DE69406840T2

DE69406840T2 - Ferroelektrische Flüssigkristallmischung, sowie diese verwendende Flüssigkristallvorrichtung

Info

Publication number: DE69406840T2
Application number: DE69406840T
Authority: DE
Inventors: Keizou Itoh; Takashi Kaneko; Mitsuhiro Koden; Hitoshi Takeda; Mitsunori Takeda
Original assignee: Kashima Oil Co Ltd; Sharp Corp
Current assignee: Kashima Oil Co Ltd; Sharp Corp
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2014-04-27
Also published as: US5437814A; JP2977410B2; DE69406840D1; JPH0711252A; EP0622441A1; EP0622441B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung sowie eine diese verwendende Flüssigkristallvorrichtung.

2. Beschreibung der einschlägigen Technik

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, wie sie in den letzten Jahren am meisten verwendet wurden, verwenden eine nematische Flüssigkristallphase. Bei verdrillt-nemätischen (TN) Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen ist es schwierig, eine Anzeige mit großer Kapazität, z. B. mit 2000 x 2000 Leitungen, zu realisieren, da der Konträst mit einer Zunahme der Anzahl der Leitungen abnimmt. Um TN-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen zu verbessern, wurden superverdrillt-nematische (STN) Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen und doppelschichtige superverdrillt-nematische (DSTN) Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen entwickelt. Jedoch nimmt bei diesen Vorrichtungen der Kontrast ab, und die Ansprechzeit wird länger, wenn die Anzahl der Leitungen zunimmt; daher ist die Anzeigekapazität derzeit auf ungefähr 800 x 1024 Leitungen begrenzt.
Es wurden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Aktivmatrixtyp entwickelt, um eine Anzeige mit großer Kapazität von z. B. 1600 x 1000 Leitungen zu realisieren. Diese Vorrichtungen weisen ebenfalls Nachteile auf, wie viele Schritte bei verlängerter Herstellung, Abnahme der Ausbeute und hohe Herstellkosten.
In den letzten Jahren wurden zusätzlich zu Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen unter Verwendung einer nematischen Phase solche in umfangreicher Weise untersucht, die eine smektische Phase verwenden. Insbesondere wurde eine Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall als vielversprechend angesehen (N. A. Clark et al., Appl. Phys. Lett., 36, 899 (1980)). Anzeigevorrichtungen mit ferroelektrischem Flüssigkristall verwenden die Speichereigenschaft einer chiral-smektischen Phase C, einer chiral-smektischen Phase I und dergleichen. Daher ermöglicht eine Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall eine Anzeige mit großer Kapazität, einhergehend mit einer Verringerung der Ansprechzeit. Außerdem ist es unwahrscheinlich, dass die Herstellkosten zunehmen, da eine Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall kein aktives Element wie einen Dünnfilmtransistor benötigt. Ferner verfügen Anzeigevorrichtungen mit ferroelektrischem Flüssigkristall über den Vorteil eines großen Blickwinkels, so dass sie als Anzeigevorrichtungen mit großer Kapazität von z. B. 2000 x 2000 Leitungen vielversprechend sind.
Um Anzeigevorrichtungen mit ferroelektrischem Flüssigkristall dem praktischen Gebrauch zuzuführen, sind verschiedene Probleme zu überwinden. Unter diesen ist es das wichtigste, eine Maßnahme zum Erzielen hohen Kontrasts bei einfacher Matrixansteuerung aufzufinden. Hinsichtlich dieses Problems wurden die folgenden Verfahren vorgeschlagen:
(1) Verfahren zur Verwendung von Schrägaufdampfung im Vakuum;
(2) Verfahren zur Verwendung eines Ausrichtungsfilms mit hoher Vorkippung;
(3) Verfahren zum Betreiben unter Verwendung eines elektrischen Wechselfelds;
(4) Verfahren zur Verwendung einer Naphthalinverbindung;
(5) Verfahren zur Verwendung der gleichmäßigen Ausrichtung
(6) Verfahren zur Verwendung eines Flüssigkristallmaterials mit negativer dielektrischer Anisotropie.
Das Verfahren (1) wurde von T. Uemura et al., Proc. SID, 175 (1987) vorgeschlagen. Dieses Verfahren erfordert Schrägaufdampfung im Vakuum, was es erschwert, Vorrichtungen in Massen herzustellen und eine Vorrichtung mit großer Fläche zu erhalten. Das andere Verfahren (2) wurde von N. Yamamoto et al., Jpn. J. Appl. Phys., 28, 524 (1989) vorgeschlagen. Gemäß den Erfahrungen der Erfinder ist es nicht einfach, auf einer großen Fläche gleichmäßige Ausrichtung unter Verwendung eines Ausrichtungsfilms mit hoher Vorkippung zu erzielen. Das andere Verfahren (3) wurde von Y. Sato et al., Jpn. J. Appl. Phys., 28, L483 (1989) und von H. Rieger et al., Proc., SID, 396 (1991) vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird ein elektrisches Wechselfeld mit niedriger Frequenz und hoher Spannung an eine herkömmliche ferroelektrische Flüssigkristallzelle angelegt, wodurch zwangsweise dafür gesorgt wird, dass eine Winkelstruktur in einer Zelle in eine Quasi- Bücherregalgeometrie geändert wird, die nahezu ideal ist. Das Verfahren (3) hat Vorteile wie hohen Kontrast, großer Speicherwinkel und helle Anzeige; jedoch existieren immer noch Probleme, die ihren praktischen Gebrauch verhindern, wie erhöhte Ansprechzeit und eine zeitliche Änderung der Eigenschaften während des Ansteuerns. Das andere Verfahren (4) wurde von A. Mochizuki et al., Ferroelectrics., 122, 37 (1991) vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird eine Quasi-Bücherregalgeometrie, die nahezu ideal ist, unter Verwendung einer speziellen Naphthalinverbindung erhalten, um hohen Kontrast zu realisieren. Jedoch sind die zu verwendenden Naphthalinverbindungen begrenzt, so dass viele Schwierigkeiten zu erwarten sind, wenn eine praxisgerechte Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall mit großem Schirm und großer Anzeigekapazität unter Verwendung dieses Verfahrens realisiert werden soll. Das andere Verfahren (5) wurde von Koden et al., "Future Liquid Crystal Display and its Materials, Ferroelectric liquid crystal and antiferroelectric liquid crystal", S. 114 (1992) (unter Durchsicht von A. Fukuda) vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird hoher Kontrast unter Verwendung einer speziellen Ausrichtung wie der gleichmäßigen Ausrichtung C1 erhalten, wie sie bei parallelem Reiben einer Flüssigkristallzelle unter Verwendung eines Ausrichtungsfilms mit hohem Vorkippwinkel erhalten wird. Hierbei betrifft "eine Zelle mit parallelem Reiben" eine Flüssigkristallzelle, die so hergestellt wurde, dass die Reiberichtungen des oberen und des unteren Ausrichtungsfilms identisch sind. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, auf einer großen Fläche selektiv die gleichmäßige Ausrichtung C1 zu erhalten.
Das andere Verfahren (6) wurde von P. W. H. Surguy et al., Ferroelectrics, 122, 63 (1991) vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist ein vielversprechendes Verfahren zum Erzielen hohen Kontrasts. Es wurde bereits eine Probe einer Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellt (P. W. Ross, Proc. SID, 217 (1992)).
Nachfolgend wird das Verfahren (6) im einzelnen beschrieben.
Ein herkömmliches ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial, dessen dielektrische Anisotropie negativ ist, zeigt eine τ-V-Charakteristik, wie sie in Fig. 1A dargestellt ist. Genauer gesagt, nimmt τ (Speicherimpulsbreite oder Impulsbreite, wie für einen Speichereffekt erforderlich) monoton mit zunehmender Spannung ab. Demgegenüber zeigt ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial mit negativer dielektrischer Anisotropie eine τ-V(τ-Vmin)-Charakteristik mit einem örtlichen Minimalwert Vmin, wie in Fig. 1B dargestellt. Surguy et al. haben ein Ansteuerverfahren, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, als Ansteuerverfahren unter Verwendung dieser Charakteristik mitgeteilt (P. W. H. Surguy et al., Ferroelectrics, 122, 63 (1991)). Das Prinzip dieses Ansteuerverfahrens ist in Fig. 3 kurz dargestellt. Gemäß diesem Prinzip werden, wenn eine Spannung Vs-Vd angelegt wird, Speicherzustände in der Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall umgeschaltet, und wenn eine Spannung Vs-Vd , die höher als Vs-Vd ist, und eine Spannung Vd , die niedriger als Vs-Vd ist, angelegt wird, werden die Speicherzustände nicht umgeschaltet.
Ein Problem bei diesem Verfahren (6) liegt in der hohen Ansteuerspannung. Gemäß der Mitteilung von Ross et al. (P. W. Ross, Proc. SID, 217 (1992)) beträgt die Ansteuerspannung einer Probe einer Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall 55 V. Der Preis eines IC-Treibers zum Ansteuern einer Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall steigt mit einer Zunahme der Spannung an, so dass eine hohe Ansteuerspannung eine Erhöhung der Herstellkosten erfordert. Um eine Anzeigevorrichtung mit ferroelektrischem Flüssigkristall zu vernünftigem Preis herzustellen, ist es erforderlich, die Anzeige mit einem billigen IC-Universaltreiber anzusteuern. D. h., dass es erforderlich ist, dass die Ansteuerspannung nicht höher als 40 V liegt. Eine hohe Ansteuerspannung beruht auf einem hohen örtlichen Mmimalwert Vmin in der τ-Vmin-Charakteristik. Demgemäß muss zum Ansteuern einer Anzeige mit einer Ansteuerspannung von 40 V oder weniger ein Material für eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeige entwickelt werden, das einen örtlichen Mmimalwert von ungefähr 30 V zeigt.
Gemäß Surguy et al. (P. W. II. Surguy et al., Ferroelectrics, 122, 63 (1991)) ist der örtliche Minimalwert Vmin durch die folgende Gleichung gegeben:
Vmin = Emin d = [Ps/([3 ] &epsi;&sub0; Δ&epsi; sin²Θ)] d,
wobei Emin der örtliche Minimalwert der Intensität des elektrischen Felds ist, d die Zellendicke ist, Ps die spontane Polarisation ist, Δ&epsi; die dieelektrische Anisotropie ist und Θ der Kippwinkel ist. Wie es aus dieser Gleichung ersichtlich ist, sind zum Erzielen eines niedrigeren örtlichen Minimalwerts Vmin eine große negative dielektrische Anisotropie und eine kleine spontane Polarisation erforderlich. Andererseits ist die Ansprechgeschwindigkeit eines ferroelektrischen Flüssigkristalls proportional zur spontanen Polarisation, so dass es schwierig ist, schnelles Ansprechverhalten zu erzielen, wenn die spontane Polarisation verringert wird.
Im allgemeinen wird eine ferroelektrische Flüssigkristall mischung dadurch hergestellt, dass eine chirale Verbindung zu einer achiralen Flüssigkristallmischung hinzugefügt wird, die die smektische Phase C zeigt. Daher ist es erforderlich, dass eine chirale Verbindung, die in kleiner Menge für hohes Ansprechverhalten sorgen kann, zu einer achiralen Flüssigkristallmischung mit niedriger Viskosität hinzugefügt wird. Chirale Verbindungen weisen im allgemeinen hohe Viskosität auf, so dass die zugegebene Menge vorzugsweise gering ist.
Um eine zufriedenstellende ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung zu erhalten, sollten auch die folgenden herkömmlichen Bedingungen erfüllt sein.
(1) Das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial zeigt in einem großen Temperaturbereich um die Raumtemperatur herum die chiral-smektische Phase C.
(2) Das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial zeigt die Phasenfolge IAC (isotrop-smektisch A-smektisch C) oder INAC (isotrop-nematisch-smektisch A-smektisch C), um zufriedenstellende Ausrichtungseigenschaften und Bistabilität zu erzielen.
(3) Die Schraubenganghöhe der chiral-nematischen Phase und der chiral-smektischen Phase C ist ausreichend länger als die Zellendicke.
(4) Das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial verfügt über zufriedenstellende chemische Stabilität und optische Stabilität.
Falls erforderlich, können der Kippwinkel, der Brechungsindex, der spezifizische Widerstand und dergleichen optimiert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die ferroelektrische Flüssigkristallmischung gemäß der Erfindung, die mindestens eine chirale Verbindung enthält, die negative dielektrische Anisotropie aufweist und eine chiralsmektische Phase C zeigt, enthält mindestens eine Verbindung, die aus der Gruppe mit Verbindungen ausgewählt ist, die durch die folgende allgemeine Formel I repräsentiert sind:
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z eine Einzelbindung, -COO- oder -OCO- ist, oder sie enthält eine Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel II repräsentiert ist:
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z eine Einzelbindung, -COO- oder -OCO- ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die durch die Formel I repräsentierte Verbindung und die durch die Formel II repräsentierte Verbindung chirale Verbindungen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die obengenannte ferroelektrische Flüssigkristallmischung eine durch die Formel I repräsentierte chirale Verbindung und eine durch die Formel II repräsentierte chirale Verbindung.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt die obengenannte ferroelektrische Flüssigkristallmischung eine chiral-smektische Phase C, eine smektische Phase A und eine chiral-nematische Phase.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die obengenannte ferroelektrische Flüssigkristallmischung eine Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel III repräsentiert ist:
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen sind; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -CCO- ist; X³ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; A eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring ist, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; Z eine Einzelbindung, -COO- oder -OCO- ist, Q¹ und Q² H, F, CN oder CF&sub3; sind, wobei von Q¹ und Q² mindestens eines nicht H ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind R¹ und R² unabhängig voneinander eine geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, A und B sind unabhängig eine Phenylgruppe, die durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann, und Z ist eine Einzelbindung in der Formel I oder II.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die chirale Verbindung aus der Gruppe ausgewählt, die aus Verbindungen besteht, die durch die folgenden Formeln und Enantioderselben repräsentiert sind:
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die chirale Verbindung aus der Gruppe ausgewählt, die aus Verbindungen besteht, die durch die folgenden Formeln und zugehörige Enantiomere repräsentiert sind:
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die obengenannte ferroelektrische Flüssigkristallmischung die durch die Formel I repräsentierte Verbindung mit einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die obengenannte ferroelektrische Flüssigkristallmischung die durch die Formel II repräsentierte Verbindung mit einer Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die durch die Formel I repräsentierte Verbindung und die durch die Formel II repräsentierte Verbindung achirale Verbindungen, die in der obengenannten ferroelektrischen Flüssigkristailmischung mit einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung enthalten sind.
Bei einer anderen Erscheinungsform der Erfindung umfasst eine Flüssigkristallvorrichtung ein Paar einander zugewandter Substrate, einen zwischen das Paar Substrate eingebetteten Flüssigkristall, eine Einrichtung zum Ausrichten des Flüssigkristalls und ein Einrichtung zum Anlegen einer Spannung an den Flüssigkristall, wobei der Flüssigkristall aus einer ferroelektrischen Flüssigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie besteht, die eine chiralsmektische Phase C zeigt, die eine Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus durch die Formel I repräsentierten Verbindungen und durch die Formel II repräsentierten Verbindungen besteht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die durch die Formel I repräsentierte Verbindung und die durch die Formel II repräsentierte Verbindung chirale Verbindungen.
Demgemäß ermöglicht es die hier beschriebene Erfindung, den Vorteil zu erzielen, eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung mit niedrigem örtlichem Minimalwert Vmin sowie eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung derselben zu schaffen.
Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A und 1B sind Kurvenbilder, die die τ-V-Charakteristik ferroelektrischer Flüssigkristallvorrichtungen zeigen.
Fig. 2 ist ein zeitbezogenes Diagramm, das ein Beispiel zu Ansteuerungssignalverläufen zeigt, wie sie zum Ansteuern der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung mit der τ-V- Charakteristik von Fig. 1B verwendet.
Fig. 3 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Prinzips eines Verfahrens zur Ansteuerung unter Verwendung der Ansteuersignalverläufe von Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung.
Fig. 5A und 5B sind Modelldiagramme, die Ausrichtungen C1 und C2 in der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung zeigen.
Fig. 6 zeigt Modelle zu vier Molekülausrichtungen eines ferroelektrischen Flüssigkristalls.
Fig. 7 ist ein zeitbezogenes Diagramm, das ein Beispiel für Ansteuersignalverläufe zeigt, wie sie zum Ansteuern der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung mit der τ-V-Charakteristik von Fig. 1B verwendet werden.
Fig. 8 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik einer erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung zeigt.
Fig. 9 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik für den Fall zeigt, dass an eine andere erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung eine Vorspannung angelegt ist.
Fig. 10 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik für den Fall zeigt, dass an noch eine andere erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung eine Vorspannung angelegt ist.
Fig. 11 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik für den Fall zeigt, dass an die zwei anderen erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen eine Vorspannung angelegt ist.
Fig. 12 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik für den Fall zeigt, dass an eine noch andere erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung eine Vorspannung angelegt ist.
Fig. 13 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik für den Fall zeigt, dass an eine noch andere erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung eine Vorspannung angelegt ist.
Fig. 14 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik für den Fall zeigt, dass an eine noch andere erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung eine Vorspannung angelegt ist.
Fig. 15 zeigt ein Beispiel für Ansteuersignalverläufe zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung einer τ-Vmin-Charakteristik.
Fig. 16 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Ansprechzeit und einer Impulsspannung für eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
Fig. 17 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Ansprechzeit und einer Impulsspannung für eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung gemäß einem anderen Vergleichsbeispiel zeigt.
Fig. 18 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Ansprechzeit und einer Impulsspannung für eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung gemäß noch einem anderen Vergleichsbeispiel zeigt.
Fig. 19 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung eines Vergleichsbeispiels zeigt.
Fig. 20 ist ein Kurvenbild, das die τ-V-Charakteristik einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung eines anderen Vergleichsbeispiels zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Synthesebeispiel

