JPH0717905B2 - 液晶組成物 - Google Patents

液晶組成物

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JPH0717905B2
JPH0717905B2 JP60096728A JP9672885A JPH0717905B2 JP H0717905 B2 JPH0717905 B2 JP H0717905B2 JP 60096728 A JP60096728 A JP 60096728A JP 9672885 A JP9672885 A JP 9672885A JP H0717905 B2 JPH0717905 B2 JP H0717905B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、液晶表示素子に利用される液晶組成物に関
し、更に詳しくはダイナミック駆動用液晶表示素子に適
した液晶組成物に関するものである。
[従来の技術] 従来、時計電卓等の表示部に用いられているツイストネ
マチック(TN)型液晶表示素子には、均一なツイスト配
向を達成するために誘電異方性が正のネマティック液晶
に少量の光学活性な化合物が添加された組成物が用いら
れてきた。
また、これら光学活性物質としては、光学活性アミール
基を有するカイラルネマティック化合物もしくはコレス
テリン環を有する化合物が知られ、これらの化合物はい
ずれもネマティック液晶に添加した場合にそのヘリカル
ピッチが高温になる程大きく、低温になる程小さくなる
性質を示すものであった。
[発明の解決しようとする問題点] 一般にTN素子をダイナミック駆動した場合に選択波形に
よって点灯可能な電圧(VON)と、半選択波形によって
消去可能な限界電圧(VOFF)は温度の上昇に伴なって、
共に低下する。
TN素子のしきい電圧は、下式(F.J.Kahn and R.A.Burme
ister Jr.239,Nonemissive Electrooptic Displays)に
よって与えられる。
ここで、KiiFrankの弾性係数、Δεは誘電率の異方性、
Lは液晶層の厚み、Pはピッチである。
従って、温度の上昇に伴ってコレステリックピッチが大
きくなる光学活性物質を用いた場合には、高温でKが小
さくなるので、VONとVOFFの温度勾配が大きくなる。こ
の素子の点灯と消去状態を得ることができる駆動電圧
は、VONとVOFFの間の電圧であるから、一定の駆動電圧
を用いた場合には、表示可能な温度範囲が狭くなる欠点
があった。一方、サーミスター等の温度検出素子を用い
て、駆動電圧(VD)を温度と共に変化させて、VON<VD
<VOFFが保たれるように、回路側から工夫し、広い温度
範囲にわたって駆動可能とする方法もあるが、回路が複
雑化し、回路コストが増大する欠点や、サーミスターの
温度特性に液晶の温度特性を合せる自由度に欠ける等の
欠点が従来のネマチック液晶組成物にはあった。
[問題を解決するための手段] 本発明は前述の問題点を解決するためになされたもので
あり、一般式 (式中Rは炭素数2〜12のアルキル基をあらわし、*は
光学活性中心をあらわし、Xは単結合、−COO−,−CH2
CH2−,−CH2O−又は−OCH2−をあらわし、nは1又は
2をあらわし、YとZは独立に単結合、1,4−ジ置換フ
ェニレン又はトランス−1,4−ジ置換シクロヘキシレン
をあらわし、R′は炭素数1〜12のアルキル基又はアル
コキシ基をあらわす)で示される光学活性化合物を1種
類以上含有したことを特徴とするネマチック液晶組成物
である。
本発明において、一般式(I)中のRで示される直鎖状
のアルキル基の炭素数は、少ない場合には融点が高く、
多すぎる場合には粘度が高いので2〜12であるが、好ま
しくは2〜8が良い。
R′はアルキル基又はアルコキシ基であり、その炭素数
は少ない場合には融点が高く、多過る場合にはその粘度
が高いので、1〜12であるが、好ましくは2〜8が良
い。又、このR′は直鎖状でも分岐状でも良いが、一般
