DE69131507T2

DE69131507T2 - Mesomorphe Verbindung, sie enthaltende flüssigkristalline Zusammensetzung, flüssigkristalline die Zusammensetzung verwendende Vorrichtung und Anzeigegerät

Info

Publication number: DE69131507T2
Application number: DE69131507T
Authority: DE
Inventors: Takashi Iwaki; Shinichi Nakamura; Takao Takiguchi; Takeshi Togano; Yoko Yamada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1991-01-21
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2011-01-22
Also published as: US5284599A; DE69131507D1; DE69129162D1; CA2034309A1; ATE182920T1; DE69129162T2; CA2034309C; EP0667385A1; EP0440061B1; ATE164577T1; EP0440061A1; US5236619A; EP0667385B1

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue mesomorphe Verbindung, eine Flüssigkristallmischung, die die Verbindung enthält, eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Mischung verwendet wird, und ein Anzeigegerät und insbesondere eine neue Flüssigkristallmischung, die ein verbessertes Ansprechverhalten gegenüber einem elektrischen Feld hat, und eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Flüssigkristallmischung verwendet wird, für die Anwendung bei einem Flüssigkristall-Anzeigegerät, einem optischen Flüssigkristall-Verschluß usw.
Flüssigkristallvorrichtungen sind bisher auf verschiedenen Gebieten als elektrooptische Vorrichtung angewandt worden. Bei den meisten Flüssigkristallvorrichtungen, die in der Praxis angewandt worden sind, werden verdrillte nematische Flüssigkristalle (TN-Flüssigkristalle; TN = "twisted nematic") verwendet, wie sie in "Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal" von M. Schadt und W. Helfrich, "Applied Physics Letters", Bd. 18, Nr. 4 (15. Febr. 1971), S. 127-128, gezeigt sind.
Diese Vorrichtungen basieren auf der dielektrischen Ausrichtungswirkung eines Flüssigkristalls und nutzen die Wirkung aus, daß die mittlere Molekülachsenrichtung wegen der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld in eine bestimmte Richtung gerichtet wird. Man sagt, daß der Grenzwert der Ansprechgeschwindigkeit in der Größenordnung von Millisekunden liegt, was für viele Anwendungen zu langsam ist. Andererseits ist ein Einfachmatrixsystem der Ansteuerung für die Anwendung auf eine flache Anzeige mit großer Fläche im Hinblick auf Kosten, Produktivität usw. in Kombination in hohem Maße erfolgversprechend. Bei dem Einfachmatrixsystem ist eine Elektrodenanordnung vorhanden, bei der Abtastelektroden und Signalelektroden in einer Matrix angeordnet sind, und wird zur Ansteuerung ein Zeitmultiplex-An steuerungssystem angewandt, bei dem ein Adressensignal aufeinanderfolgend, periodisch und selektiv an die Abtastelektroden angelegt wird und vorgeschriebene Datensignale unter Synchronisierung mit dem Adressensignal parallel selektiv an die Signalelektroden angelegt werden.
Wenn der vorstehend erwähnte TN-Flüssigkristall in einer Vorrichtung mit einem solchen Ansteuerungssystem verwendet wird, wird an Bereiche, wo eine Abtastelektrode angewählt wird und keine Signalelektroden angewählt werden, oder an Bereiche, wo keine Abtastelektrode angewählt wird und eine Signalelektrode angewählt wird, (wobei diese Bereiche als "halbangewählte Stellen" bezeichnet werden) ein bestimmtes elektrisches Feld angelegt. Wenn die Differenz zwischen einer an die angewählten Stellen angelegten Spannung und einer an die halbangewählten Stellen angelegten Spannung ausreichend groß ist und ein Schwellenwert der Spannung, der erforderlich ist, um zu ermöglichen, daß Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu einem elektrischen Feld ausgerichtet oder orientiert werden, auf einen dazwischenliegenden Wert eingestellt wird, arbeiten Anzeigevorrichtungen normal. Tatsächlich nimmt jedoch im Fall einer Erhöhung der Zahl (N) der Abtastzeilen die Zeit (Tastverhältnis), während der bei der Abtastung einer ganzen Bildfläche (entsprechend einem Vollbild) an eine angewählte Stelle ein wirksames elektrisches Feld angelegt wird, proportional zu 1/N ab. Infolgedessen ist bei wiederholter Durchführung der Abtastung die Spannungsdifferenz eines Effektivwertes, der an eine angewählte Stelle und nicht angewählte Stellen angelegt wird, um so geringer, je größer die Zahl der Abtastzeilen ist. Dies führt als Ergebnis zu den unvermeidbaren Nachteilen, daß der Bildkontrast vermindert wird oder Überlagerung (Störung, Interferenz) oder Übersprechen auftritt. Diese Erscheinungen werden als im wesentlichen unvermeidbare Probleme angesehen, die auftreten, wenn ein Flüssigkristall, der keine Bistabilität hat (d. h., Flüssigkristallmoleküle sind als stabiler Zustand horizontal bzw. parallel zu der Elektrodenoberfläche orientiert und sind nur in dem Fall senkrecht zu der Elektrodenoberfläche orientiert, daß tatsächlich ein elektrisches Feld angelegt wird), unter Ausnutzung eines Zeitspeicherungseffekts angesteuert (d. h. wiederholt abgetastet) wird. Zur Überwindung dieser Nachteile sind schon das Spannungsmittelungsverfahren, das Zweifrequenzen-Ansteuerungsverfahren, das Mehrfachmatrixverfahren usw. vorgeschlagen worden. Kein Verfahren reicht jedoch aus, um die vorstehend erwähnten Nachteile zu überwinden. Als Folge ist die Lage gegenwärtig derart, daß die Entwicklung einer großen Bildfläche oder einer hohen Packungsdichte in bezug auf Anzeigeelemente verzögert ist, weil es schwierig ist, die Zahl der Abtastzeilen ausreichend zu erhöhen.
Zur Überwindung der Nachteile bei solchen bekannten Flüssigkristallvorrichtungen ist von Clark und Lagerwall (z. B. Japanische Offengelegte Patentanmeldung Nr. 56-107216, US-Patentschrift Nr. 4367924 usw.) die Anwendung von Flüssigkristallvorrichtungen mit Bistabilität vorgeschlagen worden. In diesem Fall werden als Flüssigkristalle mit Bistabilität im allgemeinen ferroelektrische Flüssigkristalle mit einer chiralen smektischen C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) verwendet. Diese Flüssigkristalle haben bistabile Zustände, d. h., sie haben bezüglich eines daran angelegten elektrischen Feldes einen ersten und einen zweiten stabilen Zustand. Infolgedessen sind die bistabilen Flüssigkristallmoleküle im Unterschied zu optischen Modulationsvorrichtungen, bei denen die vorstehend erwähnten TN-Flüssigkristalle verwendet werden, bezüglich eines bzw. des anderen elektrischen Feldvektors zu einem ersten und einem zweiten optisch stabilen Zustand orientiert, Ferner hat diese Flüssigkristallart die Eigenschaft (Bistabilität), daß sie als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld einen der zwei stabilen Zustände annimmt und den resultierenden Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält.
Solch ein ferroelektrischer Flüssigkristall (nachstehend manchmal als "FLC" abgekürzt) hat zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Eigenschaft, daß er Bistabilität zeigt, eine ausgezeichnete Eigenschaft, d. h. eine hohe Ansprechgeschwindigkeit. Dies liegt daran, daß die spontane Polarisation des ferroelektrischen Flüssigkristalls und ein angelegtes elektrisches Feld in direkter Wechselwirkung miteinander stehen, so daß sie einen Übergang der Orientierungszustände hervorrufen. Die resultierende Ansprechgeschwindigkeit ist um 3 bis 4 Dezimalstellen höher als die Ansprechgeschwindigkeit, die auf die Wechselwirkung zwischen der dielektrischen Anisotropie und einem elektrischen Feld zurückzuführen ist.
Ein ferroelektrischer Flüssigkristall hat somit möglicherweise ganz hervorragende Eigenschaften, und es ist durch Ausnutzung dieser Eigenschaften möglich, bei vielen der vorstehend erwähnten Probleme der herkömmlichen TN-Vorrichtungen wesentliche Verbesserungen zu erzielen. Vor allem wird die Anwendung auf einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden optischen Verschluß und auf eine Anzeigevorrichtung mit einer hohen Dichte und einem großen Bild erwartet. Aus diesem Grund sind ausgedehnte Untersuchungen über Flüssigkristallsubstanzen, die Ferroelektrizität zeigen, durchgeführt worden. Es kann jedoch nicht behauptet werden, daß bisher entwickelte ferroelektrische Flüssigkristallsubstanzen ausreichend den Eigenschaften genügen, die für eine Flüssigkristallvorrichtung erforderlich sind und die das Tieftemperatur-Betriebsverhalten, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit usw. einschließen. Zwischen der Ansprechzeit τ, dem Betrag der spontanen Polarisation Ps und der Viskosität η besteht die folgende Beziehung: τ = η/(Ps·E), worin E die angelegte Spannung ist. Eine hohe Ansprechgeschwindigkeit kann folglich erhalten werden, indem (a) die spontane Polarisation Ps erhöht wird, (b) die Viskosität η vermindert wird oder (c) die angelegte Spannung E vergrößert wird. Die Steuerspannung hat jedoch im Hinblick auf die Ansteuerung mit einer integrierten Schaltung usw. eine bestimmte Obergrenze und sollte erwünschtermaßen möglichst niedrig sein. Infolgedessen ist es tatsächlich notwendig, die Viskosität zu vermindern oder die spontane Polarisation zu erhöhen.
Ein ferroelektrischer chiraler smektischer Flüssigkristall mit einer großen spontanen Polarisation liefert in einer Zelle im allgemeinen ein großes inneres elektrisches Feld, das durch die spontane Polarisation gegeben ist, und neigt dazu, dem Aufbau der Vorrichtung, durch den Bistabilität erzielt wird, viele Zwangsbedingungen aufzuerlegen. Ferner besteht die Neigung, daß eine übermäßig große spontane Polarisation eine Erhöhung der Viskosität begleitet, so daß als Ergebnis keine beachtliche Vergrößerung der Ansprechgeschwindigkeit erzielt werden kann.
Ferner ändert sich die Ansprechgeschwindigkeit unter der Annahme, daß die Betriebstemperatur einer wirklichen Anzeigevorrichtung 5 bis 40ºC beträgt, um einen Faktor von etwa 20, so daß sie tatsächlich den Bereich überschreitet, der durch Steuerspannung und Frequenz steuerbar ist.
Wie vorstehend beschrieben wurde, erfordert die Kommerzialisierung einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung eine Flüssigkristallmischung, die eine chirale smektische Phase annimmt und nicht nur eine große spontane Polarisation, sondern auch eine niedrige Viskosität, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und eine geringe Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mesomorphe Verbindung; eine Flüssigkristallmischung, vor allem eine chirale smektische Flüssigkristallmischung, die die mesomorphe Verbindung enthält, für die Bereitstellung einer praktisch anwendbaren ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung; eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Flüssigkristallmischung verwendet wird und die eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und eine geringere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigt; und ein Anzeigegerät bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optisch aktive mesomorphe Verbindung bereitgestellt, die durch die folgende Formel (II) wiedergegeben wird:
worin R&sub4; und R&sub5; jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann, bezeichnen, wobei mindestens einer der Reste R&sub4; und R&sub5; ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat, das an Halogen gebunden ist; X&sub1; und X&sub2; jeweils irgendeines von einer Einfachbindung, -O-,
und
bezeichnen;
und
jeweils irgendeines von
und
bezeichnen; Y&sub3; und Y&sub4; jeweils irgendeines von Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, -CH&sub3;, -CN und -CF&sub3; bezeichnen und a und b jeweils 0 oder 1 bezeichnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine chirale smektische Flüssigkristallmischung bereitgestellt, die mindestens eine Spezies der vorstehend erwähnten optisch aktiven mesomorphen Verbindung enthält.
Durch die vorliegende Erfindung werden ferner eine Flüssigkristallvorrichtung, die ein Paar Substrate und so eine Flüssigkristallmischung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, die zwischen den Elektrodenplatten angeordnet ist, umfaßt, und ein Anzeigegerät, das die Flüssigkristallvorrichtung umfaßt, bereitgestellt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der eine Flüssigkristallmischung verwendet wird, die eine chirale smektische Phase annimmt;
Fig. 2 und 3 sind schematische perspektivische Zeichnungen der Ausführungsform einer Vorrichtungszelle zur Erläuterung des Betriebsprinzips einer Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Ferroelektrizität einer Flüssigkrsstallmischung ausgenutzt wird;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Anzeigegerät zeigt, das eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Ferroelektrizität einer Flüssigkristallmischung ausgenutzt wird, und eine Graphik- Steuereinrichtung umfaßt; und
Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm der Bilddatenübertragung, das die zeitliche Korrelation zwischen Signalübertragung und Ansteuerung in bezug auf ein Flüssigkristall-Anzeigegerät und eine Graphik-Steuereinrichtung zeigt.

NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Flüssigkristalle, die einen Benzothiazolring enthalten, sind bisher in A.I. Pavluchenko u. a., "Mol. Cryst. Liq. Cryst.", 37, 35 (1976), gezeigt worden. Die meisten von ihnen sind jedoch solche, die einen Benzothiazolring enthalten, der durch eine Verbindungsgruppe wie z. B. -COO-, -CH=CH-, -N=CH- oder -N=N- mit einem anderen Ring verbunden ist, und eine endständige Gruppe wie z. B. n-Alkyl, n-Alkoxy oder -CN enthalten. Die vorstehend erwähnten Flüssigkristalle umfassen nur zwei Spezies von Verbindungen, die einen Benzothiazolring enthalten, der direkt mit einem Benzolring verbunden ist, und durch die folgenden Formeln wiedergegeben werden:
Diese Verbindungen haben jedoch keine zwei endständigen Gruppen, die beide eine Alkylgruppe mit 3 oder mehr Kohlenstoffatomen umfassen. Ferner enthalten die zwei vorstehenden Verbindungen keine endständige Gruppe, die ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat, das an Halogen gebunden ist, wie sie für die optisch aktive mesomorphe Verbindung der Formel (II) typisch ist.
Die mesomorphen Verbindungen der Formel (II) werden demnach überhaupt nicht gezeigt oder nahegelegt.
Wir haben eine neue optisch aktive mesomorphe Verbindung gefunden, die durch die vorstehend erwähnte Formel (II) wiedergegeben wird und einen Benzothiazolring und mindestens eine Alkylgruppe mit einem asymmetrischen Kohlenstoffatom, das an Halogen gebunden ist, umfaßt. Als Ergebnis haben eine Flüssigkristallmischung, die eine chirale smektische Phase zeigt und mindestens eine Spezies so einer mesomorphen Verbindung umfaßt, und eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Flüssigkristallmischung verwendet wird, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit, so daß ein Anzeigegerät mit einem guten Anzeigeverhalten bereitgestellt wird.
Die Flüssigkristallmischung gemäß der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden, indem mindestens eine Spezies der Verbindung, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird, und eine andere mesomorphe Verbindung in geeigneten Anteilen vermischt werden. Die Flüssigkristallmischung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise als Flüssigkristallmischung, die zur Ausnutzung der Ferroelektrizität befähigt ist, und vor allem als Flüssigkristallmischung, die eine chirale smektische Phase zeigt, formuliert werden.
Besondere Beispiele für eine andere mesomorphe Verbindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, können die einschließen, die durch die folgenden Formeln (III) bis (XI) bezeichnet werden.
worin e 0 oder 1 bezeichnet und f 0 oder 1 bezeichnet, wobei vorausgesetzt ist, daß e + f = 0 oder 1; Y' H, Halogen, CH&sub3; oder CF&sub3; bezeichnet; X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
oder
bezeichnen und X&sub3;' und X&sub4;' jeweils eine Einfachbindung,
oder -CH&sub2;O- bezeichnen.
Bei der Formel (III) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (lila) bis (lud) wiedergegeben werden:
worin g und h jeweils 0 oder 1 bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, daß g + h = 1; i 0 oder 1 bezeichnet; X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
oder
bezeichnen und X&sub3;', X&sub4;' und X&sub5;' jeweils eine Einfachbindung,
-CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;- bezeichnen.
Bei der Formel (IV) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (IVa) bis (IVc) wiedergegeben werden:
worin j 0 oder 1 bezeichnet; Y&sub1;', Y&sub2;' und Y&sub3;' jeweils H, Halogen, CH&sub3; oder CF&sub3; bezeichnen; X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
-O- und
bezeichnen und X&sub3;' und X&sub4;' jeweils eine Einfachbindung,
oder -O- bezeichnen.
Bei der Formel (V) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (Va) und (Vb) wiedergegeben werden:
worin k, l und m jeweils 0 oder 1 bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, daß k + l + m = 0, 1 oder 2; X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
-O- oder
bezeichnen und X&sub3;' und X&sub4;' jeweils eine Einfachbindung,
-CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;- bezeichnen.
Bei der Formel (VI) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (VIa) bis (VIf) wiedergegeben werden:
Hierin bezeichnen R&sub1;' und R&sub2;' jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die eine Methylengruppe oder zwei oder mehr nicht benachbarte Methylengruppen enthalten kann, die durch -CH-Halogen- ersetzt sein können, und ferner eine Methylengruppe oder zwei oder mehr nicht benachbarte Methylengruppen enthalten kann, die von denen, die direkt an X&sub1;' oder X&sub2;' gebunden sind, verschieden sind und durch mindestens eine Spezies von -O-,
und
ersetzt sein können, wobei voraus- gesetzt ist, daß R&sub1;' und R&sub2;' jeweils nicht an eine Ringstruktur gebunden sind, wenn R&sub1;' und R&sub2;' jeweils eine halogenierte Alkylgruppe bezeichnen, die eine durch -CH-Halogen- ersetzte Methylengruppe enthält.
Ferner können bevorzugte Beispiele für R&sub1;' und R&sub2;' jeweils die einschließen, die durch die folgenden Gruppen (i) bis (vii) wiedergegeben werden:
i) eine lineare Alkylgruppe mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen;
worin p eine ganze Zahl von 0 bis 5 bezeichnet und g eine ganze Zahl von 1 bis 11 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin r eine ganze Zahl von 0 bis 6 bezeichnet, s 0 oder 1 bezeichnet und t eine ganze Zahl von 1 bis 14 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin u 0 oder 1 bezeichnet und v eine ganze Zahl von 1 bis 16 bezeichnet;
worin w eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin A eine ganze Zahl von 0 bis 2 bezeichnet und B eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv); und
worin C eine ganze Zahl von 0 bis 2 bezeichnet und D eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv).
Bei der vorstehend erwähnten Formel (III) können mehr bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die Formeln (IIIaa) bis (IIIdc) wiedergegeben werden:
Bei der vorstehend erwähnten Formel (IV) können mehr bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die Formeln (IVaa) bis (IVcb) wiedergegeben werden:
Bei der vorstehend erwähnten Formel (V) können mehr bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die Formeln (Vaa) bis (Vbf) wiedergegeben werden:
Bei der vorstehend erwähnten Formel (VI) können mehr bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die Formeln (VIaa) bis (VIfa) wiedergegeben werden:
worin E 0 oder 1 bezeichnet; X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
-O- oder
bezeichnen und X&sub3;' eine Einfachbindung,
-CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;- bezeichnet.
worin F und G jeweils 0 oder 1 bezeichnen; X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
oder -O- bezeichnen und X&sub3;' und X&sub4;' jeweils eine Einfachbindung,
-CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;- bezeichnen.
Bei der vorstehenden Formel (VII) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (VIIa) und (VIIb) wiedergegeben werden:
Bei der vorstehenden Formel (VIII) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (VIIIa) und (VIIIb) wiedergegeben werden:
Mehr bevorzugte Verbindungen der Formel (VIII) können die einschließen, die durch die Formeln (VIIIaa) bis (VIIIbb) wiedergegeben werden:
