DE68912836T2

DE68912836T2 - Ferroelektrische, chirale, smektische Flüssigkristallzusammensetzung und deren Verwendung in einer Flüssigkristallanordnung.

Info

Publication number: DE68912836T2
Application number: DE1989612836
Authority: DE
Inventors: Kazuharu Katagiri; Hiroyuki Kitayama; Shinichi Nakamura; Kenji Shinjo; Takao Takiguchi; Masahiro Terada; Takeshi Togano; Masataka Yamashita
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-07-13
Also published as: EP0350893B1; DE68912836D1; EP0350893A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND RELEVANTER STAND DER TECHNIK

Die Erfindung bezieht sich auf eine in einem Flüssigkristalldisplay, in einem Flüssigkristall-Lichtverschluß und ähnlichem verwendete Flüssigkristallzusammensetzung, insbesondere auf eine neue Flüssigkristallzusammensetzung mit verbesserter Ansprechempfindlichkeit gegenüber einem elektrischen Feld und eine Flüssigkristallvorrichtung, die die Flüssigkristallzusammensetzung verwendet.
Bislang wurden Flüssigkristallvorrichtungen auf verschiedenen Gebieten als elektrooptische Vorrichtungen verwendet. Die meisten in der Praxis verwendeten Flüssigkristallvorrichtungen verwenden, wie in "Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal" von M. Schadt und w. Helfrich "Applied Physics Letters" Band 18, Nr. 4 (Feb. 15, 1971) S. 127-128 beschrieben, Flüssigkristalle vom TN-Typ (Verdrillt nematisch).
Diese Vorrichtungen beruhen auf dem dielektrischen Ausrichtungseffekt eines Flüssigkristalls und machen sich den Effekt zunutze, daß die durchschnittliche Molekülachsenrichtung wegen der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld auf eine bestimmte Richtung ausgerichtet ist. Es wird gesagt, daß die Grenze der Ansprechgeschwindigkeit in der Größenordnung von Millisekunden liegt, was für viele Anwendungen zu langsam ist. Auf der anderen Seite ist ein einfaches Matrixsystem zur Ansteuerung für die Anwendung auf eine großflächige flache Anzeige in Bezug auf Kosten, Produktivität und ähnlichem in Kombination am vielversprechendsten. In dem einfachen Matrixsystem wird eine Elektrodenanordnung übernommen, wobei Abtastelektroden und Signalelektroden in einer Matrix angeordnet sind, und zur Ansteuerung wird ein Multiplex-Ansteuerungsschema übernommen, wobei ein Adressignal sequentiell, periodisch und selektiv an die Abtastelektroden angelegt wird und vorgegebene Datensignale selektiv, parallel zu den Signalelektroden und synchron zu den Adressignalen, angelegt werden.
Wenn der vorstehend erwähnte Flüssigkristall vom TN- Typ in einer Vorrichtung mit solch einem Ansteuerungssystem verwendet wird, wird ein bestimmtes elektrisches Feld an Bereiche angelegt, wo eine Abtastelektrode angewählt und wo Signalelektroden nicht angewählt werden oder an Bereiche, wo eine Abtastelektrode nicht angewählt und wo eine Signalelektrode angewählt wird (diese Gebiete werden als sogenannte "halb-angewählte Punkte" bezeichnet). Die Anzeigevorrichtungen arbeiten normalerweise wenn der Unterschied zwischen einer an die angewählten Punkte angelegten Spannung und einer an die halbangewählten Punkte angelegten Spannung genügend groß ist, und ein Pegel der Schwellenspannung, der erforderlich ist, den Flüssigkristallmolekülen eine Ausrichftung oder Orientierung senkrecht zu einem elektrischen Feld zu gestatten, auf einen dazwischenliegenden Wert eingestellt ist. Tatsächlich nimmt jedoch, wenn die Anzahl (N) der Abtastzeilen zunimmt, die Zeit (Tastverhältnis) während der ein wirksames elektrisches Feld an einem angewählten elektrischen Punkt angelegt wird, wenn ein ganzer Bildbereich (zu einem Rahmen gehörend) abgetastet wird, mit einem Verhältnis von 1/N ab. Dementsprechend ist, wenn ein wiederholtes Abtasten ausgeführt wird, der Spannungsunterschied eines effektiven Werts, anliegend an den angewählten und an den nicht angewählten Punkten, um so kleiner, je größer die Zahl an Abtastzeilen ist. Dies führt als Ergebnis zu den unvermeidbaren Nachteilen einer Minderung des Bildkontrastes oder dem Auftreten von Interferenzen oder Übersprechen. Diese Erscheinungen werden im wesentlichen als unvermeidbare Probleme betrachtet, die auftreten, wenn ein Flüssigkristall, der keine Bistabilität aufweist (d.h. die Flüssigkristallmoleküle sind im stabilen Zustand in Bezug auf die Elektrodenoberfläche horizontal ausgerichtet und nur wenn ein elektrisches Feld wirksam angelegt wird, sind sie in Bezug auf die Elektrodenoberfläche vertikal ausgerichtet) unter Nutzung einer Zeitspeicherwirkung angesteuert (d.h. wiederholt abgetastet) wird. Um diese Nachteile zu überwinden, wurde bereits das Verfahren der Spannungs-Mittelwertbildung, das Verfahren der Zwei-Frequenz-Ansteuerung, das Multiple-Matrix- Verfahren und ähnliches vorgeschlagen. Keines dieser Verfahren reicht jedoch aus, um die vorstehend erwähnten Nachteile zu überwinden. Als Ergebnis wird in der jetzigen Situation, weil es schwierig ist, die Zahl der Abtastzeilen in ausreichendem Maß zu erhöhen, die Entwicklung großer Bildbereiche oder einer hohen Packungsdichte in Bezug auf die Anzeigeelemente verzögert.
Um die Nachteile der Flüssigkristallvorrichtungen vom Stand der Technik zu überwinden, wurde von Clark und Lagerwall (z.B. Japanische Offenlegungsschrift Nr. 56-107216, U.S.P. Nr. 4367924 und ähnliches) die Verwendung von Flüssigkristallvorrichtungen, die Bistabilität aufweisen, vorgeschlagen. In diesem Fall werden, da die Flüssigkristalle Bistabilität aufweisen, im allgemeinen ferroelektrische Flüssigkristalle mit chiraler smektischer C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) verwendet. Diese Flüssigkristalle weisen in Bezug auf ein angelegtes elektrisches Feld bistabile Zustände eines ersten und zweiten stabilen Zustands auf. Dementsprechend sind die bistabilen Flüssigkristallmoleküle, im Unterschied zu den Vorrichtungen zur optischen Modulation, in denen die vorstehend erwähnten Flüssigkristalle vom TN-Typ verwendet werden, in Bezug auf den einen beziehungsweise anderen Vektor des elektrischen Feldes auf einen ersten und zweiten, optisch stabilen Zustand ausgerichtet. Ferner weist dieser Typ von Flüssigkristall die Eigenschaft (Bistabilität) auf, daß er als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld entweder einen von zwei stabilen Zuständen annimmt und den resultierenden Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält.
Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Eigenschaft Bistabilität aufzuweisen, weist solch ein ferroelektrischer Flüssigkristall (hierin manchmal als "FLC" abgekürzt) eine ausgezeichnete Eigenschaft, nämlich ein schnelles Ansprechvermögen auf. Dies rührt daher, weil die spontane Polarisation des ferroelektrischen Flüssigkristalls und ein angelegtes elektrisches Feld direkt miteinander wechselwirken, um einen Übergang der Orientierungszustände herbeizuführen. Die resultierende Ansprechgeschwindigkeit ist um 3 bis 4 Stellen (digits) größer als die Ansprechgeschwindigkeit aufgrund der Wechselwirkung zwischen dielektrischer Anisotropie und elektrischem Feld.
So weist ein ferroelektrischer Flüssigkristall potentiell sehr ausgezeichnete Eigenschaften auf, und unter Nutzbarmachung dieser Eigenschaften ist es möglich, wesentliche Verbesserungen bei vielen der vorstehend erwähnten Probleme mit den herkömmlichen Vorrichtungen vom TN-Typ zur Verfügung zu stellen. Insbesondere wird ein Einsatz für einen sehr schnellen Lichtverschluß (shutter) und für eine Anzeige von hoher Dichte und einem großen Bild erwartet.
Eine einfache Matrixdisplay-Apparatur, die eine Vorrichtung einschließt, die solch eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht zwischen einem Trägerpaar umfaßt, kann nach einem Ansteuerungsverfahren angesteuert werden, wie es z.B. in den Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 193426/1984, 193427/1984, 156046/1985 und 156047/1985 beschrieben ist.
Die Figuren 4A und 4B stellen Kurvenformdiagramme dar, die Kurvenformen der Ansteuerungsspannungen zeigen, die zur Ansteuerung eines ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigefelds als einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung eingesetzt wurden. Figur 5 ist eine Draufsicht auf solch ein ferroelektrisches Flüssigkristallanzeigefeld 51 mit einer Matrixelektrodenstruktur. Es wird auf Figur 5 Bezug genommen: Das Anzeigefeld 51 umfaßt die Abtastlinien 52 und die sich mit den Abtastlinien kreuzenden Datenlinien 53. Jeder Kreuzungspunkt umfaßt einen zwischen einer Abtastlinie 52 und einer Datenlinie 53 angeordneten ferroelektrischen Flüssigkristall, um ein Bildelement zu bilden.
