JP2930062B2 - 液晶添加剤並びにそれを用いた液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents
液晶添加剤並びにそれを用いた液晶組成物および液晶表示素子Info
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- Liquid Crystal Substances (AREA)
Description
ディスプレイに用いられる液晶組成物への添加剤に関す
る。また、本発明は、上記液晶添加剤を用いた液晶組成
物及びそれを用いた液晶表示素子に関する。
みならず、現在では携帯端末、ノートPC、ワークステ
ーション用表示装置として実用化されており、その用途
は拡大している。このような環境下においては、LCD
の要求性能として動画対応可能高精細化が求められてい
る。高精細動画対応可能なディスプレイを実現するため
には、それを構成する液晶表示素子の高速化、即ち高速
応答可能な液晶組成物が必要とされる。現在のところ、
高速応答可能な液晶組成物を得る有効な手段として、液
晶組成物の配合成分として環状化合物(フェニル基、シ
クロヘキシル基等)の側鎖及び末端にフッ素原子を導入
したフッ素置換化合物が開発されている。その例とし
て、メルク(E.Merck)社のプロシーディング・オブ・
エスピーアイイー・カンファレンス(V.Reiffenrath e
t.al. Proc.of SPIE Conference (1990) p84)からフッ
素置換トラン化合物が報告されている。この化合物は高
速応答可能な液晶組成物の配合成分として有効であると
されているが、具体的な応答時間の数値については報告
されていない。
来からの時計、計算機用表示装置をはじめ、現在では携
帯用端末として用いられており、このように様々な製品
への応用が拡大するにつれ、液晶材料に対する要求性能
が厳しいものになりつつある。高精細動画表示可能な液
晶ディスプレイを実現するためには液晶組成物の高速化
が必要とされるが、前記の従来の化合物では十分な高速
化を達成したものは得られてはいなかった。
とにより高速応答可能な液晶表示素子を得ることができ
る液晶添加剤を提供することである。
題を解決するために鋭意検討した結果、置換基としてハ
ロゲン原子を持つピペラジン環を有する化合物からなる
液晶添加剤と、ネマチック組成物またはスメクチック液
晶組成物から構成される液晶組成物が高速応答性に優れ
ていること見いだし、本発明に至った。
ロゲン原子を持つピペラジン環を有する化合物とは、一
般式(1)で示されるピペラジン化合物である。ただ
し、式中において、Ar1、Ar2は相互に独立した環状
置換基、Pyは置換基としてハロゲン原子を有する1,
4−ピペラジニル基、nは整数0〜2、mは整数0〜2
を示す。n、mの両方が0になることはない。 (Ar1)n−Py−(Ar2)m …(1)
して、例えば、次式で示されるようなピペラジン化合物
が挙げられるが、特に限定されない。
Ar1、Ar2のうち少なくとも一つが−CnH2n+1、−
OCnH2n+1、−F、−Cl、−Br、−I、−OH、
−CF 3、−CN(式中nは0〜10の整数)より選ば
れる置換基を有することが好ましく、この例としては以
下のようなものが挙げられる。またさらなる相溶性を考
慮すると、Ar1、Ar2の両方が上記の置換基を有して
いることが好ましい。
Ar1、Ar2がともに1,4−フェニル基または1,4
−シクロヘキシル基であること、さらにはこれらが置換
基を有することが好ましい。この例としては、例えば次
式で示されるようなピペラジン化合物が挙げられる。
ら、置換基としてハロゲン原子を有する1,4−ピペラ
ジニル基Pyが置換基としてF原子、Cl原子を有する
