JPH03218337A - 液晶化合物 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強誘電性力イラルスメクチック液晶化台物を
提供するものであり、該液晶化合物は電界への応答を利
用した表示素子や電気光学素子に使用される液晶化合物
に関するものである。

さらに、本発明は三つの安定した分子配向状態を示す強
誘電性液晶化合物に関する。該液晶化合物は電界への応
答を利用した表示素子や電気光学素子に使用されるもの
である。特に、該液晶化合物は氷点下の温度にて王安定
状態相を示し、氷点下の温度にて駆動する表示素子や電
気光学素子に使用されるものである。

〔従来技術〕

液晶を用いた電気光学装置としては、ＤＳＭ形、ＴＮ形
、Ｇ−Ｈ形、ＳＴＮ形などのネマチック液晶を用いた電
気光学装置が開発され実用化されている。しかしながら
、このようなネマチック液晶を用いたものはいずれも応
答速度が数ｍから数十ｍ　ｓｅｃと極めて遅いという欠
点を有するため、その応用分野に制約がある。ネマチッ
ク液晶を用いた素子の応答速度がおそいのは分子を動か
すトルクが基本的に誘電率の異方性に基づいているため
、その力があまり強くないためである。このような背景
の中で、自発分極（Ｐｓ）を持ち、トルクがＰｓＸＥ（
Ｅは印加電界）に基づいているため、その力が強く、数
μＳ−２ ｅｃから数＋μｓｅｃの高速応答が可能な強誘電性液晶
がＭ　ｅｙｅｒらにより開発され（　Ｌ　ｅ　Ｊ　ｏｕ
ｒｎａｌｄａ　Ｐｈｙｓｉｑｕｅ，　３６巻，　１９７
５，　Ｌ−６９）、又、特開昭６３−３０７８３７号に
は、さらに新しい強誘電性液晶が開示されているが後述
する″三状態”についての開示は少ない。

強誘電性液晶を用いた高速電気光学装置が既にいくつか
提案されている。

代表例を挙げれば、壁面の力でねじれ構造を解き壁面と
平行となった２つの分子配向を印加電界の極性により変
化させるものである（例えば特開昭５６−１０７２１６
号参照）。

前記のものは、第１図の電界応答波形に示すような理想
の二状態を呈する化合物の存在を前提にしたものである
。しかしながら、現実は前記の理想の二状態を呈する化
合物は発見されておらず、これまでに合成された二状態
液晶の電界応答波形は第２図のようになってしまい，第
１図のような応答波形は得られていない。第２図のよう
な応答波形を示すものを例えば光のス−３− イッチング回路に利用しようとすると、印加電圧がｅか
ら■側に変化するにつれて徐々に透過率が変化する形で
あるため、単純にＯＮ，　ＯＦＦの印加電圧変化では充
分目的を果すことができないのが実状である。さらにこ
れまで合成されている二状態液晶は無電界時のＳ”ｃ相
段階において理想の分子配向状態であるモノドメイン状
態をつくることが難しく、ディスクリネーション（欠陥
）を生じたり、ツイストとよばれる分子配向の乱れを生
ずる。そのため大面積で前記理想の２状態配向を実現す
ることは困難である。さらに、閾値（輝度が所定値変化
する電圧）が低いので、ダイナミック駆動を行った場合
にコントラストが低下したり、視野角範囲が狭くなった
りする。また、これまでに合成された二状態液晶は第１
図のようなヒステリシスを示すことができず、第２図の
ようなヒステリシスしか示せないためメモリー効果がな
い。したがって、液晶に安定なＳＩｃ相における応答を
保持させるためには、第２図のυ３の電圧を印加しつづ
け−４− るか、あるいは高周波をかけつづけておかなければなら
ず、いずれにしてもエネルギーロスが大きい。

結局、強誘電性液晶で得られる印加電界と分子配向の強
い結合を効果的に利用した高速液晶電気光学装置が望ま
れているものの、従来の強誘電性液晶電気光学装置では
、まだ多くの問題が残されているのが実状である。

そこで、本発明では、無電界で明暗コントラストのはっ
きりした安定な分子配向状態を実現し、明確な閾値特性
と第３図に示したような明確なヒステリシスを出現させ
、また容易にダイナミック鄭動を実現し、さらに高速応
答を可能とした三状態を利用した液晶電気光学装置にお
いて使用できる新規液晶化合物を提供することを目的と
するものである。

