JPH0699381B2 - 液晶性化合物並びに液晶組成物 - Google Patents

液晶性化合物並びに液晶組成物

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JPH0699381B2 JP20610682A JP20610682A JPH0699381B2 JP H0699381 B2 JPH0699381 B2 JP H0699381B2 JP 20610682 A JP20610682 A JP 20610682A JP 20610682 A JP20610682 A JP 20610682A JP H0699381 B2 JPH0699381 B2 JP H0699381B2
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紀四郎 岩崎
輝夫 北村
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【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は液晶性化合物と該液晶性化合物を含む液晶組成
物に係り、特に応答性の優れた強誘電性液晶材料に関す
る。
本明細書において液晶性化合物とは、それ自体では液晶
相を示さずとも液晶組成物の配合成分として有用な物質
をも含むものとする。
〔従来技術〕
現在、液晶は表示材料として広く用いられているが、そ
うした液晶表示素子のほとんどはTN(Twisted Nemati
c)型表示方式(例えば特開昭47-11737号公報参照)の
ものであり、液晶材料としてネマチツク相に属する液晶
を用いるものである。このTN型表示方式は受光型のため
目が疲れない。消費電力が極めて少ないといつた特長を
持つ反面、応答が遅い、視る角度によつては表示が見え
ないといつた欠点がある。最近は、表示装置に対して特
に高速応答性が要求されており、こうした要求に答える
べく液晶材料の改良が試みられてきた。しかし、他の発
光型デイスプレイ(EL(エレクトロ・ルミネツセン
ス),ブラズマデイスプレイ等)と比較すると、応答時
間にまだ大きな差が存在する。受光型、低消費電力とい
つた液晶の特長を生かし、なおかつ発光型デイスプレイ
に匹敵する応答性を確保するためにはTN型表示方式に代
わる新しい液晶表示方式の開発が不可欠である。そうし
た試みの一つに強誘電性液晶の光スイチング減少を利用
した表示デバイス(例えば特開昭56-107216号公報ある
いはN.A.Clark.S.T.Lagerwall:Appl.Phys.Lett.,36,899
(1980)参照)がある。強誘電性液晶は'75年にR.B.Mey
er等によつてその存在が初めて発表されたもので(R.B.
Meyer etal.:J.Physique36,L−69(1975)参照)、結晶
構造上からカイラルスメクチツクC相(SmC*相と略記す
る)、あるいはカイラルスメクチツクH相(SmH*相と略
記する)に属する。強誘電性液晶化合物としては、表1
に示したものが知られている(Ph.Martinot-Lagarde:J.
Physique,37,C3-129(1976)参照)。
しかし、表1から判るように既存の強誘電性液晶化合物
は強誘電性を示す温度(SmC*相あるいはSmH*に属する温
度範囲)が室温より高いものが多く、また、いずれの化
合物もベンゼン環に付いているビニル結合部が光によつ
て短時間で容易に異性化を起こし、シス体となるため液
晶相を示さなくなるといつた欠点を持つており、実用的
でない。そこで、光安定性の悪いビニル結合部を排し、
強誘電性を示す温度が室温付近となるような分子構造を
検討する過程で本発明に至つた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、強誘電性液晶組成物の配合成分とし有
用でかつ光安定性の良い液晶性化合物並びにこの液晶性
化合物を配合成分とする液晶組成物を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
本発明の液晶性化合物は、式(I)で示される分子構造
を有することを特徴とする。
式(I)中のRのアルコキシ基あるいはアルキル基であ