Ein Verfahren zum Synthetisieren einer Verbindung, wie sie in einer erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallmischung enthalten ist, wird in der folgenden Reihenfolge beschrieben:
1. Verfahren zum Synthetisieren optisch aktiver Substanzen (chirale Verbindungen), wie sie durch die folgenden allgemeinen Formeln IV bis VII repräsentiert sind, die Materialien für durch die Formeln I und II repräsentierte Verbindungen angeben.
2. Verfahren zum Synthetisieren einer durch die Formel I repräsentierten Verbindung.
3. Verfahren zum Synthetisieren einer durch die Formel II repräsentierten Verbindung.
Speziell wird ein Verfahren zum Synthetisieren. chiraler Verbindungen beschrieben, wie sie durch die Formeln I und II repräsentiert sind. Die durch die Formeln I und II repräsentierten chiralen Verbindungen werden dadurch synthetisiert, dass als Materialien optisch aktive Substanzen (chirale Verbindungen) verwendet werden, die durch die Formeln IV bis VII repräsentiert sind. Wenn achirale Verbindungen (racemische Körper), wie durch die Formeln I und II repräsentiert, synthetisiert werden, können durch die Formeln IV bis VII repräsentierte achirale Verbindungen als Materialien verwendet werden.
4. Verfahren zum Synthetisieren einer durch die Formel II repräsentierten bekannten Verbindung.
1. Synthese optisch aktiver Substanzen, wie sie durch die Formeln IV bis VII repräsentiert sind:
wobei R² eine geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen ist und * ein asymmetrischer Kohlenstoff ist.
Optisch aktive Substanzen, wie sie durch die Formeln IV bis VII repräsentiert sind, können wie folgt synthetisiert werden: Silylierung Trifluoracetylierung Behandlung m. Natriumborhydrid Acylierung durch saures Chlorid asymmetr. Hydrolyse Silylierung Oxidation Hydrolyse Reduktion basische Behandlung Alkylierung Desilylierung Acylierung Säurebehandlung
Die obige Reaktion kann durch ein herkömmliches Verfahren ausgeführt werden.
2. Synthese einer chiralen Verbindung (Verbindung mit einer nach außen zeigenden CF&sub3;-Gruppe), wie durch die Formel I repräsentiert:
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z eine Einzelbindung, -COO- oder -OCO- ist.
(1) Eine Verbindung, die durch die Formel I repräsentiert ist, wobei Z eine Einzelbindung, -CCO- oder -OCO- ist; Y -COO- ist und X² -O- ist, kann gemäß dem folgenden Verfahren synthetisiert werden, wobei die durch die Formel VII repräsentierte optisch aktive Substanz als Teil ihres Materials verwendet wird. Veresterung
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen sind; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; A und B unabhängig eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Hal ein Halogen ist.
Die Reaktion beim obigen Verfahren kann in einem Lösungsmittel wie Toluol, Benzol und Methylenchlorid bei Anwesenheit einer organischen Base wie Pyridin und Triethylamin bei -20ºC bis 80ºC ausgeführt werden.
(2) Eine durch die Formel I repräsentierte Verbindung, bei der Z eine Einzelbindung ist, Y -COO- ist und X² -OCO- ist, kann gemäß dem folgenden Verfahren synthetisiert werden, wobei die durch die Formel IV repräsentierte optisch aktive Substanz als Teil ihres Materials verwendet wird. Veresterung Desilylierung Acylierung
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; Xl eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; * ein asymmetrischer Kohlenstoff ist und Hal ein Halogen ist.
Die Veresterung (i) beim obigen Verfahren kann in einem Lösungsmittel mit Toluol, Benzol und mit Methylenchlorid bei Anwesenheit einer organischen Base wie Pyridin und Triethylamin in einem Temperaturbereich von -20ºC bis 80ºC ausgeführt werden.
Die Desilylierung (ii) beim obigen Verfahren kann in einem Lösungsmittel wie Tetrahydrofuran im Temperaturbereich von 0ºC bis 50ºC unter Verwendung von Tetra-n-Butylammoniumfluorid als Katalysator ausgeführt werden.
Die Acylierung (iii) beim obigen Verfahren kann in einem Lösungsmittel wie Toluol, Benzol und Methylenchlorid in Anwesenheit einer organischen Base wie Pyridin und Triethylamin im Temperaturbereich von -20ºC bis 80ºC ausgeführt werden.
(3) Eine durch die Formel I repräsentierte Verbindung, bei der Z eine Einzelbindung ist, Y -CH&sub2;O- ist und X² -O- ist, kann durch das folgende Verfahren synthetisiert werden, wobei die durch die Formel VII repräsentierte optisch aktive Substanz als Teil ihres Materials verwendet wird.
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und 8 unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z' Chlor, Brom, Jod oder eine Tosylgruppe ist.
Die obengenannte Reaktion wird dadurch ausgeführt, dass eine Base wie ein Alkalimetallhydrid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid mit durch die Formel VII repräsentierten Verbindungen reagieren können und eine durch die Formel VIII repräsentierte Verbindung zum Reaktionserzeugnis zugesetzt wird.
3. Synthese einer chiralen Verbindung (Verbindung mit einer nach innen zeigenden CF&sub3;-Gruppe), die durch die Formel II repräsentiert ist:
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; Xl eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z eine Einzelbindung, -COO- oder -OCO- ist.
(1) Eine durch die Formel II repräsentierte Verbindung, bei der Z eine Einzelbindung ist und Y -COO- ist, kann durch das folgende Verfahren synthetisiert werden, wobei die durch die Formeln V oder VI repräsentierte optische aktive Substanzen als Teil ihres Materials verwendet werden. Reaktion (i)
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -CCC- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Hal ein Halogen ist.
Die Reaktion (i) beim obigen Verfahren kann in einem Lösungsmittel wie Toluol, Benzol und Methylenchlorid in Anwesenheit einer organischen Base wie Pyridin und Triethylamin im Temperaturbereich von -20ºC bis 80ºC ausgeführt werden.
(2) Eine durch die Formel II repräsentierte Verbindung, bei der Z eine Einzelbindung ist und Y -CH&sub2;O- ist, kann durch das folgende Verfahren synthetisiert werden, wobei die durch die Formel V oder VI repräsentierte optisch aktive Substanz Teil ihres Materials ist. Reaktion (i)
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z' Chlor, Brom, Jod oder eine Tosylgruppe ist.
Die Reaktion (i) beim obigen Verfahren kann dadurch ausgeführt werden, dass die durch die Formel V oder VI repräsentierte Verbindung mit einer Base wie einem Alkalimetallhydrid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid reagieren kann und dann die durch die Formel VIII repräsentierte Verbindung zum sich ergebenden Reaktionsprodukt zugesetzt wird.
(3) Eine durch die Formel II repräsentierte Verbindung, bei der Z -COO- ist und Y -COO- ist, kann durch das folgende Verfahren synthetisiert werden, wobei die durch die Formel V oder VI repräsentierte optisch aktive Substanz als Teil ihres Materials verwendet wird. Reaktion Debenzylierung (ii)
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Hal ein Halogen ist und Bz eine Benzylgruppe ist.
Die Reaktion (i) beim obigen Verfahren kann in einem Lösungsmittel wie Toluol, Benzol und Methylenchlorid in Anwesenheit einer organischen Base wie Pyridin und Triethylamin im Temperaturbereich von -20ºC bis 80ºC ausgeführt werden.
Die Debenzylierung (ii) beim obigen Verfahren kann durch Hydrogenolyse bei Atmosphärendruck unter Verwendung von Essigsäure oder eines alkoholischen Lösungsmittels wie Methanol, Ethanol und Propanol bei Anwesenheit z. B. eines Palladium-Kohlenstoff(PD/C)-Katalysators erfolgen.
Die Reaktion (iii) beim obigen Verfahren kann in einem Lösungsmittel wie Toluol, Benzol und Methylenchlorid in Anwesenheit einer organischen Base wie Pyridin und Triethylamin im Temperaturbereich von -20ºC bis 80ºC ausgeführt werden.
(4) Eine durch die Formel II repräsentierte Verbindung, bei der Z -COO- ist und Y -CH&sub2;O- ist, kann durch das folgende Verfahren synthetisiert werden, wobei die durch die Formel V oder VI repräsentierte optisch aktive Substanz als Teil ihres Materials verwendet wird. Reaktion Entfernen von Thp (ii)
wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;C- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; Hal ein Halogen ist; und Z' Chlor, Brom, Jod oder eine Tosylgruppe ist, und Thp eine Tetrahydropyranylgruppe ist.
Die Reaktion (i) beim obigen Verfahren kann dadurch ausgeführt werden, dass die durch die Formel V oder VI repräsentierte Verbindung mit einer Base wie einem Alkalimetallhydrid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid reagieren kann und dann die durch die Formel IX repräsentierte Verbindung zum sich ergebenden Reaktionsprodukt zugesetzt wird.
Das Entfernen von (ii) einer Tetrahydropyranylgruppe beim obigen Verfahren kann unter Verwendung eines Lösungsmittels wie Ether, Tetrahydrofuran und Chloroform in Anwesenheit eines sauren Katalysators wie Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure und p-Toluolsulfonsäure ausgeführt werden.
Die Reaktion (iii) beim obigen Verfahren kann in einem Lösungsmittel wie Toluol, Benzol und Methylenchlorid in Anwesenheit einer organischen Base wie Pyridin und Triethylamin im Temperaturbereich von -20ºC bis 80ºC ausgeführt werden.
4. Eine durch die Formel III repräsentierte bekannte Verbindung kann durch ein herkömmliches Syntheseverfahren synthetisiert werden. Beispiele für herkömmliche Syntheseverfahren sind durch G. W. Gray, M. Hied und K. J. Toyne in Mol. Cryst. Liq. Cryst., 204, 43 (1991); in den japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichungen Nr. 2-289529, 2-279649, 2-4725, 2-4724; und in den japanischen nationalen Veröffentlichungen Nr. 2-504520, 2-502914, 2-503568, 2-503443, 2- 503441, 2-503436, 2-503431 und 2-503430 beschrieben.
Nachfolgend wird das Syntheseverfahren mittels veranschaulichender Synthesebeispiele beschrieben.

