JPH051013A - エステル化合物及び液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 【化１】 （Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍおよびｎ
はｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数）で表わ
されるエステル化合物及びそれを含有する液晶組成物及
びその液晶組成物を用いた液晶表示素子。 【効果】 この化合物は誘電異方性が負で非常に大き
く、これを混合した液晶組成物を垂直配向のゲスト−ホ
スト型、ＤＡＰ方式等の液晶表示素子に用いると駆動電
圧を下げられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に使用され
る液晶組成物の成分として有用な誘電異方性が負で非常
に大きな化合物及びその化合物を含有する液晶組成物及
びその液晶組成物を使用した液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は電場を印加することによ
り液晶分子の配列が変化することで液晶セルの光学的性
質が変化し、光変調が生ずる液晶の電気光学効果を応用
したものである。

【０００３】液晶表示素子に用いられている電気光学効
果には動的散乱型（ＤＳ型）、捩れたネマチック型（Ｔ
Ｎ型）、ゲスト・ホスト型（ＧＨ型）、超捩れネマチッ
ク型（ＳＴＮ型）、複屈折制御型（ＥＣＢ型）、強誘電
性型、熱効果型などがあり、これらを作動させる駆動方
式にはスタテッィク駆動方式、ダイナミック駆動方式、
アクティブマトリックス駆動方式、二周波駆動方式など
がある。

【０００４】また、液晶表示素子に使用される液晶材料
の種類にはスメクチック液晶、コレステリック液晶およ
びネマチック液晶の３種類があり、各々の液晶には誘電
異方性（△ε）が正の化合物と負の化合物が存在し、△
εが負の液晶材料を利用するものにはＤＳ型、垂直配列
のＧＨ型、ＤＡＰ方式および二周波駆動方式などが知ら
れている。

【０００５】ＤＳ型はイオン性物質を溶解した△εが負
のネマチック液晶を水平又は垂直に配列させ、電場を印
加すると液晶の渦流が生じ、更に電圧を増加させると乱
流状態となって液晶分子は無秩序な状態となる。これに
より、周囲の配列と異なる微細な複屈折領域が無数にで
き、これらの領域の境界面で光が強く散乱されて白濁状
態となる現象を利用している。

【０００６】垂直配列のＧＨ型は二色性染料を添加した
△εが負のネマチック液晶又はカイラルネマチック液晶
を用いる。二色性染料は液晶分子と平行に配列し、電場
印加により液晶分子の配列を変化させると二色性染料も
連動して変化する現象を利用している。電場無印加のと
きは無色で、電圧を上げるにつれて色が濃くなる。

【０００７】ＤＡＰ方式は△εが負のネマチック液晶を
垂直配列させ、直交偏光子間に配置する。電場無印加の
場合には入射光は複屈折を受けないので第二の偏光子を
通過できない。電場印加の場合には液晶分子が傾斜する
ので、入射光は楕円偏光に変化し、一部の光が第二の偏
光子を通過するので干渉効果により透過光が着色する現
象を利用している。電圧の大きさに応じて各種のカラー
表示ができる。

【０００８】二周波駆動方式は印加電圧の周波数を増大
して行くと、△εの符号が正から負に変わるような特殊
なネマチック液晶を用いて、低い周波数と高い周波数を
組み合せて液晶分子の配列を変化させる駆動方式であ
り、高い周波数において△εの負の値を大きく取るため
には△εが負で大きな液晶材料が必要である。

【０００９】上記のような液晶表示素子のしきい値電圧
（Ｖ_th）は、例えば垂直配列のＧＨ型やＤＡＰ方式の場
合には

【数１】 （ここで、ε₀ は真空誘電率、ｋ₃₃はベンドの弾性定数
を示す。）で与えられ、Ｖ_thは△εの絶対値が大きいほ
ど低くなることがわかる。

【００１０】液晶表示素子の特徴の一つとして駆動電圧
が低いことが挙げられるが、駆動電圧を下げるには上式
より△εが負でできるだけ大きな液晶材料が必要とな
る。そのような要望に応える液晶化合物として、

【化４】 などが提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上式中で化合物（II）
は△εは比較的負で大きな値を有するが、その液晶温度
範囲が室温より高いために母液晶のＶ_thを充分下げるだ
け加えると結晶が析出し、また応答速度が遅くなる欠点
がある。

【００１２】化合物（III ）は△εが−２０以上ある
が、融点が非常に高いため母液晶へ添加できる割合は限
度がありＶ_thを充分さげることができない。

【００１３】化合物（IV）は化合物（III ）の欠点を改
良したものであり、かなり低い融点を有し、△εは−１
７〜−１８と大きく、母液晶のＶthを相当下げることが
可能である。

