JPH02268167A - 光学活性化合物及びその用途 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な光学活性化合物、当該化合物を含有する
液晶組成物及び当該化合物あるいは当該化合物の少なく
とも１種を含有する液晶組成物を使用して構成される光
スイッチング素子に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示素子の表示方式として現在広く実用に供されて
いるものは、ねじれネマチック型（ＴＮ）及び動的散乱
型（Ｏ３）である。これらはネマチック液晶を主成分と
したネマチック液晶セルによる表示であるが、従来のネ
マチック液晶セルの短所の一つに応答速度が遅く、最高
数ミリ秒のオーダーの応答速度しか得られないという事
実があげられる。そしてこのことがネマチック液晶セル
の応用範囲を制約する一因となっている。これに対して
最近スメクチック液晶セルを用いればより高速な応答が
得られることが明らかになってきた。

光学活性なスメクチック液晶の中には強誘電性を示すも
のがあることが知られており、その応用に関して大きな
関心が持たれている。強誘電性液晶は、１９７５年、Ｒ
，Ｂ、メイヤー（ＲｏＢ、　Ｍｅｙｅｒら〔ジュルナー
ル・ド・フィジーク（Ｊ、　Ｐｈｙｓ、）第３６巻、第
Ｌ６９頁（１９７５）］により最初に合成されたが、そ
れは、４−（４−デシルオキシベンジリデンアミノ）−
２′−メチルブチルシンナメー）　（ＤＯＢＡＭＢＣ）
　　を代表例とするシッフ塩基系の化合物であり、これ
が光学活性の状態、例えばカイラルスメクチックＣ相に
おいて強誘電性を示すことを特徴とするものである。そ
の後、Ｎ、Ａ、クラーク（Ｎ、Ａ、　Ｃ１ａｒｋ　）ら
〔アプライド・フイジクス・レターズ（＾ｐｐ１．Ｐｈ
ｙｓ、　Ｌｅｔｔ。

第３６巻、第８９９頁（１９８０年）〕ニより、口ＯＢ
ＡＭＢＣの薄膜セルにおいてマイクロ秒オーダーの高速
応答性が発見され、これが契機となって強誘電性液晶は
その高速応答性やメモリ性を利用して、液晶テレビ等の
デイスプレィ用のみならず、光プリンターヘッド、光フ
ーリエ変換素子、ライトバルブ等のオプトエレクトロニ
クス関係素子の部品にも使用可能な材料として注目を集
めている。強誘電性液晶セルにおいては、誘電率が）高
く、自発分極が大きい材料を用いるほどセル、を高速駆
動できて・有利であるため、自発分極の大きい材料の開
発が望まれている。

また実用上は、液晶化合物あるいは組成物自身が安定で
あり、更には、室温を中心とする広い温度範囲で強誘電
性を示すことが必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ＤＯＢＡＭＢＣなどのシップ塩基型の化合物は
水や光等に対する安定性の点で難点があり、また強誘電
性を示す温度範囲も室温より４０℃以）、上高温側に−
あるなど、実用に適するものではなかった。そこで強誘
電性液晶材料として、物理的化学的に安定で、しかも大
きい自発分極を持つ材料系の実現が強（期待されている
。

本発明の目的は化学的安定性、光安定性に優れ、自発分
極が大きく、かつカイラルスメクチックＣ相の温度範囲
の広い新規光学活性化合物を得ることにある。また本発
明はこのような化合物あるいは液晶組成物を用いて高速
応答性を有する表示素子等を提供しようとするものであ
る。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明を概説すると、本発明の第１の発明は光学活性化
合物に関する発明であって、下記−般式Ｉ： のいずれかを表し、 Ｒは炭素数４以上のアルキ ル基、アルキルオキシ基又はアルキルオキシカルボニル
基、Ｌは−Ｃ０〇−基、−ロＣ〇−基又は直接結合、Ｑ
は一〇−基又は直接結合、ｍはＯ又は１であり、基Ｒあ
るいはＣ３Ｐ？０ＣＦ（ＣＦｓ）基のうち少な（とも一
方は光学活性基である〕で表されることを特徴とする。