〔目　　的〕

本発明の目的は、キラルスメクチック相を示す強誘電性
液晶および従来の双安定状態相であるキラルスメクティ
ックＣ相（Ｓ”ｃ相）とは異−５− なる、全く新しい王状態を有する新規な強誘電性液晶を
提供する点にある。

前記「三状態を有する」とは第一の電極基板と所定の間
隙を隔てて配置されている第二の電極基板の間に強誘電
性液晶が挾まれてなる液晶電気光学装置において、前記
第一及び第二の電極基板に電界形成用の電圧が印加され
るよう構成されており、第４図Ａで示される三角波とし
て電圧を印加したとき、第４図Ｄのように前記強誘電性
液晶が、無電界時に分子配向が第一の安定状態（第４図
Ｄの■）を有し、かつ、電界印加時に一方の電界方向に
対し分子配向が前記第一の安定状態とは異なる第二の安
定状態（第４図Ｄの■）を有し、さらに他方の電界方向
に対し前記第一及び第二の安定状態とは異なる第三の分
子配向安定状態（第４図Ｄの■）を有することを意味す
る。なお、この三安定状態すなわち三状態を利用する液
晶電気光学装置については本出願人は特願昭６３−７０
２１２号として出願している。

−６− これに対して、『市販のネマチック液晶」やこれまでに
合成された二状態液晶は、第４図Ｂ，Ｃでみられるとお
り、三つの安定状態を有していない。

この新しい王状態強誘電性液晶は従来のネマティック型
液晶と較べて液晶ディスプレイとしたとき画期的効果を
発揮する。

従来型は、駆動方式がアクティブマトリックス方式とい
う大へん複雑な構造をとる必要があったのに対し、三状
態強誘電性液晶は単純なマトリックス形表示ですむ。こ
のため従来型の場合は生産工程が複雑となり、画面の大
型化は困難であり、製造コストも高いものになるのに対
し、王状態強誘電性液晶の場合は生産工程が簡単であり
、画面も大型化が可能となり、製造コストも安価にでき
るという画期的なものである。

本発明の目的は、この王状態強誘電性を示す新規な液晶
を提供する点にある。

〔本発明の構成〕

本発明は、 ー７一 式、 〔式中、Ｒ１は炭素数８〜１８のアルキル基、好ましく
は同直鎖アルキル基、とくに好ましくは炭素数９または
１０の直鎖アルキル基、Ｒ２は炭素数６〜１６のアルキ
ル基、好ましくは同直鎖アルキル基、とくに好ましくは
炭素数６〜８の直鎖アルキル基であり、＊は光学活性中
心を示す。〕 で表わされる化合物よりなることを特徴とする氷点下の
温度にて三安定状態を示す液晶化合物に関する。

本発明の液晶化合物は単独でも充分使用できるが、本発
明化合物同志を混合したり、他の液晶化合物と混合した
り、あるいは類似構造の化合物と混合したりして、その
液晶の特性を調整しつつ実用に供することができる。

本発明の前記一般式で示す液晶化合物に関する解析の結
果、三安定状態を示すカギは、つぎー８一 のとおりであることが判明した。

（ｉ）　　不斉炭素原子に結合しているＣＦ，が最も三
安定状態の発現を左右する。ＣＦ３がＣＨ，で置換され
ると、ほとんど三安定状態を発現しない。

（ｉｉ）　　前記式中、そのエステルの方向が不斉炭Ｏ 素原子に結合している−ＣＯ−の方向と同一であること
が三安定状態の発現に必要である。

本発明の化合物の合成例としては次のようなものがある
。

４−ペンジルオキシ安息香酸クロライドと光学活性な１
，１．１−トリフルオロー２−アルヵノールとを反応さ
せて、４−ベンジルオキシ安息香徴１，１．１−トリフ
ルオロー２−アルキルエステルを得、これを水添反応し
て、４−ヒドロキシ安息香酸１，ｌ，１−トリフルオロ
ー２−アルキルエステルを得た。

得られたアルキルエステルと４−ｎ−アルキルヵルボニ
ルオキシフェニルカルボン酸とをジシクロ一９ー ヘキシル力ルポジイミドの存在下に反応させて目的化合
物である光学活性な４−（１，１．１−　トリフルオロ
ー２−アルキルオキシ力ルボニル）フェニル４−ｎ−ア
ルキルカルボニルオキシベンゾエートを得る。

〔実施例〕

以下に実施例により本発明の化合物につき説明するが、
これに限定されるものではない。

オキシベンゾエートの人 ４−ペンジルオキシ安息香酸クロリド１．２３ｇを塩化
メチレン１０−に溶解させ、次いで光学活性な１，１．
１−トリフノレオロー２−デカノール０．９６ｇとジメ
チルアミノピリジン０．５５　ｇとトリエチルアミン０
．４８ｇとを塩化メチレン２０一に溶解した溶液を水冷
下にて少量づつ加えた。