ことがさらに好ましい。この例としては次式のようなも
のがある。
環状置換基Ar1、Ar2の数m、nの一方が0であるこ
とが好ましい。この例としては次式のようなものがあ
る。
液晶添加剤を添加したものである。この場合、母体液晶
組成物はネマチック液晶組成物またはスメクチック液晶
組成物であることが好ましい。また、組成比率は母体液
晶組成物に対して前記のようなピペラジン化合物のいず
れかを1〜50重量%含有するのが好ましい。前記ピペ
ラジン化合物は添加量50重量%を越える条件では母体
液晶組成物に対する相溶性が著しく低下する。一方、前
記ピペラジン化合物を1重量%未満含む液晶組成物で
は、応答速度の向上が殆ど見られない。このため、母体
液晶組成物に対して前記のようなピペラジン化合物のい
ずれかを1〜50重量%配合するのが好ましい。本発明
の液晶組成物を用いた液晶表示素子は、高速応答性に優
れている。
が、本発明はその要旨を逸脱しない限り以下の実施例に
限定されるものではない。 (実施例1)1−(4’−ブチルフェニル)−3,5−
ジフルオロ−4−ブチルピペラジンの合成
た。窒素雰囲気下、200mlのナスフラスコにブチル
アニリン(3.63g、0.0244mol)、ジイオ
ドフルオロエタン(14.6g、0.0488mo
l)、炭酸水素ナトリウム(4g、0.0243mo
l)、水(50ml)、メタノール(20ml)を投入
し、90℃で9時間、撹拌還流させる。反応終了後、オ
イルバスを120℃まで加熱し、蒸留により、メタノー
ル、水、未反応のブチルアニリン、ジイオドフルオロエ
タンを取り除く。得られた反応溶液をカラムクロマトグ
ラフィー(展開溶媒:トルエン)に投入し、目的の化合
物ジ(イオドフルオロエチル)ブチルアニリン(8.0
6g、収率:73%)を単離した。
合成したジ(イオドフルオロエチル)ブチルアニリン
(5g、0.0101mol)、ブチルアミン(0.7
4g、0.0101mol)、水(100ml)、アセ
トン(80ml)、メタノール(50ml)を投入し、
90℃で7時間、撹拌還流させる。この間、2時間おき
にアセトン(約100ml)を投入する。反応終了後、
蒸留により水、メタノール、アセトンを除去させ、カラ
ム精製により目的の化合物1−(4’−ブチルフェニ
ル)−3,5−ジフルオロ−4−ブチルピペラジン
(1.72g、収率:55%)を単離した。化合物の精
製はカラム精製を繰り返すことにより行い、また、化合
物の構造は1H,13C−NMRスペクトル分析により
決定した。
ル)−3,5−ジフルオロ−4−ブチルピペラジンの合
成
た。窒素雰囲気下、200mlのナスフラスコにフルオ
ロアニリン(2.71g、0.0244mol)、ジイ
オドフルオロエタン(14.6g、0.0488mo
l)、炭酸水素ナトリウム(4g、0.0243mo
l)、水(50ml)、メタノール(20ml)を投入
し、90℃で9時間、撹拌還流させる。反応終了後、オ
イルバスを120℃まで加熱し、蒸留により、メタノー
ル、水、未反応のフルオロアニリン、ジイオドフルオロ
エタンを取り除く。得られた反応溶液をカラムクロマト
グラフィー(展開溶媒:トルエン)に投入し、目的の化
合物ジ(イオドフルオロエチル)フルオロアニリン
(7.66g、収率:69%)を単離した。
合成したジ(イオドフルオロエチル)ブチルアニリン
(5g、0.011mol)、ブチルアミン(0.80
4g、0.011mol)、水(100ml)、アセト
ン(80ml)、メタノール(50ml)を投入し、9
0℃で7時間、撹拌還流させる。この間、2時間おきに
アセトン(約100ml)を投入する。反応終了後、蒸
留により水、メタノール、アセトンを除去させ、カラム
精製により目的の化合物1−(4’−フルオロフェニ