また、本発明の第２の発明は液晶組成物に関する発明で
あって、第１の発明の光学活性化合物の少なくとも１種
を成分として含有することを特徴とする。

そして、本発明の第３の発明は光スイッチング素子に関
する発明であって、第１の発明の光学活性化合物、ある
いはこれらの化合物の少なくとも１種を成分として含有
する液晶組成物を使用して構成されることを特徴とする
。

前記一般式（Ｉ）の化合物は、中心骨格がフェニルピラ
ジン又はフェニルピリミジンのエステル構造で゛あり、
更に分子の両末端に長鎖の置換基（炭素、数４〜１８が
好ましい）が存在するのでそれ自身が液晶性を示す材料
である。また、この化合物は不斉炭素にカルボニル基及
びＣＦ３基を直接結合させているので高い旋光性を有し
ている。そのほか、複数のフッ素が存在するため表面エ
ネルギーの低下が起こるため、強誘電性液晶に不可欠な
薄いセル内において、ドメインの回転に対する抵抗が非
フツ素系化合物に比較して減少することが予想され、こ
れらがあいまって表示素子として使用する場合に高速応
答性が期待できるものである。

〔化合物の製法〕

本発明における一般式Ｉの光学活性化合物は、例えば次
のような合成経路に従って製造することができる。

Ｒ−［Ｆ］−ｃｏｏ−○−ＱＣＯＣＦ　（Ｃｈ）ＯＣｓ
Ｆｔ（Ｉ、Ｌ＝−ＣＯＤ−、ｍ＝　１　） ■ Ｒ−［Ｆ］−ｏｃｏ−〇−０ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆｔ
、Ｌ　＝−ＯＣＯ−、Ｑ　　＝−０−ｍ＝Ｒ−［Ｆ］−
叶十 （ＩＸ） ＣＩＣＤＣＦ（Ｃｈ）ＯＣ，Ｆ。

（ＩＩＩ） 始めに光学活性−パーフルオロー２−プロピルオキシプ
ロピオン酸（ｎ）をヒドロキノンと、又は酸クロライド
（ＩＩＩ）をフェノールと反応させてヒドロキシ化合物
（ｒＶ）を製造する。

また酸クロライド（ＩＩＩ）を４−ヒドロキシ安息香酸
と反応させてカルボン酸（Ｖ）を製造し、塩化チオニル
等の塩素化剤により酸クロライド（ＶＩ）とする。

そしてｍ＝ｌの場合は酸クロライド（■）及びヒドロキ
シ化合物（ＩＶ）あるいはヒドロキシ化合物（■）及び
酸クロライド（■）、更にｍ＝００場合は化合物（ＩＸ
）及び酸クロライド（ＩＩＩ）を反応させて一般式（Ｉ
）で示される化合物を製造することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明の適用範囲はこれらの実施例によって限定される
ものではない。

実施例１ （ａ）フェノール２．５ｇを二硫化炭素３０ｒｄに溶解
し、すりつぶした無水塩化アルミニウム５ｇを加え、か
くはんしながら光学活性パーフルオロ−２−プロピルオ
キシプロピオン酸クロライド（ＩＩＩ）８．６ｇ／二硫
化炭素３０ｍ１’の溶液を７℃以下で滴下し、その後７
時間加熱還流し、冷却後希塩酸中に注ぎ、水で洗浄し、
溶媒を留去し、残留物のトルエン溶液をシリカゲルのカ
ラムを通して［ＩＬ、４−　（パーフルオロ−１−プロ
ピルオキシエチルカルボニル）フェノール（ＩＶ、ｍ＝
１、Ｑ＝直接結合）を製造した。

（ｂ）２−（４−カルボキシフェニル）−５−テ゛シル
オキシピリミジン１．Ｉｇを塩化チオニル１５彪と５時
間加熱反応させた後、塩化チオニルを留去して得られる
生成物のトルエン溶液を化合物（ＴＶ）　１．３ｇのト
ルエン３５ｒｎｌ及びトリエチルアミン０．５ｍｊ！の
溶液に徐々に加えて５５±５℃で８時間反応させ、−夜
放置後酢酸ナトリウム水溶液に注いでトルエンで抽出し
、トルエン溶液を希炭酸水素ナトリウム水溶液、次いで
水で洗浄して無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を減
圧下に留去した残留物をヘキサン−トルエンを溶媒とす
るシリカゲルのカラムクロマトグラフィで精製し、更に
ヘプタンを用いて再結晶して、化合物■：４−（５−デ
シルオキシ−２−ピリミジニル）安息香！−４’　−（
パーフルオロ−１−プロピルオキシエチルカルボニル）
フェニルエステルを製造した。