り、いずれにせよ直鎖,分枝,シクロ環のどれであつて
も良い。特に、直鎖状のアルコキシ基(CnH2n+1−O
−)が望ましく、炭素数nは1〜18のものが望ましい。
また、式(I)中のR*は不斉炭素原子を含む基であり、
以下の式(II)または(III)で表される。
先述したように、強誘導性液晶はSmC*相あるいはSmH*
に属する。これら2つの液晶相の特徴は、液晶分子が一
分子毎の層状に分布しており、液晶分子はその層面に対
し傾いて配列し、かつ、傾きの方向が隣り合う層で少し
ずつずれていて全体としてら旋を描いている結晶構造に
ある(R.B.Meyer:Mol.Cryst.Liq.Cryst.40,33(1977)
参照)。自発分極はこのら旋軸(層面に垂直な方向)と
液晶分子の配列方向(平均的な液晶分子長軸の方向)と
に垂直な方向を向いている。さて、こうした液晶構造と
自発分極を誘起させるためには分子構造に次の2つの要
素が必要であると考えられる。即ち、ら旋構造を誘起さ
せるためには末端基が不斉炭素原子を含むこと、自発分
極を誘起させるためには液晶分子の長軸方向に対しほぼ
垂直な方向に永久双極子を有する基を末端基が有するこ
とである。式(I)の末端基 は上記の2つの要素を満足するものである。
ところで、液晶性を有するか否かは、当然のことながら
上記末端基が結合する相手の分子構造に依存する。液晶
性物質となる分子構造として、発明者は下記の構造を含
む基が有効であることを見出した。
この構造を含む基を上記末端基と結合させた式(I)の
分子構造とすることによつて、本発明の目的を達成する
ことができるのである。なお、ラセミ体の場合は結晶構
造上ら旋構造とならないので強誘電性を示さない。d体
またはl体に分離されて初めて強誘電性を示し、実用に
なる。
次に、本発明の液晶組成物は上記の本発明の液晶性化合
物を配合成分として成ることを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によつてより具体的に説明する。
実施例1 <一般式 で表わされる液晶性化合物の製造方法と物性〉 (一般式に於てn=10の物質:P−n−デシルオキシベン
ジリデン−P′−(2−メチルブチルオキシカルボニ
ル)アニリン)の製造方法で代表させる。
(−)2−メチルブチルアルコール51g、ピリジン200ml
の混合液を氷冷し、P−ニトロ安息香酸塩化物を加えて
30分間攪拌した後、沸騰水浴上で5時間加熱攪拌した。
室温に冷して水400mlとトルエン200mlを加えて分液し、
油層を6N塩酸、2N水酸化ナトリウム、水で順次洗浄し、
減圧蒸留によつて沸点134-137℃(4mmHg)の黄色油97.5
gを得た。この物質はP−ニトロ安息香酸2−メチルブ
チルエステルである。
このニトロ化合物を260mlのエタノール中で5%Pd/C触
媒6gの存在下に常温常圧で水素還元した。触媒を別
し、エタノールを留去して得られる結晶をヘプタン200m
lとベンゼン100mlの混合溶媒より再結晶させ、融点44-4
5℃の結晶85gを得た。この物質は(+)P−アミノ安息
香酸2−メチルブチルエステルである。なお、20%トル
エン溶液で測定した比旋光度▲〔α〕23 D▼は+7.30で
あつた。
他方の原料であるP−n−デシルオキシベンズアルデヒ
ドは以下の方法で合成した。P−ヒドロキシベンズアル
デヒド84g、エタノール400ml、水酸化カリウム48g、臭
化n−デシル170gを還流下で5時間加熱攪拌した。次に
エタノールを大部分留去し、トルエンと水を加えて分液
し、有機層を2N水酸化ナトリウム、水で順次洗浄した
後、減圧蒸留させて沸点157-159℃(3mmHg)の目的物を
127g得た。
次に、(+)P−アミノ安息香酸2−メチルブチルエス
テル8g、P−n−デシルオキシベンズアルデヒド10g、
P−トルエンスルホン酸20mgとトルエン150mlをデイー
ン・スターク型還流冷却基を付けて煮沸し、生成する水
を除去した。室温に冷し、2N水酸化ナトリウム、次に水
で洗浄し、トルエンを減圧留去して得られた残留物をエ
タノールにより2回再結晶してP−n−デシルオキシベ
ンジリデン−P′−(2−メチルブチルオキシカルボニ
ル)アニリン11gを得た。