Es wird auf Fig. 4A Bezug genommen: Bei SS wird eine Anwähl-Abtastsignalkurvenform an eine angewählte Abtastlinie angelegt, bei SN wird eine Nichtanwähl-Abtastsignalkurvenform an eine nicht-angewählte Abtastlinie angelegt, bei IS wird eine Anwähl-Datensignalkurvenform (die einen schwarzen Displayzustand liefert) an eine angewählte Datenlinie angelegt, und bei IN wird eine Nichtanwähl-Datensignalwellenform gezeigt, die an eine nicht-angewählte Datenlinie anliegt. Ferner werden bei IS - SS und IN - SS in der Figur Spannungskurvenformen gezeigt, die an Bildelemente auf einer angewählten Abtastlinie angelegt werden, wodurch ein Bildelement, an dem die Spannung IS - SS anliegt, einen schwarzen Displayzustand annimmt und ein Bildelement, an das die Spannung IN - SS anliegt, einen weißen Displayzustand annimmt. Figur 4B zeigt eine zeitlich-serielle Kurvenform, die zur Bereitstellung eines wie in Figur 6 gezeigten Display-Zustandes angewandt wird.
In dem in den Figuren 4A und 4B gezeigten Ansteuerungs-Ausführungsbeispiel entspricht eine Minimaldauer Δt einer einpolaren Spannung, angelegt an ein Bildelement auf einer angewählten Abtastlinie, der Periode einer Schreibphase t&sub2;, und die Periode einer Einzelzeilen-Löschphase t&sub1; wird auf 2Δt eingestellt.
Die Parameter VS, VI und Δt in den Ansteuerungs- Kurvenformen, wie sie in den Figuren 4A und 4B gezeigt sind, werden in Abhängigkeit von der Schaltcharakteristik eines verwendeten ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials bestimmt.
Figur 7 zeigt eine V-T-Charakteristik, d.h. eine Änderung der Durchlässigkeit T, wenn eine durch (VS + VI) dargestellte Ansteuerungsspannung verändert wird, während ein wie hierin nachstehend erwähntes Vorspannungsverhältnis konstant gehalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Parameter auf konstante Werte von Δt 50 us und einem Vorspannungsverhältnis VI/(VI + VS) = 1/3 festgelegt. Auf der rechten Seite der Figur 7 ist das Ergebnis gezeigt, wenn die in Figur 4 gezeigte Spannung (IN - SS) an ein betreffendes Bildelement angelegt wird, und auf der linken Seite von Figur 7 ist das Ergebnis gezeigt, wenn die Spannung (IS - SS) an ein betreffendes Bildelement angelegt wird, während jeweils die Spannung (VS + VI) zunimmt. Auf beiden Seiten der Ordinatenachse ist der Absolutwert der Spannung (VS + VI) getrennt angegeben. Hierin bezeichnet eine Spannung V&sub1; den Absolutwert (VS + VI), der erforderlich ist, um durch Anlegen eines in Figur 4A gezeigten Spannungssignals VB² von einem weißen Zustand in einen schwarzen Zustand umzuschalten, eine Spannung V&sub2; bezeichnet den Absolutwert (VS + VI), der erforderlich ist, um durch Anlegen einer Spannung VR bei IN - SS von einem schwarzen Zustand in einen weißen Zustand umzuschalten (zurücksetzen), und die Spannung V&sub3; ist der Wert von (VS + VI), über den hinaus ein betreffendes, in weiß geschriebenes Bildelement in einen schwarzen Zustand umgewandelt wird. In diesem Fall gilt die Beziehung V&sub2; < V&sub1; < V&sub3;. Auf die Spannung V&sub1; kann als Schwellenspannung bei der tatsächlichen Ansteuerung Bezug genommen werden ünd auf die Spannung V&sub3; kann als Übersprechspannung Bezug genommen werden. Solch eine Übersprechspannung V&sub3; tritt im allgemeinen bei einer tatsächlichen Matrixansteuerung einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung auf. Bei einer tatsächlichen Ansteuerung liefert ΔV = (V&sub3; - V&sub1;) einen Bereich VS + VI , der eine Matrixansteuerung gestattet und auf den als (Ansteuerungs)Spannungsspielraum Bezug genommen werden kann, der bevorzugt groß genug ist. Es ist natürlich möglich, durch Erhöhung des Vorspannungsverhältnisses (d.h. indem das Vorspannungsverhältnis veranlaßt wird, angenähert einen Wert 1 anzunehmen) den Wert von V&sub3; und somit ΔV (= V&sub3; - V&sub1;) zu erhöhen. Ein großes Vorspannungsverhältnis entspricht jedoch einer großen Amplitude eines Datensignals und führt zu einer Zunahme des Flackerns bzw. Flimmerns und zu einem geringeren Kontrast, was in Bezug auf die Bildqualität unerwünscht ist. Entsprechend einer Studie der Erfinder war ein Vorspannungsverhältnis von ungefähr 1/3 - ¼ praktisch. Andererseits, wenn das Vorspannungsverhältnis fest ist, hängt der Spannungsspielraum ΔV stark von den Schalteigenschaften des verwendeten Flüssigkristallmaterials ab, und es ist überflüssig darauf hinzuweisen, daß ein Flüssigkristallmaterial, das ein großes ΔV liefert, für die Matrixansteuerung sehr vorteilhaft ist.
Die Ober- und die Untergrenze der angelegten Spannung und die Differenz zwischen ihnen (Ansteuerungsspannungsspielraum (driving voltage margin) ΔV), durch die die angewählten Bildelemente in die beiden Zustände "schwarz" und "weiß" überführt werden und durch die die nichtangesteuerten Bildelemente die eingenommenen "schwarzen und "weißen" Zustände bei konstanter Temperatur wie vorstehend beschrieben beibehalten können, variieren in Abhängigkeit von einem bestimmten verwendeten Flüssigkristallmaterial und sind diesem inhärent. Ferner kommt es entsprechend einer Änderung der Umgebungstemperatur zu einer Abweichung des Ansteuerungsspielraüms, so daß eine optimale Ansteuerungsspannung in einer tatsächlichen Displayapparatur entsprechend dem verwendeten Flüssigkristallmaterial und der Umgebungstemperatur eingestellt werden sollte.
Bei der praktischen Anwendung vergrößern sich jedoch natürlich, wenn die Displayfläche der Matrixdisplayapparatur vergrößert wird, die Unterschiede der Umgebungsbedingungen (wie die Temperatur und der Zellabstand zwischen gegensätzlichen Elektroden), so daß es unmöglich wird, bei Verwendung eines Flüssigkristallmaterials mit einem kleinen Ansteuerungsspannungsspielraum eine gute Bildqualität über die ganze Fläche des Displays hinweg zu erhalten.
Andererseits ist bekannt, daß die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle unter solch nichthelikalen Bedingungen nacheinander so angeordnet sind, daß ihre Direktoren (längere Molekülachsen) graduell zwischen den Trägern verdrillt sind und keine uniaxiale Orientierung oder Ausrichtung zeigen (d.h. im Zustand einer auseinanderlaufenden bzw. gespreizten Anordnung (splay alignment state)). Ein Problem in diesem Zusammenhang ist die geringe Durchlässigkeit der Flüssigkristallschicht.
Die Intensität I des durch den Flüssigkristall fallenden Lichts wird in Bezug auf die Intensität des einfallenden Lichts bei Nicolscher Überkreuzung durch die nachstehende Gleichung wiedergegeben, wenn eine uniaxiale Ausrichtung der Moleküle angenommen wird:
I = I&sub0;sin²(4Θ) sin²(πΔnd/λ) ...(1)
wobei Δn die Anisotropie des Brechungsindex des FLC wieder- gibt, d die Zelldicke, λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts und Θa, die Hälfte des Winkels zwischen zwei stabilen Zuständen (Neigungswinkel).
Wenn eine herkömmliche FLC-Zelle verwendet wird, beträgt Θa bei verdrillter Ausrichtung 5 bis 8 Grad, wie experimentell ermittelt wurde. Die Steuerung der physikalischen Eigenschaften, die den Term Δndπ/λ beeinflussen, ist nicht so einfach möglich, so daß wunschenswerterweise Θa vergrößert wird, um I zu vergrößern. Dies wurde jedoch mittels der Technik einer nur statischen Ausrichtung nicht erreicht.
Unter Bezug auf dieses Problem wurde vorgeschlagen, ein sich auf die elektrische Anisotropie Δ&epsi; eines FLC beziehendes Drehmoment auszunutzen (1983 SID-Bericht von AT & T; Japanische Offenlegungsschriften 245142/1986, 246722/1986, 246723/1986, 246724/1986, 249024/1986 und 249025/1986). Genauer gesagt, tendiert beim Anlegen eines elektrischen Feldes ein Flüssigkristall mit einem negativen Δ&epsi; dazu, sich parallel zu den Trägern auszurichten. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft wird, wenn ein effektiver Wert eines elektrischen Wechselfeldes, sogar zu einer anderen Zeit als dem Umschalten, angelegt wird, die vorstehend erwähnte, verdrillte Ausrichtung beseitigt, so daß Θa unter Herbeiführung einer vergrößerten Durchläßigkeit vergrößert wird (Wechselfeld-Stabilisierungswirkung (ac stabilization effect)). Ein Drehmoment ΓPS , das auf die FLC-Moleküle einwirkt, die in Umschaltzustände einbezogen sind, und ein Drehmoment ΓΔ&epsi;, das auf die FLC- Moleküle einwirkt, die in Zusammenhang mit der Wechselfeld- Stabilisierungswirkung stehen, sind jeweils proportional zu den physikalischen Eigenschaften, wie in den folgenden Gleichungen gezeigt wird:
ΓP5 α PS E ...(2)
ΓΔ&epsi; ½ Δ&epsi; &epsi;&sub0; E² ...(3)
Die vorstehende Formel (3) zeigt deutlich, daß Vorzeichen und der absolute Wert von Δ&epsi; des FLC eine wichtige Rolle spielen.
Die beigefügte Figur 8 gibt für 4 FLCs, die unterschiedliche Werte für Δ&epsi; aufweisen, die experimentell gemessene Änderung von Θa gegen Vrms wieder. Die Messung wurde ausgeführt, während ein rechteckiger Wechselspannungs-Impuls mit 60 KHz angelegt wurde, um so den Einfluß von PS zu beseitigen. Die Kurven (I) - (IV) entsprechen den Ergebnissen, die unter Verwendung von FLCs mit den nachstehenden Δ&epsi;-Werten erhalten wurden:
(I) Δ&epsi; ≈ -5,5, (II) Δ&epsi; ≈ -3,0
(III) Δ&epsi; ≈ -0 (VI) Δ&epsi; ≈ -1,0
Qualitativ betrug die Größenordnung von Δ&epsi; (I) < (II) < (III) < (IV).
