JPS6163638A - 炭酸エステル液晶及びその組成物 - Google Patents

炭酸エステル液晶及びその組成物

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JPS6163638A
JPS6163638A JP59185148A JP18514884A JPS6163638A JP S6163638 A JPS6163638 A JP S6163638A JP 59185148 A JP59185148 A JP 59185148A JP 18514884 A JP18514884 A JP 18514884A JP S6163638 A JPS6163638 A JP S6163638A
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伸一 斉藤
Hiromichi Inoue
博道 井上
Kenji Terajima
寺島 兼詞
Takashi Inukai
犬飼 孝
Kenji Furukawa
古川 顕治
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は新規な液晶物質及び該液晶物質を含有する液晶
組成物に関し、更に詳しくは光学活性基を有するカイラ
ル液晶物質及びそれらを含有するカイラル液晶組成物に
関する。
〔発明の背景及び先行技術〕
用布、液晶表示素子としてはTN(ねじれネマチック)
型表示方式が最も広く用いられているが、応答速度の点
に於て発光型表示素子(エレクトロルミネッセンス、プ
ラズマディスプレイ等)と比較して劣っており、この点
に於ける改善は種々試みられているにも拘らず、大巾な
改善の可能性はあまt)残って−な一様である。
そのためTN型表示素子に代わる別の原理による液晶表
示装置が種々試みられているが、その一つに強誘電性液
晶と利用する表示方式がある(N、A、C1arkら:
 Applied Phys、 1ett、、 36,
899(1980) )。この方式は強誘電性液晶のカ
イラルスメクチックC相(以下SC*相と略称する)* 或はカイラルスメクチックH相(以下SH相と略称する
)を利用するもので、それらの相が室温付近にある物質
がこの方式に虐したものとして望まれている。本発明者
ら位、既にこの様な目的に適した幾つかのカイラルスメ
クチック化合物を見付は特願出願した(例えばI#願昭
58−640号、特願昭58−78,594号、特願昭
58−10へ100号、特願昭59−18,086号な
ど)。
本発明者らは、更にこの表示方式に適したより優れた化
合物を見出すことを目的として光学活性基を有する液晶
物?種々探索して本発明に到達した。
〔発明の構成〕
即ち、本発明は一般式 (但し、上式に於いてRは炭素数1−18の7* ルキル基を示し、Rは光学活性な炭素数4〜18のフル
キル基を示し、Xは単結合、−0−1示し、m及びnは
いずれもl又は2である)で表わされる化合物及びそれ
を含有する液晶組成物である。
(1)式の化合物のうち代表的なものの相転移温度t−
表1に示す。
表1の相転移温度の欄に於て、相を表わす欄の・はその
相を示すことを示し、その左側の数字はその相からその
左側の拳のある欄の相への転移温度を示す。又かつこは
モノトロピックであることを示す。
〔発明の作用・効果〕
(11式に於いてmxlでnm2の化合物は等方性液体
相より少し低い温度領域でコレステリック相(以下Ch
相と略称)を呈し、大部分のものはこの相より低い温度
領域でスメクチックC*相(以下SC*相と略称)を示
し、最も好ましいものである。又、(1)式に於いてm
ml又は2でn−1のものは殆んどが単独ではSc*相
が観察ものと推察される。従って、(1)式の化合物管
1成分として混合させることにより、SC*相のみを呈
する組成物、SA相のみを呈する組成物。
Sc*相、SA相の両方を呈する組成物などのいろいろ
の液晶組成物を構成することが可能となる。
(1)式のR*は後に述べるように光学活性なアルコー
ルから誘導されるものであるが、現在工業的に容易に入
手し得る原料フルコー〉しとしては、光学活性な2−メ
チルブタノールが最も多く、次いで光学活性の2−オク
