JPH04290859A - シクロヘキシルターフェニル誘導体及びそれを含有する液晶組成物及びそれを用いた液晶表示素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気光学的表示材料とし
て用いられる新規なシクロヘキシルターフェニル誘導体
及びそれを含有する液晶組成物及びそれを用いた液晶表
示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は液晶の持つ電気光学効果
を利用したものであり、これに用いられる液晶相にはネ
マチック相、コレステリック相、スメクチック相がある
。そして現在もっとも広く用いられる表示方式はネマチ
ック相を利用したねじれネマチック（以下ＴＮという）
型である。

【０００３】液晶表示装置は １，小型でしかも薄くできる。

【０００４】２，駆動電圧が低く、かつ消費電力が小さ
い。

【０００５】３，受光素子であるため長時間使用しても
目が疲れない。

【０００６】等の長所を持つことから、従来よりウォッ
チ、電卓、オーディオ機器、各種計測機、自動車のダッ
シュボード等に応用されている。特に最近ではパーソナ
ルコンピューターやワードプロセッサーのディスプレイ
さらにはカラーテレビなどの画素数の大変多い表示にも
応用されＣＲＴに代わる表示装置として注目を集めてい
る。このように液晶表示装置は多方面に応用されており
、今後さらにその応用分野は拡大していくと考えられる
。これにともない液晶材料に要求される特性も変化して
いくと思われるが、以下に示した特性は基本的なもので
必要不可欠である。　　　　１，着色がなく、熱、光、
電気的、化学的に安定であること。

【０００７】２，実用温度範囲が広いこと。

【０００８】３，電気光学的な応答速度が速いこと。

【０００９】４，駆動電圧が低いこと。

【００１０】５，電圧−光透過率特性の立ち上がりが急
峻であり、またそのしきい値電圧（以下Ｖｔｈという）
の温度依存性が小さいこと。

【００１１】６，視角範囲が広いこと。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれらの
特性のうち、１の特性を満足する液晶は数多く知られて
いるが２以下の特性を単一成分で満足させる液晶化合物
は知られていない。そこでこれらの特性を得るために数
種類のネマチック液晶化合物または非液晶化合物を混合
した液晶組成物を用いている。これらのうちで４の特性
を満足させるためには、しきい値電圧を下げなければい
けないが、Ｖｔｈと弾性定数（以下Ｋという）と誘電率
の異方性（以下Δεという）との間には次の関係式があ
り、Ｖｔｈを下げ Ｖｔｈ∝（Ｋ／Δε）１／２ るにはΔεが大きく、Ｋが小さい液晶化合物が必要にな
る。しかし２の特性と４の特性を同時に満足させる液晶
化合物はほとんどなく、２の特性を持つ化合物と４の特
性を持つ液晶化合物を組み合わせた組成物が用いられて
いるのが一般的である。

【００１３】そこで本発明はこのような実状における要
請に応じるものであり、その目的は数種類のネマチック
液晶化合物または非液晶化合物と混合することにより実
用温度範囲が広く、しきい値電圧の低い液晶組成物を得
ることができる新規な液晶化合物を提供することである
。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は一般式

【００１
５】

【化６】

【００１６】（上式中、Ｒは炭素数が１〜１０の直鎖ア
ルキル基を示し、Ｘは水素またはふっ素を表す。またシ
クロヘキサン環はトランス配置である）で表されること
を特徴とするシクロヘキシルターフェニル誘導体及びそ
れを含有する液晶組成物及びそれを用いた液晶表示素子
である。本発明化合物（１）は次の製造方法により得る
ことができる。

【００１７】

【表１】

【００１８】工程１）化合物（２）を四塩化炭素中よう
素の存在下で臭素と反応させ化合物（３）を得る。

【００１９】工程２）化合物（３）をテトラヒドロフラ
ン中でグリニヤール試薬とし、ほう酸トリイソプロピル
と反応させ化合物（４）を得る。

【００２０】工程３）化合物（５）をクロロホルム中で
ピリジンの存在下臭素と反応させて化合物（６）を得る
。

【００２１】工程４）化合物（６）または（７）を酢酸
中で亜硝酸ナトリウムと硫酸で反応させてジアゾニウム
塩にした後、硫酸銅とシアン化カリウムで反応させ化合
物（８）を得る。