Wie aus der Graphik in Figur 8 deutlich wird, liefert ein größerer negativer Wert von Δ&epsi; bei einer geringeren Spannung ein größeres Θa und trägt somit zur Bereitstellung eines vergrößerten I bei.
Die unter Verwendung der Flüssigkristalle (I) und (III) erhaltenen Durchlässigkeiten betrugen für (I) 15 % und für (III) 6 % (beim Anlegen rechteckiger Wechselspannungs- Kurvenformen mit 60 kHz und ±8 V), und wiesen somit einen klaren Unterschied auf.
Wie aus den vorstehenden Beispielen verständlich wird, können die Display-Eigenschaften eines SSFLC (oberflächenstabilisierter FLC) in bemerkenswerter Weise durch Steuerung der Eigenschaften, die mit Δ&epsi; und PS in Zusammenhang stehen, verändert werden.
Um eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung mit einem großen negativen Δ&epsi; zur Verfügung zu stellen, ist es am wirksamsten, eine Verbindung, die ein negatives Δ&epsi; mit einem großen Absolutwert aufweist, einzuschließen. Zum Beispiel ist es möglich, eine Verbindung mit einem großen negativen Δ&epsi; mittels Einführung eines Halogens oder einer Cyanogruppe in Richtung einer kürzeren Molekülachse oder durch Einführung eines heterocyclischen Skeletts in ein Molekül zu erhalten.
Die Größe von Δ&epsi; einer Verbindung mit einem negativen Δ&epsi; schwankt im wesentlichen in Abhängigkeit von ihrer Struktur. Einige Beispiele solcher Verbindungen sind nachstehend gezeigt:
Hierbei symbolisieren R und R' jeweils eine Alkylgruppe. Diese können grob in drei Gruppen eingeteilt werden, die folgendes einschließen: Verbindungen mit einem kleinen negativen Δ&epsi; ( Δ&epsi; ≤ 2), Verbindungen mit einem mittleren negativen Δ&epsi; (2 < Δ&epsi; ≤ 10) und Verbindungen mit einem großen negativen Δ&epsi; ( Δ&epsi; > 10). Darunter weisen Verbindungen mit einem Δ&epsi; von ≤ 2 wenig Wirkung auf die Zunahme von auf. Verbindungen mit einem Δ&epsi; von > 10 sind sehr wirksam bei der Erhöhung von aber bisher waren nur Dicyanohydrochinonderivate verfügbar.
Ein Dicyanohydrochinonderivat besitzt jedoch, obgleich es eine große Wirkung auf die Δ&epsi; -Zunahme aufweist, eine hohe Viskosität, so daß es dazu neigt, die Umschaltcharakteristik zu verschlechtern, wenn sein Gehalt ansteigt. Andererseits besitzen unter den Verbindungen mit einem mittleren Δ&epsi; (2 < Δ&epsi; ≤ 10) einige Verbindungen eine gemäßigt niedrige Viskosität, während ihre Wirkung auf die Δ&epsi; -Zunahme etwas geringer ist als bei denjenigen mit einem großen Δ&epsi; .
Aus der vorstehenden Betrachtung geht hervor, daß es wesentlich ist, eine Verbindung mit einer negativen Anisotropie zu wählen, bevorzugt eine mit einem Δ&epsi; von > 2, und sie mit einer in geeigneter Weise ausgesuchten anderen Verbindung in einem richtig ausgewählten Mischungsverhältnis zu mischen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine chirale smektische Flüssigkristallzusammensetzung mit einem großen Ansteuerungsspannungsspielraum, angepaßt an die Bereitstellung einer praktischen Flüssigkristallvorrichtung, und einen großen Ansteuerungsspannungsspielraum zur Verfügung zu stellen, die auf zufriedenstellende Weise die Ansteuerung aller Bildelemente ermöglicht, sogar wenn über die Displayfläche hinweg, umfassend die Bildelemente einer Flüssigkristallvorrichtung, bis zu einem gewissen Grad eine Temperaturschwankung auftritt.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es eine Flüssigkristallzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die eine mesomorphe Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie enthält und eine Wechselfeld-Stabilisierungswirkung zeigt und bemerkenswert verbesserte Displayeigenschaften liefert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung solch einer Kristallzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die verbesserte Ansteuerungs- und Displayeigenschaften aufweist.
Erfindungsgemäß wird eine ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallzusammensetzung zur Verfügung gestellt, die folgendes umfaßt:
mindestens eine Verbindung, dargestellt durch die nachstehende Formel (I):
wobei R&sub1; eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 - 18 Kohlenstoffatomen, geeignet einen Substituenten zu tragen, symbolisiert; R&sub2; symbolisiert eine lineare Alkylgruppe mit 1 - 12 Kohlenstoffatomen, und X&sub1; symbolisiert eine Einfachbindung, -O-, -O -, - O- oder -O O-;
symbolisieren jeweils
mindestens eine Verbindung, dargestellt durch die nachstehende Formel (II):
wobei R&sub3; und R&sub4; jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 - 18 Kohlenstoffatomen symbolisieren, geeignet einen Substituenten zu tragen; X&sub2; und X&sub3; symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, -O-, -O -, - O- oder -O O-, und + sind jeweils 0, 1 oder 2, unter der Voraussetzung, daß + zwei oder größer als zwei ist.
Erfindungsgemäß wird ferner eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung wie vorstehend beschrieben zur Verfügung gestellt, die ferner eine mesomorphe Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie umfaßt, bevorzugt eine mit einem Δ&epsi; < -2, bevorzugter mit einem Δ&epsi; < -5, am meisten bevorzugt mit einem Δ&epsi; < -10.
Die Erfindung stellt ferner eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung, umfassend ein Paar Träger und solch eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung wie vorstehend beschrieben, angeordnet zwischen den Elektrodenplatten.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mittels einer Betrachtung der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung für eine Flüssigkristallanzeige unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls; und
Fig. 2 und 3 sind schematische perspektivische Ansichten einer Ausführungsform einer Zellvorrichtung zur Darstellung des Betriebsprinzips einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung, und
Figur 4A zeigt in einer Ausführungsform der Erfindung angewandte Ansteuerungskurvenformeinheiten, Fig 4B zeigt zeitlich-serielle Kurvenformen, umfassend eine Abfolge solcher Kurvenformeinheiten,
Figur 5 ist eine Draufsicht auf ein ferroelektrisches Flüssigkristallanzeigefeld mit Matrixelektrodenstruktur,
Figur 6 ist eine Darstellung eines Displaymusters, erhalten durch eine tatsächliche Ansteuerung unter Verwendung der in Figur 4B gezeigten zeitlich-seriellen Kurvenformen,
Figur 7 ist ein V-T-Charakteristikdiagramm, das eine Veränderung der Durchläßigkeit bzw. des Transmissionsgrads bei Anwendung verschiedener Ansteuerungsspannungen, und
Figur 8 ist eine Graphik, die Veränderungen des Neigungswinkels Θa in Bezug auf die effektive Spannung Vrms für einige ferroelektrische Flüssigkristalle mit verschiedenen Werten der dielektrischen Anisotropie ΔE zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bevorzugte Beispiele für die durch die vorstehend erwähnte allgemeine Formel (I) dargestellten Verbindungen können diejenigen einschließen, die durch die nachstehenden Formeln (I-a) bis (I-d) dargestellt werden.
In den vorstehenden Formeln (I-a) - (I-d) entsprechen R&sub1;, R&sub2; und X&sub1; denjenigen in der allgemeinen Formel (I).
Bevorzugte Beispiele für X&sub1; können eine Einfachbindung, -O-, -O - und - O- einschließen.
Ferner können bevorzugte Beispiele der durch die vorstehend erwähnte, allgemeine Formel (II) dargestellten Verbindungen diejenigen einschließen, die durch die nachstehenden Formeln (II-a) bis (II-c) dargestellt werden.
In den Formeln (II-a) bis (II-c), entsprechen R&sub3;, R&sub4;, X&sub2; und X&sub3; denjenigen in der allgemeinen Formel (II). Bevorzugte Beispiele von X&sub2; und X&sub3; können die nachstehenden Verbindungen (II-i) bis (II-viii) einschließen:
(II-i) X&sub2; ist eine Einfachbindung und X&sub3; ist eine Einfachbindung,
(II-ii) X&sub2; ist eine Einfachbindung und X&sub3; ist -O-,
(II-iii) X&sub2; ist eine Einfachbindung und X&sub3; ist -O -
(II-iv) X&sub2; ist eine Einfachbindung und X&sub3; ist - O-
(II-v) X&sub2; ist -O- und X&sub3; ist eine Einfachbindung,
(II-vi) X&sub2; ist -O- und X&sub3; ist -O-,
(II-vii) X&sub2; ist -O- und X&sub3; ist -O
(II-viii) X&sub2; ist -O- und X&sub3; ist - O-
Ferner können bevorzugte Beispiele von R&sub3; und R&sub4; in den Formeln (II-a) bis (II-c) die nachstehenden Verbindungen (II-ix) bis (II-xi) einschließen:
(II-ix) R&sub3; ist eine n-Alkylgruppe und R&sub4; ist eine n-Alkylgruppe.
(II-x) R&sub3; ist eine n-Alkylgruppe und R&sub4; ist
wobei p Werte von 0 - 7 aufweist und R&sub7; eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe ist.
(II-xi) R&sub3; ist eine n-Alkylgruppe und R&sub4; ist
wobei q 0 -7, r 0 oder 1 und R&sub8; eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe ist.
Spezielle Beispiele für die durch die vorstehend erwähnte allgemeine Formel (I) repräsentierten Verbindungen können diejenigen einschließen, die durch die nachstehenden Strukturformeln wiedergegeben werden.
Ein repräsentatives Beispiel für eine Synthese einer durch die Formel (I) dargestellten Verbindung ist nachstehend beschrieben.

