JPH0262847A - 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
スイツ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（ＴＩ）及び動的散乱
型（Ｄ８）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篭速度が遅く、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−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３答
が得られることが明らかになってきた。

光学活性なヌメクテツク液晶の中には強誘電性を示すも
のがあることが知らｎておシ、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、メ
イヤー（Ｒ，Ｂ。

Ｍａｙｅｒ　）ら〔ジュルナール・ド・フイジーク（Ｊ
、　Ｐｈｙｓ、　’）、第３６巻、第ＬＩＳ？頁（１９
７５）］によシ鍛初に合成されたが、それは、４−（４
−デシルオキシベンジリデンアミノ）−２′−メチルプ
チルシンナメー）　ＣＤＯＢＡＭＥＯ）を代表列とする
シック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、クラーク（Ｍ
、ム、Ｏ’１ａｒｋ　）ら〔アゲライド・フィツクス・
レターズ（ＡｐｐＬＰｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　）、第３
６巻、第８９９頁（１９８０年）〕によシ、ＤＯＢＡＭ
ＥＯＯ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は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
あシ、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、ＤＯＥＡＭＢＯなどのシック塩基型の化合物は
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４ＣＩＣ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尋の実現が強く期待されている。

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
の広い新規液晶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Ｍを解決するための手段］ 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−数式Ｉ： （式中、Ｗ、Ｘ、Ｙ及び２はフッ素又は塩素、ｑｌ　　
は−〇−基又は−０ＣＯ−基、ｑ、は−ＣＯＯ−基又は
−０ａＯ−基、ｍは１又は２の数、Ｒは炭素数４以上の
アルキル基を示し、−０１Ｆ（（！Ｆ、）００，７丁基
、あるいは迦Ｒのうち少なくとも一方は光学活性基であ
る）で表さｎる化合物であ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５の発明は光スイツチング素子に関
する発明であって、第１の発明の光学活性化合物、ある
いは当該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−数式ＩＯ化合物は、中心骨格が安息香酸エステル
構造を有してお夛、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
液晶性を示すものである。また、この化合物は不斉炭素
にカルボニル基及びＣｌＰｍ基を直接結合させているほ
か、フッ素あるいは塩素の双極子モーメントが分子長軸
に対して横方向に作用するので高い旋光性分有している
。また、複数のフッ素の存在にょ）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６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。

（Ｌ　＝−ＯＨ，基の場合） （Ｌ＝−ＯＲ又は−〇Ｅ謙）（■） （Ｉ％Ｑｓ＝−０−１ｃ４．、＝　−ａｏｏ−）（！、
Ｑ、＝−０００−１Ｑ、＝　−０００−）上記製造過程
ｆ：ａ脱すると、始めにフェノール化合物等をパーフル
オロ−２−プロピルオキシプロピオン酸クロライド（Ｉ
Ｉ）によジアシル化して化合物（ｌＩＤｔ−製造する。

化合物＠）においてＬがメチル基を宍す場合には、過マ
ンガン酸カリ等の酸化剤で酸化してカルボン酸化合物（
財）を製造する。

一方、４−アルキルオキシポリフルオロ安息香酸類（Ｖ
）　’Ｔｈ用いて、塩化チオニル等の塩素化剤によシ酸
クロライド（４）とする。

最後に、酸クロライド（４）及びフェノール化合物＠）
あるいはフェノール化合物（４）及び奴）の酸クロライ
ド＠を塩基性物質の存在下に縮合させて一般式ｌの化合
物を製造することができる。

なお、上記製造工程において、ポリフルオロ安息香酸（
エステル）類（Ｖ、■）はしＩＪえば文献１：バーチャ
ル（Ｊ、Ｍ、Ｂｉｒａｈａｌｌ　）　　ほか、ジャーナ
ル・オプ・クミカル・ンサエテイ（Ｊ。

ＯＭｍ、８ｏａ、　）　、　　１９７１年、第１５４５
頁あるいは文献２：高岡昭生、石川延男ほか、日本化学
会誌、１９８５年、第２１５５頁に従ってテトラフルオ
ロ−アルいはクロロフルオロ−ベンゾニトリル類から製
造することができる。