に直鎖状のものの方が好ましい。
一般式(I)の化合物において、1,4−ジ置換フェニレ
ンの数とトランス−1,4−ジ置換シクロヘキシレンの数
の合計は最大4個、最小1個であるが、1個の場合には
他の液晶性を示す化合物と混合した場合にその透明点が
低くなる傾向にあり、又、4個の場合には粘度が高過る
傾向にあるので、環の合計数は2〜3が好ましい。
このため、一般式(I)において、R′が直鎖状のアル
キル基又はアルコキシ基であり、nが1であり、Yが1,
4−ジ置換フェニレンであるところの下記化合物(IA)
を用いることが好ましい。
また、一般式(I)の化合物において、Rがn−C6H13
の化合物を用いることが、ピッチの温度変化が大きく、
高温側におけるしきい電圧の降下を少なくできる効果が
大きく、特に好ましい。
ピッチの温度変化の程度は、光学活性物質を添加される
液晶の種類にも依存するので、電圧の温度変化を調節す
る必要がある場合には、同様な性質を示す化合物、ある
いは従来の化合物との組合せによることも有用である。
本発明の液晶組成物は、一般式(I)の化合物を誘電異
方性が正のネマティック液晶組成物中に添加して用いら
れる。
本発明においては、一般式(I)の化合物は液晶組成物
中に0.1〜10wt%程度添加されればよい。
本発明の一般式(I)の化合物と混合して、液晶組成物
として使用される相手の化合物としては、公知の種々の
液晶又は非液晶の液晶添加物が使用でき、例えば、以下
のようなものがある。
以下の例でRは本発明のRとは関係がなく、直鎖状また
は分岐したアルキル基又はアルコキシ基を示し、一つの
化合物に同一のRが示されていてもそれらは同一の基と
は限らない。
及びこれらのベンゼン環、シクロヘキサン環等の水素原
子の一部をハロゲン、シアノ基、メチル基等に置換した
化合物。
またこれらの他、二色性染料を併用してもよく、例えば
トリスアゾ系,アントラキノン系など、いわゆるゲスト
ホスト型液晶表示素子に使用される染料が挙げられる。
液晶表示素子は、本発明液晶組成物による液晶層を挟持
するように配置し、少なくとも一枚が透明である複数の
全面又は一部に電極を有する基板と、前記液晶層を囲む
ように前記電極基板間に形成したシール部材とから成
る。該液晶表示素子において前記基板間の厚みは、通常
5〜20μmとされればよい。また、通常は前記基板に
は、必要に応じてポリイミド、ポリアミド等の樹脂もし
くはSiO2,TiO2等の無機物質によるオーバーコートを
し、通常各々に水平配向制御処理がなされているもので
あり、前記基板の両面に一対の偏光膜を配置することに
よりツイストネマティック型の液晶表示素子が形成され
る。
該電極基板は少なくとも2枚必要であるが、さらに多数
枚を積み重ねて使用しても良い。
本発明の液晶組成物に添加される一般式(I)化合物は
例えば以下に示す経路により合成することができる。
(式中Rは炭素数2〜12の直鎖状アルキル基をあらわ
し、*は光学活性中心をあらわし、Xは単結合,−COO
−,−CH2CH2−,−CH2O−又は−OCH2−をあらわし、n
は1または2をあらわし、YとZは独立に単結合、1,4
−ジ置換フェニレン又はトランス−1,4−ジ置換シクロ
ヘキシレンをあらわし、R′は炭素数1〜12のアルキル
基又はアルコキシ基をあらわす) すなわち、光学活性な2級アルコール(III)をp−ト
ルエンスルホン酸クロライド(IV)と、ピリジン等の塩
基性化合物の存在下に反応させて、p−トルエンスルホ
ン酸エステル(V)とし、これをフェノール誘導体(V
I)と炭酸カリウム等の塩基性化合物の存在下でエーテ
ル化し、次いで抽出、再結晶、カラムクロマトグラフィ
ー等一連の精製処理を施すことより、純粋な(I)を合
成することができる。
一般式(I)の化合物でXが−COO−の化合物は、前記
方法の第1段階を共通とした次のような方法でも合成で
きる。
(式中R、R′、n、X、Y、Zおよび*は前記意味を
もつ) p−トルエンスルホン酸エステル(V)とp−ヒドロキ