【００１４】しかし、化合物（IV）の融点は８０℃以上
あり、−２０℃において液晶状態を保たねばならない実
用的な液晶組成物の成分としてその添加割合をＶthが充
分下げられる程度まで高めることは難かしかった。

【００１５】そこで、本発明の目的は融点が低く、従来
の液晶材料との相容性が良好であり、△εの値が負で大
きい新規なエステル化合物を提供するところにある。ま
た、本発明の他の目的はその化合物を含有し低温で液晶
相を保ち、△εが負で大きな液晶組成物を提供すること
である。さらに、本発明の他の目的はその液晶組成物を
使用した低電圧駆動が可能な液晶表示素子を提供するこ
とである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、一般式

【化５】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
を示す。）で表わされるウステル化合物及びその化合物
を含有する液晶組成物及びその液晶組成物を使用した液
晶表示素子である。

【００１７】化合物（Ｉ）は△εの値が−１９〜−２１
と負で非常に大きく、融点が６０〜９０℃と低いので、
この化合物を従来の液晶化合物と混合することにより△
εが負で充分大きな液晶組成物を得ることができる。

【００１８】また、その液晶組成物をＧＨ型やＤＡＰ方
式の液晶表示素子に用いることにより、駆動電圧がたい
へん低い液晶表示素子が得られる。

【００１９】化合物（Ｉ）を添加する母液晶の成分とし
ては、例えば次の液晶化合物が挙げられる。

【化６】 （ここで、ＲおよびＲ′はアルキル基又はアルコキシ
基、ＸはＦ又はＣｌを示す。）これらの母液晶に化合物
（Ｉ）を添加する場合、一成分のみを添加しても効果が
あるが、数成分を適切に組み合せて添加した方がより効
果的である。その場合の添加割合は１〜３０重量％の範
囲が可能であるが、母液晶との相容性および△εの大き
さ等を考慮すると１〜２０重量％の範囲が好ましい。

【００２０】次に、化合物（Ｉ）の製造方法の一例を表
１に示すスキームにより説明する。

【表１】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
を示す。） ステップ１ ４−アルキル安息香酸 クロライド（Ｖ）
と３，６−ジヒドロキシフタロニトリル（VI）を無水ピ
リジン中でエステル化して３−（４′−アルキルベンゾ
イルオキシ）−６−ヒドロキシフタロニトリル（VII ）
を得る。

【００２１】ステップ２ 化合物（(VII）とアルケン−
１−オール（VIII）を無水テトラヒドロフラン中でジエ
チル アゾジカルボキシレート（ＤＥＡＣ）とトリフェ
ニルホスフィン（ＴＰＰ）を用いてアルコキシ化して３
−（４′−アルキルベンゾイルオキシ）−６−アルケニ
ルオキシフタロニトリル（Ｉ）を得る。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明のエステル化合物
及びそれを含有する液晶組成物及びその液晶組成物を用
いた液晶表示素子を更に詳しく説明する。 ［実施例１］（化合物の製造） ３−（４′−プロピルベンゾイルオキシ）−６−アリル
オキシフタロニトリルの製造方法。

【００２３】ステップ１ 無水ピリジン５００cm³ に
３，６−ジヒドロキシフタロニトリル（アルドリッチ社
製）１６．０ｇを溶解し、氷水浴上で撹拌しながら４−
プロピル安息香酸 クロライド１８．３ｇを３０分間で
滴下後、室温で一晩撹拌した。反応物を水１５００cm³
中に注ぎ、析出した結晶を濾過し、水で充分洗浄した。
この結晶をトルエン５００cm³ から再結晶し、さらにメ
タノールと水の混合溶媒から再結晶して３−（４′−プ
ロピルベンゾイルオキシ）−６−ヒドロキシフタロニト
リル２０ｇを得た。

【００２４】ステップ２ ３−（４′−プロピルベンゾ
イルオキシ−６−ヒドロキシフタロニトリル３．１ｇ、
アリルアルコール０．９ｇ、トリフェニルホスフィン
３．９ｇと無水テトラヒドロフラン５０cm³ に溶解し、
この溶液を氷水浴上で撹拌しながらジエチル アゾジカ
ルボキシレート２．６ｇを滴下後、室温で一晩撹拌し
た。反応液中のテトラヒドロフランを留去し、残渣をメ
タノールから再結晶して３−（４′−プロピルベンゾイ
ルオキシ）−６−アリルオキシフタロニトリル２．１ｇ
を得た。