また、化合物（転）については、例えば文献３：クラー
ク（Ｈ，Ｔ、　０１ａｒｋｅ　）　　ほか、オーガニッ
ク・シンセシス（Ｏｒｇａｎｉｃ　８ｙｎｔｈｅａｉｓ
　）コレクティブ・ボリューム第■巻、第１３５頁（１
９６６年）に従って、０−クロロ安息香酸の合成に準拠
して製造することができる。

マタラセミ体のパーフルオロ−２−プロピルオキシプロ
ピオン酸クロライドを用いる場合には、−数式（７）〜
■の化合物中の１只のアルキル基が光学活性である化合
物を使用して一般式（１）の化合物を製造することがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明を実１！！Ａｎによシ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
さ几るものではない。

実施列１ Ｆ　　　？ （但し、０本は不斉炭素を表す） （ａ）４−ヒドロギシビフーＣ，，＝ル４ｔを二硫化炭
素１２０−に溶解し、無水塩化アルミニウム５ｔを加え
、かくはんしながら光学活性−パーフルオロー２−プロ
ビルオキシグロピオン酸クロライド（ＩＩ）７．８Ｆ／
二硫化炭素５０−の溶液ｉ１　（Ｉｃ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、冷
戻酸水素す）　ＩＪウム水溶液、水の頃で洗浄し、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、溶媒を留去して４−ヒドロキシ−４′−（バー
フルオロ−１−プロピルオキシエチルカルボニル）ピフ
ェニル（ｉｌ１％Ｌ＝−０１１％ｍ＝２　）　１２　Ｆ
’Ｓ：得た。

伽）　窒素雰囲気中で金属ナトＩＪウム２．．５ｔ、１
−オクタノール１６９及びトルエン２５〇−を加熱かく
はんして、ナトリウムが溶解した後に減圧下にトルエン
を留去し、ペンタフルオロベンゾニトリル１９１ＯＮ−
メチルピロリドン１４０ｍ１の溶液を加えて１４０±５
℃で２０時間加熱反応させた。放冷後水を加えて炭酸ナ
トリウム水溶液で抽出し、水層に塩酸を加えてトルエン
抽出し、水で洗浄して無水硫酸マグネシウムで乾燥し、
トルエン溶液をシリカゲルのカラムを通し、溶媒を留去
して残留物を２０％水酸化ナトリウム３０〇−と１５時
間加熱還流し、冷却後希塩酸を加えて酸性にし、析出す
る固体を乾燥後へキサ／で再結晶して４−オクデルオ會
シテトラフルオロ安息香酸（Ｖ　ｓ　Ｒ”　ＯｍＥｘｔ
、Ｗ＝Ｘ＝Ｙ＝Ｚ＝ＩＦ）９．７Ｆを得た。

（ｃ）　　（ｂ）て製造したカルボン酸化合物（Ｖ）１
８１１Ｆに塩化チオニル１０−を加え３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＠）ｔ２１１Ｆのヒリジン溶液に徐々
に加えて６０〜６８℃で５時間反応させ、−夜放置後水
に注いでトルエンで抽出し、トルエン溶液を希水酸化ナ
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留去して、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、ｍｓ
し、更にヘプタンで再結晶して、化合物■：　４−（４
−オクチルオ゛ヤシテトラフルオロベンゾイルオキシ）
−ａｌ　＋＋　＜パーフルオロ−１−プロピルオキシエ
チルカルボニル）ビフェニル’ｋｌｕ造Ｌｔ。

化合物■を透明電極の間隙が約３μｍのガラスセルに封
入し、偏光顕微鏡で観察した結果、５５．７〜６７．５
℃の範囲で、例えば±５Ｖ、ＩＨｉの電界を印加したと
きに電界の極性反転に伴ってドメインの反転が観測され
た。

その他の相転移温度は他の例と共に後記表１に示す通シ
である。ただしＣｒｙは結晶状態、ＢＣ＊はカイラルス
メクチックＣ相、Ｂｈｒｌスメクチックム相、工は等方
性液相を示している。なお、・はその相が存在すること
を示している。

またこの化合物を電極間隙１２０μｍのセルに封入し、
宮里らが報告している三角波法［Ｋ、宮里、Ｓ、アペ、
■、タヶゾエ、ム、フクダ（Ｋ、Ｍｉｙａｓａｔｏ、日
、ムｂｅ　％）１．　Ｔａｋｅｚｏｅ　、　Ａ。

