JPH02110189A - カイラルスメクチック液晶組成物 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明はカイラルスメクチックＣ相を呈する液晶組成
物に関する。さらに詳しくは、大容量や広視角の表示に
適した強誘電性液晶表示に用いるカイラルスメクチック
Ｃ相を呈する液晶組成物に関する。

（ロ）従来の技術 現任液晶表示素子では液晶のネマチック相を利用したも
のが主流を占めているが、近年ではこれに加えてスメク
チック相を利用した種々の表示モードの研究も盛んに行
われている。特にカイラルなスメクチックＣ相を利用し
た強誘電性液晶による液晶表示は大容量表示が可能な点
及び視角が広い点から有望視されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし、強誘電性液晶表示の場合通常のＴＮ（Ｔｗｉｓ
ｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）表示と異なりスメクチックＣ
相でのメモリー特性を利用するため、表示容量が増すに
つれて応答速度の向上が必要となる。例えば、１画面を
１／８０ｓｅｃで書き換え、■ラインの書き換えに４つ
のパルスを印加する駆動法を用いると、応答速度τで表
示可能なライン数りとの関係は、　４　Ｘ　ｒ　Ｘ　Ｌ
　＝　ｌ／６０ｓｅｃとなり、ライン数の多い大容量液
晶表示素子に適用するためには、液晶に著しく高い応答
速度が要求される。

従って、従来強誘電性液晶表示に用いる液晶として、ネ
マチック液晶の場合と同様に液晶に望まれる種々の条件
を満足するよう摸数の化合物を混合した液晶組成物が用
いられるが、現時点では未だ応答速度の点で十分満足の
ゆくものは得られていない。

また、強誘電性液晶表示に用いる液晶組成物に望まれる
性質は上に述べたような高速応答性の他に次のようなも
のがある。まず当然の事ながら室温付近でスメクチック
Ｃ相を示すことが必要である。また、良好な液晶の配向
を得るためにｒＡＣ（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ−ｓｍｅｃｔ
　ｉｃＡ−ｓｍｅｃｔ　１ｃｃ）又はＩＮＡＣ（ｉｓｏ
ｔｒｏｐｉｃ−ｎｅｍａＬｉｃ−ｓｍｅｃｔｉｃ人−ｓ
ｍｅｃｔｉｃｃ）相系列を液晶組成物が示すことが望ま
しい。

この発明は、かかる状況下なされたものであり、ことに
、応答速度が高いカイラルスメクチック液晶組成物を提
供しようとするものであり、さらに常温付近でスメクチ
ックＣ相を示し所望の液晶相系列を示すスメクチック液
晶組成物を提供しようとするものである。

（ニ）課題を解決するための手段 この発明の発明者らは、上記観点から鋭意研究を行なっ
た結果、スメクチックＣ相を呈する液晶化合物中に、式
（Ａ）で示される化合物を少量添加することにより、高
速応答性を示すと共に、先に述べたような強誘電性液晶
表示に用いる液晶組成物に望まれる性質を満足するカイ
ラルスメクチック液晶組成物を得ることができる事実を
見出し、この発明に到達した。

かくしてこの発明によれば、スメクチックＣ相を呈する
液晶化合物に、下式（Ａ）： （式中、Ｒ，とＲ２は、同−又は異なって、直鎖状又は
分岐状で炭素数１〜１２のアルキル基を示す。

＊はそのＣが光学活性炭素原子であることを示す）で表
わされる化合物の少なくとも１種を添加してなるカイラ
ルスメクチック液晶組成物が提供される。

この発明で用いる上記式（Ａ）化合物はそれ自体文献未
記載の新規化合物である。

なお、式（Ａ）ならびに後述の式中で使用する用語、“
直鎖状又は分枝状で炭素数１〜Ｌ２のアルキル基”とは
、メチル、エチル、プロピル、ｉ−プロピル、ブチル、
ｉ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、２−メチルブチル
、２．２−ジメチルプロピル、ヘキシル、２又は３−メ
チルペンチル、２．２−ジメチルブチル、４−メチルブ
チル、６−メチルオクチル、ｎ−ヘプチル、２，２−ジ
メチルペンチル、３．３−ジメチルペンチル、２，４−
ジメチルペンチル、ｎ−オクチル、２．２．３．３−テ
トラメチルブチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデ
シルなどが含まれる。これらのアルキル基中で炭素鎖に
不斉炭素が含まれていてもよい。

