーでスイッチ
ングする(高速応答性)という本質的な特徴を有する。
さらに強誘電性液晶素子は、(3)液晶分子が基板に対
して平行な面内で応答し、セル厚も薄いので表示の視角
依存性が小さい(広視野角)という特徴も有している。
従って強誘電性液晶素子は、アクティブマトリクス方式
の場合のように高価な非線形素子を必要とせず、単純マ
トリクス方式で大表示容量と高表示品質を達成できる高
品質大型ディスプレイとして期待されている。
【0009】このため現在までに強誘電性を示す液晶材
料に関して莫大な研究がなされ報告されている。しかし
ながら最終組成物が強誘電性を示す液晶を含有した組成
物であっても、キラルドーパント法においては添加する
強誘電性を示す液晶材料は、組成物全体に占める割合が
少量であるため、強誘電性液晶を添加する前のノンキラ
ル母体組成物の物性が重要である。特に広いSc相(ス
メクティックC相)温度範囲を示し低粘度であることが
重要である。
【0010】また近年、デバイスサイドから、誘電率異
方性を負にする必要性が生じてきた。しかし、誘電率異
方性が負である化合物は、Sc相の下限温度が高く実用
に際して課題を残していた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、誘電率異方
性が負で絶対値が大きい化合物を用いていながら、より
室温に近い温度のSc相を持ち、広いSc相温度範囲を
有するノンキラル母体組成物および該組成物を用いた液
晶素子を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、特定のフェニルキノキサリン化合物および/また
はフェニルナフタレン化合物に、3環系化合物を組み合
わせることにより、Sc相温度範囲を広くできることを
見いだし、本発明に至ったものである。
【0013】本発明は次に示す発明からなる。〔1〕一
般式(I)で示されるフェニルキノキサリン化合物およ
び/または一般式(II)で示されるフェニルナフタレ
ン化合物と、
【化5】 〔式中、R1 とR3 はそれぞれ独立に炭素数3〜20の
アルキル基、または炭素数3〜20のアルコキシアルキ
ル基を示す。mとnはそれぞれ独立に0〜2の整数を示
す。Aは直接結合、−O−、−COO−、−OCO−、
−C≡C−、−CH=CH−のいずれかを示す。R2
4 はそれぞれ独立にハロゲン原子で置換されていても
よい炭素数1〜20のアルキル基もしくはアルケニル基
またはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数2〜
20のアルコキシアルキル基を示す。FとGはハロゲン
原子を示し、互いに同一でも異なっていてもよい。同一
ベンゼン環に複数のFが置換されているときは、互いに
同一でも異なっていてもよい。Gについても同様であ
る。〕、
【0014】一般式(III)
【化6】 (式中、R5 は炭素数5〜15のアルキル基または炭素
数5〜15のアルコキシアルキル基を示す。Xは、直接
結合、−O−、−COO−、−OCO−のいずれかを示
す。Arは、
【化7】 のいずれかを示す。R6 は、
【化8】 を示し、Pは0〜10の整数であり、Yは、直接結合、
−O−、−COO−、−OCO−のいずれかを示す。R
7 は置換基としてハロゲン原子を有していてもよい炭素
数5〜15のアルキル基を示す。)で示される化合物を
含有し、
【0015】その重量組成比が、一般式(I)と(II
I)で示される化合物とからなるときは〔一般式(I)
で示される化合物〕:〔一般式(III)で示される化
合物〕=(20〜80):(80〜20)であり、一般
式(II)と(III)で示される化合物とからなると
きは〔一般式(II)で示される化合物〕:〔一般式
(III)で示される化合物〕=(20〜80):(8
0〜20)であり、一般式(I)、(II)と(II
I)とからなるときは〔一般式(I)で示される化合物
と一般式(II)で示される化合物の和〕:〔一般式
(III)で示される化合物〕=(20〜80):(8
0〜20)であるノンキラルスメクチック液晶組成物。
【0016】〔2〕前記〔1〕記載のノンキラルスメク
チック液晶組成物を一対の電極基板間に挟持してなるこ
とを特徴とする液晶素子。
【0017】次に、本発明を詳細に説明する。一般式
(I)、(II)で示される液晶性化合物において、R
1 、R3 はそれぞれ独立に、好ましくは、炭素数5〜1
2のアルコキシ基である。また、Aは好ましくは−O−
であり、R2 、R4 はそれぞれ独立に、好ましくは、炭
素数5〜12の化合物である。F、Gは、好ましくはフ
ッ素原子である。m、nは、好ましくは2である。
【0018】一般式(I)で示される化合物は、下記一
般式(IV)
【化9】 で示される化合物〔式中R1 は一般式(I)における定
義と同じであり、Sはハロゲン原子または−OSO2
3 を示す。〕と、下記一般式(V)
【0019】