Synthesebeispiel 1

Als Beispiele von durch die Formeln IV bis VII repräsentierten Verbindungen wurden (2R, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5-Hydroxypyran und (2S, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5-Hydroxypyran wie folgt synthetisiert:
(a) Als erstes wurden 13,6 g (200 mM) Furan zu 150 ml Tetrahydrofuran in Stickstoffatmosphäre zugesetzt. Dann wurden 133 ml (200 mM) Hexanlösung, die 1,5 Mol/l n-Butyllithium enthielt, bei -20ºC in das Gemisch eingetropft, und es konnte für eine Stunde reagieren. Zum Reaktionsgemisch wurden 21,7 g (200 mM) Trimethylsilylchlorid zugetropft, und es wurde bei -20ºC für eine Stunde gerührt. Zum sich ergebenden Reaktionsgemisch wurden 133 ml (200 mM) Hexanlösung zugefügt, die 1,5 Mol/l n-Butyllithium enthielt, und es konnte bei -20ºC für eine Stunde reagieren. Dann wurden 28,4 g (200 mM) Trifluorethylacetat in das so erhaltene Reaktionsgemisch getropft, und es konnte bei -78ºC eine Reaktion für eine Stunde und bei Raumtemperatur für eine weitere einzelne Stunde erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde 3 N Fluorwassertoffsäure zugesetzt, um die Reaktion zu beenden, und die Reaktionslösung wurde mit Ethylacetat ausgezogen. Dann wurde der Auszug aufeinanderfolgend mit gesättigtem Natriumhydrogencarbonat und Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Ethylacetat wurde unter Unterdruck aus dem Auszug entfernt, um ein Rohprodukt eines Furandenvats zu erhalten.
(b) Als erstes wurden 2,3 g (60 mM) Natriumborhydrid zu 100 ml trockenen Ethanols zugesetzt. Das bei der obigen Reaktion erhaltene Rohprodukt des Furanderivats wurde über 30 Minuten bei 0ºC in das Gemisch eingetropft, das sich ergebende Gemisch konnte bei Raumtemperatur für 2 Stunden reagieren, und Ethanol wurde bei Unterdruck abdestilliert. Zur Reaktionslösung wurde 3 N Chlorwasserstoffsäure zugesetzt, um die Reaktion zu beenden, und es erfolgte ein Auszugsvorgang mittels Ethylacetat. Dann wurde der Auszug aufeinanderfolgend mit gesättigtem Natriumhydrogencarbonat und Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Aus dem Auszug wurde Ethylacetat bei Unterdruck entfernt, und dann wurde der Auszug bei Unterdruck destilliert, um 40,5 g (170 mM) einer Alkoholverbindung zu erhalten.
(c) Als erstes wurden 23,8 g (100 mM) der bei der obigen Reaktion (b) erhaltenen Alkoholverbindung sowie 8,9 ml (110 mM) Pyridin zu 200 ml Methylenchlorid zugesetzt. Dann wurden 8,6 g (110 mM) Acetylchlorid bei 0ºC in das Gemisch eingetropft, und es konnte bei Raumtemperatur eine Reaktion für 12 Stunden Erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde 3 N Chlorwasserstoffsäure zugesetzt, um die Reaktion zu beenden, und es erfolgte ein Auszugsvorgang mit Methylenchlorid. Der Auszug wurde aufeinanderfolgend mit gesättigtem Natriumhydrogencarbonat und destilliertem Wasser gewaschen und mit Magnesiumsulfatarlhydrid getrocknet. Aus dem Auszug wurde Methylenchlorid bei Unterdruck entfernt, und dann wurde der Auszug bei Unterdruck destilliert, um 27,5 g (98 mM) einer Esterverbindung zu erhalten.
(d) Als erstes wurden 28,0 g (100 mM) der bei der obigen Reaktion (c) erhaltenen Esterverbindung zu 100 ml destillierten Wassers zugesetzt, und in einem Minibecherglas-Bioreaktor bei 40ºC gerührt. Dann wurden 20 g Lipase PS (hergestellt von Amano Pharmaceutical Co., Ltd.) zum Gemisch zugesetzt, und es kornte eine Reaktion für 20 Stunden erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde 3 N Chlorwasserstoffsäure zugesetzt, und es wurde auf 0ºC gekühlt, um die Reaktion zu beenden. Das Gemisch wurde mit Sellit filtriert. Das Filtrat wurde mit Ethylacetat ausgezogen und mit Salzlösung gewaschen Das sich ergebende Filtrat wurde mit Magnesiumsulfat anhydrid getrocknet, und Ethylacetat wurde bei Unterdruck entfernt. Dann wurde das sich ergebende Filtrat abgetrennt, um durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt zu werden, um 11,7 g (49 mM) einer optisch aktiven Alkoholverbindung und 13,2 g (47 mM) einer optisch aktiven Esterverbindung zu erhalten. Die optische Reinheit der so erhaltenen Alkoholverbindung betrug 97,5 %, Irrtümer vorbehalten.
(e) Als erstes wurden 11,7 g (49 mM) der bei der obigen Reaktion (d) erhaltenen optisch aktiven Alkoholverbindung in 100 ml Methylchlorid aufgelöst. Dann wurden 4,0 g (59 mM) Imidazol und 8,9 g (59 mM) t-Butyldimethylsilylchlorid zu dieser Lösung bei 0ºC zugesetzt und für 15 Minuten gerührt, gefolgt von einer Reaktion bei Raumtemperatur für 16 Stunden. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden, und es erfolgte ein Auszugsvorgang mit Methylenchlorid. Dann wurde der Auszug mit destilliertem Wasser gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet, und Methylenchlorid wurde bei Unterdruck entfernt. Dann wurde der sich ergebende Auszug abgetrennt, um durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt zu werden, um 16,6 g (47 mM) einer Silyletherverbindung zu erhalten.
(f) Als erstes wurden 14,1 g (40 mM) Silyletherverbindung und 23,2 g (60 mM) Monoperoxymagnesiumphthalat zu 120 ml Essigsäure in Stickstoffatmosphäre zugesetzt, und es konnte bei 80ºC eine Reaktion für 12 Stunden erfolgen. Dann wurde die Essigsäure bei Unterdruck entfernt. Zum sich ergebenden Reaktionsgemisch wurde gesättigtes Natriumhydrogencarbonat zugesetzt, und es erfolgte ein Auszugsvorgang mit Methylacetat. Dann wurde der Auszug mit Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Ethylacetat wurde bei Unterdruck entfernt. Der sich ergebende Auszug wurde abgetrennt, um durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt zu werden, um 4,7 g (16 mM) der Verbindung (4S, 1' S)-Butenolid und 3,0 g (10 mM) der Verbindung (4R, 1' S)-Butenolid zu erhalten. In diesem Fall wurden auch 4,2 g (12 mM) an nicht reagiertem Material gesammelt.
(g) Als erstes wurden 13,7 g (46 mM) der bei der obigen Reaktion (f) erhaltenen Verbindungen (4S, 1' S)- und (4R, 1' S)-Butenolid in 40 ml Ethanol aufgelöst, ohne getrennt zu werden. Dann wurden 1,4 g 10 % Pd/C (mit 10 Gew.-% Pd) zur Lösung zugesetzt, und es konnte bei Raumtemperatur eine Reaktion an Atmosphäre für 15 Stunden erfolgen. Die Reaktionslösung wurde filtriert und das Lösungsmittel wurde bei Unterdruck entfernt. Dann wurde das Filtrat abgetrennt, um durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt zu werden, um 3,2 g (29 mM) der Verbindung (4S, 1' S)-Butanolid und 3,6 g (12 mM) der Verbindung (4R, 1' S)-Butanolid zu erhalten.
(h) Als erstes wurden 7,5 g (25 mM) der bei der obigen Reaktion (g) erhaltenen Verbindung (4S, 1' S)-Butanolid in Stickstoffatmosphäre zu 40 ml Diethylether zugesetzt. Dann wurden 32 ml (30 mM) n-Hexanlösung, die 0,93 Mol/l Diisobutylaluminiumhydrid enthielt, in das Gemisch getropft, und es konnte bei -78ºC für 3 Stunden eine Reaktion erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden. Dann wurde die Lösung mit 1 N Chlorwasserstoffsäure neutralisiert und mit Diethylether ausgezogen. Der Auszug wurde mit Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Aus dem Auszug wurde Diethylether bei Unterdruck entfernt, und der Auszug wurde durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt, um 7,3 g (24 mM) einer Lactolverbindung zu erhalten.
(i) Als erstes wurden 7,3 g (24 mM) der bei der obigen Reaktion (h) erhaltenen Lactolverbindung zu 50 ml Tetrahydrofuran in Stickstoffatmosphäre zugesetzt. Dann wurden 10 ml Tetrahydrofuranlösung, die 3,0 g (27 mM) Kalium-t-Butoxid enthielt, bei ungefähr -78ºC in das Gemisch getropft, und es konnte für 3 Stunden eine Reaktion erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden. Dann wurde die Lösung mit 1 N Chlorwasserstoffsäure neutralisiert und mit Diethylether ausgezogen. Der Auszug wurde mit Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Aus dem Auszug wurde Diethylether bei Unterdruck entfernt, und es erfolgte eine Abtrennung zur Reinigung durch Silicagel-Säulenchromatographie, um 6,4 g (21 mM) einer Pyranoseverbindung zu erhalten.
(j) Als erstes wurden 6,4 g (21 mM) der bei der obigen Reaktion (i) erhaltenen Pyranoseverbindung in 40 ml Hexanol gelöst. Dann wurden 0,1 g p-Toluolsulfonsäure zum Gemisch zugesetzt, und es konnte bei Raumtemperatur für ungefähr 18 Stunden eine Reaktion erfolgen. Die Reaktionslösung wurde durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt, um 8,0 g (21 mM) einer Acetalverbindung zu erhalten. Obwohl die so erhaltene Acetalverbindung ein Diastereoisomer-Gemisch war, wurde diese Acetalverbindung ohne Abtrennung für die folgende Reaktion verwendet.
(k) Als erstes wurden 8,0 g (21 mM) der bei der obigen Reaktion (j) erhaltenen Acetalverbindung in 20 ml Tetrahydrofuran gelöst. Dann wurden 10 ml einer Tetrahydrofuranlösung, die 1,0 Mol/l Tetra-n-Butylammoniumfluorid enthielt zum Gemisch zugesetzt, und es konnte bei ungefähr 0ºC für ungefähr eine Stunden und bei Raumtemperatur für ungefähr weitere 40 Stunden eine Reaktion erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden, und es erfolgte ein Auszugsvorgang mit Diethylether.
Als nächstes wurde der Auszug mit Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Der Diethylether wurde bei Unterdruck aus dem Auszug entfernt, und es erfolgte eine Abtrennung zur Reinigung durch Silicagel-Säulenchromatographie, wodurch 3,0 g (11 mM) der gewünschten Verbindung (2R, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5- Hydroxypyran und 2,3 g (8 mM) der gewünschten Verbindung (2S, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5-Hydroxypyran erhalten wurden.
Die Absolutkonfigurationen der Positionen 5 und 6 der so erhaltenen Verbindung wurden unter Verwendung eines Verfahrens identifiziert, wie es von T. Yamazaki et al., in J. Chem. Soc., Chem. Commun., 55, (1992) beschrieben ist. Die Absolutkonfiguration der Position 2 wurde aus der Kopplungskonstanten von Protonen an den Positionen 2 und 3 eines Pyranoserings postuliert. Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Verbindung sind unten angegeben.