また、“直鎖状又は分岐状で炭素数１〜１２のアルコキ
シ基”とは、上記のアルキル基で置換されたアルコキシ
基が含まれる。さらに、アルコキシカルボニル基は、こ
のようなアルコキシ基が結合したカルボニル基が含まれ
る。なお、式（Ａ）の化合物には、シス体とトランス体
とがあるが、いずれもこの発明に用いることができる。

式（Ａ）の化合物は、例えば、光学活性エピクロルヒド
リンとフェノール類を塩基の存在下で反応させて式（■
）： （上式中、Ｒ，とＲ１は、式（Ａ）中の定義と同一の意
味を示しＲ７はメチル、エチルなどの低級アルキル基を
示す）のマロン酸エステルを塩基の存在下反応すること
により得ろことができる。

この発明におけるスメクチックＣ相を呈する液晶化合物
としては、当該分野で知られた種々のスメクチック液晶
を用いることができる。その具体例としては、下式＜ｍ
＞、ＣＪ）及び（Ｖ）で示される化合物が挙げられる。

Ｒ２−ＣＨ（ＣＯＯＲ７）ｓ ・・・・・・（ｎ） （式中、Ａ及びＢは、それぞれ、単結合又は−ＣＯＯ−
１−ＯＣＯ−１−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−１−０ＣＯ−Ｃ
Ｈ＝ＣＨ−１−〇−１−Ｓ−１−ｏｃｏｏ〜もしくは−
Ｃ〇−の基を示す。Ｄ及びＥはそれぞれ、単結合又は−
ＣＯＯ−１−０ＣＯ−１−ＣＨ＝Ｎ−１Ｎ−ＣＨ−１−
ＣＩ（＝ＣＨ−１−Ｃ＝Ｃ−１−ＣＨ＝ＣＨ（−ＣＯＯ
−１−０ＣＯ−ＣＨ・Ｃｌ−１−ＣＨ，ＣＨ，−１−０
ＣＨ，−、−ＣＨ，０−１−ＣＯＳ−らしくは−ＳＣ〇
−の基を示す。

■、■およ依すよ、それぞれ独立して、ベンゼン環、ピ
リジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、
ピペラジン環、シクロヘキサン環、ビラン環、ジオキサ
シクロヘキサン環、チアピラン環、ノヂアン環、チアジ
アジン環、ビシクロ［２，２，２］オクタン環、テトラ
ジン環等の六員環を示し、これらの六員環中の水素原子
は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、シアノ基、ニト
ロ基、低級アルキル基、低級アルコキシ基又は重水素（
Ｄ）で置換されていてもよい。Ｒ８及びＲ，はそれぞれ
独立して、直鎖状又は分岐状で炭素数１〜１２のアルキ
ルもしくはアルコキン基を示す。ｐは１又は２の整数を
示す。） もちろん、これらは２種以上混合して用いることができ
る。

上記のようなスメクチック液晶化合物のうち、下式（Ｂ
）： （式中、Ｒ１は直鎖状又は分岐状で炭素数１〜１２のア
ルキル基又はアルコキシ基、Ｒ４は直鎖状又は分枝状で
炭素数１〜１２のアルキル基を示す）の化合物は分子軸
に垂直な方向に双極子モーメントを持っているため、得
られるカイラルスメクチック液晶組成物の熱安定性を向
上し、スメクチックＣ相の温度安定性を充分に確保する
ので好ましい。

さらに式（Ｂ）の化合物と、下式（Ｃ）：（式中、Ｒ１
は直鎖状又は分岐状で炭素数１〜１２のアルキル基又は
アルコキン基、Ｒ６は直鎖状又は分枝状で炭素数１〜１
２のアルコキシ基又はそのアルコキシ基を育するアルコ
キシカルボニル基を示し、Ｘは−ＣＯＯ−１−〇Ｃ〇−
又は単結合を示す。ｍとｎはそれぞれ１又は２の整数で
ある）で表わされる化合物の１１．又は２種以上とを組
合せたスメクチック液晶化合物を用いた場合には、上記
した熱安定性の点がさらに向上すると共に、室温でスメ
クチックＣ相を呈するカイラルスメクチック液晶組成物
が得られるのでより好ましい。この際の式（Ｂ）と（Ｃ
）の化合物の混合比は、通常［０：１〜【：３（重量比
）とするのが適している。