【００２２】工程５）化合物（４）と化合物（８）をエ
タノールとベンゼンの混合溶媒中、テトラキストリフェ
ニルフォスフィンパラジウムの存在下で反応させ化合物
（１）を得る。

【００２３】本発明のシクロヘキシルターフェニル誘導
体を混合する場合にベースとなる液晶組成物の成分とし
ては次に示した化合物があげられるが、これに限定され
ることなく、従来のすべての液晶化合物またはその類似
化合物と良好な相溶性を有し、得られた液晶組成物は実
用温度範囲が広くしきい値電圧が低いという特徴を有す
る。

【００２４】

【表２】

【００２５】（ここでＲおよびＲ’はアルキル基、アル
コキシ基、アルコキシメチレン基、ニトリル基、または
フルオロ基を表し、フェニレン基は２または３位にハロ
ゲン置換基を有してもよく、シクロヘキサン環はトラン
ス配置である。）また、この液晶組成物に本発明の化合
物を混合できる割合は１〜５０重量パーセントであるが
、低温領域での結晶析出を考慮した場合には３〜３０重
量パーセントの範囲が特に好ましい。

【００２６】本発明の化合物を少なくとも一種類含有す
る液晶組成物を使用した液晶表示装置は時分割駆動方式
を用いた液晶表示装置に好適であり、特にＴＮ型及びＳ
ＴＮ型の液晶表示素子において高時分割駆動が可能であ
る。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により本発明ををさらに詳しく
説明する。

【００２８】（実施例１）〔化合物（１−ａ）の合成〕
４−（トランス−４”’−ペンチルシクロヘキシル）−
３”−フルオロ−４”−シアノターフェニルの製造工程
１）フラスコに４−（トランス−４”−ペンチルシクロ
ヘキシル）ビフェニル１００ｇを入れ四塩化炭素４９０
ｍｌに溶解し、よう素２ｇを加えた。この溶液を氷水浴
で５℃以下に冷却し、その中へ臭素を四塩化炭素６６ｍ
ｌに溶かした溶液を滴下した。そのまま５℃以下で２時
間攪拌後、４０〜５０℃で２時間攪拌した。反応終了後
お湯で３回、１０％水酸化カリウム水溶液で２回、さら
にお湯で３回洗浄した。四塩化炭素を留去し、残さをク
ロロホルムとアセトンの混合溶媒中より再結晶し、４−
（トランス−４”−ペンチルシクロヘキシル）−４−ブ
ロモビフェニル７２ｇを得た。

【００２９】工程２）窒素雰囲気中、フラスコへマグネ
シウム３．７ｇを入れ、そこへテトラヒドロフラン５０
０ｍｌへ４−（トランス−４”−ペンチルシクロヘキシ
ル）−４−ブロモビフェニル５２ｇを溶かした溶液を滴
下した。滴下終了後室温で一晩攪拌し、グリニヤール試
薬を作成した。ほう酸トリイソプロピル５０ｇをテトラ
ヒドロフラン１５ｍｌに溶解し、その中へグリニヤール
試薬を室温で滴下した。滴下終了後室温で一晩攪拌した
。その後１０％塩酸１００ｍｌを加え１時間攪拌した。 クロロホルムで抽出後、水で３回洗浄しクロロホルムを
留去した。得られた残さをメタノールとアセトンの混合
溶媒中より再結晶し、４−（トランス−４”−ペンチル
シクロヘキシル）−４−ビフェニルほう酸２１ｇを得た
。