Synthesebeispiel 1

(Synthese der Beispielsverbindung Nr. 1-4)

(1) Eine kleine Menge Triethylamin wurde zu 10 g (53,6 mmol) trans-4-n-Propylcyclohexancarbonylchlorid gegeben, das in 30 ml Ethanol gelöst war, gefolgt von einem 10- stündigen Rühren bei Raumtemperatur. Die Reaktionsmischung wurde in 100 ml Eiswasser gegossen, mit 6N Salzsäure angesäuert und mit Isopropylether extrahiert. Die organische Schicht wurde wiederholt mit Wasser gewaschen, bis die wäßrige Schicht neutral wurde, gefolgt von einer Trocknung mit Magnesiumsulfat, dem Abdestillieren des Lösungsmittels und der Reinigung mittels Kieselgel-Säulenchromatographie unter Erhalt von 9,9 g Ethyl-trans-4-n-propylcyclohexylcarboxylat.
(2) 0,73 g (19,1 mmol) Lithiumaluminiumhydrid wurde zu 30 ml trockenem Ether gegeben, 1 Stunde lang unter Rückfluß erhitzt und auf einem Eiswasserbad auf 10º C abgekühlt, dann wurde eine Lösung aus 5 g (25, 5 mmol) Ethyl-trans-4-n- propylcyclohexylcarboxylat in 30 ml trockenem Ether langsam tropfenweise dazu gegeben. Nach der Zugabe wurde die Mischung 1 Stunde lang gerührt und ferner eine Stunde lang unter Rückfluß erhitzt, gefolgt von einer Behandlung mit Ethylacetat und mit 6N Salzsäure und einem Eingießen in 200 ml Eiswasser. Die resultierende Mischung wurde mit Isopropylether extrahiert, und die organische Schicht wurde nacheineander mit Wasser, wäßriger Natriumhydroxidlösung und Wasser gewaschen, gefolgt von einem Trocknen mit Magnesiumsulfat, des Abdestillieren des Lösungsmittels und der Reinigung mittels Kieselgel- Säulenchromatographie unter Erhalt von 3,5 g trans-4-n- Propylcylohexylmethanol.
(3) 3,4 g (22,4 mmol) trans-4-n-Propylcyclohexylmethanol wurde in 20 ml Pyridin gelöst. Eine Lösung aus 5,3 g p-Toluolsulfonylchlorid in 20 ml Pyridin wurde bei einer Temperatur von unterhalb 5 ºC tropfenweise dazu gegeben, unter Kühlung auf einem Eiswaseerbad, gefolgt von einem 10-stündigen Rühren bei Raumtemperatur und einem Eingießen in 200 ml Eiswasser. Die resultierende Mischung wurde mit 6N Salzsäure angesäuert und mit Isopropylether extrahiert. Die organische Schicht wurde wiederholt mit Wasser gewaschen, bis die wäßrige Schicht neutral wurde, gefolgt von einer Trocknung mit Magnesiumsulfat und dem Abdestillieren des Lösungsmittels unter Erhalt von trans-4-n-Propylcyclohexylmethyl-p-toluolsulfonat.
(4) 6,3 g (20,2 mmol) 5-Decyl-2-(4'-hydroxyphenyl)pyrimidin wurde in 40 ml Dimethylformamid gelöst und 1,5 g Kaliumhydroxid (85%) wurden dazugegeben, gefolgt von einem 1- stündigen Rühren bei 100 ºC. Ferner wurden 6,9 g trans-4-n- Propylcyclohexylmethyl-p-toluolsulfonat dazugegeben, gefolgt von einem weiteren 4-stündigen Rühren bei 100 ºC. Nach der Umsetzung wurde die Reaktionsmischung in 200 ml Eiswasser gegossen und mit Benzol extrahiert. Die organische Schicht wurde mit Wasser gewaschen und mit Magnesiumsulfat getrocknet, gefolgt von einem Abdestillieren des Lösungsmittels, einer Reinigung mittels Kieselgel-Säulenchromatographie und dem Umkristallisieren aus einer Ethanol/Ethylacetat-Lösungsmittelmischung unter Erhalt der vorstehenden Beispielverbindung Nr. 1-4.
IR (cm&supmin;¹)
2920, 2840, 1608, 1584, 1428, 1258, 1164, 800
Phasenübergangstemperatur (ºC)
Sm2: Eine andere smektische Phase als SmA und SmC (nicht identifiziert)
Spezielle Beispiele für die durch die vorstehend erwähnte allgemeine Formel (II) repräsentierten Verbindungen können diejenigen einschließen, die durch die nachstehenden Strukturformeln wiedergegeben werden.
Die durch die Formel (II) dargestellten Verbindungen können mittels Verfahren dargestellt werden, wie sie z. B. in der Japanischen Patentschrift (KOKU) 5434/1987 beschrieben sind. Das heißt, daß zum Beispiel Verbindungen, die durch die nachstehenden Formel:
dargestellt werden, durch das nachstehende Reaktionsschema synthetisiert werden können: EtOH/Benzol
R&sub3;, R&sub4;, m und n entsprechen den vorstehend definierten.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße ferroelektrische chirale smektische Flüssig kristallzusammensetzung ferner eine mesomorphe Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie, die bevorzugt aus denjenigen Verbindungen ausgewählt ist, die durch die nachstehenden Formeln (III-1) bis (III-5) dargestellt sind. Formel (III-1):
wobei Ra und Rb jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe, geeignet einen Substituenten zu tragen, symbolisieren; Xa und Xd symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, -O-, - O oder -O - ; Xb und Xc symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, - O- , -O - oder -CH&sub2;CH&sub2;-
Aa und Ab symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, (trans) (trans-trans)
unter dem Vorbehalt, daß Xb und Xc beides Einfachbindungen sind, und daß Xa und Xd beides Einfachbindungen oder -O- sind oder, daß Xa - O- und Xd -O - ist, wenn Aa und Ab beides Einfachbindungen sind;
und Ya und Yb sind jeweils Cyanogruppen, Halogen oder Wasserstoff, unter dem Vorbehalt, daß Ya und Yb nicht gleichzeitig Wasserstoff sein können; Formel (III-2):
wobei Re und Rf jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe, geeignet einen Substituenten zu tragen, symbolisieren;
Xe und Xh sind jeweils Einfachbindungen, -O-, - O- oder -O - ;
Xf und Xg sind jeweils - O- , -O - oder Einfachbindungen; und Ae und Af sind jeweils
oder Einfachbindungen, unter dem Vorbehalt, daß Ae und Af nicht gleichzeitig Einfachbindungen sein können; Formel (III-3):
wobei Ai eine Einfachbindung oder
Aj ist eine Einfachbindung,
Ri und Rj sind jeweils lineare oder verzweigte Alkylgruppen, geeignet einen Substituenten zu tragen, unter dem Vorbehalt, daß Ri und Rj lineare Alkylgruppen sind, wenn Aj eine Einfachbindung ist; Z&sub1; ist -O- oder -S-; Xi und Xk sind jeweils Einfachbindungen, -O-,- O-, -O - oder-O O-; Xj ist eine Einfachbindung, - O- -O -, CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;-, unter dem Vorbehalt, daß Xi eine Einfachbindung ist, wenn Ai eine Einfachbindung ist, daß Xj keine Einfachbindung ist, wenn Aj
ist, und Xk eine Einfachbindung ist, wenn Aj eine Einfachbindung ist; Formel (III-4):
wobei Rl und Rm jeweils eine lineare oder verzeigte Alkylgruppe darstellen, geeignet einen Substituenten zu tragen; Al und Am sind jeweils Einfachbindungen,
unter dem Vorbehalt, daß Al und Am nicht gleichzeitig Einfachbindungen sein können; Xl ist eine Einfachbindung, -O-, - O- oder -O -;
und Xm ist eine Einfachbindung, - O- , -O - , -CH&sub2;O-, -OCH&sub2;-, -CH&sub2;CH&sub2;- oder -C C-; Formel (III-5):
wobei Rn und Ro jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe darstellen, geeignet einen Substituenten zu tragen; Xn und Xq sind jeweils Einfachbindungen, -O-, - O- oder -OC -;
Xo und Xp sind jeweils Einfachbindungen, - O- -O - , -CH&sub2;O-, -OCH&sub2;- oder -CH&sub2;CH&sub2;-; An und Ap sind jeweils Einfachbindungen,
In den vorstehenden Formeln (III-1) bis (III-5) können die Alkylgruppen Ra - Ro jeweils 1 - 18 Kohlenstoffatome, bevorzugt 4 - 16 Kohlenstoffatome, noch bevorzugter 6 - 12 Kohlenstoffatome aufweisen.
Spezielle Beispiele für die durch die vorstehend erwähnte allgemeine Formeln (III-1) bis (III-5) repräsentierten mesomorphen Verbindungen können diejenigen einschließen, die durch die nachstehenden Strukturformeln wiedergegeben werden. Formel (III-1) Formel (III-2) Formel (III-3) Formel (III-4) Formel (III-5)
Die mesomorphe Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie Δ&epsi; kann bevorzugt Δ&epsi; < -2, bevorzugt Δ&epsi; < -5, weiter bevorzugt Δ&epsi; < -10 aufweisen.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung kann durch Mischen von mindestens einer Art der durch die Formel (I) dargestellten Verbindung, von mindestens einer Art der durch die Formel (II) dargestellten Verbindung, gegebenenfalls von mindestens einer Art einer mesomorphen Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie und einer anderen mesomorphen Verbindung in geeigneten Anteilen erhalten werden. Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung kann bevorzugt als ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung hergestellt werden, insbesondere als ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallzusammensetzung.
Spezielle Beispiele einer anderen, wie vorstehend beschriebenen, mesomorphen Verbindung können diejenigen einschließen, die durch die nachstehenden Strukturformeln repräsentiert werden.
Bei der Zubereitung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzung ist es wünschenswert, jeweils 1 - 300 Gewichtsteile, bevorzugt jeweils 2 - 100 Gewichtsteile einer durch die Formel (I) dargestellten Verbindung und einer durch die Formel (II) dargestellten Verbindung mit 100 Gewichtsteilen einer anderen, wie vorstehend erwähnten mesomorphen Verbindung, die aus zwei oder mehreren Arten zusammengesetzt sein kann, zu mischen.
Ferner, wenn zwei oder mehrere Arten entweder der einen oder beider Verbindungen, wie sie durch die Formeln (I) und (II) dargestellt werden, verwendet werden, können die beiden oder mehreren Arten der Verbindung der Formel (I) oder (II) in einer Gesamtmenge von 1 - 500 Gewichtsteilen, bevorzugt 2 - 100 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der anderen, wie vorstehend beschriebenen mesomorphen Verbindung, die aus zwei oder mehreren Arten zusammengesetzt sein kann, verwendet werden.
Ferner kann das Gewichtsverhältnis von Verbindung der Formel (I)/Verbindung der Formel (II) wünschenswerterweise 1/300 - 300/1, bevorzugt 1/50 - 50/1 betragen. Wenn zwei oder mehrere Arten von jeder der Verbindungen der Formeln (I) und (II) verwendet werden, kann das Gewichtsverhältnis der Gesamtmenge der Verbindungen der Formel (I)/Gesamtmenge der Verbindungen der Formel (II) wünschenswerterweise 1/500 - 500/1, bevorzugt 1/50 - 50/1 betragen.
Ferner können die Gesamtmengen der Verbindungen der Formeln (I) und (II) in Bezug auf 100 Gewichtsteile der vorstehend erwähnten anderen mesomorphen Verbindung, die aus zwei oder mehreren Arten zusammengesetzt sein kann, wünschenswerterweise 2 - 600 Gewichtsteile, bevorzugt 4 - 200 Gewichtsteile betragen, wenn jeweils eine Art aus den Formeln (I) und (II) ausgewählt ist, oder 2 - 1000 Gewichtsteile, bevorzugt 4 - 200 Gewichtsteile, wenn zwei oder mehrere Arten aus mindestens einer der Formeln (I) beziehungsweise (II) ausgewählt sind.
Ferner kann eine wie vorstehend beschriebene mesomorphe Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie in einem Anteil von 1 - 98 Gewichts-% der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzung enthalten sein, um so eine Zusammensetzung mit einer negativen elektrischen Anisotropie zu liefern. Insbesondere wenn eine mesomorphe Verbindung mit Δ&epsi; < -2 verwendet wird, kann sie mit einem Anteil von 1 - 70 Gew.-%, bevorzugt 1 - 50 Gew.-% der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzung enthalten sein.