1. (2R, 5S, 6S)-Verbindung

Molekülformel: C&sub1;&sub2;H&sub2;&sub1;F&sub3;O&sub3;
¹H-NMR (Protonen-Kernspinresonanzverfahren); δ(ppm)
0.88 (t, J = 6.5 Hz, 3H)
1.20 - 1.39 (m, 6H)
1.50 - 1.71 (m, 4H)
1.83 - 2.04 (m, 2H)
2.13 - 2.22 (m, 1H)
3.46 (dt, J = 9.4, 6.9 Hz, 1H)
3.66 (dq, J = 8.9, 6.3 Hz, 1H)
3.81 - 3.93 (m, 2H)
4.52 (dd, J = 2.0, 8.7 Hz, 1H)
¹&sup9;F-NMR (Fluorisotop-Kernspinresonanzverfahren, Standard: CFCl&sub3;); δ(ppm)
-75.13 (d, J = 6.3 Hz)
IR (Infrarotabsorption: cm&supmin;¹) 3450, 1275, 1170, 1145, 1090, 940
Massenspektroskopie m/e (M&spplus; + H)
berechneter Wert 271.1521
gemessener Wert 271.1512
[α]D²&sup5; = -36.0º (C (Konzentration) = 1,05, Lösungsmittel: Methanol)

2. (2S, 5S, 6S)-Verbindung

Molekülformel: C&sub1;&sub2;H&sub2;&sub1;F&sub3;O&sub3;
¹H-NMR; δ(ppm)
0.90 (t, J = 7.3 Hz, 3H)
1.23 - 1.45 (m, 6H)
1.52 - 1.67 (m, 2H)
1.76 - 2.00 (m, 5H)
3.42 (dt, J = 9.7, 6.4 Hz, 1H)
3.66 (dt, J = 9.7, 6.8 Hz, 1H)
3.79 - 3.98 (m, 2H)
4.86 (m, 1H)
¹&sup9;F-NMR (Standard: CFCl&sub3;); δ(ppm)
-75.17 (d, J = 6.2 Hz)
IR(cm&supmin;¹) 3400, 1270, 1175, 1130, 1045, 945
Massenspektroskopie m/e (M&spplus; + H)
berechneter Wert 271.1521
gemessener Wert 271.1493
[α]D²&sup5; = -86,5º (C (Konzentration) = 1,08, Lösungsmittel: Methanol)

Synthesebeispiel 2

Als Beispiel einer durch die Formel I repräsentierten chiralen Verbindung wurde (2S, 5R, 6R)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-5-Hexanoyloxy-2-(4"-Hexyloxybiphenyl-4'-Carbonyloxy)Pyran wie folgt synthetisiert:
(a) Als erstes wurden 2 ml Pyridinanhydrid zu 5 ml Toluollösung, die 1,14 g (3,6 mM) 4'-Hexyloxy-4-Biphenylcarboxylsäurechlond und 0,90 g (3,0 mM) (5R, 6R)-Tetrahydro-5-t- Butyldimethylsiloxy-6-Trifluormethyl-2-Hydroxypyran enthielt, wie durch Hydrolysieren der beim Synthesebeispiel 1 erhaltenen optisch aktiven Esterverbindung erhalten, unter alkalischen Bedingungen zugesetzt, und es konnte bei Raumtemperatur eine Reaktion für 20 Stunden erfolgen. Der Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden, und die Lösung wurde mit Ether ausgezogen. Dann wurde der Auszug mit Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Der Ether wurde bei Unterdruck aus dem Auszug entfernt, und der sich ergebende Auszug wurde durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt, um 1,12 g (1,9 mM) einer Esterverbindung zu erhalten.
(b) Als erstes wurden 1,12 g der bei der obigen Reaktion (a) erhaltenen Esterverbindung in 10 ml Tetrahydrofuran aufgelöst. Dann wurden 1,0 ml einer Tetrahydrofuranlösung, die 1,0 Mol/l Tetra-n-Butylammoniumfluorid enthielt, zum Gemisch zugesetzt, und es konnte eine Reaktion bei 0ºC für eine Stunde sowie bei Raumtemperatur für weitere 6 Stunden erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden. Das Reaktionsprodukt wurde mit Ether ausgezogen. Dann wurde der Auszug mit Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Der Ester wurde bei Unterdruck aus dem Auszug entfernt. Der Auszug wurde abgetrennt, um durch Silicagel-Chromatographie reinigt zu werden, um 0,08 g (0,2 mM) einer Alkoholverbindung mit asymmetrischem Kohlenstoff gemäß (2R, 5R, 6R), um 0,74 g (1,6 mM) einer Alkoholverbindung mit asymmetrischem Kohlenstoff gemäß (2S, 5R, 6R) zu erhalten.
(c) Als erstes wurden 0,08 g der bei der obigen Reaktion (b) erhaltenen Alkoholverbindung mit asymmetrischem Kohlenstoff gemäß (2R, 5R, 6R) in 3 ml Toluol aufgelöst. Dann wurden 0,5 ml Pyridin und 0,03 ml (0,2 mM) Hexanoylchlorid aufeinanderfolgend zu diesem Gemisch zugesetzt, und es konnte bei Raumtemperatur eine Reaktion für ungefähr 20 Stunden erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden. Das Reaktionserzeugnis wurde mit Ether ausgezogen. Dann wurde der Auszug mit Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Der Ether wurde bei Unterdruck aus dem Auszug entfernt. Der sich ergebende Auszug wurde abgetrennt, um durch Silicagel- Chromatographie gereinigt zu werden, um 0,09 g (0,2 mM) der gewünschten Verbindung, d. h. (2S, 5R, 6R)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-5-Hexanoyloxy-2-(4"-Hexyloxybiphenyl-4'- Carbonyloxy)-Pyran zu erhalten.
Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Verbindung werden nachfolgend angegeben.
Molekülformel: C&sub3;&sub1;H&sub3;&sub9;F&sub3;O&sub6;
¹H-NMR; δ(ppm)
0.82 - 1.01 (m, 6H)
1.20 - 2.31 (m, 18H)
2.33 (t, J = 7.5 Hz, 2H)
4.02 (t, J = 6.6 Hz, 2H)
4.29 (dq, J = 9.8, 5.9 Hz, 1H)
5.10 - 5.22 (m, 1H)
6.48 (m, 1H)
7.00 (d, J = 8.8 Hz, 2H)
7.59 (d, J = 8.8 Hz, 2H)
7.67 (d, J = 8.4 Hz, 2H)
8.11 (d, J = 8.5 Hz, 2H)
¹&sup9;F-NMR (Standard: CFCl&sub3;); δ(ppm)
-76.05 (d, J = 5.9 Hz)
IR (cm&supmin;¹) 1740, 1730, 1605, 1500, 1265, 1170, 1070
Massenspektroskopie m/e (M&spplus;)
berechneter Wert 564.2699
gemessener Wert 564.2704
[α]D²&sup7; = -51.6º (C (Konzentration) = 0,92; Lösungsmittel: Chloroform)

Synthesebeispiel 3

Als Beispiel einer durch die Formel I repräsentierten chiralen Verbindung wurde (2S, 5R, 6R)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-5-Hexanoyloxy-2-(4"-Heptylbiphenyl-4"-Carbonyloxy)Pyran synthetisiert.
Beim vorliegenden Synthesebeispiel wurden 0,15 g (0,3 mM) der gewünschten Verbindung, d. h. von (2S, 5R, 6R)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-5-Hexanoyloxy-2-(4"-Heptylbiphenyl-4- Carbonyloxy)Pyran durch denselben Prozess wie beim Synthesebeispiel 2 erhalten, mit der Ausnahme, dass 0,74 g (2,4 mM) an 4'-Heptyl-4-Biphenylcarboxylsäurechlorid verwendet wurden.
Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Verbindung werden angegeben.
Molekülformel: C&sub3;&sub2;H&sub4;&sub1;F&sub3;O&sub5;
¹H-NMR; δ(ppm)
0.82 - 0.97 (m, 6H)
1.18 - 1.45 (m, 11H)
1.53 - 1.76 (m, 5H)
1.94 - 2.29 (m, 4H)
2.33 (t, J = 7.6 Hz, 2H)
2.67 (t, J = 7.7 Hz, 2H)
4.29 (dq, J = 9.8, 5.9 Hz, 1H)
5.10 - 5.23 (m, 1H)
6.49 (m, 1H)
7.30 (d, J = 8.1 Hz, 2H)
7.56 (d, J = 8.2 Hz, 2H)
7.70 (d, J = 8.5 Hz, 2H)
8.13 (d, J = 8.5 Hz, 2H)
¹&sup9;F-NMR (Standard: CFCl&sub3;); δ(ppm)
-76.07 (d, J = 5.9 Hz)
IR (cm&supmin;¹) 1735, 1610, 1490, 1265, 1170, 1070
Massenspektroskopie m/e (M&spplus;)
berechneter Wert 562.2906
gemessener Wert 562.2934
[α]D²&sup5; = -50.3º (C (Konzentration) = 0,68; Lösungsmittel: Chloroform)

