JPH10501019A - 液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ９０ｗｔ％〜９９．９ｗｔ％の式（１）で示される１又はそれ以上のアキラルなホスト化合物〔ここに、ＸはＡ₁又はＯＡ₁であり；Ｙは、Ａ₁、ＯＡ₁、ＯＣＯＡ₁又はＣＯ₂Ａ₁であり；Ａ₁は、任意に１又はそれ以上のＦ又はＣＮで置換された炭素原子数１〜１８の直鎖又は分岐鎖のアルキル基であり；Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃及びＺ₄はそれぞれＨ又はＦであるが、Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃及びＺ₄のいずれかはＦでなければならず；Ｄは（ａ）、（ｂ）、（ｃ）又は（ｄ）である〕、及び０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の式（２）で示されるカイラルドーパント〔ここに、Ｄ¹はＤ（式１の如く）又は単結合であり；Ｙ¹は、ＯＡ₃、ＯＣＯＡ₃又はＣＯ₂Ａ₄であり；Ａ₃は、任意に１又はそれ以上のＦ又はＣＮで置換された炭素原子数１〜１８の、そして少なくとも１つの非対称中心を含むアルキルであり；Ａ₄は、Ａ₃と同じであるか、又は式−ＣＨ（Ｒ₁）ＣＯＡ₅（ここに、Ｒ₁は炭素原子数１〜５のアルキル基であり、Ａ₅はＯＲ₁又は−Ｎ（Ｒ₂）Ｒ₃（ここにＲ₂及びＲ₃は水素、Ｒ₁、任意にＲ₁で置換されたフェニル、又は一緒になって、任意にＲ₁で置換された同素環又は複素環を形成し、但しＲ₂及びＲ₃は同じではない）である）であり；Ｄ、Ｘ、Ｚ₁、Ｚ₂、Ｚ₃及びＺ₄は、Ｚ₁、Ｚ₂、Ｚ₃及びＺ₄の全てが水素であることができることを除いて、上記と同じ意味である〕を含む液晶組成物。これら組成物は液晶装置に使用でき、５℃〜４０℃に亘って２８°より大きなリラックスドコーン角及び少なくとも５０：１のコントラスト比を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 液晶組成物 本発明は液晶組成物及びそのような組成物を組み込んだ装置に関する。そのよ うな組成物は液晶装置（ＬＣＤ）に組み込まれ、そのような組成物の薄い層を横 切って電界をかけることにより、この分子は２つの可能な分子配向状態の間でス イッチさせることができ、そのような媒体の異方性の結果として、これら２つの 状態の光学的性質は異なり、光の透過性及び／又は反射性は変化する。かけた電 界がなくなっても両方の状態が安定な組成物の１つの特別な種類は、そのような 薄い層を含み強誘電性を示す。本発明が関係するのはそのような組成物である。 そのような強誘電性組成物はできるだけ広い温度範囲に亘って高いコンストラ スト比及び高い透過率を達成し、一方では可能な最も低い作動電圧を利用するの が望ましい。これを達成するためには、この組成物を含む諸分子は可能な限り秩 序ある状態（しばしば所謂「リラックスドコーン角（ｒｅｌａｘｅｄ ｃｏｎｅ ａｎｇｌｅ）」で測定され、理想的には４５°であるべきである）にあるべき である。これに関しては、以前には、典型的には２つの平行な平坦なガラス板を 含む、この組成物を含む環境を変形することにより、例えばこの組成物と接触す る板の表面上に所謂「高表面チルト配向層（ｈｉｇｈ ｓｕｒｆａｓｅ ｔｉｌ ｔ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）」を設けることにより、幾らかの成功が 得られていた。しかしながら、充分に均一にそしてむらなく適用するのは非常に 難しく、これは製品の低収率及び対応する高コストにつながる。 本発明の目的は、そのような高価な配向層がなくても高いコーン 角を示す強誘電性液晶組成物を提供することである。 従って、本発明者等は、９０ｗｔ％〜９９．