この化合物を透明電極の間隙が約３μｍのガラスセルに
封入し、±５Ｖ、ＬＨｚの電界を印加しながら偏光顕微
鏡で観察すると、温度降下時に５９℃から電界の反転に
伴いドメインも反転するのが認められた。その他の相転
移温度は表１に他の例と共に示しである。なおＣｒｙは
結晶状態、８０本は強誘電性のカイラルスメクチックＣ
相で、上記の電界に対して少なくとも一部が応答する相
である。ＳＡはスメクチックＡ相、Ｃｈはコレステリッ
ク相、■は等方性液相を示している。また・はその相が
存在することを示している。

この化合物を電極間隙１１５μｍのセルに封入し、宮里
らの報告による三角波法（Ｋ、　　ミャサト、Ｈ，タケ
ゾエ、Ａ、フクダはか、ジャパニーズ・ジャーナル・才
ブ・アプライド・フイジクス（Ｊｐｎ、Ｊ、＾ｐｐ１．
　Ｐｈｙｓ、　）、１９８３年、第２２巻、第し６６１
頁〕で自発分極を測定したところ、その値は１７６ｎＣ
／ｃｒｎ”であった。

実施例２ 原料ピリミジン化合物として５−（４−オクチルオキシ
フェニル）ピリミジン−２−カルボン酸を用いる以外は
実施例１と同様にして化合物■：５−（４−オクチルオ
キシフェニル）ピリミジン−２−カルボン酸−４’−（
パーフルオロ−１−プロピルオキシエチルカルボニル）
フェニルエステルを製造した。

この化合物の相転移温度は表１に示す通りである。ただ
し、（）はその相がモノトロピックであることを示して
いる。

また実施例１と同様にして測定した自発分極の値は２４
００仁／ｃｍ”であった。

実施例３ ヒドロキノン２ｇ１光学活性パーフルオロ−２−プロピ
ルオキシプロピオン酸（ＩＩ）４．５ｇ及Ｕ　ｐ　−）
ルエンスルホン酸０．５ｇをトルエン１８０−と共に加
熱還流させ、水分離器で生成する水を系外に除去しなが
ら３００時間反応せ、冷却後水洗して無水硫酸マグネシ
ウムで乾燥し、シリカゲルのカラムを通した後溶媒を留
去し、４−（パーフルオロ−１−プロビルオキシエチル
力ルポニルオキシ）フェノール（ＩＶ、ｍ＝１、Ｑ＝−
（１−）を製造した。

２−（４−デシルフェニル）ピリミジン−５−カルボン
酸及び上記化合物（ＩＶ）を用いて実施例１（ｂ）と同
様にして化合物■：　２−　（４−デシルフェニル）ピ
リミジン−５−カルボン酸−４’　−（パーフルオロ−
１−プロビルオキシエチル力ルポニルオキシ）フェニル
エステルを製造した。

この化合物の相転移温度は表１に示す通りである。ただ
し、−はその相の存在が明確でないことを表している。

また実施例１と同様にして測定した自発分極の値は１３
５　ｎＣ／ｃｍ″であった。

実施例４ ５−才クチルオキシ−２−（４−ヒドロキシフェニル）
ピリミジン３．０ｇ及びトリエチルアミン３−をトルエ
ン３５１ｄ！に溶解し、光学活性−パーフルオロー２−
プロピルオキシプロピオン酸クロライド（Ｉ［［）　３
．４　ｇのトルエン３０−の溶液を徐々に滴下し、５４
＋４℃にて５時間反応させ、−夜装置した後希水酸化す
）　ＩＩウム水溶液及び水で洗浄し、その後は実施例１
（ｂ）と同様に処理して化合物■：　２−　（４−（パ
ーフルオロ−１−プロビルオキシエチル力ルポニルオキ
シ）フェニルツー５−オクチルオキシピリミジンを製造
した。この化合物の相転移温度は表１に示す通りである
。