Synthesebeispiel 4

Als Beispiel einer durch die Formel (I) repräsentierten chiralen Verbindung wurde (2S, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-5-Hexyloxy-2-(4"-Hexyloxybiphenyl-4'-Carbonyloxy)Pyranwie folgt synthetisiert.
(a) Als erstes wurden 6,4 g (21mM) (5S, 6S)-Tetrahydro-5-t- Butyldimethylsiloxy-6-Trifluormethyl-2-Hydroxypyran in 40 ml Hexanol aufgelöst. Dann wurden 0,1 g p-Toluolsulfonsäure zum Gemisch zugesetzt, und es konnte bei Raumtemperatur eine Reaktion für 18 Stunden erfolgen. Die Reaktionslösung wurde durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt, um 8,0 g (21 mM) einer Acetalverbindung zu erhalten.
(b) Als erstes wurden 8,0 g der bei der Reaktion (a) des Synthesebeispiels 4 erhaltenen Acetalverbindung in 20 ml Tetrahydrofuran gelöst. Dann wurden 10 ml Tetrahydrofuranlösung, die 1,0 Mol/l Tetra-n-Butylammoniumfluorid enthielt, zum Gemisch zugesetzt, und es konnte eine Reaktion bei 0ºC für eine Stunde sowie bei Raumtemperatur für weitere 40 Stunden erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden. Das Reaktionserzeugnis wurde mit Ether ausgezogen. Dann wurde der Auszug mit gesättigter wässriger salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Der Ether wurde bei Unterdruck aus dem Auszug entfernt. Der sich ergebende Auszug wurde abgetrennt, um durch Silicagel-Säulenchromatographie reinigt zu werden, um 3,0 g (11 mM) einer Alkoholverbindung mit asymmetrischem Kohlenstoff gemäß (2R, 5S, 6S), um 2,3 g (8,0 mM) einer Alkoholverbindung mit asymmetrischem Kohlen stoff gemäß (2S, 5S, 6S) zu erhalten.
(c) Als erstes wurden 5 ml Tetrahydrofuranlösung, die 0,56 g (2,1 mM) der bei der Reaktion (b) des Synthesebeispiels 4 erhaltenen Alkoholverbindung mit asymmetrischem Kohlenstoff gemäß (2R, 5S, 6S) enthielt, in 3 ml Tetrahydrofuran, das 0,10 g (2,5 mM) 60 % Natriumhydrid enthielt, in Stickstoffatmosphäre.bei 0ºC eingetropft und es erfolgte ein Rühren für 30 Minuten.
Als nächstes wurden 0,35 ml (2,5 mM) 1-Bromhexan und 2 ml Dimethylsulfoxid zur Lösung zugesetzt, und es konnte bei Raumtemperatur eine Reaktion für 18 Stunden erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden. Das Reaktionserzeugnis wurde mit Ether ausgezogen. Dann wurde der Auszug mit gesättigter wässriger Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Der Ether wurde bei Unterdruck aus dem Auszug entfernt. Der sich ergebende Auszug wurde durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt, um 0,72 g (2,0 mM) einer Etherverbindung zu erhalten.
(d) Als erstes wurden 0,52 g (1,5 mM) der bei der Reaktion (c) des Synthesebeispiels 4 erhaltenen Etherverbindung in 10 ml Tetrahydrofuran gelöst. Dann wurden 10 ml destilliertes Waser und 2 ml konzentrierte Schwefelsäure zum Gemisch zugesetzt, und es erfolgte für 50 Stunden ein Rücklaufvorgang. Zur Lösung wurde 1 N wässrige Kahumhydroxidlösung zugesetzt, um die Reaktion zu beenden. Das Reaktionserzeugnis wurde mit Ether ausgezogen. Dann wurde der Auszug mit gesättigter wässriger Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Der Ether wurde bei Unterdruck aus dem Auszug entfernt. Der sich ergebende Auszug wurde abgetrennt, um durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt zu werden, um 0,37 g (1,4 mM) eines Halbacetals zu erhalten.
(e) Die gewünschte Verbindung, d. h. (2S, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-5-Hexyloxy-2-(4"-Hexyloxybiphenyl-4'- Carbonyloxy)Pyran wurde mit demselben Prozess wie dem der Reaktion (a) des Synthesebeispiels 2, mit der Ausnahme, dass 0,29 g (1,1 mM) der bei der Reaktion (d) des Synthesebeispiels 4 erhaltenen Halbacetalverbindung sowie 0,49 g (1,6 mM) von 4'-Hexyloxy-4-Biphenylcarboxylsäurechlorid verwendet wurden, mit einer Menge von 0,34 g (0,6 mM) erhalten.
Es werden nun die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Verbindung angegeben.
Molekülformel: C&sub3;&sub1;H&sub4;&sub1;F&sub3;O&sub5;
¹H-NMR; δ(ppm)
0.81 - 0.99 (m, 6H)
1.19 - 1.68 (m, 15H)
1.70 - 1.93 (m, 4H)
2.12 - 2.25 (m, IH)
2.29 - 2.42 (m, 1H)
3.40 - 3.65 (m, 3H)
4.01 (t, J = 6.6 Hz, 2H)
6.14 (dd, J = 2.7, 6.6 Hz, 1H)
6.98 (d, J = 8.8 Hz, 2H)
7.56 (d, J = 8.8 Hz, 2H)
7.62 (d, J = 8.5 Hz, 2H)
8.10 (d, J = 8.4 Hz, 2H)
¹&sup9;F-NMR (Standard: CFCl&sub3;); δ(ppm)
-74.98 (d, J = 7.4 Hz)
IR (cm&supmin;¹) 1730, 1605, 1495, 1265, 1180, 1080
Massenspektroskopie m/e (M&spplus;)
berechneter Wert 550.2906
gemessener Wert 550.2914
[α]D²&sup6; = +10.7º (C (Konzentration) 1,03; Lösungsmittel: Chloroform)

Synthesebeispiel 5

Als durch die Formel II repräsentierte chirale Verbindung wurde (2R, 5R, 6R)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5- (4"-Hexyloxybiphenyl-4'-Carbonyloxy)Pyran wie folgt synthetisiert:
Als erstes wurde 1 ml Pyridinanhydrid zu 5 ml Toluollösung zugesetzt, die 0,32 g (1,0 mM) 4'-Hexyloxy-4-Biphenylcarboxylsäurechlorid und 0,23 g (0,8 mM) an (2R, 5R, 6R)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5-Hydroxypyran enthielt, das durch denselben Prozess wie beim Synthesebeispiel 1 erhalten wurde, und es konnte bei Raumtemperatur für ungefähr 24 Stunden eine Reaktion erfolgen. Zur Reaktionslösung wurde destilliertes Wasser zugesetzt, um die Reaktion zu beenden. Die Reaktionslösung wurde mit Ether ausgezogen. Dann wurde der Auszug mit gesättigter wässriger Salzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfatanhydrid getrocknet. Der Ether wurde bei Unterdruck aus dem Auszug entfernt. Der sich ergebende Auszug wurde durch Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt, um 0,25 g (0,5 mM) der gewünschten Verbindung, d. h. von (2R, 5R, 6R)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5- (4"-Hexyloxybiphenyl-4'-Carbonyloxy)Pyran, zu erhalten.
Es werden nun die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Verbindung angegeben.
Molekülformel: C&sub3;&sub1;H&sub4;&sub1;F&sub3;O&sub5;
¹H-NMR; δ(ppm)
0.87 - 1.02 (m, 6H)
1.26 - 2.24 (m, 20H)
3.48 (dt, J = 9.7, 6.5 Hz, 1H)
3.75 (dt, J = 9.7, 6.8 Hz, 1H)
4.00 (t, J = 6.5 Hz, 2H)
4.30 (q, J = 9.8, 6.3 Hz, 1H)
4.94 (m, 1H)
5.25 (ddd, J = 5.3, 9.7, 9.8 Hz, 1H)
6.98 (d, J = 8.7 Hz, 2H)
7.55 (d, J = 8.7 Hz, 2H)
7.62 (d, J = 8.4 Hz, 2H)
8.06 (d, J = 8.3 Hz, 2H)

¹&sup9;F-NMR (Standard: CFCl&sub3;); δ(ppm)

-75.98 (d, J = 6.3 Hz)
IR(cm&supmin;¹) 1725, 1605, 1495, 1260, 1170, 1630
Massenspektroskopie m/e (M&spplus;)
berechneter Wert 550.2906
gemessener Wert 550.2908
[α]D²&sup7; = -66.9º

Synthesebeispiel 6

Als Beispiel einer durch die Formel II repräsentierten chiralen Verbindung wurde (2R, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5-(4"-Hexyloxybiphenyl-4'-Carbonyloxy)Pyran synthetisiert.
Beim vorliegenden Synthesebeispiel wurden 0,44 g (0,8 mM) der gewünschten Verbindung, d. h. von (2R, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5-(4"-Hexyloxybiphenyl-4'- Carbonyloxy)Pyran durch denselben Prozess wie beim Synthesebeispiel 5 erhalten, mit der Ausnahme, dass 0,49 g 4'-Hexyloxy-4-Biphenylcarboxylsäurechlorid und 0,35 g (1,3 mM) (2R, 5S, 6S)-tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5-Hydroxypyran, wie beim Synthesebeispiel 1 erhalten, verwendet wurden.
Nun werden die physikalischen Eigenschaften der so erhalte nen Verbindung angegeben.
Molekülformel: C&sub3;&sub1;H&sub4;&sub1;F&sub3;O&sub5;
¹H-NMR; δ(ppm)
0.86 - 0.99 (m, 6H)
1.23 - 2.07 (m, 19H)
2.39 - 2.48 (m, 1H)
3.49 (dt, J = 9.4, 6.8 Hz, 1H)
3.92 (dt, J = 9.5, 6.7 Hz, 1H)
4.00 (t, J = 6.6 Hz, 2H)
4.07 (dq, J = 8.8, 6.3 Hz, 1H)
4.65 (dd, J = 2.1, 8.2 Hz, 1H)
5.22 (ddd, J = 5.0, 9.0, 9.5 Hz, 1H)
6.98 (d, J = 6.8 Hz, 2H)
7.55 (d, J = 8.7 Hz, 2H)
7.62 (d, J = 8.5 Hz, 2H)
6.04 (d, J = 8.4 Hz, 2H)
¹&sup9;F-NMR (Standard: CFCl&sub3;); δ(ppm)
-75.79 (d, J = 6.3 Hz)
IR(cm&supmin;¹) 1720, 1610, 1500, 1260, 1190, 1060
Massenspektroskopie m/e (M&spplus;)
berechneter Wert 550.2906
gemessener Wert 550.2899
[α]D²&sup5; = -13.0º (C (Konzentration) = 1,10; Lösungsmittel: Chloroform)

Synthesebeispiel 7

Als Beispiel einer durch die Formel II repräsentierten chiralen Verbindung wurde (2R, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-5-(4'--Heptylbiphenyl-4'-Carbonyloxy)Pyran wie folgt synthetisiert:
Beim vorliegenden Synthesebeispiel wurden 0,36 g (0,7 mM) der gewünschten Verbindung, d. h. von (2R, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2-Hexyloxy-6-(4"-Heptylbiphenyl-4'- Carbonyloxy)Pyran durch denselben Prozess wie beim synthesebeispiel 5 erhalten, mit der Ausnahme, dass 0,38 g (1,2 mM) an 4'-Heptyl-4-Biphenylcarboxylsäurechlorid und 0,27 g (1,0 mM) an (2R, 5S, 6S)-Tetrahydro-6-Trifluormethyl-2- Hexyloxy-5-Hydroxypyran, wie beim Synthesebeispiel 1 erhalten, verwendet wurden.
Nun werden die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Verbindung angegeben.
Molekülformel: C&sub3;&sub2;H&sub4;&sub3;F&sub3;O&sub4;
¹H-NMIR; δ(ppm)
0.83 - 0.98 (m, 6H)
1.22 - 2.08 (m, 21H)
2.39 - 2.50 (m, 1H)
2.66 (t, J = 7.7 Hz, 2H)
3.50 (dt, J = 9.4, 6.9 Hz, 1H)
3.92 (dt, J = 9.4, 6.7 Hz, 1H)
4.08 (dq, J = 8.8, 6.3 Hz, 1H)
4.65 (dd, J = 2.0, 8.1 Hz, 1H)
5.23 (ddd, J = 5.0, 9.0, 9.3 Kz, 1H)
7.28. (d, J = 8.1 Hz, 2H)
7.54 (d, J = 8.1 Hz, 2H)
7.65 (d, J = 8.4 Hz, 2H)
8.06 (d, J = 8.4 Hz, 2H)