【００３０】工程４）亜硝酸ナトリウム１６．４ｇを硫
酸１２５ｍｌ中へ溶解し、１０℃以下に冷却後、酢酸１
４３ｍｌを加え、２０〜２５℃において４−ブロモ−２
−フルオロアニリン４０ｇを加え、その後１時間攪拌し
た。硫酸銅五水和物５０．５ｇを水１２５ｍｌに溶解し
、その中に氷８５ｇを入れた。さらに水１２５ｍｌにシ
アン化カリウム５３ｇを溶かした溶液、炭酸水素ナトリ
ウム３０３ｇ、ベンゼン１２５ｍｌを加えた。その中に
ジアゾニウム塩硫酸溶液を加えた。室温で３時間攪拌後
、水酸化ナトリウム水溶液を加え、結晶を溶解した。ク
ロロホルムで抽出後、１０％水酸化ナトリウム水溶液、
水でそれぞれ３回洗浄した。クロロホルムを留去後、残
さを減圧蒸留（１０５〜１１０℃／１４ｍｍＨｇ）し、
さらにヘキサン中より再結晶を行い、４−ブロモ−２−
フルオロベンゾニトリル１６ｇを得た。

【００３１】工程５）窒素雰囲気中、４−ブロモ−２−
フルオロベンゾニトリル２．７ｇ、テトラキストリフェ
ニルフォスフィンパラジウム０．５ｇ、ベンゼン２０ｍ
ｌ、２Ｍ炭酸ナトリウム水溶液１５ｍｌの混合液中へ、
４−（トランス−４”−ペンチルシクロヘキシル）−４
−ビフェニルほう酸４ｇをエタノール６７ｍｌとベンゼ
ン１３０ｍｌの混合溶媒に溶かした溶液を室温で適下し
た。その後５時間還流後、室温に冷却し、反応液をクロ
ロホルムで抽出し、水洗を３回行いクロロホルムを留去
した。得られた残さをクロロホルムとアセトンの混合溶
媒中より再結晶をし、４−（トランス−４”’−ペンチ
ルシクロヘキシル）−３”−フルオロ−４”−シアノタ
ーフェニル２．５ｇを得た。この化合物の結晶相−ネマ
チック液晶相転移点（以下Ｃ−Ｎ点という）は１００．
６℃であり、ネマチック液晶相−等方性液体転移点（以
下Ｎ−Ｉ点という）は３４５．９℃でった。

【００３２】同様の方法で以下の化合物を合成した。

【００３３】４−（トランス−４”’−メチルシクロヘ
キシル）−３”−フルオロ−４”−シアノターフェニル
４−（トランス−４”’−エチルシクロヘキシル）−３
”−フルオロ−４”−シアノターフェニル４−（トラン
ス−４”’−プロピルシクロヘキシル）−３”−フルオ
ロ−４”−シアノターフェニル４−（トランス−４”’
−ブチルシクロヘキシル）−３”−フルオロ−４”−シ
アノターフェニル４−（トランス−４”’−ヘキシルシ
クロヘキシル）−３”−フルオロ−４”−シアノターフ
ェニル４−（トランス−４”’−ヘプチルチルシクロヘ
キシル）−３”−フルオロ−４”−シアノターフェニル
４−（トランス−４”’−オクチルシクロヘキシル）−
３”−フルオロ−４”−シアノターフェニル４−（トラ
ンス−４”’−ノニルシクロヘキシル）−３”−フルオ
ロ−４”−シアノターフェニル４−（トランス−４”’
−デシルシクロヘキシル）−３”−フルオロ−４”−シ
アノターフェニル（実施例２）〔化合物（１−ｂ）の合
成〕４−（トランス−４”’−ペンチルシクロヘキシル
）−３”，５”−ジフルオロ−４”−シアノターフェニ
ルの製造 工程１、２）実施例１と同様である。