スメクチックＣ相を呈する液晶化合物に前記した式（Ａ
）の光学活性化合物を混合することにより、この発明の
カイラルスメクチック液晶組成物が得られる。この際の
式（Ａ）の化合物の混合量は、液晶組成物中、０．５〜
２０重量％とするのが適しており、１〜１０重量％とす
るのが好ましい。０．５重量％未満では、スメクチック
液晶化合物の応答性の向上効果が不充分であり、２０重
量％を越えるとスメクチックＣＦｇの熱安定性が不充分
となる点で適さない。

なお、この発明のカイラルスメクチック液晶組成物中に
は、ピッチ調整用カイラル化合物、大きなＰｓを有する
化合物等の種々の添加剤が、この発明の効果が阻害され
ない限り、含有されていてもよい。

（ホ）作用 式（Ａ）の化合物は２つの光学活性炭素を有し、これら
の光学活性炭素が剛直な５員環構造の中に組み込まれて
いるため、分子の自由回転を抑制する事ができ、スメク
チック相を呈する液晶化合物と混合すれば液晶組成物と
しての自発分極が増加し応答速度は大きく向上するもの
と考えられる。

そして組合せるスメクチック液晶化合物や混合割合を選
択することにより室温付近でスメクチックＣ相を呈し、
またＩＡＣやＩＮＡＣ等の相系列を有する応答速度の速
い液晶組成物が得られることとなる。

（以下余白） （へ）実施例 以下実施例により本発明のカイラルスメクチックＣ相を
何する液晶組成物につき詳細に説明するが、これにより
この発明は限定されるものではない。

なお、以下の各実施例において、本発明の光学活性化合
物（Ａ）のＲ，Ｓ表示は下記の化学式の位置番号に基づ
いて行った。

ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド００４ｇとの
混合物を６０℃で撹拌させながら水酸化ナトリウム水溶
液（ＮａＯＨＯ，４５９、水１５村）を２０分かけて滴
下し、さらに１時間還流を行った。反応溶液を室温まで
冷却し、エーテル抽出を２回行い、飽和食塩水で１回洗
浄して減圧上溶媒を留去した。

残渣をシリカゲルクロマトグラフィで精製し、下記化学
式（八゛）で示される（Ｓ）−２，３−エポキシプロビ
ル−４−（トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル
）フェニルエーテル１．８９を得た。

実施例１−ユ Ｒ−（−）−エピクロルヒドリン（化学純度９８．５％
以上、光学純度９９％以上）　５．５５９と、下記化学
式で示される４−（トランス−４−ｎ−ペンチルシクロ
ヘキシル）フェノール２，４６９、 この化合物（Ａ′）の物理的特性を下記に示す。

［α］Ｐ　　＋４．４４’　　（ｃ＝１．３６．　ＣＩ
（２Ｃ１ｔ）（以下余白） ＮＭＲ（ＣＤＣ１３） δ：　０．４５〜２．５０　（２１Ｈ，ｍ）２．５０〜
３．００　（２Ｈ，ｌ１１）３．１５”３．５０　（Ｌ
Ｈ，ｍ） ３．７０〜４．３０　（２Ｈ，ｍ） ６．７９　　　　　（２Ｈ，ｄ、　　Ｊ＝９．０Ｈｚ）
７．０９　　　　　（２Ｈ，ｄ、　　Ｊ　＝９．０Ｈｚ
）次に、鉱油で懸濁させた５０重量％水素化ナトリウム
２２４＊ｇを乾燥エーテルで２回洗浄後、乾燥テトラヒ
ドロフランＬＯｘＱを加えた。この懸濁液を４０℃で撹
拌しなからｎ−ブチルマロン酸ジメチル１３゜ｚｇを滴
下して５分間撹拌した後、上記で得られた（　Ｓ　）−
２，３−エポキシプロピル−４−（トランス−４−ｎ−
ペンチルシクロヘキシル）フェニルエーテル（Ａ’）１
．４１ｇを滴下し、２０時間還流撹拌した。反応液を室
温に戻してから４Ｎ塩酸をＩ）Ｈ＝１になるまで滴下し
た後、エーテル抽出を２回行い、飽和食塩水で１回洗浄
して減圧上溶媒を留去した。残渣をシリカゲルクロマト
グラフィで分離精製し、下記化学式で示される光学活性
化合物、（２Ｓ、４Ｓ）体（ＡＩ）及び（２Ｒ，４Ｓ）
体（Ａ、）のγ−ラクトン誘導体をそれぞれ５０ｍｇ及
び４０靭を得た。

