JPH02155986A - 液晶材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は新規な液晶材料に関し、特にキシルスメクチッ
クＣ相を有する強誘電性液晶として用いられるものであ
る。

（従来の技術） 液晶は、従来より小型フラットパネルデイスプレーの本
命として電卓、時計などに広く用いられている。また、
最近では自動車用デイスプレーパーソナルコンピュータ
用デイスプレーとしても用いられている。更に、小型液
晶テレビのような動画用デイスプレーとしても応用され
始めている。

ところで、従来、電卓、時計などに用いられている液晶
としてはツイストネマチック液晶が知られている。しか
しながら、この液晶を用いた表示方式では応答速度が不
充分であることや、クロストークが発生するなどの問題
があった。このため、この液晶は動画用の大画面デイス
プレーなど、速い応答速度が要求されるものへの応用は
困難であった。

こうした問題を解決するために、ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍｔ
ｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＰＴ）を用いたアクティブマト
リックスのような方式も開発されているが、製造コスト
が高いなどの問題があった。

こうしたことから、ツイストネマチック液晶を用いた表
示方式に代わるものとして強誘電性液晶による表示方式
が注目されている。この方式は、１９７５年にＲ，Ｂ、
Ｍａｙｅｒらにより発表されたもので、従来の方式に比
べて応答速度が速いこと、メモリ効果を持つことなどの
特長を有している。この強誘電性液晶は、液晶形態がキ
シルスメクチックＣ相をとるものである。こうした強誘
電性液晶となり得る材料としては、従来より多数のもの
が知られている。

しかしながら、従来の強誘電性液晶は、キシルスメクチ
ックＣ相の温度範囲が狭いため使用上の制約があった。

また、一般に強誘電性液晶の応答速度は、下記の式で表
わすことができる。

Ｐ　・　Ｅ （ただし、τ：応答速度、η：回転粘度、Ｐ：自発分極
、Ｅ：電圧） すなわち、応答速度は液晶材料の回転粘度（η）に比例
し、自発分極（Ｐ）と電圧（Ｅ）との積に比例する。こ
のため、回転粘度（η）が小さく、自発分極（Ｐ）の大
きな材料が望ましい。

しかし、従来の強誘電性液晶材料は、自発分極（Ｐ）の
大きさが十分でなかった。また、混合液晶材料とした場
合でも、全体の自発分極を充分に大きくすることができ
なかった。このため、従来は応答速度を速くすることが
困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は前記問題点を解決するためになされたのため、
キシルスメクチックＣ相の温度範囲が広く、かつ大きな
自発分極を持たせることにより数ｌθ〜数１００μｓと
従来より応答速度を速くすることができる液晶材料を提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の液晶材料は、−数式（１） （たたし、式中０１は不斉炭素原子、Ｒは炭素数１〜２
０のアルキル基、Ω、ｍ及びｎはＯ又は１のンゼン環、
シクロヘキサン環、ビシクロオクタン環、ピリミジン環
もしくはジオキサン環又はこれらの置換体のうちいずれ
か１種、Ｘｌ及びＸ２は単結合、−ＣＯＯ−−０ＣＯ−
−ＣＨ−Ｎ−−Ｎ−Ｃ）（−、アゾ基、アゾキン基、−
ＣＨ−ＣＨ−−ＣＨ２ＣＨ２− −ＣＨ２０−又は−〇　ＣＨ２−のうちいずれか１種を
それぞれ表わす）。

で表わされることを特徴とするものである。

本発明に係る一般式（１）で表わされる液晶材料は、（
＋）−又はく−）−ペルフルオロ−２−プロポキシプロ
ピオン酸の誘導体として合成することができる。−例と
して、次頁に示す反応式に従って４−アルコキシ−４゛
−ビフェニルカルボン酸フェニルエステルを合成する場
合について説明する。

まず、（＋）又は（−）ペルフルオロ−２−プロポキシ
プロピオン酸を塩化チオニルで処理した後、ヒドロキノ
ンと反応させ、ヒドロキノンエステル（Ｄを合成する。

一方、４−ヒドロキシ−４“−ビフェニルカルボン酸と
ハロゲン化アルキルとを反応させた後、塩化チオニルで
処理し、４−アルコキシ−４−ビフェニルカルボン酸塩
化物■を合成する。

前記ヒドロキノンエステル■と４−アルコキシ−４°−
ビフェニルカルボン酸塩化物■とを反応させて４−アル
コキシ−４−ビフェニルカルボン酸フェニルエステル■
を合成する。

前述した例では液晶化合物の中心骨格は４−アルコキシ
−４°−ビフェニルカルボン酸フェニルエステ■ Ｘ２、Ω、ｍＳｎの組合せを変えて、−数式（１）で表
わされる各種構造の液晶材料を合成することができる。