ル)−3,5−ジフルオロ−4−ブチルピペラジン
(1.76g、収率:59%)を単離した。化合物の精
製はカラム精製を繰り返すことにより行い、また、化合
物の構造は1H,13C−NMRスペクトル分析により
決定した。
ル)−2,6−ジフルオロ−4−ブチルピペラジンの合
成
た。窒素雰囲気下、200mlのナスフラスコにブチル
アミン(1.78g、0.0244mol)、ジイオド
フルオロエタン(14.6g、0.0488mol)、
炭酸水素ナトリウム(4g、0.0243mol)、水
(50ml)、メタノール(20ml)を投入し、90
℃で9時間、撹拌還流させる。反応終了後、オイルバス
を120℃まで加熱し、蒸留により、メタノール、水、
未反応のブチルアミン、ジイオドフルオロエタンを取り
除く。得られた反応溶液をカラムクロマトグラフィー
(展開溶媒:トルエン)に投入し、目的の化合物ジ(ブ
ロモフルオロエチル)ブチルアミン(7.8g、収率:
77%)を単離した。
合成したジ(ブロモフルオロエチル)ブチルアミン(5
g、0.012mol)、ブチルアニリン(1.79
g、0.012mol)、水(100ml)、アセトン
(80ml)、メタノール(50ml)を投入し、90
℃で7時間、撹拌還流させる。この間、2時間おきにア
セトン(約100ml)を投入する。反応終了後、蒸留
により水、メタノール、アセトンを除去させ、カラム精
製により目的の化合物1−(4’−フルオロフェニル)
−2,6−ジフルオロ−4−ブチルピペラジン(1.8
2g、収率:49%)を単離した。化合物の精製はカラ
ム精製を繰り返すことにより行い、また、化合物の構造
は1H,13C−NMRスペクトル分析により決定し
た。
ル)−3,3,5,5−テトラフルオロ−4−ブチルピ
ペラジンの合成
た。窒素雰囲気下、200mlのナスフラスコにブチル
アニリン(3.34g、0.0224mol)、ジイオ
ドジフルオロエタン(14.2g、0.0448mo
l)、水(50ml)、炭酸水素ナトリウム(3.76
g、0.0448mol)、メタノール(20ml)を
投入し、90℃で9時間、撹拌還流させる。反応終了
後、オイルバスを120℃まで加熱し、蒸留により、メ
タノール、水、未反応のブチルアニリン、ジイオドジフ
ルオロエタンを取り除く。得られた反応溶液をカラムク
ロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)に投入し、目
的の化合物ジ(イオドジフルオロエチル)ブチルアニリ
ン(6.55g、収率64%)を単離した。
したジ(イオドジフルオロエチル)ブチルアミン(5
g、0.011mol)、ブチルアミン(0.81g、
0.011mol)、水(100ml)、アセトン(8
0ml)、メタノール(50ml)を投入し、90℃で
7時間、撹拌還流させる。この間、2時間おきにアセト
ン(100ml)を投入する。反応終了後、蒸留により
水、メタノール、アセトンを除去させ、エタノールを投
入させ、再結晶により目的の化合物1−(4’−ブチル
フェニル)−3,3,5,5−テトラフルオロ−4−ブ
チルピペラジン(3.31g、57%)を単離した。化
合物の精製はエタノールに再結晶を繰り返すことにより
行い、また、化合物の構造は1H,13C−NMRスペ
クトル分析により決定した。
ル)−3−フルオロ−4−ブチルピペラジンの合成
た。窒素雰囲気下、200mlのナスフラスコにブチル
アニリン(3.34g、0.0224mol)、ジイオ
ドフルオロエタン(6.72g、0.0224mo
l)、水(50ml)、炭酸水素ナトリウム(3.76
g、0.0448mol)、メタノール(20ml)を
投入し、90℃で9時間、撹拌還流させる。そして、反
応溶液を室温に戻した後、ジイオドエタン(5.91
g、0.0224mol)を投入して、再び90℃で9
