【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、電気光学的表示材料として有用なエ
ステル誘導体の新規ネマチツク液晶化合物に関す
る。本発明によつて提供される新規ネマチツク液
晶は、一般式
〔式中、Rは炭素原子数1〜10の直鎖状アルキ
ル基を表わす〕
で表わされる4―n―アルキルシクロヘキサンカ
ルボニルオキシ―3′―フロロ―4′―シアノベンゼ
ンである。
液晶表示セルの代表的なものの一つにエム・シ
ヤツト(M.Schadt)等〔APPLIED PHYSICS
LETTERS,18,127〜128(1971)〕によつて提
案された電界効果型セル(フイード・エフエク
ト・モード・セル)がある。この電界効果型セル
は、平行に配設された2枚の透明電極板を有し、
この電極板の間に誘電率異方性が正のネマチツク
液晶物質が充填されており、液晶分子はその長軸
を電極板に対して平行にして電極板間で一定角度
ねじれた螺旋状配列を形成し、これによつて入射
光に対して一定の旋光能をもつている。電極板に
電圧を印加すると、液晶分子はその長軸を電極板
に垂直にして配列し、これによつて旋光能は消失
する。この旋光能の変化を偏光板を利用してセル
の光学的透過度の変化に変換する。このように、
電界効果型セルに用いられるネマチツク液晶材料
は誘電率異方性が正のものでなければならない。
式()の化合物は強い正の誘電率異方性をも
つネマチツク液晶化合物である。従つて、各種ネ
マチツク液晶物質は式()の化合物を少量含有
することによつて電界効果型セルに適用可能とな
る。電界効果型セルを低電圧で駆動させることは
当該技術分野における重要課題の一つとされてい
るが、そのためには使用するネマチツク液晶材料
の閾値電圧を出来だけ下げる必要がある。式(1)の
化合物はこの目的に合致する極めて有効な液晶化
合物である。即ち、式()の化合物は正の誘電
率異方性が強い化合物であるため、各種ネマチツ
ク液晶材料に混合することによつて該材料の閾値
電圧を低下させることができる。
添加混合される化合物が極めて強い正の誘導率
異方性を有するものであつても、該化合物がネマ
チツク液晶としての性質を有しないものであるな
らば、このような化合物を各種ネマチツク液晶材
料に混合した場合、ネマチツク相一等方性液体相
(N―I)転移温度が大幅に低下し、可使温度範
囲を狭める欠点があるが、式()の化合物はネ
マチツク相を有するため、各種ネマチツク液晶材
料に多量混合してもそのN―I転移温度を大幅に
低下させることはない。従つて、式()の化合
物を用いることにより、ネマチツク温度範囲を大
幅に狭くすることなく低電圧駆動用混合液晶を容
易につくることができる。
更に、式()の化合物は特開昭54−83694号
公報の中で時分割駆動特性の優れたネマチツク液
晶材料として報告された4,4′―置換シクロヘシ
ルカルボン酸フエニルエステルと極めて良好な相
溶性を有するから、これらの化合物と混合するこ
とによつて実用上優れた混合液晶をつくることが
できる。
本発明の式()の化合物は、反応式
で示すように、2段階の反応によつて製造するこ
とができる。
第1段階では、式()の化合物(式中、Rは
前記意味をもつ。以下同様。)にハロゲン化剤を
反応させて式(′)の化合物(式中、Xはハロ
ゲン原子である。)を製造する。式(′)の化合
物において好ましいXは塩素原子であり、ハロゲ
ン化剤としては塩化チオニルを用いればよい。反
応は常圧及び反応混合物の還流温度で行なう。反
応によつて生成した混合物から式(′)の化合
物を単離する必要はなく、過剰のハロゲン化剤を
除去するだけでよい。
第2段階では、第1段階で製造された粗製の式
(′)の化合物と式()の化合物を不活性有機
溶媒中で反応させる。不活性有機溶媒としては例
えばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジ
メチルホルムアミド、ベンゼン等を用いればよ
い。反応中に遊離したハロゲン化水素を反応系外
に除くために、上記不活性有機溶媒中にピリジ
ン、第3級アミン等のような塩基性物質を含ませ
ることが望ましい。反応は常圧及び室温乃至反応
混合物の還流温度範囲の温度で行なう。反応生成
物に対して溶剤抽出、水洗、乾燥、再結晶等の一
連の精製処理を施すことによつて、目的とする式
()の化合物を単離することができる。
斯くして製造される式()の代表的な化合物
の転移温度は、下表に示す通りである。下表にお
いて、Cは結晶相、Nはネマチツク相、Iは等方
性液体相を夫々表わす。
The present invention relates to novel nematic liquid crystal compounds of ester derivatives useful as electro-optic display materials. The novel nematic liquid crystal provided by the present invention has the general formula [In the formula, R represents a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms] 4-n-alkylcyclohexanecarbonyloxy-3'-fluoro-4'-cyanobenzene. One of the representative liquid crystal display cells is M.Schadt etc. [APPLIED PHYSICS
LETTERS, 18 , 127-128 (1971)] is a field-effect cell (feed-effect mode cell). This field effect cell has two transparent electrode plates arranged in parallel,
A nematic liquid crystal material with positive dielectric anisotropy is filled between the electrode plates, and the liquid crystal molecules form a spiral arrangement twisted at a certain angle between the electrode plates with their long axes parallel to the electrode plates. , which gives it a certain degree of optical rotation power for the incident light. When a voltage is applied to the electrode plates, the liquid crystal molecules align with their long axes perpendicular to the electrode plates, thereby eliminating optical rotation power. This change in optical rotation power is converted into a change in optical transmittance of the cell using a polarizing plate. in this way,