タツール2−ぺゲタノール、2−ゲタノールなどがある
従って工業的に最も容易に利用し得るR*は2−メチル
ブチル基であり次いで1−メチルへブチル基、1−メチ
ルブチル基、l−メチルプロピル基などである。
feL、t2I組成物を構成する場合、(1)式の化合
物のみより構成することも可能であり、又(I)式の化
合物と他のスメクチック液晶を混合してSC*相を呈す
る液晶組成物を構成することも可能である。
SC*相の光スイツチング効果を表示素子として応用す
る場合、TNN方圧比較して3つのすぐれた%微かある
。第1の特徴は非常に高速で応答し、その応答時間Fi
通常のTN表示方式の索子と比較すると、応答時間はl
/100以下である。
第2の特徴はメモリー効果があることであり、上記の高
速応答性とあtnまって、時分割駆動が容易である。第
3の特徴はTN表示方式で濃淡の階調をとるには、印加
電圧を調節して行なうが、しきい値電圧の温度依存性や
応答速度の電圧依存性などの難問がある。しかしSc*
相の光スイツチング効果を応用する場合には極性の反転
時間を調節することにより、容易に階調を得ることがで
き、グラフィック表示に非常に適して−る。
表示方法としては、2つの方式が考えられ、1つの方法
は2枚の開光子を使用する複屈折型、他の1つの方法は
二色性色素を使用するゲストホスト型である。SC*相
は自発分極をもつため、印加電圧の極性を反転すること
により、らせん軸を回転軸として分子が反転する。Sc
”相を有する液晶組成物を液晶分子が電極面に平行にな
らぶよ5に配向処理を施した液晶表示セルく注入し、液
晶分子のグイレフターと一方の偏光面を千行くなるよう
に配置した2枚の(社)光子の間に該液晶セルをはさみ
、電圧を印加して、極性を反転することにより、明視野
および暗視野(偏光子の対向角度により決まる)が得ら
れる。
一方ゲスト・ホスト型で動作する場合には、印加電圧の
極性を反転することにより明視野及び着色視野(lli
i光板の配置により決まる)を得ることができる。
一般にスメクチック状態で液晶分子をガラスm1kiに
平行に配向させることは難かしく、数十中口ガウス以上
の磁場中で等方性液体から非常にゆっくりと冷却する(
1℃〜2℃/hr)ことにより、液晶分子を配向させて
いるが、コンステリツク相を有する液晶物質では磁場の
代わり匝50’/〜1oov o直流電圧を印加しなが
らIc/mlnの冷却速夏で冷却することにより、容易
に均一に配向したモノドメイン状態を得ることができる
光学活性フルフール類の代りに相当するラセミ体アルコ
ールを使用することによって、同様に製造されるもので
あるが、(1)とほぼ同じ相転移点を示す。ラセミ体は
Sc*相の代りにSc相を示し、光学活性体(1)に添
加してカイラルスメクチックのピッチの調整に使用でき
る。
(1)式の化合物は、又、光学活性炭素原子を有するた
め、これをネマチック液晶に添加することによって捩れ
た構造を誘起する能力を有する。
捩れた構造を有するネマチック液晶、即ちカイラルネマ
チック液晶はTNffi表示素子のいわゆるリバース・
 トメイア (rev@rse domain、L、ま
模様)を生成することがないので(1)式の化合物はリ
バース・ドメイン生成の防止剤として使用できる。
〔化合物の製法〕
次に一般式(1)の化合物の合成法について述べる。(
1)式の化合物は次の様な工程により製造することがで
きる。
(R,R*、X、 m、 nは前記と同じ、又Halは
一ロゲン原子を示す。以下同様) 即ち、(ff3式で表わされるフェノール類に(III
)式で表わされるカルボ/酸ハライドをピリジンのよう
な塩基性溶媒中で作用させることKより製造される。
フェノール類(II)VinのaKより以下の2つのも
OK分けられる。
(Ha)の光学活性p−フルキルオキシカルボニルオキ
シフェノールは次に示すような工程で最も好適に製造さ
れる。
即ち、ハイド四Φノンを光学活性のアルコールより誘導
されたり四ルギ酸アルキルで、塩基性溶媒中でモノエス
テル化することにより(Ia)が得られる。
又(Ilb)の光学活性4′−フルキルオキシカルボニ
ルオキシ−4−ビフェノールは次に示されるような工程
で最も好適に製造される。
即ち、 p、p’−ビフェノールを光学活性なアルコー