光学活性化合物、（２Ｓ、４Ｓ）体の化学式、物理的特
性及び元素分析結果を下記に示す。

相転移温度：　　Ｃ−一→Ｉ ＣａＥ＆’　　＋３３．４５°　（ｃ　＝０．６５８．
　ＣＨｔＣ！、）Ｎ　Ｍ　Ｒ（ＣＤ　Ｃｌ　３　） δ：　０．８８〜１．９８　（３０Ｈ，ｍ）２．３８〜
２．６７　（３Ｈ，ｍ） ４．０７〜４．１３　（２Ｈ，ｍ） ４．６７〜４．７３　（ＬＨ，ｉ） ６．８３　　　　（２Ｈ，ｄ、　Ｊ　＝８．３Ｈｚ）７
．１２　　　　（２Ｈ，ｄ、　Ｊ＝８．３Ｈｚ）Ｉ　Ｒ
（ＫＢｒ）　　　１７６２ｃｍ−（以下余白） 元素分ＦＲ（ＣｔｓＨｉｏＯｓとして）Ｈ 理論値（％）７７．９５　　１０．０？実測ＩＣ％）　
　７７．９１　　１０．１２光学活性化合物、（２Ｒ，
４Ｓ）体の化学式及び物理的特性を下記に示す。

相転移温度ＩＣ−１ ［ｆｆ　］Ｐ　　＋　２０．３７°　（、Ｃ＝１．０５
．　ＣＩ（、Ｃ１りＮＭＲ（ＣＤＣＩ、） δ：　０．７０〜２．９５　（３３Ｈ，１ｌｌ）４．０
０〜４．２５　（２Ｈ，ｉ） ４．５０〜４．９５　（ＬＨ，ｍ） ６．７７　　　　　（２Ｈ，ｄ、　　Ｊ＝８．４Ｈｚ）
？、Ｌｌ　　　　　（２Ｈ，ｄ、　　Ｊ＝１１．４Ｈｚ
）Ｉ　Ｒ（Ｋ　Ｂ　ｒ）　　　　１７６２ｃｍ−実施例
１−ｂ ５０％水素化ナトリウム１６３ｍ９の乾燥１．２−ジメ
トキシエタン懸濁液に、ジメチル−ｎ−へブチルマロネ
ート７１６１９の１．２−ジメトキシエタン溶液を加え
、撹拌下に５分間反応させた後、（Ｓ）−２，３−エポ
キシプロピル−４−（トランス−４〜ｎ−ベンチルンク
ロヘキシル）フェニルエーテル９４Ｑｘｇの１．２−ジ
メトキシエタン溶液を加え、２時間半加熱撹拌した。

反応液を塩酸酸性とした後、エーテル抽出し、溶媒留去
後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、次
の化学式（Ａ３）で示される光学活性化合物（２Ｓ、４
Ｓ）本のみのγ−ラクトン誘導体を得た。

上記光学活性化合物（Ａ、）の物理的特性を下３己１こ
示す。

１１０℃ 相転移温度：Ｃ−１ ［ｆＺ］Ｐ　＋２７，６１°ＣＣ＝０．０４．　ＣＩ（
、ＣＩｌ）ＮＭＲ（ＣＤＣ１，） δ：　０．８８−１．９８　（３６Ｈ，ａ＋）２、ｌＯ
〜２．８３　（３Ｈ，ｍ） ３．９６−４．１６　（２Ｈ，ｌ） ４．８７〜４．７３　（ＩＨ，ｍ） ６．７５　　　　　（２Ｈ，ｄ、　　Ｊ　＝８．３Ｈｚ
）７．１０　　　　　（２Ｈ，ｄ、　　Ｊ　＝８．３Ｈ
ｚ）Ｉ　Ｒ（ＫＢｒ）　　　　１７６５ｃｍカイラルス
メクチック液晶組成物の調製実施例２ 第１表に示す組成のカイラルスメクチックＣ相を有する
液晶組成物を作製した。相転移温度ら併せて示す。