Ferner kann die Gesamtmenge der Verbindungen (I) und (II) und der mesomorphen Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie 3 - 100 Gewichts-% der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzung ausmachen.
Die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung kann bevorzugt mittels Erhitzens der wie vorstehend beschrieben hergestellten Flüssigkristallzusammensetzung zu einer isotropen Flüssigkeit unter Vakuum, einem Auffüllen der leeren Zelle, umfassend ein Paar sich gegenüberstehender Elektrodenplatten, mit der Zusammensetzung, einem langsamen Abkühlen der Zelle unter Bildung einer Flüssigkristallschicht und dem Wiederherstellen des normalen Druckes hergestellt werden.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung zur Erklärung ihrer Struktur.
Bezugnehmend auf Fig. 1 schließt die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht 1 ein, angeordnet zwischen einem Glasträgerpaar 2, jeweils mit einer transparenten Elektrode 3 und einer isolierenden Ausrichtungs-Steuerschicht 4 versehen. Zuführungsdrähte 6 sind mit den Elektroden verbunden, um eine Ansteuerungsspannung an die Flüssigkristallschicht 1 aus einer Energiequelle 7 anzulegen. Außen am Träger 2 sind ein Paar Polarisatoren 8 angebracht, um das aus der Lichtquelle 9 einfallende Licht 10 zusammen mit dem Flüssigkristall 1 unter Bereitstellung des modulierten Lichts 1 zu modulieren
Jeder der beiden Glasträger 2 ist mit einer transparenten Elektrode 3 beschichtet, umfassend einen Film aus In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; oder ITO (Indium-Zinn-Oxide), um eine Elektrodenplatte zu bilden. Ferner wird darauf eine isolierende Ausrichtungs-Steuerschicht 4 mittels Reibens eines Polymerfilms, wie Polyimid, mit Gaze oder Acetatfasern unterlegtem Tuch, unter Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in die Reibrichtung gebildet. Ferner ist es ebenfalls möglich, die Ausrichtungs-Kontrollschicht aus zwei Schichten zusammenzusetzen, z.B. zunächst durch Bildung einer Isolationsschicht aus einem anorganischen Material, wie Siliziumnitrid, wasserstoffhaltigem Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, wasserstoffhaltigem Siliziumcarbid, Siliziumoxid, Bornitrid, wasserstoffhaltigem Bornitrid, Ceriumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid oder Magnesiumfluorid, und durch Bildung einer Ausrichtungs-Steuerschicht aus einem isolierenden organischen Material darauf, wie Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyester-imid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder Photoresistharz. Alternativ dazu, ist es auch möglich, eine Einzelschicht aus einer isolierenden anorganischen Ausrichtungs-Steuerschicht oder aus einer isolierenden organischen Ausrichtungs-Steuerschicht zu verwenden. Eine isolierende anorganische Ausrichtungs-Steuerschicht kann durch Abscheidung aus der Gasphase gebildet werden, während eine isolierende organische Ausrichtungs-Steuerschicht durch Aufbringen einer Auswahl eines isolierenden organischen Materials oder einer Vorstufe davon in einer Konzentration von 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,2 - 10 Gew.-%, mittels Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Siebdrucks, Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung, gefolgt von einem Härten oder einem Festwerden unter vorgegebener Härtungsbedingung (z.B. Erwärmen), gebildet werden kann. Die isolierende Ausrichtungs- Steuerschicht kann üblicherweise eine Dicke von 30 Å - 1 Mikrometer, bevorzugt von 30 - 3000 Å, noch bevorzugter von 50 - 1000 Å, aufweisen. Die beiden Glasträger 2 mit den transparenten Elektroden 3 (auf die hierin als "Elektrodenplatten" Bezug genommen wird) und ihren isolierenden Ausrichtungs- Steuerschichten 4, werden mittels eines Abstandshalters 5 so befestigt, daß sie einen festgelegten (aber willkürlichen) Abstand voneinander aufweisen. Zum Beispiel kann solch eine Zellstruktur mit einem festgelegten Abstand durch das Umgeben von Abstandshaltern aus Siliziumoxid- oder Aluminiumoxidperlen, die einen vorgegebenen Durchmesser aufweisen, mit zwei Glasplatten in Form eines Sandwichs und dem Abdichten des Randes, zum Beispiel mit einem Epoxidkleber, gebildet werden. Alternativ dazu, kann ein Polymerfilm oder Glasfaser auch als Abstandshalter verwendet werden. Zwischen die beiden Glasplatten wird ein ferroelektrischer Flüssigkristall eingeschlossen, um eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht 1 mit einer Dicke von im allgemeinen 0,5 bis 20 Mikrometern, bevorzugt 1 bis 5 Mikrometern, zu ergeben.
Der durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung zur Verfügung getellte ferroelektrische Flüssigkristall kann bevorzugt eine SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase) in einem breiten Temperaturbereich, einschließlich Raumtemperatur, (insbesondere auf der niedrigeren Temperaturseite breit) annehmen und zeigt ebenfalls, wenn er in einer Vorrichtung enthalten ist, einen großen Ansteuerungsspannungsspielraum (margin) und einen großen Spielraum bei der Ansteuerungstemperatur.
Insbesondere kann der ferroelektrische Flüssigkristall bei einer Temperaturerniedrigung eine Serie an Phasenübergängen zeigen, umfassend eine isotrope Phase - eine Ch-Phase (cholesterische Phase) - SmA-Phase (smektische A- Phase) - SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase), um so eine gute Ausrichtungseigenschaft für die Bildung einer einheitlichen Monodomäne zu zeigen.
Die transparenten Elektroden 3 sind mit der äußeren Energiequelle 7 über die Zuführungen 6 verbunden. Ferner sind außen an den Glasträgern 2 die Polarisatoren 8 angebracht. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ist vom Transmissionstyp und ist mit einer Lichtquelle 9 verbunden.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle (Vorrichtung) zur Erklärung ihres Betriebs. Bezugszeichen 21a und 21b stellen Träger (Glasplatten) dar, auf denen jeweils eine transparente Elektrode aus z.B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indium-Zinn-Oxid) und ähnliches angebracht ist. Ein Flüssigkristall einer SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase), in der die molekularen Flüssigkristallschichten 22 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten ausgerichtet sind, ist hermetisch abgeschlossen dazwischen angeordnet. Die durchgezogenen Linien 23 zeigen Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 23 weist ein Dipolmoment (P ) 24 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung auf. Die Flüssigkristallmoleküle 23 bilden kontinuierlich eine helikale Struktur in Richtung der Ausdehnung der Träger. Wenn eine Spannung, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, zwischen die auf den Trägern 21a und 21b gebildeten Elektroden angelegt wird, wird die helikale Struktur der Flüssigkristallmoleküle 23 unter Veränderung der Richtung der Ausrichtung der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle 23 entspiralisiert oder entspannt (released), so daß die Dipolmomente (P ) 24 alle in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind. Die Flüssigkristallmoleküle 23 weisen eine langgestreckte Form auf und zeigen eine Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Demgemäß ist es leicht zu verstehen, daß, wenn zum Beispiel Polarisatoren, die unter Nicolscher Überkreuzung angeordnet sind, d.h. ihre Polarisationsrichtungen kreuzen einander, auf den oberen und den unteren Oberflächen der Glasplatten angebracht sind, die so angeordnete Flüssigkristallzelle als Flüssigkristallvorrichtung zur Lichtmodulation fungiert, deren optische Eigenschaften in Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spannung variieren.
Ferner, wenn die Dicke der Flüssigkristallzelle ausreichend dünn ist (z.B. weniger als ungefähr 10 Mikrometer), wird die helikale Struktur der Flüssigkristallmoleküle unter Bereitstellung einer nicht-helikalen Struktur entspiralisiert, sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes, wobei das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, d.h. Pa in einer oberen Richtung 34a oder Pb in einer unteren Richtung 34b, wie in Figur 3 gezeigt, wodurch ein bistabiler Zustand zur Verfügung gestellt wird. Wenn ein elektrisches Feld Pa oder Eb, höher als ein bestimmter Schwellenwert und jeweils voneinander in der Polarität unterschiedlich, wie in Fig. 3 gezeigt, an eine Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften angelegt wird, ist das Dipolmoment in Abhängigkeit vom Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die obere Richtung 34a oder in die untere Richtung 34b gerichtet. In Übereinstimmung damit, sind die Flüssigkristallmoleküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 33a oder einem zweiten stabilen Zustand 33b ausgerichtet.
Wenn der vorstehend erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall als Lichtmodulationselement verwendet wird, ist dies mit zwei Vorteilen verbunden. Der erste besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit - ziemlich schnell ist. Der zweite besteht darin, daß die Orientierung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil soll näher erläutert werden, z.B. unter Bezugnahme auf Fig. 3. Wenn das elektrische Feld Ea an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird, werden sie in den ersten stabilen Zustand 33a ausgerichtet. Dieser Zustand wird stabil beibehalten, sogar wenn das elektrische Feld entfernt wird. Auf der anderen Seite, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der des elektrischen Feldes Ea entgegengesetzt ist, angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle in einen zweiten stabilen Zustand 33b ausgerichtet, wodurch die Richtungen der Moleküle verändert werden. Dieser Zustand wird ebenfalls stabil beibehalten, sogar wenn das elektrische Feld entfernt wird. Ferner, solange die Größe des anliegenden elektrischen Feldes Ea oder Eb nicht oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt, bleiben die Flüssigkristallmoleküle in den entsprechenden Orientierungszuständen.
Wenn solch eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, umfassend eine wie vorstehend beschriebene, zwischen einem Paar Elektrodenplatten angeordnete ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, als einfache Matrixdisplayvorrichtung aufgebaut ist, kann die Vorrichtung mittels eines Ansteuerungsverfahrens, wie es in der Japanischen Offenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 193426/1984, 193427/1984, 156046/1985, 156047/1985 usw. beschrieben ist, angesteuert werden.
Das heißt, solch eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung kann zum Beispiel durch eine Ansteuerungs- Ausführungsform angesteuert werden, wie sie nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 7 beschrieben ist.
Nachstehend wird die Erfindung spezieller anhand von Beispielen erklärt. Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.