９ｗｔ％の次式１で示される１又 はそれ以上のアキラルなホスト化合物： （ここに、ＸはＡ₁又はＯＡ₁であり； Ｙは、Ａ₁、ＯＡ₁、ＯＣＯＡ₁又はＣＯ₂Ａ₁であり； Ａ₁は、任意に１又はそれ以上のＦ又はＣＮで置換された炭素原子数１〜１８ の直鎖又は分岐鎖のアルキル基であり； Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃及びＺ₄はそれぞれＨ又はＦであるが、Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃及びＺ₄の いずれかはＦでなければならず； である）、 及び０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の次式２で示されるカイラルドーパントを含む 組成物を提供する： （ここに、Ｄ¹はＤ（式１の如く）又は単結合であり； Ｙ¹は、ＯＡ₃、ＯＣＯＡ₃又はＣＯ₂Ａ₄であり； Ａ₃は、任意に１又はそれ以上のＦ又はＣＮで置換された炭素原子数１〜１８ の、そして少なくとも１つの非対称中心を含むアルキルであり； Ａ₄は、Ａ₃と同じであるか、又は式−ＣＨ（Ｒ₁）ＣＯＡ₅であり（ここに、Ｒ₁ は炭素原子数１〜５のアルキル基であり、Ａ₅はＯＲ₁又は−Ｎ（Ｒ₂）Ｒ₃（こ こにＲ₂及びＲ₃は水素、Ｒ₁、任意にＲ₁で置換されたフェニル、又は一緒になっ て、任意にＲ₁で置換された同素環又は複素環を形成し、但しＲ₂及びＲ₃は同じ ではない）である）； Ｄ、Ｘ、Ｚ₁、Ｚ₂、Ｚ₃及びＺ₄は、Ｚ₁、Ｚ₂、Ｚ₃及びＺ₄の全てが水素である ことができることを除いて、上記と同じ意味である）。 アキラル化合物類とは、それらが非対称中心を持たないか、又はそれらがその ような鏡像体の（＋）及び（−）の形のラセミ混合物を含む故に光学活性でない 化合物類をいう。 カイラル化合物類とは、それらが非対称中心をを持つ故に光学的に活性な化合 物類をいう。 特に有用な式１で示されるアキラルホスト化合物類は次のものを含む： Ａ₁が、炭素原子数３〜１２の直鎖のアルキル基であり； Ｚ₁がＦで、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄がＨであるか、又はＺ₁、Ｚ₂がＨで、Ｚ₃、Ｚ₄がＦ であり； Ｙが、Ａ₁又はＯＡ₁である。 特に有用な式２のカイラルドーパント化合物は、次のものを含む ： Ａ₁が、炭素原子数３〜１２の直鎖のアルキル基であり； Ｚ₁がＦで、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄がＨであるか、又はＺ₁、Ｚ₂がＨで、Ｚ₃、Ｚ₄がＦ であるか、又はＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃及びＺ₄がＨであり； Ｙ¹が、ＣＯ₂Ａ₄であり； Ａ₄が、Ｆ又はＣＮで置換された直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基もしくは非 対称中心を有する分岐鎖アルキル基、又は−ＣＨ（Ｒ₁）ＣＯＮ（Ｒ₂）Ｒ₃であ る。 本発明者等が特に有用であることを見いだした式１の特別のアキラルホスト化 合物類は次のものを含む： 本発明者等が特に有用であることを見いだした特別なカイラルドーパント化合 物類は次のものを含む： アキラルホストとして、またカイラルドーパントとして有用な前記化合物類は 、公知であり、殆どは商業的に入手可能である。 前記アキラルホストは、式１の少なくとも４つの化合物の混合物として配合さ れ、この混合物が適当な物理的性質、即ちそれが−２５℃〜１００℃で液晶状態 を保持するようにされる。 本発明の組成物は、式１のアキラルホスト化合物の前記混合物、 及び式２の少なくとも１つのドーパントを含み、混合されて共晶強誘電性液晶混 合物を形成するときは、それら分子の高度な整列を示し、これは、この組成物が 所謂カイラルスメクチックＩ相（Ｓ^* _I相という）にあるからであると考えられる 。