ルより誘導されたクロルギ酸アルキルで塩基性溶媒中、
モノ炭酸エステル化する仁とKより(…b)が製造され
る。
また、他方の原料である、芳香族カルボン酸ハライドと
してはm、Xによって以下の様なものに分けることが出
来る。
X−−0−のもの) X鴫−Coo−Oもの) x−−oco→もの) 上記の化合物はいずれも公知であるが、その幾つかの化
合物の製法につ−ては実施例中に於て述べる。
〔実施例〕
以下実施例により本発明の化合物について更KiF1−
細に説明する。
実施例1 (4’−(2−メチルブチルオキシカルボニルオキシ)
−4−ビフェニル−4−オクチルオキシカルボニルオキ
シペンゾエ〜ト ((0式に於いてR−C8Hユ、lR*m2−メチルグ
チル基* m−I T n l=a e X 嵩oco
o−のもの)の製造〕(1)4−ヒドロ午シー4’−(
2−メチルブチルオキシカルボニルオキシ)ビフェニル
(Ib)の製造 市販のPDP’−ビフェノール3フVをピリジン50−
に溶解して氷冷した。これに市販の光学活性なりロルギ
酸2−メチルブチル(S−(−)−2−メチルブタノー
ルより誘導されたもの)15tを滴下した。これを60
℃の水浴上で2時間加熱した後トルエン300−を加え
分液レートに移し水洗した。6N塩酸で洗浄すると固体
が析出するのでこれを吸引−過した。−液は水洗し中性
とした。固体をトルエン200−を用いて熱−過し、P
液と前のWI−液を合わせて、濃縮した。
残った固体は未反応原料Op、p’−ビフェノールであ
る。濃縮した溶液中には、モノ置換化合物とジ置換化合
物が混在するのでカラムクaマドグラフにかけ分離した
。はじめの流出分を濃縮し、エタノールを用いて再結晶
すると、4.4’−ビス(2−メチルグチルオキシカル
ボニルオキシ)ビフェニル(mp、85.5〜86.2
℃)が4.62得られた。2番目の流出分を濃縮し、ト
ルエンを用いて再結晶すると、4−ヒドロキシ−4’ 
−(2−メチルブチルオキシカルボニルオキシ)ビフェ
ニル(mp。
128.7〜130.2℃)が11.1?得られた。
(ii) p−オクチルオキシカルボニルオキシベンゾ
イルクロライドの製造 市販のp−とドルキシベンズアルデヒド50Fを、ピリ
ジン400−に溶解し、水冷下、クロルギ酸オクチル8
5ft−滴下し、欠いで水浴上で加熱して一夜放置した
。これにトルエン300−を加え、更に6N塩酸を加え
て分液し、更に2N水酸化ナトリウム水溶液で洗浄、水
洗し、乾燥した。
そのトルエンを留去して、p−オクチルオ中7カルポ二
ルオキシベンズアルデヒドの粗製物75?を得た。
このものを酢酸100mK溶解し、そこへ二酸化クロム
301、水40′Rtおよび酢酸60ゴの混合液を滴下
した。室温中で4時間撹拌ののち、氷にあけて析出した
固体を戸数し、それをエタノール400ゴに溶解し、更
に活性炭を加え振とうし、熱p過した。これを氷冷し、
結晶をP取して、更にエタノール300−から再結して
、p−オクチルオキ7カルポニルオキ7安息香酸41f
を得た。 m、p。
125.5℃。
このものの5fと塩化チオニル7tを60℃の水浴上で
加熱し、−夜装置したのち減圧下で過剰の塩化チオニル
を留去して、p−オクチルオキシカルボニルオキシベン
ゾイルクロライド5tを得た。このものは精製すること
なく次の段階で使用した。
tilt)標題化合物の製造 (1)で得た4−ヒドロキク−4’−(2−メチルブチ
ルオキ7カルポニルオキン)ビフェニル0.30 tを
ピリジン5dに溶解し、そこへ、水冷下、(II)で得
たp−オクチルオキシカルボニルオキシベンゾイルクロ
ライド0.33ft−滴下した。これを60’Cの湯浴
上で加熱反応させた後トルエン50i1を加えてからト
ルエン層を分離し、それを6N塩酸で、次いで2N苛性
ソーダ水で洗浄した後、更に飽和食塩水で洗浄して中性
とした。これを硫酸ナトリウム上で乾燥してから濃縮し
、それをエタノール30dを用いて2度再結晶して目的
の4−(2−メチルブチルオキ7カルポニルオキン)−
4−ビフェニル−4−オクチルオキン力ルポニルfキシ
ベンゾエートヲO,a 2 f得た。このものuSR,
SC率、 Chの各相を示す液晶で、その相転移点はC
−8C*点64.4℃。
Sc*−8B点55.2℃、 SC率−ah点131.