Beispiel 1

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 1-A wurde mittels Mischens der jeweils angegebenen Anteile der nachstehenden Verbindungen hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile
Eine Flüssigkristallzusammensetzung 1-B wurde mittels Mischens der nachstehenden Beispielverbindungen 1-28 und 2-12 mit der vorstehend hergestellten Zusammensetzung 1-A hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile Zusammensetzung 1-A
Die vorstehend hergestellte Flüssigkristallzusammensetzung 1-B wurde zusammen mit einer leeren, auf die nachstehende Weise hergestellten Zelle zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung verwendet.
Zwei 1,1 mm dicke Glasplatten wurden bereitgetelllt und jeweils mit einem ITO-Film beschichtet, um eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung zu bilden, die ferner mit einer Isolierschicht aus aus der Gasphase abgeschiedenem SiO&sub2; beschichtet war. Die Isolierschicht wurde ferner mittels Schleuderbeschichtung mit einer Geschwindigkeit von 3000 rpm 15 Sekunden lang mit einer 1,0 %-igen Lösung aus Polyimidharzvorläufer (SP-510, erhältlich von Toray K.K) in Dimethylacetoamid beschichtet. Danach wurde der Beschichtungsfilm 60 Minuten lang einer Wärmehärtung bei 300 ºC unterzogen, um einen ungefähr 120 Å dicken Film zu erhalten. Der Beschichtungsfilm wurde mit einem acetatfaser-unterlegtem Tuch gerieben. Die beiden so behandelten Glasplatten wurden mit Isopropylalkohol gewaschen. Danach wurden Siliziumdioxidperlen mit einer mittleren Teilchengröße von 1,5 Mikrometer auf einer der Glasplatten dispergiert, und die beiden Glasplatten mit einem klebenden Dichtmaterial (Lixon Bond, erhältlich von Chisso K.K.) so aufeinander aufgebracht, daß ihre Reibungsrichtungen parallel zueinander verliefen, und sie wurden 60 Minuten lang unter Bildung einer leeren Zelle bei 100ºC erhitzt. Es wurde mittels der Messung mit einem Berek-Kompensators gefunden, daß der Zellabstand 1,5 Mikrometer betrug.
Dann wurde die vorstehend hergestellte Flüssigkristallzusammensetzung 1-B zu einer isotropen Flüssigkeit erhitzt und unter Vakuum in die vorstehend hergestellte Zelle injiziert und nach dem Abdichten allmählich mit einer Geschwindigkeit von 20 ºC/Stunde auf 25 ºC unter Bildung einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung abgekühlt.
Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums ΔV (= V3-V1) unter Anwendung der Ansteuerungs-Kurvenformen (Vorspannungsverhältnis = 1/3), die unter Bezugnahme auf die Figuren 4A und 4B beschrieben sind, und einer Einstellung von Δt, um ein V&sub1; von ungefähr 15 Volt zu liefern, unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug die zur Ansteuerung geeignete Temperaturdifferenz (nachstehend als "(Ansteuerungs)temperaturspielraum bezeichnet), wenn die Temperatur verändert wurde, während die Spannung (VSv + VI) auf einen zentralen Wert innerhalb des Spannungsspielraums eingestellt war, ± 3,2 ºC.
Ferner wurde bei 25 ºC während des Ansteuerns ein Kontrast von 12 erhalten.

Vergleichsbeispiel 1

Eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung 1-C wurde unter Weglassen der Beispielverbindung Nr. 2-12 aus der Flüssigkristallzusammensetzung 1-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindung Nr. 1-28 zu der Flüssigkristallzusammensetzung 1-A, hergestellt, und eine Flüssigkristallzusammensetzung 1-D wurde unter Weglassen der Beispielverbindung Nr. 1-28 aus der Zusammmensetzung 1-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindung Nr. 2-12 zu der Zusammensetzung 1-A hergestellt.
Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen 1-A, 1-C und 1-D wurden unter Verwendung der Zusammensetzungen 1-A, 1C und 1-D, anstelle der Zusammensetzung 1-B, hergestellt und einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums unterzogen, ansonsten wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verfahren. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC für 1-A ±2,3 ºC, für 1-C ±2,5 ºC und für 1-D ±2,6 ºC.
Wie aus dem vorstehenden Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 hervorgeht, lieferte die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung 1-B enthielt, einen breiteren Ansteuerungsspannungs- und Temperaturspielraum und zeigte ein besseres Leistungsverhalten beim Beibehalten guter Bilder gegenüber Veränderungen der Umgebungstemperatur und des Zellabstands.

Beispiel 2

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 2-B wurde mittels Mischens der jeweils angegebenen Anteile der nachstehenden Beispielsverbindungen mit der in Beispiel 1 hergestellten Flüssigkristallzusammensetzung 1-A hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile Zusammensetzung 1-A
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die vorstehenden Flüssigkristallzusammensetzung 2-B verwendet wurde, und die Vorrichtung wurde einer Messung des Ansteuerungsspielraums und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. In der Vorrichtung wurde eine Monodomäne mit einer guten und einheitlichen Ausrichtungseigenschaft beobachtet. Die Ergebnisse der Messung sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC ±3,1. Während der Ansteuerung wurde bei dieser Temperatur ein Kontrast von 8 erhalten.

Vergleichsbeispiel 2

Eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung 2-C wurde unter Weglassen der Beispielverbindungen Nr. 2-11 und 2-44 aus der Flüssigkristallzusammenseftzung 2-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindung Nr. 1-35 zu der Flüssigkristallzusammensetzung 1-A hergestellt, und eine Flüssigkristallzusammensetzung 2-D wurde unter Weglassen der Beispielverbindung Nr. 1-35 aus der Zusammmensetzung 2-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindung Nr. 2-11 und 2-44 zu der Zusammensetzung 1-A hergestellt.
Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen 1-A, 2-C und 2-D wurden unter Verwendung der Zusammensetzungen 1-A, 2-C und 2-D, anstelle der Zusammensetzung 1-B, hergestellt und einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums ΔV unterzogen, ansonsten wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verfahren. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC für 1-A ±2,3 ºC, für 2-C ±2,5 ºC und für 2-D ±2,5.
Wie aus dem vorstehenden Beispiel 2 und dem Vergleichsbeispiel 2 hervorgeht, lieferte die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung 2-B enthielt, einen breiteren Ansteuerungsspannungs- und Temperaturspielraum und zeigte ein besseres Leistungsverhalten beim Beibehalten guter Bilder gegenüber Veränderungen der Umgebungstemperatur und des Zellabstands.

Beispiel 3

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 3-A wurde mittels Mischens der jeweils angegebenen Anteile der nachstehenden Verbindungen hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile
Eine Flüssigkristallzusammensetzung 3-B wurde durch Mischen der nachstehenden Beispielverbindungen Nr. 1-28 und 2- 12 mit der vorstehend hergestellten Zusammensetzung 3-A hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile Zusammensetzung 3-A
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die vorstehenden Flüssigkristallzusammensetzung 3-B anstelle der Zusammensetzung 1-B verwendet wurde. Die Vorrichtung wurde einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. In der Vorrichtung wurde eine Monodomäne mit einer guten und einheitlichen Ausrichtungseigenschaft beobachtet. Die Ergebnisse der Messung sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC ±3,1. Während der Ansteuerung wurde bei dieser Temperatur ein Kontrast von 10 erhalten.

Vergleichsbeispiel 3

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 3-C wurde unter Weglassen der Beispielverbindung Nr. 2-12 aus der Flüssigkristallzusammensetzung 3-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindung Nr. 1-28 zu der Flüssigkristallzusammensetzung 3-A hergestellt, und eine Flüssigkristallzusammensetzung 3-D wurde unter Weglassen der Beispielverbindung Nr. 1-28 aus der Zusammmensetzung 3-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindung Nr. 2-12 zu der Zusammensetzung 3-A hergestellt.
Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen 3-A, 3-C und 3-D wurden unter Verwendung der Zusammensetzungen 3-A, 3-C und 3-D, anstelle der Zusammensetzung 1-B, hergestellt und einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums ΔV unterzogen, ansonsten wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verfahren. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC für 3-A ±1,9 ºC, für 3-C ±2,2 ºC und für 3-D ±2,5.
Wie aus dem vorstehenden Beispiel 3 und dem Vergleichsbeispiel 3 hervorgeht, lieferte die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung 3-B enthielt, einen breiteren Ansteuerungsspannungs- und Temperaturspielraum und zeigte ein besseres Leistungsverhalten beim Beibehalten guter Bilder gegenüber Veränderungen der Umgebungstemperatur und des Zellabstands.

