JPH0469142B2 - - Google Patents

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JPH0469142B2
JPH0469142B2 JP59137492A JP13749284A JPH0469142B2 JP H0469142 B2 JPH0469142 B2 JP H0469142B2 JP 59137492 A JP59137492 A JP 59137492A JP 13749284 A JP13749284 A JP 13749284A JP H0469142 B2 JPH0469142 B2 JP H0469142B2
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JP
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JP59137492A
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Masaaki Taguchi
Takamasa Harada
Hitoshi Suenaga
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Seiko Epson Corp
Aska Pharmaceutical Co Ltd
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Seiko Epson Corp
Teikoku Hormone Manufacturing Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00Liquid crystal materials
    • C09K19/04Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/06Non-steroidal liquid crystal compounds
    • C09K19/08Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
    • C09K19/10Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
    • C09K19/22Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a chain containing carbon and nitrogen atoms as chain links, e.g. Schiff bases

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、強誘電性スメクチツク液晶の電界へ
の応答を利用した電気光学素子に有用な新規の液
晶化合物に関する。 〔従来の技術〕 液晶は、既に種々の電気光学素子として応用さ
れ、時計や電卓等の表示に実用化されてきてい
る。現在実用化されている液晶表示素子は、ネマ
テイツク液晶やコレステリツク液晶の誘電的配列
効果を利用したものが大部分である。しかし、期
待されている画素数の多い表示素子への応用に当
つては、応答性の面や、駆動マージンが取れない
事によるコストラスト、視角特性の面で問題とな
つている。そのため、各画素毎にスイツチング素
子を形成するMOSパネルやTFTパネルが一方に
おいて研究開発がさかんになつている。 こうした中で、clarkら(V.S.pat.4367924)
は、かかる液晶素子の欠点を除去する、スメクチ
ツク相を用いた新しい表示原理による液晶素子を
考案した。これについて若干の説明をする。 図1は、スメクチツクC*相またはH相の模式
図である。液晶は各分子層1から成つており、
個々の層の中では、分子長軸の平均的な方向が、
層に垂直な方向と角度ψ0だけ傾いている。
MeyerらはLe Journal de Physique Vol.36
(March.1975PPL−69 to L−71)の「強誘電性
液晶」というタイトルの論文において、光学活性
な分子から成るスメクチツクC*あるいはH相は、
一般に電気双極子密度P→を有し、強誘電的である
ことを示している。この双極子密度P→は、分子の
傾き方向n^に垂直で、スメクチツクの層面に平行
である。彼らの示したことは、スメクチツクH相
でも適用可能であるが、H相では、層に垂直な軸
のまわりの回転に対する粘性がより大きくなる。
これらのカイラルスメクチツク液晶における電気
双極子の存在は、誘電異方性におけるよりも、電
場に対してずつと強い結合力を与える。更に、こ
の結合力は、P→の好ましい方向が電場Eと平行な
方向であるという意味で極性のあるものなので、
印加した電場の方向を反軸することにより、P→の
方向を反転させることになる。つまり、電場を反