【００２５】この化合物の相転移温度をＤＳＣ（昇降温
度差；５℃／MIN ）で測定した結果は次のとおりであっ
た。

【数２】 ［実施例２〜６］（化合物の製造） 実施例１と同様な製造方法により次の化合物を製造し
た。

【００２６】３−（４′−プロピルベンゾイルオキシ）
−６−（トランス−２″−ブテニルオキシ）フタロニト
リル（実施例２）

【数３】 ３−（４′−プロピルベンゾイルオキシ）−６−（トラ
ンス−２″−ヘキセニルオキシ）フタロニトリル（実施
例３）

【数４】 ３−（４′−ブチルベンゾイルオキシ）−６−（３″−
ブテニルオキシ）フタロニトリル（実施例４）

【数５】 ３−（４′−ブチルベンゾイルオキシ）−６−（トラン
ス−３″−ヘキセニルオキシ）フタロニトリル（実施例
５）

【数６】 ３−（４′−ブチルベンゾイルオキシ）−６−アリルオ
キシフタロニトリル（実施例６）

【数７】 ［実施例７］（液晶組成物及び液晶表示素子） 表２に示す液晶組成物は△εが−１．３であり、Ｎ−Ｉ
点は７２℃であり、−２０℃で保存しても結晶の析出は
認められなかった。この液晶組成物を母液晶とし、その
０．９ｇに実施例１の３−（４′−プロピルベンゾイル
オキシ）−６−アリルオキシフタロニトリル０．１ｇを
混合した液晶組成物を作った。この液晶組成物を垂直配
向処理した液晶セルに封入し△εを測定して−３．１５
を得た。外挿法により実施例１の化合物の△εは−２０
と求められた。

【００２７】また、表１の液晶組成物に二色性染料Ｄ−
３５（ＢＤＨ社製）をゲストとして１ｗｔ％添加した液
晶組成物を垂直配向処理した厚さ９μｍの液晶セルに封
入し、電圧−光透過率特性を測定したところ、そのしき
い値電圧は３．７５Ｖ、飽和電圧は６．２Ｖであった。

【００２８】次に、表２の液晶組成物０．９ｇに実施例
１の化合物０．１ｇおよびＤ−３５を１ｗｔ％混合した
液晶組成物を上記と同様に液晶セルに封入して電圧−光
透過率特性を測定したところ、しきい値電圧は２．０
Ｖ、飽和電圧は３．１ｖであった。

【表２】 ［実施例８］（液晶組成物及び液晶表示素子） 表３に示す液晶組成物を作り、２５℃において誘電率一
周波数特性を測定したところ、クロスオーバー周波数は
約４ｋＨｚであり、低周波数領域での△εは６．０、高
周波領域の△εは−２．０であった。

【００２９】次に、表３の液晶組成物０．９ｇと実施例
３の化合物０．１ｇを混合した液晶組成物について同様
な測定をしたところ、クロスオーバー周波数が２．５ｋ
Ｈｚ、低周波領域および高周波領域での△εはそれぞれ
５．０および−４．５であった。

【表３】

【００３０】

【発明の効果】以上、述べたように本発明のエステル化
合物は△εの値が負で非常に大きいことが明らかとなっ
た。また、本発明の化合物は他の液晶組成物との相容性
が良好であり、得られた液晶組成物は低温において結晶
の析出は見られず、ＧＨ型やＤＡＰ方式の液晶表示素子
に使用したところ低電圧駆動の液晶表示素子が得られる
ことが確認できた。

【００３１】したがって、本発明の化合物を含有する液
晶組成物はＧＨ型、ＤＡＰ方式、二周波駆動方式の液晶
表示素子の駆動電圧を下げるのにたいへん有効である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯田坂 美穂 長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコー エプソン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一般式 【化１】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
   およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
   を示す。）で表わされることを特徴とするエステル化合
   物。
2. 【請求項２】一般式 【化２】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
   およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
   を示す。）で表わされるエステル化合物を少なくとも一
   種類含有することを特徴とする液晶組成物。。
3. 【請求項３】一般式 【化３】 （ここで、Ｒは炭素原子数が１〜１０のアルキル基、ｍ
   およびｎはｍ≧１、ｎ≧０、ｍ＋ｎ≦８を満足する整数
   を示す。）で表わされるエステル化合物を少なくとも一
   種類含有する液晶組成物を使用することを特徴とする液
   晶表示素子。