Nematic liquid crystal materials used in field-effect cells must have positive dielectric anisotropy. The compound of formula () is a nematic liquid crystal compound with strong positive dielectric anisotropy. Therefore, various nematic liquid crystal materials can be applied to field effect cells by containing a small amount of the compound of formula (). Driving a field effect cell at a low voltage is considered to be one of the important issues in this technical field, and for this purpose it is necessary to lower the threshold voltage of the nematic liquid crystal material used as much as possible. The compound of formula (1) is a highly effective liquid crystal compound that meets this purpose. That is, since the compound of formula () has a strong positive dielectric constant anisotropy, by mixing it with various nematic liquid crystal materials, the threshold voltage of the material can be lowered. Even if the compound to be added and mixed has extremely strong positive dielectric anisotropy, if the compound does not have properties as a nematic liquid crystal, such a compound can be used in various nematic liquid crystal materials. When mixed, the nematic phase monoisotropic liquid phase (N-I) transition temperature is significantly lowered, which narrows the usable temperature range. However, since the compound of formula () has a nematic phase, it is Even if a large amount is mixed into a liquid crystal material, the NI transition temperature thereof will not be significantly lowered. Therefore, by using the compound of formula (), a mixed liquid crystal for low voltage driving can be easily produced without significantly narrowing the nematic temperature range. Furthermore, the compound of formula () has very good performance with 4,4'-substituted cyclohexylcarboxylic acid phenyl ester, which was reported as a nematic liquid crystal material with excellent time-division driving characteristics in JP-A-54-83694. Since they have excellent compatibility, a practically excellent mixed liquid crystal can be produced by mixing them with these compounds. The compound of formula () of the present invention has the reaction formula As shown, it can be produced by a two-step reaction. In the first step, a halogenating agent is reacted with a compound of formula () (wherein R has the above meaning. The same applies hereinafter) to form a compound of formula (') (wherein, X is a halogen atom). ) is manufactured. In the compound of formula ('), X is preferably a chlorine atom, and thionyl chloride may be used as the halogenating agent. The reaction is carried out at normal pressure and the reflux temperature of the reaction mixture. It is not necessary to isolate the compound of formula (') from the mixture produced by the reaction, it is only necessary to remove excess halogenating agent. In the second step, the crude compound of formula (') prepared in the first step and the compound of formula () are reacted in an inert organic solvent. As the inert organic solvent, for example, diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethylformamide, benzene, etc. may be used. In order to remove hydrogen halide liberated during the reaction from the reaction system, it is desirable to include a basic substance such as pyridine, tertiary amine, etc. in the above-mentioned inert organic solvent. The reaction is carried out at normal pressure and at a temperature ranging from room temperature to the reflux temperature of the reaction mixture. The desired compound of formula () can be isolated by subjecting the reaction product to a series of purification treatments such as solvent extraction, water washing, drying, and recrystallization. The transition temperatures of representative compounds of formula () thus produced are shown in the table below. In the table below, C represents a crystalline phase, N represents a nematic phase, and I represents an isotropic liquid phase.