6℃。
c h −I点182.1℃であった。又、このものの
元素分析値は次の如く計算111とよく一致した。
実測値    計算値 (C3,H4゜08として)C
70,6%    70 、81 %H7,1%   
  6.99チ 実施例2 〔4′−オクチル−4−ビフェニルカルボン酸p−(2
−メチルブチルオキシカルボニルオキシ)フェニルエス
テル((1)式に於いてR! C,)I工、 、 g”
−,3−メチルグチル基、Xは単結合、mw2.n糟l
のもの)の製造〕(1)p−(2−メチルグチルオキシ
)フェノール([[a)の製造 市販のハイドロキノ/22.0 ?をピリジン100d
に溶解して氷冷したところへ、クロルギ酸(2−メチル
グチル)(2−メチルブタノールより誘導) 15.O
fを滴下して、60℃の水浴上で2時間加熱した。これ
にトルエン2ooavを加えて有機層を分離した後、6
N塩酸で洗浄し1次いで飽和食塩水で洗浄し、中性とし
た。これを硫酸ナトリウム上で乾燥してから、濃縮した
。これをカラムクロマトにかけて溶解成分を分離し、そ
の第1流出分を濃縮して、オイル状のノ1イドロキノン
ージ−(2−メチルプ゛チルオキシカルボニル4、02
を得た。又、第2流出分を濃縮して、オイル状のp−(
2−メチルブチルオキシカルポニルオキシ)−フェノー
ル12.3 fを得た。
(11)標題化合物の製造 (ii)で製造したp−(2−メチルブチルオキシカル
ボニルオキシ)−フェノール0.25 t 全ピリジン
5dK溶解して氷冷して、これに4’−オクチル4−ビ
フェニルカルボン酸クロライド0,3フtをトルエン5
mK溶解したものを滴下した。これを60℃の湯浴上で
加熱、反応させた後、トルエン5C)IJを加えて、ト
ルエン層を分離し、6 Nmmで洗浄し、さらに2N苛
性ソーダ水で洗浄した後、飽和食塩水で洗浄して中性と
した。これを硫酸ナトリウム上で乾燥して濃縮し、これ
を酢酸エチル20−とエタノールl Odolls合液
を用いて2度再結晶を行なって、目的の4′−才クチル
−4−ビフェニルカルボンtRp −(2−メチルブチ
ルオキシカルボニルオキシ)フェニルエステルを得た。
このものはSA相及びCh相を示し、七の相転移点はC
−8A点78.3℃、5A−ahh点150.2℃、C
h−I点165.2℃であった。又、このものの元素分
析値は次の如く計算値と一致した。
実測値   計算値(CssH4゜06として)C76
,4%    76.71% H8,0%     ’7.80% 実施例3 (4−(2−メチルブチルオキシカルボニルオキシ)フ
ェニル−4−オクタノイルオキシベンゾニー)((1)
弐に於いてRmC,H,、。
B*■2−メチルブチル基、mmn驕1. X雪−C0
〇−のもの)の製造〕 (1)p−オクタノイルオキシベンゾイルクロライド(
厘C)の製造 市販のp−ヒドロキシベンズアルデヒドSOtをピリジ
ン400WLtK溶解して、水冷下、オクタノイルクロ
ライドaorta下して水浴上−夜装置した。トルエン
300dを加えて、6N塩酸を加えて分液し、更に2N
水酸化ナトリウム水溶液で洗浄、水洗し、乾燥した。こ
れをトルエン留去して、粗製物を得た。これを減圧蒸留
してp−オクタノイルオキシベンズアルデヒド(b、p
、 176〜b7mHr) 58.2 fを得た。コれ
を酢酸80111Kjl解して、この液に二酸化クロム
23.4f。
水25−および酢酸48ゴの混合液を滴下した。室温中
で4時間撹拌ののち、氷にあけ析出した固体t−濾過し
、それをエタノール30〇−に溶解してから、活性炭を
加えて振とうし、熱濾過した。これを氷冷し析出した結
晶をF取し、更にエタノール3“00agから再結して
、p−オクタノイルオキシ安息香酸35fを得た。m、
p、51℃。このものの52とシュウ酸クロライド7.
2tを60℃の水温上で加熱し、−夜装置した。のち、
威圧下で過剰のしゆう酸クロライドを留去してp−オク
タノイルオキシベンゾイルクロライド5tを得た。この
ものは精製することなく次へ進んだ。
(11)標題化合物の製造 実施例1(1)で製造した、p−(2−メチルブチルオ
キシカルボニルオキシ)フェノール0.25 tをピリ
ジン5−に溶解したところへ(1)で製造したp−オク
タノイルオキシベンゾイルクロライドの0.32 fを
滴下した。あとは実施例1 (II)と同様にして、目
的の4−(2−メチルブチルオキシカルボニルオキシ)
7ヱニルー4−オクタノイルオキクペンゾエー) 0.