実施例５ ２−　（４−（３−メチルペンチルオキシ）フェニル〕
−５−ヒドロキシピリミジン及びラセミ体の酸クロライ
ド（ＩＩＩ）を用いる以外は実施例４と同様にして化合
物■：　２−　（４−（３−メチルペンチルオキシ）フ
ェニル）−５−（パーフルオロ二１−プロビルオキシエ
チル力ルポニルオキシ）ピリミジンを製造した。この化
合物の相転移温度は表１に示す通りである。

実施例６ 酸クロライド（ＩＩＩ）及び４−ヒドロキシ安息香酸か
ら実施例４と同様にして４−（パーフルオロ−１−プロ
ピルオキシエチルカルボニルオキシ）安息香酸（■、Ｑ
＝−０−）を製造した。

この化合物及び５−才クチルオキシ−２−（４−ヒドロ
キシフェニル）ピリミジンを用いて実施例１（ｂ）と同
様にして化合物■：４−（パーフルオロ−１−プロピル
オキシエチルカルボニルオキシ）安息香酸−４’　−（
５−才クチルオキシ−２−ピリミジニル）フェニルエス
テルを製造した。この化合物の相転移温度は表１に示す
通りである。

実施例７ ５−（４−オクチルフェニル）ピラジン−２−カルボン
酸及び実施例３における化合物（ＴＶ）を用いて実施例
１　（ｂ）と同様にして化合物■：５−（４−オクチル
フェニル）ピラジン−２−カルボン酸−４’　−（パー
フルオロ−１−プロピルオキシエチルカルボニルオキシ
）フェニルエステルを製造した。この化合物の相転移温
度は表１に示す通りである。

実施例８ ４−（５−デシルオキシ−２−ピラジニル）安息香酸及
び実施例１にあける化合物（ＩＶ）を用いて実施例１　
（ｂ）と同様にして化合物■：４（５−デシルオキシ−
２−ピラジニル）安息１酸−４’　−（パーフルオロ−
１−プロピルオキシエチルカルボニル）フェニルエステ
ルを製造した。この化合物の相転移温度は表１に示す通
りである。

実施例９ 酸クロライド（ＩＩＩ）及び５−（４−ヒドロキシフェ
ニル）−ピラジン−２−カルボン酸オクチルを用いて実
施例４と同様にして化合物■：　５−　［４−（パーフ
ルオロ−１−プロピルオキシエチルカルボニルオキシ）
フェニル〕ピラジンー２−カルボン酸オクチルエステル
を製造した。この化合物の相転移温度は表１に示す通り
である。

実施例１０ 酸クロライド（ＩＩＩ）及び２−（４−ヒドロキシフェ
ニル）−ピリミジン−５−カルボン酸ヘキシルを用いて
実施例４と同様にして化合物＠：　２−　［４−（パー
フルオロ−１−プロピルオキシエチルカルボニルオキシ
）フェニル〕ピリミジンー５−カルボン酸ヘキシルエス
テルを製造した。この化合物の相転移温度は表１に示す
通りである。

実施例１１ ２−フェニル−５−デシルオキシピリミジン及び酸クロ
ライド（ＩＩＩ）を用いて実施例１（ａ）と同様にして
化合物■：　２−　［４−（パーフルオロ−１−プロピ
ルオキシエチルカルボニル）フェニル〕−５−デシルオ
キシピリミジンを製造した。この化合物の相転移温度は
表１に示す通りである。

表 化合物 ［Ｆ］ ３ＭＰは光学活性−３−メチルペンチル基を表す。

ｒｙ ・６３ ・６８ ・７４ ・３１ ・３７ ・８４ ・７８ ・８１ ・２７ ・４６ ・２７ ８６本 ・７９ （・６２） ・８９ （・２２） ・４７ （・７８） ・８６ ・８６ ・３３ （・３９） ・３５ Ａ ・１２１ ・１０５ ・１１６ ・１１８ ・１２３ ・１０２ ｈ ・１３４ ・１２４ ・１２８ ・１３７ ・１３１ 実施例１２ （液晶組成物） 実施例５における化合物■の２０重量部に対して、ノン
カイラルのスメクチック液晶である下記構造式の４−（
２−メチルブチル）−４′ビフェニルカルボン酸−４１
−へキシルオキシフェニルエステル３０重量１、及ヒ４
−オクチルオキシー４′−ビフェニルカルボン酸−４′
ノニルオキシフ工ニルエステル５０重量ｆｆ１ｓ　Ｇ　
ｆｆｉ　合して液晶組成物を調製した。