なお、−数式（１）中のＲとしては、キシルスメクチッ
クＣ相の温度範囲を拡大する観点から、炭素数１〜２０
の直鎖アルキル基より選択されるが、炭素数４〜１４の
直鎖アルキル基を選択することがより望ましい。

本発明に係る液晶材料は、キシルスメクチックＣ相の温
度範囲を拡大する観点から、−数式（１）で表わされる
複数の液晶材料を混合して用いることが望ましい。

また、本発明に係る一般式（１）で表わされる液晶材料
とキシルスメクチックＣ相を示す他の液晶材料とを混合
した液晶組成物中において、−数式（Ｉ）で表わされる
液晶材料の含有率は、０．５〜８０％であることが望ま
しい。これは、−数式（Ｉ）で表わされる液晶材料の含
有率が０．５９６未満であるとキシルスメクチックＣ相
の温度範囲の拡大及び自発分極の増大が充分でなく、一
方８０％を超えると組成物の粘度が増加しすぎるなどの
不都合が生じるためである。

（作用） 本発明に係る一般式（１）で表わされる液晶材料は、キ
シルスメクチックＣ相の温度範囲が広く、かつ熱力学的
な安定性が優れているので、特にこれらの２種以上を混
合するか、これらとキシルスメクチックＣ相を示す他の
液晶材料とを混合することにより、使用上の制約が少な
いデイスプレーなどを提供することができる。また、本
発明に係る一般式（Ｉ）で表わされる液晶材料は、自発
分極が大きいため、これらとキシルスメクチックＣ相を
示す他の液晶材料とを混合することにより、自発分極が
大きく、したがって低電圧で応答速度を速くし得るデイ
スプレーなどを提供することができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

合成例１ 市販のく＋）−ペルフルオロ−２−プロポキシプロピオ
ン酸（第一化学薬品■社製）　ｌＯｇ　（３０，３ａ１
１ｏ１）と塩化チオニル６０ｍ１とを撹拌しながら５時
間加熱還流させた。次に、過剰の塩化チオニルを留去し
た後、残留物をｎ−ヘキサン中で再結晶化して白色結晶
（酸塩化物）　８．４　ｇ　（２４，２ｆｆｉＩｌｏｌ
）を得た。

この白色結晶（酸塩化物）　５　ｇ　（１４，４■ｏｌ
）をピリジン１００ｍ１に溶解し、ｐ−ヒドロキノン１
．３５ｇ（１４，４ｍａ＋ｏｌ）を加え、５時間加熱還
流させた。次に、ピリジンを減圧留去し、残った反応生
成物を１０％含水シリカゲル１００ｇ及びトルエンを充
填したカラムを用い、トルエンを溶出溶媒としてカラム
精製を行った。更に、得られた粗精製物をエタノールで
精製し、白色結晶（ヒドロキノンエステル）　２．８４
ｇ　（収率４５％）を得た。

一方、公知の方法により合成した４−オクチルオキシ−
４゛−ビフェニルカルボン酸１．００ｇ　（３，０７ｇ
ｌ１１ｏ１）と塩化チオニル１０ｍ１とを撹拌しながら
４時間加熱還流させた。次に、過剰の塩化チオニルを留
去した後、無水ピリジン３０ｍ１及び先に合成した白色
結晶（ヒドロキノンエステル）　１．２５ｇ　（３，０
７ｎｍｏｌ）を加え、加熱還流させた。次いで、このピ
リジン溶液を室温まで冷却した後、１００ｍ１のイオン
交換水中に注いで沈殿物を生じさせ、沈殿物をろ取した
。

得られた生成物をｌＯ％含水シリカゲルｔｏｏ　ｇ及び
トルエンを充填したカラムを用い、トルエンを溶出溶媒
としてカラム精製を行った。更に、得られた粗精製物を
エタノールにより２回再結晶化して、白色針状結晶１．
３５ｇ　（収率６０％）を得た。

得られた白色針状結晶のＮＭＲスペクトル、ＩＲスペク
トル、ＭＳスペクトルを測定した結果、この白色針状結
晶は下記構造式（ｎ）で表わされる化合物であることが
確認された。また、元素分析の結果もこの構造式と矛盾
しなかった。

（たたし、ｎ−８） 合成例２〜５ 合成−１１で用いた４−オクチルオキシ−４゛−ビフェ
ニルカルボン酸の代わりに、 ４−へキシルオキシ−４°−ビフェニルカルボン酸、４
−デシルオキシ−４゛−ビフェニルカルボン酸、４−ド
デンルオキシ−４“−ビフェニルカルボン酸又は４−テ
トラデシルオキン−４“−ビフェニルカルボン酸を用い
た以外は合成例１と同様にして、下記構造式（ＩＩ）で
表わされる４種の化合物を合成した。