時間撹拌還流させる。反応終了後、オイルバスを120
℃まで加熱し、蒸留により、メタノール、水、未反応の
ブチルアニリン、ジイオドフルオロエタン、ジイオドエ
タンを取り除く。得られた反応溶液をカラムクロマトグ
ラフィー(展開溶媒:トルエン)に投入し、目的の化合
物(イオドフルオロエチル)(イオドエチル)ブチルア
ニリン(4.68g、収率44%)を単離した。
した(イオドフルオロエチル)(イオドエチル)ブチル
アニリン(4g、0.0084mol)、ブチルアミン
(0.62g、0.0084mol)、水(100m
l)、アセトン(80ml)、メタノール(50ml)
を投入し、90℃で7時間、撹拌還流させる。この間、
2時間おきにアセトン(100ml)を投入する。反応
終了後、蒸留により水、メタノール、アセトンを除去さ
せ、エタノールを投入させ、再結晶により目的の化合物
1−(4’−ブチルフェニル)−3−フルオロ−4−ブ
チルピペラジン(1.0g、収率41%)を単離した。
化合物の精製はエタノールに再結晶を繰り返すことによ
り行い、また、化合物の構造は1H,13C−NMRス
ペクトル分析により決定した。
ル)−3,3−ジフルオロ−4−ブチルピペラジンの合
成
た。窒素雰囲気下、200mlのナスフラスコにブチル
アニリン(3.34g、0.0224mol)、ジイオ
ドジフルオロエタン(7.12g、0.0224mo
l)、水(50ml)、炭酸水素ナトリウム(3.76
g、0.0448mol)、メタノール(20ml)を
投入し、90℃で9時間、撹拌還流させる。そして、反
応溶液を室温に戻した後、ジイオドエタン(5.91
g、0.0224mol)を投入して、再び90℃で9
時間撹拌還流させる。反応終了後、オイルバスを120
℃まで加熱し、蒸留により、メタノール、水、未反応の
ブチルアニリン、ジイオドジフルオロエタン、ジイオド
エタンを取り除く。得られた反応溶液をカラムクロマト
グラフィー(展開溶媒:トルエン)に投入し、目的の化
合物(イオドジフルオロエチル)(イオドエチル)ブチ
ルアニリン(4.52g、収率41%)を単離した。
した(イオドジフルオロエチル)(イオドエチル)ブチ
ルアニリン(4g、0.0081mol)、ブチルアミ
ン(0.59g、0.0081mol)、水(100m
l)、アセトン(80ml)、メタノール(50ml)
を投入し、90℃で7時間、撹拌還流させる。この間、
2時間おきにアセトン(100ml)を投入する。反応
終了後、蒸留により水、メタノール、アセトンを除去さ
せ、エタノールを投入させ、再結晶により目的の化合物
1−(4’−ブチルフェニル)−3,3−ジフルオロ−
4−ブチルピペラジン(1.28g収率51%)を単離
した。化合物の精製はエタノールに再結晶を繰り返すこ
とにより行い、また、化合物の構造は1H,13C−N
MRスペクトル分析により決定した。
フルオロ−4’’−ブチルピペラジニル)−4−ブチル
ビフェニルの合成
た。窒素雰囲気下、200mlのナスフラスコに4−ブ
チル4’−アミノビフェニル(4.5g、0.0224
mol)、ジイオドフルオロエタン(10g、0.04
48mol)、水(50ml)、炭酸水素ナトリウム
(3.76g、0.0448mol)、メタノール(2
0ml)を投入し、90℃で9時間、撹拌還流させる。
反応終了後、オイルバスを120℃まで加熱し、蒸留に
より、メタノール、水、未反応の4−ブチル4’−アミ
ノビフェニル、ジブロモフルオロエタンを取り除く。得
られた反応溶液をカラムクロマトグラフィー(展開溶
媒:トルエン)に投入し、目的の化合物4−ブチル4’
−ジ(ブロモジフルオロエチル)ビフェニル(8.02
g、収率63%)を単離した。
した4−ブチル4’−ジ(ブロモジフルオロエチル)ビ