ＩＦｕｌｃｕｄａ　）　　ほか、ジャパニーズ・ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊｐｎ、Ｊ。

ＡｐｐＬ　ｐｈ７ａ、　）、１９８３年、第２２巻、第
Ｌ６６１頁〕によシ自発分極を測定したところ、その値
は１２４　ｎｃ！／ａ＋＋１　であった。

実施例２ ペンタフルオロベンゾニトリルに代えて文献２に準じて
製造した５−クロロテトラフルオロベンゾニトリルを用
いる以外ｒｃ実実施タラと同様にして化合物■：４−（
４−オクチルオキシ−５−クロロトリフルオロベンゾイ
ルオキシ）−４１−（パーフルオロ−１−プロピルオキ
シエテルカルボニルコピフェニルを製造した。

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

ま九実施例１と同様にして測定した自発分極の値ｉｄ　
１５８　ｒｘｃ／ｉ　　であった。

実施例３ １−オクタツールに代えて１−デカノール、ぺ／タフル
オロペンゾニトリルに代えて３−クロロテトラフルオロ
ベンゾニトリルを用いる以外は実施列１と同様にして化
合物■：４−（４−テシルオヤシ−６−クロロトリフル
オロベンゾイルオキシ）−４’−（パーフルオロ−１−
プロビルオギシエチＡカルボニル）ビフェニルを製造し
た。この化合物の相転移温度は表１に示す通りである。

また実施例１と同様にして測定した自発分極の値は１２
０　ｎＯ，／３エ　であった。

実施列４ １−オクタツールに代えて１−ヘキサノール、ペンタフ
ルオロベンゾニトリルに代えて２．４−ジクロロトリフ
ルオロベンゾニトリルを用いる以外は実施列１と同様に
して化合物■：４−（４−へ中シルオキシー２−クロロ
トリフルオロヘンソイルオキシ）　−４’−（パーフル
オロ−１−プロビルオ中ジエチルカルボニル）ビフェニ
ルを製造し九。この化合物の相転移温度は表１に示す通
）である。

また実施列１と同様にして測定した自発分極の値は１８
７　ｎｏ／副寞　であった。

実施ｇＡＵ５ すように、ノンカイラル液晶化合物との混合により、Ｓ
ｅｔ相の発現が観察され友。

実施例６ １−オクタツールに代えて１−デカノール、ペンタフル
オロベンゾニトリルに代、ｔテ３．５−ジクロロトリフ
ルオロベンゾニトリル、４−ヒドロキシビフェニルに代
えてフェノールを用いる以外は実施例１と同様にして化
合物■：４−デシルオキシ−へ５−ジクロロジフルオロ
安息香酸−４’−（パーフルオロ−１−プロピルオキシ
エテルカルボニル〕フェニルエステルｔ−ｎ造した。

この化合物の相転移温度は表１に示す通シである。ただ
し、−はその相の存在が不明確であることを示す。この
化合物は、実施９１１０に示ｙ　　　　ａｔ １−オクタツールに代えて１−ヘキサノール、ペンタフ
ルオロベンゾニトリルに代工て２．４．６−トリクロロ
ジフルオロベンゾニトリルを用いる以外は実施列１と同
様にして化合物■：４−（４−へキシルオキシ−２，６
−シクロロジフルオ賞ベンゾイルオキシ）−４’−（パ
ーフルオロ−１−プロビルオ中ジエチルカルボニル）ビ
フェニルを製造した。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 １−オクタツールに代えて光学活性−２−オクタツール
、ペンタフルオロベンゾニトリルに代えて３−クロロテ
トラフルオロベンゾニトリル、光学活性−バーフルオロ
−２−プロピルオキシプロピオン酸に代えて七のラセミ
体を用いる以外は実施例１と同様にして化合物の：４−
（４−（１−メチルへブチルオキシ）−３−クロロトリ
フルオロベンゾイルオキシ）−４′−（パーフルオロ−
１−プロピルオキシエテルカルボニル）ビフェニルを製
造した。この化合物の相転移温度は表１に示す通）であ
る。