強誘電性液晶（ＦＬＣ）混合物の殆どによって示されるＳ^* _I相の範囲は、２０ ℃〜４０℃の範囲に見られるが、Ｓ^* _I相より低い温度で生じるＳ^* _J及びＳ^* _Kのよ うなより高度に整列されたＦＬＣ相は、肉眼で見た配向の安定性に影響しない。 これは、Ｓ^* _Iより高い温度で生じる比較的低い程度に整列されたＦＬＣ Ｓ^* _c相 についても本当である。それ故、そのような混合物を含むＦＬＣ装置は、＞−２ ５℃から９０℃までの広い温度範囲に亘って貯蔵できる。 強誘電性液晶装置（ＦＬＣＤ）のリラックスドコーン角（θ）はかけた電界を なくして測定する。それは通常直交偏光顕微鏡の下で行われる。次いで、相互に 隣合っている２つのドメイン状態（即ち、暗状態及び明状態）を含むＦＬＣＤセ ル中の領域を選び、これら状態の内の１つの消滅が得られるまでセルを回転する 。顕微鏡の回転段階上の位置をθ₁とする。次いで、他のドメイン状態の消滅が 起こるまでセルを時計回り方向又は反時計回り方向に回転し、段階上の新しい位 置をθ₂とする。このＦＬＣＤのリラックスドコーン角、θは、θ₂−θ₁の差と して理解される。この測定はθが≦４５℃のときにのみ有効である。 以後に与える特別の例から明らかなように、本発明の組成物は５℃〜３０℃の 範囲に亘って２０°より大きいリラックスドコーン角を示し、Ｓ^* _I相があると考 えられるときは、５℃〜４５℃に亘って２５°より大きいコーン角を、最も一般 的な作業温度５℃〜４０℃では、２８°より大きいコーン角を示す。 この高いコーン角の結果は、本発明の組成物を入れた液晶セルは −２５℃〜６０℃の温度範囲に亘って少なくとも１０：１の、通常の作業範囲５ ℃〜４０℃では少なくとも５０：１の高いコンストラクト比を有することである 。 本発明組成物を用いるセル（Ｓ^* _I相において）を含んで作った装置は、高い光 透過率（１５％〜２０％又はＳ^* _C相を用いるＦＬＣＤの約２倍）も示し、以前に 知られていたＳ^* _c相を含む組成物を用いる装置よりも機械的に安定である。 以下の例により本発明を説明するが、本発明はこれらによって限定されるもの ではない。 （例１〜５） 表Ｉに示すｗｔ％のアキラル化合物Ａ−Ｆ及びカイラルドーパントＸ１を含む 混合物を調製した。例１〜４の場合には、ラセミ体のＸ１（即ち、Ｘ１のＳ−（ ＋）及びＳ−（−）鏡像異性体の混合物も存在した。 表IIは、これらがＳ^* _I相及びＳ^* _c相を示す温度範囲、５℃〜４０℃の温度範囲 に亘って測定したリラックスドコーン角、及び同じ温度範囲に亘るコンストラス ト比を含む、得られた混合物の性質を示す。 更に、例１の混合物のリラックスドコーン角は２０℃〜３５℃の温度範囲で２ ８°〜３２°であり、２５℃で３０°であった。４５℃でも（Ｓ^* _C相）リラック スドコーン角は１５°であった。同じ混合物について、４５℃を超える温度で、 コントラスト比は１０：１〜３０：１であった。 （例６〜１７） 例５と同じホスト化合物の配合物を含むが、ドーパントＸ２に代えて、表IIに 示すドーパント２．０ｗｔ％を用いると、表IIに示した性質を有する混合物を生 じた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．９０〜９９．９ｗｔ％の１又はそれ以上の式１で示されるアキラルなホス ト化合物： （ここに、ＸはＡ₁又はＯＡ₁であり； Ｙは、Ａ₁、ＯＡ₁、ＯＣＯＡ₁又はＣＯ₂Ａ₁であり； Ａ₁は、任意に１又はそれ以上のＦ又はＣＮで置換された炭素原子数１〜１８ の直鎖又は分岐鎖のアルキル基であり； Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃及びＺ₄はそれぞれＨ又はＦであるが、Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃及びＺ₄の