シ安息香酸メチル又は4′−ヒドロキシビフェニル−4
−カルボン酸メチル(VII)とを炭酸カリウム等の塩基
性化合物の存在下でエーテル化し、p−アルコキシ安息
香酸メチル又は4′−アルコキシビフェニル−4−カル
ボン酸メチル(VIII)とし、次いでこれを水酸化ナトリ
ウム等で加水分解してカルボン酸(IX)とし、さらに塩
化チオニル等で酸塩化物(X)とし、これをフェノール
誘導体(XI)とピリジン等の塩基性化合物の存在下に反
応させてエステル化し、次いで抽出、再結晶、カラムク
ロマトグラフィー等一連の精製処理を施すことより、純
粋な(XII)を合成することができる。
[実施例] 次に本発明を実施例により具体的に説明する。
化合物合成例1 D−(+)−2−オクタノールから、常法によって合成
されたD−(+)−2−オクチル−p−トルエンスルホ
ン酸エステル6.8g(0.024モル)とp−ヒドロキシ安息
香酸メチル3.1g(0.020モル)を、アセトン20ml、キシ
レン20mlに溶解し、炭酸カリウム7.0gを加えて、還流下
で一晩加熱した。希塩酸を加えて炭酸カリウムを溶解し
た後、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾
燥させた。エバポレーターで溶媒を留去した後、減圧蒸
留してp−(2−オクチルオキシ)安息香酸メチル4.8g
を得た。これを、常法によって加水分解してp−(2−
オクチルオキシ)安息香酸2.6gを得た。このp−(2オ
クチルオキシ)安息香酸0.5g(2.0ミリモル)と塩化チ
オニル1.0g(8.4ミリモル)四塩化炭素5mlの混合物を還
流下6時間加熱した後、溶媒と過剰の塩化チオニルを留
去して、酸塩化物を得た。この酸塩化物をトルエンに溶
かした溶液に4′−n−ヘキシルオキシ−4−ヒドロキ
シビフェニル0.6g(2.2ミリモル)とピリジン0.5gを加
え、一晩撹拌した後、析出したピリジン塩酸塩を別
し、液を、希塩酸、NaOH水溶液、水の順で洗浄する。
有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させた後、溶媒を
留去して粗精製物を得た。これを、トルエン−活性アル
ミナカラムクロマトにかけ、さらにエタノールから再結
晶して、式 収量 0.55g で示される化合物を得た。ホットステージ付偏光顕微鏡
の観察により、この化合物は86.0℃で結晶相から、カイ
ラルスメクチックC相に、88.1℃でコレステリック相
に、125.3℃で等方性液体相に転移した。
化合物合成例2 4′−n−ヘキシルオキシ−4−ヒドロキシビフェニル
に代えて、4′−n−ヘキシル−4−ヒドロキシビフェ
ニルを用いて化合物合成例1と同様にして式 で示される化合物を得た。ホットステージ付偏光顕微鏡
の観察により、この化合物は、昇温時には61.0℃で液晶
相からコレステリック相に、87.5℃でコレステリック相
からの等方性液体相に転移し、降温時には、50.1℃で、
コレステリック相からスメクチック相に転移した。
化合物合成例3 4′−n−ヘキシルオキシ−4−ヒドロキシビフェニル
に代えてp−n−オクチルオキシフェノールを用いて、
化合物合成例1と同様にして式 で示される化合物を得た。
この化合物は、室温で、無色な液体であった。
化合物合成例4 光学活性なD−(+)−2−オクタノールより、常法に
よって合成されたD−(+)−2−オクチル−p−トル
エンスルホン酸エステル0.51g(1.8ミリモル)と、4′
−n−ヘキシル−4−ヒドロキシビフェニル0.40g(1.5
7ミリモル)をアセトン1ml、キシレン1mlに溶解し、炭
酸カリウム0.57gを加えて、還流下に1晩加熱した。水
を加えて炭酸カリウムを溶解した後、NaOH水溶液、水の
順で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を
留去した後、トルエン−活性アルミナカラムクロマトに
かけ、さらに減圧蒸留して、室温で無色の液体であるL