フェニル(5g、0.0088mol)、ブチルアニリ
ン(0.64g、0.0088mol)、水(100m
l)、アセトン(80ml)、メタノール(50ml)
を投入し、90℃で7時間、撹拌還流させる。この間、
2時間おきにアセトン(100ml)を投入する。反応
終了後、蒸留により水、メタノール、アセトンを除去さ
せ、エタノールを投入させ、再結晶により目的の化合物
4’−(3’’,5’’−ジフルオロ−4’’−ブチル
ピペラジニル)−4−ブチルビフェニル(1.97g、
58%)を単離した。化合物の精製はエタノールに再結
晶を繰り返すことにより行い、また、化合物の構造は1
H,13C−NMRスペクトル分析により決定した。
布し、表面をラビングして90゜ツイスト配向処理を施
した透明電極を備えたセル間隔5μmの液晶セルに液晶
組成物を真空封入し、透過率−電圧曲線、応答時間を測
定した。透過率−電圧曲線は、液晶セルを2枚の直交す
る偏光子の間に設置し、液晶セルに1KHz、0〜5V
の電圧を印加し、ノーマリーホワイトモードで測定し
た。この透過率−電圧曲線において透過率の最大値を1
00%、最小値を0%とし、透過率が90%を示す印加
電圧をV90、透過率が10%を示す印加電圧をV10
とした(図1)。応答速度は、1KHz、5Vの電圧を
1s間隔で印加し、透過率が100%から10%に変化
するのに要する時間をτとした(図2)。また、配向膜
としてポリイミドを塗布し、表面をラビングして180
゜配向処理を施した透明電極を備えたセル間隔25μm
の液晶セルに液晶組成物を真空封入し、静電容量の電圧
依存性より誘電率異方性Δεを測定した。測定はいずれ
も25℃で行った。末端にフッ素原子を有する化合物の
みで構成された液晶組成物1では、V90=1.78
V、V10=2.90V、τ=15.2ms、Δε=
4.4であった。
合物のみで構成された液晶組成物2について、比較例1
と同様な方法で透過率−電圧曲線、応答時間および誘電
率異方性を測定したところ、V90=2.02V、V1
0=2.96V、τ=17.6ms、Δε=5.1であ
った。
1に実施例1記載の化合物1−(4’−ブチルフェニ
ル)−3,5−ジフルオロ−4−ブチルピペラジンを
8.3重量%添加した組成物について、比較例1と同様
な方法で透過率−電圧曲線、応答時間および誘電率異方
性を測定したところ、V90=1.60V、V10=
2.73V、τ=9.9ms、Δε=4.4であった。
1に実施例1記載の化合物1−(4’−ブチルフェニ
ル)−3,5−ジフルオロ−4−ブチルピペラジンを
4.2重量%添加した組成物について、比較例1と同様
な方法で透過率−電圧曲線、応答時間および誘電率異方
性を測定したところ、V90=1.72V、V10=
2.84V、τ=13.5ms、Δε=4.4であっ
た。
物2に実施例1記載の化合物1−(4’−ブチルフェニ
ル)−3,5−ジフルオロ−4−ブチルピペラジンを
8.3重量%添加した組成物について、比較例1と同様
な方法で透過率−電圧曲線、応答時間および誘電率異方
性を測定したところ、V90=1.86V、V10=
2.81V、τ=10.4ms、Δε=4.8であっ
た。
物1に実施例6記載の化合物1−(4’−ブチルフェニ
ル)−3,3−ジフルオロ−4−ブチルピペラジンを
8.3重量%添加した組成物を比較例1と同様な方法
で、透過率−電圧曲線、応答時間および誘電率異方性を
測定したところ、V90=1.55V、V10=2.6
5V、τ=9.4ms、Δε=4.5 であった。
物2に実施例6記載の化合物1−(4’−ブチルフェニ
ル)−3,3−ジフルオロ−4−ブチルピペラジンを
8.3重量%添加した組成物ついて、比較例1と同様な
方法で透過率−電圧曲線、応答時間および誘電率異方性
を測定したところ、V90=1.82V、V10=2.