ここで得た物質がP−n−デシルオキシベンジリデン−
P′−(2−メチルブチルオキシカルボニル)アニリン
であることは元素分析、質量スペクトル及び赤外吸収ス
ペクトルにより確認した。即ち、本物質の元素分析値
(C;77.09%、H;9.18%、N;3.08%)はC29H41NO3の分子
量計算値(C;77.13%、H;9.15%、N;3.10%)とよく一
致し、質量スペクトルではm/e=451に分子イオンピーク
が現われている。また、第1図に本物質の赤外吸スペク
トルを示したが、図から明らかなように1710cm-1と1255
cm-1にエステル結合の吸収が、1610cm-1にシツフ結合の
吸収が現われている。以上の分析結果と原料結合物との
関係から本化合物がP−n−デシルオキシベンジリデン
−P′−(2−メチルブチルオキシカルボニル)アニリ
ンであることが確認された。
上記製造方法に準ずる方法で合成したP−n−アルコキ
シベンジリデン−P′−(2−メチルブチルオキシカル
ボニル)アニリンの相転移温度を表2に示す。表中Cは
結晶相を、SAはスメクチツクA相を、Sc*はスメクチツ
クカイラルC相を、そしてIは等方性液体相をそれぞれ
示し、例えば液晶相からスメクチツクA相への相転移は
C−SAと記号化する。相転移温度の単位は℃である。相
転移温度の説明中で( )内の数値は、加熱時には転移
せず冷却時のみ相転移するモノトロピツクの相転移温度
を示す。
表2から判るようにn=4〜12の化合物はモノトロピツ
クに相転移し、スメクチツクカイラルC相を示す。この
相に於てこれら化合物が強誘電性を示すことを確認し
た。第2図にn=7,8,10,12の化合物の自発分極の大き
さと温度との関係を示した。
次に、本実施例の化合物の光安定性について以下の実験
を行つた。試料を2φキヤピラリに入れ、ウエザーメー
タにより光を照射した時のスメクチツクA相から等方性
液体への相転移温度(TsA-I)の変化を調べた。ウエザ
ーメータはスガ試験機製のWE-SUN-DC型で、光源はカー
ボンアークである。本実施例よりn=8のP−n−オク
チルオキシベンジリデン−P′−(2−メチルブチルオ
キシカルボニル)アニリンを試料とし、参考試料として
表1に示したp−(p−デシロキシベンジリデンアミ
ノ)けい皮酸2−メチルブチルエステルを用いた。測定
したTsA-Iと光照射時間との関係を表3に示す。
参考試料は30hの光照射によつて30℃以上も相転移温度
が低下してしまうが本実施例の試料はほとんど変化が見
られず、光に対し安定であることが判る。
実施例2 実施例1に記載の方法で合成した(+)P−アミノ安息
香酸2−メチルブチルエステル7g、P−n−オクチルベ
ンズアルデヒド9g、P−トルエンスルホン酸18mgとトル
エン135mlを実施例1と同様デイーン・スターク型還流
冷却器を付けて煮沸し、生成する水を除去した。室温に
冷し、2N水酸化ナトリウム、次に水で洗浄し、トルエン
を減圧留去して得られた残留物をエタノールにより2回
再結晶してP−n−オクチルベンジリデン−P′−(2
−メチルブチルオキシカルボニル)アニリン10gを得
た。
ここで得た物質の元素分析値(C;79.61%、H;9.15%、
N;3.40%)はC27H37NO2の分子量計算値(C;79.55%、H;
9.17%、N;3.44%)と一致し、質量スペクトルの分子イ
オンピークはm/e=407に現われる。赤外吸収スペクトル
には1710cm-1、1260cm-1にエステル結合の吸収が、1610
cm-1にシツフ結合が現われている。以上の事実と原料化
合物との関係から本化合物がP−n−オクチルベンジリ
デン−P′−(2−メチルブチルオキシカルボニル)ア
ニリンであることが確認された。
本物質は融点(m.p.)が12℃であり液晶相は示さなかつ
た。実施例1との比較から、アルキル基はアルコキシ基
に比べて液晶性が悪いと考えられ、液晶相を期待するに
はアルコキシ基(実施例1)が望ましいと考える。
実施例3 <一般式 で表わされる液晶性化合物の製造方法と物性〉 実施例1に記載した方法に準じて2−オクタノールより
合成した(+)P−アミノ安息香酸2−オクチルエステ
ル(m.p.72.5-73.5℃)、実施例1に記載の方法で合成
したP−n−アルキルオキシベンズアルデヒドを原料と