この液晶組成物は１２〜６１℃の範囲でＳＣ宰相を示し
、その温度範囲が単独の化合物に比較して著しく拡大さ
れていた。

実施例１３ （液晶組成物） 実施例６友び７における化合物■及び■の各々１０重量
部に°対して、実施例１２におけるノンカイラルのスメ
クチック液晶化合物を各々２０重量部及び下記構造式の
４−オクチルオキシ安息香酸−４’　＝　（２−メチル
ブチルオキシ）フェニルエステル４０重量部を混合して
液晶組成物を調製した。

Ｃ８ この液晶組成物は４〜５７℃の範囲でＳＣ宰相を示し、
その温度範囲が単独の化合物に比較して著しく拡大され
ていた。

１例１４ 膚晶組成物） 実施例１．４及び１０にふける化合物■、■及び０の各
々１０重量部に対して、実施例１２におけるノンカイラ
ルのスメクチック液晶化合物を各々２０重量部及び下記
構造式の２−（４−デシルキシフェニル）−５−オクチ
ルピリミジン３０重量部を混合して液晶組成物を調製し
た。

この液晶組成物は一８〜５５℃の範囲でＳＣ零相示し、
その温度範囲がそれぞれの化合物単独の場合に比較して
著しく拡大されていた。

以上３つの実施例で示したように、本発明の化合物に構
造の異なる液晶化合物を混合することにより、単独で用
いるよりも広い温度範囲、しかも室温の上下でカイラル
スメクチックＣ液晶となる液晶組成物を得ることができ
る。

実施例１５ （光スイッチング素子） 透明電極つきのガラス表面に形成したポリイミド膜にラ
ビング配向処理を行って、アルミナ粉末により透明電極
の間隙を３μｍに保持したガラスセルに、実施例２で得
られる化合物■を加熱して等方性液体として充てんした
。このセルを徐冷して５５℃に保持し、±２０Ｖ、　１
０　Ｈｚの方形波を印加したときの透過光強度の変化を
光電子増倍管で測定した結果、光強度００〜９０％変化
による応答時間は４５μｓｅｃであり、高速な応答性を
示すことが認められた。

実施例１６ （光スイッチング素子） 実施例１２から１４で調製した液晶組成物を用いて、実
施例１５と同様にしてセルを作製した。測定温度を４０
℃とする以外は実施例１５と同一条件で求めた応答時間
はそれぞれ１０７．８５、及び５４μｓｅｃであり、高
速な応答性を示すことが認められた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、一般式Ｉで表され
る光学活性化合物、あるいはこれらの光学活性化合物の
少なくとも１種を成分として含有する液晶組成物を用い
ることにより、自発分極が大きいために表示素子として
用いる場合に高速応答が可能であるのみならず、広い温
度範囲でカイラルスメクチック相を示す材料系及び光ス
イッチング素子を提供することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記一般式 I ： ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） 〔ただし［Ｐ］は▲数式、化学式、表等があります▼、
   ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼ のいずれかを表し、Ｒは炭素数４以上のアルキル基、ア
   ルキルオキシ基又はアルキルオキシカルボニル基、Ｌは
   −ＣＯＯ−基、−ＯＣＯ−基又は直接結合、Ｑは−Ｏ−
   基又は直接結合、ｍは０又は１であり、基ＲあるいはＣ
   ＿３Ｆ＿７ＯＣＦ（ＣＦ＿３）基のうち少なくとも一方
   は光学活性基である〕で表されることを特徴とする光学
   活性化合物。 ２、請求項１記載の光学活性化合物の少なくとも１種を
   成分として含有することを特徴とする液晶組成物。 ３、請求項１記載の光学活性化合物、あるいはこの化合
   物の少なくとも１種を成分として含有する液晶組成物を
   使用して構成されることを特徴とする光スイッチング素
   子。