3 Ofを得た。このものはSA相及びCh相を示し、
七の相移点は5A−ahh点254℃、C−c h点4
9.0℃、Ch−I点58.2℃であった。
又このものの元素分析値は次の如く良く計算値と一致し
た。
実測値   計算値 (C26H340ワとして)c 
  6s、os    68.1O1H7,6チ   
 7.47チ 実施例4(使用例1) 4−エチル−4′−シアノビフェニル 20重量% 4−ペンチル−4′−シアノビフェニル40重量% 4−オクチルオキシ−47−ジアツビフエニル25重量
% 4−ペンチル−4′−シアノターフェニル15ft% からなるネマチック液晶組成物を配向処理剤としてポリ
ビニルアルコール(PVA)を塗布し、その表面をラビ
ングして配向処理を施した透明電極からなるセル(電極
間隔10μm)に注入してTN型表示セルとし、これを
偏光顕微鏡下で観察したところ、リバース・ドメインを
生じているのが観察された。
上記のネマチック液晶組成物に本願の(1)式でmm2
 、 nml 、 X−−0、R−C,HI、F−、R
*−2−メチルブチル基なる化合物(No、24 )を
1重量−添加したものを使用して、同様にTNセルとし
て観察したところ、リバース・ドメインは解消され均一
なネマチック相が観察された。
実施例5(使用例2) (1)式に於いてm−1、nm 2 、 X−単結合、
R−IICIH1□、R*−2−メチルブチル基なる化
合物(No、7)、mml 、n胤2 、)Ca−0−
、RmC4Hg−。
R*−2−メチルメチル基なる化合物(NOlll)。
mm l 、 !l m2 、 Xm−0+、 RmC
lHz。−、R*−2−メチルグチル基なる化合物(N
o、 14 ) 、 m m l 。
員−2,X”−0+、RmC,H□、+、R*w2−メ
チルグチル基なる化合物(No、15)の等量混合物は
13℃から112℃までSC*相を示し、それ以上の温
度でah相を示し、187℃で等方性液体相となる。
こO温合物を配向処理剤としてPVAを塗布し、表面を
ラビングして平行配向処理を施した透明電極を備えたセ
ルに注入し、この液晶セルを直交ニコル状11に配置し
た2枚の偏光子の間にはさみ、0.5H1%15Yの低
周波数の交流を印加したところ、明瞭なスイッチング動
作が観察され、非常にコントラストも良く、応答速度が
1ms・Cと速い液晶表示素子が得られた。
実施例6(使用例3) (夏)弐に於いてtxm l 、 !l sw 2 、
 Xwa−0−、RsmC,H□−、R*−2−メチル
メチル基なる化合物(No−12) v m 冨1 s
 n 寓2 * X ■−Ot RwCyHzs  *
R*−2−メチルメチル基なる化合物(1(o−14)
txml 、 rLw2 、X−0、R=c@HL’F
−I  B*=2−メチルブチル基なる化合物(No、
15)、及びm−1゜n ” 2 、 X ”  0C
O−I R−C@Hz−1+ R*−2−メチルブチル
基なる化合物(No、 19 )の等量混合物は60℃
から121℃までSC*相を示し、それ以上の温度でa
h相を示し、186℃で等方性液体相となる。
この混合物にアントラキノン系色素0D−16(BD)
1社製品)を33量−添加して−わゆるゲスト・ホスト
凰にしたものを実施例22と同様なセルに注入し、1枚
の偏光子を偏光面が分子軸に垂直になるように配置し、
0.5 Hz、15Vの低周波数の交流を印加したとこ
ろ明瞭なスイッチング動作が観察され、非常にコントラ
ストが良く、応答速度が1.5m1l@11と速いカラ
ー液晶表示素子が得られた。
以上

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) (但し、上式に於いてRは炭素数1〜18のアルキル基
    を示し、R^*は光学活性な炭素数4〜18のアルキル
    基を示し、Xは単結合、−O−、▲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▼のいづれか一つを示
    し、m及びnはいずれも1又は2である) で表わされる化合物。
  2. (2)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) (但し、上式に於いてRは炭素数1〜18のアルキル基
    を示し、R^*は光学活性な炭素数4〜18のアルキル
    基を示し、Xは単結合、−O−、▲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▼のいづれか一つを示
    し、m及びnはいずれも1又は2である) で表わされる化合物を少なくとも一種含有することを特
    徴とするカイラルスメクチツク液晶組成物。
  3. (3)複数の( I )式の化合物からなる特許請求の範
    囲第2項記載のカイラルスメクチツク液晶組成物。
  4. (4)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) (但し、( I )式に於いてRは炭素数1〜18のアル
    キル基を示しRは光学活性な炭素数4〜18のアルキル
    基を示し、Xは単結合、−O−、▲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▼のいづれか一つ を示し、m及びnはいずれも1又は2である)で表わさ
    れる化合物を少なくとも一種含有する、カイラルスメク
    チツクC相を呈する液晶組成物を使用して構成された光
    スイッチング素子。
JP59185148A 1984-02-03 1984-09-04 炭酸エステル液晶及びその組成物 Granted JPS6163638A (ja)

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