¹&sup9;F-NMR (Standard: CFCl&sub3;); δ(ppm)

-75.76 (d, J = 6.3 Hz)
IR(cm&supmin;¹) 1710, 1610, 1495, 1260, 1180, 1050
Massenspektroskopie m/e (M&spplus;)
berechneter Wert 548.3114
gemessener Wert 548.3086
[α]D²&sup7; = -14.5º (C (Konzentration) = 1,02; Lösungsmittel: Chloroform)
Andere durch die Formeln I und II repräsentierte Verbindungen, wie sie für die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallmischung verwendet werden, können durch dieselben Prozesse wie diejenigen bei den obengenannten Synthesebeispielen synthetisiert werden.
Zu Beispielen einer Alkylgruppe mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, wie durch R¹ und R² in den Formeln I und II repräsentiert, gehören Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, Isobutyl, n-Pentyl, Isopentyl, n-Hexyl, Isohexyl, n-Heptyl, Isoheptyl, n-Octyl, Isooctyl, n-Nonyl, Isononyl, n-Decyl, Isodecyl, n-Undecyl, Isoundecyl, n-Dodecyl, Isododecyl, n-Tridecyl, Isotridecyl, n-Tetradecyl, Isotetradecyl, n-Pentadecyl und Isopentadecyl. Asymmetrischer Kohlenstoff kann in einer Kohlenstoffkette dieser Alkylgruppen enthalten sein. Außerdem kann ein Wasserstoff oder mehrere in diesen Alkylgruppen durch Fluor, Chlor, Brom, eine Cyanogruppe, einer Nitrogruppe, eine Trifluormethylgruppe, eine Methoxygruppe oder dergleichen ersetzt sein. Zu Beispielen der Gruppe, die dadurch erhalten wird, dass ein Wasserstoff oder mehrere in diesen Alkylgruppen ersetzt werden, gehören 1-Trifluormethylheptyl, 1-Fluoroctyl und 1-Chlor-2-Methylbutyl.
Zu Beispielen der Gruppe mit einem sechsteiligen Ring, wie durch A und B repräsentiert, gehören heterocyclische Gruppen mit einem sechsteiligen Ring mit einem oder zwei Stickstoffatomen (z. B. Pyridin-2,5-Diyl, Pyrimidin-2,5-Diyl, Pyridazin-3,6-Diyl); aromatische Kohlenwasserstoffgruppen (z. B. Phenylen, Naphthalin-2,6-Diyl) sowie eine gesättigte Kohlenwasserstoffgruppe mit einem sechsteiligen Ring, der ein oder zwei Sauerstoffatome enthalten kann (z. B. Cyclohexadiyl, Tetrahydropyran-2,5-Diyl, Dioxan-2,5-Diyl). Diese Gruppen mit einem sechsteiligen Ring können durch eine oder zwei Gruppen ersetzt werden, die aus einer Halogengruppe (z. B. Chlor, Fluor), einer Cyanogruppe, einer niederwertigen Alkoxygruppe (z. B. Methoxy, Ethoxy) und einer Fluor enthal tenden Alkylgruppe (z. B. Monofluormethyl, Difluorinethyl, Trifluormethyl, Monofluorethyl) ausgewählt sind. Bevorzugte Beispiele für die Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind die folgenden:
Zu Beispielen für die durch die Formel 1 repräsentierte chirale Verbindung gehören die folgenden Verbindungen und Enantiomere derselben.
Zu Beispielen der durch die Formel II repräsentierten chiralen Verbindung gehören die folgenden Verbindungen und Enantiomere derselben.
Die erfindungsgemaße ferroelektrische Flussigkristallmi schung kann dadurch hergestellt werden, dass die durch die Formel I oder II repräsentierte chirale Verbindung zu einem Flüssigkristallgemisch mit negativer dielektrischer Anisotropie, die die smektische Phase C zeigt, zugesetzt wird. Die durch die Formel I oder II repräsentierte chirale Verbindung kann allein oder in Kombination von zwei oder mehr Arten derselben verwendet werden. Die durch die Formel I oder II repräsentierte chirale Verbindung kann zusammen mit anderen bekannten chiralen Verbindungen verwendet werden.
Die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallmischung kann auch dadurch hergestellt werden, dass die durch die Formel I oder II repräsentierte achirale Verbindung (racemischer Körper) einer ferroelektrischen Flüssigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie, die eine chiral-smektische Phase C zeigt, zugesetzt wird. Im Fall der Verwendung der durch die Formel I oder II repräsentierten achiralen Verbindung kann die der Flüssigkristallmischung zuzusetzende chirale Verbindung eine durch die Formel I oder II repräsentierte chirale Verbindung, eine andere bekannte chirale Verbindung oder eine Mischung solcher Verbindungen sein.
Die durch die Formel I oder II repräsentierte chirale Verbindung, wie sie der Flüssigkristallmischung zuzusetzen ist, stellt die Schraubenganghöhe einer Flüssigkristallphase ein, um dadurch die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu verbessern. Die chirale Verbindung wird der Flüssigkristallmischung vorzugsweise mit einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugter 0,01 bis 3 Gew.-% zugesetzt. Wenn die Zusatzmen ge der Verbindung kleiner als 0,01 Gew.-% ist, wirkt die Verbindung nicht ausreichend als chiraler Stoff. Wenn die Zusatzmenge der Verbindung mehr als 5 Gew.-% beträgt, ist die spontane Polarisation der Mischung zu groß, so dass Vmin zur Ansteuerung zu hoch wird. Im Fall der Verwendung der durch die Formel I oder II repräsentierten achiralen Verbindung wird diese achirale Verbindung der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung vorzugsweise mit einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% zugesetzt.
Zu Beispielen der für die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallmischung verwendeten flüssigkristallinen Verbindung gehören flüssigkristalline Verbindungen vom Estertyp, vom Biphenyltyp, vom Terphenyltyp, vom Pyrimidintyp, vom Pyridintyp oder dergleichen; sowie flüssigkristalline Verbindungen, die dadurch erhalten werden, dass ein Wasserstoffatom in Querrichtung dieser flüssigkristallinen Verbindungen durch ein Halogenatom, eine CN-Gruppe oder dergleichen ersetzt wird. Diese flüssigkristallinen Verbindungen sind durch die Formel III repräsentiert.
Zu speziellen Verbindungen gehören diejenigen, die wie folgt durch die Formel III repräsentiert sind:
Die obengenannten flüssigkristallinen Verbindungen können geeignet gemischt werden. Unter Flüssigkristallmischungen mit negativer dielektrischer Anisotropie, die eine smektische Phase C zeigen, sind Flüssigkristallmischungen, die die Phasenfolge isotrop-smektisch A-smektisch C (IAC) oder isotrop-nematisch-smektisch A-smektisch C (INAC) zeigen, wegen ihrer zufriedenstellenden Ausrichtungseigenschaften und ihrer Bistabilität besonders bevorzugt.

Beispiele 1 bis 5

Es wurden ferroelektrische Flüssigkristallmischungen FLC1 bis FLC5 gemäß der Erfindung hergestellt. Bei jedem dieser Beispiele wurde eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung dadurch hergestellt, dass die durch die Formel I oder II repräsentierte chirale Verbindung zu einer Flüssigkristailmischung zugesetzt wurde, die aus der durch die Formel III repräsentierten flüssigkristallinen Verbindung hergestellt wurde.
Als erstes wurden durch die Formel I oder II repräsentierte chirale Verbindungen, wie sie in der Tabelle 1 angegeben sind, gemäß den Synthesebeispielen erhalten. Dann wurde jede der so erhaltenen chiralen Verbindungen mit einer Menge von 2 Gew.-% einer achiralen Flüssigkristallmischung zugesetzt, wie sie in der Tabelle 2 angegeben ist, um ferroelektrische Flüssigkristallmischungen zu erhalten. Die Übergangstemperatur, die Ansprechzeit, die spontane Polarisation, die Schraubenganghöhe in einer chiral-nematischen Phase und der Kippwinkel sind ebenfalls in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Ansprechzeit: V=±5V/µm, 30ºC, 0T50% Änderung des Transmissionsvermögens Fortsetzung Tabelle 1 Tabelle 2
Übergangstemperatur einer jeweiligen Zusammensetzung mit 25 Gew.-%
Sc 50 SA 62 N 68 [
Als nächstes wurden Flüssigkristallmischungen LC1 bis LC5, wie sie in der Tabelle 4 angegeben sind, unter Verwendung von durch die Formel III repräsentierten und in der Tabelle 3 angegebenen flüssigkristallinen Verbindungen hergestellt. Die Übergangstemperaturen der Flüssigkristallmischungen LC1 bis LC5 sind in der Tabelle 5 angegeben. Tabelle 3 Tabelle 3 Tabelle 4 Tabelle 5
Die in der Tabelle 6 angegebenen ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen FLC1 bis FLC5 wurden unter Verwendung der Flüssigkristallmischungen LC1 bis LC5 und der in der Tabelle 1 angegebenen chiralen Verbindungen hergestellt. Die Übergangstemperaturen der ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen FLC1 bis FLC5 sind in der Tabelle 7 angegeben. Tabelle 6 Tabelle 7