【００３４】工程３）クロロホルム４５０ｍｌ中にピリ
ジン７８ｇ、２，６−ジフルオロアニリン１１６ｇを溶
かし−１０〜−５℃に冷却した。その中へ臭素１５０ｇ
、クロロホルム２２０ｍｌの混合液を滴下した。その後
室温にし３時間攪拌した。反応液を水洗２回、１０％水
酸化カリウム水溶液２回、さらに水洗２回を行った後ク
ロロホルムを留去した。残さを減圧蒸留（１１０〜１３
０℃／３０ｍｍＨｇ）し、その後クロロホルムとヘキサ
ンの混合溶媒中より再結晶を行い、４−ブロモ−２，６
−ジフルオロアニリン１４０ｇを得た。工程４）亜硝酸
ナトリウム５４ｇを硫酸４００ｍｌ中へ溶解し、１０℃
以下に冷却後、酢酸４７０ｍｌを加え、２０〜２５℃に
おいて４−ブロモ−２，６−ジフルオロアニリン１４０
ｇを加え、その後１時間攪拌した。硫酸銅五水和物１６
５ｇを水４００ｍｌに溶解し、その中に氷２８０ｇを入
れた。さらに水２００ｍｌにシアン化カリウム１７４ｇ
を溶かした溶液、炭酸水素ナトリウム９９０ｇ、ベンゼ
ン４００ｍｌを加えた。その中にジアゾニウム塩硫酸溶
液を加えた。室温で３時間攪拌後、水酸化ナトリウム水
溶液を加え、結晶を溶解した。クロロホルムで抽出後、
１０％水酸化ナトリウム水溶液、水でそれぞれ３回洗浄
した。クロロホルムを留去後、残さを減圧蒸留（１０５
〜１１０℃／１５ｍｍＨｇ）し、さらにヘキサン中より
再結晶を行い、４−ブロモ−２，６−ジフルオロベンゾ
ニトリル５２ｇを得た。

【００３５】工程５）窒素雰囲気中、４−ブロモ−２，
６−ジフルオロベンゾニトリル４．５ｇ、テトラキスト
リフェニルフォスフィンパラジウム０．７ｇ、ベンゼン
３０ｍｌ、２Ｍ炭酸ナトリウム水溶液２３ｍｌの混合液
中へ、４−（トランス−４”−ペンチルシクロヘキシル
）−４−ビフェニルほう酸６ｇをエタノール１００ｍｌ
とベンゼン２００ｍｌの混合溶媒に溶かした溶液を室温
で適下した。その後５時間還流後、室温に冷却し、反応
液をクロロホルムで抽出し、水洗を３回行いクロロホル
ムを留去した。得られた残さをクロロホルムとアセトン
の混合溶媒中より再結晶をし、４−（トランス−４”’
−ペンチルシクロヘキシル）−３”，５”−ジフルオロ
−４”−シアノターフェニル５．９ｇを得た。この化合
物のＣ−Ｎ点は１２４．１℃であり、Ｎ−Ｉ点は３０２
．０℃でった。

【００３６】同様の方法で以下の化合物を合成した。

【００３７】４−（トランス−４”’−メチルシクロヘ
キシル）−３”，４”−ジフルオロ−４”−シアノター
フェニル ４−（トランス−４”’−エチルシクロヘキシル）−３
”，４”−ジフルオロ−４”−シアノターフェニル４−
（トランス−４”’−プロピルシクロヘキシル）−３”
，４”−ジフルオロ−４”−シアノターフェニル４−（
トランス−４”’−ブチルシクロヘキシル）−３”，４
”−ジフルオロ−４”−シアノターフェニル４−（トラ
ンス−４”’−ヘキシルシクロヘキシル）−３”，４”
−ジフルオロ−４”−シアノターフェニル４−（トラン
ス−４”’−ヘプチルチルシクロヘキシル）−３”，４
”−ジフルオロ−４”−シアノターフェニル４−（トラ
ンス−４”’−オクチルシクロヘキシル）−３”，４”
−ジフルオロ−４”−シアノターフェニル４−（トラン
ス−４”’−ノニルシクロヘキシル）−３”，４”−ジ
フルオロ−４”−シアノターフェニル４−（トランス−
４”’−デシルシクロヘキシル）−３”４，”−ジフル
オロ−４”−シアノターフェニル（実施例３）〔液晶組
成物〕 市販の混合液晶ＺＬＩ−１５６５（メルク社製品、Ｎ−
Ｉ点８９．３℃）をベース液晶とし、現在一般的にしき
い値電圧を下げる目的で使用されている４−ペンチル−
４”−シアノターフェニルと本発明化合物である実施例
１の４−（トランス−４”’−ペンチルシクロヘキシル
）−３”−フルオロ−４”−シアノターフェニルの液晶
組成物を作った。