反応混合物を室温に戻し、一昼夜反応させ、反応液を氷
水に投入し、塩化メチレンにて抽出し塩化メチレン相を
希塩酸、水、ＩＮ炭酸ナトリウム水溶液、水にて順次洗
浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥して溶媒を留去し
、粗生成物を得た。これをトルエンーシリカゲル力ラム
クロマトグラフで処理し、さらにエタノールにて再結晶
して目的物１．８４　ｇを得た。

シベンゾエートの八 １）で得られた化合物をエタノール１５ｍｆｉに溶解し
、１０％担持Ｐｄ一カーボン０．３６ｇを加え、水素雰
囲気下水添反応を行ない、目的化合物１．４３ｇを得た
。

１１ ３）　　４−ｎ−デカノイルオキシ　　　　の合成ｎ ｐ−ヒドロキシ安息香酸３ｇとトリエチルアミン２．４
ｇとをジクロ口メタン３０−に溶解する。

デカノイルクロライド４．３ｇとジメチルアミノピリジ
ン０．２ｇとを加え，室温にて約２０時間かきまぜる。

希塩酸を加え、分液ロートにて有機層を分離する。溶媒
を留去し、残査物をｎ−ヘキサンにて洗浄した後、乾燥
させ、目的化合物約５ｇを得る。

３）で得た４−ｎ一デカノイルオキシ安息香酸０．４ｇ
と、２）で得た１，１．１−トリフルオロー２−デシル
４−ヒドロキシベンゾエート０．４ｇとを約３０ｍＱの
ー１２− テトラヒド口フラン中に溶解する。ジシクロへキシル力
ルポジイミド０．３２ｇとジメチルアミノビリジン０．
０１　ｇとを加え、室温にて約２０時間かきまぜる。溶
媒を留去後、残査物をジクロ口メタンに溶解し、水洗す
る。有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥後、溶媒を
留去する。残査物をシリカゲル力ラムクロマトグラフ（
展開溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝　２０／　１）にて
精製し、目的化合物０．１５ｇを得る。

ホットステージの偏光顕微鏡観察により次の相転移温度
（’Ｃ）を得た。

ここで、Ｓ”（３）は三安定状態を示す相，　Ｓｘは電
界応答のある高次の相である。本化合物の赤外線吸収ス
ペクトルを第６図に示す。

、ルオキシベンゾエートの八 ４−ペンジルオキシ安息香酸クロリド４．３ｇを塩化メ
チレン５０−に溶解させ、次いで光学活性な１，１．１
−｝リフルオロ−２−オクタノール２．９ｇとジメチル
アミノピリジン０．６　ｇとトリエチルアミン１．７ｇ
とを塩化メチレン５０−に溶解した溶液を水冷下にて少
量づつ加えた。

反応混合物を室温に戻し、一昼夜反応させ、反応液を氷
水に役人し、塩化メチレンにて抽出し塩化メチレン相を
希塩酸、水、ＩＮ炭酸ナトリウム水溶液、水にて順次洗
浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥して溶媒を留去し
、粗生成物を得た。これをトルエンーシリカゲル力ラム
クロマトグラフで処理し、さらにエタノールにて再結晶
して目的物３．８ｇを得た。

２）１１１−１　フルオロ−２−オクチル４−ヒドロキ
シベンゾエー　のＡ １）で得られた化合物をメタノール１００ｍＱに溶解し
、１０％担持Ｐｄ一カーボン０．４　ｇを加え、水素雰
囲気下水添反応を行ない、目的化合物２．８ｇを得た。

ペンゾエートのム 実施例１の３）で得た４−ｎ−デカノイルオキシ安息香
酸０．４３ｇと本例の２）で得た１，１．１−　トリフ
ルオロー２−オクチル−４−ヒドロキシベンゾエート０
．４ｇとを約３０−のテトラヒド口フラン中に溶解する
。ジシクロへキシル力ルポジイミド０．３２ｇとジメチ
ルアミノピリジン０．０１　ｇとを加え、室温にて約２
０時間かきまぜる。溶媒を留去後、−１５− 残査物をジクロロメタンに溶解し、水洗する。

有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥後，溶媒を留去
する。残査物をシリカゲル力ラムクロマトグラフ（展開
溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝２０／１）にて精製し、
目的化合物０．２０ｇを得る。