Hierin bezeichnen R&sub3;' und R&sub4;' jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die eine Methylengruppe oder zwei oder mehr nicht benachbarte Methylengruppen enthalten kann, die durch -CH-Halogen- ersetzt sein können, und ferner eine Methylengruppe oder zwei oder mehr nicht benachbarte Methylengruppen enthalten kann, die von denen, die direkt an X&sub1;' oder X&sub2;' gebunden sind, verschieden sind und durch mindestens eine Spezies von -O-,
und
ersetzt sein können, wobei voraus- gesetzt ist, daß R&sub3;' und R&sub4;' jeweils nicht an eine Ringstruktur gebunden sind, wenn R&sub3;' und R&sub4;' jeweils eine halogenierte Alkylgruppe bezeichnen, die eine durch -CH-Halogen- ersetzte Methylengruppe enthält.
Ferner können bevorzugte Beispiele für R&sub3;' und R&sub4;' jeweils die einschließen, die durch die folgenden Gruppen (i) bis (vii) wiedergegeben werden:
i) eine lineare Alkylgruppe mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen;
worin p eine ganze Zahl von 0 bis 5 bezeichnet und g eine ganze Zahl von 1 bis 11 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin r eine ganze Zahl von 0 bis 6 bezeichnet, s 0 oder 1 bezeichnet und t eine ganze Zahl von 1 bis 14 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin u eine ganze Zahl von 0 bis 5 bezeichnet und v eine ganze Zahl von 1 bis 16 bezeichnet;
worin w eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin A eine ganze Zahl von 0 bis 2 bezeichnet und B eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv); und
worin C eine ganze Zahl von 0 bis 2 bezeichnet und D eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv).
worin H und J jeweils 0 oder 1 bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, daß H + J = 0 oder 1; X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
oder -O- bezeichnen;
oder
bezeichnet und X&sub3;' und X&sub4;' jeweils eine Einfachbindung,
-CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;- bezeichnen.
worin X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
oder -O- bezeichnen; A&sub2;'
oder
bezeichnet und X&sub3;' und X&sub4;' jeweils eine Einfachbindung,
-CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;- bezeichnen.
worin X&sub1;' und X&sub2;' jeweils eine Einfachbindung,
oder -O- bezeichnen; A&sub3;'
oder
bezeichnet und X&sub3;' eine Einfachbindung,
-CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;- bezeichnet.
Bei der vorstehenden Formel (IX) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (IXa) bis (IXc) wiedergegeben werden:
Bei der vorstehenden Formel (X) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (Xa) und (Xb) wiedergegeben werden:
Bei der vorstehend erwähnten Formel (IX) können mehr bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die Formeln (IXaa) bis (IXcc) wiedergegeben werden:
Bei der vorstehend erwähnten Formel (X) können mehr bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die Formeln (Xaa) bis (Xbb) wiedergegeben werden:
Bei der vorstehenden Formel (XI) können bevorzugte Verbindungen davon die einschließen, die durch die folgenden Formeln (XIa) bis (XIg) wiedergegeben werden:
Hierin bezeichnen R&sub5;' und R&sub6;' jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die eine Methylengruppe oder zwei oder mehr nicht benachbarte Methylengruppen enthalten kann, die von denen, die direkt an X&sub1;' oder X&sub2;' gebunden sind, verschieden sind und durch mindestens eine Spezies von -O-,
und
ersetzt sein können.
Ferner können bevorzugte Beispiele für R&sub5;' und R&sub6;' jeweils die einschließen, die durch die folgenden Gruppen (i) bis (vi) wiedergegeben werden:
i) eine lineare Alkylgruppe mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen;
worin p eine ganze Zahl von 0 bis 5 bezeichnet und g eine ganze Zahl von 1 bis 11 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin r eine ganze Zahl von 0 bis 6 bezeichnet, s 0 oder 1 bezeichnet und t eine ganze Zahl von 1 bis 14 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin w eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv);
worin A eine ganze Zahl von 0 bis 2 bezeichnet und B eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv); und
worin C eine ganze Zahl von 0 bis 2 bezeichnet und D eine ganze Zahl von 1 bis 15 bezeichnet (optisch aktiv oder inaktiv).
In der vorstehend erwähnten Formel (II) hat mindestens einer der Reste R&sub4; und R&sub5; ein asymmetrisches Kohlenstoffatom, das an Halogen gebunden ist. Bevorzugte Beispiele für das Halogen können Fluor und Chlor und vor allem Fluor einschließen.
Ferner können bevorzugte Beispiele für einen anderen Rest R&sub4; und R&sub5; vorzugsweise folgende Gruppen (i) bis (iii) einschließen:
i) n-Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen und vor allem 3 bis 12 Kohlenstoffatomen;
worin c eine ganze Zahl von 0 bis 7 bezeichnet und d eine ganze Zahl von 1 bis 9 bezeichnet (optisch aktiv, wenn d eine ganze Zahl bezeichnet, die 2 oder mehr beträgt); und
worin e eine ganze Zahl von 0 bis 7 bezeichnet, f 0 oder 1 bezeichnet und g eine ganze Zahl von 1 bis 14 bezeichnet.
In dem Fall, daß a = b = 1, können bevorzugte Beispiele für
und
jeweils
und
und
vor allem
einschließen.
In dem Fall, daß a = 1 und b = 0 oder a = 0 und b = 1, können bevorzugte Beispiele für
und
jeweils
und
und vor allem
einschließen.
Die mesomorphe Verbindung, die durch die allgemeine Formel (II) wiedergegeben wird, kann durch die folgenden Reaktionsschemas synthetisiert werden.
In Vorstehendem sind R&sub4;, R&sub5;, X&sub1;, X&sub2;,
a und b dieselben wie in der allgemeinen Formel (II) definiert.
In dem Fall, daß X&sub1; oder X&sub2; -O-,
oder
bezeichnet, kann durch die folgenden Schritte (a) bis (c) eine Gruppe
oder
gebildet werden:
(a) Die Hydroxylgruppe oder Carboxylgruppe, die mit
oder
verbunden ist, wird durch Addition bzw. Anlagerung einer Schutzgruppe derart modifiziert, daß eine nicht reaktionsfähige oder weniger reaktionsfähige Gruppe wie z. B. -OCH&sub3;,
gebildet wird, die zu einer Eliminierungsreaktion befähigt ist. (b) Es wird ein Ringschluß bewirkt, um einen Thiadiazolring zu bilden.
(c) Die Schutzgruppe wird eliminiert, und dann wird die
oder
Struktur gebildet.
Besondere Beispiele für die mesomorphen Verbindungen, die durch die vorstehend erwähnte allgemeine Formel (II) wiedergegeben werden, können die einschließen, die durch die folgenden Strukturformeln gezeigt werden.
Die Flüssigkristallmischung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt mindestens eine Spezies der optisch aktiven mesomorphen Verbindung, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird. Die vorstehend erwähnte Mischung kann erhalten werden, indem die vorstehend erwähnte Verbindung und mindestens eine Spezies der vorstehend erwähnten anderen mesomorphen Verbindung, die durch die Formeln (III) bis (XI) wiedergegeben wird, vermischt werden. Ferner kann die vorstehend erwähnte Mischung erhalten werden, indem die vorstehend erwähnte Verbindung und mindestens eine Spezies eines ferroelektrischen Flüssigkristalls vermischt werden, wodurch eine bevorzugte Mischung erhalten werden kann, die eine größere spontane Polarisation hat, so daß eine verbesserte Ansprechgeschwindigkeit erzielt wird.
Bei der Formulierung so einer Flüssigkristallmischung kann die Flüssigkristallmischung erwünschtermaßen 0,1 bis 99 Masse%, vorzugsweise 1 bis 90 Masse% und vor allem 1 bis 80 Masse% der optisch aktiven mesomorphen Verbindung enthalten, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird.