【００３８】

【表３】

【００３９】組成物ａおよびｂのＮ−Ｉ点、複屈折（以
下Δｎという）を測定した。その結果は以下のとおりで
ある。

【００４０】

【表４】

【００４１】（実施例４）〔液晶表示素子〕図１に示す
ようにガラス基板１及び２の上に透明電極膜（例えばＩ
ＴＯ膜）からなる電極３を形成し、この上にポリイミド
等よりなる配向膜を塗布する。次にラビングして配向制
御層４を形成し、さらにガラス基板１及び２をシール剤
６を介して対向配置し、ガラス基板間に実施例３で作っ
た液晶組成ａおよびｂをそれぞれ注入し、基板１及び２
の外面に偏光板を貼り付けてＴＮ型の液晶表示セルＡお
よびＢを作成した。なお、セルギャプは８μｍとした。

【００４２】このようにして作成した液晶表示セルを交
流スタテック駆動を用い、２０℃で電圧−光透過性の視
角依存性（以下αという）、急峻性（以下βという）、
Ｖｔｈを測定した。なお、α、β、Ｖｔｈ、Ｖｓａｔは
次式で定義した。

【００４３】

【数１】

【００４４】測定の結果は以下のとおりであった。

【００４５】

【表５】

【００４６】なお、上記の実施例においてはＴＮ型の液
晶表示セルを用いたが、ＳＴＮ型の表示セルを用いた場
合にも同様な効果が得られた。

【００４７】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の化合物は一般
的な液晶混合物に混合することにより、実用温度範囲を
広くし、しきい値電圧を大幅に下げる効果がある。これ
らの点で本発明は、現在表示装置の主流となっているＳ
ＴＮ型表示の液晶組成物の基本的成分として極めて有効
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で作成した液晶表示セルを示す
図。

【符号の説明】

１．２．ガラス基板 ３．透明電極 ４．配向制御層 ５．偏光板 ６．シール剤

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一般式 【化１】 （上式中、Ｒは炭素数が１〜１０の直鎖アルキル基を示
   し、Ｘは水素またはふっ素を表す。またシクロヘキサン
   環はトランス配置である）で表されることを特徴とする
   シクロヘキシルターフェニル誘導体。
2. 【請求項２】　　一般式 【化２】 （上式中、Ｒは炭素数が１〜１０の直鎖アルキル基を表
   す。またシクロヘキサン環はトランス配置である）で表
   されることを特徴とする請求項１に記載のシクロヘキシ
   ルターフェニル誘導体。
3. 【請求項３】　　一般式 【化３】 （上式中、Ｒは炭素数が１〜１０の直鎖アルキル基を表
   す。またシクロヘキサン環はトランス配置である）で表
   されることを特徴とする請求項１に記載のシクロヘキシ
   ルターフェニル誘導体。
4. 【請求項４】　　一般式 【化４】 （上式中、Ｒは炭素数が１〜１０の直鎖アルキル基を示
   し、Ｘは水素またはふっ素を表す。またシクロヘキサン
   環はトランス配置である）で表されるシクロヘキシルタ
   ーフェニル誘導体の少なくとも１種類を含有することを
   特徴とする液晶組成物。
5. 【請求項５】　　一般式 【化５】 （上式中、Ｒは炭素数が１〜１０の直鎖アルキル基を示
   し、Ｘは水素またはふっ素を表す。またシクロヘキサン
   環はトランス配置である）で表されるシクロヘキシルタ
   ーフェニル誘導体の少なくとも１種類を含有する液晶組
   成物を用いたことを特徴とする液晶表示素子。