−(−)−4−(2″−オクチルオキシ)−4′−ヘキ
シルビフェニルを得た。
収量0.3g 収率52.2% 実施例1 前記化合物合成例1〜4および類似の合成法によって得
た下記化合物をネマチック液晶LIX−9163−10(チッ素
社製)に1Wt%添加した場合のピッチの温度変化の測定
値を表−1に示した。いずれの化合物も温度の上昇と供
にピッチが減少し、かつ、その変化幅が大きい事が分
る。
化合物 実施例2 実施例1に用いたNo.4の液晶組成物と、光学活性物質を
添加しない液晶組成物を9μm厚のTNセルに封入して、
1/2バイアス,1/2デューティのダイナミック波形で駆動
した場合のVONとVOFFの値を第1図に示した。第1図に
おいて実線は、実施例1のNo.4の液晶組成物を示し、破
線は、光学活性物質を含んでいない液晶組成物(比較
例)を示す。ここで、VONは視角方向に素子の垂線より1
0゜傾けた方向から受光し、透過率変化を70%とした場
合の電圧であり、VOFFは40゜傾け、透過率が10%変化す
る場合の電圧である。
本発明による組成物を用いた場合の方が、一定電圧で駆
動した場合に、より広い温度範囲で動作が可能である事
が分る。
[発明の効果] 以上の如く、本発明は温度の上昇に伴って、ピッチが減
少する特定構造の光学活性物質を少なくとも1種類以上
添加したネマチック液晶組成物であるので、TN素子とし
て用いた場合に、一定電圧で駆動した場合に、動作温度
範囲が広くとれる優れた効果をもたらすものである。
またさらに、光学活性物質の添加濃度を変化させる事に
よって、ピッチの値を変える事ができるので、VONおよ
びVOFFの温度変化を比較的自由に選択する事ができる。
さらにこの効果は、同様のピッチの温度変化をもち、か
つその変化率が異るもの、あるいは逆の温度変化を持
つ、従来知られていた光学活性物質と組み合せる事によ
って、更に広い範囲でのVON,VOFFの温度調節が可能であ
り、多様な要求に対応する事ができる優れたものであ
る。
以上の説明では、全て、TN液晶素子に応用する場合につ
いて述べてきたが、同様にねじれ構造を有するコレステ
リック−ネマチック相転移素子、あるいは二色性色素を
含有したゲスト−ホスト素子等への応用も有利である事
は明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例2及び比較例のVON,VOFFの温
度依存性を示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (式中Rは炭素数2〜12のアルキル基をあらわし、*は
    光学活性中心をあらわし、Xは単結合、−COO−,−CH2
    CH2−,−CH2O−又は−OCH2−をあらわし、nは1又は
    2をあらわし、YとZは独立に単結合、1,4−ジ置換フ
    ェニレン又はトランス−1,4−ジ置換シクロヘキシレン
    をあらわし、R′は炭素数1〜12のアルキル基又はアル
    コキシ基をあらわす)で示される光学活性化合物を1種
    類以上含有したことを特徴とするネマチック液晶組成
    物。
  2. 【請求項2】一般式(I)において、R′が直鎖状であ
    り、nが1であり、Yが1,4−ジ置換フェニレンである
    ところの特許請求の範囲第1項記載のネマチック液晶組
    成物。
  3. 【請求項3】一般式(I)において、Rがn−C6H13
    あるところの特許請求の範囲第1項記載のネマチック液
    晶組成物。
  4. 【請求項4】一般式(I)で示される光学活性化合物を
    1種類以上、誘電異方性が正のネマチック液晶組成物中
    に0.1〜10wt%添加したことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項〜第3項のいずれか1項記載のネマチック液晶
    組成物。
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