Hierin bezeichnen die jeweiligen Symbole die folgenden Phasen:
Krist.: Kristall,
SmC*: chirale smektische C-Phase,
SmH*: chirale smektische H-Phase,
SmA: smektische A-Phase,
Sm³: nicht identifizierte smektische Phase,
Ch.: cholesterische Phase,
N: nematische Phase und
Iso.: isotrope Phase.
p-Decyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutylcinnamat (DOBAMBC)
p-Hexyloxybenzyliden-p'-amino-2-chlorpropylcinnamat (HOBACPC)
p-Decyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-α-cyanocinnamat (DOBAMBCC)
p-Tetradecyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-α-cyanocinnamat (TDOBAMBCC)
p-Octyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-α-chlorcinnamat (OOBAMBCC)
p-Octyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-α-methylcinnamat
4,4'-Azoxyzimtsäurebis(2-methylbutyl)ester
4-O-(2-Methylbutyl)-resorcyliden-4'-octylanilin (MBRA 8)
4-(2'-Methylbutyl)-phenyl-4'-octyloxybiphenyl-4-carboxylat
4-Hexyloxyphenyl-4-(2"-methylbutyl)-biphenyl-4'-carboxylat
4-Octyloxyphenyl-4-(2"-methylbutyl)-biphenyl-4'-carboxylat
4-Heptylphenyl-4-(4"-methylhexyl)-biphenyl-4'-carboxylat
4-(2"-Methylbutyl)-phenyl-4-(4"-methylhexyl)-biphenyl-4'-carboxylat
Die Flüssigkristallmischung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch die folgenden mesomorphen Verbindungen umfassen.
Die optisch aktive mesomorphe Verbindung, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird, kann mit einem nicht chiralen smektischen Flüssigkristall an sich, wie er nachstehend beschrieben wird, vermischt werden, um eine Flüssigkristallmischung bereitzustellen, die als ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet werden kann.
In diesem Fall kann die resultierende Flüssigkristallmischung erwünschtermaßen 0,1 bis 99 Masse%, vorzugsweise 1 bis 90 Masse% und vor allem 1 bis 80 Masse% der optisch aktiven mesomorphen Verbindung enthalten, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird.
Die resultierende Flüssigkristallmischung kann in Abhängigkeit von ihrem Gehalt eine größere spontane Polarisation haben.
Wenn die optisch aktive mesomorphe Verbindung, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird, einem nematischen Flüssigkristall zugesetzt wird, kann ferner das Auftreten einer umgekehrten Domäne (d. h. eines Streifenmusters) in der resultierenden TN-Zelle wirksam verhindert werden.
In diesem Fall kann die resultierende Flüssigkristallmischung erwünschtermaßen 0,01 bis 50 Masse% der optisch aktiven meso morphen Verbindung enthalten, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird.
Wenn die optisch aktive Verbindung, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird, einem nematischen Flüssigkristall oder einem chiralen nematischen Flüssigkristall zugesetzt wird, kann die resultierende Flüssigkristallmischung des weiteren als chiraler nematischer Flüssigkristall für eine Flüssigkristallvorrichtung des Phasenänderungstyps oder für eine GH-(Gast-Wirt-)Flüssigkristallvorrichtung des White-Taylor-Typs verwendet werden.
In diesem Fall kann die resultierende Flüssigkristallmischung erwünschtermaßen 0,01 bis 80 Masse% der optisch aktiven mesomorphen Verbindung enthalten, die durch die Formel (II) wiedergegeben wird.
Die Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise hergestellt werden, indem die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Flüssigkristallmischung unter Vakuum zu einer isotropen Flüssigkeit erhitzt wird, eine Leerzelle, die ein Paar Elektrodenplatten, die mit Abstand gegenüberliegend angeordnet sind, umfaßt, mit der Mischung gefüllt wird, die Zelle nach und nach abgekühlt wird, um eine Flüssigkristallschicht zu bilden, und der Normaldruck wiederhergestellt wird.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Ausführungsform der wie vorstehend beschrieben hergestellten Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Ferroelektrizität ausgenutzt wird, zur Erläuterung ihrer Struktur.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt die Flüssigkristallvorrichtung eine Flüssigkristallschicht 1, die eine chirale smektische Phase annimmt und die zwischen einem Paar Glassubstraten 2 angeordnet ist, auf denen sich je eine lichtdurchlässige Elektrode 3 und eine isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht 4 befinden. Mit den Elektroden sind Anschlußleitungen 6 verbunden, um an die Flüssigkristallschicht 1 von einer Stromquelle 7 eine Steuerspannung anzulegen. Außerhalb der Substrate 2 ist ein Paar Polarisatoren 8 angeordnet, um Licht I&sub0;, das von einer Lichtquelle 9 her einfällt, unter Zusammenwirkung mit dem Flüssigkristall 1 zu modulieren und moduliertes Licht I zu erzeugen.
Jedes der zwei Glassubstrate 2 wird mit einer lichtdurchlässigen Elektrode 3, die aus einem Film aus In&sub2;O&sub3;, SnO2 oder ITO (Indiumzinnoxid) besteht, beschichtet, um eine Elektrodenplatte zu bilden. Ferner wird darauf eine isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht 4 gebildet, indem ein Film aus einem Polymer wie z. B. Polyimid mit Mull bzw. Gaze oder mit einem acetatfaserbesetzten Tuch gerieben wird, um die Flüssigkristallmoleküle in der Reibrichtung auszurichten. Ferner ist es auch möglich, die Ausrichtungseinstellungsschicht aus zwei Schichten zu bilden, indem z. B. zunächst eine isolierende Schicht aus einer anorganischen Substanz wie z. B. Siliciumnitrid, wasserstoffhaltigem Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, wasserstoffhaltigem Siliciumcarbid, Siliciumoxid, Bornitrid, wasserstoffhaltigem Bornitrid, Ceroxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid oder Magnesiumfluorid gebildet wird und darauf eine Ausrichtungseinstellungsschicht aus einer organischen isolierenden Substanz wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder Photoresistharz gebildet wird. Es ist alternativ auch möglich, eine einzige Schicht in Form einer anorganischen isolierenden Ausrichtungseinstellungsschicht oder einer organischen isolierenden Ausrichtungseinstellungsschicht zu verwenden. Eine anorganische isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht kann durch Aufdampfung gebildet werden, während eine organische isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht gebildet werden kann, indem eine Lösung einer organischen isolierenden Substanz oder einer Vorstufe davon in einer Konzentration von 0,1 bis 20 Masse% und vorzugsweise 0,2 bis 10 Masse% mittels Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Siebdruck, Spritzauftrag oder Walzenauftrag aufgetragen wird, wonach unter vorgeschriebenen Härtungsbedingungen (z. B. durch Erhitzen) vernetzt oder gehärtet wird. Die isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht kann eine Dicke von im allgemeinen 3 nm (30 Å) bis 1 Mikrometer, vorzugsweise 3 bis 300 nm (30 bis 3000 Å) und insbesondere 5 bis 100 nm (50 bis 1000 Å) haben. Die zwei Glassubstrate 2 mit lichtdurchlässigen Elektroden 3 (die hierin zusammen als "Elektrodenplatten" bezeichnet werden können) und ferner mit ihren isolierenden Ausrichtungseinstellungsschichten 4 werden durch einen Abstandshalter 5 derart gehalten, daß sie einen vorgeschriebenen (jedoch beliebigen) Zwischenraum haben. Solch ein Zellenaufbau mit einem vorgeschriebenen Zwischenraum kann beispielsweise gebildet werden, indem Abstandshalter aus Siliciumdioxidperlen oder Aluminiumoxidperlen mit einem vorgeschriebenen Durchmesser zwischen zwei Glasplatten angeordnet werden und ihr Rand bzw. Umfang dann z. B. mit einer Epoxidharzklebstoff abgedichtet wird. Alternativ kann als Abstandshalter auch ein Polymerfilm oder ein Glasfaserstoff verwendet werden. Zwischen den zwei Glasplatten wird ein Flüssigkristall, der eine chirale smektische Phase annimmt, eingeschlossen, um eine Flüssigkristallschicht 1 mit einer Dicke von im allgemeinen 0,5 bis 20 Mikrometern und vorzugsweise 1 bis 5 Mikrometern zu bilden.