Beispiel 4

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 4-A wurde mittels Mischens der jeweils angegebenen Anteile der nachstehenden Beispielverbindungen mit der in Beispiel 3 hergestellten Zusammensetzung 3-A hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile Zusammensetzung 3-A
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die vorstehende Flüssigkristallzusammensetzung 4-B verwendet wurde, und die Vorrichtung wurde einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. In der Vorrichtung wurde eine Monodomäne mit einer guten und einheitlichen Ausrichtungseigenschaft beobachtet. Die Ergebnisse der Messung sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC ±3,0. Während der Ansteuerung wurde bei dieser Temperatur ein Kontrast von 8 erhalten.

Vergleichsbeispiel 4

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 4-C wurde unter Weglassen der Beispielverbindungen Nr. 2-8 und 2-32 aus der Flüssigkristallzusammensetzung 4-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindung Nr. 1-2 und 1-9 zu der Flüssigkristallzusammensetzung 3-A hergestellt, und eine Flüssigkristallzusammensetzung 4-D wurde unter Weglassen der Beispielverbindung Nr. 1-2 und 1-9 aus der Zusammmensetzung 4-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindung Nr. 2-8 und 2-32 zu der Zusammensetzung 3-A, hergestellt.
Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen 3-A, 4-C und 4-D wurden unter Verwendung der Zusammensetzungen 3-A, 4-C und 4-D, anstelle der Zusammensetzung 1-B, hergestellt und einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums ΔV unterzogen, ansonsten wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verfahren. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC für 3-A ±1,9 ºC, für 4-C ±2,4 ºC und für 4-D ±2,3.
Wie aus dem vorstehenden Beispiel 4 und dem Vergleichsbeispiel 4 hervorgeht, lieferte die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung 4-B enthielt, einen breiteren Ansteuerungsspannungs- und Temperaturspielraum und zeigte ein besseres Leistungsverhalten beim Beibehalten guter Bilder gegenüber Veränderungen der Umgebungstemperatur und des Zellabstands.

Beispiel 5

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 5-A wurde mittels Mischens der jeweiligen Anteile der nachstehenden Verbindungen hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile
Eine Flüssigkristallzusammensetzung 5-B wurde durch Mischen der nachstehenden Beispielverbindungen 1-31, 1-38, 2- 10 und 2-29 mit der vorstehend hergestellten Zusammensetzung 5-A hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile Zusammensetzung 5-A
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung 5-B wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die vorstehende Flüssigkristallzusammensetzung 5-B anstelle der Zusammensetzung 1-B verwendet wurde. Die Vorrichtung wurde einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. In der Vorrichtung wurde eine Monodomäne mit einer guten und einheitlichen Ausrichtungseigenschaft beobachtet. Die Ergebnisse der Messung sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC ±3,6. Während der Ansteuerung wurde bei dieser Temperatur ein Kontrast von 9 erhalten.

Vergleichsbeispiel 5

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 5-C wurde unter Weglassen der Beispielverbindungen Nr. 2-10 und 2-29 aus der in Beispiel 5 hergestellten Flüssigkristallzusammensetzung 5-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindungen Nr. 1-31 und 1-38 zu der Flüssigkristallzusammensetzung 5-A, hergestellt, und eine Flüssigkristallzusammensetzung 5-D wurde unter Weglassen der Beispielverbindung Nr. 1-31 und 1-38 aus der Zusammmensetzung 5-B, d.h. nur durch Zugabe der Beispielverbindungen Nr. 2-10 und 2-29 zu der Zusammensetzung 5-A hergestellt.
Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen 5-A, 5-C und 5-D wurden unter Verwendung der Zusammensetzungen 5-A, 5-C und 5-D, anstelle der Zusammensetzung 1-B, hergestellt und einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums ΔV unterzogen, ansonsten wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verfahren. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Ferner betrug der Ansteuerungstemperaturspielraum bei 25 ºC für 5-A ±2,4 ºC, für 5-C ±2,7 ºC und für 5-D ±2,9.
Wie aus dem vorstehenden Beispiel 5 und dem Vergleichsbeispiel 5 hervorgeht, lieferte die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung 5-B enthielt, einen breiteren Ansteuerungsspannungs- und Temperaturspielraum und zeigte ein besseres Leistungsverhalten beim Beibehalten guter Bilder gegenüber Veränderungen der Umgebungsemperatur und des Zellabstands.

Beispiel 6

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde eine leere Zelle hergestellt, außer daß die SiO&sub2;-Schicht weggelassen wurde und eine alleine aus einer Polyimidschicht bestehende Ausrichtungssteuerschicht auf jeder Elektrodenplatte gebildet wurde. Durch Auffüllen solch leerer Zellen mit den in Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 5 hergestellten Flüssigkristallzusammensetzungen 5-B, 5-C, 5-D und 5-A wurden vier ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen hergestellt. Diese Flüssigkristallvorrichtungen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 einer Messung der Ansteuerungsspannung und des Temperaturspielraums unterzogen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum (Einstellung Δt) Temp.spielraum (bei 25 ºC)
Wie aus dem vorstehenden Beispiel 6 deutlich wird, lieferte die Vorrichtung, die die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammens-etzung 2-B enthielt, auch im Falle einer unterschiedlichen Vorrichtungsstruktur einen breiteren Ansteuerungsspannungs- und Temperaturspielraum und zeigte ein besseres Leistungsverhalten bei der Beibehaltung guter Bilder gegenüber Veränderungen der Umgebungstemperatur und des Zellabstands als die Vorrichtung, die die andere Flüssigkristallzusammensetzung enthielt.

Beispiele 7-14

Die Flüssigkristallzusammensetzungen 7-B bis 14-B wurden durch Ersatz der in Beispiel 1, 3 und 5 verwendeten Beispielverbindungen und Flüssigkristallzusammensetzungen durch die in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigten Beispielverbindungen und Flüssigkristallzusammensetzungen hergestellt. Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden durch die jeweilige Verwendung dieser Zusammensetzungen anstelle der Zusammensetzung 1-B verwendet und einer Messung des Ansteuerungsspielraums und einer Beobachtung der Schaltzustände unterzogen. In den Vorrichtungen wurde eine Monodomäne mit guter und einheitlicher Ausrichtungseigenschaft beobachtet. Die Ergebnisse der Messung sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Beispielverbind.Nr. oder Flüssigkristallzusammensetzung Nr. Spannungsspielraum (ΔV) Temp.spielraum (ºC) Gewichsteile Einstellung (usec) Δt Tabelle 1 (Forts.)
Wie aus den gezeigten Ergebnissen der vorstehenden Tabelle 1 deutlich wird, lieferten die ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen, die die Flüssigkristallzusammensetzungen 7-B bis 14-B enthielten, einen breiten Ansteuerungsspannungs- und Temperaturspielraum und zeigten ein gutes Leistungsverhalten bei der Beibehaltung guter Bilder gegenüber Veränderungen der Umgebungstemperatur und des Zellabstands.

Beispiel 15

-Eine Flüssigkristallzusammensetzung 15-B wurde mittels Mischens der jeweiligen Anteile der nachstehenden Beispielsverbindungen mit der in Beispiel 1 hergestellten Flüssigkristallzusammensetzung 1-B hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile Zusammensetzung 1-B
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die vorstehende Flüssigkristallzusammensetzung verwendet wurde und die Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums unterzogen und die nachstehenden Ergebnisse erhalten. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Dann wurde der Neigungswinkel der vorstehenden Vorrichtung unter Nicolscher Überkreuzung bei 25 ºC gemessen und ergab 7,3 Grad. Ferner wurde der Neigungswinkel der Vorrichtung erneut gemessen, während an sie rechteckige Kurvenformen von ± 8V und einer Frequenz von 60 KHz angelegt wurde und es wurde ein Wert von 13,5 Grad erhalten. Die zu dieser Zeit gemessene Lichtdurchlässigkeit betrug 14,0% und es wurde ein Kontrast von 63:1 erhalten.

Vergleichsbeispiel 15

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 15-C wurde auf die gleiche Weisse wie in Beispiel 15 hergestellt, außer daß die in Beispiel 1 hergestellte Flüssigkristallzusammensetzung 1-A anstelle der Zusammensetzung 1-B verwendet wurde, um sie mit der Beispielverbindung 3-10 in den gleichen Anteilen zu mischen.
Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden unter Verwendung der Zusammensetzungen 15-C, 1-A und 1-B hergestellt und einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums ΔV unterzogen, ansonsten wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verfahren. Ferner wurden die Neigungswinkel dieser Vorrichtungen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 15 gemessen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt) Neigungswinkel (25 ºC) Anfang kein elketr. Feld Angelegte Wechselspannung (60 KHz,+8V, rechtwinklig) Grad
Wie aus Beispiel 15 und Vergleichsbeispiel 15 deutlich wird, lieferte die Flüssigkristallzusammensetzung 15- B, die durch Mischen einer mesomorphen Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie (Beispielverbindungnr. 3- 10) mit der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzung 1-B erhalten wurde, einen breiteren Ansteuerungsspielraum und ebenfalls deutlich verbesserte Displayeigenschaften, wenn sie in einem Displayverfahren unter Nutzung einer angelegten Wechselspannung (oder Wechselfeldstabilisierung) verwendet wurde.

Beispiel 16

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 16-B wurde mittels Mischens der jeweiligen Anteile der nachstehenden Beispielsverbindungen mit der in Beispiel 1 hergestellten Flüssigkristallzusammensetzung 1-B hergestellt. Beisp.verb. Nr. Strukturformel Gewichtsteile Zusammensetzung 1-B
Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die vorstehende Flüssigkristallzusammensetzung verwendet wurde und die Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums unterzogen und die nachstehenden Ergebnisse erhalten. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt)
Dann wurde der Neigungswinkel der vorstehenden Vorrichtung unter Nicolscher Überkreuzung bei 25 ºC gemessen und ergab 7,8 Grad. Ferner wurde der Neigungswinkel der Vorrichtung erneut gemessen, während an sie rechteckige Kurvenformen von ±8V und einer Frequenz von 60 KHz angelegt wurden und es wurde ein Wert von 12,9 Grad erhalten. Die zu dieser Zeit gemessene Lichtdurchlässigkeit betrug 13,3% und es wurde ein Kontrast von 58:1 erhalten.