【化10】 で示されるほう素化合物(式中m、F、A、R2 は一般
式(I)における定義と同じである。)を金属触媒存在
下塩基中で反応させることによって得られる。
【0020】一般式(II)で示される化合物は、下記
一般式(VI)
【化11】 で示される化合物〔式中R3 は一般式(II)における
定義と同じであり、Tはハロゲン原子または−OSO2
CF3 を示す。〕と、下記一般式(VII)
【0021】
【化12】 で示されるほう素化合物(式中n、A、R4 は一般式
(II)における定義と同じである。)を金属触媒存在
下塩基中で反応させることによって得られる。
【0022】前記一般式(I)、(II)で示される化
合物の具体例としては、以下に示すものを挙げることが
できる。但し、これらの具体例に限定されるものではな
い。以下、(I−1)から(I−20)、(II−1)
から(II−20)で示される化合物において、R11
21はそれぞれ独立に炭素数3〜20のアルキル基、ま
たは炭素数3〜20のアルコキシアルキル基を示す。R
2 、R4 はそれぞれ独立に炭素数1〜20のアルキル基
もしくはアルケニル基またはハロゲン原子で置換されて
いてもよい炭素数2〜20のアルコキシアルキル基を示
す。Fはフッ素原子を示す。
【0023】
【化13】
【0024】
【化14】
【0025】
【化15】
【0026】
【化16】
【0027】前記一般式(III)で示される液晶性化
合物において、R5 は、好ましくは炭素数6〜12のア
ルコキシ基である。R6 、R7 は、好ましくは炭素数が
2〜6である。pは、好ましくは1または3である。Y
は、好ましくは−OCO−または−COO−である。
【0028】一般式(III)で示される化合物は、特
開平2−174766号公報に記載されたアルコール類
とカルボン酸類を反応させることで得られる。
【0029】前記一般式(III)で示される化合物の
具体例としては、以下に示すものを挙げることができ
る。但し、これらの具体例に限定されるものではない。
以下、(III−1)から(III−128)で示され
る化合物において、R 31、は炭素数5〜15のアルキル
基、または炭素数5〜15のアルコキシアルキル基を示
す。R32はハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数
5〜15のアルキル基を示す。
【0030】
【化17】
【0031】
【化18】
【0032】
【化19】
【0033】
【化20】
【0034】
【化21】
【0035】
【化22】
【0036】
【化23】
【0037】
【化24】
【0038】本発明に関わる液晶素子は種々のタイプの
液晶素子、表示装置として利用することができる。液晶
素子の構造は特に限定するものではないが、図1に強誘
電性液晶素子の一例の概略図を示す。
【0039】図1に記載したような構造をもつ液晶素子
の一つの例として表面安定化型強誘電性液晶表示装置を
挙げることができる。この表示装置は、二枚のガラス基
板2の間の間隔を極めて薄くしたセルに強誘電性液晶を
水平配向するように封入したものである。強誘電性液晶
層5の厚さは、二枚のガラス基板2の間隔とそれらの上
で強誘電性液晶層5の方向に設置された透明電極3と絶
縁性配向膜4の厚みのみで決定され、通常0.5〜20
μm、好ましくは1〜5μmである。透明電極3は、液
晶層側のガラス基板2上に被覆されており、通常ITO
膜(Indium−Tin Oxide)、In2 3
膜、SnO2 膜などが用いられている。
【0040】透明電極3の強誘電性液晶層5側には、絶
縁性配向膜4が設置されている。この際、配向膜がそれ
単独で充分な絶縁性を有する場合には、配向膜のみでよ
いが、必要に応じて配向膜と配向膜の下に絶縁膜を設置
し、その両者で絶縁性配向膜としてもかまわない。
【0041】絶縁性配向膜としては、有機物、無機物、
低分子、高分子など、公知のものを使用することができ
る。高分子物質としては、例えばポリイミド、ポリアミ
ド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、ポリス
チレン、ポリエステル、ポリエステルイミドや種々のフ
ォトレジストなどを必要に応じて用いることができる。
【0042】またこれらの高分子物質を絶縁性配向膜と
して用いた場合には必要に応じてこれら絶縁性配向膜の
表面を、ガーゼやアセテート植毛布などを用いて、一方
向にこする、いわゆるラビング処理を行なうことによっ
て液晶分子の配向をより一層促進することができる。絶
縁膜としては、例えば、チタン酸化物、アルミニウム酸
化物、ジルコニウム酸化物、シリコン酸化物、シリコン
窒化物などを用いることができる。
【0043】これらの絶縁性配向膜や絶縁膜を形成する
方法としては、必要に応じて、それら用いる物質によっ
て最適な方法を用いることができる。例えば、高分子物
質の場合には、その高分子物質またはその前駆体を、そ
