JPS61255988A - 液晶組成物 - 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】 Ｅ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、Ｓにつなツイス
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（ＶＯＦ　Ｆ　）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、　　Ｂｕｒｍｅｉｇｔｅｒ　　Ｊ
ｒ、　　２３９．　　ＮａｎｅｍｉｇｓｉｖａＥｌｅｃ
ｔｒｏｏｐｔｉｃ　　Ｄｉｓｐｌａｙｓ　）によって与
えられる。

Ｖｔｈ＝　　ｇ トに！１＋＋（Ｋ３３−２　Ｋ２２）　＋　２　Ｋ２２
　（÷）ここで、に目はＦｒａｎｋの弾性係数、Δεは
誘電率の異方性、７Ｌ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ｖｏｒｒ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Ｖ　ＯＦＦ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（Ｖｏ　）を温度と共に変化
させて、　ＶＯＷ＜　Ｖｏ　＜　ＶＯＦＦが保たれるよ
うに１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ズの液晶組
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れし、木
は光学活性中心をあられし、又は単結合、−Ｃ００−、
−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＩｈ０−又は−０ＣＲ２−をあ
られし、ｎは１又は２をあられし、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れし、Ｒ′は炭素数１〜
１２のアルキル基又はアルコキシ基をあられす）′ｒ！
示される化合物を１種類以上含有したことを特徴とする
液晶組成物である。

本発明において、一般式ＣＩ）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化合物を用いる
ことが好ましい。

また、一般式（Ｉ）の化合物において、Ｒが１ｌ−Ｃ６
ＨＩ３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シ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（１）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ＣＩ）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１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１通常５
〜２０＃Ｌｍ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５ｉ０２．　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７り型の液晶表示素子
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。

Ｒ４Ｉ４Ｉ（ｍ） 帆 第１段階　番　　０ｂ（）四Ｃ１（ＩＶ）（文型Ｒは炭
素数２〜１２の直鎖状アルキル基をあられし、本は光学
活性中心をあられし、Ｘは単結合一　−ＣＯＯ−＊　−
ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２０−又は−０Ｃ１ｈ−をあら
れし、ｎは１または２をあられし、Ｙと２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れし、Ｒ′は炭素数１〜
１２のアルキル基又はアルコキシ基をあられす） すなわち２光学活性な２級アルコール（ｍ）をｐ−トル
エンスルホン酸クロライド（■）と。

ピリジン等の塩基性化合物の存在下に反応させて、ｐ−
）ルエンスルホン酸エステルＣＶ）とし、これをフェノ
ール誘導体（Ｖｌ）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ＣＩ）を合成することができる。

一般式（Ｉ）の化合物でＸが一〇〇〇−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。

Ｕカ 第３一段階　↓　　Ｎａ０Ｈ １句 第４段階　↓　　！１ｉＤＣＩｚ Ｕカ 第５段階　↓　　［）−Ｙ−Ｚ−Ｒ’　　　　（２）Ｕ
カ （式中Ｒ，Ｒ’、ｎ、Ｘ％Ｙ、Ｚおよび本は前記意味を
もつ） ｐ−）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（■）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−フルコキシ安島香
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（■）とし１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１）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
（Ｘ［）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１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
（ＸＩ［）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−（リー２−オクタツールから、常法によって合成さ
れたＤ−（リーク−オクチル−ｐ−）ルエンスルホン酸
エステルＬ８ｇ（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
２０ｍ９　、キシレン２０ｍ９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２Ｊｇ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．Ｏｇ
（８，４ミルモル）四塩化炭素５■Ｑの混合物を還流下
８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−へキシルオキシ−４−ヒドロキシビ
フェニルＯＪｇ（２，２ミリモル）とピリジン０．５ｇ
を加え、−晩攪拌した後、析出したピリジン塩酸塩を炉
別し、炉液を、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 Ｕカ 収量　０．５５ｇ 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８８．０℃で結晶相から、カイラルスメクチックＣ相
に、８８．１”Ｏ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−へキシルオキシ−４−ヒドロキシビフェニル
に代えて、４′−ｎ−へキシル−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、５
０．１℃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−へキシルオキシ−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 光学活性なり−（＋）−２−オクタツールより、常法に
よって合成されたＤ−（＋）−２−オクチル−ｐ−）ル
エンスルホン酸エステル０．５１ｇ（１，８ミリモル）
と、４″−ｎ−へキシル−４−ヒドロキシビフェニル０
．４０．　（１，５７ミリモル）をアセトン１■Ｑ、キ
シレン１層Ｑ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？ｅＬ、無
水硫酸寸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′−へキシルビフェニル
を得た。

収ｌＯ，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−９１８３−１０
（チッ素社製）に１ｌｌｌｔ％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 Ｊ１３ Ｕ幻 表−１ 実施例２ 実施例１に用いた崩、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８μｍ厚のＴＮセルに封入し
て、坏バイアス、極デユ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の陥、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１０’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、Ｖ　ＯＦＦ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１本発明は温度の上昇に伴って、ピッチが減
少する光学活性物質を少なくとも１種類以上添加した液
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。

また蔓らに、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　Ｉ　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、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、ＶＯ
ＦＦの温度依存性を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （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−、
   −ＣＨ＿２ＣＨ＿２−、−ＣＨ＿２Ｏ−又は−ＯＣＨ＿
   ２−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
   ）で示される化合物を１種類以上含有したことを特徴と
   する液晶組成物。
2. （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項記載の液晶組成物。
3. （３）一般式（ I ）において、Ｒがｎ−Ｃ＿６Ｈ＿１
   ＿３であるところの特許請求の範囲第１項記載の液晶組
   成物。