ホットステージの偏光顕微鏡観察により次の相転移温度
（℃）を得た。

二こで、Ｓ申（３）は三安定状態を示す相、Ｓｘは電界
応答のある高次の相である。本化合物の赤外線吸収スペ
クトルを第７図に示す。

１） ４−ｎ−ウンーカノイルオキシ のム Ｕ ｐ−ヒドロキシ安息香酸３ｇとトリエチルアミン２．４
ｇとをジクロロメタン３０ｍＱに溶解する。

一１６一 ウンデカノイルクロライド４．５ｇとジメチルアミノビ
リジン０．２ｇとを加え、室温にて約２０時間かきまぜ
る。希塩酸を加え、分液ロ−１〜にて有機層を分離する
。溶媒を留去し、残査物をｎ−ヘキサンにて洗浄した後
、乾燥させ、目的化合物約５ｇを得る。

■）で得た４−ｎ−ウンデカノイルオキシ安息香酸０．
３ｇと、実施例１の２）で得た１，１．１−トリフルオ
ロー２−デシル４−ヒドロキシベンゾエート０．３ｇと
を約３０１のテトラヒド口フラン中に溶解する。ジシク
ロへキシル力ルポジイミド０．２５ｇとジメチルアミノ
ピリジン０．０１ｇとを加え、室温にて約２０時間かき
まぜる。溶媒を留去後、残査物をジクロ口メタンに溶解
し、水洗する。

有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥後、溶媒を留去
する。残査物をシリカゲル力ラムクロマトグラフ（展開
溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝　２０／　１）にて精製
し、目的化合物０．２１　ｇを得る。

ホットステージの偏光顕微鏡観察により次の相転移温度
（’Ｃ）を得た。

ここで、Ｓ”　（３）は三安定状態を示す相である。

本化合物の赤外線吸収スペクトルを第８図に示す。

夾直鮭土 ラビング処理したポリイミド配向膜をＩＴＯ電極基板上
に有するセル厚２．１μｍの液晶セルに、実施例２で得
られた液晶化合物をＩｓｏｔｒｏｐｉｃ相において充填
し、液晶薄膜セルを作成した。

この液晶セルを２枚の偏光板を直交させたフォトマルチ
プライヤー付き偏光顕微鏡に、無電圧印加時の分子長軸
方向と偏光子が２２．５゜をなす状態に配置した。この
液晶セルを０．１〜１．０℃／１分間の温度勾配にてＳ
”　（３）相まで徐冷した。

さらに冷却してゆき、−５℃〜−１３℃の温度範囲にお
いて、±３０Ｖ．　１０Ｈｚの三角波電圧（ａ）を印加
した場合を第５図に示した。印加電圧がマイナス域での
暗状態、Ｏボルト域での中間状態、プラス域での明状態
と光透過率が三つの状態に変化（ｂ）し、三つの安定な
液晶分子の配向状態があることを確認した。他の実施例
の化合物においても同一の効果が観察された。

〔効　　果〕

本発明の新規液晶はいずれも安定な王状態を示すもので
あり、これを利用した表示デバイス、スイッチングデバ
イスなど広い用途を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、現実には得られていない理想の二状態液晶の
ヒステリシスを、第２図は現実にこれまでに合成された
二状態液晶のヒステリシスを、第３図は本発明にかかる
三状態液晶のヒステリシスをそれぞれ示すものであり、
第１〜３図とも、横軸は印加電圧を、縦軸は透過率（％
）１９ を示す。第４図はＡが印加される三角波を、Ｂが市販ネ
マチック液晶の，Ｃはこれまでに合成された二状態液晶
の、Ｄは三状態液晶の、それぞれの光学応答特性を示す
。 第５図は，本発明の化合物の王状態スイッチングを示し
たもので、図中ａは液晶電気光学素子に印加した三角波
電圧を、図中ｂは図中ａの三角波電圧に対する光透過率
の変化を示したものである。第６図は実施例１の本発明
化合物の赤外線吸収スペクトルである。第７図は実施例
２の本発明化合物の赤外線吸収スペクトルである。第８
図は実施例３の本発明化合物の赤外線吸収スペクトルで
ある。 −２０− 塑噌Ｊ％承 窄噌！ｌ−承 平成２年７月９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Ｒ＿１は炭素数８〜１８のアルキル基、Ｒ＿２
   は炭素数６〜１６のアルキル基であり、＊は光学活性中
   心を示す。〕 で表わされる化合物よりなることを特徴とする三安定状
   態を示す液晶化合物。