し、目的物であるP−n−アルキルオキシベンジリデン
−P′−(1−メチルヘプチルオキシカルボニル)アニ
リンを得た。製造方法は実施例1あるいは2と同様であ
る。
得られた物質が目的とする化合物であることは実施例1
及び2と同様の方法で確認した。例えば、一般式に於て
n=4のP−n−ブチルオキシベンジリデン−P′−
(1−メチルヘプチルオキシカルボニル)アニリンの場
合、元素分析値(C;76.29%、H;8.59%、N;3.38%)はC
26H35NO3の分子量計算値(C;76.23%、H;8.63%、N;3.4
2%)と一致し、質量スペクトルではm/e=409に分子イ
オンピークが現われており、また赤外吸収スペクトルに
於て1700cm-1、1265cm-1にエステル結合の吸収が、1620
cm-1にシツフ結合の吸収が現れていることから目的とす
る化合物であることが確認された。
一般式に於てn=4及び8の物質の相転移温度を表4に
示す。
以上、実施例2,3に示したように、実施例1の化合物が
単独で強誘電性を示すものであるのに対し、実施例2,3
の化合物は単独では強誘電性を示す液晶相にはなりにく
い。しかし、これらの化合物は既存の強誘電性液晶化合
物に配合させることによつて強誘電性を示す温度を室温
付近まで低くする、あるいは光安定性を良くする効果が
あり、配合成分として有用な化合物である。
実施例4〈実施例1にて製造した液晶性化合物を配合成
分とする液晶組成物の特性〉 実施例1で製造した化合物を成分とする液晶組成物を調
整した。表5に液晶組成物の組成、相転移温度を示し
た。表5から明らかなように、本発明による液晶組成物
Aは室温付近に安定な(エナンチオトロピツクの)強誘
電性スメクチツクカイラルC相を示す。また、本発明の
液晶性化合物を従来の強誘電性液晶化合物と混合した液
晶組成物Bは強誘電性を示す温度範囲が30℃〜61℃であ
り、本発明の液晶化合物が強誘電性温度範囲を室温付近
まで低下させる効果のあることも判る。
〔発明の効果〕 以上述べてきたように、本発明の液晶性化合物は強誘電
性液晶組成物の配合成分として有用であり、かつ光安定
性が良いことが判る。また、本発明の液晶性化合物を配
合成分とすることにより、光安定性の良好な強誘電性液
晶組成物が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る液晶性化合物の赤外吸
収スペクトル線図であり、第2図は同実施例の液晶性化
合物の自発分極の大きさを示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 紀四郎 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 北村 輝夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 向尾 昭夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 犬飼 孝 神奈川県横浜市磯子区森3丁目4番46号 (72)発明者 古川 顕治 神奈川県横須賀市久里浜1丁目16番7号 (72)発明者 寺島 兼詞 神奈川県横浜市金沢区乙▼とも▲町10番3 号 (72)発明者 斉藤 伸一 神奈川県横浜市金沢区乙▼とも▲町10番3 号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次式で示されることを特徴とする液晶性化
    合物。 (式中、Rはアルコキシ基またはアルキル基であり、 R* であり、ここで*を付したCは不斉炭素原子である。)
  2. 【請求項2】前記式中のRがCnH2n+1−O−(nは1〜1
    8の整数である。)であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の液晶性化合物。
  3. 【請求項3】次式で示される液晶性化合物を配合成分と
    して成ることを特徴とする液晶組成物。 (式中、Rはアルコキシ基またはアルキル基であり、 R* であり、ここで*を付したCは不斉炭素原子である。)
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