実施列８ Ｆ　　　？ ４−ヒドロキシビフェニルに代えてフェノールを用いる
以外は実施例１と同様にして化合物■：４−オクチルオ
キシテトラフルオロ安息香ｆｉ−４’−（バーフルオロ
−１−プロピルオキシエチルカルボニル）フェニルエス
テル’に製造ｔ。

た。この化合物の相転移温度は表１に示す通シである。

実施列９ ４−ヒドロ中シビフェニルに代えて４−メチルビフェニ
ルを用いて実施ｆｆ１Ｊ　１　（ａ）と同様にして４−
メチル−４′−（パーフルオロ−１−プロピルオキシエ
テルカルボニル）ビフェニルを製造した。この化合物を
文献３に準じて酸化反応を行い、４−（パーフルオロ−
１−プロピルオキシエチルカルボニル）　＋＋　ａｌ−
ビフェニルカルボン酸（転）を製造した。この化合物及
び４−ヒドロキシテトラフルオロ安息香−オクチルヲ用
いて実施例１と同様にして化合物■：４−（パーフルオ
ロ−１−プロピルオキシエテルカルボニル）−４′−ビ
フェニルカルボン酸−４１−オクチルオキシカルボニル
テトラフルオロ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に示す通シである。

目 照 ０ｅ＠＠＠＠Ｏ＠（Ｑ 実施例１０ く液晶組成物〉 実施列５における化合物■の３Ｄ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−４
１−へキシルオキシフェニルエステル４０重量部、及び
４−オクチルオキシ−４′−ビフェニルカルボン酸−４
１−べ／チルオキシフェニルエステル３０重量部５ｅａ
合して液晶組成物を調製した。

実施列８における化合物■の２０車量部に対して、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−４
′−オクチルオキシフェニルエステル７０重量部、及び
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１０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１５〜５５℃の範囲でｓｃ本相合示し
、その温度範囲が化合物■単独に比較して著しく拡大さ
れていた。

実施列１１ く液晶組成物〉 この液晶組成物は４〜４６℃の範囲でＳＣ本相合示し、
その温度範囲が化合物■単独に比較して著しく拡大され
ていた。

実施例１２ （液晶組成物〉 実施例３．４及び６における化合物■、■及び■のそれ
ぞＡ１０．１５、及び１８重量部に対して、実施９１１
１におけるノンカイラルのスメクチック液晶をそれぞれ
４５及び１２重量部混合して液晶組成物を調製した。こ
の液晶組成物は３〜４３℃の範囲でＳＣ率相を示し、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。

以上３つの実ｈｆｆＪ［ＭＪで示したように、構造の異
なる液晶化合物を混合することによシ、単独で用いるよ
）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Ｏ液晶となる液晶組成物を得ることができる。

実施例１３ （光スイツチング素子） ポリイミド膜にラビング配向処理を施し、透明電極の間
隙が約３μｍのガラスセルに、実施列１で得られる化合
物■を加熱して等方性液体とした後光てんした。このセ
ルを徐冷して５９℃に保持し、±２０Ｖ、１０Ｈｚ　　
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％変化にょる応
答時間は８４μｌＮｌ０で６９、高速な応答性を示した
。

実施例１４ （光スイツチング素子） 実施列１０から１２で調製した液晶組成物を用いて、実
施例１３と同様にしてセルを作製し九。測定温度を４１
℃とする以外は実施列１５と同一条件で求めた応答時間
はそれぞ３１８０．１５５及び７３μ８θＣであシ、高
速な応答性を示し友。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、−数式！で表され
る光学活性化合物、あるいはこの光学活性化合物の少な
くとも１橿を成分として含有する液晶組成物を用いるこ
とによシ、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ツ
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、一般式 I ： ▲数式、化学式、表等があります▼…〔 I 〕 （式中、Ｗ、Ｘ、Ｙ及びＺはフツ素又は塩素、Ｑ＿１は
   −Ｏ−基又は−ＯＣＯ−基、Ｑ＿２は−ＣＯＯ−基又は
   −ＯＣＯ−基、ｍは１又は２の数、Ｒは炭素数４以上の
   アルキル基を示し、−ＣＦ（ＣＦ＿３）ＯＣ＿２Ｆ＿７
   基あるいは基Ｒ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ツチング素
   子。