Beispiele 6 bis 8

Ferroelektrische Flüssigkristallmischungen FLC6 bis FLC8 werden hergestellt. Bei jedem dieser Beispiele wurde eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung dadurch hergestellt, dass die durch die Formel I oder II repräsentierte achirale Verbindung einer bekannten ferroelektrischen Flüssigkristallmischung zugesetzt wurde.
Als bekannte ferroelektrische Flüssigkristallmischung wurde die von Merck & Co., Inc. hergestellte ferroelektrische Flüssigkristallmischung SCEB verwendet. Die durch die Formeln I und II repräsentierten und in der Tabelle 8 angegebenen achiralen Verbindungen (racemische Körper) wurden gemäß den Synthesebeispielen erhalten. Die in der Tabelle 8 angegebenen racemischen Körper wurden jeweils zu SCEB zugesetzt, um die in der Tabelle 9 angegebenen ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen FLC6 bis FLC8 herzustellen. Die Übergangstemperaturen der ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen FLC6 bis FLC8 sind in der Tabelle 10 angegeben. Tabelle 8 Tabelle 9 Tabelle 10
Nun wird eine erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung beschrieben.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer transmittiven Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallmischung. Die in Fig. 4 dargestellte Flüssigkristallvorrichtung umfasst isolierende Substrate 1a, 1b, transparente Elektroden 2a, 2b, Isolierfilme 3a, 3b, Ausrichtungsfilme 4a, 4b, ein Abdichtungsmittel 6, einen ferroelektrischen Flüssigkristall 7 sowie Polarisationsplatten 12a, 12b. Als isolierende Substrate 1a, 1b werden im allgemeinen transparente Substrate wie Glassubstrate verwendet. Die transparenten Elektroden 2a, 2b mit einem vorbestimmten Muster, die aus einem leitenden Dünnfilm wie InO&sub3;, SnO&sub2; oder Indiumzinnoxid (ITO) bestehen, sind jeweils auf den isolierenden Substraten 1a, 1b ausgebildet. Auf den transparenten Elektroden 2a, 2b sind im allgemeinen die Isolierfilme 3a, 3b ausgebildet. Es ist nicht erforderlich, dass die Isolierfilme 3a, 3b hierauf ausgebildet sind. Als Isolierfilme 3a, 3b kann ein anorganischer Dünnfilm wie ein solcher aus SiO&sub2;, Sinx oder Al&sub2;O&sub3; oder ein organischer Dünnfilm wie ein solcher aus Polyimid, einem Photoresistharz oder einem polymeren Flüssigkristall verwendet werden. Ein anorganischer Dünnfilm kann durch Aufdampfen im Vakuum, Sputtern, chemische Dampfniederschlagung (CVD) oder Lösungsbeschichten hergestellt werden. Ein organischer Dünnfilm kann durch Auftragen einer Lösung einer organischen Substanz mittels Schleuderbeschichten, Tauchbeschichten, Siebdruck, Walzbeschichten oder dergleichen und durch Aushärten der Lösung, falls erforderlich, hergestellt werden. Ein organischer Dünnfilm kann auch durch Aufdampfen im Vakuum, Sputtern, CVD, einen Langmuir-Blodgett(LB)-Prozess oder dergleichen hergestellt werden.
Die Ausrichtungsfilme 4a, 4b werden auf den Isolierfilmen 3a, 3b hergestellt. Wenn die Isolierfilme 3a, 3b nicht vorhanden sind, werden die Ausrichtungsfilme 4a, 4b unmittelbar auf den transparenten Elektroden 2a, 2b hergestellt. Als Ausrichtungsfilme 4a, 4b kann ein anorganischer Film oder ein organischer Film verwendet werden. Ein Siliziumoxidfilm, der durch Aufdampfen in schräger Richtung abgeschieden ist, wird häufig als Ausrichtungsfilm vom anorganischen Typ verwendet. Es kann auch ein Siliziumoxidfilm verwendet werden, der durch Aufdampfen unter Rotation abgeschieden wird. Alternativ wird ein Dünnfilm aus SiO&sub2;, SiNx oder dergleichen durch Aufdampfen im Vakuum, Sputtern, CVD oder dergleichen hergestellt, und die Oberfläche des sich ergebenden Films wird gerieben, um einen Ausrichtungsfilm auszubilden. Als organischer Ausrichtungsfilm kann Nylon, Polyvinylalkohol, Polyimid und dergleichen verwendet werden. Im allgemeinen wird die Oberfläche eines derartigen organischen Films gerieben, um einen Ausrichtungsfilm auszubilden. Außerdem kann ein Polymerflüssigkristall-Film oder ein LB-Film als Ausrichtungsfilm verwendet werden. Ferner kann der Flüssigkristall unter Verwendung eines magnetischen Felds oder durch ein Abstandshalterkantenverfahren ausgerichtet werden. Es werden zwei isolierende Substrate, auf denen die Ausrichtungsfilme ausgebildet sind, aneinander befestigt, und dann wird der ferroelektrische Flüssigkristall dazwischen eingespritzt, um die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung zu erhalten.
Als nächstes wird die bevorzugte Ausrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalls in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung beschrieben.
Wie oben beschrieben, können verschiedene Verfahren zum Ausrichten des Flüssigkristalls in der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung verwendet werden. Unter diesen ist das Verfahren, das bei der Massenherstellung am besten ist, ein Reibeverfahren. Es existieren hauptsächlich drei Arten von Reibeverfahren: paralleles Reiben, antiparalleles Reiben und Reiben nur eines Substrats. Gemäß dem parallelen Reiben werden das obere und das untere Substrat gerieben, wobei die jeweiligen Reiberichtungen parallel sind. Gemäß dem antiparallelen Reiben werden das obere und das untere Substrat gerieben, wobei die jeweiligen Reiberichtungen antiparallel zueinander sind. Gemäß dem Reibeverfahren für nur ein Substrat wird nur das obere oder untere Substrat gerieben.
Das Reiben nur eines der Substrate hat den Nachteil, dass es schwierig ist, zufriedenstellende gleichmäßige Ausrichtung zu erzielen. Der Grund hierfür ist der folgende: ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial ist ein optisch aktiver Flüssigkristall Wenn das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial auf der Seite höherer Temperatur eine nematische Phase zeigt, hat diese nematische Phase Schraubenstruktur, was zur Schwierigkeit führt, gleichmäßige Ausrichtung zu erzielen. Wenn das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial auf der Seite höherer Temperatur keine nematische Phase zeigt, wird kein derartiges Problem hervorgerufen. Jedoch wechselt in diesem Fall ein isotroper Flüssigkeitszustand unmittelbar in eine smektische Phase. So ist es ebenfalls schwierig, eine zufriedenstellend gleichmäßige Ausrichtung zu erzielen.
Im Fall antiparallelen Reibens ist es wahrscheinlich, dass entlang der Reiberichtung lineare Defekte hervorgerufen werden. So ist es jedenfalls schwierig, eine gleichmäßige Ausrichtung zu erzielen. Das wirkungsvollste Verfahren zum Erzielen gleichmäßiger Ausrichtung ist das, dass ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial mit der Phasenfolge INAC in einer parallel geriebenen Zelle verwendet wird. In diesem Fall wird, obwohl in einer nematischen Phase eine Schraubenstruktur vorliegt, die Ausrichtung von Molekülen durch die beiden Seiten des oberen und des unteren Substrats geregelt. Daher ist es wahrscheinlich, dass in der nematischen Phase eine gleichmäßige Ausrichtung erhalten wird, und wenn die Temperatur erniedrigt wird, um die Phasenfolge einer chiral-nematischen Phase, einer smektischen Phase A und einer chiral-smektischen Phase C zu erzielen, kann leicht eine Ausrichtung entlang der Reiberichtung der Zelle erzielt werden.
Jedoch ist in einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung parallelen Reibens die Ausrichtung in der chiral-smektischen Phase C nicht auf eine beschränkt. Es existieren zwei Gründe, weswegen keine gleichmäßige Ausrichtung über die gesamte Oberfläche der Substrate erzielt werden kann. Einer der Gründe betrifft die Biegung einer smektischen Schicht. Es ist wohlbekannt, dass ein ferroelektrischer Flüssigkristall eine Biegeschichtstruktur (d. h. eine Winkelstruktur) aufweist. Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, existieren in einer Winkelstruktur zwei Bereiche. Kanbe et al. nennen diese Bereiche C1 und C2, im Hinblick auf die Beziehung zu einem Vor kippwinkel. Der andere Grund betrifft die Gleichmäßigkeit (U = Uniformity) und die Verdrillung (T = Twist). Die Gleichmäßigkeit betrifft eine Ausrichtung, die eine Löschrichtung zeigt, und Verdrillung betrifft eine Ausrichtung, die keine Löschrichtung zeigt. Koden et al. haben darüber berichtet, dass in einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle mit parallelem Reiben unter Verwendung eines Ausrichtungsfilms für hohes Vorkippen drei Ausrichtungen erhalten werden, nämlich C1U (C1-uniform), C1T (C1- twist) und C2. Siehe M. Koden et al., Jpn. J. Appl. Phys. 30, L1823 (1991). Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner die Ausrichtung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle mit parallelem Reiben untersucht; im Ergebnis stellte sich heraus, dass in einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle unter Verwendung parallelen Reibens vier Ausrichtungen vorhanden sind, nämlich C1U, C1T, C2U und C2T. Fig. 6 zeigt diese vier Ausrichtungen.
Der Vergleich zwischen den in der ferroelektrischen Flüssigkristallzelle mit negativ dielektrischer Anisotropie erhaltenen vier Ausrichtungen ergibt das folgende.
In C1T und C2T liegt keine Auslöschrichtung vor, und ein schwarzer Zustand ist nicht ausreichend schwarz, so dass kein zufriedenstellender Kontrast erzielt werden kann. C1U ist schwierig umzuschalten, und selbst wenn ein Umschalten möglich ist, wechselt C1U auf eine beliebige Ausrichtung, in die C2 während des Ansteuerns eingemischt wird. Im Gegensatz hierzu haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass C2U für zufriedenstellenden Kontrast sorgt.
Das Auftreten von C1 und C2 steht mit dem Vorkippwinkel in Beziehung. Wenn der Vorkippwinkel im Bereich von 0º bis 15º liegt, tritt C2 auf. Wie von Koden et al. berichtet, tritt, wenn der Vorkippwinkel hoch ist, C2 nur in einem Zustand (nämlich C2U) auf, der die Löschrichtung zeigt, was eher bevorzugt ist. Wenn der Vorkippwinkel zu hoch ist, ist es wahrscheinlich, dass C1 eher als C2 auftritt, so dass der Vorkippwinkel vorzugsweise 10º oder weniger ist. Andererseits tritt leicht C2T auf, wenn der Vorkippwinkel zu gering ist. Demgemäß liegt der vorkippwinkel vorzugsweise im Bereich von 5º bis 10º, um C2U zu erhalten.
Als nächstes wird ein Ansteuerungsverfahren beschrieben.
Das in Fig. 2 dargestellte Ansteuerungsverfahren kann verwendet werden; ein bevorzugteres Ansteuerverfahren ist in Fig. 7 dargestellt. Das in Fig. 7 dargestellte Verfahren kann ein teilweises Umschreiben ausführen. Dieses Ansteuerungsverfahren ist zum Erzielen einer Anzeige großer Kapazität wie von 2000 x 2000 Leitungen unter Verwendung der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung bevorzugt. Gemäß diesem Ansteuerungsverfahren wird eine Ansteuerspannung mit einem Signalverlauf (1) an Abrasterelektroden angelegt, die mit umzuschreibenden Pixeln verbunden sind, und eine Ansteuerspannung mit einem Signalverlauf (2) wird an die anderen Abrasterelektroden angelegt. Eine Ansteuerspannung mit einem Signalverlauf (4) wird an Signalelektroden angelegt, die mit nicht umzuschreibenden Pixeln verbunden sind. In Fig. 7 ist derselbe Signalverlauf (n-1)/2 Mal wiederholt; jedoch kann die Anzahl der Wiederholungen geeignet auf eins oder mehr eingestellt werden. Es ist möglich, dass Ansteuerspannungen mit Signalverläufen (5) bis (8) eingestellt werden, damit die Intensitäten transmittierter Lichtstrahlen, wie sie erhalten werden, wenn diese Ansteuerspannungen an Pixel angelegt werden, beinahe gleich sind. Demgemäß kann eine zufriedenstellende Anzeige ohne Flackern erzielt werden.
In der vorliegenden Beschreibung sind spezielle Ansteuerverfahren, paralleles Reiben und die gleichmäßige Ausrichtung C2 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Verwendung der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallmischung beispielhaft angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Der Fachmann erkennt, dass andere Typen ferroelektrischer Flüssigkristallvorrichtungen und Verfahren zum Ansteuern derselben verwendet werden können.

Beispiel 9

Es wurden ein ITO-Film und ein SiO&sub2;-Film in dieser Reihenfolge jeweils auf zwei Glassubstraten hergestellt. Dann wurde auf die jeweiligen SiO&sub2;-Filme ein Polyimidfilm aufgetra gen und gerieben. Die zwei Glassubstrate wurden so aneinander befestigt, dass die jeweiligen Reiberichtungen gleich waren und die Zellendicke 2 µm betrug. So wurden acht Paare von Flüssigkristallzellen erhalten. Es wurden die gemäß den Beispielen 1 bis 8 hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallinischungen FLC1 bis FLC8 in die jeweiligen Zellen eingespritzt. Nach dem Einspritzen wurde jede Zelle auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Flüssigkristallmischung in eine isotrope Phase wechselte. Dann wurde jede Zelle mit 1ºC/Min. auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen mit zufriedenstellender Ausrichtung erhalten wurden.
Jede ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde zwischen zwei zueinander rechtwinkligen Polarisatoren angeordnet. Jede Vorrichtung wurde hinsichtlich der Beziehung (τ - Vmin-Charakteristik) zwischen der Impulsbreite (Speicherimpulsbreite), wie für einen Speichereffekt erforderlich, und einer Spannung bewertet. Die hinsichtlich FLC1 bis FLC3 erhaltenen Ergebnisse sind in den Fig. 8 bis 10 dargestellt; diejenigen, die hinsichtlich FLC4 und FLC5 erhalten wurden, sind in Fig. 11 dargestellt; und diejenigen, die hinsichtlich FLC6 bis FLC8 erhalten wurden, sind in den Fig. 12 bis 14 dargestellt. In jeder dieser Figuren kann Vmin erkannt werden.