れらの物質を溶解できる溶媒に溶解後、スクリーン印刷
法、スピンナー塗布法、浸漬法などの方法で塗布するこ
とができる。無機物質の場合には、浸漬法、蒸着法、斜
方蒸着法などを用いることができる。これら絶縁性配向
膜の厚みとしては、特に限定するものでないが、10Å
〜20μm、好ましくは20Å〜1000Åである。
【0044】これら絶縁性配向膜4および透明電極3を
設置した二枚のガラス基板2は、スペーサー6を介して
所定の間隔に保持される。スペーサーとしては、所定の
直径または厚みを有する、シリカ、アルミナ、高分子よ
りなる、ビーズ、ファイバーまたはフィルム状の絶縁性
の材料を用いることができる。これらスペーサー6を2
枚のガラス基板2で挟持し、周囲を例えばエポキシ系接
着剤等を用いてシールした後、強誘電性液晶を封入する
ことができる。
【0045】二枚のガラス基板の外側には、通常一枚ま
たは二枚の偏光板1が設置されている。二色性色素を添
加するゲストーホスト法の場合は用いる偏光板は一枚
で、複屈折法の場合は用いる偏光板は二枚である。図1
には二枚の偏光板を用いた場合が例示されている。この
際二枚の偏光板は互いの偏光軸を直交させた状態、すな
わちクロスニコル状態となっている。透明電極3は、適
当なリード線が接続されており、外部の駆動回路に接続
されている。
【0046】
【実施例】以下実施例により、本発明に関してより詳細
に述べるが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 実施例1 表1に示す化合物を表1に示す重量で混合し、液晶組成
物(1ーa )を調製した。
【0047】
【表1】 この組成物を、透明電極とポリイミド配向膜を塗布し
た、2枚のガラス基板間にスペーサーを用いてセルギャ
ップが2μmになるように挟持し、この2枚のガラス基
板のそれぞれ外側に偏光面が90°回転した状態で2枚
の偏光板を設置し液晶素子を作製した。この際光の入射
側の偏光軸はポリイミド配向膜のラビング方向に一致す
るように設置した。
【0048】次にこの液晶素子を用いて、液体状態にな
るまで温度を上げて、それから2.5℃/minの割合
で降温し、相系列を同定した。それぞれのSc相の温度
範囲を表2に示す。表2において、かっこ内の数値は温
度範囲の幅(温度範囲の上限と下限の差)を示す。以下
の表においても同様である。
【表2】 表2に記載したSc相温度範囲の測定から明らかなよう
に、化合物(I)の具体例である化合物(I−1)と、
化合物(III)の具体例である化合物(III−1)
とよりなる組成物(1−a)を調製することにより、そ
れぞれの化合物単独と比較して、ほぼ同等かより広く、
かつ室温により近いSc相温度範囲に改善されている。
【0049】実施例2 表3に示す化合物を表3の重量部で混合し、液晶組成物
(2−a)を調製した。
【表3】 この組成物を用いて実施例1と同様の方法で液晶素子を
作製した。次にこの液晶素子を用いて、液体状態になる
まで温度を上げて、それから2.5℃/minの割合で
降温し、相系列を同定した。それぞれのSc相の温度範
囲を表4に示す。
【0050】
【表4】 表4に記載したSc相温度範囲の測定から明らかなよう
に、化合物(I)の具体例である化合物(I−1)と、
化合物(III)の具体例である化合物(III−2)
とよりなる組成物(2−a)を調製することにより、そ
れぞれの化合物単独と比較して、ほぼ同等かより広く、
かつ室温により近いSc相温度範囲に改善されている。
【0051】実施例3 表5に示す化合物を表5の重量部で混合し、液晶組成物
(3−a)を調製した。
【表5】
【0052】この組成物を用いて実施例1と同様の方法
で液晶素子を作製した。次にこの液晶素子を用いて、液
体状態になるまで温度を上げて、それから2.5℃/m
inの割合で降温し、相系列を同定した。それぞれのS
c相の温度範囲を表6に示す。
【0053】
【表6】 表6に記載したSc相温度範囲の測定から明らかなよう
に、化合物(I)の具体例である化合物(I−2)と、
化合物(III)の具体例である化合物(III−2)
とよりなる組成物(3−a)を調製することにより、そ
れぞれの化合物単独と比較して、ほぼ同等かより広く、
かつ室温により近いSc相温度範囲に改善されている。
【0054】実施例4 表7に示す化合物を表7の重量部で混合し、液晶組成物
(4−a)を調製した。
【0055】
【表7】 この組成物を用いて実施例1と同様の方法で液晶素子を
作製した。次にこの液晶素子を用いて、液体状態になる
まで温度を上げて、それから2.5℃/minの割合で
降温し、相系列を同定した。それぞれのSc相の温度範
囲を表8に示す。
【0056】
【表8】 表8に記載したSc相温度範囲の測定から明らかなよう
に、化合物(I)の具体例である化合物(I−1)、
(I−3)と、化合物(III)の具体例である化合物
(III−2)とよりなる組成物(4−a)を調製する