【表】【table】
【表】
次に、式()の化合物と類似の化学構造をも
ち、ネマチツク液晶材料に添加して該材料を電界
効果型セルに適用可能ならしめる代表的な比較例
化合物として、式
の化合物及び式
の化合物を選び、これらの化合物又は本発明の代
表的化合物である式
の化合物を、それぞれ、代表的な混合ネマチツク
液晶材料すなわち
からなる混合ネマチツク液晶材料に、種々の割合
で添加し、化合物(a)、化合物(a′)及び化合物(b)
がネマチツク液晶材料の閾値電圧及びN―I転移
温度に及ぼす効果の差異を試験した。尚、閾値電
圧の測定は、液晶層厚が10μmとなる電界効果型
セルに試料を充填し、この液晶セルを使用して行
なつた。閾値電圧は、液晶セルに1KHzサイン波
の可変電圧を印加し透過光量が90%となるときの
電圧とした。ここにおいて、透過光量(%)の基
準は電圧無印加時の透過光量を100%とし、光源
の光を完全に遮蔽する時の透過光量を0%とし
た。
結果を第1図及び第2図に示した。上記式(a)の
化合物は、特開昭54−90144号公報に記載された
もので、強い正の誘導率異方性をもつけれども、
ネマチツク液晶としての性質をもたない化合物で
ある。また、上記式(a′)の化合物は特開昭54−
21976号公報等に記載されたもので、強い正の誘
導率異方性をもつネマチツク液晶化合物である。
第1図及び第2図より、本発明の化合物(b)は、公
知化合物(a)及び(a′)に比して、同量の添加で、
閾値電圧を一層低い値まで低下できると共に、公
知化合物(a)に比して、N―I転移温度の低下をよ
り小幅に抑え得ることが理解できよう。
実施例 1
式[Table] Next, as a typical comparative example compound having a chemical structure similar to that of the compound of formula () and which can be added to a nematic liquid crystal material to make the material applicable to a field effect cell, Compound and formula of Select compounds of the formula that are these compounds or representative compounds of the present invention. , respectively, for typical mixed nematic liquid crystal materials, i.e. Compound (a), compound (a') and compound (b) are added in various proportions to a mixed nematic liquid crystal material consisting of
The difference in the effect of the nematic liquid crystal materials on the threshold voltage and NI transition temperature was tested. The threshold voltage was measured using a field effect cell with a liquid crystal layer thickness of 10 μm filled with a sample. The threshold voltage was the voltage at which a variable voltage of 1KHz sine wave was applied to the liquid crystal cell and the amount of transmitted light was 90%. Here, the standard for the amount of transmitted light (%) is that the amount of transmitted light when no voltage is applied is 100%, and the amount of transmitted light when the light from the light source is completely blocked is 0%. The results are shown in Figures 1 and 2. The compound of formula (a) above is described in JP-A-54-90144 and has strong positive dielectric anisotropy;
It is a compound that does not have the properties of a nematic liquid crystal. Moreover, the compound of the above formula (a') is
It is a nematic liquid crystal compound that has strong positive dielectric anisotropy.
From FIG. 1 and FIG. 2, the compound (b) of the present invention can be added in the same amount as the known compounds (a) and (a').
It will be understood that the threshold voltage can be lowered to a lower value, and the decrease in the NI transition temperature can be suppressed to a smaller extent than in the known compound (a). Example 1 Formula
【式】の化合物2.28g
(0.0146モル)に塩化チオール30c.c.を加え、この
混合物を還流下で30分間反応させた後、過剰の塩
化チオニルを留去した。次に、得られた反応生成
物に式30 c.c. of thiol chloride was added to 2.28 g (0.0146 mol) of the compound of the formula, and the mixture was reacted under reflux for 30 minutes, and then excess thionyl chloride was distilled off. Next, the reaction product obtained has the formula
【式】の化合物2.0g
(0.0146モル)、トルエン50c.c.及びピリジン4.0g
を加え、これらを還流下で30分間反応させた。次
に、反応液を1%塩酸及び水で洗浄して中性とし
た後、この反応液からトルエンを留去した。得ら
れた反応生成物をメタノールから再結晶させて、
下記式の化合物3.0g(0.0075モル)を得た。
収率70%
転移温度55℃(C→I)
−15℃(NI)
実施例 2〜6
実施例1と同様な要領で、下記式の化合物を
夫々製造した。2.0 g (0.0146 mol) of the compound of [formula], 50 c.c. of toluene and 4.0 g of pyridine
were added and reacted under reflux for 30 minutes. Next, the reaction solution was washed with 1% hydrochloric acid and water to make it neutral, and then toluene was distilled off from the reaction solution. The obtained reaction product was recrystallized from methanol,
3.0 g (0.0075 mol) of a compound having the following formula was obtained. Yield 70% Transition temperature 55°C (C→I) -15°C (NI) Examples 2 to 6 In the same manner as in Example 1, compounds of the following formulas were produced, respectively.
【表】
30℃(N〓I)
[Table] 30℃ (N〓I)
【表】
49℃(N〓I)
実施例 7
から成る混合液晶を調査した。この混合液晶は29
℃〜46℃でネマチツク相を示し、誘電率異方性は
29℃〜46℃でネマチツク相を示し、誘電率異方性
は+11.4、閾値電圧(前記方法による測定)は
1.1ボルトであつた。[Table] 49℃ (N〓I)
Example 7 We investigated a mixed liquid crystal consisting of . This mixed liquid crystal is 29
It exhibits a nematic phase at temperatures between ℃ and 46℃, and the dielectric anisotropy is
It exhibits a nematic phase at 29°C to 46°C, the dielectric anisotropy is +11.4, and the threshold voltage (measured by the above method) is
It was 1.1 volts.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第1図及び第2図は本発明化合物又は公知化合
物をネマチツク液晶材料に添加した場合における
添加量と閾値電圧及びN―I転移温度との関係を
示す図表である。
FIGS. 1 and 2 are charts showing the relationship between the amount of the compound of the present invention or a known compound added to a nematic liquid crystal material, threshold voltage, and NI transition temperature.