Beispiel 10

Mit den gemäß dem Beispiel 9 hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen wurden unter Verwendung der in Fig. 7 dargestellten Ansteuersignalverläufe Ansteuerungsversuche ausgeführt. Ansteuerungsbedingungen und Ergebnisse der Ansteuerungsversuche sind in der Tabelle 11 angegeben. Wie es aus den Ergebnissen ersichtlich ist, können die Vorrichtungen mit einer Ansteuerspannung von 40 V oder weniger geschaltet werden, und es kann ein Kontrastverhältnis 20 : 1 oder mehr erhalten werden. Der Winkel zwischen zwei Speicherzuständen während des Ansteuerns betrug 47º; so wurde eine helle Anzeige erhalten. Tabelle 11

Beispiel 11

Mit den gemäß dem Beispiel 9 hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen wurden unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Ansteuersignalverläufe Ansteuerungsversuche ausgeführt. Ansteuerungsbedingungen und Ergebnisse der Ansteuerungsversuche sind in der Tabelle 12 angegeben. Wie es aus den Ergebnissen ersichtlich ist, können die Vorrichtungen mit einer Ansteuerspannung von 40 V oder weniger geschaltet werden, und es kann ein Kontrastverhältnis 20 : 1 oder mehr erhalten werden. Tabelle 12

Beispiel 12

Mit den gemäß dem Beispiel 9 hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen wurden unter Verwendung der in Fig. 15 dargestellten Ansteuersignalverläufe Ansteuerungsversuche ausgeführt. Ansteuerungsbedingungen und Ergebnisse der Ansteuerungsversuche sind in der Tabelle 13 angegeben. Wie es aus den Ergebnissen ersichtlich ist, können die Vorrichtungen mit einer Ansteuerspannung von 40 V oder weniger geschaltet werden, und es kann ein Kontrastverhältnis 20 : 1 oder mehr erhalten werden. Tabelle 13
Wie oben beschrieben, ist gemäß der Erfindung bei einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung ein ferroelektrischer Flüssigkristall zwischen einem Paar isolierender Substrate eingebettet, von denen jedes mindestens einen Elektrodenf um und einen Ausrichtungsfilm aufweist. Die Vorrichtung umfasst eine Treibereinheit zum Umschalten der optischen Achse eines Flüssigkristalls durch selektives Anlegen einer Spannung an die Elektrode sowie eine Einheit zum optischen Identifizieren der optischen Achse. Der ferroelektrische Flüssigkristall ist die obengenannte Flüssigkristallmischung.
Ferner sind die Elektroden der Flüssigkristallvorrichtung so angeordnet, dass sie einander überschneiden, wodurch eine Vielzahl von Abrasterelektroden und eine Vielzahl von Signalelektroden ausgebildet sind. Jeder Überschneidungsbereich von Abrasterelektroden und Signalelektroden bildet ein Pixel. Es ist bevorzugt, dass ein positiver Spannungsimpuls oder ein negativer Spannungsimpuls unter dem örtlichen Minimalwert Vinin an ein Pixel angelegt ist, das aus einer Abrasterelektrode, an die eine Nicht-Auswähl-Spannung angelegt ist, und einer Signalelektrode besteht, an die eine Umschreibspannung angelegt ist; ein positiver Spannungsimpuls oder ein negativer Spannungsimpuls über dem örtlichen Minimalwert Vmin und eine negative Spannung oder eine positive Spannung unter dem örtlichen Minimalwert Vmin an ein Pixel angelegt werden, das aus einer Abrasterelektrode, an die eine Auswählspannung angelegt wird, und einer Signalelektrode besteht, an die eine Haltespannung angelegt wird; und ein positiver Spannungsimpuls (oder ein negativer Spannungsimpuls), wie zum Umschalten geeignet (d. h. ein Spannungsimpuls in der Nähe des örtlichen Minimalwerts Vmin in der Spannungs-Impulsbreite-Charakteristik), an ein Pixel angelegt wird, das aus einer Abrasterelektrode, an die eine Auswählspannung angelegt wird, und einer Signalelektrode besteht, an die eine Umschreibspannung angelegt wird.
Als Ansteuerungsverfahren können diejenigen verwendet werden, wie sie von P. W. H. Surguy et al. in Ferroelectrics., 122, 63(1991); von J. R. Hughes et al., WO92/02925; in der japanischen Patentanmeldung Nr. 3-293179 und dergleichen offenbart sind.
Damit die hergestellte ferroelektrische Flüssigkristallmi schung einen niedrigen örtlichen Minimalwert Vmin aufweist, sollte spontane Polarisation in gewissem Ausmaß verringert werden. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache beträgt die spontane Polarisation vorzugsweise 10 nC/cm² oder weniger. Unter Berücksichtigung der Ausrichtungseigenschaften zeigt die hergestellte ferroelektrische Flüssigkristallmischung vorzugsweise eine chiral-nematische Phase, eine smektische Phase A und eine chiral-smektische Phase C.

Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Es wurden ferroelektrische Flüssigkristallmischungen CFLC1 bis CFLC4 mit jeweils der in der Tabelle 15 angegebenen Zusammensetzung unter Verwendung der Flüssigkristallmischung CLC1 mit der in der Tabelle 14 angegebenen Zusammensetzung und mit der in der Tabelle 1 angegebenen Verbindung hergestellt. Die Übergangstemperatur der ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen CFCL1 bis CFCL4 ist in der Tabelle 16 angegeben. Die dielektrische Anisotropie der ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen CFCL1 bis CFCL4 liegt in der Nähe von 0. Tabelle 14 Tabelle 15 Tabelle 16
Es wurden ein ITO-Film und ein SiO&sub2;-Film in dieser Reihenfolge auf jeweils zwei Glassubstraten hergestellt. Dann wurde auf den jeweiligen SiO&sub2;-Filmen ein Polyimidfilm hergestellt. Die Polyimidfilme wurden gerieben, um Ausrichtungsfilme zu erhalten. Die zwei Substrate mit den Ausrichtungsfilmen wurden so aneinander befestigt, dass die jeweiligen Reiberichtungen gleich waren und der Zellenabstand 2 µm betrug. So wurden vier Paare von Flüssigkristallzellen erhalten. CFCL1 bis CFCL4 wurden in die jeweiligen Zellen eingespritzt. Nach dem Einspritzen wurde jede Zelle auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Flüssigkristallmischung auf eine isotrope Phase wechselte. Danach wurde jede Zelle auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen mit zufriedenstellender Ausrichtung erhalten wurden.
Jede der so erhaltenen ferroelektrischen Flüssigkristallvor richtungen wurde zwischen zwei zueinander rechtwinklige Polarisatoren eingesetzt. Jede Vorrichtung wurde hinsichtlich der Beziehung zwischen der Ansprechzeit und der angelegten Spannung untersucht. Unter der Bedingung, dass die Temperatur der Vorrichtung auf 25ºC eingestellt war, wurden verschiedene Spannungen mit rechteckigem Signalverlauf an die Zelle angelegt. Es wurde die Zeit gemessen, die dazu erforderlich war, dass das relative Transmissionsvermögen von 0 % auf 50 %, von 0 % auf 90 % und von 10 % auf 90 % wechselte.
Die Ergebnisse, wie sie hinsichtlich der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen unter Verwendung von CFCL1 bis CFLC3 erhalten wurden, sind jeweils in den Fig. 16, 17 bzw. 18 dargestellt. In den Kurvenbildern ist Vmin erkennbar. Jedoch zeigte die Betrachtung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in diesen Flüssigkristallvorrichtungen durch ein Mikroskop, dass sich dann, wenn eine Spannung vom scheinbaren Wert Vmin oder mehr gemäß Fig. 16 angelegt wurde, die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle änderte. Es wird davon ausgegangen, dass die Änderung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle den scheinbaren Wert Vmin hervorrief.
Als nächstes wurde jede Vorrichtung hinsichtlich der Beziehung (τ - V-Charakteristik) zwischen der für einen Speichereffekt erforderlichen Impulsbreite (Zeit) und einem Spannungswert bewertet. Die Ergebnisse für CFLC1 und CFCL4 sind in den Fig. 19 bzw. 20 dargestellt. In der τ - V-Charakteristik ist Vmin nicht erkennbar.
Diese Vorrichtungen wurden unter Verwendung der in den Fig. 2, 7 und 15 dargestellten Ansteuersignalverläufe betrieben. Es wurden keine zufriedenstellenden Ansteuerbedingungen aufgefunden. Wenn ein Nicht-Umschreib-Impuls mit derselben Breite wie derjenigen eines Umschreibimpulses, der zum Erzielen zufriedenstellenden Umschaltens geeignet war, angelegt wurde, trat Umschreiben auf.
Wie oben beschrieben, kann mit einer ferroelektrischen Flüssigkristallmischung mit einer dielektrischen Anisotropie in der Nähe von 0 keine τ - Vmin-Charakteristik erzielt werden, und es kann kein zufriedenstellendes Ansteuern ausgeführt werden.
Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallmischung eine spontane Polarisation von 10 bis 0,5 nC/cm² aufweist.
Wie es aus den obengenannten Beispielen ersichtlich ist, hat eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristailmischung zufriedenstellende Ausrichtungseigenschaften, hohen Kontrast und große Kapazität bei niedriger Ansteuerspannung

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung mit mindestens einer chiralen Verbindung, wobei die Mischung negative dielektrische Anisotropie aufweist und eine chiral-smektische Phase C zeigt, und sie mindestens eine Verbindung aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus folgendem besteht:

(1) einer Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel I repräsentiert ist:

wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z eine Einzelbindung, -COO- oder -OCO- ist; und

(2) einer Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel II repräsentiert ist:

wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bezeichnen; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X² -O- oder -OCO- ist; Y -COO- oder -CH&sub2;O- ist; A und B unabhängig jeweils eine Gruppe mit einem sechsteiligen Ring sind, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z eine Einzelbindung, -COO- oder -OCO- ist.

2. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 1, bei der durch die Formel I repräsentierte Verbindung und durch die Formel II repräsentierte Verbindung chirale Verbindungen sind.

3. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 2, die die durch die Formel I repräsentierte chirale Verbindung und die durch die Formel II repräsentierte chirale Verbindung enthält.

4. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 1, die eine chiral-sinektische Phase C, eine smektische Phase A und eine chiral-nematische Phase zeigt.

5. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 1, die eine Verbindung enthält, die durch die folgende allgemeine Formel III repräsentiert ist:

wobei R¹ und R² dieselbe oder verschiedene geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen sind; X¹ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; X³ eine Einzelbindung, -O-, -COO- oder -OCO- ist; A eine Gruppe ist, die einen sechsteiligen Ring enthält, der durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann; und Z eine Einzelbindung, -COO- oder -OCO- ist; Q¹ und Q² H, F, CN oder CF&sub3; sind, wobei von Q¹ und Q² mindestens eines nicht H ist.

6. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 2, bei der R¹ und R² unabhängig eine geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen sind, A und B unabhängig eine Phenylgruppe, die durch ein Halogen, eine Cyanogruppe, eine niederwertige Alkoxygruppe oder eine Fluor enthaltende Alkylgruppe ersetzt werden kann, sind, und Z eine Einzelbindung in der Formel I oder II ist.

7. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 6, bei der die chirale Verbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer durch die folgenden Formeln repräsentierten Verbindung und Enantiomeren derselben besteht:

8. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 7, bei der die chirale Verbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer durch die folgenden Formeln repräsentierten Verbindung und Enantiomeren derselben besteht:

9. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 2, die die durch die Formel I repräsentierte Verbindung mit einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung enthält.

10. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 2, die die durch die Formel II repräsentierte Verbindung mit einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung enthält.

11. Ferroelektrische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 1, bei der die durch die Formel I repräsentierte Verbindung und die durch die Formel II repräsentierte Verbindung achirale (racemische) Verbindungen sind und diese achiralen Verbindungen in der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung mit einer Menge von 5 bis 20 Gew-% bezogen auf die Gesamtmenge der ferroelektrischen Flüssigkristallmischung enthalten sind.

12. Flüssigkristallvorrichtung mit einem Paar einander zugewandter Substrate, einem zwischen das Paar Substrate eingebetteten Flüssigkristall, einer Einrichtung zum Ausrichten des Flüssigkristalls und einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung an den Flüssigkristall, wobei dieser Flüssigkristall aus einer ferroelektrischen Flüssigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie besteht und sie eine chiral-smektische Phase C zeigt, wobei sie eine Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus der durch die Formel I repräsentierten Verbindung und der durch die Formel II repräsentierten Verbindung (wie im Anspruch 1 definiert) besteht.

13. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 12, bei der die durch die Formel I repräsentierte Verbindung und die durch die Formel II repräsentierte Verbindung chirale Verbindungen sind.