Vergleichsbeispiel 16

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 16-C wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 16 hergestellt, außer daß die in Beispiel 1 hergestellte Flüssigkristallzusammensetzung 1-A anstelle der Zusammensetzung 1-B verwendet wurde, um sie mit den anderen Beispielverbindungen in den gleichen Anteilen zu mischen.
Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden unter Verwendung der Zusammensetzungen 16-C, 1-A und 1-B hergestellt und einer Messung des Ansteuerungsspannungsspielraums unterzogen, ansonsten wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verfahren. Ferner wurden die Neigungswinkel dieser Vorrichtungen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 16 gemessen. Die Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Spannungsspielraum ΔV (Einstellung Δt) Neigungswinkel (25 ºC) Anfang kein elketr. Feld Angelegte Wechselspannung (60 KHz,+8V, rechtwinklig) Grad
Wie aus Beispiel 16 und Vergleichsbeispiel 16 deutlich wird, lieferte die Flüssigkristallzusammensetzung 16- B, die durch Mischen einer mesomorphen Verbindungen mit negativer dielektrischer Anisotropie mit der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzung 1-B erhalten wurde, einen breiteren Ansteuerungsspielraum und ebenfalls deutlich verbesserte Displayeigenschaften, wenn sie in einem Displayverfahren unter Nutzung einer angelegten Wechselspannung (oder Wechselfeldstabilisierung) verwendet wurde.
Zum Beispiel kann die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; einer mesomorphen Verbindung oder Flüssigkristallzusammensetzung, auf die hierin Bezug genommen wird, auf die nachstehenden Weise gemessen werden.
Ein 5 Mikrometer dicke homogene Ausrichtungszelle mit einer Elektrode mit einer Fläche von 0,7 cm² und einer homogenen Ausrichtungsschicht (reibungsbehandeltes Polyimid) auf beiden Trägern, und eine 5 Mikrometer dicke homeotrope Ausrichtungszelle mit einer Elektrode mit einer Fläche von 0,7 cm² und einer homeotropen Ausrichtungsschicht (Ausrichtungsmittel: "ODS-E", erhältlich von Chisso K.K.) auf beiden Trägern werden bereitgestellt. Die entsprechenden Zellen werden mit einer Probe des Flüssigkristallmaterials (Verbindung oder Zusammensetzung) unter Herstellung von Flüssigkristallvorrichtungen gefüllt. Die Kapazitäten der Flüssigkristallschichten werden durch Anlegen einer sinusförmigen Spannung mit einer Frequenz von 100 KHz und Amplituden von ± 0,5 V an die jeweiligen Vorrichtungen bei einer für das Flüssigkristallmaterial festgelegten, vorgegebenen Temperatur gemessen, und die dielektrischen Konstanten &epsi;// und &epsi; werden aus den gemessenen Kapazitätswerten der entsprechenden Vorrichtungen erhalten, wodurch die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; mittels der Gleichung Δ&epsi; E// - &epsi; berechnet wird.
Wie vorstehend beschrieben, liefert die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung eine Flüssigkristallvorrichtung, die eine gute Schalteigenschaft, einen breiten Ansteuerungsspannungsspielraum und einen breiten Temperaturspielraum zeigte, so daß die Vorrichtung ein ausgezeichnetes Leistungsverhalten bei der Beibehaltung guter Bilder gegenüber Verändrungen der Umgebungstemperatur und des zellabstands aufwies. Ferner enthält die erfindungsgemäße Flüssigkristallzusammensetzung eine mesomorphe Verbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie, und liefert eine Flüssigkristall- Vorrichtung, die die vorstehend erwähnten Eigenschaften beibehält und ferner eine bemerkenswert verbesserte Displayeigenschaft zeigt, wenn sie in einem Ansteuerungsverfahren unter Nutzung einer Wechselfeld-Stabilisierung angewandt wird.
Eine ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallzusammensetzung, die mindestens eine Verbindung umfaßt, dargestellt durch die nachstehende Formel (I):
wobei R&sub1; eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 - 18 Kohlenstoffatomen, geeignet einen Substituenten zu tragen, symbolisiert; R&sub2; symbolisiert eine lineare Alkylgruppe mit 1 - 12 Kohlenstoffatomen, und X&sub1; symbolisiert eine Einfachbindung, -O-, -O -, - O- oder -O O-; symbolisieren jeweils
mindestens eine Verbindung umfaßt, dargestellt durch die nachstehende Formel (II):
wobei R&sub3; und R&sub4; jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 - 18 Kohlenstoffatomen symbolisieren, geeignet einen Substituenten zu tragen; X&sub2; und X&sub3; symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, -O-, -O -, - O- oder -O O-, und + sind jeweils 0, 1 oder 2, unter der Voraussetzung, daß + zwei oder größer als zwei ist.

Claims

1. Ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristallzusammensetzung, umfassend:

mindestens eine Verbindung, dargestellt durch die nachstehende Formel (I):

wobei R&sub1; eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 - 18 Kohlenstoffatomen, geeignet einen Substituenten zu tragen, symbolisiert; R&sub2; symbolisiert eine lineare Alkylgruppe mit 1 - 12 Kohlenstoffatomen, und X&sub1; symbolisiert eine Einfachbindung, -O-, -O -, - O- oder -O O-; und

symbolisieren jeweils

mindestens eine Verbindung, dargestellt durch die nachstehende Formel (II):

wobei R&sub3; und R&sub4; jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 - 18 Kohlenstoffatomen symbolisieren, geeignet einen Substituenten zu tragen; X&sub2; und X&sub3; symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, -O-, -O -, - O- oder -O O-, und + sind jeweils 0, 1 oder 2, unter der Voraussetzung, daß + zwei oder größer als zwei ist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die ferner eine mesomorphe Verbindung fit einer negativen Dielektrizitäts- Anisotropie umfaßt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die mesomorphe Verbindung mit einer negativen Dielektrizitäts- Anisotropie eine Dielektrizitäts-Anisotropie Δ&epsi; von unter -2 aufweist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die mesomorphe Verbindung mit einer negativen Dielektrizitäts- Anisotropie eine Dielektrizitäts-Anisotropie Δ&epsi; von unter -5 aufweist.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die mesomorphe Verbindung mit einer negativen Dielektrizitäts- Anisotropie eine Dielektrizitäts-Anisotropie Δ&epsi; von unter -10 aufweist.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die mesomorphe Verbindung mit einer negativen Dielektrizitäts- Anisotropie eine mesomorphe Verbindung ist, die durch eine der nachstehenden Formeln (III-1) bis (III-5) dargestellt wird; Formel (III-1):

wobei Ra und Rb jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe, geeignet einen Substituenten zu tragen, symbolisieren; Xa und Xd symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, -O-, - O- oder -O - ; Xb und Xc symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, - O- , -O - oder -CH&sub2;CH&sub2;- ;

Aa und Ab symbolisieren jeweils eine Einfachbindung, (trans) (trans-trans)

unter dem Vorbehalt, daß Xb und Xc beides Einfachbindungen sind, und daß Xa und Xd beides Einfachbindungen oder -O- sind oder, daß Xa - O- und Xd -O - ist, wenn Aa und Ab beides Einfachbindungen sind, und Ya und Yb sind jeweils Cyanogruppen, Halogen oder Wasserstoff, unter dem Vorbehalt, daß Ya und Yb nicht gleichzeitig Wasserstoff sein können; Formel (III-2):

wobei Re und Rf jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe, geeignet einen Substituenten zu tragen, symbolisieren;

Xe und xh sind jeweils Einfachbindungen, -O-, - O- oder -O - ;

Xf und Xg sind jeweils - O- , -O - oder Einfachbindungen, und Ae und Af sind jeweils

oder Einfachbindungen, unter dem Vorbehalt, daß Ae und Af nicht gleichzeitig Einfachbindungen sein können; Formel (III-3):

wobei Ai eine Einfachbindung oder ist; Aj ist eine Einfachbindung,

Ri und Rj sind jeweils lineare oder verzweigte Alkylgruppen, geeignet einen Substituenten zu tragen, unter dem Vorbehalt, daß Ri und Rj lineare Alkylgruppen sind, wenn Aj eine Einfachbindung ist; Z&sub1; ist -Ooder -S-; Xi und Xk sind jeweils Einfachbindungen, -O-,- O-, -O - oder-O O-; Xj ist eine Einfachbindung, - O- -O -,

-CH&sub2;O- oder -OCH&sub2;-, unter dem Vorbehalt, daß Xi eine Einfachbindung ist, wenn Ai eine Einfachbindung ist, daß Xj keine Einfachbindung ist, wenn

ist, und Xk eine Einfachbindung ist, wenn Aj eine Einfachbindung ist; Formel (III-4):

wobei Rl und Rm jeweils eine lineare oder verzeigte Alkylgruppe darstellen, geeignet einen Substituenten zu tragen; Al und Am sind jeweils Einfachbindungen,

unter dem Vorbehalt, daß Al und Am nicht gleichzeitig Einfachbindungen sein können; Xl ist eine Einfachbindung, -O-, - O- -O -,

und Xm ist eine Einfachbindung, - O- , -O - , -CH&sub2;O-, -OCH&sub2;-, -CH&sub2;CH&sub2;- oder -C C-; Formel (III-5):

wobei Rn und Ro jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe darstellen, geeignet einen Substituenten zu tragen; Xn und Xq sind jeweils Einfachbindungen, -O-, - Ooder -O -;

Xo und Xp sind jeweils Einfachbindungen, - O- , -O -, -CH&sub2;O-, -OCH&sub2;- oder -CH&sub2;CH&sub2;-; An und Ap sind jeweils Einfachbindungen,

und Z&sub2; ist - =CH- oder - -CH&sub2;-

7. Flüssigkristallvorrichtung, umfassend ein Paar Elektrodenplatten und eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 6, angeordnet zwischen den Elektrodenplatten.