転させることにより、図2で示したように、分子
をコーンに沿つた運動により(このコーンの角=
ψ0を以下コーン角という)、その方向を制御する
ことが出来る。そしてこの分子の平均的な長軸方
向の変化を2枚の偏光板で検出することにより、
電気光学素子として利用し得る。 このスメクチツクC*相またはH相の電界へ応
答を利用した電気光学素子は、その自発分極と電
界との結合力が、誘電異方性による結合力よりも
3〜4オーダー大きい故に、TN型液晶素子に比
して、優れた高速応答性を有し、かつ適当な配向
制御を選択することにより、メモリー性をもたす
ことが可能であり、高速光学シヤツターや表示情
報量の多いデイスプレイとしての応用が期待され
ている。 ところで、この強誘電性を有するカイラルスメ
クタツチ液晶材料は、種々合成され研究されてき
ている。強誘電性液晶として最初に合成されたの
は、DOBAMBCと呼称されているP−
decyloxyben−zilidene−P′−amino−2−
methylbutlcynnamateであり、この系列の液晶
は、以下の構造式の形で、強誘電性液晶の研究対
象として種々合成されてきている。 (ここで、xは−H、Cl、−CNであり、Yは−
Cl、−C2H5であり、*印は不整炭素原子である。) しかし、この系列の液晶は、室温以上の比較的
高温側でカイラルスメクチツク相を呈するため、
室温では使えない事や、シツク系であり、水分に
より分解し、安定性が悪い事などの欠点がある。 この系の発展系として、一般式 で表わされる、一方のベンゼン環に水酸基が導入
され、分子内の水素結合を有するシツク系のカイ
ラルスメクチツク液晶化合物が、B.I.Ostrovskii
ら〔Ferroellectrics 24(1980)309〕や、 A.Hallsbyら〔Mol.Cryst.Lig.Cryst、Letter82
(1982)61〕によつて発表され、室温を含む広い
温度範囲で、スメクチツクC*相を呈する化合物
として注目されている。又、分子内水素結合を有
するため、水分による分解が起りにくく、安定性
の面でも、通常のシツク系液晶に比べ優れてい
る。しかし、実用的には、0℃以下でも、結晶化
しない事が要求されるのでいまだ、この系で合成
されている液晶材料だけでは不十分である。 他に、アゾキシ系の液晶材料がP.kellerら
〔Amn.Phys.(1978)139〕によつて発表されてい
るが、温度範囲の面で十分でなく、又、濃い黄色
の化合物であるため実用上問題がある。 こうした中で、TN型液晶材料として広く実用
化され安定性の面で実績のあるエステル系液晶は
注目し得る液晶材料である。公知の文献では、
B.I.Ostrovskiiらによつて の構造式で表わされる液晶化合物が、比較的室温
に近い温度範囲でカイラルスメクチツク液晶を呈
する材料として報告されている。又、G.W.Gray
ら〔Mol.Cryst.Liq.Cryst、37(1976)189(1978)
37〕により、高い温度範囲でカイラルスメクチツ
ク液晶相を呈するビフエニルエステル系材料が報
告されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上見てきたように、現状では、実用に供せら
れる室温を含む広い温度範囲でカイラルスメクチ
ツク相を呈する液晶材料はいまだ存在せず、種々
の液晶のブレンドによつて、Sc*相を呈する温度
範囲を広げなければならない現状である。また、
我々は、既知の様々なSc*相を呈する液晶化合物
の応答特性を測定したが、室温近辺でSc*相を呈
する材料では、上記(1)式のm=1、n=8のいわ
ゆるMBRA8と呼ばれている液晶化合物が約
500μsecの応答速度であり、最も速かつた。しか
し、この強誘電性液晶デイスプレイの高速応答と
いう特徴を生かしていくためには、更に速い応答
性を有する液晶材料が要求される。 そこで、本発明は、室温近辺でSc*相を有し、
かつ、高速応答性を有する新規の液晶化合物を提
供することを目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するため、次の一般式で表わ
される新規液晶化合物を合成した。 (ここで、mは0〜10、nは5〜14、*印は不整
炭素原子を示す)で表わされる光学活性な液晶化
合物である。 〔作用〕 これらの液晶化合物は、室温近辺でSc*相を呈
する化合物が多く、又、速い応答性を有すること
が明らかになつた。我々の実験で、室温近辺で
Sc*相を呈する液晶化合物で一番応答の速かつた
MBRA8以上の高速応答性を示した。 応答速度τは以下のように表わされる。 τ∝η/Ps.E (ここで、ηは回転粘度、Psは自発分極、Eは
電解強度である。) 本発明の化合物が、高速応答性を示すのは、自
発極Psに関与する側鎖の−O−を
【式】に 置きかえ、Psが大きくなつたためである。 本発明の液晶化合物は、その高速応答性故に、
他のカイラルスメクイツク液晶化合物にブレンド
材として添加して、反応性を良くすることができ