ことにより、それぞれの化合物単独と比較して、ほぼ同
等かより広く、かつ室温により近いSc相温度範囲に改
善されている。
【0057】
【発明の効果】本発明の液晶組成物は、誘電率異方性が
負で絶対値が大きい化合物を用いていながら、より室温
に近い温度のSc相を持ち、広いSc相温度範囲を有
し、実用的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】液晶組成物を用いた液晶素子の一例の断面図。
【符号の説明】
1.偏光板 2.ガラス基板 3.透明電極 4.絶縁性配向膜 5.強誘電性液晶層 6.スペーサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02F 1/13 500 (72)発明者 高野 尚之 大阪市中央区北浜四丁目5番33号 住友化 学工業株式会社内 (72)発明者 藤本 ゆかり 大阪府高槻市塚原2丁目10番1号 住友化 学工業株式会社内 (72)発明者 東井 隆行 大阪府高槻市塚原2丁目10番1号 住友化 学工業株式会社内 (72)発明者 南井 正好 大阪府高槻市塚原2丁目10番1号 住友化 学工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式(I)で示されるフェニルキノキサ
    リン化合物および/または一般式(II)で示されるフ
    ェニルナフタレン化合物と、 【化1】 〔式中、R1 とR3 はそれぞれ独立に炭素数3〜20の
    アルキル基、または炭素数3〜20のアルコキシアルキ
    ル基を示す。mとnはそれぞれ独立に0〜2の整数を示
    す。Aは直接結合、−O−、−COO−、−OCO−、
    −C≡C−、−CH=CH−のいずれかを示す。R2
    4 はそれぞれ独立にハロゲン原子で置換されていても
    よい炭素数1〜20のアルキル基もしくはアルケニル基
    またはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数2〜
    20のアルコキシアルキル基を示す。FとGはハロゲン
    原子を示し、互いに同一でも異なっていてもよい。同一
    ベンゼン環に複数のFが置換されているときは、互いに
    同一でも異なっていてもよい。Gについても同様であ
    る。〕一般式(III) 【化2】 (式中、R5 は炭素数5〜15のアルキル基または炭素
    数5〜15のアルコキシアルキル基を示す。Xは、直接
    結合、−O−、−COO−、−OCO−のいずれかを示
    す。Arは、 【化3】 のいずれかを示す。R6 は、 【化4】 を示し、Pは0〜10の整数であり、Yは、直接結合、
    −O−、−COO−、−OCO−のいずれかを示す。R
    7 は置換基としてハロゲン原子を有していてもよい炭素
    数5〜15のアルキル基を示す。)で示される化合物を
    含有し、その重量組成比が、一般式(I)と(III)
    で示される化合物とからなるときは〔一般式(I)で示
    される化合物〕:〔一般式(III)で示される化合
    物〕=(20〜80):(80〜20)であり、一般式
    (II)と(III)で示される化合物とからなるとき
    は〔一般式(II)で示される化合物〕:〔一般式(I
    II)で示される化合物〕=(20〜80):(80〜
    20)であり、一般式(I)、(II)と(III)と
    からなるときは〔一般式(I)で示される化合物と一般
    式(II)で示される化合物の和〕:〔一般式(II
    I)で示される化合物〕=(20〜80):(80〜2
    0)であるノンキラルスメクチック液晶組成物。
  2. 【請求項2】請求項1記載のノンキラルスメクチック液
    晶組成物を一対の電極基板間に挟持してなることを特徴
    とする液晶素子。
JP21766494A 1993-09-13 1994-09-12 液晶組成物およびこれを用いた液晶素子 Withdrawn JPH07126622A (ja)

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JP21766494A JPH07126622A (ja) 1993-09-13 1994-09-12 液晶組成物およびこれを用いた液晶素子

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5-227489 1993-09-13
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009057360A (ja) * 2007-09-02 2009-03-19 Junichi Hanna ネマティック液晶性有機半導体材料

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