（たたし、ｎ−６，１０，１２，１４）Ｎ　Ｐｖｉ　Ｒ
スペクトル、ＩＲスペクトル、Ｍ　Ｓスペクトル及び元
素分析の結果から、これらの化合物は前記構造を有する
ことが確認された。

合成例６〜ＩＯ 合成例１と同様な方法に従って、下記構造式（ＩＩＩ）
で表わされる５種の化合物を合成した。

（ただし、ｎ−６，８、ｔｏ、　１２．１４）ＮＭＲス
ペクトル、ＩＲスペクトル、ＭＳスペクトル及び元素分
析の結果から、これらの化合物は前記構造を有すること
が確認された。

合成例１１〜１５ 合成例１と同様な方法に従って、下記構造式（ＩＶ）で
表わされる５種の化合物を合成した。

実施例１〜１７ 前記合成例１〜■５で合成された１５種の液晶材料から
それぞれ第１表に示す複数の液晶材料（構造式及びｎの
数で表示）を選択し、第１表に示す混合比で混合し、実
施例１〜１７の液晶組成物を調製した。

得られた実施例１〜１７の各液晶組成物について、Ｃ４
ｓｍｃ”　　ＳｍＣ”−＋ＳｍＡＳＳｍＡ−＋１の各相
転移温度、及び自発分極（Ｐｓ）を測定した。

その結果を第１表に併記する。

（たた“し、ｎｍ５．８．１０．１２．１４）Ｎ　Ｍ　
Ｒスペクトル、■Ｒスペクトル、ＭＳスペクトルを測定
した結果、これらの化合物は前記構造を有することが確
認された。

また、実施例１３〜１７の液晶組成物を、配向膜として
ポリイミドをラビングしたものを用いセル厚を２μｍと
したセルに注入し、加電圧をＩＯＶとして、４０℃で応
答速度を測定した。その結果、応答速度は、 実施例１３ 実施例１４ 実施例Ｉ５ 実施例１６ 実施例１７ であった。

比較例１〜５ 比較のために、 １０５　　μ５ １５０　　ＩＬｓ １７０　　μ５ １４５　　μ５ １５０　　μＳ 前記構造式 ％式％） わされる液晶材料のカイラル部分 の代わりに、 下記式で表わされるカイラル部分 −０−ＣＨ，５−０１−Ｃ’８２Ｃ）１３ＣＨ，。

を存し、下記構造式（Ｖ）〜（■）で表わされる液晶材
料を合成した。

け３ （たたし、ｎ−６，８，１０，１２，１４）次に、第１
表に示す実施例１３〜１７で用いられた構造式（ＩＩ）
、（ＩＩＩ）又は（ＩＶ）で表わされる液晶材料の代わ
りに、それぞれ構造式（Ｖ）、（Ｖｌ）又は（■）で表
わされる液晶材料（ただし、いずれの場合もｎの数は第
１表に表記した数と同じ）を用い、これらを第１表に示
す実施例１３〜１７の混合比と同一の混合比で混合し、
比較例１〜５の液晶組成物を調製した。

これら比較例１〜５の液晶組成物について、前記と同様
に応答速度を」１定した。その結果、応答速度は、 比較例１４０３μｓ 比較例２４５０μｓ 比較例３３９０μｓ 比較例４４４０μｓ 比較例５４７０μｓ であった。

［発明の効果〕 以上詳述したように本発明の液晶材料は、キシルスメク
チックＣ相の温度範囲が広くかつ熱安定性が優れており
、しかも自発分極が大きいので、使用上の制約が少なく
、応答速度が速いデイスプレーなどを提供できるなど顕
著な効果を奏するものである。

出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （ただし、式中Ｃ＾＊は不斉炭素原子、Ｒは炭素数１〜
   ２０のアルキル基、ｌ、ｍ及びｎは０又は１のいずれか
   の整数、▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、
   化学式、表等があります▼及び▲数式、化学式、表等が
   あります▼はベンゼン環、シクロヘキサン環、ビシクロ
   オクタン環、ピリミジン環もしくはジオキサン環又はこ
   れらの置換体のうちいずれか１種、Ｘ＿１及びＸ＿２は
   単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ
   ＝ＣＨ−、アゾ基、アゾキシ基、 −ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＿２ＣＨ＿２−、 −ＣＨ＿２Ｏ−又は−ＯＣＨ＿２−のうちいずれか１種
   をそれぞれ表わす）。 で表わされることを特徴とする液晶材料。