ることも明らかになつた。 本発明の液晶化合物の合成法の1例を化学式で
以下に示す。 或いは
【式】と
【式】とを縮合剤(例えばDCC など)の存在下で反応させ、得られた
〔実施例〕
光学活性な4−(3−メチルペンチルカルボキ
シ)−2−ヒドロキシ−ベンジリデン−4′−オ
クチルアニリン まず合成法を記す。 第一段 光学活性な3−メチルペンチルカルボキシ−2
−ヒドロキシベンズアルデヒドの合成 市販の活性アミルアルコールから合成した光学
活性な3−メチル吉草酸2.7gに塩化チオニル30
mlを加え、加熱還流下3時間反応した後、過剰の
塩化チオニルを留去し油状の3−メチル吉草酸ク
ロリドを得た。 b.p. 141〜144゜ Vfilm max 1810cm-1 得られた酸クロリドは、乾燥エーテル6mlに溶
解し、2,4−ジヒドロキシベンズアルデヒド
6.77g、乾燥ピリジン7.76g、乾燥エーテル14ml
の混合物に、氷冷下滴下した。滴下後、室温にも
どし、さらに還流下5時間反応した。反応終了後
氷水に加え入れ、エーテル抽出した。有機層は、
2N−HCl、5%NaOH、水、飽和食塩水で洗浄
し乾燥後、エーテルを留去した。得た抽状物を繰
り返し精製し、光学活性な3−メチルベンチルカ
ルボキシ−2−ヒドロキシベンズアルデヒド5.4
gを得た。 Vfilm max(cm-1) 3080 2740 1765 1695 δCDCl3 TMS(ppm) 11.37、S、1H、−OH(D.O
exchangeable) 9.96、S、1H、−CHO 6.80〜8.03、m、3H、Aromatic H 2.33〜2.52、m、2H
【式】 第二段 光学活性な4−(3−メチルペンチルカルボキ
シ)−2−ヒドロキシ−ベンジリデン−4′オク
チルアニリンの合成 50ml三つ口フラスコに、4−(3−メチルペン
チルカルボキシ)−2−ヒドロキシベンズアルデ
ヒド2.84g、4−n−オクチルアニリン2.46g、
乾燥エタノール25mlを入れ、加熱還流下3時間反
応した。反応後、冷却し、析出した結晶を取し
た。得られた粗結晶を、繰り返し精製し、光学活
性な4−(3−メチルペンチルカルボキシ)−2−
ヒドロキシ−ベンジリデン−4′−オクチルアニリ
ン3.46gを得た。 Vsmjol max(cm-1) 1765、1612、1605 δCDCl3 TMS(ppm) 13.77、broads、1H、−OH
(D2Oexchangeable) 8.6、S、1H−CH=N− 6.67〜7.93、m、7H、AromaticH 2.32〜2.82、m、4H、
【式】 この液晶化合物(LC−1とする)は、以下の
ような転移温度であつた。 Cry48.8℃ −−−→ ←−−− Sc*64.3℃ −−−→ Ch69.4℃ −−−→ IS0 (ここで、*印は過冷却であることを示す) この液晶化合物LC−1を、PVAラビングの一
軸配向処理を施した基板間に挟持し、液晶層厚を
3μmとし、±10Vの電圧印加で、直交ニコル下で、
特性を測定した。測定温度は、27℃であつた。 応答速度 −320μsec コントラスト(Ton/Toff) −7.8 コーン角 −41.5゜ 過冷却状態での測定データであるが、極めて速
い応答性をもつているのが特徴である。 このLC−1の応答速度の温度依存性のグラフ
を第3図に示す。比較の意味で、MBRA8及び
MBRA8とLC−1との3:1のブレンド組成物
について、同一条件下で測定し、第3図に合わせ
載せた。又、LC−1とMBRA8とをブレンドし
た時の相図を第4図に示した。 以上のように、この液晶化合物LC−1は、
MBRA8以上の応答速度であり、MBRA8にブレ
ンドして、その応答を高めることが可能である。
MBRA8とのブレンドでは、Sc*相の温度範囲を
大きく広げることは出来ないが、応答性を良くす
る材料として、有効であることが判明した。 以上見てきたように、本発明による新規の液晶
化合物は、Sc*相を呈し、かつ、極めて速い応答
特性を有する。そのため、多分割の動画表示パネ
ルや高速光学シヤツター等高速応答性が要求され
る強誘電性液晶表示素子用の液晶材料として、有
効であり、強誘電性スメクチツク液晶表示素子の
実用化に大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はスメクチツクC*相またはH相の模式
図であり、第2図はカイラルスメクチツク相の液
晶分子の電界によるコーンに沿つた運動を示す模
式図であり、第3図は応答速度の温度依存性を示
すグラフであり、第4図は2種の液晶をブレンド
した場合の相図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一般式 (ここで、mは0〜10、nは5〜14、*印は不整
    炭素原子を示す)で表わされる光学活性な液晶化
    合物。
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