Der Flüssigkristall, der durch die Mischung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, kann erwünschtermaßen in einem weiten Temperaturbereich, der Raumtemperatur einschließt (und vor allem an der Seite mit niedrigeren Temperaturen weit ist), eine SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase) annehmen und zeigt auch eine weite Steuerspannungstoleranz und eine weite Steuertemperaturtoleranz, wenn er in einer Vorrichtung enthalten ist.
Um ein gutes Ausrichtungsverhalten für die Bildung einer gleichmäßigen Monodomäne zu zeigen, kann der Flüssigkristall vor allem eine Phasenübergangsreihe zeigen, die bei Abnahme der Temperatur folgende Phasen umfaßt: isotrope Phase - Ch-Phase (cholesterische Phase) - SmA-Phase (smektische A-Phase) - SmC* -Phase (chirale smektische C-Phase).
Die lichtdurchlässigen Elektroden 3 sind durch die Anschlußleitungen 6 mit der äußeren Stromquelle 7 verbunden. Ferner sind außerhalb der Glassubstrate 2 Polarisatoren 8 angebracht. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ist von durchlässiger Bauart und ist mit einer Lichtquelle 9 versehen.
Fig. 2 ist eine schematische Abbildung einer Flüssigkristallzelle (Flüssigkristallvorrichtung), bei der die Ferroelektrizität ausgenutzt wird, zur Erläuterung ihres Betriebs. Die Bezugszahlen 21a und 21b bezeichnen Substrate (Glasplatten), auf denen jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode aus z. B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indiumzinnoxid) usw. angeordnet ist. Ein Flüssigkristall in einer SmC*-Phase (chiralen smektischen C-Phase) oder einer SmH*-Phase (chiralen smektischen H-Phase), in dem Flüssigkristallmolekülschichten 22 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten ausgerichtet sind, ist dazwischen angeordnet und hermetisch abgeschlossen. Ausgezogene Linien 23 zeigen Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 23 hat ein Dipolmoment (P ) 24 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Die Flüssigkristallmoleküle 23 bilden in der Richtung, in der sich die Substrate erstrecken, kontinuierlich eine schraubenförmige Struktur (Helixstruktur). Wenn zwischen den auf den Substraten 21a und 21b gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird eine schraubenförmige Struktur des Flüssigkristallmoleküls 23 gelockert oder abgewickelt, wodurch die Richtung, in der die einzelnen Flüssigkristallmoleküle 23 ausgerichtet sind, derart verändert wird, daß alle Dipolmomente (P ) 24 in die Richtung des elektrischen Feldes gerichtet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 23 haben eine längliche Gestalt und zeigen Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Es ist deshalb leicht zu verstehen, daß zum Beispiel dann, wenn auf der oberen und der unteren Oberfläche der Glasplatten Polarisatoren in der Art von gekreuzten Nicols, d. h., derart, daß sich ihre Polarisationsrichtungen kreuzen, angeordnet sind, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle als optische Flüssigkristall-Modulationsvorrichtung wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.
Wenn die Flüssigkristallzelle ferner in einer ausreichend geringen Dicke (z. B. weniger als etwa 10 Mikrometer) hergestellt wird, ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle abgewickelt, so daß sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes eine nicht schraubenförmige Struktur bereitgestellt wird, wodurch das Dipolmoment einen der zwei Zustände annimmt, d. h., einen Zustand Pa in einer Richtung 34a nach oben oder einen Zustand Pb in einer Richtung 34b nach unten, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, so daß ein bistabiler Zustand erhalten wird. Wenn an eine Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften durch Anwendung einer Einrichtung 31a und 31b zum Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld Ea oder Eb angelegt wird, das höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wobei sich Ea und Eb hinsichtlich ihrer Polarität unterscheiden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wird das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die Richtung 34a nach oben oder in die Richtung 34b nach unten ausgerichtet. Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 33a oder in einem zweiten stabilen Zustand 33b orientiert.
Wenn der vorstehend erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall als optisches Modulationselement verwendet wird, können zwei Vorteile erzielt werden. Der erste besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit sehr hoch ist. Der zweite Vorteil ist, daß die Orientierung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert. Wenn das elektrische Feld Ea an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird, werden sie in den ersten stabilen Zustand 33a ausgerichtet. Dieser Zustand wird selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Andererseits werden die Flüssigkristallmoleküle in den zweiten stabilen Zustand 33b ausgerichtet, wodurch die Richtungen der Moleküle verändert werden, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der Richtung des elektrischen Felds Ea entgegengesetzt ist, an die Moleküle angelegt wird. Dieser Zustand wird gleichermaßen selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Ferner befinden sich die Flüssigkristallmoleküle in den jeweiligen Ausrichtungszuständen, solange die Feldstärke des angelegten elektrischen Feldes Ea oder Eb einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.
Auf Basis der Anordnung und Datenformat umfassenden Bilddaten, die von Abtastzeilen-Adressendaten begleitet sind, und durch Befolgung der Übertragungssynchronisation unter Anwendung eines Synchronisationssignals (SYNC) wie in Fig. 4 und 5 gezeigt wird ein Flüssigkristall-Anzeigegerät der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, bei dem als Anzeigefeldabschnitt die Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Bilddaten werden in einer Graphik-Steuereinrichtung 102 in einem Gerätekörper erzeugt und durch eine Signalübertragungseinrichtung, die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, zu einem Anzeigefeld 103 übertragen. Die Graphik-Steuereinrichtung 102 umfaßt hauptsächlich eine ZVE (Zentralverarbeitungseinheit, nachstehend als "GZVE" bezeichnet) 112 und einen VRAM (Video-RAM, Schnellzugriffsspeicher für Bilddaten) 114 und ist für Verwaltung und Übertragung von Bilddaten zwischen einer Datenanbiete-ZVE 113 und dem Flüssigkristall-Anzeigegerät (FLCD) 101 zuständig. Das Ansteuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird hauptsächlich in der Graphik-Steuereinrichtung 102 realisiert.
An der Rückseite des Anzeigefeldes 103 ist eine Lichtquelle angeordnet.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele näher erläutert. Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele eingeschränkt ist.