77V、τ=10.0ms、Δε=5.0であった。
物1に実施例7記載の化合物4’−(3’’,5’’−
ジフルオロ−4’’−ブチルピペラジニル)4−ブチル
ビフェニルを8.3重量%添加した組成物について、比
較例1と同様な方法で透過率−電圧曲線、応答時間およ
び誘電率異方性を測定したところ、V90=1.67
V、V10=2.83V、τ=12.1ms、Δε=
4.4であった。
物2に実施例7記載の化合物4’−(3’’,5’’−
ジフルオロ−4’’−ブチルピペラジニル)4−ブチル
ビフェニルを8.3重量%添加した組成物について、比
較例1と同様な方法で透過率−電圧曲線、応答時間およ
び誘電率異方性を測定したところ、V90=1.90
V、V10=2.89V、τ=13.5ms、Δε=
4.8であった。
物2に実施例7記載の化合物4’−(3’’,5’’−
ジフルオロ−4’’−ブチルピペラジニル)4−ブチル
ビフェニルを4.2重量%添加した組成物について、比
較例1と同様な方法で透過率−電圧曲線、応答時間およ
び誘電率異方性を測定したところ、V90=1.96
V、V10=2.94V、τ=15.2ms、Δε=
4.9であった。
は、種々の液晶組成物への相溶性が良好であり、また非
常に化学安定性に優れており、これを添加した液晶組成
物は応答速度の向上がみられた。
ある。
Claims (8)
- 【請求項1】 下記一般式(1)で表されるピペラジン
化合物よりなる液晶添加剤。 (Ar1)n−Py−(Ar2)m …(1) (ただし、式中、Ar1、Ar2は相互に独立した環状置
換基、Pyは置換基としてハロゲン原子を有する1,4
−ピペラジニル基、nは整数0〜2、mは整数0〜2を
示す。n、mの両方が0になることはない。) - 【請求項2】 環状置換基Ar1、Ar2のうち少なくと
も一つが−CnH2n+ 1、−OCnH2n+1、−F、−Cl、
−Br、−I、−OH、−CF3、−CN(式中nは0
〜10の整数)より選ばれる置換基を有することを特徴
とする請求項1に記載の液晶添加剤。 - 【請求項3】 環状置換基Ar1、Ar2が1,4−フェ
ニル基または1,4−シクロヘキシル基であることを特
徴とする請求項1または2に記載の液晶添加剤。 - 【請求項4】 置換基としてハロゲン原子を有する1,
4−ピペラジニル基Pyが置換基としてF原子、Cl原
子を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1
項に記載の液晶添加剤。 - 【請求項5】 環状置換基Ar1、Ar2の数m、nの一
方が0であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
1項に記載の液晶添加剤。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに1項に記載の
液晶添加剤を添加してなることを特徴とする液晶組成
物。 - 【請求項7】 液晶添加剤の添加量が母体液晶組成物に
対して1〜50重量%であり、母体液晶組成物がネマチ
ック液晶組成物またはスメクチック液晶組成物であるこ
とを特徴とする請求項6に記載の液晶組成物。 - 【請求項8】 請求項6または7に記載の液晶組成物を
用いた液晶表示素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9325835A JP2930062B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 液晶添加剤並びにそれを用いた液晶組成物および液晶表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9325835A JP2930062B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 液晶添加剤並びにそれを用いた液晶組成物および液晶表示素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11158469A JPH11158469A (ja) | 1999-06-15 |
JP2930062B2 true JP2930062B2 (ja) | 1999-08-03 |
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JP9325835A Expired - Fee Related JP2930062B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 液晶添加剤並びにそれを用いた液晶組成物および液晶表示素子 |
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