組成物！及び２共に室温付近でスメクチックＣ田を示し
、組成物ｌはＩＡＣ相系列を、組成物２はｒＮＡｃ相系
列を示す。

なお、ネマチック（Ｎ）相、スメクチックＡ（ＳＡ）相
、スメクチックＣ（Ｓｃ）相等の液晶相の同定はホット
ステージ付偏光顕微鏡による組織観察及び既知液晶化合
物の液晶相との相溶性を確認するための二成分系の相図
作成によって行なった。

また、同表中の化合物のうち、２Ｍ４．２ＭＳ、４Ｍ６
．６Ｍ８はそれぞれ光学活性の２−メチル−ブチル基、
３−メチル−ペンチル基、４−メチル−ヘキシル基、６
−メチル−オクチル基を示す。

実施例３ 実施例２で調製した液晶組成物を用いて液晶表示装置を
作製した。２枚のガラス基板上にＩＴＯ膜を形成し、ナ
イロン膜を塗布しラビングする。

次にこの２枚のガラス基板をラビング方向が同一・にな
るようにしてセル厚２μ曙で張り合わせる。このセルに
第１表に示す液晶組成物１．２を注入した。この液晶素
子を２枚の直交する偏光子の間に設置し、電界を印加し
、透過光強度の変化を観察した。Ｖｐ−ｐ＝２０Ｖの電
界を２５℃で印加した時の透過光強度の変化より求めた
応答速度を第１表中に併せて示した。

このようにカイラルスメクチックＣ相を呈する液晶組成
物を用いた液晶表示装置においては第１表に示すように
良好な配向性と高速応答性が得られた。

実施例４ 実施例！−１の４−（トランス−４−ｎ−ベンチルンク
ロヘキシル）フェノールのｎ−ペンチル基を、下記第２
表のＲＩで示される置換基の１つで置換して調製された
フェノール類と、同表のＲ２で示される置換基の１つで
置換して調製されたマロン酸エステルとを用いる以外は
、実施例１−２Ｌ及び実施例１−ｂと同様にして、化合
物Ａ４〜Ａ１１を調製した。これらの化合物の物理的特
性を併せて第２表に示した。

実施例５ カイラルスメクチックＣ相を示す種々の液晶組成物を、
第３表に示す各組成でそれぞれ調製した。

同表には各液晶組成物について、相転移温度及び実施例
３と同様にして測定された応答速度を合わせて示した。

（以下余白） （ト）発明の効果 この発明によれば、大容量、広視角の強誘電性液晶表示
に適した高速応答性を有するカイラルスメクチック液晶
組成物が得られる。さらに加え、常温付近でスメクチッ
クＣ相を示し理想的な液晶用系列を示す液晶組成物を得
ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スメクチックＣ相を呈する液晶化合物に、下式（Ａ
   ）： ▲数式、化学式、表等があります▼……（Ａ） （式中、Ｒ＿１とＲ＿２は、同一又は異なって、直鎖状
   又は分枝状で炭素数１〜１２のアルキル基を示す。 ＊はそのＣが光学活性炭素原子であることを示す）で表
   わされる化合物の少なくとも１種を添加してなるカイラ
   ルスメクチック液晶組成物。 ２、スメクチックＣ相を呈する液晶化合物が、下式（Ｂ
   ）： ▲数式、化学式、表等があります▼……（Ｂ） （式中、Ｒ＿３は直鎖状又は分枝状で炭素数１〜１２の
   アルキル基又はアルコキシ基、Ｒ＿４は直鎖状又は分枝
   状で炭素数１〜１２のアルキル基を示す）で表わされる
   化合物の１種又は２種以上からなる請求項１記載の液晶
   組成物。 ３、スメクチックＣ相を呈する液晶化合物が前記式（Ｂ
   ）で表わされる化合物の１種又は２種以上と、下式（Ｃ
   ）： ▲数式、化学式、表等があります▼……（Ｃ） （式中、Ｒ＿５は直鎖状又は分枝状で炭素数１〜１２の
   アルキル基又はアルコキシ基、Ｒ＿６は直鎖状又は分枝
   状で炭素数１〜１２のアルコキシ基又はそのアルコキシ
   基を有するアルコキシカルボニル基を示し、Ｘは−ＣＯ
   Ｏ−、−ＯＣＯ−又は単結合を示す。ｍとｎはそれぞれ
   １又は２の整数である。） で表わされる化合物の１種又は２種以上とからなる請求
   項２記載の液晶組成物。 ４、請求項１〜３のいずれかに記載のカイラルスメクチ
   ック液晶組成物を用いてなる液晶表示装置。