Beispiel 1

2-[p-(2-Fluoroctyloxy)-phenyl]-6-hexylbenzothiazol (Beispielverbindung Nr. II-11) wurde in den folgenden Reaktionsschemas hergestellt.
Schritt i) Herstellung von 2-Amino-6-hexylbenzothiazol
2-Amino-6-hexylbenzothiazol wurde in derselben Weise wie in Schritten i) und ii) von Beispiel 1 der Stammanmeldung (EP 0 440 061 A1) hergestellt.
Schritt ii) Herstellung von p-(2-Fluoroctyloxy)-benzoesäure
Einer Lösung von 6,7 g 2-Fluoroctanol in 25 ml Pyridin wurde tropfenweise in 20 Minuten unterhalb von 0ºC auf einem Eiswasserbad eine Lösung von 10,4 g p-Toluolsulfonylchlorid in 40 ml Pyridin zugesetzt, worauf 7stündiges Rühren bei Raumtemperatur folgte. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung in 200 ml Eiswasser gegossen und mit wäßriger 6 n Salzsäurelösung angesäuert, worauf Extraktion mit Methylenchlorid folgte. Die organische Schicht wurde mit Wasser gewaschen und mit wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, worauf Abdestillieren des Lösungsmittels folgte, wobei Kristalle ausgefällt wurden. Die Kristalle wurden durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie gereinigt, wobei 12,7 g 2-Fluoroctylp-toluolsulfonat erhalten wurden.
Dann wurden 6,3 g p-Hydroxyacetophenon und 12,7 g 2-Fluoroctylp-toluolsulfonat in 35 ml Butanol gelöst. Der Lösung wurde tropfenweise eine Lösung von 3,1 g Kaliumhydroxid in 40 ml Butanol zugesetzt, worauf 6stündiges Erhitzen unter Rückfluß folgte. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung in 200 ml Eiswasser gegossen und mit Isopropylether extrahiert. Die organische Schicht wurde mit Wasser gewaschen und mit wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, worauf Abdestillieren des Lösungsmittels folgte, wobei Kristalle ausgefällt wurden. Die Kristalle wurden durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie gereinigt, wobei 4,7 g p-(2-Fluoroctyloxy)-acetophenon erhalten wurden.
Dann wurden einer Lösung von 11,3 g Natriumhydroxid in 75 ml Wasser unterhalb von 0ºC auf einem Eiswasserbad in 15 Minuten tropfenweise 12,3 g Brom zugesetzt, worauf Zusatz von 30 ml Dioxan folgte, wobei eine Lösung von Natriumhypobromit in Dioxan hergestellt wurde.
Einer Lösung der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten 4,7 g p-(2-Fluoroctyloxy)-acetophenon in einer Lösungsmittelmischung aus 120 ml Dioxan und 10 ml Wasser wurde tropfenweise in 40 Minuten bei 10ºC die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Lösung von Natriumhypobromit in Dioxan zugesetzt, worauf 3stündiges Rühren bei Raumtemperatur folgte. Nach der Reaktion wurde der Reaktionsmischung wäßrige 10%ige Natriumsulfitlösung zugesetzt, bis sie entfärbt war, worauf 20minütiges Rühren, Ansäuren mit wäßriger 6 n Salzsäurelösung und Zusatz von 500 ml Wasser folgten, wobei Kristalle ausgefällt wurden. Die Kristalle wurden mit Wasser gewaschen und aus einer Lösungsmittelmischung aus Methanol, Ethanol und Wasser umkristallisiert, wobei 3,7 g p-(2-Fluoroctyloxy)-benzoesäure erhalten wurden.
Schritt iii) Herstellung von 2-[p-(2-Fluoroctyloxy)-phenyl]-6- hexylbenzothiazol
10 ml Thionylchlorid wurden zu 1,07 g (4,0 mmol) p-(2-Fluoroctyloxy)-benzoesäure hinzugegeben, worauf 1stündiges Erhitzen unter Rückfluß folgte. Nach dem Erhitzen unter Rückfluß wurde überschüssiges Thionylchlorid unter vermindertem Druck abdestilliert, worauf es mit Benzol abdestilliert wurde. Dem erhaltenen Säurechlorid wurden 0,96 g (4,0 mmol) Zink-5-hexyl-2-aminothiophenolat zugesetzt, worauf 30minütiges Rühren bei 200ºC folgte. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung unter Raumtemperatur abgekühlt. Der erhaltenen Reaktionsmischung wurden 15 ml verdünnte wäßrige Natriumhydroxidlösung zugesetzt, worauf Extraktion mit Ethylacetat, Waschen mit Wasser, Trocknen mit wasserfreiem Magnesiumsulfat und Abdestillieren des Lösungsmittels folgten, wobei ein Rohprodukt erhalten wurde. Das Rohprodukt wurde durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie (Elutionsmittel: Hexan/Ethylacetat = 50/1) gereinigt und mit Aktivkohle behandelt, worauf Umkristallisieren aus Ethanol folgte, wobei 0,45 g 2-[p-(2-Fluoroctyloxy)-phenyl]-6-hexylbenzothiazol erhalten wurden (Ausbeute: 51,0%). Phasenübergangstemperatur (ºC)