いずれかはＦでなければならず； である）、 及び０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の次式２で示されるカイラルドーパントを含む 組成物を提供する： （ここに、Ｄ¹はＤ（式１の如く）又は単結合であり； Ｙ¹は、ＯＡ₃、ＯＣＯＡ₃又はＣＯ₂Ａ₄であり； Ａ₃は、任意に１又はそれ以上のＦ又はＣＮで置換された炭素原子数１〜１８ の、そして少なくとも１つの非対称中心を含むアルキルであり； Ａ₄は、Ａ₃と同じであるか、又は式−ＣＨ（Ｒ₁）ＣＯＡ₅であり； （ここに、Ｒ₁は炭素原子数１〜５のアルキル基であり、Ａ₅はＯＲ₁又は−Ｎ（ Ｒ₂）Ｒ₂（ここにＲ₂及びＲ₃は水素、Ｒ₁、任意にＲ₁で置換されたフェニル、又 は一緒になって、任意にＲ₁で置換された同素環又は複素環を形成し、但しＲ₂及 びＲ₃は同じではない）である）； Ｄ、Ｘ、Ｚ₁、Ｚ₂、Ｚ₃及びＺ₄は、Ｚ₁、Ｚ₂、Ｚ₃及びＺ₄の全てが水素である ことができることを除いて、上記と同じ意味である）。 ２．前記式１のアキラルなホスト化合物が次のものを含む請求の範囲１の組成 物。 Ａ₁が、炭素原子数３〜１２の直鎖のアルキル基であり； Ｚ₁がＦで、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄がＨであるか、又はＺ₁、Ｚ₂がＨで、Ｚ₃、Ｚ₄がＦ であり； Ｙが、Ａ₁又はＯＡ₁である。 ３．式２の前記カイラルドーパント化合物が次のものを含む請求の範囲１又は ２の組成物。 Ａ₁が、炭素原子数３〜１２の直鎖のアルキル基であり； Ｚ₁がＦで、Ｚ₂、Ｚ₃、Ｚ₄がＨであるか、又はＺ₁、Ｚ₂がＨで、Ｚ₃、Ｚ₄がＦ であるか、又はＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃及びＺ₄の全てがＨであり； Ｙ¹が、ＣＯ₂Ａ₄であり； Ａ₄が、Ｆ又はＣＮで置換された直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基もしくは非 対称中心を有する分岐鎖アルキル基、又は−ＣＨ（Ｒ₁）ＣＯＮ（Ｒ₂）Ｒ₃であ る。 ４．前記アキラルホストが、次式を有する少なくとも１つの化合物を含む請求 の範囲２の組成物。 ここに、Ａ₅は、炭素原子数７〜１１の直鎖のアルキル基である。 ５．前記アキラルホスト組成物が、次式を有する少なくとも１つの化合物を含 む請求の範囲２の組成物。 ここに、Ａ₆は、炭素原子数４〜１０の直鎖のアルキル基である。 ６．前記アキラルホスト組成物が、次式を有する少なくとも１つの化合物を含 む請求の範囲２の組成物。 ここに、Ａ₇及びＡ₈は、それぞれ炭素原子数５〜７の直鎖のアルキル基である 。 ７．前記カイラルドーパントが、次式Ｘ１の化合物を含む請求の範囲３の組成 物。 ８．前記カイラルドーパントが、次式Ｙ１の化合物を含む請求の範囲３の組成 物。 ９．前記カイラルドーパントが、次式Ｚ１の化合物を含む請求の範囲３の組成 物。 １０．前記カイラルドーパントが、次式Ｚ２の化合物を含む請求 の範囲３の組成物。 １１．前記カイラルドーパントが、次式Ｎ５の化合物を含む請求の範囲３の組 成物。 １２．少なくとも４つの式１で示されるアキラルホスト化合物の混合物を含み 、前記混合物が−２５℃〜１００℃で液晶状態を保持するようなものである請求 の範囲１の組成物。 １３．５℃〜４０℃の範囲の温度に亘って２８℃より大きなリラックスドコー ン角を有する請求の範囲１の共晶強誘電性液晶組成物。 １４．コンストラスト比が、−２５℃〜６０℃の温度範囲に亘って少なくとも １０：１であり、５℃〜４０℃の温度範囲に亘って少なくとも５０：１である請 求の範囲１の共晶強誘電性液晶組成物。 １５．上に、特に、例のいずれかに記載した請求の範囲１の液晶組成物。 １６．例１、３、５、６、８、９及び１５のいずれかに記載した請求の範囲１ ５の液晶組成物。