Beispiel 2

Eine Flüssigkristallmischung Q wurde hergestellt, indem die folgenden Verbindungen, die eine in Beispiel 1 hergestellte optisch aktive mesomorphe Verbindung (Beispielverbindung Nr. II-11) enthielten, in den jeweils angegebenen Anteilen vermischt wurden. Phasenübergangstemperatur (ºC)
Eine Flüssigkristallmischung R wurde separat hergestellt, indem die folgenden Verbindungen, die nicht die in Beispiel 1 hergestellte optisch aktive mesomorphe Verbindung (Beispielverbindung Nr. II-11) enthielten, in den jeweils angegebenen Anteilen vermischt wurden. Phasenübergangstemperatur (ºC)
Zwei ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden jeweils in der folgenden Weise hergestellt.
Zwei 0,7 mm dicke Glasplatten wurden bereitgestellt und je mit einem ITO-Film beschichtet, um eine Elektrode zum Anlegen von Spannung zu bilden, die ferner mit einer isolierenden Schicht aus aufgedampftem SiO&sub2; beschichtet wurde. Auf die isolierende Schicht wurde durch 15sekündige Schleuderbeschichtung mit einer Drehzahl von 2000 U/min eine 0,2%ige Lösung eines Silan-Haftmittels (KBM-602, erhältlich von Shinetsu Kagaku K.K.) in Isopropylalkohol aufgebracht und 20 Minuten lang einer Heißhärtungsbehandlung bei 120ºC unterzogen.
Ferner wurde jede Glasplatte, die mit einem ITO-Film versehen und in der vorstehend beschriebenen Weise behandelt worden war, durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung, die 15 Sekunden lang mit 2000 U/min rotierte, mit, einer 1,5%igen Lösung einer Polyimidharzvorstufe (SP-510, erhältlich von Toray K.K.) in Dimethylacetamid beschichtet. Danach wurde der Deckfilm 60 min lang einer Heißhärtung bei 300ºC unterzogen, wobei ein etwa 25 nm (250 Å) dicker Film erhalten wurde. Der Deckfilm wurde mit einem acetatfaserbesetzten Tuch gerieben. Die zwei auf diese Weise behandelten Glasplatten wurden mit Isopropylalkohol gewaschen. Nachdem Aluminiumoxidperlen mit einer mittleren Teilchengröße von 2,0 Mikrometern auf einer der Glasplatten verteilt worden waren, wurden die zwei Glasplatten mit einem Kleb- und Abdichtungsmittel (Lixon Bond, erhältlich von Chisso K.K.) derart aufeinandergebracht, daß ihre Reibrichtungen zueinander parallel waren, und zur Bildung einer Leerzelle 60 min lang bei 100ºC erhitzt. Durch Messung mit einem Berek-Kompensator wurde gefunden, daß der Zellenzwischenraum etwa 2 Mikrometer betrug.
Dann wurde die in Beispiel 2 hergestellte Flüssigkristallmischung Q oder R zu einer isotropen Flüssigkeit erhitzt und unter Vakuum in die vorstehend hergestellte Zelle eingespritzt und nach Abdichtung allmählich mit einer Geschwindigkeit von 20ºC/Stunde auf 25ºC abgekühlt, um eine ferroelektrische. Flüssigkristallvorrichtung herzustellen.
Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde einer Messung der Größe der spontanen Polarisation Ps und der optischen Ansprechzeit (Zeit vom Anlegen der Spannung bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Änderung des Durchlässigkeitsgrades 90% des Maximalwertes erreicht, unter Anlegen einer Spitze-Spitze-Spannung Vpp von 20 V in Kombination mit im rechten Winkel gekreuzten Nicol-Polarisatoren) unterzogen. Die Ergebnisse der Messung sind nachstehend gezeigt.
< Ps (nC/cm²)> < Ansprechzeit (us)>
Wie aus den vorstehenden Ergebnissen ersichtlich ist, zeigte die Flüssigkristallmischung Q, die die optisch aktive mesomorphe Verbindung der vorliegenden Erfindung enthält, im Vergleich zu der Flüssigkristallmischung R, die nicht die optisch aktive mesomorphe Verbindung der Erfindung enthält, einen weiteren Temperaturbereich, in dem eine chirale smektische C-Phase (SmC*- Phase) angenommen wird, eine größere spontane Polarisation und eine hohe Ansprechgeschwindigkeit.

Beispiel 3

Eine Flüssigkristallmischung S wurde hergestellt, indem die folgenden Verbindungen, die eine in Beispiel 1 hergestellte optisch aktive mesomorphe Verbindung (Beispielverbindung Nr. II-11) enthielten, in den jeweils angegebenen Anteilen vermischt wurden. Phasenübergangstemperatur (ºC)
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß die vorstehend beschriebene Flüssigkristallmischung S verwendet wurde, und die Vorrichtung wurde einer Messung der Größe der spontanen Polarisation Ps und der optischen Ansprechzeit unterzogen. Die Ergebnisse der Messung sind nachstehend gezeigt. <
Ps (nC/cm²)>

Temperatur (ºC) Mischung S

10 4,2
30 2,7
45 1,8
< Ansprechzeit (us)>

Temperatur (ºC) Mischung S

10 592
30 264
45 166

Beispiel 4

Zwei Glasplatten, die jeweils mit einem ITO-Film versehen waren, wurden durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung mit einer Lösung einer Polyimidharzvorstufe (SP-510, erhältlich von Toray K.K.) beschichtet. Jeder Deckfilm wurde einer Ausrichtungsbehandlung durch Reiben unterzogen. Die zwei Glasplatten wurden derart aufeinandergelegt, daß ihre Reibrichtungen senkrecht zueinander lagen, wobei eine Leerzelle mit einem Zellenzwischenraum von 8 Mikrometern gebildet wurde.
Dann wurde in die Zelle, die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt worden war, eine nematische Flüssigkristallmischung (Lixon GR-63; Biphenyl-Flüssigkristallmischung, erhältlich von Chisso K.K.) eingespritzt, wobei eine Zelle mit verdrilltem nematischem Flüssigkristall (TN-Zelle) erhalten wurde. Als die TN-Zelle mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet wurde, wurde festgestellt, daß das Auftreten einer umgekehrten Domäne (d. h. eines Streifenmusters) hervorgerufen worden war.
Eine weitere TN-Zelle wurde in der vorstehend erwähnten Weise hergestellt, außer daß anstelle von Lixon GR-63 allein eine Flüssigkristallmischung verwendet wurde, die aus 99 Masseteilen Lixon GR-63 und 1 Masseteil einer in Beispiel 1 hergestellten optisch aktiven mesomorphen Verbindung (Beispielverbindung Nr. II-11) bestand. Als so eine TN-Zelle mit dem Polarisationsmikroskop betrachtet wurde, wurde festgestellt, daß eine gleich mäßige nematische Phase angenommen worden war, die von der vorstehend erwähnten umgekehrten Domäne frei war.
Die mesomorphe Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung war folglich in bezug auf eine Verhinderung des Auftretens der umgekehrten Domäne wirksam.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine mesomorphe Verbindung bereitgestellt, die ein gutes Ansprechverhalten gegenüber einem elektrischen Feld hat. Es werden auch eine mesomorphe Verbindung, eine Flüssigkristallmischung, die die Verbindung enthält, und eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Mischung verwendet wird und die ein gutes Umschaltverhalten, ein verbessertes Tieftemperatur-Betriebsverhalten und eine verminderte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigt, bereitgestellt. Ferner liefern die Flüssigkristallmischung, die die mesomorphe Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, und die Flüssigkristallvorrichtung, bei der so eine Mischung verwendet wird, eine verbesserte Ansprechgeschwindigkeit, und sie verhindern wirksam das Auftreten einer umgekehrten Domäne. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Anzeigegerät bereitgestellt, bei dem die Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung als Anzeigeeinheit angewendet wird, die in Verbindung mit einer Lichtquelle, einer Ansteuerungsschaltung usw. ein gutes Anzeigeverhalten zeigt.
Eine mesomorphe Verbindung wird durch die folgende Formel (II) wiedergegeben:
worin R&sub4; und R&sub5; jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die wahlweise einen Substituenten hat, bezeichnen, wobei mindestens einer der Reste R&sub4; und R&sub5; ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat, das an Halogen gebunden ist; X&sub1; und X&sub2; je weils irgendeines von einer Einfachbindung, -O-,
und
bezeichnen;
und
jeweils irgendeines von
und
bezeichnen; Y&sub3; und Y&sub4; jeweils irgendeines von Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, -CH&sub3;, -CN und -CF&sub3; bezeichnen und a und b jeweils 0 oder 1 bezeichnen.

Claims

1. Optisch aktive mesomorphe Verbindung, die durch die folgende Formel (II) wiedergegeben wird:

worin R&sub4; und R&sub5; jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die wahlweise einen Substituenten hat, bezeichnen, wobei mindestens einer der Reste R&sub4; und R&sub5; ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat, das an Halogen gebunden ist; X&sub1; und X&sub2; jeweils irgendeines von einer Einfachbindung, -O-,

und

bezeichnen;

und

jeweils irgendeines von,

und

bezeichnen; Y&sub3; und Y&sub4; jeweils irgendeines von Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, -CH&sub3;, -CN und -CF&sub3; bezeichnen und a und b jeweils 0 oder 1 bezeichnen.

2. Optisch aktive mesomorphe Verbindung nach Anspruch 1, bei der Halogen Fluor oder Chlor umfaßt.

3. Optisch aktive mesomorphe Verbindung nach Anspruch 1, bei der einer der Reste R&sub4; und R&sub5; irgendeine der folgenden Gruppen (i) bis (iii) bezeichnet:

i) n-Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen und vor allem 3 bis 12 Kohlenstoffatomen;

worin c eine ganze Zahl von 0 bis 7 bezeichnet und d eine ganze Zahl von 1 bis 9 bezeichnet (optisch aktiv, wenn d eine ganze Zahl bezeichnet, die 2 oder mehr beträgt); und

worin e eine ganze Zahl von 0 bis 7 bezeichnet, f 0 oder 1 bezeichnet und g eine ganze Zahl von 1 bis 14 bezeichnet.

4. Optisch aktive mesomorphe Verbindung nach Anspruch 1, bei der

und

in dem Fall, daß a = b = 1, jeweils

oder

bezeichnen und in dem Fall, daß a = 1 und b = 0 oder a = 0 und b = 1, jeweils

oder

bezeichnen.

5. Flüssigkristallmischung, die mindestens zwei mesomorphe Verbindungen umfaßt, von denen mindestens eine eine optisch aktive mesomorphe Verbindung der Formel (II) nach Anspruch 1 ist.

6. Flüssigkristallmischung nach Anspruch 5, die eine chirale smektische Phase annimmt.

7. Flüssigkristallmischung nach Anspruch 6, die 0,1 bis 99 Masse% einer optisch aktiven mesomorphen Verbindung der Formel (II) enthält.

8. Flüssigkristallmischung nach Anspruch 6, die 1 bis 90 Masse% einer optisch aktiven mesomorphen Verbindung der Formel (II) enthält.

9. Flüssigkristallvorrichtung, die ein Paar Elektrodenplatten und eine Flüssigkristallmischung nach Anspruch 5, die zwischen den Elektrodenplatten angeordnet ist, umfaßt.

10. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 9, die ferner eine isolierende Ausrichtungseinstellungsschicht umfaßt.

11. Anzeigegerät, das eine Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 9 und eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung für die Ansteuerung der Flüssigkristallvorrichtung umfaßt.

12. Anzeigegerät nach Anspruch 11, bei dem die Flüssigkristallvorrichtung ein Anzeigefeld bildet, bei dem die Ausrichtungsrichtung von Flüssigkristallmolekülen durch Ausnutzung der Ferroelektrizität der Flüssigkristallmischung umgeschaltet wird, um eine Anzeige zu bewirken.

13. Anzeigeverfahren, bei dem

eine Flüssigkristallmischung nach Anspruch 5, die Ferroelektrizität hat, bereitgestellt wird und

die Ausrichtungsrichtung von Flüssigkristallmolekülen auf Basis der Ferroelektrizität der Flüssigkristallmischung umgeschaltet wird, um eine Anzeige zu bewirken.

14. Anzeigeverfahren, bei dem

eine Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 9 bereitgestellt wird und

die Ausrichtungsrichtung von Flüssigkristallmolekülen auf Basis der Ferroelektrizität der in der Flüssigkristallvorrichtung enthaltenen Flüssigkristallmischung umgeschaltet wird, um eine Anzeige zu bewirken.